JP2017227875A - ヒータ、定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータと加圧体とのニップ幅を増大させることを可能とする定着装置を提供する。【解決手段】ヒータ３２は、発熱体６０と、保護層９０とを有する。保護層は、発熱体を覆い、表面の少なくとも一部は、発熱体に向かって凸となる凸面部を有している。このようなヒータを定着装置に適用することができる。【選択図】図４

Description

この明細書に記載の実施形態は、シート上に形成されるトナー像を、当該シートに定着させる技術に関する。

従来、無端ベルトと加圧ローラとによりシートを搬送するとともに、無端ベルトの内側にある板状のヒータによりシートを加熱する定着装置が知られている。ヒータと加圧ローラとにより、シート（無端ベルト）の挟圧領域が形成される。シート搬送方向における挟圧領域の長さをニップ幅と記載する。定着装置は、ニップ幅に搬送されるシートを狭圧しながら加熱することで、シート上のトナー像をシートに定着させる。

以下の技術が開示されている。

特開２０１５−２１９４１８号公報

ニップ幅を増大させると、ヒータを無端ベルトを介してシートに十分に圧接でき、シートを良好に加熱できる。ニップ幅を増大させるために、加圧ローラによる発熱部材への荷重を大きくしたり、加圧ローラの径を大きくしたりすることが考えられる。しかしながら、加圧ローラによる発熱部材への荷重を大きくする場合、発熱部材の割れや無端ベルトの劣化度合いが増すおそれがある。加圧ローラの径を大きくする場合、加圧ローラの熱容量が増大して発熱部材からの熱が加圧ローラに奪われることとなる。そのため、加圧ローラの径を大きくする場合、発熱部材の発熱量を増大させる必要が生じる。

実施形態は、ヒータと加圧体とのニップ幅を増大させることを可能とする技術を提供することを目的とする。

実施形態のヒータは、発熱体と、保護層とを有する。保護層は、発熱体を覆い、表面の少なくとも一部は、発熱体に向かって凸となる凸面部を有している。

実施形態の定着装置は、無端ベルトと、ヒータと、加圧体とを有する。加圧体は、無端ベルトを挟んでヒータと対向する位置に設置され、無端ベルトとともに、搬送されるシートを挟持するためのニップを形成する。ヒータは、発熱体と、発熱体を覆い、無端ベルトと接触する保護層とを有する。保護層の加圧体と対向する側の面は、加圧体に対して凹となる凹面部を有している。

実施形態の画像形成装置は、転写部と、上記構成の定着装置とを有する。転写部は、形成対象の画像をシート上に転写する。定着装置は、シート上に転写された画像を当該シートに定着させる。

実施形態の画像形成装置の概要を示す図である。 実施形態の定着装置の構成を示す図である。 実施形態の発熱抵抗部材の構成例を示す図である。 実施形態の加熱部材および従来の加熱部材を示した図である。 実施形態の加熱部材を示した図であり、保護層の端部に注目した図である。 他の定着装置の構成例を示す図である。

以下、実施形態の画像形成装置および定着装置について、図面を用いて説明する。

図１は、実施形態の画像形成装置の模式図である。画像形成装置１は、読取り部Ｒ、画像形成部Ｐ、給紙カセット部Ｃ、定着装置３０を有する。読取り部Ｒは、原稿台に設置される原稿シートをＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサなどで読み取り、光信号をデジタルデータに変換する。画像形成部Ｐは、読取り部Ｒで読み取られた原稿画像、もしくは外部のパーソナルコンピュータからの印刷データを取得し、トナー像をシート上に形成、定着させるユニットである。

画像形成部Ｒは、レーザ走査部２００、および感光ドラム２０１Ｙ、２０１Ｍ、２０１Ｃ、２０１Ｋを有する。レーザ走査部２００は、ポリゴンミラー２０８、および光学系２４１を有し、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像信号に基づき、シート上に形成する像を感光ドラム２０１Ｙ〜２０１Ｋに照射する。

感光ドラム２０１Ｙ〜２０１Ｋは、不図示の現像装置から供給される各色トナーを、上記の照射位置に従い保持する。感光ドラム２０１Ｙ〜２０１Ｋは、保持したトナー像を順次転写ベルト２０７に転写する。転写ベルト２０７は、無端ベルトであり、ローラ２１３が回転駆動することで、転写位置Ｔまでトナー像を搬送する。

搬送路１０１は、給紙カセット部Ｃにストックされたシートを、転写位置Ｔ、定着装置３０、排出トレイ２１１の順に搬送する。給紙カセット部Ｃにストックされたシートは、搬送路１０１の案内により転写位置Ｔまで搬送され、転写ベルト１５が転写位置Ｔにてトナー像をシートに転写する。

トナー像が表面に形成されたシートは、搬送路１０１の案内に従い定着装置３０まで搬送される。定着装置３０は、トナー像を加熱、溶融することで、シートへ浸透させて定着させる。これにより、シート上のトナー像が外力によって乱されることを防ぐ。搬送路１０１は、トナー像が定着したシートを排出トレイ２１１まで搬送し、シートを画像形成装置１の外部に排出する。

制御部８０１は、画像形成装置１内の装置や機構を統括的に制御するユニットであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの中央演算装置や、揮発性／不揮発性の記憶装置を含む。一つの実施形態として、中央演算装置が記憶装置に記憶されたプログラムを演算実行することで、画像形成装置１内の装置、機構を制御する。また、機能の一部を回路として実装しても構わない。

尚、形成対象の画像（トナー画像）を転写位置Ｔまで搬送し、シート上に転写するまでの各ユニットを含めた構成を転写部４０とする。

図２は定着装置３０の構成例を示す図である。定着装置３０は、板状のヒータ３２、複数のローラに懸架された無端ベルト３４を有する。また定着装置３０は、無端ベルト３４を懸架し、一定方向に回転駆動させる駆動ローラ３３を有する。定着装置３０は、無端ベルト３４を懸架するとともに張力を与えるテンションローラ３５を有する。また定着装置３０は、弾性層が表面に形成された加圧ローラ３１を有する。ヒータ３２は、発熱部側が無端ベルト３４の内側面に接触しており、加圧ローラ３１の方向に押圧する。これにより、加圧ローラ３１とで形成される接触部分（ニップ部）に、トナー像を乗せたシート１０５を挟み込み、加熱、加圧する。

加圧ローラ３１（加熱体）は、無端ベルト３４を挟んでヒータ３２と対向する位置に設置される。加圧ローラ３１は、無端ベルト３４とともに、搬送されるシートを挟持するためのニップを形成する。ニップは、換言すると、ヒータ３２と加圧ローラ３１とにより形成されるシート（無端ベルト３４）の挟圧領域を指す。ニップのシート搬送方向の長さをニップ幅と言う。

尚、無端ベルト３４は、ヒータ３２と接する側から順に、基層（Ｎｉ／ＳＵＳ／ＰＩ：厚さ６０〜１００μｍ）、弾性層（Ｓｉゴム：厚さ１００〜３００μｍ）、離型層（ＰＦＡ：厚さ１５〜５０μｍ）の各層から成っている。各厚さの数値や材質などは一例である。

無端ベルト３４は、加圧ローラ３１の回転をベルト動力源としてもよい。

図３は、ヒータ３２内に含まれる、発熱抵抗部材を図示したものである。発熱抵抗部材６０（発熱体）は、搬送されるシート１０５の面と対面するよう配置されている板状部材であり、複数の抵抗部材６１により構成されている。抵抗部材６１は、発熱抵抗部材６０をシート搬送方向に対し直角方向（Ｙ軸方向）に複数小分けしたセル領域である。抵抗部材６１のそれぞれは両端が電極６２と接続しており、通電することで発熱する。電極６２は、アルミ層で形成されている。

本実施形態では、図３に示す複数のセルに小分けした発熱抵抗部材６０を用いるが、小分けせずに一体となった板状の発熱抵抗部材を用いても構わない。

図４（Ａ）は実施形態のヒータ３２の構成を図示したものであり、図４（Ｂ）は、対比用に従前の加熱部材の構成を図示したものである。図４において、無端ベルト３４は省略している。

図４（Ａ）に示すヒータ３２は、セラミック基板７０の上に上述の発熱抵抗部材６０が積層されている。さらに、耐熱部材の保護層９０が積層されており、発熱抵抗部材６０を覆う。保護層９０は、セラミック基板７０および発熱抵抗部材６０が不図示の無端ベルト３４と接触することを防ぐために設けられている。保護層９０を設けることで、無端ベルト３４の摩耗を抑制する。本例において、セラミック基板７０は１〜２ｍｍの厚さを有し、保護層９０の材質はＳｉｏ２であり、その厚さは６０〜８０μｍである。

保護層９０の加圧ローラ３１のローラ面３１Ａと対面している表面９０Ａは、対向する加圧ローラ３１に対して窪み形状（凹形状）となっている。換言すると、保護層９０の加圧ローラ３１と対向する側の面９０Ａは、加圧ローラ３１に対して凹となる凹面部を有している。保護層９０の表面９０Ａは、発熱抵抗部材６０に向かって凸形状となった曲面を有している。このように、保護層９０は、発熱抵抗部材６０を覆い、表面９０Ａの少なくとも一部は、発熱抵抗部材６０に向かって凸となる凸面部を有している。保護層９０の表面９０Ａは、加圧ローラ３１のローラ面３１Ａと係合し、ローラ面を包接する円弧状に削ぎ落とされた形状となっている。保護層９０は、図４（Ａ）のように、端部９１、９２近傍の外側部が厚くなっており（Ｘ軸方向に高く）、中心部が薄くなる（Ｘ軸方向に低い）形状をしている。

加圧ローラ３１の径をＲｐとし、保護層９０の円弧状の径をＲ１とすると、これらの曲率の関係は
１／Ｒｐ＞１／Ｒ１
となる。すなわち、保護層９０の円弧状の径Ｒ１の方が、加圧ローラ３１の径Ｒｐよりも長く、よって緩やかな径となっている。換言すると、保護層９０の凹面部の曲率は、加圧ローラ３１の表面の曲率よりも小さい。

一方、図４（Ｂ）に示す従来の加熱部材の保護層８０は、その表面が平坦形状となっている。本実施形態の保護層９０のように、表面を円弧状に削り取られた形状とすることで、図４（Ｂ）に示す従来の平坦表面の保護層８０よりも、加圧ローラ３１とのニップ幅を増大させることができる。このように、表面を円弧状に削り取られた形状とすることで、加圧ローラ３１の荷重を増大させることなく、加圧ローラ３１の径を大きくすることなく、所定のニップ幅を確保することができる。

ここで、保護層８０の表面９０Ａが加圧ローラ３１に対して凸となる凸面部を有する場合を考える。この場合、凸面部がヒータ３２に当たり、ヒータ３２に強い荷重がかかることにより、ヒータ３２が破損しやすくなる。本実施形態では、保護層８０の表面９０Ａが加圧ローラ３１に対して凹となる凹面部を有するので、保護層８０と加圧ローラ３１とのニップ幅を確保しつつ、加圧ローラ３１から保護層８０への荷重を適正範囲に収めることができる。

また、図４（Ａ）に示す保護層９０は、中心部が最も薄くなっているが、最薄部の厚さＴ１は６０μｍ以上とする。これは、保護層の強度を担保するためであり、本実施形態では、少なくとも６０μｍ以上を確保する。

尚、図４（Ａ）に示すように、保護層９０は左右対称となっているが、これは加圧ローラ３１が保護層９０の中心部で接触することに基づく。加圧ローラ３１との接触位置によっては非対称としてもよい。

図５は、保護層９０を図示したものであり、特に端部９１、９２の形状（縁（へり）の形状）に着目した図である。図５において、無端ベルト３４は省略している。端部９１は、シート搬送方向の上流側に位置し、表面９０Ａと保護層９０の上流側側面９０Ｂとで形成される接合部である。端部９２はシート搬送方向の下流側に位置し、表面９０Ａと保護層９０の下流側側面９０Ｃとで形成される接合部である。以下、端部９１（縁（へり））を上流側端部と称し、端部９２（縁（へり））を下流側端部と称する。図５に示すように、上流側端部９１、下流側端部９２の先端形状は、いずれも曲率が設けられ、円弧形状を有している。上流側端部９１の先端円弧形状と下流側端部９２の先端円弧形状とは径や大きさが異なっている。

上流側端部９１の先端円弧形状の径（縁（へり）の径）をｒ１、下流側端部９２の先端円弧形状の径（縁（へり）の径）をｒ２とすると、これらの曲率は、
１／ｒ２＞１／ｒ１
の大小関係が成立する。すなわち、上流側端部９１の径ｒ１の方が下流側端部９２の径ｒ２よりも大きく、緩やかとなっている。本実施形態では、ｒ１とｒ２との比率はｒ１：ｒ２＝２：１程度とし、ｒ１＝０．０４ｍｍ程度、ｒ２＝０．０８ｍｍ程度とする。上流側端部９１の径を大きくし、緩やかにすることで、シートがニップ部に進入しやすくなる。また、入口側の径を大きくすることで、シートの搬入負荷を低減させることができ、例えば厚紙など、様々なシートにも対応させることができる。また、保護層９０の表面９０Ａに関して、図４（Ａ）におけるニップ幅を形成する箇所（挟圧領域）よりも、上流側の箇所の方が、曲率が大きく、より加圧ローラ３１に近づくような曲面形状になっている。このように、本実施形態では、保護層９０の表面９０Ａの上流側の箇所の曲率を大きくしたので、該箇所の保護層９０にシート１０５をより早い段階で接触させることができる。そのため、本実施形態では、シート１０５が発熱抵抗部材６０から享受する熱量を、増大させることができる。

一方、下流側端部９２の径を小さくし、先鋭状にすることで、下流側端部９２が無端ベルト３４を介してシートに強く当たり、定着装置３０からシートが剥離しやすくなる。また、保護層９０は無端ベルト３４と接する部位であるため、上流側端部９１、下流側端部９２が尖ったままででは、無端ベルト３４がすぐに劣化してしまう。よって本実施形態では、上流側端部９１、下流側端部９２のいずれも円形状として丸みを帯びることで、無端ベルト３４の摩耗を抑制することも可能となる。

上流側端部９１および下流側端部９２については、以下のようにも言える。保護層９０において、シートの搬送方向の上流側端部９１（発熱抵抗部材６０の短手方向における一方側の端部９１）は、発熱抵抗部材６０および保護層９０の積層方向に膨出し、かつ頂面が曲面である。保護層９０において、シートの搬送方向の下流側端部９２（発熱抵抗部材６０の短手方向における他方側の端部）は、発熱抵抗部材６０および保護層９０の積層方向に膨出し、かつ頂面が曲面である。上流側端部９１（一方側の端部９１）の曲面の曲率と、下流側端部９２（他方側の端部）の曲面の曲率とは異なる。上流側端部９１の曲面の曲率は、下流側端部９２の曲面の曲率よりも小さい。

（第２実施形態）
第２実施形態では、定着装置の構成を第１実施形態から変更した態様例について説明する。図６は、定着装置３０Ａの構成例を示す図である。

フィルムガイド３６は、半円筒形であり、外周面にある凹部３６１内にヒータ３２を収容する。

定着フィルム３４Ａ（ベルト）は、無端の回転ベルトである。定着フィルム３４Ａは、フィルムガイド３６の外周面に嵌められる。定着フィルム３４Ａは、フィルムガイド３６および加圧ローラ３１に挟持され、加圧ローラ３１の回動に従動する。

上記のヒータ３２は、定着フィルム３４Ａに接し、定着フィルム３４Ａを加熱する。

トナー像が形成されたシート１０５が、定着フィルム３４Ａと加圧ローラ３１との間に搬送される。定着フィルム３４Ａは、シートを加熱し、シート上のトナー像をシートに定着させる。

図３〜図５に示したヒータ３２などの態様は、第２実施形態の定着装置３０Ａにも適用させることができる。

以上に詳説したように、実施形態では、ヒータ３２と加圧ローラ３１とのニップ幅を増大させることができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、すべて本発明の範囲内のものである。

１ 画像形成装置、３０，３０Ａ 定着装置、３２ ヒータ、３１ 加圧ローラ（加圧体）、３４、３４Ａ 無端ベルト、３３ 駆動ローラ、３５ テンションローラ、４０ 転写部、６０ 発熱抵抗部材（発熱体）、
６１ 抵抗部材、６２ 電極、７０ セラミック基板、
９０ 保護層、９１ 上流側先端部、９２ 下流側先端部、８０１ 制御部、
Ｃ 給紙カセット部、Ｒ 読取り部、Ｐ 画像形成部。

Claims (5)

1. 発熱体と、
   前記発熱体を覆い、表面の少なくとも一部は、前記発熱体に向かって凸となる凸面部を有している保護層と、
   を有するヒータ。
2. 定着装置であって、
   無端ベルトと、
   ヒータと、
   前記無端ベルトを挟んで前記ヒータと対向する位置に設置され、前記無端ベルトとともに、搬送されるシートを挟持するためのニップを形成する加圧体と、を有し、
   前記ヒータは、
   発熱体と、
   前記発熱体を覆い、前記無端ベルトと接触する保護層とを有し、
   前記保護層の前記加圧体と対向する側の面は、前記加圧体に対して凹となる凹面部を有している
   定着装置。
3. 請求項２に記載の定着装置において、
   前記凹面部の曲率は、前記加圧体の表面の曲率よりも小さい
   定着装置。
4. 請求項２または３に記載の定着装置において、
   前記保護層において、前記シートの搬送方向上流側の端部は、前記発熱体および前記保護層の積層方向に膨出し、かつ頂面が曲面である
   定着装置。
5. 請求項４に記載の定着装置において、
   前記保護層において、前記搬送方向下流側の端部は、前記積層方向に膨出し、かつ頂面が曲面であり、
   前記上流側の端部の曲面の曲率は、前記下流側の端部の曲面の曲率よりも小さい
   定着装置。