JP2020067477A - 画像加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの温度を検知して定着ベルト表面が所定の温度になるように制御する場合、ヒータと定着ベルトの接触が不安定だと、定着ベルトへの熱の伝達が不十分になり、定着不良等の不良画像が発生する可能性がある。【解決手段】定着ベルトとの密着性の高いヒータの加熱領域に温度制御用の温度検知手段を配置する。通電により発熱する発熱抵抗体を含み、ニップ部以外で、定着ベルトの内周面に周方向に沿って接触して発熱し、定着ベルトを加熱する薄板状の加熱部材と、加熱部材に当接して加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、を有し、温度検知手段は加熱部材の発熱抵抗体領域で、ニップ部より定着ベルト回転方向上流側に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、未定着画像又は定着画像を担持した記録媒体（被記録材）に加熱処理を施す定着装置、及び記録媒体に形成担持させた未定着像を熱定着処理する像定着装置として前記定着装置を具備した電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置に関する。

加熱装置は、一般的に、記録媒体に担持させた未定着画像を記録媒体に定着せしめる定着装置、前記未定着画像を前記記録媒体に仮に定着せしめる仮定着装置、及び定着画像を担持した記録媒体の表面性を改質する表面改質装置として実用に供されている。

便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させるトナー画像を記録媒体に加熱定着させる像加熱装置（定着装置）を例にして説明する。画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で記録媒体（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙・封筒等）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像（トナー画像）を記録媒体に固着画像として加熱定着させる定着装置としては、近年ではクイックスタートや省エネルギーの観点からフィルム加熱方式の加熱装置が実用化されている。

定着部材としての無端帯状フィルムを介して、加熱部材としてのヒータと、加圧部材としての加圧ローラとで形成される圧接ニップ部に未定着画像（トナー画像）を担持した記録媒体を挿通し、前記無端帯状フィルムと一緒に搬送させて、前記無端帯状フィルムを介して付与されるヒータからの熱と圧接ニップ部の加圧力によって、未定着画像を記録媒体に定着させるものである。

さらには、特許文献１や特許文献２にあるように無端状フィルムの内周面に、加熱する薄板状の加熱部材を有して、無端状フィルムに内周面から周方向に沿って接触させることで、広範囲で無端状フィルムを加熱させる、いわゆる面状発熱体構成の定着装置及び画像形成装置も提供されている。

特開２０１５−４１１００号公報 特開２０１５−７９１４０号公報

通常、フィルムの表面が所定の温度になるように温度検知手段であるサーミスタ等を設けて温度制御を行っている。しかしながら、加熱部材であるヒータが接触していないフィルム内面にサーミスタを接触させて温度検知を行う場合は、フィルムの回転停止時にヒータの温度が検知できなくなり、停止時のヒータ温度検知用に別途温度検知手段を設ける必要がある。また、フィルム内周面の広範囲にヒータを接触させて加熱するような構成においては、フィルムの回転時にヒータとフィルムの接触が不安定になり易い。ヒータの温度を検知してフィルムの表面温度が所定の温度になるように制御する場合、ヒータとフィルムの接触が不安定だと、フィルムへの熱の伝達が不十分になるが、ヒータの温度は上昇するため所定の温度になるように投入電力を抑える。そのため、フィルムの表面温度は所定の温度から大きく低下し、定着不良等の不良画像が発生するという問題が生じる。

そこで本発明は、圧接ニップ部以外のフィルム内面の広範囲を面状発熱体で加熱する構成において、ニップ上流側のフィルムとヒータの密着性の高い加熱領域に温度検知手段を配置することで、定着不良等の不良画像の発生を抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る画像加熱装置は、
無端状に形成された定着ベルトと、前記定着ベルトとともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するためのニップ部を形成する加圧部材と、通電により発熱する発熱抵抗体を含み、前記ニップ部以外で、前記定着ベルトの内周面に周方向に沿って接触して発熱し、前記定着ベルトを加熱する薄板状の加熱部材と、前記加熱部材に当接して前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、を有し、前記温度検知手段は前記加熱部材の発熱抵抗体領域で、前記ニップ部より前記定着ベルト回転方向上流側に配置されていることを特徴とする。

本発明に係る画像加熱装置によれば、ニップ上流側のフィルムとヒータの密着性の高い加熱領域に温度検知手段を配置することで、定着不良等の不良画像の発生を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態１に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。 本発明の実施形態１に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 ヒータ（加熱部材）の概略構成を示す模式的断面図である。 ヒータ（加熱部材）の概略構成を示す模式的上面図である。 定着ベルトの挙動を説明するための模式的断面図である。 比較例の定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。 実施形態１の連続通紙時における定着ベルト表面温度推移図である。 本発明の実施形態２に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［画像形成装置］
図１は、本実施形態における画像形成装置を好適に示す一例として、レーザプリンタ１００（以下、プリンタ１００）の概略構成を示す模式的断面図である。

プリンタ１００は、プリンタ１００の本体外部に設けられたホストコンピュータ等の出力装置（図示せず）からの提供情報に応じた画像を記録媒体Ｐに記録する形態の画像形成装置である。潜像担持体としての感光ドラム１０１は、その表面が有機感光体を主成分とする光導電層であって、プリンタ１００本体に設けられた駆動機構（図示せず）により、矢印Ａの時計方向に回転駆動される。

感光ドラム１０１は、帯電手段である帯電ローラ１０２によって所定電位に一様均一に帯電されたのち、出力装置からの提供情報に応じて露光手段としての露光装置１１５から露光される露光光としてのレーザー光１０３により、その外周面に前記提供情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１０４の現像剤としてのトナーＴを担持した現像スリーブ１０６によりトナー像として可視像化される。

ここで、記録媒体Ｐは、給紙カセット１０７より給紙ローラ１１２によって１枚ずつ取り出され、経路Ｂを通り、記録媒体Ｐ先端と感光ドラム１０１の外周面にトナーＴにより可視像化された画像形成部先端とが同期するようにレジストローラ対１１３によって所定のタイミングで、転写手段である転写ローラ１０８と感光ドラム１０１の転写ニップ部に導入され、電気的作用により、感光ドラム１０１上のトナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。

転写工程を終えた感光ドラム１０１上の転写残トナーは、クリーニングブレード１０９により感光ドラム１０１上から取り除かれてクリーニング装置１１０に回収される。クリーニング工程を終えた感光ドラム１０１は、再び画像形成プロセス（帯電→露光→現像→転写→クリーニング）を繰り返して、記録媒体Ｐ上に未定着トナー画像が形成される。

一方、未定着トナー像を担持した記録媒体Ｐは定着装置１１１に導入され、加圧・加熱されて、トナー像が記録媒体Ｐ上に定着される。

定着装置１１１から排出された記録媒体Ｐは、経路Ｃを通り、印字面が上になってプリンタ１００から排出されるフェイスアップ（ＦＵ）排紙と、経路Ｄを通り、印字面が下になってプリンタ１００から排出されるフェイスダウン（ＦＤ）排紙とを選択されて、プリンタ１００から排出される。

また、プリンタ１００は、本実施形態にあっては、プリンタ１００本体に設けられたエンジンコントローラ１１４により、感光ドラム１０１や現像装置１０４等の各装置が統括的に制御されるようになっている。

［定着装置］
次に定着装置１１１について説明する。図２は本実施例における定着装置１１１の概略断面図である。定着ベルト３０１と、この定着ベルト３０１の外周面と接触するように配置された加圧ローラ４０１と、定着ベルト３０１の内側で加圧ローラ４０１と対向するように配置され、加圧ローラ４０１の外周面と定着ベルト３０１との間で接触領域（以下ニップ部）を形成するように定着ベルト３０１を挟み込むニップ部材３０３と、定着ベルト３０１の内周面で、周方向に沿って定着ベルト３０１と接触することで、定着ベルト３０１を加熱させる薄板状の加熱部材３０２と、を備えている。加圧ローラ４０１がＹ方向に回転駆動をすることで、定着ベルトはＸ方向に従動回転し、トナー像Ｔが転写された記録材Ｐはトナー像Ｔが載った面を定着ベルト３０１側に向けた状態で加圧ローラ４０１と定着ベルト３０１との間のニップ部に送られる。そして、記録材Ｐ上のトナー像Ｔは加熱部材３０２によって加熱された定着ベルトに加熱され、加圧ローラ４０１側から加圧されることで、記録材Ｐに圧着される。

定着ベルト３０１は耐熱性樹脂ポリイミドからなる基層と、基層上に積層されたフッ素系樹脂からなる表層とを有するフィルム状の部材で、表層を外側にして無端状に形成されたものである。基層の厚みは７０μｍで表層の厚みは１５μｍとしている。この定着ベルト３０１は外力がかからない自由状態では断面がほぼ真円の筒形状となるものである。本実施例では、外径は２５ｍｍ、長手方向３４０ｍｍの寸法になっている。

加圧ローラ４０１はアルミニウム金属からなる芯金４０１ｃの外周面に弾性層４０１ｂ、弾性層４０１ｂの外周面をフッ素系樹脂ＰＦＡチューブからなる表層４０１ａで覆っている。弾性層４０１ｂはシリコーンゴムからなる弾性部材であり、厚み１０ｍｍほどで芯金４０１ｃの外周面に形成されている。また、表層４０１ａは厚み１０μｍとしており、加圧ローラ４０１としての外径は２５ｍｍとしている。

ニップ部材３０３は、定着ベルト３０１の内周面から加圧ローラへ向けて支持部３０４にっよって押し付けられることでニップを形成する長軸状の部材であり、シリコーンゴムで形成された耐熱性を有する弾性材料を使用している。

また、支持部３０４は金属板を断面形状がほぼＬ字状となるように曲げ加工された部材を組み合わせて長軸状の棒状としたものであり、軸線方向でニップ部材３０３を支持して、定着ベルト３０１の内側に位置する。そして、両端部で支持されてニップ部材３０３が加圧ローラ４０１側に押し付けられるように押圧力が付与される。本実施例では、押圧力は片側１５０Ｎで両側合計３００Ｎとしている。

加熱部材３０２の詳細な断面形状を図３、上面の形状を図４に示す。加熱部材３０２は、基材３０２ａが弾性的に変形可能な薄板状の部材であり、本実施例では材料としてステンレスを使用している。基材３０２ａ上に絶縁層３０２ｃが発熱層３０２ｂを挟み込むように形成されている。図４に示すように発熱層３０２ｂは予め定められたパターンを描く発熱部の一例として機能する。なお、図４では絶縁層３０２ｃは不図示。基材３０２ａは長手方向３５０ｍｍ、短手方向５５ｍｍの寸法になっている。さらに、基材３０２ａの定着ベルト周回方向と直交する長手方向の両側に発熱層３０２ｂと電気的に接続された給電部３０２ｄ、３０２ｅが形成されている。画像形成装置の交流電源ユニットから給電部３０２ｄを介して発熱層３０２ｂ、給電部３０２ｅと導通することで発熱層３０２ｂに電力が供給され、加熱部材３０２が発熱し、定着ベルト３０１と加熱部材３０２が内周面で接触することで定着ベルト３０１を加熱している。
本実施例では、発熱層３０２ｂは例えば厚さ３０μｍのステンレス箔からなる。例えばＳＵＳ４３０やＳＵＳ３３０等を用いることができ、予め定められたパターンを描くことでより均一に発熱を行うようにしている。ここで、予め定められたパターンは図４に示すように円弧上の箇所と直線状の箇所からなるＵ字形状の基本パターンから連続して接続することにより形成されている。また、絶縁層３０２ｃは発熱層３０２ｂを絶縁するとともに発熱層３０２ｂに折り曲りが生じないように保護するための層でもある。本実施例では発熱層３０２ｂを挟む形で二層の構造をとる。また、このとき、発熱層３０２ｂの上側の層と下側の層で、発熱層３０２ｂを挟み込み、熱圧着を行うことで絶縁層３０２ｃ内部に発熱層３０２ｂを内包される構造としている。

また、加熱部材３０２は定着ベルト３０１の周回方向における記録材搬送方向の下流側端部の領域が、ニップ部材３０３の支持部３０４とビスにより固定されたＬ字型板金３０４ａで固定支持されている。そして、定着ベルト３０１の周回方向における記録材搬送方向の上流側端部は自由端となっており、加熱部材３０２の基材３０２ａの弾性反発力により、定着ベルト３０１の内周面に沿って接触するものとなっている。つまり、この加熱部材３０２は、定着ベルト３０１が無く、定着ベルト３０１周回方向における記録材搬送方向の下流側端部が固定支持部により支持されている状態では記録材搬送方向の下流側方向に張り出す形状となる。

図２に示す５０１は加熱部材３０２の接触式温度計（サーミスタ）であり、加熱部材３０２の温度を計測している。その温度検出結果を制御部に渡す構成となっている。

本実施例では、加熱部材３０２の内周面でニップ部より定着ベルト回転方向上流側にサーミスタ５０１を接触配置している。図４に示したように、サーミスタ５０１は、ニップ部より定着ベルト回転方向上流側の発熱層を含む発熱領域のニップ部に近い側の端部で、回転軸方向の中央部に配置してある。

そのサーミスタ５０１の検知結果に応じて定着ベルト３０１の表面温度が定着性を維持するために必要な所定の温度になるように、加熱部材３０２への投入電力量を調整している。

ここで本構成における定着ベルト３０１の挙動を説明する。図５（ａ）は加圧ローラ４０１および定着ベルト３０１が停止状態における定着ベルト軌道を示し、停止時においては定着ベルト３０１に引っ張られる力が働かないため、左右対称なベルト形状となっている。

図５（ｂ）に示すように加圧ローラ４０１および定着ベルト３０１が回転すると、ニップ部より定着ベルト回転方向上流側（図５（ｂ）の断面図において定着ベルト右半分側）は、定着ベルトがニップ部側に引っ張られるため、定着ベルト３０１が張り易くなる。一方で、ニップ部より定着ベルト回転方向下流側（図５（ｂ）の断面図において定着ベルト左半分側）は、定着ベルト３０１がニップ部から開放されるため、定着ベルト３０１が緩み易くなる。このように、定着ベルト３０１が緩んでいると、加熱部材３０２との密着性が低下するため、加熱部材３０２から定着ベルト３０１への伝熱量が低下する。

ここで、定着ベルト３０１が緩み易く、加熱部材３０２との密着性が不安定な領域にサーミスタ５０１が配置されている場合を考える。たとえば、定着ベルト３０１の緩みによって密着性が低下し、定着ベルト３０１への伝熱量が低下した場合に、定着ベルト３０１は通常に比べ温度が低下するが、加熱部材３０２は通常の状態に比べ熱が伝わらないため、温度が上昇する。そのため、定着ベルト３０１の温度が低下しているにも係わらず、供給電力を絞って更に温度を低下させる。このように定着ベルト３０１の表面温度が所定の温度より低下した状態でプリント動作を行うと、トナーを定着するための熱量が不足しているため定着不良等の不良画像が発生する。

図７は実際にＡ４サイズの普通紙８０ｇ紙を連続通紙した時の定着ベルト３０１の表面温度推移を示す。また図６に示すのは比較例としてニップ部より定着ベルト回転方向下流側にサーミスタを配置した場合の断面図である。本実施例では通紙中の定着ベルト３０１の表面温度が目標温度である１６０℃に維持できているのに対し、比較例では立ち上げから温度が低く、通紙中も１０℃程度低い温度で推移している。

このように本例では回転時に定着ベルト３０１が安定して張られているニップ部より定着ベルト回転方向上流側にサーミスタ５０１を配置することで、定着ベルト３０１を所定の温度に安定して保つことが可能となる。

以上説明したように、本例においては、ニップ部上流側の定着ベルト３０１と加熱部材５０１の密着性の高い加熱領域に温度検知手段を配置することで、定着不良等の不良画像の発生を抑制することが可能となる。

［画像形成装置］
実施例１と同一の為、説明を省略する。

［定着装置］
実施例２では、図８に示すように実施例１に比べてニップ部上流側の近傍まで加熱部材３０２が定着ベルト３０１に接触している領域が拡大している。それにともない、サーミスタ５０１がよりニップ部近傍に配置されている。加熱部材３０２に対しては、実施例１と同様にニップ部より定着ベルト回転方向上流側の発熱層を含む発熱領域のニップ部に近い側の端部で、回転軸方向の中央部に配置してある。

このように、図８に示すニップ部近傍の領域Ｒ（断面図における定着ベルト右側下半分）においては、定着ベルト３０１が特に張られ易く、加熱部材３０２と定着ベルト３０１の密着性が高い状態で安定する領域である。したがって、この領域で加熱部材３０２にサーミスタ５０１を配置することで、定着ベルト３０１を所定の温度に安定して保つことができるため、定着不良等の画像不良の発生を抑制することが可能となる。

１００ 画像形成装置、１１１ 定着装置、３０１ 定着ベルト、
３０２ 薄板状加熱部材、３０２ａ 基材、３０２ｂ 発熱層、
３０２ｃ 絶縁層、３０２ｄ，３０２ｅ 給電部、３０３ ニップ形成部材、
３０４ 支持部、３０４ａ Ｌ字型板金、４０１ 加圧ローラ、
５０１ サーミスタ

Claims (3)

1. 無端状に形成された定着ベルトと、
   前記定着ベルトとともに、未定着トナー像を保持した記録材が通過するためのニップ部を形成する加圧部材と、
   通電により発熱する発熱抵抗体を含み、前記ニップ部以外で、前記定着ベルトの内周面に周方向に沿って接触して発熱し、前記定着ベルトを加熱する薄板状の加熱部材と、
   前記加熱部材に当接して前記加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、を有し、
   前記温度検知手段は前記加熱部材の発熱抵抗体領域で、前記ニップ部より前記定着ベルト回転方向上流側に配置されていることを特徴とする画像加熱装置。
2. 前記温度検知手段の検知結果に基づいて、加熱部材の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
3. 前記温度検知手段は前記加熱部材の発熱抵抗体領域で、前記ニップ部より前記定着ベルト回転方向上流側のニップ部近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。