(57)【要約】【課題】テンションフリータイプ（加圧ローラ駆動タイプ）のフィルム加熱方式の加熱装置について、フィルム端部の裂け・破れ防止、端部加熱性（定着性）アップ、駆動トルク低減等を目的とする。【解決手段】加熱体と、この加熱体と摺動するフィルム２と、芯金６ｂ上に弾性層６ａを有し、フィルム２を介して加熱体と圧接してニップＮを形成し、回転駆動される加圧ローラ６と、を有し、ニップＮで被加熱部材を挟持搬送し、フィルム２を介した加熱体からの熱により被加熱部材を加熱する加熱装置において、加圧ローラ６の軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、フィルム２の長手方向の少なくとも一方の端部ｆは加圧ローラ６の弾性層６ａの長手方向の一方の端部ｇと同位置、若しくは加圧ローラ６の弾性層６ａの長手方向の一方の端部ｇよりも内側に存在することを特徴とする加熱装置。【選択図】図３
2005107201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の少なくとも一方の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の一方の端部と同位置、若しくは前記加圧ローラの弾性層の長手方向の一方の端部よりも内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の長さをＬ１、前記加圧ローラの弾性層の長手方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１≦Ｌ２の関係が成り立ち、且つ前記フィルムの長手方向の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の端部と同位置若しくは長手方向で内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
抵抗発熱体を設けた加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の長さをＬ１、前記加圧ローラの弾性層の長手方向の長さをＬ２、前記加熱体上の抵抗発熱体の長手方向の長さをＬ３とした場合、Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ２の関係が成り立ち、且つ前記抵抗発熱体の長手方向の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の端部と同位置若しくは長手方向で内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の加熱装置において、加熱体と加圧ローラの弾性層が接触する加熱体表面の摩擦係数を加熱体のフィルムと接触する表面の摩擦係数よりも小さくすることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
記録材上に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着画像を定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱定着手段として請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電子写真方式等の画像形成装置において、記録材上に形成担持させた未定着トナー像を加熱・加圧定着させるための定着装置（定着器）として用いて好適なフィルム加熱方式の加熱装置、及び該加熱装置を画像加熱定着手段として備えた、電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、各種の情報、映像機器等においては、その最終出力形態としても、実体の無い情報形式の画像を用紙等の記録材に具体的に実体化させる画像形成装置が用いられる。
【０００３】
このような複写機等の画像形成装置においては、作図や作画したり、対象物を走査、記録したり、通信転送等によって生成した画像を、記録材に画像パターンに応じて着色剤等を定着させることにより、適正な画像を用紙上に再現するようにしている。
【０００４】
また、この画像形成装置においては、着色剤（現像剤）として微粒子のトナー粉末を用いており、この用紙上に画像パターン状に配置されたトナーを安定して定着させるためには、簡便性等から加熱方式が広く用いられている。
【０００５】
従来、加熱装置としての定着装置には、電熱ローラ方式の定着装置が広く用いられていたが、このような定着装置は、作動開始となるまでの時間が長かったり、消費電力が比較的に多かったりするという不都合が生じていた。
【０００６】
すなわち、この定着装置には、金属製のローラ内部にハロゲンランプを配設し、このハロゲンランプを発熱させて、金属ローラ全体を加熱する構成としていることにより、金属ローラ全体が均一な温度になり動作可能になるまでに時間がかかるので、動作の立ち上げに要する時間が遅いとともに、常に比較的熱容量の大きな金属ローラ全体を加熱しているので、消費電力も多くなっていた。
【０００７】
そこで、耐熱・耐久性に優れたセラミックの基板上に直接的に抵抗発熱体のパターンを形成して加熱体を構成し、これを発熱源とするとともに、耐熱性の薄いフィルムを介して用紙等の被加熱材に接触させることにより、被加熱材を均一に加熱するフィルム加熱方式の加熱装置の構成方式が提案され、特許文献１等に開示されている。
【０００８】
また、特許文献２等に開示されているような、フィルムをフィルムガイドにルーズに外嵌させ、加圧手段としての加圧ローラを駆動することでフィルムを加圧ローラに対して従動駆動させるテンションフリータイプ（加圧ローラ駆動タイプ）のフィルム加熱方式の加熱装置は、部品点数が少なくて済むためこの加熱装置を採用することが多い。
【０００９】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置によれば、加熱体基板やフィルム自体の熱容量が小さいので、所定温度までの温度立ち上げに要する時間を短縮できるとともに、消費電力も少なくすることができる。
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平４−４４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
近年、電子写真方式を利用した複写機やプリンターは単位時間あたりのプリント可能枚数が大幅に増え、その結果画像形成装置のスピードアップ化が図られている。
【００１１】
スピードアップ化された場合には、定着装置を記録材が通過する時間が速くなるために、現像剤を記録材上に今までと同様に定着させようとする場合にはスピードアップ化される前の構成以上の熱量、圧力を与える必要がある。
【００１２】
また記録材を挟持搬送するニップ部の幅を広げて定着させる領域を広げる必要もある。前記ニップ幅を広げるためには前記圧力を上げる、若しくは加圧ローラの耐熱性弾性層の硬度を低くする方法がある。
【００１３】
テンションフリータイプのフィルム加熱方式の定着装置（加熱装置）の場合、単純に圧力を上げるのみであると、ニップ幅は広がるが、加圧ローラ自体が圧力により撓んでしまうため、長手方向でニップ幅を均一に保つことが難しくなり、結果長手方向での定着ムラを生じてしまう。そのためニップ幅を長手方向でストレートに保つためには、加圧ローラの耐熱性弾性層の硬度を低くする方法が好ましくなる。しかしながら硬度を下げすぎるとフィルム自体を支える力が弱まるために、長手での若干の圧力などの差によってフィルムが長手方向にずれ、スライドして動くことにより、フィルムを両端部で支えているフランジ部にフィルム端部が押し付けられる。定着フィルムの長手方向の長さが長く、更には端部が加圧ローラの耐熱性弾性層端部より外側にあると、定着フィルム端部を支えることができなくなるために、フィルムの裂け、破れが発生してしまっていた。
【００１４】
また、加熱体中の抵抗発熱体は、前記ニップ内に収めることにより、ニップ部から発熱体が露出した場合、露出部における局所的な昇温による加熱体割れを防いでいたが、加圧ローラの耐熱性弾性層の長手方向の長さが短い場合には、その分加熱体の抵抗発熱体の長さも短くする必要があり、その場合長手端部での定着性を確保することが困難となり、その結果長手方向での定着ムラが発生してしまっていた。
【００１５】
そこで本発明の目的は、テンションフリータイプ（加圧ローラ駆動タイプ）のフィルム加熱方式の加熱装置について、上記問題のフィルムの裂け、破れを防止することである。
【００１６】
また他の目的は、フィルムの裂け、破れを防止し、更には長手方向での加熱ムラ（定着ムラ）を防止することである。
【００１７】
更に他の目的は、フィルムの裂け、破れを防止し、更には加圧ローラの摺動性を上げることである。
【００１８】
また更に他の目的は、本発明の加熱装置を加熱定着装置として備えることにより、高品質な画像を提供することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は下記の構成を特徴とする加熱装置及び画像形成装置である。
【００２０】
（１）加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の少なくとも一方の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の一方の端部と同位置、若しくは前記加圧ローラの弾性層の長手方向の一方の端部よりも内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【００２１】
（２）加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の長さをＬ１、前記加圧ローラの弾性層の長手方向の長さをＬ２とした場合、Ｌ１≦Ｌ２の関係が成り立ち、且つ前記フィルムの長手方向の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の端部と同位置若しくは長手方向で内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【００２２】
（３）抵抗発熱体を設けた加熱体と、この加熱体と摺動するフィルムと、芯金上に弾性層を有し、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップを形成し、回転駆動される加圧ローラと、を有し、前記ニップで被加熱部材を挟持搬送し、前記フィルムを介した前記加熱体からの熱により前記被加熱部材を加熱する加熱装置において、
前記加圧ローラの軸線方向を各構成部材の長手方向としたとき、前記フィルムの長手方向の長さをＬ１、前記加圧ローラの弾性層の長手方向の長さをＬ２、前記加熱体上の抵抗発熱体の長手方向の長さをＬ３とした場合、Ｌ１≦Ｌ３≦Ｌ２の関係が成り立ち、且つ前記抵抗発熱体の長手方向の端部は前記加圧ローラの弾性層の長手方向の端部と同位置若しくは長手方向で内側に存在することを特徴とする加熱装置。
【００２３】
（４）前記（１）〜（３）の何れかに記載の加熱装置において、加熱体と加圧ローラの弾性層が接触する加熱体表面の摩擦係数を加熱体のフィルムと接触する表面の摩擦係数よりも小さくすることを特徴とする加熱装置。
【００２４】
（５）記録材上に未定着画像を形成担持させる作像手段と、記録材上の未定着画像を定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、前記加熱定着手段として請求項１〜４の何れかに記載の加熱装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００２５】
上記（１）の構成によれば、フィルムの端部を加圧ローラ弾性層で押さえるために、端部でのフィルムの長手との垂直方向の広がりを抑えラッパ状の裂け、破れを防止することが可能となる。
【００２６】
上記（２）の構成によれば、フィルムの端部を加圧ローラ弾性層で押さえるために、端部でのフィルムの長手との垂直方向の広がりを抑えラッパ状の裂け、破れを防止することが可能となる。
【００２７】
上記（３）の構成によれば、フィルムの端部を加圧ローラ弾性層で押さえるために、端部でのフィルムの長手との垂直方向の広がりを抑えラッパ状の裂け、破れを防止することが可能となる。また、加熱体上の抵抗発熱体の長さをフィルムよりも長くすることにより被加熱部材端部の加熱装置の熱量を増やすことが可能となるため、長手方向での加熱ムラを防止することができ、加熱定着装置にあっては画像端部での定着不良を防止することも可能となる。
【００２８】
上記（４）の構成によれば、加圧ローラと加熱体が接触する部分の摩擦力が小さくなるので加圧ローラの回転トルクを減少でき、加熱装置全体の稼動負荷を低減することが可能となる。
【００２９】
上記（５）の構成によれば、定着フィルム破れを防止し、加熱定着装置自体の稼動負荷も低減でき、更には長手方向での定着ムラが無い高品質な画像を提供できる画像形成装置を提供することが可能となる。
【００３０】
以上の本発明によれば、テンションフリータイプ（加圧ローラ駆動タイプ）のフィルム加熱方式の加熱装置について、フィルムの裂け、破れを防止することができる。また、フィルムの裂け、破れを防止し、更には長手方向での加熱ムラ（加熱定着装置にあっては定着ムラ）を防止することができる。更には、フィルムの裂け、破れを防止し、かつ加圧ローラの回転トルクを減少でき、加熱装置全体の稼動負荷を低減することが可能となった。そして、定着フィルム破れを防止し、加熱定着装置自体の稼動負荷も低減でき、更には長手方向での定着ムラが無い高品質な画像を提供できる画像形成装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
【実施例１】
【００３２】
（１）画像形成装置例
図１は本発明の一実施例の画像形成装置としてのレーザービームプリンタの要部の概略図である。
【００３３】
１０１は像担持体として有機感光ドラムであり、矢印の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。回転駆動される有機感光ドラム１０１の周面は、電源Ｅ１から所定の帯電バイアスが印加された帯電ロ―ラ１０２によって所定の極性・電位に一様に帯電処理される。本例では所定の電位に負帯電処理される。
【００３４】
次いでその一様帯電面に対してレーザー露光装置１０３によって画像情報のレーザー走査露光Ｌがなされる。レーザー露光装置１０３は画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザー光を出力して有機感光ドラム１０１の一様帯電面を走査露光する。１０３ａは出力レーザー光を有機感光ドラム１０１の露光部に偏向するミラーである。このレーザー走査露光Ｌにより有機感光ドラム１０１の面に画像情報の走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
【００３５】
次いでその静電潜像は現像装置１０４によりトナー像として現像される。本例の現像装置１０４は、現像剤Ｔとして一成分磁性トナー、あるいはトナーと磁性キャリアの混合からなる二成分現像剤を用いた反転現像装置であり、トナーの帯電極性は負極である。現像剤Ｔは矢印の反時計方向に回転駆動される現像剤担持体としての現像スリーブ１０４ａの周面に磁気的に保持され、塗布量規制部材としてのブレード１０４ｂにより層厚が規制されて、現像スリーブ１０４ａの回転で有機感光ドラム１０１と現像スリーブ１０４ａの対向部である現像領域に搬送される。現像スリーブ１０４ａには電源Ｅ２より所定の現像バイアスが印加される。これにより、現像領域において現像スリーブ１０４ａ側の負帯電のトナーが有機感光ドラム１０１面側に静電潜像パターンに対応して選択的に移行付着して静電潜像がトナー像として反転現像される。
【００３６】
一方、給紙カセット１１０内に積載収納されている記録材Ｐが給紙ローラ１１１により１枚分離給紙され、それがシートパス１１２から有機感光ドラム１０１と転写ローラ１０６との当接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて給送され、転写ニップ部を挟持搬送されていく。また転写ローラ１０６には電源Ｅ３からトナーの帯電極性とは反対極性である正極の所定の転写バイアスが印加される。これにより転写ニップ部において記録材Ｐの面に有機感光ドラム１０１面側のトナー像が順次に転写されていく。
【００３７】
転写ニップ部を出た記録材は有機感光ドラム１０１面から分離されてシートパス１１３から加熱定着装置１０７に導入されトナー像の定着処理を受ける。加熱定着装置１０７を出た記録材はシートパス１１４を通って機外の排紙部１１５にプリントとして排紙される。
【００３８】
一方、記録材分離後の有機感光ドラム１０１面はクリーニング装置１０５のクリーニングブレード１０５ａにより転写残トナーや紙粉等の残留付着物の除去を受けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。
【００３９】
１１６はプリンタ本体１０００内の所定箇所１００１に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジである。本例のものは、有機感光ドラム１０１、帯電ロ―ラ１０２、現像装置１０４、クリーニング装置１０５の４つの作像プロセス機器を一括して着脱交換自在のプロセスカートリッジとして構成してある。
【００４０】
（２）加熱定着装置１０７
図２は加熱定着装置（加熱定着器）１０７の要部の横断面拡大模型図である。本例の加熱定着装置１０７は、円筒状のフィルムを用いた、テンションフリータイプ（加圧ローラ駆動タイプ）のフィルム加熱方式の加熱装置である。
【００４１】
１００は定着フィルムユニット、６は加圧ローラであり、両者１００・６の圧接により定着ニップ部Ｎを形成させてある。
【００４２】
定着フィルムユニット１００において、３は加熱体としてのセラミックヒータであり、図面に垂直方向を長手とする、横長、薄肉の低熱容量の部材である。１は横断面略半円弧状樋型の耐熱樹脂製の横長ステーであり、後述する円筒状のフィルムの内面ガイド部材となる。前記加熱体３はこの横長ステー１の下面中央部に該横長ステー１の長手に沿って形成具備させた加熱体嵌め込み溝に嵌め込んで、固定保持させてある。２は円筒状のフィルムであり、上記のように加熱体１を固定保持させた横長ステー１にルーズに外嵌させてある。７は該横長ステー１の内側に挿通した横断面下向きコ字型の金属製の横長加圧ステーであり、横長加圧ステー７の両端部はそれぞれフィルム２の両端部よりも外方に突出させてある。１０はフィルム２の端部を規制するフランジであり、フィルム２の両端部よりも外方に突出させた横長加圧ステー７の両端部にそれぞれ組付けて（図３）該フランジ１０の内向き面でフィルム２の端部を受け止めさせてフィルム２の横長ステー１の長手に沿う寄り移動を規制させている。
【００４３】
フィルム２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム２の膜厚は、総厚１００μｍ以下程度とし、耐熱性、離型性、強度、耐久性等のある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等をコーティングした被全層フィルムを使用できる。本実施例ではこの耐熱性のフィルム２としてポリイミドフィルム５０μｍ、ＰＴＦＥ１０μｍ、層厚６０μｍにコートしたものを使用した。フィルム２の内周面側には、摺動性を向上させるためにグリスが塗られている。
【００４４】
上記の横長ステー１、加熱体３、円筒状の定着フィルム２、横長加圧ステー７、フランジ１０の組み立て体が定着フィルムユニット１００である。
【００４５】
加圧ローラ６は、外径１３ｍｍのアルミ製の芯金６ｂと、この芯金６ｂ上にローラ状に被覆した、長さＬ＝２４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのシリコ−ン発泡体の耐熱性弾性層６ａによって構成される。そして図３のように芯金６ｂの両端部側を軸受け８を介して定着装置の不図示の側板間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。また、芯金６ｂの一端部側にはギヤＧを固着して配設し、これに駆動装置の駆動モータＭからの駆動力を伝達して弾性加圧ローラ６を回転駆動するようにされている。
【００４６】
そしてこの加圧ローラ６の上側に該弾性加圧ローラ６に並行させて前記の定着フィルムユニット１０１を加熱体３側を下向きにして配列し、図３のようにその両端側のフランジ１０の、該フランジに一体の加圧ブロック部１０ａをそれぞれ加圧バネ１０ｂで加圧ローラ６の弾性に抗して所定の力で下方に押圧状態にする。これにより、横長加圧ステー７、横長ステー１が弾性加圧ローラ４の弾性に抗して押し下げられて加熱体３と加圧ローラ６とがフィルム２を挟んで圧接して加圧ローラ６の弾性層６ａの弾性歪により所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。
【００４７】
フィルム２は加圧ローラ６の回転駆動により定着ニップ部Ｎにおいて摩擦力で回転トルクを受け、定着ニップ部Ｎにおいて内面が加熱体３の面に密着して摺動しながら所定の周速度でフィルム内面ガイド部材となる横長ステー１の外回りを従動回転状態になる。
【００４８】
そして、加熱体３に対する通電が開始され、また加圧ローラ６の回転駆動、およびこれに従動して円筒状フィルム２が回転し、加熱体３が所定の温度に立ち上がって温調状態になり、加圧ローラ６とフィルム２の回転が安定化した状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム２と加圧ローラ６との間に未定着トナー像Ｔを担持している記録材Ｐが入り口側ガイド部材１１に案内されて導入され、挟持搬送され、記録材Ｐの未定着トナー像担持面がフィルム２の外面に密着して記録材Ｐがフィルム２と一緒の重なり状態で定着ニップ部Ｎを通過していく。
【００４９】
この記録材Ｐの定着ニップ部通過過程で記録材Ｐは加熱体３の熱をフィルム２を介して受けて加熱され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ面に加熱加圧定着される。記録材Ｐは定着ニップ部Ｎの記録材出口部においてフィルム２の外面から曲率分離して出口側ガイド部材１２に案内されて排出搬送される。
【００５０】
図４は本例で用いた加熱体３の構造模型図である。この加熱体３は、
１）ヒータ基板（セラミック基板）としての、幅７ｍｍ×長さ２７０ｍｍ×厚み１ｍｍのアルミナ基板ａ、
２）このヒータ基板ａの表面側に基板長手に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍにスクリーン印刷等により塗工形成して具備させた、往復並行２本の抵抗発熱体ｂ、
３）この往復並行２本の抵抗発熱体ｂの一端部側を電気的に直列に導通させた導電性パターンｃ、
４）各抵抗発熱体ｂの他端部に電気的に導通させて具備させた給電用電極パターンｄ、
５）ヒータ基板ａの表面側において抵抗発熱体ｂと導電性パターンｃとを覆わせて設けた、薄層のガラスやフッ素樹脂等の絶縁保護摺動層ｅ、
等からなる。
【００５１】
また、ヒータ基板ａの裏面側には加熱体温度をモニタする温度検知素子としてのサーミスタ４を配設してある。
【００５２】
そして、この加熱体３を、横長ステー１の下面中央部に該部材の長手に沿って形成具備させた加熱体嵌め込み溝内に加熱体表面側を外側に露呈させて嵌め入れて固定保持させてある。
【００５３】
１３は加熱体３の給電用電極パターンｄ側に嵌着させた給電用コネクタである。加熱体３は、この給電用コネクタ１３、給電用電極パターンｄを介してＡＣ電源１４から抵抗発熱体ｂに給電がなされて抵抗発熱体ｂが全長にわたって発熱することで急峻に昇温する。その加熱体３の昇温がサーミスタ４で検知され、検知温度情報が制御回路１５に入力する。制御回路１５はその検知温度情報に基づいてＡＣ電源１４から抵抗発熱体ｂに通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体３の温度を所定の温度に温調制御する。
【００５４】
次に本実施例の加熱定着装置１０７における、フィルム２、加圧ローラ６の長手方向の関係を図３を用いて説明する。なお、ここで加圧ローラ６の軸線方向を装置の構成部材の長手方向とする。
【００５５】
本実施例においては、フィルム２の長手方向の長さはＬ１＝２２５ｍｍ、加圧ローラ６の弾性層であるシリコーンゴム発泡体部６ａの長手方向長さをＬ２＝２４０ｍｍとし、Ｌ１＜Ｌ２の関係としている。またフィルム２の端部ｆは加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの端部ｇよりも内側に存在するような構成になっている。
【００５６】
ところで、フィルム２には、定着ニップ部Ｎの長手方向での若干の圧力の差、加圧ローラ６の硬度の差が存在した場合にはフィルムガイド部材である横長ステー１の長手方向への寄り力が発生する。その場合、フィルム２が横長ステー１の長手方向に沿ってスライドして長手方向に動き、寄った方向の端部ｆがフランジ１０１の内面に押し付けられて受け止められ、フィルムの寄り移動が規制される。しかし、押し付け力が強すぎるとフィルム端部ｆに座屈を生じて、フィルム端部がラッパ状に開き、裂けることにより最終的にはフィルム破れに至る問題が発生する。
【００５７】
特に一定時間あたりのプリント枚数の多い、いわゆる中高速機では定着性能を確保するために、定着ニップ部Ｎの幅を大きくとり、定着できる領域を広くする工夫をしているが、このような構成の場合、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの硬度を低く抑えているためにフィルム自体を押さえつける力が働かなくなり、長手端部方向へフィルム２が寄り易くなる傾向がある。
【００５８】
しかしながら本実施例のように、フィルム２の長さＬ１と加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの長手方向の長さＬ２の関係を上記のように保つことにより、フィルム２が長手端部方向へ寄り移動する力が増えフランジ１０１への押し付け力が強くなった場合にもフィルム端部への加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａからの加圧方向への力が働くため、フィルム端部が長手方向と垂直方向にラッパ状に開き、裂け、フィルム破れに至ることは無くなるのである。
【００５９】
そこで、この構成の加熱定着装置１０７が備わった画像形成装置を用いて５００００枚の耐久試験を行い、フィルム２が画像形成装置本体寿命まで持つかどうかの確認を行った。
【００６０】
本実施例の画像形成装置本体は、プロセススピード１４０ｍｍ／ｓ、スループット２５ｐｐｍの画像形成装置本体を用いた。定着性能を確保するために定着ニップ部幅を確保する目的で加圧ローラ６のアスカーＣ硬度を低く抑えている。加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの硬度は長手方向で両端部から１０ｍｍ位置、周方向４点の計８点で硬度測定を行い、平均で４２°とかなり低くし、ニップ幅Ｎ＝９ｍｍとしている。シリコーンゴム発泡体６ａは１本の中で全く同じ硬度を保って製造することは非常に困難であり、同一加圧ローラ内でも１°〜２°ぐらいの硬度のばらつきが発生してしまうことが多い。本実施例においても左右硬度差がある加圧ローラであり、駆動側が４１．３°、反駆動側が４２．７°である。
【００６１】
比較例１としては図５のような、フィルム２の長手方向長さＬ１＝２２５ｍｍ、加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの長手方向長さＬ２＝２１８ｍｍの構成の定着装置を用いて同様の耐久試験を行った。上記のようにＬ１＞Ｌ２の関係となっており、加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの長手方向端部ｇがフィルム端部ｆの内側にある構成となっている。また加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの硬度は本実施例と同様にアスカーＣ硬度で４２°（駆動側が４１．６°、反駆動側が４２．４°）のものを用いた。
【００６２】
表１は画像形成装置本体の寿命耐久でのフィルムの状態を表している。
【００６３】
【表１】
2005107201.tif 000003
【００６４】
比較例１においては２７０００枚弱でフィルム破れが発生し、耐久を停止した。これはまず加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａのアスカーＣ硬度が低く、且つ微小な左右硬度差によりフィルム２が長手方向にスライドする力が働き、フィルム端部ｆはフランジ１０に押し付けられる力が働く。更にはフィルム２の長手方向長さＬ１が加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの長さＬ２より短いために（図５）、フィルム端部がフリーの状態になることにより加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａでフィルム端部を加圧方向に押さえる力が働かないために、フランジ１０に押し付けられたフィルム端部に座屈を生じてフィルム端部ｆがラッパ状に開き、フィルム裂き、破れが発生してしまうのである。
【００６５】
実施例１においてはフィルム破れが発生することなく５００００枚通紙ＯＫとなった。これは加圧ローラ６自体は比較例１と同じようにシリコーンゴム発泡体部６ａで左右硬度差があり、フィルム２も長手方向にスライドする力が働き、フィルム端部ｆはフランジ１０に押し付けられる力が働く。しかし加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの長さＬ２がフィルム２の長手方向長さＬ１より長く、且つフィルム端部ｆよりも外側にあるために（図３）、フィルム端部ｆを定着ニップ部Ｎにおいて長手方向と垂直方向にフィルム端部を押さえつける力が働き、フランジ１０に押し付けられたフィルム端部ｆがラッパ状になることなく裂き、破れ状態にはならないのである。
【００６６】
このようにして加圧ローラ６の耐熱性弾性層部６ａの長手方向の長さＬ２をフィルム２の長手方向長さＬ１よりも長くし、且つ加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇをフィルム２の端部ｆよりも外側にすることでフィルム破れの発生を完全に防止することが可能となり、画像形成装置本体の寿命まで高品質な画像を提供することが可能となるのである。
【００６７】
尚、本実施例において、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの長さＬ２を定着フィルム２の長手方向の長さＬ１よりも長くし、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇが定着フィルム２の端部ｆよりも外側に存在する構成としたが、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの少なくとも一方の端部ｇが定着フィルム２の端部ｆと同位置であっても同様の効果が得られる。また加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの少なくとも一方の端部ｇが定着フィルム２の端部ｆよりも内側に存在する構成であっても、定着フィルム２が他方側に寄る構成であれば同様の効果が得られる。更には加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの材質をシリコーンゴム発泡体としたが同様の効果が得られればこれに限定されることはない。更にはフィルム２の長さＬ１を２２５ｍｍ、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの長さＬ２を２４０ｍｍと限定したが同様の効果が得られれば当然これに限定されるものではない。
【実施例２】
【００６８】
本実施例においては、上述した実施例１の加熱体３上の抵抗発熱体ｂの長手方向の長さＬ３（図３）をフィルム２の長さＬ１よりも長くし、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの長さＬ２よりも短い構成としている。また、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇは、加熱体３中の抵抗発熱体ｂの端部ｈ、フィルム端部ｆよりも外側に存在する。
【００６９】
つまり、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係が成り立ち、且つ加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇが加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈよりも外側、加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈがフィルム端部ｆよりも外側の関係を持つ。
【００７０】
上記の関係構成以外の定着装置構成、画像形成装置構成は実施例１と同様であるから再度の説明は省略する。
【００７１】
上記の本実施例の装置構成により、フィルム端部ｆで発生するフィルム破れを防止することはもちろん、端部での画像の定着性もアップさせ、長手方向での定着ムラを防止できるのである。
【００７２】
そこで、この構成の加熱定着装置が備わった画像形成装置本体を用いて５００００枚の耐久試験を行い、フィルム２が本体寿命まで持つかどうか、更には定着性の実力確認を行った。
【００７３】
本実施例の画像形成装置本体は、プロセススピード１４０ｍｍ／ｓ、スループット２５ｐｐｍの画像形成装置本体を用いた。定着性能を確保するためにニップ幅を確保する目的で加圧ローラのアスカーＣ硬度を低く抑えている。加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの硬度は長手方向で両端部から１０ｍｍ位置、周方向４点の計８点で硬度測定を行い、平均で４１．５°とかなり低くし、ニップ幅Ｎ＝９ｍｍとしている。シリコーンゴム発泡体は１本の中で全く同じ硬度を保って製造することは非常に困難であり、同一加圧ローラ内でも１°〜２°ぐらいの硬度のばらつきが発生してしまうことが多い。本実施例においても左右硬度差がある加圧ローラであり、駆動側が４０．９°、反駆動側が４２．１°である。
【００７４】
定着装置の長手方向の関係は、フィルム２の長さＬ１＝２２５ｍｍ、加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの長さＬ２＝２４０ｍｍ、加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さをＬ３＝２３１ｍｍとし、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係が成り立っている。
【００７５】
また加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの端部ｇは加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈの外側にあり、加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈはフィルム２の端部ｆよりも外側にある。
【００７６】
比較例２としては図５のような、フィルム２の長手方向長さＬ１、加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａ部の長手方向長さＬ２、加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さをＬ３とした場合の構成の定着装置を用いて同様の耐久試験を行った。Ｌ１＝２２５ｍｍ、Ｌ２＝２１８ｍｍ、Ｌ３＝２１６ｍｍであり、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３の関係となっており、加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの長手方向端部ｇがフィルム端部ｆの内側にあり、加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈが加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体６ａの端部ｇの内側にある構成となっている。
【００７７】
抵抗発熱体ｂは加圧ローラ６と定着フィルムユニット１００とがなす定着ニップ部内に収めないと、収まらない部位において異常発熱し、加熱体割れを起こしてしまう恐れがある。
【００７８】
また加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの硬度は実施例と同様にアスカーＣ硬度で４２°（駆動側が４１．８°、反駆動側が４２．２°）のものを用いた。
【００７９】
定着性は１〜１００枚までのサンプルの平均値であり、ハーフトーンの定着擦り試験機で擦る前と擦った後の濃度低下率を表している。今回耐久では紙種としてＦｏｘＲｉｖｅｒＢｏｎｄ７５ｇ／ｍ２紙（レターサイズ）を用いた。
【００８０】
表２は画像形成装置本体の寿命耐久でのフィルムの状態と定着性を表している。
【００８１】
【表２】
2005107201.tif 000004
【００８２】
定着性濃度低下率は２０％を超えるとＮＧレベル、２０％以内であればＯＫレベルである。
【００８３】
比較例２においては２７０００枚強でフィルム破れが発生し、耐久を停止した。これはまず加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａのアスカーＣ硬度が低く、且つ微小な左右硬度差によりフィルム２が長手方向にスライドする力が働き、フィルム端部ｆはフランジ１０に押し付けられる力が働く。更にはフィルム２の長手方向長さＬ１が加圧ローラ６のシリコーンゴム発泡体部６ａの長さＬ２より短いために（図５）、フィルム端部ｆがフリーの状態になることにより加圧ローラ６のゴム部６ａでフィルム端部ｆを加圧方向に抑える力が働かないために、フランジ１０に押し付けられたフィルム端部に座屈を生じてフィルム端部ｆがラッパ状に開き、フィルム裂き、破れが発生してしまうのである。
【００８４】
定着性に関しては中央部の定着性は１２．１％でＯＫレベルであるが、端部の定着性がＮＧレベルである。これはまず比較例２の抵抗発熱体ｂの長さＬ３が加圧ローラ６のゴム部６ａの長さＬ２より短く、更にはレターサイズの横幅２１６ｍｍより２ｍｍ長いだけであるため端部から熱が逃げてしまうと画像端部での定着性が低下してしまうからである。
【００８５】
実施例１においてはフィルム破れは５００００枚ＯＫである。これは先ほども説明したが加圧ローラ６自体は比較例１と同じようにシリコーンゴム発泡体部６ａで左右硬度差があり、フィルム２も長手方向にスライドする力が働き、フィルム端部ｆはフランジ１０に押し付けられる力が働く。しかし加圧ローラ６のゴム部６ａの長さＬ２が長く、且つゴム部端部ｇがフィルム端部ｆよりも外側にあるために（図３）、フィルム端部ｆを定着ニップ部Ｎにおいて長手方向と垂直方向にフィルム端部ｆを押さえつける力が働き、フランジ１０に押し付けられたフィルム端部ｆがラッパ状になることなく裂き、破れ状態にはならないのである。
【００８６】
定着性に関しては中央部の定着性は１０．２％でＯＫレベル、端部の定着性もＯｋレベルであるが、端部の定着性が１９．５％と、ほとんどマージンがない状態である。これはまず実施例１（図３）の抵抗発熱体ｂの長さＬ３が比較例２（図５）と同様にレターサイズの横幅２１６ｍｍより２ｍｍ長いだけであり、加圧ローラ６のゴム部６ａの長さＬ２は比較例２よりも長くなるため熱の逃げは比較例２よりは少なくなり端部定着性としては比較例２よりは良くなる。ただし抵抗発熱体ｂの長さＬ３が短いため端部の定着性はやはり低下する傾向にある。
【００８７】
実施例２においてはフィルム破れが発生することなく５００００枚通紙ＯＫとなった。これは加圧ローラ６自体は比較例１と同じようにシリコーンゴム発泡体部で左右硬度差があり、フィルム２も長手方向にスライドする力が働き、フィルム端部ｆはフランジ１０１に押し付けられる力が働く。しかし加圧ローラ６のゴム部６ａの長さＬ２が長く、且つゴム部端部ｇがフィルム端部ｆよりも外側にあるためにフィルム端部ｆをニップ部Ｎにおいて長手方向と垂直方向にフィルム端部ｆを押さえつける力が働き、フランジ１０に押し付けられたフィルム端部ｆがラッパ状になることなく裂き、破れ状態にはならないのである。
【００８８】
定着性においては画像中央部、端部共にＯＫレベルである。これは加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さＬ３が十分に長く、画像幅２１６ｍｍよりも１５ｍｍ長くなっている関係で、端部から熱が逃げても画像端部では十分に定着可能な状態になっているからである。また、抵抗発熱体ｂは加圧ローラ６のゴム部６ａ内に存在するために局所的な異常発熱も無く、加熱体割れに至ることもないのである。
【００８９】
このようにして加圧ローラ６の耐熱性弾性層部６ａの長手方向の長さＬ２を加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さよりも長くし、加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さＬ３をフィルム２の長手方向長さＬ１よりも長くし、且つ加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇを加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈよりも外側にし、加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈをフィルム２の端部ｆよりも外側にすることでフィルム破れの発生を完全に防止することが可能となり、更には画像端部の定着性をアップさせ、長手方向の定着ムラを完全に無くすことができる。つまり画像形成装置本体の寿命まで高品質な画像を提供することが可能となるのである。
【００９０】
尚、本実施例においては、加熱体３の抵抗発熱体ｂの端部ｈが加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの端部ｇよりも内側に存在する構成としたが、抵抗発熱体ｂの端部ｈの位置と加圧ローラ６の耐熱性弾性層端部ｇの位置が同位置であっても同様の効果が得られる。また加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの材質をシリコーンゴム発泡体としたが同様の効果が得られればこれに限定されることはない。更にはフィルム２の長さＬ１を２２５ｍｍ、加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａの長さＬ２を２４０ｍｍ、加熱体３の抵抗発熱体ｂの長さＬ３を２３１ｍｍと限定したが同様の効果が得られれば当然これに限定されるものではない。
【実施例３】
【００９１】
本実施例の特徴とするところは実施例１および２において加熱体３と加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａとがフィルム２を介さずに直接接触する部分ｉ（図３、Ｎ１〜Ｎ２間）の加熱体表面の摩擦係数を、加熱体３と加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａとが直接接触しない部分（フィルム２が介在しているＬ１対応部分）ｊよりも小さくすることが特徴である。上記の構成以外の定着装置構成、画像形成装置構成は実施例１・２と同様であるから再度の説明は省略する。
【００９２】
本実施例においては、加熱体３の絶縁保護摺動層ｅの、加熱体３と加圧ローラ６の耐熱性弾性層６ａとが直接接触する部分ｉの摩擦係数を減らすための加工を施している。本実施例において加熱体３の絶縁保護摺動層ｅはガラス層であり、このガラス層ｅの上記部分ｉの摩擦係数を減らすための具体的な加工方法としてはガラス表面と加圧ローラ表層との接触面積が少ない方が摩擦力が減少するため、加熱体３のガラス表面を加圧ローラ６の回転方向と同方向に、細かい目のやすりで磨いた。上記部分ｉ以外のガラス層部分ｊはやすりで磨かない。やすりで磨いていないガラス層部分ｊの摩擦係数μ＝０．３に対して、やすりで磨いたガラス層部分ｊは摩擦係数μ＝０．２となる。
【００９３】
本構成の加熱体３を用いて加熱定着装置におけるトルクの測定を行った。比較例としては加熱体３のガラス層ｅの加圧ローラ６との直接接触表面部分ｊの上記のような加工を行わずにガラス層ｅの全体の摩擦係数μ＝０．３のままとしたものを用いた。
【００９４】
トルク測定方法は、加圧ローラ６自体にトルク測定装置を連結して加熱体３は１８０℃に温調しながら空回転測定し、加熱定着装置のみのトルク値を測定している。トルク値自体は空回転スタートから５分間回し続けたときの平均値である。
【００９５】
表３は上記条件で測定したときの本実施例３と比較例３のトルク測定値を表している。
【００９６】
【表３】
2005107201.tif 000005
【００９７】
実施例３と比較例３を比較すると、実施例３の方が明らかにトルク値が下がっていることがわかる。これは加熱体表面と加圧ローラが直接に接触する部分ｉの摩擦係数が下がっているために、加熱体３と加圧ローラ６との摩擦力が低下し、結果的にトルクが下がっているのである。
【００９８】
このようにして加熱体３と加圧ローラ６が接触する部分ｉの加熱体表面の摩擦係数を下げることで、加熱体３と加圧ローラ６の摩擦力を低減することが可能となり、加熱定着装置のトルクを低減させることが可能となる。更には画像形成装置全体としての稼動負荷を低減させることができ、コスト的に高価でハイパワーな駆動装置を用いる必要もなくなるのである。
【００９９】
尚、本実施例において摩擦係数を下げるために加熱体の表面をやすりで磨いたが、同様の効果が得られればこの方法に限定されない。
【０１００】
［その他］
１）本発明の加熱装置は実施例の加熱定着装置に限らず、画像を担持した記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【０１０１】
２）加熱体３としてのセラミックヒータの構成は実施例に示した構造のものに限られるものではないことは勿論である。また加熱体３はセラミックヒータに限られうものではなく、その他、例えば電磁誘導発熱部材、ニクロムヒータ等のタイプの加熱体を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施例の画像形成装置としてのレーザービームプリンタの要部の概略図である。
【図２】加熱定着装置の要部の横断面拡大模型図である。
【図３】加熱定着装置の長手方向の関係を表す図（実施例１〜３）である。
【図４】加熱定着装置に組み込んだ加熱体の構成説明図である。
【図５】比較例１〜３の加熱定着装置の長手方向の関係を表す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１・・ステー、２・・フィルム、３・・加熱体、ｂ・・抵抗発熱体、４・・サーミスタ、６・・加圧ローラ、６ａ・・加圧ローラの耐熱性弾性層、６ｂ・・加圧ローラの芯金、Ｔ・・トナー、Ｐ・・記録材、１０１・・感光体、１０２・・帯電ローラ、１０３・・レーザー露光装置、１０４・・現像装置、１０５ａ・・クリーニングブレード、１０６・・転写ローラ、１０７・・定着装置、１００・・定着フィルムユニット
【図１】
2005107201.tif 000006
【図２】
2005107201.tif 000007
【図３】
2005107201.tif 000008
【図４】
2005107201.tif 000009
【図５】
2005107201.tif 000010