JP2010060796A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】板状発熱体を保持している保持部材からの板状発熱体の浮きを抑え、板状発熱体で可撓性部材を傷付けることがないようにする。
【解決手段】板状発熱体22の記録材搬送方向と直交する長手方向において前記板状発熱体の端部で発熱体22bに通電する給電部材C1,C2と前記給電部材よりも内側で前記板状発熱体と前記板状発熱体を保持する保持部材23に接触しながら移動する可撓性部材21との間に押え部材41を有し、前記押え部材によって前記板状発熱体を前記保持部材から浮かないように押えていることを特徴とする。
【選択図】図11
【解決手段】板状発熱体22の記録材搬送方向と直交する長手方向において前記板状発熱体の端部で発熱体22bに通電する給電部材C1,C2と前記給電部材よりも内側で前記板状発熱体と前記板状発熱体を保持する保持部材23に接触しながら移動する可撓性部材21との間に押え部材41を有し、前記押え部材によって前記板状発熱体を前記保持部材から浮かないように押えていることを特徴とする。
【選択図】図11
Description
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置(定着器)、及びその定着装置を搭載する画像形成装置に関する。
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する定着装置(定着器)として、フィルム加熱方式の定着装置が知られている。このフィルム加熱方式の定着装置は、細長いセラミック基板上に通電発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータを保持するホルダと、ホルダとヒータに接触しつつ移動する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有する。未定着トナー像を担持する記録材はニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上の画像は記録材に加熱定着される。この定着器は、ヒータへの通電を開始し定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。従って、この定着器を搭載するプリンタは、プリント指令の入力後、1枚目の画像を出力するまでの時間(FPOT:First Print Out Time)を短くできる。また、このタイプの定着器は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。
フィルム加熱方式の定着装置は、カラー複写機やカラープリンタに搭載する場合、カラー定着に対応する必要なニップ部を確保するため、通常定着動作時のニップ部の総加圧力は294N(約30Kgf)と大きくなっている。ニップ部に挟まったジャム紙を取り除く際に、ジャム紙がちぎれないようにするためには、特許文献1のように、通常定着動作時の第1の加圧状態(総加圧力:約30Kgf)より低い第2の加圧状態を設けることも一つの方法である。
特開2007−128037号公報
フィルム加熱方式の定着装置では、第1の加圧状態のときのホルダの撓み量と第2の加圧状態のときのホルダの撓み量が異なるため、ホルダにヒータを固定した場合、ホルダの撓み量の変化に起因してヒータ割れ等が生じる可能性がある。そこでヒータ割れ等が生じないようにするために、ホルダに設けた溝状の凹部にヒータを嵌め込むことによってホルダにヒータを保持させている。
上記のようにホルダでヒータを保持する構成のフィルム加熱方式の定着装置では、第2の加圧状態でヒータの長手方向端部がホルダから浮くヒータ浮きが発生し、ヒータの短手方向端部のエッジ部で定着フィルム内面を傷付けてしまうことがある。
本発明の目的は、板状発熱体を保持している保持部材からの板状発熱体の浮きを抑え、板状発熱体で可撓性部材を傷付けることがないようにした定着装置、及びその定着装置を搭載する画像形成装置を提供することにある。
上記目的を達成するための構成は、通電より発熱する発熱体を有する板状発熱体と、前記板状発熱体を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された前記板状発熱体の発熱体に通電する給電部材と、前記板状発熱体と前記保持部材に接触しながら移動する可撓性部材と、前記板状発熱体と共に前記可撓性部材を挟んでニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材上に画像を定着する定着装置において、前記板状発熱体の記録材搬送方向と直交する長手方向において前記板状発熱体の端部で前記発熱体に通電する前記給電部材と前記給電部材よりも内側で前記板状発熱体と前記保持部材に接触しながら移動する前記可撓性部材との間に押え部材を有し、前記押え部材によって前記板状発熱体を前記保持部材から浮かないように押えていることを特徴とする。
本発明によれば、板状発熱体を保持している保持部材からの板状発熱体の浮きを抑え、板状発熱体で可撓性部材を傷付けることがないようにした定着装置、及びその定着装置を搭載する画像形成装置を提供できる。
本発明を図面に基づいて説明する。
[実施例1]
(1)画像形成装置例
図14は、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真画像形成方式を用いて、記録紙、OHPシート等の記録材に画像を形成するフルカラーレーザープリンタである。
(1)画像形成装置例
図14は、本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置の一例の構成模型図である。この画像形成装置は電子写真画像形成方式を用いて、記録紙、OHPシート等の記録材に画像を形成するフルカラーレーザープリンタである。
本実施例に示すプリンタMは、プリンタ本体Ma内に、イエローY、マゼンタM、シアンC、ブラックKの各色のトナー画像を形成する第1〜第4の4つの画像形成ステーション(作像手段)SY,SM,SC,SKを有する。プリンタ本体Ma内に下から右斜め上方に並列に配設された各ステーションSY,SM,SC,SKには、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光体ドラムという)1が設けられている。各感光体ドラム1は矢印方向に回転可能である。各感光体ドラム1の周囲には、感光体ドラム1の回転方向に沿って、帯電手段としての帯電器02と、露光手段としての露光装置3と、現像手段としての現像装置4と、クリーニング手段としてのドラムクリーニング装置5がそれぞれ配置されている。
また、プリンタ本体Ma内には、各ステーションSY,SM,SC,SKの感光体ドラム1の外周面(表面)と対向するように記録材搬送手段としての無端ベルト状の記録材搬送ベルト6が設けられている。この搬送ベルト6は、駆動ローラ7とテンションローラ8の2軸に巻き掛けられている。また、搬送ベルト6は、記録材Pを静電気を利用して保持できるように誘電体樹脂材料によって形成されている。この搬送ベルト6を挟んで各画像形成ステーションSY,SM,SC,SKの感光体ドラム1と対向させて転写手段としての転写ローラ9を配設している。それによって、各画像形成ステーションSY,SM,SC,SKの感光体ドラム1と搬送ベルト6との間に転写部を形成している。
本実施例のプリンタMは、ホストコンピュータ等の外部装置(不図示)から出力される画像形成開始信号(以下、プリント指令と記す)に応じて所定の画像形成シーケンスを実行し、その画像形成シーケンスに従って画像形成動作を行う。即ち、各画像形成ステーションSY,SM,SC,SKが順次駆動され、各感光体ドラム1が矢印方向へ所定の周速度(プロセススピード)で回転される。また、搬送ベルト6は、駆動ローラ7の駆動により矢印方向へ各感光体ドラム1の回転周速度に対応した周速度で回転される。
まず1色目のイエローの画像形成ステーションSYにおいて、感光体ドラム1表面を帯電器2により所定の極性・電位に一様に帯電する。次に露光装置3が外部装置からの画像情報に応じたレーザー光Lを感光体ドラム1表面の帯電面に走査露光する。これにより、感光体ドラム1表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの潜像が現像装置4によりイエローのトナー(現像剤)によって現像され、感光体ドラム1表面にトナー像(現像像)が形成される。同様の、帯電、露光、現像の各工程が2色目のマゼンタの画像形成ステーションSM、3色目のシアンの画像形成ステーションSC、4色目のブラックの画像形成ステーションSKにおいても行われる。そして各画像形成ステーションSM〜SKの感光体ドラム1表面に各色のトナー像(現像像)が形成される。
一方、給送カセット10内に積載収容されている記録材Pは送り出しローラ11により搬送ガイド12を通してレジストローラ13に送られる。次いでこの記録材Pはレジストローラ13によって搬送ベルト6の外周面(表面)上に搬送され、その搬送ベルト6表面に静電的に吸着されて保持される。その記録材Pは搬送ベルト6の回転によって搬送ベルト6の回転方向上流側の転写部から回転方向下流側の転写部まで搬送される。各画像形成ステーションSY,SM,SC,SKの転写ローラ9には記録材Pの搬送過程においてトナー像と逆極性の転写バイアスが印加される。各転写ローラ9はその転写バイアスにより対応する感光体ドラム1表面のトナー像を記録材Pの面上に順番に重ねて転写させ担持させる。つまり、転写手段である転写ローラ6は像担持体としての感光体ドラム1が担持する画像であるトナー像を記録材に転写させて担持させる。これによって記録材Pは記録材Pの面上にフルカラーの未定着トナー像を担持する。
フルカラーの未定着トナー像を担持する記録材Pは搬送ベルト6により定着装置(定着手段)14に搬送される。そしてその記録材Pは定着装置14の後述するニップ部Nを通過することによって記録材Pの面上に未定着トナー像が加熱定着される。トナー像が定着された記録材Pは排出ローラ15によってプリンタ本体B上部の排出トレー16上に排出される。
トナー像転写後において感光体ドラム1表面に残留している転写残トナーはドラムクリーニング装置5によって除去され回収される。
モノクロ画像出力時には、上記の帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングからなる一連の画像形成プロセスをブラック画像形成部SKにおいてのみ行う。
転写手段は転写ローラ9に限られず転写ブレードを用いてもよい。転写ブレードを用いる場合、転写ブレードはトナー像を記録材に転写する際に転写バイアスが印加され、かつ搬送ベルト6に対して当接するように構成される。
給送カセット10は、給送カセット10の内部にサイズの異なる各種記録材Pを積載収容するための移動可能な規制ガイド(不図示)を有する。その規制ガイドを記録材Pのサイズに応じて変位させその記録材Pを給送カセット10内に積載収容することによって、サイズの異なる各種記録材Pを給送カセット10から送り出すことができる。
(2)定着装置(定着器)
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。長さとは長手方向の寸法である。
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。長さとは長手方向の寸法である。
図1は本実施例1に係る定着装置14の一例の横断面模式図である。図2は本実施例1に係る定着装置14のヒータホルダ23の斜視図である。図3は本実施例1に係る定着装置14のヒータホルダ23とヒータ22と定着フィルム21の関係を表わす斜視図である。図4は本実施例1に係る定着装置14を記録材導入側から見た構成模式図である。図5は定着フィルム21の層構成を表わす説明図である。図6はヒータ22の一例の構成模式図である。図7はヒータホルダ23と給電コネクタC1,C2の関係を表わす説明図である。
本実施例に示す定着装置14は、円筒状の定着フィルム(可撓性部材)21と、ヒータ(板状発熱体)22と、ヒータホルダ(加熱体保持部材)23と、加圧ステー(加圧部材)24と、定着フランジ(移動規制部材)25などを有する。また定着装置10は、加圧ローラ(バックアップ部材)26と、加圧切替機構(加圧切替手段)34と、メインサーミスタ(第1温度検出部材)27と、サブサーミスタ(第2温度検出部材)28と、入り口ガイド29などを有する。定着フィルム21、ヒータ23、ヒータホルダ24、加圧ステー25及び加圧ローラ26は何れも長手方向に細長い部材である。
(2−1)定着フィルム
定着フィルム21は、可撓性を有する細長いエンドレスベルト状(円筒状)の基層21−1と、その基層21−1の外周面上に設けられている弾性層21−2と、その弾性層21−2の外周面上に設けられている離型層21−3と、を有する(図5参照)。基層21−1として、厚さ約30μmの厚みのエンドレスベルト状に形成したステンレス製(以下SUSと称す。本実施例の一例ではSUS304を使用している)フィルムを使用している。弾性層21−2として、シリコーンゴム層を使用している。離型層21−3として、厚み約20μmのPFA樹脂チューブを弾性層21−2の外周面上に被覆している。
定着フィルム21は、可撓性を有する細長いエンドレスベルト状(円筒状)の基層21−1と、その基層21−1の外周面上に設けられている弾性層21−2と、その弾性層21−2の外周面上に設けられている離型層21−3と、を有する(図5参照)。基層21−1として、厚さ約30μmの厚みのエンドレスベルト状に形成したステンレス製(以下SUSと称す。本実施例の一例ではSUS304を使用している)フィルムを使用している。弾性層21−2として、シリコーンゴム層を使用している。離型層21−3として、厚み約20μmのPFA樹脂チューブを弾性層21−2の外周面上に被覆している。
弾性層21−2として使用されるシリコーンゴム層においては、定着フィルム11の外周面(表面)及び内周面(内面)の温度差をできるだけ小さくするため、シリコーンゴム層の厚みは薄いことが好ましい。またシリコーンゴム層の材料として、熱伝導率が高い材料を用いることが好ましい。
シリコーンゴム層の熱伝導率を高めるためには、そのシリコーンゴム層に含まれるフィラーの量を増やすことが従来良く行われるものの、単純にフィラー量を増やすことはいろいろな不具合も発生する。
フィラー量を増やすことで、熱伝導率は高くなるものの、シリコンゴムポリマーに比べ比重の重いアルミナなどのフィラー量を増やすことは、シリコーンゴム層自体の比重が重くなってしまい、シリコーンゴム層の熱容量が大きくなってしまう。そのため、定着フィルム11の温度立上時間的には不利になってしまう。また、フィラー量を単純に増やすことで、シリコーンゴム層の硬度がアップしたり、ゴムのCセット(永久変形ひずみ)が悪化するなどの不具合が発生してしまう。
シリコーンゴム層の熱伝導率としては、約1W/mK以上が望ましい。本実施例1では、約1.3W/mKのものを使用している。
弾性層21−2の厚みとしては、OHT透過性や、画像上の「す」(微小な光沢ムラ)といった、画質の観点から、定着フィルム21のシリコーン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以上のシリコーンゴム厚みが必要であることが分かっている。一方、シリコーンゴム層の厚みを必要以上に厚くすることは、定着フィルム21自体の熱容量が大きくなってしまうため定着フィルム21の温度立上時間的に不利になってしまう。このため、本実施例1ではシリコーンゴム層の厚みは約200〜300μmとした。
定着装置14の温度立上げの観点からは、定着フィルム21自体の熱容量を小さくすることが望ましい。定着フィルム21自体の熱容量を小さくするため、定着フィルム21を小径化することが考えられる。しかしながら、定着フィルム21の内径を必要以上に小径化すると、定着フィルム21の内部にヒータ22をスペース的に配置できなくなったり、定着性に必要なニップ幅が確保できなくなるため、おのずと限界が有る。このため、本実施例1では定着フィルム21の内径は約24mmとした。
定着フィルム21の長さとしては、A3ノビ用紙であるSRA3サイズ(用紙幅320mm)に対応するため、約340mmとしている。
さらに、定着フィルム21表面にフッ素樹脂層を設けることで、定着フィルム21表面の離型性を向上し、定着フィルム21表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Pに転移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、定着フィルム21表面の離型層21−3をPFAチューブとすることで、より簡便に、均一な離型性層を形成することが可能となる。本実施例1では厚み約20〜30umのPFAチューブを使用している。
(2−2)ヒータホルダ
ヒータホルダ23は、ヒータ支持部23aと、フィルムガイド部23bと、を有し、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂により横断面略半円樋型に形成されている(図1及び図2参照)。このヒータホルダ23は、ヒータ22を保持し、定着フィルム21をガイドする役割を果たす。ヒータホルダ23の材料に用いる液晶ポリマーとして、住友化学工業(株)の型番 E4205L Bを使用した。この液晶ポリマーの最大使用可能温度(荷重撓み温度)は、約305℃である。ヒータホルダ23の長手方向形状としては、ヒータ支持部23aの長手方向端部に比べて長手方向中央部が厚くなるように、ヒータ支持部23aの長手方向中央部にクラウン形状をつけている。クラウン量としては約800〜900μmとしている。ヒータ支持部23aの上面(加圧ローラ26側の面)の短手方向中央には、ヒータホルダ23の長手方向に沿って溝23a1(図3参照)が形成されている。ヒータ22はその溝23a1内に嵌め込んで保持されている。フィルムガイド部23bは、ヒータホルダ23の長手方向に沿って所定の間隔をおいて所定数形成されている。そして定着フィルム21の回転をガイドするようにヒータ支持部23aの短手方向両端部から定着フィルム21の内周面(内面)に沿って円弧状に突出して形成されている。ヒータ支持部23aの長手方向両端部23a2,23a2(図4参照)は、定着装置14の装置フレーム31,31に設けられている定着フランジ25,25に保持されている。この定着フランジ25,25は装置フレーム31,31に上下動自在に支持されている。
ヒータホルダ23は、ヒータ支持部23aと、フィルムガイド部23bと、を有し、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂により横断面略半円樋型に形成されている(図1及び図2参照)。このヒータホルダ23は、ヒータ22を保持し、定着フィルム21をガイドする役割を果たす。ヒータホルダ23の材料に用いる液晶ポリマーとして、住友化学工業(株)の型番 E4205L Bを使用した。この液晶ポリマーの最大使用可能温度(荷重撓み温度)は、約305℃である。ヒータホルダ23の長手方向形状としては、ヒータ支持部23aの長手方向端部に比べて長手方向中央部が厚くなるように、ヒータ支持部23aの長手方向中央部にクラウン形状をつけている。クラウン量としては約800〜900μmとしている。ヒータ支持部23aの上面(加圧ローラ26側の面)の短手方向中央には、ヒータホルダ23の長手方向に沿って溝23a1(図3参照)が形成されている。ヒータ22はその溝23a1内に嵌め込んで保持されている。フィルムガイド部23bは、ヒータホルダ23の長手方向に沿って所定の間隔をおいて所定数形成されている。そして定着フィルム21の回転をガイドするようにヒータ支持部23aの短手方向両端部から定着フィルム21の内周面(内面)に沿って円弧状に突出して形成されている。ヒータ支持部23aの長手方向両端部23a2,23a2(図4参照)は、定着装置14の装置フレーム31,31に設けられている定着フランジ25,25に保持されている。この定着フランジ25,25は装置フレーム31,31に上下動自在に支持されている。
(2−3)加圧ローラ
加圧ローラ26は、パイプ状の細長い芯金26aの長手方向端部以外の外周面上に、弾性層26bとして厚み約2mmの導電シリコーンゴム層をローラ状に形成している。そしてその導電シリコーンゴム層の外周面上に、離型層26cとして厚み約50μmの導電PFA樹脂チューブを被覆したものである。加圧ローラ26の長さはSRA3サイズ用紙に対応するように約330mmとしている。また、加圧ローラ26の低コスト化及び軽量化のため、加圧ローラ26外径としては、約φ25の小径ローラを使用している。また、加圧ローラ26の芯金26aとして、外径φ21、肉厚約2.5〜3tのアルミパイプを使用したパイプ芯金を使用している。この加圧ローラ26は、定着フィルム21を外嵌させたヒータホルダ23の上方においてヒータ22と平行になるように芯金26aの長手方向両端部が装置フレーム31,31に回転自在に保持されている。
加圧ローラ26は、パイプ状の細長い芯金26aの長手方向端部以外の外周面上に、弾性層26bとして厚み約2mmの導電シリコーンゴム層をローラ状に形成している。そしてその導電シリコーンゴム層の外周面上に、離型層26cとして厚み約50μmの導電PFA樹脂チューブを被覆したものである。加圧ローラ26の長さはSRA3サイズ用紙に対応するように約330mmとしている。また、加圧ローラ26の低コスト化及び軽量化のため、加圧ローラ26外径としては、約φ25の小径ローラを使用している。また、加圧ローラ26の芯金26aとして、外径φ21、肉厚約2.5〜3tのアルミパイプを使用したパイプ芯金を使用している。この加圧ローラ26は、定着フィルム21を外嵌させたヒータホルダ23の上方においてヒータ22と平行になるように芯金26aの長手方向両端部が装置フレーム31,31に回転自在に保持されている。
(2−4)加圧ステー
加圧ステー24は、剛性を有する金属等の材料により横断面略U字形状に形成してある。この加圧ステー24は、定着フィルム21の内側においてヒータホルダ23のヒータ支持部23aの下面(加圧ローラ26と反対側の面)の短手方向中央に配置されている。そして加圧ステー24は、加圧ステー24の長手方向両端部に設けられた平板部24a,24a(図4参照)を装置フレーム31,31に定着フランジ25,25を介して保持させている。本実施例1では、加圧ステー24として、肉厚2.3tの鋼材を使用している。加圧ステー24の肉厚を厚くすることで加圧時の加圧ステー24の長手方向の撓みを防止することが出来る。しかしながら、定着フィルム21の内側にサーミスタなどの温度検知素子や温度ヒューズ等の安全素子(不図示)を配置する空間を確保する必要があるため、加圧ステー24の肉厚を厚くするのには制限が有る。
加圧ステー24は、剛性を有する金属等の材料により横断面略U字形状に形成してある。この加圧ステー24は、定着フィルム21の内側においてヒータホルダ23のヒータ支持部23aの下面(加圧ローラ26と反対側の面)の短手方向中央に配置されている。そして加圧ステー24は、加圧ステー24の長手方向両端部に設けられた平板部24a,24a(図4参照)を装置フレーム31,31に定着フランジ25,25を介して保持させている。本実施例1では、加圧ステー24として、肉厚2.3tの鋼材を使用している。加圧ステー24の肉厚を厚くすることで加圧時の加圧ステー24の長手方向の撓みを防止することが出来る。しかしながら、定着フィルム21の内側にサーミスタなどの温度検知素子や温度ヒューズ等の安全素子(不図示)を配置する空間を確保する必要があるため、加圧ステー24の肉厚を厚くするのには制限が有る。
(2−5)定着フランジ
定着フランジ25,25は、定着フィルム21の長手方向端部の端面と対向する基板25a,25a(図4参照)を有する。基板25a,25aは、基板25a,25aの定着フィルム21の長手方向端部の端面と対向する内面25a1,25a1で定着フィルム21の長手方向への移動を規制するようにしている。基板25a,25aの内面25a1,25a1には、定着フィルム21の長手方向端部から内部に突入し定着フィルム21の長手方向端部の形状を保持する保持部25b,25bが設けてある。基板25a,25aの定着フィルム21と反対側の外面には、保持部25b,25bと反対側に突出する被加圧部25c,25cが設けてある。この被被加圧部25c,25cと装置フレーム31,31との間にバネ受け部材32,32、32,32を介して加圧バネ(加圧部材)33,33を縮設させている。そしてその加圧バネ33,33の加圧力を定着フランジ25,25を介して加圧ステー24に付与して定着フィルム21をヒータ22と加圧ローラ26とで挟むことにより、加圧ローラ26の弾性層26bを弾性変形させている。これにより定着ベルト21表面と加圧ローラ26表面間に所定幅のニップ部(定着ニップ部)Nを形成している。
定着フランジ25,25は、定着フィルム21の長手方向端部の端面と対向する基板25a,25a(図4参照)を有する。基板25a,25aは、基板25a,25aの定着フィルム21の長手方向端部の端面と対向する内面25a1,25a1で定着フィルム21の長手方向への移動を規制するようにしている。基板25a,25aの内面25a1,25a1には、定着フィルム21の長手方向端部から内部に突入し定着フィルム21の長手方向端部の形状を保持する保持部25b,25bが設けてある。基板25a,25aの定着フィルム21と反対側の外面には、保持部25b,25bと反対側に突出する被加圧部25c,25cが設けてある。この被被加圧部25c,25cと装置フレーム31,31との間にバネ受け部材32,32、32,32を介して加圧バネ(加圧部材)33,33を縮設させている。そしてその加圧バネ33,33の加圧力を定着フランジ25,25を介して加圧ステー24に付与して定着フィルム21をヒータ22と加圧ローラ26とで挟むことにより、加圧ローラ26の弾性層26bを弾性変形させている。これにより定着ベルト21表面と加圧ローラ26表面間に所定幅のニップ部(定着ニップ部)Nを形成している。
(2−6)ヒータ
ヒータ22として、いわゆるセラミックヒータを用いている。本実施例1では、低コストな定着装置14とするため、セラミックヒータの基板の材料としてアルミナを使用している。
ヒータ22として、いわゆるセラミックヒータを用いている。本実施例1では、低コストな定着装置14とするため、セラミックヒータの基板の材料としてアルミナを使用している。
ヒータ22は、長さ約380mm、幅約8mm、厚さ約1mmのアルミナ(Al2O3)を使用した細長いセラミック基板22a(図6参照)を有する。
そしてその基板22aの裏面(加圧ローラ26と反対側の面)上に、通電により発熱する発熱体である抵抗発熱体22bとして抵抗を調整したAgPd(銀パラジウム合金)の発熱ペーストを基板22aの長手方向に沿ってスクリーン印刷で細帯状に塗工している。そしてその抵抗発熱体22bを保護するために、抵抗発熱体22bをガラス保護膜によりコーティングしてその抵抗発熱体22b上に表面保護層22cを形成している。また、基板22aの表面(加圧ローラ26側の面)上には、定着フィルム21内面との円滑な摺動性を確保するために、ポリイミドコート層からなる摺動層22dを設けている。
そしてその基板22aの裏面(加圧ローラ26と反対側の面)上に、通電により発熱する発熱体である抵抗発熱体22bとして抵抗を調整したAgPd(銀パラジウム合金)の発熱ペーストを基板22aの長手方向に沿ってスクリーン印刷で細帯状に塗工している。そしてその抵抗発熱体22bを保護するために、抵抗発熱体22bをガラス保護膜によりコーティングしてその抵抗発熱体22b上に表面保護層22cを形成している。また、基板22aの表面(加圧ローラ26側の面)上には、定着フィルム21内面との円滑な摺動性を確保するために、ポリイミドコート層からなる摺動層22dを設けている。
本実施例1のヒータ22は、基板22aの長手方向に沿って抵抗発熱体22bを3本形成している。その3本の抵抗発熱体22bのうち、基板22aの短手方向において基板中央部の抵抗発熱体22b−2と基板両端部の抵抗発熱体22b−1,22b−3とで、基板22aの長手方向の発熱分布を異ならせている。
抵抗発熱体22b−1,22b−3は、基板22a表面において、基板22aの長手方向一端部の内側に設けた第1給電電極22e−1から同じ長手方向一端部の内側に設けた第2給電電極22e−2にかけて通電され得る抵抗発熱体である。この抵抗発熱体22b−1,22b−3は互いに直列に接続されて第1の導通経路を構成している。抵抗発熱体22b−1,22b−3には、第1の給電コネクタ(第1給電部材)C1(図7)に設けられている給電接点(不図示)より第1給電電極22e−1と第2給電電極22e−2を通じて通電される。給電コネクタC1は、略コ字形状に形成され、ヒータホルダ23のホルダ支持部23aの長手方向一端部23a2に、ホルダ支持部23aの下面(加圧ローラ26と反対側の面)とヒータ22の基板22aの表面に接触するように嵌め付けられる。
一方、抵抗発熱体22b−2は、基板22a表面において、基板22aの長手方向一端部の内側に設けた第3給電電極22e−3から長手方向他端部の内側に設けた第4給電電極22e−4にかけて通電され得る抵抗発熱体である。この抵抗発熱体22b−2は抵抗発熱体22b−1と22b−3との間で第2の導通経路を構成している。抵抗発熱体22b−2には、第2の給電コネクタ(第2給電部材)C2(図7)に設けられている給電接点(不図示)より第3給電電極22e−3と第4給電電極22e−4を通じて通電される。給電コネクタC2は、略コ字形状に形成され、ヒータホルダ23のホルダ支持部23aの長手方向他端部23a2に、ホルダ支持部23aの下面とヒータ22の基板22a表面に接触するように嵌め付けられる。
本実施例1では、多数個取り用アルミナ基板に割線としてレーザースクライブを施し、そのレーザースクライブ線でアルミナ基板を割ることによって細長いヒータ基板を取り出している。多数個取り用アルミナ基板においてレーザースクライブは上述の抵抗発熱体を設ける面と反対の摺動層側の面に設けられる。
図8は多数個取り用アルミナ基板のレーザースクライブ跡の説明図である。図9はヒータホルダとこのヒータホルダに保持されているヒータの横断面模式図である。
レーザースクライブにより割線を入れた多数個取り用アルミナ基板からヒータ基板を取り出した場合、図8に示すように、そのヒータ基板にはレーザースクライブ跡の稜線部(凹凸部(半円状))SL、マイクロクラック等が残ってしまう。
そこで、本実施例1では、図9に示すように、抵抗発熱体22bを基板22aの裏面(レーザースクライブ跡と反対側の面)側に設け、摺動層22dを基板22aの表面(レーザースクライブ跡側の面)側に設けている。そして基板22aに残っているレーザースクライブ部の稜線部SLがヒータホルダ23の支持ホルダ23aの溝23a1から突出しないように記録材搬送方向において溝23a1の上流側端部と下流側端部にそれぞれ突出部23a3,23a3を設けている。これにより基板22aのレーザースクライブ部の稜線部SLと定着フィルム21内面との接触を防止できる。これによって基板22aのレーザースクライブ部の稜線部SLで定着フィルム21を磨耗させる、或いは定着フィルム21を削るといった不具合を解消できる。
上記突出部23a3の突出量aとしては、薄肉金属層をベースとした定着フィルムを使用する場合、突出量が大きすぎると定着フィルムの変形量が大きくなり定着フィルムクラック等が発生し定着器寿命を短くしてしまうため、約0.5mm以下が望ましい。これとは逆に、突出量が小さすぎるとヒータ基板のレーザースクライブ部の稜線部の突起、バリ等と定着フィルム内面とが接触してしまうため、突出部23a3の突出量aは約0.05mm以上が望ましい。
(2−7)メインサーミスタ
メインサーミスタ28は、ヒータホルダ23のホルダ支持部23aに支持させたステンレス製のアーム28aの先端にサーミスタ素子28bを取り付けている。そしてそのサーミスタ素子28bをアーム28aの弾性を利用して定着フィルム21内面に接触させている。サーミスタ素子28bをアーム28aの先端に取り付けているため、定着フィルム21内面の動きが不安定になった状態においても、アーム28aが揺動することにより、サーミスタ素子28bが定着フィルム21内面に常に接する状態に保たれる。
メインサーミスタ28は、ヒータホルダ23のホルダ支持部23aに支持させたステンレス製のアーム28aの先端にサーミスタ素子28bを取り付けている。そしてそのサーミスタ素子28bをアーム28aの弾性を利用して定着フィルム21内面に接触させている。サーミスタ素子28bをアーム28aの先端に取り付けているため、定着フィルム21内面の動きが不安定になった状態においても、アーム28aが揺動することにより、サーミスタ素子28bが定着フィルム21内面に常に接する状態に保たれる。
(2−8)サブサーミスタ
サブサーミスタ29は、ヒータ22の基板22aの裏面(加圧ローラ26と反対側の面)において長手方向端部に配置され、所定の押し圧で基板22a裏面に押し当てられている。このサブサーミスタ29は、ヒータ22が何らかの理由により過昇温した際に、リミッタ制御を行うために用いられるものである。
サブサーミスタ29は、ヒータ22の基板22aの裏面(加圧ローラ26と反対側の面)において長手方向端部に配置され、所定の押し圧で基板22a裏面に押し当てられている。このサブサーミスタ29は、ヒータ22が何らかの理由により過昇温した際に、リミッタ制御を行うために用いられるものである。
(2−9)ヒータの温度制御
図6に示す温度制御部(制御手段)51は、CPUとRAMやROMなどのメモリとからなっている。メモリにはヒータ22の抵抗発熱体22b−1,22b−3,22b−2への通電制御に必要な各種のプログラムが記憶されている。温度制御部51は、定着フィルム21内面の温度を検知するメインサーミスタ27(図1参照)からの出力信号S1を取り込む。そしてその出力信号S1に基づいて、所定の温度制御を行うべく商用電源52に接続されているトライアック53a,53bの点灯タイミングを駆動制御することにより、定着フィルム21を所定の定着温度(目標温度)に維持する。また温度制御部51は、ヒータ22の基板中央部の抵抗発熱体22b−2への通電と基板両端部の抵抗発熱体22b−1,22b−3への通電の比率を記録材Pのサイズに応じて変更し、記録材Pのサイズに応じた発熱分布の最適化を図っている。また温度制御部51は、後述のニップ部Nに小サイズの記録材Pが通紙(導入)された際に、サブサーミスタ28からの出力信号S2に基づいてヒータ22の基板22aの長手方向端部が定着温度を超えて昇温しているか否かを判断する。そして基板22aの長手方向端部が昇温していると判断した場合は、定着温度を下げる制御を行うことにより、ヒータ22の過昇温を防いでいる。
図6に示す温度制御部(制御手段)51は、CPUとRAMやROMなどのメモリとからなっている。メモリにはヒータ22の抵抗発熱体22b−1,22b−3,22b−2への通電制御に必要な各種のプログラムが記憶されている。温度制御部51は、定着フィルム21内面の温度を検知するメインサーミスタ27(図1参照)からの出力信号S1を取り込む。そしてその出力信号S1に基づいて、所定の温度制御を行うべく商用電源52に接続されているトライアック53a,53bの点灯タイミングを駆動制御することにより、定着フィルム21を所定の定着温度(目標温度)に維持する。また温度制御部51は、ヒータ22の基板中央部の抵抗発熱体22b−2への通電と基板両端部の抵抗発熱体22b−1,22b−3への通電の比率を記録材Pのサイズに応じて変更し、記録材Pのサイズに応じた発熱分布の最適化を図っている。また温度制御部51は、後述のニップ部Nに小サイズの記録材Pが通紙(導入)された際に、サブサーミスタ28からの出力信号S2に基づいてヒータ22の基板22aの長手方向端部が定着温度を超えて昇温しているか否かを判断する。そして基板22aの長手方向端部が昇温していると判断した場合は、定着温度を下げる制御を行うことにより、ヒータ22の過昇温を防いでいる。
(2−10)入り口ガイド
入り口ガイド29は、搬送ベルト6により定着装置14に向けて搬送されてくる記録材Pをニップ部Nに正確にガイドされるよう、記録材Pを導く役割を果たす。入り口ガイド29は装置フレーム31に組みつけられる。
入り口ガイド29は、搬送ベルト6により定着装置14に向けて搬送されてくる記録材Pをニップ部Nに正確にガイドされるよう、記録材Pを導く役割を果たす。入り口ガイド29は装置フレーム31に組みつけられる。
(2−11)定着装置の加熱定着動作
プリント指令に応じて加圧ローラ26の芯金26aの長手方向端部に設けられている駆動ギアG(図4参照)がモータ(不図示)により回転される。これにより加圧ローラ26は所定の周速度(プロセススピード)で矢印方向へ回転する。その際、ニップ部Nにおける加圧ローラ26表面と定着フィルム21表面との摩擦力によって定着フィルム21に加圧ローラ26の回転方向とは逆向きに回転する回転力が作用する。これにより定着フィルム21は定着フィルム21内面がヒータ22の摺動層22dと接触しつつヒータホルダ23の外周を加圧ローラ26に追従して回転(移動)する(図1参照)。
プリント指令に応じて加圧ローラ26の芯金26aの長手方向端部に設けられている駆動ギアG(図4参照)がモータ(不図示)により回転される。これにより加圧ローラ26は所定の周速度(プロセススピード)で矢印方向へ回転する。その際、ニップ部Nにおける加圧ローラ26表面と定着フィルム21表面との摩擦力によって定着フィルム21に加圧ローラ26の回転方向とは逆向きに回転する回転力が作用する。これにより定着フィルム21は定着フィルム21内面がヒータ22の摺動層22dと接触しつつヒータホルダ23の外周を加圧ローラ26に追従して回転(移動)する(図1参照)。
またプリント指令に応じて温度制御部51がトライアック53a,53bを制御して商用電源52からコネクタC1,C2を通じてヒータ22の発熱抵抗体22b−1,22b−3,22b−2に通電する。その通電により発熱抵抗体22b−1,22b−3,22b−2が発熱しヒータ22は急速に昇温して定着フィルム21を加熱する。ヒータ22の昇温とともに定着フィルム21内面温度も上昇し、それに伴い定着フィルム21表面温度も上昇していく。その温度制御部51は、メインサーミスタ28からの出力信号S1に基づいて定着フィルム21の温度が所定の定着温度を維持するようにトライアック53a,53bの点灯タイミングを駆動制御する。
加圧ローラ26及び定着フィルム21の回転が安定し、かつ定着フィルム21の温度が所定の定着温度に維持された状態で、未定着トナー像tを担持した記録材Pが入り口ガイド30によりニップ部Nに導入される。その記録材Pはニップ部Nにおいて定着フィルム21表面と加圧ローラ26とにより挟持搬送される。その搬送過程において記録材Pには定着フィルム21の熱とニップ部Nの圧力が加えられ、その熱と圧力によってトナー像tは記録材P上に加熱定着される。
(3)加圧切替機構
本実施例1の定着装置14は、加圧バネ33,33によって加圧ステー24に付与される加圧力を、通常の加熱定着時の第1の加圧状態と、ジャム処理時等に第1の加圧状態よりも加圧力の低い第2の加圧状態とに切り替える加圧切替機構34を有する。図4に加圧切替機構34の一例を示す。
本実施例1の定着装置14は、加圧バネ33,33によって加圧ステー24に付与される加圧力を、通常の加熱定着時の第1の加圧状態と、ジャム処理時等に第1の加圧状態よりも加圧力の低い第2の加圧状態とに切り替える加圧切替機構34を有する。図4に加圧切替機構34の一例を示す。
加圧切替機構34は、圧調整部材としての偏心カム35,35を有する。そしてその偏心カム35,35を回転させ、定着フランジ25,25の被加圧部25c,25cに設けられているバネ受け部材32,32の位置を変えることにより、加圧力の切り替えを行っている。
本実施例1では、第1の加圧状態としては、総加圧力として294N(約30Kgf)としている。これは、カラー定着に必要な定着ニップ幅を確保するためである。本実施例1では、加圧ローラ硬度として約64°の加圧ローラ26を使用し、(高分子計器(株)アスカーC型硬度計で総荷重1Kgf時の硬度値)定着ニップ幅として約7.5〜8.5mmを得ている。ジャム処理時等に使用される第2の加圧状態としては、総加圧力147N(約15Kgf)程度と第1の加圧状態よりも低い加圧力としている。この第2の加圧状態の加圧力は、偏心カム35,35の回転軸35a,35aを加圧切替モータ(不図示)により回転させ偏心カム35,35でバネ受け部材32,32を押し下げることによって得ることができる。
(4)ジャム処理時等に発生するヒータ浮きの説明
ヒータ22は、ヒータ22の基板22aをヒータホルダ23のホルダ支持部23aの溝23a1に接着等により固定したものではなく、そのホルダ支持部23aの溝23a1に基板22aを嵌め付けてヒータホルダ23に保持させたものである。ヒータホルダ23に保持されているヒータ22は、上述のようにヒータホルダ23のホルダ支持部23aの長手方向一端部と長手方向他端部で基板22a表面が給電コネクタC1,C2と接触して押えられている。そのためヒータホルダ23に保持されているヒータ22は、第1の加圧状態でも第2の加圧状態でも、給電コネクタC1,C2と接触している位置ではヒータホルダ23から浮くことはない。
ヒータ22は、ヒータ22の基板22aをヒータホルダ23のホルダ支持部23aの溝23a1に接着等により固定したものではなく、そのホルダ支持部23aの溝23a1に基板22aを嵌め付けてヒータホルダ23に保持させたものである。ヒータホルダ23に保持されているヒータ22は、上述のようにヒータホルダ23のホルダ支持部23aの長手方向一端部と長手方向他端部で基板22a表面が給電コネクタC1,C2と接触して押えられている。そのためヒータホルダ23に保持されているヒータ22は、第1の加圧状態でも第2の加圧状態でも、給電コネクタC1,C2と接触している位置ではヒータホルダ23から浮くことはない。
しかし、ヒータホルダ23に保持されているヒータ22において、第2の加圧状態のとき、給電コネクタC1,C2よりも内側の位置でヒータ22に浮きが発生してしまう。図10においてヒータ22に浮きが発生した状態を一点鎖線にて示す。
ヒータ浮きの主な発生要因を列挙する。
(I)第2の加圧状態では第1の加圧状態よりも加圧力が小さくなるため、ヒータ22の基板22aの撓み量が小さくなり、給電コネクタC1,C2よりも内側の位置で基板22aが浮いてしまう。
(II)ヒータ22はヒータホルダ20には接着固定されていないため、ヒータ22の基板22a裏面に配置されたサブサーミスタ27により押され、給電コネクタC1,C2よりも内側の位置で基板22aが浮いてしまう。
ヒータ浮きが発生すると、ヒータ22の基板22aの短手方向端部のエッジ部(レーザースクライブ部の稜線部の突起、バリ等)がヒータホルダ23の突出部23a3を超えて飛び出てしまう。すると、基板22aの短手方向端部のエッジ部が定着フィルム21内面と接触し、定着フィルム21内面に傷をつけてしまい、定着フィルム21の耐久寿命が短くなってしまう。
(5)ヒータ押え部材の説明
ヒータ浮きを防止するため、本実施例1の定着装置14では、ヒータホルダ23の長手方向においてホルダ支持部23aの長手方向端部にそれぞれヒータ押え部材41,41を一体に設けている。
ヒータ浮きを防止するため、本実施例1の定着装置14では、ヒータホルダ23の長手方向においてホルダ支持部23aの長手方向端部にそれぞれヒータ押え部材41,41を一体に設けている。
図11は本実施例1に係る定着装置14のヒータ押え部材41の説明図であって、(a)はヒータホルダ23に設けられているヒータ押え部材41の位置を表わす説明図、(b)は(a)のA−A線矢視拡大断面図である。
ヒータ押え部材41は、ヒータ22の長手方向端部23a2で抵抗発熱体22bに通電する給電コネクタC1,C2とその給電コネクタC1,C2よりも内側でヒータ22とヒータホルダ23に接触しながら移動する定着フィルム21との間に設けてある。押え部材41は、図11に示すように、ヒータ保持部23aの突出部23a3,23a3のうち一方の突出部23a3の内側面から他方の突出部23a3の内側面に向けて溝23a1の底面23a11と略平行に延び出るように形成してある。そしてその押え部材41の裏面でヒータホルダ23に保持されているヒータ22表面すなわち摺動層22dの表面を押えることによってヒータ浮きを防止している。これによりヒータ22の基板22aの短手方向端部のエッジ部による定着フィルム21内面の損傷を回避できる。また押え部材41はヒータホルダ23と一体で形成してあるため、低コストで、かつ簡易な構成でヒータ浮きの防止できる。
従来例の定着装置と本実施例1の定着装置での定着フィルムの耐久性比較を表1に示す。従来例の定着装置と本実施例1の定着装置とも、第2の加圧状態にてジャム処理動作を約100回行った後に、通紙耐久確認を行った。従来例の定着装置は、押え部材41を有していない点を除いて、本実施例1の定着装置と同じ構成としてある。
従来例の定着装置では、未定着のトナー画像を担持した記録材をニップ部に約2万枚通紙したところで、定着フィルムのクラックが発生してしまった。これに対し、本実施例の定着装置では、従来例の定着装置と同じ条件で、未定着のトナー画像を担持した記録材をニップ部に約30万枚通紙したが、定着フィルムのクラックの発生は見られなかった。これにより本実施例1の定着装置の押え部材によるヒータ浮きを防止できることを確認できた。
[実施例2]
定着装置の他の例を説明する。
定着装置の他の例を説明する。
本実施例2においては、実施例1の定着装置14と同じ部材、部分に同一の符号をして再度の説明を省略する。実施例3についても同様とする。
本実施例2に示す定着装置14は、ヒータ押え部材41をヒータホルダ23と別の部材とした点を除いて、実施例1の定着装置14と同じ構成としてある。
図12は本実施例2に係る定着装置14のヒータ押え部材41の説明図であって、(a)はヒータホルダ23に設けられているヒータ押え部材41の位置を表わす説明図、(b)は(a)のB−B線矢視拡大断面図である。
本実施例2では、ヒータ押え部材41として、金属製のコの字状の押え板バネ(いわゆるヒータクリップ)を用いている。そしてその押え板バネ41を、ヒータホルダ23のホルダ支持部23aの長手方向端部23a2に、ホルダ支持部23aの下面とヒータ22表面に接触するように嵌め付けている。この押え板バネ41は、ヒータ保持部23aの一方の突出部23a3から他方の突出部23a3に向けて溝23a1の底面23a11と略平行に延び出るバネ片41aの裏面でヒータ22表面を押えることによってヒータ浮きを防止している。
本実施例2においても、従来例の定着装置と本実施例2の定着装置について実施例1と同じ通紙耐久確認を行った。その結果、実施例1と同様、約30万枚通紙しても、定着フィルムのクラックの発生は見られなかった。
本実施例2では、金属製のヒータクリップを押え部材として用いたが、別の構成のものでも良い。
[実施例3]
定着装置の他の例を説明する。
定着装置の他の例を説明する。
本実施例3に示す定着装置14は、給電コネクタC1,C2とその給電コネクタC1,C2と対応するホルダ支持部23aの長手方向端部23a2との間にヒータ押え部材41,41を設けた点を除いて、実施例1の定着装置14と同じ構成としてある。
図13は本実施例3に係る定着装置14のヒータ押え部材41の説明図であって、(a)はヒータホルダ23と給電コネクタC1との間に設けられているヒータ押え部材41の位置を表わす説明図、(b)は(a)のB−B線矢視拡大断面図である。
本実施例3では、ヒータ押え部材41として、ヒータホルダ23と給電コネクタC1との間に挿入される平板状のコネクタスペーサを用いている。このコネクタスペーサ41は、給電コネクタC1と定着フィルム21との間でコネクタスペーサ41の裏面によりヒータ22表面を押えることによってヒータ浮きを防止している。
本実施例3においても、従来例の定着装置と本実施例3の定着装置について実施例1と同じ通紙耐久確認を行った。その結果、実施例1と同様、約30万枚通紙しても、定着フィルムのクラックの発生は見られなかった。
[その他]
各実施例の定着装置はカラー画像形成装置に搭載されるだけでなく、モノクロ画像形成装置にも搭載してもよい。
各実施例の定着装置はカラー画像形成装置に搭載されるだけでなく、モノクロ画像形成装置にも搭載してもよい。
各実施例の定着装置において定着フィルムにおいて基層は金属製に限られず樹脂製のものを使用してもよい。
14:定着装置、21:定着フィルム、22:ヒータ、22b:抵抗発熱体、23:ヒータホルダ、41:ヒータ押え部材、C1,C2:給電コネクタ、N:ニップ部、P:記録材、SY,SM,SC,SK:画像形成ステーション
Claims (4)
- 通電より発熱する発熱体を有する板状発熱体と、前記板状発熱体を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された前記板状発熱体の発熱体に通電する給電部材と、前記板状発熱体と前記保持部材に接触しながら移動する可撓性部材と、前記板状発熱体と共に前記可撓性部材を挟んでニップ部を形成するバックアップ部材と、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ記録材上に画像を定着する定着装置において、
前記板状発熱体の記録材搬送方向と直交する長手方向において前記板状発熱体の端部で前記発熱体に通電する前記給電部材と前記給電部材よりも内側で前記板状発熱体と前記保持部材に接触しながら移動する前記可撓性部材との間に押え部材を有し、前記押え部材によって前記板状発熱体を前記保持部材から浮かないように押えていることを特徴とする定着装置。 - 前記押え部材は、前記保持部材と一体の部材であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記押え部材は、前記保持部材とは別の部材であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 記録材に画像を担持させる作像手段と、前記画像を前記記録材上に定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、
前記定着手段が請求項1から請求項3のいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
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