JP2012168320A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラと温度センサとの間に捕捉されたトナーや紙粉などの異物を、温度センサの検知精度を低下させることなく除去できる定着装置を提供する。
【解決手段】定着ローラ１１と、この定着ローラ１１に圧接してニップ部Ｎを形成する加圧ローラ１２と、定着ローラ１１を加熱するハロゲンヒータＨと、定着ローラ１１に接触してその表面温度を検出する温度センサ２と、温度センサ２に振動を与える振動発生手段７とを設ける。そして振動発生手段７によって温度センサ２に振動を与えて温度センサ２を清掃する。ここで、温度センサ２を板バネ２１に取り付け、振動発生手段８からの振動を板バネを介して伝えてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着回転体と加圧回転体とが圧接して形成されるニップ部に被転写部材を通過させることによって、被転写部材上の未定着トナー像を加熱・加圧して被転写部材に溶融定着させる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、現像されたトナー画像を用紙などの被転写材に転写させた後、定着装置によって加熱・加圧してトナー画像を被転写材に定着させる。定着装置は、通常、圧接した一対のローラを有し、この一対のローラのニップ部に被転写材を通過させて加熱・加圧を行い、トナー画像を被転写材に溶融定着する。

定着装置は、少なくとも一方のローラを加熱する加熱源と、ローラの表面温度を検出する温度センサとを備え、被転写材と接するローラの表面温度が所定温度になるように制御される。温度センサとしてはサーミスタや熱電対などの測温体が通常用いられ、これら温度センサをローラ表面に接触させて測定する方式が簡易で確実な手段として広く用いられている。

ところが、定着装置のローラのニップ部を被転写材が通過する際に、被転写材に付着していたトナーや紙粉、現像キャリアなどがローラに付着することがある。そして、ローラに付着したこれらの異物は、温度センサのローラとの接触部に捕捉されることがある。当該接触部に異物が付着すると、温度センサの検出精度が低下すると共に、長期にわたる場合にはローラ表面を傷つけてしまうことがある。

そこで、特許文献１では、温度センサをローラの回転軸方向に移動させる機構又は温度センサをローラ表面から離れる位置へ回動させる機構を設けると共に、ローラの非定着領域又は温度センサが回動した位置に、耐熱ゴムや耐熱フェルトを表面に備えたクリーニング部を設けて、定着動作を一定枚数または一定時間行うごとに、温度センサをクリーニング部に移動又は回動させ、温度センサに付着した異物を除去する技術が提案されている。

特開平3-172885号公報

しかしながら、前記提案技術では、定着装置の周囲に、温度センサを移動又は回動させる機構及びクリーニング部を配置するための空間が必要であり、装置が小型化が図れないおそれがある。また、クリーニング部に異物等の汚れが累積的に溜まるので、使用と共にクリーニング性が低下するおそれがあり、これを回避するにはクリーニング部の定期的な交換あるいは清掃が必要となる。さらに、温度センサを回動させてローラから離間させる形態では、温度センサがローラから離間している間、安全のため通常は加熱源への通電はオフとされるので、ローラの表面温度が一時的に低下し、温度センサが元の位置に復帰後、ローラ表面温度を設定定着温度まで再加熱する間、次の画像形成動作を開始できない。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ローラ表面と温度検出手段の間に捕捉されたトナーや紙粉などの異物を、装置の大型化を招くことなく、しかも温度検出手段の機能を維持した状態で除去できる定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る定着装置は、定着回転体と、この定着回転体に圧接してニップ部を形成する加圧回転体と、前記定着回転体及び前記加圧回転体の少なくとも一方を加熱する熱源と、前記定着回転体又は前記加圧回転体に接触して回転体の表面温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段に振動を与える振動発生手段とを備え、前記振動発生手段によって前記温度検出手段に振動を与えて前記温度検出手段を清掃することを特徴とするものである。

ここで、温度検出手段を可撓性部材に取り付け、振動発生手段からの振動を可撓性部材を介して温度検出手段に伝えるのが好ましい。

また、温度検出手段の清掃をより効果的に行う観点からは、温度検出手段の回転体への接触圧力を可変とし、温度検出手段を清掃する際は、温度検出手段の接触圧力を通常よりも小さくするのが好ましい。

さらには、温度検出手段を清掃する際、回転体を回転させるのが好ましい。

温度検出手段を清掃する際、回転体の表面温度を１５０℃〜２３０℃の範囲とするのが好ましい。

そしてまた、温度検出手段の、回転体と接触する面の表面粗さを、回転体の表面粗さよりも小さくするのが好ましい。

振動発生手段によって温度検出手段に与える振動の周波数としては２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲が好ましい。

また本発明によれば、前記のいずれか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が提供される。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置では、定着回転体及び加圧回転体の一方に接触する温度検出手段に振動発生手段から振動を与えて、温度検出手段の回転体との接触部に捕捉されたトナーや紙粉などの異物を温度検出手段から除去するので、従来の装置のような温度検出手段の移動機構や回動機構を必要とせず装置の小型化が図れる。加えて、温度検出手段の温度検出機能を維持した状態で温度検出手段の清掃ができるので、従来のような温度検出手段の清掃間における回転体の一時的温度低下が起こらず、次の画像形成動作が迅速に行える。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す側断面図。 図１の画像形成装置に搭載されている定着装置の側断面図。 温度センサに振動を与えたときに、異物に働く力を模式的に示した説明図。 本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す側断面図。

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

図１に、本発明の画像形成装置及び定着装置の概説図を示す。図１の画像形成装置１００はタンデム型のカラー画像形成装置であって、原稿画像を読み取るイメージリーダー部２００と、読み取った画像を転写材にプリントして再現するプリンタ部３００と、プリント条件を入力したり装置の稼動状況を表示する操作表示部４００とから構成される。イメージリーダー部２００は、不図示の原稿ガラス板に載置された原稿の画像をスキャナを移動させながら読み取る公知のもので、読み取った画像データはイメージセンサにより色別に電気信号に変換されてプリンタ部３００に送られる。また、画像形成装置１００は、装置の動作を制御したり画像データを記憶する制御部６０を備え、各種センサの情報や使用者の指示に応じて設計された仕様で駆動制御される。

プリンタ部３００は電子写真方式で画像形成するもので、その略中央部に中間転写ユニット２が設置されている。この中間転写ユニット２は、中間転写ベルト２１と、中間転写ベルト２１を張架する駆動ローラ２３と従動ローラ２２とを主要構成要素として備える。従動ローラ２２はテンションローラとしての役割を果たし、中間転写ベルト２１に張力を与える。駆動ローラ２３は駆動モータＭによって図において反時計回りに回転駆動し、これにより、中間転写ベルト２１が回転し、従動ローラ２２が従動回転する。従動ローラ２２には、中間転写ベルト２１を挟んでクリーニングブレード２７が圧接している。クリーニングブレード２７は、用紙（被転写材）Ｐに転写しなかった残留トナーを中間転写ベルト２１表面から除去する。

中間転写ベルト２１の下面水平部の下方には、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色に対応する４つの画像形成部３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋが並んで配置されている。各画像形成部では、感光体表面を均一に帯電させた後、電気信号に変換された画像データに応じて露光して静電潜像を形成し、形成された静電潜像をトナーで現像し可視像化する。そして、各色ごとに形成されたトナー像を中間転写ベルト２１に１次転写して重ね合わせてフルカラーのトナー画像を形成する。なお、画像形成部３０Ｙ、３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｋには、それぞれの色別のトナー容器３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋからトナーが補給される。

プリントする用紙Ｐはトレイ４１に積層されており、最上の用紙Ｐから順に一枚ずつ搬送路に引き出され、中間転写ベルト２１の回転とタイミングを合わせて駆動ローラ２３と転写ローラ４２とのニップ部（２次転写領域）に送られる。そして、中間転写ベルト２１の表面に形成されたトナー画像が用紙Ｐに転写される。その後、用紙Ｐが定着装置１を通過する間に、トナー画像は加熱・加圧されて用紙Ｐに溶融定着し排紙トレイに排出される。

図２に、図１の画像形成装置に搭載されている定着装置１の概略構成図を示す。定着装置１は、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とを備える。加圧ローラ１２は、バネなどの不図示の付勢部材によって定着ローラ１１側へ付勢され、定着ローラ１１と圧接して定着ローラ１１との間でニップ部Ｎを形成している。定着ローラ１１は、不図示の回転駆動手段によって図中反時計回りに回転し、これによって加圧ローラ１２は時計回りに従動回転する。

定着ローラ１１は、円筒状に成形されてなる芯金１１１を備える。そして、芯金１１１の中心部の軸方向には、熱源としてのハロゲンヒータＨが設けられている。芯金１１１の材質は、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。また、その厚さは、０．１〜５ｍｍの範囲が好ましく、剛性と軽量化及びウォームアップ時間の短縮化等を考慮すると０．２〜１．５ｍｍの範囲がより好ましい。また、表面の離型性を向上させるために、芯金１１１の表面に、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合樹脂）等のフッ素系材料からなるチューブを被着する、あるいは前記フッ素系材料でコーティング層を形成して表層としてもよい。表層の厚さは５〜１００μｍの範囲が好ましい。また、水との接触角は９０度以上が好ましく、より好ましくは１１０度である。フッ素系チューブとしては、市販品の「PFA350-J」、「451HP-J」、「951HP Plus」（いずれも三井・デュポンケミカル社製）が好適に使用できる。また、ニップ部Ｎの幅を大きくするために、芯金１１１と表層との間に、弾性層をさらに設けてもよい。弾性層の材質としては、弾性と耐熱性を有するものが望ましく、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが挙げられる。弾性層の厚さに特に限定はないが、通常は、０．０５〜２ｍｍの範囲が好ましい。

加圧ローラ１２は、円筒状の芯金１２１の表面に、シリコーンゴムからなる弾性層１２２が形成され、その表面に表層としてのＰＦＡチューブ１２３が被着されてなる。なお、芯金１２１及び弾性層１２２、表層１２３の好適態様は定着ローラ１１の場合と同様である。

温度センサ（温度検出手段）２は、保持板２２に一方端が固定された板バネ（可撓性部材）２１の自由端に取り付けられている。そして、保持板２２は、固定板２４に軸２３によって揺動可能に支持され、保持板２２の他方端と固定板２４との間には押しバネ２５が介装されている。これにより、固定板２２と共に板バネ２１は押しバネ２５によって軸２３を中心として図において反時計回りの方向に付勢され、板バネ２１の自由端に取り付けられている温度センサ２は定着ローラ１１に圧接する。板バネ２１には振動発生手段７が取り付けられており、振動発生手段７から発生した振動は板バネ２１を介して温度センサ２に伝えられる。なお、温度センサ２の定着ローラ１１に対する圧接力は、固定板２４に取り付けられた調整ネジ２６の回動による出入量により調整できる。

本発明で使用する温度センサ２は接触方式のセンサであればよく、例えば、サーミスタや熱電対、白金測温抵抗体、ＩＣ化温度センサ、サーモバイル、ＮＣセンサなどが使用できる。

温度センサ２の定着ローラ１１との接触部は、後述するように、摩擦抵抗の少ない薄膜素材で覆われており、定着ローラ１１の表面に対して高い滑り性を有している。

本発明で使用する振動発生手段７は、電気信号によって伸縮して機械的な振動を板バネ２１に生じさせるものであって、圧電材料のような従来公知の手段を用いることができる。

温度センサ２による検出温度は、制御装置６０（図１に図示）に送られ、定着ローラ１１の表面温度が所定の設定温度を維持するように、ハロゲンヒータＨへの通電が入切制御される。未定着のトナー画像ｔが載った用紙Ｐは、トナー画像形成面が定着ローラ１１側となるように、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部Ｎに搬送され、ニップ部Ｎを通過する間に、トナー画像ｔに対して加熱及び加圧がなされ、トナー画像ｔは用紙Ｐに溶融定着する。

このような定着装置にいて、ニップ部Ｎを用紙Ｐが通過する際に、トナーや紙粉、キャリアなどが用紙Ｐから遊離して定着ローラ１１の表面に異物８として付着することがある。そして、定着ローラ２１に付着した異物８の一部は、温度センサ２の定着ローラ１１との接触部で捕捉され滞留する。

本発明者が行った実験結果によれば、温度センサ２の、定着ローラ１１との接触部において異物８が捕捉されるかどうかは、温度センサ２の定着ローラ１１に対する接触圧と密接な関係があった。すなわち、表１に示すように、温度センサ２の接触圧が０．４Ｎ（通常）及び０．３Ｎの場合には、温度センサ２の、定着ローラ１１との接触部に異物８は捕捉され、接触圧が０．２Ｎ及び０．１Ｎの場合には異物８は捕捉されなかった。したがって、温度センサ２の、定着ローラ１１との接触部において異物８が捕捉されないようにするには、温度センサ２の定着ローラ１１に対する接触圧を、例えば０．２Ｎ以下とすればよいが、温度センサ２の接触圧を低くすると温度センサ２の温度検知精度が低下する。

そこで、本発明者は種々実験を繰り返した結果、温度センサ２の定着ローラ１１に対する接触圧が通常値（例えば０．４Ｎ）であっても、温度センサ２に振動を与えると、温度センサ２と定着ローラ１１との間に異物８は捕捉されず、また温度センサ２に捕捉されていた異物８も解放されて温度センサ２が清掃されることを見出し本発明をなすに至った。

すなわち、図２に示した構成の定着装置１を用いて、振動発生手段７を作動させて板バネ２１を介して温度センサ２に振動を与えた。具体的には、温度センサ２の定着ローラ１１に対する接触圧は通常値（０．４Ｎ）とした状態で、振動周波数を１０Ｈｚ〜４０Ｈｚまで１０Ｈｚごとに変えて、温度センサ２の接触部で異物８が捕捉されるかどうかを目視により判断した。結果を表２に示す。

表２から理解されるように、振動発生手段７による振動周波数が１０Ｈｚの場合には温度センサ２によって異物８が捕捉されたが、振動周波数が２０Ｈｚ以上の場合には、温度センサ２の接触圧が通常値（０．４Ｎ）であっても異物８は捕捉されなかった。なお、これら実験は、定着ローラ１１の外径は２０〜４０ｍｍ、周速は７０〜２５０ｍｍ／ｓの範囲で行ったものである。

このように温度センサ２に振動を与えることで、温度センサ２による異物８の捕捉を防止できるのは、次のような機構からではないかと本発明者は考えている。図３を参照しながらその機構を説明する。温度センサ２と定着ローラ１１との間に捕捉された異物８には、定着ローラ１１からの力（Ｆ１）と、温度センサ２からの力（Ｆ２）とが加わる。ここで、Ｆ１とＦ２とは下記式で表される。
Ｆ１＝μ_１×Ｐ
Ｆ２＝μ_２×Ｐ＋Ｅ
μ_１：定着ローラと異物との間の摩擦係数
μ_２：温度センサと異物との間の摩擦係数
Ｐ：温度センサの接触圧
Ｅ：温度センサによる異物を保持する力

ここで、温度センサ２による異物８の捕捉を防止するために、前述のような滑り性の高いＰＴＦＥなどで定着ローラ１１及び温度センサ２の表面を被覆し、定着ローラ１１と温度センサ２の摩擦係数をμ_１＞μ_２としても、通常、（μ_１−μ_２）Ｐ＜Ｅであるため、Ｆ１＜Ｆ２となって、温度センサ２と定着ローラ１１との間に捕捉された異物８は除去されない。

一方、温度センサ２の接触圧Ｐを低くすると、温度センサ２による異物８の保持力Ｅも同時に小さくなり、例えば前述の表１に示すように、接触圧Ｐを０．２Ｎ以下にすると（μ_１−μ_２）Ｐ＞Ｅとなって、Ｆ１＞Ｆ２となり温度センサ２による異物８の捕捉が防止される。また、接触圧Ｐを通常の０．４Ｎとした状態であっても、温度センサ２に振動を与えると、接触圧Ｐが周期的に低下して（μ_１−μ_２）Ｐ＞Ｅとなり、Ｆ１＞Ｆ２となる時が周期的に生じ、温度センサ２による異物８の捕捉が防止される。

温度センサ２に与える振動は、低い周波数で大きい振幅の振動が好ましく、通常、２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲が好ましい。なお、振動発生手段７の周波数や振幅を可変とし、画像形成枚数や装置設置環境などによって変えるようにしもよい。

定着ローラ１１と温度センサ２の摩擦係数をμ_１＞μ_２とするには、例えば、温度センサ２の、定着ローラ１１と接触する部分の表面粗さを、定着ローラ１１の表面粗さよりも小さくすればよい。温度センサ２の、定着ローラ１１と接触する部分の表面粗さとしては、例えば０．１μｍ以下が好ましく、定着ローラ１１の表面粗さとしては０．３〜０．９μｍの範囲が好ましい。なお、本明細書における「表面粗さ」はJIS B 0601に準拠して測定した算術平均粗さをいうものとする。温度センサ２、定着ローラ１１と接触する部分及び定着ローラ１１をこのような表面粗さにするには、定着ローラ１１については、前述のように、フッ素系材料からなるチューブを被着する、あるいはフッ素系材料のコーティング層を表面に形成すればよい。また、温度センサ２については、定着ローラ１１と接触する部分に前記フッ素系材料のシートを貼着するあるいはフッ素系材料を塗布してコーティング層を形成すればよい。

トナーなどの異物８は温度センサ２に固着しているので、温度センサ２の清掃を行う場合には、定着ローラ１１の温度をトナーの溶融温度以上にするのが好ましい。通常、温度センサ２の清掃を行う場合の、定着ローラ１１の温度としては１５０℃〜２３０℃の範囲が好適である。また、温度センサ２の清掃は、定着ローラ１１を回転させながら行うのが好ましい。

温度センサ２の清掃は、画像形成処理の終了後に、次の画像形成処理がない場合には、定着ローラ１１が回転停止する前に所定時間だけ行うのが好ましい。加えて、定着動作を一定枚数または一定時間行うごとに温度センサの清掃を行っても構わない。

図４に、本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す。この図に示す定着装置１ａは、温度センサ２の接触圧を可変としたものである。自由端側に温度センサ２が取り付けられ、中間部に振動発生手段７が設けられた板バネ２１が保持板２２に固定されている。そして、保持板２２の一方端はギア２７の回転軸２０に取り付けられている。ギア２７は、モータ２９によって回動するウォームギア２８と歯合している。

このような構成の定着装置において、定着処理が可能な状態では、温度センサ２の接触圧は例えば０．４Ｎに設定されている。そして、温度センサ２を清掃する場合は、モータ２９によってウォームギア２８を回転させてギア２７を時計回りに回転させて、板バネ２１に加わる力を弱めて温度センサ２の接触圧を例えば０．１Ｎにする。この状態で振動発生手段７を動作させて温度センサを清掃する。表１に示したように、温度センサ２の接触圧を低くする方が、温度センサ２に捕捉された異物を除去しやすい。定着処理を再び行う場合には、モータ２９によってウォームギア２８を先程とは逆方向に回転させて、ギア２７を反時計回りに回転させて、板バネ２１に力を加えて温度センサ２の接触圧を通常値（例えば０．４Ｎ）に戻す。なお、温度センサ２の接触圧を低くている間、温度センサ２の検知精度が低下するおそれがあるが、清掃時間は短時間であり、定着ローラ１１の熱容量によって定着ローラの温度変化は問題とならない範囲で収まる。

温度センサ２の接触圧を変化させる手段としては、ギア２７とウォームギア２８とを用いた前記実施形態に限定されるものではなく、例えばソレノイドを用いた構成など従来公知の手段を用いることができる。

以上説明した実施形態では、定着回転体として定着ローラ１１を用い、加圧回転体として加圧ローラ１２を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、定着回転体及び加圧回転体として無端状ベルトを用いた構成など従来公知の構成のものを用いることができる。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、定着回転体及び加圧回転体の一方に接触する温度検出手段に振動発生手段から振動を与えて、温度検出手段の回転体との接触部に捕捉されたトナーや紙粉などの異物を温度検出手段から除去するので、従来の装置のような温度検出手段の移動機構や回動機構を必要とせず装置の小型化が図れる。加えて、温度検出手段の温度検出機能を維持した状態で温度検出手段の清掃ができるので、従来のような温度検出手段の清掃間における回転体の一時的温度低下が起こらず、次の画像形成動作が迅速に行え有用である。

１，１ａ 定着装置
２ 温度センサ（温度検出手段）
７ 振動発生手段
Ｈ ハロゲンヒータ（熱源）
Ｎ ニップ部
１１ 定着ローラ（定着回転体）
１２ 加圧ローラ（加圧回転体）
２１ 板バネ（可撓性部材）
１００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 定着回転体と、この定着回転体に圧接してニップ部を形成する加圧回転体と、前記定着回転体及び前記加圧回転体の少なくとも一方を加熱する熱源と、前記定着回転体又は前記加圧回転体に接触して回転体の表面温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段に振動を与える振動発生手段とを備え、
   前記振動発生手段によって前記温度検出手段に振動を与えて前記温度検出手段を清掃することを特徴とする定着装置。
2. 前記温度検出手段は可撓性部材に取り付けられ、前記振動発生手段からの振動は前記可撓性部材を介して伝えられる請求項１記載の定着装置。
3. 前記温度検出手段の前記回転体への接触圧力を可変とし、前記温度検出手段を清掃する際は、前記温度検出手段の接触圧力を通常よりも小さくする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 前記温度検出手段を清掃する際、前記回転体を回転させる請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記温度検出手段を清掃する際、前記回転体の表面温度を１５０℃〜２３０℃の範囲とする請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記温度検出手段の、前記回転体と接触する面の表面粗さが、前記回転体の表面粗さよりも小さい請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記振動発生手段によって前記温度検出手段に与える振動の周波数が２０Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲である請求項１〜６のいずれかに記載の定着装置。
8. 請求項１〜７のいずれか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。