JP2016206484A - ヒータ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

ヒータ、定着装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来のヒータでは、バルブの両端部からその長手方向に延びるように給電線や端子が配置されているため、これらの配置スペースを長手方向に確保する必要があった。
【解決手段】筒状のバルブ20と、バルブ20内の長手方向に配置されたフィラメント21と、フィラメント21の両端部に接続された金属箔22と、金属箔22に接続された給電線23と、給電線23に接続された端子24と、を備えるヒータにおいて、バルブ20の長手方向の少なくとも一方の端部側に配置された給電線23が、金属箔22との接続部29からバルブ20の長手方向と交差する方向に延びるように配置される。
【選択図】図3

Description

本発明は、ヒータ、ヒータを備える定着装置及び画像形成装置に関する。
複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、熱によって画像を用紙に定着する定着装置に設置される加熱源や、給紙カセット内に収容される用紙の除湿を行う除湿装置などに設置される加熱源として、ハロゲンヒータが用いられている。
一般的に、ハロゲンヒータは、円筒状のバルブと、バルブ内の長手方向に配置された発熱体としてのフィラメントと、フィラメントの両端部に接続された金属箔と、金属箔に接続された給電線と、給電線に接続された端子等で構成されている{特許文献1(特開2010−80150号公報)参照}。
ところで、従来のハロゲンヒータにおいては、バルブの両端部からその長手方向に延びるように給電線や端子が配置されているため、これらの配置スペースを長手方向に確保する必要がある。従って、その分、ヒータを配置する装置も大きくする必要があった。
上記課題を解決するため、本発明は、筒状のバルブと、前記バルブ内の長手方向に配置されたフィラメントと、前記フィラメントの両端部に接続された金属箔と、前記金属箔に接続された給電線と、前記給電線に接続された端子と、を備えるヒータにおいて、前記バルブの長手方向の少なくとも一方の端部側に配置された前記給電線が、前記金属箔との接続部から前記バルブの長手方向と交差する方向に延びるように配置されることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも一方の端部側に配置された給電線を、金属箔との接続部からバルブの長手方向と交差する方向に延びるように配置することで、ヒータの長さを短くすることができる。あるいは、ヒータの長さが長くなるのを回避しつつ、金属箔及びその近傍の部材をフィラメントから遠ざけることができ、これらの部材の熱による劣化を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 前記画像形成装置に設けられた定着装置の概略構成図である。 前記定着装置に設けられたヒータの概略構成図である。 (a)は、従来のヒータの図、(b)は、本実施形態に係るヒータの図である。 (a)は、従来のヒータの図、(b)は、本実施形態に係るヒータの図である。 本発明の他の実施形態に係るヒータの概略構成図である。 (a)は、従来のヒータの図、(b)は、他の実施形態に係るヒータの図である。 (a)は、従来のヒータの図、(b)は、他の実施形態に係るヒータの図である。 従来のヒータの概略構成図である。 他の従来のヒータの概略構成図である。 さらに別の従来のヒータの概略構成図である。
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。まず、図1を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図1に示す画像形成装置は、モノクロ用画像形成装置である。斯かる画像形成装置の装置本体(画像形成装置本体)100には、画像形成部を構成する作像ユニットとしてのプロセスユニット1が着脱可能に装着されている。プロセスユニット1は、表面に画像を担持する潜像担持体としてのドラム状の感光体2と、感光体2の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ3と、感光体2の外周面を露光して静電潜像を形成する露光手段としての光書込ヘッド4と、感光体2上の潜像を顕像化(可視画像化)する現像手段としての現像ローラ5と、感光体2の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード6等を備える。
以上に述べた感光体2、帯電ローラ3、光書込ヘッド4、現像ローラ5、クリーニングブレード6は、いずれもプロセスユニット1の支持体に一体的に設けられている。このため、プロセスユニット1を装置本体100に対して着脱することで、これらの部品が一度に交換可能となっている。
また、感光体2と対向する位置に、感光体2上の画像を用紙に転写する転写手段としての転写ローラ7が配置されている。転写ローラ7は、プロセスユニット1を装置本体100に装着した状態で感光体2と当接可能な位置に配置されており、両者の当接部により転写ニップが形成される。また、転写ローラ7には、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が印加されるようになっている。
装置本体100の下部には給紙装置8が配置されている。給紙装置8は、記録媒体である用紙を収容する記録媒体収容部としての給紙カセット9と、給紙カセット9に収容されている用紙を給送する記録媒体給送手段としての給紙ローラ10と、給紙ローラ10との間にニップを形成して重なった用紙を分離する記録媒体分離手段としての分離パッド11等を備えている。なお、用紙には、普通紙の他、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙等)、トレーシングペーパ等も含まれる。また、用紙以外の記録媒体として、OHPシートやOHPフィルム、布帛等を用いることも可能である。
給紙装置8から繰り出された用紙は、装置本体100内に設けられた搬送路に沿って、図の点線矢印で示す方向に搬送される。この搬送路において、給紙ローラ10よりも用紙搬送方向下流側であって、転写ローラ7よりも用紙搬送方向上流側には、搬送タイミングを計って用紙を転写ニップへ搬送する記録媒体搬送手段としての一対のタイミングローラ12が配置されている。
また、搬送路において、転写ローラ7よりも用紙搬送方向下流側には、用紙に転写された画像を定着させる定着装置13が配置され、さらにその下流側には、用紙を装置外へ排出する記録媒体排出手段としての一対の排紙ローラ16が配置されている。また、装置本体100の上部には、排紙ローラ16によって装置外に排出された用紙を載置する排紙トレイ17が設けられている。
続けて、図1を参照しつつ、本実施形態に係る画像形成装置の作像動作について説明する。
作像動作が開始されると、感光体2が回転駆動され、帯電ローラ3によって感光体2の表面が所定の極性に一様に帯電される。そして、読取装置又はコンピュータ等からの画像情報に基づいて、光書込ヘッド4から、感光体2の表面に光が照射されて、感光体2の帯電面に静電潜像が形成される。このように形成された感光体2上の静電潜像に、現像ローラ5からトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視像化)される。
また、作像動作が開始されると、給紙ローラ10が回転駆動を開始し、給紙カセット9に収容されている用紙のうち、最上位の用紙のみが搬送路に送り出される。送り出された用紙は、タイミングローラ12によって搬送が一旦停止される。その後、所定のタイミングでタイミングローラ12の回転駆動が開始され、感光体2上のトナー画像が転写ニップに達するタイミングに合わせて、用紙が転写ニップへ搬送される。
このとき、転写ローラ7には、感光体2上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、転写ニップにおいて転写電界が形成されている。そして、この転写電界によって、感光体2上のトナー画像が用紙上に転写される。なお、用紙に転写しきれなかった感光体2上の残留トナーは、クリーニングブレード6によって除去される。
その後、用紙は定着装置13へと搬送され、用紙上のトナー画像が定着される。そして、用紙は、排紙ローラ16によって排紙トレイ17上に排出される。
次に、前述した定着装置13の構成について説明する。
図2に示すように、定着装置13は、2つの回転体、すなわち、互いに接触して定着ニップ部Nを形成する定着部材としての定着ローラ14と加圧部材としての加圧ローラ15とを有する。
定着ローラ14は、熱伝導性基体の周囲を離型性を有する層で被覆した円筒状部材である。熱伝導性基体としては、所要の機械的強度を有し、熱伝導性の良好な炭素鋼材やアルミニウム材が主として用いられる。また、外側(外周面)の離型層は、トナーとの離型性を良好とし、熱伝導率が高く耐久性に富む材料で形成される。例えば、フッ素樹脂(PFA)チューブで被覆したものやフッ素樹脂(PFA又はPTFE)塗料を塗布したもの、あるいはシリコーンゴム層やフッ素ゴム層を形成したもの等が被覆層として用いられる。定着ローラ14の内部には、定着ローラ14を加熱する加熱源としてのヒータ18が配置されている。
加圧ローラ15は、芯金と、当該芯金の外側(外周)に形成された弾性層と、当該弾性層を被覆する被覆層とからなる円筒状部材である。芯金として、例えばSTKM等が用いられ、弾性層としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム、あるいはこれらの発泡体が用いられる。被覆層は例えば離型性に富むPFA,PTFA等の耐熱性フッ素樹脂のチューブで形成される。また、加圧ローラ15は、バネ等を使用した付勢機構により定着ローラ14に向けて付勢されている。
続けて、上述の定着装置の動作について説明する。
作像動作が開始されると、ヒータ18に電力が供給され、ヒータ18によって定着ローラ14が加熱される。また、定着ローラ14と加圧ローラ15とが図2中の時計回りに回転駆動を開始する。
そして、定着ローラ14と加圧ローラ15との間の定着ニップNに、上述の転写工程を経て未定着のトナー画像Tが転写された用紙Pが送入される。その結果、用紙Pとトナー画像Tが定着ニップNで加熱及び加圧されて、トナー画像Tが用紙Pに定着される。その後、用紙Pは定着ニップNから送り出され、上述のように装置外に排出される。
ここで、従来のヒータの構成について説明する。
図9に示す従来のヒータ200Aは、ソケット圧接タイプである。具体的に、ヒータ200Aは、円筒状のバルブ201と、バルブ201内の長手方向に配置されたコイル状のフィラメント202と、フィラメント202の両端部に接続された金属箔203と、金属箔203に接続された給電線204と、給電線204に接続された端子205等で構成されている。
詳しくは、フィラメント202と金属箔203とは、内部リード206を介して接続され、金属箔203と端子205とは、給電線204としての外部リード207を介して接続されている。また、フィラメント202は、バルブ201の長手方向に渡って複数配置されたサポータ部材208によってバルブ201と同軸心状に配置されるように支持されている。バルブ201は、その長手方向両端部が封止されており、内部に不活性ガスが封入されている。また、バルブ201の両端部の封止部209内には、金属箔203が配置され、金属箔203に接続された外部リード207が封止部209から外部へ露出している。そして、この外部リード207の外部に露出した端部に端子205が接続されている。さらに、外部リード207の外部に露出した部分と端子205は、セラミックで構成された被覆体210で覆われている。
図9に示す従来のヒータ200Aは、端子205が電源側に接続された接点211と圧接することで導通し、電源からフィラメント202へ給電可能な状態となる。この状態で、電源から給電されることでフィラメント202が発熱する。
しかしながら、このようなヒータ200Aの構成では、振動等によって端子205と接点211との接続状態が悪化した場合、給電不良となる虞がある上、安全性の観点からも好ましくない。
一方、図10に示す従来のヒータ200Bは、上記図9に示すソケット圧接タイプのヒータ200Aとは異なり、端子205にネジ止めするための取付孔212が形成されている。このような端子ネジ止めタイプでは、端子205がネジによって固定されるため、電源側の接続部との接続状態を良好に保持することができる。
さらに、図11に示す従来のヒータ200Cは、外部リード207と端子205との間をハーネス213で接続したハーネスタイプである。このタイプも上記図10に示す端子ネジ止めタイプと同様、端子205がネジによって固定されるため、電源側の接続部との接続状態を良好に保持することができる。
なお、図10及び図11において、図9と同じ符合の部材は基本的に同様の構成で、同様の機能を有するものであるので説明を省略する。
上述のように、図10に示す端子ネジ止めタイプや図11に示すハーネスタイプは、図9に示すソケット圧接タイプに比べて、導通性及び安全性の確保の点で好ましいが、ヒータが長手方向に長くなり、それに伴って装置の大型化が強いられるといった課題がある。これを改善するため、例えば、内部リード206を短くすることも考えられるが、その場合、フィラメント202と金属箔203との距離が近くなり、熱による金属箔203の劣化が促進される懸念がある。また、内部リード206を短くすると、金属箔203が定着ローラの内部に配置される割合が多くなるため、金属箔203がより高温環境下に曝されることになり、劣化しやすくなる。
そこで、本発明の実施形態に係るヒータでは、以下のような対策を講じている。
図3に、本発明の実施の一形態に係るヒータの構成を示す。
本実施形態に係るヒータ18は、端子ネジ止めタイプのハロゲンヒータである。詳しくは、図3に示すように、ヒータ18は、主要な構成要素として、従来のヒータと同様に、筒状又は円筒状のバルブ20と、バルブ20内に配置された発熱体としてのフィラメント21と、フィラメント21の両端部に接続された金属箔22と、金属箔22に接続された給電線23と、給電線23に接続された端子24等を備える。
バルブ20は、石英ガラス等で形成された直線管状の部材である。バルブ20の長手方向の両端部は封止された封止部25となっており、バルブ20内には不活性ガスが封入されている。
フィラメント21は、タングステン等で形成された金属線をコイル状に形成したものである。フィラメント21は、バルブ20内にその長手方向に沿って配置され、従来と同様に、サポータ部材によってバルブ20と同軸心状に配置されるように支持されている。
金属箔22は、モリブデン等で形成された矩形の薄板であり、バルブ20の封止部25内に配置されている。金属箔22の内端部側(図3における左端部側)は、内部リード26を介してフィラメント21に接続されている。一方、金属箔22の外端部側(図3における右端部側)は、給電線23としての外部リード27を介して端子24に接続されている。内部リード26と金属箔22との接続部28、外部リード27と金属箔22及び端子24との各接続部29,30は、それぞれスポット溶接により接続されている。
端子24は、矩形の金属板で構成されており、ネジ止めするための取付孔31が形成されている。端子24は、この取付孔31にネジが挿入されて、定着装置あるいは画像形成装置に設けられたヒータホルダ等の取付箇所にネジが締結されることで、電源側の接続部に接続された状態で固定される。また、両側の端子24が固定され、図3に示すように、ヒータ18が定着ローラ14内に設置された状態では、バルブ20の封止部25の一部、金属箔22の一部、及び端子24が定着ローラ14の端部から外部へ露出(突出)した状態で配置される。
ここで、本実施形態では、従来のヒータとは異なり、外部リード27が金属箔22との接続部29からバルブ20の長手方向(図3における左右方向)と直交又は略直交する方向(図3における下方向)に延び、封止部25から外部へ露出している。言い換えれば、外部リード27は、バルブ20の長手方向の最端部20aから外部へ突出せず、最端部20aよりも長手方向内側の側面部20bから外部へ突出している。これにより、ヒータ18全体の長手方向の長さを従来よりも短くすることができる。
図4は、本実施形態に係るヒータと従来のヒータとを比較して示す図である。
図4において、(a)に示されるのは、従来の端子ネジ止めタイプのヒータ200Bであり、(b)に示されるのは、本実施形態に係るヒータ18である。
図4(a)に示すように、従来のヒータ200Bは、外部リード207が金属箔203との接続部からバルブ201の長手方向に延びているため、ヒータ200B全体の長手方向の長さが長くなる傾向にある。
一方、図4(b)に示すように、本実施形態に係るヒータ18は、外部リード27が金属箔22との接続部からバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延びているので、従来のヒータ200Bと比べて、ヒータ18全体の長手方向の長さがL1だけ短くなる。また、バルブ20の長手方向の片側(一方の端部側)だけでなく両側(両方の端部側)に配置された外部リード27を、それぞれバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延びるように配置した場合は、2×L1分の長さを短くすることが可能である。このように、本実施形態の構成を採用することで、ヒータの長さを短くすることができ、装置の小型化を図れるようになる。
また、外部リード27をバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延ばすことにより、図5(b)に示すように、本実施形態に係るヒータ18全体の長さを、同図(a)に示す従来のヒータ200B全体の長さ以下に抑えつつ、内部リード26の長さを従来のL2からL3へ長くすることができる。これにより、金属箔22及びその近傍の部材をフィラメント21から遠ざけることができるので、熱によるこれらの部材の劣化を抑制することができる。このように、本実施形態に係る構成を採用することで、ヒータの長さが従来よりも長くなるのを回避しつつ、金属箔22及びその近傍の部材の劣化を抑制し、ヒータの長寿命化を図ることもできる。
図6は、本発明の他の実施形態に係るヒータの構成を示す図である。
なお、以下の説明では、主に上記実施形態と異なる点について説明し、それ以外の上記実施形態と重複する点については説明を省略する。
上記図3に示す実施形態では、金属箔22と端子24とが外部リード27に直接接続されているが、図6に示す実施形態では、金属箔22と端子24とが、外部リード27とハーネス32とを介して接続されている。すなわち、図6に示す実施形態に係るヒータ18は、ハーネスタイプのハロゲンヒータである。詳しくは、金属箔22の外端部側(図6における右端部側)に外部リード27の一端部が接続され、外部リード27の他端部が、一端部に円形の端子24が接続されたハーネス32の他端部に接続されている。なお、外部リード27とハーネス32との接続部33は、スポット溶接により接続されている。また、外部リード27の封止部25から外部に露出した部分とこれに接続されたハーネス32の端部は、セラミックで構成された被覆体34によって覆われている。
図6に示す実施形態においても、上記実施形態と同様に、外部リード27が、金属箔22との接続部29からバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延び、バルブ20の側面部20bから外部に突出するように配置されている。また、これと同様に、ハーネス32もバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延びるように配置されている。
このように構成することで、図7(a)に示す従来のヒータ200C(ハーネスタイプ)に比べて、同図(b)に示す本実施形態に係るヒータ18は、その全体の長さをL4だけ短くすることができる。また、両側に配置された外部リード27及びハーネス32を、それぞれバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延びるように配置した場合は、2×L4分の長さを短くすることが可能である。このように、本実施形態においても、ヒータの長さを短くすることができ、装置の小型化を図れるようになる。
また、外部リード27及びハーネス32をバルブ20の長手方向と直交又は略直交する方向に延ばすことにより、図8(b)に示すように、本実施形態に係るヒータ18全体の長さを、同図(a)に示す従来のヒータ200C全体の長さ以下に抑えつつ、内部リード26の長さを従来のL5からL6へ長くすることができる。これにより、上記実施形態と同様に、ヒータの長さが従来よりも長くなるのを回避しつつ、熱による金属箔22及びその近傍の部材の劣化を抑制することが可能である。
上述のように、両側の給電線23(外部リード27、又はこれとハーネス32)をバルブ20の長手方向と交差する方向に延ばした場合は、片側の給電線23だけを同様の交差する方向に延ばす場合よりも、ヒータの長手方向の長さを一層短くすることが可能である。ただ、両側の給電線23を交差する方向に延ばした場合、ヒータ18を定着ローラ14内に挿入しにくくなる場合がある。そのような場合は、一方の給電線23だけをバルブ20の長手方向と交差する方向に延ばし、他方の給電線23をバルブ20の 長手方向に延びるように配置することで、この他方の給電線23側からヒータ18を定着ローラ14内に挿入することで、ヒータ18の設置作業が行いやすくなる。
また、定着ローラ14及び加圧ローラ15の長手方向の片側に、これらを回転駆動させるギア等の駆動部を配置するスペースが予め確保されている場合は、この駆動部側に、バルブ20の長手方向に沿って延びる給電線23側を配置することで、装置の大型化を伴わずヒータ18を設置できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
上記図3及び図6に示す各実施形態では、バルブ20の長手方向に対する給電線23が延びる方向の角度αを90°又は約90°にしているが、部品のレイアウトなどによっては、この角度αを80°や70°等の他の角度に設定してもよい。すなわち、給電線23が金属箔22との接続部29から延びる方向が、従来のようなバルブ20の長手方向と平行な方向ではなく、これと交差する方向であれば、ヒータの長さを短くすることが可能である。
上記実施形態では、定着ローラの内部に配置されるヒータに本発明を適用した場合を例に説明したが、本発明は、定着ローラの外部に配置されるヒータや、加圧ローラの内部又は外部に配置されるヒータ等にも適用可能である。また、本発明は、定着装置に設置されるヒータに限らず、給紙カセットに収容される用紙を(画像形成部に供給する前に)加熱して除湿を行うヒータ等にも適用可能である。
また、本発明に係るヒータを備える画像形成装置は、図1に示すようなモノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置であってもよい。また、本発明を適用可能な画像形成装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等も含まれる。
13 定着装置
14 定着ローラ
15 加圧ローラ
18 ヒータ
20 バルブ
20a 最端部
20b 側面部
21 フィラメント
22 金属箔
23 給電線
24 端子
27 外部リード
29 接続部
32 ハーネス
特開2010−80150号公報

Claims (10)

  1. 筒状のバルブと、
    前記バルブ内の長手方向に配置されたフィラメントと、
    前記フィラメントの両端部に接続された金属箔と、
    前記金属箔に接続された給電線と、
    前記給電線に接続された端子と、
    を備えるヒータにおいて、
    前記バルブの長手方向の少なくとも一方の端部側に配置された前記給電線が、前記金属箔との接続部から前記バルブの長手方向と交差する方向に延びるように配置されることを特徴とするヒータ。
  2. 前記給電線が前記金属箔との接続部から延びる方向を、前記バルブの長手方向と直交又は略直交する方向にした請求項1に記載のヒータ。
  3. 前記バルブの長手方向の一方の端部側に配置された前記給電線が、前記金属箔との接続部から前記バルブの長手方向と交差する方向に延びるように配置され、
    前記バルブの長手方向の他方の端部側に配置された前記給電線が、前記金属箔との接続部から前記バルブの長手方向に延びるように配置された請求項1又は2に記載のヒータ。
  4. 前記バルブの長手方向の両方の端部側に配置された前記給電線が、前記金属箔との接続部から前記バルブの長手方向と交差する方向に延びるように配置された請求項1又は2に記載のヒータ。
  5. 筒状のバルブと、
    前記バルブ内の長手方向に配置されたフィラメントと、
    前記フィラメントの両端部に接続された金属箔と、
    前記金属箔に接続された給電線と、
    前記給電線に接続された端子と、
    を備えるヒータにおいて、
    前記バルブの長手方向の少なくとも一方の端部側に配置された前記給電線が、前記バルブの長手方向の最端部よりも長手方向内側の側面部から外部へ突出することを特徴とするヒータ。
  6. 前記給電線は、前記金属箔と前記端子とに直接接続された外部リードで構成される請求項1から5のいずれか1項に記載のヒータ。
  7. 前記給電線は、前記金属箔に接続された外部リードと、前記外部リードと前記端子とに接続されたハーネスとで構成される請求項1から5のいずれか1項に記載のヒータ。
  8. 記録媒体上の画像を定着する定着装置の加熱源として用いられる請求項1から7のいずれか1項に記載のヒータ。
  9. 請求項8に記載のヒータを備えることを特徴とする定着装置。
  10. 請求項1から7のいずれか1項に記載のヒータを備えることを特徴とする画像形成装置。
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