JPH0996979A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加熱材をシワなく搬送するために、ニップ
量を変化させて搬送を行う加熱装置において、被加熱材
に均一な加熱を行うことを可能とする。 【解決手段】 ローラ端部よりもローラ中央部で狭い幅
に設定されたニップ部Ｎを形成する加圧ローラ４を回転
させることでフィルム２および被加熱材Ｐを搬送すると
共に、ニップ部Ｎにおいて被加熱材Ｐをヒータ３（加熱
手段）により加熱する加熱装置において、ヒータ３から
被加熱材Ｐに伝わる熱量をニップ幅に従って変化させ、
前記被加熱材Ｐに均一な熱量を伝熱させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性フィルムの
一方面側を加熱し、他方面側に被加熱材を密着させて、
該フィルムを介して該被加熱材に熱エネルギーを付与す
る加熱装置であり、特に、電子写真方式を利用した画像
形成装置の被加熱材上に担持された未定着トナー像を定
着させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられているもので、例えば
画像の加熱定着等のために記録材を加熱する加熱装置に
おいて、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層
を有し、前記加熱ローラに圧接する加圧ローラによって
記録材を挾持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用さ
れている。

【０００３】またその他に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、実用化されている。

【０００４】最近では、固定支持された加熱手段と、該
加熱手段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加熱
手段に密着させる加圧部材を有し、加熱手段の熱をフィ
ルムを介して記録材へ伝熱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・構成の定着装置（フィルム加熱方式）が採用されて
いる。

【０００５】このようなフィルム加熱方式においては、
加熱手段として比較的低熱容量のものを用いることがで
きる。このため、従来の加熱方式である熱ローラ方式に
比べ所定温度まで昇温させることを素早く行うことがで
き、省電力化及びウェイトタイム短縮化（クイックスタ
ート）を可能としている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記フィルム加熱装置
においては、定着フィルムと加圧ローラーで構成される
定着ニップにトナー像を担持した記録材を挾持搬送して
加熱定着する。

【０００７】しかし、定着ニップの幅が端部より中央部
の方が大きい場合、搬送される記録材にしわが生じてし
まう。これは、端部より中央部のニップ幅が大きくなる
と、定着フィルム及び記録材に両端部から中央部方向へ
の寄り力が作用するためである。

【０００８】このしわを防ぐためには、定着ニップ幅
を、端部より中央部で細くするようにすれば良い。その
為に、例えば加圧ローラの両端部をスプリングにより押
圧して端部の定着ニップ幅を大きくしたり、また、加圧
ローラの中央部を両端部よりも若干小径にする等の方法
が適用されている。

【０００９】しかしながら、定着ニップ幅の大小は定着
性と密接に関係しているため、中央部のニップを細くす
ると、記録材に伝熱する熱量が異なってしまい結果とし
て端部と中央部の定着性も異なり均一な定着を行うこと
ができないという問題があった。

【００１０】本発明は上記従来技術の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、被加熱
材をシワなく搬送するために、ニップ量を変化させて搬
送を行う加熱装置において、被加熱材に均一な加熱を行
うことを可能とすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、一方の表面に当接する加熱手段か
らの熱を他方の表面に接触する被加熱材へと伝熱させる
フィルムと、前記フィルムの他方の表面との間で被加熱
材を押圧し、ローラ端部よりもローラ中央部で狭い幅に
設定されたニップを形成するもので、前記加熱手段に対
向する位置に配設された加圧ローラとを備え、前記加圧
ローラを回転させることで前記フィルムおよび被加熱材
を搬送すると共に、前記ニップにおいて被加熱材を加熱
する加熱装置において、前記加熱手段から被加熱材に伝
わる熱量を前記ニップ幅に従って変化させ、前記被加熱
材に均一な熱量を伝熱させる。

【００１２】但し、前記フィルムの熱伝導率を搬送方向
に直交する方向のフィルム端部よりもフィルム中央部に
おいて大きくすることも好ましい。

【００１３】前記フィルムの厚みを搬送方向に直交する
方向のフィルム端部よりもフィルム中央部において小さ
くすることも好適である。

【００１４】また、前記加熱手段の発熱分布を搬送方向
に直交する方向の加熱手段端部よりも加熱手段中央部に
おいて大きくすることも好ましい。

【００１５】前記加熱手段の搬送方向の幅を搬送方向に
直交する方向の加熱手段端部よりも加熱手段中央部にお
いて大きくすることも好適である。

【００１６】さらに、前記加熱手段にフィルムとの当接
面を保護する保護層を備え、この保護層の厚みを搬送方
向に直交する方向の加熱手段端部よりも加熱手段中央部
において薄くする。

【００１７】画像形成装置においては、上記に記載の加
熱装置と、被記録材に画像を形成する画像形成手段とを
備え、画像が形成された被記録材の未定着画像を前記加
熱装置により定着させる。

【００１８】従って、被加熱材の搬送方向に直角な方向
のニップ幅の大小にかかわらず、均一な熱量が前記加熱
手段から被加熱材に伝熱される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づき説明する。

【００２０】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態を図１から図３に基づき説明する。図１は本発明の実
施の形態の加熱装置の断面図である。

【００２１】図１において、２はエンドレスとした筒状
の耐熱性のフィルムであり、加熱手段としてのヒータ３
を含むステー１に外嵌させてある。このエンドレスの耐
熱性フィルム２の内周長とヒータ３を含むステー１の外
周長は、フィルム２の方を例えば３ｍｍ程大きくしてあ
り、従ってフィルム２はステー１に対し周長が余裕を持
ってルーズに外嵌している。

【００２２】フィルム２は、熱容量を小さくしてクイッ
クスタート性を向上させるために、その膜厚を１００μ
ｍ以下、好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下に形成し
たものであり、材質としてＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの
単層、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥ
Ｋ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、
ＦＥＰ等をコーティングした複合層のフィルム等が使用
できる。本実施の形態では、ポリイミドフィルムの外周
表面にＰＴＦＥをコーティングしたものを用いた。

【００２３】ヒータ３は、アルミナ等でできた基板表面
に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の電気抵抗材
料を厚み約１０μｍ、幅１〜５ｍｍにスクリーン印刷等
により塗工し、この上に保護層７としてガラスやフッ素
樹脂等をコートしてある。

【００２４】このヒータ３には、フィルム２を挾んだ対
向位置に加圧ローラー４が圧接しており、ニップが形成
されている。この加圧ローラー４は、芯金４ａとシリコ
ーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム４ｂからなり、芯金
４ａの端部より駆動手段（図示せず）により駆動され、
この駆動に伴って、フィルム２も同時に従動回転するよ
うになっている。

【００２５】本実施の形態装置における温度制御は、ヒ
ータ３上に設けられた温度検知手段であるサーミスター
５の出力をＡ／Ｄ変換して温度制御手段であるＣＰＵ１
０に取り込み、その情報をもとにトライアック１１によ
りヒータ３に通電するＡＣ電圧を、位相、波数制御等に
より所望の値とすることで行う。

【００２６】即ち、サーミスタ５の検知温度が所定の設
定温度より低いとヒータ３が昇温するように、また、高
い場合はヒータ３が降温するように通電を制御すること
でヒータの温度を定着時に一定に保つように温調する。

【００２７】従って、上記フィルム２を介して形成され
るヒータ３と加圧ローラ４のニップ部Ｎに、未定着の粉
体トナー像を担持した被加熱材としてのシート状の記録
材Ｐが搬送されると、記録材Ｐ上の未定着の粉体トナー
像ＰＴは、ニップ部Ｎにおいて熱と圧力が加えられるこ
とにより溶融し、記録材Ｐ上に定着される。

【００２８】このように、本実施の形態におけるこの像
加熱装置は、複写機、プリンタ等の画像形成装置の定着
装置として用いることができ、画像形成装置のメインス
イッチがオンされた後に、プリント指令を待ってヒータ
３への通電を開始し、プリント指令を待つスタンバイ時
はヒータ３への通電を停止するようになっている。

【００２９】ところで、ヒータ，定着フィルム，加圧ロ
ーラで形成されるニップは、端部の幅よりも中央部の幅
を細くしないと、従来技術の項で簡単に説明したように
ニップを通す際に記録材Ｐにシワが生じてしまう。図２
はシワが発生するメカニズムを示した図である。ここで
は端部のニップ幅よりも中央部のニップ幅が細い場合に
ついて説明するため、図左側を端部、図右側を中央部と
する。

【００３０】ニップ幅が大きい方が搬送力が大きいた
め、端部と中央部でニップ幅が異なる場合、端部と中央
部で搬送力も異なる。このことにより、フィルム内周長
とステーの周長差の程度によって、フィルム中心軸をス
テーに対してα°傾ける。加圧ローラの長手方向に垂直
な力ＦによってフィルムはＦｓｉｎα°の力で寄り力を
受ける。

【００３１】また、ニップを通過する記録材Ｐも同様の
寄り力を受ける。つまり記録材Ｐはニップ幅が大きい方
に寄っていく。従って、端部より中央部のニップ幅を小
さくしておけば、記録材Ｐは中央部から端部に寄ってい
くことになり、シワは発生しない。

【００３２】ヒータ３で発生した熱はフィルム２を介し
て記録材Ｐに伝えられる。従って記録材Ｐに伝わる熱量
はフィルム２の熱伝導率によって変化する。そこで端部
に比してニップ幅の小さい中央部の熱伝導率を上げたフ
ィルムを用いれば、中央部においても端部と同程度の熱
を伝熱して記録材Ｐに与えることができる。

【００３３】図３は本実施の形態の加熱装置のニップ幅
Ｎ１、フィルムの熱伝導率Ｃ１を、搬送方向と垂直な方
向に沿って表した図である。加熱装置の定着性はニップ
幅Ｎ１及びフィルムの熱伝導率Ｃ１の両方の影響を受け
るため、図３のＴ１の如く両者の影響は相殺され、搬送
方向と直角方向について定着性はほぼ均一となる。

【００３４】なお、フィルムの熱伝導率は、ポリイミド
フィルムに熱伝導性を向上させるフィラー、例えばＢＮ
（チッ化ホウ素）を入れることにより向上させることが
できる。また、フィラーの混入量を連続的に変えること
により紙搬送方向と直角方向に定着フィルムの熱伝導率
分布を持たせることも可能である。

【００３５】以上に説明したように、端部より中央部で
ニップ幅を小さくし、かつ、端部より中央部でフィルム
の熱伝導性を向上させることにより、シワが発生せず、
かつ、搬送方向と直角方向の任意の位置において、均一
な定着性が確保できる。

【００３６】（実施の形態２）ニップの幅を端部と中央
部で変えたことによる、搬送方向と直角方向の定着性の
差を補う方法として、ヒータ３の発熱分布を端部より中
央部で大きくする方法を用いてもよい。

【００３７】図４は本実施の形態の加熱装置のニップ幅
Ｎ２、ヒータの発熱分布Ｈ２を搬送方向と直角な方向に
沿って表した図である。加熱装置の定着性はニップ幅Ｎ
２及びヒータの発熱分布Ｈ２の両方の影響を受けるた
め、図４のＴ２の如く、両者の影響は相殺され、紙搬送
方向と直角方向について、定着性はほぼ均一となる。

【００３８】なお、ヒータに所望の発熱分布を持たせる
ためには、ヒータに適切な抵抗値分布を持たせる必要が
ある。具体的には、発熱体である電気抵抗材料の抵抗値
に分布を持たせる方法、同じく電気抵抗材料の体積抵抗
に分布を持たせる方法（発熱体幅、もしくは発熱体厚
み）、あるいは、ヒータの保護層の厚さに分布を持たせ
る等の方法が適用できる。本実施の形態では、発熱体の
厚さに分布を持たせることにより、ヒータに発熱分布を
持たせた。

【００３９】（実施の形態３）ニップ幅を端部と中央部
で変えたことによる、搬送方向と直角方向の定着性の差
を補う方法として、ヒータの発熱体幅を端部より中央部
で大きくする方法を用いてもよい。

【００４０】図５は本実施の形態の加熱装置のニップ幅
Ｎ３、ヒータの発熱体幅ＨＷ３を搬送方向に直角な方向
に沿って表した図である。発熱体幅ＨＷ３が大きくなる
と、それだけ加熱時間が長くなるので、定着性も向上す
る。

【００４１】加熱装置の定着性はニップ幅Ｎ３及びヒー
タの発熱体幅ＨＷ３の両方の影響を受けるため、図５の
Ｔ３の如く、両者の影響は相殺され、搬送方向と直角な
方向について、定着性はほぼ均一となる。

【００４２】ただし、発熱体がニップ内に入っていない
と定着性への寄与が小さくなるので、発熱体はニップ内
に入っていることが好ましい。

【００４３】尚、単に発熱体幅を広げただけでは、その
部分のヒータの抵抗値が低下し、発熱量が少なくなって
しまう。このことを防止するため、ヒータの発熱体幅を
大きくするにつれて、発熱体を薄くする、あるいは、体
積抵抗値の高い電気抵抗材料を用いる、等の方法が必要
となる。本実施の形態では、ヒータの発熱体幅が大きく
なるにつれて発熱体の厚みを小さくすることで、ヒータ
に搬送方向と直角方向にほぼ均一な発熱分布を持たせ
た。

【００４４】（実施の形態４）ニップ幅を端部と中央部
で変えたことによる、搬送方向と直角方向の定着性の差
を補う方法として、フィルムの厚みを端部より中央部で
薄くする方法を用いてもよい。

【００４５】図６は、本実施の形態の加熱装置のニップ
幅Ｎ４、フィルムの厚みＦ４とその伝熱量Ｃ４を搬送方
向と直角な方向に沿って表した図である。加熱装置の定
着性はニップ幅Ｎ４及びフィルムの伝熱量Ｃ４の両方の
影響を受けるため、図６のＴ４の如く、両者の影響は相
殺され、搬送方向と直角な方向について、定着性はほぼ
均一となる。

【００４６】（実施の形態５）ニップ幅を端部と中央部
で変えたことによる、搬送方向と直角方向の定着性の差
を補う方法として、ヒータの保護膜の厚みを端部より中
央部を薄くする方法を用いてもよい。

【００４７】図７は本実施の形態の加熱装置のニップ幅
Ｎ５、ヒータの保護膜の厚みＨＴ５及びヒータ表面の発
熱量Ｃ５を、搬送方向と直角な方向に沿って表した図で
ある。加熱装置の定着性はニップ幅Ｎ５及びヒータ表面
の発熱量Ｃ５の両方の影響を受けるため、図７のＴ５の
如く、両者の影響は相殺され、搬送方向と直角な方向に
ついて、定着性はほぼ均一となる。

【００４８】（実施の形態６）図８は例えば前述した実
施の形態１に示したような本発明を適用したフィルム加
熱方式の加熱装置としての加熱定着装置１１５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。

【００４９】本形態の画像形成装置は原稿台が往復動す
るもので、プロセスカートリッジが着脱可能な方式の電
子写真複写装置である。

【００５０】１００は装置機筐、１０１はその装置機筐
の上面板１０２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１０２
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。

【００５１】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１０１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１０３をかぶせて押
え込むことによりセットされる。

【００５２】１０４は機筐上面板１０２面に原稿載置台
１０１の往復移動方向とは直角の方向（紙面に直角の方
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。

【００５３】原稿載置台１０１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１０１の右方ａへの往復
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１０４の位置を通過していき、その通過過程でラン
プ１０５の光Ｌをスリット開口部１０４、透明な原稿載
置台１０１を通して受けて照明走査され、その照明走査
光の原稿面反射光が像素子アレイ１０６によって感光ド
ラム１０７面に結像露光される。

【００５４】感光ドラム１０７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１０８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１０９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１０７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。

【００５５】この静電潜像は現像器１１０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
１１１の配設部位へ移行していく。

【００５６】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Ｓ内のシートが給
送ローラ１１２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１１３により、ドラム１０７上のト
ナー画像形成部の先端が転写放電器１１１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１１１と感
光ドラム１０７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。

【００５７】そしてその給送シートの面に対して転写放
電器１１１により感光ドラム１０７側のトナー画像が順
次に転写されていく。

【００５８】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１０７面から順次に分離
されて搬送装置１１４によって実施の形態１から５によ
り説明したものと同様の加熱定着装置１１５に導かれて
担持している未定着トナー画像の加熱定着を受け、画像
形成物（コピー）として排出ローラ１１６を通って機外
の排紙トレイ１１７上に排出される。

【００５９】画像転写後の感光ドラム１０７の面はクリ
ーニング装置１１８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。

【００６０】ＰＣは装置本体１００内のカートリッジ着
脱部１２０に着脱されるプロセスカートリッジであり、
本例の場合は、像担持体としての感光ドラム１０７、帯
電器１０９、現像器１１０、クリーニング装置１１８の
４つのプロセス機器を包含させて一括して装置本体１０
０に対して着脱交換自在としてある。

【００６１】

【発明の効果】本発明は以上の構成および作用を有する
もので、被加熱材をシワなく搬送するために、ニップ量
を変化させて加熱搬送を行う加熱装置において、被加熱
材の搬送方向に直角な方向のニップ幅の大小にかかわら
ず、均一な熱量が前記加熱手段から被加熱材に伝熱され
る。

【００６２】また、この加熱手段を加熱定着装置として
備えた画像形成手段では、搬送される被記録材にシワの
発生がなく、しかも被加熱材の搬送方向に直角な方向に
おいて均一な定着を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施の形態における加熱
装置の断面図である。

【図２】図２は本発明の第１の実施の形態におけるフィ
ルム及び記録材の寄りのメカニズムを示す図である。

【図３】図３は本発明の第１の実施の形態における、搬
送方向と直角な方向のニップ幅、フィルムの熱伝導率、
定着性の分布を示す図である。

【図４】図４は本発明の第２の実施の形態における、搬
送方向と直角な方向のニップ幅、ヒータの発熱分布、定
着性の分布を示す図である。

【図５】図５は本発明の第３の実施の形態における、搬
送方向と直角な方向のニップ幅、ヒータの発熱体幅、定
着性の分布を示す図である。

【図６】図６は本発明の第４の実施の形態における、搬
送方向と直角な方向のニップ幅、フィルムの厚み、フィ
ルムの伝熱量、定着性の分布を示す図である。

【図７】図７は本発明の第５の実施の形態における、搬
送方向と直角な方向のニップ幅、ヒータの保護膜の厚
み、ヒータ表面の発熱量、定着性の分布を示す図であ
る。

【図８】図８は本発明に従う、フィルム加熱方式の加熱
装置としての加熱定着装置を組み込んだ画像形成装置の
一例の概略図。

【符号の説明】

１ フィルムガイド部材としてのステー ２ フィルム ３ 加熱手段 ４ 加圧ローラ ５ サーミスタ（温度検知手段） １０ ＣＰＵ（温度制御手段） Ｐ 記録材 ＰＴ トナー像

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の表面に当接する加熱手段からの熱
   を他方の表面に接触する被加熱材へと伝熱させるフィル
   ムと、 前記フィルムの他方の表面との間で被加熱材を押圧し、
   ローラ端部よりもローラ中央部で狭い幅に設定されたニ
   ップを形成するもので、前記加熱手段に対向する位置に
   配設された加圧ローラとを備え、 前記加圧ローラを回転させることで前記フィルムおよび
   被加熱材を搬送すると共に、前記ニップにおいて被加熱
   材を加熱する加熱装置において、 前記加熱手段から被加熱材に伝わる熱量を前記ニップ幅
   に従って変化させ、前記被加熱材に均一な熱量を伝熱さ
   せることを特徴とする加熱装置。
2. 【請求項２】 前記フィルムの熱伝導率を搬送方向に直
   交する方向のフィルム端部よりもフィルム中央部におい
   て大きくすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装
   置。
3. 【請求項３】 前記フィルムの厚みを搬送方向に直交す
   る方向のフィルム端部よりもフィルム中央部において小
   さくすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段の発熱分布を搬送方向に直
   交する方向の加熱手段端部よりも加熱手段中央部におい
   て大きくすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装
   置。
5. 【請求項５】 前記加熱手段の搬送方向の幅を搬送方向
   に直交する方向の加熱手段端部よりも加熱手段中央部に
   おいて大きくすることを特徴とする請求項１または４に
   記載の加熱装置。
6. 【請求項６】 前記加熱手段にフィルムとの当接面を保
   護する保護層を備え、 この保護層の厚みを搬送方向に直交する方向の加熱手段
   端部よりも加熱手段中央部において薄くしたことを特徴
   とする請求項１または４に記載の加熱装置。
7. 【請求項７】 請求項１，２，３，４，５または６のい
   ずれか１項に記載の加熱装置と、 被記録材に画像を形成する画像形成手段とを備え、 画像が形成された被記録材の未定着画像を前記加熱装置
   により定着させることを特徴とする画像形成装置。