JP6638197B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特にこのような画像形成装置に搭載される加熱方式の定着装置に関するものである。

画像形成装置では、画像情報に基づいて像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通し、熱と圧力により記録材上にトナー像を定着する。

省エネルギーを実現する定着装置としては、セラミックスやガラス基体に、抵抗発熱体を形成した抵抗ヒータによって、フィルムを加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の定着装置は、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と加圧ローラとで、フィルムと記録材とを密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。この定着装置は、アルミナ等のヒータ基板上に抵抗発熱体を形成した板状加熱体によって、薄いフィルムを加熱することで、省エネを実現できる。

しかしながら、特許文献１に記載の板状加熱体は、ヒータ基板の温度を検知するサーミスタが、ヒータ基板上に配置されているところ、抵抗発熱体の温度を適切に検知できない問題がある。

本発明は、省エネを実現すると共に、加熱温度を適切に制御可能な定着装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着装置は、
未定着画像に接触して回転するベルト状定着部材と、
前記ベルト状定着部材とで定着ニップ部を形成する押圧部材と、
前記ベルト状定着部材を加熱するヒータ部材と
前記ヒータ部材を保持する保持手段と、
温度検知手段によって検知した情報に基づいて前記ヒータ部材の加熱を制御する加熱制御手段と、を備える定着装置において、
前記ヒータ部材は、前記ベルト状定着部材の長手方向に延びる長尺状の基材と、該基材より定着ニップ部側に形成された発熱体とから構成され、
前記ベルト状定着部材と前記ヒータ部材との間に介在され、定着ニップ部で前記ベルト状定着部材と接触し、前記ヒータ部材からの熱を該ベルト状定着部材に伝熱する伝熱部材と、を有し、
前記伝熱部材は、前記ベルト状定着部材の回転方向の少なくとも一方であって、前記定着ニップ部よりも上流側、又は下流側、又は上流及び下流の両側に延在する延在部を有し、
前記延在部は、前記ベルト状定着部材に少なくとも一部が接触しつつ、前記押圧部材から遠ざかる方向に傾斜する傾斜面状、又は曲面状に形成され、
前記温度検知手段は、前記延在部に設けられていることを特徴とする。

本発明によると、省エネを実現すると共に、加熱温度を適切に制御可能な定着装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す構成図である。 図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示した構成図である。 図１に示した画像形成装置のニップ形成部材を概略的に示した構成図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材を示した構成図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材の変形例を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材の変形例を説明する説明図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材の変形例を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るニップ形成部材を概略的に示す構成図である。 図９に示した画像形成装置のヒータ部材の変形例を説明する説明図である。

図１に、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのモノクロプリンタを示し、これに基づいて説明するが、当然ながら、本発明は、公知のカラー画像形成装置についても同様に適用可能なものである。モノクロプリンタには、既知のように、像担持体としての感光体８の周囲に画像を形成するのに必要な所定の装置、例えば、帯電手段、露光手段、現像手段等が設けられている。即ち、帯電手段としての帯電ローラ１８、露光手段を構成するミラー２０、現像手段としての現像ローラ２２ａを備えた現像装置２２、転写装置１０、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング装置２４等が配置されている。そして、帯電ローラ１８と現像装置２２の間において、ミラー２０を介して感光体８上の露光部２６に、露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。また、プリンタの下部には、給紙手段４が配され、画像形成部への用紙搬送路の途中には、レジストローラ対（位置合わせローラ対）６が設けられている。用紙搬送路の終わりには、定着ベルト２８とヒータ部材５６と加圧ローラ３０を主構成部材とする定着装置１２が設けられている。

給紙手段４は、記録媒体としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４や、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを、最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対６で一旦停止される。そして、姿勢ずれを矯正された後、感光体８の回転に同期するタイミングで、即ち、感光体８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングで、レジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

本プリンタにおける画像形成動作は、従来と同様に行われる。即ち、感光体８が回転を始めると、感光体８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体８の回転により現像装置２２の対向位置へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に、転写装置１０の転写バイアス印加により転写される。未定着画像たるトナー像を担持した用紙Ｐは、定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、機外の排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体８上に残った残留トナーは、感光体８の回転に伴ってクリーニング装置２４に至る。そして、クリーニング装置２４を通過する間に、クリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体８上の残留電位が既知の除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

次に、図２に基づき、本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明する。定着装置１２は、可撓性の耐熱性フィルムである無端の定着ベルト（ベルト状定着部材；以下、単に定着ベルトという）２８と、その外周面に当接する押圧部材である加圧ローラ３０と、ヒータ部材５６とを有する。

ヒータ部材５６は、定着ベルト２８の軸方向（長手方向）の均熱化のための伝熱部材５０と共に、加圧ローラ３０とで定着ニップ部ＳＮを形成するニップ形成部材の機能を果たしており、加熱パッドとも称される。

伝熱部材５０、ヒータ部材５６、及びこれを保持する保持手段としてのヒータホルダ５７は、装置側板に接続されたステー（支持部材）６１に支持される。そのため、加圧ローラ３０により圧力を受けるこれらの部材の撓みが防止され、長手方向で均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、伝熱部材５０と定着ベルト２８の内周面との間に、低摩擦シートを介在させていてもよい。

また、定着ベルト２８の回転方向において、定着ニップ部ＳＮの下流側であって、ヒータ部材５６の上流側に、定着ベルト２８の表面温度を検知する温度検知手段としての第１サーミスタ３４が設けられている。また、伝熱部材５０に、伝熱部材５０の温度を検知する温度検知手段としての第２サーミスタ３６が設けられている。これらサーミスタの検知情報に基づいて、ヒータ部材５６に電力を供給する電源４０を制御する加熱制御手段４２が備えられている。加熱制御手段４２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

定着ベルト２８は、外径３０ｍｍ、厚み１０〜７０μｍのニッケル製の基体と、この基体表面に被覆された弾性層と、さらにその表面に形成された離型層を有している。弾性層は、シリコーンゴムで形成され、厚み５０〜１５０μｍである。耐久性を高めて離型性を確保する離型層は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で形成され、厚み５〜５０μｍ厚である。基体は、ニッケルに限られず、ＳＵＳ等の金属やポリイミド（ＰＩ）等の耐熱樹脂材料で形成されていてもよい。

加圧ローラ３０は、外径が３０ｍｍであり、中実の鉄製の芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に形成された弾性層３０ｂとを有している。弾性層３０ｂは、シリコーンゴムで形成され、厚み５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚み４０μｍ程度のフッ素樹脂（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ）層を形成するのが望ましい。加圧ローラ３０は、既知のように、付勢手段によって定着ベルト２８を介して伝熱部材５０やヒータ部材５６に圧接されている。加圧ローラ３０は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され、回転する。この加圧ローラ３０により定着ベルト２８が連れ回り回転する。

次に、ニップ形成部材について説明する。ニップ形成部材は、図３に示すように、ヒータ部材５６と、定着ベルト２８の軸方向（長手方向）の均熱化のための伝熱部材５０とを有し、加圧ローラ３０とで定着ニップ部ＳＮを形成する。

ヒータ部材５６は、伝熱部材５０を介して定着ベルト２８を加熱することで、定着ベルト２８の温度を上昇させ、定着ニップ部ＳＮに搬送される未定着画像を加熱して定着する。

ヒータ部材５６は、図４に示すように、定着ベルト２８の長手方向（軸方向）に延びる長尺状の基材５６ｂと、基材５６ｂより定着ニップ部ＳＮ側に配置される発熱体としての抵抗発熱体５６ａと、から構成される板状の発熱体である。さらに、ガラスやセラミック等で構成される低熱伝導率の基材５６ｂの上に、例えば、酸化ルテニウム等で構成される抵抗発熱体５６ａを印刷して焼成し、その上にオーバーコート（ＯＣ）層５６ｃを形成しても良い。基材５６ｂより定着ニップ部ＳＮ側に位置するＯＣ層５６ｃは、ガラス等で形成されているところ、基材５６ｂより薄く、基材５６ｂ側への伝熱よりもＯＣ層側５６ｃへ伝熱し易いことから、定着ベルト２８の加熱効率を向上できる。

ヒータ部材５６を保持する保持手段としてのヒータホルダ５７は、装置側板に接続されたステー（支持部材）６１に支持され、加圧ローラ３０から受ける圧力による部材の撓みが防止され、長手方向で均一なニップ幅が得られるようになっている。ヒータホルダ５７は、ヒータ部材５６の裏面に接触して、ヒータ部材５６を保持している。

ところで、ヒータホルダ５７は、ヒータ部材５６の熱を受けて高温になり易く、破損する虞がある。そのため、ヒータホルダ５７を、ＬＣＰ等の耐熱性の高い樹脂で形成する。その結果、ヒータホルダ５７の破損を防げる。また、ヒータホルダ５７は、ヒータ部材５６の裏面の少なくとも一部で接触させる。すなわち、ヒータホルダ５７は、抵抗発熱体５６ａと対向しない位置で、ヒータ部材５６と接触させる。そのため、ヒータ部材５６からヒータホルダ５７に流れる熱量を減らし、熱を高熱伝導側の伝熱部材５０に、ひいては定着ベルト２８に効率的に伝えることができる。

次に、伝熱部材５０について説明する。
伝熱部材５０は、銅又はアルミ等の高熱伝導材料からなり、ヒータ部材５６の熱を、定着ベルト２８に効率的に伝熱する。また、伝熱部材５０は、ヒータ部材５６の長手方向への伝熱性向上にも寄与し、定着ベルト２８の長手方向の温度偏差を低減できる。さらに、ヒータ部材５６と伝熱部材５０との間には、熱伝導グリスや熱伝導シート等が介設されているところ、密着性が向上することから、ヒータ部材５６のニップ側面（表面）と反対側面（裏面）よりも、表面側への伝熱性を高め、定着ベルト２８の加熱特性の向上を図れる。

また、伝熱部材５０は、定着ニップＳＮにおいて、定着ベルト２８に接触する。さらに、本実施形態における伝熱部材５０は、定着ベルト２８の回転方向において、定着ニップＳＮの上流側に延設する延在部５０ａを有し、延在部５０ａにおいても、定着ベルト２８に接触する。定着ニップ部ＳＮ以外の範囲、すなわち延在部５０ａで定着ベルト２８に接触することで、定着ベルト２８への伝熱時間を確保できる。なお、伝熱部材５０の延在部は、この態様に限定されず、定着ベルト２８の回転方向において、定着ニップＳＮの上流側及び／又は下流側に延設されて定着ベルト２８に接触しても良い。

伝熱部材５０の延在部５０ａには、伝熱部材５０の温度を検知する第２サーミスタ３６が設けられている。伝熱部材５０に第２サーミスタ３６が設けられているところ、第２サーミスタ３６が伝熱部材５０の温度を直接測定できることから、正確な温度を瞬時に検出できる。さらに、ヒータ部材５６は、２５０℃を超えた高温となるところ、第２サーミスタ３６は、ヒータ部材５６とは接触しないことから、耐熱性の低い第２サーミスタ３６を使用でき、信頼性を向上できる。

次に、ヒータ部材５６について詳細に説明する。
ヒータ部材５６は、図５に示すように、その長手方向、すなわち用紙搬送方向と直交する方向に、長尺状の抵抗発熱体５６ａを有する。抵抗発熱体５６ａには、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１〜Ｗ５とが接続されている。第１の通電電極を構成する共通配線Ｗｃｏｍと、第２の通電電極を構成する個別配線Ｗ１〜Ｗ５とは、抵抗発熱体５６ａに対して櫛歯状の導電部を形成する。共通配線Ｗｃｏｍと、個別配線Ｗ１〜Ｗ５とが櫛歯状の導電部を形成することで、抵抗発熱体５６ａは複数の加熱領域（Ｈ１〜Ｈ５）を有することになる。各加熱領域は、個別配線Ｗ１〜Ｗ５をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御可能である。定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４や伝熱部材５０の温度を検知する第２サーミスタ３６は、各加熱領域に対応して配置されている。

各加熱領域は、長手方向中心から左右対称な位置にある加熱領域（Ｈ１とＨ５、Ｈ２とＨ４）を同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成しても良い。これにより加熱制御に必要なスイッチ素子、例えばトライアックやＦＥＬの数を低減することができる。

なお、ヒータ部材５６は、長尺状の抵抗発熱体に対して櫛歯状電極で複数の加熱領域を形成するものに限定されない。例えば、図６に示すように、複数の個別抵抗発熱体５６ａ１１〜５６ａ５３をヒータ部材５６の長手方向に配しても良い。そして、複数の個別抵抗発熱体５６ａ１１〜５６ａ５３が各加熱領域（Ｈ１〜Ｈ５）を構成する。個別抵抗発熱体５６ａ１１〜５６ａ５３は、それぞれ発熱部を構成する。加熱領域Ｈ３では、１０個の個別抵抗発熱体５６ａ３１〜５６ａ３１０によって１０個の発熱部が形成され、該領域Ｈ３を加熱する。各個別抵抗発熱体が隣接する間隔は、略一定に保たれている。

このような構成においても、各加熱領域は、長手方向中心から左右対称な位置にある加熱領域（Ｈ１とＨ５、Ｈ２とＨ４）が同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成されても良い。これによりＯＮ／ＯＦＦをするためのトライアックやＦＥＴ等のスイッチ素子の数が低減される。

なお、上述の実施形態では、加熱領域をＨ１〜Ｈ５の５つに分割しているが、この態様に限定されない。例えば、９分割などより多くに分割したり、３分割など少なく分割することも可能である。複数の加熱領域に分割されていないヒータでも、本願発明は有効であり、これに適用することも可能である。

各加熱領域は、個別配線Ｗ１〜Ｗ５をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御可能である。サーミスタ３４，３６の検知情報や通紙サイズ情報に基づいて、加熱制御手段４２によって各加熱領域が温度制御され、ヒータ部材の加熱割合を変化させる。通紙サイズ情報にも応じて加熱制御することで、非通紙域の温度が高くなりすぎる事態が回避され、非通紙域の過昇温による部材の破損や画像品質の低下を抑制できる。非通紙域に対応する部位で電力供給を完全に停止（オフ）してもよいが、極端に温度が下がり過ぎると、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに間に合わないことがある。このため、定着ベルト２８は、画像領域に対応する第１の目標温度よりも低いが室温よりは所定値以上である第２の目標温度に保つように温度制御され、非通紙域に対応する部位へも給電は行われる。

なお、延在部５０ａは、図７に示すように、伝熱部材５０の長手方向の一部領域に形成されても良い。延在部５０ａが、伝熱部材５０の長手方向の一部領域に形成されることで、伝熱部材５０の全体の熱容量を小さくでき、温度検知性能も向上する。

なお、伝熱部材５０の温度を検知する第２サーミスタ３６は、図８に示すように、各加熱領域Ｈ１〜Ｈ５に対応して、複数の延在部５０ａ１〜５０ａ５に配置されて良い。

続いて、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、第１の実施形態に係る画像形成装置と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

第２の実施形態では、伝熱部材の形状が異なる点で第１の実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。

本実施形態の伝熱部材１５０は、図９に示すように、定着ニップＳＮにおいて、定着ベルト２８に接触する。さらに、本実施形態における伝熱部材１５０は、定着ベルト２８の回転方向下流側に延設する延在部１５０ａを有し、延在部１５０ａにおいても、定着ベルト２８に接触する。伝熱部材１５０の温度は、定着ベルト２８の回転方向において、上流側よりも下流側の方が高くなっているところ、高温部の温度を検知できることから、安全な構成にできる。

また、延在部１５０ａは、図１０に示すように、定着ニップＳＮの下流側先端領域で、定着ベルト２８と非接触とする構成にしても良い。延在部１５０ａが定着ベルト２８と接触しない領域に、第２サーミスタ３６を配置することが望ましい。第２サーミスタ３６が、延在部１５０ａの定着ベルト２８が非接触の領域に配置されることで、第２サーミスタ３６が検知する延在部１５０ａの温度上昇がし易くなり、短時間で温度変化を検出できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、上述の実施形態で紹介した各構成の材質、寸法はあくまで一例であり、本発明の作用を発揮し得る範囲内で様々な材質や寸法を選択可能であることは言うまでもない。

２８ 定着ベルト（ベルト状定着部材の一例）
３０ 加圧ローラ（押圧部材の一例）
３６ 第２サーミスタ（温度検知手段）
４２ 加熱制御手段
５０ 伝熱部材
５０ａ 延在部
５６ ヒータ部材
５６ａ 抵抗発熱体（発熱体の一例）
５６ｂ 基材
５７ ヒータホルダ（保持手段の一例）
ＳＮ 定着ニップ部

特開平６−９５５４０号公報

Claims (8)

1. 未定着画像に接触して回転するベルト状定着部材と、
   前記ベルト状定着部材とで定着ニップ部を形成する押圧部材と、
   前記ベルト状定着部材を加熱するヒータ部材と
   前記ヒータ部材を保持する保持手段と、
   温度検知手段によって検知した情報に基づいて前記ヒータ部材の加熱を制御する加熱制御手段と、を備える定着装置において、
   前記ヒータ部材は、前記ベルト状定着部材の長手方向に延びる長尺状の基材と、該基材より定着ニップ部側に形成された発熱体とから構成され、
   前記ベルト状定着部材と前記ヒータ部材との間に介在され、定着ニップ部で前記ベルト状定着部材と接触し、前記ヒータ部材からの熱を該ベルト状定着部材に伝熱する伝熱部材と、を有し、
   前記伝熱部材は、前記ベルト状定着部材の回転方向の少なくとも一方であって、前記定着ニップ部よりも上流側、又は下流側、又は上流及び下流の両側に延在する延在部を有し、
   前記延在部は、前記ベルト状定着部材に少なくとも一部が接触しつつ、前記押圧部材から遠ざかる方向に傾斜する傾斜面状、又は曲面状に形成され、
   前記温度検知手段は、前記延在部に設けられていることを特徴とする、定着装置。
2. 前記温度検知手段は、前記延在部の前記ベルト状定着部材と接触している領域に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記保持手段は、前記発熱体と対向しない位置で、前記ヒータ部材と接触していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記延在部は、前記ベルト状定着部材の回転方向において、定着ニップ部よりも下流側に延在することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
5. 前記延在部は、前記ベルト状定着部材の回転方向において、定着ニップ部よりも上流側に延在することを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の定着装置。
6. 前記延在部は、前記伝熱部材の長手方向の少なくとも一部領域に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の定着装置。
7. 前記ベルト状定着部材の長手方向に複数の前記延在部を有し、
   前記複数の延在部に、それぞれ前記温度検知手段を有することを特徴とする、請求項６に記載の定着装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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