(57)【要約】【課題】定着装置が熱により弾性変形しても、温度検知の応答性が低下するのを防止すること。【解決手段】定着装置１００は、サーミスタ２０１とヒータ保持部材１１２との間に設けられて、サーミスタ２０１をセラミックヒータ１１３に押圧するばね２０２の、押圧力は、セラミックヒータ１１３の加熱によりヒータ保持部材１１２が膨張し、ヒータ保持部材１１２が定着ステイに当接して、ヒータ保持部材１１２と定着ステイ１１４との間の隙間Ｇが無くなることにより、所定の範囲内に保持される。サーミスタ２０１は、セラミックヒータ１１３に常時所定の範囲内の押圧力によって押圧されているので、セラミックヒータ１１３の温度変化を素早く検知できて、温度検知の応答性の低下を防止できる。これにより、定着装置１００は、トナー画像の画質を低下させることなくトナー画像をシートに定着させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱する発熱体によりシートにトナー画像を定着する定着装置において、
前記発熱体と、
前記発熱体の温度を検知する温度検知体と、
前記温度検知体を前記発熱体に付勢する付勢手段と、
前記付勢手段が所定の付勢力を付与する状態に保持する保持手段と、
前記保持手段が当接し、該保持手段が前記発熱体の発熱により保持手段が膨張した際に前記付勢手段の付勢力が変化するのを抑制する抑制手段と、を備えた、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記抑制手段は、前記保持手段との間に前記保持手段が前記発熱体の発熱により膨張することで当接する隙間を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記保持手段が当接する隙間は、前記付勢力を所定以上変化させないように設定されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記保持手段の線膨張係数は、前記抑制手段の線膨張係数よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
シートにトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部によってシートに形成されたトナー画像を該シートに定着する定着装置と、を備え、
前記定着装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置である、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセス等を用いて、シートに画像を形成する複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、画像形成部でシートにトナー画像を形成し、そのシートを定着装置で加熱加圧してシートにトナー画像を定着するようになっている。
【０００３】
定着装置には、電力供給を受けて発熱する発熱体と、その発熱体の温度を検知する温度検知体とを有し、温度検知体で発熱体の温度を検知して温度調節することで、シートを加熱してシート上のトナー像を定着するようになっているものがある（特許文献１）。
【０００４】
ところで、定着装置は、待機時の低温状態から定着可能な温度にまで上昇させるためには一定の時間と電力量が必要である。この時間を短縮すると、画像形成装置は、画像形成信号を受けてから、実際に画像形成動作に入るまでの時間を短縮することができる。また、画像形成装置は、待機状態で画像形成信号を受けた後に、通電を開始し、定着装置にシートが到達するまでにトナー画像の加熱定着に十分な温度に到達するような最低限の予熱を待機状態で与えることによって消費電力を少なくすることができる。また、このようにすると、目標温度に到達するまでの電力量を少なくして、消費電力を少なくすることができる。
【０００５】
このように、定着装置をできるだけ早く少ない電力で目標温度に到達させることは、低消費電力の画像形成装置を提供するのに不可欠な設計課題であるが、中でも、最も重要な要因の１つが温度検知体の応答速さである。これは、目標とする定着温度に近づいたとき、過剰な電力の供給をしない最適な制御をするためには発熱体の温度と温度検知体の検知温度の時間遅れを最小にすることが重要となるためである。
【０００６】
このため、発熱体と温度検知体とを接触させる当接圧は、温調制御に影響するために厳しく管理されており、当接圧が所定の範囲から外れていた場合、温度検知の応答性が低下することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−５０６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の定着装置は、発熱体の熱によって温度検知体を支持している部材が熱変形した場合、上記当接圧が変化することがあり、この場合は温度検知の応答性が低くなり、最適な定着温度でトナー画像をシートに定着することができないおそれがあった。
【０００９】
本発明は、定着装置自体が、発熱体によって加熱されて、熱膨張しても、発熱体と温度検知体との接触圧を所定の範囲内に保持することのできる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の定着装置は、発熱する発熱体によりシートにトナー画像を定着する定着装置において、前記発熱体と、前記発熱体の温度を検知する温度検知体と、前記温度検知体を前記発熱体に付勢する付勢手段と、前記付勢手段が所定の付勢力を付与する状態に保持する保持手段と、前記保持手段が当接し、該保持手段が前記発熱体の発熱により保持手段が膨張した際に前記付勢手段の付勢力が変化するのを抑制する抑制手段と、を備えた、ことを特徴としている。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、シートにトナー画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部によってシートに形成されたトナー画像を該シートに定着する定着装置と、を備え、前記定着装置は、上記の定着装置である、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の定着装置は、発熱体の加熱により保持手段が熱膨張しても、温度検知体を付勢している付勢手段の付勢力が所定の範囲内に保持されるので、温度検知体が発熱体を押圧する力を所定の範囲内に保持することができる。この結果、本発明の定着装置は、温度検知体の温度検知の応答性が低下するのを防止することができて、最適な温度でトナー画像をシートに定着することができ、トナー画像の画質の低下を防止することができる。
【００１３】
本発明の画像形成装置は、トナー画質の品質の低下を防止することのできる定着装置を備えているので、シートに形成する画像の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の定着装置を装置本体に備えた画像形成装置のシート搬送方向に沿った断面概略図である。
【図２】本発明の実施形態における定着装置の断面図である。
【図３】図２の加熱ユニットのＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図２の定着装置において、定着フィルムを取り除いた加熱ユニットの部分斜視図である。
【図５】本実施形態の定着装置と従来の定着装置との応答性を比較するための、実験結果の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の定着装置と、この定着装置を装置本体に備えた画像形成装置とを図に基づいて説明をする。
【００１６】
（画像形成装置）
図１は、本発明の実施形態の定着装置を装置本体に備えた画像形成装置のシート搬送方向に沿った断面概略図である。画像形成装置は、電子写真プロセス等を用いて、シートに画像を形成するようになっている。画像形成装置には、複写機、レーザープリンタ、ファクシミリ等がある。
【００１７】
画像形成装置３００は、装置本体３００Ａの下部に、シートを給送するメイン給紙ユニット３０２を備えている。メイン給紙ユニット３０２は、給紙加圧ばね３０２ｃによって、積載カセット部３０２ａに収納されたシートと共に中支持板３０２ｂを押し上げ、最上位のシートを給紙ローラ３０２ｅに当接させる。その後、メイン給紙ユニット３０２は、給紙ローラ３０２ｅが回転することによって、シートを積載カセット部３０２ａから給紙通路３０４に送り出して、給紙通路３０４に設けられた１対のレジストローラ３０５ａ，３０５ｂのニップに突き当てる。１対のレジストローラ３０５ａ，３０５ｂは、回転を停止している状態でシートの先端を受け止めて、シートの斜行が矯正されてから、適宜のタイミングで、感光ドラム３０８と転写ローラ３０７とのニップにシートを送り込む。
【００１８】
また、図１において、メイン給紙ユニット３０２の右側には、積載カセット部３０２ａに収納されるシートとは異なるサイズのシートを給送できるマルチ給紙ユニット３０３が設けられている。マルチ給紙ユニット３０３は、装置本体３００Ａを開閉可能なマルチ給紙積載トレイ３０３ａに積載されたシートを、マルチ給紙ローラ３０３ｂによって給紙通路３０４に送り出して、１対のレジストローラ３０５ａ，３０５ｂのニップに突き当てる。１対のレジストローラ３０５ａ，３０５ｂは、回転を停止している状態でシートの先端を受け止めて、シートの斜行が矯正されてから、適宜のタイミングで、感光ドラム３０８と転写ローラ３０７とのニップにシートを送り込む。
【００１９】
一方、画像形成装置３００は、原稿読み取りユニット３１３で読み込んだ画像情報や、外部のコンピュータから送られてくる画像情報を、レーザ発光書込ユニット３０１により光変調情報に変換する。レーザ発光書込ユニット３０１は、回転している感光ドラム３０８にレーザ光を照射して、感光ドラム３０８上に静電潜像を形成する。静電潜像は、感光ドラム３０８の回転と、トナーボトルユニット３０６から供給される現像剤（トナー）によってトナー現像を行う現像器３１４の現像動作とによって、トナー画像になる。感光ドラム３０８、転写ローラ３０７、トナーボトルユニット３０６、現像器３１４等は、シートにトナー画像を形成する画像形成部３１５を形成している。
【００２０】
転写ローラ３０７には転写バイアスが印加されている。転写ローラ３０７と感光ドラム３０８は、回転して、１対のレジストローラ３０５ａ，３０５によって転写ローラ３０７と感光ドラム３０８とのニップに送り込まれたシートを搬送し、感光ドラム３０８上に形成されているトナー画像をシートに静電的に転写する。
【００２１】
そして、感光ドラム３０８と転写ローラ３０７は、回転によって、シートを定着装置１００に搬送する。定着装置１００は、加熱ユニット１１０と、加熱ユニット１１０に接触してニップを形成する加圧ローラ１２０とを備えている。加熱ユニット１１０と加圧ローラ１２０は、ニップに送り込まれたシートを、回転しながら搬送し、その間にシートを加圧、加熱してシートにトナー画像を定着し、排紙通路３０９に送り込む。最後、排紙部３１１の排紙通路３０９に設けられた排紙ローラ３１０が、シートを排紙トレイ３１２に排出する。これにより、画像形成装置３００は、シートにトナー画像を形成したことになる。
【００２２】
（定着装置）
図２は、本発明の実施形態における定着装置の断面図である。図３は、図２の加熱ユニットのＡ−Ａ矢視断面図である。図４は、図２の定着装置において、定着フィルムを取り除いた加熱ユニットの部分斜視図である。図５は、本実施形態の定着装置と従来の定着装置との応答性を比較する特性図である。
【００２３】
定着装置１００は、筒状のエンドレスフィルム（定着フィルム）を用いた加熱ユニット１１０と、加熱ユニット１１０が圧接してモータＭによって回転する加圧ローラ１２０とを備えたフィルム加熱方式の定着装置である。
【００２４】
定着体としての加熱ユニット１１０は、シートの搬送方向に対して交差するシートの幅方向に沿った長尺の部材である。加熱ユニット１１０は、定着フィルム１１１、ヒータ保持部材１１２と、セラミックヒータ１１３と、定着ステイ１１４、サーミスタ２０１、圧縮ばね２０２、押圧板２０３等で構成されている。
【００２５】
定着フィルム１１１は、上述のヒータ保持部材１１２、セラミックヒータ１１３、定着ステイ１１４、サーミスタ２０１、圧縮ばね２０２、押圧板２０３等を内在して、加圧ローラ１２０に接触し、加圧ローラ１２０に追従回転する可撓性を有する筒状部材である。
【００２６】
保持手段としてのヒータ保持部材１１２は、定着フィルム１１１が加圧ローラ１２０に追従回転するのを案内する樋状に形成されて断面が円弧状のフィルム案内部１１２ａである。ガイド部１１２ｂは、ばね２０２の一端を受け止める弾性受け部である。また、ヒータ保持部材１１２のフィルム案内部１１２ａには、定着フィルムがルーズに装着されている。
【００２７】
シートを加熱する発熱体としてのセラミックヒータ１１３は、ヒータ保持部材１１２のフィルム案内部１１２ａの下部に形成された長溝１１２ｃに装着されている。セラミックヒータ１１３は、セラミック基板１１３ａ上に抵抗発熱体１１３ｂを形成し、その上に保護層としてガラス層を被覆して長尺の平板状に形成されている。抵抗発熱体１１３ｂは、不図示の電源により給電されて発熱するようになっている。セラミックヒータ１１３の裏面にはサーミスタ２０１が設けられている。サーミスタ２０１は温度を検知するようになっている。温度検知体としてのサーミスタ２０１の検知温度情報は、ＣＰＵ１１５に送られるようになっている。ＣＰＵ１１５はサーミスタ２０１の検知温度が一定になるように、トライアック１１６を駆動してセラミックヒータ１１３の給電電極１１７に対する給電電力量を制御するようになっている。
【００２８】
抑制手段としての定着ステイ１１４は、断面逆Ｕ字状に形成されて、ヒータ保持部材１１２のガイド部１１２ｂを案内して、ヒータ保持部材１１２に対して接近離間できるようになっている。定着ステイ１１４は、定着ステイ１１４の長手方向の両端を付勢する不図示のばねによってヒータ保持部材１１２を押圧し、定着フィルム１１１を間にしてセラミックヒータ１１３を加圧ローラ１２０に押圧するようになっている。定着ステイ１１４は、逆Ｕ字状の先端部１１４ｂは、ヒータ保持部材１１２に当接して、加熱ユニット１１０と加圧ローラ１２０との互いの接触力を受け止める受け止め部になっている。
【００２９】
サーミスタ２０１の裏面と、ヒータ保持部材１１２のガイド部１１２ｂは離間対向しており、その間には、押圧板２０３とばね２０２が設けられている。
【００３０】
回転体としての加圧ローラ１２０は、芯金１２１と、芯金１２１の外周に一体成型された耐熱性と弾性とを備えた弾性層１２２とで形成されている。加圧ローラ１２０は、芯金１２１の両端部を画像形成装置の装置本体３００Ａの固定部材に回転自在に支持されて、モータＭによって矢印Ｂ方向に回転するようになっている。加圧ローラ１２０の弾性層１２２の外周面は、トナーとの離型性があるＰＦＡ，ＰＴＦＥ，ＦＥＰなどのフッ素樹脂によって被覆されている。
【００３１】
加熱ユニット１１０は、加圧ローラ１２０の上側にセラミックヒータ１１３側を下向きにして加圧ローラ１２０に並行に配置され、定着ステイ１１４の長手方向の両端部を不図示のばねに押圧されて、加圧ローラ１２０に付勢されている。これによって、加熱ユニット１１０は、セラミックヒータ１１３の下面を、定着フィルム１１１を介して加圧ローラ１２０の弾性層１２２の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接されて、加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｎが形成されている。
【００３２】
加圧ローラ１２０が、加熱ユニット１１０とでシートを挟持した状態で、モータＭにより反時計方向の矢印Ｂ方向に所定の周速度で回転すると、定着ニップ部Ｎにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム１１１が加圧ローラ１２０に追従回転する。定着フィルム１１１は、その内面がセラミックヒータ１１３の下向き面に密着して摺動しながらヒータ保持部材１１２の外回りを時計方向の矢印Ｃ方向に従動回転する。
【００３３】
以上の構成における、ばね２０２は、サーミスタ２０１をセラミックヒータ１１３に押すために、押圧板２０３とガイド部１１２ｂとの間に縮設されている。ガイド部１１２ｂは、ヒータ保持部材１１２の一部分である。ガイド部１１２ｂには、ばね２０２の座面１１２ｂａと、定着ステイ１１４側に突出した突部１１２ｂｂとが形成されている。突部１１２ｂｂと定着ステイ１１４の対向面１１４ａとの間には、所定の隙間Ｇが形成されている。対向面１１４ａは、ガイド部１１２ｂに対して、ばね２０２の反対側に位置している。
【００３４】
通常、定着装置１００がシートにトナー画像を定着しながらシートを搬送しているとき、サーミスタ２０１は、ばね２０２によって、セラミックヒータ１１３にセラミックヒータ１１３の温度を正確に測れる所定の押圧力で押圧されている。このため、セラミックヒータ１１３の発熱温度は、ＣＰＵ１１５の制御によって、トナー画像をシートに定着する最適な温度に保たれて、隙間Ｇも所定の隙間に保たれている。
【００３５】
ところで、定着装置１００は、長時間使用すると、セラミックヒータ１１３の熱により、全体が熱膨張をする。特に、セラミックヒータ１１３を保持しているヒータ保持部材１１２は、他の部材、例えば、定着ステイ１１４よりも大きく熱膨張する。このため、隙間Ｇが狭くなり、狭くなった分、ばね２０２が伸びて、ばね２０２がサーミスタ２０１をセラミックヒータ１１３に押し付けている押圧力が弱くなる。この結果、ＣＰＵ１１５による、セラミックヒータ１１３の温度変化に応じた温度調節の対応が遅くなる。
【００３６】
この場合、隙間Ｇが広すぎると、ヒータ保持部材１１２が自由に熱膨張して、定着ステイ１１４に当接することがなく、ばね２０２がますます伸びて、ばねの押圧力がさらに弱くなり、ＣＰＵ１１５による温度調節の対応が一段と遅くなる。この結果、定着装置１００は、トナー画像をシートに定着することが困難になり、トナー画像の画質を低下させることになる。
【００３７】
そこで、本実施形態の定着装置は、サーミスタ２０１の熱によって、ヒータ保持部材１１２がある程度熱膨張すると、定着ステイ１１４に当接して、ヒータ保持部材１１２の膨張を規制できるように、隙間Ｇの間隔が設定されている。隙間Ｇが所定以上変化させないように設定されて、ヒータ保持部材１１２の膨張量が規制されていると、ばね２０２は、ある程度の長さまでしか延びることができない。このため、ばね２０２がサーミスタ２０１をセラミックヒータ１１３に押し付けている(付与している)押圧力は、所定値未満になることがない。
【００３８】
すなわち、ばね（付勢手段）２０２の押圧力（付勢力）は、サーミスタ２０１の加熱によりヒータ保持部材１１２が熱膨張し、ヒータ保持部材１１２が定着ステイ１１４に当接して、隙間Ｇが無くなることにより、所定の範囲内に保持されるようになっている。また、隙間Ｇは、ばね２０２がサーミスタ２０１をセラミックヒータ１１３に押し付ける押圧力が所定の範囲内に収まる間隔に設定されている。
【００３９】
なお、定着ステイ１１４を金属製品にし、ヒータ保持部材１１２を樹脂製品にするのが好ましく、定着ステイ１１４の線膨張係数をヒータ保持部材１１２の線膨張係数よりも小さくすることによって、定着ステイがヒータ保持部材を受け止めることができる。
【００４０】
以上のように、隙間Ｇを管理することによって、定着装置１００は、ＣＰＵ１１５による、セラミックヒータ１１３の温度変化に応じた温度調節の応答が遅くなるのを防止して、トナー画像の画質の低下を防止することができる。
【００４１】
図５は、セラミックヒータ１１３の温度変化に応じた、温度検知の早さ（応答性）を示す実験結果の図であり、図５から、本発明による温度検知は、従来の温度検知より速いことが分かる。図５の横軸は時間を示し、縦軸は温度を示している。
【００４２】
なお、ヒータ保持部材１１２のガイド部１１２ｂに突設した突部１１２ｂｂは、ばね２０２が延びる長さを正確に規制するため、ばね２０２の付勢方向上に設けるのが好ましい。なお、突部１１２ｂｂは、定着ステイ１１４の対向面１１４ａに、ヒータ保持部材１１２側に向けて突設されていてもよい。この場合の突部も、ばね２０２の付勢方向上に設けるのが好ましい。突部は、ヒータ保持部材１１２と定着ステイ１１４との一方に、他方に向けて突設されていればよい。
【符号の説明】
【００４３】
１００：定着装置、１１０：加熱ユニット（定着体）、１１１：定着フィルム、１１２：ヒータ保持部材（保持手段）、１１２ａ：フィルム案内部、１１２ｂ：ガイド部（弾性受け部）、１１２ｂｂ：突部、１１３：セラミックヒータ（発熱体）、１１４：定着ステイ（抑制手段）、１１４ｂ：先端部（受け止め部）、１２０：加圧ローラ（回転体）、２０１：サーミスタ（温度検知体）、２０２：ばね（付勢手段）、３１５：画像形成部、３００：画像形成装置、３００Ａ：装置本体、Ｐ：シート、Ｇ：隙間。
【図１】
2015121629.tif 000003
【図２】
2015121629.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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