JPH0566688A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルム加熱方式の加熱装置について、加熱
体２０の非通紙部昇温に起因するフィルム２４の幅方向
の変位及びシワを防止し、画像加熱定着装置にあっては
小サイズ記録材の連続加熱処理直後のサイズの大きい記
録材通紙時の高温オフセットを低減すること。 【構成】 耐熱性フィルム２４の一面側に加熱体２０
を、他面側に被加熱材Ｐを密着させ、前記耐熱性フィル
ム２４を介して加熱体２０の熱エネルギーを被加熱材Ｐ
に付与する加熱装置において、加熱体２０の長手に沿っ
て熱伝導率が高くかつ所定の熱容量を持つ蓄熱・熱伝導
部材３０を具備させたことを特徴とする加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性フィルムの一面
側に加熱体を、他面側に被加熱材を密着させ、前記耐熱
性フィルムを介して加熱体の熱エネルギーを被加熱材に
付与する方式（フィルム加熱方式）の加熱装置に関す
る。

【０００２】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により成る
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
装置として活用できる。

【０００３】また、例えば、画像を担持した記録材を加
熱して表面性（艶など）を改質する装置、仮定着処置す
る装置等、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置とし
て使用できる。

【０００４】

【従来の技術】従来、例えば画像の加熱定着等のための
記録材の加熱装置としては、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、また実用されている。

【０００５】また、米国特許第３，５７８，７９７号明
細書に開示のように、ベルト加熱方式のものも知られて
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
熱して融解し、 ．融解後、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がす という過程で、オフセットを生じさせずに定着処理する
方式である。

【０００６】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・構成の定着装置（フィ
ルム加熱方式）が考案されている。

【０００７】本出願人の先の提案に係る例えば特開昭６
３−３１３１８２号公報に開示の方式・装置等がこれに
属し、薄肉の無端或は有端の耐熱性フィルム（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。

【０００８】このようなフィルム加熱方式においては、
ヒータとして低熱容量加熱体を用いることができる。こ
のため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベル
ト加熱方式などに比べ省電力化及びウェイトタイム短縮
化（クイックスタート）が可能となる。その他、従来の
加熱方式の欠点を解決できる利点を有し、効果的なもの
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記の加熱定着方式の
うち、熱ローラ方式、ベルト加熱方式、フィルム加熱方
式においては、連続して小さなサイズの記録材を用いて
加熱定着動作を行った場合、記録材が接触する加熱体部
分と、接触しない部分で放熱量の差が生じる。例えば熱
ローラ方式の場合、熱ローラ表面温度が記録材が通過し
ていない領域のローラ部分では、記録材が通過する領域
のローラ部分より高くなる。これは従来より「非通紙部
昇温」と呼ばれている現象である。

【００１０】従来、熱ローラ方式の場合、熱ローラ表面
温度を検知する手段を、使用可能なすべてのサイズの記
録材が常に通過するローラ位置の表面温度を検知するよ
うに配置している。

【００１１】その場合、上記の非通紙部昇温が発生した
時点で、通紙する記録材のサイズをより大きいものに切
り替えた場合、それまで通紙していた小さなサイズの記
録材の対応領域よりも外側領域の熱ローラ部分の表面温
度が高くなりすぎており、いわゆる「高温オフセット」
が生ずる場合がある。

【００１２】ベルト加熱方式及びフィルム加熱方式で
も、小サイズの記録材を連続して加熱処理した場合、熱
ローラ方式と同様のメカニズムにより、加熱体及びベル
ト／フィルム上に非通紙部昇温を発生し、高温オフセッ
トを発生する恐れがある。さらに、ベルト加熱方式はも
ちろんのこと、フィルム加熱方式で無端のベルト状フィ
ルムを用いた場合、ベルトまたはベルト状フィルムを駆
動する駆動軸の温度も、ベルトまたはベルト状フィルム
からの熱伝導により昇温する。従って小サイズの記録材
を連続して処理すると、加熱体及びベルトの非通紙部昇
温により駆動軸の温度も軸方向に関して均一でなくな
る。すると駆動軸の径は軸方向にわたって不均一にな
る。

【００１３】従来、無端ベルトを駆動する軸がテーパー
状に径差を持った場合、大径方向にベルトが変位するこ
とが知られている。そのため前記のように小サイズの記
録材を連続して加熱処理すると、駆動軸の軸方向の外形
形状が、加熱処理前に比べて時間的に変化していき、駆
動軸の外形差によるベルトの変位方向も時間的に変化す
ることになり、ベルトの駆動が不安定になりやすい。

【００１４】さらに、ベルトとして１００μｍ以下、特
に４０μｍ以下程度の薄肉で、ポリイミド等の弾性率の
高い材料を使った場合、ベルトの駆動軸上の変位方向が
不均一だとシワになる恐れもある。

【００１５】特に、加熱体として低熱容量のヒータを用
いることのできるフィルム加熱方式の場合、加熱体の熱
容量が熱ローラ方式やベルト加熱方式に比べて小さいの
で、加熱体の非通紙部昇温も大きく、高温オフセットも
発生しやすい。また、ベルト駆動の不安定性、ベルト状
フィルムのシワ等の問題も発生しやすい。

【００１６】フィルム加熱方式の場合加熱体とフィルム
が摺動するが、従来、摩擦係数は温度依存性があること
が知られている。本発明者らの実験によると、加熱体と
フィルムの間の摩擦係数が変化するとフィルムの駆動軸
軸方向の変位速度が変化することが明らかになってい
る。すると、加熱体に駆動軸軸方向の温度が不均一とな
り、ベルト状フィルムの駆動安定性がさらに損なわれフ
ィルムがシワになる危険もますます大きくなる。

【００１７】本発明は上記のような問題点を解消するこ
とを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱性フィル
ムの一面側に加熱体を、他面側に被加熱材を密着させ、
前記耐熱性フィルムを介して加熱体の熱エネルギーを被
加熱材に付与する加熱装置において、加熱体の長手に沿
って熱伝導率が高くかつ所定の熱容量を持つ蓄熱・熱伝
導部材を具備させたことを特徴とする加熱装置、であ
る。

【００１９】

【作用】即ち、フィルム加熱方式の加熱装置において上
記のように加熱体の長手に沿って蓄熱・熱伝導部材を具
備させると、小サイズの被加熱材の連続通紙加熱処理を
実行した際の非通紙部領域に対応する加熱体部分の昇温
熱（高い熱エネルギー）が蓄熱・熱伝導部材を通じて、
被加熱材の加熱処理により温度の低くなっている通紙部
領域に対応する加熱体部分側へすばやく伝達されること
により、加熱体の長手全長部の温度分布が通紙部と非通
紙部間で均一化されて加熱体の非通紙部昇温現象が緩和
される。

【００２０】従って、加熱体の非通紙部昇温に起因する
フィルムの幅方向の変位及びシワを防止し、画像加熱定
着装置にあっては小サイズ記録材の連続加熱処理直後の
サイズの大きい記録材通紙時の高温オフセットを低減す
る効果がある。

【００２１】蓄熱・熱伝導部材の付加により加熱体の熱
容量を増加させることにはなるが、それでも加熱体の全
体的な熱容量は熱ローラ方式等に比べて十分に小さいた
めフィルム加熱方式の大きな利点であるクイックスター
ト性はほとんど損なわないと共に、従来の加熱体では熱
容量が非常に小さかったので温調が困難で複雑な制御を
必要としたが、本発明装置における比較的熱容量がある
加熱体では簡単な制御で温調を行え、しかもスタンバイ
温調がいらないという該フィルム加熱方式の利点も損な
わない。つまり加熱体の熱容量が小さいフィルム加熱方
式では困難だとされていた加熱体の温度制御をするのに
通電するかしないかといったような簡単な通電ＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御で温調を行うのが容易になる。

【００２２】

【実施例】

＜実施例１＞（図１〜図３） 本実施例は不図示の画像形成装置における画像加熱定着
装置としての加熱装置である。図１において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、該駆動ローラ２５
と従動ローラ２６の下方に配置した加熱体としての線状
加熱体２０、の互いに平行な該３部材２０・２５・２６
に懸回張設してある。

【００２３】従動ローラ２６はエンドレスベルト状の定
着フィルム２４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
動に伴い時計方向に所定の周速度、即ち不図示の画像形
成部（Ａ）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（記録材）Ｐの搬送速度
と同じ周速度を持ってシワや蛇行、速度遅れなく回転駆
動される。

【００２４】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スト状定着フィルム２４の下行側フ
ィルム部分を挟ませて前記線状加熱体２０の下面に対し
て不図示の付勢手段により例えば総圧４〜１２ｋｇの圧
接力を持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。

【００２５】回動駆動されるエンドレスベルト状の定着
フィルム２４は繰り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・耐久性に優れたもので、一
般的には１００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下の薄
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、或いは複合層フィルム例えば２０
μｍ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厚に施したも
のなどである。

【００２６】加熱体としての線状加熱体２０は本例のも
のは、図２に拡大横断面を示したように、定着フィルム
横断方向（定着フィルム２４の走行方向に直角方向）を
長手とする横長の剛性・高耐熱性・断熱性を有するヒー
タ支持体２７と、その下面側に下面長手に沿って一体に
取り付け支持させた、通電発熱体２２、検温素子２３、
絶縁層２９、熱伝導率が高く（例えば、０．１cal/cm・s
ec・deg以下）かつ所定の熱容量（例えば、０．５〜１５
cal/℃）を持つ蓄熱・熱伝導部材３０、表面層３１等を
具備させたヒータ基板２１を有してなる。

【００２７】ヒータ支持体２７は線状加熱体２０を機械
全体に対し断熱するもので、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）、Ｐ
Ｉ（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。

【００２８】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、一例として厚み１ｍｍ・
幅１６ｍｍ・長さ３４０ｍｍのアルミナ基板である。

【００２９】発熱体２２は、基板２１の下面の略中央部
に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）・Ｔａ₂
Ｎ等の電気抵抗材料を厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍに
スクリーン印刷等により塗工したものである。

【００３０】本例の加熱体は上記の発熱体２２を形成し
たヒータ基板面に発熱体２２との間に絶縁層２９として
のガラス層を介して、本発明の特徴である、ある程度の
熱容量を持つ熱伝導率の高いＡｌ等の金属よりなる蓄熱
・熱伝導部材３０をヒータ基板長手全長にわたって０．
５〜３ｍｍの厚さで形成具備させてある。またさらにこ
の上に定着フィルム２４との摺擦摩擦を低減するために
ＰＦＡ・ＰＴＦＥ等の滑性表面層３１をコートしても良
い。

【００３１】検温素子２３は一例としてヒータ基板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ヒータ基板２１に
当接配置する構成にしてもよい。

【００３２】本例の加熱体は、線状又は帯状をなす発熱
体２２に対し、その長手方向両端部より通電し、発熱体
２２をほぼ略全長にわたって発熱させる。通電はＡＣ１
００Ｖ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。

【００３３】画像形成スタート信号により画像形成部
（Ａ）が動作して該画像形成部から定着装置へ搬送され
た、未定着のトナー画像Ｔａを上面に担持した記録材Ｐ
はガイドに案内されて加熱体２０と加圧ローラ２８との
圧接部（定着部）Ｎの定着ローラ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記録材シート
Ｐの搬送速度と同一速度で同方向に回動状態の定着ロー
ラ２４の下面に密着して面ズレやしわ寄りを生じること
なく定着ローラ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。

【００３４】定着ローラ２４は、ヒータ支持体２７の曲
率の大きいエッジ部Ｓ（曲率半径が約２ｍｍ）におい
て、急角度は（屈曲角度θが略４５゜）で走行方向が転
向する。従って、定着ローラ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、エッジ部Ｓにお
いて定着ローラ２４から曲率分離し排紙されてゆく。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。

【００３５】発熱体２２及びヒータ基板２１の熱容量が
小さく、かつ、これらが支持体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。

【００３６】小サイズのシートＰを連続通紙して加熱定
着処理を実行した際は加熱体の長手に関して非通紙部領
域に対応する加熱体部分の昇温熱が蓄熱・熱伝導部材３
０を通じて、シートの連続加熱定着処理により温度の低
くなっている通紙部領域に対応する加熱体部分へすばや
く伝達されることになり、加熱体の長手全長部の温度分
布が通紙部領域と非通紙部領域間で均一化されて加熱体
の非通紙部昇温現象が緩和される。図３の（ｂ）は、従
来の低熱容量線状加熱体（蓄熱・熱伝導部材３０のない
加熱体）を用い片側搬送基準で小サイズシートの連続通
紙加熱定着を行った場合の加熱体長手方向にわたる温度
分布を示したものであり、同図（ａ）は本実施例のよう
に蓄熱・熱伝導部材３０を具備させた加熱体を用い同じ
く片側搬送基準で小サイズシートの連続通紙加熱定着を
行ったときの加熱体長手方向にわたる温度分布である。
（ａ）と（ｂ）との対比で明らかなように（ａ）即ち本
実施例の場合の方が非通紙部昇温現象が大幅に低減され
る。

【００３７】本例の場合、蓄熱・熱伝導部材３０を備え
ることによって線状加熱体の熱容量は若干大きくなる。
このことはフィルム加熱方式の大きな利点であるスタン
バイ温調が不要になるということに不利に働くが、本発
明者らの実験によると実際には実用上ほとんど問題はな
く、非通紙部昇温の解消に大きな効果がえられた。また
該蓄熱・熱伝導部材３０を備えることにより熱容量が大
きくなり通紙時における加熱体の温度低下のスピードが
にぶり温調を簡単に行えるようになる。

【００３８】＜実施例２＞（図４） 本実施例は図４のように加熱体の蓄熱・熱伝導部材３０
を発熱体２２よりも通紙方向上流側の全領域に延長３ａ
させたことを特徴としている。この蓄熱・熱伝導部材３
０の延長部３０ａにより定着部Ｎに定着フィルム２４が
入る前にあらかじめある程度該定着フィルム２４の温度
を上げておくことができ、実施例１と同等の効果があ
り、その上定着性の向上や定着温度の低下がはかれる。

【００３９】＜実施例３＞（図５） 本実施例は加熱体の蓄熱・熱伝導部材３０を発熱体２２
の通紙方向上流側においてヒータ基板の長手側部に長手
に沿って具備させ、発熱体２２は絶縁層２９を介して定
着フィルム２４に極力近い位置に具備させたものであ
る。定着装置（定着フィルム、加圧ローラ等）が完全に
冷えている状態において発熱体２２が定着フィルム２４
に近い状態にあることは、フィルム加熱方式の利点であ
るスタンバイ温調不要、いわゆるクイックスタートをほ
とんど損なうことがなく、しかも連続通紙時における非
通紙部昇温の防止効果も蓄熱・熱伝導部材３０の存在に
より前記実施例１・同２と同様に得られる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明は、フィルム加熱方
式の加熱装置について、加熱体の非通紙部昇温に起因す
るフィルムの幅方向の変位及びシワを防止し、画像加熱
定着装置にあっては小サイズ記録材の連続加熱処理直後
のサイズの大きい記録材通紙時の高温オフセットを低減
する効果がある。

【００４１】蓄熱・熱伝導部材の付加により加熱体の熱
容量を増加させることにはなるが、それでも加熱体の全
体的な熱容量は熱ローラ方式等に比べて十分に小さいた
めフィルム加熱方式の大きな利点であるクイックスター
ト性はほとんど損なわないと共に、従来の加熱体では熱
容量が非常に小さかったので温調が困難で複雑な制御を
必要としたが、本発明装置における比較的熱容量がある
加熱体では簡単な制御で温調を行え、しかもスタンバイ
温調がいらないという該フィルム加熱方式の利点も損な
わない。つまり加熱体の熱容量が小さいフィルム加熱方
式では困難だとされていた加熱体の温度制御をするのに
通電するかしないかといったような簡単な通電ＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御で温調を行うのが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の加熱装置の一実施例としての、画像
形成装置における画像加熱定着装置の概略構成図

【図２】 加熱体の拡大横断面図

【図３】 （ａ）は蓄熱・熱伝導部材を具備させた加熱
体を用い片側搬送基準で小サイズシートの連続通紙加熱
定着を行ったときの加熱体長手方向にわたる温度分布
図、（ｂ）は蓄熱・熱伝導部材のない加熱体を用いた場
合の同温度分布図

【図４】 他の実施例の加熱体の拡大横断面図

【図５】 更に他の実施例の加熱体の拡大横断面図

【符号の説明図】

２４ 耐熱性フィルム（定着フィルム） ２０ 加熱体 ３０ 蓄熱・熱伝導部材 Ｐ 被加熱材（記録材シート）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒矢 順治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中村 俊治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐熱性フィルムの一面側に加熱体を、他
   面側に被加熱材を密着させ、前記耐熱性フィルムを介し
   て加熱体の熱エネルギーを被加熱材に付与する加熱装置
   において、加熱体の長手に沿って熱伝導率が高くかつ所
   定の熱容量を持つ蓄熱・熱伝導部材を具備させたことを
   特徴とする加熱装置。