JP2015121654A - 定着装置と画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度検知手段としてアレイ型サーモパイルを用いる場合に、最も精度よく温度検出したい加熱体端部領域の検出精度を向上させる。【解決手段】未定着画像に接触して回転する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する加熱制御手段とを有する定着装置において、定着部材の表面温度を検出する手段として、多眼型のサーモパイルアレイを用い、前記サーモパイルアレイは通紙方式における基準位置から離れた側に配置され、且つ使用予定の最小サイズの用紙領域をカバーできるように傾けて取り付けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置における熱方式の定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

画像形成装置では、画像情報に基づいて像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を紙やＯＨＰシート等の記録媒体上に転写し、トナー像を担持した記録媒体を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録媒体上に固定する。

定着方式にも色々あり、熱ローラ方式では、ハロゲンヒータや誘導加熱のコイル等の熱源により加熱される定着ローラと加圧ローラでニップ部を形成し、トナー像を担持した記録媒体をニップ部に通すことで、熱と圧力によりトナーを溶融させて定着させる。熱ローラ方式は安全性や高速機への対応性等の観点から広く用いられている。

しかしながら定着ローラの芯金が金属製であり熱容量が大きいため、所定の定着温度に達するまでに数分の時間がかかる。このため、非使用時でも定着ローラをある程度の温度に維持する待機時余熱により、消費エネルギーが多いという問題があった。

そこで、省エネルギーを実現する定着装置として、フィルムベルト方式がよく用いられており、断熱ローラを外部から加熱する方式や、更に画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術も提案されている。

フィルムベルト方式は、例えば特許文献１に記載されているように、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状熱源と、加圧ローラでフィルムと記録媒体を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録媒体に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状熱源の温度を上昇させるだけで済み、立ち上がり時間を短縮でき、予熱電力を削減できる。

画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術は、記録媒体上に形成された画像に合わせ、熱源の制御温度、加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）のへのエネルギー供給を削減するものである。特許文献２では、サーマルヘッドの発熱体素子毎の温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。

特許文献３は、ローラを外部から加熱する定着構成を開示する。これは、外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うもので、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。特許文献１や特許文献２に開示された構成と同様に画像域だけを選択的に加熱すると共に、定着設定温度よりも低い第２の設定温度を有する構成が開示されている。

けれども、加熱体が低熱容量化されると、加熱される非通紙部での温度上昇が急激となり、様々な記録媒体サイズを通紙可能とする装置にあっては、加熱される非通紙部での温度を検出するために多くのセンサが必要となり、コストアップしている。

このような問題を解消するために、特許文献４では、定着ベルトのような加熱体に対する温度検知手段としてアレイ型サーモパイルを用いることが提案されている。

本発明の課題は、温度検知手段としてアレイ型サーモパイルを用いる場合に、最も精度よく温度検出したい加熱体端部領域の検出精度を向上させることにある。

前記課題は、未定着画像に接触して回転する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する加熱制御手段とを有する定着装置において、定着部材の表面温度を検出する手段として、多眼型のサーモパイルアレイを用い、前記サーモパイルアレイは通紙方式における基準位置から離れた側に配置され、且つ使用予定の最小サイズの用紙領域をカバーできるように傾けて取り付けられることによって、解決される。

本発明によれば、温度検知手段として１つのサーモパイルアレイを備えるだけで、様々な非通紙領域を監視でき、コストダウンできるだけでなく、最も精度よく検出したい定着部材の非通紙領域の検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略斜視図である。 従来公知の中央通紙方式におけるサーモパイルと用紙サイズとヒータの関係を示す概略図である。 別構成の従来公知の中央通紙方式におけるサーモパイルと用紙サイズとヒータの関係を示す概略図である。 本発明での中央通紙方式におけるサーモパイルと用紙サイズとヒータの関係を示す概略図である。 本発明の別の実施形態でのサーモパイルと用紙サイズとヒータの関係を示す概略図である。

図１は、本実施形態に係る画像形成装置の一例としてのプリンタの全体構成を示す図である。
図１に示すように、本プリンタは、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、定着装置１２等を有している。

給紙手段４は、記録媒体としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止される。そして、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、即ち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段たる帯電ローラ１８、不図示の露光手段の一部であるミラー２０、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２、転写手段１０、ブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。

プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。即ち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査され作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体ドラム８の回転により現像手段２２の対向位置へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写手段１０の転写バイアス印加により転写される。未定着画像たるトナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、不図示の排紙トレイへ排出され、スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段２４を通過する間にブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

図２において、定着装置１２は、未定着のトナー像と接触する定着部材たる定着ローラ２８と、加圧部材たる加圧ローラ３０と、ヒータ３２と、温度センサ３４とを有している。加圧ローラ３０は不図示の付勢手段により定着ローラ２８に圧接され、定着ローラ２８との間で定着ニップ部を形成し、定着ローラ２８が不図示の駆動手段によって回転するのにつれて従動回転するようになっている。ヒータ３２は定着ローラ２８に内蔵された加熱手段たる熱源であり、定着ローラ２８の軸方向全長にわたって加熱できるようになっている。定着ローラ２８の表面温度を検知する温度検知手段としての温度センサ３４は、１つの筐体内に複数の温度検知素子を有する多眼型のサーモパイルアレイである。温度センサ３４の検知情報に基づいてヒータ３２に電力供給する不図示の電源を制御する同じく不図示の加熱制御手段が備えられている。加熱制御手段は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

定着ローラ２８の軸方向の端部近くで定着ローラ中央領域の方に向いて角度をつけられた温度センサ３４によって、複数の温度検知素子に対応する複数の温度検出領域が定着ローラ表面のローラ軸方向に沿って、ローラ表面のほぼ半分域にわたって並ぶことになる。定着ローラ表面の温度分布はローラ軸方向に対称になっており、回転する定着ローラ２８の表面温度を各検出領域毎に検出して、その結果を加熱制御手段に出力する。サーモパイルアレイ（アレイ型サーモパイル）は様々な構成が考えられるが、図示の例としては、８つの温度検知素子を有し、その最大角度が９０°であるセンサを用いた。ローラ表面の温度検出領域の数を多くしたい場合、サーモパイル自体の数を増やしたり、複数のサーモパイルアレイを使用することで対応させる。

本発明の特徴を理解容易にするため、先ず、温度センサとしてサーモパイルを用いた従来の構成を説明し、しかる後に本発明の構成を説明する。図３、４は従来構成を表す。

近年の低熱容量化された定着ローラのような用紙に熱を加える加熱体や熱源は、印刷指示が出た後の印刷時に駆動され加熱されるようになっているが、熱容量が小さいため、用紙が通過しない範囲が必要以上に昇温する問題を抱えている。

また熱源の、したがって定着ローラの軸方向中央を基準として用紙が通過する場合、用紙は、一般的に用いられる用紙サイズにおいて、ヒータ／定着ローラに対して図３に示すような位置関係をとる。つまり、ヒータ／定着ローラの中央付近は必ず用紙が通過するため、細かな領域分布で検出する必要がない。その一方、ヒータ／定着ローラの端部寄りは、定着時に用紙が通過しない範囲が、用紙サイズごとに細かく存在する。つまり図３のように温度センサであるサーモパイルアレイをヒータ／定着ローラの中央に合わせて配置すると、不必要な部分を多く検知し、必要な部分（ヒータ端部付近）が十分検知できないことになる。

図４は、サーモパイルアレイをヒータ／定着ローラの片側に寄せた構成を示す。このようにすることで同じサーモパイルアレイを用いても、図３の構成よりはヒータ／定着ローラの端部に対する検知を細かく行うことができる。しかしながら、ヒータ／定着ローラの中央付近の素子はすべて用紙が常に通過する領域を検知しており、なお有効に活用されているとは言い難い。

これに対して、本例における温度センサ（サーモパイルアレイ）３４は、図５に示すように、ヒータ３２／定着ローラの軸方向の端部近くで定着ローラ中央領域の方に向いて角度をつけられ、即ち、傾けられて配置されている。図４、図５の描写比較から分かるように、傾けることにより、定着ローラ中央領域に近い側を検知する温度検知素子によってカバーされるローラ表面検出領域は、図４の構成のものより広くなっている。また、最も中央に向いた温度検知素子によって検出される領域は、用紙中心までをカバーしなくともよく、使用予定の最小サイズの用紙領域をカバーできれば足りる。このような配置によって、一層正確に検出したいヒータ／定着ローラ端部を細かな領域分布において検出できることになる。つまり、このような温度センサの配置・向きによって、用紙サイズが多種類あることで生ずる「用紙が通過しないための温度上昇」を高い精度で検出することができ、定着ローラの高温破損を抑制できる。図５の例は中央通紙方式に対するものであるが、端部通紙方式に対しても同様に適用可能である。つまり、温度センサとしてのサーモパイルアレイは、各通紙方式のおける基準位置から離れた側に配置され、且つ使用予定の最小サイズの用紙領域をカバーできるように傾けて取り付けられる。

また図５の温度センサ３４は、定着ローラ表面の広い領域を検知するため、例えば定着ローラ表面から３〜１０ｃｍ程度離して設置される。このように比較的離れた位置で様々なサイズの用紙を通紙する際の定着ローラ表面の温度検知を適切に行うために、温度センサ３４に角度調整機構が付設されている。部材の取付角度を調整する構成は様々の態様が知られており、温度センサ３４や定着装置のサイズ等に応じて適切なものが選択されるが、ここでは詳細な説明を割愛する。

また、高温下で稼動する定着装置は、時にその製品寿命や故障のために交換されることがあるが、定着装置が画像形成装置本体から取り外される際、温度センサ３４は装置本体に残るように取り付けられている。このような取り付けで、定着装置を一体で交換する場合に温度センサまで一括して交換する必要がなくなり、省資源／メンテナンス費用の抑制を図ることができる。

図６は、定着ローラの温度分布を均一化するために中央域加熱用と端部域加熱用の２種類のヒータ３２ａ，３２ｂを有する公知の定着装置に対する態様を示す。ヒータは定着ローラの長手方向に３つ以上の領域を夫々カバーする３種類以上で配置される場合もある。このようなヒータ構成に対しても、サーモパイルアレイから成る温度センサ３４が、定着ローラの軸方向の端部近くで定着ローラ中央領域の方に向いて角度をつけられ、配置されている。広い範囲を検出できるサーモパイルアレイを用いることで、ローラの軸方向に分割配置されたヒータ夫々に付設される従来の温度センサを不要とすることができる。本例のような構成ではサーモパイルアレイの有効性は更に高くなり、サーモパイルアレイを１つ配置するだけで、ヒータ端部の温度制御性を向上しつつ、既存の複数センサを削除でき、コストダウンを図ることが可能である。

１２ 定着装置
２８ 定着ローラ
３０ 加圧ローラ
３２ ヒータ
３４ アレイ型サーモパイル

特開平６−９５５４０号公報 特許第４４２４４７５号公報 特許第３８９５５３９号公報 特開２０１２−１７７７９０号公報

Claims (5)

1. 未定着画像に接触して回転する定着部材と、前記定着部材との間で定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御する加熱制御手段とを有する定着装置において、定着部材の表面温度を検出する手段として、多眼型のサーモパイルアレイを用い、前記サーモパイルアレイは通紙方式における基準位置から離れた側に配置され、且つ使用予定の最小サイズの用紙領域をカバーできるように傾けて取り付けられることを特徴とする定着装置。
2. 前記サーモパイルアレイの取り付け角度を調整する機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着部材を加熱する加熱手段が、定着部材の軸方向に分割されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
5. 定着装置が取り外し可能に構成され、定着装置が画像形成装置から取り外された際に前記サーモパイルアレイは画像形成装置に残るように取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

Images