(57)【要約】【課題】定着部材に導電層を設け導電層に通電させる方式の定着装置において、通電させる給電電極部端部に部分的に電流密度が集中してしまい、発熱抵抗体が部分的に異常昇温してしまうという課題がある。【解決手段】定着部材に導電層を設け導電層に通電させる方式の定着装置において、給電電極部に特別な加工を施すことなく、低コストかつ安定的に発熱体と給電電極部長手側端部の異常昇温を抑制させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱する抵抗発熱体（１０２）と前記抵抗発熱体の長手方向の両端部に接続された電極部（１０５）を設け、搬送方向に搬送される記録紙上の未定着トナー像を前記発熱体により定着させる定着装置において、
前記抵抗発熱体（１０２）の温度を検知する第一温度検知手段（１１８）と、前記第一温度検知手段（１１８）の検知温度を所定の制御温度Tに制御する温度制御手段（１５０）と、を有し、記録材の幅が通紙可能な最大サイズの記録材の幅よりも小さい記録材を連続通紙する際に、非通紙部の温度が到達する最大温度Tmaxである時、
前記抵抗発熱体（１０２）の抵抗の極小値Tmは、T≦Tm≦Tmaxの関係を満足することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記抵抗発熱体（１０２）は、キュリー点を有する半導体セラミックス材料であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
通電により発熱する抵抗発熱体（１０２）と前記抵抗発熱体の長手方向の両端部に接続された電極部（１０５）を設け、搬送方向に搬送される記録紙上の未定着トナー像を前記発熱体により定着させる定着装置において、
前記抵抗発熱体（１０２）は有機ポリマーと導電粉の混合物であり、
前記抵抗発熱体（１０２）の温度を検知する第一温度検知手段（１１８）と、前記第一温度検知手段（１１８）の検知温度を所定の制御温度Tに制御する温度制御手段（１５０）と、を有し、記録材の幅が通紙可能な最大サイズの記録材の幅よりも小さい記録材を連続通紙する際に、非通紙部の温度が到達する最大温度Tmaxである時、
前記抵抗発熱体（１０２）の融点Tmは、T≦Tm≦Tmaxの関係を満足することを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置、静電記録装置などの画像形成装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、内部にヒータを有する定着ローラに加圧ローラを圧接して定着ニップを形成し、定着を行うローラ定着方式が従来採用されている。
【０００３】
さらに、別の方式の定着装置として、特許文献１には、定着部材自体に発熱抵抗体を設け、該発熱抵抗体に通電して直接定着部材を発熱させることで、熱を無駄なく定着部材に伝える方法が提案されている。また、特許文献２には、給電部をコの字状に形成することで、電極の内側端部の電流密度を低減し、局所的な過熱を生じにくくする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-272223号公報
【特許文献２】特許5104905号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された定着装置においては、発熱抵抗体に給電する際、発熱抵抗体表面にコートされた金属給電部を通して給電されるが、最も抵抗の低い電流パスに部分的に電流密度が集中してしまい、発熱抵抗体が部分的に異常昇温してしまうという課題がある。
【０００６】
特許文献２で提案されている定着装置では、給電部をコの字状に形成し、電流密度の集中が起こらないように改善しているが、給電部をコの字に形成することによる加工コストの増大や、絶縁層なども同時に形成する必要があるといった複雑な工程による生産性の低下および生産コストの増大が考えられ、より簡素な構成での給電部異常昇温の抑制が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、
抵抗発熱体層を有する発熱ローラと、前記発熱ローラの通紙領域両外側に配設される給電層と、前記給電層を通して前記抵抗発熱体層に給電するための給電手段とを備える画像定着装置において、前記発熱ローラの温度を検知する第一温度検知手段と、前記第一温度検知手段が検知する温度を所定の温度に制御する温度制御手段と、を有し、前記第一温度検知手段が検知する温度よりも高く前記発熱ローラの耐熱温度よりも低い温度で前記抵抗発熱体層は抵抗が増加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る定着装置によれば、給電部における電流密度の集中を避けることが出来、特別な加工を施すことなく、給電部抵抗発熱体層での異常昇温を回避することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明における画像形成部の説明図
【図２】本発明における定着装置の主要構成を断面図
【図３】本発明における定着装置の主要構成を示す図
【図４】本発明における定着ローラの層構成を示す図
【図５】本発明における発熱層の抵抗温度特性を示す図
【図６】本発明における長手温度分布を示す図
【図７】本発明における長手温度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
【００１１】
［実施例１］
（１）画像形成装置
図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、記録材Ｐの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。
【００１２】
記録材Ｐは、トナー像が形成されるものである。記録材Ｐの具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製の記録材Ｐ状のもの、厚紙、オーバーヘッドプロジェクター用などがある。
【００１３】
図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ローラ３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。
【００１４】
一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて、記録材Ｐが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ローラ３１上のトナー像と同期を取って、記録材Ｐを中間転写ローラ３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ローラ上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像Ｔは、記録材Ｐが定着器40によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。
【００１５】
記録材Ｐの片面だけにトナー像Ｔを形成する場合、切り換えフラッパ６１の切り換えにより記録材Ｐを排紙ローラ６３を介して記録材Ｐを画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出するか、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出される。切り換えフラッパ６１が破線の位置にある場合には、記録材Ｐはフェイスアップ（トナー像Ｔが上側）で排紙トレイ６４上に排出され、切り換えフラッパ６１が実線の位置にある場合には、記録材Ｐは、フェイスダウン（トナー像Ｔが下側）で排紙トレイ６５に排出される。
【００１６】
記録材Ｐの両面にトナー像Ｔを形成する場合、定着器40によってトナー像Ｔを定着された記録材Ｐは、実線の位置にいるフラッパ６１によって上方へ案内されて、後端が反転ポイントＲに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送されて、片面画像形成と同様の過程をへて他方の面にトナー像Ｔを形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。
【００１７】
（２）定着装置
次に、定着装置について説明する。
【００１８】
図２は定着装置４０の記録材搬送方向と直交する方向の概略構成図、図３は定着装置４０の記録材搬送方向の概略構成図である。
【００１９】
１００は発熱体を備えた円筒状の定着ローラである。１１０は定着ローラとの間で定着ニップを形成する加圧ローラである。
【００２０】
定着ローラ１１０には、不図示の加圧機構によって回転軸受けを解して加圧され、定着ローラ１００が加圧ローラ１１０の上面に対して所定の押圧力で加圧され、所定幅の定着ニップＮが形成される。加圧ローラ１１０は、芯金の両端部が装置フレームの奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されて、配置されている。
【００２１】
図３に示したように、サーミスタ１１８はＡ／Ｄコンバータ１２０を介して、制御手段として制御部１２１（ＣＰＵ）に接続される。この制御部１２１はサーミスタからの出力を所定の周期でサンプリングしており、得られた温度情報を発熱体である定着ローラ１００への通電制御に反映させる。つまり、制御部１２１は、サーミスタ１１８の出力をもとに、発熱体への通電制御内容を決定し、電源部79から給電部１０５を介して定着ローラ１００の発熱体へ供給する通電を制御する。尚、本実施例の定着装置での上記制御は、記録材Ｐにトナー像を定着するための温度を鑑みて、サーミスタ１１８の検知温度が一定となるように制御する。
【００２２】
加圧ローラ１１０は駆動手段Ｍ１により図２の矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。定着ローラ１００は駆動手段M2により図２の矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ１１０は、ステンレス製のφ30ｍｍの芯金上に、厚み約５ｍｍの導電性の弾性層、さらに厚み約50μmの離型層が順に積層された多層構造とされている。芯金、弾性層、離型層はシリコーン樹脂から成る接着剤により強固に接着されている。加圧ローラの製品としての硬度は、ＡＳＫ−Ｃで65度としている。熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、シリコーンゴム層の厚みは、厚さとして3ｍｍ以下、好ましくは1ｍｍ〜3ｍｍ、離型層の厚みとしては、20〜50μmの範囲内で使用すればよい。
【００２３】
給電電極部１０５は、電源供給部７９と電気的に接続される給電部材８１と接触する。給電部材８１はステンレスの板ばね形状のアームの上に、銀とパラジウムからできた合金部材を配置したものであり、給電部材８１を給電電極部１０５に押圧することで電気的接続も良好に維持される。定着ローラ１００の内面に設置されたサーミスタ１１８の検知温度に応じて、制御部１２１が電源供給部７９により通電制御する。
【００２４】
制御部１２１はモータＭ１、Ｍ２の回転制御を所定の条件で行っている。モータＭ１、Ｍ２が回転にすることにより、定着ローラ１００、加圧ローラ１１０が回転する構成となっている。
【００２５】
（３）定着制御
プリント時の定着動作を図３に示したブロック図を用いて説明する。
【００２６】
定着動作開始の指示を制御部１２１が受け付けると、制御部１２１は、電源供給部７９を作動させて定着ローラ給電部材８１に給電を開始する。
【００２７】
定着ローラ内面に配置されたサーミスタ１１８の検知温度が所定の目標温度T１（本実施例では、１５０℃）に達するまで、定着ローラ給電部材８１に給電しつづける。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ローラ１００の外面に密着し、記録材Ｐが定着ローラ１００と共に移動する。定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、発熱層で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。
【００２８】
定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着ローラ１００から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。プリント動作が終了すると定着動作終了の指示により、電源供給部７９からの給電を停止してモータＭ１、Ｍ２を停止させる。
【００２９】
（４）回転発熱体
次に、回転発熱体である定着ローラ１００の構成について、図５を用いて詳細に説明する。
【００３０】
図４は定着ローラ長手の層構成模式図であり、矢印Ａ方向（Ｚ方向）が内周側である。
【００３１】
本実施例における定着ローラ１００は、内周側から外周側へ順に、基層１０１、発熱層１０２、離型層１０４の３層複合構造であり、長手長さは３００ｍｍである。また、回転軸方向端部には、給電電極部１０５がある。
【００３２】
基層１０１は、厚さとして10mｍ以下、好ましくは5mｍ以下1mｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の樹脂ローラ、更にはＳＵＳ、アルミニウム、ニッケルなどの金属芯金を使用できる。本実施例では、厚さが３mｍ、直径が６０ｍｍの円筒状SUSローラを用いた。尚、基層１０１として導電性を有する材料を用いる場合は、基層１０１と発熱層１０２との間にポリイミドなどの絶縁層を設ける必要がある。
【００３３】
離型層１０４は厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを用いた。離型層としてはＰＦＡコートを用いても良く、必要な厚さ、機械的及び電気的強度に応じてＰＦＡチューブとＰＦＡコートを使い分けることが出来る。また、離型層１０４はシリコーン樹脂から成る接着剤により発熱層１０２と接着されている。
【００３４】
定着ローラ１００の両端部には給電電極部１０５が形成されており、給電電極部１０５は発熱層１０２の両端と電気的に接続される。給電電極部１０５は銀・パラジウムを含んだ導電特性を有する材料を用いている。
【００３５】
発熱層１０２は、ポリマー中にカーボンブラック、ニッケル等の導電性粒子を分散させたポリマーPTC材料を厚み１０mmで形成している。この他にも、チタン酸バリウムなどのセラミックPTC材料等でも良い。発熱層の総抵抗値は１０Ωである。従って、電圧が１００Ｖの交流電源を通電する際に発生する電力は１０００Ｗである。尚、この抵抗値は定着装置として必要な発熱量によって適宜決定すればよく、カーボンブラックやニッケルの混合比率により適宜調整することができる。
【００３６】
PTC特性に関しても、フィラーの混合比率等により適宜調整することが出来る。その他、チタン酸バリウムにカルシウム、ストロンチウム、イットリウム、ネオジム、サマリウム、ジスプロシウムなどを微量添加することで、PTC特性を適宜調整してもよい。また、体積抵抗率の小さな材料を用いれば、１００μm程度の薄い発熱１０２層を形成し、基層１０１も同時に薄膜化することでクイックスタートを可能にすることが出来る。また、発熱層１０２のみで強度が確保できる際は、基層１０１は薄く形成してもよい。
【００３７】
図５に、本実施例で用いたポリマーPTC材料の抵抗温度特性（点線）を示す。
【００３８】
温度が上昇すると、ポリマーが熱膨張することで、混合物による導電パスが切断され、急激に抵抗値が上昇するPTC材料である。
【００３９】
ここで、急激に抵抗値が上昇するPTC材料（図５における点線）とゆるやかな抵抗増加を示す従来のPTC材料（図５における実線）とを用いて、定着ローラ１１０の表面温度を１５０℃に温調した際の温度分布を図６、７に示す。図６実線に示すように、従来のPTC材料では、局所的な電流密度の集中により異常昇温してしまっているのが分かる。これは、給電電極部１０５が発熱層１０２に比べ電気抵抗が小さいためであり、給電電極部１０５の長手中央側端部に電流が集中しやすい構成であるためである。上記したように従来構成の検証実験では、２５０℃近くまで異常昇温が確認されており、製品耐熱上問題である。
【００４０】
それに対し、急激に抵抗値が上昇するPTC材料では、２００℃付近から急激に抵抗値が上昇するため、２００℃を超える部分は電流がほぼ流れることが無くなる。そのため、図７点線に示すように、電流パスが迂回することで、局所的な電流密度の集中を避け異常昇温を回避出来ている。これにより、製品耐熱上の問題は解決され、製品寿命の向上にも寄与できる。
【００４１】
本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の画像形成装置に関する。
【符号の説明】
【００４２】
１００  定着ローラ、１０１  基層、１０２  抵抗発熱層、１０４  離型層、
１０５  給電層、１１０  加圧ローラ、７９  電源供給部、８１  給電電極部材、
Ｍ１，Ｍ２  モータ
【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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