JP6874247B2 - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体にトナー画像を定着させる定着装置、および定着装置を備えた画像形成装置に関する。

近年、プリンタ・複写機・ファクシミリなどの画像形成装置に対し、高速化、耐久性等についての市場要求が強くなってきている。

画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより、画像転写方式もしくは直接方式により未定着トナー画像が記録材シート・印刷紙・感光紙・静電記録紙などの記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、熱ローラ方式、フィルム加熱方式、電磁誘導加熱方式等の接触加熱方式の定着装置が広く採用されている。

画像形成装置の高速化に伴い、低熱容量の無端ベルトを金属製熱伝導体を介さずに直接加熱する構成の定着装置が知られている。このような構成の定着装置においては、加熱時の昇温速度がより速いため、何らかの制御異常に起因して急激に昇温して所定温度（許容最大温度等）を超えてしまうことがある。そこで、このような急激な昇温に対しても、確実に作動して加熱を停止する安全装置が必要とされている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、定着ベルトの温度が過剰に上昇したときに安全装置を確実に作動させる目的で、定着温度を超えて加熱されたときに、基材、弾性層、離型層からなる定着ベルトのうち、弾性層と基材との間で剥離し、サーモスタットとの隙間を狭くする構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、定着ベルトに接触または極近接させて使用するタイプのサーモスタットが安全装置として用いられており、サーモスタットとの摺動により定着ベルトが損傷を受けたり、トナーがサーモスタットに付着して温度異常の検知性能が低下するといった問題があった。

一方、視野角が大きい非接触型の温度センサを安全装置に用いた場合、検知対象である定着ベルトのみが視野角に含まれるように温度センサを配置することが望ましい。周辺の対象物が視野角に含まれると、定着ベルトの温度を正しく検知できず、加熱源を停止するタイミングが遅れてしまうからである。このため、視野角が大きい温度センサの場合、温度異常の検知性能を低下させないために定着ベルトに近接して配置する必要があり、上記接触型のサーモスタットと同様の問題が生じる懸念があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、視野角が大きい非接触型の温度センサを安全装置に用いた構成で、温度センサとの摺動により定着ベルトを損傷することなく、定着ベルトの温度異常を確実に検知できる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る定着装置は、上記目的達成のため、厚み方向に積み重なった複数の層で形成された回転可能な無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトに対向して配置され、前記定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体と、前記定着ベルトの内側に配置され、前記定着ベルトを加熱する加熱源と、前記定着ベルトの温度を検知し、検知した温度が所定の温度以上のときに、前記加熱源の加熱を停止する安全装置と、を備え、前記ニップ部にて記録媒体に担持された未定着画像を定着させる定着装置において、前記安全装置は、前記定着ベルトの外周面に対し径方向の外方に所定の間隔だけ離して配置され前記定着ベルトの温度を検知する非接触温度センサを備え、前記非接触温度センサは、前記定着ベルトの昇温により前記定着ベルトの前記外周面を構成する層が径方向の外方に膨らむことによって視野角に対する前記外周面の割合が増え、視野角の全面が前記定着ベルトの前記外周面で覆われる位置に配置された構成となっている。

本発明によれば、視野角が大きい非接触型の温度センサを安全装置に用いた構成で、温度センサとの摺動により定着ベルトを損傷することなく、定着ベルトの温度異常を確実に検知できる定着装置および画像形成装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る定着装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る非接触温度センサの配置を説明する説明図である。 本発明の実施の形態に係る非接触温度センサの配置を説明する説明図である。 本発明の実施の形態に係る非接触温度センサの配置を説明する説明図である。 本発明の実施の形態に係る非接触温度センサと層構造の定着ベルトとの配置関係を示す説明図である。 図６の構成において定着ベルトが層剥離して熱膨張した状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る安全装置の構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る定着装置および画像形成装置について、図面を参照して説明する。

（画像形成装置）
図１に示すように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、タンデム型カラープリンタにより構成されている。画像形成装置１は、本体内部の上方にボトル収容部１０１を有しており、このボトル収容部１０１には、４つのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋが着脱自在に設置されており、これらのトナーボトル１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋには、対応する各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナーがそれぞれ収容されている。

ボトル収容部１０１の下方には、中間転写ユニット８５が配設されている。中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８、４つの１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋ、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３、テンションローラ８４および中間転写クリーニング部８０を有している。また、中間転写ユニット８５は、中間転写ベルト７８に対向し各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋを有している。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋには、それぞれ、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配設されている。また、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの周囲には、それぞれ、帯電部７５Ｙ、７５Ｍ、７５Ｃ、７５Ｋ、現像部７６Ｙ、７６Ｍ、７６Ｃ、７６Ｋ、クリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋおよび除電部が配設されている。

感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、円筒状に形成され、駆動源により回転駆動される。感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面部には感光層が設けられており、露光装置から出射された破線で示す光ビームが感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面にスポット照射されることにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面には原稿読取部が読み取った画像情報あるいは端末からネットワークを介して取得した画像情報に応じた静電潜像が書き込まれる。

帯電部７５Ｙ、７５Ｍ、７５Ｃ、７５Ｋは、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面を一様に帯電するようになっており、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに対して接触により帯電する接触方式のものが採用されている。

現像部７６Ｙ、７６Ｍ、７６Ｃ、７６Ｋは、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにトナーの供給を行い、供給されたトナーが感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面に書き込まれた静電潜像に付着することにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の静電潜像がトナー像として顕像化させるものであり、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに対し接触せずにトナーを付着させる非接触方式のものが採用されている。

クリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋは、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面に付着している残留トナーを除去するようになっており、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの外周面にブラシを接触させるブラシ接触方式のものが採用されている。

中間転写ベルト７８は、２次転写バックアップローラ８２、クリーニングバックアップローラ８３およびテンションローラ８４によって張架・支持されるとともに、２次転写バックアップローラ８２の回転駆動によって図１に示す矢印方向に無端移動される。

中間転写ベルト７８は、樹脂フィルム、または、ゴムを基体として形成された無端状ベルトにより構成されており、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に形成されたトナー像が転写されるようになっている。また、この中間転写ベルト７８に転写されたトナー像が、記録媒体Ｐに未定着画像として転写される。

各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、帯電工程、露光工程、現像工程、１次転写工程、クリーニング工程を含む作像プロセスが実行されるようになっており、各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に各色の画像が形成されるようになっている。

１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト７８を感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。また、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋには、電源が接続されており、トナーの極性とは逆の極性となる転写バイアスが印加されるようになっている。

２次転写バックアップローラ８２は、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。また、１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋと同様に、２次転写バックアップローラ８２にも電源が接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）および／または交流電圧（ＡＣ）が２次転写バックアップローラ８２に印加されるようになっている。

各作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋの下方には、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面を露光する露光部３が配設されている。露光部３は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を有し、画像データに基づいて各感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面へレーザー光を照射するようになっている。

プリンタ本体の下部には、記録媒体Ｐを収容した給紙トレイ１２や、給紙トレイ１２から記録媒体Ｐを搬出する給紙ローラ９７等が設けてある。ここで、記録媒体Ｐには、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙（コート紙やアート紙等）、トレーシングペーパ、ＯＨＰシート等が含まれる。また、手差し給紙機構が設けてあってもよい。

次に作像プロセスについて説明する。

まず、帯電工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、駆動モータによって図１における時計回りに回転駆動される。そして、帯電部７５Ｙ、７５Ｍ、７５Ｃ、７５Ｋの位置で、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が一様に帯電される。

そして、露光工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が、露光部３から発せられたレーザ光Ｌｙ、Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｋの照射位置に達し、この位置での露光走査によって各色に対応した静電潜像が形成される。

次に、現像工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が、現像部７６Ｙ、７６Ｍ、７６Ｃ、７６Ｋとの対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、各色のトナー像が形成される。

次に、１次転写工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面が、中間転写ベルト７８および第１転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト７８上に転写される。このとき、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上には、未転写トナーが僅かに残存する。

次に、クリーニング工程において、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、クリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋとの対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上に残存した未転写トナーがクリーニング部７７Ｙ、７７Ｍ、７７Ｃ、７７Ｋのクリーニングブレードによって機械的に回収される。

そして、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの表面は、除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の残留電位が除去される。これにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにおける作像プロセスが終了する。

上記の現像工程を経て各感光体ドラム上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト７８上に重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト７８上にカラー画像が形成される。

次に、転写プロセスについて説明する。

中間転写ベルト７８は、図１の矢印方向に走行することにより、各１次転写バイアスローラ７９Ｙ、７９Ｍ、７９Ｃ、７９Ｋの１次転写ニップを順次通過する。これにより、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト７８上に重ねて１次転写される。

そして、中間転写ベルト７８は、各色のトナー像が重ねて転写された状態で２次転写ローラ８９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ８２が、２次転写ローラ８９との間に中間転写ベルト７８を挟み込んで２次転写ニップを形成している。そして、中間転写ベルト７８上に形成された４色のトナー像は、この２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト７８には、記録媒体Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。

その後、中間転写ベルト７８は、中間転写クリーニング部８０の位置に達する。そして、この位置で、中間転写ベルト７８上の未転写トナーが回収される。これにより、中間転写ベルト７８における転写プロセスが終了する。

次に、画像形成プロセスについて説明する。

記録媒体Ｐは、画像形成装置１の下方に配設された給紙トレイ１２から、給紙ローラ９７やレジストローラ対９８ａ、９８ｂ等を経由して２次転写ニップの位置に搬送される。給紙トレイ１２には、転写紙等の記録媒体Ｐが複数枚重ねて収納されている。そして、給紙ローラ９７が図１中の反時計方向に回転駆動されると、一番上の記録媒体Ｐがレジストローラ対９８ａ、９８ｂのローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対９８ａ、９８ｂに搬送された記録媒体Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対９８ａ、９８ｂのローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト７８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対９８ａ、９８ｂが回転駆動されて、記録媒体Ｐが２次転写ニップに向けて搬送される。こうして、記録媒体Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップの位置でカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ベルト２１および加圧ローラ２２による熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。

その後、記録媒体Ｐは、排紙ローラ対９９ａ、９９ｂのローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対９９ａ、９９ｂによって装置外に排出された記録媒体Ｐは、出力画像として、スタック部１００上に順次スタックされる。これにより、画像形成プロセスが完了する。

以上の説明は、記録媒体Ｐ上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つの作像部４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つまたは３つの作像部を使用して、２色または３色の画像を形成したりすることも可能である。

図８に示すように、画像形成装置１は、本体制御部５１および操作入力部を備えている。本体制御部５１は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５３、ＲＡＭ５４、Ｉ／Ｏインターフェース等を含むマイクロコンピュータにより構成されており、予めＲＯＭ５３に記憶されたプログラムを、ＣＰＵ５２によって実行するようになっている。

また、本体制御部５１は、操作入力部および画像形成装置１に設けられた各種センサ類やモータ等と接続されている。本体制御部５１は、各種センサから入力される検出信号に基づいて、上述した感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋを駆動する駆動モータや、加圧ローラ２２を回転駆動するための駆動機構などの各モータ類を制御するとともに、ヒータ制御装置４２を介してハロゲンヒータ２３に対する通電制御を実行するようになっている。

操作入力部は、画像形成装置１の本体に設けられ、テンキーやプリントスタートキーなどの各種キーおよび各種表示器を有しており、各種キーを介して入力された入力信号を本体制御部５１に出力するようになっている。

なお、画像形成装置１がＦＡＸトレイを有するようにし、本体制御部５１は、電話回線を介してＦＡＸ信号により画像を表すデータを受信した場合には、定着装置２０により画像が定着された記録媒体をＦＡＸトレイに搬送するようにしてもよい。

（定着装置）
次に、図２に基づき、上記定着装置２０の構成について説明する。
図２に示すように、定着装置２０は、回転可能な定着回転体としての定着ベルト２１と、定着ベルト２１に対向して回転可能に設けられた対向回転体としての加圧ローラ２２と、定着ベルト２１を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ２３（図２ではハロゲンヒータが１本の例を示す）と、定着ベルト２１の内側に配設されたニップ形成部材２４と、ニップ形成部材２４を支持する支持部材としてのステー２５と、ハロゲンヒータ２３から放射される光を定着ベルト２１へ反射する反射部材２６と、定着ベルト２１の温度を検知する温度検知手段としての非接触温度センサ２７と、定着ベルト２１から記録媒体Ｐを分離する分離部材２８と、加圧ローラ２２を定着ベルト２１へ加圧する加圧手段等を備えている。

定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状のベルト部材（フィルムも含む）で構成されている。詳しくは、図６で示すように、定着ベルト２１は、ニッケルもしくはＳＵＳ等の金属材料またはポリイミド（ＰＩ）などの樹脂材料で形成された内周側の基材層２１ａと、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などで形成された外周側の離型層２１ｃによって構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、またはフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層２１ｂを介在させている。

加圧ローラ２２は、芯金２２ａと、芯金２２ａの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、またはフッ素ゴム等から成る弾性層２２ｂと、弾性層２２の表面に設けられたＰＦＡまたはＰＴＦＥ等から成る離型層２２ｃによって構成されている。加圧ローラ２２は、加圧手段によって定着ベルト２１側へ加圧され定着ベルト２１を介してニップ形成部材２４に当接している。この加圧ローラ２２と定着ベルト２１とが圧接する箇所では、加圧ローラ２２の弾性層２２ｂが押しつぶされることで、所定の幅のニップ部Ｎが形成されている。また、加圧ローラ２２は、プリンタ本体に設けられたモータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ２２が回転駆動すると、その駆動力がニップ部Ｎで定着ベルト２１に伝達され、定着ベルト２１が従動回転するようになっている。

本実施形態では、加圧ローラ２２を中空のローラとしているが、中実のローラであってもよい。中空の場合、加圧ローラ２２の内部にハロゲンヒータ等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層２２ｂが無い場合は、熱容量が小さくなり定着性が向上するが、未定着トナーを押しつぶ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光沢ムラが生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ１００μｍ以上の弾性層２２ｂを設けることが望ましい。厚さ１００μｍ以上の弾性層２２ｂを設けることで、弾性層２２ｂの弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。弾性層２２ｂはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ２２の内部に加熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト２１の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。また、定着回転体と対向回転体は、互いに圧接する場合に限らず、加圧を行わず単に接触させるだけの構成とすることも可能である。

各ハロゲンヒータ２３は、それぞれの両端部が定着装置２０の側板に固定されている。各ハロゲンヒータ２３は、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、非接触温度センサ２７による定着ベルト２１の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなハロゲンヒータ２３の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。また、定着ベルト２１を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、ＩＨ（Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔｉｎｇ）、抵抗発熱体、またはカーボンヒータ等を用いてもよい。

ニップ形成部材２４は、定着ベルト２１の軸方向または加圧ローラ２２の軸方向に渡って長手状に配設され、ステー２５によって固定支持されている。これにより、加圧ローラ２２による圧力でニップ形成部材２４に撓みが生じるのを防止し、加圧ローラ２２の軸方向に渡って均一なニップ幅が得られるようにしている。なお、ステー２５は、ニップ形成部材２４の撓み防止機能を満足するために、ステンレスや鉄等の機械的強度が高い金属材料で形成することが望ましいが、ステー２５を樹脂製とすることも可能である。

また、ニップ形成部材２４は、耐熱温度２００℃以上の耐熱性部材で構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材２４の変形を防止し、安定したニップ部Ｎの状態を確保して、出力画質の安定化を図っている。ニップ形成部材２４には、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの一般的な耐熱性樹脂を用いることが可能である。

また、ニップ形成部材２４は、その表面を覆う低摩擦性の膜部材（摺動シート）２９を有している。定着ベルト２１が回転する際、この低摩擦性の膜部材２９に対し定着ベルト２１が摺動することで、定着ベルト２１に生じる駆動トルクが低減され、定着ベルト２１への摩擦力による負荷が軽減される。

膜部材２９は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維を編み込んだ網目状のシートにより形成されており、定着ベルト２１との摩擦抵抗を低減するようになっている。なお、上記以外にも例えばフッ素コーティングされた布状のガラス繊維により膜部材２９を形成することも可能である。

反射部材２６は、ステー２５と定着ベルト２１内周に設置されるハロゲンヒータ２３との間に配設されている。本実施形態では、反射部材２６をステー２５に固定している。また、反射部材２６は、ハロゲンヒータ２３によって直接加熱されるため、高融点の金属材料等で形成されることが望ましい。このように反射部材２６を配設していることにより、ハロゲンヒータ２３からステー２５側に放射された光が定着ベルト２１へ反射される。これにより、定着ベルト２１に照射される光量を多くすることができ、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。また、ハロゲンヒータ２３からの輻射熱がステー２５等に伝達されるのを抑制することができるので、省エネルギー化も図れる。

また、本実施形態のような反射部材２６を設けずに、ステー２５のハロゲンヒータ２３側の面を研磨または塗装などの鏡面処理をし、反射面を形成してもよい。また、上記反射部材２６またはステー２５の反射面の反射率は、９０％以上であることが望ましい。

ただ、ステー２５はその強度を確保するために形状や材質が自由に選択できないため、本実施形態のように反射部材２６を別途設けた方が、形状や材質の選択の自由度が広がり、反射部材２６とステー２５はそれぞれの機能に特化することができる。また、反射部材２６をハロゲンヒータ２３とステー２５との間に設けることにより、ハロゲンヒータ２３に対する反射部材２６の位置が近くなるので、定着ベルト２１を効率良く加熱することが可能となる。

また、光の反射による定着ベルト２１の加熱効率をさらに向上させるには、反射部材２６またはステー２５の反射面の向きを検討する必要がある。例えば、反射面２６ａをハロゲンヒータ２３を中心とする同心円状に配設した場合は、光がハロゲンヒータ２３に向かって反射されるため、その分、加熱効率が低下してしまう。これに対し、反射面２６ａの一部または全部を、ハロゲンヒータ２３以外の方向で定着ベルト側へ光を反射する向きに配設した場合は、ハロゲンヒータ２３の方向へ反射される光量が少なくなるため、反射光による加熱効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る定着装置２０は、さらなる省エネ性およびファーストプリントタイムなどの向上のために、種々の構成上の工夫が施されている。

具体的には、ハロゲンヒータ２３によって定着ベルト２１をニップ部Ｎ以外の箇所において直接加熱できるようにしている（直接加熱方式）。本実施形態では、ハロゲンヒータ２３と定着ベルト２１の図２の左側の部分の間に何も介在させないようにし、その部分においてハロゲンヒータ２３からの輻射熱を定着ベルト２１に直接与えるようにしている。

また、定着ベルト２１の低熱容量化を図るために、定着ベルト２１を薄くかつ小径化している。具体的には、定着ベルト２１を構成する基材層２１ａ、弾性層２１ｂ、離型層２１ｃのそれぞれの厚さを、２０〜５０μｍ、１００〜３００μｍ、１０〜５０μｍの範囲に設定し、全体としての厚さを１ｍｍ以下に設定している。また、定着ベルト２１の直径は、２０〜４０ｍｍに設定している。さらに低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト２１全体の厚さを０．２ｍｍ以下にするのがよく、さらに望ましくは、０．１６ｍｍ以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト２１の直径は、３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

なお、本実施形態では、加圧ローラ２２の直径を２０〜４０ｍｍに設定しており、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ２２の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではない。例えば、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ２２の直径よりも小さくなるように形成してもよい。その場合、ニップ部Ｎにおける定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ２２の曲率よりも小さくなるため、ニップ部Ｎから排出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離されやすくなる。

（安全装置）
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置２０に備わる安全装置４０について説明する。

まず、安全装置４０の構成について説明する。
図８に示すように、本実施形態に係る安全装置４０は、本体制御部５１と、非接触温度センサ２７と、から構成されている。安全装置４０は、非接触温度センサ２７により定着ベルト２１の外周面の温度を検知し、検知した温度が所定の温度以上のときに、ヒータ制御装置４２を介してハロゲンヒータ２３による加熱を停止するように構成されている。ここで、所定の温度とは、定着ベルト２１の許容最大温度であるが、余裕を見て許容最大温度より低い温度に設定してもよい。

非接触温度センサ２７は、非接触で定着ベルト２１の外周面の温度を検知する。非接触温度センサ２７は、公知の赤外線温度センサ（サーモパイルまたはサーモパイルアレイ）により構成されている。赤外線温度センサは、定着ベルト２１の外周面から放射される赤外線を、定着ベルト２１から離れた位置で受光して、受光した放射束から外周面の温度を検知する。例えば、非接触型の赤外線センサの１つであるサーモパイルは、非接触で対象物体から放射される赤外線を受けると、そのエネルギー量に応じた熱起電力を発生する赤外線センサで、この熱起電力を測定することで温度を検知する。サーモパイルの代わりに、例えばフォトダイオードなどで赤外線を検出するようにしてもよい。非接触温度センサ２７は、定着ベルト２１の温度を検出してその温度情報を本体制御部５１に与える。

本体制御部５１は、画像形成に係る各部の動作を制御する制御プログラムを実行するのに加えて、ＲＯＭ５３に記憶された温度制御プログラムを実行するようになっている。具体的には、本体制御部５１は、非接触温度センサ２７により検知された定着ベルト２１の温度情報を受け取り、その検知温度が所定の温度以上か否かを判断し、該所定の温度以上であるときには、ヒータ制御装置４２に制御信号を送り、ハロゲンヒータ２３による加熱を停止させる。

次に、非接触温度センサ２７の配置について説明する。
非接触温度センサ２７は、定着ベルト２１の外周面に対し径方向の外方に所定の間隔だけ離して配置されている。また、非接触温度センサ２７は、図２に示すように、定着ベルト２１の最も高温になる領域の温度を検知するために、ハロゲンヒータ２３に最も近い定着ベルト２１の外周面の領域に対向するように配置されている。非接触温度センサ２７の受光面は、定着ベルト２１の外周面に対向するように配置され、赤外線の受光量が最大になるようにしている。また、非接触温度センサ２７は、定着ベルト２１の軸方向の中央部に対向するように配置されている。ただし、後で説明する視野角θに定着ベルト２１の外周面が収まりきる場合には、非接触温度センサ２７を定着ベルト２１の軸方向端部に対向するように配置してもよい。本実施形態では、１個の非接触温度センサ２７を用いているが、複数個でもよいことは勿論である。

非接触温度センサ２７には、検知対象から赤外線を受光し得る角度範囲である視野角θが存在する（図３参照）。視野角θに検知対象以外の物体が入ると、その物体が発する赤外線も受光してしまうので、温度検知の精度が低下する。したがって、検知対象である定着ベルト２１のみが視野角θに含まれるように、非接触温度センサ２７を配置することが、温度検知を精度良く行う上で望ましい。このため、視野角θが広い（例えばθ＝９０°）非接触温度センサ２７は、視野角θが狭い（例えばθ＝５°）センサに比べ、定着ベルト２１により近く配置する必要がある。しかし、非接触温度センサ２７の配置が、定着ベルト２１に近すぎると、定着ベルト２１との接触により定着ベルト２１に損傷を与えたり、非接触温度センサ２７にトナー等が付着して温度検知性能が低下するといった不具合が発生する可能性が高まる。

図３は、定着ベルト２１の一部横断面における外周面２１ｄと非接触温度センサ２７との位置関係を模式的に示す説明図である。図３は、視野角θの非接触温度センサ２７が、定着ベルト２１の外周面２１ｄから距離Ｌ０だけ離れて位置Ａ０に配置されている場合を示している。図３は、視野角θに定着ベルト２１の外周面２１ｄがぴったり収まるような、非接触温度センサ２７の配置を示している。したがって、定着ベルト２１の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離が、Ｌ０以下の場合には、視野角θ内に定着ベルト２１の外周面２１ｄのみが収まり、それ以外の物体からの赤外線を受光しないので、温度検知の精度はよい。しかし、非接触温度センサ２７が定着ベルト２１に近くなるので、上記不具合が発生する可能性が高まる。一方、定着ベルト２１の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離が、Ｌ０以上の場合には、視野角θ内に定着ベルト２１の外周面２１ｄ以外の物体も含まれるようになり、温度検知の精度は低下するが、非接触温度センサ２７が定着ベルト２１に近いことによる上記不具合は発生しない。

本実施形態に係る非接触温度センサ２７は、図４に示すように、定着ベルト２１の昇温により定着ベルト２１の外周面を構成する層が径方向の外方に膨らむことによって視野角θに対する外周面の割合が増えるような位置（例えば、位置Ａ１）に配置されている。

図４は、定着ベルト２１の膨張した外周面２１ｅ（破線で示す）と非接触温度センサ２７との位置関係を模式的に示す説明図である。視野角θの非接触温度センサ２７は、膨張する前の定着ベルト２１の外周面２１ｄから距離Ｌ１だけ離れて位置Ａ１に配置されている。図中、破線は、所定温度（例えば許容最大温度）に上昇し膨張した定着ベルト２１の外周面２１ｅを示す。図４は、定着ベルト２１の膨張した外周面２１ｅが、視野角θにぴったり収まるような、非接触温度センサ２７の配置を示している。したがって、非接触温度センサ２７が位置Ａ１に配置されている場合には、定着ベルト２１の温度が許容最大温度に上昇するまで、視野角θに対する外周面の割合が増えることになる。これにより、定着ベルト２１が許容最大温度に達したことが、確実かつ迅速に検知できる。

定着ベルト２１の膨張前の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離が、図３に示すＬ０より大であれば、定着ベルト２１の熱膨張によって視野角θにおける外周面の割合は増える。しかし、図５に示すように、定着ベルト２１の膨張前の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離Ｌ２が、図４に示すＬ１より大きい場合には、許容最大温度に上昇し膨張した定着ベルト２１の外周面２１ｅ以外の物体からの赤外線も受光してしまい、温度検知の精度が低下する。したがって、定着ベルト２１の膨張前の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離Ｌは、Ｌ０より大きくかつＬ１以下の範囲（Ｌ０＜Ｌ≦Ｌ１）の値に設定するのが好ましい。定着ベルト２１が許容最大温度のときに非接触温度センサ２７の検出精度が最大になるように、定着ベルト２１の外周面２１ｄから非接触温度センサ２７までの距離ＬをＬ１（図４参照）に設定するのがより好ましい。

このようにすることで、非接触温度センサ２７の視野角θが広くても、定着ベルト２１に近すぎることなく、適度な距離をあけて非接触温度センサ２７を配置することができ、かつ定着ベルト２１の異常な温度上昇を確実に検知することができる。

次に、定着ベルト２１の外周面の膨張について説明する。

図６は、図４の位置Ａ１に非接触温度センサ２７を配置した場合の一部横断面図であり、定着ベルト２１は複数の層から形成され、内側から順に基材層２１ａ、弾性層２１ｂ、離型層２１ｃを有している。定着ベルト２１は、ハロゲンヒータ２３による加熱で温度が上昇すると外周面が径方向外方に膨張するようになっている。図６では、定着ベルト２１が所定温度（例えば、許容最大温度）に達したときの膨張した外周面２１ｅを破線で示している。

具体的には、図７に示すように、定着ベルト２１を構成する複数の層２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうち、厚み方向に隣接する少なくとも一対の層２１ａ、２１ｂが、厚み方向の内側に位置する層２１ａよりも、厚み方向の外側に位置する層２１ｂの方が、熱膨張率が高く、かつ、定着ベルト２１の温度が所定の温度以上になったときに層間剥離することにより、少なくとも定着ベルト２１の外周面を構成する層２１ｃが径方向の外方に膨らむように構成されている。ここで、所定の温度は、定着ベルト２１の許容最大温度としてもよいし、余裕を見て許容最大温度より低い温度としてもよい。また、上記一対の層は、層２１ａおよび２１ｂとしたが、層２１ｂおよび２１ｃとしてもよいことは勿論である。

また、定着ベルト２１を構成する複数の層２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうち、厚み方向に隣接する少なくとも一対の層２１ｂ、２１ｃが、厚み方向の外側に位置する層２１ｃよりも、厚み方向の内側に位置する層２１ｂの方が、熱膨張率が高い構成としてもよい。この場合は、外側の層２１ｃに弾性をもたせることで、内側の層２１ｂに倣って外側の層２１ｃも膨張させることができる。あるいは、外側の層２１ｃに弾性がない場合には、内側の層２１ｂが外周面を突き破って露出することで新たな外周面となり、結果的に外周面が膨張するようにしてもよい。

また、上述のように膨張率が高い物質を定着ベルト２１に用いた場合、通常使用時の温度範囲において層間剥離してしまう恐れがある。この場合、所定温度に達すると層間剥離する一対の層２１ａ、２１ｂの間に、所定の温度以上で接着機能を失う接着物質からなる接着層２１ｆを設けるようにしてもよい。層間剥離が生じる可能性のある層間に耐熱特性をもつ、例えば熱可塑性樹脂等の接着物質から成る接着層２１ｆを設けることで、所定温度（許容最大温度）に達する前に剥離する可能性を低減できる。このように、定着ベルト２１の温度が過剰に上昇したときに耐熱温度を超え、接着層としての機能を失う材料を用いることで、温度異常時にのみ層間剥離する構成とすることができる。ここで、接着機能を失う温度を許容最大温度としたが、余裕を見て許容最大温度より低い温度に設定してもよい。

また、接着物質の代わりに、所定の温度以上で固体から気体に変化する公知の昇華性物質からなる層を設けることでも同様の効果が得られる。昇華する温度についても、定着ベルト２１の許容最大温度としてもよいし、余裕を見て許容最大温度より低い温度に設定してもよい。また、接着物質と昇華性物質とで２層構成とする、若しくは混合して併用する構成としてもよい。

以上のとおり、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、安全装置４０に用いられている非接触温度センサ２７が、定着ベルト２１の昇温により定着ベルト２１の外周面を構成する層２１ｃが径方向の外方に膨らむことによって視野角θに対する該外周面の割合が増えるような位置に配置されている。

これにより、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、安全装置４０に視野角θが広い非接触温度センサ２７を用いた構成でありながら、定着ベルト２１から適度に離して配置できるので、非接触温度センサ２７との摺動により定着ベルト２１を損傷することなく、しかも、視野角θにおける外周面の割合が増えることで、定着ベルト２１の温度異常を確実に検知することができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、定着ベルト２１の内側の層２１ａよりも、外側の層２１ｂの方が熱膨張率を高くしてなり、所定温度以上で層間剥離させることで定着ベルト２１の外周面を膨張するようにしている。

これにより、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、層間剥離することで膨張を加速し、非接触温度センサ２７での検知を早めることができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、定着ベルト２１の外側の層２１ｃよりも、内側の層２１ｂの方が熱膨張率を高くなるようにしてもよい。

これにより、定着ベルト２１の外周面を構成する層２１ｃが膨張率の低い材質よりなる場合であっても、弾性を持たせることで膨張率が高い内側の層２１ｂに倣わせることで外周面２１ｄを膨張させることができる。外周面を構成する層２１ｃが弾性を有しない場合であっても、内側の層２１ｂが外周面２１ｄを突き破って露出して新たな外周面となることで、結果的に外周面を膨張させることができる。これにより、定着ベルト２１の温度の異常上昇について、非接触温度センサ２７による検知を早めることができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、層間剥離する一対の層２１ａ、２１ｂの間に、所定の温度以上で接着機能を失う接着物質からなる接着層２１ｆを設けるようにしてもよい。

これにより、定着装置２０の通常使用時の温度範囲では層間剥離が起こらないようにし、所定温度以上になったときにのみ、層間剥離が確実に起こるようにすることができる。

また、本実施の形態に係る定着装置２０および画像形成装置１は、層間剥離する一対の層２１ａ、２１ｂの間に、所定の温度以上で固体から気体に変化する昇華性物質を含む層を設けるようにしてもよい。

これにより、所定の温度以上になったときにのみ、層間剥離が確実に起こるようにすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。また、本発明に係る定着装置は、図１に示す画像形成装置に限らず、モノクロ画像形成装置や、カラーレーザープリンタ、その他のプリンタ、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等に搭載することも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、視野角が大きい非接触型の温度センサを安全装置に用いた構成で、温度センサとの摺動により定着ベルトを損傷することなく、定着ベルトの温度異常を確実に検知できるという効果を有し、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に使用される定着装置、およびその定着装置を搭載した画像形成装置の全般に有用である。

１ 画像形成装置
２０ 定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加圧ローラ（対向回転体）
２３ ハロゲンヒータ（加熱源）
２７ 非接触温度センサ
４０ 安全装置
Ｎ ニップ部
Ｐ 記録媒体
Ｔ 未定着画像

特開２０１０−１０７５５７号公報

Claims (10)

1. 厚み方向に積み重なった複数の層で形成された回転可能な無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトに対向して配置され、前記定着ベルトとの間にニップ部を形成する対向回転体と、
   前記定着ベルトの内側に配置され、前記定着ベルトを加熱する加熱源と、
   前記定着ベルトの温度を検知し、検知した温度が所定の温度以上のときに、前記加熱源による加熱を停止する安全装置と、を備え、
   前記ニップ部にて記録媒体に担持された未定着画像を定着させる定着装置において、
   前記安全装置は、前記定着ベルトの外周面に対し径方向の外方に所定の間隔だけ離して配置され前記定着ベルトの温度を検知する非接触温度センサを備え、
   前記非接触温度センサは、前記定着ベルトの昇温により前記定着ベルトの前記外周面を構成する層が径方向の外方に膨らむことによって視野角に対する前記外周面の割合が増え、前記定着ベルトが最大許容温度に達したとき膨張した前記外周面が前記非接触温度センサの前記視野角を形成する視野内外の境界に接するような位置に配置されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記定着ベルトを構成する複数の層のうち、厚み方向に隣接する少なくとも一対の層は、厚み方向の内側に位置する層よりも、厚み方向の外側に位置する層の方が、熱膨張率が高く、かつ、前記定着ベルトの温度が特定の温度以上になったときに層間剥離することにより、少なくとも前記定着ベルトの前記外周面を構成する層が径方向の外方に膨らむことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトを構成する複数の層のうち、厚み方向に隣接する少なくとも一対の層は、厚み方向の外側に位置する層よりも、厚み方向の内側に位置する層の方が、熱膨張率が高いことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 前記層間剥離する一対の層の間に、前記特定の温度以上で接着機能を失う接着物質からなる接着層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
5. 前記層間剥離する一対の層の間に、前記特定の温度以上で固体から気体に変化する昇華性物質を含む層が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
6. 前記非接触温度センサは、前記定着ベルトの外周面に対し径方向の外方に所定の間隔だけ離して配置され前記定着ベルトの温度を検知することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記加熱源は、前記定着ベルトの内側に配置され、前記非接触温度センサにより検知された前記定着ベルトの温度に基づいて前記定着ベルトを加熱することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記安全装置は、前記非接触温度センサにより検知された前記定着ベルトの温度に基づいて、検知した温度が前記所定の温度以上のときに、前記加熱源による加熱を停止することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 前記非接触温度センサは、前記定着ベルトの温度制御と前記安全装置としての機能が実現するように同一の前記視野角にて前記定着ベルトの温度検知を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の定着装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項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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