JP2000214723A

JP2000214723A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000214723A
Application number: JP11017210A
Authority: JP
Inventors: Jun Yura; 純由良; Yasuhiko Taguchi; 泰彦田口; Katsuhiro Echigo; 勝博越後; Takashi Fujita; 貴史藤田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】高湿度環境下でも昇温速度が速く安全性の優
れた画像形成装置を提供する。【解決手段】回転駆動される定着ローラと、この定着
ローラに所定圧力をもって当接され回転自在な加圧ロー
ラとで、定着ニップ部を形成し、この定着ニップ部にト
ナー像を担持した転写部を挿通することにより、トナー
像を加熱溶解して転写材表面に定着させる定着装置を備
えた画像形成装置において、前記定着ローラは薄肉中空
円筒状の芯金金属基体内面に電気絶縁層と発熱抵抗体と
を積層する表面加熱型の定着ローラで、装置内の定着ロ
ーラの近傍には湿度検知手段を有し、電源投入直後の装
置内の湿度条件に応じて、定着ローラの昇温速度を変化
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電子写真方式の複
写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真方式の複写機、プリン
タ、ＦＡＸ等の画像形成装置においては、定着ローラに
加圧ローラを圧接した定着装置が用いられている。この
定着装置は加熱した定着ローラを回転させながら、この
回転する定着ローラと加圧ローラとの間にトナーが転写
された転写紙を圧接しながら搬送し、トナーを加熱溶解
して転写紙上に定着させるものである。ところで、近年
環境規制や環境保護意識の高まりから複写機等の画像形
成装置の未使用時には定着ヒータへの通電を遮断（ＯＦ
Ｆ）し、必要な時のみ通電をし消費電力の低減を図るこ
とが行われている。このような省エネ型の定着装置にお
いては、使用時に定着ローラの表面温度が、定着動作開
始時に即座に設定温度まで立上げる（昇温する）必要が
ある。このような要求から、近年では定着ローラの内面
若しくは外面に発熱抵抗体を有する直接加熱式の加熱ロ
ーラ（定着ローラ）を使用する定着装置が提案されてい
る。具体的に、このような定着ローラはＡｌ又はＦｅ等
の芯金に電気絶縁層と発熱抵抗体を積層したもので、発
熱層で発生した熱を芯金側に効率よく熱伝達させるため
に、芯金、電気絶縁層、発熱抵抗体は耐熱性の接着層に
よって密着した固定されている。そして、この発熱抵抗
体に対する通電を行うことにより定着ローラを発熱させ
てトナーの加熱を行うものである。

【０００３】このような直接加熱方式による定着ローラ
の場合には、従来のハロゲンランプの輻射熱による加熱
方式と比較して約20％以上の立上がり時間の短縮が可能
であるため、これによって熱効率を大きく向上させるこ
とができる。更に、この直接加熱方式によるとハロゲン
ランプによる電源ＯＮ時の突入電流が発生しないことも
大きな利点である。

【０００４】また、この種の定着装置としては、特開平
5-333649号公報及び特開平7-209928号公報には環境変化
による画像品質の低下を防止する手段として、装置内の
湿度に応じて定着温度を変更する発明が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に電
気絶縁層や接着層に用いられるＰＩ系やシリコン系の材
料は吸水性を有しているため、梅雨時等の高湿度環境で
長時間放置された場合に定着ローラは水分を吸水した状
態となる。そして、水分を吸水した状態で定着ローラの
温度が急激に上昇すると、図12に示すように電気絶縁層
41及び接着層中（図示せず）の水分が一気に気化膨張
し、発熱抵抗体42及び電気絶縁層41が芯金40から押し上
げられ、これにより発熱抵抗体42、電気絶縁層41、芯金
40同士の接着が完全に破壊され剥離してしまうこととな
る。このように接着層の組織が破壊されて発熱抵抗体42
及び電気絶縁層41が浮き上がると、発熱抵抗体42から芯
金40への熱伝導が阻害されるため発熱抵抗体42自体の局
部加熱が生じる等の故障原因となる。

【０００６】さらに、定着装置により転写紙上のトナー
が加熱される際にはこの転写紙からは多くの水蒸気が発
生する。特に、連続通紙を行うときには定着装置の周辺
は高温多湿環境となっているため、このままの状態で放
置すると定着ローラの両端部を通じて侵入した空気中の
水分が電気絶縁層に吸湿されてしまい上述した故障の原
因となる。また、前記各公報に記載された技術の場合に
は、装置内の湿度に応じて定着温度を変更するため高湿
度環境では、定着温度制御が不完全となり、依然として
同様の問題点が発生する恐れがある。

【０００７】そこで、この発明の目的は、前記のような
従来の画像形成装置のもつ問題を解決し、定着ローラの
急激な気化膨張による破壊防止を図ると共に、昇温速度
が早く安全性の優れた画像形成装置を提供するものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記のよう
な目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回
転駆動される定着ローラと、この定着ローラに所定圧力
をもって当接され回転自在な加圧ローラとで定着ニップ
部を形成し、この定着ニップ部にトナー像を担持した転
写部を挿通することにより、トナー像を加熱溶解して転
写材表面に定着させる定着装置を備えた画像形成装置に
おいて、前記定着ローラは薄肉中空円筒状の芯金金属基
体内面に電気絶縁層と発熱抵抗体とを積層する表面発熱
型の定着ローラで、装置内の定着ローラの近傍には湿度
検知手段を有し、電源が入った直後の装置内の湿度条件
に応じて、定着ローラの昇温速度を変化させることを特
徴とするものである。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において電源投入直後の装置内の湿度が予め設定
した基準値よりも高い場合には、定着ローラを設定温度
よりも低い温度まで昇温した時点で一定時間保持した後
に、設定温度まで昇温する設定を行うことを特徴とする
ものである。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明におい電源投入直後の装置内の湿度が予
め設定した基準値よりも高い場合でも、電源投入直後の
加熱定着ローラの表面温度が予め設定した基準値よりも
高い場合には、通常の制御で定着ローラの昇温を行うこ
とを特徴とするものである。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において装置内の定着ローラの近傍に、
この装置内の大気温度を検知する温度検知手段を有し、
電源投入直後の装置内の湿度が予め設定した基準値より
も高い場合において、電源投入直後の定着ローラの表面
温度と定着ローラ近傍の大気温度との差が予め設定した
基準値よりも大きい場合には、通常の制御で加熱定着ロ
ーラの昇温を行うことを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。図１はこの発明の第１
実施形態である画像形成装置の概略断面図を示してい
る。すなわち、図１に示すように画像形成装置１の内部
には、矢印方向に回転する感光体２とこの感光体２の周
囲に設けられた帯電手段３、クリーニング装置４、現像
スリーブ５を有する現像器６及び転写手段７がそれぞれ
配置されている。感光体２は回転駆動している際、帯電
手段３によってその表面が一様に帯電される。一方、レ
ーザ光学系８によって原稿データが読み取られ、その読
取りデ−タに基いて感光体７上に静電潜像が形成され
る。この静電潜像は転写手段７によって搬送された用紙
Ｐに転写され現像器６を通過するとき現像剤（トナー）
によって可視像化される。また、装置１の下側には矢印
ａ方向に着脱可能な給紙カセット９が設けられている。
給紙カセット９の中板10上には用紙Ｐが載置され、この
用紙Ｐの上面はスプリング（図示せず）による付勢力に
より給紙ローラ11側に押し付けられている。12は用紙Ｐ
の重送を防止するための分離パットである。

【００１３】給紙ローラ11は制御部（図示せず）による
制御信号に基いて回転し、給紙カセット８内の用紙Ｐ
（最上紙）が給紙され、この給紙ローラ10によって給送
された用紙Ｐは、レジストローラ13によって感光体２上
の画像（静電潜像）と同期するように搬送される。そし
て、この用紙は定着装置14まで搬送され定着された後、
排紙ローラ15によって画像面を下側に排紙口16から排紙
トレイ17上に排出される。この排紙トレイ17を構成する
カバー22は回動部18を中心に開放可能である。20は排紙
ストッパで、この排紙ストッパ20は排紙される用紙サイ
ズに対応するため、矢印ｂ方向に可動できる。24は手差
し給紙用の給紙トレイで、この給紙トレイ24はピン25に
より回動可能に取り付けられている。

【００１４】更に、外装部26の上部前面側にはオペレー
ションパネル27（操作パネル）が設けられ、ケース28内
には電源板29やプリント板30（エンジンドライブボー
ド）、コントローラボード31等の電装、制御装置がそれ
ぞれ収納されている。

【００１５】図２に示すように、定着装置14は定着ロー
ラ33と、この定着ローラ33と圧接回転するシリコンゴム
等の弾性材からなる加圧ローラ34とを備え、定着ローラ
33は一対の支持フレーム35，35に設けられた断熱ブッシ
ュ36び軸受37により保持されながら駆動ギヤ38より回転
駆動されるようになっている。また、加圧ローラ34は加
圧レバー39び加圧ばね（図示せず）によって、定着ロー
ラ33側に圧接することにより転写紙上のトナー像を定着
している。

【００１６】図３に示すように、定着ローラ33は主にＡ
ｌ又はＦｅ等の肉厚が0.3〜2.0mmの薄肉ローラからなる
芯金40が使用され、この芯金40の内面には、電気絶縁層
41と発熱抵抗体42とが積層されている。電気絶縁層41に
はマイカシート、ポリイミドフィルム、アラミドペーパ
ー等が使用され、発熱抵抗層42には鉄クロム等のＳＵＳ
系箔（厚さ、20〜80μm）が使用され、この発熱抵抗層4
2は打ち抜き成形或いは、エッチングのよって図４，５
に示すようなパターン形状に形成されている。また、芯
金40の表面には離型性及び耐熱性とを有するテフロン
（登録商標）からなるオフセット防止用の離型層43が塗
布され、芯金40、電気絶縁層41、発熱抵抗体42は各層間
で耐熱性の接着層によって結合されている。

【００１７】そして、定着ローラ33の両内端部からは、
その内側から順に一対の電極スライダ44、電極リング4
5、絶縁キャップ46がそれぞれ嵌入されている。絶縁キ
ャップ46の鍔部は外部からの水分流入による吸湿防止を
図るべく定着ローラ33の端縁部に押圧固定されている。
電極スライダ44と電極リング45は互いの斜行部同士で摺
動すると共に、導通可能に当接され、このうち電極スラ
イダ44の端面部が発熱抵抗体42に直接押し当てられてい
る。また、絶縁キャップ46、電極スライダ44のほぼ中央
位置にはこれらを貫通する端子ネジ部48と、この端子ネ
ジ部48の基端部に連結される電極端子47が設けられてい
る。この端子ネジ部48の先端部は、電極スライダ44のほ
ぼ中央部を螺入する状態で設けられている。また、電極
端子47の一端面には絶縁ブラケット49に支持されると共
に、板ばね50による弾力によって一定の荷重が付与され
た給電ブラシ51が押し当てられている。そして、後述す
るようにこの給電ブラシ51が電極端子47に対して摺動す
ることにより発熱抵抗体42への通電を行うことができ
る。

【００１８】さらに、定着ローラ33の上面部に当接する
位置には温度検出用のサーミスタ等の温度センサ52が設
けられている。この温度センサ52から出力される信号経
路は、入力回路53、ＣＰＵ54、ドライバ55から構成され
る回路網に接続されている。具体的には、温度センサ52
によって定着ローラ33の表面温度が検出され、その検出
信号は入力回路53を介してＣＰＵ54に伝達される。そし
て、このＣＰＵ54によってドライバ55を介して発熱抵抗
層42に対する通電制御が行われる。実際には、交流電源
から供給される印加電圧が給電ブラシ51から電極端子4
7、端子ネジ部48を介し電極スライダ44を通じて発熱抵
抗層42通電され、この発熱抵抗体層42の発熱により定着
ローラ33が所定の温度まで加熱される。そして、再び定
着ローラ33の温度が温度センサ52により検出され、この
検出温度が入力回路53を介してＣＰＵ54に入力され、定
着ローラ33の温度を所定の設定温度（180℃前後）に保
持する温度制御が行われる。

【００１９】ここで本発明の特徴は画像形成装置内の湿
度条件に応じて、定着ローラの昇温速度（立上り制御）
を変化させ調整することにある。このため、図２に示す
ように、定着ローラ33の近傍には電源投入直後における
装置内部の湿度を検知するための湿度検知手段56が配置
されている。そして、図６のフローチャートに示すよう
に、第１実施形態では電源投入後に先ず、湿度検知手段
56によって装置内の湿度を検出し、この検出信号に基い
て装置内の「湿度は正常」であるかの判定を行う。そし
て、その検出された湿度値が正常であった場合（ＹＥ
Ｓ）には、「通常の制御」を行い、反対に湿度値が正常
でなかった場合（ＮＯ）には、「立上りの遅い制御」を
行うものである。

【００２０】これら「通常の制御」及び「立上りの遅い
制御」の詳細を図７を参照して説明する。この図７で
は、線図ａは「通常の制御」を、線図ｂは「立上りの遅
い制御」による昇温カーブをそれぞれ示すもので、線図
ａの急激に温度上昇させる制御に対して、線図ｂに示す
ように「立上りの遅い制御」では時間をかけてゆっくり
定着温度を上昇させ設定温度（180℃前後）までの温度
制御を行っている。つまり、装置内の湿度が基準値より
も高い場合には電気絶縁層41（図２）及び接着層中の吸
水状態が高いと判断するもので、この場合に「立上りの
遅い制御」を行うことにより電気絶縁層41及び接着剤中
の水分を時間をかけて除々に蒸発させ、急激な気化膨張
による電気絶縁層41の破壊による不具合を防止すること
ができる。したがって、この場合の立上り時間は「通常
の制御」と比較して遅くなるが定着ローラの経時寿命の
長期化を図ることができる。

【００２１】図８は本発明の第２実施形態を示すもの
で、この場合「立上りの遅い制御」である線図ｃに示す
ように、電源投入直後の装置内の湿度が予め設定した基
準値よりも高い場合には、定着ローラの設定温度（180
℃）よりも低い温度（100℃〜160℃）まで昇温した時点
で、一定時間（ｔ秒）保持させた後、再び設定温度（18
0℃）まで昇温する温度制御を行っている。この場合に
も、第１実施形態と同様に電気絶縁層41（図２）及び接
着層内部の水分を十分に蒸発させることができるため、
急激な温度上昇による気化膨張に伴う電気絶縁層41及び
接着層の破壊を防止することができる。

【００２２】図９のフローチャートは本発明の第３実施
形態を示している。この第３実施形態では電源投入後
に、湿度検知手段56（図２）によって装置内の湿度を検
出し、この検出信号に基いて装置内の「湿度は正常」で
あるかの判定を行う。そして、その検出された湿度値が
正常であった場合（ＹＥＳ）には、「通常の制御」を行
い、反対に湿度値が正常でなかった場合（ＮＯ）には、
次いで「定着ローラの表面温度が基準値よりも低いか
？」否かの比較を行うもので、この判定結果により定着
ローラの温度が基準値よりも「高い（ＮＯ）」場合には
「通常の制御」を行い、「低い（ＹＥＳ）」場合には
「立上りの遅い制御」を行う。つまり、定着ローラの温
度が設定温度（180℃）に到達した際には電気絶縁層41
及び接着層内の水分は完全に蒸発すると考えられ、これ
により定着装置を高湿度環境下で長期間放置した場合で
も、電気絶縁層41及び接着層が吸水するには数時間を要
すると共に、一旦定着ローラの温度が上昇すると、完全
にもとの温度までもどるには最低でも１時間程度要する
と推測される。したがって、このことから通常では「通
常制御」を行った場合でも、吸水による不具合は生じな
いと考えられ、この第３実施形態では「定着ローラの表
面温度が基準値よりも低い」ときにのみ「立上りの遅い
制御」を行う。言い換えると、電気絶縁層41及び接着層
が吸水している可能性が高い場合にのみ温度制御を変化
させている。これによって、この第３実施形態では前述
した第１，２実施形態と比較して設定温度までの到達時
間が長くなることがなくなるという効果がある。

【００２３】図10のフローチャートは本発明の第４実施
形態を示している。すなわち、装置内の定着ローラ33
（図２）の近傍には、この装置内の大気温度を検知する
温度検知手段57（図２）を設けている。つまり、例えば
真夏時期に密閉されている倉庫等極端に高温となった環
境下で定着装置が長時間放置された状態で電源が投入さ
れた場合には、湿度が基準値よりも高く定着ローラが吸
水しているにもかかわらず、定着ローラの温度が高いた
めに「通常の制御」が行われてしまうと考えられる。こ
のため、これを防止すべく定着ローラ温度の基準値を高
くする必要があるが、これによると定着ローラ表面の温
度は使用後直ぐに基準値よりも低下してしまうこととな
る。ここで、図11に示すように線図ｄは装置内の大気温
度の推移を示すものであり、線図ｅは定着ローラの表面
温度の推移を示すものであって、同図に示すように定着
装置が長時間放置された状態では定着ローラの表面温度
は大気温度とほぼ同じ温度となっている。これを利用
し、この第４実施形態では図10に示すように、電源投入
直後の装置の湿度が基準値よりも高い場合でも、定着ロ
ーラの表面温度と大気温度との差を比較し、その温度が
基準値よりも高ければ「通常の制御」を行い、その差が
基準値よりも小さい場合には、「立上りの遅い制御」を
行う。これによって、この第４実施形態では高湿度環境
下の定着装置の放置状態を正確に判断することができる
ことから、設定温度までの到達時間が長くなることがな
くなるという効果が期待できる。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、上記のようであって、請求
項１に記載の発明は、回転駆動される定着ローラと、こ
の定着ローラに所定圧力をもって当接され回転自在な加
圧ローラとで定着ニップ部を形成し、この定着ニップ部
にトナー像を担持した転写部を挿通することにより、ト
ナー像を加熱溶解して転写材表面に定着させる定着装置
を備えた画像形成装置において、前記定着ローラは薄肉
中空円筒状の芯金金属基体内面に電気絶縁層と発熱抵抗
体とを積層する表面加熱型の定着ローラで、装置内の定
着ローラの近傍には湿度検知手段を有し、電源投入直後
の装置内の湿度条件に応じて、定着ローラの昇温速度を
変化させるので、通電加熱時に急激な気化膨張による電
気絶縁層及び接着層の破壊を防止することができ、定着
ローラの経時寿命の長期化を図ることができるという効
果がある。

【００２５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において電源投入直後の装置内の湿度が予め設定
した基準値よりも高い場合には、定着ローラを設定温度
よりも低い温度まで昇温した時点で一定時間保持した後
に、設定温度まで昇温する設定を行うので、通電加熱時
に急激な気化膨張による電気絶縁層及び接着層の破壊を
防止することができ、定着ローラの経時寿命の長期化を
図ることができるという効果がある。

【００２６】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において電源投入直後の装置内の湿度が
予め設定した基準値よりも高い場合でも、電源投入直後
の定着ローラの表面温度が予め設定した基準値よりも高
い場合には、通常の制御で定着ローラの昇温を行うの
で、通電加熱時に急激な気化膨張による電気絶縁層及び
接着層の破壊を防止することができ、定着ローラの経時
寿命の長期化を図ることができるうえ、高湿度環境下の
定着装置の放置状態を正確に判断することができること
から設定温度までの到達時間が長くなることがないた
め、使い勝手が向上するという効果がある。

【００２７】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において装置内の定着ローラの近傍に、
この装置内の大気温度を検知する検知手段を有し、この
電源投入直後の装置内の湿度が予め設定した基準値より
も高い場合において、電源投入直後の加熱定着ローラの
表面温度と加熱定着ローラ近傍の大気温度との差が予め
設定した基準値よりも大きい場合には、通常の制御で定
着ローラの昇温を行うので、通電加熱時に急激な気化膨
張による電気絶縁層及び接着層の破壊を防止することが
でき、定着ローラの経時寿命の長期化を図ることができ
るうえ、高湿度環境下の定着装置の放置状態を正確に判
断することができることから設定温度までの到達時間が
長くなることがないため、使い勝手が向上するという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の画像形成装置を示す概略縦断面図で
ある。

【図２】同定着装置を示す構成図である。

【図３】定着ローラの構成を示す拡大断面図である。

【図４】発熱抵抗体の第１例を示す平面図である。

【図５】発熱抵抗体の第２例を示す平面図である。

【図６】この発明の第１実施形態を示すフローチャート
図である。

【図７】同「通常の制御」及び「立上りの遅い制御」を
説明する線図である。

【図８】この発明の第２実施形態を示す線図である。

【図９】この発明の第３実施形態を示すフローチャート
図である。

【図１０】この発明の第４実施形態を示すフローチャー
ト図である。

【図１１】定着ローラの表面温度及び大気温度の時系列
推移を示す線図である。

【図１２】吸湿時の芯金を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１画像形成装置２感光体３帯電手段４クリーニング装置５現像スリーブ６現像器７転写手段８レーザ光学系９給紙カセット 14 定着装置 30 プリント板 31 コントローラボード 33 定着ローラ 34 加圧ローラ 40 芯金 41 電気絶縁層 42 発熱抵抗体 43 離型層 44 電極スライダ 45 電極リング 47 絶縁キャップ 51 給電ブラシ 52 温度センサ 53 入力回路 54 ＣＰＵ 55 ドライバ 56 湿度検知手段 57 温度検知手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者越後勝博東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者藤田貴史東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H033 AA42 BA25 BA32 BB03 BB13 BB19 BB21 BE06 CA07 CA11 CA28 CA48 3K058 AA02 BA18 CA23 CB13 CB22 CE13 CE19 DA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される定着ローラと、この定着
ローラに所定圧力をもって当接され回転自在な加圧ロー
ラとで定着ニップ部を形成し、この定着ニップ部にトナ
ー像を担持した転写材を挿通することにより、トナー像
を加熱溶解して転写材表面に定着させる定着装置を備え
た画像形成装置において、前記定着ローラは薄肉中空円
筒状の芯金金属基体の内面に電気絶縁層と発熱抵抗体と
を積層する表面発熱型の定着ローラであって、装置内の
定着ローラの近傍には湿度検知手段を有し、電源投入直
後の装置内の湿度条件に応じて、定着ローラの昇温速度
を変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】電源投入直後の装置内の湿度が予め設定
した基準値よりも高い場合には、定着ローラを設定温度
よりも低い温度まで昇温した時点で一定時間保持した後
に、設定温度まで昇温する設定を行うことを特徴とする
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】電源投入直後の装置内の湿度が予め設定
した基準値よりも高い場合でも、電源投入直後の定着ロ
ーラの表面温度が予め設定した基準値よりも高い場合に
は、通常の制御で定着ローラの昇温を行うことを特徴と
する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】装置内の定着ローラの近傍に、この装置
内の大気温度を検知する温度検知手段を有し、電源投入
直後の装置内の湿度が予め設定した基準値よりも高い場
合において、電源投入直後の定着ローラの表面温度と定
着ローラ近傍の大気温度との差が予め設定した基準値よ
りも大きい場合には、通常の制御で定着ローラの昇温を
行うことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形
成装置。