JPH11194837A

JPH11194837A - 加熱部材、及びこれを備えた定着装置

Info

Publication number: JPH11194837A
Application number: JP36908997A
Authority: JP
Inventors: Masahide Hirai; 政秀平井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1997-12-27
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータの温度を精度よく検知して、定着不良
やホットオフセットのない良好な定着を行う。【解決手段】フィルム加熱方式の定着装置において、
ヒータの温度を検知するサーミスタ５を含む温度検知回
路Ｃ₁ と、ＣＰＵ１０を含む温度制御回路Ｃ₂ とをそれ
ぞれ個別に独立させて構成し、両回路をフォトカップリ
ング素子１０１で接続する。これにより、温度検知回路
Ｃ₁ と温度制御回路Ｃ₂ との間の絶縁耐圧を考慮するこ
となくサーミスタ５の配置を決定できる。サーミスタ５
を定着ニップ部Ｎ近傍に配置して、精度のよい温度検
知、ひいては、精度のよい定着温度の制御を行って、熱
量不足による定着不良や、熱量過多によるホットオフセ
ットを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、良熱伝導性の基板
上に発熱体を有するヒータ、及びこれを備えた定着装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、電子写真、静電記録、磁
気記録等の適宜の作像プロセスを用いた複写機、プリン
タ、ファクシミリ等の画像出力装置において、記録材に
転写方式又は直接方式で記録材表面に担持させたトナー
像を定着させる定着装置（像加熱装置）として、熱ロー
ラ方式の定着装置が用いられてきた。

【０００３】この熱ローラ方式の定着装置は、内部に加
熱部材（ヒータ）を備えた金属製の定着ローラと、これ
に圧接された、弾性を有する加圧ローラを基本構成とし
て、この一対のローラによりできる定着ニップ部（圧接
ニップ部）に被加熱部材としての紙等の記録材を導入し
て挟持搬送、通過させることにより、トナー像を加熱、
加圧して定着させるものである。

【０００４】ところが、このような熱ローラ方式の定着
装置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を
定着温度まで昇温させるのには非常に多くの時間を要し
るという欠点があった。また、このため、画像出力動作
を速やかに実行するためには、定着装置を使用していな
いときにもローラ表面をある程度の温度に温調していな
ければならないという欠点があった。

【０００５】これら熱ローラ方式の定着装置の欠点をな
くした定着装置として、例えば、特開昭６３−３１３１
８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報等に、フィ
ルム加熱方式の定着装置が提案されている。

【０００６】このフィルム加熱方式の定着装置は、通
常、薄肉の耐熱性の定着フィルムと、定着フィルムの一
方面側に固定配置された加熱部材（ヒータ）と、他方面
側にヒータに対向して配置され、ヒータに対して定着フ
ィルムを介して記録材を密着させる加圧部材（加圧ロー
ラ）とを有する。

【０００７】定着フィルムと加圧ローラとの間に構成さ
れる定着ニップ部（圧接ニップ部）に間に、例えば複写
機では未定着トナー像を担持した記録材を導入して通過
させることにより、記録材上の未定着トナー像が定着フ
ィルムを介してヒータで加熱され、未定着トナー像に熱
エネルギーが付与され、トナーが軟化、溶融して記録材
上に熱定着される。

【０００８】このようなフィルム加熱方式の定着装置
は、ヒータに低熱容量のものを用いることができるた
め、従来の熱ローラ方式の定着装置に比べて、ウェイト
タイムの短縮化（クイックスタート化）が可能となり、
また、省エネルギー化が実現できる等の利点がある。

【０００９】このヒータは、通電により発熱する抵抗発
熱体と、この抵抗発熱体が設けられる良熱伝導性のセラ
ミック基板を有し、この基板の温度を検知する温度検知
素子の検知出力により抵抗発熱体への通電を制御回路に
より制御するようにしている。

【００１０】従来は、この抵抗発熱体を含む基板の裏面
にガラスで保護されたサーミスタビーズで構成されるサ
ーミスタを取り付け、リード線でサーミスタビーズの抵
抗値を測定することによってヒータの温度を検出し、抵
抗発熱体に加える電力を制御してヒータの温度を所定の
値に制御していた。

【００１１】しかし、上記サーミスタとヒータの接触状
態のバラツキが大きく、さらにはサーミスタが大きいた
めに熱時定数が大きく、応答性が悪いという欠点があっ
た。

【００１２】この欠点をなくすべく、近年、チップ型の
サーミスタを基板に取り付けたヒータが作られるように
なった。このチップ型サーミスタは、アルミナ基板の上
にサーミスタと電極とを積層し、防湿層としてガラスを
コートして作られる。そしてこのチップ型のサーミスタ
を耐熱性の高い導電性接着剤により、ヒータの裏面に設
けた電極に接着する。

【００１３】しかし、上記の製造方法においても、チッ
プ型のサーミスタを接着した後これを加熱硬化させる必
要があったり、サーミスタと基板との間隙によって応答
性にバラツキが生じたりする等の問題があった。導電性
接着剤が十分に硬化していないと輸送や組立時に、剥が
れてしまうといった問題も発生するため、工程の管理が
複雑になるという欠点がある。

【００１４】そこで、サーミスタを印刷によってヒータ
上に直接形成することが提案されている。サーミスタの
印刷による形成で早い応答性と強固な接着を可能とす
る。この印刷サーミスタは、チップサーミスタのように
基板との間隙がなく直接、セラ基板上に印刷されている
ので応答性のバラツキが少なく、より正確な温度検知が
可能となった。しかしいずれの場合出も、抵抗発熱体と
サーミスタとの間の絶縁耐圧を満たすために、定着装置
に制限があった。

【００１５】従来は、通電され発熱する発熱抵抗体側
（一次側）と、温度検知素子を含む温度検知、制御側
（二次）とを設け、一次、二次間の絶縁耐圧、沿面距離
をとっていた。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】プロセススピードの高
速化に伴い、良好な定着性を確保し、かつウェイトタイ
ムのないクイックスタートを実現させるためには、フィ
ルム加熱方式の定着装置の各部品に、より熱伝導性の高
い、低熱容量の材料を用いらなければならい。また、よ
り精度良く温調制御する必要がある。

【００１７】しかしながら、より熱伝導を向上させ、低
熱容量のヒータとした場合、又は、セラミック基板の材
料コストの面からも、基板幅、厚み等を小さくした方が
よく、このような構成にした場合、発熱抵抗体と温度検
知抵抗体の位置関係に制限が生じてきた。

【００１８】また、より精度良く温調制御するためには
定着ニップ内の温度を精度よく検知し、かつ絶縁耐圧を
満たさなければならなかった。

【００１９】また、ヒータが割れた場合等に、一次二次
側のＣＰＵまで流れ込んでしまい、正しい制御ができな
くなったり、ＣＰＵを破壊してしまうということも考え
られる。

【００２０】また、従来のフィルム加熱方式の定着装置
に用いられるヒータでは、ヒータの熱容量が小さくな
り、目標温度に制御するのが困難になってしまう、ま
た、高速化された場合には、クイックスタートをさせる
ためにはより大きな電力が必要となり、さらにこの傾向
が強くなり、より速い応答性と、精度良いサーミスタ出
力を得る必要がある。

【００２１】そこで、本発明は、上述事情に鑑みてなさ
れたものであり、より正確な温度制御を可能とし、かつ
絶縁耐圧を満たすことのできる加熱部材、及びこれを備
えた定着装置を提供することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの、請求項１に係る加熱部材は、良熱伝導性の基板
と、該基板上に設けられて通電により発熱する発熱体
と、前記基板上に設けられた温度検知素子とを備えた加
熱部材において、前記温度検知素子を含む温度検知回路
と、ＣＰＵを含む温度制御回路とをそれぞれ独立した回
路とする、ことを特徴とする。

【００２３】請求項２に係る加熱部材は、前記温度検知
回路と、前記温度制御回路とをフォトカップリング素子
によって接続する、ことを特徴とする。

【００２４】請求項３に係る加熱部材は、前記温度検知
素子を印刷サーミスタとする、ことを特徴とする。

【００２５】請求項４に係る定着装置は、請求項１、
２、又は３記載の加熱部材と、耐熱性の定着フィルム
と、該定着フィルムを前記加熱部材に押し付けて前記定
着フィルムとの間に定着ニップ部を構成する加圧部材
と、前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、該
温度検知素子の検知結果を基に前記加熱部材に対する通
電を制御して前記加熱部材の温調温度を制御するＣＰＵ
と、を備え、未定着トナー像を担持した記録材を前記定
着ニップ部にて挟持搬送しつつ、前記加熱部材からの熱
で前記記録材上に前記トナー像を熱転着させる、ことを
特徴とする。

【００２６】〔作用〕温度検知素子を含む温度検知回路
と、ＣＰＵを含む温度制御回路とをそれぞれ独立した回
路とすることにより、温度検知回路と温度制御回路との
間の絶縁耐圧を考慮することなく、加熱部材の発熱体と
温度検知部材との配置を決めて、温度検知部材の位置を
好適な位置に配置することができるので、加熱部材温度
をより正確に、精度よく検知することができる。し、よ
り精度良く定着温度を制御することが可能となり、定着
不良、高温オフセット等のない良好な画像を得ることが
可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２８】〈実施の形態１〉図６は、本発明の基礎と
なる、フィルム加熱方式の定着装置の概略構成を示す図
である。

【００２９】同図に示す定着装置は、定着フィルム１、
加熱部材支持体としてのステー２、加熱部材としてのヒ
ータ３、加圧部材としての加圧ローラ４、温度検知部材
（温度検知素子）としてのサーミスタ５を備えている。

【００３０】定着フィルム１は、耐熱性の薄肉のフィル
ムを無端状（エンドレス）に構成したものであり、ヒー
タ３が取り付けられた状態のガイド部材でもあるステー
２に外嵌されている。この定着フィルム１の内周長とヒ
ータ３を含むステー２の外周長とについては、定着フィ
ルム１の方を例えば３mmmm程度大きくしてあり、したが
って、定着フィルム１はステー２に対し周長が余裕を持
ってルーズに外嵌されている。

【００３１】定着フィルム１は、熱容量を小さくしてク
イックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚が
１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上
の耐熱性のあるＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、又は
ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、Ｐ
ＰＳ等の外周表面にＰＴＦＡ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコー
ティングした複合層フィルムを使用できる。本実施の形
態ではポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコー
ティングしたものを用いた。

【００３２】ヒータ３は、アルミナ等で形成された基板
８の表面（図６においては下面）に、例えばＡｇ／Ｐｄ
（銀パラジウム）等の電気抵抗材料で形成した発熱体
（抵抗発熱体）６を厚み約１０μｍ、幅１〜３mmにスク
リーン印刷等により塗工し、その上に保護層７としてガ
ラスやフッ素樹脂等をコートしてある。

【００３３】加圧ローラ４は、ヒータ３との間で定着フ
ィルム１を挟んで定着フィルム１との間に定着ニップ部
Ｎを形成し、定着フィルム１を駆動する回転体としての
加圧ローラであり、芯金４ａの外周面をシリコーンゴム
等の離型性の良い耐熱ゴム４ｂによって囲繞して構成さ
れており、芯金４ａの一方の端部に接続された駆動手段
（不図示）によって矢印Ｒ４方向に回転駆動される。

【００３４】サーミスタ５は、ヒータ３の温度を検出し
てヒータ３の温度を制御するためにヒータ３の裏面（図
６においては上面）に取り付けられている。図７にヒー
タ３の拡大断面図を示す。なお、同図は、ヒータ３の長
手方向に直角な方向の縦断面図である。同図に示すよう
に、サーミスタ５はアルミナ基材２０の上にサーミスタ
材２１と電極２２とを積層し、防湿層２３としてガラス
をコートしてチップ状に形成したものであり、この温度
検知素子であるサーミスタチップを、基板８の、発熱体
６の反対側の面に形成された、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ
／Ｐｔ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属からなる厚さ１０μｍ程度
の１対の電極３０に、エポキシ、ポリイミド、シリコー
ン等の耐熱樹脂にＡｇ、Ａｕ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａｇ／Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ｎｉ、又はカーボン等の導電性微粉を混合し
た導電性樹脂接着剤４０、又はガラスペーストに上記導
電粉を混ぜた導電性ガラスペースト等の耐熱性の高い導
電性接着剤で接着してある。

【００３５】上述のサーミスタ５には、ＣＰＵ（制御装
置）１０、トライアック１１が接続されている。

【００３６】上述のヒータ３の温度制御は、ヒータ裏面
のサーミスタ５の出力をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１０に取
り込み、その情報をもとにトライアック１１によりヒー
タ３に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等のパルス幅
変調をかけ、ヒータ通電電力を制御することで行うよう
にしている。

【００３７】図５に、実施の形態１の定着装置を示す。
同図に示す定着装置は、上述の図６に示す定着装置（本
発明の基礎となる定着装置）に、さらに、サーミスタ５
とＣＰＵ１０との間にフォトカップリング素子１０１を
配置した構成を採用している。

【００３８】図１に、本実施の形態１に使用した回路の
概略図を示す。この図１のように、本実施の形態におい
ては、サーミスタ５を二次側に配置して、温度検知用回
路Ｃ₁ を構成し、フォトカップリング素子１０１を介し
てＣＰＵ１０を含む温度制御回路Ｃ₂ を構成している。
すなわちサーミスタ５からのサーミスタ電圧を、ヒータ
制御用のフォトカップリング素子１０１を介して取り込
み、Ａ／Ｄ変換器（不図示）によってＡ／Ｄ変換し、Ｃ
ＰＵ１０に取り込み、その情報をもとにトライアック１
１によりヒータ３に通電するＡＣ電源１１０からのＡＣ
電圧を位相、波数制御等のパルス幅変調をかけ、ヒータ
通電電力を制御することで行うようにしている。

【００３９】このように温度検知回路Ｃ₁ と温度制御回
路Ｃ₂ とをそれぞれ個別に独立させ、フォトカップリン
グ素子１０１を介してＣＰＵ１０を含む制御回路を構成
しているため、一次、二次間の絶縁耐圧が壊れた場合に
おいても、ＣＰＵ１０に過電流が流れることはなく、過
電流によるＣＰＵの破損等も未然に防止することができ
る。

【００４０】〈実施の形態２〉図２は、本実施の形態２
に使用した回路の概略図である。この図２のように、本
実施の形態においては、サーミスタ５を一次側に配置
し、温度検知用回路を構成し、サーミスタ電圧をヒータ
制御用のフォトカップリング素子１０１を介して取り込
み、Ａ／Ｄ変換器（不図示）によってＡ／Ｄ変換し、Ｃ
ＰＵ１０に取り込み、その情報をもとにトライアック１
１によりヒータ３に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御
等のパルス幅変調をかけ、ヒータ通電電力を制御するこ
とで行う。同図中の６０はダイオードブリッジ、６１は
コンデンサ、６２はＩＣである。

【００４１】サーミスタ５を含む温度検知回路Ｃ₁ が一
次側にある場合、電源電圧の変動によってサーミスタ用
電源が安定して供給されず、当然ながらサーミスタ電圧
に対する温度が不正確なものとなってしまい、温調制御
がばらついたものになってしまう。

【００４２】そこで、本実施の形態においては、サーミ
スタ用電源回路に３端子レギュレータ１０５を設けるこ
とで、安定した電圧を供給させている。

【００４３】このように温度検知回路Ｃ₁ と温度制御回
路Ｃ₂ とをそれぞれ個別に独立させ、フォトカップリン
グ素子１０１を介してＣＰＵ１０を含む制御回路を構成
しているため、一次、二次間の絶縁耐圧が壊れた場合に
おいても、ＣＰＵ１０に過電流が流れることはなく、過
電流によるＣＰＵの破損等も未然に防止することができ
る。

【００４４】〈実施の形態３〉図３は、本実施の形態に
用いた定着用のヒータ３の概略構成を示す縦断面図であ
る。発熱体６と、同一面にサーミスタ５０（本実施の形
態においては印刷サーミスタ）を配置したものである。
これは、従来の、ヒータの背面（裏面）にサーミスタを
配置したものよりも、定着ニップ内Ｎ内の温度をより正
確に検知しうる手段であるが、一次、二次間の絶縁耐圧
を満たすために、配置や、構成に制限が生じた。

【００４５】本実施の形態は上記の問題に鑑みて発明さ
れたものである。

【００４６】本実施の形態では、前述の実施の形態２で
使用した図２の回路を使用した。この図２のように、本
実施の形態においては、サーミスタ５を一次側に配置
し、サーミスタ電圧をヒータ制御用のフォトカップリン
グ素子１０１を介してＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ１０に取り
込み、その情報をもとにトライアック１１によりヒータ
３に通電するＡＣ電圧を位相、波数制御等のパルス幅変
調をかけ、ヒータ通電電力を制御することで行う。

【００４７】また、サーミスタ５を含む温度検知回路Ｃ
₁ が一次側にある場合、電源電圧の変動によってサーミ
スタ用電源が安定して供給されず、当然ながらサーミス
タ電圧に対する温度が不正確なものとなってしまい、温
調制御がばらついたものになってしまう。

【００４８】そこで、本実施の形態においては、サーミ
スタ用電源回路に３端子レギュレータ１０５を介し、安
定した電圧を供給させている。

【００４９】本構成を採用することにより、発熱体６と
サーミスタ５０との絶縁耐圧を考慮することなく、最適
な発熱体６とサーミスタ５０の位置関係を採用すること
ができ、従来のヒータ裏面にサーミスタ５を配置したも
のに対して、より精度良く、定着ニップ部Ｎ内の温度、
温度リップルを抑えて制御することが可能となる。

【００５０】〈実施の形態４〉図４は、本実施の形態４
に用いたヒータ３の概略構成を示す縦断面図である。本
実施の形態ではヒータ３の表面の発熱体６上に絶縁層５
１を１層設け、その上に印刷サーミスタ５０を積層した
ヒータ３を用いた。これは、従来の、発熱体６の背面に
サーミスタ５を配置したものよりも定着ニップ部Ｎ内の
温度をより正確に検知しうる手段であるが、一次、二次
間の絶縁耐圧を満たすために、配置や、構成に制限が生
じる場合があった。

【００５１】ここで、本実施の形態においては、実施の
形態２、実施の形態３で用いた図２の回路使用した。

【００５２】本実施の形態のように温度検知回路Ｃ₁ と
温度制御回路Ｃ₂ とをそれぞれ独立した回路とし、フォ
トカップリング素子１０１によって結合させている。し
たがってフォトカップリング素子１０１で絶縁耐圧を満
たしていれば、ヒータ３の発熱体６とサーミスタ５０と
の間の絶縁耐圧を考慮することなくヒータ３を構成する
ことができ、より精度良く定着ニップ部Ｎ内の温度検
知、制御することが可能となった。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度検知素子を含む温度検知回路と、ＣＰＵを含む温度
制御回路とをそれぞれ独立した回路とし、両回路をフォ
トカップリング素子を用いて接続することによって、絶
縁耐圧を考慮することなく加熱部材を構成することがで
き、これにより、より精度良く定着温度を制御すること
が可能となり、定着不良、高温オフセット等のない良好
な定着を行うことができる。また、同様に、温度検知素
子を含む温度検知回路と、ＣＰＵを含む温度制御回路と
をそれぞれ独立した回路とし、両回路をフォトカップリ
ング素子を用いて接続することによって、加熱部材が割
れた場合等においても、ＣＰＵに過電流が流れ込んでＣ
ＰＵを破壊させるということがなくなった。

【００５４】また、本発明に係る定着装置が複写機等に
装着された場合、プロセススピードが高速化されると、
より精度良く、応答性を制御し、定着ニップ部内の温度
をより正確に制御しなければならいなが、絶縁耐圧を考
慮することなく加熱部材の温度を正確に検知し制御する
構成をとることが容易にでき、オーバーシュートのない
より正確な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における回路構成を示す図。

【図２】実施の形態２における回路構成を示す図。

【図３】実施の形態３におけるヒータの構成を示す縦断
面図。

【図４】実施の形態４におけるヒータの構成を示す縦断
面図。

【図５】実施の形態１における定着装置の概略構成を示
す縦断面図。

【図６】本発明の基礎となる定着装置の概略構成を示す
縦断面図。

【図７】本発明の基礎となる定着装置におけるヒータの
構成を示す縦断面図。

【符号の説明】

１定着フィルム３加熱部材（ヒータ）４加圧部材（加圧ローラ）６発熱体（抵抗発熱体）８基板１０ＣＰＵ（制御装置）５０温度検知素子（印刷サーミスタ）１０１フォトカップリング素子１１０ＡＣ電源Ｃ₁ 温度検知回路Ｃ₂ 温度制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】良熱伝導性の基板と、該基板上に設けら
れて通電により発熱する発熱体と、前記基板上に設けら
れた温度検知素子とを備えた加熱部材において、前記温度検知素子を含む温度検知回路と、ＣＰＵを含む
温度制御回路とをそれぞれ独立した回路とする、ことを特徴とする加熱部材。
【請求項２】前記温度検知回路と、前記温度制御回路
とをフォトカップリング素子によって接続する、ことを特徴とする請求項１記載の加熱部材。
【請求項３】前記温度検知素子を印刷サーミスタとす
る、ことを特徴とする請求項１又は２記載の加熱部材。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の加熱部材
と、耐熱性の定着フィルムと、該定着フィルムを前記加熱部材に押し付けて前記定着フ
ィルムとの間に定着ニップ部を構成する加圧部材と、前記加熱部材の温度を検知する温度検知素子と、該温度検知素子の検知結果を基に前記加熱部材に対する
通電を制御して前記加熱部材の温調温度を制御するＣＰ
Ｕと、を備え、未定着トナー像を担持した記録材を前記定着ニップ部に
て挟持搬送しつつ、前記加熱部材からの熱で前記記録材
上に前記トナー像を熱転着させる、ことを特徴とする定着装置。