JP2006235330A

JP2006235330A - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置

Info

Publication number: JP2006235330A
Application number: JP2005051025A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hiraoka; 平岡　　力; Toru Hanajima; 花島　　透; Katsumi Kumada; 克己熊田; Toshio Ogiso; 敏夫小木曽
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: JP4673638B2

Abstract

【課題】
転写材のジャムによる温度検知手段の変形を防止し、高精度な温度制御が可能な定着装置を実現する。また、種々の転写材に対し高画質定着を行える画像形成装置を提供する。
【解決手段】
発熱体(5)により加熱される加熱ローラ(1)と、加熱ローラ表面に接触させた弾性変形可能な金属板(31a)を介して加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段(31)とを有する定着装置であって、金属板の加熱ローラと接触する面と反対側の面に対向させて、金属板の変形量を規制する変形量規制手段(34)を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、転写材にトナー像を定着させる定着装置およびそれを備えた画像形成装置に関する。

一般に電子写真プロセスにより画像を形成する画像形成装置に用いられる定着装置には、加熱ローラの表面温度を一定に維持するために加熱ローラ表面の温度を検知する温度検知手段が設けられている。この温度検知手段としては、加熱ローラに接触して加熱ローラの表面温度を検知する接触式サーミスタを用いる接触式温度検知と、加熱ローラに接触させずに温度を検知する非接触サーミスタを用いる非接触式温度検知の２つの方式がある。

接触式温度検知の場合は、加熱ローラとサーミスタが接触するため、加熱ローラに用紙が巻きついて用紙ジャムが生じた際にサーミスタが変形しないよう、接触式サーミスタを加熱ローラと用紙とが接触する領域（通紙幅）よりも外側（非通紙領域）に設けるのが一般的である。

一方、非接触式温度検知の場合は、赤外線にて温度を検知するタイプと輻射熱を検知するタイプがあり、接触式サーミスタと異なり加熱ローラと接触しないため、万一用紙ジャムが生じてもサーミスタは変形しない。そのため非接触式温度検知の場合は温度センサを通紙幅の領域にも設置可能となる。

特開２００３−９８８９９号公報

上述した従来の方式では、用紙が加熱ローラと接する通紙領域の温度を間接的に検知するため温度応答性には限界がある。その結果、高精度な温度制御が要求される高速定着、あるいは多種の転写材、すなわち用紙の坪量が６０ｇ／ｍ^２〜２１０ｇ／ｍ^２の薄紙から厚紙や封筒、ＯＨＰシートなどに対して適正な温度制御を行う、高画質のカラー画像定着には、以下の理由から対応しきれないという問題がある。

先ず、接触式温度検知の場合は、加熱ローラ自体の軸方向への熱伝達が良くないため、用紙と接しトナーを溶融する加熱ローラの通紙部は、用紙に熱が奪われて温度が下がるけれども、温度検知している加熱ローラ端部の非通紙部では、熱が用紙に奪われないため温度が急には下がらない。その結果、加熱ローラの通紙部と接触サーミスタ検知する温度にずれが生じ、加熱ローラを一定の温度に維持することが難しいものとなっている。

また、多種の転写材に応じて加熱ローラの表面温度を適正な温度に切り替える場合においては、この様な非通紙部の温度と通紙部との温度ずれにより、非通紙部に設けた接触式サーミスタの検知温度だけでは、加熱ローラの通紙部の温度を高精度に制御することが困難である。

それ故、その結果として、加熱ローラの通紙部の温度が低い場合には、トナーが溶融しきれず転写材からトナーが剥がれるコールドオフセットが生じたり、あるいは通紙部の温度が高い場合には溶融したトナーが加熱ローラに粘着するホットオフセットや転写材が加熱ローラに巻き付く現象が発生するという問題がある。

一方、非接触式温度検知の場合は、加熱ローラとサーミスタが接触しないので、加熱ローラに用紙が巻き付くジャムが生じてもサーミスタが変形しないため、加熱ローラの通紙部に設けることができる。それ故、上述したような非通紙部の温度を検知する接触式温度検知よりも、通紙部の温度を検知することが可能である。しかしながら、赤外線タイプおよび輻射熱タイプには、それぞれ以下の問題がある。

先ず、赤外線タイプの場合は、検知素子周辺の気流やゆらぎの影響を防ぐための保護部材が必要である。そのため、接触式や輻射熱タイプと比べると大型となる他、部品数も多く低コスト化が困難という問題がある。

次に輻射熱タイプの問題について述べる。輻射熱タイプは、一般に接触式サーミスタと同じ検知素子を加熱ローラからある空隙を保って保持させることで、加熱ローラ表面温度を空気層を介して検知するものである。それ故、簡単な構成であり、小型、低コストに対してはもっとも有利である。しかしながら、空気層を介して加熱ローラの温度を検知するため、やはり加熱ローラ表面温度と検知温度には時間的な遅れによるずれが生じ、その結果、接触式温度検知と同様、高速定着や多種用紙に対する高画質のカラー定着では、加熱ローラの温度が安定せず、コールドオフセットやホットオフセットが発生し、最悪の場合、用紙の巻きつきジャムが発生するという問題がある。

本発明は、発熱体により加熱される加熱ローラと、加熱ローラ表面に接触させた弾性変形可能な金属板を介して前記加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、前記金属板の加熱ローラと接触する面と反対側の面に対向して設けられ、前記金属板の変形量を規制する変形量規制手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、転写材のジャムによる温度検知手段の変形を防止し、高精度な温度制御が可能な定着装置を実現することができる。また、種々の転写材に対し高画質定着を行える画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

先ず本発明に係わる画像形成装置の全体構成について図２を用いて説明する。

図２において、装置中央部に中間転写体１１が配置されており、中間転写体１１の周辺には、感光体１２、転写装置１３、用紙剥離部材１４、中間転写体清掃装置１５が配置されている。また、感光体１２の周辺には、帯電器１６、感光体清掃装置１７、残像除去装置１８が配置されている。

４色の異なる色の微少着色粉体であるトナーを封入した現像機１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃが重ねて配置されており、現像機の下方には露光装置２０、露光装置２０の下方には転写材を収容するカセット２１が配置されている。

また、画像形成装置の上部には、定着装置１０、転写材を排出する排出装置２３が設けられている。

上記の構成において、帯電器１６は感光体１２の表面を一様に帯電させる。次にパソコン、イメージスキャナ等による画像、文字の情報を露光装置２０によりドット単位で像露光し、感光体１２の表面に静電潜像を形成する。

その後、静電潜像には、現像機１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃのいずれかによりトナーが供給され、トナー像として可視化され、第１転写位置Ｔ１へ搬送される。第１転写位置Ｔ１では、図示しない電源から供給される感光体１２と中間転写体１１との電位差により、トナー像が中間転写体１１の表面へ転写される。

第１転写位置Ｔ１を通過した後、感光体１２の表面は残像除去装置１８による光照射で電位を一定以下に落とされ、静電潜像が消去され、また、感光体清掃装置１７により第１転写位置Ｔ１にて転写されずに残留したトナーが除去され、次のトナー像の形成が可能な状態になる。上記工程を各現像機１９Ｋ〜１９Ｃにより必要回数繰り返すことにより、中間転写体１１の表面には、画像、文字の情報に見合うトナー像が形成される。

その後、トナー像は第２転写位置Ｔ２で転写装置１３によって、転写材供給装置２２によりカセット２１から送り出された転写材（本例では用紙とする）に転写される。トナー像が転写された用紙は、転写材剥離部材１４により中間転写体１１から剥がされ、定着装置１０に運ばれ、トナー像を用紙に定着し、排出装置２３にて画像形成装置の上面に設けられたトレイ部に排出される。

次に、本発明の定着装置について図１を用いて説明する。

定着装置は、加熱ローラ１、加圧ベルト２、入口ガイド３、剥離ガイド４、側板３０、下ケース３３から構成される。加熱ローラ１は、厚さ１ｍｍのパイプ状のアルミ芯金１ａの上に、厚さ０.８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴム層１ｂで被覆された外径４０.４ｍｍの弾性ローラであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため厚さ３０μmのＰＦＡ（四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が被覆されている。

また、加熱ローラ１の内部には発熱体となるヒータ５が設けられており、この熱によってトナーを溶融する。また、加熱ローラ１は、転がり軸受けにより側板３０に回転支持されており、図示しないギヤにより矢印Ａ方向へ回転する。

加圧ベルト２は、厚さ８０μm、内径３０ｍｍのシームレスのポリイミドベルトであり、その表面にはトナーとの離径性を確保するため、厚さ３０μｍのＰＦＡがコートされている。また、加圧ベルト２は、加圧部材６ａ、６ｂおよび加圧ローラ６ｃからなる加圧手段６によって懸架され、加圧アーム７と加圧バネ８によって加熱ローラ１に巻付き角度θで当接し、トナー９を溶融するための接触部ｈを形成している。

加熱ローラ１の周囲には、耐熱性の樹脂で成形された下ケース３３を配置している。この下ケース３３は、用紙３２を案内するガイド機能を有するとともに、加熱ローラ１の通紙部に当接して加熱ローラ１の表面温度を高精度に検知することでヒータ５の発熱を制御するための接触式サーミスタ３１を保持する機能を有している。

さらに、下ケース３３には、接触式サーミスタ３１が加熱ローラ１と接触する面の反対側に、ジャム紙が接触式サーミスタ３１に当接しても必要以上に変形しないようにするための変形量規制手段３４、３５が設けられている（詳細は後述する）。

以上の構成により、未定着のトナー９が転写された用紙３２は、入口ガイド３および下ケース３３のガイドにより矢印Ｂ方向へ搬送され、加熱ローラ1と接触部ｈで当接し、そこでトナー９が用紙に溶融定着された後、剥離ガイド４により加熱ローラ１から剥離されて排出される。

次に、本発明に係わる接触式サーミスタおよび変形量規制手段の構成を、図３および図４を用いて説明する。

図３は、接触式サーミスタとそれを保持している下ケース、および金属板の変形量を規制する変形量規制手段の斜視図である。接触式サーミスタ３１は、加熱ローラに接触して弾性変形する金属板３１ａと、金属板３１ａを保持して下ケース３３に固定するホルダ３１ｂからなり、金属板３１ａには加熱ローラに接触する面と反対側に、温度を検知する抵抗素子が設けられている。

金属板３１ａは、厚さ０.１ｍｍ、幅５ｍｍのステンレスであり、その表面には、加熱ローラと接触する面には加熱ローラ表面の傷つき防止のためのフッ素コートもしくはフッ素フィルムが形成されている。ホルダ３１ｂは耐熱性樹脂であり、下ケース３３に固定される。

下ケース３３は耐熱性の樹脂で成形されており、接触式サーミスタ３１の金属板３１ａの下方には、加熱ローラの回転方向において円弧形状または多項式曲線形状をした変形量規制リブ３４と、その両脇にジャム紙の変形を低減するためのジャム紙規制リブ３５が形成されている。

図４は、加熱ローラ１の軸方向の拡大断面図であり、加熱ローラ１と接触サーミスタ３１との接触位置と、下ケース３３上に設けた変形量規制リブ３４およびジャム紙規制リブ３５との位置関係を示している。

加熱ローラ１は、上述のように、厚さ１ｍｍのパイプ状のアルミ芯金１ａの上に、厚さ０.８ｍｍ、ＪＩＳ硬度２０度のシリコーンゴム層１ｂで被覆された外径４０.４ｍｍの弾性ローラであり、その表面にはトナーとの離型性を確保するため厚さ３０μmのＰＦＡチューブ１ｃが被覆されている。接触式サーミスタ３１は、加熱ローラ１の表面温度を高精度に検知するため、用紙が通過する通紙幅Ｌのほぼ中央に配置している。また、接触式サーミスタ３１は、加熱ローラ１の表面に接触する金属板３１ａの片側に温度を検知する抵抗素子３１ｂが設けられている。これにより、加熱ローラ１の通紙部における温度を精度よく検知することができ、高速定着あるいは多種の転写材（用紙の坪量が６０ｇ／ｍ^２〜２１０ｇ／ｍ^２の薄紙から厚紙や封筒、ＯＨＰシートなど）に対して適正な温度制御を行うことが可能となる。

変形量規制リブ３４およびジャム紙規制リブ３５は、下ケース３３との一体成形によって接触式サーミスタ３１の金属板３１ａの下方に形成されている。そのため、部品の増加や装置の大型化を招くことなく、用紙ジャムが発生しても、リブ３４、３５によって金属板３１ａがジャム紙に押されて必要以上に変形するのを防ぐことができる。

この特徴は、加熱ローラ１の軸方向の温度均一化のために加熱ローラ１の軸方向に複数個の接触式サーミスタを設けた場合には、特に顕著な効果となる。すなわち、部品の増加を招くことがなく、使用するサーミスタの個数に合わせて、下ケース３３にリブを複数形成するだけで済むため、小型、低コスト化が実現できるからである。

次に、用紙ジャムについて、図５、図６、図７を用いて説明する。

先ず、用紙ジャムについて、従来の構成を説明する。

図７は、従来における接触式サーミスタと加熱ローラとの接触部の部分拡大図である。用紙ジャムがない通常状態では、接触式サーミスタ３１の金属板３１ａは、図中の点線の位置にて加熱ローラ１と接触して弾性変形している。しかしながら、ユーザの用紙設定ミス、例えば画像形成装置がサポートしていない薄紙やインクジェットプリンタ用の表面が特殊コーティングされた用紙などを通紙した場合には、加熱ローラ１にその用紙が巻き付くジャムが発生する。その場合、ジャム紙３２は接触式サーミスタ３１まで到達し、下ケース３３との当接で蛇腹状に変形し、その結果、金属板３１ａが弾性変形以上に塑性変形することとなる。そのため、ユーザがジャム紙３２を取り除いても金属板３１ａは、もとの点線位置には復元せず、金属板３１ａは加熱ローラ１と接触しない状態となる。この状態では、接触式サーミスタ３１は加熱ローラの表面温度より低く温度を検知するため、加熱ローラ1の表面温度が所定の温度よりも高くなってしまい、画像としてホットオフセットが発生したり、最悪の場合、異常加熱となって正常に装置が動作しない状態を招くこととなる。

図５に本発明における規制リブと接触式サーミスタの部分拡大図を示す。用紙ジャムがない通常状態では、接触式サーミスタ３１の金属板３１ａは、図中の点線の位置にて加熱ローラ１と接触して弾性変形している。変形量規制リブ３４は、ジャム紙３２がない状態では金属板３１ａと接しないよう下ケース３３と一体成形されている。また、変形量規制リブ３４の先端形状は、金属板３１ａが弾性変位δだけ撓んだときに、金属板３１ａと接触するように円弧形状もしくは多項式で表される曲線形状としている。

これにより、変形量規制リブ３４は、金属板３１ａが弾性限界を超えて塑性変形しないよう、金属板３１ａの変形を規制している。なお、金属板３１ａの弾性変位領域内であれば、変形量規制リブ３４の先端形状は直線形状であっても構わないが、金属板３１ａの変形モードによっては、変形量規制リブ３４との局部的な当接となり過大な応力を金属板３１ａに生じる可能性がある。そのため、好ましくは金属板３１ａの全長と均一に当接するよう、変形量規制リブ３４の先端形状は金属板３１ａの撓み曲線がよく、本実施例では３次曲線とした。

金属板３１ａには温度検知素子（抵抗素子）３１ｃが形成されているため、抵抗素子３１ｃと対向する変形量規制リブ３４の先端部には凹部（本例では切欠き部）を設けている。そのため、金属板３１ａが弾性変位δだけ撓んで変形量規制リブ３４に当接しても、抵抗素子３１ｃは接触せず、抵抗素子３１ｃが破損しない形状としている。

以上の構成により、ユーザの用紙設定ミスによる用紙ジャムが生じても、変形量規制リブ３４によって金属板３１ａの変形が弾性変形領域内に規制されるため、ユーザがジャム用紙３２を取り除くことによって、金属板３１ａは加熱ローラ1との接触位置に復元することができる。その結果、接触式サーミスタ３１の温度検知不具合による画像のホットオフセットや異常加熱を生じることはない。

図６に、本発明におけるジャム紙規制リブと接触式サーミスタの部分拡大図を示す。ジャム紙規制リブ３５は、加熱ローラ１との間隙Ｇが２ｍｍ〜５ｍｍになるよう、下ケース３３に一体成形されている。これにより、ジャム紙が金属板３１ａに到達しても、ジャム紙が蛇腹状にならず、さらに図中の矢印で示すようにジャム紙が加熱ローラ１に沿って案内されるため、ジャム紙の面外変形量を接触式サーミスタ３１の金属板３１ａの弾性変形以内に抑えることができる。その結果、金属板３１ａの変形が防止できるとともに、ジャム紙を除去するときには、ジャム紙には金属板３１ａによる引っ掛りによる過大な力が作用しないため、ジャム紙の除去が容易に行える。

本発明の定着装置の概略構成図。本発明の画像形成装置の概略構成図。接触サーミスタと変形量規制リブの斜視図。加熱ローラおよび接触サーミスタの軸方向断面図。変形量規制リブと接触式サーミスタの部分拡大図。ジャム紙規制リブと接触式サーミスタの部分拡大図。従来の接触式サーミスタと加熱ローラとの接触部の部分拡大図。

符号の説明

１加熱ローラ
１ａアルミ芯金
１ｂシリコーンゴム
１ｃＰＦＡ樹脂
２加圧ベルト
３入り口ガイド
４剥離ガイド
５ヒータ
６加圧手段
７加圧アーム
８加圧バネ
９トナー
１０定着装置
１１中間転写体
１２感光体
１３転写装置
１４用紙剥離部材
１５中間転写体清掃装置
１６帯電器
１７感光体清掃装置
１８残像除去装置
１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ、１９Ｃ現像機
２０露光装置
２１カセット
２２転写材供給装置
２３排出装置
３０側板、
３１サーミスタ
３１ａ金属板
３１ｂホルダ
３１ｃ抵抗素子
３２用紙
３３下ケース
３４変形量規制リブ
３５ジャム紙規制リブ

Claims

発熱体により加熱される加熱ローラと、加熱ローラ表面に接触させた弾性変形可能な金属板を介して前記加熱ローラの表面温度を検知する温度検知手段と、前記金属板の加熱ローラと接触する面と反対側の面に対向して設けられ、前記金属板の変形量を規制する変形量規制手段とを備えたことを特徴とする定着装置。
前記変形量規制手段が、リブからなることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記リブを、前記温度検知手段を保持するケース部材に設けたことを特徴とする請求項２記載の定着装置。
前記加熱ローラの回転方向における前記変形量規制リブの形状が、円弧形状または多項式曲線であることを特徴とする定着装置。
前記金属板の加熱ローラと接触する面と反対側の面に、温度検知素子を設けるとともに、前記変形量規制手段には前記温度検知素子と対向する部位に凹部を形成したことを特徴とする請求項１乃至４いずれかの項に記載の定着装置。
前記加熱ローラの軸方向において、前記変形量規制リブの両脇にジャム紙の変形を規制するジャム紙規制手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５いずれかの項に記載の定着装置。
前記ジャム紙規制手段が、リブからなることを特徴とする請求項６記載の定着装置。
前記ジャム紙規制リブを、前記温度検知手段を保持するケース部材に設けたことを特徴とする請求項７記載の定着装置。
請求項１乃至９いずれかの項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。