定着装置及び定着装置用フィルム管状体

【課題】オンデマンド方式の定着装置の長期作動安定性を向上させる。
【解決手段】駆動ロ−ル１にフィルム管状体２を外接して配設し、該フィルム管状体２に内接してヒ−タ３を配設し、該ヒ−タ３と前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体２の管壁を挾持し、駆動ロ−ル１の駆動で駆動ロ−ル１とフィルム管状体２との間に記録紙４を通過させると共にフィルム管状体２を前記ヒ−タ３に摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面とヒ−タとの間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下とした。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はプリンタ、複写機、ファクシミリ等における電子写真画像形成に使用するトナ−像定着装置及びその装置に用いるフィルム管状体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プリンタ、複写機、ファクシミリ等における電子写真画像形成では、未定着トナ−像を形成した記録紙を定着装置に通して加熱加圧によりそのトナ−像を定着させる過程を経ることが必要である。この定着装置として、図４の（イ）乃至（ハ）に示す方式が公知である。
【０００３】図４の（イ）に示す方式では、ベルト２'を駆動ロ−ル１'、テンションロ−ル１０'に掛架すると共にヒ−タ３'を当該ベルト２'に内接配設し、そのヒ−タ３'と背合わせの位置でベルト２'にバックロ−ル１１'を外接配設し、駆動ロ−ル１'の駆動でベルト２'をヒ−タ３'に摺動接触させつつ回転させ、バックロ−ル１１'とベルト２'との間に記録紙４'を通過させ、記録紙４'上のトナ−像をヒ−タ３'による加熱とバックロ−ル１１'による加圧とで定着させている。
【０００４】図４の（ロ）に示す方式では、駆動ロ−ル１"にフィルム管状体２"を外接配設し、該フィルム管状体２"にヒ−タ３"を内接配設し、該ヒ−タ３"と前記駆動ロ−ル１"とでフィルム管状体２"の管壁を挾持し、駆動ロ−ル１"の駆動で駆動ロ−ル１"とフィルム管状体２"との間に記録紙４"を通過させると共にフィルム管状体２"を前記ヒ−タ３"に摺動接触させつつ無張力状態で回転させ、記録紙４"上のトナ−像をヒ−タ３"による加熱と駆動ロ−ル１"による加圧とで定着させている。
【０００５】図４の（ハ）に示す方式では、ヒータ３０'を内蔵した駆動ロ−ル１"にフィルム管状体２"を外接配設し、該フィルム管状体２"に弾性体３０"を内接配設し、該弾性体３０"と前記駆動ロ−ル１"とでフィルム管状体２"の管壁を挾持し、駆動ロ−ル１"の駆動で駆動ロ−ル１"とフィルム管状体２"との間に記録紙４"を通過させると共にフィルム管状体２"を前記弾性体３"に摺動接触させつつ無張力状態で回転させ、記録紙４"上のトナ−像をヒ−タ３０'による加熱と駆動ロ−ル１"による加圧とで定着させている。この方式では、駆動ロ−ル１”の加圧で弾性体３０”を凹ませることによりニップ巾ｄを広くしており、特にカラ−用として有用である。また、この方式では、フィルム管状体２"と弾性体３０”との間の摺動摩擦抵抗を小さくするために、弾性体３０”に低摩擦シ−ト、例えばフッ素樹脂含浸ガラスクロスを被覆することが公知である（特開平１０−２１３９８４号）。
【０００６】上記図４の（イ）に示すサ−フ方式ではベルト伝動機構を使用しており、ベルト２'の張り側張力をＦｔ、ゆるみ側張力をＦｓとすると、駆動ロ−ル１'上でのベルト張力は駆動ロ−ル１'の回転に従いＦｔからＦｓに徐々に変化していき、ベルト２'の内周面と駆動ロ−ル１'との間の摩擦係数をμとすると、角度位置θでのベルト張力Ｆｘは
【数１】
Ｆｘ＝Ｆｔｅ^-μθ ■で与えられ、有効巻き掛け角をθ'とすると、
【数２】
Ｆｓ＝Ｆｔｅ^-μθ' ■が成立する。そして、有効巻き掛け角θ'が実際の巻き掛け角θ_０〔図３の（イ）参照〕に等しくなったときにスリップが生じ、動力伝達限界となる。従って、
【数３】
μ＞〔ｌｏｇ（Ｆｔ／Ｆｓ）〕／θ_０ ■が作動安定条件となる。
【０００７】これに対し、図４の（ロ）や（ハ）に示すオンデマンド方式では、単純な剪断力伝達機構を使用しており、ヒ−タ３"または弾性体３０"とフィルム管状体２"との摺動接触（この接触面の摩擦係数をμ_１とする）により発生する剪断反力をＴをすれば、フィルム管状体２"と記録紙４"との接触面（この接触面の摩擦係数をμ_２とする）及び記録紙４"と駆動ロ−ル１"との接触面（この接触面の摩擦係数をμ_３とする）に前記剪断反力Ｔに釣り合う剪断応力が発生し、これらの各接触面がその剪断応力に耐えれば、前記剪断力の伝達を安定に維持させ得る。従って、
【数４】
μ_２，μ_３＞μ_１ ■が作動安定条件となる（ただし、説明の簡易化のため、前記各接触面の面積を等しいとしてある）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記オンデマンド方式〔図４の（ロ）または（ハ）〕はサ−フ方式〔図４の（イ）〕とは異なり、無張力方式であり、ベルト制御が容易である。
【０００９】ところで、上記定着装置のエンドレスベルト〔図４の（イ）〕やフィルム管状体〔図４の（ロ）及び（ハ）〕には、通常樹脂のキャスティングフィルム、例えばポリアミド酸溶液を回転遠心力法により管状にキャスティングし、更にイミド転化したポリイミドフィルム管状体が、製造の容易性等から好んで使用されている。しかしながら、本発明者等の経験によれば、このポリイミドフィルム管状体においては、摺動接触による摩耗屑の発生で比較的早期に摩擦係数が増加し易い。
【００１０】而るに、サ−フ方式では、摩擦係数μの増加が前記式■で示した作動安定化条件の安全側へのシフトに終わるのに対し、オンデマンド方式では、摩擦係数μ_１の増加が式■で示した作動安定化条件が不安定側にシフトされることになる。尤も、前記図４の（ハ）の方式において、弾性体３０”の表面（フィルム管状体２”に接する面）をフッ素樹脂含浸ガラスクロスで被覆し、その被覆表面とフィルム管状体２”の内周面との摺動界面に潤滑液（アミノ変性シリコ−ンオイル）を介在させることが公知である（特開平１０−２１３９８９号）。
【００１１】しかしながら、流動性の潤滑液を前記摺動界面に安定に保持させることは容易ではなく、この潤滑液の枯渇のもとでは、フィルム管状体がポリイミドフィルム管状体であると、前記式■を比較的早期に維持させ得なくなると推定される。
【００１２】本発明の目的は、オンデマンド方式の定着装置、すなわち、駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接してヒ−タまたは弾性体を配設し、該ヒ−タまたは弾性体と前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記ヒ−タまたは弾性体に摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置の長期作動安定性を向上させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る定着装置は、駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接してヒ−タを配設し、該ヒ−タと前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記ヒ−タに摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面とヒ−タとの間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする構成である。
【００１４】本発明に係る他の定着装置はヒータが内蔵された駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接して弾性体を配設し、該弾性体と前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記弾性体に摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面と弾性体との間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする構成、または同定着装置において、フィルム管状体内周面に接触する弾性体面に低摩擦耐摩耗性シ−トを被覆し、この低摩擦耐摩耗性シ−トとフィルム管状体との間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする構成である。
【００１５】上記何れの構成においても、フィルム管状体は、その内周面の摩擦係数が０．３以下、好ましくは０．２以下とされ、また、潤滑剤を添加したポリイミド樹脂製とされ、その潤滑剤がフッ素樹脂でその添加量が０．１〜２０重量％とされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る定着装置の一例を示している。図１において、１は駆動ロ−ルであり、ロ−ル外周面をゴム面としたゴムロ−ルを使用できる。２は潤滑剤を添加した樹脂液からキャスティング成形したフィルム管状体であり、駆動ロ−ル１の頂上に外接して配設してある。３はヒ−タであり、例えば抵抗を焼き付けたセラミックス体を使用でき、フィルム管状体２に内接して配設し、駆動ロ−ル１とでフィルム管状体２の管壁を挾持してある。４はフィルム管状体２と駆動ロ−ル１との間を通過させる記録紙を示している。５はフィルム管状体２がだれて記録紙４に接触するのを防止するために設けたサッポ−タであり、フィルム管状体の外径や剛性に応じて省略できる。
【００１７】図２は本発明に係る定着装置の別例を示している。図２において、１は駆動ロ−ルであり、ロ−ル外周面をゴム面としたゴムロ−ルを使用できる。２は潤滑剤を添加した樹脂液からキャスティング成形したフィルム管状体であり、駆動ロ−ル１の頂上に外接して配設してある。３１は駆動ロール内に装備させたヒ−タである。３０は弾性体であり、フィルム管状体２に内接して配設し、駆動ロ−ル１とでフィルム管状体２の管壁を挾持してある。６は支持板、３１は圧縮バネ、５は支持板６で支持したフィルム管状体の摺動ガイドである。
【００１８】図３に示す本発明に係る定着装置は、図２に示す定着装置に対しフィルム管状体２の内周面に摺動接触する弾性体３０の表面に低摩擦耐摩耗性シ−ト３００、例えばフッ素樹脂含浸ガラスクロスを被覆してあり、他の構成は実質的に図２と同じであり、図２と同一の符号は同一の構成要素を示している。
【００１９】上記において、ヒ−タ３または弾性体３０或いは低摩擦耐摩耗性シ−ト３００とフィルム管状体２との間の摩擦係数μ_１をフィルム管状体２と記録紙４との間の摩擦係数μ_２の０．９好ましくは０．６倍以下にしてある。上記駆動ロ−ル１と記録紙４との間の摩擦係数μ_３は駆動ロ−ル１の外面を高摩擦面としてあるから極めて大であり、結局
【数５】
μ_１＜０．９μ_２≪μ_３ ■の関係を付与してある。
【００２０】物理的に摺動接触面では、摩擦係数が０でない以上、速度の差は別として摩耗の進行が余儀なくされる。而るに、ポリイミドキャスティグフィルム管状体ではフッ素樹脂フィルムに較べ摩耗の進行が早い。しかしながら、本発明においては、フィルム管状体に潤滑剤を添加してあるから、無添加の場合に較べ摩耗速度を遅くできる。また、式■の関係を付与してあるから、上記ヒ−タ、または弾性体、或いは弾性体表面の低摩擦耐摩耗性シ−トとフィルム管状体との間の摩擦係数が約１０％増加するまでは、前記した式■、すなわち
【数６】
μ_１＜μ_２，μ_３ ■の条件を満足させ得る。従って、本発明によれば、式■の条件を従来例（フィルム管状体に潤滑剤を添加しない場合）に較べてそれだけ長期間にわたり満足させ得、その間、ヒ−タ３または弾性体３０或いは低摩擦耐摩耗性シ−ト３００とフィルム管状体２との間のみをすべらせ、フィルム管状体２と記録紙４との間及び駆動ロ−ル１と記録紙４との間でのすべりを排除して安定な作動を保証できる。
【００２１】本発明に係る定着装置用フィルム管状体は、前記図１または図２或いは図３に示すオンデマンド方式の定着装置に使用するフィルム管状体であり、潤滑剤を添加した樹脂液から成形し、内周面の摩擦係数（ＪＩＳＫ７１１８による）を０．３以下、好ましくは０．２以下、より好ましくは０．１５以下にしてある。
【００２２】本発明に係る定着装置用フィルム管状体を使用したオンデマンド方式定着装置においては、フィルム管状体とヒ−タまたは弾性体或いは弾性体表面の低摩擦耐摩耗性シ−トとの間の摩擦力を著しく小さくでき、フィルム管状体内周面の摩耗屑の発生をよく排除して、上記式■の安定条件を長期間にわたり維持できる。また、液状潤滑剤をフィルム管状体と弾性体との間に介在させる従来例（特開平１０−２１３９８４号）とは異なり、潤滑剤の枯渇の畏れがないから、かかる点からも安定作動を保証できる。
【００２３】本発明に係る定着装置用フィルム管状体は、耐熱性樹脂、例えばポリイミド、ポリイミドアミド、ポリベンズイミダゾ−ル、ポリアミドに潤滑剤を添加した樹脂溶液から成形でき、潤滑剤にはフッ素樹脂粉体、例えばポリテトラフルオロエチレン粉体、テトラフルオロエチレン−パ−フルオロアルキルビニルエ−テル共重合体粉体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン重合体粉体の一種または二種以上を使用でき、粉体径は均一分散のために０．０１〜２０μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍとすることが望ましい。このフッ素樹脂粉体の添加量は通常０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％とされる。０．１重量％未満では上記摩擦係数０．３以下を達成し難く、２０重量％を越えると、前記摺動接触により発生する剪断応力で破損し易くなる。
【００２４】本発明に係る定着装置用フィルム管状体においては、ヒ−タ発生熱の伝導性を高めるために熱伝導性粒、例えば窒化ホウ素やアルミナを添加でき、また、摩擦静電気の発生を防止するために導電性粒、例えばカ−ボンや金属粉を添加でき、また、機械的強度を高めるために補強剤、例えばガラス繊維やガラスビ−ズを添加できる。
【００２５】本発明に係る定着装置用フィルム管状体の成形には、例えば回転円筒金型の内面に潤滑剤添加樹脂溶液を塗布しこれを均一厚みに遠心成形し次いで乾燥固化する遠心成形方法、円筒金型の内面に潤滑剤添加樹脂溶液を塗布しこれを垂直に支持しコア金型を落下走行させて内面の塗布液を均一厚みに展延し次いで乾燥固化するコア展延方法等を使用できる。このようにして成形したフィルム管状体の外面に高弾性層、離型層、耐油性層または耐摩耗性層、例えばシリコ−ンゴム層、フッ素ゴム層またはフッ素樹脂層を付加することもでき、この付加層にも熱伝導性粒、導電性粒体、または補強剤を添加することができる。
【００２６】本発明に係る定着装置用フィルム管状体は、潤滑剤分散ポリイミド樹脂製、特にポリテトラフルオロエチレン粉体を分散させたポリイミド樹脂製とし、ポリテトラフルオロエチレン粉体分散ポリアミド酸溶液から成形できる。このポリテトラフルオロエチレン粉体分散ポリアミド酸溶液は、テトラカルボン酸二無水物あるいはその誘導体とジアミンの略等モルを有極溶媒中で反応させてポリアミド酸溶液を得る際にポリテトラフルオロエチレン粉体を分散させるか、合成したポリアミド酸溶液にポリテトラフルオロエチレン粉体を分散させることにより得ることができる。
【００２７】このポリテトラフルオロエチレン粉体分散ポリイミド樹脂製のフィルム管状体を成形するには、ポリテトラフルオロエチレン粉体分散ポリアミド酸溶液を回転円筒金型の内面に塗布し、これを均一厚みに遠心成形し、次いで加熱してポリアミド酸をイミド転化すると共に溶媒を除去する方法を使用できる。この場合、約８０〜１８０℃の比較的低温でイミド転化に伴い発生する閉環水及び溶媒を蒸発除去し、次いで２５０〜４００℃に昇温させてイミド転化を完結させる二段加熱法を使用することが好ましい。
【００２８】
【実施例】〔実施例１〕Ｎ−メチル−２−ピロリドン１５８１ｇと３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物２９４．２ｇとｐ−フェニレンジアミン１０８．２ｇとポリテトラフルオロエチレン微粉体２９．３ｇを混合し、窒素雰囲気中で室温にて４時間撹拌しつつ重合反応させてポリテトラフルオロエチレン粉体分散ポリアミド酸溶液を得た。このポリアミド酸溶液を内径３００ｍｍ、長さ５００ｍｍの円筒金型の内周面に塗布し、弾丸状走行体を自重により下降走行させることにより厚さほぼ８００μｍに塗布し、１５００ｒｐｍで１０分間回転させ、次いで１５０℃×６０分にて加熱した後、加熱速度２℃／ｍｉｎで３００℃に昇温し、この温度を３０分間保持して溶媒の除去、脱水閉環水の除去及びイミド転化を行い、而るのち、室温にまで冷却し金型より離型し、厚み８０μｍ、外径３００ｍｍφ、巾３００ｍｍのフィルム管状体を得た。
【００２９】このフィルム管状体内面の周方向摩擦係数を往復動摩擦試験機を用い、圧着鋼球：１０ｍｍφ、荷重：２００ｇ、試験速度：１５０ｍｍ／分の条件で５回往復の平均値にて求めたところ、０．１１であった。また、ユニバ−サルウェアテスタを用い、相手材：フッ素含浸ガラスクロス、摺動時圧力：２ｋｇ／ｃｍ^２、摺動距離：２５ｍｍ、摺動速度：１００ｍｍ／sec、摺動回数:１００００回の条件でフィルム管状体内面の摩耗試験を行い、その後、前記した条件で摩擦係数を測定したところ、摩耗屑の発生は観られず、摩擦係数も実質上変わらなかった。
【００３０】〔比較例１〕実施例１に対し、ポリテトラフルオロエチレン粉体の添加を省略した以外、実施例と同様の成形方法でポリイミド製のフィルム管状体を得た。実施例と同様にして、このフィルム管状体内面の周方向摩擦係数を測定したところ０．３５と高く、更に摩耗試験を行ったところ、顕著な摩耗屑の発生があり、摩擦係数の顕著な増大が観られた。
【００３１】
【実施例２】図３に示す構成の定着装置であり、定着ロ−ルには外径３０ｍｍφ，周速１６０ｍｍ／秒，長さ３６０ｍｍ，外面温度ほぼ１５０℃のものを使用し、フィルム管状体には実施例１のものを使用し、弾性押圧部材には巾１０ｍｍ，厚み５ｍｍ，長さ３００ｍｍのシリコ−ンゴム帯を、低摩擦耐摩耗性シ−トにはポリテトラフルオロエチレン含浸焼成ガラスクロスを使用し、バネには圧縮力３０ｋｇのものを使用した。
【００３２】
【比較例２】実施例２に対し、フィルム管状体に比較例１のものを使用した以外、実施例２に同じとした。
【００３３】実施例２及び比較例２の定着装置を使用して長時間複写を行ったところ、比較例２ではかなり早期に画像のずれが認められたが、実施例２ではその長期間経過後も鮮明な画像が得られ続け、画像のずれは全く観られなかった。
【００３４】
【発明の効果】本発明はオンデマンド方式の定着装置において、フィルム管状体にキャスティングフィルム管状体、特にキャスティングポリイミドフィルム管状体を用いる場合、フィルム管状体とヒ−タまたは弾性体との摺動接触に基づき発生する摩耗屑でフィルム管状体とヒ−タまたは弾性体との間の摩擦係数が増加して作動の不安定化が惹起されるのを抑制するために、フィルム管状体に潤滑剤を添加し、かつフィルム管状体内面の摩擦係数を規制しているから、オンデマンド方式定着装置のスリップ等の発生の無い安定作動条件をそれだけ長期間維持でき、長期安定作動性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の一実施例を示す図面である。
【図２】本発明に係る定着装置の別実施例を示す図面である。
【図３】本発明に係る定着装置の他の別実施例を示す図面である。
【図４】従来の互いに異なる定着装置を示す図面である。
【符号の説明】
１駆動ロ−ル
２フィルム管状体
３ヒ−タ
３０弾性体
３００低摩擦耐摩耗性シ−ト
４記録紙

【特許請求の範囲】
【請求項１】駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接してヒ−タを配設し、該ヒ−タと前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記ヒ−タに摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面とヒ−タとの間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】ヒータが内蔵された駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接して弾性体を配設し、該弾性体と前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記弾性体に摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面と弾性体との間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】ヒータが内蔵された駆動ロ−ルにフィルム管状体を外接して配設し、該フィルム管状体に内接して弾性体を配設し、該弾性体と前記駆動ロ−ルとでフィルム管状体の管壁を挾持し、駆動ロ−ルの駆動で駆動ロ−ルとフィルム管状体との間に記録紙を通過させると共にフィルム管状体を前記弾性体に摺動させつつ無張力状態で回転させる定着装置において、フィルム管状体内周面に接触する弾性体面に低摩擦耐摩耗性シ−トを被覆し、この低摩擦耐摩耗性シ−トとフィルム管状体との間の摩擦係数をフィルム管状体外周面と記録紙との間の摩擦係数の０．９倍以下としたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】請求項１乃至３何れか記載の定着装置において使用するフィルム管状体であり、内周面の摩擦係数を０．３以下とした定着装置用フィルム管状体。
【請求項５】潤滑剤を添加したポリイミド樹脂製である請求項４記載の定着装置用フィルム管状体。
【請求項６】潤滑剤がフッ素樹脂であり、その添加量が０．１〜２０重量％である請求項５記載の定着装置用フィルム管状体。

【図１】