JP2020154104A - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】隣接する導体間のショート、マイグレーション、耐圧不良等を抑制しつつ、ヒータの小型化を図ることができる技術を提供する。【解決手段】像加熱装置のヒータの基板に設けられる複数の電気伝導体は、それぞれ、幅W1を有する第1部分と、幅W1よりも狭い幅W2を有する第2部分と、を有し、幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に基板に形成される複数の第1電気伝導体からなる導体群Aと、それぞれ、幅W2よりも広い幅W3を有し、上記第2部分と一部が重なり合うように、幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に、第1電気伝導体とは異なるタイミングで、基板に形成される複数の第2電気伝導体からなる導体群Bと、を有する。【選択図】図5

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着器や、記録材上の定着済みトナー画像を再度加熱することによりトナー画像の光沢度を向上させる光沢付与装置等の像加熱装置に関する。
従来、画像形成装置に具備される像加熱装置として、エンドレスベルトやエンドレスフィルム等と称される筒状のフィルムと、フィルム内面に接触する平板状のヒータと、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成するローラと、を有する装置がある。この像加熱装置のヒータは、絶縁性のセラミックス基板と、該基板上に印刷形成された発熱抵抗体と温度検出素子から構成されている。この温度検出素子で検出された温度情報を基にして、ニップ部が所定の温度(適正なトナー像加熱温度)になるよう発熱抵抗体への給電を制御させる構成が提案されている(特許文献1)。ここで、この像加熱装置を搭載する画像形成装置において小サイズ紙を連続プリントすると、ニップ部長手方向において紙が通過しない領域の温度が徐々に上昇するという現象(非通紙部昇温)が発生する場合がある。非通紙部の温度が高くなり過ぎると、装置内の部品へダメージを与える可能性があった。
特開2002−373767号公報
上記問題を解決する手段として、温度検出素子をヒータ上に複数個備え、温度制御用と、非通紙部の温度検知用にそれぞれ使用するという方法がある。しかしながら、セラミック基板上に形成する温度検知素子の数が増えるにつれ、温度検出素子に接続される導体の本数が増加し、限られたセラミックス基板の大きさにおいては導体間の間隔が近くなってしまう。更に、導体を温度検出素子や電極といった素子・金属と接続する場合、導体の導体材料と接続する素子・金属との相性(素子特性の異常変化や接触不良等)によって、使用する導体材料を変える必要がある場合がある。使用する導体材料が高価な場合は、2種類以上の導体材料で導体パターンを形成することとなり、それぞれの導体形成時の位置ずれにより、隣接する導体間の距離が確保できなくなる。隣接する導体間に適正な距離を確保できないと、隣接する導体間のショート、マイグレーションや耐圧不良といった問題が発生する懸念があった。
本発明の目的は、隣接する導体間のショート、マイグレーション、耐圧不良等を抑制しつつ、ヒータの小型化を図ることができる技術を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の像加熱装置は、
基板と、前記基板に設けられる複数の発熱抵抗体と、前記基板に設けられる複数の電気伝導体と、を有するヒータを有し、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置であって、
前記複数の電気伝導体は、
それぞれ、幅W1を有する第1部分と、前記幅W1よりも狭い幅W2を有する第2部分と、を有し、幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に前記基板に形成される複数の第1電気伝導体からなる導体群Aと、
それぞれ、前記幅W2よりも広い幅W3を有し、前記第2部分と一部が重なり合うように、前記幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に、前記第1電気伝導体とは異なるタイミングで、前記基板に形成される複数の第2電気伝導体からなる導体群Bと、
を有することを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成部と、
前記画像を加熱して前記画像を前記記録材に定着する定着部と、
を備える画像形成装置において、
前記定着部が、本発明の像加熱装置であることを特徴とする。
本発明によれば、隣接する導体間のショート、マイグレーション、耐圧不良等を抑制しつつ、ヒータの小型化を図ることができる。
実施例1に係る画像形成装置の説明図 実施例1に係る像加熱装置の説明図 実施例1に係る像加熱手段の説明図 実施例1に係る像加熱手段駆動回路の説明図 実施例1における絶縁性基板上の導体パターン形状の説明図 比較例の導体パターン形状の説明図 実施例2に係る絶縁性基板上の導体パターン形状の説明図 実施例3に係る絶縁性基板上の導体パターン形状の説明図
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の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、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。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
[実施例1]
1.画像形成装置の構成
図1は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略断面図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式や静電記録方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここでは電子写真方式を利用して記録材P上に画像を形成するレーザプリンタに適用した場合について説明する。
画像形成装置10は、ビデオコントローラ120と制御部113を備える。ビデオコントローラ120は、記録材に形成される画像の情報を取得する取得部として、パーソナルコンピュータ等の外部装置から送信される画像情報及びプリント指示を受信して処理するものである。制御部113は、ビデオコントローラ120と接続されており、ビデオコントローラ120からの指示に応じて画像形成装置10を構成する各部を制御するものである。ビデオコントローラ120が外部装置からプリント指示をうけると、以下の動作で画像形成が実行される。
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た感光ドラム19表面を走査する。これにより感光ドラム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ローラ17からトナーが供給されることで、感光ドラム19上の静電潜像は、トナー画
像(トナー像)として現像される。一方、給紙カセット11に積載された記録材(記録紙)Pはピックアップローラ12によって一枚ずつ給紙され、搬送ローラ対13によってレジストローラ対14に向けて搬送される。さらに、記録材Pは、感光ドラム19上のトナー画像が感光ドラム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、レジストローラ対14から転写位置へ搬送される。記録材Pが転写位置を通過する過程で感光ドラム19上のトナー画像は記録材Pに転写される。その後、記録材Pは定着部(像加熱部)としての定着装置(像加熱装置)100で加熱され、トナー画像が記録材Pに加熱定着される。定着済みのトナー画像を担持する記録材Pは、搬送ローラ対26、27によって画像形成装置10上部のトレイに排出される。ドラムクリーナ18は感光ドラム19に残存するトナーを清掃する。記録材Pのサイズに応じて幅調整可能な一対の記録材規制板を有する給紙トレイ28(手差しトレイ)は、定型サイズ以外のサイズの記録材Pにも対応するために設けられている。ピックアップローラ29は、給紙トレイ28から記録材Pを給紙する。画像形成装置10は、定着装置100等を駆動するモータ30を有する。商用の交流電源300に接続されたヒータ駆動手段、通電制御部としてのCPU309は、定着装置100への電力供給を制御する。上述した、感光ドラム19、帯電ローラ16、スキャナユニット21、現像ローラ17、転写ローラ20が、記録材Pに未定着画像を形成する画像形成部を構成している。
図2は、本実施例に係る定着装置100の模式的断面図である。定着装置100は、定着フィルム(以下、フィルム)102と、フィルム102の内面に接触するヒータ200と、フィルム102を介してヒータ200と共に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ108と、金属ステー104と、を有する。
フィルム102は、エンドレスベルトやエンドレスフィルムとも称される筒状に形成された耐熱フィルムであり、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。また、フィルム102の表面には耐熱ゴム等の弾性層を設けてもよい。加圧ローラ108は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金109と、シリコーンゴム等の材質の弾性層110を有する。ヒータ200は、耐熱樹脂製の保持部材101に保持されている。保持部材101は、フィルム102の回転を案内するガイド機能も有している。金属ステー104は、保持部材101に不図示のバネの圧力を加えるように構成されている。加圧ローラ108は、不図示の駆動源から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ108が回転することによって、フィルム102が従動して回転する。未定着トナー画像を担持する記録紙Pは、定着ニップ部Nで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。
図3に、本実施例における像加熱手段であるヒータ200の構成概要を示す。
図3(a)は、ヒータ200の発熱抵抗体面側の構成を示す模式的平面図である。ヒータ200は、絶縁性の基板201を有する。基板201の片面である発熱抵抗体面側の面には、発熱抵抗体202が印刷形成され、発熱抵抗体202への電力給電用電極203と電力給電用導体パターン204とが同様に印刷形成され、発熱抵抗体202の両端とそれぞれ接続されている。また、ヒータ200は、基板201の発熱抵抗体面側に発熱抵抗体202、導電パターン204を覆うように絶縁保護層であるガラス206を有している。ヒータ200は、図2に示す定着ニップ部Nに対して、発熱抵抗体面が定着ニップ部N側になるように配置される。
図3(b)は、ヒータ200の発熱抵抗体面側とは反対側(サーミスタ素子面側)の構成を示す模式的平面図である。基板201の発熱抵抗体面側とは逆面側には、複数の温度検知素子として、非通紙部昇温検知用のサーミスタ素子205−1、205−3と、温度制御用のサーミスタ素子205−2とが印刷形成されている。さらに、基板201の上記逆面側には、各サーミスタ素子から信号を取り出すための複数の電気伝導体の導体パター
ンとして、導体A0、A1、A2、A3、導体B0、B1、B2、B3が印刷形成され、サーミスタ205−1〜205−3と接続される。導体A0〜A3から構成される導体群Aは、所定の配線パターンを有するマスクを用いて同時に印刷形成され、導体B0〜B3から構成される導体群Bも、所定の配線パターンを有するマスクを用いて、導体群Aとは異なるタイミングで同時に印刷形成される。
図4に、本実施例におけるヒータ駆動回路の構成概要を示す。同図中、商用交流電源300からの電源電圧を発熱抵抗体202へ供給することにより、発熱抵抗体202を発熱させる。発熱抵抗体202への電力供給は、トライアック302の通電/遮断により行われる。抵抗303、304は、それぞれトライアック302のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ305は、一次・二次間の絶縁を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ305の発光ダイオード305aに通電することによりトライアック302をONさせる。抵抗306は、発光ダイオード305aの電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ307によりフォトトライアックカプラ305をON/OFFする。トランジスタ307は、抵抗308を介してCPU309からのヒータ駆動信号に従って動作する。サ−ミスタ205−1〜3によって検出される温度は、温度変化に応じたサーミスタ205−1〜3の抵抗値変化を抵抗301−1〜3との分圧として検出され、A/D変換によりデジタル値としてCPU309に入力される。CPU309は、入力されたサーミスタ情報に基づき、ヒータ駆動指示を出力し、発熱抵抗体202への導通状態を制御する。
ここで、導体群A、Bの各導体は、それぞれ導体群ごとに同時に印刷形成されるため、印刷形成時にずれが生じた場合、導体群A、Bの各導体はそれぞれ導体群ごとに同一方向にずれが生じる。
図5、図6を用いて、図3に示すヒータ200におけるサーミスタ導体A1、A2と導体B1、B2とが部分的に重ね合わせられる接続部における寸法関係を説明する。
図5は、本実施例における絶縁性基板上の導電パターン形状の例を示す模式的平面図であり、(a)は、導体群Aと導体群Bとの間にずれが生じなかった通常時の配置を示し、(b)(c)は、ずれが発生した場合の配置例をそれぞれ示している。
図6は、比較例における絶縁性基板上の導電パターン形状の例を示す模式的平面図であり、(a)は、導体群Aと導体群Bとの間にずれが生じなかった通常時の配置を示し、(b)は、ずれが発生した場合の配置例を示している。
導体群A、Bは、基板201の長手方向に並んだ配置となっていて、導体群A、Bの各導体は、少なくとも接続部において、それぞれ基板201の長手方向に延びている。基板201の長手方向と直交する短手方向における幅は、少なくとも最低限の成形精度が担保される幅が確保されるように設定される。
また、導体群A、Bの各導体は、それぞれの導体群において、基板201の短手方向に間隔を空けて並列配置されており、隣接する導体とのマイグレーション等の影響のない範囲で可能な限り密な間隔で配置される。
本実施例の構成では、異なる導体を接続して延ばす配線方向が、基板201の長手方向と一致した構成となっているが、かかる構成に限定されるものではない。すなわち、本実施例では、導体群A、Bの各導体の導体幅(導体の延びる方向に対して直交する方向の幅)が、少なくとも接続部において、基板201の短手方向における各導体の幅と一致した構成となっているが、基板の構成が異なればこの限りではない。
図5(a)に示すように、同一タイミングで印刷形成される導体群Aにおける第1電気伝導体としての導体A1、A2は、幅W1の導体幅を有する第1の部分(本体部)と、幅W1よりも狭い幅W2の導体幅を有する第2の部分(接続部)と、を有している。導体A
1、A2は、それぞれ、導体B1、B2に向かって、幅W1の部分の先端から幅W2の部分が突出するように延びた先細状の平面形状をなしており、幅W2の部分で導体B1、B2と接続する。幅W2の部分の一部が導体B1、B2と重なり合うことにより、導体A1、A2と導体B1、B2とが電気的に接続される。導体A1、A2において、幅W1の部分と幅W2の部分は、それぞれの導体幅方向の中央が互いに一致する配置(中央基準)となっている。
一方、導体群Aとは異なるタイミングで同時に印刷形成される導体群Bにおける第2電気伝導体としての導体B1、B2は、幅W3の導体幅を有している。
印刷形成のタイミングは、導体群Aが先で導体群Bが後の順番でもよいし、逆の順番でもよい。
導体群Aにおける幅W2の導体部分と導体群Bにおける幅W3の導体部分とが重なり合う構成において、幅W1、W2、W3の寸法関係は、次式1、2で表される。
W1>W2 … (式1)
W3>W2 … (式2)
図5(a)に示す本実施例における導体構成と、図6(a)に示す比較例の導体構成は、幅W1、W2の幅方向における基準を同じ中央基準とし、かつ、W1=W3とした場合の構成となっている。導体群Bにおける隣接する導体B1、B2は、導体間距離W4の距離で印刷形成される。
導体群Aと導体群Bとの間に印刷ずれが発生した場合の導体群Aと導体群Bの配置例を、本実施例については図5(b)、図5(c)に、比較例については図6(b)に、それぞれ示す。
図5(a)に示すように、導体群A、B間に印刷ずれが発生していない通常時において、本実施例では、導体A1、A2と導体B1、B2の幅W1の部分とが、幅方向に一致した配置で導体A1、A2と導体B1、B2の幅W2の部分とが重なり合う。
図6(a)に示すように、通常時において、比較例では、導体A1、A2と導体B1、B2とが幅方向に一致した配置で重なり合う。
ここで、図5(b)に示すように、導体B1と重ね合わされる導体A1と、隣接する導体B2との間に必要な導体間距離を距離W5とした場合、許容できる印刷ずれZWは、次式で表される。
ZW=(W3+W4)−(W2+W5+(W1−W2)/2)
=W4−W5+(W1−W2)/2
一方、図6(b)に示すように、比較例の構成では、許容できる印刷ずれZW’は、次式で表される。
ZW’=(W3+W4)−(W5+W1)
=W4−W5
式1より、W1>W2であることから、本実施例における許容できる印刷ずれZWは、比較例構成における許容できる印刷ずれZW’よりも大きくなる。よって、比較例構成に比べ、本実施例の構成は、印刷ずれが発生した場合でも、導体A1と隣接する導体B2との導体間距離を確保でき、隣接導体間のショート、マイグレーションや耐圧不良が対策可能となる。すなわち、隣接する導体間のショート、マイグレーション、耐圧不良等を抑制しつつ、ヒータの小型化を図ることができる。
ここで、図5(c)は、許容される最大のずれが発生した場合の導体群A、Bの配置を示している。導体B1と重ね合わされるべき導体A1と、隣接する導体B2との間に必要
な導体間距離W5をW5’>0とした場合、導体B1と導体B2の導体間距離W4をW4>W2とすることにより、許容できる印刷ずれを最大にすることが可能となる。図5(c)に示すように、導体B1と導体A1の幅W2の部分とが重なり合っていなくても、両者が接するように隣接していれば電気導通が確保される。
なお、本実施例による印刷ずれZWの拡張効果は、W1+W5>W4の関係を満たす構成において効果的に得ることができる。
また、導体A1、A2における幅W1の部分と幅W2の部分の幅方向における基準を同じ中央基準とすることで、導体群A、Bの幅方向の印刷ずれが両方向に発生した場合でも、隣接する導体パターン間距離が確保可能となる。
更に、図5(a)に示すように、導体群Aの幅W2の部分が導体群Bと重なり合う領域の幅方向と直交する長さ方向における長さをL1とし、導体群Aの幅W2の部分が導体群Bと重ならない領域の上記長さ方向における長さをL2とする。長さL1、L2は、長さ方向に印刷ずれが発生した場合でも、導体群Aと導体群Bとの電気的接続が確保可能な長さに設定される。
なお、導体群Aと導体群Bは、銀(Ag)や銀/パラジウム合金(Ag/Pd)等のそれぞれ異なる導体材料で構成してもよい。この場合、導体群A、Bと接続されるサーミスタや電極のような電子素子・金属との相性によって、使用する材料を選択することができ、素子特性の異常変化や接触不良等の発生を抑制することが可能となる。
[実施例2]
図7を参照して本発明の実施例2について説明する。ここでは、実施例2において実施例1と異なる点についてのみ説明する。実施例2において実施例1と共通する事項は説明を省略する。
実施例2では、実施例1と同様に、導体群Aと導体群Bの重ね合わせ部における導体Aの幅W2の部分が、導体群A、Bにおける幅W1、W3の部分よりも小さい関係で構成される。実施例2の構成において、実施例1と異なるのは、導体群Aの各導体における幅W1の部分の導体群Bの各端子との対抗端部から、導体群Bの各端子に向かって幅が連続的に徐々に狭くなりながら延びる先細部分を有している。該先細部分は、その途中に幅W2となる部分を有しており、幅W2部分より先端側で導体群Aの各導体と重なり合う構成となっている。
ここで、図5に示す、導体群Aにおける幅W2を細い幅で印刷形成しようとした場合、製造上の精度により、細い幅の導体を十分な形状精度で印刷形成することができない場合がある。結果、導体群Aと導体群Bとの重なりを確保できなくなり、導通不良が発生する懸念がある。
一方、図7に示す実施例2における構成によれば、導体群Aの導体において連続的に導体幅を小さくすることにより、導体の印刷形成が容易となり、導体群Aの導体強度を強くすることが可能となる。
[実施例3]
図8を参照して本発明の実施例3について説明する。ここでは、実施例3において上記実施例と異なる点についてのみ説明する。実施例3において上記実施例と共通する事項は説明を省略する。
実施例3では、実施例1から2と同様に、導体Aと導体Bの重ね合わせ部における導体Aの幅W2が、導体A、Bにおける幅W1、W3よりも小さい関係で構成される。また、
導体群Bは距離W4の導体間隔で印刷形成される。実施例3の構成において、実施例1、2と異なるのは、導体群Bを絶縁保護層であるガラス700でオーバーラップさせた(覆った)点である。
実施例3における構成を図8を用いて説明する。導体群Bに用いる導体材料をコストの観点から銀(Ag)とし、導体群Aに用いる導体材料を導体群Aに接続される不図示の電極材料との相性から銀/パラジウム合金(Ag/Pd)とする。
ここで、導体群Aと導体群Bとの間に幅方向の印刷ずれが発生した場合、導体B1と重ね合わされる導体A1と、隣接する導体B2との間の導体間距離が狭くなり、導体A1と導体B2と間でマイグレーションが発生する懸念がある。これに対し、実施例3では、図8(b)に示すように、マイグレーションが発生する懸念がある導体材料、導体間隔の箇所をガラス700でオーバーラップさせることにより、マイグレーションを抑制することが可能となる。
また、導体群Bの導体材料である銀(Ag)はマイグレーションに不利であるため、ガラスで保護する必要があるものの、導体群Aは幅W6が確保できればガラスの保護が無くとも問題ない。したがって、導体群Aと導体群Bの重なり部において、図8(c)に示すような印刷ずれが発生しても、マイグレーションの問題はない。更に、サーミスタ面にガラス層を設けていれば、図2に示す定着装置100において、サーミスタ素子面を定着ニップ側とすることもできる。
上記各実施例は、それぞれの構成を可能な限り互いに組み合わせることができる。
200…ヒータ、205…基板、301(301a、301b)…導電体、303(303−1〜303−7)…導電体、202…発熱抵抗体、100…定着装置、102…定着フィルム、A1…導体群Aにおける導体、A2…導体群Aにおける導体、B1…導体群Bにおける導体、B2…導体群Bにおける導体、W1…導体群Aにおける導体幅、W2…導体群Aにおける導体幅、W3…導体群Bにおける導体幅

Claims (8)

  1. 基板と、前記基板に設けられる複数の発熱抵抗体と、前記基板に設けられる複数の電気伝導体と、を有するヒータを有し、前記ヒータの熱を利用して記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置であって、
    前記複数の電気伝導体は、
    それぞれ、幅W1を有する第1部分と、前記幅W1よりも狭い幅W2を有する第2部分と、を有し、幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に前記基板に形成される複数の第1電気伝導体からなる導体群Aと、
    それぞれ、前記幅W2よりも広い幅W3を有し、前記第2部分と一部が重なり合うように、前記幅方向に並ぶ配置でそれぞれ同時に、前記第1電気伝導体とは異なるタイミングで、前記基板に形成される複数の第2電気伝導体からなる導体群Bと、
    を有することを特徴とする像加熱装置。
  2. 前記幅方向における前記複数の第2電気伝導体の間の距離W4は、前記幅W2よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
  3. 前記第1部分と前記第2部分との間に、前記幅W2から前記幅W1まで徐々に幅が変化する第3部分を有することを特徴とする請求項1または2に記載の像加熱装置。
  4. 前記第1電気伝導体と前記第2電気伝導体は、それぞれ異なる材料で形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  5. 前記導体群Aと前記導体群Bの少なくとも一方は、絶縁保護層で覆われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  6. 前記ヒータは、前記基板に設けられる複数の温度検知素子をさらに有し、
    前記複数の電気伝導体は、前記複数の温度検知素子の信号を取り出すために用いられることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  7. さらに、筒状のフィルムを有し、前記ヒータは前記フィルムの内面に接触していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の像加熱装置。
  8. 記録材に画像を形成する画像形成部と、
    前記画像を加熱して前記画像を前記記録材に定着する定着部と、
    を備える画像形成装置において、
    前記定着部が、請求項1〜7のいずれか1項に記載の像加熱装置であることを特徴とする画像形成装置。
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