JP2017138428A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材に導電層を設け導電層に通電させる方式の定着装置において、通電させる給電電極部端部に部分的に電流密度が集中してしまい、発熱抵抗体が部分的に異常昇温してしまうという課題がある。【解決手段】定着部材に導電層を設け導電層に通電させる方式の定着装置において、給電電極部に特別な加工を施すことなく、低コストかつ安定的に発熱体と給電電極部長手側端部の異常昇温を抑制させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の定着装置に関する。

電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。

さらに、別の方式の定着装置として、特許文献１には、定着部材自体に発熱抵抗体を設け、該発熱抵抗体に通電して直接定着部材を発熱させることで、熱を無駄なく定着部材に伝える方法が提案されている。また、特許文献２には、給電部をコの字状に形成することで、電極の内側端部の電流密度を低減し、局所的な過熱を生じにくくする方法が提案されている。

特開2007-272223号公報 特許第5104905号公報

特許文献１に開示された定着装置においては、発熱抵抗体に給電する際、発熱抵抗体表面にコートされた金属給電部を通して給電されるが、図１に示すように、最も抵抗の低い電流パスに部分的に電流密度が集中してしまい、発熱抵抗体が部分的に異常昇温してしまうという課題がある。

特許文献２で提案されている定着装置では、給電部をコの字状に形成し、電流密度の集中が起こらないように改善しているが、給電部をコの字に形成することによる加工コストの増大や、絶縁層なども同時に形成する必要があるといった複雑な工程による生産性の低下および生産コストの増大が考えられ、より簡素な構成での給電部異常昇温の抑制が求められる。

上記の課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、
通電により発熱する発熱体と前記発熱体の長手方向の両端部に前記発熱体に接続された電極部を設け、搬送方向に搬送される記録紙上の未定着トナー像を前記発熱体により定着させる定着装置において、
前記発熱体の前記電極部に対向する側に、導電層を設けることを特徴とする。

また、前記導電層の電気抵抗Ｒ１は、給電部の電気抵抗をＲ２、発熱層の温度上昇に伴う電気抵抗の増加分をΔＲとすると、以下の式で表せることを特徴とする。
Ｒ２＜Ｒ１＜Ｒ２+ΔＲ
また、前記導電層は、対向する長手位置に電極部が配置されている位置から電極部が配置されていない長手位置に、またがって配置されることを特徴とする。

本発明に係る定着装置によれば、給電部における電流密度の集中を避けることが出来、特別な加工を施すことなく、給電部抵抗発熱体層での異常昇温を回避することが出来る。

本発明における画像形成部の説明図 本発明における定着装置の説明図 本発明の定着装置の概略構成を説明する断面図 本発明における定着ベルトの構成を示す図 本発明の第１実施例の定着装置の簡易回路図および簡易ブロック図 本発明を施さない場合の定着ベルトの端部の長手温度分布図 本発明における定着ベルト導電層の電気抵抗率測定を示す図 本発明における定着ベルト導電層の電気抵抗率測定を示す図 本発明における定着ベルトの端部の長手温度分布図

以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

［実施例１］
（１）画像形成装置
図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、記録材Ｐの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

記録材Ｐは、トナー像が形成されるものである。記録材Ｐの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製の記録材Ｐ状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて、記録材Ｐが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材Ｐを中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像Ｔは、記録材Ｐが定着器40によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。

記録材Ｐの片面だけにトナー像Ｔを形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えにより記録材Ｐを排紙ローラ６３を介して記録材Ｐを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出するか、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出される。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、記録材Ｐはフェイスアップ（トナー像Ｔが上側）で排紙トレイ６４上に排出され、切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、記録材Ｐは、フェイスダウン（トナー像Ｔが下側）で排紙トレイ６５に排出される。

記録材Ｐの両面にトナー像Ｔを形成する場合、定着器40によってトナー像Ｔを定着された記録材Ｐは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程をへて他方の面にトナー像Ｔを形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。

（２）定着装置
次に、定着装置について説明する。

図２は定着装置４０の記録材搬送方向と直交する方向の概略構成図、図３は定着装置４０の記録材搬送方向の概略構成図である。

１００は発熱体を備えた円筒状の定着ベルト（エンドレスベルト）である。１１０は定着ベルトとの間で定着ニップを形成する加圧ローラである。

図３に示した１１２は定着ベルト１００内部に配置された支持ステーであり、定着ベルト１００を加圧ローラ１１０方向へ加圧付勢するニップ形成部材１１３を支持する。また記録材搬送方向においては、図３に示したように左右の定着フランジ111と加圧アーム114との間に加圧バネ115を縮設する。これにより、左右の定着フランジ111、支持ステー１１２、ニップ形成部材１１３を介して定着ベルト１００が加圧ローラ１１０の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅の定着ニップＮが形成される。本実施例に於ける加圧力は一端側が１５６．８Ｎ、総加圧力が３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）である。

本定着装置のニップ幅Nは、8mm〜9ｍｍの範囲内にある。定着ベルトの長手の発熱領域、及び加圧ローラの長手のゴム面長は、320mmであり、定着ベルト、加圧ローラの径は、φ24ｍｍである。支持ステー１１２は高い圧力を掛けられても撓みにくい材質であることが望ましく、本実施例においてはＳＵＳ３０４を用いている。

１１３はニップ形成部材である。１１３は摺動部材１１３ａと保持部材１１３ｂからなっている。このニップ形成部材１１３は図面に垂直方向を長手とする耐熱性樹脂等の断熱性部材である。省エネルギーの観点から支持ステー１１２への熱伝導の少ない材料を用いるのが望ましく、例えば、耐熱ガラスや、ポリカーボネート、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられる。本実施例では住友化学（株）製のスミカスーパーＥ５２０４Ｌを用いた。加圧ローラ１１０は、芯金の両端部が装置フレームの奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されて、配置されている。

図２に示した１１８は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１１８はニップ形成部材113の切り込みを入れた個所の上に置かれ、その上に、バネを配置し、支持ステーで付勢している。それにより定着ベルト１００の内面に弾性的に接触するように設置され、定着ベルト１００の内面の温度を検知する機能を担っている。

万が一、ベルトが破損して、発熱層に流れている電流が、サーミスタに流れ込まないようにするために、サーミスタにはカプトンテープが巻かれていて、定着ベルトとは絶縁性を保っている。

図４に示したように、サーミスタ１１８はＡ／Ｄコンバータ１２０を介して、制御手段として制御部１２１（ＣＰＵ）に接続される。この制御部１２１はサーミスタからの出力を所定の周期でサンプリングしており、得られた温度情報を発熱体である定着ベルトへの通電制御に反映させる。つまり、制御部１２１は、サーミスタ１１８の出力をもとに、発熱体への通電制御内容を決定し、電源部79から給電部１０５を介して定着ベルト１００の発熱体へ供給する通電を制御する。尚、本実施例の定着装置での上記制御は、記録材Ｐにトナー像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１１８の検知温度が一定となるように制御する。

加圧ローラ１１０は駆動手段Mにより図２の矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト１００は加圧ローラ１１０によって従動し所定の速度で回転する。加圧ローラ１１０は、ステンレス製のφ18ｍｍの芯金上に、厚み約３ｍｍの導電性の弾性層、さらに厚み約50μmの離型層が順に積層された多層構造とされている。芯金、弾性層、離型層はシリコーン樹脂から成る接着剤により強固に接着されている。加圧ローラの製品としての硬度は、ＡＳＫ−Ｃで65度としている。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、シリコーンゴム層の厚みは、厚さとして3ｍｍ以下、好ましくは1ｍｍ〜3ｍｍ、離型層の厚みとしては、20〜50μmの範囲内で使用すればよい。

定着ベルト１００の内面にはグリスが塗布され、ニップ形成部材１１３と定着ベルト１００内面との摩擦に起因して発生する、定着ベルト１００内面の磨耗を低減する。給電電極部１０５は、電源供給部７９と電気的に接続される給電部材８１と接触する。給電部材８１はステンレスの板ばね形状のアームの上に、銀とパラジウムからできた合金部材を配置したものであり、給電部材８１を給電電極部１０５に押圧することで電気的接続も良好に維持される。定着ベルト１００の内面に設置されたサーミスタ１１８の検知温度に応じて、制御部１２１が電源供給部７９により通電制御する。

制御部１２１はモータMの回転制御を所定の条件で行っている。モータMが回転にすることにより、加圧ローラギアを介して、加圧ローラが回転する構成となっている。

（３）定着制御
プリント時の定着動作を図４に示したブロック図を用いて説明する。定着動作開始の指示を制御部１２１が受け付けると、制御部１２１は、電源供給部７９を作動させて定着ベルト給電部材８１に給電を開始する。

定着ベルト内面に配置されたサーミスタ１１８の検知温度が所定の目標温度T１（本実施例では、１６０℃）に達するまで、定着ベルト給電部材８１に給電しつづける。目標温度T１に到達したら、モータMを駆動させる。モータMの駆動により加圧ローラ１１０が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト１００が従動回転する。更に定着ベルト給電部材８１に給電しつづけて、サーミスタ１１８の検知温度が目標温度T２（本実施例では、１６５℃）に達した時点で給紙動作を行い、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。

定着動作中は、サーミスタ１１８の検知温度が目標温度T２近傍で安定するように、電源供給部７９から定着ベルト１００へ供給する電力をサーミスタ１１８の検知温度に応じて制御する。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト１００の外面に密着し、記録材Ｐが定着ベルト１００と共に移動する。定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、発熱層で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト１００から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。プリント動作が終了すると定着動作終了の指示により、電源供給部７９からの給電を停止してモータMを停止させる。

（４）回転発熱体
次に、回転発熱体である定着ベルト１００の構成について、図５を用いて詳細に説明する。

図５は定着ベルト長手の層構成模式図であり、矢印Ａ方向（Ｚ方向）が内周側である。

本実施例における定着ベルト１００は、内周側から外周側へ順に、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４の３層複合構造である。また、回転軸方向端部には、給電電極部１０５がある。

また、発熱層１０１を介して、給電電極部に対向する側に、かつ、長手位置に電極部が配置されている位置から電極部が配置されていない長手位置に、またがって導電層１０６が配置されている。

基層１０１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、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ベルト、更にはＳＵＳ、ニッケルなどの金属ベルトを使用できる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍの円筒状ポリイミドベルトを用いた。尚、基層２０ａとして導電性を有する材料を用いる場合は、基層１０１と発熱層１０２との間にポリイミドなどの絶縁層を設ける必要がある。

離型層１０４は厚さ２０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層としてはＰＦＡコートを用いても良く、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。また、離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により発熱層１０２と接着されている。

発熱層１０２は、導電粒子としてのカーボンを含有したポリイミド樹脂を均一な厚さで基層１０１上に塗布した抵抗発熱体である。発熱層の総抵抗値は１０．０Ωである。従って、電圧が１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は１０００Ｗである。尚、この抵抗値は定着装置として必要な発熱量によって適宜決定すればよく、カーボンの混合比率により適宜調整することができる。

更に、定着ベルト１００の両端部には給電電極部１０５が形成されており、給電電極部１０５は発熱層１０２の両端と電気的に接続される。給電電極部１０５は銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。

従来、給電電極部１０５は、発熱層１０１に比べて、電気抵抗が小さいため、図６に示すように、給電電極部１０５に印加された電流は、発熱層１０１よりも給電電極部に流れやすく、給電電極部１０５の長手中央側端部に集中して発熱層１０１に流入する。それにより、給電電極部１０５の長手中央側端部と発熱層１０１の接点における電流密度が過剰となり、発熱層１０１の異常昇温を引き起こす。上記課題の検証実験では、300℃以上の異常昇が確認されており、製品上問題である。

よって本実施例では、上述した異常昇温の原因である発熱層１０１への印加電流の過集中を緩和させるために、給電電極部１０５に対向する側に導電層１０６を配置させる。発熱層１０１の電気抵抗は、使用する材料から温度上昇とともに増加する特性を有しており、25℃の状態と250℃の状態では、抵抗率にしておよそ1.0× 10-8 (Ωm)電気抵抗が増加する。

それゆえ図７(ａ)、(ｂ)に示すように、発熱層１０２の電気抵抗Ｒ２および上述した発熱層の温度上昇にともなう電気抵抗の増大量ΔＲに対して、導電層１０６の電気抵抗Ｒ１が小さければ、導電層１０６へ電流が流れる迂回流路を発生させることができる。本実施例における導電層としては、銅もしくはアルミニウムといった材料を用いることが可能である。

以上、本実施例により、図８に示すように、給電電極部１０５の長手中央端部の印加電流の過集中を緩和させることが可能となり、同位置における異常昇温をおよそ100℃抑制させる効果が確認できる。

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の画像形成装置に関する。

１００ 定着ベルト、１０１ 基層、１０２ 抵抗発熱層、１０４ 離型層、
１０５ 給電層、１０６ 導電層、１１０ 加圧ローラ、１１３ 摺動部材、
７９ 電源供給部、８１ 給電電極部材、Ｍ モータ

Claims (3)

1. 通電により発熱する発熱体（１０２）と前記発熱体の長手方向の両端部に前記発熱体に接続された電極部（１０５）を設け、搬送方向に搬送される記録紙上の未定着トナー像を前記発熱体により定着させる定着装置において、
   前記発熱体（１０２）の前記電極部（１０５）に対向する側に、導電層（１０６）を設けることを特徴とする定着装置。
2. 前記導電層（１０６）の電気抵抗Ｒ１は、給電部（１０５）の電気抵抗をＲ２、発熱層（１０２）の温度上昇に伴う電気抵抗の増加分をΔＲとすると、以下の式で表せることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
   Ｒ２＜Ｒ１＜Ｒ２+ΔＲ
3. 前記導電層（１０６）が配置される位置は、対向する長手位置に電極部（１０５）が配置されている位置から電極部（１０５）が配置されていない長手位置に、またがって配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。