JP2010218893A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱抵抗体の絞り込み部を形成することなく、加熱体の温度保護素子の当接位置における局部的な温度低下を防止する加熱装置を提供する。
【解決手段】 記録材の搬送方向に直行する方向を長手とする基板と、前記基板の長手方向に沿って形成した通電により発熱する発熱抵抗体を有する加熱体と、加熱体に当接させて加熱体の温度を検知する温度検知手段と、加熱体に当接させて一定以上の温度で通電を遮断する温度保護素子より構成される加熱装置において、温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、この領域外の発熱抵抗体に比べて膜厚を薄く形成し、発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真式プリンタ、複写機などの画像形成装置に用いられる、記録材上に未定着画像を加熱定着させる加熱装置に関するものである。

従来、電子写真式プリンタ、複写機などの画像形成装置において、記録材上のトナー像の定着手段として、クイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式などに代表される加熱装置が用いられている。

このフィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体にセラミックヒータ（以下、ヒータあるいは加熱体とも称する）を用い、ヒータと加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルムを挟ませて定着ニップ部を形成させる。この定着ニップ部の定着フィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を担持させた記録材を搬送し、定着フィルムと加圧ローラで挟持搬送させることで定着画像を形成する。定着ニップ部においてヒータの熱を定着フィルムを介して記録材に与え、また定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材面に熱圧定着させるものである（特許文献1, 特許文献2）。

上記加熱装置に用いられるヒータは、基板, 抵抗発熱体, 電極, 絶縁保護層により構成され、アルミナ等の絶縁性セラミック基板上に、スクリーン印刷などにより発熱抵抗体, 電極, 絶縁保護層を印刷することにより形成する。発熱抵抗体は、たとえば基板上に記録材搬送方向の上流と下流の間に発熱抵抗体の一端が接続されて複数本配置され、ヒータ基板長手方向に沿って形成されている。ヒータ基板はヒータホルダによって支持され、ヒータの裏面には発熱抵抗体の温度を検知するための温度検知手段であるサーミスタ、および温度保護素子が配置される。サーミスタは発熱抵抗体の温度制御に用い、サーミスタの検出信号にもとづきCPUでヒータが所定の温度になるようトライアックをオンオフ制御することで、ヒータに対する温度制御が行われる。また、温度保護素子は、ヒータの異常温度上昇時に装置の安全性を確保するために備え付けられており、例えばサーミスタ等の温度検出素子が故障するなどの極めて稀な異常時においても、速やかにヒータへの通電をカットし加熱装置の異常発熱を防止する。

このような電子写真式プリンタ、複写機で用いられている加熱装置において、ヒータ裏面に接触配置される温度保護素子はできるだけ熱容量の小さいものが用いられるが、それでもヒータホルダと比較して熱容量が大きいため、温度保護素子の接触部分での加熱体の温度が他の加熱体部分よりも低下した状態が生じる。これが被加熱材の加熱ムラ、 被記録材の画像定着にあっては定着ムラなど定着性を悪化させる要因となる。また、ヒータの異常温度上昇時において温度保護素子の応答にタイムラグを生じさせる。

この問題を解決するために、特許文献3によると、温度保護素子のヒータへの接触による局部的な温度低下による定着性の悪化を防止するために、図9のように、第１と第２の発熱抵抗体902, 903の幅を温度保護素子接触配置部に対応する部分だけ中心に向かって絞り込むように発熱抵抗体を細くしている。904 はその第１と第２の抵抗発熱体902, 903の絞り込み部である。温度保護素子805とヒータホルダ906との熱容量差を補正して温度保護素子の接触位置における加熱体部分の局部的温度低下による定着性の悪化を防止するために、加熱体の発熱抵抗体902, 903を温度保護素子の当接部分で多く発熱するようにしたものである。第１と第２の抵抗発熱体902, 903の幅を温度保護素子接触配置部に対応する部分だけ適切に細くすることで、この絞り込み部904での抵抗を高くして該部分904での発熱量を他の抵抗発熱体部分（第２部分）よりも多くしている。これにより、上記の熱容量差を補い長手方向に渡ってほぼ均一な加熱を行なうことができ温度保護素子の接触位置における加熱体部分の局部的温度低下による定着性の悪化を防止している。

特開昭６３−３１３１８２号公報（フィルム定着装置） 特開平２−１５７８７８号公報（フィルム定着装置） 特開平９−２９７４７８号公報（発熱体の絞り形状）

しかしながら、上記の絞り込み形状を有した発熱抵抗体パターンを用いると、絞り込み部の発熱抵抗体パターン幅が他の部分に比べて極端に細くなるため、ヒータの製造工程において絞り込み部に僅かな欠損が発生した場合に歩留まりが低下する可能性がある。ここでいう絞り込み部の発熱抵抗体の僅かな欠損とは、例えば図8に示すような局所的な発熱抵抗体の欠損である。804に示すような欠損の場合には局所的な異常発熱が発生し加熱装置にダメージを生じ、805に示すような欠損の場合には発熱抵抗体に電力を通電することができないため、加熱体としての機能を果たすことができない。

また、加熱装置の更なる小型化、低コスト化、高効率化に対応すべく、ヒータの短手方向の基板幅を縮小した場合、現状よりもさらに発熱抵抗体のパターン幅が細くなることが想定される。その際、従来どおりに絞り込み部を形成することは、絞り込み部の発熱抵抗体パターン幅をさらに細くする必要があるため限界がある。

そこで、本出願にかかる発明の目的は、発熱抵抗体の絞り込み部を形成することなく、温度保護素子の当接する加熱体位置における局部的な温度低下を防止する加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、下記の構成を有する加熱装置である。

(1) 記録材の搬送方向に直行する方向を長手とする基板と、前記基板の長手方向に沿って形成した通電により発熱する発熱抵抗体を有する加熱体と、加熱体に当接させて加熱体の温度を検知する温度検知手段と、加熱体に当接させて一定以上の温度で通電を遮断する温度保護素子より構成する加熱装置において、温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、この領域外の発熱抵抗体に比べて膜厚を薄く形成し、発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする。

(2) 温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、前記領域外の発熱抵抗体に比べて膜厚を薄く、且つ幅狭に形成し、発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする。

(3) 温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、前記発熱抵抗体の膜厚の薄い部分と厚い部分から形成し、発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする。

(4) 上記1〜3のいずれかに記載の構成において、発熱量が高くなるように形成した発熱抵抗体部は、記録材の搬送方向に対して上流側もしくは下流側のいずれかの発熱抵抗体にのみに形成することを特徴とする。

以上に説明したように、本発明によれば温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体の膜厚を薄く形成することにより、前記領域の発熱抵抗体の発熱量を領域外の発熱抵抗体に比べて高くする可能とする。これにより、温度保護素子の当接する加熱体位置に発熱抵抗体の絞り込み部を形成することなく、温度保護素子のヒータ当接位置におけるヒータの局部的な温度低下の生じない加熱装置を作製することが可能となる。その結果、発熱抵抗体上に絞り込み部が存在しないため、発熱抵抗体の絞り込み部を有するヒータに比べ、ヒータ製造時に発熱抵抗体パターンの欠損による歩留まりの低下を抑えることが可能である。

また、従来例にある絞り込み形状を有する発熱抵抗体においても、絞り込み部の発熱抵抗体膜厚を薄く形成することにより、発熱抵抗体のパターン幅を極端に細くすることなく、高発熱量部を有する発熱抵抗体を形成することができるため、ヒータ製造時に発熱抵抗体パターンの欠損による歩留まりの低下を抑えることが可能である。

また、発熱抵抗体の高発熱量部を発熱抵抗体のパターン幅に依存せずに形成することが可能なため、全体的に幅狭の発熱体パターンであっても絞り込み部を形成することなく、温度保護素子のヒータ当接位置におけるヒータの局部的な温度低下の生じないヒータを設計することが可能となる。その結果、さらなる小型, 低コスト, 高効率ヒータの作製を可能とする。

本発明に係る実施例１における加熱装置の詳細構成を示す図である。 本発明に係る実施例１における定着装置の全体構成を示す図である。 本発明に係る実施例１における加熱装置の概略構成を示す図である。 本発明に係る実施例２における加熱装置の詳細構成を示す図である。 本発明に係る実施例３における加熱装置の詳細構成を示す図である。 本発明に係る実施例４における加熱装置の詳細構成を示す図である。 本発明に係る実施例５における加熱装置の詳細構成を示す図である。 発熱抵抗体の絞り込み部を示す図である。 従来例における加熱装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明における加熱装置としての定着装置は、加熱部材としての定着フィルムを用いた、フィルム加熱方式の加熱装置である。図2は記録材201の搬送方向に沿った定着装置の断面図、図3は加熱装置の一例を示す構成概略図である。

図2において、定着装置はトナー202を過熱する加熱体としてのセラミックヒータ203（以下、ヒータ称す）、ヒータを支持するヒータホルダ204、ヒータの裏面に当接させた温度検知素子であるサーミスタ205、ヒータが異常高温に達した際にヒータへの通電を瞬時に遮断する温度保護素子206である温度ヒューズまたはサーモスイッチ、上記構成部品を内包する定着フィルム207、定着フィルムに当接され、定着ニップNを形成する別の定着回転体としての加圧ローラ208より構成される。上記の定着装置において、ヒータへの通電制御はサーミスタが検知したヒータの温度にもとづいてCPUで所望の制御を行い、CPUからの出力信号によりトライアックを駆動して行なう。記録材への未定着画像の定着は、加圧ローラの矢印方向への回転により記録材を定着ニップ部Nにて狭持搬送し、ヒータによって記録材上のトナーを加熱することにより行われる。この際、回転制御手段で加圧ローラの回転を制御することにより、記録材の搬送速度を制御し、またサーミスタによってヒータの温度を制御することで、安定した定着画像を提供する。

図3は加熱装置の概略構成図であり、 (a)は加熱装置の上面図、(b)は加熱装置の断面図である。ヒータは、アルミナや窒化アルミなどの耐熱性の基板301上に、例えば厚膜印刷によって形成された厚さ数μmから数十μm程度の発熱抵抗体パターン302と、発熱抵抗体の電気的端部にAg等によって形成された厚さ数μmから数十μm程度の電気接点および発熱抵抗体の折り返し接点を形成する導体ペースト303、および電気接点304、発熱体ペーストおよび一部の導体ペーストの上層に、加圧ニップ部Nに対する耐圧性、耐熱性、低摩擦性の機能を有する絶縁保護層305とから形成されている。なお、ヒータは定着装置に取り付けられた加熱体保持部材としてのヒータホルダ306によって固定支持されている。ヒータホルダは耐熱樹脂によって形成された部材であり、定着フィルム207の回転をガイドするガイド部材としても作用する。温度検知素子であるサーミスタ307および温度保護素子である温度ヒューズもしくはサーモスイッチ308は、記録紙搬送方向中央部のヒータ裏面に当接するようにヒータホルダにそれぞれ固定支持される。

本実施例における加熱装置のヒータの構成を図1に示す。なお、図1は図3の309部を拡大した図である。ヒータ基板101の上に、発熱抵抗体102をヒータの長手方向に往復するパターンとして形成する。搬送方向に対して上流側および下流側の発熱抵抗体は、発熱抵抗体に過電圧が印加された場合にも上下流の発熱抵抗体間で電流リークもしくはショートが発生しないように、所望の絶縁距離を確保している。また、発熱抵抗体の上層には絶縁保護層103を形成し、1次-GND, 1次-2次間の絶縁距離を確保している。温度保護素子104は温度ヒューズやサーモスイッチであり、ヒータ基板裏面に当接するように配置する。ここで、温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域をWとすると、W部の発熱抵抗体は他部の発熱抵抗体に比べて発熱量が多くなるよう膜厚を薄くして発熱抵抗体を形成する。通常、ヒータに通電を行い加熱装置を加熱した状態において、W部におけるヒータ部の温度は、ヒータ裏面に当接した温度保護素子の有する熱容量の影響を受け、他の領域と比較して局部的に低くなる。その結果、温度保護素子の当接領域W部のみ定着性が悪化する現象が生じる。しかし、本実施例ではW部の発熱抵抗体を薄く形成することにより、局所的に高熱容量部を形成している。すなわち、発熱抵抗体の膜厚を調整してW部の発熱量が高くなるようにすることで、温度保護素子の有する熱容量により発熱抵抗体からヒータ基板を介して温度保護素子に奪われる熱量分を補うことが可能になり、定着性の悪化を防止している。発熱量の調整は発熱抵抗体の膜厚を調整することより調整可能で、例えば発熱体をスクリーン印刷する際に発熱抵抗体の印刷層数をW部のみ変更するなどして行なう。

以上のように、温度保護素子のヒータ基板への当接領域W部の発熱抵抗体のみ膜厚を薄く形成して高熱容量部を形成することにより、温度保護素子の熱容量により発熱抵抗体からヒータ基板を介して温度保護素子に奪われる熱を補うことができるため、温度保護素子のヒータへの当接部におけるヒータの局所的な温度低下に伴う定着性の悪化を防止することが可能である。また、発熱抵抗体上に絞り込み部が存在しないため、ヒータ製造時における発熱抵抗体のパターンの欠損による歩留まりの低下を抑えることが可能である。

図4は実施例2の加熱装置の概略を説明する図である。定着装置の基本構成は実施例1と同じであるため全体構成に関する説明はここでは省略する。

本実施例の特徴とするところは、ヒータ基板上の温度保護素子が当接している領域W部の発熱抵抗体の膜厚406を薄く形成し、かつ発熱抵抗体のパターン幅407を細く絞った形状にして形成するところにある。発熱抵抗体の膜厚を薄くし、かつパターン幅を細くすることにより、実施例1に示した発熱抵抗体の膜厚を薄くしてW部の発熱量を高めるだけでは熱量を補えない場合に、不足分の熱量をパターン幅を細くしたことによって得られた熱量で補うことを可能としている。

以上のように、温度保護素子の接触領域W部の発熱抵抗体のみ膜厚を薄く、かつパターン幅を細くすることで、実施例1での効果以上に温度素子の熱容量により奪われる熱を補うことができるため、温度保護素子のヒータへの当接部におけるヒータの局所的な温度低下に伴う定着性の悪化をより防止することが可能である。

図5は実施例3の加熱装置の概略を説明する図である。定着装置の基本構成は実施例1と同じであるため全体構成に関する説明はここでは省略する。

本実施例の特徴とするところは、ヒータ基板上の温度保護素子が当接している領域W部の発熱抵抗体を図5に示すように膜厚が薄い部分と厚い部分より形成するところにある。発熱量の確保は実施例1と同様に薄く形成した発熱体により得ることが可能であり、厚く形成した発熱抵抗体は発熱抵抗体の上層に形成する絶縁保護層の平坦化を目的として形成している。発熱抵抗体上層にコートする絶縁保護層は、発熱抵抗体の形成方法同様にスクリーン印刷を用いてペースト状の絶縁保護材料を発熱抵抗体上層に塗布することにより絶縁保護層を形成する。ペースト状の絶縁保護材料は粘性が低く、スクリーン印刷後の絶縁保護層の表面状態は塗布面の形状の影響を受けやすいため、実施例1で示したように温度保護素子の当接する領域W部の発熱体の膜厚を一律薄く形成すると、図1のDように絶縁保護層も僅かに凹んだ形状となる。絶縁保護層は発熱抵抗体で発生した熱を定着フィルムへと熱伝導する作用をも有しているため、この絶縁保護層の若干の凹みが定着性の低下に及ぼす影響は皆無ではない。本実施例ではより良好な定着性を得るために、温度保護素子が当接している領域W部の発熱量を高めるべく発熱抵抗体の膜厚を薄くすると同時に、膜厚の厚い部分を形成することにより絶縁保護層の凹みを低減させ、良好な絶縁保護層の表面状態を形成する。その結果、実施例1での効果同等に温度保護素子の熱容量により奪われる熱を補うとともに、絶縁保護層の表面性を向上させることが可能なため、温度保護素子のヒータへの当接部におけるヒータの局所的な温度低下に伴う定着性の悪化をより防止すると同時に、定着フィルムへの熱伝導効率を向上させることが可能である。

図6は実施例4の加熱装置の概略を説明する図である。定着装置の基本構成は実施例1と同じであるため全体構成に関する説明はここでは省略する。

本実施例の特徴とするところは、ヒータ基板上の温度保護素子が当接している領域W部の発熱抵抗体について、複数本あるうちの一部の発熱抵抗体のみを薄く形成するところにある。例えば、図6にあるように搬送方向に対して上流側の発熱抵抗体606のみを薄く形成し、下流側の発熱抵抗体607は所望の膜厚にて形成する。記録紙は加圧ローラおよび定着フィルムにより狭持搬送されるため上流側で発生した熱は下流側に流れ、定着ニップN を通過する際の記録材への定着温度を上流側の発熱抵抗体部と下流側の発熱抵抗体部とで同じ熱量にすることを可能にする。その結果、温度保護素子当接部の温度分布を均一化させ、さらに定着制御時に温度素子の熱容量により奪われる熱を補うことを可能にする。よって、ヒータの温度保護素子の当接部における局所的な温度低下に伴う定着性の悪化を防止すると同時に、定着安定性を向上させることが可能である。

図7は実施例5の加熱装置の概略を説明する図である。定着装置の基本構成は実施例1と同じであるため、全体構成に関する説明はここでは省略する。

本実施例の特徴とするところは、ヒータ基板701上の温度保護素子704が当接している領域W部の発熱抵抗体を図7(b)に示すようにヒータの短手方向中央部の膜厚のみ薄く形成して高熱容量部705を形成することを特徴とする。この高熱容量部の膜厚および幅を温度保護素子の熱容量にあわせて任意に調整することで、ヒータ表面での発熱分布の最適化を行なうことを可能とする。

上述のように、発熱抵抗体のヒータ短手方向中央部の膜厚のみ薄くして高熱容量部を形成することにより、発熱抵抗体のパターン幅を細くすることなく、温度保護素子の接触する箇所のみの発熱量を高めることが可能になるため、ヒータ製造時における抵抗体パターンの欠損による歩留まりの低下を抑えることができる。また、発熱抵抗体のヒータ短手方向中央部の膜厚のみ薄く形成することで、温度保護素子のヒータ基板への当接箇所のみの発熱量を局所的に高めることができるため、定着安定性を向上させることが可能になる。

101 基板
102 発熱抵抗体
103 絶縁保護層
104 温度保護素子
105 高発熱量部
W 温度保護素子当接領域
201 記録材
202 トナー
203 ヒータ基板
204 ヒータホルダ
205 温度検知素子
206 温度保護素子
207 定着フィルム
208 加圧ローラ
N 定着ニップ
301 基板
302 発熱抵抗体
303 給電導電部
304 接点
305 絶縁保護層
306 ヒータホルダ
307 サーミスタ
308 温度保護素子
309 高発熱量部
401 基板
402 発熱抵抗体
403 絶縁保護層
404 温度保護素子
405，406 高発熱量部
W 温度保護素子当接領域
501 基板
502 発熱抵抗体
503 絶縁保護層
504 温度保護素子
505 高発熱量部
W 温度保護素子当接領域
601 基板
602 発熱抵抗体
603 絶縁保護層
604 温度保護素子
605，606，607 高発熱量部
W 温度保護素子当接領域
701 基板
702 発熱抵抗体
703 絶縁保護層
704 温度保護素子
705 高発熱量部
W 温度保護素子当接領域
801 基板
802 発熱抵抗体
803 温度保護素子当接領域
804，805 欠損部
901 基板
902，903 発熱抵抗体
904 絞り込み部
905 温度保護素子
906 ヒータホルダ
907 導電体
908 絶縁保護層

Claims (4)

1. 記録材の搬送方向に直行する方向を長手とする基板と、前記基板の長手方向に沿って形成した通電により発熱する発熱抵抗体を有する加熱体と、前記加熱体に当接させて加熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記加熱体に当接させて一定以上の温度で通電を遮断する温度保護素子とを有する加熱装置において、前記温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、前記領域外の発熱抵抗体に比べて膜厚を薄く形成し、前記領域内の発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする加熱装置。
2. 前記温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、前記領域外の発熱抵抗体に比べて膜厚を薄く、且つ幅狭に形成し、前記領域内の発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記温度保護素子の当接する加熱体位置の短手方向に対応する領域にある発熱抵抗体は、前記発熱抵抗体の膜厚の薄い部分と厚い部分とを長手方向に対して交互に形成し、前記領域内の発熱抵抗体の発熱量を前記領域外の発熱抵抗体の発熱量に比べて高くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の加熱装置において、
   発熱量が高くなるように形成した発熱抵抗体部は、記録材の搬送方向に対して上流側もしくは下流側のいずれかの発熱抵抗体のみに形成することを特徴とする加熱装置。