JP2015099190A - 像加熱装置及びこの像加熱装置を搭載する画像形成装置 - Google Patents

像加熱装置及びこの像加熱装置を搭載する画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ヒータ支持部材201とヒータ300の間にヒータよりも熱伝導率が高い高熱伝導部材220を挟持させる像加熱装置において、支持部材201に対するヒータ300の高さ方向の位置精度を改善すること。
【解決手段】ヒータ支持部材201の短手方向の任意の一断面は、少なくとも1箇所以上の断面において、高熱伝導部材220とヒータ300を支持する第一の座面306とヒータ300のみを支持する第二の座面307を有しており、第一の座面306と第二の座面307の段差aは高熱伝導部材xの厚みよりも短いこと。
【選択図】図8

Description

本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンタなどの画像形成装置に搭載される定着装置として用いて好適な像加熱装置及びこの像加熱装置を搭載する画像形成装置に関する。
像加熱装置を搭載する画像形成装置においては、装置に使用可能な最大幅の記録材(以下、用紙と記す)よりも幅が小さい小サイズ用紙を用いて連続プリントすると、非通紙部昇温が発生する。これは、定着ニップ部の長手方向において、小サイズ用紙が通過しない領域(非通紙部)の温度が徐々に上昇する現象である。
この非通紙部昇温を抑制する手法の一つとして、特許文献1に、フィルム加熱方式の像加熱装置において、加熱体としてのセラミックヒータの支持部材とセラミックヒータの間にヒータよりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を挟持させる方法が提案されている。
特開2003−317898号公報
本発明はこの従来技術を更に発展させたものである。即ち、高熱伝導部材(例えばグラファイト等)が加圧力によって厚さ方向に変形する特性を有する場合、厚さ方向の変形量を含めて、セラミックヒータの支持部材に対するセラミックヒータの高さ方向の位置精度を高精度にする必要がある。また、一般的に高熱伝導部材の厚み方向の寸法には公差があるため、厚み方向の寸法公差を含めて、セラミックヒータの支持部材に対するセラミックヒータの高さ方向の位置精度を高精度にする必要がある。
このように、セラミックヒータの支持部材と、セラミックヒータの間に、高熱伝導部材を挟持させる像加熱装置において、セラミックヒータの支持部材に対する、セラミックヒータの高さ方向の位置精度を改善する方法が望まれていた。
そこで、本発明の目的は、加熱体支持部材と加熱体の間に、加熱体よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を挟持させる像加熱装置において、加熱体の支持部材に対する加熱体の高さ方向の位置精度を改善することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、トナー像を担持する記録材と接触しつつ移動する移動体と、前記移動体の内面に接触する加熱体と、前記加熱体の支持部材と、前記移動体を介して前記加熱体と共にニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有し、前記移動体を介した前記加熱体の熱により記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、前記支持部材と前記加熱体の間に前記加熱体よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を備え、前記支持部材の移動体移動方向の任意の一断面は、少なくとも1箇所以上の断面において、前記高熱伝導部材と前記加熱体とを支持する第一の座面と、前記加熱体を支持する第二の座面を有しており、前記第一の座面と前記第二の座面の段差は、前記高熱伝導部材の厚みよりも短いことを特徴とする。
本発明によれば、加熱体の支持部材に対する加熱体の高さ方向の位置精度を改善できる。
実施例1における画像形成装置の概略図 定着装置(像加熱装置)の要部の横断面模式図 定着装置の要部の途中部分省略の正面模式図 ヒータ(加熱体)の構成説明図 図2の部分的拡大図 制御系統のブロック図 ヒータの制御回路図 ヒータと高熱伝導部材の加圧方法の説明図 ヒータと高熱伝導部材の接触熱抵抗の説明図 高熱伝導部材の加圧力による圧縮率を示す説明図 ヒータ支持部材の変形例の説明図 実施例2のヒータと高熱伝導部材の加圧方法の説明図 実施例3のヒータと高熱伝導部材の加圧方法の説明図
[実施例1]
(1)画像形成装置
図1は本発明に係る像加熱装置を画像の定着装置200として搭載した画像形成装置100の一例の横断面模式図である。この画像形成装置100は、電子写真記録技術を用いたレーザプリンタであり、パーソナルコンピュータなどのホスト装置500(図6)から制御部101に入力する電気的な画像情報に対応した画像を用紙(シート状の記録材)Pに形成してプリントアウトする。
プリント信号が発生すると、画像情報に応じて変調されたレーザ光をスキャナユニット21が出射し、帯電ローラ16によって所定の極性に帯電されて矢印の反時計方向に回転駆動される感光体19を走査する。これにより感光体19には静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像器17からトナー(現像剤)が供給され、感光体19上に画像情報に応じたトナー像が形成される。一方、給紙カセット11に積載された用紙Pはピックアップローラ12によって一枚ずつ給紙され、ローラ13によってレジストローラ14に向けて搬送される。
さらに用紙Pは、感光体19上のトナー像が感光体19と転写ローラ20で形成される転写位置に到達するタイミングに合わせて、レジストローラ14から転写位置へ搬送される。用紙Pが転写位置を通過する過程で感光体19上のトナー像は用紙Pに転写される。その後、用紙Pは定着装置200で加熱されてトナー像が用紙Pに加熱定着される。定着済みのトナー像を担持する用紙Pは、ローラ26、27によってプリンタ上部のトレイ31に排出される。
18は感光体19を清掃するクリーナ、30は定着装置200等を駆動するモータである。上述した、感光体19、帯電ローラ16、スキャナユニット21、現像器17、転写ローラ20等が、記録紙Pに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。感光体19、帯電ローラ16、現像器17、クリーナ18は、プリンタ本体に対して一括して着脱可能なプロセスカートリッジ15として構成されている。以上の画像形成部の動作や画像形成プロセスは周知であるので詳細な説明は省略する。
本例のレーザプリンタ100は複数の用紙サイズに対応している。具体的には、給紙カセット11にセットされた、Letter紙(約216mm×279mm)、A4紙(210mm×297mm)、A5紙(148mm×210mm)を含む複数の用紙サイズをプリントできる。
基本的に用紙を中央基準で縦送り(長辺が搬送方向と平行になるように搬送する)するプリンタであり、対応している定型の用紙サイズ(カタログ上の対応用紙サイズ)のうち最も大きな(幅が大きな)サイズはLetter紙の約216mm幅である。この最大幅サイズの用紙を大サイズ紙と定義する。この用紙よりも小さな紙幅の用紙(A4紙、A5紙など)を小サイズ紙と定義する。
用紙Pの中央基準搬送は、プリンタに通紙可能な大小どのような幅の用紙であっても、用紙の幅方向の中心線を通紙中心とし、その通紙中心が大サイズ紙の通紙中心に対してほぼ一致した状態で搬送される通紙構成である。
(2)定着装置
(2−1)装置構成の概略説明
図2は本実施例1における定着装置200の要部の拡大横断右側面模式図である。図3は定着装置200の要部の途中部分省略の正面模式図である。図4はヒータ(加熱体)の構成説明図、図5は図2の部分的な拡大図、図6は制御系統のブロック図である。
ここで、本実施例1の定着装置200若しくはその構成部材に関して、正面側とは定着装置200を用紙入口側から見た面、背面側とはその反対側の面(用紙出口側)である。左右とは定着装置200を正面側から見て左(一端側)または右(他端側)である。また、上流側と下流側は用紙搬送方向Xに関して上流側と下流側である。
長手方向(幅方向)や用紙幅方向とは、用紙搬送路面において、用紙Pの搬送方向X(もしくは移動体であるフィルムの移動方向(移動体移動方向))に直交する方向に実質平行な方向である。短手方向とは用紙搬送路面において、用紙Pの搬送方向X(もしくは移動体であるフィルムの移動方向(移動体移動方向))に実質平行な方向である。
本実施例1の定着装置200はフィルム(ベルト)加熱方式、テンションレスタイプのオンデマンド定着装置であり、左右方向を長手とする横長の装置である。定着装置200は、大別して、移動体としての可撓性を有する筒状(無端状)のフィルム(ベルト)202を含むフィルムユニット203と、ニップ部形成部材としての耐熱性で弾性を有する加圧ローラ(弾性ローラ:加圧回転体)208と、を有する。
フィルムユニット203は、フィルム202、加熱体としてのヒータ300、高熱伝導部材220、ヒータ支持部材201、加圧ステー204、左右両端部側の端末部材(定着フランジ)205(L、R)などの組立て体である。
フィルム202は用紙Pに熱を伝達する部材であり、左右方向に長い、全体的に可撓性を有する筒状の部材である。フィルム202は、例えば、円筒状のベース層(基材層)と、そのベース層の外周面に形成された弾性層と、その弾性層の外周面に形成された表層としての離型層と、ベース層の内周面に形成された内面コート層と、の複合構造である。ベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。
ヒータ300、高熱伝導部材220、ヒータ支持部材201、加圧ステー204は何れも左右方向に長い部材である。フィルム202は、ヒータ300と高熱伝導部材220を支持させたヒータ支持部材201と加圧ステー204との組立体にルーズに外嵌されている。端末部材205(L、R)はフィルム202の一端側と他端側において加圧ステー204の一端部と他端部に対して装着されており、フィルム202は左右の端末部材205Lと205Rとの間に存在している。
ヒータ300は本実施例1においてはセラミックヒータである。このヒータ300は、細長薄板状のセラミック基板と、この基板の一方側の面に具備させた通電を受けて発熱する発熱体(抵抗発熱体)と、を基本構成とするもので、発熱体に対する通電により急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量のヒータである。ヒータ300のより具体的な構造については(3)項で詳述する。
ヒータ支持部材201は横断面ほぼ半円弧状樋型の耐熱樹脂製の成形品であり、外面の周方向の略中央部に部材長手に沿ってヒータ嵌め込み溝201aが形成されている。高熱伝導部材220とヒータ300はその溝201aに嵌め込まれて支持されている。高熱伝導部材220は溝201a内においてヒータ支持部材201とヒータ300の間に介在している。高熱伝導部材220については(3)項で詳述する。
ヒータ支持部材201は高熱伝導部材220とヒータ300を支持すると共にヒータ支持部材201と加圧ステー204に外嵌されているフィルム202の回転をガイドするガイド部材としても機能する。
加圧ステー204は剛性を有する部材であり、樹脂製のヒータ支持部材201の内側(裏面側)に押し当てられることでヒータ支持部材201に長手強度を持たせ、かつヒータ支持部材201を矯正させるための部材である。本実施例1においては加圧ステー204は横断面下向きU字型またはコの字型の金属型材である。
端末部材205(L、R)は、それぞれ、左右対称形状の耐熱樹脂性の成形品であり、フィルム202の回転時のヒータ支持部材長手に沿う移動(スラスト移動)の規制およびフィルム端部の内周面をガイドしてフィルム周方向の形状を規制する役目をする。即ち、端末部材205(L、R)は、フィルム202のスラスト移動を規制する第一規制部としての、フィルム端面を受け止めるための鍔座部205aを有する。また、フィルム端部に内嵌してフィルム端部内面をガイドする第二規制部としての内面ガイド部205bを有する。
加圧ローラ208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、芯金周りにローラ状に形成されたシリコーンゴム等の材質の弾性層210と、さらにその外周面を被覆した離型層(表層)210aと、を有する複合層構成の弾性ローラである。
加圧ローラ208は左右両端部側の回転中心軸部209aが、それぞれ、定着装置枠体(フレーム)の左右の側板250(L、R)間に軸受部材(ベアリング)251(L、R)を介して回転可能に支持されて配設されている。右側の軸部209aにはドライブギアGが同心一体に配設されている。このギアGに対して制御部101によりモータドライバ102を介し制御されるモータ30の駆動力が動力伝達機構(不図示)を介して伝達される。これにより、加圧ローラ208は駆動回転体として図2において矢印R208の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。
一方、フィルムユニット203は、ヒータ支持部材201のヒータ配設部側を下向きにして、加圧ローラ208の上側に加圧ローラ208に対して実質平行に配列して、左右の側板250(L、R)間に配設されている。より詳しくは、フィルムユニット203の左右の端末部材205(L、R)にそれぞれ設けられている縦方向のガイド溝部205cが左右の側板250(L、R)にそれぞれ設けられた縦方向のガイドスリット250aに係合している。
これにより、左右の端末部材205(L、R)は、それぞれ、左右の側板250(L、R)に対して上下方向にスライド移動可能に支持されている。即ち、フィルムユニット203が左右の側板250(L、R)に対して上下方向にスライド移動可能に支持されている。フィルムユニット203のヒータ支持部材201のヒータ配設部がフィルム202を介して加圧ローラ208に対向している。
そして、左右の端末部材205(L、R)の受圧部205dがそれぞれ左右の加圧機構252(L、R)により所定の押圧力で加圧される。左右の加圧機構252(L、R)は例えば加圧バネ、加圧レバー、加圧カムなどを有する機構である。即ち、フィルムユニット203が加圧ローラ208に対して所定の押圧力で加圧され、ヒータ支持部材201のヒータ配設部と加圧ローラ208とがフィルム202を挟んで加圧ローラ208の弾性材層210の弾性に抗して相互当接して押圧される。
これにより、フィルム202の内面にヒータ300が接触し、フィルム202と加圧ローラ208との間に短手方向(フィルム移動方向:移動体移動方向)において所定幅のニップ部Nが形成される。即ち、加圧ローラ208はフィルム202を介してヒータ300と共にニップ部Nを形成する。
ヒータ300はヒータ支持部材201のニップ部Nに対応する部位にヒータ支持部材長手方向に存在している。本実施例1の定着装置200において、ヒータ300とヒータ支持部材201がフィルム202の内面と接触するバックアップ部材である。そして、加圧ローラ208がフィルム202を介してバックアップ部材300・201と共にニップ部Nを形成する。このように、フィルム202の内側にヒータ300を有し、ヒータ300と加圧ローラ208とがフィルム202を挟んで圧接してニップ部Nが形成されている。
(2−2)定着動作
定着装置200の定着動作は次のとおりである。制御部101は、所定の制御タイミングでモータ30を起動する。このモ−タ30から加圧ローラ208に回転駆動力が伝達される。これにより、加圧ローラ208が矢印R208の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。
加圧ローラ208が回転駆動されることで、ニップ部Nにおいてフィルム202に加圧ローラ208との摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、フィルム202が、その内面がヒータ300の表面に密着して摺動しながら、ヒータ支持部材201と加圧ステー204の外回りを加圧ローラ208の速度とほぼ対応した速度で矢印R202の反時計方向に従動回転する。フィルム202の内面には半固形状潤滑剤が塗工されており、ニップ部Nにおけるヒータ300およびヒータ支持部材201の外面とフィルム202の内面との摺動性を確保している。
また、制御部101は電力供給部(電力制御部)103からヒータ300に対する通電を開始する。電力供給部103からヒータ300への電力供給は、フィルムユニット203の左端部側に装着されている電気コネクタ104を介してなされる。この通電によりヒータ300は急速に昇温する。
その昇温が、ヒータ300の裏面側(上面)に対して高熱伝導部材220を介して当接させて配設されているサーミスタ(第一の温度検知素子)211によって検知される。サーミスタ211はA/Dコンバータ105を介して制御部101に接続されている。フィルム202はヒータ300が通電により発熱することでニップ部Nにおいて加熱される。
制御部101はサーミスタ211からの出力を所定の周期でサンプリングしており、このように得られた温度情報を温度制御に反映させる構成となっている。つまり、制御部101はサーミスタ211の出力をもとにヒータ300の温調制御内容を決定し、電力供給部103によって、ヒータ300の通紙部に対応する部分の温度が目標温度(所定の設定温度)となるようにヒータ300への通電を制御する。
上記の定着装置200の制御状態において、画像形成部側から未定着のトナー像tを担持した用紙Pが定着装置200側に搬送され、ニップ部Nに導入される。用紙Pはニップ部Nで挟持搬送される過程でヒータ300の熱がフィルム202を介して付与される。トナー像tはヒータ300の熱とニップ部Nの圧力によって用紙Pの面に固着像として溶融定着される。即ち、用紙上(記録材上)のトナー像が加熱されて定着される。ニップ部Nを出た用紙Pはフィルム202から曲率分離して定着装置200から排出搬送されていく。
制御部101は、プリント動作が終了すると定着動作終了の指示により、電力供給部103からヒータ300への給電を停止させる。また、モータ30を停止させる。
図3において、Aはヒータ300の最大発熱領域幅である。Bは大サイズ紙の通紙幅(最大通紙幅)であり、ヒータ300の最大発熱領域幅Aと同じ幅或いは少し小さい幅である。本実施例において最大通紙幅BはLetter紙の約216mm幅(縦送り)である。フィルム202と加圧ローラ208とで形成されるニップ部Nの全長域(ニップ部幅:加圧ローラ208の長さ)はヒータ300の最大発熱領域幅Aよりも大きい幅である。
(3)ヒータ300
図4の(a)はヒータ300の一方面側(表面側)の一部切欠き平面模式図、(b)はヒータ300の他方面側(裏面側)の平面模式図である。(c)は(b)における(c)−(c)矢視の拡大横断面模式図、(d)は(b)における(d)−(d)矢視の拡大横断面模式図である。
本実施例1においてはヒータ300はセラミックヒータである。基本的には、細長薄板状のセラミック製のヒータ基板303と、このヒータ基板303の一方面側(以下、表面側と記す)に基板長手に沿って具備させた抵抗発熱体(発熱体)301−1、301−2と、この抵抗発熱体を覆う絶縁性の表面保護層304を有する。
ヒータ基板303はニップ部Nにおける通紙方向に交差(直交)する方向を長手とする細長薄板状の例えばAl23やAlNのセラミック基板である。抵抗発熱体301−1、301−2は、例えばAg/Pd(銀パラジウム)等の電気抵抗材料ペーストをスクリーン印刷等によりパターン塗工し焼成して具備させている。本実施例においては、抵抗発熱体301−1、301−2は細帯状であり、基板面に基板短手方向に所定の間隔をあけて基板長手に沿ってパラレルに2本形成具備させてある。
抵抗発熱体301−1と301−2の一端側(左端側)は夫々導電体305を介して電極部(コンタクト部)C1とC2に電気的に導通している。また、抵抗発熱体301−1と301−2の他端側(右端側)は導電体305により電気的に直列接続されている。導電体305、電極部C1、C2はAg等の導電材料ペーストをスクリーン印刷等によりパターン塗工し焼成して具備させている。
表面保護層304は、電極部C1、C2の部分を除いて、ヒータ基板表面側を全面的に覆わせて設けられている。本実施例においては表面保護層304はガラスであり、ガラスペーストをスクリーン印刷等によりパターン塗工し焼成して具備させている。表面保護層304は、抵抗発熱体301−1と301−2、導電体305を保護し、かつ電気的絶縁を保つためのものである。
電極部C1、C2間に電力が供給されることで、直列接続の抵抗発熱体301−1と301−2が発熱する。抵抗発熱体301−1と301−2の長さは同じにしてあり、この抵抗発熱体301−1と301−2の長さ領域がヒータ300の最大発熱領域幅Aとなる。Oは用紙Pの中央基準搬送線(仮想線)であり、ヒータ300の最大発熱領域幅Aの2等分位置にほぼ対応する位置となる。
ヒータ300はヒータ支持部材201のヒータ嵌め込み溝201aに対して、表面側を外向きにし、溝201a内においてヒータ裏面側とヒータ支持部材201との間に高熱伝導部材220を介在させて嵌め込んで支持されている。高熱伝導部材220は小サイズ紙の連続通紙時における非通紙部昇温を抑制する部材であり、ヒータ裏面と溝201aの座面の間に挟まれて介在する。
図4の(b)は、ヒータ基板303の裏面に対して、少なくとも発熱体301−1、301−2の発熱領域よりも長い範囲を覆う大きさと形状の高熱伝導部材220をヒータ基板裏面に対して重ね合わせて配設した状態を示している。高熱伝導部材220は、ヒータ基板裏面において、少なくともヒータ300の最大発熱領域幅Aに対応する長さ範囲領域部分を覆うように配設される。
高熱伝導部材220は、ヒータ300がヒータ支持部材201のヒータ嵌め込み溝201aに表面側を外向きにして嵌め込まれてヒータ支持部材201に支持されている状態において、ヒータ裏面と溝201aの座面の間に挟まれて介在する。そして、高熱伝導部材220は前述した加圧機構252(L、R)の押圧力で形成されるフィルムユニット203と加圧ローラ208とのニップ部Nの加圧力によってヒータ支持部材201とヒータ300の間に挟まれて加圧される。
図5は、図2においてフィルム202と加圧ローラ208が接触する領域の拡大図である。用紙Pや加圧ローラ208の図示は省略してある。フィルム202の内面とヒータ300の表面保護層304の表面は接触しており、フィルム202と加圧ローラ208との間にニップ部Nを形成している。
高熱伝導部材220はヒータ300よりも熱伝導率が高い部材である。本実施例においては、高熱伝導部材220としてヒータ基板303に比べて面方向の熱伝導率が高い熱伝導異方部材を用いている。
ヒータ基板303に比べて、面方向の熱伝導率の高い材質として、例えば、グラファイトを用いた可撓性のあるシート状の部材等を用い得る。本実施例における高熱伝導部材220は材料としてクラファイトを用いた可撓性のあるシート状の部材であり、シート面方向の熱伝導率がヒータ300の熱伝導率より高い。本実施例では、高熱伝導部材220として、面方向の熱伝導率が1000W/mk、厚み方向の熱伝導率が15W/mk、厚さ70μm、密度1.2g/cm3のグラファイトシートを用いた。
また、高熱伝導部材220には、ヒータ300(ヒータ基板303)よりも熱伝導率の高いアルミニウム等の薄い金属材料を用いても良い。
211はサーミスタ(第一の温度検知素子)、212はサーモスイッチや温度ヒューズ等のサーモスタット(第二の温度検知素子)212である。このサーミスタ211とサーモスタット212はヒータ支持部材201のヒータ嵌め込み溝201aに嵌め込まれて支持されているヒータ裏面に対して高熱伝導部材220を介してそれぞれ接触させて配設されている。サーミスタ211及びサーモスタット212は高熱伝導部材220に対して板バネ等の付勢部材(不図示)によって加圧されている。
サーミスタ211とサーモスタット212は図4の(b)のように中央基準搬送線0を中にして一方側と他方側に位置させて配設されている。そして、サーミスタ211とサーモスタット212は共に、定着装置200に通紙可能な用紙Pの最小通紙幅に対応する領域内に配設されている。サーミスタ211は前述のようにヒータ300を温調するための温度検知素子である。サーモスタット212は図6のようにヒータ300に対する給電回路に直列に接続されており、ヒータ300が異常昇温した時に作動して抵抗発熱体301−1と301−2への給電ラインを遮断する。
ヒータ300に設けられる温度検知素子としての上記のサーミスタ211とサーモスタット212はその両方でもよいし、どちらか一方であってもよい。更なる温度検知素子が配設されてもよい。
(4)ヒータ300の電力制御部
図7は本実施例1におけるヒータ300の電力制御部を示す。401はプリンタ100に接続される商用の交流電源である。ヒータ300の電力制御は、トライアック416の通電/遮断により行われる。ヒータ300への電力供給は電極部C1〜C2を介して行われており、ヒータ300の抵抗発熱体301−1及び301−2に電力供給される。
ゼロクロス検知部430は交流電源401のゼロクロスを検知する回路であり、制御部(CPU)101にZEROX信号を出力している。ZEROX信号はヒータ300の制御に用いており、ゼロクロス回路の一例として、特開2011−18027号公報に記載されている方法を使用できる。
トライアック416の動作について説明する。抵抗413、417はトライアック416を駆動するための抵抗で、フォトトライアックカプラ415は一次・二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。そして、フォトトライアックカプラ415の発光ダイオードに通電することによりトライアック416をオンさせる。抵抗418は、フォトトライアックカプラ415の発光ダイオードの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ419によりフォトトライアックカプラ415をオン/オフする。
トランジスタ419は、制御部101からのFUSER信号に従って動作する。サ−ミスタ211によって検知される温度は、抵抗411との分圧がTH信号として制御部101で検知されている。制御部101の内部処理では、サーミスタ211の検知温度とヒータ300の設定温度に基づき、例えばPI制御により、供給するべき電力を算出する。更に供給する電力に対応した位相角(位相制御)、波数(波数制御)の制御レベルに換算し、その制御条件によりトライアック416を制御している。
例えばトライアック416がショートするなど、電力制御部の故障などにより、定着装置200が熱暴走状態になった場合、サーモスタット212が動作し、ヒータ300への電力供給を遮断する。また、サーミスタ検知温度(TH信号)が所定の温度以上を検知した場合、リレー402を非通電状態とし、ヒータ300への電力供給を遮断する。
(5)ヒータと高熱伝導部材の加圧方法
図8は本実施例1のヒータ300と高熱伝導部材220の加圧方法、およびヒータ支持部材201の形状を説明するための模式図である。
ヒータ支持部材201とヒータ300の間に前述した高熱伝導部材220を備えている。高熱伝導部材220は前述した加圧機構252(L、R)の押圧力で形成されるフィルムユニット203と加圧ローラ208とのニップ部Nの加圧力によってヒータ支持部材201とヒータ300の間に加圧された状態で挟持される。
ヒータ支持部材201のフィルム移動方向(移動体移動方向)の任意の一断面は、少なくとも1箇所以上の断面において、高熱伝導部材220とヒータ300とを支持する第一の座面306と、ヒータ300を支持する第二の座面307を有している。そして、第一の座面306と第二の座面307の段差aは、高熱伝導部材220の厚みよりも短い構成としてある。
以下、この構成について詳述する。図8の(A)はヒータ300の表面側の模式図である。(B)は(A)のヒータ300と高熱伝導部材220がヒータ支持体部材202の溝部202aに支持されている状態における(A)のヒータ300の長手方向の中央部の領域Bの短手方向の任意の一断面を示した図である。
ヒータ支持部材201は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる座面306を有している。また、ヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、ヒータ基板303のみを加圧する座面307を有している。ヒータ支持部材201は上記の座面306と座面307の両方を短手方向の一断面で有している。
また、ヒータ支持部材201は、座面306と座面307の間に段差aを有しており、ヒータ支持部材201の段差a内部と、ヒータ基板303との間に高熱伝導部材220が挟持されていることを特徴としている。このヒータ支持部材201の段差aの距離は、加圧後の高熱伝導部材220の厚み圧縮率に応じた距離に調整してあることを特徴とする。
図8の(C)は、(A)のヒータ300の長手方向のサーモスタット212を当接させる領域Cの短手方向の任意の一断面を示した図である。ヒータ支持部材201は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる座面306を有している。また、ヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、ヒータ基板303のみを加圧する座面307を有している。ヒータ支持部材201は上記の座面306と座面307の両方を短手方向の一断面で有している。
また、ヒータ支持部材201は、座面306と座面307の間に段差aを有しており、ヒータ支持部材201の段差a内部と、ヒータ基板303との間に高熱伝導部材220が挟持されていることを特徴としている。このヒータ支持部材201の段差aの距離は、加圧後の高熱伝導部材220の厚み圧縮率に応じた距離に調整してあることを特徴とする。
図8の(D)は、(A)のヒータ300の長手方向のサーミスタ211を当接させる領域Dの短手方向の任意の一断面を示した図である。
ヒータ支持部材201は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる座面306を有している。また、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域以外の箇所とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、ヒータ基板303のみを加圧する座面307を有している。ヒータ支持部材201は上記の座面306と座面307の両方を短手方向の一断面で有している。
また、ヒータ支持部材201は、座面306と座面307の間に段差aを有しており、ヒータ支持部材201の段差a内部と、ヒータ基板303との間に高熱伝導部材220が挟持されていることを特徴としている。このヒータ支持部材201の段差aの距離は、加圧後の高熱伝導部材220の厚み圧縮率に応じた距離に調整してあることを特徴とする。
図8の(B)〜(D)のように、ヒータ支持部材201は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる座面306を有している。そのため、熱伝導率の低いヒータ基板303の熱抵抗の影響を小さくすることができ、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱を、高熱伝導部材220に対して効率的に伝導できる。
また、ヒータ支持部材201は座面306と座面307の間に段差aを有し、ヒータ支持部材201の段差a内部と、ヒータ基板303との間に高熱伝導部材220を狭持する。これにより、ヒータ基板303に対する高熱伝導部材220の位置関係を固定することができる。
さらに、ヒータ支持部材201の段差aの距離は、加圧後の高熱伝導部材220の厚み圧縮率に応じた距離に調整することで、一定の圧力で高熱伝導部材220とヒータ基板303を接触させることができる。これにより、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱を、高熱伝導部材220に対して効率的に伝導できる。
上記のヒータ支持部材201の段差aと高熱伝導部材220の厚さの関係を図9で説明する。図9は、高熱伝導部材220とヒータ基板303間の、接触熱抵抗と加圧力の関係を示す。高熱伝導部材220とヒータ基板303を非加圧にする領域では、殆ど熱伝導が得られなくなることを示している。つまり、高熱伝導部材220とヒータ基板303間の熱伝導を得るには所定の加圧力が必要である。
そのため、本実施例のヒータ支持部材201は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる領域を設けている。
図10は高熱伝導部材220の厚み圧縮率とヒータ支持部材201の座面306と座面307の間の段差aの関係を示している。(A)は、高熱伝導部材220が非加圧の時の、高熱伝導部材220とヒータ支持部材201を示している。ヒータ支持部材201の座面306と座面307の間の段差をa、非加圧時の高熱伝導部材220の厚さをxとする。このとき、ヒータ支持部材201の座面306と座面307の間の段差aと、非加圧状態の高熱伝導部材220の厚さxの関係はa<xであることを特徴としている。
(B)は、高熱伝導部材220が加圧された時の、高熱伝導部材220とヒータ支持部材201、ヒータ300を示している。加圧時の高熱伝導部材220の厚さをyとする。このときヒータ支持部材201の座面306と座面307の間の段差aは、a≦yであることを特徴としている。つまり、第一の座面306と第二の座面307の段差aは高熱伝導部材220が加圧された後の厚みyよりも短いことを特徴としている。
例えば座面306における高熱伝導部材220の厚み方向に対して垂直な加圧力が1000[gf/cm2]、このときの高熱伝導部材220の厚み圧縮率を8%とすると、加圧後の高熱伝導部材220の厚みは、0.92×xとなる。よって、座面306と座面307の間の段差aはa≦0.92×xとなる。
このように高熱伝導部材220を圧縮させてヒータ基板303に接触させることで、高熱伝導部材220の厚み方向の寸法公差を吸収することができ、高い精度で高熱伝導部材220とヒータ基板303を接触させることができる。
図11は実施例1のヒータ支持部材201の変形例を示している。(A)のヒータ支持部材701、(B)のヒータ支持部材702、(C)のヒータ支持部材703は、いずれも、座面706と座面708と座面707を有している。即ち、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に座面706と座面708と座面707を有している。
座面706は高熱伝導部材220を加圧してヒータ基板303に接触させる第一の座面(加圧領域)である。座面708は高熱伝導部材220を非加圧にする座面(非加圧領域)である。座面707はヒータ基板303のみを加圧する第二の座面である。ヒータ支持部材701、702、703は上記の座面706、708、707のすべてを短手方向の一断面で有している。
この例においても、ヒータ支持部材701、702、703はいずれも座面706と座面707の間に段差aを有しており、ヒータ支持部701、702、703の段差a内部と、ヒータ基板303との間に高熱伝導部材220が挟持されている。
即ち、ヒータ支持部材701、702、703の第一の座面706は高熱伝導部材220に対して少なくとも1つの加圧領域を有しており、第一の座面702と第二の座面707の段差aは高熱伝導部材220が加圧された後の厚みよりも短い構成である。そして、第一の座面706は高熱伝導部材220に対して少なくとも1つの非加圧領域708を有する構成である。
以下、この構成について詳述する。(A)のヒータ支持部材701、(B)のヒータ支持部材702、(C)のヒータ支持部材703はいずれも、ヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、高熱伝導部材220とヒータ300を非加圧にする座面708を有している。そのため、高熱伝導部材220から、ヒータ支持部材201への放熱を抑えることができることを特徴としている。
ところで、ヒータ支持部材701の座面706の面積は、ヒータ支持部材201の座面306の面積より、非加圧にする座面708の面積分小さくなる。よって、同じ力でヒータ支持部材701及び201を押した場合、座面706における高熱伝導部材220の厚み方向に対して垂直な加圧力は、座面306における高熱伝導部材220の厚み方向に対して垂直な加圧力より高くなる。
例えば座面706の面積が座面306の面積の三分の二とし、座面306における高熱伝導部材220の厚み方向に対して垂直な加圧力が1000[gf/cm2]とした場合を考える。この場合は、座面706における高熱伝導部材220の厚み方向に対して垂直な加圧力は1500[gf/cm2]となる。このときの高熱伝導部材220の厚み圧縮率を約11%とし、非加圧状態の高熱伝導部材220の厚さをxとすると、加圧後の高熱伝導部材220は、およそ0.89×xとなる。よって、座面706と座面707の間の段差aはa≦0.89×xとなる。
[実施例2]
定着装置200に搭載するヒータ300のヒータ支持部材を変更した実施例2を説明する。実施例1と同様の構成については説明を省略する。本実施例におけるヒータ支持部材の第一の座面及び第二の座面はヒータのフィルム移動方向に直交する長手方向に対して曲率を有している。そして、第一の座面と第二の座面の段差は、前記長手方向の任意の一断面において、ほぼ等しいことを特徴とする。
以下、この構成について詳述する。図12の(A)はヒータ支持部材801の3次元図を示した図である。ヒータ支持部材801は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、高熱伝導部材220を加圧してヒータ基板303に接触させる第一の座面806を有している。また、ヒータ基板303のみを加圧する第二の座面807を有している。ヒータ支持部材801は、上記の座面806と座面807の両方を短手方向の一断面で有している。
ヒータ支持部材801は基板長手方向にクラウン形状を有しており、座面806及び座面807は、長手方向に一定の曲率であることを特徴としている。長手方向のクラウン形状は、長手方向に均一な加圧力を発生させることができる形状であり、クラウン形状の一例として、特開2005−181989号公報に記載されている方法を使用できる。
(B)は、(A)の長手方向の端部付近のBの短手方向の一断面を示した図である。ヒータ支持部材801は、座面806と座面807の間に段差aを有しており、ヒータ支持部材801の段差a内部と、ヒータ300との間に高熱伝導部材220が挟持されていることを特徴としている。ヒータ支持部材801の段差aの距離は、図10で説明した加圧後の高熱伝導部材220の厚み圧縮率に応じた距離に調整してあることを特徴とする。
(C)は、(A)の長手方向の中央付近のCの短手方向の一断面を示した図である。(C)における座面806及び座面807は、ヒータ支持部材801の曲率に応じて、(B)における座面806及び座面807より下がっている。
ところで、(C)の座面806の加圧力は、クラウン形状を有するヒータ支持部材801の長手方向の加圧力が均一であるため、(B)の座面806の加圧力と同値である。よって、(C)におけるヒータ支持部材801の段差aの距離は、(B)におけるヒータ支持部材801の段差aの距離と同値であることを特徴としている。つまり、第一の座面806と第二の座面807の段差aは、前記長手方向の任意の一断面において、ほぼ等しいことを特徴とする。
(B)及び(C)で示したように、クラウン形状を有するヒータ支持部材801は、座面806と座面807の間の段差aの距離が長手方向に一定の値かつ座面806及び座面807が長手方向に曲率をもつことを特徴としている。
本実施例2に示すように、クラウン形状有するヒータ支持部材801においても、本提案の構成を適用できる
[実施例3]
定着装置200に搭載するヒータ支持部材を変更した実施例3を説明する。実施例1と同様の構成については説明を省略する。
図13の(A)は本実施例で提案するヒータ支持部材901または902の3次元図を示した図である。ヒータ支持部材901及び902は基板長手方向にクラウン形状を有する。またヒータ支持部材901及び902は、抵抗発熱体301−1及び301−2の発熱領域とヒータ基板303の厚み方向に対して垂直な位置に、高熱伝導部材220とヒータ基板303を加圧して接触させる第一の座面906を有する。また、ヒータ基板303のみを加圧する第二の座面907を有する。ヒータ支持部材901及び902は、上記の座面906と座面907の両方を短手方向の一断面で有している。
ここで、ヒータ支持部材901及び902の座面906と座面907の間の段差の距離をaとする。ヒータ支持部材901とヒータ支持部材902は、座面906と座面907の間の段差の距離aの長手方向の分布が異なることを特徴としている。
(B)はヒータ支持部材901及び902の座面906と座面907の間の段差の距離aとヒータ300長手方向の位置との関係を示している。
実線801で示す曲線は、実施例2で示したヒータ支持部材801の座面806と座面807の間の段差の距離aであり、実施例2で説明したように一定の値となる。
また、点線901で示す曲線は、本実施例のヒータ支持部材901の座面906と座面907の間の段差の距離aである。長手方向(f)及び(g)点より端部側の距離aが、長手方向(f)及び(g)点内部の距離aよりも一定の距離だけ短い事を特徴としている。さらに、破線902で示す曲線は、本実施例のヒータ支持部材902の座面906と座面907の間の段差の距離aであり、長手方向中央から端部側に徐々に短くなることを特徴としている。
(C)は座面906にかかる加圧力とヒータ長手方向の位置の関係を示した図である。実線801で示す曲線は、実施例2で示したヒータ支持部材801における座面806の加圧力を示しており、ヒータ長手方向に対して一定である。
一方、点線901で示す曲線は、本実施例のヒータ支持部材901における座面906の加圧力を示しており、長手方向(f)及び(g)点より端部側の加圧力が、長手方向(f)及び(g)点内部の加圧力より高い事を特徴としている。これは、(B)において、座面906と座面907の間の段差の距離aが短い箇所に加圧力が集中するためである。
破線902で示す曲線は本実施例のヒータ支持部材902における座面906の加圧力を示しており、長手方向中央から端部側に徐々に高くなっていることを特徴としている。これは、(B)において、座面906と座面907の間の段差の距離aが短くなるにつれて、加圧力が高くなるためである。
本実施例のヒータ保持部材901及び902は、ヒータ長手方向端部付近の座面906と座面907の間の段差の距離aが、ヒータ長手方向中央付近の座面906と座面907の間の段差の距離aより短くなっていることを特徴としている。つまり、第一の座面906と第二の座面907の段差aは、前記長手方向に分布を有しており、ヒータの発熱領域端部の段差が発熱領域中央部の段差に比べて短いことを特徴とする。
よって、ヒータ長手方向端部付近の座面906にかかる加圧力が、ヒータ長手方向中央部の座面906の座面にかかる加圧力よりも高くなる。
これにより、図9で示すヒータ300と高熱伝導部材220の接触熱抵抗の関係から、ヒータ長手方向端部付近のヒータ300と高熱伝導部材220の接触熱抵抗は、ヒータ長手方向中央部のヒータ300と高熱伝導部材220の接触熱抵抗より低くなる。そのため、ヒータ長手方向端部の熱を効率よく高熱伝導部材220に伝導できる。
なお、ヒータ保持部材901及び902は、ヒータ長手方向端部付近の加圧力を高くする形状の一例であり、本実施例で提案されている形状のみに限定しない。
[その他の事項]
1)加熱体はセラミックヒータに限られない。誘導コイルの交番磁束の作用により誘導発熱する電磁誘導発熱部材(鉄板など)にすることもできる。ニクロム線により発熱させるヒータにすることもできる。
2)像加熱装置200の構成は実施例のテンションレスタイプのフィルム加熱方式に限定されるものではない。移動体として可撓性を有する無端状(エンドレス)のフィルム(ベルト)を用い、このフィルムを複数の支持部材間に張りを与えて懸け回して支持させて駆動部材により回転駆動させる。そして、このフィルムの内側に支持部材で支持させた加熱体をフィルムの内面に接触させて配設する。このフィルムを介して加熱体と共にニップ部を形成するニップ形成部材を配設した装置構成にすることもできる。
3)移動体として繰り出し部から巻き取り部に走行移動される可撓性を有する有端のウエブ状のフィルムを用いる。そして、繰り出し部と巻き取り部との間においてフィルムの内側に支持部材で支持させた加熱体をフィルムの内面に接触させて配設する。このフィルムを介して加熱体と共にニップ部を形成するニップ形成部材を配設した装置構成にすることもできる。
4)上記の2)や3)の装置構成においては、ニップ形成部材は必ずしも回転体の形態の部材でなくてもよい。フィルムや記録材との当接面である表面の摩擦係数が小さいパッド部材やプレート状部材など非回転部材の形態のものにすることもできる。また、ニップ形成部材は回転可能なローラ体に限られず、回転可能なエンドレスベルト体にすることもできる。
5)記録材の搬送を片側基準とした装置構成にすることもできる。
6)本発明における像加熱装置には、未定着トナー像(顕画剤像、現像剤像)を加熱して固着画像として定着又は仮定着する装置の他に、定着されたトナー像を再加熱してつや等の表面性を改質する装置も包含される。
7)画像形成装置の画像形成部は電子写真方式に限られない。静電記録方式や磁気記録方式の画像形成部であってもよい。また、転写方式に限られず、記録材に対して直接方式でトナー像を形成する構成のものであってもよい。
8)実施例において定着装置200は、実施例の電子写真プリンタ以外の画像形成装置、カラー複写機、ファクシミリ、カラープリンタ、これらの複合機等で実施されてもよい。即ち、実施例の定着装置及び電子写真プリンタは、上述した構成部材の組み合わせには限定されず、それぞれの代替部材で一部又は全部を置き換えた別の実施形態で実現してもよい。
200・・像加熱装置、300・・加熱体、201・・支持部材、202・・移動体、R202・・移動体移動方向、208・・ニップ部形成部材、220・・高熱伝導部材、306・・第一の座面、307・・第二の座面、a・・第一の座面と第二の座面の段差、x・・高熱伝導部材の厚み、N・・ニップ部、P・・記録材、t・・トナー像

Claims (11)

  1. トナー像を担持する記録材と接触しつつ移動する移動体と、前記移動体の内面に接触する加熱体と、前記加熱体の支持部材と、を有し、前記移動体を介した前記加熱体の熱により記録材上のトナー像を加熱する像加熱装置において、
    前記支持部材と前記加熱体の間に前記加熱体よりも熱伝導率が高い高熱伝導部材を備え、
    前記支持部材の移動体移動方向の任意の一断面は、少なくとも1箇所以上の断面において、前記高熱伝導部材と前記加熱体とを支持する第一の座面と、前記加熱体を支持する第二の座面を有しており、
    前記第一の座面と前記第二の座面の段差は、前記高熱伝導部材の厚みよりも短いことを特徴とする像加熱装置。
  2. 前記高熱伝導部材は材料としてグラファイトを用いた可撓性のあるシート状の部材であり、シート面方向の熱伝導率が前記加熱体の熱伝導率より高いことを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
  3. 前記支持部材の第一の座面は前記高熱伝導部材に対して少なくとも1つの加圧領域を有しており、前記第一の座面と前記第二の座面の段差は前記高熱伝導部材が加圧された後の厚みよりも短いことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の像加熱装置。
  4. 前記支持部材の第一の座面は前記高熱伝導部材に対して少なくとも1つの非加圧領域を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の像加熱装置。
  5. 前記支持部材の第一の座面及び第二の座面は前記加熱体の移動体移動方向に直交する長手方向に対して曲率を有していることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の像加熱装置。
  6. 前記第一の座面と前記第二の座面の段差は、前記長手方向の任意の一断面において、ほぼ等しいことを特徴とする請求項5に記載の像加熱装置。
  7. 前記第一の座面と前記第二の座面の段差は、前記長手方向に分布を有しており、前記加熱体の発熱領域端部の段差が発熱領域中央部の段差に比べて短いことを特徴とする請求項5に記載の像加熱装置。
  8. 前記加熱体には前記高熱伝導部材を介して温度検知素子が当接されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の像加熱装置。
  9. 前記温度検知素子がサーミスタまたはサーモスタットもしくはその両方であることを特徴とする請求項8に記載の像加熱装置。
  10. 前記移動体を介して前記加熱体と共に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するニップ部形成部材を有することを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の像加熱装置。
  11. 請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の像加熱装置が搭載されていることを特徴とする画像形成装置。
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