JP2006251488A - 熱ベルト定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触温度検知センサを使用する熱ベルト定着において、ジャム紙などが非接触温度検知センサの検知範囲に滞留しても装置にダメージを生じることなく、用紙残留などの異常状態を検出することができる。
【解決手段】通紙領域外に接触型温度検知センサ２７を配し、通紙領域内に非接触型温度検知センサ２６を配し、非接触型温度検知センサ２６上にジャム紙があっても、接触型温度検知センサ２７の位置にはジャム紙が搬送されないため、ジャム紙に影響されずに温度検知が可能なる。そして接触温度検知センサ２７によるベルト端部温度検知が、リロード動作時にある規定温度に達したとき、非接触型温度検知センサ２６によるベルト中央温度検知が正常動作の温度より低い規定温度以下であるときには、非接触型温度検知センサ２６上にジャム用紙が存在すると判断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像形成プロセスにおける形成画像定着に用いられ、構成要素として非接触型温度検知センサとベルトを具備する熱ベルト定着装置に関するものである。

従来、電子写真の画像形成プロセスにおける熱ローラ定着方式，熱ベルト定着方式においては、定着の出口などで係止された状態のジャム紙がトナー率の高いベタ画像である場合、溶けたトナーは、強い接着性を持つために、ジャム紙が定着ローラや定着ベルトなどに貼り付くことがある（特許文献１参照）。

しかし、前記のように用紙が貼り付いた状態でありながら、用紙検知センサの検知範囲に用紙がなければ、ジャム状態が解除されたと判断され、ローラなどの熱源がそのまま発熱する可能性がある。

熱ローラ定着方式に比べて熱ベルト定着方式（特許文献２参照）では、ベルトを複数の軸に架設する構成である場合、ベルト形状が変化する分、貼り付いた用紙は取れ易いが、熱ベルト定着方式であっても、特にオイルレスカラー定着の場合には、トナー付着量も多く、かつオイルが無いため分離性は良くなく、用紙の貼り付きが発生することがある。

また、定着装置では、温度検知において通紙領域内に従来の接触式温度検知方式を使用すると、ベルト表層がフッソ被覆されている場合は表層に傷を付け易いので、これを回避するため非接触温度検知方式が使用されている（特許文献３，４参照）。

この構成において、ベルトと非接触温度検知センサとの間にジャム紙が滞留すると、温度検知は用紙の温度をベルト温度として検知してしまい、検知結果によって熱源が発熱を行うと、過昇温となってベルト表層の溶融などのダメージが生じることがある。
特開２００４−２５８５８１号公報 特開２００１−２０１９７８号公報 特開平１１−３０５５９０号公報 特開２０００−２４２１３４号公報

上述したように、搬送上のトラブルなどによってベルトにジャム紙が貼り付いている場合、用紙検知センサの検知範囲に用紙がなければ、ジャム状態が解除されたと判断されてしまい、用紙が残ったまま熱源が発熱を開始したり、また、ベルトと非接触温度検知センサとの間にジャム紙が滞留していると、温度検知結果として紙温度をベルト温度として検知してしまうことになり、加熱のためローラ内における熱源が発熱することになる。

しかしながら、定着装置は高温加熱部であって、前記のような異常検知は危険であり、各種トラブルの原因となる。

本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、非接触温度検知センサを使用する熱ベルト定着において、ジャム紙などが非接触温度検知センサの検知範囲に滞留しても装置にダメージを生じることなく、確実に異常検出が行われるようにした熱ベルト定着装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラと、熱源を内蔵する加熱ローラと、前記定着ローラと前記加熱ローラとに架け渡されるベルトを備えた熱ベルト定着装置において、前記加熱ローラ上の前記ベルトに対して、最小通紙サイズ幅内に設けられた非接触型温度検知センサと、非通紙領域に設けられた接触型温度検知センサと、リロード時に前記熱源を発熱させ、前記接触型温度検知センサによる温度検知が前記非接触型温度検知センサにおいて予め設定されている規定温度Ａに到達しても前記非接触型温度検知センサによる温度検知が予め設定されている規定温度Ｂに到達していない場合に、前記熱源の発熱を中止させる制御部と、前記ベルト上の用紙の有無を検知する反射型用紙センサとを備えたことを特徴とし、この構成によって、用紙が何らかのトラブルによりベルト上に残った場合でも、接触型温度検知センサは非通紙領域にあるため用紙に影響されずに温度検知を行うことができ、また接触型温度検知センサと非接触型温度検知センサとの温度検知に前記のような規定を加えることにより、誤加熱が行われることを防ぐことができ、さらに反射型用紙センサを設けたことにより、両センサが何らかの原因で用紙検知ができない場合をバックアップすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の熱ベルト定着装置において、制御部は、非接触型温度検知センサと接触型温度検知センサとの検知差が、予め設定された通常状態における前記両センサの検知差範囲から外れた場合に、熱源の発熱を中止させることを特徴とし、この構成によって、通常（正常）状態と比較することによって、異常検知，誤加熱をより確実に防ぐことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の熱ベルト定着装置において、加熱ローラにおける非接触型温度検知センサの上流または下流側に用紙を剥離させる剥離部材を設けたことを特徴とし、この構成により、非接触型温度検知センサ上に用紙が来てもベルトから浮いた状態にすることができるため、非接触型温度検知センサは空気中の用紙の温度を検出することになり、正常状態と異常状態の温度差が明確になる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または３記載の熱ベルト定着装置において、加熱ローラの直径を４０ｍｍ以下に設定したことを特徴とし、この構成によって、加熱ローラの曲率を従来の同ローラよりも小さくすることにより、用紙がベルトから分離しやすくなり、前記と同様に、非接触型温度検知センサによる正常状態と異常状態の検知がより正確に行われるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の熱ベルト定着装置において、リロード時に、任意の規定温度以上でベルトを加熱して回転させた後、反射型用紙センサによるベルト上における用紙有無検知を行うことを特徴とし、この構成によって、安定した状態における温度検知を行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または５記載の熱ベルト定着装置において、ベルトの表面を導電性ＰＦＡ樹脂被覆または導電性シリコーンゴムをＰＦＡ樹脂の下層にして、前記ベルトの表面を黒色にしたことを特徴とし、この構成によって、ベルトと用紙との光反射の差が大きく明確になり、反射型用紙センサによる残量用紙の検知精度が向上する。

本発明によれば、用紙がジャムするなど、何らかのトラブルによりベルト上に残った場合でも、接触型温度検知センサは非通紙領域にあるため用紙に影響されずに温度検知を行うことができ、また接触型温度検知センサと非接触型温度検知センサとの温度検知に基づいて用紙の残留判断を行うようにし、かつ反射型用紙センサを設けて両センサが何らかの原因で用紙検知ができない場合をバックアップすることができるなど、用紙残留検知の信頼性を高めることができ、定着部における誤加熱，過熱を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態を説明するための電子写真画像形成装置である複写機の概略構成図であり、装置本体内における感光体１の周囲に、帯電チャージャ２，露光部３，トナー現像部４，転写チャージャ５，感光体クリーニング部６が配設されている。

さらに、装置本体の上部には、原稿が載置されるコンタクトガラス７，コンタクトガラス７に原稿を押圧する圧板８，コンタクトガラス７上の原稿を光学的に読み取り、感光体１を露光する光学部９が設けられており、また、装置本体の下部には、用紙が積載される用紙収納カセット１０が設けられている。

前記用紙収納カセット１０から用紙は、ピックアップコロ１１にて給紙され、レジストローラ１２により、感光体１に現像されているトナー像の位置とタイミングを合わせて、転写チャージャ５に搬送される。転写チャージャ５によりトナー像が転写された用紙は、定着部１３に送られ、加熱，加圧を受けて像定着された後、排出ローラ１４により排紙トレイ１５に排出される。

図２は前記定着部の具体例である本発明に係る熱ベルト定着装置の実施形態の構成図であり、定着ローラ２０と、内部に熱源２１を具備する金属パイプからなる加熱ローラ２２とが対向配設され、両ローラ２０，２２間に、金属フィルム（例えば、Ｎｉ，ＳＵＳ等）、あるいは樹脂フィルム（例えばＰＩ，ＰＡＩ樹脂製）の基材上にシリコーンゴムが設けられ、かつ表層にフッソ樹脂が設けられた定着ベルト２３が架設されている。定着ベルト２３は、定着ローラ２０により駆動回転される。

また、定着ベルト２３を挟んで定着ローラ２０と圧接回転する加圧ローラ２４が設けられている。加圧ローラ２４は、加熱ローラ２２と同様に、その内部に熱源２５を備え、表層にフッソ樹脂を設けたゴムが被覆されている。

加熱ローラ２２と加圧ローラ２４との内部の熱源２１、２５は、加熱ローラ２２上の定着ベルト２３と加圧ローラ２４との温度が温度検知センサ２６，２７，２８でそれぞれ検知され、この温度検知情報を受ける制御部（ＣＰＵ：中央演算処理装置）２９により点灯制御される。

前記のように転写されてトナー像が付着している用紙Ｓは、定着ローラ２０と加圧ローラ２４のゴム部の変形により圧接する部分（ニップ部）Ｎで、定着ローラ２０および加熱ローラ２２により暖められた定着ベルト２３によって熱と圧力を得て、トナー像が定着されることになる。

前記定着ベルト２３に対する温度検知センサ２６，２７は、接触すると定着ベルト２３の表層におけるフッソ樹脂が傷付き、その傷が用紙画像上に転写されるため、図３に示すように、通紙領域（最小通紙サイズ幅内）に配置する温度検知センサ２６には非接触型温度検知センサを採用し、通紙領域の外の温度検知センサ２７には接触型温度検知センサを採用して配置している。また、加圧ローラ２４の温度検知センサ２８は、トナーなどが溜まり難く、かつフッソ樹脂を傷付け難く、また用紙裏面に接することから、接触型温度検知センサを採用している。

ところで、定着ローラ２０と加圧ローラ２４とのニップ部Ｎから出た用紙Ｓは、トナーの付着量が多く、用紙における画像比率の高い印字の場合には、溶けたトナーは強い接着力を有する。通常、図２に示すような分離爪３０や分離板（図示せず）により、用紙Ｓの剥離，分離を行っている。しかし、用紙先端からトナーが付着したり、用紙先端が何かに引っ掛り、用紙が中折れして先端に白抜けが無い状態になる異常が発生した場合には、定着ベルト２３に用紙Ｓが付着して搬送され、非接触型温度検知センサ２６の検知範囲に用紙Ｓがジャムして残留した状態になる可能性がある。

そこで、本実施形態では、通紙領域外に接触型温度検知センサ２７を配しており、非接触型温度検知センサ２６上にジャム紙があっても、接触型温度検知センサ２７の位置にはジャム紙が搬送されないため、ジャム紙に影響されない温度検知ができるようにしている。

そして制御部２９において、図４に示すように、接触温度検知センサ２７によるベルト端部温度検知が、リロード動作時にある規定温度Ａに達したとき、非接触型温度検知センサ２６によるベルト中央温度検知が正常動作の温度より低い規定温度Ｂ以下であるときには、非接触型温度検知センサ２６上にジャム用紙があると判断して、異常（ＮＧ）検知の確度を上げている。

また、ジャム紙を除去したジャムリカバリー後に、加熱ローラ２２内の熱源２１が発熱するリロード動作時に、制御部２９において、図５に示すように、非接触型温度検知センサ２６によるベルト中央温度検知と接触型温度検知センサ２７によるベルト端部温度検知の温度差がＣとなり、正常リロード時の温度差Ｄと比較して低いことを検知した場合に、ジャム用紙がある判断することによっても、異常（ＮＧ）検知の確度を上げることができる。

このようにすることにより、直接型温度検知センサ２７が、通常リロード動作温度中（約１６０℃〜１８０℃）に異常検出することができるため、定着ベルト２３などにおけるフッソ樹脂溶融などのダメージを発生させることなく異常検知することができる。

また、定着ベルト２３上にジャム紙がぴったり完全に貼りついた場合には、ジャム紙が定着ベルト２３と同等の温度になってしまう。また、一般的な用紙は熱容量が小さいので薄紙ではリロード時の温度上昇時間の遅れは小さく、入力電圧などの変動による差以下になってしまう。

そのため、図６に示すように、非接触型温度検知センサ２６に対する用紙搬送方向上流または下流に、用紙Ｓの分離を補助する紙剥離用薄板などの用紙分離機構３１ａ，３１ｂを設置することにより、非接触型温度検知センサ２６の検知範囲にジャム紙が移動してきたときに、定着ベルト２３から浮いた状態にするようにすることが考えられる。

このようにすることにより、非接触型温度検知センサ２６は、空気中のジャム紙に対する温度検出を行うことになり、正常状態と異常状態の温度差が明確になるため、用紙検知の信頼性が向上する。

また、実験によれば、本実施形態のようにベルト２３を用いる定着装置では、加熱ローラ２２の曲率を小さく（ローラ径２０〜３０ｍｍ）することにより、ジャム用紙が定着ベルト２３から用紙が分離しやすくなるという結果が得られた（図７の丸印）。また、ローラ直径３５〜４０ｍｍで２色トナー合わせベタ画像では用紙は分離するが、３色トナー合わせでは分離せず（図７の三角印）、またローラ直径４５ｍｍで２色トナー合わせでも用紙は分離しない（図７の×印）ことが分った。通常トナー付着量を規制して３色でも２色合わせ程度の付着量にするため分離することができる。

これらのことから、加熱ローラ２２の直径を４０ｍｍ以下にすることにより、非接触型温度検知センサ２６上の定着ベルト２３から用紙を浮かせた状態にすることができ、そのため、非接触型温度検知センサ２６は、前記と同様に、空気中における用紙紙の温度検出することになり、正常状態と異常状態の温度差が明確に検知されることになる。

また本実施形態では、図８に示すように、定着ベルト２３上に用紙検知センサとして反射型フォトセンサ３２を設け、検出光を定着ベルト２３に出射して、定着ベルト２３からの反射光の変化を検出することにより、用紙の有無を検知するようにしている。

これにより、ジャムリカバリー時に定着ベルト２３を回転させることにより、完全に定着ベルト２３に巻き付いたジャム紙Ｓも検出することができる。これにより、非接触型温度検知センサ２６と接触型温度検知センサ２７とによる用紙検知をバックアップすることができる。

また、定着ベルト２３に前記フォトセンサ３２の光を出射させた場合に、定着ベルト２３の着色により誤検知することがある。実験によれば（図９参照）、定着ベルト２３の表層におけるフッソ樹脂を導電性ＰＦＡ樹脂にするか、またはＰＦＡ樹脂そのものは、通常、無色透明であるため、フッソ樹脂の下層に貼るシリコーンゴムを導電性にすることにより、定着ベルト２３を黒色にすることが可能になり、通常、白色系である用紙の誤検知が生じなかった。しかし、シリコーンゴムのベンガラを黒色にするものは完全に黒とならず誤検知した。

これらのことから、定着ベルトの表層を導電性ＰＦＡまたはシリコーンゴムを導電性にすることにより黒色にすることができ、残紙検知の信頼性が向上することが判明した。

本発明は、プリンタ，ファクシミリ装置，複写機などの画像形成エンジン部分における電子写真形成プロセスの熱定着部に用いられ、特に非接触温度検知センサと接触温度検知センサを用いて用紙の残量状態を検知する熱ベルト定着装置に実施して有効である。

本発明の実施形態を説明するための電子写真画像形成装置である複写機の概略構成図 本発明に係る熱ベルト定着装置の実施形態の構成図 本実施形態における定着ベルトに対する温度検知センサの配設状態を説明するための平面図 本実施形態における温度検知例の説明図 本実施形態における温度検知例の説明図 本実施形態における用紙分離機構を説明するための構成図 本実施形態における加熱ローラの径と用紙分離との関係を示す図 本実施形態における用紙検知センサとして反射型フォトセンサを説明するための構成図 本実施形態における定着ベルトの色，構成と用紙分離との関係を示す図

符号の説明

２０ 定着ローラ
２１，２５ 熱源
２２ 加熱ローラ
２３ 定着ベルト
２４ 加圧ローラ
２６ 非接触型温度検知センサ
２７，２８ 接触型温度検知センサ
２９ 制御部
３０ 分離爪
３１ａ，３１ｂ 用紙分離機構
３２ 反射型フォトセンサ

Claims (6)

1. 定着ローラと、該定着ローラに圧接して回転する加圧ローラと、熱源を内蔵する加熱ローラと、前記定着ローラと前記加熱ローラとに架け渡されるベルトを備えた熱ベルト定着装置において、
   前記加熱ローラ上の前記ベルトに対して、最小通紙サイズ幅内に設けられた非接触型温度検知センサと、非通紙領域に設けられた接触型温度検知センサと、リロード時に前記熱源を発熱させ、前記接触型温度検知センサによる温度検知が前記非接触型温度検知センサにおいて予め設定されている規定温度Ａに到達しても前記非接触型温度検知センサによる温度検知が予め設定されている規定温度Ｂに到達していない場合に、前記熱源の発熱を中止させる制御部と、前記ベルト上の用紙の有無を検知する反射型用紙センサとを備えたことを特徴とする熱ベルト定着装置。
2. 前記制御部は、前記非接触型温度検知センサと前記接触型温度検知センサとの検知差が、予め設定された通常状態における前記両センサの検知差範囲から外れた場合に、前記熱源の発熱を中止させることを特徴とする請求項１記載の熱ベルト定着装置。
3. 前記加熱ローラにおける前記非接触型温度検知センサの上流または下流側に用紙を剥離させる剥離部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の熱ベルト定着装置。
4. 前記加熱ローラの直径を４０ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１または３記載の熱ベルト定着装置。
5. リロード時に、任意の規定温度以上で前記ベルトを加熱して回転させた後、前記反射型用紙センサによる前記ベルト上における用紙有無検知を行うことを特徴とする請求項１記載の熱ベルト定着装置。
6. 前記ベルトの表面を導電性ＰＦＡ樹脂被覆または導電性シリコーンゴムをＰＦＡ樹脂の下層にして、前記ベルトの表面を黒色にしたことを特徴とする請求項１または５記載の熱ベルト定着装置。

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