(57)【要約】【課題】簡素な構成で熱効率を向上させて加熱定着装置における低消費電力化を実現すること。【解決手段】耐熱性フィルムと、耐熱基材板の少なくとも一方の面に抵抗発熱体及び導電パターンを有する第１・第２の加熱体と、抵抗発熱体及び導電パターンへ電流を通電する通電手段と、前記第１・第２の加熱体及び前記耐熱性フィルムを保持する加熱体保持部材と、記録用紙を一方向に搬送可能に設けられた加圧ローラと、前記加圧ローラの両端を支持する少なくとも１つ以上の加圧ローラ支持部材を有する加熱定着装置において、前記第１・第２の加熱体の前記加圧ローラに向かう面は互いに鈍角を成して前記加熱体保持部材に保持されており、前記加圧ローラの圧接によって形成されるニップ領域内に前記第１の加熱体の少なくとも一部と前記第２の加熱体の少なくとも一部が包括されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性フィルムと、耐熱基材板の少なくとも一方の面に抵抗発熱体及び導電パターンを有する第１・第２の加熱体と、前記第１・第２の加熱体の少なくとも片側の端部に設けられ抵抗発熱体及び導電パターンへ電流を通電する通電手段と、前記第１・第２の加熱体及び前記耐熱性フィルムを保持する加熱体保持部材と、前記第１・第２の加熱体に対して前記耐熱性フィルム及び記録用紙を挟持して圧接し一方向に回転することによって記録用紙を一方向に搬送可能に設けられた加圧ローラと、前記加圧ローラの両端を支持する少なくとも１つ以上の加圧ローラ支持部材を有する加熱定着装置において、
前記第１・第２の加熱体の前記加圧ローラに向かう面は互いに鈍角を成して前記加熱体保持部材に保持されており、前記加圧ローラの圧接によって形成されるニップ領域内に前記第１の加熱体の少なくとも一部と前記第２の加熱体の少なくとも一部が包括されていることを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記第１・第２の加熱体のうち少なくとも一方の加熱体の抵抗発熱体の単位長さ当りの抵抗値分布が長手方向に関して不均等であることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記第１・第２の加熱体の抵抗発熱体の長手方向の単位長さ当りの抵抗値分布がそれぞれ異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記第１・第２の加熱体の抵抗発熱体及び導電パターンへは前記通電部材によって互いに並列に通電されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項５】
前記第１・第２の加熱体の抵抗発熱体及び導電パターンへは前記通電部材によって互いに直列に通電されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の加熱定着装置。
【請求項６】
前記請求項１〜５の何れかに記載の加熱定着装置を有す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、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の定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真を用いた画像形成装置は例えば図４のように構成されている。
【０００３】
図４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、２０９は被記録媒体としての紙、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。
【０００４】
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装置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で反射されて感光ドラム２０１へ照射され、感光ドラム２０１上には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上に供給されている。現像スリーブ２０５上のトナーは、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。
【０００５】
他方、ペーパーカセット２１３より給紙ローラ２１４は、タイミングを取って、被記録媒体を１枚ずつ給紙する。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により被記録媒体上に転写される。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。又、トナー像を載せた被記録媒体２０９は、定着器２１２によって加熱、加圧を受けトナー像が紙上に永久定着される。
【０００６】
従来、定着器２１２としては、特許文献１で示されるセラミックの基板上に抵抗発熱体のパターンを設けて加熱体を作り、これを発熱させて薄いフィルムを介して被加熱体を加熱するフィルム加熱方式が用いられている。しかし、このようなフィルム加熱方式ではエンドレスベルト状のフィルムに大きな寄り力が発生する。この対策として特許文献１，２で開示されるエンドレスフィルムを余裕をもって懸回駆動し、フィルムの寄り力を小さくするとともに駆動トルクを低減する方式が実用化されている。このようなフィルム定着装置の断面図の一例を図５に示した。
【０００７】
図５において、１０２は加熱体であり、セラミック基板上に抵抗発熱体１０２ａを形成されており、その上に保護層としてガラス層をコートしてある。加熱体の裏面にはサーミスタ１０７が実装されており、加熱体の温度を検知している。抵抗発熱体部は不図示の電源により給電され発熱する。サーミスタ１０７の温度が一定になるようにＣＰＵによりトライアックが駆動され給電電力量が制御されている。定着フィルム１０１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、定着フィルムのねじれ強度、平滑性等の機械的特性を担う層であり、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の樹脂でできている。次の層は導電プライマ層であり、カーボンブラック等の導電性粒子が分散された導電層であり、第３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。最も外側の層がトップ層であり、様々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る。
【０００８】
１０３は加熱体保持部材であり、加熱体１０２を支持し、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性を持つ樹脂で成型され、且つ、定着フィルム１０１の円滑な回転を促す案内部材としての役割も持つ。１０６は定着ステーであり、鉄、アルミ等の金属できている。定着ステーは加熱体支持部材のクリープによる変形を抑え、ヒータ支持部材の剛性を高める役割を果たしている。１０４は加圧ローラであり、アルミ、鋳鉄等で作られる芯金１０４ａをシリコンゴム等の耐熱性を有する弾性体１０４ｂで覆っている。加圧ローラの表層は、トナーとの離型性があるＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂の被膜が設けられている。
【０００９】
加圧ローラ１０４は、定着フィルム１０１を挟んでヒータ１０２に圧接され、その圧接部で定着ニップＮを形成している。加圧ローラ１０４の芯金１０４ａは、回転駆動を受け、定着フィルム１０１は、定着ニップ部で従動回転する。トナーを担時した記録材Ｐは、不図示の転写ローラと感光ドラムにより搬送され、定着入り口ガイド１０５によって定着ニップ部に案内される。記録材上のトナーＴは、定着ニップ部で記録材上に加圧されるとともに加熱され、トナー樹脂が軟化し記録材に密着し永久定着される。
【００１０】
図６（ａ），（ｂ）は電源・通電手段・加熱体上の抵抗発熱体と電極パターンの接続を示した図であり、１０２ａは加熱体の下面に形成された抵抗発熱体（斜線領域）、１０２ｂは加熱体の下面に形成された抵抗を持たない電極パターン（斜線のない領域）を示している。（ａ）のように片側に通電部材（コネクタ・点線で図示）を設け発熱抵抗体を往復形成している例や（ｂ）のように両側に通電部材（コネクタ・点線で図示）を設け発熱抵抗体を１本だけ形成している例が実用化されている。
【００１１】
このようなフィルム加熱方式の定着装置には、低熱容量のヒータ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。又、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できる。
【００１２】
【特許文献１】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献２】特開平０４−０４４０５７号公報
【特許文献３】特開平０４−０４４０７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、近年の環境問題への関心の高まりから、更なる省エネルギーが求められており、フィルム加熱方式の定着器を有する電子写真プリンタであっても消費電力の半分以上が定着器で消費され、その電力消費が問題となっている。そのため、フィルム加熱方式の定着器においても更なる熱効率の改善による省電力化が求められている。
【００１４】
又、フィルム加熱方式の定着器を有する電子写真方式のカラープリンタの普及も急速に進んでおり、カラー画像ではモノクロ画像より多量のトナーを溶融定着させなければならないことから、電子写真方式のカラープリンタにおいては、従来と同様の定着性を確保しながら低消費電力化を実現するために、より一層の熱効率の改善が求められている。
【００１５】
定着器において熱効率を改善する最も有効な手段は、ニップ幅（図５図示Ｎ）を大きくして加圧加熱領域を広くして、通過する紙により長い時間掛けて加熱と加圧をすることである。
【００１６】
しかしながら、ニップ幅を広げるのに伴って加熱体の幅や加熱体保持部材・加圧ローラの大きさを大きくすると、加熱定着装置全体が大型化すると同時に、装置自身の熱容量が大きくなり、却って熱効率が損なわれることになる。従って、熱効率の改善のためには、装置を大型化することなくニップ幅を大きくする構成が求められている。
【００１７】
加熱体の幅や加熱体保持部材・加圧ローラの大きさを大きくすることなくニップ幅を拡大する手段としては、ベルトを介してニップを形成する構成が実用化されており、図７はその一例である。図７において、５０１は耐熱性のエンドレスベルト、５０２は定着ローラであり、ベルト５０１の内面側に設けられた部材５０３又は定着ローラ５０２の内部５０４に発熱体が設けられている。
【００１８】
しかしながら、図７のような構成ではベルトを巻き付けるローラ（５０５〜５０７）が複数必要であり、更にその駆動機構・傾き調整機構・ベルトの寄り制御等が必要なり、装置が複雑になるという問題を有していた。
【００１９】
本発明は上記問題を解決するために、従来のフィルム加圧方式の技術を発展させたものであって、ベルト定着のように装置を複雑化することなく、従来のフィルム加圧方式の構成のまま、装置を大型化することなくニップ幅を拡大させることによって、簡素な構成で熱効率を向上させ定着装置における低消費電力化を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本発明は、耐熱性フィルムと、耐熱基材板の少なくとも一方の面に抵抗発熱体及び導電パターンを有する第１・第２の加熱体と、前記第１・第２の加熱体の少なくとも片側の端部に設けられ抵抗発熱体及び導電パターンへ電流を通電する通電手段と、前記第１・第２の加熱体及び前記耐熱性フィルムを保持する加熱体保持部材と、前記第１・第２の加熱体に対して前記耐熱性フィルム及び記録用紙を挟持して圧接し一方向に回転することによって記録用紙を一方向に搬送可能に設けられた加圧ローラと、前記加圧ローラの両端を支持する少なくとも１つ以上の加圧ローラ支持部材を有する加熱定着装置において、
前記第１・第２の加熱体の前記加圧ローラに向かう面は互いに鈍角を成して前記加熱体保持部材に保持されており、前記加圧ローラの圧接によって形成されるニップ領域内に前記第１の加熱体の少なくとも一部と前記第２の加熱体の少なくとも一部が包括されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、加熱体は２本使用するものの加熱定着装置全体を極端に大型化せずに、装置自身のサイズ・構成・熱容量はほぼ現状のままで、ニップ幅を大きくすることによって加圧加熱領域が広くなり、通過する紙により長い時間掛けて加熱と加圧をすることができ、定着装置の省電力化を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施のの形態１における加熱定着装置の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は図示Ｖ方向から加熱体を見た図であって、電源・通電手段・加熱体上の抵抗発熱体と電極パターンの接続を示している。
【００２４】
図１において、１は耐熱性フィルム、２は第１・第２の加熱体、２ａは第１・第２の加熱体の下面に形成された抵抗発熱体（斜線領域）、２ｂは第１・第２の加熱体の下面に形成された抵抗を持たない電極パターン（斜線のない領域）、３は加熱体保持部材、４は加圧ローラ、５は通電部材（コネクタ）である。図における矢印はフィルムとローラの回転方向及び記録用紙の搬送方向を示しており、図示Ｎはニップを示している。
【００２５】
従来例では加熱体の幅程度のニップ幅しか得られなかったが、本実施の形態では２つの加熱体を加圧ローラに対して鈍角に配置しているため、加熱体の幅の２倍程度のニップ幅を得られている。このため、加圧加熱領域が広くなり、通過する紙により長い時間掛けて加熱と加圧をすることができ、加熱体の発熱が記録用紙に伝わる効率が従来例に比べて向上するので、熱効率に優れた定着装置を実現することができる。
【００２６】
加熱体の基板は基板が数本取れる大きな板を分割して製造される。分割にはダイアモンドカッターを用いる方法や、レーザーカットする方法や、ミシン目となる孔を開けておいてそれに沿って剪断する方法等があるが、何れにしても、端面にはバリや有害な突起が存在する可能性が大きい。図の通り、本実施の形態ではニップ領域内に加熱体のエッジが含まれているため、耐熱フィルムと加熱体のエッジの間に大きな圧力が発生する。従って、加熱体の稜線の両方をニップ内に含めるためには、端面にバリや有害な突起が発生しないような方法で切断するか、又は切断後にそれらのバリや有害な突起を除去する加工を実施するか、又はバリや有害な突起があってもそれらによってダメージを受けないような耐熱性フィルムを使用する必要がある。この中で最も確実で有効な手段は、切断後にそれらのバリや有害な突起を除去する加工を実施することであり、加熱体のエッジ部をラッピングペーパー等でラッピングすることによって容易にバリ取りをすることが可能である。
【００２７】
本実施の形態はニップ内の２つのセラミックヒータの間に加熱体保持部材をフィルムに当てる構成になっている。前述の通り、ＰＰＳ，液晶ポリマー等の耐熱性を持つ樹脂で成型され、且つ、フィルムの円滑な回転を促す案内部材としての役割も持つ。本実施の形態の場合、ニップ内の非常に圧力が掛かる箇所で２つのセラミックヒータの間を埋める機能を有するため、特にニップ内のフィルムと直接摺擦する部分には特に平滑性が必要である。
【００２８】
又、本実施の形態では、第１・第２の加熱体にそれぞれ並列に通電する構成になっているため、トライアック等のスイッチング素子（図示ＳＷ）を利用して、第１・第２の加熱体に対して選択的に通電することが可能である。これを利用して、コールドスタートの立ち上げ時やカラー画像を定着する時等、大きな電力が必要なときだけ両方に通電し、連続印刷の時や単色印刷の時は片方だけ通電する時間を設ける等して、装置としての省電力化を図ることも可能である。又、このように選択的に通電する制御を記録紙の厚さによって行うことによって、厚紙の場合は両方に通電し、薄紙の場合は片側に通電することによって、厚紙の定着性を確保しながら薄紙での省電力化を実現することも可能である。
【００２９】
又、このように選択的に通電する制御をユーザーが求める画像によって切り替えることによって、写真画像のように光沢が必要な場合は両方に通電し、文字画像のように光沢が必要ない場合は片側に通電することによって、画像の光沢感を変化させることも可能である。
【００３０】
更に、第１・第２の加熱体の抵抗発熱体に、長手方向の単位長さ当りの抵抗値分布に違いを持たせて、定着する用紙の幅や用紙上の画像の幅に応じて選択的に加熱体へ通電することも可能である。
【００３１】
＜実施の形態２＞
図２は本発明の実施の形態２における加熱定着装置の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は図示Ｖ方向から加熱体を見た図であって、電源・通電手段・加熱体上の抵抗発熱体と電極パターンの接続を示している。
【００３２】
図２において、実施の形態１と異なる点は、実施の形態１は２本の発熱体に対して並列に通電されているのに対して、本実施の形態では直列に通電されている点である。本実施の形態では、第１・第２の加熱体にそれぞれ直列に通電する構成にトライアック等のスイッチング素子（図示ＳＷ）を介した短絡経路を設けることによって、実施の形態１と同様に、第１・第２の加熱体に対して選択的に通電することが可能となっている。これを利用して、コールドスタートの立ち上げ時やカラー画像を定着する時等、大きな電力が必要なときだけ両方に通電し、連続印刷の時や単色印刷の時は片方だけ通電する時間を設けるなどして、装置としての省電力化を図ることも可能である。
【００３３】
又、このように選択的に通電する制御を記録紙の厚さによって行うことによって、厚紙の場合は両方に通電し、薄紙の場合は片側に通電し、厚紙の定着性を確保しながら薄紙での省電力化を実現することも可能である。更に、このように選択的に通電する制御をユーザーが求める画像によって切り替えることによって、写真画像のように光沢が必要な場合は両方に通電し、文字画像のように光沢が必要ない場合は片側に通電し、画像の光沢感を変化させることも可能である。勿論、短絡経路は加熱体上に抵抗値を持たない導通パターンとして形成することも可能である。
【００３４】
又、第１・第２の加熱体の抵抗発熱体に、長手方向の単位長さ当りの抵抗値分布に違いを持たせて、定着する用紙の幅や用紙上の画像の幅に応じて選択的に加熱体へ通電することも可能である。
【００３５】
本実施の形態では、第１の加熱体の下流側の稜線と第２の加熱体の上流側の稜線がニップ内に含まれる例を説明したが、更に第１の加熱体の上流側の稜線や第２の加熱体の下流側の稜線をニップ内に含む場合でも本実施の形態と同様の効果がある。本実施の形態では、下面に抵抗発熱体を形成した加熱体の例を説明したが、上面に抵抗発熱体を形成した加熱体であっても同様の効果がある。
【００３６】
＜実施の形態３＞
図３は本発明の実施の形態３における加熱定着装置の図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は図示Ｖ方向から加熱体を見た図であって、電源・通電手段・加熱体上の抵抗発熱体と電極パターンの接続を示している。
【００３７】
図３において、実施の形態２と異なる点は、発熱体上のパターンが（ｂ）のように往復となっている点である。このような構成にすると通電手段を片側に設けるだけで、実施の形態１，２と同様に、第１・第２の加熱体に対して選択的に通電することが可能である。従って、コールドスタートの立ち上げ時やカラー画像を定着する時等、大きな電力が必要なときだけ両方に通電し、連続印刷の時や単色印刷の時は片方だけ通電する時間を設ける等して、装置としての省電力化を図ることも可能である。
【００３８】
又、このように選択的に通電する制御を記録紙の厚さによって行うことによって、厚紙の場合は両方に通電し、薄紙の場合は片側に通電し、厚紙の定着性を確保しながら薄紙での省電力化を実現することも可能である。更に、このように選択的に通電する制御をユーザーが求める画像によって切り替えることによって、写真画像のように光沢が必要な場合は両方に通電し、文字画像のように光沢が必要ない場合は片側に通電することによって、画像の光沢感を変化させることも可能である。
【００３９】
又、第１・第２の加熱体の抵抗発熱体に、長手方向の単位長さ当りの抵抗値分布に違いを持たせて、定着する用紙の幅や用紙上の画像の幅に応じて選択的に加熱体に通電することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
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の定着装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加熱定着装置の説明のための図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る加熱定着装置の説明のための図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る加熱定着装置の説明のための図である。
【図４】従来の画像形成装置の説明のための断面図である。
【図５】従来の加熱定着装置の説明のための図である。
【図６】従来の加熱定着装置の説明のための図である。
【図７】従来のベルト定着装置の図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  定着フィルム
２  第１・第２の加熱体
３  加熱体支持部材
４  加圧ローラ
５  通電部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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