JP4801954B2 - 定着装置および該定着装置を有する画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置および該定着装置を有する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ或いはその複合機などとして構成される画像形成装置において、上記定着装置が採用されている。この種の定着装置において、定着回転体、例えば定着ローラに内蔵されたヒータは通紙最大幅に対応する加熱幅を有している。しかし、そのヒータが１本であると、小サイズの連続通紙に対して全幅を加熱してしまい、両サイドの非通紙域は記録媒体に熱が奪われないため、温度が上昇して通紙域の中央部と明らかな温度差が生じてしまう。かかる状態時に最大幅の画像形成を行うと、定着温度の違いによる定着ムラが発生すると言う問題があった。

特開２００１−２６５１５７号 特開２００３−２８７９７６号

この問題を軽減するものとして２本ヒータを用いて加熱領域を制御することにより、端部温度の上昇を防ぐ方法が知られている。そして、２本ヒータの定着装置は、大きく分けて２つのヒータの組み合わせ方式が用いられている。

第１の方式は、特許文献１に記載されているように、最大通紙幅の加熱に対応する全幅ヒータと、中央部のみを加熱する中央ヒータとの２本のヒータを用いた定着装置である。この定着装置では、両ヒータとも中央ヒータの発光幅が重複するため、温度制御部材の少数化を行えるといったメリットがある一方、両ヒータを同時点灯できないため、定着立ち上げ時には全幅用ヒータのみの点灯となり、電力的に少なくなってしまうデメリットがある。

第２の方式は、特許文献２に記載されているように、中央部のみを加熱する中央ヒータと、その中央ヒータの両サイドのみを加熱する端部ヒータとの２本のヒータを用いた定着装置である。この定着装置では、両ヒータを全点灯させた際、全幅での発光分布をフラットに近づけておけば大容量の電力を投入できるメリットがあり、立ち上げ時間が早くなる。

この第２の方式を採用した場合、中央・端部ヒータの加熱領域に別々の温度制御部材を配置して温度制御することになる。このとき、両温度制御部材として例えばサーモパイル等のような応答性の良い温度検知部材を採用すること好ましいが、サーモパイル等の温度検知部材は現在尚高額であるため、中央・端部ヒータ用として搭載することは困難である。そこで、良好な温度制御及び安全装置のため、応答性が要求される個所、例えば中央ヒータの加熱領域のみにサーモパイル等を使用し、端部ヒータの加熱領域は一般的な温度検知部材を用いることが一般的である。

しかしながら、かかる構成であると定着ローラ等の中央と端部において性能の異なる温度検知部材で制御するため、その中央と端部とで温度が不均一になりやすいという問題があった。

本発明は、上記した従来の事情に鑑み、定着回転体を加熱する加熱手段が中央域を加熱する中央用ヒータと両端部域を加熱する端部用ヒータとを備えた装置において、定着回転体が中央と端部とでより温度が不均一になるという不具合を軽減することができる定着装置および該定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、定着回転体と該定着回転体に圧接する加圧回転体の間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持搬送することにより、未定着トナーを前記記録媒体に定着する定着装置であって、前記定着回転体を加熱する加熱手段が、中央域を加熱する中央用ヒータと、両端部域を加熱する端部用ヒータとを備え、前記中央用ヒータが前記定着回転体の前記中央域の表面温度を検知する第１温度検知部材の検知温度、前記端部用ヒータが端部域の温度を検知する第２温度検知部材の検知温度によって制御される定着装置において、前記第１温度検知部材と前記第２温度検知部材は種類が異なり、前記第１温度検知部材を前記第２温度検知部材よりも温度追従性の早いものを用いるとともに、定着立ち上げ時のみは前記第１温度検知部材でのみで前記中央用及び端部用の両ヒータを同期制御することを特徴とする定着装置を提案する。

さらにまた、本発明の定着装置において、前記定着立ち上げ時の前記第２温度検知部材は、前記端部域の温度を監視していると、効果的である。
さらにまた、本発明の定着装置において、定着立ち上げ後の前記定着回転体の表面温度は中央域が前記第１温度検知部材、端部域が前記第２温度検知部材の検知温度に基づいてそれぞれ制御されると、効果的である。

さらにまた、本発明の定着装置において、前記第１温度検知部材と前記第２温度検知部材が前記定着回転体の表面から離れた非接触タイプのセンサであると、効果的である。

また、本発明の他の目的を達成するため、本発明は、記録媒体上にトナー像を形成する作像手段と、該作像手段によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着する請求項１ないし４の何れかに記載の定着装置とを有することを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明の画像形成装置において、前記定着立ち上げ時に前記端部域の温度を監視している前記第２温度検知部材の検知温度が予め設定した温度より大幅に異なった際、異常表示をすると、効果的である。

本発明の構成によれば、立ち上げ時は中央部の温度検知部材のみで中央域と端部域のヒータを制御するので、中央部・端部に異なる応答性の温度検知部材を搭載してもそれぞれの応答性により中央部と端部の発光分布の違いが生じることが防止できる。よって、定着回転体表面の温度均一性に優れ、信頼性の高い定着装置を安価で提供することが可能である。

本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、画像形成装置の実施形態を示す概略図であり、この画像形成装置は記録媒体にカラートナー像を形成可能な作像手段１と、そのトナー像を記録媒体に定着する定着装置１０とを有している。

図１に示す作像手段１は、４つのドラム状の感光体２とその感光体２に形成されたトナー像が転写されるベルト状の中間転写体３とを備え、各感光体２の周りには、電子写真方式によりトナー像を形成するための、帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各手段（図示せず）が設けられ、中間転写体３上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像が重ね転写される。

図１に示した画像形成装置では、作像手段１の下方に給紙部４が設けられ、画像形成が開始されると、選択された給紙部４の給紙カセットから記録媒体としての転写材Ｐが給紙される。なお、転写材Ｐは手差し給紙部５から給紙することも可能である。また、記録媒体としては、例えばシート状の記録紙、樹脂シートないしは樹脂フィルムなどが用いられる。

上記中間転写体３上に複数の色のトナー像が重ねて形成されると、このトナー像は給紙部４または手差し給紙部５により給送された転写材Ｐが中間転写体３と回転する転写ローラより成る二次転写装置６の間を通るとき、その転写材Ｐに転写される。このとき、二次転写装置６には中間転写体３上の重ね合わせトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写体３上の重ね合わせトナー像より成る画像が記録媒体上に転写される。そして、トナー像が転写された転写材Ｐは定着装置１０へ搬送され、熱と圧力の作用によって担持した画像が転写材Ｐに半永久画像として定着される。

本実施形態の定着装置１０は、図２に示すように、互いに平行な第1のローラである加熱ローラ１１と第２のローラである定着ローラ１２に巻き掛けられた定着回転体としての無端状の定着ベルト１３と、定着ローラ１２に定着ベルト１３を介して圧接される加圧ローラ１４とを有するベルト定着装置である。なお、転写材Ｐは画像担持面側が定着ベルト１３になるように定着装置１０へ搬送される。

定着ベルト１３は、例えば、ＮｉやＳＵＳなどの金属から成る基材、又はＰＩやＰＡＩなどの樹脂フィルムから成る基材上にシリコーンゴムが設けられ、その表面にフッ素樹脂より成る表層を設けた無端ベルトにより構成される。加熱ローラ１１は、例えばＡｌやＳＵＳやＦｅ等で作られた中空状の金属パイプにより構成され、定着ローラ１２はシリコーンゴム等の弾性層を持ち、その表面にフッ素樹脂より成る表層を設けたのローラより成る。また、加圧ローラ１４は中空状の金属パイプにより構成されている。

定着ベルト１３には、その裏面側からテンション部材としてのテンションローラ１５が圧接され、定着ベルト１３はテンションローラ１５によって常に緊張した状態が維持される。また、定着ベルト１３を加熱する加熱ローラ１１内には図２及び図３に示すように、加熱手段として２本の中央用ヒータ１６及び端部用ヒータ１７が設けられている。図示した中央用及び端部用ヒータ１６、１７は、共にハロゲンランプより成り、中央用ヒータ１６は中央域を加熱し、端部用ヒータ１７は中央域の両側の端部域を加熱するように構成され、両ヒータ１６、１７を点灯することにより発光分布がほぼフラットになるように構成されている。なお、中央域と端部域は任意に設定できるが、例えば最大Ａ３サイズの画像を形成可能な機器の場合、中央域をＡ４横サイズの幅とし、端部域をＡ４縦サイズでＡ４横サイズの幅の両側にはみ出た幅としている。

また、定着装置１０には図３に示すように、定着ベルト１３の中央域の温度を検知する第１温度検知部材１８と、定着ベルト１３の端部域の温度を検知する第２温度検知部材１９が設けられ、第１温度検知部材１８が検知する温度を基づいて中央用ヒータ１６の点灯を制御され、第２温度検知部材１９が検知する温度を基づいて端部用ヒータ１７の点灯を制御される。第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９として温度追随性の良いもの、すなわち応答性の良いものを使用すれば、高精度な定着立ち上がり動作や定着温度制御が得られ信頼性の高い定着装置１０を提供できる。しかし、応答性の良い温度検知部材は高価であり、しかも、第１温度検知部材１８と第２温度検知部材１９は応答性等が同じものである必要はないので、その一方にのみ応答性の良いものを使用する。

図４（ａ）は、上記定着装置１０の第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９に応答性が異なるものを用いている画像形成装置において、電源投入により定着ベルト１３が室温から立ち上がり温度まで立ち上げられる温度変化を示すグラフで、図４（ｂ）はその立ち上げ時の定着ベルト１３の表面温度分布を示すグラフである。このとき、中央用ヒータ１６は第１温度検知部材１８が検知する温度を基づいて制御され、端部用ヒータ１７は第２温度検知部材１９が検知する温度を基づいて制御されているものである。また、図５（ａ）、（ｂ）は、図４と同様、第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９に応答性が異なるものを用いている画像形成装置において、電源投入により定着ベルト１３が室温から立ち上がり温度まで立ち上げられる温度変化を示すグラフであるが、中央用ヒータ１６及び端部用ヒータ１７は第１温度検知部材１８が検知する温度を基づいて制御されている場合を示している。

中央用ヒータ１６が第１温度検知部材１８、端部用ヒータ１７が第２温度検知部材１９がそれぞれ検知する温度を基づいて制御されている場合、図４から明らかなように、中央用ヒータ１６と端部用ヒータ１７による定着ベルト１３の昇温状態に差が発生し、それに伴ってベルト表面温度が均一になっていないことが判る。さらに、第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９に応答性が異なるものを用いて制御すると、図４（ａ）に示すように、オーバーシュート量においても中央と端部とで差が発生し、端部のオーバーシュート量が多くなってしまう。そして、定着ベルト１３の中央と端部に温度差が生じているときに、カラー機等画像面積が大きいコピーまたはプリントをすると、顕著な光沢ムラとして現れる。また、大きな量のオーバーシュートはローラやベルトの寿命を縮める。

それに対し、本発明の実施形態では、第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９に応答性が異なるものを用いている定着装置において、立ち上げ時は第１温度検知部材１８のみの検知温度で中央用ヒータ１６と端部用ヒータ１７の両ヒータを制御しているので、図５（ａ），（ｂ）に示すように、中央用ヒータ１６と端部用ヒータ１７による定着ベルト１３の昇温状態に差が発生せず、ベルト表面温度が均一になっていることが判る。さらに、応答性の良い第１温度検知部材１８によって制御するので、立ち上がり時間も早くオーバーシュート量も少なくなっていることが判る。そして、定着装置１０が立ち上がれば、中央用ヒータ１６は第１温度検知部材１８が検知する温度を基づいてオン・オフ制御され、端部用ヒータ１７は第２温度検知部材１９が検知する温度を基づいてオン・オフ制御されることにより、定着ベルト１３が所定の温度に制御される。

このように、第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９に応答性が異なるものを用いている定着装置１０において、立ち上げ時は第１温度検知部材１８のみの検知温度で中央用ヒータ１６と端部用ヒータ１７の両ヒータを制御しているので、ベルト表面温度が均一になり、オーバーシュート量も小さく同量になる。

ところで、第１温度検知部材１８及び第２温度検知部材１９の応答性等が異なる場合、中央域用の第１温度検知部材１８に応答性の良い温度検知部材を使用することも端部域用の第２温度検知部材１９に応答性の良い温度検知部材を使用することも可能である。しかし、図６に示すように、中央域用の第１温度検知部材１８に応答性の良い温度検知部材を使用した場合と、端部域用の第２温度検知部材１９に応答性の良い温度検知部材を使用した場合とでは、立ち上がり時間やオーバーシュート量において差があった。よって、中央域用の第１温度検知部材１８に応答性の良い温度検知部材を使用する方が、信頼性の高い定着装置１０を提供することが可能となる。そして、第１温度検知部材１８として応答性の良い非接触の温度検知部材、例えばサーモパイルを用いた場合には第２温度検知部材１９も非接触の温度検知手段を用いることが定着ベルト１３の傷めず好ましいと言える。

ところで、立ち上げ時において、中央用ヒータ１５と端部用ヒータ１６の制御は第１温度検知部材１７の検知温度で行われるため、第２温度検知部材１８の検知温度は温度制御に使われない。そこで、立ち上げ時において、第２温度検知部材１８は図７のフローチャートに示す異常検知の制御に用いている。

図７において、立ち上げ時において第１温度検知部材１７の検知温度をＴＡ、第２温度検知部材１８の検知温度ＴＢとすると、ステップ１においてＴＡ＞ＴＢ−３０℃かが判断され、ウォームアップ終了までＴＡ＞ＴＢ−３０℃であれば正常で問題ないが、ＴＡ＜ＴＢ−３０℃であると異常が発生したとしてＳＣ（サービスマンコール）を表示して立ち上げを中止する。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず各種改変できるものである。
例えば、定着回転体は加熱ローラと定着ローラに巻き掛けられた定着ベルトで構成したが、定着装置を定着ローラと加圧ローラを備えたローラ定着装置とし、定着回転体が、ヒータを内蔵した定着ローラで構成することもできる。また、定着回転体が定着ベルトのベルト定着装置においても、加圧ローラにベルトを介して圧接する定着ローラにヒータを内蔵させたものにも適用できる。

本発明に係る画像形成装置を示す概略図である。 本発明の定着装置の一実施形態を示す説明図である。 温度検知部材とヒータの配置関係を示す説明図である。 （ａ）は第１温度検知部材及び第２温度検知部材に応答性が異なるものを用いて、中央用ヒータは第１温度検知部材が検知する温度を基づいて制御され、端部用ヒータは第２温度検知部材が検知する温度を基づいて制御されている場合の立ち上がり時の温度変化を示すグラフで、（ｂ）はその立ち上げ時の定着ベルトの表面温度分布を示すグラフである。 （ａ）は第１温度検知部材及び第２温度検知部材に応答性が異なるものを用いて、中央用ヒータ及び端部用ヒータとも第１温度検知部材が検知する温度を基づいて制御されている場合の立ち上がり時の温度変化を示すグラフで、（ｂ）はその立ち上げ時の定着ベルトの表面温度分布を示すグラフである。 第１温度検知部材と第２温度検知部材に応答性が異なるものを用いた場合のら立ち上がる温度変化を示すグラフである。 第２温度検知部材による異常検知のフローチャートである。

符号の説明

１ 作像手段
１０ 定着装置
１１ 加熱ローラ
１２ 定着ローラ
１３ 定着ベルト
１６ 中央用ヒータ
１７ 端部用ヒータ
１８ 第１温度検知部材
１９ 第２温度検知部材
Ｐ 記録媒体

Claims (6)

1. 定着回転体と該定着回転体に圧接する加圧回転体の間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持搬送することにより、未定着トナーを前記記録媒体に定着する定着装置であって、
   前記定着回転体を加熱する加熱手段が、中央域を加熱する中央用ヒータと、両端部域を加熱する端部用ヒータとを備え、前記中央用ヒータが前記定着回転体の前記中央域の表面温度を検知する第１温度検知部材の検知温度、前記端部用ヒータが端部域の温度を検知する第２温度検知部材の検知温度によって制御される定着装置において、
   前記第１温度検知部材と前記第２温度検知部材は種類が異なり、前記第１温度検知部材を前記第２温度検知部材よりも温度追従性の早いものを用いるとともに、
   定着立ち上げ時のみは前記第１温度検知部材でのみで前記中央用及び端部用の両ヒータを同期制御することを特徴とする定着装置。
2. 前記定着立ち上げ時の前記第２温度検知部材は、前記端部域の温度を監視していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 定着立ち上げ後の前記定着回転体の表面温度は中央域が前記第１温度検知部材、端部域が前記第２温度検知部材の検知温度に基づいてそれぞれ制御されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記第１温度検知部材と前記第２温度検知部材が前記定着回転体の表面から離れた非接触タイプのセンサであることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の定着装置。
5. 記録媒体上にトナー像を形成する作像手段と、該作像手段によって記録媒体上に形成されたトナー像を定着する請求項１ないし４の何れかに記載の定着装置とを有することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置において、前記定着立ち上げ時に前記端部域の温度を監視している前記第２温度検知部材の検知温度が予め設定した温度より大幅に異なった際、異常表示をすることを特徴とする画像形成装置。

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