JP6882356B2 - Image heating device - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる像加熱装置に関する。 The present invention relates to an image heating device provided in an image forming device using an electrophotographic method.
複写機やプリンタなどの電子写真式の画像形成装置に搭載される定着装置(像加熱装置)として、フィルム加熱方式のものが知られている。このタイプの定着装置は、セラミックス製の基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータと接触しつつ移動する定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータとニップ部を形成する加圧ローラなどを有している。未定着トナー画像を担持する記録材は、定着装置のニップ部で挟持搬送されつつ加熱されることにより、トナー画像が記録材に定着される。 As a fixing device (image heating device) mounted on an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a film heating type is known. This type of fixing device includes a heater having a heat generating resistor on a ceramic substrate, a fixing film that moves while contacting the heater, and a pressurizing roller that forms a heater and a nip through the fixing film. doing. The recording material carrying the unfixed toner image is heated while being sandwiched and conveyed by the nip portion of the fixing device, so that the toner image is fixed to the recording material.
図10は、従来のフィルム方式の定着装置の模式的断面図である。203がセラミック製のヒータ、204が耐熱樹脂製のヒータホルダ、201が定着フィルム、202が加圧ローラである。上記定着装置では、ヒータ203に電力を供給する電源回路の異常時にヒータ203の基板(以下、ヒータ基板と記す)が割れる所謂「異常昇温時ヒータ割れ」を回避することが求められる。上記電源回路に用いられるトライアックやリレーなどの故障時に、一次電流が制御されずにヒータ203に投入されることがある。この場合、ヒータ203に異常昇温が発生して過度の熱応力がかかり、これによってヒータ203が割れ、使用が不能になることがある。或いは、ヒータ203に異常昇温が発生してヒータ203を支持するヒータホルダが溶融することなどによる機械的応力がヒータ基板にかかり、これによってヒータ203が割れ、使用が不能になることがある。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a conventional film-type fixing device. 203 is a ceramic heater, 204 is a heat-resistant resin heater holder, 201 is a fixing film, and 202 is a pressure roller. In the fixing device, it is required to avoid the so-called "heater cracking at the time of abnormal temperature rise" in which the substrate of the heater 203 (hereinafter referred to as a heater substrate) is cracked when the power supply circuit for supplying electric power to the
この「異常昇温時ヒータ割れ」を回避するために、感熱素子205を設けて、一次電流を遮断する構成が従来から知られている。一次電流がヒータ203に流れ込んだ際に、ヒータ203に異常昇温が発生して熱応力や機械的応力により割れてしまう前に、発熱抵抗体への通電を遮断するように感熱素子205が動作する構成である。この構成においては、ヒータ203にかかる熱応力や機械的応力がヒータ203の抗折限界に達する前に、必ず感熱素子205が動作することが求められる。
In order to avoid this "heater cracking at abnormal temperature rise", a configuration in which a heat
特許文献1には、ヒータホルダ204に感熱素子嵌め込み用の孔を設け、感熱素子205を支持部材207に固定された加圧バネ206にてヒータ方向に押し当てて保持する構成が開示されている。
Patent Document 1 discloses a configuration in which a hole for fitting a heat-sensitive element is provided in the
しかしながら、感熱素子205をバネ206で加圧する際、樹脂部材でバネを支持する構成においては、感熱素子205の動作時間が安定しない場合がある。このことを、図11を用いて説明する。
図11は、従来の定着装置のヒータ203周辺の構成を示す模式的断面図であり、(a)は画像形成装置が正常に動作している際の様子、(b)はヒータ203が異常昇温して樹脂部材である支持部材207が溶融状態となった際の様子をそれぞれ示している。なお、図11は、図10に対して上下が逆転した図となっている。
However, when the
11A and 11B are schematic cross-sectional views showing the configuration around the
図11(b)に示すように、ヒータ203が異常昇温し支持部材207を構成する樹脂材の融点に達すると、図11(b)に示すように溶融した樹脂が感熱素子205表面に接触する場合がある。感熱素子205表面に樹脂が接触する面積が増えると、感熱素子205の熱が樹脂に拡散し昇温が阻害される。昇温が阻害されることにより感熱素子205の動作が遅れ、ヒータ203にかかる熱応力および機械的応力がヒータ203の抗折限界超え、ヒータ割れが起きることがある。ヒータ割れが生じた場合、ヒータ203が使用不能となり、リサイクル性が低下する懸念がある。さらに、画像形成装置の電源回路において、一次電圧が印加される部位と、二次側回路やGND部位との電気的絶縁を確保するための距離を十分に取れなくなり、場合によっては二次側回路が破壊され、修理費用が増大することになる懸念もある。
As shown in FIG. 11 (b), when the
この問題を回避する手段として、定着ニップNを形成する加圧力を小さくし、ヒータ203にかかる機械応力を軽減することが挙げられる。しかし、加圧力を小さくすると定着ニップNが縮小するため記録材上のトナー像への熱が不足し、低温環境等で定着不良が発生する可能性がある。また、近年、画像形成装置の更なる高速化が求められており、その要求に応じるためには、短時間で記録材上のトナー像へ熱を供給するべく、加圧力を大きくする必要がある。こうした状況において、異常昇温時ヒータ割れを防止できる定着装置が求められている。
As a means for avoiding this problem, it is possible to reduce the pressing force forming the fixing nip N and reduce the mechanical stress applied to the
本発明の目的は、感熱素子の動作を安定させることで、異常昇温発生時におけるヒータ割れをより効果的に防止することができる像加熱装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an image heating device capable of more effectively preventing heater cracking when an abnormal temperature rise occurs by stabilizing the operation of the heat sensitive element.
上記目的を達成するため、本発明の像加熱装置は、
記録材に形成されたトナー像を加熱する像加熱装置であって、
筒状のフィルムと、
前記フィルムの外面に接触する加圧部材と、
給電により発熱するヒータであって、前記フィルムの内面に接触し、前記フィルムを介して前記加圧部材に対して圧接されることで前記フィルムと前記加圧部材との間に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するヒータと、
前記ヒータの温度が所定の異常温度に達したときに前記ヒータへの電力供給を遮断する感温素子と、
前記感温素子に接触する金属で構成された第1部材と、
前記第1部材を支持する、前記第1部材より融点が低い樹脂で構成された第2部材と、
前記感温素子を前記ヒータに向けて押圧する押圧方向へ前記第2部材を押圧する付勢部材と、
を備え、
前記第1部材は、前記第2部材を前記感温素子から遮蔽することができる形状を有していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the image heating device of the present invention is used.
An image heating device that heats a toner image formed on a recording material.
With a tubular film
A pressure member that comes into contact with the outer surface of the film,
A heater that generates heat by feeding power, and by contacting the inner surface of the film and pressing against the pressure member via the film, the recording material is sandwiched and conveyed between the film and the pressure member. The heater that forms the nip part and
A temperature-sensitive element that cuts off the power supply to the heater when the temperature of the heater reaches a predetermined abnormal temperature, and
A first member made of metal that comes into contact with the temperature sensitive element, and
A second member that supports the first member and is made of a resin having a melting point lower than that of the first member.
An urging member that presses the second member in a pressing direction that presses the temperature sensing element toward the heater, and
Equipped with a,
The first member is characterized in that it has a shape capable of shielding the second member from the temperature sensitive element.
本発明によれば、感熱素子の動作を安定させることで、異常昇温発生時におけるヒータ割れをより効果的に防止することができる。 According to the present invention, by stabilizing the operation of the heat-sensitive element, it is possible to more effectively prevent the heater from cracking when an abnormal temperature rise occurs.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail exemplarily based on examples with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
[実施例1]
(1−1)画像形成装置全体の説明
図1は、本発明の実施例に係る像加熱装置を定着装置として搭載する画像形成装置の一例の概略構成を示す模式的断面図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンタであり、記録材搬送方向と直交する方向において記録材の中央を記録材搬送路の中央基準に合致させて記録材の搬送を行うようになっている。本画像形成装置は、記録材Pに未定着トナー画像(画像)を形成する画像形成部Aと、記録材に形成された未定着トナー画像を記録材に定着する定着部(以下、定着装置(像加熱装置)と記す)Cなどを有している。
[Example 1]
(1-1) Description of the Whole Image Forming Device FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of an image forming device equipped with an image heating device according to an embodiment of the present invention as a fixing device. This image forming apparatus is a laser beam printer using an electrophotographic process, and transports the recording material by matching the center of the recording material with the central reference of the recording material transport path in a direction orthogonal to the recording material transport direction. It has become. The image forming apparatus includes an image forming unit A that forms an unfixed toner image (image) on the recording material P, and a fixing unit (hereinafter, fixing device) that fixes the unfixed toner image formed on the recording material to the recording material. It has an image heating device)) C and the like.
画像形成部Aにおいて、7はプロセスカートリッジである。プロセスカートリッジ7は、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラム)1と、帯電ローラ(帯電手段)2と、現像装置(現像手段)4と、クリーニングブレード(クリーニング手段)6を一体的にカートリッジ化したものである。そしてこのプロセスカートリッジ7は、画像形成装置の筐体を構成する画像形成装置本体Bに取り外し可能に装着されている。 In the image forming unit A, 7 is a process cartridge. The process cartridge 7 includes a drum-type electrophotographic photosensitive member (hereinafter, photosensitive drum) 1 as an image carrier, a charging roller (charging means) 2, a developing device (developing means) 4, and a cleaning blade (cleaning means). 6 is integrated into a cartridge. The process cartridge 7 is detachably attached to the image forming apparatus main body B constituting the housing of the image forming apparatus.
本画像形成装置は、ホストコンピュータやネットワーク上の端末機等の外部装置から出力されるプリント指令に応じて感光ドラム1が矢印方向に所定の周速度(プロセススピード)にて回転するようになっている。この回転過程で感光ドラム1の外周面(外面)が帯電ローラ2により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。感光ドラム1表面の一様帯電面は、レーザスキャナユニット(露光手段)3から出力される、外部装置からの画像情報に応じて変調制御(ON/OFF制御)されたレーザビームLによって走査露光がなされる。これにより感光ドラム1表面に目的の画像情報に応じた静電潜像が形成される。
In this image forming apparatus, the photosensitive drum 1 rotates at a predetermined peripheral speed (process speed) in the direction of the arrow in response to a print command output from an external device such as a host computer or a terminal on a network. There is. In this rotation process, the outer peripheral surface (outer surface) of the photosensitive drum 1 is uniformly charged to a predetermined polarity and potential by the charging
この静電潜像は、現像装置4の現像ローラ4aによってトナーを用いて現像され、トナー画像として可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、2成分現像法、FEED現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像との組み合わせで用いられることが多い。
This electrostatic latent image is developed using toner by the developing
一方、給送ローラ9の回転により給紙カセット13内に積載収納されている記録材Pが1枚ずつ繰り出され第1のシートパス11を通じてレジストローラ対10に搬送される。この記録材Pはレジストローラ対10により第2のシートパス12を通じて感光ドラム1表面と転写ローラ5の外周面(表面)とで形成された転写ニップ部Tnに所定の搬送タイミングにて送り出される。そしてこの記録材Pは転写ニップ部Tnで感光ドラム1表面と
転写ローラ5表面とで挟持されその状態に搬送(挟持搬送)される。この搬送過程において転写ローラ5にトナーと逆極性の転写バイアスが印加される。これによって感光ドラム1表面のトナー画像が転写ニップ部Tnで記録材P上に静電的に転写され、これにより記録材Pは未定着のトナー画像を担持する。
On the other hand, the rotation of the feeding roller 9 causes the recording materials P loaded and stored in the
未定着トナー画像(トナー像)を担持した記録材Pは感光ドラム1表面から分離して転写ニップ部Tnから排出され、第3のシートパス14を通じて定着装置Cの定着ニップ部(ニップ部)Nに導入される。そしてこの記録材Pが定着ニップ部Nを通過することによって未定着トナー画像は記録材Pに定着される。定着装置Cを出た記録材Pは第4のシートパス15を通じて排出ローラ対8に搬送される。排出ローラ対8はその記録材Pを搬送して排出トレイ16上に排出する。記録材P分離後の感光ドラム1表面はクリーニングブレード6によって転写残りトナー等が除去されて清浄面化され、感光ドラム1は次の画像形成に供される。
The recording material P carrying the unfixed toner image (toner image) is separated from the surface of the photosensitive drum 1 and discharged from the transfer nip portion Tn, and the fixing nip portion (nip portion) N of the fixing device C is discharged through the
(1−2)定着装置(像加熱装置)C
以下の説明において、定着装置及びこの定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向をいう。長手幅とは長手方向の寸法をいう。短手幅とは短手方向の寸法をいう。
(1-2) Fixing device (image heating device) C
In the following description, with respect to the fixing device and the members constituting the fixing device, the longitudinal direction means a direction orthogonal to the recording material transporting direction in terms of the recording material. The lateral direction means a direction parallel to the recording material transporting direction on the surface of the recording material. The longitudinal width means the dimension in the longitudinal direction. The short width means the dimension in the short direction.
図2は、本実施例に係る定着装置Cの概略構成を表わす横断面模式図である。この定着装置Cはフィルム加熱方式の定着装置である。本実施例に係る定着装置Cは、可撓性を有する耐熱性の筒状の定着フィルム(定着部材)201と、加圧ローラ(加圧部材)202と、セラミックヒータ(加熱体)203と、ヒータホルダ(支持部材)204と、金属ステー(剛性部材)211などを有している。定着フィルム201と、加圧ローラ202と、セラミックヒータ(以下、ヒータと記す)203と、ヒータホルダ204と、金属ステー211は、何れも長手方向に長い部材である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the fixing device C according to the present embodiment. This fixing device C is a film heating type fixing device. The fixing device C according to the present embodiment includes a flexible and heat-resistant tubular fixing film (fixing member) 201, a pressure roller (pressurizing member) 202, a ceramic heater (heating body) 203, and the like. It has a heater holder (support member) 204, a metal stay (rigid member) 211, and the like. The fixing
ヒータホルダ204は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)等の耐熱性の高い樹脂材料により横断面略半円弧状樋型に形成されている。このヒータホルダ204は、ヒータホルダ204の短手方向下面中央に長手方向に沿って形成された溝204aでヒータ203を支持している。また、このヒータホルダ204は、ヒータホルダ204の短手方向両側の外側弧状ガイド面204bで定着フィルム202を適切な形状を保ちつつ回転するようにガイドするようになっている。
The
金属ステー211は、剛性を有する所定の金属材料などによってヒータホルダ204の短手幅よりも幅の狭い横断面略逆U字形状に形成してある。この金属ステー211は、金属ステー211の短手方向の中心をヒータホルダ204の短手方向の中心に合致させた状態にヒータホルダ204の短手方向上面に配設されている。
The
ヒータ203を支持し、かつ剛性ステー211を配設したヒータホルダ204の外周には定着フィルム201がルーズに外嵌されている。定着フィルム201としては、薄いポリイミドやPEEK等の樹脂材料、又はSUS、ニッケル等の金属材料よりなる筒状の基層(不図示)の外周面上に、フッ素樹脂等の離型性に優れた表面層(離型層)を設けたものを用いている。
A fixing
定着フィルム201の熱容量は、従来の熱ローラ方式の定着装置に用いられる定着ローラと比較して非常に小さい。そのため、ヒータ203に電力を供給することで、ごく短時間のうちに後述する定着ニップ部Nを昇温させることが可能となる。このことにより、ウェイトタイムなしに、定着装置Cを立ち上げ、必要な時に素早く定着画像を得ることが可
能となる。
The heat capacity of the fixing
図3を参照してヒータ203について説明する。図3は、ヒータ203の構成を説明する模式図である。図3に示されるように、ヒータ203は、アルミナや窒化アルミ等のセラミック製の細長いヒータ基板203aを有している。そしてこのヒータ基板203aの定着フィルム201の内周面(内面)と対向する表面には、ヒータ基板203aの長手方向に沿って銀・パラジウム合金等により細線状の2本の発熱抵抗体203bがスクリーン印刷等によって形成してある。
The
本実施例においては、ヒータ基板203aとして厚さ1mm、短手方向の長さ6.0mmのアルミナ基板を用いている。そしてこのアルミナ基板の表面に、Ag/Pd(銀パラジウム)ペーストをアルミナ基板の長手方向に沿って2本形成し、これらを発熱抵抗体203bとしている。発熱抵抗体203bの短手方向の幅は1.0mmであり、ヒータ基板203a短手端から0.3mm内側の位置にそれぞれ形成してある。
In this embodiment, an alumina substrate having a thickness of 1 mm and a length of 6.0 mm in the lateral direction is used as the
更に、ヒータ基板203aの表面の長手方向一端側には、2本の発熱抵抗体203bに個別に電気的に接続された2つの給電電極203cが銀等によりスクリーン印刷等によって形成してある。また、ヒータ基板203aの表面の長手方向他端側には、2本の発熱抵抗体203bに電気的に接続された導電部203dが銀等によりスクリーン印刷等によって形成してある。
Further, on one end side of the surface of the
本実施例においては、ヒータ基板203aの表面の長手方向一端側にAgペーストを塗布・焼成して2つの給電電極203cを形成し、長手方向他端側にAgペーストを塗布・焼成して導電部203dを形成している。上記2本の発熱抵抗体203bは導電部203dと直列に接続されている。直列に接続された2本の発熱抵抗体203bの総抵抗を測定したところ、15Ωであった。
In this embodiment, Ag paste is applied and fired on one end side in the longitudinal direction of the surface of the
更に、ヒータ基板203a表面には、2本の発熱抵抗体203bと、2本の給電電極203cの一部と、導電部203dを覆うようにガラスコート(保護層)203eが形成してある。このガラスコート203eは、2本の発熱抵抗体203bと2本の給電電極203cの一部と導電部203dを定着フィルム201内面との摺動によるダメージから防止する共に、ヒータ基板203a表面と定着フィルム201内面との摺動性を確保している。
Further, on the surface of the
加圧ローラ202は、鉄やアルミニウム等からなる芯金202aを有している。そしてこの芯金202aの長手方向両端部の軸部(不図示)間の外周面上にシリコーンゴム、シリコーンスポンジ等よりなる弾性層202bが形成され、更にこの弾性層202bの外周面上にフッ素樹脂等よりなる離型層202cが形成されている。
The
上記加圧ローラ202は、加圧ローラ202の芯金202aの長手方向の両端部の軸部が定着装置Cの装置フレーム(不図示)の長手方向両側の側板に軸受を介して回転可能に支持されている。この加圧ローラ202の上方には、加圧ローラ202の外周面(表面)と定着フィルム201の外周面(表面)が対向するようにヒータホルダ204が配置されている。そしてこのヒータホルダ204は、ヒータホルダ204の長手方向両端部が定着装置Cの上記装置フレームの長手方向両側の側板に加圧ローラ202の径方向に移動可能に支持されている。
In the
ヒータホルダ204の短手方向上面に配設された金属ステー211の長手方向の両端部は加圧ばねなどの加圧部材(不図示)により所定の加圧力で定着フィルム201の母線方向と直交する垂直方向に加圧されている。この金属ステー211はヒータホルダ204を
介して定着フィルム201表面を加圧ローラ202表面に加圧する。これにより加圧ローラ202の弾性層202bを潰し、加圧ローラ202表面と定着フィルム201表面とでトナー画像の定着に必要な所定の短手幅の定着ニップ部(ニップ部)Nを形成している。
Both ends of the
図4及び図5を参照して、感熱素子たる温度ヒューズ205の保持構成ついて説明する。図4は、定着フィルム201の内部に配置される部材の斜視図、図5は、本実施例に係る定着装置における温度ヒューズ205配置位置付近の構成を長手方向に切った模式的断面図である。なお、図5は、図1及び図2に対して上下が逆転した図となっており、画像形成装置の通常の設置状態において、図1及び図2の上方から下方に向かう方向、すなわち、図5の下方から上方に向かう方向が重力の方向となる場合が多い。
The holding configuration of the
図4に示されるように、ヒータホルダ204には、ヒータ203の厚み方向に貫通する2つの孔204c1,204c2が設けられている。孔204c1の内部にはサーミスタ(温度検知部材)212が収納されており、このサーミスタ212は孔204c1に設けられた係止部(不図示)などによりヒータ203裏面と接触するように支持されている。一方、孔204c2の内部には、温度ヒューズ205が収納されている。温度ヒューズ205は、ヒータホルダ204の孔204c2にはめ込まれ、加圧バネ(以下、ヒューズばね)210にて、ヒューズホルダ209及びヒューズステー208を介して、ヒータ203方向に押し当てて保持されている。
As shown in FIG. 4, the
温度ヒューズ205の取り付け方法を説明する。ヒューズホルダ209(第2支持部材)は、温度ヒューズ205の配線方向に沿って前後に係合突起209dが設けられている。温度ヒューズ205のリード線と束線(不図示)とが圧着され電気的に接続するジョイント部には、係合突起209dと遊嵌する係合孔部205aが形成されている。端子205bに抜け防止が図られており、係合孔部205aは係合突起部209dに遊嵌状態で嵌合し、係合突起205aの軸方向への移動が許容される。
A method of attaching the
図5に示されるように、ヒューズホルダ209は、金属ステー211との間に支持されたヒューズばね210(付勢部材)により、ヒータ203に向かう方向に押圧される。ヒューズホルダ209には、ヒューズステー208(第1支持部材)を温度ヒューズ205と挟持するための突起部209a(接触部、第2突出部)が設けられている。加圧バネ210による押圧力は、突起部209aからヒューズステー208に伝わり、ヒューズホルダ209はヒータ203裏面とともに温度ヒューズ205に挟持する。
As shown in FIG. 5, the
ヒューズホルダ209を形成する材質は、熱容量が小さく、また熱伝動率が低い樹脂材等が好ましい。これはプリント時において、ヒータ203の熱が温度ヒューズ205を介してヒューズホルダ209に伝わることによる、定着装置Cの長手方向における熱の不均一を防ぐためである。ヒータ203からヒューズホルダ209が奪う熱量、あるいは放熱が小さい程、プリント時における定着装置の長手熱分布は均一になり、定着性、光沢にムラのない出力物を得ることができる。本実施例においては、融点が約290℃の耐熱性樹脂材料であるPPS(ポリフェニレンサルファイド)を用いた。
The material forming the
例えば、ヒューズホルダ209を形成する材質に、融点の高い金属材を用いれば、異常昇温時に溶融することを防ぐことができ、直接温度ヒューズ205を支持しても、異常昇温時に接触面積が増えることはない。しかし、ヒューズホルダ209を金属材で構成すると、熱容量および放熱が大きくなってしまい、かえって温度ヒューズ205の昇温を阻害してしまう。このため温度ヒューズ205は、ヒューズホルダ209とは別部材であるヒューズステー208を介して支持する必要がある。
For example, if a metal material having a high melting point is used as the material for forming the
また、ヒューズステー208は、ヒューズホルダ突起部209aを覆い、異常昇温時に
ヒューズホルダ209が溶融した際において、溶融した樹脂を遮蔽する役割を担っている。ヒューズホルダ209が溶融変形する温度においても、形状を維持できる耐熱性を有している必要があるため、ヒューズホルダ209に用いている樹脂材よりも十分に融点が高い、金属材等で形成するのが好ましい。また、溶融した樹脂を遮蔽する連続した面を形成することが好ましい。すなわち、ヒューズステー208は、突起部209aと温度ヒューズ205との間に対向領域が形成されないように突起部209aと温度ヒューズ205との間を遮蔽する形状を有するとよい。本実施例では、ヒータ203に対する温度ヒューズ205の押圧方向の投影形状において、ヒューズステー208の全体が突起部209aよりも大きい板状部材となっている。しかし、ヒューズステー208において突起部209aと接触する被押圧面が、突起部209aよりも大きく構成されていれば他の構成も適宜採用してよい。すなわち、押圧方向の投影形状において、突起部209aがヒューズステー208に包含されればよい。
Further, the fuse stay 208 covers the
本実施例においてヒューズステー208は、厚さ0.3mm、6mm四方のSUS板を用いた。ヒューズステー208に、融点約1400℃のSUS材を用い、薄いシート形状にすることにより、熱容量および放熱面積を最小限にしつつ、溶融した樹脂の遮蔽を図っている。なお、ヒューズステー208がヒューズホルダ突起部209aを覆う面は、溶融した樹脂が遮蔽できるよう孔のない連続面で構成されていれば、必ずしも平面である必要はない。
In this embodiment, the fuse stay 208 uses a SUS plate having a thickness of 0.3 mm and a square of 6 mm. By using a SUS material having a melting point of about 1400 ° C. for the
図6は、本実施例の変形例における温度ヒューズ配置位置付近の模式的断面図である。本変形例では連続した平面に成型されたSUS板を折り曲げ、温度ヒューズ205に向かって凸状の2箇所の突起部208cを備えたヒューズステー208を用いている。ヒューズステー208は、平面部208dでヒューズホルダ突起部209aと接触し、押圧力を突起部208cで温度ヒューズ205に伝えている。本変形例では温度ヒューズ205を最小限の接触面積で支持しつつ、昇温時に溶融した樹脂の遮蔽を図っている。すなわち、本実施例では、上記投影形状において、突起部209aの全領域がヒューズステー208と接触するが、本変形例のように一部の領域で接触しないようにしてもよい。かかる構成としては、突起部209aとヒューズステー208との間、ヒューズステー208と温度ヒューズ205との間に部分的に隙間が形成されるものであれば特に限定されるものではない。本変形例では、突起部208cにおける、突起部209aとの対向領域が、突起部209aとヒューズステー208との間を離間する離間部として機能し、温度ヒューズ205との対向領域が、本発明の第1突出部として機能する。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the temperature fuse arrangement position in the modified example of this embodiment. In this modification, a
温度ヒューズ205について説明する。温度ヒューズ205は、ヒータ203が異常昇温した際に、ヒータ203の異常発熱を感知し、後述する電源回路PSの一次回路を遮断する過熱保護部品(感温素子)である。本実施例では宝商社製温度ヒューズD226を用いた。温度ヒューズ205は、温度ヒューズ205の外側カバーを構成する円筒状の金属筐体内に、所定の温度で溶融するヒューズエレメント(不図示)が搭載されている。そしてこのヒューズエレメントが一次回路に接続されている。この温度ヒューズ205は、異常昇温時に、ヒューズエレメントが溶断することによって一次回路を遮断するようになっている。温度ヒューズ205の作動のトリガとなる所定の異常温度は装置構成等に応じて適宜設定される。
The
本実施例における温度ヒューズ205の大きさは、金属筐体のヒータ203の裏面に接触しうる部分の長手幅が約10mm、金属筐体205aの短手幅が約4mmである。温度ヒューズ205とヒータ203の間には、熱伝導グリス(たとえば、東レダウコーニング社製SC−102、熱伝導率は2.45W/mK)を塗布、あるいは金属板などの伝熱シート部材(不図示)を設置してもよい。
The size of the
図7は、ヒータ203に電力を印加する電源回路PSの説明図である。図7において、100はCPUとROMやRAMなどのメモリからなる温調制御部である。102は商用交流電源(以下、AC電源と記す)である。101はトライアック(給電制御回路)である。電源回路PSは、AC電源102、温度ヒューズ205、トライアック101、一方の給電電極203c、一方の発熱抵抗体203b、導電部203d、他方の発熱抵抗体203b、他方の給電電極203cなどを直列に接続した一次回路を有する。この一次回路には図示していないがトライアック101をオン/オフするリレーなどが接続されている。また、電源回路PSは、温調制御部100、一方のサーミスタ接点212s、サーミスタ212、他方のサーミスタ接点212sなどを直列に接続した二次回路を有している。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a power supply circuit PS that applies electric power to the
温調制御部100は、サーミスタ212が検知するヒータ203の温度情報に基づきトライアック101を駆動制御して、ヒータ203の温度を所定の定着温度(目標温度)に維持するように発熱抵抗体に対する電力供給を制御するようになっている。温調制御部100による発熱抵抗体203bへの電力供給制御として、電源波形の半波毎に通電の実行と停止を制御するゼロクロス波数制御や、電源波形の半波毎に通電する位相角を制御する位相制御等の多段階電力制御方法を用いている。
The
(1−3)定着装置Cの動作
図2を参照して、定着装置Cの動作を説明する。プリント指令に応じて駆動制御部(不図示)が駆動モータ(不図示)を回転駆動する。この駆動モータの出力軸の回転は加圧ローラ202の軸芯202aの長手方向端部に設けられている駆動ギア(不図示)に伝達され、これにより加圧ローラ202は矢印方向へ所定の周速度(プロセススピード)で回転する。加圧ローラ202の回転は定着ニップ部Nにおいて加圧ローラ202表面と定着フィルム201表面との摩擦力によって定着フィルム201表面に伝わる。これにより定着フィルム201は、定着フィルム201内面がセラミックヒータ203のガラスコート203eとヒータホルダ204の短手方向下面の両端面に接触しながら加圧ローラ202の回転に追従して矢印方向へ回転(移動)する。
(1-3) Operation of Fixing Device C The operation of the fixing device C will be described with reference to FIG. The drive control unit (not shown) rotates and drives the drive motor (not shown) in response to the print command. The rotation of the output shaft of the drive motor is transmitted to a drive gear (not shown) provided at the longitudinal end of the
図7を参照して、定着装置C動作時の温調制御について説明する。プリント指令に応じて温調制御部100がトライアック101をオンする。これによりAC電源102から給電端子203cを介してヒータ203の発熱抵抗体203bが通電される。すると、発熱抵抗体203bが急速に昇温し、ヒータ203は定着フィルム201を定着フィルム201内面側から加熱する。ヒータ203の温度はサーミスタ212によって検知される。温調制御部100は、サーミスタ212からの温度情報を取り込み、この温度情報に基づいてヒータ203の温度を所定の定着温度(目標温度)に維持するようにトライアック101を制御する。
With reference to FIG. 7, temperature control control during operation of the fixing device C will be described. The temperature
図2に示すように、加圧ローラ202を回転し、かつヒータ203の温度を所定の定着温度に維持した状態で、トナー画像(画像)Tを担持する記録材Pは、トナー画像担持面を上向きにして定着ニップ部Nに通紙(導入)される。この記録材Pは、定着ニップ部Nで定着フィルム201表面と加圧ローラ202表面とで挟持され、その状態で搬送される(挟持搬送)。この搬送過程において、定着フィルム201から熱を受けてトナー画像Tが溶融し、定着ニップ部Nの圧力を受けることによってトナー画像Tは記録材上に定着される。トナー画像Tが定着された記録材Pは、定着フィルム201表面から分離しながら定着ニップ部Nより排出される。
As shown in FIG. 2, the recording material P that carries the toner image (image) T in a state where the pressurizing
(1−4)定着装置Cの強制異常昇温試験
本実施例の定着装置Cが、異常昇温状態に陥った場合にどのような挙動を示すかを確認するため、定着ニップNを形成するための加圧力を150N、180N、200Nの3水準を用意し、各加圧力において強制異常昇温試験を行った。
(1-4) Forced Abnormal Temperature Temperature Test of Fixing Device C A fixing nip N is formed in order to confirm how the fixing device C of this embodiment behaves when it falls into an abnormal temperature rising state. Three levels of pressing force of 150N, 180N, and 200N were prepared for this purpose, and a forced abnormal temperature rise test was performed at each pressing force.
異常昇温時に、ヒータ203に最も大きな熱応力がかかるのは、画像形成装置に投入されうる最大電力が連続して定着装置Cに投入された場合である。そこで、電源回路PSの一次回路におけるトライアックショート、リレーショートの二重故障を想定し、120Vの電圧が直接ヒータ203に投入されるように、トライアック101及びリレーをショートさせた一次回路を作製し、不図示のコンセントにつなぐ。このとき、ヒータ203の発熱抵抗体203bの抵抗値が15Ωであるので、ヒータ203には、960Wの電力が投入されることとなる。この一次回路を直接、画像形成装置の定着装置Cのヒータ203に接続して、電源接続からどれくらいの時間でヒータ割れが発生するかを測定する。
The largest thermal stress is applied to the
さらに、温度ヒューズ205は、一次回路から切り離した。そして別途低圧電源を用意し、その温度ヒューズ205に数Vの電圧を印加し、温度ヒューズ205に流れる電流をモニタする。温度ヒューズ205が切れると、低圧電源からの電流が遮断される。このため、一次電流投入と、温度ヒューズ205への低圧電源からの通電を同時に行い、温度ヒューズ205に流れる電流が遮断されるまでの時間を測定することによって、温度ヒューズ205が動作するまでの時間も別途測定することができる。このことにより、実際の使用時に一次回路の故障によりヒータ203に異常昇温が発生した際に、ヒータ203に割れが生じる前に温度ヒューズ205が確実に切れるか、を検証することができる。
Further, the
各加圧力における強制異常昇温試験を1回ずつ実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ203の割れが発生する前に温度ヒューズ205が動作した。このとき、ヒータ203へ通電開始してから温度ヒューズ205が動作するまでの時間、またヒータ203が割れる時間を計測した結果を表1に示す。
(表1)
When the forced abnormal temperature rise test was performed once for each pressing force, the
(Table 1)
温度ヒューズ205は、いずれの加圧力においても7秒台で動作している。一方、ヒータ割れ時間は、加圧力が大きくなるほど短い結果となった。この最もヒータ割れ時間が短い加圧力220Nにおいても、ヒータ203の割れが発生する前に温度ヒューズ205が動作した。
The
ヒューズホルダ209に用いたPPSの融点は290℃、ヒューズステー208に用いたSUSの融点は約1400℃である。本実施例で用いた温度ヒューズ205は228℃で動作するが、本試験のような最大電力で急昇温する条件下では、ヒューズホルダ突起部209aの温度は過渡的に温度ヒューズ動作温度以上に昇温し、ヒューズホルダ突起部209aは溶融変形する。本実施例では、ヒューズステー208がこの溶融した樹脂を遮蔽しつつ、温度ヒューズ205支持部の形状を維持することで、温度ヒューズ205の昇温を妨げず、早くヒータ203への通電を遮断することが可能となった。
The melting point of PPS used for the
温度ヒューズ205動作時における、ヒューズステー208及びヒューズホルダ209の状態を想定し、本実施例の定着装置を用いて、ヒータ203に960Wの電力を8.0秒間通電した。この通電後の定着装置を分解調査したところ、通電後のヒューズステー208の形状に変化はなく、また溶融した樹脂はヒューズステー208に遮蔽されており、温度ヒューズ205を支持する接触面積は通電前の状態を維持していた。このことから、本実施例の定着装置は、ヒューズステー208が溶融した樹脂を遮蔽しつつ、温度ヒュー
ズ205支持部の形状を維持することで、早く温度ヒューズ205を動作させ、異常昇温時にヒータ割れを回避できることがわかる。
Assuming the state of the
(比較例)
本実施例に対する比較例の定着装置は、本実施例の定着装置の構成からヒューズステー208を除いた構成とした。すなわち、比較例の定着装置では、温度ヒューズ205はヒューズホルダ209に設けられた突起部209aとヒータ203裏面に挟持される。この構成以外において、比較例の定着装置は、本実施例の定着装置Cと同じ構成としてある。
(Comparison example)
The fixing device of the comparative example with respect to this embodiment has a configuration in which the
上記比較例の定着装置を用いて、各加圧力における異常昇温試験を1回ずつ実施した。その結果、加圧力180N、200Nにおいてはヒータ203が割れる前に温度ヒューズ205が動作したものの、220Nにおいては、温度ヒューズ205が動作する前にヒータ203の割れが発生した。このとき、ヒータ203へ通電開始してから温度ヒューズ205が切れるまでの時間、またヒータ203が割れる時間を計測した結果を表2に示す。(表2)
Using the fixing device of the above comparative example, an abnormal temperature rise test at each pressing force was performed once. As a result, at the pressing pressures of 180N and 200N, the
加圧力220Nにおけるヒータ割れまでの時間は9.9秒と本実施例の定着装置Cと大きな差はなかったものの、温度ヒューズ205が動作するまでの時間は10.5秒と、本実施例の構成の7.7秒よりも遅い結果となった。
The time until the heater cracked at the pressing force 220N was 9.9 seconds, which was not significantly different from that of the fixing device C of this embodiment, but the time until the
本実施例と比較して比較例において温度ヒューズ205の動作時間が遅くなった原因は、突起部209aが溶融変形し温度ヒューズ205表面との接触面積が増大したためである。本実施例同様に、本比較例の定着装置を用いて、ヒータ203に960Wの電力を8.0秒間通電し、分解調査を行った。本比較例の定着装置においては、突起部209aが溶融変形し、温度ヒューズ205の金属筐体部は1mmほど突起部209aに埋没し、表面積の約30%が溶融した樹脂に接触していた。温度ヒューズ205表面への接触面積が増大することにより、温度ヒューズ205の熱が拡散し昇温が阻害され、温度ヒューズ205の動作が遅れた。このことから、本比較例の定着装置では、加圧力を220Nに設定すると異常昇温時にヒータ割れが発生するため、より小さい加圧力に設定することが望ましい、すなわち、大きな加圧力を設定し難いことがわかる。したがって、ニップ部を増大し、定着処理の高速化を図ることが困難となる。
The reason why the operating time of the
以上説明したように、本実施例の定着装置Cは、温度ヒューズ205とヒューズホルダ209の間に挟持されたヒューズステー208が、異常昇温時にヒューズホルダ209の溶融樹脂を温度ヒューズ205から遮蔽する。これにより、温度ヒューズ205支持部の形状が維持され、温度ヒューズ205の熱が他の構成へ拡散することが抑制されることで、温度ヒューズ205の昇温を早めることができる。温度ヒューズ205が早く昇温することで、より早くヒータ203への通電を遮断することができ、定着ニップNの加圧力が大きい構成においてもヒータ割れを回避することができ、画像形成装置の高速化を図ることができる。なお、本発明に用いられる感温素子としては、上記温度ヒューズに限定されるものではなく、同等の機能を発揮できるものであれば他の素子を用いてもよい。また、感温素子をヒータに押圧する付勢力を発生させる付勢部材として、本実施例ではスプリング状の加圧バネを用いたが、例えば、板バネ状の付勢部材など他の構成のものを用いてもよい。
As described above, in the fixing device C of the present embodiment, the fuse stay 208 sandwiched between the
[実施例2]
(2−1)定着装置(像加熱装置)C
図8及び図9を参照して、本発明の実施例2について説明する。本実施例ではヒューズステー308及びヒューズホルダ309の形状が、実施例1のヒューズステー208及びヒューズホルダ209とは異なる。その他の構成においては実施例1と共通であり、共通する構成については同じ符号を付して再度の説明を省略する。
[Example 2]
(2-1) Fixing device (image heating device) C
Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. In this embodiment, the shapes of the
図8は、実施例2に係る定着装置Cにおける定着フィルム201の内部に配置される部材の斜視図、図9は、実施例2に係る定着装置Cにおける温度ヒューズ205配置位置付近の構成を長手方向に切った模式的断面図である。本実施例におけるヒューズステー208は、厚さ0.3mm、幅6mm、長さ10mmの板金を、長手両端部2mmの位置で押圧方向とは逆方向に垂直に折り曲げたコの字形状に成型されている。本実施例におけるヒューズホルダ309は、ヒューズステー308をヒューズ押圧方向に支持する突起部209aは設けず、ヒューズステー308を長手方向に支持する突起部309bが、第2突出部として設けられている。突起部309bは、ヒューズステー308における長手方向(押圧方向と直交する方向)の移動を規制するようにヒューズステー308の両端部(第3突出部)の特面と当接する。温度ヒューズ205は、実施例1同様、ヒータホルダ204の孔204c2にはめ込まれ、加圧バネ210にて、ヒューズホルダ309及びヒューズステー308を介して、ヒータ203方向に押し当てて保持されている。
FIG. 8 is a perspective view of a member arranged inside the fixing
ヒューズホルダ309は、金属ステー211に支持された加圧バネ210により、ヒータ203方向に押圧される。本実施例では、ヒューズホルダ309はヒューズステー端面308a(第3突出部の先端)をヒューズホルダ平面部309cにて支持している。加圧バネ210による押圧力は、ヒューズホルダ平面部309cからヒューズステー端面308aに伝わり、ヒューズステー平面部308bが温度ヒューズ205をヒータ203裏面に押圧する。このとき、ヒューズステー平面部308bの裏面(ヒューズホルダ309側)には、空隙Gが形成される。
The
本実施例では、異常昇温時、温度ヒューズ205からヒューズステー308を介してヒューズホルダ309に拡散する熱の低減を図っている。温度ヒューズ205の熱は、ヒューズステー平面部308bに伝わり、ヒューズステー端面308aよりヒューズホルダ309に伝わる。また、ヒューズステー308からヒューズホルダ309に伝わる熱は、ヒューズホルダ突起部309bの側面よりも押圧力が大きく接触熱抵抗が低い、平面部309cとの間で伝わり易い。このため、ヒューズステー308とヒューズホルダ309との接触部は、熱源である温度ヒューズ205とヒューズステー308との接触部から離れ(離間し)、かつ押圧接触面積が小さいことが望ましい。
In this embodiment, the heat diffused from the
本実施例におけるヒューズステー308は、空隙Gを形成することで、温度ヒューズ205との接触部である平面部308bをヒューズホルダ309から隔離している。また、ヒューズホルダ309との押圧接触部を、端面308aとすることで、ヒューズホルダ309との接触面積を最小限にしている。また、ヒューズステー平面部308bは連続した面を成しており、裏面のヒューズホルダ突起部309bを覆い、ヒューズホルダ309が溶融した際においてヒューズ205に接触することを防止する役割を担っている。
The fuse stay 308 in this embodiment isolates the
(2−2)定着装置Cの強制異常昇温試験
本実施例の定着装置Cが、異常昇温状態に陥った場合にどのような挙動を示すか、実施例1同様の手法にて強制異常昇温試験を実施した。定着ニップNを形成するための加圧力は200N、220N、250Nの3水準を用意し、各加圧力において異常昇温試験を行った。
(2-2) Forced Abnormal Temperature Temperature Test of Fixing Device C To see how the fixing device C of this example behaves when it falls into an abnormal temperature rising state, a forced abnormality is performed by the same method as in Example 1. A temperature rise test was carried out. The pressing force for forming the fixing nip N was prepared at three levels of 200N, 220N, and 250N, and an abnormal temperature rise test was performed at each pressing force.
各加圧力における強制異常昇温試験を1回ずつ実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ203の割れが発生する前に温度ヒューズ205が動作した。このとき、ヒータ203へ通電開始してから温度ヒューズ205が切れるまでの時間、またヒータ203が割れる時間を計測した結果を表3に示す。
(表3)
When the forced abnormal temperature rise test was performed once for each pressing force, the
(Table 3)
ヒータ割れ時間は加圧力250Nにおいては、8.2秒にまで早まったものの、温度ヒューズ205はいずれの加圧力においても6秒台で動作した。本実施例では温度ヒューズ205の熱がヒューズホルダ309に拡散することを低減することにより、実施例1よりも早く温度ヒューズ205を動作させることが可能となった。
Although the heater cracking time was shortened to 8.2 seconds at a pressure of 250 N, the
本実施例におけるヒューズステー308は、ヒューズホルダ309との間に空隙Gを形成することで、温度ヒューズ205との接触部である平面部308bをヒューズホルダ309から隔離している。これにより、ヒューズステー平面部308bの裏面からヒューズホルダ309への熱拡散が抑制されている。また、ヒューズホルダ309に対し、端面308aで接触することで、押圧接触部の面積を最小限にしている。これにより、ヒューズステー平面部308bからの長手方向に伝わってきた熱が、ヒューズホルダ平面部309cとの接触部で伝わり拡散することを抑制している。これにより温度ヒューズ205の熱がヒューズホルダ309へ拡散するのを防止し、温度ヒューズ205の昇温を促進することが可能となった。このことから、本実施例の定着装置においては、ヒータ203の割れに対して最も厳しい加圧力250Nの構成においても、ヒータ203が割れる前に、温度ヒューズ205が動作し、ヒータ割れを回避できることがわかる。
In the fuse stay 308 of this embodiment, a
以上説明したように、本実施例の定着装置Cは、温度ヒューズ205を支持するヒューズステー平面部308bの裏面とヒューズホルダ309との間に空隙Gを設けている。空隙Gを設け、ヒューズステー平面部308bの裏面とヒューズホルダ309の接触面積を減らすことにより、温度ヒューズ205の熱がヒューズホルダ309に拡散するのを低減することができる。本実施例では、温度ヒューズ205の熱の拡散をより低減し、温度ヒューズ205が動作するまでの時間を短縮することで、より大きな加圧力の定着ニップNを形成する定着装置においてもヒータ割れを回避することが可能である。
As described above, in the fixing device C of the present embodiment, a gap G is provided between the back surface of the fuse stay
なお、上記各実施例の各構成は可能な限り互いに組み合わせてよい。 The configurations of the above embodiments may be combined with each other as much as possible.
201…定着フィルム、202…加圧ローラ(加圧部材)、203…ヒータ、204…ヒータホルダ、205…温度ヒューズ(感温素子)、208…ヒューズステー(第1支持部材)、209…ヒューズホルダ(第2支持部材)、210…ヒューズばね(付勢部材) 201 ... Fixing film, 202 ... Pressurized roller (pressurizing member), 203 ... Heater, 204 ... Heater holder, 205 ... Temperature fuse (temperature sensitive element), 208 ... Fuse stay (first support member), 209 ... Fuse holder ( 2nd support member), 210 ... Fuse spring (urging member)
Claims (9)
筒状のフィルムと、
前記フィルムの外面に接触する加圧部材と、
給電により発熱するヒータであって、前記フィルムの内面に接触し、前記フィルムを介して前記加圧部材に対して圧接されることで前記フィルムと前記加圧部材との間に記録材を挟持搬送するニップ部を形成するヒータと、
前記ヒータの温度が所定の異常温度に達したときに前記ヒータへの電力供給を遮断する感温素子と、
前記感温素子に接触する金属で構成された第1部材と、
前記第1部材を支持する、前記第1部材より融点が低い樹脂で構成された第2部材と、
前記感温素子を前記ヒータに向けて押圧する押圧方向へ前記第2部材を押圧する付勢部材と、
を備え、
前記第1部材は、前記第2部材を前記感温素子から遮蔽することができる形状を有していることを特徴とする像加熱装置。 An image heating device that heats a toner image formed on a recording material.
With a tubular film
A pressure member that comes into contact with the outer surface of the film,
A heater that generates heat by feeding power, and by contacting the inner surface of the film and pressing against the pressure member via the film, the recording material is sandwiched and conveyed between the film and the pressure member. The heater that forms the nip part and
A temperature-sensitive element that cuts off the power supply to the heater when the temperature of the heater reaches a predetermined abnormal temperature, and
A first member made of metal that comes into contact with the temperature sensitive element, and
A second member that supports the first member and is made of a resin having a melting point lower than that of the first member.
An urging member that presses the second member in a pressing direction that presses the temperature sensing element toward the heater, and
Equipped with a,
The image heating device is characterized in that the first member has a shape capable of shielding the second member from the temperature sensitive element.
The image heating device according to claim 8, wherein the third protruding portion abuts on a contact portion of the second member that comes into contact with the first member in a direction orthogonal to the pressing direction .
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