JP5144366B2 - 定着装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱部材であるエンドレスベルトとこれに当接する加圧部材間に形成される定着ニップを通過する用紙に担持されたトナー像を熱源によって加熱して用紙に定着する定着装置とこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、用紙を画像形成部に給送し、画像形成部において像担持体上に形成されたトナー像を用紙等の記録材上に転写した後、該トナー像を定着装置によって記録材に定着するプロセスを経て画像が形成されるが、近年、画像形成装置には省エネルギーの観点から更なるウォームアップ時間の短縮が求められている。

ウォームアップ時間の短縮には定着装置の加熱手段の低熱容量化が必須となるが、加熱手段を低熱容量化するとその昇温速度が速くなるため、ヒータ暴走時においてのみ該ヒータへの給電を遮断することが至難となる。

ヒータの暴走を早く検知するために、特許文献１には、定着ローラに対向させて高熱伝導性の熱集中部材を配置し、この熱集中部材に暴走防止装置を備えるよう構成する提案がなされている。
特開２００６−０３０９１７号公報

ところで、加熱部材として懸架されていないエンドレスベルトの外側にサーモカットを配置するとともに、エンドレスベルトの内側に熱源を配置し、エンドレスベルトとこれに当接する加圧部材間に形成される定着ニップを通過する用紙に担持されたトナー像を前記熱源によって加熱して用紙に定着し、前記サーモカットが熱源の暴走を検知すると熱源への給電を遮断するよう構成された定着装置が知られている。

斯かる定着装置においては、エンドレスベルトの位置が定まらないため、該エンドレスベルトとサーモカットとの隙間が設定できず、熱源であるヒータが暴走した場合には、局所的な温度差によってエンドレスベルトの熱膨張が不均一となり、該エンドレスベルトにへこみが生じてしまう。エンドレスベルトに局部的なへこみが生じると、該エンドレスベルト表面と暴走検知部材とが離れてしまい、ヒータの暴走の検知が遅れてしまうという問題が発生する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、熱源の暴走時にそれを迅速に検知して熱源への給電を確実に遮断して重大な損害を回避することができる定着装置とこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、加熱部材として懸架されていないエンドレスベルトの外側にサーモカットを配置するとともに、エンドレスベルトの内側に熱源を配置し、エンドレスベルトとこれに当接する加圧部材間に形成される定着ニップを通過する用紙に担持されたトナー像を前記熱源によって加熱して用紙に定着し、前記サーモカットが熱源の暴走を検知すると熱源への給電を遮断するよう構成された定着装置において、正面視コの字状に屈曲する固定部材の前記エンドレスベルトの内側にガイド部材を固定するとともに、同固定部材の前記エンドレスベルトの外側の前記ガイド部材に対向する位置に、前記サーモカットを前記ガイド部材との間に所定隙間を設けて固定することによって、前記ガイド部材と前記サーモカットを同一部材である前記固定部材で固定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ガイド部材をリブ状又は格子状としたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ガイド部材と前記サーモカット間の隙間を前記熱源の暴走を検知可能な最大値以下に設定したことを特徴とする。

請求項４記載の画像形成装置は、請求項１〜３の何れかに記載の定着装置を備えることを特徴とする。

請求項１及び２記載の発明によれば、熱源の暴走による局所的な温度差によってエンドレスベルトに部分的なへこみが生じても、エンドレスベルトがガイド部材に当接してそのへこみが規制され、該エンドレスベルトとサーモカット間の隙間が予め規定した値（ガイド部材とサーモカット間の隙間）に維持されるため、サーモカットが熱源の暴走を時間遅れなく迅速に検知して熱源への給電を確実に遮断することができ、熱源の暴走による重大な損害を回避することができる。

請求項３記載の発明によれば、ガイド部材とサーモカット間の隙間をサーモカットが熱源の暴走を検知可能な最大値以下に設定したため、熱源の暴走による局所的な温度差によってエンドレスベルトに部分的なへこみが生じても、サーモカットは熱源の暴走を常に確実に検知して熱源への給電を遮断することができる。

請求項４記載の発明によれば、定着装置における熱源の暴走を時間遅れなく迅速に検知して熱源への給電を確実に遮断することができ、熱源の暴走による重大な損害を回避することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのレーザープリンタの側断面図である。

図示のレーザープリンタ１においては、箱状の本体（筐体）２の上面の中央部に、傾斜した凹状の排紙トレイ３が設けられている。そして、本体２の前面（図１の右側が前方）上部には開閉可能な手差しトレイ４が設けられており、この手差しトレイ４とその奥の本体２内に回転可能に設けられた手差し用の給紙ローラ５は手差し給紙部６を構成している。

而して、レーザープリンタ１は、本体２内に設けられた搬送路Ｌに沿って記録材である用紙Ｐを搬送しながら、不図示の端末等から送信される画像データに基づいて用紙Ｐに画像を形成するものであって、前記搬送路Ｌは、側面視略Ｌ字状を成して前記排紙トレイ３へと延びている。

又、レーザープリンタ１は、本体２の下部に設けられたカセット給紙部７と、該カセット給紙部７上方の本体２内の略中央部に設けられた画像形成部８と、該画像形成部８の後方に配された定着装置９と、該定着装置９上方の本体２上面に設けられた凹状の排紙部１０を備えている。

上記カセット給紙部７は、上面が開放された矩形箱状の給紙カセット１１内に複数枚の用紙Ｐを積層収容するとともに、給紙カセット１１内の用紙Ｐを１枚ずつ取り出すピックローラ１２と、取り出された用紙Ｐを１枚ずつ分離して搬送路Ｌへと送り出すフィードローラ１３とリタードローラ１４を備えており、搬送路Ｌには、送り出された用紙Ｐを一時待機させた後に所定のタイミングで画像形成部８へと供給するレジストローラ対１５が設けられている。

前記画像形成部８は、手差し給紙部６又はカセット給紙部７から供給された用紙Ｐに画像を形成するものであって、本体２内の略中央部に回転可能に配された像担持体としての感光ドラム１６と、その周囲に配置された帯電器１７、現像手段である現像装置１８、転写手段である転写ローラ１９及びクリーニング装置２０と、これらの上方に配置されたレーザースキャナユニット（ＬＳＵ）２１、トナーホッパー２２等を備えている。
又、前記定着装置９は、画像形成部８において用紙Ｐに転写されたトナー像を当該用紙Ｐに定着させるためのものであって、その構成の詳細は後述する。

前記排紙部１０は、定着装置９においてトナー像が定着された用紙Ｐを本体２外へと排出するためのものであって、搬送路Ｌの末端に設けられた排紙ローラ対２３と、搬送路Ｌを搬送される用紙Ｐを前記排紙ローラ対２３へと案内する縦リブ状の複数の搬送ガイドリブ２４及び本体２外へと排出される用紙Ｐを積載するための前記排紙トレイ３を備えている。

次に、以上の構成を有するレーザープリンタ１の画像形成動作について説明する。

例えば、パーソナルコンピュータ（パソコン）等の端末から当該レーザープリンタ１にプリント開始信号が送信されると、画像形成部８においては、感光ドラム１６が不図示の駆動手段によって図１の矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その表面が帯電器１７によって所定の電位に一様に帯電される。そして、端末から送信された画像データに基づくレーザー光がレーザースキャナユニット２１から出力されて感光ドラム１６上に照射されると、該感光ドラム１６上には静電潜像が形成される。そして、この感光ドラム１６上に形成された静電潜像は、現像装置１８によって現像剤であるトナーを用いて現像されてトナー像として可視像化される。

ところで、カセット給紙を行う場合、カセット給紙部７の給紙カセット１１内に収容された用紙Ｐは、ピックローラ１２によって最上位のものから１枚ずつピックアップされ、フィードローラ１３とリタードローラ１４によって１枚ずつ分離されてレジストローラ対１５へと搬送される。

レジストローラ対１５においては、用紙Ｐは、一時待機状態とされた後、感光ドラム１６上のトナー像に同期する所定のタイミングで画像形成部８へと供給される。

画像形成部８においては、感光ドラム１６と転写ローラ１９との間の転写ニップへと供給された用紙Ｐは、転写ローラ１９によって感光ドラム１６に押し付けられながら搬送されることによって、その表面（転写面）に感光ドラム１６上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置９へと搬送され、この定着装置９において加熱及び加圧されてトナー像の定着を受ける。尚、用紙Ｐへのトナー像の転写後に感光ドラム１６の表面に残留するトナー（転写残トナー）はクリーニング装置２０によって除去される。

而して、定着装置９にて表面にトナー像が定着された用紙Ｐは、搬送路Ｌを上方へと搬送されて搬送ガイドリブ２４に沿って排紙ローラ対２３へと導かれ、排紙ローラ対２３によって本体２上部の排紙トレイ３に排出されて積載され、一連の画像形成動作が完了する。

尚、ユーザーが手差しで給紙する場合には、手差し給紙部６の手差しトレイ４上にセットされた用紙Ｐが給紙ローラ５によってレジストローラ対１５へと供給され、以後は前述と同様のプロセスを経て用紙Ｐに画像が形成される。

［定着装置］
次に、前記定着装置３０の実施の形態について説明する。

図２は本発明に係る定着装置の部分正面図、図３は同定着装置の部分斜視図、図４は図２の矢視方向の図、図５は同定着装置のエンドレスベルトとヒータを取り外して示す部分正面図、図６は同定着装置のエンドレスベルトとヒータを取り外して示す部分斜視図である。

本実施の形態に係る定着装置９は、図２〜図４に示すように、加熱部材として懸架されていない薄肉円筒状のエンドレスベルト２５を備えており、このエンドレスベルト２５の外側にはサーモカット２６が配置されている。

又、エンドレスベルト２５の内側中央部には、該エンドレスベルト２５の長手方向（図２の左右方向）に長いプレート状のバックアップ部材２７が垂直に配置されるとともに、該バックアップ部材２７の左右両側には熱源としてのヒータ２８がエンドレスベルト２５の長手方向（図４の紙面垂直方向）に沿って互いに平行に配設されている。そして、バックアップ部材２７の下端には、エンドレスベルト２５の内周面に摺接して該エンドレスベルト２５をガイドする円弧曲面状のベルトガイド２９が取り付けられている。

ここで、上記エンドレスベルト２５は、厚さ３０〜８０μｍのＳＵＳやＮｉ等の金属層を基材とし、その上に厚さ２００〜５００μｍのシリコーン系のゴム層と厚さ３０μｍのフッ素樹脂から成る離型層を形成することによって構成されている。又、前記バックアップ部材２７の材質にはＳＵＳが用いられ、その表面には、前記ヒータ２８からの光を反射するようアルミニウム等の反射板又は反射皮膜が形成されている。更に、熱源としての前記ヒータ２８にはハロゲンランプやカーボンランプが用いられる。

他方、エンドレスベルト２５の下方には加圧ローラ３０が回転可能に配されており、この加圧ローラ３０は、間にエンドレスベルト２５を挟んで前記ベルトガイド２９に押圧されてエンドレスベルト２５との間に定着ニップを形成しており、不図示の駆動手段によって図４の矢印方向（反時計方向）に所定の速度で回転駆動される。

ところで、本実施の形態においては、エンドレスベルト２５の内側に配された前記バックアップ部材２７の長手方向中央上端には、図６に示すように、長手方向においてサーモカット２６を挟むようにその両側に配された２つの円弧リブ状のガイド部材３１が正面視コの字状に屈曲する固定部材３２によって固定されている。そして、固定部材３２は、図２及び図３に示すように、エンドレスベルト２５の内側を前記ガイド部材３１から水平に延びてエンドレスベルト２５の長手方向一端から外部に露出した後、上方へ直角に曲げられた後にガイド部材３１の上方に向かって水平に延び、その端部に形成された矩形の取付部３２ａにはサーモカット２６が取り付けられている。

而して、本実施の形態では、ガイド部材３１とサーモカット２６間の隙間（Ｇａｐ）をサーモカット２６によるヒータ２８の暴走検知の設計値として規定しており、この設計値はサーモカップ２６がヒータ２８の暴走を検知可能な最大値以下に設定されている。

ここで、図８にサーモカット検知温度とベルト表面温度との関係をエンドレスベルト２５とサーモカット２６巻の隙間（Ｇａｐ）をパラメータとして示し、図９にサーモカット検知温度とエンドレスベルト２５とサーモカット２６巻の隙間（Ｇａｐ）との関係を示す。

図８に示すように、エンドレスベルト２５とサーモカット２６間の隙間（Ｇａｐ）が狭くなる程、ベルト表面温度に対してサーモカット２６の検知温度が高くなる。例えば、エンドレスベルト２５とサーモカット２６間の隙間（Ｇａｐ）が１．６ｍｍ、１．１ｍｍ、０．９ｍｍと狭くなると、ベルト表面温度４２０℃に対するサーモカット２６の検知温度はそれぞれ２１０℃、２４０℃、２７０℃と次第に高くなる。

従って、例えばベルト表面温度が４２０℃までにサーモカット２６を動作させたい場合には、サーモカット２６の検知温度とＧａｐとの間には図９に示す関係が成り立ち、例えばサーモカット２６を２００℃で動作させたい場合には、Ｇａｐを１．６ｍｍとしてこの値を設計値として規定すれば良いことになる。

以上のように構成された定着装置９においては、前述のように加圧ローラ３０が不図示の駆動手段によって図４の矢印方向に回転駆動されると、これに当接するエンドレスベルト２５が図４の矢印方向（時計方向）に従動回転する。又、ヒータ２８は不図示の電源からの通電によって発熱し、エンドレスベルト２５を内側から所定の定着温度に加熱する。

而して、画像形成プロセスによって前述のようにトナー像が転写された用紙Ｐがエンドレスベルト２５と加圧ローラ３０との間の定着ニップに挟持されて通過すると、トナー像が加熱及び加圧されて用紙Ｐ上に定着される。

ここで、ヒータ２８が正常に動作している場合には、エンドレスベルト２５の温度は所定の定着温度に維持されているため、サーモカット２６は動作せず、ヒータ２８への通電は遮断されない。図８及び図９に示す例においては、サーモカット２６の検知温度は２００℃未満であるため、サーモカット２６は動作しない。

ところが、前述のように加熱部材として懸架されていないエンドレスベルト２５を用いた定着装置９においては、ヒータ２８が暴走した場合には、局所的な温度差によってエンドレスベルト２５の熱膨張が不均一となり、該エンドレスベルト２５にへこみが生じてしまう。そして、エンドレスベルト２５に局部的なへこみが生じると、該エンドレスベルト２５の表面とサーモカット２６とが離れてしまい、ヒータ２８の暴走の検知が遅れてしまうという問題が発生する。

然るに、本実施の形態では、ヒータ２８が暴走してエンドレスベルト２５が異常昇温したために該エンドレスベルト２５の熱膨張が不均一となり、この結果、エンドレスベルト２５にへこみが生じた場合であっても、エンドレスベルト２５がガイド部材３１に当接してそのへこみが規制され、該エンドレスベルト２５とサーモカッと２６間の隙間（Ｇａｐ）が予め規定した設計値（ガイド部材３１とサーモカット２６間の隙間）には維持されるため、サーモカット２６がヒータ２８の暴走を時間遅れなく迅速に検知してヒータ２８への給電を確実に遮断することができ、ヒータ２８の暴走による重大な損害を回避することができる。

つまり、ガイド部材３１とサーモカット２６間の隙間（Ｇａｐ）の設計値をサーモカット２６がヒータ２８の暴走を検知可能な最大値以下に設定したため、ヒータ２８の暴走による局所的な温度差によってエンドレスベルト２５に部分的なへこみが生じても、サーモカット２６はヒータ２８の暴走を常に確実に検知することができる。図８及び図９に示す例においては、エンドレスベルト２５とサーモカッと２６間の隙間（Ｇａｐ）の設計値を１．６ｍｍに設定すると、サーモカット２６は２００℃で動作してヒータ２８への給電を遮断する。

そして、本実施の形態では、ガイド部材３１とサーモカット２６とを同一部材である固定部材３２で固定したため、ガイド部材３１とサーモカット２６間の隙間（Ｇａｐ）が予め規定した設計値に常に正確に保持されることとなる。

ここで、ガイド部材３１の別形態を図７（ａ）〜（ｃ）の部分斜視図に示す。図７（ａ）に示すように３つのガイド部材３１を配置したり、図７（ｂ）に示すように２つのガイド部材３１同士を２本のクロス部材３３（図には１本のみ図示）で連結して格子状としたり、或いは図７（ｃ）に示すように３つのガイド部材３１を２本のクロス部材３３（図には１本のみ図示）で連結して格子状としても良い。

尚、本実施の形態では、本発明をレーザープリンタとこれに備えられた定着装置に適用した形態について説明したが、本発明は、プリンタの他、複写機やファクシミリ或はこれらの複合機等の他の任意の画像形成装置とこれに備えられた定着装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置（レーザープリンタ）の側断面図である。 本発明に係る定着装置の部分正面図である。 本発明に係る定着装置の部分斜視図である。 図２の矢視Ａ方向の図である。 本発明に係る定着装置のエンドレスベルトとヒータを取り外して示す部分正面図である。 本発明に係る定着装置のエンドレスベルトとヒータを取り外して示す部分斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）はガイド部材の別形態を示す部分斜視図である。 バイメタル温度とベルト表面温度との関係をエンドレスベルトとサーモカット間の隙間（Ｇａｐ）をパラメータとして示す図である。 バイメタル温度とエンドレスベルトとサーモカット間の隙間（Ｇａｐ）との関係を示す図である。

符号の説明

１ レーザープリンタ（画像形成装置）
２ プリンタ本体
３ 排紙トレイ
４ 手差しトレイ
５ 給紙ローラ
６ 手差し給紙部
７ カセット給紙部
８ 画像形成部
９ 定着装置
１０ 排紙部
１１ 給紙カセット
１２ ピックローラ
１３ フィードローラ
１４ リタードローラ
１５ レジストローラ対
１６ 感光ドラム（像担持体）
１７ 帯電器
１８ 現像装置
１９ 転写ローラ
２０ クリーニング装置
２１ レーザースキャナユニット（ＬＳＵ）
２２ トナーホッパー
２３ 排紙ローラ対
２４ 搬送ガイドリブ
２５ エンドレスベルト（加熱部材）
２６ サーモカット
２７ バックアップ部材
２８ ヒータ（熱源）
２９ ベルトガイド
３０ 加圧ローラ（加圧部材）
３１ ガイド部材
３２ 固定部材
３２ａ 固定部材の取付部
３３ クロス部材
Ｌ 搬送路
Ｐ 用紙

Claims (4)

1. 加熱部材として懸架されていないエンドレスベルトの外側にサーモカットを配置するとともに、エンドレスベルトの内側に熱源を配置し、エンドレスベルトとこれに当接する加圧部材間に形成される定着ニップを通過する用紙に担持されたトナー像を前記熱源によって加熱して用紙に定着し、前記サーモカットが熱源の暴走を検知すると熱源への給電を遮断するよう構成された定着装置において、
   正面視コの字状に屈曲する固定部材の前記エンドレスベルトの内側にガイド部材を固定するとともに、同固定部材の前記エンドレスベルトの外側の前記ガイド部材に対向する位置に、前記サーモカットを前記ガイド部材との間に所定隙間を設けて固定することによって、前記ガイド部材と前記サーモカットを同一部材である前記固定部材で固定したことを特徴とする定着装置。
2. 前記ガイド部材をリブ状又は格子状としたことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記ガイド部材と前記サーモカット間の隙間を前記熱源の暴走を検知可能な最大値以下に設定したことを特徴とする請求項１又は２記載の定着装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   

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