JP5679037B2 - 定着装置、加熱装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明は、定着装置、加熱装置、画像形成装置に関する。
特許文献1には、面状発熱体は、通電によって発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成し、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなり、そして、抵抗発熱体は、絶縁層の長手方向と略直交する方向に延びて、それぞれ略平行な状態で絶縁層の一表面に形成される複数の線状部と、隣接する線状部の延在方向端部同士を、絶縁層の長手方向に延びて1本の線路となるように接続して絶縁層の一表面に形成される低体積抵抗部とを含んで構成される面状発熱体が記載されている。
また特許文献2には、断面円弧状の曲面を備えた半円筒状の加熱パネルの裏面に、面状の抵抗発熱体が固定配置され、温度センサにより検出された温度に基づいて通電制御され、定着ベルトは加熱パネルの表面を移動して、定着処理に適した温度に加熱され、抵抗発熱体は発熱線を面状に平行配置して構成され、平行配置された発熱線の平行部分は定着ベルトの幅方向に対してある角度だけ傾斜しており、発熱領域となる平行四辺形の発熱パターンが形成される定着装置が記載されている。
また特許文献2には、断面円弧状の曲面を備えた半円筒状の加熱パネルの裏面に、面状の抵抗発熱体が固定配置され、温度センサにより検出された温度に基づいて通電制御され、定着ベルトは加熱パネルの表面を移動して、定着処理に適した温度に加熱され、抵抗発熱体は発熱線を面状に平行配置して構成され、平行配置された発熱線の平行部分は定着ベルトの幅方向に対してある角度だけ傾斜しており、発熱領域となる平行四辺形の発熱パターンが形成される定着装置が記載されている。
トナー像を定着する定着部材を加熱する加熱部材は、熱膨張による変形がより生じにくいことが望ましい。
請求項1に記載の発明は、記録材にトナー像を定着する定着部材と、前記定着部材の外周面に圧接し、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し、前記定着部材を加熱する加熱部材と、を備える定着装置である。
請求項2に記載の発明は、前記配線は、前記定着部材の回転方向に複数列配列する請求項1に記載の定着装置である。
請求項3に記載の発明は、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し、記録材にトナー像を定着する定着部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を前記定着部材の内周面に沿うように固定する固定部と、を備える加熱装置である。
請求項4に記載の発明は、トナー像を形成するトナー像形成部と、トナー像を記録材に転写する転写部と、トナー像を定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接する加圧部材と、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し当該定着部材を加熱する加熱部材と、を備える定着部と、を備える画像形成装置である。
請求項2に記載の発明は、前記配線は、前記定着部材の回転方向に複数列配列する請求項1に記載の定着装置である。
請求項3に記載の発明は、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し、記録材にトナー像を定着する定着部材を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を前記定着部材の内周面に沿うように固定する固定部と、を備える加熱装置である。
請求項4に記載の発明は、トナー像を形成するトナー像形成部と、トナー像を記録材に転写する転写部と、トナー像を定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接する加圧部材と、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し当該定着部材を加熱する加熱部材と、を備える定着部と、を備える画像形成装置である。
請求項1の発明によれば、加熱部材の熱膨張による変形がより生じにくい定着装置を提供することができる。
請求項2の発明によれば、定着部材をより加熱しやすくなる。
請求項3の発明によれば、温度分布のむらをより小さくするように定着部材を加熱することができる加熱装置を提供することができる。
請求項4の発明によれば、光沢むらがより少ない画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。
請求項2の発明によれば、定着部材をより加熱しやすくなる。
請求項3の発明によれば、温度分布のむらをより小さくするように定着部材を加熱することができる加熱装置を提供することができる。
請求項4の発明によれば、光沢むらがより少ない画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<画像形成装置の説明>
図1は、本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部10、画像形成装置1全体の動作を制御する制御部31を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置(スキャナ)4等との通信を行って画像データを受信する通信部32、通信部32にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部33を備えている。
<画像形成装置の説明>
図1は、本実施の形態の定着装置が適用される画像形成装置の構成例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のカラープリンタであり、画像データに基づき画像形成を行う画像形成部10、画像形成装置1全体の動作を制御する制御部31を備えている。さらには、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置(スキャナ)4等との通信を行って画像データを受信する通信部32、通信部32にて受信された画像データに対し予め定めた画像処理を施す画像処理部33を備えている。
画像形成部10は、一定の間隔を置いて並列的に配置され、4つの画像形成ユニット11Y、11M、11C、11K(「画像形成ユニット11」とも総称する)を備えている。各画像形成ユニット11は、トナー像を形成するトナー像形成部の一例である。また画像形成ユニット11は、静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム12、感光体ドラム12の表面を予め定めた電位で帯電する帯電器13、帯電器13によって帯電された感光体ドラム12を各色画像データに基づき露光するLED(Light Emitting Diode)プリントヘッド14、感光体ドラム12上に形成された静電潜像を現像する現像器15、転写後の感光体ドラム12表面を清掃するドラムクリーナ16を備えている。
画像形成ユニット11各々は、現像器15に収納されるトナーを除いてほぼ同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
画像形成ユニット11各々は、現像器15に収納されるトナーを除いてほぼ同様に構成され、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
また、画像形成部10は、各画像形成ユニット11の感光体ドラム12にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト20、各画像形成ユニット11にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト20に順次転写(一次転写)する一次転写ロール21を備えている。さらに、中間転写ベルト20上に重畳して転写された各色トナー像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)する二次転写ロール22、二次転写された各色トナー像を用紙P上に定着させる定着部(定着装置)の一例としての定着ユニット60を備えている。なお、本実施の形態の画像形成装置1では、中間転写ベルト20、一次転写ロール21、および二次転写ロール22により、トナー像を用紙Pに定着する転写部が構成される。
本実施の形態の画像形成装置1では、制御部31による動作制御の下で、次のようなプロセスによる画像形成処理が行われる。すなわち、PC3やスキャナ4からの画像データは通信部32にて受信され、画像処理部33により予め定めた画像処理が施された後、各色毎の画像データとなって各画像形成ユニット11に送られる。そして、例えば黒(K)色トナー像を形成する画像形成ユニット11Kでは、感光体ドラム12が矢印A方向に回転しながら帯電器13により予め定めた電位で帯電され、画像処理部33から送信されたK色画像データに基づきLEDプリントヘッド14が感光体ドラム12を走査露光する。それにより、感光体ドラム12上にはK色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム12上に形成されたK色静電潜像は現像器15により現像され、感光体ドラム12上にK色トナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット11Y、11M、11Cにおいても、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色トナー像が形成される。
各画像形成ユニット11の感光体ドラム12に形成された各色トナー像は、一次転写ロール21により矢印B方向に移動する中間転写ベルト20上に順次静電転写(一次転写)され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。中間転写ベルト20上の重畳トナー像は、中間転写ベルト20の移動に伴って二次転写ロール22が配置された領域(二次転写部T)に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Tに搬送されると、そのタイミングに合わせて用紙保持部40から用紙Pが二次転写部Tに供給される。そして、重畳トナー像は、二次転写部Tにて二次転写ロール22が形成する転写電界により、搬送されてきた用紙P上に一括して静電転写(二次転写)される。
その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Pは、定着ユニット60まで搬送される。定着ユニット60に搬送された用紙P上のトナー像は、定着ユニット60によって熱および圧力を受け、用紙P上に定着される。そして、定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置1の排出部に設けられた用紙積載部45に搬送される。
一方、一次転写後に感光体ドラム12に付着しているトナー(一次転写残トナー)、および二次転写後に中間転写ベルト20に付着しているトナー(二次転写残トナー)は、それぞれドラムクリーナ16、およびベルトクリーナ25によって除去される。
このようにして、画像形成装置1での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。
一方、一次転写後に感光体ドラム12に付着しているトナー(一次転写残トナー)、および二次転写後に中間転写ベルト20に付着しているトナー(二次転写残トナー)は、それぞれドラムクリーナ16、およびベルトクリーナ25によって除去される。
このようにして、画像形成装置1での画像形成処理がプリント枚数分のサイクルだけ繰り返し実行される。
<定着ユニットの構成の説明>
次に、本実施の形態の定着ユニット60について説明する。
図2および図3は本実施の形態の定着ユニット60の構成を示す図であり、図2は正面図、図3は図2におけるIII−III断面図である。
まず、断面図である図3に示すように、定着ユニット60は、加熱装置の一例であるヒータユニット80と、ヒータユニット80により加熱されることで用紙Pにトナー像を定着する定着ベルト61と、定着ベルト61に対向するように配置された加圧ロール62と、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される押圧パッド63とを備えている。
さらに、定着ユニット60は、押圧パッド63等の構成部材を支持するフレーム64と、定着ベルト61の内周面と接触して定着ベルト61の温度を測定する温度センサ65と、定着ベルト61からの用紙Pの剥離を補助する剥離補助部材70とを備えている。
次に、本実施の形態の定着ユニット60について説明する。
図2および図3は本実施の形態の定着ユニット60の構成を示す図であり、図2は正面図、図3は図2におけるIII−III断面図である。
まず、断面図である図3に示すように、定着ユニット60は、加熱装置の一例であるヒータユニット80と、ヒータユニット80により加熱されることで用紙Pにトナー像を定着する定着ベルト61と、定着ベルト61に対向するように配置された加圧ロール62と、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される押圧パッド63とを備えている。
さらに、定着ユニット60は、押圧パッド63等の構成部材を支持するフレーム64と、定着ベルト61の内周面と接触して定着ベルト61の温度を測定する温度センサ65と、定着ベルト61からの用紙Pの剥離を補助する剥離補助部材70とを備えている。
<定着ベルトの説明>
定着ベルト61は、用紙Pにトナー像を定着する定着部材として機能する。定着ベルト61は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形(円筒形状)時の直径が30mm、幅方向長が300mmに形成されている。また、図4(定着ベルト61の断面層構成図)に示したように、定着ベルト61は、基材層611と、基材層611の上に被覆された離型層612からなる構造のベルト部材である。
定着ベルト61は、用紙Pにトナー像を定着する定着部材として機能する。定着ベルト61は、原形が円筒形状の無端のベルト部材で構成され、例えば原形(円筒形状)時の直径が30mm、幅方向長が300mmに形成されている。また、図4(定着ベルト61の断面層構成図)に示したように、定着ベルト61は、基材層611と、基材層611の上に被覆された離型層612からなる構造のベルト部材である。
基材層611は、定着ベルト61全体としての機械的強度を形成する耐熱性のシート状部材で構成される。
基材層611としては、例えば、ポリイミド樹脂からなる厚さ60μm〜200μmのシートが用いられる。また定着ベルト61の温度分布をより均一化するためにアルミニウム等からなる熱伝導フィラーをポリイミド樹脂シート中に含有させてもよい。
基材層611としては、例えば、ポリイミド樹脂からなる厚さ60μm〜200μmのシートが用いられる。また定着ベルト61の温度分布をより均一化するためにアルミニウム等からなる熱伝導フィラーをポリイミド樹脂シート中に含有させてもよい。
離型層612は、用紙P上に保持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性の高い材質が使用される。例えば、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重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。離型層612の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト61の寿命を短くする。その一方で、厚すぎると、定着ベルト61の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、離型層612の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮し、1μm〜50μmが好適である。
<定着ベルトの駆動機構の説明>
次に、定着ベルト61の駆動機構について説明する。
正面図である図2に示したように、フレーム64(図3参照)の軸方向両端部には、定着ベルト61の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト61を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材67が固定されている。そして、定着ベルト61は、両端部からエンドキャップ部材67を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば140mm/sのプロセススピードで図3の矢印C方向に回転移動する。
エンドキャップ部材67を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等が適する。
次に、定着ベルト61の駆動機構について説明する。
正面図である図2に示したように、フレーム64(図3参照)の軸方向両端部には、定着ベルト61の両端部の断面形状を円形に維持しながら定着ベルト61を周方向に回転駆動するエンドキャップ部材67が固定されている。そして、定着ベルト61は、両端部からエンドキャップ部材67を介した回転駆動力を直接的に受けて、例えば140mm/sのプロセススピードで図3の矢印C方向に回転移動する。
エンドキャップ部材67を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等が適する。
そして、図2に示すように、定着ユニット60では、駆動モータ90からの回転駆動力が伝達ギヤ91、92を介してシャフト93に伝達され、シャフト93に結合された伝達ギヤ94、95から両エンドキャップ部材67に伝達される。それによって、エンドキャップ部材67から定着ベルト61に回転駆動力が伝わり、エンドキャップ部材67と定着ベルト61とが一体となって回転駆動される。
このように、定着ベルト61が定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、定着ベルト61は安定して回転する。
なお駆動機構はこれに限ったものではなく、加圧ロール62と定着ベルト61がニップ部N(定着加圧部)を形成した状態で、駆動モータ90により加圧ロール62を回転駆動させ、それに従って定着ベルト61を駆動させてもよい。
このように、定着ベルト61が定着ベルト61の両端部から駆動力を直接受けて回転するので、定着ベルト61は安定して回転する。
なお駆動機構はこれに限ったものではなく、加圧ロール62と定着ベルト61がニップ部N(定着加圧部)を形成した状態で、駆動モータ90により加圧ロール62を回転駆動させ、それに従って定着ベルト61を駆動させてもよい。
<加圧ロールの説明>
図3に戻り、加圧ロール62は、定着ベルト61に対向するように配置され、定着ベルト61に従って図3の矢印D方向に、例えば140mm/sのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール62と押圧パッド63とにより定着ベルト61を挟持した状態でニップ部(定着加圧部)Nを形成し、このニップ部Nに未定着トナー像を保持した用紙Pを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Pに定着する。即ち、加圧ロール62は、定着ベルト61の外周面に圧接し、未定着トナー像を保持した用紙Pが通過するためのニップ部Nを形成する加圧部材として機能する。
加圧ロール62は、例えば直径18mmの中実のステンレス製あるいはアルミニウム製コア(円柱状芯金)621と、コア621の外周面に被覆された例えば厚さ5mmのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層622と、さらに例えば厚さ50μmのカーボン配合のPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層623とが積層されて構成される。そして、押圧バネ68(図2参照)により例えば25kgfの荷重で定着ベルト61を介して押圧パッド63を押圧している。
図3に戻り、加圧ロール62は、定着ベルト61に対向するように配置され、定着ベルト61に従って図3の矢印D方向に、例えば140mm/sのプロセススピードで回転する。そして、加圧ロール62と押圧パッド63とにより定着ベルト61を挟持した状態でニップ部(定着加圧部)Nを形成し、このニップ部Nに未定着トナー像を保持した用紙Pを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Pに定着する。即ち、加圧ロール62は、定着ベルト61の外周面に圧接し、未定着トナー像を保持した用紙Pが通過するためのニップ部Nを形成する加圧部材として機能する。
加圧ロール62は、例えば直径18mmの中実のステンレス製あるいはアルミニウム製コア(円柱状芯金)621と、コア621の外周面に被覆された例えば厚さ5mmのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層622と、さらに例えば厚さ50μmのカーボン配合のPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層623とが積層されて構成される。そして、押圧バネ68(図2参照)により例えば25kgfの荷重で定着ベルト61を介して押圧パッド63を押圧している。
<押圧パッドの説明>
押圧パッド63は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいは機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK(poly ether ether ketone)樹脂、PES(poly ether sulfone)樹脂、PPS(poly phenylene sulfide)樹脂、LCP樹脂(liquid crystal polymer)等の剛体で構成された、断面が略円弧形状のブロック部材であり、定着ベルト61の内側においてフレーム64に支持されている。そして、加圧ロール62が定着ベルト61を圧接する領域にて、軸方向全域に亘って固定配置されている。そして、押圧パッド63は、定着ベルト61を介して加圧ロール62を予め定められた幅領域に亘って予め定められた荷重(例えば、平均10kgf)で均一に押圧するように設置され、ニップ部Nを形成している。
押圧パッド63は、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムあるいは機械的強度や耐熱性の高い所謂エンジニアリングプラスチックスが用いられる。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK(poly ether ether ketone)樹脂、PES(poly ether sulfone)樹脂、PPS(poly phenylene sulfide)樹脂、LCP樹脂(liquid crystal polymer)等の剛体で構成された、断面が略円弧形状のブロック部材であり、定着ベルト61の内側においてフレーム64に支持されている。そして、加圧ロール62が定着ベルト61を圧接する領域にて、軸方向全域に亘って固定配置されている。そして、押圧パッド63は、定着ベルト61を介して加圧ロール62を予め定められた幅領域に亘って予め定められた荷重(例えば、平均10kgf)で均一に押圧するように設置され、ニップ部Nを形成している。
<温度センサの説明>
温度センサ65は、例えば、サーミスタ式の温度センサであり、温度の変化により抵抗値が変化する材料であるサーミスタを有する温度検知部を備える。
温度センサ65は、例えば、サーミスタ式の温度センサであり、温度の変化により抵抗値が変化する材料であるサーミスタを有する温度検知部を備える。
温度検知部に使用されるサーミスタとしては、例えば、温度の上昇に対して抵抗が減少するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ、温度の上昇に対して抵抗が増加するPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ、温度の上昇に対して抵抗が減少するが特定の温度範囲で感度が良好となるCTR(Critical Temperature Resistor)サーミスタ等の種々のサーミスタを使用することができる。
温度センサ65により検知された温度の情報は、例えば、制御部31に送られる。制御部31では、この温度の情報に基づき、ヒータユニット80を制御し、定着ベルト61の温度が、予め定められた範囲内となるようにする。
<ヒータユニットの構成の説明>
次に、本実施の形態のヒータユニット80について説明する。
図5(a)〜(b)は、本実施の形態のヒータユニット80の構成を示す図である。
ここで図5(a)は、ヒータユニット80の斜視図である。また図5(b)は、ヒータユニット80を図5(a)におけるVb方向から見た図である。
図示するヒータユニット80は、熱発生源であるヒータ81と、ヒータ81の形状をアーチ状に規定するガイド82と、ヒータ81およびガイド82を取り付ける取り付け部83と、ヒータ81を取り付け部83に固定するボルト84と、ヒータユニット80を定着ベルト61に押圧するための押圧部材85とを備える。
次に、本実施の形態のヒータユニット80について説明する。
図5(a)〜(b)は、本実施の形態のヒータユニット80の構成を示す図である。
ここで図5(a)は、ヒータユニット80の斜視図である。また図5(b)は、ヒータユニット80を図5(a)におけるVb方向から見た図である。
図示するヒータユニット80は、熱発生源であるヒータ81と、ヒータ81の形状をアーチ状に規定するガイド82と、ヒータ81およびガイド82を取り付ける取り付け部83と、ヒータ81を取り付け部83に固定するボルト84と、ヒータユニット80を定着ベルト61に押圧するための押圧部材85とを備える。
本実施の形態では、ヒータ81は、定着ベルト61(図3参照)の内周面に接触することで定着ベルト61を加熱する加熱部材の一例として機能する。
図6(a)〜(b)は、ヒータ81の構造について説明した図である。
ヒータ81は、いわゆるフィルムヒータであり、可撓性を有する。そして実際の使用状態においては、図5で示すように定着ベルト61の内周面に接触させるため、定着ベルト61の内周面に沿うように円弧状に曲げられアーチ状に取り付けられる。ただし説明をわかりやすくするため、図6(a)〜(b)では、円弧状に曲げられる前の平面状のヒータ81について図示している。
ここで図6(a)は、ヒータ81の斜視図である。また図6(b)は、ヒータ81のVIb−VIb断面図である。
図6(a)〜(b)は、ヒータ81の構造について説明した図である。
ヒータ81は、いわゆるフィルムヒータであり、可撓性を有する。そして実際の使用状態においては、図5で示すように定着ベルト61の内周面に接触させるため、定着ベルト61の内周面に沿うように円弧状に曲げられアーチ状に取り付けられる。ただし説明をわかりやすくするため、図6(a)〜(b)では、円弧状に曲げられる前の平面状のヒータ81について図示している。
ここで図6(a)は、ヒータ81の斜視図である。また図6(b)は、ヒータ81のVIb−VIb断面図である。
図示するようにヒータ81は、発熱層811が、絶縁層812に挟み込まれた構造を採る。また発熱層811は、定着ベルト61と接触する側に熱拡散層813を備える。
発熱層811は、本実施の形態では、配線が予め定められたパターンを描く加熱部の一例として機能する。
発熱層811は、導電性の発熱材料からなり、通電することにより発熱する。本実施の形態では、発熱層811は、例えば、厚さ30μmのステンレス箔からなる。また詳しくは後述するが、予め定められたパターンを描くことで、より均一に発熱を行うようにしている。
発熱層811は、導電性の発熱材料からなり、通電することにより発熱する。本実施の形態では、発熱層811は、例えば、厚さ30μmのステンレス箔からなる。また詳しくは後述するが、予め定められたパターンを描くことで、より均一に発熱を行うようにしている。
絶縁層812は、発熱層811を絶縁するとともに、発熱層811に折り曲がり等が生じないように保護するための層である。本実施の形態では、絶縁層812は、絶縁層812aと絶縁層812bの二層構造を採る。そして絶縁層812aと絶縁層812bとで発熱層811を挟み込み、熱圧着を行うことで絶縁層812内部に発熱層811が内包される構造としている。よって絶縁層812aと絶縁層812bとは、この場合、接着し一体化している。
絶縁層812a、812bは、絶縁性を有するとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。本実施の形態では、絶縁層812aとして、例えば、厚さ25μm〜50μmの熱硬化性ポリイミドが使用される。そして絶縁層812bとして、例えば、厚さ25μm〜50μmの熱可塑性ポリイミドが使用される。
絶縁層812a、812bは、絶縁性を有するとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。本実施の形態では、絶縁層812aとして、例えば、厚さ25μm〜50μmの熱硬化性ポリイミドが使用される。そして絶縁層812bとして、例えば、厚さ25μm〜50μmの熱可塑性ポリイミドが使用される。
熱拡散層813は、発熱層811から発生した熱を拡散し、定着ベルト61に伝熱させるための層である。熱拡散層813により定着ベルト61は、より均一に加熱され、定着ベルト61に温度分布のむらが生じることが抑制される。
熱拡散層813は、伝熱性に優れるとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。実施の形態では、熱拡散層813として、例えば、厚さ30μm〜50μmのステンレス箔を使用する。
熱拡散層813は、絶縁層812bと接合している。実際には、上述した絶縁層812aと絶縁層812bとで発熱層811を挟み込み、熱圧着を行うときに、併せて熱拡散層813と絶縁層812bとを接着させる。
熱拡散層813は、伝熱性に優れるとともに、耐熱性に優れた材料からなることが必要である。実施の形態では、熱拡散層813として、例えば、厚さ30μm〜50μmのステンレス箔を使用する。
熱拡散層813は、絶縁層812bと接合している。実際には、上述した絶縁層812aと絶縁層812bとで発熱層811を挟み込み、熱圧着を行うときに、併せて熱拡散層813と絶縁層812bとを接着させる。
図5に戻り、ガイド82は、ヒータ81の軸方向両端部(ヒータ81の短辺側端部)にそれぞれ配され、ヒータ81の形状をアーチ状に規定するための部材である。つまりヒータ81は、その軸方向両端部においてガイド82に沿って曲げられ、ガイド82と接触する箇所の形状によりその形状が規定される。ガイド82がヒータ81と接触する面は、定着ベルト61の内周面の形状と合わせて形成されるため、これによりヒータ81は、定着ベルト61とより良好に接触を保つことができ、その結果、定着ベルト61に温度分布のむらが生じることを抑制できる。
ガイド82は、耐熱性に優れるとともに、加工性にも優れることが必要とされる。本実施の形態では、ガイド82を形成する材料として、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂が使用される。
ガイド82は、耐熱性に優れるとともに、加工性にも優れることが必要とされる。本実施の形態では、ガイド82を形成する材料として、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂が使用される。
ガイド82は、取り付け部83に取り付けられている。またヒータ81は、定着ベルト61の回転方向両端部(ヒータ81の長辺側端部)において、ボルト84により取り付け部83にリジット固定される。ヒータ81は、ボルト84により長辺側端部において、例えば、片側4カ所、計8カ所で取り付け部83にリジット固定される。
つまりヒータ81は、ガイド82によりその形状がアーチ状に規定されるとともに、ボルト84により取り付け部83にリジット固定される。これによりヒータ81を、定着ベルト61の内周面に沿った形状とするとともに、ヒータ81が発熱した際にも熱膨張によりヒータ81が変形することを抑制することができる。よってガイド82と取り付け部83は、ヒータ81を用紙Pにトナー像を定着する定着ベルト61の内周面に沿うように固定する固定部として機能する。
また本実施の形態では、ガイド82や取り付け部83と接触する箇所においては、ヒータ81の発熱層811は、設けられていない。つまり発熱層811は、軸方向においては、ヒータ81の短辺側端部に設けられるガイド82の間の領域に設けられる。さらに発熱層811は、定着ベルト61の回転方向においては、ヒータ81の長辺側端部において取り付け部83とリジット固定される箇所の間の領域に設けられる。よってヒータ81の発熱層811が設けられる領域においては、ヒータ81は、定着ベルト61以外の他の部材とは、接触がない。即ち、例えば、図5においてヒータ81の上面は、定着ベルト61と接触を行うが、ヒータ81の下面は、発熱層811が設けられる領域においては他の部材と接触がなく、ヒータ81の下方は、空洞の状態となっている。これにより定着ベルト61以外の他の部材への熱伝導を抑制することができ、さらにヒータ81は、フィルム状であるため、ヒータ81の熱容量を小さくすることができる。そのため画像形成装置1(図1参照)の電源がONとなり、定着ユニット60(図1参照)を立ち上げるときなどに、より速やかに定着ベルト61を昇温させることが可能となる。その結果、定着ベルト61を定着可能温度まで上昇させる時間(ウォームアップタイム)が短縮される。
押圧部材85は、例えば、コイルバネであり、ヒータユニット80の軸方向に複数配置される。本実施の形態では、ヒータユニット80の軸方向両端部に2個ずつ、計4個の押圧部材85が設けられる。押圧部材85は、その一端が、ヒータユニット80に固定されている。また他端は、フレーム64(図3参照)と接触する。即ち、押圧部材85は、フレーム64とヒータユニット80との間に位置し、押圧部材85により発生する押圧力によりヒータユニット80を定着ベルト61に対し押しつける。これによりヒータユニット80のヒータ81は、定着ベルト61との接触を保つことができる。
<発熱層のパターンの説明>
次に発熱層811のパターンについて説明を行う。
図7(a)〜(c)は、発熱層811のパターンについて説明した例である。
ここで図7(a)は、発熱層811のパターンの全体図である。また図7(b)は、発熱層811のパターンの一部を拡大した図である。さらに図7(c)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第1の例について説明した図である。
本実施の形態において、発熱層811のパターンは、図7(c)に示すような形状(基本パターン)が連続して接続することにより形成される。そしてこの基本パターンが連続してさらに接続することで発熱層811のパターンは、図7(a)に示すように軸方向(ヒータ81の長辺方向)に直線状に延びる配線を形成する。さらに図7(a)に示すように、配線は、例えば、定着ベルト61の回転方向(ヒータ81の短辺方向)に複数列配列する。図7(a)に挙げた例では、定着ベルト61の回転方向に7列配列している。
次に発熱層811のパターンについて説明を行う。
図7(a)〜(c)は、発熱層811のパターンについて説明した例である。
ここで図7(a)は、発熱層811のパターンの全体図である。また図7(b)は、発熱層811のパターンの一部を拡大した図である。さらに図7(c)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第1の例について説明した図である。
本実施の形態において、発熱層811のパターンは、図7(c)に示すような形状(基本パターン)が連続して接続することにより形成される。そしてこの基本パターンが連続してさらに接続することで発熱層811のパターンは、図7(a)に示すように軸方向(ヒータ81の長辺方向)に直線状に延びる配線を形成する。さらに図7(a)に示すように、配線は、例えば、定着ベルト61の回転方向(ヒータ81の短辺方向)に複数列配列する。図7(a)に挙げた例では、定着ベルト61の回転方向に7列配列している。
図7(a)に挙げた例では、発熱層811のパターンは、3系統に分かれている。一番目のパターンは、引き出し線H1および引き出し線H2に接続されるパターンである。このパターンは、図中下から第1行目と軸方向中央部の図中下から第1行目〜第5行目に並ぶ配線と接続され、引き出し線H1から引き出し線H2に至るいわゆる一筆書きとなっている。また二番目のパターンは、引き出し線H1から第2行目〜第6行目に並ぶ配線と接続され、引き出し線H3に至る。さらに、三番目のパターンは、引き出し線H1から第3行目〜第7行目に並ぶ配線と接続され、引き出し線H4に至る。
本実施の形態では、図7(c)に示すように基本パターンは、正六角形の一部であり、正六角形を半分にした形状を採る。そしてこの基本パターンが連続して接続して図7(a)に示すパターンを形成する。
つまり本実施の形態の発熱層811のパターンをなす基本パターンは、辺部が接続することにより構成される。そしてそれぞれの辺部が鈍角をなすように連続的に接続することに特徴を有する。図7(a)〜(c)の場合は、辺部がなす角θは、120°となっている。また基本パターンを構成する辺部は、ほぼ等長であることが好ましい。
つまり本実施の形態の発熱層811のパターンをなす基本パターンは、辺部が接続することにより構成される。そしてそれぞれの辺部が鈍角をなすように連続的に接続することに特徴を有する。図7(a)〜(c)の場合は、辺部がなす角θは、120°となっている。また基本パターンを構成する辺部は、ほぼ等長であることが好ましい。
図8(a)〜(b)は、従来の発熱層のパターンについて説明した第1の例である。
ここで図8(a)は、従来の発熱層911のパターンの全体図である。また図8(b)は、発熱層911を構成するパターンの基本パターンについて説明した図である。
図示するように従来の発熱層911は、基本パターンとして、平行四辺形の一部を用いている。
ここで図8(a)は、従来の発熱層911のパターンの全体図である。また図8(b)は、発熱層911を構成するパターンの基本パターンについて説明した図である。
図示するように従来の発熱層911は、基本パターンとして、平行四辺形の一部を用いている。
また図9(a)〜(b)は、従来の発熱層のパターンについて説明した第2の例である。
ここで図9(a)は、従来の発熱層911のパターンの全体図である。また図9(b)は、発熱層911を構成するパターンの基本パターンについて説明した図である。
図示するように従来の発熱層911は、基本パターンが、円弧状の箇所と直線上の箇所からなるU字形状となっている。
ここで図9(a)は、従来の発熱層911のパターンの全体図である。また図9(b)は、発熱層911を構成するパターンの基本パターンについて説明した図である。
図示するように従来の発熱層911は、基本パターンが、円弧状の箇所と直線上の箇所からなるU字形状となっている。
図8、図9で挙げた例では、方向により発熱層911の剛性が異なる。例えば、軸方向と定着ベルト61の回転方向とでは、剛性が異なる。この場合、発熱層911が発熱すると、発熱層911とその周囲に設けられる絶縁層との間で熱膨張率が異なるため、これに起因してヒータ81(図5参照)に変形が生じやすい。また同様の理由により発熱層911が絶縁層から剥離する現象が生じやすい。さらに上述したようにヒータ81は、ヒータユニット80(図5参照)に円弧状に曲げて取り付ける必要があるが、発熱層911を曲げる際に同様の理由によりヒータ81の熱拡散層813(図5参照)が折れる現象が生じやすくなる。
また図8の例の場合、基本パターンを構成する辺部は、鋭角で接続する場合が生ずる。この場合、発熱層911での発熱の分布にむらが生じやすくなる。即ち、鋭角の箇所で抵抗が大きくなりやすく、そのため鋭角の箇所と他の箇所とで発熱量に差違が生じやすい。
さらに図9の例の場合についても円弧状の箇所で抵抗が大きくなりやすく、そのため円弧状の箇所と直線上の箇所とで発熱量に差違が生じやすい。
さらに図9の例の場合についても円弧状の箇所で抵抗が大きくなりやすく、そのため円弧状の箇所と直線上の箇所とで発熱量に差違が生じやすい。
本実施の形態では、例えば、図7で示すように、比較的長さが短い辺部を鈍角をなすように連続的に接続することでこの現象を抑制する。つまり基本パターンは、正六角形の一部であるため、方向による発熱層811の剛性の差違がほとんどない。よって上述したヒータ81の変形や発熱層811が剥離する現象、また熱拡散層813が折れる現象が生じにくくなる。さらに基本パターンをなす辺部は鈍角で接続されるため、鋭角で接続される図8の例や円弧状の箇所と直線上の箇所とに分かれる図9の例に比較して、発熱の分布にむらが生じにくい。
また本実施の形態の基本パターンは、その大きさをより小さく形成することで、上記方向による発熱層811の剛性の差違や発熱の分布にむらが生じることをさらに抑制している。図7の例では、基本パターンが形成されない箇所の幅を例えば、0.3mm〜0.5mmとしている。
また本実施の形態の基本パターンは、その大きさをより小さく形成することで、上記方向による発熱層811の剛性の差違や発熱の分布にむらが生じることをさらに抑制している。図7の例では、基本パターンが形成されない箇所の幅を例えば、0.3mm〜0.5mmとしている。
なお基本パターンについては、図7(c)で挙げた例に限られるものではない。
図10(a)〜(b)は、他の基本パターンを使用した場合の例について説明した図である。
ここで図10(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第2の例について説明した図である。また図10(a)は、図10(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図10(b)に示すように、本実施の形態においても基本パターンは、正六角形の一部である。そしてこれが連続して接続して図10(a)に示すパターンを形成する。
図示するように図10(b)の基本パターンは、図7(c)に例示した基本パターンとは形状が異なる。つまり正六角形から、接続する2つの辺の一部をそれぞれ切り取ったパターンとなる。
この基本パターンを使用した場合、基本パターンと構成する辺部は、等長とはならないが、基本パターンが図7(c)の場合より配線の密度をより高くすることができる。なおこの場合も、辺部が互いになす角θは、120°となっている。
図10(a)〜(b)は、他の基本パターンを使用した場合の例について説明した図である。
ここで図10(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第2の例について説明した図である。また図10(a)は、図10(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図10(b)に示すように、本実施の形態においても基本パターンは、正六角形の一部である。そしてこれが連続して接続して図10(a)に示すパターンを形成する。
図示するように図10(b)の基本パターンは、図7(c)に例示した基本パターンとは形状が異なる。つまり正六角形から、接続する2つの辺の一部をそれぞれ切り取ったパターンとなる。
この基本パターンを使用した場合、基本パターンと構成する辺部は、等長とはならないが、基本パターンが図7(c)の場合より配線の密度をより高くすることができる。なおこの場合も、辺部が互いになす角θは、120°となっている。
図11(a)〜(b)は、さらに他の基本パターンを使用した場合の例について説明した図である。
ここで図11(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第3の例について説明した図である。また図11(a)は、図11(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図11(b)に示すように、本実施の形態において基本パターンは、正五角形の一部である。この場合、正五角形から、正五角形の一辺とその一辺に接続する2つの辺の一部をそれぞれ切り取ったパターンとなる。そしてこれが連続して接続して図11(a)に示すパターンを形成する。図11(a)〜(b)の場合は、辺部が互いになす角θは、108°となっている。
この例でも方向による発熱層811の剛性の差違はほとんどなく、発熱層811の発熱の分布のむらは生じにくい。一方、配線の密度は、図7、図10で挙げた例に比較して低くなる。
ここで図11(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第3の例について説明した図である。また図11(a)は、図11(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図11(b)に示すように、本実施の形態において基本パターンは、正五角形の一部である。この場合、正五角形から、正五角形の一辺とその一辺に接続する2つの辺の一部をそれぞれ切り取ったパターンとなる。そしてこれが連続して接続して図11(a)に示すパターンを形成する。図11(a)〜(b)の場合は、辺部が互いになす角θは、108°となっている。
この例でも方向による発熱層811の剛性の差違はほとんどなく、発熱層811の発熱の分布のむらは生じにくい。一方、配線の密度は、図7、図10で挙げた例に比較して低くなる。
また上述した例では、基本パターンは、辺部が連続的に接続することにより構成され、正多角形の一部であったが、これに限られるものではない。
図12(a)〜(b)は、さらに他の基本パターンを使用した場合の例について説明した図である。
ここで図12(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第4の例について説明した図である。また図12(a)は、図12(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図示するように図12(b)の基本パターンは、円弧であり、図12(a)に図示した発熱層811のパターンは、円弧が連続的に接続することで形成される。
この例でも、方向による発熱層811の剛性の差違もほとんどなく、また図7、図10で挙げた例に比較して、さらに発熱の分布にむらが生じにくくすることができる。一方、配線の密度は、図7、図10で挙げた例に比較して低くなる。
図12(a)〜(b)は、さらに他の基本パターンを使用した場合の例について説明した図である。
ここで図12(b)は、発熱層811のパターンを構成する基本パターンの第4の例について説明した図である。また図12(a)は、図12(b)の基本パターンを使用したときの発熱層811のパターンについて説明した図である。
図示するように図12(b)の基本パターンは、円弧であり、図12(a)に図示した発熱層811のパターンは、円弧が連続的に接続することで形成される。
この例でも、方向による発熱層811の剛性の差違もほとんどなく、また図7、図10で挙げた例に比較して、さらに発熱の分布にむらが生じにくくすることができる。一方、配線の密度は、図7、図10で挙げた例に比較して低くなる。
以上詳述した例では、基本パターンが辺部から構成される場合、辺部がなす角度は、すべてほぼ同一の角度であったが、これに限られるものではない。辺部がなす角度が鈍角であれば、それぞれが異なる角度であってもよい。
また以上詳述した例では、基本パターンは、1種類であったが、2種類以上であってもよい。例えば、図7(c)で挙げた正六角形の一部からなる基本パターンと、図11(b)で挙げた正五角形の一部からなる基本パターンを混在させてもよい。
またさらに以上詳述した例では、配線は、軸方向に直線状に延びていたが、必ずしもこれに限られるものではなく、多少のうねりを有して軸方向に延びていてもよい。
また以上詳述した例では、基本パターンは、1種類であったが、2種類以上であってもよい。例えば、図7(c)で挙げた正六角形の一部からなる基本パターンと、図11(b)で挙げた正五角形の一部からなる基本パターンを混在させてもよい。
またさらに以上詳述した例では、配線は、軸方向に直線状に延びていたが、必ずしもこれに限られるものではなく、多少のうねりを有して軸方向に延びていてもよい。
1…画像形成装置、60…定着ユニット、61…定着ベルト、62…加圧ロール、80…ヒータユニット、81…ヒータ、82…ガイド、83…取り付け部、811…発熱層、812…絶縁層、813…熱拡散層
Claims (4)
- 記録材にトナー像を定着する定着部材と、
前記定着部材の外周面に圧接し、未定着トナー像を保持した記録材が通過するための定着加圧部を形成する加圧部材と、
曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し、前記定着部材を加熱する加熱部材と、
を備える定着装置。 - 前記配線は、前記定着部材の回転方向に複数列配列する請求項1に記載の定着装置。
- 曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し、記録材にトナー像を定着する定着部材を加熱する加熱部材と、
前記加熱部材を前記定着部材の内周面に沿うように固定する固定部と、
を備える加熱装置。 - トナー像を形成するトナー像形成部と、
トナー像を記録材に転写する転写部と、
トナー像を定着する定着部材と、当該定着部材の外周面に圧接する加圧部材と、曲率が略等しく中心角が180°を超える円弧で構成される形状同士が直線を介することなくさらに直接接続することで、軸方向に延びる配線が形成される加熱部を有し当該定着部材を加熱する加熱部材と、を備える定着部と、
を備える画像形成装置。
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