JP2511825B2 - 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、複写機・レーザビームプリンタ・ファクシ
ミリ・マイクロフィルムリーダプリンタ・画像表示（デ
ィスプレイ）装置・記録機等の画像形成装置において、
電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画像形成プロ
セス手段により加熱溶融性の樹脂等より成る顕画材（ト
ナー）を用いて記録材（エレクトロファックスシート・
静電記録シート・転写材シート・印刷紙など）の面に直
接方式もしくは間接（転写）方式で形成担持させた目的
の画像情報に対応した未定着像（トナー画像）を記録材
面に永久固着画像として加熱定着処理する定着装置に関
する。

より具体的には、基板に通電により発熱する発熱体が
設けられたヒータと、該ヒータと摺動するフィルムとを
有し、フィルムを介した該ヒータからの熱により未定着
像を記録材上に定着する、フィルム加熱方式の定着装置
に関する。

（従来の技術） 上記のようなフィルム加熱方式の定着装置は、特開昭
59-68766号公報、同59-157678号公報等で知られてお
り、加熱ローラ方式の定着装置等との対比において、ク
イックスタート性がある、消費電力を低減できる、画像
形成装置の機内昇温を抑えることができる等の特長点が
ある。

（発明が解決しようとする問題点） このようなフィルム加熱方式の定着装置においては、
フィルムがヒータと摺動するとき、フィルムがヒータの
エッジで損傷するという問題がある。

本発明はこのフィルムの損傷問題を解決するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） フィルムを介したヒータからの熱により未定着像を記
録材上に定着する定着装置では、ヒータは熱効率を上げ
るため支持部材で断熱支持することが好ましい。

そこで本発明は、そのヒータを断熱支持する支持部材
に着目して、該支持部材にヒータの基板より記録材側に
突出した突出部を具備させ、この突出部でフィルムの移
動を案内させるようにしたものである。

（作用） これにより、ヒータを断熱支持する支持部材とは別に
部材を設けることなく、ヒータの基板（主にエッジ）に
よるフィルムの損傷を防止することができ、フィルムの
保護を簡易な構成で行なうことができる。

（実施例） （１）定着装置11 第１図は本実施例の定着装置11の模型図、第２図は加
熱ユニット部分の拡大模型図である。

第１図において、25はエンドレスベルト状の定着フィ
ルムであり、 左側の駆動ローラ26と、 右側の従動ローラ27と、 この両ローラ26・27間の下方に固定支持させて配設し
た加熱ユニット20と、 駆動ローラ26の下方に配設したガイドローラ26a との互いに並行な該４部材26・27・20・26a間に懸回
張設してある。

従動ローラ27はエンドレスベルト状の定着フィルム25
のテンションローラを兼ねさせてあり、該定着フィルム
25は駆動ローラ26の時計方向の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ィルム25の下行側フィルム部分を挟
ませて前記加熱ユニット20の下面のヒータ（加熱体）Ｈ
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。

回動駆動されるエンドレスベルト状の定着フィルム25
は繰返してトナー画像の加熱定着に供されるから、耐熱
性・離型性・耐久性に優れ、又一般的には100μｍ以
下、好ましくは40μｍ未満の薄肉のものを使用する。例
えばポリイミド・ポリエーテルイミド・PES・PFA（４フ
ッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体樹脂）などの耐熱樹脂の単層フィルム、或は複合
層フィルム例えば20μｍ厚フィルムの少なくとも画像当
接面側にPTFE（４フッ化エチレン樹脂）・PAF等のフッ
素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を10μｍ厚に
施こしたものなどである。

加熱ユニット20は本例のものは、定着フィルム横断方
向（定着フィルム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
部材24と、この支持部材24の下面側に下面長手に沿って
一体に取付け保持させたヒータＨを有してなる。

ヒータＨは、基板21と、この基板21の表面側に具備さ
せた、通電により発熱する発熱体22と、基板21の裏面側
に具備させた検温素子23等を有してなる。

該ヒータＨは発熱体22を具備させた表面側を露呈させ
てヒータ支持部材24の下面に支持させてある。

ヒータ支持部材24はヒータＨの全体の強度を確保し、
断熱支持するもので、例えばPPS（ポリフェニレンサル
ファイド）、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ックス
金属・ガラス等との複合材料などで構成できる。

ヒータ支持部材24は、第２図のように、ヒータＨの基
板21より記録材Ｐ側に突出した突出部ａ・ａを有し、定
着フィルム25の移動を案内する。

ヒータ基板21は一例として厚み1.0mm・巾10mm・長さ2
40mmのアルミナ基板である。

発熱体22は一例として基板21の下面の略中央部分に長
手に沿って例えばTa₂Nの等の電気抵抗材料を巾1.0mmに
塗工（スクリーン印刷等）して具備させた線状もしくは
帯状の低熱容量の通電発熱体である。

検温素子23は一例として基板21の裏面（発熱体22を設
けた側とは反対側の面）の略中央部分に長手に沿って塗
工（スクリーン印刷等）して具備させたPt膜等の低熱容
量の測温抵抗体である。

本例の場合は上記の線状もしくは帯状の発熱体22に対
してその長手両端部より通電して発熱体22を全長にわた
って発熱させる。

通電はDC100Vの周期20msecのパルス状波形で、検温素
子23によりコントロールされた所望の温度、エネルギ放
出量に応じたパルスをそのパルス巾を変化させて与える
通電制御回路構成にしてあり、パルス巾は略0.5〜5msec
の範囲で制御され、発熱体22はパルスが入力される都度
瞬時に200〜300℃前後まで昇温する。

又本例では定着装置11よりも転写材シート搬送方向上
流側の定着装置寄りにシートの先端・後端検知センサ
（不図示）を設けてあり、該センサのシート検知信号に
より発熱体22に対する通電期間をシートＰが定着装置11
を通電している必要期間だけに制御している。

定着フィルム25はエンドレスベルト状に限らず、第３
図例のように送り出し軸30にロール巻に巻回した有端の
定着フィルム25を加熱体20と加圧ローラ28との間、ガイ
ドローラ26aの下を経由させて巻取り軸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。

（２）定着実行動作 画像形成スタート信号により不図示の画像形成装置本
体が画像形成動作して作像部（転写部）８側から定着装
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の先端が定着装置寄りに配設した前
述のセンサ（不図示）により検知されると、定着フィル
ム25の回動（又は走行）が開始され、転写材シートＰは
ガイド29に案内されてヒータＨと加圧ローラ28との圧接
部Ｎ（定着ニップ部）の定着シート25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ィルム25
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
着フィルム24と一緒の重なり状態でヒータＨと加圧ロー
ラ28との定着ニップ部Ｎを挟圧力を受けつつ通過してい
く。

ｗはヒータＨの下面部に設けてある発熱体22の巾寸法
であり、発熱体22はヒータＨの下面と加圧ローラ28の上
面との相互圧接巾領域内、即ち定着ニップ部Ｎの巾領域
内に存在している。

シートＰのトナー画像担持面は定着フィルム面に押圧
密着状態で定着ニップ部Ｎを通過していく過程で発熱体
22の熱を定着フィルム24を介して受け、トナー画像が高
温溶融してシートＰ面に軟化接着化Tbする。

本例装置の場合は記録材たるシートＰと定着フィルム
24との分離はシートＰが定着ニップ部Ｎを通過して出た
時点で行なわせている。

この分離時点においてトナーTbの温度は未だトナーの
ガラス転移点より高温の状態にあり、従ってこの分離時
点でのシートＰと定着フィルム25との結合力（接着力）
は小さいのでシートＰは定着フィルム25面へのトナーオ
フセットをほとんど発生することなく、又分離不良で定
着フィルム25面にシートＰが接着したまま巻き付いてジ
ャムしてしまうことなく常にスムーズに分離していく。

そしてガラス転移点より高温の状態にあるトナーTbは
適度なゴム特性を有するので分離時のトナー画像面は定
着フィルム表面にならうことなく適度な凹凸表面性を有
したものとなり、この表面性が保たれて冷却固化するに
至るので定着済みのトナー画像面には適度の画像光沢が
発生せず高品位な画質となる。

定着フィルム25と分離されたシートＰはガイド35で案
内されて排紙ローラ対36へ至る間にガラス転移点より高
温のトナーTbの温度が自然降温（自然冷却）してガラス
転移点以下の温度になって固化Tcするに至り、画像定着
済みのシートＰがトレイ12上へ出力される。

本実施例においてはヒータＨの線状の発熱体22は通電
により瞬時にトナーの融点（ないし定着可能温度）に対
して充分な高温に昇温するので、ヒータＨの予備加熱が
不要であり、非定着時における加圧ローラ28への伝熱は
少ない。

又定着時においても定着フィルム・トナー画像・シー
トがヒータＨと加圧ローラ28との間の定着ニップ部Ｎに
介在し、かつ発熱時間が短いことによって急激な温度勾
配が生ずる為、加圧ローラ28は昇温しにくく実用上必要
とされる程度の連続的な画像形成を行なってもその温度
はトナーの融点以下に維持される。

かかる構成の本実施例装置にあっては、シートＰ上の
加熱溶融性のトナーより成るトナー画像は先ず、定着フ
ィルム25を介してヒータＨによって加熱溶融され、特
に、その表層部は完全に軟化溶融する。この際、加圧ロ
ーラ28によってヒータ・定着フィルム・トナー画像・シ
ートは良好に密着されており、効率的に熱伝達される。
これによりシートＰ自体の加熱は極力抑えてトナー画像
を効率的に加熱溶融させることができ、特に、通電発熱
時間を限定することにより、省エネルギー化を図ること
ができる。

ヒータＨは小型もので十分であり、そのため熱容量が
小さくなり、予めヒータＨを昇温させる必要がないの
で、非画像形成時の消費電力も小さくすることができ、
また機内昇温も防止できることになる。

（３）ヒータ支持部材24の機能 ヒータ支持部材24は、前記（第２図）したように、該
支持部材24のヒータ基板21より記録材側に突出した突出
部ａ・ａを定着フィルム25の搬送ガイド部材に兼用でき
る。

即ちヒータ基板21に比べ角部24aの面取り曲率や滑面
化が容易で、定着フィルム25の摺動搬送ガイド部材とし
たときの定着フィルムの摺擦摩耗を防止できる。

これにより、ヒータＨを断熱支持する支持部材24とは
別に部材を設けることなく、ヒータＨの基板21（主にエ
ッジ）によるフィルムの損傷を防止することができ、フ
ィルム25の保護を簡易な構成で行なうことができる。

また記録材としてのシートＰの加熱定着後の定着フィ
ルム25面からの分離角度θ（第２図）を任意（０＜θ＜
180°）に設定できる。本発明者等の実験で、薄紙（46g
/m²）で横スキ（進行方向直角目）で先端ベタ黒（トナ
ー像有り）において約θ＝30°以上の急速剥離でシート
Ｐの定着フィルム25への巻き付きを防止できた。即ち分
離爪が不要であった。更に従来のヒートローラではその
曲率によりシートＰに生じる上カールぐせも、加熱部
（定着ニップ部Ｎ）を平坦に構成することや定着フィル
ム25の分離角度θを大きくすることで防止できた。

ヒータＨはヒータ基板21・発熱体22・検温素子23を主
体とする部分についてはエネルギ効率的には熱容量が少
ない程良いが、この部分だけでは加熱部材としての加圧
ローラ28の加圧力に対して強度不足の場合もある。この
場合このヒータＨを強度部材としての支持部材24に一体
に取付けてヒータＨの全体強度を確保する。

支持部材24は強度部材以外に以下のような特徴を付与
できる。

．支持部材24をPPSやベークライト、セラミック等で
熱伝導の悪い材質で構成することで断熱体として作用さ
せ、定着フィルム側への熱効率を高めたり、加熱部以外
への熱拡散による昇温を防止できる。

．装置として定着ニップ部Ｎと発熱体との位置精度が
重要な場合もあり、精度良く、加圧部材中心とヒータＨ
中心を合せる必要がある。上述の熱容量の小さいヒータ
Ｈのときヒータ自体で位置基準・設置強度を出すのが難
しい場合もあり、このような場合には支持部材24に装置
の寸法基準（例えばピン等）を持たせることが可能であ
る。

（４）その他 ａ）ヒータＨについて、基板21はアルミナの他にも耐熱
ガラスや、PI・PPS等の耐熱樹脂などを用いることがで
きる。

発熱体22はAg/Pdの他にもニクロム・RuO₂・Ta₂N等の
抵抗体等を用いることができる。

検温素子23はPt膜等の測温抵抗体の他にも低熱容量の
ビードサーミスタなどを用いることができる。

定着フィルム25が摺動走行するヒータ下面は薄い耐熱
ガラス層などの摺動保護膜層を設けるのがよい。

発熱体22は基板21の裏面側（基板21の定着フィルム対
面側とは反対面側）に配設し、検温素子23を基板21の表
面側（基板21の定着フィルム対面側）に配設した形態に
してもよいし、発熱体22と検温素子23を共に基板21の下
面側に配設した形態にしてもよい。

発熱体22への通電もパルス通電ではなく通常通電制御
であってもよい。

ｂ）前述第３図例装置のように定着フィルム25として有
端のものを用いる場合、送出し軸側の定着フィルムが巻
取り軸側にほとんど全て巻取られて使用されたら新しい
ロール巻フィルムと交換する方式にすることもできる
（巻取り交換式）。

このような巻取り交換式の場合は定着フィルムの耐久
性に関係なく薄肉化が可能となり、低電力化することが
できる。例えば定着フィルムとしてPET（ポリエステ
ル）フィルムなどの安価な基材を用い、耐熱処理を施し
た例えば12.5μｍ程度又はそれ以下の薄肉のものを用い
ることができる。

或は定着フィルム面へのトナーオフセットは前述した
ように実質的に生じないので定着フィルムの使用に伴な
う熱変形や劣化が小さければ巻取り軸側へ巻取られた使
用済みのシートを適時に送出し軸側へ巻戻し制御して、
或は巻取り軸側と送出し軸側とを反転交換するなどして
複数回繰返して使用することもできる（巻戻し繰返し使
用式）。

巻戻し繰返し使用式では定着フィルムとしては例え
ば、耐熱性・機械的強度等に優れた基材として25μｍ厚
のポリイミド樹脂フィルムを用いてその面に離型性の高
いフッ素樹脂等よりなる離型層を設けた複合層フィルム
を用いることができ、巻戻し逆走行時は圧力解除機構を
自動制御させて加熱体と加圧ローラとの当圧接を解除状
態に保持させるのがよい。

巻戻し繰返し使用式やエンドレスベルト型のように複
数回使用する場合は、フィルム面クリーニング用にフェ
ルトパッドを設けると共に若干の離型剤、例えばシリコ
ンオイルを含浸させて該パッドをフィルム面に当接する
させるなどしてフィルム面のクリーニングと離型性の更
なる向上を行なうようにしてもよい。

定着フィルムが絶縁性のフッ素樹脂処理品の場合など
ではトナー画像を攪乱する静電気がフィルムに発生し易
いので、その対処のために接地した除電ブラシで除電処
置するのもよい。

接地せずにブラシにバイアス電圧を印加してトナー画
像を攪乱しない範囲でフィルムを帯電させても良い。さ
らにフッ素樹脂に導電性の粉体繊維、例えばカーボンブ
ラック等を添加して、上述の静電気による画像乱れを防
止するのも一策である。

また、加圧ローラの除帯電及び導電化に関しても同様
の手段により行なうことができる。また、帯電防止剤等
の塗布や、添加を行なっても良い。

定着フィルムはエンドレスベルト式、巻取り交換式、
巻戻し繰返し使用式の何れにしても定着装置11の所定部
所に着脱自在のカートリッジ構成にすることにより定着
フィルムの交換等を容易化することができる。

（５）画像形成装置例 第４図は前述した第１・２図例に定着装置11を組み込
んだ画像形成装置の一例の概略構成を示している。

本例の画像形成装置は原稿台往復動型・回転ドラム型
・転写式の電子写真複写装置である。

100は装置機筐、１は該機筐の上面板100a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、機筐上面板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
ットされる。

100bは機筐上面板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ット開口部である。原
稿載置台１上に載置セットした原稿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ット開口部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をスリット開口
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（スリット露光）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。

この静電潜像は現像器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
セットであり、該カセッ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面から順次に分離されて搬送装置
10によって前述した定着装置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）としてガイド35・排出ローラ36を通って機外
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。

本発明の定着装置は上述第４図に例示の転写式電子写
真装置に限らず、画像形成のプロセス・手段はエレクト
ロファックス紙・静電記録紙等に直接にトナー画像を形
成担持させる直接式や、磁気記録画像形成式、その他適
宜の画像形成プロセス・手段で記録材上に加熱溶融性ト
ナーによる画像を形成し、それを加熱定着する方式の複
写機・レーザビームプリンタ・ファクシミリ・マイクロ
フィルムリーダプリンタ・ディスプレイ装置・記録機等
の各種の画像形成装置における画像加熱定着装置として
有効に適用できるものである。

（発明の効果） 以上のように本発明のフィルム加熱方式の定着装置
は、ヒータを断熱支持するヒータ支持部材にヒータ基板
より記録材側に突出した突出部を具備させ、この突出部
でフィルムの移動を案内させるから、ヒータを断熱支持
する支持部材とは別に部材を設けることなく、ヒータの
基板（主にエッジ）によるフィルムの損傷を防止するこ
とができ、フィルムの保護を簡易な構成で行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の定着装置の概略構成模型図、第２図は
加熱ユニット部分の拡大模型図、第３図は他の構成の定
着装置の概略構成模型図、第４図は画像形成装置の一例
の概略構成図である。 11は定着装置の全体符号、20は加熱ユニット、Ｈはヒー
タ、25は定着フィルム、28は加圧ローラ、Ｐはシート、
Taは未定着トナー、Tbは加熱軟化・溶融トナー、Tcは固
化トナー、Ｎは定着ニップ部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−68766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−105178（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−94438（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157678（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に通電により発熱する発熱体が設けら
   れたヒータと、前記ヒータを断熱支持する支持部材と、
   前記ヒータと摺動するフィルムと、を有し、前記フィル
   ムを介した前記ヒータからの熱により未定着像を記録材
   上に定着する定着装置において、 前記支持部材は前記ヒータの基板より記録材側に突出し
   た突出部を有し、この突出部は前記フィルムの移動を案
   内することを特徴とする定着装置。