JP2004234997A - 加熱装置、画像形成装置、及び加熱体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】抵抗発熱体3にグラファイトを含有させる。抵抗発熱体は、グラファイト・ガラス・金属を混合したベーストをスクリーン印刷等の方法でセラミック基板上に形成する。金属は銀あるいはパラジウムを用いる。グラファイトの特性により、抵抗発熱体は負の温度特性(NTC特性)を有する。グラファイトを抵抗発熱体に含有させることで抵抗発熱体に変曲点温度以下においてNTC特性を具備させて非通紙部に対応する抵抗発熱体部分の発熱量をNTC特性にて抑制させ、これにより非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成した。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置において、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を加熱して画像を永久固着画像として定着させる加熱定着装置として用いて好適な加熱装置に関する。
【0002】
更には、該加熱装置を像加熱装置として具備した画像形成装置、及び、該加熱装置に使用される加熱体に関する。
【0003】
【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には、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性体層を介して前記加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって被加熱材としての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、このほかにもフラッシュ加熱方式、オープン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【0004】
最近では、このような方式に代わって、加熱体(ヒータ)と、加熱体の支持体(ステー)と、加熱体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、定着フィルムを介して被加熱材としての記録材を加熱体に密着させる加圧体(加圧ローラ)を有し、加熱体の熱を定着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、構成の画像加熱定着方式(フィルム加熱方式の加熱装置)が考案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。
【0005】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置ないしは画像加熱定着装置においては加熱体として低熱容量の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、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化(クイックスタート)が可能になる。
【0006】
前述のフィルム加熱方式の加熱装置において、通紙可能な最大サイズ(以下、大サイズ紙と記す)よりもある程度小さな幅の記録材(以下、小サイズ紙と記す)を通紙した場合、加熱体もしくは被加熱材加熱部の温度制御は通紙部に設けられた検温素子の出力に基づいて行われる場合が多く、非通紙部では記録材に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する(非通紙部昇温)。
【0007】
また、特に小サイズ紙でかつ厚い記録材(厚紙・封筒等)が重送して通紙されてしまうような場合には、通紙部では記録材に大量の熱を奪われるため、加熱体に大量の電力が供給され非通紙部昇温が顕著になる。よって重送枚数が多い場合等には、加熱体・加圧ローラ等の劣化・破損に至る危険性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、小サイズ紙を通紙した直後に大サイズ紙を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。
【0008】
この非通紙部昇温を防止するために、小サイズ紙が連続して通紙される場合は非通紙部の加熱体・加圧ローラ等の保護のためスループットを下げたり(例えば、特許文献5参照)している。
【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公報
【特許文献4】
特開平4−204980号公報
【特許文献5】
特許第2727899号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スループットを下げることは画像形成装置のスペックダウンになり、別部材を設けるのはコストアップになる。
【0010】
そこで本発明は、フィルム加熱方式等の加熱装置において、上述した非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の構成を特許とする加熱装置、画像形成装置、及び加熱体である。
【0012】
(1)給電により発熱する抵抗発熱体を有する加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱装置。
【0013】
(2)加熱体と、一面側が加熱体と接触摺動し他面側が被加熱材と接触するフィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は給電により発熱する抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱装置。
【0014】
(3)前記(1)又は(2)に記載の加熱装置において、抵抗発熱体はグラファイト・金属・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱装置。
【0015】
(4)前記(3)に記載の加熱装置において、抵抗発熱体に含まれる金属は銀であることを特徴とする加熱装置。
【0016】
(5)前記(3)に記載の加熱装置において、抵抗発熱体に含まれる金属はパラジウムであることを特徴とする加熱装置。
【0017】
(6)前記(1)から(5)の何れか1項に記載の加熱装置において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする加熱装置。
【0018】
(7)前記(1)から(6)の何れか1項に記載の加熱装置において、抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱装置。
【0019】
(8)記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として(1)から(7)の何れか1項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【0020】
(9)給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体であり、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱体。
【0021】
(10)給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を伝熱部材を介して加熱する加熱体であり、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱体。
【0022】
(11)前記(9)又は(10)に記載の加熱体において、抵抗発熱体はグラファイト・金属・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱体。
【0023】
(12)前記(11)に記載の加熱体において、抵抗発熱体に含まれる金属は銀であることを特徴とする加熱体。
【0024】
(13)前記(11)に記載の加熱体において、抵抗発熱体に含まれる金属はパラジウムであることを特徴とする加熱体。
【0025】
(14)前記(9)から(13)の何れか1項に記載の加熱体において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする加熱体。
【0026】
(15)前記(9)から(14)の何れか1項に記載の加熱体において、抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱体。
【0027】
すなわち、グラファイトはある温度を境にその温度以下ではNTC特性(Negative Temperature Coefficient:温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性)を、その温度以上ではPTC特性(Positive Temperature Coefficient:温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性)を示す性質があり、その変曲点温度は700℃程度である。本発明ではこのグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで抵抗発熱体に変曲点温度以下においてNTC特性を具備させて非通紙部に対応する抵抗発熱体部分の発熱量をNTC特性にて抑制させ、これにより非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成した。
【0028】
上記構成からなる加熱装置及び画像形成装置を用いることによって、非通紙部昇温を防止することができ、より安全で製品寿命が長く画像も良好な加熱装置及び画像形成装置を提供することが可能になる。
【0029】
【発明の実施の形態】
[実施例1]
以下、図面を参照し本発明の第1の実施例を説明する。
【0030】
(1)画像形成装置例
図1は本実施例における画像形成装置の要部の概略構成模型図である。この画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【0031】
101は像担持体として有機感光ドラム、102は帯電部材としての帯電ローラ、103はレーザー露光装置、104は現像スリーブ及び現像ブレードならびに1成分磁性トナー等からなる現像装置、105はクリーニングブレード、106は転写ローラ、107は加熱定着装置である。本実施例の画像形成装置は最大通紙幅をA4サイズ(紙幅:210mm)とする。また通紙は中央基準搬送でなされるものとする。
【0032】
有機感光ドラム101は所定の周速度にて回転駆動され、帯電ローラ102によって本例の場合は負の所定電位に一様に帯電される。そしてその有機感光ドラム101の一様帯電処理面にレーザー露光装置103からのレーザービームによる画像情報の走査露光がなされて、有機感光ドラム101に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。
【0033】
次に、現像装置104の中で帯電したネガトナーが有機感光ドラム101上の静電潜像の露光明部に付着して静電潜像がトナー像として可視像となる(反転現像)。
【0034】
一方、所定の給紙制御タイミングにて給紙ローラ108が回転駆動されて給紙カセット109から紙等の記録材Pが1枚分離給送されて、搬送ローラ110、レジストローラ111等を含むシートパス112を通って有機感光ドラム101と転写ローラ106との当接部である転写ニップ部に所定の制御タイミングにて導入され、記録材Pの面に有機感光ドラム101上のトナー像が順次に転写される。
【0035】
転写ニップ部を出た記録材Pは、有機感光ドラム101面から分離されて、シートパス113を通って画像加熱定着装置107に導入されてトナー像の加熱定着処理を受け、シートパス114を通って排紙トレイ115上に排出される。
【0036】
また記録材分離後の有機感光ドラム101面はクリーニングブレード105により転写残トナーの除去を受けて清掃され、繰り返して作像に供される。
【0037】
(2)画像加熱定着装置107
図2は本実施例における画像加熱定着装置(以下、定着装置と記す)107の要部の概略構成模型図である。この定着装置107は、特開平4−44075〜44083号公報、同4−204980〜204984号公報等に開示のテンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置である。
【0038】
このテンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置(加熱装置)は、耐熱性フィルムとしてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用い、該フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー(テンションが加わらない状態)とし、フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【0039】
1はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。3は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のステー1の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。2はエンドレス(円筒状)の耐熱性フィルムであり、加熱体3を含むフィルムガイド部材であるステー1に外嵌させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム2の内周長と加熱体3を含むステー1の外周長はフィルム2の方を例えば3mm程度大きくしてあり、従ってフィルム2は周長に余裕を持って外嵌している。本実施例では、フィルム2の外径は18mmとした。
【0040】
ステー1はポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PPS、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等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【0041】
フィルム2は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性のあるPTFE、PFA、FEP等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等のフィルムの外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約50μmのポリイミドフィルムの外周表面にPTFEをコーティングしたものを用いた。
【0042】
4は加熱体3との間にフィルム2を挟んで圧接ニップ部(定着ニップ部)Nを形成し、かつフィルム2を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段としての加圧ローラである。この加圧ローラ4は芯金4aと弾性体層4bと最外層の離形層4cからなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム2を挟ませて加熱体3の表面に圧接させて配設してある。本実施例では、芯金4aはアルミ芯金を、弾性体層4bはシリコーンゴムを、離形層4cはPFAをコーティングしたものを用いた。加圧ローラ4の外径は20mm、弾性体層4bの厚さは3mmとした。
【0043】
この加圧ローラ4は駆動系Mにより矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ4の回転駆動により、圧接ニップ部Nにおける該加圧ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム2に回転力が作用して、フィルム2はその内面側が定着ニップ部Nにおいて加熱体3の表面に密着して摺動しながらステー1の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラ4の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【0044】
加熱体3は次の(3)項で詳述するように、グラファイトを含む抵抗発熱体を有するセラミックヒータであり、給電回路部12・13から抵抗発熱体に対する給電による該抵抗発熱体の発熱で迅速に昇温する。その加熱体3の昇温が検温素子5で検知され、その検知温度情報が制御回路部(CPU)11に入力する。制御回路部11は検温素子5で検知される加熱体温度が所定の温度(定着温度)に維持されるように、給電回路部12・13から加熱体3の抵抗発熱体に対する給電を制御して加熱体3を温調する。
【0045】
そして、加熱体3の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ4の回転によるフィルム2の回転周速度が定常化した状態において、フィルム2を挟んで加熱体3と加圧ローラ4とで形成される圧接ニップ部Nに被加熱材としての画像定着すべき記録材Pが画像形成部(転写部)より導入される。そして、記録材Pがフィルム2と一緒に圧接ニップ部Nを挟持搬送されることにより加熱体3の熱がフィルム2を介して記録材Pに付与され記録材P上の未定着顕画像(トナー画像)Tが記録材P面に加熱定着される。圧接ニップ部Nを通った記録材Pはフィルム2の面から分離されて搬送される。
【0046】
(3)加熱体3
図3の(a)は加熱体3の表面側の一部切欠き平面模型図と、裏面側の平面模型図と、通電制御系のブロック回路図である。(b)は加熱体3の拡大横断面模型図である。
【0047】
本実施例の加熱体3は下記の▲1▼〜▲5▼等の要素からなる全体に低熱容量の加熱体である。
【0048】
▲1▼.被加熱材としての記録材Pの搬送方向aに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板7
▲2▼.該基板7の表面側(フィルム摺動面側)の短手方向中央部に基板長手に沿って形成具備させた抵抗発熱体6
▲3▼.該抵抗発熱体6の両端部にそれぞれ電気的に導通させて、基板両端部側の表面部分に形成具備させた第1と第2の給電用電極9・10
▲4▼.上記の第1と第2の給電用電極9・10部分は露呈させ、抵抗発熱体6を覆わせて基板表面に形成具備させた、抵抗発熱体を形成した加熱体表面を保護する耐熱性オーバーコート層8
▲5▼.基板7の裏面側(非フィルム摺動面側)において、基板長手方向の略中央部(最小通紙幅)内に基板に接触させて配設したサーミスタ当の検温素子5と、該検温素子5のリード線として形成具備させた導電路パターン14・14。
【0049】
加熱体基板7は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられ、本実施例では幅10mm・長さ270mm・厚さ1mmのアルミナ基板を使用している
本実施例の抵抗発熱体6は、グラファイト・銀・ガラス粉末(無機結着剤)・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、加熱体基板7上に幅6.5mm・長さ220mm・厚さ約100μmの線帯状に形成して得たものである。本実施例においては、抵抗発熱体6の常温のシート抵抗は約9Ω/sq(厚さ10μm)のものを用い、抵抗発熱体6の常温における総抵抗は30Ωとした。
【0050】
第1と第2の給電用電極9・10は銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いた。
【0051】
オーバーコート層8は、抵抗発熱体6と加熱体3表面との電気的な絶縁性とフィルム2の摺動性とを確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層8として厚さ約50μmの耐熱性ガラス層を用いた。
【0052】
検温素子5は本実施例ではチップサーミスタを用いており、耐熱性・導電性・熱伝導性に優れた接着剤で加熱体基板7の裏面に接着されている。該検温素子5のリード線として形成具備させた導電路パターン14・14は銀パラジウムのスクリーン印刷パターンを用いた。
【0053】
この加熱体3を抵抗発熱体6を形成具備させた表面(フィルム摺動面)側を下向きに露呈させてステー1の下面側に保持させて固定配設してある。
【0054】
以上の構成をとることにより、加熱体3の全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【0055】
加熱体3は、抵抗発熱体6の長手両端部の第1と第2の給電用電極9・10に対するAC電源13からの給電により抵抗発熱体6が長手全長にわたって発熱することで昇温する。
【0056】
検温素子5は導電路パターン14・14を通じて制御回路部11に導通しており、加熱体3の昇温が該検温素子5で検知され、検温素子5の出力をA/D変換し制御回路部11に取り込み、その情報に基づいてトライアック12によりAC電源13から抵抗発熱体7に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体3の温度制御がなされる。
【0057】
即ち検温素子5の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体3が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、加熱体3は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施例では位相制御により出力を0〜100%まで5%刻みの21段階で変化させている。出力100%は加熱体に全通電したときの出力を示す。
【0058】
(4)グラファイトを含む抵抗発熱体について
グラファイトはある温度を境にその温度以下ではNTC特性すなわち温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性を、その温度以上ではPTC特性すなわち温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性を示す性質があり、その変曲点温度は700℃程度である。
【0059】
本発明ではこのグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで抵抗発熱体に変曲点温度以下においてNTC特性を具備させて非通紙部に対応する抵抗発熱体部分の発熱量をNTC特性にて抑制させ、これにより非通紙部昇温の防止を、装置のスペックを低下させることなく、低コストかつ簡単な構成で達成した。
【0060】
本実施例の加熱体3における抵抗発熱体6は、前記したように、グラファイト・銀・ガラス粉末(無機結着剤)・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、加熱体基板7上に幅6.5mm・長さ220mm・厚さ約100μmの線帯状に形成して得たものである。本実施例においては、抵抗発熱体6の常温のシート抵抗は約9Ω/sq(厚さ10μm)のものを用い、抵抗発熱体6の常温における総抵抗は30Ωとした。
【0061】
グラファイトは700℃程度で表面酸化が始まるので、抵抗発熱体6のスクリーン印刷後の焼成温度は約600℃とした。また、ガラスコート層(オーバーコート層)8の材料も400〜500℃で焼成可能なガラスを選択した。
【0062】
従来例(比較例)の加熱体として、銀パラジウムとガラスを混合したペーストを、加熱体基板7にスクリーン印刷により、幅6.5mm・長さ220mm・厚さ約10μmの線帯状に形成して抵抗発熱体(14)とした。この従来の抵抗発熱体(14)は、常温のシート抵抗が約1Ω/sq(厚さ10μm)であるものを用いているので、厚さは本実施例の抵抗発熱体7よりも薄い。総抵抗は、本実施例と同じく、常温で30Ωとした。なお、抵抗発熱体(14)以外の加熱体基板・ガラスコート等は本実施例と同じものを用いている。
【0063】
図4に本実施例及び従来例の抵抗発熱体7・(14)の抵抗温度特性の概略図を示す。横軸は抵抗発熱体の温度を、縦軸は抵抗値を示す。細線は従来例の抵抗発熱体(14)の抵抗温度特性を示し、太線は本実施例の抵抗発熱体7の抵抗温度特性を示す。図4に示す通り、従来例では温度が上がると抵抗が高くなる正の抵抗温度特性(PTC特性)を示し、本実施例では温度が上がると抵抗が低くなる負の抵抗温度特性(NTC特性)を示す。なお、図4はグラファイトの変曲点温度700℃以下の温度領域を図示している。
【0064】
本実施例で用いたグラファイトの抵抗変化率は−2000ppm/℃程度(25℃から300℃までの抵抗変化率、以下の値も同様)であり、銀の抵抗変化率は4000ppm/℃程度である(PTC特性)。本実施例のグラファイトと銀の割合は7:3程度としたため、抵抗発熱体全体としては−240ppm/℃程度の抵抗変化率を示した。本実施例で抵抗発熱体6に銀を含有させている理由については後述する。なお、従来例の抵抗変化率は1000ppm/℃程度である。
【0065】
画像形成装置の待機時は加熱体3の温度は常温付近になっているので、本実施例・従来例の加熱体の抵抗発熱体7・(14)の抵抗はどちらも30Ω程度である。画像形成装置がプリント信号を受信すると加熱体3の抵抗発熱体7・(14)に通電を開始し、加熱体3は定着温度付近まで温度が上昇するので、従来例では抵抗発熱体(14)の抵抗が高くなり、本実施例では抵抗発熱体7の抵抗が低くなる。定着温度を200℃とすると、抵抗発熱体の総抵抗は従来例で35.25Ω、本実施例では28.74Ωとなる。また、仮に抵抗発熱体の温度が300℃になったとすると、総抵抗は従来例で38.25Ω、本実施例では28.02Ωとなる。大サイズ紙(A4縦送り:紙幅210mm)を通紙しているときは、抵抗発熱体の中央部と端部で温度はほぼ同じであるので、中央部と端部の抵抗も同じであるが、小サイズ紙を通紙すると前述した非通紙部昇温により端部の温度が中央部よりも高くなる。よって、従来例では、端部の抵抗は中央部よりも高くなり、本実施例では端部の抵抗が中央部よりも低くなる。
【0066】
図5は抵抗発熱体のモデル図である。抵抗発熱体に流れる電流をIとし、中央部の抵抗をR1、端部の抵抗をR2とした場合、中央部の発熱量W1はI2・R1であり、端部の発熱量W2はI2・R2である(簡単のため、抵抗がR1の領域と抵抗がR2の領域の長さは同じと考える)。
【0067】
従来例において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、R2>R1となるので、端部の発熱量W2は中央部の発熱量W1に比べて大きくなる。発熱量が大きくなると温度が上昇するので更に抵抗が高くなり、また発熱量が増えるという循環を繰り返してしまう。
【0068】
一方、本実施例において小サイズ紙を通紙した場合を考えると、R2<R1となるので、端部の発熱量W2は中央部の発熱量W1に比べて小さくなる。従来例も本実施例も、通紙は中央基準搬送でなされ、検温素子5は最小通紙幅内である加熱体中央部にあり、どちらも中央部の温度を一定にするように温度制御を行っているので、従来例の中央部の発熱量と本実施例の中央部の発熱量はほぼ同じである。よって、本実施例の端部の発熱量の方が従来例の端部の発熱量よりも小さくなり、本実施例の方が従来例よりも端部の温度を低く抑えることができる。
【0069】
従来、抵抗発熱体は金属とガラスの混合物が用いられており、金属が一般的に有するPTC特性により抵抗発熱体全体としてもPTC特性を有するものしか実用化されていない。本発明ではNTC特性を有するグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで、NTC特性を有する抵抗発熱体を実現でき、非通紙部昇温を防止することができる。
【0070】
NTC特性を有する抵抗発熱体において、抵抗変化率の値が小さいほど端部の抵抗の低下量が大きく発熱量が減る量も大きいと考えられる(PTC特性を有する抵抗発熱体においても、抵抗変化率の値が小さいほど非通紙部昇温は小さくなる)。本実施例では、抵抗発熱体にPTC特性である銀を含有させているが、これはグラファイトのシート抵抗が大きいため、総抵抗を下げるのを目的としているものである。非通紙部昇温防止の観点からは、銀を含有させない方が抵抗変化率は小さくなり望ましい構成であるが、総抵抗を調整する材料を含有させないと総抵抗が高くなりすぎる。総抵抗が高すぎると加熱体の立ち上げ及び通紙時の温度維持に必要な電力を得ることができなくなるため、ある程度総抵抗を低くすることが必要である(総抵抗の値は画像形成装置のスループット・加熱装置の構成等によって決定される)。
【0071】
以下に本実施例の加熱装置と従来例の加熱装置との比較を示す。本実施例と従来例で加熱体以外の構成は同じとし、加熱装置が十分室温(25℃)になじんだ状態からハガキサイズ(小サイズ紙)の記録材を連続で100枚通紙したときの、非通紙部の最高温度(加熱体裏面を熱電対で測定)を比較した。定着温度は200℃とした。入力電圧は100Vとし、画像形成装置のプロセススピードは80mm/sec.とした。結果を表1に示す。
【0072】
【表1】
【0073】
表1に示すように、本実施例の加熱装置は従来例に比べて大幅に非通紙部温度を下げることができた。
【0074】
次にB5サイズ(小サイズ紙)で坪量が157g/m2の厚紙を強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると加熱装置の劣化・破損に至るかを試験した。定着温度・入力電圧・プロセススピードはハガキを通紙したときと同条件とした。試験結果を表2に示す。
【0075】
【表2】
【0076】
表2に示すように、従来例の加熱装置の場合は、4または5重送で加熱体の破損に至り、ステー・フィルム・加圧ローラ表層の非通紙部に劣化が認められた。一方、本実施例の加熱装置の場合は、2回とも10重送まで重送枚数を増やしていったが、加熱体は破損せず、ステー・フィルム・加圧ローラにも劣化は認められなかった。
【0077】
以上説明した通り、NTC特性を有するグラファイトを抵抗発熱体に含有させることで、NTC特性を有する抵抗発熱体を実現でき、非通紙部昇温を防止することができる。
【0078】
なお、本実施例では記録材を中央基準で通紙する場合について述べたが、本実施例は記録材を端部基準で通紙する画像形成装置にも適用可能である。
【0079】
[実施例2]
本実施例では、実施例1で抵抗発熱体の抵抗を調整するために含有させた銀の代わりにパラジウムを抵抗発熱体に含有させる。抵抗発熱体の材料以外の加熱装置及び画像形成装置の構成は実施例1と同じである。
【0080】
本実施例における加熱体3の抵抗発熱体6は、グラファイト・パラジウム・ガラス粉末(無機結着剤)・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、加熱体基板7上に幅6.5mm・長さ220mm・厚さ約100μmの線帯状に形成して得たものである。抵抗発熱体6の常温のシート抵抗は実施例1と同じく約9Ω/sq(厚さ10μm)のものを用い、常温の総抵抗も実施例1と同じく30Ωとした。
【0081】
図6に本実施例及び従来例の抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図を示す。横軸は抵抗発熱体の温度を、縦軸は抵抗値を示す。細線は従来例の抵抗発熱体(14)の抵抗温度特性を示し(図4と同じ)、太線は本実施例の抵抗発熱体6の抵抗温度特性を示す。
【0082】
本実施例における抵抗発熱体7も実施例1と同じくNTC特性を示し、抵抗変化率は−460ppm/℃程度である。よって、本実施例の抵抗発熱体の200℃における総抵抗は27.59Ω、300℃における総抵抗は26.21Ωであり、実施例1の値よりも低い。
【0083】
パラジウムの抵抗変化率は3000ppm/℃程度であり銀よりも小さい。また、シート抵抗も銀の7倍程度であるので、抵抗発熱体中の割合も銀よりも少なくできる。この2つの効果により、抵抗発熱体全体の抵抗変化率を実施例1よりも小さくでき、非通紙部昇温防止の効果も実施例1よりも大きくなる。
【0084】
以下に本実施例の加熱装置と従来例の加熱装置との比較を示す。以下の比較は実施例1で述べた比較と同条件で行った。従来例は実施例1で述べた構成と同じであり、結果も同じものである。まず、加熱装置が十分室温(25℃)になじんだ状態からハガキサイズの記録材を連続で100枚通紙したときの、非通紙部の最高温度(加熱体裏面を熱電対で測定)を比較した。定着温度・入力電圧・プロセススピードは実施例1と同条件とした。結果を表3に示す。
【0085】
【表3】
【0086】
表3に示すように、本実施例は従来例に比べて大幅に温度が下がっているのはもちろん、実施例1の結果(288℃)よりも低い値となった。
【0087】
次にB5サイズで坪量が157g/m2の厚紙を強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると加熱装置の劣化・破損に至るかを試験した。定着温度・入力電圧・プロセススピードは同条件である。試験結果を表4に示す。
【0088】
【表4】
【0089】
表4に示すように、本実施例の加熱装置は、2回とも10重送まで重送枚数を増やしていったが、加熱体の破損及びステー・フィルム・加圧ローラの劣化はなく、実施例1と同じ結果となった。
【0090】
以上の結果より、抵抗を調整する材料としてパラジウムを用いることで、更に非通紙部昇温防止に有効なNTC特性を有する抵抗発熱体が実現できることが分かる。
【0091】
なお、本実施例では記録材を中央基準で通紙する場合について述べたが、本実施例は記録材を端部基準で通紙する画像形成装置にも適用可能である。
【0092】
[その他]
1)本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。
【0093】
またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置,紙当の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、シート状部材を加熱処理する加熱装置として用いても有効であることは勿論である。
【0094】
2)また加熱装置の構成は実施例のフィルム加熱方式に限られるものではないことは勿論である。
【0095】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、給電により発熱する抵抗発熱体を有する加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置、該加熱装置を定着装置として搭載した画像形成装置について、装置のスペックを低下させることなくかつ低コストな構成で非通紙部昇温を防止することができ、より安全で製品寿命が長く画像も良好なものを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における画像形成装置の要部の概略構成模型図
【図2】実施例1における加熱装置(画像加熱定着装置)の要部の概略構成模型図
【図3】加熱体の構成模型図
【図4】実施例1と従来例とにおける加熱体の抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図
【図5】抵抗発熱体のモデル図
【図6】実施例2と従来例とにおける加熱体の抵抗発熱体の抵抗温度特性の概略図
【符号の説明】
1.ステー 2.定着フィルム 3.ヒータ(加熱体) 4.加圧ローラ(加圧体) 4a.芯金 4b.弾性体層 4c.離形層 5.検温素子 6.実施例1の抵抗発熱体 7.基板 8.オーバーコート層 9.10.給電用電極 11.CPU 12.トライアック 13.AC電源 14.従来例の抵抗発熱体 N.ニップ部 P.記録材 T.トナー a.記録材搬送方向
Claims (15)
- 給電により発熱する抵抗発熱体を有する加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱装置。
- 加熱体と、一面側が加熱体と接触摺動し他面側が被加熱材と接触するフィルムとを有し、加熱体上をフィルムと被加熱材が一緒に移動することで加熱体の熱をフィルムを介して被加熱材へ伝達する加熱装置において、前記加熱体は給電により発熱する抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱装置。
- 請求項1又は2に記載の加熱装置において、抵抗発熱体はグラファイト・金属・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱装置。
- 請求項3に記載の加熱装置において、抵抗発熱体に含まれる金属は銀であることを特徴とする加熱装置。
- 請求項3に記載の加熱装置において、抵抗発熱体に含まれる金属はパラジウムであることを特徴とする加熱装置。
- 請求項1から5の何れか1項に記載の加熱装置において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする加熱装置。
- 請求項1から6の何れか1項に記載の加熱装置において、抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱装置。
- 記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、前記像加熱手段として請求項1から7の何れか1項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
- 給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を加熱する加熱体であり、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱体。
- 給電により発熱する抵抗発熱体を有し、被加熱材を伝熱部材を介して加熱する加熱体であり、抵抗発熱体がグラファイトを含むことを特徴とする加熱体。
- 請求項9又は10に記載の加熱体において、抵抗発熱体はグラファイト・金属・ガラスを主成分とすることを特徴とする加熱体。
- 請求項11に記載の加熱体において、抵抗発熱体に含まれる金属は銀であることを特徴とする加熱体。
- 請求項11に記載の加熱体において、抵抗発熱体に含まれる金属はパラジウムであることを特徴とする加熱体。
- 請求項9から13の何れか1項に記載の加熱体において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする加熱体。
- 請求項9から14の何れか1項に記載の加熱体において、抵抗発熱体は少なくとも加熱体最大到達温度以下の温度領域において、負の抵抗温度特性を有することを特徴とする加熱体。
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