(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗体が繰り返しパターンをもって形成されている自己発熱型加熱ローラと、該加熱ローラの放射する赤外線により非接触で温度を検知する非接触温度センサとを有し、該温度センサの出力に基づいて前記加熱ローラの温度制御が行われる定着装置において、
前記非接触温度センサの前記加熱ローラ上での視野が、前記発熱抵抗体のパターンの繰り返し方向においてパターンの繰り返しピッチ以上の大きさであることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを用いる画像形成装置の定着装置に関し、さらに詳しく言えば自己発熱型加熱ローラを用いる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては省エネルギー化が求められており、その一つの方策として、定着動作を実行する通紙時のみ定着装置のヒータに通電し、それ以外のときには通電しない（予熱を行なわない）ようにするオンデマンド方式が提案されている。
【０００３】
従来の定着装置の加熱ローラは、中空のパイプ状ローラの内部にハロゲンランプなどのヒータを設置し、そのハロゲンヒータを発熱させてローラ全体を加熱するようにしている。この方式の加熱ローラは、ローラとヒータの間に空気層が介在しているため加熱効率が悪く、省エネルギー化には不利である。このような従来の加熱ローラでオンデマンド方式を行なおうとするならば、耐久性を無視して小さな径の加熱ローラを用いたり、必要以上の大電力を投入しなければ実現することはできない。
【０００４】
一方、ローラ周面に電気抵抗体を被着し、これに通電して発熱させるようにした自己発熱型の加熱ローラは、発熱体とローラの間に空気層が介在しないので、加熱効率が高く省エネルギー化に適している。この方式の加熱ローラを用いた定着装置は従来のハロゲンヒータを内蔵したものに比べて熱効率が良く、高速立ち上がりをねらえるというメリットがあり、オンデマンド方式に適している。しかし、予熱を行なわずに、ユーザが使用するときに直ちに装置を立ち上げるためには、自己発熱型加熱ローラの立ち上がり時間を極力短くすることが要求される。そのため、加熱ローラの芯金肉厚を極力薄くしてローラの熱容量を小さくすることで対応するようにしている。なお、自己発熱型加熱ローラは、発熱抵抗体を加熱ローラ上に帯状又は縞状などに繰り返すパターンとして設けたものが多い。
【０００５】
ところで、定着装置には加熱ローラの温度を検知するための温度センサ（温度検出手段）が設けられており、その検出温度に基づいて定着装置の温度制御が行われる。従来一般的に使用されているサーミスタを用いた接触型温度センサは応答時間が通常２〜３秒以上かかるが、従来方式の定着装置ではその立ち上がり時間が３０秒〜４０秒と遅いため、サーミスタを用いた接触型温度センサで充分である。しかし、自己発熱型加熱ローラを用いた定着装置においてサーミスタを用いた接触型温度センサを使用した場合には、温度センサの応答時間が遅いので加熱ローラの立ち上がり速度を速くした場合には制御温度に対するオーバーシュート、アンダーシュートが顕著になるという不具合が生じた。また接触型の温度センサは加熱ローラ表面の離型層との摩擦により離型層を摩耗させることがあり、自己発熱型加熱ローラに対して使用した場合、ローラ表面の離型層が劣化した場合には１次側の発熱抵抗層と２次側のサーミスタ回路とが接触（短絡）し、装置に損傷を与えるという安全上の問題があった。そこで、このような不具合を改善するため、温度センサとして赤外線検知型の非接触センサを用いることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自己発熱型の加熱ローラを用いた定着装置で立ち上がり時間を短くするために加熱ローラの芯金肉厚を極力薄くした場合、発熱抵抗体が繰り返しパターン状に設けられているときには、立ち上げ時に加熱ローラ上の発熱部と非発熱部とで温度差が５〜１０  ｄｅｇ（ｄｅｇｒｅｅ）発生することがあった。このため、赤外線検知による非接触型温度センサの小さな（狭い）検知領域で加熱ローラの温度検知を行なうと、ローラ停止時には特に誤差が大きくなるという問題があった。
【０００７】
加熱ローラの温度検知に誤差があると安定した温度正御を行なうことができず、定着性能を低下させることになる。
本発明は、自己発熱型加熱ローラを用いた定着装置における上述の問題を解決し、加熱ローラ上の発熱部と非発熱部の温度差によらず正確な温度検知ができ、安定した温度正御を可能とする定着装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、発熱抵抗体が繰り返しパターンをもって形成されている自己発熱型加熱ローラと、該加熱ローラの放射する赤外線により非接触で温度を検知する非接触温度センサとを有し、該温度センサの出力に基づいて前記加熱ローラの温度制御が行われる定着装置において、前記非接触温度センサの前記加熱ローラ上での視野が、前記発熱抵抗体のパターンの繰り返し方向においてパターンの繰り返しピッチ以上の大きさであることにより解決される。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例の定着装置をその電力制御系と共に示すものである。この図に示す定着装置は、自己発熱型加熱ローラ１、加圧ロ−ラ２、加熱ローラ１の温度を検知する非接触温度センサ３、給電ブラシ４等により構成される。加熱ローラ１はその両端に電極部１ａが設けられ、その電極部１ａに給電ブラシ４が接触されている。
【００１０】
この定着装置が装着される図示しない電子写真装置本体には、電源５及び制御回路６が設けられている。その電源５から給電ブラシ４を介して加熱ローラ１に電力が供給される。また、非接触温度センサ３の出力が制御回路６に入力され、制御回路６がトライアック７を制御して電源５からの電力をＯＮ／ＯＦＦする。非接触温度センサ３は、加熱ローラ１が放射する赤外線を検知することにより加熱ローラに非接触で温度を検出する。
【００１１】
図２は、自己発熱型加熱ローラ１の発熱抵抗体のパターンを平面状に広げた展開図である。この図に示すように、発熱体パターン１０の発熱パターン部は、加熱ローラ１のローラ長手方向（ローラ軸方向）に細長い帯状になっており、これが曲折されてローラ回転方向（周方向）に繰り返し配置されたパターンとなっている。また、発熱体パターン１０の両端部は加熱ローラ全周の大きさを有しており、この両端部が電極部１０ａとなっている。この電極部１０ａは、図１の電極部１ａに対応するものである。
【００１２】
発熱パターン部における発熱体パターン１０は、ローラ回転方向に一定のピッチＰを持って配置されている。そして、本実施例において、図１に示した非接触温度センサ３の視野はピッチＰ以上の大きさ（発熱パターンの繰り返し方向）に設定されており、図２においてＡ１あるいはＢ１として示されている。センサ視野Ａ１は、視野の中心がパターン１０上にある状態を表している。また、センサ視野Ｂ１は、視野の中心がパターン１０以外にある状態を表している。温度センサ３と加熱ローラ１の相対的位置は加熱ローラ１の回転により変化し、加熱ローラ停止時の発熱体パターン１０上における温度センサ３が見ている領域はローラ停止位置により変動（移動）する。その結果、中心位置がパターン１０上にくるときもあればパターン１０上から外れるときもある。なお、ローラ軸方向における温度センサの配置位置は適宜設定することができるが、本実施例ではほぼ中央部（ローラ軸方向）となっている。
【００１３】
ここで比較のため、従来例の定着装置における非接触温度センサの視野を図７により説明する。図７の従来例ではセンサ視野が狭く、発熱体パターン１０の繰り返しピッチ以下の大きさである。図７の例では、センサ視野（Ａ，Ｂ）はほぼパターン１０の幅と同じになっている。加熱ローラ停止時における温度検知において、センサ視野がパターン１０上にあるＡの場合の方が、センサ視野がパターン１０上にないＢの場合よりも、当然、検出温度は高くなりその差は大きい。従って、加熱ローラ停止位置による検出温度差が大きくなる。その結果、Ａの場合の検出温度により加熱ローラの通電制御を行なったときと、Ｂの場合の検出温度により加熱ローラの通電制御を行なったときでは、加熱ローラの立ち上がり時間に明確な差が現れる。その様子を示したのが図８である。図８に示すように、センサ視野が狭い場合、加熱ローラの立ち上がり時間に明確な差が現れ、加熱ローラ温度にもバラツキが見られる。
【００１４】
一方、図２に示す本実施例の場合、センサ視野（Ａ１，Ｂ１で示す）はパターン１０のピッチＰ以上の大きさ（発熱パターンの繰り返し方向）を有しているので、パターン１０上の検出温度とパターン１０上以外の検出温度の差が平均化される。従って、加熱ローラ１が停止した状態であっても、加熱ローラの停止位置に影響されず加熱ローラ１の温度制御を安定させることができる。本実施例における加熱ローラ１の立ち上がりの様子をグラフで示すと図３のようになる。すなわち、センサ視野の中心がパターン１０上にあるＡ１の状態で加熱ローラが停止したときも、センサ視野の中心がパターン１０上にないＢ１の状態で加熱ローラが停止したときも、立ち上がり時間の差は少なく温度特性はほとんど変わらない。このことから、本実施例においては加熱ローラ１の温度を安定して制御できることが判る。
【００１５】
図４は、加熱ローラ１の構造を示す断面図である。この図に示すように、加熱ローラ１は、その外周から離型層，発熱層，絶縁層，芯金の順で層構造になっている。芯金が発熱層の内側にあり、また発熱層の外側に厚い（接触型温度センサを用いる場合の強化絶縁レベルの）絶縁層を持たないので、加熱ローラ１は高速な立ち上がりを実現している。なお、第１層の離型層と第２層の発熱層の間に絶縁層又は保護層を薄く設けることもできる。
【００１６】
図５は、加熱ローラの別例の構造を示す断面図である。この図に示す加熱ローラ１１は、その外周から離型層，芯金，絶縁層，発熱層となっており、芯金が発熱層の外側にある。オンデマンド方式に使用する加熱ローラは、芯金を極力薄くしているので、芯金の内側に発熱層がある場合でも、発熱体パターン上と非パターン上では明確な温度差が生じる。従って、本発明により、非接触温度センサの視野を、発熱体パターンの繰り返し方向においてそのピッチ以上の大きさとすることで、加熱ローラ停止時の検出温度差を平均化して安定した温度正御を行なうことが可能となる。
【００１７】
次に、本発明の他の実施例について説明する。
図６は、本発明の他の実施例における加熱ローラの発熱体パターンを平面状に広げた展開図である。この図に示す発熱体パターン２０は、その発熱パターン部の両端部（電極部２０ａの内側）に屈曲部２０ｂを有している。この屈曲部２０ｂは、加熱ローラのローラ端部における温度降下を防ぐために設けられたものである。この図に示す発熱体パターン２０では、ローラ中央部におけるパターン２０のピッチＰ１と、ローラ端部側におけるパターン屈曲部２０ｂのピッチＰ２とではピッチが異なっている。従って、非接触温度センサをローラ中央部に配置する場合は、そのセンサ視野の大きさ（発熱パターンの繰り返し方向）をピッチＰ１以上にする必要がある。また、非接触温度センサをローラ端部付近に配置する場合は、そのセンサ視野の大きさ（発熱パターンの繰り返し方向）をピッチＰ２以上にする必要がある。
【００１８】
図６には、ピッチＰ１に対応させる場合のセンサ視野の大きさをＦ１で示してある。また、ピッチＰ２に対応させる場合のセンサ視野の大きさをＦ２で示してある。なお、視野の大きさをＦ１とした場合で、センサ視野の中心がパターン２０上にある状態をＦａで表しパターン２０上にない状態をＦｂで表している。図６に示すような発熱体パターンを有する加熱ローラの場合、ローラ中央部（発熱パターン部上）にピッチＰ１以上の視野を持つ温度センサを配置しても良いし、ローラ端部付近（パターン屈曲部２０ｂ上に）にピッチＰ２以上の視野を持つ温度センサを配置しても良い。あるいは、ローラ中央部と端部付近とに２つの温度センサを配置しても良い。その場合、各センサの視野がピッチＰ１及びＰ２以上であることは言うまでもない。なお、両側パターン屈曲部２０ｂの内側に非接触温度センサを配置する場合、センサのローラ軸方向の位置は適宜設定することができる。
【００１９】
図６に示すような発熱体パターンを持った加熱ローラにおいても、非接触温度センサの視野を発熱パターンの繰り返し方向においてピッチ以上の大きさとすることにより、パターン１０上の検出温度とパターン１０上以外の検出温度の差を平均化することができる。従って、前記実施例と同様、加熱ローラが停止した状態であっても、加熱ローラの停止位置に影響されず加熱ローラの温度制御を安定させることができる。
【００２０】
なお、上記各実施例として、２種類の発熱体パターンの加熱ローラについて説明したが、本発明を適用できる定着装置の自己発熱型加熱ローラの発熱体パターンは、上記各実施例に限定されるものではない。例えば、特開平６−３３２３３２号公報に示されているような、ローラ軸方向に発熱体パターンが繰り返し配置されているものにも適用できる。あるいは特開平４−２１３４８０号公報に示されているような、発熱体パターンが複数本に分割されているものにも適用できる。また、発熱体パターンの配設密度が一定でなくとも対応できる。さらに、発熱体パターンをローラ周面に螺旋状に配設したものにも適用できる。これらいずれの場合も、加熱ローラの発熱体パターンの繰り返し方向（繰り返しピッチを規定できる方向）において、非接触温度センサの視野が発熱体パターンの繰り返しピッチ以上であれば良い。そして、非接触温度センサの視野の形状は円形（真円）に限られるものではない。例えば、楕円形状であっても、発熱体パターンの繰り返し方向における視野の大きさがパターンの繰り返しピッチ以上であれば良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、非接触温度センサの加熱ローラ上での視野が、発熱抵抗体のパターンの繰り返し方向においてパターンの繰り返しピッチ以上の大きさであるので、発熱抵抗体パターン上の検出温度とパターン上以外の検出温度の差が平均化される。従って、加熱ローラが停止した状態であっても、加熱ローラの停止位置に影響されず加熱ローラの温度制御を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の定着装置をその電力制御系と共に示す斜視図である。
【図２】その定着装置の加熱ローラの発熱抵抗体パターンを平面状に広げた展開図である。
【図３】本実施例における加熱ローラの立ち上がり時の温度特性を示すグラフである。
【図４】図１に示した定着装置の加熱ローラの構造を示す断面図である。
【図５】加熱ローラの別例の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施例における加熱ローラの発熱体パターンを平面状に広げた展開図である。
【図７】従来例の定着装置における非接触温度センサの視野を説明するための図である。
【図８】その定着装置の加熱ローラの立ち上がり時の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１１  加熱ローラ
１ａ      電極部
２        加圧ロ−ラ
３        非接触温度センサ
４        給電ブラシ
５        電源
６        制御回路
７        トライアック
１０，２０      発熱体パターン
１０ａ，２０ａ  電極部
２０ｂ          パターン屈曲部
Ａ１，Ｂ１      センサ視野
Ｆ１，Ｆ２      センサ視野
Ｆａ，Ｆｂ      センサ視野
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２  発熱体ピッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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