JP2022064667A - 加熱定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端部ニップヒータ部の局所的な温度上昇で発生する長手温度ムラによる定着フィルムの破損を防止する。【解決手段】ハロゲンヒータの単位長さ当たりの発熱量よりも、端部ニップヒータの単位長さ当たりの発熱量を低くする。【選択図】図４

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録紙上に画像形成可能な電子写真方式の加熱定着装置、および画像形成装置に関する。

従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、無端状のベルト部材の内周面に固定部材を摺接させて、ベルト部材を介して固定部材を回転体に圧接させることでベルト部材と回転体との間にニップ部を形成する。このニップ部に記録媒体を搬送して記録媒体上にトナー像を定着させる定着装置が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、定着部材として加熱手段（ハロゲンランプ）を内設した定着フィルム（エンドレスベルト）を用い、加圧ローラを用いた定着装置が開示されている。詳しくは、固定部材としての加圧パッド（圧力パッド）が、スプリングでニップ部側に付勢されながら、定着フィルムの内周面に摺接するように固定されている。これにより、加圧ベルトを介して加圧パッドが加圧ローラに圧接してニップ部が形成される。そして、ニップ部に向けて搬送された記録媒体上のトナー像は、ニップ部にて熱と圧力とを受けて記録媒体上に定着される。

特許文献２には、特許文献１のような構成において、Ａ３サイズよりも大きいＡ３ノビサイズや１３インチサイズといった大サイズ用紙に対応するため、定着ニップの端部にヒータを設ける構成が提案されている。

特開２０１４－５９３３５号公報 特開２０１６－１４５９６１号公報

しかしながら、ハロゲンヒータと端部ニップヒータの単位長さ当たりの発熱量の違いから、端部ニップヒータ部の加熱領域部の定着フィルム温度が高くなる場合に、端部ニップヒータの加熱部と非加熱部の長手温度ムラが大きくなると、定着フィルム破損の虞がある。

本発明は、端部ニップヒータ部の局所的な温度上昇で発生する長手温度ムラによる定着フィルムの破損を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、無端状の定着部材と、前記定着部材の内周面側に固設されて、前記定着部材を介して加圧部材に圧接して記録紙が搬送されるニップ部を形成するニップ形成部材と、前記ニップ部を除く位置で前記定着部材の内周面に対向するように固設されて前記定着部材を加熱する加熱源と、前記ニップ形成部材に設けられ、前記定着部材の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源と、前記加熱源の発熱領域の温度を検知する温度検知部材と、を備える定着装置において、前記加熱源の単位長さ当たりの発熱量Ｈｍと、前記端部熱源の単位長さ当たりの発熱量Ｈｓが、Ｈｍ≧Ｈｓであることを特徴とする。

本発明によれば、端部ニップヒータの単位長さ当たりの発熱量を、ハロゲンヒータの単位長さ当たりの発熱量よりも低くすることで、長手温度ムラによる定着フィルム破損を防止することが可能となる。

本発明の定着装置を用いた画像形成装置を説明する図 本発明における定着装置の短手方向断面模式図 本発明における加熱源の配置を説明する図 本発明および比較例における長手温度分布を説明する図

以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例１］
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、記録紙Ｐの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録紙Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録紙Ｐを一旦受け止めて、記録紙Ｐが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録紙Ｐを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト３１上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録紙Ｐに転写される。その後、記録紙Ｐのトナー像は、記録紙が定着装置４０によって、加熱加圧されることで記録紙Ｐに定着される。

次に、本実施例で用いた定着装置４０について説明する。図２は、定着装置４０の概略構成図で示されるようなフィルム加熱方式の加熱装置（テンションレスタイプ）を用いている。

４３ａ、４３ｂは加熱体としてのとしてのハロゲンヒータ（以下、ヒータと記す）であり、その両端部が定着装置４０の側板に固定されている。そして、装置本体の電源部により出力制御されたヒータ４３ａ、４３ｂの輻射熱が反射板４２によって反射することで後述の定着フィルム４１に到達し、定着フィルム４１が加熱される。定着フィルム４１は、熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性の定着フィルムである。

本実施例における定着フィルム４１は、表層、弾性層、基層、内面コート層の４層複合構造を有した定着フィルムである。離型層は厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０～７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。例えばフッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

弾性層は、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム硬度１０度（ＪＩＳ－Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

基材金属層も弾性層と同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

内面コート層は、後述のニップ形成ユニット４６と接しているため耐熱性を持つ樹脂層やセラミックス、金属などを使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン／六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン／パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）などのエンジニアリングプラスティックや、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）などが挙げられる。

４４は加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。不図示の押付部材で押圧させることで、定着フィルム４１を介してニップ形成ユニットと加圧ローラ４４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｔを形成させてある。

加圧ローラ４４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動による加圧ローラ４４と定着フィルム４１との、定着ニップ部Ｔにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム４１に回転力が作用して定着フィルム４１がニップ形成ユニット４６の下向き面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転状態になる。

４６はニップ形成部材であり、加圧ローラに対向して、定着フィルム４１の内面に配置されたニップ形成部４７と、ニップ形成部材４７の両端部に設けられた端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂで構成されている。

端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂは図３に示すように、ヒータ４３の長手方向両端部に対応する位置に配置され、Ａ３より大きいサイズ（例えば、Ａ３ノビ、１３インチ）の両端部を加熱する。

４５ａ、４５ｂは非接触式温度計（サーモパイル）であり、ヒータ４３ａ、４３ｂによって加熱された定着フィルム４１の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。４５ａは定着フィルム４１の中央部に配置され、記録紙Pの通紙領域の温度を検出する。さらに４５bは定着フィルム４１の端部に配置され、記録紙Pの非通紙領域の温度を検出する。

加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状定着フィルム４１が従動回転状態になり、またヒータ４３ａ、４３ｂに通電がなされて定着フィルム４１が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｔの定着フィルム４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録紙Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎおいて記録紙Ｐのトナー像担持側面が定着フィルム４１の外面に密着して定着フィルム４１と一緒に定着ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程においてヒータ４３ａ、４３ｂで加熱された定着フィルム４１の熱により記録紙Ｐが加熱され、記録紙Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録紙Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｔを通過した記録紙Ｐは定着フィルム４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。

ここで、本実施例でのハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂ、および端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂ、の単位長さ当たりの発熱量を表１に示す。

例えば、ハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂの定格電力１１００Ｗで発熱体幅３００ｍｍの場合、単位長さ当たりの発熱量は３．７Ｗ／ｍｍとなる。一方、各端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂは定格電力５０Ｗで発熱体幅１５ｍｍの場合、３．３Ｗ／ｍｍとなる。このような定格電力のハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂ、および端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂを用いて単位長さ当たりの発熱量を供給電力制御して所定温度で温調制御した場合の定着フィルム４１の破損状況一覧を表２に示す。

また、図４には、表２に示す定着フィルム４１が破損しない条件であった実施例１－３と定着フィルム４１が破損してしまった条件の比較例１－３の長手温度分布の一例を示す。実線の実施例１－３では、ハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂの単位長さ当たりの発熱量（２．２Ｗ／ｍｍ）と、端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂの単位長さ当たりの発熱量（２．２Ｗ／ｍｍ）が同等で制御している。そのため、定着フィルム４１の表面温度が長手で均一であり長手温度ムラによる定着フィルム４１の破損が発生しなかった。

一方、破線の比較例１－３では、ハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂの単位長さ当たりの発熱量（１．５Ｗ／ｍｍ）よりも、端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂの単位長さ当たりの発熱量（２．２Ｗ／ｍｍ）が高い状態で制御されている。そのため、端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂの発熱領域での定着フィルム４１の表面温度（２６０℃）に対して、ハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂの発熱領域の定着フィルム４１の表面温度（１８０℃）よりも８０℃度程度高くなってしまった。そのため、長手温度ムラによる局所的な応力が定着フィルム４１に発生し破損に至ってしまった。

このように、ハロゲンヒータ４３ａ、４３ｂの単位長さ当たりの発熱量よりも、端部ニップヒータ４８ａ、４８ｂの単位長さ当たりの発熱量を低く制御することで、定着フィルム４１の破損を防止することが可能となった。

以上の実施例においては、定着装置４０が、エンドレスベルト備えた定着方式に対する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着装置の構成などによって一意的に決まるものではない。

４１ 定着フィルム
４３ ハロゲンヒータ
４４ 加圧ローラ
４５ａ、４５ｂ サーモパイル
４６ ニップ形成部材
４８ａ、４８ｂ 端部ニップヒータ

Claims (1)

1. 無端状の定着部材と、
   前記定着部材の内周面側に固設されて、前記定着部材を介して加圧部材に圧接して記録紙が搬送されるニップ部を形成するニップ形成部材と、
   前記ニップ部を除く位置で前記定着部材の内周面に対向するように固設されて前記定着部材を加熱する加熱源と、
   前記ニップ形成部材に設けられ、前記定着部材の長手方向における端部の内面を加熱する端部熱源と、
   前記加熱源の発熱領域の温度を検知する温度検知部材と、を備える定着装置において、
   前記加熱源の単位長さ当たりの発熱量Ｈｍと、前記端部熱源の単位長さ当たりの発熱量Ｈｓが、Ｈｍ≧Ｈｓであることを特徴とする定着装置。
   

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