JP2014134612A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続通紙中に急停止した場合でも、オーバーシュートによる過昇防止装置の誤動作を防止する。
【解決手段】テンションローラ１０８の位置を変えて定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２に接触する状態と非接触の状態とを切り替える接触状態変更手段（引っ張りスプリング１０９、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０）と、を有する。前記接触状態変更手段は、加熱ローラ１０２への通電が行われていないときに、定着ベルト１０１と加熱ローラ１０２とが非接触の状態にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、定着装置の過昇温防止手段の誤作動を防止する技術に関する。

従来、複写機やプリンタなどの画像形成装置において、定着装置には、ヒータや電磁誘導加熱装置等により加熱される加熱ローラ、定着ローラ等の加熱体（加熱部材）が設置されている。近年、カラー複写機の高速化が求められており、従来のローラ定着に比べ、より小型で高線速に対応できるベルト定着方式が広く使われている（例えば、図９参照）。

図９のようなベルト定着では、内部にヒータ２５３をもつ加熱ローラ２５４が、定着ベルト２５１に対して熱供給している。定着ベルト２５１の基材には様々な材料が用いられるが、最近では耐熱性・高耐久性からポリイミド樹脂を用いることが多い。加熱ローラ２５４は、テンションスプリング２５５によって上方に付勢されていて、定着ベルト２５１に張力を与えている。定着ローラ２５２に対抗して、加圧ローラ２５６が配設され定着ニップ部を形成している。図９の例では、加圧ローラ２５６にもヒータ２５７が内包されている。定着ニップ部を転写シートが通る際、転写シート上のトナー像Ｔａに熱と圧力が加えられて、トナー像Ｔｂとして転写シートに定着する。

上述のような画像形成装置の技術分野においては、プリント動作が終了した後に定着装置の加熱体が過昇温して定着装置を破損したり、異常画像を発生させたりしてしまうという問題が知られている。

詳しくは、一般的に、定着装置は、プリント動作中、特に、連続通紙時は、転写紙が定着ベルト表面から熱を奪うため、定着ベルトの温度を維持するため、加熱ローラ芯金温度は非常に高くなる。これは、ＣＰＭが高いほど、また転写紙の坪量が大きいほど顕著である。このように、加熱芯金ローラ温度が高温になった状態でプリント動作が終了すると、転写紙によって奪われていた熱量が突然なくなるため、加熱ローラ表面温度が異常に昇温する。このような現象を連続通紙後のオーバーシュートと言う（図１０参照）。

このような問題を防止するための技術として、いくつかの技術が提案されている。まず、オーバーシュートそのものを防止するものとして特許文献１〜４がある。特許文献１は、プリント最終紙でヒータ出力を絞るものである。特許文献２は、定着装置を冷却するファンを有するものである。特許文献３は、加熱ローラを冷却する冷却ローラと、ファンを有するものである。特許文献４は、加圧部材を冷却するファンを有するものである。

これらは、いずれも装置が正常に動作している場合は有効である。しかしながら、冷却装置が必要であり、装置が大型化する。また、例えば動作中に主電源をオフした場合等、通常の制御が動作しない場合について、考慮されていない。特許文献５では、電源オフ時のオーバーシュートを想定しているが、電源再投入時の不具合を防止するものであり、オーバーシュートそのものは防止できない。

また、過昇防止装置を冷却するものが各種知られている。例えば、特許文献６に記載の技術は、通常加熱動作中過昇防止装置を冷却し、温度検知手段が異常高温を検知した場合冷却動作を停止するものであるが、通常動作中冷却しているため、不意な電源ＯＦＦ等を考慮しておらず、かえってサーモスタットの誤動作を生じかねない。

ところで、従来一般的であったカラー４０ＣＰＭ機（プリント速度：毎分４０枚）ではオーバーシュート時温度が２３０℃程度であったが、昨今の高速化により７５枚機では２７０℃以上となる場合がある。これは連続通紙時に定着加熱ローラに供給している電力の違いで生じている。４０ＣＰＭ機では５００Ｗ程度で安定時の通紙中温度を維持できる。通紙開始時の温度落ち込みを防止するためには、安定時の１．５倍程度必要であり、ヒータ定格（Ｗ数）は７５０Ｗ以上となる。

一方、７５ＣＰＭ機となると通紙の安定時に９００Ｗ以上必要となり、ヒータ定格（Ｗ数）は１３５０Ｗ以上となる。定着ヒータ以外にも、各種モータ駆動などで数１００Ｗの電力が必要となる。このように、従来、複写機の最大消費電力は１５００Ｗ程度であったが、昨今の高生産化の市場要求により、最大消費電力２０００Ｗ以上の高速複写機が増えてきた。オーバーシュートの問題は、このような最大消費電力２０００Ｗ以上の高速複写機で顕著となる。

一方、近年の省エネルギー化の観点から、定着部のウォームアップタイムの短縮化が要求されており、加熱ローラの薄肉化や、高速立ち上がりヒータの採用が進んでいる。しかしながら加熱ローラの薄肉化による昇温速度の高速化は、サーモスタット等で構成された過昇防止手段の成立範囲を著しく狭くしている。

すなわち、加熱ローラの昇温速度に対して、サーモスタットのバイメタル部温度の昇温速度が遅いと所望の保護動作が期待できない。したがって、立ち上げ時の暴走による定着ユニット部の過昇トラブルを確実に防止するためには、動作温度の低いサーモスタットを使用する必要がある。しかしながら、こうして低い動作温度のサーモスタットを使用した場合、定着装置が通常動作し定着ユニット周辺温度が上昇した場合には、意図せずサーモスタットが動作してしまう誤動作の可能性が高くなってしまう。この誤動作は、特に加熱部材の温度が最も高くなる通紙直後のオーバーシュート時に発生することが多い。この中でも、連続通紙中のいわゆるジャム発生時や電源ＯＦＦなどによる即停止状態には、オーバーシュートは最も大きくなる。

このオーバーシュート時は、ヒータへの通電はされていないので、発煙発火の危険は無いが、ヒータへの通電がないにもかかわらずサーモスタットが動作することが原因で通電ができなくなり（図１１参照）、復帰するまで（非可逆性のサーモスタットではサーモスタットを交換するまで）ユーザーがマシンを使用できない“ダウンタイム”が発生してしまう。

ちなみに、従前は、大容量の定着ヒータを用いる高速複写機では、定着ユニットの熱容量も大きく、立ち上がり時間も非常に長時間を要していたため前挙したような過昇防止手段でも十分に機能していた。しかしながら、省エネルギー化は高速機にも要求されており、最大消費電力２０００Ｗ以上の高速複写機でも、立ち上がり時間６０秒以下のものが増えてきている。

このような複写機の一例として、加熱ローラが、径：アルミニウムφ３０，肉厚：０．６ｍｍ、加熱ヒータが、定格：１８００Ｗ、また、サーモスタットとして、サーモスタット動作定格温度：１６０℃、サーモスタットギャップ：０．７ｍｍの組み合わせによるものが実使用されている。今後さらに加熱ヒータが大容量化した場合、あるいは、立ち上がり時間をより短くすべく、加熱ローラを小熱容量化した場合に、これらの問題はさらに顕著になることが懸念される。

具体的には、加熱ローラ外径はφ２２〜φ４５、加熱ローラ肉厚（アルミニウム）は０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ、加熱ローラ肉厚（鉄）は０．３ｍｍ〜０．７ｍｍの低熱容量ベルト定着ユニットにおいて、本問題が顕著となることが確認されている。したがって、最近の高速複写機に対応して、過昇温防止装置の性能の向上が希求されている。

また、特許文献７には、定着ベルトを巻き付けるタイプの発熱体と、定着ベルト表層の温度を検知して、異常時は発熱体への通電を遮断して温度上昇を防止する異常温度検知手段とを有し、発熱体と異常温度検知手段との距離を変えることについて記載がある。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、連続通紙中に急停止した場合でも、オーバーシュートによる過昇防止装置の誤動作を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、定着ベルトと、前記定着ベルト内側にて前記定着ベルトを加熱する加熱体と、前記定着ベルトに張力を付与するテンションローラと、前記加熱体の近傍且つ前記定着ベルト外側に設置され、前記加熱体の過昇温を検知するための温度検知手段と、前記テンションローラの位置を変えて前記定着ベルトが前記加熱体に接触する状態と非接触の状態とを切り替える接触状態変更手段と、を有し、前記接触状態変更手段は、前記加熱体への通電が行われていないときに、前記定着ベルトと前記加熱体とが非接触の状態にすることを特徴とする。

本発明によれば、連続通紙中に急停止した場合でも、オーバーシュートによる過昇防止装置の誤動作を防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置が備える定着装置１００の概略構成を示す図（テンションローラ１０８がポジションＢにある図）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置が備える定着装置１００の概略構成を示す図（テンションローラ１０８がポジションＡにある図）である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置１の機能構成を示すブロック図である。 上記実施形態における、オーバーシュート後のサーモスタット１０３の検知温度を説明するための図である。 上記実施形態の変形例を示す図である。 上記実施形態の変形例を示す図である。 上記実施形態の変形例を示す図である。 上記実施形態の変形例を示す図である。 定着ベルト方式の定着装置の従来例を示す図である。 従来技術におけるオーバーシュート後の定着装置内の部材の温度変化を説明するための図である。 従来技術におけるオーバーシュート後のサーモスタットの検知温度を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

図１と図２に、本実施形態に係る画像形成装置１が備える定着装置１００の概略構成を示す。図１、図２において、定着装置１００は、普通紙などの紙状の記録媒体に対して熱及び圧力を加えることによって、記録媒体上に形成されたトナー像を記録媒体に定着させる装置である。また、定着装置１００は、定着ベルト方式と呼ばれるものである。

図１において、表面をＰＦＡチューブで覆われた定着ベルト１０１（φ９０）の内部に、発泡シリコンゴムの定着ローラ１０４（φ５２ ｔ＝１０ｍｍ）と内部にハロゲンヒータ１０２１（１２００Ｗ）を内包したアルミの定着加熱ローラ１０２（φ３５ ｔ＝０．６ｍｍ）がある。

テンションローラ１０６は、テンションスプリング１０７によって定着ベルト１０１に張力を与えている。またテンションローラ１０８は、図示しない定着装置１００の側板外側に配設された引っ張りスプリング１０９により定着ベルト１０１を上方に持ち上げる張力を与えられる。また、ステーに締結されたテンションローラ位置移動ソレノイド１１０によりテンションローラ１０８には定着ベルト１０１内部に引き込まれる力が作用する。テンションローラ位置移動ソレノイド１１０は、画像形成装置１とは独立して制御されている。

加熱ローラ１０２の上方には、加熱ローラ１０２の異常昇温を検知するサーモスタット１０３がある。また、サーモスタット１０３が異常昇温を検知するとヒータ１０２１への電力供給を遮断する過昇温防止手段１０３１がある。

テンションローラ１０８は、上記引っ張りスプリング１０９及びテンションローラ位置移動ソレノイド１１０によって、その位置を変更することができる。ヒータ１０２１の点灯時は、テンションローラ１０８が定着ベルト１０１内部に引き込まれる（図１。以下、「ポジションＢ」と呼ぶ。）。ポジションＢのとき、定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２に接触する。サーモスタット１０３は、加熱ローラ１０２の熱により直接あたためられる。そのため、異常昇温時はサーモスタット動作温度まですばやく温度上昇し、ヒータ１０２１への電力を遮断することができる。

一方で、ヒータ１０２１の消灯時は、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０をＯＦＦするため、上記引っ張りスプリング１０９によりテンションローラ１０８が、定着ベルト１０１を上方に持ち上げる位置（図２。以下、「ポジションＡ」と呼ぶ。）に移動する。このため定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２から離間するため、サーモスタット１０３が必要以上に温度上昇することがない。

本実施形態に係る画像形成装置１のプロセス線速は３５２ｍｍ／ｓｅｃであり、生産性はＡ４横通紙にて７５ｃｐｍである。待機時の制御温度は、加熱ローラ：１７０℃、加圧ローラ：１５０℃であり、通紙時の設定温度は、加熱ローラ：１６５℃、加圧ローラ：１２０℃である。また、サーモスタット１０３の定格動作温度は１８０℃である。

図３に、本実施形態に係る画像形成装置１の機能構成を示す。図３に示すように、定着装置１００及び画像形成装置１は、商用電源Ａ１２０により電力を供給され、制御されている。すなわち、商用電源Ａ１２０からの電力は、メインスイッチ１２１により供給がオン・オフされ、画像形成装置１の全体を制御する画像形成装置制御装置１２２に供給される。供給された電力は、一部がヒータ制御装置１２３の制御を介して、ヒータ１０２１に供給される。

また、商用電源Ａ１２０とは異なる電源である商用電源Ｂ１２４から、ソレノイド制御装置１２５に電力が供給される。ソレノイド制御装置１２５は、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０の駆動動作を制御する手段である。ソレノイド制御装置１２５は、電流センサ１２６を利用して、ヒータ１０２１への通電を検知している。ソレノイド制御装置１２５は、ヒータ１０２１への通電の停止を検知すると、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動させて、テンションローラ１０８の位置をポジションＡ（図２）に移動させる。

上記構成において通紙後のオーバーシュートが発生した際の加熱ローラ温度とサーモスタット検知温度との関係を図４に示す。図４に示すように、オーバーシュートが発生すると、ソレノイド制御装置１２５がヒータ１０２１への通電の停止を検知して、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動させて、テンションローラ１０８をポジションＡに移動させる。そのため、定着ベルト１０１と加熱ローラ１０２との間が離間する。発熱体である加熱ローラ１０２の熱が定着ベルト１０１に直接伝わらないため、サーモスタット１０３の検知温度の上昇が遅くなり、必要以上に温度上昇することがない。

したがって、上記構成によれば、連続通紙中に急停止した場合でも、オーバーシュートによる過昇防止装置の誤動作を防止することができる。オーバーシュートは、通紙中のジャム（紙詰まり）により起きることが多い。上記構成によれば、誤動作が起きないのでサーモスタット１０３などの過昇温防止装置を交換するための画像形成装置１のダウンタイムが生じない。したがって、ジャム処理が終わった後に速やかに画像形成装置１が動作可能となる。

また、上記構成においては、商用電源Ａ１２０と商用電源Ｂ１２４とは別電源となっている。定着装置１００と画像形成装置１は、商用電源Ａ１２０により電力を供給され、制御されている。これらはメインスイッチ１２１をオフすることにより、電力が遮断される。

一方、ソレノイド制御装置１２５とテンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動するためのモータは、商用電源Ｂ１２４により電力を供給され、たとえ、メインスイッチ１２１がオフされても、電力が遮断されず、動作することができる。

さらに、商用電源Ｂ１２４に代えて、電池１２４１により、ソレノイド制御装置１２５とテンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動するためのモータへ電力を供給してもよい（図５）。ソレノイド制御装置１２５とテンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動するためのモータは、電池１２４１により電力を供給されるため、メインスイッチ１２１のオフや、停電等の場合でもテンションローラ１０８の位置移動動作が可能であり、オーバーシュートによるサーモスタット１０３の誤動作を防止できる。

図６に、さらに別の変形例を示す。この変形例においては、図５の電池１２４１として、充電池１２４２を用いる。ソレノイド制御装置１２５とテンションローラ位置移動ソレノイド１１０を駆動するためのモータは、充電池１２４２により電力が供給される。そのため、メインスイッチ１２１のオフや、停電等の場合でもテンションローラ１０８の位置移動動作が可能であり、オーバーシュートによるサーモスタット１０３の誤動作を防止できる。

また、充電池１２４２の充電は、充電装置１２４３を用いて画像形成装置制御装置１２２により制御され、商用電源Ａ１２０から電力を供給されるため、電池交換などのメンテナンスが不要である。

図７に、さらに別の変形例を示す。この変形例においては、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０がヒータ制御装置１２３に対して直列につながれている。図１及び図２を参照しながら説明したように、テンションローラ１０８は、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０と引っ張りスプリング１０９により位置が変化する。

したがって、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０に電源が供給された場合、定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２に接触する。一方で、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０の電源が遮断された場合は引っ張りスプリング１０９により、定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２から離れる。

テンションローラ位置移動ソレノイド１１０とヒータ１０２１は、ＤＣ２４Ｖを供給する直流電源１２７により駆動される。この直流電源１２７は、ヒータ１０２１と直列に接続されている。また、直流電源１２７は、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０とも直列に接続されている。この接続により、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０には、ヒータ１０２１に通電された場合のみ電源が供給される。したがって、別の電源や電池を必要とせず、上記実施形態の効果が得られる。また、ヒータ１０２１がＤＣ駆動のタイプにも対応できる。

図８に、さらに別の変形例を示す。この変形例においては、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０がヒータ制御装置１２３に対して、直流化回路１２８とともに直列につながれている。図１及び図２を参照しながら説明したように、テンションローラ１０８は、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０と引っ張りスプリング１０９により位置が変化する。

したがって、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０に電源が供給された場合、定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２に接触する。一方で、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０の電源が遮断された場合は引っ張りスプリング１０９により、定着ベルト１０１が加熱ローラ１０２から離れる。

テンションローラ位置移動ソレノイド１１０は、直流電源により駆動されるが、この直流電源は、ＡＣ１００Ｖ電源を用いるヒータ１０２１と並列に接続された電圧変換用トランス、ダイオード、平滑化コンデンサによりＤＣ２４Ｖに変換されたものを用いる。トランス、ダイオード、平滑化コンデンサは、直流化回路１２８の一例である。この接続により、テンションローラ位置移動ソレノイド１１０には、ヒータ１０２１に通電された場合のみ電源が供給される。したがって、別の電源や電池を必要とせず、上記実施形態の効果が得られる。また、ヒータ１０２１がＡＣ駆動のタイプにも対応できる。

１ 画像形成装置
１００ 定着装置
１０１ 定着ベルト
１０２ 加熱ローラ
１０２１ ヒータ
１０３ サーモスタット
１０３１ 過昇温防止手段
１０４ 定着ローラ
１０５ 加圧ローラ
１０６ テンションローラ
１０７ テンションスプリング
１０８ テンションローラ
１０９ 引っ張りスプリング
１１０ テンションローラ位置移動ソレノイド
１２０ 商用電源Ａ
１２１ メインスイッチ
１２２ 画像形成装置制御装置
１２３ ヒータ制御装置
１２４ 商用電源Ｂ
１２４１ 電池
１２４２ 充電池
１２４３ 充電装置
１２５ ソレノイド制御装置
１２６ 電流センサ
１２７ 直流電源
１２８ 直流化回路

特開２００４−１０２１０４号公報 特開２０００−０７５７０７号公報 特開２００６−２２７３７４号公報 特開２００６−１１９４３０号公報 特開２００５−０３７５３９号公報 特開２００６−１７２７８１号公報 特開２０１１−０９５６９２号公報

Claims (5)

1. 定着ベルトと、
   前記定着ベルト内側にて前記定着ベルトを加熱する加熱体と、
   前記定着ベルトに張力を付与するテンションローラと、
   前記加熱体の近傍且つ前記定着ベルト外側に設置され、前記加熱体の過昇温を検知するための温度検知手段と、
   前記テンションローラの位置を変えて前記定着ベルトが前記加熱体に接触する状態と非接触の状態とを切り替える接触状態変更手段と、を有し、
   前記接触状態変更手段は、前記加熱体への通電が行われていないときに、前記定着ベルトと前記加熱体とが非接触の状態にすることを特徴とする、画像形成装置。
2. 前記接触状態変更手段は、
   前記定着ベルトと前記加熱体とが非接触の状態になるように、前記定着ベルトを外側へ引っ張る弾性体と、
   電源により駆動されて、前記定着ベルトと前記加熱体とが接触の状態になるように、前記定着ベルトを内側へ引っ張るソレノイドと、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記電源が、前記加熱体への通電を行う電源とは別の電源であることを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電源が、前記加熱体への通電を制御するヒータ制御装置に対して直列に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記ソレノイドが、前記ヒータ制御装置に対して、直流化回路とともに直列に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の画像形成装置。

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