JP2011253072A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成により商用電源による転写電圧の変動を抑えるとともに、商用電源検知回路の消費電力の抑制が可能な像加熱装置を提供する。
【解決手段】可撓性を有するフィルム１０６と、通電により発熱する発熱抵抗体１０３と該発熱抵抗体１０３を覆う被覆部とを有し、フィルム１０６の一方の面に接触する発熱部材１００と、フィルム１０６の他方の面に圧接される加圧部材１０７と、を備え、フィルム１０６と加圧部材１０７とにより記録材１０８を挟持搬送することで記録材１０８上の画像を加熱する像加熱装置において、被覆部が、発熱抵抗体１０３と接触する第１の絶縁層と、フィルム１０６と接触する第２の絶縁層と、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に形成される導電層１０１と、を有し、導電層１０１が、抵抗器を介して接地電位に接続されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、像加熱装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置の像加熱装置、特に、セラミック基板を用いた加熱源を有する像加熱装置においては、セラミック基板上の発熱抵抗体をコーティングする絶縁層が等価回路上コンデンサとして作用し、定着フィルムを介して定着ニップに交流電圧が伝達される。記録材は、含水分量が上昇するとインピーダンスが低下する。インピーダンスの低下した記録材が感光ドラムと転写ローラからなる転写ニップと定着ニップに同時に狭持されると、定着ニップの交流電圧が記録材を介して転写ニップに伝達し、転写ニップにおける転写電圧が変動する。転写電圧の変動は、転写ムラを引き起こし、記録材の画像に副走査方向の縞模様（濃度ムラ）となって現れてしまう。この現象を回避する手段として、定着ニップをコンデンサと抵抗を介して接地することにより、定着ニップに発生する交流電圧を低減する構成が提案されている（特許文献１）。
図５（ａ）は従来例に係るフィルム加熱方式の加熱定着装置（像加熱装置）の断面図である。図５（ｂ）はヒータ（発熱部材）の概略構成を示す平面図である。１０２はアルミナ等のセラミック材を用いた細長薄板形状のヒータ基板である。このヒータ基板１０２に、発熱抵抗体１０３及び発熱抵抗体１０３に電圧を印加するための導電体１０９と、発熱抵抗体１０３に印加される商用電源電圧を絶縁するためのコーティングガラス１０４が形成されている。発熱抵抗体１０３への交流電圧印加による温度制御については、例えば、商用電源周波数検出回路を使って商用電源と同期させ、不図示の温度検出手段を用いて所定の温度になるよう加熱制御する構成が一般的である（特許文献２）。１０５は発熱部材支持部材としてのヒータホルダであり、剛性・断熱性を有している。ヒータホルダ１０５は下面に部材長手方向に沿ってヒータ基板１０２を嵌め込む溝が形成されており、ヒータ基板１０２を前記溝に嵌め込んで固定支持している。ヒータホルダ１０５に支持されたヒータの露呈面に対し、耐熱性の定着フィルム１０６が弾性層を有する加圧ローラ１０７によって加圧密着されながら移動する。定着フィルム１０６を挟んでヒータと加圧ローラ１０７とで形成される定着ニップＮに、トナー未定着画像が形成担持された記録材１０８が搬送される。トナー未定着画像は、発熱抵抗体１０３の熱が定着フィルム１０６を介して記録材１０８に付与されることにより、記録材１０８の表面に定着される。
図６は従来例に係る画像形成装置の概略構成図であり、図５と同じ機能を有する構成には同じ符号を付している。６０１は表面に感光層が形成された像担持体としての感光ドラムである。６０２は記録材１０８に転写電荷を供給する転写ローラである。転写電圧生成部６１０からの出力が転写ローラ６０２の抵抗Ｒ_ｔを介して、感光ドラム６０１と転写ローラ６０２の転写ニップＴに印加される。これにより、トナー未定着画像６０４を記録材１０８へ転写しつつ定着ニップＮへ狭持搬送され、ＣＰＵ６０３にて駆動制御された発熱抵抗体１０３により加熱された熱と不図示加圧手段による圧力を同時に加えることで画像を定着させている。ここで、定着フィルム１０６には定着時の画像を安定させるために定着バイアス生成部６０５からの出力電圧が商用電源と定着バイアス生成部６０５の絶縁性を確保するための矯絡抵抗６０６と６０７を介して印加されている。また、定着ニップに発生する交流電圧による転写バイアスへの影響を低減するため、定着ニップは記録材１０８や転写ローラ６０２などで構成されるインピーダンスよりも低インピーダンスでコンデンサ６０９と抵抗６０８で接地されている（特許文献１）。

特開２００６−１９５００３号公報 特開２００６−２８４４３６号公報

しかしながら、上記従来例ではコンデンサと抵抗で接地するため、部品点数や基板面積増加によりコストアップの大きな要因となっていた。また、交流電圧変動による影響を最小限に抑える為に低インピーダンスで接地する必要があり、従来構成では定着バイアスや転写ニップに直結されているため、定着バイアスや転写ニップに影響を与えない定数設定の最適化が難しいという問題もあった。一方、加熱制御を最適化する為の商用電源検知手段に関しては、商用電源からの供給電力により動作する為、部品点数増加によるコストアップや、回路での消費電力も問題となってきている。

本発明は、安価な構成により商用電源による転写電圧の変動を抑えるとともに、商用電源検知回路の消費電力の抑制が可能な像加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明の像加熱装置は、
可撓性を有するフィルムと、
通電により発熱する発熱抵抗体と該発熱抵抗体を覆う被覆部とを有し、前記フィルムの一方の面に接触する発熱部材と、
前記フィルムの他方の面に圧接される加圧部材と、
を備え、
前記フィルムと前記加圧部材とにより記録材を挟持搬送することで記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
前記被覆部が、
前記発熱抵抗体と接触する第１の絶縁層と、
前記フィルムと接触する第２の絶縁層と、
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に形成される導電層と、
を有し、
前記導電層が、抵抗器を介して接地電位に接続されることを特徴とする。

本発明によれば、安価な構成により商用電源による転写電圧の変動を抑えるとともに、商用電源検知回路の消費電力の抑制が可能となる。

本発明の実施例１に係る像加熱装置の断面図。 本発明の実施例１に係る画像形成装置の等価回路図。 本発明の実施例２に係る像加熱装置の断面図。 本発明の実施例３に係る画像形成装置の等価回路図。 従来例に係る像加熱装置の断面図。 従来例に係る画像形成装置の回路構成図。 画像形成装置の断面図。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１、図２、図７を参照して、本発明の実施例１に係る像加熱装置（加熱定着装置）及び画像形成装置について説明する。図１は、本実施例に係る像加熱装置の構成を説明する概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は発熱部材の平面図である。図２は、画像形成装置の等価回路図であり、（ａ）は本実施例における等価回路図、（ｂ）は、図６に示す従来例における等価回路図である。図７は、本実施例に係る画像形成装置の構成を説明する断面図である。なお、図５と同じ機能を有する構成には同じ符号を付している。

図７を参照して、本実施例に係る画像形成装置１について説明する。ここでは、画像形成装置の一例として、転写式電子写真プロセスを利用するレーザービームプリンタを例に挙げて説明する。３は、像担持体としての回転ドラム型の感光体であり、時計回りに所定の周速度をもって回転する感光ドラムである。回転中の感光ドラム３の外周面（表面）は帯電手段としての帯電ローラ４によって一様に帯電される。帯電された感光ドラム３は、画像露光手段としてのレーザービームスキャナ５から出力されるレーザー光Ｌにより露光され、静電潜像が形成される。この静電潜像は現像手段としての現像装置６により現像剤であるトナーからなる画像として現像される。被加熱材としての記録材１０８は給送カセット７から給送ローラ８によって一枚ずつ分離給送され、搬送ローラ対９を経てレジストローラ対１０に送られる。レジストローラ対１０は、記録材１０８の所定の位置（搬送方向の位置）にトナー像を配置させるために、感光ドラム３に形成されたトナー画像と同期するように記録材１０８を転写ニップＴに搬送する。記録材１０８は転写ニップＴに挟持され、トナーと逆極性の転写バイアスが印加された転写ローラにより、感光体ドラム３上のトナー像が転写されながら、本実施例に係る加熱定着装置２へ搬送される。加熱定着装置２によってトナー像は記録材上に加熱定着され、排出ローラ対１２を経て、排出トレイ１３上に排出される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本実施例に係る像加熱装置（加熱定着装置２）について説明する。加熱定着装置２は、発熱部材としてのヒータ１００と、ヒータホルダ１０５と、定着フィルム１０６と、加圧部材としての加圧ローラ１０７と、を備える。ヒータホルダ１０５は、剛性・断熱性を有し、発熱部材支持部材としてヒータ１００を支持する。定着フィルム１０６は、耐熱性及び可撓性を有し、一方の面がヒータ１００と接触しつつ移動するスリーブ状の部材である。加圧ローラ１０７は、弾性層を有し、定着フィルム１０６の他方の面に圧接され、定着フィルム１０６をヒータ１００に対して加圧密着させながら回転する。

ヒータ１００は、アルミナ等のセラミック材を用いた細長薄板形状のヒータ基板１０２に、通電により発熱する発熱抵抗体１０３と、発熱抵抗体１０３に電圧を印加するための導電体１０９と、が形成されている。ヒータ基板１０２において発熱抵抗体１０３が形成された領域は、発熱抵抗体１０３に印加される商用電源電圧を絶縁するためのコーティングガラス１０４によってコーティングされている。ヒータ１００は、ヒータホルダ１０５の下面（加圧ローラ１０７との対向面）に設けられた溝にヒータ基板１０２が嵌め込まれることで、ヒータホルダ１０５により支持される。ヒータ基板１０２が嵌め込まれる溝は、嵌め込まれたヒータ基板１０２の長手方向が記録材１０８の搬送方向に直交する方向と一致するように形成される。耐熱性の定着フィルム１０６は、弾性層を有する加圧ローラ１０７によってヒータ１００の露呈面に加圧密着されながら移動する。かかる加圧構成により、定着フィルム１０６を介して、ヒータ１００と加圧ローラ１０７とで定着ニップＮを形成している。定着ニップＮには、トナー未定着画像が形成担持された記録材１０８が挟持搬送される。トナー未定着画像は、発熱抵抗体１０３の熱が定着フィルム１０６を介して記録材１０８に付与されることにより、記録材１０８の表面に定着される。以上の構成は、図５に示した従来例に係るヒータと同様の構成である。

図５の従来例に係るヒータと異なる点について述べる。１０１は銀などの導電性材料により構成される導電パターンであり、発熱抵抗体１０３とコーティングガラス１０４を介して平行に配置されている。さらに、導電パターン１０１はコーティングガラス１０４と同じ材料により絶縁され、耐熱性の定着フィルム１０６と接触する構成になっている。

本実施例では、コーティングガラス１０４において発熱抵抗体１０３と導電パターン１０１との間の部分が、本発明における発熱抵抗体を覆う被覆部において、発熱抵抗体と接触する第１の絶縁層に対応する。また、コーティングガラス１０４において導電パターン１０１よりも表面（外）側の定着フィルム１０６と接触する部分が、フィルムと接触する第２の絶縁層に対応する。すなわち、本実施例では、本発明における被覆部が、これらコーティングガラス１０４による第１の絶縁層及び第２の絶縁層と、第１の絶縁層と第２の絶縁層とのに形成される導電パターン１０１による導電層と、により構成される。

図６を参照して、本実施例に係る画像形成装置の回路構成について説明する。本実施例に係る画像形成装置の回路構成は、像加熱装置の構成において、図６に示した従来例と異なる。像加熱装置の構成以外の構成については、図６を参照して従来技術として説明した構成と同様なので説明は省略する。ここでは、図６の構成とは異なる点について説明する。まず、従来例では、定着ニップ（定着フィルム１０６）が接地電位に接続されるが、本実施例では、導電パターン１０１が接地電位に接続される。また、従来例では、抵抗６０８とコンデンサ６０９とを介して接地されるが、本実施例では抵抗６０８のみを介して接地される。すなわち、図６において、像加熱装置において接地される箇所を定着ニップ（定着フィルム１０６）から、発熱抵抗体１０３と記録材１０８との間の導電層（導電パターン１０１）に変更し、かつ、コンデンサ６０９を排した構成が本実施例の構成となる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して、本実施例に係る画像形成装置の等価回路図について説明する。本実施例では、発熱抵抗体１０３と導電パターン１０１、導電パターン１０１と記録材１０８、がそれぞれ容量結合される。Ｃ_Ｇ１はコーティングガラス１０４を介して発熱抵抗体１０３と導電パターン１０１との間に形成される容量成分を、Ｃ_Ｇ２は導電層１０１とコーティングガラス１０４を介して記録材１０８との間に形成される容量成分を示す。本実施例ではコーティングガラスの厚みをＣ_Ｇ１が６０μｍ、Ｃ_Ｇ２が１０μｍとして容量値はＣ_Ｇ１が２５０ｐＦ、Ｃ_Ｇ２が１５００ｐＦとする。Ｒ_ｐは定着ニップＮと転写ニップＴの間に形成される記録材１０８の抵抗値であり、高温多湿環境下では１２０ＭΩ程度になる。Ｒ_ｔは転写ローラ６０２の抵抗値、Ｃ_ｓは転写ローラ６０２の軸からの接地電位に対する浮遊容量成分を示し、本実施例ではＲ_ｔは１５０ＭΩ、Ｃ_ｓは１０ｐＦとする。Ｒ_ｂが本実施例にて追加される抵抗器を表し、本実施例では１ＭΩとする。

転写ニップＴには、商用電源からコーティングガラスを介して交流電圧が伝達される。このときの交流電圧による転写ニップＴにおける変動は、Ｃ_Ｇ１のインピーダンスＺ１と、Ｃ_Ｇ２とＲ_ｐとＲ_ｔとＣ_ｓの合成インピーダンスＺ３と、転写ニップの変動を低減させるため追加回路のインピーダンスＺ４の比によって決定される。この転写ニップの変動は転写ローラの合成インピーダンスＺ２により求めることができる。ここでこれらの合成インピーダンスは、下式のように決定される。

・・・式１

・・・式２

・・・式３

・・・式４

これらの合成インピーダンスの絶対値は下式のように決定される。

・・・式５

・・・式６

・・・式７

・・・式８

なお、図２（ｂ）の従来構成における各部の合成インピーダンスは以下のように決定される。

・・・式９

・・・式１０

・・・式１１

・・・式１２

これらの式に基づいて各インピーダンスについて計算すると、Ｚ４＝１ＭΩ、Ｚ１＝１０ＭΩ、Ｚ３＝３８０ＭΩ、Ｚ２＝３００ＭΩと計算され、転写ニップにおける交流電圧の減衰率は約７％となる。なお、従来構成においても転写ニップにおける交流電圧の減衰率は約７％と計算されるため、抵抗Ｒ_ｂとコンデンサＣ_ｂとを追加していた従来構成と比較して、本実施例によれば抵抗Ｒ_ｂを追加するだけで同等の効果が得られている事がわかる。すなわち、本発明によれば、安価な構成で商用電源による転写電圧の変動を抑えることが可能となる。なお、追加する抵抗器の数は、本実施例のように１つでもよいし、複数であってもよい。

（実施例２）
図３を参照して、本発明の実施例２について説明する。図３は本実施例を示す断面図で
ある。ここでは、実施例１と異なる点についてのみ説明する。ここで説明しない構成は実施例１と同様である。本実施例における実施例１との違いは、発熱体抵抗体１０３がヒータ基板３０２の裏面に構成され、導電パターン（導電層）３０１がヒータ基板３０２を介して発熱体抵抗体１０３と並行に配置されているところにある。３０３は、フィルム１０６との摺動性を向上させる為のコーティング層であり、ポリイミド系の材料が使用される事が多い。

本実施例では、実施例１と異なり、発熱抵抗体１０３と導電パターン３０１との間に介在する部材がコーティングガラス１０４からヒータ基板３０２に変わっている。これにより、実施例１と比較して発熱抵抗体１０３と導電パターン３０１で形成される容量が小さくなりインピーダンスＺ１が増えるため、より転写ニップにおける減衰率を小さくすることが可能となる。また、コーティングガラス１０４と比較してヒータ基板３０２の方が絶縁耐圧性能が高いため、例えば落雷などによるサージ電圧が商用電源に印加された場合の絶縁破壊性能を向上させる事ができる。

本実施例では、ヒータ基板３０２が、本発明における被覆部において、発熱抵抗体と接触する第１の絶縁層に対応する。また、ヒータ基板３０２において導電パターン３０１が形成された領域をコーティングするコーティング層３０３が、フィルムと接触する第２の絶縁層に対応する。すなわち、本実施例では、本発明における被覆部が、ヒータ基板３０２による第１の絶縁層と、導電パターン３０１による導電層と、コーティング層３０３と、により構成される。なお、本実施例の等価回路については、静電容量に違いがあるだけで、実施例１の等価回路と同様の構成であり、図示及び説明を省略する。

（実施例３）
図４を参照して、本発明の実施例３について説明する。図４は本発明の実施例３を示す等価回路図であり、商用電源の変動を検出する構成を示す図である。ここでは、上記実施例と異なる点についてのみ説明する。ここで説明しない構成は上記実施例と同様である。
本実施例は、上記実施例の構成に加えて、商用電源の交流電圧の変動を検出するための比較器や抵抗などで構成された検出回路４０１を備えている。検出回路４０１の入力部には、コーティングガラスＣ_Ｇ１により抵抗器Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２に容量結合されているため、Ｒ_ｂ１とＲ_ｂ２とＣ_Ｇ１のインピーダンス比によって決定される変動率に応じた変動波形が入力される。すなわち、検出回路４０１は、商用電源の交流電圧の変動に比例して抵抗器Ｒ_ｂ１、Ｒ_ｂ２に発生する電圧変化を検出可能に構成されている。

従来の商用電源検出回路は整流前のリップルを検出するためにフォトカプラなどの光半導体が使われる事が一般的であり、フォトカプラのＬＥＤを点灯させるための消費電流が必要であった。本実施例によれば、商用電源の検出部はコンデンサと抵抗で構成されているため、フォトカプラを使う方式よりも回路の消費電力を低減と、検出回路の部品点数を削除する事が可能となる。すなわち、本発明によれば、安価な構成で商用電源による転写電圧の変動を抑えるのと同時に、従来フォトカプラなどを用いていた商用電源検知回路の消費電力を抑える事が可能となる。

なお、本実施例では検出回路の一例として比較器を使用しているが、入力される波形変動が検出できる回路構成であれば、比較器以外を使用した他の回路構成であっても問題ない事は言うまでもない。また、商用電源と検出回路の絶縁性はコーティングガラスと抵抗器により確保されているため問題は無い。

１０１…導電体 １０２…ヒータ基板 １０３…発熱抵抗体 １０４…コーティングガラス １０５…ヒータホルダ １０６…フィルム １０７…加圧ローラ １０８…記録材

Claims (3)

1. 可撓性を有するフィルムと、
   通電により発熱する発熱抵抗体と該発熱抵抗体を覆う被覆部とを有し、前記フィルムの一方の面に接触する発熱部材と、
   前記フィルムの他方の面に圧接される加圧部材と、
   を備え、
   前記フィルムと前記加圧部材とにより記録材を挟持搬送することで記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
   前記被覆部が、
   前記発熱抵抗体と接触する第１の絶縁層と、
   前記フィルムと接触する第２の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層との間に形成される導電層と、
   を有し、
   前記導電層が、抵抗器を介して接地電位に接続されることを特徴とする像加熱装置。
2. 前記導電層は、前記第１の絶縁層を介して前記発熱抵抗体と容量結合され、
   商用電源の交流電圧の変動に比例して前記抵抗器に発生する電圧変化を検出することにより商用電源の交流電圧の変動を検出可能な検出回路を備えることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
3. 像担持体を帯電する帯電手段と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
   前記トナー像を記録材へ転写する転写手段と、
   記録材上の画像を加熱定着する定着手段としての、請求項１又は２のいずれかに記載の像加熱装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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