JP2005321511A - 画像形成装置および定着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 カラー画像形成装置に好適な、弾性層を有する定着部材を用いた定着装置において、加圧解除状態での装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保する。
【解決手段】 弾性層101を有する第一の定着部材とこれに対向配置した第二の定着部材102で形成されるニップ部で、画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱,定着する定着部と、第一の定着部材と第二の定着部材を加圧する加圧機構107と、第一の定着部材と第二の定着部材の加圧を解除し、離間させる圧解除機構108、109、M2と、圧解除機構による第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知するスイッチ110とを備え、第一の定着部材と第二の定着部材の離間時に、スイッチ110により第一の定着部材が有する発熱部への電力供給を強制的に遮断する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に定着装置の保護に関するものである。
近年、プリンタや複写機等の画像形成装置におけるカラー化が進んできている。このようなカラー画像形成装置に使用される定着装置としては、定着部材に弾性層を有する熱定着ローラが良く知られている。このような弾性層を有する定着ローラを使用する定着装置の一例を図8に示す。
この定着装置では、矢印の方向に回転駆動され、所定の定着温度に調整された定着ローラ801及び加圧ローラ802からなる二本の加熱ローラの当接ニップ部(定着ニップ部)Nで未定着トナー画像tを載せた記録材Pが通過できるように構成されている。
未定着トナー画像tはニップ部Nを通過する際に、定着ローラ801および加圧ローラ802により加熱,加圧されて、記録材P上に完成画像(永久固着画像)として定着される。
各々のローラ801,802は、中央にハロゲンヒータHを備えており、該ヒータHから発生する輻射エネルギを各ローラ内側のアルミ芯金801a,802aで吸収して加熱される。各々のローラ801,802の表面にはサーミスタ803,804を弾性的に接触させて配設してあり、該サーミスタ803,804により検知した温度に基づいて各々のローラ801,802のハロゲンヒータHに対する給電が制御されて温度調整が行われている。
各々のローラ801,802のアルミ芯金801a,802aの周りには厚さ2mmのシリコーンゴムからなる弾性層801b,802bが設けられており、さらにその外側の、各ローラの表面には、トナーや紙紛等が固着することを防ぐためにPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルエーエテル共重合体/4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体/4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合樹脂)等の、離型性かつ耐熱性の良い樹脂によるコーティング層801c,802cが設けられている。
定着ニップ部Nにおいて、未定着トナーtが接する定着部材である定着ローラ801側に弾性層801bを設けている理由は、トナー画像表面をできるだけ均一に加熱,定着するためである。
定着ローラ801側に弾性層801bを設けることにより、トナー画像tが定着ニップ部Nを通過する際に、弾性層801bがトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが、弾性層801bによって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にOHT(オーバーヘッドプロジェクター用透明シート)を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。
しかし、このような弾性層を有する熱ローラ方式の定着装置においては、熱ローラ自体の熱容量が大きくなってしまい、定着ローラ801をトナー画像定着に適した温度までに昇温させるまでに必要な時間(ウォームアップタイム)が長いという問題があった。また、定着部材のコストも高価なものとなっていた。
一方、ウォームアップタイムが短く、安価な定着装置として、白黒プリンタ等に使用されている、フィルム定着方式の定着装置が良く知られている。このようなフィルム定着装置の一例を図9に示す。
この定着装置では、支持部材915に固定支持させたヒータ912と弾性加圧ローラ914との間に薄肉の定着フィルム911をはさませて定着ニップ部Nを形成させ、定着フィルム911をヒータ912の面に摺動移動させ、定着ニップ部の定着フィルム911と加圧ローラ914の間でトナー画像tを担持した記録材Pを挟持搬送して定着フィルム911を介したヒータ912からの熱により記録材上のトナー画像を加熱する構成である。記録材P上の未定着トナー画像tは、定着ニップ部Nを通過する際に、熱と圧力を受け、記録材P上に完成定着画像(永久固着画像)として定着される。
定着フィルム911は、例えば厚さ50μm程度の耐熱樹脂製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ10μm程度の離型性層(フッ素樹脂コーティング層など)を形成したものであり、ヒータ912はセラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。ヒータ912に温度検知手段913が当接され、ヒータ912の温度が検知され、不図示の制御手段によりヒータ912の温度が所望の温度になるように温調制御される。
また、定着フィルム911の熱容量を小さくするため、定着フィルム911には弾性層を設けていない。
このような構成の定着装置では、定着フィルム911の熱容量が非常に小さくなっているので、ヒータ912に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部Nをトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
しかし、このような弾性層を設けていない定着フィルム911を使用しているフィルム定着装置をカラー画像形成装置の定着装置として使用すると、記録材P表面やトナー層の有無による凹凸やトナー自体の凹凸などに定着フィルム911表面が追随できず、凸部と凹部で定着フィルムから加えられる熱に差ができてしまう。定着フィルムとよく接する凸部では定着フィルムからよく熱が伝わり、凹部では定着フィルムからの熱が凸部に比べて伝わりにくい。
カラー画像においては、複数色のトナー層を重ねて混色させ使用するので、トナー層の凹凸が白黒画像に比べて大きく、定着部材である定着フィルムに弾性層が無い場合、定着画像の光沢ムラが大きくなって画像品質を劣化させたり、記録材がOHTの場合は、定着画像を投影した際に透過性が悪かったりして、画像品質の低下があった。
そこで、下記特許文献1に開示されているような、弾性層を有する定着ベルト(定着フィルム)をフィルム定着装置に使用することで、低コストなカラーオンデマンド定着装置を構成する定着装置が提案されている。
特開平11−15303号公報
しかしながら、定着ベルトの弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率の高いものは変形し易く、加圧された状態で回転させずに長時間放置すると、印刷開始時のウォームアップ時間だけでは変形した状態から復帰せず加圧されていた部分だけ画像の反射率が変化してしまい画質が劣化するという問題があった。
また定着スリーブとしての寿命も短くなってしまうために長時間動作しないスリープモード時や電源OFF時には自動的に加圧を解除する自動圧解除手段により定着ベルトを加圧ローラから離間させて、圧力がかからないようにする必要性があった。しかしながら、何らかの異常により定着ベルトと定着加圧ローラの加圧が解除された状態で通電発熱された場合には、ヒータから定着ベルト及び定着加圧ローラへの熱伝達が上手く行われない状態でヒータが通電発熱されるため、ヒータの昇温速度が格段に大きくなり、定着ベルトの弾性層が熱によるダメージを受け、寿命が低下するなどの問題があった。
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、カラー画像形成装置に好適な、弾性層を有する定着部材を用いた定着装置において、加圧解除状態での装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次ぎの(1)〜(4)のとおりに構成し、定着装置を次ぎの(5),(6)のとおりに構成する。
(1)弾性層を有する第一の定着部材とこれに対向配置した第二の定着部材で形成されるニップ部で、画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱,定着する定着部と、
前記第一の定着部材と第二の定着部材を加圧する加圧機構と、
前記第一の定着部材と第二の定着部材の加圧を解除し、離間させる圧解除機構と、
前記第一の定着部材が有する発熱部に電力を供給する定着電源装置と、
前記圧解除機構の動作を検知して前記定着電源装置への電源供給を遮断する遮断手段と、
を備えた画像形成装置。
(2)前記(1)に記載の画像形成装置において、
前記遮断手段は、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知するメカニカルスイッチを有し、該メカニカルスイッチのオン/オフにもとづいて遮断動作を行う画像形成装置。
(3)前記(1)の画像形成装置において、
前記遮断手段は、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知する検知手段と、
該検知手段の出力信号にもとづいて前記定着電源装置への電力供給を遮断するリレーとを有する画像形成装置。
(4)前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記第一の定着部材の温度が予め定められた温度より高温となったときに前記発熱部への電力供給を遮断する温度保護素子を備えた画像形成装置。
(5)弾性層を有する第一の定着部材とこれに対向配置した第二の定着部材で形成されるニップ部で、画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱定着する定着部と、
前記第一の定着部材と第二の定着部材を加圧する加圧機構と、
前記第一の定着部材と第二の定着部材の加圧を解除し、離間させる圧解除機構と、
前記第一の定着部材が有する発熱部への電力供給を遮断するための、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知する検知手段と、
を備えた定着装置。
(6)前記(5)に記載の定着装置において、
前記第一の定着部材の温度が予め定められた温度より高温となったときに前記発熱部への電力供給を遮断する温度保護素子を備えた定着装置。
本発明によれば、弾性層を有する定着部材を用いた定着装置において、加圧解除状態での装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することができる。
以下本発明を実施するための最良の形態を実施例により詳しく説明する。
図1は、実施例1である“画像形成装置”における定着装置の構成を示す断面図である。本実施例で用いる定着装置は、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)の装置である。なお、本実施例の画像形成装置全体の構成、動作は従来のものと同様なので、説明を省略する。
a 定着装置の全体的構成
101は第一の定着部材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円筒状(エンドレスベルト状)の部材である。この定着ベルト101は後記c項で詳述する。
102は第二の定着部材としての加圧ローラであり、芯金部102aとゴム部102bよりなる。103は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、104は熱源としての定着ヒータであり、ヒータホルダ103の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト101はこのヒータホルダ103にルーズに外嵌させてある。定着ヒータ101は本実施例では後記b項で詳述するようなセラミックヒータである。40は、温調制御のための定着ヒータ101の温度を検出するサーミスタである。
ヒータホルダ103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、定着ベルト101をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755(商品名)を使用した。ゼナイト7755の最大使用可能温度は、約270℃である。
加圧ローラ102は、ステンレス製の芯金102aに、射出成形により、厚み約3mmのシリコーンゴム層102bを形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ102は芯金の両端部を装置フレーム105の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ102の上側に、前記のヒータ104,ヒータホルダ103,定着ベルト101等から成る加熱アセンブリをヒータ104側を下向きにして加圧ローラ102に並行に配置し、ヒータホルダ103の内部に設けた加圧ステー106と、加圧ステー106両端に設けた加圧バネ107からなる加圧機構により片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf)の力で加圧ローラ102の軸線方向に沿って附勢することで、定着ヒータ104の下向き面を定着ベルト101を介して加圧ローラ102の弾性層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Nを形成させてある。また、圧解除ステー108と加圧解除カム109及びモータM2からなる圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、モータM2を回転させ、加圧解除カム109を回転させ、加圧を解除し、転写材Pの除去が容易な構成となっている。
定着ベルト101と加圧ローラ102が加圧解除されているか、加圧されているか否かを検出するスイッチが110である。
また、413(図4参照)は、定着ヒータ104に接触するよう加圧ステー106とスリーブガイド103の内部に配設され、異常高温と成った場合に定着ヒータ104への給電を停止する温度保護素子である。
加圧ローラ102は、駆動手段Mにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ102の回転駆動による該加圧ローラ102の外面と定着ベルト101との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト101に回転力が作用して該定着ベルト101がその内面側が定着ヒータ104の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ103の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト101内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ103と定着ベルト101内面との摺動性を確保している。
加圧ローラ102が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト101が従動回転状態になり、また定着ヒータ104に通電がなされ、該定着ヒータ104が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nの定着ベルト101と加圧ローラ102との間に未定着トナー像を担持した転写材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて転写材Pのトナー像担持面側が定着ベルト101の外面に密着して定着ベルト101と一緒に定着ニップ部N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104の熱が定着ベルト101を介して転写材Pに付与され、転写材P上の未定着トナー像が転写材P上に加熱,加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着ベルト101から排出される。
b 定着ヒータ104
熱源としての定着ヒータ104は、本実施例では、酸化アルミ(アルミナ)または窒化アルミの基板上に、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することで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。
この定着ヒータ104は、
1.通紙方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ基板、
2.前記のアルミナ基板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、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の抵抗発熱体層、
3.前記抵抗発熱体層に対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板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の電極部及び延長電路部、
4.抵抗発熱体層と延長電路部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、定着ベルト101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またはポリイミドコート、
等からなる。
c 定着ベルト101
定着ベルト101は、ポリイミド樹脂を、厚み50μmの円筒状に形成したエンドレスフィルム上に、弾性層としてシリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み30μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。
シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト101の熱容量を小さくすることが、温度立ち上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約4.19×10−3J/sec・cm・Kと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
一方、OHT透過性や、画像上の微小なグロスムラといった、画質の観点からは、定着ベルト101のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、200μm以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み250μmとした。
さらに、定着ベルト101の表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト101の表面にトナーが一旦付着し、再度転写材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101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。
図2に、加圧時の定着装置の側面図を示す。また、図3に加圧解除時の定着装置の側面図を示す。本実施例では、加圧解除時にはスイッチ110が入らず(OFF)、加圧時にスイッチ110が入る(ON)構成とした。しかしながらスイッチ110の位置を変更し、加圧時にスイッチが入らない構成としても良い。
図4に、本実施例における定着装置を付勢する電気回路のブロック図を示す。図において、400は商用交流電源、401はヒータへの電源供給を行うトライアック、402はCPUを含む本体制御装置、403はトライアック駆動回路、404はラインフィルタ、405はリレー、406はDC電源電圧であり、装置本体のモータや高圧電源の電源と同じ24V電圧を供給するラインである。410は定着装置、104はヒータ、40はサーミスタ、413は温度保護素子であり、温度フューズまたはサーモスイッチが用いられる。110が加圧検知スイッチである。
定着ベルト101と加圧ローラ102が加圧されたときには加圧検知スイッチ414がONとなるため(図2の110参照)、AC電源を遮断していたリレー405がDC電源電圧406より電流供給され、リレー接点はONし、AC電源より電流供給が可能となるため、トライアック401の制御によりヒータ104へ電力供給が可能となる。また、加圧解除が行われると、加圧検知スイッチ110がOFFされるため、リレー405は給電を停止されてAC電源より電流供給が行えなくなる。
よって、何らかの異常により定着ベルト101と定着加圧ローラ102の加圧が解除された状態で定着ヒータ104への通電が維持されようとしても、AC電源から定着ヒータ104への電流供給はリレー405により強制的に遮断されるので、加圧解除状態での装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することができ、加圧解除状態での通電により、定着ベルトの弾性層が熱によるダメージを受け、寿命が低下するということがない。
さらに、何らかの理由で、加圧解除が行われても、加圧検知スイッチ110がOFFせず、あるいはリレー405の接点がOFFせず、定着ヒータ104への通電が遮断されず定着ベルト101が過昇温する状況になると、温度保護素子である温度フューズまたはサーモスイッチ413がOFFして定着ヒータ104への給電を遮断し、定着装置の安全性が確保される。
図5に、AC電源ラインを加圧検知スイッチ110で直接OFF,ONするよう構成した変形例を示す。
本実施例においては抵抗発熱体(セラミックヒータ)を用いる例を示した。しかしながら、定着フィルムまたはベルトを加圧ローラにて従動駆動する系であれば、熱源は誘導加熱またはハロゲンヒータであってももちろんかまわない。
図6は、実施例2である“画像形成装置”おける定着装置の構成を示す断面図である。実施例1と同一機能部分には、同一番号を付し、ここでの重複する説明は省略する。なお、本実施例の画像形成装置全体の構成、動作は従来のものと同様なので、説明を省略する。
図6において、511はセンサフラグであり、加圧離間軸に取り付けられた不透明樹脂により、加圧時にフォトセンサ512を遮光する構成としている。センサフラグは円板状とし、切り欠きを設けて加圧時に導光する構成としても良い。
図7に本実施例における定着装置を付勢する電気回路のブロック図を示す。加圧時にフォトセンサ512がセンサフラグ511により遮光され、フォトセンサ512がOFFし、保護回路617,FET608を介してリレー605をONすることにより、定着ヒータ104を通電可能にする。また、加圧解除が行われると、フォトセンサ512がセンサフラグ511により遮光されなくなり、フォトセンサ512がONし、保護回路617,FET608を介してリレー605をOFFすることにより、AC電源より定着ヒータ104への電流供給が行えなくなる。
よって、何らかの異常により定着ベルト101と定着加圧ローラ102の加圧が解除された状態で定着ヒータ104への通電が維持されようとしても、AC電源から定着ヒータ104への電流供給はリレー605により強制的に遮断されるので、加圧解除状態での装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することができ、加圧解除状態での通電により、定着ベルトの弾性層が熱によるダメージを受け、寿命が低下するということがない。
また、本実施例においても、何らかの理由で、加圧解除が行われても、フォトセンサ512がONせず、あるいはリレー605の接点がOFFせず、定着ヒータ104が過昇温すると、温度保護素子である温度フューズまたはサーモスイッチ413がOFFして定着ヒータ104への給電を停止し、定着ベルト101の弾性層が熱によるダメージを受け、寿命が低下することが阻止され、定着装置の安全性が確保される。
実施例1で用いる定着装置の構成を示す断面図 加圧状態の定着装置の側面図 圧解除状態の定着装置の側面図 電気回路のブロック図 電気回路のブロック図 実施例2で用いる定着装置の構成を示す断面図 電気回路のブロック図 従来例の構成を示す断面図 従来例の構成を示す断面図
符号の説明
101 定着ベルト
102 加圧ローラ
104 定着ヒータ
107 加圧ばね
108 圧解除ステー
110 スイッチ

Claims (6)

  1. 弾性層を有する第一の定着部材とこれに対向配置した第二の定着部材で形成されるニップ部で、画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱,定着する定着部と、
    前記第一の定着部材と第二の定着部材を加圧する加圧機構と、
    前記第一の定着部材と第二の定着部材の加圧を解除し、離間させる圧解除機構と、
    前記第一の定着部材が有する発熱部に電力を供給する定着電源装置と、
    前記圧解除機構の動作を検知して前記定着電源装置への電源供給を遮断する遮断手段と、
    を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1に記載の画像形成装置において、
    前記遮断手段は、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知するメカニカルスイッチを有し、該メカニカルスイッチのオン/オフにもとづいて遮断動作を行うことを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1の画像形成装置において、
    前記遮断手段は、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知する検知手段と、
    該検知手段の出力信号にもとづいて前記定着電源装置への電力供給を遮断するリレーとを有することを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記第一の定着部材の温度が予め定められた温度より高温となったときに前記発熱部への電力供給を遮断する温度保護素子を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  5. 弾性層を有する第一の定着部材とこれに対向配置した第二の定着部材で形成されるニップ部で、画像を担持した記録材を挟持搬送して加熱定着する定着部と、
    前記第一の定着部材と第二の定着部材を加圧する加圧機構と、
    前記第一の定着部材と第二の定着部材の加圧を解除し、離間させる圧解除機構と、
    前記第一の定着部材が有する発熱部への電力供給を遮断するための、前記圧解除機構による前記第一の定着部材と第二の定着部材の離間を検知する検知手段と、
    を備えたことを特徴とする定着装置。
  6. 請求項5に記載の定着装置において、
    前記第一の定着部材の温度が予め定められた温度より高温となったときに前記発熱部への電力供給を遮断する温度保護素子を備えたことを特徴とする定着装置。
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