JP2016012077A - 加熱装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータがヒータホルダから剥がれ難い接着剤の塗布構成が実現される定着装置を提供する。【解決手段】発熱するヒータ２と、ヒータ２を複数の接着剤保持部４で支持するヒータホルダ３と、ヒータ２とヒータホルダ３の接着剤保持部４との間を接着する接着剤５と、を備え、複数の接着剤保持部４の接着剤５を塗布する面の表面積は、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に対応する接着剤保持部４が他の接着剤保持部４より小さく設定される定着装置５０を構成した。【選択図】 図４

Description

本発明は、加熱装置、及び、これを定着装置として備える画像形成装置に関する。

特許文献１の第６図には、ヒータホルダ（ステー１３、断熱部材２０）にヒータ（加熱体１９）が取り付けられた定着装置が開示される。こうしたヒータホルダとヒータの間には、ヒータに給電するためのコネクタ、ヒータの温度を制御するためのサーミスタ、安全装置であるサーモスイッチが設けられることがあり、これらは、ヒータホルダからヒータを引き離す方向に力を作用させる。

こうしたヒータホルダからヒータが引き離されるのを抑制するために、ヒータホルダに長手方向の所定間隔毎に接着剤を塗布して、ヒータを取付ける構成が考えられる。

特開平４−４４０７５号公報

しかしながら、ヒータの通電加熱による熱膨張及び加熱終了後の熱収縮する過程で、ヒータとヒータホルダとの間には、図１３に示されるように、接着剤にせん断力が生じたり、接着剤の接着力が劣化したりする。その結果、ヒータがヒータホルダから剥がれてしまうおそれが有る。

本発明は、上記実情に鑑み、ヒータがヒータホルダから剥がれ難い接着剤の塗布構成が実現される加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の加熱装置は、発熱する発熱部材と、前記発熱部材を複数の凸部で支持する支持部材と、前記発熱部材と前記支持部材の前記凸部との間を接着する接着剤と、を備え、前記複数の凸部の接着剤を塗布する面の表面積は、前記発熱部材の長手方向の中央部に対応する前記凸部が他の凸部より小さく設定されることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータがヒータホルダから剥がれ難い接着剤の塗布構成が実現される。

実施例１に係る画像形成装置の断面図である。 定着装置の断面図である。 ヒータホルダ及びヒータの斜視図である。 ヒータとヒータホルダの分解平面図である。 接着剤保持部の面積とせん断方向の接着強度の関係図である。 実施例１の変形例に係るヒータ及びヒータホルダの分解平面図である。 接着剤保持部の表面積と通紙枚数との関係を示すグラフである。 実施例２に係るヒータとヒータホルダとの接着状況を示す側面図である。 せん断歪みを示す概略図である。 実施例３に係るヒータとヒータホルダの接着状況を示す側面図である。 せん断歪みと接着剤保持部の高さの関係を示すグラフである。 通紙枚数と接着剤保持部の高さの関係を示すグラフである。 従来技術のヒータとヒータホルダの接着状況を示す側面図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、実施例１に係る画像形成装置１００の断面図である。画像形成装置１００は装置本体１００Ａを有する。装置本体１００Ａの内部には、記録媒体に画像を形成する画像形成部Ｇが含む感光体ドラム２６が配置される。感光体ドラム２６の周囲には、帯電装置２２、露光装置２１、現像装置２３、転写ローラ２４、クリーニング装置２５が配置される。感光体ドラム２６の表面は、帯電装置２２によって一様に帯電され、露光装置２１によって静電像が形成され、現像装置２３によってトナーで現像されて現像剤像が形成される。

装置本体１００Ａの下部には、シートＰが収納されるカセット６０が配置される。カセット６０の内部のシートＰは、ローラ対６１、６２によって搬送されて感光体ドラム２６と転写ローラ２４とのニップ部に搬送されて、感光体ドラム２６の現像剤像が転写される。その後、現像剤像が転写されたシートＰは、定着装置５０にて定着され、排出ローラ対６９によって排出される。

図２は、定着装置５０の断面図である。記録媒体に画像を定着する『加熱装置』としての定着装置５０は、定着フィルム１及び『加圧部材』としての加圧ローラ６を備える。定着フィルム１は、可撓性を有し、無端状に形成され、円筒状に形成される。定着フィルム１の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）としている。

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、膜厚は１００μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下２０μｍ以上が良い。本例では、膜厚約６０μｍの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。定着フィルム１の外径は１８ｍｍとした。この定着フィルム１は、内側から外側へ、ベース層、接着層、離型層の順番に積層された構成である。定着フィルム１の内部には、ヒータ２を支持する『支持部材』としてのヒータホルダ３、及び、発熱する『発熱部材』としてのヒータ２が配置される。

図３は、ヒータホルダ３及びヒータ２の斜視図である。ヒータホルダ３は、ヒータ２の保持する機能を有すると共に、定着フィルム１をガイドする機能を有し、耐熱性及び剛性を有する。ヒータ２は、ヒータホルダ３の下面で長手方向に沿って保持される。なお、ここでいう長手方向とは、シートＰの搬送方向と直交するシートＰの幅方向である。ヒータホルダ３は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では、液晶ポリマーを用いた。

ヒータホルダ３には定着フィルム１の回転をガイドするリブ３Ｘが設けられている。これにより、定着フィルム１がヒータホルダ３に張り付いて摺動性が悪くなるのを防止している。

図４は、ヒータ２とヒータホルダ３の分解平面図及び側面図である。ヒータホルダ３のヒータ２を取り付ける面には、ヒータ２を保持できるようにヒータ２の厚みとほぼ同じ分だけ凹部を形成したヒータ取付座面３Ｙが形成されている。また、ヒータ取付座面３Ｙには、穴Ｊ１、穴Ｊ２、接着剤保持部４が形成される。

穴Ｊ１は、ヒータ取付座面３Ｙよりも深い凹部で形成され、サーミスタ３１が取り付けられる。穴Ｊ２は、ヒータ取付座面３Ｙよりも深い凹部で形成され、サーモスイッチ３２が取り付けられる。接着剤保持部４は、ヒータ取付座面３Ｙに対して凸状に形成され、ヒータ２とヒータホルダ３とを接着させる長手方向位置と接着剤量を規定するための部位である。ヒータホルダ３の接着剤保持部４の個数は、ヒータホルダ３の中央部に１点、端部に２点、中央部と端部の間に２点の計５点でヒータ２に対して接着剤５による接着をしている。

このように、『支持部材』としてのヒータホルダ３は、定着フィルム１の内部に配置され、長手方向Ｍの複数点で形成される表面に接着剤５を塗布するための複数の『凸部』としての接着剤保持部４を有し、ヒータ２を複数の接着剤保持部４で支持する。接着剤５は、ヒータ２とヒータホルダ３の接着剤保持部４との間を接着することになる。接着剤保持部４を凸状にすることでヒータ２をヒータホルダ３に取り付ける際に接着剤保持部４から溢れた接着剤は接着に寄与しないので接着剤保持部４の表面積に応じて安定した接着力を得ることができる。

接着剤保持部４の接着面の断面積がヒータ２と接着剤５の接着面積となる。また、接着剤保持部４には、ヒータホルダ３の短手方向Ｎへ溝４Ｋが切られており、これによって接着剤保持部４と接着剤５の接着面積が広げられて接着力が高められている。

ヒータ２は、セラミックで構成された基板１０の面上に、導電ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥させたのちに焼成して発熱パターン９および電極８を形成する。導電ペーストには、例えば銀、有機溶剤、バインダ、ホウ珪酸亜鉛ガラスなどを含むペーストを使用できる。次に、基板の他方の面上に、ガラスペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥させたのちに焼成して摺動層を形成する。

次いで、発熱パターン９に積層するように、基板上に抵抗ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥させたのちに焼成して発熱パターンを形成する。抵抗ペーストには、銀とパラジウムで構成された合金または銀で構成された金属と、グラファイトと、有機溶剤、バインダ、ホウ珪酸亜鉛ガラスなどを含むペーストを使用できる。

このガラスには、焼成可能な温度が４００〜５００℃のガラスを使用するのが望ましい。これは炭素系の発熱パターンが、５００〜７００℃程度で酸化、燃焼による消耗が生じてしまうためである。本実施形態では、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）と酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）とアルカリ金属からなる軟化点が４３８℃のビスマス系のガラスを用いている。このようにして、セラミックのヒータ２が完成する。

ヒータ２の電極８には不図示のコネクタによって接点が取られ、コネクタから出ている束線はヒータホルダ３の内面を通って安全装置であるサーモスイッチ３２の一端に繋がっており、サーモスイッチ３２のもう一端は温度制御装置を通して電源に接続される。また、サーモスイッチ３２とヒータ２の温度検知手段であるサーミスタ３１はヒータホルダ３に開いているそれぞれの穴から直接にヒータ２に当接されている。

そのためヒータ２とヒータホルダ３間にはサーモスイッチ３２とサーミスタ３１によって、引き離す方向へ力がかかることになる。ヒータ２とヒータホルダ３が密着していないとサーミスタ３１の温度検知精度の低下、安全装置であるサーモスイッチ３２の動作不良などが起きるため、ヒータ２は接着剤５によって、ヒータホルダ３にしっかり支持されていなければならない。

ヒータ２の発熱により、場合によってはヒータ２とヒータホルダ３の接着部の温度が２００℃を超える場合があるため、ヒータ２とヒータホルダ３間の接着に、耐熱性や電気的安全性を考慮して、シリコーンゴム系の湿度硬化性又は熱硬化性の接着剤５を用いる。

本実施例では、接着剤保持部４の個数は、ヒータホルダ３の中央部に１点、端部に２点、中央部と端部の間に２点の計５点でヒータ２に対して接着剤５による接着をしている。

また、複数の接着剤保持部４の接着剤５を塗布する面の表面積は、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に対応する接着剤保持部４が他の接着剤保持部４より小さく設定される。図４に示す通りヒータ２の長手方向の中央部（ヒータ全長３７６ｍｍの電極側端部から１８８ｍｍ位置）から所定幅（±２５ｍｍ）における接着剤保持部４は半径ｒ＝２．５ｍｍのひとつの円柱形状であり、断面積が１９．６ｍｍ^２である。

一方、ヒータ電極８側の長手方向の端部の所定幅（電極側端部から５０ｍｍ）とヒータ電極８と反対側長手端部の所定幅（ヒータ電極８側３２６ｍｍから５０ｍｍ）における接着剤保持部４は長軸半径ａ＝５ｍｍ、短軸半径ｂ＝２．５ｍｍのひとつの楕円柱形状であり、断面積が３９．２ｍｍ^２である。

よってヒータ２の長手方向Ｍの中央部と比べて、ヒータ２の長手方向Ｍの端部の方が接着剤保持部４の断面積が広くなっている。本実施例で使用する接着剤は湿度硬化性タイプの接着剤５であり、積算通紙枚数初期のせん断方向の接着強さは０．８ＭＰａである。

これは接着剤５の接着面積が大きいほどせん断方向の接着強さは大きくなることを表している。この接着剤５のせん断方向の接着強さは通紙枚数が増え、加熱と冷却が繰り返されることで、ヒータ２およびヒータホルダ３の熱膨張・収縮によるせん断方向への力と熱劣化により減少していく。

小サイズ紙を多く使用するような状況では、ヒータ２の長手非通紙域の昇温が発生し、接着剤５の熱劣化を促進させる結果となり。ヒータ２がヒータホルダ３から剥がれる結果となる。

しかし本実施例では、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に配置される接着剤保持部４と比べて、ヒータ２の長手方向Ｍの端部に配置される接着剤保持部４の方が表面積を広くする。このことで、ヒータ２およびヒータホルダ３の長手端部の接着力を高めヒータ２およびヒータホルダ３の熱膨張や収縮によって接着剤５にせん断方向の力かかることによる接着剤５のヒータ２およびヒータホルダ３に対しての剥がれが抑制される。また、小サイズ紙の通紙による非通紙領域の昇温で接着剤５の接着力が熱劣化することで発生する、接着剤５のヒータ２およびヒータホルダ３からの剥がれが抑制される。

図５は、接着剤保持部の面積とせん断方向の接着強度の関係図である。接着剤５の接着強度は初期に比べて、１５０ｋ枚通紙後では低下している。その場合に接着剤５の塗布量が少ない方向へ振れた場合に接着面積が小さく、１６ｍｍ^２程度になった場合に、ヒータ剥がれが発生する接着強度まで低下してしまう。しかし、接着剤保持部４を長手端部で大きく３９．２ｍｍ^２にし接着剤５の塗布量を増やした場合、１５０ｋ通紙時点においても、ヒータ剥がれが発生する接着強度まではマージンがあり、ヒータ２の剥がれは発生しない。

図６は、実施例１の変形例に係るヒータ２及びヒータホルダ３の分解平面図である。実施例１では、接着剤保持部４の表面積は、ヒータ２及びヒータ２の長手方向Ｍの中央部と比べて端部を大きくしていた。図６の変形例では、複数の接着剤保持部４の接着剤５を塗布する面の各々は、１又は複数の単位凸部４Ｚを有し、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に対応する接着剤保持部４が他の接着剤保持部４より単位凸部４Ｚの数が少ない。すなわち、ヒータ２及びヒータ２の長手方向Ｍの中央部と同じ表面積１９．６ｍｍ^２の接着剤保持部４の個数を長手方向の中央部で１つに対してより長手方向の端部で３つに増やす構成とした。このことにより、同様のヒータ２の剥がれに対する防止効果が得られる。

図７は、接着剤保持部４の表面積とヒータはがれが起きる積算通紙枚数との関係を示すグラフである。図７のように、ヒータホルダ３の端部での接着剤の剥がれは、従来２００ｋ枚の通紙付近で発生していたヒータ剥がれが３６０ｋ枚通紙付近まで延ばすことが可能となり、定着装置５０の使用寿命が延びる。

図８は、実施例２に係るヒータ２とヒータホルダ３との接着状況を示す側面図である。実施例２では、複数の接着剤保持部４は、ヒータ２の長手方向Ｍと直交する短手方向Ｎに延びてヒータ２の長手方向Ｍの複数個所に溝４Ｋを有し、溝４Ｋは、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に対応する接着剤保持部４が他の接着剤保持部４より浅く形成される。こうして、接着剤保持部４の表面積が増やされている。

例えば、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部の接着剤保持部４で深さ０．１ｍｍで幅０．３ｍｍの溝４Ｋ１が形成され、長手両端部の接着剤保持部４で深さ０．５ｍｍで幅０．３ｍｍの溝４Ｋ３が形成される。ヒータホルダ３の長手中央部と長手端部の間の接着剤保持部４で深さ０．３ｍｍで幅０．３ｍｍの溝４Ｋ２が形成される。溝４Ｋの数は、長手方向の各々の接着剤保持部４で同数の２個としている。これにより、接着剤５とヒータホルダ３の接着面積が増し、ヒータホルダ３側からの接着剤剥がれを防止することが出来る。

ヒータ２は熱膨張をすると長手中心部を基準位置として、膨張量が長手にわたって積算されていくため長手端部へ行くほど元の位置からのずれ量が大きくなる。このずれ量によって、接着剤５がヒータ２の膨張に引きずられ、長手端部へいくほど接着剤５のせん断方向へのひずみが発生する。図９のようにせん断方向のひずみεは接着剤５の高さをＬ、長手方向へのずれ量を△Ｌとしてε＝△Ｌ／Ｌと表すことが出来る。

本実施例では実施例１と同様に接着剤保持部４の個数は、ヒータホルダ３の中央部に１点、端部に２点、中央部と端部の間に２点の計５点でヒータ２に対して接着剤５による接着している。また、図１０に示すように、実施例３では、複数の接着剤保持部４は、ヒータ２の長手方向Ｍの中央部に対応する接着剤保持部４が他の接着剤保持部４より高さが高く設定される。

ヒータホルダ３の長手中央部（ヒータ全長３７６ｍｍの電極側端部から１８８ｍｍ位置）の接着剤保持部４の底部からヒータ２の方向に対する高さが０．８ｍｍである。ヒータホルダ３の長手中央部と端部の間（ヒータ全長３７６ｍｍの電極側端部から９４ｍｍと２８２ｍｍ位置）にある２つの接着剤保持部４の底部からの高さが０．５ｍｍ、ヒータホルダ３の長手両端部にある接着剤保持部４の底部からの高さが０．２ｍｍとなっている。

このようにヒータホルダ３の長手中央部から端部へいくにしたがって、ヒータホルダ３の接着剤保持部４の高さを小さくすることで、ヒータ２とヒータホルダ３間の接着剤５の厚みが長手中央部で薄く（０．２ｍｍ）、端部で厚く（０．８ｍｍ）なる。

こうすることで、図１１のようにヒータ２の長手方向Ｍの端部へ行くほどせん断方向のひずみεは小さくなり、せん断力を小さく抑えることができ、ヒータ２およびヒータホルダ３からの接着剤５の剥がれを防止することができる。

図１２は、接着剤保持部４の高さと通紙枚数との関係を示すグラフである。図１２のように、ヒータホルダ３の端部での接着剤の剥がれは、従来２００ｋ枚の通紙付近で発生していたヒータ剥がれが３６０ｋ枚通紙付近まで延ばすことが可能となり、定着装置５０の使用寿命が延びる。

実施例１乃至３のいずれかの構成によれば、ヒータ２がヒータホルダ３から剥がれ難い接着剤の塗布構成が実現される。

１ 定着フィルム
２ ヒータ（発熱部材）
３ ヒータホルダ（支持部材）
４ 接着剤保持部（凸部）
５ 接着剤
６ 加圧ローラ（加圧部材）
５０ 定着装置
Ｍ 長手方向

Claims (5)

1. 発熱する発熱部材と、
   前記発熱部材を複数の凸部で支持する支持部材と、
   前記発熱部材と前記支持部材の前記凸部との間を接着する接着剤と、
   を備え、
   前記複数の凸部の接着剤を塗布する面の表面積は、前記発熱部材の長手方向の中央部に対応する前記凸部が他の凸部より小さく設定されることを特徴とする加熱装置。
2. 前記複数の凸部の接着剤を塗布する面の各々は、１又は複数の単位凸部を有し、前記発熱部材の長手方向の中央部に対応する前記凸部が他の凸部より前記単位凸部の数が少ないことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記複数の凸部は、前記発熱部材の長手方向と直交する短手方向に延びる溝を有し、
   前記溝は、前記発熱部材の長手方向の中央部に対応する前記凸部が他の凸部より浅く形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記複数の凸部は、前記発熱部材の長手方向の中央部に対応する前記凸部が他の凸部より高さが高く設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の加熱装置。
5. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の加熱装置を記録媒体に画像を定着する定着装置として備えることを特徴とする画像形成装置。

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