JP4546233B2 - 像加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載する加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に加熱体の暴走を抑える感熱素子を備えた像加熱装置に関する。

例えば、複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置における画像加熱定着装置、すなわち、電子写真、静電記録、磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により加熱軟化性の樹脂等によりなるトナーを用いて記録材に形成したトナー画像を永久固着画像として加熱定着処理する画像加熱定着装置としては、従来から、各種タイプの装置が知られており、また実用に供されている。

代表的な装置としては、熱ローラタイプの装置、フィルム加熱方式の装置等が挙げられる。

フィルム加熱方式の加熱定着装置は、特許文献１に記載されており、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも速い方式（オンデマンド）の装置である。

図１０はフィルム加熱方式の加熱定着装置の一例におけ、要部の横断面模型図である。１６は加熱体としてのヒータであり、図面に垂直方向を長手とする細長・薄板形状の低熱容量ヒータである。このヒータ１６は絶縁性で熱伝導率の良い細長・薄板形状のヒータ基板と、この基板に具備させた発熱抵抗体部（通電発熱抵抗体）とを基本構成体とするもので、発熱抵抗体部に対する通電により急速に昇温し、通電遮断により迅速に降温する。

１７は加熱体支持部材としてのヒータホルダであり、剛性・断熱性を有し、該部材の下面に部材長手に沿って形成されたヒータ嵌め込み溝内に上記のヒータ１６を嵌め込んで固定支持させてある。

上記のようにヒータホルダ１７に支持させたヒータ１６の露呈面（ヒータ表面）に対して可撓性部材としての耐熱性フィルム（定着フィルム）２７を弾性加圧ローラ２２で加圧密着させて摺動搬送させ、該フィルム２７を挟んでヒータ１６と加圧ローラ２２とで形成される圧接ニップ部（定着ニップ部）Ｎのフィルム２７と加圧ローラ２２との間に被加熱材としての、未定着画像（トナー画像）ｔを形成担持させた被記録材Ｐを導入してフィルム２７と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送させることによりヒータ１６の熱をフィルム２７を介して被記録材Ｐに付与して被記録材Ｐ上の未定着画像ｔを被記録材Ｐの面に加熱定着させるものである。定着ニップ部Ｎを通った被記録材Ｐはフィルム２７の面から分離して搬送される。

このとき、ヒータ１６の異常昇温時にヒータ１６の熱で作動してヒータ１６への給電を緊急遮断させる感熱素子１９をヒータ１６の定着フィルム２７密着面側とは反対の面に対して接触させて配設してあり、発熱抵抗体部に対する通電に制御不能の事態を生じてヒータ１６が異常昇温（ヒータの暴走、許容以上の過昇温）すると、そのヒータ１６の異常昇温により感熱素子１９が作動して、発熱抵抗体部への通電が緊急遮断される。

感熱素子１９としては、主に温度ヒューズや、サーモスイッチといった、所定の温度以上を感知すると発熱抵抗体部への電流を遮断する仕組みのものが用いられている。

このような感熱素子は熱容量が比較的大きいので、ヒータに直接接触させると、この接触領域のヒータ温度が下がってしまい、ヒータ長手方向の感熱素子が接触している領域と接触していない領域とでヒータ温度に差が生じ画像の加熱ムラが生じやすい。逆に、感熱素子をヒータに対して非接触に配置すると感熱素子の応答性が下がってしまう。

これらの課題を解決する手段として、特許文献２、３に記載されているような手段が提案されている。即ち、感熱素子とヒータの間にヒータとの接触面積が小さい樹脂製のスペーサを設け、ヒータが異常昇温するとスペーサが軟化して感熱素子がヒータに接触するという構成である。
特開平４−４４０７５号公報 特開平８−３０５１９１号公報 特開２００２−１１０３１３号公報

しかしながら、ヒータの異常昇温によりスペーサが軟化しても、感熱素子がヒータにしっかりと接触せず、感熱素子の応答が若干遅れる場合があることが判明した。

例えば、図９に示すように、ヒータが異常昇温していない状態の時、感熱素子１９はスペーサ２５によりヒータに対して空隙を持って保持されている（図９の（ａ））。ヒータが異常昇温した時にスペーサ２５が軟化すると、感熱素子１９はバネ２６により押し下げられヒータ面に密着する（図９の（ｂ））。図９の（ｂ）の状態がスペーサが軟化した時の正常の状態である。しかしながら、ヒータの異常昇温時のスペーサ２５の軟化状態が必ずしも一様とならずに、感熱素子１９が斜めに押し下げられる場合や途中で引掛る場合（図９の（ｃ））があることが判明した。こうした場合において、感熱素子１９がヒータ面に対し密着しないため、通電遮断動作が遅れてしまう。

また感熱素子１９の感熱面は必ずしも平滑ではない。例えば、安全対策用の感熱素子１９として用いられることの多いサーモスイッチの感熱面は、設計上、図１１の（ａ）のように平面であるが、製造公差により中央凹のもの（図１１の（ｂ））や中央凸のもの（図１１の（ｃ））が有り得る。感熱面がこうした形状の感熱素子１９では、異常昇温時において、付勢部材によってヒータ面に押し付けられても、感熱面がヒータ面に充分に密着しないため、感熱素子１９の遮断動作が遅れることがあることが判明した。特に、感熱素子としてサーモスイッチのように平坦な感熱面でヒータの熱を受ける構成の場合、このような課題が生じやすい。

上記課題を解決するための本発明は、通電により発熱する発熱抵抗体を有する加熱体と、前記加熱体の異常昇温による熱で作動し、前記発熱抵抗体への通電を遮断する感熱素子と、を有する像加熱装置において、前記加熱体と前記感熱素子の間には樹脂製のスペーサが設けられており、前記スペーサは開口部と枠部、及び枠部から内側に伸びる脚部を有することを特徴とする。

上記の像加熱装置構成によれば、画像の加熱ムラを抑えつつ加熱体の異常昇温時の通電遮断応答性が優れた装置を提供できる。

（１）画像形成装置例
図１に、本発明の像加熱装置を搭載したカラー画像形成装置の概略構成図を示す。本例のカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る装置であり、プロセススピードは９０ｍｍ／ｓｅｃ、一分間の印字枚数はＵＳレターサイズ紙で１６枚である。また、一枚目プリント(First Page Out)までの時間(FPOT)は約１５秒である。

Ｙ・Ｃ・Ｍ・Ｋはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する４つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム１、帯電手段たる帯電ローラ２、静電潜像を顕像化するための現像手段３、感光体ドラムのクリーニング手段４等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。

イエローのプロセスカートリッジＹの現像手段３にはイエロートナーを、シアンのプロセスカートリッジＣの現像手段３にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジＭの現像手段３にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジＫの現像手段３にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。

感光体ドラム１に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系５が上記４色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋに対応して設けられている。光学系５としてはレーザー走査露光光学系を用いている。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて、光学系５より、画像データに基づいた走査露光が、帯電手段２により一様に帯電された感光体ドラム１上になされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段３の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像（露後部）電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム１上の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。

すなわち、イエローのプロセスカートリッジＹの感光体ドラム１にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジＣの感光体ドラム１にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジＭの感光体ドラム１にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジＫの感光体ドラム１にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上に現像形成された上記の単色トナー画像は各感光体ドラム１の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体６上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体６上に未定着のフルカラートナー画像が合成形成される。

本実施例においては、中間転写体６として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ７、二次転写ローラ対向ローラ１４、テンションローラ８の３本のローラに懸回して張架してあり、駆動ローラ７によって駆動される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ９を用いている。一次転写ローラ９に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋの感光体ドラム１上から中間転写ベルト６に対して、トナー像が一次転写される。

各プロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて感光体ドラム１上から中間転写ベルト６への一次転写後、感光体ドラム１上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段４により除去される。本実施例においては、クリーニング手段４として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。

上記工程を中間転写ベルト６の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスカートリッジＹ・Ｃ・Ｍ・Ｋにおいて行なわせて、中間転写ベルト６上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。なお、単色のみの画像形成（単色モード）時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。

一方、記録材（被記録材）供給部となる記録材カセット１０にセットされた記録材Ｐは、給送ローラ１１により給送され、レジストローラ１２により所定の制御タイミングで、二次転写ローラ対向ローラ１４に懸回されている中間転写ベルト６部分と二次転写手段としての二次転写ローラ１３とのニップ部に搬送される。

中間転写ベルト６上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ１３に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、記録材Ｐ上に一括転写される。

二次転写後に中間転写ベルト６上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段１５により除去される。本実施例においては、感光体ドラム１のクリーニング手段４と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。

記録材Ｐ上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Ｆを通過することで、記録材Ｐ上に溶融定着され、排紙パス３１を通って排紙トレイ３２に送り出されて画像形成装置の出力画像（フルカラープリント、もしくはモノカラープリント）となる。

（２）定着装置(像加熱装置)Ｆ
図２は定着装置Ｆの概略構成模型図である。本例の定着装置Ｆは、可撓性の回転体(定着ベルト)を用いた加圧ローラ駆動方式（テンションレスタイプ）の像加熱装置である。

１）装置Ｆの全体的構成
２０は定着ベルト（可撓性の回転体）であり、ポリイミドの基層上に弾性層を設けた円筒形状の部材である。この定着ベルト２０は後記３）項で詳述する。

２２は加圧ローラである。１７は断面が略半円弧形状で、樋型の耐熱性ヒータホルダ（加熱体保持部材）、１６は熱源としてのヒータ（加熱体）であり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。ヒータ１６は本実施例では後記２）項で詳述するようなセラミックヒータである。

ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂の成型品である。本実施例のヒータホルダはヒータ１６を保持する機能だけでなく定着ベルト２０をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５の最高使用可能温度(耐熱温度)は、約２７０℃である。

加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ２２は芯金の両端部を装置フレーム２４の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ２２の上側に、前記のヒータ１６・ヒータホルダ１７・定着ベルト２０等から成る加熱アセンブリをヒータ１６側を下向きにして加圧ローラ２２に並行に配置し、ヒータホルダ１７の両端部を不図示の加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２方向に附勢してある。これにより加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、記録材Ｐの除去が容易な構成となっている。

１８は温度検知手段としてのサーミスタである。サーミスタ１８はヒータホルダ１７の上方において定着ベルト２０の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト２０の内面の温度を検知する。

サーミスタ１８は、ヒータホルダ１７に固定支持させたステンレス製のアームの先端に取り付けられている。アームは弾性を有するので、定着ベルト２０の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト２０の内面に常に接する状態に保たれる。

サーミスタ１８は、制御回路部（ＣＰＵ）２１と電気的に接続されている。制御回路部２１は、サーミスタ１８の出力に基づいてヒータ駆動回路部２８（図３）を制御する。本実施例の制御回路部２１はサーミスタ１８の検知温度が所定の制御温度を維持するようにヒータ１６(正確には後述する発熱抵抗体ｂへの)への通電を制御している。本実施例の制御温度は１８０℃である。

２３は装置フレーム２４に組付けた入り口ガイドであり、３４は定着排紙ローラである。入り口ガイド２３は、二次転写ニップを抜けた記録材Ｐが、定着ニップ部Ｎに正確に進入するよう、記録材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド２３は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。

１９は感熱素子たるサーモスイッチ、２５はヒータ１６とサーモスイッチ１９の間に配置されている樹脂製のスペーサである。スペーサ２５はヒータホルダ１７の一部に設けられた穴部に挿入してある。サーモスイッチ１９は、スペーサ２５を介して、付勢部材たるバネ２６により、ヒータ１６の裏面方向に付勢されている。本実施例のサーモスイッチの作動温度は約２００℃である。

２５はヒータとサーモスイッチの間に配置された樹脂製のスペーサである。このスペーサの軟化点はヒータホルダの耐熱温度より低くサーモスイッチの作動温度よりも高く設定されており、本実施例のスペーサの軟化点は約２５０℃に設定されている。本実施例で用いているサーモスイッチの作動温度は上述のように約２００℃であり、この程度の作動温度のサーモスイッチは低価格で入手できるメリットがある。しかしながら、サーモスイッチの作動温度とヒータの制御温度の差が小さいので、スペーサを設けない（サーモスイッチがヒータに直接接触する）構成やサーモスイッチの作動温度より軟化点が低いスペーサを用いる構成では、ヒータが正常作動時に若干オーバーシュートしただけでもサーモスイッチが作動してしまう。これに対し、本実施例のようにサーモスイッチの作動温度よりも軟化点が高いスペーサを用いれば、ヒータが正常に作動している時にサーモスイッチが作動してしまうのを防止でき、ヒータの異常昇温によりスペーサが軟化すれば即座にサーモスイッチが作動するので、安全対策機能の信頼性が高まる。

サーモスイッチ１９は、ヒータ１６への給電線（不図示）に対して直列に接続され、所定の温度以上を感知するとヒータ１６への通電を遮断する構成となっている。

加圧ローラ２２は駆動手段Ｍにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ２２が回転すると摩擦力により円筒状の定着ベルト２０が従動回転する。定着ベルト２０の内面にはグリスが塗布され、ヒータ１６やヒータホルダ１７と定着ベルト２０内面との摺動性を確保している。

トナー像が形成された記録材Ｐは定着ニップ部Ｎで挟持搬送されることにより加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト２０の曲率により自然に定着ベルトから分離され、定着排紙ローラ３３で排出される。

２）ヒータ(加熱体)１６
熱源としてのヒータ１６は、細長い板状の基板（絶縁性の平板状の基板）と、この基板上に形成された発熱抵抗体層と、更に発熱抵抗体層を覆う耐熱ガラス層を有する。

図３はそのようなセラミックヒータの一例の構造模型図であり、（ａ）は一部切欠き表面模型図、（ｂ）は裏面模型図、（ｃ）は拡大横断面模型図である。

図３に基づきヒータ１６の構造を詳述する。ａはアルミナ製の基板、ｂは基板上に銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷して形成された発熱抵抗体層であり、厚みは１０μｍ程度、幅は１〜５ｍｍ程度である。ｃ及びｄは発熱抵抗体層と同様に基板上に銀ペーストをスクリーン印刷して形成された電極部であり、この電極部ｃ及びｄに給電用コネクタ２７が繋がれる。ｅ及びｆは電極部と発熱抵抗体層を電気的に繋ぐ電路部であり、やはり基板上にスクリーン印刷されている。ｇは発熱抵抗体層ｂと電路部ｅ・ｆの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した厚み１０μｍ程度のガラスコート層である。このガラスコート層が定着ベルト内面と接触する。

ヒータ駆動回路部２８から上記の給電用コネクタ２７を介して第１と第２の電極部ｃ・ｄに給電されることで発熱抵抗体層ｂが発熱してヒータ１６が迅速に昇温する。ヒータ駆動回路部２８は制御回路部（ＣＰＵ）２１により制御される。

画像形成装置本体にプリント命令が入ると、ヒータへの通電が開始されると共に加圧ローラ２２及び定着ベルト２０が回転を開始する。ヒータ１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着ベルト２０の内面温度、すなわちメインサーミスタ１８の検知温度が１８０℃になるように、入力電力が制御される。

３）定着ベルト２０
定着ベルト２０は、耐熱樹脂のフィルムであり、材質がポリイミドで厚み約５０μｍの基層、この基層上に設けられており、材質がシリコーンゴムで厚み約２５０μｍの弾性層、この弾性層上に設けられており、材質がＰＦＡで厚み約３０μｍの樹脂チューブ層を有する。

シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト２０の熱容量を小さくすることが、すばやい温度立ち上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約４．１９×１０−３Ｊ／ｓｅｃ・ｃｍ・Ｋと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。

一方、ＯＨＴ透過性や、定着後の画像の光沢ムラといった、画質の観点からは、定着ベルト２０のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、２００μｍ以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み２５０μｍとした。

こうして形成した定着ベルト２０の熱容量を測定したところ、１．１７×１０^−１Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ（定着ベルト１ｃｍ^２あたりの熱容量）であった。一般に、定着ベルト２０の熱容量が４．１９Ｊ／ｃｍ^２・Ｋ以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に４．１９×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２Ｋ以下にしようとすると、定着ベルト２０のゴム層を極端に薄くせざるを得なくなり、ＯＨＴ透過性や画像の光沢ムラのレベル等、画質を維持するために必要なゴム層の厚みを確保できない。このため、オンデマンド性と、画質の両方を満足する定着ベルト２０の熱容量は、４．１９×１０^−２Ｊ／ｃｍ^２Ｋ以上４．１９Ｊ／ｃｍ^２Ｋ以下の範囲に含まれるのが望ましい。

さらに、定着ベルト２０の表面にフッ素樹脂層（本実施例ではＰＦＡチューブ）を設けることで表面の離型性が向上し、定着ベルト２０の表面にトナーが一旦付着しても、再度記録材Ｐにオフセットトナーが移動しやすくなりオフセット現象を防止することができる。

また、定着ベルト２０の表面のフッ素樹脂層を塗布により形成するのではなく弾性層の上にチューブを被せて形成することで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。

（３）異常昇温時におけるサーモスイッチ１９の動作
１）サーモスイッチ(感熱素子)１９
図４に、サーモスイッチ１９の断面概略図を示す。サーモスイッチ・ケース５０（下部が感熱面になっている）は、バイメタル５１とバイメタル上に配置されたピン５２を内包し、ピン５２は通電プレート５３を支持している。通電プレート５３は、接点５５において通電プレート５４と接しており、ヒータ１６が異常昇温を起こしていない通常時には図４の（ａ）のようにこの接点５５を介してヒータへの通電が可能な状態になっている。一方、ヒータ１６の異常昇温時には図４の（ｂ）のように、バイメタル５１が正常時とは逆側に反り、ピン５２を押し上げる。これによって通電プレート５３も押し上げられ、接点５５が開放され、ヒータへの通電が不可能な状態になる。

以上から判るように、ヒータ１６の異常昇温時に、サーモスイッチ１９を素早く動作させるためには、バイメタル５１の存在するサーモスイッチ・ケース５０の中心部にヒータの熱を伝えることが好ましい。

図５に本実施例におけるサーモスイッチ１９周辺の詳細断面図を示す。また、図６の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）にそれぞれスペーサ２５を底面側(ヒータ側)から見た場合の形状例を示す。また、図１２にスペーサの斜視図を、図１３にヒータホルダにスペーサを載せた状態の斜視図を示す。サーモスイッチ１９は、バネ２６により、４．９Ｎ（５００ｇｆ）の付勢力をもって、ヒータ１６の方向（加熱体側）に付勢されている。またサーモスイッチ１９とヒータ１６の間には樹脂製のスペーサ２５が配置されている。

スペーサ２５には、ヒータホルダ１７の穴部の周囲１７ａと係合する「つば」部２５eが設けられている。バネ２６でサーモスイッチ１９を付勢すると、つば部２５eがヒータホルダ１７の穴部の周囲１７ａに突き当たり、それ以上ヒータ側に押し込まれないようになっている。これにより、ヒータ１６に大きな圧力が掛からないようになっている。また、つば部２５eがヒータホルダ１７の穴部の周囲１７ａに突き当たる大きさなので、スペーサ２５がヒータホルダ１７のヒータ保持面側から脱落しない。このような構造であるので、ヒータ１６、ヒータホルダ１７、スペーサ２５、サーモスイッチ１９、バネ２６等を組み易く、組み立て性が向上する。また本実施例においては、スペーサ２５のサーモスイッチ支持面の厚さを０．５ｍｍに設定している。上述のように、このスペーサ２５の軟化点は約２５０℃であり、ヒータ１６が異常昇温すると軟化するように設定されている。

図５、図６及び図１３に示すように、スペーサ２５は、開口部２５ｂと、開口部２５ｂの周囲の枠部２５ｃ、枠部２５ｃから内側に伸びる脚部２５ｄ、を有する。そして、脚部２５ｄの存在により、スペーサ２５が軟化した時にヒータ１６の熱がサーモスイッチ１９に伝わり易くなっている。

上述のスペーサ２５のサーモスイッチ支持面における、開口部２５ｂと脚部２５ｄの面積比は、定着装置の使用状況や感熱素子１９の動作温度などに合わせ適宜設定すればよいが、本実施例のように、感熱素子としてサーモスイッチ１９を用いる場合、サーモスイッチ１９は上述のような内部構成であるため、サーモスイッチ１９の確実な動作を確保するには、開口部がサーモスイッチ・ケース５０の感熱面の中央領域にないこと、即ち脚部２５ｄが感熱面の中央領域にある構造が望ましい。

一方で、脚部２５ｄの伝熱によって、ヒータが異常昇温していない通常時にサーモスイッチ１９が動作することを避けるため、開口部２５ｂは出来る限り大きく取ることが望ましい。また、ヒータが異常昇温していない時のヒータからスペーサへの放熱を抑える意味でも開口部を大きくする構成が好ましい。

また、脚部２５ｄを設けることにより開口部２５ｂを複数形成すれば、通常時及び異常昇温時に、サーモスイッチ１９の姿勢を安定させることができる。

図６の（ａ）・（ｂ）・（ｃ）・（ｄ）にそれぞれスペーサ２５のサーモスイッチ支持面の形状例を示す。これらは円形のサーモスイッチ・ケース５０を収める場合の例で、本発明はこれら形状に限定されるものではない。なお本実施例においては（ａ）の形状のスペーサ２５を用いた。（ａ）・（ｂ）・（ｃ）の形状のスペーサは、脚部２５ｄが円形の枠部２５ｃの中央で交差しており、中央領域に脚部が存在している。また、（ｄ）のスペーサは脚部２５ｄは一本であるが中央領域に脚部が存在する形状になっている。つまり、いずれの形状のものも中央部に脚部が存在する構成になっている。

また、スペーサが軟化していない状態でスペーサの中央部(脚部)とサーモスイッチ感熱面は接触しているが、脚部の面積に対して開口部の面積を大きく設定することによりサーモスイッチへの伝熱を抑えられるので、ヒータが異常昇温していない正常時にサーモスイッチが作動するのを防止できる。

スペーサ２５の材質として、本実施例においては、軟化温度が約２５０℃のガラス繊維入りポリエチレンテレフタレート樹脂を用いた。上述のようにサーモスイッチの作動温度(２００℃)よりも軟化点が高いスペーサなので、ヒータが正常に作動している時にサーモスイッチが作動してしまうのを防止でき、ヒータの異常昇温によりスペーサが軟化すれば即座にサーモスイッチが作動するので、安全対策機能の信頼性が高まる。また、スペーサの軟化点（約２５０℃）はヒータホルダの耐熱温度（約２７０℃）より低く設定されている。この設定により、ヒータの異常昇温が発生してもスペーサがヒータホルダより先に軟化しサーモスイッチが作動するので、ヒータホルダを傷めることがなく、ヒータホルダの再利用が可能になる。

２）異常昇温時の動作
何らかの原因で、ヒータ１６が異常昇温した際に、従来は、スペーサ２５が軟化して、サーモスイッチ１９とヒータ１６との距離が減少することによりサーモスイッチ１９を動作させる形態であったが、本発明においては、図７の（ａ）のように、ヒータの異常昇温時の熱によりスペーサ２５を軟化、溶解させサーモスイッチ１９とヒータ１６との距離を減少させると共に、スペーサ２５のサーモスイッチ支持面の溶解により、サーモスイッチ１９とヒータ１６間を、溶解したスペーサ２５の樹脂材２５ａで満たし、この樹脂材２５ａを介しヒータ１６の熱をサーモスイッチ１９に伝熱させ、サーモスイッチ１９を動作させる。従って、図７の（ｂ）ように、ヒータの異常昇温によりスペーサが軟化した時にサーモスイッチ１９の姿勢が傾いても、サーモスイッチとヒータの間には軟化前の脚部に相当する樹脂が存在するので、この軟化した樹脂を介した熱伝導によりサーモスイッチを素早く作動させることができる。サーモスイッチ１９の動作によりヒータ１６への通電が遮断され、ヒータ１６の異常昇温による、定着装置Ｆの破損が防止される。

図８に、電力制御を行わず、１０００Ｗの電力をヒータ１６に投入し、ヒータ１６の裏面の昇温速度を測定したグラフを示す。このグラフからわかるとおり、ヒータ１６の裏面の温度は、５．５秒で３００℃に達する。ヒータホルダ１７の材質として用いられているゼナイト７７５５は、２７０℃まで使用可能であるが、３００℃を超えると、ヒータ１６の熱および、加圧部材による圧力で、変形を生じるため、ヒータ１６裏面の温度が３００℃に達する前に、サーモスイッチ１９を動作させる必要がある。

本実施例の定着装置を用いて、１０００Ｗの電力を投入した暴走試験を実施したところ、サーモスイッチ１９は電力投入開始から３．７秒で動作し、ヒータ１６への通電を遮断した。

また、本実施例の定着装置を画像形成装置に装着し、通常の画像出力に供したところ、トナーの定着不良やトナー面のグロスムラなどない、良好な画像が得られた。

本実施例においては、感熱素子として、サーモスイッチ１９を使用したが、温度ヒューズ、サーミスタ等、他の素子を使用しても、一向に差し支えない。特に、本実施例のサーモスイッチのように感熱面が平坦な形状の感熱素子の場合、スペーサが軟化した時にサーモスイッチの姿勢が傾きやすく、このような感熱素子を用いる場合に効果が大きい。

また、本実施例においては、定着装置の可撓性の回転体２０として、カラー画像形成装置用の、定着スリーブ表面に弾性層を設けたタイプを使用したが、定着スリーブ表面に弾性層の無い、モノクロ画像形成装置用定着装置に本発明を適用してもよい。モノクロ画像型性装置においても、特に高速化等により、ヒータ１６裏面が高温になる構成では、本発明は有効である。

さらに、本実施例においては、定着スリーブ２０の加熱方法として、定着スリーブ２０内部にヒータホルダ１７およびヒータ１６を配置し、定着スリーブ内面から加熱方式を採用したが、ヒータ１６を定着スリーブ２０外周面に接触させ、定着スリーブ２０表面を直接加熱する定着方式を採用することもできる。また、剛体の定着ローラを用いた定着装置に適用することもできる。この場合、定着ローラが加熱体に相当し、定着ローラ内部に配置する熱源が発熱抵抗体に相当する。そして定着ローラ表面と感熱素子の間に本実施例のスペーサを配置すればよい。

本実施例のヒータホルダ１７の材料として液晶ポリマー（ＬＣＰ）であるゼナイト７７５５（商品名）、スペーサ２５材料としては、ポリエチレンテレフタレートを用いたが、この他にもヒータホルダ１７の材質として鉄、アルミ等の金属や、他のグレードのＬＣＰ、また、スペーサ２５の材質としては、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）で、ゼナイト７７５５と異なる耐熱グレードの材質等、さまざまな材料の組み合わせを用いることができる。この組み合わせ方法は、ヒータホルダ１７の融点が、スペーサ２５の融点よりも高く設定されている限り、自由である。

＜その他＞
１）本発明の像加熱装置は、画像加熱定着装置としてばかりでなく、たとえば，一度定着された画像を担持した被記録材を加熱してつや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着処理する像加熱装置、シート状物を供給して乾燥処理・ラミネート処理する等の像加熱装置、インクジェットプリンタ等に用いられる乾燥用の像加熱装置等として広く使用できる。

２）実施例では加熱体１６として図３に例示したような構造のセラミックスヒータを用いているが、これとは異なる構造のセラミックスヒータであっても勿論よい。発熱抵抗体ｂを基材ａの可撓性部材摺動面とは反対側の面に設けた所謂背面加熱型のセラミックスヒータであってもよい。また発熱抵抗体としてニクロム線等を用いた加熱体等でもよい。

実施例１における画像形成装置例の概略構成模型図 実施例１における定着装置の断面図 実施例１におけるヒータ（加熱体）の構造を示す図 （ａ）はサーモスイッチの通常時を示す図、（ｂ）はサーモスイッチのヒータ異常昇温時を示す図 実施例１におけるサーモスイッチ周辺の詳細図 （ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれスペーサの形態例を示す図 （ａ）はヒータ異常昇温時を示す図、（ｂ）は加熱体異常昇温時にサーモスイッチが斜めに当接した場合を示す図 実施例１における、１０００Ｗ電力投入時のヒータ１６の昇温カーブを示すグラフ 比較例１の説明図 従来例の定着装置の断面図 （ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれサーモスイッチ・ケースの断面形状を示す図 スペーサの斜視図 ヒータホルダにスペーサを載せた状態の斜視図

符号の説明

１６ ヒータ
１７ ヒータホルダ
１９ サーモスイッチ
２０ 定着スリーブ
２５ スペーサ
２６ 付勢部材

Claims (9)

1. 通電により発熱する発熱抵抗体を有する加熱体と、前記加熱体の異常昇温による熱で作動し、前記発熱抵抗体への通電を遮断する感熱素子と、を有する像加熱装置において、
   前記加熱体と前記感熱素子の間には樹脂製のスペーサが設けられており、前記スペーサは開口部と枠部、及び枠部から内側に伸びる脚部を有することを特徴とする像加熱装置。
2. 前記装置は更に、前記加熱体を保持する樹脂製の加熱体保持部材を有し、前記スペーサの軟化点は前記加熱体保持部材の耐熱温度より低いことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
3. 前記スペーサの軟化点は、前記感熱素子の作動温度より高いことを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
4. 前記スペーサは、前記加熱体保持部材に保持されていることを特徴とする請求項２に記載の像加熱装置。
5. 前記感熱素子を前記加熱体の方向へ付勢する付勢部材を有し、前記付勢部材は前記加熱体の異常昇温時の前記スペーサの軟化に伴い、前記感熱素子を前記加熱体側へ移動させる付勢力を有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の像加熱装置。
6. 前記加熱体は、絶縁性の平板状の基板と、前記基板に具備させた前記発熱抵抗体からなることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の像加熱装置。
7. 前記装置は更に、前記加熱体に接触しつつ移動する可撓性の回転体と、前記可撓性の回転体を介して前記加熱体と共にニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の像加熱装置。
8. 前記可撓性の回転体は、耐熱樹脂のフィルムであることを特徴とする請求項７に記載の像加熱装置。
9. 前記可撓性の回転体は、弾性層を有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の像加熱装置。

Images