JP6594043B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着装置に関し、電子写真画像形成プロセスを用いて記録材上に形成したトナー画像を、熱により溶融して記録材に定着する電子写真画像形成装置に好適なものである。電子写真画像形成装置としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンター（レーザービームプリンター、ＬＥＤプリンター等）等がある。

電子写真方式の画像形成装置で用いられる定着装置として、オンデマンド性に優れたフィルム定着方式の定着装置が用いられている。フィルム定着方式の定着装置は、筒状のフィルムと、フィルムの内面と接触するニップ形成部材と、ニップ形成部材を保持し、フィルムをガイドする役割を持つフィルム支持部材と、フィルムを介してニップ形成部材と共にニップ部を形成する弾性ローラを有する。そして、ニップ部（定着ニップ部）でトナー像を担持した記録材を挟持搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着するものである。

フィルム加熱方式の定着装置は、フィルムを目標温度まで早く立ち上げるために、熱容量の小さいフィルムを用いている。フィルムの材料としては、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｎｉ（ニッケル）等の金属材料を用いる場合や、ＰＩ（ポリイミド）やＰＡＩ（ポリアミドイミド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐熱樹脂を用いる場合がある。

一般的に金属材料は樹脂材料と比べると強度があるため薄肉化でき、熱伝導率も高いという特徴を持つ。一方、樹脂材料は、金属と比べると比重が小さく温まり易いという利点がある。また、樹脂材料の中でも、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の熱可塑性樹脂は押出成型が可能なため、安価に成形できるという利点がある。

上記の定着装置は、弾性ローラが駆動され回転することにより、フィルムが従動回転する。従って、フィルムが従動回転する際に、フィルム内面とフィルム支持部材の接触面積が大きいと、摺動抵抗が大きくなり、用紙搬送が不安定になる。更に、フィルム内面とフィルム支持部材の接触面積が大きいと、熱が逃げ易くなり、温度むら等の定着性に関わる問題の原因になる場合がある。

そこで、フィルム加熱方式の定着装置において、フィルムとフィルム内面に接触するフィルム支持部材との間の摺動面を減らすために、フィルム支持部材にリブか穴のいずれかが設けられているものがある。特に、リブを設けたこのような定着装置においては、フィルム支持部材は細いリブ形状となっているのが一般的である。

また、特許文献１では、フィルム支持部材の形状（長手方向に垂直な断面内）を、所定のニップ幅にて弾性ローラで押し付けた走行状態でのフィルムの自然な形状と略同一の形状とすることが開示されている。即ち、フィルムが局所的かつ集中的に接触して摩耗することをなくし、フィルムの耐久性を向上させることができることが知られている。

特開２００２−１３９９３２号公報

しかし、特許文献１のようなフィルム支持部材を前述したフィルム加熱方式の定着装置に用いると、長手方向を含む断面内で次のような課題がある。それは、フィルム長手方向において、走行状態におけるフィルムの形状がフィルム長手方向の中央部と端部で異なるため、フィルムの自然な形状に倣わないフィルム支持部材の箇所が発生してしまう。従って、フィルムの一部がフィルム支持部材に局所的に接触し、フィルムの耐久性が低下する場合がある。

本発明の目的は、フィルムの耐久性を向上させられる定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、弾性ローラと、前記弾性ローラに接触する筒状のフィルムと、前記フィルムの内部に前記弾性ローラの軸線方向に亘って設けられており前記フィルムをガイドし、前記フィルムを介して前記弾性ローラと共にニップ部を形成するフィルムガイド部材と、前記フィルムガイド部材において、前記フィルムの前記軸線方向における両端部に設けられた前記フィルムの内面をガイドするガイド部を有するフランジと、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する定着装置であって、前記フィルムガイド部材は、前記ニップ部における記録材の搬送方向において、前記ニップ部よりも上流側に前記軸線方向に並んだ、前記フィルムが接触する複数のリブを備え、前記複数のリブは、前記軸線方向の端部から中央部に向けて曲率半径が徐々に小さくなっており、前記複数のリブの前記搬送方向の上流側の先端は、（ｉ）前記ガイド部の前記搬送方向の上流側の先端よりも前記搬送方向の下流側に設けられており、（ii）前記軸線方向の端部に位置するものに比べ中央部に位置するものの方が前記搬送方向の下流側に位置していることを特徴とする。

本発明によれば、フィルムの耐久性を向上させられる定着装置を提供することができる。

（ａ）は比較例の加圧フィルム支持部材及びリブの上視断面図、（ｂ）は本発明の第１の実施形態における加圧フィルム支持部材及びリブの上視断面図 第１の実施形態における加圧フィルム支持部材及びリブの概略斜視図 第２の実施形態における加圧フィルム支持部材及びリブの上視断面図 第２の実施形態における加圧フィルム支持部材及びリブの概略斜視図 第３の実施形態における加圧フィルム支持部材及びリブの概略斜視図 本発明の実施形態に係る定着装置の構成模式図 加圧フィルム回転時の、加圧フィルム支持部材の長手方向の端部と中央部付近におけるリブ部周辺の加圧フィルムの変形に関する説明図 比較例における、ガラス転移点前後の、加圧フィルム支持部材の長手方向の中央部付近におけるリブ部周辺の加圧フィルムの変形に関する説明図 本発明の実施形態における、ガラス転移点前後の、加圧フィルム支持部材の長手方向の中央部付近におけるリブ部周辺の加圧フィルムの変形に関する説明図 画像形成装置の断面図、第４の実施形態の定着装置の断面図、定着装置の斜視図 定着装置の断面図（第４の実施の形態） 加圧フィルム支持部材の斜視図 定着装置の断面図（第５の実施の形態） 加圧フィルムの弾性率特性を示した図 定着ニップ部の拡大図 小サイズ紙を定着処理する場合の説明図 小サイズ紙を定着処理する際の加圧フィルムの温度分布図 内面ニップ幅の温度特性図 第５の実施形態の変形例

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を用いて説明する。

《第１の実施形態》
（定着装置）
以下、本発明の実施形態に係る定着装置について、図６を用いて説明する。図６は、フィルムを用いた外部加熱方式の定着装置の構成を示すものである。本実施形態の定着装置は大別して、弾性ローラである定着ローラ１０と、定着ローラ１０と共に第１のニップ部である定着ニップ部Ｎ１を形成するバックアップユニット２０と、加熱ユニットとしての熱供給手段３０の３つの部分から構成される。熱供給手段３０は、第３の回転体として定着ニップ部Ｎ１以外で定着ローラ１０に当接し、定着ローラ１０の表面を加熱する加熱ニップ部Ｎ２を形成する。

このようにして、本実施形態の定着装置では、定着ニップ部Ｎ１にてトナー画像を担持した記録材を挟持搬送して、熱供給手段３０によって加熱された定着ローラ１０の熱でトナー画像を記録材に定着する。

ａ）定着ローラ１０
第１の回転体である定着ローラ１０は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料からなる芯金１１を有している。芯金１１の外周面上にシリコーンゴム等を主成分とする弾性層１２が形成され、この弾性層１２上にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パープルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂を主成分とした離型層１３が形成されている。

ｂ）熱供給手段３０
本実施形態における加熱ユニットとしての熱供給手段３０は、第３回転体としての加熱フィルム３１、加熱フィルム支持部材（加熱フィルムガイド部材）３２、セラミックヒータ３３、加熱フランジ３４を有している。なお、本実施形態では、熱供給手段３０の一例としてフィルムを用いた熱供給手段を採用しているが、定着ローラ１０の表面に熱を供給する手段としては、これに限らず、熱ローラ方式、輻射加熱方式、電磁誘導加熱方式等を用いることもできる。

加熱フィルム３１は、耐熱性、断熱性を有するＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）等を基層とした円筒状の樹脂フィルムで形成されている。表層には、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パープルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等の離型性の良い耐熱樹脂で被覆されている。

加熱フィルム支持部材３２は、所定の耐熱材料を用いて横断面が略凹字状になるように形成されており、加熱フィルム３１の長手方向（記録材の搬送方向に直交する方向）に点在するリブ３５（図６（ｂ））が設けられている。

また、加熱フランジ３４は、所定の耐熱性材料を用いて形成され、加熱フィルム支持部材３２の長手方向両端部に装着され、加熱フィルム３１の長手方向への寄り移動を規制する役割及び加熱フィルム３１内周面を規制する役割を持つ。加熱フィルム３１の両端部の内周面を規制する（ガイドする）部分（ガイド部分）が３４ａの部分である。

セラミックヒータ３３は、フィルム支持部材３２の平坦面に設けられた溝３６に支持されており、セラミックヒータ３３を支持させた加熱フィルム支持部材３２に加熱フィルム３１を緩やかに嵌合させている。セラミックヒータ３３は、加熱フィルム３１を介して定着ローラ１０と共に第２のニップ部である加熱ニップ部Ｎ２を形成する。そして、定着ローラ１０と、加熱フィルム支持部材３２に保持されたセラミックヒータ３３とに狭持された加熱フィルム３１は、加熱フィルム支持部材３２の周りを定着ローラ１０の回転に従動して回転する。

この熱供給手段３０は、定着ローラ１０と平行に配置されている。そして、加熱フィルム支持部材３２の長手方向の両端部が、加圧バネ（不図示）によって、定着ローラ１０に対して加熱フィルム３１の長手方向と直交する方向へ付勢される。すると、セラミックヒータ３３の表面が、加熱フィルム３１を介して定着ローラ１０の外周面に押圧される。これにより、定着ローラ１０の弾性層１２が弾性変形し、定着ローラ１０と加熱フィルム３１の間に所定幅の加熱ニップ部Ｎ２が形成される。

このように、セラミックヒータ３３は、加熱ニップ部形成部材としての役割も担っている。

ｃ）バックアップユニット２０
バックアップユニット２０は、第２の回転体である加圧フィルム２１と、フィルムの内部のフィルム支持部材（加圧フィルムガイド材）である加圧フィルム支持部材２２と、バックアップ部材であるニップ部形成部材２３と、加圧フランジ２４を有している。加圧フィルム２１は、耐熱性、断熱性を有する熱可塑性のＰＩ（ポリイミド）、熱可塑性のＰＡＩ（ポリアミドイミド）等を基層とした筒状（円筒状）のフィルムとして樹脂フィルム（熱可塑性フィルム）で形成されている。

加圧フィルム支持部材２２は、所定の耐熱性材料を用いて横断面が略凹字状になるように形成され、加圧フィルム２１の長手方向（記録材の搬送方向に直交する方向）においては複数点在するリブ２５としてリブ状に設けられている。また、加圧フランジ（端部ガイド部材）２４は、所定の耐熱性材料を用いて形成され、加圧フィルム支持部材２２の長手方向両端部に装着され、加圧フィルム２１の長手方向への寄り移動を規制する役割及び内周面を規制する役割を持つ。加圧フィルム２１の両端部の内周面を規制する（ガイドする）部分が２４ａの部分である。

ニップ部形成部材２３は、アルミニウム等の金属（高熱伝導部材）で形成され、加圧フィルム２１の長手方向の熱の流れを均一にする。そして、ニップ部形成部材２３は、加圧フィルム支持部材２２の長手方向に沿って加圧フィルム支持部材２２の平坦面に設けられた溝２６に支持されている。

ニップ部形成部材２３を支持させた加圧フィルム支持部材２２は、加圧フィルム２１を緩やかに嵌合させている。このように、定着ローラ１０とニップ部形成部材２３により、加圧フィルム２１と定着ローラ１０の間に定着ニップ部Ｎ１を形成する。そして、定着ローラ１０と、加圧フィルム支持部材２２に支持されたニップ部形成部材２３とに狭持された加圧フィルム２１は、加圧フィルム支持部材２２の周りを定着ローラ１０の回転に従動して回転する。

このバックアップユニット２０は、第１の回転体である定着ローラ１０と平行に配置されている。そして、加圧フィルム支持部材２２の長手方向の両端部が、加圧バネ（不図示）によって、定着ローラ１０の長手方向と直交する方向へ付勢される。すると、バックアップユニット２０のニップ部形成部材２３が、加圧フィルム２１を介して定着ローラ１０の外周面に押圧される。

これにより、定着ローラ１０の弾性層１２が、ニップ部形成部材２３の表面で潰れて弾性変形し、定着ローラ１０の表面と加圧フィルム２１との外周面で所定幅の定着ニップ部Ｎ１が形成される。

（加圧フィルムの変形）
以下、フィルムの耐久性が低下する原因となる加圧フィルム２１の変形の過程について説明する。図６において、駆動モータの出力軸（不図示）の回転が、所定のギア列（不図示）を介して、定着ローラ１０の芯金１１へ伝達される。これにより、定着ローラ１０は所定の速度で回転する。定着ローラ１０の回転は、定着ニップ部Ｎ１において定着ローラ１０の表面と加圧フィルム２１の表面との間に生じる摩擦力により、加圧フィルム２１に伝わる。これにより、加圧フィルム２１は、加圧フィルム２１の内周面が加圧フィルム支持部材２２とニップ部形成部材２３と摺動しながら従動回転する。

このとき、加圧フィルム２１は、定着ローラ１０の回転方向の力を受けるため、定着ニップ部Ｎ１の出口側（下流側）において押し出され、変形する（図７のＢ、Ｃ）。しかし、加圧フランジ２４が装着されている長手方向の端部では、加圧フィルム２１内周面が加圧フランジ２４の加圧フィルム２１の内面をガイドするガイド部２４ａに規制されている。このため、定着ニップ部Ｎ１出口側（下流側）に押し出される変形が抑制されて回転する（図７のＣ）。

即ち、図７において、加圧フィルム２１の長手方向中央部では、加圧フィルム２１は定着ニップ部Ｎ１出口側へ押し出されるように変形しているが、端部では定着ニップＮ１出口側へ押し出されるような変形は小さい。このように、加圧フィルム２１は、長手方向で一様に変形するのではなく、加圧フィルム２１長手方向において、端部側に対し中央部側が凹んだ形状に変形することが確認できる。

ここで、加圧フィルム２１の回転時の変形が、図６の状態よりも更に大きくなる場合がある。加圧フィルム２１の回転時の変形を進行させる要因としては、加圧フィルム２１自身の弾性率の低下や、定着ローラ１０から受ける力の増大等が考えられる。前者の加圧フィルム２１自身の弾性率低下の要因としては、材質の変更や膜厚の低下、また、加圧フィルム２１の使用温度がガラス転移点以上になることによる軟化等が挙げられる。一方、後者の定着ローラ１０から受ける力の増大の要因としては、定着ローラ１０の回転速度の増加や、定着ローラ１０と加圧フィルム２１の摩擦力の増大等が挙げられる。

（比較例のフィルム支持部材形状と、加圧フィルム変形）
図８は、比較例における、ガラス転移点前後の、加圧フィルム支持部材の長手方向の中央部付近における加圧フィルムの変形に関する説明図である。加圧フィルム２１の使用温度が、加圧フィルム２１のガラス転移点以上となることにより、加圧フィルム２１が軟化（弾性率が低下）し、加圧フィルム２１の回転時の変形が図６の状態よりも大きくなる。なお、その他の要因によって加圧フィルム２１の変形が進行する場合も、図８と同様の変形となり、加圧フィルム２１の変形の進行要因を加圧フィルム２１の使用温度がガラス転移点以上になる場合に限定するものではない。

図８に示す加圧フィルム支持部材２２の長手方向の中央部付近では、加圧フィルム２１の使用温度が加圧フィルム２１のガラス転移点以上になると、定着ニップ部Ｎ１の入口側（上流側）で、加圧フィルム２１がリブ２５に沿った変形をする（位置Ａ）。一方、図８に示す定着ニップ部Ｎ１の出口側（下流側）では、加圧フィルム２１の使用温度が加圧フィルム２１のガラス転移点以上になると、加圧フィルム２１の使用温度が加圧フィルム２１のガラス転移点以下の場合より大きく変形することが確認できる。

このように、加圧フィルム支持部材２２の長手方向の中央部付近では、ニップ部入口側すなわち定着ニップ部Ｎ１の入口側（上流側）の位置Ａ（図８）において、加圧フィルム２１は凹形状に変形する。この状態で、定着ローラ１０の回転を続けると、加圧フィルム２１の長手方向の中央部が加圧フィルム支持部材のリブ２５に強く押し付けられる状態となる。従って、フィルムに傷が付き、耐久性が低下する原因となる。

（本実施形態のフィルム支持部材形状と、加圧フィルム変形）
次に、本実施形態の加圧フィルム支持部材２２のリブ２５の形状によって、上述した加圧フィルム変形の問題が抑制できるメカニズムについて説明する。図１（ａ）（ｂ）に、それぞれ比較例及び本実施形態の加圧フィルム支持部材２２のニップ部入口側の上視断面図を示す。図１では、各リブ２５の膨らみ部を、上方から見たときの形状として歯型状に表している。

各リブ２５の膨らみ部は、後述する曲率半径に関連し、曲率半径が大きい場合に比べ曲率半径が小さい場合には、歯型状の下部位置が図１におけるより上方の位置（より高い位置）となる。比較例に関する図１（ａ）では、長手方向における各リブ２５の曲率半径が同一であり、リブの下部位置は図１における線Ｌ２５の高さとなる。一方、図１（ｂ）では、長手方向における各リブ２５の曲率半径が同一でなく、端部側に対し中央部側で曲率半径が小さく設定されており、リブの下部位置は端部側に対し中央部側でより高い位置となる。

即ち、比較例の加圧フィルム支持部材２２のリブ２５は、長手方向で一様な形状である（図１（ａ））。これに対し、本実施形態のリブ２５は、加圧フィルム２１の長手方向において、加圧フィルム２１から受ける力が均等になるように中央部を凹ますことで、加圧フィルム２１の局所的な変形を抑制する。

図１（ｂ）のラインＬ２５ａは、長手方向において最も端部に設けられたリブの記録材搬送方向における先端位置を示している。ラインＬ２５ｂは、その他のリブの先端位置を示している。この図のように長手方向中央のリブの先端は最も端部のリブの先端よりも凹んだ位置にある。なお、最も端部のリブの先端はフランジ２４のフィルムガイド部２４ａの先端よりも凹んでいる。

図２に、本実施形態の加圧フィルム支持部材２２の概略斜視図を示す。加圧フィルム支持部材２２の長手方向の中央部付近のリブから端部のリブにかけて、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とし端部のリブをＲ４としたとき、Ｒ４＞Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３のように、両端のリブよりも内側のリブでリブ２５の形状を一定量凹ます形状にする。即ち、長手方向の両端のリブ以外のリブの曲率半径は同一とする。また、上記リブ２５はなるべく細いリブにして、熱が逃げてその部分が定着不良になるのを防ぐのが好ましい。また、上記リブ２５はなるべく本数を多くして、加圧フィルムからの力を分散して受けるのが好ましい。

図９に、本実施形態に関し、ガラス転移点前後の、加圧フィルム支持部材の長手方向の中央部付近における加圧フィルムの形状を示す。図９に示す本実施形態では、図８の位置Ａにおける加圧フィルム２１の凹変形は見られない。

なお、加圧フィルム２１の材質は、熱硬化性のＰＩ（ポリイミド）等の熱硬化性樹脂であっても、効果は小さいものの耐久性に効果がある。加圧フィルム２１の材質として熱可塑性樹脂を使用する場合には、前述したようにガラス転移点を超えた温度での軟化が発生し、変形量が大きくなるため、長手方向におけるリブ形状を所定形状とする本実施形態に基づく効果は特に大きい。

《第２の実施形態》
図３に、本発明の第２の実施形態の加圧フィルム支持部材の上視断面図を示す。第１の実施形態と同様に、加圧フィルム支持部材２２のリブ２５の形状を、加圧フィルム２１の長手方向において、加圧フィルム２１から受ける力が均等になるように中央部を凹ますことで、加圧フィルム２１の局所的な変形を抑制する。

図４に、本実施形態の加圧フィルム支持部材２２の概略斜視図を示す。加圧フィルム支持部材２２のリブ２５の中央部付近のリブから端部手前のリブにかけて、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とし、端部のリブをＲ４としたとき、Ｒ４＞Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１のように徐々に凹んでいく形状にする。即ち、長手方向の両端部から中央部に向けて順次曲率半径が小さくなるようにする。

本実施形態では、第１の実施形態よりも更に加圧フィルム支持部材２２のリブ２５からの損傷を低減することが可能になり、更に長寿命となる。また、第１の実施形態と同様に、上記リブ２５はなるべく細いリブにして、熱が逃げてその部分が定着不良になるのを防ぐのが好ましい。また、上記リブ２５は、なるべく本数を多くして加圧フィルムからの力を分散して受けるのが好ましい。

《第３の実施形態》
図５に、本実施形態の加圧フィルム支持部材２２の概略斜視図を示す。加圧フィルム支持部材２２のリブ２５の中央部付近のリブから端部手前のリブにかけて、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とし、端部のリブをＲ４としたとき、Ｒ４＝Ｒ２＝Ｒ３＞Ｒ１のように、中央部付近のリブ２５の形状のみ凹ます形状にする。即ち、長手方向の中央部以外の曲率半径は、同一とする。また、第１、第２の実施形態と同様に、上記リブ２５はなるべく細いリブにして、熱が逃げてその部分が定着不良になるのを防ぐのが好ましい。また上記リブ２５は、なるべく本数を多くして加圧フィルムからの力を分散して受けるのが好ましい。

《第４の実施形態》
以下、本発明に係る定着装置について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は本実施形態の画像形成装置１００の概略図である。図１０（ｂ）は定着装置５の拡大図、図１０（ｃ）は定着装置５の全体図である。

電子写真記録方式の画像形成装置１００は、４色のトナーを用い、トナー画像を形成する画像形成部１を有する。画像形成部１には４つの感光体があり、符号２は夫々の感光体を画像情報に応じたレーザ光で走査するレーザスキャナである。各感光体に形成されたトナー画像は中間転写ベルト３上に重畳され、その後、トナー画像は転写部４で給紙カセット６から給紙された記録材Ｐに転写される。

そして、記録材Ｐに転写されたトナー画像は定着装置５で定着処理される。定着装置５は画像形成装置１００の上部に配置されており、定着装置５に進入する記録材の方向は、画像形成装置１００の底面１００Ｂに対して垂直な方向（即ち、重力作用方向ｇ（図１１））に近い方向となっている。

定着装置５は、加熱ユニット５０と、加熱ユニット５０と共に定着ニップ部Ｎ３を形成する加圧ローラ４０を有する。加熱ユニット５０は、定着フィルム５１、フィルムガイド部材５２、加熱ユニットの剛性を確保する金属製のステー５３、セラミックヒータ５４、フィルム母線方向へのフィルムの寄り移動を規制する規制部材としてのフランジ５５を有している。定着フィルム５１は、熱硬化性樹脂（本例は熱硬化性のポリイミド）を基層とし、表面にはフッ素樹脂層が設けられている。

５６ｕはフィルムガイド部材５２の記録材搬送方向上流側に設けられた複数のリブ、５６ｄはフィルムガイド部材５２の記録材搬送方向下流側に設けられた複数のリブ、５７はフィルムガイド部材５２に設けられたヒータ保持溝である。フィルムガイド部材５２は耐熱樹脂（本例はＬＣＰ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｌｙｍｅｒ）で形成されている。４１は加圧ローラの弾性層（ゴム層）である。定着フィルム５１は加圧ローラ４０の回転（方向Ｄ１）に従動して回転（方向Ｄ２）する。

フランジ５５はフィルムガイド部材５２の長手方向両端にそれぞれ配置されており、定着フィルムの両端部の内面をガイドするガイド部５５ａを有する（図１２参照）。

（停止時と回転時のフィルム形状）
図１１は回転停止時及び回転時の、フィルムガイド部材５２の長手方向の中央部付近における、定着フィルム５１の形状に関する模式図である。定着フィルムが回転停止している時、定着フィルム５１は自重により、リブ５６ｕから若干離間している。定着フィルム５１が回転している時は、定着フィルム５１は定着ニップ部Ｎ３の出口側へ押し出されるように変形する。そして、定着ニップ部Ｎ３の入口側では、定着フィルム５１がリブ５６ｕに接触する。

図１２に、フィルムガイド部材５２とフランジ５５の斜視図を示す。フィルムガイド部材５２のリブ５６ｕは、中央部付近のリブから端部のリブにかけて、曲率半径が徐々に大きくなっている。また、フィルムガイド部材の両端のリブのフィルムと対向する部分の輪郭は、フランジ５５のガイド面５５ａの輪郭よりも小さくなっている。

リブ５６ｕのフィルムと対向する部分の曲率半径をＲ１〜Ｒ５、ガイド部５５ａの曲率半径をＲ６とすると、Ｒ６＞Ｒ５＝Ｒ４＞Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３となっている。このように、定着ニップ部Ｎ３のフィルム回転方向上流側のフィルムガイド面は、ガイド部５５ａから中央部のリブ５６ｕに掛けて徐々に凹んだ形状となっている。これにより、定着フィルムが回転してもフィルムへ与えるダメージを軽減できる。

次に、小サイズ紙を定着処理する際の非通紙部昇温を緩和できる実施例を説明する。

≪第５の実施形態≫
本実施例の定着装置（図１３）は加熱ユニット１０１、定着ローラ１０２、加圧ユニット１０３で構成される。

加熱ユニット１０１と定着ローラ１０２とが不図示の押圧手段によって、押圧接触されることで加熱ニップＮｈを形成し、加熱ニップＮｈより定着ローラ１０２に熱を受け渡す。このとき定着ローラ１０２に付与される加圧力は１６０Ｎで、このときの加熱ニップＮｈのローラ回転方向の幅は８ｍｍである。

同様に、定着ローラ１０２と加圧ユニット１０３とが不図示の押圧手段によって、押圧接触されることで定着ニップＮｐを形成する。そして、定着ローラ１０２に付与される加圧力は１６０Ｎで、このときの定着ニップＮｐのローラ回転方向の幅は８ｍｍである。定着ローラ１０２を回転させ、定着ニップＮｐにトナー像Ｔを担持した用紙Ｐを通過させることで、記録材Ｐ上のトナー像Ｔを加熱定着することができる。このときの用紙搬送速度は２００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。

（加熱ユニット）
加熱ユニット１０１は、加熱フィルム１０４、ヒータ支持部材１０５、ステー１０６、ヒータ１０７、温度検知素子１０８、にて構成される。加熱フィルム１０４は母線方向の長さが２３３ｍｍ、外径１８ｍｍである。フィルムの基層はカーボンフィラを添加した熱硬化性ポリイミドであり厚みは５０μｍ、表層はＰＦＡで厚みは３０μｍである。

ヒータ支持部材１０５は液晶ポリマー、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、長手に亘って装置フレームに保持されたステー１０６で補強されている。ステー１０６は不図示の押圧手段による押圧力を受け、定着ローラ１０２への均一な押圧を可能とする。ステー１０６は、鉄、ステンレス、ジンコート鋼板等の剛性のある材料を使用し、断面形状をＵの字型にすることで剛性を高めている。これにより、ヒータ支持部材１０５のたわみを抑えた状態で加熱ニップＮｈを形成する。

加熱ニップＮｈ内にはヒータ１０７を配置する。このヒータは、厚み１．０ｍｍのアルミナ板上に、銀・パラジウム合金で形成された発熱体が２２２ｍｍの長さ設けられている。発熱体はガラス材でコートされている。

ヒータ１０７の温度は温度検知素子１０８でモニタされており、素子１０８の検知温度に応じてヒータ１０７にＡＣ電力が供給される。定着処理時は検知温度が所定の制御目標温度を維持するように電力が制御される。制御目標温度は１８０℃〜２２０℃の範囲で設定される。

（定着ローラ）
定着ローラ１０２は、鉄やアルミニウムなどの芯金、断熱性の高い発泡ゴムの弾性層、熱伝導率２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるシリコーンゴムの高熱伝導弾性層、ＰＦＡなどの離型層から構成される。本例の定着ローラは、外径１１ｍｍの鉄の芯金に発泡弾性層を３．５ｍｍの厚みで形成し、その上に２００μｍの高熱伝導ゴム層、さらにその上に４０μｍの厚みの絶縁ＰＦＡチューブを被覆している。

定着ローラ硬度は５６度、外径は約１８ｍｍである。弾性層、高熱伝導弾性層および離型層の長さは２２９ｍｍである。定着ローラ１０２の硬度は、定着性及び耐久性を満足するため、アスカーＣ型硬度計１ｋｇｆ荷重において、４０度から７０度が好ましい。

（バックアップユニット）
バックアップユニット（加圧ユニット）１０３は、加圧フィルム１０９、均熱板支持部材１１０、ステー１１１、均熱板１１２にて構成される。加圧フィルム１０９は母線方向の長さが２３３ｍｍ、外径１８ｍｍの円筒部材であり、最内層に基層としてＰＥＥＫ層、最外層に離型性の高いＰＦＡ層が設けられている。ＰＥＥＫ層の厚みを１００μｍ、ＰＦＡ層の厚みを３０μｍとした。本例の加圧フィルムに用いたＰＥＥＫは、ガラス転移点Ｔｇ１４３℃、融点Ｔｍ２４０℃、フィラなどを添加していないナチュラル材である。

均熱板支持部材１１０は液晶ポリマー、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成され、長手方向に亘ってステー１１１に補強されている。ステー１１１は不図示の押圧手段による押圧力を受け、定着ローラ１０２への均一な押圧を可能とする。ステー１１１は、鉄、ステンレス、ジンコート鋼板等の剛性のある材料を使用し、断面形状をＵの字型にすることで剛性を高めている。これにより、均熱板支持部材１１０のたわみを抑えた状態で、所定の幅の定着ニップＮｐを形成する。

加圧フィルム１０９の内面には均熱板１１２を配置する。この均熱板１１２は、厚み１．０ｍｍ、長さ２３０ｍｍ、幅７ｍｍの窒化アルミ板である。加圧フィルム１０９のＰＥＥＫ層はこの均熱板１１２と接触する。ヒータの長さよりも小さなサイズの記録材Ｐに形成されたトナー画像を定着処理する時、定着器の記録材Ｐが通過しない非通紙領域は過昇温するが、均熱板１１２により温度を均し、過昇温を抑制できる。

（均熱板）
図１３に示すように、発熱源であるヒータ１０７と均熱部材としての均熱板１１２は直接接触していない。また、ヒータ１０７と均熱板１１２との間に大きな熱抵抗となる加圧フィルム１０９が介在しているため、定着器立ち上げ時、均熱板１１２への熱供給を鈍化することができる。よって、均熱板１１２を搭載したとしても、定着器立ち上げ時間の増大を抑えることができる。

（加圧フィルムの弾性率）
熱可塑性樹脂であるＰＥＥＫと熱硬化性ＰＩの、温度と弾性率の関係を図１４に示す。ＰＥＥＫはガラス転移点Ｔｇが１４３℃であり、ガラス転移点Ｔｇを超えると弾性率が大きく低減する。つまりフィルム剛性の低下を招き、加圧フィルムの円筒状態の維持が困難になる可能性がある。一方、熱硬化性ＰＩはガラス転移点Ｔｇが３００℃であり、定着器の使用温度域において弾性率変動が非常に小さく、フィルム剛性はほぼ変化しない。

本例の定着装置の加圧フィルムは、使用中においてガラス転移点Ｔｇ１４３℃を超えることを想定しているため、弾性率の低下つまり剛性低下は免れない。この剛性低下を加圧フィルムの厚みによって補うには、ＰＥＥＫ材は８０μｍ以上の厚みが望ましい。また、前述したように加圧フィルムに熱抵抗を付与し、均熱板１１２への熱供給鈍化を促すため、ＰＥＥＫ材は１００μｍ以上の厚みが望ましい。一方、厚過ぎると剛性が高くなり過ぎ、フィルムが割れやすくなる。よって、ＰＥＥＫ層の厚みは８０〜２００μｍが好ましい。

（加圧フィルムと均熱板との接触領域）
図１５に定着ローラ１０２と加圧ユニット１０３で形成される定着ニップ部の拡大図を示す。定着ローラ１０２表面と加圧フィルム１０９とが接触する領域を定着ニップＮｐ、加圧フィルム１０９内面と均熱板１１２とが接触する領域を内面ニップＮｐｉｎと定義する。

定着器立ち上げ時、加圧フィルム１０９の温度はガラス転移点Ｔｇ以下であり、加圧フィルムは高い剛性を示すため、加圧フィルム１０９は均熱板１１２に沿いにくく、図１５（ａ）に示されるように内面ニップＮｐｉｎは小さい。それ故に、均熱板への熱供給は鈍化傾向にあり、定着器立ち上げ時間の増大を抑制できる。

次に、定着器長手方向における幅が小さい小サイズ紙を通紙した場合について、図１６に簡易図を示す。通紙部は記録材が熱を奪うため昇温の程度が小さい。一方、記録材が通過しない非通紙部は熱供給過多となり著しく昇温する。図１７にハガキ（幅１００ｍｍ×長さ１４８ｍｍ、坪量２０９．５ｇ／ｍ＾２）を連続通紙した場合の加圧フィルム温度を示す。

通紙部における加圧フィルム１０９の温度は、ガラス転移点Ｔｇ以下である約１００℃、非通紙部における加圧フィルム１０９の温度はガラス転移点Ｔｇ以上である約２２０℃である。このことから、加圧フィルム１０９は非通紙部のみ剛性が大きく低下することになり、加圧フィルム１０９は均熱板１１２に沿いやすくなる。よって、図１５（ｂ）に示されるように非通紙部における加面ニップＮｐｉｎは大きく拡大する。その結果、非通紙部における均熱板への熱供給が促進され、非通紙部昇温の抑制効果が高くなる。

図１８に、加圧フィルムの温度と内面ニップＮｐｉｎの関係を示す。加圧フィルムの温度がガラス転移点Ｔｇを超えると、内面ニップＮｐｉｎが大きく拡大していることが確認できる。小サイズ紙を定着処理する時は、非通紙部の内面ニップＮｐｉｎが拡大することになる。

前述した効果を確認するため、実施例及び比較例の定着装置を用意し、小サイズ紙生産性、定着器立ち上げ時間の比較評価を実施した。

実施例および比較例共に図１３に示した外部加熱方式の定着装置である。但し、加圧フィルムの材質及び厚みが両者で異なる。実施例の加圧フィルムは上述したように厚み１００μｍのＰＥＥＫをベースとしたフィルムである。比較例の加圧フィルムは、長さ２３３ｍｍ、外径１８ｍｍの円筒部材であり、基層として熱硬化性ＰＩ層、最外層に離型性の高いＰＦＡ層を設けている。

ＰＩ層の厚みを５０μｍ、ＰＦＡ層の厚みを３０μｍとした。ＰＩはガラス転移点がＴｇ３００℃で、フィラなどを添加していないナチュラル材である。ＰＩベースのフィルムはガラス転移点Ｔｇが非常に高いので、定着処理中に剛性が低下することはない。逆に、厚くし過ぎると剛性が高くなり過ぎ割れやすくなるので、適度な剛性を確保するためＰＩ層の厚みは５０μｍとした。

（小サイズ紙生産性）
定着ローラ１０２（図１３）の回転速度を１５０ｒｐｍとした状態で、ハガキ（幅１００ｍｍ×長さ１４８ｍｍ、坪量２０９．５ｇ／ｍ＾２）を複数枚連続して定着処理を行う。連続するハガキの間隔（時間）を調整し、加圧フィルムやローラの表面温度が２３０℃を超えないことを条件に、実施例と比較例の小サイズ紙生産性を確認する。ここで言う生産性とは１分間で定着処理できる枚数とし、単位をｐｐｍ（ｐａｇｅｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）として表記する。

（定着器立ち上げ時間）
定着ローラ１０２の回転速度を１５０ｒｐｍとした状態で、Ｘｅｒｏｘ４２０２紙（幅２１５．９ｍｍ×長さ２７９．４ｍｍ、坪量７５ｇ／ｍ＾２）の通紙を行う。ヒータに投入する電力は１０００Ｗ、定着器は常温からスタートさせる。このとき、定着性を満足する温度に定着器が昇温するまでの立ち上げ時間を確認する。ここで言う定着性とは、ＭａｇｅｎｔａとＣｙａｎトナーで形成されるＢｌｕｅパターンが用紙に溶融固着できている状態である。

（比較評価結果）
表１に小サイズ紙生産性、定着器立ち上げ時間の比較評価結果を記す。

比較例の装置は、加圧フィルムが熱抵抗となり、発熱源から均熱板への熱供給が鈍化するため、定着器立ち上げ時間の拡大を抑制できている。

しかしながら、比較例は加圧フィルム基材にＰＩを使用しているため、小サイズ紙の連続通紙により非通紙部昇温が発生したとしても、内面ニップＮｐｉｎの幅はほぼ変動しない。よって、非通紙部における均熱板への熱供給能力が高まることがないため、小サイズ紙の生産性が十分ではない。

実施例の装置は、定着器立ち上げ時、加圧フィルム１０９の温度はガラス転移点Ｔｇ以下であり、加圧フィルムは高い剛性を示す。そのため、加圧フィルム１０９は均熱板１１２に沿いにくく、内面ニップＮｐｉｎは小さい。また、加圧フィルム１０９が均熱板１１２に対して大きな熱抵抗になる。それ故に、均熱板への熱供給は鈍化傾向にあり、定着器立ち上げ時間の拡大を抑制できている。

一方、小サイズ紙の連続通紙により非通紙部昇温が発生すると、加圧フィルム１０９の通紙部の温度はガラス転移点Ｔｇ以下であるが、加圧フィルム１０９の非通紙部の温度はガラス転移点Ｔｇ以上に達することがある。その際、加圧フィルム１０９の非通紙部の部分は剛性が大きく低下し、加圧フィルム１０９が均熱板１１２に沿いやすくなり、内面ニップＮｐｉｎは大きく拡大する。その結果、均熱板１１２の非通紙部への熱供給が促進され、非通紙部昇温時の均熱効果を増大させることができる。このため、単位時間当たりの通紙枚数を比較例よりも多くすることができる。

尚、実施例では加圧フィルムの材質としてＰＥＥＫを選択しているが、定着処理時に到達する温度よりも、融点が高く、ガラス転移点が低い材質であれば、その他の材質でも構わない。例えば、ＰＥＫ（ＰＯＬＹＥＴＨＥＲＫＥＴＯＮＥ）、ＰＥＫＥＫＫ（ＰＯＬＹＥＴＨＥＲＫＥＴＯＮＥＥＴＨＥＲＫＥＴＯＮＥＫＥＴＯＮＥ）などでも同様の効果が得られる。

図１９は第５実施形態の変形例である。この定着装置は、加熱ユニット３０１と加圧ユニットを接触させ定着ニップを形成する。加圧ユニットは実施例と同じ構成なので説明は割愛する。加熱ユニット３０１は加熱ロール３０４、発熱源３０８、とで構成される。加熱ロール３０４は、アルミニウムで形成される基層、ＰＦＡで形成される離型層を有する。加熱ロール３０４に駆動源からの回転力を伝達し、加熱ロール３０４を回転させ、加圧フィルム１０９を回転させる。

１０・・定着ローラ（弾性ローラ）、２０・・バックアップユニット、２５・・リブ、Ｎ１・・定着ニップ部（ニップ部）

Claims (4)

1. 弾性ローラと、
   前記弾性ローラに接触する筒状のフィルムと、前記フィルムの内部に前記弾性ローラの軸線方向に亘って設けられており前記フィルムをガイドし、前記フィルムを介して前記弾性ローラと共にニップ部を形成するフィルムガイド部材と、前記フィルムガイド部材において、前記フィルムの前記軸線方向における両端部に設けられた前記フィルムの内面をガイドするガイド部を有するフランジと、
   を有し、
   前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する定着装置であって、
   前記フィルムガイド部材は、前記ニップ部における記録材の搬送方向において、前記ニップ部よりも上流側に前記軸線方向に並んだ、前記フィルムが接触する複数のリブを備え、
   前記複数のリブは、前記軸線方向の端部から中央部に向けて曲率半径が徐々に小さくなっており、前記複数のリブの前記搬送方向の上流側の先端は、（ｉ）前記ガイド部の前記搬送方向の上流側の先端よりも前記搬送方向の下流側に設けられており、（ii）前記軸線方向の端部に位置するものに比べ中央部に位置するものの方が前記搬送方向の下流側に位置していることを特徴とする定着装置。
2. 前記フィルムは、熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記弾性ローラの表面に接触し前記弾性ローラに熱を与える加熱ユニットを有することを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記フィルムの内面に接触するヒータを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。