(57)【要約】【課題】オフセットトナーやフィルムと転写材の間で生じるスリップによる画像品質の低下を防止することができる定着装置を提供すること。【解決手段】電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置において、記録紙上のトナーを溶融定着させるための加熱手段と、前記加熱手段に圧接しニップを形成する加圧ローラと、前記ニップに挟持され前記加圧ローラによって回転搬送されるシームレス定着フィルムと、前記加熱手段の保持部材と、定着フィルムの回転ガイド部材とを有する定着装置において、前記定着フィルムに接触しフィルムの搬送方向と同一方向、且つ、定着フィルムの搬送速度よりも速い速度で回転接触して表層を払拭研磨する研磨手段を有する。【選択図】図１
2006098930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置において、記録紙上のトナーを溶融定着させるための加熱手段と、前記加熱手段に圧接しニップを形成する加圧ローラと、前記ニップに挟持され前記加圧ローラによって回転搬送されるシームレス定着フィルムと、前記加熱手段の保持部材と、定着フィルムの回転ガイド部材とを有する定着装置において、
前記定着フィルムに接触しフィルムの搬送方向と同一方向、且つ、定着フィルムの搬送速度よりも速い速度で回転接触して表層を払拭研磨する研磨手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記研磨手段は、ローラ上に耐熱性の繊維を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
定着フィルムの回転ガイド部に金属製の補強ステーを持ち、前記研磨手段の回転により定着フィルムと接触摺動させることを特徴と請求項１又は２記載の定着装置。
【請求項４】
前記回転研磨手段は、研磨部材中にフッ素樹脂を担持することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記研磨手段は、画像領域外に耐熱性のゴム層から成るフィルム補助搬送部を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記前記研磨手段に定着フィルムを介して圧接し、通紙幅方向全域に連続的に設けられた金属製のバックアップローラを有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記研磨手段に定着フィルムを介して圧接し通紙幅方向全域に連続的に設けられた潤滑材含浸部材を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記回転研磨手段は、通紙中はフィルムの搬送方向に回転し、それ以外の回転時は逆方向に回転することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式プリンタ、複写機、静電記録装置等の画像形成装置に関し、特に転写材上のトナー像を溶融定着させるフィルム加熱方式の加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の複写機、プリンタ等の多くは定着手段として熱効率、安全性が良好な接触加熱型の熱ローラ定着方式や、省エネルギータイプのフィルム加熱方式を採用している。
【０００３】
熱ローラ定着方式の加熱定着装置は、加熱用回転体としての加熱ローラ（定着ローラ）と、これに圧接させた加圧用回転体としての弾性加圧ローラを基本構成とし、この一対のローラを回転させて該両ローラ対の圧接ニップ部（定着ニップ部）に未定着画像（トナー画像）を形成担持させた被加熱材としての被記録材（転写材シート・静電記録紙・エレクトロファックス紙・印字用紙等）を導入して圧接ニップ部を挟持搬送通過させることで、加熱ローラからの熱と圧接ニップ部の加圧力にて未定着画像を被記録材面に永久固着画像として熱圧定着させるものである。
【０００４】
又、フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特許文献１〜４等に提案されている。
【０００５】
それは、発熱体に加熱用回転体である耐熱性フィルム（定着フィルム）を加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させ、該耐熱性定着フィルムを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した転写材を導入して耐熱フィルムと一緒に搬送させて、耐熱性フィルムを介して付与される加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像を転写材上に永久画像として定着させる装置である。
【０００６】
フィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体として低熱容量線状加熱体を、フィルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることができるため、省電力化・ウエイトタイム短縮化（クイックスタート性）が可能である。
【０００７】
又、この種の定着方式においては、定着フィルムの駆動方式にフィルム内周面に駆動ローラを設け、フィルムにテンションを加えながら駆動する方式、フィルムをフィルムガイドにルーズに嵌合させ、加圧用回転体を駆動することで、フィルムを加圧用回転体に対し従動回転させる方式が知られているが、近年では部品点数が少なくて済むことから、後者の加圧用回転体駆動方式が採用されることが多い。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献３】特開平４−４４０７５〜４４０８３号公報
【特許文献４】特開平４−２０４９８０〜２０４９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００１０】
紙の抵抗が高くなる低湿環境や、両面プリントの場合には、定着フィルムがプラスに帯電し易くなり、紙上のトナーが定着フィルムに転移するオフセットが発生し易くなり、定着フィルムに転移したトナーは、定着フィルムの次の周回時に汚れとして画像面に再転移し、画像品質を低下するといった問題があった。
【００１１】
この問題に対しフィルム１の外周部又は加圧ローラの表面にアルミ製のクリーニングローラを突き当てトナーをアルミローラの表面に付着させる対策等が行われているが、１万枚程度でアルミローラの表面が回収したトナーで一杯になり、トナーがフィルム表面に逆流したりする等のトラブルが発生していた。
【００１２】
又、中央にハロゲンヒータを持ち、表面にフッ素コーティングをした鉄製の定着ローラ系においては、鉄製定着ローラの表面をブラシ上のローラでカウンタ方向（搬送逆方向）に回転させトナーを掻き落とす方式も提案されているが、強固な鉄製定着ローラの代わりにこのような薄いフィルムを搬送する定着機においては、逆回転駆動により定着フィルムが暴れうまくトナーを掻き落とすことができなかった。
【００１３】
又、紙が吸湿する高湿環境では、定着ニップでの加熱時に紙から水蒸気が発生して紙と定着ローラの摩擦力を低下させるように作用する場合がある。
【００１４】
定着器内での紙搬送は加圧ローラの回転駆動により、加圧ローラと紙、紙と定着フィルムの摩擦により行っているので、吸湿紙を通紙した場合には、定着フィルムと紙或は加圧ローラと紙の間でスリップが生じてしまう。通常、加圧ローラは表面の離型性を確保するためにＰＦＡ等のチューブ又はコーティングを行う必要があり、又、当然フィルムの表面にもフッ素コーティングが施されているため極めて搬送性は悪い。
【００１５】
それに加え、上記鉄製の定着ローラの時のように、フィルムを逆回転させようとする力が働くと、フィルムの搬送が妨げられ回転しない。
【００１６】
このようなスリップを生じると、定着器内での紙搬送が困難となり、装置にＪＡＭを発生させる場合や、画像面の摺擦による像ズレを生じてしまい、画像品質を著しく低下させる場合があった。
【００１７】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とする処は、オフセットトナーやフィルムと転写材の間で生じるスリップによる画像品質の低下を防止することができる定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は、電子写真プロセスによって画像を形成する画像形成装置において、記録紙上のトナーを溶融定着させるための加熱手段と、前記加熱手段に圧接しニップを形成する加圧ローラと、前記ニップに挟持され前記加圧ローラによって回転搬送されるシームレス定着フィルムと、前記加熱手段の保持部材と、定着フィルムの回転ガイド部材とを有する定着装置において、前記定着フィルムに接触しフィルムの搬送方向と同一方向、且つ、定着フィルムの搬送速度よりも速い速度で回転接触して表層を払拭研磨する研磨手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明よれば、定着フィルムに接触し、フィルムの搬送方向と同一方向、且つ、定着フィルムの搬送速度よりも速い速度で回転接触し、表層を払拭研磨する回転研磨手段を有することにより、定着フィルムの搬送性を向上させながら、フィルム表面のトナーを弾き飛ばし、且つ、表面を研磨し、異物等で傷付いた表面を補修することができる。その結果、フィルム搬送不良による画像不良や耐久的にフィルム面にトナーが堆積し、オフセット等の画像汚れを発生する等のトラブルを防止することができ、定着器の耐久的信頼性が大きく向上する。
【００２０】
又、前記払拭研磨手段としてローラ上に巻いた耐熱性の繊維を用いることで、繊維の目の細かさがすり抜けによるトナー払拭漏れを防止し、繊維の柔軟性が定着フィルム表面のフッ素コート層を傷付ける等のトラブルを防止できる。その結果、信頼性の高い表面払拭研磨部が可能となる。
【００２１】
更に、定着フィルムの回転ガイド部に金属製の補強ステーを持ち、払拭研磨手段の回転により定着フィルムと接触摺動させることにより、金属製のステーが温度の高い非通紙部から温度の低い通紙領域に熱を伝導し、端部の加昇温を防止できる。その結果、高温オフセットを防止でき、よりトナー除去性能が向上する。
【００２２】
更に、払拭研磨部材中にフッ素樹脂を担持させることにより、オフセットトナーは繊維に付着・堆積することなく、高速回転による遠心力により吹き飛ばされる。従って、耐久的に使い続けてもトナーが付着し、定着フィルムへの最付着等の性能劣化を防止でき、信頼性が大きく向上する。
【００２３】
又、払拭研磨手段は画像領域外に耐熱性のゴム層から成るフィルム補助搬送部を有することにより、フィルム搬送の補助手段として端部搬送ローラが作用し、両者合わせて大きな搬送力を生むこととなる。その結果、前述同様、定着フィルム回転不良による画像ブレが改善できる。
【００２４】
更に、研磨手段に定着フィルムを介して圧接し、通紙幅方向全域に連続的に設けられた金属製のバックアップローラを有することにより、単なる固定式の補強ステーではなく、回転可能であるためフィルムの回転が滑らかになるだけではなく、熱伝導性の良いアルミを用いることができ、温度ムラはより改善する。その結果、高温オフセットを防止でき、よりトナー除去性能が向上する。
【００２５】
又、記研磨手段に定着フィルムを介して圧接し、通紙幅方向全域に連続的に設けられた潤滑材含浸部材を有することにより、潤滑材含浸部材が常に定着フィルムの内面と接触しグリスを塗布することで、フィルムの搬送安定性が更に向上することとなる。  
更に、前記回転研磨手段は、通紙中はフィルムの搬送方向に回転し、それ以外の通紙の前後においては逆方向に回転することにより、両方向から払拭動作が行え、より定着フィルム面上の固着トナーが低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２７】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の加熱装置断面図である。
【００２８】
図１において、１はポリイミドフィルムの上にカーボンを分散させたＰＦＡをコーティングした定着フィルムである。２は鉄芯金にニッケルメッキを施し、その上に弾性層としてゴム層を設け、表層にＰＦＡチューブを巻いた加圧ローラである。３はセラミックヒータ、４は温度センサとしてのサーミスタ、５はフィルムガイド、６はフィルム支持部材としての鉄製補強ステーである。
【００２９】
図１の加熱装置の動作としては、温調については不図示の電源によりヒータ３に通電することによりヒータ３を加熱する。ヒータ３の温調は、サーミスタ４の信号により不図示の制御系により、ヒータ３への通電をオン／オフすることにより行う。
【００３０】
定着フィルム１は、フィルムガイド５により支えられ、ヒータ３はフィルムガイド５の加圧ローラ２に対向する部分に取り付ける。又、フィルムガイド５は、長手方向の剛性を増すためステー６で支えられている。
【００３１】
定着動作としては、ヒータ３により定着ニップを暖めるとともに加圧ローラ２を回転駆動することによって、転写材１０とフィルムを搬送し、転写材１０上へのトナーの定着を行う。
【００３２】
又、１９は排紙ローラ対であり、ここを通って機外に排紙積載される。
【００３３】
次に、本実施の形態における表面払拭研磨部の構成を説明する。
【００３４】
７はフィルム１の表層を払拭研磨する回転研磨手段である。芯金は熱伝導性を良くするためにアルミ製であり、その外径部に耐熱性の芳香族ポリアミドイミド繊維を短冊状に切断し、端部からスパイラル状に巻き付け両面テープで接着している。このように払拭研磨部に柔軟性があり、目の細かい芳香族ポリアミドイミド繊維を用いることで、目の細かさですり抜けによるトナー払拭漏れを防止し、繊維の柔軟性により定着フィルム表面のフッ素コート層を傷付け等トラブルの発生を防止することができる信頼性の高い表面払拭研磨部が可能となる。密度は０．１５ｇ／ｃｍ3 程度である。
【００３５】
又、払拭研磨部は素材中の繊維中にフッ素樹脂を担持している。そのため、フッ素ＰＦＡをコーティングした定着フィルム１の表面よりは  繊維が混ざっている分だけトナーに対する離型性は悪いが、容易にはトナーが付着堆積しないようになっている。つまり、フィルム表面からトナーは拾うが、アルミローラのように堆積による劣化はないようにしている。
【００３６】
更に、研磨ローラ７は、図１に示すように、図示しない支持部で駆動を受けながら軸支され、鉄製のステー６に定着フィルム１と共に押し付けられるようになっている。
【００３７】
回転は図示しない駆動手段により定着フィルム１の搬送方向と同一方向に回転している。速度的にはフィルム搬送速度の２倍で回転している。
【００３８】
次に、図２において通紙時のオフセットトナー払拭研磨工程を示す。
【００３９】
未定着トナー１１を載せた転写材８は、矢印の方向に移動して定着ニップに侵入する。定着ニップで未定着トナー９は加熱溶融され、加圧されることで、転写材８に固着する。
【００４０】
定着ニップを出た転写材８には、定着したトナー１１が付いており、定着ニップを通過した定着フィルム１にはオフセットトナー１１が付着している。
【００４１】
オフセットトナー１1 は、定着フィルム１の回転により払拭研磨ローラ７との当接部に運ばれ、ここでステー６にて挟持されながら高速回転をする芳香族ポリアミドイミド繊維によって定着フレーム１２の壁面１３に吹き飛ばされる。更に、定着フィルム表面は芳香族ポリアミドイミド繊維の高速回転研磨により、記録紙中に含まれる炭酸カルシュウム等の異物によって傷付いた定着フィルム１の表面を研磨し、表面を滑らかな状態に再度補修してくれる。この働きにより、離型性は低下することなく耐久性が大きく向上する。
【００４２】
このように、フィルムの搬送方向と同方向により高速に回転することにより、フィルム１が上流側１４に引っ張られ、ガイド５の下流側１５にしっかりとフィルム１が密着張り付き、フィルムが暴れることなくトナーを払拭できる。更に、補強ステー６とニップを形成しながら払拭研磨を行うことでより確実となる。
【００４３】
このとき、弾き飛ばされたトナー１１は、壁面１３に設けられたトナーの収集部に堆積される。収納部は定着フィルムの近傍まで箱状に延びているため、再度、記録紙上に落下・付着することはない。
【００４４】
又、払拭研磨ローラ７の表面である芳香族ポリアミドイミド繊維は、前述のようにトナーに対する離型性はアルミローラのように悪くないため、オフセットトナー１１は繊維に付着・堆積することなく、高速回転による遠心力により吹き飛ばされる。従って、耐久的に使い続けてもトナーが付着し、定着フィルムへの最付着等の性能劣化を防止でき、信頼性が大きく向上する。
【００４５】
又、このとき、前述のように払拭研磨ローラ７が補強ステー６に定着フィルム１を押し付けるように搬送することで、フィルムの長手方向で温度ムラがあった場合、例えば小サイズ転写材を連続通紙した場合においては、金属製のステーが温度の高い非通紙部から温度の低い通紙領域に熱を伝導し、端部の加昇温を防止できる。その結果、高温オフセットを防止でき、よりトナー除去性能が向上する。
【００４６】
更には、払拭研磨ローラ７がフィルムの搬送方向と同方向に回転することで、定着フィルムが回転の上流側１４でフィルムの余裕分ができることとなる。
【００４７】
従来のこのような加圧ローラ駆動では、定着フィルム１の内面でガイド部材の５による摺動抵抗のため、回転の上流側１４でフィルムがつっ張り、逆に下流側１５ではフィルムの余裕分ができることとなる。その結果、定着フィルム１をニップ部で搬送しようとすると、上流側１４でのフィルムのつっ張りのために回転に要する負荷が増え、定着フィルム１が回転を妨げていた。
【００４８】
しかしながら  本実施の形態のように、払拭研磨ローラ７をフィルムの搬送速度より高速に搬送し、上流側にフィルムの余裕分を形成することにより、定着フィルム１の回転が非常に楽になる。その結果、定着フィルム回転不良による画像ブレが改善できる。
【００４９】
更に、定着フィルム１と補強ステー６との摺動部に摺動性改善のため、フッ素グリスを含浸させた不織布１６が設けられている。前述のように払拭研磨ローラ７が常にこの補強ステー６に押圧しているため、この不織布１６が常に定着フィルム１の内面と接触し、グリスを塗布することで、フィルムの搬送安定性が更に向上することとなる。材質は同様に芳香族ポリアミドイミド繊維を用いている。
【００５０】
＜実施の形態２＞
図３は本発明における実施の形態２を示す図である。
【００５１】
本実施の形態においては、払拭研磨ローラ７の非通紙部端部にフィルム搬送用のシリコンローラ１７が設けられている。払拭研磨ローラ７の外径は端部搬送ローラ１７より約１．３倍大きく構成されている。
【００５２】
回転速度は端部搬送ローラ１７が加圧ローラ２の速度と同等に設定されている。
【００５３】
更に、定着フィルム１の内には、アルミローラ１８が設けられ、不視図のバネ及び軸受けで押圧されながら、前述の端部搬送ローラ１７のバックアップ手段として作用している。
【００５４】
本実施の形態では、実施の形態１に対してアルミローラ１８を追加しているため、強度を確保するために補強ステー６をその部分のみへこませた形を採っている。
【００５５】
しかして、以上の構成において、定着ローラ２が定着フィルム１の搬送を開始すると、フィルム搬送の補助手段として端部搬送ローラ１７が作用し、両者合わせて大きな搬送力を生むこととなる。その結果、前述同様、定着フィルム回転不良による画像ブレが改善できる。
【００５６】
このように、非通紙部に搬送部、通紙部に払拭研磨部を設けることにより、１つのローラで搬送性向上と画像不良両方の機能を併せ持つことができる。端部搬送部を非通紙域に限定する理由は、当然、画像域にこのローラを置くとトナーで汚れ、アルミ製トナー回収ローラのように１万枚程度でトナーが満載になり、定着フィルム１上に再付着する恐れがあるためである。
【００５７】
このとき、払拭研磨ローラ７の芳香族ポリアミドイミド繊維部は、外径は端部搬送ローラ１７より大きいが、非常に柔軟な素材であるため、端部搬送ローラ１７と同じ外径寸法まで撓み、大きなニップを形成しながら湾曲し、回転によって繊維の毛先がニップ部から出た瞬間、各繊維が屈曲した状態から開放され、本来の速度である１．３倍の速さで毛先が動き、トナー１１を大きく定着フレームの壁１３に払拭する。同時に定着フィルム１の表面も研磨され、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５８】
同時にバックアップ手段として、長手方向に連続したアルミローラ１８を用いることで補強ステー６に比べ可動であるため、フィルムの回転が滑らかになるだけではなく、温度の高い非通紙部から温度の低い通紙領域に熱を伝導し、端部の加昇温を防止できる。この構成では、強度は余り関係しないため、補強ステーのように剛性の高い鉄である必要はなく、より熱伝導性の良いアルミを用いることができ、温度ムラはより改善する。その結果、高温オフセットを防止でき、よりトナー除去性能が向上する。
【００５９】
＜実施の形態３＞
実施の形態１，２では、払拭研磨ローラは、定着フィルム１と同方向に回転しているが、例えば定着ローラ２に十分な搬送力があり、フィルムに強度があるものであれば、フィルムの搬送方向に対し逆方向に回転しても良い。この場合、トナー１１の除去能力が低速でも相対速度が上がるため、より改善する。
【００６０】
又、通紙中はフィルムの搬送性を考慮し同方向に払拭研磨ローラ７を回転し、それ以外の時間、例えば前回転や後回転時には逆方向に回転しても良い。この場合、両方向から研磨を行え、同方向ではなかなか取れないトナーがあっても、正逆二方向から払拭研磨することにより、定着フィルム面への固着トナーが更に確実に低減できる。
【００６１】
又、実施の形態１では、芳香族ポリアミドイミド繊維の密度０．１５程度であった。密度は余り密度が小さくてもすり抜けを起こし性能が悪く、余り密度が高いと、金属ステー６とのニップが減り圧力が高くなってフィルムへの攻撃性が出てしまい、フィルム表層のコーティングを劣化させてしまう。回転速度や圧力にも関係するが、一般に０．０１〜１ｇ／ｃｍ３
程度が望ましい。
【００６２】
又、繊維の材質は、その他レーヨン等を用いても良く、要は柔軟性と耐フッソコートへの攻撃性が少ないものであれば良い。
【００６３】
回転速度はフィルムの搬送の速度に対して２倍の速度で駆動しているが、圧によってフィルム面を攻撃しない範囲で設定すれば良い。一般に速度的には１．１〜８倍が適当である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態１に係る定着装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る定着装置における払拭研磨動作を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る定着装置要部の斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  定着フィルム
２  加圧ローラ
３  セラミックヒータ
４  サーミスタ
５  フィルムガイド
６  補強ステー
７  研磨ローラ
１０  転写材
【図１】
2006098930.tif 000003
【図２】
2006098930.tif 000004
【図３】
2006098930.tif 000005