JP2014106279A - 定着装置及び定着装置に用いられるヒータ - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱ムラを抑制しつつ、ヒータ割れのマージンを上げることのできるヒータ、及びこのヒータを用いた加熱定着装置を提供する。
【解決手段】基板14と、前記基板の上に形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部32bと、前記第1の導体の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部32cと、前記第2の導体の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部32aと、前記第2の導体の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部32dと、前記第1の導体と前記第2の導体との間で電気的に接続された発熱抵抗体35と、を有し、前記第2の導体の幅は、前記第1の導体の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が2列あるヒータ。
【選択図】図2
【解決手段】基板14と、前記基板の上に形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部32bと、前記第1の導体の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部32cと、前記第2の導体の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部32aと、前記第2の導体の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部32dと、前記第1の導体と前記第2の導体との間で電気的に接続された発熱抵抗体35と、を有し、前記第2の導体の幅は、前記第1の導体の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が2列あるヒータ。
【選択図】図2
Description
本発明は、電子写真技術を用いた複写機やプリンタ等に搭載される加熱定着装置及び加熱定着装置に用いられるヒータに関する。
近年、クイックスタート化や省エネルギー化の観点から、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の定着装置は、フィルムと、フィルム内面に接触するヒータと、ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有するものが一般的である。この定着装置は、ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材に定着するものである。
このフィルム加熱方式の定着装置は、ヒータ及び定着フィルムに低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができる。つまり、常にヒータに大きな電力を供給しておく必要はなく、主に画像形成を実行する時にヒータに大きな電力を供給しして所定の定着温度に発熱させた状態にすることができる。そのため、画像形成装置の電源をオンしてから画像形成を実行することが可能な状態になるまでの待ち時間が短く、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい等の利点がある。
ところで、このような定着装置を用いた画像形成装置では、小サイズ紙を連続プリントすると、ヒータの記録材が通過しない領域が過度に昇温する非通紙部昇温が発生することが知られている。ヒータの非通紙部昇温が発生すると、ヒータを保持するホルダや加圧ローラが熱により損傷する場合がある。
そこで、近年、非通部昇温を抑制することが可能なヒータの開発が行われている。特許文献1には、非通紙領域において過昇温を抑制できるようにしたヒータが提案されている。図6にそのヒータの一例を示す。27はヒータ基板、25及び26は導体であり、24の電気接点部に給電用コネクタが繋がれる。2本の導体25、26は基板14の長手方向に沿って設けられている。28は2本の導体間に繋がれたPTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有する発熱抵抗体である。そして、導体25及び26に電気接点部24から給電されることにより、発熱抵抗体28が発熱する。(以下、このようなタイプのヒータを搬送方向通電タイプと称する)。
上記ヒータは、非通紙領域が昇温しても温度が上がるほど発熱抵抗体の抵抗が上昇し発熱を抑制する効果が働くため、非通紙領域の温度上昇を抑制することができる。
ところで、上記のフィルム加熱方式の画像形成装置における従来の搬送方向通電タイプのヒータでは、次に述べるような課題がある。
図6に示した搬送方向通電タイプのヒータは、給電用コネクタを片側(基板の長手方向の一方の端部)に設置する構成をとっている。以下、このような構成を片側給電方式と称する。片側給電方式のヒータでは、紙を通紙していないにも拘わらず図7(a)に示すように、基板の長手方向で発熱ムラが発生する。その理由は、導体25、26の電気抵抗に原因がある。つまり、ヒータ基板27の長手方向に沿って設けた二本の導体の電気抵抗はゼロではない。したがって電圧降下が図7(b)の電位分布のイメージに示すように導体25、26にも自身の抵抗によって生じる。図7(b)では、導体25にプラス極性、導体26にマイナス極性に給電されているものとした。発熱抵抗体28の各長手方向位置における発熱量は、導体25と導体26の各長手方向位置の電位差によって決まる。導体25と導体26の電位差は、図7(b)の点線に示すような分布となる。そのため、給電コネクタと接触する電気接点部24に近い側の発熱量が大きく、電気接点部24から遠い側の発熱量が小さくなってしまう。
特許文献2には、図8に示した搬送方向通電タイプのヒータが開示されている。このヒータは、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラを特許文献1のヒータよりも小さくしやすい構成である。このヒータは、第1の導体21から発熱抵抗体15aへの電流の入口である点Aと、第2の導体22から発熱抵抗体15aへの電流の入口である点Cと、を結んだ仮想線が発熱抵抗体15aの対角線に相当する構成である。また、このヒータは、第1の導体21から発熱抵抗体15bへの電流の入口である点A‘と、第2の導体22から発熱抵抗体15bへの電流の入口である点C’と、を結んだ仮想線が発熱抵抗体15bの対角線に相当する構成である。発熱抵抗体15aと発熱抵抗体15bは電気的に並列接続されている。以下、このような特許文献2の構成を、対角並列給電方式と称する。
対角並列給電方式では図9(a)に示すように、ヒータの長手方向の中央部を最小値とし、両端部を最大値とするような発熱分布となる。この理由は、図9(b)に示すように、導体37a及び導体37bで基板の長手方向で電圧降下が生じ、導体37aと導体37bの電位差が図9(b)の点線に示すような分布となるためである。また、導体37cと導体37dでも同様に電圧降下が生じる。片側給電方式の電位差分布である図7(b)の点線と、対角給電方式の電位差分布である図9(b)の点線を比較するとわかるように、対角給電方式では電位差のムラが小さくなるため、片側給電方式に比べて発熱ムラが改善される。
しかしながら、特許文献2のヒータは、基板の長手方向の発熱ムラは改善されるものの、ヒータが暴走した時のヒータ割れに対するマージンを増やしにくい構成である。なぜなら、ヒータの基板の短手方向で導体が発熱抵抗体よりも基板の端部に近い位置にあるので、発熱抵抗体を基板の端部に近づけることが難しいためである。
ここで、基板の短手方向における発熱抵抗体と基板の端部との間の距離と、ヒータ割れマージンとの関係について説明する。図8に示すdは基板の幅を表しており、tは基板の短手方向で基板の端部からの発熱抵抗体までの最短距離を表している。t/dは2つの発熱抵抗体がそれぞれがどれだけ基板の端部に近いか、及び、互いにどれだけ離れているのかを示す指標である。図8の対角並列給電方式のヒータにおいて、t/dとヒータの暴走試験を行った際のヒータ割れ時間との関係を図10に示す。対角並列給電方式のヒータにおいては、t/dが小さいほど、ヒータ割れ時間が長く、ヒータ割れに対するマージンが上がることがわかる。
ここで、特許文献2のヒータ(図8)で、導体37aおよび導体37dの基板の短手方向の幅を狭くすることで発熱抵抗体15a、15bを基板の端部に近づける方法が考えられる。そのようなヒータを図11に示す。図11のヒータでは、図12(b)に示すように、導体37a及び導体37bで基板の長手方向で電圧降下が生じ、導体37aと導体37bとの電位差が図12(b)の点線に示すような分布となる。また、導体37cと導体37dでも同様に電圧降下が生じる。図12のヒータの電位差分布である図12(b)の点線と、図8のヒータの電位差分布である図9(b)の点線を比較するとわかるように、図11のヒータでは電位差のムラが大きくなるため、図12(a)のように発熱ムラも大きくなる。この理由は、導体幅を狭くしたことで導体の電気抵抗が高くなり、導体における電圧降下が大きくなったためである。従って、単純に導体の幅を狭くしてヒータ割れのマージンは上げようとすると、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラが大きくなる。
以上述べたように、従来の対角並列給電方式のヒータでは、発熱ムラを抑制しつつヒータ割れのマージンを上げることが困難であった。
そこで本発明は、搬送方向通電タイプのヒータにおいて、発熱ムラを抑制しつつ、ヒータ割れのマージンを上げることのできるヒータ、及びこのヒータを用いた加熱定着装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための本願発明の特徴の一つとして、ヒータは、トナー画像を担持した記録材をニップ部で搬送しながら加熱してトナー画像を記録材に定着する定着装置に用いられるヒータであって、細長い基板と、前記基板の上に前記基板の長手方向に沿って長い形状で形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体と間隔を設けて前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部と、前記第1の導体と前記第2の導体との間で前記第1の導体と前記第2の導体とに電気的に接続された発熱抵抗体と、を有し、前記第2の導体の前記基板の短手方向の幅は、前記第1の導体の前記基板の短手方向の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が前記基板の短手方向に2列あることを特徴とする。
課題を解決するための本願発明の更なる特徴として、定着装置は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材に定着する定着装置において、前記ヒータは、細長い基板と、前記基板の上に前記基板の長手方向に長い形状で形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体と間隔を設けて前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部と、前記第1の導体と前記第2の導体との間で前記第1の導体と前記第2の導体とに電気的に接続された発熱抵抗体と、を有し、前記第2の導体の前記基板の短手方向の幅は、前記第1の導体の前記基板の短手方向の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が前記基板の短手方向に2列あることを特徴とする。
本発明によれば、搬送方向通電タイプのヒータにおいて、発熱ムラを抑えつつヒータの割れのマージンを上げることができる。
(実施例1)
(1)画像形成装置
以下、図面を参照し本発明の第1の実施例を説明する。
(1)画像形成装置
以下、図面を参照し本発明の第1の実施例を説明する。
図1は実施例1の定着装置を搭載した画像形成装置の概略構成図である。1は矢印の方向に回転するドラム型の電子写真感光体である。M1はこの感光ドラム1等を駆動するメインモータである。103はモータM1のコントローラであり、CPU100によって制御される。この感光ドラム1は、帯電ローラ2により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。感光ドラム1の帯電処理面は画像信号に応じて変調されたレーザ光Lによって走査され、感光ドラム上には画像信号に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像器3から供給されるトナーによって現像される。感光ドラム上に形成されたトナー画像は、転写ローラ4によって転写位置Tで記録材P上に転写される。電源7は転写ローラ4に転写バイアスを印加している。その後、トナー画像を担持する記録材Pは定着装置8へ搬送され、トナー画像は記録材P上に加熱定着される。定着処理された記録材Pは画像形成装置の外に出力される。なお、5は感光ドラムをクリーニングするクリーナであり、6は記録材の通過タイミングを検知するセンサである。
(2)定着装置8
定着装置8は、モータM2によって加圧部材としての加圧ローラ18を駆動し、筒状の定着フィルム12が加圧ローラの回転に従動して回転する加圧ローラで駆動されるタイプである。定着装置8はヒータ13と加圧ローラ18とで定着フィルムを介して定着ニップ部Nを形成している。ヒータ13は筒状の定着フィルム12の内面に接触している。画像を担持する記録材Pは、定着ニップ部Nで、画像が定着フィルム12に接触しつつ搬送されることで加熱される。尚、11はヒータ13を保持するホルダである。ヒータ13は、セラミック製の基板14と、基板14上に印刷された発熱抵抗体35と、発熱抵抗体35を覆うガラスコート層16と、を有する。19は加圧ローラの芯金、20は芯金19に設けられた弾性層、17はヒータ13の温度を検知する温度検知素子である。ヒータ13の裏面には安全素子であるサーモスイッチが設けられている(不図示)。このサーモスイッチは、暴走時など、ヒータ裏面が異常発熱した場合に断線され、ヒータ13への通電をストップする。
定着装置8は、モータM2によって加圧部材としての加圧ローラ18を駆動し、筒状の定着フィルム12が加圧ローラの回転に従動して回転する加圧ローラで駆動されるタイプである。定着装置8はヒータ13と加圧ローラ18とで定着フィルムを介して定着ニップ部Nを形成している。ヒータ13は筒状の定着フィルム12の内面に接触している。画像を担持する記録材Pは、定着ニップ部Nで、画像が定着フィルム12に接触しつつ搬送されることで加熱される。尚、11はヒータ13を保持するホルダである。ヒータ13は、セラミック製の基板14と、基板14上に印刷された発熱抵抗体35と、発熱抵抗体35を覆うガラスコート層16と、を有する。19は加圧ローラの芯金、20は芯金19に設けられた弾性層、17はヒータ13の温度を検知する温度検知素子である。ヒータ13の裏面には安全素子であるサーモスイッチが設けられている(不図示)。このサーモスイッチは、暴走時など、ヒータ裏面が異常発熱した場合に断線され、ヒータ13への通電をストップする。
ヒータ13の発熱抵抗体35は、トライアック101を介してAC電源Sに繋がれている。発熱抵抗体35はAC電源SからAC電圧が印加(電力供給)されると発熱する。これにより低熱容量のヒータ13全体が急速に昇温する。ヒータ13の温度はサーミスタ17により検知されている。そして、CPU100はサーミスタ17の検知温度が設定温度を維持するようにトライアック101を制御する。制御方法は位相制御や波数制御が好ましい。
定着処理中、記録材Pのサイズに拘わらずヒータ13を所望の温度に保つために、サーミスタ17は、ヒータ13の長手方向(図1の紙面に対し垂直な方向)において記録材Pの搬送基準付近に配置されている。なお、実施例1の画像形成装置は、記録材の幅方向(=ヒータの長手方向)中央が画像形成装置内の記録材搬送路の幅方向(=ヒータの長手方向)中央と一致するように搬送基準が設定されている(中央基準)。CPU100はサーミスタ17の検知温度が所定の設定温度に維持されるようにヒータ13への通電を制御する。
(3)ヒータの構成
図2は、実施例1の定着装置8に搭載するヒータ13の平面図である。14は材質がアルミナの細長い基板であり、そのサイズは厚さ1mm、記録材搬送方向に直交する方向の長さ290mm、記録材搬送方向の幅10mmである。
図2は、実施例1の定着装置8に搭載するヒータ13の平面図である。14は材質がアルミナの細長い基板であり、そのサイズは厚さ1mm、記録材搬送方向に直交する方向の長さ290mm、記録材搬送方向の幅10mmである。
基板14の上に形成されている導体について説明する。導体として、導体部31bと導体部31cとを含む基板の長手方向に沿って長い環状の形状で形成された第1の導体と、導体部31aと導体部31dとを含む環状の形状で形成され、第1の導体と間隔を設けて第1の導体を外側から囲う第2の導体が形成されている。第1の導体及び第2の導体は、AgやAg/Ptなどの導電材料にガラス粉末を混ぜた材料で構成されている。
次に、ヒータ13に形成されている導体の電気接点部について説明する。第1の電気接点部32bは第1の導体の基板の長手方向の一端側の端部に設けられ、第2の電気接点部32cは第1の導体の基板の長手方向の他端側の端部に設けられている。第3の電気接点部32aは基板の長手方向で第1の電気接点部と同じ側の第2の導体の端部に設けられており、第4の電気接点部32dは基板の長手方向で第2の電気接点部32cと同じ側の第2の導体の端部に設けられている。
ここで、前述した電気接点部にどのように電圧が印加されているかについて説明する。第1の電気接点部32bと第2の電気接点部32cとには同極性の電圧が印加される。また、第3の電気接点部32aと第4の電気接点部32dとには同極性の電圧が印加さる。第1の電気接点部32b及び第2の電気接点部32cに印加される電圧は、第3の電気接点部32aと第4の電気接点部32dとに印加される電圧と逆極性である。第1の電気接点部32bと第3の電気接点部32aとには第1の給電コネクタが取り付けられ、第2の電気接点部32c及び第4の電気接点部32dには第2の給電コネクタが取り付けられる。このように、実施例1では第1の導体及び第2の導体はそれぞれ基板14の長手方向の両端部から給電されている構成となっている。以下、このような構成を両側全部給電方式と称する。
次に、発熱抵抗体の構成について説明する。基板14上には、第1の発熱抵抗体35aと第2の発熱抵抗体35bとの2つの発熱抵抗体が設けられている。第1の発熱抵抗体35aは第1の導体の導体部31bと第2の導体の導体部31aとの間で導体部31bと導体部31aとに電気的に接続されている。第2の発熱抵抗体35bは第1の導体の導体部31cと第2の導体の導体部31dとの間で導体部31cと導体部31dとに電気的に接続されている。従って、実施例1のヒータ13は、第1の導体と第2の導体と発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が基板の短手方向に2列ある構成になる。尚、二つの発熱抵抗体35a、35bは、いずれもPTC特性であり、TCRは500ppm/℃である。
第2の導体の導体部31a及び導体部31dの基板14の短手方向の幅は0.5mmであり、第1の導体の導体部31b及び31cの基板14の短手方向の幅は1.7mmである。第2の導体の導体部31a及び導体部31dの基板14の短手方向の幅は、第1の導体の導体部31b及び31cの基板14の短手方向の幅より狭く設定している。なぜなら、発熱抵抗体を基板の短手方向の端部に可能な限り近づけるためである。
電気接点部、導体、発熱抵抗体は、いずれも厚さが調整の容易なスクリーン印刷によって基板14上に形成されている。導体及び電気接点部は同じ材料のペーストを用いて基板14上にスクリーン印刷されている。また、二本の発熱抵抗体35a、35bは共に同じ材料のペーストを用いて基板14上にスクリーン印刷されている。発熱抵抗体35a及び35bの基板の長手方向の長さは約220mmである。発熱抵抗体35の材料としては、酸化ルテニウムや、Ag/Pd(銀パラジウム)等の電気抵抗材料にガラス粉末などを混ぜた材料が用いられ、各材料の配合を変えることで抵抗体の体積抵抗値を変えることができる。本実施例では酸化ルテニウムを採用している。
基板14上に、導体及び電気接点部のペーストを同時にスクリーン印刷し、その後、発熱抵抗体35a及び35bを導体の上に重ねてスクリーン印刷している。この後、発熱抵抗体を覆うようにガラス層をスクリーン印刷する。
ここで、定着装置で用いるヒータの課題である発熱ムラ及びヒータ割れについて説明する。最初に、発熱ムラについて説明する。発熱ムラは、導体の電気抵抗値が発熱抵抗体の抵抗値に対して無視できるほど小さい場合は発生しにくい。なぜなら、導体は基板の長手方向に亘ってほぼ同電位になるので発熱抵抗体は長手方向でほぼ一様に発熱するからである。しかしながら、現実的には、基板の短手方向の幅などに制限があるため、導体の電気抵抗値は発熱抵抗体の電気抵抗値に対して無視できるほど小さくすることは難しい。従って、導体の基板の長手方向で電圧降下が生じて、基板の長手方向で発熱ムラが発生する。この発熱ムラは基板14上のパターンによって程度が異なる。
次に、ヒータ割れについて説明する。ヒータ割れは、基板の短手方向において2本の発熱抵抗体がそれぞれ基板の短手方向の端部に近い位置に配置できる方が有利な構成となる。図10に示すdは基板の幅を表しており、tは基板の短手方向で基板の端部からの発熱抵抗体までの最短距離を表している。t/dは2つの発熱抵抗体がそれぞれ、どれだけ基板の端部に近くに配置され、互いにどれだけ離れているのかを示す指標である。t/dとヒータに通電し続ける暴走試験を行った際のヒータ割れ時間との関係を図12に示す。t/dが小さいほど、ヒータ割れが生じるまでの時間が長く、ヒータ割れマージンが大きくなることがわかる。
以上説明した実施例1、従来例1、従来例2、のヒータとで発熱ムラとヒータ割れマージンの2つの項目について評価を行った結果を表1に示す。
従来例1及び従来例2の共通の構成について説明する。ヒータの基板14として材質がアルミナの細長い板を用いた。基板14のサイズは、厚さ1mm、記録材搬送方向に直交する方向の長さ290mm、記録材搬送方向の幅10mmである。基板14上に形成された発熱抵抗体の基板の短手方向の幅は1.6mmとした。
従来例1及と従来例2とは、導体の基板の短手方向の幅が異なる。従来例1の導体の基板の短手方向の幅は、全て1.2mmであるのに対し、従来例2の導体の基板の短手方向の幅は全て0.5mmである。
評価項目である基板の長手方向の発熱ムラは、従来例1、従来例2、及び、実施例1は全て、ヒータの総抵抗値を20Ωとして評価する。発熱ムラは、ヒータに800Wの電力を供給し、ヒータの表面のいずれかの部分が200℃となった瞬間において、その200℃からヒータの表面温度の最低温度を除した差分温度により比較した。
もう一つの評価項目であるヒータ割れマージンに関しては、表1にヒータに一定電力1400Wを供給してから基板が割れるまでの時間を測定し、基板が割れるまでの時間とサーモスイッチが切れた時間との差分時間で比較した。ヒータ割れマージンは、安全性確保のために2秒以上あることが望ましい。
ここで、従来例1及び従来例2のヒータの評価結果を示す。従来例1のヒータは、導体の幅を1.2mmと広く設定しているため、導体の電気抵抗が低くなり導体の基板の長手方向の電圧降下が小さくなる。そのため、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラが6℃と小さく抑えられる。一方、ヒータ割れマージンに関しては、導体幅を広くしたため、前述したt/dが0.25と大きく、発熱抵抗体を基板の短手方向の端部に十分に近づけて配置することができない。そのため、ヒータ割れマージンが1.5秒となり2秒を下回った。よって、従来例1のヒータは、発熱ムラは良好であるものの、ヒータ割れマージンは十分でない。
図11の従来例2のヒータは、導体幅を0.5mmと狭く設定したため、t/dが0.18と小さく、従来例1よりも発熱抵抗体を基板の端部の近くに配置できる。そのため、ヒータ割れマージンが従来例1よりも長い5.9秒となりヒータ割れマージンは十分であるという結果となった。一方、基板の短手方向の導体幅を狭く設定しているため、導体の抵抗が高くなり導体における電圧降下が大きい。そのため、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラが12℃と大きくなった。よって、よって、従来例2のヒータは、ヒータ割れマージンは良好であるものの、発熱ムラは十分に抑制できていない。
以上述べたように、従来例1及び従来例2のヒータは、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラの抑制と、ヒータ割れのマージンの確保との両立をすることが難しい。
次に、実施例1の評価結果について説明する。実施例1は、導体部31a及び31dの導体の幅を0.5mmと狭くしているため、t/dを0.18と小さくできる。従って、基板の短手方向で発熱抵抗体をヒータ基板の端部に十分に近づけて配置できるので、ヒータ割れマージンが6.1秒となり、良好な結果となった。
ここで、実施例1のヒータの長手方向の発熱ムラについて説明する。図3(a)は実施例1のヒータの基板の長手方向における発熱分布を示している。ここに示すように、ヒータの基板の長手方向で両端部を最高温度とし、中央部を最低温度とする発熱分布となる。この理由は、導体部31a及び導体部31bは基板の長手方向の両端部から給電される構成であるので、ヒータの基板の短手方向のそれぞれの端部から中央部に向かって電圧降下が生じるためである。導体部31aと導体部31bの電位差は、図3(b)の点線に示すような分布となる。導体部31c及び導体部31dの電位差の分布は、導体部31aと導体部31bの電位差と同様である。尚、図3(b)に記載されている電圧値は、ある瞬間における値を示すものである。実施例1では、AC電圧を印加しているため、導体部31bが負の電圧値、導体部31aが正の電圧値となるタイミングも存在する。
実施例1のヒータの発熱ムラとしては、導体部31a及び導体部31dは導体の基板の短手方向の幅が狭いので、従来例2と同様に、基板の長手方向における電圧降下は大きくなる。しかしながら、導体部31b及び導体部31cの幅を広くすることで、導体部31b及び31cにおける電圧降下を小さくして、導体部31aと導体部31dにおける電圧降下分を補っている。その結果、ヒータの基板の長手方向の温度ムラについても8℃に抑えることができて、発熱ムラについても良好である。
以上述べたことから、実施例1のヒータは、基板の長手方向の発熱ムラを抑制しつつヒータ割れのマージンを十分に確保することができる。
(実施例2)
実施例2における画像形成装置および定着装置8の構成は実施例1と同じであるため、説明を省略する。以下、実施例2におけるヒータの構成について説明する。図4は、実施例2の定着装置に搭載するヒータ13の平面図である。実施例1と同様の機能を持つものは同一の番号を付している。
実施例2における画像形成装置および定着装置8の構成は実施例1と同じであるため、説明を省略する。以下、実施例2におけるヒータの構成について説明する。図4は、実施例2の定着装置に搭載するヒータ13の平面図である。実施例1と同様の機能を持つものは同一の番号を付している。
実施例2のヒータ(図4)のうち実施例1(図2)のヒータと構成が異なる部分は、実施例1の第1の導体が環状の形状であるのに対して、実施例2の第1の導体が棒状の形状で形成された導体部31eとなっている部分である。第1の導体の導体部31eの基板の短手方向の幅は4.8mmである。これは、実施例1のヒータよりも更に第1の導体の幅を広くすることで導体部31eの基板の長手方向で生じる電圧降下をより小さくして、発熱ムラを抑えるためである。
実施例1のヒータと実施例2のヒータとを基板の長手方向の発熱ムラと、ヒータ割れマージンとの2項目で評価した結果を表2に示す。尚、発熱ムラとヒータ割れマージンの評価方法は実施例1と同じなので説明を省略する。
実施例2のヒータの発熱ムラについて説明する。図5(a)は、実施例2のヒータの基板の長手方向における発熱分布を示した図である。 実施例2のヒータは、基板の長手方向の両端部が最高温度となり、中央部で最低温度となる発熱分布になった。この理由は、実施例1と同じである。つまり、図5(b)に示すように、導体部31e及び第2の導体において基板の長手方向で電圧降下が生じ、導体部31aと導体部31eとの電位差が図5(b)の点線に示すような分布となるからである。また、導体部31eと導体部31dとの電位差の分布は、導体部31aと導体部31eとの電位差の分布と同様である。尚、図5(b)に記載されている電圧値は、ある瞬間における値を示すものである。実施例2では、AC電圧を印加しているため、導体部31eが負の電圧値、導体部31aが正の電圧値となるタイミングも存在する。図5(b)に示すように、実施例2では中央の第1の導体である導体部31eの基板の短手方向の幅を広くしているため、導体部31eの電圧降下は導体部31aよりも小さくなっている。また、実施例2の導体部31eの導体幅を実施例1の導体部31bよりも広くしているため、実施例1における導体部31bの電圧降下(図3)よりも導体部31eの電圧降下の方が小さい。そのため、導体部31aと導体部31eの長手方向の電位差のムラを抑えられる。実施例2では基板の長手方向の発熱ムラを7℃に抑えることができ、実施例1よりも発熱ムラの抑制効果は大きい。
次に、実施例2のヒータのヒータ割れマージンについて説明する。実施例2は導体部31a及び31dの導体幅を0.5mmと狭いままにしているため、t/dを0.18と小さくできて、発熱抵抗体を基板の端部に近づけて配置できる。そのため、ヒータ割れ時間が6.2秒と長く、暴走時のヒータ割れを十分に抑制できる。
以上述べたように、実施例2の構成により、ヒータの基板の長手方向の発熱ムラを実施例1よりも抑制しつつ、ヒータ割れマージンを確保することができる。
尚、導体の面積が大きいと、導体の上にガラス層を設けた場合にガラスのインピーダンスが小さくなり電流が流れやすくなる。つまり、耐圧の観点では導体の面積が大きい方が不利になる。ここで言う耐圧とは、ヒータのガラス層の表面に電極Aを当て、ヒータの電気接点部に電極Bを当て、電極A−B間に電圧を印加して、リークが起こるときの電圧値のことである。従って、実施例2は、発熱ムラの観点では実施例1よりも有利であるが、実耐圧の観点では実施例1よりも不利な構成である。
よって、発熱ムラよりも耐圧のマージンを優先したい場合は、実施例1の構成を採用し、耐圧のマージンよりも発熱ムラ抑制を優先したい場合は、実施例2の構成を採用すると良い。
(実施例3)
実施例3の構成を図13(a)に示して、実施例1と異なる点について説明する。実施例3と実施例1とは、導体のパターンが異なるのみであって、その他の構成は同じであるので説明を省略する。
実施例3の構成を図13(a)に示して、実施例1と異なる点について説明する。実施例3と実施例1とは、導体のパターンが異なるのみであって、その他の構成は同じであるので説明を省略する。
実施例1は、導体部31aと導体部31dとを基板の長手方向の一方の端部で合流させた部分に電気接点部32aを設けて、導体部31aと導体部31dとを基板の長手方向の他方の端部で合流させた部分に電気接点部32dを設ける構成である。また、実施例1は、導体部31bと導体部31cとを基板の長手方向の一方の端部で合流させた部分に電気接点部32bを設けて、導体部31bと導体部31cとを基板の長手方向の他方の端部で合流させた部分に電気接点部32cを設ける構成である。
これに対して、実施例3は、第1の導体である導体部31b及び導体部31cの基板の長手方向の端部の電気接点部が基板上でそれぞれ独立しており、給電コネクタ(不図示)の内部で電気接点部を介して電気的に接続されている点が実施例1とは異なる。また、実施例3は、第2の導体の導体部31aと導体部31dとの基板の長手方向の端部が基板上で独立しており、給電コネクタ(不図示)の内部で電気接点部を介して電気的に接続されている点が実施例1とは異なる。
実施例3では導体部31aの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32a−1を設けて、導体部31aの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32d−1を設ける。また、導体部31dの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32a−2を設けて、導体部31dの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32d−2を設ける。更に、導体部31bの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32b−1を設けて、導体部31aの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32c−1を設ける。導体部31cの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32b−2を設けて、導体部31aの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32c−2を設ける。そして、電気接点部32b−1と電気接点部32b−2とが第1の給電コネクタ(不図示)によって同極性の電圧が印加され、電気接点部32c−1と電気接点部32c−2とが第2の給電コネクタ(不図示)によって同極性の電圧が印加される。電気接点部32a−1と電気接点部32a−2とが第3の給電コネクタ(不図示)によって同極の電圧が印加され、電気接点部32d−1と電気接点部32d−2とが第4の給電コネクタ(不図示)によって同極の電圧が印加される。第1の給電コネクタで印加される電圧と第2の給電コネクタによって印加される電圧とは同極性であり、第3の給電コネクタで印加される電圧と第4の給電コネクタによって印加される電圧とは同極性である。更に、第1の給電コネクタで印加される電圧と第3の給電コネクタで印加される電圧とは逆極性である。尚、導体部31a及び導体31部dの基板の短手方向の幅は、導体部31b及び導体部31cの基板の短手方向の幅よりも狭いという特徴は実施例1と同じである。
更に、実施例3の変形例としては、図3(b)に示すような構成のヒータでも良い。実施例3の変形例と実施例2の構成との違いは導体のパターンのみであるので、その他の構成については説明を省略する。図3(b)の構成は、第1の導体である導体部31b及び導体部31cの基板の長手方向の端部が基板上でそれぞれ独立しており、給電コネクタ(不図示)の内部で電気接点部を介して電気的に接続されている点が実施例2とは異なる。実施例3は導体部31aの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32a−1を設けて、導体部31aの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32d−1を設ける。また、導体部31dの基板の長手方向の一方の端部に電気接点部32a−2を設けて、導体部31dの基板の長手方向の他方の端部に電気接点部32d−2を設ける。電気接点部32a−1と電気接点部32a−2とが第1の給電コネクタ(不図示)によって同極の電圧が印加され、電気接点部32d−1と電気接点部32d−2とが第2の給電コネクタ(不図示)によって同極の電圧が印加される。第1の給電コネクタで印加される電圧と第2の給電コネクタによって印加される電圧とは同極性である。尚、導体部31a及び導体部31dの基板の短手方向の幅は、導体部31eの基板の短手方向の幅よりも狭いという特徴は実施例2と同じである。
実施例3及び実施例3の変形例の作用効果は、それぞれ実施例1及び実施例2の作用効果と同じである。
8 定着装置
11 ホルダ
12 定着フィルム
13 ヒータ
14 基板
16 保護層
17 サーミスタ
18 加圧ローラ
31 導体
32 電気接点部
35 発熱抵抗体
N ニップ部
P 記録材
11 ホルダ
12 定着フィルム
13 ヒータ
14 基板
16 保護層
17 サーミスタ
18 加圧ローラ
31 導体
32 電気接点部
35 発熱抵抗体
N ニップ部
P 記録材
Claims (6)
- トナー画像を担持した記録材をニップ部で搬送しながら加熱してトナー画像を記録材に定着する定着装置に用いられるヒータであって、
細長い基板と、前記基板の上に前記基板の長手方向に沿って長い形状で形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体と間隔を設けて前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部と、前記第1の導体と前記第2の導体との間で前記第1の導体と前記第2の導体とに電気的に接続された発熱抵抗体と、を有し、
前記第2の導体の前記基板の短手方向の幅は、前記第1の導体の前記基板の短手方向の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が前記基板の短手方向に2列あることを特徴とするヒータ。 - 前記第1の導体は、環状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 前記第1の導体は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のヒータ。
- 筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、
前記ニップ部でトナー画像を担持した記録材を搬送しながら加熱しトナー画像を記録材に定着する定着装置において、
前記ヒータは、細長い基板と、前記基板の上に前記基板の長手方向に長い形状で形成された第1の導体と、前記基板上に形成された環状の導体であって前記第1の導体と間隔を設けて前記第1の導体を外側から囲う第2の導体と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第1の電気接点部と、前記第1の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第2の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の一端側の端部に設けられた第3の電気接点部と、前記第2の導体の前記基板の長手方向の他端側の端部に設けられた第4の電気接点部と、前記第1の導体と前記第2の導体との間で前記第1の導体と前記第2の導体とに電気的に接続された発熱抵抗体と、を有し、前記第2の導体の前記基板の短手方向の幅は、前記第1の導体の前記基板の短手方向の幅より狭く、前記第1の導体と前記第2の導体と前記発熱抵抗体との組で形成される発熱領域が前記基板の短手方向に2列あることを特徴とする定着装置。 - 前記第1の導体は、環状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
- 前記第1の導体は、棒状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。
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