JP4125023B2

JP4125023B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4125023B2
Application number: JP2002062142A
Authority: JP
Inventors: 悟伊澤; 伸治橋口; 裕子田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: JP2002341682A; US20030029853A1; US6713725B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
像加熱装置の一つである定着装置として、内部にハロゲンヒータ４１を備えた定着ローラ４０と、この定着ローラとニップＮを形成する加圧ローラ５０と、を有し、ニップで画像を担持する記録材Ｐを挟持搬送し画像を記録材に加熱定着する構成に代表されるヒートローラ式のもの（図９）や、セラミック基板に発熱抵抗層を設けたヒータ６１と、このヒータに接触しながら移動する耐熱フィルム６３と、フィルムを介してヒータとニップＮを形成する加圧ローラ５３と、を有る構成に代表されるフィルム式のもの（図１０）などが実用化されている。
【０００３】
図９の４４は定着ローラの温度を検知するサーミスタ、図１０の６４はヒータの温度を検知するサー−ミスタ、６２はヒータを保持するホルダである。
【０００４】
特に、フィルム式のものは熱容量が小さいので、消費電力が小さくプリント待ち時間も短いという利点を有し、採用機種が増えている。
【０００５】
このようなフィルム式の定着装置は、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５号公報、特開平４−２０４９８０号公報で提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フィルム加熱方式の加熱定着装置では、スタンバイ中のヒータへの通電を必要とせず、画像形成装置がプリント信号を受信してから、ヒータへの通電を行っても記録材が加熱定着装置に到達するまでに加熱可能な状態にすることが可能である。よって省エネの観点からフィルム加熱方式の加熱定着装置はエネルギを無駄にしない、優れた加熱定着装置となる。
【０００７】
しかし、定着フィルムを用いた加熱定着装置ではクイックスタート性を満足するために、出来る限り熱容量を抑えた構成となっている。このため、長手方向への熱伝導性が悪く、不均一な温度分布を維持し易い。特に、フィルム加熱方式の加熱定着装置では、以下の２つの課題ａ）とｂ）がある。それぞれの事象について図１２を用いて説明する。
【０００８】
ａ）初期温度分布
加熱定着装置が十分に室温状態に近い状態からプリント動作が開始された場合、装置全体が冷えた状態にあるため、加熱用のヒータの通電発熱抵抗層への通電によって発熱した熱は、定着ニップ部を加熱するが、同時に長手方向端部へ放熱してしまう。このため、図１２に示したように初期温度分布としては、長手位置の中央付近（グラフの横軸の０ｍｍ付近）では、均一な温度分布が保たれているにもかかわらず、端部では熱の逃げによって温度が低くなってしまっている。
【０００９】
このため、幅広の記録材上の未定着トナー像を加熱定着する場合、記録材端部の定着性能が中央部付近の定着性能に対して劣ってしまう等の課題がある。
【００１０】
これを回避するために、ヒータの発熱領域を記録材が搬送される幅より広げたり、端部の通電発熱抵抗層の抵抗を高く設定することで、端部をより発熱させることで対処する方法があるが、通電発熱抵抗層の幅を広げた場合、装置全体の大きさが大きくなる等の問題がある。
【００１１】
また、記録材の搬送領域からはみ出した領域を広くしたり、端部の発熱量を大きくした場合、プリント開始初期は端部まで十分な定着性能が得られるが、連続して加熱定着した場合、以下のｂ）のような課題が発生する。
【００１２】
ｂ）連続定着時温度分布
加熱用のヒータの通電発熱抵抗層への通電によって発生した熱量を定着フィルムを介して記録材に与えるが、記録材が搬送されている領域と搬送されていない領域では、連続加熱定着している場合には、昇温の度合いが異なる。
【００１３】
すなわち、記録材が搬送される領域では通電発熱抵抗層で発した熱は記録材上のトナーを溶融、定着するために消費されるが、記録材が搬送されない領域では、ダイレクトに加圧ローラを加熱し、通電発熱抵抗層で発した熱は記録材によって消費されないため、徐々に熱量が蓄積し、図１２に示すように初期温度分布では落ち込んでいた長手方向端部も、徐々に加熱され、図の連続通紙時温度分布のように、中央付近は初期と同様にほぼ一定の温度分布であるにもかかわらず、端部においては、異常に昇温した状態となってしまう。
【００１４】
特に記録材の搬送領域より通電発熱抵抗層の長さを長くして通電発熱抵抗層のはみ出した領域を広くしたり、通電発熱抵抗層に抵抗分布を持たせ、端部の発熱量を増やした場合には、連続加熱時の端部の昇温は激しくなる。
【００１５】
さらに、画像形成装置の高速化によって、通電発熱抵抗層で消費する電力が多くなってくると、記録材の搬送領域と非搬送領域での温度差はより顕著になってくる。すなわち、一定時間に加熱定着する記録材の量が画像形成装置の高速化に伴って多くなるため、投入電力も多く必要になることから、特に高速化に対して、非搬送部での昇温は大きくなってしまう。
【００１６】
非通紙部での異常な昇温は、該当部分での部材の耐熱グレードを高いものにしなくてはならず、また、定着フィルムの内面の劣化や、電極での給電の安定性を損なう等の問題を招く恐れがある。
【００１７】
以上、フィルム加熱方式の加熱定着装置では、クイックスタート性を重視するために、出来る限り熱容量を小さく抑えており、長手方向の熱伝導性が悪く、記録材の搬送される領域と通電発熱抵抗層の発熱領域の関係から、ａ）初期は端部での熱不足、ｂ）連続加熱定着時には、端部での異常昇温が発生してしまう。よって今までのところ、クイックスタート性を確保し、かつ初期の端部定着性能、連続加熱定着時の非搬送部の昇温防止の全てを達成する手段は見つかっていない。また、画像形成装置の高速化に対して、上記課題がネックになっている。
【００１８】
本発明は、上述の課題に鑑み成されたものであり、その目的は非通紙部の過昇温を抑えることができる定着装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、複数枚の記録材を連続して加熱する際の初期枚数における端部熱量不足を補える定着装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の更なる目的は添付図面を参照しつつ以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
【００２１】
【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定着装置である。
【００２２】
（１）記録材搬送方向に対して直交する方向に細長い基板と、前記基板上にその長手方向に沿って設けられている第１の通電発熱抵抗層と、前記第１の通電発熱抵抗層より前記長手方向に長く、前記長手方向両端部の単位長さ当りの抵抗値が中央部より高い第２の通電発熱抵抗層と、を有する加熱用ヒータと、内面に前記加熱用ヒータが接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱用ヒータと共に記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着するニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、複数枚の記録材を連続して加熱する時、前記第１の通電発熱抵抗層に対する前記第２の通電発熱抵抗層への通電比率が徐々に下がる制御を有する定着装置であって、
複数枚の記録材を連続して定着する際に通電比率が下がる前記第２の通電発熱抵抗層が前記第１の通電発熱抵抗層に対して記録材搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする定着装置。
【００２３】
（２）前記装置は更に、記録材の種類に応じて前記通電比率が設定されていることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００２４】
（３）前記装置は更に、記録材のサイズに応じて前記通電比率が設定されていることを特徴とする（１）に記載の定着装置。
【００５６】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施例〉
（１）画像形成装置例
図１に本実施例における画像形成装置の概略構成図を示した。
【００５７】
１は感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。
【００５８】
感光ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。
【００５９】
次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３による走査露光が施され、静電潜像が形成される。
【００６０】
この静電潜像は、現像装置４で現像、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。
【００６１】
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ８にて記録材Ｐの先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。
【００６２】
このトナー像が転写された記録材Ｐは加熱定着装置６へと搬送され、定着される。
【００６３】
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。
【００６４】
（２）加熱定着装置６図２・図３に本実施例の加熱定着装置６の構成を示す。図２は横断面模型図、図３は縦断面模型図である。基本的には前述した図１０の加圧ローラ駆動方式・フィルム加熱方式の加熱定着装置と同様である。
【００６５】
１０は定着部材であり、定着フィルム１３、加熱用ヒータ１１、断熱ステイホルダー１２等の部材から構成される。２０は加圧部材としての弾性加圧ローラであり、定着フィルム１３を介して加熱用ヒータ１１と共に記録材Ｐを挟持搬送するニップ部Ｎを形成する。
【００６６】
定着部材１０の加熱用ヒータ１１を保持する断熱ステイホルダー１２の端部より加圧バネ１７によって加熱用ヒータ１１と加圧ローラ２０間に所定の加圧力を付与している。これにより、記録材上のトナー像を加熱溶融させる定着ニップ部Ｎを形成している。また、サーミスタ等の温度検知素子１４は記録材の大きさに係わらず、中央付近の記録材が搬送される領域の加熱用ヒータ背面に配置されており、加熱用ヒータ１１の温度制御を行っている。
【００６７】
(i)定着フィルム１３
定着フィルム１３は熱容量の小さなフィルム部材であり、クイックスタートを可能にするために総厚１００μｍ以下の厚みの耐熱性フィルムである。基層としてポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂、あるいは耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｎ等の金属部材を単独ないし複合して形成してある。樹脂製の基層の場合には、熱伝導性を向上するために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入してあっても良い。また、長寿命の定着フィルム１３を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた基層として、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。
【００６８】
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ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、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離型性層を被覆してある。
【００６９】
被覆の方法としては、基層の外面をエッチング処理した後に離型性層をディッピング、粉体スプレー等の塗布によるものや、あるいはチューブ状に形成されたものを基層の表面に被せる方式のものであっても良い。または、基層の外面に接着剤であるプライマー層を塗布し、離型性層を被覆する方法であっても良い。
【００７０】
また、加熱用ヒータと接触する定着フィルム１３内面に潤滑性の高いフッ素樹脂層等を形成してあっても良い。
【００７１】
(ii)加熱用ヒータ１１
加熱用ヒータ１１は上記定着フィルム基層を基材としてなる定着フィルム１３の内部に具備され、定着ニップ部Ｎにおいて該加熱用ヒータ１１を定着フィルム１３の内面に接触することにより定着ニップ部Ｎに搬送された記録材Ｐ上のトナー像を溶融、定着させるニップ部の加熱を行う。本発明に係わる加熱用ヒータ１１および定着ニップ部近傍の詳細は（３）項で詳述する。
【００７２】
(iii)断熱ステイホルダー１２
断熱ステイホルダー１２は加熱用ヒータ１１を保持し、ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐための部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成されており、定着フィルム１３が余裕をもってルーズに外嵌されていて、矢印の方向に回転自在に配置されている。
【００７３】
また、定着フィルム１３は内部の加熱用ヒータ１１および断熱ステイホルダー１２に摺擦しながら回転するため、加熱用ヒータ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。このため加熱用ヒータ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。
【００７４】
(iv)加圧ローラ２０
加圧部材としての加圧ローラ２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金２１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、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】
加圧ローラ２０は上記の定着部材１０の方向に加圧手段１７により、長手方向両端部から加熱定着に必要なニップ部Ｎを形成するべく十分に加圧されている。また、加圧ローラ２０の金属芯金２１の長手方向端部より、不図示の駆動手段により回転駆動される。
【００７６】
この結果、断熱ステイホルダー１２の外周面に余裕をもってルーズに外嵌されている定着フィルム１３は加圧ローラ２０の外周面により摩擦力で従動回転させられる。
【００７７】
以上が加熱定着装置６の構成であるが、記録材Ｐは不図示の供給手段によって適宜供給され、耐熱性の定着入口ガイド１５に沿って加熱部材１０と加圧部材２０によって形成される定着ニップ部Ｎ内に搬送される。その後、定着ニップ部Ｎより排出された記録材Ｐは耐熱性の不図示の定着排紙ガイドに案内されて不図示の排出トレイ上に排出される。
【００７８】
（３）加熱用ヒータ１１
ここで本発明に係わる加熱用ヒータ１１および定着ニップ部近傍の詳細な構成を図４・図５を用いて説明する。
【００７９】
本実施例の加熱用ヒータ１１は裏面加熱型の構造である。すなわち、１１ａはアルミナ・ＡｌＮ（窒化アルミ）等のセラミック材料より形成される高熱伝導性基板であり、加圧ローラ２０との間で形成される定着ニップ部Ｎの幅より幅が広く形成してある。基板１１ａは記録材搬送方向に対して直交する方向に細長い。
【００８０】
また、高熱伝導基板１１ａの定着ニップ部Ｎと反対側に、長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、Ｎｉ／Ｃｒ、ＲｕＯ_２、Ｔａ_２Ｎ、ＴａＳｉＯ_２等の導電剤とガラス、ポリイミド等のマトリックス成分からなる少なくとも２系列の通電発熱抵抗層（第１の通電発熱抵抗層）１１ｂおよび通電発熱抵抗層（第２の通電発熱抵抗層）１１ｃをスクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、メッキ、金属箔等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状で弓状に塗工して形成する。第２の通電発熱抵抗層１１ｃは第１の通電発熱抵抗層１１ｂに対して記録材搬送方向下流側に設けられている。
【００８１】
また通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃの上には、耐熱性のポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ガラス等の絶縁性保護層１１ｄを形成してある。
【００８２】
また、定着ニップ部Ｎ側の定着フィルム１３と摺擦する部分には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂層を単独ないし、混合して被覆するか、あるいはグラファイト、二硫化モリブデン等からなる乾性被膜潤滑剤、ガラス、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）等を薄く塗布あるいは蒸着することによって形成された摺動層１１ｅを設けてあっても良い。
【００８３】
これにより、定着フィルム１３と加熱用ヒータ１１は低摩擦係数で滑らかに摺動することが可能になる。
【００８４】
あるいは、高熱伝導基板１１ａの定着フィルム１３と摺動する面の表面粗さを所定以下に抑え、潤滑性グリース等により摺動性を確保し、熱抵抗を小さく抑えることで熱効率を向上させる構成であっても良い。
【００８５】
以上により形成した加熱用ヒータ１１の反ニップ面側、すなわち通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃが形成された側を断熱ステイホルダー１２に接着もしくは不図示の保持部材で圧接させる。
【００８６】
また上記加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃ側には通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃの発熱に応じて昇温した加熱用ヒータ１１の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子１４が加熱用ヒータに所定の加圧力で圧接するよう配設されている。
【００８７】
この温度検知素子１４の信号に応じて、長手方向端部にある後述する電極部１１ｆ・１１ｇ・１１ｈから通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃに印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を略一定に保ち、記録材Ｐ上のトナー像を定着するのに必要な加熱を行う。
【００８８】
すなわち、温度検知素子１４の検知温度が目標温度を維持するように抵抗層１１ｂ、１１ｃへの通電を制御している。
【００８９】
図５において、高熱伝導基板１１ａの上に形成される通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃはそれぞれ長さＬ１、Ｌ２で形成され、それぞれの通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃは電極部１１ｆ、１１ｇ、１１ｈより不図示の電源より給電されることで独立に発熱する。
【００９０】
すなわち、通電発熱抵抗層１１ｂは電極部１１ｆおよび電極部１１ｇの間の給電により発熱し、通電発熱抵抗層１１ｃは電極部１１ｆおよび電極部１１ｈの間の給電により発熱する。
【００９１】
またそれぞれの通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃへの不図示の給電用電源はそれぞれ独立しており、通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃへの通電比率は変動可能である。
【００９２】
また、通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃのうち、記録材搬送方向下流側に配置した通電発熱抵抗層１１ｃは、長手方向で不均一な抵抗値分布を持っており、端部の単位長さあたりの抵抗値を中央部に比べて高くなるように形成してある。抵抗層１１ｂの抵抗値分布は長手方向に亘り均一である。
【００９３】
すなわち、図５の通電発熱抵抗層１１ｃは長さＬ２の両端部Ｌ３の長さにおいて、同一ペーストの通電発熱抵抗層１１ｃの幅を絞ることによって長さＬ３だけ中央付近に比べて単位長さあたりの抵抗値を高く設定してある。
【００９４】
これにより、抵抗層１１ｃの端部の単位長さ当たりの抵抗値は抵抗層１１ｂの端部の単位長さ当たりの抵抗値より大きくなっている。また、抵抗層１１ｃは抵抗層１１ｂよりも長い。
【００９５】
なお図５では、幅を変えることによって単位長さあたりの抵抗値を変えているが、ペーストを変えることによって抵抗値分布をもたせても良いことは言うまでもない。
【００９６】
また、図５において、記録材Ｐの最大搬送幅Ｄ１に対して通電発熱抵抗層１１ｂはほぼ同等の長さで形成してあり、通電発熱抵抗層１１ｃは若干長くなるように形成してある。
【００９７】
サーミスタ等の温度検知素子１４は記録材Ｐの大きさに係わらず、中央付近の記録材が搬送される領域の加熱用ヒータ背面に配置されており、加熱用ヒータの温度制御を行っている。
【００９８】
以上の構成で、加熱用ヒータ１１の温度分布を測定した。実験に用いた構成は以下の通りである。
【００９９】
まず基本的構成として、加熱用ヒータ１１は、その基板１１ａとして幅１０ｍｍの高熱伝導性ＡｌＮ基板を用い、ＡｌＮ基板上の定着ニップ部Ｎと反対側に加熱用ヒータ発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃとしてＡｇ／Ｐｄの導電剤とマトリックス成分としての燐酸系ガラスの混合物を有機溶剤、バインダー、分散剤等と混合してペースト状にしたものをスクリーン印刷して６００℃で焼成したものを用いた。通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃは図４・図５に示したように２系列形成し、１系列は長手方向に渡って単位長さあたりの抵抗値が同一の幅Ｌ１＝２１６ｍｍであり、もう１系列は、長さＬ２＝２２２ｍｍで、両端部の距離Ｌ３＝２０ｍｍの単位長さあたりの抵抗値を中央付近の単位長さあたりの抵抗値に対して１４０％に形成した。また、ＡｌＮ基板１１ａの定着ニップ部Ｎ側には摺動層１１ｅとして燐酸系ガラスを１０μｍの厚みでスクリーン印刷により形成した。
【０１００】
また、それぞれの通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃの抵抗値の比は２：３となるように形成した。この結果、同等のディーティー比で通電発熱抵抗層への通電を行った場合、上流側の通電発熱抵抗層１１ｂによる発熱量と下流側の通電発熱抵抗層１１ｃによる発熱量の比は３：２となるように構成した。
【０１０１】
また、定着フィルム１３は、内径２４ｍｍ、厚み５０μｍの円筒状シームレスポリイミドにプライマー層を５μｍ、ＰＦＡ樹脂を１０μｍディッピングにより塗布することによって外径２４．１３ｍｍの円筒状に形成した。
【０１０２】
また、加圧ローラ２０は、Ａｌ芯金２０ｍｍにシリコンゴム層を厚み５ｍｍで形成し、さらに外層にはＰＦＡチューブを被覆した。
【０１０３】
実験では、画像形成装置の記録材搬送スピードが２００ｍｍ／ｓｅｃとなるように設定しており、各通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃへの通電比率を連続して加熱定着される記録材Ｐの枚数に応じて下表のように変動させて、加熱用ヒータ１１の温度分布を測定した。
【０１０４】
なお、表中の通電比率は長手に渡って単位長さの抵抗値が同等である通電発熱抵抗層１１ｂの通電比率に対する通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比で示している。すなわち、割合が大きいほど、端部での消費電力が多い通電発熱抵抗層１１ｃへの通電の度合いが多くなるため、加熱用ヒータ１１の長手方向両端部での発熱量が多くなる。
【０１０５】
また、加熱定着した記録材Ｐは図５に示すような最大搬送幅Ｄ１より若干幅の狭いＤ２の幅を有する厚み２００μｍの厚手のカット紙である。カット紙は５００枚連続して加熱定着させた。
【０１０６】
【表１】

【０１０７】
以上の通電比率で連続加熱定着した場合の加熱用ヒータ１１における長手方向の消費電力分布すなわち、抵抗層１１ｂと１１ｃを合わせた消費電力分布および温度分布測定結果を図６の（ａ）および（ｂ）に示す。
【０１０８】
（ａ）において、横軸は加熱用ヒータ１１の長手方向の位置であり、記録材搬送基準の中心を０ｍｍとして、左右にそれぞれ１０８ｍｍ、１１１ｍｍの各ヒータに対して、消費される単位長さあたりの電力の合計を縦軸に示している。図の結果より、初期は端部の発熱量の大きなヒータへの通電比率が高いため、端部において、消費電力が大きくなっており、一方、連続通紙時（５００枚目）の消費電力では、端部の消費電力が中央部に対して若干大きくなるように通電されている。
【０１０９】
また、このときの加熱用ヒータ１１の温度分布は（ｂ）に示す。横軸は加熱用ヒータ１１の長手方向の位置であり、記録材搬送基準の中心を０ｍｍとして左右にそれぞれ５ｍｍおきに１２０ｍｍまで熱電対にて測定した。また、縦軸は各測定点における測定温度である。グラフ中の初期温度分布とは、１枚目のカット紙を加熱定着装置に突入させる際の温度分布であり、一方連続通紙時温度分布とは、５００枚目のカット紙が加熱定着装置に突入する際の温度分布である。
【０１１０】
図より、初期温度分布では、若干長手方向端部の温度が下がっているものの、略均一な温度分布を保っており、端部定着性能も十分であった。また、連続通紙時の温度分布においても、カット紙が通過しない領域の昇温を抑えられており、問題の起こらない程度の昇温に抑えられている。特に従来例の図１２と比較すると、効果は顕著であり、画像形成装置の高速化に伴って懸念される初期端部定着性確保と連続加熱定着時の端部異常昇温防止の双方を達成する加熱定着装置を提供することが可能となる。
【０１１１】
また、上述では記録材Ｐの枚数に応じて各通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃへの通電比率を変動させることにより、長手方向の温度分布均一化を図っているが、以下に示す方法でも同様の効果が得られる。
【０１１２】
すなわち図３において、加熱用ヒータ１１の端部背面に設けたサーミスタ等の第２の温度検知素子１８によって加熱用ヒータ端部の温度を監視する。この温度に応じて、図４・図５に示した２系列の通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃへの通電比率を変動させる。すなわち、加熱用ヒータ中央付近の第１の温度検知素子１４と加熱用ヒータ端部に配置した第２の温度検知素子１８の温度差より、加熱用ヒータ端部の温度が低い場合には、端部の発熱量が多い通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を高め、一方、端部の温度が高い場合には端部の温度を所定温度以下に抑えるように端部の発熱量が多い通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を下げていく。これにより、加熱用ヒータ端部の温度を直接検出することから、初期の端部定着性を確保し、連続加熱定着時に加熱用ヒータ端部が異常昇温に至ることを確実に回避することが可能になる。
【０１１３】
また、通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃへの通電パターンを変えた場合の加熱用ヒータの幅方向（記録材搬送方向）の温度分布を測定した。測定結果を図１３に示す。なお、図中の横軸はニップ中心を０とし、マイナス側が上流側、プラス側が下流側を意味し、温度制御用のサーミスタ１４は１．２ｍｍの場所に配置してある。
【０１１４】
図より、上流側通電発熱抵抗層１１ｂのみ通電した場合と１１ｂおよび１１ｃ双方に通電した場合では、加熱用ヒータの幅方向に渡って略均一な温度分布となっていることがわかる。サーミスタ配置位置の付近も安定した温度となっている。
【０１１５】
一方下流側に位置した通電発熱抵抗層１１ｃにのみ通電加熱した場合には、ニップ下流に温度ピークがあり、サーミスタ配置位置の付近での温度変化が大きい。
【０１１６】
また、それぞれの場合に温調温度設定を振って定着性能および高温オフセットのマージンを確認したところ、下流側に位置する１１ｃのみへの通電による加熱の場合にはマージンがほとんど得られなくなってしまうことがわかった。
【０１１７】
以上のことから、連続搬送された記録材を加熱定着する場合（複数枚の記録材を連続して加熱する時）に、複数本の通電発熱抵抗層を形成した加熱用ヒータでは、通電比率を徐々に下げる通電発熱抵抗層即ち抵抗層１１ｃは下流側に形成してあった方が好ましいことがわかる。これは、記録材の搬送により加熱用ヒータで発生した熱量が下流側へ流されることに起因する。よって端部の発熱量が大きくなるように形成された通電発熱抵抗層を他の通電発熱抵抗層より記録材搬送方向の下流側に配置し、連続搬送された記録材を加熱定着する場合には、端部の発熱量が大きい通電発熱抵抗層の通電比率を徐々に下げることが望ましい。
【０１１８】
また、加熱用ヒータ１１の構成としては、図７に示すように少なくとも１系列が端部のみ加熱する通電発熱抵抗層１１ｃ'であっても同様の効果が得られる。すなわち図７において、給電用電極１１ｆおよび１１ｈ間の通電によって発熱される通電発熱抵抗層１１ｃ'を加熱用ヒータ両端部のみ設け、両端部の通電発熱抵抗層１１ｃ'間を導通部１１ｉで接続することによって、両端部のみ加熱される通電発熱抵抗層１１ｃ'を形成する。
【０１１９】
その他、加熱用ヒータ長手方向において、少なくとも１系列が通電により発熱量の分布を持つ構成で、端部に発熱量が多くなる構成であり、かつ少なくとも複数の通電発熱抵抗層への通電によって、加熱用ヒータ長手方向に渡って端部の発熱量が中央部に比べて大きくなる制御モードを有しており、端部の発熱量が多くなる該通電発熱抵抗層と少なくとも他の１系列の通電発熱抵抗層への通電との通電比率が変動可能である構成であれば、通電発熱抵抗層のパターンはいずれのものでも構わない。
【０１２０】
例えば、図１４に示すように、３系列の通電発熱抵抗層とし、長手方向で発熱量がほぼ均一となる通電発熱抵抗層１１ｊを下流側に追加してあっても良い。この場合、電極部１１ｋと１１ｆの間の通電により１１ｊに通電することにより発熱させる。端部の発熱量が大きくなるように形成した通電発熱抵抗層１１ｃは通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｊに挟まれた状態となる。
【０１２１】
この加熱用ヒータを使用して連続して記録材を加熱定着する場合、通電発熱抵抗層１１ｃの通電比率を他の通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｊへの通電比率に対し徐々に低下させていく。
【０１２２】
これにより同様の効果が得られる。また、通電発熱抵抗層１１ｃの通電が少なくなった場合でも上下流側で通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｊにより加熱するため、加熱用ビータの記録材搬送方向の温度分布がより安定する。
【０１２３】
また、本実施例では、中央基準で記録材を搬送する画像形成装置で説明したが、片側端部を記録材搬送基準とする画像形成装置であっても、同様に反基準側端部の発熱量を多くした通電発熱抵抗層を少なくとも１系列形成することで、同様の効果を得られる。
【０１２４】
〈第２の実施例〉
以下に実施例２について説明する。装置全体の構成は前記実施例１で示した図１と同様であり、加熱定着装置６内の構成も前記実施例１で示した図２と同様であるため再度の説明を省く。
【０１２５】
本実施例では記録材Ｐの種類に応じて、加熱用ヒータ１１の第１と第２の通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃへの通電比率を変動し、各記録材の条件に合わせて最適な通電比率とすることで、初期の端部定着性能を確保した上で、連続加熱定着時の非搬送部での異常昇温を抑える。即ち、記録材のサイズに応じて通電比率が設定されている。
【０１２６】
本実施例の詳細を図５を用いて説明する。図５において、記録材Ｐの幅Ｄ１、Ｄ２およびＤ３に対して、加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃによる発熱により非搬送領域の昇温が異なる。すなわち、最大搬送幅のＤ１の場合、加熱用ヒータ１１の広い範囲から熱を与えられるため、非搬送領域での昇温スピードは比較的遅い。しかし、加熱定着装置６が十分冷えた状態からのプリント開始初期においては、加熱用ヒータ１１の端部への放熱が無視できず、端部定着性能が劣化する恐れがある。よって、最大搬送幅の記録材Ｐを加熱定着装置６が冷えた状態から加熱定着する場合には、端部の発熱量が多い通電発熱抵抗層１１ｃの通電比率を上げる時間を長く取る必要がある。
【０１２７】
また、幅の狭い、例えばＤ３の幅の記録材Ｐを加熱定着する際には、加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃの発熱領域は十分に広いので、端部への放熱を無視できる。よって例えば図５の通電発熱抵抗層１１ｂへの通電のみで加熱定着した場合でも端部が定着不良を起こすことはない。よって、初期から加熱用ヒータ１１の端部の発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を最小限にさげておくことが可能である。これにより、非搬送領域での異常昇温を抑えることが可能になる。
【０１２８】
また、最大搬送幅Ｄ１より若干狭い幅Ｄ２を有する記録材Ｐを加熱定着する場合には、加熱定着装置が冷えた状態からのプリント初期での端部への放熱は無視できなくなり、ある程度の比率で端部の発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃへの通電を行う必要がある。また、連続通紙時には、Ｄ２の幅からはみ出す通電発熱抵抗層１１ｃの幅が大きいので、非搬送部での昇温スピードが速い。このため、端部の発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を早い段階で下げる必要がある。
【０１２９】
以上の確認を行うため以下に示す実験を行った。実験に用いた装置構成は前記実施例１で示したものと同様であるため説明を省く。
【０１３０】
実験に用いた記録材Ｐは各５００枚のカット紙で幅は、それぞれＤ１＝２１６ｍｍ、Ｄ２＝２１０ｍｍ、Ｄ３＝１８４．２ｍｍであり、記録材Ｐの厚みは２００μｍで同一とし、記録材Ｐの表面性は同等の平滑性とした。
【０１３１】
また、記録材Ｐの搬送枚数に対する通電比率の変動方式を３種類設けた。通電比率の変動を変えた場合の実験結果を以下に示す。
【０１３２】
表中の端部定着性能の欄は、○が問題のない定着性、△が許容レベル、×が劣悪を意味する。また非搬送領域の異常昇温は、○が全く問題のない温度、△が許容温度、×が劣悪を意味する。
【０１３３】
幅Ｄ１およびＤ２の記録材に関しては、３４枚／分の枚数でプリントを実施し、幅Ｄ３の記録材に関しては、通電発熱抵抗層がはみ出している領域が広く非搬送部の昇温が厳しいことから、１５枚／分の枚数でプリントを実施した。
【０１３４】
表中の通電比率は前記実施例１と同様に長手に渡って単位長さの抵抗値が同等である通電発熱抵抗層１１ｂの通電比率に対する端部発熱量の多い通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比で示している。
【０１３５】
【表２】

【０１３６】
以上、実験の結果より加熱定着される記録材Ｐの幅により、端部での発熱量が大きい通電発熱抵抗層への通電比率の変動方法を最適化することで、各記録材Ｐに対して端部定着不良および、非搬送領域での異常昇温を防止した最適な加熱定着が行えることがわかる。
【０１３７】
特に記録材Ｐの幅が大きいほど端部での発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を高い状態で推移させた方が、良好な加熱定着が達成される。
【０１３８】
以上、本実施例では、記録材Ｐの幅に着目して通電比率を最適化する方式に関して説明したが、例えば、記録材Ｐの表面性、厚み等のパラメータによって長手方向で発熱分布の異なる通電発熱抵抗層への通電比率の変動方式を最適化させることは、良好な画像を提供し、装置の寿命を長くする手段となる。
【０１３９】
特に表面性の良好な記録材（表面粗さ小）の場合、加熱定着装置６のニップ部Ｎで記録材Ｐに熱が伝わりやすいため、加熱用ヒータ１１の消費電力が大きくなる。一方、表面性が良好なため、定着性能は良好となる。よって、端部の発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃの通電比率を絞ったとしても、記録材Ｐの端部定着性能を満足することが可能であり、かつ非搬送領域の昇温を抑えることが可能になる。
【０１４０】
〈第３の実施例〉
以下に実施例３について説明する。装置全体の構成は前記実施例１で示した図１と同様であり、加熱定着装置６内の構成も前記実施例１で示した図２と同様であるため再度の説明を省く。
【０１４１】
本実施例では加熱用ヒータ１１の両端部において異常昇温を防ぐ放熱部材を設ける。
【０１４２】
本実施例の長手方向断面の構成を図８を用いて説明する。図において、１６は加熱用ヒータ１１の端部への接触により余分な過熱を放熱するための放熱部材であり、熱伝導性の良好な金属部材、セラミック部材等から形成され、通常は加熱用ヒータ１１から離間しており、端部温度検知手段１８の温度が所定温度以上に達した時に不図示の電気クラッチ等のスイッチング素子等により加熱用ヒータ１１の端部に密着状態になるように所定圧力で当接させられる。
【０１４３】
前記実施例１および２の方式で加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃへの通電比率を最適化した場合でも、加熱定着される記録材Ｐの温度が極度に低い場合等、消費電力を多く必要になる場合には、加熱用ヒータ端部での発熱量が中央部に比べて大きくなる通電発熱抵抗層１１ｃへの通電比率を絞ることに限界が生じる。
【０１４４】
すなわち、通電発熱抵抗層の抵抗値を小さくしすぎると波数制御や位相制御等の温調制御時における電流の変動が大きくなり、フリッカーや高調波歪み等の問題が生じるため、ある程度電力を絞る必要がある。
【０１４５】
このような場合、１系列の通電発熱抵抗層の通電比率を下げすぎると、電力不足となり、温度制御不能状態となってしまう。
【０１４６】
よってこのような場合には、加熱用ヒータ端部での発熱量が大きい通電発熱抵抗層１１ｃへの通電をある程度行わなければならない。このような場合、もはや加熱用ヒータ１１の通電発熱抵抗層１１ｂ・１１ｃの構成および通電比率で非搬送領域の異常昇温を防止することが不可能になる。
【０１４７】
よって本実施例に示すように、端部温度検知手段１８によって所定温度を検知した場合には、放熱部材１６を直接加熱用ヒータ端部に当接させることで、放熱を行い異常昇温することを防止する。
【０１４８】
上記の各実施例においては、加熱用ヒータ１１は裏面加熱型として、基板１１ａに対して通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃを定着ニップ部Ｎと反対側に形成しているが、加熱用ヒータ１１は表面加熱型として、基板１１ａに対して通電発熱抵抗層１１ｂおよび１１ｃを定着ニップ部Ｎ側に形成してあっても良い。
【０１５０】
本発明は上述の実施例にとらわれるものではなく技術思想内のあらゆる変形が可能である。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数枚の記録材を連続して加熱する際の初期枚数における端部熱量不足や、連続加熱による非通紙部の過昇温を抑えつつ記録材搬送方向の温度分布を略均一な温度分布に保つことができる定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の像加熱装置を搭載したプリンタの概略構成図
【図２】加熱定着装置の概略構成図（横断面模型図）
【図３】加熱定着装置の概略構成図（縦断面模型図）
【図４】加熱用ヒータの概略構成図（横断面模型図）
【図５】加熱用ヒータの概略構成図（一部切り欠き裏面図）
【図６】（ａ）は加熱用ヒータの長手方向の消費電力分布図、（ｂ）は加熱用ヒータの長手方向温度分布図
【図７】加熱用ヒータの他の構成例の概略図（一部切り欠き裏面図）
【図８】実施例３における加熱定着装置の概略構成図（縦断面模型図）
【図９】従来例の加熱定着装置（ヒートローラ方式）の概略構成図
【図１０】従来例の加熱定着装置（フィルム加熱方式）の概略構成図
【図１１】従来例に係わる加熱用ヒータの概略構成図
【図１２】従来例に係わる加熱用ヒータ長手方向温度分布図
【図１３】通電する抵抗層を切換えた場合の記録材搬送方向におけるヒータ温度分布を示した図
【図１４】本発明に適用できる他のヒータの構成図
【符号の説明】
１１‥‥加熱用ヒータ
１２‥‥断熱ステイホルダー
１３‥‥定着フィルム
１４‥‥温度検知素子
１１ａおよび１１ｂ‥‥通電発熱抵抗層

Claims

記録材搬送方向に対して直交する方向に細長い基板と、前記基板上にその長手方向に沿って設けられている第１の通電発熱抵抗層と、前記第１の通電発熱抵抗層より前記長手方向に長く、前記長手方向両端部の単位長さ当りの抵抗値が中央部より高い第２の通電発熱抵抗層と、を有する加熱用ヒータと、内面に前記加熱用ヒータが接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱用ヒータと共に記録材を挟持搬送しつつ記録材上のトナー像を記録材に加熱定着するニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、複数枚の記録材を連続して加熱する時、前記第１の通電発熱抵抗層に対する前記第２の通電発熱抵抗層への通電比率が徐々に下がる制御を有する定着装置であって、
複数枚の記録材を連続して定着する際に通電比率が下がる前記第２の通電発熱抵抗層が前記第１の通電発熱抵抗層に対して記録材搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする定着装置。
前記装置は更に、記録材の種類に応じて前記通電比率が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記装置は更に、記録材のサイズに応じて前記通電比率が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。