JP2013041096A

JP2013041096A - 像加熱装置

Info

Publication number: JP2013041096A
Application number: JP2011177709A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Ittogi; 浩孝一藤木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2013-02-28

Abstract

【課題】加熱体の異常昇温時に加熱体への通電を遮断する感熱素子の応答性をより速くした像加熱装置を提供する。
【解決手段】内部に通電により発熱する発熱抵抗体が内部に形成された加熱体と、前記加熱体の異常昇温による熱で動作し、前記発熱抵抗体への通電を遮断する感熱素子と、前記加熱体と前記感熱素子との間に設けられている樹脂製のスペーサと、を有し、前記スペーサは、前記加熱体の内部において前記発熱抵抗体が形成された領域を前記加熱体の表面に投影した投影領域において前記加熱体と接する脚部を有し、前記脚部が前記加熱体の異常昇温による熱により軟化することを特徴とする像加熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置にて使用されるのに適した像加熱装置に関し、特に加熱体の異常昇温を抑制する感熱素子を備えた像加熱装置に関するものである。

複写機やプリンタ等の画像形成装置における画像加熱定着装置、すなわち電子写真等の画像プロセス手段により加熱軟化性の樹脂等によるトナーを用いて記録材に形成したトナー画像を加熱処理する画像加熱定着装置として、従来から各種の手段が実用されている。代表的な装置として、熱ローラ方式の装置、フィルム加熱方式の装置等が挙げられる。像加熱装置では、感熱素子がヒータと接触するように設けられ、発熱抵抗体の通電において制御不能の事態によりヒータの異常昇温が生じた際、感熱素子が作動して発熱抵抗体部への通電が緊急遮断される。感熱素子として、主に温度ヒューズやサーマルスイッチ等の所定温度以上を感知した際に、発熱抵抗体部への電流を遮断する仕組みのものが使用されている。
特許文献１、２には、感熱素子とヒータの間にヒータとの接触面積が小さい樹脂製のスペーサを設け、感熱素子とヒータとが直接接触しないようにすることでヒータの温度ムラに起因する画像の加熱ムラを抑制する像加熱装置が開示されている。この像加熱装置では、ヒータの異常昇温時にスペーサが軟化して感熱素子がヒータに接触するが、スペーサの形状によってはスペーサが軟化しても感熱素子がヒータにしっかりと接触せず、感熱素子の応答が若干遅れる場合がある。
これに対し特許文献３には、感熱素子とヒータの間にヒータとの接触面積が大きい樹脂製のスペーサを設け、ヒータの異常昇温時の樹脂の軟化による薄膜化と樹脂を介したヒータから感熱素子への熱伝導により感熱素子の応答の遅れを抑制することが開示されている。

特開平８−３０５１９１号公報特開２００２−１１０３１０号公報特開２００６−１６３２９７号公報

このような感熱素子とヒータの間に樹脂製のスペーサを設ける従来の像加熱装置において、ヒータの異常昇温時の発熱分布は考慮されていない。そのため、ヒータと接触面積の大きいスペーサにおいて、早く軟化する部分と遅く軟化する部分とが生じ、感熱素子とヒータとが近接する速さがスペーサの軟化の遅い方の部分に規制されるため、結果的に感熱素子の応答が遅れてしまう。

画像形成装置の高速化に伴い、ヒータへの投入電力がさらに高くなってきている。それにより、通電制御が不能な状態に陥った場合、ヒータの異常昇温速度がより速くなる状況にある。そのため、上記従来例ではヒータの異常昇温速度に対する感熱素子の応答速度が追いつかなくなってきた。

本発明の目的は、像加熱装置において、ヒータの異常昇温時にヒータへの通電を遮断する感熱素子の応答性をより速くする技術を提供することである。

本発明は、通電により発熱する発熱抵抗体が内部に形成された加熱体と、
前記加熱体の異常昇温による熱で作動し、前記発熱抵抗体への通電を遮断する感熱素子と、
前記加熱体と前記感熱素子との間に設けられている樹脂製のスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、前記加熱体の内部において前記発熱抵抗体が形成された領域を前記加熱体の表面に投影した投影領域において前記加熱体と接する脚部を有し、前記脚部が前記加熱体の異常昇温による熱により軟化することを特徴とする像加熱装置である。

本発明によれば、像加熱装置において、ヒータの異常昇温時にヒータへの通電を遮断する感熱素子の応答性をより速くすることができる。

実施例１に係る像加熱装置を説明する図実施例に係るレーザビームプリンタの説明図実施例１に係るスペーサ及びヒータとスペーサとの位置関係を説明する図ヒータの通常プリント時と異常昇温時の発熱分布を説明する図第２の実施例に係る像加熱装置を説明する図実施例２に係るスペーサ及びヒータとスペーサとの位置関係を説明する図実施例に係るサーモスイッチの構成例を示す図

（実施例１）
図２は本発明の実施形態の一例として、本発明で提案する像加熱装置を用いた画像形成装置の概略構成を示した図であり、例えばレーザビームプリンタの場合を示している。
レーザビームプリンタ本体２０１（以下、本体２０１）は、記録紙Ｐを収納するカセット２０２を有し、カセット２０２から記録紙Ｐを繰り出す給紙ローラ２０３が設けられている。給紙ローラ２０３の下流には記録紙Ｐを同期搬送するレジストローラ対２０４が設けられている。また、レジストローラ対２０４の下流にはレーザスキャナ部２０５からのレーザ光に基づいて記録紙Ｐ上にトナー像を形成する画像形成部２０６が設けられている。さらに、画像形成部２０６の下流には記録紙Ｐ上に形成されたトナー像を熱定着する像加熱装置２０７が設けられており、像加熱装置２０７の上流には給紙した紙を検知するトップセンサ２０８が設けられている。像加熱装置２０７の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ２０９、記録紙Ｐを排紙する排紙ローラ２１０、記録の完了した記録紙Ｐを積載する排紙トレイ２１１が設けられている。

また、前記レーザスキャナ部２０５は、ビデオコントローラ２２２と汎用インターフェース２２３で接続された例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置２２４から送出される画像信号に基づいて変調されたレーザ光を射出する。
また、画像形成部２０６は公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム２１２、１次帯電ローラ２１３、現像ローラ２１４、転写帯電ローラ２１５等から構成されている。

また、メインモータ２１６は給紙ソレノイド２１７を介して、給紙ローラ２０３に駆動力を与え、レジクラッチ２１８を介してレジストローラ対２０４に駆動力を与える。さらに、メインモータ２１６は搬送クラッチ２２０を介して搬送ローラ対２１９に駆動力を与えており、感光ドラム２１２を含む画像形成部２０６の各ユニット、像加熱装置２０７、排紙ローラ２１０にも駆動力を与えている。

画像形成装置は、電源回路、高圧回路、ＣＰＵ及び周辺回路が実装されたエンジンパワーユニット２２１を備える。エンジンパワーユニット２２１は、レーザスキャナ部２０５や高圧回路部（画像形成部２０６）の制御、像加熱装置２０７による電子写真プロセスの制御、前記本体２０１内の記録紙の搬送制御を行っている。

本発明は、像加熱装置２０７に関するものである。
図１（ａ）は、像加熱装置２０７の長手方向に垂直な断面、図１（ｂ）は像加熱装置２０７の短手方向に垂直な断面における、像加熱装置２０７を構成するヒータ、感熱素子及びスペーサに関する概略図である。なお、図１において、像加熱装置２０７を構成する加圧ローラ（図７の加圧ローラ９０４に相当する）については図示を省略している。しかし、図７と同様、ヒータ１０１に接触しつつ移動する可撓性の回転体である耐熱フィルム１０４を介してヒータ１０１とともにニップ部を形成する加圧ローラが備わる。図１において、像加熱装置２０７は、加熱体としてのヒータ１０１、ヒータ１０１に形成され、通電により発熱する発熱抵抗体１０２、加熱体保持部材としてのヒータホルダ１０３を有する。ここで、ヒータホルダ１０３には、下面に部材長手方向に沿ってヒータ１０１を嵌め込むための溝が形成されており、ヒータ１０１は前記溝に嵌め込まれて固定支持されている。ヒータホルダ１０３に支持されたヒータ１０１の露呈面（不図示の加圧ローラに対向する面）が耐熱フィルム１０４と接している。ヒータホルダ１０３のヒータ１０１を支持している側と反対側には補強用の金属ステイ１０５が設けられ、バネ１０６を介して感熱素子としてのサーモスイッチ１０７をヒータ１０１に対して付勢している。ヒータ１０１とサーモスイッチ１０７の間にはスペーサ１０８が設置されている。

本実施例では、サーモスイッチ１０７は、ヒータ１０１からの熱を受けて所定温度を境に異なる形状をとる部材により機械的に発熱抵抗体１０２への通電と遮断を切り替える感熱素子である。このように機能する感熱素子の構成としては種々あり得るが、本実施例では、例示的に図７に示す構成の感熱素子について説明する。ヒータ１０１と感熱素子接触部１００２の間にスペーサ１０８が設置されている。感熱素子内部は、感熱素子接触部１００２、既定温度以上になると反転するバイメタル１００４、バイメタル１００４の形状に合わせて上下移動する支柱１００５を含む。また、感熱素子内部は、ヒータ１０１への通電・遮断を切り替えるための第１接点１００６、第２接点１００７及び感熱素子の筐体としての樹脂部１００８を含む。サーモスイッチ１０７にヒータ１０１の異常昇温による熱が加わり、バイメタル１００４が既定温度以上になるとバイメタル１００４が上へ凸になるよう変形し、支柱１００５を押し上げる。それに伴い、第１接点１００６と第２接点１００７との電気的接続が切断される為、ヒータ１０１への通電が遮断される。第１接点１００６及び第２接点１００７はそれぞれヒータ１０１内部に形成された発熱抵抗体１０２への電力供給系統に接続されており、図７（ｂ）のように両者が離間すると発熱抵抗体１０２への電力供給が遮断される。通常運転時にバイメタル１００４が変形していない状態では、図７（ａ）に示す状態になる。この状態では、バイメタル１００４が下（ヒータ１０１方向）に凸の状態に変形し、支柱１００５の位置が低くなり、第１接点１００６及び第２接点１００７が接触し、発熱抵抗体１０２へ電力が供給される。

スペーサ１０８の軟化点は、ヒータ１０１を保持するヒータホルダ１０３の耐熱温度よりも低く、ヒータ１０１の正常時の発熱温度よりも高く設定されている。発熱抵抗体１０２への通電において制御不能の事態によりヒータ１０１の異常昇温が生じた場合、ヒータ１０１の熱で樹脂製のスペーサ１０８が軟化する。そして、付勢部材であるバネ１０６の付勢力によりサーモスイッチ１０７が加熱体側であるヒータ１０１の方向へ押し下げられ、移動する。これにより、サーモスイッチ１０７とヒータ１０１との距離が近づくため、サーモスイッチ１０７に熱がより伝わりやすくなり、感熱素子接触部１００２がヒータ１０１に近づくことで、バイメタル１００４へと、より熱が伝わりやすくなる。これにより
サーモスイッチ１０７が回路を開くように作動することで発熱抵抗体１０２への通電が遮断される。

図３（ａ）は本実施例におけるスペーサ１０８の形状の一例を示した図である。図３（ａ）における前面方向はヒータ１０１の長手方向であり、側面方向はヒータ１０１の短手方向であり、上面方向はヒータ１０１から見てばね１０６が設けられている方向である。図３（ａ）に示すように、スペーサ１０８は、ヒータ１０１と接する脚部３０１を複数有している。

また、ヒータ１０１とスペーサ１０８の脚部３０１との接点の位置関係を図３（ａ）の前面方向より示したのが図３（ｂ）である。ヒータ１０１内部の発熱抵抗体１０２は、折り返しパターンで形成されている。つまり、図３（ｃ）に示すように、長手方向に沿って一方の端部から他方の端部へ延びる往パターン部１０２１と、他方の端部１０２３で折り返して長手方向に沿って他方の端部から一方の端部へ延びる復パターン部１０２２と、を有する。ヒータ１０１内部に形成される発熱抵抗体１０２は長手方向に沿う２本の発熱抵抗体１０２１及び１０２２から形成されており、長手方向に垂直の断面である図３（ｂ）では、短手方向に発熱抵抗体１０２が２箇所存在する。スペーサ１０８の脚部３０１は、図３（ｄ）に示すように、ヒータ１０１内部の発熱抵抗体１０２の形成された領域をヒータ１０１のスペーサ１０８が接する表面へ、当該表面に垂直の方向に投影した投影領域４０１内でヒータ１０１に接するように配置される。つまり、発熱抵抗体１０２の往パターン部が形成された領域に対応する投影領域に接する脚部と、発熱抵抗体１０２の復パターン部が形成された領域に対応する投影領域に接する脚部と、のそれぞれが少なくとも１以上ある。なお、発熱抵抗体１０２は、往パターン部と復パターン部とをそれぞれ少なくとも１以上有する構成とすることができる。また、スペーサ１０８は、往パターン部が形成された領域に対応する投影領域に接する脚部と、復パターン部が形成された領域に対応する投影領域に接する脚部と、をそれぞれ少なくとも１以上有する構成とすることができる。発熱抵抗体１０２は上記折り返しパターンでなくても良く、ヒータ１０１の長手方向に延びる１本のパターンであっても良い。

図４はヒータ１０１の長手方向に垂直な断面による断面図と短手方向に対するヒータ１０１の温度分布を示しており、図４（ａ）は通常プリント時、図４（ｂ）は異常昇温時の温度分布である。
図４からわかるように、通常プリント時は短手方向で温度変化が少なく温度分布は一様であるため、画像の加熱ムラが抑制される。しかし通電制御が不能となりヒータに異常昇温が生じた場合は発熱抵抗体周辺の温度が高くなる傾向を示す。
上記のことから、異常昇温時、スペーサのうち、ヒータとの接地面が発熱抵抗体から近い部分は早く軟化し、ヒータとの接地面が発熱抵抗体から遠い部分は遅く軟化する。

異常昇温時のヒータ１０１の温度分布は図４（ｂ）の様に発熱抵抗体１０２付近の温度が高くなる。そのため、図３（ｂ）で示したように投影領域４０１にスペーサ１０８の脚部３０１を配置すると、投影領域４０１以外の場所にスペーサ１０８の脚部３０１を配置した場合に比べ、スペーサ１０８が軟化するまでの時間が短くなる。これにより、サーモスイッチ１０７の応答が速くなり、発熱抵抗体１０２への給電がすばやく遮断されるようになる。なお、異常昇温時のヒータ１０１表面の温度分布が図４（ｂ）のように発熱抵抗体１０２との距離が最も短い部分にピークを有する分布になっているため、図３（ｂ）の例では投影方向をヒータ１０１の表面に垂直の方向とした。スペーサ１０８の脚部３０１は、ヒータ１０１の表面の温度分布のピークとなる領域に配置することが好ましい。よって、発熱抵抗体１０２が形成された領域をヒータ１０１の表面へ投影する方向は、ヒータ１０１の表面に生じる温度分布を考慮して、温度分布のピークとなる領域が投影領域となるように決定することが好ましい。

（実施例２）
図５、図６は第２の実施例に関する図であり、実施例１と異なる部分について説明する。
図５（ａ）は、像加熱装置２０７の長手方向に垂直な断面、図５（ｂ）は像加熱装置２０７の短手方向に垂直な断面における、像加熱装置２０７を構成するヒータ、感熱素子及びスペーサに関する概略図である。

発熱抵抗体１０２への通電において制御不能の事態によりヒータ１０１の異常昇温が生じた場合、スペーサ６０８が軟化し、バネ１０６の付勢力によりサーモスイッチ１０７がヒータ１０１の方向へ押し下げられる。これにより、サーモスイッチ１０７とヒータ１０１が接触し、サーモスイッチ１０７に熱が伝わり、サーモスイッチ１０７が作動することで発熱抵抗体１０２への通電が遮断される構成となっている。

図６（ａ）は本実施例におけるスペーサ６０８の形状の一例を示した図である。図６（ａ）に示すように、スペーサ６０８は、ヒータ１０１と接する脚部７０１を複数有している。

また、ヒータ１０１とスペーサ６０８の脚部７０１との接点の位置関係を図６（ａ）の前面方向より示したのが図６（ｂ）である。ここではヒータ１０１において発熱抵抗体１０２が実施例１と同様に折り返しパターンで形成されているものとする。従って、長手方向に垂直の断面である図６（ｂ）では、短手方向に発熱抵抗体１０２が２箇所存在する。スペーサ６０８の脚部７０１は、図６（ｃ）に示すように、ヒータ１０１内部の発熱抵抗体１０２の形成された領域をヒータ１０１とスペーサ６０８が接する面に投影した投影領域８０１内でヒータ１０１に接するように配置される。

ヒータ１０１の異常昇温時、発熱抵抗体１０２付近の温度が高くなるため、図６（ｂ）で示した位置にスペーサ６０８の脚部７０１を設置すると、投影領域８０１以外の場所に脚部を配置した場合に比べ、スペーサ６０８が軟化するまでの時間が短くなる。これにより、サーモスイッチ１０７の応答が速くなり、発熱抵抗体への給電がすばやく遮断されるようになる。

尚、実施例１及び実施例２における実施形態として前記図３や図６のような形状のスペーサを例示したが、本発明の範囲はこれに限定されず、スペーサはヒータと投影領域で接する１つ以上の脚部を有する形状であれば異なる形状でも良い。また、感熱素子は上記実施例で説明したサーモスイッチ１０７の構成に限らない。自身の受熱により回路を開閉する機能を有するサーモスイッチや、自身の受熱により回路を開く温度ヒューズなどを感熱素子として用いることができる。

１０１‥‥ヒータ
１０２‥‥発熱抵抗体
１０７‥‥サーモスイッチ
１０８‥‥スペーサ
３０１‥‥脚部
４０１‥‥投影領域

Claims

通電により発熱する発熱抵抗体が内部に形成された加熱体と、
前記加熱体の異常昇温による熱で作動し、前記発熱抵抗体への通電を遮断する感熱素子と、
前記加熱体と前記感熱素子との間に設けられている樹脂製のスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、前記加熱体の内部において前記発熱抵抗体が形成された領域を前記加熱体の表面に投影した投影領域において前記加熱体と接する脚部を有し、前記脚部が前記加熱体の異常昇温による熱により軟化することを特徴とする像加熱装置。
前記スペーサの軟化点は、前記加熱体の異常昇温時の発熱温度よりも低く、前記加熱体の正常時の発熱温度よりも高い請求項１に記載の像加熱装置。
前記感熱素子を前記加熱体の方向へ付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は前記加熱体の異常昇温時の前記スペーサの軟化に伴い、前記感熱素子を前記加熱体側へ移動させる付勢力を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。