JP2005181488A - 電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘導加熱ローラーの定着可能温度立ち上げ時間短縮。
【解決手段】 誘導加熱を用いた定着機において定着ローラー駆動信号とモーター回転検知を併用することで、ローラー回転を開始する以前から誘導加熱コイルに電力投入を行いローラー回転検知が所定の時刻で検出できないときは動作を停止する構成とする事で電力投入タイミングをモーター回転以前から行い、大電力を投入することなく加熱時間の短縮を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機等に使われる加熱装置であり特にトナーなどの加熱溶融性粉体を用紙に定着させるための発熱源として誘導加熱を用いた電子写真用画像定着装置の動作方法に関する物である。

電子写真装置は、顕画材（以後はトナ−と呼ぶ）により記録紙上に顕画像（以後トナー像と呼ぶ）を形成する画像形成手段を持ち、前記トナー像が形成された記録紙を搬送する紙搬送手段を通じ図５に示される対向圧接する１００の熱ローラー及び１１０の加圧ローラー間を介して前記記録紙を加熱部に密着させる加圧手段によりトナー像を加熱定着する定着手段を用いる事で記録紙上に画像を形成する。

前記加熱融着手段を用いてトナーを記録紙に定着させるためのローラー加熱方法として近年エネルギー消費効率の観点から誘導加熱方式が注目されている。（例えば、特許文献１参照）
発熱ローラーを加熱するための手段として誘導加熱方式を用いた方法では、励磁コイルに高周波電流を印可し発生した高周波磁界を前記熱ローラー内面表層に作用させることで導電層に渦電流を発生させてその渦電流によるジュール熱により熱ローラーを自己発熱させる物である。

この加熱方法では、熱ローラー内面表層が発熱体となる直接加熱であるため発熱効率が高く、短時間に熱ローラーを必要とされる定着温度まで加熱することが容易にできうるため、急速立ち上げが可能であり、且つ、電力利用率が高いので消費電力の大幅な削減が可能である。
特公平５−９０２７号公報

この様な誘導加熱方式を用いた定着装置に於いてはその誘導加熱コイル製造上の特徴として、発熱ローラー内面を局部加熱する構造となっており、そのため立ち上げや通紙等のローラー加熱時には発熱ローラーを回転させないと温度斑が出てしまう為、発熱ローラーを回転させてから実際の加熱動作を行う必要がある。

この発熱ローラー回転駆動用モーターにモーター駆動信号を入れてから駆動モーター回転が安定するのに数秒程度掛かってしまいその間定着器に電力が投入出来ない場合、複写装置の動作開始までの時間が延びてしまう欠点がある。

前記駆動モーター起動待ち時間を短縮するためにモーター駆動信号と同時に誘導加熱電源の電力印可信号を発生させる方法も考えられるが此方は、何らかの理由でモーター回転が立ち上げ失敗しモーター停止状態になった様な場合ローラーが回転しない状態で電力印可することとなりローラーの一部のみ電力が集中しローラー表層がダメージを受けてしまう、若しくは安全性確保のために付いている異常温度検知遮断装置が作動してしまう問題があった。

そこで本発明では、前記熱ローラーの加熱方法として電磁誘導加熱の特徴である急速加熱を犠牲にすることなく前記電力供給手段を最適に動作させる事を実現する物である。

以上説明したように誘導加熱を用いた定着器に於いて定着モーター駆動信号と発熱ローラー回転検知信号、及び定着モーター駆動信号に同期して所定の時間誘導加熱電源の通電を許可する信号と回転検知信号を論理を取り、その出力を誘導加熱信号と論理積を取るという構成を用いることで、加熱立ち上げ時の電力を増加することなく発熱ローラーの加熱立ち上げ時間を短縮することが可能になる。

本発明は下記の構成を特徴とする像加熱装置および画像形成装置である。

未定着トナー像を担持した記録材を加熱加圧してトナー像を定着させる像加熱装置であって、熱ローラーを加熱する周波数、及び振幅を可変できる電力供給手段である交流電源にて高周波電力を発生させ、前記電力発生手段からの高周波電力を加熱対象物である熱ローラーに有効に作用させるために所定の形状にて所望の巻回数された電磁変換コイルにて構成される電磁誘導加熱方式を用いた定着装置に於いて、通電制御手段からの通電信号に応じて発熱ローラーを回転させるためモーター等の出力軸から回転駆動し、発熱ローラーが回転したことを所定の検出方法を用いた発熱ローラー回転検知手段により検知し、前記通電制御手段からの通電信号に応じて所定の時間を計時するタイマー手段と、各々出力からのＯＲを取った信号と、前記通電制御手段からの通電信号とのＡＮＤを取った信号により前記電力供給手段を動作させることを特徴とした誘導加熱装置。

図１は本発明を特徴づける実施例を示す図面であり図２から図８迄で同一符合は同一構成部分を示している。

図１は本発明の誘導加熱定着器のブロック説明図でありＴＲ１は電力スイッチング素子のＭＯＳ−ＦＥＴであり、Ｃ２は負荷である誘電加熱コイルＬ１に印可する高周波交流交流を共振波形とするための共振コンデンサでありＤ５はＬ１に蓄積された電力を回生するフライホイールダイオードである。

ＴＨ１の温度検出素子は図２〜図４に示す構造により発熱ローラー上で最も発熱量の多い箇所に対向して配置され熱的に結合させる構造をとる。

前記温度検出素子としてはいわゆるサーミスター等の感温抵抗素子を使うことが一般的であり、その出力は７の温度検出に入力される。

７は、温度検出素子の抵抗変化を電圧値として出力しその出力値は電力印可手段の制御回路であるＩＣ１に入力される。

定着器制御手段１１は複写機の動作状態に応じて定着器の発熱ローラーに対する通電動作を決定し電力印可、及び通電中の電力量を決定する。

前記電力印可手段の制御回路ＩＣ１には、前記ローラー温度信号と前記定着器制御手段１１からの電力指令値が入力される。

また前記定着器制御手段からはＩＨ制御回路の発振動作自体を制御する動作許可信号ＩＨ−ＯＮ信号も接続される。

ここでＩＣ１に入力された電力指令値は、電力制御信号としてＩＣ１によるパルス変調（以後はＰＦＭと呼ぶ）発振回路に入力される。

ＩＣ１のＩＨ制御回路は制御信号値に見合ったＰＦＭパルスを発生させＴＲ１のＭＯＳ−ＦＥＴのゲートに出力しＴＲ１をスイッチング駆動する。

Ｄ１からＤ４は、交流の入力電力整流用ダイオードであり電力制御回路部に交流電力を整流した脈流を供給する。

ＮＦ１とＣ１は、ノイズフィルターを形成しておりＴＲ１のスイッチング周波数に対しては十分な減衰量を確保し且つ電源周波数に対しては減衰無く通過するような定数に設定する。

次に動作に付いて説明する。

定着器制御手段１１が、複写動作の開始として加熱信号を受け取ると、前記定着器制御手段１１は複写動作状態に応じてＩＨ−ＯＮ信号と、電力指令値ＰｃｏｎｔをＩＣ１の電力印可回路に出力する。

それらの動作によりＩＣ１は高周波のＰＦＭ信号を発生する。

図１の入力端子に交流入力電圧が印可されるとＤ１からＤ４の整流素子により整流された脈流となりその電圧はＮＦ１を通りしＣ１の両端に印加される。

そのためＣ１の両端電圧は、交流入力電圧を整流した波形となる。

定着器制御手段１１からは、あらかじめ設定された印可電力指令値が制御信号としてＩＣ１のＰＦＭ発振回路に印加される。

ＩＣ１は、制御信号値に見合ったパルスのＰＦＭ信号を発生しその出力は、ＴＲ１のゲート−ソース間に印加されＴＲ１は、ＩＣ１の出力パルスによりスイッチングしてドレイン電流ＩDが流れ誘導加熱コイルにＬ１に通電する。

また加熱コイルＬ１にはＴＲ１がオンする事で流れた電流を蓄えているためＴＲ１がオフした時に逆起電圧を発生しコイル蓄積電流を共振コンデンサＣ２に充電する。

この流れ込んできたコイル蓄積電流により共振コンデンサ電圧が上昇する。

またコイルから流れ出た電流は、共振コンデンサＣ２の電圧が上昇するのに反比例して減衰しある点でコイル電流が流れ無くなくなる瞬間を通り過ぎると今度は逆に共振コンデンサＣ２に蓄積された電荷が、誘導加熱コイルＬ１に向けて電流が流れ出す。

そののち共振コンデンサＣ２に蓄積された電荷は、誘導加熱コイルＬ１に戻るのと同時に誘導２の電圧が低下してＴＲ１のドレイン電圧はソース電圧より低下し、Ｄ５のフライホイールダイオードがオンし順電流が流れる。

その後またＴＲ１がオンすると誘導加熱コイルＬ１に電流が流れ誘導加熱コイルＬ１に電流を蓄積する事を繰返すので、前記誘導加熱コイルと相対し電磁気的に結合している負荷である発熱ローラーにも誘導電流が流れ前記導電性材料から成る発熱ローラーは自分自身のローラー抵抗値に誘導電流の二乗を掛合わせたジュール熱を発生し熱ローラー１００の内面が効率的に発熱するため回転している熱ローラー全体が加熱される。

なお此処でスイッチング素子であるＴＲ１及びＬ１に流れる電流はＣ１が高周波成分を充放電し平滑化をする。その為入力ノイズフィルターＮＦ１には、高周波電流は流れず交流入力電流整流波形のみが流れる。

整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に流れる電流は、ＴＲ１及び誘導加熱コイルＬ１に流れた電流波形をＣ１及びＮＦ１のノイズフィルターによりフィルタリングされた電流波形となるため整流前の交流入力電流波形は、交流入力電圧波形に近い形の入力電流波形となり入力電流中に含まれる高調波成分が大幅に減少でき、定着加熱回路における温度調節回路の入力電流の力率を大幅に改善できる。またこの回路で使用するノイズフィルターであるＮＦ１とＣ１は、ＩＣ１による高周波の発振周波数に対してフィルター効果が発揮される物であれば良くコンデンサＣ１の容量やＮＦ１のインダクタンス値は小さくできるので小型、軽量化する事ができる。

この誘導加熱駆動電源回路に電力温調節信号が入力されることで誘導加熱電源の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度の高周波交流電力が発生する。

ここで発熱ローラー表面の温度を測定するＴＨ１からなる測温素子の出力は随時温度検出回路７に入力され温度信号に変換された出力として定着器制御手段１１に入力され加熱目標温度と前記検出温度を随時比較しその目標値との差分がＩＣ１の電力指令値としてフィードバックされる。

定着器制御手段１１は、設定目標温度にＴＨ１検出温度に近づくと印可高周波電力を低下させるような比例制御等や通称ＰＩＤ制御と言われる制御方式を用い発熱ローラー表面温度を一定に保つフィードバック信号を発生する。ＩＣ１は定着器制御手段１１により検出された温度設定目標との誤差分が入力されその値に応じてＴＲ１のゲートＯＮ信号時間を決定しＴＲ１の通電電力が調整され誘導発熱ローラー１００に入力される電力が制御されローラーの発熱量が制御されることによりトナー定着温度が安定化される。

誘導加熱を行う定着装置においては前記のシーケンスにて温度制御を行うのであるが、通常誘導加熱を行う発熱ローラー１００の材質としてはコストや発熱特性から鉄や鉄合金系の材料が広く使われている。

ところが鉄系の材料でてきている発熱ローラーは熱伝導性が悪いためローラー表面を均一加熱動作を行うため図２の定着器の構造図に示すように電力印可当初より発熱ローラーを回転させ、且つ１１０の加圧ローラーも当接させ回転させることで１００の発熱ローラー表面温度の均一化を図っている。

本発明では、この様な誘導加熱を用いた複写機の加熱立ち上げ制御に関する物であり、特に発熱ローラーの加熱立ち上げ時間の短縮を図る物である。

その為、本発明では、図１中のＩＨ−ＯＮ信号、及びＭｏｔｅｒ−ＯＮ信号を通電時の制御信号として用い図５（ａ）の（１）モーター駆動信号であるＭｏｔｅｒ−ＯＮ信号を検出すると或る所定時間タイマー１０にて図５（ａ）の（３）に示す通電許可信号を発生する。

この信号は図１中１３のＯＲゲートにて９の回転検知信号と論理和される。

１３のＯＲゲート出力は１４のＡＮＤゲートに入力されＩＨ−ＯＮ信号が入力されている１１の定着器制御手段からの通電信号と図５中（５）の様に論理積を取り、その出力がＩＣ１のＩＨ制御回路に入力され、ＩＣ１は制御回路の出力を有効としてＩＨ誘導回路を動作させる。この作用により誘導加熱コイルＬ１に加熱電力が供給され１００の発熱ローラーに熱エネルギーが享受され発熱ローラー１００が加熱されていく。

またこの時、図１中の８のモーター駆動手段８に図５（ａ）の（１）に示されるモーター駆動信号が入力されるので１２のモーターが回転し１００の発熱ローラーが回転する。

本発熱ローラーでは、図３に示すように非通紙領域に光学的反射層１０３が印刷されている。

図４に示す照明手段と光検知手段から成る反射センサー９１は回転検知機構９に接続され、照明手段（一般的には赤外ＬＥＤ）からの光を発熱ローラー１００上に印刷されている１０３反射層に照射する。

１０３反射層は図３に示される様に発熱ローラー１００円周上に断続的に印刷されているため、発熱ローラーが回転することで９１反射型センサーが発している照明光も断続的に反射され９１のセンサー受光部に入力される結果、ローラー１００が回転することで９１反射型センサーからの出力はローラー回転数に比例した断続パルスが出力される。

図４の回転検知回路は、前記９１の反射型センサーから出力されたパルス信号を検知し発熱ローラー１００の回転検出信号を出力する。

この回転検知信号は図１中１３のＯＲゲートに入力される。

前記図５中（３）に示されるタイマー１０からのスタートアップ信号期間中に発熱ローラー回転検知信号が帰ってくれば、１３のＯＲゲート出力は有効なためモーター回転が安定する以前から電力投入が可能になり定着可能温度迄への立ち上げ時間短縮が出来る。

ここで図５（ｂ）に示す様に規定のスタートアップ時間以内にモーター回転検知信号が帰ってこない時は、スタートアップタイマー１０による加熱時間終了時にモーター回転検知信号を確認し未だ帰ってきていない様で有れば、定着系異常として加熱作業を中止する。

この様な立ち上げ制御手段を用いることで高速立ち上げと、発熱に対する安全性の確保が両立できる複写機が実現出来る。

他の実施例として本発明では別途発熱ローラー回転検知用にセンサーを設けたがその回転検知センサーを簡略化する方法として、発熱ローラー駆動モーターの回転が正常になった事を駆動モーター回転ロック信号から用いる方法などが考えられるが、モーター回転が安定するのに数秒程度掛かり、且つ駆動モーターのロック信号は、モーターの回転数を検知しておりまた駆動モーター回転上昇は概ねオーバーシュートするので一回ロック信号が出た後モーター回転のオーバーシュート期間ロック信号は停止し暫時回転収束した後、規定回転に安定すると再度ロック信号が出るため誘導加熱電源の駆動信号として使うには不安定であり電源動作が安定しない等の問題点もあった。

その為、モーター回転検知のロック信号を用いても誘導加熱電源を安定に立ち上げる実施例を図６にて示す。

その為、本発明では、図６中のＩＨ−ＯＮ信号、及びＭｏｔｅｒ−ＯＮ信号を通電時の制御信号として用い図７の（１）モーター駆動信号であるＭｏｔｅｒ−ＯＮ信号を検出すると或る所定時間タイマー１０にて図７中の（３）に示す通電許可信号を発生する。

この信号は図１中１３のＯＲゲートにて９の回転検知信号と論理和される。

１３のＯＲゲート出力は１４のＡＮＤゲートに入力されＩＨ−ＯＮ信号が入力されている１１の定着器制御手段からの通電信号と図７中（５）の様に論理積を取り、その出力がＩＣ１のＩＨ制御回路に入力され、ＩＣ１は制御回路の出力を有効としてＩＨ誘導回路を動作させる。この作用により誘導加熱コイルＬ１に加熱電力が供給され１００の発熱ローラーに熱エネルギーが享受され発熱ローラー１００が加熱されていく。

またこの時、図６中の８のモーター駆動手段８に図７の（１）に示されるモーター駆動信号が入力されるので１２のモーターが回転し１００の発熱ローラーが回転する。

該定着駆動モーター１２には、モーター回転数を検知する１２１のＦ.Ｇ(周波数発生器)が駆動軸と同軸上に配置されておりモーター回転数に比例した周波数を発生する。

前記１２のＦ.Ｇ出力は図６上の９モーターロック検知手段により、モーター回転数が規定値に成った事を判定する。

そのモーターロック信号出力は、図６中のＯＲゲート１３のもう片方に接続されており、先程のタイマー手段１０の出力が有効な時点で、図７中（２）のモーターロック信号が安定していれば図６中（５）ＯＮ−ＯＦＦ信号が安定してＩＣ１のＩＨ制御回路に供給されるためモーター回転が安定する以前から電力投入が可能になり定着可能温度迄への立ち上げ時間短縮が出来る。

また、この様に定着駆動モーター１２の回転ロック信号を用いることで発熱ローラー側に特別な加工などが不要になるため発熱ローラーコストを下げることが可能になる。

本発明を最も特徴づけている説明図 本発明を実装した定着器の構造を示す図 発熱ローラー構造説明図 発熱ローラー回転検知説明図 加熱立ち上げ時のシーケンスプロファイル説明図 他の一実施例でありモーターのロック信号を用いた説明図 図６のシーケンス説明説明図

符号の説明

L1 誘導加熱コイル
C2 共振コンデンサ
D1〜D4 整流ダイオード
TR1 スイッチング素子
TH1 温度検出素子
IC1 共振制御回路
8 定着モーター駆動手段
9 ローラー回転検知手段
10 スタートアップタイマー
11 定着器制御手段
12 ローラー駆動モーター
13 回転検知加算手段
14 回転検知論理積手段
100 定着用熱ローラー
110 加圧ローラー
120 定着器
121 Ｆ.Ｇ

Claims (2)

1. トナーにより記録紙上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記記録紙を給紙部から排紙部まで搬送する用紙搬送手段と、トナー像を固着させるためのローラー状の加熱加圧手段を持つ電子写真装置にて、発熱ローラーの内側に高周波磁界を発生させる電磁変換コイルを巻線し、前記コイルに高周波電力を印可し前記発熱ローラーを発熱させ前記トナー像を用紙に溶融固着させる定着装置において、
   制御手段からの通電信号に応じて前記電磁変換コイルに加熱電力を供給する電力供給手段と、前記発熱ローラーを回転駆動するための駆動手段、及び前記駆動手段からの駆動により前記発熱ローラーが回転することを検知する回転検知手段と、前記制御手段からの通電信号に応じて所定の時間を計時するタイマー手段を持ち、前記回転検知手段と前記タイマー手段の論理和に対して該制御手段からの通電信号との論理積を取った信号により前記電力供給手段を動作させることを特徴とする誘導加熱装置。
2. 発熱ローラーの内側に高周波磁界を発生させる電磁変換コイルを巻線し、記コイルに高周波電力を印可し前記発熱ローラーを発熱させ前記トナー像を用紙に溶融固着させる定着装置において、
   制御手段からの通電信号に応じて前記電磁変換コイルに加熱電力を供給する電力供給手段と、前記発熱ローラーを回転駆動するための駆動手段、及び前記駆動手段からの駆動により前記発熱ローラーが回転することを検知する回転検知手段と、前記制御手段からの通電信号に応じて所定の時間を計時するタイマー手段を持ち、前記のローラー駆動信号がない時に通電信号が入力されると前記タイマー手段により所定の時間第２の電力指令値にて前記電力供給手段を動作させることを特徴とする誘導加熱装置。

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