(57)【要約】【課題】フィルム加熱方式の定着装置において、従来よりも小さく且つ薄い保持部材を用いた場合でも、加圧ローラによる押圧力によって保持部材が変形しないようにする。【解決手段】保持部材１２の摺接面と反対側面に、板状の補強部材１４を長手方向に略垂直に取り付ける。ここで、保持部材１２と補強部材１４の線熱膨張係数の違いによる応力歪みを抑え、また保持部材１２から補強部材１４への伝熱を抑える観点から、保持部材１２の一部を切り起こして形成した支持片１２２ａ，１２２ｂによって、補強部材１４を支持するのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に構成された回転自在のフィルムと、フィルムの内部に設けられた輻射熱を放射する熱源と、フィルムの内周面と摺接する摺接面を有する保持部材と、前記保持部材の摺接面にフィルムを介して圧接する加圧部材とを備えた定着装置において、
前記保持部材の摺接面と反対側面に、板状の補強部材を長手方向に略垂直に取り付けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記保持部材の一部を切り起こして形成した支持片によって、前記補強部材を支持する請求項１記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタやファクシミリ、複写機などの画像形成装置に搭載される定着装置に関し、より詳細にはいわゆるフィルム加熱方式の定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プリンタやファクシミリ、複写機などの画像形成装置では、用紙上のトナー像を用紙に溶融定着させるために熱ローラ方式の定着装置がこれまで広く用いられていた。この熱ローラ方式の定着装置は、線状のハロゲンヒータを内包した加熱ローラと、弾性層を有する加圧ローラとを圧接し、両ローラのニップ部に用紙を通すことによって、用紙上のトナー像を加熱・加圧し用紙に定着させるものである。
【０００３】
この熱ローラ方式の定着装置は、低速から高速までの画像形成に対応できるものの、加熱ローラと加圧ローラの熱容量が大きいため、電源ＯＮ又は待機状態から所定温度まで加熱する時間（ウォーミングアップ時間）が長く、省エネルギーの観点から改善が求められていた。
【０００４】
そこで、シームレスフィルムを背面からヒータで加熱する、いわゆるフィルム加熱方式の定着装置が提案されている。このフィルム加熱方式の定着装置では、通常はヒータに通電する必要はなく、定着処理時にのみ通電すればよいので、熱ローラ方式に比べてウォーミングアップ時間が短く、省エネルギー化も図れる。
【特許文献１】特開２００４−６２０５３号公報
【特許文献２】特開２００４−９４１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィルム加熱方式の定着装置において、近年さらなる省エネルギー化が望まれている。このためには、加圧ローラとフィルムを介して圧接する保持部材を小さく且つ薄くすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、単に保持部材を小さく且つ薄くすると、加圧ローラによる押圧力によって保持部材が変形しフィルムが斜行したりシワが発生するおそれがある。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルム加熱方式の定着装置において、従来よりも小さく且つ薄い保持部材を用いた場合でも、加圧ローラによる押圧力によって保持部材が変形しないようにすることにある。
【０００８】
また本発明の目的は、定着装置の熱効率の向上を図り、省エネルギー化を図ると同時に、フィルムの斜行とシワの発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成する本発明の定着装置は、筒状に構成された回転自在のフィルムと、フィルムの内部に設けられた輻射熱を放射する熱源と、フィルムの内周面と摺接する摺接面を有する保持部材と、前記保持部材の摺接面にフィルムを介して圧接する加圧部材とを備え、前記保持部材の摺接面と反対側面に、板状の補強部材を長手方向に略垂直に取り付けたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、保持部材と補強部材の線熱膨張係数の違いによる応力歪みを抑え、また保持部材から補強部材への伝熱を抑える観点から、前記保持部材の一部を切り起こして形成した支持片によって、前記補強部材を支持するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着装置では、保持部材の摺接面と反対側面
に、板状の補強部材を長手方向に略垂直に取り付けたので、保持部材を小さく且つ薄くした場合であっても、加圧部材による押圧力によって変形することがない。これにより、フィルムの斜行及びシワの発生も防止される。
【００１２】
ここで、前記保持部材の一部を切り起こして形成した支持片によって、前記補強部材を支持するようにすると、保持部材と補強部材の線熱膨張係数の違いによる応力歪みが抑えられる。また、保持部材から補強部材への伝熱を抑えられ、熱効率の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る定着装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係る定着装置の一実施形態を示す概説図である。図１の定着装置は、筒状に構成され回転自在のフィルム１１と、フィルム１１内部の略中心に挿通された線状のハロゲンランプ（熱源）１３と、フィルム１１の内周面と摺接する断面略「Ｕ」字状の保持部材１２と、保持部材１２の内側面の略中央に長手方向に取り付けられた板状の補強部材１４と、フィルム１１を介して保持部材１２と圧接する加圧ローラ（加圧部材）２とを備える。加圧ローラ２は金属製の芯金２１の外周にシリコーンゴムなどの弾性層２２が形成され、さらにその外周に必要によりフッ素樹脂などの離型層（不図示）が形成されてなる。そして、一方端が軸３０によって回転自在に支持され、もう一方端がバネ３２によって時計回り方向に付勢された支持部材３１によって、芯金２１が保持部材１２の方向に付勢されている。これによって、加圧ローラ２は保持部材１２にフィルム１１を介して圧接し、ニップ部が形成される。
【００１５】
加圧ローラ２は不図示のモータによって反時計回りに回転し、これによってニップ部で圧接しているフィルム１１は時計回りに従動する。ガイド４によってニップ部に案内された用紙Ｐはニップ部において挟持・搬送されると同時に、加熱・加圧されて用紙Ｐ上にトナー像が溶融定着する。
【００１６】
保持部材１２は、断面略「Ｕ」字状の下面（摺接面）１２１（図３に図示）がフィルム１１の内周面と摺接し、加圧ローラ２と共にニップ部を形成する。ここで、加圧ローラ２から押圧力を受ける保持部材側の領域の略中央部に、板状の補強部材１４が長手方向に取り付けられている。この補強部材１４によって、加圧ローラ２の押圧力による保持部材１２の変形が効果的に防止される。例えば保持部材１２の厚みをこれまでの２ｍｍから０．１ｍｍ程度にまで薄くした場合であっても、厚さ２ｍｍ程度の補強部材１４を取り付けることによって、保持部材１２の変形を充分に防止できる。図２に、本発明者らが行った実験結果を示す。
【００１７】
図２は、縦軸をニップ圧とし、横軸を保持部材１２の長手方向位置として、保持部材１２の長手方向の各位置でのニップ圧をプロットしたものである。保持部材１２に補強部材１４を取り付けた場合、保持部材１２の長手方向の各位置におけるニップ圧は、おおよそ５０±１０ｇの範囲に収まっていた。これに対し、保持部材１２に補強部材１４を取り付けなかった場合、保持部材１２のニップ圧は長手方向両端部で約６０ｇ、中央部で約２０ｇと、長手方向中央部でニップ圧が低くなった。これは、加圧ローラ２の押圧力によって保持部材１２が湾曲し、中央部のニップ圧が低くなったことに起因する。
【００１８】
補強部材１４は保持部材１２と一体に成形してもよいし、別体として製造した後取り付けるようにしてもよい。製造容易性の観点からは後者が望ましい。補強部材１４を別体で製造し、保持部材１２に取り付ける場合、その取付方法としては溶接や接着など従来公知の方法を用いることができる。ただし、補強部材１４と保持部材１２の接触面のすべてを接合すると、接合強度は向上するものの保持部材１２から補強部材１４へ熱伝導が多くなり、保持部材１２と補強部材１４が一体化して熱容量が大きくなる。これは定着装置の熱効率の向上及び省エネルギー化の観点からは望ましくない。
【００１９】
そこで、保持部材１２と補強部材１４との接合面積を、保持部材１２の強度が大きく低下しない範囲で小さくするのが望ましい。例えば図３に示すように、保持部材１２の摺接面１２１を「コ」字状に切断した後、内側へ引き起こして支持片１２２ａ，１２２ｂを長手方向に交互となるように形成し、これらの支持片１２２ａ，１２２ｂの間に補強部材１４を嵌め入れればよい。これにより、保持部材１２と補強部材１４とはしっかりと接合されながら、両部材の接合部分には微視的な空気層が介在し、保持部材１２から補強部材１４への熱伝導が低く抑えられるようになる。この結果、補強部材１４を保持部材１２に取り付けたことによる熱容量の増加が小さく抑えられる。
【００２０】
図４に、保持部材１２の摺接面１２１を切り起こして支持片１２２ａ，１２２ｂを形成する他の例を示す。この図の保持部材１２では摺接面１２１に、「コ」字状の線状孔を対向するように形成した後、内側へそれぞれ引き起こして、対向する支持片１２２ａ，１２２ｂを形成している。支持片１２２ａ，１２２ｂの間隔はちょうど補強部材１４の厚みと略同一とされている。この支持片１２２ａ，１２２ｂの間に補強部材１４を嵌入することによって、補強部材１４を保持部材１２に取り付ける。このような取付方法によっても、前述と同様に、保持部材１２と補強部材１４とはしっかりと接合されながら、保持部材１２から補強部材１４への熱伝導が低く抑えられ、補強部材１４を保持部材１２に取り付けたことによる熱容量の増加が小さく抑えられる。
【００２１】
もちろん上記形態において取付け強度を大きくするため、接着剤による接着や溶接などの固着手段を併用しても構わない。
【００２２】
補強部材１４の厚さや長さについては特に限定はなく、加圧ローラ２からの押圧力などから適宜決定すればよい。補強部材１４の低熱容量化を考慮するならば、できるだけ薄く且つ短くするのがよい。また補強部材１４に複数の孔を設けて、補強部材１４のさらなる低熱容量化を図ってもよい。補強部材１４の材質としては、ステンレス鋼や鉄、アルミニウム、銅、マグネシウムなどの金属を例示できる。
【００２３】
また、ハロゲンランプ１３からの輻射光が当たる補強部材１４の表面は、白色や金属色などとして輻射光を反射するようにするのが望ましい。輻射光によって補強部材１４を加熱するよりも、補強部材１４で反射した輻射光によってフィルム１１を加熱する方が、熱効率が高くウォーミングアップ時間が短くなるからである。
【００２４】
本発明で使用する保持部材１２の材質としては、補強部材１４と同様に、ステンレス鋼や鉄、アルミニウム、銅、マグネシウムなどの金属を例示できる。低熱容量化と熱効率の点から保持部材１２に孔を形成してもよく、この場合は孔はプレス加工などによって形成される。また、保持部材１２はフィルム内周面と摺接するので、シリコーングリースなどの潤滑剤を保持部材１２の摺接面１２１に塗布しておくことが推奨される。潤滑剤を塗布することによってフィルム１１の回転トルクを低減でき、摩耗を抑えられる。
【００２５】
ハロゲンランプ１３からの輻射光が当たる保持部材１２の内側面は、白色や金属色などとして輻射光を反射するようにするのが望ましい。輻射光によって保持部材１２を加熱し、加熱した保持部材１２によってフィルム１１を加熱するというように、保持部材１２を介してフィルム１１を間接的に加熱するよりは、保持部材１２で反射した輻射光によってフィルム１１を直接加熱する方が、加熱効率が高く加熱速度が速いからである。
【００２６】
本発明で使用するフィルム１１としては、例えば図５に示すような基層１１ａと離型層１１ｂを備えた２層構造のものが挙げられる。このフィルム１１では基層側が保持部材１２と摺接し、離型層側が用紙Ｐと接触する。基層１１ａの材料としては耐熱性および耐摺接性に優れたものが望ましく、例えばポリイミドやポリアミドイミド、アラミドなどの耐熱性樹脂；ステンレス鋼やニッケル、アルミニウム、銅などの金属材料などが挙げられる。一方、離型層１１ｂの材料としては、ＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素系樹脂などが挙げられる。そして離型層１１ｂには赤外線吸収物質が分散混合されている。これによって輻射光（赤外光）を効率的に吸収することができる。赤外線吸収物質としては、カーボンブラックやグラファイト、酸化鉄などが挙げられる。この中でもカーボンブラックを分散混合すると、フィルム１１の表面抵抗が低くなってフィルム１１の摩擦帯電が抑えられ、用紙上のトナーがフィルム１１に付着することが防止できる。なお、基層１１ａと離型層１１ｂの間に、必要により弾性層を設けてももちろん構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る定着装置の一例を示す概説図である。
【図２】補強部材を有無による長手方向のニップ圧の変化を示す図である。
【図３】補強部材の保持部材への取付け例を示す斜視図である。
【図４】補強部材の保持部材への他の取付け例を示す斜視図である。
【図５】本発明で使用するフィルムの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２    加圧ローラ（加圧部材）
Ｐ    用紙
１１    フィルム
１１ａ    基層
１１ｂ    離型層
１２    保持部材
１３    ハロゲンランプ（熱源）
１４    補強部材
２１    芯金
２２    弾性層
３１    支持部材
３２    バネ
１２１    摺接面
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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