(57)【要約】【課題】  モータなど駆動系への負荷トルクが低減できヒータへのメカ的な負荷を抑えること、ヒータ表面のトナーによる汚れを防止すること、加熱部でのエネルギー密度を高く保持したまま立上り時間の短縮及び消費電力の削減を目的とする。【解決手段】  回転可能な加熱体と加圧体間に未定着画像が通紙され、この加熱体に熱を付与するよう板状の加熱手段が加熱体と摺動当接して構成された定着装置において、加熱手段と加熱体との間にはステンレス状の箔、または金属の箔表面にクロムメッキが施された部材、または金属の箔表面にチッカ鋼が施された部材を介在するよう構成する。【選択図】  図１
2011007976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な加熱体と加圧体間に未定着画像が通紙され、この加熱体に熱を付与するよう板状の加熱手段が加熱体と摺動当接して構成された定着装置において、加熱手段と加熱体との間には金属の表面に酸化クロム（Cr2O3）層が形成された金属箔が介在していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
回転可能な加熱体と加圧体間に未定着画像が通紙され、この加熱体に熱を付与するよう板状の加熱手段が加熱体と摺動当接して構成された定着装置において、加熱手段と加熱体との間には金属の箔表面にチッカ鋼が施された部材が介在していることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部の加熱手段で加熱体を加熱し、この加熱体と加圧体間に記録媒体上のトナーを熱と圧力で定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加熱装置として熱ローラ方式のものが広く使用されている。このものは例えば、複写機、レーザービームプリンター等においてトナー像の定着に使用されており、所定の定着温度に維持された加熱体からの熱で記録材上のトナー像を加熱で溶融固着させ、記録材上に定着させている。また図2はフィルム加熱方式の加熱装置の一例（像加熱装置）を示すもので、耐熱性フィルムとして円筒状のエンドレスフィルム2-2を用い、該フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルムは加圧回転部材としての加圧ローラ2-４の回転駆動力で回転するようにした装置である。紙が定着ニップに突入する前はフィルムは定着ローラにより連れ廻りしており定着ローラの回転によりフィルムが回転をしている。紙が定着ニップ内へ搬送されると紙とフィルムは加圧ローラの回転によりフィルムの回転と紙の搬送が行われる。フィルム2-2の特徴としては、伝熱性を高めて熱容量を小さくし、クイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは10〜５０μm程度の耐熱性のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰの単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等を混合コーティングした複合層フィルムを使用できる。2-3は加熱体4-1を断熱支持するホルダーであり、2-3’は鉄などの金属で構成されており加圧しフィルムを支持するための指示ステー（鉄ステ-）である。
【０００３】
加熱体2-1は横長の低熱容量の線状加熱体であり、アルミナ（Al2O3）等のセラミック基盤であるヒータ基盤2-5上に、発熱抵抗体2-6として、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み１０〜３０μm、幅0.8〜３mmにスクリーン印刷等により塗工・焼成し、その上にオーバコート層2-7（保護層）としてガラスやフッ素樹脂などをコートしてある。この加熱体4-1は加熱体を断熱支持するホルダー2-3の外側下面に長手に沿って設けた溝2-3aに嵌め込んで接着して固定支持させてある。
【０００４】
該加熱体2-1は、通電発熱抵抗体2-6に対する給電により該通電発熱抵抗体が長手全長にわたって発熱することで速やかに昇温し、その昇温が温度検知素子2-8で検知されて不図示の制御系にフィードバックされて、像加熱時、この温度検知素子2-8の温度が所定の設定温度に維持されるように発熱抵抗体2-6への通電がコントロールされる。
【０００５】
2-2は加熱体2-1を含むステー2-3に外嵌させた円筒状の耐熱フィルムであり、加熱体2-1を含むステー2-3に対し周長に余裕をもってルーズに外嵌している。2-9はフィルムの寄り移動規制手段としてのフィルム端部を受け止めるフランジ部材である。2-10は加熱体2-1との間にフィルム2-２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム2-２を回転駆動させる加圧回転体としての加圧ローラであり、金属軸2-10ａと、シリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層2-10ｂよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム2-2を挟ませて加熱体2-1の表面に圧接させて配設してある。そして駆動手段により不図示の動力伝達系を介して回転駆動力が伝達され矢印の反時計方向に回転駆動される。
【０００６】
この加圧ローラ2-10の回転駆動による該ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム2-2に回転力が作用し（被記録材Ｐが圧接ニップ部Ｎに導入された時は該被加熱材Ｐを介してフィルム2-2に回転力が間接的に作用し、該フィルム2-2が加熱体2-1の表面に圧接摺動しつつ矢印の時計方向ａに回転駆動される。フィルム内面ガイド部材を兼ねるステー2-9はこのフィルム2-２の回転を容易にする。
【０００７】
このように複写機など本機のコピーボタンの押下もしくはプリント命令信号に基づいて、あるいは画像定着すべき未定着画像（トナー像）Ｔを支持した被記録材Ｐの先端が該装置の手前側に配設したセンサー（不図示）に検知された時の信号に基づいて、加圧ローラ2-10の回転駆動が開始され、加熱体2-1の昇温が開始される。
【０００８】
加熱ローラ2-10の回転によるフィルム2-2の回転周速度が定常化し、加熱体2-1の温度が所定に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム2-２と加圧ローラ2-10との間に被加熱材としての画像定着すべき被記録材Ｐが導入されてフィルム2-２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより加熱体2-1の熱がフィルム2-2を介して被記録材Ｐに付与され未定着顕像剤像Ｔが被記録材Ｐ面に加熱定着されるものである。定着ニップ部Ｎを通った被記録材Ｐはフィルム2-2の面から分離されて搬送される。このニップNの領域は加圧ローラ2-10と基板2-1の間で圧力と温度のかかった領域である。
【０００９】
像形成に於いては、一般的な電子写真技術に基づく技術であり、感光ドラムが−600Vに帯電され像形成されるところがレーザー照射され、マイナスに帯電されたトナーが感光ドラムから紙に転写される。
【００１０】
一方、図3は本体の構成図を示し、感光ドラム上3-2に帯電ローラ2-6で略−600Ｖに帯電され画像情報に基づいてレーザースキャナー3-11からレーザーＬが照射されて潜像が形成される。その後現像ローラによりトナーが潜像形成された箇所に付着する。一方カセットから紙Ｐがピックアップローラ3-10で搬送され搬送ローラ3-1を通って転写位置Trに搬送され転写ローラ3-3に印加されたバイアス（プラス1KV〜5Kv程度）で感光ドラム上3-2に形成されている画像が紙に転写され定着装置3-5へと搬送され定着ニップＴ部を通って排紙ローラ3-6により搬送されて画像出力がなされるのと同時に感光ドラム3-2上で転写された後に残ったトナーはクリーニング手段3-7により清掃されて、再度次の画像形成に備える。
【００１１】
上記構成の定着装置においては未定着画像を定着させるニップ内では一定以上の熱量は付与できるが加圧力を十分に付与できない。
【００１２】
加圧力を加熱とは独立に付与するためには図4に示すように外部から加熱ローラへ付与する構成が例えば特許文献１、特許文献２等に記載されている。
【００１３】
これらの方式によれば、立上り時間の短縮及び消費電力の削減、高速化に対応した高画質の画像出力など全ての要求を両立することが可能である。
【００１４】
図4-1は上述の内容を示す代表図であり、加熱体（加熱ローラ）4-1の回転駆動により加圧体（加圧フィルム）4-2が矢印方向へ従動回転され記録体（紙）4-3が搬送されて紙上未定着トナーが熱と圧力で定着され画像形成がなされる。加熱体4-1への熱の供給はヒータ基板がセラミックス基板4-5上に形成された発熱体4-4に電力が投入され、このセラミックス基板と加熱体が一定以上の圧力で接触して熱供給される。また加圧体4-2は耐熱性をポリイミド樹脂から構成され、加熱体4-1と一定の圧力でニップを形成するために金属製のステー4-7で加圧されニップ内では加圧フィルムとの摺動性を良くするためシリコンゴムなどの柔かいパッド4-6をフッ素コートした材料で構成している。
【００１５】
また図4で使用されるヒータ基板4-5は図2で示される板状のセラミックス基板からなるもので、加熱ニップ部図4の4-8に摺擦して発熱するタイプである。このような構成では加熱部でのエネルギー密度を高くすることができるので加熱ローラ表面を効率よく加熱することが可能となる。
【００１６】
図4−2は従来例で述べたのと同様の構成を示すヒータ図である。4-9はガラスによる保護層でありヒータ4-4の露出による酸化を防止するのと電気的な安全性対策のためである。従って加熱ローラへの熱供給部ニップ4-8ではヒータのガラス4-9と加熱ローラ4-1表面のPFA樹脂が直接摺動していることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開2003-186327号公報
【特許文献２】特開2003-270985号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら図4で示したように、固定したヒータ基板4-5と回転駆動する加熱ローラ4-1のニップ4-8間では以下のような3つの課題があった。
【００１９】
一つは回転駆動に負荷が発生し回転駆動のためのモータトルクを大きなものにしなければならない。またヒータ基板にも負荷がかかり0.6ｍｍ〜1ｍｍ程度と薄く、負荷がかかった状態で基板を支持するのに簡便な構成がとりにくいこと。さらにはヒータ基板を簡便に支持した場合は加ローラの回転によりヒータ基板が回転方向へ飛び出て破損するなどの問題があった。
【００２０】
二つ目は加熱体表面はPFAチューブまたはコートによるフッ素系の柔軟な樹脂で覆われておりヒータ基板との摺擦により加熱体表面が削れるという課題があった。
【００２１】
三つ目は加熱ローラ4-1にオフセットトナーが付着すると、そのトナーがヒータ基板4-5表面に付着して留まってしまう。このトナーがある程度溜まると、ヒータ基板から剥離し再び加熱ローラを介して記録体（紙）に付着しトナー汚れとなって現れてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題は
回転可能な加熱体と加圧体間に未定着画像が通紙され、この加熱体に熱を付与するよう板状の加熱手段が加熱体と摺動当接して構成された定着装置において、加熱手段と加熱体との間には金属の表面に酸化クロム（Cr2O3）層が形成された金属箔が介在するよう構成すること、
または加熱手段と加熱体との間には金属の箔表面にチッカ鋼（AlN,CrN,CrMo,CrV）が施された部材が介在するよう構成することで達成される。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、
加熱部でのエネルギー密度を高く保持したまま、立上り時間の短縮及び消費電力の削減、高速化に対応した高画質の画像出力など全ての要求を両立しつつ、加熱体回転の負荷やヒータへの負荷さらにはヒータのトナー汚れによる画像不良を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例を示す構成図。
【図２】フィルム加熱方式の加熱装置の構成図。
【図３】本体の構成図。
【図４】外部から加熱ローラへ熱を付与する構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施例１）
図1(-1)は本発明の実施例を示すもので、ヒータユニット1-1から加熱ローラ1-2へニップM内で熱が供給され、加圧ローラ1-3と前記加熱ローラ1-2には加圧力が15Kgf〜50Kgf程度までかけられるよう構成されて定着ニップNが形成されている。上下2つのローラの回転に伴い本体側から未定着トナー画像を形成した紙1-4が搬送され熱せられた加熱ローラからの熱と上下ローラ間の加圧力よりニップN内で未定着画像が紙上に定着される。本構成で使用される画像形成のためのエンジンは従来例で述べた電子写真方式によるものである。
【００２６】
本実施例での紙搬送スピードは200mm/sec、ヒータユニットのヒータ部に供給される電力は800Wで加熱ローラは空気層を有する多孔質のシリコンゴムを基材とする材料からなり、表面は平滑性を良くするためにフッ素系のPFA樹脂で形成され、加熱ローラ表面のニップ前温度は180℃〜190℃になるよう設定した。図1(‐2)はヒータ基板を示しセラミックス基板1-5はチッカアルミを使用し、銀パラジュウム合金からなる発熱体1-7がスクリーン印刷により形成されている。この発熱体はガラスの保護層1-6により被覆され酸化を防止している。本実施例で使用されているチッカアルミの厚みは0.5〜1ｍｍ程度、チッカアルミ基板上に形成されている発熱体の抵抗値は9〜10Ω、保護層としてのガラス層1-6は50μmである。
【００２７】
図1(-3)は本発明のヒータ基板断面の説明図を示す。厚み40μｍのリン青銅箔1-8にクロムメッキ1-9を施した金属箔をチッカアルミ基板1-5と加圧ローラ間に介在し設定した。この金属箔1-12はヒータ基板と加圧手段である金属製ステー1-10を支持するための耐熱性プラスチックステ―1-11に耐熱性接着剤で接着保持されている。クロムメッキは一般に行われているメッキであり、リン青銅版にニッケルメッキを下地層として5〜10μｍ程度の厚さで施したあと、その上にクロムメッキを施した材料を使用した。
【００２８】
図1(-1)で加熱ローラと加圧ローラの回転により紙1-4が搬送され未定着画像が順次複数枚定着されると加熱ローラ1-2にオフセットしたトナーがニップM内に蓄積されるが、上述した本発明による構成においてはニップM内でトナーが蓄積することがない。一般的に酸化クロム（Cr2O3）は結晶構造が極めて微細緻密な鋼玉型構造をとり空気中の水分や酸素を表面上で遮断し、表面を滑らかで平滑にする性質がある。ステンレスに腐食防食作用があるのはこの酸化クロムの効果と言われる。また表面を平滑にする効果があることを利用して装飾品のメッキなどにも使用される。従って（詳細図は示していないが）、30μｍ厚〜60μｍ厚程度のステンレス箔をセラミックス基板と加熱ローラ間に介在させて摺動させても同様の効果がある。本発明においてはこの酸化クロムの性質を積極的に利用してニップM内でのトナー付着防止と加熱ローラとの摺動性を高めた。
【００２９】
図1(−2)、図1(-3)に示されるように電気的に絶縁で熱伝導性の良いチッカアルミ（ALN）1-5を使用し、発熱体1-7と金属層（リン青銅層1-8とクロムメッキ層1-9）は電気的なリーク防止のために互いに反対側になるよう構成し、金属層であるため電熱性が高まりニップM内のトナーも溶けやすく滞留することがない。さらに前述したように酸化クロム（クロムメッキ）の物質としての性質上、物との摺動性がよく加熱体ローラの回転に伴う駆動負荷抵抗が少ない。
【００３０】
本実施例図1(−1)の構成において、下記条件で加熱ローラが回転するときのトルクを測定したところ以下のような結果であった。
【００３１】
（条件）
プロセススピード：200mm/sec、
加熱ローラと加圧ローラの外径：φ20、
ヒータユニットと加熱ローラ間の加圧力：10Kgf、
加熱ローラと加圧ローラ間の加圧力：30Kgf
ニップN上流側加熱ローラ表面温度：185℃
（結果）
従来例：セラミックス基板と加熱ローラが直接摺擦＝20 Kgf-cm
従来例：セラミックス基板と加熱ローラ間に30μｍ厚ポリイミドシート介在＝15 Kgf-cm
本発明：セラミックス基板と加熱ローラ間にステンレス50μｍ厚シート介在＝11 Kgf-cm
本発明：セラミックス基板と加熱ローラ間にリン青銅50μｍ厚シートにクロムメッキ層箔介在＝10 Kgf-cm
このような構成にすることで、加熱体回転の負荷やヒータへの負荷さらにはヒータのトナー汚れによる画像不良を防止でき、金属箔を介しての熱伝達のため加熱部でのエネルギー密度を高く保持したまま立上り時間の短縮及び消費電力の削減、高速化に対応した高画質の画像出力など全ての要求を両立することが可能となった。
【００３２】
（実施例２）
本実施例の定着器構成は実施例１と同様の構成であるので詳細内容は省略する。図1(−4)はヒータの積層構成であり1-15は電気的に絶縁で熱伝導性の良いチッカアルミ（ALN）示し、発熱体1-14をスクリーン印刷で形成した後、ガラス1-13をコーティングしている。また加熱ローラとの摺動面側は50μｍ厚のステンレス箔1-16にチッカクロム（CrN）1-17をイオンプレーティング法により5μｍ厚程度形成している。クロムに限らずその他チッカ鋼としてAl、Mo、Vなども窒化物を形成しやすい合金元素であり、鉄系の金属の表面を硬化させ表面の平滑性が保持できる。
【００３３】
本実施例図1（−1）の構成において、下記条件で加熱ローラが回転するときのトルクを測定したところ以下のような結果であった。
【００３４】
（条件）
プロセススピード：200mm/sec 、
加熱ローラと加圧ローラの外径：φ20、
ヒータユニットと加熱ローラ間の加圧力：10Kgf、
加熱ローラと加圧ローラ間の加圧力：30Kgf
ニップN上流側加熱ローラ表面温度：185℃
（結果）
従来例：セラミックス基板と加熱ローラが直接摺擦＝20 Kgf-cm
従来例：セラミックス基板と加熱ローラ間に30μｍ厚ポリイミドシート介在＝15 Kgf-cm
本発明：セラミックス基板と加熱ローラ間にステンレス50μｍ厚にCrNコートシート介在＝8 Kgf-cm
このように本発明の構成にすることでローラを回転するためのモータへの負荷トルクが低減できヒータへのメカ的な負荷が抑えられる。
【００３５】
また上述したように本発明による金属シートを介在させることでヒータ表面のトナーによる汚れも大幅に改善でき、熱伝導性がよくなりニップ内Mにトナーが留まることがなく耐久性の良い定着不良が発生することもなく、加熱部でのエネルギー密度を高く保持したまま立上り時間の短縮及び消費電力の削減、高速化に対応した高画質の画像出力など全ての要求を両立することが可能となった。
【符号の説明】
【００３６】
1-1  ヒータユニット
1-2  加熱ローラ
1-3  加圧ローラ
1-4  紙
1-5  チッカアルミ基板
1-6  ガラスの保護層
1-７  発熱体
1-8  金属箔（リン青銅箔）
1-9  クロムメッキまたはチッカ鋼による表面処理
1-10  金属製ステー
1-11  プラスチックステー
1-12  金属箔
【図１】
2011007976.tif 000003
【図２】
2011007976.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011007976.tif 000006