JP2014130199A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録紙の幅に合わせた加熱を行う際に重複位置での加熱部の駆動を防止し、効率的な加熱を行う。
【解決手段】トナーを記録紙に定着する加熱ローラ２の内部にそれぞれ独立して複数の加熱部材２１〜２４を設ける。複数の加熱部材のそれぞれの加熱部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、記録紙の搬送方向と直交した方向を複数に分割した位置であって且つ相互に重ならない位置に設ける。制御手段は温度センサが検知した加熱ローラ２の検知温度に基づいて加熱部の加熱部を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、トナー像を記録紙等の記録媒体に定着させる定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリやプリンタとして、電子写真方式によって画像を記録紙に形成する画像形成装置が用いられる。電子写真方式の画像形成装置は、感光体を帯電装置で帯電させた後、原稿画像や画像情報に応じた光書き込み等によって感光体の表面上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置がトナーによって現像して可視像であるトナー像とし、このトナー像を記録紙に転写する。そして、定着装置が記録紙を加熱加圧することによりトナー像を記録紙上に定着させてコピーやプリントを得ている。

画像形成装置に用いられる定着装置としては、以下の２つの方式がある。１つは、熱源を備えた加熱ローラと加熱ローラに当接して回転する加圧ローラとからなり、加熱ローラ及び加圧ローラの間に記録紙を搬送して記録紙を加熱加圧することによりトナー像を定着するローラ方式である。もう１つは、熱源を備えた加熱ローラと定着ローラとの間に無端状の定着ベルトを掛け渡し、この定着ベルトと加圧ローラとの間に記録紙を搬送して加熱加圧することによりトナー像を定着するベルト方式である。

一方、近年、画像形成装置において高生産性や省エネルギーが求められている。また、様々な厚さやサイズの記録紙に対する対応能力も求められている。特に高生産性を保ちつつ、厚紙からなる記録紙を連続通紙する場合、定着装置の加熱ローラに蓄えた熱エネルギーを次々に奪うことになる。よって、定着性を確保するため、加熱ローラを加熱して失われた熱を補充する必要がある。この熱源として赤外線ヒータを使用する定着装置においては、赤外線ヒータの点灯率を高くして素早く加熱ローラを加熱することが要求される。

特許文献１には、ヒータにより加熱ローラ全体を均一に加熱する際に、通紙する記録紙の幅が狭い場合は熱エネルギーに無駄が生じることを解消するため、記録紙の幅に合わせて加熱ローラの加熱時間を制御することが記載されている。

しかしながら、特許文献１において、より高速でプリント動作を行うことが要求される場合には、記録紙により加熱ローラの熱が奪われる量が大きくなり、記録紙の通過部分と非通過部分との間でより大きな温度差が生じやすい状態となる。この温度差は、昇温速度を向上するために加熱ローラを薄肉化し、加熱ローラの熱容量を低くした定着装置で特に顕著となる。

記録紙に奪われた熱を補うためには、より大きな加熱率で加熱ヒータを駆動する必要がある。この場合には、記録紙の非通過部分において熱エネルギーが過大となって温度上昇するため、加熱ローラあるいは定着ベルトの耐熱温度を超えてしまい、これらが変形するといった問題がある。

本発明は、上述のような様々な条件の記録紙を高生産性を保って通紙する際に発生する問題を解決することが可能な定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の定着装置は、シート状記録媒体を搬送しシート状記録媒体にトナーを定着させる回転部材と、回転部材の表面温度を検知する温度センサと、回転部材の内部に設けられて回転部材を加熱する加熱手段と、加熱手段による加熱を制御する制御手段とを備え、加熱手段は、回転部材の加熱のための加熱部を有して回転部材の内部にそれぞれ独立して設けられた複数の加熱部材からなり、複数の加熱部材のそれぞれの加熱部は、シート状記録媒体の搬送方向と直交した方向を複数に分割した位置であって且つ相互に重ならない位置に設けられており、制御手段は温度センサが検知した回転部材の検知温度に基づいて複数の加熱部材の加熱部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、回転部材の内部に設けられた複数の加熱部材の加熱部がシート状記録媒体と直交した方向の分割位置で、且つ相互に重ならない位置に設けられて記録媒体を加熱する構造のため、加熱に必要な部位の加熱部だけを駆動するように制御することができる。このため記録媒体の幅に合わせた加熱を行う際に重複位置で加熱部が加熱駆動することがなく、効率的な加熱が可能となる。従って、大きな加熱率で駆動する必要がないことから、回転部材が必要以上に温度上昇することがない。その結果、温度上昇に起因した回転部材の変形等を防止することができる。

本発明の実施形態の画像形成装置の内部構成を示す概略図である。 本発明の実施形態の加熱ローラを示す概略断面図である。 本発明の実施形態の加熱ローラの表面温度と発光部の制御を示すタイミングチャートである。

本発明の実施形態の画像形成装置１について図１を参照して説明する。本実施形態の画像形成装置１は、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタであり、電子写真方式によりシート状記録媒体としての記録紙Ｐに画像を記録する。画像形成装置１は、一般にコピー等に用いられる普通紙やＯＨＰシートやハガキ等の厚紙等の様々な厚さやサイズの記録紙に対して印刷を行う。

画像形成装置１はドラム状の感光体４１を備え、この感光体４１の周囲に、帯電器４２、露光装置の露光ミラー４３、現像装置４４、転写装置４８、定着装置１０、クリーニング装置４６が回転方向Ａに沿って配置されている。また、記録紙Ｐを収納した給紙トレー５０が装置下方に配置されている。なお、以下においては、感光体４１における帯電器４２の取付位置を感光体４１の回転開始位置とした場合の上流とし、クリーニング装置４６の取付位置を感光体４１の回転終了位置とした場合の下流として説明する。

帯電器４２は感光体４１の表面に接触する帯電ローラからなり、感光体４１の表面を均一に帯電させる。露光装置は帯電器４２より下流側に設けられている。露光ミラー４３には、画像読取装置が読み取った画像を画像処理したレーザ光Ｌｂが供給され、供給されたレーザ光Ｌｂを感光体４１の表面に反射し感光体４１の表面に静電潜像を形成する。

現像装置４４は、感光体４１の表面にトナーを供給して静電潜像をトナー像として可視像化するものであり、感光体４１の表面にトナーを供給する現像ローラ４４ａを備えている。転写装置４８としてはコロナ放電器が使用されており、感光体４１の表面に可視像化されたトナー像をコロナ放電により記録紙Ｐに転写する。

定着装置１０は記録紙Ｐに対して加圧及び加熱を行うことによりトナー像を定着させる。クリーニング装置４６は定着装置１０の下流側に設けられており、トナー像の転写後に感光体４１の表面に残留しているトナーを除去する。この除去を行うため、クリーニング装置４６は感光体４１表面に接触するクリーニングブレード４６ａを有している。

シート状記録媒体としての記録紙Ｐは給紙トレー５０に積層状態で収納されており、給紙ローラ１１０により１枚ずつ取り出される。取り出された記録紙Ｐはレジストローラ対４９を経て感光体４１と転写装置４８との間に搬送される。感光体４１と転写装置４８との間に搬送されることにより、感光体４１のトナー像が記録紙Ｐに転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置１０に搬送され、定着装置１０によってトナー像が定着される。

さらに、画像形成装置１は主電源装置９を備えており、主電源装置９からの電力により上述した各部材への給電が行われる。主電源装置９はプラグ５１を商用電源のコンセントに差し込むことにより商用電源から電力が供給される。

本実施形態の定着装置１０は回転部材としての加熱ローラ２と加圧ローラ１５とによって構成されている。加熱ローラ２と加圧ローラ１５との間に記録紙Ｐが搬送され、搬送された記録紙Ｐを加熱加圧してトナー像を記録紙Ｐに定着させる。

加熱ローラ２のローラ基体にはアルミニウムや鉄等の金属が用いられており、これにより耐久性や加熱による変形を防止することができる。加熱ローラ２の表面にはトナーとの固着を防ぐための離型層が形成されていることが好ましい。また、加熱ローラ２の内部には加熱手段が設けられ、これにより加熱ローラ２の加熱が行われる。

加圧ローラ１５は、芯金の外周にゴム等の弾性層が形成されており、加熱ローラ２と接触することにより、加熱ローラ２との間にニップ部を形成している。このニップ部に未定着トナー像を形成した記録紙Ｐを通紙して搬送することにより熱と圧力によりトナー像を記録紙Ｐに定着させることができる。

なお、加圧ローラ１５としては発泡層を有したローラ部材を用いて加熱ローラ２との間にニップ部を形成しても良い。この場合には、発泡層の断熱効果により加熱ローラ２の熱が加圧ローラ１５に伝わりにくくなるため、加熱ローラ２を短時間で昇温させることができる。

次に、本実施形態の加熱ローラ２の内部構造について図２を参照して説明する。加熱ローラ２の内部には加熱手段として、例えば、４つの加熱部材２１、２２、２３、２４が配置されている。加熱部材２１、２２、２３、２４は記録紙Ｐの搬送方向と直交した方向、すなわち加熱ローラ２の長さ方向に沿ってほぼ平行となった状態でそれぞれが独立して加熱ローラ２の内部に設けられている。また、加熱部材２１、２２、２３、２４は、加熱ローラ２を径方向に４分割した位置に設けられている。

加熱部材２１、２２、２３、２４は、上述の制御手段１００によって、その加熱駆動が制御される。本実施形態において、加熱部材２１、２２、２３、２４としては、赤外線を発光するハロゲンヒータが用いられ、それぞれのハロゲンヒータが制御手段１００によって発光制御される。制御手段１００はハロゲンヒータのそれぞれの点灯率を制御するものである。

なお、加熱部材２１、２２、２３、２４としてハロゲンヒータを用いた場合、ハロゲンヒータの熱を効率良く吸収するため、加熱ローラ２の内面には黒化処理がなされることが好ましい。

加熱部材２１、２２、２３、２４は加熱部としての発光部を有している。加熱部としての発光部は記録紙Ｐの搬送方向と直交した方向、すなわち加熱ローラ２の長さ方向を複数に分割した位置であり、且つ他の加熱部材の発光部と相互に重ならない位置に設けられている。

図２において、境界線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は加熱ローラ２を記録紙Ｐの搬送方向と直交した方向に複数に分割する境界線である。まず、加熱部材２１の発光部２ａは隣接する加熱部材２２と境界線Ｓ１で分割されている。また、加熱部材２２の発光部２ｂは隣接する加熱部材２１及び加熱部材２３と境界線Ｓ１及びＳ２で分割されている。また、加熱部材２３の発光部２ｃは隣接する加熱部材２２及び加熱部材２４と境界線Ｓ２及びＳ３で分割されている。さらに、加熱部材２４の発光部２ｄは隣接する加熱部材２３と境界線Ｓ３で分割されている。

これにより加熱部材２１の発光部２ａは最外側から境界線Ｓ１まで延びるように設けられ、加熱部材２２の発光部２ｂは境界線Ｓ１とＳ２との間に設けられている。また、加熱部材２３の発光部２ｃは境界線Ｓ２とＳ３との間に設けられ、加熱部材２４の発光部２ｄは左右の境界線Ｓ３の間に設けられている。以上から、複数の加熱部材２１、２２、２３、２４は他の加熱部材と相互に重ならない位置に設けられる構造となっている。

このように発光部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが相互に重ならない位置に設けられることにより、制御手段１００は発光部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの点灯、非点灯を、搬送される記録紙Ｐの幅に合わせて切り替えるように制御する。

例えば、図２においてＬ１以下の幅の記録紙Ｐの場合は、加熱部材２４の発光部２ｄだけを点灯するように制御する。また、Ｌ１以上Ｌ２以下の幅の記録紙の場合は、加熱部材２４の発光部２ｄ及び加熱部材２３の発光部２ｃを点灯するように制御する。さらに、Ｌ２以上Ｌ３以下の幅の記録紙Ｐの場合は、加熱部材２４の発光部２ｄ、加熱部材２３の発光部２ｃ及び加熱部材２２の発光部２ｂを点灯するように制御する。さらに、Ｌ３以上の幅の記録紙Ｐの場合は、全ての加熱部材の発光部を点灯するように制御する。

これにより記録紙Ｐの幅に合わせた加熱を行う際に、複数の加熱部材２１、２２、２３、２４の発光部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが重複して点灯する必要がなくなり、大きな発光率、すなわち加熱率で駆動する必要がない。このように大きな発光率での駆動が必要ないことから、加熱ローラ２が必要以上に温度上昇することがなく、温度上昇に起因した加熱ローラ２の変形等を防止することができる。また、熱エネルギーの無駄がなく省エネルギーに寄与することができる。

加熱ローラ２に対しては、例えば、その表面温度を検知する３つの温度センサ１１、１２、１３が配置されている。これらの温度センサ１１、１２、１３としては接触式サーミスタやサーモパイル等の非接触式センサが用いられる。

各温度センサ１１、１２、１３は加熱ローラ２を記録紙Ｐの搬送方向と直交した方向に分割した位置に設けられる。本実施形態では、温度センサ１１は加熱部材２２の発光部２ｂの位置に合わせて設けられ、温度センサ１２は加熱部材２３の発光部２ｃの位置に合わせて設けられ、温度センサ１３は加熱部材２４の発光部２ｄの位置に合わせて設けられている。

また、本実施形態において、最も外側に発光部２ａが位置している加熱部材２１に対しては温度センサが設けられていない。加熱部材２１の発光部２ａに対しては、発光部２ｂが隣接している加熱部材２２に対応して設けられた温度センサ１１がその位置の表面温度の検知を行うものである。

すなわち温度センサ１１は、加熱部材２１の発光部２ａによる加熱の温度及び隣接した加熱部材２２の発光部２ｂによる加熱の温度の双方の温度の検知を行うものであり、共通温度センサ（以下、共通温度センサ１１とする）となっている。

また、本実施形態において、共通温度センサ１１は隣接した加熱部材２１、２２の発光部２ａ、２ｂの内、分割位置が内側部分の発光部２ｂに対応して設けられるものである。プリント等の画像形成時、記録紙Ｐは搬送方向の垂直方向に関して、常に装置中心と記録紙の幅方向の中心が合うように搬送される。

このような搬送形態において、仮に記録紙Ｐの幅がＬ３を僅かに超える幅であった場合、発光部２ｂの発光領域は記録紙Ｐによって加熱ローラ２上の熱が奪われるが、発光部２ａの発光領域については殆ど熱が奪われない状態となる。

そのため発光部２ａの発光領域に共通温度センサ１１を配置した場合には、加熱ローラ２の温度低下へ反応できず定着不良などの異常画像発生の原因となる。このため、共通温度センサ１１は発光部２ａと２ｂを制御するためのセンサとして設置するが、その設置位置としてはより中心寄りとなる内側の発光部２ｂの発光領域を選択するものである。

かかる共通温度センサ１１によって検知された温度は制御手段１００に出力され、これにより制御手段１００は加熱部材２１の発光部２ａの発光及び加熱部材２２の発光部２ｂの発光を制御する。

この制御手段１００の制御は、加熱ローラ２の表面温度を均一とするための補正値を２つの発光部２ａ、２ｂの間で設定し、この補正値に基づいて発光部２ａ、２ｂを制御する。すなわち発光部２ａの加熱による温度を直接検知する温度センサが存在しないため、制御手段１００は共通温度センサ１１の検知温度を参考として発光部２ａの点灯制御を行うものとする。

次に、上述した点灯制御について図３を参照して説明する。図３は、幅がＬ３を超えた記録紙Ｐを通紙する場合の点灯制御を示すタイミングチャートである。図３において、「Ｄａ」は発光部２ａの点灯率、「Ｄｂ」は発光部２ｂの点灯率、「Ｄｈ」は点灯率の補正値を示し、Ｔｓは共通温度センサ１１が検知している加熱ローラ２の表面上の温度を示す。

図３において、時間ｔ１からｔ２の間は印刷動作中であり、記録紙Ｐの通紙による加熱ローラ２上の温度落込みに対応するため、Ｄａ、Ｄｂともに点灯率を高くしてより強く加熱している。このとき、Ｄｂは温度Ｔｓの値を基にして算出し、発光部２ｂの発光領域が所定の目標温度付近に落ち着くように制御を行う。

一方、Ｄａについては「Ｄａ＝Ｄｂ＋Ｄｈ」の計算式によって算出される。Ｄｈについては、発光部２ｂと同様に、発光部２ａの発光領域についてもある目標温度付近にローラ表面温度が均一化されるように２つの発光部の出力を考慮して予めチューニングされた値を使用する。

Ｄｈとしては、正負の値どちらも設定できるようにし、例えば発光部２ａと発光部２ｂを同じ点灯率で制御したときに同じ熱量を発生させる構成の場合は、Ｄｈに「０」を設定することにより加熱ローラ２上の表面温度を均一化することができる。なお、『Ｄｈに「０」を設定する』とは、すなわち「Ｄａ＝Ｄｂ」と設定することと同義である。

このように隣接する加熱部材２１、２２の発光部２ａ、２ｂの間に補正値を設定して制御することにより、隣接する加熱部材２１、２２に対して共通温度センサ１１を用いて均一に加熱することができる。従って、全ての加熱部材２１、２２、２３、２４のそれぞれに対応して温度センサを配置する必要がないため、部品点数を削減することができる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

ここで、以上の実施形態は、記録紙Ｐを搬送してトナー像を定着させる回転部材を加熱ローラ２及び加圧ローラ１５によって形成されたローラ方式を示したが、本発明はベルト方式にも同様に適用することができる。例えば、図示を省略するが、ベルト方式においては、加熱ローラと定着ローラとの間に定着ベルトを無端状に掛け渡し、定着ベルトに加圧ローラを接触させ、定着ベルトと加圧ローラとの間に記録紙Ｐを搬送する。

このベルト方式における加熱ローラには、上述した実施形態の加熱部材が設けられることにより制御手段によって加熱制御され、この加熱が定着ベルトに伝達されて定着ベルトの加熱を行い、記録紙Ｐ上のトナー像を定着させる。これによりベルト方式の定着装置であっても、効率的な加熱が可能となり、大きな加熱率で駆動する必要がなくなって、定着ベルトが必要以上に温度上昇することがない。従って温度上昇に起因した定着ベルトの変形等の故障を防止することができる。

また、上述した実施形態では、加熱ローラ２を加熱する加熱部材２１〜２４の加熱部として、ハロゲンヒータからなる発光部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを用いたが、これに限らず、ニクロム線ヒータを用いても良い。

さらに、上述した本実施形態では、４つの加熱部材と、これに対応した３つの温度センサを設けているが、本発明がこれに限定されるものではない。例えば、使用する用紙サイズの種類に応じて、適宜、加熱部材および温度センサの数を増減させてよい。

１ 画像形成装置
２ 加熱ローラ
２１、２２、２３、２４ 加熱部材
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 発光部
１１ 共通温度センサ
１２、１３ 温度センサ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 分割位置
Ｐ 記録紙

特許第３７８４７１２号公報

Claims (6)

1. シート状記録媒体を搬送しシート状記録媒体にトナーを定着させる回転部材と、
   前記回転部材の表面温度を検知する温度センサと、
   前記回転部材の内部に設けられて回転部材を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段による加熱を制御する制御手段とを備え、
   前記加熱手段は、前記回転部材の加熱のための加熱部を有して前記回転部材の内部にそれぞれ独立して設けられた複数の加熱部材からなり、
   前記複数の加熱部材のそれぞれの加熱部は、前記シート状記録媒体の搬送方向と直交した方向を複数に分割した位置であって且つ相互に重ならない位置に設けられており、
   前記制御手段は前記温度センサが検知した回転部材の検知温度に基づいて前記複数の加熱部材の加熱部を制御することを特徴とする定着装置。
2. 隣接した少なくとも２つの加熱部に対応して設けられ、隣接した２つの加熱部の加熱による回転部材の表面温度を検知する共通温度センサを備え、
   前記制御手段は前記共通温度センサの検知温度に基づいて前記隣接した２つの加熱部を制御することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記共通温度センサは前記シート状記録媒体の搬送方向と直交した方向における内側部分の加熱部に対応して配置されていることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記回転部材の表面温度を均一とするための補正値が設定されており、前記制御手段は前記補正値に基づいて２つの加熱部の点灯率を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の定着装置。
5. 前記制御手段は搬送されるシート状記録媒体の幅に合わせて前記加熱部を選択して制御することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の定着装置。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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