(57)【要約】【課題】定着部材の局所的な温度上昇を検知することができ、温度オーバーシュートの発生を効率的に防止可能な定着装置を提供する。【解決手段】加熱手段５６によって加熱され、所定方向に回転し、未定着画像Ｔを加熱溶融して記録材Ｐに定着させる定着部材３８と、所定方向に回転し、定着部材３８に圧接して定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０ｂと、複数のチャンネルを有し、定着部材３８表面の複数の領域の温度を検知可能なサーモパイルアレイ３４と、加熱手段５６による加熱を制御する加熱制御手段４２と、を備え、定着ニップ部Ｎへの記録材Ｐの搬送動作が終了した後、所定の条件に満たした場合に、加熱手段５６による定着部材３８の加熱を停止した状態で定着部材３８と加圧部材３０ｂとを回転させる空回転モードが実行されることを特徴とする定着装置。【選択図】図２
2016018062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段によって加熱され、所定方向に回転し、未定着画像を加熱溶融して記録材に定着させる定着部材と、
所定方向に回転し、前記定着部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧部材と、
複数のチャンネルを有し、前記定着部材表面の複数の領域の温度を検知可能なサーモパイルアレイと、
前記加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、を備え、
前記定着ニップ部への前記記録材の搬送動作が終了した後、所定の条件に満たした場合に、前記加熱手段による前記定着部材の加熱を停止した状態で前記定着部材と前記加圧部材とを回転させる空回転モードが実行されることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ニップ部への前記記録材の搬送動作が終了した後、前記サーモパイルアレイによって検知された前記定着部材表面の温度が所定の値を超えている場合に、空回転モードが実行され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】
前記サーモパイルアレイの複数のチャンネルのうち、少なくとも１つのチャンネルが所定の値を超える温度を検知した場合に、前記空回転モードが実行されることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記定着ニップ部への前記記録材の連続搬送枚数が所定の値を超えた場合に、空回転モードが実行されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記空回転モードにおける前記定着部材と前記加圧部材の回転速度及び回転継続時間を任意に設定可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記空回転モードにおいて、予め設定された回転継続時間を経過した後、前記サーモパイルアレイによって検知される前記定着部材表面の温度が所定の値を超えている場合は、空回転モードが再度実行されることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、像担持体上に画像情報に基づいてトナー像を形成し、該トナー像を紙やＯＨＰシート等の記録材上に転写し、トナー像を担持した記録材を定着装置に通して熱と圧力によりトナー像を記録材上に固定する。
【０００３】
定着装置における定着手段の加熱方法としては、例えば、ベルト及びフィルム方式（特許文献１及び２参照）、断熱ローラを外部から加熱する方式（特許文献３参照）、画像情報を基に画像領域のみを選択的に加熱する技術などが提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載された定着装置は、薄肉円筒状の耐熱性フィルムに接触する板状加熱体と、加圧ローラでフィルムと記録材を密着させるように挟み込み、熱エネルギーを記録材に与える構成である。フィルムが約１００μｍ程度と薄いため、実質的に立ち上げ時間は熱容量の小さい板状加熱体の温度を上昇させるだけで済むため、立ち上がり時間を短縮でき，予熱電力を削減できる。
特許文献１には、さらに、記録材上に形成された画像にあわせて加熱体の制御温度や加熱域を変化させ、非画像領域（画像形成領域における画像が存在しない部分）のへのエネルギー供給を削減することで、省エネルギーを可能とする構成が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、サーマルヘッドの発熱体の素子ごとの温度を測定して適正な熱を供給することで、周囲温度の影響も考慮し、かつ紙面上のトナー部分にのみ熱を加える構成が開示されている。
【０００６】
特許文献３の定着装置は、ローラを外部から加熱する構成である。この構成は、外部から加熱することで定着ローラ表層近傍に蓄熱した熱でトナー溶融を行うことにより、定着ローラ全体を加熱する内部加熱方式に比べて立ち上がり時間が短く、エネルギーロスが少ないという利点がある。また非画像領域に対応する定着ローラの部位の温度が画像領域に対応する部位の温度よりも低くなるように外部加熱手段を制御する技術が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
大量の通紙が連続して実行されたとき、定着装置の内部の部材は温度が上昇しており、熱量が蓄えられている。この状態で通紙終了後すぐに定着部材や加圧部材の回転を停止すると、内部の部材の熱によって定着部材（定着スリーブ）がさらに加温され、温度オーバーシュートが発生することがある。また、温度オーバーシュートにより、定着スリーブからの揮発性有機化合物（ＶＯＣ）や微粒子等の汚染物質の発生を招くことがある。
【０００８】
このような通紙後の温度オーバーシュートの発生を回避するために、装置を所定時間だけ空回転させて、定着ローラを冷却する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。
特許文献４には、温度検知手段によって検知される検知温度が所定の閾値を超えている場合に、空回転モードが実行されることが記載されている。温度検知手段としては、定着スリーブ側に配置した温度センサが用いられ、検知された温度によって空回転モードの実行が判断される。
【０００９】
しかしながら温度検知手段は、設置スペースやコスト等の観点から限定的に配置されるため、定着スリーブの複数地点の温度を詳細に検出することは困難である。温度検知不能の領域において局所的な温度上昇が生じた場合、それを検知することができず、温度オーバーシュートを発生させないための措置、例えば空回転モードの実行判断ができないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、定着部材の局所的な温度上昇を検知することができ、温度オーバーシュートの発生を効率的に防止可能な定着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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係る定着装置は、加熱手段によって加熱され、所定方向に回転し、未定着画像を加熱溶融して記録材に定着させる定着部材と、所定方向に回転し、前記定着部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧部材と、複数のチャンネルを有し、前記定着部材表面の複数の領域の温度を検知可能なサーモパイルアレイと、前記加熱手段による加熱を制御する加熱制御手段と、を備え、前記定着ニップ部への前記記録材の搬送動作が終了した後、所定の条件に満たした場合に、前記加熱手段による前記定着部材の加熱を停止した状態で前記定着部材と前記加圧部材とを回転させる空回転モードが実行されることを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の定着装置によれば、温度検知手段の設置に要するスペースやコストを増大させることなく、定着部材の局所的な温度上昇を検知することができ、温度オーバーシュートの発生を効率的に防止可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の画像形成装置の全体構成の一例を示す断面概略図である。
【図２】本実施形態の定着装置の構成の一例を示す説明図である。
【図３】本実施形態の定着装置の加熱手段の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態の定着装置の空回転モード実施の流れを示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の定着装置のサーモパイルアレイと温度検出範囲を模式的に示す説明図である。
【図６】本実施形態の定着装置のサーモパイルアレイの配置及び定着部材の表面温度検知の態様を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１５】
図１に、本実施形態の定着装置を備えた画像形成装置の断面の模式図を示す。
図１に示すように、画像形成装置の一例としてのプリンタは、給紙手段４、レジストローラ対６、像担持体としての感光体ドラム８、転写手段１０、及び定着装置１２などを備えている。
【００１６】
給紙手段４は、記録材としての用紙Ｐが積載状態で収容される給紙トレイ１４と、給紙トレイ１４に収容された用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して送り出す給紙コロ１６を有している。
給紙コロ１６によって送り出された用紙Ｐはレジストローラ対６で一旦停止され、姿勢ずれを矯正された後、感光体ドラム８の回転に同期するタイミング、すなわち感光体ドラム８上に形成されたトナー像の先端と用紙Ｐの搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイミングでレジストローラ対６により転写部位１１へ送られる。
【００１７】
感光体ドラム８の回転方向を矢印で示している。感光体ドラム８の外部には、回転方向順に、帯電手段としての帯電ローラ１８、図示しない露光手段の一部を構成するミラー２０、現像ローラ２２ａを備えた現像手段２２、転写手段１０、及びクリーニングブレード２４ａを備えたクリーニング手段２４が配置されている。
帯電ローラ１８と現像手段２２の間において、ミラー２０を介して感光体ドラム８上の露光部２６に露光光Ｌｂが照射され、走査される。
【００１８】
感光体ドラム８が回転を始めると、感光体ドラム８の表面が帯電ローラ１８により均一に帯電される。画像情報に基づいて露光光Ｌｂが露光部２６に照射、走査され、作成すべき画像に対応した静電潜像が形成される。
形成された静電潜像は、感光体ドラム８の回転により現像手段２２へ移動し、ここでトナーが供給されて可視像化され、トナー像が形成される。
【００１９】
感光体ドラム８上に形成されたトナー像は、転写手段１０において所定のタイミングで転写部位１１に進入してきた用紙Ｐ上に転写バイアス印加により転写される。
【００２０】
トナー像を担持した用紙Ｐは定着装置１２へ向けて搬送され、定着装置１２において定着された後、図示しない排紙トレイへ排出・スタックされる。
【００２１】
転写部位１１で転写されずに感光体ドラム８上に残った残留トナーは、感光体ドラム８の回転に伴ってクリーニング手段２４に至り、クリーニング手段２４を通過する間にクリーニングブレード２４ａにより掻き落とされることで除去される。
【００２２】
その後、感光体ドラム８上の残留電位が図示しない除電手段により除去され、次の作像工程に備えられる。
【００２３】
本実施形態の定着装置１２の構成を図２に示す。
本実施形態の定着装置１２は、加熱手段５６によって加熱され、所定方向に回転し、未定着画像（トナー像）Ｔを加熱溶融して記録材（用紙）Ｐに定着させる定着部材３８と、所定方向に回転し、定着部材３８に圧接して定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０と、複数のチャンネルを有し、前記定着部材表面の複数の領域の温度を検知可能なサーモパイルアレイ３４と、加熱手段５６による加熱を制御する加熱制御手段と、を備え、定着ニップ部Ｎへの記録材（用紙）Ｐの搬送動作が終了した後、所定の条件を満たした場合に、加熱手段５６による定着部材３８の加熱を停止した状態で定着部材３８と加圧部材３０とを回転させる空回転モードが実行される。
【００２４】
図２に示すように、定着装置１２は、ハロゲンヒータやＩＨコイルなどの加熱手段５６を、フィルムやスリーブなどの定着部材３８の内部に備えている。加熱手段５６は図示しない付勢手段により定着部材３８の表面に押し当てられている。
なお、加熱手段５６は定着部材３８の外部に設けてもよい。また、加熱手段５６は押圧部材として機能するため、いわゆるＳＵＲＦ定着の構成のように定着ニップ部Ｎの箇所に配置されてもよい。
定着部材３８の温度が上昇することにより、定着ニップ部Ｎに搬送された用紙Ｐ上の未定着画像（トナー像）Ｔが加熱され用紙Ｐに定着する。
【００２５】
図３に加熱手段５６の模式図を示す。図３に示す加熱手段は、面状基材の上に抵抗発熱体が設けられた面状ヒータであり、長手方向に複数分割された加熱領域（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、定着部材（定着ベルト）３８は、基体４３と、基体４３の表面を被覆する弾性層４４を備え、表面に離型層４５を有する。
基体４３は外径が４０ｍｍ程度、厚みが５０〜１００μｍ程度であり、材質としては、例えばニッケルやＳＵＳ等の金属基体、ポリイミド等の樹脂基体が挙げられる。
弾性層４４は厚みが５０〜３００μｍ程度であり、材質としては、例えばシリコンゴム等が挙げられる。
離型層４５は、厚みが５〜５０μｍ程度であり、材質としては、耐久性を高めて離型性を確保することが可能なものであれば特に限定されないが、例えばＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂等が挙げられる。
【００２７】
定着部材３８の内部には支持部材６１が設けられ、定着ニップ部Ｎを形成する箇所には押圧部材６０と加圧部材３０とが設けられ、図示しない側板外部部材と接続されて定着部材３８を支持している。
【００２８】
加圧部材３０（３０ａ、３０ｂ）は、芯金３１（４１ａ、４１ｂ）と、芯金３１の表面に被覆された弾性層３２（４２ａ、４２ｂ）を有する。
加圧部材３０ａは、面状ヒータに定着部材を確実に押し当てるためのローラである。
加圧部材３０ｂは、図示しない付勢手段により定着部材３８に圧接し、定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラである。
【００２９】
定着ニップ部Ｎを形成する加圧部材３０ｂを構成する芯金３１ｂは、外径が４０ｍｍ程度、厚みが２ｍｍ程度であり、材質としては例えば鉄が挙げられる。
弾性層３２ｂは、厚みが５ｍｍ程度であり、材質としてはシリコンゴム等が挙げられる。
弾性層３２ｂの表面には、離型性を高めるために厚みが４０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成することが好ましい。
加圧部材（加圧ローラ）３０ａを構成する芯金３１ａは、外径が１０ｍｍ程度であり、材質としては例えば鉄が挙げられる。
弾性層３２ａは、厚みが４ｍｍ程度であり、材質としてはシリコンゴム等が挙げられる。
弾性層３２ａの表面には、離型性を高めるために厚みが３０μｍ程度のフッ素樹脂層を形成することが好ましい。
【００３０】
定着部材３８の回転方向において定着ニップ部Ｎの下流、加熱手段５６の上流の領域には、定着部材３８の表面温度を検知する温度検知手段としてのサーモパイルアレイ３４と、加熱手段５６の温度を検知する加熱部材温度検知手段としてのサーミスタ３６が設けられている。さらに、加熱手段５６に電力を供給する電源４０と、検知された温度情報に基づいて電源４０を制御する加熱制御手段４２が設けられている。
【００３１】
図５にサーモパイルアレイ３４の模式図を示す。
図５に示すように、サーモパイルアレイ３４は温度を検出する素子（３４１、３４２、３４３…）が複数個並べられた複数のチャネルを有する構成であり、全体として視野角θを形成する。このような構成により、定着部材３８表面の複数箇所の温度を検出することができる。
サーモパイルアレイ３４は、３チャンネル以上を有するものが好ましい。多くのチャネルを有することにより表面温度をより細かい間隔で検知することができるが、具体的には３〜１６チャンネルを有するものが挙げられる。
【００３２】
加熱制御手段４２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏインターフェース等を包含するマイクロコンピュータを意味する。
【００３３】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に、本実施形態の定着装置１２における定着部材３８とサーモパイルアレイ３４との配置位置の関係を示す。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、定着部材３８の長手方向の一方の端部３８ｄを含むおよそ半分の長さの領域を示したもので、３８ａ、３８ｂ、３８ｃで示す領域は、図３に示した加熱手段５６の分割された加熱領域５６ａ、５６ｂ、５６ｃに対応して加熱される領域を示している。
定着部材３８表面の３８ａ、３８ｂ、３８ｃで示す領域の温度をサーモパイルアレイ３４により検知し、検知された温度情報に基づき加熱手段５６の加熱が制御される。
【００３４】
図６（ａ）において、サーモパイルアレイ３４の視野角θａの基準となる線が視野角基準線Ｂａである。視野角基準線Ｂａは視野角θａを等分している。
θ１ａ及びθ１ｂは、視野角基準線Ｂａと定着部材３８の回転中心である定着部材回転中心Ｒとのなす角であり、定着部材端部３８ｄに近い側の成す角度をθ１ａ、他方をθ２ａで示している。すなわち、θ２ａは（１８０°−θ１ａ）で示される角度である。
図６（ａ）の態様では、θ１ａとθ２ａはいずれも９０°となっている。
サーモパイルアレイ３４による定着部材３８表面の検知範囲をＷａで示している。
また、サーモパイルアレイ３４と定着部材３８との距離をＤａで示している。
【００３５】
図６（ｂ）は定着部材３８の表面に対し、サーモパイルアレイ３４を傾斜させて設置した態様を示している。サーモパイルアレイ３４の視野角θｂの基準となる線が視野角基準線Ｂｂである。視野角基準線Ｂｂは視野角θｂを等分している。
図６（ｂ）では、サーモパイルアレイ３４の検知範囲Ｗｂを維持しながら、θ１ｂ＜θ２ｂとしている。具体的には、本実施例においてはθ１ｂ＝７３°、θ２ｂ＝１０７°である。
【００３６】
図６（ｂ）に示すようにサーモパイルアレイ３４を傾斜させて配置することにより、サーモパイルアレイ３４と定着部材３８との距離Ｄｂは図６（ａ）の態様における距離Ｄａよりも大幅に小さい値とすることができる。これは、狭い実装エリアにサーモパイルアレイ３４を配設可能なことを意味している。
【００３７】
また、図６（ｂ）の態様では図６（ａ）の態様と比較して、領域３８ａに対するサーモパイルアレイ３４の検知数が２箇所から３箇所に増加し、領域３８ｂに対する検知数も２箇所から３箇所に増加している。一方、領域３８ｃに対する検知数は４箇所から２箇所に減少している。これは、定着部材３８の端部（領域３８ｄ）近傍の表面温度を、中央領域よりも高い精度で検知出来ることを意味する。
【００３８】
定着部材３８の非通紙面における温度上昇の問題や熱量不足による定着不良の問題は、定着部材３８の端部（領域３８ｄ）付近に発生することが多いため、端部（領域３８ｄ）付近の表面温度をより詳細に検知することができる図６（ｂ）に示す態様はより好ましい。
【００３９】
検知領域の間隔を密に検知することで、定着部材の局所的な温度上昇を検知することができ、空回転モードを実施することにより温度オーバーシュートの発生を効率的に防止することができる。
空回転モードへの移行する条件としては、例えば、定着ニップ部Ｎへの記録材Ｐの連続搬送枚数（印刷枚数、印刷継続時間）、および閾値となる温度を設定することができる。
空回転モードにおける定着部材３８と加圧部材３０の回転速度及び回転継続時間は任意に設定可能である。空回転モードの実行は長時間であるほど温度上昇を防止する効果は高いが、回転による走行距離が伸びるため、部材の寿命の観点ではトレードオフの関係となる。したがって、適切な条件の下で空回転モードへ移行し、適切な回転速度や回転継続時間を設定することが好ましい。
【００４０】
また、空回転モードを実施、予め設定された回転継続時間を経過した後であっても内部部材の蓄熱により高温状態が持続している場合、再び定着部材３８の温度が十分に低下していないことや、再度温度が上昇することがある。
そこで、予め設定された回転継続時間を経過した後にサーモパイルアレイ３４によって検知される定着部材３８表面の温度が所定の値を超えている場合は、空回転モードが再度実行されるように制御することが好ましい。
【００４１】
図４に、本実施形態の定着装置１２における空回転モード実行の流れを示す。
まず、定着ニップ部Ｎへの記録材Ｐの通紙（搬送動作）が終了する（Ｓ００１）。
空回転モードへ移行する所定の条件としては、通紙枚数、通紙時間、サーモパイルアレイ３４により検知した定着部材３８表面温度が挙げられる。
まず、所定の通紙枚数（または通紙時間）を超過したかが判断され（Ｓ００２）、超過した場合に設定した回転速度、開店時間で空回転モードが実行される（Ｓ００３）。
ステップＳ００２において、所定の通紙枚数（または通紙時間）を超過していない場合、及びステップＳ００３において空回転モードが実施された後、サーモパイルアレイ３４の全チャンネルの検知温度がいずれも閾値温度以下であるか否かが判断される（Ｓ００４）。
サーモパイルアレイ３４の複数のチャンネルのうち、少なくとも１つのチャンネルが所定の値を超える温度を検知した場合、再度空回転モードが実行される（Ｓ００３）。
一方、サーモパイルアレイ３４の複数のチャンネルのうち、いずれのチャンネルにおいても所定の値を超える温度が検知されない場合は、空回転モードを終了する（Ｓ００５）。
【００４２】
以上のように、空回転モードへ効率よく移行し、実行させることにより、定着部材３８の温度の上昇、温度オーバーシュートの発生を防止することができ、定着部材３８に含まれている揮発性物質や微粒子等の有害物質の発生を防止することができる。
【符号の説明】
【００４３】
４      給紙手段
６      レジストローラ対
８      感光体ドラム
１０    転写手段
１１    転写部位
１２    定着装置
３０    加圧部材
３４    サーモパイルアレイ
３６    サーミスタ
３８    定着部材
４０    電源
４２    加熱制御手段
５６    加熱手段
Ｎ    定着ニップ部
Ｐ    記録材（用紙）
Ｔ    未定着画像（トナー像）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開平６−９５５４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１８１９４６号公報
【特許文献３】特開２００１−３４３８６０号公報
【特許文献４】特開２０１３−１９５８６２号公報
【図１】
2016018062.tif 000003
【図３】
2016018062.tif 000004
【図４】
2016018062.tif 000005
【図５】
2016018062.tif 000006
【図６】
2016018062.tif 000007
【図２】
2016018062.tif 000008