JP2002229377A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コストの増加を招くことなく定着ローラの温度
を良好に制御する。誘導加熱コイルへの高周波電力の供
給に伴うフリッカノイズを低減する。 【解決手段】熱ローラ１１は、高周波電源基板１５から
誘導加熱コイル１３に高周波電力を供給することによっ
て、誘導加熱される。制御部１７は、フォトカプラ１８
を介して、高周波電源基板１５を作動状態／非作動状態
とするための指令信号を出力する。熱ローラ１１の温度
は、サーミスタ１４によって検出され、その出力信号
は、高周波電源基板１５のフィードバック制御回路２１
に入力されている。フィードバック制御回路２１は、サ
ーミスタ１４の検出温度が所定の定着温度になるよう
に、高周波出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、記録シート上の
未定着トナー像を記録シートに定着させるための定着装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置は、静電潜
像が表面に形成される感光体、静電潜像をトナー像に現
像する現像装置、感光体から記録シートへとトナー像を
転写させる転写装置、および記録シートにトナー像を定
着させる定着装置を含む。定着装置は、たとえば、一対
の定着ローラを備えている。この一対の定着ローラは、
たとえば、所定の定着温度に加熱される熱ローラ、およ
び熱ローラに対して所定の定着圧力で圧接される圧ロー
ラである。感光体からトナー像が転写された記録シート
は、この一対の定着ローラ間を通過することにより、そ
の表面にトナー粒子が溶融して定着される。

【０００３】熱ローラの加熱方式の１つに、誘導加熱
（ＩＨ：Induction Heating）方式がある。誘導加熱方
式の場合に用いられる熱ローラは、鉄またはステンレス
等の強磁性体で構成された円筒形状の中空ローラであ
る。この熱ローラの内部に、誘導加熱コイルが配置され
る。図５は、熱ローラの誘導加熱のための電気的構成を
示すブロック図である。定着装置を構成する熱ローラ３
１および圧ローラ３２は、所定のニップ圧で互いに圧接
している。熱ローラ３１の内部には、誘導加熱コイル３
３が配置されている。この誘導加熱コイル３３には、高
周波電源基板３５からライン３６を介して高周波電力が
供給されている。

【０００４】高周波電源基板３５は、画像形成装置の制
御部３７によって、高周波電力を出力する作動状態と、
その出力を停止した非作動状態とに切り換えられるよう
になっている。具体的には、制御部３７は、フォトカプ
ラ３８を介して高周波電源基板３５をオン／オフ制御す
る。熱ローラ３１の周面に当接するように、温度センサ
としてのサーミスタ３４が設けられている。このサーミ
スタ３４の出力信号は、制御部３７に入力されている。
制御部３７は、サーミスタ３４からの出力信号に基づい
て高周波電源基板３５をオン／オフ制御することによ
り、熱ローラ３１の温度を所定の定着温度にフィードバ
ック制御する。制御部３７が何からの異常を検知したと
きには、異常検知伝達用のフォトカプラ３９を介して、
高周波電源基板３５に強制停止指令が与えられるように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６は、高周波電源基
板３５の出力の時間変化と、熱ローラ３１の温度変化を
示す図である。制御部３７によるオン／オフ制御によっ
て、高周波電源基板３５から誘導加熱コイル３３に供給
される高周波電力は、たとえば、０Ｗと１０００Ｗとの
間で、矩形波状に変化する。これに伴って、高周波電源
基板３５が１０００Ｗの高周波電力を出力しているとき
には、熱ローラ３１の温度は急激に上昇し、誘導加熱コ
イル３３への高周波電力の供給が停止されると、熱ロー
ラ３１の温度は急激に低下する。これによって、熱ロー
ラ３１の温度には、参照符号Ａ，Ｂなどで示すオーバー
シュートが生じることになる。

【０００６】熱ローラ３１を薄肉の円筒状体で構成する
ときには、上記のようなオーバーシュートがさらに大き
くなる。また、０Ｗと１０００Ｗとの間でオン／オフ制
御することにより、フリッカノイズが誘発されやすいと
いう問題もある。このフリッカノイズは、画像形成装置
の周囲に配置された他の機器内の制御基板等に悪影響を
及ぼすことになる。高周波電源基板３５の出力を、０Ｗ
と１０００Ｗとの２段階ではなく、３段階または４段階
等の多段階に設定可能としておけば、上記の問題は解決
される。しかし、この場合、制御部３７から高周波電源
基板３５に多ビットの指令データを与えるために、フォ
トカプラの数を増加させなければならないから、コスト
の増加を招くこととなり、好ましくない。

【０００７】そこで、この発明の目的は、コストの増加
を招くことなく定着ローラの温度を良好に制御すること
ができる定着装置を提供することである。また、この発
明の他の目的は、誘導加熱コイルへの高周波電力の供給
に伴うフリッカノイズを低減できる定着装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記の
目的を達成するための請求項１記載の発明は、記録シー
ト上の未定着トナー像を記録シートに定着させるための
定着ローラ（１１）と、この定着ローラを誘導加熱する
ための誘導加熱コイル（１３）と、上記定着ローラの温
度を検出する温度検出手段（１４）と、上記誘導加熱コ
イルに高周波電力を供給し、この高周波電力の出力を上
記温度検出手段の出力信号に基づいてフィードバック制
御する高周波電源部（１５）と、この高周波電源部を作
動状態とするか非作動状態とするかを制御するための制
御信号を出力する制御部（１７）とを含むことを特徴と
する定着装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の
実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項
において同じ。

【０００９】上記の構成によれば、定着ローラの温度を
検出する温度検出手段の出力は、高周波電源部に与えら
れている。そして、この高周波電源部が定着ローラの温
度に応じて誘導加熱コイルへの高周波電力出力を制御す
るフィードバック制御機能を有している。したがって、
高周波電源部における高周波出力のフィードバック制御
は、この高周波電源部内での制御処理であるため、制御
部との間で多ビットのデータの授受を要することがな
い。これにより、高周波出力を、多段階または無段階に
設定して、オーバーシュートを生じることなく、定着ロ
ーラの温度を安定に制御することができる。

【００１０】さらに、高周波出力を多段階または無段階
に制御できることにより、大出力の高周波電力をオン／
オフ制御する場合のようなフリッカノイズが生じること
もない。また、マイクロコンピュータ等で構成される制
御部から高周波電源部への制御信号は、この高周波電源
部を作動状態とするか非作動状態とするかを表わす１ビ
ットの信号で足りる。よって、制御部と高周波電源部と
の間で、フォトカプラ等のアイソレータ素子を用いて電
気的絶縁状態を保持しつつ制御信号の授受を行う場合
に、アイソレータ素子を多数要することがない。したが
って、コストが増大するおそれがない。

【００１１】なお、請求項２に記載のように、高周波電
源部には、異常を検出して当該高周波電源部を自動停止
させる異常検出回路（２０）が含まれていてもよい。ま
た、請求項３に記載のように、異常検出回路が異常を検
出したことに応答して、当該異常の発生を制御部に通知
する手段（１９）を設けてもよい。この異常発生の通知
は、たとえば、制御部と高周波電源部との間にフォトカ
プラ等のアイソレータ素子を介装することによって実現
できる。

【００１２】異常発生が通知された制御部は、たとえ
ば、定着装置が備えられた画像形成装置の表示部（２
５）等に異常の発生を報知するための表示を行うことが
好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下では、この発明の実施の形態
を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この
発明の一実施形態に係る定着装置が適用された画像形成
装置の内部構成を示す図解的な断面図である。この画像
形成装置１は、たとえばディジタル複写機であって、メ
インチャージャ２によって直円筒状の感光体３の表面が
一様に帯電され、図示しない画像読取部で読み取られた
画像に基づいてＬＳＵ（レーザ走査ユニット）４によ
り、感光体３の表面が選択的に露光されることによっ
て、この感光体３の表面に静電潜像が書き込まれる。そ
の後、現像装置５によって、静電潜像がトナー像に現像
され、このトナー像は定着装置によって記録用紙７に転
写される。記録用紙７は、図示しない給紙部から所定の
タイミングで転写装置６へと導かれるようになってい
る。

【００１４】トナー像が転写された後の記録用紙７は、
定着装置８へと導かれる。定着装置８は、記録用紙７の
搬送方向に直交する水平方向に沿って上下に配置された
一対の定着ローラ１１，１２を備えている。この一対の
定着ローラ１１，１２は、所定の定着温度に加熱される
熱ローラ１１と、この熱ローラ１１に対して所定の定着
圧力で圧接される圧ローラ１２である。これらの一対の
定着ローラ１１，１２間を記録用紙７が通過することに
より、記録用紙７上のトナー粒子が溶融し、加圧されて
記録用紙７上に定着されることになる。

【００１５】定着装置８による定着処理を受けた記録用
紙７は、排出ローラ対９を通って画像形成装置１の外部
に排出される。図２は、熱ローラ１１を加熱するための
電気的構成を示すブロック図である。熱ローラ１１は、
鉄またはステンレス等の強磁性体により構成された中空
円筒状体であって、その内部には、熱ローラ１１を誘導
加熱するための誘導加熱コイル１３が設けられている。
この誘導加熱コイル１３には、高周波電源基板１５から
ライン１６を介して高周波電力が供給されるようになっ
ている。

【００１６】高周波電源基板１５は、画像形成装置１の
制御部１７によって、作動状態と非作動状態とに切り換
えられるようになっている。すなわち、高周波電源基板
１５は、１つのフォトカプラ１８を介して、電気絶縁状
態を保持しつつ、制御部１７からオン／オフ制御信号を
受け付けるようになっている。制御部１７と高周波電源
基板１５との間は、もう１つのフォトカプラ１９によっ
て結合されている。このフォトカプラ１９は、高周波電
源基板１５に設けられた異常検出回路２０が、当該高周
波電源基板１５の異常を検出したときに、このことを表
わす信号を制御部１７に伝達する。

【００１７】熱ローラ１１の温度を検出するために、こ
の熱ローラ１１の周面に摺接するように、温度検出手段
としてのサーミスタ１４が設けられている。このサーミ
スタ１４の出力信号は、高周波電源基板１５のフィード
バック制御回路２１に入力されている。このフィードバ
ック制御回路２１は、抵抗および演算増幅器を用いて構
成されたアナログ回路であり、基準電圧発生回路２１ａ
が発生する基準電圧と、サーミスタ１４の出力信号に対
応した電圧信号とを比較し、これらの信号の偏差を零に
導くように動作する。すなわち、フィードバック制御回
路２１の出力信号は、ドライブ波形発生回路２２に入力
されていて、このドライブ波形発生回路２２から、ライ
ン１６を介して誘導加熱コイル１３に高周波電力が供給
されるようになっている。

【００１８】基準電圧発生回路２１ａは、熱ローラ１１
の制御温度、すなわち所定の定着温度に対応した基準電
圧を発生するように構成されている。したがって、アナ
ログ回路で構成されたフィードバック制御回路２１の働
きにより、誘導加熱コイル１３への高周波出力がほぼ無
段階に可変制御され、これによって、熱ローラ１１の温
度が上記定着温度に安定に制御される。図３は、ドライ
ブ波形発生回路２２による高周波出力と、サーミスタ１
４によって検出される熱ローラ１１の温度の定着温度に
対する偏差との関係を示す図である。サーミスタ１４に
よる検出温度が定着温度以上であるときには、ドライブ
波形発生回路２２は、高周波電力の出力を停止する。す
なわち、高周波出力が０Ｗとされる。

【００１９】サーミスタ１４による検出温度が定着温度
未満であれば、ドライブ波形発生回路２２は、ライン１
６に高周波電力を導出する。このときの高周波出力は、
検出温度の定着温度に対する偏差に応じて、たとえば１
０００Ｗ未満の範囲でリニアに変化するように設定され
る。理想的には、図３において曲線Ｌ１で示すように、
検出温度の定着温度に対する偏差と高周波出力とは、た
とえば１０００Ｗ以下の範囲で正比例することが好まし
い。しかし、ドライブ波形発生回路２２の回路構成等に
起因して、実際には、ドライブ波形発生回路２２の最低
出力は、たとえば３００Ｗ程度となる。このため、実際
の出力特性は、図３において曲線Ｌ２に示すように、検
出温度の定着温度に対する偏差に対して、高周波出力
は、最大出力（図３の例では１０００Ｗ）以下の範囲で
一次関数的に設定されることになる。

【００２０】図４は、高周波電源基板１５の高周波出力
の時間変化と、サーミスタ１４によって検出される熱ロ
ーラ１１の温度の時間変化とを示す図である。時刻ｔ１
において、制御部１７が高周波電源基板１５を作動状態
とするための制御信号を発生する。これに応答して、高
周波電源基板１５は、ドライブ波形発生回路２２からラ
イン１６に高周波電力を出力する。この高周波電力の出
力を開始した直後には、熱ローラ１１の温度は低いか
ら、定着温度に対する検出温度の偏差が大きい。したが
って、ドライブ波形発生回路２２からは、最大出力であ
る１０００Ｗの高周波電力が出力される。

【００２１】これにより、参照符号Ｋで示すように、熱
ローラ１１の温度は、定着温度へと速やかに上昇してい
く。熱ローラ１１の温度が定着温度に近づくと、サーミ
スタ１４の検出温度の定着温度に対する偏差が小さくな
るので、参照符号Ｈで示すように、高周波出力がリニア
に（すなわち、無段階に）減少する。これによって、参
照符号Ｊで示すように、熱ローラ１１の温度はオーバー
シュートを生じることなく定着温度へと収束する。

【００２２】この後は、サーミスタ１４の検出温度と定
着温度との偏差がほぼ零の状態となるので、ドライブ波
形発生回路２２は、出力をオン／オフする。これによ
り、高周波出力は０Ｗと３００Ｗとの間で交互に切り換
えられることになる。このような小さな出力の高周波電
力のオン／オフによってフリッカノイズが生じることは
なく、また、熱ローラ１１の温度にオーバーシュートが
生じることもない。異常検出回路２０は、たとえば、誘
導加熱コイル１３のコイルダメージ、熱ローラ１１の交
換ミス（たとえば、鉄製の熱ローラ１１に交換された場
合はよいが、アルミニウム製の熱ローラに交換された場
合には誘導加熱ができない。）等の原因で、ドライブ波
形発生回路２２のＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Tr
ansistor)等の素子が温度上昇した場合に、これを検出
して、ドライブ波形発生回路２２を自動停止させる。そ
れとともに、異常検出回路２０は、異常の発生を、フォ
トカプラ１９を介して制御部１７に通知する。

【００２３】制御部１７は、この異常発生通知を受け
て、たとえば画像形成装置の本体に設けられた操作パネ
ルの表示部２５に、異常発生を通知するためのメッセー
ジを出力する。むろん、メッセージの出力に代えて、画
像形成装置の本体に設けられたＬＥＤ（発光ダイオー
ド）等の表示灯を駆動して、点灯または点滅させること
としてもよい。以上のように、この実施形態によれば、
サーミスタ１４の出力信号を制御部１７に入力してフィ
ードバック制御を行うのではなく、サーミスタ１４の出
力信号を高周波電源基板１５に入力し、高周波電源基板
１５側で、誘導加熱コイル１３への高周波電力の印加を
フィードバック制御するようにしている。これにより、
制御部１７と高周波電源基板１５との間におけるデータ
転送に依存せずに、高周波電源基板１５の内部処理によ
って、高周波出力を多段階または無段階に可変制御する
ことができる。したがって、コストの増加を招くことな
く、熱ローラ１１の温度を良好に制御することができ、
熱ローラ１１の温度変化にオーバーシュートが生じるこ
とがない。しかも、従来のように、大電力（たとえば１
０００Ｗ）のオン／オフが行われることがないので、大
きなフリッカノイズが生じることもない。

【００２４】以上、この発明の一実施形態について説明
したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
たとえば、上記の実施形態では、この発明がディジタル
複写機に適用された例について説明したが、この発明は
アナログ複写機にも適用でき、画像読取部を有しないレ
ーザビームプリンタ等に適用することもできる。その
他、ファクシミリ装置等、電子写真方式を利用した画像
形成装置に広く適用することができる。

【００２５】これらの他、特許請求の範囲に記載された
事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る定着装置が適用さ
れた画像形成装置の内部構成を示す図解的な断面図であ
る。

【図２】上記定着装置の熱ローラを加熱するための電気
的構成を示すブロック図である。

【図３】熱ローラに高周波電力を与える高周波電源基板
の高周波出力と、熱ローラの温度の定着温度に対する偏
差との関係を示す図である。

【図４】高周波電源基板の高周波出力の時間変化と、熱
ローラの温度の時間変化とを示す図である。

【図５】熱ローラの誘導加熱のための従来技術に係る電
気的構成を示すブロック図である。

【図６】上記従来技術における高周波電源基板の出力の
時間変化と、熱ローラの温度変化とを示す図である。

【符号の説明】

１ 画像形成装置 ２ メインチャージャ ３ 感光体 ４ レーザスキャンユニット ５ 現像装置 ６ 転写装置 ７ 記録用紙 ８ 定着装置 ９ 排出ローラ対 １１ 熱ローラ １２ 圧ローラ １３ 誘導加熱コイル １４ サーミスタ １５ 高周波電源基板 １６ ライン １７ 制御部 １８ フォトカプラ １９ フォトカプラ ２０ 異常検出回路 ２１ フィードバック制御回路 ２１ａ 基準電圧発生回路 ２２ ドライブ波形発生回路 ２５ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H033 AA21 AA41 AA42 BA25 BA32 BA34 BB18 BE06 CA06 CA07 CA34 CA46 CA48 3K059 AA08 AA15 AB19 AB20 AC42 AC54 AD15 AD35 BD02 BD24 CD03 CD09 CD10 CD37 CD39 CD64 CD66

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】記録シート上の未定着トナー像を記録シー
   トに定着させるための定着ローラと、 この定着ローラを誘導加熱するための誘導加熱コイル
   と、 上記定着ローラの温度を検出する温度検出手段と、 上記誘導加熱コイルに高周波電力を供給し、この高周波
   電力の出力を上記温度検出手段の出力信号に基づいてフ
   ィードバック制御する高周波電源部と、 この高周波電源部を作動状態とするか非作動状態とする
   かを制御するための制御信号を出力する制御部とを含む
   ことを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】上記高周波電源部が、異常を検出して当該
   高周波電源部を自動停止させる異常検出回路を含むこと
   を特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 【請求項３】上記異常検出回路が異常を検出したことに
   応答して、当該異常の発生を上記制御部に通知する手段
   をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の定着装
   置。