JP2005077609A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱ベルトを電磁誘導により加熱する加熱手段を有する定着装置において、周囲温度条件に左右されずに発熱ベルトの回転走行を検出可能とする。
【解決手段】 支持ローラ２１と平行に定着ローラ２２を配置し、両ローラに無端状の発熱ベルト２３を掛け回し、この発熱ベルト２３を誘導加熱手段２０で電磁誘導加熱し、サーモパイル３０で発熱ベルト２３の回転走行を検出可能に定着装置１０を構成する。サーモパイル３０の温度検出対象として、発熱ベルト２３の端縁近傍に、金属発熱層を設けない被検知部位３１を周方向で適宜間隔を置いて設ける。この被検知部位３１は、当然他の部位と温度が異なるので、これをサーモパイル３０で検出することによって発熱ベルト２３の回転、非回転を検出する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いる、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置に関する。

近年、複写機等の画像形成装置の高速化の要求が強まってきており、これを達成するための一つの手段として、電磁誘導による発熱性を有するベルトを電磁誘導により加熱する加熱手段を有する定着装置が提案されている。

このような電磁誘導加熱を行う定着装置は、電磁誘導により発生する渦電流を利用することで発熱性を有する薄いベルトの発熱体を電磁誘導により直接発熱させる形態であるため、ハロゲンランプ加熱方式等と比較して、熱変換効率が高く、より少ない電力で、定着ローラ表面を定着温度まで迅速に昇温させることができるとされている。

ところで電磁誘導加熱を行う定着装置のうち、電磁誘導加熱手段をローラやベルトの外側に設け、ローラに掛け回したベルトのローラの約半周部分を局部的に加熱する構成のもの（例えば特許文献１参照）においては、ベルトを回転走行させている状態で電磁誘導加熱を開始する必要がある。ベルトが回転走行していない状態で電磁誘導加熱を開始すると、ベルトの電磁誘導加熱手段と対向する部分が局部的に加熱され、その部分の温度が異常に上昇し、発煙やベルトの溶融が生じることがあるので、これを防止するためである。

そのためにはベルトの回転走行を検知する手段が必要になるが、従来は直接に回転走行を検知するのではなく、ベルトを掛け回すローラその他のローラの回転を検知し、ベルトの回転検出の代用としていた。ところがこのような検知方式では、ベルトとこれを掛け回したローラとがスリップし、ローラは回転しているもののベルトが停止している場合でもベルトが回転走行していると誤検知してしまうことになる。

そこで、ベルトに少なくとも一つの検知孔を設け、これを透過型センサで検出するようにした技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。また透過型センサではなく反射型のセンサを用い、検知用の反射部位をベルトに設け、その反射により回転走行を検出するようにしたものも知られている。
特開平１１−２９７４６２号公報 特開２００２−４０８３９号公報

しかしながら、光を用いた検出では、センサを発熱体の近傍に配置しなければならず、センサの使用温度条件を満足させることが難しく、異なる検出方式の開発が望まれていた。また特許文献２に開示されている技術のようにベルトに孔を開けてしまうことは強度低下等の問題があり、ローラに掛け回すことによって掛かる張力や、加圧ローラ等との間に挟まれることによって掛かる加圧力を考慮すれば、あまり望ましくはなく、この点の改良も望まれていた。

本発明は、このような従来の問題点にかんがみてなしたもので、電磁誘導加熱方式の定着装置において、光センサを用いず、またベルトに孔等を設けずに回転走行を検知できるようにすること及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る定着装置は、電磁誘導加熱手段と、電磁誘導による発熱性を有しないローラと、該ローラに掛け回した電磁誘導による発熱性を有するベルトを備える定着装置において、前記ベルトが、発熱による昇温の度合いが異なる被検知部位を少なくとも１箇所以上有し、該被検知部位を検出する手段を備えてなることを特徴とする。

同請求項２に係る定着装置は、電磁誘導加熱手段と、電磁誘導による発熱性を有するローラと、該ローラに掛け回した電磁誘導による発熱性を有するベルトを備える定着装置において、前記ベルトが、発熱による昇温の度合いが異なる被検知部位を少なくとも１箇所以上有し、該被検知部位を検出する手段を備えてなることを特徴とする。

同請求項３に係る定着装置は、請求項１または２の定着装置において、前記ベルトが基材上に金属発熱層を設けてなり、該金属発熱層を設けない部分を少なくとも１箇所以上設けて前記被検知部位を形成してなることを特徴とする。

同請求項４に係る定着装置は、請求項１ないし３いずれかの定着装置において、前記被検知部位を非画像領域に形成してなることを特徴とする。

同請求項５に係る定着装置は、請求項１ないし３いずれかの定着装置において、前記被検知部位を前記ベルトの少なくとも一側の端縁近傍に形成してなることを特徴とする。

同請求項６に係る定着装置は、請求項１ないし５いずれかの定着装置において、前記検出手段が非接触センサであることを特徴とする。

同請求項７に係る定着装置は、請求項６の定着装置において、前記非接触センサがサーモパイル等の赤外線センサであることを特徴とする。

同請求項８に係る定着装置は、請求項１ないし７いずれかの定着装置において、前記ベルトを一対のローラに掛け回してなることを特徴とする。

同請求項９に係る定着装置は、請求項１ないし７いずれかの定着装置において、前記ベルトを一個のローラ外周に掛け回してなることを特徴とする。

同請求項１０に係る画像形成装置は、請求項１ないし９のいずれかの定着装置を用いてなることを特徴とする。

本発明は、ベルトを電磁誘導により加熱する加熱手段を有する定着装置において、光センサのように周囲温度条件に左右されず、またベルトに回転走行検出用の孔等のようなベルトとしての構造的均一性を阻害する部位を設けずに回転走行を検出できるという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１は、本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一実施例の概略断面図である。図中１は像担持体、２は帯電手段、３はレーザ書き込みユニット、４は現像装置、５は転写ローラ、６はクリーニング装置である。また図中７は給紙部、８は給紙ローラ、９はレジストローラ対、１０は定着装置、１１は排紙部、１２は画像形成装置本体を示す。

像担持体１は、図示しない駆動手段により図中矢印方向に回転駆動され、帯電手段２によりその表面を一様に帯電させ、次いでレーザ書き込みユニット３からの露光により表面に潜像を形成する。この潜像は、現像装置４によって可視像化し、給紙部７から給紙ローラ８やレジストローラ対９等を介して供給する紙等の転写体Ｐに転写装置５によってトナー像を転写する。トナー像転写後に像担持体１表面上に残留するトナーはクリーニング装置６によって除去する。

画像を転写された転写体Ｐは、定着装置１０へ導入し、加熱、加圧によってトナー像を転写体Ｐに定着させ、その後排紙部１１へと排紙する。なおもちろん、本発明は図示の画像装置に限定されず、種々のタイプのものに適用可能である。

図２は、本発明に係る定着装置の一実施例を示す概略断面図（Ａ）と拡大側面図（Ｂ）である。この定着装置１０は、支持ローラ２１と、支持ローラ２１と軸線が平行となるように配置した定着ローラ２２と、支持ローラ２１と定着ローラ２２とに掛け回してあって誘導加熱手段２０の電磁誘導により加熱される無端状の発熱ベルト２３と、発熱ベルト２３を介して定着ローラ２２に圧接して回転する加圧ローラ２４と、発熱ベルト２３の回転走行を検出するためのサーモパイル３０とから構成してある。図中４０は温度センサで、ニップ部Ｎの近傍に配置してあり、ニップ部Ｎ近傍の温度を検出できるようになっている。なお支持ローラ２１と定着ローラ２２の一方をモータ等で回転駆動することにより発熱ベルト２３を回転するローラに連れ回るように駆動するが、この種の構成は周知であるので図示は省略する。

図３は誘導加熱手段２０の構成を示す断面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。この誘導加熱手段２０は、電磁誘導により発熱ベルト２３を加熱するもので、磁界発生手段である励磁コイル２５と、励磁コイル２５を巻いたコイルガイド板２６と、図示は省略するが励磁コイル２５の外側に配したフェライト等の強磁性体からなる励磁コイルコアと、励磁コイルコアを固定支持する励磁コイルコア支持部材とから構成してある。なお、励磁コイル２５は、図示を省略した駆動用電源（例えば発振回路が周波数可変のもの等）に接続してある。

コイルガイド板２６は支持ローラ２１の外周面に近接配置した半円筒形状をしており、励磁コイル２５は、図３（Ｂ）に示すように一本の励磁コイル線材をコイルガイド板２６に沿って支持ローラ２１の軸方向に交互に巻き付けた、いわゆるくら型のものであり、コイルの軸と垂直方向に磁場を発生させ、発熱ベルト２３を電磁誘導により加熱する。なおコイルを巻き付ける範囲は、ほぼ発熱ベルト２３と支持ローラ２１とが接するほぼ支持ローラ２１の半周にわたる領域として、電磁誘導加熱する発熱ベルト２３の領域をできるだけ大きくし、加熱効率を高めることができるようにしてある。

支持ローラ２１は断熱性を有するもの、例えばセラミック等の断熱性を有する材料や、スーパー・エンジニアリング・プラスティックにフェノール樹脂やガラス等のバルーン（中空体）を分散混合した断熱材等や、シリカ製の低熱伝導性の材料等からなる筒状のものとすることが好ましい。断熱性あるいは低熱伝導性の材料によって発熱ベルト２３の熱が伝わることがほぼ遮断されるからである。ただし、支持ローラ２１を例えば鉄、コバルト、ニッケルあるいはこれらの合金等の磁性金属部材からなる構成とし、発熱ベルト２３だけでなく支持ローラ２１をも誘導加熱手段２０によって誘導加熱できるようにしても良い。

定着ローラ２２は、例えばステンレススチール等の金属製の芯金を金属発熱層とし、耐熱性を有するシリコーンゴムをソリッド状または発泡状にして被覆して構成する。そして加圧ローラ２４は、例えば銅やアルミ等の熱伝導性の高い金属製の円筒部材からなる芯金の表面に耐熱性でかつトナー離型性の高い弾性部材を設けて構成する。芯金には上記金属の他、ＳＵＳ等も使用できる。なお定着ローラ２２と加圧ローラ２４は、耐熱ベルト２３を介して圧接し、転写体Ｐとその上のトナーＴを加熱、加圧により定着させるためのニップ部Ｎを形成するので、適当な弾性、肉厚を有する構成とする。

支持ローラ２１と定着ローラ２２との間に掛け回す発熱ベルト２３には、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の磁性を有する金属またはそれらの合金を基材（金属発熱層）とし、その表面をシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性部材からなる離型層で覆って構成した複合層ベルト等を用いる。例えば基材に４０μｍ厚のニッケル電鋳を施し、その上を弾性層、テフロン（登録商標）等の離型層で覆ってなるものや、ポリイミド層上に多層の金属発熱層を設け、その上に弾性層と離型層を設けてなるもの等々、種々の複合ベルト材を用いることができる。

サーモパイル３０は、周知のように赤外線センサであり、かつ非接触センサであって、多くの熱電対を直列に接続して構成したものであり、物体から放射された赤外線をレンズ等の光学系で集光し、サーモパイル受光部（温接点）へ赤外線が入射すると、入射した赤外線の量に応じて温接点と冷接点との間に温度差が生じ、その差に応じた熱起電力が発生する。このようなサーモパイル３０は、熱源である発熱ベルト２３の表面から例えば６０ｍｍ程度離れていても検知でき、光センサよりも熱対策が容易である。

このサーモパイル３０の温度検出対象として、発熱ベルト２３の端縁近傍には、金属発熱層を設けない部分（以下、被検知部位）３１を周方向で適宜間隔を置いて設けてある。図４は、発熱ベルト２３への被検知部位３１の設け方を示す概念的平面図である。図４（Ａ）は、発熱ベルト２３全体に金属層を設け（図中の斜線部分２３ａが金属層の有る部分）、端縁近傍に金属発熱層無しの部分を個別に、換言すれば島状に切り欠いた形態で複数個形成し、これらを被検知部位３１とした例を示す。また図４（Ｂ）は、発熱ベルト２３の端縁を含む形態で金属発熱層無しの部分を設け、島状の被検知部位３１を連続的に配置した例を示す。さらに図４（Ｃ）は、発熱ベルト２３の端縁とその近傍を含む帯状の金属発熱層無しの部分２３ｂを形成し、この金属発熱層無しの部分２３ｂ内に金属層が有る部分２３ｃを島状に複数個形成し、隣り合う金属層が有る部分２３ｃの間を被検知部位３１とした例を示す。もちろん本発明の被検知部位はこれらの例の形態以外のものであっても良い。このような被検知部位３１は、当然他の部位と温度が異なる。これら被検知部位３１のサイズ、配置間隔は、画像形成装置、定着装置の仕様、サーモパイル３０及びその出力信号の処理手段の仕様等を考慮して適宜設定すればよい。

したがって支持ローラ２１または定着ローラ２２を回転駆動して、これに発熱ベルト２３が所要の状態で連れ回りして走行すれば、サーモパイル３０による検知部位を被検知部位３１が順次通過することになり、サーモパイル３０の検出値がこれに対応して低い値あるいは高い値を示すことになり、これによって発熱ベルト２３の回転走行を検出できる。被検知部位３１の配置形態、サーモパイル３０の検出値処理によって、発熱ベルト２３の回転走行速度をも検出可能である。

もちろん、出力値の変化はノイズによる変化よりも大きく出るように設定する必要がある。また被検知部位３１を１個しか設けなくても、ある時間間隔をおいてサーモパイル３０の出力値が変化するので、発熱ベルト２３の回転走行を検出できる。

なお被検知部位３１を設ける部位は、発熱ベルト２３の縁近傍部位等の非画像形成領域であることが望ましい。またサーモパイル３０を１個用いるだけで温度と回転走行検出の両方を行えるが、２個以上のサーモパイルを用い、温度検出と回転走行検出を個別に行うようにすることもできる。この場合、上述したニップ部Ｎの温度を検出するための温度センサ４０に代えてサーモパイルを用いるようにすることもできる。もちろん２個以上のサーモパイルがそれぞれ温度と回転走行の両方を検出するように構成することも可能である。

本実施例の定着装置の動作について、図１の画像形成装置をプリンタであるものとして図５のフローチャートを用いて説明する。プリンタが印字開始の信号を受信すると、先ず、定着駆動用のモータにモータＯＮの信号を送る（Ｓ１）。次に、サーモパイル３０による上述の被検知部位３１の検出結果に基づいて発熱ベルト２３が回転しているかどうかを確認し（Ｓ２）、発熱ベルト２３の回転状態を確認できたときには誘導加熱手段２０に通電して電磁誘導加熱を開始する（Ｓ３）。また、発熱ベルト２３の回転状態を確認できなかったときは、エラーとして検出し（Ｓ１０）、印字動作をキャンセルする。

ステップＳ３において加熱を開始したならば、温度センサ４０により検出した発熱ベルト２３の温度が印字開始温度に到達したかを判断し（Ｓ４）、到達していれば発熱ベルト２３を制御温度で制御して印字を開始する（Ｓ５）。また、予め定めた時間内に印字開始温度に到達しなかった場合にはエラーとして検出し（Ｓ１１）、印字動作をキャンセルする。このエラー検出により、発熱ベルト２３の回転停止等の不具合や、温度センサ４０の異常、誘導加熱手段２０の異常の可能性があることがわかる。なおサーモパイル３０による発熱ベルト２３の被検知部位３１の検知態様によって発熱ベルト２３のスリップを検出することもできることはもちろんである。スリップ検知には種々公知の方法を用いればよい。

印字が終了したならば（Ｓ６）、誘導加熱手段２０への通電をＯＦＦとし（Ｓ７）、発熱ベルト２３の温度を温度センサ４０により検出し、その検出温度が予め定めた駆動停止温度に到達したかどうかを判断する（Ｓ８）。検出温度が駆動停止温度に到達したならば、定着駆動用モータにモータＯＦＦの信号を送り（Ｓ９）、印字動作を終了する。また、予め定めた時間内に駆動停止温度に到達しなかった場合には、誘導加熱手段２０への通電がＯＦＦとなっていない可能性があるため、エラーとして検出し（Ｓ１２）、上述したステップＳ７に戻り、それ以降のステップを繰り返す。

すなわち、発熱ベルト２３の回転状態を確認できなかったとき、あるいは回転状態の異常を検出した際はエラーとして検出するので、そのような状態で誘導加熱手段２０により発熱ベルト２３を加熱し続け、発熱ベルト２３の温度を異常に上昇させてしまうという事態を回避することが可能になる。

なお本発明は、加熱ローラや発熱ベルトをそれらの外部から加熱するものであれば図示のようなタイプの定着装置に限定されず、発熱ベルトを掛け回すのに一対のローラを用いずに１個のローラに発熱ベルトを掛け回して加圧ローラとともに直接ニップ部を形成するものにも適用可能であり、これらの種類の定着装置の過昇温防止を行える。

本発明に係る定着装置を備える画像形成装置の一実施例の概略断面図である。 本発明に係る定着装置の一実施例を示す概略断面図（Ａ）と拡大側面図（Ｂ）である。 誘導加熱手段の構成を示す断面図（Ａ）、側面図（Ｂ）及び拡大断面図（Ｃ）である。 発熱ベルトへの被検知部位の設け方を示す概念的平面図である。 本発明に係る定着装置の一実施例の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１：像担持体
２：帯電手段
３：レーザ書き込みユニット
４：現像装置
５：転写ローラ
６：クリーニング装置
７：給紙部
８：給紙ローラ
９：レジストローラ対
１０：定着装置
１１：排紙部
１２：画像形成装置本体
２０：誘導加熱手段
２１：支持ローラ
２２：定着ローラ
２３：発熱ベルト
２４：加圧ローラ
２５：励磁コイル
２６：コイルガイド板
２７：励磁コイルコア
２８：励磁コイルコア支持部材
３０：サーモパイル
３１：被検知部位
４０：温度センサ
Ｐ：転写体
Ｔ：トナー

Claims (10)

1. 電磁誘導加熱手段と、電磁誘導による発熱性を有しないローラと、該ローラに掛け回した電磁誘導による発熱性を有するベルトを備える定着装置において、前記ベルトが、発熱による昇温の度合いが異なる被検知部位を少なくとも１箇所以上有し、該被検知部位を検出する手段を備えてなることを特徴とする定着装置。
2. 電磁誘導加熱手段と、電磁誘導による発熱性を有するローラと、該ローラに掛け回した電磁誘導による発熱性を有するベルトを備える定着装置において、前記ベルトが、発熱による昇温の度合いが異なる被検知部位を少なくとも１箇所以上有し、該被検知部位を検出する手段を備えてなることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２の定着装置において、前記ベルトが基材上に金属発熱層を設けてなり、該金属発熱層を設けない部分を少なくとも１箇所以上設けて前記被検知部位を形成してなることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１ないし３いずれかの定着装置において、前記被検知部位を非画像領域に形成してなることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１ないし３いずれかの定着装置において、前記被検知部位を前記ベルトの少なくとも一側の端縁近傍に形成してなることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１ないし５いずれかの定着装置において、前記検出手段が非接触センサであることを特徴とする定着装置。
7. 請求項６の定着装置において、前記非接触センサがサーモパイル等の赤外線センサであることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１ないし７いずれかの定着装置において、前記ベルトを一対のローラに掛け回してなることを特徴とする定着装置。
9. 請求項１ないし７いずれかの定着装置において、前記ベルトを一個のローラ外周に掛け回してなることを特徴とする定着装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかの定着装置を用いてなることを特徴とする画像形成装置。
    

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