JP6772021B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録材上に画像を加熱定着させるための定着装置に関するものである。

従来、画像形成装置において、電子写真プロセスや静電記録プロセス等の画像形成手段によって、記録材上に形成担持させたトナー画像を記録材面に加熱定着させる定着装置として、フィルム加熱方式の定着装置が実用化されている。

フィルム加熱方式の定着装置には、例えば加熱部材としてセラミックヒータを用い、その対向側に加圧部材としての加圧ローラを配置し、伝熱部材としての可撓性を有する薄肉の定着フィルムを狭持して定着ニップ部を形成する構成がある。未定着トナー画像を形成担持させた記録材は、定着フィルムと加圧ローラとの間に導入され、定着フィルムと一緒に挟持搬送される。その際、定着フィルムを介して伝熱されたセラミックヒータの熱と、定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させている。

また、フィルム加熱方式の定着装置には、例えば加熱部材としてハロゲンヒータを用いて、その輻射熱を利用して薄肉の定着フィルムを間接的に加熱する構成もある。その場合は加圧部材としての加圧ローラの対向に樹脂や金属で形成されたニップ形成部材であるパッド部材を配し、定着フィルムを狭持して定着ニップ部を形成している。

このようにフィルム加熱方式の定着装置は、薄肉で熱容量が小さく、かつ熱応答性が良いため、ヒータの熱応答を効率良く定着ニップ部内に反映することができる。更に、ヒータONから短時間で定着温度に到達することができ、これらの効果によって省電力化を実現している。しかしながら、定着フィルムが何らかの原因により破損すると、画像不良が生じたり他の部品へ損傷を及ぼす可能性があるため、定着フィルム破損を速やかに検出する必要がある。

特許文献１には、定着フィルムの一端部近傍に複数の明暗パターンを形成し、明暗パターン部の対向部に配置した反射型および透過型の光検出器により、反射光の明暗パターンの周期または透過光を検出することで、定着フィルム破損を検出する技術が記載されている。

特許文献２には、ベルトに接触するスイッチや作動子を用いて、ベルトの破損を検出する技術が記載されている。また、一般的なフィルム加熱方式の定着装置においては、フィルム等の温度を検知する温度検知手段が複数配置してあり、それらの検知温度、もしくは検知温度の差によって、フィルムの破損を判断することもある。

特開平4-221983号公報 特開2002-287542号公報

しかしながら、上述のいずれかの構成によってフィルムの破損を速やかに検知したとしても、破損を検知する直前までの定着装置は通常動作を行っており、そのため、フィルムの破損を速やかに検知し、検知直後に動作を停止したとしても、その時点で既に破損したフィルムの一部が他の部品へ損傷を及ぼしている可能性がある。

この場合、定着装置および定着装置の周囲の部材の修理もしくは交換などの保守作業が必要となるが、破損したフィルムの一部が定着装置より外に排出されたままでは、保守作業が困難となってしまう場合がある。そのため、本発明においては、フィルム加熱方式の定着装置において、フィルムの破損を検知した場合に、その後の保守作業を容易にすることを目的とする。

本発明の定着装置は、回転加熱体と、回転加熱体と共に加熱ニップを形成する回転加圧体と、回転加熱体もしくは回転加圧体の少なくともいずれかを回転させる駆動手段を備える定着装置であって、
回転加熱体もしくは回転加圧体の少なくとも一方はエンドレスベルトであって、
エンドレスベルトの破損を検知する破損検知手段を備え、
破損検知手段によりエンドレスベルトの破損を検知すると、駆動手段は、通常の加熱動作時とは逆の方向に所定時間回転したのち、回転を停止することを特徴としている。

本発明により、フィルム加熱方式の定着装置において、フィルムの破損を検知した場合に、定着装置の駆動手段を通常の加熱動作時とは逆の方向に回転することによって、定着器外に排出された破損したフィルムの一部を定着器内に回収することで、その後の保守作業を容易にすることが出来る。

本発明の実施例に係る定着装置の断面図 本発明の実施例に係る画像形成装置の概略図 本発明の実施例に係る定着装置の側面図 本発明の実施例に係る定着装置の機能ブロック図 本発明の実施例に係る定着装置のフランジ部における断面図 本発明の実施例に係るフィルム破損検知シーケンスのフローチャート

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

まず、カラー電子写真プリンタについて図２を用いて説明する。図２は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に直交した断面を示している。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

図２に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成される。潜像は、現像器１５によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写ベルト３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、記録材Ｐは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、記録材Ｐを一旦受け止めて斜行を補正する。そして、レジストローラ対２３は、中間転写ベルト３１上のトナー像と同期を取って、記録材を中間転写ベルト３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写ベルト上のカラーのトナー像は、転写体である、例えば二次転写ローラ３５によって記録材Ｐに転写される。その後、記録材Ｐのトナー像は、記録材Ｐが定着装置４０によって、加熱加圧されることで記録材Ｐに定着される。

記録材Ｐの片面にトナー像を形成する場合、条件に応じて切り換えフラッパ６１で搬送経路を切り替える。フェイスアップ（トナー像が上側）で排出する場合は、排紙ローラ６３を介し画像形成装置１の側面に配置されている排紙トレイ６４に排出する。フェイスダウン（トナー像が下側）で排出する場合は、画像形成装置１の上面に配置されている排紙トレイ６５に排出する。

記録材Ｐの両面にトナー像を形成する場合、定着装置４０によってトナー像を定着された記録材Ｐは、フラッパ６１によって上方へ案内され、後端が反転ポイントRに達したとき、搬送路７３によってスイッチバック搬送されて表裏反転される。その後、記録材Ｐは、両面搬送路７０を搬送され、片面画像形成と同様の過程を経て他方の面にトナー像を形成されて、排紙トレイ６４または排紙トレイ６５上に排出される。なお、フラッパ６１、スイッチバック搬送路７３等で構成される部分は、反転手段の一例である。

次に定着装置４０について図１および図３を用いて説明する。図１は定着装置の断面図であり、図３は定着装置の側面図である。

本実施例における定着装置４０は、フィルム加熱方式の定着装置の一例である。定着装置４０は、加圧部材としての加圧ローラ１０６と、加圧ローラ１０６に対向して配置された、加熱部材としてセラミックヒータ１００を含む、定着部材４１を有する。また、定着部材４１は、円筒状の定着フィルム１０１と、定着フィルム１０１を挟んで前記加圧ローラ１０６との間にニップ部Ｎを形成するガイド部材１０３を有する。また、定着フィルムの軌道を規制する定着フランジ１０４と、ガイド部材１０３の強度を確保する、定着フィルム１０１内面側に配置されたステー１０２を有する。以下、それぞれの部材について詳細に説明する。まず、定着部材４１を構成する部品について説明する。

定着フィルム１０１は、記録材Ｐに熱を伝達する円筒状の耐熱性の定着フィルムであり、ガイド部材１０３にルーズに外嵌させてある。定着フィルム１０１は、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性のある基材上に必要に応じて弾性層や離型層を設けている。例えば、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の樹脂を主体とした材料に熱伝導フィラーを配合した基材上に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の離型層をコーティングした複合層フィルムが用いられる。

また、基材として５０μｍ以下２０μｍ以上のＳＵＳ等の薄層金属フィルムを用いてもよい。また、ムラの少ないカラー画像を得るために基材と離型層の間に、熱伝導フィラーを添加したシリコーンゴムなどからなる弾性層を設けてもよい。

ガイド部材１０３は定着フィルム１０１の内側に設けられている耐熱性・断熱性のある材質で構成される。例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＥＳ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＦＡ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＬＣＰ樹脂等の絶縁性及び耐熱性の良い材料が用いられている。ガイド部材１０３は、加圧ローラ１０６と圧接することで形成されるニップ部Ｎの加圧を補助すると共に、定着フィルム１０１の回転を安定させるガイドとしての機能を有する。

セラミックヒータ１００は、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する低熱容量の加熱部材である。例えば、細長薄板状のセラミック基板に対し、通電発熱抵抗体層を具備したものである。また、ヒータ１００はガイド部材１０３の下面に長手に沿って設けられた嵌め込み溝に嵌め込まれて支持されている。ステー１０２は、比較的柔軟な樹脂製のガイド部材１０３の裏面に押し当てることでガイド部材１０３に長手強度を持たせ、かつガイド部材１０３を矯正させるための部材である。

定着フィルム端部規制部材としての定着フランジ１０４は、ステー１０２の両端にはめ込まれ、定着フィルム１０１の周方向の軌道を規制すると共に、定着フィルム１０１の長手方向位置を規制するスラスト止めを兼ねた側壁部を有する。また、定着フランジ１０４は側板１０８に勘合保持され、定着部材４１の位置を保証している。分離ガイド１２２は、ニップ部Nより搬送方向下流側の定着フィルム１０１に近接した位置に設置されている。分離ガイド１２２先端位置は、定着フィルム１０１の回転駆動時にも定着フィルム１０１と接触しないようにギャップを設けている。

次に、加圧部材である加圧ローラ１０６について説明する。加圧ローラ１０６は、芯金１０７と、芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた、シリコーンゴム・フッ素ゴム・フッ素樹脂などの耐熱性・弾性材層とで構成されており、表層に離型層を設けている。

例えば、離型層はフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。芯金の両端部にＰＥＥＫ、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂よりなる不図示の軸受部材を装着し、側板１０８に回転可能に保持させて配設している。また、加圧ローラ１０６は、長手方向端部に取り付けられたギア１０９を介して、制御部４５に制御されたモータMにより、通常のプリント時においては矢印Ａの示す方向に回転駆動する。その際、定着フィルム１０１は加圧ローラ１０６に対し、矢印Ｂの示す方向に従動回転する。

また、定着フィルム１０１とセラミックヒータ１００やガイド部材１０３間の摩擦力を低減し、定着フィルム１０１を円滑に回転させるために、定着フィルム１０１の内周面やセラミックヒータ１００やガイド部材１０３の表面に、不図示の潤滑剤を塗布してもよい。潤滑剤としては、耐熱性のあるオイルやグリースが望ましく、シリコーンオイル、PFPE（パーフルオロポリエーテル）、フッ素グリースなどが用いられる。

次に、定着装置の動作および定着フィルム破損検知について図４および図５を用いて説明する。図４は、定着装置の機能ブロック図である。図５は、定着装置のフランジ１０４の側壁部における断面図である。

ギア１０９の反対側の定着フランジ１０４の側壁部に、定着フィルム１０１回転時の軌道より外側かつ分離ガイド１２２より定着フィルム回転方向における下流側に光源１２０を配置している。ギア１０９側の定着フランジ１０４の側壁部に、光源１２０と略同一となる断面位置に受光部１２１を配置している。

光源１２０は、レーザー光源やLED光源、等の幅広い光源から選択可能である。受光部１２１は、光源１２０からの光を検出可能なフォトトランジスタなどが用いられる。光源１２０と受光部１２１を選択する際には、光源１２０以外からの光や定着フィルム１０１からの輻射の影響を受けにくいものとするのが良い。

本実施例においては、光源１２０には指向性が高いレーザー光源を用い、受光部１２１には光源１２０からのレーザー光を検出可能なフォトトランジスタを用いた。光源１２０から受光部１２１に至る光の経路を光路Lとする。光源１２０および受光部１２１を分離ガイド１２２より下流側に配置することで、記録材Pの定着装置通過時に記録材Pが光路Lを遮ることは無い。

定着フィルム１０１が正常な状態においては、光源１２０から受光部１２１に至る光路Lは遮蔽されていないため、受光部１２１における光量は十分大きい。定着フィルム１０１の破損により光路Lが遮蔽されると、受光部１２１における光量が低下する。定着フィルム１０１が破損したことを判断するフィルム破損判定光量閾値を、光路Lが遮蔽された時の光量より大きく、かつ、光路Lが遮蔽されていない時の光量より小さく設定することで、光路Lにおける定着フィルム１０１の有無状態を判定できる。

定着フィルム１０１の回転時の軌道と光路Lの距離は、できるだけ近接させることが望ましいが、回転開始時などに軌道が不安定状態となり定常軌道より外側に膨らんだ際に定着フィルム１０１が光路Lを遮蔽しないように設定している。セラミックヒータ１００の定着フィルム１０１と摺動しない側の面に、温度検知手段としてサーミスタ１１０を配置している。

制御部４５は、定着フィルム状態判断手段を含み、定着装置の動作を制御する機能を有する。また、セラミックヒータ１００にはAC電源およびAC制御回路１１１が接続されており、制御部４５によりセラミックヒータ１００の発熱体が通電制御される。一方、加圧ローラ１０６に取り付けられたギア１０９はモータMに接続されており、制御部４５によりモータMは回転制御される。

以下に、プリント時の定着動作を説明する。定着動作開始の指示を制御部４５が受け付けると、制御部４５はAC制御回路１１１を作動させてセラミックヒータ１００に給電を開始する。サーミスタ１１０の検知温度が所定の目標温度T１（本実施例では、２００℃）に達するまで、セラミックヒータ１００に給電しつづける。一方で、制御部４５はサーミスタ１１０の検知温度が目標温度より低いモータ駆動開始温度T2に到達した時点でモータMを駆動させる。モータMの駆動により加圧ローラ１０６が矢印Ａの示す方向に回転駆動され、それに伴って定着フィルム１０１が矢印Ｂの示す方向に従動回転する。

サーミスタ１１０の検知温度が目標温度T１に達した時点で給紙動作を行い、定着ニップ部Ｎに未定着トナー像を担持した記録材Ｐが入り口ガイド（不図示）に沿って案内されて導入される。定着動作中は、サーミスタ１１０の検知温度が目標温度T1近傍で安定するように、AC制御回路１１１から定着フィルム１０１へ供給する電力をサーミスタ１１０の検知温度に応じて制御する。定着ニップ部Ｎにおいて、記録材Ｐのトナー像担持面側が定着フィルム１０１の外面に密着し、記録材Ｐが定着フィルム１０１と共に移動する。

定着ニップ部Ｎでの挟持搬送過程において、セラミックヒータ１００で発生した熱が記録材Ｐに付与され、未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に溶融定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録材Ｐは定着フィルム１０１から曲率分離され、定着排紙ローラ（不図示）で排出される。プリント動作が終了するとセラミックヒータ１００への通電を停止してモータMを停止させる。

次に、フィルム破損検知シーケンスの基本的な制御フローを図６に示すフローチャートに基づいて説明する。プリント開始時に定着動作開始の指示を受付けると、前述の定着動作を開始するとともに、制御部４５は光源１２０を点灯して受光部１２１の光量監視を開始する（STEP１〜２）。受光部光量とフィルム破損判定光量の比較を所定のサンプリング間隔で行う（STEP３）。光センサ受光光量がフィルム破損判定光量以下を検知した場合、フィルム破損発生と判断する（STEP４）。

光センサ受光光量がフィルム破損判定光量より大きければ、定着制御の終了まで継続して受光部１２１のモニタリングを継続する（STEP５）。定着制御が終了したら、受光部の光量検知を終了するとともに光源１２０を消灯する（STEP６）。STEP4にてフィルム破損発生と判断した場合、制御部４５はセラミックヒータ１００への通電を停止させ（STEP7）、モータMを通常のプリント時とは逆方向に所定時間回転させ（STEP8）、破損したフィルムの一部を定着装置内に回収する。その後モータMを停止させる（STEP9）。

ここで、本発明のフィルム破損検知シーケンスでは、フィルム破損が発生してから破損を検知するまでに、光センサ受光光量のサンプリング間隔分の遅れが生じることから、モータMは、少なくともサンプリング間隔以上、望ましくはフィルム1周分以上逆回転させる必要がある。また、STEP9の後で、図示の表示部に、定着装置の交換を報知する、または、定着装置の故障を通知する等のメッセージを表示してもよい。

なお、STEP4にてフィルム破損判定を実施する際に、ノイズ等による突発的な光センサ受光光量低下とフィルム破損を区別した方が良い。このため、短時間の光センサ受光光量低下を検知した際に即座にフィルム破損と判断せずに、定着フィルム回転周期で再度光センサ受光光量低下を検知した場合にフィルム破損と判断するようにしても良い。この場合、モータMを逆回転させる時間は、少なくとも最初に光センサ受光光量低下を検知してからフィルム破損を判断するまでの時間以上とすることが望ましい。

また、光センサ受光光量低下を所定時間以上継続して検知した場合にフィルム破損と判断するようにしても良い。この場合においても、モータMを逆回転させる時間は、少なくとも最初に光センサ受光光量低下を検知してからフィルム破損を判断するまでの所定時間以上とすることが望ましい。

上述のように、本発明の実施例構成においては、フィルムの破損を検知した場合に、定着装置の駆動手段を通常の加熱動作時とは逆の方向に回転することによって、定着装置外に排出された破損したフィルムの一部を定着装置内に回収可能ある。したがって、破損したフィルムによってその後の保守作業を妨げられることがない。

本実施例においては、フィルムの破損検知方法として、光センサを用いたが、フィルムの破損が検知可能な方法であればこれに限らない。例えば、特許文献1に記載の、定着フィルムの一端部近傍に複数の明暗パターンを形成し、明暗パターンの周期または透過光を検出する方法であっても良いし、特許文献2に記載の、ベルト（フィルム）に接触するスイッチや作動子を用いる方法であっても良い。さらには、フィルムの温度を検知する複数の温度検知手段を備え、検知温度もしくは検知温度の差によってフィルムの破損を検知しても良い。

また、本実施例における定着装置としては、加熱フィルム定着方式を用いたが、加熱ニップを形成する加熱回転体および加圧回転体の少なくとも一方がベルトもしくはフィルムであれば、本発明は適用可能である。さらには、加熱回転体の表面に設けられて加熱回転体の表面を加熱する、外部加熱ベルトに対しても、本発明は適用可能である。

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の画像形成装置の定着装置に関する。

１． 画像形成装置
１０．画像形成部
１１．感光ドラム
１２．帯電器
１３．レーザスキャナ
１４．現像器
１５．クリーナ
１７．一次転写ブレード
２０ａ．１段目給紙カセット
２０ｂ．２段目給紙カセット
２３．レジストローラ対
２４．駆動手段
２５．マルチ給紙トレイ
２６．駆動手段
２７．中間転写ベルト
３５．二次転写ローラ
４０．定着装置
４１．定着部材
４５．制御部
１００．セラミックヒータ（加熱手段）
１０１．定着フィルム（回転加熱体、エンドレスベルト）
１０２．ステー
１０３．ガイド部材
１０４． 定着フランジ
１０６．加圧ローラ（回転加圧体）
１０７．芯金
１０８．側板
１０９．ギア
１１０．サーミスタ
１１１．AC制御回路
１２０．光源
１２１．受光部
１２２．分離ガイド
１２３．反射部
Ｍ．モータ（駆動手段）

Claims (2)

1. 回転加熱体と、回転加熱体と共に加熱ニップを形成する回転加圧体と、回転加熱体もしくは回転加圧体の少なくともいずれかを回転させる駆動手段を備える定着装置であって、
   回転加熱体もしくは回転加圧体の少なくとも一方はエンドレスベルトであって、
   エンドレスベルトの破損を検知する破損検知手段を備え、
   破損検知手段によりエンドレスベルトの破損を検知すると、駆動手段は、通常の加熱動作時とは逆の方向に所定時間回転したのち、回転を停止することを特徴とする、定着装置。
2. 回転加熱体を加熱する加熱手段を備え、破損検知手段によりエンドレスベルトの破損を検知すると、加熱手段は、回転加熱体の加熱を停止するとともに、駆動手段は、通常の加熱動作とは逆の方向に所定時間回転したのち、回転を停止することを特徴とする、請求項1に記載の定着装置。