JP2017009848A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱部の異常昇温を確実に検知する定着装置を提供する。
【解決手段】 未定着画像に接触して回転するベルト状定着部材と、ベルト状定着部材とで定着ニップ部を形成する押圧部材と、ベルト状定着部材を加熱する加熱部材と未定着画像を担持したシート状の記録材を定着ニップ部で定着を行う定着装置であって、加熱部材は、ベルト状定着部材の長手方向に延びる長尺状の基材と、基材上に形成された複数の発熱素子とから構成され、複数の発熱素子は、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な少なくとも１つの加熱領域を形成し、各加熱領域には、発熱素子の温度を検知可能な温度検知手段を複数有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びこのような画像形成装置に搭載される加熱方式の定着装置に関する。

画像形成装置では、画像情報に基づいて像担持体上にトナー像を形成し、このトナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通し、熱と圧力により記録材上にトナー像を定着する。

このような定着装置として、図９に示すように、２つのハロゲンヒータ８０１，８０２で、３つの領域Ｈ_８１〜Ｈ_８３を加熱する構成が知られている。ハロゲンヒータ８０１は領域Ｈ_８２を加熱し、ハロゲンヒータ８０２は領域Ｈ_８１及び領域Ｈ_８３を同時に加熱する。そして、ハロゲンヒータ８０１には、領域Ｈ_８２の温度を検知する１つの温度検知手段８３６が設置される。一方、ハロゲンヒータ８０２には、領域Ｈ_８３のみの温度を検知する１つの温度検知手段８３６が設置される。このようにして、ハロゲンヒータ８０１，８０２による異常高温を検出していた。

ところで、近年省エネルギー化を目的として、定着部材としてフィルムを使用し、図１０に示すように、複数の発熱部を有し、任意領域を紙幅サイズに応じて選択的に加熱する板状加熱体を備える構成が知られている。

このような定着装置は、ヒータ部材９５６に複数の発熱部９５６ａを備え、複数の発熱部のうち１つの発熱部９５６ａの温度を検知する温度検知手段９３６が１つ配置される。そして、温度検知手段９３６によって、ヒータ部材９５６の発熱状態を検知する。

ところで、このような定着装置では、複数の発熱部のうち、１つの発熱部が破損しても、他の発熱部が発熱することがある。そのため、温度検知手段９３６が検知している発熱部９５６ａが破損した場合、他の発熱部による異常昇温を検知できない問題がある。

本発明は、発熱部の異常昇温を適切に検知する定着装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着装置は、
未定着画像に接触して回転するベルト状定着部材と、
前記ベルト状定着部材とで定着ニップ部を形成する押圧部材と、
前記ベルト状定着部材を加熱する加熱部材と
未定着画像を担持したシート状の記録材を前記定着ニップ部で定着を行う定着装置であって、
前記加熱部材は、前記ベルト状定着部材の長手方向に延びる長尺状の基材と、該基材上に形成された複数の発熱素子とから構成され、
前記複数の発熱素子は、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な少なくとも１つの加熱領域を形成し、
各加熱領域には、前記発熱素子の温度を検知可能な温度検知手段を複数有することを特徴とする。

本発明によると、発熱部の異常昇温を適切に検知する定着装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を概略的に示す構成図である。 図１に示した画像形成装置の定着装置を概略的に示した構成図である。 図１に示した画像形成装置のニップ形成部材を概略的に示した構成図である。 図１に示した画像形成装置の加熱部材を示した構成図である。 図１に示した画像形成装置のヒータ部材を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るヒータ部材を説明する説明図である。 本発明の第３の実施形態に係るヒータ部材を説明する説明図である。 本発明に係るヒータ部材の変形例を説明する説明図である。 従来のヒータ部材を説明する説明図である。 従来のヒータ部材を説明する説明図である。

図１に、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例としてのモノクロプリンタを示し、これに基づいて説明するが、当然ながら、本発明は、公知のカラー画像形成装置についても同様に適用可能なものである。モノクロプリンタには、既知のように、像担持体としての感光体８の周囲に、帯電手段としての帯電ローラ１８、露光手段を構成するミラー２０、現像手段としての現像ローラ２２ａを備えた現像装置２２、転写装置１０、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング装置２４等が配置されている。そして、帯電ローラ１８と現像装置２２の間において、ミラー２０を介して感光体８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査されるようになっている。また、プリンタの下部には、給紙手段４が配されている。画像形成部への用紙搬送路の途中には、レジストローラ対（位置合わせローラ対）６が設けられている。用紙搬送路の終わりには、定着ベルト２８（ベルト状定着部材；以下、単に定着ベルトという）とヒータ部材５６と加圧ローラ３０を主構成部材とする定着装置１２が設けられている。

給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４や、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６等を有している。給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止される。そして、姿勢ずれを矯正された後、感光体８の回転に同期するタイミングで、即ち、感光体８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位Ｎへ送られる。

本プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。感光体８が回転を始めると、感光体８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光体８の回転により現像装置２２の対向位置へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。感光体８上に形成されたトナー像は、所定のタイミングで転写部位Ｎに進入してきた用紙Ｐ上に転写装置１０の転写バイアス印加により転写される。未定着画像たるトナー像を担持した用紙Ｐは、定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２で定着された後、機外の排紙トレイへ排出・スタックされる。転写部位Ｎで転写されずに感光体８上に残った残留トナーは、感光体８の回転に伴ってクリーニング装置２４に至り、このクリーニング装置２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされて清掃される。その後、感光体８上の残留電位が既知の除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。

次に、図２に基づき、本発明の実施形態に係る定着装置の構成を説明する。
定着装置１２は、可撓性の耐熱性フィルムである無端状の定着ベルト２８と、その外周面に当接する押圧部材である加圧ローラ３０と、加熱部材としてのヒータ部材５６とを有する。ヒータ部材５６は、定着ベルト２８の軸方向（長手方向）の均熱化のための伝熱部材５０と共に、定着ニップ部ＳＮを形成するニップ形成部材の機能を果たす。伝熱部材５０、ヒータ部材５６、及びこれを保持するヒータホルダ５７は、装置側板に接続されたステー（支持部材）６１に支持され、加圧ローラ３０の圧力によるこれらの部材の撓みが防止され、長手方向で均一なニップ幅が得られるようになっている。伝熱部材５０と定着ベルト２８の内周面との間に、低摩擦シートを介在させていてもよい。

また、定着ニップ部ＳＮ下流側であってヒータ部材５６の上流側に、定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４が設けられている。また、ヒータ部材５６自体の温度を検知する温度検知手段としての第２サーミスタ３６が設けられている。これらサーミスタの検知情報に基づいて、ヒータ部材５６に電力を供給する電源４０を制御する加熱制御手段４２が備えられている。加熱制御手段４２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。

定着ベルト２８は、外径３０ｍｍ、厚み１０〜７０μｍのニッケル製基体と、この基体表面に被覆された弾性層と、更にその表面に形成された離型層を有している。弾性層は、シリコーンゴムで形成され、厚み５０〜１５０μｍである。耐久性を高めて離型性を確保する離型層は、ＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂で形成され、５〜５０μｍ厚で設けられている。ベルト基体は、ニッケルに限られず、ＳＵＳ等やポリイミド（ＰＩ）等の耐熱樹脂材料で形成されていてもよい。

加圧ローラ３０は、外径が３０ｍｍであり、中実の鉄製芯金３０ａと、この芯金３０ａの表面に形成された弾性層３０ｂとを有している。弾性層３０ｂはシリコーンゴムで形成され、その厚みは５ｍｍである。弾性層３０ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂（ＰＦＡ又はＰＴＦＥ）層を形成するのが望ましい。加圧ローラ３０は既知のように、付勢手段によって定着ベルト２８を介して伝熱部材５０やヒータ部材５６に圧接されている。加圧ローラ３０は、画像形成装置に設けられたモータ等の駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され、回転する。この加圧ローラ３０により定着ベルト２８が連れ回り回転する。

ヒータ部材５６は、定着ベルト２８の軸方向（長手方向）に延びる長尺状の基材５６ｂの表面に、発熱素子としての抵抗発熱体５６ａを形成させた板状の発熱体であり、ヒータモジュールの主構成要素である。図３に示すように、例えばガラス等の低熱伝導率の基材５６ｂの上に抵抗発熱体５６ａを印刷して焼成し、その上にオーバーコート（ＯＣ）層５６ｃを更に形成する構成である。定着ベルト２８側に位置するＯＣ層５６ｃもガラス等で形成されているが、基材５６ｂより薄く、基材側よりもＯＣ層側へ伝熱し易いため、定着ベルト２８の加熱効率が向上する。

図４に示すように、ヒータ部材５６の表面側に組み付けられ加熱される伝熱部材５０に対して、定着ベルト２８が、その内周面で接触摺動するので、ベルト温度が上昇し、定着ニップ部ＳＮに搬送される用紙上の未定着画像を加熱して定着することができる。伝熱部材５０は、銅やアルミ等の高熱伝導材料から形成される。ヒータ部材５６と伝熱部材５０は、熱伝導グリスや熱伝導シート等を用いて密着性を向上させてもよい。密着性の向上によって、ヒータ部材５６の裏面側（定着ベルトと反対側）よりも表面側への伝熱性が高まり、ベルト加熱を確実にするとともに、ヒータ長手方向の伝熱性を向上させ、均熱性を確保できる。

また、ヒータホルダ５７は、ヒータ部材５６を、その裏面側から保持する。ヒータホルダ５７への熱伝導ができる限り少なくなるよう、ヒータホルダ５７はヒータ部材５６の裏面全面に接触せず、部分接触にとどまるように形作されており、ＬＣＰ等の耐熱性樹脂であって熱伝導率の低い材料が用いられている。定着ベルト２８を介して加圧ローラ３０と伝熱部材５０が接触することでニップ域が形成されるが、ヒータホルダ５７がこの接触面よりもベルト側に突き出た部分を用紙搬送方向の上・下流側に有することで、用紙の分離性を向上させることができる。

次に、ヒータ部材５６について説明する。
定着ベルト２８の軸方向に延びるヒータ部材５６は、図５に示すように、その長手方向、すなわち用紙搬送方向と直交する方向に、複数の抵抗発熱体５６ａを有する。複数の抵抗発熱体５６ａは、用紙搬送方向の上流側と下流側に、対向電極が接続され、長手方向に均一に発熱する。対向電極には、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１，Ｗ２とが接続され、２つの加熱領域Ｈ_１１，Ｈ_１２を形成する。各加熱領域Ｈ_１１，Ｈ_１２は、個別配線Ｗ１，Ｗ２をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御できる。

定着ベルト２８の表面温度を検知する第１サーミスタ３４やヒータ部材５６の温度を検知する第２サーミスタ３６は、各加熱領域に対応して配置されている。それらの検知情報や、更には通紙サイズ情報を加味して、加熱制御手段４２によって各加熱領域が温度制御され、ヒータ部材５６の加熱割合を変化させる。通紙サイズ情報にも応じて加熱制御することで、非通紙域の温度が高くなりすぎる事態が回避され、非通紙域の過昇温による部材の破損や画像品質の低下を抑制できる。実際には、非通紙域に対応する部位で電力供給を完全に停止（オフ）してもよいが、極端に温度が下がり過ぎると、次の画像領域での定着温度への立ち上がりに間に合わないことがある。このため、画像領域に対応する第１の目標温度よりも低いが室温よりは所定値以上である第２の目標温度に定着ベルトを保つように温度制御され、非通紙域に対応する部位へも給電は行われる。

加熱領域Ｈ_１１には、１つの抵抗発熱体５６ａの温度を検知する第２サーミスタ３６が２つ設置されている。加熱領域Ｈ_１２には、１つの抵抗発熱体５６ａの温度を検知する第２サーミスタ３６が２つ設置されている。すなわち、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域に、複数の第２サーミスタ３６が設置されている。そして、第２サーミスタ３６が抵抗発熱体１５６ａの異常昇温を検知すると、加熱制御手段４２が加熱領域の温度制御をする。そのため、第２サーミスタ３６が検知している抵抗発熱体５６ａが破損した場合でも、他の抵抗発熱体５６ａによる異常昇温を検知できる。なお、本実施形態では、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域には、第２サーミスタ３６がそれぞれ２つ設置されているが、３つ以上設置してもよい。

続いて、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、第１の実施形態に係る画像形成装置と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

第２の実施形態では、ヒータ部材の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。

本実施形態のヒータ部材１５６は、図６に示すように、その長手方向、すなわち用紙搬送方向と直交する方向に、複数の抵抗発熱体１５６ａを有する。複数の抵抗発熱体１５６ａは、用紙搬送方向の上流側と下流側に、対向電極が接続され、長手方向に均一に発熱する。対向電極には、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１，Ｗ２とが接続され、３つの加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２２，Ｈ_２３を形成する。加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２３は、ヒータ部材１５６の長手方向中心から左右対称な位置に形成され、同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成する。すなわち、同時にＯＮ／ＯＦＦ可能な加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２３は、離間して分割配置され、かつ、電気的に並列に接続される。加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２３と加熱領域Ｈ_２２とは、個別配線Ｗ１，Ｗ２をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御できる。これにより、ＯＮ／ＯＦＦをするためのトライアックやＦＥＴなどのスイッチ素子の数を低減することができる。

加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２３には、１つの抵抗発熱体１５６ａの温度を検知する第２サーミスタ３６がそれぞれ１つ設置されている。加熱領域Ｈ_３２には、１つの抵抗発熱体１５６ａの温度を検知する第２サーミスタ３６が２つ設置されている。すなわち、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域に、複数の第２サーミスタ３６が設置されている。そして、第２サーミスタ３６が抵抗発熱体１５６ａの異常昇温を検知すると、加熱制御手段４２が加熱領域の温度制御をする。そのため、第２サーミスタ３６が検知している抵抗発熱体１５６ａが破損した場合でも、他の抵抗発熱体１５６ａによる異常昇温を検知できる。同時に加熱する加熱領域Ｈ_２１，Ｈ_２３を電気的には並列につなぐことで、第２サーミスタ３６の破損時に各第２サーミスタ３６に印加される電圧が変動することを防いでより安全な構成にすることができる。なお、本実施形態では、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域には、第２サーミスタ３６が２つ設置されているが、３つ以上設置してもよい。

続いて、本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、第１の実施形態に係る画像形成装置と共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。

第３の実施形態では、ヒータ部材の構成が異なる点で第１の実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。

本実施形態のヒータ部材２５６は、図７に示すように、その長手方向、すなわち用紙搬送方向と直交する方向に、長尺状の抵抗発熱体２５６ａを有する。抵抗発熱体２５６ａには、共通配線Ｗｃｏｍと個別配線Ｗ１，Ｗ２とが接続されている。第１の通電電極を構成する共通配線Ｗｃｏｍと、第２の通電電極を構成する個別配線Ｗ１，Ｗ２とは、抵抗発熱体２５６ａに対して櫛歯状の導電部を形成し、複数の発熱部を形成する。そして、抵抗発熱体２５６ａは、３つの加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３２，Ｈ_３３を有する。加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３３は、ヒータ部材２５６の長手方向中心から左右対称な位置に形成され、同時にＯＮ／ＯＦＦ可能なように構成する。すなわち、同時にＯＮ／ＯＦＦ可能な加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３３は、離間して分割配置され、かつ、電気的に並列に接続される。加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３３と加熱領域Ｈ_３２とは、個別配線Ｗ１，Ｗ２をＯＮ／ＯＦＦすることで、個別に独立して加熱制御できる。これにより、ＯＮ／ＯＦＦをするためのトライアックやＦＥＴなどのスイッチ素子の数を低減することができる。

加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３３には、抵抗発熱体２５６ａの一部の発熱部の温度を検知する第２サーミスタ３６がそれぞれ１つ設置されている。加熱領域Ｈ_３２には、抵抗発熱体２５６ａの一部の発熱部の温度を検知する第２サーミスタ３６が２つ設置されている。すなわち、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域に、複数の第２サーミスタ３６が設置されている。そして、第２サーミスタ３６が抵抗発熱体２５６ａの異常昇温を検知すると、加熱制御手段４２が加熱領域の温度制御をする。そのため、第２サーミスタ３６が検知している抵抗発熱体２５６ａの一部が破損した場合でも、抵抗発熱体５６ａの他の部分による異常昇温を検知できる。同時に加熱する加熱領域Ｈ_３１，Ｈ_３３を電気的には並列につなぐことで、第２サーミスタ３６の破損時に各第２サーミスタ３６に印加される電圧が変動することを防いでより安全な構成にすることができる。なお、本実施形態では、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な各加熱領域には、第２サーミスタ３６が２つ設置されているが、３つ以上設置してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述の実施形態では、加熱領域を２つ又は３つ形成しているが、この態様に限定されず、９つなどより多く加熱領域を設定できる。また、図８に示すように、加熱領域が分割されていない構成にも適用可能である。

また、同時に加熱する加熱領域に配置される複数の第２サーミスタのうち、少なくとも１つは、検知された温度情報を元にソフト的に温度制御をするとともに、ハード的に高温を検知する構成としても良い。これにより、異常な昇温が発生した際に、より温度の低い状態でも異常を検知することができるため、安全性の向上を図れる。

２８ 定着ベルト（ベルト状定着部材の一例）
３０ 加圧ローラ（押圧部材の一例）
３６ 第２サーミスタ（温度検知手段）
５６ ヒータ部材（加熱部材の一例）
５６ａ 抵抗発熱体（発熱素子の一例）
５６ｂ 基材
ＳＮ 定着ニップ部

Claims (6)

1. 未定着画像に接触して回転するベルト状定着部材と、
   前記ベルト状定着部材とで定着ニップ部を形成する押圧部材と、
   前記ベルト状定着部材を加熱する加熱部材と
   未定着画像を担持したシート状の記録材を前記定着ニップ部で定着を行う定着装置であって、
   前記加熱部材は、前記ベルト状定着部材の長手方向に延びる長尺状の基材と、該基材上に形成された複数の発熱素子とから構成され、
   前記複数の発熱素子は、同時にＯＮ・ＯＦＦ制御が可能な少なくとも１つの加熱領域を形成し、
   各加熱領域には、前記発熱素子の温度を検知可能な温度検知手段を複数有することを特徴とする定着装置。
2. 前記少なくとも１つの加熱領域は、前記ベルト状定着部材の長手方向に、離間して分割配置され、かつ、電気的に並列に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
3. 分割配置される前記加熱領域は、前記加熱部材の長手方向中心に対して左右対称な位置に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
4. 前記加熱領域の分割される各部分には、前記発熱素子の温度を検知可能な温度検知手段を少なくとも１つ有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の定着装置。
5. 前記温度検知手段の少なくとも一つは、検知した温度情報を元にソフト的に温度制御をするとともにハード的に高温検知を行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の定着装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。

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