JPH0719100B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加熱体と摺動するフイルムを介してトナー像を
加熱定着する定着装置に関する。

〔従来技術〕

従来の画像形成装置に用いられているトナー像の定着装
置は所定の温度に維持された定着ロールと、弾性層を有
して該定着ロールに圧接する加圧ロールとによってトナ
ー像を支持する記録体を挟持搬送しつつ加熱する熱ロー
ルを定着方式が多用されている。

その他、フラツシユやオープンや米国特許明細書3,578,
797号記載のベルト定着方式等が知られている。

しかしながら、上記従来の加熱装置は何れも次ような問
題点があった。

熱ロール定着方式 所定温度に立ち上がるまでにかなり時間がかかり、そ
の間は画像形成作動禁止の時間となる。即ち所謂ウエイ
トタイムがある。

熱容量が必要な為大きな電力が必要である。

回転ローラでローラ温度が高温の為に耐熱性特殊軸受
けが必要。

ローラに直接手が触れる構成となり、危険があった
り、保護部材が必要。

ローラの定温度及び曲率により記録材がローラに巻き
付き記録材のジヤム（Jam）トラブルをみやすい。

フラツシユ，オープン定着方式 装置が大きくなる。

画像の鮮明さが低下したり、記録紙が定着器内で滞留
すると発火する危険がある。

このような問題に鑑み、出願人は先に、特開昭63−3131
82号で固定状態で使用される加熱体と、この加熱体と摺
動する耐熱フイルムを有する定着装置を提供した。

〔発明が解決する問題点〕

しかし、フイルムが加熱体と摺動する際、摺動音が発生
することがあった。

また、エンドレス状のフイルムを使用する場合長時間使
用しているとベルト駆動ロールや従動ロールの寸法精度
の微少なズレや熱膨張による径変化、あるいは発熱体と
フイルムとの摩擦力の変化により、フイルム円筒の軸方
向に徐々に移動していく現象（以後フイルム寄りとい
う）が発生する。

そして、このフイルムの寄りを制御しようとした時に、
フイルムの内周面と駆動ロールや発熱体等の内接物との
面密着性が高く摩擦抵抗が高い場合はフイルム寄り制御
が阻害されたり、フイルム寄り制御時にシワが発生する
ことがある。

〔問題点を解決する手段〕

上記問題点を解決する本発明は、固定状態で使用される
加熱体と、この加熱体と摺動するフイルムと、を有し、
フイルムを介してトナー像に加熱体からの熱を加えて定
着する定着装置において、上記フイルムの加熱体側の面
の少なくともフイルムの移動方向と直交する方向の表面
粗さが0.5μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とする
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第５図は本発明の定着装置を適用した電子写真方式の複
写装置の断面図である。

第５図において、100は装置機筺、１は該機筺の上面板1
00a上に配設したガラス板等の透明板部材よりなる往復
動型の原稿載置台であり、機筺上面板100a上を図面上右
方ａ、左方ａ′に夫々所定の速度で往復移動駆動され
る。

Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下向きにして原
稿載置台１の上面に所定の載置基準に従って載置し、そ
の上に原稿圧着板1aをかぶせて押え込むことによりセツ
トされる。

100bは機筺上面板100a面に原稿載置台１の往復移動方向
とは直角の方向（紙面に垂直の方向）を長手として開口
された原稿照明部としてのスリツト開口部である。原稿
載置台１上に載置セツトした原稿Ｇの下向き画像面は原
稿載置台１の右方ａへの往動移動過程で右辺側から左辺
側にかけて順次にスリツト開口部100bの位置を通過して
いき、その通過過程でランプ７の光Ｌをスリツト開口部
100b、透明な原稿載置台１を通して受けて照明走査され
る。その照明走査光の原稿面反射光が短焦点小径結像素
子アレイ２によって感光ドラム３面に結像露光される。

感光ドラム３は例えば酸化亜鉛感光層・有機半導体感光
層等の感光層が被覆処理され、中心支軸3aを中心に所定
の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動され、その回転
過程で帯電器４により正極性又は負極性の一様な帯電処
理を受け、その一様帯電面に前記の原稿画像の結像露光
（スリツト露光）を受けることにより感光ドラム３面に
は結像露光した原稿画像に対応した静電潜像が順次に形
成されていく。

この静電潜像は現稿器５により加熱で軟化溶融する樹脂
等より成るトナーにて順次に顕像化され、該顕像たるト
ナー画像が転写部としての転写放電器８の配設部位へ移
行していく。

Ｓは記録材としての転写材シートＰを積載収納したカセ
ツトであり、該カセツト内のシートが給送ローラ６の回
転により１枚宛繰出し給送され、次いでレジストローラ
９により、ドラム３上のトナー画像形成部の先端が転写
放電器８の部位に到達したとき転写材シートＰの先端も
転写放電器８と感光ドラム３との間位置に丁度到達して
両者一致するようにタイミングどりされて同期給送され
る。そしてその給送シートの面に対して転写放電器８に
より感光ドラム３側のトナー画像が順次に転写されてい
く。

転写部でトナー画像転写を受けたシートは不図示の分離
手段で感光ドラム３面から順次分離されて搬送ガイド10
によって後述する定着装置11に導かれて担持している未
定着トナー画像の加熱定着処理を受け、画像形成物（コ
ピー）として機外の排紙トレイ12上に排出される。

一方、トナー画像転写後の感光ドラム３の面はクリーニ
ング装置13により転写残りトナー等の付着汚染物の除去
を受けて繰り返して画像形成に使用される。

次に本発明の実施例の定着装置について詳述する。

第４図は定着装置の断面図である。

24はエンドレスベルト状の定着フイルムであり、左側の
駆動ローラ25と、右側の従動ローラ26と、駆動ローラ25
と従動ローラ26間の下方に配置した加熱体としての低熱
容量線状加熱体20の互いに並行な該４部材25・26・27・
20間に懸回張設してある。この定着フイルム24について
は、後で詳述する。

従動ローラ26はエンドレスベルト状の定着フイルム24の
テンシヨンローラを兼ねさせており、該定着フイルム24
は駆動ローラ25の時計方向回転駆動に伴ない時計方向に
所定の周速度、即ち画像形成部８側から搬送されてくる
未定着トナー画像Taを上面に担持した転写材シートＰの
搬送速度と同じ周速度をもってシワや蛇行、速度遅れな
く回動駆動される。

28は加圧部材としての、シリコンゴム等の離型性の良い
ゴム弾性層を有する加圧ローラであり、前記のエンドレ
スベルト状定着フイルム24の下行側フイルム部分を挟ま
せて前記加熱体20の下面に対して不図示の付勢手段によ
り例えば総圧４〜7kgの当圧接をもって対向圧接させて
あり、転写材シートＰの搬送方向に順方向の反時計方向
に回転する。

加熱体としての低熱容量線状加熱体20は本例のものは、
定着フイルム横断方向（定着フイルム25の走行方向に直
角な方向）を長手とする横長の剛性・高耐熱性・断熱性
を有するヒータ支持体27と、この支持体の下面側に下面
長手に沿って一体に取付け保持させた、発熱体22・検温
素子23等を具備させたヒータ基板21を有してなる。

ヒータ支持体27は加熱体20を定着装置11及び複写装置全
体に対し断熱支持するもので、例えばPPS（ポリフエニ
レンサルフアイド）、PAI（ポリアミドイミド）、PI
（ポリイミド）、PEEK（ポリエーテルエーテルケト
ン）、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂
とセラミツクス，金属，ガラス等との複合材料などで構
成できる。

ヒータ基板21は一例として厚み1.0mm、巾10mm、長さ240
mmのアルミナ基板である。発熱体22は例えば基板21の下
面の略中央部に長手に沿って、例えばAg/Pd（銀パラジ
ウム）等の電気抵抗材料を厚み約10μｍ、巾１〜3mmに
スクリーン印刷等により塗工、その上に表面保護層とし
て耐熱ガラス21aを約10μｍコートする。検温素子23は
一例として基板21の上面（発熱体22を設けた面とは反対
側の面）の略中央部に、スクリーン印刷等により、塗工
して具備させたPt膜等の低熱容量の測温抵抗体である。
検温素子としては、他に低熱容量のサーミスタ等基板21
に当接配置する構成にしてもよい。

本例の場合は、線状又は帯状をなす発熱体22に対し、そ
の長手方向両端部より通電し、発熱体22を略全長にわた
って発熱させる。通電はAC100Vであり、検温素子23の検
知温度に応じてトライアツクを含む不図示の通電制御回
路により通電する位相角を制御することにより、通電電
力を制御している。

定着フイルム24はエンドレスベルト状に限らず、第６図
例のように送り出し軸30にロール巻き巻回した有端の定
着フイルム24を加熱体20と加圧ローラ28との間、巻取り
軸31に係止させて、送り出し軸30側から巻取り軸31側へ
転写材シートＰの搬送速度と同一速度をもって走行させ
る構成であってもよい。

次に本実施例の定着動作について説明する。

画像形成スタート信号により装置が画像形成動作して転
写部８から定着装置11へ搬送された、未定着のトナー画
像Taを上面に担持した転写材シートＰはガイド29に案内
されて加熱体20と加圧ローラ28との圧接部Ｎの定着フイ
ルム24と加圧ローラ28との間に進入して、未定着トナー
画像面がシートＰの搬送速度と同一速度で同方向に面移
動状態の定着フイルム24の下面に密着して面ズレやしわ
寄りを生じることなく定着フイルム24と一緒の重なり状
態で加熱体20と加圧ローラ28との相互圧接部Ｎ間を挾圧
力を受けつつ通過していく。

加熱体20は画像形成スタート信号により所定のタイミン
グで通電加熱されるので、トナー画像Taは圧接部Ｎにお
いて加熱を受けて軟化・溶融像Tbとなる。

定着フイルム24は、支持体27の曲率の大きい（曲率半径
が約2mm）エツジ部Ｓにおいて、急角度（屈曲角度θが
約45°）で走行方向が転向する。従って、定着フイルム
24と重なった状態で圧接部Ｎを通過して搬送されたシー
トＰは、エツジ部Ｓにおいて定着フイルム24から曲率分
離し、排紙トレイ12へ排紙されていく。排紙される時ま
でには、トナーは十分冷却固化し、シートＰに完全に定
着した状態（トナー画像Tc）となっている。

本実施例で用いたトナーは加熱溶融時の粘度が十分高い
ので、定着フイルム24と分離する際のトナー温度がトナ
ーの融点以上であっても、トナー同士の固着力が定着フ
イルムに対するトナーの粘着力より極めて大きい。従っ
て定着フイルム24とシートＰの離反に際し、定着フイル
ム24に対するトナーオフセツトは実質的に発生すること
はない。

また、本実施例において加熱体20のうち発熱体22及び基
板21の熱容量が小さく、かつこれらが支持体27により断
熱支持されているので、圧接部Ｎにおける加熱体20の表
面温度は短時間にトナーの融点（又はシートＰへの定着
可能温度）に対して十分な高温に昇温するので、加熱体
をあらかじめ昇温させておく（いわゆるスタンバイ温
調）必要がなく、省エネルギーが実現でき、しかも機内
昇温も防止できる。

第７図は本発明の装置に用いる定着装置の他の実施例を
示す図である。

32は加熱体としての加熱ローラであり、ヒータ33を内蔵
し、検温素子41によって検出された加熱ローラ表面温度
に応じてヒータ33を適宜発熱させることにより、加熱ロ
ーラ32の表面を所定の温度に維持できる。

34は加熱ローラ32よりもシートＰの搬送方向下流側に配
置した小径の分離上ローラである。25は定着フイルムを
回転走行させる駆動ローラであり、26は定着フイルムに
常に適度のテンシヨンを付勢する従動ローラである。な
お、駆動ローラ25と加熱ローラ32は共に、シートＰの搬
送速度と同一速度で時計方向に回動駆動される。

定着フイルム34は、互いに平行な該４部材32,34,25,26
間に懸回張設してある。

36は加熱ローラ32の下側に対向して配設された加圧ロー
ラ、35は分離上ローラ34の下側に対向して配設した分離
下ローラ、37は加圧ローラ36と分離下ローラ35の間に懸
回張設した、エンドレスベルト状の搬送ベルト（バツク
アツプベルト）である。加圧ローラ36は表層をシリコン
ゴム等の弾性体で形成したローラである。この加圧ロー
ラ36と加熱ローラ32の間に、前記のエンドレスベルト状
定着フイルム24の下行側フイルム部分を挟ませて、不図
示の付勢手段により例えば総圧４〜7kgの当接圧を得て
いる。加熱ローラ32の回転駆動により加圧ローラ36が従
動回転して、搬送ベルト37も、シートＰを定着フイルム
34に圧接しつつ、シートＰの搬送速度と同一速度で反時
計方向に回動する。

画像形成スタート信号により装置が画像形成動作して転
写部８から定着装置11へ搬送された、未定着のトナー画
像Taを上面に担持した転写材シートＰは、加熱ローラ32
が回転駆動され、従って定着フイルム24及び搬送ベルト
37が回動している状態において、ガイド29に案内されて
加熱ローラ32と加圧ローラ36との圧接部Ｎの定着フイル
ム24と搬送ベルト37との間に進入して、未定着トナー画
像面がシートＰの搬送速度と同一速度で同方向に回動状
態の定着フイルム24の下面に密着して、面ズレやしわ寄
りを生じることなく定着フイルム24と一緒の重なり状態
で加熱ローラ32と加圧ローラ36との相互圧接部Ｎ間を挾
圧力を受けつつ通過してゆく。

相互圧接部Ｎを通過する過程において、シートＰ上のト
ナー画像Taは加熱を受けて軟化・溶融像Tbとなる。

加熱ローラ32と加圧ローラ36との相互圧接部Ｎを通過し
たシート部分は、分離上ローラ34の位置へ到達するまで
の間は、加熱ローラ32と分離上ローラ34の間で展張して
走行している定着フイルム部分に引き続き密着したまま
搬送されていく。搬送ベルト37はシートＰの裏面を支え
て、シートＰと定着フイルム24との密着を維持する作用
をはたす。この搬送過程において、軟化・溶融トナー像
Tbの熱が放熱されて、冷却・固化トナー像Tcとなる。こ
の放熱・冷却過程におけるトナー放熱は、本例の場合は
自然放熱冷却であるが、放熱フインか送風手段等の配設
により、強制的に放熱冷却してもよい。

そして分離上ローラ34の位置まで搬送されると、定着フ
イルム24は曲率の大きい分離上ローラ34の面に沿ってシ
ートＰ面から離れる方向に走行方向が転向され、定着フ
イルム24とシートＰとが互いに分離して、シートＰは排
紙トレイ12へ搬送されていく。この分離時点までにはト
ナーは十分に冷却固化して、シートＰに対するトナーの
粘着・固着力が十分に大きく、定着フイルム24に対する
それは極めて小さい状態となっているので、定着フイル
ム24とシートＰの分離は、定着フイルム24に対するトナ
ーオフセツトを実質的に発生することなく、容易に順次
になされる。

本実施例においては、加熱体である加熱ローラの温度
を、従来の加熱ローラ定着方式では高温オフセツトを生
ずる温度より高く設定することが可能となり、定着性が
向上する。また、加熱体の許容温度範囲が高温側に広
く、温度制御の簡略化が可能となる。

また、多色特に３色以上のトナー画像を定着処理する際
に、高温で十分溶融できるため、混色が容易である。ま
た、いったんトナーを溶融し、定着フイルムに密着した
状態で冷却固化せしめた後に定着フイルムから剥離する
ので、トナー像の表面性を定着フイルムの表面性になら
わせることが可能となる。従って、例えば定着フイルム
の表面を平滑にすれば、トナー像Tcの表面に銀塩写真の
ような光沢を与えることが可能となる。

また、定着フイルム24を前記のように薄肉化することに
より、定着フイルムの蓄熱を防止し、トナー像の冷却工
程を効率化している。また、定着フイルムとして樹脂製
の薄肉フイルムを用いた場合、トナー像への密着性が良
くなり、熱伝達効率が向上した。

なお、加熱体32は加熱ローラに限らず、第８図に示すよ
うに、第１実施例で示した固定加熱体20を用いてもよ
い。その場合上記の効果に加え、発熱体22を基板21の熱
容量が小さく、しかも断熱されているので、昇温速度が
速く、スタンバイ温調を必要としないという利点があ
る。また、分離上ローラ34のかわりに、さらに大きな曲
率の端面を有する分離ステイ38を配置することにより、
定着フイルム24からシートＰをさらに確定に分離可能と
なる。

第９図は、本発明の装置に用いる定着装置の他の実施例
を示す図である。

第４図に示した、第１実施例の加熱体20のかわりに耐熱
ガラス等の透光部材を配し、該部材を介して、エンドレ
ス定着フイルム24の内部に配置したハロゲンランプ等の
輻射源40によりトナー像を加熱する。

本実施例によれば、輻射による加熱であるので、トナー
を瞬時に昇温・加熱・溶融可能である。従ってシートＰ
が圧接部Ｎにある時のみ加熱すればよいので省電力が可
能であり、また、機内昇温も少ない。

以上説明した加熱装置のうちエンドレスフイルムを使用
した装置（第４図，第７図，第８図，第９図）では長期
の使用に際してのフイルムの寄りを防止する為にエンド
レスフイルムの前奥のテンシヨンを変化させたり、いず
れかのロールの前奥の高さ位置を変える等の不図示のフ
イルム寄り制御装置を備えている。

次に本発明に用いられる定着フイルムを第１図〜第３図
に示す。これらの図において24a,24cはフイルムの断面
図である。

（実施例１） 第１図は第１の実施例であり、101はポリイミドフイル
ムで厚みは30μｍ、102はプライマー層、103はPTFEから
なる離型層である。上記フイルムの離型層側に鋼板を当
接させ、ポリイミドの側からサンドブラストをかけてRz
2μｍの表面粗さを得た。

（実施例２） 第２図はポリイミドエンドレスフイルムであり、フイル
ムの移動方向に沿って５μの凹凸を設けることで移動方
向と直交する方向で粗したポリイミドエンドレスフイル
ムは円柱状金型にポリイミド前駆体を塗布した後加熱し
て乾燥イミド化反応させて得られる。本実施例は上記内
型表面にあらかじめ周方向に微細な研磨痕あるいは切削
痕を残しておき、この上にポリイミド前駆体を塗布反応
させることによって得たものである。上記内型表面をサ
ンドブラスト処理した場合は前記（実施例１）記載の形
状のフイルムを得ることもできる。

（実施例３） 第３図はポリイミドフイルム中にフイラーを混入したも
のである。ポリイミドフイルム表面は表層近傍のフイラ
ーの影響を受けて凸凹が生じる。本実施例では球形シリ
カ粒子を１％ポリイミド中に分散させることによりポリ
イミド表面に２μｍの凸凹を得た。この場合、離型層側
にも同様な凸凹が生じる為に離型層の接着性も向上し
た。

尚、この表面粗さRzはJISB0651の測定器を用いJIS0601
に準じて測定した十点平均粗さである。

以上の実施例で得られたポリイミドフイルムの表面を粗
した方を発熱体側にして、第４図に示される加熱装置に
装着して稼動させたところ寄り制御発熱体との摺擦音共
に良好な結果が得られた。

第４図において発熱体表面のガラス層21aは表面粗さは
0.5μであり、当接するフイルムの表面粗さが0.5μ以下
の場合はヒーターとフイルムの張り付き現象が発生し、
摩擦力が大きくなるので駆動時にビビリ音が生じる。
又、駆動ロール25及びテンシヨンロール26との摩擦力も
大きくなり過ぎてフイルム寄り制御時にフイルムにシワ
が生じる場合がある。フイルムの表面粗さが７μ以上に
なると発熱体とのエアーギヤツプが大きくなり、熱伝導
が阻害されるので表面粗さは0.5μｍ〜７μｍ、望まし
くは１μ〜５μである。

定着フイルムは総厚100μｍ以下、好ましくは50μｍ以
下で駆動安定性から10μｍ以上が望ましい。材料は耐熱
性があれば上記ポリイミド樹脂に限定されることはな
く、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテ
ルサルホン（PES）、ポリエーテルイミド（PEI）等の耐
熱樹脂を使用してもよい。離型コート樹脂もPTFE,PFA,F
EP等のフッ素樹脂やシリコン樹脂等の耐熱離型樹脂を使
用することが可能である。

本特許の特徴とするところのポリイミドフイルムの表面
の粗し方も上記実施例に限定されるものではなく、切
削、研摩、エツチング等の手段によっても可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば摺動音を発生するこ
となく、且つ、熱効率を劣化させることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いられる定着フイルムの断
面図、 第２図は本発明の実施例に用いられるエンドレスフイル
ムの斜視図、 第３図は本発明の実施例に用いられるフイルムの断面
図、 第４図，第６図乃至第９図は夫々本発明の実施例の定着
装置の断面図、 第５図は本発明の実施例の定着装置を適用した複写装置
の断面図である。 24…定着フイルム 28…加圧ローラ 101…耐熱層 103…離型層 104…フイラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 裕行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 丸田 秀和 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−56662（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−313182（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−237483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−143371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−109083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110179（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−68766（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187582（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25474（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144084（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−13862（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−120267（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−110644（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−136238（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定状態で使用される加熱体と、この加熱
   体と摺動するフイルムと、を有し、フイルムを介してト
   ナー像に加熱体からの熱を加えて定着する定着装置にお
   いて、 上記フイルムの加熱体側の面の少なくともフイルムの移
   動方向と直交する方向の表面粗さが0.5μｍ以上７μｍ
   以下であることを特徴とする定着装置。