JP7043914B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板にマウントされた非接触型の温度検出素子を備えた温度検出装置、定着装置および画像形成装置に関する。

複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙等の記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備える。定着装置には、記録媒体上のトナー像を加熱するのに用いられる加熱部材と、記録媒体上のトナー像を加圧するのに用いられる加圧部材と、が備えられる。加熱部材の温度制御を行うために、非接触型の温度センサーを用いて加熱部材の温度を検出する構成が採用される場合がある。

例えば、特許文献１には、定着装置の定着部材である熱ローラーの上方に備えられた温度検知装置が開示されている。この温度検知装置は、温度センサーと送風手段とガイド部材とを備える。温度センサー内の温度検知部にトナーや紙粉のような埃やゴミが付着すると、温度検知の精度が低下してしまう。特許文献１の技術では、温度センサーの上方に配置された送風手段が生じさせる空気流によって、温度検知部に埃やゴミが付着しないように構成されている。

特開２００６－３００７０１号公報

温度検出装置において、送付手段に対して基板を挟んで反対側に温度検出素子をマウントする構成を採用する場合、送風手段からの空気流が基板に遮られることにより、埃やゴミの付着を防止する作用が減殺され、温度検出の精度が低下する虞がある。

また、定着装置においては、温度検出素子の測定対象物が高温であるので、測定対象物からの煽り熱によって温度検出素子自体が不均一に加熱される。結果として、温度検出素子内に温度斑が生じてしまい、温度検出の精度が低下する虞がある。

以上の事情を考慮して、本発明は、基板にマウントされた温度検出素子による温度検出の精度を維持可能とすることを目的とする。

本発明に係る温度検出装置は、非接触型の温度検出素子と、前記温度検出素子が表面にマウントされ、複数の通気口が前記温度検出素子の周辺に設けられた半導体基板と、を備えることを特徴とする。

好適には、前記半導体基板の前記表面上において、複数の前記通気口が前記温度検出素子の中心点に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の自然数）となるように設けられている。

好適には、前記温度検出素子はサーモパイルを含む。

本発明に係る定着装置は、上記した温度検出装置と、未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着部材と、前記定着部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、を備える。前記定着装置において、前記温度検出素子が前記定着部材に対向するように配置される。

好適には、上記した定着装置において、前記温度検出装置が、前記半導体基板と略平行に設けられ、前記半導体基板と離間して前記表面を覆う第１部分と、前記第１部分に接続し、前記定着部材が配置されている方向に開口し、前記温度検出素子と離間して前記温度検出素子の側面を覆う第２部分と、前記第１部分に接続し、前記半導体基板と離間して前記半導体基板の側面を覆う第３部分と、を有する温度検出装置カバーをさらに備える。

本発明に係る画像形成装置は、上記した定着装置と、前記温度検出装置の裏面に向けて吹き付ける空気流を発生させる送風装置と、を備える。

好適には、前記送風装置は、前記画像形成装置の外気を取り入れて前記空気流を発生させるファンを備える。

本発明によれば、基板にマウントされた温度検出素子による温度検出の精度を維持可能とすることが可能である。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る温度検出装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る温度検出装置を模式的に示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る温度検出装置における空気流を示す図である。 本発明の一実施形態に係る温度検出装置の対比例における空気流を示す図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図１等の紙面手前が正面であり、各図に示す「Ｌ」は「左」を示し、「Ｒ」は「右」を示し、「Ｕ」は「上」を示し、「Ｄ」は「下」を示している。

１．画像形成装置の全体構成
図１を参照しつつ、画像形成装置１の全体構成について説明する。本実施形態の画像形成装置１は、カラートナー像をシートＳに対して定着させるカラープリンターである。図１は、画像形成装置１の内部構造を模式的に示す断面図である。

画像形成装置１は、略直方体状の外観を構成する装置本体２を備えている。装置本体２の下部には、紙製のシートＳを収容する給紙カセット３が着脱可能に設けられている。装置本体２の上面には、排紙トレイ４が設けられている。なお、媒体の一例としてのシートＳは、紙製に限らず、樹脂製のシート等であってもよい。

画像形成装置１は、給紙装置５と、作像装置６と、定着装置７と、を装置本体２の内部に備えている。給紙装置５は、給紙カセット３から排紙トレイ４まで延びる搬送路８の上流端部に設けられている。定着装置７は搬送路８の下流側に設けられ、作像装置６は搬送路８において給紙装置５と定着装置７との間に設けられている。

作像装置６は、４つのトナーコンテナ１０と、中間転写ベルト１１と、４つのドラムユニット１２と、光走査装置１３と、を含む。４つのトナーコンテナ１０は、４色（イエロー，マゼンタ，シアン，ブラック）のトナー（現像剤）を収容する。中間転写ベルト１１は、図１における左回りに回転する。各ドラムユニット１２は、感光体ドラム１４と、帯電装置１５と、現像装置１６と、一次転写ローラー１７と、クリーニング装置１８と、を含む。各一次転写ローラー１７は、感光体ドラム１４との間に中間転写ベルト１１を挟むように設けられている。中間転写ベルト１１の右側には、二次転写ローラー１９が接触して転写ニップＮ１を形成している。

２．画像形成処理
画像形成装置１は、以下の手順でシートＳに画像形成を行う。各帯電装置１５は、感光体ドラム１４の表面を帯電させる。各感光体ドラム１４は、光走査装置１３から出射された走査光を受け、静電潜像を担持する。各現像装置１６は、トナーコンテナ１０から供給されたトナーを用いて感光体ドラム１４上の静電潜像をトナー像に現像する。各一次転写ローラー１７は、感光体ドラム１４上のトナー像を回転する中間転写ベルト１１に一次転写する。中間転写ベルト１１は、回転しながら４色のトナー像を重ねたフルカラーのトナー像を担持する。

シートＳは、給紙装置５によって給紙カセット３から搬送路８に送り出される。二次転写ローラー１９は、転写ニップＮ１を通過するシートＳに中間転写ベルト１１上のトナー像を二次転写する。定着装置７は定着ニップＮ２（加圧領域）を通過する未定着のトナー像をシートＳに熱定着させる。その後、シートＳは排紙トレイ４に排出される。各クリーニング装置１８は感光体ドラム１４上に残ったトナーを除去する。

３．定着装置
図２を参照して、定着装置７について説明する。図２は、定着装置７を模式的に示す断面図である。定着装置７は、定着ローラー３１（定着部材）と、加圧ローラー３２（加圧部材）と、筐体３３と、温度検出装置３４と、を備えている。

定着ローラー３１は、前後方向（回転軸方向）に長い略円筒状の部材である。定着ローラー３１は、アルミニウム等の金属製で円筒管状に構成された芯材３１Ａと、芯材３１Ａの外周面に積層された弾性層３１Ｂと、弾性層３１Ｂを覆う定着ベルト３１Ｃと、芯材３１Ａの内側に配置されたハロゲンランプ等の加熱部材３１Ｄと、を備えている。加熱部材３１Ｄは、不図示の電源から供給された電力によって発熱し、定着ローラー３１を内側から加熱する。画像形成装置１の立上げ時および印字処理中に加熱部材３１Ｄによる加熱が実行される。定着ローラー３１の温度は加熱部材３１Ｄによって２００℃近傍まで急速に上昇する。

加圧ローラー３２は、定着ローラー３１と同様、前後方向（回転軸方向）に長い略円筒状の部材である。加圧ローラー３２は、芯金３２Ａと、芯金３２Ａの外周面に積層された弾性層３２Ｂと、弾性層３２Ｂを覆う離型層３２Ｃと、を備えている。加圧ローラー３２は、不図示のバネに付勢されて定着ローラー３１に押し付けられている。加圧ローラー３２は、不図示のモーター等の駆動源によって回転駆動される。定着ローラー３１は、加圧ローラー３２によって従動回転される。

定着ローラー３１は、その回転軸周りに回転しながら、未定着のトナー像が表面に形成されたシートＳを加熱する定着部材である。定着ローラー３１の加熱部材３１Ｄから発せられた熱が、芯材３１Ａと弾性層３１Ｂとに伝達されて定着ベルト３１Ｃに到達し、定着ベルト３１Ｃの表面の熱により未定着トナーが溶融される。定着ベルト３１Ｃに到達した熱の一部は、煽り熱Ｈとして温度検出装置３４側へ放射される。

加圧ローラー３２は、その回転軸周りに回転しながら、定着ローラー３１と共に定着ニップＮ２を形成し、定着ニップＮ２を通過するシートＳを加圧する加圧部材である。溶融したトナーが定着ローラー３１によって加圧されることにより、シートＳに定着される。

筐体３３は、定着ローラー３１および加圧ローラー３２を収容する略直方体状のケースである。筐体３３は、例えば、耐熱性の樹脂等にて構成される。筐体３３は、シートＳを通すために上側面の一部および下側面の一部が開口している他、温度検出装置３４に対向する左側面の一部に温度検出口３５が開口している。

３ａ．温度検出装置
定着装置７が備える温度検出装置３４は、非接触型の温度検出素子３４Ａと、温度検出素子３４Ａが表面にマウントされた半導体基板３４Ｂと、温度検出素子３４Ａおよび半導体基板３４Ｂを覆う装置カバー３４Ｃ（温度検出装置カバー）と、を備えている。

図２に示すように、温度検出素子３４Ａは、温度検出口３５を介して、定着ローラー３１の前後方向中央付近において、定着ローラー３１に対向するように配置される。温度検出素子３４Ａは、放射源である定着ローラー３１（定着ベルト３１Ｃ）から放射された赤外線を受光して、その放射源の温度を検出する非接触型の放射温度計である。

より具体的には、温度検出素子３４Ａは、赤外線を集光するレンズと、複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルと、を備えている。サーモパイルは、温接点と冷接点（基準接点）との温度差によって生じる熱起電力に応じた電圧（温度信号）を出力する。温度検出素子３４Ａのレンズによって集光された赤外線が、サーモパイルの温接点へ入射することによって、赤外線のエネルギーに応じて温接点が加熱される。結果として、赤外線のエネルギーに応じた電圧（温度信号）がサーモパイルから出力される。

ここで、温度検出素子３４Ａ自身が加熱されて温度斑が生じると、例えば以下の理由によって温度検出の精度が低下する。１つは、レンズが加熱されることによって、レンズ自身から放射されサーモパイルに入射する赤外線（すなわち、測定対象物以外から到来するノイズとなる赤外線）のエネルギーが増大するので、温度検出の精度が低下してしまう。もう１つは、サーモパイルが加熱されることによって、温度の基準となる冷接点も加熱されて温度が変化し、熱起電力が変動するので、温度検出の精度が低下してしまう。

半導体基板３４Ｂは、温度検出素子３４Ａおよび温度検出素子３４Ａから出力された温度信号の処理に用いられるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）を含む複数の素子がその表面にマウントされたプリント基板である。図３の斜視図および図４の上面図に示すように、半導体基板３４Ｂにおいて、温度検出素子３４Ａがマウントされている部分の周辺には、複数の通気口Ｖが設けられている。各通気口Ｖは、半導体基板３４Ｂの表面と裏面とを連通させる貫通孔であり、例えば、円筒状に形成される。

図３および図４では、８個の通気口Ｖが、半導体基板３４Ｂの表面上において、温度検出素子３４Ａの中心点に対して点対称（すなわち、２回回転対称）となるように設けられている。なお、通気口Ｖの個数は２以上の任意の自然数であればよい。例えば、３個の通気口Ｖが、温度検出素子３４Ａの中心点に対して３回回転対称となるように設けられてもよい。すなわち、複数の通気口Ｖが、半導体基板３４Ｂの表面上において、温度検出素子３４Ａの中心点に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の自然数）となるように設けられていればよい。

装置カバー３４Ｃは、温度検出素子３４Ａおよび半導体基板３４Ｂを熱や埃等から防御する部材であり、例えば、耐熱性の樹脂によって構成される。装置カバー３４Ｃは、半導体基板３４Ｂと略平行に設けられ、半導体基板３４Ｂと離間して表面を覆う第１部分Ｐ１と、第１部分Ｐ１に接続し、定着ローラー３１が配置されている方向に開口し、温度検出素子３４Ａと離間して温度検出素子３４Ａの側面を覆う第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１に接続し、半導体基板３４Ｂと離間して半導体基板３４Ｂの側面を覆う第３部分Ｐ３と、を備えている。なお、半導体基板３４Ｂの裏面は、装置カバー３４Ｃに覆われていない。

４．送風装置
図１および図２に示すように、画像形成装置１は、定着装置７の左側にファン機構４０をさらに備えている。ファン機構４０は、温度検出装置３４の裏面に向けて吹き付ける空気流Ａ（冷却風）を発生させる送風装置である。ファン機構４０は、画像形成装置１の外気を取り込むための不図示のダクトと、回転して外気を取り入れ空気流Ａを発生させるファンと、を備えている。

図５は、本実施形態に係る温度検出装置３４における空気の流れ（空気流Ａ）を示す図である。上記したように、ファン機構４０は、温度検出装置３４に向けて吹き付ける空気流Ａを発生させる。空気流Ａは、温度検出装置３４（半導体基板３４Ｂ）の裏面に到達すると、半導体基板３４Ｂの側面と装置カバー３４Ｃの第３部分Ｐ３との間を経由して温度検出素子３４Ａの周辺（温度検出素子３４Ａと第２部分Ｐ２との間）を吹き抜ける他、半導体基板３４Ｂの複数の通気口Ｖを通過して温度検出素子３４Ａの周辺を吹き抜ける。

図６は、半導体基板３４Ｂに通気口Ｖが無い対比例における空気の流れ（空気流Ａ）を示す図である。温度検出装置３４（半導体基板３４Ｂ）の裏面に到達した空気流Ａは、半導体基板３４Ｂの側面と装置カバー３４Ｃの第３部分Ｐ３との間のみから温度検出素子３４Ａの周辺を吹き抜けるに過ぎないので、図５の例と比較して、温度検出素子３４Ａの周辺の空気流の量がより少ない。

図５と図６との対比から理解されるように、本実施形態の構成においては、半導体基板３４Ｂに設けられた通気口Ｖによって温度検出素子３４Ａの周辺の空気流Ａが充分に保たれるので、定着ローラー３１からの煽り熱Ｈによって加熱された温度検出素子３４Ａが効果的に冷却される。ひいては、温度検出素子３４Ａの加熱に伴う温度検出精度の低下が抑制される。また、温度検出素子３４Ａの周辺の空気流Ａが充分に保たれることにより、温度検出素子３４Ａへの埃等の付着も抑制され、既に付着している埃等も効果的に除去される。

５．本実施形態の技術的効果
上記したように、本実施形態に係る構成によれば、温度検出装置３４が、非接触型の温度検出素子３４Ａと、温度検出素子３４Ａが表面にマウントされ、複数の通気口Ｖが温度検出素子３４Ａの周辺に設けられた半導体基板３４Ｂと、を備える。以上の構成によれば、温度検出素子３４Ａの周辺に通気口Ｖが設けられることにより、通気口Ｖが無い構成と比較して温度検出素子３４Ａの周辺の風通しが改善されるので、温度検出素子３４Ａの冷却および埃の除去がより効果的に実現される。ひいては、半導体基板３４Ｂにマウントされた温度検出素子３４Ａによる温度検出の精度が維持可能となる。

また、半導体基板３４Ｂの表面上において、複数の通気口Ｖが温度検出素子３４Ａの中心点に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の自然数）となるように設けられている構成によれば、通気口Ｖを通って流入する空気流が温度検出素子３４Ａに対して均一になるので、温度検出素子３４Ａが斑無く効果的に冷却され得る。ひいては、温度検出素子３４Ａにおける温度斑が抑制される。

また、温度検出素子３４Ａがサーモパイルを含む構成によれば、温度検出の応答性が高いサーモパイルが通気口Ｖの存在により適切に冷却されるので、サーモパイルの応答性が効果的に維持されることが可能である。

また、定着装置７が、上記した温度検出装置３４と、未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着ローラー３１と、定着ローラー３１と共に定着ニップＮ２を形成し、定着ニップＮ２を通過するシートＳを加圧する加圧ローラー３２と、を備え、温度検出装置３４が定着ローラー３１に対向するように配置される構成によれば、温度検出素子３４Ａは、定着ローラー３１からの煽り熱Ｈによって加熱されても、通気口Ｖを通って流入する空気流によって冷却されることが可能である。

また、定着装置７において、温度検出装置３４が、半導体基板３４Ｂと略平行に設けられ、半導体基板３４Ｂと離間してその表面を覆う第１部分Ｐ１と、第１部分Ｐ１に接続し、定着ローラー３１が配置されている方向に開口し、温度検出素子３４Ａと離間して温度検出素子３４Ａの側面を覆う第２部分Ｐ２と、第１部分Ｐ１に接続し、半導体基板３４Ｂと離間して半導体基板３４Ｂの側面を覆う第３部分Ｐ３と、を有する温度検出装置カバー３４Ｃをさらに備える構成によれば、温度検出装置３４の表面のうち、温度検出素子３４Ａの開口部（定着ローラー３１に対する対向面）以外の部分がカバーされるので、温度検出装置３４が定着ローラー３１からの煽り熱Ｈや埃等から保護されることが可能である。

また、画像形成装置１が、上記した定着装置７と、温度検出装置３４の裏面に向けて吹き付ける空気流Ａを発生させる送風装置であるファン機構４０と、を備える構成によれば、ファン機構４０によって発生した空気流Ａが温度検出装置３４（半導体基板３４Ｂ）の裏面に当たり、通気口Ｖを通して温度検出素子３４Ａの周囲を吹き抜けるので、温度検出素子３４Ａが効果的に冷却されると共に、温度検出素子３４Ａに付着した埃等が効果的に除去される。

また、ファン機構４０が、画像形成装置１の外気を取り入れて空気流Ａを発生させるファンを備える構成によれば、画像形成装置１の外部に存在する、画像形成装置１の内気と比して相対的に低い温度の外気が、空気流Ａとして温度検出装置３４に吹き付けられるので、温度検出素子３４Ａを冷却する効果がより顕著なものとなる。

６．変形例
上記した実施形態は多様に変形される。以下に実施形態の変形例を示す。実施形態および変形例から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合することが可能である。

上記した実施形態の説明では、加熱部材３１Ｄとしてハロゲンランプが採用されているが、任意の加熱部材が採用され得る。例えば、定着ローラー３１を外部から加熱するＩＨ発熱ユニットが加熱部材３１Ｄとして採用されてもよい。ＩＨ発熱ユニットは、定着ニップＮ２の反対側に設けられている。ＩＨ発熱ユニットは、略半円筒状のホルダーに支持された複数のＩＨコイルを含む。複数のＩＨコイルは、フェライト等の強磁性体で形成されたアーチコアで覆われている。各ＩＨコイルは、電源（図示せず）から電力の供給を受けて高周波磁界を発生させて定着ベルト３１Ｃを加熱する。

上記した実施形態の説明では、半導体基板３４Ｂの裏面が装置カバー３４Ｃに覆われていない構成が採用されているが、装置カバー３４Ｃが半導体基板３４Ｂの裏面をも覆っていてもよい。その場合、装置カバー３４Ｃにも通気口が設けられていると好適である。

上記した実施形態の説明では、一例として、本発明をカラープリンター１に適用した場合を示しているが、これに限らず、例えば、モノクロプリンター、複写機、ファクシミリまたは複合機等に本発明を適用してもよい。

なお、上記実施形態の説明は、本発明に係る温度検出装置、定着装置、および画像形成装置における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。

１ 画像形成装置
７ 定着装置
３１ 定着ローラー（定着部材）
３２ 加圧ローラー（加圧部材）
３４ 温度検出装置
３４Ａ 温度検出素子
３４Ｂ 半導体基板
３４Ｃ 装置カバー（温度検出装置カバー）
４０ ファン（送風装置）
Ａ 空気流
Ｎ２ 定着ニップ
Ｐ１ 第１部分
Ｐ２ 第２部分
Ｐ３ 第３部分
Ｓ シート（媒体）
Ｖ 通気口

Claims (5)

1. 非接触型の温度検出素子と、前記温度検出素子が表面にマウントされ、複数の通気口が前記温度検出素子の周辺に設けられた半導体基板と、を含む温度検出装置と、
   未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着部材と、
   前記定着部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、を備える定着装置であって、
   前記温度検出素子が前記定着部材に対向するように配置され、
   前記温度検出装置が、
   前記半導体基板と略平行に設けられ、前記半導体基板と離間して前記表面を覆う第１部分と、
   前記第１部分に接続し、前記定着部材が配置されている方向に開口し、前記温度検出素子と離間して前記温度検出素子の側面を覆う第２部分と、
   前記第１部分に接続し、前記半導体基板と離間して前記半導体基板の側面を覆う第３部分と、を有する温度検出装置カバーを備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記温度検出装置は、前記半導体基板の前記表面上において、複数の前記通気口が前記温度検出素子の中心点に対してｎ回回転対称（ｎは２以上の自然数）となるように設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記温度検出素子はサーモパイルを含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の定着装置と、
   前記温度検出装置の裏面に向けて吹き付ける空気流を発生させる送風装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記送風装置は、前記画像形成装置の外気を取り入れて前記空気流を発生させるファンを備える、ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
   

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