JP2005062317A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 端部の加圧ローラ外径が太くなること、及び端部のフィルムの温度が上がることにより、定着器に大サイズが通過するときに紙を引張る方向の力が加わり、紙シワを防止できる。
【解決手段】 端部ヒータを用いる構成で、大サイズ通紙時もしくは大サイズプリント時の紙間中は端部の発熱量を中よりも多めにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱体の熱をフィルムを介して転写材に与え、未定着画像を熱定着させる加熱定着装置において、発熱体の発熱分布の制御に関するものである。

電子写真プロセスにおいて、感光体から転写材に静電転写された未定着画像は、電気的な弱い結合をしている。これを永久的な画像にするためには、これより更に転写材と強く結合させる必要がある。一般的に未定着画像は、トナーにより形成されていて、このトナーは熱を加えると半溶融するという特徴がある。この特徴を利用し、永久画像を形成させる方式として加熱定着方式が上げられる。

この加熱定着方式には、熱エネルギーのみを利用するラジアントフラッシュ定着やオーブン定着方式、熱エネルギーと圧力を利用する熱ローラ方式、フィルム加熱定着方式などがある。現在は、高速性と安全性から、熱圧力定着方式を用いたフィルム加熱定着方式が主流である。

図９はフィルム加熱定着装置の概略図で、図８はそのフィルム定着器に使われているヒータの概略図である。ヒータ表面は、厚み数百μｍ〜１ｍｍ程度のアルミナ等の基板（２１）に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の発熱抵抗体（２２）がスクリーン印刷されており、その上に数十μｍ程度のガラス等（２３）でオーバーコートされている。ヒータ裏面には、サーミスタ（２４）を設け、温度をモニターすることにより、ヒータへの通電電力を制御している。このヒータは、裏面にて３３の断熱性部材（フィルムガイド）により支持されている。さらに、この周りを耐熱性のエンドレスフィルム（定着フィルム（３４））で覆い、フィルムを介してフィルムガイドのヒータ側に弾性ローラ（加圧ローラ（２９））を密接させることでニップを形成している。加圧ローラ回転時の定着フィルムは、ニップ部での加圧ローラ表面、もしくは転写材表面との摩擦力により従動回転している。この時の定着フィルムは、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答を、ほぼそのままニップ内に反映する事ができる。よって、ヒータオン時より短時間の定着温度到達が達成され、これに伴う省電力が実現される（例えば特許文献１）。
特開平９−２９７４７８号公報

近年、電子写真方式のプリンターの市場は世界規模になり、多種多様な紙が使われるようになった。またプリンターの使用環境として高温多湿環境下で使用される機会が増えた。高温多湿環境では、紙の吸湿に伴い紙のコシが弱くなり紙皺が発生しやすく、また従来には無かった紙皺が発生しやすい紙も増えたことにより、プリンターとして従来以上に紙皺の発生が抑制される事が求められるに至った。

本発明はかかる背景に鑑みなされたものであり、紙皺の発生と紙皺の前兆現象である紙表面の微細なしわ（以降紙表面の波うちと言う）をなくす事にある。

本発明は以下の構成を有する。すなわち第一の発明は、
加熱手段と、この加熱手段を内包する回転体を有し、該回転体は未定着画像を担持した転写材と等速で移動し、該回転体に加圧圧接してニップを形成するための加圧ローラを有する加熱装置において、該加熱手段は回転体長手中央部を含む領域を加熱する中央部加熱手段とこれと独立して駆動可能な端部のみを加熱することが可能な端部加熱手段の複数の加熱手段からなり、該端部領域に掛かる大きさの転写材を加熱するときだけ、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする像加熱装置である。

また第二の発明は、
該端部領域に掛かる大きさの転写材が該ニップ部に搬送されるまでの間のみにおいて、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置である。

また第三の発明は、
該端部領域に掛かる大きさの転写材が該ニップ部を通過中の間のみにおいて、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置である。

以上説明したように、本発明によれば、端部ヒータを設けてその発熱量を中央部に比して多くすること、紙間と紙通紙中でその比率をきりかえることで、紙しわの発生、及びしわの前兆である紙表面のなみうちを抑制出来る。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本実施例で用いた加熱定着装置はフィルム定着装置で、従来例で述べた通りである。本実施例が従来例と異なるのは、ヒータの構成とその制御方法である。

以下ヒータについて説明する。

図１は本実施例で用いるヒータ（１）である。

図１（ａ）は表面から、図１（ｂ）は裏面から見た図である。長手方向３８０ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの熱伝導基板に、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の発熱抵抗体（２）をスクリーン印刷等により塗工している。端部ヒータ（２ａ）は長さ５０ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚さ約１０μｍの抵抗値が１４Ωの発熱体２本からなり、発熱体の外端が最大通紙サイズであるＡ３フルブリード紙の幅よりも大きくなるように３２１ｍｍの間隔をあけて配置されている。中央部ヒータ（２ｂ）は両端の端部ヒータの間に納まるように配置された、長さ２２０ｍｍ、幅１．５ｍｍ、厚さ約１０μｍの抵抗値が１６Ωの発熱体である。（５）は電極（６）と発熱体を結ぶ導電パターンである。ヒータ（１）全体の抵抗値Ｒｗは端部ヒータ（２ａ）１４Ω×２＝２８Ωと中央部ヒータ１６Ωが並列に配置されているので、
Ｒｗ≒１０．２Ω
である。

また、発熱抵抗体への給電を行うために、電極６と導電パターン５が設けられている。さらに、裏面にはサーミスタ（４）とサーミスタ用電極裏面用（３ｂ）、同じく表面用（３ａ）を設け、発熱抵抗体の温度を検知し温度制御している。なおサーミスタ用電極裏面用（３ｂ）、同じく表面用（３ａ）はスルーホール（７）を介して導通しており、サーミスタ用電極表面用（３ａ）は、本体の制御回路と接続している。なおサーミスタ（４）の長手方向位置は中央部ヒータ（２ｂ）の中心に対して３０ｍｍ、サーミスタ用電極表面用（３ａ）側にずれた位置に、幅方向（紙進行方向）には中央部ヒータの中心にくるように配置されている。

また本実施例のヒータ制御方法としてはＰＩ制御を用い、電力の制御法としては位相制御を用いた。この制御法について図６を用いて説明する。本実施例のヒータ（１）への通電はトライアック（８）を通じて行われる。すなわちサーミスタ（４）の温度をＣＰＵ（９）が検知し、ＣＰＵ内で所望の温調温度に制御するようにＰＩ制御にてヒータへの電力供給量を決定する。電力の指定は電源から供給される交流波形の１波にたいして５％刻みの通電角を用いて行われる。通電角はゼロクロス発生回路（１０）にてゼロクロス信号を検知したときを起点にトライアック（８）をＯＮするタイミングとして求められる。具体的に２５％通電の時のヒータへの通電を示したのが図７である。

図３に各ヒータへの通電比率を示したように、定着器に紙が通過している間（排紙センサーに紙がかんでいる間）は端部ヒータの発熱量を中央に対して多くしている。

このようにすることで、紙の収縮量を中央部よりも端部で大きくすることができ、紙に対して常に開こうとする力が働き、紙しわに対する抑止力をうることができる。

また紙間では、端部ヒータと中央部ヒータの単位長さ当たりの発熱量がほぼ同じになるようにしている。

実際に本実施例では、紙あり時は通電量（Ｄｕｔｙ）を端部ヒータと中央部ヒータで同じにしている。これにより端部ヒータの単位長さ当たりの発熱量ｗｓは
ｗｓ＝Ｖ２／（２８Ω×１００）、
中央部の単位長さ当たりの発熱量ｗｃは
ｗｃ＝Ｖ２／（１６Ω×２２０）
なので、単位長さ当たりの発熱量の比は、以下の様になる。

ｗｓ／ｗｃ≒１．２６
つまり端部ヒータの単位長さ当たりの発熱量が中央ヒータのそれに対して、１．２６倍に設定されている。

また紙無し時は、端部ヒータへの通電量（Ｄｕｔｙ）は中央部に対して８０％になるようにしている。ゆえに単位長さ当たりの発熱量の比は、以下の様になる。

ｗｓ／ｗｃ≒１．００
つまり単位長さあたりの発熱量は、等しくなっている。

実際に本実施例を用いて紙シワと紙表面のなみうちの発生を比較した結果を以下の表１に載せておく。

なおこの比較テストは、多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを各５００枚連続通紙して行ったものである。

上記のように本実施例を用いることで、紙シワは全く発生せず、紙シワの前兆である紙表面のなみうちが従来例よりも大幅に減少していることがわかる。

本実施例で用いる加熱定着装置はフィルム定着装置で、実施例１で述べた通りである。本実施例２が実施例１と異なるのは端部ヒータの発熱量調整を紙がニップ通過中のときだけでなく、紙間中も行うことにある。

具体的にプリント中の端部ヒータへの通電割合を示したのが図４である。

このようにすることで、定着器通紙中に紙を開く力が掛かるようになるだけでなく、紙間においても加圧ローラ端部が積極的に暖められるようになり、外径が中央部と比して膨張するため端部の搬送力が中央に比して強くなるため、やはり紙を開こうとする力が得られるようになる。

本実施例２を用いた場合と従来例、及び本実施例１のシワ発生を比較したものを以下の表２に示す。なお本比較は、ＮＰＩ上質６４ｇ Ａ３紙を高温多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを各５００枚連続通紙して行った。

上記のように本実施例を用いることで、紙シワ、及び紙シワの前兆である紙表面のなみうちが全く発生せず、従来例よりも大幅に改善するとともに、本発明の実施例１と比較しても効果が上がっていることがわかる。

本実施例で用いる加熱定着装置はフィルム定着装置で、実施例１で述べた通りである。本実施例が実施例１、実施例２と異なるのは端部ヒータの発熱量を中央部ヒータに比して多くするのが、紙間中のみで行われることにある。

図５にプリント中での中央部ヒータと端部ヒータへの通電比の変化を示す。このように紙間中は端部ヒータの単位長さあたりの発熱量を中央部ヒータのそれに対して１．２５倍多くし、通紙中はほぼ等しくしている。

本実施例３を用いた場合と従来例、及び本実施例１のシワ発生、および非通紙部昇温を比較したものを以下の表３に示す。なお本比較は、ＮＰＩ上質６４ｇ Ｂ４紙を高温多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを各５００枚連続通紙して行った。

このように本発明の実施例３の構成により、Ｂ４サイズ紙のように端部ヒータの一部のみに掛かるような紙でも、従来例と比して紙シワおよび紙表面のなみうちを抑制するとともに、非通紙部昇温が本発明の実施例１よりも抑制することが出来た。

また同じくＮＰＩ上質６４ｇ Ａ３紙を高温多湿環境（３０℃、７５％）に３日間放置したものを各５００枚連続通紙した結果を以下に示す。

以上の結果が示すように、実施例３が従来例と比して、紙シワが発生せず、また実施例１ほどではないものの、紙表面のなみうちが抑制できる。

本発明の実施例１に用いられる加熱体の構成図 加圧ローラを膨張させる部分を示した図 本発明の実施例１に用いられる加熱体への通電方法を示した図 本発明の実施例２に用いられる加熱体への通電方法を示した図 本発明の実施例３に用いられる加熱体への通電方法を示した図 ヒータ制御回路の概略図 ゼロクロス信号と通電ＯＮ、ＯＦＦのタイミングを示した図 フィルム定着器に使われているヒータの概略図 フィルム加熱定着装置の概略図

符号の説明

１ ヒータ
２ 発熱抵抗体
２ａ 端部ヒータ
２ｂ 中央部ヒータ
３ａ サーミスタ用電極表面用
３ｂ サーミスタ用電極裏面用
４ サーミスタ
５ 導電パターン
６ 電極
７ スルーホール
８ トライアック
９ ＣＰＵ
１０ ゼロクロス発生回路
２１ 熱伝導基板
２２ 発熱抵抗体パターン
２３ オーバーコート層
２４ サーミスタ
２５ 導体パターン
２６ 電極
２９ 加圧ローラ
３０ トナー
３１ 転写材
３２ フィルム定着装置用ヒータ
３３ フィルムガイド
３４ 定着フィルム

Claims (3)

1. 加熱手段と、この加熱手段を内包する回転体を有し、該回転体は未定着画像を担持した転写材と等速で移動し、該回転体に加圧圧接してニップを形成するための加圧ローラを有する加熱装置において、該加熱手段は回転体長手中央部を含む領域を加熱する中央部加熱手段とこれと独立して駆動可能な端部のみを加熱することが可能な端部加熱手段の複数の加熱手段からなり、該端部領域に掛かる大きさの転写材を加熱するときだけ、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする像加熱装置。
2. 該端部領域に掛かる大きさの転写材が該ニップ部に搬送されるまでの間のみにおいて、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 該端部領域に掛かる大きさの転写材が該ニップ部を通過中の間のみにおいて、端部加熱手段で発熱する単位長さ当たりの発熱量を中央部加熱手段のそれよりも多くすることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。

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