JP5521780B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献2に開示された定着装置では、セラミック板上に厚膜抵抗発熱体が形成されたヒーターを使用しており、セラミック板が割れた場合に厚膜抵抗発熱体に供給される電流低下を検出する構成であるために、セラミック板の割れについてしか検出することができない。しかも、セラミック板が割れた場合にも、厚膜抵抗発熱体は地絡するおそれがない。
好ましくは、第1局面に係る定着装置において、前記定着回転体は、定着ベルトであることを特徴とする。
好ましくは、第1局面に係る定着装置において、前記定着回転体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、当該温度検出手段の検出結果に基づいて前記閾値を補正することを特徴とする。
好ましくは、第2局面に係る定着装置において、前記制御手段は、求められた前記電流−温度特性を更新して記憶する記憶手段を有し、当該記憶手段にて記憶された電流−温度特性と新たに求められた電流−温度特性との比較に基づいて、前記定着回転体における地絡の発生を検出することを特徴とする。
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
<画像形成装置の概略構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の一例であるタンデム型カラープリンタ(以下、単に「プリンタ」という)の構成を説明するための模式図である。このカラープリンタは、ネットワーク(例えばLAN)を介して外部の端末装置等から入力される画像データ等に基づいて、周知の電子写真方式により、フルカラーあるいはモノクロの画像を記録用紙、OHPシート等の記録シートに形成する。
画像形成部Aは、プリンタのほぼ中央部において一対のベルト周回ローラ23および24に水平状態で巻き掛けられて周回移動可能になった中間転写ベルト18を備えている。中間転写ベルト18は、図示しないモータによって、矢印Xで示す方向に周回移動するようになっている。
露光装置13Yは、帯電器12Yによって一様に帯電された感光体ドラム11Yの表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像器14Yは、感光体ドラム11Yの表面に形成された静電潜像を、Y色のトナーによって現像する。
なお、他のプロセスユニット10M、10C、10Kの上方にも、中間転写ベルト18を挟んで各感光体ドラム11M、11C、11Kに対向する1次転写ローラ15M、15C、15Kがそれぞれ設けられている。
なお、フルカラー画像を形成する場合には、各感光体ドラム11Y、11M、11C、11K上に形成されたそれぞれのトナー画像が中間転写ベルト18上の同じ領域に多重転写されるように、各プロセスユニット10Y、10M、10C、10Kのそれぞれの画像形成動作タイミングがずらされる。
トナー画像が形成された中間転写ベルト18の搬送方向下流側の端部(図1において右側の端部)には、シート搬送経路21を挟んで中間転写ベルト18に対向する2次転写ローラ19が配置されている。2次転写ローラ19は、中間転写ベルト18に圧接されており、両者の間に転写ニップが形成されている。2次転写ローラ19には転写バイアス電圧が印加されるようになっており、これにより、中間転写ベルト18との間に電界が形成される。
図2は、定着装置30における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図、図3は、その一方の端部の断面図、図4は、その定着装置30の側面図である。なお、定着装置30においては、図1に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図2の定着装置30は、記録シートの通過方向を、紙面に対して直交する方向として示している。
なお、芯金33aは、パイプ形状に限らず、中実の円柱形状であってもよく、また、断面も円形状に限らず、外側に嵌合される弾性体33bが円筒形状に保持される形状、例えば周方向に等しい間隔で突出する3つ以上の突起部を有するような形状であってもよい。
加圧ローラ32は、図3に示すように、パイプ形状の芯金32aの外周面に、弾性層32bおよび離型層32cが順番に積層されて、外径が20〜100mm程度の円柱形状に構成されている。芯金32aにおける軸方向の両側の各端面には、回転軸32dがそれぞれ軸心部に沿って同軸状態で設けられている。
離型層32cは、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、離型性を有しており、例えば、5〜100μm程度の厚さになっている。離型層32cは、導電性であってもよい。
加圧ローラ32は、図示しないモータによって、図4に矢印Aで示す方向に回転される。定着ベルト31は、加圧ローラ32によって押圧ローラ33の外周面に圧接されていることにより、加圧ローラ32の回転に追従して、図4に矢印Bで示す方向に回転(周回移動)する。押圧ローラ33は、定着ベルト31の回転に追従して同方向に回転する。
なお、記録シートは、搬送方向とは直交する方向の幅方向の中央が、定着ニップNの軸方向における中央に一致した状態で搬送される。従って、定着ニップNにおける軸方向の両側の各端部は、それぞれ、記録シートが通過しないシート非搬送領域(非通紙領域)になっている。
なお、加圧ローラ32を回転駆動させる構成に代えて、押圧ローラ33を回転駆動させる構成、あるいは、加圧ローラ32および押圧ローラ33の両方を回転駆動させる構成としてもよい。
抵抗発熱層31bを構成する耐熱性樹脂としては、PI(ポリイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等が使用されるが、PIが最も耐熱性に優れているために好ましい。なお、本実施形態では、PIを用いている。
また、低抵抗の金属粉末、高抵抗の炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれは、繊維状になっていることが好ましい。金属粉末、炭素繊維粉末、高イオン導電体粉末のそれぞれが繊維状になっていることによって、それぞれが接触する確率が高くなり、パーコレーションしやすくなるためである。
金属粉末の粒径は、0.01〜10μm程度が好ましく、このような粒径とすることにより、高抵抗である炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末とは、全体にわたって線状に絡み合い、全体として均一な電気抵抗率を有する抵抗発熱層31bに成型することができる。
抵抗発熱層31bの電気抵抗率は、抵抗発熱層31bに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱層31bの厚さ、押圧ローラ33の直径および軸方向長さ等に基づいて、任意に設定されるが、好ましくは、1.0×10−6〜1.0×10−2Ω・m程度、より好ましくは、1.0×10−5〜5.0×10−3Ω・m程度に設定される。
さらに、抵抗発熱層31bの熱伝導率を向上させるために、窒化アルミニウム、アルミナ等を混入してもよい。
抵抗発熱層31bは、例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを有機溶媒中で重合して得られるポリイミドワニスに導電性フィラーを均一に分散させた状態で、円柱形状の金型に塗布してイミド転化させることによって製造される。
離型層31dは、定着ニップNを通過する際に接触した記録シートSが容易に剥離されるような剥離性を有している。
この離型層31dは、例えば、水との接触角が90°以上、好ましくは110°以上であって、表面粗さRaが0.01〜50μm程度が好ましい。離型層31dは、導電性であってもよい。本実施形態では、離型層31dとしてPFAを用いている。
図5に示すように、定着ベルト31の両側の端部におけるシート非搬送領域(非通紙領域)では、それぞれ、外周側に位置する離型層31dおよび弾性層31cが全周にわたって剥離されている。離型層31dおよび弾性層31cが剥離された抵抗発熱層31bの外周面上には、電極31gがそれぞれ設けられている。各電極31gは、それぞれ、導電体によって、周方向に均一な厚さに構成されている。
さらには、抵抗発熱層31b上に、導電性インク、導電性ペーストを塗布することによって各電極31gを形成してもよい。
図2に示すように、各電極31gには、第1給電部材37aおよび第2給電部材37bがそれぞれ対向して配置されている。第1給電部材37aおよび第2給電部材37bには、商用の交流電源34から供給される交流電流が、第1電流経路44および第2電流経路45を介して供給されている。なお、第1電流経路44および第2電流経路45には、安全のために、電流を遮断する複数の機構がそれぞれ設けられているが、図2おいては図示せず、その詳細については後述する。
第1および第2の各給電部材37aおよび37bは、定着ベルト31が回転すると、抵抗発熱層31bにおける両側のシート非搬送領域上にそれぞれ設けられた電極31gにそれぞれ摺接する。これにより、第1および第2の各給電部材37aおよび37bのそれぞれから、各電極31gを介して、抵抗発熱層31bに交流電流が供給されて、抵抗発熱層31bが発熱する。
さらには、第1給電部材37aおよび第2給電部材37bとしては、トランスを用いて、各電極31gに対して非接触状態で電流を供給する構成であってもよい。このような構成の場合には、電源にインバータを用いることによって、効率よく各電極31gに対して電流を供給することができる。
中央部温度センサ36cは、サーモパイルによって構成されている。第1端部温度センサ36aは、第1給電部材37aに近接して配置されており、サーモパイルによって構成されている。第2端部温度センサ36bは、第2給電部材37bに近接して配置されており、サーミスターによって構成されている。サーモパイルおよびサーミスターは、定着ベルト31の外周面に接触する構成であってもよいし、非接触であってもよい。
図6は、定着装置30の電気系統の構成を示すブロック図である。定着装置30の電気系統には、中央部温度センサ36cにて検出される定着ベルト31の温度Tcに基づいて、第1給電部材37aおよび第2給電部材37bに供給される交流電流を制御する制御部41が設けられている。制御部41には、CPU41aと、RAM41bおよびROM41cとが設けられている。
第1ヒューズ44aは、第1電流経路44に流れる電流量が、許容電流量以上になることによって電流遮断状態になり、第1電流経路44を電流遮断状態とする。第3リレー44cおよび第1リレー44dのそれぞれは、CPU41aによってオン・オフ制御されるようになっており、それぞれは、オフ状態で第1電流経路44を電流が流れる状態とし、オン状態で第1電流経路44を電流遮断状態とする。
第2電流経路45には、第2電圧検出器43から第2給電部材37bにかけて、第2ヒューズ45a、第2電流検出器45b、第2リレー45c、トライアック45dが、順番に配置されており、トライアック45dに第2給電部材37bが接続されている。第2電流検出器45bの出力はCPU41aに与えられている。
なお、第1端部温度センサ36aおよび第2端部温度センサ36bのそれぞれの出力は、第1コンパレータ46aおよび第2コンパレータ46bのそれぞれに与えられており、また、中央部温度センサ36cの出力も、第3コンパレータ46cにも与えられている。
このような構成の定着装置30では、CPU41aによって、定着ベルト31が、所定の定着温度になるように制御された状態で、記録シートが定着ニップNを通過する。記録シートは、定着ニップNを通過する間に、定着ベルト31によって、搬送方向と直交する方向の全体に略均一に加熱される。このとき、記録シートSは、定着ニップNにおいて、相互に圧接された状態の定着ベルト31および加圧ローラ32によって加圧される。これにより、記録シートS上の未定着のトナー画像が記録シートSに定着される。
しかしながら、定着ベルト31の幅方向の両側端部におけるシート非搬送領域では、記録シートが存在しないために、抵抗発熱層31bの熱が奪われず、温度が上昇することになる。この場合、抵抗発熱層31bに含まれる炭素化合物粉末および高イオン導電体粉末のそれぞれは、温度が上昇すると体積抵抗率が低下する負の抵抗変化率(NTC)を有しているために、シート非搬送領域において、温度が上昇することによって電気抵抗値が低下する。これにより、シート非搬送領域における発熱量は、シート搬送領域における発熱量よりも低下し、シート非搬送領域における温度上昇が抑制されることになる。
CPU41aは、中央部温度センサ36cによって検出される定着ベルト31の外周面の温度と、第1電流検出器44bおよび第2電流検出器45bのそれぞれによって検出される第1電流経路44および第2電流経路45のそれぞれを流れる電流に基づいて、定着ベルト31の破損状態を検出し、その検出結果に基づいて、第1電流経路44および第2電流経路45を電流が流れない遮断状態とするようになっている。
図7のグラフは、定着ベルト31において亀裂が生じた場合に、ベルト全周のうち、亀裂に対して周方向に隣接する部分での単位時間当たりの温度上昇率と、亀裂から離れた亀裂が生じていない部分での単位時間当たりの温度上昇率との比率を昇温比(最大値)として、亀裂が生じた定着ベルトの軸方向部分における亀裂以外の周方向長さに対する昇温比を示している。なお、図7において、横軸は、定着ベルト31の周方向長さを1(100%)として、亀裂が生じていない部分の周方向長さの割合を示している。
この場合の閾値Skは、定着ベルト31に生じた亀裂の大きさが許容範囲の上限に達したときに定着ベルト31に供給される電流に対応した電流変化率に設定される。
なお、第1電流経路44および第2電流経路45を流れる電流に基づいて、定着ベルト31の亀裂および地絡について検出する場合には、交流電源34における電圧変化、負荷変動による電圧変化等によって、単位時間当たりの電流量等が変化するために、定着ベルト31の亀裂および地絡について検出するための閾値SkおよびScをそれぞれ補正することが好ましい。
温度上昇率「Tc/Δt」が、閾値St以上になっている場合には(ステップS14において「YES」)、定着ベルト31に許容範囲の上限以上の亀裂が生じているものとして、第1電流経路44に設けられた第3リレー44cをオン状態として、第1電流経路44を電流遮断状態とするとともに、第2電流経路45に設けられたトライアック45dをオフ状態および第2リレー45cをオン状態として、第2電流経路45を完全に電流遮断状態する(ステップS15)。その後、定着装置30を動作終了状態とする。
例えば、第1給電部材37aに対して軸方向に離れた位置で地絡が生じた場合には、第1電流経路44から供給される電流は、定着ベルト31における地絡が生じた部分まで、比較的長い距離にわたって抵抗発熱層31bを通過するために、第1電流経路44における電流増加量が小さい場合がある。このために、第1電流経路44における電流変化率の変化が小さく、迅速に地絡を迅速かつ高精度で検出できないおそれがある。
なお、このような構成に限らず、第1電流経路44および第2電流経路45のいずれか一方にのみ電流検出器を設けて、当該電流検出器にて検出される電流経路の電流変化率に基づいて定着ベルト31の地絡を検出するようにしてもよい。この場合には、電流検出器が設けられる電流経路が、電源におけるアース側の場合には、定着ベルト31が完全に切断されていない限り、抵抗発熱層31bを電流が流れるために、当該電流経路にも、低電流が流れる。このことから、当該電流経路を流れる電流が、予め設定された閾値よりも低くなった場合には、定着ベルト31に地絡が生じているものと判断することができる。
なお、上記の実施形態において、CPU41aは、第1電流経路44および第2電流経路45の両方またはいずれか一方の電流変化率に基づいて、定着ベルト31が地絡していることを検出する構成であったが、このような構成に限らず、例えば、第1電流経路44および第2電流経路45の両方またはいずれか一方を流れる電流と、定着ベルト31の温度に基づいて、定着ベルト31の地絡を検出するようにしてもよい。
また、本発明に係る画像形成装置は、モノクロ画像を形成するプリンタに限るものではなく、タンデム型カラーデジタルプリンタであってもよい。さらには、プリンタに限らず、複写機、MFP(Multiple Function Peripheral)、FAX等(いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい)にも適用できる。カラー画像用の画像形成装置の場合には、図5に示す定着ベルト31が好適に使用することができる。
31 定着ベルト
31a 補強層
31b 抵抗発熱層
31c 弾性層
31d 離型層
32 加圧ローラ
33 押圧ローラ
34 交流電源
36a 第1端部温度センサ
36b 第2端部温度センサ
36c 中央部温度センサ
37a 第1給電部材
37b 第2給電部材
41 制御部
41a CPU
41b RAM
41c ROM
42 第1電圧検出器
43 第2電圧検出器
44 第1電流経路
44b 第1電流検出器
44c 第3リレー
44d 第1リレー
45 第2電流経路
45b 第2電流検出器
45c 第2リレー
45d トライアック
Claims (8)
- 電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が周回移動方向の全周にわたって設けられた定着回転体と、
当該定着回転体の外周面に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、
前記定着回転体の周回移動方向とは直交する方向の両側の端部のそれぞれにおいて、前記抵抗発熱層に対して給電する一対の給電部材と、
前記一対の給電部材のそれぞれと電源とを接続する一対の電流経路と、
前記一対の電流経路のそれぞれを電流遮断状態とする一対の電流遮断手段と、
前記一対の電流経路のそれぞれに設けられ、それぞれの電流を検出する電流検出手段と、
当該電流検出手段によって検出される電流を、予め設定された閾値と比較することによって前記定着回転体に地絡が発生していることを検出して、前記一対の電流遮断手段の両方を電流遮断状態にする制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記電流検出手段いずれか一方によって検出される電流に基づいて前記地絡の発生を検出することを特徴とする記載の定着装置。 - 前記定着回転体は、定着ベルトであることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記電流検出手段が設けられた電流経路に、当該電流経路の電圧を検出する電圧検出手段が設けられており、
前記制御手段は、当該電圧検出手段によって検出される電圧に基づいて、前記閾値を補正することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 - 前記定着回転体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、当該温度検出手段の検出結果に基づいて前記閾値を補正することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置。 - 電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が周回移動方向の全周にわたって設けられた定着回転体と、
当該定着回転体の外周面に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、
前記定着回転体の周回移動方向とは直交する方向の両側の端部のそれぞれにおいて、前記抵抗発熱層に対して給電する一対の給電部材と、
前記一対の給電部材のそれぞれと電源とを接続する一対の電流経路と、
前記一対の電流経路のそれぞれを電流遮断状態とする一対の電流遮断手段と、
前記一対の電流経路のいずれか一方の電流を検出する電流検出手段と、
前記定着回転体の温度を検出する温度検出手段と、
前記電流検出手段によって検出される電流と、前記温度検出手段によって検出される温度とによって得られる電流−温度特性の変化に基づいて、前記定着回転体に地絡が発生していることを検出して、前記一対の電流遮断手段の両方を電流遮断状態にする制御手段と、
を有することを特徴とする定着装置。 - 前記定着回転体は、定着ベルトであることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。
- 前記制御手段は、求められた前記電流−温度特性を更新して記憶する記憶手段を有し、当該記憶手段にて記憶された電流−温度特性と新たに求められた電流−温度特性との比較に基づいて、前記定着回転体における地絡の発生を検出することを特徴とする請求項5または6に記載の定着装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
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