JP2005148460A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置が制御不能状態に陥った場合のヒーター割れを防止し、リサイクル性に優れた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着装置のヒーターホルダについて、サーミスタ等、ヒーターに接触する部品を設置するための穴周辺をリブや板金等で補強する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられるトナー画像定着装置および画像形成装置に関する。

更に詳しくは、電子写真、静電記録、磁気記録等の適時の画像形成プロセス手段により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて、転写材（紙、印刷紙、転写材シート、ＯＨＰシート、光沢紙、光沢フィルム等）の面に直接転写もしくは間接転写方式で目的の画像情報に対応した未定着トナー画像を形成担持させ、該未定着トナー画像を、該画像を担持している転写材面上に永久固着画像として加熱定着処理する方式の定着装置およびこの加熱定着装置を具備する画像形成装置に関するものである。

レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される定着装置として、ウォームアップタイムが短く、安価なフィルム定着方式の定着装置がよく知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。このようなフィルム定着装置の一例を図８に示す。

フィルム定着装置では、薄肉の定着フィルム１１１を介し、ヒーター１１２を転写材Ｐに押し当てて加熱するよう構成された定着フィルムユニットを加熱装置として採用している。定着フィルム１１１は、例えば厚さ５０μｍ程度の耐熱樹脂製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ１０μｍ程度の離型性層（フッ素樹脂コーティング層など）を形成したものである。定着フィルム１１１には、長手に逆クラウン形状がついており、転写材Ｐを搬送する際に、転写材Ｐが長手方向外側に伸ばされるような力を生じることで、転写材Ｐ搬送時に紙しわが生じることを防止している。ヒーター１１２はセラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。ヒーター１１２裏面の長手中央部に、温度制御用温度検知手段１１３ａが当接され、ヒーター１１２の温度が検知され、不図示の制御手段によりヒーター１１２の温度が所望の温度になるように温調制御される。

更に、ヒーター１１２裏面には、長手端部に端部昇温検知用温度検知手段１１３ｂが当接している。端部昇温検知用温度検知手段１１３ｂは、一般的に、画像形成装置によって通紙可能な転写材Ｐの最小サイズより長手上外側に位置し、小サイズの転写材Ｐを通紙した際に、定着装置端部の昇温を検知し、定着速度の調整や、画像形成動作の中止等の制御を行うために利用される。

更に、ヒーター１１２裏面には、不図示の安全装置としての温度ヒューズが設置されている。温度ヒューズは、何らかの理由で、ヒーター温度が異常に高温になった際に、ヒーター１１２への通電を遮断し、安全に定着装置を停止させる。

温度制御用温度検知手段１１３ａおよび端部昇音検知用温度検知手段１１３ｂは、ヒーターホルダ１１５に設けられた穴を通してヒーター１１２に接触する構成をとっている。

１１６は、ヒーターホルダ１１５に、長手均一に加圧するための金属ステーである。金属ステーの長手両端部の、不図示の加圧手段により加圧することで、金属ステー１１６を通して、ヒーターホルダ１１５は長手に均一な力で加圧される。

加圧ローラ１１４は、転写材Ｐを介して定着フィルムユニットに対向して配置される。

転写材Ｐ上の未定着トナー像は、定着ニップ部を通過する際に、熱と圧力を受け、転写材Ｐ上に完成定着画像として定着される。

図９ａおよび図９ｂを用いて、このようなフィルム定着装置に用いられるヒーターの一例について詳述する。

図９ａは、ヒーター１１２を長手方向に垂直に、下面より見た図である。ヒーター１１２は、ヒーター基板１１２−ａ、抵抗発熱体１１２−ｂ、電極部１１２−ｃより構成される。抵抗発熱体１１２−ｂは、電極部１１２−ｃから、ヒーター基板１１２−ａの長手方向に、加圧ローラ１１４と定着フィルム１１１との間に形成されるニップ内に収まるよう、往復パターンとして形成される。更に、抵抗発熱体１１２−ｂは、長手端部において、それ以外の場所より幅を狭く構成している。これは、長手端部においては、発熱領域外へ熱が逃げやすいため、温度が低下し、長手端部の定着性能が落ちることを防止するためのものである。抵抗発熱体幅を狭く構成することにより、他の部分より抵抗を高くし、相対的に発熱量が大きくなる構成である。

図９ｂは、ヒーター１１２を長手方向に平行に見た断面図である。図９ｂに示すように、定着ニップ内のなるべく広い範囲に抵抗発熱体１１２−ｂを形成することにより、定着ニップ内において転写材Ｐが加熱される区間を増し、定着性を向上するよう、構成されている。また、抵抗発熱体１１２−ｂを保護するための耐圧ガラス層１１２−ｄが、抵抗発熱体の上に設けられている。

近年、画像形成装置の高速化、高画質化、カラー化が進んでおり、フィルム定着装置の低価格、ウォームアップが不要である、というメリットを維持したまま、高速、高画質、カラー画像に対応することに対する要望が強い。

高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を転写材に与える必要があるため、ヒーターの出力がより大きなものが求められる。このため、ヒーターに投入する電力も従来の画像形成装置よりも大きくなる傾向がある。

更に、定着フィルムによる熱伝達効率の低下を防止するため、定着フィルムに、ニッケルやＳＵＳといった金属製のベルトを用いることが有効である。

高画質化、カラー化に際しては、定着フィルム上に弾性層を設けた、定着ベルトを用いた定着装置が提案されている（例えば、特許文献３、４参照。）。

弾性層を有する定着ベルトを用いることにより、トナー画像が定着ニップ部を通過する際に、弾性層がトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが弾性層によって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。

このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター用透明シート）にカラー画像を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。定着ベルトに弾性層を設ける際、弾性層の材料としては、シリコーンゴム等のゴム材料が用いられるのが一般的である。

しかしながら、定着ベルトの弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率はあまり高くなく、また、定着ベルト表面からヒーター、およびヒーター裏面に設けられた温度検知手段までの間に多くの部材が入るため、応答性が悪く、温度検知手段がヒーター裏面に設置された系においては、定着ベルトの温度制御を行うことが難しい。特に、定着装置を転写材Ｐが通過して、定着ベルト表面の熱を奪い、定着ベルト表面の温度が低下したことを、ヒーター裏面に設置された温度検知手段で検出することは困難であり、応答に時間がかかりすぎてしまう。

このため、定着ベルトの基層として、高速化への対応の場合と同様、金属ベルトを使用することに加えて、温度制御用温度検知手段を定着ベルト裏面に配置し、より直接的に定着ベルト温度を検知する系が提案されている。こうした定着装置の例を図１０に示す。

図１０において、温度制御用温度検知手段１８は、ＳＵＳ等により構成されたアーム部材を介して、定着ベルト２０裏面に接触するように配置されている。温度制御用温度検知手段１８は、アームが遥動することにより、定着ベルト２０軌道が不安定になった場合においても定着ベルト２０裏面に追随し、安定した温度検知が可能となっている。

また、端部昇温検知用温度検知手段１９は、従来の定着装置と同様、長手端部のヒーター１６裏面に設置され、小サイズの転写材通紙時や、異常時のヒーター１６昇温を検知し、定着速度制御や、定着装置停止等の制御に利用される。

このように、画像形成装置の高速化、高画質化、カラー化への対応としては、定着ベルトに金属ベルトを使用し、熱伝導率を高くする、あるいは、更に金属ベルト上に弾性層を設けることで、トナーが均一に溶融する、といった方法が有効であるものの、金属ベルトを用いた系においては、従来のフィルム定着装置と異なり、金属ベルトに逆クラウン形状をつけることが困難である。

弾性層の無い金属ベルトにおいても、逆クラウン形状とするためには、一旦ストレート形状で形成したベルトに更に追加的な加工を行うことで逆クラウン形状を出す必要があるため、余分な時間とコストがかかるという問題がある。

また、弾性層を設けた金属ベルトにおいては、弾性層を形成する際に、リングコート法や押し出し法等の手法を用いた場合は、原理的に逆クラウン形状を作ることは非常に難しい。

従って、金属ベルトを用いた定着装置を設計するに当たっては、ストレート形状の定着ベルトを使用しても紙しわの発生しない構成が必要となる。

こうした構成の一例として、ヒーターホルダ１７の剛性を極力なくし、金属ステー２５形状に完全に沿うようにした構成が考えられる。

ヒーターホルダ１７にある程度の剛性を与えると、ヒーターホルダ１７は樹脂で形成されるため、長手の形状にばらつきが出やすい。そのため、定着ベルトがストレート形状である場合は、ヒーターホルダ１７の形状ムラの部分で、転写材Ｐに長手中央部に向かう力が発生し、紙しわとなる場合がある。

これに対して、ヒーターホルダ１７の剛性をなくし、金属ステー２５の形状に完全に沿うようにした場合は、金属ステー２５の形状は、比較的精度良く形成することが出来るため、金属ステー２５の形状にヒーターホルダ１７が沿うことになり、ストレート形状の定着ベルトを使用した場合においても、紙しわを防止することが可能となる。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平１０−１０８９３号公報 特開平１１−１５３０３号公報

しかしながら、上記従来例においては、ヒーターへの通電制御が不能な、いわゆる暴走状態に陥った際に、安全装置が作動する前に、ヒーターが割れてしまうという問題点がある。その理由について、以下で詳述する。

１ ヒーターホルダ剛性が低いこと
上記従来例においては、紙しわを防止するために、ヒーターホルダの剛性を極力小さくし、金属ステー形状に完全に沿う構成となっている。このため、暴走状態においては、ヒーターホルダは容易に屈曲し、定着ヒーターに大きな曲げ力がかかる。このため、定着ヒーターが割れに到る。

２ ヒーターホルダ上の、温度検知手段設置用穴数、位置の問題
図１１ａに、従来の、温度制御用温度検知手段及び端部昇温検知用温度検知手段がともにヒーターに当接した定着装置を正面より見た図を示す。

ヒーターホルダ１７に、端部昇温検知用温度検知手段１９を設置するための穴を設けた場合、ヒーターホルダ１７は、穴を設けた個所において、強度が弱くなる。また、ヒーターホルダ１７には、長手に均一に加圧されている。このため、定着装置が暴走状態に陥った際に、荷重により、穴の部分が集中的に変形し、ヒーター１６に対して曲げ力がかかる。

図１１ａに示す定着装置においては、定着装置が暴走状態に陥った場合、ヒーター１６が過昇温した際には、中央部の温度検知手段用穴と端部の温度検知手段用穴との二箇所で変形が起こるため、ヒーターホルダ１７全体では比較的均一に反る形状に変形する。

これに対して、図１１ｂに示す定着装置においては、ヒーターホルダ１７に設けられた穴が、端部昇温検知用温度検知手段１９用のものだけであるため、暴走状態に陥った際のヒーターホルダ１７の変形が、一箇所に集中してしまう。このため、ヒーター１６に対して、図１１ａに示す定着装置に比べて大きな曲げ力がかかることとなり、端部昇温検知用温度検知手段１９を設置するために設けられた穴部分でヒーター１６が割れてしまう。

特に、高速化対応のため、ヒーター１６への投入電力を大きくした系においては、ヒーター１６はより急速に昇温し、安全装置の作動前に、数百度に及ぶ高温に達するため、ヒーターホルダ１７の変形も大きくなる。このような場合、温度検知手段の穴部でのヒーターホルダ１７変形も、より大きくなるため、温度検知手段の穴部分でヒーターが割れる現象が発生しやすくなる。

更に、端部昇温検知用温度検知手段穴部においては、ヒーター１６の発熱体の発熱量が、他の部分に比べて多く設定されることが多い。これは、記録材Ｐにトナー像を定着する際に、長手端部から、ヒーター１６の熱が逃げるため、ヒーター１６端部においては、その分の熱を補うよう、発熱量を多くする必要があるためである。このことにより、端部温度検知手段穴部においては、ヒーター１６の発熱量が大きい部分に該当し、より多くの熱量が与えられることにより、更にヒーターホルダ１７の変形が大きくなり、ヒーター１６が割れてしまう可能性が高くなる。

ヒーター割れが生じた場合、ヒーター１６が使用不能になり、リサイクル性に劣ることに加え、温度検知手段と、割れる位置が近いため、一次電圧が印加される部位と二次側回路やＧＮＤ部位との距離を十分に取れなくなり、場合によっては二次側回路が破壊され、修理費用が余計にかかることとなった。

更に、暴走時におけるヒーター割れの対策として、ヒーターホルダ１７中央部にも、端部昇温検知用温度検知手段用穴と同様の穴を開けることも考えられるが、その場合、穴部において、ヒーター１６がヒーターホルダ１７に奪われる熱量が変化し、これを避けるためには、温度検知手段と同様の熱容量を持つダミーを中央部穴にも設置する等、構成が複雑になる、という問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高速化、高画質化、カラー化に対応した、オンデマンド定着装置において、定着装置が暴走状態に陥った場合においても、ヒーター割れが生じる以前に安全装置を作動させ、リサイクル性に優れ、余計な修理費用を発生させない定着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、
本発明にかかる第一の発明は、
セラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなる加熱体と、
前記加熱体を固定保持する、樹脂よりなる加熱体保持部材と、
前記加熱体保持部材に固定され、前記加熱対温度を検出する、第一の温度検出手段と、
記録材とともに移動する第一の回転手段と、
前記第一の回転手段の温度を検出する、第二の温度検出手段と、
前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体とを有し、
前記第一の温度検出手段は、画像形成装置が通紙可能な最小サイズの転写材領域の長手上外側に配設され、
前記第一の温度検出手段周囲の前記加熱体保持部材に、補強手段を設けたことを特徴とする。

本発明にかかる第二の発明は、
前記加熱体は、アルミナ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする。

本発明にかかる第三の発明は、
前記加熱体は、窒化アルミ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする。

本発明にかかる第四の発明は、
前記抵抗発熱体は、前記第一の温度検出手段が温度を検出する箇所において、長手上他の部分に比べて発熱量が大きいことを特徴とする。

本発明にかかる第五の発明は、
前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記加熱体保持部材と同じ材料で、前記第一の温度検出手段周囲に設けられる壁であり、前記加熱体保持部材と一体に形成されることを特徴とする。

本発明にかかる第六の発明は、
前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記第一の温度検出手段周辺に設けられる金属製部材であることを特徴とする。

本発明にかかる第七の発明は、
前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトであることを特徴とする。

本発明にかかる第八の発明は、
前記シームレスベルトは、金属よりなることを特徴とする。

本発明にかかる第九の発明は、
前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトと、前記シームレスベルト上に形成される弾性層を有することを特徴とする。

本発明にかかる第十の発明は、
請求項１ないし９記載の定着装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。

（１）セラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなる加熱体と、
前記加熱体を固定保持する、樹脂よりなる加熱体保持部材と、
前記加熱体保持部材に固定され、前記加熱対温度を検出する、第一の温度検出手段と、
記録材とともに移動する第一の回転手段と、
前記第一の回転手段の温度を検出する、第二の温度検出手段と、
前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体とを有し、
前記第一の温度検出手段は、画像形成装置が通紙可能な最小サイズの転写材領域の長手上外側に配設され、
前記第一の温度検出手段周囲の前記加熱体保持部材に、補強手段を設けたことを特徴とする、画像形成装置の定着装置。

（２）前記加熱体は、アルミナ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする、前記（１）記載の画像形成装置の定着装置。

（３）前記加熱体は、窒化アルミ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする、前記（１）記載の画像形成装置の定着装置。

（４）前記抵抗発熱体は、前記第一の温度検出手段が温度を検出する箇所において、長手上他の部分に比べて発熱量が大きいことを特徴とする、前記（１）ないし（３）いずれか記載の画像形成装置の定着装置。

（５）前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記加熱体保持部材と同じ材料で、前記第一の温度検出手段周囲に設けられる壁であり、前記加熱体保持部材と一体に形成されることを特徴とする、前記（１）ないし（４）いずれか記載の画像形成装置の定着装置。

（６）前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記第一の温度検出手段周辺に設けられる金属製部材であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）いずれか記載の画像形成装置の定着装置。

（７）前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトであることを特徴とする、前記（１）ないし（６）いずれか記載の画像形成装置の定着装置。

（８）前記シームレスベルトは、金属よりなることを特徴とする、前記（７）記載の画像形成装置の定着装置。

（９）前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトと、前記シームレスベルト上に形成される弾性層を有することを特徴とする、前記（１）ないし（８）いずれか記載の画像形成装置の定着装置。

（１０）前記（１）ないし（９）記載の定着装置を有することを特徴とする、画像形成装置。

本発明によれば、定着装置が暴走状態に陥った場合においても、端部温度検知手段穴部におけるヒーターホルダの変形を防止することで、ヒーター割れを防止し、更には二次回路の損傷をも防ぐことで、リサイクル性に優れ、画像形成装置の修理費が余分にかかることのない定着装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図２に、本発明の実施例であるカラー画像形成装置の断面図を示す。

本発明の実施の形態は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る、フルカラー画像形成装置に、本発明の定着装置を組み込んだものである。

本実施の形態における、フルカラー画像形成装置のプロセススピードは、９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント（Ｆｉｒｓｔ Ｐａｇｅ Ｏｕｔ）までの時間（ＦＰＯＴ）は約１５秒である。

図２を用いて、本発明におけるカラー画像形成装置の構成について説明する。

本発明のカラー画像形成装置においては、像担持体たる感光ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）、帯電手段たる帯電ローラ（２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ）、静電潜像を顕像化するための現像手段（３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ）、感光体ドラムのクリーニング手段（４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ）等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。

イエロー（Ｙ）トナーを現像器に充填したイエローカートリッジ、マゼンタ（Ｍ）トナーを現像器に充填したマゼンタカートリッジ、シアン（Ｃ）トナーを現像器に充填したシアンカートリッジ、そしてブラック（Ｋ）トナーを現像器に充填したブラックカートリッジの４つのカートリッジを使用している。

本実施例の画像形成装置においては、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が、上記４色のトナーカートリッジに対応して設けられている。光学系としては、レーザー走査露光光学系を用いている。

光学系５より、画像データに基づいた走査光が、帯電手段（２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋ）により一様に帯電された感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上を露光することにより、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）表面に画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像ローラ（３Ｙ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｋ）に印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが、感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上の静電潜像に選択的に付着されることにより、現像が行われる。

感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上に現像された単色トナー画像は、該感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）と同期して、略等速で回転する中間転写体上へ転写される。本実施例においては、中間転写体として、中間転写ベルト６を用いており、駆動ローラ７によって駆動され、テンションローラ８によって張架されている。中間転写ベルト６へ感光体ドラム（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上のトナー像を転写する、一次転写手段としては、一次転写ローラ（９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ）を用いている。一次転写ローラ（９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９Ｋ）に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。

一次転写後、感光体（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段（４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ）により除去される。本実施例においては、クリーニング手段として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。

上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対して行い、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

また、転写材供給部となる転写材カセット１０にセットされた転写材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、二次転写部に所定のタイミングで、レジストローラ１２により、中間転写ベルト６と二次転写手段とのニップ部に搬送される。

中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に、不図示のバイアス印加手段より印加される、トナーと逆極性のバイアスにより、転写材Ｐ上に一括転写される。また、１４は、二次転写ローラ対向ローラである。

二次転写後中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラムのクリーニング手段と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。

転写材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、転写材Ｐ上に溶融定着され、画像形成装置の出力画像となる。

図１に、本発明の第一の実施例の定着装置の概略断面図を示す。

定着装置は、定着ヒーター１６、ヒーターホルダ１７、サーミスタ１８、１９、定着ベルト２０、加圧ローラ２２、入り口ガイド２３により構成される。

定着ヒーター１６は、アルミナの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施したものを使用している。定着ヒーターの抵抗発熱体の抵抗値は、１４Ωとした。これにより、１２０Ｖの電圧が投入された際の定着ヒーター１６消費電力は、１０２９Ｗとなる。

図３に、本実施例に用いた定着ヒーター１６の抵抗発熱体形状詳細を表す図を示す。

図３において、基板１６ａ上に設けられた抵抗発熱体１６ｂは、長手端部で、幅が狭くなっている。これは、抵抗発熱体１６ｂの幅を狭くすることにより、この部分の発熱量を大きくし、基板１６ａ端部へ熱が逃げることによる、長手端部の温度低下を防止し、端部定着性を確保するためのものである。この、抵抗発熱体幅の狭い部分は、後述するサブサーミスタ１９位置を含んでいる。

ヒーターホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒーター１６を保持し、定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。

本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（Ｒ）を使用した。ゼナイト７７５５（Ｒ）の最大使用可能温度は、約２７０℃である。

サーミスタ１８、１９は、定着ベルト２０内面及び定着ヒーター１６裏面の温度を検知し、温調制御を行うために配設されている。本実施例においては、メインサーミスタ１８及びサブサーミスタ１９の二つのサーミスタを用いている。

メインサーミスタ１８は、ステンレス製のアーム先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アームが揺動することにより、定着ベルト２０内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０内面に常に接する状態に保たれる。

サブサーミスタ１９は、定着ヒーター１６裏面に接触するように固定される。

メインサーミスタ１８、及びサブサーミスタ１９は、ＣＰＵ２１に接続され、ＣＰＵ２１は、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の出力をもとに、定着ヒーター１６の温調制御内容を決定し、定着ヒーター１６への通電を制御する。

定着ベルト２０は、ＳＵＳの素管を引き抜き加工により、厚さ５０μｍの厚みのシームレスベルト状に形成した、ＳＵＳベルト上に、シリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、温度立上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約１．０×１０^−３ｃａｌ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。

一方、ＯＨＰ透過性や、画像上の「す」（微小なグロスムラ）といった、画質の観点からは、定着ベルト２０のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。

本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。

こうして形成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、２．８×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２Ｋ（定着ベルト１ｃｍ^２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が１．０ｃａｌ／ｃｍ^２Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層を極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＰ透過性や「す」のレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、１．０×１０^−２ｃａｌ／ｃｍ^２Ｋ以上１．０ｃａｌ・ｃｍ^２Ｋ以下の範囲に含まれることが分かる。

更に、定着ベルト２０表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト２０表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。

また、定着ベルト２０表面のフッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。

入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた転写材Ｐが、定着ニップ部に正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイドは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

加圧ローラ２２、入り口ガイド２３は、それぞれフレーム２４に組みつけられ、その上にヒーターホルダ１７に接着された定着ヒーター１６を内蔵した定着ベルト２０が置かれ、不図示の加圧機構により、２０ｋｇｆ（片側１０ｋｇｆ）の力で加圧されている。加圧機構は、不図示の圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Ｐの除去が容易な構成となっている。

図４に、本実施例の定着装置における、定着ヒーター１６、メインサーミスタ１８、サブサーミスタ１９の位置関係をあらわす斜視図を示す。

図４において、メインサーミスタ１８は、長手中央付近に配設され、サブサーミスタ１９は、長手端部に配置される。また、それぞれ定着ベルト２０内面、定着ヒーター１６裏面に接触するよう配置されている。

本実施例の定着装置においては、加圧ローラ２２が回転することによって、定着ベルト２０が従動回転する。その際、定着ベルト２０内面とヒーターホルダ１７は摺動する構成となっている。定着ベルト２０内面にはグリスが塗布され、ヒーターホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。

通常使用においては、定着装置の回転開始とともに、定着ベルト２０の従動回転が開始し、定着ヒーター１６温度の上昇とともに、定着ベルト２０内面温度も上昇していく。

定着ヒーター１６への通電は、メインサーミスタ１８の出力をもとに、ＣＰＵ２１により決定された出力を、不図示の電源より、定着ヒーター１６へ投入することにより行われる。定着ヒーター１６への通電は、ＣＰＵ２１の演算結果に基づき、スイッチング手段であるトライアックにて、ＡＣ電源からの通電をＯＮ・ＯＦＦすることにより、定着ベルト２０内面温度、すなわち、メインサーミスタ１８の検知温度が１９５℃になるように、制御される。

更に、電源と定着ヒーター１６の間には、リレーが接続される。リレーは、ＣＰＵ２１からの指令によりオープンにされ、電源と定着ヒーターと１６の間を遮断するものである。

本実施例において、ＦＰＯＴ（Ｆｉｒｓｔ Ｐａｇｅ Ｏｕｔ Ｔｉｍｅ：最初の一枚目のプリント出力までの時間）１５秒を満たすためには、定着ニップ部に転写材Ｐが突入する以前に、定着ニップ部が所定の温度に立ち上がっている必要がある。プリントを開始してから、転写材Ｐが定着ニップ部に突入するまでの時間を測定したところ、約１１秒であった。従って、１１秒以内に定着装置温度が立ち上がることで、ＦＰＯＴに影響を与えず、オンデマンド性の高い定着装置を提供することが可能となる。

本実施例におけるヒーターホルダ１７は、後述するサブサーミスタ１９を定着ヒーター１６裏面に接触させるための穴が設けられている。この穴を通して、サブサーミスタ１９が定着ヒーター１６裏面に直接接触することで、定着ヒーター１６温度を正確に検知することが可能となる。

図５に、この穴周辺の詳細を説明するための図を示す。

図５において、穴部の周囲の斜線範囲には、１ｍｍ幅、高さ２ｍｍのリブ５０１が設けられている。穴の大きさは、サブサーミスタ１９の大きさと略一致し、定着ヒーター１６とヒーターホルダ１７間に空隙をなるべく作らない構成となっている。これにより、ヒーターホルダ１７穴部の空隙が断熱効果を奏し、定着ヒーター１６の熱がこの部分においてのみより多く定着ベルト２０側に流れ、ホットオフセット等の画像不良が発生することを防止している。

この定着装置を用いて、定着暴走試験を実施した。

暴走試験条件としては、定着ヒーター１６の昇温が最も急速になるモードを選択した。すなわち、電源のトライアックを双方向導通状態となるように、故意に破壊し、更にリレーをショートさせた。

この状態で、ＡＣ電源からの通電を行い、最大電力が連続して入力される状態とした。電圧は、１２０Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格１２７Ｖに対し、１０％増しの電圧、すなわち、約１４０Ｖを印加した。

また、定着装置は、回転状態でなく、停止状態とした。停止状態において、回転状態においては、定着ヒーター１６に投入されたエネルギーが、加圧ローラ２２の回転に伴い奪われるため、停止状態よりも定着装置に対するダメージは少ないためである。

上記条件にて、５台の定着装置で暴走試験を実施したところ、いずれも定着ヒーター１６の割れは発生しなかった。

（比較例）
本比較例においては、実施例１と同様の定着装置を用いるが、ヒーターホルダ１７のサブサーミスタ１９用穴部周囲にリブを設けず、周囲と同じ厚みとしたことが異なる。

上記比較例の構成の定着装置を用いて、実施例１と同様、５台の暴走試験を実施したところ、５台中４台の定着装置において、定着ヒーター１６の割れが発生した。

本実施例においては、定着ベルト２０表面に弾性層を設けたカラー画像形成装置について言及したが、無論、定着ベルト上に弾性層を設けない、フィルム定着装置を用いた、白黒タイプの画像形成装置を用いても差し支えない。

本実施例の定着装置は、実施例１と同様の構成であるが、ヒーターホルダ１７周辺の補強が、サブサーミスタ１９用穴周辺のリブではなく、板金を追加することによって行われていることが異なる。

図６に、本実施例の定着装置のヒーターホルダ１７における、サブサーミスタ１９用穴部の周辺図を示す。

斜線部は、サブサーミスタ用穴部補強用板金６０１を示す。サブサーミスタ穴部補強用板金６０１は、厚み０．１ｍｍのＳＵＳ板を使用した。サブサーミスタ用穴部補強用板金６０１は、定着装置組み立て時に、ヒーターホルダ１７のサブサーミスタ１９用穴部上に置かれ、その上にサブサーミスタ１９を乗せ、更に上から不図示のバネにより押圧することにより、固定される。

この定着装置を用いて、実施例１と同様の暴走試験を５台行ったところ、実施例１と同様、いずれも定着ヒーター１６の割れは発生しなかった。

本実施例においては、サブサーミスタ穴部補強用板金６０１は、ヒーターホルダ１７上に置き、サブサーミスタ１９を置いた上から押圧することにより固定したが、無論、インサート成型等の方法により、ヒーターホルダ１７に埋め込む形態としても差し支えない。

本実施例においては、ヒーターホルダ１７のサブサーミスタ１９用穴部補強方法として、実施例１のリブと、実施例２の板金構成を組み合わせた形を用いることを特徴としている。

図７に、本実施例におけるヒーターホルダのサブサーミスタ用穴部の詳細を表す図を示す。図において、７０１は、ヒーターホルダに設けられたリブを示す。また、７０２は、実施例２と同様の板金を示す。板金７０２の固定は、実施例２と同様、ヒーターホルダ１７に板金７０２を置き、上からサブサーミスタ１９を載せ、不図示のバネで押圧することにより行う。

この定着装置を用いて、実施例１と同様の暴走試験を５台行ったところ、実施例１と同様、いずれも定着ヒーター１６の割れは発生しなかった。

本発明の実施例における定着装置断面図 本発明の実施例における画像形成装置の断面図 本発明の実施例における、定着ヒーターの抵抗発熱体形状を示す図 本発明の実施例における定着ヒーター、サーミスタの位置関係を示す斜視図 本発明の実施例１におけるヒーターホルダのサブサーミスタ用穴周辺図 本発明の実施例２におけるヒーターホルダのサブサーミスタ用穴周辺図 本発明の実施例３におけるヒーターホルダのサブサーミスタ用穴周辺図 従来のフィルム定着装置の断面図 従来のヒーターを長手方向下面から見た図 従来の定着ヒーター断面図 従来の、定着フィルム表面に弾性体を設けた定着装置の図 従来の、複数の穴があいたヒーターホルダにおける、暴走時の変形状態を示す図 従来の、サブサーミスタ部のみ穴のあいたヒーターホルダにおける、暴走時の変形状態を示す図

符号の説明

１６ 定着ヒーター
１７ ヒーターホルダ
１８ メインサーミスタ
１９ サブサーミスタ
２０ 定着ベルト
５０１ 実施例１におけるサブサーミスタ穴部補強用リブ
６０１ 実施例２におけるサブサーミスタ穴部補強用板金
７０１ 実施例３におけるサブサーミスタ穴部補強用リブ
７０２ 実施例３におけるサブサーミスタ穴部補強用板金

Claims (10)

1. セラミック基板上に抵抗発熱体を形成してなる加熱体と、
   前記加熱体を固定保持する、樹脂よりなる加熱体保持部材と、
   前記加熱体保持部材に固定され、前記加熱対温度を検出する、第一の温度検出手段と、
   記録材とともに移動する第一の回転手段と、
   前記第一の回転手段の温度を検出する、第二の温度検出手段と、
   前記記録材と圧接部を形成し、かつ、前記記録材を搬送する第二の回転体とを有し、
   前記第一の温度検出手段は、画像形成装置が通紙可能な最小サイズの転写材領域の長手上外側に配設され、
   前記第一の温度検出手段周囲の前記加熱体保持部材に、補強手段を設けたことを特徴とする、画像形成装置の定着装置。
2. 前記加熱体は、アルミナ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
3. 前記加熱体は、窒化アルミ基板上に抵抗発熱体を形成してなることを特徴とする、請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
4. 前記抵抗発熱体は、前記第一の温度検出手段が温度を検出する箇所において、長手上他の部分に比べて発熱量が大きいことを特徴とする、請求項１ないし３いずれか記載の画像形成装置の定着装置。
5. 前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記加熱体保持部材と同じ材料で、前記第一の温度検出手段周囲に設けられる壁であり、前記加熱体保持部材と一体に形成されることを特徴とする、請求項１ないし４いずれか記載の画像形成装置の定着装置。
6. 前記加熱体保持部材の前記補強手段の少なくとも一部は、前記第一の温度検出手段周辺に設けられる金属製部材であることを特徴とする、請求項１ないし４いずれか記載の画像形成装置の定着装置。
7. 前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトであることを特徴とする、請求項１ないし６いずれか記載の画像形成装置の定着装置。
8. 前記シームレスベルトは、金属よりなることを特徴とする、請求項７記載の画像形成装置の定着装置。
9. 前記第一の回転体は、前記加熱体と摺動するシームレスベルトと、前記シームレスベルト上に形成される弾性層を有することを特徴とする、請求項１ないし８いずれか記載の画像形成装置の定着装置。
10. 請求項１ないし９記載の定着装置を有することを特徴とする、画像形成装置。

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