JPH10268698A

JPH10268698A - 加熱装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JPH10268698A
Application number: JP8885397A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Oba; 浩幸大羽; Masashi Komata; 将史小俣
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の寿命を短くすることなく被加熱材を高速
で、且つ効率的に加熱できる加熱装置を提供することに
ある。また、このような加熱装置を利用することによ
り、画像形成を省電力で行なうことができる長寿命の画
像形成装置を提供することにある。【解決手段】加熱体は２つの発熱部材８ａ，８ｂを備
え、被加熱材の搬送方向上流側の発熱部材８ａは、下流
側の発熱部材８ｂ以上の発熱量で発熱することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィルム加熱方式の
加熱装置、及びこの加熱装置を画像定着装置とする画像
形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、上記フィルム加熱方式の加熱
装置として、耐熱性のフィルムの一面側に加熱体を、他
面側に被加熱材を密着させて被加熱材をフィルムと共に
走行移動させて加熱体の熱エネルギーをフィルムを介し
て被加熱材に付与する方式の加熱装置が知られている。
そして、本出願人はこのような加熱装置について先の提
案にかかる特開昭６３−３１３１８２公報，特開平２−
１５７８７８号公報，特開平４−４４０７５〜４４０８
３号公報等に開示してきた。この利用法としては、電子
写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置の
定着装置−すなわち、加熱溶融性の樹脂等からなるトナ
ーにより、目的の画像に応じて、被加熱材としての記録
材（エレクトロファックスシート，静電記録シート，転
写材シート，印刷紙など）の面に形成された未定着画像
を、熱と圧力を加えることにより定着させ、永久固着画
像を形成する装置としての利用がある。

【０００３】また、たとえば、定着、未定着にかかわら
ず画像の形成された記録材の材質（特に表面）を改質
し、光沢性、耐水性、耐久性等を向上させる装置として
も利用できる。

【０００４】フィルム加熱方式の加熱装置は例えば、定
着装置に利用することにおいては、ほかの、熱ローラ方
式、フラッシュ加熱方式、オーブン加熱方式、熱板加熱
方式など種々の方式、構成のものに比べ、昇温の速い低
熱容量の加熱体や薄膜のフィルムを用いることができる
ため、省電力化やウェイトタイム短縮化（クイックスタ
ート性向上）を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな加熱装置を用いて被加熱材の搬送速度（プロセスス
ピード）を速くしようとすると、プロセススピードが遅
いときよりも被加熱材を短時間で加熱しなければならな
い。しかしそのために加熱体の温度を上げたり加圧力を
高くしたりすると装置の寿命を短くしてしまうという問
題があった。

【０００６】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的は、装置の寿命を短く
することなく被加熱材を高速で、且つ効率的に加熱でき
る加熱装置を提供することにある。また、このような加
熱装置を利用することにより、画像形成を省電力で行な
うことができる長寿命の画像形成装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る加熱装置にあっては、固定支持された
加熱体と、該加熱体に接触摺動するフィルムと、被加熱
材が、フィルムを介して加熱体に密着しつつ、フィルム
と共に搬送させるような搬送路と、を設け、被加熱材に
熱エネルギーを付与する加熱装置において、前記加熱体
は少なくとも２つの発熱部材を有し、それらの発熱部材
のうち、被加熱材の搬送方向上流側の発熱部材は、下流
側の発熱部材以上の発熱量で発熱することを特徴とす
る。

【０００８】またこのとき、前記発熱部材の発熱量を制
御する制御手段を設け、発熱部材のうち、いずれか一つ
の発熱部材のみ発熱量を制御し、その制御する発熱部材
よりも搬送方向上流側の発熱部材は最大発熱量で発熱
し、下流側の発熱部材は発熱しないことを特徴とする。

【０００９】前記発熱部材は通電によって発熱し、その
発熱量を通電する電流の位相制御によって制御すること
は好適である。

【００１０】前記発熱部材は通電によって発熱し、その
発熱量を通電する電流の波数制御によって制御すること
は好適である。

【００１１】また、本発明に係る画像形成装置において
は、上記特徴を持つ加熱装置を、定着装置として備え、
シート上に未定着トナー像を形成させる画像形成手段
と、該画像形成手段により形成された未定着トナー像を
担持したシートを前記定着装置に搬送する搬送手段と、
を設けたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を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、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する
趣旨のものではない。

【００１３】（実施の形態１）本発明の第１の実施の形
態に係る加熱装置を図１〜図３に基づき説明する。図１
は加熱装置の断面図である。

【００１４】図１において、加熱装置１０は、固定支持
された加熱体２（以下ヒータと呼ぶ）と、加熱体に接触
摺動するフィルム３と、が設けられ、ヒータ２には、フ
ィルム３を挾んで加圧ローラ４が圧接されており、被加
熱材の搬送路としてのニップ１１を形成している。

【００１５】加熱体２は２つの発熱部材８ａ，８ｂを備
え、ステー１の一部となっている。フィルム３はエンド
レスの耐熱性フィルムであり、ステー１に外嵌させてい
る。エンドレスの耐熱性フィルム３の内周長と２本の加
熱体８ａ，８ｂを含むステー１の外周長は、フィルム３
の方を例えば３ｍｍ程大きくしてあり、従ってフィルム
３はステー１に対し周長の余裕をもってルーズに外嵌し
ている。

【００１６】フィルム３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、その膜厚を１００μ
ｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上に形成
し、材質としてはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの単層、あ
るいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＦ
Ａ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムを使用
できる。本実施の形態では、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た。

【００１７】ヒータ２は、アルミナ等でできた基板表面
に、発熱部材８ａ，８ｂとして、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀
パラジウム）等の電気抵抗材料を、厚み約１０μｍ、幅
１〜５ｍｍにスクリーン印刷等により塗工し、この上に
保護層９としてガラスやフッ素樹脂等をコートしてあ
る。

【００１８】加圧ローラ４は、芯金５とシリコーンゴム
等の離型性の良い耐熱ゴム６からなり、芯金５の端部よ
り駆動手段（図示せず）により駆動され、この駆動に伴
って、フィルム３も従動回転するようになっている。

【００１９】本実施の形態における温度制御は、ヒータ
２上に設けられた温度検知手段たるサーミスタ１９の出
力をＡ／Ｄ変換して温度制御手段たるＣＰＵ２０に取り
込み、その情報をもとにトライアック（不図示）により
発熱部材８ａ，８ｂに通電するＡＣ電圧を、位相制御、
波数制御等により所望の値とすることで行う。

【００２０】即ち、サーミスタ１９の検知温度が所定の
設定温度より低い場合はヒータ２が昇温するように、ま
た、高い場合は降温するように通電を制御することでヒ
ータ２の温度を定着時に一定に保つように温調する。

【００２１】したがって、上記フィルム３を介して形成
されるヒータ２と加圧ローラ４のニップ１１部に、被加
熱材として、例えば、図のように未定着の粉体トナー像
Ｔを担持した記録材Ｐが搬送されると、記録材Ｐ上の未
定着の粉体トナー像Ｔは、ニップ１１において熱エネル
ギーと圧力が加えられることにより溶融し、記録材Ｐ上
に定着される。

【００２２】このように、本実施の形態におけるこの加
熱装置は、複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成
装置の定着装置として用いることができ、画像形成装置
のメインスイッチがオンされた後に、プリント指令を待
って発熱部材８ａ，８ｂへの通電を開始し、プリント指
令を待つスタンバイ時は発熱部材８ａ，８ｂへの通電を
停止するようにもできる。

【００２３】次に、本願の特徴的部分である、発熱部材
の発熱方法について説明する。

【００２４】本実施の形態に係る加熱装置１０では、加
熱体２に設けられた２つの発熱部材のうち、被加熱材の
搬送方向上流側の発熱部材８ａは、下流側の発熱部材８
ｂ以上の発熱量で発熱する。

【００２５】即ち、トライアック（不図示）により発熱
部材８ａ，８ｂに通電するＡＣ電圧を波数制御すること
により発熱部材８ａの方が通電量が多くなるよう制御す
る。

【００２６】これに対し、２つの発熱部材の寿命が同程
度であることを考慮すると、発熱部材８ａ，８ｂの発熱
量を均等に制御するという方法でもよいように思われ
る。しかし、この方法では、発熱部材８ａからの熱はニ
ップを通る記録材の加熱に有効に利用されるが、発熱部
材８ｂからの熱は無駄が多くなってしまい、本願構成の
方が、ニップ１１を通る被加熱材をより効率的に加熱す
ることができる。

【００２７】この理由を図２及び図３により説明する。
記録材の進入方向側に位置する発熱部材８ａのみを発熱
させたとき、ヒータ表面の温度分布は図２の上側のグラ
フで表される。また、同様にフィルム３の記録材と接触
する面の温度は図２の下側のグラフで表される。この２
つのグラフのピークの移動はフィルム３の内周面から外
周面への伝熱に要する時間中のフィルム３の移動による
ものである。同様に図３では発熱部材８ｂのみを発熱さ
せた場合の温度分布を示している。発熱部材８ａのみを
発熱させた場合らはフィルム３の外周面の温度は２本の
発熱部材のほぼ中央で温度のピークを迎えるのに対し、
発熱部材８ｂのみを発熱させた場合には温度のピークは
ヒータの端部にあり、しかもその裾野の一部分はヒータ
基板からはみ出している。つまり、その部分の熱は無駄
になってしまう。

【００２８】例えば、未定着トナー像の定着の場合には
熱と圧力の両方が加わることにより行われるので、温度
のピークがニップ中心から離れるにつれて記録材の定着
性への寄与が低くなる。

【００２９】図４は上記のように発熱量を制御する場合
の本実施の形態の通電電力波形を表しており、発熱部材
８ａのみを発熱させるとき（図４（ａ））には波数制御
を用い、発熱部材８ａ，８ｂの両方を発熱させるとき
（図４（ｂ））には発熱部材８ａは全通電し、足りない
分を発熱部材８ｂに波数制御で通電することにより、記
録材の進入方向の側に位置する発熱部材８ａの発熱量を
大きくしてニップを通る記録材の加熱を効率的に行うこ
とができる。

【００３０】（実施の形態２）図５は、本発明の第２の
実施の形態に係る加熱装置の発熱部材に対する通電電力
波形を表している。上記第１の実施の形態では、発熱部
材の発熱量の制御を通電の波数制御により行なっていた
が、本実施の形態では位相制御により行なっている。そ
の他の構成及び作用については第１の実施の形態と同一
でありその説明は省略する。

【００３１】図５（ａ）は発熱部材８ａのみに通電した
場合で、図５（ｂ）は発熱部材８ａ，８ｂの両方に通電
した場合である。図５（ａ）では発熱部材８ａのみを位
相制御し、発熱部材８ｂには通電しない。一方図５
（ｂ）では発熱部材８ａは全通電し、足りない分を発熱
部材８ｂに位相制御で通電する。

【００３２】電力制御方式として記録材進入側に位置す
る発熱部材８ａのみに通電するときには位相制御を用
い、発熱部材８ａ，８ｂの両方に通電するときには発熱
部材８ａは全通電とし、発熱部材８ｂを位相制御するこ
とにより、負荷変動等の外乱に対するレスポンスを改善
したものである。

【００３３】上記実施の形態で用いた波数制御は電源の
複数半波を１ユニットとしその中で何半波に通電するか
により電力を制御する方式で、例えば１ユニットを５半
波とすれば０半波通電（通電せず）から５半波通電（全
通電）までの６段階の電力制御が可能であり、また５半
波中２半波に通電するとすれば２／５＝４０％の通電比
率となる。１ユニットの半波数を増やせば通電比率をよ
り細かく制御できるが、１ユニット分通電が終わるまで
他の通電比率に変更できないので応答性（レスポンス）
が低下してしまうという問題がある。例えば電源周波数
が５０Ｈｚで１ユニットが２０半波だとすると、１秒間
に５０×２／２０＝５回しか制御ができない。一方、本
実施の形態で用いた位相制御では電源の１半波内で１回
の制御が完結するため、例えば同じ電源周波数が５０Ｈ
ｚならば１秒間に５０×２＝１００回の制御を行うこと
ができ、実施の形態１で述べた利点に加えて外乱に対す
るレスポンスも改善することができる。

【００３４】なお、本実施の形態では発熱部材８ｂを位
相制御のみで駆動する場合について説明したが、第１の
実施の形態で説明した波数制御との組み合わせでも良い
ことは言うまでもない。

【００３５】（実施の形態３）本実施の形態は本発明が
３本以上の発熱部材を持つ場合でも適用できることを示
したものである。

【００３６】ここでは発熱部材が４本の場合について説
明する。４本の発熱部材を被加熱材の進入方向から順に
８ａ，８ｂ，８Ｃ，８ｄとする。発熱部材８ａのみで電
力が足りる場合には位相制御あるいは波数制御により発
熱部材８ａのみに通電する。もし発熱部材８ａのみで電
力が足りない場合は発熱部材８ａは全通電とし発熱部材
８ｂは位相制御あるいは波数制御により通電する。発熱
部材８ａ，８ｂでも電力が足りない場合、同様に順次８
ｃ，８ｄの順に通電していく。このとき、通電している
発熱部材のうち一番下流側の発熱部材のみを位相制御あ
るいは波数制御を用いて電力制御を行う。即ち、電力制
御をしている発熱部材より上流側の発熱部材はフル通電
されて最大発熱量で発熱し、逆に下流側の発熱部材は通
電されず発熱しない。

【００３７】図６は発熱部材が４本の場合に発熱部材８
ａ，８ｂはフル通電、発熱部材８ｃは位相制御、発熱部
材８ｄには通電しない様子を電力波形で表している。

【００３８】発熱部材が３本以上でもこのように発熱量
を背御しつつ加熱体全体を発熱させることにより、前述
の実施の形態と同様により効果的な加熱性が得られる。

【００３９】（その他の実施の形態）図７は上記実施の
形態に示したようなフィルム加熱方式の加熱装置を定着
装置として組み込んだ画像形成装置の一例（レーザビー
ムプリンタ）を示す概略構成図である。

【００４０】２１は像担持体であるところの有機感光ド
ラム、２２は帯電部材であるところの帯電ローラ、２３
はレーザ露光装置、２４は現像スリーブ、現像ブレー
ド、１成分磁性トナー等からなる現像器、２５はクリー
ニングブレード、２６は転写ローラ、２７は本発明に係
る加熱装置を含むヒータユニットである。以上の主要ユ
ニットの働きにより紙カセット２８から給紙ローラ２９
により給紙された転写材３０の上に周知の電子写真プロ
セスによる画像形成が行われ、出力される。

【００４１】このような画像形成装置に上記実施の形態
に係る加熱装置を適用すると、画像形成というプロセス
において、効果的に転写材上のトナー画像を定着させる
ことができ、プロセススピードの向上を図ることができ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、前記
加熱体は少なくとも２つの発熱部材を有し、それらの発
熱部材のうち、被加熱材の搬送方向上流側の発熱部材
は、下流側の発熱部材以上の発熱量で発熱するので、効
率的に被加熱材を加熱することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の概
略構成断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の発
熱部材８ａにのみ通電したときの、フィルム内面とフィ
ルム外面の温度分布を示す図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の発
熱部材８ｂにのみ通電したときの、フィルム内面とフィ
ルム外面の温度分布を示す図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の通
電電力波形の１例を示した図。

【図５】本発明の第２の実施の形態に係る加熱装置の通
電電力波形の１例を示した図。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る加熱装置の通
電電力波形の１例を示した図。

【図７】本発明の加熱装置を定着装置として用いた画像
形成装置の概略構成断面図。

【符号の説明】

１ステー２加熱体３フィルム４加圧ローラ５加圧ローラ芯金６耐熱ゴム８（８ａ，８ｂ）発熱部材１９サーミスタ２０ＣＰＵＴトナーＰ記録材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定支持された加熱体と、該加熱体に接触摺動するフィルムと、被加熱材が、フィルムを介して加熱体に密着しつつ、フ
ィルムと共に搬送させるような搬送路と、を設け、被加熱材に熱エネルギーを付与する加熱装置において、前記加熱体は少なくとも２つの発熱部材を有し、それら
の発熱部材のうち、被加熱材の搬送方向上流側の発熱部
材は、下流側の発熱部材以上の発熱量で発熱することを
特徴とする加熱装置。
【請求項２】前記発熱部材の発熱量を制御する制御手段
を設け、発熱部材のうち、いずれか一つの発熱部材のみ
発熱量を制御し、その制御する発熱部材よりも搬送方向
上流側の発熱部材は最大発熱量で発熱し、下流側の発熱
部材は発熱しないことを特徴とする請求項１に記載の加
熱装置。
【請求項３】前記発熱部材は通電によって発熱し、その
発熱量を通電する電流の位相制御によって制御すること
を特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項４】前記発熱部材は通電によって発熱し、その
発熱量を通電する電流の波数制御によって制御すること
を特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
【請求項５】上記請求項１乃至４のいずれか一つに記載
の加熱装置を定着装置として備え、シート上に未定着ト
ナー像を形成させる画像形成手段と、この未定着トナー
像を担持したシートを前記定着装置に搬送する搬送手段
と、を設けたことを特徴とする画像形成装置。