JP4136216B2

JP4136216B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4136216B2
Application number: JP23511199A
Authority: JP
Inventors: 孝夫河津
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001060425A; US6516164B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを経て形成されるトナー像を記録紙上に定着させるための定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスを用いた従来の画像形成装置について説明する。
【０００３】
画像形成装置の像加熱手段としての熱定着装置は画像形成手段によって記録紙上に形成された未定着画像（トナー像）を転写紙上に定着させるものであり、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の熱定着装置やセラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の熱定着装置が知られている。
【０００４】
一般的に、セラミックヒータは発熱体がＡｌＮやＡ１₂ Ｏ₃ 等の絶縁基板の面上に形成されており、発熱体に電力が供給されることによって発熱する。この場合、電力制御手段はセラミックヒータ上或は近傍に配された温度検出素子によって検出されたヒータの温度に基づいて電力を制御している。尚、電力制御手段の不具合により熱定着装置が過昇温状態に至るのを防ぐための過昇温防止手段が設けられているが、この過昇温防止手段としては温度ヒューズ又はサーモスタットを使用することが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
絶縁基板上に発熱体が印刷形成されているセラミックヒータを用いた熱定着装置の過昇温防止手段としてサーモスタットを用い、該サーモスタットをセラミックヒータの絶縁基板上に当接させる場合、当接する感熱部が絶縁基板の幅よりも小さい必要がある。
【０００６】
一般的にサーモスタットは、バイメタルと、該バイメタルを保持するベース部材と、該ベース部材に保持された開閉可能な接点と、バイメタルを覆うようにベース部材に取り付けられた感熱面となるキャップで構成されており、その形状はバイメタルの形状と相似となるよう略円形とされていた。従って、セラミックヒータの絶縁基板上にサーモスタットを当接させる場合、サーモスタットとしては外形寸法が絶縁基板幅程度のものを使用していた。この場合、ベース部材に保持される接点を小さいスペースで構成する必要があり、十分な接点圧を得るために複雑な構成としていた。又、簡単な構成で十分な接点圧を得るためには、サーモスタットの外形寸法が大きくなり、このサーモスタットをセラミックヒータの絶縁基板上に当接させることが困難になっていた。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、セラミックヒータの絶縁基板の幅内に容易に当接し得るサーモスタットを有する定着装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための本発明は、円筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触しており前記定着フィルムの母線方向に細長いセラミックヒータと、前記定着フィルムの円筒内部であり且つ前記セラミックヒータの前記定着フィルム接触面に対して反対面側に配置されており前記セラミックヒータが異常昇温した際にその熱を感知して作動し前記セラミックヒータへの通電を遮断するサーモスタットと、前記定着フィルムを介して前記セラミックヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記サーモスタットが、固定端子と、前記固定端子に対して電気的に開閉可能な可動端子と、バイメタルと、前記バイメタルの反転動作によって前記可動端子を動かすガイドピンと、前記固定端子と前記可動端子を保持し前記バイメタルと前記ガイドピンを収容する絶縁性ベース部材と、前記バイメタルを覆うように前記絶縁性ベース部材に取り付けられている感熱キャップと、前記固定端子の接点と前記可動端子の接点を覆うように前記絶縁性ベース部材に取り付けられており前記絶縁性ベース部材の端子保持部分との組合せにより前記可動端子の可動スペースを形成しているカバーと、を有し、前記定着ニップ部で記録紙を搬送しつつ記録紙上の画像を記録紙に加熱定着する定着装置において、前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分が前記固定端子と前記可動端子を保持する端子保持部分よりも前記セラミックヒータ側に突出しており、前記絶縁性ベース部材の前記端子保持部分と前記カバーの組合せにより形成される前記可動スペースの形状が、その前記母線方向の幅が記録紙搬送方向の幅より大きな略直方体であり、前記可動スペースの前記母線方向の幅は前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分の前記母線方向の幅より大きく、前記固定端子と前記可動端子が前記母線方向に沿って配置されており、前記可動スペース内の前記可動端子の可動部の前記母線方向の長さが前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分の前記母線方向の幅より大きいことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は電子写真プロセスを用いた画像形成装置であるレーザプリンタの概略断面図である。
【００１４】
本実施の形態に係るレーザプリンタの本体１０１には、記録紙Ｓを収納するカセット１０２、該カセット１０２内の記録紙Ｓの有無を検知するカセット有無センサ１０３、カセット１０２内の記録紙Ｓのサイズを検知するカセットサイズセンサ（複数個のマクロスイッチで構成されている）１０４、カセット１０２から記録紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０５等が設けられている。そして、給紙ローラ１０５の下流には記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６が設けられている。
【００１５】
又、上記レジストローラ対１０６の下流にはレーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する画像形成部１０８が設けられている。そして、この画像形成部１０８の下流には、記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着装置１０９が設けられており、該定着装置１０９の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録が完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。尚、この記録紙Ｓの搬送基準は、記録紙Ｓの画像形成装置の搬送方向に直交する方向の長さ（つまり、記録紙Ｓの幅）に対して中央になるように設定されている。
【００１６】
又、前記レーザスキャナ部１０７は、後述する外部装置１３１から送出される画像信号（画像信号ＶＤＯ）に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３、このレーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査するためのポリゴンモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。
【００１７】
ところで、前記画像形成部１０８は、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム１１７、１次帯電ローラ１１９、現像装置１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等から構成されている。又、定着装置１０９は、定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム１０９ａの内部に設けられたセラミックヒータ１０９ｃ、該セラミックヒータ１０９ｃの表面温度を検出するサーミスタ１０９ｄから構成されている。
【００１８】
又、メインモータ１２３は、給紙ローラクラッチ１２４を介して給紙ローラ１０５に駆動力を与え、レジストローラクラッチ１２５を介してレジストローラ対１０６に駆動力を与えており、更に感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、定着装置１０９及び排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。
【００１９】
一方、１２６はエンジンコントローラであり、このエンジンコントローラ１２６は、レーザスキャナ部１０７、画像形成部１０８、定着装置１０９による電子写真プロセスの制御と本体１０１内の記録紙Ｓの搬送制御を行っている。
【００２０】
又、１２７はビデオコントローラであり、このビデオコントローラ１２７はパーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用のインターフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されており、この汎用インターフェース１３０から送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータをＶＤＯ信号としてエンジンコントローラ１２６へ送出している。
【００２１】
図２に定着装置１０９のセラミックヒータ１０９ｃの駆動及び制御回路を示す。
【００２２】
図２において、１は本画像形成装置を接続する交流電源であり、本画像形成装置は商用電源をＡＣフィルタ２を介してセラミックヒータ１０９ｃの発熱体３又は発熱体２０（図３及び図４参照）に供給することによって該発熱体３又は発熱体２０を発熱させる。この発熱体３への電力の供給はトライアック４によりＯＮ／ＯＦＦされる。抵抗５，６はトライアック４のためのバイアス抵抗であり、フォトトライアックカプラ７は一次と二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであり、このフォトトライアックカプラ７の発光ダイオードに通電することによりトライアック４がＯＮされる。又、抵抗８はフォトトライアックカプラ７の電流を制限するための抵抗であり、これはトランジスタ９によってＯＮ／ＯＦＦされる。トランジスタ９は抵抗１０を介してエンジンコントローラ１２６からのＯＮ信号に従って動作する。尚、図２には発熱体２０の駆動及び制御回路については図示しないが、発熱体２０も発熱体３と同様に駆動されて発熱する。
【００２３】
交流電源１からの商用電源はＡＣフィルタ２を介してゼロクロス検出回路１２に入力される。ゼロクロス検出回路１２では、商用電源電圧が或る閾値以下の電圧になっていることをエンジンコントローラ１２６に対してパルス信号として報知する。以下、エンジンコントローラ１２６に送出されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ１２６はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知し、位相制御又は波数制御によってトライアック４をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２４】
又、１０９ｄは発熱体３，２０が形成されているセラミックヒータ１０９ｃの温度を検知するためのサーミスタであり、このサーミスタ１０９ｄはセラミックヒータ１０９ｃ上に発熱体３，２０に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。このサーミスタ１０９ｄによって検出される温度は抵抗２２とサーミスタ１０９ｄとの分圧として検出され、エンジンコントローラ１２６にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミックヒータ１０９ｃの温度はＴＨ信号としてエンジンコントローラ１２６において監視され、エンジンコントローラ１２６の内部で設定されているセラミックヒータ１０９ｃの設定温度と比較することによってセラミックヒータ１０９ｃを構成する発熱体３又は２０に供給するべき電力を算出し、その供給する電力に対応した位相角（位相制御）又は波数（波数制御）に換算し、その制御条件によりエンジンコントローラ１２６がトランジスタ９にＯＮ信号を送出する。
【００２５】
発熱体３又は２０に電力を供給し制御する手段が故障して発熱体３又は２０が熱暴走に至った場合、過昇温を防止するためのサーモスイッチ２３（図３参照）がセラミックヒータ１０９ｃ上に配されている。電力供給制御手段の故障により発熱体３又は２０が熱暴走に至り、サーモスタット２３が所定の温度以上になると該サーモスタット２３がＯＰＥＮになり、発熱体３及び２０への通電が遮断される。
【００２６】
次に、セラミックヒータ１０９ｃとサーミスタ１０９ｄ及びサーモスタット２３の位置関係を図３及び図４に基づいて説明する。尚、図３（ａ），（ｂ）はセラミックヒータの平面図（図４の矢視Ａ方向の図）、底面図（図４の矢視Ｂ方向の図）、図４は図３（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【００２７】
セラミックヒータ１０９ｃは、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａ１₂ Ｏ₃ 等のセラミックス系の絶縁基板３１と、該絶縁基板３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体３及び２０と、これらの発熱体３，２０を保護しているガラス等の保護層３４から構成されている。そして、保護層３４上にセラミックヒータ１０９ｃの温度を検出するサーミスタ１０９ｄとサーモスタット２３が記録紙の搬送基準（つまり、発熱部３ａ及び３ｂの長さ方向の中心）に対して左右対称な位置であり、且つ、通紙可能な最小の記録紙幅よりも内側の位置に配設されている。尚、図３（ａ）においてＬ１，Ｌ２はそれぞれ発熱体３，２０の長さである。
【００２８】
発熱体３は、電力が供給されると発熱する部分３ａと、電極部３ｃ，３ｄと発熱体３を接続する導電部３ｂと、コネクタを介して電力が供給される電極部３ｃ，３ｄとで構成されている。
【００２９】
発熱体２０は、電力が供給されると発熱する部分２０ａと電極部３ｃ，２０ｄと接続される導電部２０ｂと、コネクタを介して電力が供給される電極部３ｃ，２０ｄとで構成されている。電極部３ｃは、発熱体３と２０の双方に接続されており、発熱体３，２０の共通の電極となっている。
【００３０】
共通電極３ｃには交流電源１のＨＯＴ側端子がサーモスタット２３を介して接続される。電極部３ｄは発熱体３を制御するトライアック４に接続され、電極部２０ｄは発熱体２０を制御する不図示のトライアックに接続され、交流電源１のNeutral 端子に接続される。
【００３１】
セラミックヒータ１０９ｃは、図５に示すように、フィルムガイド６２によって支持されている。図５において、１０９ａは円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、この定着フィルム１０９ａはセラミックヒータ１０９ｃを下面側に支持するフィルムガイド６２に外嵌されている。そして、フィルムガイド６２の下面のセラミックヒータ１０９ｃと加圧部材としての加圧ローラ１０９ｂとを定着フィルム１０９ａを挟んで加圧ローラ１０９ｂの弾性に抗して所定の加圧力をもって圧接することによって、加熱部としての所定幅の定着ニップが形成される。
【００３２】
又、サーモスタット２３はセラミックヒータ１０９ｃの絶縁基板３１面上又は保護層３４面上に当接されている。サーモスタット２３はフィルムガイド６２によって位置を矯正され、その感熱面がセラミックヒータ１０９ｃの面上に当接されている。ここで、図６に示すように、セラミックヒータ１０９ｃは発熱体３，２０がニップ部側に配置されても差し支えない。
【００３３】
ここで、本発明に係るサーモスタット２３の構成を図７〜図９に基づいて説明する。尚、図７はサーモスタットの側断面図、同サーモスタットの底面図、図９は図７のＤ−Ｄ線断面図である。
【００３４】
サーモスタット２３においては、絶縁性のベース部材５６に中蓋５４が保持されており、中蓋５４にバイメタル５２が支持されている。そして、ベース部材５６には、キャップ５１がバイメタル５２を覆うように取り付けられている。又、バイメタル５２とキャップ５１の間には、バイメタル５２の凸形状を保持するためのワッシャ５３が挿入されている。更に、ベース部材５６には、開閉可能な接点５８ａ，５９ａを構成する可動端子５８と固定端子５９が保持されている。
【００３５】
又、ベース部材５６には、前記接点５８ａ，５９ａを保護するためにカバー５７が接点５８ａ，５９ａを覆うように取り付けられている。そして、ベース部材５６には、バイメタル５２の反転動作に連動して接点５８ａ，５９ａを開閉させるためのガイドピン５５が設けられている。又、封止剤７１が接点５８ａ，５９ａを保護するためにベース部材５６とカバー５７が密閉するように取り付けられている。尚、この封止剤７１は使用雰囲気に応じて省略することも可能である。
【００３６】
ところで、キャップ５１は感熱面であり、この感熱面がセラミックヒータ１０９ｃの絶縁基板３１面又は保護層３４面上に当接される。電力供給制御手段の故障のために発熱体３又は２０が熱暴走に至り、サーモスタット２３が所定の温度以上になると、バイメタル５２が反転してガイドピン５５を押し上げることによって可動端子５８に所定の圧力が作用する。そして、可動端子５８に圧力が作用することによって該可動端子５８上の接点５８ａと固定端子５９上の接点５９ａが解離され、可動端子５８と固定端子５９の導通がＯＰＥＮとなり、発熱体３，２０への通電が遮断される。
【００３７】
而して、本実施の形態においては、図７〜図９に示すように、感熱部に近い部材、つまり、キャップ（感熱キャップ）５１とバイメタル５２と中蓋５４及びワッシャ５３は円形又は略円形に形成されており、接点５８ａ，５９ａを保持してこれらを保護するベース部材５６とカバー５７は略長方形形状に成形されている。ここで、ベース部材５１とカバー５７の第１の方向の大きさ（記録紙搬送方向の幅）はバイメタル５２とワッシャ５３とキャップ５１及び中蓋５４の大きさと同程度とされ、第２の方向の大きさ（定着フィルム母線方向の幅）は第１の方向の大きさよりも大きく設定されている。
【００３８】
以上の構成を採用することにより、感熱部を小さくすることができ、接点部を構成する箇所は細長くすることができる。このように感熱部を小さくすることによってサーモスタット２３の応答性の改善を図ることができ、又、接点部を構成する箇所を細長くすることによって可動端子５８のストロークを大きく取ることができ、接点部の接触信頼性の向上を図ることができる。又、感熱部は小さく、ベース部材５１及びカバー５７が細長い形状を有しているため、サーモスタット２３を幅方向が小さいセラミックヒータ１０９ｃの絶縁基板３１の幅上に容易に当接させることができる。
【００３９】
尚、感熱部、つまり、キャップ５１と中蓋５４とワッシャ５３を熱伝導率の大きい材料（例えばアルミニウム等）で構成し、ベース部材５６とカバー５７を熱伝導率の小さい材料（例えばセラミック等）で構成すれば、感熱面であるキャップ５１面で受けた熱がワッシャ５３若しくは中蓋５４を通じてバイメタル５２に伝導され、ベース部材５６の熱伝導率が小さいために該ベース部材５６に熱が逃げにくくなり、バイメタル５２への熱伝導の効率が高められ、サーモスタット２３の熱応答性の向上を図ることができる。
【００４０】
又、上記においてベース部材５６を熱伝導率が極めて小さい材料（例えばステアタイト等）で構成し、カバー５７を熱伝導率がベース部材５６よりも大きく金属よりは小さい材料（例えばアルミナ等）で構成すれば、ベース部材５６に逃げる熱量は極端に少なくなり、カバー５７の材料として熱伝導率がベース部材５６の熱伝導率よりも大きい材料を使用することができる。この結果、サーモスタット２３の熱応答性の向上を図ることができるとともに、使用可能な材料の選択の自由度を増やすことができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、円筒状の定着フィルムの円筒内部に配置するサーモスタットの信頼性が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置（レーザプリンタ）の概略断面図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の定着装置の駆動制御回路図である。
【図３】（ａ）はセラミックヒータの平面図（図４の矢視Ａ方向の図）、（ｂ）は同セラミックヒータの底面図（図４の矢視Ｂ方向の図）である。
【図４】図３（ａ）のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の定着装置の構成図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置の定着装置の構成図である。
【図７】本発明に係るサーモスタットの側断面図である。
【図８】本発明に係るサーモスタットの底面図である。
【図９】図７のＤ−Ｄ線断面図である。
【符号の説明】
３，２０発熱体
２３サーモスタット（過昇温防止手段）
３１絶縁基板
５１キャップ
５２バイメタル
５３ワッシャ
５４中蓋
５５ガイドピン
５６絶縁性ベース部材
５７カバー（カバー部材）
５８可動端子
５９固定端子
５８ａ，５９ａ接点
１０９定着装置（像加熱手段）
１０９ｃセラミックヒータ
１０９ｄサーミスタ（温度検出素子）
１２６エンジンコントローラ（電力制御手段）

Claims

円筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内面に接触しており前記定着フィルムの母線方向に細長いセラミックヒータと、前記定着フィルムの円筒内部であり且つ前記セラミックヒータの前記定着フィルム接触面に対して反対面側に配置されており前記セラミックヒータが異常昇温した際にその熱を感知して作動し前記セラミックヒータへの通電を遮断するサーモスタットと、前記定着フィルムを介して前記セラミックヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記サーモスタットが、固定端子と、前記固定端子に対して電気的に開閉可能な可動端子と、バイメタルと、前記バイメタルの反転動作によって前記可動端子を動かすガイドピンと、前記固定端子と前記可動端子を保持し前記バイメタルと前記ガイドピンを収容する絶縁性ベース部材と、前記バイメタルを覆うように前記絶縁性ベース部材に取り付けられている感熱キャップと、前記固定端子の接点と前記可動端子の接点を覆うように前記絶縁性ベース部材に取り付けられており前記絶縁性ベース部材の端子保持部分との組合せにより前記可動端子の可動スペースを形成しているカバーと、を有し、前記定着ニップ部で記録紙を搬送しつつ記録紙上の画像を記録紙に加熱定着する定着装置において、
前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分が前記固定端子と前記可動端子を保持する端子保持部分よりも前記セラミックヒータ側に突出しており、前記絶縁性ベース部材の前記端子保持部分と前記カバーの組合せにより形成される前記可動スペースの形状が、その前記母線方向の幅が記録紙搬送方向の幅より大きな略直方体であり、前記可動スペースの前記母線方向の幅は前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分の前記母線方向の幅より大きく、前記固定端子と前記可動端子が前記母線方向に沿って配置されており、前記可動スペース内の前記可動端子の可動部の前記母線方向の長さが前記絶縁性ベース部材の前記感熱キャップ取り付け部分の前記母線方向の幅より大きいことを特徴とする定着装置。