JP2018041035A - 加熱装置、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録紙のサイズに関わらず非通紙部昇温を防止できる加熱装置を提供する。【解決手段】加熱装置は、所定の方向に搬送される記録紙にフィルム部材を介して加熱体３１を押圧して前記記録紙を加熱する。前記加熱体３１は、一方の面が前記フィルム部材を介して記録紙に対向する、通電によって発熱する発熱抵抗体層３６と、該発熱抵抗体層３６の他方の面に電気的に接続して積層される、所定温度以上に加熱されることで抵抗値が減少する感温抵抗体層３７と、を有している。前記感温抵抗体層３７は、前記記録紙の搬送方向と直交する記録紙幅方向における一部に設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙を加熱する加熱装置、記録紙にトナー像を定着させる定着装置及びこの定着装置を備えている画像形成装置に関する。

複写機、プリンターなどの電子写真方式の画像形成装置は、トナー像を用紙に定着させる定着装置を備えている。定着装置の定着方式としては、加熱ローラーを用いる方式が一般的であるが、近年では、フィルムやベルトを用いる方式（以降、フィルム方式とする）が、消費電力を低く抑えることができる点で普及しつつある。

フィルム方式では、回転可能な耐熱フィルムを介して加熱体を押圧部材に圧接し、耐熱フィルムと押圧部材との間に搬送される記録紙に、耐熱フィルムを介して加熱体から熱を伝達することで、記録紙に転写されたトナー像を記録紙に定着する。この方式においては、低熱容量の加熱体を用いることができるため、省電力化とウォームアップ時間の短縮化が可能となる。特許文献１〜４には、加熱体として通電発熱抵抗体を用いた定着装置が記載されている。

しかしながらこのようなフィルム方式において小サイズの記録紙を連続して加熱定着すると、記録紙が通過する領域（通紙領域）と通過しない領域（非通紙領域）とで、放熱量の差が生じる。つまり、通紙領域では記録紙に熱が奪われるので温度上昇が抑えられるが、非通紙領域では加熱体から発せられる熱量が耐熱フィルムや押圧部材に伝えられて温度が上昇する。この現象は非通紙部昇温と呼ばれ、非通紙領域で耐熱フィルムや押圧部材が熱劣化するという問題が発生する。

この非通紙部昇温を防止するために、特許文献１の定着装置では、温度変化係数（ＴＣＲ）が負の通電発熱抵抗体が用いられている。非通紙領域の温度が通紙領域の温度よりも上昇すると、非通紙領域に対応する発熱抵抗体の抵抗値が通紙領域に対応する発熱抵抗体の抵抗値よりも小さくなるので、非通紙領域の発熱を通紙領域よりも抑えることができる。

特許文献２の定着装置では、通電発熱抵抗体の中央から通電路を分岐させ、この通電路に温度変化係数が負の抵抗体を接続している。非通紙領域の温度が上昇すると、通電路に接続された抵抗体の抵抗値が低下して通電路へ通電されることで、非通紙領域の発熱を抑えることができる。

特許文献３の定着装置では、複数の通電発熱体が、耐熱フィルムの回転方向と直交する記録紙の幅方向に並列に接続され、隣接する通電発熱体間の通電路に、所定温度以上で抵抗値が上昇するＰＴＣ素子を直列に接続している。非通紙領域の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子の抵抗値が上昇して通電発熱体に通電される電流量が抑制されて、非通紙領域の温度上昇を抑えることができる。

特開平８−６４３５０号公報 特開平６−６４３５０号公報 特開２００９−２４４５９５号公報

しかしながら特許文献１の定着装置においては、非通紙中に通電発熱体が通電されてしまうと、通電発熱体の全体が温度上昇して抵抗値が低下するので、消費電力の増大や安全性に問題がある。特許文献２の定着装置においては、通電路に接続される抵抗体はある程度の間隔を開ける必要があるため、通紙される記録紙の全サイズに対応しづらい。また、抵抗体を増やすと構成が複雑化してしまう。特許文献３の定着装置でも、通電路に接続されるＰＴＳ素子はある程度の間隔を開ける必要があるため、通紙される記録紙の前サイズに対応しづらい。また、ＰＴＣ素子を増やすと構成が複雑化してしまう。

本発明は上記事情を考慮し、記録紙のサイズに関わらず非通紙部昇温を防止できる、安全性が高くかつ構成が簡易な加熱装置、定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の加熱装置は、所定の方向に搬送される記録紙にフィルム部材を介して加熱体を押圧して前記記録紙を加熱する加熱装置であって、前記加熱体は、一方の面が前記フィルム部材を介して記録紙に対向する、通電によって発熱する発熱抵抗体層と、該発熱抵抗体層の他方の面に電気的に接続して積層される、所定温度以上に加熱されることで抵抗値が減少する感温抵抗体層と、を有し、前記感温抵抗体層は、前記記録紙の搬送方向と直交する記録紙幅方向における一部に設けられていることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、非通紙中に発熱抵抗体層に通電された場合、感温抵抗体層が設けられている部分では感温抵抗体層の抵抗値が減少するが、感温抵抗体層が設けられていない部分の抵抗値が一定以下に低下することがないので、加熱体の急激な温度上昇や一定以上の電力の増加を防止できる。

本発明の加熱装置において、前記感温抵抗体層は、前記幅方向において、最小サイズの記録紙の通紙領域以外の非通紙領域に設けられていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、非通紙領域の温度が上昇すると、非通紙領域に設けられている感温抵抗体層の抵抗値が減少して電流は主に感温抵抗体層へ流れるので、発熱抵抗体層へ流れる電流量が減少する。これにより、非通紙領域の温度上昇を抑えることができる。なお、記録紙のサイズによっては、非通紙領域の全域あるいは一部の温度が上昇する場合があるが、いずれの場合も、温度が上昇した部分では感温抵抗体層の抵抗値が減少して発熱抵抗体層へ流れる電流量が減少する。したがって、記録紙のサイズに関わらず非通紙領域の温度上昇を抑制できる。

本発明の加熱装置において、前記感温抵抗体層が設けられていない部分における前記加熱体の温度を計測する温度検知センサーと、該温度検知センサーで計測された温度に基づいて前記通電発熱体への通電を制御する温度制御手段と、を備えていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、加熱体の温度上昇を防止でき、安全性を高めることができる。

本発明の定着装置は、上記のいずれかに記載の加熱装置と、前記フィルム部材を介して前記加熱体に圧接される加圧部材と、を備えていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上記に記載の定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、非通紙中に発熱抵抗体層に通電された場合、感温抵抗体層が設けられていない部分の抵抗値が一定以下に低下することがないので、加熱体の急激な温度上昇や一定以上の電力の増加を防止できる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加熱体を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の加熱体の等価回路である。

以下、図面を参照しつつ本発明の画像形成装置及び定着装置について説明する。

まず、図１を用いて、プリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１はプリンター１の概略を模式的に示す図である。以下、図１における紙面手前側をプリンターの正面側（前側）とし、左右の向きはプリンターの正面から見た方向を基準として説明する。

プリンター１には、記録紙Ｓを収納する給紙カセット３と、給紙カセット３から記録紙Ｓを給紙する給紙装置４と、記録紙Ｓにトナー像を形成する画像形成部５と、トナー像を記録紙Ｓに定着する定着装置６と、トナー像が定着された記録紙Ｓを排出する排出装置７と、排出された記録紙Ｓが受け止められる排出トレイ８と、が備えられている。また、給紙カセット３から給紙装置４と画像形成部５と定着装置６とを通って排出装置７に向かう記録紙Ｓの搬送経路９が形成されている。

記録紙Ｓは、給紙カセット３から給紙装置４によって搬送経路９に送り出され、画像形成部５に搬送されてトナー像が形成される。トナー像が形成された記録紙Ｓは搬送経路９に沿って定着装置６に搬送されて、トナー像と記録紙Ｓが加熱及び圧接されることでトナー像が記録紙Ｓに定着される。記録紙Ｓは搬送経路９に沿って排出装置７に搬送され、排出装置７から排出されて排出トレイ８に受け止められる。

次に、図２を参照して、定着装置６について説明する。図２は定着装置を示す正面断面図である。

定着装置６は、フィルム部材としてのエンドレスベルト状の耐熱性フィルム２１と、耐熱フィルム２１の中空部に配置される加熱装置２２と、耐熱フィルム２１を挟んで加熱装置２２に圧接される加圧部材としての加圧ローラー２３と、を備えている。

耐熱性フィルム２１は、記録紙Ｓの搬送方向と直交する幅方向において、最大サイズの記録紙Ｓの幅よりも長い長さのエンドレスベルト状の部材である。耐熱性フィルム２１は、耐熱性、離型性、耐久性、強度に優れた材料で形成されている。このような材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の単層フィルムや、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳＰＰＳ等のフィルム表面に、ＰＴＦＥやＰＦＡをコーティングあるいは被覆した複合層フィルムを用いることができる。耐熱性フィルム２１の膜厚は、熱容量を小さくしてウォームアップ時間を短縮できる点で、１００μｍ以下、特には２０μｍ以下であることが好ましい。

耐熱性フィルム２１は、幅方向両端部が回転可能に支持されて、記録紙Ｓの搬送方向に沿って回転する。

次に、図２と図３及び図４を参照して、加熱装置２２について説明する。図３（Ａ）は加熱装置の平面図、図３（Ｂ）は加熱装置の側断面図である。図４は加熱装置の等価回路である。

加熱装置２２は、図２に示されるように、加熱体３１と、加熱体３１を支持するホルダ３２と、を備えている。加熱体３１は、図３に示されるように、板状の基板３５と、基板３５の一面に設けられる発熱抵抗体層３６と、発熱抵抗体層３６と基板３５との間に積層される感温抵抗体層３７と、発熱抵抗体層３６の表面に設けられるオーバーコート層３８と、基板３５の他方の面に取り付けられる温度センサーとしてのサーミスタ４０及び温度制御手段としてのサーモスタット４１と、を有している。

基板３５は、最大サイズの記録紙Ｓの幅よりも長い幅と、搬送方向における所定の長さと、を有する長尺の板状部材である。基板３５は、耐熱性電気絶縁性、耐熱性、低熱容量性に優れた材料で形成されている。このような材料として、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＡｌＮ、ＳｉＣ等を使用できる。

発熱抵抗体層３６は、一対の電極３６ａと、一対の電極３６ａ間に設けられる線状あるいは帯状の発熱抵抗体３６ｂと、を有している。発熱抵抗体３６ｂは、銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）等の材料で形成されている。

一対の電極３６ａは基板３５の一方の面の幅方向両端部に、最大サイズの記録紙Ｓの幅よりも広い間隔を開けて支持されている。発熱抵抗体３６ｂは、電極間３６ａに幅方向に沿って配設されている。一対の電極間３６ｂに電流が流れることで発熱抵抗体３６ａが発熱し、この発熱によって記録紙Ｓが加熱される。

感温抵抗体層３７は、所定温度（好ましくは、１５０°Ｃ〜２００°Ｃ）以上に加熱されると、抵抗値が減少する特性を有する感温抵抗体を有している。感温抵抗体は、チタン酸バリウム等のセラミックスや導電性ポリマー等で形成されている。

感温抵抗体層３７は、幅方向における最小サイズの記録紙Ｓの通紙領域Ｒ１の両外側の非通紙領域Ｒ２において、発熱抵抗体層３６と電気的に接続されている。つまり、図４に示されるように、非通紙領域Ｒ２においては、発熱抵抗体層３６の発熱抵抗体３６ａに感温抵抗体層３７の感温抵抗体が並列に接続している。感温抵抗体層３７は、非通紙領域Ｒ２においては、搬送方向における長さが発熱抵抗体層３６と同じあるいは発熱抵抗体層３６よりも長く形成されている。

オーバーコート層３８は、一対の電極間３６ａにおいて、発熱抵抗体３６ｂの表面を保護している。オーバーコート層３８は、電気絶縁性を有するガラス等で形成されている。

サーミスタ４０とサーモスタット４１は、基板３５の他方の面において、通紙領域Ｒ１に対応する部分に取り付けられている。サーミスタ４０は、基板３５の温度を検出し、サーモスタット４１は、サーミスタ４０で検出された基板３５の温度に基づいて、加熱体３１への通電を遮断する。

ホルダ３２（図２参照）は、オーバーコート層３８が耐熱性フィルム２１の内周面に当接するように、加熱体３１を支持している。

再度図２を参照して、加圧ローラー２３は、最大サイズの記録紙Ｓの幅よりも広い幅のローラー部２３ａと、ローラー部２３ａの軸心に沿った回転軸２３ｂと、を有している。ローラー部２３ａは、弾性層と、弾性層の表面に形成された離型層と、を有している。弾性層は、例えばシリコンゴムで形成され、離型層は、例えばＰＴＦＥやＰＦＡで形成されている。

加圧ローラー２３は、耐熱性フィルム２１を挟んで加熱装置２２の加熱体３１のオーバーコート層３８に圧接すると共に搬送方向に回転可能に支持されている。これにより、加圧ローラー２３と耐熱性フィルム２１との間に定着ニップＮが形成される。

上記構成を有する定着装置６において、加熱装置２２の加熱体３１の一対の電極３６ａ間に所定量の電流が流れることで発熱抵抗体３６ｂが発熱し、この熱量がオーバーコート層３８を介して耐熱性フィルム２１に伝達される。そして、定着ニップＮに搬送された記録紙Ｓは、加熱された耐熱性フィルム２１で加熱されると同時に耐熱性フィルム２１と加圧ローラー２３との間で圧接されて、転写されたトナー像が記録紙Ｓに定着される。トナー像が定着された記録紙Ｓは、耐熱性フィルム２１と加圧ローラー２３の回転によって、搬送方向下流側に搬送される。

記録紙Ｓが最小サイズの場合、通紙領域Ｒ１では、加熱体３１から発生する熱量が記録紙Ｓに伝達されるが、非通紙領域Ｒ２では温度が上昇する。非通紙領域Ｒ２の温度が上昇すると、感温抵抗体層３７の感温抵抗体の抵抗値が下がり、図４に示す等価回路において、電流は主に感温抵抗体層３７へ流れ、発熱抵抗体層３６の発熱抵抗体３６ｂへ流れる電流量が抑制される。これにより、非通紙領域Ｒ２の温度上昇を抑えることができる。

記録紙Ｓが最小サイズよりも大きく最大サイズよりも小さい場合は、記録紙Ｓよりも幅方向両側の非通紙領域Ｒ２の一部の温度が上昇する。そして、温度が上昇した部分では、感温抵抗体層３７の抵抗値が下がり発熱抵抗体層３６へ流れる電流量が抑制されるので、非通紙領域Ｒ２の温度上昇を抑えることができる。

また、通紙領域Ｒ１に対応する基板３５の温度はサーミスタ４０で検知されている。検知された温度が所定の温度以上の場合、サーモスタット４１が加熱装置２２への通電を遮断する。

上記説明したように本発明の定着装置６においては、非通紙中に何らかのイレギュラーな事態によって発熱抵抗体層３６に通電された場合、感温抵抗体層３７が設けられている非通紙領域Ｒ２では感温抵抗体層３７の抵抗値が減少するが、感温抵抗体層３７が設けられていない通紙領域Ｒ１では抵抗値が一定以下に低下することがない。したがって、加熱体３１の急激な温度上昇や一定以上の電力の増加を防止でき、安全性の高い加熱装置２２を提供できる。

さらに、感温抵抗体層３７を非通紙領域Ｒ２に設けることで、記録紙Ｓのサイズに関わらず非通紙領域Ｒ２の温度上昇（非通紙部昇温）を抑制でき、耐熱性フィルム２１や加圧ローラー２３の熱劣化を防止できる。

さらに、サーミスタ４０とサーモスタット４１とによって、感温抵抗体層３７が設けられていない通紙領域Ｒ１の温度が一定温度以上になると、加熱装置２２への通電が遮断されるようになっている。したがって、加熱装置２２の温度上昇を抑制できるので、高い安全性を得ることができる。

本実施形態では、感温抵抗体層３７を非通紙領域Ｒ２に設けたが、感温抵抗体層３７は非通紙領域Ｒ２に限らず幅方向の一部に形成されていれば良い。これにより、非通紙中に発熱抵抗体層３６に通電された場合に、感温抵抗体層３７が設けられていない部分（発熱抵抗体層３６のみの部分）での抵抗値の低下を防止できる。この場合は、感温抵抗体層３７が設けられていない部分の温度を検知するサーミスタ４０を設け、サーミスタ４０で検知された温度が一定温度以上になると、サーモスタット４１によって加熱装置２２への通電を遮断することで、加熱装置２２の温度上昇を防止できる。なお、通紙領域Ｒ１の一部にも感温抵抗体層３７が設けられても良い。

なお、加熱体３１は、非通紙領域Ｒ２では発熱抵抗体層３６と感温抵抗体層３７の二層構造であるが、通紙領域Ｒ１では発熱抵抗体層３６のみの一層構造となっているので、非通紙領域Ｒ２と通紙領域Ｒ１とで加熱体３１の厚さが異なってしまう。このため、通紙領域Ｒ１の発熱抵抗体層３６の厚さを厚くする、あるいは、通紙領域Ｒ１の基板３５の厚さを厚くして、発熱抵抗体層３６の表面を平面状とすることが好ましい。

また、非通紙領域Ｒ２では、各層３６、３７の抵抗値の合成抵抗で発熱量が決まるので、各層の厚さによって発熱量が変化する。そこで、温度が上昇した時に、最適な温度分布となるように各層の厚さや搬送方向に沿った長さを調整しても良い。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ プリンター（画像形成装置）
６ 定着装置
２１ 耐熱性フィルム（フィルム部材）
２２ 加熱装置
２３ 加圧ローラー（加圧部材）
３１ 加熱体
３６ 発熱抵抗体層
３７ 感温抵抗体層
４０ サーミスタ（温度センサー）
４１ サーモスタット（温度制御手段）
Ｒ１ 通紙領域
Ｒ２ 非通紙領域

Claims (5)

1. 所定の方向に搬送される記録紙にフィルム部材を介して加熱体を押圧して前記記録紙を加熱する加熱装置であって、
   前記加熱体は、
   一方の面が前記フィルム部材を介して記録紙に対向する、通電によって発熱する発熱抵抗体層と、
   該発熱抵抗体層の他方の面に電気的に接続して積層される、所定温度以上に加熱されることで抵抗値が減少する感温抵抗体層と、を有し、
   前記感温抵抗体層は、前記記録紙の搬送方向と直交する記録紙幅方向における一部に設けられていることを特徴とする加熱装置。
2. 前記感温抵抗体層は、前記幅方向において、最小サイズの記録紙の通紙領域以外の非通紙領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記感温抵抗体層が設けられていない部分における前記加熱体の温度を計測する温度検知センサーと、該温度検知センサーで計測された温度に基づいて前記通電発熱体への通電を制御する温度制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の加熱装置と、
   前記フィルム部材を介して前記加熱体に圧接される加圧部材と、
   を備えていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項４に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images