JP4187375B2 - 画像形成装置及びその温度制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式の複写機、レーザープリンタ、FAX等の画像形成装置に係り、特に非接触型の温度検知手段を使用することにより温度制御を行う画像形成装置及びその温度制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機、レーザープリンタ等の画像形成装置においては、帯電工程により感光体を帯電させた後、原稿の画像情報に応じた露光工程により感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像部により現像して可視像化し、そのトナー像を転写紙に転写した後、このトナー像を定着装置により定着させ複写を行っている。図10は従来の複写機等の画像形成装置1(図1)に備えられた定着装置2の構成を示している。すなわち、図10に示すように定着装置2は転写紙上の未定着トナーを加熱し定着させるため、その内部にヒータ3を有する定着ローラ4(加熱ローラ)と、この定着ローラ4側に圧接する加圧ローラ5とを有している。また、6は定着ローラ4の温度を検知するためのサーミスタ等の接触型温度検知手段で、この接触型温度検知手段6により検知された検知温度に基づいて温度制御部(図示せず)による温度制御が行われる。ところが、このような接触型温度検知手段6の場合には定着ローラ4に対して接触型温度検知手段6がほぼ密着した状態で接触(当接)しているため、定着ローラ4表面の磨耗(傷付き)により経時寿命の早期化を招く原因が生じると共に、定着ローラ4と接触型温度検知手段6との間(当接面)にトナーが付着したり推積した場合には、接触型温度検知手段6による温度検知は付着したトナーを介して行われることとなる。この結果、接触型温度検知手段6による温度検知及び温度制御部による温度制御が正確にできなくなるという問題があった。
【0003】
このため、近年では定着ローラに対してその表面に直接接触することがない非接触型の温度検知手段の利用が提唱されている。ここで、非接触型の温度検知手段としてはサーモパイル等の熱型赤外線センサを用いたものが挙げられる。このようなサーモパイルの場合、直列接続された複数の熱電対により物体からの赤外線量を計測することができると共に、この赤外線量は温度変化に応じて増減し変化するという特性を有している。従って、定着ローラ表面から輻射された赤外線がサーモパイルの検知面を通じて受光され、この受光量(入射量)に応じて発生する起電力に基づき、定着ローラの温度を検知することができる。このような、サーモパイルを使用した画像形成装置の定着装置として、例えば(1)「特開平7-77888号公報」には前記非接触型の温度検知手段を用いた定着装置が開示されている。すなわち、この定着装置では定着ローラの回転方向下流からニップまでの区間に非接触型の温度検知手段を配置し、この非接触型温度検知手段により定着ローラ温度を検知するようにしたもので、この場合非接触温度検知手段が定着ローラに直接接触しないため定着ローラ表面の磨耗及び経時寿命の早期化を防止することができる。また、例えば(2)「特開平6-118837号公報」においても、定着装置に介入しない外部位置からカバー孔を介して定着ローラと対向する位置に非接触型の温度検知手段を設け、この温度検知手段により定着装置の温度制御を行うものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記前述したような非接触型温度検知手段には、以下のような問題がある。すなわち、通常定着装置の温度は「180℃」程度まで昇温されるため、定着装置周辺(内外)の雰囲気温度もかなり高いものとなる。ところが、前述したサーモパイル等の非接触型の温度検知手段の場合には耐熱性に乏しいうえ、急激な雰囲気温度の変化によっては対応が不能となるため正確な温度検出ができなくなるという問題がある。これについて、先に本発明者が行った図4の実験結果を参照して簡単に説明する。すなわち、図4はサーモパイルの温度上昇を時間経過に応じて計測した温度推移状態を示しており、ここではサーモパイルと定着ローラ4表面との距離Tを「T1〜T2(40mm〜50mm)」に変化させた時の、サーモパイルの温度推移を示したものである。そして、この図4に示すように非接触型温度検知手段の場合には、ごく短時間(300sec程度経過後)で電子部品が破壊或は誤動作を起こす温度とされる「70℃」にまで昇温してしまうことが判明した。このため、比較的高温とされる定着装置の周辺に接触型温度検知手段を配置することが不可能となると考えられることからその対策が望まれている。
【0005】
また、通常画像形成装置の内部に存在する空気はトナーや紙粉等により汚れているうえ、定着装置により加熱された転写紙からは水蒸気が発生し、この水蒸気の一部が定着装置に付着することがある。このため、サーモパイルの検知面からトナーや紙粉或は水蒸気等の異物が混入或は付着する恐れがあり、このような異物による悪影響により正確な温度検知ができなくなるという問題がある。
【0006】
そこで、この発明の目的は前記のような従来の画像形成装置の定着装置のもつ問題を解決し、非接触型の温度検知手段を使用して定着ローラの温度検知を長期にわたって正確に行えると共に、定着ローラ(定着装置)の経時寿命の長期化を図ることのできる画像形成装置及びその温度制御方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記のような目的を達成するために、内部に熱源を有する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラと、前記加熱ローラ及び加圧ローラを覆う上カバーとを備える定着装置と、前記加熱ローラの温度を検知する非接触型温度検知手段とを備え、この非接触型温度検知手段の検知出力に基づいて加熱ローラの温度制御を行う画像形成装置において、前記非接触型温度検知手段は、前記上カバーから上方に一定の間隔を隔て配置された画像形成装置の本体側のフレーム部に設けられると共に、その検知面は上カバーに形成された通孔を介して、加熱ローラの長手方向のほぼ中央位置と対向する位置に配置され、これら画像形成装置の本体側のフレーム部と上カバーとの間にはエアーの流通路が両端を画像形成装置の本体外に開口させて設けられ、この流通路の開口した一端側には前記定着装置の加熱ローラからの熱が前記通孔を経て前記非接触型温度検知手段へ伝わるのを防止するエアーフローを該流通路に形成するエアーフロー形成手段が設けられていることを特徴とするものである。従って、エアーフローの通風による冷却作用によって定着装置周辺の雰囲気温度の過度な温度上昇及び非接触型温度検知手段に対する温度上昇が防止され、これによりこの非接触型温度検知手段による正確な温度検知を行うことが可能となる。また、この発明では加熱ローラと非接触型温度検知手段との間の清掃可能な位置或は交換可能に断熱及び赤外線透過機能を有する透過カバーを設けることにより、非接触温度検知手段へのトナーや紙粉等の異物の混入或は付着するのを防止することができるうえ、さらに長期にわたって非接触型温度検知手段による正確な温度検知を行うことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の画像形成装置1の全体概略構成を示している。すなわち、図1に示すように画像形成装置1の内部ほぼ中央位置には時計方向に回転する感光体20が設けられると共に、その回転方向から順に帯電装置21、露光装置22、現像装置23、転写装置24、クリーニング装置25、除電装置26がそれぞれ所定位置に配置されている。また、装置本体1aの右側には転写紙(用紙)が収納される上下2段の給紙カセット27,27が着脱自在に設けられている。28は給紙ローラで、この給紙ローラ28の回転により給紙カセット27内の用紙P(最上紙)が給紙され、一対のレジストローラ29,29にまで搬送される。そして、このレジストローラ29によって感光体20上の画像(静電潜像)と同期するようにタイミングを合わせて再度搬送される。
【0009】
一方、感光体20は回転駆動している際、帯電装置21によってその表面が一様に帯電され、この帯電区域は露光装置22によるレーザ照射で露光され、これにより感光体20上に画像に応じた静電潜像が形成される。次いで、この静電潜像は転写装置24によって用紙に転写され現像装置23を通過するとき現像剤(トナー)によって可視像化される。次いで、この用紙は搬送装置30から定着装置31まで搬送され定着された後、排紙路32を介して最上部の排紙スタック部33から排紙される。複写工程の終了後、感光体20の表面はクリーニング装置25によりクリーニングされると共に、除電装置26により除電される。以下、本発明の詳細について図面を参照して説明する。
【0010】
図2は第1実施形態である画像形成装置1の内部及び定着装置31周辺の構成図を示している。ここで、定着装置31は装置本体1aから図でA方向側(転写紙の搬送方向と直交する方向)に着脱可能な構成となっている。すなわち、従来と同様定着装置31はその内部にヒータ3(図10)を有する定着ローラ4と、この定着ローラ4側に圧接する加圧ローラ5とを有している。この定着装置31の上側は定着カバー2a(上カバー)で覆われている。また、定着ローラ4の一端部(図では、右側)にはギヤ4aが取り付けられており、このギヤ4aは駆動モータ(図示せず)からの駆動を伝達する駆動伝達ギヤと噛合している。このため、駆動伝達ギヤの回転によりギヤ4aが回転し、これに伴って定着ローラ4及び加圧ローラ5の回転が行われる。これによって、前述したように定着装置31まで搬送された転写紙上の未定着トナーは加熱及び両ローラ4,5による加圧で定着されることとなる。尚、本実施形態の場合には温度検知用の非接触型温度検知手段を含めた構成を定着装置31としている。
【0011】
ここで、本発明の特徴は温度検知用の非接触型温度検知手段に対する温度上昇を防止することにある。このため、図2,3に示すように画像形成装置1内において非接触型温度検知手段34は、定着装置31の定着カバー2aから一定の間隔を隔てた上方に位置する本体側のフレーム部35に設けると共に、その検知面36は定着カバー2aに形成した通孔37を介して定着ローラ4表面のほぼ中央位置に対向するように配置されている。非接触型温度検知手段34の設置位置は定着ローラ4の温度勾配(長手方向)を考慮してほほ中央が好ましい。この時、検知面36と定着ローラ4表面とは所定距離(距離T)離間している(図3)ため、この非接触型温度検知手段34による定着ローラ4表面の磨耗や傷付きが生じることがなく、経時寿命の長期化及び正確な温度検知を行うことができる。また、前述したように定着カバー2aとフレーム部35との間には間隔を隔てた空間が形成されており、この間隔部がエアーの流通路(エアーフロー)として機能させることができるため、ここにエアーフロー形成手段38が備えられている。
【0012】
このエアーフロー形成手段38は装置本体1a側に設けた送風ファン39を有しており、前記間隔部内を送風通路として、送風ファン39によるエアーが流通することにより非接触型温度検知手段34自体の温度上昇を防止することができる。この場合、前記間隔部(空間)は定着装置31の内部圧と比較すると「負圧」となるため通孔37を介して定着装置31内部の昇温空気が間隔部内に流れ込むことはない。ここで、通孔37は前記昇温空気の流入防止をより向上させるために、その幅寸法はより小さくなるように設計的に選定する必要がある。尚、前述したように間隔部はエアーの流通路として機能するものであるが、この間隔部に所謂エアーダクトを別体として設ける構成としてもよい。そして、本実施形態の場合、非接触型温度検知手段34自体の温度上昇に起因する温度検知不良等の問題を回避することができるうえ、上述したように非接触型温度検知手段34は装置本体1a側に設けられているため、例えば定着装置31(或は、定着装置関連部品)の交換時には、非接触型温度検知手段34の取り外し及び交換は必要なく定着装置31のみの交換を行うだけで済むことから作業効率の向上及びコスト削減が可能となる。尚、送風ファン39は新たに非接触型温度検知手段34の温度上昇防止用として内部に増設する他、装置1に既存に設けられている外部の排気用或は冷却用のファンをそのまま利用してもよく、この場合にはエアーダクトの流通経路を適時設計する必要がある。
【0013】
ここで、図4,5は本発明者が非接触型温度検知手段34の温度上昇を時間経過に応じて計測した実験結果を示している。ここで、図4は定着ローラ4の回転中、また図5は定着装置31の待機中でのそれぞれの温度推移であり、その「実験条件」としては定着ローラ4及び加圧ローラ5は共に、長さ「340mm」、直径「50mm」を使用し、定着温度を「180℃」と設定し、温度検知手段34と定着ローラ4表面との距離T(図3)を「T1〜T4(20mm〜50mm)」に変化させた時のそれぞれの温度推移を示したものである。そして、図4に示すように定着ローラ4の回転中において距離TをT1(50mm),T2(40mm)と設定し「300sec経過後」の温度を計測すると、それぞれ共に「72℃」程度の高温まで上昇しており、また図5に示すように待機中において同設定条件で温度を計測すると、その温度はそれぞれ「58℃」「62℃」程度であることが判明した。このことから、非接触型温度検知手段34と定着ローラ4表面との距離Tが短い程、短時間で温度検知手段34の温度が上昇することが明白であるうえ、待機中よりも定着ローラ4の回転中にその昇温比率が高くなることが判明した。この理由としては定着ローラ4の回転時には、この定着ローラ4温度が加圧ローラ5に伝藩されこれに伴って定着装置31周辺の雰囲気温度が上昇するなどの原因が考えられる。そして、これらの実験結果により、定着装置31の待機中においては、非接触型温度検知手段34の温度上昇は比較的緩やかであると判断され、これによって待機中である定着装置31の稼働停止に伴って、送風ファン39による送風を所定時間停止させる温度制御方法を行うことができることが判明した。そして、この送風を所定時間停止させる温度制御を行う場合には消費電力の削減によるコストダウンを実現することが可能となる。
【0014】
ここで、図6は非接触型温度検知手段34による定着ローラ4に対する「検知領域」を示す図である。図示の例では、定着ローラ4の全長(L)を340mmとし、その直径(W)を50mmとし、非接触型温度検知手段34と定着ローラ4表面との距離(T)を50mmとした場合の「検知領域」を表しており、本発明者の実験によるとこの条件下では非接触型温度検知手段34による「検知範囲」の長さ(L1)は70mm、幅(t)は20mmとなっている。ここでは、図4,5の実験結果により距離Tは最も好ましい結果がでた離隔距離50mmとなるように、非接触型温度検知手段34の取り付け位置が設定されている。尚、実際には非接触型温度検知手段の種類や特性は多様であると考えられるため、送風の停止時間による温度制御や離間距離(T)の選定は部品仕様や特性実験により適時設定するものとする。
【0015】
また、図7は本発明の第2実施形態を示すもので、定着カバー2aに形成した通孔37には赤外線透過機能を有する透過カバー40を設けたことに特徴がある。すなわち、前述したように前記間隔部(空間)には圧力の関係により通孔37を介して定着装置31内部の昇温空気が流入することはないが、さらに本例のように透過カバー40により通孔37を封着することにより、その流入防止効果が向上するうえ、非接触型温度検知手段34の検知面36にトナーや紙粉或は水蒸気等の異物の付着を防止することができ、これによる悪影響を回避することができるため、長期にわたって非接触型温度検知手段34による正確な温度検知を行うことができる。尚、この透過カバー40の材質としては断熱特性を有するものが好ましい。
【0016】
また、図8(a),(b)は非接触型温度検知手段34に対して赤外線透過機能を有する透明カバー41を備えた本発明の第3,4実施形態を示している。すなわち、この第3実施形態では図8(a)に示すように透過カバー41を非接触型温度検知手段34の検知面36を覆うようにフレーム部35に対して取り付け固定したもので、この場合定着ローラ4表面から輻射された赤外線の受光は透過カバー41の平面部42を介して行われる。そして、このように透過カバー41を非接触型温度検知手段34に備えることにより、非接触型温度検知手段34の検知面36にトナーや紙粉或は水蒸気等の異物の付着を防止することができ、これによる悪影響を回避することができるため、長期にわたって非接触型温度検知手段34による正確な温度検知を行うことができる。この透過カバー41の材質としては、前記透過カバー40と同様断熱特性を有するものが好ましい。さらに、本例の場合前述したように非接触型温度検知手段34は装置本体1a側に設けられているため、例えばサービスマンにより定着装置31を装置本体1a側から取り外した時には、手が入るスペースが確保され容易に前記透過カバー41を清掃することができる。このように、透過カバー41の清掃は、例えばメンテナンス時等により定期的に行うことが可能となることから、より長期にわたる温度検知の信頼性向上を図ることが可能となる。尚、透過カバー41の近傍にクリーニング部材を取り付けておけば清掃効率の向上も図ることができる。
【0017】
さらに、図8(b)は透過カバーを交換可能に構成した本発明の第4実施形態を示してる。すなわち、図8(b)に示すように透過カバー44は平面部42の両側に弾性変形自在な一対の腕部43,43とを有し、この腕部43,43の先端部にはそれぞれ爪部45,45が形成されている。従って、透過カバー44の取り付け時には腕部43の爪部45をフレーム部35に形成した取付け孔46にそれぞれ係止させることにより容易に非接触型温度検知手段34を装置本体1a側に取り付けることができる。このように、本実施形態の場合透過カバー44による異物付着防止作用の他、容易に交換できる構成とされているため、前記と同様定着装置31の部品交換時やメンテナンス時等にサービスマンにより透過カバー44の同時交換が可能となるうえ、清掃作業が不要となるため手間が省け作業効率の向上を図ることができる。尚、本第3,4実施形態に前述した第2実施形態を適用することにより、より向上した非接触型温度検知手段34に対する異物付着防止効果を実現することができる。
【0018】
また、図9は本発明の第5実施形態を示すもので、この第5実施形態では非接触型温度検知手段34を装置本体1a側ではなく定着装置31のうちの定着ユニット50側である定着カバー2aと間隔をあけた上カバー48に設けたことに特徴がある。すなわち、この定着装置31には定着カバー2aとは別に、その上方位置に着脱自在に上カバー48を設け、このその検知面36は定着カバー2aに形成された通孔37を介して、定着ローラ4のほぼ中央位置と対向する位置に配置されている。そして、これら定着カバー2aと上カバー48との間はエアーの流通路として機能すると共に、この流通路にはエアーフローを形成するエアーフロー形成手段38が設けられている。本実施形態の場合前述した実施形態と同様に非接触型温度検知手段34に対する温度上昇防止効果があるうえ、上カバー48は定着カバー2aに対して着脱自在に構成されているため、定着装置31の取り出しを行わなくても上カバー48を容易に取り外すことができ、これにより作業効率の向上をより図ることができる。尚、本実施形態に前述した第2〜4実施形態を適用することにより、より向上した非接触型温度検知手段34に対する異物付着防止効果を実現することができる。
【0019】
【発明の効果】
この発明は、上記のようであって前記加熱ローラと非接触型温度検知手段との間にはエアーフローを形成するエアーフロー形成手段が設けられているので、このエアーフローによる通風作用によって非接触型温度検知手段に対する過度な温度上昇を防止することができるため、この非接触型温度検知手段による正確な温度検知を長期にわたって行うことができるという効果がある。また、定着ローラに直接接触しない非接触型温度検知手段を使用するため定着ローラ表面の磨耗及び経時寿命の早期化を防止することができるという効果がある。また、透過カバーを非接触型温度検知手段に備えた場合には、この非接触型温度検知手段の検知面にトナーや紙粉或は水蒸気等の異物の付着を防止することができ、サービスマンにより清掃が容易にできるため付着物による悪影響を回避することができる。また、さらに透過カバーを交換可能とすることにより異物付着時の清掃作業が不要となるため手間が省け作業効率の向上を図ることができる。また、この非接触型温度検知手段は装置本体側に設けられているため、例えばサービスマンにより定着装置を装置本体側から取り外した時には、手が入るスペースが確保され容易に透過カバーを清掃することができ、メンテナンス時等により定期的な清掃が可能となることから、より長期にわたる温度検知の信頼性向上を図ることが可能となるという効果がある。さらに、待機中においては送風を所定時間停止させる温度制御を行うことにより、消費電力の削減によるコストダウンを実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明における画像形成装置を示す概略構成図である。
【図2】同第1実施形態を示す概略構成図である。
【図3】非接触型温度検知手段と定着ローラとの位置関係を示す構成図である。
【図4】定着ローラ回転中における非接触型温度検知手段の時間経過による温度推移を示す図である。
【図5】同待機中における非接触型温度検知手段の時間経過による温度推移を示す図である。
【図6】同非接触型温度検知手段による検知領域を示す定着ローラの平面図である。
【図7】この発明における第2実施形態を示す概略構成図である。
【図8】 (a)は非接触型温度検知手段に透過カバーを備える構成を、(b)は透過カバーの別例をそれぞれを示す側面図である。
【図9】この発明における第6実施形態を示す概略構成図である。
【図10】従来の定着装置及び接触型温度検知手段との関係を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1 画像形成装置
1a 装置本体
2,31 定着装置
2a 定着カバー
3 ヒータ
4 定着ローラ
5 加圧ローラ
20 感光体
21 帯電装置
22 露光装置
34 非接触型温度検知手段
35 フレーム部
36 検知面
38 エアーフロー形成手段
39 送風ファン
40,41,44 透過カバー
48 上カバー
50 定着ユニット
Claims (9)
- 内部に熱源を有する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラと、前記加熱ローラ及び加圧ローラを覆う上カバーとを備える定着装置と、前記加熱ローラの温度を検知する非接触型温度検知手段とを備え、この非接触型温度検知手段の検知出力に基づいて加熱ローラの温度制御を行う画像形成装置において、
前記非接触型温度検知手段は、前記上カバーから上方に一定の間隔を隔て配置された画像形成装置の本体側のフレーム部に設けられると共に、その検知面は上カバーに形成された通孔を介して、加熱ローラの長手方向のほぼ中央位置と対向する位置に配置され、これら画像形成装置の本体側のフレーム部と上カバーとの間にはエアーの流通路が両端を画像形成装置の本体外に開口させて設けられ、この流通路の開口した一端側には前記定着装置の加熱ローラからの熱が前記通孔を経て前記非接触型温度検知手段へ伝わるのを防止するエアーフローを該流通路に形成するエアーフロー形成手段が設けられていることを特徴とする画像形成装置。 - 前記定着装置は、画像形成装置の本体内からエアーの流通路の他端開口側に取り出せるように着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記通孔には断熱及び赤外線透過機能を有する透過カバーが設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記エアーフロー形成手段は、送風ファンと、この送風ファンによるエアーフローを流通自在なエアーダクト部とを有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置。
- 非接触型温度検知手段には非接触型温度検知手段の検知面を覆うための断熱及び赤外線透過機能を有する透過カバーが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記透過カバーは、定着装置を取り出した際に清掃可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記透過カバーは交換可能に取り付けられていることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記非接触型温度検知手段の検知面と加熱ローラとの離隔距離は、50mmとなるように、非接触型温度検知手段の取り付け位置が設定されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 内部に熱源を有する加熱ローラと、この加熱ローラに圧接する加圧ローラと、前記加熱ローラ及び加圧ローラを覆う上カバーとを備える定着装置と、前記加熱ローラの温度を検知する非接触型温度検知手段とを備え、この非接触型温度検知手段の検知出力に基づいて加熱ローラの温度制御を行う画像形成装置の温度制御方法において、
前記非接触型温度検知手段は、前記上カバーから上方に一定の間隔を隔て配置された画像形成装置の本体側のフレーム部に設けられると共に、その検知面は上カバーに形成された通孔を介して、加熱ローラの長手方向のほぼ中央位置と対向する位置に配置され、これら画像形成装置の本体側のフレーム部と上カバーとの間にはエアーの流通路が両端を画像形成装置の本体外に開口させて設けられ、この流通路の開口した一端側には前記定着装置の加熱ローラからの熱が前記通孔を経て前記非接触型温度検知手段へ伝わるのを防止するエアーフローを該流通路に形成するエアーフロー形成手段が設けられ、このエアーフロー形成手段は送風ファンと、この送風ファンによるエアーフローを流通自在なエアーダクト部とを有し、定着装置の待機中である稼働停止に伴って、送風ファンによる送風を所定時間停止することを特徴とする画像形成装置の温度制御方法。
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