(57)【要約】【課題】温度制御のために複雑な構成をとることなく安定した定着性が得られる定着装置を提供する。【解決手段】ヒータ１２を内包する定着ローラ１１と、ヒータ２を内包する加熱ローラ１と、定着ローラ１１と加熱ローラ１に張架された定着ベルト３０と、ヒータ電源５１に対しヒータ１２と並列に接続されヒータ１２より発熱の小さいヒータ２２を内包し、定着ベルト３０を介して定着ローラ１１に当接する加圧ローラ２１と、加圧ローラ２１の温度を検知するサーミスタ２３と、サーミスタ２３が検知した温度に基づきヒータ１２とヒータ２２の両者を同時にオン／オフ制御する制御部５０と、ヒータ電源５１に対してヒータ１２と直列に接続され定着ローラ１１と隙間を空けて配置され、第１の所定の温度以上でヒータ１２をヒータ電源５１から遮断し、第１の所定の温度より低い第２の所定の温度以下でヒータ１２にヒータ電源５１を通電するサーモスイッチを備える。【選択図】          図２
2004191488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のヒータを内包する定着ローラと、
第２のヒータを内包する加熱ローラと、
前記定着ローラと前記加熱ローラに張架された定着ベルトと、
電源に対して前記第１のヒータと並列に接続されるとともに前記第１のヒータより発熱の小さい第３のヒータを内包し、前記定着ベルトを介して定着ローラに当接する加圧ローラと、
前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知手段と、
前記加圧ローラ温度検知手段が検知した温度に基づいて前記第１のヒータおよび前記第３のヒータの両者を同時にオン／オフ制御する制御手段と、
前記電源に対して前記第１のヒータと直列に接続されるとともに前記定着ローラと隙間を空けて配置され、第１の温度以上で前記第１のヒータを前記電源から遮断し、前記第１の温度よりも低い第２の温度以下で前記第１のヒータに前記電源を通電するサーモスイッチとを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第２の温度がトナー軟化温度であることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着ローラの温度が所定値以上になると第１のヒータをオフにする複数の第１の過熱防止手段と、
前記加熱ローラの温度が所定値以上になると第２のヒータをオフにする複数の第２の過熱防止手段と、
前記加圧ローラの温度が所定値以上になると第３のヒータをオフにする複数の第３の過熱防止手段とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
装置外部の温度を検知する外部温度検知手段と、
前記定着ローラと前記サーモスイッチとの隙間の大きさを切り換える隙間切り替え手段とを備え、
前記制御手段は、前記外部温度検知手段が検知した温度に応じて前記隙間切り替え手段に前記隙間の大きさを切り替えさせるように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記外部温度検知手段が検知した温度が所定の温度より高いときに前記隙間切り替え手段に前記隙間を所定の値より小さくなるように切り替えさせ、前記外部温度検知手段が検知した温度が所定の温度より低いときに前記隙間切り替え手段に前記隙間を所定の値より大きくなるように切り替えさせることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタや複写機に使用され、記録紙に担持されたトナーを熱と圧力により定着する定着装置に関し、より詳しくは、定着装置の温度制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の定着装置としては、特許文献１に開示された定着装置のように、加圧回転体を回転可能に支持し且つ加圧回転体と一体的に移動して加圧回転体を定着回転体に配設されるサーミスタとサーモスイッチとが固定的に支持され、異常高温を防止するようにしたものが知られている。
【０００３】
また、特許文献２に開示された定着装置のように、加熱源を内包し回転自在に支持された定着ローラと、加熱源を内包し定着ローラに圧接して回転自在に支持された加圧ローラと、定着ローラと加圧ローラに接触または近接した位置で各加熱源と電源を結ぶ給電ラインに直列に接続されたサーモスイッチを備え、各サーモスイッチが直列に接続され、各加熱源が一方の給電端を共通にしてサーモスイッチを介して電源に接続され、いずれか一方のローラに異常昇温が生じた場合に、他方のローラに給電が継続されることにより火災等を防止するようにしたものが知られている。
【０００４】
また、特許文献３には、定着ローラと、内部に熱源としてのハロゲンヒータを有する加熱ローラと、定着ローラと加熱ローラ間に張架された定着ベルトと、定着ローラに対向して配置され、定着ベルトを挟んで定着ローラに圧接され、内部に熱源としてのハロゲンヒータを有する加圧ローラとを備えた定着装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３で開示された種類の定着ローラには、定着ローラを含む３本のローラ全てにヒータ等の熱源を備えたものもあり、温度制御の簡素化のために３本のローラ全てをサーミスタ等で温度を測って温度管理をすることを避け、サーミスタで検知した加圧ローラの温度に基づいて加圧ローラのヒータと、このヒータと電源に対し並列に接続された定着ローラのヒータとを同時にオン／オフするようにしたものが知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２０７２７４号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−３１１５１４号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−２４４４８４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなサーミスタで検知した加圧ローラの温度に基づいて、加圧ローラのヒータと、電源に対しこのヒータと並列に接続された定着ローラのヒータとを同時にオン／オフするようにした従来の定着装置では、定着ローラの過熱防止のため、サーミスタで温度検知をする加圧ローラの温度より定着ローラの温度が低くなるようにヒータのワット数を設定せざるを得ないので、通紙開始時に定着ローラが加熱ローラから熱を奪い、定着ローラと加圧ローラとのニップ部の定着ベルトの温度が一時的に下がってしまい定着性に問題があった。特に、定着ローラの温度が十分上がり安定する前に通紙をする傾向のあるいわゆる高速機ではこの問題が顕著であった。
【００１０】
一方、定着ローラの温度を十分に高めておくために定着ローラのヒータを加圧ローラのヒータよりもワット数の高いものにした場合、定着ローラはサーミスタで温度検知して温度制御していないので、定着ローラに備えたサーモスタット等の過熱防止手段が誤検知してしまうという問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、温度制御のために複雑な構成をとることなく安定した定着性が得られる定着装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、第１のヒータを内包する定着ローラと、第２のヒータを内包する加熱ローラと、前記定着ローラと前記加熱ローラに張架された定着ベルトと、電源に対して前記第１のヒータと並列に接続されるとともに前記第１のヒータより発熱の小さい第３のヒータを内包し、前記定着ベルトを介して定着ローラに当接する加圧ローラと、前記加圧ローラの温度を検知する加圧ローラ温度検知手段と、前記加圧ローラ温度検知手段が検知した温度に基づいて前記第１のヒータおよび前記第３のヒータの両者を同時にオン／オフ制御する制御手段と、前記電源に対して前記第１のヒータと直列に接続されるとともに前記定着ローラと隙間を空けて配置され、第１の温度以上で前記第１のヒータを前記電源から遮断し、前記第１の温度よりも低い第２の温度以下で前記第１のヒータに前記電源を通電するサーモスイッチとを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この構成により、本発明の定着装置では、温度制御のために複雑な構成をとることなく安定した定着性を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、前記第２の温度がトナー軟化温度であることを特徴としている。
【００１５】
この構成により、本発明の定着装置では、定着ローラ１１の温度はトナー軟化点以上の温度に保たれるので、安定した定着性を実現できる。
【００１６】
また、本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、前記定着ローラの温度が所定値以上になると第１のヒータをオフにする複数の第１の過熱防止手段と、前記加熱ローラの温度が所定値以上になると第２のヒータをオフにする複数の第２の過熱防止手段と、前記加圧ローラの温度が所定値以上になると第３のヒータをオフにする複数の第３の過熱防止手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成により、本発明の定着装置では、過昇温を防止し安全性を確保することができる。
【００１８】
また、本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、装置外部の温度を検知する外部温度検知手段と、前記定着ローラと前記サーモスイッチとの隙間の大きさを切り換える隙間切り替え手段とを備え、前記制御手段は、前記外部温度検知手段が検知した温度に応じて前記隙間切り替え手段に前記隙間の大きさを切り替えさせるように制御することを特徴としている。
【００１９】
この構成により、本発明の定着装置では、装置外部の温度環境に合わせて最適な定着ローラの温度にすることができる。
【００２０】
また、本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、前記制御手段は、前記外部温度検知手段が検知した温度が所定の温度より高いときに前記隙間切り替え手段に前記隙間を所定の値より小さくなるように切り替えさせ、前記外部温度検知手段が検知した温度が所定の温度より低いときに前記隙間切り替え手段に前記隙間を所定の値より大きくなるように切り替えさせることを特徴としている。
【００２１】
この構成により、本発明の定着装置では装置外部の温度環境に合わせて最適な定着ローラの温度にすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１乃至図３はそれぞれ本発明の一実施形態の定着装置６０の側面図、斜視図およびヒータ配線図である。この定着装置６０は、複写機等の画像形成装置に適用され、熱と圧力により記録紙上のトナー画像を定着するためのもので、ベルト定着方式の定着装置である。
【００２４】
図１乃至図３に示すように、定着装置６０は、内部に熱源としてのヒータ１２を有する加熱ローラ１と、内部に熱源としてのヒータ１２を有する定着ローラ１１と、定着ローラ１１と加熱ローラ１間に張架された定着ベルト３０と、定着ローラ１１に対向して配置され、定着ベルト３０を挟んで該定着ローラ１１に圧縮スプリング等から構成される図示しない加圧手段の付勢力により圧接され内部に熱源としてのヒータ２２を有する加圧ローラ２１と、加圧ローラ２１の表面温度を検知するサーミスタ２３と、加熱ローラ１の表面温度を検知するサーミスタ３を備えている。定着ベルト３０は、ニッケルや耐熱樹脂（たとえばポリイミド）、炭素鋼、ステンレス鋼等から構成される無端状の薄いベルトの表面にフッ素樹脂やシリコンゴム等の耐熱性離型層を複数層設けた構成になっている。
【００２５】
また、図２に示すように、定着ローラ１１にはサーモスタット１４ａ、１４ｂが、加熱ローラ１にはサーモスタット４ａ、４ｂが、加圧ローラ２１にはサーモスタット２４ａ、２４ｂがそれぞれ備えられている。これらサーモスタッド１４ａ、１４ｂ、４ａ、４ｂ、２４ａ、２４ｂは、検出温度がサーモスタッドの設定値を超えた場合に回路を開き安全を確保するための過熱防止手段として供され、例えば３００℃以上の温度となったときに回路を遮断する。
【００２６】
また、定着装置６０は、図示しないスプリング等の加圧手段の付勢力により定着ベルト３０の張りを適切な値に調節するテンションローラ３１と、定着ベルト３０の表面を清浄するクリーニングローラ３２、３３を備えている。
【００２７】
サーミスタ３が検知した加熱ローラ１の表面温度の情報は制御部５０に送られ、制御部５０により加熱ローラ１が内包するヒータ２がオン／オフされて目標温度に管理される。
【００２８】
一方、定着ローラ１１および加圧ローラ２１の表面温度は加熱ローラ１の表面温度とは別系統で管理される。図３に示すように、定着ローラ１１が内包するヒータ１２および加圧ローラ２１が内包するヒータ２２は、ヒータ電源５１に対して並列に接続される。サーミスタ２３が検知した加圧ローラ２１の表面温度の情報は制御部５０に送られて、制御部５０は定着ローラ１１が内包するヒータ１２および加圧ローラ２１が内包するヒータ２２とヒータ電源５１との間に設けられたスイッチ２５をオン／オフすることにより加熱ローラ２１の表面温度を目標温度に管理する。本実施形態では、定着ローラ１１が内包するヒータ１２のワット数を加圧ローラ２１が内包するヒータ２２よりも大きくしている。
【００２９】
また、定着装置６０は定着ローラ１１の表面と僅かな隙間を開けて配置されるサーモスイッチ１５を備えている。このサーモスイッチ１５は図２および図３に示すように電気的には定着ローラ１１が内包するヒータ１２に直列に接続されており、ヒータ１２へのヒータ電源５１からの供給をオン／オフするようになっている。サーモスイッチ１５は検出温度が１８０℃以上になると通電を遮断し、１５０℃以下になると再び通電するようになっている。サーモスタット１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ、４ａ、４ｂは、ある温度以上になり一度通電を遮断してしまうとマイナス３５℃程度まで温度を下げないと復帰せず、過熱防止のための保護機構であるのに対して、サーモスイッチ１５は定着ローラ１１の表面温度を目標温度に管理するために設けられている。
【００３０】
また、定着装置６０は、サーミスタ等から構成される外部温度検知手段（図示しない）を備えており、この外部温度検知手段は定着装置６０が設置される場所の温度を検知し、例えば冬の気温の低い状態（低温環境）や夏の気温の高い状態（高温環境）を検知する。外部温度検知手段は定着装置６０の外部に突出するように設けてもよいが、定着装置６０または定着装置６０が適用される画像形成装置の内部であっても、装置が生み出す熱の影響を受けず外気と実質的に同じ温度を計測できる場所であれば設置することができる。
【００３１】
また、定着装置６０は、モータと伝達機構等から構成されサーモスイッチ１５と定着ローラ１１との隙間を図４（ｃ）に示す隙間の大きい状態、または図４（ｂ）に示す隙間の小さい状態、または図４（ａ）に示す中間の状態のいずれかに切換える隙間切り換え機構（図示しない）を備えている。なお、図４（ａ）〜（ｃ）におけるＨ１、Ｈ２、Ｈ３はサーモスイッチ１５と定着ローラ１１の隙間を示し、具体的には、Ｈ１は０．６ｍｍ、Ｈ２は０．３ｍｍ、Ｈ３は１ｍｍとなっている。
【００３２】
外部温度検知手段が検知した温度が常温（例えば２４℃）のときは、制御部５０は隙間切り替え機構を制御して図４（ａ）に示す隙間Ｈ１の状態にする。
【００３３】
また、外部温度検知手段が検知した温度が高温（例えば２８℃）のときは、制御部５０は隙間切り替え機構を制御して図４（ｂ）に示す隙間Ｈ２の状態にする。
【００３４】
また、外部温度検知手段が検知した温度が低温（例えば２０℃）のときは、制御部５０は隙間切り替え機構を制御して図４（ｃ）に示す隙間Ｈ３の状態にする。
【００３５】
すなわち、外部温度が高温環境のときの隙間Ｈ２は常温環境のＨ１よりも狭いので、サーモスイッチ１５が検知する温度は高くなるため、サーモスイッチ１５は定着ローラ１１の表面温度を低めの状態に制御するようになる。これと逆に外部温度が低温環境のときの隙間Ｈ３は常温環境のＨ１よりも広いので、サーモスイッチ１５が検知する温度は低くなるため、サーモスイッチ１５は定着ローラ１１の表面温度を高めの状態に制御するようになる。なお、隙間切り換え機構としては、モータと伝達機構によるものの外に例えばソレノイドを使用したり、または金属から構成される外部温度検知手段と機械的に直結し外部温度検知手段の熱膨張等を利用するものであってもよい。
【００３６】
図５はヒータ電源５１とヒータ１２との間にサーモスイッチ１５を備えないとともに定着ローラ１１のヒータ１２のワット数が加圧ローラ２１のヒータ２２のワット数よりも小さい従来の定着装置の各ローラの温度変化を示す。また、図６はヒータ電源５１とヒータ１２との間にサーモスイッチ１５を備えるとともに定着ローラ１１のヒータ１２のワット数が加圧ローラ２１のヒータ２２のワット数よりも大きい本実施形態の定着装置６０の各ローラの温度変化を示す。
【００３７】
図６に示す本実施形態の定着装置６０では、ヒータ電源５１とヒータ１２との間にサーモスイッチ１５を備えているので、定着ローラ１１のヒータ１２のワット数を加圧ローラ２１のヒータ２２のワット数よりも大きくすることができるため、待機時の定着ローラ１１の温度を加圧ローラ２１よりも高く設定することができる。従って、定着ローラ１１と加熱ローラ１とから熱を供給される定着ベルト３０の温度を従来よりも高い温度で且つ安定させることができるため、通紙開始時の加熱ローラ１の温度の落ち込み（従来はデルタＴ１落ち込んでいた）を小さくすることができる。また、通紙終了直後の定着ローラ１１の温度のオーバーシュート（従来はデルタＴ２オーバーシュートしていた）を小さくすることができる。なお、図６において、定着ローラ１１の温度曲線に記したＯＰＥＮは、定着ローラ１１の温度が上昇してサーモスイッチ１５の接点が開いたことを示し、ＣＬＯＳＥは、定着ローラ１１の温度が下降してサーモスイッチ１５の接点が閉じたことを示す。
【００３８】
なお、本実施形態では外部温度に基づいてサーモスイッチ１５と定着ローラ１１との隙間を切り換えているが、ある一定枚数以上の記録紙を連続して定着した後にこの隙間を狭くすることにより、連続通紙後で高めの状態になっている定着ローラ１１の温度を下げる際のオーバーシュートを防止することができる。
【００３９】
このように本実施形態では、ヒータ１２を内包する定着ローラ１１と、ヒータ２を内包する加熱ローラ１と、定着ローラ１１と加熱ローラ１に張架された定着ベルト３０と、ヒータ電源５１に対してヒータ１２と並列に接続されるとともにヒータ１２より発熱の小さいヒータ２２を内包し、定着ベルト３０を介して定着ローラ１１に当接する加圧ローラ２１と、加圧ローラ２１の温度を検知するサーミスタ２３と、サーミスタ２３が検知した温度に基づいてヒータ１２およびヒータ２２の両者を同時にオン／オフ制御する制御部５０と、ヒータ電源５１に対してヒータ１２と直列に接続されるとともに定着ローラ１１と隙間を空けて配置され、第１の所定の温度以上でヒータ１２をヒータ電源５１から遮断し、第１の所定の温度よりも低い第２の所定の温度以下でヒータ１２にヒータ電源５１を通電するサーモスイッチを備えているため、温度制御のために複雑な構成をとることなく安定した定着性を得ることができる。
【００４０】
また、第２の所定の温度はトナー軟化点であるので、定着ローラ１１の温度はトナー軟化点以上の温度に保たれるので、安定した定着性を実現できる。
【００４１】
また、定着ローラ１１、加熱ローラ１および加圧ローラ２１にはそれぞれ複数（本実施形態では各２つ）のサーモスタットが設けられているために、過昇温を防止し安全性を確保することができる。
【００４２】
また、装置外部の温度を検知する外部温度検知手段と、定着ローラ１１とサーモスイッチ１５との隙間の大きさを切換える隙間切り替え機構を備え、制御部５０は、外部温度検知手段が検知した温度に応じて、外部温度が所定の温度より高いときに隙間を小さくし、外部温度が所定の温度より低いときに隙間を大きくさせるので、装置外部の温度環境に合わせて最適な定着ローラ１１の温度にすることができる。例えば、装置外部の温度が低く転写紙も冷えているときは、隙間を狭くすることにより定着ローラ１１の温度が高めに設定され、良好な定着を行うことができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、温度制御のために複雑な構成をとることなく安定した定着性が得られる定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置を示す側面図である。
【図２】一実施形態の定着装置の斜視図である。
【図３】一実施形態の定着装置の配線図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は一実施形態の定着ローラとサーモスイッチの隙間の切り替えを示す図である。
【図５】従来の定着装置の定着ローラ、加圧ローラおよび加熱ローラの温度変化を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る定着装置の定着ローラ、加圧ローラおよび加熱ローラの温度変化を示す図である。
【符号の説明】
１    加熱ローラ
２ａ、２ｂ    ヒータ
３    サーミスタ
４ａ、４ｂ    サーモスタット（第２の過熱防止手段）
１１    定着ローラ
１２    ヒータ
１４ａ、１４ｂ    サーモスタット（第１の過熱防止手段）
１５    サーモスイッチ
２１    加圧ローラ
２２    ヒータ
２３    サーミスタ（加圧ローラ温度検知手段）
２４ａ、２４ｂ    サーモスタット（第３の過熱防止手段）
２５    スイッチ
３０    定着ベルト
３２    クリーニングローラ
５０    制御部（制御手段）
５１    ヒータ電源（電源）
６０    定着装置
【図１】
2004191488.tif 000003
【図２】
2004191488.tif 000004
【図３】
2004191488.tif 000005
【図４】
2004191488.tif 000006
【図５】
2004191488.tif 000007
【図６】
2004191488.tif 000008