JP3795770B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置およびこれを用いる画像形成装置に関し、さらに詳しくは、定着に用いられる加熱機構の温度検知構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置には、紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を定着して複写物や印刷出力とすることがある。
定着に用いられる装置には、一対の弾性層を有するローラを対峙させて配置し、一方のローラを加熱ローラとして用い、他方のローラを記録媒体の加圧ローラとして用いる構成がある。この構成では、記録媒体が加熱ローラと加圧ローラとの間のニップ部に挟持されながら搬送され、加熱ローラから与えられる熱により未定着画像が融着されて定着される。
【０００３】
定着に用いられる装置の種類の一つに、上述した構成とは別に、ローラとベルトとを組み合わせた構成が知られている（例えば、特開平１１−２８２３０７号公報）。
この構成では、加熱ローラに代えて、一対のローラに掛け回されたベルトを用い、上記ローラの一つには加圧ローラが対峙させてある。
【０００４】
一対のローラのうちで、加圧ローラと対峙する側の弾性層を有するローラと協働してベルトを駆動する弾性層を有するローラと加圧ローラとには、ベルトの裏面側および表面側をそれぞれ加熱することが可能な熱源が設けられている。
ベルトは、弾性層を有するローラに比べて体積が小さく、熱容量が小さいので短時間での温度上昇が可能である。このため、上述した加熱ローラおよび加圧ローラのみを用いた構成に比べて始動時での温度立ち上がりが早いという利点がある。さらに加えて、加圧ローラでの熱源を加えることによりベルトの表裏両面での温度立ち上がりが早められる結果が得られる。
ベルトの構成としては、各ローラが熱伝導率の高いアルミニウムが用いられる場合、ステンレス等の熱量導体である金属体をローラ表面に接触する基体とし、その表面にシリコンゴムあるいはフッ素系樹脂からなる離型層を配置した２層構造がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ベルトは、その表面に非接触の状態で配置された温度検知部材により温度検知されることにより所定の定着温度に管理されている。そのため、ベルト表面温度を正確に検知することができなかった。また、ベルト表面に温度検知部材を接触させて配置すると、ベルト表面を傷つけてしまう可能性があった。
そこで、ベルトの裏面に温度検知部材を接触させて配置することが考えられる。
【０００６】
しかし、ベルトは、これが掛け回されているローラとの間の摩擦接触圧力を利用してローラの回転と共に移動するように構成されている。そのため、ローラの回転始動時および回転終了時にはベルトに発生する慣性によりベルトが独立して移動する場合があり、ローラとベルトとの接触面では摩擦抵抗によって硬度が低い側の面が摩耗し、摩耗粉が発生することがある。
【０００７】
摩耗粉は互いに接触している面に入り込むこともあり、これによって、ベルトの基体裏面に温度検知部材を接触させて配置しているような場合には、温度検知部材の温度検知部に摩耗粉が浸入することで温度検知部が摩耗することがある。このため、温度検知部材とベルト側との接触状態が不安定となり、正確な温度検知ができなくなり、ベルトの温度管理が不正確となる虞がある。ベルトの温度管理が不正確であると、定着対象となる未定着画像への熱供給が正確に行われなくなり、定着不良を発生する虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来の定着装置およびこれを用いる画像形成装置における問題に鑑み、摩耗を抑制することによりベルトの温度管理を正確に行えるようにして定着不良をなくすことができる構成を備えた定着装置およびこれを用いる画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、記録媒体に担持された未定着画像を定着する装置であって、熱源を有する加熱ローラと、定着ローラと、少なくとも加熱ローラと定着ローラとに張架され、加熱ローラによって加熱される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、加熱ローラの表面温度を検知する温度検知部材とを備え、温度検知部材による加熱ローラの表面温度の検知結果に基づいて定着ベルトの表面温度が所定温度となるように制御する定着装置において、上記加熱ローラは、軸方向における上記温度検知部材の接触位置での外径を他の位置の外径よりも小さくされていることを特徴としている。
この構成によれば、摩耗粉が発生しないので、摩耗粉による温度検知部材の摩耗劣化を抑制できる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、上記加熱ローラの軸方向における上記温度検知部材の接触位置に設けられている小径部両側に溝部が設けられていることを特徴としている。
この構成によれば、摩耗粉が温度検知部材の接触位置に達することがないので、温度検知部材の接触位置への摩耗粉の侵入を防止できる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、上記温度検知部材は、加熱ローラの周面における接線方向にほぼ平行して延びる片持ち梁状の揺動アームと、揺動アームの一端に設けられた加熱ローラの表面温度を検知する温度検知部とを備え、温度検知部は加熱ローラの周面と圧接する関係を設定されていることを特徴としている。
この構成によれば、温度検知部材が接触する位置での圧力を温度誤差が生じない圧力に維持することができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の定着装置において、上記加熱ローラに対する上記温度検知部材の加圧力が０．２Ｎに設定されていることを特徴としている。
この構成によれば、温度誤差を生じない圧力で維持されている温度検知部材の摺擦抵抗を軽減できる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至５のうちの一つに記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
この構成によれば、摩耗粉が温度検知部材の接触位置に侵入することがないので、温度検知部材の耐久性低下を防止して適正な温度管理が可能となる。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の画像形成装置において、上記定着装置の始動時での温度検知は、定着ベルトが所定時間停止した状態で行われることを特徴としている。
この構成によれば、温度の立ち上がりに即した温度検知が可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施例により、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明実施例による定着装置を適用した画像形成装置の一つを示す図であり、同図に示す画像形成装置は、フルカラー画像を形成可能な複写機あるいはプリンタが用いられる。画像形成装置には、この他に、受信した画像信号に基づき上述した複写機およびプリンタと同様な画像形成処理が可能なファクシミリ装置がある。なお、画像形成装置には、上述したカラー画像を対象とするだけでなく、単一色の画像を対象とする装置も勿論含まれる。
【００２７】
図１に示す画像形成装置２０は、色分解毎の画像を同一の中間転写体に順次転写し、紙などのシート状の記録媒体に対して中間転写体上に重畳された画像を一括転写する方式が用いられている。
図１において、画像形成装置２０は、次に挙げる各装置を備えている。
原稿画像に応じた各色毎の画像を形成する作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫに対向して配置された転写装置２２と、各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫと転写装置２２とが対向する転写領域に各種シート状媒体を供給するシート状媒体供給手段としての手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４’と、手差しトレイ２３、給紙カセット２４、２４’から搬送されてきたシート状媒体を作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ３０と、転写領域において転写後のシート状媒体の定着を行う定着装置１である。
【００２８】
画像形成装置２０は、一般にコピー等に用いられる普通紙（以下単に普通紙という）と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ、坪量約１００ｇ／ｍ２相当以上の厚紙や、封筒等の、用紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シート（以下単に特殊シートという）との何れをもシート状媒体として用いることが可能である。
【００２９】
各作像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫは、それぞれシアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色のトナーで画像形成を行うものであり、用いるトナーの色が異なるが、その構成が同様であるから、作像装置２１Ｃの構成を各作像像装置２１Ｃ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１ＢＫの代表として説明する。
作像装置２１Ｃは、静電潜像担持体としての感光体ドラム２５Ｃ、感光体ドラム２５Ｃの回転方向Ａに沿って順に配置されている帯電装置２７Ｃ、現像装置２６Ｃ、クリーニング装置２８Ｃを有し、帯電装置２７Ｃと現像装置２６Ｃとの間で露光光２９Ｃを受ける周知の構成が用いられる。静電潜像担持体としては、ドラム状の他に、ベルト状とする場合もある。
【００３０】
図２に示すように、定着装置１は、トナーを定着させるシート状媒体を搬送するための無端状の定着ベルト２と、定着ベルト２を張架され定着ベルト２を駆動する加熱ローラ３及び定着ローラ４と、定着ベルト２を介して定着ローラ４に対向して配置される加圧ローラ５と、加熱ローラ３、加圧ローラ５の内部に備えられたヒータ６、７と、定着ベルト２の温度管理のために加熱ローラ３の表面温度を検知するサーミスタ等の温度検知部材８とを備えている。この温度検知部材８の設置構造に関しては後で説明する。なお、本実施例では定着ベルト２が加熱ローラ３と定着ローラ４とからなる一対のローラに張架されているが、それら以外のローラを用いて３つ以上のローラで張架してもよい。
【００３１】
定着ベルト２に適当な所定の張力を与えるため、加熱ローラ３は、バネなどの図示しない弾性体により、矢印Ｐ１で示すように、加熱ローラ３を定着ローラ４から離間させる向きに付勢されている。
定着ローラ４は、芯金９と、この芯金９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層１０とを有し、芯金９が、その端軸１１により、図示しない駆動手段により回転駆動されることで、定着ローラ４が回転駆動され、加熱ローラ３の従動回転により定着ベルト２が駆動される。
【００３２】
加圧ローラ５は、バネなどの図示しない弾性体により、矢印Ｐ２で示すように、定着ローラ４に圧接する向きに付勢されている。加圧ローラ５は、定着ローラ４の軸心を頂点とし定着ローラ４の軸心と加熱ローラ３の軸心、定着ローラ４の軸心と加圧ローラ５の軸心をそれぞれ結ぶ２本の直線によって挟まれる角が鋭角をなすように定着ローラ４に当接されており、これにより、シート状媒体にトナーを定着する定着領域としての、加圧ローラ５が定着ローラ４に対向しない部位で定着ベルト２のみに当接する第１の定着部Ａと、加圧ローラ５が定着ベルト２を介して定着ローラ４に当接する第２の定着部Ｂとが形成される。符号１２は定着されるシート状媒体を第１の定着部Ａに向けて案内するガイドを示している。
【００３３】
定着ベルト２は、ニッケル製あるいはステンレス製などの金属体を用いて厚さが５０〜１００μｍの基体１３と、基体１３上に積層された２００μｍのシリコンゴム製等の弾性体からなる離型層１４とを備えて構成されており、熱容量が小さく、熱応答性を良好にされている。
【００３４】
基体１３は上述した金属製に代えてポリイミド製等の樹脂製であってもよく、可撓性を考慮すると厚さは３０〜１５０μｍ程度であればよい。離型層１４としてシリコンゴムを用いる場合には厚さ５０〜３００μｍ程度が望ましく、フッ素樹脂系を用いる場合には厚さ１０〜５０μｍ程度が望ましい。
定着ベルト２は、加熱ローラ３との接触面の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が最大値で６μｍに設定され、ほぼ均一な面接触が可能とされている。
【００３５】
離型層１４はシリコンゴムの上にフッ素樹脂系を重ねた構成でもよい。定着ベルト２は瞬時に加熱され、かつ、ホットオフセットを生じない程度に、定着領域でベルト表面が自己冷却される特性が望まれるが、他方では、定着領域において、トナーを十分に溶かして定着させるのに必要な熱容量を有していなければならない。定着ベルト２の上記材質及びその厚さはこの条件を満たすものである。この場合の自己冷却とは、定着領域の、シート状媒体の未定着画像側に、加熱源がないことにより、定着工程においてベルトが冷える現象をいう。
【００３６】
定着ベルト２は、加熱ローラ３が矢印Ｐ１の向きに付勢されていることにより、６ｋｇｆ／片側の張力を与えられている。この張力は、矢印Ｐ１の向きの付勢力を調整することにより設定でき、２ｋｇｆ（１９．６Ｎ）〜６ｋｇｆ（５８．８Ｎ）の範囲で設定することが、良好な定着を行う上で好ましい。
【００３７】
加熱ローラ３と加圧ローラ５とは、それぞれ薄肉円筒状の芯金からなり低熱容量化が図られている。加熱ローラ３の芯金の径は２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、さらに表面粗さが定着ベルト２との均一な面接触が行えることを目的として１００μｍ未満とされている。
加圧ローラ５の芯金の径は３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、かつ同芯金の肉厚は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。これにより、加熱ローラ３の熱容量は２６ｃａｌ／°Ｃ以下、加圧ローラ５の熱容量は３６ｃａｌ／°Ｃ以下とされている。
【００３８】
本実施例において、加熱ローラ３の芯金は、鉄製であり、径を２０ｍｍ、肉厚を０．７ｍｍとされている。材質は、比熱が小さく、熱伝導率が大きいものが好ましく、他にもアルミニウム、銅、ステンレス等の金属を使用することができる。他にも、鉄製でローラ径が２０ｍｍのときは肉厚を０．７ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲、鉄製でローラ径が３０ｍｍのときは肉厚を０．３ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲、アルミニウム製でローラ径が３０ｍｍのときは肉厚を０．６ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲で設定することができる。径が大きいほど肉厚を薄くするのは、ローラの軸方向の曲がりを考慮したものである。
【００３９】
図２において、本実施例では、温度検知部材８が定着ベルト２の加熱部材の一つである加熱ローラ３側に設けられている。温度検知部材８は、定着ベルト２の表面温度を所定温度に維持するための部材として用いられ、定着ベルト２は、温度検知部材８による加熱ローラ３の表面温度の検知結果に基づき表面温度が所定温度に制御されるようになっている。
温度検知部材８は、加熱ローラ３の周方向で定着ベルト２が掛け回されていない周面に対向して配置されており、加熱ローラ３の回転方向（矢印Ｃで示す時計回り方向）において、定着ベルト２が加熱ローラ３に掛け回され始める位置の近傍で加熱ローラ３の周面に当接させている。
【００４０】
図２（Ａ）および図３に示すように、温度検知部材８は、温度検知部８Ａ、低摩擦抵抗部材８Ｂ、および片持ち梁状の揺動アーム８Ｃを有している。
温度検知部８Ａは、加熱ローラ３の周面の接線方向にほぼ平行して延びる片持ち梁状の揺動アーム８Ｃの一端に設けられている。図２（Ａ）に示す通り、温度検知部８Ａは、加熱ローラ３の回転中心からの水平線よりも上部に位置している。これにより、定着ベルト２の上下間のスペース内に温度検知部材８を設置することが可能となる。しかも、温度検知部８Ａが加熱ローラ３の回転中心よりも上方に位置する揺動アーム８Ｃの一端に設けられているので、回転中心からの水平方向の加熱ローラ３の周面に対して温度検知部８Ａを当接した場合に比べて加熱ローラ３に対する加圧力を小さくすることができる。特に、加圧力を小さくした場合でも、揺動アーム８Ｃの長さを利用したモーメントにより、温度検知部材８と加熱ローラ３との間の接触圧力は、温度誤差が生じない接触圧力に維持することができる。このような構成によると、温度検知部材８と加熱ローラ３との接触位置での摺擦抵抗を軽減することができる。本実施例では、温度検知部材８の加熱ローラ３に対する加圧力は０．２Ｎに設定されている。これに対して、温度検知部８Ａを加熱ローラ３の回転中心から水平方向の周面に当接させた場合、揺動アーム８Ｃを大きく湾曲させた状態で温度検知部材８を設置しなければならなくなるため、揺動アーム８Ｃに大きなモーメントが生じることになり、加熱ローラ３に対する加圧力が大きくなってしまう。
【００４１】
温度検知部材８は、加熱ローラ３との接触位置において加熱ローラ３との間で低摩擦関係を維持されている。このため、温度検知部材８には、図３，図４に示す通り、加熱ローラ３との接触部に低摩擦抵抗部材８Ｂを介在させている。本実施例では、低摩擦抵抗部材８Ｂとして、熱応答性に影響しない程度の厚さを持つ耐熱性のフッ素樹脂製テープあるいは、温度検知部８Ａの表面に被覆されたテフロン（登録商標である商品名）等のフッ素樹脂製のテープが用いられる。
低摩擦抵抗部材８Ｂとしては、上記材料に代えて、ポリイミド樹脂からなるフィルム材を用いることも可能である。
低摩擦抵抗部材８Ｂを設けることに限らず、温度検知部材８の摺擦抵抗を軽減する構成として、図３の符号Ｌで示す範囲を研磨することも可能である。この場合には、バフ（布）等によるブラシ研磨が用いられ、表面荒さ（Ｒｍａｘ）が１００μｍ以下、好ましくは、３０μｍ以下に設定されて平滑に仕上げられている。
【００４２】
加熱ローラ３と温度検知部材８との間の摩擦関係を低くする構成としては、温度検知部材８側での低摩擦抵抗部材８Ｂを設けることに加えて、加熱ローラ３の周面で温度検知部材８が接触する面に温度検知部材８側の低摩擦抵抗部材８Ｂと同様にテフロン（登録商標である商品名）等のフッ素樹脂やポリイミドを用いた低摩擦係数部材８Ｄを設けることも可能である。
【００４３】
本実施例は以上のような構成であるから、定着ベルト２と温度検知部材８とは直接接触することがない。これにより、温度検知部材８の温度検知部８Ａが摩耗するのを抑えることができる。
温度検知部材８は、加熱ローラ３との間で低摩擦抵抗部材８Ｂなどを用いて低摩擦関係を維持されているので、加熱ローラ３と接触していても摩耗が抑制されて耐久性を高められる。さらに加えて、温度検知部８Ａが当接している加熱ローラ３の周面は、低摩擦係数部材８Ｄが存在することによりあるいは、平滑に仕上げられることにより摺擦抵抗が発生しにくい状態とされているので、温度検知部材８の摩耗が抑えられ、温度検知部８Ａの長寿命化を可能にして温度管理精度を高く維持することができる。
【００４４】
温度検知部材８による加熱ローラ３表面の温度検知は、定着動作時は勿論のこと、画像形成装置の始動時にも行われる。始動時では、定着ベルト２が停止状態に維持されて加熱ローラ３の加熱が行われる。本構成では、定着ベルト２の表面温度を、加熱ローラ３の表面温度を検知することにより検知しているので、定着ベルト２の温度の立ち上がりに即した温度検知が可能となる。
【００４５】
次に本発明の別の実施形態について説明する。
図５は、本発明の実施形態を説明するための別実施例を示す模式図であり、図２（Ａ）の左方から見た図である。同図において、加熱ローラ３には、その軸方向のほぼ中央部に温度検知部８Ａが当接させてある。
温度検知部８Ａが当接している加熱ローラ３の周面は、加熱ローラ３の軸方向で温度検知部８Ａが当接していない周面よりも小径部３Ａとされている。従って、定着ベルト２の裏面と小径部３Ａの外周面との間は凹部を構成している。
【００４６】
本実施例は以上のような構成であるから、小径部３Ａにおいては、定着ベルト２と加熱ローラ３とは接触していないため、摩耗粉は発生しない。従って、摩耗粉による温度検知部材８の摩耗が防止でき、温度検知部８Ａの摩耗劣化を抑制することができる。
【００４７】
本実施例では、図５に示した構成における小径部３Ａに加えて、図６に示すように、加熱ローラ３の軸方向で小径部３Ａの両端、換言すれば、加熱ローラ３の軸方向で温度検知部８Ａが当接していない周面の近傍に溝３Ｂを設けている。この構成によれば、定着ベルト２と加熱ローラ３との接触部において発生した摩耗粉が加熱ローラ３のほぼ中央部である小径部分に入り込んだとしても溝部３Ｂにより摩耗粉が小径部３Ａに至るのを堰き止めることができる。これにより、温度検知部８Ａが当接している箇所に摩耗粉が侵入するのをより効果的に阻止することができるので、温度検知部材８の長寿命化を可能にして温度検知部材８を用いた場合の温度管理精度の維持が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ベルトと温度検知部材との接触を避ける構成とすることにより温度検知部材の摩耗を防止することができ、しかも新たに温度検知部材が接触するローラ周面との間には低摩擦関係を維持しているので、温度検知部材の摩耗を防止して適正な温度管理が可能となる。
仮に摩耗による摩耗粉が発生した場合でも摩耗粉が温度検知部材とローラ周面との接触位置に入り込まないようにできるので、温度検知部材の接触状態が不安定となるのを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による定着装置を適用した画像形成装置の一例を説明するための模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による定着装置の全体構成を説明するための模式図であり、（Ａ）は側面視の図、（Ｂ）は（Ａ）に示した部分の一部拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態による定着装置の要部構成を説明するための斜視図である。
【図４】図３に示した要部構成の変形例を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の別の実施形態による定着装置の要部を説明するための断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による定着装置の要部を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 定着装置
２ 定着ベルト
３ 加熱ローラ
３Ａ 小径部
３Ｂ 溝
４ 定着ローラ
５ 加圧ローラ
８ 温度検知部材
８Ａ 温度検知部
８Ｂ 低摩擦抵抗部材
８Ｃ 揺動アーム
８Ｄ 低摩擦係数部材
Ｌ 温度検知部材が当接する加熱ローラの軸方向の範囲

Claims (6)

1. 記録媒体に担持された未定着画像を定着する装置であって、
   熱源を有する加熱ローラと、
   定着ローラと、
   少なくとも加熱ローラと定着ローラとに張架され、加熱ローラによって加熱される無端状の定着ベルトと、
   定着ベルトを介して定着ローラに対向して配置される加圧ローラと、
   加熱ローラの表面温度を検知する温度検知部材とを備え、温度検知部材による加熱ローラの表面温度の検知結果に基づいて定着ベルトの表面温度が所定温度となるように制御する定着装置において、
   上記加熱ローラは、軸方向における上記温度検知部材の接触位置での外径を他の位置の外径よりも小さくされていることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記加熱ローラの軸方向における上記温度検知部材の接触位置に設けられている小径部両側に溝部が設けられていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   上記温度検知部材は、加熱ローラの周面における接線方向にほぼ平行して延びる片持ち梁状の揺動アームと、揺動アームの一端に設けられて加熱ローラの表面温度を検知する温度検知部とを備え、温度検知部は加熱ローラの周面と圧接する関係を設定されていることを特徴とする定着装置。
4. 請求項３記載の定着装置において、
   上記加熱ローラに対する上記温度検知部材の加圧力が０．２Ｎに設定されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１乃至４のうちの一つに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５記載の画像形成装置において、
   上記定着装置の始動時での温度検知は、定着ベルトが所定時間停止した状態で行われることを特徴とする画像形成装置。

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