(57)【要約】【課題】  トナー像を定着するための定着手段を持つ画像形成装置において、定着手段に接続された電源ラインと電気的接地の間にサージ電圧が印加された場合に、定着手段のヒータの保護層が絶縁破壊される場合がある。【解決手段】  画像形成装置に、電源から定着手段の間にサージ電圧を電気的接地に放電する避雷器を搭載する。【選択図】  図１
2013020001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材にトナー像を形成する画像形成手段と、
筒状のフィルムと、基板の上に、電力が供給されて発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を保護する保護層と、が形成されたヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着手段と、
前記ヒータと電源ラインで接続された電源と、を備え、記録材の上のトナー像を前記ニップ部で搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着する画像形成装置において、
前記電源ラインと接続される第１の電極と、前記第１の電極と空間距離を隔てて配置され、電気的接地部と接続される第２の電極と、を有し、前記電源ラインにサージ電圧を印加した時に前記第１の電極と前記第２の電極の間で放電する避雷器を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の電極は先鋭部を有し、前記第２の電極は面部を有し、前記先鋭部は、前記面部に対して前記空間距離を隔てて対向していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第２の電極は先鋭部を有し、前記第１の電極は面部を有し、前記先鋭部は、前記面部に対して前記空間距離を隔てて対向していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、１つの保持部材で保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記保持部材は、前記ヒータを駆動する電気回路基板であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記保持部材は、絶縁体であり、前記絶縁体が前記ヒータを駆動する電気回路基板に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー像を定着する定着手段を持つ画像形成装置において、サージ電圧を電気的接地に放電する避雷器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式の複写機やレーザービームプリンタなどの画像形成装置に搭載する定着手段として、フィルム加熱方式の定着手段が提案されている。
【０００３】
上記の定着手段は、筒状のフィルムと、フィルムの内面と接触するヒータと、フィルムを介してヒータと共にニップ部を形成する加圧ローラを有している。ヒータには、基板の上に電力を供給されて発熱する発熱抵抗体と、発熱抵抗体を保護するガラス保護層が形成されている。上記のニップ部で記録材を搬送しながら加熱し記録材にトナー像を定着する。
【０００４】
しかしながら、上記のフィルム加熱方式の定着手段は、ヒータからフィルムと加圧ローラを介して装置のフレームグラウンド（以下ＦＧ）に接地されている場合、次のような課題がある。
【０００５】
定着手段のヒータに接続された電源ラインからＦＧの間に、雷などによるサージ電圧が印加されると、ヒータに高電位のサージ電圧が印加され、ヒータの保護層が絶縁破壊してしまうことがある。
【０００６】
上記課題を解決するために、加圧ローラとＦＧの間に抵抗を接続する構成が提案されている。これにより、電源ラインとＦＧ間にサージ電圧が印加された場合、ヒータの保護層にかかる電圧を分圧して下げることができるため、絶縁破壊の抑制になる。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−０５１６５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような構成は、フィルムから金属フレームなどのＦＧまでの沿面・空間距離、又は加圧ローラから金属フレーム等のＦＧまでの沿面・空間距離を、サージ電圧が印加されても放電しないように十分に大きく取る必要がある。
【０００９】
つまり、フィルムと金属フレームの間の沿面・空間距離を超えて放電しＦＧに至るルートのインピーダンスが、加圧ローラから抵抗を介してＦＧに至るルートのインピーダンスよりも大きくなるように上記の沿面・空間距離を設定する必要がある。
【００１０】
その理由は、フィルムと金属フレームの間で放電すると、加圧ローラとＦＧの間に設けた抵抗による分圧効果が得られず、ヒータの保護層に高電位のサージ電圧が印加されて絶縁破壊する場合があるからである。
【００１１】
従って、特許文献１の構成は、保護層の絶縁破壊を回避するために、装置の大型化を招いてしまうという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、記録材にトナー像を形成する画像形成手段と、筒状のフィルムと、基板の上に、電力が供給されて発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を保護する保護層と、が形成されたヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共にニップ部を形成する加圧部材と、を有する定着手段と、前記ヒータと電源ラインで接続された電源と、を備え、記録材の上のトナー像を前記ニップ部で搬送しながら加熱し、トナー像を記録材に定着する画像形成装置において、前記電源ラインと接続される第１の電極と、前記第１の電極と空間距離を隔てて配置され、電気的接地部と接続される第２の電極と、を有し、前記電源ラインにサージ電圧を印加した時に前記第１の電極と前記第２の電極の間で放電する避雷器を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装置の小型化とヒータの保護層の絶縁破壊の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）実施例１の避雷器の概要を示す図、（Ｂ）実施例１の通常時における定着手段の電源ラインの電流の流れを示した図、（Ｃ）実施例１のサージ電圧印加時における定着手段の電源ラインの電流の流れを示した図
【図２】実施例２の避雷器の概要を示す図
【図３】実施例３の避雷器の概要を示す図
【図４】実施例に係る定着手段を備えた画像形成装置の概略全体構成を示す断面図
【図５】実施例に係る定着手段の概略構成を示す断面図
【図６】実施例１に係る電源から定着手段までの電気回路構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施例１）
以下に図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の一例として、電子写真方式のレーザービームプリンタに適用した場合の一実施形態を説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１６】
図４に実施例１に係る画像形成装置の全体構成を示す。給送カセット２０５内の記録材Ｓは給送手段２０７によって給送されると、搬送ローラ対２０８に送られる。次に、画像情報に基づいて光学手段２０２によって感光ドラム２０３上に潜像が形成される。記録材Ｓは、潜像とのタイミングをとってレジストローラ対２０９により送られる。感光ドラム２０３と転写ローラ２０６で形成される転写ニップ部で、感光体ドラム２０３の上のトナー像を記録材Ｓに転写して、記録材Ｓの上にトナー像が形成される。その後、記録材Ｓは定着手段２１０に送られ、記録材の上のトナー像が記録材に定着される。定着処理後の記録材Ｓは内排出ローラ対２１３及び外排出ローラ対２１４により機外の排出トレイ２１５上に排出される。
【００１７】
次に、実施例１に係る定着手段２１０について、図５の断面図を用いて説明する。
２１２ａは筒状のフィルムであり、フィルム２１２ａのガイド部材であるステー２３１に外嵌させてある。フィルム２１２ａは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の基層フィルム表面上に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂からなる離型性層をコーティングまたはチューブで形成した複合層フィルムで構成されている。
【００１８】
ヒータ２３０は、アルミナ等でできた絶縁の基板の表面に発熱抵抗体として電気抵抗材料を塗工し、その上に保護層２３２としてガラスやフッ素樹脂等の絶縁層をコートしてある。
【００１９】
また、不図示の制御手段は、ヒータ２３０の上に設けられたサーミスタ２３４による検知温度に基づいてヒータ２３０への供給電力を制御し、ヒータ２３０の温度制御を行っている。
【００２０】
２１１は、芯金２３３上に耐熱性かつ導電性のシリコーンスポンジ等から成るゴム層２１１ａを設け、表面にはＰＦＡチューブから成る離型性層を被せて形成されている、加圧部材としての加圧ローラであり、モータ（不図示）によって駆動される。加圧ローラ２１１は、フィルム２１２ａを介して、ヒータ２３０と共に記録材を搬送しながら加熱するニップ部を形成する。芯金２３３の軸は、高抵抗２３５を介してＦＧに電気的に接地されている。
【００２１】
６０２は、定着手段２１０の金属フレームであり、ＦＧに電気的に接地されており、フィルム２１２ａ、及び、加圧ローラ２１１と空間を開けて配置されている。
【００２２】
また、フィルム２１２ａと加圧ローラ２１１のゴム層２１１ａ及び芯金２３３は、ヒータ２３０の保護層２３２に比較すると低インピーダンスで電気的に繋がっているとみなすことができる。
【００２３】
次に、実施例１における電源から定着手段までの電気回路を図６に示して、避雷器１１１の構成について説明する。
【００２４】
避雷器１１１は、第１の電極としての電極α１と、第２の電極としての電極β１と、を有し、電極α１は電源６０１からヒータ（発熱抵抗体）までの電源ラインに接続され、電極β１は画像形成装置２０１のＦＧに接地されている。
【００２５】
ここで、電極α１は実施例１では２本の電源ラインの内の１本にのみ取り付けられているが、２本の電源ラインのそれぞれに取り付けても良い。本実施例のように１本の電源ラインのみ取り付ける場合は、他方の電源ラインの電圧上昇を抑える為に、電源ライン間にバリスタ等のサージ吸収素子を併用する事が有効である。
【００２６】
次に、図１（Ａ）を用いて実施例１の避雷器１１１の構成について詳しく説明する。実施例１では、避雷器１１１は板状の導電体で作られる電極α１と電極β１が１つの保持部材としての電気回路基板２１６に実装固定されている。電極α１及び電極β１は、電気回路基板２１６の裏面で端子がパターンと半田にて各々電気的に接続される。この時、電極α１は電源からヒータ２３０へ電力供給されるパターン上に配置される。また電極β１は、電気回路基板２１６上に設けられた接地パターンに接続され、最終的には画像形成装置２０１の電気的接地部に接続されることになる（図１（Ｂ）参照）。
【００２７】
また、電極α１の先鋭部Ｐ１と電極β１の面部Ｑ１は、空間距離（以下、電極間距離Ｘ１）を設けて対向するように配置されている。通常の定着処理時は、図１（Ｂ）のように、電流は電源６０１からヒータ（発熱抵抗体）に供給されている。高電位のサージ電圧が電源ラインに印加されると、図１（Ｃ）のように、電極間距離Ｘ１を超えて放電させて電気的接地に流れるようにする。その結果、電源ラインで電極α１よりも下流のヒータ２３０の保護層２３２にサージ電圧が印加される事が無いため、図５に示すヒータ２３０の保護層２３２の絶縁破壊を回避できる。
【００２８】
ここで、避雷器１１１の電極間距離Ｘ１と放電を開始する電圧の関係についての説明をする。避雷器１１１の電極間で放電を開始する電圧は、電極間距離Ｘ１に応じて変化し、その距離が長いほど高い電圧がかかったときに放電を開始する。つまり、電極間距離Ｘ１を管理することで、放電を開始する電圧の値を管理することができる。目安としては、電極間距離Ｘ１が１ｍｍ長くなる毎に放電する電圧が１ｋＶ大きくなる。よって、電極間距離Ｘ１の精度、つまり電極α１に対する電極β１の位置精度が重要になる。そこで、実施例１では、電極α１及び電極β１を、１つの保持部材としての電気回路基板２１６に固定し、電極α１に対する電極β１の位置精度を高めている。
【００２９】
国際規格（ＩＥＣ６１０００−４−５）の試験では、電源ラインとＦＧの間に印加されるサージ電圧は、４ｋＶ以上の高電圧である場合がある。実施例１では、電源ラインとＦＧの間に印加されるサージ電圧が４ｋＶの場合に、避雷器１１１の電極間で放電させる場合について説明する。
【００３０】
実施例１の構成では、電極間距離Ｘ１の公差は±１．０mmである。電極間距離の称呼の設計値を３．０mmとすれば、電極間距離は２．０〜４．０mmの範囲に収まることになる（安全規格上、電極間距離は少なくとも２．０ｍｍは必要）。よって、目安として電源ラインの印加電圧が２．０〜４．０ｋＶ以上となった時に避雷器１１１の電極間で放電するので、４．０ｋＶ印加された時は放電することになる。
【００３１】
ただし、電源６０１から避雷器１１１の電極間で放電してＦＧに至る第１のルートのインピーダンス（以下、第１のインピーダンス）が電源６０１からＦＧまでの複数のルートの中で最も小さくしなければならない。ここで、電源６０１からフィルム２１２ａと金属フレーム６０２の沿面・空間距離（以下、第２の沿面・空間距離）を超えて放電しＦＧに至る第２のルートのインピーダンスを第２のインピーダンスとする。また、電源６０１から加圧ローラ２１１と金属フレーム６０２の沿面・空間距離（第３の沿面・空間距離）を超えて放電してＦＧに至る第３のルートのインピーダンスを第３のインピーダンスとする。電源ラインにサージ電圧が印加された時に、避雷器１１１の電極間で放電させるためには、第１のインピーダンスが第２のインピーダンス及び第３のインピーダンスよりも小さい必要がある。つまり、第２の沿面・空間距離、及び、第３の沿面・空間距離を上記のインピーダンスの大小関係を満たすように設定する必要がある。基本的には、第２の沿面・空間距離、及び、第３の沿面・空間距離を電極間距離Ｘ１と同等に設定すれば、上記のインピーダンスの大小関係を満たす。なぜなら、第２のルート及び第３のルートは、ヒータ２３０の保護層２３２よりも下流でＦＧに接地されているので、ヒータ２３０の保護層２３２を経由する分、インピーダンスが大きくなるからである。従って、実施例１では、第２の沿面・空間距離、及び、第３の沿面・空間距離をそれぞれ４mmとすることで、サージ電圧印加時に避雷器１１１の電極間で放電し、ヒータ２３０の保護層２３２の絶縁破壊を回避できる。
【００３２】
実施例１の構成は、第２の沿面・空間距離、及び、第３の沿面・空間距離は、従来の避雷器を有さない構成よりも短くできる。実施例１は、電源６０１からの電源ラインで発熱抵抗体よりも上流に電極αがあるので、その避雷器１１１の電極間を超えてＦＧに至るルートのインピーダンスを従来よりも小さくできるためである。
【００３３】
以上述べたように、実施例１によって装置の小型化とヒータ２３０の保護層２３２の絶縁破壊の抑制が可能となることがわかる。
【００３４】
ただし、必ずしも電極間距離に応じて放電し易さが決まるとは限らない。電極の放電部分の形状等により電界分布も変化し、湿度や気圧によっても変化する。よって必ず距離の短い個所で放電するとは限らない。そこで、実施例１における避雷器１１１の端子形状は、電極α１は先鋭部分を有するものとして、電界が集中し易い形状にしている。
【００３５】
尚、実施例１の避雷器１１１は、電源ラインから発熱抵抗体の間に配置をすれば良く、必ずしも電気回路基板２１６の上に配置しなくても同様の効果を得られる。
【００３６】
実施例１では２つの電極を板状の導電体としているが、電極は線材や軸状のものを使用しても実施例１と同様の効果を得られるものである。また、電気回路基板２１６に実装する電気回路（パターン）を電極としても本実施例と同様の効果を得られるものである。
【００３７】
実施例１の２つの電極形状について、電極α１は先鋭部Ｐ１を有し、電極β１は面部Ｑ１を有している。しかし、第１の電極としての電極α１が面部を有し、第２の電極としての電極β１が先鋭部を有しても良い。
【００３８】
（実施例２）
次に、図２に本実施例１の避雷器１２１の構成について示す。実施例１と異なる部分は、電極α２及び電極β２が保持される１つの保持部材は電気回路基板２１６よりも部品精度が出やすい絶縁体γ２であり、その絶縁体γ２が電気回路基板２１６に固定されている部分である。電極α２及び電極β２は、電気回路基板２１６の裏面で端子がパターンと半田にて各々電気的に接続される。この時、電極α１は電源から定着手段２１０へ電源供給されるパターンに接続される。また電極β１は、電気回路基板２１６上に設けられた接地パターンに接続され、最終的には画像形成装置２０１の電気的接地部に接続されることになる。
【００３９】
実施例２の構成は、特に電気回路基板２１６が安い材料で作られ、熱膨張による反りや剛性不足による撓みが発生しやすい場合においても、電極間距離Ｘ２はその影響を受けにくいという効果がある。電極α１と電極β１は、絶縁体γ２に固定され、電極間距離Ｘ２が決まっているためである。従って、実施例２の構成では、電極間距離Ｘ２の公差を実施例１よりも小さい±０．５ｍｍにすることができる。よって、電極間距離の称呼の設計値を２．５mmとして、電極間距離は２．０〜３．０mmの範囲に収められる。電源ラインの印加電圧が２．０〜３．０ｋＶ以上となったときに避雷器１１１の電極間で放電することになる。加圧ローラ２１１又はフィルム２１２ａから金属フレーム６０２の沿面・空間距離を３ｍｍにすれば、ヒータ２３０の保護層２３２の絶縁破壊を回避することができる。従って、実施例１よりも、金属フレーム６０２をフィルム２１２ａや加圧ローラ２１１に１mm接近できるので、更なる装置の小型化が可能となるという効果がある。
【００４０】
（実施例３）
実施例３における避雷器１３１の構成を図３に示して説明する。避雷器１３１は、板状の導電体で作られる電極β３が電気回路基板２１６に実装固定され、板状の導電体で作られ電極α３の一部が絶縁体γ３を挟んだ状態で、電極αと電極β３が対向して配置されている。電極α３も電気回路基板２１６に実装固定されている。
【００４１】
電極α３及び電極β３は、電気回路基板２１６の裏面で端子がパターンと半田にて各々電気的に接続される。この時、電極α３は電源から定着手段２１０へ電源供給されるパターンに接続される。また電極β３は、電気回路基板２１６上に設けられた接地パターンに接続され、最終的には画像形成装置２０１の電気的接地部に接続されることになる
電極α３の面部Ｐ３と電極β３の面部Ｑの電極間距離は、絶縁体γ１部品の寸法精度に依存する構成である。よって、絶縁体γ３の寸法精度を高くすることで、電極間距離の公差も小さくできるので、小型化が実現しやすいという効果がある。
【符号の説明】
【００４２】
１１１  実施例１における避雷器
１２１  実施例２における避雷器
１３１  実施例３における避雷器
α１、α２、α３  電源ラインに接続される電極
β１、β２、β３  電気的接地に接続される電極
γ２、γ３  絶縁体
Ｐ１  電極αの先鋭部、または面部
Ｑ１  電極βの先鋭部、または面部
２０１  画像形成装置
２０２  光学手段
２０３  感光体ドラム
２０４  プロセスカートリッジ
２０５  給紙カセット
２０６  転写ローラ
２０７  記録材給送装置
２０８  搬送ローラ対
２０９  レジストローラ対
２１０  定着手段
２１１  加圧ローラ
２１１ａ  ゴム層
２１２  定着部材
２１２ａ  フィルム
２１３  内排出ローラ対
２１４  外排出ローラ対
２１５  排出トレイ
２１６  電気回路基板
２３０  ヒータ
２３１  ステー
２３２  保護層
２３３  芯金
２３４  サーミスタ
２３５  発熱抵抗体
Ｘ１、Ｘ２  電極間距離
Ｓ  記録材
【図１】
2013020001.tif 000003
【図２】
2013020001.tif 000004
【図３】
2013020001.tif 000005
【図４】
2013020001.tif 000006
【図５】
2013020001.tif 000007
【図６】
2013020001.tif 000008