JP6815851B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真記録方式の複写機やプリンタに搭載される定着装置に関するものである。

電子写真記録方式の複写機やプリンタに搭載される定着装置として、筒状のフィルムを用いたフィルム加熱方式のものがある。フィルム加熱方式の定着装置は、筒状のフィルムと、フィルムの内面に接触するヒータと、フィルムを介してヒータと定着ニップ部を形成する加圧ローラを有している。ヒータは樹脂製のヒータホルダで保持されている。また、ヒータホルダは金属製の補強部材で補強されている。ヒータホルダには貫通孔が設けられており、ヒータホルダと補強部材の間の空間に設けられた温度検知素子がヒータホルダの貫通孔を介してヒータの温度を検知している。ヒータは温度検知素子の検知温度に応じて制御される。ヒータホルダと補強部材の間の空間にはサーモスイッチ等の保護素子も設けられており、保護素子もヒータホルダに設けられた他の貫通孔を介してヒータからの熱を受けるように配置されている。保護素子はヒータが過剰な温度に達した時にヒータへの給電を遮断する役割を有している。この保護素子はヒータの過剰な温度に対して素早く動作するために、金属などの熱伝導の良い材質で作られていることが多い。

しかしながら、金属製であると保護素子の熱容量が大きくなる。これにより、保護素子をヒータに直接接触させると、装置の立ち上げ時にヒータの熱を奪ってしまう。ヒータの熱量が足りないとトナー像が確実に定着されないことがあるため、保護素子が温まりきるまで印刷開始を遅らせる必要がある。この遅延は、印刷完了までに要する時間を長くしてしまい、ユーザにストレスを感じさせる結果となってしまう。

このような課題を回避するために、保護素子とヒータの間にスペーサを配置し、保護素子への熱の伝導を減らす提案がある（特許文献１）。異常高温時にはこのスペーサが溶けて、保護素子と溶けたスペーサとヒータの三者が密着して熱を伝えることで、ヒータへの給電を遮断する構成になっている。

特開２０１３−４１０９６号

しかしながら、特許文献１のようなスペーサを有する装置において、例えば定着ニップ部の圧力を解除するためにヒータが移動した際にヒータが保護素子に対し傾いてしまうと、ヒータとスペーサの間に大きなギャップが生じてしまうことが考えられる。このような状態でヒータの異常発熱が起こると、ヒータからスペーサへ流れる熱量が低下してしまってスペーサを溶かすのに時間が掛り、保護素子の作動遅れが生じる可能性がある。

本発明は、ヒータが傾いてしまっても、保護素子の作動遅れが生じにくい定着装置を提供することにある。

上述の課題を解決するための本発明は、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するローラと、前記ヒータからの熱により作動するスイッチ部を有し、前記ヒータへの電力供給を遮断するための保護素子と、前記ヒータと前記保護素子の間に配置されているスペーサと、を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、前記スペーサは、前記保護素子と接触する側の面のうち、中央部よりも端部の方が前記保護素子から遠ざかるクラウン形状になっており、前記スペーサの前記保護素子との接触面積は、前記ヒータとの接触面積より小さく、前記スペーサは前記保護素子に対して傾くことができることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータが傾いてしまっても、保護素子の作動遅れが生じにくい定着装置を提供できる。

画像形成装置の概略断面図 実施例１の定着部の概略図 実施例１の加熱ユニットの概略図 実施例１の加熱ユニットの断面図 実施例１のスペーサの概略図 実施例１のスペーサの断面図 実施例２のスペーサの概略図 実施例２のスペーサの断面図

（実施例１）
（画像形成装置の全体構成）
図１を用いて、画像形成装置の全体構成の概要について説明する。給送トレイ１内に積載収納された記録材２は、図中時計回り方向に回転する給送ローラ３により給送され、搬送ローラ４に送られ、ベルト内駆動ローラ５と二次転写ローラ６のニップ部へ送られる。

画像形成部を構成する像担持体としての感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋは、図中反時計回り方向に回転する。各画像形成部では、各感光ドラムの外周面にレーザスキャナ８からのレーザ光により静電潜像が順次形成され、続いてその静電潜像が現像ローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋにより現像され、トナー像が形成される。感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋに形成されたトナー像は、一次転写ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより押圧されると共に電圧印加され、中間転写ベルト１１に転写される。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ５やテンションローラ１２等に張架されている。中間転写ベルト１１は、駆動ローラ５が図中時計回りに回転駆動されることによって、感光ドラム１の表面の移動速度と略同じ速度で移動する。

カラー画像を形成する場合は、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋにイエロー、マゼンダ、シアン、ブラック各色のトナー像が現像される。そして、それぞれに形成されたトナー像が、一次転写ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより中間転写ベルト１１に順次転写される。次に中間転写ベルト１１に形成されたトナー像は、駆動ローラ５と二次転写ローラ６のニップ部に送られた記録材２に一括転写される。更に、トナー像が転写された記録材２は、加熱ユニット１３と加圧ローラ１４の間に形成されている定着ニップ部へ送られ、ここで加熱及び加圧されてトナー像が記録材２に定着される。トナー像が定着された記録材２は、排出ローラ１５と排出コロ１６により排出される。

（定着部の構成）
ここで本実施例に関わる定着部（定着装置）について詳しく説明する。図２は定着装置の概略図である。加熱ユニット１３は、筒状の定着フィルム１８、定着フィルム１８の内面に接触するヒータ１９、ヒータ１９を保持するホルダ２０、ホルダ２０を補強する金属製のステイ２１を備えている。定着フィルム１８は、例えば、耐熱性が高く、熱伝導性に優れた特性を有するポリイミドフィルムなどである。ヒータ１９は、セラミックヒータやカーボンヒータなどであり、図示しない電源から供給される電力によって発熱する。ヒータ１９は、ホルダ２０の溝部に嵌めた状態でホルダに保持されている。ヒータ１９、ホルダ２０、ステイ２１は、定着フィルム１８の内部空間に配置されている。

加熱ユニット１３は、図示してない加圧ばねによって、定着フィルム１８を介してヒータ１９と共に定着ニップ部Ｎを形成するローラである加圧ローラ１４に接触するように構成されている。加圧ローラ１４は、芯金１４ａと、この芯金１４ａの周りに設けた耐熱性のゴム層１４ｂ等を有する。加圧ローラ１４は弾性を有しているため、両者間に圧力を掛けると加熱ユニット１３と加圧ローラ１４の間には所定の幅を有する定着ニップ部Ｎが形成される。また、加圧ローラ１４は、図示しない駆動源によって駆動される。この加圧ローラ１４の回転により、定着フィルム１８と加圧ローラ１４間で摩擦力が発生し、定着フィルム１８は加圧ローラ１４に対して従動回転する。定着装置は定着ニップ部Ｎで記録材２を挟持搬送しつつ記録材に形成された画像（トナー像）を記録材に定着する。その後、定着ニップＮから抜けた記録材２は曲率分離され、定着ニップＮ下流部に搬送される。その際、記録材２は搬送ガイド等のガイド部材の間を通り、排紙ローラ１５と排紙コロ１６によって挟持搬送されてトレイ１７に排出される。

図３（ａ）は加熱ユニット１３の斜視図、図３（ｂ）は定着フィルムを取り除いた状態の加熱ユニット１３の斜視図である。加熱ユニット１３は、サーミスタや温度ヒューズ等の保護素子２２を有する。サーミスタや温度ヒューズ等の保護素子２２は、その内部に、ヒータからの熱により作動するスイッチ部を有するものであり、ヒータ１９への電力供給を遮断する役目を有する。保護素子２２はヒータ１９の定着フィルム１と接触する面とは反対側の面と対向するように配置されており、電気的には保護素子２２は給電ライン中に配置されている。

２３はヒータ１９の温度を検知するサーミスタ等の温度検知素子である。保護素子２２と温度検知素子２３は、これらが安定して動作するために、バネ２５やバネ２６によって夫々ヒータに向って付勢されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に加熱ユニットの断面図を示す。保護素子２２とヒータ１９との間には、スペーサ２４が設けられている。保護素子２２とスペーサ２４はバネ２５によってヒータ１９に押しつけられ、３者は常に密着している。

定着装置は更に、加圧ローラとヒータを離間させる方向にヒータを移動させる離間機構（不図示）を有する。

（スペーサの詳細）
次に、スペーサ２４について、詳しく説明する。図５は、スペーサ２４の斜視図、図６（ａ）はスペーサ２４を記録材搬送方向の下流側から見た時の断面図、図６（ｂ）はスペーサ２４を加熱ユニットの長手方向の一端側から見た時の断面図である。

スペーサ２４は片側の面が平面になっており、もう一方の面が曲面形状になっている。平面側がヒータ１９に接触する側で、曲面側が保護素子２２に接触する側である。この曲面形状は中央に対し端部が薄くなっており、本実施例ではヒータ１９の長手側と短手側の両方とも同様に端部が薄くなっている。また、この曲面形状はなだらかなクラウン形状になっており、ヒータ１９が傾いた際はスペーサ２４も傾いて、追従することができる構成になっている。つまり、スペーサの保護素子との接触面積は、ヒータとの接触面積より小さく、スペーサは保護素子に対して傾くことができる。スペーサは、保護素子との接触する側の面のうち、中央部よりも端部の方が前記保護素子から遠ざかるクラウン形状になっている。

次に、クラウン形状について説明する。ヒータ長手方向におけるスペーサ２４の中央部２４ａと端部２４ｂの厚み差をＸ、ヒータ短手方向におけるスペーサ２４の中央部２４ａと端部２４ｃの厚み差をＹとする。ＸとＹの最小値は、加熱ユニット１３が加圧ローラ１４から圧を受けてスペーサ２４が撓んでもスペーサ２４と保護素子２２が面接触にならない程度は必要となってくる。さらにスペーサ２４の製造公差で中央部２４ａと端部２４ｂ、２４ｃの曲面形状が逆転しないようにすることを考えても、中央部２４ａと端部２４ｂ、２４ｃの厚みの差Ｘ、Ｙは、１００μｍ以上は必要となってくる。

また中央部２４ａと端部２４ｂ、２４ｃの厚みの差Ｘ、Ｙは、大きくすればするほどスペーサ２４が傾くことができる。そのため上述した離間機構によってヒータを加圧ローラから離れる方向に移動させる圧力解除時のように、保護素子２２への押圧力が減りヒータ１９と保護素子２２の平行度が崩れた際にも、スペーサ２４はヒータ１９に追従することが可能になる。尚、本例の装置は、離間機構によってヒータが移動した際も、ヒータとスペーサが接触状態を維持する。

とはいえ、レーザビームプリンタで使用するようなスペーサ２４の全長は１０ｍｍ程度である。その程度の全長のスペーサ２４がミリ単位で傾かなければならないほど、ヒータ１９と保護素子２２の平行度が崩れることは考えづらい。さらに、厚み差Ｘ、Ｙを大きくしすぎると、中央部２４ａの肉厚が厚くなりすぎてスペーサ１９を溶かす時間が長くなってしまう。よって中央部２４ａと端部２４ｂ、２４ｃの厚みの差Ｘ、Ｙは、５００μｍ程度以下に抑えておいた方が好ましい。

（実施例２）
（スペーサの詳細）
実施例２のスペーサ３４について、詳しく説明する。図７は、スペーサ３４の斜視図、図７（ａ）はスペーサ３４を記録材搬送方向の下流側から見た時の断面図、図７（ｂ）はスペーサ２４を加熱ユニットの長手方向の一端側から見た時の断面図である。

スペーサ３４は片側の面が平面になっており、もう一方の面がヒータ１９の長手方向において曲面形状になっている。平面側がヒータ１９に接触する面で、曲面側が保護素子２２に接触する側である。この曲面形状はヒータ１９の長手方向において、中央に対し端部が薄くなっている。また、この曲面形状はなだらかなクラウン形状になっており、ヒータ１９が長手方向に傾いた際はスペーサ３４も傾いて、追従することができる構成になっている。

次に、クラウン形状について説明する。中央部３４ａと端部３４ｂの厚み差Ｘの最小値は、加熱ユニット１３が加圧ローラ１４から圧を受けてスペーサ３４が撓んでも面接触にならない程度は必要となってくる。さらにスペーサ３４の製造精度で中央部３４ａと端部３４ｂの曲面形状が逆転しないようにすることを考えても、中央部３４ａと端部３４ｂの厚みの差Ｘは、１００μｍｍ以上は必要となってくる。
また中央部３４ａと端部３４ｂの厚み差Ｘは、大きくすればするほどスペーサ３４が傾くことができる。そのため圧解除時など保護素子２２への押圧力が減りヒータ１９と保護素子２２の平行度が崩れた際にも、スペーサ３４はヒータ１９に追従することが可能になる。また、厚みの差Ｘは５００μｍ程度以下に抑えておいた方が好ましい。

実施例１及び２に示したように、スペーサは、保護素子との接触面おいて点接触、または線接触、または複数点が一列に並んで接触する構成が好ましい。

また、スペーサとヒータの間にヒータよりも熱伝導性が高い伝熱板を設ける構成の定着装置に実施例１や２のようなスペーサを採用してもよい。この場合、離間機構によってヒータが移動した際も、伝熱板とスペーサが接触状態を維持する構成とするのが好ましい。

１３ 加熱ユニット
１４ 加圧ユニット
１８ 定着フィルム
１９ ヒータ
２０ ホルダ
２１ ステイ
２２ 保護素子
２３ 温度検知素子
２４、３４ スペーサ

Claims (5)

1. 筒状のフィルムと、
   前記フィルムの内面に接触するヒータと、
   前記フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成するローラと、
   前記ヒータからの熱により作動するスイッチ部を有し、前記ヒータへの電力供給を遮断するための保護素子と、
   前記ヒータと前記保護素子の間に配置されているスペーサと、
   を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、
   前記スペーサは、前記保護素子と接触する側の面のうち、中央部よりも端部の方が前記保護素子から遠ざかるクラウン形状になっており、前記スペーサの前記保護素子との接触面積は、前記ヒータとの接触面積より小さく、前記スペーサは前記保護素子に対して傾くことができることを特徴とする定着装置。
2. 前記スペーサは、前記保護素子との接触面おいて点接触、または線接触、または複数点が一列に並んで接触することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記スペーサと前記ヒータの間に前記ヒータよりも熱伝導性が高い伝熱板を有す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. 前記装置は更に、前記ローラと前記ヒータを離間させる方向に前記ヒータを移動させる離間機構を有し、前記離間機構によって前記ヒータが移動した際も、前記ヒータと前記スペーサが接触状態を維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
5. 前記装置は更に、前記ローラと前記ヒータを離間させる方向に前記ヒータを移動させる離間機構を有し、前記離間機構によって前記ヒータが移動した際も、前記伝熱板と前記スペーサが接触状態を維持することを特徴とする請求項３に記載の定着装置。

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