JP4497735B2

JP4497735B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4497735B2
Application number: JP2001055512A
Authority: JP
Inventors: 直樹中村; 仁志西谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP2002260825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等、電子写真プロセスを用いる画像形成装置等に使用される未定着トナー画像を加熱・加圧によりシート等の被記録媒体に定着させる定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真を用いた画像形成装置は、例えば図5のように構成されている。図5において、201は感光ドラム、202は帯電ローラ、203はレーザー露光装置、204は反射ミラー、205は現像スリーブ、206はトナー、207はトナー容器、208は転写ローラ、Pは被記録媒体としてのシート、210はクリーニングブレード、211は廃トナー容器、212は定着器、213はペーパーカセット、214は給紙ローラ、215は分離パッド、216は高圧電源である。
【０００３】
次に、画像形成装置の動作概要を述べる。感光ドラム201は矢印の方向に回転し、高圧電源216から給電される帯電ローラ202によって一様に帯電される。レーザー露光装置203から発せられたレーザー光は反射ミラー204で反射した後、感光ドラム201へ照射され、感光ドラム201上に静電潜像が形成される。トナー容器207の中にはトナー206が充填されており、現像スリーブ205の回転に伴い、適量のトナーが適度の帯電を受けた後、感光ドラム201上に供給される。
【０００４】
現像スリーブ205上のトナー206は感光ドラム201の静電潜像に付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。給紙ローラ214は、ペーパーカセット213よりタイミングをとってシートPを１枚ずつ給紙する。
【０００５】
分離パッド215は給紙ローラ214と当接して配置され、その表面の摩擦係数、接地角度、形状は被記録媒体を１度の給紙毎に１枚のみ送るように調整されている。可視化された感光ドラム201上のトナー像は転写ローラ208によりシートP上に転写される。転写されずに感光ドラム201上に残った転写残トナーはクリーニングブレード210により廃トナー容器211に収納され、表面をクリーニングされた感光ドラム201は繰り返し次の画像形成プロセスに入る。
【０００６】
また、トナー像を載せたシートPは、定着器212によって加熱、加圧を受けトナー像がシートP上に永久定着される。
【０００７】
次に、定着器212の概要について述べる。定着器212の長手方向概略図を図6に、図6のA-A線に沿う断面図を図7に示す。図８はサーミスタ部分の長手方向概略図である。
【０００８】
定着器212は、特開昭63-31382号公報で示されるように、セラミック基板上に抵抗発熱体のパターンを設けて発熱体を形成したものをヒータとし、これを発熱させて薄いフィルムを介して、未定着トナー像の担持されたシートを加熱するフィルム加熱方式が用いられている。
【０００９】
108はヒータであり、セラミック基板上に抵抗発熱体108aが形成されており、その上に保護層としてガラス層108bがコートされている。抵抗発熱体108aは不図示の電源により給電され発熱する。ヒータ108の裏面にはサーミスタ117が当接しており、ヒータ108の温度を検知している。
【００１０】
サーミスタ117は、温度検出素子101と、温度検出素子101を弾性保持する耐熱性の弾性体102と、温度検出素子101と弾性体102を支持しヒータホルダ109に対する位置決め形状を備えたサーミスタフレーム104と、サーミスタフレーム104に一体成形され温度検出素子101と通電接続されているサーミスタメタル105と、温度検出素子101と弾性体102を覆いサーミスタメタル105に位置決めされる耐熱性の保護シート103とから構成される。
【００１１】
温度検出素子101は、サーミスタフレーム104に設けられた溝により、弾性体102の伸縮分だけ上下方向に移動可能である。サーミスタ117は、ヒータホルダ109により位置決めされ、一対のサーミスタ押えばね106によりヒータ108に付勢されている。107はサーミスタ押えばね支持部材である。サーミスタ117の温度は、一定になるように不図示のＣＰＵにより給電電力量が制御されている。
【００１２】
ヒータホルダ109は、ヒータ108を支持し、ＰＰＳ，液晶ポリマーなどの耐熱性を持つ樹脂で成型され、かつ定着フィルム111の円滑な回転を促す案内部材としての役割も持つ。
【００１３】
ヒータクリップ114と、ヒータに電気を供給するヒータコネクタ112は、ヒータ108とヒータホルダ109の端部を挟持する。定着フィルム111は筒状の3層構造の耐熱性フィルムである。最も内側の層はベース層であり、定着フィルム111のねじれ強度、平滑性などの機械的特性を担う層であり、ポリイミド等の樹脂でできている。
【００１４】
次の層は導電プライマ層であり、カーボンブラックなどの導電性粒子が分散された導電層である。前記導電プライマ層は、第三層目とベース層の接合を行う接着剤の役目も担っている。最も外側の層はトップ層であり、さまざまな画像不良を引き起こさないよう最適な抵抗値と膜厚になるように設計されている。110は定着ステーであり、鉄、アルミなどの金属でできている。定着ステー110はヒータホルダ109のクリープによる変形を抑え、ヒータホルダ109の剛性を高める役割を果たしている。113は定着ステー110の両端部にそれぞれ装着したフランジである。
【００１５】
前記ヒータ108、ヒータホルダ109、定着ステー110に対して外嵌させた定着フィルム111は、軸方向両端部のフランジ113の間に位置していて長手方向の規制を受ける。以上のアセンブリがフィルムユニットである。
【００１６】
119は加圧ローラである。加圧ローラ119はアルミ、鋳鉄などで作られる芯金119aをシリコンゴムなどの耐熱性を有するゴム119bで覆っている。加圧ローラのゴム119bの表層はトナーとの離型性があるPFA，PTFE，FEPなどのフッ素樹脂の被膜が設けられている。加圧ローラ119は、その両軸端部が不図示の加熱装置の側板間に回転自由に軸支されている。この加圧ローラ119の上側に、前記フィルムユニットをヒータ108が下向きになるよう対向させ、定着ステー110に装着したフランジ113を加圧バネ116で下方に圧接状態にするとで、定着ニップ部Ｎを形成している。
【００１７】
加圧ローラ119の加圧ローラ芯金119aは加圧ローラギア115により回転駆動を受け、定着フィルム111は定着ニップ部Ｎで従動回転する。トナーを担時したシートＰは、転写ローラ208と感光ドラム201により搬送され、定着入口ガイド118によって定着ニップ部Ｎに案内される。シートＰ上のトナーＴは、定着ニップ部ＮでシートＰ上に加圧されると共に加熱され、トナーＴが軟化しシートＰに密着し永久定着される。このようなフィルム加熱方式の定着装置には、低熱容量の加熱体を用いることができるため、従来の熱ローラ方式に比べ、ウエイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能となる。また、クイックスタートが可能となることにより、非プリント動作時の予熱が必要なくなり、総合的に省電力化を図ることが出来る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の定着装置では以下のような問題点を有していた。
【００１９】
従来のサーミスタ117において、前記保護シート103は、温度検出素子101及び弾性体102を完全に覆う形状となっていた。
【００２０】
したがって、温度検出素子101が保護シート103を介して確実にヒータ108と当接する為には、保護シート103がヒータホルダ109の孔109ａに干渉して乗り上げないようにするため、図8に示すように、保護シート103とヒータホルダ109の隙間G3を十分に確保する必要があった。
【００２１】
一方、隙間G3が大きくなってしまうと、ヒータ108が発熱した場合、ヒータ108の上面側に当接する部材（ヒータホルダ109、保護シート103）がある部分と、無い部分（隙間G3）で温度差が生じ、ヒータ108内にかかる内部応力差が大きくなり、ヒータ108の破損を引き起こす場合があった。
【００２２】
本発明は上記のようなフィルムユニットを有する定着装置において、温度検出素子101を確実にヒータ108に当接させ、かつヒータ108にかかる内部応力差を軽減することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の従来の定着装置の課題を解決するためになされたもので、トナー像を担持するシートの搬送方向に対して直交する方向に細長いセラミック基板上に抵抗発熱体が形成されているヒータと、内周面が前記ヒータと接触する筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持するシートを挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの前記定着フィルムとの接触面とは反対側の面を前記ヒータの長手方向に亘って覆うように前記ヒータを保持するヒータホルダと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子、前記温度検知素子を保持する弾性体、前記温度検知素子と接触するように前記温度検知素子及び前記弾性体を覆う保護シート、前記保護シートにより覆われた前記温度検知素子及び前記弾性体を支持するフレーム、を備える温度検知ユニットと、を有し、前記ヒータの前記定着フィルムとの接触面とは反対側の面に前記保護シートが接触するように前記ヒータホルダの前記長手方向の一部に設けられた孔に前記温度検知ユニットが挿入されている定着装置において、前記長手方向に関して、前記保護シートの幅より前記弾性体が大きく、前記保護シートの両端から前記弾性体がはみ出ており、前記保護シートだけでなく前記保護シートからはみ出た前記弾性体の部分の少なくとも一部も前記ヒータに接触しており、前記ヒータと前記ヒータホルダの境界面内で且つ前記長手方向において、前記弾性体の端面と前記孔を形成している前記ヒータホルダの端面との距離Ｇ１よりも前記保護シートの端部と前記ヒータホルダの前記端面との距離Ｇ２のほうが長くなっており、前記ヒータホルダの前記孔を形成している前記端面は前記境界面から離れるに連れて前記長手方向に前記孔が広がるように傾斜面を有し、前記弾性体は前記境界面から離れた部分に前記長手方向で前記孔の長さよりも長い張り出し部または斜面部を有し、前記弾性体の前記張り出し部または前記斜面部が前記ヒータホルダの前記傾斜面と対向することで前記長手方向において前記ヒータホルダと前記弾性体が重なり合っていることを特徴とするものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図1は本実施の形態1の定着装置に取り付けられた温度検出手段を示す。温度検出手段、すなわちサーミスタ以外は従来の画像形成装置と同様である。
【００３２】
ヒータ8の温度を検出するサーミスタは、温度検出素子1と、温度検出素子1を弾性保持する耐熱性の弾性体2と、温度検出素子1と弾性体2を支持しヒータホルダ9に対する位置決め形状を備えたサーミスタフレーム4と、サーミスタフレーム4に一体成形され温度検出素子1と通電接続されているサーミスタメタル5と、温度検出素子1と弾性体2を覆いサーミスタメタル5に位置決めされる耐熱性の保護シート3とから構成される。
【００３３】
温度検出素子1は、サーミスタフレーム4に設けられた溝により、弾性体2の伸縮分だけ上下方向に移動可能である。サーミスタは、ヒータホルダ9により位置決めされ、サーミスタ押えばね6によりヒータ8に付勢されている。7はサーミスタ押えばね支持部材である。サーミスタの温度は、一定になるようにＣＰＵにより給電電力量が制御されている。
【００３４】
温度検出素子1が保護シート3を介して確実にヒータ8と当接する為には、保護シート3がヒータホルダ9の孔９ａに干渉し、乗り上げてしまうことを防止しなければならない。
【００３５】
したがって、保護シート3の部品単体公差及び組立公差等を考慮し、保護シート3とヒータホルダ9の隙間G2を十分に確保している。
【００３６】
一方、弾性体２の端部は、弾性体２とヒータホルダ９が干渉した場合でも、弾性体２の弾性で前記干渉分が吸収可能なため、弾性体２とヒータホルダ９の隙間（距離）Ｇ１は、前記隙間（距離）Ｇ２よりも十分に小さくしている。
【００３７】
したがって、弾性体2と保護シート3の位置関係は、保護シート3から弾性体2が露出する（はみ出る）様になっている。
【００３８】
この様に実施の形態1では、サーミスタを構成する弾性体2を保護シート３から露出させることにより、以下に示す効果がある。
【００３９】
まず第１に、保護シート3とヒータホルダ9の孔９ａとの隙間G2を十分に確保することが可能なため、温度検出素子1がヒータ8に確実に当接し検知温度の信頼性が向上する。
【００４０】
第２に、弾性体2とヒータホルダ9の孔９ａとの隙間G1を、弾性体2の弾性を利用し最小限にすることが可能である。したがって、ヒータ8が発熱した場合、ヒータ8の上面側に当接する部材（ヒータホルダ9、弾性体2）がある部分と、ない部分（隙間G1）でヒータ8の温度変化が軽減し、ヒータ8内にかかる内部応力差が小さくなるため、信頼性の優れた定着装置を提供することが出来る。
【００４１】
（実施の形態２）
図2は本実施の形態2の定着装置に取り付けられた温度検出手段を示す。サーミスタに設けられた弾性体2以外は実施の形態1と同様である。
【００４２】
実施の形態2では、実施の形態1の構成、すなわち、”サーミスタを構成する弾性体2を保護シート3から露出させる”ことに加えて、ヒータホルダ９の孔9ａにおけるヒータ長手方向の対向部分は、孔９ａに向けて傾斜する傾斜面９ｂと、傾斜面９ｂの傾斜端が平坦面９ｃに連なる形状に形成されている。
【００４３】
また、この弾性体2は、上部に前記傾斜面９ｂに向けて突出する張り出し部２ａがヒータ長手方向の両側にそれぞれ形成されている。したがって、弾性体２のヒータ長手方向におけるサイズはヒータホルダ9の孔９ａよりも大きく形成されている。
【００４４】
本実施の形態では、ヒータ8が発熱した場合、弾性体2とヒータホルダ9が上下方向において重なりあっているため、前記重なり部は輻射熱により断熱層Rが形成される。
【００４５】
したがって、ヒータ8の温度変化が、実施の形態1に示す構成以上に軽減し、ヒータ8内にかかる内部応力差が小さくなる。
【００４６】
本実施の形態2では弾性体2端部を階段形状としたが、図3に示すように、弾性体2の端部がヒータ８から離れるしたがって（図中上方に向かうにしたがって）ヒータ長手方向に向かって広くなるような斜面部２ｂを設け、またヒータホルダ９の孔９ａには、ヒータ長手方向の両端部に、斜面部９ｄを設けるようにしても良く、この場合も弾性体2のヒータ長手方向におけるサイズがヒータホルダ9の孔９ａよりも大きくなる。
【００４７】
この様に本実施の形態2の構成では、ヒータ8が発熱した場合、弾性体2とヒータホルダ9の孔９ａが重なり合う部分で断熱層Rが形成されるため、ヒータ8の上面側に当接する部材（ヒータホルダ9、弾性体2）がある部分と、ない部分（隙間G1）で、ヒータ8の温度変化が実施の形態1に示す形態以上に軽減し、ヒータ8内にかかる内部応力差が小さくなるため、信頼性の優れた定着装置を提供することが出来る。
【００４８】
（実施の形態３）
図4は本実施の形態3の定着装置に取り付けられた温度検出手段を示す。サーミスタに設けられた弾性体2以外は実施の形態1、2と同様である。
【００４９】
実施の形態2の構成では、弾性体2の端部がヒータ9から離れるしたがって広くなるような階段形状を設け、弾性体2のヒータ長手方向におけるサイズがヒータホルダ9の孔９ａよりも大きくしている。その際、弾性体２を階段形状にするためには、弾性体2に切削等の二次加工を施す必要があるため、コスト高となってしまう問題があった。
【００５０】
したがって、本実施の形態3では、ヒータ長手方向に長い第１の弾性体2aの下部に、第１の弾性体２ａよりもヒータ長手方向の長さが短い第２の弾性体2bを重ね合わせることにより、実施の形態２と同様の弾性体2の端部の階段形状を得るようにしている。
【００５１】
この様に実施の形態3では、実施の形態２の端面が階段形状の弾性体2を、２つの直方体で構成される弾性体2a、2bを重ね合わせて形成したことにより、弾性体2の二次加工を施す必要がなくなる。
【００５２】
したがって、実施の形態２に示した効果に加えて、ユーザーに対して安価な定着装置を提供することが出来る。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、弾性体を保護シートから露出させることにより、保護シートとヒータホルダの孔との隙間を十分に確保しつつ、弾性体とヒータホルダの孔との隙間を、弾性体の弾性を利用し最小限にすることが可能である。したがって、検知温度の信頼性が向上することは勿論、発熱時にヒータの温度変化を軽減し、ヒータ内にかかる内部応力差を小さくした信頼性の優れた定着装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態1に示す定着装置のサーミスタ概略図
【図２】本発明の実施の形態2に示す定着装置のサーミスタ概略図
【図３】本発明の実施の形態2に示す定着装置のサーミスタ概略図
【図４】本発明の実施の形態3に示す定着装置のサーミスタ概略図
【図５】画像形成装置の概略図
【図６】従来の定着装置の長手方向概略図
【図７】図６のＡＡ線断面図
【図８】図６のサーミスタ概略図
【符号の説明】
1.温度検出素子
2.弾性体
3.保護シート
4.サーミスタフレーム
5.サーミスタメタル
6.サーミスタ押えばね
7.サーミスタ押えばね支持部材
8.ヒータ
9.ヒータホルダ
10.定着ステー

Claims

トナー像を担持するシートの搬送方向に対して直交する方向に細長いセラミック基板上に抵抗発熱体が形成されているヒータと、内周面が前記ヒータと接触する筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共にトナー像を担持するシートを挟持搬送する定着ニップ部を形成する加圧ローラと、前記ヒータの前記定着フィルムとの接触面とは反対側の面を前記ヒータの長手方向に亘って覆うように前記ヒータを保持するヒータホルダと、前記ヒータの温度を検知する温度検知素子、前記温度検知素子を保持する弾性体、前記温度検知素子と接触するように前記温度検知素子及び前記弾性体を覆う保護シート、前記保護シートにより覆われた前記温度検知素子及び前記弾性体を支持するフレーム、を備える温度検知ユニットと、を有し、前記ヒータの前記定着フィルムとの接触面とは反対側の面に前記保護シートが接触するように前記ヒータホルダの前記長手方向の一部に設けられた孔に前記温度検知ユニットが挿入されている定着装置において、
前記長手方向に関して、前記保護シートの幅より前記弾性体が大きく、前記保護シートの両端から前記弾性体がはみ出ており、前記保護シートだけでなく前記保護シートからはみ出た前記弾性体の部分の少なくとも一部も前記ヒータに接触しており、前記ヒータと前記ヒータホルダの境界面内で且つ前記長手方向において、前記弾性体の端面と前記孔を形成している前記ヒータホルダの端面との距離Ｇ１よりも前記保護シートの端部と前記ヒータホルダの前記端面との距離Ｇ２のほうが長くなっており、前記ヒータホルダの前記孔を形成している前記端面は前記境界面から離れるに連れて前記長手方向に前記孔が広がるように傾斜面を有し、前記弾性体は前記境界面から離れた部分に前記長手方向で前記孔の長さよりも長い張り出し部または斜面部を有し、前記弾性体の前記張り出し部または前記斜面部が前記ヒータホルダの前記傾斜面と対向することで前記長手方向において前記ヒータホルダと前記弾性体が重なり合っていることを特徴とする定着装置。