JP6594047B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真技術を用いた複写機やプリンターなどの画像形成装置に用いられる定着装置に関する。

電子写真式の複写機やプリンターに使用する定着装置として、外部加熱方式の定着装置が知られている。このタイプの定着装置は、ローラと、ローラの外部からローラを加熱する加熱ユニットと、ローラと共にニップ部を形成するバックアップユニットと、を有するものが一般的である（特許文献１）。

ところで、この定着装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）の暴走や加熱ユニットが有するヒータへ供給する電力を制御するトライアックのショートなど、電力制御回路の故障により、ヒータが制御不能になったときのための安全装置が設けられている。その安全装置としては、サーモスイッチや温度ヒューズなどの安全素子、サーミスタなどで異常温度を検出してヒータへの電力供給を停止する手段が知られている。従来、これらのサーモスイッチ、温度ヒューズ、サーミスタ等は、装置の異常昇温に対して感度良く反応できるように、熱源であるヒータの近傍、つまり加熱ユニット側に設けられている。

特開２００４−２５８５３６

しかしながら、外部加熱方式の定着装置は、バックアップユニットが加熱ユニットから遠い位置に設けられる構成になる。従って、装置が暴走して異常昇温した場合、加熱ユニットに設けた安全装置を使用してバックアップユニットが耐熱温度を超えないようにすることが難しい場合があるという課題がある。

上述の課題を解決するための本発明は、熱源を有していないローラと、電力供給により発熱し、前記ローラの外部から前記ローラを加熱する加熱ユニットと、熱源を有していないユニットであって、前記ローラと共にニップ部を形成するバックアップユニットと、前記加熱ユニットの温度を検知する温度検知部と、前記温度検知部の検知温度が目標温度になるように前記加熱ユニットに供給する電力を制御する制御部と、を備え、前記ニップ部で画像が形成された記録材を搬送しながら加熱し前記画像を記録材に定着する定着装置において、所定の作動温度に達すると回路を開放するように作動する安全素子、又は温度検知素子、を用いて前記加熱ユニットへの電力供給を遮断する安全装置を有し、前記安全素子又は前記温度検知素子が前記バックアップユニットの異常昇温による熱を受ける位置又は前記バックアップユニットの温度を検知する位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、外部加熱方式の定着装置において、装置が暴走したときであっても、加圧ユニットが耐熱温度を超えないようにすることができる。

（ａ）実施例１に係る定着装置の短手方向の概略構成を表す模式断面図、（ｂ）実施例１に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式断面図 画像形成装置の横断側面の概略構成を表す模式断面図 実施例１に係る定着装置に用いられるヒータと電力制御系とを表す説明図 実施例１に係る定着装置の記録材Ｐを定着する際のヒータ、定着ローラ、加圧フィルムの温度推移を示す図 実施例１に係る定着装置における異常温度暴走の際のヒータ、定着ローラ、加圧フィルムの温度推移を示す図 （ａ）比較例に係る定着装置の短手方向の概略構成を表す模式断面図、（ｂ）比較例に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式断面図 比較例に係る定着装置における通常温度暴走の際のヒータ、定着ローラ、加圧フィルムの温度推移を示す図 実施例１に係る定着装置における通常温度暴走の際のヒータ、定着ローラ、加圧フィルムの温度推移を示す図 （ａ）実施例２に係る定着装置の短手方向の概略構成を表す模式断面図、（ｂ）実施例２に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式断面図 実施例３に係る定着装置の電力制御系を表す説明図 実施例４に係る定着装置の電力制御系を表す説明図 実施例４の変形例に係る定着装置の手方向の概略構成を表す模式断面図 実施例４の変形例に係る定着装置の電力制御系を表す説明図

［実施例１］
（１）画像形成装置例
図２は本実施例に係る定着装置を搭載する画像形成装置の模式断面図である。この画像形成装置は電子写真式のレーザビームプリンタである。

本実施例に示す画像形成装置は、現像剤としてのシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色のトナーを用いてトナー画像を形成する第１から第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを所定の方向に一列に並設したインライン方式の装置である。各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれ、像担持体としての電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１１７を有している。

各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて、感光ドラム１１７の外周面の周囲には、帯電部材としてのドラム帯電器１１９と、露光手段としての走査露光装置１０７と、が設けられている。また感光ドラム１１７の表面の周囲には、現像手段としての現像器１２０と、ドラムクリーナ１２２が設けられている。そして感光ドラム１１７に跨るように中間像担持体としての中間転写ベルト１２３が設けてある。この中間転写ベルト１２３は、駆動ローラ１２５ａと、二次転写対向ローラ１２５ｂとで張架されている。

中間転写ベルト１２３の内周面側には、各感光ドラム１１７と、中間転写ベルト１２３を挟んで一次転写ローラ１２４が設けられている。中間転写ベルト１２３の外周面側には、二次転写対向ローラ１２５ｂと、中間転写ベルト１２３を挟んで二次転写ローラ１２１が設けられている。

本実施例の画像形成装置は、ホストコンピュータ、ネットワーク上の端末機、外部スキャナなどの外部装置（不図示）から出力されるプリント指令に応じて制御部１０１が所定の画像形成シーケンスを実行する。制御部１０１はＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとからなり、メモリには画像形成シーケンスや画像形成に必要な各種プログラムなどが記憶されている。

本実施例の画像形成装置の画像形成動作を、図２を参照して説明する。制御部１０１は、プリント指令に応じて実行される画像形成シーケンスに従い各画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを順次駆動する。先ず、各感光ドラム１１７が所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向へ回転されると共に、駆動ローラ１２５ａにより中間転写ベルト１２３が各感光ドラム１１７の回転周速度と対応した周速度で矢印方向へ回転される。

１色目のシアンの画像形成部Ｐａにおいて、感光ドラム１１７の表面はドラム帯電器１１９によって所定の極性及び電位に一様に帯電される。次に走査露光装置１０７が外部装置から出力される画像情報に応じたレーザ光を感光ドラム１１７の帯電面に対し走査露光する。これにより感光ドラム１１７表面の帯電面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。そしてこの静電潜像が現像器１２０によってシアンのトナーを用いて現像される。これによって感光ドラム１１７表面上にシアンのトナー画像が形成される。

同様の帯電、露光、現像の各工程が、２色目のマゼンタの画像形成部Ｐｂ、３色目のシアンのイエローの画像形成部Ｐｃ、４色目のブラックの画像形成部Ｐｄにおいても行われる。各感光ドラム１１７の表面に形成された各色のトナー画像は感光ドラム１１７の表面と中間転写ベルト１２３の表面とが接触して形成される一次転写ニップ部で中間転写ベルト１２３の表面に順番に重ねて転写される。これにより中間転写ベルト１２３の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。

トナー画像が転写された後の感光ドラム１１７表面は、感光ドラム１１７表面に残留する転写残トナーがドラムクリーナ１２２により除去され次の画像形成に供される。

一方、給送カセット１０２から記録紙等の記録材Ｐが繰り出しローラ１０５により１枚ずつ繰り出されレジストローラ１０６に搬送される。この記録材Ｐはレジストローラ１０６によって中間転写ベルト１２３の表面と二次転写ローラ１２１の表面とが接触して形成される二次転写ニップ部に搬送される。

この搬送過程において二次転写ニップ部において中間転写ベルト１２３表面のトナー画像が記録材Ｐ上に転写される。これにより記録材Ｐ上に未定着のフルカラーのトナー画像が担持される。

フルカラーのトナー画像を担持した記録材Ｐは定着装置１０９の後述する定着ニップ部Ｎ１に導入される。そして、この定着ニップ部Ｎ１で記録材Ｐを搬送しつつトナー像に熱と圧力を印加し、これにより記録材Ｐ上のトナー像は記録材Ｐに定着される。

定着ニップ部Ｎ１を出た記録材Ｐは排出ローラ１１１により排出トレイ１１２上に排出される。

（２）定着装置
以下の説明において、定着装置及び定着装置を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。短手方向とは記録材搬送方向と平行な方向である。長さとは長手方向の寸法である。幅とは短手方向の寸法である。

図１（ａ）は実施例１に係る定着装置の短手方向の概略構成を表す模式断面図である。図１（ｂ）は実施例１に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式断面図である。また、図１（ａ）は図１（ｂ）の一点鎖線Ｓ２における断面図となっており、図１（ｂ）は図１（ａ）の一点鎖線Ｓ１における断面図となっている。図３はセラミックヒータ１５と通電制御系とを表す説明図である。この定着装置１０９は外部加熱方式の定着装置である。

本実施例に係る定着装置１０９は、定着ローラ３０と、加熱部としての加熱ユニット１０と、バックアップユニットしての加圧ユニット５０と、を有している。定着ローラ３０は長手方向に長い部材である。

定着ローラ３０は、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属材料からなる丸軸状の芯金３０Ａを有している。そしてこの芯金３０Ａの外周面上にシリコーンゴムなどを主成分とする弾性層３０Ｂが形成され、この弾性層３０Ｂの外周面上にＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰなどを主成分とする離型層２０Ｃが形成されている。ここで、ＰＴＦＥはポリテトラフルオロエチレン、ＰＦＡはテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ＦＥＰはテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の略称である。

この定着ローラ３０は、芯金３０Ａの長手方向の両端部が装置フレーム（不図示）の長手方向両側の側板（不図示）に軸受（不図示）を介して回転可能に支持されている。

加熱ユニット１０は、加熱源としてのセラミックヒータ（以下、ヒータと記す）１５と、筒状の加熱フィルム１６と、加熱フィルムガイド１９と、第２の安全素子としての温度ヒューズ４０と、を有する。加熱フィルムガイド１９は、所定の耐熱性材料を用いて横断面が略凹字形状になるように形成されている。そして加熱フィルムガイド１９の長手方向の両端部が装置フレームの長手方向の両側の側板に支持されている。ヒータ１５は加熱フィルムガイド１９の長手方向に沿って加熱フィルムガイド１９の平坦面に設けられた溝１９Ａに支持され、ヒータ１５を支持させた加熱フィルムガイド１９に加熱フィルム１６をルーズに外嵌させている。ヒータ１５と、加熱フィルム１６と、加熱フィルムガイド１９は、何れも長手方向に長い部材である。

ヒータ１５は、アルミナ、窒化アルミ等のセラミックを主成分とする薄板状の基板１５Ａを有している。この基板１５Ａの加熱フィルム１６側の面上には、銀及びパラジウム等を主成分とした発熱抵抗体１５Ｂが基板１５Ａの長手方向に沿って設けられている。また、この基板１５Ａの面上には、ガラス又はフッ素樹脂、ポリイミド等の耐熱樹脂を主成分とする保護層１５Ｃが発熱抵抗体１５Ｂを覆うように設けられている。

温度ヒューズ４０は加熱ユニット１０の内部に設けられている。具体的には、温度ヒューズ４０は配線１７によって加熱フィルム１６内に引き込まれ、加熱フィルムガイド１９のヒータ１５とは反対側の面に加熱フィルムガイド１９と接触させた状態で設置されている。温度ヒューズ４０は必ずしも本実施例のように設置する必要はなく、後述する異常温度によって作動できる位置であれば加熱ユニットの何処に設置しても良い。温度ヒューズ４０はヒータ１５に近づけるほど、異常温度に対して迅速に作動できるものの、ヒータ１５から温度ヒューズ４０へ熱が流れやすくなることでヒータ１５の温度の立ち上がりが遅くなる場合がある。よって、温度ヒューズ４０は異常温度によって作動できる範囲で、ヒータ１５から離れた位置に設置することが望ましい。

温度ヒューズ４０の作動温度は２７５℃（第２の閾値温度）とした。つまり、温度ヒューズ４０は通常時においては両端の電極間の電気的導通を保っているものの、温度ヒューズ４０の温度が２７５℃まで昇温すると温度ヒューズ４０の両端の電極間の電気的導通が物理的に遮断される。

加熱フィルム１６は、加熱フィルム１６の内周長が加熱フィルムガイド１９の外周長より所定長だけ長くなるように形成され、加熱フィルムガイド１９に無張力にてルーズに外嵌されている。加熱フィルム１６の層構成として、ポリイミドを主成分とする無端帯状の基層の外周面を、ＰＦＡを主成分とする無端帯状の表面層により被覆する二層構造が採用されている。本実施例の加熱フィルム１６の基層は、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）で形成されている。

この加熱ユニット１０は、定着ローラ３０と平行に配置されている。そして加熱フィルムガイド１９の長手方向の両端部を加圧バネ（不図示）によって、定着ローラ３０に対しての加熱フィルム１６の母線方向と直交する方向へ付勢する。ヒータ２４の保護層１５Ｃの外表面を加熱フィルム１６を介して定着ローラ３０の外周面に押圧する。これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂがヒータ２４の保護層１５Ｃの外表面に対応する位置で潰れて弾性変形し、定着ローラ３０表面と加熱フィルム１６の外周面とで所定幅の加熱圧接部Ｎ２（圧接部）が形成される。このようにして、ヒータ２４が加熱フィルム１６を介して定着ローラ３０と共に加熱圧接部Ｎ２を形成する。従って、ヒータ２４は圧接部形成部材としての役割も担っている。

加圧ユニット５０は、筒状の加圧フィルム５１と、加圧フィルムガイド５２と、ニップ部形成部材６０と、第１の安全素子としての温度ヒューズ４１と、を有している。加圧フィルムガイド５２は、所定の耐熱性材料を用いて横断面が略凹字形状になるように形成されている。

ニップ部形成部材６０は加圧フィルムガイド５２の長手方向に沿って加圧フィルムガイド５２の平坦面に設けられた溝５２Ａに支持されている。

温度ヒューズ４１は加圧ユニット５０の外部に、加圧ユニット５０とは非接触の状態で設けられている。具体的には、温度ヒューズ４１は配線５７によって加圧フィルム５１付近に引き込まれ、加圧フィルム５１の外表面とは非接触の状態で設置されている。温度ヒューズ４１と加圧ユニット５０は必ずしも非接触である必要はないものの、非接触とすることで、加圧フィルム５１が温度ヒューズと接触して傷ついてしまうことを防止できる。また、温度ヒューズ４１と加圧フィルム５１を非接触とすることで、定着装置の立ち上げ動作の時間を短縮できるというメリットがある。なぜならば、温度ヒューズ４１が加圧フィルム５１に接触している場合は、立ち上げ動作時に温度ヒューズ４１が加圧フィルム５１の熱を奪ってしまうため、定着ローラ３０が定着可能な温度に達するまでの時間が長くなってしまうからである。

温度ヒューズ４１の作動温度は１５５℃（第１の閾値温度）とした。つまり、温度ヒューズ４１は通常時においては両端の電極間の電気的導通を保っているものの、温度ヒューズ４１の温度が１５５℃まで昇温すると温度ヒューズ４０の両端の電極間の電気的導通が物理的に遮断される。そして加圧フィルムガイド５２の長手方向の両端部が装置フレームの長手方向の両側の側板に支持されている。そして、加圧フィルム５１は、この加圧フィルムガイド５２に外嵌されている。加圧フィルム５１及び加圧フィルムガイド５２は、何れも長手方向に長い部材である。

加圧フィルム５１は、加圧フィルム５１の内周長が加圧フィルムガイド５２の外周長より所定長だけ長くなるように形成され、加圧フィルムガイド５２に無張力にてルーズに外嵌されている。加圧フィルム５１は、熱可塑性樹脂であるＰＥＫＥＫＫ（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製、ガラス遷移点Ｔｇ＝１６２℃）を主成分とする無端帯状の基層の外側を、ＰＦＡを主成分とする無端帯状の表面層により被覆するという二層構造が採用されている。加圧フィルム５１の基層の主成分は、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の熱可塑性樹脂を用いる。加圧フィルム５１は、熱可塑性樹脂に限定されるものではなく、ポリイミド（ＰＩ）等の熱硬化樹脂やＳＵＳ等の金属で形成されてもよい。しかしながら、熱可塑性樹脂を主成分とする加圧フィルム５１の基層は熱硬化樹脂と比較して耐熱性に劣るものの、押出し成型法等の製造方法が可能であるため、安価に生産できるというメリットがある。

この加圧ユニット５０は定着ローラ３０と略平行に配置されている。そして加圧フィルムガイド５２の長手方向の両端部を加圧バネ（不図示）によって、定着ローラ３０の母線方向と直交する方向へ付勢する。加圧ユニット５０のニップ部形成部材６０を、加圧フィルム５１を介して定着ローラ３０の外周面に押圧する。これにより定着ローラ３０の弾性層３０Ｂがニップ部形成部材６０の表面に対応する位置で潰れて弾性変形し、定着ローラ３０の表面と加圧フィルム５１の外周面とで所定幅の定着ニップ部Ｎ１が形成される。このように、ニップ部形成部材６０は、加圧フィルム５１を介して定着ローラ３０と共に定着ニップ部Ｎ１を形成する。

図１及び図２を参照して、定着装置１０９の動作を説明する。制御部１０１は、プリント指令に応じて実行される画像形成シーケンスに従い駆動源としての駆動モータＭを回転駆動する。この駆動モータＭの出力軸の回転は所定のギア列（不図示）を介して定着ローラ３０の芯金３０Ａに伝達される。これにより定着ローラ３０は矢印方向へ所定の周速度（プロセススピード）で回転する。定着ローラ３０の回転は、定着ニップ部Ｎ１において定着ローラ３０の表面と加圧フィルム５１の表面との間に生じる摩擦力によって加圧フィルム５１に伝わる。これにより加圧フィルム５１は加圧フィルム５１の内周面が加圧フィルムガイド５２のニップ部形成部材６０と摺動しながら定着ローラ３０と共に矢印方向へ従動回転する。また定着ローラ３０の駆動力は加熱圧接部Ｎ２において定着ローラ３０の表面と加熱フィルム１６の表面との間に生じる摩擦力として加熱フィルム１６に伝わる。
これにより加熱フィルム１６は加熱フィルム１６の内周面がヒータ１５の保護層１５Ｃの外表面と摺動しながら定着ローラ３０と共に矢印方向へ従動回転する。

また、制御部１０１は、画像形成シーケンスに従いトライアック２０をオンする。トライアック２０は第１の電力供給部としてのＡＣ電源２１から印加される電力を制御し、温度ヒューズ４０及び温度ヒューズ４１を介してヒータ１５の発熱抵抗体１５Ｂへ電力供給を開始する。発熱抵抗体１５Ｂは、電力が供給されることによって発熱しヒータ１５は急速に昇温し加熱フィルム１６を加熱する。ヒータ１５の温度は基板１５Ａの加熱フィルムガイド１９側の面上に設けられた温度検知部としてのサーミスタ１８により検知される。制御部１０１は、サーミスタ１８からの出力信号（温度検知信号）をＡ／Ｄ変換回路２２を介して取り込み、この出力信号に基づいてサーミスタ１８の検知温度が所定の目標温度に維持されるようにトライアック２０を制御する。

定着ローラ３０の表面は回転しながら加熱圧接部Ｎ２においてヒータ１５の熱が加熱フィルム１６を介して供給されて加熱される。ヒータ１５から加熱フィルム１６を介して定着ローラ３０の表面に供給される熱量は、記録材Ｐが担持する未定着のトナー像Ｔを定着するために必要十分な熱量である。駆動モータＭを回転駆動し、かつヒータ１５が目標温度に維持されている状態において、未定着のトナー像Ｔを担持した記録材Ｐがトナー像の担持面が定着ローラ３０に対向する向きで定着ニップ部Ｎ１に導入されて、搬送される。この記録材の定着ニップ部Ｎ１にける搬送過程においてトナー像Ｔが加熱されて溶融すると共に、この溶融したトナー像Ｔに圧力が印加されて、トナー像Ｔが記録材Ｐの上に定着される。

定着処理時のヒータ１５の目標温度は、記録材Ｐの厚みやサイズ等によって変わる。本実施例における目標温度の範囲は１２０℃から２５０℃である。例としてヒータ１５を２５０℃の目標温度に制御して記録材Ｐを１枚定着した場合の動作と各部材の温度プロファイルについて図４を用いて説明する。まず、立ち上げ動作ではヒータ１５に電力が供給され、ヒータ１５、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の温度は初期状態の２３℃から昇温し始める。定着ローラ３０が定着可能温度である１６０℃に達した後に定着処理に移行し、記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１へ導入する。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎ１において搬送されている間は、ヒータ１５の温度が２５０℃に保たれるようにヒータ１５への供給電力を制御する。記録材Ｐが定着ニップ部Ｎ１を抜けた後に立ち下げ動作に移行する。立ち下げ動作ではヒータ１５への電力供給を停止することで、ヒータ１５、定着ローラ３０、加圧フィルム５１の温度が低下する。今回説明した一例では、各部材の最高温度は、ヒータ１５は２５０℃、定着ローラ３０は１６０℃、加圧フィルム５１は１００℃となっている。ただし、通常使用時には、これらの部材の温度はさらに高くなる場合がある。例えば、ヒータ１５の温度はオーバーシュート等により目標温度を超えることがある。また、ヒータ１５の温度が目標温度になるように電力を制御しているため、定着ローラ３０や加圧フィルム５１の温度は記録材Ｐの厚み、環境温度、気流等の影響を受けて変動しやすい。その結果、本実施例の定着装置における通常使用時の各部材の最高温度は、ヒータ１５は２７０℃、定着ローラ３０は２００℃、加圧フィルム５１は１４０℃となっている。温度ヒューズ４０及び温度ヒューズ４１の作動温度は、それぞれ、ヒータ１５及び加圧フィルム５１の通常使用時の最高温度よりも高く設定している。これにより、通常使用時に温度ヒューズ４０及び温度ヒューズ４１が作動し、ヒータ１５への電力供給が遮断されることを防いでいる。

（３）異常温度暴走
定着装置が異常温度暴走した時の安全装置の動作について説明する。異常温度暴走とは、故障等によりヒータ１５の温度が通常の使用時の想定温度を超えてヒータ１５に電力供給されている状態のことである。異常温度暴走が発生した際の安全装置として、ヒータ１５付近に温度ヒューズ４０を設けている。異常温度暴走時には温度ヒューズ４０の温度が作動温度に達して作動しヒータ１５への電力供給が遮断され、加熱ユニット１０や定着ローラ３０が破損することを抑制できる。

本実施例において、故障等により記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送していない状態で定着ローラ３０が回転駆動され、サーミスタ１８の検知温度に関わらずヒータ１５に電力供給された状態となる場合について説明する。この場合の各部材の温度上昇プロファイルを図５に示す。図５に示すように、記録材Ｐによって加圧ユニット５０の熱が奪われることがないため、ヒータ１５の温度は通常使用時の最高温度である２７０℃を超える場合がある。その後、ヒータ１５の温度がヒューズ４０の作動温度である２７５℃（第２の閾値温度）に達した時にヒューズ４０が作動し、ヒータ１５への電力供給が遮断された。その結果、加熱ユニット１０や定着ローラ３０が破壊されることはなかった。尚、サーミスタ１８の目標温度の範囲は１２０℃から２５０℃であるから、第２の閾値温度は目標温度よりも高い温度に設定されている。

以上説明したように、温度ヒューズ４０の作動温度を２７５℃とすることで、通常の使用時にはヒータ１５への通電を遮断することなく、異常温度暴走時には温度ヒューズ４０が作動し加熱ユニット１０や定着ローラ３０が破損することを抑制している。

（４）通常温度暴走時の加圧フィルム５１の破損
次に、定着装置が通常温度暴走した時の安全装置の動作について説明する。通常温度暴走は、ヒータ１５の温度は通常の使用時の想定温度内で制御されているものの、記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送していない状態が続き加圧ユニット５０が通常の使用時の温度を超える暴走のことである。

ここで、図６の比較例を参照しながら外部加熱方式の定着装置における通常温度暴走時の加圧フィルム５１の破損について説明する。比較例の定着装置は、第１の安全素子である温度ヒューズ４１を定着ローラ３０の表面近辺に非接触状態で配置したという点と、温度ヒューズ４１の作動温度を２０１℃にしたことを除いて、本実施例と同じ構成である。

温度ヒューズ４１の作動温度は定着ローラ３０の通常使用時の最高温度２００℃で温度ヒューズ４１が作動しない範囲で異常検知の感度が最も高くなるように設定している。比較例において、故障等により記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送していない状態で定着ローラ３０が回転駆動され、サーミスタ１８が２００℃に維持されるようにヒータ１５に電力が供給されている場合について説明する。この場合の各部材の温度上昇プロファイルを図７に示す。加圧ユニット５０の温度は記録材Ｐによって加圧ユニット５０の熱が奪われることがないため、通常使用時（記録材をニップ部で搬送して定着処理する時）の温度を超えやすくなる。

しかしながら、ヒータ１５の温度は温度ヒューズ４０の作動温度である２７５℃（第２の閾値温度）には達していないため、加熱ユニット１０に設けられた温度ヒューズ４０は作動しない。更に、定着ローラ３０の温度は温度ヒューズ４１の作動温度である２０１℃には達していないため、温度ヒューズ４１も作動しない。そのため、加圧フィルム５１の温度は上昇し続け、加圧フィルム５１の温度が１６２℃に達したところで円筒状を保つことができなくなり破損した。特に、実施例及び本比較例で使用する加圧フィルム５１は熱可塑性樹脂で形成されているのでガラス遷移点Ｔｇ付近を超えて昇温すると急激に弾性率が低下し破損しやすくなる。また、熱可塑性樹脂のガラス遷移点Ｔｇは熱硬化性樹脂よりも低いので熱可塑性樹脂で形成された加圧フィルム５１は破損しやすいと言える。

本比較例のように温度ヒューズ４１を定着ローラ３０の近傍に設けた構成では、通常温度暴走時に加圧フィルム５１が破損する前に温度ヒューズ４１を作動させることが難しい。その理由を説明する。加熱ユニット１０のヒータ１５の温度は目標温度（２００℃）に維持されるように制御されているものの、定着ローラ３０の表面の温度は直接的に制御されていない。従って、温度ヒューズ４１の作動温度は定着ローラ３０の表面温度の振れを考慮して通常時に作動しないように高めに設定しなければならない。更に、温度ヒューズ４１は、定着ローラ３０を介して間接的に加圧フィルム５１と熱のやりとりをしているため、加圧フィルム５１の温度が温度ヒューズ４０に反映されにくいからである。

（５）本実施例の加圧フィルム５１の破損抑制
次に、本実施例における加圧ユニット５０の破損抑制メカニズムについて、図１を参照して説明する。本実施例の定着装置は、温度ヒューズ４１を加圧ユニット５０の近傍に設けていることが特徴である。具体的には、温度ヒューズ４１は、図１に示すように加圧フィルム５１の表面に非接触で対向するように設けている。実施例において、故障等により記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送していない状態で定着ローラ３０が回転駆動され、サーミスタ１８が２００℃となるようにヒータ１５に電力供給された状態である通常温度暴走の場合について説明する。この通常温度暴走時における各部材の温度上昇プロファイルを図８に示す。本実施例では、温度ヒューズ４１の作動温度を加圧フィルム５１がガラス遷移点Ｔｇに達する前に作動するように１５５℃（第１の閾値温度）に設定しても定着ニップ部Ｎ１で記録材が搬送される通常使用時には作動しない。よって、通常使用時に誤作動することなく、通常温度暴走時において加圧フィルム５１が破損する前に温度ヒューズ４１を作動させることができる。

尚、本実施例では、加圧ユニット５０のうち加圧フィルム５１の破損について述べたが、加圧フィルム５１以外の部材の破損抑制にも効果がある。

以上説明したように、本実施例によると、通常温度暴走時において加圧ユニット５０の破損を抑制することができる。

［実施例２］
実施例２に係る定着装置について、図９を用いて説明する。図９（ａ）は実施例２に係る定着装置の短手方向の概略構成を表す模式断面図である。図９（ｂ）は実施例２に係る定着装置の長手方向の概略構成を表す模式断面図である。また、図９（ａ）は図９（ｂ）の一点鎖線Ｓ６における断面図となっており、図９（ｂ）は図９（ａ）の一点鎖線Ｓ５における断面図となっている。

実施例１では第１の安全素子としての温度ヒューズ４１を加圧ユニット５０の外部に配置する構成としたが、本実施例ではヒューズ４１を加圧ユニット５０の内部に配置する構成とした。温度ヒューズ４１の位置以外は実施例１と同一の構成である。実施例１と共通の構成については同一符号を付して説明を省略する。

温度ヒューズ４１は、加圧ユニット５０の内部に設けられている。温度ヒューズ４１は、配線５７によって加圧フィルム５１内部に引き込まれ、温度ヒューズ４１は加圧フィルムガイド５２のニップ部形成部材６０がある側と反対側の面に加圧フィルム５１や加圧フィルムガイド５２とは非接触の状態で設置されている。

温度ヒューズ４１と加圧フィルム５１、または、温度ヒューズ４１と加圧フィルムガイド５２は必ずしも非接触である必要はなく、温度ヒューズ４１は加圧フィルム５１の内側であれば何処に設置してもよい。本実施例のように温度ヒューズ４１と加圧フィルム５１を非接触とすることで、定着装置のウォームアップ時間を短縮することができる。温度ヒューズ４１が加圧フィルムガイド５２に接触している場合、加圧ユニット５０としての熱容量が大きくなりその分だけ温めるのに時間を要するからである。

本実施例においても、故障等により記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送していない状態で定着ローラ３０が回転駆動され、サーミスタ１８の検知温度が２００℃に維持されるようにヒータ１５に通電されている通常温度暴走時における試験を行った。その結果、温度ヒューズ４１は、加圧フィルム５１が破損する前に作動し、加圧ユニット５０の破損を抑制できた。

また、本実施例では、加圧ユニット５０の内側に温度ヒューズ４１を設けることで次のようなメリットがある。温度ヒューズ４１が加圧ユニット５０の外側の雰囲気温度や気流等の影響を受けにくいため、温度ヒューズ４１を加圧ユニット５０の温度をより正確に反映して作動させることができる。更に、温度ヒューズ４１が記録材Ｐの破片やトナー像Ｔで汚れにくいので、加圧ユニット５０の温度をより正確に反映して作動させることができる。記録材Ｐを定着ニップ部Ｎ１で搬送する際に、記録材Ｐから記録材Ｐの破片やトナー像Ｔが離脱し、定着装置内を浮遊することがある。これらの浮遊する記録材Ｐの破片やトナー像Ｔの量は、これらの発生源である記録材Ｐの近くで多い傾向がある。そのため、加圧ユニット５０の内側は加圧ユニット５０の外側よりも、温度ヒューズ４１が記録材Ｐの破片やトナー像Ｔで汚れる可能性が低くなる。

以上説明したように、本実施例によると、通常温度暴走時においても加圧ユニット５０の破損を抑制することができる。

［実施例３］
実施例１、２では加圧ユニット５０にある温度ヒューズ４１（第１の安全素子）をヒータ１５と、ヒータ１５に電力を供給するＡＣ電源２１と、が設けられたＡＣ回路上に設ける構成とした（図３）。本実施例では、その温度ヒューズ４１を第２の電力供給部としてのＤＣ電源２５と、ヒータ１５とＡＣ電源２１との間にあるリレー６１を駆動する電磁コイル６１０と、が設けられたＤＣ回路上に設ける構成とした。本実施例は、この電力制御系の構成を除くと実施例２と同一の構成であり、共通の構成については同一符号を付して説明を省略する。

本実施例の電力制御系の構成について図１０を用いて説明する。本実施例では、ＡＣ電源２１からヒータ１５に電力が供給され、ＡＣ回路上には、トライアック２０、加熱ユニット１０にある温度ヒューズ４０（第２の安全素子）、リレー６１が設けられている。そして、温度ヒューズ４１には、ＤＣ電源２５から電力が供給され、温度ヒューズ４１が作動するとリレー６１の電気的導通が遮断されるようになっている。つまり、通常使用時にリレー６１は電気的導通が保たれており、ヒータ１５への電力供給は妨げられないものの、温度ヒューズ４１の作動温度である１５５℃に達するとリレー６１によってヒータ１５への電力供給が物理的に遮断される。

本実施例の定着装置を用いて、通常温度暴走時における試験を行ったところ、加圧フィルム５１が破損する前に温度ヒューズ４１が作動しヒータ１５への電力供給が遮断され、加圧ユニット５０の破損を抑制できた。

本実施例の更なる効果について説明する。温度ヒューズ４１に電力を供給するＤＣ電源２５の電圧は小さいので、温度ヒューズ４１に流れる電流は実施例１よりも小さい。そのために温度ヒューズ４１が自己昇温の影響をほとんど受けないため、加圧ユニット５０の温度をより正確に反映して温度ヒューズ４１を作動させることができる。

また、本実施例において温度ヒューズ４１に流れる電流は実施例１、２の構成よりも小さいので、温度ヒューズ４１の配線５７の線径をより細くできる。その結果、定着装置を小型にすることができるという効果がある。特に、外部加熱方式の定着装置においてはこの効果は大きい。実施例１及び２においては、加熱ユニット１０と、加圧ユニット５０と、が定着ローラ３０を挟んで離れて設けられている。よって、加熱ユニット１０にある温度ヒューズ４０と、加圧ユニット５０にある温度ヒューズ４１と、を太い配線を用いて繋ぐ必要があり大型化しやすいからである。

以上説明したように、本実施例によると、通常温度暴走時においても加圧ユニット５０の破損を抑制することができる。

尚、本実施例では、加熱ユニット１０にある温度ヒューズ４０をヒータとＡＣ電源２１とが設けられたＡＣ回路上に設ける構成としたが、リレーを駆動するＤＣ回路上に設けてヒータ１５への電力供給を遮断する構成としてもよい。また、本実施例では温度ヒューズ４０、温度ヒューズ４１を用いた構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、温度ヒューズの代わりにサーモスイッチやサーモスタット等他の安全素子を用いてもよい。

［実施例４］
実施例１では温度ヒューズ４１をヒータ１５と、ＡＣ電源２１と、が設けられたＡＣ回路上に設ける構成とした（図３）。本実施例では、温度ヒューズ４１の代わりに、サーミスタ４３と、保護回路６３と、リレー６２と、を有する電力供給停止手段を用いる構成とした。電力制御系の構成以外は、実施例２と同一の構成であり、共通の構成に関しては同一符号を付して説明を省略する。

本実施例の電力制御系の構成について図１１を参照して説明する。加圧ユニット５０は、実施例１の加圧ユニット５０において温度ヒューズ４１を設けた位置と同じ位置にサーミスタ４３を設けている。保護回路６３は、コンパレータ等を用いたアナログ回路であり、入力されたサーミスタ４３の検知温度が所定温度（１５５℃）を超えた場合に、ＡＣ電源２１とヒータ１５との間に設けられたリレー６２を遮断する。これにより、実施例１と同様に、通常温度暴走時に加圧フィルム５１が破損する前にヒータ１５への電力供給を遮断できる。

以上説明したことから、本実施例によると、通常温度暴走時においても加圧フィルム５１の温度異常を検知し、加圧ユニット５０の破損を抑制することができる。本実施例の変形例として、加熱ユニット１０の温度ヒューズ４０を設けない構成について説明する。

本変形例の定着装置の断面図を図１２に示し、電力制御系を図１３に示す。本実施例は、加圧ユニット５０には温度ヒューズ４１を設ける。温度ヒューズ４１の電力制御系は、ＤＣ回路上に温度ヒューズ４１を設ける実施例３と同じ構成である。加熱ユニット１０には、温度ヒューズを設けずに、ヒータ１５の温度を検知するサーミスタ１８を利用する。本変形例は、図１３に示すように、加圧ユニット５０の温度ヒューズ４１が設けられたＤＣ回路上に安全回路（セパレータ）６３を設ける。そして、安全回路６３においてサーミスタ１８の検知温度と所定温度（２７５℃）との比較がなされる。サーミスタ１８の検知温度が所定温度を超えた場合にリレー６１が電磁コイル６１０によって駆動されてヒータ１５への電力供給が遮断される。つまり、本変形例は、サーミスタ１８と、安全回路６３と、電磁コイル６１０と、リレー６１と、を有する安全装置を加圧ユニット５０に設ける構成である。本変形例の構成において、サーミスタ１８は安全装置のために追加したものではなく、ヒータ１５への電力供給に用いられているものであるから、既存の構成を利用できるというメリットがある。尚、サーミスタ１８とは別の安全装置専用のサーミスタを設けても良い。

以上述べたことから、本変形例によっても、通常温度暴走時における加圧ユニット１０が破損を抑制できる。

尚、本実施例及び変形例、実施例１〜３のいずれにおいても加熱ユニット１０はヒータがフィルムの内面に接触する構成に限定されない。例えば、加熱フィルム１６を有さずにヒータ１５が定着ローラ３０と直接接触して圧接部Ｎ２を形成する構成でも良い。また、例えばヒータ１５の代わりにハロゲンヒータ等を加熱ユニット１０内に設ける構成でも良いし、加熱フィルム１６に直接通電することで、フィルム１６自身が自己発熱する構成でもよい。

１０ 加熱ユニット
１５ ヒータ
１６ 加熱フィルム
１８ サーミスタ
３０ 定着ローラ
４０ 温度ヒューズ（加熱ユニット側）
４１ 温度ヒューズ（加圧ユニット側）
５０ 加圧ユニット
５１ 加圧フィルム
６３ 安全回路
Ｎ１ 定着ニップ部
Ｐ 記録材
Ｔ トナー像

Claims (10)

1. 熱源を有していないローラと、
   電力供給により発熱し、前記ローラの外部から前記ローラを加熱する加熱ユニットと、
   熱源を有していないユニットであって、前記ローラと共にニップ部を形成するバックアップユニットと、
   前記加熱ユニットの温度を検知する温度検知部と、
   前記温度検知部の検知温度が目標温度になるように前記加熱ユニットに供給する電力を制御する制御部と、
   を備え、前記ニップ部で画像が形成された記録材を搬送しながら加熱し前記画像を記録材に定着する定着装置において、
   所定の作動温度に達すると回路を開放するように作動する安全素子、又は温度検知素子、を用いて前記加熱ユニットへの電力供給を遮断する安全装置を有し、前記安全素子又は前記温度検知素子が前記バックアップユニットの異常昇温による熱を受ける位置又は前記バックアップユニットの温度を検知する位置に設けられていることを特徴とする定着装置。
2. 前記検知温度が前記目標温度よりも高い所定温度に達したときに前記加熱ユニットに供給する電力を遮断する他の安全装置を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記他の安全素子の作動温度は、前記所定温度よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記安全装置は前記安全素子を有し、
   前記安全素子を第１の安全素子とすると、
   前記加熱ユニットが異常温度になったときに作動し前記加熱ユニットに供給する電力を遮断する第２の安全素子が前記加熱ユニットに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 前記第１の安全素子の作動温度は、前記第２の安全素子の作動温度よりも低いことを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
6. 前記バックアップユニットは、筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するニップ部形成部材と、を有し、前記ニップ部形成部材は、前記フィルムを介して前記ローラと共に前記ニップ部を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記安全装置は前記安全素子を有し、前記安全素子は、前記フィルムの内部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記フィルムの基層は、熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の定着装置。
9. 前記安全素子は、温度ヒューズ又はサーモスイッチであり、前記温度検知素子はサーミスタであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 前記加熱ユニットは、筒状の加熱フィルムと、前記加熱フィルムの内面に接触するヒータと、を有し、前記ヒータは前記加熱フィルムを介して前記ローラに押圧されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の定着装置。

Images