(57)【要約】【課題】  定着装置が制御不能状態に陥った場合のヒータ割れを防止し、リサイクル性に優れた画像形成装置を提供する。【解決手段】  ヒータの異常昇温時においてヒータホルダの変形量が大きい箇所に、異常昇温時ヒータ支持補助部材を設ける。【選択図】  図４
2007058190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と前記基板上に形成された発熱抵抗体とを有するヒータと、前記ヒータをその長手方向に亘って保持する樹脂製のホルダと、前記ヒータと協同して記録材を搬送するニップ部を形成する弾性ローラと、前記ホルダの長手方向の一部に設けられた穴に挿入されており前記ヒータからの熱を感知する感熱素子と、前記感熱素子を前記ヒータに向かって付勢するバネと、を有し、前記ニップ部で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記感熱素子に対してギャップを有して配置されている支持補助部を有し、前記支持補助部は前記ホルダの前記長手方向のうち前記穴に対応する位置のみに設けられており、前記ヒータが異常発熱して前記ホルダの前記穴の周囲が軟化した時に、前記支持補助部は前記感熱素子を介して前記ヒータに掛かる荷重を受け止めることを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記支持補助部は一つの前記感熱素子に対して３箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項３】
前記感熱素子は、サーミスタ、サーモスイッチ、温度ヒューズのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項４】
前記発熱抵抗体の前記感熱素子に対応する領域の抵抗値は、その他の領域より高いことを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項５】
前記装置は更に、内周面に前記ヒータが接触しつつ回転する可撓性のスリーブを有し、前記ニップ部は前記スリーブを介して前記ヒータと前記弾性ローラによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の像加熱装置。
【請求項６】
基板と前記基板上に形成された発熱抵抗体とを有するヒータと、前記ヒータをその長手方向に亘って保持する樹脂製のホルダと、前記ヒータと協同して記録材を搬送するニップ部を形成する弾性ローラと、前記ホルダの長手方向の一部に設けられた穴に挿入されており前記ヒータからの熱を感知する感熱素子と、前記感熱素子を前記ヒータに向かって付勢するバネと、前記バネの前記感熱素子側端部とは反対側の端部を受け止めるバネ支持部材と、を有し、前記ニップ部で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、
前記バネ支持部材は前記感熱素子に対してギャップを有する突起形状の支持補助部を有し、前記ヒータが異常発熱して前記ホルダの前記穴の周囲が軟化した時に、前記支持補助部は前記感熱素子を介して前記ヒータに掛かる荷重を受け止めることを特徴とする像加熱装置。
【請求項７】
前記支持補助部は一つの前記感熱素子に対して３箇所以上設けられていることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記感熱素子は、サーミスタ、サーモスイッチ、温度ヒューズのうちのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項９】
前記発熱抵抗体の前記感熱素子に対応する領域の抵抗値は、その他の領域より高いことを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【請求項１０】
前記装置は更に、内周面に前記ヒータが接触しつつ回転する可撓性のスリーブを有し、前記ニップ部は前記スリーブを介して前記ヒータと前記弾性ローラによって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の像加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタに搭載される加熱定着器として用いれば好適な像加熱装置に関し、特に、基板上に発熱抵抗体が形成されたヒータと、ヒータと協同して画像を担持する記録材を搬送するニップ部を形成する弾性ローラと、を有する像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタに搭載される定着器として、セラミック製のヒータと、内周面にこのヒータが接触するポリイミドやステンレス等の材質の定着フィルムと、定着フィルムを介してヒータと定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有するフィルム方式の定着装置が実用化されている。
【０００３】
このフィルム方式の定着装置の一形態として、定着フィルムにシリコーンゴム等の弾性層を設けたものもある。定着フィルムに弾性層を設けているので、記録材上のトナー像を包み込むように定着できる。したがってこの定着装置は、主にフルカラープリンタに搭載する定着装置として利用されている。
【０００４】
図１０にフィルム方式の定着装置の断面図を示す。１０００がセラミック製のヒータ、１００１が耐熱樹脂製のヒータホルダ、１００２が定着フィルム、１００３が加圧ローラ、１００４が温度ヒューズやサーモスイッチ、サーミスタ等の感熱素子である。トナー像ｔが形成された記録材Ｐは矢印の方向に搬送され、定着ニップ部Ｎで記録材Ｐ上のトナー像ｔが加熱定着される。感熱素子のうち温度ヒューズやサーモスイッチは、制御回路の異常等の要因によりヒータ１０００が異常昇温した時に、この熱を感知して作動し、ヒータ１０００への給電を遮断する安全装置の役目を担っている。また、感熱素子のうちサーミスタは、ヒータ１０００の温度を検知する役目を担っている。
【０００５】
ところで、装置を設計する際には、ヒータ１０００が異常昇温した際に、感熱素子１００４の反応がヒータ１０００の昇温速度に対して追従できず遅れてしまうことも考慮しなければならない。感熱素子の反応遅れによりヒータの異常発熱状態が継続した場合、ヒータ１０００は、感熱素子１００４がヒータ１０００に接触する位置割れやすい。その理由を下記で説明する。
【０００６】
図１１−１に示す様に、耐熱樹脂製のヒータホルダ１００１には、感熱素子を嵌め込むための穴が設けられている。この穴が設けられた部分はヒータホルダの他の部分より剛性が低くなる。このため、ヒータ１０００が異常昇温した場合には、図１１−２に示す様に、この穴が設けられた部分はヒータホルダの他の部分より変形を起こしやすい。よって、ヒータホルダの穴が設けられた位置に対応するヒータ１０００の部分が大きなストレスを受けるために、ヒータ１０００は割れに至る。
【０００７】
この様な、感熱素子１００４を配置した位置に対応するヒータ割れの対策として、特許文献１に示すごとく、感熱素子嵌め込み用の穴の周辺をリブ等で補強する構成が提案されている。
【０００８】
特許文献１に示す構成は、ヒータの異常昇温時にヒータホルダ１００１が穴の位置で屈曲してしまうような場合、すなわちヒータホルダ１００１の剛性が低い場合には、ヒータホルダそのものの屈曲を防止できる。よって、ヒータ１０００が折れてしまうのを防止するためには有効である。
【特許文献１】特開２００５−１４８４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ヒータホルダの剛性がある程度確保されている場合においては、感熱素子嵌め込み用の穴周辺を補強したのみでは、十分なヒータ割れ防止効果が得られない場合がある。
【００１０】
このことを、図１２を用いて説明する。ヒータが異常昇温し、ヒータホルダの軟化温度に達すると、ヒータに直接接触しているヒータホルダの座面部分が軟化する。ヒータは加圧ローラにより図１２の上方向に向かって加圧されているため、ヒータホルダのヒータ座面が軟化することにより、図１２−２に示すようにヒータがヒータホルダに埋没していく。
【００１１】
感熱素子嵌め込み用の穴においては、ヒータの熱がヒータホルダに奪われることが無いので他の部分に比べ昇温が激しく、感熱素子嵌め込み用の穴周辺のヒータホルダ座面は軟化しやすい。従って、感熱素子嵌め込み用の穴では、ヒータがヒータホルダに埋没する量が、他の部分に比べて大きくなるため、穴とその周辺とでヒータにかかるストレスが大きくなり、ヒータが割れる可能性がある。
【００１２】
以上に述べたように、ヒータホルダの屈曲ではなく、ヒータ座面の溶融によりヒータがヒータホルダにめり込む現象に対しては、従来の対策では対応できなかった。
【００１３】
さらに、近年、画像形成装置のさらなる高速化が求められている。高速化に際しては、より短い時間でより多くの熱量を記録材に与える必要があるため、ヒータに、より大電力を投入し、発熱量を全体的に大きくする必要が生じている。
【００１４】
ヒータに投入される電力が大きくなると、温度制御系の故障等によって定着装置が制御不能となり大電力が連続してヒータに投入された状態に陥った際に、容易にヒータホルダ座面が溶融する高温に達する。このため、ヒータがヒータホルダに沈み込み、ヒータ割れに至るまでの時間も短くなる。したがって、サーモスイッチ等の感熱素子が動作する前にヒータ割れに至るケースが発生し得る。
【００１５】
このように、ヒータ割れが生じた場合、ヒータが使用不能となり、リサイクル性に劣ることに加え、ヒータに設置されたサーミスタ等を介して、一次電圧が印加される部位と、二次側回路やＧＮＤ部位との距離を十分に取れなくなり、場合によっては二次側回路が破壊され、修理費用が余計にかかる、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の課題を解決するための本発明は、基板と前記基板上に形成された発熱抵抗体とを有するヒータと、前記ヒータをその長手方向に亘って保持する樹脂製のホルダと、前記ヒータと協同して記録材を搬送するニップ部を形成する弾性ローラと、前記ホルダの長手方向の一部に設けられた穴に挿入されており前記ヒータからの熱を感知する感熱素子と、前記感熱素子を前記ヒータに向かって付勢するバネと、を有し、前記ニップ部で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記感熱素子に対してギャップを有して配置されている支持補助部を有し、前記支持補助部は前記ホルダの前記長手方向のうち前記穴に対応する位置のみに設けられており、前記ヒータが異常発熱して前記ホルダの前記穴の周囲が軟化した時に、前記支持補助部は前記感熱素子を介して前記ヒータに掛かる荷重を受け止めることを特徴とする。
【００１７】
更に本発明は、基板と前記基板上に形成された発熱抵抗体とを有するヒータと、前記ヒータをその長手方向に亘って保持する樹脂製のホルダと、前記ヒータと協同して記録材を搬送するニップ部を形成する弾性ローラと、前記ホルダの長手方向の一部に設けられた穴に挿入されており前記ヒータからの熱を感知する感熱素子と、前記感熱素子を前記ヒータに向かって付勢するバネと、前記バネの前記感熱素子側端部とは反対側の端部を受け止めるバネ支持部材と、を有し、前記ニップ部で記録材に形成された画像を加熱する像加熱装置において、前記バネ支持部材は前記感熱素子に対してギャップを有する突起形状の支持補助部を有し、前記ヒータが異常発熱して前記ホルダの前記穴の周囲が軟化した時に、前記支持補助部は前記感熱素子を介して前記ヒータに掛かる荷重を受け止めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ヒータ割れを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施例１）
（定着装置構成の説明）
図１および図２を用いて、本発明の実施例１における定着装置について詳述する。
【００２０】
図１は、本実施例の定着装置断面図、図２は、本実施例におけるヒータを、長手方向上面より見た図である。
【００２１】
本実施例における定着装置は、ヒータ１００、ヒータホルダ１０１、定着ベルト（可撓性スリーブ）１０２、加圧ローラ（弾性ローラ）１０３、サーミスタ（感熱素子）１０５、１０６により構成される。
【００２２】
ヒータ１００は、図２に示すごとく、基板１００ａ、抵抗発熱体１００ｂ、電極１００ｃ、絶縁コート層１００ｄより構成されている。
【００２３】
基板１００ａは、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックを用いることができる。本実施例では、厚みが０．６ｍｍで、通紙方向と直交する方向を長手とする横長の窒化アルミ基板を用いた。基板１００ａの長さは２８５ｍｍ、幅は７．５ｍｍである。
【００２４】
本実施例において抵抗発熱体１００ｂは、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストを、基板１００ａ上にスクリーン印刷法によって厚み２０μｍ程度の膜状に塗工した後、焼成することで形成した。本実施例に用いた発熱抵抗体１００ｂの抵抗値は、１４Ωとした。これにより、１２０Ｖの電圧が投入された際のヒータ１００の消費電力は、１０２９Ｗとなる。
【００２５】
抵抗発熱体１００ｂは、長手両端部、後述するサーモスイッチ１１９接触部において、他の部分よりも幅の狭い領域を持つ。抵抗発熱体１００ｂの幅を狭く絞ることによって、絞り部で抵抗発熱体１００ｂの抵抗が大きくなり、同じ値の電流が流れた際の発熱量が大きくなる。これにより、長手端部においては、基板１００ａを通じて長手端部方向へ逃げる熱を補い、また、サーモスイッチ接触部においては、サーモスイッチに奪われる熱を補うことで、ヒータの温度分布が長手に均一になるようにしている。この長手端部における抵抗発熱体幅の狭い部分は、後述するサブサーミスタ１０６配設位置を含んでいる。
【００２６】
電極１００ｃは、定着装置や画像形成装置の電源より、抵抗発熱体１００ｂに電力を供給するための接点として機能するものである。本実施例においては、銀ペーストを、抵抗発熱体１００ｂと同様、スクリーン印刷法により厚み２０μｍの膜状に塗布した後、焼成を行うことにより、形成した。電極１００ｃは、基板１００ａ上に二箇所形成され、それぞれ抵抗発熱体１００ｂに接続されることにより、電極を通してＡＣ電圧が抵抗発熱体に印加される。
【００２７】
絶縁コート層１００ｄは、ガラスや樹脂等の絶縁物により形成され、抵抗発熱体１００ｂや電極１００ｃの絶縁耐圧を確保するために設けられる。本実施例においては、絶縁ガラスによるコート層を抵抗発熱体１００ｂの上から基板１００ａと抵抗発熱体１００ｂを覆うように８０μｍの厚みでスクリーン印刷を行うことにより設けている。
【００２８】
ヒータ１００は、ヒータホルダ１０１によって保持される。ヒータホルダ１０１は、ガラス繊維にて補強したエンジニアリングプラスチック、例えば全芳香族系ポリエステル樹脂等からなる液晶ポリマーで成形され、ヒータ１００を保持するだけでなく、定着ベルト１０２をガイドする役割をも果たす。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７７５５Ｍ（商品名）を使用した。ゼナイト７７５５Ｍの最大連続使用可能温度は、約２７０℃である。
【００２９】
定着ベルト１０２は、ポリイミド樹脂またはＮｉ、ステンレス等の金属を、円筒状に形成したエンドレスフィルム状の基層上に、シリコーンゴム層をリングコート法等により形成し、更にその上に、厚み３０μｍ〜５０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成してなる。
【００３０】
本実施例における定着ベルト１０２基層としては、厚み５０μｍのステンレス製のエンドレスフィルムを用いた。
【００３１】
また、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１０２の熱容量を小さくすることが、素早い温度立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１．０×１０−３ｃａｌ／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。
【００３２】
一方、ＯＨＴ（ｏｖｅｒｈｅａｄ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）透過性や、画像上の微小なグロスむらを抑えるといった、画質の観点からは、定着ベルト１０２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。
【００３３】
定着ベルト１０２表面のフッ素樹脂層は、定着ベルト１０２表面の離型性を向上させるものである。この離型層を設けることによって、定着ベルト１０２表面にトナーｔが一旦付着し、再度記録材Ｐに移動することで発生するオフセット現象を抑える。また、フッ素樹脂層を、ＰＦＡチューブとすることで、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。
【００３４】
本実施例においては、厚み３０μｍのＰＦＡチューブを被覆している。
【００３５】
加圧ローラ１０３は、ステンレス製の芯金に、射出成型により、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。
【００３６】
加圧ローラはフレーム１０９に組みつけられ、その上にヒータホルダ１０１、およびヒータ１００を内蔵した定着ベルト１０２が置かれ、不図示の加圧機構により、１５ｋｇｆ（片側７．５ｋｇｆ）の力で加圧されている。加圧機構は、不図示の圧解除機構を有し、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。
【００３７】
サーミスタ１０５、１０６は、定着ベルト１０２内面およびヒータ１００裏面の温度を検知し、温調制御を行うために配設されている。本実施例においては、メインサーミスタ１０５およびサブサーミスタ１０６の二つのサーミスタを用いている。
【００３８】
メインサーミスタ１０５は、ステンレス製のアーム先端にサーミスタ素子が取り付けられており、アームが揺動することにより、定着ベルト１０２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１０２内面に常に接する状態に保たれる。
【００３９】
サブサーミスタ１０６は、ヒータ１００裏面に接触するように固定されている。
【００４０】
メインサーミスタ１０５およびサブサーミスタ１０６はＣＰＵ１１７に接続されている。ＣＰＵ１１７は、メインサーミスタ１０５およびサブサーミスタ１０６からの温度情報をもとに、ヒータ１００の温調制御内容を決定し、電源１１８の出力を制御する。電源１１８より、ＣＰＵに決定・制御された電力が投入されることにより、ヒータ１００の温度が一定に保たれ、記録材Ｐ上のトナー像定着に供される。
【００４１】
また、ヒータ１００裏面には、安全装置としてのサーモスイッチ１１９がヒータ１００に接触して設置されている。サーモスイッチは、定着装置が制御不能な状態となった際に、ヒータ１００に電力が投入されつづけることによる定着装置の破壊を防止するために設けられている。ヒータ１００が異常昇温しヒータ１００の温度がサーモスイッチ作動温度以上になった場合、サーモスイッチが作動してヒータ１００への通電を遮断し、ヒータの発熱を停止させる。
【００４２】
本実施例の定着装置においては、加圧ローラ１０３が回転することによって、定着ベルト１０２が従動回転する。定着ニップ部Ｎにおいて、定着ベルト１０２内面とヒータ１００は摺動する構成となっている。定着ベルト１０２内面にはグリスが塗布され、ヒータ１００と定着ベルト１０２内面との摺動性を確保している。
【００４３】
加圧ローラ１０３が回転駆動され、それに伴って定着ベルト１０２が従動回転状態になり、またヒータ１００に通電がなされ、該ヒータ１００が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｎの定着ベルト１０２と加圧ローラ１０３との間に未定着トナー像を担持した記録材Ｐが導入される。定着ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー像担持面側が定着ベルト１０２の外面に密着して定着ベルト１０２と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、ヒータ１００の熱が定着ベルト１０２を介して記録材Ｐに付与され、記録材Ｐ上の未定着トナー像が記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ベルト１０２の面から分離され、排出搬送される。
【００４４】
図３を用いて、本実施例におけるヒータ１００への電力供給を制御するための制御回路について詳述する。
【００４５】
この温度制御系は、交流電源１３１と、リレー１３２と、トライアック１３３と、安全装置としてのサーモスイッチ１１９と、電源１３１からの供給電力により発熱するヒータ１００とが直列に接続されて回路が構成されている。
【００４６】
トライアック１３３は、ＣＰＵ１１７の演算結果に基づき、交流電源１３１からの通電をＯＮ・ＯＦＦし、ヒータ１００が所定の温度になるように制御している。
【００４７】
リレー１３２は、ヒータ１００が異常昇温した際などに、ＣＰＵ１１７からの指令信号により、オープン状態となり、電源１３１とヒータ１００の間を遮断するものである。
【００４８】
ヒータ１００には、その温度を検知するサーミスタ１０６を、裏面より当接させてある。サーミスタ１０６はＣＰＵ１１７に接続されている。ＣＰＵ１１７は、サーミスタ１０５及び１０６からの温度情報をもとに、ヒータ１００に投入する電力を決定し、電源１１８の出力を制御する。電源１１８より、ＣＰＵに決定・制御された電力が投入されることにより、ヒータ１００温度が一定に保たれ、記録材Ｐ上のトナー像定着に供される。本実施例の定着装置は、メインサーミスタ１０５の検知温度が制御目標温度を維持するようにＣＰＵ１１７がトライアック１３３を制御する。また、サブサーミスタ１０６の検知温度が所定温度を越えるとＣＰＵ１１７はメインサーミスタ１０５の制御目標温度を下げたり、あるいは記録材の通紙間隔を広げたりする制御を実行する。
【００４９】
本実施例における、サブサーミスタ１０６配設位置付近の定着装置断面図を図４に示す。また、図９に後述する支持補助部付近の拡大斜視図を示す。
【００５０】
サブサーミスタ１０６はヒータホルダ１０１のサブサーミスタ嵌め込み用の穴に嵌め込まれ、サブサーミスタ加圧バネ１１１にてヒータ１００方向に押し当てて保持されている。
【００５１】
１１２はヒータ１００の異常昇温時に機能するヒータ支持補助部材である。
【００５２】
ヒータ支持補助部材（支持補助部）１１２は、サブサーミスタ１０６のヒータ１００接触面側とは反対の面に対し、所定のギャップｄを保つ位置に配設してある。このヒータ支持補助部材１１２はヒータホルダ１０１に取り付けられている。また、ヒータ支持補助部材１１２の支持補助部１１２ａは、一つの感熱素子に対して少なくとも３つ設けられている。本実施例では４つの支持補助部１１２ａを設けている。
【００５３】
また、本実施例の場合、ヒータホルダ１０１の穴の部分を除きヒータ１００の裏面（ニップ部対向面とは反対側の面）略全域がヒータホルダ１０１によって保持されている。このような構成の場合、０ｍｍ＜ｄ≦１ｍｍに設定するのが好ましい。
【００５４】
ヒータ１００が異常昇温し、ヒータホルダ１０１の軟化温度に達すると、ヒータ１００に直接接触しているヒータホルダ１０１の座面部分が軟化し、ヒータ１００がヒータホルダ１０１に埋没していく。特に、ヒータホルダ１０１の穴の周囲が軟化しやすいが、ヒータが深さｄだけ埋没した時点で、ヒータ支持補助部材１１２がサブサーミスタ１０６と接触し、サブサーミスタ１０６を介してヒータ１００を支持する。つまり、ヒータが異常発熱してヒータホルダの穴の周囲が軟化した時に、ヒータ支持補助部は感熱素子（サブサーミスタ）を介してヒータに掛かる荷重を受け止める。
【００５５】
なお、ヒータが通常温度範囲の時（例えばヒータの温度が通常の定着処理中の温度範囲内である時やヒータが室温状態の時）にヒータ支持補助部が感熱素子と接触するのは好ましくない。なぜなら、サブサーミスタ加圧バネ１１１による感熱素子加圧力を管理できなくなってしまうからである。ヒータが通常温度範囲の時にヒータ支持補助部が感熱素子と接触すると、ヒータに負荷が掛かってしまい、ヒータが異常発熱していないにも拘わらずヒータが割れやすくなってしまう。
【００５６】
このように、ヒータ支持補助部材１１２がヒータ１００を支持し、加圧ローラ１０３からの加圧力を受け止める。これにより、サーミスタ嵌め込み用の穴の位置においてヒータ１００がヒータホルダ１０１に深さｄ以上埋没することを防ぐことができ、ヒータにかかるストレスを低減できる。そして、ヒータ支持補助部材１１２がヒータ１００を支持している間にサーモスイッチ１１９が作動すれば、ヒータ１００の異常発熱が停止するので、ヒータの埋没を止めることができ、ヒータが折れてしまうのを抑えられる。つまり、ヒータ支持補助部材１１２は、サーモスイッチ１１９が作動するまでの時間を稼ぐ役割も担っている。
【００５７】
ヒータ１００がヒータホルダ１０１に埋没する量を減らし、ヒータ１００にかかるストレスを少なくしたほうがヒータは割れにくくなる、という観点から、ヒータ支持補助部材１１２とサブサーミスタ１０６とのギャップｄは、極力小さいことが望ましい。上述したように、０ｍｍ＜ｄ≦１ｍｍに設定するのが好ましい。本実施例において、ギャップｄは０．１ｍｍとした。
【００５８】
（過剰電力投入試験）
この定着装置を用いて、過剰電力投入試験を実施した。
【００５９】
過剰電力投入試験条件としては、ヒータ１００の昇温が最も急速になる試験条件を選択した。すなわち、制御回路のトライアック３０３を双方向導通状態となるよう故意に破壊し、さらにリレー１３２をショートさせた。
【００６０】
この状態で、交流電源からの通電を行い、最大電力が連続してヒータに入力される状態とした。電圧は、１２０Ｖ圏で最も電圧の高い地域の定格１２７Ｖに対し、１０％増しの電圧、すなわち、約１４０Ｖを印加した。なお、定着装置を設置した環境は、室温２５℃、湿度５０％である。したがって、ヒータへ通電開始する時点でヒータの温度は２５℃である。
【００６１】
また、定着装置は、回転状態でなく、回転停止状態で実験した。回転停止状態と比較して、回転状態においては、ヒーター１００に投入されたエネルギーが、加圧ローラ１０３を暖めることに利用されることから、回転停止状態よりも定着装置に対するダメージが少ないためである。
【００６２】
（過剰電力投入試験結果）
上記条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ１００の割れは発生しなかった。このとき、ヒータへ通電開始した後サーモスイッチ１１９が作動するまでの時間、すなわち、ヒータへ通電開始した後ヒーター１００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．２秒、平均３．５秒であった。
【００６３】
また、過剰電力投入試験時に、ヒータ１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒータ１００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施した。ヒータへ通電開始した後ヒータ１００が割れるまでの時間はそれぞれ、５．４秒、５．４秒、５．０秒であった。つまり、ヒータへ通電開始してから約５．０秒経過するまでにサーモスイッチ１１９が作動すればヒータの割れを防止できるが、本試験で用いたサーモスイッチは、通電開始後、最も時間が掛かった場合でも約４．０秒で作動している。よって、ヒータの割れを防止するためのサーモスイッチ作動時間のマージンが少なくとも（５．０秒−４．０秒＝）１．０秒確保されていることがわかる。このことから、本実施例の定着装置においては、ヒータの割れに対して最も厳しい条件においても、ヒータ１００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００６４】
（比較例１）
本比較例においては、実施例１とほぼ同様の定着装置を用いるが、サブサーミスタ１０６配設位置にヒータ支持補助部材を設けていない点が異なる。
【００６５】
上記比較例の構成の定着装置を用いて、実施例１と同様、５回の過剰電力投入試験を実施した。
【００６６】
その結果、５回中４回の試験で、ヒータ１００の割れが生じた。つまり、サーモスイッチが作動するよりも早くヒータが割れてしまうことがあった。割れの生じた箇所は、全て、サーミスタ嵌め込み用の穴に対応する部分であった。
【００６７】
このとき、ヒータへ通電開始した後サーモスイッチ１１９が作動するまでの時間、もしくはヒータが折れて通電が遮断するまでの時間を計測したところ、最大４．０秒、最小３．３秒、平均３．５秒であった。
【００６８】
また、過剰電力投入試験時に、ヒーター１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒーター１００が割れるまで電力投入を継続する試験を３回実施したところ、ヒータへの通電開始後ヒーター１００が割れるまでの時間はそれぞれ、４．１秒、３．７秒、３．４秒であった。この比較例において、サーモスイッチ１１９が作動するまでの時間とヒータ１００が割れるまでの時間を比較すると、殆ど同じ時間であることがわかる。つまり、本比較例では、ヒータが割れる前にサーモスイッチが作動したとしても、ヒータの割れを防止するためのサーモスイッチ作動時間のマージンが殆どないことがわかる。
【００６９】
本比較例においては、ヒータホルダ１０１の穴の位置におけるヒータ１００の埋没を食い止める手段がないため、ヒータ１００に大きなストレスが発生した。これが、ヒータ１００が割れに到った原因である。
【００７０】
よって、本実施例のように支持補助部材１１２を設けた場合、ヒータが割れるまでの時間、すなわちヒータの割れを防止するためのサーモスイッチ作動時間のマージンを稼ぐことが可能であることがわかる。
【００７１】
なお、ヒータ支持補助部材１１２は、一つの感熱素子に対して少なくとも３つ設けられている。これにより、ヒータ支持補助部材１１２によって支える時の感熱素子の姿勢が安定するので、ヒータに掛かるストレスを効果的に抑えることができる。
【００７２】
（実施例２）
本実施例は、ヒータ支持補助部をヒータホルダと一体成型したことを特徴とする。
【００７３】
図５は、本実施例におけるサブサーミスタ配設位置付近の定着装置断面図である。
【００７４】
ヒータ支持補助部１１２０はヒータホルダ５０１と一体成型されているため、高さ方向の規定を厳しく管理できる。従って、サブサーミスタ１０６とヒータ支持補助部材とのギャップｄを厳しく規定することができ、ヒータ異常昇温時において、安定したヒータ支持補助効果を期待できる。
【００７５】
本実施例においては、実施例１よりもギャップｄを小さくできるため、サブサーミスタ１０６とヒータ支持補助部材とのギャップｄを、０．０５ｍｍとした。
【００７６】
（過剰電力投入試験結果）
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ１００の割れは発生しなかった。このとき、ヒータへの通電開始からサーモスイッチ１１９が切れ、ヒータ１００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大３．９秒、最小３．３秒、平均３．５秒であった。
【００７７】
また、電力投入時にヒータ１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒータが割れるまで継続する試験を３回行ったところ、ヒータへの通電開始からヒータが割れるまでの時間は、それぞれ５．３秒、５．５秒、５．５秒であった。
【００７８】
このことから、ヒータの割れに対して最も厳しい条件においても、ヒータ１００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【００７９】
また、ヒータ支持補助部１１２０をヒータホルダ５０１と一体形成したことによって、ヒータ割れまでの時間を安定させることができた。なお、本実施例においても、ヒータ支持補助部１１２０を一つの感熱素子に対して少なくとも３つ設けるのが好ましい。
【００８０】
（実施例３）
本実施例においては、実施例２とほぼ同様の定着装置を用いるが、ヒータホルダのヒータ接触面に空溝が設けられており、ヒータとヒータホルダの間に空気層を挟む構成となっている。
【００８１】
図６（１）は本実施例におけるサブサーミスタ配設位置付近の定着装置断面図、図６（２）はサブサーミスタ配設位置以外の定着装置断面図である。
【００８２】
図６（２）に示すように、ヒータ１００とヒータホルダ６０１の間に空気層Ｇを挟むようにヒータホルダ６０１のヒータ保持座面が構成されている。この構造により、ヒータ１００により発生した熱を極力ヒータホルダ６０１側に伝えないようにすることで、より熱効率が高くなるようにしている。
【００８３】
本実施例において、サブサーミスタ１０６とヒータホルダ６０１のヒータ支持補助部１１３０とのギャップｄは、ヒータ１００とヒータホルダ６０１との間の空気層Ｇの厚みと同じ０．３ｍｍとしている。
【００８４】
このようなヒータ１００とヒータホルダ６０１の間に空気層Ｇを挟む構成の場合、ヒータ１００の熱がヒータホルダ６０１に奪われにくいので、異常昇温時のヒータの昇温が激しく、ヒータホルダ座面は軟化しやすい。このため、比較的早いスピードでヒータ１００がヒータホルダ６０１に埋没していく。
【００８５】
ヒータ１００がヒータホルダ６０１に埋没していくに伴い、空気層Ｇは消失していく。
【００８６】
空気層Ｇが消失すると、サーミスタ嵌め込み用の穴以外の位置では、ヒータ全面においてヒータとヒータホルダが接触し、ヒータの熱がヒータホルダに奪われやすくなるため、ヒータの昇温が緩和され、ヒータ１００がヒータホルダ６０１に埋没していくスピードは遅くなる。
【００８７】
一方で、サーミスタ嵌め込み用の穴の周囲においては、空気層Ｇが存在していた時と空気層Ｇが消失した時とで、ヒータとヒータホルダの接触面積がほとんど変化無いため、ヒータは昇温を続け、ヒータがヒータホルダにさらに埋没しようとする。
【００８８】
本実施例では、サブサーミスタ１０６とヒータ支持補助部１１３０とのギャップｄを、空気層Ｇの厚みと同じ値にしている。このため、空気層Ｇが消失した時点で、ヒータ支持補助部１１３０がサブサーミスタ１０６と接触し、サブサーミスタ１０６を介してヒータ１００を支持する形になる。
【００８９】
ヒータ支持補助部材がヒータ１００を支持し、加圧ローラ１０３からの加圧力を受けることで、サーミスタ嵌め込み用の穴の位置においてヒータ１００がヒータホルダ１０１に埋没しつづけることを防ぐことができ、ヒータにかかるストレスを低減できる。
【００９０】
（過剰電力投入試験結果）
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ１００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒータ１００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大３．７秒、最小３．２秒、平均３．４秒であった。
【００９１】
また、電力投入時にヒータ１００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒータが割れるまで継続する試験を３回行ったところ、ヒータが割れるまでの時間は、それぞれ６．０秒、５．９秒、６．２秒であった。
【００９２】
以上述べたように、ヒータとヒータホルダの間に空気層を挟む構成となっている定着器においても、サブサーミスタとヒータ支持補助部とのギャップｄを適切な値に設定することで、十分な安全性が確保することができる。本実施例のようにヒータとヒータホルダの間にギャップＧの空気層を設ける構成の場合、ヒータホルダの軟化によりギャップＧがなくなった時点でヒータ支持補助部１１３０と感熱素子１０６が接触するのが望ましい。したがってギャップｄは、Ｇｍｍ≦ｄ≦Ｇ＋０．５ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００９３】
（実施例４）
本実施例は、ヒータ支持補助部が感熱素子を付勢するバネ支持部材に設けられていることを特徴とする。なお、本実施例では、ヒータ支持補助部を、サブサーミスタ配設位置ではなく、サーモスイッチ配設位置に設けている。
【００９４】
図７は、本実施例におけるサーモスイッチ配設位置付近の定着装置断面図である。図１３は図７のヒータ支持補助部１１４０付近の拡大斜視図である。
【００９５】
サーモスイッチ１１９は、ヒータホルダ７０１のサーモスイッチ嵌め込み用の穴に嵌め込まれ、サーモスイッチ加圧バネ１１１にてヒータ７００方向に押し当てて保持されている。
【００９６】
本実施例では、実施例３と同じく、ヒータ７００とヒータホルダ７０１の間に空気層Ｇを挟む構成としている。
【００９７】
本実施例において、ヒータ支持補助部１１４０は、樹脂製のサーモスイッチ加圧バネ支持部材７１３と一体成型されている。そして、通常使用時（ヒータが異常発熱していない時）は、サーモスイッチ１１９とギャップｄ’を保つ位置に配設されている。本実施例においてｄ’は、ヒータ７００とヒータホルダ７０１の間の空気層Ｇの厚みと同じ０．３ｍｍとしている。また、本実施例のヒータ支持補助部１１４０はバネ支持部材７１３のフラットな面１１５０から突出した突起形状になっている。この突起形状のヒータ支持補助部１１４０は面１１５０から少なくとも３つ突出している。フラット面１１５０でサーモスイッチ１１９を規制するよりも突起形状のヒータ支持補助部１１４０で規制したほうがギャップｄ’を正確に管理できるので好ましい。また、ギャップｄ'は、Ｇｍｍ≦ｄ'≦Ｇ＋０．５ｍｍの範囲に設定するのが好ましい。
【００９８】
図８に、本実施例に用いたヒータの抵抗発熱体形状を示す。
【００９９】
本実施例に用いるヒータ７００は、実施例１におけるヒータ１００とほぼ同様の構成であるが、基盤７００ａ材料としてアルミナを用い、厚みを１．０ｍｍとした。
【０１００】
また、抵抗発熱体７００ｂ形状については、長手両端部の発熱体幅を、その他の部分と同じ幅としたことが異なる。すなわち、発熱体幅を絞るのは、サーモスイッチ１１９接触部のみとなる。これは、窒化アルミに比べアルミナの熱伝導率が低く、基盤７００ａを通じて長手端部方向へ逃げる熱量が少ないためである。
【０１０１】
本実施例では、ヒータ７００の長手両端部における抵抗発熱体７００ｂの絞り形状が無いため、ヒータ７００が異常昇温した際には、絞り形状があるサーモスイッチ１１９接触部が最も早く昇温する。よって、ヒータ支持補助部１１４０をサーモスイッチ配設位置に設けることで、効果的にヒータ割れを防ぐことができる。
【０１０２】
また、サーモスイッチ１１９の動作時間は、ヒータ７００に対する押圧により変化する。ヒータ７００に対するサーモスイッチ１１９の当接圧が高くなると、サーモスイッチ１１９の動作までの時間は短縮し、かつ、ばらつきは減少する。
【０１０３】
本実施例においては、ヒータ７００が異常昇温した際に、ヒータ支持補助部１１４０によってサーモスイッチ１１９が固定される。このため、ヒータ７００がヒータホルダ７０１にめり込もうとしてヒータ７００に力が加わったときに、サーモスイッチ１１９は大きな当接圧でヒータ７００に当接することになる。
【０１０４】
そのため、ヒータ支持補助部材１１４０を有さない場合と比較して、サーモスイッチ１１９動作までの時間が短縮し、かつ、安定するため、ヒータ割れに対してより有利な構成を得ることが出来る。
【０１０５】
（過剰電力投入試験結果）
実施例１と同様の条件にて、５回の過剰電力投入試験を実施したところ、いずれの試験においても、ヒータ７００の割れは発生しなかった。このとき、サーモスイッチ１１９が切れ、ヒータ７００への通電が遮断されるまでの時間を計測したところ、最大３．８秒、最小３．１秒、平均３．３秒であった。
【０１０６】
また、電力投入時にヒータ７００が割れるまでの時間を計測するため、サーモスイッチ１１９をショートさせ、ヒータが割れるまで継続する試験を３回行ったところ、ヒータが割れるまでの時間は、それぞれ５．０秒、５．４秒、５．１秒であった。
【０１０７】
このことから、本実施例の定着装置においては、ヒータ割れに対して最も厳しい条件においても、ヒータ７００が割れる前に、サーモスイッチ１１９が動作し、十分な安全性が確保されていると言える。
【０１０８】
本発明は上述の例にとらわれるものではなく、技術思想内の変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の定着装置断面図。
【図２】本発明の実施例１におけるヒータの上面図。
【図３】本発明の実施例１における電力制御回路を示す回路図。
【図４】本発明の実施例１における感熱素子配設位置付近の定着装置断面図。
【図５】本発明の実施例２における感熱素子配設位置付近の定着装置断面図。
【図６】（１）は本発明の実施例３における感熱知素子配設位置付近の定着装置断面図、（２）は本発明の実施例３における感熱素子配設位置以外の定着装置断面図。
【図７】本発明の実施例４における感熱素子配設位置付近の定着装置断面図。
【図８】本発明の実施例４におけるヒータの上面図。
【図９】図４の支持補助部付近の拡大斜視図。
【図１０】従来の、フィルム定着装置断面図。
【図１１】従来の、剛性が低いヒータホルダにおける、暴走時変形状態を示す図。
【図１２】従来の、剛性が高いヒータホルダにおける、暴走時変形状態を示す図。
【図１３】図７の支持補助部付近の拡大斜視図。
【符号の説明】
【０１１０】
１００  ヒータ
１０１  ホルダ
１０２  定着ベルト
１０３  弾性ローラ
１０６  感熱素子
１１１  バネ
１１２  支持補助部
【図１】
2007058190.tif 000003
【図２】
2007058190.tif 000004
【図３】
2007058190.tif 000005
【図４】
2007058190.tif 000006
【図５】
2007058190.tif 000007
【図６】
2007058190.tif 000008
【図７】
2007058190.tif 000009
【図８】
2007058190.tif 000010
【図９】
2007058190.tif 000011
【図１０】
2007058190.tif 000012
【図１１】
2007058190.tif 000013
【図１２】
2007058190.tif 000014
【図１３】
2007058190.tif 000015