JP6289188B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザビームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等のプリンタ、デジタル複写機等の電子写真方式、静電記録方式を用いた画像形成装置が備える定着装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置が備える定着装置として、フィルムを用いたものがある。その定着装置は、フィルムと、フィルムに接触してフィルムを加熱するヒータと、フィルムと接触して記録材を搬送するためのニップ部を形成するバックアップ部材と、を備えるものが一般的である。この定着装置は、熱容量が小さいフィルムを用いているのでウォームアップ時間が短く、ＦＰＯＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｐｒｉｎｔ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ）の短縮に貢献できるというメリットがある。

一方で、フィルムを用いた定着装置は、最大サイズより幅の狭い記録材（以下、小サイズ記録材と記載）を通紙した時に非通紙部の温度上昇が大きくなる、いわゆる非通紙部昇温が発生しやすいことが知られている。この非通紙部昇温を抑制する方法としてとして特許文献１には加熱用ヒータに金属板を当接させる構成が開示されている。

特開平１１−８４９１９号

しかしながら、特許文献１の構成では、ヒータの長手方向全域に亘って当接させた金属板の作用で非通紙部昇温は抑制されるものの、定着装置のウォームアップを行う時に長手方向の端部の温度低下（以下、「端部温度ダレ」と記載）が生じやすくなる。この端部温度ダレによって、大サイズ記録材の定着処理をした場合に端部定着不良が発生する場合があるという課題がある。

上記課題を鑑みて、本発明の目的はヒータに熱伝導部材を接触させる定着装置において、端部定着性を維持しつつ非通紙部昇温を抑制できる定着装置を提供することである。

筒状のフィルムと、細長い基板と前記基板上に形成された発熱抵抗体とを備えるヒータであって、前記発熱抵抗体が形成された第１の領域と、前記基板の長手方向において前記第１の領域よりも外側で前記発熱抵抗体が形成されていない第２の領域と、を有し、前記フィルムに接触するヒータと、
前記ヒータの前記フィルムと接触する面と反対側の面に接触し、前記基板よりも熱伝導率の高い熱伝導部材と、を備え、トナー像が形成された記録材を前記フィルムからの熱で加熱して前記トナー像を記録材に定着する定着装置において、前記熱伝導部材は、前記長手方向において、前記ヒータの前記第１の領域から前記第２の領域まで及ぶ範囲で前記反対側の面に接触し、前記長手方向において、前記発熱抵抗体の発熱量は、中央部よりも端部の方が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ヒータに熱伝導部材を接触させる構成を有する定着装置において、端部定着性を維持しつつ非通紙部昇温を抑制することができる定着装置を提供することができる。

実施例１に係る画像形成装置の概略断面図 実施例１に係る定着装置の概略断面図 （ａ）実施例１に係る支持部材、熱伝導部材、ヒータの積載状態を示す図、（ｂ）実施例１に係るヒータと熱伝導部材とを支持部材側から見た図 実施例１のヒータの構成を示す図 比較例１のヒータと熱伝導部材と記録材の長さ関係と、ヒータの温度分布と、を示す図 比較例２のヒータと熱伝導部材と記録材の長さ関係と、ヒータの温度分布と、を示す図 実施例１のヒータと熱伝導部材と記録材の長さ関係と、ヒータの温度分布と、を示す図 （ａ）実施例２に係る支持部材、熱伝導部材、ヒータの積載状態を示す図、（ｂ）実施例２に係るヒータと熱伝導部材とを支持部材側から見た図 （ａ）実施例２の変形例に係る支持部材、熱伝導部材、ヒータの積載状態を示す図、（ｂ）実施例２の変形例に係るヒータと熱伝導部材とを支持部材側から見た図

（実施例１）
以下、本発明の実施例について説明する。

＜画像形成装置＞
画像形成装置としてのレーザビームプリンタの画像形成部は、図１に示す感光ドラム１の回転方向に沿って帯電部２と、レーザスキャナ３と、現像部４と、転写ローラ５と、を有し、トナー像を記録材に形成する。帯電部２は感光ドラム１を帯電し、レーザスキャナ３は感光ドラムを露光して静電潜像を形成し、現像部４は感光ドラム１上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を現像する。転写ローラ５は感光ドラム１と共に転写ニップ部を形成し、転写ニップ部において感光ドラム１上のトナー像を記録材に転写する。

一方、記録材Ｐは、給紙ローラ６により給紙カセット１１から給紙搬送され、転写ニップ部へ搬送される。給紙カセット７は記録材を幅方向において所定の位置で搬送するために記録材の両端の位置を規制する規制板４０を備える。転写ニップ部に搬送された記録材Ｐは、前述したようにトナー像が転写される。その後、トナー像が形成された記録材は定着装置１０へ搬送されてトナー像が記録材に定着される。最後に、定着済みの記録材は装置外に排出される。以上の画像形成工程を複数の記録材に連続的に行うことができる。尚、本実施例のレーザビームプリンタは、解像度６００ｄｐｉ、スループット４０枚／分（ＬＴＲ縦送り：プロセススピード約２２２ｍｍ／ｓ）のスペックを有する。

＜定着装置＞
図２に示す定着装置１０は、筒状のフィルム１３と、フィルム１３の内面に接触する細長いヒータ１１と、フィルム１３を介してヒータ１１と共にニップ部を形成するバックアップ部材としての加圧ローラ２０と、を有する。ニップ部で未定着トナー像ｔが形成された記録材Ｐを搬送しながら加熱しその未定着トナー像ｔを記録材Ｐに定着する。

ヒータ１１は、基板１１１と、基板１１１上に形成された発熱抵抗体１１２と、発熱抵抗体１１２を覆って保護する保護層１１３と、を有する。基板１１１は、アルミナ又は窒化アルミで形成されている。発熱抵抗体１１２は、基板１１１上に銀パラジウム等をスクリーン印刷して形成されている。保護層１１３は、耐圧性を有するガラス等で形成されている。

ヒータ１１のフィルム１３と接触する面と反対側の面には熱伝導部材３０が接触している。熱伝導部材３０の材質は、基板１１１の材質よりも熱伝導率の高いアルミニウム、銅、銀等の金属や、グラファイトシートを用いることができる。グラファイトシートは、厚み１００μｍ以下で可撓性のあるものでも用いることができる。

熱伝導部材３０のヒータ１１と接触する面と反対側の面のうち記録材の通紙部に対応する領域に温度検知部材としてのサーミスタ１４が設けられている。制御部８によりサーミスタ１４の検知温度が目標温度になるように発熱抵抗体１１２に供給される電力が制御されている。本実施例の発熱抵抗体１１２の抵抗値は２０Ω（１２０Ｖ入力で７２０Ｗ）である。

支持部材１２は、熱伝導部材３０を介してヒータ１１を支持しつつフィルム１３の内面をガイドする部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥＥＫ（ポリフェニレンサルファイド）等で形成されている。フィルム１３は支持部材１２に対して余裕をもってルーズに外嵌されており、矢印の方向に回転できる。

尚、フィルム１３、ヒータ１１、支持部材１２は、フィルムユニットとしてユニット化されている。

加圧ローラ２０は、芯金２１と、芯金２１の外側に形成された弾性層２２と、弾性層２２の外側に形成された離型層２４と、を有する。弾性層２２と離型層２４との間に接着層２３を設けても良い。芯金２１はアルミニウムや鉄などの金属材料で形成されている。弾性層２２は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムを発泡させて形成されている。離型層２４は、フッ素樹脂にカーボン等の導電剤を分散させたチューブを被覆するもしくはコーティング塗工して形成されている。接着層２３は、弾性層２２の外面にＲＴＶシリコーンゴムを塗布して形成される。

本実施例の加圧ローラ２０の外径は２０ｍｍ、ローラ硬度は４８°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ ６００ｇ加重）、耐熱温度が２５０℃である。

フィルムユニットは長手方向の両端部において加圧ローラ２０に対して不図示の加圧機構によって押圧され、ヒータ１１がフィルム１３を介して加圧ローラ２０と共に定着処理に必要な幅のニップ部を形成する。加圧ローラ２０は、芯金２１の端部にギヤ等の駆動部材を介して駆動源（不図示）によって図２の矢印の方向に回転駆動される。この加圧ローラ２０の回転によってフィルム１３も図２の矢印方向に従動回転する。

次に、図３を用いて、本実施例の熱伝導部材としてのアルミニウム板３０およびその位置関係について説明する。図３（ａ）にヒータ１１、アルミニウム板３０、支持部材１２の積載状態を示し、図３（ｂ）にヒータ１１とアルミニウム板３０とを支持部材１２のある側から見た図を示す。図３（ａ）に示すように、フィルムユニットは、支持部材１２にアルミニウム板を積載し、そのアルミニウム板の上にヒータ１１を積載する構成である。ヒータ１１は、長手方向の中央部においてアルミニウム板３０を介して支持部材１２に支持され、長手方向の端部において支持部材１２に接触して支持される。また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、本実施例の基板１１１は長手方向の長さが２７０ｍｍ、短手方向の幅が５．８ｍｍ、厚みが１．０ｍｍの直方体の形状であり、発熱抵抗体１１２の長手方向の長さＮは２１８ｍｍである。アルミニウム板３０は厚みが０．３ｍｍで、ヒータ１１と接触する接触領域の長さＬは２３０ｍｍ、短手方向の幅Ｍは５．９ｍｍである。つまり、ヒータ１１は発熱抵抗体１１２が形成された領域である第１の領域と、第１の領域よりも外側で発熱抵抗体１１２が形成されていない第２の領域を有し、アルミニウム板３０は第１の領域から第２の領域まで及ぶ範囲でヒータ１１に接触している。

次に、図４に、本実施例のヒータ１１の発熱抵抗体１１２の構成を示し、ヒータ１１の長手方向の発熱量分布について説明する。発熱抵抗体１１２の長手方向の端部は、その中央部よりも短手方向の幅が狭く、単位長さ当たりの電気抵抗値が高くなるように構成されている。発熱抵抗体１１２の中央部の短手方向の幅は１．２ｍｍであり、端部の幅Ａは１．０ｍｍである。両端部の幅狭部の長さＢは４．０ｍｍである。発熱抵抗体１１２の端部の発熱量を中央部よりも大きくして、熱伝導部材３０を設けた構成においても端部温度ダレを抑制し端部定着性を維持する。発熱抵抗体１１２の長手方向の発熱量分布を変更する方法は、発熱抵抗体中の銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）の比率を変更する方法や、抵抗値密度を変更する方法でも良い。
次に、具体的な実験例について説明する。表１に後述する比較例１、比較例２、実施例１の構成で、端部定着性、非通紙部昇温、連続通紙時の定着性について評価した結果を示す。

比較例１、比較例２、実施例１は、いずれもヒータ１１と支持部材１２との間にアルミニウム板が挟持されている構成である。比較例１は、図５に示すようにアルミニウム板３０の長さＬは発熱抵抗体１１４の長さＮより短く、ヒータ１１の発熱抵抗体１１２の長手方向の発熱量分布は一様である。比較例２は、図６に示すようにアルミニウム板４０２の長さＬが発熱抵抗体１１４の長さよりも長く、ヒータ１１の発熱抵抗体１１４の長手方向の発熱量分布は一様である。実施例１の構成は、図７に示すようにアルミニウム板３０の長さが発熱抵抗体１１２よりも長く、発熱抵抗体１１２の長手方向の端部の発熱量は中央部の発熱量の１２０％である。また、長手方向において、発熱抵抗体１１２の設けられた領域は、装置で使用可能である最大幅の記録材（ＬＴＲサイズ記録材）の通過領域の全域を含み、且つ、発熱抵抗体１１２の端部は、最大幅の記録材の通過領域の端部よりも外側にある。更に、発熱抵抗体１１２の発熱量は、最大幅の記録材の端部（ＬＴＲサイズ記録材）が通過する位置の方が最大幅の記録材を除いて幅が最も広い記録材（Ａ４サイズ記録材）の端部が通過する位置よりも大きい。

次に、評価条件について説明する。端部定着性は、用紙としてＸｘ４２００（７５ｇ／ｍ^２、ＬＴＲ）を２００枚通紙して画像端部剥がれの最もレベルが悪いもので比較した。また、画像パターンは２ｄ／３ｓ横線を用いた。非通紙部昇温は、Ｏｃｅ Ｒｅｄ Ｌａｂｅｌ （８０ｇ／ｍ^２、Ａ４）を２００枚通紙した時の加圧ローラ２０の非通紙部の表面温度の最大値を比較した。連続通紙時の定着性は、Ｏｃｅ Ｒｅｄ Ｌａｂｅｌ （８０ｇ／ｍ^２、Ａ４）を２００枚通紙した時の２００枚目の５０％ハーフトーンの定着性を比較した。

また、各評価は、気温２０℃及び湿度５０％環境で、目標温度２１０℃、プロセス速度２３０ｍｍ／秒、スループット４０枚／分の条件で印字を行った結果である。

比較例１は、表１に示すように、端部定着性は良好であったものの、加圧ローラの端部の表面温度が２４０℃に達し非通紙部昇温の抑制効果が十分でないという結果になった。また、連続通紙時の定着性についても不良であった。このような結果になったメカニズムについて説明する。比較例１のヒータの温度分布を図５の下図に示す。比較例１の構成は、最大サイズ記録材であるＬＴＲサイズよりも幅の狭いＡ４サイズ記録材を通紙すると、ヒータ１３の非通紙部の温度は目標温度より高くなる。しかしながら、比較例１は、アルミニウム板４００の長さが発熱抵抗体１１４より短いので、ヒータ１１の発熱抵抗体が形成された領域でアルミニウム板４００と接触していない部分の熱がアルミニウム板を介して移動しにくいので非通紙部昇温は緩和しにくい。更に、ヒータ１１の発熱抵抗体が形成された領域でアルミニウム板４００と接触している部分からアルミニウム板４００に流れた熱は、アルミニウム板４００のサーミスタ１４が設けられている通紙部（内側）に流れやすい。連続通紙を行うと非通紙部の熱が通紙部に継続して流れて、サーミスタ１４はヒータ１１の温度が目標温度に達していると検知する。その結果、制御部はヒータ１１に供給する電力を減らしてしまい、ヒータ１１の発熱量が記録材に奪われる熱量を下回り定着性が悪化する。

比較例２は、非通紙部昇温、連続通紙時の定着性は良好であったものの、端部定着性が十分ではなかった。このような結果になったメカニズムを以下に説明する。比較例２のヒータ１１の長手方向の温度分布を図６に示す。比較例２は、アルミニウム板４０２の長さが発熱抵抗体１１４より長いので、ＬＴＲサイズ記録材に形成した画像端部の温度が目標温度より低くなりやすい。これにより、ＬＴＲサイズ記録材の画像端部のトナー溶融が不十分となり画像端部剥がれが発生する。また、アルミニウム板４０２を含めた定着装置が室温に近い状態（コールド状態）で印刷すると、画像端部剥がれはより発生しやすい。

実施例１は、端部定着性、非通紙部昇温、連続通紙時の定着性のいずれも良好であった。なぜなら、実施例１は、図７に示すように、アルミニウム板３０の長さを発熱抵抗体１１２より長く構成し非通紙部の熱を通紙部（内側）及び端部（外側）へ分散して逃がすことで非通紙部昇温を抑制できる。更に、非通紙部からサーミスタ１４が設けられた通紙部に流れる熱量が減るので、サーミスタ１４に対する影響も比較例１よりも少なく連続通紙時の定着性が悪化しにくい。更に、発熱抵抗体１１２の発熱量を端部の方が中央部よりも大きくすることで端部定着性を維持することができる。

以上述べたことから、実施例１の定着装置は、端部定着性を維持しつつ非通紙部昇温を抑制することができて、更に連続紙時の定着性に大きな影響を与えないという効果がある。

尚、本実施例のヒータ１１は発熱抵抗体１１２のみを有する構成であったが、長手方向の発熱分布が異なる２つ以上の発熱抵抗体を独立して制御して長手方向の発熱分布を変更できるヒータであっても良い。また、本実施例のアルミニウム板３０は発熱抵抗体１１２よりも長いものであったが、アルミニウム板３０が発熱抵抗体と同じ長さであり、その長手方向の端部が発熱抵抗体の端部と同位置であっても同じ効果が得られる。
（実施例２）
本実施例に係る定着装置の構成は、アルミニウム板を除いて実施例１と共通であるので、アルミニウム板以外の説明を省略する。

図８に本実施例に係るアルミニウム板３０２を示す。図８（ａ）は長手方向の断面図、図８（ｂ）はヒータ１１、発熱抵抗体１１２、アルミニウム板３０２との長手位置を示す図である。本実施例のアルミニウム板３０２は、実施例１のアルミニウム板３０の長手方向の端部の厚みを中央部の厚みよりも薄くし、長手方向の長さを実施例１のアルミニウム板３０よりも延長したものである。アルミニウム板３０２は、長手方向の端部の厚みＤが０．１ｍｍであり、その厚みＤの部分の長手方向の長さＦは２０ｍｍである。また、アルミニウム板３０２の全長Ｑは、２６０ｍｍである。表２に、本実施例の効果を実験によって確認した結果を示す。実験条件は実施例１と同じである。

本実施例の構成は、端部定着性及び非通紙部昇温に関しては実施例１と同等の効果が得られた。実施例２のアルミニウム板３０２の長手方向の端部は、長さを延長した部分を薄くしたので、実施例１のアルミニウム板３０と熱容量が大きく変わらず端部定着性を悪化させることはない。非通紙部昇温については、アルミニウム板３０２の厚みＤの部分は、ヒータ１１との接触熱抵抗が高くなるものの端部の長さが長くなったので非通紙部の熱の流出量は大きく変わらない。よって、非通紙部の熱が実施例１と同様に通紙部（内側）及び端部（外側）へ流れていくので非通紙部昇温も抑制される。実施例２の特徴は、連続通紙時の定着性の効果が実施例１よりも大きいことである。これは、アルミニウム板３０２の長手方向の端部の長さが実施例１よりも長くなった分だけ実施例１よりも非通紙部の熱が通紙部からより遠くに離れた端部（外側）へ流れやすいためである。つまり、非通紙部の熱がより通紙部から遠く離れた端部（外部）に流れることで通紙部への熱の流入が抑えられるためである。

また、実施例２の変形例として、アルミニウム板の端部の厚みを薄くする代わりに長手方向の端部の幅を狭くしたアルミニウム板３０３を用いても良い。図９に本変形例の構成を示す。図９（ａ）は長手方向の断面図、図９（ｂ）はヒータ１１、発熱抵抗体１１２、アルミニウム板３０３との長手方向の位置を示す図である。本変形例のアルミニウム板３０３は、長手方向において、中央部の幅が５．９ｍｍ、端部の幅Ｈは５．３ｍｍである。その幅が５．３ｍｍの部分の長手方向の長さは２０ｍｍである。アルミニウム板３０３の全長Ｑは、２６０ｍｍである。本変形例は、実施例２と同等の効果が得られることに加えて、厚みが均一なので実施例２よりもコスト低減効果がある。

以上述べたように、実施例２及び実施例２の変形例は、実施例１と同じく端部定着性を維持しつつ非通紙部昇温を抑制することができるという効果に加えて、実施例１よりも連続通紙時の定着性を良化させることができるという効果を奏する。

尚、実施例１及び２において、ヒータはフィルムの内面に接触しバックアップ部材と共に記録材を搬送するための搬送ニップ部を形成するものである。しかしながら、ヒータはフィルムの内面に接触するが、バックアップ部材はヒータとは別の部材であってフィルムの内面に接触するニップ部形成部材と共に搬送ニップ部を形成する構成でも良い。また、ヒータが外部加熱部としてフィルムの外面に接触し、バックアップ部材がフィルムを介してフィルムの内面に接触するニップ部形成部材と共にニップ部を形成する構成でも良い。

１０ 定着装置
１１ ヒータ
１１１ 基板
１１２、１１４ 発熱抵抗体
１１３ 保護層
１２ 支持部材
１３ フィルム
２０ バックアップ部材
３０、３０２、３０３ アルミニウム板
ｔ トナー

Claims (5)

1. 筒状のフィルムと、
   細長い基板と前記基板の上に形成された発熱抵抗体とを備えるヒータであって、前記発熱抵抗体が形成された第１の領域と、前記基板の長手方向において前記第１の領域よりも外側で前記発熱抵抗体が形成されていない第２の領域と、を有し、前記フィルムに接触するヒータと、
   前記ヒータの前記フィルムと接触する面と反対側の面に接触し、前記基板よりも熱伝導率の高い熱伝導部材と、
   前記発熱抵抗体へ供給される電力を制御部が制御するために前記ヒータの温度を検知する温度検知部材と、
   を備え、トナー像が形成された記録材を前記フィルムからの熱で加熱して前記トナー像を記録材に定着する定着装置において、
   前記熱伝導部材は、前記長手方向において、前記ヒータの前記第１の領域から前記第２の領域まで及ぶ範囲で前記反対側の面に接触し、
   前記発熱抵抗体の発熱量は、前記長手方向において前記温度検知部材が設けられる位置よりも外側にあたる端部の方が中央部よりも大きいことを特徴とする定着装置。
2. 前記ヒータは前記フィルムの内面に接触し、
   前記フィルムを介して前記ヒータと共に記録材を搬送するためのニップ部を形成するバックアップ部材を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記長手方向において、前記第１の領域は前記装置で使用可能である最大幅の記録材の通過領域の全域を含み、且つ、前記第１の領域の端部は前記最大幅の記録材の通過領域の端部よりも外側にあることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記長手方向において、前記発熱量は、前記装置で使用可能である最大幅の記録材の端部が通過する位置の方が前記最大幅の記録材を除いて幅が最も広い記録材の端部が通過する位置よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
5. 前記発熱抵抗体は、前記基板の短手方向における幅が前記中央部よりも前記端部の方が狭いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の定着装置。

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