(57)【要約】【課題】回転体の温度を検知する温度検知手段について熱応答性及び感度の低下を防止できるとともに、回転体外周面の温度の均一化を達成できる像加熱装置の提供。【解決手段】回転体１０の外周面と耐熱性シート１６との接触領域において前記回転体と反対側に温度検知手段１５を有する。制御手段２７は、前記温度検知手段で検知する前記回転体の温度に応じて、前記耐熱性シートを介して前記回転体を加熱する加熱体１４の発熱を制御する。【選択図】図２
2007328020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、前記回転体の外周面と接する耐熱性シートと、前記耐熱性シートを前記回転体の外周面に接触させてニップ部を形成し前記ニップ部で前記耐熱性シートを介して前記回転体を加熱する加熱体と、前記加熱体の発熱を制御する制御手段と、を有し、前記回転体の熱によって記録材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記回転体の外周面と前記耐熱性シートとの接触領域において前記回転体と反対側に温度検知手段を有し、前記温度検知手段で前記シートを介して検知する前記回転体の温度に応じて前記制御手段により前記加熱体の発熱を制御することを特徴とする像加熱装置。
【請求項２】
前記加熱体を保持する保持部材を有しており、前記温度検知手段は前記保持部材に保持され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】
前記温度検知手段は、前記回転体の回転方向において前記加熱体よりも下流側に配置され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】
前記温度検知手段は、前記回転体の回転方向において前記加熱体よりも上流側に配置され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５】
前記回転体は弾性層を有しており、前記回転体の外周面と接して前記記録材を挟持するためのニップ部を形成するバックアップ部材を有す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】
前記バックアップ部材は、弾性層を有する加圧回転体であることを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
【請求項７】
前記バックアップ部材は、可撓性部材と、前記可撓性部材が摺動可能で、かつ前記可撓性部材を前記回転体の外周面と挟むことによって前記ニップ部を形成する摺動部材と、を有することを特徴とする請求項５に記載の像加熱装置。
【請求項８】
前記可撓性部材は、樹脂を基層とするエンドレスタイプ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。
【請求項９】
前記バックアップ部材は、摺動性を有する樹脂材料により成型された加圧パッド及び加圧シートの何れかであることを特徴とする請求項５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、電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置に搭載する画像加熱定着装置として用いれば好適な像加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機やプリンター等に搭載する画像加熱定着装置（定着器）として、特許文献１のものが知られている。この定着装置は、弾性層を有する定着ローラと、定着ローラの外周面に接する耐熱性シートと、このシートを定着ローラの外周面と挟みシートを介して定着ローラを加熱するプレート状のヒータと、定着ローラと接してニップ部を形成する加圧部材と、を有する。そして、ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ記録材上の未定着トナー画像を加熱定着する。
【０００３】
記録材面に担持された未定着トナーは、その全てが適度に加熱溶融されて記録材面に定着されるのが理想的である。ところが、記録材面に溶け切れないコールドオフセット状態のトナーや溶け過ぎたホットオフセット状態のトナーが存在すると、これらのトナーは記録材面に接する定着ローラの外周面（表面）に転移する。
【０００４】
上記の定着装置は、定着ローラ表面に耐熱性シートが接しているため、記録材面から定着ローラ表面に転移したオフセットトナー等をシートに付着させることができる。そして、オフセットトナー等によるシートの汚れの度合いに応じてシートを移動させることにより、シートと定着ローラ表面との接触面を綺麗な面に保つことができる。定着ローラの温度はヒータに設けられたサーミスタによりシートを介して検知している。そしてその検知温度に基づいて温調制御部によりヒータの発熱を制御するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１８６３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記従来技術をさらに発展させたものである。そこで、本発明の目的は、回転体の温度を検知する温度検知手段について熱応答性及び感度の低下を防止できるとともに、回転体外周面の温度の均一化を達成できる像加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る像加熱装置の代表的な構成は、回転体と、前記回転体の外周面と接する耐熱性シートと、前記耐熱性シートを前記回転体の外周面に接触させてニップ部を形成し前記ニップ部で前記耐熱性シートを介して前記回転体を加熱する加熱体と、前記加熱体の発熱を制御する制御手段と、を有し、前記回転体の熱によって記録材上の像を加熱する像加熱装置において、
前記回転体の外周面と前記耐熱性シートとの接触領域において前記回転体と反対側に温度検知手段を有し、前記温度検知手段で検知する前記回転体の温度に応じて前記制御手段により前記加熱体の発熱を制御することを特徴とする像加熱装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、回転体外周面と耐熱性シートとの接触領域で耐熱性シートを介して回転体の温度を温度検知手段により検知するため、温度検知手段の熱応答性及び感度の低下を防止できる。回転体外周面の熱が直接温度検知手段に吸熱されないため、回転体外周面の温度の均一化を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【０００９】
（１）画像形成装置例
図１は本発明に係る像加熱装置を加熱定着装置（定着器）として搭載できる画像形成装置の一例の概略構成模型図である。
【００１０】
本実施例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。
【００１１】
５１は像担持体としてのドラム形状の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。感光ドラム５１は、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料をアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成することにより構成してある。
【００１２】
この感光ドラム５１は矢印方向に所定の周速度をもって回転される。そしてその回転中に感光ドラム５１の外周面(表面）が帯電装置としての帯電ローラ５２によって一様に帯電される。
【００１３】
その一様帯電面に対して、像露光手段であるレーザースキャナー５３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービームＬによる走査露光が施され、感光ドラム５１表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置５５によりトナーによって現像される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
【００１４】
一方、カセット５６から給送ローラ５７によって記録材Ｐが１枚ずつ繰り出され、レジストローラ５８に送られる。レジストローラ５８は、感光ドラム５１表面に形成されたトナー画像と同期させてその記録材Ｐを感光ドラム５１と転写手段としての転写ローラ５９間の転写ニップ部に所定のタイミングで搬送する。すなわち、感光ドラム５１表面のトナー画像の画像形成位置と記録材Ｐの先端の書き出し位置が合致するようにトップセンサＳ１にて記録材Ｐの先端を検知し、その検知信号に基づいてレジストローラ５８により記録材Ｐを転写ニップ部に送り出している。
【００１５】
転写ニップ部に送り出された記録材Ｐは感光ドラム５１と転写ローラ５９とにより挟持搬送される。その搬送過程で転写ローラ５９により感光ドラム５１表面から記録材Ｐ上にトナー画像が転写される。未定着トナー画像を担持した記録材Ｐは加熱定着装置６０へ搬送される。この定着装置６０によりトナー画像は記録材Ｐ上に永久画像として定着され、その記録材Ｐは排出トレイ６１へと排出される。
【００１６】
転写後に感光ドラム１表面に残る残留トナーはクリーニング装置６２により感光ドラム５１表面より除去され、感光ドラム５１は次の画像形成に供される。
【００１７】
Ｓ２は定着装置６０内に設けられた排紙センサである。この排紙センサＳ２は、記録材ＰがトップセンサＳ１と排紙センサＳ２の間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。
【００１８】
（２）定着装置６０
図２は定着装置６０の一例の構成模型図である。
【００１９】
以下の説明において、定着装置及びその構成部材について、長手方向とは記録材面において記録材搬送方向と直交する方向をいう。短手方向とは記録材面において記録材搬送方向をいう。幅とは記録材搬送方向における寸法をいう。
【００２０】
定着装置６０は、定着ローラ（回転体）１０と、耐熱性シート１６と、ヒータ（加熱体）１４と、断熱ステイホルダー（保持部材）２４と、弾性加圧ローラ（バックアップ部材）２０と、温度検知手段（温度検知素子）１５と、を有する。
【００２１】
１）定着ローラ１０
定着ローラ１０は以下の部材から構成される。アルミ或いは鉄製の芯金１１の外側にシリコーンゴムで形成された弾性層１２（ソリッドゴム層）を有する。あるいはより断熱効果を持たせるために弾性層１２として、シリコーンゴムを発泡して形成されたスポンジゴム層、あるいはシリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた気泡ゴム層を用いることができる。
【００２２】
定着ローラ１０は熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、定着ローラ１０の外周面（表面）から受けるヒータ１４の熱を内部に吸収しやすく、定着ローラ１０表面温度が上昇しにくくなる。そのため、弾性層１２はできるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１０表面温度の立ち上がり時間に有利である。
【００２３】
ここで、上記シリコーンゴムのソリッドゴム層は熱伝導率が０．２５〜０．２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、スポンジゴム・気泡ゴムは０．１１〜０．１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、スポンジゴム・気泡ゴムはソリッドゴムの約半分の値を示す。また、熱容量に関係する比重はソリッドゴムが約１．０５〜１．３０、スポンジゴム・気泡ゴムが約０．７５〜０．８５である。したがって、定着ローラ１０の弾性層１２の好ましい形態としては、熱伝導率が約０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下で、比重が０．８５以下の断熱効果の高いスポンジゴム層や気泡ゴム層の方が好ましい。また、定着ローラ１０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると加熱ニップ部Ｈが稼ぎにくくなるので適度な外径が必要である。弾性層１２の肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金１１に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。以上を考慮して本実施例では、適正な加熱ニップ部Ｈを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層１２を形成し、外径がφ１８ｍｍの定着ローラを使用した。また、芯金１１は中空芯金でも良い。
【００２４】
上記に述べた弾性層１２の上には、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂離型成層１３を形成する。あるいは、ＧＬＳラテックスコーティングを施したものであっても良い。離型層１３はチューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものであってもどちらでもよい。
【００２５】
定着ローラ１０は、長手端部の芯金剥き出し部分において図示しない軸受け等を介して回転自在に装置フレームに保持されている。
【００２６】
２）耐熱性シート１６
シート１６は、耐熱性、可撓性を有するポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等を基層とした樹脂製のシート、あるいは薄肉のＳＵＳなどから形成される十分な強度をもった薄肉金属層のシートである。ヒータ１４からの熱を効率よく定着ローラ１０に伝えるために厚みは５０μｍ以下で形成されている。樹脂製のシートの場合は、基層中にＢＮ、アルミ、アルミナ、窒化アルミ等の熱伝導性を向上させるフィラーが混入されていても良い。また、定着ローラ１０外周面と摺動する摺動面側には離型性や摺動性に優れた性質を持つＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂薄膜をコーティングした多層構造であっても良い。このシート１６の長手長さは定着ローラ１０の長手長さと略等しい。そしてシート１６は、定着ローラ１０の回転方向において少なくともヒータ１４と温度検知素子１５を並列に配置できる領域を確保するように定着ローラ１０表面に接触させてある。そしてシート１６幅方向の一端はテンションローラ１７の長手方向に沿って巻きつけられ、シート１６幅方向の他端は巻き取りローラ１８の長手方向に沿って巻きつけられている。そして、テンションローラ１７及び巻き取りローラ１８を回転させ、テンションローラ１７でシート１６の一端を送り出すとともに巻き取りローラ１８でシート１６他端を巻き取る構成としてある。この構成はシート１６にオフセットトナー等の汚れが蓄積した場合に有効な構成である。つまり、汚れトナーの蓄積が認められた時や、あるいはある一定の通紙枚数（ニップ部Ｎへの記録材の導入枚数）毎に、巻き取りローラ１８が回転することによって定着ローラ１０表面に対しシート１６をスライドすることができる。プリント（画像形成）中はシート１６は、定着ローラ１０表面に対しテンションを保ったまま固定され摺擦することになる。
【００２７】
３）ヒータ１４
図３はヒータ１４の構成と温調制御系を表す説明図である。図４は定着装置６０における加熱ニップ部Ｈ付近の拡大断面図である。
【００２８】
ヒータ１４は、低熱容量のプレート状に形成してある。このヒータ１４は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミック基板やポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂基板などから成る細長い基板１４ａを有する。基板１４ａにおいてシート１６側の表面には長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ２、Ｔａ２Ｎ等の通電発熱抵抗層１４ｂが、厚み約１０μｍ、幅約１〜５ｍｍ程度でスクリーン印刷等により形成されている。また、基板１４ａ表面には、熱効率を損なわない範囲で抵抗層１４ｂを保護する保護層１４ｃを設けてあっても良い。保護層１４ｃの厚みは十分薄く、表面性を良好にする程度が望ましい。保護層１４ｃの材料としては、フッ素樹脂層が考えられる。フッ素樹脂層として、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等を用いることができる。その他にも、エチレンテトラフルオロエチレン樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）等を用いることができる。また、保護層１４ｃとして、ポリイミドあるいはポリアミドイミド等のイミド系樹脂層を単層あるいは混合して被覆することが考えられる。また、保護層１４ｃとして、グラファイト、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）、二硫化モリブデン等から成る乾性皮膜潤滑剤を用いることが考えられる。また、一般的にはガラスコート等の保護層が考えられる。１４ｄは電極部であり、抵抗層１４ｂと電気的に接続してある。
【００２９】
また、基板１４ａとして熱伝導性の良好な窒化アルミ等を使用する場合には、抵抗層１４ｂは基板１４ａにおいてシート１６側の表面と反対側の裏面に形成してあってもよい。
【００３０】
ヒータ１４を保持する断熱ステイホルダー２４は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成される。熱伝導率が低いほど定着ローラ１０への熱伝導が良くなるので、樹脂層中にガラスバルーンやシリカバルーン等のフィラーを内包してあっても良い。
【００３１】
ホルダー２４は、長手両端部において図示しない加圧ばね等の加圧手段により定着ローラ１０に対して加圧され、ヒータ１４表面をシート１６に当接させている。これによりヒータ１４は、シート１６を定着ローラ１０表面に接触させ、シート１６と定着ローラ１０表面との間に、定着ローラ１０を加熱するための所定幅の加熱ニップ部Ｈを形成している（図４）。
【００３２】
４）弾性加圧ローラ２０
加圧ローラ２０は、ＳＵＳ(steel use stainless)、ＳＵＭ(steel use machinab-ility)、Ａｌ等の金属製芯金２１の外側にシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコーンゴムを発泡して形成された弾性層２２からなるローラである。その弾性層２２の上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層２３を形成してあってもよい。加圧ローラ２０も、定着ローラ１０と同様に、低熱容量で熱伝導率が低く断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ１０の熱を吸収しにくく、表面温度が高く維持できるので、スポンジゴム層や気層ゴム層のほうが望ましい。
【００３３】
定着ローラ１０と並列に配された加圧ローラ２０は、長手端部の芯金剥き出し部分において図示しない軸受け等を介して回転自在に装置フレームに保持されている。そしてその軸受け部において図示しない加圧ばね等の加圧手段により定着ローラ１０に対して加圧され、定着ローラ１０表面との間に記録材Ｐを挟持搬送するための所定幅のニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成している。
【００３４】
一方、定着ローラ１０は長手方向端部から芯金１１を介して回転駆動機構Ｍにより、矢印の方向に回転駆動される。この定着ローラ１０の回転駆動に伴って、加圧ローラ２０はニップ部Ｎにおいて回転力を受けて従動回転する。
【００３５】
また、ヒータ１４とシート１６の間に熱伝導性が良好な耐熱性グリースを介在させることによりヒータ１４とシート１６間の接触熱抵抗を減らすことができる。これによって、熱を効率よく定着ローラ１０表面に伝えることが可能となる。
【００３６】
５）温度検知手段
温度検知素子（第１温度検知手段）１５は、定着ローラ１０表面の温度をシート１６を介して検知する為の、サーミスタ等の温度検知素子である。具体的な設置箇所は、図２に示すように、シート１６と定着ローラ１０が接触し、且つヒータ１４が存在しないところであれば良い。つまり、定着ローラ１０表面とシート１６との接触領域において定着ローラ１０と反対側である。定着ローラ１０の回転方向に対して上流側でも下流側でも選択出来るが、本実施例ではヒータ１４に加熱された定着ローラ１０表面の温度を瞬時に検知しやすい為、ヒータ１４の下流側に配置させている。
【００３７】
ヒータ４の基板１４ａ裏面には基板１４ａの温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子（第２温度検知手段）１９が配設されている。この温度検知素子１９は、ヒータ１４の温度制御あるいは昇温異常を監視する目的で設けられている。
【００３８】
定着ローラ１０表面の温度制御を行う際は、シート１６上の温度検知素子１５とヒータ１４の温度検知素子１９の出力信号を制御手段としての温調制御部２７が取り込む。
温調制御部２７では、その出力信号に基づいてヒータ１４の長手方向端部にある電極部（図３）１４ｄから抵抗層１４ｂに印加される電圧のデューティ比や波数等を適切に制御することで、ヒータ１４を発熱させ、定着ローラ１０の表面を加熱・温調する。
【００３９】
シート１６上の温度検知素子１５のみで適切に且つ安全に温度制御が可能であれば、ヒータ１４の基板１４ａ裏面の温度検知素子１９は省略することも可能である。
【００４０】
本実施例では、ヒータ１４の基板１４ａ裏面の温度検知素子１９は、基板１４ａ裏面の温度が異常昇温することを監視し、温度検知素子１９がある閾値温度を越えた場合は、ヒータ１４への通電を遮断したり、投入する電力を絞ったりする制御を行っている。
通常の動作では、シート１６上の温度検知素子１５による信号に基づいて、定着ローラ１０表面の温度（目標温度）が定着可能温度に達した時点で、その温度が維持されるように温度制御が行われる。そしてその温度に維持された状態で、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐはニップ部Ｎに導入される。そしてその記録材Ｐはニップ部Ｎで挟持搬送されて熱と圧力を受けることによってトナー画像ｔが記録材Ｐ面上に定着される。
【００４１】
（３）本実施例における温度制御方法
図１９に本実施例の定着装置の比較例として、温度検知素子を定着ローラに直接接触させた定着装置８０を示す。
【００４２】
比較例に示す定着装置８０は、芯金８２上に設けられた弾性層８３上に離型層８５を有する定着ローラ８１と、その定着ローラ８１表面に接触して加熱ニップ部Ｈを形成するヒータ８６を有する。そして定着ローラ８１表面には加圧ローラ８７を圧接させて、定着ローラ８１表面と加圧ローラ８７表面とでニップ部Ｎを形成している。
【００４３】
この定着装置８０は、定着ローラ８１表面に接触させたサーミスタ等の温度検知素子８８の出力信号によりヒータ８６の温度制御を行い、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐをニップ部Ｎで挟持搬送することによりトナー画像ｔの加熱定着を行う構成である。
【００４４】
本実施例の定着装置３９では、定着ローラ１０表面の温度検知を行うための温度検知素子（以下、サーミスタと記す）１５を、定着ローラ１０表面とシート１６との接触領域において定着ローラ１０と反対側でシート１６に接触させている。比較例のように定着ローラ８１表面に温度検知素子８８（以下、サーミスタと記す）を接触させる場合と比較して、次のように温度制御方法を変える必要がある。
【００４５】
比較例のように定着ローラ８１表面に接触させたサーミスタ８８を用いて温度制御を行った際に、実験的にシート１６上にもサーミスタ１５を設置させ、各々の温度プロファイルを計測した。結果を図５に示す。
【００４６】
図５より明らかなように、定着ローラ１０表面の温度が定着可能温度である２００℃で温調を行っている時は、シート１６上のサーミスタ１５の温度は１９０℃を示している。この結果を元に、シート１６上のサーミスタ１５が１９０℃に維持されるように温度制御を行ったところ、定着ローラ１０表面のサーミスタ８８が２００℃に維持できることがわかった。したがって、シート１６上のサーミスタ１５を用いて温調制御を行う為には、単純に定着ローラ１０表面温度との温度差をシフトさせて温調すればよい。
【００４７】
また、本実施例では、シート１６として厚みが２５μｍのポリイミドシートを用いた。しかし、シート１６に用いる材料の材質や厚みが異ったり、シート１６の設置方法が異なる場合は、それぞれ応じて定着ローラ１０表面温度との温度差を実験的に求め、その温度差分をシフトさせて温調を行えば、およそ問題のない温度制御が可能となる。
【００４８】
（４）本実施例の定着装置６０と比較例の定着装置８０との比較
以下に、本実施例の定着装置６０が比較例の定着装置８０よりも優れている点について順を追って説明する。
【００４９】
１）汚れ付着性について
比較例の定着装置８０のように定着ローラ８２表面に直接サーミスタ８８を接触させた場合は、耐久によって通紙枚数が増えるにつれて、オフセットトナーがサーミスタ８８表面に付着し、サーミスタ８８の応答性や感度が初期状態より悪くなる傾向がある。その結果、定着ローラ８１の温度制御が不安定になったり、正確な温度が検知できない為に、目標温度を維持するのに余分な電力が投入されたりする不具合があった。また、サーミスタ８８表面に蓄積するトナー汚れによって、定着ローラ８１表面を傷つけてしまい、ハーフトーン等の画像上に縦スジが生じるような不具合も発生した。
【００５０】
本実施例の定着装置６０では、サーミスタ１５は定着ローラ１０に接触しないので、オフセットトナーがサーミスタ１５表面に付着することがない。したがって、サーミスタ１５の応答性や感度が初期状態より悪くなることがない。その結果、定着ローラ１０表面の温度検知を正確に行うことができる。これにより、定着ローラ１０の温度制御が不安定になったり、目標温度を維持するのに余分な電力が投入されたりする不具合を解消できる。
【００５１】
２）サーミスタ１５の保護性について
定着装置６０内において記録材Ｐが紙詰まりを起こしたり、あるいは定着ローラ１０に巻きついたりすることがある（以下、記録材のジャムと呼ぶ）。この場合、比較例の定着装置８０のようにサーミスタ８８が定着ローラ８１表面に接触していると、ジャムした紙がサーミスタ８８に接触する可能性がある。ジャム紙がサーミスタ８８に接触した状態で、ユーザーがその紙を強い力で引っ張って除去する場合や、あるいはジャム紙を極端に斜めに除去するような場合、ジャム紙がサーミスタ８８に引っかかったりして大きなダメージを与えることがある。それによってサーミスタ８８の表面が傷ついたり、サーミスタ８８が初期の設置状態から移動するようなことがあれば、温度制御が不安定になったり、場合によっては定着装置８０の故障等を招くことになる。
【００５２】
本実施例の定着装置６０では、ジャム紙や定着ローラ１０に巻きついた紙がサーミスタ１５に接触することがないので、これらの問題を防止する事ができる。
【００５３】
ここで、定着装置６０に用いられるサーミスタ１５（詳しくはサーミスタ素子を含むサーミスタユニット）の詳細な断面構成を図６に示す。
【００５４】
１５ａはサーミスタ素子であり、図示しない電線を通じて通電制御部２７と接続されている。本実施例ではサーミスタとして芝浦電子（株）製のビーズサーミスタを用いている。１５ｂはサーミスタ素子１５ａの応答性を向上させる為に素子１５ａの裏側（被測定物と反対側）に配設された熱コレクタであり、厚さ１５μｍ程度のアルミ箔より成る。サーミスタ素子１５ａは熱コレクタ１５ｂの上に熱伝導接着剤１５ｃ等で接着されている。１５ｄは熱コレクタ１５ｂの裏側に配置されたセラミックペーパであり、熱コレクタ１５ｂおよびサーミスタ素子１５ａを保持するとともに、それ自体は弾性を有するものである。
【００５５】
通常サーミスタ素子１５ａはより高精度な温度検知を行う為に、被測定物に対して所定の付勢力により押圧されるような構成が望ましい。本実施例のように弾性を有するセラミックペーパ（耐熱部材）１５ｄによって均等で適度な圧力がかかるようになっている。セラミックペーパ１５ｄを含む一体のユニットはさらにポリイミド等の耐熱性を有する樹脂フィルム１５ｅによって覆われており、サーミスタ素子１５ａを被測定物より保護すると共に、周囲の導電性物質との絶縁を強化する役割も併せ持つ。また１５ｆはセラミックペーパ１５ｄを保持するＰＥＥＫやＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂より成る保持部材である。このような部材を一体のユニットとして構成されるものをサーミスタ１５として温度検知に用いている。
【００５６】
図７は比較例の定着装置８０にサーミスタ１５を使用した場合のサーミスタ１５の様子を表す説明図である。
【００５７】
比較例の定着装置８０のように回転する定着ローラ８１に直接サーミスタ１５を接触させると、サーミスタ１５は摩擦力によって常に回転方向の力を受けることになる。画像形成装置の耐久が進むと、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、セラミックペーパ１５ｄ部分が斜めに変形したり、さらにはサーミスタ素子１５ａの接着が外れて下流側に移動したりすることがある。これらの不具合は、温度制御のバラツキ原因になる他、サーミスタ電線を断線させてしまう原因にもなる。
【００５８】
ところが、本実施例の定着装置６０のようにシート１６上にサーミスタ１５を配置させれば、サーミスタ１５は定着ローラ１０表面から回転力を受けることがないので、上記のような問題を防ぐことが出来る。また、シート１６が樹脂製であれば、サーミスタ素子１５ａの保護層や絶縁層として利用でき、上記に説明したサーミスタ１５を覆う樹脂性の保護フィルム１５ｅを削減できる。これにより、サーミスタ１５において部品コストを削減できる他、サーミスタ素子１５ａの熱応答性をさらに向上させる利点がある。
【００５９】
また、比較例も含めてヒータ１４と定着ローラ１０の間にシート１６を設けることは、上記に説明したサーミスタユニット１５の保護性と同様に、ヒータ１４が定着ローラ１０からの回転力を受けない。そのため、定着ローラ１０回転時のヒータ１４のガタ及び基板１４ａのズレ等を防止でき、定着ローラ１０に対してより安定し且つ効率の良い熱伝達を達成できる。
【００６０】
３）画像ムラの軽減
比較例のように、定着ローラ８１表面に直接サーミスタ８８を接触させると、ヒータ８６から定着ローラ８１に伝達した熱の一部がサーミスタ８８に吸熱されるため、定着ローラ８１表面の長手方向においてサーミスタ８８部分のみが温度低下する問題があった。特に画像形成装置において定着装置８０が温まっていない電源オン直後のような状態ではその温度差が大きい。このような状態で、ハーフトーンや写真等のベタ画像を加熱定着すると、温度ムラが原因となって定着後の画像に光沢ムラが顕著に出る。
【００６１】
これに対し、本実施例の定着装置６０のように定着ローラ１０表面とヒータ１４との間にシート１６を設けることで定着ローラ１０の熱が直接サーミスタ１５に吸熱されることを防止できる。これにより、定着ローラ８１表面の長手方向の温度ムラが均一化される。したがって、上記のような光沢ムラなどの画像不良を軽減する事ができる。
【実施例２】
【００６２】
本実施例では、定着装置の他の例を説明する。本実施例においては、実施例１の定着装置６０と同じ部材、部分には同じ符号を付して、再度の説明を省略する。実施例３、実施例４についても同様とする。
【００６３】
本実施例に示す定着装置６０は、シート１６上に設置するサーミスタ１５をホルダー２５に保持させたことを特徴とする。
【００６４】
図８は定着装置６０におけるホルダー２５の一例を表す断面図である。図９、及び図１０は、それぞれ、ホルダー２５の他の例を表す断面図である。
【００６５】
ヒータ１４の基板１４ａとサーミスタ１５を保持するホルダー２５は、基本的には実施例１で説明したホルダー２４を基板１４ａ短手方向に延長させ、サーミスタ保持エリアを設けたものである。したがって、その材質としては耐熱性・摺動性に優れた液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の樹脂部材が適している。このホルダー２５は図示しない加圧手段によりシート１６を挟んで定着ローラ１０に加圧されるが、このときにサーミスタ１５がシート１６に対して浮かないように注意する必要がある。そのためにもホルダー２５を定着ローラ１０表面に対して加圧する前の状態は、図９に示すように、サーミスタ１５の定着ローラ１０表面との接触部分は定着ローラ１０表面と対向するホルダー２５の下面よりも出っ張ったような形状の方が望ましい。
【００６６】
また、定着ローラ１０の外径が小さい場合、定着ローラ１０表面に対するホルダー２５の接触面、及び、ヒータ１４及びサーミスタ１５の接触面が同一平面になるような形状であると、ヒータ１４及びサーミスタ１５は定着ローラ１０表面に接触し難くなる。そこで、図１０に示すように、実際に使用する定着ローラ１０の外径に応じて、ホルダー２５の下面形状も凹形状（逆Ｒ形状）に成型させても良い。
【００６７】
（実施例１との比較）
本実施例の定着装置６０のように、ヒータ１４とサーミスタ１５をホルダー２５に保持させることで、ヒータ１４に対するサーミスタ１５の位置精度を向上させることができる。また、サーミスタ１５をヒータ１４と独立に設置する場合よりも、部品点数を削減できる。よって、定着装置６０内にヒータ１４とサーミスタ１５をコンパクトに配置させることができる。
【００６８】
また、シート１６に対するサーミスタ１５当接位置でサーミスタ１５は長手方向全体にホルダー２５により保持されているので、サーミスタ１５が定着ローラ１０表面と接触することによる定着ローラ１０表面の長手方向の画像ムラもより改善することができる。
【実施例３】
【００６９】
本実施例では、定着装置の他の例を説明する。
【００７０】
図１１（ａ）は本実施例の定着装置６０における加熱ニップ部Ｈ付近の断面図、（ｂ）は実施例１の定着装置６０における加熱ニップ部Ｈ付近の断面図である。
【００７１】
図１１（ａ）に示すように、本実施例に示す定着装置６０は、定着ローラ１０の回転方向においてサーミスタ１５をシート１６上でヒータ１４よりも上流側に配置することを特徴とする。その目的としては、ヒータ１４から定着ローラ１０へ供給した熱エネルギーのロスを最小限に抑えるとともに、シート１６と定着ローラ１０間に蓄積するオフセットトナー等の汚れを減少させることにある。
【００７２】
図１１（ａ）においては、実施例１のようにヒータ１４とサーミスタ１５を別体のホルダーに収容しているが、ヒータ１４とサーミスタ１５の配置形態はこれに限定されるものではない。実施例２のようにヒータ１４とサーミスタ１５はホルダー２５により一体に保持されていても良い。
【００７３】
（実施例１との比較）
本実施例のような外部加熱方式の定着装置６では、加熱ニップ部Ｈにおいてプレート状のヒータ１４から定着ローラ１０表面に与えた熱が回転しながらニップ部Ｎまで到達し、その定着ローラ１０で記録材Ｐの未定着トナー画像ｔの加熱を行う。したがって、加熱ニップＨからニップ部Ｎに至る経路の間には、定着ローラ１０表面の温度を吸熱するような部材はできる限り削除した方が望ましい。
【００７４】
実施例１、２のように定着ローラ１０の回転方向においてサーミスタ１５をヒータ１４の下流側に設置すると、サーミスタ１５自身のほかにもそれらを保持するホルダー、さらにシート１６が下流方向に延長されている。その為、そのホルダー、及びシート１６が吸熱部材となって、定着ローラ１０表面の温度を下げる要因となる。
【００７５】
実際に、定着ローラ１０の回転方向においてサーミスタ１５をヒータ１４の上流側と下流側に設置した場合に、シート１６出口近傍の温度がどれほど異なるか比較してみた。ただし、ここではサーミスタ１５の位置による温度制御方法の違いの影響を取り除く為に、定着ローラ１０が室温状態からヒータ１４に一定の電力６００Ｗを投入した時の、１０秒後の温度で比較を行った。結果を下記表１に示す。
【００７６】
【表１】
2007328020.tif 000003
【００７７】
結果から明らかなように、本実施例の構成の方が、定着ローラ１０表面の温度が高くなっていることが解かる。
【００７８】
また、ヒータ１４の下流域に余分な吸熱部材を設けないことは、シート１６上に蓄積する汚れトナーの削減にも効果がある。図１１（ａ）に示すように、オフセットトナー等のトナー汚れは、加熱ニップ部Ｈの最下流部においてシート１６が定着ローラ１０表面から離れる位置（以下、シート１６の出口と記す）に蓄積しやすい。本実施例のようにサーミスタ１５をヒータ１４上流側に設置したほうが、ヒータ１４からシート１６の出口までの距離が近い分、その近傍の温度は高く維持できる。オフセットトナー等の汚れは、蓄積エリアの温度がより高く維持される方が、トナーが溶融状態で保持されるので、そのまま定着ローラ１０に保持されて吐き出されやすい。
【００７９】
実際に、５０００枚程度の通紙試験を行った。すると、本実施例のようにサーミスタ１５をヒータ１４上流側に設置した方（図１１（ａ））が、サーミスタ１５をヒータ１４下流側に設置するよりも（図１１（ｂ））、蓄積するトナー汚れが少ないことが実機を用いた比較実験より確認できた。
【００８０】
[実施例の他の発展形態]
（１）シート１６の懸架方法
図１２は定着装置６０におけるシート１６の懸架方法の一例を表す説明図である。図１３は定着装置６０におけるシート１６の懸架方法の他の例を表す説明図である。
【００８１】
図１２に示すように、シート１６の懸架方法として、ヒータ１４を支点に張架させても良い。このような構成にすることで、シート１６と定着ローラ１０表面との接触面積を小さくすることができる。これにより、定着ローラ１０の駆動トルクを低く抑えることができる。また、シート１６が定着ローラ１０表面の熱を吸収しにくくなるので、実施例３と同様に、熱効率の向上を期待できる。その他にも、シート１６を収容させたり固定したりする為の端部に設けた固定部材、あるいは巻き取りローラ等を、定着ローラ１０の周囲から遠ざけることができる。そのため、例えば加熱ニップ部Ｆの出口付近に記録材Ｐの巻きつきを防止するリブや爪などの機構を設ける為のスペースを提供しやすくなる。
【００８２】
これに対しシート１６の懸架方法として、実施例１〜３のように定着ローラ１０を支点に張架させたほうが、定着装置６０全体をコンパクトにできる、あるいは耐熱性シート１６が定着ローラ１０からの放射熱を断熱しやすい効果もある。そのため、それぞれの特徴に合わせてシートの懸架方法を選択すればよい。
【００８３】
また、図１３に示すように、シート１６の懸架方法として、シート１６の両端を固定部材２６によって固定されるような構成であっても良い。このような固定タイプでは、オフセットトナーが蓄積し難いか、あるいはシート１６をすり抜けて定着ローラ１０表面に付着したままになり、次にプリントされる記録材Ｐによって除去されるような場合に有効な構成である。
【００８４】
（２）他のバックアップ部材
バックアップ部材は加圧ローラ２０に限られない。バックアップ部材として、以下のような構成を選択することも可能である。
【００８５】
１）フィルム／ベルト式バックアップ部材
図１４はバックアップ部材として可撓性部材３３と摺動部材３１とを用いた定着装置の一例を表す断面図である。
【００８６】
可撓性部材３３は、円筒状（エンドレス状）のフィルム、あるいはベルトである。具体的には、耐熱性、断熱性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ等を基層とした樹脂製のフィルムである。定着ローラ１０側の表層にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性に良好な樹脂を混合ないしは単独で被覆してあっても良い。また樹脂を基層としたフィルムの替わりに、ＳＵＳ(steel use stainless)、Ｍｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｔｉ等の純金属や合金で形成された金属スリーブ／ベルトを基層として用いても良い。この場合は基層と表層の間に、シリコーンゴム等の弾性層を形成してあってもよい。フィルムあるいはベルトの基層の厚みは、強度等を考慮し２０μｍ以上１５０μｍ以下が適当な範囲である。
【００８７】
摺動部材３１は、上記の薄肉フィルム３３の内部に設けてある。この摺動部材３１は、耐熱フェルト、マイカシート、セラミックシート、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド、フッ素樹脂等の耐熱性を有する樹脂で形成されている。摺動部材３１は、定着ローラ１０の熱を吸熱しにくい材料、すなわち断熱性を有する部材が適している。薄肉フィルム３３と接触する表面には摩擦抵抗を低減するガラスコートやフッ素樹脂等の摺動層をコーティングしてあっても良い。
【００８８】
３２は摺動部材３１を保持する断熱加圧ホルダーである。ホルダー３２は、ヒータ１４を保持するホルダー２４と同様に、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等、機械的強度と断熱性に優れた部材が適している。また、摺動部材３１とホルダー３２は一体成型によって形成されてあっても良い。このホルダー３２は図示しない加圧手段によって定着ローラ１０表面に対して加圧されている。これにより摺動部材３１と定着ローラ１０表面との間でフィルム３３を挟むことによって、フィルム３３と定着ローラ１０表面との間に所定幅のニップ部Ｎを形成している。フィルム３３と摺動部材３１の間には摩擦抵抗を小さく抑えるためのグリス等の潤滑剤が少量介在させてある。フィルム３３は定着ローラ１０の回転駆動に伴って、摩擦による回転力を受けて摺動部材３１に密着しながら従動回転する構成である。
【００８９】
このような構成とすることによって、バックアップ部材全体の熱容量を減らすことができる。これにより、定着ローラ１０からバックアップ部材側に吸熱される熱を削減でき、熱効率の向上を図ることができる。
【００９０】
２）パッド／シート式バックアップ部材
図１５はバックアップ部材として加圧パッド４０を用いた定着装置の一例を表す断面図である。図１６はバックアップ部材として加圧シート４１を用いた定着装置の一例を表す断面図である。
【００９１】
図１５に示すように、加圧パッド４０は、図示しない加圧手段により定着ローラ１０表面に対し加圧されてニップ部Ｎを形成する。この加圧パッド４０は、耐熱性、断熱性を有する液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、ポリアミドイミド等により成型されている。定着ローラ１０表面と接触する加圧パッド４０の表面には定着ローラ１０との摩擦力を低減する為に、ＰＦＡやＰＴＦＥ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂が混合ないしは単独でコートや被覆されてあってもよい。
【００９２】
図１６に示すように、加圧シート４１は上記樹脂材料により弾性を有するシート状に成型してある。この加圧シート４１は、短手方向の一端を金属や樹脂等の保持部材４２により固定し、他端を定着ローラ１０表面に弾性を利用して加圧状態に接触させてニップ部Ｎを形成する。
【００９３】
このような加圧パッド４０、或いは加圧シート４１をバックアップ部材として用いる場合は、ニップ部Ｎを通過する記録材Ｐは、トナー画像を担持した面と反対側の面が加圧パッド４０、或いは加圧シート４１に摺擦しながら搬送される。したがって、定着ローラ１０表面と記録材Ｐの間の摩擦力が小さいと、記録材Ｐがニップ部Ｎ内でスリップしてしまい搬送することが不可能になる。
【００９４】
記録材Ｐの安定した搬送を実現する為には、定着ローラ１０表面の摩擦力を大きくし、記録材Ｐの搬送力を大きくする必要がある。
そのために、定着ローラ１０において、例えば芯金１１の外側にはシリコーン層１２のみを設け、その表面はＰＥＡやＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂を被覆させないように構成したものを定着ローラ１０として用いても良い。あるいは、表層１３に用いるＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の樹脂材料中に、シリカやアルミナなどをはじめとする無機フィラー等を混入させることにより、表層の摩擦力を大きくしたような構成のものを定着ローラ１０として用いることも可能である。
【００９５】
これらの加圧パッド４０及び加圧シート４１は、樹脂材料を用いる為、加工性に自由度がある。図１７は加圧パッド４０の加工例の一例を表す説明図である。図１８は加圧パッド４０の加工例を他の例を表す説明図である。
【００９６】
図１７に示すように、加圧パッド４０は、定着ローラ１０表面との接触面を凹部（逆Ｒ形状）に成型することによって、ニップ部Ｎを広く稼ぐ構成に対応することも容易である。また、図１８に示すように、加圧パッド４０の定着ローラ１０表面との接触部分に凹凸部（突起等）を設けることにより、ニップ部Ｎ内の圧力分布を変化させ、画質の向上や記録材Ｐがニップ部Ｎから分離しやすい等の利点を得ることができる。また、加圧パッド４０をバックアップ部材として用いているので、ローラやフィルム等をバックアップ部材として用いる構成に較べて、部品点数を減らすことができる。これにより、定着装置６０の小型化が可能となり、定着装置６０の占有スペースの削減にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】画像形成装置の一例の概略構成模型図である。
【図２】実施例１に係る定着装置の一例の構成模型図である。
【図３】ヒータの構成と温調制御系を表す説明図である。
【図４】実施例１に係る定着装置における加熱ニップ部Ｈ付近の拡大断面図である。
【図５】サーミスタの温度プロファイルを示す説明図である。
【図６】シートと接触するサーミスタの断面構成図である。
【図７】定着ローラ表面にサーミスタを接触させた場合のサーミスタの様子を表す説明図である。
【図８】実施例２に係る定着装置におけるホルダーの一例を表す断面図である。
【図９】実施例２に係る定着装置におけるホルダーの他の例を表す断面図である。
【図１０】実施例２に係る定着装置におけるホルダーの他の例を表す断面図である。
【図１１】（ａ）は実施例３に係る定着装置における加熱ニップ部Ｈ付近の断面図、（ｂ）は実施例１に係る定着装置における加熱ニップ部Ｈ付近の断面図である。
【図１２】定着装置におけるシートの懸架方法の一例を表す説明図である。
【図１３】定着装置におけるシートの懸架方法の他の例を表す説明図である。
【図１４】バックアップ部材として可撓性部材と摺動部材とを用いた定着装置の一例を表す断面図である。
【図１５】バックアップ部材として加圧パッドを用いた定着装置の一例を表す断面図である。
【図１６】バックアップ部材として加圧シート４１を用いた定着装置の一例を表す断面図である。
【図１７】加圧パッドの加工例の一例を表す説明図である。
【図１８】加圧パッドの加工例を他の例を表す説明図である。
【図１９】比較例の定着装置を表す構成模型図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０：定着ローラ、１２：弾性層、１４：ヒータ、１５：サーミスタ、１６：耐熱性シート、２０：加圧ローラ、２５：ホルダー、２７：温調制御部、３３：可撓性部材、３１：摺動部材、４０：加圧パッド、４１：加圧シート、Ｎ：ニップ部、Ｐ：記録材
【図１】
2007328020.tif 000004
【図２】
2007328020.tif 000005
【図３】
2007328020.tif 000006
【図４】
2007328020.tif 000007
【図５】
2007328020.tif 000008
【図６】
2007328020.tif 000009
【図７】
2007328020.tif 000010
【図８】
2007328020.tif 000011
【図９】
2007328020.tif 000012
【図１０】
2007328020.tif 000013
【図１１】
2007328020.tif 000014
【図１２】
2007328020.tif 000015
【図１３】
2007328020.tif 000016
【図１４】
2007328020.tif 000017
【図１５】
2007328020.tif 000018
【図１６】
2007328020.tif 000019
【図１７】
2007328020.tif 000020
【図１８】
2007328020.tif 000021
【図１９】
2007328020.tif 000022