(57)【要約】【課題】被加熱材の搬送基準に対して、加熱体の熱膨張による伸びを対称にできるとともに、温度検知手段による加熱体の温度検知を対称にできる加熱装置の提供。【解決手段】加熱体４と加熱体保持部材３は、被加熱材Sの搬送基準（通紙基準）と対応する長手中央位置１７−Cと、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な長手中間位置１７−R，１７−Lとで固定されている。前記被加熱材の搬送基準に対して前記加熱体の発熱抵抗体４ａの発熱分布が対称であり、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な前記加熱体の基板４ｂの長手端部位置に前記加熱体の温度を検知する温度検知手段１４−１，１４−２を配設する。【選択図】図１
2007108296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い基板と前記基板上に設けられた発熱抵抗体とを有する加熱体と、前記加熱体を保持する加熱体保持部材と、前記加熱体と接して摺動する可撓性部材と、前記加熱体と前記可撓性部材を挟んでニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置であって、前記被加熱材を搬送する搬送基準が前記ニップ部の長手方向の中央と前記ニップ部の長手方向に沿う被加熱材の端部間の中央とを一致させる中央基準である加熱装置において、
前記加熱体と前記加熱体保持部材は、前記被加熱材の搬送基準と対応する長手中央位置と、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な長手中間位置とで固定されており、前記被加熱材の搬送基準に対して前記発熱抵抗体の発熱分布が対称であり、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な前記基板の長手端部位置に前記加熱体の温度を検知する温度検知手段を配設していることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱材の搬送基準に対して、前記発熱抵抗体の長手寸法が対称な長さであることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記加熱体は発熱分布が異なる複数の発熱抵抗体を前記基板の短手方向に並列に有し、前記複数の発熱抵抗体をそれぞれ単独で使用する場合の発熱分布が、前記被加熱材の搬送基準に対して対称であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置に画像加熱定着装置として搭載すれば好適な加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置においては、感光体ドラム上に静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置によりトナー画像として現像し、このトナー画像を転写装置により被記録材（被加熱材）上に転写している。そしてその被記録材を画像加熱定着装置に通過させてトナー画像に熱と圧力を付与することによってトナー画像を被記録材に加熱定着している。
【０００３】
画像加熱定着装置（以下、定着装置と記す）として、耐熱性・薄肉の可撓性フィルム（定着フィルム）を用いてトナー画像を加熱するフィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。このようなフィルム加熱方式の定着装置は、特開昭６３−３１３１８２号公報、特開平１−２６３６７９号公報、特開平２−１５７８７８号公報、特開平４−４４０７５〜４−４４０８３号公報等に開示されている。
【０００４】
図４を参照して従来のフィルム加熱方式の定着装置の一例を説明する。（ａ）は定着装置を構成する各部材の長手方向（被記録材の搬送方向と直交する幅方向）の寸法と、被記録材の幅方向の寸法との関係の説明図である。（ｂ）はヒータの平面図である。
【０００５】
定着装置は、基板４ｂ上に通電により発熱する発熱抵抗体４ａを有する細長面状のヒータ４を備え、このヒータに対し耐熱性の可撓性フィルム１を挟ませて加圧ローラ２を対向配置することによりニップ部Ｎを形成してある。このニップ部Ｎで被記録材（以下、シートと記す）Ｓを挟持搬送しつつヒータ４の熱とニップ圧をシート上の未定着トナー画像Ｔに付与して未定着トナー画像をシート上に加熱定着させるものである。シートＳを搬送する搬送基準はニップ部Ｎの長手方向の中央とニップ部の長手方向に沿うシートの端部間の中央とを一致させる中央基準である。以下、搬送基準を通紙基準と記す。
【０００６】
上記定着装置は、昇温の速い低熱容量のヒータや薄膜のフィルム材を用いている。このため、省電力化やウエイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となる、画像形成装置等本機の機内昇温を低めることが出来る、等の利点を有した効果的なものである。
【０００７】
低熱容量のヒータ４としては、耐熱性・絶縁性のセラミック基板４ａと、該基板に印刷・焼成等の手段で形成された発熱抵抗体４ｂとを基本構成とし、該発熱抵抗体に電力を供給して発熱させるいわゆるセラミックヒータが用いられている。
【０００８】
該セラミックヒータ４は、温度検知素子（以下、サーミスタと記す）１３，１４を含む温調系により発熱抵抗体４ａに対する供給電力の制御がなされて所定の使用温度に温調管理される。また温度ヒューズやサーモスイッチ（図示せず）等の安全装置を具備させ、ヒータ温度が使用上限温度以上に昇温してしまった場合には該安全装置の作動で発熱抵抗体に対する通電を遮断させるようにしている。
【０００９】
定着装置の各部材の長手関係については、ヒータホルダ３に保持されるヒータ４の発熱抵抗体４ａの長さ（発熱体長さ）をシートＳのトナー画像領域の幅よりも十分長くしている。これによりヒータ４の熱をシート面上のトナー画像Ｔに均一に付与できるようにしている。このとき発熱抵抗体４ａの長さは長ければ長いほど、均一な定着性を確保しやすいが、長すぎると装置の小型化、省スペースを達成できなくなる。ヒータホルダ３はステー６により加圧ローラ２側に加圧されている。
【００１０】
加圧ローラ２においてゴム部の長手方向の長さ（加圧ローラ長さ）、すなわち可撓性フィルム１とで形成されるニップ部の長さはトナー画像Ｔを確実に加圧し、シートＳを問題なく搬送するため、シートの幅（通紙領域）より長いほうがよい。
【００１１】
一方、発熱抵抗体４ａの長さと通紙領域の差から生じる非通紙領域が広くなることにより、非通紙領域と対応する発熱抵抗体端部、もしくは加圧ローラ表面が過剰に加熱される非通紙部昇温の課題がある。すなわち、プリントスピード（プロセススピード）の増加により通紙領域と非通紙領域の熱収支の差、すなわち非通紙部昇温が顕著になる。
【００１２】
そこで、従来の定着装置において、最大印字可能領域（最大トナー画像領域）と、抵抗発熱体領域と、加圧ローラ２の長手寸法の関係は、
最大印字可能領域＜抵抗発熱体領域＜加圧ローラ長さ
の関係になっている。
【００１３】
また、ヒータ４とヒータホルダ３のガタを熱膨張分考慮することにより、ヒータとヒータホルダを接着固定しない構成も提案されている。しかし上記の非通紙部昇温に対してはヒータとヒータホルダについてガタが多い分、不利な構成となってしまう。
【００１４】
従来、図４に示す構成において、ヒータ４の裏面（ヒータホルダ３側の面）において、最小通紙領域内（通紙基準から30mm離れた位置に第１のサーミスタ（メインサーミスタ）１３を配置している。このサーミスタ１３は最小通紙領域の温度を検知する。また、通紙領域の片側端部（通紙基準から100mm離れた位置）に非通紙部昇温を検知する第２のサーミスタ（サブサーミスタ）１４を設置している。このサーミスタ１４の機能として、ある程度定着装置を構成する部材の耐熱温度に対してマージンを持たせた設計となっている。
【００１５】
一方、シートＳとヒータ４の発熱抵抗体４ａとの位置関係を正確に規定するために、ヒータをヒータホルダ３に多数箇所しっかりと接着すると、線膨張係数の違いからお互いに大きなストレスが発生する。
【００１６】
この課題に対して、特許文献１、２において、セラミックヒータをホルダに対して、端部もしくは中央部の1箇所で接着するという技術が開示されている。
【特許文献１】特開平０４−０７０６８８号公報
【特許文献２】特開平０５−０６１３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記定着装置においては、プリントスピードを更に増加させていく場合、通紙領域と非通紙領域の熱収支の差が拡大する。このため、ヒータ、および加圧ローラの非通紙部の温度が増加傾向となる。この場合、前述のヒータ位置とサーミスタ位置の関係が非通紙部温度の検知に対して大きく影響してくる。つまり、ヒータの長手方向においてヒータのヒータホルダに対するガタが大きい場合は非通紙部温度の検知精度が大幅に低下する。
【００１８】
さらに、ヒータの熱膨張により、発熱抵抗体端部の位置が変化し、非通紙領域が増加することにより、非通紙部温度が増加する傾向が助長される。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、被加熱材の搬送基準に対して、加熱体の熱膨張による伸びを対称にできるとともに、温度検知手段による加熱体の温度検知を対称にできる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】
【００２０】
本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、細長い基板と前記基板上に設けられた発熱抵抗体とを有する加熱体と、前記加熱体を保持する加熱体保持部材と、前記加熱体と接して摺動する可撓性部材と、前記加熱体と前記可撓性部材を挟んでニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を挟持搬送しつつ加熱する加熱装置であって、前記被加熱材を搬送する搬送基準が前記ニップ部の長手方向の中央と前記ニップ部の長手方向に沿う被加熱材の端部間の中央とを一致させる中央基準である加熱装置において、前記加熱体と前記加熱体保持部材は、前記被加熱材の搬送基準と対応する長手中央位置と、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な長手中間位置とで固定されており、前記被加熱材の搬送基準に対して前記発熱抵抗体の発熱分布が対称であり、前記被加熱材の搬送基準に対して対称な前記基板の長手端部位置に前記加熱体の温度を検知する温度検知手段を配設していることを特徴とする加熱装置、である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、被加熱材の搬送基準に対して、加熱体の熱膨張による伸びを対称にできるとともに、温度検知手段による加熱体の温度検知を対称にできる加熱装置の提供を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。
【実施例１】
【００２３】
（１）画像形成装置例
図３は本発明に係る加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できる画像形成装置の一例の概略模型図である。図３に示す画像形成装置は転写方式の電子写真プロセス利用の複写機若しくはプリンタである。
【００２４】
像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）３１は不図示の回転駆動系により矢印方向（時計方向）へ所定の周速度（プロセススピード）にて回転駆動される。感光体ドラム３１は回転中に外周面（表面）が帯電手段（一次帯電手段）としての帯電ローラ３２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。この帯電処理面に対して不図示の画像露光手段（原稿画像のスリット露光手段、レーザビーム走査露光手段等）により目的の画像情報に対応した画像露光３３がなされる。これにより感光体ドラム表面に露光画像に応じた静電潜像が形成される。感光体ドラム表面の静電潜像は現像手段としての現像装置３４によりトナー画像として現像される。
【００２５】
一方、感光体ドラム表面と転写手段としての転写ローラ３５との間の転写部には不図示の給紙部から被加熱材としての被記録材（以下シートと記す）Ｓが給送される。転写ローラ３５は感光体ドラム表面からシートＳ上にトナー画像を転写する。
【００２６】
トナー画像を転写したシートＳは画像加熱定着装置（以下、定着装置と略記する）Ｒのニップ部Ｎに導入される。定着装置Ｒではニップ部ＮでシートＳを挟持搬送することによりシート上に未定着のトナー画像を加熱定着する。ニップ部Ｎを出たシートＳは不図示の排出トレイ上に排出される。
【００２７】
３６はクリーニング手段としてのクリーニング装置である。クリーニング装置３６はトナー画像転写後に感光体ドラム表面に残留する残トナーなどを除去する。これにより感光体ドラム３１は次の画像形成に供される。
【００２８】
（２）定着装置Ｒ
図２は定着装置Ｒの横断面側面模型図である。
【００２９】
本実施例に示す定着装置Ｒはフィルム加熱方式の定着装置である。この定着装置ＲにおいてシートＳの搬送基準（通紙基準）は従来の定着装置と同じである。また従来の定着装置と共通する部材・部位には同じ符号を付している。
【００３０】
１は可撓性部材としての円筒状の定着フィルム（耐熱性フィルム）である。３は加熱体保持部材としてのヒータホルダ（以下、ホルダと略記する）である。ホルダ３は下面に設けられた溝に加熱体としてのヒータ４を保持している。このホルダ３には定着フィルム（以下、フィルムと略記する）１がルーズに外嵌されている。２は加圧部材としての加圧ローラである。加圧ローラ２はフィルム１を挟ませてヒータ４の下面と圧接している。これにより加圧ローラ２はフィルム１との間にニップ部（定着ニップ部）Ｎを形成している。６は加圧ステーであり、両端６ａが不図示のばねによってホルダ３側に加圧されている。
【００３１】
上記各部材について更に詳しく説明する。
【００３２】
フィルム１は、例えば、表面をトナー離型性の良いＰＴＦＥ等フッ素樹脂をコートしたポリイミド（ＰＩ）フィルムである。フィルム１の両端はフィルムの外形形状に従う形態の不図示のフィルムガイドにより保持されている。このフィルムガイドは装置側板対に支持され、ホルダ３の両端を保持するようになっている。
【００３３】
加圧ローラ２は、鉄もしくはアルミニウム等の金属芯金２ａ上に、シリコーンゴムやシリコーンスポンジ等の弾性層２ｂを有し、表層はＰＦＡやＰＴＦＥ等の離型性の優れる離型層２ｃから構成される。加圧ローラ２は金属芯金２ａの両端部が装置側板対に回転可能に軸受け保持されている。
【００３４】
ホルダ３は、横断面略半円形の細長い桶型形状に形成してある。このホルダ３は、ヒータ４を保持する他に、これに外嵌させたフィルム１の回転ガイドをも兼ねるものである。またホルダ３は、例えば熱硬化性樹脂製であり、耐熱性を有する。
【００３５】
ヒータ４は、細長い薄板状のセラミック基板４ｂと、この基板面に基板長手に沿って形成具備させた発熱抵抗体４ａと、この発熱抵抗体に被覆させた保護層４ｃと、を基本構成体としてなる。そして不図示の温調系からの発熱抵抗体４ａへの電力供給により迅速に発熱・昇温し該温調系で所定の定着温度に温調管理される。このヒータ４は、ホルダ３に対して該ホルダの下面に長手に沿って形成具備させた溝内にはめ入れて耐熱性接着剤で接着保持させてある。接着剤の塗布位置及び塗布量については後述する。
【００３６】
ステー６は、鉄・ＳＵＳ又はアルミニウムの剛性の高い板金製である。このステー６は、上記のようにばねにより加圧されるため両端に２本の腕６ａが突き出ている（図１）。またステー６は、長手中央に於いて断面形状が逆Ｕの字形状をしていて、両端から受けた加圧力を底面６ｂを通してホルダ３に伝達している。そしてその加圧力をもって加圧ローラ２の弾性層２ｂをへこませ、ヒータ４と加圧ローラ２との間でニップ部Ｎを形成させている。
【００３７】
上記定着装置Ｒにおいて、加圧ローラ２は金属芯金２ａに設けられたギア９を介して不図示の駆動部により所定の周速度で反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ２の回転駆動による該ローラとフィルム１の外面との摩擦力でフィルム１に回転力が作用して、該フィルムがヒータ４の下面に接触摺動しつつホルダ３の外回りを矢印方向に回転駆動される。フィルム１の内面とこれが接触摺動するヒータ下面の保護層４ｃとの摺動抵抗を低減するため両者間に耐熱性グリス等の潤滑剤を介在させるとよい。
【００３８】
而して、加圧ローラ２の回転駆動によりフィルム１が回転され、またヒータ４が所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、ニップ部Ｎに未定着トナー画像Ｔを担持したシートＳがそのトナー画像担持面側をフィルム１側にして導入される。そのシートＳはフィルム１と一緒にニップ部Ｎを挟持搬送されることにより、ヒータ４の熱がフィルムを介して付与され、トナー画像Ｔがシート面に加熱定着される。ニップ部Ｎを通ったのちシートＳはフィルム１から分離されて不図示の排出ローラへ搬送される。
【００３９】
（２）定着装置の長手方向の位置関係及びヒータ・ヒータホルダ間の接着
図１において（ａ）は定着装置Ｒの各部材の長手方向の寸法と、被記録材の幅方向の寸法との関係の説明図である。（ｂ）はヒータの平面図である。
【００４０】
以下、定着装置Ｒに関し、シートＳとしてLETTER（215.9mm×279.4mm）サイズの紙を縦に、つまり長辺を通紙基準と平行にさせた姿勢でニップ部Ｎに通紙可能な構成について説明する。
【００４１】
本実施例の定着装置Ｒにおいては、通紙基準と対応する長手中央位置すなわち通紙基準に対して同一位置に接着基準（以下、接着基準位置と記す）１７-Cを設け、この接着基準位置に対して１５ｍｍ右側に安全装置としてのサーモスイッチ１５を配置している。また接着基準位置１７-Cに対して１５ｍｍ左側に温度検知素子である第１のサーミスタ１３を配設している。また、定着装置Ｒにおいては、ニップ部Ｎに通紙可能な最小サイズ紙を３（inch）×５（inch）（76.2mm×127mm）としている。このため、第１のサーミスタ１３、およびサーモスイッチ１５は全ての通紙可能な紙の通紙領域内、つまり最小通紙領域内(76.2mm)に設定しており、第１のサーミスタの出力信号に基づいて温調系により所定の定着温度に温調制御を行うものである。
【００４２】
一方、接着基準位置１７-Cと、この接着基準位置に対して左右３０ｍｍの対称な位置（以下、長手中間位置と記す）１７-R、１７-Lに接着ポイントを設け、この接着基準位置及び２つの長手中間位置の３点によりヒータ４をホルダ３に固定する。
【００４３】
本実施例においては３点としたが、接着強度の観点から、接着基準位置で１点、及び長手中間位置で４点以上でも構わない。ただし、ヒータ４の端部は接着しておらず、ヒータ加熱時の熱膨張に対して自由に伸長可能である。ここで、ヒータ４の端部とホルダ３の端部との間のクリアランスは左右０.５mmとした。この値は、ヒータ４とホルダ３の線膨張係数の関係と、部品および組立て精度により決定されるものである。本実施例においては、ヒータ４は急激に温度上昇するため、ヒータが２００℃程度でホルダ３が室温程度の温度差を考慮した値とした。
【００４４】
上記のようにヒータ４とホルダ３とを固定することにより、ヒータ４の熱膨張によってヒータもしくはホルダ３に加わるストレスを軽減できるとともに、ヒータの熱膨張による伸びが左右均等になる。
【００４５】
また、ヒータ４において基板４ｂ面上に設けられる発熱抵抗体４ａの温度分布（発熱分布）を接着基準位置１７-Cに対して左右対称な温度分布にしている。これにより発熱抵抗体４ａの長さ（発熱体長さ）と通紙領域の差から生じる非通紙領域における非通紙部温度の左右対称化を促進することができる。ここで、左右対称な温度分布は、発熱抵抗体４ａの長手寸法、および発熱分布の両方を接着基準位置１７-Cに対して対称にすると効果的である。
【００４６】
そして、接着基準位置１７-Cに対して左右５０ｍｍの対称な位置（以下、長手端部位置と記す）に第２のサーミスタ１４−１、第３のサーミスタ１４−２を配設している。これにより、左右均等な非通紙部の温度分布を左右均等な位置で正確に検知することが可能になる。
【００４７】
このように、接着基準位置１７-Cに対して左右均等に第２及び第３のサーミスタ１４−１，１４−２を配設することにより、ヒータ４の熱膨張により、非通紙部領域が増加した場合に左右のバランスを崩すことなく非通紙部温度を正確に検知できる。あるいは紙サイズが変わった場合においても左右のバランスを崩すことなく非通紙部温度を正確に検知できる。このため、常にヒータ４、ホルダ３、加圧ローラ２等、定着装置Ｒを構成する部材の耐熱温度以下で最大のプリントスピードを実現することができる。
【００４８】
本実施例においては、第２及び第３のサーミスタ１４−１，１４−２は、接着基準位置１７-Cから左右５０ｍｍの位置に設定した。同様な考え方に基づけば、FULLBLEED（304.8mm×457.2mm）サイズの紙を縦にニップ部Ｎに通紙可能な定着装置においては、接着基準位置から左右１４５ｍｍの位置に設定するのが適当である。この設定は、最大通紙サイズに対して１０ｍｍ程度の非通紙領域が、非通紙部温度の検知に対して適当であるためである。ただし、プリントスピードと定着条件によって最適な寸法は異なることはもちろんである。
【００４９】
〔その他〕
１）ヒータは発熱分布が異なる複数の発熱抵抗体を基板の短手方向（シート搬送方向）に並列に有し、この複数の発熱抵抗体をそれぞれ単独で使用する場合の発熱分布が接着基準位置に対して対称であってもよい。この場合においても、ヒータの熱膨張によってヒータもしくはホルダに加わるストレスを軽減できるとともに、ヒータの熱膨張による伸びを左右均等になる。
【００５０】
２）本発明の加熱装置は実施例の画像加熱定着装置としての使用に限られず、未定着画像を被記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、定着画像を担持した被記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する表面改質装置等の画像加熱装置としても有効である。またその他、例えば、紙幣等のシワ除去用の熱プレス装置、熱ラミネート装置、紙等の含水分を蒸発させる加熱乾燥装置など、被加熱材を加熱処理する加熱装置として用いて有効であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は実施例１に係る定着装置の各部材の長手方向の寸法と、被記録材の幅方向の寸法との関係の説明図、（ｂ）はヒータの平面図
【図２】定着装置の横断面側面模型図
【図３】画像形成装置の一例の概略模型図
【図４】（ａ）は従来の定着装置の各部材の長手方向の寸法と、被記録材の幅方向の寸法との関係の説明図、（ｂ）はヒータの平面図
【符号の説明】
【００５２】
１‥‥定着フィルム、２‥‥加圧ローラ、３‥‥ヒータホルダ、４‥‥ヒータ
４a‥‥発熱抵抗体、４ｂ‥‥基板、１４−１‥‥第２のサーミスタ、
１４−２‥‥第３のサーミスタ
【図１】
2007108296.tif 000003
【図４】
2007108296.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007108296.tif 000006