JP4689067B2

JP4689067B2 - 定着装置・画像形成装置

Info

Publication number: JP4689067B2
Application number: JP2001095964A
Authority: JP
Inventors: 忠二石川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: JP2002296953A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未定着トナー像を担持した記録材を通して定着を行う定着装置及び該定着装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の定着装置として、例えば熱ローラ方式のものが知られている。この方式では、例えば図１０に示すように、内部に熱源としてのハロゲンヒータ３０を有する加熱ローラ３２と、該加熱ローラ３２に対向して圧接する加圧ローラ３４を有しており、加熱ローラ３２と加圧ローラ３４のニップ部に未定着のトナー像を担持した記録材としての用紙３６を通して熱と圧力により定着するようになっている。
加熱ローラ３２の表面に接触して温度検知手段としてのサーミスタ３８が設けられており、該サーミスタ３８の検知情報に基づいて加熱ローラ３２の温度を制御し、定着温度を一定に保つようになっている。サーミスタ３８は、定着ユニット４０の上カバー４０ａにビス４２で止められた板バネ４４に支持されて加熱ローラ３２に押圧されている。符号４６は分離爪を示す。
【０００３】
このような接触式温度検知方式では、サーミスタ３８との接触により加熱ローラ３２の表面が傷付けられる虞があり、傷が付いた場合には記録画像に傷跡が写って記録文書として使用に耐え得ないものとなる。また、このような傷が付いた加熱ローラ３２は交換しなければならないが、組付方式によっては加熱ローラ３２だけでなく定着ユニット４０ごと交換しなければならない。このため、交換コストが高くつくという問題があった。
また、サーミスタ３８は、通常定着ユニット４０に一体に取り付けられているので、定着ユニット４０の交換の際にはサーミスタ３８も同時に廃棄することになり、コスト的且つ資源節約的面から好ましいものではなかった。
また、サーミスタ３８の場合には応答性が悪く、精密な制御を行うことが困難であった。特に最近では、省エネのために待機時は低電力にしておき、使用時のみ高速で立ち上がる定着装置が開発されており、これに伴ってサーミスタ３８よりも温度検知応答性の良い温度検知手段が求められている。
【０００４】
一方、従来より、サーモパイルのような非接触方式の温度検知手段も用いられている。例えば図１１に示すように、加熱ローラ３０に対して非接触状態にサーモパイル４８が設けられており、該サーモパイル４８は加熱ローラ３２から輻射された赤外線を受光してこれを電気信号に変換する。
しかしながら、素子、制御回路などによるコスト高を避けられず、また、赤外線を利用した間接検知のためにサーミスタ３８に比べて温度検知精度が悪いなどの理由により普及していない。
【０００５】
しかしながら、最近では、上記加熱ローラ３２の傷による定着ユニット４０の交換コストが非常に高く、交換の間の装置停止による作業能率の低下もあることから、再び非接触式温度検知方式が要望されるようになってきている。
【０００６】
この種の定着装置では、上記接触、非接触の違いに因る問題の他に、印刷時に用紙３６が加熱ローラ３２に巻き付く現象がある。上述のように加熱ローラ３２から用紙３６を分離するための分離爪４６が設けられているのであるが、加熱ローラ３２に対する用紙３６の密着度が高い場合には分離爪４６を通過する。
分離爪４６を通過した場合は、図１０に示すように、用紙３６の先端がサーミスタ３８に当接し、該用紙３６は上カバー４０ａ内でいわゆるアコーデオン状態で停滞し、ジャムとなる。
このようなジャムが発生した場合、ユーザーレベルでは完全に除去することが困難であるため、サービスマンを呼ぶこととなり、多額な除去コストがかかるとともに、長時間の装置停止を強いられることになる。
また、ユーザーがジャムを処理した場合に、完全に除去されていないにも拘らず除去したと判断して再び装置電源を入れた場合、残紙が昇温して発煙するようなケースもあった。
【０００７】
そこで、本発明は、非接触式温度検知方式において、用紙ジャムに迅速に対応できるとともに、残紙があってもこれを確実に検知して残紙に起因したトラブルを回避できる定着装置、及びこれを備えた画像形成装置の提供を、その目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、電力を供給される熱源によって昇温する加熱部材と、該加熱部材に圧接する加圧部材と、該加熱部材に対して非接触状態に設けられ該加熱部材から輻射される熱を検知する非接触温度検知手段を有し、該加熱部材と加圧部材のニップ部にトナー像を担持した記録材を通して定着を行い、該非接触温度検知手段による検知情報に基づいて該加熱部材の温度を制御する定着装置において、上記非接触温度検知手段が、上記加熱部材から輻射される赤外線を受光して温度情報を出力する赤外線センサであり、且つ、上記加熱部材を覆う装置カバーの外側に該装置カバーとの間に空間を隔てて設けられ、上記赤外線センサは、上記加熱部材から輻射される赤外線が入光する側に開口窓を有する筒状のキャンケースと、該キャンケース内に収容され、上記開口窓から入光した赤外線を受光する赤外線吸収部と、上記開口窓を塞ぐように上記キャンケースに設けられ、赤外線を通すためのフィルタと、上記キャンケースの上記フィルタと反対側に設けられ、受光した赤外線量に応じて上記赤外線吸収部から出力される電気信号を外部に取り出すための端子とを有し、上記加熱部材の放射率が０．９５以上で、上記加熱部材上に記録材が無い場合の上記赤外線センサの出力状態と、該加熱部材上に記録材がある場合の該赤外線センサの出力状態とを比較して記録材巻き付きの異常を判断する、という構成を採っている。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の定着装置において、上記赤外線センサと上記加熱部材との間に、該加熱部材からの輻射熱を抑制し且つ赤外線のみを通す赤外線フィルタを有し、上記赤外線フィルタは、上記装置カバーに設けられている、という構成を採っている。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の定着装置において、上記赤外線フィルタが、ポリエチレン樹脂又はシリコン樹脂で形成されている、という構成を採っている。
【００１１】
請求項４記載の発明では、像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写した後該記録材を定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、上記定着装置が、請求項１乃至３のうちの一つに記載のものである、という構成を採っている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。なお、図９以外の実施形態は参考例として示す。
図１乃至図６に基づいて一実施形態を説明する。なお、従来技術と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略する。
まず、図６に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのプリンタ２の概要構成を説明する。プリンタ２は、給紙装置４と、レジストローラ対６と、像担持体としての感光体ドラム８と、転写手段１０と、定着装置としての定着ユニット５０等を有している。
給紙装置４は、用紙３６が積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙３６を最上のものから順に給送する給紙コロ１６及び分離部材１７等を有している。
給紙コロ１６によって送り出された用紙３６はレジストローラ対６で一旦停止され、斜めずれを修正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙３６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。
【００１９】
感光体ドラム８の周りには、矢印で示す回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８と、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０と、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２と、転写手段１０と、クリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４等が配置されている。
帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム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。
【００２０】
プリンタ２における画像形成動作は従来と同様に行われる。すなわち、感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム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ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここで現像ローラ２２ａにより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。
感光体ドラム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３６上に転写手段１０による転写バイアス印加により転写される。
【００２１】
トナー像を担持した用紙３６は定着ユニット５０へ向けて搬送され、定着ユニット５０で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
転写部位Ｎで転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、このクリーニング手段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、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００２２】
次に、図１乃至図３に基づいて定着ユニット５０を詳細に説明する。
定着ユニット５０は、内部に熱源としてのハロゲンヒータ３０を有する加熱部材としての加熱ローラ３２と、該加熱ローラ３２に対向して圧接する加圧ローラ３４を有しており、加熱ローラ３２と加圧ローラ３４のニップ部に未定着のトナー像を担持した記録材としての用紙３６を通して熱と圧力により定着するようになっている。
加熱ローラ３２の周囲は上カバー５０ａで覆われ、加圧ローラ３４の周囲は下カバー５０ｂで覆われている。
上カバー５０ａの上部には、非接触温度検知手段であり、且つ、赤外線センサとしてのサーモパイル４８が設けられている。
【００２３】
サーモパイル４８は、図２及び図３に示すように、加熱ローラ３２から輻射（照射）される赤外線の入光部としての開口窓４８ａと、赤外線を通すためのフィルタ４８ｂと、赤外線吸収部４８ｃと、座面４８ｄと、キャンケース４８ｅと、フィルタ４８ｂの反対側に設けられた端子４８ｆを有している。
加熱ローラ３２から輻射される赤外線は、開口窓４８ａ、フィルタ４８ｂを通って赤外線吸収部４８ｃに照射され、受光した赤外線量に応じた電気信号に変換される。該電気信号は端子４８ｆを介して外部へ取り出される。
【００２４】
プリンタ２の全体の動作は、図４に示す制御手段５５によって制御される。制御手段５５は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏインタフェース等を有するマイクロコンピュータであり、サーモパイル４８による検知情報が入力される。制御手段５５は入力された検知情報に基づいてハロゲンヒータ３０への電力供給量を制御し、加熱ローラ３２の表面温度を制御する。
【００２５】
図１に示すように、サーモパイル４８と加熱ローラ３２の間における上カバー５０ａには、赤外線フィルタ５２が設けられている。赤外線フィルタ５２は、加熱ローラ３２からの輻射熱によってサーモパイル４８が熱劣化するのを防止するとともに、赤外線のみを通すようになっている。このような機能を持つべく、赤外線フィルタ５２はポリエチレン樹脂やシリコン樹脂で形成されている。
用紙３６が分離爪４６を潜り抜けてサーモパイル４８の検知領域に入ると、図５に示すように、サーモパイル４８の出力が急激に落ちる。これは、加熱ローラ３２の温度に対し、冷えた用紙３６を検知することにより温度差が生じるためである。
【００２６】
Ｖ₁は用紙３６が加熱ローラ３２から分離されてサーモパイル４８の検知領域に入らない正常通紙の場合での出力値を示している。サーモパイル４８の出力値がＶ₂以下になったら、制御手段５５はジャムと判断してハロゲンヒータ３０への通電を停止するとともに、定着ユニット５０の動作及びプリンタ２の動作を停止させる。また、図示しない操作パネルの液晶表示部にジャムであることを表示する。
ジャムが発生した場合、定着ユニット５０が即停止するため、図１に示すように、用紙３６は定着ニップ部まで進まず、よってジャム処理が容易に行える。
【００２７】
次に、図７及び図８に基づいて他の実施形態を説明する。
本実施形態では、上記ジャム処理において用紙３６の一部が残った場合に対応することを特徴としている。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略する。
制御手段５５のＲＯＭには、ハロゲンヒータ３０がオンされた場合、すなわちプリンタ２のメインスイッチがオンされた場合の定着ユニット５０における正常な立ち上げのサーモパイル４８の出力カーブＡが予め記憶されている。ハロゲンヒータ３０がオンされた場合、制御手段５５はその立ち上げにおける出力カーブＢと出力カーブＡを比較する。
【００２８】
例えば、ｔ₁時間で出力カーブＡのＶ₃に対応する値がＶ₄以下のときは、制御手段５５は残紙ありと判断し、ハロゲンヒータ３０への通電を停止するとともに、定着ユニット５０の動作及びプリンタ２の動作を停止させる。また、図示しない操作パネルの液晶表示部にジャムであることを表示する。
Ｖ₄は実験的に求められた数値であり、予め制御手段５５のＲＯＭに記憶されている。正常立ち上げ時の出力カーブにはバラツキがあるため、Ｖ₄は出力カーブＡにおける±ｖを考慮して設定されている。
【００２９】
次に、図９に基づいて他の実施形態を説明する。
残紙が完全に加熱ローラ３２に密着し、且つ、残紙の紙厚が薄い場合には、加熱ローラ３２と残紙との温度上昇がほとんど同時になり、上記実施形態におけるサーモパイル４８の出力カーブでは区別することができない場合がある。
これに対処すべく、本実施形態では、残紙３６ａに対して加熱ローラ３２の表面３２ａの放射率を高くしている。加熱ローラ３２の表面３２ａと残紙３６ａが同じ放射率で同じ温度の場合には出力カーブに差が出ないが、同じ温度でも互いの放射率を変えれば、出力カーブ差が生じる。
一般的にはテフロン加工した加熱ローラの表面は、放射率０．９前後となる。また、用紙３６の放射率も同程度である。本実施形態では、加熱ローラ３２の表面３２ａをより黒体面に近づけることで、０．９５以上の放射率としている。
これにより、同じ温度でも、サーモパイル４８の加熱ローラ３２に対する出力は約５％アップし、出力カーブ差が大きくなる。従って、検出マージンが５％アップする。
非接触温度検知手段としては、サーモパイル４８の他に、焦電型センサを用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、非接触温度検知手段が、加熱部材から輻射される赤外線を受光して温度情報を出力する赤外線センサである構成としたので、温度検知を高精度に行うことができる。
赤外線センサと加熱部材との間に、該加熱部材からの輻射熱を抑制し且つ赤外線のみを通す赤外線フィルタが設けられている構成では、温度検知を高精度に行うことができるとともに、赤外線センサが熱で損傷することを防止できる。
赤外線フィルタが、ポリエチレン樹脂又はシリコン樹脂で形成されている構成では、赤外線センサが熱で損傷することを防止できるとともに、赤外線を効率的に通すことができる。
また、加熱部材に残紙が密着し加熱部材と残紙の温度上昇が同じ場合でも残紙が存在することによるトラブルを確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置の概要正面図である。
【図２】サーモパイルの斜視図である。
【図３】サーモパイルの概要断面図である。
【図４】制御ブロック図である。
【図５】サーモパイルの出力値の変化を示すグラフである。
【図６】画像形成装置としてのプリンタの概要正面図である。
【図７】他の実施形態における定着装置の概要正面図である。
【図８】図７で示した実施形態におけるサーモパイルの出力値の変化を示すグラフである。
【図９】他の実施形態における加熱ローラの斜視図である。
【図１０】従来における接触方式の温度検知手段を有する定着装置の概要正面図である。
【図１１】従来における非接触方式の温度検知手段を有する定着装置の概要正面図である。
【符号の説明】
３２加熱部材としての加熱ローラ
３４加圧部材としての加圧ローラ
３６記録材としての用紙
４８非接触温度検知手段としてのサーモパイル

Claims

電力を供給される熱源によって昇温する加熱部材と、該加熱部材に圧接する加圧部材と、該加熱部材に対して非接触状態に設けられ該加熱部材から輻射される熱を検知する非接触温度検知手段を有し、該加熱部材と加圧部材のニップ部にトナー像を担持した記録材を通して定着を行い、該非接触温度検知手段による検知情報に基づいて該加熱部材の温度を制御する定着装置において、
上記非接触温度検知手段が、上記加熱部材から輻射される赤外線を受光して温度情報を出力する赤外線センサであり、且つ、上記加熱部材を覆う装置カバーの外側に該装置カバーとの間に空間を隔てて設けられ、
上記赤外線センサは、上記加熱部材から輻射される赤外線が入光する側に開口窓を有する筒状のキャンケースと、該キャンケース内に収容され、上記開口窓から入光した赤外線を受光する赤外線吸収部と、上記開口窓を塞ぐように上記キャンケースに設けられ、赤外線を通すためのフィルタと、上記キャンケースの上記フィルタと反対側に設けられ、受光した赤外線量に応じて上記赤外線吸収部から出力される電気信号を外部に取り出すための端子とを有し、
上記加熱部材の放射率が０．９５以上で、上記加熱部材上に記録材が無い場合の上記赤外線センサの出力状態と、該加熱部材上に記録材がある場合の該赤外線センサの出力状態とを比較して記録材巻き付きの異常を判断することを特徴とする定着装置。
請求項１記載の定着装置において、
上記赤外線センサと上記加熱部材との間に、該加熱部材からの輻射熱を抑制し且つ赤外線のみを通す赤外線フィルタを有し、上記赤外線フィルタは、上記装置カバーに設けられていることを特徴とする定着装置。
請求項２記載の定着装置において、
上記赤外線フィルタが、ポリエチレン樹脂又はシリコン樹脂で形成されていることを特徴とする定着装置。
像担持体上に形成された静電潜像を現像手段によりトナー像として可視像化し、該トナー像を記録材に転写した後該記録材を定着装置に通して定着を行う画像形成装置において、
上記定着装置が、請求項１乃至３のうちの一つに記載のものであることを特徴とする画像形成装置。