JP2021071521A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材表面の温度を正確に検知できる定着装置を提供する。【解決手段】温度検知素子８０は、保持部材６０により保持され、保持部材６０は、ホルダー７０と、フィルム７９と、断熱部材７７と、回転部材９０と、を備える。ホルダー７０は、加熱部材２６の表面と対向して開口する凹部７３が形成される。フィルム７９は、凹部７３の開口端を覆い、凹部に対向する面に温度検知素子が固定される。断熱部材７７は、凹部７３の内面に配置されて温度検知素子８０を囲む。回転部材９０は、ホルダー７０を加熱部材２６の表面に対して非接触に支持し、加熱部材２６の表面と当接して加熱部材２６の回転によって従動回転する。【選択図】図５

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用い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。

従来の定着装置は特許文献１及び特許文献２に開示されている。これらの定着装置は、加熱部材と、加圧部材と、温度検知素子と、を有する。加熱部材は、熱源により加熱される。温度検知素子は、加熱部材表面の温度を検知する。加圧部材は、加熱部材に圧接され、加熱部材と加圧部材とによりニップ部が形成される。ニップ部には、未定着トナー像を担持した記録媒体が、送り込まれる。このとき、加熱部材による加熱作用によって記録媒体上のトナー像が溶融定着される。

温度検知素子は、保持部材に保持され、保持部材は加熱部材に当接して従動回転する回転部材を有する。これにより、温度検知素子は、加熱部材の表面に対して所定の間隔を隔てた状態で保持される。

特許文献１の定着装置は、回転部材が中空に形成され、温度検知素子が回転部材の内部に配置される。また、特許文献２の定着装置は、保持部材が加熱部材に対向して開口し、温度検知素子が保持部材の内部に配置される。

特開平２−１６２３８９号公報（１２頁、第４図） 特開平６−１９４９９４号公報（段落［００２７］、［００２８］、第３図）

上述した特許文献１の定着装置によると、温度検知素子が、回転部材の内側に当接し、回転部材を介して加熱部材の表面温度を検知する。このため、温度検知素子の応答性が低く、温度検知素子が検知する温度と実際の加熱部材の表面温度との間にずれが発生する。このため、温度検知素子が、加熱部材表面の温度を正確に検知できない問題があった。

また、上述した特許文献２の定着装置では、記録媒体がニップ部に送り込まれる際に発生する気流や、加熱した記録媒体から発生する蒸気が保持部材の内部に流れ込み、温度検知素子が、気流や蒸気の影響を受け易い。また、保持部材が加熱部材から熱エネルギーを受けて加熱され、温度検知素子が保持部材からも熱エネルギーを受ける。このため、加熱部材表面の温度を正確に検知できない問題があった。

上記目的を達成するために本発明は、加熱部材表面の温度を正確に検知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を目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成の定着装置は、熱源により加熱される加熱部材と、加熱部材に圧接される加圧部材と、加熱部材の表面温度を検知する温度検知素子と、を備える。温度検知素子で検知した温度に基づいて熱源の温度調整を行い、加熱部材と加圧部材とにより形成されるニップ部で未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する。温度検知素子は、保持部材により保持され、保持部材は、ホルダーと、フィルムと、断熱部材と、回転部材と、を備える。ホルダーは、加熱部材の表面と対向して開口する凹部が形成される。フィルムは、凹部の開口端を覆い、凹部に対向する面に温度検知素子が固定される。断熱部材は、凹部の内面に配置されて温度検知素子を囲む。回転部材は、ホルダーを加熱部材の表面に対して非接触に支持し、加熱部材の表面と当接して加熱部材の回転によって従動回転する。

また、第２の発明では、上記の定着装置において、前記保持部材は、前記ホルダーを前記加熱部材側に付勢する付勢部材をさらに有することを特徴としている。

また、第３の発明では、上記の定着装置において、前記付勢部材は、前記ホルダーに固定される板バネ部から成ることを特徴としている。

また、第４の発明では、上記の定着装置において、前記回転部材は、前記板バネ部に回転可能に支持されることを特徴としている。

また、第５の発明では、上記の定着装置において、前記回転部材は、複数設けられることを特徴としている。

また、第６の発明では、上記の定着装置において、前記回転部材は、最外層が耐熱性樹脂から成ることを特徴としている。

また、第７の発明では、上記の定着装置において、前記断熱部材が、前記凹部の前記フィルムと対向する対向面に配置されることを特徴としている。

また、第８の発明では、上記の定着装置において、前記断熱部材は、断熱塗膜から成ることを特徴としている。

また、第９の発明では、上記の構成の定着装置を備えた画像形成装置である。

温度検知素子は、フィルムの凹部に対向する面に固定され、フィルムは、記録媒体がニップ部に送り込まれる際に発生する気流や、加熱した記録媒体から発生する蒸気を遮蔽する。このため、温度検知素子は、気流や蒸気からの影響を低減できる。また、温度検知素子をフィルム上に配置することにより、温度検知素子は、加熱部材の表面に対してより近接して配置できる。これにより、温度検知素子は、加熱部材の表面の温度変化に対して応答性が向上する。また、凹部の内周面に断熱部材が配置され、温度検知素子は、ホルダーから受ける熱エネルギーを低減できる。従って、加熱部材表面の温度を正確に検知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ができる。

本発明の第１実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す図 第１実施形態に係る定着装置を示す側面断面図 第１実施形態に係る定着装置の保持部材を示す斜視図 第１実施形態に係る定着装置の保持部材を示す平面図 図４中のＸ−Ｘ線断面図 図４中のＹ−Ｙ線断面図 第１実施形態に係る定着装置の保持部材の変形例を示す断面図 第２実施形態に係る定着装置の保持部材を示す断面図

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、この実施形態に限定されない。また発明の用途やここで示す用語等はこれに限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置５を備えた画像形成装置１の概略構成を示す図である。以下、図１における紙面手前側を画像形成装置１の正面側（前側）とし、左右の向きは画像形成装置１を正面から見た方向を基準として説明する。

画像形成装置１は、給紙部２と、用紙搬送部３と、画像形成部４と、定着装置５と、画像読取部６とを備える。給紙部２は、画像形成装置１の下部に配置される。用紙搬送部３は、給紙部２の側方に配置される。画像形成部４は、用紙搬送部３の上方に配置される。定着装置５は、画像形成部４よりも排出側に配設される。画像読取部６は、画像形成部４及び定着装置５の上方に配設される。

給紙部２は、記録媒体である用紙９を収容する複数の給紙カセット７を備える。給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９が、１枚ずつ用紙搬送部３に送り出される。

用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成する。画像形成部４は、図１の矢印方向に回転可能に支持された感光体１１と、感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電部１２、露光部１３、現像部１４、転写部１５、クリーニング部１６、及び除電部１７を備える。

帯電部１２は、高電圧を印加される帯電ワイヤーを備える。帯電ワイヤーからのコロナ放電によって感光体１１表面に所定電位を与える。これにより、感光体１１表面が一様に帯電させられる。画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３により感光体１１に照射される。このとき、感光体１１の表面電位が、選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が、形成される。

次いで、現像部１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像が転写部１５によって感光体１１と転写部１５との間に供給される用紙９に転写される。

トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では用紙９が加熱加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙９は、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。

転写部１５による用紙９へのトナー像の転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は、帯電部１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

図２は定着装置を概略的に示す側面断面図である。定着装置５は、定着ローラー（加熱部材）２６と、加圧ローラー（加圧部材）１９と、加熱部（熱源）３０と、温度検知素子８０と、を備える。加熱部３０は、定着ローラー２６を加熱する。

加圧ローラー１９及び定着ローラー２６は、定着装置５のハウジング（不図示）の長手方向に回転可能に支持される。

定着ローラー２６は、筒形状の基材層２６ａと、基材層２６ａの外周面に設けられる熱伝導層２６ｂと、熱伝導層２６ｂの外周面に設けられる離型層２６ｃと、を備える。

基材層２６ａは、例えば、ステンレス合金、鉄、鋼等の高い剛性を有する金属で形成される。熱伝導層２６ｂは、基材層２６ａよりも熱伝導率の高い、アルミニウム、銅、銀等の高熱伝導性材料で形成される。離型層２６ｃは、例えば、樹脂から成るチューブによって形成される。離型層２６ｃは、熱伝導層２６ｂの外周面に接着等によって形成される。

加熱部３０は、定着ローラー２６の中空部２６ｄに設けられたハロゲンヒーターから成る。ハロゲンヒーターは、ハロゲンガスが封入されたガラス管（不図示）と、ガラス管内に長手方向に配設されたフィラメントと、を有する。フィラメントは、コイル状に複数巻き回されている。加熱部３０は、定着ローラー２６の内周面（基材層２６ａの内周面）に向かって熱を放射し、定着ローラー２６を加熱する。

加圧ローラー１９は、芯金１９ａと、弾性層１９ｂと、離型層１９ｃと、を備える。芯金１９ａは、例えば、ステンレス鋼等から成り、円筒状に形成される。弾性層１９ｂは、芯金１９ａの外周面に設けられ、例えばシリコーンゴムから成る。離型層１９ｃは、弾性層１９ｂの表面を覆い、例えば、フッ素樹脂等からなる。加圧ローラー１９は、モーター等の駆動源（不図示）によって回転駆動させられる。定着ローラー２６は、加圧ローラー１９の回転によって、従動回転する。加圧ローラー１９と定着ローラー２６との圧接する部分にニップ部Ｎが形成され、ニップ部Ｎでは、搬送される用紙９上の未定着トナー像を加熱及び加圧し用紙９上にトナー像を定着する。

温度検知素子８０は、後で詳細に説明する保持部材６０により保持され、定着ローラー２６の長手方向の中央部に配置される。温度検知素子８０は、定着ローラー２６の上方に配設される。

温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度を非接触で検出するセンサーであり、定着ローラー２６からの熱エネルギーを電気エネルギーに変換して温度を検知する。温度検知素子８０が検知する温度に基づいて加熱部３０が制御される。

加熱部３０が作動すると、加熱部３０の輻射熱で基材層２６ａが加熱される。この熱が熱伝導層２６ｂと離型層２６ｃとを介して、ニップ部Ｎに搬送された用紙９に伝えられる。ニップ部Ｎにおいて、用紙９が、加熱及び加圧されることでトナー像が用紙９に定着される。定着処理後の用紙９は、定着装置５の下流側に搬送される。

図３、図４は、保持部材６０を示す斜視図及び平面図であり、図３は、ハウジング（不図示）に取付けられる前の状態を示す。図５、図６は、図４中のＸ−Ｘ線断面図及びＹ−Ｙ線断面図である。保持部材６０は、ホルダー７０と、板バネ部７２と、断熱部材７７、７８と、フィルム７９と、車輪（回転部材）９０と、を備える。

ホルダー７０は、直方体状の樹脂成型品であり、凹部７３が形成される。凹部７３は、直方体状であり、定着ローラー２６の表面と対向して開口する。凹部７３の開口端は、矩形状の透明なフィルム７９で覆われ、フィルム７９の凹部７３に対向する面に温度検知素子８０が固定される。断熱部材７７は、環状に形成され、凹部７３の内周面に配置されて温度検知素子８０を囲む。断熱部材７８は、シート状に形成され、凹部７３のフィルム７９と対向する対向面に配置される。車輪９０は、ホルダー７０を定着ローラー２６の表面に対して非接触に支持する。

凹部７３はホルダー７０に形成された貫通孔７１の一端を断熱部材７８が載置された板バネ部７２で覆って形成される。板バネ部７２は、矩形状の金属板から成る弾性部材であり、長手方向の長さがホルダー７０よりも長い。

板バネ部７２は、ホルダー７０が載置されていない一端部にネジ孔７２ａが設けられる。ネジ孔７２ａにネジ４１を挿通し、ハウジング（不図示）に形成されたネジ孔４０に締め込む。これにより、板バネ部７２の一端部が、ハウジングに固定される（図５参照）。

板バネ部７２は、周縁から突出するフック７２ｂ及び支持片７２ｃを有する。フック７２ｂ及び支持片７２ｃは夫々反対方向に突出する。フック７２ｂは、３箇所設けられ、フック７２ｂの先端は内側に屈曲して形成される。ホルダー７０は、フック７２ｂの内側に係止されて板バネ部７２に固定される。支持片７２ｃは２箇所設けられ、対向して配置される挿通孔７２ｄを有する（図６参照）。

フィルム７９は、耐熱性樹脂からなり、定着ローラー２６からの熱エネルギーによって変形し難い。フィルム７９として、例えば、ポリイミド、ポニフェレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂から成るフィルムを用いることができる。

温度検知素子８０をフィルム７９上に配置することにより、温度検知素子８０が、定着ローラー２６に近接して配置される。これにより、温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度変化に対して応答性がより向上する。従って、温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度を正確に検知できる。

また、フィルム７９は、用紙９がニップ部Ｎに送り込まれる際に発生する気流や、加熱した用紙９から発生する蒸気を遮蔽する。これにより、温度検知素子８０は、気流や蒸気の影響を受け難い。

また、保持部材６０は、定着ローラー２６からの熱エネルギーや、発生した蒸気によって加熱される。しかし、凹部７３内部に配置された断熱部材７７、７８が、ホルダー７０及び板バネ部７２から温度検知素子８０に向かう熱エネルギーを低減する。これにより、温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度をより正確に検知できる。

断熱部材７７、７８は、具体的にはメラミンスポンジ、真空断熱材、発泡断熱材、不織布等が用いられる。また、断熱部材７７、７８を断熱塗膜により形成してもよい。断熱塗膜は凹部７３の内周面及び板バネ部７２の一面に断熱塗料を塗布することにより容易に形成できる。これにより、保持部材６０の部品点数を減らして製造コストを削減することができる。

車輪９０は、挿通孔７２ｄに挿通された金属製のシャフト９１の両端に固定される。挿通孔７２ｄは、孔径がシャフト９１の棒径より僅かに大きく形成されている。これにより、シャフト９１が、支持片７２ｃにより回転可能に支持される。

車輪９０は、弾性を有する板バネ部７２により、定着ローラー２６側に付勢されて定着ローラー２６に押圧される。これにより、熱で定着ローラー２６や定着ローラー１８が膨張した場合でも、車輪９０が、定着ローラー２６の回転よって安定して従動回転する。従って、温度検知素子８０が、定着ローラー２６の表面に対して所定の間隔を隔てた状態で安定して保持される。また、車輪９０を複数設けることにより、ホルダー７０が安定して支持される。

なお、車輪９０は、最外層がフッ素樹脂などの耐熱性樹脂から成り、温度変化によって外径が変化しない。これにより、車輪９０が、定着ローラー２６の表面を傷つけることを防止できる。

図６は、保持部材６０の変形例を示す側面断面図であり、車輪９０は、ホルダー７０に回転可能に支持されてもよい。具体的には、ホルダー７０の周縁から支持片７２ｃが突出し、車輪９０は、挿通孔７２ｄに挿通されたシャフト９１の両端に固定される。

本実施形態によると、温度検知素子８０は、フィルム７９の凹部７３に対向する面に固定され、フィルム７９は、用紙９がニップ部に送り込まれる際に発生する気流や、加熱した用紙９から発生する蒸気を遮蔽する。このため、温度検知素子８０は、気流や蒸気からの影響を低減できる。また、温度検知素子８０をフィルム７９上に配置することにより、温度検知素子８０は、定着ローラー２６の表面に対してより近接して配置できる。これにより、温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度変化に対して応答性が向上する。また、保持部材６０は、定着ローラー２６からの熱エネルギーや、発生した蒸気によって加熱される。しかし、凹部７３の内周面に配置された断熱部材７７が、ホルダー７０及び板バネ部７２から温度検知素子８０に向かう熱エネルギーを低減する。これにより、温度検知素子８０は、定着ローラー２６表面の温度を正確に検知できる。

また、保持部材６０は、ホルダー７０を定着ローラー２６側に付勢する付勢部材をさらに有し、付勢部材は、ホルダー７０に固定される板バネ部７２から成る。ホルダー７０が、定着ローラー２６側に付勢されることにより、定着ローラー２６や定着ローラー１８が膨張した場合でも、車輪９０が、定着ローラー２６の回転よって安定して従動回転する。従って、温度検知素子８０が、定着ローラー２６の表面に対して所定の間隔を隔てた状態で安定して保持される。また、付勢部材を板バネ部７２により構成することにより、部品点数を減らして製造コストを削減することができる。

また、車輪９０は、板バネ部７２に回転可能に支持され、部品点数を減らして製造コストをより削減することができる。

また、車輪９０は、複数設けられており、ホルダー７０が定着ローラー２６に対して安定して支持される。これにより、温度検知素子８０が、定着ローラー２６の表面に対して所定の間隔を隔てた状態でより安定して保持される。

また、車輪（回転部材）９０は、最外層が耐熱性樹脂から成り、温度変化によって外径が変化しない。これにより、車輪９０が、定着ローラー２６の表面が傷つけることを防止できる。

また、断熱部材７８が、凹部７３のフィルムと対向する対向面に配置される。これにより、ホルダー７０及び板バネ部７２から温度検知素子８０に向かう熱エネルギーをより低減できる。

また、断熱部材７７、７８は、断熱塗膜から成る。断熱塗膜は、凹部７３の内周面及び板バネ部７２の一面に断熱塗料を塗布することにより容易に形成できる。これにより、保持部材６０の部品点数を減らして製造コストをより削減することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は第２実施形態に係る保持部材６０の断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図７に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第２実施形態ではホルダー７０を定着ローラー２６側に付勢する付勢部材が、バネ部材７５で構成される。

バネ部材７５は、コイルスプリング等からなり、その一端部がハウジング（不図示）に固設され、その他端部がホルダー７０に固定される。これにより、車輪９０は、定着ローラー２６側に付勢されて定着ローラー２６に押圧される。従って、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。

１ 画像形成装置
２ 給紙部
３ 用紙搬送部
４ 画像形成部
５ 定着装置
６ 画像読取部
７ 給紙カセット
８ 給紙ローラー
９ 用紙
１０ 用紙搬送経路
１１ 感光体
１２ 帯電部
１３ 露光部
１４ 現像部
１５ 転写部
１６ クリーニング部
１７ 除電部
１８ 定着ローラー
１９ 加圧ローラー(加圧部材）
１９ａ 芯金
１９ｂ 弾性層
１９ｃ 離型層
２６ 定着ローラー（加熱部材）
２６ａ 基材層
２６ｂ 熱伝導層
２６ｃ 離型層
２６ｄ 中空部
４０ ネジ孔
４１ ネジ
６０ 保持部材
７０ ホルダー
７１ 貫通孔
７２ 板バネ部
７２ａ ネジ孔
７２ｂ フック
７２ｃ 支持片
７２ｄ 挿通孔
７３ 凹部
７３ａ 対向面
７５ バネ部材
７７、７８ 断熱部材
７９ フィルム
８０ 温度検知素子
９０ 車輪（回転部材）
９１ シャフト
Ｎ ニップ部

Claims (9)

1. 熱源により加熱される加熱部材と、前記加熱部材に圧接される加圧部材と、前記加熱部材の表面温度を検知する温度検知素子と、を備え、前記温度検知素子で検知した温度に基づいて前記熱源の温度調整を行い、前記加熱部材と前記加圧部材とにより形成されるニップ部で未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持して、前記記録媒体上の未定着トナー像を溶融定着する定着装置において、
   前記温度検知素子は、保持部材により保持され、
   前記保持部材は、
   前記加熱部材の表面と対向して開口する凹部が形成されたホルダーと、
   前記凹部の開口端を覆い、前記温度検知素子が固定されるフィルムと、
   前記凹部の内周面に配置されて前記温度検知素子を囲む断熱部材と、
   前記ホルダーを前記加熱部材の表面に対して非接触に支持し、前記加熱部材の表面と当接して前記加熱部材の回転によって従動回転する回転部材と、を備え、
   前記温度検知素子は、前記凹部内側に配置され、前記加熱部材の表面に対して所定の間隔を隔てた状態で保持されることを特徴とする定着装置。
2. 前記保持部材は、前記ホルダーを前記加熱部材側に付勢する付勢部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記付勢部材は、前記ホルダーに固定される板バネ部から成ることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記回転部材は、前記板バネ部に回転可能に支持されることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
5. 前記回転部材は、複数設けられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記回転部材は、最外層が耐熱性樹脂から成ることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記断熱部材が、前記凹部の前記フィルムと対向する対向面に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。
8. 前記断熱部材は、断熱塗膜から成ることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

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