(57)【要約】【課題】加熱ローラの性能劣化を抑止することのできる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】定着装置は、転写紙にトナーを定着させるための定着装置であって、加熱ローラ１４と、加圧ローラ１５と、温度センサ２２と、３本のヒータ３０〜３２と、温度制御部とを備えている。３本のヒータ３０〜３２の各々の軸を結んだ三角形における内角の最低値が４５度以下となるように、３本のヒータ３０〜３２の各々は加熱ローラ１４の内部に配置されている。検知位置は、回転角αが約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置である。検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離は、加熱ローラと３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内である。【選択図】図５
2011048146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙にトナーを定着させるための定着装置であって、
加熱ローラと、
前記加熱ローラとともにニップ位置において前記用紙に圧力を加えるための加圧部材と、
検知位置における前記加熱ローラの温度を検知するための温度検知部材と、
前記加熱ローラを加熱するための３本のヒータと、
前記温度に基づいて前記３本のヒータの各々に供給する電力を制御するための制御部材とを備え、
前記３本のヒータの各々の軸を結んだ三角形における内角の最低値が４５度以上となるように、前記３本のヒータの各々は前記加熱ローラの内部に配置され、
前記検知位置は、前記ニップ位置の中心を起点として前記加熱ローラの回転方向に沿って約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置であり、
前記検知位置と前記３本のヒータとの最近接距離は、前記加熱ローラと前記３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内である、定着装置。
【請求項２】
前記検知位置は、前記ニップ位置の中心を起点として前記加熱ローラの回転方向に沿って１１０度〜１３０度および２３０度〜２５０度の範囲内の位置である、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱ローラの直径は０より大きく３０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記検知位置と前記３本のヒータとの最近接距離は、前記ニップ位置の中心と前記３本のヒータとの最近接距離よりも小さい、請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記検知位置と前記三角形の重心との距離は前記ニップ位置の中心と前記三角形の重心との距離よりも小さい、請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関し、より特定的には、ニップ位置の温度を高精度に制御可能な定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
定着装置は、電子写真式の画像形成装置（スキャナ機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンタとしての機能、データ通信機能、およびサーバ機能を備えたＭＦＰ(Multi Function Peripheral）、ファクシミリ機能、複写機、プリンタなど)において、トナーを用紙に加熱圧着する役割を果たしている。定着装置は加熱ローラと、加熱ローラとともにニップ位置において用紙に圧力を加えるための加圧ローラと、加熱ローラの外周面の温度を検知するための温度センサと、複数本のヒータと、温度制御装置とを備えている。加熱ローラは円筒形状を有しており、その内部にはたとえば複数本のヒータが配置されている。複数本のヒータによって加熱ローラの外周面は加熱され、加熱ローラの外周面の温度が温度検知センサで検知され、検知温度に基づいて温度制御装置によってヒータの出力が制御される。その結果、加熱ローラの外周面におけるニップ位置の温度が制御され、トナーが用紙に適切に定着するようにされている。
【０００３】
たとえば特開２００２−２１４９６６号公報（特許文献１）には、従来の定着装置が開示されている。特許文献１の定着装置は、加熱ローラ内部に配置された２本のハロゲンヒータを有している。２本のハロゲンヒータは、加熱ローラの中央よりも過昇温防止装置側に近い位置に配置されている。また、ハロゲンヒータの軸方向における局所的な配光リップルの谷底に一致する位置に、温度検知部材が配置されている。
【０００４】
２本のヒータを用いて加熱ローラを加熱する場合には、１本のヒータに求められる出力が大きいので、ヒータの加熱に高い電圧が必要である。このため場合によっては、ヒータの加熱時に定着装置の周囲に存在する蛍光灯にちらつきが生じることもある。そこで、ヒータの加熱に必要な電圧を低減するために、３本のヒータを用いて加熱ローラを加熱する技術も提案されている。
【０００５】
３本のヒータを備える定着装置において、加熱ローラの径が大きい場合には、３本のヒータと加熱ローラの内壁面との距離が長いため、ヒータからの輻射熱は均熱化され、加熱ローラの周方向の温度ムラは小さかった。このため、温度検知センサを加熱ローラの周方向のどの位置に配置しても、温度検知センサの検知温度とニップ位置の実際の温度との差は少なかった。一方で、加熱ローラの軸方向の温度分布は、ヒータの軸方向に沿ったフィラメント密度に大きく依存する。このため、加熱ローラの外周面の適切な位置に温度検知センサを配置することで検知温度のばらつきが抑えられている。
【特許文献１】特開２００２−２１４９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、画像形成装置全体の小型化を図るため、定着装置の小型化が求められている。しかし、定着装置の小型化のために、定着装置の加熱ローラを小径かつ薄肉にして、その中に３本の加熱ヒータを配置しようとすると、加熱ローラの周方向における温度ムラが大きくなり、温度検知センサの検知温度とニップ位置の実際の温度との差が大きくなる。その結果、ニップ位置の温度の検知精度が低下し、ニップ位置の過熱によるトナーの定着過剰が生じ易いという問題があった。また、加熱ローラの周方向において局所的に高温となる箇所が生じ、加熱ローラの性能劣化が生じ易いという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の一の目的は、トナーの定着過剰を抑止することのできる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、加熱ローラの性能劣化を抑止することのできる定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の定着装置は、用紙にトナーを定着させるための定着装置であって、加熱ローラと、加圧部材と、温度検知部材と、３本のヒータと、制御部材とを備えている。加圧部材は、加熱ローラとともにニップ位置において用紙に圧力を加えるためのものである。温度検知部材は、検知位置における加熱ローラの温度を検知するためのものである。３本のヒータは、加熱ローラを加熱するためのものである。制御部材は、温度に基づいて３本のヒータの各々に供給する電力を制御するためのものである。３本のヒータの各々の軸を結んだ三角形における内角の最低値が４５度以上となるように、３本のヒータの各々は加熱ローラの内部に配置されている。検知位置は、ニップ位置の中心を起点として加熱ローラの回転方向に沿って約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置である。検知位置と３本のヒータとの最近接距離は、加熱ローラと３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内である。
【００１０】
本願発明者らは以下のことを見出した。従来、加熱ローラの周方向における温度ムラが大きくなるのは、加熱ローラにおけるヒータとの距離が近い箇所では昇温が早く、遠い箇所では昇温が遅くなることに原因があった。その結果、加熱ローラにおけるヒータとの距離が近い箇所が検知位置となり、遠い個所がニップ位置となる場合などには、検知温度とニップ位置の温度との差が大きくなり、ニップ位置の温度の検知精度が低下していた。また、加熱ローラの周方向において局所的に高温となる箇所が生じていた。
【００１１】
本発明の定着装置によれば、３本のヒータの各々の軸を結んだ三角形における内角の最低値が４５度以上となるように３本のヒータの各々が配置されるので、加熱ローラの周方向に沿った温度分布のピークは概ね１２０度おきに発生する。したがって、ニップ位置の中心を起点として加熱ローラの回転方向に沿って約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置に検知位置を設けることによって、検知位置における温度とニップ位置における温度との差が小さくなり、ニップ位置の温度の検知精度を向上することができる。その結果、ニップ位置の過熱を防ぎ、トナーの定着過剰を抑止することができる。また、検知位置と３本のヒータとの最近接距離が、加熱ローラと３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内であるので、検知位置と加熱ローラの周方向における最も温度の高い箇所の温度と検知温度とのずれを小さくすることができる。その結果、局所的に高温となる箇所が生じにくくなり、加熱ローラの性能劣化を抑止することができる。
【００１２】
本発明の定着装置において好ましくは、検知位置は、ニップ位置の中心を起点として加熱ローラの回転方向に沿って１１０度〜１３０度および２３０度〜２５０度の範囲内の位置である。中心の位置から±１０度の範囲の温度は中心の位置の温度とほぼ同一であることが経験的に分かっているため、これにより、検知位置における温度とニップ位置における温度との差が一層小さくなり、ニップ位置の温度の検知精度を一層向上することができる。
【００１３】
本発明の定着装置において好ましくは、加熱ローラの直径は０より大きく３０ｍｍ以下である。これにより、加熱ローラが小型化されるため、定着装置の小型化を図ることができる。
【００１４】
本発明の定着装置において好ましくは、検知位置と３本のヒータとの最近接距離は、ニップ位置の中心と３本のヒータとの最近接距離よりも小さい。これにより、検知温度よりもニップ位置の中心の温度を低くすることができ、ニップ位置の過熱を抑止することができる。
【００１５】
本発明の定着装置において好ましくは、検知位置と上記三角形の重心との距離はニップ位置の中心と上記三角形の重心との距離よりも小さい。これにより、検知温度よりもニップ位置の中心の温度を低くすることができ、ニップ位置の過熱を抑止することができる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、上記の定着装置を備えている。これにより、トナーの定着過剰を抑止することができる。また、加熱ローラの性能劣化を抑止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の定着装置およびこれを用いた画像形成装置によれば、トナーの定着過剰を抑止することができる。また、加熱ローラの性能劣化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態における画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における定着装置の概略構成図である。
【図３】３本のヒータを図２中下方から見た場合の構成を示す模式図である。
【図４】３本のヒータと温度センサとの位置関係を説明するための第１の図である。
【図５】３本のヒータと温度センサとの位置関係を説明するための第２の図である。
【図６】加熱ローラの周方向に沿った３本のヒータによる温度分布を説明するための図である。
【図７】位置Ａ〜Ｆの各々における最も近いヒータまでの距離と、位置Ｃとの温度差との関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態における画像形成装置の概略構成図である。図１を参照して、本実施の形態における画像形成装置１においては、以下の方法により転写紙（用紙）に画像が形成される。始めに、給紙カセット２内に収納される転写紙３が給紙ローラ４および重走防止部５により１枚ずつ送り出され、図示しないガイド板に導かれて搬送ローラ６に挿入される。搬送ローラ６から送り出される転写紙３は、レジストローラ７に挿入され、転写処理部の転写領域に送り出される。その後、転写紙３は、感光体ドラム８、転写チャージャ９、剥離チャージャ１０を通過することによってトナー像を転写される。トナー像を転写された転写紙３は、分離爪１１を経て搬送ベルト１２に上載され、定着装置１３に送り込まれる。定着装置１３において転写紙３は加熱・加圧され、それによって転写されたトナー像が転写紙３に定着される。その後、転写紙３は図示しない排紙トレイに送られる。
【００２１】
図２は、本発明の一実施の形態における定着装置の概略構成図である。図１および図２を参照して、定着装置１３は、加熱ローラ１４と、加圧部材としての加圧ローラ１５と、温度検知部材としての温度センサ２２と、制御部材としての温度制御部１８と、３本のヒータ３０〜３２とを備えている。加熱ローラ１４の表面には、トナーが付着しない非粘着材が被覆されている。加圧ローラ１５は、加熱ローラ１４の図２中下部に配置されており、図示しない引張コイルバネなどの付勢部材により加熱ローラ１４に押し付けられている。温度センサ２２は、加熱ローラ１４の外表面の所定の検知位置に設置されている。温度センサ２２は、図示しない適当なブラケットなどに支持されて、加熱ローラ１４の外表面に接触もしくは近接して配置されている。温度センサ２２としては、小型のサーミスタや熱電対が使用されてもよい。３本のヒータ３０〜３２の各々は、加熱ローラ１４の内部に配置されている。加圧ローラ内１５内にも熱源が備えられていてもよい。温度制御部１８は、３本のヒータ３０〜３２の各々と電気的に接続されており、また温度センサ２２および本体制御部１９とも電気的に接続されている。加熱ローラ１４の周囲には、ローラ巻き付き防止爪２０やクリーニングウエブが配置されている。なお、加圧ローラ１５に対しても、その内部の熱源の温度制御を行うための温度センサを設けるようにしてもよい。
【００２２】
加熱ローラ１４と加圧ローラ１５とは、それぞれ図２中矢印で示す方向に回転することにより、トナー像が形成された転写紙３を、ニップ位置で挟み込んで通過させる。加熱ローラ１４は３本のヒータ３０〜３２の各々によって加熱されており、転写紙３は加熱ローラ１４と加圧ローラ１５との間のニップ位置を通過する際に加熱・加圧される。温度センサ２２は検知位置における加熱ローラ１４の温度を検知し、検知温度を温度制御部１８へ出力する。温度制御部１８は、画像形成装置全体の制御を行う本体制御部１９のコントロールに応じて、加熱ローラ１４の検知温度に基づいて、加熱ローラ１４が所定の温度範囲になるよう各ヒータに供給する電力を制御する（供給する電力のオン／オフ切替を行う）。
【００２３】
図３は、３本のヒータを図２中下方から見た場合の構成を示す模式図である。図３を参照して、ヒータ３０〜３２の各々は、円筒形状である加熱ローラ１４の軸に沿って加熱ローラ１４内部に延在している。ヒータ３０は、中央部３０ｂのみを加熱し端部３０ａおよび３０ｂを加熱しない中央ヒータであってもよい。ヒータ３１は、端部３１ａおよび３１ｃのみを加熱し中央部３１ｂを加熱しない端部ヒータであってもよい。ヒータ３２は、定常的に全体が加熱されているウォームアップヒータであってもよい。
【００２４】
図４〜図６は、３本のヒータと温度センサとの位置関係を説明するための図である。なお、図４〜図６は、図２の状態から反時計回りに９０度回転した状態で各部材を示している。始めに図４を参照して、３本のヒータ３０〜３２の各々の軸を結んだ三角形において、内角ｉの最低値はいずれも４５度以上であり、内角ｉは好ましくは約６０度である。また、この三角形の重心ｇは、加熱ローラ１４の軸よりも位置Ｃの方に偏心している。
【００２５】
次に図５を参照して、ニップ位置の中心を位置Ａとし、位置Ａを起点として加熱ローラ１４の軸ｃを中心として加熱ローラ１４の回転方向に沿った回転角を回転角αとする。回転角αが６０度である位置を位置Ｂとし、１２０度である位置を位置Ｃとし、１８０度である位置を位置Ｄとし、２４０度である位置を位置Ｅとし、３００度である位置を位置Ｆとする。温度センサ２２の検知位置は、回転角αが約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置であり、好ましくは１１０度〜１３０度および２３０度〜２５０度の範囲内の位置である。言い換えれば、温度センサ２２の検知位置は、位置Ｃ付近および位置Ｅ付近の少なくともいずれかの位置である。本実施の形態では、温度センサ２２の検知位置は位置Ｃ付近となっている。
【００２６】
また、温度センサ２２の検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離は、加熱ローラ１４と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離の１．４倍以内である。本実施の形態では、３本のヒータ３０〜３２から最も近い加熱ローラ１４の外表面の位置は、温度センサ２２の検知位置となっている。このため、温度センサ２２の検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離と、加熱ローラ１４と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離とは等しく、いずれも距離ｅ１で規定される。距離ｅ１は、温度センサ２２の検知位置とヒータ３１との距離である。
【００２７】
本実施の形態における定着装置１３は、転写紙３にトナーを定着させるための定着装置であって、加熱ローラ１４と、加圧ローラ１５と、温度センサ２２と、３本のヒータ３０〜３２と、温度制御部１８とを備えている。加圧ローラ１５は、加熱ローラ１４とともにニップ位置において転写紙３に圧力を加えるためのものである。温度センサ２２は、検知位置における加熱ローラ１４の温度を検知するためのものである。３本のヒータ３０〜３２は、加熱ローラ１４を加熱するためのものである。温度制御部１８は、検知温度に基づいて３本のヒータ３０〜３２の各々に供給する電力を制御するためのものである。３本のヒータ３０〜３２の各々の軸を結んだ三角形における内角ｉの最低値が４５度以上となるように、３本のヒータ３０〜３２の各々は加熱ローラ１４の内部に配置されている。検知位置は、回転角αが約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置である。検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離は、加熱ローラと３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内である。
【００２８】
本発明の定着装置によれば、３本のヒータ３０〜３２の各々の軸を結んだ三角形における内角ｉの最低値が４５度以上となるように３本のヒータ３０〜３２の各々が配置されるので、図６に示すように、加熱ローラ１４の周方向に沿った温度分布Ｔのピークは概ね１２０度おきに発生する。したがって、回転角αが約１２０度である位置Ｃ付近および約２４０度である位置Ｅ付近の少なくともいずれかの位置に温度センサ２２の検知位置を設けることによって、検知位置における温度とニップ位置における温度との差が小さくなり、ニップ位置の温度の検知精度を向上することができる。その結果、ニップ位置の過熱を防ぎ、トナーの定着過剰を抑止することができる。また、検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離が、加熱ローラ１４と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離の１．４倍以内であるので、検知位置と加熱ローラ１４の周方向における最も温度の高い箇所の温度と検知温度とのずれを小さくすることができる。その結果、局所的に高温となる箇所が生じにくくなり、加熱ローラの性能劣化を抑止することができる。
【００２９】
本願発明者らは、上記の効果を確認すべく以下の実験を行なった。
【００３０】
図５を参照して、直径３０ｍｍの加熱ローラ１４の内部に、中央ヒータであるヒータ３０と、端部ヒータであるヒータ３１と、ウォームアップヒータであるヒータ３２とを配置した。３本のヒータ３０〜３２の各々の軸を結んだ三角形において、内角ｉは６０度とした。そして、位置Ａ〜Ｆの各々において、最も近いヒータまでの距離（最近接距離）を測定した。次に、加熱ローラ１４の外表面における位置Ａ〜Ｆの各々に温度センサを配置して、ヒータ３０〜３２のスイッチを入れ、スイッチを入れてから１０秒後における温度センサの温度を測定した。位置Ａ〜Ｆの各々における最も近いヒータからの距離と１０秒後の到達温度とを表１に示す。
【表１】
2011048146.tif 000003
【００３１】
表１を参照して、加熱ローラ１４の外表面の温度は、周方向の位置によって異なっている。ニップ位置の中心である位置Ａ（１５９度）と温度が近いのは、位置Ｃ（１６２度）およびＥ（１６１度）である。したがって、３本のヒータの各々の軸を結んだ三角形が略正三角形である場合、ニップ位置の中心からの回転角αが約１２０度および約２４０度の少なくともいずれかの位置を検知位置とすることで、検知位置における温度とニップ位置における温度との差が小さくなり、ニップ位置の温度の検知精度を向上することができる。また、加熱ローラの外表面は概ね位置Ｅの温度以下に抑えられ、位置Ｅを大きく上回ることがなくなる。
【００３２】
図７は、位置Ａ〜Ｆの各々における最も近いヒータまでの距離と、位置Ｃとの温度差との関係を示す図である。図７を参照して、ヒータまでの距離が最も近く、かつ最も高温であった位置Ｃを基準とし、位置Ｃから最も近いヒータまでの距離（距離Ｃの最近接距離）を距離Ｓとする。位置Ｃにおける到達温度（１６２度）との温度差が５度以内となるのは、近似曲線Ｌによれば、ヒータまでの距離が距離Ｓの１．４倍以内の範囲であることが分かる。したがって、加熱ローラにおいて局所的に高温となる箇所を生じにくくするためには、加熱ローラと３本のヒータとの最近接距離の１．４倍以内の範囲に温度センサを配置することが適切である。
【００３３】
さらに、本実施の形態における定着装置においては、３本のヒータと温度センサとが以下の位置関係を有していることが好ましい。
【００３４】
図５を参照して、加熱ローラ１４の直径ｄは、０より大きく３０ｍｍ以下である。これにより、加熱ローラ１４が小型化されるため、定着装置１３の小型化を図ることができる。
【００３５】
また、温度センサ２２の検知位置と３本のヒータ３０〜３２との最近接距離である距離ｅ１は、ニップ位置の中心である位置Ａと３本のヒータ３０〜３２との最近接距離、すなわち距離ａ１よりも小さい。これにより、検知温度よりもニップ位置の中心の温度を低くすることができ、ニップ位置の過熱を抑止することができる。
【００３６】
さらに図４を参照して、温度センサ２２の検知位置と三角形の重心ｇとの距離ｅ２は、ニップ位置の中心である位置Ａと三角形の重心ｇとの距離ａ２よりも小さい。これにより、検知温度よりもニップ位置の中心の温度を低くすることができ、ニップ位置の過熱を抑止することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態において、各部材の位置関係は、装置に応じて適時変更することができる。
【００３８】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は電子写真式の複写機やプリンタの定着装置として適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  画像形成装置
２  給紙カセット
３  転写紙
４  給紙ローラ
５  重走防止部
６  搬送ローラ
７  レジストローラ
８  感光体ドラム
９  転写チャージャ
１０  剥離チャージャ
１１  分離爪
１２  搬送ベルト
１３  定着装置
１４  加熱ローラ
１５  加圧ローラ
１８  温度制御部
１９  本体制御部
２０  防止爪
２２  温度センサ
３０〜３２  ヒータ
３０ａ，３０ｃ，３１ａ，３１ｃ  ヒータ端部
３０ｂ，３１ｂ  ヒータ中央部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011048146.tif 000007
【図５】
2011048146.tif 000008
【図６】
2011048146.tif 000009
【図７】
2011048146.tif 000010