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発明の名称 熱定着装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−167308
公開日 平成11年(1999)6月22日
出願番号 特願平9−347366
出願日 平成9年(1997)12月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】藤岡 徹
発明者 松尾 信平
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 トナー画像を形成された記録材をローラまたはベルトなどの可動加熱部材に通過させることにより加熱および加圧してトナー画像を記録材に定着させる熱定着装置の可動加熱部材の表面温度を検出するものであり、温度情報を電気信号に変換する温度検知手段と、この温度検知手段を弾力的に保持する弾性保持手段と、温度検知手段を可動加熱部材に対して電気的に絶縁させると共に可動加熱部材の表面に密着摺動しながら温度検知手段に伝熱するフィルム状のフィルム絶縁手段と、温度検知手段と弾性保持手段とフィルム絶縁手段とを一体的に保持し可動加熱部材に押しつける圧接バネ手段とを有する表面温度検出手段を有する熱定着装置において、表面温度検出手段は、可動加熱部材の表面形状に合わせて固化し形成されることにより温度検知手段を弾性保持手段に一体的に固着させる固化手段を有していることを特徴とする熱定着装置。
【請求項2】 トナー画像を形成された記録材をローラまたはベルトなどの可動加熱部材に通過させることにより加熱および加圧してトナー画像を記録材に定着させる熱定着装置の可動加熱部材の表面温度を検出するものであり、温度情報を電気信号に変換する温度検知手段と、この温度検知手段を保持して可動加熱部材に押しつけられる圧接バネ手段とを有する表面温度検出手段を有する熱定着装置において、表面温度検出手段は、圧接バネ手段の背面に圧接バネが弾性変形可能な空間をあけて配置された規制手段を有していることを特徴とする熱定着装置。
【請求項3】 規制手段は、電気的に絶縁性の材料からなることとする請求項2に記載の熱定着装置。
【請求項4】 規制手段は、弾性的な材料からなることとする請求項2または請求項3に記載の熱定着装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームプリンタ、複写機などの画像形成装置に内蔵された熱定着装置であって、特に熱定着装置のローラまたはベルトなどの可動加熱部材の表面温度を検出する手段に関する。
【0002】
【従来の技術】画像形成装置の熱定着装置として、トナー画像を形成された記録材をローラまたはベルトなどの可動加熱部材に通過させることにより加熱および加圧してトナー画像を記録材に定着させるものが広く用いられている。この熱定着装置は、良好な定着画像を得るため、可動加熱部材の表面温度が適切に制御される。
【0003】従来の熱定着装置の一例を図4を参照して次に説明する。この図4の熱定着装置は、白黒プリンタ用のものである。
【0004】定着ローラ401と、この定着ローラ401に圧接された加圧ローラ402とが設けられている。定着ローラ401のみ、ハロゲンヒータ405を内蔵している。定着ローラ401の表面に摺動可能にサーミスタユニット403が配置され、定着ローラ401の表面温度を電気信号に変換し検知する。このサーミスタユニット403からの電気信号は、CPU404に入力される。
【0005】一方、定着ローラ401のハロゲンヒータ405は、トライアック406に接続されている。このトライアック406は、ゲート入力がフォトトライアック407を介してCPU404の出力側に接続されている。
【0006】CPU404は、サーミスタユニット403から入力した検知温度を定着ターゲット温度と比較し、定着ローラ401の表面温度が所定の定着ターゲット温度となるようにハロゲンヒータ405の温度をフィードバック制御する。
【0007】次に、サーミスタユニット403と定着ローラ401との接触部の構造を図5を参照して説明する。
【0008】サーミスタユニット403は、サーミスタ501と、このサーミスタ501を保持する耐熱スポンジ502と、この耐熱スポンジ502をポリイミドフィルム503を介して取りつけた加圧用板バネ504と、サーミスタ501から延びて加圧用板バネ504と耐熱スポンジ502との間に配線されたサーミスタリード505と、耐熱スポンジ502とサーミスタ501とを一体的に覆っているポリイミドフィルム506とを有している。サーミスタ501は、セラミック部品を、溶けたガラスにより封止するディップ工程により形成される。
【0009】一方、定着ローラ401は、アルミ製パイプからなる芯金507と、この芯金507の表面にトナーの離型性を高めるために施されたテフロン層508とを有している。
【0010】この図5に示したタイプのサーミスタユニット403は、図4に示した白黒プリンタの熱定着装置のような表面の硬いローラに装着する場合には問題を生じないが、カラープリンタの熱定着装置のような表面の柔らかいローラに装着する場合には、次に述べるように、ローラの変形が生じる。
【0011】カラープリンタは、定着時に、複数色のトナーを十分に溶融混合させるために、十分な熱と圧力を加える必要があることから、図6に示されたような熱定着器が用いられる。
【0012】このカラープリンタ用の熱定着装置にあっては、定着ローラ401および加圧ローラ402が、アルミ製パイプからなる芯金と50μmのテフロン層との間に2mmにも及ぶ耐熱シリコーンゴム層が形成されている。図7には、定着ローラ401の芯金507とテフロン層508と耐熱シリコーンゴム層701とが示されている。耐熱シリコーンゴム層は、弾性変形により両ローラ401,402間の接触面の幅(ニップ)を稼いで、記録紙のトナー像に対する密着性を増加させ、熱印加性を向上させるものである。
【0013】また、定着ローラ401のハロゲンヒータ405に併せて加圧ローラ402にもハロゲンヒータ601が内蔵され、定着性能の向上を図っている。このハロゲンヒータ601は、トライアック602,フォトトライアック603で温度制御される。
【0014】このカラープリンタの熱定着装置に上述した図5のサーミスタユニットを装着した状態が図7に示されている。
【0015】カラープリンタ用の定着ローラ401は、耐熱シリコーン層701が設けられるので、表面が柔らかい。したがって、ポリイミドフィルム506面がサーミスタ501の形状のまま沈み込み、定着ローラ401の表面を変形させる。
【0016】次に、上述した図5,図7に示したものとは異なるタイプのサーミスタユニットの従来例が図8,図9に示されている。図8にはサーミスタユニットの斜視図、図9にはサーミスタユニットの実装状態が示されている。
【0017】このサーミスタユニットは、図8,図9に示すように、チップタイプのサーミスタ801と、このサーミスタ801を接着した加圧バネ兼用のリードフレーム802と、サーミスタ801とリードフレーム802との間を接続するワイヤーボンディング803と、このワイヤーボンディング803を保護するための保護樹脂804と、リードフレーム802におけるサーミスタ801とは反対側(ローラに対向する側)に接着されたポリイミドフィルム805と、リードフレーム802におけるサーミスタ801側で保護樹脂804を逃がして設けられたポリイミドフィルム806と、リードフレーム802の基端側を一体的にインサート成形する固定モールド807とを有している。
【0018】熱定着装置の筐体901にサーミスタ取付部902が設けられている。このサーミスタ取付部902にサーミスタユニットの固定モールド807がビス903にて固定されている。このサーミスタユニットは、リードフレーム802のバネ力により定着ローラ401に圧接されている。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した図7および図9にそれぞれ示した二種のタイプのサーミスタユニットにあっては、次のような問題があった。
【0020】まず、上述した図7に示したディップ工程により得られたサーミスタ501を用いるタイプのサーミスタユニット403にあっては、カラープリンタ用の熱定着装置のように柔らかい表面をもつ定着ローラ401に装着すると、次のような問題を生じる。
【0021】サーミスタ501は、セラミック部品が溶けたガラスに封止されるディップ工程により形成されるので、不均一で、いびつな形状をしている。そのため、このサーミスタ501は、耐熱スポンジ502により柔軟に保持している。そして、サーミスタ501は、電気絶縁性の摺動部材としてのポリイミドフィルム506を介して定着ローラ401に接触されている。サーミスタ501は、加圧板バネ504により加圧される。
【0022】白黒プリンタ用の熱定着装置にあっては、定着ローラ401の表面が固いので、ポリイミドフィルム506面が定着ローラ401の表面に沿うものとなる(図5参照)。これに対して、カラープリンタ用の熱定着装置にあっては、定着ローラ401の表面が柔らかいので、ポリイミドフィルム506面がサーミスタ501の形状のまま沈み込み、定着ローラ401の表面との間で強い抵抗を生み、定着ローラ401の表面のテフロン層508を削り取ってしまう結果となる。テフロン層508が失われると、その部分の離型性が損なわれるので、定着ローラ401にトナーがオフセットしてしまい、定着画像が損なわれるという問題が引き起こされた。
【0023】一方、図9に示すようなチップ状のサーミスタ801を用いるタイプのサーミスタユニットにあっては、サーミスタ801と定着ローラ401との間にリードフレーム802が介在しているので、接触部の圧力分布を均一にでき、定着ローラ401に変形を生じさせることがない。
【0024】しかしながら、その反面、リードフレーム802への熱逃げ防止と熱容量増加によるレスポンスの低下を防止するため、リードフレーム802の厚みをあまり厚くできない制約がある。リードフレーム802が薄いと、ジャムなどによりローラ401,402に用紙が巻き込んだ際のジャム処理時に、リードフレーム802が容易に塑性変形されてしまうという問題が生じる。この問題は、ローラの表面が柔らかろうと、硬かろうと無関係に生じる。つまり、白黒プリンタおよびカラープリンタいずれの熱定着装置にも同じく生ずる問題である。
【0025】本発明の第1の目的は、ディップ工程により得られた温度検知手段を弾性保持手段により保持したタイプの表面温度検出手段であって、表面の柔らかい可動加熱部材の表面形状に対する接触部の圧力分布を均一化することにより、可動加熱部材との間の摩擦増加を防止した表面温度検出手段を有する熱定着装置を提供することにある。
【0026】また、本発明の第2の目的は、チップ状の温度検知手段を圧接バネ手段に固着したタイプの表面温度検出手段であって、圧接バネ手段の塑性変形を防止した表面温度検出手段を有する画像形成装置を提供することにある。
【0027】
【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明によれば、上記第1の目的は、トナー画像を形成された記録材をローラまたはベルトなどの可動加熱部材に通過させることにより加熱および加圧してトナー画像を記録材に定着させる熱定着装置の可動加熱部材の表面温度を検出するものであり、温度情報を電気信号に変換する温度検知手段と、この温度検知手段を弾力的に保持する弾性保持手段と、温度検知手段を可動加熱部材に対して電気的に絶縁させると共に可動加熱部材の表面に密着摺動しながら温度検知手段に伝熱するフィルム状のフィルム絶縁手段と、温度検知手段と弾性保持手段とフィルム絶縁手段とを一体的に保持し可動加熱部材に押しつける圧接バネ手段とを有する表面温度検出手段を有する熱定着装置において、表面温度検出手段は、可動加熱部材の表面形状に合わせて固化し形成されることにより温度検知手段を弾性保持手段に一体的に固着させる固化手段を有していることにより達成される。
【0028】また、本出願に係る第2の発明によれば、上記第2の目的は、トナー画像を形成された記録材をローラまたはベルトなどの可動加熱部材に通過させることにより加熱および加圧してトナー画像を記録材に定着させる熱定着装置の可動加熱部材の表面温度を検出するものであり、温度情報を電気信号に変換する温度検知手段と、この温度検知手段を保持して可動加熱部材に押しつけられる圧接バネ手段とを有する表面温度検出手段を有する熱定着装置において、表面温度検出手段は、圧接バネ手段の背面に圧接バネが弾性変形可能な空間をあけて配置された規制手段を有していることにより達成される。
【0029】また、本出願に係る第3の発明によれば、上記第2の目的は、規制手段が、電気的に絶縁性の材料からなることにより達成される。
【0030】また、本出願に係る第4の発明にあっては、上記第2の目的は、規制手段が、弾性的な材料からなることにより達成される。
【0031】すなわち、本出願に係る第1の発明にあっては、固化手段が可動加熱部材の表面形状に合わせて固化することにより温度検知手段を弾性保持手段に一体的に固着し、表面温度検出手段が可動加熱部材の表面形状に維持され変形を防止される。これにより、表面温度検出手段の可動加熱部材に対する接触部の圧力分布が均一化され、可動加熱部材との間の摩擦増加が防止され、可動加熱部材の表面のテフロン層が削り取られて離型性が低下することを防止し、もって可動加熱部材へのトナーのオフセットを防止する。
【0032】また、本出願に係る第2の発明にあっては、圧接バネ手段の背面に弾性変形可能な空間をあけて規制手段が配置され、圧接バネ手段の塑性変形を防止している。圧接バネ手段が有する適切な加圧力を損なうことがないので、サーミスタユニットの温度検知性能を低下させることを防止できる。
【0033】また、本出願に係る第3の発明にあっては、第2の発明の規制手段が電気的に絶縁性の材料からなり、検出電気信号が規制手段を通ってショートすることを防止する。
【0034】また、本出願に係る第4の発明によれば、第2の発明または第3の発明の規制手段が弾性材料からなり、当接した表面温度検出手段に損傷を与えたり変形させることを防止する。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を図1〜図3を参照して説明する。
【0036】(第1の実施形態)まず、本発明の第1の実施形態を図1および図2を参照して説明する。図1には、本実施形態のサーミスタユニット(表面温度検出手段)を熱定着装置の定着ローラに装着した状態が示されている。図2(A)〜(C)には、図1のサーミスタユニットの製造工程が示されている。このサーミスタユニットが装着されるカラープリンタ用熱定着装置の全体は上述した図6に示されたとおりである。本実施形態のサーミスタユニットは従来例である図7のサーミスタユニットを改良したものである。
【0037】本実施形態のサーミスタユニットの製造工程を図2(A)〜(C)を参照して説明する。
【0038】まず、図2(A)には、本実施形態のサーミスタユニットの組立て直後の状態を示している。
【0039】このサーミスタユニットは、サーミスタ501と、このサーミスタ501を保持する耐熱スポンジ502と、この耐熱スポンジ502をポリイミドフィルム503を介して取りつけた加圧用板バネ504と、サーミスタ501から延びて加圧用板バネ504と耐熱スポンジ502との間に配線されたサーミスタリード505と、耐熱スポンジ502とサーミスタ501とを一体的に覆っているポリイミドフィルム506と、サーミスタ501と耐熱スポンジ502とポリイミドフィルム506との間に充填された硬化性樹脂101とを有している。
【0040】ここで、サーミスタ501は温度検知手段、耐熱スポンジ502は弾性保持手段、ポリイミドフィルム506はフィルム絶縁手段、加圧用板バネ504は圧接バネ手段に相当する。また、硬化性樹脂101は固化手段に相当する。
【0041】本実施形態の最大の特徴は、固化手段である硬化性樹脂101を充填したところにある。本実施形態では、硬化性樹脂101として、固化後、比較的熱伝導率の良い東レSE4420のような耐熱シリコーン樹脂が用いられている。この図2(A)の状態では、硬化性樹脂101は充填直後でまだ固化していないので、耐熱スポンジ502の圧力によりサーミスタ501がポリイミドフィルム506側に押し出された様子が示されている。
【0042】次に、図2(B)には、サーミスタユニットの硬化性樹脂101の硬化工程を示している。
【0043】治具102は、このサーミスタユニットの装着対象とする定着ローラ401の表面(図1参照)と同じ曲率をもっている。図2(A)にて硬化性樹脂101を充填されたサーミスタユニットは、この図2(B)において使用時と同じ加圧条件で治具102に加圧された状態で硬化樹脂101が硬化される。
【0044】次に、図2(C)には、硬化工程後、治具102から離した状態のサーミスタユニットを示している。硬化性樹脂101が硬化することにより、サーミスタ501と、硬化性樹脂101と、耐熱スポンジ502と、ポリイミドフィルム506とが一体的に固着される。特に、サーミスタユニットの定着ローラ102に対する接触面となるポリイミドフィルム506面が定着ローラ401と同じ曲率に形成される。
【0045】図1には、図2(C)に示した硬化後のサーミスタユニットをカラープリンタ用熱定着装置の定着ローラ102に装着した状態を示している。
【0046】サーミスタユニットの摺動面が定着ローラ401の曲率と同一となっているので、圧力分布が均一となり、カラープリンタの熱定着装置に用いられる柔らかい定着ローラ401の表面の変化が防止され、変形による摩擦抵抗の増加が防止され、もって定着ローラ401のテフロン層508の摩耗を最小限に留められるものとなる。
【0047】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形態を図3を参照して説明する。図3にはサーミスタユニットをカラープリンタ用の熱定着装置に実装した状態が示されている。ここでは、カラープリンタ用の熱定着装置に実装した場合を示したが、白黒プリンタ用の表面の硬いローラを有する熱定着装置に実装してもよい。
【0048】図3に示したサーミスタユニットは、温度検知手段としてチップ状のサーミスタ801を有するタイプのものである。このサーミスタユニットは、サーミスタ801を接着した圧接バネ手段およびリード線を兼ねた板バネ状のリードフレーム802と、サーミスタ801とリードフレーム802との間を接続するワイヤーボンディング803と、このワイヤーボンディング803を保護するための保護樹脂804と、リードフレーム802におけるサーミスタ801とは反対側(定着ローラ401に対向する側)に接着されたポリイミドフィルム805と、リードフレーム802におけるサーミスタ801側において保護樹脂804を逃がした部分に設けられたポリイミドフィルム806と、リードフレーム802の基端側を一体的にインサート成形する固定モールド807とを有している。このサーミスタユニットは、サーミスタ取付部902を介して熱定着装置の筐体901に取りつけられる。そして、サーミスタユニットのリードフレーム802を中心にして定着ローラ401と反対側にサーミスタユニットと空間をあけて規制部材301が配置されている。このように規制部材301を設けた点が本実施形態の最大の特徴である。本実施形態では、規制部材301は、筐体901の内面に設けられている。
【0049】サーミスタユニットの背面(定着ローラ401とは反対側)に設けられた保護樹脂804の頂点と規制部材301の規制面(下面)との間の距離は、リードフレーム802の弾性変形領域に設定される。熱定着装置の両ローラ401,402に発生した用紙のジャムを処理するため、サーミスタユニットのリードフレーム802を定着ローラ401とは反対側に曲げるとき、サーミスタユニットが規制部材301に当接するので、それ以上曲がることがない。このようにリードフレーム802は弾性変形しかしないので(塑性変形しないので)、圧接バネ手段としてのリードフレーム802の有する加圧力(例えば10g程度の軽加圧力)を損なうことがなく、ひいてはサーミスタユニットの温度検知性能を低下させるようなこともない。
【0050】本実施形態の規制部材301は、耐熱シリコーンゴムからなる。耐熱シリコーンゴムは、弾性を有するので、当接したサーミスタユニットに損傷を与えたり、変形させるようなことがない。また、耐熱シリコーンゴムは、電気的に絶縁物質であるので、サーミスタ検出信号が流れるリードフレーム802のショートを防止する。
【0051】なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、種々の変形例が実施可能である。
【0052】例えば、上述した実施形態では、サーミスタユニットを定着ローラ401に装着した場合を示したが、これに限らず、加圧ローラ402側に装着するようにしてもよい。
【0053】また、上述した実施形態では、可動加熱部材として、ローラを示したが、これに限らず、ベルトなどとしてもよい。
【0054】
【発明の効果】以上説明した本出願に係る第1の発明によれば、固化手段が可動加熱部材の表面形状に合わせて固化することにより温度検知手段を弾性保持手段に一体的に固着し、表面温度検出手段が可動加熱部材の表面形状に維持され変形を防止される。これにより、表面温度検出手段の可動加熱部材に対する接触部の圧力分布が均一化され、可動加熱部材との間の摩擦増加が防止される。したがって、可動加熱部材の表面のテフロン層が削り取られて離型性が低下することを防止し、もって可動加熱部材へのトナーのオフセットを防止し、その結果、定着画像の品質向上を実現できる。
【0055】また、本出願に係る第2の発明によれば、圧接バネ手段の背面に弾性変形可能な空間をあけて規制手段が配置され、圧接バネ手段の塑性変形を防止している。圧接バネ手段が有する適切な加圧力を損なうことがないので、サーミスタユニットの温度検知性能を低下させることを防止できる。
【0056】また、本出願に係る第3の発明によれば、第2の発明の規制手段が電気的に絶縁性の材料からなるので、検出電気信号が規制手段を通ってショートすることを防止できる。
【0057】また、本出願に係る第4の発明によれば、第2の発明または第3の発明の規制手段が弾性材料からなるので、当接した表面温度検出手段に損傷を与えたり変形させることを防止できる。




 

 


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