JPH03241380A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐熱性のフィルムを介して記録材等の被加熱
材に熱エネルギーを付与する方式の加熱装置に関する。

この装置は、電子写真複写機・プリンタ・ファックス等
の画像形成装置における画像加熱定着装置、即ち電子写
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）方式で形成した、目的の画像情報に対応した
未定着のトナー画像を該画像を担持している記録材面に
永久固着画像として加熱定着処理する画像定着装置とし
て活用できる。

また、画像定着装置に限定されず、例えば画像を担持し
た記録材を加熱して表面性を改質する装置等、広く像担
持体等の被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用
できる。

（従来の技術） 従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の加熱装
置は、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を
有して該加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、
記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用さ
れている。

またフラッシュ加熱方式、オーブン加熱方式、熱板加熱
方式など種々の方式、構成のものが知られており、実用
されている。

米国特許第３，５１８，１９１号明細書に開示のように
ヘルド加熱方式も知られている。これは、■トナー像を
加熱体ウェブに接触させてその融点へ加熱して溶解し、 ■溶解後、そのトナーを冷却して比較的高い粘性とし、 ■トナーの、加熱体ウェブへ付着する傾向を弱めた状態
で加熱体ウェブから剥す、 という過程を経ることによって、オフセットを生じさせ
ずに定着する方式である。

最近では、固定支持された加熱体（サーマルヒータ、以
下ヒータと記す）と、該ヒータに対向圧接しつつ搬送さ
れる耐熱性フィルム（定着フィルム）と、該フィルムを
介して記録材をヒータに密着させる加圧部材を有し、ヒ
ータの熱をフィルムを介して記録材へ付与することで記
録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加
熱定着させる方式・構成の装置（フィルム加熱方式）が
考案されている。

本出願人の先の提案に係る例えば特開昭６３−３１３１
８２号公報に開示の方式・装置等がこれに属し、薄肉の
耐熱性フィルム（シート）と、該フィルムの移動駆動手
段と、該フィルムを中にしてその一方面側に固定支持し
て配置されたヒータと、他方面側に該ヒータに対向して
配置され該ヒータに対して該フィルムを介して画像定着
するべき記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を
有し、該フィルムは少なくとも画像定着実行時は該フィ
ルムと加圧部材との間に搬送導入される画像定着すべき
記録材と順方向に同一速度で走行移動させて該走行移動
フィルムを挟んでヒータと加圧部材との圧接で形成され
る定着部としての定着ニップ部を通過させることにより
該記録材の顕画像担持面を該フィルムを介して該ヒータ
で加熱して顕画像（未定着トナー像）に熱エネルギーを
付与して軟化・溶融せしめ、次いで定着部通過後のフィ
ルムと記録材を分離点で離間させることを基本とする加
熱手段・装置である。

この様なフィルム加熱方式の装置においては、ヒータと
して低熱容量加熱体を用いることができるため、従来の
接触式加熱方式である熱ローラ方式やベルト加熱方式の
装置に比べて省電力化・ウェイトタイム短縮化（クイッ
クスタート）が可能となる、従来の他の方式装置の種々
の欠点を解決できるなどの利点を有し、効果的なもので
ある。

加熱体としてのヒータは、セラミック等の耐熱性・良熱
伝導性の低熱容量の絶縁基板（ベース材）に低熱容量の
通電発熱抵抗体を線状もしくは帯状に塗工する等して形
成具備させた態様の低熱容量のものが利用され、抵抗体
への通電によりヒータは抵抗体及び基板の熱容量が小さ
いので表面が所要の定着温度まで急速に温度上昇する。

そしてこのヒータに接する耐熱性フィルムも熱容量が小
さく、ヒータ側の熱エネルギーが該フィルムを介して該
フィルムに圧接状態の記録材側に効果的に伝達されて画
像の加熱定着が実行される。

ヒータの温度制御は、ヒータ温度を検温素子で検知させ
、その温度検知情報により通電発熱抵抗体への通電を制
御してヒータの温度を所定の定着温度に温調管理する通
電制御構成がとられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、固定支持されたヒータにフィルムを摺動させる
該フィルム加熱方式の装置では、摺動部においてフィル
ムが摩耗することでフィルムが劣化したり、摩耗粉が発
生し、例えば画像定着装置にあっては画像に悪影響を与
えることがあった。

またフィルム摩耗を防ぐためにヒータの表面を滑らかに
しすぎると、フィルムとヒータとの密着性が良くなるた
めに摩擦力が高くなり、フィルムを送行駆動するギヤや
モータ等の耐久性が低下したり、スムーズにフィルムを
送行駆動できない等の問題があった。

本発明はフィルム加熱方式の加熱装置における上記の問
題点を解消することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、 固定支持して配置された加熱体に密着して送行駆動され
る耐熱性フィルムの加熱体側とは反対側の面に記録材等
の被加熱材を密着させて加熱***置を通過させることに
より加熱体側から耐熱性フィルムを介して被加熱体に熱
エネルギーを与える加熱装置であり、 加熱体の少なくとも耐熱性フィルムと密着する部分の表
面粗度Ｒｚ（ＪＩＳ−ＢＯ６０１に準じて測定した十点
平均粗さ）か、 ０、−３　μｍ≦Ｒｚ≦３　μｍ であることを特徴とする加熱装置 である。

（作　用） 即ち、加熱体（ヒータ）の少なくとも耐熱性フィルムと
密着する部分の表面粗度Ｒｚを、上記のように ０．３μｍ≦Ｒｚ≦３μｍ、 好ましくは ０、　７μｍ≦Ｒｚ５２μｍ に設定することにより、加熱体とフィルムとの摺動兼合
いが最適となり、過摩耗によるフィルムの早期の耐久劣
化や摩耗粉の発生が低減されると共に、加熱体とフィル
ムとの摩擦力か過大であることに起因する、フィルムの
退行駆動の不安定化や、駆動部のギヤやモータ等の耐久
性の著しい低下現象も防止されることを見出して本発明
を完成したものである。

Ｒｚ＞３μｍでは早期にフィルム摩耗を生じ、またフィ
ルム摩耗粉を発生して、フィルムの耐久寿命が大きく低
下し、画像定着装置にあっては光沢ムラの発生や定着不
良等の画像不良を発生させる。

Ｒｚ〈３μｍでは加熱体とフィルムとの摩擦力が過大化
して、フィルム走行駆動部のギヤやモータ等の耐久性を
低下させ、またフィルムの送行不安定化や移動不能を生
じさせる。

（実　施　例） 〈実施例１〉 （１）画像形成装置例（第２図） まず、本発明に従う加熱装置を未定着画像の定着装置と
して用いた画像形成装置の一例を説明する。

本例装置は原稿載置台往復動型・回転トラム型・転写式
の電子写真複写装置である。

第２図において、１００は装置機筺、１は該機筺の上面
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
ットされる。

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の光りをス
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
定の周速度で矢示す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−様な帯電
処理を受け、その−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、次いてレジストローラ
９により、ドラム３上のトナー画像形成部の先端か転写
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と感光トラム３との開位置に丁度到達して
両者一致するようにタイミングと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８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は画像形成物
（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。

（２）定着装置１１（第１・２図） ２４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３部材
２５・２６・２０間に懸回張設しである。定着フィルム
２４については後記（４）項で詳述する。

従動ローラ２６はエンドレスベルト状の定着フィルム２
４のテンションローラを兼ねさせており、該定着フィル
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。

駆動ローラ２５はフィルム２４に対して摩擦係数の高い
耐熱材料、例えばシリコンゴム等をコートした金属ロー
ラであり、従動ローラ２６は駆動ローラ２５に比べて摩
擦係数の低い、例えばムクの金属ローラなとである。

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２４の下行側フィルム部分を
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２０はフィルム２４の面移動方向と交差する方向
（フィルムの幅方向）を長手とする低熱容量線状加熱体
であり、ヒータ基板２１、通電発熱抵抗体（発熱体）２
２、検温素子２３等よりなり、ヒータ支持体２７に取付
は保持させて固定支持させである。

ヒータ支持体２７は加熱体２０を定着装置１１及び画像
形成装置に対し断熱支持する断熱性・高耐熱性・剛性を
有するもので、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。

ヒータ基板２１は耐熱性・絶縁性・低熱容量・高熱伝導
性の部材であり、−例として厚み１　ｍｍ・巾１０ｍ■
・長さ２４０■のアルミナ基板である。

発熱体２２は基板２１の下面（フィルム２４との対面側
）の略中央部に長手に沿って、例えば、Ａｇ／Ｐｄ　（
銀パラジウム）、Ｔａ２Ｎ等の電気抵抗材料を厚み約１
０μｍ・巾１〜３ｍｍにスクリーン印刷等により塗工し
、その上に表面保護層として耐熱ガラス２１ａを約１０
μｍコートしたものである。

この耐熱ガラス層２１ａの外表面が本例の加熱体２０に
おける耐熱性フィルム２４の密着摺動面であり、このガ
ラス層２１ａの外表面の粗度を本発明に従って設定しで
ある。これについては後記（５）項で詳述する。

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などを基
板２１に当接配置する構成にしてもよい。

本例の加熱体２０の場合は、線状又は帯状をなす発熱体
２２に対し、その長平方向両端部より通電し、発熱体２
２を略全長にわたって発熱させる。通電はＡＣｌｏｏＶ
であり、検温素子２３の検知温度に応じてトライアック
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。

（３）定着実行動作 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
の定着フィルム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
で同方向に回動状態の定着フィルム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ィルム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間を挟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。

定着フィルム２４は、ヒータ支持体２７の曲率の大きい
エツジ部Ｓ（曲率半径が約２　ｍｍ）において、急角度
（屈曲角度θが略４５°）で走行方向が転向する。従っ
て、定着フィルム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
ィルム２４から曲率分離し、排紙トレイ１２へ排紙され
てゆく。

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、定着フィルム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
フィルムに対するトナーの粘着力より極めて大きい、従
って定着フィルム２４とシートＰの離反に際し、定着フ
ィルム２４に対するトナーオフセットは実質的に発生す
ることはない。

また、本例において加熱体２０のうち発熱体２２及び基
板２１の熱容量が小さく、かつ、これらか支持体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２０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。

（４）定着フィルム２４について 定着フィルム２４は熱容量を小さくしクイックスタート
性を達成するために、総厚１００μｍ以下、好ましくは
４０μｍ以下の、耐熱性・離形性・耐久性等のある、単
層或いは複合層フィルムを使用できる。第４図は複合層
フィルムの一例の層構成模型図であり、本例は２層構成
フィルムである。２４ａは定着フィルムの基層（ベース
フィルム）としての耐熱層、２４ｂは該耐熱層２４ａの
外面（トナー画像に対面する側の面）に積層した離形層
である。

耐熱層２４ａは例えばポリイミド、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（ＰＥ■）、ポリパラバン酸（
ＰＰＡ）、などの高耐熱性樹脂フィルムなど、強度・耐
熱性に優れたものが使用できる。

離形層２４ｂは例えばＰＴＦＥ　（ポリテトラフルオロ
エチレン〉　・ＰＦＡ−ＦＥＰ等のフッ素樹脂、シリコ
ン樹脂等が好ましい 耐熱層２４ａに対する線形層２４ｂの積層形成は離形層
フィルムの接着ラミネート、離形層材料の静電塗装（コ
ーティング）・蒸着・ＣＶＤ等の成膜技術による積層、
耐熱層材料と離形層材料の共押し出しによる２層フィル
ム化などで行なうことができる。

耐熱層２４ａの厚さは、離型層２４ｂの厚さより厚く設
定されているため、フィルムの強度を保ちながらフィル
ムの総厚を低減でき、加熱体から記録材への伝熱効率が
高い。

なお、離型層２４ｂの表面抵抗はｉｏ’°Ω以下が好ま
しい。カーボンブラック、グラファイト、導電性ウィス
カ等の導電剤を混入する等の方法により、離型層２４ｂ
の表面の抵抗値を下げてもよい。その場合、定着フィル
ム２４のトナー当接面の帯電を防止できる。定着フィル
ム２４のトナー当接面が絶縁性の場合、定着フィルムの
前記表面か帯電し、シートＰ上のトナー画像を乱したり
、トナー画像が定着フィルム２４に移転（いわゆる帯電
オフセット）したりする場合があるが、上記の対策によ
りこれらの問題が回避できる。

（５）加熱体２０の表面粗度 本実施例装置では加熱体２０たるヒータの前述の表面保
護層２１ａの外面に耐熱性フィルム２４が密着して摺動
移動する。

そこで本実施例では、ヒータ２０の該表面保護層２１ａ
は、発熱体２２上にクリーンルーム内でスクリーン印刷
法により塗布した表面保護層としての耐熱ガラス層を該
ガラスの軟化温度に近い温度で焼成することで表面粗度
が、 ０、　７μｍ≦Ｒｚ５２μｍ となるように形成している。

一般に焼成時に異物が混入したり、温度を急激に変化さ
せると粗い表面が形成されるが、本発明者等の実験によ
ると、表面保護層２１ａの表面粗度がＲｚ〉３μｍのヒ
ータ２０を用いた装置で長時間、画像形成を続けると、
フィルムが摩耗し、画像に悪影響が生じる。ここで悪影
響とは摩耗粉かヒータ２０とフィルム２４間に発生した
り、フィルム２４の厚みが部分的に薄くなるためにトナ
ーの溶融状態の異なる部分ができ、光沢ムラや定着不良
になることである。またそのようなヒータでさらに画像
定着を続けると、フィルム内面にキズができ、それが原
因でフィルムが破断することもあった。

一方、耐熱ガラスを高１（軟化温度十約ｉｏ。

Ｃ）で焼成すると表面が滑らかに形成されるが、Ｒｚ〈
３μｍにすると、フィルム２４とヒータ２０（表面保護
層２１ａの外面）との密着性が良すぎるために、フィル
ムとヒータ間の摩擦力が大きくなり、スムーズなフィル
ム送行移動が困難になる。

即ち、フィルム２４が駆動ローラ２５と同一速度で移動
せずに滑ったり、振動したりする。

また駆動ローラ２５を回転させるためのギヤやモータへ
の負荷が大きくなり、これらの耐久寿命が短くなるとい
う欠点がある。

而して、ヒータ２０の少なくともフィルム２４と密着す
る部分である表面保護層２１ａの表面粗度Ｒｚを、 ０．３μｍ≦Ｒｚ≦３μｍ、 好ましくは ０．７μｍ≦Ｒｚ≦２μｍ に設定することにより、ヒータ２０とフィルム２４との
摺動兼合いが最適となり、過摩耗によるフィルムの早期
の耐久劣化や摩耗粉の発生が低減されると共に、加熱体
とフィルムとの摩擦力が過大であることに起因する、フ
ィルムの送行駆動の不安定化や、駆動部のギヤやモータ
等の耐久性の著しい低下現象も防止される。

〈実施例２〉 上記〈実施例１〉においてはヒータ２０の表面保護層２
１ａとしての耐熱ガラス層の焼成条件を制御することで
目的の表面粗度のヒータを形成したが、このように焼成
条件をコントロールするには複雑な装置が必要となる。

本実施例は耐熱ガラス層を焼成後その表面を研磨するこ
とで簡単な装置で安価に目的の表面粗度を有したヒータ
を形成したものである。

例えば、焼成時に微少のチリ等が人って表面が粗れた耐
熱ガラス層２１ａ　（Ｒ，Ｈ＝０．４μｍ）か形成され
てもボリモンド＃　３０００　（５ＨＩＮＮＩ−５ＡＮ
　ＤＩＡＭＯＮＤ　ＴＯＯＬＳ　ＭＦＧ、）等を用いて
ガラス層２１ａの外面を研磨することで １μｍ≦Ｒｚ≦２．５μｍ にすることができる。

ここで研磨する方向としては第３図の矢印Ａのようにフ
ィルム２４の送行方向と同一の方向（縦方向）にした方
が、フィルム２４の摺動摩耗が低減でき、かつ摩擦力を
小さく出来るので好ましい。

但し、六方向とは直角のヒータ長手方向Ｂ（横方向）の
方か研磨が容易でかつ短時間で出来るという長所はある
。

（発明の効果） 以上のように本発明に依れば、フィルム加熱方式の加熱
装置について、加熱体とフィルムとの摺動兼合いが最適
となり、過摩耗によるフィルムの早期の耐久劣化や摩耗
粉の発生が低減されると共に、加熱体とフィルムとの摩
擦力が過大であることに起因する、フィルムの走行駆動
の不安定化や、駆動部のギヤやモータ等の耐久性の著し
い低下現象も防止される。従って、例えば、耐久性があ
り、光沢ムラや定着不良等の生じにくい等の利点を有す
る画像加熱定着装置として有効に活用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像定着装置として活用した本発明に従う、加
熱装置の一実施例の構成略図。 第２図はその装置を使用した画像結成装置の一例の構成
略図。 第３図は加熱体の一部切欠き平面図。 第４図は定着フィルムの層構成模型図。 １１は画像定着装置（加熱装置）、２０は加熱体（ヒー
タ）、２１はヒータ基板、２２は発熱体、２１ａは表面
保護層（耐熱ガラス層）、２３は横掘素子、２７はヒー
タ支持体、２４は耐熱性定着フィルム、２５は駆動ロー
ラ、２６は従動ローラ、２８は加圧ローラ、Ｐは被加熱
材としての記録材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定支持して配置された加熱体に密着して送行駆
   動される耐熱性フィルムの加熱体側とは反対側の面に記
   録材等の被加熱材を密着させて加熱***置を通過させる
   ことにより加熱体側から耐熱性フィルムを介して被加熱
   体に熱エネルギーを与える加熱装置であり、加熱体の少
   なくとも耐熱性フィルムと密着する部分の表面粗度Ｒ＿
   ｚ（ＪＩＳ−Ｂ０６０１に準じて測定した十点平均粗さ
   ）が、 ０．３μｍ≦Ｒ＿ｚ≦３μｍ であることを特徴とする加熱装置。