JP2015068982A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ベルトの一部が破損した際にも適切に加熱を停止させることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと加圧ローラーとで記録媒体を挟持搬送することで画像形成手段によって記録媒体上に形成された未定着トナーを定着する定着手段とを備えた画像形成装置に、加熱手段に所定周波数の高周波電力を投入する電力投入手段と、加熱手段に投入される高周波電力の値を検知する投入電力検知手段と、投入電力検知手段が検知する高周波電力の値の変化に基づいて定着ベルトの異常を検知するとともに電力投入手段を制御する制御手段とを具備し、定着ベルトは、加熱手段に投入される高周波電力によって発生する電磁誘導により渦電流を生じ、渦電流によって発熱し得る導体層を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、記録紙等に画像を形成する際に加熱定着処理を伴う画像形成装置に関する。

乾式電子写真方式を用いる複写機、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置では一般に、感光体の表面に静電気を用いてトナー（toner、微粒状の発色剤）を用いて画像を形成し、この画像を記録紙等に転写した後、記録紙等を加熱および加圧することによって、トナーを記録紙等に定着させる。
加熱・加圧の方法としては、加熱ローラーの内側からヒーター（熱を伝え易いハロゲンランプ等が用いられてきた）で加熱する方法や、その加熱ローラーで定着ベルトを加熱し、定着ベルトを加圧ローラーで挟み込む方法、さらには定着ベルトをエネルギー効率の良いＩＨ（Ｉnduction Ｈeating、電磁誘導加熱式）で発熱させ、加圧ローラーで挟み込む方法等がある。

上述のように定着処理に定着ベルトを用いた場合、定着ベルトが破損すると本来は定着ベルトを発熱させるＩＨコイルが異常過熱することもあるが、この過熱によって様々な事故に至らないように、対策を施しておく必要がある。

特開２００６−２０１６２５号公報 特開２０１１−０３３６５２号公報 特開２０１１−１２８３８３号公報

例えば特開２００６−２０１６２５号公報には、サーミスターでＩＨコイルの温度を測定し、この温度に基づいて異常を検知し、定着ベルトの回転を制御する構成が示されている。特開２０１１−０３３６５２号公報には、定着ベルトに接触するバイメタルスイッチによってＩＨコイルの電源をオフにする構成が示されている。
また特開２０１１−１２８３８３号公報には、ベルトの漏れ磁束を検知するアンテナを備え、ベルトが破損しているか否か判断する方法が示されている。

さて、定着ベルトを用いた定着ユニットにおいては、この定着ベルトが断裂・破損したような場合、定着ベルトを張架してあるローラーが回転しなくなる。そこで一般には、張架ローラーの回転停止を検出すると加熱を停止させる制御構造を有している。
ところが、例えば定着ベルトの中央部分が破損した場合には、張架ローラーが回転し続けてしまうことがある。このような場合は加熱が停止しないため、昇温し続けてしまう。

こうした加熱・加圧定着を行う定着ユニットの中では、サーミスター等の温度検出素子や位置検出素子を配し、各部の温度や記録紙等の位置を予測して、記録紙がローラー等に巻き付く等のＪＡＭ（紙詰まり）を検知している。
しかしながら、定着ユニット内のメンテナンスでもＪＡＭした記録紙等を見つけられない場合や、ＪＡＭを取り除く際に記録紙が破れて、その一部が定着ユニット内に残ってしまう場合がある。上述のように定着ベルトの中央部分が破損した場合、定着ユニット内にＪＡＭした記録紙等が残っていると、これが過熱し、想定外の事故につながりかねない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、定着ベルトの一部（中央部）が破損した際にも適切に加熱を停止させることができる画像形成装置を提供することにある。

本発明の画像形成装置は、記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと加圧ローラーとで前記記録媒体を挟持搬送することで前記画像形成手段によって前記記録媒体上に形成された未定着トナーを定着する定着手段とを備えた画像形成装置であって、前記加熱手段に所定周波数の高周波電力を投入する電力投入手段と、前記加熱手段に投入される高周波電力の値を検知する投入電力検知手段と、前記投入電力検知手段が検知する高周波電力の値の変化に基づいて前記定着ベルトの異常を検知するとともに前記電力投入手段を制御する制御手段とを具備し、前記定着ベルトは、前記加熱手段に投入される高周波電力によって発生する電磁誘導により渦電流を生じ、当該渦電流によって発熱し得る導体層を有することを特徴とする。

これにより本発明によれば、定着ユニット内でＩＨ定着ベルト等の一部が破損した際、定着ユニット内に記録紙等が残っていても、この記録紙等の過熱に起因する事故は抑制されるという効果を奏する。

本発明の画像形成装置に係る画像形成ユニットと定着ユニットおよびこれらの制御に係るブロック図、ならびにこれらの関係を示す図である。 本実施の形態における電気的構成を示すブロック図である。 本実施の形態における、定着ベルトの温度とＩＨコイルユニットの駆動周波数と投入電力との間の関係性を示すグラフである。 本実施の形態において、定着ベルトに異常が発生したと判断する領域を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。本発明の画像形成装置は、電子写真（乾式電子写真）方式を利用した複写機等である。本実施の形態では図１に示す通り、画像形成手段の一例としての画像形成ユニット１１でトナーによって記録媒体の一例としての記録紙Ｐの表面へ形成した画像を、定着手段の一例としての定着ユニット１０で定着させる構成となっている。

画像形成ユニット１１は、画像データに基づいてトナー画像を作成するとともにこの画像を記録紙Ｐに転写する転写ドラムや、記録紙Ｐを搬送する搬送ローラー等（いずれも本発明の特徴部分ではないので、詳細な説明は省略する）から成り、図１における画像形成ユニット１１の下部から取り込んだ記録紙Ｐの記録面にトナー画像を形成し、トナーが未定着の記録紙Ｐを定着ユニット１０へと搬送する。

定着ユニット１０では、ニップ部Ｎにおいて円筒状の加圧ローラー１２が定着ローラー１４側に押圧される構造となっている。
定着ローラー１４は、少なくともその外縁側が弾性素材によって構成されており、加圧ローラー１２との間に定着ベルト１６と記録紙Ｐとを挟み込み、加圧ローラー１２側から押圧される。これにより、定着ベルト１６と記録紙Ｐとがニップ部Ｎにおいて広範にわたり密着する。

定着ベルト１６は、電磁誘導により渦電流が発生し、この渦電流によって電気抵抗成分が発熱する導体の素材から成る層を有しており、定着ローラー１４の他、ローラー１８とローラー２０を通して無端状に張架され、一点鎖線矢印方向に回動する。なおローラー１８は、定着ベルト１６の張りを調節するテンショナーである。

記録紙Ｐは、トナーが未定着の記録面と定着ベルト１６の外面が対向した状態で加圧ローラー１２と定着ローラー１４によって挟み込まれ、加熱・加圧される。このため発色剤であるトナーが溶融し、記録紙Ｐ（の記録面）に定着するが、同時に溶融したトナーによって記録紙Ｐが定着ベルト１６に貼り着いてしまう。この、貼り付いた記録紙Ｐと定着ベルト１６を引き剥がすために、ニップ部Ｎの近傍に分離板３０が設けられている。

一般に、本実施の形態に示すような画像形成装置では、記録紙Ｐと定着ベルト１６との剥離を容易にする等のために、記録紙Ｐの記録面の端部には、画像を形成しない余白部を設ける。
従って記録紙Ｐの余白部は貼り着かないので、定着ベルト１６から浮き上がり、間隙ができる。分離板３０の一端部は、ニップ部Ｎから排出された記録紙Ｐと定着ベルト１６との間隙に入り込むことによって、貼り着いている記録紙Ｐと定着ベルト１６とを剥離させる。このようにして定着ベルト１６から剥離された記録紙Ｐは、二点鎖線矢印方向に搬送される。

本実施の形態においては、定着ベルト１６の近傍にサーミスター３３が設けられている。サーミスター３３は、定着ベルト１６に接触して温度を検知するものであっても、接触せずに直近傍から温度を検知するものであっても良い。
本実施の形態の定着ユニット１０においては、定着ベルト１６がローラー２０に張架される部位をほぼ覆うように、加熱手段の一例としてのＩＨコイルユニット４０が設けられている。このＩＨコイルユニット４０には所定周波数の高周波電力が投入され（本実施の形態においては、ＩＨコイルユニット４０に高周波電力を供給することを、投入と称する）、ＩＨコイルユニット４０と対向する定着ベルト１６の対向部分に電磁誘導による渦電流を発生させ、これにより定着ベルト１６を発熱させるものである。

本発明が適用される画像形成装置では、例えば定着ユニット１０の外部に制御手段の一例としての制御部５０を有している。また一般に、ＩＨコイルユニット４０に所定周波数（例えば約４０ｋＨｚ）の高周波電力を投入するため、電力投入手段の一例としてのインバーター６０を有している。

インバーター６０は、上述の所定の駆動周波数の高周波信号を出力するＣＰＵ（Ｃentral Ｐrocessing Ｕnit、中央処理装置）やＩＧＢＴ（Ｉnsulated Ｇate Ｂipolar Ｔransistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスター）等のスイッチ素子（後述する）を備え、交流電源７０（１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源）から電力が供給される。この電力をスイッチ素子によってオン／オフすることで、所定の駆動周波数・所定波形あるいは所定デューティー比の電力をＩＨコイルユニット４０に投入するものである。

次に、本実施の形態の電気的構成を説明する。図２は、概ね定着ユニット１０の周辺の電気的構成を示している。
なお、この図２において図１に示す各部と対応する部分には同一の符号を付しており、その詳細な説明は省略する。

インバーター６０において、交流電源７０からの電力入力部分には入力回路部７２が設けられている。この入力回路部７２は、過電流保護のヒューズや制御部５０の制御によって通電をオン／オフするリレー、ノイズ成分を阻止するフィルタ等から成る。入力回路部７２を通過した電力は、スイッチ素子７４を介して加圧ローラー１２と、入力検知部６１を介して整流器６２ａとに供給される。

制御部５０によってスイッチ素子７４が制御されることで、加圧ローラー１２内に設けられたヒーター（一例としてハロゲンヒーター）等に供給する電力が制御される。なお、加圧ローラー１２や定着ローラー１４にはサーミスターが設けられており、これらの温度情報が制御部５０に入力される。

一方、入力検知部６１は電流を検出するカレントトランス等から成り、インバーター６０への入力電圧と入力電流を測定する、この測定情報はインバーターＣＰＵ６３に入力される。なお、整流器６２ａによって整流された電力の一部は、直流電源回路６２ｂによって降圧および安定化され、インバーターＣＰＵ６３の動作電力として供給される。

インバーターＣＰＵ６３には、上述の入力電圧情報や入力電流情報の他、制御部５０から制御信号が入力される。一方、入力された入力電圧情報と入力電流情報とに基づいて算出した入力電力値を制御部５０へ送る他、ＩＨコイルユニット４０に投入する高周波電力の基となるＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation、パルス幅変調）信号を出力する。

インバーターＣＰＵ６３が出力するＰＷＭ信号は、ドライバー６３ｄを介してスイッチ素子６４、６４のゲート（スイッチ素子の形態によってはベース等）に入力される。これによってスイッチ素子６４、６４は整流器６２ａによって整流された電力から高周波電力を生成し、この高周波電力は投入電力検知手段の一例としての投入検知部６６を介してＩＨコイルユニット４０に投入される。
投入検知部６６は入力検知部６１と同様に電流を検出するカレントトランス等から成り、ＩＨコイルユニット４０へ投入される投入電圧と投入電流とを測定する、この測定情報は制御部５０に入力される

本実施の形態のＩＨコイルユニット４０は、ＩＨコイル４２とセンターコア４４とから成る。このセンターコア４４は、誘導電磁界を適切に定着ベルト１６に伝えるとともにＩＨコイル４２のインダクタンスを調整するためのものである。
また、ＩＨコイル４２とで並列共振回路が構成されるように、ＩＨコイルユニット４０と並列にコンデンサー４６が接続されている。このコンデンサー４６は一例として、ＩＨコイル４２のインダクタンスと合わせて、その共振周波数がＩＨコイルユニット４０に投入する高周波電力の駆動周波数と等しくなるような静電容量に決められる。

制御部５０には、上述のように加圧ローラー１２や定着ローラー１４に設けられたサーミスターから温度測定信号が入力され、また制御部５０は、入力回路部７２内のリレーやスイッチ素子７４を制御し、ＩＨコイルユニット４０に投入する高周波電力を制御する制御信号をインバーターＣＰＵ６３へ送る。
加えて制御部５０は、演算部５２と記憶手段の一例としての記憶部５４とを有している。制御部５０には、定着ベルト１６の温度を測定するサーミスター３３から温度情報が入力される。

本実施の形態では、入力電圧（入力電力）と定着ベルト１６の温度、ＩＨコイルユニット４０の駆動周波数、ならびに投入電力の間には、一定の関係性が存在する。図３に、その一例を示す。図３のグラフが示すところは、駆動周波数の変化に対する投入電力（投入検知部６６により測定された投入電圧値と投入電流値、ならびに力率等の係数に基づいて算出される値）の変化であるが、定着ベルト１６の温度との関連性についてである。
この図３に示すように、定着ベルト１６の温度が低い場合には、投入電力は駆動周波数に対して曲線（Ａ）のように変化するが、定着ベルト１６の温度が上昇するに従って曲線（Ｂ）の方へ、駆動周波数が低い方へと遷移する。

そこで本実施の形態では、定着ベルト１６の温度が所定の範囲内である場合に取るであろう駆動周波数と投入電力との組み合わせの領域を逸脱した場合に、定着ベルト１６に異常が発生したと判断する。これについて、図４（ａ）ならびに図４（ｂ）を用いて説明する。

本実施の形態では、定着ベルト１６が正常である際に、定着ベルト１６の温度と、これに対する駆動周波数と投入電力が取り得る数値の組み合わせを複数点測定し、図４（ａ）に示すように、定着ベルト１６に異常が発生したと判断すべき領域の境界線（Ａ′）と同（Ｂ′）とを求め、記憶部５４に記憶しておく。

本実施の形態に具体的な数字を適用すると、一例として公称交流電源電圧１００Ｖの地域では、投入電力として２００Ｗ〜１４５０Ｗを投入する。ここで、駆動周波数を３０．０ｋＨｚとすると、入力電圧８５Ｖ時の入力電力は４５０Ｗ、同１００Ｖ時は６００Ｗ、１２０Ｖ時には８５０Ｗであり、通常は入力電力≒投入電力となる。

一方、定着ベルト１６に破損等の異常が発生すると、投入電力値が変化し、入力電力値からかけ離れた異常値を示す。即ち、制御部５０は投入電圧値と投入電流値に基づいて演算部５２で算出した投入電力値を監視し、この値が異常領域の値を示した場合には、ＩＨコイルユニット４０への電力投入を停止するようにインバーターＣＰＵ６３へ指示を出す。これにより本実施の形態では、定着ベルト１６が破損したような場合に、適切に定着ベルト１６の加熱が停止される。

制御部５０が、算出した投入電力値を異常値と判断する方法として、上述では定着ベルト１６が正常である際に、予め駆動周波数および入力検知部６１によって測定した入力電圧、投入検知部６６によって測定した投入電圧と投入電流、サーミスター３３によって測定した定着ベルト１６の温度に基づいて、定着ベルト１６に異常が発生したと判断すべき領域の境界線（Ａ′）と同（Ｂ′）とを求め、記憶部５４に記憶している。
これについては、異常領域の境界線を記憶せずに投入電力値を異常値と判断する、簡素な方法もある。

一般に上述のような画像形成装置の定着ユニットでは、定着ベルトが破損すると投入電力が入力電力を下回ることを前提とした場合、図４（ｂ）を参照すると、想定される入力電圧の低下の範囲内での投入電力の低下は約１５０Ｗ（６００Ｗ→４５０Ｗ）なので、所定の監視サイクル（時間間隔）での電力の低下が約２００Ｗを上回ったような場合、定着ベルトに異常が発生したと判断することができる。

そこで例えば、１００ミリ秒のサイクルで投入電力値を監視し、前回測定（監視）の電力値に対して今回は２００Ｗを超える変化があった場合には定着ベルトに異常が発生したと判断するものとすれば、予め定着ベルトに異常が発生したと判断すべき領域の境界線を求めて記憶しておくことなく、定着ベルトに異常が発生したことを検出することができる。

このようにして本発明の画像形成装置では、定着ベルトの一部が破損したことを検知し、定着に係る発熱を適切に遮断する。これによって、定着ベルトの破損に起因する定着部各部や記録紙の過熱から引き起こされる可能性のある障害が回避される。
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。
さらに、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

１０ 定着ユニット
１１ 画像形成ユニット
１２ 加圧ローラー
１４ 定着ローラー
１６ 定着ベルト
３３ サーミスター
４０ ＩＨコイルユニット
４２ ＩＨコイル
５０ 制御部
５２ 演算部
５４ 記憶部
６０ インバーター
６１ 入力検知部
６３ インバーターＣＰＵ
６４ スイッチ素子
６６ 投入検知部
Ｐ 記録紙

Claims (3)

1. 記録媒体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
   加熱手段によって加熱される無端状の定着ベルトと加圧ローラーとで前記記録媒体を挟持搬送することで前記画像形成手段によって前記記録媒体上に形成された未定着トナーを定着する定着手段と
   を備えた画像形成装置であって、
   前記加熱手段に所定周波数の高周波電力を投入する電力投入手段と、
   前記加熱手段に投入される高周波電力の値を検知する投入電力検知手段と、
   前記投入電力検知手段が検知する高周波電力の値の変化に基づいて前記定着ベルトの異常を検知するとともに前記電力投入手段を制御する制御手段と
   を具備し、
   前記定着ベルトは、前記加熱手段に投入される高周波電力によって発生する電磁誘導により渦電流を生じ、当該渦電流によって発熱し得る導体層を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、
   前記加熱手段に投入される高周波電力の値を所定時間毎に監視し、前記投入される高周波電力の値の変化量が所定の基準値を超えた場合に前記定着ベルトが破損したと判断して前記電力投入手段から前記加熱手段への高周波電力の投入を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記定着ベルトが正常時に前記加熱手段に投入される高周波電力の値と当該高周波電力の周波数とが示し得る正常領域を予め記憶する記憶手段を有し、
   前記制御手段は、前記投入電力検知手段が検知する高周波電力の値と当該高周波電力の周波数との関係が前記正常領域を逸脱した場合に前記定着ベルトが破損したと判断して前記電力投入手段から前記加熱手段への高周波電力の投入を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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