JP4302465B2

JP4302465B2 - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP4302465B2
Application number: JP2003298979A
Authority: JP
Inventors: 賢治石井; 晃康網田
Original assignee: 株式会社リコー
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2009-07-29
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Also published as: JP2005070321A

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置であって、電磁誘導加熱方式を採用した定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置では、電子写真記録、静電記録、磁気記録等の画像形成プロセスを用い、画像転写方式もしくは直接方式により、未定着トナー画像を、記録材シート、印刷紙、感光紙、静電記録紙などの記録材に担持させるようになっている。

このような画像形成装置においては、未定着トナー画像を記録材に定着させるための定着装置が必要であり、この定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式で定着を行うものが広く採用されている。
一方、画像形成装置に対しては、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきており、これらの要求を満たす性能を達成するためには、かかる定着装置の熱効率の改善が重要である。

ここで、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式のそれぞれを採用した定着装置について説明する。
熱ローラ方式の定着装置は、内部にハロゲンランプ等の熱源を有し所定の温度に温調される回転体としての定着ローラと、これに圧接された加圧ローラとの回転ローラ対を基本構成とし、これらの回転ローラ対の接触部いわゆる定着ニップ部に記録材を導入して搬送させ、定着ローラおよび加圧ローラからの熱および圧力により未定着トナー画像を溶融させて定着させるようになっている。

フィルム加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献１〕、〔特許文献２〕等において提案されており、支持部材に固定支持された加熱体に、耐熱性を有する薄肉の定着フィルムを介して記録材を密着させ、定着フィルムを加熱体に対して摺動移動させながら、加熱体の熱を、定着フィルムを介して記録材に供給するものである。この定着装置は、加熱体として、例えば、耐熱性・絶縁性・良熱伝導性等の特性を有するアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板上に抵抗層を備えたセラミックヒータを使用する。またこの定着装置は、定着フィルムとして薄膜で低熱容量のものを用いることができるために、熱ローラ方式の定着装置よりも伝熱効率が高く、ウォームアップ時間の短縮が図れ、クイックスタート化や省エネルギー化が可能になる。

電磁誘導加熱方式の定着装置は、たとえば〔特許文献３〕において提案されているように、交番磁界により磁性金属部材に発生した渦電流でジュール熱を生じさせ、金属部材を含む加熱体を電磁誘導発熱させる技術を用いるものである。
以下に従来の電磁誘導加熱方式の定着装置の構成について説明する。

図８に示すように、かかる定着装置は、励磁コイルユニット１１８と加熱部である磁性金属部材１１９とからなる加熱体１２０が装着されたフィルム内面ガイド１２１と、磁性金属部材１１９を内壁に当接した状態でフィルム内面ガイド１２１を包む耐熱性を備えた円筒状のフィルム１１７と、磁性金属部材１１９の位置でフィルム１１７に圧接してこのフィルム１１７との間に定着ニップ部Ｎを形成するとともにフィルム１１７を回転させる加圧ローラ１２２とを有している。

フィルム１１７には、膜厚が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性を有するＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰの等の単層フィルム、あるいはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等のフィルムの外周表面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等をコーティングした複合層フィルムが使用されている。フィルム内面ガイド１２１はＰＥＥＫ、ＰＰＳ等の樹脂より形成された剛性・耐熱性を有する部材からなり、加熱体１２０はこのようなフィルム内面ガイド１２１の長手方向の略中央部に嵌め込まれている。

加圧ローラ１２２は、芯１２２ａと、その周囲に設けられたシリコーンゴム等の離型性の良い耐熱ゴム層１２２ｂとを有しており、図示しない軸受や図示しない付勢手段により所定の押圧力を持ってフィルム１７を挟んで加熱体１２０の磁性金属部材１１９に圧接するように配設されている。そして加圧ローラ１２２は図示しない駆動手段により反時計回りに回転駆動される。
加圧ローラ１２２の回転駆動により、加圧ローラ１２２とフィルム１１７との間に摩擦力が発生してフィルム１１７に回転力が作用し、フィルム１１７は加熱体１２０の磁性金属部材１９に密着しながら摺動回転する。

加熱体１２０が所定の温度に達した状態において、定着ニップ部Ｎのフィルム１１７と加圧ローラ１２２との間に、図示しない画像形成部で形成された未定着のトナー像Ｔを有する記録材１１１を導入する。記録材１１１は加圧ローラ１２２とフィルム１１７とに挟まれて定着ニップ部Ｎを搬送されることにより磁性金属部材１１９の熱がフィルム１１７を介して記録材１１１に付与され、未定着のトナー像Ｔが記録材１１１上に溶融定着される。なお、定着ニップ部Ｎの出口においては、通過した記録材１１１はフィルム１１７の表面から分離されて図示しない排紙トレイに搬送される。

このように、電磁誘導加熱方式の定着装置では、渦電流の発生を利用することで、誘導加熱手段としての磁性金属部材１１９をフィルム１１７を介して記録材１１１のトナー像Ｔに近くに配置することができ、フィルム加熱方式の定着装置よりもさらに加熱効率がアップする。

なお、画像形成装置の中でも、フルカラー画像形成装置における定着装置では、４層以上に積層された厚みのあるトナー粒子層を十分に加熱溶融させる能力が要求されるため、電磁誘導加熱方式の定着装置では、トナー像を十分包み込んで均一に加熱溶融するためにフィルムの表面に２００μｍ程度のゴム弾性層が必要となる。また、電磁誘導加熱方式の定着装置については、〔特許文献４〕においても開示されており、また電磁誘導加熱方式の、定着ベルトを用いたタイプの定着装置については〔特許文献５〕において開示されている。

このような電磁誘導加熱方式の定着装置では、定着ベルト等の発熱部材をなす回転体を電磁誘導によって直接発熱するものであるため、従来の赤外線ヒータやハロゲンランプを用いた輻射加熱方式等の加熱方式と比較して熱変換効率が高く、より小さい電力でかかる発熱部材の表面を所定の定着温度まで迅速に加熱し昇温させることができ、ウォームアップタイムの短縮も可能となる。このように、電磁誘導加熱方式の定着装置は熱効率が高いため、省エネルギー化、高速化に関する市場要求が強くなってきている画像形成装置に搭載される定着装置として期待が高まっている。

しかしながら、電磁誘導加熱方式の定着装置では、発熱部材を局部的に加熱するという特徴を有するため、発熱部材を停止させた状態で電磁誘導加熱を行うと、発熱部材が局所的に非常な高温となり、発熱部材あるいは発熱部材に接触、近接する別の部材の耐熱温度を越えて、熱的な変質や変形を引き起こし、異臭、発煙が発生するという問題が発生する。

そこで従来より、電磁誘導加熱を行う誘導加熱手段への通電は発熱部材が回転している時のみに行うのが一般的となっており、そのため、発熱部材を駆動する駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術や、〔特許文献５〕において開示されているように、発熱部材の回転を検知する回転検知センサーを設け、その出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御する技術が提案されている。

特開昭６３−３１３１８２号公報特開平１−２６３６７９号公報特開平８−２２２０６号公報特開２００１−１３８０５号公報特開２００２−８２５４９号公報

しかし、駆動モータからの動作信号によって誘導加熱手段への通電を制御したり、回転検知手段の出力信号によって誘導加熱手段への通電を制御したりする方法のみでは、制御ソフトの異常を含め、機器の故障により、万一、発熱部材の非回転時に誘導加熱手段への通電が行われた場合、装置の発火、発煙に至ることも考えられる。

なお、誘導加熱手段を用いた定着装置においては、発熱部材の温度を検知する検知手段やサーモスタット等の安全装置を誘導加熱手段の近傍に設ける必要があるが、〔特許文献５〕において開示されているように、発熱部材の外部に誘導加熱手段を設けた場合、温度検知手段や安全装置を誘導加熱手段の対向位置に配置することはレイアウト的に困難であるため、温度検知手段や安全装置を正常に動作させるために、誘導加熱手段の内部にサーモスタット等の安全装置を配置することも考えられるが、サーモスタットを誘導加熱手段内部に設けた場合には発熱効率が低下し、サーモスタットがない場合の１．５〜２倍のウォームアップタイムがかかることが、実験でわかっている。

本発明は、上述の種々の問題を解決した、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される、電磁誘導加熱方式を採用し、ウォームアップ時間が短く、誘導加熱手段による過剰な加熱という異常事態に対応して安定に用いることのできる定着装置、およびこれを搭載したかかる画像形成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転体と、この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第２の温度検知手段とを有し、前記異常検出手段は、前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第１の温度検知手段と第２の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第１の温度検知手段によって検知された温度と第２の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置にある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記回転体としての定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ、または、前記回転体としての加熱ローラ、または、前記回転体としての定着ローラを有し、前記加熱手段は、当該ローラに対向して配置されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置を有する画像形成装置にある。

本発明は、回転体と、この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第２の温度検知手段とを有し、前記異常検出手段は、前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第１の温度検知手段と第２の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第１の温度検知手段によって検知された温度と第２の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置にあるので、回転検出手段の検出情報に応じて異常検出の基準温度値を切り替えるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できるとともに、回転検出手段が故障して回転体の非回転が検知されたが実際には回転体が回転しており、この状態で加熱手段による加熱された場合であっても温度異常を検出できるとともに、回転検出手段が故障して回転体の回転が検知されたが実際には回転体が非回転であり、この状態で加熱手段による加熱された場合であっても温度異常を検出できるため、回転体が回転状態であっても非回転状態であっても温度異常を検出でき、加熱手段による加熱を停止させ、安全性および信頼性の高い、ウォームアップ時間が短い定着装置を提供することができる。

本発明は、請求項１または２記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を有し、ウォームアップ時間が短く安全性の高い画像形成装置を提供することができる。

図１に本発明を適用した、カラー画像を形成可能な画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、カラーレーザプリンタであるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置１００は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。これは画像形成装置１００がファクシミリとして用いられる場合も同様である。画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。

画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な複数の像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫを並設したタンデム構造を採用しており、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成された可視像が、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対峙しながら矢印Ａ１方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体としての中間転写ベルトである転写ベルト１１に対しそれぞれ重畳転写され、その後、記録媒体である転写材たる転写紙Ｓに一括転写されるようになっている。

転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成された可視像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対向して配設された１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。

各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像を形成するための、画像形成部としてのトナー像形成部たる画像ステーションに備えられている。

画像形成装置１００は、かかる４つの画像ステーションと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫの上方に対向して配設され、転写ベルト１１及び１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫを備えた転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての転写ローラである２次転写ローラ５と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置１３と、かかる４つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置としての光走査装置８とを有している。

画像形成装置１００はまた、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫと転写ベルト１１との間に向けて搬送される転写紙Ｓを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた転写紙Ｓを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫと転写ベルト１１との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対４と、転写紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。

画像形成装置１００はまた、トナー像を転写された転写紙Ｓに同トナー像を定着させるための定着ユニットとしての定着装置６と、定着済みの転写紙Ｓを画像形成装置１００の本体外部に排出する排紙ローラ７と、画像形成装置１００の本体上部に配設され排出ローラ７により画像形成装置１００の本体外部に排出された転写紙Ｓを積載する排紙トレイ１７と、排紙トレイ１７の下側に位置し、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫとを有している。

転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫの他に、中間転写ベルトケース１４と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫとともに転写ベルト１１を巻き掛けられた、駆動部材である駆動ローラ７２と、転写入口ローラ７３と、クリーニング対向ローラ７４とを有している。

クリーニング対向ローラ７４は、詳細を図示しない付勢手段により、転写ベルト１１の張力を増加する方向に付勢されており、転写ベルト１１に、転写に適した所定の張力を与えるテンションローラたる機能を有している。転写ベルトユニット１０と、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫと、２次転写ローラ５と、クリーニング装置１３とは、転写装置７１を構成している。

シート給送装置６１は、画像形成装置１００の本体下部に配設されており、最上位の転写紙Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３を有しており、給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、最上位の転写紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。

クリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有しており、転写ベルト１１上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。

画像ステーションについて、そのうちの一つの、感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーションの構成を代表して構成を説明する。なお、他の画像ステーションの構成に関しても実質的に同一であるので、以下の説明においては、便宜上、感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーションの構成に付した符号に対応する符号を、他の画像ステーションの構成に付し、詳細な説明については適宜省略することとし、符号の末尾にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋが付されたものはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像形成を行うための構成であることを示すこととする。

図２に示すように、感光体ドラム２０Ｙを備えた画像ステーションは、感光体ドラム２０Ｙの周囲に、図中時計方向であるその回転方向Ｂ１に沿って、１次転写ローラ１２Ｙと、クリーニング手段としてのクリーニング装置４０Ｙと、帯電手段である帯電装置としての帯電ローラ３０Ｙと、現像手段としての現像ユニットである現像装置５０Ｙとを有している。

クリーニング装置４０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙに対向する部分に開口部を有するクリーニングケース４３Ｙと、基端部がクリーニングケース４３Ｙに固定され先端部が感光体ドラム２０Ｙに当接し感光体ドラム２０Ｙ上の残留トナーを掻き取ってクリーニングするためのクリーニングブレード４１Ｙと、クリーニングケース４３Ｙに回転自在に支持され、クリーニングブレード４１によって掻き取られた残留トナーを図示しない廃トナーボトルに向けて搬送するための廃トナースクリュ４２Ｙ等を有している。

帯電ローラ３０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙの表面に当接して従動回転する。帯電ローラ３０Ｙには、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム２０Ｙと対向する帯電領域において、感光体ドラム２０Ｙの表面を除電すると同時に、所定の極性に帯電するようになっている。帯電ローラ３０Ｙには、帯電ローラ３０Ｙに従動回転するクリーニングローラ３１Ｙが当接しており、帯電ローラ３０Ｙをクリーニングするようになっている。

現像装置５０Ｙは、感光体ドラム２０Ｙに対向する部分に開口部を有する現像ケース５５Ｙと、かかる開口部から感光体ドラム２０Ｙに臨むよう感光体ドラム２０Ｙに近接対向して配設された現像ローラ５１Ｙと、現像ローラ５１Ｙ上の現像剤を一定の高さに規制する現像ブレード５２Ｙと、現像ケース５５Ｙの下部に互いに対向するように配設され、現像剤を攪拌するとともに現像ローラ５１Ｙに現像剤を供給するための第１搬送スクリュ５３Ｙ及び第２攪拌スクリュ５４Ｙ等とを有している。

現像装置５０Ｙにおいては、現像ブレード５２Ｙによって現像剤の担持量を規制された現像ローラ５１Ｙが、その矢印Ｃ１方向への回転により、現像ローラ５１Ｙと感光体ドラム２０Ｙとの間の現像領域に、現像ブレード５２Ｙによって量を適量とされた現像剤を運び、現像剤中のイエロートナーが感光体ドラム２０Ｙの表面に形成された静電潜像に静電的に移行して、静電潜像をイエロートナー像として可視像化するようになっている。現像ケース５５Ｙ内の現像剤には、トナーボトル９Ｙからイエロートナーが補給、供給され、第１搬送スクリュ５３Ｙ及び第２攪拌スクリュ５４Ｙによって供給されたイエロートナーと現像剤とが攪拌混合され、攪拌混合された現像剤が現像ローラ５１Ｙ供給される。

１次転写ローラ１２Ｙには、図示しない電圧印加手段によって１次転写に適した所定の電圧が印加されるようになっている。図１に示した光走査装置８は、図２に示すように、感光体ドラム２０Ｙにおける帯電領域と現像領域との間の領域に、光変調されたレーザー光Ｌを照射して帯電ローラ３０Ｙにより帯電された後の感光体ドラム２０Ｙの表面を露光し、現像装置５０Ｙによってイエロートナー像として可視像化される静電潜像を形成するようになっている。

したがって、感光体ドラム２０Ｙは、Ｂ１方向への回転に伴い、帯電ローラ３０Ｙにより表面を一様に帯電され、光走査装置８からのレーザー光の露光走査によりイエロー色に対応した静電潜像を形成され、この静電潜像を現像装置５０Ｙによりイエロー色のトナーにより現像され、現像により得られたイエロー色のトナー像を１次転写ローラ１２ＹによりＡ１方向に移動する転写ベルト１１に１次転写され、転写後に残留したトナー等の異物をクリーニング装置４０Ｙにより除去されて帯電ローラ３０Ｙによる次の除電、帯電に供される。

他の感光体ドラム２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫにおいても同様に各色のトナー像が形成される等し、形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫにより、Ａ１方向に移動する転写ベルト１１上の同じ位置に順次１次転写される。転写ベルト１１上に重ね合わされたトナー像は、転写ベルト１１のＡ１方向の回転に伴い、２次転写ローラ５との対向位置である２次転写部である転写部まで移動し、この転写部において転写紙Ｓに２次転写される。

転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間に搬送されてきた転写紙Ｓは、シート給送装置６１から給送ローラ３によって繰り出されてフィードされ、レジストローラ対４によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト１１上のトナー像の先端部が２次転写ローラ５に対向するタイミングで送り出されたものである。

転写紙Ｓは、すべての色のトナー像を一括転写され、担持すると、定着装置６に進入し、後述するように、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を定着され、転写紙Ｓ上にカラー画像が形成される。定着装置６を通過した定着済みの転写紙Ｓは、排紙ローラ７を経て、画像形成装置１００の本体上部の排紙トレイ１７上にスタックされる。一方、２次転写を終えた転写ベルト１１は、クリーニング装置１３に備えられたクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによってクリーニングされ、画像ステーションによる次の現像工程に備える。

図３に示すように、定着装置６は、トナー像を構成するトナーを定着される記録紙を搬送するための無端帯状のベルトであるトナー加熱媒体としての発熱部材たる無端の定着ベルト８８と、この回転体たる定着ベルト８８を巻き掛けられた発熱ローラとしての発熱部材たる加熱ローラ８２と、加熱ローラ８２に平行に配設され加熱ローラ８２とともに定着ベルト８８を巻き掛けられた定着ローラ８９と、定着ローラ８９に対向して配置され定着ローラ８９と対向する領域で定着ベルト８８を介して定着ベルト８８に当接する加圧ローラ８３とを有している。

定着装置６はまた、定着ベルト８８を介して加熱ローラ８２に対向して配置され定着ベルト８８と加熱ローラ８２とを電磁誘導により加熱するための誘導加熱手段としての加熱手段９０と、定着ベルト８８の回転を検知する回転検知手段９１と、定着ベルト８８の外面に対向して配設され定着ベルト８８の表面の温度を検知する温度検知手段としてのセンサ９５と、センサ９５が検知した定着ベルト８８の温度に基づいて温度異常を検出する異常検出手段としてのＣＰＵ等を備えた制御手段とを有している。

加熱ローラ８２と、定着ローラ８９と、定着ベルト８８と、加圧ローラ８３とは、加圧ローラ８３を回転駆動する、図示しない駆動手段によって回転駆動される。駆動手段によって加圧ローラ８３が図３において時計回り方向に回転駆動され、加圧ローラ８３により定着ベルト８８がＤ１方向に回転駆動され、定着ベルト８８により加熱ローラ８２と定着ローラ８９とが図３において反時計回り方向に回転駆動される。

定着ローラ８９は、図示しない付勢手段により付勢され、加熱ローラ８２と定着ローラ８９とに張り渡され掛け渡された定着ベルト８８に定着に適した所定のテンションを与えるテンションローラでもある。加圧ローラ８３は図示しない付勢手段により定着ローラ８９に向けて付勢されており、これにより定着ベルト８８に圧接し、定着ベルト８８との間に定着ニップ部たるニップ部Ｎを形成している。定着装置６は、ニップ部Ｎに、加圧ローラ８３とこれに従動回転する定着ベルト８８との回転により転写紙Ｓを通過させ、加熱すると同時に加圧して搬送することで未定着のトナーＴを転写紙Ｓに定着する、いわゆるベルト方式の定着装置である。

加熱ローラ８２は鉄製の中空円筒状の磁性金属部材によって構成され、外径が２０ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍであって、低熱容量で昇温の速い構成となっている。加熱ローラ８２の材質は鉄に限らず、コバルト、ニッケル等、または、鉄、コバルト、ニッケル等の合金等の磁性金属であってもよいし、その外径、肉厚は上記以外であっても良い。

定着ローラ８９は、ステンレススチール製の金属製の芯金８９ａと、耐熱性を有するシリコンゴムをソリッド状または発泡状にして芯金８９ａを被覆した弾性部材８９ｂとを有している。加圧ローラ８３からの押圧力で加圧ローラ８３と定着ローラ８９との間に所定幅の接触部を形成するために、外径を、加熱ローラ８２のそれより大きい、３０ｍｍ程度としている。弾性部材８９ｂはその肉厚を３〜１０ｍｍ程度としている。芯金８９ａの材質はステンレススチールでなくとも良い。

加熱ローラ８２と定着ローラ８９との構成はこのようになっているので、加熱ローラ８２の熱容量と定着ローラ８９の熱容量とでは、加熱ローラ８２の熱容量のほうが小さく、したがって、加熱ローラ８２を急速に加熱させウォームアップ時間を短縮することが可能となっている。

定着ベルト８８は、詳細な図示を省略するが、ポリイミド基体と、ポリイミド基体の上に形成されたニッケル製の発熱層と、発熱層の上に形成されたシリコンゴム製の弾性層と、弾性層の上に形成されたＰＦＡ性の離型層とを有する、層構造の、耐熱性のベルトである。発熱層は銀等の材料で形成してもよく、離型層はＰＴＦＥ等の材料で形成しても良い。

定着ベルト８８は、加熱手段９０により、加熱手段９０との対向位置において、発熱層が電磁誘導により直接加熱されるとともに、加熱手段９０により加熱手段９０との対向位置において電磁誘導により加熱される加熱ローラ８２との接触位置Ｗ１において、加熱手段９０により間接的に加熱され、これら直接的な加熱と間接的な加熱とにより昇温するようになっている。そして、加熱ローラ８２と定着ローラ８９との回転によって、定着ベルト８８はその発熱層および内面が連続的に加熱され、結果として全体にわたって加熱される。

加圧ローラ８３は、銅製の円筒部材からなる芯金８３ａと、この芯金８３ａの表面に設けられた耐熱性およびトナー離型性の高い弾性部材８３ｂとを有している。芯金８３ａは熱伝導性の高い金属製のものが適しており、銅以外にも、アルミ、ＳＵＳを使用することができる。加圧ローラ８３の外径は定着ローラ８９と同じ３０ｍｍ程度としているが、肉圧は１〜２ｍｍ程度で定着ローラ８９より薄く、また硬度は定着ローラ８９の硬度より硬くしている。

加圧ローラ８３は定着ベルト８８を介して定着ローラ８９を押圧してニップ部Ｎを形成しているが、本形態では、加圧ローラ８３の硬度を定着ローラ８９のそれに比べて硬くしていることにより、加圧ローラ８３が定着ローラ８９及び定着ベルト８８へ食い込む形となり、この食い込みにより、転写紙Ｓは加圧ローラ８３表面の円周形状に沿うため、転写紙Ｓが定着ベルト８８表面から離れやすくなっている。

加熱手段９０は、加熱ローラ８２に対向する位置、言い換えると、加熱ローラ８２の外部に、加熱ローラ８２と別体で設けられ、磁界発生手段である励磁コイル８７と、この励磁コイル８７が巻き回されたコイルガイド板８６と、励磁コイル８７の外側に配設された、フェライト等の強磁性体よりなる比透磁率が２５００の半円筒形状の励磁コイルコア８４と、励磁コイルコア８４を励磁コイル８７に近接した位置で固定配置する励磁コイルコア支持部材８１と、励磁コイル８７に接続された、発振回路が周波数可変の図示しない駆動電源とを有している。励磁コイル８７と、コイルガイド板８６と、励磁コイルコア８４と、励磁コイルコア支持部材８１とは、一体をなしている。駆動電源は制御手段によって制御され、制御手段が加熱手段９０による加熱を制御するようになっている。

図４（ａ）に示すように、コイルガイド板８６は加熱ローラ８２の外周面に近接配置された半円筒形状をしている。図４（ｂ）に示すように、励磁コイル８７は長い一本の励磁コイル線材をコイルガイド板８６に沿って加熱ローラ８２の軸方向に交互に巻き付けたものである。

励磁コイル８７には駆動電源から１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの高周波交流電流、好ましくは２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの高周波交流電流が給電され、これにより交番磁界を発生する。この交番磁界が、加熱ローラ８２と定着ベルト８８との接触領域Ｗ１およびその近傍部において加熱ローラ８２および定着ベルト８８の発熱層に作用し、これらの内部では交番磁界の変化を妨げる方向に渦電流Ｉが流れる。

この渦電流Ｉが加熱ローラ８２および定着ベルト８８の発熱層の抵抗に応じたジュール熱を発生させ、主として加熱ローラ８２と定着ベルト８８との接触領域およびその近傍部において加熱ローラ８２および定着ベルト８８が電磁誘導加熱される。
このようにして加熱された定着ベルト８８は、Ｄ１方向において接触領域Ｗ１の下流側近傍の、加熱ローラ８２および定着ベルト８８の外部に配設されたセンサ９５により、その表面温度が検知される。なお、センサ９５を加熱ローラ８２および定着ベルト８８の外部に配設することにより、定着装置６のウォームアップ時間が長くなることが防止されている。

図５に示すように、回転検知手段９１は、加熱ローラ８２に対向して配置され、定着ベルト８８を介して加熱ローラ８２に当接し、加熱ローラ８２および定着ベルト８８に連れ回りする回転自在のローラ９２と、ローラ９２の回転中心軸と同軸に設けられローラ９２と一体で回転する回転検知板９３と、回転検知板９３を挟むようにして配設された光学的なセンサであるフォトセンサ９４とを有している。

図６に示すように、回転検知板９３はその外周の一部を切り欠かれ、切り欠き９３ａが形成されている。図７に示すように、フォトセンサ９４は、検知光９４ａを発する図示しない発光部と検知光９４ａを受ける図示しない受光部とを備えた検知部９４ｂを有している。回転検知板９３の外周は検知部９４ｂに挟まれ、検知部９４ｂに入り込んだ状態となっている。

よって定着ベルト８８および加熱ローラ８２が回転すると、切り欠き９３ａが検知部９４ｂを通過するたびに検知光９４ａが受光部により検知され、これにより定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知される。フォトセンサ９４はこの回転を検知すると、その旨の信号を制御手段に発する。

定着装置６の加熱動作に関連する制御を図８に沿って説明する。
画像形成装置１００の電源がＯＮされると（Ｓ１）、制御手段によって駆動手段に備えられた駆動源としてのモーターがＯＮされる（Ｓ２）。制御手段は、回転検知手段９１により、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転の有無を検知し（Ｓ３）、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知された場合には、加熱手段９０による加熱を開始し（Ｓ４）、同時にセンサ９５で定着ベルト８８の表面温度を検知する。

制御手段は、ある一定時間での昇温が、決められた基準値Ａより高いか否かを判断し（Ｓ５）、高い場合は異常であるとして温度異常を検出し、加熱手段９０による加熱を停止させる（Ｓ６）とともに、画像形成装置１００の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う（Ｓ７）。

一方、制御手段は、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知されない場合には、ある一定時間での昇温が、決められた基準値Ｂより高いか否かを判断し（Ｓ８）、高い場合は異常であるとして温度異常を検出し、加熱手段９０による加熱を停止する（Ｓ９）とともに、画像形成装置１００の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う（Ｓ１０）。

定着装置６において、制御手段は、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知されない場合にも、温度異常であるか否かを検出するのは次の理由による。
図８から明らかなように、定着装置６においては、制御手段が、回転検知手段９１により、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転の有無を検知する（Ｓ３）が、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知されない場合には、加熱手段９０による加熱を行うことはない。
しかし、何らかの異常により、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が非回転の状態で、加熱手段９０による加熱が行われる場合がある。
一方、電磁誘導により加熱を行う加熱手段９０には、定着ベルト８８および加熱ローラ８２を部分的に加熱するという特性がある。
よって、異常により、加熱手段９０による加熱が、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が非回転の状態で行われると、本形態のように、主に接触部位Ｗ１によって構成される加熱位置外の定位置に配設されたセンサ９５によって定着ベルト８８の表面温度を測定する構成では、一つの基準温度に基づいて、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の、回転時および非回転時での定着ベルト８８の表面温度の異常を検出することはできない。

すなわち、基準温度が定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転時に合わせた一つの基準温度のみである場合には、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の非回転時には、センサ９５による温度検出位置においては温度異常を検出できず、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できないか、または温度異常を検出できたとしても検出までに時間がかかりすぎることにより、すでにかかる問題が生じてしまった後に温度異常を検出することとなり、また、基準温度が定着ベルト８８および加熱ローラ８２の非回転時に合わせた一つの基準温度のみである場合には、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の昇温が不十分な状態で、加熱手段９０による加熱を停止してしまうこととなり、定着不良が生じる。

そこで、本形態では、回転検知手段９１により検知した、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転の有無に基づいて、温度異常を検出するための基準温度値を温度Ａと温度Ｂとの間で切り替えるようになっている。すなわち、定着装置６は、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転時、非回転時のそれぞれに基準温度を設けた。これにより、定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転時においては定着ベルト８８の温度を定着に適した温度に保つとともに異常昇温にも対応でき、また定着ベルト８８および加熱ローラ８２の非回転時において異常により加熱が行われた場合にも温度異常を検出できるため、異常高温による問題が生じることはない。

図９に定着装置６の別の形態を示す。上述の形態と異なる事項について説明し、その余の事項については上述の形態と同じ符合を付する等して適宜説明を省略する。
本形態では、定着ベルト８８の温度を検知する手段たる温度検知手段として、上述のセンサ９５に加え、センサ９６も有している。

センサ９６は、加熱手段９０によって加熱される前の定着ベルト８８の温度を検知し、センサ９５は、加熱手段９０によって加熱された後の定着ベルト８８の温度を検知する。センサ９６は、Ｄ１方向において接触領域Ｗ１の上流側近傍の加熱ローラ８２および定着ベルト８８の外部に配設されている。センサ９６によって検知された定着ベルト８８の温度は制御手段に入力される。なお、センサ９６を加熱ローラ８２および定着ベルト８８の外部に配設することにより、定着装置６のウォームアップ時間が長くなることが防止されている。

本形態の定着装置６では、上述の定着装置６と同様、加熱手段９０による加熱が定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転時にのみ行われるように構成されている。しかしながら、回転検知手段９１が故障した場合は、回転の検出が正常にはできないため、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が非回転であるにもかかわらず回転していると検出する場合や、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が回転しているにもかかわらず非回転であると検出する場合がある。

回転検知手段９１が故障し、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が非回転であるにもかかわらず回転していると検出すると、加熱手段９０による加熱が開始されるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題が生じる。回転検知手段９１が故障し、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が回転しているにもかかわらず非回転であると検出すると、通常は加熱手段９０による加熱が行われることはないが、何らかの異常により加熱が行われる場合がある。

そこで、本形態では、センサ９５とセンサ９６とによって検知されたそれぞれの温度の差に基づいて、温度異常を検出するようになっている。
すなわち、制御手段は、回転検知手段９１が定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転を検知すると加熱手段９０に加熱を開始させるが、センサ９５によって検知された温度とセンサ９６によって検知された温度との比較を行い、温度差がある決められた基準値より少ない場合、または基準値以下の場合、すなわち所定の値の範囲を超えているとき、言い換えると所定の値の範囲にないときには、加熱手段９０による加熱を停止させるとともに、画像形成装置１００の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う。なおエラー表示には回転検知手段９１が故障している旨を含めても良い。

これは、定着ベルト８８が回転しているときは、定着ベルト８８の熱が定着ローラ８９、加圧ローラ８３、転写紙Ｓに奪われるため、センサ９６による検知温度のほうがセンサ９５による検知温度より低くなるはずであるにもかかわらず、回転検知手段９１が故障し、定着ベルト８８および加熱ローラ８２が非回転であるのに回転していると検出され、加熱手段９０による加熱が開始された場合には、センサ９６による検知温度とセンサ９５による検知温度の温度とはほぼ同じ温度となることを利用したものである。これにより、定着ベルト８８が回転していない状態で加熱が行われたことを検出できるため、異常昇温やこれに起因する異臭、発煙、発火等の問題を防止できる。

また、制御手段は、回転検知手段９１が定着ベルト８８および加熱ローラ８２の回転が検知されないときは、通常、加熱手段９０に加熱を開始させることはないが、センサ９５によって検知された温度とセンサ９６によって検知された温度との比較を行い、温度差がある決められた基準値より大きい場合、または基準値以上の場合、すなわち所定の値の範囲を超えているとき、言い換えると所定の値の範囲にないときには、加熱手段９０による加熱を停止させるとともに、画像形成装置１００の外部に設けられた表示装置等にその旨のエラー表示を行う。なお加熱手段９０による加熱の停止とともに駆動手段による定着ベルト８８の回転を停止させても良い。エラー表示には回転検知手段９１が故障している旨を含めることが望ましい。

これは、加熱を行っていない場合には、通常、センサ９６による検知温度とセンサ９５による検知温度の温度とはほぼ同じ温度となるはずであるにもかかわらず、何らかの異常により、加熱が行われると、定着ベルト８８が回転しているため、定着ベルト８８の熱が定着ローラ８９、加圧ローラ８３、転写紙Ｓに奪われて、センサ９６による検知温度のほうがセンサ９５による検知温度より低くなることを利用したものである。これにより、定着ベルト８８が回転していないはずであるにもかかわらず定着ベルト８８が回転していることを検出できるため、回転検知手段９１の故障を発見できる。また加熱手段９０の作動を停止するので無駄なエネルギーの消費を防止することができる。なお、センサ９５、センサ９６は、それぞれ、定着ベルト８８の幅方向における同位置に配設しても良いし、中央と端部とに備えるなど異なる位置に配設しても良い。

２つのセンサ９５，９６を用いたこのような制御は、上述の２つの基準温度値を用いた制御に加えて行っても良いし、上述の２つの基準温度値を用いた制御に代えて行っても良い。上述の２つの基準温度値を用いた制御は、センサ９６のように、温度検知手段を、加熱手段による加熱領域よりも回転体たる定着ベルトの回転方向の上流側に配設し、これを用いて行っても良い。本形態のように２つのセンサ９５，９６を有する場合には、上述の２つの基準温度値を用いた制御を、２つのセンサ９５，９６の両方を用い、それぞれのセンサに関して行っても良いし、センサ９５、センサ９６の何れか一方を用いて行っても良い。

以上のような構成の定着装置６において、定着装置６に進入した転写紙Ｓは、加熱手段９０、センサ９５やセンサ９６、制御手段によって適切な温度に加熱された定着ベルト８８の熱と、定着ローラ８９および定着ベルト８８と加圧ローラ８３との圧力との作用により、担持したトナー像Ｔを定着され、所望の画像が形成される。このような定着動作は、温度検知手段たるセンサ９５やセンサ９６、および異常検出手段たる制御手段により、安全に行われる。

以上、本発明を、ベルト式の定着装置に適用した形態を説明し、回転体を定着ベルトとして説明したが、回転体は加熱ローラであっても良く、この場合には加熱ローラの温度を検知すれば良い。また、本発明は、ベルト式の定着装置に限らず、回転体としての発熱部材たる定着ローラと、定着ローラを電磁誘導により加熱するための加熱手段と、定着ローラに圧接された加圧ローラとを有し、トナー像を担持した転写紙を定着ローラと加圧ローラとの圧接部であるニップ部に通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっているローラ対方式といわれるような定着装置等、種々のタイプの定着装置に適用することも可能である。

本発明を適用した画像形成装置の概略を示す側面図である。図１に示した画像形成装置に搭載された像担持体及びその周りの構成を示す側面図である。図１に示した画像形成装置に搭載された定着装置の構成を示す側面図である。図３に示した定着装置に搭載された加熱手段の構成部品の配設態様を示す図である。図３に示した定着装置に搭載された回転検知手段の構成を示す側面図である。図５に示した回転検知手段の部品の側面図である。図５に示した回転検知手段の部品の正面図である。図３に示した定着装置の制御フローである。図１に示した画像形成装置に搭載された定着装置の別の形態を示す側面図である。電磁誘導により加熱を行う加熱手段を備えた従来の定着装置を示す側面図である。

符号の説明

６定着装置
８８回転体
９０加熱手段
９１回転検知手段
９５温度検知手段、第１の温度検知手段
９６温度検知手段、第２の温度検知手段
１００画像形成装置

Claims

回転体と、
この回転体の外部に配置され、同回転体を電磁誘導により加熱するための加熱手段と、
前記回転体の回転を検知し、この回転を検知したことを条件に前記加熱手段による加熱を開始させるための回転検知手段と、
前記回転体の温度を検知する温度検知手段と、
この温度検知手段が検知した温度に基づいて温度異常を検出したときに前記加熱手段による加熱を停止させるための異常検出手段とを有し、
前記温度検知手段が、前記加熱手段によって加熱される前の前記回転体の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記加熱手段によって加熱された後の前記回転体の温度を検知する第２の温度検知手段とを有し、
前記異常検出手段は、
前記回転検知手段が前記回転体の非回転を検知したとき、第１の温度検知手段と第２の温度検知手段との少なくとも一方を用いて温度異常を検出するための基準温度値を、前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知した場合の前記基準温度値よりも低い温度値に切り替え、この温度値を基準として高温による温度異常を検出するとともに、
前記回転検知手段が前記回転体の回転を検知し前記加熱手段による加熱を開始したとき、第１の温度検知手段によって検知された温度と第２の温度検知手段によって検知された温度との差が基準値よりも少ない場合、または基準値以下の場合に温度異常を検出する定着装置。
請求項１記載の定着装置において、前記回転体としての定着ベルトを巻き掛けられた加熱ローラ、または、前記回転体としての加熱ローラ、または、前記回転体としての定着ローラを有し、前記加熱手段は、当該ローラに対向して配置されていることを特徴とする定着装置。
請求項１または２記載の定着装置を有する画像形成装置。