JPH11258936A - 加熱定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常使用時にはヒータが破壊することなく、
過昇温時にのみヒータを破壊し、通電の遮断を行う。 【解決手段】 加熱定着装置１０２は、ヒータステイ
１、ヒータホルダ２、セラミックヒータ３、定着フィル
ム４、および加圧ローラ５を有し、さらに吸熱部材１０
を備えている。ヒータ３を支持するホルダ２は熱可塑性
樹脂で形成され、吸熱部材１０とヒータ３との間には間
隙１１が設けられている。過昇温時には、書影温度でホ
ルダ２が軟化してヒータ２に吸熱部材１０が接触し、ヒ
ータ２は温度を急激に低下し、熱応力が発生することに
より、破壊して、通電を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機あるいはプ
リンタ等とされる画像形成装置および前記画像形成装置
に用いられる加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加熱材の加熱定着装置として、例え
ば、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平１−２６
３６７９号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開
平４−４４０７５〜４４０８３号公報等によりフィルム
加熱方式の加熱定着装置が開示されている。

【０００３】このフィルム加熱方式の加熱定着装置は、
被加熱材を耐熱性フィルム材を介して加熱体に密着さ
せ、加熱体と耐熱体フィルム材とを相対移動させて加熱
体の熱を耐熱性フィルムを介して被加熱材へ与える構成
を備えており、電子写真複写機、プリンタ、ファクシミ
リなどの画像形成装置における画像加熱定着装置として
利用されている。さらに述べると、電子写真、静電記
録、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により、
加熱溶融性の樹脂等からなるトナーを用いて被記録材
（エレクトロファックスシート、静電記録シート、転写
材シート、印刷紙など）の面に直接方式もしくは間接
（転写）方式で形成した、目的の画像情報に対応した未
定着トナー画像を該未定着画像を担持している被記録材
面に永久固着画像として得るために活用されている。

【０００４】このようなフィルム加熱方式の加熱定着装
置は、昇温の速い低熱容量の加熱体（サーマルヘッド）
や薄膜の耐熱性フィルム材を用いることができるため、
省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート
性）が可能となる、画像形成装置の機内昇温を低めるこ
とができる、などの利点を有している。

【０００５】上記加熱体としては、耐熱・絶縁性のセラ
ミック基板と、該基板に印刷、焼成を経て形成された通
電発熱抵抗体とを基本構成とし、該通電発熱抵抗体に電
力を供給して発熱させるいわゆるセラミックヒータが用
いられている。

【０００６】該ヒータは低熱容量で昇温が速く、検温素
子を含む温調系により通電発熱抵抗体に対する供給電力
の制御がなされて所定の使用温度に温調管理される。

【０００７】また温度フューズなどの安全装置を具備さ
せてヒータ温度を使用上限温度以上に過昇温した場合に
は該安全装置を作動させて通電発熱抵抗体に対する通電
を遮断させるようにしている。

【０００８】しかし、温調系や安全装置の不調、故障、
セラミックヒータの迅速昇温性に対する安全装置の作動
遅れなどの事態により、通電発熱抵抗体に対する通電が
止まらず（通電暴走）、ヒータが過昇温（ヒータの熱暴
走、ヒータの異常昇温）して発煙、発火に至る可能性も
想定される。

【０００９】そのような場合はヒータの昇温時の温度差
を利用してセラミック基板に熱応力を発生させヒータ自
体を破壊することで通電を遮断していた。

【００１０】ここで、上記加熱定着装置の一例を図９に
示すと、金属製のヒータステイ２１、加熱体保持部材で
あるヒータホルダ２２、加熱体であるヒータ２３、定着
フィルム２４、および加圧ローラ２５を備えており、ヒ
ータ２３はヒータホルダ２２に接着され、加圧ローラ２
５に所定の圧で加圧されている。

【００１１】また、本例の加熱定着装置は、図１０に示
すように、ヒータ２３とヒータホルダ２２の接触面の一
部にザグリ部２０が設けられている。

【００１２】この状態でヒータ２３に通電が開始される
とヒータ２３のザグリ部２０付近の温度変化は、図１１
に示すように、ヒータホルダ２２とヒータ２３が接触し
ている部分とザグリ部２０のある部分ではヒータ熱の奪
われ方が異なるため、ヒータ２３の昇温速度が異なる。
ザグリ部２０はヒータホルダ２２に熱が奪われないため
周りの部分よりも昇温速度が速い。昇温速度が速いと基
板内部の温度差が大きくなる。温度差によりヒータ内部
には熱応力が発生する。

【００１３】したがって、図１２に示すように、熱応力
はヒータ基板２３とヒータホルダ２２の接触部よりザグ
リ部２０の方が大きくなる。

【００１４】ここで、もし、ヒータ温度コントロールが
不調をきたしヒータへの通電が切れることなく継続され
ると、ヒータ温度は急速に昇温する。その結果、ザグリ
部２０のヒータ基板３の内部応力がヒータ基板３の最大
許容応力を上回り、ヒータ基板３が破壊し通電が遮断さ
れる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで近年、プリン
タの高速化に伴い、ヒータの温度を急激に立ち上げる必
要がでてきた。なぜならば、プリンタの速度が上がる
と、プリンタがプリント信号を受けて実際に給紙が開始
されてから定着装置に紙などの被加熱材が到達するまで
の時間が短縮されるからである。さらに、プリント速度
が速くなると、今まで以上にヒータの温度を高くする必
要がある。すなわち、今まで以上に短時間でより高い温
度までヒータを加熱しなければならない。

【００１６】しかしながら、上記従来例ではヒータの熱
暴走時のヒータの通電を遮断する手段として、ヒータの
昇温時の温度差を利用しており、通常の立ち上げ時の昇
温における温度差と熱暴走時の昇温による温度差の差が
非常に小さくなってしまった。

【００１７】そのため、熱暴走時にヒータが割れるよう
に、すなわち破壊するように設計すると、通常のヒータ
立ち上げ時に発生する温度差でヒータが割れてしまうと
いう欠点があった。

【００１８】従って、本発明の目的は、通常使用時には
加熱体を破壊することなく、過昇温時にのみ加熱体を確
実に破壊して通電を遮断する加熱定着装置および該加熱
定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
加熱定着装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
通電により発熱する発熱抵抗体を含む加熱体と、該加熱
体を保持する加熱体保持部材と、前記加熱体と圧接しニ
ップ部を形成する加圧ローラとを有し、前記ニップ部で
被加熱材を加熱定着する加熱定着装置において、前記加
熱体保持部材の少なくとも加熱体保持面の一部が熱可塑
性樹脂からなり、前記加熱体保持面の一部に対向した位
置に吸熱部材を設けたことを特徴とする加熱定着装置で
ある。

【００２０】前記吸熱部材には、前記加熱体裏面から前
記加圧ローラへ向かう方向に荷重が加えられていること
が好ましい。前記吸熱部材は金属製であることが好まし
い。前記加熱体はセラミックヒータであることが好まし
い。

【００２１】本発明による他の態様によれば、潜像が形
成される像担持体と、通電により発熱する発熱抵抗体を
含む加熱体、該加熱体を保持する加熱体保持部材、およ
び前記加熱体と圧接しニップ部を形成する加圧ローラを
有し、前記ニップ部で被加熱材を加熱定着する加熱定着
装置とを具備する画像形成装置において、前記加熱定着
装置は、前記加熱体保持部材の少なくとも加熱体保持面
の一部が熱可塑性樹脂からなり、前記加熱体保持面の一
部に対向した位置に吸熱部材を設けたことを特徴とする
画像形成装置が提供される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る加熱定着装置
および画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明す
る。

【００２３】実施例１ 本発明の第１実施例について、図１〜図７により説明す
る。

【００２４】図７には本実施例の加熱定着装置を使用し
た電子写真画像形成装置が示される。該画像形成装置
は、目的の画像情報に対応した静電潜像を像担持体であ
る感光体１００ａに形成するレーザースキャナーユニッ
ト１０３、感光体１００ａを含む電子写真プロセスユニ
ット１００、被記録材Ｐをプロセスユニット１００に供
給する給紙部１０１、プロセスユニット１００により形
成された未定着トナー画像を定着するための加熱定着装
置１０２などを備えている。

【００２５】上記構成において、レーザスキャナユニッ
ト１０３によって目的の画像情報に対応した静電潜像が
感光体１００ａに形成され、電子写真プロセスユニット
１００により感光体１００ａ上の静電潜像がトナー像と
して可視化される。ついでトナー像は転写ローラ１０４
の作用によって給紙部１０１から給送されてきた被記録
材Ｐに転写され、被記録材Ｐは加熱定着装置１０２に搬
送されて、トナー像が加熱定着され、機外に排出され
る。

【００２６】つぎに本実施例の加熱定着装置１０２につ
いて説明する。

【００２７】図１に示すように、加熱定着装置１０２
は、金属製のヒータステイ１、加熱体保持部材であるヒ
ータホルダ２、加熱体であるセラミックヒータ（以下
「ヒータ」という）３、定着フィルム４、および加圧ロ
ーラ５を備えている。ヒータ３はヒータホルダ２に接着
されており、加圧ローラ５に所定の圧で加圧されてい
る。

【００２８】ヒータステイ１はヒータ３と加圧ローラ５
のニップが均一になるようにヒータホルダ２を補強して
いる。ヒータホルダ２は耐熱性の熱可塑性樹脂で形成さ
れており、本実施例では液晶ポリマーである。またヒー
タホルダ２はヒータ３を保持する機能に加えて、定着フ
ィルム４をガイドする役目を有している。

【００２９】定着フィルム４は円筒状でヒータホルダ２
の外周りにルーズに外嵌されている。また、定着フィル
ム４は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上
するためにその膜厚を層厚１００μｍ以下、本実施例で
は５０μｍ〜７０μｍ程度の、耐熱性、離型性、強度、
耐久性のあるポリイミドフィルムをベースとしてその表
面にフッ素を塗布している。

【００３０】ヒータステイ１の長手方向両端部には加圧
バネ６、６が付設され、ヒータステイ１を押圧すること
で加圧ローラ５とヒータ３とがフィルム４を挟んでニッ
プ部Ｎ（図３参照）を形成するように圧接せしめてい
る。本実施例の加圧力は５ｋｇ〜１０ｋｇである。

【００３１】ヒータ３は、図２に示すように、横長薄板
状のセラミック基板３ａとその基板面に長手方向に沿っ
て形成具備させた発熱抵抗体３ｂを基本構成としてい
る。ヒータ３の表面にあたる加圧ローラ５面側には発熱
抵抗体である発熱パターン３ｂが印刷され、裏面にはヒ
ータ３の温度を検知するため素子であるサーミスタ８が
接着されている。

【００３２】またヒータ３の両端にはそれぞれコネクタ
９ａ、９ｂが接続され、一方のコネクタ９ａには導線２
０を介して交流のヒータ電源２１が接続され、さらにヒ
ータ温調用の制御装置２２へと接続されている。そして
制御装置２２には直流の制御電源２３がさらに接続され
ている。

【００３３】他方のコネクタ９ｂには導線２１を介して
安全装置としての温度ヒューズ７が接続され、さらに制
御装置２２へと接続されている。温度ヒューズ７は、ヒ
ータ３と接触して設けられ、ヒータ３が設定温度を超え
た場合には溶断することによりヒータ３への給電を遮断
する。

【００３４】また、ヒータ３はサーミスタ素子８によっ
て温度が検知され、制御装置２２によって所定の温度に
なるようにヒータ３への通電がコントロールされてい
る。

【００３５】本実施例の加熱定着装置１０２は、図１お
よび図３に示すように、吸熱部材１０を備えている。吸
熱部材１０は、概略直方体をなしヒータステイ１に内包
されように支持され、ヒータ３の裏面側と僅かな隙間１
１を保持して配置されている。隙間１１の大きさは本実
施例では０．２〜０．５ｍｍである。

【００３６】吸熱部材１０の材質は金属、本実施例では
鉄である。なお材料は熱容量がある程度大きく熱伝導率
の大きい材質であればよく、銅、鉛といった金属でもよ
い。

【００３７】加圧ローラ５は不図示の駆動源によりギア
等を介して所定の周速度で一方向に回転駆動される。こ
の回転駆動による加圧ローラ５と定着フィルム４の外面
との摩擦力が定着フィルム４に回転力として作用し、定
着フィルム４はヒータ３の下面に接触摺動しつつヒータ
ホルダ２の外周りを回転駆動される。なお定着フィルム
１の内面とこれが接触摺動するヒータ３の下面との摺動
抵抗を低減するため両者間に耐熱性グリス等の循環剤を
介在させるとよい。

【００３８】このような構成において、本実施例の加熱
定着装置が熱暴走時、すなわち過昇温時の動作について
説明する。

【００３９】（１）装置が暖まっているとき：プリント
を数枚した後では、ヒータステイ１、ヒータホルダ２、
温度ヒューズが主にヒータ３の熱により暖まっている。
例えば、本実施例では３〜５枚程度プリントした後では
約１００℃前後まで昇温している。

【００４０】この状態から、ヒータ３が熱暴走した場合
は、温度ヒューズ７もすぐに昇温するので、最終的に温
度ヒューズ７が定格温度に達し、本実施例では２２６℃
で温度ヒューズ７が作動しヒータ３への給電をストップ
し、火災の発生を未然に防ぐことができる。

【００４１】（２）装置が冷えているとき：例えば、一
晩装置が放置されたときなどは、ヒータステイ１、ヒー
タホルダ２、加圧ローラ５、吸熱部材１０、温度ヒュー
ズ７が室温まで低下している。

【００４２】この状態で熱暴走が発生するとヒータ３の
昇温と温度ヒューズ７の昇温にずれが生じる。ヒータ３
は３００℃を超えるまで約３秒で達するが、その時の温
度ヒューズ７の温度は１５０℃程度なので、温度ヒュー
ズ７は作動しない。

【００４３】ここで、ヒータホルダ２の材質は前述のよ
うに熱可塑性樹脂の液晶ポリマーであり、耐熱温度は約
３００℃である。またヒータホルダ２は加圧ローラ５と
約１０ｋｇで圧接しているので、図４に示すように、約
３００℃でヒータ３がヒータホルダ２にめり込む。その
結果、ヒータ３は吸熱部材１０と直接接触する。この時
のヒータ３の吸熱部材１０付近の温度変化と熱応力の変
化をそれぞれ図５と図６に示す。

【００４４】吸熱部材１０は通常ヒータ３とは非接触の
ため、ヒータ３と接触する前は１０℃程度である。その
状態で、急にヒータ３と接触するとヒータ３の温度が吸
熱部材１０に奪われて一気に温度が低下し、ヒータ３に
熱応力が発生する。セラミックヒータ３はその許容最大
応力を超えるとセラミック基板が破断し、その結果、給
電が遮断されて熱暴走が停止し、火災の発生を未然に防
止することができる。

【００４５】上記のように、本実施例においては、セラ
ミックヒータを熱可塑性樹脂のヒータホルダで支持し、
またセラミックヒータと間隙をおいて吸熱部材を配置
し、さらにセラミックヒータを加圧バネにより加圧ロー
ラ側に付勢する構成としたことにより、従来のように温
度差を利用するだけでなく、さらに温度をも利用し、熱
暴走時には、まず所定温度でヒータホルダが軟化し、つ
いでセラミックヒータが吸熱部材に接触して急激に熱を
奪われ、温度差が生じることにより、許容最大応力を超
えてセラミック基板が破断し、通電を速やかに遮断する
ことができる。

【００４６】したがって、通常のヒータ立ち上げ時、あ
るいはプリント速度を上げた時などにおけるセラミック
ヒータの破壊を防止することができるとともに、過昇温
時にのみ確実にセラミックヒータを破壊することができ
る。

【００４７】実施例２ つぎに本発明の第２実施例について図８により説明す
る。

【００４８】本実施例の加熱定着装置１０２では、第１
実施例とほぼ同様の構成において、図８に示すように、
吸熱部材１０をヒータステイ１側からヒータ３に向かっ
て常時加圧するための加圧手段としてのバネ１２を付設
した。

【００４９】この構成で加熱定着装置１０２が冷えてい
る時に熱暴走が発生した場合、吸熱部材１０はバネ１２
によりヒータ３へ積極的に押圧されることになる。ヒー
タ３は吸熱部材１０に熱を奪われるだけでなく、バネ１
２からも荷重を受け、結局、ヒータ３には熱応力ととも
に機械的応力が加わることによってセラミックがより確
実に破断する。

【００５０】このように本実施例においては、熱暴走時
に、ヒータを熱応力とともに機械的応力をも利用して割
ることにより、第１実施例の効果に加えて、熱暴走をよ
り確実に停止することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の加熱定着装置および画像形成装置によれば、加熱体保
持部材の少なくとも加熱体保持面の一部が熱可塑性樹脂
からなり、加熱体保持面の一部に対向した位置に吸熱部
材を設けたことにより、過昇温時に、所定温度で加熱体
と吸熱部材とが接触し、加熱体が急激に冷やされ、熱応
力が生じて破壊し、通電を遮断することにより、通常使
用時には加熱体が破壊することなく、過昇温時にのみ加
熱体を破壊できる。したがって、加熱定着装置および該
加熱定着装置を備えた画像形成装置における運転の確実
性を維持できるとともに、長寿命化を達成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る加熱定着装置の第１実施例を示す
分解図である。

【図２】第１実施例の加熱定着装置を示す説明図であ
る。

【図３】第１実施例の加熱定着装置における吸熱部材と
その近傍を示す断面図である。

【図４】図３における熱暴走時を示す断面図である。

【図５】ヒータの吸熱部材付近の温度変化を表したグラ
フである。

【図６】ヒータの吸熱部材付近の内部応力の変化を表し
たグラフである。

【図７】第１実施例の加熱定着装置を備えた画像形成装
置を示す概略構成図である。

【図８】第２実施例の加熱定着装置を示す断面図であ
る。

【図９】従来の加熱装置の構成を示す断面図である。

【図１０】従来の加熱装置におけるヒータホルダのザグ
リ部付近を示す断面図である。

【図１１】従来の加熱装置におけるヒータホルダのザグ
リ付近の温度変化を示すグラフである。

【図１２】従来の加熱装置におけるヒータホルダのザグ
リ付近の内部応力の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ヒータステイ ２ ヒータホルダ（加熱体保持部材） ３ セラミックヒータ（加熱体） ４ 定着フィルム ５ 加圧ローラ ６ 加圧バネ １０ 吸熱部材 １２ バネ（加圧手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電により発熱する発熱抵抗体を含む加
   熱体と、該加熱体を保持する加熱体保持部材と、前記加
   熱体と圧接しニップ部を形成する加圧ローラとを有し、
   前記ニップ部で被加熱材を加熱定着する加熱定着装置に
   おいて、 前記加熱体保持部材の少なくとも加熱体保持面の一部が
   熱可塑性樹脂からなり、前記加熱体保持面の一部に対向
   した位置に吸熱部材を設けたことを特徴とする加熱定着
   装置。
2. 【請求項２】 前記吸熱部材に、前記加熱体裏面から前
   記加圧ローラへ向かう方向に荷重が加えられていること
   を特徴とする請求項１の加熱定着装置。
3. 【請求項３】 前記吸熱部材は金属製であることを特徴
   とする請求項１または２の加熱定着装置。
4. 【請求項４】 前記加熱体はセラミックヒータであるこ
   とを特徴とする請求項１の加熱定着装置。
5. 【請求項５】 潜像が形成される像担持体と、通電によ
   り発熱する発熱抵抗体を含む加熱体、該加熱体を保持す
   る加熱体保持部材、および前記加熱体と圧接しニップ部
   を形成する加圧ローラを有し、前記ニップ部で被加熱材
   を加熱定着する加熱定着装置とを具備する画像形成装置
   において、 前記加熱定着装置は、前記加熱体保持部材の少なくとも
   加熱体保持面の一部が熱可塑性樹脂からなり、前記加熱
   体保持面の一部に対向した位置に吸熱部材を設けたこと
   を特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記吸熱部材に、前記加熱体裏面から前
   記加圧ローラへ向かう方向に荷重が加えられていること
   を特徴とする請求項５の画像形成装置。