JP7268470B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置の定着装置では、温度検出方法として非接触温度センサ(「サーモパイル」とも称する)による技術がある。
被測定物(定着部材など)と温度センサの間の空間には、温度誤検出の懸念があるため、他の部品は配置できない。その結果、遮蔽物が無いために、プリント時に加熱された用紙から発生した水蒸気を含んだ気流が、温度センサに容易に到達する。このため、温度センサの一部(主にはレンズ部分)が結露してしまい、正確な温度検出ができないという問題があった。
例えば、特許文献1には、非接触温度センサと被測定物(定着ローラ)との間に配置された第1風路と、非接触温度センサに対して定着ローラの反対側に配置された第2風路とを備え、第1風路内の風速は、第2風路内の風速より大きいとする技術が考えられ、既に知られている。
しかしながら、特許文献1の技術は多くの部品を必要としていた。
本発明は、簡易な構成で、正確に温度検出できる定着装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、本発明の定着装置は、被測定物を内部に配し、第1開口部が設けられた定着装置カバーと、前記定着装置カバーの内側と前記被測定物の間に配され、第2開口部が設けられた構造体と、前記第2開口部から前記定着装置カバー内側に向けて前記構造体に取り付けられるリブと、を備え、前記定着装置カバーは、前記第1開口部の周囲に、重力方向に沿った上下方向に凹みが設けられ、前記被測定物の温度は、前記定着装置カバーの外に配された非接触温度センサにより、前記第1開口部および前記第2開口部を通して検出され、前記凹みは、前記上下方向の任意の位置の断面積より、前記任意の位置より上になるにつれ断面積が小さくなることを特徴とする。
本発明によれば、簡易な構成で、正確に温度検出できる定着装置を提供することができる。
本発明の一実施形態の定着装置を適用する画像形成装置の構成例を説明する図である。 本発明の一実施形態の定着装置の一例の概略構成を説明する図である。 本発明の一実施形態の定着装置の他の例の概略構成を説明する図である。 実施形態1の定着装置の外観を説明する図である。 実施形態1の定着装置の断面の一例を説明する図である。 従来技術の定着装置の断面の一例を説明する図である。 実施形態2の定着装置カバーの凹み形状を説明する図である。 実施形態3のリブ形状の一例を説明する図である。 実施形態3のリブ形状の他の例を説明する図である。
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
以下に、図1を用いて本発明の一実施形態の定着装置を適用する画像形成装置の構成例を説明する。
図1に示した画像形成装置100は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式のカラープリンタある。なお、本発明はこの方式に限られず、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。
画像形成装置100は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkを並設したタンデム構造が採用されている。
画像形成装置100では、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体(以下、転写ベルトという)11に対して1次転写される。この1次転写行程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録シートなどが用いられる記録材Sに対して2次転写行程を実行することで一括転写される。
各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム20Bkを代表として説明すると、感光体ドラム20Bkの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置30Bk、現像装置40Bk、1次転写ローラ12Bkおよびクリーニング装置50Bkが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Lbを用いた書き込みには、光書き込み装置8が用いられる。
転写ベルト11に対する重畳転写では、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写される。このために、転写は、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対向して配設された1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、A1方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。
画像形成装置100は、色毎の画像形成処理を行う4つの画像ステーションと、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkの上方に対向して配設され、転写ベルト11及び1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkを備えた転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に従動し、連れ回りする2次転写ローラ5と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11をクリーニングするベルトクリーニング装置13と、これら4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置8とを有している。
光書き込み装置8は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、fθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏光手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置8は、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対して色毎に対応した書き込み光Lbを出射して感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに静電潜像を形成するよう構成されている。書き込み光Lbは、図1では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。
画像形成装置100には、感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkと転写ベルト11との間に向けて搬送される記録材Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置61が設けられている。また、シート給送装置61から搬送されてきた記録材Sを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラムと転写ベルト11との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対4が設けられている。また、記録材Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知するセンサが設けられている。
また、画像形成装置100には、トナー像が転写された記録材Sにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置200と、定着済みの記録材Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排出ローラ7が備えられている。また、画像形成装置100の本体上部には、排出ローラ7により画像形成装置100の本体外部に排出された記録材Sを積載する排紙トレイ17が備えられている。また、排紙トレイ17の下側には、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9C、9M、9Bkが備えられている。
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkの他に、転写ベルト11が掛け回されている駆動ローラ72及び従動ローラ73を有している。
従動ローラ73は、転写ベルト11に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ73には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkと、2次転写ローラ5と、クリーニング装置13とで転写装置71が構成されている。
シート給送装置61は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の記録材Sの上面に当接する給送ローラ3を有している。給送ローラ3が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録材Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。
転写装置71に装備されているクリーニング装置13は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト11に対向、当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有している。クリーニング装置13は、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。
クリーニング装置13はまた、転写ベルト11から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有している。
[定着装置]
図2は、一実施形態にかかる定着装置の一例の概略構成について説明する図である。
定着装置200は、回転可能な定着部材としての定着ベルト201と、これに対向配置されて回転可能な加圧部材としての加圧ローラ203とを有し、複数の熱源としてのハロゲンヒータ202A,202Bにより定着ベルト201が内周側から輻射熱で直接加熱される。
このとき、図2の定着ベルト201内には、定着ベルト201を介して加圧ローラ203との間でニップ部を形成するニップ形成部材206があり、定着ベルト内面と熱移動補助部材216を介して間接的に摺動するようになっている。記録材S上のトナー像はニップ部において加熱・加圧により定着される。
図2では熱移動補助部材216の形状が平坦状であるが、凹形状やその他の形状であっても良い。凹形状のニップ部の場合、記録材先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上するのでジャムの発生が抑制される。
定着ベルト201の内側には加圧ローラ203に対向して配置されたニップ形成部材206と、ニップ形成部材206の両端部に一体に設けられた端部熱源としての端部ヒータ226と、ニップ形成部材206と端部ヒータ226の定着ベルト201の内面に対向する面を覆う熱移動補助部材216と、ニップ形成部材206を加圧ローラ203からの加圧力に対抗して保持するステー部材207とを有している。
ニップ形成部材206、熱移動補助部材216及びステー部材207は、いずれも定着ベルト201の軸方向(以下、「長手方向」という)に延びる長さを有している。
熱移動補助部材216は、端部ヒータ226の熱が局所的に留まることを防止し、積極的に長手方向に熱を移動させて長手方向の温度不均一性を低減するために設けられている。
このため、熱移動補助部材216は短時間で熱移動が可能な材料であることが望ましく、熱伝導率の高い銅やアルミニウム、銀といった部材であることが望ましい。コスト、入手性、熱伝導率特性、加工性を総合的に考慮すると、銅を用いることが最も望ましい。
本実施形態では、熱移動補助部材216の定着ベルト201の内面に対向する面は、定着ベルト201に直接接触する面であり、ニップ形成面となる。
定着ベルト201は、ニッケルやSUSなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いた無端ベルトまたはフィルムで構成される。ベルトの表層はPFAまたはPTFE層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。ベルトの基材とPFAまたはPTFE層の間にはシリコーンゴムの層などで形成された弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ(ユズ肌画像)が残るという不具合が生じ得る。これを改善するにはシリコーンゴム層を100[μm]以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。
ステー部材207はニップ部N側と反対側が起立した起立部を有した形状となっており、起立部を隔て、定着熱源としてのハロゲンヒータ202A、202Bが配置され、定着ベルト201は、ハロゲンヒータ202A、202Bにより内面側から輻射熱で直接加熱される。
定着ベルト201の内部にはニップ形成部材206とニップ部Nを支持するための支持部材としてのステー部材207を設け、加圧ローラ203により圧力を受けるニップ形成部材206の撓みを防止し、軸方向で均一なニップ幅を得られるようにしている。このステー部材207は両端部で保持部材としてのフランジに保持固定され位置決めされている。また、ハロゲンヒータ202とステー部材207の間に反射部材209を備え、ハロゲンヒータ202からの輻射熱などによりステー部材207が加熱されてしまうことによる無駄なエネルギー消費を抑制している。ここで反射部材209を備える代わりに、ステー部材207表面に断熱もしくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることが可能となる。
加圧ローラ203は芯金205に弾性ゴム層204があり、離型性を得るために表面に離型層(PFAまたはPTFE層)が設けてある。加圧ローラ203は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ203は、スプリングなどにより定着ベルト201側に押し付けられており、弾性ゴム層204が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。加圧ローラ203は中空のローラであっても良く、加圧ローラ203にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層204はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ203内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
定着ベルト201は加圧ローラ203により連れ回り回転する。図2の場合は加圧ローラ203が駆動源により回転し、ニップ部Nでベルトに駆動力が伝達されることにより定着ベルト201が回転する。定着ベルト201はニップ部Nで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で図示していないフランジ208にガイドされ、走行する。
上記のような構成により安価で、ウォームアップが速い定着装置を実現することが可能となる。
図3は、一実施形態にかかる定着装置の他の例の概略構成について説明する図である。
定着装置200Aは、ハロゲンヒータ202を2本構成で備える。なお、図示しないが、ハロゲンヒータは、1本の構成でも良く、3本より多くても良い。
次に、本発明の一実施形態の定着装置の詳細について説明する。
電子写真の定着装置内では、プリント中は用紙を加熱するため、用紙に含まれる水分が蒸発して水蒸気となり、拡散する。特に画像形成装置自身が冷えている状態では、定着装置周辺部品が結露することがある。非接触温度センサを使用する定着装置の構成では、定着部材から温度センサまでの間に遮蔽物が無いため、水蒸気を含んだ気流がサーモパイルまで到達することがある。サーモパイルは、被測定物からの赤外光を受光して温度検出するが、受光部が結露してしまうと検出温度の誤検出を起こしてしまう。
そこで、一実施形態の定着装置では、水蒸気を含んだ気流が直接非接触温度センサに当たらないようにするために、上下方向に風路を設けた。また、専用の部材を追加するのでなく、定着装置カバーのセンサ開口部を凹ませることで風路とし、部品点数の増加を抑えた。
一実施形態の定着装置は、定着装置のカバーと、内側のフレーム、定着装置内の被測定物(定着部材)と、非接触温度センサの形状に際して、以下の特徴を有する。
・非接触温度センサは、被測定物に対し、定着装置のカバーを挟んで反対側に配置されている。
・定着装置カバーは、被測定物より発せられる赤外光を、非接触温度センサに照射するための開口部が設けられている。
・定着装置カバーは、センサ開口部近傍に、重力方向に沿った上下方向に凹みを設けた。
・定着装置カバーの内側と被測定物の間に構造体(フレーム)があり、同様にセンサ開口部を持つ。フレームの開口部には、カバー内側に向けて、隙間を小さくするためにリブを設けた。
以下、各実施形態について説明する。
実施形態1.
図4は、本発明の一実施形態の定着装置の外観を説明する図である。図4では、定着装置300の外観として、定着装置カバー31を表し、記録材Sの一例としての用紙21が定着装置300から排出される状態を表している。
定着装置カバー31は、開口部(「第1開口部」とも称する)37が設けられる。開口部37は、被測定物より発せられる赤外線を、非接触温度センサで受光するための貫通孔とする。
また、定着装置カバー31は、開口部37近傍に、重力方向に沿った上下方向に凹み38が設けられる。凹み38は、定着装置カバー31の内側に向けて凹む形状とする。凹み38は、例えば、開口部37近傍として開口部37の周囲(開口部37を囲む領域)に、開口部37が形成された面の上下方向の両端部まで設けられるとよい。開口部37は、凹んだ面に形成されるともいえる。
このようにすると、開口部37付近を凹み38により凹ませて気流が流れる風路とすることができる。
次に、図5を参照して、実施形態1の定着装置の断面を説明する。図5は、図4に示すV-V線に沿った定着装置300の断面を示している。また、図5では、定着装置300外側の、画像形成装置本体に配置される非接触温度センサ60を示している。
図5では、定着装置300が、定着装置カバー31、加圧部材(「加圧ローラ」とも称する)32、定着部材(「定着ベルト」とも称する)33、ハロゲンヒータ34、フレーム(「ユニットフレーム」とも称する)35、リブ36、基板42、第1紙案内部材43、第2紙案内部材44、締結ネジ45、および、ハーネス46を備える構成例を示す。
非接触温度センサ60は、被測定物としての定着部材33の温度検出用に使用される。非接触温度センサ60は、定着部材33に対し、定着装置カバー31を間にして配置され、開口部37を通して定着部材33の温度を検出する。
図5の一点破線は、非接触温度センサ60のレンズが、定着部材33の中心を向いて配置されていることを示している。
フレーム35は、定着装置カバー31の内側と定着部材33との間に配置される構造体であり、定着装置カバー31と同様に開口部(「第2開口部」とも称する)39を持つ。定着装置カバー31の開口部37とフレーム35の開口部39とは、被測定物から発せられる赤外線が非接触温度センサ60に到達するように形成される。
リブ36は、フレーム35を補強するために取り付ける部材であり、フレーム35の開口部39に、定着装置カバー31内側に向けて、隙間を小さくするように設けられる。従って、フレーム35に形成された開口部39は、リブ36に囲まれた形状(開口部内側にリブが設けられた形状)となる。図5では、フレーム35にリブ36が取り付けられた状態の開口(貫通孔)をフレーム35に設けられた開口部39として表している。
図5では、リブ36は樹脂部材の例を示しているが、板金加工で作成してもよい。
画像形成装置内には、定着装置で暖められた空気が上に流れる気流(上昇気流)が発生する。凹み38により上下方向に貫通した風路(流路)を、上昇気流の方向と合わせることで、自然対流による気流が発生する。このように、凹み38を形成したことで、上下方向の風路に、上昇気流が流れるようになり、水蒸気を多く含んだ定着装置内部の気流は上昇気流に乗って上昇し、非接触温度センサ60に直接当たりにくくなる。その結果、非接触温度センサ60が結露しづらくなり、正確な温度検出をすることができる。
加えて、リブ36により定着装置カバー31内面とフレーム35の隙間を小さくすることで、定着部材33から定着装置カバー31までは閉空間となり、定着ユニット内部(定着装置カバー31内部)からの気流が安定する。さらに加えて、定着装置カバー31外からの気流の入り込みも軽減することができる。このように、定着装置内部の乱流の影響を受けにくくなり、温度検出を安定させ、温度検出誤差を軽減することができる。
ここで、従来技術について説明する。
図6は、従来技術の定着装置の断面の一例を説明する図である。図6に示すように、定着装置300Pにおいて、定着装置内の水蒸気を含んだ気流は、定着装置カバー31の開口部37を通して非接触温度センサ60に到達する。また、フレーム35の開口部39Pを通った気流は、定着装置内部(例えば、定着装置カバー31とフレーム35との間)で乱流となり、温度検出に影響を及ぼすと推測される。
実施形態2.
本実施形態では、定着装置カバーに設ける凹みの変形例について説明する。
図7は、実施形態2の定着装置カバーの凹み形状を説明する図である。図7では、定着装置カバー31Aに設けた凹み38A周囲を示し、他を省略している。定着装置カバー31Aは、重力方向上部を幅方向に狭くした例である。定着装置カバー31Aに設けられた凹み38A(風路)は、上に行くにつれて断面積(重力方向に垂直となる断面の面積)が小さくなる。凹み38Aは、断面積が下から上に行くにつれ徐々に小さくなってもよいし、任意の位置から上に向けて断面積が徐々に小さくなってもよい。少なくとも、定着装置カバー31Aは、例えば、上下方向の任意の位置の断面積より、当該位置より上の断面積が小さくなる凹み38Aを有するとよい。
このようにすると、煙突効果により、上昇気流が加速(促進)される。
なお、幅方向だけでなく、対角方向も狭くしても良い。また、定着装置カバーと対向する本体部品との組み合わせで同様な風路の形状を作り出しても良い。
実施形態3.
本実施形態では、フレームに取り付けるリブの変形例を説明する。
図8は、実施形態3のリブ形状の一例を説明する図である。フレーム35に設けられるリブ36Aは、内側に向けて(定着部材33に向けて)伸ばした例である。このようにすると、定着装置カバー31の開口部37は、定着部材33に向かったリブ36Aで囲まれるようになる。リブ36Aにより、フレーム35と定着部材33との隙間を小さくすることで、用紙21から排出される、水蒸気を含んだ気流の排出を軽減することができる。
なお、リブは、フレーム35の外側と内側との両方を伸ばしても良い。また、リブは、一つの部品で構成しても良いし、複数の部品で構成しても良い。
図9は、リブの他の変形例を説明する図である。図9では、リブが、近傍に這いまわすハーネスガイドを兼用する形状例に関する要部を示し、他の省略している。
リブ36Bは、図5に示すリブ36を、ハーネス46の配線を案内(固定)するように変形した例である。図9(A)は、図9(B)に示すIXA-IXA線に沿った断面を示し、図9(B)は、図9(A)に示すIXB-IXB線に沿った断面を示す。一点破線は、非接触温度センサ60のレンズの中央の位置を示す。
図9(A)では、近傍に設置する電気部品として、過昇温防止装置(サーモスタット)47を配置する例を表している。過昇温防止装置47へのハーネス46は一次側電線のため、太くて這い回ししにくい。
図9(A)に示すように、ハーネス46を強度のあるリブ36Bに添わせることで、ハーネス46を安定して固定することができ、定着装置カバー31の開口部37(温度検出窓)内にハーネス46が干渉することを防ぐことができる。また、リブの材料が樹脂の場合、高温になる定着部材33からの遮熱効果も得ることができる。
なお、図9では、図5のリブ36を変形してハーネスガイドとして機能させる例を示したが、これに限られるものではなく、図8のリブ36Aなどにも適用可能である。
以上各実施形態について説明したが、上記各実施形態は、二以上を組合せてもよい。
また、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。
31、31A 定着装置カバー
32 加圧部材(加圧ローラ)
33 定着部材(定着ベルト)
34 ハロゲンヒータ
35 フレーム
36、36A、36B リブ
37 開口部(第1開口部)
38、38A 凹み
39 開口部(第2開口部)
60 非接触温度センサ(サーモパイル)
100 画像形成装置
200、200A、300、300A 定着装置
特開2016-148715号公報

Claims (4)

  1. 被測定物を内部に配し、第1開口部が設けられた定着装置カバーと、
    前記定着装置カバーの内側と前記被測定物の間に配され、第2開口部が設けられた構造体と、
    前記第2開口部から前記定着装置カバー内側に向けて前記構造体に取り付けられるリブと、
    を備え、
    前記定着装置カバーは、前記第1開口部の周囲に、重力方向に沿った上下方向に凹みが設けられ、
    前記被測定物の温度は、前記定着装置カバーの外に配された非接触温度センサにより、前記第1開口部および前記第2開口部を通して検出され
    前記凹みは、前記上下方向の任意の位置の断面積より、前記任意の位置より上になるにつれ断面積が小さくなる
    ことを特徴とする定着装置。
  2. 前記リブは、前記被測定物に向けて延在し、
    前記第1開口部は、前記リブで囲まれている
    ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
  3. 前記リブは、ハーネスガイドとして機能する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。
  4. 請求項1からのいずれか一項に記載の定着装置を備える画像形成装置。
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