JP2008275886A - 加熱装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱体を保持し、フィルムの回転軌跡をガイドするフランジをフレームに取り付ける際、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることを可能とする構成を提供すること。
【解決手段】 加熱体を保持し、フィルムの回転軌跡をガイドするフランジを備え、フレームに搬送方向垂直の壁を設け、加熱体を保持したフランジを搬送方向より圧接する手段を長手方向両端で備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は被加熱体を加熱する加熱装置、およびこの加熱装置を定着装置として適用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、被加熱体上に形成された顕画像を該被加熱体に定着する定着装置としての加熱装置には熱ローラー方式が一般的であった。しかしながら、大きな熱容量を要し、電源投入から画像出力までの装置の立上りに時間を要した。

そこで、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、例えば特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平２−１５７８７８号公報に記載されているようなフィルム加熱定着方式、つまり薄膜フィルムを介して被加熱体を加熱する加熱体と、この被加熱体を前記フィルムを介して前記加熱体に加圧する加圧体とを有する加熱装置を定着装置として適用することが提案されている。

図9は最大通紙幅がＡ３サイズであるフィルム加熱定着方式による従来の加熱装置を示す概略構成図である。２０１はステーであり、このステー２０１は加熱体２０３を露呈させて支持した横断面Ｕ字状のフィルムガイド部２０５と該フィルムガイド部を対向する加圧ローラ２０４側へ加圧する加圧部２０６とで構成されている。２０２はステー１に外嵌させてある横断面円形の耐熱性フィルム（以下、フィルムと略称する）である。

図8は上記加熱体２０３の途中を省略し、一部切り欠いた平面図である。この加熱体２０３はフィルム２０２もしくは被加熱体としての紙等の記録材Ｐの搬送方向ａに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板２３１、この基板２３１の表面側の短手方向中央部に基板長手に沿って形成具備させた抵抗発熱体２３２、この抵抗発熱体を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層２３４、抵抗発熱体２３２の長手両端部の給電用電極２３３・２３３とともに、基板裏面側に具備させた加熱体温度を検知するサーミスタ等の検温素子２０７等からなる全体に低熱容量の線状加熱体を基板構成体とする。この加熱体２０３は抵抗発熱体２３２を図９において、剛性・耐熱性を有するステー２０１の下面側に下向きに露呈させて固定配設してある。

上記加熱体２０３の基板２３１は、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の厚み１mm・幅１０ｍｍ・長さ３３０ｍｍのものである。また、抵抗発熱体２３２は例えば、Ａｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ2、Ｔａ2Ｎ等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により、厚み約１０μｍ、幅１〜３ｍｍの線状もしくは細帯状に塗工して形成したものである。

給電用電極２３３・２３３は例えばＡｇ等のスクリーン印刷パターン層、オーバーコート層２３４は例えば約１０μｍ厚の耐熱体ガラス層である。

上記加圧ローラ２０４は、加熱体２０３との間にフィルム２０２を挟んで圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成し、且つフィルム２０２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段として作用する。このフィルム駆動ローラ兼加圧ローラ２０４は芯金２０４ａとシリコンゴム等よりなる弾性体層２０４ｂと最外層の離形層２０４ｃよりなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２０２を挟ませて加熱体２０３の表面に圧接させて配設してある。この加圧ローラ２０４はモータＭによる回転駆動により、この加圧ローラ２０４とフィルム２０２の外面との摩擦力で該フィルムに搬送力を付与する。

この種の所謂テンションレスタイプの加熱体２０３は、例えば特開平４−４４０７５号公報〜特開平４−４４０８３号公報、特開平４−２０４９８０号公報〜特開平４−２０４９８４号公報等に開示されている。

次に動作を説明する。

上記加熱体２０３は、抵抗発熱体２３２の長手両端部の給電用電極２３３・２３３に対する給電により該抵抗発熱体が長手全長にわたって発熱することで昇温し、その昇温が検温素子２０７で検知される。その検温素子２０７の出力をＡ／Ｄ変換しＣＰＵ２０８に取り込み、その情報をもとにトライアック２０９により抵抗発熱体２３２に通電するＡＣ電源２１０のＡＣ電圧を位相、波数制御等により、加熱体通電電力を制御することで、加熱体２０３の温度制御を行う。

即ち、検温素子２０７の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体２０３が昇温するように、また、高い場合は加熱体２０３が降温するように通電を制御することで加熱体２０３は定着時、一定の温度に調整される。而して、加熱体２０３の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ２０４の回転によるフィルム２０２の回転周速度が定常化した状態において、画像定着すべき記録材Ｐが加熱体２０３と加圧ローラ２０４とで形成される圧接ニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、加熱体２０３の熱がフィルム２０２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着顕画像（トナー画像）Ｔが記録材Ｐ面に加熱定着される。そして、圧接ニップ部Ｎを通った記録材Ｐはフィルム２０２の面から分離されて搬送される。

ここで、図１０を用いて、加熱体を保持しているフランジと、それを保持しているフレームの関係について説明する。図１０は、加熱装置の部分断面図である。部分断面部に示す前述の、加熱体203、フィルム202、ステー201、フィルムガイド部205を記録材の長手方向両端部から保持するフランジ251。フィルムを介して加熱体を記録材をニップする加圧ローラ204は、軸受け252により、長手方向両端部において、フレーム253に回転可能の取り付けられている。フランジ251は、バネ263のバネ圧をうけることで、加圧の軸中心へ加熱体を圧接させている。このとき、フランジ251は、フレームに対し、フレーム253の左右の枠253ａ，253ｂにより、搬送方向を位置づけられ、ニップ圧を発生させる上下方向に対しては、移動可能に取り付けられている。それにより、バネ263のバネ圧をニップ圧として加熱体と加圧ローラへ伝達している。上板254は、バネ263を移動ピン255介して保持する。また、ボス256をひんじ中心として、腕部259位置でバネ258により、フレーム253に圧接している。バネ258とバネ263は、ボス256を中心としたモーメントでバネ258の方が大きくなるように調整している。カム軸259は、軸260を中心に矢印方向に移動可能で、矢印方向に動かすことにより、バネ258のバネ力に逆らって、上板254が持ち上がる。それにより、バネ263がピン255を介して、浮き上がることで、ニップ圧が弱まるか、なくなる。それにより、加熱装置内で、記録紙が停止した場合のジャム処理が容易にできるようになっている。

フランジ251は、フィルム202との摺動性の必要性から、モールド材が用いられ、それを保持するフレーム材は、強度上の必要性より、金属材で構成されている。そのため、フランジとフレーム間での熱膨張率が異なっている。一方、加熱装置は、記録紙へ過熱する際の初期状態と連続通紙状態で、フランジ付近の温度が、大きく異なる。さらに、加熱体の長手方向に対し、温度検出装置が最小サイズの記録材幅内に配置し、最小から最大サイズの記録紙に対し、ニップ内の温度を一定となるよう制御している。そのため、最小サイズの記録材を連続通紙した場合、加熱体の長手方向に対し（軸方向長さ）幅の両端部の非通紙部では記録材に熱が奪われないにもかかわらず、加熱体より熱が放出される。この結果、両端部での温度が上昇する。一方、最大サイズの記録材を通紙した場合は、加熱体全域に渡って、放出された熱が、記録材によって、奪われるため、両端部における大きな昇温が生じにくい。すなわち、通紙する記録材のサイズにより、加熱装置の両端部温度は、大きく変化する。

このため、加熱体を保持しているフランジとフレームは、加熱初期と連続通紙時、異なる記録紙サイズの両方によって、温度変化が生じ材質の異なることによる熱膨張率の差で、互いに寸法が変遷する。前述したように、フレームに保持されるフランジは、上下方向に移動可能とする必要があるため隙間を空けている。さらに、上述の影響によりフランジとフレーム間でのクリアランスは、互いの熱膨張差を考慮して、大きめにとられている。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−４４０７６号公報 特開平４−４４０７７号公報 特開平４−４４０７８号公報 特開平４−４４０７９号公報 特開平４−４４０８０号公報 特開平４−４４０８１号公報 特開平４−４４０８２号公報 特開平４−４４０８３号公報 特開平４−２０４９８０号公報 特開平４−２０４９８１号公報 特開平４−２０４９８２号公報 特開平４−２０４９８３号公報 特開平４−２０４９８４号公報

しかしながら、従来のフィルム加熱定着方式のフランジとフレーム間のクリアランスは、上述の熱膨張による影響と、通常の部品ごとに生じる作成上のバラツキをこれに上乗せした場合、ガタが大きくなり、フレームに加熱体の位置が正確に決まらずらく、左右でズレを生じやすかった。このズレは、記録材が加熱部ニップに入るタイミングを左右でずらすこととなり、記録材が左右でねじれを受け、しわや、斜行の原因となった。

これらの問題に対し、従来では、この部分に関わる寸法を全数測定する等によって、厳格に部品寸法を管理することや、材質的にバラツキ憎いものを使用する等、個々の部品の作成時において、そのバラツキを最大限抑えることで対応してきた。その場合は、多くのコストがかかること、作成できる部品メーカが限定されるなど、多くの制約があった。

そこで、本出願に係る第１の発明の目的は、加熱体を保持し、フィルムの回転軌跡をガイドするフランジを、加熱体を記録材に圧接させる弾性ローラを保持するフレームに取り付ける際、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることを可能とする構成を提供することである。

本出願に係る第２の発明の目的は、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることを可能とする構成をより低コストに提供可能とすることである。

本出願に係る第３の発明の目的は、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることによりニップ開始位置のバラツキを抑えることを可能とする構成を提供することである。

本出願に係る第４の発明の目的は、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることを可能とし、記録材等の被加熱体を円滑に搬送できる加熱装置を像加熱手段或は定着手段として備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために本出願に係る第1の発明は、加熱体を保持し、フィルムの回転軌跡をガイドするフランジを備え、加熱体を記録材に圧接させる弾性ローラを保持するフレームに搬送方向垂直の壁を設け、加熱体を保持したフランジを搬送方向より圧接する手段を長手方向両端で備えることで、ニップ力を生む方向には加熱体を移動可能としつつ、部品の熱膨張や、個々の寸法のバラツキに左右されることなく、搬送方向に対しては、規定の場所に位置づけることを可能とする。

本出願に係る第２の発明は、長手方向両端で左右ともに、フレームに搬送方向垂直の壁をフランジ保持部の搬送方向下流側に備え、その壁にフランジをバネ材により圧接する手段を備えることで、弱い弾性力で加熱体の位置づけができる。

本出願に係る第３の発明は、長手方向両端で左右ともに、フレームに搬送方向垂直の壁をフィルムガイド保持部の搬送方向上流側に備え、その壁にフィルムガイドを圧接する手段を備えることで、加熱体の上流側の位置を正確に位置づけ、定着ニップ開始部のバラツキをおさえることができる。

本出願に係る第４の発明は、前術の加熱手段を備える像形成手段であることを特徴とし、画像形成装置の定着処理時のしわ、斜行を防止ができる。

以上説明したように、本発明係る第１の発明によれば、加熱ユニットをフレームに保持する際、部品の熱膨張による影響と、個々の部品のバラツキに左右されることなく、加圧方向には移動可能で、その加圧力に影響を与えることなく、搬送方向に対しては、定の位置に固定することことができるようになる。それにより、加熱体の長手方向における左右のズレ防止に効果がある。

本出願に係る第２の発明によれば、フレームの下流側に加熱体と保持したフランジを搬送方向に圧接することにより、弱い圧接力で、搬送方向に対し容易位置を固定することができ、低コストで加熱体の長手方向における左右のズレ防止に効果を生む。

本出願に係る第３の発明は、フレームの上流側に加熱体を接着保持するフィルムガイドを搬送方向と逆向きに圧接することで、ニップ開始位置のバラツキを抑え、記録材のニップ突入時のしわ、画像の乱れを防止に効果がある。

本出願に係る第４の発明は、加熱体の位置がばらつくことのよって生じる定着処理時の記録材のしわ、斜行、画像の乱れを防止した加熱手段を備える像形成手段を提供に効果がある。

（第１の実施例）
図１から図４に第1の実施形態における加熱装置を示す概略図であり、図１は、加熱装置の側面図である。図２、図３は、構成する個々の部品の組み立て方法を示す部分断面図である。図４は、通紙時の状態をしめす上面図である。

図２において、加熱体203を保持するフィルムガイド205へ、コの字の補強ステー201を介して、フランジ251が取り付けられる。上板254にピン255にバネが縮む方向に移動可能に規制されて保持されるバネ263。バネ263のバネ圧は、矢印で示すようにフランジ251、ステー201、フィルムガイド205の順に伝達される。図３において、加熱体203、フィルムガイド205、ステー201、フランジ251、不図示のフィルム、および、内部にサーミスターを備えた加熱体ユニット305は、フレーム253の枠にフランジ251で保持される。このフレーム枠の幅Aは、フランジの幅Bに対し、隙間をもった寸法となっている。例えば、フレームが金属板で、フランジがポリエチレンテレフタレートにフィラーを添加したモールド材の場合、熱膨張差分で、0.05mm、部品公差分で、0.1mmで、最悪0.05mmの隙間を確保した場合中心値として0.2mmの隙間とする。この場合のクリアランスのバラツキは、0.05から0.35となる。このクリアランスにより、取り付け時左右で加熱ユニットが傾く可能性がある。そこで、加熱体ユニットをフレームにおいた後、フランジにあるボス304とフレームにある受け部302にバネ303を取り付ける。それにより、フレーム253の搬送方向下流側にある壁301にフランジの下流側面が押しつけらる。この後、バネ263を保持した上板をフレームに取り付ける。

図４の上面図に示すように、加熱ユニットの左右のフランジが共にフレームの壁に押し付けられた状態で組みつけられるため左右で、傾くことなく取り付けられ、加熱される記録紙と先端は左右同時にニップされる。これにより、ニップ時のしわ、角折れ、斜行を防止できる。また、加熱ユニットの位置がフレームの壁で規定でるため、フレームの枠幅Aとフランジの幅Bの寸法は、その差A―Bを大きくとることで、厳しい寸法公差を規定する必要がなく、低コストに部品の作成が可能となる。図１に組み付け状態を示す。腕257は、ボス260を支点として、矢印方向に回転可能である。この回転により、上板254が、バネ258の力に逆らって持ち上げられる。上板が持ち上げられると、バネ263は伸びピン255のストッパーが上板の当たることで、バネ263のバネ圧がフランジに達しなくなる。これにより、ニップ圧が解除され、ジャム発生時記録紙をニップから容易に取り除くことができるようになる。

バネ３０３を通紙方向に沿って、上流から下流へフランジをフレームに圧接させている。これにより、組み付け時とニップ解除時に加熱ユニットをフレームの壁301へ押し付けられるだけの力を発生できればよい。それ以降の搬送時は、加圧ローラの回転力で、搬送方向に力が発生するため、加熱ユニットが上流側へ動くことはない。そのため、バネ303は、100ｇ程度の弱いバネ力で十分機能するため、部品作成上の問題も起こりにくく、さらに、バネの組み付けも容易に行える。

（第２の実施例）
図５に第２の実施形態におよる加熱装置を示す概略図であり、個々の構成を説明する側面図である。本実施例は、第１の実施例の変形例であり、重複する内容は省略し、異なる構成についてのみ説明する。フレーム253に板バネ306をビス307で固定する。その後、加熱ユニット305をフレーム253の枠部に装着する。このとき、バネ306の斜面308により、フランジ251は、ガイドされながらフレームの下流側の壁に誘導され、装着状態ではバネ圧により下流側のフレームの壁に圧接する。このバネの傾斜形状による誘導により、加熱ユニット装着時の組み立て性が向上できる。

本実施例は、バネ307をはじめにビスで固定する構成であるが、加熱ユニットをフレームの枠部に装着後、上流側の隙間に板バネを差し込むような構成も容易に考えられる。

（第３の実施例）
図６に第３の実施形態における加熱装置を示す概略図であり、ニップ部を説明する断面図である。

本実施例は、第１及び、第２の実施例の変形例であり、重複する内容は省略し、異なる構成についてのみ説明する。

加熱体203は、フィルムガイド205の溝部の上流側壁402に突き当ててフィルムガイドの溝内に、接着されている。フィルムガイド205は、バネ402のバネ力により、下流側からフレームの上流側の縦壁に圧接して位置決めされている。このバネ402は、加熱体ユニットを加圧ローラの回転力によって生じる通紙方向へ移動させる力より、大きく設定し、記録材搬送中には、加熱体ユニットが搬送方向に動かないようにしている。

これにより、ニップ開始点405の位置と、加熱体の位置のバラツキを最小限に抑えることができる。そして、加熱処理時にニップに送られる、記録紙の突入位置が正確に規定できるようになる。そのため、記録紙上トナーを加熱処理により記録紙へ定着する画像形成装置に使われる定着装置の場合、ニップ突入位置のバラツキによるブレ、定着性のバラツキ、画像の乱れ等を防止することができるようになる。

（第４の実施例）
図７は、上記加熱装置を適用した本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。

図７において、本レーザプリンタ１００において、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の外部情報機器から送信された情報基にビデオコントローラボード（画像信号作成手段）１０４が画像信号を作成する。なお、ここではビデオコントローラボード１０４上に設置されている各種の電子部品は図示を省略している。そしてこのビデオコントローラボード１０４で作成された画像信号に応じたレーザ光Ｌをレーザスキャナ１０５が時計方向に回転している感光ドラム１０６Ａ上に照射して、感光ドラム１０６Ａ上に順次静電潜像を形成する。

そして、感光ドラム１０６Ａ上に形成された静電潜像は、プロセスユニット６内の現像器（不図示）から供給されるトナーによって順次顕画化されて転写ローラ１０７との間の転写部位へ搬送される。

一方、給紙カセット１０８内に積載収納されている記録材Ｓが反時計方向に１回転する半月状の給紙ローラ１０９によって最上位の記録材から１枚ずつ順次給紙パス１１０Ａへ送り出され、搬送ローラ対１１１によって回転停止中のレジストローラ対１１２に搬送される。

レジストローラ対１１２に到達した記録材Ｓは、記録材先端レジストローラ対１１２のニップに突き当たった後、所定のループを形成するまで搬送が続けられて斜行状態の矯正がなされる。

斜行状態の矯正を終えた記録材Ｓは、感光ドラム６Ａ上のトナー像と位置を合わせるタイミングをとって回転を開始するレジストローラ対１１２によって転写部へ搬送され、ここで、転写ローラ１０７により感光ドラム１０６Ａ上のトナー像がシート面上に転写される。

トナー像の転写を終えた記録材Ｓは搬送ガイド１１３上を通って定着装置１４へ搬送され、ここで、転写されたトナー像がシート面に定着される。この定着装置１４は、前記実施例の１から４のいずれかに記載した加熱装置を適用した定着装置である。

トナー像の定着処理を終えた記録材Ｓは、印字面を下向きに積載する場合には、搬送面１１６とそれに対向する揺動ガイド１２６によって作られる搬送路を通って、不図示の駆動源をそなえたフェイスダウン排紙ローラ１１９とそれと圧接して従動するコロ１２５によってプリンタ本体１００の上部のフェイスダウン排紙トレイ１１７上へ排紙される。

また、印字面を上向きに積載（フェイスダウン積載）する場合は、フェイスアップトレイ１２２の回転中心１２３を支点に矢印Ａのように開き、不図示の駆動源を備えたフェイスアップローラ１１８と従動するコロ１１５によって、フェイスアップトレイ１２２Ａ上の搬送部１２４Ａ上に記録材の印字面を上向きに排出する。

本発明の第1の実施例に係る加熱装置の側面図 本発明の第1の実施例に係る加熱装置の組み立て構成をしめす部分断面を含む側面図 本発明の第1の実施例に係る加熱装置にバネをとりつける際の状態を示す部分断面を含む側面図 本発明の第１の実施例に係る加熱装置の長手方向での加熱ユニット保持状態を説明する上面からみた断面図 本発明の第２の実施例に係る加熱装置の組み立て構成を示す部分断面を含む側面図 本発明の第３の実施例に係る加熱装置のニップ部付近の断面を拡大した側面図 本発明の第４の実施例に係る加熱装置をしめす側面図 従来の加熱装置に適用する加熱体の構成を説明する平面図 従来の加熱装置の構成を説明する概略図 従来の加熱装置の構成を説明する概略図

符号の説明

１４ 加熱装置
２５１ フランジ
２０３ 加熱体
２０１ ステー
２０５ フィルムガイド
３０５ 加熱体ユニット
２５５ ピン
２５３ フレーム
３０１ フレームの枠部壁
２５４ 上板
２５８、２６３、３０３、４０６ バネ
２０４ フィルム
２０４ 加圧ローラ
Ｓ シート材
１００ プリンタ本体

Claims (4)

1. フィルムと、該フィルムの両端より該フィルムの位置を規定すると共に、該フィルムの回転軌跡をガイドするフランジを備え、該フィルムを介して被加熱体を加熱する加熱体を保持し、加熱体との間にニップ部を形成し、該ニップ部に導入された被加熱体を前記フィルムを介して前記加熱体に第１の弾加部材によって加圧する加圧体とを有する加熱装置において、前記加圧方向と略垂直方向から、該加熱体を該フランジを介して構造体に押し付ける第2の弾性体を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記第２の弾性体により、シート材の搬送方向下流側の構造体の壁面に、前記加熱体を備えた前記フランジを押し付けることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記第２の弾性体により、シート材の搬送方向上流側の構造体の壁面に、前記加熱体を接着し、フィルムの摺動をガイドするフィルムガイドを押し付けることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
4. 画像形成手段と、この画像形成手段から送り出される被加熱体を加熱して前記被加熱体上に形成された画像を加熱処理する像加熱手段とを有し、該像加熱手段が前記請求項１から3のうちいずれか１項に記載の加熱装置であること特徴とする画像形成装置。

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