JP2020067475A - 定着装置を備えた画像形成装置の駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材が局部的に加熱されることによる、はりつきや寄れなどをおこすことなく冷却を行うことを可能にする。【解決手段】用紙上に画像を形成する画像形成部と、画像が形成された用紙を加熱する定着部材、定着部材とニップ部を形成し用紙を加圧するローラ部、および定着部材の温度を検知する定着温度センサを備える定着装置と、定着部材と当接してニップ部を形成している加圧ローラを回転させる定着モータを備えた駆動部と、定着温度センサがあらかじめ定められた高温異常を示す第一の閾値を検知した際に定着部材への電力供給を緊急停止する手段を備え、定着部材への電力供給が緊急停止された際に、定着温度センサがあらかじめ定められた加圧ローラ異常を示す第二の閾値を超えたことを検知する定着装置制御部と、を備え、定着部材への電力供給が緊急停止された場合においても、定められた第二の閾値に応じて、駆動部の回転時間を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、記録媒体に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の各種画像形成装置においては、用紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着することにより複写物や記録物を得ることができる。

定着に際しては、未定着画像を担持している記録媒体を、定着部材及び加圧部材によって挟持搬送しながら未定着画像を加熱することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーの溶融軟化及び記録媒体への浸透が行われ、記録媒体にトナーが定着される。

また、定着部材を加熱手段によって所定の温度へ加熱する際に、所定温度までの加熱時間が十分に短ければ、スタンバイ状態における予熱工程を省いたとしてもユーザーの使いやすさに大きく影響せずに、大幅に消費エネルギーを低減できる。これらを達成するために、定着部材に薄肉のローラや、金属基材と弾性ゴム層で構成される薄肉ベルトなどの低熱容量の部材などが使用されている。また、加熱手段も、輻射熱で定着部材を加熱するハロゲンヒータのほか、セラミックヒータや、加熱効率が高いＩＨ方式などを用いることで、急速加熱を実現している。

特開２０１５−１５２７２０号公報

これらの定着装置は、画像定着動作の実行時は、定着部材や加圧部材の熱量が、両者の間のニップ部を通過する記録媒体、例えば用紙によって奪われるため、定着部材や加圧部材の温度が異常に高くなることはない。しかし、記録媒体のジャム、その他の事由の発生による画像形成装置の急停止時、画像形成装置の電源オフ時、レディ待機モード時や低電力モード時など、定着部材及び加圧部材の回転が停止している状態では、加加熱手段への電力供給を停止しても、加熱手段の余熱によって、定着部材の加熱手段近傍部が局部的に加熱されて過昇温することがある。特に、ウォームアップ時間の短縮や消費エネルギーの低減等のために、薄肉化等の手段により低熱容量化された定着部材を備えた定着装置では、定着部材に過昇温が生じ易い傾向がある。

特許文献１のように、加熱手段がオフしてから加圧ローラが引き続き回転駆動する時間を、加熱手段がオンされていた時間に応じて決定した場合、通常時にはヒータがオンしていた時間によって、ヒータ停止後の回転時間を設ける制御で問題ないが、例えば入力電圧の異常によりヒータが急激に発熱して高温を検知した場合には、短時間のヒータオンにより異常発熱しているため、特許文献１における加圧ローラの回転駆動時間では十分な冷却を行うことができずに、定着部材が局部的に加熱されて過昇温をおこしてしまうという課題がある。

本発明は、上述の問題を鑑みて成されたものであり、定着部材が局部的に加熱されることによる、はりつきや寄れなどをおこすことなく冷却を行うことを可能にする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
用紙上に画像を形成する画像形成部と、画像が形成された用紙を加熱する定着部材、前記定着部材とニップ部を形成し用紙を加圧するローラ部、および前記定着部材の温度を検知する定着温度センサを備える定着装置と、定着部材と当接してニップ部を形成している加圧ローラを回転させる定着モータを備えた駆動部と、定着温度センサがあらかじめ定められた高温異常を示す第一の閾値を検知した際に前記定着部材への電力供給を緊急停止する手段を備え、定着部材への電力供給が緊急停止された際に、定着温度センサがあらかじめ定められた加圧ローラ異常を示す第二の閾値を超えたことを検知する定着装置制御部とを備え、前記定着部材への電力供給が緊急停止された場合においても、定められた第二の閾値に応じて、前記駆動部の回転時間を制御することを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置によれば、短時間のヒータオンによりヒータの異常発熱を検知した場合でも、ヒータ温度があらかじめ定められた閾値以下になるまで、加圧ローラなどの定着部材を回転駆動させることにより、定着部材が局部的に加熱されることによる、はりつきや寄れなどをおこすことなく冷却を行うことが可能となる。

画像形成装置の構成を示す断面図である。 定着装置の構成を示す概略図である。 定着装置の制御系の構成を示すブロック図である。 定着部材の温度推移と定着モータオンオフを示す図である。 画像形成装置本体の制御系を示すフローチャートである。 高温エラー発生時のモータ駆動を示すフローチャートである。

本実施形態の画像形成装置は、例えば、画像形成装置（プリンタ）、複写機、複合機（ＭＦＰ）、及びファクシミリ装置等の、電子写真方式でシートに画像を形成する装置である。なお、複合機とは、例えば、プリント（印刷）機能、スキャン機能、複写機能及びファクシミリ機能を含む複数種類の機能のうち、少なくとも２つ以上の複数の機能を有する装置である。

以下に本発明の実施の形態を、好適な実施例により、図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかわる発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特長の組み合わせすべてが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

＜画像形成装置の概要＞
図１は、画像形成装置の構成を示す概略断面図である。画像形成装置１００は、図１の下側（シート搬送方向上流）から上側（シート搬送方向下流）に向かって順に、シート給送部１０、画像形成部２０、定着装置３０、シート排出部４０が設けられている。また、画像形成部２０、定着装置３０の右側には、シート再給送部５０が設けられている。

シート給送部１０では、給送カセット１１や手差しトレイ１６に積載されたシートＰを画像形成部２０へ給送する。

シート検知センサＳ１は、給送カセット１１にシートＰが収納されているかどうかを検知するセンサである。

給送カセット１１に収納されたシートＰは、ピックアップローラ１２が回転することによって分離ローラ対１３へ給送される。シートＰが重送している場合は、正転ローラと反転ローラとからなる分離ローラ対１３によって１枚に分離され、実線で示す給送パスＰＳに搬送される。給送パスＰＳに搬送されたシートＰはさらに給送ローラ対１４によって搬送され、回転を停止しているレジストローラ対１５のニップに先端が倣うことでシートＰの斜行が矯正される。

レジ前センサＳ２は、シートＰの先端がレジストローラ対１５のニップに到達するタイミングを検知する。

手差しトレイ１６からシートＰを給送する場合は、供給ローラ１７および分離パッド１８によってシートを１枚に分離して機内に引き込む。そして、供給ローラ対１９によって給送ローラ対１４に搬送され、レジストローラ対１５でシートＰの斜行が矯正される。

斜行が矯正されたシートＰは、所定のタイミングで回転するレジストローラ対１５によって画像形成部２０に搬送される。

画像形成部２０では、感光ドラム２１がその表面を帯電ローラ２２によって均一に帯電されている。レーザユニット２３から画像情報に対応したレーザ光が照射される。感光ドラム２１のレーザ光が照射された部分は、帯電ローラ２２によって帯電されていた電荷が除去され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。ここで形成された静電潜像は、現像ローラ２４によって現像剤が付着されることで、現像剤像として可視化される。

この現像剤像は、感光ドラム２１の回転によって転写ニップ部Ｎ１に搬送される。このタイミングに合わせてレジストローラ対１５からシートＰが転写ニップ部Ｎ１に搬送される。搬送されたシートＰは、転写ニップ部Ｎ１において感光ドラム２１と接触する転写ローラ２５に挟持搬送されながら、転写ローラ２５によって感光ドラム２１に形成された現像剤像が転写される。

なお、レーザユニット２３から照射されるレーザ光は、外部から送信された画像データに基づいて制御される。

次に、現像剤像が形成されたシートＰは、定着装置３０へと搬送される。定着装置３０では、内部に配置されたハロゲンランプ等の熱源により所定の定着温度に加熱されたアルミローラ等で構成される定着フィルム３１と、定着フィルム３１に接触して所定の圧力で定着フィルム３１を加圧する加圧ローラ３２とによって定着ニップ部Ｎ２が形成されている。現像剤像が形成されたシートＰは、定着ニップ部Ｎ２に送り込まれて、定着フィルム３１と加圧ローラ３２とで挟持搬送され加熱加圧されることで、現像剤像がシートＰ上に定着される。

定着センサＳ３は、シートＰの先端が定着ニップ部Ｎ２を抜けたことを検知する。

なお、定着装置３０は、セラミックヒータ３０４の熱源を端部レスフィルムを介して加圧ローラ３２が加圧することで定着ニップ部Ｎ２を形成し、ニップ部Ｎ２にてシートＰを挟持搬送しながら加熱加圧するオンデマンド定着方式を用いても良い。

次に、現像剤像が定着されたシートＰは、シート排出部４０へと搬送され、排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。

シートＰの両面に画像を形成する場合は、１面目に画像形成されたシートＰの先端が定着センサＳ３を抜けたあと、シートＰの後端が排出ローラ対４１を抜ける前に排出ローラ対４１を一旦停止させ、さらに排出ローラ対４１を逆回転させることで、シートＰを反転させてシート再給送部５０へ搬送する。

シート再給送部５０へ搬送されたシートＰは、上部再給送ローラ対５１、中部再給送ローラ５２によって破線で示す再給送パスＰＳ２を搬送され、下部再給送ローラ対５３によってレジストローラ対１５に搬送される。そして、レジストローラ対１５によって斜行が矯正された後、転写ニップ部Ｎ１に搬送されることで、シートＰの２面目に現像剤像が形成される。その後は、１面目に画像形成したときと同様に定着ニップ部Ｎ２を搬送されることで現像剤像がシートＰに定着され、両面に画像が形成されたシートＰは排出ローラ対４１によって排出トレイ４２へ排出される。

＜定着装置の概要＞
ここで、図１に示されたプリンタが有している定着装置の一例について、その概要モデル断面図である図２、およびその制御ブロック図である図３を用いて説明する。

図２は、画像形成装置１００における、定着装置の構成を示す概略図である。

図２は定着装置３０の詳細な構成を示す側断面図、特に、記録紙Ｐの搬送方向（矢印Ｂ方向）に沿った側断面図である。

定着装置３０は、トナー像を加熱するセラミックヒータ（定着ヒータ）３０４とセラミックヒータ３０４を内包する無端帯状の回転自在な定着フィルム（定着回転体）３１と定着フィルム３１に当接された別の定着回転体としての加圧ローラ３２とを含む。一方、定着装置３０に対しては、セラミックヒータ３０４の温度を制御するための定着装置制御部３００が接続されている。定着装置制御部３００はヒータの通電を制御する素子（例えば、トライアック３０９）のオンオフ制御を行っている。

セラミックヒータ３０４はヒータホルダ３０７によって支持されている。ヒータホルダ３０７は耐熱樹脂によって半円状に形成された部材であり、定着フィルム３１の回転をガイドするガイド部材としても作用する。

定着フィルム３１はポリイミド等の耐熱樹脂を円筒状に形成したものであり、上述のセラミックヒータ３０４に遊嵌されている。定着フィルム３１は加圧ローラ３２によってセラミックヒータ３０４に押し付けられており、これにより定着フィルム３１の裏面がセラミックヒータ３０４の下面に当接される。また、定着装置制御部３００により制御される定着モータ３０２の駆動により加圧ローラ３２の矢印Ｒ３２方向の回転により記録紙Ｐが矢印Ｂ方向に搬送されるのに伴い、定着フィルム３１は矢印Ｒ３１方向に回転されるように構成されている。

なお、定着フィルム３１の左右の両端部は、ヒータホルダ３０７のガイド部（不図示）によって規制されており、セラミックヒータ３０４の長手方向にずれないようになっている。また、定着フィルム３１の内面にはセラミックヒータ３０４との間の摺動抵抗を低減するためにグリースを塗布してある。

加圧ローラ３２は金属製の芯金３２ａの外周面にシリコンゴム等の弾性を有する耐熱性の離型層３２ｂを設けたものである。そして、離型層３２ｂの外周面により下方から定着フィルム３１をセラミックヒータ３０４に押し付けて、定着フィルム３１との間に定着ニップ部Ｎ２を形成している。定着ニップ部Ｎ２における加圧ローラ３２の回転方向についてのニップ幅は記録紙Ｐに転写されたトナー像を好適に加熱、加圧して熱定着することができる程度に設定されている。

セラミックヒータ３０４の裏面に取り付けられたサーミスタ（温度検知素子）３０５が検出する温度に基づいて、定着装置制御部３００によりトライアック３０９を制御しセラミックヒータ３０４に対する通電を制御する。なお、セラミックヒータ３０４は定着フィルム３１に押圧されて定着フィルム３１を加熱するので、サーミスタ３０５による検出温度は定着フィルムの代表温度とも言える。

上述のように、定着装置３０は加圧ローラ３２の矢印Ｒ３２方向の回転により記録紙Ｐを定着ニップ部Ｎ２で挟持搬送しつつ、セラミックヒータ３０４によって記録紙Ｐ上のトナー像を加熱する。このとき、定着装置制御部３００によってセラミックヒータ３０４の温度を適切な温度に制御する。セラミックヒータ３０４への通電制御方法としては、交流電圧の波数によって投入電力を制御する波数制御方式や交流電圧のゼロクロスからの所定の遅延時間後に次のゼロクロスまで通電する位相制御方式等が適用される。

本実施形態では、何かしらの原因（例えば入力電圧の異常）により、上記のように適切な温度に制御できず、高温異常のエラーを検出した場合でも、定着モータの駆動をすぐに停止させずに、予め設定されたはりつき設定温度の閾値に応じて定着モータの回転時間を制御することで、異常高温により定着部材が局部的に加熱されることによる、はりつきや寄れなどをおこすことなく冷却を行うことを可能にする。

高温異常のエラー発生時には定着装置制御部３００と、図３に示すシステムコントローラ３５１間の通信を介して表示パネル３５２にエラーであることを表示してユーザーへ通知する。高温異常のエラーは保持されるため、エラーの解除は管理者やサービスマンなど、使用ユーザー以外が行う。

＜定着部材の温度推移と定着モータオンオフ制御＞
図４は、本実施形態に関わる定着部材の温度推移と定着モータの駆動オンオフを示す図である。図３のブロック図と図４の温度推移図を用いて本発明実施前後での温度推移の違いを説明する。

前述したように、例えば定格電圧入力時（定格電圧とは電子機器等を使用する際、安定して使用できる電圧をいい、一般的に各仕向けにより機器ごとに定められている）と比較して、入力電圧の異常時（ここでは定格電圧よりも高い電圧時を異常時という）には、セラミックヒータ温度４０１の温度上昇速度が速くなってしまう。そして予め定められた第一の閾値である高温エラー検知温度２５０℃をセラミックヒータ温度が超えると、定着装置制御部３００はリレー３１１およびトライアック３０９をオフし、セラミックヒータ３０４への給電を遮断する。この時、同時に定着モータの駆動もオフされることでニップ部の加圧ローラの温度４０３は、異常高温となったセラミックヒータ３０４の余熱によりさらに温度上昇を続け、加圧ローラの表層溶融によるはりつきや寄れなどが発生する。

本特許実施時には、セラミックヒータ温度４０１が第一の閾値である高温エラー検知温度２５０℃を超え、定着装置制御部３００がリレー３１１およびトライアック３０９をオフした場合でも、セラミックヒータ温度４０１が予め定められた第二の閾値である加圧ローラはりつき発生閾値２２５℃を超えている場合には、定着モータの駆動を続けることでニップ部が局部的に加熱されることを防止し加圧ローラのはりつきや寄れなどの発生を防止することが可能となる。その後ヒータ温度が第二の閾値である加圧ローラはりつき発生閾値２２５℃未満になったことを定着装置制御部３００が検知すると定着モータの駆動を停止する。

＜高温エラー発生時のモータ駆動フローチャート＞
図５、および図６は本発明における処理を示したフローチャートである。フローチャートに沿って処理の流れを説明する。

画像形成装置１００は電源ＯＮやスリープモードから復帰した際、レジスタ設定やＪＡＭ検知、プレ温調制御などの起動処理（Ｓ５０１）を行い、スタンバイモード（Ｓ５０２）に移行。ＪＯＢを受け付ける（Ｓ５０３）と印刷動作を開始するためヒータの温調制御を行う（Ｓ５０４）。印刷動作が終わるとクリーニングなどの後回転処理（Ｓ５０５）を行ったのち、再びスタンバイモード（Ｓ５０２）へ移行する。

本実施例は、起動処理（Ｓ５０２）時のプレ温調制御時や印刷動作（Ｓ５０４）時の温調制御時に高温エラーが発生した場合、予め定められた閾値に応じて定着モータ駆動時間を制御することに特徴をもつ。

図６の高温エラー発生時のモータ駆動フローチャートを用いて詳細を説明する。

温調制御が開始（Ｓ６００）すると、定着モータが駆動（Ｓ６０１）し、ヒータ温度が目標温度である１７５℃未満である場合（Ｓ６０２）にはヒータオン（Ｓ６０３）により加熱、ヒータ温度が目標温度である１７５℃以上である場合（Ｓ６０２）にはヒータオフ（Ｓ６０４）する。この時、ヒータ温度が２５０℃以下の場合（Ｓ６０５）にはＪＯＢの有無（Ｓ６０６）を判断、ＪＯＢありの場合には印刷動作（Ｓ６０７）へ移行し温調制御を継続する。（Ｓ６０６）においてＪＯＢなしの場合には、定着モータの駆動を停止（Ｓ６０８）し、温調制御は終了（Ｓ６０９）となる。（Ｓ６０５）において、ヒータ温度が２５０℃よりも高いことを検知した場合、高温エラーとなりリレーオフ、トライアックを即時オフ（Ｓ６１０）し、ヒータへの給電を停止する。表示部にはエラーを表示（Ｓ６１１）する。この時、ヒータの温度が２２５℃よりも高いことを検知した場合（Ｓ６１２）には定着モータの駆動を継続（Ｓ６１３）する。（Ｓ６１２）にてヒータ温度が２２５℃以下を検知した場合、エラー表示のまま定着モータを停止（Ｓ６１４）し、制御終了となる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、高温エラーによってヒータへの給電が緊急停止された場合においても、予め設定された閾値に応じて定着モータの駆動時間を制御することにより、加圧ローラニップ部の異常高温によるはりつきや寄れなどを防止することが可能となる。

１００ 画像形成装置、１０ シート給送部、２０ 画像形成部、
３０ 定着装置、４０ シート排出部、５０ シート再給送部、
６００ 制御部、１１ 給送カセット、１２ ピックアップローラ、
１３ 分離ローラ対、１４ 給送ローラ対、１５ レジストローラ対、
１６ 手差しトレイ、１７ 給送ローラ、１９ 給送ローラ対、
２１ 感光ドラム、２２ 帯電ローラ、２３ レーザユニット、
２４ 現像ローラ、３１ 定着フィルム、４１ 排出ローラ対、
Ｓ１ シート検知センサ、Ｓ２ レジ前センサ、３００ 定着装置制御部、
３０１ 電源、３０２ 定着モータ、３０４ セラミックヒータ、
３０５ サーミスタ、３０７ ヒータホルダ、３０９ トライアック、
３１１ リレー

Claims (6)

1. 用紙上に画像を形成する画像形成部と、
   画像が形成された用紙を加熱する定着部材、前記定着部材とニップ部を形成し用紙を加圧するローラ部、および前記定着部材の温度を検知する定着温度センサを備える定着装置と、定着部材と当接してニップ部を形成している加圧ローラを回転させる定着モータを備えた駆動部と、定着温度センサがあらかじめ定められた高温異常を示す第一の閾値を検知した際に前記定着部材への電力供給を緊急停止する手段を備え、定着部材への電力供給が緊急停止された際に、定着温度センサがあらかじめ定められた加圧ローラ異常を示す第二の閾値を超えたことを検知する定着装置制御部とを備え、前記定着部材への電力供給が緊急停止された場合においても、定められた第二の閾値に応じて、前記駆動部の回転時間を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記駆動部の回転時間の制御は、電源オン後および非通紙のプレ温調時の制御であることを特徴とする請求項１の記載の画像形成装置。
3. 第一の閾値を超えたことを検出し、定着部材への電力供給が停止され、第二の閾値に応じて駆動部が動作中に、ユーザーへの注意を促すことを表示部に表示することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 定着部材の温度を検知する定着温度センサは、通紙部の温度を検知するセンサであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 定着部材への電力供給が緊急停止された際、その解除は管理者やサービスマンの一般ユーザー以外の人物が、特殊モードに入ることにより解除可能となることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 用紙を加熱する定着部材とローラ部により形成されるニップ部に通紙時、第一の閾値を超えて停止した場合には、即時に駆動部の回転を停止することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。