JP2014115510A - 画像加熱制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部への通電を制御する制御手段の故障で加熱体が過昇温状態となった場合に、加圧部材に接続するギア等に不要な熱的損傷を与えたり、交換を必要とする部品点数を増やしたりすることが抑えられる画像加熱制御装置を提供する。
【解決手段】通電により発熱する発熱部を有する加熱体と、加熱体に対向し、加熱体と接触駆動する駆動状態と、接触駆動が停止される停止状態と、が選択される加圧部材と、発熱部への通電を制御するために加熱体の温度を検知する温度検知手段と、発熱部が異常発熱をした場合に、発熱部への通電を停止すると共に、温度検知手段の検知結果に応じて加圧部材の駆動状態から停止状態への移行タイミングを調節する制御手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やＬＢＰ等、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置に使用される画像加熱制御装置に関する。このような画像加熱制御装置としては、記録材上に形成した未定着トナー画像を固着画像として加熱定着する定着装置や、記録材に定着された画像を加熱することにより画像の光沢度を増大させる光沢度増大装置等を挙げることができる。

従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置（電子写真等の画像プロセス手段により、加熱軟化性の樹脂等によるトナーを用いて記録材に形成したトナー画像を、加熱処理によって固着画像として形成する装置）において、上記加熱処理を行う定着装置が使用される。このような定着装置は、通電によって発熱する加熱体と、通電を制御する制御手段と、加熱体の温度を検知する温度検知手段と、機械的駆動動作を行って記録材を加熱体と狭持搬送する加圧部材と、を具備している。そして、温度検知手段の検知結果に基づき、制御手段を駆動することによって、加熱体の発熱量を制御している。

また、定着装置の過昇温（異常加熱）に対し、加熱体の温度に感応する過昇温保護素子を用いて機械的に加熱体への通電を遮断する構成が知られる（特許文献１）。

また、温度検知手段の検知結果が所定の閾値温度を検知した場合に、加熱体が過昇温状態であると判断し、通電を制御する制御手段を停止することも知られる。更に、通電を制御する制御手段を停止した後に、加圧部材の機械的駆動動作を任意の時間継続して行うことによる加圧部材からの自然放熱によって、加熱体における温度のオーバーシュートを低減することも知られる。

特開平１１−２４４９２号公報

しかしながら、従来技術では、加熱体が過昇温状態の場合、通電を制御する制御手段が故障したことに起因するものか、通電を制御する制御手段が故障でなく誤動作したことに起因するものか、区別できていない。

そのため、上記制御手段の故障に起因して加熱体が過昇温状態となった場合にも、特許文献１に知られる過昇温保護素子にて加熱体への通電を機械的に遮断するまでの期間、加圧部材の機械的駆動が維持されてしまうこととなる。加圧部材の機械的駆動が維持されると、加熱体の積極的な自然放熱は維持されるものの、加圧部材の温度が上昇し続けることで、加圧部材に接続されているギア等に不要な熱的損傷を与えることがあり、交換を必要とする部品点数が増える。

本発明の目的は、発熱部への通電を制御する制御手段の故障で加熱体が過昇温状態となった場合に、加圧部材に接続するギア等に不要な熱的損傷を与えたり、交換を必要とする部品点数を増やしたりすることが抑えられる画像加熱制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像加熱制御装置は、通電により発熱する発熱部を有する加熱体と、前記加熱体に対向し、前記加熱体と接触駆動する駆動状態と、前記接触駆動が停止される停止状態と、が選択される加圧部材と、前記発熱部への通電を制御するために前記加熱体の温度を検知する温度検知手段と、前記発熱部が異常発熱をした場合に、前記発熱部への通電を停止すると共に、前記温度検知手段の検知結果に応じて前記加圧部材の前記駆動状態から前記停止状態への移行タイミングを調節する制御手段と、を有し、前記加熱体と前記加圧部材の間に形成されるニップ部に画像を担持した被記録材を挟持搬送して前記画像を加熱することを特徴とする。

本発明によれば、発熱部への通電を制御する制御手段の故障で加熱体が過昇温状態となった場合に、加圧部材に接続するギア等に不要な熱的損傷を与えたり、交換を必要とする部品点数を増やしたりすることが抑えられる画像加熱制御装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像加熱制御装置の制御に係るフローチャート図である。 過昇温保護素子を含む第１の実施形態に係る画像加熱制御装置の概略図である。 温度検知手段を含む第１の実施形態に係る画像加熱制御装置の概略図である。 第１の実施形態に係る画像加熱制御装置の電気的な接続状態の概略図である。 第１の実施形態に係る画像加熱制御装置における温度検知結果に関する時間推移の概略図、通電状態に関する時間推移の概略図、加圧部材の駆動状態に関する時間推移の概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像加熱制御装置の制御に係るフローチャート図である。

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態として、図２および図３にて画像形成装置にて使用される画像加熱制御装置の概略を示す。２０１は加熱体としてのセラミックヒータ(以下、ヒータ）であり、紙面垂直方向を長手方向とする細長薄板形状の低熱容量ヒータである。ヒータ２０１は、絶縁性と高熱伝導率の細長薄板形状のセラミック基材２０２と、このセラミック基材２０２に具備させた発熱抵抗体２０３と、絶縁性に優れたガラス保護層２０４を基本構成とする。ヒータ２０１は、発熱抵抗体２０３への通電により昇温、通電遮断により降温する。

２０６は加熱体支持部材としてのヒータホルダであり、剛性・断熱性を有している。ヒータホルダ２０６は下面に部材長手方向に沿ってヒータ２０１を嵌め込む溝が形成されており、ヒータ２０１を前記溝に嵌め込んで固定支持している。なお、２０７は補強用の金属ステイである。

ここで、ヒータホルダ２０６に支持されたヒータ２０１の露呈面に対し、発熱部としてのヒータ２０１を備える加熱体としての耐熱性の定着フィルム２０８を対向する弾性の加圧ローラ２０９で加圧密着させて摺動搬送させる。このような加圧ローラ２０９の接触駆動は、加圧ローラ２０９に接続された不図示のギアによって伝達され、加圧ローラ２０９は、駆動力が伝達されて接触駆動する駆動状態と、駆動力が伝達されず接触駆動が停止される停止状態とが選択されることとなる。

定着フィルム２０８を挟んでヒータ２０１と加圧ローラ２０９とで形成される定着ニップ部Ｎにおける定着フィルム２０８と加圧ローラ２０９との間に被加熱材として、トナー未定着画像２１１を形成担持させた被記録材２１０を挟持搬送する。

定着フィルム２０８と一緒に定着ニップ部Ｎを狭持搬送させることにより、ヒータ２０１の熱が定着フィルム２０８を介して被記録材２１０に付与され、トナー未定着画像２１１を被記録材２１０の表面に加熱定着させる。定着ニップ部Ｎを通った被記録材２１０は、定着フィルム２０８の表面から分離されて搬送される。

ここで、熱で作動する過昇温保護素子２０５（図２）がヒータ２０１の定着フィルム２０８密着面と反対側の面に配置される。発熱抵抗体であるヒータ２０１への通電において、制御不能の事態によりヒータ２０１の異常昇温が生じた際に、過昇温保護素子２０５が作動して発熱抵抗体であるヒータ２０１への通電が機械的に緊急遮断される。

過昇温保護素子２０５は、ヒータ２０１の長手方向の異なる位置に温度検知手段３０１と共に配置されている。温度検知手段３０１は、ヒータ２０１の定着フィルム２０８密着面と反対側の面に配置され、ヒータ２０１の温度変化に伴い抵抗値を変化させることでヒータ２０１の温度を検知している。

図４は、本実施形態における電気的な接続状態の概略図である。４０１は、商用電源を示し、過電流保護素子４０２を介して例えばリレー等のスイッチ４０３へ接続されている。スイッチ４０３は、ヒータ２０１の構成要素である発熱体抵抗体２０３へ接続され、発熱抵抗体２０３に対して直列に過昇温保護素子２０５が接続される。過昇温保護素子２０５の先には例えばトライアック等の半導体スイッチ４０４が接続され、温度検知手段３０１の検知結果に応じてＣＰＵ４０５にて通電・非通電の制御がなされている。

（異常発熱発生時の処理フローチャート）
図１は、本実施形態のヒータ２０１による加熱定着処理中における異常発熱発生時の処理フローチャートを示しており、本図を基に本実施形態の異常発熱対処プロセスについて詳細に説明する。

画像形成装置内にて画像加熱制御装置が駆動している際、ヒータ２０１の通電は温度検知手段３０１に基づく検知結果が所定の温度T_normalとなる様に制御がなされ、加圧部材である加圧ローラ２０９は回転駆動している（Ｓ１０１）。しかしながら、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４が、ノイズ等により誤動作又は素子がショート故障した場合、ヒータ２０１の温度は異常加熱することになる。

その際に、温度検知手段３０１に基づく検知結果が第１の閾値温度T_H1よりも高い温度を所定回数以上検知した場合、ＣＰＵ４０５はヒータ２０１が異常加熱状態にあると判断する（Ｓ１０２）。ＣＰＵ４０５が異常加熱状態であると判断した場合、加圧ローラ２０９の駆動は保持しつつ、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４は通電制御をオフ（停止）にする（Ｓ１０３）。正常に通電が停止した場合、温度検知手段３０１に基づく検知結果は低下傾向となる。

温度検知手段３０１に基づく検知結果がT_H1よりも低い所定の温度T_Lを下回った場合（Ｓ１０４）、その時点で画像加熱制御装置は冷却されているとＣＰＵ４０５は判断し、加圧ローラ２０９の駆動を停止する（Ｓ１０５）。

また、Ｓ１０４にて温度検知手段３０１に基づく検知結果が所定の温度T_Lを下回っていない場合、検知結果をT_H1よりも高い第２の閾値温度T_H2と比較する。そして、温度検知手段３０１に基づく検知結果が第２の閾値温度T_H2よりも高い場合、ヒータ２０１への電力供給が遮断できていないと判断する（Ｓ１０６）。

この判断に伴い、加圧ローラ２０９の接触駆動が行われている駆動状態から接触駆動が停止される停止状態へ移行することで、放熱を抑制すると共に、過昇温保護素子２０５の作動温度T_H3への温度上昇を促す。そして、過昇温保護素子２０５の作動温度T_H3まで温度が上昇すると、過昇温保護素子２０５が作動してヒータ２０１への電力供給を機械的に遮断する。

また、Ｓ１０６における温度検知結果が閾値温度T_H2よりも低い場合、加圧ローラ２０９の駆動時間t0と所定時間t1とを比較し、短い場合は加圧ローラ２０９の駆動による放熱冷却を継続する（Ｓ１０７）。また、駆動時間t0が任意の所定時間t1に到達した場合は、加圧ローラ２０９の駆動を停止し、自然放熱のみにて冷却する。

図５は、第１の実施形態に係る画像加熱制御装置における温度検知結果に関する時間推移の概略図、通電状態に関する時間推移の概略図、加圧部材の駆動状態に関する時間推移の概略図である。図５で、時間t_s時点までは正常な温度制御状態である。時間t_s時点で、ノイズ又は故障により、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４による通電が無制御状態となるものとする。

温度検知結果がT_H1を所定時間以上（図内t_f）検知した時点で、ＣＰＵ４０５はヒータ２０１が異常加熱状態にあると判断し（Ｓ１０２）、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４をオフする（Ｓ１０３）。加圧ローラ２０９の駆動は継続しており、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４により正常に通電遮断ができている場合には、温度検知結果は下降傾向となる。そして、温度検知結果が温度T_Lを下回った時点（Ｓ１０４）又は加圧ローラ２０９の駆動時間t0が所定時間t1（Ｓ１０７）に到達した時点で加圧ローラ２０９の駆動を停止し、自然放熱させる。

一方、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の素子の故障により、通電遮断ができない場合には、加圧ローラ２０９の駆動を継続しても温度は低下しないと考えられる。そこで、温度検知結果が閾値温度T_H2を検知した時点（Ｓ１０６）で、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の故障が推定されるため、加圧ローラ２０９の駆動を停止（Ｓ１０５）する。これにより、ヒータ２０１の温度が上昇し、加圧ローラ２０９の駆動状態を継続する場合よりも短い時間でT_H3まで温度を上昇させることができ、温度がT_H3を超えたときに過昇温保護素子２０５を作動させる。

以上、本実施形態に係る画像加熱制御装置では、発熱部が異常発熱をした場合に、発熱部への通電を停止すると共に、温度検知手段の検知結果に応じて加圧部材の駆動状態から停止状態への移行タイミングを調節する（Ｓ１０６でＹｅｓの場合と、Ｎｏの場合）。これにより、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の誤動作又は故障状態に合せた通電遮断を行うことができる。その結果、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４がショートモードにて故障した場合、過昇温保護素子２０５を適切なタイミングで作動させることにより、加圧ローラ２０９の駆動伝達用ギア等への余剰な熱的損傷を軽減できる。

なお、本実施形態においてt_１は所定の固定時間（一定時間）としているが、異常発熱の発生直前までに狭持搬送させていた被記録材２１０の長さに応じた時間（被記録材２１０の長さが長い程、短い時間）に調節することもできる。これにより、被記録材２１０が加圧ローラ２０９に巻きつくことを抑制できる。

また、本実施形形態においては、余剰な熱的損傷を受ける対象として加圧ローラ２０９の駆動伝達ギアを挙げているが、加圧ローラ２０９からの放熱によって過熱されてしまうその他の部材に対しても、同様な手法で熱的な損傷を軽減することは可能である。

《第２の実施形態》
図６は本発明の第２の実施形態に関するものであり、ヒータ２０１による加熱定着処理中における異常発熱発生時の処理フローチャートを示す。正常制御からＣＰＵ４０５による異常発熱判断、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の通電オフ制御、加圧ローラ２０９の継続駆動（Ｓ５０１、Ｓ５０２、Ｓ５０３）までは、第１の実施形態と同様である。

Ｓ５０４にてヒータ２０１の温度勾配（温度推移）が上昇又は非上昇（下降あるいは同じ）かを判断する。異常発熱の発生後の温度検知結果の勾配が正である場合は、温度勾配（温度推移）が上昇している場合であり、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の素子ショート故障が推定されるため、加圧ローラ２０９の駆動を停止する（Ｓ５０５）。そして、過昇温保護素子２０５を作動させる。

Ｓ５０４にて温度勾配（温度推移）が非上昇（下降あるいは同じ）と判断される場合は、温度検知手段３０１に基づく温度検知結果がT_H1よりも低い所定の温度T_Lを下回った時点（Ｓ５０６）で画像加熱定着装置は冷却されているとＣＰＵ４０５は判断する。そして、加圧ローラ２０９の駆動を停止する（Ｓ５０５）。

また、Ｓ５０６における温度検知結果が閾値温度T_Lよりも高い場合は、加圧ローラ２０９の駆動時間t0と所定時間t1とを比較し、短い場合は加圧ローラ２０９の駆動による放熱冷却を継続する（Ｓ５０７）。そして、駆動時間t0が任意の所定時間t1に到達した場合は、加圧ローラ２０９の駆動を停止し（Ｓ５０５）、自然放熱のみにて冷却する。

本実施形態でも、発熱部が異常発熱をした場合に、発熱部への通電を停止すると共に、温度検知手段の検知結果に応じて加圧部材の駆動状態から停止状態への移行タイミングを調節する（Ｓ５０４でＹｅｓの場合と、Ｓ５０４でＮｏかつＳ５０７でＹｅｓの場合）。これにより、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４の誤動作又は故障状態に合せた通電遮断を行うことができる。その結果、スイッチ４０３及び半導体スイッチ４０４がショートモードにて故障した場合、過昇温保護素子２０５を適切なタイミングで作動させることにより、加圧ローラ２０９の駆動伝達用ギア等への余剰な熱的損傷を軽減できる。

なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、t_１は所定の固定時間（一定時間）としているが、異常発熱の発生直前までに狭持搬送させていた被記録材２１０の長さに応じた時間（被記録材２１０の長さが長い程、短い時間）に調節することもできる。これにより、被記録材２１０が加圧ローラ２０９に巻きつくことを抑制できる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明の範囲内で例えば以下に述べるような種々の変形が可能である。

（変形例１）
上述した実施形態では発熱部への通電を制御する制御手段を画像形成装置側に設けることを前提としたが、画像加熱装置（定着装置）側に設けても良い。

（変形例２）
また、上述した実施形態では、加圧部材の接触駆動が停止される停止状態は、加圧ローラが定着フィルムとの接触を維持したまま回転が停止される状態としたが、加圧ローラが定着フィルムから離間する状態としても良い。

（変形例３）
また、発熱部はヒータに限らず、定着フィルム２０８が通電部を備えて自己発熱するもの、あるいは定着フィルム２０８が電磁誘導により発熱するものであっても良い。

２０１・・セラミックヒータ（ヒータ）、２０８・・定着フィルム、２０９・・加圧ローラ（加圧部材）、３０１・・温度検知手段、４０５・・ＣＰＵ（制御手段）

Claims (9)

1. 通電により発熱する発熱部を有する加熱体と、
   前記加熱体に対向し、前記加熱体と接触駆動する駆動状態と、前記接触駆動が停止される停止状態と、が選択される加圧部材と、
   前記発熱部への通電を制御するために前記加熱体の温度を検知する温度検知手段と、
   前記発熱部が異常発熱をした場合に、前記発熱部への通電を停止すると共に、前記温度検知手段の検知結果に応じて前記加圧部材の前記駆動状態から前記停止状態への移行タイミングを調節する制御手段と、
   を有し、
   前記加熱体と前記加圧部材の間に形成されるニップ部に画像を担持した被記録材を挟持搬送して前記画像を加熱することを特徴とする画像加熱制御装置。
2. 前記発熱部が異常発熱をした場合に、前記温度検知手段の検知結果が第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度より高い場合は、前記加圧部材の前記駆動状態から前記停止状態へ移行し、前記温度検知手段の検知結果が前記第２の閾値温度より低い場合は、前記加圧部材の前記駆動状態を継続した後に前記停止状態へ移行することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱制御装置。
3. 前記駆動状態を継続する時間が、一定であることを特徴とする請求項２に記載の画像加熱制御装置。
4. 前記駆動状態を継続する時間が、前記異常発熱の発生直前までに狭持搬送させていた被記録材の長さに応じて調節されることを特徴とする請求項２に記載の画像加熱制御装置。
5. 前記発熱部に直列に接続された過昇温保護素子を有し、前記温度検知手段の検知結果が前記第２の閾値温度より高い場合は、前記過昇温保護素子を作動させることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか1項に記載の画像加熱制御装置。
6. 前記異常発熱の発生後の温度検知結果の勾配が正である場合は、前記加圧部材の前記駆動状態から前記停止状態へ移行し、前記異常発熱の発生後の温度検知結果の勾配が正でない場合は、前記加圧部材の前記駆動状態を継続した後に前記停止状態へ移行することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱制御装置。
7. 前記駆動状態を継続する時間が、一定であることを特徴とする請求項６に記載の画像加熱制御装置。
8. 前記駆動状態を継続する時間が、前記異常発熱の発生直前までに狭持搬送させていた被記録材の長さに応じて調節されることを特徴とする請求項７に記載の画像加熱制御装置。
9. 前記発熱部に直列に接続された過昇温保護素子を有し、前記異常発熱の発生後の温度検知結果の勾配が正である場合は、前記過昇温保護素子を作動させることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか1項に記載の画像加熱制御装置。