JP2004006299A - 基板に発熱抵抗体を有するヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板20aと、前記基板20aに少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体20bと、前記発熱抵抗体20bの電気的端部に設けられている給電電極20d・20eと、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とするヒータ。記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置であり、ヒータと、前記ヒーラと摺擦しつつ回転する可撓性スリーブと、を有し、前記ヒータは、基板と、前記基板に少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする像加熱装置。
【選択図】図6
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式や静電記録式の記録方式を用いたプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される加熱定着器に適用すれば好適なヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置に関し、特に、基板に少なくとも1往復の発熱抵抗体を形成したヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の加熱装置を、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させてトナー画像を記録材に加熱定着させる像加熱装置(定着装置)として適用した例について説明する。
【0003】
画像形成装置においては、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセスなどの適宜の画像形成プロセス手段部で記録材(転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙など)に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像(トナー画像)を該記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては熱ローラ方式の加熱装置が広く用いられていた。
【0004】
近時は、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の加熱装置が提案され(例えば、特許文献1〜4参照)、実用化されている。
【0005】
このフィルム加熱方式の加熱装置は、図12に示すように、加熱体として一般にセラミックヒータ(以下、ヒータあるいは加熱体とも称する)20を内包したフィルム(回転体)25、このフィルム25に圧接された別の回転体としての加圧ローラ26を不図示の支持部材に支持させ、ヒータ20と回転体26を不図示の加圧手段によって加圧させて圧接ニップ部Nを形成させている。
【0006】
そして、ヒータ20は、耐熱性の基材20a(以下、ヒータ基板と称する)上に厚膜印刷によって発熱抵抗体20b(抵抗体パターンとも称する)を形成し、加圧ニップ部Nに対応するヒータ摺動部面には、ガラスコート層20cなど、耐圧性・耐熱性・低摩擦性の摺動部材を配設してある(例えば、特許文献5〜8参照)。
【0007】
ヒータ20において発熱抵抗体20bの配置例を平面で示したものが図13である。図13の(a)に示すヒータは、ヒータ基板20a上に発熱抵抗体20bを1往復配置してある。往路と復路の抵抗値は同じである。20dと20eは第1と第2の2つの給電用電極パターンであり、夫々上記往復2本の発熱抵抗体20bの一端部側に電気的に導通させてある。20fは上記往復2本の発熱抵抗体20bの他端部側相互を電気的に導通させた繋ぎ電極パターンであり、第1の給電用パターン20d、一方(往)の発熱抵抗体20b、繋ぎ電極パターン20f、他方(復)の発熱抵抗体20b、第2の給電用パターン20eが電気的に直列に接続している。第1と第2の2つの給電用電極パターン20d・20e間に通電がなされて、往復2本の発熱抵抗体20bが発熱する。
【0008】
あるいは図13の(b)に示すように往復2本の発熱抵抗体20bは各々異なる抵抗値に設定され、上下流の発熱比率を設定することで、ニップ内の熱分布を変化させて、記録材への熱供給を最適化している場合もある。
【0009】
このようなヒータ20と、加圧部材としての加圧ローラ26との間に耐熱性フィルム25(定着フィルム・定着ベルト・フィルムとも称する)を挟ませて圧接ニップ部N(加熱ニップ部、定着ニップ部)を形成させ、定着フィルム25と加圧ローラ26を回転状態にする。R25は定着フィルム25の回転方向、R26は加圧ローラ26の回転方向、Kは記録材Pの搬送方向である。
【0010】
前記圧接ニップ部Nの定着フィルム25と加圧ローラ26との間に、画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着フィルム25と一緒に挟持搬送させることで、圧接ニップ部Nにおいてセラミックヒータ20の熱を、定着フィルム25を介して記録材Pに与え、また圧接ニップ部Nの加圧力にて未定着トナー画像Tを記録材P面に熱圧定着させるものである。
【特許文献1】
特開昭63−313182号公報
【特許文献2】
特開平2−157878号公報
【特許文献3】
特開平4−44075号公報
【特許文献4】
特開平4−204980号公報
【特許文献5】
特開平8−95404号公報
【特許文献6】
特開平9−80969号公報
【特許文献7】
特開平10−104977号公報
【特許文献8】
特開2002−91229号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
近年、複写機・プリンタ等の画像形成装置は、さらなる低コスト化が求められている。そこでヒータ基板20aを小型化することにより、一枚のセラミックシートを切断することによって得られるヒータ基板20aの本数を増やし、コストダウンすることもおこなわれてきたが、基板幅も数mmまで小さくなってきており、これ以上の取り数増加もあまりコストダウンに影響しない状況になってきている。
【0012】
また、ヒータ基板20aの小型化によりニップ部Nが減少することで、定着性を確保することが困難となる。
【0013】
そこで、ヒータ基板の幅を小さくしても良好な定着性を確保するために、図13のようにヒータ基板に占める発熱抵抗体の領域を大きくすることで、基板の大きさを有効活用することが考えられる。
【0014】
しかしながら、図13のように一本の発熱抵抗体の幅を広く(太く)すると、発熱抵抗体の材料が同じ場合、単位長さ当たりの抵抗値が小さくなり、発熱抵抗体全体で設計値通りの抵抗値が得られなくなり、発熱不足になる。したがって一本の発熱抵抗体を太くする場合は単位長さ当たりの抵抗値を確保するために発熱抵抗体の材料を変更する必要がある。発熱抵抗体の材料としては銀とパラジウム(Ag/Pd)を主成分とするものが用いられているが、抵抗値を上げるにはパラジウムの含有率を上げる必要がある。しかしながら、パラジウムは高価であり、その含有率を上げてしまうとヒータのコストを抑えられない。
【0015】
本発明は上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は、小型でも発熱特性が優れたヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置を提供することにある。
【0016】
本発明の他の目的は、低コストのヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置を提供することにある。
【0017】
本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする、基板に発熱抵抗体を有するヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置、である。
【0019】
(1)基板と、前記基板に少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とするヒータ。
【0020】
(2)前記発熱抵抗体の往路及び復路共に前記給電電極に対して複数の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする(1)に記載のヒータ。
【0021】
(3)一方の前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されており、他方の給電電極には一本の前記発熱抵抗体が接続されていることを特徴とする(1)に記載のヒータ。
【0022】
(4)並列接続されている前記複数の発熱抵抗体は前記基板の長手方向の複数箇所で電気的に繋がっていることを特徴とする(1)に記載のヒータ。
【0023】
(5)前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記発熱抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする(1)に記載のヒータ。
【0024】
(6)複数の前記発熱抵抗体の抵抗値は各々異なっていることを特徴とする(1)に記載のヒータ。
【0025】
(7)記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置であり、ヒータと、前記ヒーラと摺擦しつつ回転する可撓性スリーブと、を有し、前記ヒータは、基板と、前記基板に少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする像加熱装置。
【0026】
(8)前記発熱抵抗体の往路及び復路共に前記給電電極に対して複数の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする(7)に記載の像加熱装置。
【0027】
(9)一方の前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されており、他方の給電電極には一本の前記発熱抵抗体が接続されていることを特徴とする(7)に記載の像加熱装置。
【0028】
(10)一本の前記発熱抵抗体が接続されている前記給電電極は記録材移動方向上流側の電極であることを特徴とする(9)に記載の像加熱装置。
【0029】
(11)並列接続されている前記複数の発熱抵抗体は前記基板の長手方向の複数箇所で電気的に繋がっていることを特徴とする(7)に記載の像加熱装置。
【0030】
(12)前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記発熱抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする(7)に記載の像加熱装置。
【0031】
(13)複数の前記発熱抵抗体の抵抗値は各々異なっていることを特徴とする(7)に記載の像加熱装置。
【0032】
(14)基板と、前記基板に設けられており、抵抗値の異なる複数の抵抗体が少なくとも2往復直列に繋がっている発熱抵抗体と、を有することを特徴とするヒータ。
【0033】
(15)前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されている(14)に記載のヒータ。
【0034】
(16)記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置であり、ヒータと、前記ヒーラと摺擦しつつ回転する可撓性スリーブと、を有し、前記ヒータは、基板と、前記基板に設けられており、抵抗値の異なる複数の抵抗体が少なくとも2往復直列に繋がっている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有することを特徴とする像加熱装置。
【0035】
(17)複数の前記抵抗体は記録材移動方向に沿って抵抗値が徐々に変化していることを特徴とする(16)に記載の像加熱装置。
【0036】
(18)前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする(16)に記載の像加熱装置。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【0038】
(第1の実施例)
本実施形態例における加熱装置は、加熱部材として定着フィルム(以下、定着ベルトまたは可撓性スリーブとも称する)を用いた、加圧ローラ駆動方式によるフィルム加熱方式の画像加熱定着装置である。
【0039】
図1は、本発明の像加熱装置を搭載したレーザービームプリンタ(以下「画像形成装置」という)の概略構成を示す縦断面図である。
【0040】
1)画像形成装置の全体的概略構成
このレーザービームプリンタは、像担持体としてドラム型の電子写真感光体(以下「感光ドラム」という)1を備えている。その感光ドラム1は、装置本体Mに回転自在に支持されており、駆動手段(不図示)によって矢印R1方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。
【0041】
感光ドラム1の周囲には、その回転方向に沿って、帯電ローラ(帯電装置)2、露光手段3、現像装置4、転写ローラ(転写装置)5、クリーニング装置6が配設されている。
【0042】
また、装置本体Mの下部には、紙等のシート状の記録材Pを収納した給紙カセット7が配置されており、記録材Pの搬送経路に沿って上流側から順に、給紙ローラ15、搬送ローラ8、トップセンサー9、搬送ガイド10、本発明に係る加熱装置である定着装置11、搬送ローラ12、排紙ローラ13、排紙トレイ14が配置されている。
【0043】
次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。
【0044】
駆動手段(不図示)によって矢印R1方向に回転駆動された感光ドラム1は、帯電ローラ2によって所定の極性、所定の電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム1は、その表面に対しレーザー光学系等の露光手段3によって画像情報に基づいた画像露光Lがなされ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。
【0045】静電潜像は、現像装置4によって現像される。現像装置4は、現像ローラ4aを有しており、この現像ローラ4aに現像バイアスを印加し、感光ドラム1上の静電潜像にトナーを付着させることで、トナー像としての現像(顕像化)を行う。
【0046】トナー像は、転写ローラ5によって紙等の記録材Pに転写される。記録材Pは、給紙カセット7に収納されており、給紙ローラ15・搬送ローラ8によって給紙・搬送され、トップセンサー9を介して、感光ドラム1と転写ローラ5との間の転写ニップ部に搬送される。このとき記録材Pは、トップセンサー9によって先端が検知され、感光ドラム1上のトナー像と同期がとられる。転写ローラ5には、転写バイアスが印加され、これにより感光ドラム1上のトナー像が記録材P上の所定の位置に転写される。
【0047】転写によって表面に未定着トナー像を担持した記録材Pは、搬送ガイド10に沿って定着装置11に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱・加圧されて記録材P表面に定着される。なお、定着装置11については後に詳述する。トナー像定着後の記録材Pは、搬送ローラ12・排出ローラ13によって装置本体M上面の排紙トレイ14上に搬送・排出される。
【0048】一方、記録材Pに転写されないで感光ドラム表面に残ったトナー(以下「転写残トナー」という)は、クリーニング装置6のクリーニングブレード6aによって除去され、次の画像形成に備える。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【0049】2)定着装置11
次に、図2を参照して、本発明に係る加熱装置としての定着装置11の一例について詳述する。なお、矢印Kは記録材Pの搬送方向である。
【0050】
同図に示す定着装置11は、トナーを加熱する加熱体としてのセラミックヒータ20と、このヒータ20を内包する定着フィルム(定着回転体)25、定着フィルム25を介してヒータ20とニップ部Nを形成する加圧ローラ26、そしてヒータ20の温度を制御する温度制御手段27、記録材Pの搬送を制御する回転制御手段28とを主要構成部材としている。
【0051】
ヒータ20は、アルミナ・AlN(窒化アルミ)等の耐熱性の基材(基板)20aと、例えば厚膜印刷によって基材上に形成された発熱抵抗体20bと、発熱抵抗体を覆うように形成されており加圧ニップ部Nに対応する耐圧性・耐熱性・低摩擦性のヒータ摺動部の機能を有するガラスコート層(表面層)20cと、を有する。さらにヒータ20は装置本体Mに取り付けられたヒータホルダ22によって支持され、そのヒータホルダ22は耐熱樹脂によって半円状に形成された部材であり、定着フィルム25の回転をガイドするガイド部材としても作用する。
【0052】
定着フィルム25は、ポリイミド等の耐熱樹脂を円筒状に形成したものであり、筒内に上述のヒータ20及びヒータホルダ22が配置されている。その定着フィルム25は、後述の加圧ローラ26によってヒータ20に押し付けられており、これにより定着フィルム25の裏面がヒータ20の下面に当接されるようになっている。
【0053】
定着フィルム25は、加圧ローラ26の矢印R26方向の回転により記録材Pが矢印K方向に搬送されるのに伴って矢印R25方向に従動回転されるように構成されている。なお、定着フィルム25の左右の両端部は、ヒータホルダ22の長手方向両端に取り付けられたフランジ部材(不図示)によって規制されており、ヒータ20の長手方向にはずれないようになっている。また、定着フィルム25の内面には、ヒータ20やヒータホルダ22間の摺動抵抗を低減させるためにグリースが塗布されている。
【0054】
加圧ローラ26は、金属製の芯金26aの外周面に、シリコーンゴム等の弾性を有する耐熱性の離型層26bを設けたものであり、離型層26bの外周面により下方から定着フィルム25をヒータ20に押し付けて、定着フィルム25との間に定着ニップ部Nを構成している。この定着ニップ部Nにおける加圧ローラ26の回転方向についての幅(ニップ幅)をaとすると、このニップ幅aは、記録材P上のトナーを好適に加熱・加圧することができる程度に設定されている。
【0055】
回転制御手段28は、加圧ローラ26を回転駆動するモータ29と、このモータ29の回転を制御するCPU30とを有する。モータ29としては、例えばステッピングモータ等を使用することができ、加圧ローラ26の回転を矢印R26方向に連続的におこなうほか、所定の角度ずつ断続的におこなうことも可能である。つまり、加圧ローラ26の回転と停止とを繰り返しながら、記録材Pをステップ送りすることもできる。
【0056】
温度制御手段27は、ヒータ20の裏面に取り付けられたサーミスタ(温度検知素子)21と、このサーミスタ21が検出する温度に基づいてヒータ20に対する通電を制御するCPU23とトライアック24とを有する。
【0057】
上述のように、定着装置11は、加圧ローラ26の矢印R26方向の回転により記録材Pを定着ニップ部Nにて挟持搬送し、ヒータ20によって記録材P上のトナーTを加熱する。この際、回転制御手段28で加圧ローラ26の回転を制御することにより、記録材Pの送りを適宜に制御することができ、また、温度制御手段27によってヒータ20の温度を適宜に制御することができるものである。
【0058】
図3は後述する本実施例を説明する上で参考となるヒータ20の発熱抵抗体20bの配置を平面で示したものである。
【0059】
アルミナ等のセラミック基板上20aに厚膜印刷法(スクリーン印刷法)を用いて、Ag/Pd等の導電厚膜ペーストにより、厚さ数μmから数十μm程の複数本の通電発熱抵抗体20bを印刷・焼成して形成し、その上に不図示の絶縁ガラス厚膜ペーストにより、ガラスコート層を印刷・焼成したものである。20d・20eは第1と第2の給電用電極パターン、20fは繋ぎ電極パターンである。発熱抵抗体20bのペースト材料はAg/Pd等の大変高価な材料を用いているため、ペーストを削減することはコストダウンに大きく影響する。
【0060】
図3の(a)では、第1と第2の給電用電極パターン20d・20e間に発熱抵抗体20bを3往復分すなわち6本の発熱抵抗体20bを直列接続で形成しており、(b)では2往復分すなわち4本の発熱抵抗体20bを直列接続で形成しており、発熱抵抗体20bの往復回数は基板幅と発熱抵抗体幅によって様々に設定することができる。図13と比較すればわかるように、図3のヒータの発熱抵抗体一本の太さは図13の発熱抵抗体の一本の太さより小さくなっている。しかしながら、発熱抵抗体の往復回数が図13より多くなっているので、基板20aの広い領域に発熱抵抗体が分布しており、図3のヒータの基板幅方向の発熱分布は図13のものとほぼ同等にできる。
【0061】
例えば、基板20aの幅が7mmで、記録材搬送方向の上流側及び下流側の端部0.7mmを除いて発熱抵抗体を配置する場合、図13に示す従来例では、中央の0.6mmを除く箇所、すなわち幅5mmで発熱抵抗体を形成している。さらに発熱抵抗体総抵抗を18Ωに設定した場合(発熱抵抗体抵抗値は、入力電圧や加熱装置構成によって様々に設定することができる)には、図13(a)においてH1・H2=2.5mm(9Ω)×2本で設定される。
【0062】
しかし、本実施例の図3(a)ではH1・H2・H3・H4・H5・H6=0。6mm(3Ω)×6本の発熱抵抗体が形成されており、それぞれの発熱抵抗体間は0.4mm×5本となる。発熱領域(発熱抵抗体エッジ間)は従来例と変わらず5.6mmを確保しながら発熱抵抗体総幅は3.6mmのため、従来の約7割のペースト材料で発熱抵抗体を形成することができる。
【0063】
また、図13のヒータと図3のヒータ共に総発熱量が同じになるように発熱抵抗体の総抵抗を同じに設定すると、図3のほうが図13よりも発熱抵抗体一本の太さが小さいので、発熱抵抗体の体積抵抗率を低く(9Ω×2.5mm/3Ω×0.6mm≒12.5倍)することができる。
【0064】
上述したように発熱抵抗体の材料はAg/Pdを有するが、体積抵抗率を低くするためには高価なPdの含有量を減らすのが有効である。したがって、図13のように幅広の発熱抵抗体を1往復直列に形成するよりは、図3のように幅の狭い発熱抵抗体を2往復以上直列に形成するほうが、ペーストの量を減らすことができ、且つ安価なペーストを用いることができるので、コストダウンに非常に有効である。
【0065】
さらに基板20aの幅が例えば5mmで、両端0.55mmを除いて発熱抵抗体を配置する場合、図13に示す従来例では、中央の0.4mmを除く箇所、すなわち幅1.75mm(9Ω)×2本=3.5mmで発熱抵抗体を形成していたが、本参考例の図3(b)では、発熱抵抗体0.6mm(4。5Ω)×4本=2.4mm、間隔0.5mm×3本のため、従来ペースト材料の7割以下の量で発熱抵抗体を形成することができる。
【0066】
図3の(c)は加熱体20の裏面側すなわちヒータ基板20aの裏面側を示す。ヒータ基板20aの裏面側には、温度制御をおこなうサーミスタ21や安全対策用温度検知素子である温度ヒューズ31をヒータ基板裏面に接触させて、あるいは近接させて配設してある。
【0067】
次に、図13のヒータと図3のヒータの加熱体20のガラスコート層20cの表面性の比較を図4に示す。図4の(a)は図13の発熱抵抗体パターンを示しており、ガラスコート層20cを発熱抵抗体パターンを覆うように基板状に50μmねらいで印刷・焼成したもので、発熱抵抗体間のギャップで深さ5〜10μmの凹部dができるが、発熱抵抗体20bの幅が広いのでフラットな箇所が広く存在するため、ニップ内で熱伝達効率を低下させることがない。しかし図4の(b)に示すように発熱抵抗体20b1本の幅を狭くするとガラスコート層20cの表面には深さ約5〜10μmの凹凸d′が生じ、この凹凸d′によって熱効率が若干低下してしまう。そこで、熱効率を維持するためにガラスコート層20cを発熱パターンと逆パターンに印刷(数回印刷するガラスコートのうち、1・2回のガラスコートを発熱抵抗体が印刷されていない凹部分のみに印刷することで、ガラス表面をほぼフラットにすることが可能となる)する、あるいは、ガラスコート層20cの焼成温度を高めにする(ガラスコートを充分に液状化することで発熱抵抗体によってできた凹凸をほぼフラットにすることが可能となる)などして図4(c)に示すようにガラスの表面性を確保し熱効率を向上させている。
【0068】
図4における従来例(a)と、夫々の発熱抵抗体を細くすると共に往復回数を増やし、その上のガラスコート層に工夫をしていない(b)と、本参考例(c)の定着性の比較を図5に示す。図5の濃度低下率(%)は定着後の画像を擦った時に濃度が低下する率を示している。すなわち濃度低下率が低いほど、定着性(熱効率)が良いことになる。図5では「黒」画像と「HT(ハーフトーン)」画像の濃度低下率を比較しているが、従来例(a)と比較して、(b)のものは定着性が若干悪化しているが、ガラスの表面性を改善した(c)は従来のものと同等の定着性を確保している。よって発熱抵抗体パターンに合わせてガラスを印刷・焼成し、表面性を適正化することが好ましい。
【0069】
次に本発明の第1実施例を説明する。本発明の第1実施例は、図6に示すように、一つの給電電極(20eまたは20d)に対して複数本の発熱抵抗体20bを並列に接続したものである。
【0070】
ヒータ基板20aに発熱抵抗体のパターンを印刷する際に、製造公差等により発熱抵抗体の太さが若干変動することがある。太さが設計値と異なると当然抵抗値も設計値と異なってしまうので所望の発熱量を得ることができなくなり、このようなヒータは使用することができず歩留まりが悪くなる。例えば図3、図13に示したように複数本の発熱抵抗体を全て直列に繋いだヒータの場合、一本でも部分的に太さが設計値と異なると、直列に繋いだ発熱抵抗体全体の抵抗値変動も大きくなる。
【0071】
これに対し、図6のように一つの給電電極に対し複数の発熱抵抗体を並列に繋いだ場合、並列接続された発熱抵抗体のうちの一本が部分的に設計値の太さと異なっていても、発熱抵抗体全体の抵抗値変動は全ての発熱抵抗体を直列に繋いだ場合より小さく抑えることができる。したがって図3や図13のような繋ぎ方の場合よりヒータの歩留まりが向上する。また、例え発熱抵抗体20bが極端に細く形成された場合でも、発熱抵抗体極細箇所への電流を少なくすることができ局所的な発熱を抑えることができる。基板幅の小型化により発熱抵抗体幅が細くなると発熱抵抗体20bの抵抗値管理が難しくなることも考えられるため、並列に接続するほうが有利である。
【0072】
さらに並列に接続した場合は、20gのように数十mmピッチで記録材通紙方向にハシゴ状の発熱抵抗体を設けることにより、発熱抵抗体を細くしても発熱分布(抵抗値分布)を均一にすることが容易にできる。さらにハシゴは発熱抵抗体の抵抗値管理をするうえで、全ての発熱抵抗体の抵抗値測定をすることなく、部分抵抗を管理することができる。ただし、ハシゴ部は発熱量が若干低下するため、その配置個所は温度検知素子(サーミスタ)や安全対策用温度検知素子(温度ヒューズ)が設置される箇所と一致しないほうが好ましい。
【0073】
また、本実施例の定着装置11に用いられる加熱体20は、図3のヒータ同様、図13のヒータよりも発熱抵抗体ペースト材料の使用量を7割以下に削減することができ、材質自体も低コストのものを用いることができる。抵抗発熱体の上に被せるコート層は通常のものでも構わないが、図4(c)のように抵抗体間のギャップが埋まるように適正化すれば記録材への熱効率の低下も小さく抑えることができ、より好ましい。
【0074】
(第2の実施例)
上述した第1の実施例ではヒータ基板20aの記録材搬送方向上下流で発熱量が同等であるが、本実施例では図7に示すように発熱抵抗体の抵抗値を変えることで上下流の発熱量を変化させ、発熱抵抗体発熱分布を適正化している。
【0075】
図7の(a)では全ての発熱抵抗体を直列に接続して、各々の発熱抵抗体抵抗値を上流側からR1・R2・R3・R4・R5・R6として、(b)ではR1・R2・R3・R4として、下流にいくに従い抵抗値を小さくしている(下流になるほど発熱抵抗体が太くなっている)。
【0076】
従来は、例えば図13(b)に示すようにH1=1.7mm(12Ω)・H2=3.3mm(6Ω)で設定していたが、発熱抵抗体が1往復なので記録材搬送方向において急激な温度変化がおこってしまう。
【0077】
図7の(a)では発熱抵抗体を少なくとも2往復設け、発熱量を徐々に変化させる(下流側を小さくする:例えば図7(a)において、R1=0.36mm(4.2Ω)・R2=0.41mm(3.7Ω)・R3=0.48mm(3.2Ω)・R4=0.57mm(2.7Ω)・R5=0.7mm(2.2Ω)・R6=0.9mm(1.7Ω)となり、発熱抵抗体総幅約3.4mm・総抵抗約18Ωの発熱抵抗体を形成する)ことによって、記録材搬送方向の温度分布を滑らかにすることが可能となる。
【0078】
さらに上流の発熱量を多くすることで記録材の通紙や定着フィルムの移動によっておこる下流方向への応力とは反対方向に熱応力を発生させ、ヒータ基板が破損することを防止する。また、上記記録材の通紙や定着フィルムの移動によって下流側への熱移動がおきてもニップ内を均等な発熱分布に維持することができるため、記録材に適正な加熱をおこなうことが可能となる。
【0079】
図7では発熱抵抗体20bの幅によって抵抗値を変化させているが、図8に示すように発熱抵抗体厚みによって抵抗値をコントロールする事も可能である。さらに発熱抵抗体ペースト材料などによっても抵抗値を変化させることができる。
【0080】
さらに図9には、発熱抵抗体20bを並列に接続した場合を示す。図9の抵抗体パターンは1往復であるが、往路(R1,R2)復路(R3〜R6)とも一つの給電電極に対して複数の発熱抵抗体が並列に接続されている。図9は上流側の発熱量を多くするために、各々の発熱抵抗体抵抗値を上流からR1・R2・R3・R4・R5・R6として、
往路(上流)抵抗値>復路(下流)抵抗値
すなわち、
【0081】
【式1】
【0082】
が成り立つように配置している。
【0083】
図9において、例えばR1=0.4mm(24Ω)・R2=0.4mm(24Ω)・R3=0.6mm(16Ω)・R4=0.5mm(19Ω)・R5=0.4mm(24Ω)・R6=0.3mm(32Ω)などの発熱抵抗体によって、発熱抵抗体総幅約2.6mm(発熱抵抗体間を約0.6mm確保することで、従来例発熱抵抗体総幅5mmの約半分が実現できる)・総抵抗約18Ωの発熱抵抗体を形成している。
【0084】
図9では発熱抵抗体幅で抵抗値をコントロールしているが、厚み・材料によっても設定することができるのはもちろんである。さらに図6で示したハシゴ状の発熱抵抗体を設けて発熱分布(抵抗値分布)を均一化してもよい。
【0085】
第1の実施例と本実施例の電力投入直後の加熱体表面発熱分布を図10に示す。第1の実施例では電力投入直後に限り、発熱抵抗体部の昇温で図10のような発熱分布になってしまうが、本実施例のように発熱抵抗体間を0.7mm以下にすることにより滑らかな発熱分布を実現することができ、さらに上流発熱抵抗体発熱量を大きくした時でも発熱分布を図10に示すように滑らかにすることが可能となる。
【0086】
これにより、加熱体20に対して配設される、温度制御をおこなうサーミスタ21(図3)や安全対策用温度検知素子である温度ヒューズ31(図3)は、公差や製造上の問題により設置場所が加熱体幅方向に多少ズレても正確な制御が可能となる。さらに適正な温度分布を保ち、画像不良や耐久による不具合を生じることがなく、分布が急激に変化することがないので発熱分布すなわち抵抗値分布の規格緩和が可能となるため、より低コストなヒータを提供することが可能となる。
【0087】
(第3の実施例)
本実施例では、図11に示すように往路(上流)発熱を1本で形成(給電電極20dに繋ぐ発熱抵抗体は1本)し、復路(下流)発熱抵抗体のみ長手方向において発熱抵抗体を間引いた形状にする(給電電極20eに対して複数の発熱抵抗体を並列接続する)ことを特徴とする。これは安全対策用温度検知素子が作動しなかった場合でも特定位置でヒータを破損させ、電流リークを防ぎ、この電流リークに起因する通信先コンピュータの誤動作やユーザーの感電を防止することが目的のひとつである。このような暴走状態になった時には基板に対する熱応力によって、基板を上流側へ凸に変形させ、上流の発熱抵抗体を切断し、通電をストップさせることができる。
【0088】
しかし、第1や第2の実施例のように上流の発熱抵抗体が複数存在すると、1本切断されると残りの発熱抵抗体に電流が集中的に流れ急激に加熱する。これにより本来の発熱分布とは異なりヒータ基板が破壊されるため、複数の火花が発生する場合がある。
【0089】
本実施例は上流発熱抵抗体を1本にして、さらに往路(上流)発熱量を復路(下流)発熱量の2倍以上3倍以下に設定することで、暴走時にも上流側発熱抵抗体の切断により、火花などの危険を生じずに電力供給をストップさせることが可能となる。
【0090】
本実施例の発熱抵抗体抵抗値の関係は、
3×復路(下流)抵抗値≧往路(上流)抵抗値≧2×復路(下流)抵抗値
すなわち、
【0091】
【式2】
【0092】
に設定している。
【0093】
図11(a)において、例えばR1=1mm(12Ω)・R2・R3・R4・R5=0.525mm(23Ω)の発熱抵抗体によって下流抵抗値約5.75Ωで、「5.75Ω×3=17.25Ω≧上流抵抗値12Ω≧5.75Ω×2=11.5Ω」が成り立つ、発熱抵抗体総幅約3.1mm、総抵抗約18Ωの発熱抵抗体を形成することができる。
【0094】
この抵抗値によって、暴走時に確実に発熱抵抗体R1を切断し暴走をストップさせることが可能となる。
【0095】
本実施例の加熱体を用いた定着装置と、第2の実施例の定着装置を用いて、暴走試験をおこなった。温度検知素子と安全素子が故障したと仮定して、電力の最大値139.7V(100V系)を加熱体に投入した時、第2の実施例の加熱体ではヒータホルダ22や加圧ローラ26を溶かし、約5秒後に複数の火花を散らして加熱体が破壊された。本実施例では、加熱体の熱応力で約4秒後に加熱体上流部の発熱抵抗体を切断し、火花の発生無く暴走を止めることができた。
【0096】
本実施例により安全で低コストな加熱装置、そして画像形成装置を提供することが可能となる。
【0097】
(その他)
1)フィルム加熱方式の像加熱装置の装置構成は実施例に限られず任意のものとすることが出来る。
【0098】
2)加圧部材としての弾性部材はローラ体に限られない。回動駆動されるベルト体にすることもできる。該部材も熱源で加熱することも出来る。
【0099】
3)本発明の像加熱装置は定着装置に限られず、その他、仮定着する像加熱装置、画像を担持した記録媒体を再加熱してツヤ等の表面性を改質する像加熱装置等としても使用できる。
【0100】
本発明は上述の実施例にとらわれるものではなく、技術思想内の変形を含むものである。
【0101】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、小型でも発熱特性が優れた低コストのヒータ及びこのヒータを用いた像加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の像加熱装置を搭載した画像形成装置の概略構成を示す縦断面図
【図2】本発明を適用した定着装置の概略構成を示す縦断面図
【図3】本発明を理解する上で参考となる加熱体の構成図であり、発熱抵抗体を直列接続した加熱体の説明図
【図4】発熱抵抗体パターンとガラス表面性の関係を表した図
【図5】図4に示した各加熱体の定着性を比較したグラフ
【図6】第1の実施例の加熱体の平面図であり、夫々の給電電極に対して複数の発熱抵抗体を並列接続した加熱体を示した図
【図7】第2の実施例の加熱体の平面図であり、太さが異なる複数の発熱抵抗体を2往復以上直列接続した加熱体を示した図
【図8】第2の実施例の変形例である加熱体の平面図及び断面図であり、印刷厚さが異なる複数の発熱抵抗体を2往復以上直列接続した加熱体を示した図
【図9】第2の実施例の更に他の変形例である加熱体の平面図
【図10】第1と第2の実施例に関わる加熱体の発熱分布図
【図11】第3の実施例に関わる加熱体の平面図
【図12】従来例に係る定着装置の概略構成を示す縦断面図
【図13】従来例に関わる加熱体の発熱抵抗体配置図
【符号の説明】
1・・像担持体(感光ドラム)、2・・帯電装置(帯電ローラ)、3・・露光手段、4・・現像装置、5・・転写装置(転写ローラ)、6・・クリーニング装置、7・・給紙カセット、8・・搬送ローラ、9・・トップセンサー、10・・搬送ガイド、11・・定着装置、12・・搬送ローラ、13・・排紙ローラ、14・・排紙トレイ、15・・給紙ローラ、20・・加熱体(セラミックヒータ)、20a・・ヒータ基板、20b・・発熱抵抗体(抵抗体パターン、20c・・ガラスコート層、21・・温度検知素子(サーミスタ)、22・・ヒータホルダ、23・・CPU、24・・トライアック、25・・定着回転体(定着フィルム)、26・・定着回転体(加圧ローラ)、27・・温度制御手段、28・・回転制御手段、29・・モータ、30・・CPU、31・・安全対策用温度検知素子(温度ヒューズ)、N・・定着ニップ部、P・・記録材
Claims (18)
- 基板と、前記基板に少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とするヒータ。
- 前記発熱抵抗体の往路及び復路共に前記給電電極に対して複数の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 一方の前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されており、他方の給電電極には一本の前記発熱抵抗体が接続されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 並列接続されている前記複数の発熱抵抗体は前記基板の長手方向の複数箇所で電気的に繋がっていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記発熱抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 複数の前記発熱抵抗体の抵抗値は各々異なっていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置であり、
ヒータと、前記ヒーラと摺擦しつつ回転する可撓性スリーブと、を有し、
前記ヒータは、基板と、前記基板に少なくとも一往復形成されている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有し、少なくとも一つの前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする像加熱装置。 - 前記発熱抵抗体の往路及び復路共に前記給電電極に対して複数の前記発熱抵抗体が並列に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 一方の前記給電電極には複数本の前記発熱抵抗体が並列に接続されており、他方の給電電極には一本の前記発熱抵抗体が接続されていることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 一本の前記発熱抵抗体が接続されている前記給電電極は記録材移動方向上流側の電極であることを特徴とする請求項9に記載の像加熱装置。
- 並列接続されている前記複数の発熱抵抗体は前記基板の長手方向の複数箇所で電気的に繋がっていることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記発熱抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 複数の前記発熱抵抗体の抵抗値は各々異なっていることを特徴とする請求項7に記載の像加熱装置。
- 基板と、前記基板に設けられており、抵抗値の異なる複数の抵抗体が少なくとも2往復直列に繋がっている発熱抵抗体と、を有することを特徴とするヒータ。
- 前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されている請求項14に記載のヒータ。
- 記録材上に形成された像を加熱する像加熱装置であり、
ヒータと、前記ヒーラと摺擦しつつ回転する可撓性スリーブと、を有し、
前記ヒータは、基板と、前記基板に設けられており、抵抗値の異なる複数の抵抗体が少なくとも2往復直列に繋がっている発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の電気的端部に設けられている給電電極と、を有することを特徴とする像加熱装置。 - 複数の前記抵抗体は記録材移動方向に沿って抵抗値が徐々に変化していることを特徴とする請求項16に記載の像加熱装置。
- 前記ヒータは更に前記発熱抵抗体上に表面層を有し、前記表面層により複数の前記抵抗体の間のギャップが埋められて表面の凹凸が均されていることを特徴とする請求項16に記載の像加熱装置。
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