JP2006126565A

JP2006126565A - 定着装置

Info

Publication number: JP2006126565A
Application number: JP2004315734A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakajima; 栄次中嶋
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】連続通紙しても端部温度の上昇が抑えられ、部品寿命等に悪影響を与えない定着装置を提供する。
【解決手段】加熱回転体１のうち最大幅の記録紙が当接して通過する領域である最大通紙域Ｗ１を加熱する第１のヒータ２と、Ｗ１よりも幅の狭い記録紙が当接して通過する領域である小サイズ通紙域Ｗ２を所要の表面温度まで加熱する第２のヒータ３と、前記加熱回転体１の通紙域の表面温度を検出する第１の温度検出器４と、Ｗ１の外側に隣接する非通紙域の表面温度を検出する第２の温度検出器１２とを備え、記録紙の幅サイズに応じて前記第１のヒータ２と前記第２のヒータ３を択一的に使用する定着装置において、記録紙の連続通過中に、第１の温度検出器４の検出情報に基づいて第１，第２のヒータ２，３への通電の動作制御を行うとともに、前記第２の温度検出器１２の検出情報に基づいて第１，第２のヒータ２，３への通電の切り替え制御を行うことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙に未定着像を熱定着することにより画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等に代表される画像形成装置に使用される定着装置に関するものである。

この種の定着装置は、基本的に、図５に例示するように、回転する円筒状の熱ローラ１０１と、この熱ローラ１０１の内部に設置されそのローラ表面を所定の温度まで加熱する２つの大サイズ用ヒータ１０２及び小サイズ用ヒータ１０３とを備え、そのヒータ１０２，１０３の少なくとも一方で加熱された熱ローラ１０１の表面に未定着像（例えば未定着トナー像）を担持する記録紙を当接させるように通過させ、その未定着像を加熱することにより定着を行うようになっている（特許文献１等参照）。図中のＷ１は、熱ローラ１０１に対して最大の記録紙が当接して通過する領域である最大通紙域を示す。また、上記大サイズ用ヒータ１０２は熱ローラ１０１の最大通紙域Ｗを加熱するように構成された通電加熱式のヒータであり、また、上記小サイズ用ヒータ１０３は熱ローラ１０１のうち小サイズの記録紙が当接して通過する領域である小サイズ通紙域Ｗ２を加熱するように構成された通電加熱式のヒータである。実際に記録紙を通過させる際には、記録紙の幅サイズに応じて大サイズ用ヒータ１０１と小サイズ用ヒータ１０３を択一的に切り替えて熱ローラ１０１の所望の通紙域を加熱しその表面温度を適正な温度に制御するようになっている。

そして、このような２つのヒータ１０２，１０３により熱ローラ１０１を加熱する定着装置における温度制御は、例えば、図６に示すように、熱ローラ１０１の表面中央部近傍に近接してその表面温度を検出する温度センサ１０４を設け、この温度センサ１０４で検出された温度情報を制御装置１０５により各ヒータ１０２，１０３への通電制御（例えばＯＮ／ＯＦＦ動作）を適宜制御することにより行われている。これにより、各ヒータの加熱動作が制御されて熱ローラ１０１が所定の温度に加熱されかつ維持されるようになっている。図中の１０６，１０７は、制御装置１０５からの制御信号を受けて電源部（図示せず）からヒータ１０２，１０３への各通電動作をそれぞれ独立して制御するドライバであり、１０８は各ヒータ１０２，１０３の異常加熱を防止するためのサーモスタットである。

ここで、熱ローラ１０１は、基本的に、熱の良導体であるアルミニウム、鉄等の金属材料上にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のコーティングが施され、円筒状に形成されたものである。

また、大サイズ用ヒータ１０２の発熱部は、最大通紙域Ｗよりも若干広い範囲で熱ローラ１０１と対面する長さと配向を有している。すなわち、大サイズ用ヒータ１０２の発熱部の長さ方向は熱ローラ１０１の長手方向に対して非通紙域側まで延びている。これは、もし大サイズ用ヒータ１０２の発熱部が最大通紙域Ｗ１と一致する長さと配向で配設されていたとすると、発熱部が配置されない熱ローラ１００の両端部及び両端軸部に配置される樹脂製軸受け１０９、ギア１１０、ベアリング１１１等により熱ローラ１０１の熱が奪われ最大通紙域Ｗ１の両端部の温度が低下し定着品質が劣化するため、これを防止するためである。
特開平８−２２０９３０号公報

従って、用紙を連続で多数枚通紙した際、熱ローラの通紙域の温度は通紙により低下していくが、非通紙域は逆に温度が上昇していくことになる。この非通紙域の温度上昇は処理枚数の多い高速機になるほど顕著になる。そうすると、熱ローラ１０１に圧接するように配置される圧ローラ（図示せず）、上記軸受け１０９等の部品が過度な温度になり、部品寿命等に悪影響が出るおそれがある。

従来は、肉厚の厚い（熱容量の大きな）熱ローラを使用していたので、非通紙域から通紙域への充分な熱移動があり、非通紙域の温度上昇は或る程度抑えられていたが、近年は定着装置の省エネ対応として熱ローラの肉厚の薄肉化、小径化が進められたため、非通紙域の温度上昇が大きな問題となっている。

本発明は、肉厚の薄い熱ローラを使用した場合であっても、連続通紙しても端部温度の上昇が抑えられ、圧ローラ、軸受け等の部品の過度な温度になることを防止し、部品寿命等に悪影響を与えない定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、当接しながら通過する記録紙に担持されている未定着像を加熱する加熱回転体と、この加熱回転体のうち最大幅の記録紙が当接して通過する領域である最大通紙域を所要の表面温度まで加熱する第１のヒータと、最大通紙域の内側に形成されこの最大通紙域よりも幅の狭い記録紙が当接して通過する領域である小サイズ通紙域を所要の表面温度まで加熱する第２のヒータと、前記加熱回転体の通紙域の表面温度を検出する第１の温度検出器と、前記加熱回転体の最大通紙域の外側に隣接する非通紙域の表面温度を検出する第２の温度検出器とを備え、記録紙の幅サイズに応じて前記第１のヒータと前記第２のヒータを択一的に使用して前記加熱回転体の加熱を行う定着装置において、記録紙の連続通過中に、第１の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を行うとともに、前記第２の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電の切り替え制御を行うことを特徴とする。

具体的には、前記第１，第２のヒータへの通電切り替え制御は、第２の温度検出器の検出情報に基づき前記加熱回転体の非通紙域の表面温度が所定の下限値未満の場合は前記第１のヒータに通電し、所定の上限値以上の場合は前記第２のヒータに通電することにより行うものである。

なお、前記小サイズ通紙域以下の幅サイズの記録紙の連続通過中は前記第２のヒータのみに通電し、前記小サイズ通紙域を超える幅サイズの記録紙の連続通過中に、第１の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を行うとともに、前記第２の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電の切り替え制御を行うことが望ましい。

本発明によると、大サイズ用ヒータ（第１のヒータ）で熱ローラ（加熱回転体）を加熱して連続して記録紙上のトナー像の定着を行う場合であっても、熱ローラの非通紙域の表面温度が一定値以上になれば小サイズ用ヒータ（第２のヒータ）に切り替えるため、熱ローラ端部温度の上昇が抑えられ、圧ローラ、軸受け等の部品を破損することなく、長期にわたり安定した品質が得られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明に係る定着装置の縦断面図であり、図２は本発明に係る定着装置の熱ローラの横断面図であり、図３は本発明に係る定着装置の温度制御系の構成を示す説明図であり、図４は本発明に係る定着装置の定着動作の一例を説明するフローチャートである。

図１に示すように、矢印Ａ方向に回転駆動するように配設された円筒状の熱ローラ１の下方には、この熱ローラ１に圧接して回転するように配置された圧ローラ１３が配設されている。熱ローラ１は、基本的に、熱の良導体であるアルミニウム、鉄等の金属材料にて円筒状に形成され、表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のコーティングが施されており、また、図２に示すように、その両端部は円筒状金属材料の絞り加工により小径に形成された軸部１ｂ，１ｃとなっている。熱ローラ１の一端側の軸部１ｂは、他端側の軸部１ｃよりも若干長く形成されている。そして、熱ローラ１の軸部１ｂ，１ｃを除いた部分１ａ（以下、シリンダ部という）の肉厚は、従来のもの（図５参照）に比べて薄く形成されている。また、圧ローラ１３はアルミ、鉄等の芯金上にシリコンゴム層があり、かつ表層はＰＦＡチューブ等の離型層で円柱状に形成されたものである。

図２に示すように、熱ローラ１の軸部１ｂ，１ｃの外周には断熱用樹脂軸受け９が取り付けられており、その軸受け９の外周にベアリング１１が配設されている。特に、熱ローラ１の一端側の軸部１ｂには軸受け９の外側に隣接して熱ローラ１に回転駆動を与えるためのギア１０が装着されている。

図１及び図２に示すように、熱ローラ（加熱回転体）１の内部にはこの熱ローラ１を加熱する２つのヒータ２，３が配設されている。これら２つのヒータのうち、ヒータ２は熱ローラ１における最大通紙域Ｗ１を所要の温度になるまで主に加熱する通電加熱式の大サイズ用ヒータ（第１のヒータ）であり、電熱線をコイル状に適宜巻いて発熱部が形成された構造のものである。一方、ヒータ３は、熱ローラ１における小サイズ通紙域Ｗ２を所要の温度になるまで主に加熱する通電加熱式の小サイズ用ヒータ（第２のヒータ）であり、電熱線をコイル状に適宜巻いて発熱部が形成された構造のものである。

ここで、最大通紙域Ｗ１は熱ローラ１のうち最大幅の記録紙が当接して通過する領域であり、小サイズ通紙域Ｗ２は最大通紙域Ｗ１の内側に形成されこの最大通紙域Ｗ１よりも幅の狭い記録紙（例えば、Ａ４縦）が当接して通過する領域である。また、両通紙域Ｗ１，Ｗ２は、その中央位置同士が揃う（一致する）ように形成されている。つまり、小サイズ通紙域Ｗ２は最大通紙域Ｗ１のどちら側の端部へも偏ることなくその中央部に形成されることになる。換言すれば、大サイズ用ヒータ２と小サイズ用ヒータ３のいずれのヒータで熱ローラ１を加熱する場合であっても、非通紙域を含めて熱ローラ１全体の表面温度の分布は、最大通紙域Ｗ１の中央位置を境にほぼ線対称な関係となる。以下本明細書中で、単に「通紙域」と言った場合には、最大通紙域Ｗ１と小サイズ通紙域Ｗ２のいずれをも含む広い意味で使用するものとする。それに対し、「非通紙域」の用語は、あくまでも最大通紙域Ｗ１の外側に隣接する領域のみを意味するものとして使用する。

図１及び図２に示すように、熱ローラ１のシリンダ部１ａの用紙搬送方向上流側の表面に接触して、その表面温度を検知するための２つのサーミスタ（温度検出器）４，１２が配設されている。これら２つのサーミスタのうち、サーミスタ４は熱ローラ１の通紙域の略中央位置でその表面に接触して配設されたメインサーミスタ（第１の温度検出器）であり、サーミスタ１２は熱ローラ１の一端側の非通紙域に接触して配設されたサブサーミスタ（第２の温度検出器）である。サブサーミスタ１２は、非通紙域のうちできるだけ最大通紙域Ｗ１に近接した位置に設けられている。また、このサブサーミスタ１２が設置される（軸部１ｂ，１ｃを除く）非通紙域に対しても最大通紙域Ｗ１と同じレベルに加熱することができるように大サイズ用ヒータ２の発熱部（電熱線の巻き）が延長して形成されている。

また、熱ローラ１の上部には、図１及び図２に示すように、非接触状態で熱ローラ１の異常加温に対して働くサーモスタット（安全装置）８が配置されている。これにより、熱ローラ１が異常加温した際でもヒータ２，３への通電が遮断され用紙焼損、部品へのダメージを軽減することができる（図３参照）。また、熱ローラ１と圧ローラ１３には、熱ローラ１と圧ローラ１３との圧接部の近傍であって用紙搬送方向下流側の表面に当接して分離爪１４，１５がそれぞれ揺動自在に配設されている。

図３に示すように、ヒータ２，３への電源部（図示せず）からの通電動作はそれぞれドライバ６，７により制御される。制御装置５は、マイクロコンピュータ等で構成されるものであり、２つのサーミスタ４，１２から出力される温度情報が入力されるとともに、この定着装置を利用する画像形成装置本体側からの画像形成信号（電源ＯＮ／ＯＦＦ信号、画像形成動作の開始及び終了の信号、使用する記録紙の幅サイズや種類の識別信号など）が入力されるようになっており、これらの入力信号等に基づき温度制御に関する所定の情報処理が行われた後に、各ヒータ２，３の通電動作を制御する制御信号が各ドライバ６，７に出力されるようになっている。実際には、使用する記録紙の幅サイズの識別信号に基づき大サイズ用ヒータ２又は小サイズ用ヒータ３のいずれかが択一的に通電され、連続通紙中のヒータ２又は３への通電のＯＮ／ＯＦＦ動作に関する制御についてはメインサーミスタ４の検出情報に基づき行われ、ヒータ２又は３の切り替えに関する制御についてはサブサーミスタ１２の検出情報に基づき行われる。

次に、この定着装置の動作例について図１〜図４に基づき説明する。ここでは、通常大サイズ用ヒータ２が使用されることになる幅サイズ及び種類（例えば、Ａ４横、Ｂ５横、Ｂ４縦等）の記録紙を連続通紙する場合について説明する。なお、通常小サイズ用ヒータ３が使用されることになる小サイズ通紙域Ｗ２以下の幅サイズの記録紙（例えば、Ａ４縦、Ｂ５縦）を連続通紙する場合は、熱ローラ１の非通紙域の異常加温が問題となることは考えられないので、小サイズ用ヒータ３のみを使用して定着が行われることになる。

まず、画像形成装置本体から定着動作開始の信号が入力されると、熱ローラが回転駆動し始める（ステップ＃１）。そして、大サイズ用ヒータ２への通電がＯＮされ（ステップ＃１）、メインサーミスタ４の検出情報に基づき熱ローラ１の通紙域の表面温度が定着温度の下限値である１９５℃以上になるまで加熱される（ステップ＃２，＃３）。なお、メインサーミスタ４の検出情報に基づき熱ローラ１の通紙域の表面温度が定着温度の上限値である２０５℃以上になると大サイズ用ヒータ２への通電がＯＦＦされる（ステップ＃４，＃５）。これにより、メインサーミスタ４の検出情報に基づき大サイズ用ヒータ２のＯＮ／ＯＦＦ動作の制御が行われ、熱ローラ１の通紙域の表面温度は１９５〜２０５℃の温度範囲に制御される。そして、熱ローラ１と圧ローラ１３の間に対して定着対象であるトナー像Ｔが転写された記録紙Ｐが送り込まれ、その記録紙Ｐが熱ローラ１に圧接しながら通過することによりトナー像Ｔが溶融されて定着され（ステップ＃６）、しかる後、記録紙Ｐが分離爪１４又は１５により熱ローラ１又は圧ローラ１３から離されて排出される。

連続通紙を繰り返し行う場合（ステップ＃７の肯定判定）、熱ローラ１の通紙域の表面温度の低下による定着不良を防止するため大サイズ用ヒータ２は常時通電気味となる。そうすると、熱ローラ１の非通紙域は記録紙等の熱を奪うものがないことに加え、大サイズ用ヒータ２の発熱部は非通紙域まで延在しているため、非通紙域の表面温度は上昇する一方であり、軸受け９等の部品に熱によるダメージが発生するおそれがある。このため、これらの部品の耐熱限界温度（通常、２３０℃程度）未満の所定の温度（例えば、２１５℃）を上限値として、サブサーミスタ１２の検出情報に基づき熱ローラ１の非通紙域の表面温度が２１５℃に達するまで（ステップ＃８の否定判定）は、上記ステップ＃１〜＃６の工程を繰り返し、他方、サブサーミスタ１２が２１５℃以上の温度を検出すると（ステップ＃８の肯定判定）、大サイズ用ヒータ２への通電をＯＦＦし、これに替えて小サイズ用ヒータ３への通電をＯＮして定着を行うようにする（ステップ＃１０〜＃１３）。これにより、熱ローラ１の両端の軸部１ｂ，１ｃの温度が下がり、部品への悪影響を防止することができる。この場合も、メインサーミスタ４の検出情報に基づき小サイズ用ヒータ３のＯＮ／ＯＦＦ動作の制御が行われ、熱ローラ１の通紙域の表面温度は１９５〜２０５℃の温度範囲に制御される（ステップ＃１０〜＃１２）。

さらに連続通紙を行う場合（ステップ＃１４の肯定判定）、小サイズ用ヒータ３で熱ローラ１を加熱していると、最大通紙域Ｗ１の内側領域であって小サイズ通紙域Ｗ２の外側に隣接する領域が加熱されないため、該領域の温度が下がり定着不良が生じるおそれがある。このため、定着不良の出ないと考えられる所定の温度（例えば、２０５℃）を下限値として、サブサーミスタ１２の検出情報に基づき熱ローラ１の非通紙域の表面温度が２０５℃に低下するまで（ステップ＃１５の肯定判定）は、上記ステップ＃９〜＃１３の工程を繰り返し、他方、サブサーミスタ１２が２０５℃未満の温度を検出すると、上記ステップ＃１へ戻り、小サイズ用ヒータ３への通電をＯＦＦし、これに替えて大サイズ用ヒータ２への通電をＯＮして定着を行うようにする。これにより、定着不良を防止することができる。

なお、上記したサブサーミスタ１２の検出情報に基づき大サイズ用ヒータ２と小サイズ用ヒータ３とを切り替えるための制御温度の基準値は一例であって、これに限定されないことはいうまでもない。例えば、記録紙の幅サイズ等に応じて異なる基準温度を記憶したルックアップテーブルにより記録紙の幅サイズに応じて基準温度を拾ってくるようにしても構わない。

は、本発明に係る定着装置の縦断面図である。は、本発明に係る定着装置の熱ローラの横断面図である。は、本発明に係る定着装置の温度制御系の構成を示す説明図である。は、本発明に係る定着装置の定着動作の一例を説明するフローチャートである。は、従来の定着装置の熱ローラの横断面図である。は、従来の定着装置の温度制御系の構成を示す説明図である。

符号の説明

１熱ローラ（加熱回転体）
１ａシリンダ部
１ｂ，１ｃ軸部
２大サイズ用ヒータ（第１のヒータ）
３小サイズ用ヒータ（第２のヒータ）
４メインサーミスタ（第１の温度検出器）
５制御装置
６，７ドライバ
９軸受け
１０ギア
１１ベアリング
１２サブサーミスタ（第２の温度検出器）
１３圧ローラ
１４，１５分離爪
Ｐ記録紙
Ｔトナー像
Ｗ１最大通紙域
Ｗ２小サイズ通紙域

Claims

当接しながら通過する記録紙に担持されている未定着像を加熱する加熱回転体と、この加熱回転体のうち最大幅の記録紙が当接して通過する領域である最大通紙域を所要の表面温度まで加熱する第１のヒータと、最大通紙域の内側に形成されこの最大通紙域よりも幅の狭い記録紙が当接して通過する領域である小サイズ通紙域を所要の表面温度まで加熱する第２のヒータと、前記加熱回転体の通紙域の表面温度を検出する第１の温度検出器と、前記加熱回転体の最大通紙域の外側に隣接する非通紙域の表面温度を検出する第２の温度検出器とを備え、記録紙の幅サイズに応じて前記第１のヒータと前記第２のヒータを択一的に使用して前記加熱回転体の加熱を行う定着装置において、
記録紙の連続通過中に、第１の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を行うとともに、前記第２の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電の切り替え制御を行うことを特徴とする定着装置。
前記第１，第２のヒータへの通電切り替え制御は、第２の温度検出器の検出情報に基づき前記加熱回転体の非通紙域の表面温度が所定の下限値未満の場合は前記第１のヒータに通電し、所定の上限値以上の場合は前記第２のヒータに通電することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
前記小サイズ通紙域以下の幅サイズの記録紙の連続通過中は前記第２のヒータのみに通電し、前記小サイズ通紙域を超える幅サイズの記録紙の連続通過中に、第１の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦ動作制御を行うとともに、前記第２の温度検出器の検出情報に基づいて第１，第２のヒータへの通電の切り替え制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。