JP6701651B2 - 温度検出装置、定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度検出装置、定着装置、および画像形成装置に関する。

特許文献１には、定着器の加熱ベルト内面に温度センサを接触させて加熱ベルトの温度を検出する温度検出装置が開示されている。この温度センサは、弾性的に湾曲した弾性支持部と、その弾性支持部に対し略９０度に折り曲げられて弾性支持部から延びる屈曲部とを有する支持部材に支持されている。温度センサは弾性支持部による弾性力で加熱ベルト内面に押し当てられている。

特開２００４−０３７４１２号公報

上掲の特許文献１に開示された温度検出装置の場合、温度センサは支持部材の弾性支持部の先端部分に固定され、弾性支持部により加熱ベルト内面に片持ち梁的に押し当てられている。このため、加熱ベルトが変位すると、加熱ベルトに対する温度センサの接触位置や姿勢が変動し温度検出誤差につながる。

本発明は、上記事情に鑑み、上記の加熱ベルト等の被検出体が変位しても、その被検出体に対し、温度検出素子が安定した姿勢を保つ温度検出装置、定着装置、および画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１は、
循環移動する無端ベルトを被検出体とし該被検出体の内側に配置されて該被検出体の移動方向上流側と下流側の両端部が該被検出体から離間した位置で支持され、該移動方向中央部が、該被検出体に向かって、該被検出体から外力を受けないときの初期形状が、該被検出体に食い込む位置まで弧状に膨らみ、該弧状に膨らんだ形状が、該被検出体の移動方向に交わる該被検出体の幅方向に、該幅方向の一方の端部が被検出体の内部から食み出る位置まで延びた形状を有し、該被検出体に押されて弾性的に撓んだ、樹脂シートを基材とする支持体と、
前記支持体の、前記被検出体への接触部分であって、前記被検出体への接触面に対する裏面に搭載された温度検出素子とを備え、
前記支持体が、前記樹脂シートの裏面に、前記温度検出素子に繋がり前記被検出体から食み出る位置まで延びた配線が敷設されたものであることを特徴とする温度検出装置である。

請求項２は、前記温度検出素子が、前記支持体の、前記被検出体の循環移動方向と交わる回転軸方向の互いに異なる位置にそれぞれ支持されていることを特徴とする請求項１に記載の温度検出装置である。
請求項３は、前記支持体のうち、前記被検出体の移動方向上流側と下流側の両端部が入り込む溝が設けられた台座を有し、前記溝は前記両端部が前記被検出体の移動方向に移動可能な大きさである請求項１または２に記載の温度検出装置である。

請求項４は、
循環移動する無端の加熱ベルトを備えた加熱装置と、
粉体像を保持して搬送されてきた用紙を前記加熱ベルトとの間に挟んで該用紙を該加熱
ベルトに押し当てる加圧装置と、
前記加熱ベルトを前記被検出体とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の温度検出装置とを備えたことを特徴とする定着装置である。

請求項５は、搬送されてきた用紙上に粉体像を形成する像形成装置と、
請求項４に記載の定着装置と、
用紙を、前記像形成装置と前記定着装置とを経由する搬送経路上を搬送する搬送装置と
を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の温度検出装置、請求項４の定着装置、および請求項５の画像形成装置によれば、被検出体が変位したとき、温度検出素子が片持ち梁的に支持されている場合と比べ、被検出体に対する温度検出装置の安定した姿勢が保たれる。

また、請求項１の温度検出装置、請求項４の定着装置、および請求項５の画像形成装置によれば、金属製の支持体を備えた場合と比べ、被検出体の温度変化に対し温度検出素子が高速に反応する。

また、請求項１の温度検出装置、請求項４の定着装置、および請求項５の画像形成装置によれば、温度検出素子が支持体の表面に搭載されていて温度検出素子が被検出体に直接に接触する場合と比べ、被検出体の摩耗や表層傷が防止される。

さらに、請求項１の温度検出装置、請求項４の定着装置、および請求項５の画像形成装置によれば、支持体とは独立した配線を敷設する場合と比べ、部品点数が削減され、かつ、安定した配線となる。

請求項２の温度検出装置によれば、複数個の温度検出素子をそれぞれ別々の支持体に支持させる場合と比べ、部品点数が削減され、かつ温度検出素子の、被検出体に対する位置や姿勢が安定する。

本発明の画像形成装置の一実施形態としてのプリンタの概略構成図である。 定着器の断面構造を示した図である。 温度検出器の拡大断面図である。 温度検出器の斜視図である。 支持体を平面に展開して示した展開図である。

本発明の実施形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態としてのプリンタの概略構成図である。

図１に示すプリンタ１０はモノクロプリンタであり、プリンタ１０には、本発明の定着装置の一実施形態および本発明の温度検出装置の一実施形態が組み込まれている。

プリンタ１０には、プリンタ１０外で作成された、画像を表す画像信号が、不図示の信号ケーブル等を介して入力される。プリンタ１０には、このプリンタ１０内の各構成要素の動きを制御する制御部１１が備えられており、画像信号はこの制御部１１に入力される。そして、プリンタ１０では、この制御部１１の制御の下で、画像信号に基づく画像の形成が行われる。

プリンタ１０の下部には、２台の用紙トレイ２１が収容されている。これらの用紙トレイ２１には、各用紙トレイ２１ごとに寸法の異なる用紙Ｐが積み重なった状態に収容されている。各用紙トレイ２１は、用紙Ｐの補給のために、引出し自在に構成されている。

それら２台の用紙トレイ２１のうちの、制御部１１に入力された画像信号が表している画像の寸法に適合した寸法の用紙Ｐを収容している用紙トレイから、ピックアップロール２２により用紙Ｐが送り出される。送り出された用紙Ｐは、さばきロール２３により１枚ずつに分離され、その分離された１枚の用紙Ｐが上方に搬送されて、その用紙Ｐの先端が待機ロール２４に至る。待機ロール２４は、それ以降の搬送のタイミングを調整して用紙Ｐを送り出す役割を担っている。待機ロール２４に到達した用紙Ｐは、その待機ロール２４によりそれ以降の搬送のタイミングが調整されてさらに搬送される。

このプリンタ１０には、待機ロール２４の上方に、矢印Ａで示す向きに回転する感光体１２が備えられている。そして、この感光体１２の周囲に、帯電器１３、露光器１４、現像器１５、転写器１６、および感光体クリーナ１７が配備されている。

感光体１２は円筒形状を有し、図１の奥行き方向に延伸しており、帯電により電荷を保持し露光によりその電荷を放出してその表面に静電潜像が形成される。

帯電器１３は、感光体１２の表面に接触して回転する帯電ロールを備えており、その帯電ロールで感光体１２の表面に電荷を付与することによってその表面を帯電させる。なお、帯電器１３としては、帯電ロールの他に、感光体に非接触のコロナ放電器なども採用され得る。

露光器１４は、制御部１１から供給される画像信号に応じて変調されたレーザ光（露光光）を発光する発光器と、レーザ光で感光体１２を走査するための回転多面鏡とを有しており、露光器１４からはその露光光が出力される。感光体１２は、この露光光による露光を受け、その表面に静電潜像が形成される。なお、露光器１４としては、レーザ光を用いる方式の他に、走査方向に沿って多数のＬＥＤが並んだＬＥＤアレイなども採用され得る。さらに、潜像を形成する方式としては、露光方式の他に、走査方向に沿って並んだ多数の電極で直接に潜像を形成する方式なども採用され得る。

感光体１２が露光光により露光されてその表面に形成された静電潜像は、現像器１５により現像される。この現像器１５には、トナー供給路１５ｂを介してトナー収納部１５ａが繋がっている。現像器１５内にはトナーと磁性キャリアを含んだ現像剤が収納されていて、トナー収納部１５ａに収納されているトナーが、トナー供給路１５ｂを通って現像器１５へと適宜に補給される。磁性キャリアは、例えば鉄粉の表面に樹脂コーテイングを施したものである。また、トナー粒子は、例えば結着樹脂、着色剤、および離型剤を材料として形成されたものである。現像器１５は、磁性キャリアの粒子とトナーの粒子とが混合された現像剤を撹拌することでトナーおよび磁性キャリアを帯電させる。現像器１５は現像ロール１５ｃを備えており、現像器１５内の現像剤は現像ロール１５ｃによって感光体１２に供給され、現像剤中の帯電トナーによって感光体１２表面の潜像が現像されてトナー像が形成される。

ここで、上記の待機ロール２４は、感光体１２上のトナー像が転写器１６に対面した位置に達するタイミングに合わせて用紙Ｐがその位置に到達するように、用紙Ｐを送り出す。そして、感光体１２上のトナー像は、転写器１６の作用を受け、その送り出されてきた用紙Ｐ上に転写される。なお、転写器１６としては、中間転写体を備えて感光体１２上のトナー像を中間転写体に一旦転写し、その中間転写体上のトナー像を用紙Ｐ上に転写する方式のものも採用され得る。

トナー像の転写後に感光体１２上に残存するトナーは、感光体クリーナ１７により、感光体１２から取り除かれる。

ここで、感光体１２、帯電器１３、露光器１４、現像器１５、および転写器１６を合わせたものが、本発明にいう像形成装置の一例に相当する。

トナー像の転写を受けた用紙Ｐは、さらに矢印Ｂ方向に進み、定着器３０による加熱および加圧を受けてその用紙Ｐ上にトナー像が定着される。その結果、用紙Ｐ上には定着トナー像からなる画像が形成される。この定着器３０は、本発明の定着装置の一実施形態に相当する。また、この定着器１００には、後述するように、本発明の温度検出装置の一実施形態が含まれている。

定着器３０を通過した用紙Ｐは、排出器１８に向かって矢印Ｃ方向に進み、さらに、その排出器１８によってさらに矢印Ｄ方向に送られて排紙台１９上に排出される。

このプリンタ１０における、用紙トレイ２１から用紙Ｐを取り出し、感光体１２と転写器１６との間を通過し、さらに定着器３０を通過して、排紙台１９上に用紙を排出する機構が、本発明にいう搬送装置の一例に相当する。

図２は、定着器の断面構造を示した図である。

この定着器３０は、加熱器３１と加圧器３２とを備えている。加熱器１１０は本発明にいう加熱装置の一例に相当し、加圧器１２０は本発明にいう加圧装置の一例に相当する。

加熱器３１は、無端状に形成された加熱ベルト４０を備えている。また、この加熱器３１は、その加熱ベルト４０の内側に、支持部材５０、加熱ランプ６０、ニップ部材７０、および温度検出器８０を備えている。加熱ベルト４０は、本発明にいう被検出体の一例に相当し、温度検出器８０は、本発明の温度検出装置の一例に相当する。

支持部材５０は、図２の紙面に垂直な方向に延伸し、加熱ベルト４０の両端縁からそれぞれ食み出た両端部がプリンタ１０（図１）の筐体に支持されている。この支持部材５０は、加熱ベルト４０の内部に配備されている他の部材の支持の土台となる部材である。

また加熱ランプ６０は、支持部材５０に支持されていて、加熱ベルト４０を加熱する役割を担っている。

ニップ部材７０は、加熱ベルト４０が、後述する加圧ロール９０に押されたときの、加圧ロール９０による押圧力を受け止める役割を担っている。

この図２では、このニップ部材７０の一部が加熱ベルト４０よりも外側に食み出るように図示されているが、これは、加熱ベルト４０を、ニップ部材７０等との干渉がないときの元々の形状を示しているためである。実際は、ニップ部材７０は、加熱ベルト４０の内側に配置されている。そして、加熱ベルト４０は、後述する加圧ロール９０に押されてニップ部材７０の表面形状に沿った形状に変形する。

また、温度検出器８０も支持部材５０に固定されている。この温度検出器８０は、台座８１と、支持体８２と、温度検出素子８３とを有する。この温度検出器８０の詳細構造についての説明は、後に譲る。

また、この定着器３０を構成する加圧器３２は、加圧ロール９０を備えている。この加圧ロール９０は、上述の通り、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てる。この加圧ロール９０は、その表面層がゴム素材で形成されていて、加圧ロール９０の、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てた部分が、加熱ベルト４０を挟んでニップ部材７０の表面形状に沿った形状となる。したがって、加熱ベルト４０の、ニップ部材７０と加圧ロール９０とに挟まれた領域は、ニップ部材７０と加圧ロール９０とに挟まれることにより、ニップ部材７０の表面形状に沿った形状に変形する。

加圧ロール９０は、加熱ベルト４０をニップ部材７０に押し当てながら、矢印Ｆの向きに回転する。この加圧ロール９０の回転により、加熱ベルト４０も、矢印Ｅの向きに従動回転する。

図１に示す転写器１６の作用によりトナー像の転写を受けた用紙Ｐは、定着器３０に向かって、図１，図２に示す矢印Ｂの向きに搬送される。そしてその用紙Ｐは、加熱ベルト４０と加圧ロール９０とに挟まれて加熱および加圧を受け、これにより、その用紙Ｐ上にトナー像が定着される。この定着トナー像からなる画像が形成された用紙Ｐは、図１に示す矢印Ｃ方向に進み、排出器１８により、矢印Ｄ方向に、排紙台１９の上に排出される。

図３は、温度検出器の拡大断面図である。

この温度検出器８０は、前述の通り、台座８１と、支持体８２と、温度検出素子８３とを有する。

台座８１は、樹脂製であって、図２に示す支持部材５０に固定されている。

支持体８２は、本実施形態ではポリイミド樹脂等の樹脂からなる樹脂シートを基材とする部材である。この支持体８２は、この図３に示す断面における両端部、すなわち、加熱ベルト４０の循環移動方向（矢印Ｅ方向）上流側と下流側の両端部が、加熱ベルト４０からは離間した位置で台座８１の溝８１１に入り込んだ状態に、その台座８１に支持されている。そして、この支持体８２は、中央部が加熱ベルトに向かって弧状に膨らんでいる。この図３には、支持体８２が一点鎖線と実線とで示されている。一点鎖線は、この支持体８２が加熱ベルト４０から外力を受けないときの、初期形状の支持体８２を示している。この初期形状では、支持体８２は、加熱ベルト４０に食い込む位置まで弧状に膨らんでいる。実線で示す支持体８２は、その支持体８２が加熱ベルト４０に押されて弾性的に撓んだ状態を示している。

この実線で示す支持体８２は、加熱ベルト４０によって内側に押し込まれ、その結果、支持体８２の中央部８２１は加熱ベルト４０の内側に接触し、その中央部８２１の両側の肩部８２２では、加熱ベルト４０から外力を受けないときの、一点鎖線で示す支持体８２よりも外側に張り出している。この肩部８２２の張出しの形状は、台座８１の、支持体８２を保持する保持部８１１の形状によってコントロールすることができる。

加熱ベルト４０は、図２を参照して説明した通り、矢印Ｅ方向に循環移動する。そして、その移動に伴い、この図３に示す矢印Ｘ−Ｘ’方向に変位する。支持体８２は、加熱ベルト４０に押されて弾性的に撓んでいるため、加熱ベルト４０が矢印Ｘ−Ｘ’方向に変位してもその変位に常に追随し、加熱ベルト４０の内面に接触した状態を保つ。

温度検出素子８３は、支持体８２の、加熱ベルト４０への接触部分、すなわち、支持体８２が膨らんだ頂点の位置に固定されている。本実施形態では、この温度検出素子８３は、支持体８２の、加熱ベルト４０への接触部分であって、その加熱ベルト４０への接触面に対する裏面に搭載されている。本実施形態では、この温度検出素子８３としてサーミスタが採用されている。

このように、支持体８２は、加熱ベルト４０の回転方向（図２に示す矢印Ｅ方向）上流側と下流側の両端部が台座８１に支持されて弧状に膨らんで加熱ベルト４０に接している。そして温度検出素子８３は、支持体８２の弧状に膨らんだ頂部に搭載されている。このため、加熱ベルト４０が矢印Ｘ−Ｘ’方向に変位しても、支持体８２の、温度検出素子８３を搭載している頂部を境とする上流側と下流側が均等に撓み、加熱ベルト４０が矢印Ｘ−Ｘ’方向に変位しても、温度検出素子８３の、加熱ベルト４０に対する姿勢は、常に一定となる。したがって、加熱ベルト４０の変位に因らず、一定の感度で温度検出が行われる。

また、本実施形態では、この支持体８２は、樹脂シートを基材としている。

従来は、この支持体８２は、その形状の違いのほか、材質上も、樹脂ではなく金属板で構成されている。この支持体を金属板で構成すると、熱容量が大きく、熱伝導率も高くなりがちである。

近年では、省エネルギーの観点から、熱し易く、したがって冷え易い、熱容量の小さい加熱ベルト４０を備える傾向になる。したがって、熱容量の小さい加熱ベルト４０の温度を検出するにあたり、支持体８２が加熱ベルト４０の熱を奪うと、検出誤差が増えるおそれがある。

この点、本実施形態では、支持体８２は、樹脂シートを基材としており、奪われる熱が僅かで済み、熱容量の小さい加熱ベルト４０であっても高精度の温度検出が可能である。

図４は、温度検出器の斜視図である。

この温度検出器８０の台座８１は、図２，図３に示す断面形状のまま、図１，図２に示す加熱ベルト４０の回転軸方向、すなわち、図１，図２の紙面に垂直な方向に延びた形状を有する。この台座８１は、加熱ベルト４０の回転軸方向両端縁どうしの間の距離とほぼ同じ長さを有する。

また、この台座８１に支持されている支持体８２は、加熱ベルト４０の回転軸方向について台座８１よりも長い寸法を有し、一方の端部８２ａが台座８１から食み出ている。この支持体８２は、台座８１に支持されて弧状に膨らみ、加熱ベルト４０の回転軸方向全幅について均一に、加熱ベルト４０の内面に押し当てられている。

図５は、支持体８２を平面に展開して示した展開図である。この図５には、支持体８２の、加熱ベルト４０への接触面に対する裏面が示されている。

この支持体８２は、前述の通り、樹脂シート８２１を基材としている。そして、この支持体８２には、その長手方向（加熱ベルト４０の回転軸方向）の互いに異なる位置に複数個（ここに示す例では、５個）の温度検出素子８３が搭載されている。これは、加熱ベルト４０の、回転軸方向の複数箇所の温度を検出するためである。

また、本実施形態における支持体８２には、各温度検出素子８３に繋がる複数本の配線８２２が敷設されている。この支持体８２は、フレキシブル配線基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｔｅｄ Ｃｉｒｕｉｔ）の製法を用いて作製されたものである。

この支持体８２の一方の端部８２ａは、台座８１から食み出ていて、さらに加熱ベルト４０の一方の側縁から食み出ている。この支持体８２上の配線８２２は、加熱ベルト４０の一方の側縁から食み出た端部８２ａで、不図示の回路から延びる配線に接続される。この不図示の回路では、温度検出素子８３で加熱ベルト４０が予め定められた高温以上の温度に達したことが検出されたタイミングで、加熱ランプ６０（図２参照）への通電を遮断し、加圧ベルト９０の回転を停止させるなど、その高温に達したときの制御が実行される。

ここで、支持体８２上の配線８２２は、この支持体８２の、加熱ベルト４０に接する面に対する裏面に敷設されている。また、温度検出素子８３も、支持体８２の裏面に搭載されている。このため、加熱ベルト４０には、その支持体８２の基材である樹脂シート８１１のみが均一に接触することになる。本実施形態では、これにより、加熱ベルト４０の摩耗や表層傷の発生を防止している。

また、本実施形態では、配線８２２は、支持体８２の一部として樹脂ベース８２１上に形成されている。このため、支持体８２とは別途のハーネスの引き回し等が不要となり、部品点数の削減および低コスト化に役立っている。

なお、ここでは、図１に示すプリンタ１０における、定着器３０の加熱ベルト４０の温度検出用としての温度検出器８０について説明したが、本発明の温度検出装置は、加熱ベルト４０の温度検出のみに適用されるものではなく、被検出体一般を温度検出対象とする場合に広く適用することができる。また、本発明の温度検出装置は、図３に示す構成の定着器３０や図１に示す構成のプリンタ１０にのみ適用されるものではなく、温度検出が必要な被検出体を備えた装置一般に広く適用することができる。

１０ プリンタ
１２ 感光体
１６ 転写器
３０ 定着器
３１ 加熱器
３２ 加圧器
４０ 加熱ベルト
５０ 支持部材
６０ 加熱ランプ
７０ ニップ部材
８０ 温度検出器
８１ 台座
８２ 支持体
８２ａ 端部
８３ 温度検出素子
９０ 加圧ロール
８２１ 樹脂ベース
８２２ 配線

Claims (5)

1. 循環移動する無端ベルトを被検出体とし該被検出体の内側に配置されて該被検出体の移動方向上流側と下流側の両端部が該被検出体から離間した位置で支持され、該移動方向中央部が、該被検出体に向かって、該被検出体から外力を受けないときの初期形状が、該被検出体に食い込む位置まで弧状に膨らみ、該弧状に膨らんだ形状が、該被検出体の移動方向に交わる該被検出体の幅方向に、該幅方向の一方の端部が被検出体の内部から食み出る位置まで延びた形状を有し、該被検出体に押されて弾性的に撓んだ、樹脂シートを基材とする支持体と、
   前記支持体の、前記被検出体への接触部分であって、前記被検出体への接触面に対する裏面に搭載された温度検出素子とを備え、
   前記支持体が、前記樹脂シートの裏面に、前記温度検出素子に繋がり前記被検出体から食み出る位置まで延びた配線が敷設されたものであることを特徴とする温度検出装置。
2. 前記温度検出素子が、前記支持体の、前記被検出体の循環移動方向と交わる回転軸方向の互いに異なる位置にそれぞれ支持されていることを特徴とする請求項１に記載の温度検出装置。
3. 前記支持体のうち、前記被検出体の移動方向上流側と下流側の両端部が入り込む溝が設けられた台座を有し、前記溝は前記両端部が前記被検出体の移動方向に移動可能な大きさである請求項１または２に記載の温度検出装置。
4. 循環移動する無端の加熱ベルトを備えた加熱装置と、
   粉体像を保持して搬送されてきた用紙を前記加熱ベルトとの間に挟んで該用紙を該加熱ベルトに押し当てる加圧装置と、
   前記加熱ベルトを前記被検出体とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の温度検出装置とを備えたことを特徴とする定着装置。
5. 搬送されてきた用紙上に粉体像を形成する像形成装置と、
   請求項４に記載の定着装置と、
   用紙を、前記像形成装置と前記定着装置とを経由する搬送経路上を搬送する搬送装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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