JPH0627840A - 像加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルム加熱方式の像加熱装置について、簡
単・低コストな手段構成で、また通紙記録材が不定形サ
イズであっても、非通紙部と通紙部の温度差（非通紙部
昇温）を小さくできるようにした装置を提供すること。 【構成】 静止状態で使用されるヒータ２１と、このヒ
ータと摺動し記録材と共に移動するフィルムとを有し、
このフィルムを介してヒータからの熱で記録材上の画像
を加熱する像加熱装置において、上記ヒータ２１は記録
材の移動方向と交差する方向に沿って設けられ通電によ
り発熱し正の温度抵抗係数を有する発熱体２２と、この
発熱体２２の長手方向に沿って設けられた給電電極３５
・３６とを具備し、ヒータ２１の温度を検知する温度検
知部材３０と、この温度検知部材３０の検知温度に基づ
き発熱体２２への通電を制御する制御手段とを有するこ
とを特徴とする像加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静止状態で使用される
ヒータ（加熱体）と、このヒータと摺動して記録材と共
に移動するフィルムとを有し、このフィルムを介してヒ
ータからの熱で記録材上の画像を加熱するフィルム加熱
方式の像加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像形成装置の画像加熱定着装置
等の像加熱装置としては、熱ローラ方式の装置にかわ
り、上記のように静止状態で使用されるヒータと、この
ヒータと摺動するフィイルムを用いるフィルム加熱方式
の装置が考えられている（米国特許第５，１４９，９４
１号明細書）。

【０００３】このようなフィルム加熱方式の像加熱装置
はウェイトタイムの短縮化・省電力等が達成でき効果的
なものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このフィルム
加熱方式の像加熱装置は、加熱体の最大通紙幅領域（≒
加熱体長手の有効発熱領域幅）よりも幅の狭い被加熱材
としての記録材を連続して導入通紙して加熱定着を続け
ると、加熱体の長手に沿う有効発熱領域の、該記録材が
通過しない領域（非通紙部）の加熱体部分が著しく過昇
温するという問題（非通紙部昇温）があった。

【０００５】この非通紙部昇温の問題は熱ローラ方式の
像加熱装置でも発生するが、この熱ローラ方式の装置の
場合は芯金の厚みを増しローラ長手方向の熱伝導を良く
することで該非通紙部昇温を解決できるが、ヒータを断
熱支持するフィルム加熱方式の装置ではこのような解決
策はとれない。

【０００６】また通紙部と非通紙部の温度差が大きくな
った場合、フィルム加熱方式の装置の場合はフィルムの
熱による伸び量が不均一になり、またフィルムの寄り力
が変化しフィルムがスムーズに回動できずシワや寄りを
生じてしまうことがある。

【０００７】フィルム加熱方式の装置について非通紙部
昇温を解決するために、米国特許第５，１７１，９６９
号明細書では、記録材のサイズに合わせて複数の電極を
設け、通電する電極を選択することでヒータの非通紙部
の発熱量を小さくした装置が考えられている。しかし、
これはヒータの構成が複雑であり、また不定形サイズの
記録材には適応できない。

【０００８】そこで本発明は、フィルム加熱方式の像加
熱装置について、簡単・低コストな手段構成で、また通
紙記録材が不定形サイズであっても、非通紙部と通紙部
の温度差を小さくできるようにした、即ち、非通紙部昇
温を低減させた装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする像加熱装置である。

【００１０】（１）静止状態で使用されるヒータと、こ
のヒータと摺動し記録材と共に移動するフィルムとを有
し、このフィルムを介してヒータからの熱で記録材上の
画像を加熱する像加熱装置において、上記ヒータは記録
材の移動方向と交差する方向に沿って設けられ通電によ
り発熱し正の温度抵抗係数を有する発熱体と、この発熱
体の長手方向に沿って設けられた給電電極とを具備し、
ヒータの温度を検知する温度検知部材と、この温度検知
部材の検知温度に基づき発熱体への通電を制御する制御
手段とを有することを特徴とする像加熱装置。

【００１１】（２）上記温度検知部材は記録材の最小通
過域内に設けられていることを特徴とする（１）の像加
熱装置。

【００１２】（３）上記発熱体はチタン酸バリウムから
なることを特徴とする（１）もしくは（２）の像加熱装
置。

【００１３】（４）像加熱時、上記制御手段は上記温度
検知部材の検知温度が所定の設定温度に維持されるよう
に上記発熱体への通電を制御することを特徴とする
（１）乃至（３）の何れかの像加熱装置。

【００１４】（５）上記設定温度は装置の使用状態に応
じて変更可能であることを特徴とする（１）乃至（４）
の何れかの像加熱装置。

【００１５】

【作用】即ち、上記構成のヒータは発熱体の長手方向に
沿って設けられた給電電極への電圧印加によって発熱体
の長手方向の各部が発熱することで昇温するが、この場
合ヒータ長手方向の発熱領域幅内の一部のヒータ領域部
分が他のヒータ領域部分に対して高い温度になった場
合、温度が高いヒータ領域部分における発熱体部分の長
手方向単位長さあたりの抵抗は温度が低いヒータ領域に
おける発熱体部分に対して高くなり、この抵抗が高くな
った発熱体部分は、他の発熱体部分に比べ長手方向単位
長さあたりの発熱量が小さくなる。

【００１６】このようにヒータの長手方向の一部の領域
部分が他のヒータ領域部分よりも高い温度になった場
合、温度の高いヒータ部分における発熱体部分の発熱量
が低減するので、ヒータの発熱領域幅よりも狭い幅の記
録材を連続通紙したときに生じるヒータの非通紙部昇温
が低減される。

【００１７】

【実施例】

〈第１実施例〉（図１〜図５） （１）画像形成装置例（図１・図２） 図１は本発明に従う像加熱装置を画像加熱定着装置とし
て使用した画像形成装置の一例の概略構成を示す装置断
面図である。本例の画像形成装置は原稿台往復動型の転
写式電子写真装置である。

【００１８】１００は装置機筐、１は該機筐の上面板１
００ａ上に配設したガラス板等の透明部材よりなる往復
動型の原稿載置台であり、機筐上面板１００ａ上を図面
上右方ａ、左方ａ′に夫々所定の速度で往復移動駆動さ
れる。

【００１９】Ｇは原稿であり、複写すべき画像面側を下
向きにして原稿載置台１の上面に所定の載置基準に従っ
て載置し、その上に原稿圧着板１ａをかぶせて押え込む
ことによりセットされる。

【００２０】１００ｂは機筐上面板１００ａ面に原稿載
置台１の往復移動方向とは直角の方向（紙面に垂直の方
向）を長手として開口された原稿照明部としてのスリッ
ト開口部である。

【００２１】原稿載置台１上に載置セットした原稿Ｇの
下向き画像面は原稿載置台１の右方ａへの往復移動過程
で右辺側から左辺側にかけて順次にスリット開口部１０
０ｂの位置を通過していき、その通過過程でランプ７の
光Ｌをスリット開口部１００ｂ、透明な原稿載置台１を
通して受けて照明走査される。

【００２２】その照明走査光の原稿面反射光が短焦点小
径結像素子アレイ２によって感光ドラム３面に結像露光
される。

【００２３】感光ドラム３は例えば酸化亜鉛感光層・有
機半導体感光層等の感光層が被覆処理され、中心支軸３
ａを中心に所定の周速度で矢示ｂの時計方向に回転駆動
され、その回転過程で帯電器４により正極性又は負極性
の一様な帯電処理を受け、その一様帯電面に前記の原稿
画像の結像露光（スリット露光）を受けることにより感
光ドラム３面には結像露光した原稿画像に対応して静電
潜像が順次に形成されていく。

【００２４】この静電潜像は現像器５により加熱で軟化
溶融する樹脂等よりなるトナーにて順次に顕像化され、
該顕像たるトナー画像が転写部としての転写放電器８の
配設部位へ移行している。

【００２５】Ｓは記録材としての転写材シートＰ（以
下、シートと記す）を積載収納したカセットであり、該
カセット内のシートＰが給送ローラ６の回転により１枚
宛繰出し給送され、次いでレジストローラ９により、ド
ラム３上のトナー画像形成部の先端が転写放電器８の部
位に到達したとき転写材シートＰの先端も転写放電器８
と感光ドラム３との間位置に丁度到達して両者一致する
ようにタイミングどりされて同期給送される。

【００２６】そしてその給送シートの面に対して転写放
電器８により感光ドラム３側のトナー画像が順次に転写
されていく。

【００２７】転写部でトナー画像転写を受けたシートは
不図示の分離手段で感光ドラム３面から順次に分離され
て搬送ガイド１０によって後述する定着装置１１に導か
れて担持している未定着トナー画像の加熱定着処理を受
け、画像形成物（コピー）として機外の排紙トレイ１２
上に排出される。

【００２８】一方、トナー画像転写後の感光ドラム３の
面はクリーニング装置１３により転写残りトナー等の付
着汚染物の除去を受けて繰り返して画像形成に使用され
る。

【００２９】１０１は図２に示すようにカセットＳ内に
配置された、シート材Ｐの両サイドを規制する一対のシ
ート位置規制部材であり、シートの巾に合わせてユーザ
ーが手動で位置調整可能となっている。

【００３０】この一対のシート位置規制部材１０１は互
いにラックとピニオンで連結しており、シートＰはサイ
ズの大小Ｐ₁ ・Ｐ₂ に関係なくシート進行方向と直交す
る巾方向の中心位置Ｃが一致してカセットＳ内に積載収
納されるようになっている。これによりシートはサイズ
に関係なく中央基準で装置内を搬送される。

【００３１】（２）定着装置１１（図３） 図３は上記の画像形成装置の像加熱装置としての定着装
置１１の拡大横断面図である。

【００３２】２４はエンドレスベルト状の耐熱性フィル
ム（定着フィルム）であり、並行に配設した駆動ローラ
２５と、テンションローラを兼ねる従動ローラ２６と、
ヒータ２１の３部材間に懸回張設させてある。

【００３３】フィルム２４は、例えば、厚み２０μの耐
熱フィルム、例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、
ＰＥＳ、ＰＦＡに、少なくとも画像当接面側にＰＴＦ
Ｅ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型層を
１０μコートしたもの等である。このフィルムの厚さは
一般的には総厚１００μｍ未満、より好ましくは７０μ
ｍ未満にする。

【００３４】２７はヒータ２１を断熱支持させたヒータ
ホルダ、２８はヒータ２１との間にフィルム２６を挟ん
でフィルムをヒータ２１の面に総圧４〜１５ｋｇで圧接
するシリコンゴム等の離型性の良いゴム弾性層を有する
加圧ローラである。

【００３５】フィルム２４は駆動ローラ２５の回転によ
り、少なくとも画像定着実行時は矢示の時計方向にヒー
タ２１面に密着して該加熱体面を摺動しながら所定の周
速度、即ち不図示の画像形成部（Ａ）側から搬送されて
くる未定着トナー画像Ｔを担持した記録材Ｐの搬送速度
と略同じ周速度でシワなく回転駆動される。

【００３６】ヒータ２１は後述するように電力供給によ
り発熱する発熱源としての通電発熱体（抵抗発熱体）２
２を含み、該通電発熱体２２の発熱により昇温する。

【００３７】通電発熱体２２に対する電力供給による該
発熱体の発熱によりりヒータ２１が加熱昇温し、またフ
ィルム２４が回転駆動されている状態において、ヒータ
２１と加圧ローラ２８との圧接部Ｎ（定着ニップ部）
の、フィルム２４と加圧ローラ２８との間に記録材Ｐが
導入されることで、該記録材Ｐがフィルム２４に密着し
てフィルムと一緒の重なり状態で圧接部Ｎを通過してい
く。

【００３８】この圧接部通過過程でヒータ２１からフィ
ルム２４を介して記録材Ｐに熱エネルギーが付与されて
記録材Ｐ上の未定着トナー画像Ｔが加熱溶融定着され
る。記録材Ｐは圧接部Ｎ通過後フィルム２４から分離し
て排出されていく。

【００３９】（３）ヒータ２１（図４・図５） 図４の（Ａ）は上記定着装置１１におけるヒータ２１の
一部切欠き拡大平面模型図、（Ｂ）はその縦断面図、
（Ｃ）は（Ａ）におけるｃ−ｃ線に沿う拡大横断面図で
ある。

【００４０】本例のヒータ２１は、通電発熱体２２とし
て厚み３ｍｍ・幅１０ｍｍ・長さ２４０ｍｍのチタン酸
バリウムにドープ剤を添加して燒結した半導体セラミッ
クスを用いている。

【００４１】この半導体セラミックは図５のように約１
８０℃以上の温度において温度が高くなると急激に抵抗
が上がる所謂ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficien
t)特性を有している。

【００４２】この通電発熱体２２は絶縁支持体３９上に
固定されており、該通電発熱体２２の長手両側面及び表
面の長手両側部に夫々長手に沿って通電電極層（給電電
極）３５・３６を印刷法により形成し、表面を全面的に
４フッ化エチレン樹脂（商品名テフロン）から成るオー
バーコート層３７で被覆してある。

【００４３】このオーバーコート層３７をフィルム側に
して配置し、フィルムはオーバーコート層３７に摺動す
る。電極層３５・３６間に通電することで、通電発熱体
２２が長手方向約２２０ｍｍ長で発熱する。

【００４４】このヒータ２１は温度が高くなった部分の
通電発熱体部分の抵抗が大きくなり、該通電発熱体部分
に対応する部分の電極３５・３６間に流れる電流が低下
し、該通電発熱体部分の単位長さ当りの発熱量が小さく
なる。

【００４５】このためヒータ２１の非通紙部の過昇温を
防止でき、小サイズの記録材の連続通紙後に大サイズの
記録材を定着する際の高温オフセットを防止し、且つフ
ィルムシワの発生や、フィルム駆動の不安定、またフィ
ルム２４や加圧ローラ２８の変形も防止できる。

【００４６】また本実施例では、ヒータ２１の背面の長
手方向略中央には絶縁支持体３９にくぼみ３９ａがあ
り、このくぼみ３９ａの中に温度検知素子（温度検知部
材）３０が熱伝導性の良いシリコン系接着剤で固定され
ている。

【００４７】前記通電は、前記温度検知素子３０の検知
温度を通電制御回路にフィードバックして、温度検出素
子３０で検出されるヒータ２１の温度が定着実行時に所
定の温度（定着温度）になるように温調制御される。本
実施例においては１８０℃に温調している。

【００４８】本実施例における画像形成装置はシート
（記録材）Ｐが中央基準で搬送される、即ち、前述した
ようにカセットＣのシート位置規制部材１０１・１０１
（図２）によりシートＰの大小サイズＰ₁ ・Ｐ₂ に関係
なくシート搬送方向と直交する巾方向において各サイズ
のシート何れも中央位置Ｃが一致するように装置内を搬
送され、定着処理時には図２のように各サイズのシート
は何れもシートＰの中央位置Ｃが定着装置１１のヒータ
２１の長手方向幅中央に配置された温度検知素子３０と
一致するようにシートＰは搬送される。このように温度
検知素子３０はシートＰの最小通過領域幅内に配置され
る。

【００４９】ＰＴＣ特性を有する発熱体２２は発熱量と
放熱量のつりあいがとれる温度に自己温調機能を有す
る。

【００５０】しかし放熱量が変化した場合、その自己温
調温度に若干の変化が生じる。即ち、低温環境や厚紙給
紙等の放熱量が大きい時、自己温調温度は低くなる。こ
のような条件は、通常よりも熱量を必要とするのに温調
温度が低下する為定着不良が生じる。逆に高温環境や薄
紙等の場合、自己温調温度が高くなり高温オフセットが
生じる。

【００５１】本実施例では、幅の狭いシートＰ₂ を用い
た場合においても必ず温度検知素子３０は該シートの通
過領域のヒータ温度を検知し、この検知温度に応じて通
電を制御するので、シートの種類、装置の環境によら
ず、シートの通過領域におけるヒータ温度を常に所定温
度に保つことができる。

【００５２】ここでの通電制御は通電発熱体２２に対す
る印加電圧または電流をコントロールするか、通電時間
をコントロールする方法を採る。

【００５３】通電時間をコントロールする方法には、電
源波形の半波ごとに通電する、通電しないを制御するゼ
ロクロス波数制御、電源波形の半波ごとに通電する位相
角を制御する位相制御等がある。即ち、温度検知素子
（サーミスタ）３０の出力をＡ／Ｄ交換し、ＣＰＵに取
り込み、その情報をもとにトライアックにより通電発熱
体２２に通電するＡＣ電圧を位相制御あるいは波数制御
等のパルス幅変調をかけ温度検知素子３０によるヒータ
２１の検知温度が一定となるように通電発熱体２２への
通電を制御する。

【００５４】〈第２実施例〉フィルム加熱方式の像加熱
装置としての定着装置１１において、定着に最適なヒー
タ温度はフィルム温度や、加圧ローラ温度によって異な
る。

【００５５】例えば連続で定着処理をする場合、フィル
ム２４や加圧ローラ２８が昇温するにつれ、最適温度は
低くなるため高温オフセットが発生することがある。

【００５６】本実施例はこの問題を解決したものであ
り、連続で定着処理を続ける場合、連続処理枚数が増え
るにつれてヒータ温調温度を下げている。

【００５７】具体的には、連続定着処理時には、最初の
１〜１０枚目は１８５℃で温調し、１０枚目以降は１７
５℃で温調している。

【００５８】本実施例では連続給紙枚数に応じて温調温
度を変えているが、フィルムや加圧ローラ近傍に温度検
知素子を配置し、これらの温度に応じてヒータ温度を変
えても良い。

【００５９】〈第３実施例〉（図６） 本実施例は、ヒータ２１の通電発熱体２２としてニッケ
ルとクロムを主成分とする室温〜３００℃の温度範囲で
約＋０．０４％／℃の正の温度抵抗係数を有する合金を
用いていたものである。

【００６０】図６の（Ａ）は本実施例のヒータ２１の一
部切欠き拡大平面模型図、（Ｂ）はその縦断断面図、
（Ｃ）は（Ａ）のｃ−ｃ線に沿う拡大横断面図である。

【００６１】即ち、本実施例におけるヒータ２１は、厚
み１ｍｍ・幅３０ｍｍ・長さ２４０ｍｍのアルミナ基板
４６上に、ガラスからなるグレーズ層４５を形成し、そ
の上に蒸着法によりニッケル・クロム合金からなる通電
発熱体層４４を形成し、この通電発熱体層４４上に該層
の長手両側部にそれぞれ長手に沿って金から成る給電電
極層４２・４３を形成し、更に表面を全体的にガラスの
オーバーコート層４１を形成したものである。

【００６２】３０はヒータ温度検知素子であり、本実施
例のヒータ２１においてはアルミナ基板背面の長手方向
略中央部に当接させてある。

【００６３】上述のような合金から成る発熱体２２は蒸
着法や印刷法により形成できるので、表面が平滑なヒー
タ２１を構成でき定着フィルム２４の摩耗を低減でき
る。

【００６４】一般に合金は温度抵抗係数が小さいため自
己温度制御は困難であるが、本実施例は被加熱材である
シートＰの通過領域に対応する部分のヒータ温度を温度
検知素子３０により検知し通電を制御しているので、通
紙領域のヒータ温度を常に最適温度に保てる。

【００６５】また、正の温度抵抗特性を有する発熱体２
２を用いているので、非通紙部のヒータ部分の過昇温は
低減できる。

【００６６】なお、本発明の像加熱装置を、前述の各実
施例では画像加熱定着装置で説明したが、本発明の像加
熱装置は定着装置に限らず、トナー画像の表面性の改質
等をする加熱装置等にも適用できる。

【００６７】また本発明は、実施例にとらわれるもので
はなく、技術思想内でのあらゆる変形が可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明のフィルム加熱方式
の像加熱装置は、簡単・低コストな手段構成で、また通
紙記録材が不定形サイズであっても、ヒータの非通紙部
昇温を効果的に低減できるもので、所期の目的がよく達
成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従う像加熱装置を画像加熱定着装置
として用いた画像形成装置例の概略構成を示す装置断面
図

【図２】 中央基準で搬送される記録材と、定着装置の
ヒータの温度検知素子との位置対応図

【図３】 定着装置の拡大横断面図

【図４】 （Ａ）はヒータの一部切欠き拡大平面模型図 （Ｂ）はその縦断面図 （Ｃ）は（Ａ）におけるｃ−ｃ線に沿う拡大横断面図

【図５】 発熱体の温度抵抗特性図

【図６】 （Ａ）は第３実施例におけるヒータの一部切
欠き拡大平面模型図 （Ｂ）はその縦断面図 （Ｃ）は（Ａ）におけるｃ−ｃ線に沿う拡大横断面図

【符号の説明】

１１ 像加熱装置としての画像加熱定着装置の総括符号 ２１ ヒータ（加熱体） ２２・４４ 通電発熱体 ３５・３６，４２・４３ 給電電極 ３０ 温度検知部材 ２４ 耐熱性フィルム（定着フィルム） ２５ 駆動ローラ ２６ 従動ローラ ２８ 加圧ローラ Ｐ 記録材

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止状態で使用されるヒータと、このヒ
   ータと摺動し記録材と共に移動するフィルムとを有し、
   このフィルムを介してヒータからの熱で記録材上の画像
   を加熱する像加熱装置において、 上記ヒータは記録材の移動方向と交差する方向に沿って
   設けられ通電により発熱し正の温度抵抗係数を有する発
   熱体と、この発熱体の長手方向に沿って設けられた給電
   電極とを具備し、ヒータの温度を検知する温度検知部材
   と、この温度検知部材の検知温度に基づき発熱体への通
   電を制御する制御手段とを有することを特徴とする像加
   熱装置。
2. 【請求項２】 上記温度検知部材は記録材の最小通過域
   内に設けられていることを特徴とする請求項１の像加熱
   装置。
3. 【請求項３】 上記発熱体はチタン酸バリウムからなる
   ことを特徴とする請求項１もしくは同２の像加熱装置。
4. 【請求項４】 像加熱時、上記制御手段は上記温度検知
   部材の検知温度が所定の設定温度に維持されるように上
   記発熱体への通電を制御することを特徴とする請求項１
   乃至同３の何れかの像加熱装置。
5. 【請求項５】 上記設定温度は装置の使用状態に応じて
   変更可能であることを特徴とする請求項１乃至同４の何
   れかの像加熱装置。