画像形成装置
【課題】トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置（１４０）と、前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置（１６０）とを備え、前記定着装置は加熱回転部材（１）と、前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラ（２）と、前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に設置された、加熱回転部材の温度を測定する非接触温度検出器（１２）と、前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材（４０）と、を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【解決手段】原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置（１４０）と、前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置（１６０）とを備え、前記定着装置は加熱回転部材（１）と、前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラ（２）と、前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に設置された、加熱回転部材の温度を測定する非接触温度検出器（１２）と、前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材（４０）と、を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関するもので、特にその定着装置の温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、感光ドラム上の光感光体に原稿の像に対応した帯電による潜像を形成し、これにトナーを吸着させ、さらにこのトナーを紙等の記録媒体に転写させ、このトナーを加熱手段で熱定着させるようにして、転写画像を得ている。
【０００３】
このような熱定着を行うため、画像形成装置には、通常、加熱手段を有する表面が平滑な定着ローラと、この定着ローラに転写紙を押圧する加圧ローラとを有する定着装置が備えられ、これらの定着ローラと加圧ローラとの間にトナーが転写された転写紙を通過させている。
【０００４】
良好な転写画像を得るためには、定着ローラの温度管理がきわめて重要である。
【０００５】
このため、従来技術としては次のようなものが知られている。
【０００６】
第１に、特開２０００−３１５０３４号公報に開示されているもので、定着ローラの表面温度を検出する第１の温度検出手段と、設定温度に合わせて温度検出手段の検出結果に基づき定着ローラ用の第１の加熱手段をオン・オフ制御する第１の制御手段と、定着ローラの転写紙搬送方向の上流側に、転写紙上のトナー画像を非接触で加熱溶融するための第２の加熱手段を有する非接触熱供給手段と、この非接触熱供給手段の温度を検出する第２の温度検出手段と、設定温度に合わせて第２の温度検出手段の検出結果に基づき、非接触熱供給手段の温度と定着ローラの表面温度が所定の関係になるように、第２の加熱手段をオン・オフ制御する第２の制御手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３１５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ここで用いられる第１の温度検出手段が定着ローラに接触する形式のものであると、定着画像に温度検出手段の形跡が残ることがある。また、この第１の温度検出手段や非接触熱供給手段の温度を検出する第２の温度検出手段にはトナーが付着しやすく、定着温度の管理を正確に行うことは困難である。さらに、第２の温度検出手段が加熱ローラ上部にある場合、熱対流により温度が上昇してしまい、温度を誤検知してしまうという問題もある。
【０００９】
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、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の実施態様によれば、
原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、
前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置と、
前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置とを備え、
前記定着装置は
加熱回転部材と、
前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラと、
前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に設置された、加熱回転部材の温度を測定する非接触温度検出器と、
前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる画像形成装置によれば、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例としての複写機の概略構造を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施例における定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図３】図２の構成を右側面から見た概略側面図である。
【図４】非接触温度検出器の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例における定着装置の特徴点を示した説明図である。
【図６】非接触温度検出器の汚染の有無による出力特性の相違を示すグラフである。
【図７】非接触温度検出器の位置について熱対流の影響を考慮した場合と考慮しない場合の出力特性の相違を示すグラフである。
【図８】図２に示した構成の変形例である定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図９】図２に示した構成の更なる変形例である定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図１０】本発明の他の実施例における定着装置の基本構成を示す説明図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例における定着装置の基本構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例のいくつかを説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例として、タンデム型カラー複写機の概略構造を示す、正面カバーを除いて表した正面図である。
【００１５】
図１に示す画像形成装置１００は、その本体の上面側に設けられた例えば光学系よりなり原稿を読取る画像入力部１１０と、本体下部に設けられ同一サイズの紙を多量に給紙するために複数種類の紙を収納する給紙カセット装置１２０と、種々のサイズや種類の紙をマニュアルにより供給可能な手差し給紙装置１３０と、画像入力部１１０により結像された光学像を潜像化して画像として担持すると共に担持された前記潜像を現像材料により現像して画像を形成する画像形成ユニット１４０と、形成された画像を供給された用紙Ｐに転写する転写ユニット１５０と、転写された画像を定着させる定着ユニット１６０と、を備えている。
【００１６】
画像形成ユニット１４０および転写ユニット１５０により用紙Ｐ上に転写された画像は、定着ユニット１６０に供給されて定着される。
【００１７】
図２は定着ユニット１６０の一例につき、その主要部の構成を概略的に示す正面図である。
【００１８】
この定着ユニット１６０は、例えば直径４０mmの加熱（定着）ローラ１およびこの加熱ローラ１に対向し、これらの間を通過する転写済み用紙６を加熱ローラに対して押しつける、例えば直径４０mmの加圧（プレス）ローラ２とを備える。加熱ローラは図示しない駆動モータにより回転軸１ａを中心として時計方向に回転されるが、回転軸１ａの位置は固定である。一方、加圧ローラ２の軸２ａはベアリング３により、支持アーム４に固定されている。この支持アーム４の一端側は回動軸４ａとなっており、他端側の下面には圧縮スプリング５が取り付けられている。したがって、加圧ローラ２は加熱ローラ１に対して圧縮スプリング５の付勢による圧力を伴って当接され、反時計方向に回転することになる。
【００１９】
加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触部（ニップ部）である定着ポイントを用紙６が通過することで、この用紙６上のトナーは融着圧着され、定着が行われる。
【００２０】
加熱ローラ１の円筒面上には、加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触位置よりも回転方向下流側に、用紙６を加熱ローラ１から剥離させる剥離爪７が設けられている。なお、加熱ローラ表面の材質等から用紙６が加熱ローラ１から容易に剥離可能である場合には、剥離爪７は必ずしも必要は無い。また、加圧ローラ２の円筒面上にも剥離爪を設けることができるが、加圧ローラに用紙が付着しにくい構造、材質であるときは必ずしも設ける必要はない。さらに、加熱ローラ１および加圧ローラ２において、用紙が付着しやすく、剥離が困難であるときには、それぞれ爪を複数個備えることができる。
【００２１】
加熱ローラ１の回転先の円筒上には飛散したされたトナーや紙屑等の塵埃を除去するクリーニング部材としてのクリーニングローラ８が設けられる。これは、トナーが加熱ローラに付着していると、定着時に、加熱ローラに付着したトナーが用紙に定着してしまい、画像が劣化が発生するため、これを防止するためである。
【００２２】
また、クリーニング部材は非接触温度検出器に対しては必ず上流側に位置させる必要がある。これは、加熱ローラにトナーが付着したままで、非接触温度検出器に達すると、トナーが非接触温度検出器１２に付着して、誤検知が発生するおそれがあるためである。
【００２３】
このクリーニング部材としては、この図に示されたようなクリーニングローラの他、クリーニングブレードなど、加熱ローラ表面のトナー等の塵埃を効果的に除去できるものであれば、どのようなものでも採用することができる。
【００２４】
加熱ローラの上方には、加熱ローラ１の内部の金属材料に対して高周波交流電界を発生させる誘電加熱装置９が設けられ、この誘導加熱装置９は磁気遮蔽可能で渦電流を発生しない材料で形成された遮蔽部材１０で遮蔽されている。これは、後述するセンサ自身が誘導加熱の影響で加熱されることを防止するためである。誘導加熱装置の出力は１３００Ｗ程度のものが用いられるが、これに限られるものではない。
【００２５】
さらに、その回転方向の先には加熱ローラ１の表面温度異常を検知して加熱を遮断するサーモスタット１１および加熱ローラ１の温度を検出する非接触温度検出器１２が設けられている。
【００２６】
図３は、図２に示した定着装置を図２に右手方向から回転軸に垂直に見た様子を示す側面図である。
【００２７】
図３に示すように、加熱ローラ１の周囲には、回転軸１ａに平行な方向に２つのサーモスタット１１および３つの非接触温度検出器１２が交互に設けられている。これらの個数は加熱ローラの長さ等に応じて適宜選択することができる。数を増加させることにより、加熱ローラ全体の長さにわたっての温度の分布を知ることができ、よりきめ細かい温度制御が可能になるが、制御が複雑になり、コストも上昇するため、最適な数に設定される。
【００２８】
この実施例では非接触温度検出器１２の高さ位置はほぼ回転軸１ａの中心位置であるのに対し、サーモスタット１１の高さ位置はそれよりもわずかに高くなっている。これは異常検知をより早くおこなって安全を期するためであるが、誘導加熱による温度の上昇特性等によっては同じ高さ位置とすることもできる。サーモスタット１１のわずかに上側には誘導加熱装置の遮蔽部材１０が設けられている。
【００２９】
次に、温度検出器の位置関係について説明する。
【００３０】
一般に、非接触温度検出器は加熱ローラに直接接していないため、加熱ローラとの位置関係を問わず正確に温度を検出することができる。しかし、加熱ローラにより加熱された周囲の空気は対流するため、この対流空気層の範囲内には非接触温度検出器を設けると、正しい温度よりも高い温度を検出してしまう。
【００３１】
このため、本発明の一実施例によれば、対流空気層の範囲を避け、加熱ローラ１より５ｍｍ以上離れた位置に非接触温度検出器１２を設けている。
【００３２】
また、一般に加熱ローラには定着不良で発生するトナーが付着しており、回転中に落下する。回転軸中心を通る水平面に相当するよりも下に加熱ローラ１の面が位置するとトナーの落下が始まるため、非接触温度検出器を汚さない様に、加熱ローラ１の中心を通る平面よりも上部に設置する必要がある。また上部方向の範囲を傾き角度４５°以内の範囲に設置する。熱対流が発生すると加熱ローラの周辺上に熱対流が発生し、その発生範囲に対し、傾き角度４５°以上になると誤検知してしまうからである。
【００３３】
したがって、加熱ローラの中心を通る平面よりも上に非接触温度検出器を設置することにより、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、非接触温度検出器を加熱ローラから５ｍｍ以上離し、加熱ローラの中心を通る水平面から傾き４５度以内の位置に設置することにより、加熱ローラが加熱された際の熱対流の影響をなくして、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮等を図ることができる。
【００３５】
さらに、非接触温度検出器をクリーニング手段の下流側に設置することにより、トナー等による汚染を防止して、より正確な温度検出、およびこれに基づく定着特性の向上を図ることができる。
【００３６】
図４は図２および図３に示した実施例で用いられる非接触温度検出器１２を示す斜視図である。
【００３７】
全体として直方体形状をなしており、サーミスタ等の温度センサ１２１は、センサ自身が誘導加熱装置で加熱されない様、その周囲を磁気遮蔽可能でかつ渦電流を発生しない材料で形成された遮蔽部材１２２で遮蔽する。このような材料としては、アルミニウム、コア材、珪素鋼板等が用いられる。
【００３８】
図５は、図２に示した実施例における構成上の特徴点をまとめた概略図である。
【００３９】
まず、非接触温度検出器１２は加熱ローラ１に付着したトナーの落下の影響を受けないように、加熱ローラ１の中心位置よりも高い位置に配置され、その配置範囲は、加熱ローラ１の中心を基準として４５度の範囲である。
【００４０】
また、加熱ローラ１による空気の対流で引き起こされる温度の変動を防止するため、非接触温度検出器１２は加熱ローラの表面より５ｍｍ以上離隔して配置される。
【００４１】
さらに、非接触温度検出器１２のトナーによる汚染を防止するため、非接触温度検出器１２よりも加熱ローラ１の回転方向上流側にはクリーニングローラ８がもうけられている。
【００４２】
このような構成により、トナーによる汚染と加熱ローラからの熱が対流により伝達されることを防止し、正確かつ安定した定着動作を可能とする。
【００４３】
図６および図７は以上のような種々の対策をとった場合の効果を示すグラフである。
【００４４】
図６は非接触温度検出器を加熱ローラの中心高さ位置よりも上方でかつクリーニング手段の下流側に配置したことの効果を、このような対策をとらずに検出器がオイルで汚染された場合およびトナーで汚染された場合と比較したグラフである。
【００４５】
この図から、上述の対策をとって検出器の汚染を防止したことにより、汚染による検出温度の低下の影響がなくなったことがわかる。
【００４６】
図７は加熱ローラからの対流による熱影響を避けるため、加熱ローラから少なくとも５ｍｍ離した場合の非接触温度検出器の検出温度を、従来の加熱ローラに近接配置させた温度検出器の検出温度と比較したものである。
【００４７】
このグラフによれば、従来の近接配置の場合には熱対流による温度のばらつきが見られるが、本発明の実施例では、熱対流による温度変動を排除して安定した温度検出が可能であることがわかる。
【００４８】
図８は図２に示した定着装置の変形例を示す構成図であって、図２に示されたのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４９】
この実施例では加熱手段として、誘導加熱ではなく、赤外線ランプを用いている。赤外線ランプ１４は加熱ローラの上方に設けられ、その周囲には内面に反射面を持つ反射鏡で構成されたカバー１５が設けられ、熱効率の向上を図っている。カバー１５内面の反射鏡は赤外線ランプ１４からの光が加熱ローラ１の表面に集光するように曲率および位置が決められている。
【００５０】
このような赤外線ランプによる加熱は局所的ではあるが、加熱ローラが時計方向に回転することにより加熱部分が加熱ローラと加圧ローラの接触位置まで移動し、周囲の空気の対流を起こす点では同じである。このため、サーモスタット１６および非接触温度検出器１７は、図２に示した実施例の場合と同様に、加熱ローラの中心位置よりも上で、この中心を基準として上方４５度までの範囲に設置されている。ただし、この実施例では誘導加熱手段を有しておらず、サーモスタット１６および非接触温度検出器１７は、誘導加熱の影響を受けないので、図４に示す遮蔽型のものとはなっていないが、遮蔽型のものを用いても良い。
【００５１】
図９は図２に示した定着装置の他の変形例を示す構成図であって、図２に示されたのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
この実施例では、加熱手段は図２におけるローラではなく、ベルト２１となっている。ベルト２１はゴム等の可撓性材料ベルト２１ａと、その表面に形成された金属ベルト２１ｂとなっている。このベルト２１は駆動軸２３と従動軸２２との間に懸架されている。
【００５３】
なお、駆動軸２３は図６において従動軸２２よりも右上方位置に設けられ、駆動軸２３から従動軸２２に向かう位置にその進行方向に沿って誘電加熱装置９、サーモスタット１１、非接触温度検出器１２が設けられている。サーモスタット１１および非接触温度検出器１２と従動軸２２との高さ位置関係は、図２に示した実施例の場合と同様に、従動軸の中心位置よりも上で、この中心を基準として上方４５度までの範囲に設置されている。
【００５４】
図１０および図１１は、これまでの実施例とは異なる解決法に基づく定着ユニットのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【００５５】
図１０を参照すると、非接触温度検出器１２を加熱ローラ１の中心を通る平面から４５度以内の範囲で加熱ローラ１の表面から５ｍｍ以上離隔して、クリーニングローラ８の下流側に配置した点は図２，図８に示した実施例と同様であるが、加熱ローラ１の加熱により生じる対流を強制的に非接触温度検出器から遠ざけるためのファン３０が設けられた点が特徴である。このファンは熱対流方向変更手段の一態様である。
【００５６】
ファン３０の設置位置は、加熱ローラを中心として非接触温度検出器１２の対称位置が熱対流を効果的に吸引できるため、好ましい。
【００５７】
なお、ここでは熱対流方向変更手段をファンとして例示しているが、熱対流が非接触温度検出器の方向に向かわないよう、流れの方向を変化させるものであればどのようなものでも良い。例えば適当な送風ガイドとともに用いれば吸引ファンの代わりに送風ファンを用いたり、送風設備から加熱ローラの上部に外気を導くことにより、熱対流の方向を変化させることができる。
【００５８】
さらに、ファンの駆動を他の要因で変化させるように駆動することができる。例えば、非接触温度検出器の温度を確認して、その温度が高いときには熱対流の影響を受けているものと認めて、ファンを駆動させるようにし、あるいは待機状態と通紙時とでのファンの駆動回転数を変えることができる。
【００５９】
この実施例では、加熱ローラの加熱により発生する熱対流を非接触温度検出器の方へ向かわないように流れ方向を変化させているので、熱対流による温度検出への影響を防止し、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００６０】
図１１は、本発明のさらに他の実施例を示すもので、これまでの実施例とは非接触温度検出器の取り付け位置が異なっている。すなわち、これまでの実施例では、非接触温度検出器は加熱ローラの中心を通る平面よりも上側に位置していたが、この実施例では下側に位置している。
【００６１】
これまでの実施例で上側にしていた理由は、加熱ローラに付着したトナーが自然落下して非接触温度検出器を汚染する可能性があるためであり、熱対流の影響はむしろ下側の方が影響が少ないものと考えられる。
【００６２】
そこで、この実施例では、加熱ローラの中心を通る平面よりも下側に非接触温度検出器を配置し、その上にトナー付着防止のためカバー部材４０を設けている。このカバー部材４０は、加熱ローラの加熱に用いられる誘導加熱装置によって非接触温度検出器自体が加熱されないように、磁気遮蔽可能で渦電流を発生しない材料で形成された部材で形成すれば、図４に示す遮蔽型の温度検出器でない通常の温度検出器を用いることもできる。
【００６３】
この実施例によれば、加熱ローラの中心を通る水平面よりも下側に非接触温度検出器を設け、その上にカバーを設けているので、加熱ローラからトナーが落下してもその付着を防止し、かつ熱対流による影響を防止しているので、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ ローラ
２ 加圧（プレス）ローラ
２ａ 軸
４ 支持アーム
４ａ 回動軸
５ 圧縮スプリング
６ 用紙
８ クリーニングローラ
９ 誘電加熱装置
１０ 遮蔽部材
１１、１６ サーモスタット
１２、１７ 非接触温度検出器
１４ 赤外線ランプ
２１ ベルト
２１ａ 可撓性材料ベルト
２１ｂ 金属ベルト
３０ ファン
４０ カバー部材
１００ 画像形成装置
１１０ 画像入力部
１２０ 給紙カセット装置
１２１ 温度センサ
１２２ 遮蔽部材
１３０ 手差し給紙装置
１４０ 画像形成ユニット
１５０ 転写ユニット
１６０ 定着ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関するもので、特にその定着装置の温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、感光ドラム上の光感光体に原稿の像に対応した帯電による潜像を形成し、これにトナーを吸着させ、さらにこのトナーを紙等の記録媒体に転写させ、このトナーを加熱手段で熱定着させるようにして、転写画像を得ている。
【０００３】
このような熱定着を行うため、画像形成装置には、通常、加熱手段を有する表面が平滑な定着ローラと、この定着ローラに転写紙を押圧する加圧ローラとを有する定着装置が備えられ、これらの定着ローラと加圧ローラとの間にトナーが転写された転写紙を通過させている。
【０００４】
良好な転写画像を得るためには、定着ローラの温度管理がきわめて重要である。
【０００５】
このため、従来技術としては次のようなものが知られている。
【０００６】
第１に、特開２０００−３１５０３４号公報に開示されているもので、定着ローラの表面温度を検出する第１の温度検出手段と、設定温度に合わせて温度検出手段の検出結果に基づき定着ローラ用の第１の加熱手段をオン・オフ制御する第１の制御手段と、定着ローラの転写紙搬送方向の上流側に、転写紙上のトナー画像を非接触で加熱溶融するための第２の加熱手段を有する非接触熱供給手段と、この非接触熱供給手段の温度を検出する第２の温度検出手段と、設定温度に合わせて第２の温度検出手段の検出結果に基づき、非接触熱供給手段の温度と定着ローラの表面温度が所定の関係になるように、第２の加熱手段をオン・オフ制御する第２の制御手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３１５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ここで用いられる第１の温度検出手段が定着ローラに接触する形式のものであると、定着画像に温度検出手段の形跡が残ることがある。また、この第１の温度検出手段や非接触熱供給手段の温度を検出する第２の温度検出手段にはトナーが付着しやすく、定着温度の管理を正確に行うことは困難である。さらに、第２の温度検出手段が加熱ローラ上部にある場合、熱対流により温度が上昇してしまい、温度を誤検知してしまうという問題もある。
【０００９】
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、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の実施態様によれば、
原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、
前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置と、
前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置とを備え、
前記定着装置は
加熱回転部材と、
前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラと、
前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に設置された、加熱回転部材の温度を測定する非接触温度検出器と、
前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる画像形成装置によれば、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の一例としての複写機の概略構造を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施例における定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図３】図２の構成を右側面から見た概略側面図である。
【図４】非接触温度検出器の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施例における定着装置の特徴点を示した説明図である。
【図６】非接触温度検出器の汚染の有無による出力特性の相違を示すグラフである。
【図７】非接触温度検出器の位置について熱対流の影響を考慮した場合と考慮しない場合の出力特性の相違を示すグラフである。
【図８】図２に示した構成の変形例である定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図９】図２に示した構成の更なる変形例である定着装置の構造の要部を示す概略正面図である。
【図１０】本発明の他の実施例における定着装置の基本構成を示す説明図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施例における定着装置の基本構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例のいくつかを説明する。
【００１４】
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一例として、タンデム型カラー複写機の概略構造を示す、正面カバーを除いて表した正面図である。
【００１５】
図１に示す画像形成装置１００は、その本体の上面側に設けられた例えば光学系よりなり原稿を読取る画像入力部１１０と、本体下部に設けられ同一サイズの紙を多量に給紙するために複数種類の紙を収納する給紙カセット装置１２０と、種々のサイズや種類の紙をマニュアルにより供給可能な手差し給紙装置１３０と、画像入力部１１０により結像された光学像を潜像化して画像として担持すると共に担持された前記潜像を現像材料により現像して画像を形成する画像形成ユニット１４０と、形成された画像を供給された用紙Ｐに転写する転写ユニット１５０と、転写された画像を定着させる定着ユニット１６０と、を備えている。
【００１６】
画像形成ユニット１４０および転写ユニット１５０により用紙Ｐ上に転写された画像は、定着ユニット１６０に供給されて定着される。
【００１７】
図２は定着ユニット１６０の一例につき、その主要部の構成を概略的に示す正面図である。
【００１８】
この定着ユニット１６０は、例えば直径４０mmの加熱（定着）ローラ１およびこの加熱ローラ１に対向し、これらの間を通過する転写済み用紙６を加熱ローラに対して押しつける、例えば直径４０mmの加圧（プレス）ローラ２とを備える。加熱ローラは図示しない駆動モータにより回転軸１ａを中心として時計方向に回転されるが、回転軸１ａの位置は固定である。一方、加圧ローラ２の軸２ａはベアリング３により、支持アーム４に固定されている。この支持アーム４の一端側は回動軸４ａとなっており、他端側の下面には圧縮スプリング５が取り付けられている。したがって、加圧ローラ２は加熱ローラ１に対して圧縮スプリング５の付勢による圧力を伴って当接され、反時計方向に回転することになる。
【００１９】
加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触部（ニップ部）である定着ポイントを用紙６が通過することで、この用紙６上のトナーは融着圧着され、定着が行われる。
【００２０】
加熱ローラ１の円筒面上には、加熱ローラ１と加圧ローラ２との接触位置よりも回転方向下流側に、用紙６を加熱ローラ１から剥離させる剥離爪７が設けられている。なお、加熱ローラ表面の材質等から用紙６が加熱ローラ１から容易に剥離可能である場合には、剥離爪７は必ずしも必要は無い。また、加圧ローラ２の円筒面上にも剥離爪を設けることができるが、加圧ローラに用紙が付着しにくい構造、材質であるときは必ずしも設ける必要はない。さらに、加熱ローラ１および加圧ローラ２において、用紙が付着しやすく、剥離が困難であるときには、それぞれ爪を複数個備えることができる。
【００２１】
加熱ローラ１の回転先の円筒上には飛散したされたトナーや紙屑等の塵埃を除去するクリーニング部材としてのクリーニングローラ８が設けられる。これは、トナーが加熱ローラに付着していると、定着時に、加熱ローラに付着したトナーが用紙に定着してしまい、画像が劣化が発生するため、これを防止するためである。
【００２２】
また、クリーニング部材は非接触温度検出器に対しては必ず上流側に位置させる必要がある。これは、加熱ローラにトナーが付着したままで、非接触温度検出器に達すると、トナーが非接触温度検出器１２に付着して、誤検知が発生するおそれがあるためである。
【００２３】
このクリーニング部材としては、この図に示されたようなクリーニングローラの他、クリーニングブレードなど、加熱ローラ表面のトナー等の塵埃を効果的に除去できるものであれば、どのようなものでも採用することができる。
【００２４】
加熱ローラの上方には、加熱ローラ１の内部の金属材料に対して高周波交流電界を発生させる誘電加熱装置９が設けられ、この誘導加熱装置９は磁気遮蔽可能で渦電流を発生しない材料で形成された遮蔽部材１０で遮蔽されている。これは、後述するセンサ自身が誘導加熱の影響で加熱されることを防止するためである。誘導加熱装置の出力は１３００Ｗ程度のものが用いられるが、これに限られるものではない。
【００２５】
さらに、その回転方向の先には加熱ローラ１の表面温度異常を検知して加熱を遮断するサーモスタット１１および加熱ローラ１の温度を検出する非接触温度検出器１２が設けられている。
【００２６】
図３は、図２に示した定着装置を図２に右手方向から回転軸に垂直に見た様子を示す側面図である。
【００２７】
図３に示すように、加熱ローラ１の周囲には、回転軸１ａに平行な方向に２つのサーモスタット１１および３つの非接触温度検出器１２が交互に設けられている。これらの個数は加熱ローラの長さ等に応じて適宜選択することができる。数を増加させることにより、加熱ローラ全体の長さにわたっての温度の分布を知ることができ、よりきめ細かい温度制御が可能になるが、制御が複雑になり、コストも上昇するため、最適な数に設定される。
【００２８】
この実施例では非接触温度検出器１２の高さ位置はほぼ回転軸１ａの中心位置であるのに対し、サーモスタット１１の高さ位置はそれよりもわずかに高くなっている。これは異常検知をより早くおこなって安全を期するためであるが、誘導加熱による温度の上昇特性等によっては同じ高さ位置とすることもできる。サーモスタット１１のわずかに上側には誘導加熱装置の遮蔽部材１０が設けられている。
【００２９】
次に、温度検出器の位置関係について説明する。
【００３０】
一般に、非接触温度検出器は加熱ローラに直接接していないため、加熱ローラとの位置関係を問わず正確に温度を検出することができる。しかし、加熱ローラにより加熱された周囲の空気は対流するため、この対流空気層の範囲内には非接触温度検出器を設けると、正しい温度よりも高い温度を検出してしまう。
【００３１】
このため、本発明の一実施例によれば、対流空気層の範囲を避け、加熱ローラ１より５ｍｍ以上離れた位置に非接触温度検出器１２を設けている。
【００３２】
また、一般に加熱ローラには定着不良で発生するトナーが付着しており、回転中に落下する。回転軸中心を通る水平面に相当するよりも下に加熱ローラ１の面が位置するとトナーの落下が始まるため、非接触温度検出器を汚さない様に、加熱ローラ１の中心を通る平面よりも上部に設置する必要がある。また上部方向の範囲を傾き角度４５°以内の範囲に設置する。熱対流が発生すると加熱ローラの周辺上に熱対流が発生し、その発生範囲に対し、傾き角度４５°以上になると誤検知してしまうからである。
【００３３】
したがって、加熱ローラの中心を通る平面よりも上に非接触温度検出器を設置することにより、トナーの付着を防止して正確な温度検出と、これに基づく定着特性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、非接触温度検出器を加熱ローラから５ｍｍ以上離し、加熱ローラの中心を通る水平面から傾き４５度以内の位置に設置することにより、加熱ローラが加熱された際の熱対流の影響をなくして、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮等を図ることができる。
【００３５】
さらに、非接触温度検出器をクリーニング手段の下流側に設置することにより、トナー等による汚染を防止して、より正確な温度検出、およびこれに基づく定着特性の向上を図ることができる。
【００３６】
図４は図２および図３に示した実施例で用いられる非接触温度検出器１２を示す斜視図である。
【００３７】
全体として直方体形状をなしており、サーミスタ等の温度センサ１２１は、センサ自身が誘導加熱装置で加熱されない様、その周囲を磁気遮蔽可能でかつ渦電流を発生しない材料で形成された遮蔽部材１２２で遮蔽する。このような材料としては、アルミニウム、コア材、珪素鋼板等が用いられる。
【００３８】
図５は、図２に示した実施例における構成上の特徴点をまとめた概略図である。
【００３９】
まず、非接触温度検出器１２は加熱ローラ１に付着したトナーの落下の影響を受けないように、加熱ローラ１の中心位置よりも高い位置に配置され、その配置範囲は、加熱ローラ１の中心を基準として４５度の範囲である。
【００４０】
また、加熱ローラ１による空気の対流で引き起こされる温度の変動を防止するため、非接触温度検出器１２は加熱ローラの表面より５ｍｍ以上離隔して配置される。
【００４１】
さらに、非接触温度検出器１２のトナーによる汚染を防止するため、非接触温度検出器１２よりも加熱ローラ１の回転方向上流側にはクリーニングローラ８がもうけられている。
【００４２】
このような構成により、トナーによる汚染と加熱ローラからの熱が対流により伝達されることを防止し、正確かつ安定した定着動作を可能とする。
【００４３】
図６および図７は以上のような種々の対策をとった場合の効果を示すグラフである。
【００４４】
図６は非接触温度検出器を加熱ローラの中心高さ位置よりも上方でかつクリーニング手段の下流側に配置したことの効果を、このような対策をとらずに検出器がオイルで汚染された場合およびトナーで汚染された場合と比較したグラフである。
【００４５】
この図から、上述の対策をとって検出器の汚染を防止したことにより、汚染による検出温度の低下の影響がなくなったことがわかる。
【００４６】
図７は加熱ローラからの対流による熱影響を避けるため、加熱ローラから少なくとも５ｍｍ離した場合の非接触温度検出器の検出温度を、従来の加熱ローラに近接配置させた温度検出器の検出温度と比較したものである。
【００４７】
このグラフによれば、従来の近接配置の場合には熱対流による温度のばらつきが見られるが、本発明の実施例では、熱対流による温度変動を排除して安定した温度検出が可能であることがわかる。
【００４８】
図８は図２に示した定着装置の変形例を示す構成図であって、図２に示されたのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４９】
この実施例では加熱手段として、誘導加熱ではなく、赤外線ランプを用いている。赤外線ランプ１４は加熱ローラの上方に設けられ、その周囲には内面に反射面を持つ反射鏡で構成されたカバー１５が設けられ、熱効率の向上を図っている。カバー１５内面の反射鏡は赤外線ランプ１４からの光が加熱ローラ１の表面に集光するように曲率および位置が決められている。
【００５０】
このような赤外線ランプによる加熱は局所的ではあるが、加熱ローラが時計方向に回転することにより加熱部分が加熱ローラと加圧ローラの接触位置まで移動し、周囲の空気の対流を起こす点では同じである。このため、サーモスタット１６および非接触温度検出器１７は、図２に示した実施例の場合と同様に、加熱ローラの中心位置よりも上で、この中心を基準として上方４５度までの範囲に設置されている。ただし、この実施例では誘導加熱手段を有しておらず、サーモスタット１６および非接触温度検出器１７は、誘導加熱の影響を受けないので、図４に示す遮蔽型のものとはなっていないが、遮蔽型のものを用いても良い。
【００５１】
図９は図２に示した定着装置の他の変形例を示す構成図であって、図２に示されたのと同じ構成要素には同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
この実施例では、加熱手段は図２におけるローラではなく、ベルト２１となっている。ベルト２１はゴム等の可撓性材料ベルト２１ａと、その表面に形成された金属ベルト２１ｂとなっている。このベルト２１は駆動軸２３と従動軸２２との間に懸架されている。
【００５３】
なお、駆動軸２３は図６において従動軸２２よりも右上方位置に設けられ、駆動軸２３から従動軸２２に向かう位置にその進行方向に沿って誘電加熱装置９、サーモスタット１１、非接触温度検出器１２が設けられている。サーモスタット１１および非接触温度検出器１２と従動軸２２との高さ位置関係は、図２に示した実施例の場合と同様に、従動軸の中心位置よりも上で、この中心を基準として上方４５度までの範囲に設置されている。
【００５４】
図１０および図１１は、これまでの実施例とは異なる解決法に基づく定着ユニットのさらに他の実施例を示す概略構成図である。
【００５５】
図１０を参照すると、非接触温度検出器１２を加熱ローラ１の中心を通る平面から４５度以内の範囲で加熱ローラ１の表面から５ｍｍ以上離隔して、クリーニングローラ８の下流側に配置した点は図２，図８に示した実施例と同様であるが、加熱ローラ１の加熱により生じる対流を強制的に非接触温度検出器から遠ざけるためのファン３０が設けられた点が特徴である。このファンは熱対流方向変更手段の一態様である。
【００５６】
ファン３０の設置位置は、加熱ローラを中心として非接触温度検出器１２の対称位置が熱対流を効果的に吸引できるため、好ましい。
【００５７】
なお、ここでは熱対流方向変更手段をファンとして例示しているが、熱対流が非接触温度検出器の方向に向かわないよう、流れの方向を変化させるものであればどのようなものでも良い。例えば適当な送風ガイドとともに用いれば吸引ファンの代わりに送風ファンを用いたり、送風設備から加熱ローラの上部に外気を導くことにより、熱対流の方向を変化させることができる。
【００５８】
さらに、ファンの駆動を他の要因で変化させるように駆動することができる。例えば、非接触温度検出器の温度を確認して、その温度が高いときには熱対流の影響を受けているものと認めて、ファンを駆動させるようにし、あるいは待機状態と通紙時とでのファンの駆動回転数を変えることができる。
【００５９】
この実施例では、加熱ローラの加熱により発生する熱対流を非接触温度検出器の方へ向かわないように流れ方向を変化させているので、熱対流による温度検出への影響を防止し、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【００６０】
図１１は、本発明のさらに他の実施例を示すもので、これまでの実施例とは非接触温度検出器の取り付け位置が異なっている。すなわち、これまでの実施例では、非接触温度検出器は加熱ローラの中心を通る平面よりも上側に位置していたが、この実施例では下側に位置している。
【００６１】
これまでの実施例で上側にしていた理由は、加熱ローラに付着したトナーが自然落下して非接触温度検出器を汚染する可能性があるためであり、熱対流の影響はむしろ下側の方が影響が少ないものと考えられる。
【００６２】
そこで、この実施例では、加熱ローラの中心を通る平面よりも下側に非接触温度検出器を配置し、その上にトナー付着防止のためカバー部材４０を設けている。このカバー部材４０は、加熱ローラの加熱に用いられる誘導加熱装置によって非接触温度検出器自体が加熱されないように、磁気遮蔽可能で渦電流を発生しない材料で形成された部材で形成すれば、図４に示す遮蔽型の温度検出器でない通常の温度検出器を用いることもできる。
【００６３】
この実施例によれば、加熱ローラの中心を通る水平面よりも下側に非接触温度検出器を設け、その上にカバーを設けているので、加熱ローラからトナーが落下してもその付着を防止し、かつ熱対流による影響を防止しているので、迅速、安定かつ正確な温度検出が可能となり、定着特性の向上やウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１ ローラ
２ 加圧（プレス）ローラ
２ａ 軸
４ 支持アーム
４ａ 回動軸
５ 圧縮スプリング
６ 用紙
８ クリーニングローラ
９ 誘電加熱装置
１０ 遮蔽部材
１１、１６ サーモスタット
１２、１７ 非接触温度検出器
１４ 赤外線ランプ
２１ ベルト
２１ａ 可撓性材料ベルト
２１ｂ 金属ベルト
３０ ファン
４０ カバー部材
１００ 画像形成装置
１１０ 画像入力部
１２０ 給紙カセット装置
１２１ 温度センサ
１２２ 遮蔽部材
１３０ 手差し給紙装置
１４０ 画像形成ユニット
１５０ 転写ユニット
１６０ 定着ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、
前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置と、
前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置とを備え、
前記定着装置は
加熱回転部材と、
前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラと、
前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に前記回転部材から離隔して設置された、加熱回転部材の温度を非接触で測定する非接触温度検出器と、
前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記カバー部材は電磁遮蔽材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１】
原稿を走査して原稿上の濃淡情報を得る原稿画像読み取り装置と、
前記原稿画像読み取り部で得られた濃淡情報をもとに感光体に帯電状態の潜像として記録し、この感光体にトナーを付着させてこれを記録媒体に転写させる感光・現像装置と、
前記トナーが転写された前記記録媒体に前記トナーを熱圧着して定着させる定着装置とを備え、
前記定着装置は
加熱回転部材と、
前記加熱回転部材の下方から押圧する加圧ローラと、
前記加熱回転部材の回転軸を通る水平面よりも下方に前記回転部材から離隔して設置された、加熱回転部材の温度を非接触で測定する非接触温度検出器と、
前記非接触温度検出器の上方に設けられ、前記加熱回転部材からの落下物の付着を防止するカバー部材と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記カバー部材は電磁遮蔽材料で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３９５６３（Ｐ２０１１−３９５６３Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１６８７（Ｐ２０１０−２６１６８７）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【分割の表示】特願２００５−８０２０２（Ｐ２００５−８０２０２）の分割
【原出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【分割の表示】特願２００５−８０２０２（Ｐ２００５−８０２０２）の分割
【原出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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