JP2007133247A - 定着装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たなセンサを付加することなく、機器の公差や電源変動によらず、温度上昇の正常／異常の判別を可能とし、異常温度上昇による機器へのダメージを確実に防止する。
【解決手段】加熱ロール１５１の異常温度上昇を抑制する異常昇温抑制手段を備え、加熱源は、ウォームアップ期間にて、加熱ロール１５１を、その表面温度が未定着画像の定着を可能とする所定の定着待機温度Ｈｔとなるまで加熱すると共に、加熱ロール１５１の表面温度が定着待機温度Ｈｔに到達した時点で加熱を停止し、異常昇温抑制手段は、定着待機温度Ｈｔに到達する前後の加熱ロール１５１の表面温度の温度上昇速度を検出し、定着待機温度Ｈｔに到達した後の温度上昇速度が、定着待機温度Ｈｔに到達する前の温度上昇速度と略同等である場合に所定の異常処理を行うことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式などを用いた画像形成装置の定着装置に関し、特に、加熱定着方式における温度制御を行う定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。

特開平８−００６４３１号公報

従来、電子写真方式等の画像形成装置に用いられる定着装置は、定着回転体として、内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接するように配設された加圧ロールとを備え、未定着画像が形成された記録媒体をこれらの定着回転体間に挿通させ、この未定着画像を定着する構成が一般的である。

このような定着装置においては、近年のウォームアップ時間の短縮、省エネ化といった要請に基づき、薄肉ロールを使用し、高速ウォームアップを可能とするクイック定着装置が導入されてきている。こうした定着装置では、ヒータの電力量が大きく短時間で定着待機温度まで加熱するため、わずかの異常でもロール部材の溶融や最悪の場合には発煙に至る虞が生じる。

また、ヒータの電力量が大きくなると、ヒータをオン・オフさせる通電制御素子（ソリッド・ステート・リレーやトライアック）の耐久性も問題となる。

ここで、通電制御素子の故障モードには、オープンモードとショートモードとが考えられ、オープンモードの場合にはヒータが点灯しないだけだが、ショートモードの場合にはヒータへの動作信号がオフでもヒータが点灯してしまい、異常温度まで上昇（オーバーヒート）して、上述のロール部材の溶融等の問題を引き起こしてしまう。

このような問題に対処するために、通常は温度センサで異常温度を検出し、この温度センサの検出結果に基づき、故障表示や、装置の緊急停止といった異常処理を行う方式が採用されている。

しかし、例えば、通電制御素子 の故障により、ヒータ・オフ信号時にも通電された場合、定着待機温度到達後も加熱されるので、異常温度を検知して装置を停止させても、加熱停止後のオーバーシュートにより、ロール対の溶融だけに留まらず、場合によっては発煙に至るケースも生じる。特に、ウォームアップ時は、定着性を得るために定着待機温度を通常時よりも高めに設定する場合が多いため、オーバーシュートによる加熱溶融の危険性が高くなる。

こうした問題に対処するため、光センサによるヒータ点灯検知方式（例えば、特許文献１参照）や電流検知方式といった異常処理方式が提案されている。

例えば、特許文献１では、ヒータから発生される光をフォトセンサにより検知して異常処理を行う異常動作遮断回路を設けた定着装置が開示されている。

しかしながら、上述の先行技術においては、異常動作を検知するためのセンサ及び制御回路が別途必要となり、装置の大型化・複雑化及びコストアップといった問題が生じていた。

また、近年の、例えば、厚紙から薄紙まで等の多様な記録媒体への対応といった要請に基づいて、種々の記録媒体に対して定着を可能とするためには、正常時の定着エネルギー（所定の加熱量）の許容変動幅を大きくとる必要があり、一律に異常検知温度を低く設定することは困難な状況となってきている。

このような状況の下、異常温度を検出することによって装置異常を判断する場合には、定着ロールの肉厚及びヒータ等の公差により、温度上昇速度にバラツキが生じ、さらには、使用環境により変化する電源電圧の変動により温度上昇速度が一層変動するため、装置の正常／異常の判断が困難であるという問題を生じていた。

具体的には、例えば、８５０Ｗ±３％のヒータを使用した場合、ヒータのパワーは約８２５〜８７５Ｗまで変動し、さらには、電源電圧の変動により、装置に故障が発生していない状態でも、入力電圧が高電圧側に変動した場合と低電圧側に変動した場合とでは、図６に示すような温度上昇速度の変動が生じ得る。すなわち、このような場合には、通電制御素子等が故障していない正常な状態においても、ヒータ停止後（目標温度到達後）の温度上昇がオーバーシュートにより異常温度にまで到達する場合があり、こうした異常温度が電源電圧の変動に伴う一時的なものなのか、あるいは、装置故障に伴う恒久的なものなのかの判別が困難となり、例えば、装置として正常であるにも関わらず異常と誤検出して装置を緊急停止させてしまったり、電気系統の故障の判断が遅れて定着装置を破損させたり、さらには、交換後の新品も破損させてしまうといった虞が生じていた。特に、設置環境（例えば、外国で使用する場合等）によっては、定格電源電圧の変動範囲が±１０％に及ぶ場合もあり、このような場合には、機器公差の影響と相俟って、装置故障の判断がより一層困難であるという問題を生じていた。

そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、新たなセンサを付加することなく、機器の公差や電源変動によらず、温度上昇の正常／異常の判別を可能とし、異常温度上昇による機器へのダメージを確実に抑制することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の定着装置は、内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接する加圧ロールとを有し、該加熱ロールと加圧ロールとの間に未定着画像が形成された記録媒体を挿通させ、該記録媒体を加熱加圧することにより該未定着画像を定着する定着装置において、前記加熱ロールの異常温度上昇を抑制する異常昇温抑制手段を備え、前記加熱源は、ウォームアップ期間にて、前記加熱ロールを、その表面温度が前記未定着画像の定着を可能とする所定の定着待機温度となるまで加熱すると共に、前記加熱ロールの表面温度が前記定着待機温度に到達した時点で加熱を停止し、前記異常昇温抑制手段は、前記定着待機温度に到達する前後の加熱ロールの表面温度の温度上昇速度を検出し、定着待機温度に到達した後の温度上昇速度が、定着待機温度に到達する前の温度上昇速度と略同等である場合に所定の異常処理を行うことを特徴とする定着装置。

このように構成した本発明の定着装置によれば、加熱ロールの異常温度上昇を抑制する異常昇温抑制手段を備え、加熱源は、ウォームアップ期間にて、加熱ロールを、その表面温度が未定着画像の定着を可能とする所定の定着待機温度となるまで加熱すると共に、加熱ロールの表面温度が定着待機温度に到達した時点で加熱を停止し、異常昇温抑制手段は、定着待機温度に到達する前後の加熱ロールの表面温度の温度上昇速度を検出し、定着待機温度に到達した後の温度上昇速度が、定着待機温度に到達する前の温度上昇速度と略同等である場合に所定の異常処理を行うので、新たなセンサを付加することなく従来の装置構成を流用可能とすると共に、機器の公差や電源変動といった装置個体の影響によらず温度上昇の正常／異常の判別を可能とし、正常時に誤動作せず、万一故障に至った場合でも、異常温度上昇による機器へのダメージを確実に抑制することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に実現することができる。

ここで、前記異常昇温抑制手段は、前記定着待機温度に至るまでのウォームアップ期間中の温度上昇速度が予め設定した基準温度上昇速度よりも速い場合には、前記定着待機温度の設定を下げてもよい。

一般に、機器公差や電源電圧の変動の影響により、高い加熱エネルギーが付与された場合には、温度上昇速度が速くなり（温度勾配が急となり）、加熱停止後のオーバーシュートによる温度上昇が大きくなる。

そこで、このように構成した場合には、異常昇温抑制手段が、定着待機温度に至るまでのウォームアップ期間中の温度上昇速度が予め設定した基準温度上昇速度よりも速い場合には、加熱ロールの加熱を停止する定着待機温度の設定を下げるので、加熱停止後の温度上昇を抑制して異常温度の上限値を低減し、これにより、異常温度上昇による装置へのダメージをより効果的に防止することができる。

また、前記所定の異常処理は、前記定着待機温度に到達後、前記加熱ロールを一定時間回転駆動させることを含んでもよい。

このように構成した場合には、所定の異常処理が、定着待機温度に到達後、加熱ロールを一定時間回転駆動させることを含むので、加熱ロールの局部的な高温化を防止すると共に、加熱ロールから加圧ロール側へ熱を伝達させて加熱ロールの表面温度を下げ、ロール表面の溶融をより効果的に防止することができる。

さらに、本発明は上述の定着装置を備えた画像形成装置をも対象とする。

本発明によれば、新たなセンサを付加することなく従来の装置構成を流用可能とすると共に、機器の公差や電源変動といった装置個体の影響によらず温度上昇の正常／異常の判別を可能とし、正常時に誤動作せず、万一故障に至った場合でも、異常温度上昇による機器へのダメージを確実に抑制することができる定着装置及びこれを用いた画像形成装置を簡易な構成で安価に実現することができる。

以下に、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

まず、本発明が適用可能な画像形成装置の一実施形態の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は本発明に係わるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。

この画像形成装置１００においては、画像読取装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報、図示しないパーソナルコンピュータや画像データ入力装置等から送られてくるカラー画像情報等が入力され、入力された画像情報に対して画像処理が行われるようになっている。

図１において、１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナー画像を形成する画像形成ユニットであり、複数の張架ロールにより張架された無端状の中間転写ベルト９の進行方向に沿って１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また、中間転写ベルト９は、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで順次形成された各色のトナー像が、互いに重ね合わされた状態で転写される中間転写体であり、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに対応する静電潜像担持体である感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋのそれぞれに対向して配設される一次転写ロール６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間に挿通され、矢印方向に循環移動可能に形成されている。そして、中間転写ベルト９上に多重に転写された各色のトナー像は、給紙カセット１７等から給紙された記録媒体としての記録用紙１８上に一括して転写された後、定着装置１５によって記録用紙１８上に定着され、その後、カラー画像が形成された記録用紙１８が外部に排出されるようになっている。なお、符号ＣＲは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成され画像形成装置１００における処理全般を制御する装置コントローラである。

ここで、画像読取装置１０２は、プラテンガラス上に載置された原稿を不図示の光源によって照明し、原稿からの反射光像を、走査光学系を介してＣＣＤセンサ等からなる画像読取素子によって所定の解像度で読み取るように構成されている。

また、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、同様に構成されており、大別して、矢印方向に沿って所定の回転速度で回転する感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと、当該感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する露光装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上に形成された静電潜像を現像する現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋと、着脱自在に配設され現像装置５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、ドラムクリーニング装置７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ等とから構成されている。

さらに、本実施の形態において、感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機系感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層が形成されており、帯電ロール３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、この感光体ドラム２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋの表面と接触し、該感光体層を所定の電位に帯電するように構成されている。

このように構成した画像形成装置における画像形成工程について、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１Ｙを代表例として説明する。

まず、感光体ドラム２Ｙは、帯電ロール３Ｙにより、その表面が一様に帯電される。次に、例えば、画像読取装置１０２によって読み取られた画像情報に基づき、露光装置４Ｙから出力されるレーザービームによりイエロー画像に対応する走査露光がなされ、感光体ドラム２Ｙの表面にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引力によって中間転写ベルト９上に一次転写される。一次転写後の感光体ドラム２Ｙ上に残留したイエロートナーは、ドラムクリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。その後、感光体ドラム２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために帯電ロール３Ｙにより再び帯電される。

多色のカラー画像形成を行う本画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写ベルト９上にフルカラートナー像が重ね合わされた状態で形成される。この中間転写ベルト９としては、例えば、可撓性を有するポリイミド等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものを用いることができる。

中間転写ベルト９上に一次転写されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録用紙１８上に、中間転写ベルト９を支持するバックアップロール１３と、このバックアップロール１３に所定のタイミングで圧接する二次転写ロール１２との圧接力及び静電吸引力によって二次転写される。なお、記録用紙１８上に二次転写できなかった中間転写ベルト９上の残トナーは、そのまま中間転写ベルト９上に付着した状態でベルトクリーニング装置１４まで搬送され、このベルトクリーニング装置１４により中間転写ベルト９上から除去されて次の画像形成に備える。

一方、記録用紙１８は、画像形成装置１００内の下部に配置された記録用紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録用紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写ベルト９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録用紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が一括して転写される。

また、中間転写ベルト９上からフルカラートナー像が二次転写された記録用紙１８は、中間転写ベルト９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１５へと搬送され、この定着装置１５によって熱及び圧力でトナー像が記録用紙１８上に定着されるようになっている。定着後の記録用紙１８は、排出ロール２３を介して排出トレイ２４上に排出される。

次に、本発明に係る定着装置１５の概略構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明に係る定着装置１５の概略構成を示す模式図であり、図３は、本発明に係る加熱源の構成を示す模式図である。

図２に示すように、本発明に係る定着装置１５は、内部に加熱源を有すると共に、不図示の駆動源に接続されて回転自在に形成された加熱ロール１５１と、この加熱ロール１５１に対向して所定の圧力で加熱ロール１５１に圧接し、加熱ロール１５１の回転に従動する回転自在に形成された加圧ロール１５３とを備え、記録用紙１８の搬送方向上流側（図中、下側）には、未定着トナー像が形成された記録用紙１８を定着装置１５に導くインレットシュート１４０が配設されていると共に、その下流側には、定着後の記録用紙１８を定着回転体から分離して搬送する分離爪１６０及びガイド部材１６５が配設されている。

本実施の形態における加熱ロール１５１は、例えば、金属製のコアの表面に、ＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層が形成され、コア内部には、例えば、ハロゲンランプ１５１Ｈ₁，１５１Ｈ₂を含んで加熱源を構成するヒータ１５１Ｈを備え、加熱ロール１５１の表面温度が所定の温度となるように加熱して、未定着トナー像が形成された記録用紙１８を加熱するようになっている。また、加熱ロール１５１の一側面（本例では、図中、右側面）には、記録用紙１８の通紙領域における加熱ロール１５１の表面温度を検出する温度センサＳが配設されている。

そして、加熱ロール１５１を加熱する際には、温度センサＳの検出結果に基づいて、例えば、装置コントローラＣＲにより、ヒータ１５１Ｈへの通電をオン・オフさせることにより加熱ロール１５１の表面温度を所定の温度に加熱するようになっている。

また、本発明に係る異常昇温抑制手段は、図３に示すように、加熱ロール１５１の内部に配設されたヒータ１５１Ｈと、このヒータ１５１Ｈに直列に接続された通電制御素子Ｉｅ、安全リレーＲｙ及び加熱電源Ｐ等とを備え、加熱ロール１５１の表面温度を検出する温度センサＳの出力に基づいて、装置コントローラＣＲにより温度上昇の正常／異常を判別すると共に、通電制御素子Ｉｅ、安全リレーＲｙ、定着ロール等の動作を制御して所定の異常処理を行うものであり、特別のセンサや制御回路を何ら追加することなく、従来の装置構成をそのまま流用可能としている。ここで、ヒータ１５１Ｈ、温度センサＳ、通電制御素子Ｉｅ等は、記録用紙１８のサイズに応じて、適宜増設することができる。

このよう構成した本発明に係る異常昇温抑制手段による加熱制御の具体的内容について、図４を参照してさらに説明する。

まず、本実施の形態における加熱ロール１５１のヒータ１５１Ｈは、例えば、装置コントローラＣＲを介した印加電圧のオン・オフ制御により、図４の実線Ｌ１に示すように、加熱ロール１５１の表面温度を目標温度である所定の定着待機温度Ｈｔ（例えば、１７０℃）まで加熱するようになっている。この際、加熱ロール１５１は、定着待機温度Ｈｔよりも低い空回転開始温度（例えば、１４０℃）にて、その空回転を開始するようになっている。

この加熱ロール１５１の空回転により、ヒータ１５１Ｈによる表面の加熱ムラ（特に、複数のヒータ１５１Ｈ₁，１５１Ｈ₂が非対称に配設された加熱源の場合に生じ易い）を防止し、併せて、加圧ロール１５３との接触部（ニップ領域Ｎ）が、回転に伴って順次移動することにより、加熱ロール１５１から加圧ロール１５３への熱伝導による熱量の移動を増大させ、ロール対１５１，１５３により必要十分な定着エネルギーを確保し、未定着画像の記録用紙１８への定着を可能とする最適な待機状態を実現することができる。

そして、加熱ロール１５１は、その表面温度が記録用紙１８の定着を可能とする定着待機温度Ｈｔとなった時点ｔ₀で回転を停止し、その後の定着処理に備えた待機状態となる。

このような動作条件の下、本実施の形態に係る異常昇温抑制手段は、加熱時の加熱ロール１５１表面の温度勾配（温度上昇速度）を温度センサＳにより連続的にサンプリングし、温度上昇速度のトレンドを監視するようになっている。具体的には、定着待機温度Ｈｔ以前（定着待機温度Ｈｔに到達する所定の時間ｔ₀以前）の加熱ロール１５１の表面温度を温度センサＳにより所定のサンプリング周期にて検出して、その温度上昇速度（温度勾配）を算出し、この温度上昇速度に基づいて、図４の点線で表されるトレンド温度上昇速度（以下、トレンド温度直線Ｌ２ともいう）を求めると共に、ヒータ１５１Ｈをオフした後も、加熱ロール１５１の表面温度のサンプリングを継続して、実温度上昇とトレンド温度上昇とを比較し、装置の正常／異常を判断するようになっている。

一般に、加熱ロール１５１の表面温度は、正常時において、図４の実線Ｌ３に示すように、ヒータ１５１Ｈをオフさせるとオーバーシュートするが、やがて上昇カーブが緩やかになり、その後下降する。つまり、正常時の実温度曲線Ｌ３は、定着待機温度Ｈｔに到達する直前のサンプリングに基づいて求めた上述のトレンド温度直線Ｌ２と比較して低い傾き（緩やかな温度勾配）を示す。

一方、異常時、例えば、ヒータ１５１Ｈへオフ信号が出力されているにも関わらず、通電制御素子Ｉｅの故障でヒータ１５１Ｈが通電される場合には、定着待機温度Ｈｔ到達後も継続して加熱されるため、実温度曲線は、トレンド温度直線Ｌ２と略同等な温度勾配を示す。

そこで、本実施の形態に係る異常昇温抑制手段においては、定着待機温度Ｈｔ到達後の温度上昇速度が、定着待機温度Ｈｔ到達前の加熱ロール１５１の表面温度に基づいて算出されたトレンド温度上昇速度と略同等で有る場合、すなわち、定着待機温度Ｈｔに到達する前の温度上昇速度と定着待機温度Ｈｔに到達した後の温度上昇速度とが略同等となる（略一致する）場合には異常と判断し、例えば、安全リレーＲｙをオフして、ヒータ１５１Ｈへの通電を遮断し、エラー表示を出すと共に、所定の期間（例えば、１０秒程度）、定着ロール（加熱ロール１５１、加圧ロール１５３）の空回転を行ってから装置を緊急停止させるようになっている。

このように定着ロールの空回転を行ってから装置を停止させることにより、加熱ロール１５１のヒータ１５１Ｈ近傍表面の局部的な高温化を防止すると共に、ヒータ１５１Ｈ停止後のオーバーシュートによる加熱量を、加熱ロール１５１側から加圧ロール１５３側へ熱伝導により逃がして加熱ロール１５１の表面温度を低減し、その表面の離型層が溶融温度に到達することを防止することができる。

ここで、サンプリング周期は、任意に設定可能であるが、近年の高速ウォームアップタイプの画像形成装置においては、１０〜１５秒以内で装置のウォームアップを可能とするために、ヒータ点灯時の昇温速度が１秒あたり１５℃以上にも及び、このような高速ウォームアップの画像形成装置に対応するためには、サンプリング周期は１秒以内であることが好ましい。一方、過度にサンプリング周期を短く設定した場合には、温度変化が検出しにくくなると共に、ＣＰＵの負担が増大し、制御処理の渋滞を招く要因となってしまう。そこで、高速ウォームアップへの対応及びＣＰＵの負担軽減という観点からは、サンプリング周期は１００ｍｓ〜１ｓｅｃ程度であることが好ましい。

なお、実質的な温度上昇速度の比較は、サンプリングデータのＡＤ変換値の単純な差分比較により行うことができ、このようなＡＤ変換値を用いたサンプリングデータの比較（実質的な温度上昇速度の比較）手順を、図５を参照して以下に説明する。図５は、サンプリングデータの比較により、異常を判断した場合を例示する図である。

図５に示すように、まず、ウォームアップ期間中において、定着待機温度Ｈｔに到達する直前の加熱ロール１５１の表面温度を所定のタイミング（サンプリング周期）にて温度センサＳにより検出し、当該温度データを前回サンプリングした時の温度データと比較し（当該温度データから前回温度データを差し引いて）、温度変化量をＡＤ変換した後、変換値（ＡＤ変換のステップ数）をメモリに格納する。

同様な手順をサンプリング周期ごとに繰り返し、定着待機温度Ｈｔ到達前のサンプリングデータの温度変化量（Ｗｐ１，Ｗｐ２，Ｗｐ３・・・）に基づき、定着待機温度Ｈｔ到達後のトレンド温度上昇速度を算出する。

具体的には、定着待機温度Ｈｔ直前の温度上昇速度（温度勾配）は略一定となるので、この略一定の温度上昇速度に基づき、一定時間における温度変化量の所定（一定）値を算出設定（以下、この所定値をトレンド変化量とも称する）する。例えば、定着待機温度Ｈｔに到達する直前の数サイクルのサンプリングデータに基づく温度変化量（Ｗｐ１，Ｗｐ２，Ｗｐ３・・・）の平均値を求め、これを、定着待機温度Ｈｔ到達後の温度上昇速度であるトレンド変化量（Ｏｓｔ）として設定することができる。

次に、定着待機温度Ｈｔに到達した後（ヒータ１５１Ｈをオフした後）、同様なサンプリングを継続し、実際の温度変化量をＡＤ変換した後、変換値（Ｏｓ１，Ｏｓ２，Ｏｓ３・・・）をメモリに格納する。

次に、この実際の温度変化量（Ｏｓ１，Ｏｓ２，Ｏｓ３・・・）と先に算出設定した一定のトレンド変化量（Ｏｓｔ）とを比較する。

例えば、トレンド変化量（Ｏｓｔ）から実際の温度変化量（Ｏｓ１，Ｏｓ２，Ｏｓ３・・・）を引いた差分を求め、この差分が正の値であれば、正常な温度上昇であると判断し、通常の装置動作を継続する。

一方、差分が負の値又はゼロであれば、異常な温度上昇が発生していると判断し、安全リレーＲｙにより通電を遮断し、加熱ロール１５１（加圧ロール１５３）を所定の期間、空回転した後、装置を緊急停止させる。

このように、加熱ロール１５１の実際の表面温度に基づき、トレンド変化量（Ｏｓｔ）を設定し、このトレンド変化量（Ｏｓｔ）と実際のサンプリングデータのＡＤ変換値（Ｏｓ１，Ｏｓ２，Ｏｓ３・・・）との単純な差分比較により温度上昇速度（温度勾配）の比較を行うことにより、例えば、予め異常温度上昇のデータをテーブル若しくは関数として記憶しておき、このテーブル若しくは関数を参照して正常／異常の判断を行う場合に比し、機器公差や電源状況といった装置個々の外乱要因を排除して、装置単体の特性及び実使用状況に応じた正常／異常の適確な判断を可能とし、併せて、複雑な演算処理の省略を可能としてＣＰＵの負担軽減を図ることができる。

なお、定着待機温度Ｈｔ到達後のサンプリング期間は、正常時であればヒータ１５１Ｈがオフされているため、数サイクル（３秒程度）サンプリングすれば、正常／異常の判別を可能とする十分な温度差分が生じるので、これにより、異常時においては、異常温度Ｈｅ到達前に余裕を持ってヒータ１５１Ｈの通電遮断を行って装置を緊急停止させることができ、過熱による装置へのダメージを未然に防止することができる。

また、定着待機温度Ｈｔ到達前のサンプリング期間は、トレンド温度直線Ｌ２を算出する（トレンド変化量を算出する）という観点からは、定着待機温度Ｈｔ直前の数サイクルをサンプリングすれば十分であるが、異常温度上昇をより効果的に抑制するという観点からは、ウォームアップ期間中に亘ってサンプリングを行ってもよい。

すなわち、加熱ロール１５１の異常温度上昇の抑制をより効果的に実現するために、異常昇温抑制手段により、さらに、ウォームアップ期間中の実際の温度上昇速度と定格出力時の基準温度上昇速度とを比較して、実際の温度上昇速度が、基準温度上昇速度を上回った場合には、定着待機温度Ｈｔ（例えば、１７０℃）を、より低い定着待機温度Ｈｔ’に変更してもよい。

このように、異常昇温抑制手段により、ウォームアップ期間中に亘ってサンプリングを行って加熱ロール１５１の異常温度上昇を抑制する場合の具体的制御内容を以下に説明する。

一般に、定着ロールの肉厚及びヒータ等の機器公差や電源電圧の変動により、加熱エネルギーが高出力側に偏った場合、例えば、定格電圧２２０Ｖで、出力８５０Ｗ±３％のヒータの入力電圧が２４０Ｖに変動した場合等では、電源オフ後のオーバーシュートによる加熱量も増大するため、電源異常等の場合には、可能な限り早期の段階での早急な異常処理が必要となる。

そこで、本実施の形態における異常昇温抑制手段は、ウォームアップ期間中に亘ってサンプリングを行い、さらに、予め求めた定格出力の際の温度上昇速度を基準温度上昇速度とし、この基準温度上昇速度とウォームアップ期間中の実際の温度上昇速度とを比較し、実際の温度上昇速度が基準温度上昇速度を上回っている場合（実際の温度上昇曲線の傾きが、基準温度上昇速度を示す曲線の傾きよりも急な場合）に、ヒータ１５１Ｈをオフする定着待機温度Ｈｔ（例えば、１７０℃）を、より低い定着待機温度Ｈｔ’（例えば、１５０〜１６０℃）に引き下げる。

このように、ウォームアップ期間中の温度上昇速度が所定の基準温度上昇速度を上回る場合に、より低い定着待機温度Ｈｔ’に変更設定することにより、ヒータ１５１Ｈ停止後のオーバーシュートによる加熱量を小さくし、過熱による機器へのダメージをより効果的に防止することができる。

なお、ウォームアップ期間中の温度上昇速度が所定の基準温度上昇速度を上回る場合、例えば、ヒータ１５１Ｈへの入力電圧が高電圧側に変動した場合には、単位時間当りの加熱量が増大するため、定着待機温度を低く設定した場合でも、その後のオーバーシュートにより定着処理に十分な熱エネルギーを確保することができる。

一方、ウォームアップ期間中の温度上昇速度が所定の基準温度上昇速度を下回る場合、例えば、加熱源への入力電圧が低電圧側に変動した場合には、温度上昇速度が遅くなるため、サンプリング周期をより遅く設定し、これにより、ＣＰＵの負担軽減を図ってもよい。

以上のように構成した本発明に係る定着装置１５においては、従来の装置構成の流用を可能とし、新たなセンサの付加を何ら必要としないので、新たな検知機構を追加する場合等に比し、コストダウンに寄与することができる。

また、異常温度に到達する前に、装置の正常／異常を判断し、電源の遮断を可能とするので、特に、近年の高速ウォームアップに対応した定着装置及びこれを用いた画像形成装置において、加熱停止後のオーバーシュートによる機器へのダメージを未然に防止することができる。

さらに、実測した温度データの傾向（トレンド）に基づき、装置の正常／異常を判断するので、事前に設定した一律な異常時データ（テーブル若しくは関数等）に基づいて、装置の正常／異常を判断する場合に比し、定着ロールの肉厚及びヒータ等の機器の公差や電源変動といった装置単体の特性や使用環境に伴う外乱要因の排除を可能とし、これにより、装置個々の状況に応じて、より適確な正常／異常の判断を可能として、正常時に誤動作せず、万一故障に至った場合でも、より安全に確実に過熱による機器へのダメージを防止することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 本発明に係る定着装置の構成を示す模式図である。 本発明に係る異常昇温抑制手段の構成を示す模式図である。 本発明に係る加熱ロールの表面温度の温度上昇傾向を示す図である。 本発明に係る温度制御の具体的内容を説明するための図である。 電源電圧変動時の加熱ロール表面の温度上昇速度の変動を示す模式図である。

符号の説明

１Ｙ−１Ｋ：画像形成ユニット、２Ｙ−２Ｋ：感光体ドラム、３Ｙ−３Ｋ：帯電ロール、４Ｙ−４Ｋ：露光装置、５Ｙ−５Ｋ：現像装置、６Ｙ−６Ｋ：一次転写ロール、７Ｙ−７Ｋ：ドラムクリーニング装置、９：中間転写ベルト、１０Ｙ−１０Ｋ：トナーカートリッジ、１２：二次転写ロール、１４：ベルトクリーニング装置、１５：定着装置、１８：記録用紙、１００：画像形成装置、１５１：加熱ロール、１５１Ｈ：ヒータ、１５３：加圧ロール、ＣＲ：装置コントローラ、Ｈｅ：異常温度、Ｈｔ：定着待機温度、Ｉｅ：通電制御素子、Ｎ：ニップ領域、Ｐ：加熱電源、Ｒｙ：安全リレー、Ｓ：温度センサ

Claims (4)

1. 内部に加熱源を有する加熱ロールと、この加熱ロールに圧接する加圧ロールとを有し、該加熱ロールと加圧ロールとの間に未定着画像が形成された記録媒体を挿通させ、該記録媒体を加熱加圧することにより該未定着画像を定着する定着装置において、
   前記加熱ロールの異常温度上昇を抑制する異常昇温抑制手段を備え、
   前記加熱源は、ウォームアップ期間にて、前記加熱ロールを、その表面温度が前記未定着画像の定着を可能とする所定の定着待機温度となるまで加熱すると共に、前記加熱ロールの表面温度が前記定着待機温度に到達した時点で加熱を停止し、
   前記異常昇温抑制手段は、前記定着待機温度に到達する前後の加熱ロールの表面温度の温度上昇速度を検出し、定着待機温度に到達した後の温度上昇速度が、定着待機温度に到達する前の温度上昇速度と略同等である場合に所定の異常処理を行うことを特徴とする定着装置。
2. 前記異常昇温抑制手段は、前記定着待機温度に至るまでのウォームアップ期間中の温度上昇速度が予め設定した基準温度上昇速度よりも速い場合には、前記定着待機温度の設定を下げることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記所定の異常処理は、前記定着待機温度に到達後、前記加熱ロールを一定時間回転駆動させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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