JPH10240357A - ヒータ及び定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より応答性がよく、正確な温度検出が可能な
ヒータ、更には前記ヒータを用いた定着装置及び画像形
成装置を提供する。 【解決手段】 基板17と、前記基板17の一方面側に設け
られた通電により発熱する発熱体18と、前記発熱体18に
よる加熱温度を検出するための温度検出素子20と、を有
し、前記温度検出素子20を前記発熱体18を設けた同一面
側の基板17に設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発熱体による加熱温
度を精度よく検出することができるヒータ、これを用い
た定着装置及び画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタや複写機等にあっては電子写真
記録方式によって画像を形成するものが多いが、この電
子写真記録方式は記録媒体にトナー像を転写し、この記
録媒体に熱及び圧力を印加してトナー像を定着させるよ
うにしている。

【０００３】前記トナー像を定着させるための定着装置
としては、従来から熱ローラ方式が用いられていた。こ
の方式は、内部にヒータを備えた金属製ローラと、これ
に圧接する弾性をもった加圧ローラを基本構成として、
このローラ対のニップ部に被加熱部材としての記録媒体
を導入して挟持搬送、通過させることによってトナー像
を加熱、加圧定着させるものである。

【０００４】しかし、このような熱ローラ方式の定着装
置では、ローラの熱容量が大きいためにローラ表面を定
着温度まで上げるのには非常に多くの時間を要してい
た。このため、画像出力動作を速やかに実行するために
は、装置を使用していないときにもローラ表面をある程
度の温度に温調していなければならないという問題点が
あった。

【０００５】そこで、前記問題点を解決するために、フ
ィルムを加熱して定着するフィルム加熱方式の加熱装置
が提案されている（特開昭63−313182号公報、特開平2
−157878号公報等）。

【０００６】このフィルム加熱方式の定着装置は通常、
簿肉の耐熱性フィルムと、このフィルムの一方面側に固
定支持して配置された加熱体（ヒータ）と、他方面側に
ヒータに対向して配置された、ヒータに対してフィルム
を介して被加熱部材を密着させる加圧部材とからなって
いる。

【０００７】そして、これを定着装置として用いる場合
には、前記フィルムを挟んでヒータと加圧部材との圧接
で形成される圧接ニップ部に、トナー像を形成担持させ
た記録媒体を導入して通過させることにより、記録媒体
の顕画像担持体面がフィルムを介してヒータで加熱さ
れ、未定着画像に熱エネルギーを付与し、トナーが軟
化、溶融して画像の加熱定着がなされる。

【０００８】前記ヒータは、通電により発熱する抵抗発
熱体と、この抵抗発熱体が設けられる良熱伝導性のセラ
ミック基板を有し、この基板の温度を検知する温度検出
素子の出力により抵抗発熱体への通電を制御している。

【０００９】前記温度検出に際し、従来は前記抵抗発熱
体を含む加熱体の裏面にガラスで保護されたサーミスタ
ービーズで構成されるサーミスタを取り付けリード線で
サーミスタビーズの抵抗値を測定することによって加熱
体の温度を検出し、加熱体の抵抗発熱体に加える電力を
制御して加熱体の温度を所定の値に制御していた。

【００１０】また、前記サーミスタと加熱体との接触状
態のばらつきをなくし、応答性をよくするために、図９
に示すように、発熱体57を設けたヒータ基板55の裏面に
チップ型のサーミスタを取り付けたヒータが作られるよ
うになった。このチップ型サーミスタは、アルミナ基材
50の上にサーミスタ材51と電極52を積層し、防湿層53と
してガラスをコートして作られる。そしてこのチップ型
のサーミスタを耐熱性の高い導電性接着剤54でヒータ基
板55の裏面に設けた電極に接着して構成する。

【００１１】更に組立性を向上させ、且つ前記応答性を
よくするために、図10に示すように、サーミスタ56を印
刷によってヒータ基板55上に直接形成することが提案さ
れている。この印刷サーミスタはヒータ基板55との間隙
がなく、直接基板55に印刷されているために応答性のば
らつきが少なくなり、より正確な温度検出が可能とな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】今日の画像形成装置等
にあってはプロセススピードの高速化に伴い、良好な定
着性を確保し、且つクイックスタートの実現が要求され
ている。そのためには加熱定着装置の各部材に熱伝導性
が高く、低熱容量の材料を用いる必要がある。

【００１３】しかし、ヒータの熱容量を小さくすると、
ヒータの温度昇降が速くなるために温度検出素子の応答
時間が長いと温度リップルが大きくなって目標温度への
制御が複雑になってしまう。そのためにより応答性がよ
く、正確な加熱温度の検出が可能なヒータが望まれてい
る。

【００１４】本発明は上記点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、より応答性がよく、正確
な温度検出が可能なヒータ、更には前記ヒータを用いた
定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る代表的な構成は、基板と、前記基板の一
方面側に設けられた通電により発熱する発熱体と、前記
発熱体による加熱温度を検出するための温度検出素子
と、を有し、前記温度検出素子を前記発熱体を設けた同
一面側の基板に設けたことを特徴とする。

【００１６】上記構成にあっては、発熱体と同一面上に
おいて温度を検出するために基板の厚さ等にかかわら
ず、直接的により精度よく温度検出することができる。
従って、該ヒータを用いて定着装置及び画像形成装置を
構成した場合には、より精度よく定着温度を制御するこ
とが容易となり、高品位の画像を得ることが可能とな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に本発明に係る定着装置を用い
た画像形成装置の一実施形態について図面を参照して説
明する。

【００１８】〔第１実施形態〕図１乃至図４は第１実施
形態を示すものであり、図１はヒータの構成説明図あ
り、図２は画像形成装置の全体模式説明図、図３は定着
装置の構成説明図である。

【００１９】ここでは説明の順序として、まず画像形成
装置の全体構成について説明し、次に定着装置及びこれ
に用いるヒータの構成について説明する。

【００２０】｛画像形成装置の全体構成｝この画像形成
装置（レーザービームプリンタ）Ａは、図２に示すよう
に、光学手段１から画像情報に基づいた情報光（レーザ
ー光）をドラム形状の像担持体である電子写真感光体へ
照射して該感光体に潜像を形成し、この潜像を現像して
トナー像を形成する。そして前記トナー像の形成と同期
して、記録媒体である記録媒体Ｐを搬送手段で搬送し、
この記録媒体Ｐに対して画像形成手段によって画像を形
成するように構成している。

【００２１】本実施形態にあっては画像形成手段として
電子写真方式を用いており、且つ電子写真感光体である
感光体ドラム２や図示しない帯電手段、現像手段、クリ
ーニング手段をカートリッジ化し、このプロセスカート
リッジ３を装置本体に着脱可能としている。画像形成手
段は回転する感光体ドラム２の表面を帯電手段によって
一様に帯電した後、前記光学手段１からの光照射によっ
て感光体ドラム２に潜像を形成し、この潜像を現像手段
によってトナー現像して可視像化する。そして、前記ト
ナー像を転写手段４において搬送される記録媒体Ｐに転
写し、該転写像を定着装置である定着手段５で定着する
ように構成している。

【００２２】一方、前記記録媒体Ｐを搬送するためのシ
ート搬送手段は、装置本体の底部に装着した記録媒体カ
セット６からピックアップローラ７及び分離爪６ａによ
って一枚ずつ分離給送すると共に、搬送ローラ８及びこ
れに圧接して従動回転するピンチローラ９によってＵタ
ーン搬送して画像転写部へと搬送する。

【００２３】そして転写手段を構成する転写ローラ４に
電圧印加をすることによって、感光体ドラム２に形成し
たトナー像が転写された記録媒体Ｐを、搬送ローラ８及
び転写ローラ４の駆動回転によってガイド手段を構成す
る搬送ガイド部材10に沿って搬送し、定着手段５へ至ら
せる。更に、定着手段５で熱及び圧力が印加されて転写
トナー像が定着された記録媒体Ｐを排出ローラ対11，12
によって搬送して装置本体上部の排出部13へ排出する如
く構成している。

【００２４】｛定着装置及びヒータの構成｝次に記録媒
体Ｐに転写したトナー像を定着する定着手段（定着装
置）５の構成及びこれに用いるヒータの構成について説
明する。

【００２５】本実施形態に係る定着手段５は、テンショ
ンレスタイプのフィルム加熱定着装置であり、その構成
は図３に示すように、回転可能な筒状の筒部材である耐
熱性フィルム14が発熱体を含むフィルムガイド部材でも
あるヒータＨの支持体15に外嵌させてある。このフィル
ム14の内周長と支持体15の外周長はフィルム14の方を、
例えば３mm程度大きくしてあり、従ってフィルム14は支
持体15に対して周長がルーズに外嵌している。

【００２６】尚、前記フィルム14は筒状でなくても、記
録媒体の搬送に従動して移動する構成であれば、例えば
供給ローラから巻き取りローラへと順次繰り出される構
成のものでもよい。

【００２７】前記フィルム14は熱容量を小さくして装置
のクイックスタート性を向上させるため、フィルム膜厚
は100 μm 以下、好ましは50μm 以下20μm 以上の耐熱
性のあるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、Ｐ
ＦＡ（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）、ＦＥＰ（テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）の単層、
或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ（ポリ
エーテルエーテルケトン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサル
ホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の外
周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングし
た複合層フィルムを使用するのが好ましい。尚、本実施
形態ではポリイミドフィルムの外周表面にＰＴＦＥをコ
ーティングしたものを用いている。

【００２８】16は前記ヒータＨとの間でフィルム14を挟
んでニップＮを形成し、フィルム14に記録媒体Ｐを押圧
すると共に、該記録媒体Ｐに搬送力を付与する回転部材
であるところの加圧ローラである。この加圧ローラ16
は、芯金16ａにシリコンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム
ローラ部16ｂを一体的に設けてなり、芯金16ａの端部に
取り付けた図示しないギアに駆動力を伝達することによ
って図３の矢印Ａ方向へ駆動回転する。これにより、記
録媒体Ｐが矢印Ｂ方向へ搬送されると共に、フィルム14
が矢印Ｃ方向へ回転する。

【００２９】前記支持体15にはフィルム14を加熱するヒ
ータＨが取り付けてあり、ニップＮを通過する記録媒体
Ｐを加熱することにより、画像形成手段で転写されたト
ナー像を記録媒体Ｐに永久定着する。

【００３０】ここで、前記ヒータＨの構成について説明
すると、図１(a) のヒータ長手方向概略説明図及び(b)
の概略断面説明図に示すように、アルミナ等でできた基
板17の表面に、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）等の
電気抵抗材料からなる発熱体18を、厚み約10μm 、幅１
〜３mmにスクリーン印刷等によって塗工し、その上に保
護層19としてガラスやフッ素樹脂等をコートしてある。
更に、ヒータの温度制御を行うために発熱体18による加
熱温度を検出する温度検出素子であるサーミスタ20が取
り付けてある。

【００３１】このサーミスタ20は発熱体18を設けた同一
面側の基板17上であって発熱体18の近傍に、印刷によっ
てサーミスタ材20ａと電極20ｂとを形成し、その上面を
保護層19によってコートして構成している。

【００３２】前記サーミスタ20によってヒータＨの温度
を検出し、その出力をＡ／Ｄ変換して図３に示すＣＰＵ
21に取り込み、その信号をもとにトライアック22によっ
て発熱体18に通電するＡＣ電圧を位相、周波数制御等の
パルス幅変調をかけて制御することにより、温度制御す
る。

【００３３】前記温度制御は、プロセススピードが速く
なるほど定着ニップ内の発熱体18の温度とサーミスタ20
が検出する温度に誤差がなく、且つ応答性がよく、温度
リップルのばらつきも小さいことが要求される。この点
について、本実施形態ではサーミスタ20を発熱体18と同
じ面の定着ニップ内に配置してあるために、基板17の裏
面側にサーミスタを設けた場合よりも実際の定着ニップ
内の発熱体18の温度とサーミスタ20の検出する温度誤差
が抑えられ、応答性も良くなる。このために、高速化さ
れた装置（本実施形態ではプロセススピード50mm/sec）
であっても、精度よく定着温度制御を行うことができ、
定着不良やオフセット、光沢ムラ等のない良好な画像を
得ることができるものである。

【００３４】ここで、本実施形態に係る構成のヒータＨ
を用いて定着温度を制御し、画像形成した場合と、ヒー
タ基板の裏面にサーミスタを設けたヒータを用いて定着
温度を制御して画像形成した場合の実験結果を示す。

【００３５】図４(a) に示す表は、ヒータ基板の裏面に
サーミスタを設けたヒータのサーミスタ出力（温調温
度）に対する実際の定着ニップ内の発熱体表面温度を示
し、図４(b) はそのときの温度リップルΔＴの値を示
す。

【００３６】図４(a),(b) の値からわかるように、ヒー
タ裏面の温度をモニターして温調した場合の実際のヒー
タ表面温度は、サーミスタ出力よりも高い温度を示し、
裏面の温度リップルΔＴよりも表面の温度リップルΔＴ
の方が大きいことがわかる。

【００３７】尚、実験においては本実施形態のヒータの
温調温度を、ヒータ基板裏面にサーミスタを設けたヒー
タと同等の定着性が得られるように設定し、サーミスタ
を基板裏面に設けたヒータの温調温度を200 ℃、190
℃、180 ℃としたのに対し、本実施形態のヒータでは21
0 ℃、200 ℃、190 ℃とした。図４(c) はこのときの温
度リップルで、図４(b) と比較してヒータ表面温度のリ
ップルは明らかに小さくなっていることがわかる。

【００３８】図４(d) は基板裏面にサーミスタを設けた
ヒータと本実施形態のヒータを用いて画像形成した場合
の画像評価（定着ムラ、オフセット、光沢ムラ）結果で
あり、評価は優◎、良○、可△、不可×の４段階に分け
て評価した。ここでは、測定誤差、ばらつき等を考慮
し、各10本ずつ評価した。

【００３９】この結果からわかるように、ヒータ裏面で
温度検出して温調制御した場合、実際のヒータ表面温度
はヒータ裏面の温度よりもかなりばらつきがあり、ヒー
タ裏面で温度検出した際の温度プロファイルのばらつき
がある。

【００４０】また、ヒータ表面の温度を検出して温調制
御した場合には、当然のことながらヒータ表面温度は裏
面温度を検出して温調制御する場合よりも、温度プロフ
ァイルが均一で、目標温度に対するばらつき、リップル
が少なく、定着不良、定着ムラ、オフセット、光沢ムラ
等の画像不良が発生し難くなっていることがわかる。

【００４１】〔第２実施形態〕前述した実施形態ではサ
ーミスタ材20ａを発熱体18の近傍に配置した例を示した
が、図５に示すように、印刷サーミスタ材20ａを発熱体
18上に積層して形成してもよい。尚、図５(a) はヒータ
Ｈの長手方向概略説明図であり、図５(b) は概略断面説
明図である。

【００４２】このヒータＨは、発熱体18の上に絶縁層21
を設け、その上に印刷サーミスタ材20ａを設け、また長
手方向に関してはニップ内の正確な温度がモニタでき、
且つ画像を乱さないように、記録媒体Ｐの搬送領域外に
サーミスタ材20ａを配置して構成している。

【００４３】このヒータＨを用いた場合も、前述した第
１実施形態と同様に、ヒータ裏面にサーミスタを設けた
ヒータを用いて画像形成した場合との比較実験結果を図
６に示す。尚、この場合も第１実施形態と同様に、本実
施形態のヒータ温調温度はヒータ基板の裏面にサーミス
タを設けたヒータと同等の定着性が得られるように、基
板裏面にサーミスタを設けたヒータの温調温度を200
℃、190 ℃、180 ℃としたのに対し、本実施形態のヒー
タでは220 ℃、210 ℃、200 ℃とした。その結果は本実
施形態に係るヒータでは210 ℃、200 ℃、190 ℃とし
た。図６(a) はこのときの本実施形態に係るヒータの温
度リップルで、図４(b) の基板裏面にサーミスタを設け
たヒータの場合の結果と比較してヒータ表面温度のリッ
プルは第１実施形態よりも更に小さくなり、応答性が向
上したことがわかる。

【００４４】尚、図６(b) は基板裏面にサーミスタを設
けたヒータと本実施形態のヒータの画像評価結果であ
り、評価は前述した第１実施形態の場合と同様に４段階
に分けて評価した。

【００４５】この結果から明らかなように、発熱体18上
にサーミスタ材20ａを配置することによって、より精度
よい定着温度制御ができ、高品位の画像を得ることがで
きた。

【００４６】〔第３実施形態〕前述した第１実施形態及
び第２実施形態は、ヒータの温度検出を主眼としていた
が、定着装置にあっては搬送される記録媒体Ｐの温度が
所定温度に達しているか否かが本来的には問題となるも
のである。

【００４７】そこで、図７に示すように、搬送される記
録媒体の温度に近い定着フィルム14の温度を検出可能に
構成すると、より良好な画像を得ることができる。

【００４８】尚、図７(a) はヒータＨの断面説明図であ
り、(b) は長手方向の一部切り欠き平面説明図である。

【００４９】図７に示すヒータＨは、発熱体18と同一面
側の基板17上に温度検出素子であるサーミスタ材20ａを
設ける点では第１実施形態と同様であるが、その位置は
発熱体18よりも記録媒体搬送方向下流側に配置してい
る。そして、サーミスタ材20ａ上にはガラスコートによ
る保護層19を設けることなく、印刷形成している。

【００５０】印刷サーミスタはガラスを含んだ焼結物で
あるために、樹脂フィルム14に比べてはるかに高い硬度
があり、フィルム14と摺擦しても磨耗することはない
（尚、サーミスタ材20ａ上に保護層19を設けてもよ
い）。

【００５１】上記のように構成することにより、ニップ
内で加熱されたフィルム14の温度とヒータの温度の平均
値がサーミスタ20の出力として得られるため、より精度
の高い温度制御が可能となる。

【００５２】尚、図８に示すように、ヒータ基板17と印
刷サーミスタ材20ａとの間に断熱のためのガラス層（本
実施形態では保護層19が兼ねている）を設けると、サー
ミスタ材20ａに基板17からの伝熱が減少するために、更
に精度のよい温度制御を行うことができるので好まし
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明は前述のように構成したために、
発熱体と同一面上において温度を検出するために基板の
厚さ等にかかわらず、直接的により精度よく温度検出す
ることができる。

【００５４】従って、前記ヒータを用いて定着装置及び
画像形成装置を構成した場合には、より精度よく定着温
度を制御することが容易となり、高品位の画像を得るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒータの構成説明図である。

【図２】画像形成装置の全体模式説明図である。

【図３】定着装置の構成説明図である。

【図４】発熱体と同一面側の基板表面にサーミスタを配
置したヒータと、基板裏面にサーミスタを配置したヒー
タの温度リップル、画像評価結果を示す表図である。

【図５】サーミスタを発熱体上に配置した実施形態の説
明図である。

【図６】発熱体上にサーミスタを配置したヒータと、基
板裏面にサーミスタを配置したヒータの温度リップル、
画像評価結果を示す表図である。

【図７】ヒータの加熱によるフィルム温度を検出して温
調制御するためのヒータの構成説明図である。

【図８】ヒータの加熱によるフィルム温度を検出して温
調制御するためのヒータであって、基板とサーミスタ間
に断熱層を設けたヒータの構成説明図である。

【図９】ヒータ基板の裏面に設けたサーミスタチップに
よって温度検出するヒータの構成説明図である。

【図１０】ヒータ基板の裏面に設けた印刷サーミスタを
用いて温度検出するヒータの構成説明図である。

【符号の説明】

Ｈ …ヒータ Ｐ …記録媒体 １ …光学手段 ２ …感光体ドラム ３ …プロセスカートリッジ ４ …転写手段 ５ …定着手段 ６ …記録紙カセット ６ａ …分離爪 ７ …ピックアップローラ ８ …搬送ローラ ９ …ピンチローラ 10 …搬送ガイド部材 11 …排出ローラ対 12 …排出ローラ対 13 …排出部 14 …フィルム 15 …支持体 16 …加圧ローラ 16ａ …芯金 16ｂ …ローラ部 17 …基板 18 …発熱体 19 …保護層 20 …サーミスタ 20ａ …サーミスタ材 20ｂ …電極 21 …絶縁層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 前記基板の一方面側に設けられた通電により発熱する発
   熱体と、 前記発熱体による加熱温度を検出するための温度検出素
   子と、 を有し、 前記温度検出素子を前記発熱体を設けた同一面側の基板
   に設けたことを特徴とするヒータ。
2. 【請求項２】 基板と、 前記基板の一方面側に設けられた通電により発熱する発
   熱体と、 前記発熱体による加熱温度を検出するための温度検出素
   子と、 を有し、 前記温度検出素子と前記発熱体とを積層形成したことを
   特徴とするヒータ。
3. 【請求項３】 前記温度検出素子を印刷サーミスタで構
   成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒ
   ータ。
4. 【請求項４】 記録媒体に転写した画像を加熱して定着
   する定着装置において、 記録媒体の搬送に従動して移動するフィルム部材と、 前記フィルム部材に記録媒体を押圧すると共に、記録媒
   体に搬送力を付与する回転部材と、 前記フィルム部材を介して前記記録媒体を加熱するヒー
   タと、 を有し、 前記ヒータとして、請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項記載のヒータを用いたことを特徴とする定着装置。
5. 【請求項５】 前記温度検出素子を前記記録媒体に転写
   した画像の通過領域外に配置したことを特徴とする請求
   項４記載の定着装置。
6. 【請求項６】 記録媒体に画像を転写し、加熱して定着
   する画像形成装置において、 記録媒体を搬送するための搬送手段と、 前記記録媒体に画像を転写するための画像形成手段と、 前記転写された画像を記録媒体に定着させるための定着
   手段と、 を有し、 前記定着手段として、請求項４又は請求項５記載の定着
   装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。