JP2006004861A - Heating body and heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加熱材を加熱する加熱体、及び前記加熱体を具備する加熱装置に関するものであり、特に、複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置として用いて好適なものである。 The present invention relates to a heating body that heats a material to be heated, and a heating apparatus including the heating body, and is particularly suitable as a heating and fixing apparatus mounted on an image forming apparatus such as a copying machine or a laser beam printer. It is a thing.
例えば、電子写真複写機・プリンタ等の画像形成装置において、転写材・感光紙等の被記録材に形成担持させた未定着トナー画像を永久定着像として熱定着させる画像加熱定着装置の1つとしてオンデマンドのフィルム加熱方式の装置が知られている(特許文献1)。 For example, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or printer, as one of image heating and fixing apparatuses that thermally fix an unfixed toner image formed and supported on a recording material such as a transfer material or photosensitive paper as a permanent fixed image An on-demand film heating apparatus is known (Patent Document 1).
これは、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が被記録材と接して共に移動するフィルムとを有し、フィルムを介した加熱体からの熱により未定着トナー画像を被記録材に熱定着させるものである。 This includes a heating body and a film having one surface sliding with the heating body and the other surface being in contact with the recording material and moving together, and the unfixed toner by heat from the heating body through the film. The image is heat-fixed on the recording material.
このようなフィルム加熱方式の画像加熱定着装置においては、加熱体や、該加熱体の熱を被記録材に伝導する部材としてのフィルムを低熱容量化できるため、オンデマンドで、省電力化、ウエイトタイムの短縮化(クイックスタート性)が可能である。 In such a film heating type image heating and fixing apparatus, the heating body and the film as a member for conducting the heat of the heating body to the recording material can be reduced in heat capacity. The time can be shortened (quick start).
即ち、装置を冷めた状態から所定温度へ昇温させる時間が短時間で済み、待機中に加熱体の通電加熱を行なう必要がなく、画像形成装置への電源投入後すぐに通紙しても被記録材が定着部位(定着ニップ部)に到達するまでに加熱体を所定温度まで十分に昇温させることができて、消費電力を低く抑えることや画像形成装置の機内昇温を低下させることが可能である。 In other words, it takes a short time to raise the temperature of the apparatus from the cooled state to a predetermined temperature, and it is not necessary to energize and heat the heating element during standby, and it is possible to pass the paper immediately after turning on the power to the image forming apparatus. The heating element can be sufficiently heated up to a predetermined temperature before the recording material reaches the fixing site (fixing nip portion), thereby reducing power consumption and reducing the temperature increase in the image forming apparatus. Is possible.
低熱容量で昇温の速い加熱体としては具体的には所謂セラミックヒータが用いられている。これは、電気絶縁性・耐熱性・良熱伝導性のセラミック材基板(例えばアルミナ・AlN)と、該基板に印刷・焼成等の手段でパターン形成した、電力の供給を受けて発熱する発熱抵抗体(例えば銀パラジウム)を含む1次系回路(以下、ACラインと記す)を有し、発熱抵抗体に電力を供給して発熱させる、全体に低熱容量で昇温の速いものである。 Specifically, a so-called ceramic heater is used as a heating element having a low heat capacity and a high temperature rise. This consists of a ceramic material substrate (eg, alumina / AlN) with electrical insulation, heat resistance, and good thermal conductivity, and a heat generation resistor that generates heat when supplied with power, which is patterned on the substrate by means of printing, baking, etc. It has a primary circuit (hereinafter referred to as an AC line) including a body (for example, silver palladium), supplies power to the heating resistor to generate heat, and has a low heat capacity as a whole and a high temperature rise.
また加熱体としてのヒータには温度検知素子(例えばサーミスタ)を含む2次系回路のヒータ制御系(以下、DCラインと記す)を具備させ、このDCラインを接続した温調制御部により、ヒータが所定の設定温度(目標温度)に温調されるように発熱抵抗体に対する供給電力が制御される。 Further, the heater as the heating body is provided with a heater control system (hereinafter referred to as a DC line) of a secondary system including a temperature detection element (for example, a thermistor), and the heater is controlled by a temperature control unit connected to the DC line. Is controlled to a predetermined set temperature (target temperature), and the power supplied to the heating resistor is controlled.
しかし、ヒータ制御系においてヒータに通電する電流を波数制御でおこなう場合に、半波毎に電流のON/OFFが生じるため、商用電源の共通ラインに接続されている他の機器に対して電圧変動が発生し、特に照明機器ではフリッカ(電流変動)と呼ばれるちらつきが生じる。このフリッカは、ヒータの消費電力が大電力となる程、照明機器に流れる電流の変動が大きくなることに基づいて顕著なものになるため、発熱抵抗体を複数に分割してフリッカを抑えるようにしている。 However, when the current applied to the heater in the heater control system is controlled by wave number control, the current is turned on and off every half wave, so the voltage fluctuations with respect to other devices connected to the common line of the commercial power supply In particular, flickering called flicker (current fluctuation) occurs in lighting equipment. This flicker becomes conspicuous on the basis that the fluctuation of the current flowing through the lighting device increases as the power consumption of the heater increases. Therefore, the heating resistor is divided into a plurality of pieces to suppress the flicker. ing.
また、安全対策として、ACラインに直列にサーモスイッチ等の安全素子を介入させ、これをヒータに当接もしくは近接させて配設することでヒータの熱暴走時には、この安全素子の作動で発熱抵抗体に対する電力供給を緊急遮断させるようにしてある。
しかしながら近年、画像形成装置はさらなるスピードアップ化が求められており、これに対応するためヒータの発熱抵抗体の抵抗値を小さくすることで低電圧時でも発熱抵抗体に投入できる最大電力が大きくなるように設定されている。 However, in recent years, image forming apparatuses have been required to further increase the speed. To cope with this, the maximum power that can be supplied to the heating resistor even at low voltage is increased by reducing the resistance value of the heating resistor of the heater. Is set to
このためヒータ制御系の温調制御部等の暴走時、ヒータが熱暴走(異常昇温・過熱)した時には、ひとつの発熱抵抗体でも多くの電力が投入されるため、基板にかかる負荷が大きく、安全素子の作動で電力を緊急遮断させる前にヒータが破壊されてしまうといった問題が生じている。 For this reason, when the heater temperature control section of the heater control system goes out of control, when the heater goes out of control (abnormal temperature rise / overheat), a large amount of power is supplied even with a single heating resistor, resulting in a heavy load on the board. There is a problem that the heater is destroyed before the power is urgently cut off by the operation of the safety element.
本発明は、従来の加熱体を更に改善したものであり、発熱時の基板への負荷を小さくできて、耐久性・信頼性の向上を図れ得る加熱体、その加熱体を備える加熱装置を提供しようとするものである。 The present invention is a further improvement of a conventional heating body, and provides a heating body that can reduce the load on the substrate during heat generation and can improve durability and reliability, and a heating device including the heating body. It is something to try.
本発明に係る加熱体および加熱装置の代表的な構成は下記のとおりである。 Typical configurations of the heating body and the heating device according to the present invention are as follows.
(1)基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体と、を有し、被加熱材を加熱する加熱装置に用いられる加熱体において、
前記基板には前記基板の短手方向の略中央を基準に複数本の前記発熱抵抗体が略対称に配置されており、前記基準に対し対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極になっていることを特徴とする加熱体。
(1) In a heating element that includes a substrate and a heating resistor provided along the longitudinal direction of the substrate and is used in a heating device that heats a material to be heated.
The substrate has a plurality of heating resistors arranged substantially symmetrically with respect to the approximate center in the short direction of the substrate, and the first heating resistor and the first heating resistor that are in a symmetrical positional relationship with respect to the reference. 2. A heating element characterized in that the electrodes provided at the electrical end portions of the two heating resistors are common electrodes at both ends.
(2)基板と前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体とを有する加熱体と、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を挟んで前記加熱体とニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置において、
前記基板には前記基板の短手方向の略中央を基準に複数本の前記発熱抵抗体が略対称に配置されており、前記基準に対し対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体は常に同時に発熱することを特徴とする加熱装置。
(2) A heating body having a substrate and a heating resistor provided along the longitudinal direction of the substrate, a flexible member that moves while contacting the heating body, and sandwiching the flexible member A heating device that includes the heating member and a pressure member that forms a nip portion, and heats the material to be heated while nipping and conveying the nip portion;
The substrate has a plurality of heating resistors arranged substantially symmetrically with respect to the approximate center in the short direction of the substrate, and the first heating resistor and the first heating resistor that are in a symmetrical positional relationship with respect to the reference. The heating device characterized in that the two heating resistors always generate heat simultaneously.
本発明によれば、基板の短手方向の略中央を基準に対称の関係にある各発熱抵抗体は基板短手方向で略対称に発熱するので、基板にかかる熱負荷を小さくでき、よって耐久性・信頼性の向上を図ることができる。 According to the present invention, each heating resistor having a symmetrical relationship with respect to the approximate center in the short direction of the substrate generates heat substantially symmetrically in the short direction of the substrate, so that the thermal load applied to the substrate can be reduced and thus durable. Improvement in reliability and reliability.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)画像形成装置例
図1に、本発明に係る加熱装置として画像加熱定着装置(以下、定着装置と記す)を備えた画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、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。
(1) Example of Image Forming Apparatus FIG. 1 shows an example of an image forming apparatus provided with an image heat fixing device (hereinafter referred to as a fixing device) as a heating device according to the present invention. The image forming apparatus shown in the figure is a laser beam printer using an electrophotographic process.
画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)1を備えている。感光ドラム1は、装置本体Mによって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。
The image forming apparatus includes a drum-type electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a photosensitive drum) 1 as an image carrier. The
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がその順に配設されている。
Around the
また、装置本体Mの下部には、紙等のシート状の記録材Pを被加熱材として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、本発明に係る加熱体を含む定着装置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。
In addition, a
次に、上述構成の画像形成装置の動作を説明する。 Next, the operation of the image forming apparatus having the above configuration will be described.
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。
The
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。
The
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)をおこなう。
The electrostatic latent image is developed by the developing
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。
The toner image is transferred to the recording material P such as paper by the transfer roller 5. The recording material P is stored in a
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。
The recording material P carrying the unfixed toner image on the surface by transfer is transported to the
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。
The recording material P after the toner image is fixed is transported and discharged onto a
一方、トナー像転写後の感光ドラム1は、記録材Pに転写されないで表面に残ったトナー(以下、転写残トナーと記す)がクリーニング装置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。
On the other hand, on the
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。 By repeating the above operation, image formation can be performed one after another.
(2)定着装置11
図2に定着装置11の概略構成を示す。同図は、記録材Pの搬送方向(矢印K方向)に沿った縦断面図である。
(2) Fixing
FIG. 2 shows a schematic configuration of the fixing
本実施例に示す定着装置11は、加熱部材として定着フィルム(定着ベルト)を用いた、加圧ローラ駆動方式、フィルム加熱方式の装置であり、トナーを加熱する加熱体としてのヒータ20と、このヒータ20を保持する加熱体保持部材としてのヒータホルダ22と、このヒータ20とヒータホルダ22を内包する可撓性部材としての定着フィルム(定着回転体、加熱回転体)25と、定着フィルム25に当接された加圧部材としての加圧ローラ26と、ヒータ20の温度を制御する2次系回路である温度制御手段27と、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。
The fixing
本例の定着装置11では、ヒータ20を保持させたヒータホルダ22に、円筒状の定着フィルム25を介して加圧ローラ26を所定の押圧力をもって圧接させ、加熱体20との間に定着ニップ部Nを形成している。
In the fixing
回転制御手段28によって加圧ローラ26が矢印R26方向(反時計方向)に回転駆動され、該加圧ローラの回転による定着フィルム25外面との摺動摩擦力により、フィルム25に回転力が作用してフィルム25がヒータ20を保持させたヒータホルダ22の外回りを矢印R25方向(時計方向)に回転し、温度制御手段27によってヒータ20に対して通電加熱されることによりヒータ20が所定の設定温度(目標温度)に温調制御される。この状態において、未定着トナー像tを担持した記録材Pを定着ニップ部Nで挟持搬送することで、ヒータ20の熱が定着フィルム25を介して記録材Pに付与され、未定着トナー像tが記録材P面に熱定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着フィルム25の面から曲率分離されて排紙される。
The
なお、本実施例の定着装置11において、記録材Pの通紙基準は各部材の長手方向(記録材Pの搬送方向Kに直交(交差)する方向)における中央部としている。
In the fixing
ヒータ20は、アルミナ等の耐熱性の基板20a上に、発熱抵抗体として例えば厚膜印刷によって1次系回路である抵抗体パターン(以下、発熱抵抗体と記す)20bと、該発熱抵抗体を被覆するガラスコーティング層等の表面保護層20cを形成具備させたものである。ヒータ20については次の(3)項でさらに詳しく説明する。
The
ヒータホルダ22は、耐熱樹脂によって断面略半円形樋型に形成された部材であり、装置本体Mに取り付けられてヒータ20を支持する他、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。
The
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、ヒータホルダ22に回転可能に外嵌されている。定着フィルム25は、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の表面保護層20cに当接されるようになっている。
The fixing
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を設けたものである。この加圧ローラ26は、加圧バネなどの付勢部材(不図示)により定着フィルム25側に付勢され、離型層26bの外周面により定着フィルム25をヒータ20の表面保護層20cに押し付けて、定着フィルム25との間に定着ニップ部Nを形成している。この定着ニップ部Nにおける加圧ローラ26の回転方向R26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上の未定着トナー像t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。
The
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、モータ29の回転を制御する制御部(CPU)30などを有する。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方向に連続的に行うほか、所定の角度ずつ断続的に行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。
The rotation control means 28 includes a
(3)ヒータ(加熱体)20
図3を参照してヒータ20の構成をさらに詳しく説明する。
(3) Heater (heating body) 20
The configuration of the
図3は表面保護層20cを取り除いた状態のヒータ表面側の平面模型図である。 FIG. 3 is a schematic plan view of the heater surface side with the surface protective layer 20c removed.
ヒータ基板20aはアルミナ・窒化アルミ等の耐熱性・良熱伝導性・電気絶縁性などのセラミック材からなる横長の薄板部材である。
基板20aには基板の短手方向の略中央を基準に複数本の発熱抵抗体20bが略対称に配置されている。
The
On the
発熱抵抗体20bは、メイン発熱抵抗体対20b−1と、サブ発熱抵抗体対20b−2で構成されている。メイン発熱抵抗体対は、基板短手方向略中央Cを基準にして対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体(20b−1−1)と第2の発熱抵抗体(20b−1−2)を有している。サブ発熱抵抗体対は、基板短手方向略中央Cを基準にして対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体(20b−2−1)と第2の発熱抵抗体(20b−2−2)を有している。メイン・サブ発熱抵抗体対20b−1,20b−2はそれぞれ、基板20aの片面上に、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、5μm程の厚みで印刷・焼成して形成されている。ここで基板幅方向(短手方向)において、基板端の発熱抵抗体をメイン発熱抵抗体、中央の発熱抵抗体をサブ発熱抵抗体としており、メイン・サブ発熱抵抗体対は複数の発熱抵抗体を並列に接続して形成されている。また、前記基板の短手方向の略中央Cを基準に対称の位置関係にあるメイン発熱抵抗体対の第1の発熱抵抗体(20b−1−1)と第2の発熱抵抗体(20b−1−2)の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極(22a、22c)になっている。サブ発熱抵抗体対も第1の発熱抵抗体(20b−2−1)と第2の発熱抵抗体(20b−2−2) の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極(22b、22c)になっている。共通電極22cはメイン発熱抵抗体対とサブ発熱抵抗体対の共通電極でもある。
The
4本の発熱抵抗体の抵抗値はそれぞれ18Ωに設定してある。 The resistance values of the four heating resistors are each set to 18Ω.
図4にヒータ20に対する温度制御手段27の電気回路ブロック図の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of an electric circuit block diagram of the temperature control means 27 for the
温度制御手段27は、温度検知素子21、トライアック24(24a,24b)、温調制御部(CPU)23などを具備してなる。メイン発熱抵抗体対20b−1とサブ発熱抵抗体対20b−2のメイン給電電極22aとサブ給電電極22bには、商用電源34から通電する交流電流を制御するためのトライアック24a,24bが各別に接続されている。また商用電源34と直列に、ヒータ20の過昇温を防止する安全素子(本例では、温度ヒューズやサーモスイッチ)31が接続されている。安全素子31はヒータ20に当接あるいはヒータ20の近傍に配置されている。温調制御部23では、温度検知素子21が検出した温度に基づいてトライアック24a,24bをON・OFFするタイミングを制御し、トライアック24aにおいてメイン給電電極22aから共通電極22cにかけてのメイン発熱抵抗体対20b−1に対する通電を制御すると共に、トライアック24bにおいてサブ給電電極22bから共通電極22cにかけてのサブ発熱抵抗体対20b−2に対する通電を制御することによって、ヒータ20を所定温度(目標温度)に温調する。
The temperature control means 27 includes a
次に、従来のヒータ50における抵抗体構成を説明する。図12は従来のヒータ50におけるヒータ表面側の平面模型図である。
Next, the resistor structure in the
図12に示す従来例のヒータ50では、セラミック基板50aの片面上に、1つのメイン発熱抵抗体50b−1とサブ発熱抵抗体50−2を基板短手方向の一端側と他端側で基板の長手方向に沿って形成具備させている。そして、メイン発熱抵抗体50b−1にはメイン給電電極51aから共通電極51cにかけて通電がなされ、サブ発熱抵抗体50b−2にはサブ給電電極51bから共通電極51cにかけて通電がなされるようになっている。図中52はサーモスイッチである。
In the
上述のように、従来例では、メイン・サブ発熱抵抗体50b−1,50b−2を基板短手方向で基板50aの一端側と他端側に振り分けて配置している。
As described above, in the conventional example, the main / sub
これに対して、本例では、メイン発熱抵抗体対(20b−1)およびサブ発熱抵抗体対(20b−2)について、各々の発熱抵抗体(20b−1−1,20b−1−2)と(20b−2−1,20b−2−2)を基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置している。 On the other hand, in this example, each heating resistor (20b-1-1, 20b-1-2) is provided for the main heating resistor pair (20b-1) and the sub-heating resistor pair (20b-2). And (20b-2-1, 20b-2-2) are arranged on one end side and the other end side in the substrate short direction symmetrical to the center C in the substrate short direction.
図5の(a)にメイン抵抗体対20b−1に通電した時の熱応力を、(b)にサブ抵抗体対20b−2に通電した時の熱応力を示し、(a)・(b)それぞれに、従来例・本実施例のヒータ断面図と熱応力分布を示す。
FIG. 5A shows the thermal stress when the
図5(a)・(b)において、本実施例と従来例を比較すると、従来例では特に発熱側の基板エッジ部(基板幅方向の一端側・他端側)で大きな熱応力がかかっているが、本実施例ではエッジ部の応力が軽減されていることがわかる。すなわち、基板エッジ部に生じる熱応力は本実施例の方が小さくなる。従って、熱応力によって基板エッジ部にかかる負荷を小さくすることができる。 5A and 5B, when this example and the conventional example are compared, in the conventional example, a large thermal stress is applied particularly at the substrate edge portion on the heat generation side (one end side and the other end side in the substrate width direction). However, it can be seen that the stress in the edge portion is reduced in this embodiment. That is, the thermal stress generated in the substrate edge portion is smaller in this embodiment. Therefore, a load applied to the edge portion of the substrate due to thermal stress can be reduced.
さらに図6に各発熱抵抗体が熱暴走した時のヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す。 Further, FIG. 6 shows the time for the heater to break down and the time for the safety element to operate when each heating resistor runs away.
本来は安全素子31が作動するとメイン・サブ発熱抵抗体20b−1,20b−2への通電はストップするが、この実験ではメイン・サブ発熱抵抗体20b−1,20b−2と安全素子31を別々に接続しているため、安全素子31が作動してもヒータ20が破壊されるまでメイン・サブ発熱抵抗体20b−1,20b−2へ電力供給される。
Originally, when the
図6に示すように、従来の発熱抵抗体配置では、メイン発熱抵抗体の熱暴走時に安全素子が作動する前にヒータが3.5秒で破壊されていたが、本実施例によりヒータ破壊(10秒)の前に安全素子が作動(5.8秒)していることがわかる。サブ発熱抵抗体の熱暴走時も同様の結果となっている。 As shown in FIG. 6, in the conventional heating resistor arrangement, the heater was destroyed in 3.5 seconds before the safety element was activated during the thermal runaway of the main heating resistor. It can be seen that the safety element is activated (5.8 seconds) before 10 seconds). The same result is obtained when the sub-heating resistor is out of control.
従って、温調制御部23の熱暴走時、ヒータ20が熱暴走(異常昇温・過熱)しても破壊しない。よって、ヒータ20の耐久性・信頼性を向上できる。
Therefore, even when the
図3に示すヒータ20による作用・効果は、図7の(A)〜(C)に示されるヒータ20の構成によっても達成される。
The actions and effects of the
図7の(A)〜(C)は何れも表面保護層を取り除いた状態のヒータ表面側の平面模型図である。なお、図3に示す部材と共通する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。 FIGS. 7A to 7C are plan model diagrams on the heater surface side in a state where the surface protective layer is removed. Note that members that are the same as those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
(A)において、発熱抵抗体20bは、メイン発熱抵抗体対20b−1(20b−1−1,20b−1−2)とサブ発熱抵抗体20b−3の2つの通電発熱抵抗体で構成されている。サブ発熱抵抗体20b−3は、メイン発熱抵抗体対の各メイン発熱抵抗体(20b−1−1,20b−1−2)間において基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の略中央に配置されている。サブ発熱抵抗体20b−3は、メイン発熱抵抗体対20b−1のメイン給電電極22a側の電気的端部に共通電極としてサブ給電電極22dを有している。(A)に示すヒータ20では、二次系回路として図4の温度制御手段27を用いることができる。
In (A), the
(A)のヒータ20では、メイン発熱抵抗体抵抗値14.5Ω/サブ発熱抵抗体抵抗値23Ωに配分し、メイン発熱抵抗体/サブ発熱抵抗体の電力比率を約3:2に設定している。ここで低温環境などの電力不足を補うためにはメイン発熱抵抗体対20b−1とサブ発熱抵抗体20b−3の総電力は確保しなくてはならないため、サブ発熱抵抗体の電力を小さくした分、メイン発熱抵抗体の電力大きくする必要がある。
In the
同条件でのヒータ破壊時間、安全素子作動時間、マージンを図8に示す。メイン/サブ発熱抵抗体の抵抗値を1:1にしていた時は、サブ発熱抵抗体が熱暴走した時に充分なマージンがなかった(0.4秒)が、メイン発熱抵抗体抵抗値/サブ発熱抵抗体抵抗値を2:3、すなわち電力比率3:2と適正化することで、メイン発熱抵抗体の熱暴走時には若干マージンが少なくなる(3.6秒)ものの、サブ発熱抵抗体の熱暴走時において充分なマージン(2.8秒)を確保することができる。もちろん適正な配分は基板幅・厚み・入力電圧などによって異なる。 FIG. 8 shows the heater destruction time, safety element operation time, and margin under the same conditions. When the resistance value of the main / sub heating resistor was 1: 1, there was not enough margin when the sub heating resistor was out of control (0.4 seconds), but the main heating resistor resistance value / sub By optimizing the resistance value of the heating resistor to 2: 3, that is, the power ratio of 3: 2, the margin of the main heating resistor is slightly reduced (3.6 seconds) during the thermal runaway, but the heat of the sub-heating resistor is reduced. A sufficient margin (2.8 seconds) can be secured during runaway. Of course, the proper distribution varies depending on the substrate width, thickness, input voltage, and the like.
さらに設計条件によっては、発熱抵抗体20bを3つ以上の通電発熱抵抗体で構成することもできる。その一例を(B)に示す。発熱抵抗体20bは、メイン発熱抵抗体対20b−1と、第1サブ発熱抵抗体対20b−2と、第2サブ発熱抵抗体対20b−4の3つの通電発熱抵抗体で構成されている。第2サブ発熱抵抗体対20b−4を構成する第1の発熱抵抗体20b−4−1と第2の発熱抵抗体20b−4−2は、第1サブ発熱抵抗体(20b−2−1,20b−2−2)間で基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置されている。各発熱抵抗体(20b−4−1,20b−4−2)は,第1サブ発熱抵抗体対20b−2のメイン給電電極22b側の電気的端部に共通電極としてのサブ給電電極22eを有する。
Further, depending on the design conditions, the
(B)に示すヒータ20では、二次系回路として、例えば図9に示される温度制御手段27を用いることができる。なお、図4に示す部材と共通する部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
In the
メイン発熱抵抗体対20b−1および第1・第2サブ発熱抵抗体対20b−2,20b−4において、メイン給電電極22aとサブ給電電極22b,22eには、商用電源34から通電する交流電流を制御するためのトライアック24a,24b,24cが各別に接続されている。また共通電極22cには、ヒータ20の過昇温を防止する安全素子(本例では、温度ヒューズやサーモスイッチ)31を介して商用電源34に接続されている。安全素子31はヒータ20に当接あるいはヒータ20の近傍に配置されている。温調制御部23では、温度検知素子21が検出した温度に基づいてトライアック24a,24b,24cをON・OFFするタイミングを制御する。そして、トライアック24aによってメイン給電電極22aから共通電極22cにかけてのメイン発熱抵抗体対20b−1に対する通電を制御し、トライアック24bによってサブ給電電極22bから共通電極22cにかけてのサブ発熱抵抗体対20b−2に対する通電を制御し、トライアック24cによってサブ給電電極22eから共通電極22cにかけてのサブ発熱抵抗体対20b−4に対する通電を制御することによって、ヒータ20を所定温度(目標温度)に温調する。
In the main
(B)に示すヒータ20においても、メイン抵抗体対・第1・第2サブ抵抗体対の各々のメイン・サブ抵抗体20b−1,20b−2,20b−4を基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置しているので、熱応力によって基板エッジ部にかかる負荷を小さくすることができ、温調制御部23の熱暴走時、ヒータ20が熱暴走しても破壊しない。
Also in the
(A)に示したヒータ20では、発熱抵抗体20bの通電発熱抵抗体として発熱抵抗体幅を一定にした直線型のメイン発熱抵抗体・サブ発熱抵抗体20b−3を用いたが、メイン・サブ発熱抵抗体はこれに限らずテーパー型のメイン・サブ発熱抵抗体を用いてもよい。その一例を(C)に示す。
In the
(C)では、メイン発熱抵抗体(20b−1−1,20b−1−2)各々を長手中央付近から端部にかけて多段階に発熱抵抗体幅を広げる形状とし、サブ発熱抵抗体20b−3を長手中央付近から端部にかけて多段階に発熱幅を狭める形状としている。この場合も、メイン発熱抵抗体(20b−1−1,20b−1−2)とサブ発熱抵抗体20b−3は、それぞれ、基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の略中央に配置される。
In (C), each of the main heating resistors (20b-1-1, 20b-1-2) is shaped so as to widen the heating resistor width from the vicinity of the longitudinal center to the end portion, and the
本実施例によれば、定着装置11が何らかの原因によりヒータ20の通電制御が不能な事態が生じてACライン(1次系回路)の発熱抵抗体20bに電力が供給され続けることによりヒータ20が熱暴走(異常昇温・過熱)した時でも破壊しない。
According to the present embodiment, the fixing
また、熱暴走でヒータ20が破壊しないので、ACラインに直列に介入させてある温度ヒューズ・サーモスイッチ等の安全素子31が作動してACラインが開路し発熱抵抗体20bに対する電力供給が緊急遮断され、ヒータ20の熱暴走が停止される。
Moreover, since the
(第2の実施例)
本実施例では、セラミック基板の表裏両面に、発熱抵抗体としてのメイン発熱抵抗体対とサブ発熱抵抗体を配置したヒータ例を示す。実施例1と同じ部材には同一符号を付して再度の説明を省略する。
(Second embodiment)
In the present embodiment, an example of a heater in which a main heating resistor pair as a heating resistor and a sub heating resistor are arranged on both front and back surfaces of a ceramic substrate is shown. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
図10に本例に係るヒータの一例を示す。(A)は表面保護層を取り除いたヒータ表面側の平面模型図、(B)は(A)のI−I線拡大断面図、(C)はII−II線拡大断面図である。 FIG. 10 shows an example of the heater according to this example. (A) is a plane model view of the heater surface side from which the surface protective layer is removed, (B) is an enlarged sectional view taken along line II of (A), and (C) is an enlarged sectional view taken along line II-II.
実施例1では、セラミック基板(0.6mm〜2mm)21aの表面だけに発熱抵抗体20bを配置していたため、発熱抵抗体20bが急激な発熱をした時にセラミック基板21aの表裏で温度分布が異なり、基板21aが反ることで熱応力が生じ保護ガラスたる表面保護層20cや基板20aに破壊が発生する可能性がある。
In Example 1, since the
そこで、セラミック基板21aの表・裏面上に、メイン発熱抵抗体対20b−1とサブ発熱抵抗体20b−3を対称に配置している。(A)及び(B)に示されるように、メイン発熱抵抗体対20b−1の各メイン発熱抵抗体20b−1−1,20b−1−2は、基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の一端側と他端側に配置されている。各メイン発熱抵抗体20b−1−1,20b−1−2は、基板20aの表・裏面上の電気的端部にメイン給電電極22aと共通電極22cを有している。一方、サブ発熱抵抗体20b−2は、メイン発熱抵抗体対20b−1の各メイン発熱抵抗体20b−1−1,20b−1−2間で基板短手方向略中央Cに対して対称な基板短手方向の略中央に配置されている。サブ発熱抵抗体20b−2は、メイン発熱抵抗体対20b−1のメイン給電電極22a側の電気的端部にサブ給電電極22bを有している。
Therefore, the main
上記の表・裏面上のメイン発熱抵抗体20b−1、及びサブ発熱抵抗体20b−3を並列に接続する場合、該各発熱抵抗体に対応する電極22a,22c,22bに基板20aを介してスルーホール22a−1,22c−1,22b−1を設けて導通をとる((C)参照)、あるいは基板20aの表・裏面から接点40a,40bを通じて導通がとれるコネクタ40を採用する((D)参照)ことができる。
When the
本実施例により、基板20aの表・裏面の温度差が略等しくなることから、特に基板20aを厚くした時でも、常に基板短手方向略中央Cに対して対称な温度分布になるため、熱応力は相殺されて激減する。
According to this embodiment, the temperature difference between the front and back surfaces of the
図11に実施例1のヒータと実施例2のヒータの熱応力を比較した結果を示す。図11において、(A)は実施例1の図7(A)に示されるヒータ20の幅方向断面図、(B)は実施例2のヒータの幅方向断面図と実施例1・実施例2のヒータの熱応力分布図である。そして(C)に実施例1・実施例2のヒータにおいて発熱抵抗体が熱暴走した時の該各ヒータが破壊に至る時間と安全素子が作動する時間を示す。
FIG. 11 shows the result of comparing the thermal stresses of the heater of Example 1 and the heater of Example 2. 11A is a cross-sectional view in the width direction of the
同図(C)においてヒータ破壊時間は、実施例1の8.2秒に対して実施例2では9.0秒となっている。安全素子の作動時間は、実施例1の4.6秒に対して実施例2では3.4秒となっている。結果として、安全素子31の作動マージンは、実施例1の3.6秒に対して実施例2では5.6秒となっている。
In FIG. 5C, the heater destruction time is 9.0 seconds in the second embodiment compared to 8.2 seconds in the first embodiment. The operating time of the safety element is 3.4 seconds in the second embodiment compared to 4.6 seconds in the first embodiment. As a result, the operating margin of the
従って、本実施例のヒータによれば、基板厚み方向で生じる熱応力が少なくなる(不均一な温度分布がなくなる)ため、同じ電力でもヒータ破壊に至る時間が長くなることはもちろん、安全素子がより発熱抵抗体に近くなることにより作動時間が極端に短くなる。これにより実施例1にも増して十分なマージンを確保することができる。よって、本実施例においてもヒータ20の耐久性・信頼性を向上できる。
Therefore, according to the heater of this embodiment, the thermal stress generated in the substrate thickness direction is reduced (there is no non-uniform temperature distribution). The operation time becomes extremely short by being closer to the heating resistor. As a result, a sufficient margin can be secured as compared with the first embodiment. Therefore, the durability and reliability of the
本実施例により、熱暴走でヒータ20が破壊しないので、ACラインに直列に介入させてある温度ヒューズ・サーモスイッチ等の安全素子31が作動してACラインが開路し発熱抵抗体20bに対する電力供給が緊急遮断され、ヒータ20の熱暴走が停止される。
According to the present embodiment, since the
本実施例では、基板の表・裏面上に発熱抵抗体を上述の如く配置した構成のヒータ例として、実施例1の図7(A)に示されるヒータ20を説明したが、実施例1の図3、図7の(B)、(C)に示されるヒータ20に対しても同様な構成とすることができる。
In the present embodiment, the
以上説明したように、熱暴走でヒータ20が破壊しないので、安全素子31の作動による電力の緊急遮断、ACライン・DCラインの電流リーク、漏電・温調制御系の破損、該電流リークに起因する通信先コンピュータの誤動作等も低減できる。
As described above, since the
さらに最大電力投入時でもヒータ20が破壊しないため、ヒータ発熱抵抗体総抵抗値を低く設定することができる。
Furthermore, since the
これにより加熱体を含む定着装置が画像加熱定着装置である場合におけるスピードアップに対応可能な画像形成装置を提供することができる。 As a result, it is possible to provide an image forming apparatus that can cope with speeding up when the fixing device including the heating body is an image heating and fixing device.
(その他)
a)第1、第2の実施例において、加圧回転体たる加圧部材は弾性部材を有するローラ体の代わりに、弾性部材を有するエンドレスベルト体にすることもできる。また、例えば、特開2001−228731公報に開示されているエンドレスベルトと加圧部材からなる加圧フィルムユニットを用いて小熱容量化を図ってもよい。
(Other)
a) In the first and second embodiments, the pressure member as the pressure rotating body may be an endless belt body having an elastic member instead of the roller body having the elastic member. Further, for example, the heat capacity may be reduced by using a pressure film unit including an endless belt and a pressure member disclosed in JP-A-2001-228731.
b)一方の回転体としての定着フィルムは、該フィルムを駆動ローラとテンションローラによって張架して駆動する構成にすることもできる(フィルム駆動方式)。 b) The fixing film as one rotating body can be configured to be driven by stretching the film with a driving roller and a tension roller (film driving system).
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるのではなく、特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。 While various examples and embodiments of the present invention have been shown and described above, the spirit and scope of the present invention are not limited to the specific descriptions and figures in the present specification by those skilled in the art. It will be understood that the invention extends to various modifications and changes that are all set forth in the appended claims.
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。 Examples of embodiments of the present invention are listed below.
〔実施態様1〕 発熱抵抗体に関し、総発熱量同等且つ基板中心から基板端に向かって徐々に発熱量を大きく設定することを特徴とする加熱体。 [Embodiment 1] A heating element characterized in that, with respect to the heating resistor, the total heating value is equal and the heating value is gradually increased from the substrate center toward the substrate edge.
〔実施態様2〕 発熱抵抗体を基板両面に対称に配置することを特徴とする加熱体。 [Embodiment 2] A heating element characterized in that the heating resistors are arranged symmetrically on both sides of the substrate.
20・・・・加熱体(ヒータ)
20a・・・・基板
20b・・・・発熱抵抗体(抵抗体)
20b−1・・・・メイン発熱抵抗体
20b−2,20b−3,20b−4・・・・サブ発熱抵抗体
22a・・・・メイン給電電極
22b・・・・サブ給電電極
22c・・・・共通電極
21・・・・温度検知素子(サーミスタ)
22・・・・加熱体保持部材(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・・・・加圧部材(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・・・・安全素子
N・・・・定着ニップ部
P・・・・記録材
20... Heating element (heater)
20a...
20 b-1...
22... Heating element holding member (heater holder)
23 ... CPU
24 ...
26 ··· Pressure member (pressure roller)
27 .... Temperature control means 28 ... Rotation control means 29 ... Motor 30 ... CPU
31... Safety element N... Fixing nip part P.
Claims (5)
前記基板には前記基板の短手方向の略中央を基準に複数本の前記発熱抵抗体が略対称に配置されており、前記基準に対し対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体の電気的端部に設けられた電極同士が両端共に共通電極になっていることを特徴とする加熱体。 In a heating body used in a heating device that has a substrate and a heating resistor provided along the longitudinal direction of the substrate, and heats a material to be heated,
The substrate has a plurality of heating resistors arranged substantially symmetrically with respect to the approximate center in the short direction of the substrate, and the first heating resistor and the first heating resistor that are in a symmetrical positional relationship with respect to the reference. 2. A heating element characterized in that the electrodes provided at the electrical end portions of the two heating resistors are common electrodes at both ends.
前記基板には前記基板の短手方向の略中央を基準に複数本の前記発熱抵抗体が略対称に配置されており、前記基準に対し対称の位置関係にある第1の発熱抵抗体と第2の発熱抵抗体は常に同時に発熱することを特徴とする加熱装置。 A heating body having a substrate and a heating resistor provided along the longitudinal direction of the substrate, a flexible member that moves while being in contact with the heating body, and the heating body sandwiching the flexible member And a pressure member that forms a nip portion, and a heating device that heats while sandwiching and transporting a material to be heated in the nip portion,
The substrate has a plurality of heating resistors arranged substantially symmetrically with respect to the approximate center in the short direction of the substrate, and the first heating resistor and the first heating resistor that are in a symmetrical positional relationship with respect to the reference. The heating device characterized in that the two heating resistors always generate heat simultaneously.
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