JP2006259304A - ヒートプレート、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置の温度制御が暴走した場合には、発熱パターンを迅速且つ確実に破断可能にしたヒートプレート。
【解決手段】 記録材の搬送方向と直交する方向に中心軸が延びた半円筒状の金属製基板と、前記金属製基板の内側に絶縁材を介在させて配置された抵抗発熱体と、を設けたヒートプレートであって、前記抵抗発熱体は、記録材の搬送方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有しており、該発熱パターンの一部の折り返し部に他の部分と比較して断面積が小さく形成されている高抵抗部を設けたこと。
【選択図】 図４

Description

本発明は、記録材上のトナー像を加熱・加圧して定着するベルト定着装置に用いるヒートプレート、該ヒートプレートを備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状ベルトからなる中間転写体に一次転写した後、記録紙上に二次転写して、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置として、ハロゲンヒータ等の加熱手段を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式の定着装置があり、このような定着装置は定着ベルトの加熱ローラの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになるという利点を有している。

しかし、ハロゲンランプは電気エネルギーを光エネルギーに変換し、更に熱エネルギーに変換するため、熱変換効率が低い。そこで、ベルト定着装置ではあるが前述の加熱ローラを用いずに半円筒状のヒートプレートに定着ベルトを張架した定着装置が知られている（特許文献１参照）。

ヒートプレートは非常に早い速度で昇温するので、プリント信号を受信してから加熱を開始するようにしたオンデマンドタイプの定着装置を実現できる。

ヒートプレートを用いた定着装置においては、ヒートプレートの近傍にサーミスタ等からなる温度センサを配置して、温度センサの検知温度が一定になるように制御している。そして、ヒートプレートの温度変化は非常に早いので、ＣＰＵを用いてヒートプレートが適切にオン・オフするように制御している。

しかし、ＣＰＵが何らかの理由で異常な状態になり、温度制御が暴走するような事態が生ずると、ヒートプレートが連続加熱されて異常な高温になり、ひいては定着装置が発火する懸念がある。

このような問題に対処するために、ヒートプレートの発熱パターンの一部の幅を狭くして高抵抗部を形成し、温度制御が暴走したときには、高抵抗部が破断するように構成した定着装置がある（特許文献２参照）。
特開２００４−１７７８８８号公報 特開平９−１７９４２４号公報

特許文献２に記載の構成は、セラミック基板の上に発熱パターンをスクリーン印刷で塗工したヒートプレートを定着部材に設け、定着部材と加圧部材との間にニップ部を形成した定着装置である。従って、前述の如き温度制御が暴走した場合にも、高抵抗部で発生した熱の一部は加圧部材に逃げることになる。このために、温度制御が暴走した場合には、高抵抗部がかなりの高温になったり、高温が長く続いたりするような状態にならないと、高抵抗部のセラミック基板が破断され難い。従って、定着装置が高温で危険な状態にさらされる時間が長くなるという問題がある。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、定着装置の温度制御が暴走した場合には、発熱パターンを迅速且つ確実に破断可能にしたヒートプレート、該ヒートプレートを備えた定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

上記目的は下記の手段によって達成される。

［請求項１］
記録材の搬送方向と直交する方向に中心軸が延びた半円筒状の金属製基板と、前記金属製基板の内側に絶縁材を介在させて配置された抵抗発熱体と、を設けたヒートプレートであって、前記抵抗発熱体は、記録材の搬送方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有しており、該発熱パターンの一部の折り返し部に他の部分と比較して断面積が小さく形成されている高抵抗部を設けたことを特徴とするヒートプレート。

［請求項２］
前記抵抗発熱体が前記絶縁材に貼着され、前記絶縁材が前記金属製基板に貼着されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートプレート。

［請求項３］
前記高抵抗部は発熱パターンの他の部分と比較して幅寸法が小さく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートプレート。

［請求項４］
前記高抵抗部は発熱パターンの他の部分と比較して厚み寸法が小さく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートプレート。

［請求項５］
請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートプレートと定着ローラとの間に張架されて循環駆動される定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、を有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着することを特徴とする定着装置。

［請求項６］
請求項５に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

請求項１〜４に記載のヒートプレート、請求項５に記載の定着装置及び請求項６に記載の画像形成装置によれば、ヒートプレートの発熱パターンの一部の折り返し部のみに他の部分と比較して断面積が小さく形成されている高抵抗部を設けたので、この部分は熱容量が小さい。従って、何らかの理由で定着装置の温度制御が暴走した場合には、発熱パターンにおける高抵抗部のみが集中して高温になり、熱膨張によって絶縁材から浮き上がるので、熱が絶縁材に伝達されずに更に高温になって、高抵抗部で迅速且つ確実に破断する。依って、定着装置が発火する虞は解消する。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、循環駆動される。

定着装置９は、ヒートプレート９２と定着ローラ９３とに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルト９１と、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４とを有し、定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録材（記録紙）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録材Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録材Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録材Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録材Ｐにカラー画像を転写した後、記録材Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であるが、本発明はモノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。

次に、本発明に係わる定着装置について、図２の断面図に基づいて説明する。

定着ベルト９１は、無端状に形成され、例えば、基体として厚さ７０μｍのＰＩ（ポリイミド）等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面を弾性層として厚さ２００μｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ３０°）で被覆し、更に、表層として厚さ３０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブで被覆している。なお、外径寸法は例えば８０ｍｍである。

ヒートプレート９２は、記録材の搬送方向と直交する方向に中心軸が延びた半円筒状に形成されていて、円筒の直径は例えば３３ｍｍである。また、図３の断面構成図に示す如く、例えば０．８ｍｍの厚みのアルムニウム（材料記号Ａ５０５２）等で形成された金属製の基板９２Ａがあり、定着ベルト９１が摺接する外側の面には表層９２Ｂとして２０μｍの厚みのフッ素コーティング処理が施されている。また、基板９２Ａの内側の面には３０μｍの厚みのポリイミドから形成された絶縁材９２Ｃが熱硬化性の接着剤９２Ｄで接着され、更に絶縁材９２Ｃの上には２０μｍの厚みのステンレススチール（材料記号ＳＵＳ３０４）等から形成された抵抗発熱体９２Ｅが熱硬化性の接着剤９２Ｆで接着されている。

抵抗発熱体９２Ｅは図４の正面図に示す如く、記録材の搬送方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有している。例えば、発熱パターンの線幅は３ｍｍ、隣り合う発熱パターンの間隔は１．５ｍｍ、折り返し長さは４５ｍｍ、平行な発熱パターンの数は５１本であり、ＡＣ１００Ｖで約６００Ｗの発熱となる。

そして、通常は抵抗発熱体９２Ｅの熱は絶縁材９２Ｃに素早く伝導されるため、抵抗発熱体９２Ｅが異常に昇温されることはない。

定着ローラ９３は、例えば、鉄等の金属から形成された中実の芯金９３Ａを、弾性層９３Ｂとして厚さ１０ｍｍの耐熱性のシリコンとスポンジで被覆して、更に、表層９３Ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆し、ソフトローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば４０ｍｍである。

加圧ローラ９４は、定着ベルト９１を加熱する加熱手段としてのハロゲンランプ９４Ａを内蔵し、例えばアルミニュウム等から形成された肉厚３ｍｍの円筒状の中空回転体９４Ｂの外周面を、弾性層９４Ｃとして厚さ３ｍｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ３０°）で被覆し、更に、離型層９４Ｄとして厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆し、ハードローラとして構成されている。なお、外径寸法は例えば５０ｍｍである。

また、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３の温度を検知する、サーミスタ等からなる温度センサＳが設けられている。

以上の構成において、不図示の駆動手段によって定着ローラ９３を時計方向に回転させると、定着ベルト９１も時計方向に回転し、加圧ローラ９４は反時計方向に回転する。また、ヒートプレート９２によって定着ベルト９１は加熱され、加圧ローラ９４もハロゲンランプ９４Ａによって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ９４が定着ローラ９３の方向に付勢されているので、定着ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間のニップ部Ｎで、給紙された記録材Ｐが加熱・加圧されて、記録材Ｐ上のトナー像が定着される。

ここで、ヒートプレート９２における抵抗発熱体９２Ｅの発熱パターンにおいて、搬送する記録材の最大幅より外側に位置し、記録材の搬送方向に一定幅で延びＵターンして折り返している折り返し部には、図４及び図５の部分拡大図に示す如く切り欠き９２Ｅａが設けられている。この切り欠き９２Ｅａを設けた部分９２Ｅｂは発熱パターンの他の部分と較べて断面積が小さいので、抵抗値が大きくて熱容量が小さく、そのためにこの高抵抗部９２Ｅｂは発熱量が大きくなる。また、高抵抗部９２Ｅｂは強度的にも弱い。

従って、ＣＰＵが何らかの理由で異常な状態になり、温度制御が暴走するような事態が生じて、ヒートプレート９２が連続加熱される状態になったとき、高抵抗部９２Ｅｂのみが集中して高温になり、破断し易くなる。この結果、定着装置が発火する虞は解消する。

更に、高抵抗部９２Ｅｂが設けられている部分は、発熱パターンの折り返し部であるので、高抵抗部９２Ｅｂが設けられている部分が集中して加熱されると、熱膨張によって図６に示す如く高抵抗部９２Ｅｂは絶縁材９２Ｃから剥離して浮き易くなる。このような剥離は、発熱パターンの途中の直線部では生ぜず、折り返し部でのみ生ずる。高抵抗部９２Ｅｂが絶縁材９２Ｃから剥離して浮くと、高抵抗部９２Ｅｂの熱が絶縁材９２Ｃに伝導されないので、更に温度上昇が助長され、高抵抗部９２Ｅｂで一層破断し易くなる。

なお、高抵抗部を設けるために切り欠く位置や切り欠きの形状は図５に示す例に限定されるものではなく、抵抗発熱体が折り返している端部であれば、任意の位置や形状に設定することができる。

例えば、図７（ａ）は切り欠きを内周に設けた場合の図、図７（ｂ）は切り欠きを内外周に設けた場合の図、図７（ｃ）は切り欠きを外周に大きく設けた図である。

また、平面的に切り欠きを設けずに、図８に示す如く抵抗発熱体９２Ｅの厚みを部分的に薄くして高抵抗部としても全く同等の作用をする。

要は、抵抗発熱体に設けた発熱パターンの一部の折り返し部に、他の部分と比較して幅寸法が小さく形成されていたり、厚み寸法が小さく形成されていたりして、断面積が小さく形成されている高抵抗部を設ければよい。

なお、高抵抗部を設ける部分は１カ所か２カ所でよい。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 ヒートプレートの断面構成図である。 抵抗発熱体の正面図である。 抵抗発熱体に設けた切り欠きの拡大図である。 抵抗発熱体が絶縁材から浮いた図である。 抵抗発熱体に設けた他の３種の切り欠きの拡大図である。 抵抗発熱体の厚みを部分的に薄くした拡大図である。

符号の説明

９ 定着装置
９１ 定着ベルト
９２ ヒートプレート
９２Ａ 基板
９２Ｂ 表層
９２Ｃ 絶縁材
９２Ｅ 抵抗発熱体
９２Ｅａ 切り欠き
９３ 定着ローラ
９４ 加圧ローラ

Claims (6)

1. 記録材の搬送方向と直交する方向に中心軸が延びた半円筒状の金属製基板と、前記金属製基板の内側に絶縁材を介在させて配置された抵抗発熱体と、を設けたヒートプレートであって、
   前記抵抗発熱体は、記録材の搬送方向に一定幅で延びて折り返すことを繰り返す発熱パターンを有しており、該発熱パターンの一部の折り返し部に他の部分と比較して断面積が小さく形成されている高抵抗部を設けたことを特徴とするヒートプレート。
2. 前記抵抗発熱体が前記絶縁材に貼着され、前記絶縁材が前記金属製基板に貼着されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートプレート。
3. 前記高抵抗部は発熱パターンの他の部分と比較して幅寸法が小さく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートプレート。
4. 前記高抵抗部は発熱パターンの他の部分と比較して厚み寸法が小さく形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートプレート。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のヒートプレートと定着ローラとの間に張架されて循環駆動される定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記定着ローラを加圧する加圧ローラと、を有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着することを特徴とする定着装置。
6. 請求項５に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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