JP4337734B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，トナー画像を記録紙に加熱定着させる定着装置およびその定着装置を備えた画像形成装置に関する。さらに詳細には，被検ローラの表面温度を非接触で検知する温度センサを備えた定着装置およびその定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置では，トナー画像を記録紙に定着させる定着装置が備えられている。定着装置としては，定着ローラと加圧ローラとからなるローラ対を備え，そのローラ対のニップ部を記録紙が通過することによりトナー画像の定着を図るローラ方式が広く採用されている。このローラ方式の定着装置では，ローラ対の少なくとも一方の内部に熱源（ハロゲンヒータ等）が設けられており，その熱やローラの圧力によってトナー像を記録紙に定着させている。

このような定着処理では，安定した定着を行うためにローラの温度制御が行われる。そのため，定着装置にはローラの表面温度を測定するための温度センサが幾つか設けられる。温度センサとしては，ローラおよび温度センサの耐久性の点から，非接触で温度検出を行うものが望ましい。非接触の温度センサとしては，例えばサーミスタが適用可能であり，既に非接触のサーミスタを備えた定着装置はいくつか提案されている（例えば，特許文献１）。

また，前述したローラ対は，少なくとも一方のローラが所定の支点を中心に回動可能に設けられており，ローラ同士の圧接および離間が可能になっている。例えば，特許文献１では，加圧ローラが所定の支持軸を中心に回動可能に設けられている。そして，トナー画像の定着時には加圧ローラが定着ローラに圧接し（圧接モード），待機時には圧接が解除される（離間モード）ように動作する。この他，封筒や厚紙等の通紙用に低圧接モードが設定可能なものがある。

また，非接触の温度センサにてローラの温度を高精度に検知するためには，温度センサと被検ローラとの距離を一定に保つことが必要となる。そこで，特許文献１に開示された定着装置では，圧接モードと離間モードとで温度センサと被検ローラとの距離が同一となる位置に温度センサを配置している。これにより，被検ローラが回動しても，温度センサと被検ローラとの距離を一定に保つことができるとしている。
特開平６−２７４０６６号公報

しかしながら，従来の定着装置には，次のような問題があった。すなわち，非接触の温度センサ（非接触サーミスタ等）にてローラの温度を高精度に検知するためには，温度センサと被検ローラとの間隔を一定に保つことに加え，温度センサを被検ローラの直上に配置することが必要となる。

図５は，非接触サーミスタの設置角度と温度検知精度との関係を示している。本明細書でいう「温度検知精度」とは，放射温度計によって測定した温度と，非接触サーミスタからの信号によって算出した温度との差を意味し，その値が小さいほど高精度であるといえる。図５に示すように，被検ローラの直上からの角度，すなわち被検部位を含む鉛直線からのずれが大きくなるほど温度検知精度の値が大きくなることがわかる。つまり，放射温度計によって測定した温度と，非接触サーミスタからの信号によって算出した温度との差が大きいことがわかる。これは，熱が主として鉛直方向に上昇するためであると考えられる。

特許文献１に示した定着装置では，温度センサの位置が固定である。そのため，ローラと温度センサとの距離を一定に保つことは可能であっても，温度センサを，常時，被検ローラの直上に配置することができない。すなわち，ニップ部を構成するローラ対のうち少なくとも一方は，離間モードあるいは低圧接モード等に対応するため，所定の支点を中心に回動する。そのため，温度センサを被検ローラの直上に位置し続けることができない。よって，検知精度のばらつきが生じる。

本発明は，前記した従来の定着装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，非接触の温度センサによる温度検出を高精度に行うことが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた定着装置は，熱源を有する定着部材と，所定の支点を中心に回動自在であるとともに定着部材に対して圧接および離間可能に設けられたローラとを備え，定着部材とローラとの圧接によってニップ部を構成し，そのニップ部に記録紙を通過させることで記録紙上の画像を記録紙に定着させる定着装置であって，ローラの直上に位置し，ローラの表面温度を非接触で取得する温度取得手段と，ローラの回転軸と軸受けを介して係合し，ローラの圧接および離間動作に応じてローラの回転軸を中心として回動し，温度取得手段を保持する保持部材とを備えることを特徴とするものである。また，本発明の画像形成装置は，本発明の定着装置を備えることを特徴とするものである。

すなわち，本発明の定着装置は，定着部材とローラとを備えている。定着部材としては，例えばヒータを内蔵するローラ部材が該当する。なお，定着部材は，ローラ部材に限らず，無端状のベルト部材であってもよい。また，ローラは，定着部材とニップ部を構成するためのものである。定着装置では，そのニップ部に記録紙を通過させることで記録紙上の画像を記録紙に定着させる。記録紙としては，普通紙，厚紙，ＯＨＰシート，封筒等が該当する。

さらに，ローラは，所定の支点を中心に回動自在であり，定着部材に対して圧接および離間可能に設けられている。すなわちローラは，加圧ローラとしての機能を有するものであり，例えば圧接モードでは定着部材に対して圧接し，離間モードでは定着部材から離間するように動作する。

さらに，本発明の定着装置は，温度取得手段によってローラの表面温度を取得することが可能である。この温度取得手段は，ローラの表面温度を非接触で取得するもの（例えば，非接触のサーミスタ）であり，ローラの直上に配置される。より具体的には，ローラのうちの被検対象となる部位（以下，「被検部位」とする）の直上，すなわち鉛直方向の上側に配置される。

また，本発明の定着装置は，保持部材によって温度取得手段を保持している。この保持部材は，ローラと係合しており，ローラの回動に連動して移動する。また，保持部材は，ローラの回転軸を中心として回動可能に設けられている。例えば，保持部材が軸受を介してローラの回転軸と係合し，その回転軸を中心として回動可能に設けられる。これにより，ローラが回動した際にも，保持部材自身が回動することによって温度取得部材をローラの直上に位置し続けることができる。さらに，ローラの回転軸を中心に回動することから，温度取得手段とローラとの間隔は一定である。

さらに，保持部材は，温度取得手段をローラの直上に保持するとともに，付勢部材により鉛直方向の下向きに，あるいは自重によって鉛直方向の下向きに付勢されていることとするとよりよい。すなわち，保持部材が鉛直方向の下向きに付勢されることで，ローラの回動や外部からの衝撃に対しても，温度取得手段の位置を被検部位の直上に安定して保つことができる。付勢部材としては，例えば，定着装置のフレームに付設された板ばねが該当する。また，保持部材の重心がローラの中心よりも鉛直方向の下側に位置する場合には，保持部材の自重によって付勢部材と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば，温度検知に供する温度取得手段と被検対象であるローラとの間隔を一定に保つことができるとともに，温度取得手段をローラの直上に配置し続けることができる。従って，非接触の温度センサによる温度検出を高精度に行うことが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置が提供されている。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお，本実施の形態は，電子写真方式のレーザプリンタに備えられた定着装置に本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置１００は，電子写真方式のレーザプリンタであり，図１に示すように光学系として，レーザ発振器２と，ポリゴンミラー３と，反射ミラー４とが配置され，画像プロセス部に感光体ドラム１と，帯電チャージャ５と，現像器６と，転写チャージャ７と，クリーニングブレード８とが配置されている。また，用紙搬送部として，給紙ローラ９３と，排紙ローラ９４と，給紙センサ９１と，排紙センサ９２と，定着器１０とが配置されている。なお，図１はレーザプリンタ１００の部品構成および動作手順を説明するためのものであり，レーザプリンタ１００内での各機器の配置を特定するものではない。

次に，上記のように構成されたレーザプリンタ１００の動作を簡単に説明する。感光体ドラム１は図１中矢印方向に回転しており，帯電チャージャ５により表面を一様に帯電させられる。また，画像信号に基づいて，レーザ発振器２からレーザ光が変調発光される。このレーザ光は，ポリゴンミラー３により主走査方向に走査され，反射ミラー４により反射されて感光体ドラム１に入射する。これにより，感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器６により現像されてトナー像となる。トナー像は，感光体ドラム１に対向して配置された転写チャージャ７により，給紙ローラ９３によって給紙された記録紙Ｓ上に転写される。その後，トナー像が転写された記録紙Ｓは，定着器１０において加熱され，その熱によりトナー像が溶融して記録紙Ｓ上に定着される。記録紙Ｓとしては，普通紙，厚紙，ＯＨＰシート，封筒等が該当する。画像定着後，記録紙Ｓは，排紙ローラ９４により装置外に排出される。以上の動作により，１枚分のプリントが行われる。

続いて，本形態のレーザプリンタ１００に備えられている定着器１０の構成について，図２ないし図４を基に説明する。なお，図２は圧接モード時の概略構成を，図３は離間モード時の概略構成をそれぞれ示している。また，図４は図２中の矢印Ａ方向からみた側面を示している。定着器１０は，図２ないし図４中の底面が鉛直方向の下側となるようにレーザプリンタ１００内に配置される。

定着器１０は，定着ローラ１１と，加圧ローラ１２と，両ローラを収容するフレーム部１３とを有している。この定着ローラ１１と加圧ローラ１２とが圧接することによりニップ部を構成する。そして，このニップ部にトナー像が転写された記録紙Ｓが搬送され，ニップ部を通過することにより定着が行われる。

また，定着ローラ１１は，定着ローラ１１の軸方向の両端部が高配光の第１ヒータ１１Ａと，中央部が高配光の第２ヒータ１１Ｂとを内蔵している。また，加圧ローラ１２は，加圧ローラ１２全体を均一に加熱するヒータ１２Ａを内蔵している。さらに，加圧ローラ１２は，フレーム部１３に設置された支点１９１を中心に回動可能に設けられている。すなわち，定着器１０では，モードに応じて加圧ローラ１２が図２中の矢印Ｂ方向に回動することよって，定着ローラ１１との圧接（図２：圧接モード）および離間（図３：離間モード）が可能となっている。

具体的に，定着器１０は，図２ないし図４に示したようにカム１８を利用した圧接・離間機構を備えている。すなわち，加圧ローラ１２は，支点１９１を中心に回動可能な加圧レバー１９と係合している。そして，カム１８が加圧レバー１９の押圧部１９２を押圧することによって加圧レバー１９が回動する。そして，加圧レバー１９の回動に連動して加圧ローラ１２が回動し，定着ローラ１１と加圧ローラ１２とが離間する。これにより，定着器１０は離間モードとなる。

さらに，定着器１０は，加圧ローラ１２の表面部分の温度を取得する温度センサ１４と，温度センサ１４を保持する保持部材１５とを有している。温度センサ１４は，被検体である加圧ローラ１２に対して非接触で温度を検知することができるものであり，例えば非接触サーミスタが該当する。また，保持部材１５は，加圧ローラ１２と軸受１２５を介して係合しており，加圧ローラ１２の回転軸を中心に図２中の矢印Ｃ方向に回動可能に設けられている。温度センサ１４と加圧ローラ１２との間隔は，加圧ローラ１２の回転軸を中心に回動可能であることから一定である。また，温度センサ１４は，加圧ローラ１２の被検部位の直上になるように配置されている。

また，定着器１０では，回転自在のコロ１７を有する板ばね１６がフレーム部１３に付設されている。さらに，保持部材１５は，その板ばね１６によって鉛直方向の下向きに付勢されている。このように保持部材１５を常時付勢することにより，温度センサ１４を加圧ローラ１２の付勢の方向上，すなわち加圧ローラ１２の鉛直線上に配置し続けることができる。具体的には，加圧ローラ１２の回動（図２中の矢印Ｂ）の際，その回動の向きと逆向きに保持部材が回動（図２中の矢印Ｃ）することにより，温度センサ１４が加圧ローラ１２の被検部位の直上に位置し続けることになる。

なお，保持部材１５は，必ずしも板ばね１６によって付勢されていなくてもよい。すなわち，板ばね１６が付設されていなくても，保持部材１５の自重を利用することによって温度センサ１４を加圧ローラ１２の直上に常時配置することができる。例えば，保持部材１５の重心が加圧ローラ１２の中心から鉛直方向の下側に位置する構成とすることにより，鉛直方向の下向きに付勢する付勢部材と同様の効果を得ることができる。この場合，板ばね１６を利用する形態と比較して簡素な構成であり，部品点数も少ない。

定着器１０では，温度センサ１４によって得られた検知値の一定時間内の平均値を出力値とし，その出力値を基に加圧ローラ１２の表面温度を算出する。そして，算出した表面温度を利用して加圧ローラ１２の温度制御が行われる。

以上詳細に説明したように本形態の定着器１０は，定着ローラ１１と加圧ローラ１２とでニップ部を構成し，加圧ローラ１２が定着ローラ１１に対して圧接・離間可能に設けられることとしている。さらに，加圧ローラ１２の表面温度を非接触で検知する温度センサ１４と，その温度センサ１４を保持する保持部材１５とを有することとしている。そして，保持部材１５は，加圧ローラ１２の回転軸を中心に回動可能に設けられているとともに，板ばね１６によって鉛直方向の下向きに付勢されている。このような構造とすることにより，温度センサ１４と加圧ローラ１２との間隔を一定に保つとともに，温度センサ１４を加圧ローラ１２の直上に常時配置することができる。

そして，温度センサ１４を加圧ローラ１２の直上に常時配置することにより，図５に示したように高精度の温度検知が可能となる。なお，本形態で直上とは厳密に加圧ローラ１２の被検部位の鉛直方向上に位置することを意味するものではなく，被検部位の鉛直線上からのずれが±５度までの範囲内であれば高精度といえる。従って，非接触の温度センサによる温度検出を高精度に行うことが可能な定着装置およびそれを備えた画像形成装置が実現している。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，本実施の形態の定着器では，加圧ローラとニップ部を構成する定着部材が定着ローラであるが，これに限るものではない。すなわち，定着部材としては，例えばヒータを内蔵する無端状のベルトであってもよい。

また，実施の形態ではレーザプリンタに本発明を適用しているがこれに限るものではない。すなわち，コピー機，スキャナ，ＦＡＸ等であっても定着装置を有するものであれば適用可能である。また，カラー画像形成装置であってもよいし，モノクロ画像専用機であってもよい。

実施の形態にかかるレーザプリンタの概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる定着器の概略構成（圧接モード時）を示す図である。 実施の形態にかかる定着器の概略構成（離間モード時）を示す図である。 図２に示した定着器の矢印Ａ方向から見た概略構成を示す図である。 サーミスタの設置角度と検知精度との関係を示すグラフである。

符号の説明

９ 制御部
１０ 定着器（定着装置）
１１ 定着ローラ（定着部材）
１２ 加圧ローラ（ローラ）
１３ フレーム部
１４ 温度センサ（温度取得手段）
１５ 保持部材（保持部材）
１６ 板ばね（付勢部材）
１８ カム
１９ 加圧レバー
１００ レーザプリンタ（画像形成装置）

Claims (6)

1. 熱源を有する定着部材と，所定の支点を中心に回動自在であるとともに前記定着部材に対して圧接および離間可能に設けられたローラとを備え，前記定着部材と前記ローラとの圧接によってニップ部を構成し，そのニップ部に記録紙を通過させることで記録紙上の画像を記録紙に定着させる定着装置において，
   前記ローラの直上に位置し，前記ローラの表面温度を非接触で取得する温度取得手段と，
   前記ローラの回転軸と軸受けを介して係合し，前記ローラの圧接および離間動作に応じて前記ローラの回転軸を中心として回動し，前記温度取得手段を保持する保持部材とを備えることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載する定着装置において，
   前記保持部材を鉛直方向の下向きに付勢する付勢部材を備えることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載する定着装置において，
   前記保持部材の重心は，前記ローラの中心よりも鉛直方向の下側に位置することを特徴とする定着装置。
4. 熱源を有する定着部材と，所定の支点を中心に回動自在であるとともに前記定着部材に対して圧接および離間可能に設けられたローラとを備え，前記定着部材と前記ローラとによってニップ部を構成し，そのニップ部に記録紙を通過させることで記録紙上の画像を記録紙に定着させる定着装置を備える画像形成装置において，
   前記ローラの直上に位置し，前記ローラの表面温度を非接触で取得する温度取得手段と，
   前記ローラの回転軸と軸受けを介して係合し，前記ローラの圧接および離間動作に応じて前記ローラの回転軸を中心として回動し，前記温度取得手段を保持する保持部材とを備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載する画像形成装置において，
   前記保持部材を鉛直方向の下向きに付勢する付勢部材を備えることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４に記載する画像形成装置において，
   前記保持部材の重心は，前記ローラの中心よりも鉛直方向の下側に位置することを特徴とする画像形成装置。

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