JP4673102B2 - 像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒータ - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置として用いて好適な像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒータに関するものである。
従来、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において被加熱材としてのシート上に形成した未定着のトナー画像を加熱してシート上に定着する装置として、接触加熱型の加熱定着装置(以下、像加熱装置あるいは定着装置という)が広く用いられている。
特に近年では省エネルギーの観点から、熱伝導効率が高く、温度の立ち上がりも速いフィルム加熱方式の加熱定着装置が広く用いられている。
このフィルム加熱方式の加熱定着装置の一例が特許文献1に開示されている。この加熱定着装置によれば、ヒータ(加熱体)をヒータ支持体(保持部材)に保持させ、そのヒータに耐熱性および可撓性を有する薄膜状の定着フィルム(可撓性部材)を挟んで加圧ローラ(加圧部材)を圧接密着させて圧接ニップ部(加熱ニップ部)を形成している。そして圧接ニップ部に未定着のトナー画像を担持したシートを導入し、シートを定着フィルムと一緒に搬送させることで該定着フィルムを介して付与されるヒータからの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着トナー画像をシート上に加熱定着させている。
フィルム加熱方式の加熱定着装置においては、通常、耐熱性、絶縁性、良熱伝導性のセラミック基板と、この基板に印刷、焼成等の手段で形成させた通電発熱部としての発熱抵抗体を基本構成とし、発熱抵抗体に電力を供給して発熱させる、全体に低熱容量で昇温の速いセラミックヒータが用いられている。
図9は従来のセラミックヒータを表面側(発熱抵抗体)側から見た平面図である。セラミックヒータ102は、細長いセラミック基板113と、基板113の長手方向において基板面に印刷、焼成して形成させた発熱抵抗体114を基本構成とする低熱容量のヒータである。112a,112bは基板113の長手端部の表面部分に形成させた電極パターン(電極部)であり、発熱抵抗体114に電気的に接続導通させてある。従って、電極パターン112a,112b間に給電がなされることにより発熱抵抗体114が全長にわたって発熱する。発熱抵抗体114を形成させたヒータ表面側は、表面保護のために電極パターン112a,112b部分を除き、発熱抵抗体114を覆わせて耐熱ガラス等の耐電圧コート115で被覆してある。
図10はヒータ102をヒータ支持体103に保持させた状態を示すヒータ基板長手方向の断面図である。ヒータ102の長手寸法よりも長い寸法に形成してあるヒータ支持体103はその下面に凹部103aを有し、この凹部にヒータ102の基板113が発熱抵抗体114を下向きにした状態に保持されている。
ヒータ102を保持したヒータ支持体103には電極パターン112a,112b間に給電を行うコネクタ(接点部材)116a,116bが取り付けられる。図11にコネクタ116a,116bの一方をヒータ支持体210に取り付ける様子を示す。同図において104は定着フィルム、105は定着フィルム104の寄り移動規制用のフランジ部材、106は加圧ローラ、107は加圧バネである。
コネクタ116aは、ヒータ102の短手方向(幅方向)において一方向からヒータ支持体103に差し込むことで電極パターン112a(図10)と接触して該電極パターンへの給電が可能となる。このとき、コネクタ116aに設けた溝g1をヒータ支持体103の凸状の位置決め部103bに差し込むことで、コネクタ116aは電極パターン112aと接触した状態にヒータ支持体103に位置決めされる。他方のコネクタ116bも同様に、コネクタ1116bに設けた溝g2をヒータ支持体103の凸状の位置決め部103cに差し込むことで、コネクタ116bは電極パターン112bと接触した状態にヒータ支持体103に位置決めされる(図10)。
特開平4−204984号公報
しかしながら、上述した従来の加熱定着装置では、ヒータ支持体によりコネクタが位置決めされているため、ヒータの基板上の発熱抵抗体が発熱し、ヒータが熱膨張してヒータ支持体に対して基板の長手方向に延びた場合に、ヒータの電極パターンとヒータ支持体により位置決めされているコネクタの接点部とが擦れ、ヒータが接点不良を起こす可能性がある。
そこで、本発明の目的は、ヒータの熱膨張による電極部の給電用コネクタに対する接点不良の発生を低減できる像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒータを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る像加熱装置の構成は、細長い基板と前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体と前記基板に設けられており前記発熱抵抗体と電気的に繋がっている電極部とを有するヒータと、前記ヒータを嵌め込む凹部を有し前記ヒータを支持するヒータ支持体と、前記ヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記ヒータとニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒータの前記電極部に接触する接点を有し前記ヒータの長手方向に対して直交する方向から前記接点が前記ヒータの前記電極部と接触するように取り付けられる給電用コネクタと、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
前記給電用コネクタを前記ヒータの長手方向に対して位置決めする位置決め部が前記ヒータに設けられており、前記ヒータの熱膨張に追従して前記位置決め部が前記長手方向に移動し、前記位置決め部の移動と共に前記給電用コネクタも前記長手方向へ移動することを特徴とする。
上記目的を達成するための本発明に係るヒータの構成は、ヒータと、前記ヒータを嵌め込む凹部を有し前記ヒータを支持するヒータ支持体と、前記ヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記ヒータとニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒータの電極部に接触する接点を有し前記ヒータの長手方向に対して直交する方向から前記接点が前記ヒータの前記電極部と接触するように取り付けられる給電用コネクタと、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる前記ヒータであって、
細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体と、前記基板に設けられており前記発熱抵抗体と電気的に繋がっており前記給電用コネクタの前記接点が接触する電極部と、を有するヒータにおいて、
前記ヒータの熱膨張に追従して前記給電用コネクを位置決めする位置決め部が前記長手方向に移動し、前記位置決め部の移動と共に前記給電用コネクタも前記長手方向へ移動するように、記給電用コネクタを前記ヒータの長手方向に対して位置決めする前記位置決め部を有することを特徴とする。
本発明によれば、ヒータの熱膨張による電極部の給電用コネクタに対する接点不良の発生を低減できる像加熱装置、及びその像加熱装置に用いられるヒータを提供することができる。
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を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、その相対配置などは、特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
[画像形成装置例]
本発明に係る像加熱装置としての加熱定着装置を具備する画像形成装置を説明する。
図1は画像形成装置120の一例の全体構成図である。図1の画像形成装置は、電子写真プロセス方式のレーザープリンタである。
121はスキャナユニット(露光手段)であり、画像情報に基づいたレーザー光Lを照射及び走査する光学手段と走査手段を有している。
122はプロセスカートリッジであり、ドラム形状の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)123と、これに作用するプロセス手段とを有する。プロセス手段として、感光ドラム123周面を一様に帯電する帯電ローラ(帯電手段)122aと、感光ドラム123周面に形成された静電潜像をトナー(現像剤)により現像する現像ローラ(現像手段)122bと、感光ドラム123周面に残留するトナーを除去するクリーナー(クリーニング手段)122cとを具備させている。このプロセスカートリッジ122は、画像形成装置本体(以下、装置本体と記す)120Aに着脱可能に装着されている。プロセスカートリッジ122の着脱操作は、装置本体120Aの上部に設けた開閉可能なカートリッジカバー131を開いて行われる。
上記のプロセスカートリッジ122の感光ドラム123は、矢印の時計方向に回転しており、帯電ローラ122aによりその周面が一様に帯電される。その感光ドラム123の一様帯電面に対してスキャナユニット121からレーザー光Lが照射されることにより、感光ドラム123の周面に静電潜像が形成される。そして、この静電潜像は、現像ローラ122bによりトナーが供給され、トナー画像として可視像化される。
一方、記録紙積載板124上に積載された記録材としての記録紙(以下、シートと記す)Sは給送ローラ125、および分離パッド126によって1枚づつ分離されながら給送される。給送されたシートSは中間ローラ127により搬送ローラ128に搬送される。搬送ローラ128は、感光ドラム123周面に形成された画像の先端と同期するようにシートSを感光ドラム123と転写ローラ129との転写ニップ部へと搬送する。
転写ニップ部に搬送されたシートSは転写ローラ129からトナーと逆極性の電荷が裏側から与えられ、上記感光ドラム123上に形成されたトナー画像がシートSに転写される。
トナー画像を担持するシートSは加熱定着装置101に搬送される。加熱定着装置101はシートS上の未定着トナー画像に熱及び圧力を付与してシート上に永久画像として定着させる。
加熱定着装置101を出たシートSは排出ローラ130によって装置本体120A上部の排出トレイ131上に排出される。
トナー画像転写後の感光ドラム123は、シートSに転写されずに周面に残った残留トナーがクリーナー122cによって除去され、次の画像形成に備える。
[加熱定着装置]
図2は加熱定着装置の一例の構成図である。図3はヒータと給電制御系の説明図である。図4は加熱ニップ部近傍の拡大模型図である。
加熱定着装置101は、加圧ローラ駆動方式のフィルム加熱定着装置であり、可撓性部材として円筒状の可撓性・耐熱性の定着フィルム104を使用し、この定着フィルム104を加圧部材としての加圧ローラ106で回転駆動させる装置である。本実施例の加熱定着装置において、従来の加熱定着装置と共通する部材、部分には同一符号を付している。
発熱体としてのヒータ102は、図3に示すように、細長いセラミック基板113と、基板113の長手方向において基板面に印刷、焼成して形成させた発熱抵抗体114を基本構成とする低熱容量のセラミックヒータである。基板113の長手端部の表面部分に形成した電極パターン(電極部)112a,112bは発熱抵抗体114電気的に繋がっている。この電極パターン112a,112bにそれぞれ給電用コネクタ116a,116bを電気的に接続して電極パターン間に給電がなされることにより発熱抵抗体114が全長にわたって発熱する。発熱抵抗体114を形成させたヒータ表面側は、表面保護のために電極パターン112a,112b部分を除き、発熱抵抗体114を覆わせて耐熱ガラス等の耐電圧コート115で被覆してある。
103は保持部材としての横断面略半円形の横長樋型のヒータ支持体であり、定着フィルム104のガイドも兼ねるものである。ヒータ支持体103の長手両端は装置フレーム112に支持されている。そしてこのヒータ支持体103の下面中央部に支持体長手に沿ってヒータ102を支持させてある。すなわちヒータ支持体103の下面中央部に支持体長手に沿って凹部103a(図4)を有し、この凹部103aに基板113を発熱抵抗体114が下向きとなる状態に取り付けている。ヒータ102のヒータ支持体3への固定は耐熱性接着剤等を用いるか、接着せずにコネクタやクリップなどを用いる方法がある。近年は接着剤を乾燥させる設備を用いない後者の方法が採用されることが多い。
定着フィルム104は、耐熱性に優れたポリイミド等の円筒状の薄膜状のフィルムであり、ヒータ102を固定支持させたヒータ支持体103に対してルーズに外嵌させてある。
105はヒータ支持体103の両端部にそれぞれ配設した定着フィルム104端部を受け止めて定着フィルム104の寄り移動を規制するフランジ部材である。フランジ部材105はヒータ支持体103の長手両端に配設されて装置フレーム112に支持されている。
106は加圧部材としての弾性加圧ローラ(以下、加圧ローラと記す)である。加圧ローラ106は、芯金106aの外周にシリコンゴム等の弾性層106bが形成され、さらにその外側には離型性に優れたPFAやPTFE等のチューブが離型層106cとして被せてある。加圧ローラ106は芯金106aの長手両端が装置フレーム112に軸受を介して回転自由に支持されている。
107は加圧手段としての加圧バネであり、ヒータ支持体103の長手両端において装置フレーム112とフランジ部材105との間に配置してある。加圧バネ107は、フランジ部材105を加圧してヒータ支持体103を弾性加圧ローラ106に付勢している。そしてヒータ支持体103に固定支持させたヒータ102の下面を定着フィルム104を挟ませてローラ弾性に抗して所定の当接圧をもって互いに圧接させている。これにより定着フィルム104と弾性加圧ローラ106との間に所要幅のニップ部(加熱ニップ部Nを形成させている。
108は加熱後のシートSを挟持搬送するコロで、109はコロ108を保持しシートの上方をガイドする排出上ガイドである。
110はコロ108と排出ニップDを形成する排出ローラで、111は排出ローラ110を配設できるシートSの下方をガイドする排出下ガイドである。排出上ガイド109と排出下ガイド111で形成される間隔の排出ニップ上流側は、排出ニップDに導入を容易、安定させるため徐々に狭くなるように構成されている。
加圧ローラ106は駆動手段としての回転駆動系Mにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ106の回転によるローラ106の外面と定着フィルム104の外面との加熱ニップ部Nにおける圧接摩擦力で定着フィルム104に回転力が作用する。これにより定着フィルム104は、その内面がヒータ102の下面に接触摺動しつつ、ヒータ支持体103の外周を矢示の時計方向に従動回転する。つまり定着フィルム104は、ヒータ102に接触しつつ移動する。ヒータ支持体103はこの回転する定着フィルム104のガイドを兼ねる。
[加熱定着動作の説明]
通常使用においては、定着装置の回転開始(加圧ローラ106の回転駆動、これに伴う定着フィルム104の従動回転)とともに、給電回路142(図3)からヒータ102へ給電が開始される。ヒータ102は迅速に昇温し、その発熱により、回転している定着フィルム104が加熱される。定着フィルム104の温度上昇が定着フィルム104の内面に接触させている温度検知手段としてのサーミスタ142(図2)により検知される。サーミスタ142は定着フィルム104の温度検知信号をMPU等からなる制御回路141に出力する。制御回路141はサーミスタ142からの温度検知信号に基づいて給電回路140のヒータ102への給電電力の通電時間を制御してヒータ102の温度すなわち定着フィルム104の温度を所定温度(目標温度)に温調する。この温調状態において、加熱ニップ部Nの定着フィルム104と加圧ローラ106との間に、未定着トナー画像Tを形成担持させたシートSのトナー画像面を入口ガイド部材118(図2)を通じて定着フィルム104側にして導入する(図4)。加熱ニップ部Nに導入されたシートSは加熱ニップ部Nを挟持搬送され、その挟持搬送過程で定着フィルム104の熱で加熱され、また加熱ニップ部Nの加圧力で加圧されることでシートS上(記録材上)の未定着トナー画像TがシートS上に加熱定着される。加熱ニップ部Nを通ったシートSは定着フィルム104面から分離されて搬送され、コロ108と排出ローラ110とで挟持搬送されて、排出上ガイド109と、排出下ガイド111を通じて排出される。
本実施例に示す加熱定着装置は、定着フィルム104の加圧ローラ106の駆動による回転状態において、加熱ニップ部Nの部分を除いて実質的に定着フィルム104に張力が作用していない。そのために定着フィルム104の回転に伴う、ヒータ支持体103の長手に沿うフィルム寄り移動力が小さくてフィルム寄り移動規制手段としてのフランジ部材105を簡単化できる、容易な組立性とコストダウンを図ることができる等の有利な点がある。
[ヒータのコネクタとの接続構造]
図5はヒータをヒータ支持体に保持させた状態を示すヒータ基板長手方向の断面図である。図6の(a)及び(b)はヒータの基板に位置決め部材を取り付ける様子を示す説明図、(c)は位置決め部材をヒータ支持体に取り付けた状態を示す説明図である。図7はヒータに設けた位置決め部材の一方にコネクタを取り付ける様子を示す説明図である。図8はヒータの熱膨張によるヒータ延び量と位置決め部材移動量の関係の説明図である。
本実施例に示すヒータ102は、図5に示すように、基板113裏面の長手両端部に位置決め部材117a,117bを有する。位置決め部材117a,117bは、基板113裏面において電極パターン112a,112bと対応する位置に接着剤118によって固定される(図6(a)、(b))。ヒータ支持体103には位置決め部材117a,117bをヒータ102の基板113の長手方向に移動可能に取り付ける所定サイズの穴119a,119b(図5)が形成されている。このようにヒータ支持体103の穴119a,119bをヒータ102の位置決め部材117a,117bよりも基板113長手方向に大きく形成することで、ヒータ102をヒータ支持体103に取り付けた際、位置決め部材117a,117bとヒータ支持体103の穴119a,119bとの間に隙間Cを設けることができる(図6(c))。
ヒータ支持体103に取り付けたヒータ102の位置決め部材117a,117bには図7に示すように給電用コネクタ116a,116bが接続される。給電用コネクタ116a,116bは、ヒータ102の長手方向に対して直交する方向(短手方向(幅方向)において一方向からヒータ支持体103に差し込むことで給電用コネクタ116a,116bの有する接点(不図示)が電極パターン112a,112b(図5)と接触する。これにより電極パターン112a,112bへの給電が可能となる。このとき、給電用コネクタ116a,116bに設けた溝g1,g2を位置決め部材117a,117bに設けられた凸状の位置決め部p1,p2に差し込むことで、給電用コネクタ116a,116bは接点を電極パターン112a,112bと接触させた状態にヒータ支持体103に位置決めされる(図5)。つまり、ヒータ102には給電用コネクタ116a,116bをヒータ102の長手方向に対して位置決めする位置決め部p1,p2が設けられている。
図8に示すように、ヒータ102の熱膨張により基板113が長手方向に延びた際には、位置決め部材117a,117bはヒータ102の熱膨張に追従して基板113とともに基板長手方向に移動する。それに伴い給電用コネクタ116a,116bも基板長手方向に移動するため、給電用コネクタ116a,116bと電極パターン112a,112bの接点位置関係は変わらない。よって、給電用コネクタ116a,116bと電極パターン112a,112bとの接点不良の発生を防止することができる。
本実施例ではヒータ102の他の例を説明する。
実施例1では位置決め部材117a,117bを接着剤118で基板113裏面の長手端部に固定したヒータ102を説明した。この場合、基板113と位置決め部材117a,117bを別々に形成しなければならない。
そこで、プレス加工等の適宜の加工技術を用いて、位置決め部材117a,117bを基板113と一体に形成するようにしてもよい。このような構成のヒータ102においても、実施例1のヒータと同様な作用・効果を得ることができる。また、本実施例のヒータ102においては位置決め部材117a,117bの基板113裏面への固定工程を簡略化できる。
[その他]
本発明に係る像加熱装置は実施例の加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の像加熱装置としても有効である。
画像形成装置の一例の全体構成図。 加熱定着装置の一例の構成図。 ヒータと給電制御系の説明図。 加熱ニップ部近傍の拡大模型図。 ヒータをヒータ支持体に保持させた状態を示すヒータ基板長手方向の断面図。 (a)及び(b)はヒータの基板に位置決め部材を取り付ける様子を示す説明図、(c)は位置決め部材をヒータ支持体に取り付けた状態を示す説明図。 ヒータに設けた位置決め部材にコネクタを取り付ける様子を示す説明図。 ヒータの熱膨張によるヒータ延び量と位置決め部材移動量の関係の説明図。 従来のヒータの平面図。 従来のヒータをヒータ支持体に保持させた状態を示すヒータ基板長手方向の断面図。 従来のヒータを支持させたヒータ支持体にコネクタを取り付ける様子を示す説明図。
符号の説明
101・・・・加熱定着器
102・・・・ヒータ
103・・・・ヒータ支持体
104・・・・定着フィルム(可撓性部材
106・・・・加圧ローラ(加圧部材)
112a,112b・・・・電極部
113・・・・基板
114・・・・発熱抵抗体
116a,116b・・・・給電用コネクタ
117・・・・位置決め部材
S・・・・シート(記録材)
T・・・・トナー画像
N・・・・加熱ニップ部
p1,p2・・・・位置決め部

Claims (2)

  1. 細長い基板と前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体と前記基板に設けられており前記発熱抵抗体と電気的に繋がっている電極部とを有するヒータと、前記ヒータを嵌め込む凹部を有し前記ヒータを支持するヒータ支持体と、前記ヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記ヒータとニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒータの前記電極部に接触する接点を有し前記ヒータの長手方向に対して直交する方向から前記接点が前記ヒータの前記電極部と接触するように取り付けられる給電用コネクタと、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置において、
    前記給電用コネクタを前記ヒータの長手方向に対して位置決めする位置決め部が前記ヒータに設けられており、前記ヒータの熱膨張に追従して前記位置決め部が前記長手方向に移動し、前記位置決め部の移動と共に前記給電用コネクタも前記長手方向へ移動することを特徴とする像加熱装置。
  2. ヒータと、前記ヒータを嵌め込む凹部を有し前記ヒータを支持するヒータ支持体と、前記ヒータに接触しつつ移動する可撓性部材と、前記可撓性部材を介して前記ヒータとニップ部を形成する加圧部材と、前記ヒータの電極部に接触する接点を有し前記ヒータの長手方向に対して直交する方向から前記接点が前記ヒータの前記電極部と接触するように取り付けられる給電用コネクタと、を有し、前記ニップ部で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ加熱する像加熱装置、に用いられる前記ヒータであって、
    細長い基板と、前記基板の長手方向に沿って設けられている発熱抵抗体と、前記基板に設けられており前記発熱抵抗体と電気的に繋がっており前記給電用コネクタの前記接点が接触する電極部と、を有するヒータにおいて、
    前記ヒータの熱膨張に追従して前記給電用コネクを位置決めする位置決め部が前記長手方向に移動し、前記位置決め部の移動と共に前記給電用コネクタも前記長手方向へ移動するように、記給電用コネクタを前記ヒータの長手方向に対して位置決めする前記位置決め部を有することを特徴とするヒータ。
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