(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加熱源と、加熱源を内蔵した加熱ロールと、加熱ロールに圧接するように設置された加圧部材と、加熱ロールの温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材で検知した温度に基づき加熱源に供給する電力を制御する温度制御装置と、加熱ロールの近傍に配設され加熱源と直列に結合した加熱ロール過昇温防止装置とを備えた熱定着装置において、前記加熱源が加熱ロール中央よりも前記過昇温防止装置寄りの位置に設置されており、かつ有効加熱範囲が幅広いものほど、前記過昇温防止装置からみて加熱ロールの回転方向下流側に設置されていることを特徴とする熱定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱定着装置において、前記加熱源の両端固定位置近傍に屈曲部を設け、通紙領域の部分を偏心させ、偏心した部分を加熱ロール中央よりも過昇温防止装置寄りに位置するように配設したことを特徴とする熱定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱定着装置において、前記加熱源は発熱量が大きいものほど、加熱ロール中央よりも前記過昇温防止装置寄りの位置に設置されていることを特徴とする熱定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の熱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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱定着装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置の熱定着装置は、温度検知部材の故障、又は、加熱源に供給する電力のＯｎ／Ｏｆｆ又は電圧を制御する制御装置の故障により加熱ロールが過度に加熱されること（過昇温）を防止するために、サーモスタットまたは温度フューズ等の過昇温防止装置を加熱源と直列に備えている。
【０００３】
過昇温時に、加熱ロールを支持するベアリング又はフレームが軟化することによって、加熱ロールと過昇温防止装置の距離が近付くように構成し、急激な過昇温を防止する技術が開示されている。この技術では、加熱ロールの肉厚を薄くした場合、薄肉にするほど加熱ロールの軸方向の熱伝導が悪くなるので、加熱ロールを支持するベアリング等の温度は上昇しにくく軟化が起こりにくいため、所期の効果が得られないという問題がある（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
過昇温防止装置を加熱ロールの軸方向端部に設置し、加熱ロールが軸方向に熱膨張したときに、加熱ロールと過昇温防止装置の距離が近付くように構成することによって、急激な過昇温を防止する技術が示されている。この技術では、加熱ロールを薄肉にするほど加熱ロールの軸方向の熱伝導が悪くなるので、急激な過昇温では加熱ロール端部の温度が低すぎて過昇温防止装置が動作しないという問題がある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
では、温度制御を行う回路と、過昇温時にヒータヘの電力を遮断する回路を、別々にもつ技術を示しているが、コストアップにつながることが問題である（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
画像形成装置の熱定着装置の加熱源としては、ハロゲンヒータを用いるのが一般的である。ハロゲンヒータはタングステンを主成分とする線材を、適当な疎密をもつコイル状に巻いてフィラメントを形成し、このフィラメントをハロゲン混合ガスと共に石英ガラスコラム中に封入したヒータである。
【０００７】
画像形成装置では始動時のウォーミングアップ時間の短縮、省エネルギー化を図ることを目的として、加熱ロールの薄肉化を図り、加熱ロールの熱容量を小さくすることが進んでいる。また最近では、薄肉化した場合の強度を補うために、鉄を材料とした加熱ロールも多く実用化されている。薄肉化することも、材料として鉄を選択することも、加熱ロールの熱伝導を低下させ、加熱ロールの軸方向の温度ムラを大きくする原因になっている。
【０００８】
【特許文献１】
特公平４−３９０７７号公報
【特許文献２】
特公平０４−７７３１３号公報
【特許文献３】
特公平４−７７３１４号公報
【特許文献４】
特開平５−３３３７４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
画像形成装置の加熱ロールは、ウォーミングアップ時間の短縮、省エネルギー化のために、薄肉にすることによって熱容量を小さくする技術が進んでいる。加熱ロールの小熱容量化により、異常昇温した場合の加熱ロールの温度上昇が大きくなり過ぎて、過昇温防止装置の動作前に発火等の危険な状態に陥りやすくなるという問題がある。
【００１０】
これを防止するためには、過昇温防止装置を加熱ロールに近づけるか、もしくは、過昇温防止装置の動作温度を下げることによって、異常昇温時の動作を速める手段がある。しかしこのどちらも、プリント等の動作時に過昇温防止装置が誤動作してしまい、正常な使用ができなくなってしてしまう恐れがあるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、加熱ロールの薄肉化を図り加熱ロールの熱容量を小さくする場合に、加熱源の配置を工夫することによって上記問題点を解消し、不具合を生ずることのない、優れた熱定着装置及び画像形成装置を、簡単な構成の改善によって実現することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、複数の加熱源と、加熱源を内蔵した加熱ロールと、加熱ロールに圧接するように設置された加圧部材と、加熱ロールの温度を検知する温度検知部材と、温度検知部材で検知した温度に基づき加熱源に供給する電力を制御する温度制御装置と、加熱ロールの近傍に配設され加熱源と直列に結合した加熱ロール過昇温防止装置とを備えた熱定着装置において、前記加熱源が加熱ロール中央よりも前記過昇温防止装置寄りの位置に設置されており、かつ有効加熱範囲が幅広いものほど、前記過昇温防止装置からみて加熱ロールの回転方向下流側に設置されていることを特徴とする熱定着装置を提供する。
【００１３】
この場合において前記加熱源の両端固定位置近傍に屈曲部を設け、通紙領域の部分を偏心させ、偏心した部分を加熱ロール中央よりも過昇温防止装置寄りに位置するように配設したことを特徴とする熱定着装置を提供する。
【００１４】
また、この熱定着装置において、前記加熱源は発熱量が大きいものほど、加熱ロール中央よりも前記過昇温防止装置寄りの位置に設置されている熱定着装置を提供する。以上の熱定着装置において、前記過昇温防止装置近傍の冷却空気通過量を他の部分より大きくする流路形状を備えると好ましい。
【００１５】
さらに本発明は、以上に記載したいずれかの熱定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置は、画像形成プロセスの中途で停止した際、前記加熱源の電源を遮断し、その後、設定時間が経過した後に加熱ロールの回転を止めるシーケンス制御装置を備えることによって、より一層薄肉の加熱ロールを得ることが容易となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明において、温度検知部材で検知した温度に基づいて加熱源に供給する電力を制御する手段としては、例えば電源のＯｎ／Ｏｆｆ、又は電圧もしくはデューティ一等を制御する手段を用いるとよい。本発明では、加熱ロール内に内蔵する加熱源は、加熱ロール中央よりも過昇温防止装置寄りに設置し、発熱量が大きい加熱源ほど、加熱ロール中央よりも過昇温防止装置寄りに設置する。加熱ロールの肉厚を薄くした場合に、なんらかの原因で制御回路が暴走したとき、過昇温防止装置の応答が追従できない問題が生ずる。特に、ロールが停止して用紙がロールに挟持されているときなど、挟持された用紙が発火に至る等、危険が増す可能性がある。本発明によれば、過昇温防止装置に加熱源を近付けたので、この危険を回避することができる。
【００１８】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１０は本発明の適用される画像形成装置２００の全体を示す説明図である。画像形成装置２００は、感光体ドラム２０２に静電ロール２０４から静電気を付与して帯電させ、露光装置２０６からレーザ等の光を照射して感光体ドラム２０２上に潜像を形成し、現像器２０８の現像ロール２１０で粉体を供給して感光体ドラム２０２上に画像を現出させる。用紙供給路２２８を経て供給された紙を感光体ドラム２０２と転写ロール２１２の間を通過させ、紙に画像を転写させ、ついで定着ロール２１４が画像を紙に定着させる。用紙供給経路は給紙カセット２２０から用紙を引き出し、フィードロール２２２、２２４で前進させ、レジロール２２６で位置決めを行い、送紙タイミングに用紙供給路２２８を経て感光体ロール２０２と転写ロール２１２との間に供給する。画像を転写された紙は、定着ロール２１４で定着され、排出ロール２４０により排出される。２３０、２３２は用紙送出レバーである。本発明はこの画像形成装置２００の熱定着装置２５０の部分に特徴のある発明を提供する。
【００２０】
図１１は本発明の適用されるシステムを示す回路図で、加熱源としてハロゲンヒータ１２を内蔵した加熱ロール１０と、加熱ロール１０に圧接するように設置された加圧部材２０と、加熱ロールの温度を検知する温度検知部材２２と、加熱源に電力を供給する電源のコネクタ３２と、、加熱ロール１０が過度に加熱されることを防止し、加熱源（ハロゲンヒータ１２）と直列に結合した過昇温防止装置３０とを備えた熱定着装置である。温度検知部材２２は検知した温度に基づき加熱源に供給する電力を制御する温度制御装置（図示省略）を備えている。本発明の第１の発明では加熱源（ハロゲンヒータ１２）は、加熱ロール１０の中央よりも過昇温防止装置３０寄りに設置されている。
【００２１】
図１は、本発明の実施例を示すもので、加熱ロール１０と加圧部材２０の断面を示している。加熱源（ハロゲンヒータ１２、１４）は加熱ロール１０の中央より過昇温防止装置３０に近づけてある。また、加熱源は発熱量が大きいものほど、加熱ロール中央よりも前記過昇温防止装置寄りに設置する。
【００２２】
過昇温時に特に問題となるのは、用紙が加熱ロール１０と加圧部材２０の間に挟まれている状態で加熱・加圧部材対が停止し、用紙が発火に至ることである。加熱源（ハロゲンヒータ１２、１４）を過昇温防止装置３０に近づけ、加熱ロール１０と加圧部材２０とのニップ２４から遠ざけることにより、過昇温時において最も発火しやすい用紙近傍の温度を低く押さえ、過昇温防止装置３０近傍を重点的に加熱し、より速く安全に過昇温防止装置３０を動作させることができる。また、通常動作中の、最も過昇温防止装置３０の温度の上がる連続プリント時では、加熱ロール１０が回転し均一に加熱されることによって、過度の加熱による過昇温防止装置３０の誤動作を防ぐことができる。
【００２３】
また図１に示す加熱源（ハロゲンヒータ１２、１４）のうち、ハロゲンヒータ１４はハロゲンヒータ１２よりも有効加熱範囲が幅広いものである。この場合、有効加熱範囲が幅広いハロゲンヒータ１４を昇温防止装置３０からみて加熱ロール１０の回転方向下流側に設置する。このことによって、回転中の加熱ロール１０の周方向の中で、最も温度の高い加熱源近傍を、過昇温防止装置３０に対向する部分より回転方向下流にすることができ、結果として通常動作中の過昇温防止装置３０の設定温度を下げることができた。これにより、通常動作時の過昇温防止装置３０の誤動作を防ぎつつ、過昇温防止装置３０の設定温度を低く設定することができ、また、過昇温防止装置３０を加熱ロール１０に近く設置することによって、過昇温時の安全性を高めることができた。また、過昇温防止装置３０の設定温度を低くすることで、コストを下げることができた。
【００２４】
図２は別の実施例を示す加熱ロール１０の縦断面図で、ハロゲンヒータ１２は両端部近傍に屈曲部を有し、通紙領域の部分では中心線が一方に偏心している。この偏心部を図示しない過昇温防止装置側に近づけて配置する。この例は、加熱ロール１０の両端部に直径の小さな絞り部がある場合などに有用である。
【００２５】
図３は加熱ロール１０の近傍を冷却する冷却空気の流路を説明する加熱装置近傍の断面図である。加熱ロール１０内にはハロゲンヒータ１２、１４が過昇温防止装置３０寄りに設けられている。ファン４０は冷却空気４２を吸引して加熱ロール１０近傍を冷却する。この冷却空気が過昇温防止装置３０の近傍を通る冷却空気４４、４６が増大するように、冷却空気通路にバイパスや隔壁を貫通する穴などを設ける。図４はこれを説明するために、過昇温防止装置３０の近傍を取出して描いた斜視図である。図４は、隔壁５０に孔５２を開口させ、隔壁５４に切欠５６を設けて、過昇温防止装置３０の近傍に、他の部分に比べて多量の冷却空気４６がバイパスするようにした様子を示している。
【００２６】
このように加熱ロール１０近傍の冷却空気流量を、過昇温防止装置３０近傍を通過する空気量を他の部分より多くする流路形状としたことによって、通常動作中の過昇温防止装置３０の温度を下げることができる。また、特に過昇温時に問題となる、用紙が加熱ロール１０と加圧部材２０の間に挟まれている状態で加熱ロールが停止している状態では、過昇温防止装置３０近傍に流れる空気の流れを、挟まれた用紙が邪魔し、過昇温防止装置３０の熱が奪われない状態になる。これにより、過昇温防止装置３０の温度を狙い通りに素早く上昇させ、より速く安全に過昇温防止装置３０を動作させることができる。
【００２７】
次に、画像形成プロセスを途中で停止する際、加熱源への電源遮断と同時に加熱ロール１０が停止させると、加熱源の特性により加熱ロール１０の温度がオーバーシュートしてしまう問題がある。そこで加熱源の電源を遮断し、その後、所定の時間が経過した後に、加熱ロール１０の回転を止めるシーケンス制御装置を備えた。所定の時間はタイマ設定により適切に定めることができる。この手段により加熱ロール１０の温度のオーバーシュートを防ぎ、用紙のジャム検出直後の過昇温防止装置３０の温度を下げることができた。従って、通常動作時の過昇温防止装置３０の誤動作を防ぎつつ、過昇温防止装置３０の設定温度を低く設定することができ、また、過昇温防止装置３０を加熱ロール１０に近く設定することができ、過昇温時の安全性を高めることができた。また、過昇温防止装置３０の設定温度を低くすることによってコストを下げることができた。
【００２８】
本発明の作用効果を図５〜図９を参照して説明する。図５は加熱源（７５０Ｗのハロゲンヒータ）を加熱ロールの中央に配置した従来技術の過昇温（温度制御装置の故障）時の加熱ロール温度の推移を示すもので、用紙ニップ側温度６０、過昇温防止装置側温度６２は急上昇し、過昇温防止装置の作動により温度低下に移行した。このとき用紙ニップ側温度６０は４５０℃に達し過昇温防止装置側６２も４３６℃に達している。用紙ニップ側温度６０は用紙発火危険温度６４（約４００℃）を越えている。図６は図５と同様に加熱源として７５０Ｗのハロゲンヒータを用いた場合の過昇温（温度制御装置の故障）時の加熱ロール温度の推移を示したものである。ハロゲンヒータを加熱ロール中央から過昇温防止装置側へ３ｍｍ寄せて配置した。この場合、用紙ニップ側温度６６は最高値３４２℃、過昇温防止装置側温度は最高値３８６℃となった。用紙ニップ側温度６６は用紙発火危険温度６４（約４００℃）に達していない。
【００２９】
図７は実施例のＡ３サイズ用紙を２５０枚プリントしたときの過昇温防止装置の温度の時間推移を示したものである。定着装置の作動７６のとき、加熱ロール温度７０を示している。上流側に７５０Ｗハロゲンヒータを設置したとき及び上流側に５００Ｗハロゲンヒータを設置したときの過昇温防止装置近傍の冷却空気量が少ない場合の温度７２、多い場合の温度７４を併せて示した。過昇温防止装置温度７２は最高１４３．６℃を示しており、過昇温防止装置温度７４では最高１３５．４℃となり、その改善効果は１２．２℃であった。
【００３０】
図８は従来の用紙ジャム発生時の過昇温防止装置の作動を示すもので用紙ジャム発生と同時に加熱ロールの回転を停止した。用紙ジャムによる加熱ロール停止後に加熱ロール温度７８が上昇し、その変動に伴い過昇温防止装置の温度８０も図示のように変動した。定着装置の作動は８２のようであった。
【００３１】
図９は改善後の用紙ジャム発生時の温度推移を示すもので、用紙ジャム発生後１秒間は加熱ロールの回転を続けた。加熱ロール温度８４、過昇温防止装置温度８６、定着装置の作動８８に示すように改善された。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱ロールを薄肉にして熱容量を小さくした場合に、従来のように過昇温防止装置を不適切に加熱ロールに近接させたり、設定動作温度を無理に下げたりすることなく、加熱装置の異常昇温を速やかに防止することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の加熱ロールの横断面図である。
【図２】  実施例の加熱ロールの縦断面図である。
【図３】  実施例の定着装置の断面図である。
【図４】  実施例の過昇温防止装置近傍の斜視図である。
【図５】  従来の過昇温時の加熱ロール温度の時間推移を示すチャートである。
【図６】  実施例の過昇温時の加熱ロール温度の時間推移を示すチャートである。
【図７】  実施例の過昇温防止装置温度の時間推移を示すチャートである。
【図８】  従来の用紙ジャム発生時の加熱ロール温度の時間推移を示すチャートである。
【図９】  実施例の用紙ジャム発生時の加熱ロール温度の時間推移を示すチャートである。
【図１０】  昇温加熱防止装置の回路図である。
【図１１】  画像形成装置の全体説明図である。
【符号の説明】
１０    加熱ロール
１２    ハロゲンヒータ
１４    ハロゲンヒータ
２０    加圧部材
２２    温度検知部材
２４    ニップ
３０    過昇温防止装置
３２    コネクタ
４０    ファン
４２    冷却空気
４４，４６    冷却空気
５０    隔壁
５２    孔
５４    隔壁
５６    切欠
６０，６６    用紙ニップ側温度
６２，６８    過昇温防止装置側温度
６４    用紙発火危険温度
７０    加熱ロール温度
７２    過昇温防止装置温度
７４    過昇温防止装置温度
７６    定着装置の作動
７８    加熱ロール温度
８０    過昇温防止装置温度
８２    定着装置の作動
８４    加熱ロール温度
８６    過昇温防止装置温度
８８    定着装置の作動
２００    画像形成装置
２０２    感光体ドラム
２０４    静電ロール
２０６    露光装置
２０８    現像器
２１０    現像ロール
２１２    転写ロール
２１４    定着ロール
２２０    給紙カセット
２２２，２２４    フィードロール
２２６    レジロール
２２８    用紙供給路
２３０，２３２    用紙送出レバー
２４０    排出ロール
２５０    熱定着装置
【図１】
0003757842.tif 000002
【図２】
0003757842.tif 000003
【図３】
0003757842.tif 000004
【図４】
0003757842.tif 000005
【図５】
0003757842.tif 000006
【図６】
0003757842.tif 000007
【図７】
0003757842.tif 000008
【図８】
0003757842.tif 000009
【図９】
0003757842.tif 000010
【図１０】
0003757842.tif 000011
【図１１】
0003757842.tif 000012