JP2004029614A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したトナー定着を実現するために定着ローラの温度検知をより適切に検知することができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置７は、内蔵された熱源により加熱される加熱ローラ８と、この加熱ローラ８に押圧されて共に回転する加圧ローラ９とを備える。両ローラのニップ部より用紙搬送方向下流側に、加熱ローラ８の表面温度を検知する第１の温度センサ１１を備える。この温度センサ１１は前記加熱ローラの通紙領域のほぼ中央部に配置され、加熱ローラ８の温度調整に利用される。ニップ部より用紙搬送方向上流側のローラ長手方向端部には、加熱ローラ８の表面温度を検知する第２の温度センサを備える。この第２の温度センサは加熱ローラ８の異常高温を検出するために利用される。加熱ローラ８は好ましくは比較的薄肉の円筒状ローラの内周に補強部材で補強した構造を有する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体に付着するトナーのような現像剤を印刷用紙に転写して、それを定着装置で加熱することにより印刷用紙への現像剤定着を行う、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式の画像形成装置に使用される定着装置に関し、特に、肉厚の薄いローラ芯金を備えた薄肉ローラを用いて安定したトナー定着を実現させることができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置では、一般に、用紙に付着（転写）した現像剤を加熱融解することで定着を行う定着装置が用いられている。代表的な定着装置は、内部にハロゲンランプを備えた加熱ローラに加圧ローラを圧接配置し、加熱ローラと加圧ローラのニップ部において、用紙上の現像剤を溶融・定着させるように構成されている。
【０００３】
また、最近の省エネルギー化の要請により、加熱ローラの熱容量を小さくしウォームアップ時間を短縮させる必要性から、加熱ローラの肉厚を薄くし加熱時間を短縮させる技術が採用され始めている。例えば、円筒状ヒートローラの内周に補強リブやコイル状線材を設ける等によりローラの剛性を上げる技術が実用化されている。
【０００４】
さらには、特開平１０−１１６６７５号公報では、薄肉ヒートローラの内側に補強バネを設け、同様に剛性を出す提案がされている。この構成の薄肉ヒートローラは絞り成形を応用した加工方法により成形することが可能であり、さらに切削加工や研磨加工が不要で加工が容易、かつ、安価に製造できるという長所がある。
【０００５】
上記のような定着方式のほかにも、フラッシュ定着方式、オーブン定着方式、熱板加熱方式等様々な方式、構成のものが知られており、また、実用されている。
【０００６】
さらに最近では、このような方式に変わって、固定支持された加熱体と、該加熱体に対向圧接しつつ搬送される耐熱性フィルム（定着フィルム）と、このフィルムを介して用紙（記録紙）を加熱体に密着させる弾性ローラ等の加圧部材を有し、加熱体の熱をフィルムを介して用紙へと付与することで用紙上の未定着トナー画像を用紙に加熱定着させる構成のフィルム加熱方式が提案されている。
【０００７】
このようなフィルム加熱方式の定着装置は、温度上昇の早い低熱容量の加熱ヒータや薄膜のフィルムを用いることが出来る為、省電力化やウェイトタイムの短縮化（クイックスタート性）が可能となり、また、画像形成装置の機内昇温を抑えることができる等の利点を有し、有効な技術である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記種々の従来の定着装置には次のような問題があった。
【０００９】
まず、厚肉ヒートローラ方式の定着装置では、加熱効率（熱伝導特性）が低いため、加熱ローラが現像剤の溶融に必要な温度まで昇温するのに数分の時間を要し、立ち上がり時間（ウォームアップ時間）が長くなる。このため、操作開始後の速やかな記録開始という使用性の向上を実現するためには、記録動作を行っていない待機時においても熱源としてハロゲンランプに電力を供給し、加熱ローラを常時一定の温度に保っておく必要がある。このように熱源に常時電力を供給する方式では、画像形成装置全体の消費電力に対する待機時電力の占める割合が大きく、画像形成装置の低消費電力化の妨げとなる。
【００１０】
前述した特開平１０−１１６６７５号公報に開示されたような、薄肉ヒートローラの内側に補強バネを設け同様に剛性を出すものでは、薄肉の芯金を用いるため、その使いこなしの技術は多くの面で課題がある。また、薄肉ローラの課題の一つとして、熱容量低下にともない、印刷用紙の通過により定着ニップ前後の温度変化が大きくなる問題があり、従来、図２に示すように、用紙供給側（上流側）に温度センサとしてのサーミスタを設置した場合、加熱ローラの温度制御に遅れが生じ、印刷用紙・印刷環境により安定したトナー定着を実現できないという問題点があった。すなわち、このような従来技術では、用紙の通紙で加熱ローラの温度が下がった状態の温度を温度センサが検知するまで加熱ローラ約１周分の時差があるため用紙が加熱ローラと加圧ローラの間に突入した後の２周目に相当する部分の用紙上の定着性が低下するという問題点があった。
【００１１】
この現象は、加熱ローラの温度の立ち上がり時間の短縮を狙った薄肉ローラでは熱容量が小さいため温度変化が生じやすく、特に顕著に現れる。
【００１２】
また、薄肉化により、従来のローラ（０．８０ｍｍ程度）に比べて熱伝導性が良好なため小サイズ紙通紙による加熱ローラ非通紙部温度上昇が悪化してしまう問題もある。さらに、薄肉にすることに起因して、従来のローラに比べ熱強度が弱く限界温度も従来ローラに比べ低い、等の制約も多い。
【００１３】
フィルム加熱方式の定着装置においては、低熱容量のフィルムを用いているためクイックスタートできる長所はあるが、構成部品の温度状態によって定着装置による用紙の挟持搬送速度に変動を生じるという短所がある。
【００１４】
例えば、フィルム加熱方式の定着装置であって、加熱体にフィルムを介して圧接させる加圧部材（加圧ローラ）を駆動回転させることで、フィルムを加熱体に摺動移動させつつ、フィルムもしくはフィルムと用紙を一緒に加熱体と加圧ローラとの圧接ニップ部を挟持搬送させる加圧部材駆動式の定着装置では、装置の稼動に伴って、加圧ローラの温度が上昇することで、加圧ローラは熱により微妙ながら膨張し外径が大きくなる。加圧ローラは通常一定回転数で回転駆動されているため、加圧ローラが高温のときは低温のときよりも熱膨張が大きくなって回転周速度が増加し、用紙の挟持搬送速度が速くなってしまう。即ち、加圧ローラの温度状態によって定着装置による用紙の挟持搬送速度に違いを生じる。そのため、例えば、この加熱装置を定着装置として画像形成装置に使用した場合、定着装置よりも上流側の処理部である作像部、例えば画像転写部での用紙の搬送速度は所定の値に一定に保たれているため、用紙が転写部から定着装置のニップ部に到達して挟時搬送状態になる。これによって、加圧ローラが高温状態時には転写部での用紙搬送速度よりも定着装置のニップ部における用紙の搬送速度が大きい状態を生じて、定着装置が用紙を引っ張ることになり、この影響で転写部において記録画像にブレが生じてしまう。この用紙を引っ張ってしまう現象を見込んで、定着装置による用紙搬送速度を転写部での用紙搬送速度よりも初期から遅く設定しておくと、加圧ローラの温度がまだ低い時点で転写部と定着装置のニップ部との間の用紙搬送部において用紙に不要なループ（たるみ）が形成され、転写部における画像転写後の用紙の分離方向や、定着装置のニップ部への用紙の進入角度が不安定となるため、転写分離時の画像の飛び散り、定着装置ニップ部でのオフセットが発生する。また、使用される用紙が厚いものであるときには用紙のコシにより転写部で画像ブレが生じてしまう。
【００１５】
このような定着装置の用紙搬送速度の変動による用紙の引っ張り現象や不要なループ形成現象による不具合をなくすためには、転写部と定着部との間の用紙搬送部の距離を長くして、用紙が転写部と定着部に同時に跨って存在する時間を短くする必要があった。しかし、長尺の用紙を通紙に使用するＡ３版の画像形成装置ともなると、必要となる転写部−定着部間の用紙搬送距離が長くなりすぎ、画像形成装置本体がかなり大型化してしまうのが実情であった。
【００１６】
また、特開平７−２６１５８４号公報に開示の技術では、用紙のループ量を検出して、または用紙の搬送速度を検出して加圧ローラの駆動速度を変化させる方法が提案されている。しかし、これらの方法では１枚目の用紙が定着器に到達するまでに制御を行うことができず、高速で用紙を搬送させる場合、制御が間に合わない可能性がある。
【００１７】
また、加圧ローラの温度を測定して、その膨張量を予測して駆動速度を変化させる方法も提案されているが、誤差が大きい為より正確な制御ができない。
【００１８】
本発明はこのような背景においてなされたものであり、その目的は、安定したトナー定着を実現するために定着ローラの温度検知をより適切に検知することができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
本発明による他の目的は、定着装置の異常温度検知をより適切に行うことができる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明による、現像剤を熱定着する定着装置は、内蔵された熱源により加熱される加熱ローラと、この加熱ローラに押圧されて共に回転する加圧ローラと、前記加熱ローラと加圧ローラのニップ部より用紙搬送方向下流側に配置され、前記加熱ローラの表面温度を検知する第１の温度センサとを備えたことを特徴とする。
【００２１】
前記第１の温度センサは、好ましくは、前記加熱ローラの通紙領域のほぼ中央部に配置され、加熱ローラの温度調整に利用されるものである。
【００２２】
加熱ローラの表面温度は、通紙される用紙や加圧ローラにより熱が奪われることの影響を受ける。上記のように構成される定着装置では、用紙が通過した直後の加熱ローラの温度を、温度センサによって検知してから加熱ローラの温度低下部分が加圧ローラと再接触するまでの時間に余裕をもたせることができる。これによって、加熱ローラの温度低下部分を最適な温度まで回復させることができ、安定したトナー定着を実現させることができる。その結果、定着装置の温度制御の応答性を高めることできるようになるとともに、印刷用紙の厚みが変化しても確実にトナーを定着できるようになり、安定したトナー定着が実現される。
【００２３】
上記定着装置において、前記加熱ローラと加圧ローラのニップ部より用紙搬送方向上流側のローラ長手方向端部に配置され、前記加熱ローラの表面温度を検知する第２の温度センサを備えてもよい。この第２の温度センサは加熱ローラの異常高温を検出するために利用されるものである。この第２の温度センサにより、薄肉ローラにより従来ローラに比べさらに応答性が向上した非通紙部端部温度上昇を確実に検知することが可能となる。
【００２４】
本発明を適用して好適な加熱ローラは、比較的薄肉の円筒状ローラの内周に補強部材で補強した構造を有するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施の形態に従って詳細に説明する。
【００２６】
図１に、本発明による定着装置を備えた電子写真式の画像形成装置１００の概略構成を示す。この図に示すように、画像形成装置１００は、レーザビーム１２の走査等により印刷対象物の静電潜像を形成する感光体１と、この感光体１を帯電する帯電ローラ２と、感光体１の潜像に現像剤としてのトナーを付着させる現像ローラ３と、現像ローラ３にトナーを供給する供給ローラ４と、感光体１に付着するトナーを用紙１５に転写させる転写ローラ５と、感光体１に残ったトナーを除去するクリーナ機構６と、用紙１５に付着するトナーを定着させる定着装置７とを備える。
【００２７】
図３は、定着装置７を側部から見た概略側面図である。この図から分かるように、定着装置７は、印刷用紙を加熱する加熱ローラ８と、印刷用紙を加熱ローラ８に対して押圧する加圧ローラ９とで構成される。加熱ローラ８の側面には、搬送方向下流側（用紙排出側）に加熱ローラ１０の温度制御用の温度センサ（第１の温度センサ）としてサーミスタ１１（第１のサーミスタまたはメインサーミスタ）が配置されるとともに、搬送方向上流側（用紙供給側）に異常温度検出用の温度センサ（第２の温度センサ）としてサーミスタ２３（第２のサーミスタまたはサブサーミスタ）が配置されている。両サーミスタは、好ましくは、加熱ローラ８の表面に接触している。この加熱ローラ８は中空ローラの中にハロゲンランプ１０を備えることで加熱処理を実行する。前述したように、従来技術では加熱ローラ８と加圧ローラ９との接触部から見て上流側に温度センサを設置しており、用紙通紙によって低下した加熱ローラ８の温度を温度センサで検知してから再び加圧ローラ９と接触するまでの時間が十分でない、すなわち、加熱ローラ８の温度低下部分の温度を回復させるための時間が不十分であるため、加熱ローラ８の２回転目に相当する用紙上の定着性が落ちるという問題点があった。これに対して、本発明では加熱ローラ８と加圧ローラ９の接触部から見て下流側に温度センサを設置することによって、用紙通紙によって低下した加熱ローラ８の温度を温度センサで検知してから再び加圧ローラ９と接触するまでの時間を十分にとることができる、すなわち、加熱ローラ８の温度低下部分の温度を回復させるための時間が十分なので、安定したトナー定着を実現でき、従来技術の問題点を解決できる。
【００２８】
この例では、加熱ローラ８として図４に示すように、薄肉の円筒状ヒートローラ２１の内周に補強部材となる金属線材１６を螺旋状に成形したコイル状線材を設けることによりローラの剛性を上げている。これに代えて、薄肉の円筒状ヒートローラ２１の内周に補強リブを設けたものであってもよい。
【００２９】
図５は加熱ローラ８を上側から見た概略平面図である。図から分かるように、サーミスタ１１は加熱ローラ８の下流側の長手方向中央部に配置されている。一方、サーミスタ２３は上流側（用紙供給側）の長手方向端部に配置されている。この位置は最大サイズ紙長手方向端部の近傍位置（例えば±１０ｍｍの位置）であり、好ましくは最大通紙サイズの側端の外側の位置である。サーミスタ２３は、サーミスタ１１と異なり、加熱ローラ８の温度調整のためのものではなく、異常加熱に対する安全対策上のものである。換言すれば、サーミスタ２３は加熱ローラ８の異常高温を検出するために利用されるものである。なお、図６に示すように、「下流側」の設置位置は、加熱ローラ８と加圧ローラ９のニップ部から用紙搬送方向の下流側（すなわち用紙排出側）に当たるローラ円周上の用紙側９０度の範囲１７内、より好ましくはその中の用紙側の４５度範囲１８内の位置である。ここでの角度は、図６のニップ位置から反時計方向に測ったものである。「上流側」の設置位置は、両ローラのニップ部から用紙搬送方向の上流側（用紙供給側）に当たるローラ円周上の９０度範囲２０内、より好ましくは４５度範囲１９内の位置である。ここでの角度は、図６のニップ位置から時計方向に測ったものである。位置選定の観点としては、サーミスタ１１はより低い温度が検出できる位置、サーミスタ２３としてはより高い温度が検出できる位置である。
【００３０】
なお、本明細書では加熱ローラと加圧ローラとをまとめて定着ローラともいう。
【００３１】
図７に、従来の定着ローラの温度検知推移を示すグラフを示す。このグラフの横軸は時間を表し、縦軸は温度を表している。通紙領域においては定着ローラは目標温度よりも温度が低下するが、図２に示したようにメインサーミスタ２が用紙供給側に設置されていると、その温度低下の検出が遅れるために、迅速な温度調整が行えず、本来熱が必要な領域での温度低下を招来し、これが定着温度の不安定、ひいては定着性の低下につながった。
【００３２】
これに対して、図８に示す本実施の形態における定着ローラ温度検知推移を示すグラフでは、より早い時点で定着ローラの温度検知を行うので、温度の調整が安定して温度変動がより小さく押さえられていることが分かる。すなわち、検知レスポンスが早くなり温度推移における定着ローラ温度の目標温度からの大きな落ち込みが解消されている。
【００３３】
また、サーミスタ２３の配置位置を図９により説明する。図９は、サーミスタ２３の配置の候補位置Ａ，Ｂを示す説明図である。小サイズ紙の印刷を継続した場合、その通紙による定着ローラ端部温度上昇が生じる。この様子を図１０のグラフに示す。このグラフの横軸は用紙の連続記録枚数、縦軸はサーミスタ２３の検知する温度を示している。このグラフから分かるように、検知位置Ａ、Ｂには温度差が生じている。特に検知位置Ａ（用紙供給側）の温度が検知位置Ｂに比べて高いことが分かる。したがって、温度が高い方の検知位置Ａにサーミスタ２３を配置することにより、温度上昇時の異常検知が敏速に行えることになる。
【００３４】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、請求の範囲を逸脱することなく、種々の変形、変更を行うことが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による定着装置では、第１の温度センサを、加熱ローラと加圧ローラのニップ部より用紙搬送方向下流側に配置することにより、用紙の通過による定着装置の温度低下を考慮しつつ定着装置の温度制御を実行することができ、その結果、定着装置の温度制御の応答性を高め、安定したトナー定着を実現できる。また、用紙の厚みが変化しても、より確実にトナーを定着できるようになる。
【００３６】
さらに、第２の温度センサを上流側端部に配置することにより、定着ローラ薄肉化による小サイズ紙による定着ローラ端部非通紙部温度上昇悪化に伴う敏速な温度検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による定着装置を備えた電子写真式の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】従来の、用紙供給側（上流側）に温度センサとしてのサーミスタを設置した場合の定着装置の概略の側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る定着装置を側部から見た概略側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る定着装置の加熱ローラの構造を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る定着装置の加熱ローラを上側から見た概略平面図である。
【図６】本発明の実施の形態における「下流側」および「上流側」のサーミスタ設置位置の説明図である。
【図７】従来の定着ローラの温度検知推移を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態での定着ローラ温度検知推移を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態における第２のサーミスタの配置位置を説明するための図である。
【図１０】図９に示した位置Ａ，Ｂでの、連続記録枚数に応じた第２のサーミスタの検知する温度を示すグラフである。
【符号の説明】
１　感光体
２　帯電ローラ
３　現像ローラ
４　供給ローラ
５　転写ローラ
６　クリーナ機構
７　定着装置
８　加熱ローラ
９　加圧ローラ
１０　ハロゲンランプ
１１　第１のサーミスタ（メインサーミスタ）
１２　レーザビーム
１５　用紙（記録紙）
２３　第２のサーミスタ（サブサーミスタ）

Claims (6)

1. 現像剤を熱定着する定着装置であって、
   内蔵された熱源により加熱される加熱ローラと、
   この加熱ローラに押圧されて共に回転する加圧ローラと、
   前記加熱ローラと加圧ローラのニップ部より用紙搬送方向下流側に配置され、前記加熱ローラの表面温度を検知する第１の温度センサと
   を備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記第１の温度センサは前記加熱ローラの通紙領域のほぼ中央部に配置され、加熱ローラの温度調整に利用されることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記第１の温度センサは、定着ニップ垂線に対し円周方向排紙側４５度以下に配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
4. 前記加熱ローラと加圧ローラのニップ部より用紙搬送方向上流側のローラ長手方向端部に配置され、前記加熱ローラの表面温度を検知する第２の温度センサを備え、この第２の温度センサは加熱ローラの異常高温を検出するために利用されることを特徴とする請求項１、２または３記載の定着装置。
5. 前記加熱ローラは比較的薄肉の円筒状ローラの内周に補強部材で補強した構造を有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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