JP6380230B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱体の温度を非接触で検知する温度検知装置、並びに、この温度検知装置を備えた定着装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置では、用紙に転写されたトナー像は、定着装置において、加熱部材と加圧部材との間で加熱及び加圧されて用紙に定着されている。加熱部材の温度は、温度検知装置で検知される温度に基づいて管理されている。

温度検知装置の温度検知方式としては、接触式と非接触式の２つの方式が一般的である。接触式温度検知装置の温度検知センサーとしては、例えばサーミスタが使用される。サーミスタは加熱部材の表面に接触して取り付けられるため、加熱部材の表面がサーミスタによって損傷を受ける場合がある。加熱部材の表面がいったん損傷すると画像に汚れが生じるので、損傷した加熱部材は廃棄せざるを得なくなる。この際、加熱部材と共にサーミスタも廃棄されるので、コストや資源節約の点で問題となる。また、接触式のサーミスタは応答速度が遅く、精密な温度制御が困難であるという問題もある。

非接触式温度検知装置の温度検知センサーとしては、例えばサーモパイルが知られている。サーモパイルは、被加熱体から放射される赤外線を検知することで温度を検知するものであり、応答速度が良好である。また、加熱部材の近傍に設置する必要がなく、装置本体側に設置することができるという利点もある。

しかし、このような非接触式の温度検知装置の場合、温度検知センサーの温度検知面と被加熱体との間に障害物が存在すると、被加熱体から放射される赤外線が遮られるので、検知される温度に影響を及ぼす。また、サーモパイルは、耐熱性が低く、出力値が雰囲気温度に依存しやすいという問題もある。

非接触式の温度検知装置において、温度検知面と被加熱体との間への障害物の侵入を防止する方法として、特許文献１には、温度センサーを覆うカバーを備え、送風ファンによってカバーの内部を正圧とすることで、温度センサーの温度検知面への異物の付着を防止した定着装置が記載されている。また、特許文献２には、温度センサーの温度検知面付近の圧力を大気圧よりも高くする脈動ポンプを備えた定着装置が記載されている。さらに特許文献３には、送風ファンで形成された気流を、温度センサーの後方から温度検知面に案内するガイド部材を備えた定着装置が記載されている。

特開２００３−２９５７１号公報 特開２００５−２４１５４４号公報 特開２００６−３００７０１号公報

しかしながら上記特許文献１や特許文献３に記載の定着装置においては、送風ファンで発生する気流が定着部材の側へ送られるので、定着部材が部分的に冷却されて、定着部材の温度分布が不均一になる虞がある。また、特許文献２に記載の定着装置では、脈動ポンプを使用することで、定着装置の構成が複雑化したりコストが高くなったりするという問題がある。

そこで、本発明は上記事情を考慮し、温度検知面と被加熱部材との間への障害物の侵入を防止し、かつ、雰囲気温度依存性を低減することで、正確に被加熱部材の温度を非接触で検知できる温度検知装置、並びに、この温度検知装置を備えた定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の温度検知装置は、被加熱体の温度を非接触で検知する非接触式の温度検知装置であって、前記被加熱体に対向する温度検知面を有する温度検知センサーと、該温度検知センサーの前記温度検知面側の第１の空間と、前記温度検知面と反対側の第２の空間とに仕切る仕切り板と、該仕切り板の前記第１の空間側の面と前記第２の空間側の面のいずれか一方の面に突設される風路形成部材と、前記第１の空間と前記第２の空間とに、同時に気流を形成する送風機と、前記温度検知センサーの外周に沿って設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する通気孔と、を備え、前記風路形成部材は、前記第１の空間に形成された前記気流の長さが、前記第２の空間に形成された前記気流の長さよりも長くなるように設けられていることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、第１の空間を流れる気流の速度と第２の空間を流れる気流の速度とに差が生じ、第１の空間と第２の空間とに気圧差を生じることで、第１の空間と第２の空間との間に通気孔を通る気流が形成される。

この通気孔を通る気流と、第１の空間に形成される気流によって、温度検知面と被加熱体との間への障害物の侵入を防止できる。また、通気孔を通る気流によって、温度検知センサーの周囲が冷却される。したがって、被加熱体の温度を正確に検知することができる。

本発明の温度検知装置において、前記風路形成部材は、前記仕切り板の前記第１の空間側の面に突設されていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、被加熱体が配置された側の空間と反対側の、比較的低温の空間から被加熱体が配置された側の空間に向かう気流が通気孔に形成されるので、通気孔を通る気流の温度を低くでき、温度検知センサーの冷却効果を高めることができる。

本発明の温度検知装置において、前記送風機は１台の送風ファンにより構成され、前記温度検知面側の空間と前記反対側の空間とに、同風量の気流を形成することを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、１台の送風ファンで方向の異なる２種類の気流を形成することができるので、温度検知装置の構成を簡易化できる。

本発明の温度検知装置において、前記風路形成部材は、断面形状が凸状に湾曲した形状を有し、前記通気孔は、前記風路形成部材の頂部を貫通するように設けられていることを特徴としても良い。

このような構成を採用することにより、風路形成部材の表面に沿った滑らかな気流を形成することができる。また、通気孔の長さを長くできるので、温度検知センサーの冷却効率を高めることができる。

本発明の定着装置は、加熱される加熱ローラーと、該加熱ローラーとの間に定着ニップを形成する加圧ローラーと、前記加熱ローラーの温度を検知する上記に記載の温度検知装置と、を備えていることを特徴とする。

このような構成を採用することにより、加熱ローラーの温度を正確に検知することができる。

本発明の画像形成装置は、上記に記載の定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成によって、温度検知面と被加熱部材との間への障害物の侵入を防止し、かつ、雰囲気温度依存性を低減して、正確に被加熱部材の温度を非接触で検知することができる。

本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る温度検知装置を模式的に示す正面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る温度検知装置、定着装置及び画像形成装置について説明する。

まず、図１を用いて、プリンター１（画像形成装置）の全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るプリンターの概略を示す模式図である。以下の説明では、図１における紙面手前側をプリンター１の正面側（前側）とし、左右の向きプリンターを正面から見た方向を基準とする。

プリンター１は、箱型形状のプリンター本体２を備えており、プリンター本体２の下部には用紙を収納する給紙カセット３が設けられ、プリンター本体２の上端には排紙トレイ４が設けられている。

プリンター本体２の中央部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器５が配置され、露光器５の右側には、画像形成部６が設けられている。画像形成部６には、感光体ドラム７（像担持体）が回転可能に設けられ、感光体ドラム７の周囲には、帯電器８と、現像ローラー９を有する現像器１０と、転写ローラー１１と、クリーニング装置１２とが、感光体ドラム７の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って配置されている。現像器１０は、トナーを収容するトナーコンテナ１４に接続されている。

プリンター本体２の右側部には、給紙カセット３から排紙トレイ４に向かう用紙の搬送経路１６が設けられている。搬送経路１６には、上流側から順に、給紙部１７、感光体ドラム７と転写ローラー１１との間に形成される転写部１８、定着装置１９、排紙部２０が設けられている。搬送経路１６の右側には、両面印刷用の反転経路２１が設けられている。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。帯電器８によって感光体ドラム７の表面が帯電された後、露光器５からのレーザー光（図１の一点鎖線Ｐ参照）により感光体ドラム７に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器１０において、トナーコンテナ１４から供給されるトナーによってトナー像に現像される。

一方、給紙部１７によって給紙カセット３から取り出された用紙は、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて搬送経路１６に沿って画像形成部６へと搬送され、転写部１８において感光体ドラム７上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、搬送経路１６を下流側へと搬送されて定着装置１９に進入し、この定着装置１９において用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部２０から排紙トレイ４に排出される。なお、感光体ドラム７上に残留したトナーは、クリーニング装置１２によって回収される。

次に、定着装置１９について、図２及び図３を参照して説明する。図２は定着装置を模式的に示す正面図であり、図３は温度検知装置を模式的に示す正面図である。

定着装置１９は、加熱ローラー（被加熱体）３１と、加熱ローラー３１を加熱するハロゲンヒーター３２、加熱ローラー３１に圧接される加圧ローラー（加圧部材）３３と、加熱ローラー３１の表面の温度を検知する温度検知装置３４と、を備えている。加熱ローラー３１と加圧ローラー３３とは、定着ハウジング３５に収容されている。

加熱ローラー３１は、円筒状の芯金と、芯金の外周面に接着層を介して設けられた離型層と、を有し、定着ハウジング３５に対して回転可能に支持されている。ハロゲンヒーター３２は、加熱ローラー３１の内部に設けられて、加熱ローラー３１の内周面に対して輻射熱を放射する。加圧ローラー３３は円筒状の芯金と、芯金の外周面に設けられた弾性層と、弾性層の外周面に接着層を介して設けられた離型層と、を有する。加圧ローラー３３は、定着ハウジング３５に対して回転可能に支持されて、加熱ローラー３１に圧接して加熱ローラー３１との間に定着ニップ３７を形成している。

定着ハウジング３５には、定着ニップ３７へ用紙が進入する入口側開口３５ａと、定着ニップ３７から用紙が排出される出口側開口３５ｂと、が搬送経路１６に沿って形成されている。さらに、定着ハウジング３５には、加熱ローラー３１の軸方向のほぼ中央の表面に対向する位置に、温度検知用開口３５ｃが形成されている。

温度検知装置３４は、定着ハウジング３５の温度検知用開口３５ｃの外側に配置されており、温度検知用開口３５ｃに対向するように設けられた温度検知センサー４０を備えている。温度検知センサー４０は、図３に示されるように、加熱ローラー３１の表面から放射される赤外線を検知可能な温度検知素子４１を有する。このような温度検知素子４１として、例えばサーモパイルを使用できる。温度検知素子４１は、基板４２上に配設されて、円筒状の金属製キャップ４３で周囲が覆われている。キャップ４３の先端面（加熱ローラー３１に面する面）には赤外線透過窓４４（温度検知面）が形成されており、この赤外線透過窓４４を通して温度検知素子４１に赤外線が受光されるようになっている。

温度検知センサー４０は、基板４２の裏側の面に形成されたフック４６が、プリンター本体２のフレーム４７に形成された係止部（図示省略）に係止されて、赤外線透過窓４４が定着ハウジング３５の温度検知用開口３５ｃを介して加熱ローラー３１に対向するように支持されている。

温度検知装置３４は、さらに、温度検知用開口３５ｃと略平行に設けられた仕切り板５１と、仕切り板５１の温度検知用開口３５ｃ側の面に突設された風路形成部材５２と、仕切り板５１の下端に設けられた送風ファン５３（送風機）と、を備えている。

仕切り板５１は、温度検知センサー４０の赤外線透過窓４４側の第１の空間Ｓ１と、赤外線透過窓４４と反対側の第２の空間Ｓ２とを仕切るように設けられている。風路形成部材５２は、正面視にて凸状に湾曲した断面を有する反円柱状の部材であり、仕切り板５１の第１の空間Ｓ１側の面に突設されている。このように風路形成部材５２が突設された仕切り板５１は、定着装置１９の側に凸状に湾曲した外周面５２ａを有し、正面視における断面形状が翼の断面形状に似た形状となる。

仕切り板５１と風路形成部材５２とには、風路形成部材５２の頂部を通って、仕切り板５１に対して直交する方向に貫通する通気孔５４が、定着ハウジング３５の温度検知用開口３５ｃに対応するように形成されている。通気孔５４の径は、温度検知センサー４０のキャップ４３の径よりも大きく形成されている。温度検知センサー４０は、キャップ４３が通気孔５４に第２の空間Ｓ２から挿入されて、基板４２が仕切り板５１と間隔を開けて対向するように、仕切り板５１に対して位置決めされている。なお、温度検知センサー４０の赤外線透過窓４４は、風路形成部材５２の頂部よりも奥に位置している。

送風ファン５３は、第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とに同時に同風量の気流を形成するように設けられている。ここで、第２の空間Ｓ２に形成された気流Ｆ２は、仕切り板５１の面に沿うように直線上に流れるが、第１の空間Ｓ１に形成された気流Ｆ１は、風路形成部材５２の外周面５２ａに沿って湾曲しながら流れる。したがって、第１の空間Ｓ１に形成される気流Ｆ１の長さは、第２の空間Ｓ２に形成される気流Ｆ２の長さよりも長くなる。

上記構成を有する定着装置１９においては、加熱ローラー３１の温度が、温度検知装置３４で検知される。具体的には、加熱ローラー３１から放射されて定着ハウジング３５の開口３５ｃを通過した赤外線が、温度検知センサー４０の赤外線透過窓４４を通って温度検知素子４１で検知される。ここで、送風ファン５３を稼働させると、前述のように、仕切り板５１を挟んだ第１の空間Ｓ１と第２の空間Ｓ２とに、同時に同風量の気流Ｆ１、Ｆ２が形成される。

前述のように、第１の空間Ｓ１に形成される気流Ｆ１の長さは、第２の空間Ｓ２に形成される気流Ｆ２の長さよりも長くなるっているので、第１の空間Ｓ１に形成された気流Ｆ１の速度が、第２の空間Ｓ２に形成された気流Ｆ２の速度よりも速くなり、ベルヌーイの定理に基づいて、第１の空間Ｓ１が負圧、第２の空間Ｓ２が正圧となる。このように仕切り板５１の両側に気圧差が生じると、通気孔５４を通って、第２の空間Ｓ２から第１の空間Ｓ１へ向かう気流Ｆ３が発生する。

上記説明したように本発明の定着装置１９においては、第１の空間Ｓ１に形成された気流Ｆ１が、キャップ４３の赤外線透過窓４４に沿うようにも流れるので、赤外線透過窓４４と定着ハウジング３５の開口３５ｃとの間に異物が滞留することが防止される。ここで、赤外線透過窓４４は、風路形成部材５２の頂部よりも奥に位置しているので、赤外線透過窓４４への異物の付着を防止して温度の誤検知を防ぐことができる。さらに、通気孔５４に発生する気流Ｆ３によっても、赤外線透過窓４４の前方への異物の侵入を防止できる。なお、通気孔５４に発生する気流Ｆ３の方向は、第１の空間Ｓ１に形成された気流Ｆ１の方向と直交しているので、通気孔５４に発生する気流Ｆ３は加熱ローラー３１へは達しく、加熱ローラー３１を冷却するような気流は生じない。

さらに、通気孔５４に発生する気流Ｆ３によってキャップ４３が冷却され、温度検知センサー４０の基板４２の温度上昇を抑えることができる。したがって、温度検知装置３４によって加熱ローラー３１の温度を正確に管理することができる。

また、一つの送風ファン５３で、赤外線透過窓４４と加熱ローラー３１間への異物の侵入の防止と、温度検知素子４１や基板４２の冷却とを行うことができるので、部品点数が増えたり、機構が複雑化したりすることがない。

また、本実施形態では、風路形成部材５２を、気流の方向に沿った断面形状が凸状に湾曲するように形成したので、第１の空間Ｓ１に滑らかな気流Ｆ１を形成することができる。さらに、風路形成部材５２の頂部を通るように通気孔５４を形成したので、通気孔５４の長さを長くでき、キャップ４３の冷却効果を高めることができる。ただし、通気孔５４は、必ずしも風路形成部材５２の頂部を貫通する必要はない。

なお、風路形成部材５２を、仕切り板５１の第２の空間Ｓ２側の面に設けることもできるが、この場合、定着装置１９側の第１の空間Ｓ１から定着装置１９と反対側の第２の空間Ｓ２へ向かう気流が通気孔５４に発生する。つまり、被加熱体である加熱ローラー３１が設けられて比較的高温の空間の空気が通気孔５４に流れ込むことになり、十分な冷却効果が得られない虞がある。そこで、本実施形態の様に、低温側の空間の空気が通気孔５４に流れるように風路形成部材５２を設ける、すなわち、仕切り板５１の高温側の空間に面する面に風路形成部材５２を設けることが、温度検知センサー４０の冷却効果が得られる点で好ましい。

さらに、本発明の実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用した場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター１以外の画像形成装置に本発明の構成を適用しても良い。

さらに、上記した本発明の実施形態の説明は、本発明に係る温度検知装置、定着装置及び画像形成装置における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１ プリンター（画像形成装置）
１９ 定着装置
３１ 加熱ローラー（被加熱体）
３３ 加圧ローラー
３４ 温度検知装置
３７ 定着ニップ
４０ 温度検知センサー
４４ 赤外線透過窓（温度検知面）
５１ 仕切り板
５２ 風路形成部材
５３ 送風ファン（送風機）
５４ 通気孔
Ｓ１ 第１の空間
Ｓ２ 第２の空間

Claims (2)

1. 加熱される加熱ローラーと、
   該加熱ローラーとの間に定着ニップを形成する加圧ローラーと、
   前記加熱ローラーの温度を非接触で検知する非接触式の温度検知装置と、を備える定着装置であって、
   前記温度検知装置は、
   前記加熱ローラーに対向する温度検知面を有する温度検知センサーと、
   該温度検知センサーの前記温度検知面側の第１の空間と、前記温度検知面と反対側の第２の空間とに仕切る仕切り板と、
   該仕切り板の前記第１の空間側の面に突設される、断面形状が凸状に湾曲した風路形成部材と、
   前記第１の空間と前記第２の空間とに、同風量の気流を同時に形成する送風機と、
   前記温度検知センサーの外周に沿って設けられ、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通する通気孔と、を備え、
   前記第１の空間に形成された気流は、前記風路形成部材の外周面に沿って湾曲しながら流れる一方で、前記第２の空間に形成された気流は、前記仕切り板の表面に沿って直線状に流れることで、前記第１の空間に形成される気流の長さが、前記第２の空間に形成される気流の長さよりも長くなって、前記第２の空間から前記第１の空間へ前記通気孔を通る気流が発生することを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
   

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