JP2006322996A

JP2006322996A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2006322996A
Application number: JP2005144158A
Authority: JP
Inventors: Tatsunori Ishiyama; 竜典石山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】非接触の温度検出手段により回転部材の温度を精度良く検出できるようにする。
【解決手段】回転部材２０の回転方向においてニップ部Ｎの下流域に、加熱体１６の制御を行うために前記回転部材の温度を非接触に検出する温度検出手段１８と、前記温度検出手段と前記回転部材を介して対向し、前記回転部材と接触して前記温度検出手段に対する前記回転部材の搬送を安定させるバックアップ部材３２と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式、或いは静電記録方式の画像形成装置の画像加熱定着装置として用いれば好適な加熱装置に関する。

電子写真複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置においては、画像形成プロセス手段部で記録材に形成担持させた目的の画像情報に対応する未定着トナー画像を加熱定着させるための画像加熱定着装置が搭載されている。この画像加熱定着装置としては、フィルム加熱方式の加熱装置が画像加熱定着装置として実用されている。

フィルム加熱方式の加熱装置は特許文献１〜４等で提案されている。即ち、加熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に回転部材としての耐熱性フィルム（定着フィルム、定着ベルト）を挟ませて定着ニップ部を形成させている。そして定着ニップ部において定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた被加熱材としての記録材を導入して定着フィルムと一緒に挟持搬送させている。これにより定着ニップ部においてセラミックヒータの熱を定着フィルムを介して記録材に与え、さらに定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材面に定着させている。

このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜の耐熱性フィルムを用いることができる。このため、省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となる、画像形成装置等の本機の機内昇温を低めることができる等の利点を有し、効果的なものである。

図１０に従来の画像加熱定着装置の一例を示す。図１０は回転部材として、弾性層を有する定着フィルム２０３を用いたフィルム定着装置２０１の横断面側面模型図である。

２０２は定着フィルムユニットであり、横断面略半円弧状樋型のヒータホルダ２０７と、定着ヒータ２０４を備えるヒータホルダ２０７と、エンドレスベルト状（円筒状）の可撓性を有する薄層の定着ベルト２０３（定着フィルム）などからなるアセンブリである。定着ヒータ２０４はヒータホルダ２０７の下面にヒータホルダ長手（図面に垂直方向）に沿って固定して配設されている。この定着ヒータ付きのヒータホルダ２０７に定着フィルムフィルム２０３をルーズに外嵌させている。

２０５は弾性加圧ローラ（以下、加圧ローラと記す）であり、芯金２０５ａの周りに耐熱性の弾性層２０５ｂを有している。加圧ローラ２０５は芯金２０５ａの両端部を定着装置の不図示の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。

定着フィルムユニット２０２は加圧ローラ２０５の上側に、定着ヒータ２０４側を下向きにして加圧ローラに並行に配列し、ヒータホルダ２０７の両端部側を不図示の付勢手段で所定の押圧力で押し下げ状態にしてある。これにより、定着ヒータ２０４の下面を定着フィルム２０３を挟んで加圧ローラ２０５の上面に加圧ローラの弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部２０６を形成させている。

加圧ローラ２０５は不図示の駆動機構により矢印の方向に所定の周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ２０５の回転駆動により、定着ニップ部２０６において加圧ローラと定着フィルム２０３の外面との摩擦力で定着フィルムに回転力が作用する。これにより定着フィルム２０３はその内周面が定着ニップ部２０６において定着ヒータ２０４の下面に密着して摺動しながら矢印の方向に弾性加圧ローラ２０５の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ２０７の外回りを従動回転状態になる。

定着フィルム２０３は、基層として厚さ５０μｍ程度の耐熱性樹脂のエンドレスベルトが用いてあり、その表面に厚さ３００μｍの弾性ゴム層を有し、更にその外表層に厚さ数μｍの離型層（フッ素樹脂などのコーティング層）を形成させている。また、定着フィルム２０３の基層には、熱容量を小さくし熱伝導性を高めるため、金属をエンドレスベルト上にしたスリーブなどが用いられる場合もある。

定着ヒータ２０４は、セラミック基板上に通電発熱抵抗体を形成したものである。定着ヒータ２０４の裏面には温度検出手段２０９が当接させて配置してあり、この温度検出手段により定着ヒータ２０４の温度が検出される。温度検出手段２０９の検出温度は不図示の制御手段に取り込まれる。そして制御手段により定着フィルム２０３の表面温度が所望の温度（目標温度）になるように定着ヒータ２０４に対する供給電力が制御されて定着ヒータが温調制御される。

加圧ローラ２０５が回転駆動され、定着フィルム２０３が従動回転し、定着ヒータ２０４が所定温度に立ち上がって温調制御される。この状態において、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが定着ニップ部２０６の定着フィルム２０３と加圧ローラ２０５との間に導入される。その記録材Ｐは未定着トナー画像の担持面が定着フィルム２０３の外面に密着して定着フィルムと一緒に定着ニップ部２０６を挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において、記録材Ｐに対して定着ヒータ２０４の熱が定着フィルム２０３を介して付与され、また定着ニップ部２０６の加圧力を受ける。これにより未定着トナー画像ｔが記録材Ｐ上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。記録材Ｐは定着ニップ部２０６を通過して定着フィルム２０３の面から曲率分離して排出される。

上記の定着装置は、温度検出手段を定着ヒータの裏面に配置して定着ヒータ温度を検出する構成である。上記の定着装置において、温度検出手段を定着フィルムの表面、或いは内面に接触させて定着フィルムの温度を検出する装置構成とすることもできる。
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号公報

（１）：上記定着装置において、定着フィルムの表面に温度検出手段を接触させた場合、一般的にフッ素樹脂などをコーティングする等して定着フィルム表面に形成されている離型層に傷をつけてしまう可能性がある。離型層に傷をつけると記録材表面のトナーが剥ぎ取られることにより画像不良が発生する可能性がある。また、定着フィルム表面に若干存在する未定着トナーが、記録材の定着ニップ部への導入枚数に応じて徐々に温度検出部（温度検出手段の定着フィルム表面との接触部）に蓄積していく。温度検出部に蓄積しているトナーが時折定着フィルムを介して記録材面の画像上に排出されることによって画像上にトナー汚れを発生させてしまう可能性もある。

この対策として、温度検出手段として非接触タイプの温度検出手段を用いる手法が考えられる。非接触タイプの温度検出手段を用いる場合は、検出素子と温度検出対象物たる定着フィルムとの間隔の振れ（変化）に検出温度が大きく影響を受けるため、この間隔を精度良く安定させることが重要である。すなわち、温度検出手段と検出対象物たる定着フィルムとの間隔の変化に応じて温度検出手段の検出温度にバラツキ（検出温度の振れ）生じることから、温度検出手段と定着フィルムとの間隔を精度良く安定させることが必要となる。温度検出手段と定着フィルムとの間隔を一定に保つことで温度検出手段の検出温度の振れを低減でき、セラミックヒータを精度良く温調制御することが可能となる。

しかしながら、非接触タイプの温度検出手段を回転部材として可撓性の定着フィルムを備える定着装置に採用すると、検出温度の振れが非常に大きくなってしまうため実使用上に耐え得るものではなかった。

（２）：一方、定着フィルムの内面に対して非接触タイプの温度検出手段を用いた場合、（１）の場合と同様に、温度検出手段と定着フィルムとの間隔を精度良く安定させることが難しく、検出温度の振れが非常に大きくなる。更には、フィルム内部に加熱体であるセラミックヒータなどが配置されるため、温度検出素子の配置に制約を受け、より加熱体に近い部分で温度検出を行うことが難しくなる。

また、定着フィルムの内面に温度検出手段を接触させ、セラミックヒータと定着フィルムとが摺動する面にヒータの発熱部分（通電発熱抵抗体）を配置するとする。この場合、定着フィルムは基層の材質によっては導体とみなされるため、少なくとも通電発熱抵抗体と温度検出手段との間が電気的に結ばれることになる。これを回避するためには、ヒータとして熱伝導率の高いチッ化アルミを用い、通電発熱抵抗体を定着フィルムとヒータとが摺動する面とは反対の面に設けるといった手法が必要となる。このため、従来使用してきたようなコスト的に安いアルミナ基板を用いたセラミックヒータを採用することが出来なかった。

（３）：更には、定着フィルムに弾性層のあるものを使用する場合には、次のような問題が発生する可能性がある。すなわち、弾性層として使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率があまり高くなく、また、定着フィルム表面からセラミックヒータの裏面に設けられた温度検知手段までの間にセラミック基板等の部材が配設される。このため、熱応答性が悪く、セラミックヒータの裏面に設けられる温度検出手段の検出温度に基づきヒータの温調制御を行うことが難しい。特に、定着装置を記録材が通過して定着フィルム表面の熱を奪い定着フィルム表面の温度が低下したことをヒータ裏面側の温度検知手段で検出することは困難であったり、応答に時間がかかり過ぎてしまうといった問題が発生する可能性がある。

これに対して、定着フィルムの表面や内面等に移動させた温度検出手段により定着フィルム自身の温度を非接触に検出し、その検出温度に基づいてヒータの駆動を制御するようにすれば、ヒータの温度制御を正確に行うことができるといった利点はある。しかしながら、温度検出手段を定着フィルムの表面や内面等に移動させた場合、上記（１）及び（２）で示したような、検出温度の振れの問題が残るため、非接触の温度検出手段を用いることが難しかった。

本発明の目的は、非接触の温度検出手段により回転部材の温度を精度良く検出できるようにした加熱装置を提供することにある。

本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱体と前記回転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搬送挟持しつつ加熱する加熱装置において、前記回転部材の回転方向において前記ニップ部の下流域に、前記加熱体の制御を行うために前記回転部材の温度を非接触に検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と前記回転部材を介して対向し、前記回転部材と接触して前記温度検出手段に対する前記回転部材の搬送を安定させるバックアップ部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転部材は回転方向のニップ部下流域でバックアップ部材が接触して回転部材を非接触の温度検出手段に対して安定して搬送するので、回転部材と非接触の温度検出手段との間隔を一定に保つことが可能となる。これにより非接触の温度検出手段により回転部材の温度を精度良く検出することができる。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。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、形状それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲を以下の実施例に限定する趣旨のものではない。

（１）画像形成装置例
図１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カラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

本実施例の画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。

この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１Ｙと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１Ｍと、を備えている。さらにシアン色の画像を形成する画像形成部１Ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１Ｂｋと、を備えている。そして上記４つの画像形成部（画像形成ユニット）は一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１Ｂｋには、それぞれ感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄが設置されている。各感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ・３ｂ・３ｃ・３ｄと、現像装置４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄと、転写ローラ５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄと、ドラムクリーニング装置６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄがそれぞれ設置されている。そして帯電ローラ３ａ・３ｂ・３ｃ・３ｄと現像装置４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄ間の上方には露光装置７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ・４ｂ・４ｃ・４ｄには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。

まず、画像形成動作開始信号（プリント開始信号）が発せられると、画像形成部１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１Ｂｋの各感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄは所定のプロセススピードで回転駆動される。そして画像形成部１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１Ｂｋの各感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ・３ｂ・３ｃ・３ｄによって一様に本実施の形態では負極性に帯電される。

そして、露光装置７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部（不図示）にて光信号にそれぞれ変換する。そして変換された光信号であるレーザ光を帯電された各感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成される。

次に、静電潜像が形成された感光ドラム２ａ上に、該感光ドラムの帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａによりイエローのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させることで静電潜像がトナーによって顕像化される。

このイエローのトナー像は、感光ドラム２ａと転写媒体としての無端ベルト状の中間転写体４０が当接している１次転写部Ｎにおいて、１次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された転写ローラ５ａによって中間転写ベルト４０上に１次転写される。

ここで、中間転写ベルト４０は、駆動ローラ４１と、支持ローラ４２と、２次転写対向ローラ４３とに張架されている。そして駆動ローラ４１の駆動によって矢印方向（時計方向）に回転（移動）され、イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト４０は画像形成部１Ｍ側に回転される。

そして、画像形成部１Ｍにおいても、前記同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト４０上のイエローのトナー像上に重ね合わされ、１次転写部Ｎにて転写される。

以下、同様にして中間転写ベルト４０上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部１Ｃ・１Ｂｋの感光ドラム２ｃ・２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各１次転写部Ｎにて順次重ね合わせる。これによってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト４０上に形成されていく。

このように中間転写ベルト４０上に重畳転写されたフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト４０の回転に伴い、２次転写対向ローラ４３と、中間転写ベルト４０と、２次転写ローラ４４で形成される２次転写部Ｍに到達する。

そして、中間転写ベルト４０上のフルカラーのトナー像先端が２次転写部Ｍに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ４６により被加熱材としての記録材（転写材）Ｐを２次転写部Ｍに搬送する。この記録材Ｐに、２次転写バイアス（トナーと逆極性（正極性））が印加された２次転写ローラ４４によりフルカラーのトナー像が一括して２次転写される。

フルカラーのトナー像が形成された記録材Ｐは、記録材Ｐの搬送方向下流側に設置された定着装置１２に搬送される。そして定着ベルト２０と加圧ローラ２２間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材Ｐ表面に溶融定着した後に外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。

一方、１次転写時において、感光ドラム２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ上に残留している１次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置６ａ・６ｂ・６ｃ・６ｄによって除去されて回収される。また、２次転写後に中間転写ベルト４０上に残った２次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置４５によって除去されて、再度画像形成に使用される。

尚、本画像形成装置内は環境センサ５０を有しており、帯電、現像、１次転写、２次転写のバイアスや定着条件は画像形成装置内の雰囲気環境（温度、湿度）に応じて変更可能な構成となっている。また環境センサ５０は、記録材Ｐに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。

また、画像形成装置内にはメディアセンサ５１を有しており、記録材Ｐの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材に応じて変更可能な構成となっている。またメディアセンサ５１は、記録材Ｐに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。

（２）定着装置１２
図２は本実施例の定着装置１２の横断面側面模型図、図３は同装置の中間部分省略の正面模型図、図４は同装置の中間部分省略の縦断面模型図である。

本実施例の定着装置１２は、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式（テンションレスタイプ）の加熱装置である。

以下の説明において、長手方向とは記録材Ｐの搬送方向と直交する方向で、かつ記録材の面と平行な方向である。

２０は回転部材（第一の回転体）としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる薄層の可撓性を有する円筒状（エンドレスベルト状、スリーブ状）の部材である。

まず、定着ベルト（以下、定着フィルムと記す）２０の基層２０ａには、ＳＵＳ材を厚み５０μｍの円筒状に形成したエンドレスベルト（スリーブ）が用いてある。実際にはポリイミドなどの樹脂を用いることも出来るものの、ポリイミドよりもＳＵＳやニッケルといった金属の方が１０倍の熱伝導率を有するため、より高いオンデマンド性を得ることができる。従って、本実施の形態においては、定着フィルム２０の基層２０ａには、金属であるＳＵＳを用いている。

このＳＵＳでできたベルト（スリーブ）状部材の上に、弾性層２０ｂとして、これも比較的熱伝導率の高いシリコーンゴムを、厚み約３００μｍの層にリングコート法により形成している。本実施の形態で用いたシリコーンゴムの比熱は、約１２．２×１０^−１Ｊ／ｇ・℃のものが用いてある。

最後に、最外層には、離形性の高いフッ素樹脂材で厚み３０μｍの離型層（最表面層）２０ｃが形成してある。これにより、表面にトナーが一旦付着し、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防止することができる。また、定着ベルト２０の表面のフッ素樹脂層を、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。

１７は加熱体保持部材としての、半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダである。

１６は加熱体（熱源）としての定着ヒータであり、ヒータホルダ１７の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。

ヒータホルダ１７は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ１６を保持し、定着フィルム２０をガイドする役割を果たす。定着フィルム２０はこのヒータホルダ１７にルーズに外嵌させてある。

本実施例においては、ヒータホルダ１７の材料として、液晶ポリマー『デュポン社のゼナイト７７５５（商品名）』を使用した。この液晶ポリマーの最大使用可能温度は、約２７０℃である。

２１ａ・２１ｂは規制部材としてのフランジ部材であり、定着ヒータ１６及びヒータホルダ１７の長手端部を挿入して組み付けてある。フランジ部材２１ａ・２１ｂの間隔は定着フィルム２０の長手寸法よりもやや広く設定してある。これによりフランジ部材２１ａ・２１ｂは定着フィルム２０の端部をルーズに位置決めして規制する。

定着ヒータ１６と、ヒータホルダ１７と、定着フィルム２０と、フランジ部材２１ａ・２１ｂは定着フィルムユニットとして一体的に組み立ててある。そして定着ヒータ１６側を下向きにしてフランジ部材２１ａ・２１ｂを装置フレームの奥側と手前側の側板対２４ａ・２４ｂに保持させている。

２２は加圧部材（第二の回転体）としての加圧ローラである。加圧ローラ２２は、ステンレス製の芯金２２ａに、射出成形により、厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層（弾性層）２２ｂを形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ２２ｃを被覆してなる。この加圧ローラ２２は、定着ベルト２０の下方で該定着ベルト２０と並列に配設され、芯金２２ａの両端部を装置フレームの奥側と手前側の側板対２４ｃ・２４ｄに軸受２５ａ・２５ｂを介して回転自由に保持させてある。

ヒータホルダ１７の両端部は、加圧バネ２６ａ・２６ｂを含む加圧機構により片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２２の軸線方向に附勢させてある。この加圧機構により定着ヒータ１６の下向き面を定着フィルム２０を介して加圧ローラ２２の弾性層２２ｂに該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部（以下、ニップ部と記す）Ｎを形成させている。ここで、ＷはニップＮに導入される記録材Ｐの最大幅寸法である。加圧機構は、圧解除機構を具備し、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。

ここで、ニップ部Ｎに記録材Ｐが導入されていない状態において、加圧ローラ２２の芯金２２ａの一端部に設けられた駆動ギアＧが駆動手段（図不示）により所定の方向に回転駆動されると、加圧ローラ２２は矢印方向に所定の周速度で回転駆動する。このとき定着フィルム２０は、加圧ローラ２２の回転駆動に応じた摺動摩擦力をニップ部Ｎを介して受けることで矢印方向に従動回転する。

定着ヒータ１６は、本実施例では、アルミナの基板上に銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布し、抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータを使用している。

図５はそのようなセラミックヒータの一例の構造模型図であり、（ａ）は一部切欠き表面模型図、（ｂ）は裏面模型図、（ｃ）は拡大横断面模型図である。

この定着ヒータ１６は、下記の（ｉ）〜（ｖ）を具備している。
（ｉ）：記録材Ｐの搬送方向と直交する方向を長手とする、基板としての横長のアルミナ基板ａを有する。
（ii）：上記のアルミナ基板ａの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム（Ａｇ／Ｐｄ）合金を含んだ導電ペーストの、抵抗発熱体としての抵抗発熱体層ｂを有する。抵抗発熱体層ｂは、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度に形成してある。
（iii）：上記の抵抗発熱体層ｂに対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板ａの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第１と第２の電極部ｃ・ｄ及び延長電路部ｅ・ｆを有する。
（iv）：抵抗発熱体層ｂと延長電路部ｅ・ｆの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着フィルム２０との摺擦に耐えることが可能な、厚み１０μｍ程度の薄肉のガラスコートｇを有する。
（ｖ）：アルミナ基板ａの裏面側に第二の温度検出手段としてのサブサーミスタ１９を有する。

上記の定着ヒータ１６は表面側を下向きに露呈させ、前述したようにヒータホルダ１７に固定して支持させてある。

サブサーミスタ１９は、図５に示すように、定着ヒータ１６の端部付近に配設され、定着ヒータ１６の裏面に接触するよう配置されている。

このサブサーミスタ１９は、加熱体である定着ヒータ１６の温度を検出し、定着ヒータの温度が所定温度以上にならないようにモニターする、安全装置としての役割を果たしている。

また、サブサーミスタ１９により、立ち上げ時の定着ヒータ１６の温度のオーバーシュートや、端部の昇温をモニターする。そして、例えば端部の昇温により定着ヒータ２０の端部の温度が所定の温度を超えた場合には、それ以上に端部昇温が悪化しないようにスループットを落とす等の制御を行う為の判断に用いられる。

定着ヒータ１６の第１と第２の電極部ｃ・ｄ側には、給電用コネクタ３０が装着され、ヒータ駆動回路部２８からこの給電用コネクタ３０を介して第１と第２の電極部ｃ・ｄに給電されることで抵抗発熱体層ｂが発熱し、定着ヒータ１６が迅速に昇温する。

図２において４０は入り口ガイドであり、二次転写ニップＭを抜けた記録材Ｐが、定着ヒータ１６部分における定着フィルム２０と加圧ローラ２２との圧接部であるニップ部Ｎに正確にガイドされるよう、記録材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド４０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂により形成されている。４１は定着排出ローラである。

上述のように加圧ローラ２２の回転駆動に伴い、円筒状の定着フィルム２０が回転され、定着ヒータ１６が通電されて昇温して所定温度に立ち上げ温調されると、未定着トナー画像ｔを担持した記録材Ｐが入り口ガイド２３によりニップ部Ｎに導入される。すると、ニップ部Ｎにおいて記録材Ｐのトナー画像担持面側が定着フィルム２０の外面に密着して定着フィルムと一緒にニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ１６の熱が定着フィルム２０を介して記録材Ｐに付与され、記録材上の未定着トナー画像ｔが記録材上に加熱・加圧されて溶融定着される。その後、ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは、定着フィルム２０表面から曲率分離され、定着排出ローラ４１により排出される。

（３）メインサーミスタ１８の説明
本実施例では、定着ヒータ１６の温度を制御する手段として、上記のサブサーミスタ１９の他に、第一の温度検出手段としてのメインサーミスタ１８を用いている。そして、本発明の特徴の1つは、メインサーミスタ１８として非接触タイプの温度検出素子を用いているところにある。

図６（ａ）にメインサーミスタ１８の斜視図を示す。

メインサーミスタ１８は、温度検知素子１８−１と、ポリイミドテープ１８−２と、ホルダ１８−３と、リード線１８−４等を有している。温度検知素子１８−１の周りはポリイミドテープ１８−２で覆われており、これをホルダ１８−３で支えるようになっている。このホルダ１８−３は温度検知素子１８−１の位置を安定させる必要があるため、本実施例ではＰＰＳ樹脂材を使用し、使用温度内でも位置精度が変化しないように構成してある。温度検知素子１８−１はリード端子１８−１ａを介してリード線１８−４と結線されている。温度検知素子１８−１により検出された温度は電気信号としてリード線１８−４を介して制御回路部２９（図５）へ送られる。

図７は定着フィルム２０におけるメインサーミスタ１８と後述のバックアップ部材３２の配置形態を示す斜視図である。

メインサーミスタ１８は、図２および図７に示すように、定着フィルム２０の回転方向においてニップ部Ｎ下流域に定着フィルムの長手中央、若しくはその近傍に定着フィルム表面と非接触に配置されている。ヒータホルダ１７の長手端部には定着フィルム２２と平行な平面コ字型の固定部材３５の端部が取り付けられており、この固定部材３５にメインサーミスタ１８のホルダ１８−３（図６（ａ））を支持させている。すなわち、メインサーミスタ１８は、ヒータホルダ１７の長手端部を基準とした固定部材３５にホルダ１８−３を固定支持させることによって、定着フィルム２０表面との距離を安定させるようにしている。

この非接触式のメインサーミスタ１８は、温度測定対象物たる定着フィルム２０に非接触であるため、定着フィルムなどの回転する部材に傷をつけないという利点がある。その反面、前述したように定着フィルム２０との距離が一定に保たれていないと、その検出温度のばらつきが大きくなってしまうという難点があった。

本実施例のようなフィルム定着装置においては、定着フィルム２０自体の熱容量が若干大きいため、定着ヒータ１６の温度制御（温調制御）を行うのには、定着フィルム表面の温度を測定することが良い。特に、ニップ部Ｎに最も近い部分、即ちニップ部下流域で温度測定を行うのが良い。このニップ部Ｎ下流域は定着フィルム２０を搬送させる摺動摩擦力が開放される位置であることから、定着フィルム２０の回転軌道が最も安定しない位置であり、メインサーミスタ１８と定着フィルム２０表面との間隔を一定に保つことが難しかった。従って、検出温度の振れも大きくなっていた。

そこで、メインサーミスタ１８の検出温度のばらつきを最小限にするため、メインサーミスタの検出ポイントと対向する定着フィルム２０の内面側にバックアップ部材３２を設けている（図２および図７）。

（４）バックアップ部材３２の説明
図６（ｂ）にバックアップ部材３２の斜視図を示す。

本実施例では、バックアップ部材３２として、ヒータホルダ１７と同じで耐熱・断熱性の高い液晶ポリマーにより形成された円筒状のローラ部３２ａと、このローラ部の両端設けられた軸３２ｂと、を有している。ローラ部３２ａの寸法は長さ１０ｍｍで外径Φ６である。

図２および図７に示すように、ヒータホルダ１７は、メインサーミスタ１８と対向する位置に半円形状の凹部１７ａを有している。バックアップ部材３２のローラ部３２ａはその外周面がヒータホルダ１７表面から突出するように凹部１７ａにルーズに嵌め込んである。そしてローラ部両端の軸３２ｂは凹部１７ａの両側においてバックアップ部材１７に設けられた軸受凹部１７ｂに回転可能に保持されている。したがってバックアップ部材３２は、ヒータホルダ１７表面から突出するローラ部３２ａの表面が定着フィルム２０に接触し、その状態に両端の軸３２ｂを中心に回転できるようにしてある。これにより定着フィルム２０の回転に伴ってバックアップ部材３２は従動回転する。そして定着フィルム２０はバックアップ部材３２に添うように回転される。

このようにメインサーミスタ１８と対向する位置において定着フィルム２０の内周面にバックアップ部材３２のローラ部３２ａが接触して回転するため、定着フィルムの搬送すなわち回転軌道を安定させることができる。これによりメインサーミスタ１８と定着フィルム２０表面との間隔を一定に保つことができる。

また、バックアップ部材３２に断熱性の高い材質を使うことで、定着フィルム２０の熱を吸収しないようにしている。これにより定着フィルム２０の温度むらによって発生する光沢むらを防止できる。

また、バックアップ部材３２の形状をローラ形状にすることで定着フィルム２０の回転を阻害しないようにすると同時に、ヒータホルダ１７を基準に位置出しすることにより、メインサーミスタ１８との位置関係の精度を高めている。この結果、定着フィルム２０表面とメインサーミスタ１８との間隔・位置精度を高めることができるようになり、メインサーミスタによる定着フィルム２０の検出温度の振れを防止できるようになる。

この様な構成において、非接触のメインサーミスタ１８とサブサーミスタ１９を用いて定着フィルム２０の温度制御を行う方法は次の様になる。

メインサーミスタ１８の検出出力は不図示のＡ／Ｄコンバータを介して制御回路部（ＣＰＵ）２９（図５）に取り込まれる。制御回路部２９は、メインサーミスタ１８とサブサーミスタ１９の出力に基づいて定着ヒータ１６の温調制御内容を決定し、電力供給手段としてのヒータ駆動回路部２８によって定着ヒータ１６への通電を制御する。

通常使用においては、加圧ローラ２２の回転開始とともに、定着フィルム２０の従動回転が開始し、定着ヒータ１６の温度の上昇とともに、定着フィルムの内面温度も上昇していく。定着ヒータ１６への通電は、ＰＩＤ制御によりコントロールされ、定着フィルム２０の表面温度、すなわち、メインサーミスタ１８の検知温度が１９０℃になるように、入力電力が制御される。

以上説明したように、本実施例の定着装置２７によれば、ニップ部Ｎ下流域の定着フィルム２０の挙動を抑えることが出来るため、メインサーミスタ１８で検出される定着フィルムの検出温度の振れを抑えることが出来るようになる。従って、定着フィルム２０表面の温度を、定着フィルム表面に傷をつけず、またトナー汚れを発生させることなく、精度良く検出できるようになる。

これによって、これまで以上に精度良く定着ヒータ１６の温度制御を行うことが出来るようになるため、安定して良好な定着画像を得ることが出来るようになる。

図８は本実施例の定着装置の横断面側面模型図、図９は定着フィルムにおけるメインサーミスタとバックアップ部材の配置形態を示す斜視図である。

本実施例においては、実施例１の定着装置１２と同じ部材、部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本実施例では、記録材Ｐのパス（搬送路）や定着装置１２の構成上、定着フィルム２０表面にメインサーミスタ１８を配置できない場合について説明する。

図８および図９に示すように、メインサーミスタ１８は定着フィルム２０の内面側に配置してある。定着フィルム２０の内面側にメインサーミスタ１８を配置する場合、セラミックヒータ１６の抵抗発熱体層ｂに対する給電パターンとメインサーミスタ１８間の距離を確保し、安全面での保証を行う必要がある。

特に、金属フィルム（スリーブ）を基層とした定着フィルム２０を使用する場合には、定着フィルムの内面が導電性であるため、何らかの不具合によりセラミックヒータ１６が破損した場合には次のようなことが起こる可能性がある。すなわち、セラミックヒータ１６の破損により１次回路側の抵抗発熱体層ｂから直接メインサーミスタ１６に電流が流れ込み、装置自体が破壊してしまう可能性がある。

従って、定着フィルム２０の内面に非接触のメインサーミスタ１８を配置する場合には、万が一にも定着ヒータ１６が破損したとしても、定着フィルム２０とメインサーミスタ１８間が非接触であるため、安全性が確保されるようになり非常に有効である。

メインサーミスタ１８は、実施例１で説明したように、定着フィルム２０との間隔を一定に保つようにする必要がある。従って、本実施例においても、定着フィルム２０の回転方向においてニップ部Ｎ下流域に定着フィルムの長手中央、若しくはその近傍にメインサーミスタ１８が配置される。すなわち、メインサーミスタ１８はホルダ１８−３がヒータホルダ１７に固定支持されて温度検出素子１８−１を定着フィルム内面と非接触とするように配設されている。

ヒータホルダ１７の長手端部には定着フィルム２２と平行な平面コ字型の固定部材３６の端部が取り付けられており、この固定部材３６にバックアップ部材３２を回転可能に支持させている。固定部材３６はメインサーミスタ１８と対向する位置の両側に軸受部３６ａを有し、この軸受部３６ａ間にバックアップ部材３２のローラ部３２ａを配置して軸３２ｂを軸受部に回転可能に支持させている。したがってバックアップ部材３２は、軸受部３６ａから突出するローラ部３２ａの表面が定着フィルム２０表面に接触し、その状態に両端の軸３２ｂを中心に回転できるようにしてある。これにより定着フィルム２０の回転に伴ってバックアップ部材３２は従動回転する。そして定着フィルム２０はバックアップ部材３２に添うように回転される。すなわち、バックアップ部材３２は、ヒータホルダ１７の長手端部を基準とした固定部材３６に固定支持されてローラ部３２ａを定着フィルム２０表面と接触させている。これにより定着フィルム２０内面とメインサーミスタ３３との間に、安全性を確保できるだけのギャップ（間隔）を形成させると同時に、このギャップを安定して保てるように構成してある。

本実施例で採用したバックアップ部材３２は、基本的に実施例１で示したものと同じ材質／形状であるが、表面にトナーが付着する可能性が高いため、ＰＦＡ／ＰＴＦＥ／ＥＴＦＥなどのフッ素樹脂材で被覆しておく必要がある。実際に本実施例では、ＰＴＦＥ材でコートしたものを採用している。

また、定着フィルム２０表面に接触させるため、定着フィルム２０表面に傷を発生させないよう、実施例1と同様に、定着フィルム２０の回転に伴って従動で回転するように構成してある。

本実施例の定着装置では、定着フィルム２０内面側のメインサーミスタ１８と対向する位置において定着フィルム２０の外周面にバックアップ部材３２のローラ部３２ａが接触して回転するため、定着フィルムの搬送すなわち回転軌道を安定させることができる。これによりメインサーミスタ１８と定着フィルム２０内面との間隔を一定に保つことができる。よって、実施例１で示した定着器と同様に、非接触のメインサーミスタ１８を使用して精度良く定着フィルム２０の温度検知が出来るようになる。従って、これにより先に述べたような定着傷及びトナー汚れなどの問題がなく、常に安定した定着を行うことが可能となる。

[その他]
１）各実施例においてバックアップ部材３２は、長さ１０ｍｍのローラ部３２ａを定着フィルム２０の内面に当接させているが、これに限られず、定着フィルムの長手全域にわたって当接させるようなものであってもよい。

２）加熱体はセラミックヒータに限られず、磁性体コア、および該磁性体コアに巻回させた励磁コイル等を備える電磁誘導加熱体を用いることができる。

３）本発明の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、画像を担持した被記録材を加熱して、つや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置として利用できる。その他、被加熱部材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置、加熱加圧しわ取り装置など広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として利用できる。

画像形成装置の一例を示す概略構成図実施例１の定着装置の横断面側面模型図、同装置の中間部分省略の正面模型図同装置の中間部分省略の縦断面模型図セラミックヒータの一例の構造模型図（ａ）はメインサーミスタの斜視図、（ｂ）はバックアップ部材の斜視図定着フィルムにおけるメインサーミスタとバックアップ部材の配置形態を示す斜視図実施例２の定着装置の横断面側面模型図、図９は定着フィルムにおけるメインサーミスタとバックアップ部材の配置形態を示す斜視図である。定着フィルムにおけるメインサーミスタとバックアップ部材の配置形態を示す斜視図従来のフィルム定着器構成を示す概略断面図。

符号の説明

１２‥‥定着装置
１６‥‥セラミックヒータ
１７‥‥ヒータホルダ
１８‥‥メインサーミスタ
１９‥‥サブサーミスタ
２０‥‥定着フィルム
２２‥‥加圧ローラ
２９‥‥制御回路部（ＣＰＵ）
３２‥‥バックアップ部材
Ｐ‥‥記録材

Claims

回転部材と、前記回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱体と前記回転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搬送挟持しつつ加熱する加熱装置において、
前記回転部材の回転方向において前記ニップ部の下流域に、前記加熱体の制御を行うために前記回転部材の温度を非接触に検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と前記回転部材を介して対向し、前記回転部材と接触して前記温度検出手段に対する前記回転部材の搬送を安定させるバックアップ部材と、を有することを特徴とする加熱装置。
前記回転部材が可撓性部材であり、前記温度検出手段を前記可撓性部材の外周面側に設け、前記バックアップ部材を前記可撓性部材の内周面側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記回転部材が可撓性部材であり、前記温度検出手段を前記可撓性部材の内周面側に設け、前記バックアップ部材を前記可撓性部材の外周面側に設けたことを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記可撓性部材は、少なくとも、金属性スリーブを基層とし、前記基層の表面に弾性層を有することを特徴とする請求項２または３に記載の加熱装置。
前記加熱体は、基板と、前記基板上に配置させた抵抗発熱体と、を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記加熱体は、磁性体コアと、前記磁性体コアに巻回させた励磁コイルと、を有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。