JP2013142839A - 加熱体及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で片寄せ通紙による非通紙部昇温を抑制することのできる加熱体及びそれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】未定着画像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置を有する画像形成装置において、被加熱材を加熱する加熱定着装置に用いられる加熱体にて、基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている二本の発熱抵抗体５１ａ、５１ｂと、を有し、前記二本の発熱抵抗体の長手中央位置が搬送基準であり、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の一端ともう一方の発熱抵抗体の他端とが電気的に等価で電極５０ａ、５０ｂに接続し、かつ、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の他端と前記もう一方の発熱抵抗体の一端とが電気的に等価で電極に接続し、さらに、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の抵抗発熱体の中央ともう一方の抵抗発熱体の中央とが電気的に等価で導体で接続していることを特徴とする加熱体。
【選択図】図１

Description

本発明は電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、特に耐熱性の定着フィルムを介して未定着トナーを記録紙に加熱定着させるフィルム定着装置に使用される加熱体及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される加熱定着装置において、スタンバイ時に加熱定着装置に電力を供給せず、消費電力を極力低く抑えることが可能な定着装置として、ヒータ部と加圧ローラの間に薄肉のフィルムを介して記録材上のトナー像を定着する省エネルギータイプのフィルム定着装置が知られている。

フィルム定着装置の１例が特許文献１乃至特許文献４に提案されている。図５にフィルム定着装置の１例の概略構成を示した。図５において、ステイホルダー（支持体）１に固定支持させた加熱部材（加熱体、以下ヒータと記す）１５と、該ヒータ１５に耐熱性の薄肉フィルム（以下、定着フィルムと記す）３を挟んで後述する加圧手段により所定のニップ幅のニップ部（定着ニップ部）を形成させて圧接させた弾性加圧ローラ４を有する。ヒータ１５は通電により所定の温度に加熱・温調される。定着フィルム３は不図示の駆動伝達手段あるいは加圧ローラ４の回転力により、定着ニップ部においてヒータ１５面に密着・摺動しつつ矢印の方向に搬送移動される、円筒状あるいはエンドレスベルト状、もしくはロール巻きの有端ウエブ状の部材である。

ヒータ１５を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム３を矢印の方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部の定着フィルム３と加圧ローラ４との間に被加熱材としての未定着トナー像を形成担持させた記録材を導入すると、記録材は定着フィルム３の面に密着して該定着フィルム３と一緒に定着ニップ部を挟持搬送される。この定着ニップ部において、記録材・トナー像がヒータ１５により定着フィルム３を介して加熱されて記録材上のトナー像が加熱定着される。定着ニップ部を通った記録材部分は定着フィルム３の面から剥離して搬送される。

加熱部材としてのヒータ１５には一般にセラミックヒータが使用される。例えば、アルミナ等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板の面（定着フィルム３と対面する側の面）に基板長手（図面に垂直の方向）に沿って銀パラジューム（Ａｇ／Ｐｄ）・Ｔａ２Ｎ等のＰＴＣ抵抗体（温度が増大するにつれて抵抗が上がっていく正の抵抗温度係数を有する。ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）を通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該発熱抵抗層形成面を薄肉のガラス保護層で覆ってなるものである。このセラミックヒータ１５は通電発熱抵抗層に通電がなされることにより該通電発熱抵抗層が発熱してセラミック基板・ガラス保護層を含むヒータ全体が急速昇温する。このヒータ１５の昇温がヒータ背面に設置された温度検知手段５により検知されて不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知手段５で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度（定着温度）に維持されるように通電発熱抵抗層に対する給電を制御する。

すなわちヒータ１５は所定の定着温度に加熱・温調される。ここでヒータの発熱抵抗層パターンは図９のようになっている。上流側の発熱抵抗層１５bと下流側の発熱抵抗層１５aの長手長さは同じであり、２２０mmである。発熱抵抗層１５a及び発熱抵抗層１５bは、電極１６により通電され、所定温度に温調される。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０公報

しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。

中央通紙基準で有る画像形成装置において、中央通紙基準で幅の狭い記録材が加熱定着装置を通過した場合、発熱抵抗層の幅に比べて記録材の幅が十分小さいため記録材が通過しない領域(非通紙域)では、熱を奪う記録材が無いため温度が上昇し続ける。一方記録材が通過する領域(通紙域)では加熱ヒータに接した温度検知素子により所定温度に保たれているため、非通紙域と通紙域の温度差が大きくなる、いわゆる非通紙部昇温が発生する。(図７)。その際の定着ニップ内長手温度分布は図８に示す（ｉ）のようになっている。

このような非通紙部の昇温を抑制するために、記録材を長手中央基準で通紙するための紙サイズ規制板が画像形成装置には設けられている。本来であれば、ユーザーが幅の狭い記録材を通紙する際は、紙サイズ規制板により、記録材は長手中央基準で通紙される。しかしながら、ユーザーが紙サイズ規制板を使用して中央基準で通紙するのでは無く、紙サイズ規制板を大きく開き、幅の狭い記録材を中央基準では無く片側に寄せて通紙をしてしまうことがあった（以下、片寄せ通紙と呼ぶ）。例えば、記録材を４０ｍｍ片寄せした場合のニップ内長手温度分布は図８に示す（ｉｉ）のようになっており、広い側の非通紙域でヒータ温度が突出して高くなっている。

上記図９に示す加熱用ヒータ１５を用いて、紙幅が100mmの紙を温調温度200℃（非通紙域260℃）で片寄せ通紙を行った場合の発熱量を測定した結果を表１に示す。

ここで、発熱抵抗層１５a、１５bの抵抗は各１０Ω（２０℃時）で、ＴＣＲ（Temperature Coefficient of Resistance）は約１０００ppm、ヒータへのＡＣ電源入力電圧は１００Ｖである。

表１に示したように、小サイズ紙の片寄せ量を増やしていくと、非片寄せ側の発熱量が大きくなり、片寄せ側の発熱量が小さくなっていくことがわかる。

このように片寄せ通紙が行われた場合に、非通紙域（非片寄せ側）の昇温はより激しくなり、加熱体を支持する支持部材（多くの場合断熱性に優れた耐熱樹脂を使用）が溶融したり、定着部材の非通紙部にダメージが発生したりするという課題が有った。

また、このような非通紙部昇温を抑制するため、非通紙部昇温を冷やす冷却ファンを設けるとサイズも大きく、価格も高価な画像形成装置になってしまう課題が有った。

本発明は、簡易な構成で片寄せ通紙による非通紙部昇温を抑制することのできる加熱体及びそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る加熱体及び画像形成装置は、以下の構成を特徴とする。

未定着画像が形成された記録材を、加圧部材と加熱部材とを互いに圧接してなる定着ニップ間を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置を有する画像形成装置において、
加熱定着装置に用いられる加熱体は、
基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている二本の発熱抵抗体とを有し、
前記二本の発熱抵抗体の長手中央位置が記録材の搬送基準で有り、
前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の一端ともう一方の発熱抵抗体の他端とが電気的に等価で電極に接続し、
かつ、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の他端と前記もう一方の発熱抵抗体の一端とが電気的に等価で電極に接続し、
さらに、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の抵抗発熱体の中央ともう一方の抵抗発熱体の中央とが電気的に等価で導体で接続している
ことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、
加熱定着装置に使用される加熱体として
基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている二本の発熱抵抗体とを有し、
前記二本の発熱抵抗体の長手中央位置が記録材の搬送基準で有り、
前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の一端ともう一方の発熱抵抗体の他端とが電気的に等価で電極に接続し、
かつ、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の他端と前記もう一方の発熱抵抗体の一端とが電気的に等価で電極に接続し、
さらに、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の抵抗発熱体の中央ともう一方の抵抗発熱体の中央とが電気的に等価で導体で接続するようにし、ホイートストンブリッジ（Wheatstone bridge）回路を構成するようにしたため、
簡易な構成で、片寄せ通紙時の非通紙域昇温を抑制することが出来、定着部材の寿命が短くなることを抑制することができる。

本実施例におけるヒータ５０の発熱抵抗層パターンの説明図 本実施例における画像形成装置の構成図 本実施例における加熱定着装置２５の構成図 ホイートストンブリッジ回路例を示す図 フィルム加熱方式の１例の概略構成図 定着フィルム３の構成図 小サイズ紙プリント時の非通紙域と通紙域の温度差を示す図 通常通紙時と片寄せ通紙時の定着ニップ内ヒータの長手温度（非通紙部昇温）を説明する図 従来例のヒータの発熱抵抗層パターンの説明図 従来例ヒータと本実施例ヒータを用いて片寄せ通紙した場合の定着ニップ内の長手温度（非通紙部昇温）を説明する図

以下、本発明の実施例について説明する。

［実施例］
［画像形成装置構成について］
図２は、本発明に係る画像形成装置の構成図であり、以下に画像形成装置の説明を行う。

図２において、１９は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１９は矢印の方向に回転駆動され、まずその表面は帯電装置としての帯電ローラ２０によって一様帯電される。次に画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム２１がスキャナユニット内で回転するポリゴンミラーにより反射して観光ドラムに走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置２２で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。

可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ２３により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１９上より転写される。ここで感光ドラム１９上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するように２４のセンサにて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１９と転写ローラ２３に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着装置２５へと搬送されて記録材上に定着される。一方、感光ドラム１９上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置２６により感光ドラム１９表面より除去される。

図３に、本発明に係る加熱定着装置２５の構成を示す。図３において、定着部材２７は以下の部材から構成される。１４は熱容量の小さな定着フィルムであり、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、膜厚を総厚１００μｍ以下、本実施例では６０μｍとした。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層はＰＦＡ（テトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）で被覆されている。本実施例において表層はＰＦＡを使用したが、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン テトラフルオロエチレン共重合体）等のフッ素樹脂、離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものでも良い。

また、１５は定着フィルム１４の内部に具備された本発明における加熱体としての加熱用ヒータであり、これにより記録材上のトナー像を溶融、定着させるニップ部の加熱を行う。本実施例で使用した加熱用ヒータ１５は、アルミナを使用した高絶縁性のセラミックス基板の表面に長手方向に沿って、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）（通電発熱抵抗層）をスクリーン印刷により、厚み１０μｍ程度、幅５ｍｍ程度で細帯状に塗工して形成した通電加熱用部材である。本実施例において、通電発熱抵抗層はＡｇ／Ｐｄを使用したが、例えば、ＲｕＯ２（酸化ルテニウム）、Ｔａ２Ｎ（窒化タンタル）でも良い。

また、加熱用ヒータは、金属製基板上の定着ニップ反対側に絶縁層、通電発熱抵抗層を順次積層してなる金属製加熱用ヒータであり、該金属製基板は定着ニップ側が湾曲した形状であっても良い。

[加熱用ヒータについて]
次に、本特許の特徴である上記加熱用ヒータ５０のパターンを図１にて説明する。従来技術とは構成部材は同じで、発熱抵抗体の接続方法だけを変えている。発熱抵抗層５１aの電極５０aの左端と発熱抵抗層５１bの電極５０bの右端が接続されており、発熱抵抗層５１aの電極５０aの右端と発熱抵抗層５１bの電極５０bの左端が接続されている。また、発熱抵抗層５１aの中央部と発熱抵抗層５１bの中央部が接続されている。これにより、上記加熱用ヒータ５０はホイートストンブリッジ回路を形成していることになる。

ホイートストンブリッジ回路図の例を図４に示す。Ｒ０〜Ｒ５は抵抗成分である。ホイートストンブリッジ回路は、それぞれの抵抗の比が次式(1)のようになると抵抗Ｒ５に電流が流れなくなる特徴を持つ回路である。
Ｒ２Ｒ４＝Ｒ１Ｒ３ ・・・(1)
上記加熱用ヒータ５０上の発熱抵抗層５１aと５１bとをＲ１〜Ｒ４とみなすと、発熱抵抗層５１aと５１bはＰＴＣ抵抗体であり、非通紙域で発熱量が大きくなった非通紙発熱抵抗層域の電気抵抗は大きくなるため、次第に非通紙発熱抵抗層域の電流量は小さくなり、発熱量が小さくなる。逆に、通紙域で発熱量が小さくなった通紙発熱抵抗層域の電気抵抗は小さくなるため、次第に非通紙発熱抵抗層域の電流量は大きくなり、発熱量が大きくなる。

上記加熱用ヒータ５０を用いて、紙幅が100mmの紙を温調温度200℃（非通紙域260℃）で片寄せ通紙を行った場合の発熱量の測定結果を表２に示す。

発熱抵抗層５１a、５１bの抵抗は各１０Ω（２０℃時）で、ＴＣＲは約１０００ppm、ヒータへのＡＣ電源入力電圧は１００Ｖであり、従来例と構成部材は同一である。表２に示したように、従来例の表１と比較して、非片寄せ側の発熱量が小さくなっており、片寄せ側の発熱量が大きくなっていることがわかる。

次に、４０ｍｍ記録材を片寄せして通紙した場合のニップ内長手温度分布を図１０に示す。従来例のヒータ１５を用いた場合のニップ内長手温度分布が図１０に示す（ｉｉ）であり、本実施例のヒータ５０を用いた場合のニップ内長手温度分布が図１０に示す（ｉｉｉ）である。図１０に示したように、広い側の非通紙域での昇温が（ｉｉｉ）の方が小さくなっており、定着部材等の耐熱温度を下回っていることがわかる。

これにより、非通紙域の昇温を抑制し、定着部材の寿命が短くなることを抑制することができた。

１、１７・・・ステイホルダー
３、１４・・・定着フィルム
３a ・・・フィルム基層
３b ・・・導電性プライマ−
３c ・・・離型性層
４、１８・・・加圧ローラ（加圧部材）
５、２８・・・温度検知手段
６、２９・・・芯金
７、３０・・・スポンジ弾性層
８、３１・・・離型性層
１５、５０・・・加熱用ヒータ
１５a・・・発熱抵抗層
１５b・・・発熱抵抗層
１６・・・電極
１９・・・感光ドラム
２０・・・帯電ローラ
２１・・・レーザビーム
２２・・・現像装置
２３・・・転写ローラ
２４・・・センサ
２５・・・定着装置
２６・・・クリーニング装置
２７・・・定着部材
５０a・・・電極
５０b・・・電極
５１a・・・発熱抵抗層
５１b・・・発熱抵抗層
Ｐ ・・・記録材

Claims (2)

1. 被加熱材を加熱する加熱定着装置に用いられる加熱体において、
   基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている二本の発熱抵抗体と、を有し、
   前記二本の発熱抵抗体の長手中央位置が搬送基準であり、
   前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の一端ともう一方の発熱抵抗体の他端とが電気的に等価で電極に接続し、
   かつ、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の発熱抵抗体の他端と前記もう一方の発熱抵抗体の一端とが電気的に等価で電極に接続し、
   さらに、前記二本の発熱抵抗体のうち、一方の抵抗発熱体の中央ともう一方の抵抗発熱体の中央とが電気的に等価で導体で接続していることを特徴とする加熱体。
2. 未定着画像が形成された記録材を、加圧部材と加熱部材とを互いに圧接してなる定着ニップ間を通過させることにより、上記未定着画像を記録材上に加熱定着させる加熱定着装置を有する画像形成装置において、
   請求項１に記載の加熱体を有することを特徴とする画像形成装置。