JP4393811B2

JP4393811B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP4393811B2
Application number: JP2003272313A
Authority: JP
Inventors: 浩司青木; 弘一森山; 元章沖津; 裕明堀; 達也新川; 英樹後藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: CN1577164A; US6996363B2; US20050008414A1; CN100363844C; JP2005031509A

Description

この発明は、加熱すべき被加熱部材としての用紙に対する加熱処理を行う加熱装置に関する。

内部にヒータを有する加熱ローラを用いて用紙を加熱する場合、加熱ローラの表面温度が所定の許容範囲に収まるように、加熱ローラ内部のヒータの温度が設定される。

例えば、加熱ローラが定着装置に用いられる場合、定着上限値と定着下限値の間に加熱ローラの表面温度が収まるように定着温度が設定される。これは、定着設定温度が定着下限値未満（低温オフセット領域）であるときは、加熱ローラから用紙に熱が供給されても現像剤が溶融せず未定着・定着不良が発生するからであり、定着設定温度が定着上限値を超える（高温オフセット領域）ときは、溶融トナー、用紙の加熱ローラへの巻き付き等が発生するからである。

ところが、加熱ローラの表面温度は、加熱すべき用紙との接触状態によって影響を受ける。すなわち、加熱ローラの表面における用紙に接触する箇所については、用紙に対して熱の供給が行われるため適度に放熱をするが、加熱ローラにおける用紙に接触しない箇所については加熱ローラの表面が蓄熱を続け過熱状態になることがある。このため、例えば加熱ローラ内部のヒータの配熱特性が加熱ローラの軸方向の全域にわたって均一である場合に、小サイズの用紙に対して連続して加熱処理をするときには、加熱ローラの表面において定着上限値よりも高温の領域が生じるといった問題があった。

そこで、従来の定着装置の中には、図１の折れ線Ｘ１に示すように加熱ローラの軸方向の中央に配熱特性のピークを有するメインヒータ、および同図の折れ線Ｘ２に示すように加熱ローラの軸方向の両端近傍に配熱特性のピークを有するサブヒータの２本のヒータで加熱ローラの内部熱源を構成するものがあった。

このような構成によれば、加熱ローラの軸方向における幅が所定値よりも小さい用紙（例えば、幅Ｌ２で示すＢ５縦サイズの用紙）を加熱するときにはメインヒータのみを発熱させ、加熱ローラの軸方向における幅が所定値よりも大きい用紙（例えば、幅Ｌ３で示すＡ４サイズの用紙）を加熱するときにはメインヒータおよびサブヒータの両方を発熱させる等の制御を行うことにより、小サイズの用紙を使用して連続定着するときでも加熱ローラに過熱状態の箇所が発生することを防止できる等の効果がある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１７５１２０

しかしながら、近年、葉書サイズ等、幅Ｌ１で示す微小サイズの用紙に対する印刷が増加しており、上述の特許文献１を含む従来技術ではこのような微小サイズの用紙を連続して印刷した際に、小サイズ対応用ヒータによって加熱される加熱ローラ表面の一部であって、微小サイズの用紙と接触することがない箇所が過熱状態になる虞があった。同図において、放置時（印刷直前）における加熱ローラ表面温度を曲線Ｔ１で示しており、微小サイズの用紙を印刷時の加熱ローラ表面温度を曲線Ｔ２で示しているが、曲線Ｔ２の一部がが定着上限値を上回っていることが分かる。

ここで、加熱ローラ内部のヒータの数をさらに増やし、そのうちの一つを専ら微小サイズの用紙のために使用すれば、加熱ローラ表面における加熱箇所の発生を防止することができるが、このようにするとヒータを新たに追加することになるためコストがかかる。また、加熱ローラのサイズによって内部に配設可能なヒータの数が制限されるため、３本以上のヒータを内部に配設できないことがあった。

この発明の目的は、新たにヒータを追加することなく、加熱ローラの表面温度を軸方向の全域にわたって所定の範囲に収めることが可能な加熱装置を提供することである。

この発明は以下の構成を備えている。

（１）用紙搬送路に直交する回転軸を中心に回転自在にされるとともに前記用紙搬送路上を搬送される用紙を加熱する加熱ローラを備え、
前記回転軸の軸方向の中央部が高温領域となる配熱特性を有する小サイズ対応用ヒータと、前記軸方向の両端部が高温領域となる配熱特性を有する大サイズ対応用ヒータと、が前記加熱ローラの内部に設けられ、かつ、前記用紙搬送路上を搬送される用紙の幅が所定値以下の場合には前記小サイズ対応用ヒータのみを第１の電力にて駆動する一方で、前記用紙搬送路上を搬送される用紙の幅が所定値を越えている場合には前記小サイズ対応用ヒータを第１の電力にて駆動するとともに前記大サイズ対応用ヒータを第２の電力にて駆動するように構成された加熱装置であって、
前記小サイズ対応用ヒータは、前記高温領域における前記回転軸方向の中央近傍に配置され前記小サイズ対応用ヒータの配熱特性のピークを含むピーク領域と、
前記高温領域の前記回転軸方向における前記ピーク領域の両側に配置され、前記ピーク領域よりも低温に設定された準ピーク領域と、を有し、かつ
前記回転軸方向における前記高温領域の両側に配置され、前記準ピーク領域よりも低温に設定された低温領域と、
を有し、
前記準ピーク領域における設定温度は、前記ピーク領域における設定温度の８０〜９０％であり、
前記低温領域における設定温度は、前記ピーク領域における設定温度の１０〜４０％であることを特徴とする。

この構成においては、小サイズ対応用ヒータおよび大サイズ対応用ヒータを適宜駆動制御して加熱ローラの表面温度が調整される加熱装置において、加熱ローラの回転軸方向における中央部に配置される高温領域が、最も高い温度に設定されるピーク領域とピーク領域よりも低温に設定される準ピーク領域とを含んでいる。
また、小サイズ対応用ヒータにおける準ピーク領域における設定温度が、ピーク領域における設定温度の８０〜９０％に設定され、低温領域における設定温度が、ピーク領域における設定温度の１０〜４０％に設定されている。

（２）前記回転軸方向における前記ピーク領域の幅は、前記用紙搬送路上を搬送可能な用紙のうち前記回転軸方向における幅が最小となる用紙の幅に基づいて設定されることを特徴とする。

この構成においては、小サイズ対応用ヒータの高温領域におけるピーク領域の幅が、通紙可能な用紙のうち加熱ローラの回転軸方向における幅が最小となる用紙を加熱するのに適した幅になるように設定される。

（３）前記準ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度は、前記ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度の８０〜９０％であり、
前記低温領域のコイルの巻ピッチの密度は、前記ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度の１０〜４０％であることを特徴とする。

（４）前記加熱ローラの表面温度を検出する温度検出部材が、前記加熱ローラの表面における前記回転軸方向の中央近傍に対向するように配置されることを特徴とする。

この構成においては、加熱ローラの表面温度を検出する温度検出部材が、小サイズ対応用ヒータのピーク領域によって加熱される部分の温度を検出するように配置される。

（１）葉書や名刺等の微小サイズの用紙が連続通紙される場合に、加熱ローラにおける微小サイズの用紙に接触しない部分を、小サイズ対応用ヒータにおける準ピーク領域によって加熱することにより、当該部分が小サイズ対応用ヒータのピーク領域によって加熱されている場合に比較して過熱箇所が発生しにくくなる。また、加熱ローラの内部に新たにヒータを追加する必要がなく、加熱ローラ表面のある一部分が上限オフセット温度を超えてトナーが溶融してオフセットが発生したり、用紙の加熱ローラへの巻き付きが発生すること等を適正に防止することが可能になる。

（２）通紙の度に常に用紙に接触し用紙に対する熱の供給が行われる部分のみ配熱特性がピークになるようにされていることにより、小サイズ対応用ヒータにおけるピーク領域によって加熱される加熱ローラの表面が過熱状態になることを防止できる。

（３）準ピーク領域においても十分な熱量が加熱ローラの表面に供給されるため、準ピーク領域における設定温度がピーク領域における設定温度より低くなることにより、大きなサイズの用紙に対する加熱を行う際に、加熱ローラの表面のある部分が低温オフセット温度未満になり定着不良等が発生することを防止できる。

また、小サイズ対応用ヒータのピーク領域と準ピーク領域との間において急激な温度変化がないため、小サイズ対応用ヒータが途中で断線すること等を防止できる。

（４）小サイズ対応用ヒータの高温領域と低温領域との境界において、ヒータが断線することを適正に防止できる。

（５）加熱ローラにおける最も温度が高い位置の温度が把握されることにより、加熱ローラにおける全域の温度を的確に把握することができる。

以下、図を用いて本発明の加熱装置の実施形態として、本発明の加熱装置が適用されるディジタル複写機を説明する。

図２は、ディジタル複写機１の構成を示す図である。同図に示すように、ディジタル複写機１は、大別すると原稿読取部２０および画像形成部１０によって構成される。

原稿読取部２０は、透明ガラスからなる原稿台２１と、原稿台２１に載置された原稿の画像を読み取るスキャナユニット３０と、原稿台２１へと自動的に原稿を供給搬送するための両面対応自動原稿送り装置（以下、ＲＡＤＦという。）２２とを備えている。

原稿台２１は、固定原稿方式の原稿読取時に使用される原稿台２１Ａ、およびＲＡＤＦ２２を用いた原稿送り方式の原稿読取時に使用される原稿台２１Ｂに分けられる。ＲＡＤＦ２２は、図示しない原稿トレイを備えており、この原稿トレイ上にセットされた複数枚の原稿を１枚ずつ自動的に原稿台２１Ｂ上に搬送する。また、ＲＡＤＦ２２は、ユーザの選択に応じて原稿の片面または両面をスキャナユニット３０に読み取らせるために、片面原稿のための搬送経路、両面原稿のための搬送経路、搬送経路切り換え手段、各部を通過する原稿の状態を把握し管理するセンサ群等を備えている。

スキャナユニット３０は、原稿面上を露光するランプリフレクタアセンブリ３３および原稿からの反射光像を光電変換素子（以下、ＣＣＤという。）３８に導く第１の反射ミラー３４を搭載する第１の走査ユニット３１と、第１の走査ユニット３１からの反射光像をＣＣＤ３８に導くための第２の反射ミラー３５および第３反射ミラー３６を搭載する第２の走査ユニット３２と、原稿からの反射光像をＣＣＤ３８上に結像させるための光学レンズ３７と、原稿からの反射光像を電気的画像信号に変換するＣＣＤ３８と、を備えている。

原稿読取部２０は、ＲＡＤＦ２２とスキャナユニット３０の関連した動作により、原稿台２１上に読み取るべき原稿を順次載置させながら、原稿台２１の下面に沿ってスキャナユニット３０を移動させて原稿画像を読み取る。なお、第１走査ユニット３１は原稿台２１に沿って図中の左から右へと一定速度Ｖで移動し、第２走査ユニット３２はその速度Ｖに対してＶ／２の速度で同一方向に平行に移動するように駆動される。

上述の原稿読取部２０の構成により、原稿台２１上に載置された原稿の画像を１ライン毎に順次ＣＣＤ４４へと結像させて原稿の画像が読み取られる。スキャナユニット３０が読み取った画像データは、図示しない画像処理部に送られて各種の画像処理が施された後、ディジタル複写機１に備えられた記憶部に一旦記憶され、出力指示に応じて画像形成部１０に転送される。

画像形成部１０には、画像形成処理される用紙が収容される給紙カセット１６から画像形成位置を経由して用紙を外部に排出する排紙ローラ１７までの間に用紙搬送路が形成されている。また、画像形成部１０は、用紙搬送路に沿って用紙の搬送系、レーザ書き込みユニット１１、および画像を形成するための電子写真プロセス部１３が設けられている。

レーザ書き込みユニット１１は、上述の原稿読取部２０から供給される画像データ、またはパソコン等の外部機器から転送されてくる画像データに応じてレーザ光を出射する半導体レーザ光源、レーザ光を等角速度偏向するポリゴンミラー、等角速度で偏向されたレーザ光が電子写真プロセス部１３における感光体ドラム上で等角速度で偏向されるように補正するｆ−θレンズなどを備えている。

電子写真プロセス部１３は、像担持体としての感光体ドラムの周囲に、感光体ドラムを一様に帯電する帯電器、レーザ書き込みユニット１１によって感光体ドラム上に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像器、感光体ドラム上の現像剤像を用紙に転写する転写器、感光体ドラムから用紙を剥離する剥離器、感光体ドラムに残留した現像剤を除去するクリーニング器、および感光体ドラム表面を除電する除電器を備えている。

また、用紙搬送路における電子写真プロセス部１３の上流側には、給紙カセット１６に収容されている用紙を電子写真プロセス部１３における感光体ドラムと転写機との間の転写位置に用紙を搬送する搬送部１５が配置されている。また、用紙搬送路における電子写真プロセス部１３の下流側には、用紙に付着した未定着の現像剤像を熱と圧力によって用紙に定着させる定着器１２が配置されている。さらに、定着器１２の下流側には、定着後の用紙の裏面に再度画像を形成するために用紙を再供給するための再供給経路１４が配置されている。

図３は、定着装置１２の構成を示している。同図に示すように、定着装置１２は、用紙搬送路Ｒを挟んで互いに対向するように配置される加熱ローラ６０および加圧ローラ５０を備えている。

加圧ローラ５０は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム等の芯金５０Ａ、芯金５０Ａの外周面に配置されるシリコーンゴム等の耐熱弾性材層５０Ｂ、耐熱弾性材層５０Ｂの外周面側に配置されるフッ素樹脂による離型層５０Ｃを備えている。

一方、加熱ローラ６０は、内部に小サイズ対応用ヒータランプ６１および大サイズ対応用ヒータランプ６２を備えている。また、加熱ローラ６０は、その本体である芯金６０Ａと、用紙Ｐ上のトナーＴがオフセットするのを防止するために芯金６０Ａの外周表面に形成された離型層６０Ｂとを備えている。芯金６０Ａには、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。なお、本実施形態の加熱ローラ６０は、肉厚が略０．１〜．０．５ｍｍ程度の薄肉加熱ローラである。

さらに、定着装置１２は、加熱ローラ６０の表面温度を検出する温度検出部材としての温度センサ６３を備えている。本実施形態では、温度センサ６３は、加熱ローラ６０の回転軸の方向における中央部に配置されており、加熱ローラ６０の表面におけるピーク領域によって加熱される箇所の温度を検出する。

図４は、加熱ローラ６０の内部構成を示している。同図に示すように、加熱ローラ６０の内部には、用紙搬送路に直交する軸方向に沿って小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２が配置されている。小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２は、それぞれ所定の巻きピッチを有するコイル７１およびコイル７２を含んでいる。また、加熱ローラ６０および加圧ローラの近傍には、加熱ローラ６０および加圧ローラ５０の回転駆動源となる駆動モータ５１が配設されている。

小サイズ対応用ヒータ６１において、中央から両端に向かってコイル７１の巻ピッチが最も密になっているピーク領域、コイル７１の巻ピッチがピーク領域の８０〜９０％の準ピーク領域、およびコイル７１の巻ピッチがピーク領域の１０％〜４０％の低温領域が配置される。これに対して、大サイズ対応用ヒータ６２において、中央からコイル７２の巻ピッチが高温領域の１０％〜４０％の低温領域、およびコイル７２の巻ピッチが最も密になっている高温領域が配置される。

ここで、低温領域においてもある程度の巻ピッチを設けているのは、コイル７１およびコイル７２において全く巻き数がない箇所を形成すると、この箇所から断線を生じる虞があるからである。また、準ピーク領域の配熱特性がピーク領域の８０〜９０％に設定されるのは、ピーク領域と準ピーク領域との間で急激に配熱特性を変えることにより、コイル７１に断線等が生じるのを防止するためである。

なお、本実施形態では巻ピッチを密度を調整することにより、小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２における配熱特性を調整しているため、小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２の全域において均一な太さの線が用いられており、小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２における断線が防止され、長寿命化が図られている。また、小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２が衝撃等によって破損されにくくなる。

ただし、接合部の強度が確保されるのであれば、加熱ローラ６０の軸方向においてヒータ線の太さを調整することにより小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２の配熱特性を調整するようにすることもできる。

ここで、小サイズ対応用ヒータ６１におけるピーク領域の幅は、ディジタル複写機１で適切に通紙することが可能な用紙のうちの最小サイズの用紙に基づいて設定される。本実施形態では、ディジタル複写機１における通紙可能な最小サイズの用紙が葉書であるため、小サイズ対応用ヒータのピーク領域の幅は、図６に示す葉書の短手方向の幅Ｌ１と略同じに設定されている。

ピーク領域と準ピーク領域とによって小サイズ対応用ヒータ６１における高温領域が構成されるが、本実施形態では当該高温領域がＢ５縦サイズの用紙の幅と略同じ幅に設定されている。なお、上述の小サイズ対応用ヒータ６１におけるピーク領域および準ピーク領域の幅は、あくまで一例であり、これ以外の幅にすることも可能である。

図５は、ディジタル複写機１における制御部の一部の構成を示している。同図では、ディジタル複写機１の制御部における定着装置の動作に関連する箇所を示している。同図に示すようにディジタル複写機１の制御部は、ＣＰＵ８０、ＲＯＭ８１、ＲＡＭ８２、ドライバ８３〜８５を含んでいる。ＲＯＭ８１は、ディジタル複合機１の動作に必要なプログラムを格納しており、ＲＯＭ８１内のプログラムがＣＰＵ８０に読み取られることによりディジタル複合機１が所定の手順で動作する。ＲＡＭ８２は、不揮発性のメモリであり、一時的なデータの保存等が行われる。

ドライバ８３は、ＣＰＵ８０からの出力信号に基づいて小サイズ対応用ヒータ６１に電力を供給して駆動する。ドライバ８４は、ＣＰＵ８０からの出力信号に基づいて大サイズ対応用ヒータ６１に電力を供給して駆動する。ドライバ８５は、ＣＰＵ８０からの出力信号に基づいて駆動モータ５１に電力を供給して駆動する。なお、本実施形態では小サイズ対応用ヒータ６１に供給される電力が６００Ｗであり、大サイズ対応用ヒータ６２に供給される電力が２００Ｗである。

図６は、加熱ローラ６０の表面温度と、小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２の配熱特性と、を示す図である。なお、同図において横軸は加熱ローラ６０の軸方向を示している。上述のように、小サイズ対応用ヒータ６１の巻ピッチが軸方向の中央から両側にかけて、ピーク領域で最も密になり準ピーク領域では２番目に密になり低温領域では最も疎になっていることにより、小サイズ対応用ヒータ６１の配熱特性は同図における折れ線Ｘ１のようになる。また、大サイズ対応用ヒータ６２の巻ピッチが軸方向の両側において密であり、軸方向の中央部で疎であることにより、大サイズ対応用ヒータ６２の配熱特性は同図に示す折れ線Ｘ２のようになる
また、同図において曲線Ｔ１で印刷準備時における加熱ローラ６０の表面温度を示しており、葉書等の微小サイズの用紙を連続して通紙したときの加熱ローラ６０の表面温度を曲線Ｔ２によって示している。本実施形態では、曲線Ｔ２に示すように、軸方向の全域にわたって加熱ローラ６０の表面の温度が定着上限値と定着下限値との範囲に収めることが可能になる。

上述の構成において、ディジタル複写機１では、用紙搬送路内を搬送されている用紙のサイズが図示しないセンサによって検出され、その検出結果がＣＰＵ８０に伝えられる。ＣＰＵ８０では、用紙搬送路内を搬送されている用紙の幅が所定値以下の場合には小サイズ対応用ヒータ６１のみを駆動し、所定値を超えている場合には小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２の両方を駆動する。本実施形態では、Ａ４Ｒ・Ｂ５・葉書に対する印刷時には小サイズ対応用ヒータ６１のみが駆動され、これらの用紙より大きな用紙に対する印刷時には小サイズ対応用ヒータ６１および大サイズ対応用ヒータ６２の両方が駆動されるようになっている。

本実施形態では、上述のように、３本のヒータを用いることなく、３段階の温度の設定が可能であるため、簡易な構成で加熱ローラ６０の表面温度を適正に調整することが可能になる。なお、本実施形態では、３段階の設定温度を用いているが、４段階以上の設定温度を用いるようにしても良い。

従来の定着装置における配熱特性を示す図である。本実施形態におけるディジタル複写機の構成を示す図である。本実施形態における定着装置の構成を示す図である。加熱ローラの内部の構成を示す図である。ディジタル複写機の制御部の一部の構成を示すブロック図である。本願にかかる定着装置の配熱特性を示す図である。

符号の説明

１−ディジタル複写機
１０−画像形成部
１２−定着装置
５０−加圧ローラ
６０−加熱ローラ
６１−メインヒータ
６２−サブヒータ

Claims

用紙搬送路に直交する回転軸を中心に回転自在にされるとともに前記用紙搬送路上を搬送される用紙を加熱する加熱ローラを備え、
前記回転軸の軸方向の中央部が高温領域となる配熱特性を有する小サイズ対応用ヒータと、前記軸方向の両端部が高温領域となる配熱特性を有する大サイズ対応用ヒータと、が前記加熱ローラの内部に設けられ、かつ、前記用紙搬送路上を搬送される用紙の幅が所定値以下の場合には前記小サイズ対応用ヒータのみを第１の電力にて駆動する一方で、前記用紙搬送路上を搬送される用紙の幅が所定値を越えている場合には前記小サイズ対応用ヒータを第１の電力にて駆動するとともに前記大サイズ対応用ヒータを第２の電力にて駆動するように構成された加熱装置であって、
前記小サイズ対応用ヒータは、前記高温領域における前記回転軸方向の中央近傍に配置され前記小サイズ対応用ヒータの配熱特性のピークを含むピーク領域と、
前記高温領域の前記回転軸方向における前記ピーク領域の両側に配置され、前記ピーク領域よりも低温に設定された準ピーク領域と、を有し、かつ
前記回転軸方向における前記高温領域の両側に配置され、前記準ピーク領域よりも低温に設定された低温領域と、
を有し、
前記準ピーク領域における設定温度は、前記ピーク領域における設定温度の８０〜９０％であり、
前記低温領域における設定温度は、前記ピーク領域における設定温度の１０〜４０％であり、かつ、
前記回転軸方向における前記ピーク領域の幅は、前記用紙搬送路上を搬送可能な用紙のうち前記回転軸方向における幅が最小となる用紙の幅に基づいて設定され、かつ、
前記準ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度は、前記ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度の８０〜９０％であり、
前記低温領域のコイルの巻ピッチの密度は、前記ピーク領域におけるコイルの巻ピッチの密度の１０〜４０％であることを特徴とする加熱装置。
前記加熱ローラの表面温度を検出する温度検出部材が、前記加熱ローラの表面における前記回転軸方向の中央近傍に対向するように配置されることを特徴とする請求項１のいずれかに記載の加熱装置。