| 【発明の名称】 |
画像形成装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】中藤 淳
【氏名】藤田 貴史
【氏名】池上 廣和
【氏名】由良 純
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| 【要約】 |
【課題】複雑なパターン設計及び形成工程を必要としないうえ、温度分布を自由に調節することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】回転駆動される加熱定着ローラを用いる定着装置を備えた画像形成装置において、前記加熱定着ローラは、中空円筒状の金属基体の内面に電気絶縁層と抵抗発熱層とを積層する表面発熱型の加熱定着ローラであって、前記電気絶縁層と抵抗発熱層は塗布により形成されると共に、この抵抗発熱層は異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンに分割されており、且つそれぞれのパターンは螺旋状に形成される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 回転駆動される加熱定着ローラを用いる定着装置を備えた画像形成装置において、前記加熱定着ローラは、中空円筒状の金属基体の内面に電気絶縁層と抵抗発熱層とを積層する表面発熱型の加熱定着ローラであって、前記電気絶縁層と抵抗発熱層は塗布により形成されると共に、この抵抗発熱層は異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンに分割されており、且つそれぞれのパターンは螺旋状に形成されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】 前記加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンは一定の厚さであると共に、幅の異なる領域を有す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】 前記加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンは一定の厚さであると共に、連続的に幅を変化させることによって断面積の異なる領域を有す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】 前記加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンの幅が10mm以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では加熱定着ローラ（以下、単に『定着ローラ』と称する。）に加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。この定着装置は定着ヒータ（ハロゲンヒータ）等により加熱した定着ローラを回転させながら、この回転する定着ローラと加圧ローラとの間にトナーが転写された印刷用の用紙を挿通させ、トナーを加熱及び加圧溶融して用紙上にコピー画像を形成するものである。ところで、近年では環境規制や環境保護意識の高まりから複写機等の画像形成装置の未使用時には定着ヒータへの通電を遮断（ＯＦＦ）すると共に、必要時にのみ通電をし消費電力の低減を図ることが行われている。このような省エネ型の画像形成装置においては、使用時に定着ローラの表面温度を即座に設定温度まで立上げる（昇温する）必要がある。そこで、このような要求を満たすため、前述した定着ローラの内部から定着ヒータで加熱を行う方式では、熱伝導率を速めるために定着ローラを構成する金属基体の肉厚を「１mm以下」にする薄肉化による対策が行われている。また、もう一つの手段として定着ローラを構成する金属基体に電気絶縁層を介して抵抗発熱層「以下、単に『抵抗発熱体』と称する。）を設ける直接加熱方式の定着装置が提案されている。
【０００３】ところが、前述したような昇温を迅速に行うための加熱方式の場合には、いずれも定着ローラの端部側の温度上昇が顕著に表れるという技術課題を抱えている。すなわち、画像形成装置の最大通紙幅（例えば、Ａ３縦用紙）に対して、小さい幅の用紙（例えば、Ｂ５縦用紙）を連続して通紙した場合に、定着ローラの中央では用紙による熱の消費分だけ定着ヒータから熱が供給され一定の範囲の温度が保持されるが、その両端部では用紙による熱の消費がないために、この熱が定着ローラ及び加圧ローラに蓄積し温度が過度に上昇するという現象が表れる。これにより、定着ローラを支持する軸受け部材の耐熱寿命の低下及び定着ローラ表面に設けられている離型層の溶融や熱劣化が生じたり、定着ローラの端部温度が上昇した直後に大サイズ紙を通紙した場合には端部側は設定温度より高温となっているためホットオフセット等の定着異常や搬送不良等が発生するという問題がある。すなわち、定着ローラにおいてはその端部温度の上昇が小さければ、小さいほど無駄な熱が発生せず、定着装置自体の経時寿命も延びるという利点があるが、定着ローラの薄肉化による場合には、熱伝導率及び肉厚で決まる中央部と端部との熱の移動の関係から端部の温度上昇が顕著となってしまうこととなる。
【０００４】そこで、上記のような問題を解決すべく例えば「特開平8-194401号公報」では絶縁膜材上に抵抗発熱体を固着してなる発熱体シートを定着ローラの内面に固定し、この定着ローラにおける軸方向の温度分布を調整するために中央部側と端部側とで異なるパターン密度を用いる定着装置及び加熱方式が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に記載された発熱体シートを定着ローラの内面に固定する加熱方式の場合には、一旦電気絶縁膜材上に抵抗発熱体を固着させ発熱体シートを作製した後、定着ローラの内面に発熱体シートを固定する作業により作製される。このため、このような発熱体シートを作製する作業工程に加えて、作製した発熱体シートを定着ローラの内面に固定する作業工程が必要となり、定着ローラの作製自体に多大な時間を要する結果となる。ここで、発熱体シートの形成を必要としない工程として、定着ローラの外面に電気絶縁層及び抵抗発熱体及び表面離型層を順次形成する方式も考えられるが、この場合には用紙やトナーが定着ローラの外面を摺動（接触）することから表面離型層が摩耗し抵抗発熱体が露出する恐れがあるため、安全性の観点から問題がある。
【０００６】そこでこの発明の目的は、前記のような従来の画像形成装置のもつ問題を解消し、定着ローラの内面に電気絶縁層と抵抗発熱層の積層を塗布により簡便にすると共に、異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンを螺旋状に形成し、各パターンへの通電を切り替え発熱領域と発熱量を調整することによって、複雑なパターン設計及び形成工程を必要とせずに温度分布を自由に調節することができる画像形成装置を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記のような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は回転駆動される加熱定着ローラを用いる定着装置を備えた画像形成装置において、前記加熱定着ローラは、中空円筒状の金属基体の内面に電気絶縁層と抵抗発熱層とを積層する表面発熱型の加熱定着ローラであって、前記電気絶縁層と抵抗発熱層は塗布により形成されると共に、この抵抗発熱層は異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンに分割されており、且つそれぞれのパターンは螺旋状に形成されていることを特徴とするものである。また、加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンは一定の厚さであると共に、幅の異なる領域を有するようにした場合には、抵抗発熱体の断面積も変化させることができるためそれに伴い発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターンの設計が非常に単純に作製することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の一実施形態である画像形成装置の概略断面図を示している。すなわち、図１に示すように画像形成装置１の内部には、矢印方向に回転する感光体２とこの感光体２の周囲に設けられた帯電手段３、クリーニング装置４、現像スリーブ５を有する現像器６及び転写手段７がそれぞれ配置されている。感光体２は回転駆動している際、帯電手段３によってその表面が一様に帯電される。一方、レーザ光学系８によって原稿データが読み取られ、その読取りデ−タに基づいて感光体２上に静電潜像が形成される。この静電潜像は転写手段７によって搬送された用紙Ｐに転写され現像器６を通過するとき現像剤（トナー）によって可視像化される。また、装置１の下側には矢印ａ方向に着脱可能な給紙カセット９が設けられている。給紙カセット９の中板10上には用紙Ｐが載置され、この用紙Ｐの上面はスプリング（図示せず）による付勢力により給紙ローラ11側に押し付けられている。12は用紙Ｐの重送を防止するための分離パットである。
【０００９】給紙ローラ11は制御部（図示せず）による制御信号に基づいて回転し、給紙カセット９内の用紙Ｐ（最上紙）が給紙され、この給紙ローラ11によって給送された用紙Ｐは、レジストローラ13によって感光体２上の画像（静電潜像）と同期するように搬送される。そして、この用紙Ｐは定着装置14まで搬送され定着された後、排紙ローラ15によって画像面を下側に排紙口16から排紙トレイ17上に排出される。この排紙トレイ17を構成するカバー22は回動部18を中心に開放可能である。20は排紙ストッパで、この排紙ストッパ20は排紙される用紙サイズに対応するため、矢印ｂ方向に可動できる。24は手差し給紙用の給紙トレイで、この給紙トレイ24はピン25により回動可能に取り付けられている。更に、外装部26の上部前面側にはオペレーションパネル27（操作パネル）が突出された状態で設けられ、ケース28内には電源板29やプリント板30（エンジンドライブボード）、コントローラボード31等の電装、制御装置がそれぞれ収納されている。
【００１０】図２に示すように、定着装置14は定着ローラ33とシリコンゴム等の弾性材からなる加圧ローラ34とを備えており、この加圧ローラ34は加圧ばね（図示せず）によって定着ローラ33側に一定の加圧力で押し当てられている。また、定着ローラ33は一対の支持フレーム35，35に設けられた断熱ブッシュ36及び軸受37により保持され、この定着ローラ33の端部には駆動ギヤ38が設けられている。この駆動ギヤ38は駆動源（図示せず）と係合しているため、この駆動源の駆動が駆動ギヤ38に伝達され定着ローラ33及び加圧ローラ34が回転駆動されるようになっている。そして、定着装置14に搬送された転写紙上のトナー像は定着ローラ33及び加圧ローラ34の加圧により定着される。
【００１１】ここで、図３に詳示するように定着ローラ33にはＡｌ又はＦｅ等の薄肉パイプ（肉厚が0.3〜2.0mm程度）を基体とする金属基体40が使用され、この金属基体40の内面には、電気絶縁層41とその内側に抵抗発熱体42，43とがそれぞれ積層されている。この積層により抵抗発熱体42，43が抵抗発熱層が形成される。また、この金属基体40の外面には離型性を有する表面離型層44が形成されている。そして、後述するように本発明ではこれら抵抗発熱体42，43は塗布により積層されたもので、少なくとも２つ以上の異なる発熱分布を有する螺旋状のパターンに分割され、帯状のパターンが金属基体40の内面に沿って螺旋状に形成される。
【００１２】また、図２に示すようにこれら螺旋状のパターンに形成された抵抗発熱体42，43は、その両端部に通電を行うための給電部材45〜48を備え、それぞれ給電コード50，51を介して受電電極リング52，53へ、給電コード54，55を介して受電電極56，57へと電流が流れる。これら受電電極56，57及び受電電極リング52，53はそれぞれ定着ローラ33の両端部に嵌入された一対の電極固定部材60，60に保持されている。61，62は給電ブラシで、この給電ブラシ61，62は絶縁ブラケット69により支持される給電電極バネ63，64によってそれぞれ受電電極リング52及び受電電極56に対して一定の荷重で押し当てられて摺動当接しながら通電が行われている。一方、給電ブラシ61，62も同様に絶縁ブラケット69により支持される給電電極バネ67，68によってそれぞれ受電電極リング53及び受電電極57に対して摺動当接しながら通電が行われている。従って、各抵抗発熱体42への通電は給電電極バネ63、給電ブラシ61、受電電極リング56を介して行われ、抵抗発熱体43への通電は給電電極バネ64、給電ブラシ62、受電電極57を介して行われこととなり、それぞれ独立に給電させることができる。これによって、２つの異なる発熱分布を有する抵抗発熱体42，43への通電を切り替えることによって、発熱領域と発熱量を調整し、それによって定着ローラ33全体の温度分布を自由に調節することができる。すなわち、例えば定着ローラ33において端部側の温度上昇が起こった場合には、両端部の発熱量が相対的に少ない抵抗発熱体42のみへの通電を行うことにより、このような端部温度上昇に起因するホットオフセット等の問題を解決することができる。
【００１３】さらに、定着ローラ33の上面部に当接する位置には温度検出用のサーミスタ等の温度センサ70が設けられている。この温度センサ70から出力される信号経路は、入力回路71、ＣＰＵ72、ドライバ73から構成される回路網に接続されている。具体的には、温度センサ70によって定着ローラ33の表面温度が検出され、その検出信号は入力回路71を介してＣＰＵ72に伝達される。そして、このＣＰＵ72によってドライバ73を介して抵抗発熱体42，43に対する通電制御が行われ、これら抵抗発熱体42，43の発熱により定着ローラ33が所定の温度まで加熱される。そして、再び定着ローラ33の温度が温度センサ70により検出され、この検出温度が入力回路71を介してＣＰＵ72に入力され、定着ローラ33の温度を所定の設定温度（180℃前後）に保持する温度制御が行われる。
【００１４】図４は、上述した２つ以上の異なる発熱分布を有する抵抗発熱体42，43の第１実施形態を示している。すなわち、図４に示すように本第１実施形態では２つの帯状のパターンが定着ローラ33（図１）における金属基体40の内面に沿って螺旋状に形成されており、抵抗発熱体42，43のうち、抵抗発熱体42は両端の幅が大きく中央部の幅が小さくなっており、抵抗発熱体43は逆に両端の幅が小さく中央部の幅が大きくなるように形成されている。そして、このようにそれぞれの螺旋状パターンに形成された抵抗発熱体42，43は一定の厚さであり、任意の個所で幅を変化させることによって断面積の異なる領域を有しているため、それぞれのパターンの発熱分布は異なっている。
【００１５】図５，６は、上述した２つ以上の異なる発熱分布を有する抵抗発熱体の第２，３実施形態を示している。すなわち、図５，６に示すように２つの帯状のパターンが定着ローラ33（図１）における金属基体40の内面に沿って螺旋状に形成されており、抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂのうち、抵抗発熱体42ａ，43ａは両端の幅が大きく中央部の幅が小さくなっており、抵抗発熱体42ｂ，43ｂは逆に両端の幅が小さく中央部の幅が大きくなるように形成されている。そして、このようにそれぞれの螺旋状パターンに形成された抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂはそれぞれ一定の厚さであり、連続的に幅を変化させることによって断面積の異なる領域を有しており、それぞれのパターンの発熱分布は異なっている。
【００１６】そして、このような２つの抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ａ，43ｂを形成する場合、例えば金属基体40（図３）の内面に電気絶縁層41を塗布し、その上にさらに均一な厚さで抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂを全面塗布した後に、レーザーによるトリミング等の手段で形成する。すなわち、先ずレーザーにより１本の単純な「螺旋状の線」を走査することで、１本の帯状パターンを形成する。次いで、図５，６に示す各展開図となるようにさらにもう１本のレーザーを走査し、２つの異なる発熱分布を有する螺旋状のパターンへと分割することにより抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂを形成する。このような２つの螺旋状パターンに形成された各抵抗発熱体42ａ，43ｂ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂは連続的な曲線から構成されているため、レーザーによるトリミングが容易であり、またトリミングを行う領域は僅か２本の任意の幅をもった線のみということになる。従って、このような螺旋状パターンの製造工程としては非常に単純且つ容易に行うことができる。
【００１７】ここで、前述したように螺旋状のパターンに形成する抵抗発熱体42ａ，43ａ及び抵抗発熱体42ｂ，43ｂはそれぞれ幅が「10mm以下」であるように形成した場合には、これら２つの異なる発熱分布を有する螺旋状パターンへの通電を切り替える際、例えば１つのパターンにのみ通電を行わないような温度調節を行った時に発生する温度ムラを低減させることが可能となる。
【００１８】
【発明の効果】この発明は、上記のようであって、請求項１に記載の発明は回転駆動される加熱定着ローラを用いる定着装置を備えた画像形成装置において、前記定着ローラは、中空円筒状の金属基体の内面に電気絶縁層と抵抗発熱層とを積層する表面発熱型の加熱定着ローラであって、前記電気絶縁層と抵抗発熱層は塗布により形成されると共に、この抵抗発熱層は異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンに分割されており、且つそれぞれのパターンは螺旋状に形成されているので、加熱定着ローラは金属基体の内面に電気絶縁層を塗布した上に抵抗発熱層を塗布し形成する作業のみで簡単に作製することができるという効果がある。また、抵抗発熱層は異なる発熱分布を有する少なくとも２つ以上のパターンに分割されるように形成されるため、それらへの通電を切り替え発熱領域と発熱量を調整することによって定着ローラの外面の温度分布を調整することができることから、定着ローラにおける端部の温度上昇に起因する問題も解決できるという効果がある。
【００１９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において加熱定着ローラ本体の内面に形成された螺旋状のパターンは一定の厚さであると共に、幅の異なる領域を有するので、それに伴い発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターン設計が非常に単純に行うことができるという効果がある。また、抵抗発熱体の断面積も変化させることができるため、それに伴い発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターンの設計が非常に単純に作製することが可能となるという効果がある。
【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンは一定の厚さであると共に、連続的に幅を変化させることによって断面積の異なる領域を有する定着ローラ本体内面に螺旋状に形成されたパターンは一定の厚さであり、連続的に幅を変化させることによって断面積も連続的に変化するので、それに伴い発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターン設計が非常に単純に行うことができるうえ、レーザーでトリミングすることが容易であるパターンであることから、定着ローラ本体の内面に均一な厚さに塗布された抵抗発熱層をレーザーでトリミングすることによって、発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターンを容易に且つ単純な工程で作製することができるという効果もある。
【００２１】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において加熱定着ローラ本体の内面に螺旋状に形成されたパターンの幅が［10mm以下］であるように形成することによって、発熱分布の異なる少なくとも２つ以上に分割されたパターンへの通電を切り替える際に発生する温度ムラを低減させることができるという効果がある。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
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| 【出願日】 |
平成１２年４月２７日（２０００．４．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１４７８
【弁理士】
【氏名又は名称】佐田 守雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３０５９００（Ｐ２００１−３０５９００Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１２７１５２（Ｐ２０００−１２７１５２） |
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