JP2024014937A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】温度検知素子が電気的に繋がっている温度検知回路を有し、ヒータの温度検知素子が設けられた側の面がフィルムの内面に接触しており、発熱体は商用電源と電気的に繋がっている1次側回路に設けられており、温度検知回路は、1次側回路と1次側回路と電気的に絶縁されている2次側回路の両方に対して電気的に絶縁されている。【選択図】図4
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関する。
従来、画像形成装置に具備される定着装置として、エンドレスベルト(エンドレスフィルムとも言う)と、エンドレスベルトの内面に接触する平板状のヒータと、エンドレスベルト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。ヒータ基板のエンドレスベルト側の面に、サーミスタを形成することで、ニップ部の温度を精度良く検知する方法が、特許文献1に提案されている。
しかしながら、ヒータのニップ部側の面にサーミスタを形成する場合、定着装置の絶縁耐圧を確保するために、サーミスタの表面保護層を厚く形成したり、ヒータの基板幅を広げる必要があった。サーミスタの表面保護層を厚くすると、ヒータの熱伝達効率や、ニップ温度検知の精度が悪化してしまい、ヒータの基板幅を広げると、装置が大型化してしまう課題があった。
本発明の目的は、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置す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、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成する画像形成部と、筒状のフィルムと、基板と前記基板に設けられた発熱体と前記基板の前記発熱体が設けられた面とは反対側の面に設けられた温度検知素子とを有するヒータと、を有し、前記温度検知素子の検知温度に応じて制御される前記ヒータからの熱により、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、を有する画像形成装置において、前記温度検知素子が電気的に繋がっている温度検知回路を有し、前記ヒータの前記温度検知素子が設けられた側の面が前記フィルムの内面に接触しており、前記発熱体は商用電源と電気的に繋がっている1次側回路に設けられており、前記温度検知回路は、前記1次側回路と前記1次側回路と電気的に絶縁されている2次側回路の両方に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする。
本発明によれば、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
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]
図1は、本発明の実施例の画像形成装置の概略断面図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真方式を利用して記録材上に画像を形成するレーザプリンタである。
図1は、本発明の実施例の画像形成装置の概略断面図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真方式を利用して記録材上に画像を形成するレーザプリンタである。
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(電子写真感光体)19表面を走査する。これにより像担持体としての感光ドラム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から所定の極性に帯電した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(現像剤像)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と転写部材としての転写ローラ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は定着部としての定着装置200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100上部の排紙トレイに排出される。なお、感光体19は、クリーナ18によって清掃される。モータ30は、定着装置200等を駆動する。400は商用の交流電源(商用電源)401に接続された制御回路であり、制御回路400によって定着装置200へ電力供給している。
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。また、本実施例では、感光ドラム19、帯電ローラ16、現像ローラ17を含む現像ユニット、クリーナ18を含むクリーニングユニットが、プロセスカートリッジ15として画像形成装置100の装置本体に対して着脱可能に構成されている。
本実施例の画像形成装置100は、複数の記録材サイズに対応している。給紙カセット11には、例えば、Letter紙(約216mm×279mm)、Legal紙(約216mm×356mm)、A4紙(210mm×297mm)、Executive紙(約184mm×267mm)をセットできる。さらに、JIS B5紙(182mm×257mm)、A5紙(148mm×210mm)などもセットできる。本実施例の画像形成装置は、基本的に紙を縦送りする(長辺が搬送方向と平行になるように搬送する)レーザプリンタである。なお、紙を横送りするプリンタについても、本実施例と同様に本発明を適用することができる。そして、装置が対応している定型の記録材の幅(カタログ上の
記録材の幅)のうち最も大きな幅を有する記録材は、Letter紙及びLegal紙であり、これらの幅は約216mmである。装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の記録材Pを、本実施例では小サイズ紙と定義する。
記録材の幅)のうち最も大きな幅を有する記録材は、Letter紙及びLegal紙であり、これらの幅は約216mmである。装置が対応する最大サイズよりも小さな紙幅の記録材Pを、本実施例では小サイズ紙と定義する。
図2は、本実施例の定着装置200の断面図である。定着装置200は、定着フィルム(以下、フィルム)202と、フィルム202の内面に接触するヒータ300と、フィルム202を介してヒータ300と共に定着ニップ部Nを形成する加圧ローラ208と、金属ステー204と、を有する。
フィルム202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202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208は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金209と、シリコーンゴム等の材質の弾性層210を有する。ヒータ300は、耐熱樹脂製の保持部材201に保持されている。保持部材201は、フィルム202の回転を案内するガイド機能も有している。ステー204は、保持部材201に不図示のバネの圧力を加える。加圧ローラ208は、モータ30から動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ208が回転することによって、フィルム202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。
ヒータ300は、セラミック製の基板305の保持部材201と接触する側の面(以降、この面を裏面と定義する)に設けられた抵抗発熱体(以下、発熱体)302、303を有する。フィルム202と接触する定着ニップ部Nの側の面(以降、この面を摺動面と定義する)には温度検知素子としてサーミスタT2(T1~T3)が設けられている。表面保護層308は、サーミスタT2(T1~T3)の保護と、定着ニップ部Nの摺動性を確保するための層であり、材質は絶縁ガラスである。表面保護層308は、セラミック基板305における定着ニップ部Nに対向する対向面上に、サーミスタT2(T1~T3)を覆うように形成されている。定着ニップ部Nの反対側に設けられた絶縁層としての表面保護層307は、発熱体を絶縁するためのであり、材質は絶縁ガラスである。
また、ヒータ300の異常発熱により作動して、ヒータ300に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212が、ヒータ300に直接、若しくは、保持部材201を介して間接的に当接している。
また、ヒータ300の異常発熱により作動して、ヒータ300に供給する電力を遮断するサーモスイッチや温度ヒューズ等の安全素子212が、ヒータ300に直接、若しくは、保持部材201を介して間接的に当接している。
図3を用いて、本実施例に係るヒータ300の構成を説明する。図3(A)はヒータ300の断面図、図3(B)はヒータ300の各層の平面図である。図3(B)には、本実施例の画像形成装置100における記録材Pの搬送基準位置Xを示してある。本実施例における搬送基準は中央基準となっており、記録材Pはその搬送方向に直交する方向(即ち幅方向)における中心線が搬送基準位置Xを沿うように搬送される。給紙カセット11は、記録材Pの幅方向の位置を規制する位置規制板を有している。給紙カセット11に積載された記録材Pは、給紙された後、記録材Pの中央部が、搬送基準位置Xを通過するように搬送される。また、図3(A)は、搬送基準位置Xにおけるヒータ300の断面図となっている。
ヒータ300は、裏面層1に発熱体302、303を有している。また、ヒータ300の裏面層2には、発熱体302、303を覆う絶縁性(本実施例ではガラス)の表面保護層307が設けられている。ヒータ300の摺動面層1には、サーミスタT2(T1~T3)と、サーミスタを接続するための導電体(EG1、ET1-1~ET1-3)が設けられている。また、ヒータ300の摺動面層2には、サーミスタT2(T1~T3)と、導電体(EG1、ET1-1~ET1-3)を覆う絶縁性(本実施例ではガラス)の表面保護層308が設けられている。本実施例の表面保護層(第2の絶縁層)308は、基礎
絶縁が必要な表面保護層(第1の絶縁層)307より薄い。詳細は後述するが、本実施例の表面保護層(第2の絶縁層)308は、基礎絶縁を施す必要がない。サーミスタT1~T3等が破壊されないように機能絶縁が施されていればよい。このため、表面保護層308を表面保護層307より薄くでき、薄くすることによって、ヒータ300からフィルム202への熱伝導性を高めることができる。
絶縁が必要な表面保護層(第1の絶縁層)307より薄い。詳細は後述するが、本実施例の表面保護層(第2の絶縁層)308は、基礎絶縁を施す必要がない。サーミスタT1~T3等が破壊されないように機能絶縁が施されていればよい。このため、表面保護層308を表面保護層307より薄くでき、薄くすることによって、ヒータ300からフィルム202への熱伝導性を高めることができる。
図3(B)に示すように、ヒータ300裏面層1には、発熱体302と発熱体303が導電体301を介して直列に接続されており、電極E1、E2から電力が供給できるようになっている。ヒータ300裏面層2には、電極E1、E2の箇所を除いて裏面層1を覆うように、表面保護層307が設けられている。表面保護層307と基板305によって、導電体301、発熱体302、303を覆うことで、商用電源401の1次側の導電体301、発熱体302、303と、フィルム202や、サーミスタT2との間に基礎絶縁を施している。ここで、基礎絶縁とは、感電に対する基礎的な保護を行うために施した絶縁のことである。また、この後の説明で登場する2重絶縁とは、基礎絶縁が故障した場合の保護を行う付加絶縁を、基礎絶縁に対して更に施したものである。強化絶縁とは、単一の絶縁で感電に対して2重絶縁と同程度の保護を施したものである。なお、本実施例では、強化絶縁と2重絶縁を総称して強化絶縁と表現する。
ヒータ300の摺動面層1には、ヒータ300の温度を検知するため、TCR(temperature coefficient of resistance)が正(PTC:positive temperature coefficient)、若しくは負(NTC:negative temperature coefficient)である材料で形成されたサーミスタT1、T2、T3が設置されている。本実施例のサーミスタT1、T2、T3の特性はNTCである。中央部に配置されたサーミスタT2は、ヒータ300の温度制御用サーミスタであり、サーミスタT1、T3は、小サイズ紙を通紙した際に生じる非通紙部昇温を検出するために用いるサーミスタである。サーミスタT1は、導電体ET1と、サーミスタT2は、導電体ET2と、サーミスタT3は、導電体ET3と、接続されている。導電体EGは、サーミスタT1、T2、T3の共通導電体である。ヒータ300の摺動面層2には、導電体ET1~ET3、EGの電極部分を除いて摺動面層1を覆うように、表面保護層308が設けられている。
図4は、実施例1のヒータ300の電力供給回路400の回路図を示している。電力供給回路400は、1次側回路401、2次側回路402、温度検知回路403の3つの電気的に絶縁された回路ブロックによって構成されている。
1次側回路401は、画像形成装置100に接続される商用電源401から供給される電力を、ヒータ300の発熱体302、303に供給する回路である。発熱体302、303は商用電源401と電気的に繋がっている1次側回路401に設けられている。ヒータ300の電力制御は、トライアックQ1の通電/遮断により行われる。トライアックQ1は、2次側回路402の制御部(2次側制御部)であるCPU420から出力されるQ1_DRIVE信号によって制御される。制御部420は1次側回路401と電気的に絶縁されている2次側回路402に設けられている。1次側回路と2次側回路(2次側制御部)は、フォトトライアックカプラSSR1によって強化絶縁(以降、強化絶縁には2重絶縁も含むが表記を省略する)が施されている。Q1_DRIVE信号がLoW状態になると、SSR1の2次側フォトダイオードに電流が流れ、SSR1の1次側トライアックが動作する。そして、抵抗412、413に電流が流れるとトライアックQ1はオン状態となる。絶縁型AC/DCコンバータ410は、1次側回路401から2次側回路402へ電力を供給するスイッチング電源回路であり、不図示のトランスによって、1次側回路401と2次側回路402の強化絶縁を確保している。
ところで、ジャムした用紙を取り除く処理を行う時、ユーザは画像形成装置100の扉
を開く。画像形成装置100は、扉が開いた状態でユーザが触ることができる電気部品や配線などを有している。図9に示すように、PC等の外部機器900との接続に用いるインターフェースケーブル901(USB、LAN)等もユーザが触ることができる電気部品である。本実施例では、図9に示すように、ユーザが触ることができる箇所にある電気部品を2次側回路402に接続し、商用電源401が接続された1次側回路401と、2次側回路402と、の間に強化絶縁を施している。この構成により、ユーザが触ることができる箇所にある電気部品や配線にユーザが触れても感電を防止できる。
ところで、ジャムした用紙を取り除く処理を行う時、ユーザは画像形成装置100の扉
を開く。画像形成装置100は、扉が開いた状態でユーザが触ることができる電気部品や配線などを有している。図9に示すように、PC等の外部機器900との接続に用いるインターフェースケーブル901(USB、LAN)等もユーザが触ることができる電気部品である。本実施例では、図9に示すように、ユーザが触ることができる箇所にある電気部品を2次側回路402に接続し、商用電源401が接続された1次側回路401と、2次側回路402と、の間に強化絶縁を施している。この構成により、ユーザが触ることができる箇所にある電気部品や配線にユーザが触れても感電を防止できる。
次に、温度検知回路403について説明する。サーミスタT1~T3は、ヒータ300の温度に応じてそれらの抵抗値が変化する。CPU430には、サーミスタT1~T3の抵抗値と抵抗431~433との分圧が、Th1~Th3信号として入力している。CPU430はTh1~Th3信号に基づいてヒータ温度を検知している。温度検知回路403のCPU430で検知された温度情報は、CLK_OUT信号、DATA_OUT信号として出力され、2次側回路402のCPU420へデータ送信されている。CLK_OUTとCLK_INの間、DATA_OUTとDATA_INの間は、夫々、フォトカプラPC2、PC3によって強化絶縁が施されている。
ところで、温度検知回路403と1次側回路401の間には基礎絶縁又は強化絶縁が施されている。また、温度検知回路403はユーザが触ることができない回路である。更に、温度検知回路403と2次側回路402の間には、基礎絶縁又は強化絶縁が施されている。このように、2次側回路402が、ユーザが触ることができる電気部品や配線を有する回路であるのに対して、温度検知回路403は、ユーザが触ることができる電気部品や配線を有していない点で、両者は異なっている。温度検知回路403を、1次側回路401及び2次側回路402の両方に対して絶縁する効果については、後述する。
ところで、温度検知回路403と1次側回路401の間には基礎絶縁又は強化絶縁が施されている。また、温度検知回路403はユーザが触ることができない回路である。更に、温度検知回路403と2次側回路402の間には、基礎絶縁又は強化絶縁が施されている。このように、2次側回路402が、ユーザが触ることができる電気部品や配線を有する回路であるのに対して、温度検知回路403は、ユーザが触ることができる電気部品や配線を有していない点で、両者は異なっている。温度検知回路403を、1次側回路401及び2次側回路402の両方に対して絶縁する効果については、後述する。
トランスTR1は、2次側回路402から温度検知回路403に電力供給を行うために用いる絶縁トランスであり、強化絶縁が施されている。CPU420のTR1_DRIVE信号によってFET422をスイッチングすることで、トランスTR1の温度検知回路403側に電源電圧を供給している。ダイオード437とコンデンサ436は、トランスTR1の出力の整流平滑回路である。
このように、温度検知回路403で検知したヒータ300の温度情報は、2次側回路402に情報伝達される。そして、2次側回路402は、ヒータ300の温度情報に基づき、1次側回路401からヒータ300へ供給する電力の制御を行う。CPU420の内部処理では、ヒータ300の設定温度と、サーミスタの検知温度に基づき、例えばPI制御により、供給するべき電力を算出する。更に、算出した供給電力に対応した位相角(位相制御)や波数(波数制御)を求め、求めた位相角や波数のタイミングでトライアックQ1を制御している。
ここで、ヒータ300のサーミスタT1~T3及び温度検知回路403を、1次側回路401及び2次側回路402の両方から絶縁するメリットについて説明する。
まず、サーミスタT1~T3は、1次側回路400から絶縁されているため、サーミスタT1~T3は安全な電位であり、フィルム202と絶縁をとる必要がない。そのため、前述したように、表面保護層308を薄くすることができる。
また、サーミスタT1~T3と、2次側回路402は絶縁されているため、サーミスタT1~T3と、発熱体302、303の間に強化絶縁を施す必要がない。発熱体302、303と、サーミスタT1~T3との間の基礎絶縁は、基板305及び表面保護層307によって達成されている。したがって、サーミスタT1~T3及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET3、EGは、摺動面層の任意の位置(基板305の短手方向の端部など)に配置できる。
まず、サーミスタT1~T3は、1次側回路400から絶縁されているため、サーミスタT1~T3は安全な電位であり、フィルム202と絶縁をとる必要がない。そのため、前述したように、表面保護層308を薄くすることができる。
また、サーミスタT1~T3と、2次側回路402は絶縁されているため、サーミスタT1~T3と、発熱体302、303の間に強化絶縁を施す必要がない。発熱体302、303と、サーミスタT1~T3との間の基礎絶縁は、基板305及び表面保護層307によって達成されている。したがって、サーミスタT1~T3及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET3、EGは、摺動面層の任意の位置(基板305の短手方向の端部など)に配置できる。
サーミスタT1~T3及び温度検知回路403を、1次側回路401と絶縁しなかった場合のデメリットについて説明する。フィルム202を1次側回路から絶縁するためには、サーミスタT1~T3の表面保護層308を厚くする必要がある。表面保護層308に用いるガラスの熱伝導率は、基板305に用いるセラミックの熱伝導率に比べて、一般的に数十倍~数百倍低い値となるため、表面保護層308を厚くすると、発熱体302、303と、ニップ部Nの間の熱抵抗が大きくなってしまう。よって、表面保護層308を厚くすると、ヒータ300からニップ部Nへの熱伝達効率が低下してしまい、また、サーミスタT1~T3によるニップ部Nの温度検知精度も悪化してしまう。
サーミスタT1~T3及び温度検知回路403を、2次側回路402と絶縁しなかった場合のデメリットについて説明する。1次側回路401と2次側回路402は強化絶縁をとる必要があるため、ヒータ300の発熱体302、303と、サーミスタT1~T3の間には表面保護層307の絶縁に加えて、沿面距離をとる必要がある。そのため、サーミスタT1~T3及び導電体ET1~ET3、EGを、基板305の短手方向の端部から所定の沿面距離を離して配置する必要がある。沿面距離を取るために、基板305の短手方向の幅を長くするとヒータが大型化する。このため、基板305の材料コストが増加し、また、ヒータ300の熱容量も大きくなるため、ヒータ300の立ち上げ時間が遅くなる課題が生じる。
以上説明したように、本実施例のヒータ300及び電力供給回路400は下記の特徴を有している。
・ヒータ300の表面保護層307及び基板305によって、発熱体301、302を覆うことで、1次側回路である発熱体301、302と、フィルム202や、サーミスタT1~T3との間に絶縁をとっている。
・温度検知回路403は、1次側回路401と、2次側回路402の両方に対して絶縁をとっている。
・サーミスタT1~T4は、1次側回路401と、2次側回路402の両方に対して絶縁をとっているため、表面保護層308を薄くすることができる。
・サーミスタT1~T3及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET3、EGは、基板305の摺動面層の任意の位置に配置することができる。よって、ヒータ300の短手方向(長手方向と直交する方向)の基板幅を短くすることができ、ヒータ300の熱応答性を高めることができる。このように、実施例1の画像形成装置は、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
・ヒータ300の表面保護層307及び基板305によって、発熱体301、302を覆うことで、1次側回路である発熱体301、302と、フィルム202や、サーミスタT1~T3との間に絶縁をとっている。
・温度検知回路403は、1次側回路401と、2次側回路402の両方に対して絶縁をとっている。
・サーミスタT1~T4は、1次側回路401と、2次側回路402の両方に対して絶縁をとっているため、表面保護層308を薄くすることができる。
・サーミスタT1~T3及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET3、EGは、基板305の摺動面層の任意の位置に配置することができる。よって、ヒータ300の短手方向(長手方向と直交する方向)の基板幅を短くすることができ、ヒータ300の熱応答性を高めることができる。このように、実施例1の画像形成装置は、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
[実施例2]
本発明の実施例2について説明する。実施例2の構成のうち、実施例1と同様の構成については、同一の記号を用いて説明を省略する。実施例2において、ここで特に説明しない事項は、実施例1と同様である。実施例2のヒータ600は、独立制御可能な発熱ブロックHB1~HB7を有する構成となっている。発熱ブロックHB1~HB7の各ブロックの温度を記録材サイズや画像情報に基づき独立して制御することで、小サイズ紙を通紙した場合の非通紙部昇温を抑制し、また、加熱が不要な個所の発熱を低減させることで、定着装置500の消費電力を削減できる。
本発明の実施例2について説明する。実施例2の構成のうち、実施例1と同様の構成については、同一の記号を用いて説明を省略する。実施例2において、ここで特に説明しない事項は、実施例1と同様である。実施例2のヒータ600は、独立制御可能な発熱ブロックHB1~HB7を有する構成となっている。発熱ブロックHB1~HB7の各ブロックの温度を記録材サイズや画像情報に基づき独立して制御することで、小サイズ紙を通紙した場合の非通紙部昇温を抑制し、また、加熱が不要な個所の発熱を低減させることで、定着装置500の消費電力を削減できる。
図5は、定着装置500の断面図である。定着装置500は、ヒータ600の定着ニップ部Nと対向する面とは反対側の面に電極(ここでは代表として電極E4を示してある)を有している。また、定着装置500には、ヒータ600の電極と接続する電気接点(ここでは代表として電気接点C4を示してある)が複数設けられており、各電気接点から各電極に給電を行っている。ヒータ600の詳細の説明は図6で行う。
ヒータ600は、基板605の定着ニップ部N(フィルム202との摺動部)と対向する面側(摺動面側)とは反対の裏面側に設けられた発熱体602を有する。表面保護層607は、発熱体602を絶縁するために用いるガラスである。基板605の摺動面側にはサーミスタT4(T1~T7)が設けられている。表面保護層608は、サーミスタT4(T1~T7)の保護と、定着ニップ部Nの摺動性を得るために用いるガラスである。また、ヒータ600を保持する保持部材501には、電極と電気接点を接続するための穴が設けられている。詳細の説明は図6で行う。
図6を用いて、実施例2に係るヒータ600の構成を説明する。図6(A)はヒータ600の断面図(図6(B)の搬送基準位置X付近の断面図)、図6(B)はヒータ600の各層の平面図、図6(C)は、ヒータ600の保持部材501の平面図である。ヒータ600には、基板605上をヒータ600の長手方向に沿って設けられている2本の第1の導電体601(601a、601b)が設けられている。さらにヒータ600には、基板605上に第1の導電体601とヒータ600の短手方向で異なる位置に第2の導電体603(603-4)が設けられている。
第1の導電体601は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された導電体601aと、下流側に配置された導電体601bに分離されている。更に、ヒータ600は、第1の導電体601と第2の導電体603の間に設けられており、第1の導電体601と第2の導電体603を介して供給される電力により発熱する発熱体602(602a、602b)を有する。
発熱体602は、記録材Pの搬送方向の上流側に配置された発熱体602aと、下流側に配置された発熱体602bに分離されている。ヒータ600の短手方向(記録材の搬送方向)の発熱分布が非対称になると、ヒータ600が発熱した際に基板605に生じる応力が大きくなる。基板605に生じる応力が大きくなると、基板605に割れが生じる場合がある。そのため、発熱体602を搬送方向の上流側に配置された発熱体602aと、下流側に配置された発熱体602bに分離し、ヒータ600の短手方向の発熱分布が対称になるようにしている。
ヒータ600の裏面層2には、発熱体602、第1の導電体601(601a、601b)、第2の導電体603(603-4)を覆う絶縁性(本実施例ではガラス)の表面保護層607が電極部(E4)を避けて設けられている。
図6(B)に示すように、ヒータ600裏面層1には、第1の導電体601と第2の導電体603と発熱体602の組からなる発熱ブロックがヒータ600の長手方向に複数設けられている。本実施例のヒータ600は、ヒータ600の長手方向の中央部と両端部に、合計7つの発熱ブロックHB1~HB7を有する。発熱ブロックHB1~HB7は、ヒータ600の短手方向に対称に形成された、発熱体602a-1~602a-7及び発熱体602b-1~602b-7によって、それぞれ構成されている。第1の導電体601は、発熱体602a-1~602a-7と接続する導電体601aと、発熱体602b-1~602b-7と接続する導電体601bによって構成されている。同様に、第2の導電体603は、7つの発熱ブロックHB1~HB7に対応するため、導電体603-1~603-7の7本に分割されている。
電極E1~E7、E8-1、E8-2には、後述するヒータ600の電力供給回路700から電力を供給するための電気接点C1~C7、C8-1、C8-2が接続される。電極E1~E7は、それぞれ、導電体603-1~603-7を介して、発熱ブロックHB1~HB7に電力供給するための電極である。電極E8-1、E8-2は、導電体601a、導電体601bを介して、7つの発熱ブロックHB1~HB7に電力給電するための
共通の電気接点が接続される電極である。
共通の電気接点が接続される電極である。
ヒータ600の裏面層2の表面保護層607は、電極E1~E7、E8-1、E8-2の箇所を除いて裏面層1を覆うように形成されている。すなわち、ヒータ600の裏面側から、各電極に電気接点C1~C7、C8-1、C8-2を接続可能な構成となっており、ヒータ600の裏面側から電力供給可能な構成である。
このように、ヒータ600の裏面に電極を設けることで、基板605上で導電パターンによる配線を行う必要がないため、基板605短手方向の幅を短くすることができる。そのため、基板605の材料コストの低減や、基板605の熱容量低減によるヒータ600の温度上昇にかかる立ち上げ時間を短縮する効果を得ることができる。
ところで、電極E2~E6は、基板の長手方向において発熱体が設けられた領域内に設けられており、表面保護層607は、電極E2~E6の箇所を除いて形成されている。そのため、実施例2の構成では、実施例1で説明したような、発熱体602の絶縁を表面保護層607と基板605で覆うことによって行うことができない。そこで、本実施例では、図6(A)に点線矢印で示すように、表面保護層607によって、発熱体602から、フィルム202や摺動面層への沿面距離を増やすことで、基礎絶縁をとるように構成した。
ヒータ600の摺動面層1には、ヒータ600の発熱ブロックHB1~HB7ごとの温度を検知するため、サーミスタT1~T7が設置されている。発熱ブロックHB1~HB7の全てに1以上のサーミスタを有しているため、全ての発熱ブロックの温度を検知できる。7つのサーミスタT1~T7に通電するために、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET1~ET7と、サーミスタの共通導電体EGが形成されている。
ヒータ600の摺動面(フィルム202と接触する面)の層2には、摺動性のあるガラスのコーティングによる表面保護層608が設けられている。表面保護層608は、サーミスタの抵抗値検出用の導電体ET1~ET7と導電体EGと電気接点を接続するため、ヒータ600の長手方向の端部を除き、少なくともフィルム202と摺動する領域に設けてある。
図6(C)に示すように、ヒータ600の保持部材501には、電極E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8-1、E8-2と、電気接点C1~C7、C8-1、C8-2を接続するための穴が設けられている。ステー204と保持部材501の間には、前述した、安全素子212、電気接点C1~C7、C8-1、C8-2が設けられている。電極E1~E7、E8-1、E8-2に接触する電気接点C1~C7、C8-1、C8-2は、バネによる付勢や溶接等の手法によって、それぞれヒータの電極部と電気的に接続されている。各電気接点は、ステー204と保持部材501の間に設けられたケーブルや薄い金属板等の導電材料を介して、後述するヒータ600の電力供給回路700と接続している。
図7は、実施例2のヒータ600の電力供給回路700の回路図である。駆動回路や絶縁回路の詳細は図4と同じため、表記を省略して示す。1次側回路701では、ヒータ600への電力制御を、トライアックQ1~トライアックQ7の通電/遮断により行っている。トライアックQ1~Q7は、それぞれ、絶縁された2次側回路702のCPU420の制御信号に従って動作する。
CPU430には、サーミスタT1~T7の抵抗値と抵抗731~737との分圧が、Th1~Th7信号として入力している。CPU430はTh1~Th7信号に基づいて
ヒータ温度を検知している。CPU430で検知したヒータ600の温度情報は、温度検知回路とは絶縁された2次側回路402のCPU420に情報伝達されている。CPU420はヒータ600の温度情報に基づき、発熱ブロックHB1~HB7の電力をそれぞれ制御している。
ヒータ温度を検知している。CPU430で検知したヒータ600の温度情報は、温度検知回路とは絶縁された2次側回路402のCPU420に情報伝達されている。CPU420はヒータ600の温度情報に基づき、発熱ブロックHB1~HB7の電力をそれぞれ制御している。
ところで、前述したように、ヒータ600の電極E2~E6は、基板の長手方向において発熱体が設けられた領域内にある。このため、表面保護層607は、電極E2~E6の箇所を除いて形成されている。ヒータ600の構成によれば、サーミスタT1~T7及び温度検知回路703を、1次側回路701及び2次側回路702の両方と絶縁する方法がより有効となる。
サーミスタT1~T7及び温度検知回路703を、1次側回路701と絶縁しなかった場合のデメリットは、実施例1の説明と同様のため説明を省略する。
サーミスタT1~T7及び温度検知回路703を、2次側回路702と絶縁しなかった場合のデメリットについて説明する。1次側回路701と2次側回路702は強化絶縁を設ける必要があり、必要な沿面距離が長くなってしまう。よって、図6(A)に示す沿面距離を強化絶縁相当の距離にする必要があり、ヒータ基板605の短手方向の幅を長くする必要がある。若しくは、表面保護層608の厚みを厚くして、サーミスタT1~T7を絶縁する必要がある。どちらの場合においても、ヒータ600の熱応答性や、ニップ部Nへの熱伝達効率が悪化してしまうデメリットが生じる。そのため、ヒータ600のように、裏面側に電極を設ける構成では、サーミスタT1~T7及び温度検知回路703を、1次側回路701及び2次側回路702の両方と絶縁する方法がより有効である。よって、ヒータ600のように、7つの発熱ブロックHB1~HB7が独立制御可能な構成であっても、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
以上説明したように、本実施例のヒータ600及び電力供給回路700は下記の特徴を有している。
・ヒータ600の表面保護層607及び基板605によって、発熱体601、602の電極部(E1~E7、E8-1、E8-2)を除き覆う構成としている。こうすることで、沿面距離を確保し、1次側回路である発熱体601、602と、フィルム202やサーミスタT1~T7との間に絶縁をとっている。
・7つの発熱ブロックHB1~HB7が独立制御可能な構成となっており、そのうち少なくとも一部の電極(電極E2~E6)は、基板の長手方向において発熱体が設けられた領域内に設けられている。
・温度検知回路703は、1次側回路701と2次側回路702の両方に対して絶縁をとっている。
・サーミスタT1~T7は、1次側回路701と2次側回路702の両方に対して絶縁されているため、表面保護層608を薄くすることができる。
・サーミスタT1~T7及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET7、EGは、基板605の摺動面層の任意の位置に配置することができる(ヒータ600の短手方向の基板幅を短くすることができ、ヒータ600の熱応答性を高めることができる)。
このように、実施例2の画像形成装置も、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
・ヒータ600の表面保護層607及び基板605によって、発熱体601、602の電極部(E1~E7、E8-1、E8-2)を除き覆う構成としている。こうすることで、沿面距離を確保し、1次側回路である発熱体601、602と、フィルム202やサーミスタT1~T7との間に絶縁をとっている。
・7つの発熱ブロックHB1~HB7が独立制御可能な構成となっており、そのうち少なくとも一部の電極(電極E2~E6)は、基板の長手方向において発熱体が設けられた領域内に設けられている。
・温度検知回路703は、1次側回路701と2次側回路702の両方に対して絶縁をとっている。
・サーミスタT1~T7は、1次側回路701と2次側回路702の両方に対して絶縁されているため、表面保護層608を薄くすることができる。
・サーミスタT1~T7及び、サーミスタを接続する導電体ET1~ET7、EGは、基板605の摺動面層の任意の位置に配置することができる(ヒータ600の短手方向の基板幅を短くすることができ、ヒータ600の熱応答性を高めることができる)。
このように、実施例2の画像形成装置も、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。
[実施例3]
本発明の実施例3について説明する。実施例3の構成のうち、実施例1と同様の構成については、同一の記号を用いて説明を省略する。実施例3において、ここで特に説明しな
い事項は、実施例1と同様である。図8に示した実施例3の電力供給回路800は、実施例1の電力供給回路400と比べて、CPU430がトライアックQ1の制御も行う点が異なっている。
本発明の実施例3について説明する。実施例3の構成のうち、実施例1と同様の構成については、同一の記号を用いて説明を省略する。実施例3において、ここで特に説明しな
い事項は、実施例1と同様である。図8に示した実施例3の電力供給回路800は、実施例1の電力供給回路400と比べて、CPU430がトライアックQ1の制御も行う点が異なっている。
CPU430は、2次側回路802の制御部であるCPU420から送信される目標温度に関するデータに応じて、トライアックQ1の制御を行っている。本実施例3で示すように、温度検知回路803のCPU430を用いて、1次側回路801のトライアックQ1を制御する構成である場合においても、ヒータの熱応答性及び熱伝達効率の低下、及びヒータの大型化、を抑えつつ、ヒータのフィルムとの摺動面に温度検知素子を配置することができる。また、実施例2の定着装置500においても、同様に、CPU430を用いて、トライアックQ1~Q7の制御を行っても良い。
200…定着装置、300…ヒータ、305…基板、302、303…発熱体、T1、T2、T3…サーミスタ、307…表面保護層(ガラス)、308…表面保護層(ガラス)、400…電力供給回路、401…1次側回路、402…2次側回路、403…温度検知回路
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成する画像形成部と、記録材に形成されたトナー画像を加熱するためのヒータを有し、トナー画像に熱を加えてトナー画像を記録材に定着する定着部と、前記定着部の温度を検知する温度検知素子と、前記温度検知素子の出力に応じて前記ヒータへ供給する電力を制御する演算処理部と、を有する画像形成装置において、前記ヒータは商用電源と電気的に繋がっている1次側回路に設けられており、前記演算処理部は、前記1次側回路と電気的に絶縁されている2次側回路に設けられており、前記温度検知素子が電気的に繋がっている温度検知回路は、前記1次側回路と前記2次側回路の両方に対して電気的に絶縁されており、前記2次側回路から前記温度検知回路に電力供給するための絶縁トランスと、前記絶縁トランスを駆動するスイッチング素子と、を有し、前記演算処理部によって前記スイッチング素子を制御することにより、前記温度検知回路に前記温度検知回路を駆動するための電源電圧が生成されることを特徴とする。
Claims (6)
- 記録材に画像を形成する画像形成部と、
筒状のフィルムと、基板と前記基板に設けられた発熱体と前記基板の前記発熱体が設けられた面とは反対側の面に設けられた温度検知素子とを有するヒータと、を有し、前記温度検知素子の検知温度に応じて制御される前記ヒータからの熱により、記録材に形成された画像を記録材に定着する定着部と、
を有する画像形成装置において、
前記温度検知素子が電気的に繋がっている温度検知回路を有し、
前記ヒータの前記温度検知素子が設けられた側の面が前記フィルムの内面に接触しており、
前記発熱体は商用電源と電気的に繋がっている1次側回路に設けられており、
前記温度検知回路は、前記1次側回路と前記1次側回路と電気的に絶縁されている2次側回路の両方に対して電気的に絶縁されていることを特徴とする画像形成装置。 - 前記装置は更に、前記温度検知素子の検知温度に応じて前記発熱体へ供給する電力を制御する制御部を有し、前記制御部は前記2次側回路に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記2次側回路と前記温度検知回路はフォトトライアックによって信号の伝達を行っていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記ヒータは、前記発熱体を覆う第1の絶縁層と、前記温度検知素子を覆う第2の絶縁層と、を有し、前記第2の絶縁層は前記第1の絶縁層よりも薄いことを特徴とする請求項1~3いずれか一項に記載の画像形成装置。
- 前記発熱体は、前記ヒータの長手方向に沿って並ぶ、夫々前記発熱体を有する複数の発熱ブロックを有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記ヒータは、前記長手方向における前記発熱体が設けられた領域内に、前記複数の発熱ブロックの各々に電力を供給するための複数の電極を有することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
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