JP2006047393A

JP2006047393A - 定着装置

Info

Publication number: JP2006047393A
Application number: JP2004224507A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hamada; 敏行浜田
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】耐久性が高くて、熱ローラの通紙域を高精度に且つ確実に温度制御できる定着装置を提供する。
【解決手段】本定着装置１では、用紙に転写されたトナーを定着させるために熱ローラ３と、圧ローラ４とを備える。用紙が接触しない熱ローラ３の端部３ｂの非通紙域１１に配置され熱ローラ３の温度を測定するための接触型温度センサ９が設けられる。熱ローラ３の軸方向中央部３ｃに対向して配置され非接触状態で熱ローラ３の温度を測定するための非接触型温度センサ８が設けられる。制御部６により、熱ローラ３の温度が第１の所定温度未満のときは、接触型温度センサ９の検知温度に基づいて熱ローラ３の温度を制御し、それ以外のときは、非接触型温度センサ８の検知温度に基づいて熱ローラ３の温度を制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

従来の定着装置には、熱ローラの軸方向中央の通紙域の温度を測定できるように、通紙域に対向して温度センサを設けたものがある（例えば、特許文献１，２および３参照）。また、特許文献１，２および３の定着装置では、熱ローラの軸方向端部にある非通紙域の温度も測定できるようにされている。
いずれの定着装置でも、熱ローラの温度制御は、基本的に通紙域の測定温度に基づいて行われる。また、非通紙域の測定温度は、例えば、特許文献１では過熱検知用に用いられ、また、特許文献２では通紙域の温度センサの出力信号の補正用に利用される。
特開平６−１１９９５号公報特開平１１−２１２３９３号公報特開２００３−６６７６１号公報

ところで、例えば複写機に用いられる定着装置では、コピースピード、紙サイズ等の条件が変化しても定着不良の発生を防止することが要請されている。特に、このことは、薄肉の熱ローラを有する定着装置の場合に、強く要請されている。この要請に応えるには、定着装置の熱ローラをきめ細かく温度制御することが必要とされ、このために、通紙域の温度を精度良く測定できるように、上述の特許文献１〜３のような熱ローラの通紙域の温度を測定できる温度センサを設けることが考えられている。

また、通紙域に対応する温度センサには、熱ローラの耐久性の低下を防止するために、非接触型の温度センサの利用が考えられる。
しかし、非接触型の温度センサを熱ローラの通紙域に対向して配置しても、温度を高精度に測定できない場合があることが判明した。例えば、複写機の電源を投入した直後には、通例、非接触型の温度センサの周囲の温度が低く、非接触型の温度センサの感度が低いことがある。その結果、出力信号が不安定になり、温度が高精度に測定されず、ひいては、熱ローラの温度制御が不安定になり、例えば定着不良が発生する虞がある。

そこで、この発明の目的は、耐久性が高くて、熱ローラの通紙域を高精度に且つ確実に温度制御できる定着装置を提供することである。

本発明は、用紙に転写されたトナーを定着させるために、トナーおよび用紙を加熱する熱ローラを備えた定着装置であって、用紙が接触しない熱ローラの端部の非通紙域に配置され、熱ローラに接して、熱ローラの温度を測定するための接触型温度センサと、熱ローラの軸方向中央部に対向し、熱ローラの表面と所定の間隔をあけた非接触状態で配置され、熱ローラの温度を測定するための非接触型温度センサと、熱ローラの温度が所定温度未満のときは、上記接触型温度センサの検知温度に基づいて熱ローラの温度を制御し、熱ローラの温度が所定温度以上のときは、上記非接触型温度センサの検知温度に基づいて熱ローラの温度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、熱ローラの温度が所定温度未満のときには、非接触型の温度センサよりも出力信号が安定する傾向にある接触型温度センサを用い、非接触型温度センサを用いる場合に比べて、通紙域の温度を高精度に測定することができる。また、熱ローラの温度が所定温度以上のときには、出力信号が安定した非接触型温度センサを用いることにより、熱ローラの通紙域の温度を非接触で精度良く測定でき、熱ローラの通紙域の温度制御を精度良く実現できる。その結果、非接触型温度センサを常時用いる場合に比べて、熱ローラの通紙域の温度を高精度に且つ確実に制御できる。しかも、熱ローラの通紙域の耐久性を高めることができる。

また、本発明において、上記熱ローラの温度が所定温度未満のときは、定着装置が定着動作を行っていない待機状態のときを含み、上記熱ローラの温度が所定温度以上のときは、定着装置が定着処理を行っている状態を含む場合がある。
この場合、定着処理を行うときには、出力信号が安定した状態にある非接触型温度センサを用いて、通紙域の温度を高精度に測定できる。一方、待機状態のときは、熱ローラの温度が低く、非接触型温度センサの出力信号が不安定になることが想定されるので、出力信号が安定化した接触型温度センサによる非通紙域の温度測定を通じて、通紙域の温度を高精度に測定できるようにしている。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、定着装置を画像形成装置としての複写機に適用する場合に則して説明するが、画像形成装置としてのファクシミリ、プリンタ等に適用することもできる。
図１は、本発明の一実施形態の定着装置の概略構成の正面視での模式図である。図２は、定着装置の概略構成の側方視での模式図である。先ず図１を参照する。

定着装置１は、画像形成装置Ａに内蔵されている。画像形成装置Ａは、画像形成装置本体２と定着装置１とを有する。画像形成装置本体２からトナーが転写された用紙Ｐが定着装置１に搬送される。
定着装置１は、搬送された用紙および用紙上にあるトナーを加熱する熱ローラ３と、この熱ローラ３と対向し接触する圧ローラ４と、熱ローラ３の内部に配置される加熱手段としてのヒータランプ５とを備えている。

熱ローラ３および圧ローラ４は、互いに対向して平行に配置され、相対向する外周面３ａ，４ａのニップ部３ｄ，４ｄ同士で接触している。圧ローラ４は、熱ローラ３の外周面３ａを押圧している。熱ローラ３は、駆動源としての電動モータ（図示せず）により所定の回転方向に駆動される。熱ローラ３の回転に連動して、圧ローラ４が逆向きに回転する。

未定着のトナーを転写された転写材としての用紙を、熱ローラ３と圧ローラ４とのニップ部３ｄ，４ｄ同士の間に通紙して、用紙上のトナーを加熱と加圧とにより用紙に溶着する。
圧ローラ４は、金属筒の表面に耐熱性を有する弾性体層が比較的に厚く形成されている。

熱ローラ３は、金属等、例えば肉厚０．３５ｍｍの鉄製の薄肉筒部材の表面にフッ素樹脂をコートした中空形状をなす。なお、熱ローラ３の筒部材は、鉄製の他、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム合金等により形成することもできる。また、熱ローラ３の筒部材の肉厚は、０．２５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で設定してもよい。
ヒータランプ５は、熱ローラ３の内部に収納されている。ヒータランプ５に通電することにより、熱ローラ３を内部から加熱して、熱ローラ３の表面としての外周面３ａを所定の温度に上昇させるようになっている。ヒータランプ５には、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を利用できる。

また、定着装置１は、熱ローラ３の温度を制御するための制御部６と、制御部６により制御されてヒータランプ５へ通電するための通電回路７と、熱ローラ３の温度を測定するための非接触型温度センサ８および接触型温度センサ９とを有している。
図２を参照して、熱ローラ３の外周面３ａには、軸方向Ｘの中間部に設けられて定着処理するときに用紙と接する通紙域１０と、軸方向Ｘの両端部３ｂに設けられ定着処理するときに用紙と接することがない一対の非通紙域１１とを有する。一対の非通紙域１１は、通紙域１０以外の外周面３ａの残りの部分である。

通紙域１０は、定着処理可能な最大幅（熱ローラ３の軸方向寸法）の用紙Ｐ１を定着処理するときに当該最大幅の用紙Ｐ１と接する領域と一致する。また、通紙域１０には、熱ローラ３の軸方向中央部３ｃに、定着処理可能な最小幅の用紙Ｐ２を定着処理するときに、当該最小幅の用紙Ｐ２と接する領域である最小通紙域１２を有している。
また、熱ローラ３の外周面３ａには、ヒータランプ５の通電時に軸方向Ｘについて均等に加熱される加熱領域１３が設定されている。加熱領域１３は、少なくとも通紙域１０を含み、具体的には、通紙域１０よりも軸方向Ｘの両側に所定長さ長く設定されている。

ヒータランプ５で加熱されているときは、加熱領域１３内や通紙域１０内の任意の位置の温度は等しい値になり、また、加熱領域１３外の温度は、加熱領域１３から遠ざかるほどに加熱領域１３の温度から低くなる。なお、熱ローラ３の外周面３ａ上の通紙域１０の温度を、単に熱ローラ３の温度ともいう。
非接触型温度センサ８は、熱ローラ３の外周面３ａの通紙域１０、例えば最小通紙域１２の中央部に対向して、この外周面３ａの通紙域１０に所定量（例えば１ｍｍ）の隙間を開けた非接触状態で、外周面３ａに近接して配置され、図示しない支持部材により支持され、この外周面３ａの通紙域１０の温度を測定できるようにされている。非接触型温度センサ８は、具体的にはサーミスタからなり、少なくとも最小通紙域１２に少なくとも一つを設けられていればよい。

接触型温度センサ９は、熱ローラ３の外周面３ａの非通紙域１１、好ましくは加熱領域１３に重なり合う部分に、より好ましくは通紙域１０に隣接する部分に対向して配置され、外周面３ａに接触して、図示しない支持部材により支持され、この外周面３ａの非通紙域１１の温度を、ひいては通紙域１０の温度を測定できるようにされている。具体的には、接触型温度センサ９はサーミスタからなる。接触型温度センサ９は、少なくとも一つを設けられていればよい。

図１に戻って、定着装置１の制御部６は、マイクロコンピュータ、記憶手段としてのメモリ等を含み、予め記憶されたプログラムに基づいて以下のように制御を実行する。
また、制御部６には、非接触型温度センサ８が接続されている。制御部６は、非接触型温度センサ８からの出力信号に基づいて、熱ローラ３の外周面３ａの通紙域１０に対向して近接した位置の温度を検知でき、この検知温度を通じて、熱ローラ３の外周面３ａ上の通紙域１０の温度を測定することができる。

また、制御部６には、接触型温度センサ９が接続されている。制御部６は、接触型温度センサ９からの出力信号に基づいて、熱ローラ３の外周面３ａ上の非通紙域１１の温度を検知でき、この検知温度を通じて、熱ローラ３の外周面３ａ上の通紙域１０の温度を測定することができる。
制御部６は、通電回路７に接続され、通電回路７を介してヒータランプ５への通電量を自在に制御できる。

制御部６は、非接触型温度センサ８からの出力信号を所定時間ごとに入力され、非接触型温度センサ８の検知温度に基づいて、ヒータランプ５への通電量を制御することにより、熱ローラ３の温度を所望の温度に自在に制御することができる。例えば、検知温度が目標温度よりも低い場合には、ヒータランプ５へ所定電力を通電し、熱ローラ３の温度を上昇させる。検知温度が目標温度よりも高い場合には、ヒータランプ５への通電を遮断し、熱ローラ３を放熱させて、熱ローラ３の温度を低下させる。

制御部６は、非接触型温度センサ８と同様に、接触型温度センサ９からの出力信号を所定時間ごとに入力され、接触型温度センサ９の検知温度に基づいて、ヒータランプ５への通電量を制御することにより、熱ローラ３の温度を所望の温度に自在に制御することができる。なお、上述の目標温度は、温度センサ８，９ごとに予め定められている。
定着装置１の制御部６は、画像形成装置本体２の制御部２ａと接続されている。画像形成装置本体２の制御部２ａは、定着装置１を動作させるための指令信号を定着装置１に与えるための指令手段として機能する。

図３は、制御部６の制御内容のフローチャートである。
定着装置１の制御部６は、所定のタイミングで、例えば指令信号に応答するときや、予め定める時間が経過するごとに、熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１以上であるか、第１の所定温度Ｔ１未満であるかを判断する（ステップＳ１，２）。判断結果に基づいて、非接触型温度センサ８および接触型温度センサ９のいずれか一方を択一的に選択する。選択された一方の温度センサを用いて、熱ローラ３を待機状態および定着処理可能な状態の何れかの状態にするための熱ローラ３の温度制御を行う（ステップＳ４，５，６）。

熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１、例えば６０℃以上のときには（ステップＳ２でＹＥＳ）、定着処理可能な状態にするための温度制御（ステップＳ３でＹＥＳ，ステップＳ４）または待機状態にするための温度制御が行われる（ステップＳ３でＮＯ，ステップＳ５）。ステップＳ４，５の熱ローラ３の温度制御には、非接触型温度センサ８が用いられる。

熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１未満のときには（ステップＳ２でＮＯ）、接触型温度センサ９が用いられ、待機状態にするための温度制御が行われる（ステップＳ６）。
具体的に説明する。画像形成装置Ａの電源スイッチ（図示せず）がＯＮ操作されるときには、画像形成装置本体２の制御部２ａから、待機状態にするための指令信号が定着装置１に与えられる。指令信号に応答して、定着装置１の制御部６は、熱ローラ３の温度が、第１の所定温度Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１，２）。

第１の所定温度Ｔ１は、例えば非接触型温度センサ８の出力信号が安定に得られるときの熱ローラ３の温度の下限値以上の値に設定される。また、第１の所定温度Ｔ１は、常温よりも高い値で、定着処理を行っている状態にあるときの熱ローラ３の温度（定着温度）未満の値で、待機状態にあるときの熱ローラ３の温度（待機温度）未満の値に設定される。

具体的には、熱ローラ３の温度は、非接触型温度センサ８により測定される。制御部６は、非接触型温度センサ８の出力信号に基づいて検知温度を求める。この検知温度は、厳密には、熱ローラ３の温度と異なるが、検知温度と熱ローラ３の温度とは、所定の対応関係に基づいて対応づけられている。また、第１の所定温度Ｔ１から、検知温度と熱ローラ３の温度との上述の対応関係に基づいて比較用の値が準備されている。この比較用の値と検知温度とを比較して、第１の所定温度Ｔ１と熱ローラ３の温度とを比較する。

熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１以上の値の場合、非接触型温度センサ８が用いられる。非接触型温度センサ８の検知温度に基づいて、熱ローラ３の温度が所定の待機温度、例えば１５０℃に制御されて、待機状態が達成される（ステップＳ５）。
熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１未満の値の場合、接触型温度センサ９が用いられる。接触型温度センサ９の検知温度に基づいて、熱ローラ３の温度が所定の待機温度、例えば１５０℃に制御されて、待機状態が達成される（ステップＳ６）。

待機状態が達成された後、画像形成装置本体２の操作部としての操作スイッチ（図示せず）が操作されて複写動作等の画像形成処理が開始されるときには、画像形成装置本体２の制御部２ａから、定着処理可能な状態にするための指令信号が定着装置１に与えられる。指令信号に応答して、定着装置１の制御部６は、熱ローラ３の温度が、第１の所定温度Ｔ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１，２）。

通例、待機状態にある熱ローラ３の温度は、上記第１の所定温度Ｔ１よりも高いので、温度制御には非接触型温度センサ８が用いられる。非接触型温度センサ８の検知温度に基づいて、熱ローラ３の温度が定着温度、例えば１７０℃に制御されて、定着処理可能な状態が達成される（ステップＳ４）。
また、定着処理可能な状態にあるときに、待機状態にするための指令信号を受けると、ステップＳ１，２で説明したように、熱ローラ３の温度に基づいて、両温度センサ８，９の何れか一方が選択されるが、通例、定着処理で熱ローラ３の温度は、第１の所定温度よりも高いので、非接触型温度センサ８が選択され、これを用いて熱ローラ３の温度が制御され、待機状態が達成される（ステップＳ５）。

また、ステップＳ６で接触型温度センサ９を用いて熱ローラ３を待機状態に温度制御しているときに、所定時間が経過するごとに、上述したように、熱ローラ３の温度が、第１の所定温度Ｔ１以上であるか未満であるかが判断される（ステップＳ１，２）。熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１以上の場合には、それまで温度制御に用いられていた接触型温度センサ９に代えて、非接触型温度センサ８が用いられて、以後の熱ローラ３の温度制御が行われる。熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１未満の場合には、接触型温度センサ９が引き続き用いられる。

また、ステップＳ６で熱ローラ３の温度制御を開始して後に、ある程度の時間が経過すると、熱ローラ３の温度も上昇するから、接触型温度センサ９から非接触型温度センサ８への上述した切換えを、接触型温度センサ９を用いた温度制御を開始した時点から予め定める所定時間の経過後に、熱ローラ３の温度に基づかずに行うようにしてもよい。
また、ステップＳ６で接触型温度センサ９を用いて熱ローラ３を待機状態に温度制御しているときに、熱ローラ３の温度が上昇して第１の所定温度Ｔ１以上になっても、例えば定着処理のための指令信号が与えられるまで、接触型温度センサ９がそのまま継続して用いられてもよい。この場合、両温度センサ８，９を切り換えずに済むので、温度制御の安定性を高めることができる。

ところで、熱ローラ３の温度が待機温度に達した状態で、接触型温度センサ９がそのまま継続して用いられて待機状態に熱ローラ３を温度制御している場合に、熱ローラ３の軸方向に温度勾配が生じ、時間の経過とともに、熱ローラ３の軸方向中央部３ｃの温度が、端部３ｂの温度よりも徐々に高くなることがある。このような場合、端部３ｂにある接触型温度センサ９を用いて、熱ローラ３を待機状態に温度制御していると、中央部３ｃの温度が過度に上昇してしまう。

そこで、接触型温度センサ９を用いて温度制御しているときに、以下のようにするのが好ましい。すなわち、非接触型温度センサ８により熱ローラ３の温度を測定する。測定した熱ローラ３の温度が第２の所定温度以上であるか否かを判断する。熱ローラ３の温度が第２の所定温度未満である場合には、接触型温度センサ９を継続して用いる。熱ローラ３の温度が第２の所定温度以上である場合には、接触型温度センサ９から非接触型温度センサ８へ切換える。これにより、熱ローラ３の中央部３ｂが過度に温度上昇することを防止できる。ここで、第２の所定温度は、例えば、定着温度未満の値で且つ待機温度よりも所定の温度差で高い値に設定される。

このように本実施の形態によれば、熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１未満のときには、非接触型温度センサ８よりも出力信号が安定する傾向にある接触型温度センサ９を用いて、非接触型温度センサ８を用いる場合に比べて、通紙域１０の温度を高精度に測定することができる。また、熱ローラ３の温度が第１の所定温度以上のときには、出力信号が安定した非接触型温度センサ８を用いることにより、熱ローラ３の通紙域１０の温度を非接触で精度良く測定でき、熱ローラ３の通紙域１０の温度制御を精度良く実現できる。その結果、非接触型温度センサ８を常時用いる場合に比べて、熱ローラ３の通紙域１０の温度を高精度に且つ確実に制御できる。

これにより、例えば、電源投入時等の低温度でのウォームアップ状態の立ち上がり時間を短くすることができる。また、低温度のときに低感度な傾向にある安価な、例えばサーミスタ等の非接触型温度センサ８の利用が可能となる。
また、非接触型温度センサ８であれば、熱ローラ３の通紙域１０の耐久性を高めることができ、画像汚れの発生を抑制することもできる。

また、ステップＳ２で熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１以上になるときには、ステップＳ４の定着処理を行っている状態が含まれ、この状態が、出力信号が安定した状態にある非接触型温度センサ８を用いて達成されるようにしている。これにより、通紙域１０の温度を高精度に測定でき、熱ローラ３の温度を高精度に制御でき、定着不良の発生を防止できる。

また、本実施形態では、ステップＳ２で熱ローラ３の温度が第１の所定温度Ｔ１未満であるときには、ステップＳ５のように接触型温度センサ９を用いて待機状態を達成させている。これは、待機状態のときは、熱ローラ３の温度が低く、非接触型温度センサ８の出力信号が不安定になることが想定されるので、出力信号が安定化した接触型温度センサ９による非通紙域１１の温度測定を通じて、通紙域１０の温度を高精度に測定できるようにしている。その結果、待機状態での熱ローラ３の温度を高精度に制御でき、ひいては定着処理を行っている状態で熱ローラ３の温度を容易に高精度に制御できる。

なお、第１の所定温度Ｔ１は、上述の値に限定されず、例えば上述の第２の所定温度に等しい値にしてもよい。この場合、待機状態にするための温度制御には、常に接触型温度センサ９を用いることになる。
上述の実施形態では、ステップＳ１での熱ローラ３の温度と第１の所定温度Ｔ１との比較では、非接触型温度センサ８の検知温度を用いていたが、これには限定されず、例えば、接触型温度センサ９の検知温度や、両温度センサ８，９の検知温度をともに用いることも考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の一実施形態の定着装置の概略構成の正面視の模式図である。図１の定着装置の側面視での模式図である。図１の定着装置の制御部の制御内容のフローチャートである。

符号の説明

１定着装置
３熱ローラ
３ａ外周面（表面）
３ｂ端部
３ｃ中央部
６制御部（制御手段）
８非接触型温度センサ
９接触型温度センサ
１１非通紙域
Ｐ用紙

Claims

用紙に転写されたトナーを定着させるために、トナーおよび用紙を加熱する熱ローラを備えた定着装置であって、
用紙が接触しない熱ローラの端部の非通紙域に配置され、熱ローラに接して、熱ローラの温度を測定するための接触型温度センサと、
熱ローラの軸方向中央部に対向し、熱ローラの表面と所定の間隔をあけた非接触状態で配置され、熱ローラの温度を測定するための非接触型温度センサと、
熱ローラの温度が所定温度未満のときは、上記接触型温度センサの検知温度に基づいて熱ローラの温度を制御し、熱ローラの温度が所定温度以上のときは、上記非接触型温度センサの検知温度に基づいて熱ローラの温度を制御する制御手段とを含むことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置において、
上記熱ローラの温度が所定温度未満のときは、定着装置が定着動作を行っていない待機状態のときを含み、
上記熱ローラの温度が所定温度以上のときは、定着装置が定着処理を行っている状態を含むことを特徴とする定着装置。