JP2004177888A

JP2004177888A - ヒートプレート及びそれを使用した定着装置

Info

Publication number: JP2004177888A
Application number: JP2002347284A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamada; 貴山田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】熱膨張率の相違に基づくヒートプレートの基板と抵抗発熱体との間での剥離を防止し、抵抗発熱体の異常発熱を抑えたヒートプレート、及びそのヒートプレートを使用した定着装置を提供する。
【解決手段】ヒートプレート１０は基板１１の上に接着剤層１４を介して絶縁材１３が接着固定され、その上に接着剤層１５を介して抵抗発熱体１２が接着固定された積層構成とし、これを記録媒体搬送方向に直交する方向に延びる円筒軸の回りに、半円筒状に湾曲加工する。抵抗発熱体１２は、前記円筒軸と直交する方向に延びた細長い帯状部を連続して折り返したパターンに形成されるから、単位面積当たりの剥離力が小さくなり、抵抗発熱体が基板から剥離することを防止することができ、抵抗発熱体が異常発熱することもない。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートプレート及びそれを使用した画像形成装置の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置、例えば複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ、或いはこれ等の機能を備えたＭＦＣと呼ばれる複合機では、感光体上に形成された画像の静電潜像をトナーで現像し、これを記録媒体に転写した後、定着装置により定着処理して画像を固定し、画像の記録を行っている。
【０００３】
このような画像形成装置で使用する定着装置には、従来は、内面に熱源としてハロゲンランプを配置した金属ローラを使用するヒートローラ方式の定着装置が使用されてきた。
【０００４】
ハロゲンランプは、電気エネルギを一旦光エネルギに変換し、さらに熱エネルギに変換するため、熱変換効率が低い。そこで、ヒートローラの芯金の外周に電気エネルギを直接熱エネルギに変換可能な抵抗発熱体を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、回転しない半円筒体の内面にシート状ヒータを配置した半円筒体のヒートプレートが提案されている（特許文献２参照）。これは、半円筒体のヒートプレートの外周面に定着ベルトを捲回して加熱するように構成した定着ベルト方式の定着装置に使用されるものである。この半円筒体のヒートプレートでは、ヒートプレートの熱容量を低減できるのでエネルギの節減が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０７−１４０８２８号公報。
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−７２７３５号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来のヒートプレートは、ヒートプレート基板、絶縁層、抵抗発熱体が積層されて構成されるが、それぞれが異なる材料から構成されており、熱膨張率が異なるために、基板、絶縁層、抵抗発熱体の各層の間にストレスが発生する。特に、抵抗発熱体の端部に位置する湾曲パターン部では、ストレスが湾曲部の内側に発生するため、基板と抵抗発熱体との間で剥離し、抵抗発熱体が異常発熱するという不都合が発生する場合がある。
【０００９】
この発明は、基板と抵抗発熱体との間で剥離が生じないヒートプレートを提供すること及びそのヒートプレートを使用した画像形成装置の定着装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、記録媒体搬送方向に直交する方向に延びる円筒軸の回りに湾曲した曲面を有する略半円筒状の基板と、前記基板の湾曲面の内側に絶縁材を介在させて配置された抵抗発熱体とを備えたヒートプレートであって、前記抵抗発熱体は、前記円筒軸と直交する方向に延びた細長い帯状部を連続して折り返したパターンに形成されていることを特徴とするヒートプレートである。
【００１１】
そして、前記抵抗発熱体の細長い帯状部の幅は、隣接する帯状部との間の間隔寸法の３倍以上とするとよい。
【００１２】
また、前記ヒートプレートは、基板上に絶縁材を介在させて抵抗発熱体を接着固定した後、前記円筒軸の回りに湾曲させて略半円筒状に構成される。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１で規定するヒートプレートと、前記ヒートプレートと定着部材との間に巻き掛けられて移動可能なループ状の定着ベルトと、前記定着部材に定着ベルトを圧接する圧接部材とを備えたことを特徴とする定着装置である。
【００１４】
そして、前記定着部材は、定着ローラ又は定着パッドであり、前記圧接部材は、圧接ローラ又は圧接パッドとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。図１はヒートプレート１０の外観を示す斜視図、図２はその拡大断面図、図３はヒートプレート１０の積層構成を説明する拡大断面図である。
【００１６】
図１及び図２において、１１はヒートプレート１０の基板、１２は抵抗発熱体、１３は抵抗発熱体と基板１１との間に配置された絶縁材を示す。図３に示すように、ヒートプレート１０は、基板１１の上に接着剤層１４を介して絶縁材１３が接着固定され、さらにその上に接着剤層１５を介して抵抗発熱体１２が接着固定された積層構成となっており、加熱加圧して各層を接着する。その後、図１及び図２に示すように、プレス加工により抵抗発熱体１２が内側になるように半円筒状に湾曲加工し、ヒートプレート１０が完成する。
【００１７】
なお、Ｚはヒートプレート１０を半円筒状に湾曲加工するときの円筒軸を示すもので、ヒートプレート１０により定着処理される記録媒体は、この円筒軸Ｚに直交する方向に搬送される。
【００１８】
基板１１は、例えば、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム（材料記号Ａ５０５２）で構成されており、絶縁材１３は厚さ３５μｍの耐熱性の合成樹脂ポリイミド（ＰＩ）で構成される。また、接着剤層１４、１５は、厚さ８μｍの熱硬化性合成樹脂ポリイミド（ＰＩ）から構成される。
【００１９】
図４は抵抗発熱体１２の正面図で、抵抗発熱体１２は細長い帯状部１２ａを連続して折り返したパターンに形成され、両端に接続用端子１２ｂが形成される。抵抗発熱体１２の細長い帯状部１２ａの幅は、隣接する帯状部１２ａとの間の間隔寸法の３倍以上とするとよい。
【００２０】
抵抗発熱体１２の材料には、例えば、厚さ３０μｍのステンレススチール（材料記号ＳＵＳ３０４）が使用される。
【００２１】
抵抗発熱体１２をヒートプレート１０に接着する際は、抵抗発熱体１２の細長い帯状部１２ａの長手方向が、ヒートプレート１０を半円筒状に湾曲加工したときの円筒軸Ｚに対して直角に交差する方向と一致させるものとする。
【００２２】
その理由は、ヒートプレート１０を半円筒状に湾曲加工するとき、抵抗発熱体１２が剥離しにくくするためである。以下、その理由を説明する。
【００２３】
図５は、ヒートプレート１０の湾曲加工により、その上に接着された抵抗発熱体１２が元の形状に回復しようとする復元力により発生する垂直方向の剥離力を説明する図である。図５において、Ａは抵抗発熱体１２の細長い帯状部１２ａに相当する両端支持梁であって、接着剤による接着力が梁Ａに作用する等分布荷重ｗに相当し、梁Ａは湾曲したヒートプレート１０に接着され、接着剤による等分布荷重ｗを受けて曲率半径ｒで撓んでいるものとする。
【００２４】
梁Ａに作用する曲げモーメントＭ、等分布荷重ｗ、曲率半径ｒの間には以下の関係が成立する。
【００２５】
１／ｒ＝Ｍ／Ｅ・Ｉ・・・・・・・・・・・・・・（１）
但し、Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２次モーメント。
【００２６】
梁Ａの端部から距離ｘの位置での曲げモーメントＭ_０は、
Ｍ０＝ｗ_０・ｘ／２（Ｌ_０−ｘ）
但し、ｗ_０：単位面積当たりの荷重、Ｌ_０：梁Ａの全長。
【００２７】
ここで、梁Ａの円弧の長さは、中心角をθとすると、ｘ＝ｒθ、Ｌ_０＝ｒθ_０であるから、曲げモーメントＭ_０は、以下の通りとなる。
【００２８】

ここで梁Ａの長さＬの異なるＬ１、Ｌ２での条件を考えると、式（１）から、曲げモーメントは曲率半径のみに依存するため、それぞれの曲げモーメントＭ１、Ｍ２は等しくなる。従って、以下の関係が成立する。
【００２９】

ここで、θ１＞θ２＞θ とすると、以下の関係が成立する。
【００３０】

【００３１】
これは、梁Ａの長さが長い程、即ち抵抗発熱体１２のパターンの細長い帯状部１２ａの長さ（図４では帯状部１２ａの上下方向の長さ）が長い程、単位面積当たりの荷重が小さくなることを示し、即ち、単位面積当たりの剥離力が小さくなることを意味する。
【００３２】
次に、この発明の実施の形態の定着装置の構成について説明する。図６は第１の形式の定着装置２０の構成を説明する断面図で、内面に抵抗発熱体１２が固定配置され、半円筒状に湾曲加工されたヒートプレート１０と定着ローラ２２との間に定着ベルト２１が巻き掛けられている。また、定着ローラ２２に対向する位置には加圧ローラ２３が定着ベルト２１を介在させて配置されている。
【００３３】
図示しない駆動機構により加圧ローラ２３を矢印ａ方向に回転させると、定着ローラ２２も矢印ａ方向に回転する。定着ベルト２１は加圧ローラ２３に摩擦接触して移動する。このとき、定着ベルト２１はヒートプレート１０の外表面上を滑りながら矢印ａ方向に移動し、ヒートプレート１０から熱が伝達されて加熱される。加圧ローラ２３と加熱された定着ベルト２１との間のニップ部Ｎに定着すべき記録媒体Ｐを通過させることで、定着処理が行われる。
【００３４】
なお、上記の構成において、加圧ローラ２３を駆動回転させる構成に替えて、定着ロー２２を駆動回転させてもよい。
【００３５】
図７は、第２の形式の定着装置３０の構成を説明する断面図で、図６に示す第１の形式の定着装置２０において、定着ローラ２２を定着パッド２４に替えたものである。第１の形式の定着装置２０と同一部材には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３６】
図示しない駆動機構により加圧ローラ２３を矢印ａ方向に回転させると、定着ベルト２１は加圧ローラ２３に摩擦接触して加圧ローラ２３と共に移動する。定着ベルト２１はヒートプレート１０及び定着パッド２４の外表面上を滑りながら矢印ａ方向に移動し、定着ベルト２１にはヒートプレート１０から熱が伝達されて加熱される。加圧ローラ２３と加熱された定着ベルト２１との間のニップ部Ｎに定着すべき記録媒体Ｐを通過させることで、定着処理が行われる。
【００３７】
図８は、第３の形式の定着装置４０の構成を説明する断面図で、図６に示す第１の形式の定着装置２０において、加圧ローラ２３を加圧パッド２５に替えたものである。第１の形式の定着装置２０と同一部材には同一符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００３８】
図示しない駆動機構により定着ローラ２２を矢印ａ方向に回転させると、定着ベルト２１は定着ローラ２２に摩擦接触して定着ローラ２２と共に移動する。定着ベルト２１はヒートプレート１０の外表面上を滑りながら矢印ａ方向に移動し、定着ベルト２１にはヒートプレート１０から熱が伝達されて加熱される。加圧パッド２５と、加熱された定着ベルト２１との間のニップ部Ｎに定着すべき記録媒体Ｐを通過させることで、定着処理が行われる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、請求項１のヒートプレートは、記録媒体搬送方向に直交する方向に延びる円筒軸の回りに湾曲した曲面を有する略半円筒状の基板を備え、その基板の湾曲面の内側に絶縁材を介在させて抵抗発熱体を配置したものであり、抵抗発熱体は、前記円筒軸と直交する方向に延びた細長い帯状部を連続して折り返したパターンに形成したものである。
【００４０】
抵抗発熱体を前記円筒軸と直交する方向に延びた細長い帯状部から構成することで単位面積当たりの剥離力が小さくなり、抵抗発熱体が基板から剥離することを防止することができ、抵抗発熱体が異常発熱することもない。
【００４１】
そして、請求項４で規定する定着装置は、請求項１で規定するヒートプレートを使用した定着装置であり、基板と抵抗発熱体との間で剥離することなく、抵抗発熱体の異常発熱も生じないから、安定して動作する定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートプレートの外観を示す斜視図。
【図２】図１に示すヒートプレートの拡大断面図。
【図３】図１に示すヒートプレートの積層構成を説明する拡大断面図。
【図４】抵抗発熱体の正面図。
【図５】抵抗発熱体の復元力により発生する剥離力を説明する図。
【図６】第１の形式の定着装置の構成を説明する断面図。
【図７】第２の形式の定着装置の構成を説明する断面図。
【図８】第３の形式の定着装置の構成を説明する断面図。
【符号の説明】
１０ヒートプレート
１１基板
１２抵抗発熱体
１２ａ帯状部
１３絶縁材
１４、１５接着剤層
２０第１の形式の定着装置
２１定着ベルト
２２定着ローラ
２３加圧ローラ
２４定着パッド
２５加圧パッド
３０第２の形式の定着装置
４０第３の形式の定着装置

Claims

記録媒体搬送方向に直交する方向に延びる円筒軸の回りに湾曲した曲面を有する略半円筒状の基板と、前記基板の湾曲面の内側に絶縁材を介在させて配置された抵抗発熱体とを備えたヒートプレートであって、
前記抵抗発熱体は、前記円筒軸と直交する方向に延びた細長い帯状部を連続して折り返したパターンに形成されていること
を特徴とするヒートプレート。
前記抵抗発熱体の細長い帯状部の幅は、隣接する帯状部との間の間隔寸法の３倍以上であること
を特徴とする請求項１記載のヒートプレート。
前記ヒートプレートは、基板上に絶縁材を介在させて抵抗発熱体を接着固定した後、前記円筒軸の回りに湾曲させて略半円筒状に構成されること
を特徴とする請求項１記載のヒートプレート。
請求項１で規定するヒートプレートと、前記ヒートプレートと定着部材との間に巻き掛けられて移動可能なループ状の定着ベルトと、前記定着部材に定着ベルトを圧接する圧接部材とを備えたこと
を特徴とする定着装置。
請求項４で規定する定着装置において、前記定着部材は、定着ローラ又は定着パッドであり、前記圧接部材は、圧接ローラ又は圧接パッドであること
を特徴とする定着装置。