JP7619086B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
感温素子の意図しない動作を回避するためには、通常使用時における面状加熱体の温度を所定の温度以下となるように制御する必要がある。一方で、定着部材の温度が低く制御されることにより、出力画像の定着性および光沢度が低下してしまうという問題がある。
また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。
図1は、後述する本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の一実施形態としてのレーザプリンタの要部構成の説明図であり、原理を単純化して図示したものである。
図1に示すように、本実施形態に係る画像形成装置は、給紙手段4と、レジストローラ対6と、像担持体としての感光体ドラム8と、転写手段10と、定着装置1とを備えている。
給紙コロ16によって送り出された用紙Sはレジストローラ対6で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム8の回転に同期するタイミングで、すなわち、感光体ドラム8上に形成されたトナー像の先端と用紙Sの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対6により転写部位Tへ送られる。
プリンタにおける画像形成動作は従来と同様に行われる。
すなわち、感光体ドラム8が回転を始めると、感光体ドラム8の表面が帯電ローラ18により均一に帯電され、画像情報に基づいて露光光Lbが露光部26に照射、走査されて作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
この静電潜像は感光体ドラム8の回転により現像手段22へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。
トナー像を担持した用紙Sは定着装置1へ向けて搬送され、定着装置1で定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
その後、感光体ドラム8上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
図2は、本発明が適用される定着装置の一例を示す断面図である。また、図3は本発明に係る定着装置が備える面状加熱体である加熱部材50の一例を示す平面図である。
加熱部材(以下、「ヒータ」ともいう)50は抵抗発熱体51の温度を検知する温度検知素子(以下、「サーミスタ」ともいう)41及び感温素子(以下、「サーモスタット」ともいう)42を備え、温度検知素子41の検知温度に基づいて抵抗発熱体51の温度が制御されるとともに、感温素子42の検知温度に基づいて抵抗発熱体51への電力の供給が遮断され、感温素子42が、記録媒体Sの搬送方向Dにおいて温度検知素子41よりも下流側に配置されている。
なお、図中定着ニップNの入口側をNi、出口側をNoで示している。
定着ベルト20は、例えば、外径が25mmで厚みが40~120μmのポリイミド(PI)製の基体を有している。また、定着ベルト20の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、PFAやPTFE等のフッ素系樹脂による厚みが5~50μmの離型層が形成される。基体と離型層の間には、厚さ50~500μmのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。
また、定着ベルト20の基体はポリイミドに限定されず、PEEKなどの耐熱性樹脂や、ニッケル(Ni)、SUSなどの金属基体であってもよい。内周面には、摺動層としてポリイミドやPTFEなどをコートしてもよい。
加圧ローラ30は、付勢手段により定着ベルト20に対して圧接している。
ステー70は、定着装置1のフレームに直接、または他の部材を介して固定される。
図3の例では、4つの抵抗発熱体51に分割されているが、分割される数は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
図3中、ヒータ50が定着装置に配設された状態において記録媒体Sが搬送される方向をDで示している。図中下方が搬送方向Dの上流側、定着ニップNの入口側Niであり、図中上方が搬送方向Dの下流側、定着ニップNの出口側Noである。
抵抗発熱体51の材料は、前述したもの以外に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO2)の抵抗材料を用いてもよい。
そこで隙間の大きさは0.3mm~1mmが好ましく、0.4mm~0.7mmがさらに好ましい。なお、前述したように基材52を介して定着ニップNを加熱することで抵抗発熱体51間の隙間による定着ムラを抑制することができる。
このPTC特性を有する材料は、温度Tが上昇すると抵抗値が上昇(電流Iが低下してヒータ出力が低下)する特徴がある。温度抵抗係数(TCR=Temperature Coefficient of Resistance)は、例えば1500PPM(parts per million)とすることができる。
また、図3に示すように電極部54を片側配置にすることで長手方向の省スペース化を図ることができる。
各抵抗発熱体51の長さは分割され、長手方向において短くなっているため、温度検知素子41及び感温素子42は、各抵抗発熱体51の配列方向と直交する方向、すなわち記録媒体搬送方向Dに沿って配置される必要がある。
温度検知素子41及び感温素子42で検知された温度が制御部に入力され、制御部が、得られた温度に基いて、各抵抗発熱体51が所定温度になるようにトライアックにより電極部54に対する供給電力量を制御する構成とすることができる。
制御部は、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成することができる。
定着ニップNに記録媒体Sを通紙すると、通紙による抜熱分(熱移動分)が発生するので、温度検知素子41により得られた温度だけでなく、当該抜熱分も考慮して供給電力量を制御することで、定着ベルト20の温度を所望の温度に制御することができる。
図5及び図6に基づき、その理由を説明する。
図5及び図6は、図2の定着装置1の定着ニップNを含む領域の部分断面図であり、図5(A)は加熱部材の温度の説明図であり、図5(B)は温度検知素子及び感温素子の配置の比較例を示す説明図であり、図6は本発明に係る定着装置1における温度検知素子及び感温素子の配置を示す説明図である。
図5(A)中、破線は加圧ローラ30の回転中心と、記録媒体Sの搬送方向Dにおけるヒータの中央50aとの位置関係を示すものである。本実施形態の定着装置1は、ヒータの中央50aが加圧ローラ30の回転中心に対して上流側にずれていない構成を有している。
ヒータ50から逃げる熱量を模式的に矢印で示しているが、逃げる熱量は定着ニップNの入口側(Ni側)でより多く、これに伴いヒータ50の温度も低くなっている。
比較例では、感温素子42は、記録媒体Sの搬送方向Dにおいて温度検知素子41よりも上流側に配置されている。
安全補償用のサーモスタットである感温素子42が、上述の温度ムラに起因して相対的に低温となっている定着ニップNの入口側(Ni側)に配置されることにより、高温となっている定着ニップNの出口側(No側)の温度検知ができず、異常昇温の検知が遅れてしまうという不具合が生じる。
感温素子42の検知温度に基づく温度制御は、例えば、安全上限温度として設定された温度を超えたか否かを判定し、超えたと判断された場合に抵抗発熱体51への電力供給が遮断されるが、この動作の実行が行われないか、実行が遅れてしまうという問題が生じる。
温度制御として、感温素子42の検知温度が安全上限温度として設定された温度を超えたか否かを判定し、超えたと判断された場合に抵抗発熱体51への電力供給が遮断されるが、この動作の実行が迅速に行われる。
図7に示す実施形態では、感温素子42は、加熱部材(ヒータ)50の記録媒体Sの搬送方向Dにおける下流側端部に配置されている。
ヒータ50に生じる温度ムラは、図5(A)に示すように定着ニップNの出口側(No)における温度が高くなるため、安全補償用のサーモスタットである感温素子42をヒータ50の最も高温になる領域に配置することにより、より迅速な異常昇温の検知が可能となる。
20 定着部材(定着ベルト)
30 加圧部材(加圧ローラ)
30a 芯金
30b 弾性層
30c 離型層
41 温度検知素子(サーミスタ)
42 感温素子(サーモスタット)
50 加熱部材
51 抵抗発熱体
52 ヒータ基材
53 導体
54 電極部
60 ホルダ部材(ヒータホルダ)
70 ステー
D 記録媒体搬送方向
N 定着ニップ
Ni 定着ニップ入口
No 定着ニップ出口
S 記録媒体
Claims (7)
- 回転可能な無端状の定着部材と、
前記定着部材の外周側から当接して定着ニップを形成するする加圧部材と、
基材の長手方向に沿って複数配設され互いに電気的に並列接続された抵抗発熱体を有する加熱部材と、を備え、
前記定着ニップで現像剤を担持した記録媒体を挟持し搬送することで、前記現像剤を前記記録媒体に定着する定着装置において、
前記加熱部材は前記抵抗発熱体の温度を検知する温度検知素子及び感温素子を備え、
複数配設されたすべての前記抵抗発熱体に、前記温度検知素子及び前記感温素子が設置され、
前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記抵抗発熱体の温度が制御されるとともに、前記感温素子の検知温度に基づいて前記抵抗発熱体への電力の供給が遮断され、
前記感温素子が、前記記録媒体の搬送方向において前記温度検知素子よりも下流側に配置され、
前記温度検知素子と前記感温素子とが前記基材の長手方向において、同一の前記抵抗発熱体の加熱領域に短手方向で対向していることを特徴とする定着装置。 - 前記記録媒体の搬送方向において、前記感温素子が前記定着ニップの出口側に配置され、前記温度検知素子が前記定着ニップの入口側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記感温素子は、前記加熱部材の前記記録媒体の搬送方向における下流側端部に配置されてい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。
- 前記抵抗発熱体が正の抵抗温度特性を有する抵抗材料で構成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の定着装置。
- 複数の前記抵抗発熱体が、前記基材の長手方向で互いにオーバーラップしていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の定着装置。
- 長手方向に延びた前記加熱部材を保持するホルダ部材を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の定着装置。
- 請求項1から6のいずれに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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