JP2005300950A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、画像形成装置の起動時間に左右されることなく、定着するためのヒータの異常検出を誤り無く、確実に行える機能を備えた定着装置を提供することである。
【解決手段】
熱源と、前記熱源により加熱され、トナー像を用紙に定着するための加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度センサと、前記熱源へ電力を供給する電源と、前記温度センサの抵抗値により前記温度センサの異常の検知および前記熱源への通電を制御する制御手段を有する定着装置であって、前記制御手段は、前記熱源へ通電する制御を行っている場合にのみ、前記異常の検知を行なうことを特徴とする定着装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プリンタ、複写機又はファクシミリ等の画像形成装置に用いられ、記録媒体上の未定着のトナー画像を熱源等で加熱して定着を行う定着装置に係る。特に、制御部等によって熱源を加熱制御して定着する方式において、その熱源の温度を検出する温度センサの異常を検出するにあたって、その異常検出の信頼性向上を図る技術に関する。

プリンタ、複写機又はファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置は、トナーにより記録媒体に画像を形成し（以下、形成された画像をトナー画像と言う。）、定着装置が、記録媒体のトナー画像を熱源によって加熱することによって定着する処理を行っている。熱源（ヒータ）は温度センサ等でその温度が検出され、定着に適切な温度になるよう制御部等で制御されている。その温度センサとして一般的に、温度によって値が変化する抵抗体を有するサーミスタ等が用いられている（特許文献１を参照）。

また、定着装置の熱源は、かなり高温で加熱制御されるので、機器として十分な安全性を確保する必要がある。サーミス等の温度センサにおいても、温度センサ自身が、断線等の異常が発生して、異常加熱、或いは熱暴走、強いては火災等の危険状態への突入が起こる危険性があった。そこで、従来、温度センサの異常を検出する異常検知回路を設け、安全性を確保していた（特許文献１の〔０００３〕〜〔０００５〕を参照）。

一般に異常検知回路に用いられるサーミスタは、ほぼ室温から定着温度（１５０℃〜１８０℃）の範囲を検出するものが用いられている。このサーミスタの温度に対する感度は、特許文献１にも記載されているように、図５のように温度変化に対する異常検知回路の出力電圧の変化（サーミスタの抵抗変化でもある。）で示される。この感度特性からして、低温、特に０℃以下になると温度変化に対する抵抗変化が少なくなり（感度が悪くなり）、温度検出が不能になってくる。言い換えると、サーミスタは、低温で急激に高い高抵抗値を示す。したがって、温度センサとしてのサーミスタの異常を検出する異常検知回路が、サーミスタ自身としては正常であるが、低温において「断線」と区別できなくて、サーミスタの異常を検出してしまう現象が生じる。

このため、従来の異常検知回路は、画像形成装置或いは定着装置の電源がオンされた後（つまり、低温状態から動作開始された後）、電源や周囲の機能部の立ち上がりタイミングのバラツキが生じる時間中は動作しないように、ヒータの温度が、断線と判断するレベルを超えるまでの継続時間を設定しておいて、継続時間後に、サーミスタの断線を検出するようにしていた。逆の表現をすれば、上記の継続時間を超えて継続している異常だけを検出していた。従来の画像形成装置であれば、電源投入後にすぐに初期化が終了し、熱源がオンされるので、上記の異常検出回路で対応できた。

しかしながら、最近の画像形成装置は、高精度、多機能化して複雑化しており、ＯＳ（コンピュータのオペレーションシステム）を搭載するものが増えてきており、各部の初期化等に時間が係り、起動に時間を要するものが多く存在する。その分、上記の継続時間を長くすれば良いが、そうすると、通常時おいても、異常を検出する時間が長くなり過ぎて、その継続時間中に実際に断線があっても温度上昇が検出できずに、異常加熱の危険があった。そのため、継続時間を長くすることはできなかった。特に、最近のヒータは加熱速度の高いものが用いられているから、なおさら、継続時間を長くすることはできない。

したがって、従来の異常検出回路では、ＯＳが起動してヒータをオンする前に、サーミスタの異常検知回路が動作を開始してしまうことがあるので、信頼性に欠けていた。

特開平８−２８７２００号公報（段落〔０００３〕〜〔０００５〕、〔００２１〕−〔００２３〕、図３、図５、図６）

本発明の目的は、画像形成装置の起動時間に左右されることなく、定着するためのヒータの異常検出を誤り無く、確実に行える機能を備えた定着装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱源と、前記熱源により加熱され、トナー像を用紙に定着するための加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度センサと、前記熱源へ電力を供給する電源と、前記温度センサの抵抗値により前記温度センサの異常の検知および前記熱源への通電を制御する制御手段を有する定着装置であって、前記制御手段は、前記熱源へ通電する制御を行っている場合にのみ、前記異常の検知を行なうことを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、熱源と、前記熱源により加熱され、トナー像を用紙に定着するための加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度センサと、前記熱源と電源の間に設けられ、前記熱源への通電を遮断する遮断手段と、前記温度センサの抵抗値により前記温度センサの異常の検知、前記熱源への通電の制御および前記遮断手段の制御を行なう制御手段を備え、前記制御手段は、前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合にのみ、前記異常の検知を行なうことを特徴とする。

上記課題を解決するための、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合にのみが、前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合、且つ、前記熱源へ通電する制御を行なっている場合にのみ、であることを特徴とする。

請求項１、２又は３に記載の発明は、熱源（ヒータ）へ通電されている場合にのみ、言い換えれば、画像形成装置の起動時間やタイミングに関係なく、ヒータが加熱されているときだけ、その温度センサの異常を検出する構成としたので、画像形成装置の起動時に誤った異常検出をすることなく、確実に温度センサの異常検出を行うことができる。

図１は、定着装置１００の構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態を示す制御ブロック図である。図３は、図２における異常検知手段５の詳細な回路構成を示す図である。図４は、図２における主要動作の論理を示す図である。図５は、サーミスタの特性例を示す図である。次に、図１〜図５を用いて、実施形態の構成、動作を説明する。

図１において、ヒータ１は、画像形成装置の定着装置１００の熱源である。そのヒータ１を内蔵した加熱ローラ１０１（加熱手段）に対して、圧着ローラ１０２が記録用紙Ｐを圧着しながら回転して搬送することによって、記録用紙のトナー像を熱定着させる。温度センサ２は、加熱ローラ１０１の長手方向の略中心位置付近にあって、温度を検知している。

図２において、ヒータ１は、例えば、ハロゲンランプのヒータ等が採用される。図２に示すようにヒータ１は、一端は、リレー３（遮断手段）を介してヒータ電源に接続され、他端は、制御手段４によって通電制御されている。制御手段４からの通電制御は、制御信号Ｖｈを出力し、その制御信号Ｖｈを、例えば、ヒータ１をフォトトライアック（ＰＴＲＣ）等を介してオン・オフし、そのオンの期間及びオフの期間で温度を制御するオン・オフ制御信号、つまりパルス形状の制御信号を用いて行われている。

リレー３は、２つの接点の一方がヒータ電源、他方がヒータ１に接続されている。リレーの駆動部は、一方がリレー電源に接続され、他方が制御手段４によって制御される。この例では、後記する接続／遮断制御部４ａが出力する駆動電圧ＶｄがＬ（リレー電源電圧より低く、その電圧差がリレー駆動部を駆動できる値）のときに接点が「接続」状態となり、駆動電圧ＶｄがＨ（リレー電源の電圧に近い値で、その電圧差ではリレー駆動部を駆動できない値）のときに「遮断」状態となる。

温度センサ２は、温度に応じて抵抗値が変化することによって、温度を検出するセンサが用いられ、この例では、サーミスタＴＨが用いられている。通常は、温度センサ２にバイアス電圧（或いは電流）がかけられ、温度センサ２の抵抗変化による温度センサ２の端子間の電圧変動が出力電圧として出力され、その出力を制御部４で温度に換算している。そのときの温度センサ２が出力する温度検出信号の温度―出力電圧の関係を示すのが図５である。

制御手段４は、この例では、接続／遮断制御部４ａ及びヒータ制御部４ｂを有し、図示していないが、画像形成装置本体と各種情報を通信しあっている。ヒータ制御部４ｂは、正常時においては、温度センサ２の出力を受けて温度を監視しながら所定温度になるよう上記の制御信号Ｖｈをヒータ１へ送り通電制御を行っている。

接続／遮断制御部４ａは、正常時には、駆動電圧Ｖｄ＝Ｌをリレー３の駆動部へ送り、その接点を接続状態とし、ヒータ電源をヒータ１に加えている。後記する異常検知手段５が異常を検出した場合は、その異常である旨の検出結果を受けて、駆動電圧Ｖｄ＝Ｈとして、リレー３の接点を遮断状態とする。この遮断状態によって、強制的にヒータ１による加熱が停止し、安全性が確保される（以下、論理値として値Ｌ、値Ｈを説明上使用するが、前者は低い電圧、後者は高い電圧を表す。値Ｌ、値Ｈの実際の電圧値は、それを出力する回路、入力する回路によって異なる。）。

異常検知手段５は、温度センサ２の出力電圧を受けて、温度センサ２の異常を検出する異常検出回路５ａと、リレー３を駆動する駆動電圧Ｖｄとヒータ１を通電制御する制御信号ＶｈとのＯＲ論理をとって、双方が値Ｌであるかどうかを判定する判定手段５ｂを備えている。判定手段５ｂが駆動電圧Ｖｄと制御信号Ｖｈの双方が値Ｌであると判定した場合は、異常検出回路５ａは温度センサ２の異常検出動作を行って正常である旨又は異常である旨のいずれかの結果を出力する。判定手段５ｂが駆動電圧Ｖｄと制御信号Ｖｈの双方とも値Ｌでないと判定した場合は、異常検出回路５ａが、この例では、強制的に温度センサ２が正常である旨の出力を行う。異常検出手段５の各部の論理値を図４に示す。

なお、判定手段５ｂは制御信号Ｖｈ又は駆動電圧Ｖｄのいずれか一方のみを受けて、その値が値Ｌであるかどうかを判定し、値Ｌの場合にのみ、異常検出回路５ａが、温度センサ２ａの異常検出を行うようにしてもよい。

このように、異常検知手段５は、ヒータ１の電源を接続状態にするリレー３を駆動する駆動電圧Ｖｄ及びヒータ１を通電制御する制御信号Ｖｈを検出して、異常動作検出の開始を決定しており、各部の電源及び各部の起動による立ち上がりやそのタイミングに依存して異常検出の動作を開始することはないので、画像形成装置或いは定着装置の立ち上がり時に、誤って異常を検出することはない。

図３を基に、判定手段５ｂの詳細を説明する。なお、図３は、サーミスタＴＨを用いた温度センサ２を含めた異常検知手段５の回路構成を示す。判定手段５ｂは、駆動電圧Ｖｄと制御信号ＶｈのＯＲ論理をとるＯＲ回路ＩＣ３と、ＯＲ回路ＩＣ３の出力によって異常検出回路５ａの出力を、温度センサ２からの出力電圧に関係なく、制御するトランジスタＴＲ１とを備えている。

この例におけるトランジスタＴＲ１は、ＯＲ回路ＩＣ３からの出力を受けて、異常検出回路５ａの内部の充電素子であるコンデンサＣ１に接続されるコレクタと、アースに接続されるエミッタの間を短絡又は解放するスイッチの役割をしている。

ＯＲ回路ＩＣ３、トランジスタＴＲ１及び異常検出回路５ａは、駆動電圧Ｖｄと制御信号Ｖｈとを入力として、図４に示すような論理結果を出力する。つまり、ＯＲ回路ＩＣ３は、駆動電圧Ｖｄと制御信号Ｖｈとが揃って値Ｌのときだけ、即ち、リレー３が接続されヒータ１が通電制御されているときだけ、値Ｌを出力することによって、トランジスタＴＲ１のベース電圧を値Ｌにして、解放状態にする。トランジスタＴＲ１が解放状態のときは、コンデンサＣ１の電圧Ｖ２が正常に充電されるので、異常検出回路５ａは、異常検出動作を行い、異常検出信号として、温度センサ２が正常の場合は値Ｈを、温度センサ２が異常の場合は値Ｌを出力する。

ＯＲ回路ＩＣ３は、駆動電圧Ｖｄと制御信号Ｖｈのいずれかが値Ｈ或いは双方が値Ｈのときは、トランジスタＴＲ１のベース電圧を値Ｈにして、短絡状態にする。トランジスタＴＲ１が短絡状態のときは、コンデンサＣ１に充電された電圧Ｖ２が放電され、温度センサ２が正常動作であることを示す値Ｈを出力する。

異常検出部５ａ及び温度センサ２の詳細を図３を基に説明する。図３において、温度センサ２は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の直列接続回路と、このうちの抵抗Ｒ２に並列接続されたサーミスタＴＨとからなり、一端が温度検出信号出力端子に接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の値は、温度変化対出力電圧Ｖ１の特性ができるだけリニアな関係になるようバイアスがかけられるように設定されている。

異常検出部５ａは、抵抗Ｒ４を介して電圧Ｖ１と抵抗Ｒ５、Ｒ６の分圧回路の分圧値Ｖｒ１を入力するコンパレータＩＣ１、プルアップ抵抗Ｒ７とＲ８とコンデンサＣ１とからなる積分回路を介して前記コンパレータＩＣ１の出力を受けるとともに、抵抗Ｒ９、Ｒ１０による分圧値を入力するコンパレータＩＣ２及びプルアップ抵抗Ｒ１１とによって構成されている。

サーミスタＴＨの出力電圧Ｖ１は、サーミスタＴＨが正常なときに検出したい温度範囲に対応する電圧範囲Ｖ１ｌ〜Ｖ１ｈにあり、これを温度検出信号として出力する。サーミスタＴＨの特性の傾向として温度が低くなればなるほど抵抗がサーミスタの抵抗が大きくなるので、Ｖ１は高くなる。又断線したときに最大電圧ＶＭＡＸとなる。コンパレータＩＣ１の一方に入力される参照電圧Ｖｒ１は、Ｖ１ｈ＜Ｖｒ１＜ＶＭＡＸとなるように設定されている。

コンパレータＩＣ１は、出力電圧Ｖ１と参照電圧Ｖｒ１を比較し、サーミスタＴＨが正常なときは、Ｖ１＝Ｖ１ｌ〜Ｖ１ｈ＜Ｖｒ１であるから低電圧を出力し、サーミスタＴＨが断線或いは低温時の高抵抗値であるときは、Ｖｒ１＜Ｖ１＝＜ＶＭＡＸであるから高電圧を出力する。

抵抗Ｒ８とコンデンサＣ１からなる時定数による遅延回路を構成し、コンパレータＩＣ１の出力をその時定数に応じた時間（遅延時間）をかけてコンデンサＣ１を充電し、電圧Ｖ２としてコンパレータＩＣ２へ入力している。特に、遅延回路は、コンパレータＩＣ１の出力が高電圧のときに機能し、コンパレータＩＣ１の出力が低電圧のときは、ほどんど機能しない。

コンパレータＩＣ２は、他方の入力端子に入力されている参照電圧Ｖｒ２（ほぼＶｒ１と同じ値）をコンデンサＣ１の電圧Ｖ２が超えるまでは、サーミスタＴＨが正常である旨の値Ｈを出力し、電圧Ｖ２が参照電圧Ｖｒ２を超えた時点でサーミスタＶＨが異常である旨の値Ｌを出力する（図４の論理値を参照）。

ここで、遅延回路は、コンパレータＩＣ１の出力が高電圧のとき、つまりコンパレータＩＣ１が温度センサ２の異常を検出したとき、その異常が遅延時間を超える時間、継続していなければ（つまり、Ｖｒ１＜Ｖ１＝＜ＶＭＡＸの状態でなければ）、この遅延回路で消滅してしまうので、断線等の異常を検出するために必要な継続時間でもある。

この遅延回路は、従来技術と同様、電源が投入されたときに異常検出回路５ａが動作してしまうと、サーミスタＴＨの低温時の高抵抗と断線が区別がつかない場合があるので、温度センサ２や諸回路のバラツキを含めて、電源オンされてヒータ１が所定温度に到達した後に動作させるために設けたものである。寒冷地で画像形成装置或いは定着装置を立ち上げた場合でも、十分温度が上昇するよう、継続時間をおよそ数秒から数十秒に調整されている。

本実施形態では、これまでの説明のように、判定手段５ｂによる判定の結果が、上記の遅延回路の結果より、優先される。つまり、判定の結果が、駆動電圧Ｖｄ及び制御電圧Ｖｈが共に値Ｌでない場合は、上記の遅延回路以前の各部の動作は無視される。共に値Ｌの場合は、ヒータ１が加熱されているので、温度センサ２の異常検出動作を行い、その異常検出動作中は、上記の遅延回路が動作する。

なお、制御信号Ｖｈ又は駆動電圧Ｖｄのいずれ一方のみが、値Ｌであるかどうかを判定し、値Ｌの場合にのみ、異常検出回路５ａが、温度センサ２ａの異常検出を行うようにしてもよい。この場合は、ＯＲ回路ＩＣ３を除いて、制御信号Ｖｈ又は駆動電圧Ｖｄのいずれ一方をトランジスタＴＲ１に接続するだけでよい。

このようにして、本実施形態では、温度センサ２の対象であるヒータ１の状態だけを確認して、そのヒータ１が加熱中であるときにのみ、温度センサ２の異常を検出する構成としたので、起動のときに誤って異常を検出することがない。

前記実施例では、制御手段４を接続／遮断制御部４ａ及びヒータ制御部４ｂの２つのハード構成の回路としたが、これに替えてＣＰＵを主としたソフトウエア構成として同様の機能を持たせることも可能である。

定着装置の主な機構を示す図である。 本実施形態の機能ブロックを示す図である。 図２の異常検知手段の詳細回路を示す図である。 本実施形態の動作時の論理を示す図である。 温度センサの特性図である。

符号の説明

１ ヒータ（熱源）
２ 温度センサ
３ リレー（遮断手段）
４ 制御手段
５ 異常検知手段

Claims (3)

1. 熱源と、前記熱源により加熱され、トナー像を用紙に定着するための加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度センサと、前記熱源へ電力を供給する電源と、前記温度センサの抵抗値により前記温度センサの異常の検知および前記熱源への通電を制御する制御手段を有する定着装置であって、前記制御手段は、前記熱源へ通電する制御を行っている場合にのみ、前記異常の検知を行なうことを特徴とする定着装置。
2. 熱源と、前記熱源により加熱され、トナー像を用紙に定着するための加熱手段と、前記加熱手段の温度を検知する温度センサと、前記熱源と電源の間に設けられ、前記熱源への通電を遮断する遮断手段と、前記温度センサの抵抗値により前記温度センサの異常の検知、前記熱源への通電の制御および前記遮断手段の制御を行なう制御手段を備え、前記制御手段は、前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合にのみ、前記異常の検知を行なうことを特徴とする定着装置。
3. 前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合にのみが、前記遮断手段が電力の供給を遮断していない場合、且つ、前記熱源へ通電する制御を行なっている場合にのみ、であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
   

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