(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-11
(45)【発行日】2024-10-22
(54)【発明の名称】定着装置及び画像形成装置
(51)【国際特許分類】
G03G 15/20 20060101AFI20241015BHJP
H05B 3/44 20060101ALI20241015BHJP
【FI】
G03G15/20 515
H05B3/44
(21)【出願番号】P 2020026801
(22)【出願日】2020-02-20
【審査請求日】2023-02-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000001007
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】衣川 達也
【審査官】内藤 万紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開2002-246150(JP,A)
【文献】特開2019-164328(JP,A)
【文献】特開2001-085140(JP,A)
【文献】特開2013-011649(JP,A)
【文献】特開2003-131502(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 15/20
H05B 3/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状のフィルムと、ヒータを有し前記フィルムの内面と摺接するニップ部形成ユニットと、前記フィルムを挟んで前記ニップ部形成ユニットと対向し前記フィルムとの間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持して搬送しながら記録材上のトナー像を加熱し記録材に定着させる定着装置において、
前記ヒータは、金属製の基板と、前記基板の厚さ方向における一方側の面上に絶縁性の材料で形成された第1の層と、前記第1の層上に配置され、通電により発熱する発熱体と、前記基板の前記厚さ方向における他方側の面上の少なくとも一部に、前記基板と異なる材料で形成された第2の層と、を有し、
前記定着装置は、前記厚さ方向における他方側から前記ヒータに接触して配置され、前記ヒータの温度を検知する温度検知部材をさらに有し、
前記基板の前記厚さ方向における他方側の面において、前記温度検知部材が前記ヒータと接触する接触領域を包含する第1の領域において前記第2の層が設けられていないか、又は、前記第1の領域における前記第2の層の厚さが前記第1の領域外における前記第2の層の厚さより薄く、
前記接触領域の形状及び前記第1の領域の形状は、四角形であ
り、
前記ニップ部における記録材の搬送方向において前記接触領域と隣接する領域に前記第2の層が設けられており、
前記隣接する領域に設けられた前記第2の層を介して、前記第2の層の内で前記定着装置の長手方向に関して前記接触領域の一方側と他方側に設けられた部分が繋がっており、
前記隣接する領域における前記第2の層の厚さが、前記接触領域の一方側と他方側に設けられた部分における前記第2の層の厚さより厚い、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記接触領域内に前記第2の層が設けられており、
前記接触領域内における前記第2の層の熱伝導率が、前記接触領域外における前記第2の層の熱伝導率より大きい、
ことを特徴とする請求項
1に記載の定着装置。
【請求項3】
前記第2の層は、絶縁性の材料で形成されている、
ことを特徴とする請求項1
又は2に記載の定着装置。
【請求項4】
前記ヒータは、前記発熱体を覆うように前記第1の層の上に形成された第3の層を更に有し、
前記第1の層、前記第2の層及び前記第3の層の材質は同じであり、
前記第1の層の厚みと前記第3の層の厚みとの和が、前記第1の領域外における前記第2の層の厚みと等しい、
ことを特徴とする請求項1乃至
3のいずれか1項に記載の定着装置。
【請求項5】
回転する像担持体と、
前記像担持体の表面に担持されたトナー像を記録材に転写する転写手段と、
前記転写手段によって記録材に転写されたトナー像を記録材に定着させる請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、記録材に画像を定着させる定着装置及び記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電子写真方式のプリンタや複写機に搭載される熱定着方式の定着装置として、セラミックス製等の基板上に発熱抵抗体を有するヒータと、ヒータに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に対向する加圧ローラを有するものがある。未定着トナー像を担持する記録材は、定着フィルムと加圧ローラの間のニップ部(定着ニップ部)で挟持搬送されつつ加熱され、これにより記録材上のトナー像は記録材に加熱定着される。また、定着フィルムの温度変化をヒータに接触配置されたサーミスタ等の温度検知素子で検知することで、ヒータの発熱量が制御される。
【0003】
また、熱応力に対する強度の観点でセラミックスよりも優れる金属をヒータの基板に用いた金属基板ヒータの提案がされている。金属基板ヒータは、基板が導電性を有するため、発熱抵抗層と基板の間で絶縁耐圧性を確保するための絶縁層を設けている。絶縁層の材料としては主にガラスを主剤としたものが用いられるが、ガラスと金属基板の線膨張係数が異なることから焼成時にヒータの反りが発生しやすい。特許文献1には、金属基板の発熱抵抗層が形成される面とは反対側の面に対しても絶縁層を設けることで、ヒータの反りの発生を防止する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら上記文献に記載の構成では、温度検知素子が金属基板裏面の絶縁層を介して定着フィルムの温度変化を検知する構成であるため、定着フィルムの温度変化に対する応答性に改善の余地があった。
【0006】
そこで、本発明は、ヒータの反りを抑制しつつ定着フィルムの温度変化を高い応答性で検出可能な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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様は、筒状のフィルムと、ヒータを有し前記フィルムの内面と摺接するニップ部形成ユニットと、前記フィルムを挟んで前記ニップ部形成ユニットと対向し前記フィルムとの間にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で記録材を挟持して搬送しながら記録材上のトナー像を加熱し記録材に定着させる定着装置において、前記ヒータは、金属製の基板と、前記基板の厚さ方向における一方側の面上に絶縁性の材料で形成された第1の層と、前記第1の層上に配置され、通電により発熱する発熱体と、前記基板の前記厚さ方向における他方側の面上の少なくとも一部に、前記基板と異なる材料で形成された第2の層と、を有し、前記定着装置は、前記厚さ方向における他方側から前記ヒータに接触して配置され、前記ヒータの温度を検知する温度検知部材をさらに有し、前記基板の前記厚さ方向における他方側の面において、前記温度検知部材が前記ヒータと接触する接触領域を包含する第1の領域において前記第2の層が設けられていないか、又は、前記第1の領域における前記第2の層の厚さが前記第1の領域外における前記第2の層の厚さより薄く、前記接触領域の形状及び前記第1の領域の形状は、四角形であり、前記ニップ部における記録材の搬送方向において前記接触領域と隣接する領域に前記第2の層が設けられており、前記隣接する領域に設けられた前記第2の層を介して、前記第2の層の内で前記定着装置の長手方向に関して前記接触領域の一方側と他方側に設けられた部分が繋がっており、前記隣接する領域における前記第2の層の厚さが、前記接触領域の一方側と他方側に設けられた部分における前記第2の層の厚さより厚い、ことを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ヒータの反りを抑制しつつ定着フィルムの温度変化を高い応答性で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図3】実施例1に係る定着装置に用いられるフィルムアセンブリの分解図。
【
図4】実施例1に係る定着装置の一部を示す正面図。
【
図6】実施例1(a)及び変形例1(b)に係るヒータの構成を説明するための図。
【
図7】変形例2(a)及び変形例3(b)に係るヒータの構成を説明するための図。
【
図8】変形例4に係るヒータの構成を説明するための図。
【
図9】比較例(a、b)に係るヒータの構成を説明するための図。
【
図10】実施例3に係るヒータの構成を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明を実施するための例示的な形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例1】
【0012】
(1)画像形成装置
図1は実施例1に係る画像形成装置としての、電子写真技術を用いたレーザビームプリンタ(以下、単にプリンタ100とする)の断面図である。以下、プリンタ100の構成及び動作を簡単に説明する。
【0013】
プリンタ100は、プリント指示を受けると、スキャナユニット3が画像情報に応じたレーザ光Lを、像担持体としての感光体1に出射する。帯電ローラ2によって所定の極性に帯電された感光体1はレーザ光Lによって走査され、これにより感光体1の表面には画像情報に応じた静電潜像が形成される。その後、現像器4が感光体1にトナーを供給し、感光体1に画像情報に応じたトナー像を形成する。感光体1の矢印R1方向への回転により感光体1と、転写手段としての転写ローラ5との間に形成される転写部(転写ニップ部)に到達したトナー像は、カセット6からピックアップローラ7によって給送されてくる記録材Pに転写される。転写ニップ部を通過した感光体1の表面はクリーナ8でクリーニングされる。トナー像t(
図2)が転写された記録材Pは、熱定着方式の定着装置9で熱及び圧力を掛けられ定着処理される。
【0014】
その後、記録材Pは排出ローラ10によってトレイ11に排出される。なお、記録材Pとして、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材等、サイズ及び材質の異なる多様なシートを使用可能である。また、ここでは感光体1から記録材Pにトナー像を直接転写する方式を挙げたが、感光体に形成したトナー像を中間転写ベルト等の中間転写体を介して記録材に転写する方式の画像形成装置に対して以下で説明する技術を適用してもよい。
【0015】
(2)定着装置
定着装置9について説明する。定着装置9はテンションレスタイプのフィルム加熱方式である。即ち、定着装置9は、耐熱性フィルムとして可撓性を有する無端ベルト状(もしくは円筒状)の定着フィルムを用い、定着フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションが掛からない状態とし、定着フィルムが加圧部材の回転駆動力で回転する構成である。
【0016】
以後、本実施例に係るフィルム加熱方式の定着装置9について詳細を説明する。
図2は定着装置9の断面図である。
図3は定着装置9に用いられるフィルムアセンブリ20の分解斜視図である。
図4は定着装置9の一部を示す正面図である。なお、
図2及び
図4において、矢印Xは定着装置9の長手方向を表し、矢印Zは鉛直方向上方を表し、矢印Yは長手方向及び鉛直方向に垂直な方向を表す。
【0017】
本実施例の定着装置9は、
図2~
図4に示すように筒状の定着フィルム23と、定着フィルム23の内面に接触する加熱体であるヒータ22と、定着フィルム23を介してヒータ22に向けて押圧される加圧部材としての加圧ローラ30とを有する。ヒータ22が定着フィルム23に接触している領域と重なる部分に、定着フィルム23と加圧ローラ30との間のニップ部として定着ニップ部Nfが形成される。ヒータ22は耐熱樹脂の保持部材であるヒータホルダ21に保持されている。ヒータ22及びヒータホルダ21は、定着ニップ部Nfを形成するための本実施例のニップ部形成ユニットとして機能する。ヒータホルダ21は定着フィルム23の回転を案内するガイドの機能も有している。加圧ローラ30は不図示のモータから動力を受けて矢印b方向に回転する。加圧ローラ30が回転することによって定着フィルム23が従動して矢印a方向に回転する。
【0018】
ヒータホルダ21は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイト)や液晶ポリマー等の耐熱性樹脂の成形品である。ヒータ22は、少なくとも金属又は合金を主材とした細長い板状の基板(金属基板)と、通電により発熱する抵抗発熱体(発熱体)と、抵抗発熱体と基板を絶縁する絶縁層と、発熱体を保護するガラスコート層を有している。ヒータ22の詳細については後述する。
【0019】
ヒータ22の定着フィルム23に対する当接面(第1面)とは反対側の面(第2面、図中上側の面)には、温度検知素子(温度検知部材)であるサーミスタ25が当接している。サーミスタ25の検知温度に応じて発熱体への通電が制御されることで、定着ニップ部Nfの温度が画像の定着に適した設定温度に維持される。
【0020】
定着フィルム23の厚みは、良好な熱伝導性を確保するため20μm以上100μm以下程度が好ましい。定着フィルム23としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)・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)・PPS等の材質の単層フィルムが好適である。また、定着フィルム23としては、PI(ポリイミド)・PAI(ポリアミドイミド)・PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)・PES(ポリエーテルスルホン)等の材質からなる基層の表面に、PTFE・PFA・FEP(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)等を離型層(表層)としてコーティングした複合層フィルムも好適である。さらに、高熱伝導性を有するSUS、Al、Ni、Cu、Zn等の純金属、合金等を基層に用い、離型層に前述のコーティング処理、フッ素樹脂チューブの被覆を行ったものも好適である。
【0021】
本実施例では、定着フィルム23の基層を厚さ60μmのPIとし、離型層には通紙による離型層の摩耗と熱伝導性の両立を考慮して厚み12μmのPFAをコーティングしたものを用いた。
【0022】
加圧部材(加圧回転体)としての加圧ローラ30は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金30aと、シリコーンゴム等の材質の弾性層30bと、PFA等の材質の離型層30cと、を有する(
図2)。弾性層30bは芯金30aの外周に形成され、離型層30cは弾性層30bの外周に形成されて加圧ローラ30の最表層を構成している。加圧ローラ30の芯金30aの軸方向片側の端部には、駆動ギア33(
図3)が取り付けられており、不図示の駆動手段から駆動ギア33を介して回転駆動力を受けることで加圧ローラ30が回転する。
【0023】
図2の断面図を参照して、定着装置の構成について説明する。補強部材24は鉄等の金属からなり、ヒータホルダ21を加圧ローラ30側に押圧する圧力でも大きく変形しないように強度を維持する部材である。ヒータ22は後述の押圧手段によって、ヒータホルダ21と補強部材24を介して加圧ローラ30側に押圧されている。この押圧力により加圧ローラ30と定着フィルム23が密着している領域(圧接領域)が、本実施例における定着ニップ部Nfである。そして、加圧ローラ30の加圧位置(加圧ローラ30に対するヒータ22の押圧力の作用点の位置)と、記録材の搬送方向におけるヒータ22の中央部の位置は略同一としている。
【0024】
次に、
図3の斜視図を参照して説明する。ヒータホルダ21は、横断面で略樋型(U字型)形状を有しており、桶型の内側に補強部材24が嵌合する。ヒータホルダ21の加圧ローラ30と対向する側にはヒータ受け溝が設けられており、ヒータ22がヒータ受け溝に嵌ることで所望の位置に位置決めされる。定着フィルム23は上述の部品が組みつけられたヒータホルダ21の外側に周長に余裕を持って外嵌している。定着フィルム23の円筒形状の軸方向(図中で定着フィルム23が挿入される矢印方向)を、定着装置9の「長手方向」と称する。本実施例において、加圧ローラ30、ヒータ22及びヒータホルダ21は、いずれも長手方向に延びる細長い部材である。
【0025】
補強部材24の長手方向両端部は、定着フィルム23の両端から突き出た張り出し部となっており、それぞれフランジ部材26,26が嵌着されている。定着フィルム23、ヒータ22、ヒータホルダ21、補強部材24及びフランジ部材26,26は、全体でフィルムアセンブリ20として組み立てられる。
【0026】
ヒータ22の給電端子も定着フィルム23に対して長手方向一方側に突出しており、該給電端子に給電コネクタ27が嵌合されている。給電コネクタ27がヒータ22の電極部と当接圧をもって接触し、商用電源から供給される電力をヒータ22に供給する給電経路を構成している。
【0027】
ヒータ22の長手方向他方側(給電端子とは反対側)には、ヒータクリップ28が取り付けられている。ヒータクリップ28は、コの字型(U字型)に曲げられた金属板であり、そのバネ性によってヒータ22の端部をヒータホルダ21に対して保持している。
【0028】
次に
図4の正面図を参照して説明する。各フランジ部材26は回転走行する定着フィルム23の長手方向への移動を規制し、定着装置稼働中の定着フィルム23の位置を規制するものである。長手方向両側のフランジ部材26,26のつば(定着フィルム端部と摺接する部分)の間の距離は、定着フィルム23の長手方向の長さより長く設定されている。これは、通常使用時に定着フィルム端部にダメージを与えないためである。
【0029】
また、加圧ローラ30の長手方向の長さが定着フィルム23よりも約10mm程度短く構成されている。これは定着フィルム23の端部からはみ出したグリスが加圧ローラ30に付着して、加圧ローラ30が記録材に対するグリップ力を失いスリップが発生することを防止するためである。
【0030】
フィルムアセンブリ20は加圧ローラ30に対向して設けられ、長手方向(図内の左右方向)への移動は規制され、かつ、上下方向に移動可能な状態で、定着装置9の天板側筐体41に支持されている。天板側筐体41には加圧バネ45が圧縮した状態で取り付けられている。加圧バネ45の押圧力は補強部材24の張り出し部が受けており、加圧ローラ30側に補強部材24が押圧されることで、フィルムアセンブリ20全体が加圧ローラ30に押し付けられている。
【0031】
加圧ローラ30の芯金を軸支するように軸受部材31が設けられている(
図3も参照)。軸受部材31はフィルムアセンブリ20からの押圧力を、加圧ローラ30を介して受け止めている。比較的高温になる加圧ローラ30の芯金を回転自在に支持するために、軸受の材質は耐熱性があって、かつ摺動性に優れる材質が用いられる。軸受部材31は定着装置の底側筐体43に取り付けられている。
【0032】
底側筐体43及び天板側筐体41は、フィルムアセンブリ20に対して長手方向両側に設けられて上下に延びるフレーム側板42,42と共に、定着装置9の筐体(枠体)を構成している。
【0033】
(3)ヒータ
次に、本実施例のヒータ22を構成する材料、製造方法等について
図5から
図7を用いて説明する。
【0034】
図5はヒータ22の断面図である。ヒータ22は、金属製の基板22aと、通電により発熱する発熱抵抗層としての発熱体22cと、発熱体22cと基板22aを絶縁する絶縁層22bと、発熱体を保護するガラスコート層等の保護層22dとを有する。基板22aは、金属又は合金を主材とした細長い板状である。また、製造時の基板22aの反りを低減するために、基板22aの厚さ方向で発熱体22cが設けられた面22a1(第1面)とは反対側の面22a2(第2面)にも絶縁層22e(絶縁層22bを第1の層としたときの第2の層)を有している。基板裏面の絶縁層22eの詳細な構成については後述する。
【0035】
基板22aに用いられる材料としては、ステンレス、ニッケル、銅、アルミのいずれか、又はそれらを主材とする合金が好適に用いられる。これらのうち、ステンレスが強度、耐熱性、腐食の観点で最も好ましい。ステンレスの種類としては特に限定されず、必要な機械的強度、次項で述べる絶縁層及び発熱体の形成に合わせた線膨張係数、市場における板材の入手のし易さ等を考慮して適宜選べば良い。
【0036】
一例を挙げると、クロム系ステンレス(400系)のマルテンサイト系及びフェライト系がステンレスの中でも線膨張係数が比較的低く、絶縁層及び発熱体の形成がし易く好適に用いられる。
【0037】
基板22aの厚みは、強度や熱容量、放熱性能を考慮して決めれば良い。薄い基板22aは、熱容量が小さいためクイックスタート性(ヒータ22の通電開始から目標温度到達までの時間の短さ)には有利だが、薄すぎると発熱抵抗体の加熱成型時に歪み等の問題が生じ易くなる。逆に厚い基板22aは、発熱抵抗体の加熱成型時の歪みの面では有利であるが、厚すぎると熱容量が大きいためクイックスタートには不利となる。基板22aの好ましい厚みは、量産性やコスト、性能のバランスを考慮した場合0.3mm~2.0mmである。
【0038】
絶縁層22b,22eの材質は特に限定はされないが、実使用上の温度を鑑みて耐熱性のある材料を選択する必要がある。絶縁層22b,22eの材質としてはガラスやPI(ポリイミド)が耐熱性の観点で好ましく、ガラスの場合の具体的粉末材料の選定は、実施形態の特性を損なわない範囲で適宜選択されれば良い。必要に応じて絶縁性を有する熱伝導フィラーなどを混合させても良い。絶縁層22b,22eは同じ材質を用いても、異なる材質を用いても何ら問題はない。厚みに関しても同様に絶縁層22b,22eで同じにしても良いし、必要に応じて変更しても問題ない。
【0039】
一般的に画像形成装置に用いるヒータ22としては絶縁耐圧を1.5KV程度有しておくことが好ましい。そのため発熱体22cと基板22a間で絶縁耐圧性能1.5KVを得るべく、絶縁層22bの膜厚を材料に応じて確保すれば良い。
【0040】
絶縁層22b,22eの成型方法としては特に限定されないが、一例としてはスクリーン印刷法等で平滑に成形することができる。基板22a上にガラスやPI(ポリイミド)の絶縁層を形成する際には、材料間の線膨張係数差により絶縁層にクラックや剥がれが生じないように、基板と絶縁層材料の線膨張係数を適宜調整する必要がある。
【0041】
発熱体22cは、(A)導電成分、(B)ガラス成分、(C)有機結着成分を混合した発熱抵抗体ペーストを絶縁層22b上に印刷した後、焼成したものである。発熱抵抗体ペーストを焼成すると(C)の有機結着成分が焼失し(A)、(B)成分が残るため、導電成分とガラス成分とを含有する発熱体22cが形成される。
【0042】
ここで、(A)の導電成分としては、銀・パラジウム(Ag・Pd)、酸化ルテニウム(RuO2)、等の単独もしくは複合で用いられ、0.1[Ω/□]~100[KΩ/□]のシート抵抗値とするのが好適である。また、上記(A)~(C)以外においても実施形態の特性を損なわない程度の微量であれば他の材料を含有していてもよい。
【0043】
図6に示す給電用電極22f及び導電パターン22gは、銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)や銀・白金(Ag・Pt)合金、銀・パラジウム(Ag・Pd)合金を例とする導電成分を主体とする。給電用電極22f及び導電パターン22gは、発熱抵抗体ペーストと同様に(A)導電成分、(B)ガラス成分、(C)有機結着成分を混合したペーストを絶縁層22b上に印刷した後、焼成したものである。給電用電極22fと導電パターン22gは発熱体22cに給電する目的で設けられた導電部であり、抵抗は発熱体22cに対して十分低くしている。
【0044】
ここで、前述の発熱抵抗体ペースト及び給電用電極及び導電パターンペーストは、基板22aの融点より低い温度で軟化溶融する材質を選択し、実使用上の温度を鑑みて耐熱性のある材料を選択する必要がある。
【0045】
図5に示すように、ヒータ22の絶縁層22b上(第1の層上)には発熱体22c及び導電パターン22gを覆う保護層22dが設けられている。発熱体22cを基板22aの定着フィルム23と接触する側(
図2における下側)に配置した場合は、保護層22dは発熱体22cと定着フィルム23との電気的な絶縁性を確保し、発熱体22cと定着フィルム23との摺動性を確保する保護機能を有する。材質としてはガラスやPI(ポリイミド)が耐熱性の観点で好ましく、必要に応じて絶縁性を有する熱伝導フィラーなどを混合しても良い。
【0046】
本実施例では基板22aとして幅10mm・長さ300mm・厚さ0.5mmのフェライト系ステンレス基板(SUS430:18Crステンレス)を準備した。
【0047】
次に前述のステンレス基板に絶縁層ガラスペーストをスクリーン印刷にて塗工後、180℃の乾燥及び850℃の焼成を経て絶縁層22b,22eをステンレス基板の両面に形成した。
【0048】
その後、銀・パラジウム(Ag・Pd)を導電成分とし、その他ガラス成分、有機結着成分を混合した発熱抵抗体ペーストと、銀を導電成分とし、その他ガラス成分、有機結着成分を混合した給電用電極及び導電パターン用のペーストを用意した。各ペーストをステンレス基板にスクリーン印刷にて塗工後、180℃の乾燥及び850℃の焼成を経て、発熱体22c、給電用電極22f及び導電パターン22gを形成した。焼成後の発熱体22cの厚みは15μm、長さは220mm、幅は1.1mmとした。
【0049】
次に、保護層ガラスペーストを準備し、発熱体22c及び導電パターン22g上に保護層ガラスペーストをスクリーン印刷にて塗工後、180℃の乾燥及び850℃の焼成を経て、保護層22dを形成した。
【0050】
本実施例では基板22aの発熱体22c側の面である絶縁層22b(第1の層)の厚みを60μmとし、保護層22dの厚みを60μmとした。発熱体22cを成形する面とは反対側の面である絶縁層22eの厚みは、絶縁層22bと保護層22dの合算厚みと等しい120μmとした。ただし、これらの厚みの値は、後述するサーミスタ25の接触領域等の設計上の厚みを変更している領域は除くものとし、また、製造公差等による止むを得ない厚さのバラつきを無視した平均の厚みを表す。
【0051】
(4)絶縁層の設定範囲
本実施例に係る絶縁層22eの設定範囲について
図6~
図8を用いて説明する。本実施例では、サーミスタ25がヒータ22に対して接触する接触領域内に絶縁層22eを設けないか、又は、接触領域内の絶縁層の厚みを接触領域外の絶縁層の厚みより小さく設定する。
【0052】
本実施例の構成例(構成1)を
図6(a)に示す。構成1では、サーミスタ25がヒータ22に接触する領域(以下、接触領域A1とする)において、絶縁層22eを設けていない。即ち、金属製の基板22aの厚さ方向において発熱体22cとは反対側の面22a2(
図5)の内、接触領域A1を包含する範囲に絶縁層22eを設けずに基板22aを露出させている。
【0053】
サーミスタ25の寸法は長手方向(矢印X)で10mm、搬送方向(矢印D)で5mmであるため、本実施例ではサーミスタの取り付け位置公差を考慮して、長手方向で12mmの範囲で絶縁層22eを設けない構成としている。なお、搬送方向では基板22aの全幅である10mmの範囲に亘って絶縁層22eを設けていない。
【0054】
構成1によると、サーミスタ25は熱伝導性の高い金属製の基板22aと直に接しているため、定着フィルム23の温度変化を高い応答性で検知することができる。
【0055】
実施例1の他の構成例(構成2)を
図6(b)に示す。構成2は、サーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域内の絶縁層22hの厚みを、接触領域外の絶縁層22eよりも薄くしたものである。本構成では絶縁層22hは長手方向で12mm幅であり、厚さは接触領域外の絶縁層22eの厚み(120μm)より薄い60μmとした。
【0056】
構成2によると、構成1に比べてサーミスタ25の応答性は若干低下するものの、接触領域内の絶縁層22hの厚みを接触領域外と等しくした場合に比べて高い応答性が得られる。また、接触領域内に絶縁層22hが設けられていることから、構成1に比べてヒータ22の成形時の反りの発生を抑制することができる。
【0057】
実施例1の他の構成例(構成3)を
図7(a)に示す。構成3は、サーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域A1に対して、記録材の搬送方向(矢印D)の両側に隣接する領域に絶縁層22iを形成し、絶縁層22eが長手方向(矢印X)に繋がる構成とした。つまり、ヒータ22を基板22aの厚さ方向に見たとき、長手方向でサーミスタ25の接触領域A1の一方側と他方側に設けられた絶縁層22eが、接触領域A1に隣接して長手方向に延びる絶縁層22iを介して繋がっている。接触領域A1に隣接する絶縁層22iの厚みは、接触領域外の絶縁層22eの厚みと同じ120μmとした。
【0058】
構成3によると、絶縁層22eが長手方向で一部繋がることにより、ヒータ成形時の反り量をさらに抑えることができる。サーミスタ25の寸法を考慮して、長手方向で12mm、搬送方向でサーミスタ取り付け位置の前後で2.4mmの範囲で絶縁層22eが繋がる構成とした。
【0059】
実施例1の他の構成例(構成4)を
図7(b)に示す。構成4は、サーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域の絶縁層22hが、絶縁層22eに対して薄くなっている構成とした。本実施例では絶縁層22hは長手方向12mm、搬送方向5mmの寸法とし、厚みは接触領域外の絶縁層22eより薄い60μmとした。また、記録材の搬送方向で接触領域に隣接する領域には、構成3と同様の絶縁層22iを形成した。
【0060】
構成4によると、構成1、3に比べてサーミスタ25の応答性は若干低下するものの、接触領域内の絶縁層22hの厚みを接触領域外と等しくした場合に比べて高い応答性が得られる。また、接触領域内に設けられた薄い絶縁層22hと、接触領域に隣接する領域に設けられた絶縁層22iとを介して絶縁層22eが長手方向に繋がっているため、構成1,2,3に比べてヒータ22の成形時の反りの発生をさらに抑制することができる。
【0061】
実施例1のさらに他の構成例(構成5)を
図8に示す。構成5は、基板22aの一部が搬送方向に対して凸形状となっており、基板22aの凸部22a4にサーミスタ25が直接接触する接触領域A1を設ける構成とした。基板22aは、長手方向に延びる本体部22a3と、本体部22a3から搬送方向に突出する凸部22a4とを有し、絶縁層22eは本体部22a3の長手方向略全域に設けられ、凸部22a4には設けられていない。本体部22a3における絶縁層22eの厚みは、120μmで長手方向に亘って一定とした。
【0062】
構成4によると、サーミスタ25の応答性を確保しつつ、絶縁層22eが上記の構成3、4と比較して搬送方向(短手方向)に一定の厚さで繋がっているため、ヒータ成形時の反りがさらに発生しにくくなる。
【0063】
(5)作用効果
本実施形態の作用効果について説明する。定着フィルムの温度変化に対する温度検知部材の応答性が低い場合、次のような不都合が生じる。例えば、グラフィックパターンなどのトナー印字率が高い画像や、記録材の含水率が高い場合は、記録材が加圧ニップ通過したときに、定着フィルムの温度は大きく低下する。特に高速機においては加圧ニップの温度変化に対する応答性が悪い場合、定着フィルムの温度低下をヒータの通電制御にフィードバックする前に記録材が定着ニップを抜けてしまう。そのため、定着フィルムの温度低下が大きい条件でも満足な定着性が得られるように、予め定着フィルムの温調設定(定着動作時の目標温度)を高く設定する必要があった。その一方で温調設定を高くした場合、テキストパターンなどの低印字率パターンや含水率が低い記録材をプリントした際に、加圧ニップで記録材に与える熱量が過剰となるためカール量が増えることによる積載性の悪化が懸念される。
【0064】
これに対し、本実施例ではサーミスタ25がヒータ22に対して接触する接触領域内に絶縁層22eを設けないか、又は、接触領域内の絶縁層の厚みを接触領域外の絶縁層の厚みより小さく設定している。これにより、定着フィルム23の温度変化に対する応答性を向上し、上記の不都合を回避することができる。
【0065】
以下、本実施例の作用について比較例と対比させて評価した結果を説明する。上記構成1~5のヒータ22について、ヒータ22の反り量の測定と、定着性評価を行い、定着可能な温調設定にて積載性の確認を行った。
【0066】
ヒータ22の反り量の測定は、ヒータ22を水平な定盤に発熱体22cが上面となるように配置して、定盤から一番高くなっている箇所の高さを反り量として定義した。組立性に関しては、反り量が3mm以内であれば問題なしと判断した。
【0067】
また、満足な定着性が得られる温調設定の下限を算出するにあたり、印字率パターンとしてはトナーを全面に印字するベタ黒パターンを用いた。定着性及び積載性は、スタンバイ温調を行わない停止状態で1時間程度放置し、コールド状態から200枚通紙を行うことで確認した。また、記録材としてはXerox社のXerox Vitality(75g/m2,LTR)を使用した。
【0068】
また、比較例1として、
図9(a)に示すように基板22aの発熱体22cとは反対側の面に絶縁層22eが全面に形成されている構成について各項目の評価を行った。さらに、比較例2として、
図9(b)に示すように基板22aの発熱体22cとは反対側の面に絶縁層22eがなく、発熱体22cが形成される面にのみ絶縁層22bが形成されている構成についても各項目の評価を行った。
【0069】
表1に本実施例と比較例の構成における、ヒータ成形時の反り量と組立性、及び定着性・積載性評価結果を示す。
【0070】
【0071】
実施例1の構成1では、サーミスタ25が接触する箇所は絶縁層22eがないため、応答性が良く温調設定は190℃と低い値となり、積載枚数も200枚と高い数値であった。一方で、反り量に関しては、長手方向の一部で絶縁層22eがないことにより、2mmの反りが発生したが、組立性には影響がないことが確認された。
【0072】
実施例1の構成2では、サーミスタ25が接触する箇所の絶縁層22hの厚さはサーミスタ25が接触しない箇所の絶縁層22eと比較して薄くなっているため、温調設定は195℃であり、積載枚数も100枚と問題ないレベルであった。一方で、反り量に関しては、サーミスタ25が接触する箇所でも薄層の絶縁層が存在することから反り量は少なく1mmと良好なレベルであった。
【0073】
実施例1の構成3では、サーミスタ25が接触する箇所は絶縁層22eがないため、応答性が良く温調設定は190℃と低い値となり、積載枚数も200枚と高い数値であった。また、絶縁層22eはサーミスタ25が接触する領域に隣接する領域で一部繋がっていることにより、反り量は少なく1mmと良好なレベルであった。
【0074】
実施例1の構成4では、サーミスタ25が接触する箇所の絶縁層22hの厚さはサーミスタ25が接触しない箇所の絶縁層22eと比較して薄くなっているため、温調設定は195℃であり、積載枚数も100枚と問題ないレベルであった。一方で、反り量に関しては、サーミスタ25が接触する箇所でも薄層の絶縁層が存在し、かつ絶縁層22eはサーミスタ25が接触する領域に隣接する領域で一部繋がっていることにより、反り量はさらに少なく0.5mmと良好なレベルであった。
【0075】
実施例1の構成5では、サーミスタ25が接触する箇所は絶縁層22eがないため、応答性が良く温調設定は190℃と低い値となり、積載枚数も200枚と高い数値であった。また、反り量に関しては、基板22aの凸部22a4にサーミスタ25が直接当接する構成としたことで、この場合は絶縁層22eが短手方向で広範囲で繋がるため、ヒータ成形時の反りがさらに発生しにくく0.5mmと良好であった。
【0076】
一方、比較例1の構成では、サーミスタ25がヒータに接触する箇所に120μmの絶縁層22eが存在するため、ヒータ22の熱が伝わりにくく、定着温調が200℃と高い値となり、その結果積載枚数が50枚と少ない結果となった。
【0077】
また、比較例2の構成では、絶縁層は発熱体22cが形成される面にのみ形成されているため、ヒータの反り量が15mmと大きく、組立性に問題が発生した。
【0078】
以上説明したように、本実施例によれば、サーミスタ25がヒータ22に対して接触する接触領域内に絶縁層22eを設けないか、又は、接触領域内の絶縁層の厚みを接触領域外の絶縁層の厚みより小さく設定している。これにより、ヒータ22の反り量を低減しつつ、サーミスタ25の応答性を向上することが可能であり、定着温調設定を低く設定すること、及び、積載性の向上が見込まれる。
【実施例2】
【0079】
実施例2における画像形成装置、定着装置に関しては実施例1と同様の構成を採用するため、実施例1と構成が異なる箇所について説明を行う。本実施例では、サーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域内の絶縁層22eの熱伝導率が、サーミスタ25がヒータ22に接触していない接触領域外の絶縁層22eよりも高くなるように構成する。
【0080】
接触領域内の絶縁層の熱伝導率を高くすることで、ヒータ22の熱を効率良くサーミスタ25に伝達して応答性を高めることが可能となる。その一方で、絶縁層が基板22aの発熱体22cとは反対側の面の全域にあることにより、ヒータ成形時の反りの発生を防止できる。接触領域内の絶縁層の熱伝導率は接触領域外の絶縁層と比較して2倍以上とすることが好ましい。本実施例において、接触領域内の絶縁層には、熱伝導フィラーである窒化アルミニウムをガラスペーストに30%の重量比率で混合させることにより、接触領域内の絶縁層の熱伝導率を2.5[W/mK]とした。一方、サーミスタ25がヒータ22に接触していない箇所の絶縁層は熱伝導率1.0[W/mK]とした。
【0081】
【0082】
表2に本実施例の構成と比較例1の構成におけるヒータの反り量と定着性・積載性評価の結果を示す。本実施例の構成では、サーミスタ25がヒータ22と接触する領域の絶縁層22hの熱伝導率を高くしたことにより、ヒータ22の熱が効率良くサーミスタ25に伝達される。これにより、定着温調が190℃と低く、積載枚数も200枚と良好であった。また、ヒータ成形時の反りに関しても絶縁層22hと絶縁層22eの厚さが等しいことから反りの発生はなく、0mmと良好なレベルであった。
【0083】
以上説明したように、本実施例によれば絶縁層22hの熱伝導率を高くすることによって、ヒータ22の熱を応答性良くサーミスタ25に伝達することが可能となる一方で、絶縁層が全域にあることによりヒータ成形時の反りの発生を防止できる。
【0084】
本実施例では熱伝導フィラーの材料として窒化アルミニウムを用いたが、上記材料に限定されるものではなく窒化窒化ホウ素など、その他絶縁性のある熱伝導フィラーを入れても良い。
【0085】
なお、本実施例と実施例1とを組み合わせて、例えばサーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域内の絶縁層を接触領域外に比べて薄層で形成し、かつ熱伝導率を高く設定してもよい。
【実施例3】
【0086】
実施例3における画像形成装置、定着装置に関しては実施例1と同様の構成を採用するため、説明を省略し、実施例1と構成が異なる箇所について説明を行う。本実施例では
図10に示すように、実施例1の構成3に類似した構成を有している。即ち、サーミスタ25がヒータ22に接触する接触領域A1には絶縁層が設けられていない。また、接触領域A1に対して記録材の搬送方向(矢印D)で隣接する領域に、長手方向で接触領域A1の両側の絶縁層22eを接続するように長手方向に延びる絶縁層22jを有している。
【0087】
ここで、絶縁層22jの厚みは、サーミスタ25が当接していない領域の絶縁層22eの厚みより大きく設定されている。本実施例では絶縁層22jの厚みを180μmとし、絶縁層22eの厚み120μmより厚くすることで、ヒータ成形時の反りの発生を防止している。
【0088】
【0089】
表3に本実施例におけるヒータの反り量と定着性・積載性評価の結果を示す。本実施例の構成では、接触領域に隣接する領域に設けられた絶縁層22jの厚みが、接触領域外の絶縁層22eの厚みより大きいため、ヒータ成形時の反りの発生を防止できている。一方で、サーミスタ25が接触する接触領域には絶縁層22eが設けられていないことから、ヒータ22の熱が効率良くサーミスタ25に伝達されて応答性が向上し、定着温調が190℃と低く、積載枚数も200枚と良好であった。
【0090】
以上説明したように、本実施例によればサーミスタ25がヒータ22に当接する領域において、絶縁層22eが長手方向で一部繋がる絶縁層22jを有し、絶縁層22jのガラスの厚さが、サーミスタ25が当接していない領域の絶縁層22eの厚さより大きい。これにより、ヒータ成形時の反りの発生を防止しつつ、ヒータ22の熱を応答性良くサーミスタ25に伝達することができる定着装置を得ることができる。
【0091】
以上説明した実施例では、温度検知部材としてサーミスタを用いたが、これに限定されるものではなく、サーモスイッチ、温度ヒューズなどの安全素子に対しても同様の効果が得られる。
【0092】
また、上述した各実施例の定着装置は、ヒータ22がフィルム内面に直接接触しているが、ヒータとフィルム内面との間に、熱伝導性が高いシート状の部材(例えば材質が合金鉄やアルミのシート状の部材)を配置してもよい。つまり、ヒータがシート状の部材を介してフィルムを加熱する構成のニップ部形成ユニットを用いてもよい。
【符号の説明】
【0093】
9…定着装置/21,22…ニップ部形成ユニット(ヒータホルダ、ヒータ)/22a…基板/22b…第1の層(絶縁層)/22c…発熱体/22e,22h,22i,22j…第2の層(絶縁層)/23…フィルム(定着フィルム)/25…温度検知部材(サーミスタ)/30…加圧部材(加圧ローラ)/100…画像形成装置(プリンタ)/A1…接触領域/Nf…ニップ部(定着ニップ部)