JP2008139668A - 画像形成装置の定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非通紙領域での発熱を減少させ、高温によるオフセットや定着フィルム、加圧ローラ、フィルムガイドといった部品の損傷を防止する。
【解決手段】 正の抵抗温度係数特性を有する発熱体を通電のために配された１対の電極から枝状に分けて構成する。非通紙領域が不要に温度上昇しようとすると、温度上昇した部分を通る発熱体パターンは正の抵抗温度係数を有するため、抵抗値が高くなり、通紙部領域のみを通る発熱体パターンと比較して発熱量が小さくなる。したがって、非通紙部昇温に起因する高温オフセットの発生、フィルムの駆動不安定、フィルムのシワ発生等が防止される効果を有する。
また、非通紙領域を通る発熱体パターンより、通紙部領域のみを通る発熱体パターンの抵抗値を高くすることで、セラミック基材端部の発熱量を多くし、最大サイズの転写材に画像形成する際においても用紙端部の定着不良を引き起こさないよう構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は記録材上に形成されたトナー像を加熱定着する定着装置、および外定着装置を有する電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成方式の一例である電子写真方式において記録材上に顕画像化されたトナー像の定着は、所定の温度に制御された加熱ローラと、弾性層を有して該加熱ローラに圧接する加圧ローラによって記録材を加熱、加圧しながら挟持搬送することにより行う方式（加圧ローラ方式）が一般的である。

しかしながら、最近では省電力化および電源投入から画像出力までの時間短縮を実現するために、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報に記されているように、少なくとも固定された加熱体（ヒータ）、および該ヒータに圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着フィルム）とからなるヒーターユニットと、該ヒーターユニットに対し記録材を密着させる加圧部材を有し、ヒータの熱をフィルムを介して記録材へ付与することで、記録材表面に形成されているトナー像を加熱定着させる方式、構成の定着装置（フィルム加熱定着方式）が提案されている。

図5（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの順に従来の加熱体をそれぞれ下方、上方、前面から見た図、すなわち下面図、上面図、正面図である。

これらの図中の符号1はアルミナや窒化アルミを用いたセラミック基材で、発熱体2Ｆとしては銀にパラジウムを混ぜて合金化し、これらをガラスペーストに混ぜてスクリーン印刷したものを用いる。また、発熱体の形状としてはフィルム当接面側に該面の長手に沿って線状に、または細帯状のものを用いる。この発熱体に対する給電のために、銀または銀/白金をガラスペーストに混ぜてスクリーン印刷した導体パターン８が形成されている。加熱体の表面には摺動性の改善と絶縁耐圧を得るためにガラスコート10が施されている。

導体パターン８の端部には電極5が形成されている。セラミック基材の背面にはサーミスタ２とその抵抗を検出するための導体パターン１２が形成されている。導体パターン１２はスルーホールによって電極に接続されている。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報

上記のような加熱体を使用した定着装置においては封筒やはがきといったサイズの小さい転写材Pを通していると、加熱体Dの長手方向両端部の非通紙領域では転写材Pによる熱の消費がないため、熱が蓄積されて高温になる。それにより定着装置に用いられるシリコーンゴムや表面のフッ素樹脂のコート層が剥がれる、圧縮永久ひずみが大きくなるといった問題を引き起こす。コート層が剥がれると加圧ローラ表面にトナーが堆積して画像を汚す、紙転写材Ｐに粘着して巻き付きジャムが発生するといった弊害を引き起こす。また、圧縮永久ひずみが大きくなると加圧ローラの弾力性が失われて周期的に圧力がかからなくなるため、定着性にムラが生じる。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、サイズの小さい転写材を連続して通紙した場合においても、加熱体の両端部の非通紙領域が不要に昇温することを防止するようにした加熱体、および、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。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は加熱体に密着して移動する耐熱性フィルムの加熱側とは反対の面に被加熱材を密着させて、前記耐熱性フィルムと共に加熱***置を通過させることにより加熱体の熱エネルギーを耐熱性フィルムを介して非加熱材に付与する加熱装置において、
前記、加熱体は正の抵抗温度係数をもつ通電発熱体であり、かつ、前記発熱体に対する通電のために配された１対の電極から、前記加熱体の長手方向に長さの異なる複数の前記発熱体が枝状に構成されていることを特徴とする。

請求項２に係わる本発明は、請求項1記載の加熱装置において、前記発熱体は前記加熱体の長手方向の中央から枝分かれし、かつ、前記発熱体は長いものほど外側へと構成されることを特徴とする。

請求項３に係わる本発明は、請求項1記載の加熱装置において、前記発熱体は前記加熱体の長手方向の端部から枝分かれし、かつ、前記発熱体は長いものほど外側へと構成されることを特徴とする。

請求項４に係わる本発明は、請求項1から３記載の加熱装置において、外側へと構成された前記発熱体は、内側に構成された前記発熱体に比べ、低い抵抗値を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、非通紙領域が不要に温度上昇しようとすると、温度上昇した部分を通る発熱体パターンは正の抵抗温度係数を有するため、抵抗値が高くなり、通紙部領域のみを通る発熱体パターンと比較して発熱量が小さくなる。したがって、非通紙部昇温に起因する高温オフセットの発生、フィルムの駆動不安定、フィルムのシワ発生等が防止される効果を有する。

また、非通紙領域を通る発熱体パターンより、通紙部領域のみを通る発熱体パターンの抵抗値を高くすることで、セラミック基材端部の発熱量を多くし、最大サイズの転写材に画像形成する際においても用紙端部の定着不良を引き起こさないよう構成されている。

（実施例１）
図1に本実施例に係わる定着装置の一例を示す。なお、同図は定着フィルム４を使用した定着装置の縦断面図である。

同図に示す定着装置は加熱体（ヒータ）Ａとフィルムガイド３と定着フィルム４と加圧ローラ５を備えている。

加熱体Ａは転写材Ｐの幅方向に長く形成された板状の部材でありセラミック基材１の表面（1）では下面に発熱体パターン２Ａを設け、さらに発熱体パターン２Ａの表面をガラスコート10で覆って形成されている。ガラスコート10は摺動性の改善と絶縁耐圧を確保することが目的である。なお、加熱体Ａについては後に詳述する。

定着フィルム４は直径24mm、厚み50μｍのポリイミドの上に4μｍのプライマと10μｍの表層（テフロン（登録商標）層）とを席相したものを無端状に形成してフィルムガイド３に掛け渡したものである。定着フィルム４は後述する加圧ローラ５の矢印R5の回転方向に伴い、矢印R６方向に従動回転する。

加圧ローラ５は直径13ｍｍのアルミニウム芯金５ａの周りに厚み3.5ｍｍのシリコーンゴム５ｂを被覆し、その表層にＰＦＡチューブを被せたり、または、フッ素樹脂やフッ素テラックスを塗布したりしたものである。加圧ローラ５は定着フィルム４を加圧体Ａに下方から押し付けている。これにより定着フィルム４と加圧ローラ５の間にはニップ幅がaの帯状の定着ニップ部Ｎが形成される。加圧ローラ５は駆動手段（不図示）によって矢印R5方向に回転駆動され、これにより定着ニップ部にて転写材Ｐを矢印Ｋ方向に搬送する。

上述の加熱体Ａの裏面（図1では上面）には、温度検知手段であるサーミスタ２が取り付けられており、加熱体Ａはこのサーミスタ２の出力に応じてＣＰＵ７がトライアック６をオン/オフすることにより温度調整される。

図2（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に加熱体Ａの構成を示す。なお、この順に下面図、上面図、正面図である。以下の説明では（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における上下方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「長さＬ」、（ａ）、（ｂ）における左右方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「幅Ｗ」、（ｃ）における左右方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「厚さｔ」というものとする。また（ａ）に図示されている下面を「表面」、（ｂ）に図示されている上面を「裏面」というものとする。

加熱体Ａは長板状のセラミック基材1と、発熱体パターン2Ａと導体パターン８と電極９とを有している。

セラミック基材１（耐熱部材）はアルミナを長さＬ270ｍｍ、幅Ｗ7.78ｍｍ、厚さｔ0.635ｍｍの長板状に形成したものである。

発熱体パターン２A（抵抗発熱体）はセラミック基材１の表面側に、長さＬ方向の中央から端部を周る抵抗パターン２Bと、前述した端部を周るパターン２Bの内側に沿ってセラミック基材１の中心部を周るよう形成された抵抗パターンの２手に分かれる構成を有する。端部を周る抵抗パターン２Bは長さ215ｍｍであり、また中心部を周る抵抗パターン2Cの長さは100ｍｍである。

端部を周る抵抗パターン２Bの抵抗値は48Ωとし、中心部を周る抵抗パターン2Cの抵抗値を52Ωになるよう形成した。中心部を周るパターン2Cの抵抗値より、端部を周るパターン２Bの抵抗値を小さくすることで、セラミック基材１端部の発熱量を多くし、最大サイズの転写材Ｐに画像形成する際においても用紙端部の定着不良を引き起こさないよう構成されている。なお、発熱体パターン２Aの総抵抗（電極９間の抵抗値）は端部を周る抵抗パターン２Bの抵抗値は48Ωと、中心部を周る抵抗パターン2Cの抵抗値を52Ωの合成抵抗値となっており24.96Ωである。

発熱体パターン2Ａはペースト材を塗工することで形成されており、このペースト材は正の温度抵抗特性（ＰＴＣ特性）を有している。ＰＴＣ特性を有する材料としては、例えばチタン酸バリウムなどが挙げられ、図4にその温度−抵抗特性の一例を示す。図4から所定の温度（スイッチング温度）でその抵抗値が急激に上昇する性質を持つことがわかる。

導体パターン８はセラミック基材１の長さＬ方向の中央で発熱体パターン２Aと接続するよう形成されている。導体パターン８は発熱体パターン２Aより端部で電極９にそれぞれ接続される。

図2（ａ）中のセラミック基材1の表面における下部にも電極１０が設けてある。これら電極１０はスルーホールを介して裏面側の導体パターン８に接続されており、これら電極にはセラミック基材１の裏面側、長さＬ歩行のほぼ中央に配されたサーミスタ２が接続されている。

上述の各パターンはいずれも例えばスクリーン印刷によってセラミック基材1の表面または裏面上に形成されるものである。

なお、セラミック基材1の表面の定着フィルム４に接触する部分には、摺動性および絶縁耐圧を確保するためにガラス（不図示）がコートされている。

上記構成の加熱体Ａを、前述の図1の加熱体として定着装置20に組み込んだ。このような定着装置20において小サイズの転写材Ｐを通紙した場合、非通紙領域の放熱量が少ないためにセラミック基材１の端部の温度が上昇する。しかし、セラミック基材１がスイッチング温度を超えると、端部を周る抵抗パターン２Bの抵抗値が急激に上昇するため端部への電力供給量が少なくなり、結果として非通紙部の昇温が抑えられることになる。

即ち、小サイズの転写材Ｐが通紙する領域においては、中心部を周る抵抗パターン2Cにより定着不良を生じさせない十分な電力供給状態が保持される。また、非通紙部領域においては非通紙部領域が所定温度以上になると、端部を周るパターン２Bの抵抗値が急激に上昇することで電流が制限され昇温が緩和される。

具体的には、従来の加熱体Ｄ（図5参照）を用いて幅100ｍｍ、長さ240ｍｍの封筒を連続して毎分8枚の速度で通紙をすると、封筒の通っていない非通紙領域では270℃に達した。これに対し、上述の本実施例に示す加熱体Ａを用いると、非通紙領域が230℃を超えようとすると、この領域での抵抗は約10倍高くなり、中心部を周る抵抗パターン2Cと比較して、端部を周る抵抗パターン２Bの発熱量は約1/10になる。結果、非通紙部領域で過剰な熱の供給はなくなり、自然な放熱とのバランスが取れるために230℃以上には昇温しない。したがって、非通紙部昇温に起因する高温オフセットの発生、フィルムの駆動不安定、フィルムのシワ発生等が防止される。

（実施例２）
図3は発熱体の他の構成例を示している。実施例1記載の発熱体は搬送方向と直交する方向の中央を搬送基準とする画像形成装置に具備されるよう形成されている。しかし、本実施例では搬送方向と直交する方向の左右片側を搬送基準とする画像形成装置に具備されるよう形成した。なお、本実施例に係わる定着装置は実施例1と同一の構成によって実現されるので、その詳細な説明は省略する。

図3（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に本実施例に係わる加熱体Ａの構成を示す。なお、この順に下面図、上面図、正面図である。以下の説明では（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における上下方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「長さＬ」、（ａ）、（ｂ）における左右方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「幅Ｗ」、（ｃ）における左右方向の寸法を加熱体Ａ（またはセラミック基材1）の「厚さｔ」というものとする。また（ａ）に図示されている下面を「表面」、（ｂ）に図示されている上面を「裏面」というものとする。

加熱体Ａは長板状のセラミック基材1と、発熱体パターン2Ａと導体パターン3と電極９とを有している。

セラミック基材１（耐熱部材）はアルミナを長さＬ270ｍｍ、幅Ｗ7.78ｍｍ、厚さｔ0.635ｍｍの長板状に形成したものである。

発熱体パターン２A（抵抗発熱体）はセラミック基材１の表面側に、電極９から２手に分かれ基材の長手に沿って端部までを周る抵抗パターン２Dと、基材の長手に沿って中央付近まで延び、電極に戻る抵抗パターン２Eの２経路により構成されている。端部を周る抵抗パターン２Dは長さ215ｍｍであり、また中央付近まで延び、電極９に戻る抵抗パターン２Eの長さは100ｍｍである。

実施例1同様、端部を周る抵抗パターン２Dの抵抗値は48Ωとし、中心部を周る抵抗パターン２Eの抵抗値を52Ωになるよう形成した。中央付近まで延び、電極９に戻る抵抗パターン２Eの抵抗値より、端部を周るパターン２Dの抵抗値を小さくすることで、セラミック基材１端部の発熱量を多くし、最大サイズの転写材Ｐに画像形成する際においても用紙端部の定着不良を引き起こさないよう構成されている。なお、発熱体パターン２Aの総抵抗（電極９間の抵抗値）は端部を周る抵抗パターン２Dの抵抗値は48Ωと、中央付近まで延び、電極に戻る抵抗パターン２Eの抵抗値を52Ωの合成抵抗値となっており24.96Ωである。

上記構成の加熱体Ａを、前述の図1の加熱体として定着装置20に組み込んだ。このような定着装置20において小サイズの転写材Ｐを通紙した場合、非通紙領域の放熱量が少ないためにセラミック基材１の端部の温度が上昇する。しかし、セラミック基材１がスイッチング温度を超えると、端部を周る抵抗パターンの抵抗値が急激に上昇するため端部への電力供給量が少なくなり、結果として非通紙部の昇温が抑えられることになる。

即ち、小サイズの転写材Ｐが通紙する領域においては、中央付近まで延び、電極９に戻る抵抗パターン２Eにより定着不良を生じさせない十分な電力供給状態が保持される。また、非通紙部領域においては非通紙部領域が所定温度以上になると、端部を周るパターン２Dの抵抗値が急激に上昇することで電流が制限され昇温が緩和される。

実施例1の定着装置の縦断面図 （ａ）は実施例1の加熱体の下面図。（ｂ）は実施例1の加熱体の上面図。（ｃ）は実施例1の加熱体の正面図 （ａ）は実施例2の加熱体の下面図。（ｂ）は実施例2の加熱体の上面図。（ｃ）は実施例2の加熱体の正面図 正の抵抗温度係数を有する発熱体の温度-抵抗特性の一例のグラフ （ａ）は従来の加熱体の下面図。（ｂ）は従来の加熱体の上面図。（ｃ）は従来の加熱体の正面図

符号の説明

１ 耐熱部材（セラミック基材）
２ サーミスタ
２Ａ,2Ｂ,2Ｃ，2Ｄ，2Ｅ，2Ｆ 発熱体パターン
５ 加圧ローラ
８ 導体パターン
９ 電極
２０ 定着装置
Ａ,Ｂ,Ｃ 加熱体（ヒータ）
Ｐ 転写材

Claims (4)

1. 加熱体に密着して移動する耐熱性フィルムの加熱側とは反対の面に被加熱材を密着させて、前記耐熱性フィルムと共に加熱***置を通過させることにより加熱体の熱エネルギーを耐熱性フィルムを介して非加熱材に付与する加熱装置において、
   前記、加熱体は正の抵抗温度係数をもつ通電発熱体であり、かつ、前記発熱体に対する通電のために配された１対の電極から、前記加熱体の長手方向に長さの異なる複数の前記発熱体が枝状に構成されていることを特徴とする加熱装置。
2. 請求項1記載の加熱装置において、前記発熱体は前記加熱体の長手方向の中央から枝分かれし、かつ、前記発熱体は長いものほど外側へと構成されることを特徴とした加熱装置。
3. 請求項1記載の加熱装置において、前記発熱体は前記加熱体の長手方向の端部から枝分かれし、かつ、前記発熱体は長いものほど外側へと構成されることを特徴とした加熱装置。
4. 請求項1から３記載の加熱装置において、外側へと構成された前記発熱体は、内側に構成された前記発熱体に比べ、低い抵抗値を有することを特徴とした加熱装置。

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