JP3647290B2 - 像加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を具備した画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式等の適宜の作像手段にて記録材(転写材・感光紙・静電記録紙・印字用紙等)の上に転写(間接)方式もしくは直接方式で形成担持させた未定着画像(トナー画像)を加熱定着する定着装置(定着器)としては熱ローラ方式の装置が広く用いられている。
【0003】
熱ローラ方式の装置は、互いに圧接して回転する、定着部材としての定着ローラ(熱ローラ、ヒートローラ)と、加圧部材としての加圧ローラを有し、該両ローラの圧接部である定着ニップ部(加熱ニップ部)に未定着画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送通過させることで、定着ローラの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させるものである。
【0004】
近時は、省エネルギー推進等の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも速いオンデマンドの像加熱装置としてフィルム加熱方式の装置が実用に供されている。
【0005】
これは、例えば特開昭63−313182号公報、特開平2−157878号公報、同4−44075〜44083号公報、同4−204980〜204984号公報等に提案されており、固定支持させた加熱体と、この加熱体と摺動する耐熱性のフィルムと、このフィルムを挟んで加熱体に圧接して定着ニップ部を形成する加圧部材を有し、加熱体を所定の温度に加熱・温調させ、定着ニップ部のフィルムと加圧部材との間に未定着画像を形成担持させた記録材を導入してフィルムと一緒に定着ニップ部を挟持搬送させることで、フィルムを介した加熱体からの熱と定着ニップ部の加圧力にて未定着画像を記録材面に永久固着画像として加熱定着させるものである。
【0006】
このようなフィルム加熱方式の像加熱装置は、加熱体として所謂セラミックヒータ等の低熱容量線状加熱体を、伝熱部材である耐熱性フィルムとして薄肉の低熱容量のものを用いることができるため、短時間に加熱体の温度が昇温して加熱体もしくは定着ニップ部の所定温度への立ち上がりを迅速にすることができるので、スタンバイ時に装置(加熱体)に電力を供給せず、消費電力を極力抑えることができ、熱ローラ方式等の他の像加熱装置に比べて省電力化やウエイトタイムの短縮化(クイックスタート性)が可能であり、オンデマンドな像加熱装置を構成することができる。
【0007】
図9にフィルム加熱方式の像加熱装置(加熱定着装置)の一例の要部の概略構成図を示した。
【0008】
即ち、ステイホルダー(ヒータ支持体)12に固定支持させた加熱体11(以下、加熱ヒータと記す)と、該加熱ヒータ11に耐熱性の薄肉フィルム13(以下、定着フィルムと記す)を挟んで所定のニップ幅の定着ニップ部Nを形成させて圧接させた弾性加圧ローラ20を有する。
【0009】
加熱ヒータ11は通電により所定の温度に加熱・温調される。
【0010】
定着フィルム13は円筒状、あるいはエンドレスベルト状、もしくはロール巻きの有端ウェブ状の部材であり、不図示の駆動手段あるいは加圧ローラ20の回転力により、定着ニップ部Nにおいて加熱ヒータ11面に密着・摺動しつつ矢印aの方向に搬送移動される。
【0011】
加熱ヒータ11を所定の温度に加熱・温調させ、定着フィルム13を矢印aの方向に搬送移動させた状態において、定着ニップ部Nの定着フィルム13と加圧ローラ20との間に被加熱材としての未定着トナー画像tを形成担持させた記録材Pを導入すると、記録材Pは定着フィルム13の面に密着して該定着フィルム13と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送される。
【0012】
この定着ニップ部Nにおいて、記録材P・トナー画像tが加熱ヒータ11により定着フィルム13を介して加熱されて記録材P上のトナー画像tが加熱定着される。
【0013】
定着ニップ部Nを通った記録材部分は定着フィルム13の面から剥離して搬送される。
【0014】
加熱ヒータ11には一般にセラミックヒータが使用される。図10の(a)はそのセラミックヒータ11の一例の表面側(加熱面側)の一部切欠き平面模型図、(b)は背面側(反加熱面側)の平面模型図である。
【0015】
即ち、例えば、アルミナ等の電気絶縁性・良熱伝導性・低熱容量のセラミック基板11aの表面側(定着フィルム13と対面する側の面)に基板長手に沿って銀パラジューム(Ag/Pd)・Ta2 N等の通電発熱抵抗層(発熱体)11bをスクリーン印刷等で形成具備させ、さらに該通電発熱抵抗層形成面を薄肉ガラス保護層11cで覆ってなるものである。この加熱ヒータ11は給電用電極部11dから通電がなされることにより通電発熱抵抗層11bが発熱してヒータ全体が急速昇温する。
【0016】
この加熱ヒータ11の昇温がヒータ背面に配置された温度検知手段14により検知されて、電路パターン11e、スルーホール11f、温度制御部への出力用電極部11gを介して不図示の通電制御部へフィードバックされる。
【0017】
通電制御部は温度検知手段14で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度(定着温度)に維持されるように通電発熱抵抗層11bに対する通電を制御する。すなわち加熱ヒータ11は所定の定着温度に加熱・温調される。
【0018】
定着フィルム13は、定着ニップ部Nにおいて加熱ヒータ11の熱を効率よく被加熱材としての記録材Pに与えるため、厚みは20〜70μmとかなり薄くしている。この定着フィルム13はフィルム基層、プライマー層、離型性層の3層構成で構成されており、フィルム基層側が加熱ヒータ11側であり、離型性層側が加圧ローラ20側である。フィルム基層は加熱ヒータ11のガラス保護層11cより絶縁性の高いポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK等であり、耐熱性、高弾性を有している。また、フィルム基層により定着フィルム13全体の引裂強度等の機械的強度を保っている。プライマー層は厚み2〜6μm程度の薄い層で形成されている。離型性層は定着フィルム13に対するトナーオフセット防止層であり、PFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂を厚み10μm程度に被覆して形成してある。
【0019】
また、ステイホルダー12は、例えば耐熱性プラスチック製部材より形成され、加熱ヒータ11を保持するとともに定着フィルム13の搬送ガイドも兼ねている。
【0020】
このような定着用の薄いフィルム13を用いたフィルム加熱方式の加熱装置においては、セラミック加熱ヒータ11の高い剛性のために弾性層を有している加圧ローラ20がこれをフィルム13を介して圧接させた加熱ヒータ11の扁平下面にならって圧接部で扁平になって所定幅の定着ニップ部Nを形成し、定着ニップ部Nのみを加熱することでクイックスタートの加熱定着を実現している。
【0021】
Sは記録材搬送基準(通紙基準)であり、本例の装置の場合は、画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた「中央基準」の装置である。
【0022】
加熱ヒータ11の通電発熱抵抗層11bの長手方向の幅即ち有効発熱領域Wは、定着フィルム13を介して加熱ヒータ11に当接される加圧ローラ20の弾性層の幅D(加圧ローラ当接領域)に比べ若干狭い幅で形成されている。これは、通電発熱抵抗層11bが加圧ローラ20よりはみ出ることによつて、局所的に昇温し、その熱応力により破損するのを防止するためである。
【0023】
また、通電発熱抵抗層11bの有効発熱領域WはA4,LTR等の普通サイズ紙の搬送領域即ち通紙部A(普通サイズ紙通紙部、大サイズ紙通紙部)より十分広い幅で形成されている。これにより、端部温度だれ(加熱ヒータ11の端部の電気接点及びコネクタ31・32等への熱のリークによるもの)の影響をなくすことができ、これにより記録材P全面にわたって良好な定着性が得られる。
【0024】
更に、通紙域端部の通電発熱抵抗層11bの幅を絞り、端部の発熱量を上げ、端部の定着性を補う場合もある。
【0025】
これにより加熱ヒータ11の通電発熱抵抗層11bに通電することで発した熱は、定着フィルム13と加圧ローラ20の間を搬送された記録材Pに与えられ、記録材P上のトナー画像tを溶融し、固着するために作用する。
【0026】
加熱ヒータ11の背面には、サーミスタ等の温度検知素子14と、暴走時に加熱ヒータ11の通電発熱抵抗層11bへの通電をシャットダウンするための温度ヒューズあるいはサーモスイッチ等のサーモプロテクター15を当接させてあり、これらの温度検知素子14とサーモプロテクター15は封筒などの小サイズ紙の搬送領域B即ち小サイズ紙通紙部(記録材最小幅搬送領域)内に配置されている。サーモプロテクター15は通電発熱抵抗層11bに対する給電電路に直列に介入させてある。
【0027】
ここで、温度検知素子14については、画像形成装置本体が搬送可能な最小幅の記録材Pが搬送された場合であっても、記録材P上のトナー画像tを定着不良、高温オフセット等の問題を起こさずに適度な定着温度で加熱定着するために、小サイズ紙通紙部B内に設けられている。
【0028】
一方、サーモプロテクター15についても、最小幅の記録材Pが搬送された場合に、非搬送領域即ち小サイズ紙非通紙部Cにおいて、搬送領域である小サイズ紙通紙部Bよりも熱抵抗が小さい小サイズ紙非通紙部Cで過加熱されることにより、通常の搬送時であってもサーモプロテクター15が誤動作して通電をシャットアウトする等の問題を引き起こさないために小サイズ紙通紙部B内に設けられている。
【0029】
ところで、サーモプロテクター15を加熱ヒータ11背面に当接することにより、通電発熱抵抗層11bで発生した熱量がサーモプロテクター15に奪われて、記録材Pに十分な熱量が与えられなくなり、サーモプロテクター15の当接位置において定着不良を起こすことがある。これを防ぐために通電発熱抵抗層11bはサーモプロテクター当接対応位置において11b′のように幅を若干狭めて、その通電発熱抵抗層11b′部分の抵抗値を他の通電発熱抵抗層部分より大きくすることで発熱量を確保している。これにより記録材Pへの給熱量を加熱ヒータ長手方向に渡って一定とし、定着むらのない良好な加熱定着を実現している。
【0030】
温度検知素子14については、これもサーモプロテクター15と同様に加熱ヒータ11の背面に当接させているため、同様に通電発熱抵抗層11bによって発した熱が温度検知素子14に奪われることが懸念されるが、チップサーミスタ等熱容量の小さい温度検知素子14を用いることにより、加熱ヒータ11から奪われる熱量を小さく抑えることができる。このためサーモプロテクター15と同様の上記対策を取らなくても、加熱ヒータ長手方向において記録材の定着均一性を損ねることなく均一な定着が可能となる。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例で示すようなフィルム加熱方式の像加熱装置において、サイズ(紙幅)の異なる紙(記録材)を通紙した場合、通紙部と非通紙部では、加熱ヒータから奪われる熱量が大きくことなり、紙に熱が奪われない非通紙部の温度は通紙していくにしたがって徐々に上昇していき(非通紙部昇温現象)、やがて加熱ヒータや加圧ローラの耐熱温度を超えてしまう。そのため、通紙間隔を広げることにより対応していた。
【0032】
しかし、近年のプリンタの高速化に伴う温調温度の上昇と入力電力の増加に伴い、非通紙部の昇温がより顕著となり、通紙間隔を広げる等の方法では対応できなくなってきている。
【0033】
この問題を解決するには、加熱ヒータに発熱領域の異なる発熱体(通電発熱抵抗層)を複数設け、紙サイズに応じて通電する発熱体を変えて加熱定着を行うゾーンヒーティングが有効である。
【0034】
図11にゾーンヒーティング型加熱ヒータ11の一例を示した。(a)は該加熱ヒータ11の拡大横断面模型図、(b)は背面側の平面模型図、(c)は普通サイズ紙発熱体と小サイズ紙発熱体のパターン模型図である。
【0035】
本実施例における加熱ヒータ11は背面(裏面)加熱型セラミックヒータである。即ち高熱伝導であるAl2 O3 又はAlN等のセラミック基板11aの表面側(加熱面側、定着フィルムと対面する側の面)とは反対の基板背面側(反加熱面側)に発熱体(Ag/Pb・Ta2 N等の通電発熱抵抗層)を具備させた構成のものである。
【0036】
本実施例の加熱ヒータ11は、セラミック基板11aの背面側に長手に沿って普通サイズ紙発熱体H1と、これに並行させて小サイズ紙発熱体H2を形成してある。11d1・11d1は普通サイズ紙発熱体H1の両端部側に導通させて形成具備させた給電用電極部である。11d2・11d2は小サイズ紙発熱体H2の両端部側に導通させて形成具備させた給電用電極部である。11cは上記の普通サイズ紙及び小サイズ紙発熱体形成面を覆わせて形成具備させた薄肉ガラス保護層である。14及び15は温度検知手段(サーミスタ)とサーモプロテクターであり、加熱ヒータ背面側であるガラス保護層11c面に接触させて配設される。
【0037】
Sは記録材搬送基準(通紙基準)であり、本例の装置の場合は、画像形成装置本体の記録材搬送領域の長手方向中央に基準を設けた「中央基準」の装置である。Xは通紙方向を示している。
【0038】
普通サイズ紙発熱体H1は、A4,LTR,LGL等の記録材用として、長さL1を222mm(=有効発熱領域W)、幅W1を3mmに設定してある。
【0039】
小サイズ記録材用発熱体H2はcom10,DL,モナーク等の封筒用として小サイズ紙通紙部Bに対応させてあり、長さL2を116mm、幅W2を1.57mmに設定してある。
【0040】
温度検知素子14とサーモプロテクター15は小サイズ紙通紙部B内に設けられている。
【0041】
普通サイズ記録材の通紙時には給電用電極部11d1・11d1間に電力供給されることで普通サイズ紙発熱体H1が発熱してヒータ全体が急速昇温する。この加熱ヒータ11の昇温が温度検知素子14により検知されて不図示の通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子14で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度(定着温度)に維持されるように普通サイズ紙発熱体H1に対する通電を制御する。
【0042】
小サイズ記録材の通紙時には給電用電極部11d2・11d2間に電力供給されることで小サイズ紙発熱体H2が発熱する。そして小サイズ紙通紙部Bに対応するヒータ温度が温度検知素子14により検知されて通電制御部へフィードバックされる。通電制御部は温度検知素子14で検知されるヒータ温度が所定のほぼ一定温度(定着温度)に維持されるように小サイズ紙発熱体H2に対する通電を制御する。
【0043】
しかしながら、ゾーンヒーティングを行う場合、発熱領域の異なる発熱体H1・H2にそれぞれ独立に通電し、通紙すると、ヒータ基板通紙方向には図12のような温度分布h1・h2が形成される。つまり、定着ニップ部N内の通紙方向上流側に位置する発熱体H1に通電する場合は、ヒータ基板通紙方向の温度分布はh1のようになり、定着ニップ部内温度をほぼ均一に保つことができるが、下流側に位置する発熱体H2に通電する場合は、ヒータ基板通紙方向の温度分布はh2のようになり、定着ニップ部内の上下流方向で大きな温度勾配が生じてしまう。これは、紙温度が低い上流側では加熱ヒータから紙への熱流束が多く、紙温度が高い下流側では少ないためである。
【0044】
したがって、下流側に位置する発熱体H2の通電時は、ヒータ基板全体を高温に保つことができないために定着性に不利であるという問題があった。
【0045】
更に、複数の発熱体H1・H2を1つの温度検知素子(サーミスタ)14で温調制御する場合、上記のように独立に発熱体H1またはH2に通電すると、温度勾配が緩やかなところ(一般的には温度ピーク近傍)はそれぞれの場合でことなり、温度検知素子の取り付け位置公差等も考慮すると、検知温度が大きくばらついてしまうという問題点があった。
【0046】
本発明は、長さの異なる複数の発熱体を有する加熱体を用いたゾーンヒーティングのフィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を備えた画像形成装置について、上記のような問題点を解消して、良好な小サイズ紙定着性と温度検知部材の検知温度誤差を低減等を図ることを目的とする。
【0047】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置及び画像形成装置である。
【0048】
(1)基板に通電により発熱する発熱体が設けられた加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が画像を担持した記録材と接し共に移動するフィルムと、を有し、フィルムを介した加熱体からの熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
上記加熱体は、長さの異なる複数の発熱体を基板の通紙方向に順次配置してなり、通紙方向上流側に最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体H1を、それよりも通紙方向下流側に最大通紙幅よりも小さい通紙幅に対応する長さの小通紙幅発熱体H2を設け、小通紙幅記録材通紙時は最大通紙幅発熱体H1と小通紙幅発熱体H2に
0.5≦H1/H2≦2.5
の電力比で通電することを特徴とする像加熱装置。
【0049】
この構成により、良好な小サイズ紙定着性をえられると同時に、温度制御用の温度検知素子の取り付け公差によって生じる検知温度誤差を低減できる。
【0050】
(2)上記加熱体は、最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体を複数もち、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、これよりも通紙方向上流側に位置する最大通紙幅発熱体の少なくとも一方に上記の電力比で通電することを特徴とする(1)に記載の像加熱装置。
【0051】
この構成により、プリントスピードアップに伴う消費電力の増加によるフリッカーや高調波歪み等の電気ノイズを増大させることなく、良好な小サイズ紙定着性と温度検知素子の検知温度誤差を低減できる。
【0052】
(3)上記複数の最大通紙幅発熱体のうち、少なくとも一方の最大通紙幅発熱体の両端部発熱量を中央より高くし、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、他方の最大通紙幅発熱体とに上記の電力比で通電することを特徴とする(2)に記載の像加熱装置。
【0053】
この構成により、良好な端部定着性が得られると同時に、良好な小サイズ紙定着性と温度検知素子の検知温度誤差を低減できる。
【0054】
(4)上記加熱体にフィルムを挟んで圧接して加熱ニップを形成する加圧部材を有することを特徴とする(1)ないし(3)の何れかに記載の像加熱装置。
【0055】
(5)記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を記録材上に永久画像として定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、上記加熱定着手段が(1)ないし(4)の何れか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。
【0056】
【発明の実施の形態】
〈第1の実施例〉(図1〜図5)
(1)画像形成装置例
図1は画像形成装置例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【0057】
1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)である。OPC、アモルファスSe、アモルファスSi等の感光材料層がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の導電性基盤上に形成されている。該感光ドラム1は矢印の時計方向に所定の周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。
【0058】
感光ドラム1は回転過程において、まず、その表面が帯電装置としての帯電ローラ2によって所定の極性・電位に一様に帯電される。
【0059】
次に、露光装置としての不図示のレーザースキャナによる、目的の画像情報パターンに対応したレーザービーム走査露光3を受ける。これにより回転感光ドラム1面に目的の画像情報パターンに対応した静電潜像が形成される。
【0060】
レーザースキャナはホストコンピュータ等の外部装置等から送られた画像情報パターンの時系列電気デジタル画素信号に対応してON/OFF制御されたレーザービームを出力し、このレーザービームで回転感光ドラム1の一様帯電処理面を走査露光する。
【0061】
回転感光ドラム1面に形成された静電潜像は、現像装置4でトナー現像されて可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、2成分現像法、FEED現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【0062】
回転感光ドラム1面に形成されたトナー画像は、感光ドラム1と、感光ドラム1に一定の加圧力で接触させた転写装置としての転写ローラ5とで形成される転写ニップ部Tにおいて、該転写ニップ部Tに不図示の給紙部から所定の制御タイミングにて給送された記録材(転写材)Pに対して順次に転写される。
【0063】
転写ローラ5には不図示の電源から所定の転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加され、感光ドラム1面のトナー画像が該転写バイアスの作用で、転写ニップ部Tを挟持搬送される記録材P面に順次に転写される。
【0064】
転写ニップ部Tにてトナー画像の転写を受けて転写ニップ部Tを通過した記録材Pは回転感光ドラム1面から分離されて像加熱装置としての定着装置6へと搬送され、トナー画像が永久画像として定着される。
【0065】
一方、感光ドラム1上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置7により感光ドラム1表面より除去される。
【0066】
本実施例における上記画像形成装置のプロセススピードは94mm/s、スループットは16ppm(A4)である。
【0067】
(2)定着装置6
本例における像加熱装置としての定着装置6は、特開平4−44075〜44083号公報等に開示の、円筒状の定着フィルムを用いたフィルム加熱方式・加圧ローラ駆動式・テンションレスタイプの加熱定着装置である。図2は該装置6の横断面模型図である。
【0068】
10・20は互いに当接させて定着ニップ部Nを形成させた定着部材と加圧部材である。
【0069】
定着部材10は、加熱体11(以下、加熱ヒータと記す)、断熱ステイホルダー12、定着フィルム13等から構成されている。加圧部材20は弾性加圧ローラである。
【0070】
加熱ヒータ11は高熱伝導であるAl2 O3 又はAlN基板からなる、薄肉・横長のセラミックヒータである。本実施例ではゾーンヒーティング型・背面加熱型のセラミックヒータを使用した。この加熱ヒータ11については次の(3)項で詳述する。
【0071】
断熱ステイホルダー12は、加熱ヒータ11を保持し、定着ニップ部Nと反対方向への放熱を防ぐ部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEK等により形成されている。本例の断熱ステイホルダー12は横断面略半円弧状樋型の横長で、耐熱性、電気絶縁性で、高い加重に耐えられる部材であり、加熱ヒータ11はこの断熱ステイホルダー12の下面のほぼ中央部に部材長手に沿って設けた溝部に表面側を下向きに露呈させて嵌入して固定支持させてある。
【0072】
定着フィルム13は円筒状の耐熱性フィルムであり、加熱ヒータ11を含む断熱ステイホルダー12に対して周長に余裕を持たせた形でルーズに外嵌させてあり、断熱ステイホルダー12は定着フィルム13を内面から支える。
【0073】
定着フィルム13は熱容量の小さなものであり、クイックスタートを可能にするために総厚100μm以下の厚みで耐熱性、熱可塑性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS、PFA、PTFE、FEP等を基層としたフィルムである。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れたフィルムとして、総厚20μm以上の厚みが必要である。よって定着フィルム13の総厚みとしては20μm以上100μm以下が最適である。さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層には、PFA、PTFE、FEP、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆したものである。
【0074】
加圧部材としての弾性加圧ローラ20は、芯金21と、その外側にシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層22からなり、さらには、この上にPFA、PTFE、FEP等の離型性層23を形成してあってもよい。
【0075】
この弾性加圧ローラ20は、不図示の軸受部材に保持させ、断熱ステイホルダー12の下面側に固定支持させた加熱ヒータ11の下向き表面に対して定着フィルム13を挟ませて、不図示の加圧手段により長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部Nを形成するべく十分に加圧されている。
【0076】
加圧ローラ20は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ20の回転駆動による該ローラ20の外面と定着フィルム13の外面との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力で定着フィルム13に回転力が作用して、該定着フィルム13はその内面が定着ニップ部Nにおいて加熱ヒータ11の下向き表面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に加圧ローラ20の回転周速度にほぼ対応した周速度をもって断熱ステイホルダー12の外回りを従動回転状態になる。
【0077】
この場合、断熱ステイホルダー12の外回りを従動回転する円筒状の定着フィルム13はその周長の定着ニップ部Nとその近傍部の定着フィルム部分以外の定着フィルム部分はテンションフリー(テンションが加わらない状態)の状態にある。
【0078】
定着フィルム13はその内面側が加熱ヒータ11および断熱ステイホルダー12の外面の一部に摺擦しながら回転するため、加熱ヒータ11および断熱ステイホルダー12と定着フィルム13の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱ヒータ11および断熱ステイホルダー12の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着フィルム13はスムーズに回転することが可能となる。
【0079】
而して、加圧ローラ20が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム13が断熱ステイホルダー12の外回りを従動回転状態になり、加熱ヒータ11に通電がなされて該加熱ヒータ11の発熱で定着ニップ部Nの温度が所定に立ち上がって温調された状態において、定着ニップ部Nに、未定着トナー画像tを形成担持させた記録材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて記録材Pの未定着トナー画像担持面側が定着フィルム13の外面に密着して定着フィルム13と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。
【0080】
この記録材Pの挟持搬送過程において、加熱ヒータ11の熱が定着フィルム13を介して記録材に付与され、記録材P上の未定着トナー画像tが熱圧定着される。
【0081】
記録材Pは定着ニップ部Nを通過すると定着フィルム13の外面から曲率分離して不図示の排出トレイ上に排出される。
【0082】
(3)加熱ヒータ11および通電制御
図3の(a)は加熱ヒータ11の拡大横断面図、(b)は背面側の平面模型図、(c)は普通サイズ紙発熱体と小サイズ紙発熱体のパターン模型図である。
【0083】
この加熱ヒータ11は前述した図11と同様の構成のゾーンヒーティング型・背面加熱型のセラミックヒータである。
【0084】
A4,LTR等の普通サイズ紙発熱体H1は通紙方向上流側に、封筒などの小サイズ紙発熱体H2は通紙方向下流側に配置してある。普通サイズ紙発熱体H1の長さ(通紙幅)Llと小サイズ紙発熱体H2の長さL2は前記したようにそれぞれ222mmと116mmである。
【0085】
普通サイズ紙発熱体H1の抵抗値Rlは、入力電圧が変動した場合でも電力不足を起こさず良好な定着性が得られ、かつ、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズレベルを抑えるために、13.4Ωとした。
【0086】
小サイズ紙発熱体H2の抵抗値R2は、通紙幅が狭いため抵抗値が低くなってしまうが、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズの制約があるため、発熱体幅W2を狭くすることによって普通サイズ紙発熱体H1と同じ値とした。
【0087】
よって、普通サイズ紙発熱体H1の幅Wlは3mm、抵抗値Rlは13.4Ω(100V入力時に約746W)、小サイズ紙発熱体H2の幅W2は、1.57mmとなる。
【0088】
尚、本実施例では小サイズ紙発熱体H2の抵抗値調整をヒータの製造工程簡略化のために、幅を変えることによって行ったが、発熱体材料を変えることによっても可能である。
【0089】
而して、このように複数の発熱体H1・H2を有するゾーンヒーティング型加熱ヒータについて、発熱体H1・H2にそれぞれ独立に通電した場合の通紙中の温度分布は前述したように図12のh1・h2のようになる。すなわち、発熱体H1を点灯した場合は、ヒータ基板内の温度がほぼ均一となるが、発熱体H2を点灯した場合は、ヒータ基板内で大きな温度勾配が生じてしまう。これは、定着ニップ部N内を紙が通過する際の加熱ヒータから紙への熱流束が通紙方向上流側と下流側で異なることによるものである。つまり、紙が定着ニップ部内を通過する間に温度が上昇するため、紙温度が低い上流側ではヒータから紙への熱流束は多く、紙温度が高い下流側では熱流束が少なくなるためである。したがって、下流側に発熱体H2を配置した場合は、特に定着ニップ部上下流側で温度勾配は大きくなる。
【0090】
図4は本発明にしたがって普通サイズ紙発熱体H1と小サイズ紙発熱体H2を通電デューティーを変えて通紙した場合の温度分布である。各発熱体H1とH2の単位長手長さ当たりの電力比を表1に、発熱体H1とH2の通電デューティーとその時の単位長手長さ当たりの電力比を表2にしました。
【0091】
【表1】
【0092】
【表2】
図4から分かるように、小サイズ紙発熱体H2を普通サイズ紙発熱体H1と同時に通電することによって、定着ニップ部Nの上流側の温度が上昇し、更に、発熱体H1とH2の単位長当たりの電力比を近づけることによってヒータ基板内温度がより均一になっていくことがわかる。
【0093】
表3に、小サイズ紙発熱体H2のみ通電した場合と、前記表2のデューティーで通電した場合の小サイズ紙定着性と温度検知部材としてのサーミスタ14の取り付け公差により生じる検知温度誤差を示す。
【0094】
【表3】
表3より、小サイズ紙通紙時に普通サイズ紙発熱体H1にも通電することにより、小サイズ紙の定着性を向上させることができ、更に、サーミスタ14の取り付け公差内での温度バラツキも小さくすることができることがわかる。
【0095】
この結果から、良好な小サイズ紙定着性を得ることができ、且つ、サーミスタの検知温度誤差を10deg程度に押さえるためには、単位長手長さ当たりの電力比をH1/H2≧0.5程度にするのが好ましい。
【0096】
しかし、図5で示すように普通サイズ紙発熱体H1と小サイズ紙発熱体H2の通電デューティーを変えること等によって単位長手長さ当たりの電力比も変わり、同様に通紙部と非通紙部の電力比も変わるため、非通紙部昇温にも影響を与える。表4は前記表2中の各通電デューティーでの通紙部と非通紙部の電力比と非通紙昇温の関係を示したものである。尚、端部昇温はcom10封筒を16ppmのスループットで75枚連続通紙したときの温度である。
【0097】
【表4】
表4から、封筒をフルスループット(16ppm)で通紙するためには、電力比が通紙部/非通紙部≧1.95程度である必要があるが、通紙部/非通紙部≧1.4程度であれば実用的に問題のないレベル(普通サイズ紙スループットの2/3程度のスループットダウンを許容)である。
【0098】
また、本実施例では、背面加熱型の加熱ヒータ11を用いたが、AlN基板を用いた従来型(表面加熱型)の加熱ヒータを用いた場合でも同様の効果が得られた。
【0099】
以上のように、小サイズ紙通紙時に普通サイズ紙発熱体H1と小サイズ紙発熱体H2を0.5≦H1/H2≦2.5程度の電力比で点灯させることによって、小サイズ紙の定着性を向上させることができ、且つ、サーミスタ14の取り付け位置ずれによる温度検知誤差を減少させることができる。
【0100】
〈第2の実施例〉(図6)
本実施例では、装置をA4縦24ppm、プロセススピード151mm/sにスピードアップした。スピードアップに伴い、普通サイズ紙通紙時の消費電力を第1の実施例の746Wから880Wヘアップさせる必要があり、フリッカーや高調波歪み等の増大が問題となった。
【0101】
そこで、図6の(a)または(b)のように、普通サイズ紙発熱体をH1とH1′の2本に分割し、それぞれONタイミングをずらして独立に駆動させることにより、フリッカー等の電気ノイズを低減させる構成とした。
【0102】
普通サイズ紙発熱体H1とH1′の配置の方法としては、図6の(a)のように通紙方向上流側から下流側に普通サイズ紙発熱体H1−小サイズ紙発熱体H2−普通サイズ紙発熱体H1′の配列と、(b)のように普通サイズ紙発熱体H1−普通サイズ紙発熱体H1′−小サイズ紙発熱体H2の配列の2通り可能であり、どちらも同様の効果が得られる。ただ(b)の配置の場合は、配線パターン同士間の距離dを配線一発熱体間、発熱体一発熱体間の距離より多くとる必要があり(発熱体による電圧降下がないため大きな電位差がかかるため)、ヒータ基板幅としては広くなり、コスト高となる傾向にある。
【0103】
本実施例では(a)の配置を例に説明する。尚、その他の条件は、前記第1の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。
【0104】
本構成においても、小サイズ紙発熱体H2のみに通電した場合、前記と同様な問題が発生する。
【0105】
そこで、本実施例では、普通サイズ紙通紙時は発熱体H1とH1′、小サイズ紙通紙時は、発熱体H1とH2に通電する。この場合、前記第1の実施例で述べたように定着ニップ部Nの上流側と下流側では、紙への熱流束が異なるため、発熱体H1とH1′を同じ電力比で点灯した場合にはヒータ基板内温度は均一にはならない。
【0106】
表5に発熱体H1とH1′の電力比を変えて通電した場合に、サーミスタ14の取り付け公差によって生じる検知温度の誤差を示す。
【0107】
【表5】
表5から分かるように、電力比H1/H1′が1.5以上程度とすることで、定着ニップ部内温度がほぼ均一になり、サーミスタ14の位置ずれによる検知誤差を10℃程度とすることができる。
【0108】
また、H1/H1′を2とし、小サイズ紙通紙時は、発熱体H1とH2を通電デューティーH1:H2=2:1(単位長手長さ当たりの電力比が、H1/H2=0.65、通紙部:非通紙部=2.5:1)で制御することにより、前記第1の実施例と同様に良好な小サイズ紙の定着性を得ることができ、且つ、サーミスタ14の位置ずれによる検知温度ずれを低減させることができた。
【0109】
以上のように、本構成によりプリント速度の増大により消費電力がアップした場合でも、フリッカーや高調波歪み等の電気ノイズを増加させることなく、温度制御用の温度検知素子14の位置ずれによる検知誤差を低減することができ、且つ、小サイズ紙の定着性を向上させることができる。
【0110】
〈第3の実施例〉(図7・図8)
本実施例では、前記第2の実施例の加熱ヒータにおいて、小サイズ紙通紙時に通電しない発熱体H1′の両端部を図7のe・eのように絞り部とすることで該発熱体H1′の両端部の発熱量をアップさせる構成とした。尚、その他の条件は前記第2の実施例と同様であり、再度の説明は省略する。
【0111】
通常、印字可能領域(定着可能領域)は紙両端から5mm内側からであるが、近年、紙の最端部付近まで印字する需要があり、そのためには図8のような定着装置端部の放熱による温度だれを考慮し、定着装置の幅を広げる必要がある。しかし、それはプリンタのサイズアップにつながってしまう。
【0112】
そこで、本実施例では紙の最端部の定着性を定着装置の幅を広げることなく、向上させるために小サイズ紙通紙時に通電しない発熱体H1′の端部の発熱体の発熱量をアップさせる構成とした。これにより、小サイズ紙通紙時の非通紙部昇温を悪化させることなく、紙最端部までの定着が可能となる。
【0113】
表6に発熱体H1′の端部発熱量アップ量と紙最端部の定着性の関係をを示す。尚、今回は発熱量の制御は中央部と端部の発熱体幅を変えることによって抵抗値を変えて行ったが、発熱体材料を変えることによっても可能である。
【0114】
【表6】
表6からわかるように、発熱体H1′の端部発熱量を8%程度アップする事によって、紙全面の定着が可能となった。また、小サイズ紙定着性及びサーミスタ検知温度誤差についても、前記第2の実施例と同様な効果が得られた。
【0115】
以上のように、普通サイズ紙発熱体H1・H1′のうち、小サイズ紙発熱体H2と同時に点灯させない発熱体H1′の端部発熱量をアップさせることにより、良好な端部定着性を得ることができると同時に、良好な小サイズ紙定着性とサーミスタ検知温度ずれを小さくすることができる。
【0116】
〈その他〉
1)加熱ヒータ11は実施例の背面加熱型に限られず、従来型(表面加熱型)であってもよい。
【0117】
2)記録材Pの通紙基準は片側基準にすることも勿論できる。
【0118】
3)本発明の像加熱装置は各実施例の定着装置に限らず、画像を担持した記録材を加熱して艶等の表面性を改質する装置、仮定着する装置等の像加熱装置、その他、被加熱材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置など、広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として使用できる。
【0119】
4)記録材Pに対する未定着トナー画像tの形成原理・プロセスに限定はなく任意である。
【0120】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、長さの異なる複数の発熱体を有する加熱体を用いたゾーンヒーティングのフィルム加熱方式の像加熱装置、及び該像加熱装置を備えた画像形成装置について、良好な小サイズ紙定着性を得られると同時に、温度検知部材の取り付け公差によって生じる検知温度ずれを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施例における画像形成装置例の概略構成図
【図2】 定着装置の横断面模型図
【図3】 加熱体の構成説明図
【図4】 発熱体H1とH2を共に通電したときの定着ニップ部幅方向の温度分布を表す図
【図5】 発熱体H1とH2の電力比と通紙部・非通紙部の電力比の関係を表す図
【図6】 (a)と(b)はそれぞれ第2の実施例における加熱体の構成をを表す図
【図7】 第3の実施例における加熱体の構成を表す図
【図8】 端部温度だれを表す図
【図9】 フィルム加熱方式の像加熱装置(加熱定着装置)の一例の要部の概略構成図
【図10】 加熱体(表面加熱型)の構成説明図
【図11】 背面加熱型の加熱体の構成説明図
【図12】 発熱体H1とH2に独立に通電したときの定着ニップ部幅方向の温度分布を表す図
【符号の説明】
11‥‥加熱体(加熱ヒータ)、11a‥‥セラミック基板、11b‥‥発熱体、H1‥‥普通サイズ紙発熱体、H2‥‥小サイズ紙発熱体、11c‥‥薄肉ガラス保護層、12‥‥ステイホルダー、13‥‥薄肉フィルム(定着フィルム)、14‥‥温度検知素子(サーミスタ)、15‥‥サーモプロテクター、20‥‥加圧ローラ
Claims (5)
- 基板に通電により発熱する発熱体が設けられた加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し他方の面が画像を担持した記録材と接し共に移動するフィルムと、を有し、フィルムを介した加熱体からの熱により記録材上の画像を加熱する像加熱装置において、
上記加熱体は、長さの異なる複数の発熱体を基板の通紙方向に順次配置してなり、通紙方向上流側に最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体H1を、それよりも通紙方向下流側に最大通紙幅よりも小さい通紙幅に対応する長さの小通紙幅発熱体H2を設け、小通紙幅記録材通紙時は最大通紙幅発熱体H1と小通紙幅発熱体H2に
0.5≦H1/H2≦2.5
の電力比で通電することを特徴とする像加熱装置。 - 上記加熱体は、最大通紙幅に対応する長さの最大通紙幅発熱体を複数もち、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、これよりも通紙方向上流側に位置する最大通紙幅発熱体の少なくとも一方に上記の電力比で通電することを特徴とする請求項1に記載の像加熱装置。
- 上記複数の最大通紙幅発熱体のうち、少なくとも一方の最大通紙幅発熱体の両端部発熱量を中央より高くし、小通紙幅記録材通紙時は、小通紙幅発熱体と、他方の最大通紙幅発熱体とに上記の電力比で通電することを特徴とする請求項2に記載の像加熱装置。
- 上記加熱体にフィルムを挟んで圧接して加熱ニップを形成する加圧部材を有することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の像加熱装置。
- 記録材上に未定着画像を形成する画像形成手段と、その未定着画像を記録材上に永久画像として定着させる加熱定着手段を有する画像形成装置において、
上記加熱定着手段が請求項1ないし4の何れか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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