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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-22
(45)【発行日】2022-03-30
(54)【発明の名称】定着装置および画像形成装置
(51)【国際特許分類】
   G03G 15/20 20060101AFI20220323BHJP
【FI】
G03G15/20 555
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2018052850
(22)【出願日】2018-03-20
(65)【公開番号】P2019164281
(43)【公開日】2019-09-26
【審査請求日】2021-02-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000006150
【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111202
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 周彦
(74)【代理人】
【識別番号】100177334
【弁理士】
【氏名又は名称】河内 浩
(72)【発明者】
【氏名】徳永 良平
【審査官】中澤 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-003872(JP,A)
【文献】特開2016-217781(JP,A)
【文献】特開2005-106965(JP,A)
【文献】特開2016-148715(JP,A)
【文献】特開2003-307965(JP,A)
【文献】特開平09-307197(JP,A)
【文献】特開平09-281843(JP,A)
【文献】米国特許第05957582(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03G 15/20
G01J 5/02
G01J 5/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
非接触型の温度検出素子と、前記温度検出素子が表面にマウントされ、複数の通気口が前記温度検出素子の周辺に設けられた半導体基板と、を含む温度検出装置と、
未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着部材と、
前記定着部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、を備える定着装置であって、
前記温度検出素子が前記定着部材に対向するように配置され、
前記温度検出装置が、
前記半導体基板と略平行に設けられ、前記半導体基板と離間して前記表面を覆う第1部分と、
前記第1部分に接続し、前記定着部材が配置されている方向に開口し、前記温度検出素子と離間して前記温度検出素子の側面を覆う第2部分と、
前記第1部分に接続し、前記半導体基板と離間して前記半導体基板の側面を覆う第3部分と、を有する温度検出装置カバーを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項2】
前記温度検出装置は、前記半導体基板の前記表面上において、複数の前記通気口が前記温度検出素子の中心点に対してn回回転対称(nは2以上の自然数)となるように設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
【請求項3】
前記温度検出素子はサーモパイルを含む、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の定着装置。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の定着装置と、
前記温度検出装置の裏面に向けて吹き付ける空気流を発生させる送風装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項5】
前記送風装置は、前記画像形成装置の外気を取り入れて前記空気流を発生させるファンを備える、ことを特徴とする請求項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板にマウントされた非接触型の温度検出素子を備えた温度検出装置、定着装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置は、用紙等の記録媒体にトナー像を定着させる定着装置を備える。定着装置には、記録媒体上のトナー像を加熱するのに用いられる加熱部材と、記録媒体上のトナー像を加圧するのに用いられる加圧部材と、が備えられる。加熱部材の温度制御を行うために、非接触型の温度センサーを用いて加熱部材の温度を検出する構成が採用される場合がある。
【0003】
例えば、特許文献1には、定着装置の定着部材である熱ローラーの上方に備えられた温度検知装置が開示されている。この温度検知装置は、温度センサーと送風手段とガイド部材とを備える。温度センサー内の温度検知部にトナーや紙粉のような埃やゴミが付着すると、温度検知の精度が低下してしまう。特許文献1の技術では、温度センサーの上方に配置された送風手段が生じさせる空気流によって、温度検知部に埃やゴミが付着しないように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2006-300701号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
温度検出装置において、送付手段に対して基板を挟んで反対側に温度検出素子をマウントする構成を採用する場合、送風手段からの空気流が基板に遮られることにより、埃やゴミの付着を防止する作用が減殺され、温度検出の精度が低下する虞がある。
【0006】
また、定着装置においては、温度検出素子の測定対象物が高温であるので、測定対象物からの煽り熱によって温度検出素子自体が不均一に加熱される。結果として、温度検出素子内に温度斑が生じてしまい、温度検出の精度が低下する虞がある。
【0007】
以上の事情を考慮して、本発明は、基板にマウントされた温度検出素子による温度検出の精度を維持可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る温度検出装置は、非接触型の温度検出素子と、前記温度検出素子が表面にマウントされ、複数の通気口が前記温度検出素子の周辺に設けられた半導体基板と、を備えることを特徴とする。
【0009】
好適には、前記半導体基板の前記表面上において、複数の前記通気口が前記温度検出素子の中心点に対してn回回転対称(nは2以上の自然数)となるように設けられている。
【0010】
好適には、前記温度検出素子はサーモパイルを含む。
【0011】
本発明に係る定着装置は、上記した温度検出装置と、未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着部材と、前記定着部材と共に加圧領域を形成し、前記加圧領域を通過する前記媒体を加圧する加圧部材と、を備える。前記定着装置において、前記温度検出素子が前記定着部材に対向するように配置される。
【0012】
好適には、上記した定着装置において、前記温度検出装置が、前記半導体基板と略平行に設けられ、前記半導体基板と離間して前記表面を覆う第1部分と、前記第1部分に接続し、前記定着部材が配置されている方向に開口し、前記温度検出素子と離間して前記温度検出素子の側面を覆う第2部分と、前記第1部分に接続し、前記半導体基板と離間して前記半導体基板の側面を覆う第3部分と、を有する温度検出装置カバーをさらに備える。
【0013】
本発明に係る画像形成装置は、上記した定着装置と、前記温度検出装置の裏面に向けて吹き付ける空気流を発生させる送風装置と、を備える。
【0014】
好適には、前記送風装置は、前記画像形成装置の外気を取り入れて前記空気流を発生させるファンを備える。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、基板にマウントされた温度検出素子による温度検出の精度を維持可能とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を模式的に示す図である。
図2】本発明の一実施形態に係る定着装置を模式的に示す図である。
図3】本発明の一実施形態に係る温度検出装置を模式的に示す斜視図である。
図4】本発明の一実施形態に係る温度検出装置を模式的に示す上面図である。
図5】本発明の一実施形態に係る温度検出装置における空気流を示す図である。
図6】本発明の一実施形態に係る温度検出装置の対比例における空気流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図1等の紙面手前が正面であり、各図に示す「L」は「左」を示し、「R」は「右」を示し、「U」は「上」を示し、「D」は「下」を示している。
【0018】
1.画像形成装置の全体構成
図1を参照しつつ、画像形成装置1の全体構成について説明する。本実施形態の画像形成装置1は、カラートナー像をシートSに対して定着させるカラープリンターである。図1は、画像形成装置1の内部構造を模式的に示す断面図である。
【0019】
画像形成装置1は、略直方体状の外観を構成する装置本体2を備えている。装置本体2の下部には、紙製のシートSを収容する給紙カセット3が着脱可能に設けられている。装置本体2の上面には、排紙トレイ4が設けられている。なお、媒体の一例としてのシートSは、紙製に限らず、樹脂製のシート等であってもよい。
【0020】
画像形成装置1は、給紙装置5と、作像装置6と、定着装置7と、を装置本体2の内部に備えている。給紙装置5は、給紙カセット3から排紙トレイ4まで延びる搬送路8の上流端部に設けられている。定着装置7は搬送路8の下流側に設けられ、作像装置6は搬送路8において給紙装置5と定着装置7との間に設けられている。
【0021】
作像装置6は、4つのトナーコンテナ10と、中間転写ベルト11と、4つのドラムユニット12と、光走査装置13と、を含む。4つのトナーコンテナ10は、4色(イエロー,マゼンタ,シアン,ブラック)のトナー(現像剤)を収容する。中間転写ベルト11は、図1における左回りに回転する。各ドラムユニット12は、感光体ドラム14と、帯電装置15と、現像装置16と、一次転写ローラー17と、クリーニング装置18と、を含む。各一次転写ローラー17は、感光体ドラム14との間に中間転写ベルト11を挟むように設けられている。中間転写ベルト11の右側には、二次転写ローラー19が接触して転写ニップN1を形成している。
【0022】
2.画像形成処理
画像形成装置1は、以下の手順でシートSに画像形成を行う。各帯電装置15は、感光体ドラム14の表面を帯電させる。各感光体ドラム14は、光走査装置13から出射された走査光を受け、静電潜像を担持する。各現像装置16は、トナーコンテナ10から供給されたトナーを用いて感光体ドラム14上の静電潜像をトナー像に現像する。各一次転写ローラー17は、感光体ドラム14上のトナー像を回転する中間転写ベルト11に一次転写する。中間転写ベルト11は、回転しながら4色のトナー像を重ねたフルカラーのトナー像を担持する。
【0023】
シートSは、給紙装置5によって給紙カセット3から搬送路8に送り出される。二次転写ローラー19は、転写ニップN1を通過するシートSに中間転写ベルト11上のトナー像を二次転写する。定着装置7は定着ニップN2(加圧領域)を通過する未定着のトナー像をシートSに熱定着させる。その後、シートSは排紙トレイ4に排出される。各クリーニング装置18は感光体ドラム14上に残ったトナーを除去する。
【0024】
3.定着装置
図2を参照して、定着装置7について説明する。図2は、定着装置7を模式的に示す断面図である。定着装置7は、定着ローラー31(定着部材)と、加圧ローラー32(加圧部材)と、筐体33と、温度検出装置34と、を備えている。
【0025】
定着ローラー31は、前後方向(回転軸方向)に長い略円筒状の部材である。定着ローラー31は、アルミニウム等の金属製で円筒管状に構成された芯材31Aと、芯材31Aの外周面に積層された弾性層31Bと、弾性層31Bを覆う定着ベルト31Cと、芯材31Aの内側に配置されたハロゲンランプ等の加熱部材31Dと、を備えている。加熱部材31Dは、不図示の電源から供給された電力によって発熱し、定着ローラー31を内側から加熱する。画像形成装置1の立上げ時および印字処理中に加熱部材31Dによる加熱が実行される。定着ローラー31の温度は加熱部材31Dによって200℃近傍まで急速に上昇する。
【0026】
加圧ローラー32は、定着ローラー31と同様、前後方向(回転軸方向)に長い略円筒状の部材である。加圧ローラー32は、芯金32Aと、芯金32Aの外周面に積層された弾性層32Bと、弾性層32Bを覆う離型層32Cと、を備えている。加圧ローラー32は、不図示のバネに付勢されて定着ローラー31に押し付けられている。加圧ローラー32は、不図示のモーター等の駆動源によって回転駆動される。定着ローラー31は、加圧ローラー32によって従動回転される。
【0027】
定着ローラー31は、その回転軸周りに回転しながら、未定着のトナー像が表面に形成されたシートSを加熱する定着部材である。定着ローラー31の加熱部材31Dから発せられた熱が、芯材31Aと弾性層31Bとに伝達されて定着ベルト31Cに到達し、定着ベルト31Cの表面の熱により未定着トナーが溶融される。定着ベルト31Cに到達した熱の一部は、煽り熱Hとして温度検出装置34側へ放射される。
【0028】
加圧ローラー32は、その回転軸周りに回転しながら、定着ローラー31と共に定着ニップN2を形成し、定着ニップN2を通過するシートSを加圧する加圧部材である。溶融したトナーが定着ローラー31によって加圧されることにより、シートSに定着される。
【0029】
筐体33は、定着ローラー31および加圧ローラー32を収容する略直方体状のケースである。筐体33は、例えば、耐熱性の樹脂等にて構成される。筐体33は、シートSを通すために上側面の一部および下側面の一部が開口している他、温度検出装置34に対向する左側面の一部に温度検出口35が開口している。
【0030】
3a.温度検出装置
定着装置7が備える温度検出装置34は、非接触型の温度検出素子34Aと、温度検出素子34Aが表面にマウントされた半導体基板34Bと、温度検出素子34Aおよび半導体基板34Bを覆う装置カバー34C(温度検出装置カバー)と、を備えている。
【0031】
図2に示すように、温度検出素子34Aは、温度検出口35を介して、定着ローラー31の前後方向中央付近において、定着ローラー31に対向するように配置される。温度検出素子34Aは、放射源である定着ローラー31(定着ベルト31C)から放射された赤外線を受光して、その放射源の温度を検出する非接触型の放射温度計である。
【0032】
より具体的には、温度検出素子34Aは、赤外線を集光するレンズと、複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルと、を備えている。サーモパイルは、温接点と冷接点(基準接点)との温度差によって生じる熱起電力に応じた電圧(温度信号)を出力する。温度検出素子34Aのレンズによって集光された赤外線が、サーモパイルの温接点へ入射することによって、赤外線のエネルギーに応じて温接点が加熱される。結果として、赤外線のエネルギーに応じた電圧(温度信号)がサーモパイルから出力される。
【0033】
ここで、温度検出素子34A自身が加熱されて温度斑が生じると、例えば以下の理由によって温度検出の精度が低下する。1つは、レンズが加熱されることによって、レンズ自身から放射されサーモパイルに入射する赤外線(すなわち、測定対象物以外から到来するノイズとなる赤外線)のエネルギーが増大するので、温度検出の精度が低下してしまう。もう1つは、サーモパイルが加熱されることによって、温度の基準となる冷接点も加熱されて温度が変化し、熱起電力が変動するので、温度検出の精度が低下してしまう。
【0034】
半導体基板34Bは、温度検出素子34Aおよび温度検出素子34Aから出力された温度信号の処理に用いられるASIC(Application Specific Integrated Circuits)を含む複数の素子がその表面にマウントされたプリント基板である。図3の斜視図および図4の上面図に示すように、半導体基板34Bにおいて、温度検出素子34Aがマウントされている部分の周辺には、複数の通気口Vが設けられている。各通気口Vは、半導体基板34Bの表面と裏面とを連通させる貫通孔であり、例えば、円筒状に形成される。
【0035】
図3および図4では、8個の通気口Vが、半導体基板34Bの表面上において、温度検出素子34Aの中心点に対して点対称(すなわち、2回回転対称)となるように設けられている。なお、通気口Vの個数は2以上の任意の自然数であればよい。例えば、3個の通気口Vが、温度検出素子34Aの中心点に対して3回回転対称となるように設けられてもよい。すなわち、複数の通気口Vが、半導体基板34Bの表面上において、温度検出素子34Aの中心点に対してn回回転対称(nは2以上の自然数)となるように設けられていればよい。
【0036】
装置カバー34Cは、温度検出素子34Aおよび半導体基板34Bを熱や埃等から防御する部材であり、例えば、耐熱性の樹脂によって構成される。装置カバー34Cは、半導体基板34Bと略平行に設けられ、半導体基板34Bと離間して表面を覆う第1部分P1と、第1部分P1に接続し、定着ローラー31が配置されている方向に開口し、温度検出素子34Aと離間して温度検出素子34Aの側面を覆う第2部分P2と、第1部分P1に接続し、半導体基板34Bと離間して半導体基板34Bの側面を覆う第3部分P3と、を備えている。なお、半導体基板34Bの裏面は、装置カバー34Cに覆われていない。
【0037】
4.送風装置
図1および図2に示すように、画像形成装置1は、定着装置7の左側にファン機構40をさらに備えている。ファン機構40は、温度検出装置34の裏面に向けて吹き付ける空気流A(冷却風)を発生させる送風装置である。ファン機構40は、画像形成装置1の外気を取り込むための不図示のダクトと、回転して外気を取り入れ空気流Aを発生させるファンと、を備えている。
【0038】
図5は、本実施形態に係る温度検出装置34における空気の流れ(空気流A)を示す図である。上記したように、ファン機構40は、温度検出装置34に向けて吹き付ける空気流Aを発生させる。空気流Aは、温度検出装置34(半導体基板34B)の裏面に到達すると、半導体基板34Bの側面と装置カバー34Cの第3部分P3との間を経由して温度検出素子34Aの周辺(温度検出素子34Aと第2部分P2との間)を吹き抜ける他、半導体基板34Bの複数の通気口Vを通過して温度検出素子34Aの周辺を吹き抜ける。
【0039】
図6は、半導体基板34Bに通気口Vが無い対比例における空気の流れ(空気流A)を示す図である。温度検出装置34(半導体基板34B)の裏面に到達した空気流Aは、半導体基板34Bの側面と装置カバー34Cの第3部分P3との間のみから温度検出素子34Aの周辺を吹き抜けるに過ぎないので、図5の例と比較して、温度検出素子34Aの周辺の空気流の量がより少ない。
【0040】
図5図6との対比から理解されるように、本実施形態の構成においては、半導体基板34Bに設けられた通気口Vによって温度検出素子34Aの周辺の空気流Aが充分に保たれるので、定着ローラー31からの煽り熱Hによって加熱された温度検出素子34Aが効果的に冷却される。ひいては、温度検出素子34Aの加熱に伴う温度検出精度の低下が抑制される。また、温度検出素子34Aの周辺の空気流Aが充分に保たれることにより、温度検出素子34Aへの埃等の付着も抑制され、既に付着している埃等も効果的に除去される。
【0041】
5.本実施形態の技術的効果
上記したように、本実施形態に係る構成によれば、温度検出装置34が、非接触型の温度検出素子34Aと、温度検出素子34Aが表面にマウントされ、複数の通気口Vが温度検出素子34Aの周辺に設けられた半導体基板34Bと、を備える。以上の構成によれば、温度検出素子34Aの周辺に通気口Vが設けられることにより、通気口Vが無い構成と比較して温度検出素子34Aの周辺の風通しが改善されるので、温度検出素子34Aの冷却および埃の除去がより効果的に実現される。ひいては、半導体基板34Bにマウントされた温度検出素子34Aによる温度検出の精度が維持可能となる。
【0042】
また、半導体基板34Bの表面上において、複数の通気口Vが温度検出素子34Aの中心点に対してn回回転対称(nは2以上の自然数)となるように設けられている構成によれば、通気口Vを通って流入する空気流が温度検出素子34Aに対して均一になるので、温度検出素子34Aが斑無く効果的に冷却され得る。ひいては、温度検出素子34Aにおける温度斑が抑制される。
【0043】
また、温度検出素子34Aがサーモパイルを含む構成によれば、温度検出の応答性が高いサーモパイルが通気口Vの存在により適切に冷却されるので、サーモパイルの応答性が効果的に維持されることが可能である。
【0044】
また、定着装置7が、上記した温度検出装置34と、未定着のトナー像が表面に形成された媒体を加熱する定着ローラー31と、定着ローラー31と共に定着ニップN2を形成し、定着ニップN2を通過するシートSを加圧する加圧ローラー32と、を備え、温度検出装置34が定着ローラー31に対向するように配置される構成によれば、温度検出素子34Aは、定着ローラー31からの煽り熱Hによって加熱されても、通気口Vを通って流入する空気流によって冷却されることが可能である。
【0045】
また、定着装置7において、温度検出装置34が、半導体基板34Bと略平行に設けられ、半導体基板34Bと離間してその表面を覆う第1部分P1と、第1部分P1に接続し、定着ローラー31が配置されている方向に開口し、温度検出素子34Aと離間して温度検出素子34Aの側面を覆う第2部分P2と、第1部分P1に接続し、半導体基板34Bと離間して半導体基板34Bの側面を覆う第3部分P3と、を有する温度検出装置カバー34Cをさらに備える構成によれば、温度検出装置34の表面のうち、温度検出素子34Aの開口部(定着ローラー31に対する対向面)以外の部分がカバーされるので、温度検出装置34が定着ローラー31からの煽り熱Hや埃等から保護されることが可能である。
【0046】
また、画像形成装置1が、上記した定着装置7と、温度検出装置34の裏面に向けて吹き付ける空気流Aを発生させる送風装置であるファン機構40と、を備える構成によれば、ファン機構40によって発生した空気流Aが温度検出装置34(半導体基板34B)の裏面に当たり、通気口Vを通して温度検出素子34Aの周囲を吹き抜けるので、温度検出素子34Aが効果的に冷却されると共に、温度検出素子34Aに付着した埃等が効果的に除去される。
【0047】
また、ファン機構40が、画像形成装置1の外気を取り入れて空気流Aを発生させるファンを備える構成によれば、画像形成装置1の外部に存在する、画像形成装置1の内気と比して相対的に低い温度の外気が、空気流Aとして温度検出装置34に吹き付けられるので、温度検出素子34Aを冷却する効果がより顕著なものとなる。
【0048】
6.変形例
上記した実施形態は多様に変形される。以下に実施形態の変形例を示す。実施形態および変形例から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない限り適宜に併合することが可能である。
【0049】
上記した実施形態の説明では、加熱部材31Dとしてハロゲンランプが採用されているが、任意の加熱部材が採用され得る。例えば、定着ローラー31を外部から加熱するIH発熱ユニットが加熱部材31Dとして採用されてもよい。IH発熱ユニットは、定着ニップN2の反対側に設けられている。IH発熱ユニットは、略半円筒状のホルダーに支持された複数のIHコイルを含む。複数のIHコイルは、フェライト等の強磁性体で形成されたアーチコアで覆われている。各IHコイルは、電源(図示せず)から電力の供給を受けて高周波磁界を発生させて定着ベルト31Cを加熱する。
【0050】
上記した実施形態の説明では、半導体基板34Bの裏面が装置カバー34Cに覆われていない構成が採用されているが、装置カバー34Cが半導体基板34Bの裏面をも覆っていてもよい。その場合、装置カバー34Cにも通気口が設けられていると好適である。
【0051】
上記した実施形態の説明では、一例として、本発明をカラープリンター1に適用した場合を示しているが、これに限らず、例えば、モノクロプリンター、複写機、ファクシミリまたは複合機等に本発明を適用してもよい。
【0052】
なお、上記実施形態の説明は、本発明に係る温度検出装置、定着装置、および画像形成装置における一態様を示すものであって、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0053】
1 画像形成装置
7 定着装置
31 定着ローラー(定着部材)
32 加圧ローラー(加圧部材)
34 温度検出装置
34A 温度検出素子
34B 半導体基板
34C 装置カバー(温度検出装置カバー)
40 ファン(送風装置)
A 空気流
N2 定着ニップ
P1 第1部分
P2 第2部分
P3 第3部分
S シート(媒体)
V 通気口
図1
図2
図3
図4
図5
図6