JP2021117298A - 加熱装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加熱部材の長手方向に渡る温度のばらつき起因する不具合を抑制する方法を提供する。【解決手段】定着ベルト20に接触してニップ部を形成する加圧ローラ21と、定着ベルトを加熱するヒータ22と、定着ベルトと加圧ローラとの少なくとも一方を加圧して他方に押し当てる加圧機構とを備えた定着装置であって、ヒータは、複数の抵抗発熱体59と、第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bと、第1の電極部と抵抗発熱体とを電気的に接続する第1の給電線62Aと、第2の電極部61Bと抵抗発熱体とを電気的に接続する第2の給電線62Bとを備え、ヒータの長手方向において、第1の給電線および第2の給電線の抵抗発熱体に対するそれぞれの接続位置G1,G2が、抵抗発熱体の中央位置に対して長手方向の他方側に設けられ、加圧機構は、ヒータの長手方向一方側の加圧力FL1を、他方側の加圧力FRに対して相対的に小さくすることを特徴とする。【選択図】図13
Description
本発明は、加熱装置および画像形成装置に関する。
複写機、プリンタなどの画像形成装置に搭載される加熱装置として、用紙上のトナーを熱により定着させる定着装置や用紙上のインクを乾燥させる乾燥装置などが知られている。
例えば、下記特許文献1には、長手状の基板に、抵抗発熱体や電気接点、これらを電気的に接続する配線などが設けられた加熱部材(ヒータ)を備える定着装置が開示されている。
ところで、このような配線が基板に設けられている加熱部材においては、抵抗発熱体を発熱させる際、配線への通電により配線でもわずかながら発熱が生じる。このため、厳密には、加熱部材全体の発熱分布は、配線の発熱の影響を受けることになる。
従って、配線の発熱分布によっては、それが原因でヒータの温度分布にばらつきが生じる虞がある。従って、このような加熱部材を備える装置においては、加熱部材の長手方向の一方側と他方側との温度偏差に起因する不具合を抑制する対策が求められる。
上記課題を解決するため、本発明は、回転部材と、前記回転部材に接触してニップ部を形成する対向部材と、前記回転部材を加熱する加熱部材と、前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧して他方に押し当てる加圧機構とを備えた加熱装置であって、前記加熱部材は、複数の抵抗発熱体と、第1の電極部および第2の電極部と、前記第1の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第1の導電部と、前記第2の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第2の導電部とを備え、前記加熱部材の長手方向において、前記第1の導電部および前記第2の導電部の前記抵抗発熱体に対するそれぞれの接続位置が、前記抵抗発熱体の中央位置に対して、長手方向一方側とは反対側である長手方向他方側に設けられ、前記加圧機構は、前記加熱部材の前記長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくすることを特徴とする。
本発明によれば、加熱部材の長手方向の一方側と他方側との温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。以下、各実施形態の説明において、加熱ユニットとして、トナーを熱により定着させる定着装置として説明する。
図1に示すモノクロの画像形成装置1には、感光体ドラム10が設けられている。感光体ドラム10は、表面上に現像剤としてのトナーを担持可能なドラム状の回転体であり、図の矢印方向に回転する。感光体ドラム10の周囲には、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させる帯電ローラ11と、感光体ドラム10の表面にトナーを供給する現像ローラ7等を備えた現像装置12と、感光体ドラム10の表面をクリーニングするためのクリーニングブレード13等で構成されている。
感光体ドラム10の上方には、露光部が配置されている。露光部が画像データに基づいて発したレーザ光Lbが、ミラー14を介して感光体ドラム10の表面に照射される。
また、感光体ドラム10に対向する位置に配置され、転写チャージャを備えた転写手段15が配置されている。転写手段15は、感光体ドラム10表面上の画像を用紙Pに転写する。
画像形成装置1の下部には給紙部4が位置しており、記録媒体としての用紙Pを収容した給紙カセット16や、給紙カセット16から用紙Pを搬送路5へ搬出する給紙ローラ17等からなっている。給紙ローラ17の搬送方向下流側にはレジストローラ18が配置されている。
定着装置9は、後述する加熱部材によって加熱される定着ベルト20、その定着ベルト20を加圧可能な加圧ローラ21等を有している。
以下、図1を参照して上記画像形成装置1の基本的動作について説明する。
印刷動作(画像形成動作)が開始されると、まず感光体ドラム10が帯電ローラ11によってその表面を帯電される。そして、画像データに基づいて露光部3からレーザービームLbが照射され、照射された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体ドラム10には、現像装置12から表面部分にトナーが供給され、トナー画像(現像剤像)として可視像化される。そして、転写後の感光体ドラム10に残されたトナー等は、クリーニングブレード13によって取り除かれる。
一方、印刷動作が開始されると、画像形成装置1の下部では、給紙部4の給紙ローラ17が回転駆動することによって、給紙カセット16に収容された用紙Pが搬送路5に送り出される。
搬送路5に送り出された用紙Pは、レジストローラ18によってタイミングを計られ、感光体ドラム10表面上のトナー画像と向かい合うタイミングで転写手段15と感光体ドラム10との対向部である転写部へ搬送され、転写手段15による転写バイアス印加によりトナー画像が転写される。
トナー画像が転写された用紙Pは、定着装置9へと搬送され、加熱されている定着ベルト20と加圧ローラ21とによって加熱および加圧されて、トナー画像が用紙Pに定着される。そして、トナー画像が定着された用紙Pは、定着ベルト20から分離され、定着装置9の下流側に設けられた搬送ローラ対によって搬送され、装置外側に設けられた排紙トレイへと排出される。
続いて、定着装置9のより詳細な構成について説明する。
図2に示すように、本実施形態に係る定着装置9は、回転部材あるいは定着部材としての定着ベルト20と、定着ベルト20の外周面に接触してニップ部Nを形成する、対向部材あるいは加圧部材としての加圧ローラ21と、定着ベルト20を加熱する加熱ユニット19と、を備えている。また、加熱ユニット19は、加熱部材としての面状のヒータ22と、ヒータ22を保持する保持部材としてのヒータホルダ23と、ヒータホルダ23を支持する支持部材としてのステー24とを有する。
定着ベルト20は、無端状のベルト部材で構成され、例えば外径が25mmで厚みが40〜120μmのポリイミド(PI)製の筒状基体を有している。定着ベルト20の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、PFAやPTFE等のフッ素系樹脂による厚みが5〜50μmの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ50〜500μmのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。また、定着ベルト20の基体はポリイミドに限らず、PEEKなどの耐熱性樹脂やニッケル(Ni)、SUSなどの金属基体であってもよい。定着ベルト20の内周面に摺動層としてポリイミドやPTFEなどをコートしてもよい。
加圧ローラ21は、例えば外径が25mmであり、中実の鉄製芯金21aと、この芯金21aの表面に形成された弾性層21bと、弾性層21bの外側に形成された離型層21cとで構成されている。弾性層21bはシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば3.5mmである。弾性層21bの表面は離型性を高めるために、厚みが例えば40μm程度のフッ素樹脂層による離型層21cを形成するのが望ましい。
定着ベルト20は、後述する加圧機構によって加圧ローラ21の側へ加圧され、加圧ローラ21に圧接されている。これにより、定着ベルト20と加圧ローラ21との間にニップ部Nが形成される。また、加圧ローラ21は、画像形成装置本体に設けられた駆動手段から駆動力が伝達されて回転駆動する駆動ローラとして機能する。一方、定着ベルト20は、加圧ローラ21の回転に伴って従動回転するように構成されている。定着ベルト20が回転すると、定着ベルト20はヒータ22に対して摺動するため、定着ベルト20の摺動性を高めるために、ヒータ22と定着ベルト20との間にオイルやグリースなどの潤滑剤を介在させてもよい。
ヒータ22は、定着ベルト20の回転軸方向あるいは長手方向(以下、「ベルト長手方向」ともいう。)に渡って長手状に設けられ、加圧ローラ21に対応する位置で定着ベルト20の内周面に接触している。ヒータ22は、被加熱部材としての定着ベルト20を加熱し、定着ベルト20を所定の定着温度まで加熱するための部材である。ヒータ22は、略長方形の平板であり、長辺が上記ベルト長手方向に沿っている。
本実施形態とは異なり、発熱部60を基材50の定着ベルト20側とは反対側(ヒータホルダ23側)に設けてもよい。その場合、発熱部60の熱が基材50を介して定着ベルト20に伝達されることになるため、基材50は窒化アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料で構成されることが望ましい。また、本実施形態に係るヒータ22の構成において、さらに基材50の定着ベルト20とは反対側(ヒータホルダ23側)の面に、絶縁層を設けてもよい。
ヒータ22は、定着ベルト20に対して、非接触あるいは低摩擦シートなどを介して間接的に接触する場合であってもよいが、定着ベルト20への熱伝達効率を高めるには、本実施形態のように、ヒータ22を定着ベルト20に対して直接接触させる方が好ましい。また、ヒータ22を定着ベルト20の外周面に接触させてもよい。なお、ヒータ22が接触する面を定着ベルト20の内周面とすると、ヒータ22との接触による定着ベルト20の外周面の傷付きを回避でき、定着品質の低下を抑制できる。
ヒータホルダ23およびステー24は、定着ベルト20の内側に配置されている。ステー24は、金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が定着装置9の両側壁部に支持されている。また、ステー24は、ヒータホルダ23のヒータ22側とは反対側の面に接触している。これにより、ヒータホルダ23はステー24によって支持され、ヒータ22およびヒータホルダ23は加圧ローラ21の加圧力に対して大きく撓むことなく保たれることで、定着ベルト20と加圧ローラ21との間にニップ部Nが形成される。
ヒータホルダ23は、ヒータ22の熱によって高温になりやすいため、耐熱性の材料で形成されることが望ましい。例えば、ヒータホルダ23をLCPなどの低熱伝導性の耐熱性樹脂で形成した場合は、ヒータ22からヒータホルダ23への伝熱が抑制され効率的に定着ベルト20を加熱することができる。
印刷動作が開始されると、ヒータ22に電力が供給されることで、発熱部60が発熱し、定着ベルト20が加熱される。また、加圧ローラ21が回転駆動され、定着ベルト20が従動回転を開始する。そして、定着ベルト20の温度が所定の目標温度(定着温度)に到達した状態で、図2に示すように、未定着トナー画像が担持された用紙Pが、定着ベルト20と加圧ローラ21との間(ニップ部N)に搬送されることで(図2の矢印A方向参照)、未定着トナー画像が加熱および加圧されて用紙Pに定着される。
図3は、定着装置の斜視図、図4は、その分解斜視図である。
図3および図4に示すように、定着装置9の装置フレーム40は、一対の側壁部28と前壁部27とから成る第1装置フレーム25と、後壁部29から成る第2装置フレーム26と、を備えている。一対の側壁部28は、ベルト長手方向の一端部側と他端部側とに配置されており、両側壁部28によって、定着ベルト20、加圧ローラ21および加熱ユニット19の両端部側が支持される。各側壁部28には、複数の係合突起28aが設けられ、各係合突起28aが後壁部29に設けられた係合孔29aに係合することで、第1装置フレーム25と第2装置フレーム26とが組み付けられる。
また、各側壁部28は、加圧ローラ21の回転軸などを挿通させるための挿通溝28bが設けられている。挿通溝28bは、後壁部29側で開口し、これとは反対側では開口しない突き当て部となっている。この突き当て部側の端部には、加圧ローラ21の回転軸を支持する軸受30が設けられている。加圧ローラ21は、その回転軸の両端部がそれぞれ軸受30に装着されることで、両側壁部28によって回転可能に支持される。
また、加圧ローラ21の回転軸の一端部側には、駆動伝達部材としての駆動伝達ギヤ31が設けられている。駆動伝達ギヤ31は、加圧ローラ21が両側壁部28に支持された状態で、側壁部28よりも外側に露出した状態で配置される。これにより、定着装置9が画像形成装置本体に搭載された際、駆動伝達ギヤ31が画像形成装置本体に設けられているギヤと連結し、駆動源からの駆動力を伝達可能な状態となる。なお、加圧ローラ21に駆動力を伝達する駆動伝達部材としては、駆動伝達ギヤ31のほか、駆動伝達ベルトを張架するプーリやカップリング機構などであってもよい。
加熱ユニット19の長手方向の両端部には、定着ベルト20やヒータホルダ23、ステー24などを支持する一対のフランジ32が設けられている。各フランジ32には、ガイド溝32aが設けられている。このガイド溝32aを側壁部28の挿通溝28bの縁に沿って進入させることで、フランジ32が側壁部28に対して組み付けられる。
また、各フランジ32には、付勢部材としての一対のバネ33が当接している。各バネ33によってステー24やフランジ32が加圧ローラ21側に付勢されることで、定着ベルト20が加圧ローラ21に押し当てられ、定着ベルト20と加圧ローラ21との間にニップ部が形成される。バネ33は、フランジ32に当接する側とは反対側の端部が、後述する加圧レバーによって加圧されている。
また、図4に示すように、第2装置フレーム26を構成する後壁部29の長手方向の一端部側には、画像形成装置本体に対する定着装置本体の位置決めを行う位置決め部としての孔部29bが設けられている。一方、画像形成装置本体には、位置決め部としての突起101が設けられている。この突起101が、定着装置9の孔部29bに対して挿入されることで、突起101と孔部29bが嵌合し、画像形成装置本体に対する定着装置本体のベルト長手方向の位置決めがなされる。なお、後壁部29の孔部29bが設けられた端部側とは反対の端部側には、位置決め部は設けられていない。これにより、温度変化に伴う定着装置本体のベルト長手方向の伸縮が拘束されないようにしている。
図5は、加熱ユニット19の斜視図、図6は、その分解斜視図である。
図5および図6に示すように、ヒータホルダ23の定着ベルト側の面(図5および図6における手前側の面)には、ヒータ22を収容するための矩形の収容凹部23aが設けられている。収容凹部23aは、ヒータ22とほぼ同等の形状およびサイズに形成されているが、収容凹部23aの長手方向寸法L2はヒータ22の長手方向寸法L1よりも若干長く設定されている。このように、収容凹部23aがヒータ22よりも若干長く形成されていることで、熱膨張によりヒータ22がその長手方向に伸びても、ヒータ22と収容凹部23aとが干渉しないように構成されている。また、ヒータ22は、この収容凹部23a内に収容された状態で、給電部材としての後述のコネクタによってヒータホルダ23と一緒に挟まれて保持される。
一対のフランジ32は、定着ベルト20の内側に挿入されて定着ベルト20を支持するC字状のベルト支持部32bと、定着ベルト20の端面に接触してベルト長手方向の移動(片寄り)を規制するフランジ状のベルト規制部32cと、ヒータホルダ23およびステー24の両端部側が挿入されてこれらを支持する支持凹部32dと、を有している。定着ベルト20は、その両端部側にベルト支持部32bが挿入されることで、ベルト非回転時においては基本的に周方向(ベルト回転方向)の張力は生じない、いわゆるフリーベルト方式で支持される。
図5および図6に示すように、ヒータホルダ23の長手方向一端部側には、位置決め部としての位置決め凹部23eが設けられている。この位置決め凹部23eに対して、図5および図6の左側に示されるフランジ32の嵌合部32eが嵌合することで、ヒータホルダ23とフランジ32とのベルト長手方向の位置決めがなされる。一方、図5および図6の右側に示されるフランジ32には、嵌合部32eは設けられておらず、ヒータホルダ23とのベルト長手方向の位置決めはされない。このように、フランジ32に対するヒータホルダ23の位置決めをベルト長手方向の片側のみとすることで、温度変化に伴ってヒータホルダ23がベルト長手方向へ伸縮したとしても、その伸縮が拘束されないようにしている。
また、図6に示すように、ステー24の長手方向の両端部側には、各フランジ32に対するステー24の移動を規制する段差部24aが設けられている。各段差部24aはフランジ32に突き当たることでフランジ32に対するステー24の長手方向の移動を規制する。ただし、これら段差部24aのうち少なくとも一方は、フランジ32に対して隙間(ガタ)を介して配置される。このように、少なくとも一方の段差部24aがフランジ32に対して隙間を介して配置されることで、温度変化に伴ってステー24がベルト長手方向に伸縮したとしても、その伸縮が拘束されないようにしている。
図7は、ヒータ22の平面図、図8は、その分解斜視図である。
図8に示すように、ヒータ22は、基材50と、基材50上に設けられた第1絶縁層51と、第1絶縁層51上に設けられた発熱部60などを有する導体層52と、導体層52を被覆する第2絶縁層53と、を有している。本実施形態では、定着ベルト20側(ニップ部N側)に向かって、基材50、第1絶縁層51、導体層52(発熱部60)、第2絶縁層53の順で積層されており、発熱部60から発された熱は、第2絶縁層53を介して定着ベルト20へと伝達される(図2参照)。
基材50は、ステンレス(SUS)や鉄、アルミニウム等の金属材料で構成された長手状の板材である。また、基材50の材料として、金属材料のほか、セラミック、ガラス等を用いることも可能である。基材50にセラミックなどの絶縁材料を用いた場合は、基材50と導体層52との間の第1絶縁層51を省略することが可能である。一方、金属材料は、急速加熱に対する耐久性に優れ、加工もしやすいため、低コスト化を図るのに好適である。金属材料の中でも、特にアルミニウムや銅は熱伝導性が高く、温度むらが発生しにくい点で好ましい。また、ステンレスはこれらに比べて安価に製造できる利点がある。
各絶縁層51,53は、耐熱性ガラスなどの絶縁性を有する材料で構成されている。また、これらの材料として、セラミックあるいはポリイミド(PI)等を用いてもよい。
導体層52は、複数の抵抗発熱体59を有する発熱部60と、複数の電極部61と、これらを電気的に接続する複数の、導電部としての給電線62と、で構成されている。本実施形態では、複数の電極部61として、第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bが設けられ、これらの電極部61A,61Bは、基材50の長手方向の互いに反対の端部側に配置されている。また、第1の電極部61Aと第2の電極部61Bとの間には、複数の抵抗発熱体59が基材50の長手方向に一列に並んで配置されている。図7において、ヒータ22の発熱部60が設けられている面に沿ってヒータ22(基材50)の長手方向Uと交差する方向Yを「短手方向」と称すると、その短手方向Yで見た場合、各抵抗発熱体59は、ヒータ22の長手方向Uに伸びる第1の給電線(第1の導電部)62Aと第2の給電線(第2の導電部)62Bとの間に設けられている。本実施形態では、各抵抗発熱体59が、ヒータ22の長手方向Uに往復するように、短手方向の両側の曲げ部を介して複数回(本実施形態では3回)折り返した線部からなる。ヒータ22の短手方向Yにおける各抵抗発熱体59の一端部(接続位置G1の部分)は、第1の給電線62Aを介して第1の電極部61Aに接続されている。一方、ヒータ22の短手方向Yにおける各抵抗発熱体59の他端部(接続位置G2の部分)は、第2の給電線62Bを介して第2の電極部61Bに接続されている。このように、各抵抗発熱体59は、第1の給電線62Aおよび第2の給電線62Bによって第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bに対して互いに並列に接続されている。
抵抗発熱体59は、給電線62よりも抵抗値が高い導電部となっている。抵抗発熱体59は、例えば、銀パラジウム(AgPd)やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材50に塗工し、その後、当該基材50を焼成することによって形成される。抵抗発熱体59の材料として、これら以外に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO2)の抵抗材料を用いてもよい。
給電線62は、抵抗発熱体59よりも抵抗値の低い導体で構成されている。給電線62や電極部61の材料としては、銀(Ag)もしくは銀パラジウム(AgPd)などを用いることができ、このような材料をスクリーン印刷するなどによって給電線62や電極部61が形成されている。
図9は、ヒータ22にコネクタ70が接続された状態を示す斜視図である。
図9に示すように、コネクタ70は、樹脂製のハウジング71と、ハウジング71に設けられた複数のコンタクト端子72と、を有している。各コンタクト端子72は、板バネで構成され、給電用のハーネス73が接続されている。
図9に示すように、コネクタ70は、ヒータ22とヒータホルダ23とを表側と裏側から一緒に挟むようにして取り付けられる。この状態で、コンタクト端子72の先端の接触部72aが、電極部61に弾性的に接触(圧接)し、コネクタ70を介して発熱部60と画像形成装置に設けられた電源とが電気的に接続され、電源から発熱部60へ電力が供給可能な状態となる。また、図9に示す電極部61とは反対側にある電極部61に対しても同様にコネクタ70が接続される。なお、各電極部61は、コネクタ70との接続を確保するため、少なくとも一部が第2絶縁層53に被覆されておらず露出した状態となっている(図7参照)。
ところで、上記課題でも述べたように、基材上に給電線が設けられたヒータにおいては、抵抗発熱体を発熱させる際、電源から抵抗発熱体へ電力を供給すると、このときの給電線への通電により給電線でも発熱が生じる。このような給電線の発熱は、ヒータ全体の温度分布に影響を与えることになる。ただし、その影響は均一ではなく、給電線のレイアウトや抵抗発熱体に対する給電線の接続位置などによって変化する。以下、本実施形態と異なる構成の図10および本実施形態の構成の図11に基づき、給電線の接続位置が異なる場合の給電線による発熱の影響の違いについて説明する。
ここでは、各給電線のヒータ22の短手方向に伸びる部分は短く、その部分における発熱量はわずかであることからその発熱量は無視し、各給電線のヒータ22の長手方向Uに伸びる部分で発生する発熱量のみを算出している。具体的には、図10および図11の上側に配置された第1の給電線62Aと、図10および図11の下側に配置された第2の給電線62Bの、それぞれのヒータ22の長手方向Uに伸びる部分で発生する発熱量を算出している。また、発熱量(W)は下記式(1)で表されることから、図10および図11の表に示す発熱量は、便宜的に各給電線に流れる電流(I)の二乗として算出している。よって、各図の表に示す発熱量の数値は、あくまで簡易的に算出された値であり、実際の発熱量とは異なるものである。
発熱量の具体的な算出方法について、図10における第1ブロックおよび第2ブロックを例に説明すると、図10中の第1ブロックにおいては、第1の給電線62Aに流れる電流が100%、第2の給電線62Bに流れる電流が20%であるので、それぞれの二乗の合計値である10400(10000+400)が第1ブロックにおける給電線の合計発熱量となる。また、図10中の第2ブロックにおいては、第1の給電線62Aに流れる電流が80%、第2の給電線62Bに流れる電流が40%であるので、これらの二乗の合計値である8000(6400+1600)が第2ブロックにおける給電線の合計発熱量となる。また、他のブロックにおいても、同様にして発熱量を算出している。
そして、各ブロックの合計発熱量を縦軸に表したものが、図10および図11中のグラフである。これらのグラフを見てわかるように、各抵抗発熱体59に対する各給電線62A,62Bの接続位置G1,G2が互いに反対側に配置されている場合は(図10のグラフでは)、各ブロックの合計発熱量が、発熱領域中央の第3ブロックを基準に左右対称となっている。これに対して、各抵抗発熱体59に対する各給電線62A,62Bの接続位置G1,G2が互いに同じ側に配置されている場合は(図11のグラフでは)、各ブロックの合計発熱量が、発熱領域中央の第3ブロックを基準に左右非対称となり、長手方向一方側の発熱量が大きくなっている。
このように、接続位置が同じ側か異なる側かによって、給電線の合計発熱量が、一方では左右対称になり他方では左右非対称になる。図10に示す例のように、給電線の発熱量が左右対称である場合は、その影響がヒータ全体の温度分布に及んだとしても、ヒータの温度分布が非対称となることはない。これに対して、図11に示す例のように、給電線の発熱量が左右非対称になる場合は、その影響により、ヒータの温度分布が非対称となる虞がある。特に、画像形成装置の高速化に対応するために抵抗発熱体へ流れる電流を大きくした場合や、ヒータをその短手方向に小型化するために給電線を細くした場合は、給電線で生じる発熱量が大きくなるため、ヒータの長手方向に渡る温度のばらつき(温度分布偏差)も顕著となる。そして、ヒータの長手方向に渡る温度のばらつきが大きくなると、不具合(たとえば、光沢むらや定着むら)が発生し、画質の低下につながる懸念がある。
そこで、本実施形態では、ヒータ22の長手方向に渡る温度のばらつきに起因した不具合(たとえば、画像の光沢むらや定着むら)を抑制するための下記のような対策を講じている。
図12に示すように、定着ベルト20の長手方向一方側の端部および他方側の端部をそれぞれ支持するフランジ321、322は、それぞれ独立した加圧機構によって加圧されており、この加圧により定着ベルト20が加圧ローラ21に押し当てられることで定着ベルト20が加圧ローラ21に圧接され、ニップ部(定着ニップ)Nが形成される。
加圧条件を変更する必要がない場合(詳しくは後述する)には、フランジ321に対する加圧力FLとフランジ322に対する加圧力FRは同じに設定される(以下、この加圧力の設定を等加圧条件と呼ぶ)。
図13は、ヒータ22と定着装置9内の他の部材との長手方向の位置関係を示した図であり、図の上側にヒータ22を、真ん中に定着装置9内の各部材を示し、その長手方向の位置関係を示している。また、図の下側に各長手方向の位置における定着ベルト20の温度(温度T)の分布を示している。なお、第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bは、前述したコネクタ70を介して電源64に接続されている。
前述したように、各給電線62A,62Bとの接続位置G1,G2が、抵抗発熱体59の長手方向他方側(図の右側)に配置されていることにより、ヒータ22の長手方向一方側(図の左側)の方が他方側よりも温度Tが大きくなり、ヒータ22の温度分布は左右で非対称になる(図の下側のグラフ参照)。
本実施形態では、加圧機構による各フランジ321への加圧力を前述した等加圧条件から変更することができ、上記の定着ベルト20の温度Tの分布(あるいはヒータ22の発熱量の分布で、この発熱量とは、ヒータ22単体で測定した場合の発熱量のことである)に応じて加圧力を変更する。具体的には、図13の真ん中に示すように、定着ベルト20の長手方向一方側の端部を支持するフランジ321に対する加圧力を、加圧力FLよりも小さい加圧力FL1に変更する(以下、この加圧力の設定を第1加圧条件と呼ぶ)。つまり、フランジ321に対する加圧力がフランジ322に対する加圧力よりも小さく設定される。これにより、ヒータ22の発熱量が大きい側のニップ圧(ニップ部での定着ベルト20と加圧ローラ21との圧接力)が相対的に小さくなる。さらに、ヒータ22の長手方向と直交する方向(ニップでの用紙Pの搬送方向)におけるニップ部の幅(以下、ニップ幅)が、ヒータ22の発熱量が大きい側が相対的に小さくなる。したがって、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。つまり、長手方向一方側と他方側とでの定着性の差を抑制、および、長手方向での光沢偏差を抑制することができる。従って、用紙に形成された画像の光沢むらや定着むらを抑制することができる。
加圧力とニップ圧は圧力分布測定システムを用いて面圧測定を行い、加圧領域における加重を面積で割り、算出することができる。具体的には、面圧分布測定システム(I−SCAN、ニッタ製)などを用いることができる。
ニップ幅の測定方法は、あらかじめ別の画像形成装置で作成したべた黒画像を定着装置に通紙している途中で、定着装置を強制停止し、10秒間停止させた後に、べた黒画像を引き抜くとべた黒画像上に、ニップ幅で光沢部分ができる。 この光沢部分の幅を測定することにより、ニップ幅を知ることができる。また、ニップ幅の測定方法は、ニップ部にOHP用紙を通紙し、一定時間接触状態を継続した後で、OHP用紙を抜き出し、形成されたニップの痕跡の幅を測定することで、ニップ幅を知ることもできる。
次に、以上で説明した第1加圧条件への切り替えのタイミングの具体例について、図14を用いて以下に説明する。
図14に示すように、まず画像形成装置1に電源が投入されると(ステップS0)、定着装置に電力が供給される。この際、加圧機構が稼働して定着ベルト20が加圧ローラ21に等加圧条件で押し当てられる(ステップS1)。
そして、画像形成装置1に印刷指令(画像形成操作)がなされると(ステップS2)、印刷動作(画像形成動作)を開始する(ステップS3)。なお、ここでいう印刷動作(画像形成動作)とは、上記のように画像形成装置に印刷指令が到達し、印刷のための各種動作(定着ベルトの定着温度までの加熱や、用紙を搬送する各種ローラの回転動作など)を開始してから、最後の用紙に印刷が終了して装置外に排紙され、印刷のための各種動作を終了するまでを言う。
印刷動作が開始されると、ヒータ22によって定着ベルト20が目標温度まで加熱およびその温度で維持され、定着動作が可能な状態が形成される。この際、定着ベルト20を加圧する加圧機構の加圧条件が等加圧条件から第1加圧条件に変更される(ステップS4)。
そして全ての用紙への定着動作が終了し、印刷動作が終了すると(ステップS5)、加圧機構を等加圧条件に変更する(ステップS6)。
以上のように、印刷動作時に加圧条件を第1加圧条件に変更することで、定着動作時の用紙に対する定着性を長手方向の一方側と他方側とで揃えることができ、用紙に形成された画像の光沢むらや定着むらを抑制することができる。また、印刷動作実行時以外には等加圧条件に設定することで、加圧力の左右偏差が生じる時間を極力少なくし、定着ベルト20や加圧ローラ21の摩耗の左右偏差を抑制することができる。
次に、上記と異なる加圧条件の切り替えのタイミングを設定した実施例について、順に説明する。
図15に示すフローチャートの実施例では、印刷動作開始後(ステップS3)、定着装置にB枚の用紙を通紙するまでは加圧条件の変更を行わず、等加圧条件に設定する(ステップS11)。なお、定着装置にB枚の用紙を通紙時とは、定着ニップNの出口側に設けられたセンサがB枚目の用紙の後端を検知した時点を言う。そして、B枚通紙後、加圧条件を第1加圧条件に変更する(ステップS4)。その後、印刷動作終了後に再び等加圧条件に変更する点などは同様である。なお、図15では印刷される用紙がB枚以上である場合を示したが、B枚より少ない場合には等加圧条件から変更せずに印刷動作を終了する。
印刷動作を開始直後はヒータ22や定着ベルト20の温度偏差が少ない。従って、本実施形態のようにB枚通紙まで加圧条件を等加圧条件に設定することで、画像の光沢むらや定着むらが生じにくい時間帯を等加圧条件で加圧させることができる。従って、前述の印刷動作開始直後に加圧条件を変更する場合と比較すると、加圧偏差を生じる時間をより少なくし、定着ベルト20や加圧ローラ21の摩耗の左右偏差をより抑制することができる。
上記の実施形態では、定着装置にB枚目の用紙が通紙後に加圧条件を変更するものとしたが、これに限らず、B枚目の用紙が機外に排紙された後や定着装置の入口側を通過した後等、対応する位置にセンサを設けることで、これらのタイミングを選択することができる。また、印刷動作開始から所定のC時間経過後に用紙サイズに応じて加圧条件を変更するものとすることもできる。この場合でも、画像の光沢むらや定着むらの生じにくい時間帯を等加圧条件に設定し、定着ベルト20や加圧ローラ21の摩耗の左右偏差をより抑制することができる。また本実施形態では、C時間を印刷動作開始時からカウントするものとしたが、これに限らず、最初の用紙が所定のレジストローラを通過した時や定着装置に到達した時等のタイミングからカウントすることを選択できる。なお、B枚やC時間は、画像形成装置の生産性や定着ベルトの熱容量、用紙の線速や用紙厚さなどに応じて最適な値を選択することができ、例えばB=2枚、C=10秒に設定することができる。
次に、温度検知手段の検知温度に基づいて、加圧条件を変更する場合について説明する。
図16に示すように、本実施形態では、定着ベルト20の長手方向(ヒータ22の長手方向、用紙の搬送方向と直交する方向でもある)の一方側と他方側にそれぞれ、定着ベルト20に対向して、定着ベルト20表面の温度を検知するための温度検知手段41a、41bが設けられる。温度検知手段41a、41bとしては、例えばサーミスタを採用することができ、その他、公知の温度検知手段を適宜用いることもできる。
本実施形態では、温度検知手段41a、41bは、ヒータ22の長手方向において、発熱領域の長手方向両端で用紙の幅方向両端、つまり、図11の第1ブロックと第5ブロックに相当する領域にそれぞれ設けられる。
この温度検知手段41a、41bにより検知した温度Taと温度Tbの温度差Ta−Tbが、設定した閾値の温度差T1を超えるか否かにより、加圧条件の変更の有無を判断する。
具体的には、図17に示すように、印刷指令がなされて印刷動作が開始されると(ステップS2,S3)、所定の時間ごとに温度検知手段41a、41bによって温度Ta、Tbが検知され、温度差Ta−Tbが、T1以上かどうかが判断される(ステップS12)。そして、T1以上であった場合には、加圧機構を第1加圧条件に変更し、長手方向一方側の加圧力を小さくする(ステップS4)。つまり、温度検知手段41a、41bが検知した温度の高い側の加圧力を小さくする。その後、印刷動作終了後に再び等加圧条件に変更する点などは同様である。また、温度差Ta−TbがT1より小さかった場合には、印刷動作が終了するかどうかを判断し(ステップS13)、印刷動作が継続している場合には、再び一定時間ごとにステップS12の判断を行う。言い換えると、印刷動作が終了するまで、断続的に温度差Ta−TbがT1以上かどうかの判断がなされ、温度T1以上であった場合には加圧機構による加圧の設定を第1加圧条件に変更する。
以上のように本実施形態では、温度検知手段41a、41bにより実際に検知された温度に基づいて、加圧条件を変更することができる。従って、より適切なタイミングで加圧条件の変更が可能であり、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側との温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。つまり、画像の光沢むらや定着むらを効果的に抑制すると共に、加圧偏差が生じる時間をより少なくし、定着ベルト20や加圧ローラ21の摩耗の左右偏差をより抑制することができる。
温度差の閾値T1は、画像の光沢むらや定着性のむらを効果的に防止するために、20deg以下に設定することが好ましい。また温度差の閾値T1は、温度検知手段41a、41bの温度検知誤差や配置の誤差、定着ニップに対する用紙搬送位置のばらつきや各抵抗発熱体59の配置の誤差を考慮して設定する必要がある。つまり、これらの要因による誤検知を抑制するために、温度差の閾値T1は10deg程度に設定することが好ましい。
以上のようにして、各タイミングで加圧条件を等加圧条件から第1加圧条件に変更することができる。
また、前述したタイミングと異なるタイミングとして、定着装置に通紙中(用紙Pが図2の定着ニップNを通過中)だけ加圧条件を第1加圧条件に変更することもできる。これにより、画像の光沢むらや定着性のむらを防止する効果を極力損なうことなく、加圧偏差が生じる時間をより少なくすることができる。なお、定着装置に通紙中か否かの判断は、ニップ部Nより上流および下流にそれぞれ配置された用紙センサの検知結果により行うことができる。
また以上の実施形態では、等加圧条件の場合と比較して、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側の定着ベルト20(を保持するフランジ)に対する加圧力を小さくするものとしたが、これとは逆に、ヒータ22の長手方向の発熱量が小さい側の加圧力を大きくする構成とすることもできる。
さらに、以上の実施形態では加圧条件を等加圧条件に戻すタイミングを印刷動作終了後としたが、最後の用紙が画像形成装置本体から排紙された直後(図1の画像形成装置1の機外へ排紙された直後)や、最後の用紙が定着装置を通過した直後(用紙Pの後端が図2の定着ニップNを通過した直後)としてもよいし、所定の時間だけ第1加圧条件に変更するものとしてもよい。これにより、画像の光沢むらや定着性のむらを防止する効果を極力損なうことなく、加圧偏差が生じる時間をより少なくすることができる。
また図11の例とは逆に、図18に示すように、各抵抗発熱体59に対する各給電線62A,62Bの接続位置G1,G2が、いずれも抵抗発熱体59の中央Mよりも左端部側である場合は、ヒータ22の温度が高くなる側も反対側の長手方向他方側となる(図18の下側のグラフ参照)。この場合にも、給電線の発熱量が左右非対称になって、ヒータの温度分布が非対称となる虞がある。
この場合には、図19に示すように、フランジ321に対する加圧力を等加圧条件から変更せずに加圧力FLに設定し、フランジ322に対する加圧力を加圧力FRよりも小さい加圧力FR1に変更する(以下、この加圧力の設定を第2加圧条件と呼ぶ)。つまり、フランジ322に対する加圧力がフランジ321に対する加圧力よりも小さく設定される。これにより、ヒータ22の発熱量が大きい側のニップ圧(ニップ部での定着ベルト20と加圧ローラ21との圧接力)を相対的に小さくなる。さらに、ヒータ22の長手方向と直交する方向(ニップ部での用紙Pの搬送方向でもある)におけるニップ部の幅(以下、ニップ幅)が、ヒータ22の発熱量が大きい側が相対的に小さくなる。したがって、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。つまり、長手方向一方側と他方側とでの定着性の差を抑制、および、長手方向での光沢偏差を抑制することができる。なお、等加圧条件と第2加圧条件とを切り替えるタイミングとしては、前述した第1加圧条件の場合で説明した各タイミングで変更することができる。例えば、図16のように温度検知手段41a、41bの検知結果を用いる場合には、検知された温度Ta、Tbの温度差Tb−Taが温度差の閾値T2を超えた場合に第2加圧条件に変更する。
次に、フランジ321、322を加圧し、その加圧力を変更するための加圧機構について説明する。なお、以下の実施例は、本実施形態の図13に示したヒータ22の場合、つまり、フランジ321に対する加圧力を相対的に小さくする場合について説明する。
図20(a)に示すように、定着装置9は、定着ベルト20の長手方向一方側に設けられたフランジ321を加圧するための加圧機構80Aを有する。加圧機構80Aは、付勢部材としてのバネ33と、加圧手段としての加圧レバー81と、加圧力調整機構としてのカム82等を有する。
バネ33は、その一端をフランジ321に接続され、他端を加圧レバー81に接続されている。
加圧レバー81は、その長手方向一端部に支点81aを有する。支点81aは定着装置9のフレーム部(例えば図3の側壁部28)に固定され、加圧レバー81は、支点81aを中心に回転可能に設けられる(図20aの両矢印参照)。加圧レバー81は、長手方向他端側にカム82が当接し、カム82が当接する側(図20aの右側)と反対側の面でバネ33に接続している。
カム82は、カム軸82aを中心に回転可能に設けられる。カム82はその周方向の一部に半径r1の長径部と周方向の残りの一部に半径r2の短径部とを有する。また、カム軸82aは、駆動制御機構83に接続されている。
駆動制御機構83は、カム軸82aに回転駆動力を与えるモータ84と、モータを制御する制御部85とを備える。
加圧レバー81の一端側がカム82によって加圧されることで、この加圧力がバネ33を介してフランジ321に伝達され、定着ベルト20が加圧ローラ21の側へ加圧される。
図20(b)に示すように、定着ベルト20の長手方向他端側には、フランジ322を加圧する加圧機構80Bが設けられる。加圧機構80Bでは、加圧機構80Aにおけるカム82に代えて、その半径が均一の当接部材83が、加圧レバー81に当接している。加圧機構80A、80Bに設けられたそれぞれのカム82は共通のカム軸82aを有しており、共通の駆動制御機構83によって駆動力を与えられて同じ位相だけ回転する。カム軸82aを回転させる駆動制御機構は、120度間隔で駆動させるパルスモータ駆動機構によって構成される。また、それぞれの加圧レバー81は、支点81aを中心に独立して回転可能に設けられる。なお、図20(a)および図20(b)は同方向から見た図である。
当接部材83は、半径r1の断面円形状をなしている。つまり、カム軸82aの回転によりその位相が変化しても、当接部材83が加圧レバー81に当接する当接部分の半径は変化せず、フランジ322を加圧する加圧力FRもほぼ変化しない。
加圧機構80Aがフランジ321を、加圧機構80Bがフランジ322をそれぞれ加圧することで、定着ベルト20と加圧ローラ21とが圧接され、定着ニップNが形成される。
フランジ321に対する加圧力の変更は、駆動手段によりカム軸82aを回転させることにより行われる。つまり、カム82は、カム軸82aを中心に回転することで、加圧レバー81に当接する面を変更し、その加圧力を変更する。
等加圧条件の場合には、加圧機構80Aは、図20(a)に示すように、カム82が、その長径側(径r1の側)を加圧レバー81に向けており、加圧力FLに設定される。
一方、図21に示すように、カム軸82aを所定の回転量(本実施形態では、図20の状態から時計回りに120度)回転させることにより、第1加圧条件に変更することができる。具体的には、上記カム軸82aの回転により、カム82は短径側(径r2の側)を加圧レバー81に当接させる。これにより、カム82の加圧レバー81に対する加圧力が小さくなり、その分だけバネ33のフランジ321に対するバネ荷重が小さくなる。つまり、フランジ321を加圧する力が小さくなる。これにより、フランジ321に対する加圧力が加圧力FL、から加圧力FL1に変更される。なお、図20(a)から図21において、加圧レバー81が図の左右方向への変位に応じて、バネ33の伸縮量が変化している。
上記の説明では、ヒータ22の発熱量が大きい側である加圧機構80Aの加圧力を小さくする場合を示したが、これとは逆に、発熱量が小さい側である加圧機構80Bの加圧力を大きくする構成であってもよい。
一例として、図22(a)および図22(b)に示す加圧機構80Aおよび加圧機構80Bを採用することができる。前述の加圧機構との違いとして、当接部材83が加圧機構80Aに設けられ、カム82が加圧機構80Bに設けられている。また図22(b)に示す等加圧条件では、カム82が短径側(半径r2側)を加圧レバー81に当接させており、加圧機構80Bによる加圧力FRを加圧機構80Aによる加圧力FLよりも大きくする条件では長径側(半径r1側)を加圧レバー81に当接させる。なお、当接部材83の半径はr2に設定され、加圧力FLは一定である。
以上の実施形態では、加圧機構80A(図22の実施形態では加圧機構80B)による加圧力のみを変更する場合を示したが、加圧力を変更することで定着ベルト20の加圧ローラ21に対する押し込み量が変化し、定着ニップ幅が変化する構成としてもよい。
例えば図23に示すように、本実施形態の加圧機構80Aでは、バネ33に代えて、加圧レバー81に、フランジ321の側に突出し、フランジ321に当接する加圧部81bが設けられる。
前述のバネ33を用いた構成では、加圧レバー81の位置が変化しても、バネ33の圧縮量が変化することで、その変化量が吸収されていた。これに対して本実施形態では、加圧レバー81が図の左右方向へ移動した分だけ、フランジ321が移動し、定着ベルト20の加圧ローラ21に対する加圧状態が変化する。つまり、定着ニップNの幅が変化することになる。なお、図23は等加圧条件の場合を示している。
なお図23では、等加圧条件から第1加圧条件に変更する際に加圧機構80Aの加圧力を小さくする場合を例示したが、図22(b)のように、加圧機構80Bの加圧力を大きくする場合に図23のような構成を適用してもよい。この場合、カム82は加圧機構80Bに設けられることになる。
なお、前述の図18に示したヒータ22に本発明を適用する場合、つまり、加圧機構80Bによる加圧力を相対的に小さくして第2加圧条件に変更する構成の場合には、以上で説明した加圧機構80A,80Bにおいて、カム82および当接部材83を設ける側を入れ替えればよい。
以上のように本発明では、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側において、加圧機構の加圧力を相対的に小さくすることで、ヒータ22や定着ベルト20の長手方向の温度偏差起因による不具合を抑制することができる。つまり、画像の光沢むらや定着むらを抑制することができる。従って、画像形成装置の高速化や小型化にも対応することができる。
上記の実施形態では、加圧機構が定着ベルトを支持するフランジを加圧する例を示したが、図24に示すように、加圧機構が加圧ローラ21の軸21dを加圧して、加圧ローラ21を定着ベルト20へ押し付けるようにしても良い。なお、図24では、加圧機構が加圧ローラ21の軸21dを加圧する構成を示したが、加圧ローラ21の軸を支持するベアリングを加圧するようにしても良い。
また本発明は、小型化のために特に短手方向寸法を小さくしたヒータに適用されることでより大きな効果を期待できる。具体的には、図25において、ヒータ22(基材50)の短手方向寸法をQ、抵抗発熱体59の短手方向寸法をEとすると、ヒータ22の短手方向寸法Qに対する抵抗発熱体59の短手方向寸法Eの比(E/Q)が25%以上となるヒータ22に対して本発明を適用した場合、大きな効果を期待できる。なお、抵抗発熱体59の短手方向寸法Eは、折り返されるように形成された抵抗発熱体59の1つの線状の部分の太さではなく、抵抗発熱体59全体の短手方向寸法を意味する。さらに、前記短手方向の寸法比(E/Q)が40%以上となるヒータ22であれば、本発明を適用することによる効果はより大きくなる。
図25に示す例では、ヒータ22の基材50が長方形であるため、ヒータ22の短手方向寸法Qはどの長手方向位置でも同じ寸法であるが、図26に示す例のように、基材50の縁に凹凸がある場合は、長手方向位置によって短手方向寸法Qが変化する。このような場合は、全ての抵抗発熱体59が配置されている発熱領域H内で、ヒータ22が短手方向Yに最小となる寸法を、上記ヒータ22の短手方向寸法Qとする。
また、本発明は、ヒータ22の長手方向寸法Laに対するヒータ22の短手方向寸法Qの比(Q/La)が、1.5%より大きく、6%未満となるヒータ22や、ヒータ22の短手方向寸法Qに対する給電線62A,62Bの短手方向寸法Wbの比(Wb/Q)が、2%より大きく、20%未満となるヒータ22に対しても、適用可能である。なお、図26に示す例のように、基材50の長手方向寸法がその部分によって異なる場合は、ヒータ22が長手方向Uに最大となる寸法を、上記ヒータ22の長手方向寸法Laとする。また、給電線62A,62Bの短手方向寸法Wbは、給電線62A,62Bがヒータ22の長手方向Uに伸びる線状部分の太さを意味し、抵抗発熱体59に接続するためにヒータ22の短手方向Yに折れ曲がった部分を含まない。また、図26に示すように、給電線62A,62Bの太さがヒータ22の長手方向位置によって変化する場合は、発熱領域H内での第1の給電線62Aまたは第2の給電線62Bの最小の短手方向寸法を、給電線62A,62Bの短手方向寸法Wbとする。
上述のように、本発明によれば、抵抗発熱体に対する各給電線の接続位置が同じ側のヒータにおいて、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができるので、このような接続位置が同じ側であるヒータを積極的に採用することができるようになる。これにより、以下のような利点が得られるようになる。
一般的に、面状のヒータを備える定着装置においては、ヒータの温度を検知する加熱部材温度検知手段として、図27に示すようなサーミスタなどの温度センサ44が設けられている。この温度センサ44は、例えば、ヒータ22の発熱部60が設けられている面とは反対側の裏面などに接触するように設けられ、ヒータ22または定着ベルト20の温度制御を行うためにヒータ22の温度を検知する。通常、ヒータ22の温度は、その短手方向Yにおける発熱部60の端部側よりも中央側の方が高くなるので、ヒータ22の過昇温を未然に防ぐため、温度センサ44はヒータ22の短手方向Yにおける発熱部60の中央Kに対応する位置(以下、単に「短手方向中央位置」という)に設けられる。
ここで、図28に示す例のように、抵抗発熱体59に対する各給電線62A,62Bの接続位置G1,G2が互いに反対側であるヒータ22においては、抵抗発熱体59の折り返された線状部分の1つが発熱部60の短手方向中央位置Kに配置されるので、上記のように、温度センサ44を発熱部60の短手方向中央位置Kに配置すると、温度センサ44の温度検知部44aが、発熱部60の短手方向中央位置Kにある抵抗発熱体59上に配置される。なお、ここでいう「抵抗発熱体上」とは、ヒータ22の長手方向Uおよび短手方向Yに対して交差する方向である厚さ方向において、抵抗発熱体と互いに重なる位置を意味する。
そして、この場合、図29に示すように、抵抗発熱体59が配置された発熱部60の短手方向中央位置Kでの温度が最も高いピーク値となるので、このピーク値の温度が温度センサ44によって検知される。しかしながら、ピーク値の近傍では、ヒータ22の温度が非常に狭い範囲で大きく変化するため、温度センサ44の配置がヒータ22の短手方向Yに少しでもずれると、検知温度が大きく変化し、適切に温度を検知することができなくなる虞がある。
これに対して、図30に示す例のように、抵抗発熱体59に対する各給電線62A,62Bの接続位置G1,G2が同じ側である場合は、温度検知部44aが、抵抗発熱体59上ではなく、抵抗発熱体59におけるヒータ22の長手方向Uに伸びる部分の間(抵抗発熱体59が設けられていない部分)に対応する位置に配置される。なお、ここでいう「長手方向に伸びる部分の間に対応する位置」とは、抵抗発熱体59におけるヒータ22の長手方向Uに伸びる部分の間の位置に対して、ヒータ22の上記厚さ方向で重なる位置を意味する。
この場合、図31に示すように、温度センサ44によって、ヒータ22の隣り合うピーク値同士の間の温度が検知される。このような隣り合うピーク値同士の間では温度が比較的広い範囲で緩やかに変化するため、温度センサ44の配置がヒータ22の短手方向Yにずれたとしても、検知温度は変化しにくい。従って、この場合は、温度センサ44の配置がずれたときの検知温度のばらつきを低減できる利点がある。また、温度センサ44の配置がずれたとしても検知温度のばらつきが生じにくいことから、温度センサ44の設置を高精度に行わなくてもよいので、温度センサ44の設置作業性が向上する。
なお、図28に示すヒータ22においても、図30に示すヒータ22と同様に、温度検知部44aを、隣り合うピーク値同士の間に配置することも可能である。しかしながら、その場合は、隣り合うピーク値の一方と他方とで温度の高さが異なるので(図29参照)、温度センサ44がどちらのピーク値寄りにずれるかによって、検知温度の変化量も異なってくる。従って、検知温度のばらつきを抑制する観点からすれば、やはり、各給電線の接続位置が互いに反対側である構成よりも、同じ側である構成の方が好ましい。
このように、抵抗発熱体に対する各給電線の接続位置が同じ側である構成においては、接続位置が互いに反対側である構成に比べて、ヒータ22の短手方向Yにおける温度センサ44の配置の点で有利となる。
また、ヒータ22の長手方向Uにおける温度センサ44の配置は、下記の点に注意して行うことが望ましい。
図32に示すように、本実施形態では、ヒータ22の長手方向Uにおける各抵抗発熱体59の両端部が、通紙方向(図32の上下方向)に対して傾斜しており、互いに隣り合う抵抗発熱体59の端部の少なくとも一部が、ヒータ22の長手方向Uに渡って互いに重複(オーバーラップ)している。すなわち、互いに隣り合う抵抗発熱体59の端部の少なくとも一部は、ヒータ22の長手方向Uにおける同じ領域Z内に配置されており、抵抗発熱体59は、隣り合う他の抵抗発熱体59とヒータ22の長手方向Uにおいて同じ領域Z内に配置される重複部59aと、隣り合う他の抵抗発熱体59とヒータ22の長手方向Uにおいて同じ領域Z内に配置されない非重複部59bとを有する。
このような重複部59aがある場合は、隣り合う抵抗発熱体59同士の間での温度低下を抑制できる。しかしながら、重複部59aでは、非重複部59bに比べて、位置ごとの温度のばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、図32に示すように、温度センサ44の温度検知部44aは、重複部59aではなく、非重複部59bに対応する位置に配置されることが好ましい。なお、ここでいう「非重複部に対応する位置」とは、非重複部59bに対して、ヒータ22の上記厚さ方向で重なる位置を意味する。
また、本発明に係る実施形態において、ヒータの長手方向に渡る温度のばらつきをより一層抑制するために、PTC特性を有する抵抗発熱体を用いてもよい。PTC特性とは、温度が高くなると抵抗値が高くなる(一定電圧をかけた場合に、ヒータ出力が下がる)特性である。PTC特性を有する発熱部とすることで、低温では高出力によって高速で立ち上がり、高温では低出力により過昇温を抑制することができる。例えば、PTC特性のTCR係数を300〜4000ppm/度程度にすれば、ヒータに必要な抵抗値を確保しながら、低コスト化を図れる。より好ましくは、TCR係数を500〜2000ppm/度とするのがよい。
抵抗温度係数(TCR)は、下記式(2)を用いて算出することができる。式(2)中のT0は基準温度、T1は任意温度、R0は基準温度T0における抵抗値、R1は任意温度T1における抵抗値である。例えば、図7に示す上述のヒータ22において、第1の電極部61Aと第2の電極部61Bとの間の抵抗値が、25℃(基準温度T0)で10Ω(抵抗値R0)であり、125℃(任意温度T1)で12Ω(抵抗値R1)であった場合は、式(2)から抵抗温度係数は2000ppm/℃となる。
上述の実施形態では、複数の抵抗発熱体59を同時に発熱させるヒータ22を例に説明したが、本発明は、図33に示すような互いに独立して発熱制御可能な抵抗発熱体59を備えるヒータにも適用可能である。
図33に示す例では、複数の抵抗発熱体59のうち、両端以外の各抵抗発熱体59で構成される第1の発熱部(第1の抵抗発熱体群)60Aと、両端の各抵抗発熱体59で構成される第2の発熱部(第2の抵抗発熱体群)60Bとが、互いに独立して発熱制御可能に構成されている。第1の発熱部60Aの各抵抗発熱体59は、第1の給電線62Aおよび第2の給電線62Bを介して第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bに接続され、第2の発熱部60Bの各抵抗発熱体59は、第3の給電線62Cおよび第4の給電線62Dを介して第3の電極部61Cに接続され、第2の給電線62Bを介して第2の電極部61Bに接続されている。
また、それぞれの電極部61A〜61Cは、前述のコネクタ70(図9参照)を介して電源64に接続され、電源64から電力を供給される。第1の電極部61Aは、電源64との間に、切替え部としてのスイッチ65Aが設けられており、スイッチ65AのONOFFにより、電圧の印加の有無を切り替えることができる。同様に、第3の電極部61Cは、電源64との間に、切替え部としてのスイッチ65Cが設けられており、スイッチ65CのONOFFにより、電圧の印加の有無を切り替えることができる。
第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bに電圧が印加された場合は、両端以外の各抵抗発熱体59が通電することで、第1の発熱部60Aのみが発熱する。一方、第2の電極部61Bおよび第3の電極部61Cに電圧が印加された場合は、両端の各抵抗発熱体59が通電することで、第2の発熱部60Bのみが発熱する。また、全ての電極部61A〜61Cに電圧が印加されれば、第1の発熱部60Aおよび第2の発熱部60Bの両方の(全ての)抵抗発熱体59を発熱させることができる。
このような2つの発熱部(抵抗発熱体群)60A,60Bを互いに独立して発熱制御可能な構成においても、抵抗発熱体59に対する各給電線の接続位置G1,G2が、ヒータ22の長手方向Uにおける抵抗発熱体59の中央Mを基準に同じ側である場合、上述のヒータ22の長手方向に渡る温度のばらつきが発生し得る。例えば、第1の発熱部60Aを発熱させた場合、第1の給電線62Aおよび第2の給電線62Bへの通電により、これらの給電線62A,62Bが発熱することで、ヒータ22の長手方向に渡る温度のばらつきが発生する。そのため、このような構成においても、本発明を適用することで、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合(画像の光沢ムラや定着ムラ)を抑制することができる。
以上の実施形態では、第1の給電線62Aおよび第2の給電線62Bが、それぞれヒータ22の短手方向Yに伸びる部分を有しており(図7参照)、その短手方向Yに伸びる部分が各抵抗発熱体59に接続されているが、各給電線62A,62Bと各抵抗発熱体59とを接続するヒータ22の短手方向Yに伸びる部分は、各給電線62A,62Bの一部である場合に限らず、図34に示す例のように、各抵抗発熱体59の一部であってもよい。
また、各抵抗発熱体59の折り返し数(曲げ部の数)は、複数である場合に限らず、図35および図36に示す例のように、1つであってもよい。また、各給電線62A,62Bと各抵抗発熱体59との接続位置G1,G2は、図35に示すように、各抵抗発熱体59の端部における角であってもよいし、図36に示すように、各抵抗発熱体59の端部における短手方向Yに伸びる縁全体であってもよい。
また、本発明は、上述の定着装置のほか、図37〜図39に示すような定着装置にも適用可能である。以下、図37〜図39に示す各定着装置の構成について簡単に説明する。
まず、図37に示す定着装置9は、定着ベルト20に対して加圧ローラ21側とは反対側に、押圧ローラ90が配置されており、この押圧ローラ90とヒータ22とによって定着ベルト20を挟んで加熱するように構成されている。一方、加圧ローラ21側では、定着ベルト20の内周にニップ形成部材91が配置されている。ニップ形成部材91は、ステー24によって支持されており、ニップ形成部材91と加圧ローラ21とによって定着ベルト20を挟んでニップ部Nを形成している。
図37に示す定着装置9においても、前述の実施形態で説明したように、定着ベルト20と加圧ローラ21の少なくとも一方を加圧して他方に押し付ける加圧機構を設けて、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側の加圧力を発熱量が小さい側の加圧力に対して相対的に小さくする。これにより、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側のニップ圧が相対的に小さくなる。さらに、ニップ幅がヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側が相対的に小さくなる。したがって、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。つまり、長手方向一方側と他方側とでの定着性の差を抑制、および、長手方向での光沢偏差を抑制することができる。従って、用紙の画像むらや光沢むらを抑制することができる。
次に、図38に示す定着装置9では、前述の押圧ローラ90が省略されており、定着ベルト20とヒータ22との周方向接触長さを確保するために、ヒータ22が定着ベルト20の曲率に合わせて円弧状に形成されている。その他は、図37に示す定着装置9と同じ構成である。
最後に、図39に示す定着装置9について説明する。定着装置9は、加熱アセンブリ92、回転部材(定着部材)である定着ローラ93、対向部材である加圧アセンブリ94からなる。加熱アセンブリ92は、先の実施形態で説明したヒータ22および加熱ユニット19、加熱ベルト120を有する。また、定着ローラ93は、中実の鉄製芯金21aと、この芯金21aの表面に形成された弾性層21bと、弾性層21bの外側に形成された離型層21cとで構成されている。また、定着ローラ93に対して加熱アセンブリ92側とは反対側に、加圧アセンブリ94が設けられている。加圧アセンブリ94は、ニップ形成部材95とステー96とを配置し、これらニップ形成部材95とステー96を内包するように加圧ベルト97を回転可能に配置している。そして、加圧ベルト97と定着ローラ93との間の定着ニップN2に用紙Pを通紙して加熱および加圧して画像を定着する。
図39に示す定着装置9において、加熱アセンブリ92は定着ローラ93を加熱するため、前述のようにヒータ22の長手方向(図の奥行方向)において一方側と他方側と発熱量の偏差があると、定着ローラ93においても、長手方向の一方側と他方側とで温度の偏差が生じる。
そこで、図39に示す定着装置9においても、回転部材(定着部材)である定着ローラ93と対向部材である加圧アセンブリ94の少なくとも一方を加圧して他方に押し付ける加圧機構を設けて、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側の加圧力を発熱量が小さい側の加圧力に対して相対的に小さくする。これにより、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側のニップ圧が相対的に小さくなる。さらに、ニップ幅がヒータ22の発熱量が大きい側が相対的に小さくなる。したがって、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。つまり、長手方向一方側と他方側とでの定着性の差を抑制、および、長手方向での光沢偏差を抑制することができる。従って、用紙の画像むらや光沢むらを抑制することができる。
また、ヒータ22の基材50上に配置される電極部等のレイアウトについても、上記の実施形態に限らず、長手方向の一方側と他方側とで温度偏差が生じるヒータに対して本発明を適用することができる。
例えば、本発明を適用するその他のヒータの例として、図40に示すヒータ22は、前述の実施形態と異なり、第1の電極部61Aおよび第2の電極部61Bが長手方向の一方側に設けられる。つまり、図11等のヒータ22と比較すると、第2の電極部61Bが長手方向一方側に設けられる点が異なる。また、図40に示すように、第2の給電線62Bが長手方向一方側の第2の電極部61Bに接続される位置まで延在している。
本実施形態においても、図40に示すように、発熱領域中央の第3ブロックを基準に、発熱量が左右非対称になる。具体的には、ヒータ22の長手方向一方側の発熱量が他方側に比べて大きくなる。
上記の実施形態と同様に、ヒータ22の長手方向の発熱量が大きい側(図の左側)において、加圧機構の加圧力を相対的に小さくすることで、ヒータ22の長手方向の温度偏差起因による不具合を抑制することができる。つまり、画像の光沢むらや定着むらを抑制することができる。従って、画像形成装置の高速化や小型化にも対応することができる。
また、本発明は、上記の実施形態で説明したような定着装置に限らず、用紙に塗布されたインクを乾燥させる乾燥装置、さらには、被覆部材としてのフィルムを用紙等のシートの表面に熱圧着するラミネータや、包材のシール部を熱圧着するヒートシーラーなどの熱圧着装置のような加熱装置にも適用可能である。このような装置にも本発明を適用することで、ヒータ22の長手方向の一方側と他方側の温度偏差に起因する不具合を抑制することができる。
記録媒体としては、用紙P(普通紙)の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙等)、トレーシングペーパ、OHPシート、プラスチックフィルム、プリプレグ、銅箔等が含まれる。
1 画像形成装置
9 定着装置(加熱装置)
19 加熱ユニット
20 定着ベルト(被加熱部材あるいはベルト部材あるいは定着部材)
21 加圧ローラ(対向部材あるいは加圧部材)
22 ヒータ(加熱部材)
31 駆動ギヤ(駆動伝達部材)
32 フランジ
41a、41b 温度検知手段
59 抵抗発熱体(発熱体)
59a 重複部
59b 非重複部
60 発熱部
61 電極部
61A 第1の電極部
61B 第2の電極部
61C 第3の電極部
62 給電線(導電部)
62A 第1の給電線
62B 第2の給電線
62C 第3の給電線
62D 第4の給電線
65A,65C スイッチ(切替え部)
70 コネクタ(給電部材)
80A,80B 加圧機構
A 通紙方向
E 抵抗発熱体の短手方向寸法
G1、G2 接続位置
N 定着ニップ(ニップ部)
P 用紙(記録媒体)
Q ヒータの短手方向寸法
Y ヒータの短手方向
9 定着装置(加熱装置)
19 加熱ユニット
20 定着ベルト(被加熱部材あるいはベルト部材あるいは定着部材)
21 加圧ローラ(対向部材あるいは加圧部材)
22 ヒータ(加熱部材)
31 駆動ギヤ(駆動伝達部材)
32 フランジ
41a、41b 温度検知手段
59 抵抗発熱体(発熱体)
59a 重複部
59b 非重複部
60 発熱部
61 電極部
61A 第1の電極部
61B 第2の電極部
61C 第3の電極部
62 給電線(導電部)
62A 第1の給電線
62B 第2の給電線
62C 第3の給電線
62D 第4の給電線
65A,65C スイッチ(切替え部)
70 コネクタ(給電部材)
80A,80B 加圧機構
A 通紙方向
E 抵抗発熱体の短手方向寸法
G1、G2 接続位置
N 定着ニップ(ニップ部)
P 用紙(記録媒体)
Q ヒータの短手方向寸法
Y ヒータの短手方向
Claims (14)
- 回転部材と、
前記回転部材に接触してニップ部を形成する対向部材と、
前記回転部材を加熱する加熱部材と、
前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧して他方に押し当てる加圧機構とを備えた加熱装置であって、
前記加熱部材は、複数の抵抗発熱体と、第1の電極部および第2の電極部と、前記第1の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第1の導電部と、前記第2の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第2の導電部とを備え、
前記加熱部材の長手方向において、前記第1の導電部および前記第2の導電部の前記抵抗発熱体に対するそれぞれの接続位置が、前記抵抗発熱体の中央位置に対して、長手方向一方側とは反対側である長手方向他方側に設けられ、
前記加圧機構は、前記加熱部材の前記長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくすることを特徴とする加熱装置。 - 回転部材と、
前記回転部材に接触してニップ部を形成する対向部材と、
前記回転部材を加熱する加熱部材と、
前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧して他方に押し当てる加圧機構とを備えた加熱装置であって、
前記加熱部材は、複数の抵抗発熱体と、第1の電極部および第2の電極部と、前記第1の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第1の導電部と、前記第2の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第2の導電部とを備え、
前記加熱部材の長手方向において、前記第1の導電部および前記第2の導電部の前記抵抗発熱体に対するそれぞれの接続位置が、前記抵抗発熱体の中央位置に対して、長手方向一方側とは反対側である長手方向他方側に設けられ、
前記ニップ部でのニップ圧が、前記加熱部材の前記長手方向一方側が前記長手方向他方側に対して相対的に小さくなるように、前記加圧機構は前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧することを特徴とする加熱装置。 - 回転部材と、
前記回転部材に接触してニップ部を形成する対向部材と、
前記回転部材を加熱する加熱部材と、
前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧して他方に押し当てる加圧機構とを備えた加熱装置であって、
前記加熱部材は、複数の抵抗発熱体と、第1の電極部および第2の電極部と、前記第1の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第1の導電部と、前記第2の電極部と前記複数の抵抗発熱体とを電気的に接続する第2の導電部とを備え、
前記加熱部材の長手方向において、前記第1の導電部および前記第2の導電部の前記抵抗発熱体に対するそれぞれの接続位置が、前記抵抗発熱体の中央位置に対して、長手方向一方側とは反対側である長手方向他方側に設けられ、
前記加熱部材の長手方向と直交する方向の前記ニップ部の幅であるニップ幅が、前記加熱部材の前記長手方向一方側が前記長手方向他方側に対して相対的に小さくなるように、前記加圧機構は前記回転部材と前記対向部材の少なくとも一方を加圧することを特徴とする加熱装置。 - 前記加熱部材は、前記長手方向の一部領域に、前記長手方向に直交する方向である短手方向に複数の前記抵抗発熱体が重複する重複部を有する請求項1から3いずれか1項に記載の加熱装置。
- 前記加熱部材は、前記長手方向の一部領域は、前記長手方向に直交する方向である短手方向に複数の前記抵抗発熱体が重複せず、1つの前記抵抗発熱体のみが配置される非重複部を有し、
前記加熱部材の厚さ方向で前記非重複部に重なる位置に、前記加熱部材の温度を検知する加熱部材温度検知手段が設けられている請求項4記載の加熱装置。 - 画像形成装置の画像形成動作が開始された後に、前記加圧機構が、前記加熱部材の長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくする請求項1から5いずれか1項に記載の加熱装置。
- 画像形成装置が画像形成動作を開始してから所定の枚数の記録媒体に加熱動作が行われた後、前記加圧機構が、前記加熱部材の長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくする請求項1から5いずれか記載の加熱装置。
- 画像形成装置が画像形成動作を開始してから所定の時間経過後、前記加圧機構が、前記加熱部材の長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくする請求項1から5いずれか1項に記載の加熱装置。
- 前記回転部材に対向し、前記長手方向の一方側と他方側とに設けられた温度検知手段をさらに有し、
前記一方側と他方側の温度検知手段が検知した温度差が所定の値以上の場合に、前記加圧機構が、前記加熱部材の長手方向一方側の加圧力を、前記他方側の加圧力に対して相対的に小さくする請求項1から5いずれか1項に記載の加熱装置。 - 画像形成装置の画像形成動作終了後、前記加圧機構が、前記長手方向の一方側と他方側との加圧力を同じに変更する請求項1から9いずれか1項に記載の加熱装置。
- 前記加熱部材の前記複数の抵抗発熱体が設けられた面に沿って長手方向と交差する方向を短手方向とすると、
前記加熱部材の短手方向寸法に対する前記抵抗発熱体の短手方向寸法の比が、25%以上である請求項1から10いずれか1項に記載の加熱装置。 - 前記加熱部材の前記複数の抵抗発熱体が設けられた面に沿って長手方向と交差する方向を短手方向とすると、
前記加熱部材の短手方向寸法に対する前記抵抗発熱体の短手方向寸法の比が、40%以上である請求項1から10いずれか1項に記載の加熱装置。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の加熱装置は、記録媒体上のトナーを熱により定着させる加熱装置。
- 請求項1から13いずれか1項に記載の加熱装置を備えた画像形成装置。
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