JP2024005675A - ヒーター、定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材を効率的に加熱することができるヒーター、定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】定着装置５において、ヒーター５３は、複数の抵抗体６と、給電電極６００と、を備える。前記複数の抵抗体６は、間隔を空けて主方向に並ぶ。前記給電電極６００は、前記複数の抵抗体６に電力を供給する。前記複数の抵抗体６は、単位個数ごとに前記主方向に交差する副方向にずれた２つの位置に分かれて配列されている。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の抵抗体を有するヒーター、そのヒーターを備える定着装置およびその定着装置備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、シートに転写されたトナー像を加熱および加圧する定着装置を備える。また、前記定着装置が、ヒーターを内包する筒状の定着部材と、前記定着部材との間にシートが通過するニップを形成する加圧ローラーとを備える場合がある。

前記ヒーターは、前記定着部材を加熱する。この場合、面状ヒーターが、前記定着装置に採用される。前記面状ヒーターは、複数の抵抗体と、前記複数の抵抗体に電力を供給する給電電極を有する。

前記面状ヒーターにおいて、前記複数の抵抗体は、間隔を開けて主方向に一列に配列される（例えば、特許文献１参照）。前記主方向は、前記シートの搬送方向に交差する方向である。

特開２０１７－２２８５２５号公報

ところで、前記複数の抵抗体による加熱の効率を高めることが、前記面状ヒーターの消費電力の低減およびコスト低減につながる。

本発明の目的は、定着部材を効率的に加熱することができるヒーター、定着装置および画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係るヒーターは、複数の抵抗体と、給電電極と、を備える。前記複数の抵抗体は、間隔を空けて主方向に並ぶ。前記給電電極は、前記複数の抵抗体に電力を供給する。前記複数の抵抗体は、単位個数ごとに前記主方向に交差する副方向にずれた２つの位置に分かれて配列されている。

本発明の他の局面に係る定着装置は、シートの搬送路において前記シート上のトナー像を加熱および加圧することにより前記トナー像を前記シートに定着させる。前記定着装置は、支持部材と、定着部材と、前記ヒーターと、を備える。前記支持部材は、シート搬送方向に交差する主方向に沿って配置されている。前記定着部材は、前記支持部材によって回転可能に支持された筒状の部材である。前記ヒーターは、前記主方向に沿う状態で前記支持部材によって支持される。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、シートにトナー像を転写する転写装置と、前記定着装置と、を備える。

本発明によれば、定着部材を効率的に加熱することができるヒーター、定着装置および画像形成装置を提供することが可能になる。

図１は、第１実施形態に係るヒーターを備える画像形成装置の構成図である。 図２は、第１実施形態に係るヒーターを備える定着装置の構成図である。 図３は、画像形成装置における制御装置の構成を示すブロック図である。 図４は、第１実施形態に係るヒーターの構成図である。 図５は、第１実施形態に係るヒーターにおける複数の抵抗体の配列を示す図である。 図６は、第１実施形態に係るヒーターおよび参考例に係るヒーターそれぞれが採用される場合における定着温度の副方向の分布を示す図である。 図７は、第２実施形態に係るヒーターにおける複数の抵抗体の配列を示す図である。 図８は、第３実施形態に係るヒーターにおける複数の抵抗体の配列を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

［第１実施形態］
第１実施形態に係るヒーター５３は、画像形成装置１０の定着装置５に含まれる（図１参照）。

［画像形成装置１０の構成］
画像形成装置１０は、シート９に画像を形成するプリント処理を行うプリント装置４を備える。

プリント装置４は、電子写真方式で前記プリント処理を行う。シート９は、用紙またはシート状の樹脂部材などの画像形成媒体である。

図１に示されるように、画像形成装置１０は、本体部１内に設けられたシート搬送装置３、プリント装置４および制御装置８を備える。

プリント装置４は、１つ以上の画像形成部４ｘ、光走査装置４０、転写装置４４および定着装置５を備える。画像形成部４ｘは、ドラム状の感光体４１、帯電装置４２、現像装置４３およびドラムクリーニング装置４５などを含む。

シート送出装置３０は、シート収容部２に収容されたシート９を本体部１内の搬送路３００へ送り出す。搬送路３００は、転写位置Ｐ１および定着位置Ｐ２を経由するシート９の通路である。

さららにシート送出装置３０は、シート９を搬送路３００に沿って搬送した後、シート９を排出トレイ１０１へ排出する。

以下の説明において、搬送路３００に沿ってシート９が搬送される方向のことを搬送方向Ｄ０１と称する。定着位置Ｐ２は、転写位置Ｐ１に対し搬送方向Ｄ０１の下流側の位置である。

また、搬送路３００における搬送方向Ｄ０１に交差する方向のことを主方向Ｄ１と称する。本実施形態において、主方向Ｄ１は搬送方向Ｄ０１に直交する方向である。

プリント装置４は、搬送路３００に沿って搬送されるシート９にトナー像を形成する。前記トナー像は、トナーを現像剤とする現像剤像である。前記トナーは粒状の前記現像剤の一例である。

図１に示される画像形成装置１０は、タンデム式のカラー画像形成装置である。そのため、プリント装置４は、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックの４色の前記トナーに対応した４つの画像形成部４ｘを備える。

画像形成部４ｘにおいて、感光体４１が回転し、帯電装置４２が感光体４１の表面を帯電させる。さらに、光走査装置４０が、レーザー光の走査によって感光体４１の表面に静電潜像を書き込む。

さらに、現像装置４３が、前記静電潜像を前記トナー像として現像する。転写装置４４は、搬送路３００の転写位置Ｐ１において前記トナー像をシート９に転写する。

転写装置４４は、中間転写ベルト４４１と、４つの画像形成部４ｘに対応する４つの一次転写装置４４２と、二次転写装置４４３と、ベルトクリーニング装置４４４とを備える。

転写装置４４において、一次転写装置４４２は、感光体４１の表面の前記トナー像を中間転写ベルト４４１の表面へ転写する。これにより、中間転写ベルト４４１の表面にカラーの前記トナー像が形成される。

二次転写装置４４３は、搬送路３００において、中間転写ベルト４４１に形成された前記トナー像をシート９に転写する。

なお、画像形成装置１０が、モノクロ画像形成装置である場合、二次転写装置４４３が、搬送路３００において感光体４１上の前記トナー像をシート９へ転写する。

ドラムクリーニング装置４５は、感光体４１の表面に残存する廃トナーを除去する。ベルトクリーニング装置４４４は、中間転写ベルト４４１に残存する前記廃トナーを除去する。

［定着装置５］
定着装置５は、搬送路３００の定着位置Ｐ２においてシート９を搬送しつつシート９上の前記トナー像を加熱および加圧する。これにより、定着装置５は、前記トナー像をシート９に定着させる。

図２に示されるように、定着装置５は、加圧ローラー５０、定着部材５１、支持部材５２、ヒーター５３、付勢機構５４および温度センサー５５を備える。

加圧ローラー５０、定着部材５１、支持部材５２およびヒーター５３は、それぞれ定着位置Ｐ２において主方向Ｄ１に沿って配置されている。

定着部材５１は、可撓性の筒状部材である。換言すれば、定着部材５１は、無端のベルト状の可撓筒体である。例えば、定着部材５１は筒状のフィルム部材である。定着部材５１は、支持部材５２によって回転可能に支持されている。

加圧ローラー５０は、定着部材５１に圧接することにより、定着部材５１との間にニップＮｐ１を形成する。加圧ローラー５０は、定着位置Ｐ２を通過するシート９を定着部材５１に付勢する。

支持部材５２は、定着部材５１を回転可能に支持する。さらに支持部材５２は、ヒーター５３を支持する。支持部材５２は、定着部材５１を介して加圧ローラー５０に対向する対向部５２ａを有する。対向部５２ａは、定着部材５１の内側面に接する。

ヒーター５３は、対向部５２ａに組み込まれている。これにより、ヒーター５３は、主方向Ｄ１に沿う状態で支持部材５２によって支持されている。加圧ローラー５０、定着部材５１および支持部材５２は、主方向Ｄ１に延びて形成されている。ヒーター５３は、定着部材５１の内側面に接し、定着部材５１を加熱する。

付勢機構５４は、支持部材５２を介して定着部材５１を加圧ローラー５０へ弾性付勢する。

加圧ローラー５０は、不図示のモーターによって駆動されることにより回転する。加圧ローラー５０は、定着部材５１を従動回転させる。定着部材５１が従動回転することにより、定着部材５１の内側面がヒーター５３および対向部５２ａに対して摺動する。定着部材５１の内側面には、潤滑剤が塗布されている。

ヒーター５３は、定着部材５１におけるニップＮｐ１を形成する部分を加熱する。定着部材５１は、支持部材５２の周囲を回転しつつ、ヒーター５３によって加熱される。

温度センサー５５は、ヒーター５３の温度を計測する。例えば、温度センサー５５はサーミスタである。

温度センサー５５の検出温度は、定着温度制御に用いられる。前記定着温度制御は、温度センサー５５の検出温度と予め設定される目標温度との比較により、ヒーター５３への供給電力を制御するフィードバック制御である。

［制御装置８］
制御装置８は、各種のデータ処理と、シート搬送装置３およびプリント装置４などの機器の制御とを実行する。制御装置８の制御対象は、定着装置５を含む。

図３に示されるように、制御装置８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８１および周辺機器を備える。前記周辺機器は、ＲＡＭ(Random Access Memory)８２、二次記憶装置８３および信号インターフェイス８４などを含む。

さらに、制御装置８は、通信装置８５およびヒーター給電回路８６を備える。

ＣＰＵ８１は、コンピュータープログラムを実行することにより、各種のデータ処理および制御を実行するプロセッサーである。

ＲＡＭ８２は、コンピューター読み取り可能な揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ８２は、ＣＰＵ８１が実行する前記コンピュータープログラムおよびＣＰＵ８１が各種の処理を実行する過程で出力および参照するデータを一次記憶する。

ＣＰＵ８１は、前記コンピュータープログラムを実行することにより実現される複数の処理モジュールを含む。前記複数の処理モジュールは、主制御部８ａ、ヒーター制御部８ｂおよびプリント制御部８ｃなどを含む。

主制御部８ａは、不図示の操作装置に対する操作に応じて各種の処理を開始させる開始制御などを実行する。

ヒーター制御部８ｂは、前記定着温度制御によりヒーター５３への給電量を制御する。ヒーター制御部８ｂは、ヒーター給電回路８６を制御することにより、ヒーター５３への給電量を調節する。

ヒーター給電回路８６は、ヒーター制御部８ｂからの給電指令に従った電力をヒーター５３に供給する。

プリント制御部８ｃは、シート搬送装置３を制御する。さらにプリント制御部８ｃは、シート搬送装置３によるシート９の搬送に同期して、プリント装置４に前記プリント処理を実行させる。

二次記憶装置８３は、コンピューター読み取り可能な不揮発性の記憶装置である。例えば、フラッシュメモリーまたはハードディスクドライブの一方または両方が、二次記憶装置８３として採用される。

信号インターフェイス８４は、温度センサー５５などの各種のセンサーが出力する信号をデジタルデータへ変換し、そのデジタルデータをＣＰＵ８１へ伝送する。さらに、信号インターフェイス８４は、ＣＰＵ８１が出力する制御指令を制御信号へ変換し、その制御信号を制御対象の機器へ伝送する。

通信装置８５は、画像形成装置１０にプリントジョブを送信するホスト装置などの他装置との通信を実行する。ＣＰＵ８１は、通信装置８５を通じて前記他装置と通信する。

［ヒーター５３の構成］
ヒーター５３は、面状ヒーターである。ヒーター５３は、間隔を空けて主方向Ｄ１に並ぶ複数の抵抗体６を有する（図４参照）。本実施形態において、抵抗体６各々は、主方向Ｄ１に沿う２辺と副方向Ｄ２に沿う２辺とを有する矩形状である（図５参照）。

ヒーター５３は、基材６ｘと、複数の抵抗ブロック６０と、複数の給電電極６００と、接地電極６１０とを備える（図４参照）。

基材６ｘは、非導電性のフィルムである。複数の抵抗ブロック６０、複数の給電電極６００および接地電極６１０は、基材６ｘ上に形成されている。

複数の抵抗ブロック６０は、それぞれ主方向Ｄ１に間隔を空けて並ぶ複数の抵抗体６を有する。抵抗体６各々は、電力が供給されることによって発熱する発熱体である。

以下の説明において、搬送方向Ｄ０１に沿う方向のことを副方向Ｄ２と称する。副方向Ｄ２は、主方向Ｄ１に交差する方向である。主方向Ｄ１は、ヒーター５３の長手方向である。副方向Ｄ２は、ヒーター５３の短手方向である。

複数の給電電極６００は、それぞれ複数の抵抗ブロック６０における副方向Ｄ２の一端に接続されている。即ち、給電電極６００各々は、対応する抵抗ブロック６０各々の複数の抵抗体６における副方向Ｄ２の第１端に接続されている。

接地電極６１０は、複数の抵抗ブロック６０における副方向Ｄ２の他端に接続されている。即ち、接地電極６１０は、ヒーター５３の全ての抵抗体６における副方向Ｄ２の第２端に接続されている。

複数の給電電極６００は、複数の抵抗ブロック６０に対応して形成されている。給電電極６００各々は、抵抗ブロック６０各々における複数の抵抗体６に電力を供給する。複数の給電電極６００は、抵抗ブロック６０各々に個別に電力を供給可能である。本実施形態において、抵抗ブロック６０各々における複数の抵抗体６は、電気的に並列に接続されている。

抵抗ブロック６０各々において、複数の抵抗体６は、主方向Ｄ１において第１の間隔Ｌ１を空けて配列されている（図５参照）。また、複数の抵抗ブロック６０は、主方向Ｄ１において第２の間隔Ｌ２を空けて配列されている。第２の間隔Ｌ２は、第１の間隔Ｌ１よりも大きい。

第１の間隔Ｌ１は、複数の抵抗体６の間の領域で電流がリークすることを防ぐために必要な間隔である。第２の間隔Ｌ２は、複数の抵抗ブロック６０の間の境界領域で電流がリークすることを防ぐために必要な間隔である（図５参照）。

ヒーター５３において、複数の抵抗ブロック６０各々の主方向Ｄ１の長さは、定着位置Ｐ２を通過するシート９のサイズの複数の候補に応じて設定される。

また、ヒーター制御部８ｂは、ブロック選択制御を実行する。ヒーター制御部８ｂは、前記ブロック選択制御において、複数の抵抗ブロック６０の中からシート９のサイズに応じて１つまたは複数の作動ブロックを選択する。さらにヒーター制御部８ｂは、選択された前記作動ブロックに電力が供給されるようにヒーター給電回路８６を制御する。

例えば、ヒーター制御部８ｂは、前記プリント処理が実行されるときにシートサイズ情報を取得し、前記シートサイズ情報に応じて前記作動ブロックを選択する。例えば、前記シートサイズ情報は、シート９の規格サイズの情報と、シート９の向きの情報とを含む。

ところで、複数の抵抗体６による加熱の効率を高めることが、ヒーター５３の消費電力の低減およびコスト低減につながる。

ヒーター５３は、加熱の効率を高めるための構成を備える。以下、その構成について説明する。

図５に示されるように、複数の抵抗体６は、１個ごとに副方向Ｄ２にずれた２つの位置に分かれて配列されている。

即ち、複数の抵抗体６は、副方向Ｄ２の第１の位置に配列された複数の第１抵抗体６ａと、副方向Ｄ２の第２の位置に配列された複数の第２抵抗体６ｂとを含む（図５参照）。第１抵抗体６ａ各々と第２抵抗体６ｂ各々とは主方向Ｄ１において交互に配列されている。

図６に示されるグラフは、本実施形態に係るヒーター５３および参考例に係るヒーターそれぞれが採用される場合における定着温度の副方向Ｄ２の分布を示す。前記定着温度は、ヒーター５３または参照例に係るヒーターにより加熱される定着部材５１の温度である。

図６に示されるグラフにおいて、横軸Ｙは副方向Ｄ２の位置を表し、縦軸Ｔは前記定着温度を表す。また、基準温度範囲ＴＲ１は、前記トナー像をシート９に定着させるために過不足のない温度範囲である。

前記参照例に係るヒーターは、複数の抵抗体６が副方向Ｄ２の同じ位置において主方向Ｄ１に配列された構造を有する。

図６において、対象定着温度Ｔ１は、ヒーター５３における前記定着温度であり、参照定着温度Ｔ２は、前記参照例に係るヒーターにおける前記定着温度である。

図６に示されるように、対象定着温度Ｔ１は、参照定着温度Ｔ２に比べ、副方向Ｄ２における基準温度範囲ＴＲ１内の範囲が広い。これにより、ヒーター５３は、定着部材５１を効率的に加熱することができる。

ヒーター５３が採用される場合、抵抗体６各々が小型化されることによってヒーター５３のコストを低減することが可能である。或いは、前記定着温度を必要な温度に確保しつつヒーター５３の消費電力を低減することが可能である。

［第２実施形態］
次に、図７を参照しつつ、第２実施形態に係るヒーター５３Ａについて説明する。図７において、図４および図５に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。

ヒーター５３Ａも、ヒーター５３と同様に、間隔を空けて主方向Ｄ１に並ぶ複数の抵抗体６を備える。複数の抵抗体６は、１個ごとに副方向Ｄ２にずれた２つの位置に分かれて配列されている。

即ち、複数の抵抗体６は、副方向Ｄ２の第１の位置に配列された複数の第１抵抗体６ａと、副方向Ｄ２の第２の位置に配列された複数の第２抵抗体６ｂとを含む。第１抵抗体６ａ各々と第２抵抗体６ｂ各々とは主方向Ｄ１において交互に配列されている。

本実施形態において、複数の抵抗体６各々の形状は、副方向Ｄ２に沿う直線に対して対称な台形である。複数の抵抗体６は、１個ごとに副方向Ｄ２において反対の向きで配列されている。

抵抗ブロック６０各々において、抵抗体６各々が形成する台形の脚は、主方向Ｄ１の両隣の抵抗体６各々が形成する台形の脚に対して第３の間隔Ｌ３を空けて平行に形成されている。また、抵抗ブロック６０各々において、抵抗体６各々は、主方向Ｄ１の両隣の抵抗体６各々に対して主方向Ｄ１において一部が重なる位置に配置されている。

また、隣接する２つ抵抗ブロック６０各々の一端に配置された２つの抵抗体６各々が形成する台形の脚は、第４の間隔Ｌ４を空けて平行に形成されている。第４の間隔Ｌ４は、第３の間隔Ｌ３よりも大きい。

本実施形態においても、抵抗ブロック６０各々における複数の抵抗体６は、電気的に並列に接続されている。

ヒーター５３Ａが定着装置５に採用される場合も、ヒーター５３が定着装置５に採用される場合と同様の効果が得られる。

［第３実施形態］
次に、図８を参照しつつ、第３実施形態に係るヒーター５３Ｂについて説明する。図８において、図４、図５および図７に示される構成要素と同じ構成要素は、同じ参照符号が付されている。

ヒーター５３Ｂも、ヒーター５３Ａと同様に、間隔を空けて主方向Ｄ１に並ぶ複数の抵抗体６を備える。複数の抵抗体６は、１個ごとに副方向Ｄ２にずれた２つの位置に分かれて配列されている。

複数の抵抗体６は、副方向Ｄ２の第１の位置に配列された複数の第１抵抗体６ａと、副方向Ｄ２の第２の位置に配列された複数の第２抵抗体６ｂとを含む。第１抵抗体６ａ各々と第２抵抗体６ｂ各々とは主方向Ｄ１において交互に配列されている。

ヒーター５３Ｂにおいて、複数の抵抗体６各々の形状は、副方向Ｄ２に沿う直線に対して対称な台形である。複数の抵抗体６は、１個ごとに副方向Ｄ２において反対の向きで配列されている。

ヒーター５３Ｂにおける複数の抵抗体６は、ヒーター５３Ａにおける複数の抵抗体６と同様に配列されている。

しかしながら、ヒーター５３Ｂにおいて、抵抗ブロック６０各々における複数の抵抗体６は、給電電極６００によって電気的に直列に接続されている。この点が、ヒーター５３Ｂにおけるヒーター５３Ａと異なる点である。

ヒーター５３Ｂが定着装置５に採用される場合も、ヒーター５３またはヒーター５３Ａが定着装置５に採用される場合と同様の効果が得られる。

[応用例]
ヒーター５３，５３Ａ，５３Ｂにおいて、複数の抵抗体６が、２個ごとに副方向Ｄ２の２つの位置に分かれて配列されていてもよい。

即ち、ヒーター５３，５３Ａ，５３Ｂにおいて、複数の抵抗体６は、単位個数ごとに副方向Ｄ２の２つの位置に分かれて配列される。例えば、前記単位個数は、１個または２個である。

４ ：プリント装置
５ ：定着装置
６ ：抵抗体
６ａ ：第１抵抗体
６ｂ ：第２抵抗体
６ｘ ：基材
８ ：制御装置
４０ ：光走査装置
４１ ：感光体
４２ ：帯電装置
４３ ：現像装置
４４ ：転写装置
５０ ：加圧ローラー
５１ ：定着部材
５２ ：支持部材
５３，５３Ａ，５３Ｂ：ヒーター
６０ ：抵抗ブロック
６００ ：給電電極
６１０ ：接地電極

Claims (5)

1. 間隔を空けて主方向に並ぶ複数の抵抗体と、
   前記複数の抵抗体に電力を供給する給電電極と、を備え、
   前記複数の抵抗体は、単位個数ごとに前記主方向に交差する副方向にずれた２つの位置に分かれて配列されている、ヒーター。
2. 前記複数の抵抗体は、１個ごとに前記副方向の２つの位置に分かれて配列されている、請求項１に記載のヒーター。
3. 前記複数の抵抗体各々の形状は、前記副方向に沿う直線に対して対称な台形であり、
   前記複数の抵抗体は、１個ごとに前記副方向において反対の向きで配列されている、請求項２に記載のヒーター。
4. シートの搬送路において前記シート上のトナー像を加熱および加圧することにより前記トナー像を前記シートに定着させる定着装置であって、
   シート搬送方向に交差する主方向に沿って配置された支持部材と、
   前記支持部材によって回転可能に支持された筒状の定着部材と、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のヒーターと、を備え、
   前記ヒーターは、前記主方向に沿う状態で前記支持部材によって支持され、前記定着部材を加熱する、定着装置。
5. シートにトナー像を転写する転写装置と、
   請求項４に記載の定着装置と、を備える画像形成装置。