JP2012108288A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を過熱から保護する確実性を向上させることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】制御部１００Ａは、温度検出部１３による検出温度の上昇率が基準上昇率以上であるときには、スイッチング素子１２０の温度が第１の基準温度を超えたときに、スイッチング素子１２０をオフさせ、前記上昇率が基準上昇率未満であるときには、スイッチング素子１２０の温度が第２の基準温度を超えたときに、スイッチング素子１２０をオフさせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。

画像形成装置は、トナー像が転写された記録紙を加熱して、トナー像を記録紙に定着させる定着装置を備えている。そして、定着装置は、特許文献１〜３に記載された装置のように、電磁誘導加熱により、記録紙に加熱する場合がある。

特許文献１〜３に記載された装置は、スイッチング素子をオンオフさせて、誘導コイルで発生する磁界の大きさ及び向きを変化させることにより、定着ローラを加熱する。

ところで、スイッチング素子がオンオフする際には自己発熱が生じる。かかる自己発熱により、スイッチング素子の温度が、当該スイッチング素子が破壊する温度である破壊温度（絶対最大定格）に達すると、当該スイッチング素子が破壊してしまう。

そこで、スイッチング素子の温度が破壊温度に達することを防止するため、スイッチング素子の温度を検出する温度センサが配置されており、当該装置は、温度センサにより検出された、スイッチング素子の温度が予め設定された温度に達すると、スイッチング素子のオンオフの切り換えを停止させる。これにより、スイッチング素子の温度が破壊温度に達して破壊することが防止される。

特許第４００１５６４号公報 特開２００５−２５７８９８号公報 特開２００３−２０２７７２号公報

ところで、温度センサにより検出されるスイッチング素子の温度は、スイッチング素子から熱伝導されるものである。そのため、温度センサにより検出される温度と、スイッチング素子の温度との間にはズレが生じる。

また、かかる温度のズレは、スイッチング素子の温度の上昇率が大きいほど、大きくなる傾向がある。

そのため、上記のように、温度センサにより検出される温度が予め設定された温度に達したときに、スイッチング素子のオンオフの切り換えを停止させていては、スイッチング素子のオンオフの切り換えの停止が、スイッチング素子の温度変化に間に合わない場合がある。そのため、スイッチング素子を加熱による破壊から確実に保護することが困難であった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、スイッチング素子を過熱から保護する確実性を向上させることが可能な定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る定着装置は、トナー像を熱により記録紙に定着させる定着部と、
前記定着部を加熱するための電流を開閉するスイッチング素子を含む加熱部と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出された温度の単位時間当たりの上昇値である上昇率を算出する上昇率算出部と、前記スイッチング素子が破壊するおそれのある温度である破壊温度よりも低い第１の基準温度と、前記破壊温度よりも低く、かつ前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度とが予め設定されており、前記上昇率算出部によって算出された前記上昇率が予め設定された基準上昇率以上であるときには、前記スイッチング素子の温度が前記第１の基準温度を超えたときに、前記スイッチング素子をオフさせ、前記上昇率算出部によって算出された前記上昇率が前記基準上昇率未満であるときには、前記スイッチング素子の温度が前記第２の基準温度を超えたときに、前記スイッチング素子をオフさせる制御部と、を備えることを特徴とする（請求項１）。

スイッチング素子の温度の上昇率が大きくなると、温度検出部の温度の上昇率は、スイッチング素子と同様に大きくなる。しかしながら、この場合、スイッチング素子の熱が温度検出部に伝わるのに時間がかかるため、温度検出部の温度はスイッチング素子から所定の遅延時間遅れて上昇する。

そして、スイッチング素子の温度の上昇率が大きくなると、前記遅延時間内のスイッチング素子の温度上昇に応じて、温度検出部によって検出されるスイッチング素子の温度（以下、検出温度と称する）と、実際のスイッチング素子の温度（以下、実際の温度と称する）との間の温度差が増大する。

一方、スイッチング素子の温度の上昇率が小さくなると、前記遅延時間内のスイッチング素子の温度上昇が減少する。

したがって、検出温度と、実際の温度との温度差は、スイッチング素子の温度の上昇率が大きいときより小さくなる。

そこで、この構成によれば、制御部は、上昇率算出部によって算出された検出温度の上昇率が、予め設定された基準上昇率以上であるときには、スイッチング素子の温度（実際の温度）が、スイッチング素子が破壊するおそれのある破壊温度よりも低い第１の基準温度を超えたときに、スイッチング素子をオフさせ、上昇率算出部によって算出された検出温度の上昇率が基準上昇率未満であるときには、スイッチング素子の温度（実際の温度）が、破壊温度よりも低くかつ第１の基準温度よりも高い第２の基準温度を超えたときに、スイッチング素子をオフさせる。

これにより、制御部は、検出温度の上昇率が大きいときには、検出温度が、当該検出温度の上昇率が小さいときの基準温度より低い第１の基準温度を超えたとき、スイッチング素子をオフさせるので、検出温度と実際の温度との差が、検出温度の上昇率が小さなときより増大しても、実際の温度が破壊温度を超える前にスイッチング素子をオフさせる確実性が増大する。

また、検出温度の上昇率が小さく、検出温度と実際の温度との差が小さいときには、もし仮に、検出温度が、当該検出温度の上昇率が大きいときと同じ第１の基準温度を超えたときにスイッチング素子をオフさせると、実際の温度が破壊温度を超えるおそれのない場合にまでスイッチング素子をオフさせてしまうおそれがある。

そこで、この構成によれば、制御部は、検出温度の上昇率が小さいときには、検出温度が、第１の基準温度より高く、破壊温度に近い温度である第２の基準温度を超えるまで、スイッチング素子をオフしないので、不必要にスイッチング素子をオフして定着部を加熱できなくなるおそれが低減される。

そして、制御部は、検出温度の上昇率が小さなときには、破壊温度より低い第２の基準温度を検出温度が超えたとき、スイッチング素子をオフするので、実際の温度がスイッチング素子の破壊温度を超える前に、スイッチング素子をオフする確実性が増大する。

結果として、スイッチング素子の過熱を適切に防止することが可能となる。

上記構成において、前記加熱部は、前記電流が通電されることにより磁界を発生させる誘導コイルと、前記スイッチング素子をオンオフすることにより、前記誘導コイルで発生する前記磁界の向き及び大きさを変化させる駆動部と、を備え、前記定着部は、前記誘導コイルにおける前記磁界の向き及び大きさの変化に応じて渦電流が流れることにより加熱される構成とされていることが好ましい（請求項２）。

この構成によれば、加熱部が、電磁誘導加熱により定着部を加熱しているため、省エネルギー化を図ることができる。

また、本発明の他の局面に係る画像形成装置は、請求項１又は請求項２に記載の定着装置と、画像データを取得する画像データ取得部と、前記画像データ取得部により取得された画像データを、前記定着装置によって、記録紙にトナー像として定着させる画像形成部と、を備えることを特徴とする（請求項３）。

この構成によれば、請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備えるため、請求項１又は請求項２の効果を奏する画像形成装置を提供することができる。

本発明によれば、スイッチング素子を過熱から保護する確実性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。 画像形成装置に内蔵される定着装置の機能モジュールの一例を示したブロック図である。 加熱部の具体的な構成例を模式的に示した図である。 スイッチ及び比較器の具体的な配置例を示した図である。 正常時における、温度検出部により検出されるスイッチング素子の温度上昇率と、温度検出部により検出されるスイッチング素子の温度と実際のスイッチング素子の温度とのズレとの関係を示した図である。 スイッチング素子の過熱異常が生じ、スイッチング素子の温度上昇率が大きいときの、温度検出部により検出されるスイッチング素子の温度と、実際のスイッチング素子の温度との関係を示した図である。 スイッチング素子の過熱異常が生じ、スイッチング素子の温度上昇率が小さいときの、温度検出部により検出されるスイッチング素子の温度と、実際のスイッチング素子の温度との関係を示した図である。 定着装置の基本動作の一例について示したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。尚、画像形成装置１には、後述する定着装置が内蔵されている。

画像形成装置１は、画像読取部（画像データ取得部）２００と画像形成本体部２２とを備える。画像読取部２００は、原稿給紙部２１０と、スキャナ部２２０と、ＣＩＳ２３１と、画像形成本体部２２の前面に露出するように配置されたユーザインタフェース部Ｉと、後述する反転機構を備えてなる。

原稿給紙部２１０は、ＡＤＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｆｅｅｄｅｒ）を備え、原稿トレイ２１１、ピックアップローラ２１２、プラテン２１３、排紙ローラ２１４及び排紙トレイ２１５を有する。原稿トレイ２１１には、読取対象とされる原稿が載置される。原稿トレイ２１１に載置された原稿は、１枚ずつピックアップローラ２１２によって取り込まれ、間隙を介して順次プラテン２１３へ搬送される。プラテン２１３を経由した原稿は、排紙ローラ２１４によって排紙トレイ２１５へ順次排出される。

前記プラテン２１３の周面に対向する位置のうち、原稿の搬送方向において読取位置Ｐより手前の予め定められた位置には、用紙を検出する図略のタイミングセンサが設置されており、該タイミングセンサの出力要求に基づき、前記読取位置Ｐへの原稿の搬送タイミングが図られる。前記タイミングセンサは、例えばフォトインタラプタにより構成される。

スキャナ部２２０は、原稿の画像を光学的に読み取って画像データを生成するものである。スキャナ部２２０は、ガラス２２１、光源２２２、第１ミラー２２３、第２ミラー２２４、第３ミラー２２５、第１キャリッジ２２６、第２キャリッジ２２７、結像レンズ２２８、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）２２９を備える。

このスキャナ部２２０は、光源２２２として冷陰極蛍光管等の白色蛍光ランプが用いられ、前記第１ミラー２２３、第２ミラー２２４、第３ミラー２２５、第１キャリッジ２２６、第２キャリッジ２２７及び結像レンズ２２８により、原稿からの光をＣＣＤ２２９に導く。スキャナ部２２０は、光源２２２として冷陰極蛍光管等の白色蛍光ランプを用いて構成されていることから、光源として３色ＬＥＤ等が用いられる後述のＣＩＳ２３１よりも色再現性に優れる。

ガラス２２１には、前記原稿給紙部２１０によらない原稿読取時に、ユーザの手動により原稿が載置される。光源２２２及び第１ミラー２２３は第１キャリッジ２２６によって支持され、第２ミラー２２４及び第３ミラー２２５は第２キャリッジ２２７によって支持されている。

画像読取部２００の原稿読取方式として、ガラス２２１上に載置された原稿をスキャナ部２２０が読み取るフラットベッド読取モードと、原稿を原稿給紙部２１０（ＡＤＦ）によって取り込み、その搬送途中で原稿を読み取るＡＤＦ読取モードがある。

フラットベッド読取モードでは、光源２２２がガラス２２１上に載置された原稿を照射し、主走査方向１ライン分の反射光が第１ミラー２２３、第２ミラー２２４、第３ミラー２２５の順に反射して、結像レンズ２２８に入射する。結像レンズ２２８に入射した光はＣＣＤ２２９の受光面で結像される。

ＣＣＤ２２９は一次元のイメージセンサであり、１ライン分の原稿の画像データを重複して処理する。第１キャリッジ２２６及び第２キャリッジ２２７は、主走査方向と直交する方向（副走査方向、矢印Ｙ方向）に移動可能に構成されており、１ライン分の読み取りが終了すると、副走査方向に第１キャリッジ２２６及び第２キャリッジ２２７が移動し、次のラインの読み取りが行われる。

ＡＤＦ読取モードでは、原稿給紙部２１０が原稿トレイ２１１に載置された原稿をピックアップローラ２１２によって１枚ずつ取り込む。このとき、第１キャリッジ２２６及び第２キャリッジ２２７は、読取窓２３０の下方に位置する予め定められた読取位置Ｐに配置される。

原稿給紙部２１０による原稿搬送で、原稿がプラテン２１３から排紙トレイ２１５への搬送経路に設けられた読取窓２３０上を通過するとき、光源２２２が原稿を照射し、主走査１ライン分の反射光が第１ミラー２２３、第２ミラー２２４、第３ミラー２２５の順に反射して、結像レンズ２２８に入射する。結像レンズ２２８に入射した光はＣＣＤ２２９の受光面で結像される。続いて原稿は原稿給紙部２１０によって搬送され、次のラインが読み取られる。

更に、原稿給紙部２１０は、切換ガイド２１６、反転ローラ２１７及び反転搬送路２１８を備えた反転機構を有する。この反転機構が、１回目のＡＤＦ読み取りによって表面が読み取られた原稿を表裏反転させて読取窓２３０に再搬送することで、再度ＣＣＤ２２９によって裏面の読み取りが行われる。

この反転機構は、両面読み取り時にのみ動作し、片面読み取り時は動作しない。片面読み取り時及び両面読み取り時において裏面の読み取り後、切換ガイド２１６は上側に切り替えられ、プラテン２１３を経た原稿は、排紙ローラ２１４によって排紙トレイ２１５に排紙される。

両面読み取り時における表面読み取り後、切換ガイド２１６は下側に切り替えられ、プラテン２１３を経た原稿は反転ローラ２１７によって反転搬送路２１８へ搬送される。その後、切換ガイド２１６は上側へ切り替わり、反転ローラ２１７が逆回転して原稿をプラテン２１３へ再給紙する。以下、反転機構を用いて原稿の両面を読み取らせるモードを両面反転読取モードと表記する。

更に、本実施形態の画像読取部２００は、ＡＤＦ読取モード時において、前述したように原稿の搬送途中でＣＣＤ２２９（スキャナ部２２０）によって原稿の表面の読み取りを行わせると略重複して（略並行して）、ＣＩＳ２３１によって原稿の裏面の読み取りを行わせることが可能である。この場合、原稿トレイ２１１から原稿給紙部２１０により搬送された原稿は、読取窓２３０上を通過するときにＣＣＤ２２９によって表面が読み取られ、更にＣＩＳ２３１の配置箇所を通過する際に裏面が読み取られる。なお、ＣＩＳ２３１では、光源としてＲＧＢの３色ＬＥＤ等が用いられる。

このようにＣＣＤ２２９とＣＩＳ２３１を用いることで、原稿給紙部２１０による原稿トレイ２１１から排紙トレイ２１５までの一回の原稿搬送操作（ワンパス）によって原稿の表裏両面の読み取りが可能となる。以下、このようにＣＣＤ２２９とＣＩＳ２３１を用いて原稿の両面を読み取らせるモードを両面同時読取モードと表記する。

この両面反転読取モード及び両面同時読取モードは、ＡＤＦ読取モードを用いて原稿の両面読み取りを行う際の読取モードとして備えられている。両面反転読取モードは、両面の印刷画像の画質を揃えたい場合に利用される一方、両面同時読取モードは、両面の印刷画像の画質に差があっても、読取時間の短縮化を優先させたい場合に利用される。なお、本実施形態における画像形成装置１は、両面同時読取モードに初期設定されており、前記読取モードのモード設定操作が何も行われないまま画像形成指示が入力された場合には、両面同時読取モードで原稿の画像読取動作が行われるようになっている。

画像形成装置１は、画像形成本体部２２と、画像形成本体部２２の左方に配設されたスタックトレイ６とを有している。画像形成本体部２２は、複数の給紙カセット４６１と、給紙カセット４６１から記録紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部４０へ搬送する給紙ローラ４６２と、給紙カセット４６１から搬送されてきた記録紙に画像を形成する画像形成部４０とを備える。また、画像形成本体部２２は、給紙トレイ４７１と該給紙トレイ４７１に載置された原稿を１枚ずつ画像形成部４０に向けて繰り出す繰り出しローラ４７２とを備える。

画像形成部４０は、感光体ドラム４３の表面から残留電荷を除電する除電装置４２１と、除電後の感光体ドラム４３の表面を帯電させる帯電装置４２２と、スキャナ部２２０で取得された画像データに基づいてレーザ光を出力して感光体ドラム４３の表面を露光し、当該感光体ドラム４３の表面に静電潜像を形成する露光装置４２３と、前記静電潜像に基づいて感光体ドラム４３上に、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する現像装置４４Ｋ，４４Ｙ，４４Ｍ，４４Ｃと、感光体ドラム４３に形成された各色のトナー画像が転写されて重ね合わせされる転写ドラム４９と、転写ドラム４９上のトナー像を用紙に転写させる転写装置４１と、トナー像が転写された用紙を加熱してトナー像を用紙に定着させる定着部４５とを備えている。

なお、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色の供給は、図略のトナーカートリッジから行われる。また、画像形成部４０を通過した記録紙をスタックトレイ６又は排出トレイ４８まで搬送する搬送ローラ４６３，４６４等が設けられている。

記録紙の両面に画像を形成する場合は、画像形成部４０で記録紙の一方の面に画像を形成した後、この記録紙を排出トレイ４８側の搬送ローラ４６３にニップされた状態とする。この状態で搬送ローラ４６３を反転させて記録紙をスイッチバックさせ、記録紙を用紙搬送路Ｌに送って画像形成部４０の上流域に再度搬送し、画像形成部４０により他方の面に画像を形成した後、記録紙をスタックトレイ６又は排出トレイ４８に排出する。

定着部４５は、加熱される定着ローラ４５Ａと、定着ローラ４５Ａとの間でニップを形成するローラ４５Ｂとを備える。当該定着部４５は、定着ローラ４５Ａとローラ４５Ｂとの間のニップにおいて、記録紙に転写されたトナー像を熱により当該記録紙に定着させる。

ユーザインタフェース部Ｉは、液晶モニタなどで構成された表示部５と、操作キー１８とを備える。操作キー１８は、画像形成装置１に実行させるべき各種のジョブの実行指示を行うために配置されている。そして、操作キー１８が操作され、ジョブの実行指示が行われたとき、ユーザインタフェース部Ｉは、ジョブの実行指示を受け付ける。

また、表示部５は、操作キー１８の操作によって実行指示が行われたジョブを実行するための画像を表示するために配置されている。

図２は、画像形成装置１に内蔵される定着装置の機能モジュールの一例を示したブロック図である。

定着装置２は、コントローラ１０、誘導コイル１２１、先述の定着ローラ４５Ａを少なくとも含む定着部４５、及び温度検出部１４を備える。尚、定着部４５の機能については先述した通りであるため、説明を省略する。

定着装置２において、２点鎖線で囲まれる加熱部１２が、スイッチング素子１２０、通電されたとき磁界を発生させる誘導コイル１２１、スイッチング素子１２０をオンオフさせるためのゲート・ドライバ（駆動部）１２２、及び、誘導コイル１２１で発生する磁界の大きさ及び方向を変化させるための共振コンデンサ１２３を備えて構成されている。

図３は、加熱部１２の具体的な構成例を模式的に示した図である。加熱部１２は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂを備える。

そして、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの直列回路が電源Ｖとグランドとの間に配置されており、スイッチング素子１２０Ａとスイッチング素子１２０Ｂとの間には、誘導コイル１２１と共振コンデンサ１２３との直列回路の一端が接続されている。そしてまた、誘導コイル１２１と共振コンデンサ１２３との直列回路の他端がグランドに接続されている。

尚、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂとしては、例えば、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等、種々の半導体スイッチング素子を用いることができる。

かかる構成の加熱部１２では、スイッチング素子１２０Ａがオンしスイッチング素子１２０Ｂがオフしているときには、電源Ｖによって電流が誘導コイル１２１及び共振コンデンサ１２３を流れる。この場合、電流は誘導コイル１２１を紙面右方向に流れ、当該電流により共振コンデンサ１２３に電荷が蓄積される。

一方で、スイッチング素子１２０Ａがオフしスイッチング素子１２０Ｂがオンしているときには、共振コンデンサ１２３が放電することにより、電流が誘導コイル１２１を流れる。この場合、電流は誘導コイル１２１を紙面左方向に流れる。

温度検出部１４は、定着ローラ４５Ａの温度を検出し、当該温度を電圧値で表した電圧信号をコントローラ１０に向けて出力する。かかる温度検出部１４は、サーミスタや熱電対などの感熱素子を用いて構成されている。尚、後述する温度検出部１３も、温度検出部１４と同様に、サーミスタや熱電対などの感熱素子を用いて構成されている。

コントローラ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成されており、定着装置２を統括的に制御する。コントローラ１０は、温度検出部１３、ＣＰＵ１００、基準温度切換部１０１、スイッチ１０２、比較器１０３、先述のゲート・ドライバ１２２、先述のスイッチング素子１２０、及び、先述の共振コンデンサ１２３を備える。

温度検出部１３は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂそれぞれについて、温度を検出し、検出した温度を電圧値で表した電圧信号を、コントローラ１０に出力する。例えば、温度検出部１３は、２つの感熱素子を備えたブロックであり、各感熱素子は、例えば、スイッチング素子のパッケージ表面に配置されている。

ＣＰＵ１００は、所定の制御プログラムを実行することにより、制御部１００Ａ及び温度上昇率算出部１００Ｂとして機能する。尚、制御部１００Ａ及び温度上昇率算出部１００Ｂの詳細については後述する。

基準温度切換部１０１は、スイッチ１０２を駆動させるための駆動電流を出力する駆動回路である。この基準温度切換部１０１は、制御部１００Ａから、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ａに接続することを指示する切換信号が出力されたとき、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ａに接続させる。

一方で、基準温度切換部１０１は、制御部１００Ａから、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ｂに接続することを指示する切換信号が出力されたとき、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ｂに接続させる。

スイッチ１０２は、第１の基準温度を表す電圧値Ｖ１の電圧信号が供給される接点ａと、第１の基準温度より高い第２の基準温度を表す電圧値Ｖ２の電圧信号が供給される接点ｂと、接点Ｃとを備え、接点Ｃは、基準温度切換部１０１によって、接点ａ及びｂのいずれかの側に切り換えられる。かかるスイッチ１０２は、例えば、ＦＥＴスイッチなどの半導体スイッチや、電磁リレーなどの機械式スイッチにより構成することができる。

ここにおいて、第１の基準温度は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの実際の温度（以下、実際の温度と称する）の急激な温度上昇により生じる、実際の温度と温度検出部１３により検出される温度（以下、検出温度と称する）との間の温度差の最大値を、例えば実験的に測定し、この最大値にマージンを加えた値を、破壊温度から減じた温度である。

また、第２の基準温度は、実際の温度の穏やかな温度上昇により生じる、実際の温度と検出温度との間の温度差の最大値を、例えば実験的に測定し、この最大値にマージンを加えた値を、破壊温度から減じた温度である。

ここに、破壊温度は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂが破壊するおそれのある温度である。かかる破壊温度としては、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂが、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのトランジスタで構成されている場合には、絶対最大定格として定められた温度を用いることができる。

比較器１０３は、例えば、オペアンプで構成されている。そして、比較器１０３の非反転入力端子にはスイッチ１０２の接点Ｃが接続されており、非反転入力端子には、第１の基準温度を電圧値Ｖ１で表した電圧信号と、第２の基準温度を電圧値Ｖ２で表した電圧信号のいずれかが入力される。

また、比較器１０３の反転入力端子には温度検出部１３が接続されており、温度検出部１３から出力された、温度を示す電圧信号を受け付ける。

比較器１０３は、反転入力端子に入力された電圧値（温度検出部１３からの電圧信号で表された電圧値）が、非反転入力端子に入力される電圧信号で表された電圧値Ｖ１或いはＶ２以上となったとき、Ｌレベルの電圧信号を信号ラインＬ１及びＬ２に出力する。このとき、ゲート・ドライバ１２２に入力されるパルス信号のレベルがＬレベルとなる。

図４は先述のスイッチ１０２及び比較器１０３の具体的な配置例を示した図である。

図４では、スイッチング素子１２０Ａに対応して比較器１０３Ａが設けられ、スイッチング素子１２０Ｂに対応して比較器１０３Ｂが設けられている。

そして、スイッチ１０２は、比較器１０３Ａ及び１０３Ｂに共通して配置されており、スイッチ１０２の接点Ｃが各比較器の非反転入力端子に接続されている。これにより、各比較器の非反転入力端子には、スイッチ１０２を通じて、第１の基準温度を示す電圧値Ｖ１の電圧信号と、第２の基準温度を示す電圧値Ｖ２の電圧信号とのいずれかが入力される。

そして、各比較器の反転入力端子には、温度検出部１３によって検出された、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度を示す電圧信号が、それぞれ入力される。

各比較器は、反転入力端子に入力される電圧信号の電圧値が、スイッチ１０２を通じて非反転入力端子に入力される電圧信号の電圧値（Ｖ１或いはＶ２）以上となったとき、Ｌレベルの電圧信号を信号ラインＬ１及びＬ２に出力する。

各比較器は、各スイッチング素子の検出温度に応じて、信号ラインＬ１及びＬ２にＬレベルの電圧信号を出力する。

例えば、比較器１０３Ａは、スイッチング素子１２０Ａの検出温度に応じて、Ｌレベルの電圧信号を出力し、比較器１０３Ｂは、スイッチング素子１２０Ｂの検出温度に応じて、Ｌレベルの電圧信号を出力する。尚、各比較器は、例えば、オープンドレイン出力となっており、ワイヤードＯＲされるようになっている。

以下、制御部１００Ａ及び温度上昇率算出部１００Ｂの機能について説明する。

温度上昇率算出部１００Ｂは、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂについて、温度検出部１３による検出温度の単位時間当たりの上昇値である上昇率Ｒｔを算出する。

図５（ｂ）は、検出温度の上昇率Ｒｔの算出方法を示す説明図である。温度上昇率算出部１００Ｂは、例えば、タイミングｔａにおいて温度検出部１３によって検出された検出温度Ｔａと、タイミングｔａから所定時間ΔＸ経過後のタイミングｔｂにおける検出温度Ｔｂとを取得する。そして、温度上昇率算出部１００Ｂは、検出温度Ｔｂから検出温度Ｔａを減算して得られた差ΔＹを所定時間ΔＸで除することにより、上昇率Ｒｔを算出する。

制御部１００Ａは、画像形成装置１の電源がオンされた後、或いは、スリープモードから通常モードへ復帰した後に、スイッチング素子１２０Ａとスイッチング素子１２０Ｂとを交互にオンオフさせて、定着部４５の温度を、予め設定された定着温度未満の温度から定着温度にまで上昇させる。

また、制御部１００Ａは、温度上昇率算出部１００Ｂによって算出されたスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂ双方の検出温度の上昇率Ｒｔが、予め設定された基準上昇率以上であるときには、基準温度切換部１０１に対して、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ａに接続することを指示する切換信号を基準温度切換部１０１に出力する。このとき、基準温度切換部１０１は、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ａに接続させる。

一方、制御部１００Ａは、温度上昇率算出部１００Ｂによって算出されたスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂ双方の検出温度の上昇率Ｒｔが、予め設定された基準上昇率未満であるときには、基準温度切換部１０１に対して、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ｂに接続することを指示する切換信号を基準温度切換部１０１に出力する。このとき、基準温度切換部１０１は、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ｂに接続させる。

また、制御部１００Ａは、ゲート・ドライバ１２２に所定周期のパルス信号を出力する。ここに、制御部１００Ａから出力されるパルス信号は、例えば、オープンドレイン出力となっている。

具体的には、制御部１００Ａは、信号ラインＬ１及びゲート・ドライバ１２２を通じて、スイッチング素子１２０Ａに所定周期のパルス信号を出力する。また、制御部１００Ａは、信号ラインＬ２及びゲート・ドライバ１２２を通じて、スイッチング素子１２０Ｂに、スイッチング素子１２０Ａに出力されるパルス信号とは位相が１８０度異なるパルス信号を出力する。

これにより、スイッチング素子１２０Ａがオンのときはスイッチング素子１２０Ｂがオフとなり、スイッチング素子１２０Ａがオフのときはスイッチング素子１２０Ｂがオンとなる。

これにより、誘導コイル１２１に通電される電流の方向が、順方向（図３の紙面右方向）と逆方向（図３の紙面左方向）との間で交互に切り換わるので、誘導コイル１２１で発生する磁界の向き及び方向が順次変化する。その結果、定着ローラ４５Ａで渦電流が発生して、定着ローラ４５Ａが加熱される。

この構成によれば、制御部１００Ａは、画像形成装置１の電源投入時、或いは、スリープモードから通常モードへの復帰時に、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂにパルス信号を出力して、温度検出部１４により検出される定着ローラ４５Ａの温度が定着温度となるように、定着ローラ４５Ａを加熱させる。

そして、制御部１００Ａは、定着ローラ４５Ａの温度が定着温度に達したとき、定着ローラ４５Ａの温度が定着温度を維持するように、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂへのパルス出力を制御する。

そしてまた、制御部１００Ａは、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方について、温度検出部１３による検出温度の上昇率Ｒｔが基準上昇率以上であるときには、基準温度切換部１０１によって、スイッチ１０２Ａの接点Ｃを接点ａに接続する。この状態で、比較器、例えば、比較器１０３Ａの反転入力端子に入力される電圧が、第１の基準温度を表す電圧値Ｖ１以上となると、比較器１０３Ａは、Ｌレベルの電圧信号を信号ラインＬ１及びＬ２に出力する。

ここにおいて、先述のように、制御部１００Ａから信号ラインＬ１及びＬ２を通じてゲート・ドライバ１２２に出力されるパルス信号は、例えば、オープンドレイン出力となっている。

また、比較器の出力信号はワイヤードＯＲされているから、比較器１０３Ａ及び１０３Ｂのうちいずれか１つでもＬレベルの電圧信号を出力すると、前記パルス信号が強制的にＬレベルとなり、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂのすべてがオフする。

一方で、制御部１００Ａは、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方について、温度検出部１３による検出温度の上昇率Ｒｔが基準上昇率未満であるときには、基準温度切換部１０１によって、スイッチ１０２Ａの接点Ｃを接点ｂに接続する。この状態で、比較器、例えば、比較器１０３Ａの反転入力端子に入力される電圧が、第２の基準温度を表す電圧値Ｖ２以上となると、比較器１０３Ａは、Ｌレベルの電圧信号を信号ラインＬ１及びＬ２に出力する。

これにより、各スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂには、Ｌレベルの電圧信号が出力されるので、各スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂがオフとなる。

尚、以上の説明では、スイッチング素子１２０Ａについて説明したが、スイッチング素子１２０Ｂについても同様であるため、スイッチング素子１２０Ｂについては説明を省略する。

以下、温度検出部１３により検出されるスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度と、実際のスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度との関係について、説明する。

図５は、正常時における、温度検出部１３により検出されるスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度（検出温度）Ｔ２の上昇率Ｒｔと、温度Ｔ２と実際のスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度（実際の温度）Ｔ１とのズレとの関係を示した図である。

制御部１００Ａは、画像形成装置１の電源がオンされた後、或いは、スリープモードから通常モードへ移行した後、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂに出力するパルス信号のパルス周波数を高くして、スイッチング周波数を増大させることで、定着ローラ４５Ａの発熱量を増大させる。

この場合、スイッチング周波数が増大すると、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの発熱量が増大し、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの実際の温度Ｔ１が急激に上昇する。

ここにおいて、画像形成装置１の電源がオンされた後、或いは、スリープモードから通常モードへ移行してから、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度にまで上昇させている期間が、期間Ｐ１である。

そして、定着ローラ４５Ａの温度が定着温度にまで上昇すると、制御部１００Ａは、パルス信号の周波数を減少させて定着ローラ４５Ａの発熱量を減少させることによって、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度に維持させる。

そうすると、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの発熱量が減少し、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度がほぼ一定の温度ｔｓ０で一定になる。

ここにおいて、ＣＰＵ１００が定着ローラ４５Ａの温度を定着温度に維持させている期間が期間Ｐ２である。

定着ローラ４５Ａの温度を低温から定着温度にまで上昇させる期間Ｐ１の間は、スイッチング周波数の増大に伴って、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの発熱量が増加する。

そうすると、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの実際の温度Ｔ１、及び、検出温度Ｔ２がともに急激に上昇する。しかしながら、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの熱が温度検出部１３に伝わるのに時間がかかるため、検出温度Ｔ２はスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂから所定の遅延時間遅れて上昇する。

そのため、図５に示すように、定着ローラ４５Ａの温度を低温から定着温度にまで上昇させるまでの期間Ｐ１では、遅延時間内のスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度上昇に応じて、検出温度Ｔ２と、実際の温度Ｔ１との間の温度差が増大する。

一方で、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度に維持させている期間Ｐ２の間は、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度に維持させるのに必要な電力を誘導コイル１２１に供給すればよいため、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの発熱量は、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度にまで上昇させる場合と比べて少ない。

そうすると、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの実際の温度Ｔ１、及び、検出温度Ｔ２は、定着ローラ４５Ａの温度を低温から定着温度にまで上昇させるときとは異なり、穏やかに上昇する。

そのため、図５に示すように、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度に維持させている期間Ｐ２の間は、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度にまで上昇させるときよりも、検出温度Ｔ２と、実際の温度Ｔ１との間の温度差は、少なくなる。

そして、図５に示すように、期間Ｐ１の間は、検出温度Ｔ２が、第１の基準温度ｔｓ１を下回り、期間Ｐ２の間は、検出温度Ｔ２が、第２の基準温度ｔｓ２を下回る。

図６は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの過熱異常が生じ、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度上昇率が大きいときの、温度検出部１３により検出されるスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度（検出温度）Ｔ２と、実際のスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度（実際の温度）Ｔ１との関係を示した図である。

ここにおいて、以下の説明において、基準上昇率以上の上昇率で検出温度Ｔ２が上昇することを急激な上昇と称し、基準上昇率未満の上昇率で検出温度Ｔ１が上昇することを穏やかな上昇と称する。

また、第１の基準温度ｔｓ１は、先述したように、実際の温度Ｔ１の急激な温度上昇により生じる、実際の温度Ｔ１と検出温度Ｔ２との間の温度差の最大値にマージンを加えた値を、破壊温度から減じた温度である。

図６に示すように、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂのうち、例えば、スイッチング素子１２０Ａに異常が生じ、スイッチング素子１２０Ａの実際の温度Ｔ１が急激に上昇したときには、スイッチング素子１２０Ａについて、検出温度Ｔ２と実際の温度Ｔ１との間の温度差が増大する。

そして、スイッチング素子１２０Ａについて、実際の温度Ｔ１が破壊温度よりも低く、かつ当該破壊温度に近い温度以上となったとき、検出温度Ｔ２が、第１の基準温度ｔｓ１以上となる。

そして、第１の基準温度ｔｓ１は、先述のように、スイッチング素子１２０Ａをオフさせる温度として設定されているため、スイッチング素子１２０Ａについて、検出温度Ｔ２が第１の基準温度ｔｓ１以上となったとき、スイッチング素子１２０Ａがオフされる。

図７は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの過熱異常が生じ、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度上昇率が小さいときの、温度検出部１３により検出されるスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度Ｔ２と、実際のスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度Ｔ１との関係を示した図である。

ここにおいて、第２の基準温度ｔｓ２は、実際の温度Ｔ１の穏やかな温度上昇により生じる、実際の温度Ｔ１と検出温度Ｔ２との間の温度差の最大値にマージンを加えた値を、破壊温度から減じた温度である。

図７に示すように、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂのうち、例えば、スイッチング素子１２０Ａに異常が生じ、スイッチング素子１２０Ａの実際の温度Ｔ１が穏やかに上昇したときには、スイッチング素子１２０Ａについて、検出温度Ｔ２も実際の温度Ｔ１と同様に穏やかに上昇するが、検出温度Ｔ２と実際の温度Ｔ１との間の温度差は、実際の温度Ｔ１が急激に上昇したときよりも減少する。

そして、スイッチング素子１２０Ａについて、実際の温度Ｔ１が破壊温度よりも低く、かつ当該破壊温度に近い温度以上となったとき、検出温度Ｔ２は、第２の基準温度ｔｓ２以上となる。

そして、第２の基準温度ｔｓ２は、先述のように、スイッチング素子１２０Ａをオフさせる温度として設定されているため、スイッチング素子１２０Ａについて、検出温度Ｔ２が温度ｔｓ２以上となったとき、スイッチング素子１２０Ａがオフされる。

このように、スイッチング素子１２０Ａについて、実際の温度Ｔ１が急激に上昇したときには、検出温度Ｔ２が第１の基準温度ｔｓ１以上となったときにスイッチング素子１２０Ａがオフされ、実際の温度Ｔ１が穏やかに上昇したときには、検出温度Ｔ２が第２の基準温度ｔｓ２以上となったときにスイッチング素子１２０Ａがオフされる。

これにより、以下の効果が奏される。すなわち、スイッチング素子１２０Ａをオフさせる基準温度がｔｓ１のみであった場合には、実際の温度Ｔ１の上昇率Ｒｔが穏やかなとき、図７に示すように、実際の温度Ｔ１が破壊温度よりも低い温度ｔｓ２以上となった時点で、検出温度Ｔ２が基準温度ｔｓ１以上となってしまう。

この場合、検出温度Ｔ２が基準温度ｔｓ１以上となった時点でスイッチング素子１２０Ａをオフさせていては、不必要にスイッチング素子１２０Ａをオフすることとなり、実際の温度Ｔ１が破壊温度を超えるおそれのない場合にまでスイッチング素子１２０Ａをオフさせてしまう。

一方、スイッチング素子１２０Ａをオフさせる基準温度がｔｓ２のみであった場合には、実際の温度Ｔ１の上昇率Ｒｔが急激であれば、図７に示すように、検出温度Ｔ２がｔｓ２に達したときには、実際の温度Ｔ１が既に破壊温度を超えてしまった状態となる。この場合、スイッチング素子１２０Ａは破壊から免れることができない。

本実施形態に係る定着装置２は、上記の技術的特徴を有するため、スイッチング素子１２０Ａの実際の温度Ｔ１の上昇率Ｒｔが急激な場合、及び、穏やかな場合のいずれにおいても、適切に、スイッチング素子１２０Ａの温度が破壊温度に達することを防止できる。これにより、不必要にスイッチング素子１２０Ａをオフすることがなく、適切に、スイッチング素子１２０Ａを破壊から保護することができる。

尚、本実施形態に係る定着装置２は、定着ローラ４５Ａの温度を定着温度にまで上昇させる期間Ｐ１の間にスイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの過熱異常が生じた場合でも、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂを破壊から保護することができる。

すなわち、期間Ｐ１の間は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの発熱量が大きいため、期間Ｐ１の間は、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂについて、検出温度Ｔ２が急激に上昇する。この場合、制御部１００Ａによって、スイッチ１０２の接点Ｃが接点ａに接続されて、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂをオフさせる温度として、第１の基準温度ｔｓ１が設定される。

そして、期間Ｐ１の間に、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂのいずれかのスイッチング素子、例えば、スイッチング素子１２０Ａで過熱異常が生じて、スイッチング素子１２０Ａの検出温度Ｔ２が第１のしきい値ｔｓ１以上となったとき、スイッチング素子１２０Ａがオフされる。

これにより、期間Ｐ１の間にスイッチング素子１２０Ａの過熱異常が生じた場合に、スイッチング素子１２０Ａの破壊を防止することができる。

尚、以上の説明では、スイッチング素子１２０Ａについて説明したが、スイッチング素子１２０Ｂについても同様であるため、スイッチング素子１２０Ｂについては説明を省略する。

以下、定着装置２の処理の一例について説明する。図８は、定着装置２の基本動作の一例について示したフローチャートである。

制御部１００Ａは、スリープモードから通常モードへ復帰したとき、或いは、電源スイッチがオンとされたとき、スイッチング素子１２０Ａとスイッチング素子１２０Ｂとを交互にオンオフさせて、定着部４５を加熱させる。

制御部１００Ａは、スリープモードから通常モードへ復帰したとき、或いは、電源スイッチがオンとされたとき、温度検出部１３により、各スイッチング素子の温度の検出を開始させる（ステップＳ１）。

そして、温度上昇率算出部１００Ｂは、各スイッチング素子について、温度検出部１３による検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔを算出する（ステップＳ２）。制御部１００Ａは、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方の検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔが基準上昇率α以上であるとき（ステップＳ３のＹＥＳ）、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ａに接続させる（ステップＳ４）。

そして、各スイッチング素子は、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が第１の基準温度ｔｓ１を下回る限り（ステップＳ５のＮＯ）、オンオフを継続するが、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が、第１の基準温度ｔｓ１以上となったとき（ステップＳ５のＹＥＳ）、オフとなる（ステップＳ８）。

一方、制御部１００Ａは、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方の検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔが基準上昇率α未満であるとき（ステップＳ３のＮＯ）、スイッチ１０２の接点Ｃを接点ｂに接続させる（ステップＳ６）。

そして、各スイッチング素子は、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が第２の基準温度ｔｓ２を下回る限り（ステップＳ７のＮＯ）、オンオフを継続するが、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が、第２の基準温度ｔｓ２以上となったとき（ステップＳ７のＹＥＳ）、オフとなる（ステップＳ８）。

以上に示すように、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方の検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔが基準上昇率α以上であれば、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が、第１の基準温度ｔｓ１以上となったときに各スイッチング素子がオフとなり、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの双方の検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔが基準上昇率α未満であれば、各スイッチング素子の検出温度Ｔ２が第２の基準温度ｔｓ２以上となったときに各スイッチング素子がオフとなる。

これにより、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの検出温度Ｔ２の上昇率Ｒｔが急激なとき、或いは、穏やかなときのいずれにおいても、スイッチング素子１２０Ａ及び１２０Ｂの温度が破壊温度に達することを適切に防止できる。

尚、本実施形態では、加熱部１２は、誘導コイル１２１で発生する磁界の向き及び大きさを変化させて、定着ローラ４５Ａを加熱させる電磁誘導加熱方式を採用しているが、この例には限られず、定着ローラ４５Ａを電熱ヒーターによって加熱してもよい。

１ 画像形成装置
２ 定着装置
１０ 制御部
１２ 加熱部
１３ 温度検出部
４０ 画像形成部
４５ 定着部
１０４ 温度上昇率算出部
１２０ スイッチング素子
１２１ 誘導コイル
１２２ ゲート・ドライバ
２００ 画像読取部

Claims (3)

1. トナー像を熱により記録紙に定着させる定着部と、
   前記定着部を加熱するための電流を開閉するスイッチング素子を含む加熱部と、
   前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部により検出された温度の単位時間当たりの上昇値である上昇率を算出する上昇率算出部と、
   前記スイッチング素子が破壊するおそれのある温度である破壊温度よりも低い第１の基準温度と、前記破壊温度よりも低く、かつ前記第１の基準温度よりも高い第２の基準温度とが予め設定されており、前記上昇率算出部によって算出された前記上昇率が予め設定された基準上昇率以上であるときには、前記スイッチング素子の温度が前記第１の基準温度を超えたときに、前記スイッチング素子をオフさせ、前記上昇率算出部によって算出された前記上昇率が前記基準上昇率未満であるときには、前記スイッチング素子の温度が前記第２の基準温度を超えたときに、前記スイッチング素子をオフさせる制御部と、
   を備えることを備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部は、
   前記電流が通電されることにより磁界を発生させる誘導コイルと、前記スイッチング素子をオンオフすることにより、前記誘導コイルで発生する前記磁界の向き及び大きさを変化させる駆動部と、を備え、
   前記定着部は、前記誘導コイルにおける前記磁界の向き及び大きさの変化に応じて渦電流が流れることにより加熱される構成とされている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の定着装置と、
   画像データを取得する画像データ取得部と、
   前記画像データ取得部により取得された画像データを、前記定着装置によって、記録紙にトナー像として定着させる画像形成部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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