JP2004061559A

JP2004061559A - 定着装置

Info

Publication number: JP2004061559A
Application number: JP2002215776A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Nezu; 根津　幸宏
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US20040018023A1; US6993262B2

Abstract

【課題】サーモスタットを用いることなく、電源ラインの引き回しを要することもなく、制御異常が生じた場合の不要な駆動を直ちに停止することができる安全性および信頼性にすぐれた定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ１０１内に高周波磁界発生用のコイル１１１を設け、そのコイル１１１とコンデンサ２０５とで共振回路を形成する。この共振回路を有する高周波発生回路への入力電流を電流検出回路２１０で検出し、その検出結果および動作オン信号の有無に応じて高周波発生回路への通電を制御する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンタなどの画像形成装置に搭載され、用紙上の現像剤像を定着させる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル技術を利用した画像形成装置たとえば電子複写機には、用紙上に形成されたトナー像を加熱ローラ、加圧ローラの間に用紙を通すことで加熱・加圧することにより定着させる定着装置が搭載されている。
【０００３】
加熱ローラの熱源として、誘導加熱がある。これは、加熱ローラ内にコイルを収め、そのコイルにコンデンサを接続して共振回路を形成し、その共振回路を励起することによりコイルに高周波電流を流してコイルから高周波磁界を発生させ、その高周波磁界によって加熱ローラに渦電流を生じさせ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラを自己発熱させる。
【０００４】
この誘導加熱方式を採用した定着装置の電気回路の一例を図５に示している。
１０１は加熱ローラで、その加熱ローラ１０１内に高周波磁界発生用のコイル１１１が収容されている。
２００は商用交流電源で、その商用交流電源２００にバリスタ２０２および整流回路２０３が接続され、その整流回路２０３の出力端に平滑用コンデンサ２０４が接続されている。そして、平滑用コンデンサ２０４に上記コイル１１１およびコンデンサ２０５からなる共振回路が接続され、その共振回路への通電路に励起用のスイッチング素子（トランジスタ）２０６が挿接されている。このスイッチング素子２０６が駆動回路２０７からの駆動信号でオン，オフ駆動されることにより、共振回路が励起され、コイル１１１に高周波電流が流れてコイル１１１から高周波磁界が発せられる。この高周波磁界により加熱ローラ１０１に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１が自己発熱する。
【０００５】
上記バリスタ２０２、整流回路２０３、および平滑用コンデンサ２０４により、コイル１１１に高周波電流を供給する高周波発生回路が構成されている。この高周波発生回路に対する通電路に、電流検出回路２１０およびサーモスタット３０９が挿接されている。
【０００６】
電流検出回路２１０は、高周波発生回路への通電路に一次側が挿接された降圧用トランス２１１、この降圧用トランス２１１の二次側に接続された整流回路２１２、この整流回路２１２の出力端に接続された抵抗器２１３と平滑用コンデンサ２１４との並列回路を備え、高周波発生回路への入力電流に対応するレベルの直流電圧を電流検出結果として出力する。この出力が駆動制御部であるところのＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。
【０００７】
ＩＨ・ＣＰＵ２１５は、プリントＣＰＵ９０から動作オン信号を受けているとき、電流検出回路２１０の検出電流に基づいてコイル１１１の出力を捕らえ、その出力が予め定められた規定値を維持するように駆動回路２０７による高周波発生回路の駆動を制御する。プリントＣＰＵ９０は、加熱ローラ１０１の動作が必要な場合に、動作オン信号を発する。この動作オン信号がＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。
【０００８】
上記サーモスタット３０９は、加熱ローラ１０１に取付けられ、加熱ローラ１０１が異常温度上昇したときに開いて高周波発生回路に対する通電を遮断する。この遮断により、異常温度上昇が防止され、加熱ローラ１０１およびその周辺部の安全が確保される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
プリントＣＰＵ９０からＩＨ・ＣＰＵ２１５に動作オン信号が供給されていないにもかかわらず、ＩＨ・ＣＰＵ２１５の制御異常により、駆動回路２０７による高周波発生回路の駆動が継続する可能性がある。
【００１０】
この場合、加熱ローラ１０１が異常温度上昇してサーモスタット３０９が作動（開放）するまで、高周波発生回路の駆動が継続することになり、加熱ローラ１０１およびその周辺部に熱的な悪影響を与えてしまう。
【００１１】
しかも、サーモスタット３０９の作動には時定数があり、加熱ローラ１０１が異常温度上昇してもすぐにはサーモスタット３０９が作動せず、加熱ローラ１０１およびその周辺部に与えるダメージがかなり大きくなる。
【００１２】
また、商用交流電源２００から高周波発生回路にかけての電源ラインの一部が加熱ローラ１０１上のサーモスタット３０９まで引き回される形となる。この引き回しは、ノイズ対策や安全面から好ましいものではない。
【００１３】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的とするところは、サーモスタットを用いることなく、電源ラインの引き回しを要することもなく、制御異常が生じた場合の不要な駆動を直ちに停止することができる安全性および信頼性にすぐれた定着装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の定着装置は、高周波発生回路への入力電流を検出し、その検出結果および動作オン信号の有無に応じて高周波発生回路への通電を制御する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
まず、画像形成装置たとえば複合型電子複写機の内部の構成を図２に示している。
本体１の上面部に原稿載置用の透明の原稿台（ガラス板）２が設けられており、キャリッジ４に設けられた露光ランプ５が点灯することにより、原稿台２に載置されている原稿Ｄが露光される。
【００１６】
この露光による反射光が光電変換素子たとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）１０に投影されることで画像信号が出力される。ＣＣＤ１０から出力される画像信号は、デジタル信号に変換され、そのデジタル信号が適宜に処理された後、レーザユニット２７に供給される。レーザユニット２７は、入力信号に応じてレーザビームＢを発する。
【００１７】
一方、本体１内の略中央部に、感光体ドラム２０が回転自在に設けられている。この感光体ドラム２０の周囲に、帯電器２１、現像ユニット２２、転写器２３、剥離器２４、クリーナ２５、除電器２６が順次に配設されており、既知のプロセス方法にて感光体ドラム２０上にトナー画像が形成され、用紙上にトナー画像が転写、後述の定着装置１００により、用紙上のトナーが加熱・加圧定着される。
【００１８】
定着装置１００の具体的な構成を図３に示している。
コピー用紙Ｓの搬送路を上下に挟む位置に、加熱ローラ１０１および加圧ローラ１０２が設けられている。加圧ローラ１０２は、図示していない加圧機構により、加熱ローラ１０１の周面に加圧状態で接している。これらローラ１０１，１０２の接触部は一定のニップ幅を持つ。
【００１９】
加熱ローラ１０１は、導電性材料たとえば鉄を筒状に成形し、その鉄の外周面にテフロン等を被覆したもので、図示右方向に回転駆動される。加圧ローラ１０２は、加熱ローラ１０１の回転を受けて図示左方向に回転する。この加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２との接触部をコピー用紙Ｓが通過し、かつコピー用紙Ｓが加熱ローラ１０１から熱を受けることにより、コピー用紙Ｓ上の現像剤像Ｔがコピー用紙Ｓに定着される。
【００２０】
加熱ローラ１０１の周囲に、コピー用紙Ｓを加熱ローラ１０１から剥離するための剥離爪１０３、加熱ローラ１０１上に残るトナーおよび紙屑等を除去するためのクリーニング部材１０４、加熱ローラ１０１の表面に離型剤を塗布するための塗布ローラ１０５が配設されている。
【００２１】
加熱ローラ１０１の内部に、誘導加熱用のコイル１１１が収容されている。コイル１１１は、コア１０２に巻回および保持され、誘導加熱用の高周波磁界を発する。この高周波磁界が発せられることにより、加熱ローラ１０１に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１が自己発熱する。
【００２２】
なお、本定着装置においては、加熱ローラを開示しているが、その他、導電性材料を用いたベルトであってもよいことは言うまでもない。また、誘導加熱用のコイル１１１は内部に配設せず、加熱ローラの外側に配設されていてもよい。
【００２３】
本体１の制御回路を図４に示している。
メインＣＰＵ５０に、スキャンＣＰＵ７０、コントロールパネルＣＰＵ８０、およびプリントＣＰＵ９０が接続されている。
【００２４】
プリントＣＰＵ９０に、制御プログラム記憶用のＲＯＭ９１、データ記憶用のＲＡＭ９２、プリントエンジン９３、用紙搬送ユニット９４、プロセスユニット９５、上記定着装置１００が接続されている。プリントエンジン９３は、上記レーザユニット２７およその駆動回路などにより構成されている。用紙搬送ユニット９４は、給紙カセット３０からトレイ３８にかけての用紙搬送機構およびその駆動回路などにより構成されている。プロセスユニット９５は、上記感光体ドラム２０およびその周辺部などにより構成されている。
【００２５】
このプリントＣＰＵ９０およびその周辺構成を主体として、メインＣＰＵ側で処理された画像を用紙Ｐにプリントするプリント部が構成されている。
【００２６】
定着装置１００の電気回路を図１に示す。
商用交流電源２００に開閉スイッチ２０１の常閉接点２０１ａ，２０１ｂを介してバリスタ２０２および整流回路２０３が接続され、その整流回路２０３の出力端に平滑用コンデンサ２０４が接続されている。そして、平滑用コンデンサ２０４にコイル１１１およびコンデンサ２０５からなる共振回路が接続され、その共振回路への通電路に励起用のスイッチング素子（トランジスタ）２０６が挿接されている。このスイッチング素子２０６が駆動回路２０７からの駆動信号でオン，オフ駆動されることにより、共振回路が励起され、コイル１１１に高周波電流が流れてコイル１１１から高周波磁界が発せられる。
【００２７】
上記バリスタ２０２、整流回路２０３、および平滑用コンデンサ２０４により、コイル１１１に高周波電流を供給する高周波発生回路が構成されている。この高周波発生回路に対する通電路に、電流検出回路２１０が挿接されている。
【００２８】
電流検出回路２１０は、高周波発生回路への通電路に一次側が挿接された降圧用トランス２１１、この降圧用トランス２１１の二次側に接続された整流回路２１２、この整流回路２１２の出力端に接続された抵抗器２１３と平滑用コンデンサ２１４との並列回路を備え、高周波発生回路への入力電流に対応するレベルの直流電圧を電流検出結果として出力する。この出力が駆動制御部であるところのＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。
【００２９】
ＩＨ・ＣＰＵ２１５は、プリントＣＰＵ９０から動作オン信号（論理“１”信号）を受けているとき、電流検出回路２１０の検出電流に基づいてコイル１１１の出力を捕らえ、その出力が予め定められた規定値を維持するように駆動回路２０７による高周波発生回路の駆動を制御する。
【００３０】
一方、加熱ローラ１０１に温度センサ３０１が取付けられ、その温度センサ３０１に抵抗器３０２，３０３を介して直流電圧Ｖｄが印加されている。加熱ローラ１０１の温度が上昇して温度センサ３０１の抵抗値が減少方向に変化するのに伴い、抵抗器３０３に生じる電圧が上昇する構成となっている。
【００３１】
この抵抗器３０３に生じる電圧が、温度センサ３０１の温度検知信号としてプリントＣＰＵ９０に供給される。
また、抵抗器３０３に生じる電圧が比較器３０４の反転入力端子（−）に入力される。また、抵抗器３０５，３０６の直列回路に直流電圧Ｖｄが印加され、その抵抗器３０６に生じる電圧が基準電圧として比較器３０４の非反転入力端子（＋）に入力される。比較器３０４は、抵抗器３０３に生じる電圧が基準電圧に満たない場合は出力が論理“１”となるが、抵抗器３０３に生じる電圧が基準電圧以上になると（加熱ローラ１０１の異常温度上昇時）、出力が論理“０”となる。この出力がアンド回路３０７の一方の入力端に入力される。
【００３２】
アンド回路３０７の他方の入力端にはプリントＣＰＵ９０の動作オン信号（論理“１”信号）が入力される。プリントＣＰＵ９０は、温度センサ３０１の検知温度が予め定められた設定値を維持するように動作オン信号の出力と解除を制御するもので、温度センサ３０１の検知温度が設定値未満のときに動作オン信号を出力し、温度センサ３０１の検知温度が設定値以上のときに動作オン信号の出力を解除する。
【００３３】
アンド回路３０７は、比較器３０４の出力が論理“１”のとき、プリントＣＰＵ９０からの動作オン信号（論理“１”信号）を出力する。この出力がＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。
【００３４】
また、上記電流検出回路２１０の出力電圧が比較器４０１の非反転入力端子（＋）に入力される。また、抵抗器４０２，４０３の直列回路に直流電圧Ｖｄが印加され、その抵抗器４０３に生じる電圧が基準電圧として比較器４０１の反転入力端子（−）に入力される。比較器４０１は、電流検出回路２１０の出力電圧が基準電圧に満たない場合は出力が論理“０”となるが、電流検出回路２１０の出力電圧が基準電圧以上になると、出力が論理“１”となる。この出力がアンド回路４０４の一方の入力端に入力される。アンド回路４０４の他方の入力端には上記アンド回路３０７から出力される動作オン信号（論理“１”信号）がインバータ４０５を介して入力される。
【００３５】
この比較器４０１、抵抗器４０２，４０３、アンド回路４０４、およびインバータ４０５により、保護回路４００が構成されている。アンド回路３０７から動作オン信号が出力されず、インバータ４０５の出力が論理“１”のとき、電流検出回路２１０が入力電流を検出してその電流検出回路２１０の出力電圧が基準電圧以上になると、アンド回路４０４の出力が論理“１”となる。このアンド回路４０４の論理“１”出力により、上記開閉スイッチ２０１の常閉接点２０１ａ，２０１ｂが開放作動し、商用交流電源２００から高周波発生回路にかけての通電路が遮断される。
【００３６】
つぎに、上記の構成の作用を説明する。
プリントＣＰＵ９０から動作オン信号（論理“１”信号）が出力されると、その動作オン信号がアンド回路３０７を介してＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。ＩＨ・ＣＰＵ２１５は、動作オン信号を受けている間、駆動回路２０７により高周波発生回路を駆動する。この駆動により、コイル１１１およびコンデンサ２０５からなる共振回路が励起されてコイル１１１に高周波電流が流れ、コイル１１１から高周波磁界が発生する。この高周波磁界によって加熱ローラ１０１に渦電流が生じ、その渦電流によるジュール熱で加熱ローラ１０１が自己発熱する。
【００３７】
加熱ローラ１０１の異常温度上昇に際しては、その異常温度上昇が温度センサ３０１で検知され、比較器３０４の出力が論理“０”となる。この論理“０”出力により、プリントＣＰＵ９０からの動作オン信号がアンド回路３０７で阻止されてＩＨ・ＣＰＵ２１５に流れなくなり、ＩＨ・ＣＰＵ２１５による高周波発生回路の駆動制御が停止となる。これにより、加熱ローラ１０１の異常温度上昇が直ちに解消される。
【００３８】
こうして高周波発生回路が動作しているとき、高周波発生回路への入力電流が電流検出回路２１０で検出され、その検出結果がＩＨ・ＣＰＵ２１５に供給される。ＩＨ・ＣＰＵ２１５は、電流検出回路２１０の検出電流に基づいてコイル１１１の出力を捕らえ、その出力が規定値となるように高周波発生回路の駆動を制御する。
【００３９】
プリントＣＰＵ９０は、温度センサ３０１により検知される加熱ローラ１０１の温度を監視し、その検知温度が設定値を維持するように動作オン信号の出力と解除を制御する。動作オン信号が解除されると、高周波発生回路の駆動が停止となる。
【００４０】
ただし、ＩＨ・ＣＰＵ２１５の制御異常により、動作オン信号が解除されて無いにもかかわらず、ＩＨ・ＣＰＵ２１５による高周波発生回路の駆動が継続してしまう可能性がある。
【００４１】
この場合、高周波発生回路の駆動が継続しているため、高周波発生回路に電流が流れており、その入力電流が電流検出回路２１０で検出される。この検出出力と動作オン信号解除とにより、保護回路４００の出力が論理“１”となる。この論理“１”出力により、開閉スイッチ２０１の常閉接点２０１ａ，２０１ｂが開放作動し、高周波発生回路への通電が遮断される。この通電遮断により、高周波発生回路の不要な動作が直ちに停止となる。
【００４２】
以上のように、動作オン信号が解除されている状態での高周波発生回路の不要な駆動を電流検出回路２１１を用いて検出することにより、加熱ローラ１０１が異常温度上昇する前に、高周波発生回路の不要な駆動を直ちに停止することができる。直ちに停止することができるので、加熱ローラ１０１およびその周辺部に熱的な悪影響を与えないですむ。
【００４３】
従来のようなサーモスタットが不要であるから、電源ラインの一部を加熱ローラ１０１上のサーモスタットまで引き回す必要もなく、よってノイズ対策や安全面の不具合を解消することができる。
【００４４】
出力制御用の電流検出回路２１１を制御異常の検出に利用する構成であるから、コストの上昇を極力抑えることができる。
【００４５】
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、サーモスタットを用いることなく、電源ラインの引き回しを要することもなく、制御異常が生じた場合の不要な駆動を直ちに停止することができる安全性および信頼性にすぐれた定着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の電気回路のブロック図。
【図２】一実施形態に係る電子複写機の内部構成を示す図。
【図３】一実施形態の要部の構成を示す図。
【図４】一実施形態に係る電子複写機の制御回路のブロック図。
【図５】従来の定着装置の電気回路のブロック図。
【符号の説明】
１…本体、２０…感光体ドラム、９０…プリントＣＰＵ、１００…定着装置、１０１…加熱ローラ、１０２…加圧ローラ、１１１…コイル、２００…商用交流電源、２０１…開閉スイッチ、２０３…整流回路、２０４…平滑コンデンサ、２０５…コンデンサ、２０６…スイッチング素子、２０７…駆動回路、２１０…電流検出回路、２１５…ＩＨ・ＣＰＵ（制御手段）、３０１…温度センサ、３０４…比較器、３０７…アンド回路、４００…保護回路、４０１…比較器、４０４…アンド回路、４０５…インバータ、

Claims

回転駆動される加熱部材と、
前記加熱部材に渦電流を発生させる高周波磁界発生用のコイルと、
前記コイルに高周波電流を供給する高周波発生回路と、
前記高周波発生回路を駆動制御する制御手段と、
前記高周波発生回路への入力電流を検出する電流検出手段と、
前記制御手段に対する動作オン信号の有無および前記電流検出手段の検出結果に応じて前記高周波発生回路への通電を制御する保護手段と、
を備えたことを特徴とする定着装置。
請求項１に記載の定着装置において、
前記制御手段は、前記動作オン信号を受けているとき、前記電流検出手段の検出電流に基づいて前記コイルの出力を捕らえ、その出力が規定値となるように前記高周波発生回路を駆動することを特徴とする定着装置。
請求項１または請求項２に記載の定着装置において、
前記保護手段は、前記動作オン信号が無いのに前記電流検出手段で電流が検出されるとき、前記高周波発生回路への通電を遮断することを特徴とする定着装置。