JP2018146822A - Heat generating device, image heating device, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、抵抗発熱体を有する発熱装置、その発熱装置を有する画像加熱装置、及びその発熱装置を有する画像加熱装置を備えた、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関するものである。 The present invention relates to a heating device having a resistance heating element, an image heating device having the heating device, and an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine and an electrophotographic printer provided with the image heating device having the heating device. is there.
電子写真式の複写機やプリンタに搭載する画像加熱装置(定着装置)として、セラミックス製の基板上に抵抗発熱体を有する加熱体としてのヒータと、このヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、可撓性部材を介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラと、を有するものがある。未定着画像を担持する記録媒体は定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録媒体上の画像は記録媒体に加熱定着される。この定着装置は、ヒータへの通電を開始後、定着可能温度まで昇温するのに要する時間が短いというメリットを有する。また、このタイプの定着装置は、プリント指令を待つ待機中の消費電力が少ないというメリットもある。 As an image heating device (fixing device) mounted on an electrophotographic copying machine or printer, a heater as a heating body having a resistance heating element on a ceramic substrate, and a flexible member that moves while contacting the heater And a pressure roller that forms a nip portion with a heater via a flexible member. The recording medium carrying the unfixed image is heated while being nipped and conveyed by the nip portion of the fixing device, whereby the image on the recording medium is heated and fixed to the recording medium. This fixing device has an advantage that it takes a short time to raise the temperature to a fixing possible temperature after energizing the heater. In addition, this type of fixing device has an advantage that power consumption during standby waiting for a print command is small.
上記構成の定着装置において小サイズ記録媒体を連続通紙したときに、小サイズ通紙域は記録媒体に熱を奪われるため温度は下がるが、小サイズ記録媒体が通紙されない非通紙部は熱を奪われないために昇温してしまう(非通紙部昇温)。このような現象が発生すると加圧ローラ等の部品の損傷、高温オフセットといった画像不良が発生する。 When a small-size recording medium is continuously passed through the fixing device having the above-described configuration, the temperature of the small-size recording area is reduced because the recording medium is deprived of heat. The temperature rises because heat is not deprived (non-sheet passing portion temperature rise). When such a phenomenon occurs, image defects such as damage to parts such as a pressure roller and high temperature offset occur.
そこで対策として、小サイズ連続通紙を行うときにプリント間隔を広げる制御を行うことで、非通紙部の昇温を抑えている。しかし、このような制御を行うと小サイズの生産性が大サイズ連続通紙時の生産性に比べると大幅にダウンしてしまう。 Therefore, as a countermeasure, the temperature rise of the non-sheet passing portion is suppressed by performing control to widen the print interval when performing small size continuous sheet passing. However, when such control is performed, the productivity of a small size is significantly reduced as compared with the productivity at the time of continuous large-size paper feeding.
最近ではこれらの問題を解決するために特許文献1,2,3に開示されているような非通紙の昇温を抑制するヒータ23が提案されている。そのヒータ23の構成の一例を図2に示す。
Recently, in order to solve these problems, a
図2に示すように、ヒータ23は、細長い基板27と、前記基板27の長手方向と直交する短手方向における一端側と他端側にそれぞれ前記基板の長手方向に沿って設けられた電極29c,30cと、前記電極29c,30cは前記基板27の長手方向における一方の端部に給電部29a,30aを設け、それぞれの電極29c,30cの間に電気的に繋がれた抵抗発熱体26を有している。この抵抗発熱体26は温度が上昇すると抵抗値が上昇する正の抵抗温度特性を有している。なお、前記給電部29a,30aから前記電極29c,30cを介して抵抗発熱体26に通電を行うことで抵抗発熱体26は発熱する。
As shown in FIG. 2, the
上記ヒータ23に小サイズ記録媒体が連続通紙されたときに小サイズ記録媒体通紙域は記録媒体に熱を奪われるため、温度は下がるが、小サイズ記録媒体非通紙域は記録媒体に熱を奪われないために温度は上昇する。このときに、上記ヒータ23の抵抗発熱体26は温度が上がるほど、抵抗値が上昇する特性を持つために発熱が抑制されて非通紙部の昇温を抑制することができる。
When the small-size recording medium is continuously passed through the
しかしながら、上記ヒータ23は長手方向に沿った電極が僅かながらに抵抗値を有することから、長手方向における給電部側から通電を行ったときに、給電部側から長手方向における給電部とは他端側に向かって電圧降下が生じる。これにより、長手方向において抵抗発熱体26にかかる電圧が給電部29a,30aから他端側に沿って減少し、長手方向で不均一な温度勾配が生じる。現状としてはヒータ23の長手方向の温度分布は図3に示すよう温度分布となり、給電部側(長手方向の一端側)に温度に対して他端側の温度が40℃低い状態になり、長手方向で40℃の温度差が生まれている。つまり、この状態で記録媒体を通紙したときに長手方向に給電部とは他端側において定着不良が発生する可能性がある。
However, since the
上記問題の解決手段として、図4に示すように長手方向における中心位置に電極への入力接点部を設け、電極の電圧降下を左右均一にすることで左右対称な温度分布を確保できる。また、特許文献2に開示された技術が存在する。電極29c,30cの抵抗値を抵抗発熱体26に比べて1/30の以下にすることで、電圧降下を微小なものにして長手方向における温度勾配の発生を防いでいる。
As a means for solving the above problem, as shown in FIG. 4, a symmetrical temperature distribution can be secured by providing an input contact portion to the electrode at the center position in the longitudinal direction and making the voltage drop across the electrode uniform left and right. Further, there is a technique disclosed in
しかしながら、電極の抵抗値を抵抗発熱体に比べて極めて低い値にすることは現状の技術では困難である。1つの手段として、電極の基板の短手方向における幅を広げることで抵抗値を極めて下げることができる。しかし、抵抗発熱体の抵抗値に比べて1/30以下にするほど電極幅を広げるとなると、発熱体幅以上の短手方向の幅が必要となってしまい、基板短手方向における電極幅の割合が発熱体幅よりも大きくなり、狙いの発熱量を確保することが難しい。もう1つの手段として、電極に使用する材料を変更することで電極の抵抗値を下げることが可能であるが、抵抗値を抵抗発熱体の1/30以下にするほど抵抗率の低い材料を使用することはコスト面等を考えると困難である。また、図4に示すような構成では、給電側(長手方向の一端側)に設けられた電極29c,30cの経路部(経路電極29b,30b)が発熱することによって、図5に示すような長手方向で左右非対称な温度分布になる懸念がある。このような温度分布の状態で記録媒体を通加させた場合、出力された画像は左右で定着性のむらや光沢むらなどの画像不良を引き起こす可能性を秘めている。
However, it is difficult with the current technology to make the resistance value of the electrode extremely low compared to the resistance heating element. As one means, the resistance value can be greatly reduced by widening the width of the electrode in the short direction of the substrate. However, if the electrode width is increased so that it is 1/30 or less of the resistance value of the resistance heating element, a width in the short direction that is greater than the width of the heating element is required. The ratio becomes larger than the width of the heating element, and it is difficult to secure a target heat generation amount. As another means, it is possible to lower the resistance value of the electrode by changing the material used for the electrode, but a material having a lower resistivity is used so that the resistance value is 1/30 or less of the resistance heating element. It is difficult to do in consideration of the cost. Further, in the configuration as shown in FIG. 4, the path portions (
そこで、本発明の目的は、長手方向における不均一な温度分布の発生を抑制することができる発熱装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a heat generating device that can suppress the occurrence of non-uniform temperature distribution in the longitudinal direction.
上記目的を達成するため、本発明は、抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、前記抵抗発熱体に沿って設けられ、前記抵抗発熱体と前記給電部とを電気的に接続する導電部と、を備え、前記抵抗発熱体の温度分布が、前記導電部が沿った領域に比べ前記導電部が沿ってない領域で高くなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a resistance heating element, a power supply unit that supplies electric power to the resistance heating element, and the resistance heating element that is provided along the resistance heating element, and electrically connects the resistance heating element and the power supply unit. And a conductive portion that is electrically connected, wherein a temperature distribution of the resistance heating element is higher in a region not along the conductive portion than in a region along the conductive portion.
本発明によれば、発熱装置の長手方向における不均一な温度分布の発生を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of uneven temperature distribution in the longitudinal direction of the heat generating device.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in the following embodiments should be appropriately changed according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. Therefore, unless specifically stated otherwise, the scope of the present invention is not intended to be limited thereto.
〔実施例1〕
図面を用いて、本実施例に係る加熱体(発熱装置)について説明する。以下の説明では、本実施例に係る加熱体(発熱装置)を有する定着装置(画像加熱装置)を搭載した画像形成装置を例示して説明する。まず画像形成装置について説明し、次に画像形成装置における定着装置について説明し、次に定着装置における加熱体について説明する。
[Example 1]
A heating body (heat generating device) according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, an image forming apparatus equipped with a fixing device (image heating device) having a heating body (heat generating device) according to this embodiment will be described as an example. First, the image forming apparatus will be described, then the fixing device in the image forming apparatus will be described, and then the heating body in the fixing apparatus will be described.
(1)画像形成装置
図13は後述する加熱体を用いた定着装置を搭載した画像形成装置の一例を示す模式断面図である。ここでは、画像形成装置として、転写式電子写真プロセス利用のレーザープリンタを例示している。
(1) Image Forming Apparatus FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of an image forming apparatus equipped with a fixing device using a heating body described later. Here, a laser printer using a transfer type electrophotographic process is exemplified as the image forming apparatus.
1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下感光ドラム)であり、周方向に所定の速度で回転を行う。この感光ドラム1はOPC,アモルファスシリコンドラム等の感光材料をアルミニウムやニッケル等のシリンダ状の基板上に形成して構成される。 Reference numeral 1 denotes a rotating drum type electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a photosensitive drum) as an image carrier, which rotates at a predetermined speed in the circumferential direction. The photosensitive drum 1 is configured by forming a photosensitive material such as an OPC or an amorphous silicon drum on a cylindrical substrate such as aluminum or nickel.
前記感光ドラム1の周りには、帯電ローラ2、レーザービームスキャナ3、現像装置4、転写ローラ9、クリーニング装置10等が配置されていて、これら感光ドラム1等により記録媒体に画像を形成する画像形成部が構成されている。
Around the photosensitive drum 1, a
回転中の感光ドラム1の表面は帯電ローラ2と接触回転することによって前記感光ドラム1の表面上を均一に帯電される。表面が一様に帯電された感光ドラムに対して、画像露光手段としてのレーザービームスキャナ3から出力された画像情報に対応して変調されたレーザー光Lによる走査露光がなされる。これにより感光ドラム表面上に画像情報に対応した静電潜像画像が形成される。この静電潜像画像上に現像装置4によりトナー(現像剤)によってトナー像として現像される。
The surface of the rotating photosensitive drum 1 is uniformly charged on the surface of the photosensitive drum 1 by rotating in contact with the
一方、記録媒体Pは給送カセット5から給送ローラ6によって1枚ずつ分離給送され、レジストローラ7に送られる。前記レジストローラ7によって記録媒体Pは感光ドラム1表面に形成されたトナー画像と同期を取り、シートパス8aを通じて感光ドラム1と転写ローラ9とで形成された転写ニップ部Tに導入される。感光ドラム上のトナー画像の先端と記録媒体Pの先端が転写ニップに入るタイミングが同じになるように、レジストローラ7により制御されている。
On the other hand, the recording medium P is separated and fed one by one from the feeding cassette 5 by the feeding roller 6 and sent to the registration roller 7. The recording medium P is synchronized with the toner image formed on the surface of the photosensitive drum 1 by the registration roller 7 and introduced into the transfer nip T formed by the photosensitive drum 1 and the transfer roller 9 through the
転写ニップ部Tに導入された記録媒体Pは転写ニップ部で挟持搬送されて、その間に転写ローラ9には不図示の転写バイアス印加電源からトナーと逆極性の転写バイアスが転写ローラ上に印加されて感光ドラム1上のトナー画像が静電的特性により、記録媒体P上に転写される。 The recording medium P introduced into the transfer nip portion T is nipped and conveyed at the transfer nip portion, and a transfer bias having a polarity opposite to that of the toner is applied to the transfer roller 9 from the transfer bias application power source (not shown). Thus, the toner image on the photosensitive drum 1 is transferred onto the recording medium P due to electrostatic characteristics.
転写ニップ部Tにおいてトナー像の転写を受けた記録媒体Pは、感光ドラム1表面から分離されてシートパス8bを通って定着装置11へ搬送される。そして、その定着装置11によって、記録媒体上のトナー像は加熱、加圧されることによって記録媒体上に永久定着される。定着装置11を出た記録媒体Pはシートパス8c側に進路案内されて排出口13から排出トレイ14上に排出される。
The recording medium P that has received the transfer of the toner image at the transfer nip T is separated from the surface of the photosensitive drum 1 and conveyed to the fixing
トナー像の転写後、感光ドラム1表面上のトナー、紙粉はクリーニング装置10によって除去されて感光ドラム表面を清浄し、繰り返して作像に使用する。
After the transfer of the toner image, the toner and paper dust on the surface of the photosensitive drum 1 are removed by the
(2)定着装置
図6は後述する加熱体(発熱装置)を有する定着装置11の一例を示す断面図である。ここでは、画像加熱装置として、記録媒体の画像(未定着のトナー像)を加熱定着する定着装置を例示している。
(2) Fixing Device FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a fixing
以下の説明において、定着装置又はその定着装置を構成している部材に関して、長手方向とは記録媒体の搬送方向に関して直交する方向であり、短手方向とは記録媒体の搬送方向と同一の方向である。 In the following description, with respect to the fixing device or the members constituting the fixing device, the longitudinal direction is a direction orthogonal to the recording medium conveyance direction, and the short direction is the same direction as the recording medium conveyance direction. is there.
本実施例に示す定着装置11は、加熱体(発熱装置)としてのヒータ23と、可撓性部材としてのフィルム22と、ガイド部材としてのステー21と、加圧部材としての加圧ローラ24と、を有する。ステー21と、フィルム22とヒータ23と、加圧ローラ24は、いずれも長手方向に細長い部材である。ここでは、ステー21とフィルム22が、ヒータ23を有する加熱部材を構成しているが、加熱体を有する加熱部材の構成はこれに限定されるものではない。
The fixing
ステー21は耐熱性及び剛性を有する所定の材料を用いて縦断面桶型形状で形成されており、ステー21上にヒータ23を保持させている。フィルム22は耐熱性を持ち、エンドレス(円筒状)に形成してある。そのフィルム22はステー21に外嵌されている。フィルム22の内周長とステー21の外周長はフィルム22の方を例えば3mm程度大きくしている。従ってフィルム22は周長に余裕を持ってステー21に外嵌されている。フィルム22の内周面とステー21の外周面との間には潤滑剤(不図示)を介在させてある。これにより、ステー21とフィルム22の内周面とが接触回転するときの摺動抵抗を低下させている。
The
定着装置内の各部材について詳しく説明する。 Each member in the fixing device will be described in detail.
(3)定着フィルム
フィルム22において、熱容量を小さくして立ち上げ時間を早めるために、フィルム膜厚は100μm以下であることが好ましい。フィルム22の材料として、耐熱性のあるPTFE,PFA,FEP等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド,PEEK,PES,PPS等のフィルムの外周表面にPTFE,PFA,FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚75μmのポリイミドフィルムの外周面にPFA,PTFAをコーティングしたものをフィルム22として用いた。フィルム22の外径は24.0mmとした。
(3) Fixing Film In the
(4)ステー
ステー21は例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK,PPS,液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミック,金属,ガラス等との複合材料等により構成できる。本実施例では液晶ポリマーにより、縦断面桶型形状に形成されたステー21とした。このステー21は長手方向の両端部が定着装置11の不図示の側板対に保持されている。ステー21の加圧ローラ24側の面には、長手方向に沿って凹字形状の溝21aが設けられており、その溝にヒータ23が保持されている。
(4) Stay The
(5)加圧ローラ
加圧ローラ24は芯金24aと、その芯金24aの周囲に設けられた弾性体層24bの周囲に設けられた最外層の離型層24cと、を有する。その加圧ローラ24は、芯金24aの長手方向の両端部が定着装置11の側板対(不図示)により回転自在状態で保持されている。本実施例では芯金24aはアルミニウムを、弾性体層24bはマイクロバルーンを配合したシリコンゴムを、離型層24cにはPFAチューブを用いた。加圧ローラの外径は20mm、離型層の厚みは30μmとした。そして、フィルム22の下方においてフィルム22と並列に配置された加圧ローラ24は、芯金両端部が加圧バネ等の加圧手段によってステー21側に加圧されている。これにより、加圧ローラ24は加圧ローラ24の表面とヒータ23との間にフィルム22を挟んで記録媒体P上の未定着トナー画像の加熱定着に必要な所定幅のニップ部(圧接部)Nを形成している。
(5) Pressure roller The
(6)温度検知素子/安全装置の配置模様
ヒータ23は基板27の裏面(ニップ部Nと反対側の面)に温度検知素子25を有する。温度検知素子25はヒータ23の温度を検知するために設けられたものである。本実施例では温度検知素子としてヒータ23の裏側に接触当接されたサーミスタを用いている。このサーミスタ25は、例えば支持体(不図示)上に断熱層を設け、その断熱層の上にチップサーミスタの素子を固定させて、その素子を基板27裏面に所定の加圧力により加圧して支持体を基板27裏面に当接させるような構成をとる。
(6) Arrangement pattern of temperature detection element / safety device The
本実施例では、サーミスタは抵抗発熱体の温度を判定する温度判定手段である。サーミスタは抵抗発熱体長手方向に2ヶ所設置されており、そのうちの片方のサーミスタ25aは抵抗発熱体長手方向における記録媒体Pが必ず通過する最小サイズ通紙域内に設けられている。もう片方のサーミスタ25bは抵抗発熱体長手方向におけるB5サイズ記録媒体を矢印R方向で通紙したときに非通紙域にあたる部分に設置している。この配置形式により、通紙域の温度をサーミスタ25aにより制御して、小サイズ通紙時の非通紙域の温度をサーミスタ25bにより制御する。つまり、通紙域の温度制御をサーミスタ25aにより行い、小サイズ連続通紙時の非通紙域の異常昇温が発生しないようにサーミスタ25bによりスループット制御を行っている。本実施例におけるヒータ23においては非通紙域の昇温を抑制できる構成となっている。そのため、スループット制御に入る可能性はきわめて低いが、はがき等の極端な小サイズの連続通紙においては端部昇温が発生してしまう可能性もあるので、このようなスループット制御を搭載している。
In this embodiment, the thermistor is temperature determination means for determining the temperature of the resistance heating element. Two thermistors are provided in the longitudinal direction of the resistance heating element, and one of the
また、ヒータ23は基板27の裏面(ニップ部Nと反対側の面)に安全装置を有しており、ヒータ23の異常昇温発生時に通電を遮断させるために設けられたものである。本実施例では安全装置としてサーモスイッチ31を使用しており、構成として内部にバイメタルを設け、バイメタルをアルミニウムのキャップ部材が覆っている。ヒータ23基板の裏面にキャップ部材が接触することで、ヒータ23の温度をキャップ部材を介してバイメタルまで伝えている。この構成により、ヒータ23が異常昇温したときにヒータ23温度がバイメタルまで伝わり、臨界温度に達するとバイメタルが変形し、ヒータ23への通電を遮断する構成になっている。
The
本実施例では安全装置としてサーモスイッチを用いているが、温度ヒューズ等の安全装置でも構わない。なお、このサーモスイッチの配置はサーミスタ25aとヒータ23の抵抗発熱体26の長手方向の長さにおける中央を軸に対称となる位置に設置している。これにより、ヒータ23の長手方向における電圧降下を考慮したとしても、サーモスイッチ31が検知する温度はサーミスタ25が制御している温度と同等の値になる。そのため、正確なヒータ23の温度の検知が可能となり、ヒータ23の異常昇温をより正確に検知ができる。最良の構成としては、図12に示すようにサーミスタ25aとサーモスイッチ31を抵抗発熱体26の長手方向における両端部からの中央部に最大限近付け、中央を軸に対称となる位置に当接させている構成である。上記構成により、サーミスタ25aで検知する温度がヒータ23の長手方向における最大温度箇所付近になり、過昇温の抑制が容易に可能になる。また、サーモスイッチ31で検知する温度がヒータ23の長手方向における最大温度箇所付近となるために、いち早く異常昇温を検知でき、安全性を高めることができる。また、図1に示すようにサーモスイッチ31を抵抗発熱体26における長手方向の長さの中央部にサーモスイッチ31の中心位置がくるように設置してもよい。この構成により、ヒータ23の長手方向における最大温度箇所と同等の位置へのサーモスイッチの当接が可能になる。つまり、安全性の面では図12に示すようなサーモスイッチを中心にする構成が最適な構成であるといえる。
In this embodiment, a thermo switch is used as a safety device, but a safety device such as a thermal fuse may be used. The thermo switch is disposed at a position symmetrical about the center in the longitudinal direction of the
(7)定着装置の加熱定着動作
加圧ローラ24の芯金24aの端部に設けられた駆動ギア(不図示)が定着モータ(不図示)によって矢印方向に回転駆動されることにより、加圧ローラ24が矢印方向に回転する。この加圧ローラ24の回転により、ニップ部(圧接部)Nにおいて加圧ローラ24表面とフィルム22表面との摩擦力によりフィルム22に回転力が作用し、フィルム22が従動回転する。このとき、フィルム22は、内部においてヒータ23の表面に密着して摺動しながらステー21の外回りを矢印方向に加圧ローラ24の回転速度と同じ速度で従動回転する。これにより、定着装置はヒータ23の熱をフィルム22を介してニップ部N内の記録媒体Pに伝える。
(7) Heat-fixing operation of the fixing device A pressure is applied by driving a driving gear (not shown) provided at the end of the cored
図12にヒータ23の通電制御経路を示す。印字動作の信号を受けるとヒータ23への通電が開始されて、制御手段としての制御部41は通電制御手段としての温度制御手段42をオンにする。これにより、交流電源43からサーモスイッチ(温度検知型安全装置)31を介してヒータ23の電極給電部29a,30aに通電される。ヒータ23は給電部29a,30aを通じて経路電極29b,30bを介して電極29c,30cに通電されることで抵抗発熱体26全域が発熱し、昇温する。その昇温に応じて加熱される基板27の温度をサーミスタ25が検知し、目標温度に基板27の温度が到達するまで通電を続け、その間、制御部41はサーミスタ25の出力(検知温度)をA/D変換して取り込む。目標温度に到達すると、サーミスタ25からの出力信号に基づいて、温度制御手段42によりヒータ23に通電する電力を位相制御あるいは波数制御等により制御して、ヒータ23の温度制御を行う。すなわち、制御部41はサーミスタ25の検知温度が所定の設定温度より低い場合にはヒータ23を昇温させて、設定温度よりも高い場合にはヒータ23を降温させるように温度制御手段42を制御することで、ヒータ23を設定温度に保っている。
FIG. 12 shows an energization control path of the
ヒータ23の温度が設定温度に立ち上がり、かつ加圧ローラ24の回転によるフィルム22の回転周速度が定常化した状態において、ニップ部(圧接部)Nに記録媒体Pが導入される。そして、記録媒体Pがフィルム22と一緒にニップ部Nでヒータ23の基板27の長手方向と直交する短手方向に挟持搬送される。これによりヒータ23の熱がフィルム22を介して記録媒体Pに付与されて、記録媒体P上の未定着トナー画像tが記録媒体Pに加熱定着される。ニップ部Nを出た記録媒体Pはフィルム22表面から分離されて搬送される。これらの印字動作が終了すると、温度制御手段42はオフにされてヒータ23への通電が終了する。
The recording medium P is introduced into the nip portion (pressure contact portion) N in a state where the temperature of the
(8)ヒータ
図1に本実施例に係る加熱体としてのヒータ23の一例を示す。図1(a)はヒータ23の表面図、図1(b)はヒータ23の側面図、図1(c)はヒータ23の裏面図の一例を表す図である。
(8) Heater FIG. 1 shows an example of the
本実施例に係るヒータ23は、基板27と、抵抗発熱体26と、給電部29a,30aと、経路電極29b,30bと、電極29c,30cと、耐熱性のオーバーコート層28と、を有している。基板27は、長手方向に細長い耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板である。電極29c,30cは、基板27の長手方向と直交する短手方向における一端側と他端側にそれぞれ基板27の長手方向に沿って設けられている。電極29cは、基板27の短手方向における一端側に設けられており、抵抗発熱体26の短手方向の一端側と接している第一の電極である。電極30cは、基板27の短手方向における他端側に設けられており、抵抗発熱体26の短手方向の他端側と接している第二の電極である。
The
給電部29a,30aは、基板27の長手方向における一方の端部側に設けられている。経路電極(導電部)29b,30bは、抵抗発熱体26に沿って設けられ、各給電部29a,30aと各電極29c,30cとを電気的に接続している。給電部29aは、経路電極29bを介して、抵抗発熱体26と接触している電極29cと電気的に接続されている。経路電極29bは、電極29cの長手方向の中央部(入力接点)に接続されている。給電部30aは、経路電極30bを介して、抵抗発熱体26と接触している電極30cと電気的に接続されている。経路電極30bは、電極30cの長手方向の中央部(入力接点)に接続されている。すなわち、経路電極29b,30bから電極29c,30cへの接点部(入力接点)は、抵抗発熱体26の長手方向における中心部に設けられ、この中心部は所定サイズの記録媒体Pが必ず通過する最小サイズ通紙域内に位置している。給電部29a,30aは、電気的に接続されている経路電極29b,30b、電極29c,30cを通じて、抵抗発熱体26に電力を供給する。抵抗発熱体26は、基板27の短手方向において電極29c,30cの間に配置され、電気的に繋がれている。抵抗発熱体26は、前記給電部29a,30a、経路電極29b,30b、及び電極29c,30cとともに基板27の一方の面(ニップ部N側の面、表面、同じ側の面)に設けられている。
The
経路電極29b,30bの材料は、銀とパラジウムの混合物(以下、銀パラジウム)で形成し、それぞれの総電気抵抗値は1.0Ωとなるように材料混合比を調整している。
The material of the
抵抗発熱体26の材料は銀パラジウムで形成し、総電気抵抗値を18[Ω]とした。抵抗発熱体26は、特に電極29c側の接点部と電極30c側の接点部を結ぶ線(図1A−A′間)を境に長手方向で異なる電気抵抗値を有している。ここでは、抵抗発熱体26において、前記接点部を境に、非給電部側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値を、給電部側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値よりも小さくしている。具体的には、非給電部側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値を32[Ω]、給電部側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値を41[Ω]となるように銀とパラジウムの材料比を調整している(図10を参照)。すなわち、抵抗発熱体26の温度分布が、給電部側の抵抗発熱体26bに比べ非給電部側の抵抗発熱体26aが高くなるようにしている。ここで、給電部側(給電側)とは、抵抗発熱体26の長手方向において、給電部29a,30aが設けられている側である。一方、非給電部側(非給電側)とは、抵抗発熱体26の長手方向において、前記給電部側とは反対側の、前記給電部29a,30aが設けられていない側である。また、給電部側の抵抗発熱体26bは経路電極29b,30bが沿った領域であり、非給電部側の抵抗発熱体26aは経路電極29b,30bが沿っていない領域である。
The material of the
なお、非給電部側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値と給電部側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値の調整は、前記銀パラジウムの材料比を調整する方法ではなく、異なる材料(例えば、銀パラジウムと酸化ウテウム)で所定の電気抵抗値に調整してもかまわない。さらに、非給電部側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値と給電部側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値の調整は、同一の材料(例えば、銀パラジウム)を使用し、抵抗発熱体の厚み(基板面に対し高さ方向)を変えて、非給電部側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値と給電部側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値を調整してもかまわない。具体的には、図11に示すように、抵抗発熱体26において、前記接点部を境に、非給電部側の抵抗発熱体26aの厚みを、給電部側の抵抗発熱体26bの厚みよりも厚くして、前記抵抗値を調整してもかまわない。
The adjustment of the electric resistance value of the
本実施例の効果を以下から記す比較例とともに述べていく。 The effect of the present embodiment will be described together with a comparative example described below.
比較例として、図2に示すような電極への入力接点位置が長手方向の給電側端部に設けられているヒータ23(比較例1)と、図4に示すような電極への入力接点位置が長手方向における中心部に設けられているヒータ23(比較例2)をあげる。比較実験として実際に電子写真プリンタが使用される状況を考慮して、両者のヒータ23に通紙中に実際に投入される一般的な電力500Wを入力して、ヒータ23の温度が210℃になるように温調したときの両者における電極部の温度と発熱体部の温度とヒータ23としての実温度を比較する。このとき、温調用のサーミスタ(温度検知素子)25をヒータ23の長手方向における中心位置の基板側に当接させ、赤外線サーモグラフィーカメラにてヒータ23の発熱体面側の長手方向の温度分布および長手方向中央部・端部(ここでは、発熱体と基板との境界部)を測定した。比較結果を図7と図8に示す。
As a comparative example, the input contact position to the electrode as shown in FIG. 2 is a heater 23 (Comparative Example 1) provided at the power supply side end in the longitudinal direction, and the input contact position to the electrode as shown in FIG. Is a heater 23 (Comparative Example 2) provided at the center in the longitudinal direction. Considering the situation in which an electrophotographic printer is actually used as a comparative experiment, a general electric power of 500 W actually inputted during sheet feeding is input to both
比較例1の構成のヒータ23のように発熱体と接触している領域を持つ電極への入力接点位置が長手方向の給電側端部に設けられているヒータ構成の場合、電極の電気抵抗値による電圧降下が生じ、図8(b)の比較例1に示すように抵抗発熱体の温度が給電側から非給電側に向けて温度が下がっていく温度分布を示す。具体的に、発熱体温度が給電側端部で225℃、中心部で205℃、非給電側端部で185℃となる。ゆえに、電極での発熱も含めヒータ全体の温度分布は、給電側端部で230℃、中央部で210℃、非給電側端部で190℃となる。
In the case of a heater configuration in which an input contact position to an electrode having a region in contact with a heating element, such as the
比較例2の構成のヒータ23のように抵抗発熱体と接触している領域を持つ電極への入力接点位置が長手方向における中心部に設けられているヒータ構成の場合、比較例1のように抵抗発熱体と接触している電極による電圧降下は給電側と非給電側とで同等になる。しかし、図8(c)の比較例2に示すようなヒータ温度分布に左右差(給電側と非給電側との差)が生じる。その理由は、ヒータの給電部側には給電部から抵抗発熱体までの経路電極が存在し、この経路電極自らが発熱しているからである。具体的に、発熱体温度は両端部で185℃、中心部で200℃となるために左右対称な温度分布を確保できる。一方、経路電極の発熱温度が70℃ある。ゆえに、発熱体と経路電極を含むヒータ全体の温度分布は、給電側端部で205℃、中央部で210℃、非給電側端部で190℃となる。
In the case of the heater configuration in which the input contact position to the electrode having the region in contact with the resistance heating element is provided in the central portion in the longitudinal direction like the
これらの比較例1及び比較例2に対して、本実施例におけるヒータ23は発熱体と接触している領域を持つ電極への入力接点位置を長手方向中心部に設け、かつ抵抗発熱体の電気抵抗値を発熱体と接触している領域を持つ電極への入力接点位置を長手方向中心部から境に長手方向で変え、経路電極を含む給電側のヒータ23の発熱温度と経路電極を持たない非給電側のヒータ23の発熱温度とを同等にする。これにより、長手方向のヒータ23温度分布を左右対称にし、かつヒータ23中央部と端部との温度差を小さくすることが可能である。このヒータ構成の場合、ヒータの長手方向の温度分布は図8(a)の実施例で示すような分布をとる。具体的に、発熱体温度は給電側端部で185℃、中央部で200℃、非給電端部で185℃。経路電極による発熱温度が70℃。ゆえに、発熱体と経路電極を含むヒータ全体の温度分布は、給電側端部で195℃、中央部で210℃、非給電側部で195℃となり温度分布の左右対称性および中央と端部の温度差を15℃と比較例よりも小さくすることができる。
In contrast to the comparative example 1 and the comparative example 2, the
本実施例によれば、経路電極による発熱を考慮して、抵抗発熱体と接触している電極への入力接点である長手方向の中央部を境に、抵抗発熱体の発熱量を左右で調整することで、長手方向における左右均一な温度分布を確保し、かつ、狙いの発熱量を得ることができる。そのため、前記ヒータを用いた画像形成装置において、出力画像の定着性むらや光沢むら等の画像不良を改善することができる。また、短手方向における基板の幅を広くすることなく前述の効果を発揮することができる。 According to this embodiment, considering the heat generated by the path electrode, the amount of heat generated by the resistance heating element is adjusted on the left and right sides of the central portion in the longitudinal direction, which is the input contact point to the electrode in contact with the resistance heating element. By doing so, it is possible to ensure a uniform temperature distribution in the left and right directions in the longitudinal direction and to obtain a target heat generation amount. For this reason, in the image forming apparatus using the heater, it is possible to improve image defects such as fixing unevenness and gloss unevenness of the output image. In addition, the above-described effects can be exhibited without increasing the width of the substrate in the short direction.
次に、本実施例の具体的な手段について以下から述べていく。 Next, specific means of the present embodiment will be described below.
本実施例ではヒータ23の総電気抵抗値を20[Ω]にし、その中で、第一電極の経路電極29b、第二電極の経路電極30bそれぞれの電気抵抗値は1.0[Ω]にし、残りの18[Ω]は抵抗発熱体26が持っている。このヒータ構成で第1の給電部29aと第2の給電部30aの間にAC電圧100V印加する系を考えたとき、ヒータ23に流れる電流は、オームの法則により5.0[A]であり、ヒータ全体での消費電力量は500[W]である。このとき、経路電極29b,30bで消費する電力量はそれぞれ25[W]であり、ヒータ23の給電側と非給電側とで50[W]に相当する消費電力差(発熱量差)がある。この消費電力差を非給電側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値と給電側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値の差で賄う。具体的には、図9及び図10に示すように、非給電側の抵抗発熱体26aでの消費電力を250[W]、給電側の抵抗発熱体26bの消費電力を200[W]と成るように、非給電側の抵抗発熱体26aの電気抵抗値を32[Ω]、給電側の抵抗発熱体26bの電気抵抗値を41[Ω]に決定する。
In this embodiment, the total electrical resistance value of the
抵抗発熱体26には銀パラジウム(Ag/Pd)のペーストをスクリーン印刷により、基板27上に線帯状に形成して得たものである。本実施例では抵抗発熱体は、長手方向における長さ220mm(非給電側の抵抗発熱体26a、給電側の抵抗発熱体26bそれぞれの長さは110[mm]),短手方向における幅5.0mm,厚さ10μmの抵抗発熱体を使用している。抵抗発熱体26の材料としては、酸化ルテニウム以外にも、酸化ルテニウム,Ta2N等の電気抵抗材料を用いて、所定の電気抵抗値を調整してもかまわない。
The
基板27は、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック材料が用いられる。本実施例では短手方向における幅7mm,長手方向における長さ270mm,厚さ1mmの基板を使用している。電極29,30は銀のスクリーンパターンを用いた。オーバーコート層28は、抵抗発熱体26とヒータ23表面との電気的な絶縁性と、ヒータ23表面との電気的な絶縁性と、ヒータ23表面とフィルム22内周面との摺動性と、を確保することが主な目的である。
The
上記ヒータ23はステー21の溝内に基板27が基板表面をニップ部N面に向けて固定される。これによりヒータ23のオーバーコート層28をフィルム22内周面に接触させている。
In the
オーバーコート層28は、抵抗発熱体26と、電極29,30とを覆うようにして基板27表面に設けられている。本実施例ではオーバーコート層28として厚さ60μmの耐熱性ガラス層を用いた。図1においては電極29,30、抵抗発熱体26との関係を容易に理解できるようにするためにオーバーコート層は省略してある。
The
図1(a)に示すように、給電部29a,30aから経路電極29b,30bを介して、抵抗発熱体26と接している電極29c,30cへの入力位置が、抵抗発熱体の長手方向における両端部からの中心部に位置したヒータ23である。そして、この中心部は所定サイズの記録媒体Pが必ず通過する最小サイズ通紙域内に位置している。上記構成にすることで、電極による電圧降下を左右対称にすることができ、さらに電極の経路部による発熱が長手方向で同量の発熱量であるので、温度差を図2に示す比較例1のヒータ構成よりも軽減することが可能である。さらに左右均一な長手方向の温度分布を実現できるために、比較例1の左右不均一な温度分布よりも温度制御が容易となり、端部における定着性も中心部と同等に確保することが可能である。逆に15℃を超えてしまうと長手方向における端部の定着性の確保が困難となるために、実用上はヒータ23の長手方向における温度差は15℃以下であることが望まれている。
As shown in FIG. 1 (a), the input positions from the
本実施例では、電極の抵抗値を変化させることで、ヒータ23の長手方向の温度を左右均一な状態に変化させたが、左右均一な状態でなくても、電極の抵抗値を変化させることで、ヒータ23の長手方向の温度分布を左右均一でないような必要な状態へ変化させるような構成も本発明の範疇である。例えば、サーミスタやサーモSWのようなヒータ23の温度を局所的に下げるような部材が接触している箇所の経路電極の抵抗値を上げるような構成も本発明の範疇である。
In this embodiment, the resistance value of the electrode is changed to change the temperature in the longitudinal direction of the
〔他の実施例〕
なお、前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であっても良い。これらの画像形成装置に用いられる定着装置の加熱体に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
[Other Examples]
In the above-described embodiment, a printer is exemplified as the image forming apparatus, but the present invention is not limited to this. For example, the image forming apparatus may be another image forming apparatus such as a copying machine or a facsimile machine, or another image forming apparatus such as a multi-function machine combining these functions. The same effect can be obtained by applying the present invention to the heating body of the fixing device used in these image forming apparatuses.
また、前述した実施例では、画像加熱装置としてプリンタや複写機等の画像形成装置に搭載される加熱定着装置を例示した。しかしながら、本発明はこのような加熱定着装置に限られるものではなく、例えば、記録媒体に形成された画像の光沢性を向上させる光沢付与装置等の画像加熱装置にも適用できる。また、画像形成装置に搭載されない画像加熱装置にも適用できる。 In the above-described embodiment, the heat fixing device mounted on the image forming apparatus such as a printer or a copying machine is exemplified as the image heating apparatus. However, the present invention is not limited to such a heat fixing apparatus, and can be applied to an image heating apparatus such as a gloss applying apparatus for improving the gloss of an image formed on a recording medium. Further, the present invention can be applied to an image heating apparatus that is not mounted on the image forming apparatus.
N …ニップ部
P …記録媒体
11 …定着装置
21 …ステー
22 …定着フィルム
23 …ヒータ
24 …加圧ローラ
25,25a,25b …サーミスタ(温度検知素子)
26,26a,26b …抵抗発熱体
27 …基板
28 …オーバーコート層
29a,30a …給電部
29b,30b …経路電極
29c,30c …電極
31 …サーモスイッチ
41 …制御部
42 …温度制御手段
43 …交流電源
N: Nip part P ... Recording
26, 26a, 26b ...
Claims (7)
前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、
前記抵抗発熱体に沿って設けられ、前記抵抗発熱体と前記給電部とを電気的に接続する導電部と、
を備え、
前記抵抗発熱体の温度分布が、前記導電部が沿った領域に比べ前記導電部が沿ってない領域で高くなることを特徴とする発熱装置。 A resistance heating element;
A power feeding section for supplying power to the resistance heating element;
A conductive portion that is provided along the resistance heating element and electrically connects the resistance heating element and the power feeding unit;
With
The heating device according to claim 1, wherein a temperature distribution of the resistance heating element is higher in a region not along the conductive portion than in a region along the conductive portion.
前記温度判定手段を、記録媒体が通過する最小サイズの通紙域と、前記最小サイズの記録媒体を通紙したときの非通紙域とに設けたことを特徴とする請求項4に記載の発熱装置。 Temperature determining means for determining the temperature of the resistance heating element;
5. The temperature determination unit is provided in a minimum size sheet passing area through which a recording medium passes and a non-sheet passing area when the minimum size recording medium is passed. Heating device.
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