JP2006235021A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト定着装置における定着ベルトの波うち発生による異常画像の発生を抑制することができる定着装置及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 定着ベルトと、該ベルトを保持する２本以上のローラを有し、前記ローラのうちの１本と前記定着ベルトを挟んで対向するローラを有する定着装置であって、定着ベルトを保持するローラのうち、少なくとも１本は熱源からの熱を該ベルトに伝える機能を有し、かつ該ローラ表面の温度を直接検知する第１のセンサ１２及び該ローラ表面の温度を定着ベルト３を介して検知する第２のセンサ１１を有することを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に用いられる定着装置、詳しくは加熱ローラの定着ベルトが被覆していない部分の温度上昇を抑え、定着ベルトへの熱的ダメージを抑制することで、定着ベルトの波うちの発生を抑制することができる定着装置及び画像形成装置に関するものである。

電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタ等において、印刷・複写の最終段階では、転写紙上のトナーを加熱溶融して、転写紙上に定着させる。例えば、電子写真複写機では、感光体上に像露光を行って静電潜像を形成する工程、静電潜像にトナーを付着させて可視像（粉体像）とする工程、転写紙上に粉体像を転写し、感光体から転写紙を分離する工程、及び未定着の粉体像を加熱等の方法で転写紙上に定着させる工程の諸工程を経て複写が行われる。

定着方法としては、熱定着方式が一般的であり、多くは内部に電熱ヒータを持ち、金属製基体の外周を離型性のよい樹脂等の離型層を有する加熱ローラ（ヒートローラ）に、ゴムローラからなる加圧ローラを圧接させることによりニップ部を形成し、そのローラ間にトナー像が形成された転写紙を通過させてトナーを加熱溶融し、トナーを転写紙上に融着させている。また、近年の４色トナーからなるフルカラー画像形成装置においては、従来のモノクロ画像に比べて転写紙上のトナー量が増えているため、転写紙上にトナーを融着させるためには、より長いニップ時間が必要となる。このような要求に対応するために、ベルト部材を用いてニップ部を形成することによりニップ幅を長くしているものもある。

これらのような定着装置を備える画像形成装置では、画像形成装置の電源を投入し、ヒータランプをオンにしてから、定着ニップ部温度が所定の定着可能温度（通常、１６０〜２００℃）になるまでの予熱時間が必要となる。省エネルギーの観点から、この予熱時間を短くする検討が行われており、例えば、加熱ローラの肉厚を薄くすることで、熱容量を小さくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３０４０６９号公報

このような定着装置においては、例えば、図３のように加熱ローラ５２の温度を定着ベルト５３を介してセンサ６０で検知している。そして、この温度センサ６０からの情報により、コピースタートボタンを押す等の印刷開始ジョブが入力されてから印刷を開始するまでの時間を短くするために、非通紙状態においても加熱ローラ５２が所定の温度に制御されている。つまり、非通紙時は加熱ローラ５２が停止した状態で定着ベルト５３を介してセンサ６０により温度を検知し、その情報を元に熱源であるヒータ５７の点灯状態を制御し、所定の温度にコントロールしている。図３において、５１は定着ローラ、５５は加圧ローラ、５６はテンションローラ、５８は転写紙、５９はトナーを示す。

しかしながら、図３においてＡ部に比べて定着ベルト５３が被覆していないＢ部は温度が高く、特にヒータ５７の点灯時は差が大きくなる。さらに、前記のように加熱ローラの肉厚が薄くなると、その差はいっそう顕著になる。例えば、Ａ部を１５０℃に制御しようとした場合、ヒータ点灯時にＢ部は２００℃を超えてしまう。この状態で定着ベルト５３の回転が始まると、２００℃を超えた加熱ローラ表面とベルト内面が接触し、定着ベルト５３に熱的ダメージを与えてしまう。これは一度に多量の印刷を行う場合よりも、少量の印刷を繰り返した場合の方がベルトへのダメージが大きい。これによって定着ベルト５３に波うちが発生し、このようなベルトで定着された画像には定着ベルト５３の波うちが転写され鱗状の異常画像となる。

そこでこの発明は、前記従来のものの問題点を解決し、ベルト定着装置における定着ベルトの波うち発生による異常画像の発生を抑制することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、定着ベルトと、該ベルトを保持する２本以上のローラを有し、前記ローラのうちの１本と前記定着ベルトを挟んで対向するローラを有する定着装置であって、前記定着ベルトを保持するローラのうち、少なくとも１本は熱源からの熱を該ベルトに伝える機能を有し、かつ該ローラ表面の温度を直接検知する第１のセンサ及び該ローラ表面の温度を定着ベルトを介して検知する第２のセンサを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、第１、第２のセンサが温度検知するローラが、加熱ローラであり、該ローラのベルト被覆部と非ベルト被覆部がそれぞれ温度を検知する位置となっていることを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、第２のセンサの、加熱ローラのベルト被覆部の温度を検知する位置が、ベルト回転方向に対して下流側であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、通紙状態では第２のセンサの検知情報に基づき、非通紙状態では第１のセンサの検知情報に基づき、熱源に対する制御が行われることを特徴とする。請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。

この発明は、前記のようであって、定着ベルトを保持するローラのうち、少なくとも１本は熱源からの熱を該ベルトに伝える機能を有し、かつ該ローラ表面の温度を直接検知する第１のセンサ及び該ローラ表面の温度を定着ベルトを介して検知する第２のセンサを有するので、これら第１，２のセンサによって加熱ローラの温度分布に対応した制御が可能となり、ベルト定着装置におけるベルトの波うち発生による異常画像の発生を抑制することができる。

この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

以下、画像形成装置の概要としてフルカラー画像を形成可能なプリンタを例として説明する。図１において画像形成装置２０は、色分解毎の画像を同一の中間転写体に順次転写し、中間転写体上に重畳された画像を転写紙に一括転写する方式が用いられ、次に挙げる各装置を備えている。原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種転写紙を供給する手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４と、手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４から搬送されてきた転写紙を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後の転写紙の定着を行う定着装置Ａとが備えられている。

各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色の現像を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成が同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表として説明する。作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの周りに順に配置されている帯電装置２７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃを有し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で書き込み装置２９からの露光光を受ける周知の構成が用いられる。作像像装置２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫも同様な構成となっている。静電潜像担持体としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もある。

前記のような画像形成装置２０に備えられている定着装置Ａの概要は図２のようになっている。定着装置Ａは、定着ローラ１と加熱ローラ２によって保持された定着ベルト３と、該ベルトを挟んで定着ローラ１と対向する加圧ローラ５と、定着ベルト３のスリップを防ぐために定着ベルトに当接させているテンションローラ６を有している。加熱ローラ２内には熱源としてヒータ７が設けられている。通常ベルト表面にはトナーの付着を防ぐためにシリコーンゴム等による離型層が設けられている。

定着装置Ａにおいては定着ベルト３の外側から加熱ローラ２の温度を検知するセンサ１１と定着ベルト３の内側で加熱ローラ２の表面の温度を直接検知するセンサ１２を有している。なお、図中これらのセンサ１１，１２は部品に接触した状態で記されているが、非接触タイプであってもよい。特にセンサ１１を非接触タイプとすることで、ベルト表面を傷付けることがなくなるので、異常画像の発生を抑えることができる。

前記のような定着装置Ａにおいては、画像形成装置２０による画像形成（印刷）が始まるとベルト表面の熱は転写紙８に移動するため定着ニップ部を一定温度に保つためにヒータ７を点灯する必要がある。この時、紙と紙の間はベルトの熱が奪われないため、紙のあった部分に比べて温度が高くなる。つまり、ベルト表面に温度ムラができる。よって定着ニップ部を一定温度に保つためには、この温度ムラに対応したヒータ７の制御が必要となるため、定着ベルト３の外側から加熱ローラ２の温度を検知するセンサ１１の情報を元にヒータ７の点灯状態を制御している。また、このセンサ１１の位置をベルト回転方向の下流側とすることで、ベルト低温部を検知した場合にヒータ点灯状態の加熱ローラ２と接触している時間が長くなるため定着ベルト３を十分に温めることができる。

印刷が終了すると定着ベルト３の回転は停止するが、次の印刷に備えて加熱ローラ２は所定の温度に保たれている。このとき、ベルト３の内側で加熱ローラ２の温度を直接検知するセンサ１２の情報を元にヒータ７の点灯状態を制御することで、加熱ローラ２のベルト非接触部の温度上昇を抑え、ベルト３への熱的ダメージを抑えている。

次に、比較例との対比により、本実施の形態の効果を説明する。

比較例として、図３に示した従来の定着装置をフルカラープリンタに用いた。定着ローラ５１は、胴部径：φ１４ｍｍ、ジャーナル部径：φ１０ｍｍの芯金の周りに外径φ３０ｍｍ 幅：３０５ｍｍのシリコーンスポンジを有したローラである。加熱ローラ５２は、外径φ３５ｍｍの肉厚：０．４ｍｍ、幅：３１０ｍｍの中空パイプであり、外周の定着ベルト当接部にはテフロン（登録商標）加工が施されている。これら２つのローラに保持されている定着ベルト５３は、内径：φ６５ｍｍ、厚さ：１００μｍのポリイミド基材の上に１５０μｍのシリコ−ンゴム層を有する幅：３２０ｍｍのベルトである。定着ベルトを挟んで定着ローラと対向する加圧ローラ５５は、ジャーナル部φ２０ｍｍ、胴部：φ４０ｍｍ 長さ：３１２ｍｍの芯金の上に厚さ１ｍｍのシリコーンゴム層を有するローラである。加圧ローラ５５は、押しつけ部材（図示せず）を介してスプリング（図示せず）によって定着ベルトにおよび定着ローラに押し当てられている。加熱ローラ５２内には、熱源としてのハロゲンヒータ５７が設けられており、加熱ローラ表面を介して定着ベルト５３を熱している。また、定着ベルト５３のスリップを防ぐことを主な目的としたテンションローラ５６は、外径：φ１０ｍｍのアルミローラからなり、周りに断熱フェルトを巻き付けてある。この断熱フェルトは定着ベルト５３の熱が、テンションローラ５６に逃げることを防いでいる。加熱ローラ付近には温度センサ６０が配置されており、このセンサの情報をもとにヒータの点灯状態の制御が行われている。

プリンタが外部機器からの印刷命令を受信すると、定着装置には本体モータから駆動力が加わり定着ベルト５３が回転し始め、ヒータ５７が点灯する。この時の印刷命令が通常の用紙を用いたフルカラー画像の場合、温度センサ６０の情報が１６０℃となるようにヒータ５７の点灯状態が制御される。印刷が終了すると定着ベルト５３の回転が止まる。この時、次の印刷がスムーズに開始されるように、温度センサ６０の情報が１６０℃となるようにヒータ５７の点灯状態が制御される。

一方、図２のように構成概要は比較例とほぼ同様であるが、加熱ローラ２の温度を検知するセンサ１１，１２を２つ有し、フルカラープリンタに用いている本実施の形態の定着装置Ａにおいては、次のようである。

プリンタが外部機器からの印刷命令を受信すると、定着装置Ａには本体モータから駆動力が加わり、定着ベルト３が回転し始め、ヒータ７が点灯する。この時の印刷命令が通常の用紙を用いたフルカラー画像の場合、センサ１１の情報が１６０℃となるようにヒータ７の点灯状態が制御される。印刷が終了すると定着ベルト３の回転が止まる。この時、次の印刷がスムーズに開始されるように、センサ１２の情報が２００℃となるようにヒータ７の点灯状態が制御される。

本実施の形態および比較例のプリンタを用いて、３０秒間隔でＡ３サイズ用紙にフルカラーテストパターンを３枚づつ印刷した。比較例のプリンタでは３００００枚を印刷した時点で鱗模様の異常画像が発生した。その後、プリンタを分解したところ、定着ベルト５３に波うちが発生していた。これに対して本実施の形態のプリンタでは比較例で異常画像が発生した枚数の倍の６００００枚を印刷しても異常画像の発生は見られず、プリンタを分解して定着ベルト３を確認したところ、ベルトの異常も見られなかった。

尚、本実施の形態の定着装置Ａを用いる画像形成装置２０は一例であり、必ずしもフルカラープリンタでなくともよいし、作像装置をはじめ各部の細部構成も適宜に変更したものとすることが可能である。

次に、特許請求の範囲の請求項２以下に記載した発明の特有な効果について説明する。請求項２に記載の発明によれば、加熱ローラのベルト被覆部と非ベルト被覆部の温度分布に対応した制御が可能となる。請求項３に記載の発明によれば、ベルト低温部を検知した場合にヒータ点灯状態の加熱ローラと接触している時間が長くなるためベルトを十分に温めることができる。請求項４に記載の発明によれば、加熱ローラの温度分布に対応した制御が可能となり、定着ベルトへの熱的ダメージを抑えることができる。請求項５に記載の発明によれば、ベルトへの熱的ダメージを抑えることができるため、定着ベルトの波うち等の異常の発生を抑えることができ、異常画像の発生を抑えることができる。

この発明の一実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 同上の画像形成装置に用いられる定着装置を示す概略構成図である。 従来例の定着装置を示す概略構成図である。

符号の説明

Ａ 定着装置 １ 定着ローラ
２ 加熱ローラ ３ 定着ベルト
５ 加圧ローラ ６ テンションローラ
７ ヒータ（熱源） １１ 温度センサ（第２のセンサ）
１２ 温度センサ（第１のセンサ） ２０ 画像形成装置
２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫ 作像装置 ２２ 転写装置
２４、２４ 給紙カセット ３０ レジストローラ

Claims (5)

1. 定着ベルトと、該ベルトを保持する２本以上のローラを有し、前記ローラのうちの１本と前記定着ベルトを挟んで対向するローラを有する定着装置であって、前記定着ベルトを保持するローラのうち、少なくとも１本は熱源からの熱を該ベルトに伝える機能を有し、かつ該ローラ表面の温度を直接検知する第１のセンサ及び該ローラ表面の温度を定着ベルトを介して検知する第２のセンサを有することを特徴とする定着装置。
2. 第１、第２のセンサが温度検知するローラが、加熱ローラであり、該ローラのベルト被覆部と非ベルト被覆部がそれぞれ温度を検知する位置となっている請求項１記載の定着装置。
3. 第２のセンサの、加熱ローラのベルト被覆部の温度を検知する位置が、ベルト回転方向に対して下流側である請求項１又は２記載の定着装置。
4. 通紙状態では第２のセンサの検知情報に基づき、非通紙状態では第１のセンサの検知情報に基づき、熱源に対する制御が行われる請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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