JP3173183B2 - 画像印刷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザプリンタ等の電
子写真プリンタや電子写真複写機等の画像印刷装置に係
り、特に用紙に付着させたトナー像を該用紙に定着する
ための定着装置における最適保護制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真技術を利用した複写機やレーザ
プリンタ等の画像印刷装置は、用紙に付着させたトナー
像を該用紙に定着するために、対接して回転しながらそ
の間に用紙を通過させる２本の定着ローラを使用した定
着装置を備えている。モノクロ画像印刷装置における定
着装置では、前記２本の定着ローラのうちの片方（通常
はトナー像と接触する側）のローラ内にのみ加熱ヒータ
を配置する構成であるが、カラー画像印刷装置では２本
の定着ローラの両方に加熱ヒータを配置している。カラ
ー画像印刷装置において２本の定着ローラに加熱ヒータ
を配置する理由は、オフセット（用紙に付着すべきトナ
ーが定着ローラに付着する現象）の発生を防止するため
である。

【０００３】２本の定着ローラのそれぞれに加熱ヒータ
を配置した定着装置において、各加熱ヒータをそれぞれ
独立に温度制御し、さらに異常加熱防止のための保護回
路を設けた制御装置を設置すれば技術的な問題は解決さ
れるが、高価な制御装置となる経済的問題が発生する。

【０００４】図２は従来の定着装置の概略構造を示した
斜視図である。該定着装置は、その内側に第１のヒータ
１００ａを内蔵した定着ローラ１０３と、その内側に第
２のヒータを内蔵し前記定着ローラ１０３に圧接して配
置されたバックアップローラと、前記定着ローラ１０３
に近接して配置された第１の温度検出素子１０１ａと、
前記バックアップローラ１０４に近接して配置された第
２の温度検出素子101b及び異常加熱防止用温度ヒューズ
１０２ｂ等を備えている。

【０００５】図３は該従来の定着装置における制御回路
を示しており、第１のヒータ100aは交流電力制御素子１
１０ａ及び温度ヒューズ１０２ａを直列に介在させて電
源１０に接続され、第２のヒータ１００ｂは交流電力制
御素子１１０ｂと前記温度ヒューズ１０２ｂを直列に介
在させて電源１０に接続されている。そして温度制御処
理回路（図示せず）は、前記各温度検出素子１０１ａ，
１０１ｂから得られる検出信号に応じて各ヒータ１００
ａ，１００ｂへの通電量を独立に変えるように前記各交
流電力制御素子１１０ａ，１１０ｂを制御する。

【０００６】このような構成の定着装置は、温度制御の
精度については問題ないが、次のような問題がある。 （１）制御回路の構成部品が多いために価格が高くな
る。 （２）制御回路の構成部品が多いために信頼性が低くな
る。 特に、（２）項については、温度ヒューズ１０２ｂがバ
ックアップローラ104側にだけ配置されてるので、該バ
ックアップローラ１０４に用紙の巻き付き等が生じた場
合には該バックアップローラ１０４の温度に正確に応動
することができず、安全性の確保に問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
特にカラー画像を印刷する画像印刷装置における定着装
置は、画像品質を確保する（カラートナーのオフセット
対策）ために定着ローラに対向して配置されるバックア
ップローラ側にもヒータを配置しているために、発煙及
び発火などのＰＬ事故のポテンシャルが増加している。
しかしながら、これを制御回路で保障しようとすると回
路構成部品が多くなって価格が高くなると共に信頼性が
低下するという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、定着装置の温度制御精度
を低下させずに低価格及び高信頼性を実現することにあ
る。定着装置で異常加熱モードが発生する要因は、
（１）ヒータオン／オフ用交流電力制御素子の短絡モー
ドでの破壊、（２）ヒータの断線、（３）ヒータ温度制
御回路部品の故障（短絡／開放）、（４）定着装置内部
での用紙つまり等々であるが、何れのケースにおいても
ＰＬ事故を出さない制御装置を安価に構築することが必
要である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに対向し
て回転しながらその間にトナー像が付着された用紙を通
過させて定着するローラ対を有し、前記ローラ対のうち
前記用紙のトナー像が付着した面が接触するローラを定
着ローラとなし、他方をバックアップローラとなすもの
であって、前記定着ローラに内蔵された第１のヒータ
と、前記バックアップローラに内蔵された第２のヒータ
と、前記定着ローラの近傍に配置された温度検出素子
と、前記温度検出素子の検出に基づいて前記定着ローラ
及び前記バックアップローラに温度差を付けるよう前記
第１のヒータ及び前記第２のヒータへの給電量を制御す
る電力制御手段と、前記定着ローラ近傍に配置され温度
過上昇時に開路する第１のヒューズと、前記バックアッ
プローラ近傍に配置され温度過上昇時に開路する第２の
ヒューズとを有し、前記第１の温度ヒューズ，前記第２
の温度ヒューズ，前記第１のヒータ，前記第２のヒータ
及び前記電力制御手段を直列に接続し、前記第１の温度
ヒューズ或いは前記第２の温度ヒューズの一方が開路し
た場合に、前記定着ローラ及び前記バックアップローラ
の何れも給電が遮断されるように構成したことを特徴と
する。

【００１０】

【作用】本発明によれば、定着ローラとバックアップロ
ーラのそれぞれに近接して２つの温度ヒューズを設け、
定着ローラとバックアップローラを加熱する２つのヒー
タ，温度ヒューズ及び電力制御手段を直列に接続するよ
うにしたので、電力制御手段が短絡モードで破壊した場
合でも何れかの温度ヒューズが開路して給電を停止する
ことができ、ローラに対する用紙の巻き付きや温度ヒュ
ーズの組込不良あるいは部品不良に対して安全性を向上
することができる。

【００１１】また、２つのヒータを直列にして１つの交
流電力制御素子で給電量制御するので、回路構成部品が
減少して低価格で信頼性が向上すると共に、片方のヒー
タの断線等により他方のヒータに過剰な給電が行なわれ
るような不都合もなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図８は、情報処理装置３００に接続されたカラー
レーザプリンタ２００の要部断面を示している。このカ
ラーレーザプリンタ２００の印写部は、矢印方向に定速
度で回動するように回動輪の周りに掛け巡らしたベルト
状の感光体２１１と、該感光体２１１の表面を一様に帯
電する帯電器２１２と、一様に帯電された感光体表面を
露光して該表面に静電潜像を形成する走査露光装置２１
３と、静電潜像を現像してトナー像を形成する４つの現
像装置２１４，２１５，２１６，２１７と、（それぞれ
の現像器には、図示しない現像剤の有無を検知するセン
サを内蔵している。）トナー像転写後に感光体表面に残
留するトナーを除去するクリーナ２１９と、感光体表面
に残留する電荷を除去するイレーズランプ２１８とを備
える。

【００１３】前記走査露光装置２１３は、半導体レーザ
２１３ａからビデオデータに従って出力されるレーザ光
を集光レンズ２１３ｂで集光して平行なレーザビームと
し、ミラーモータ２１３ｃにより定速度回転されるポリ
ゴンミラー２１３ｄで該レーザビームを反射させること
により繰返し偏向ビームとし、該偏向ビームを投影レン
ズ２１３ｅ及び折返しミラー２１３ｆを介して前記感光
体表面に照射してビームスポツトを形成し、該ビームス
ポツトの走査により感光体表面を露光する構成である。

【００１４】前記走査露光装置２１３は、図９に示すよ
うに、各偏向走査においてビームスポツトが偏向走査開
始基準位置を通過するタイミングを検出するためにビー
ムデイテクタ２１３ｇを備え、該ビームデイテクタ２１
３ｇから得られる信号を増幅器２１３ｈで増幅して偏向
走査開始基準検出信号ＢＤＴ１として出力する。

【００１５】現像装置２１４はイエロー色のトナーを現
像剤として使用する現像装置，現像装置２１５はマゼン
タ色のトナーを現像剤として使用する現像装置，現像装
置２１６はシアン色のトナーを現像剤として使用する現
像装置，現像装置２１７はクロ色のトナーを現像剤とし
て使用する現像装置であり、各現像装置はバイアス電圧
を制御することにより現像機能が付与または消失され
る。該バイアス電圧の制御は、静電潜像を形成するのに
使用したビデオデータの指定色に対応した現像装置が有
効に機能するように情報処理装置３００からの指定信号
で行われる。

【００１６】転写ドラム２２１は、感光体表面に形成し
た複数のトナー像を重合して１つのカラートナー像を完
成し、該カラートナー像を用紙に転写するために使用さ
れる。該転写ドラム２２１は前記感光体表面に接触しな
がら矢印方向に該感光体表面と同期した速度で回動する
ように駆動され、感光体表面と接触状態にある領域の転
写ドラム内側には該感光体表面のトナー像を該転写ドラ
ム表面に転写するための転写器２２２が設置される。ま
た、該転写ドラム２２１の表面に残留するトナーを除去
するために該表面に離接制御可能なクリーナ２２３を配
設している。

【００１７】カセツト２３１は用紙２３２を収容し、給
紙ローラ２３３は該用紙２３２を抽出してレジストロー
ラ２３４まで供給する。レジストローラ２３４は、給紙
ローラ２３３により送られてきた用紙２３２の先端を抑
えて該用紙２３２の進行を停止し、整紙と送紙タイミン
グの調整を行う。

【００１８】転写器２４１はレジストローラ２３４から
搬送されてきた用紙２３２が転写ドラム２２１と接触す
る領域で該用紙２３２の背面に転写電荷を与え、転写ド
ラム表面上のトナー像を該用紙２３２に転写する。

【００１９】定着器２５１は、トナー像が転写された用
紙２３２を加熱ローラと加圧ローラの間を通過させて該
トナー像を該用紙２３２に溶着（定着）する構成であ
る。

【００２０】排紙ローラ２６１は、トナー像が定着され
た用紙２３２を機外に排出するものである。

【００２１】制御装置２７０は上位の情報処理装置３０
０に接続されて該情報処理装置と制御情報や印字データ
（ビデオデータ）の授受を行い、該レーザプリンタ２０
０内部の構成手段を制御して印字制御を実行する。

【００２２】図５は本発明になる定着装置の概略斜視図
であり、図６は縦断側面図である。用紙２３２は定着装
置の２本のローラ間を通り機外に排出されるが、トナー
像側のローラ１０３を定着ローラ，該定着ローラ１０３
に対向して圧接配置されたローラ１０４をバックアップ
ローラと呼ぶ。それぞれのローラは、内部に配置された
ヒータ１００ａ，１００ｂによって設定加熱される構成
であり、万一の故障による異常加熱から製品の安全を確
保するために温度ヒューズ１０２ａ，１０２ｂを各々の
ローラに近接配置している。温度制御のために定着ロー
ラ１０３に近接して配置した温度検出素子１０１ａによ
って温度検出が行なわれ、その検出信号に対応して設定
温度に保温すべく前記ヒータ１００ａ，１００ｂのオン
／オフ制御を行なう。これらは定着装置カバー１０５
ａ，１０５ｂで覆われる。

【００２３】このような構成の定着装置を制御する制御
回路を図１に示す。ヒータの電源回路は、ＡＣ電源１０
に直列に接続されたリレー接点１１２ａ，１１２ｂを介
して直列に接続された２本のヒータ１００ａ，１００ｂ
と該ヒータと直列に接続された２個の温度ヒューズ１０
２ａ，１０２ｂ及び交流電力制御素子１１０ａで構成さ
れている。電源回路中のオン／オフ手段には、異常加熱
発生時にヒータ100ａ，１００ｂへの給電を遮断するリ
レー接点１１２ａ，１１２ｂと、ローラ１０３，１０４
を設定温度に加熱・保温すべくヒータ１００ａ，１００
ｂへの給電をオン／オフ制御する交流電力制御素子１１
０ａの２系統がある。

【００２４】交流電力制御素子１１０ａによるオン／オ
フ制御について説明する。定着ローラ１０３に近接配置
された温度検出素子１０１ａと分圧用抵抗１２２との抵
抗比に見合った検出信号電圧がコンパレータ１１５ａ，
１１５ｂの一方の入力端子に入力される。コンパレータ
１１５ａの他方の入力端子には比較基準電圧Ｖａが入力
され、コンパレータ１１５ｂの他方の入力端子には比較
基準電圧Ｖｂが入力されている。比較基準電圧Ｖａは、
図４に示した定着ローラ１０３の温度特性曲線の設定温
度Ｔａに対応しており、比較基準電圧Ｖｂは異常加熱検
知温度Ｔｂに対応している。

【００２５】定着ローラ１０３の表面温度が設定値より
低い場合にはコンパレータ１１５ａの出力信号ＨＯＮは
“Ｈ”レベルとなり、点弧回路１１６を介して交流電力
制御素子１１０ａをオンさせるように制御し、ヒータ１
００ａ，１００ｂに給電加熱する。また、定着ローラ１
０３の表面温度が設定値より高い場合にはコンパレータ
１１５ａの出力信号ＨＯＮは“Ｌ”レベルとなり、点弧
回路１１６を介して交流電力制御素子１１０ａをオフさ
せるように制御してヒータ１００ａ，１００ｂに対する
給電を停止する。このようにしてヒータ１００ａ，１０
０ｂへの給電のオン／オフ制御を繰返し、図４に示すよ
うに、定着ローラ１０３の表面温度を設定温度に加熱・
保温する制御を行なう。

【００２６】１つの温度検出素子１０１ａにより２本の
ヒータ１００ａ，１００ｂへの給電をオン／オフ制御し
て得られる温度制御精度（図１１に示す）は、従来から
行なわれていた各々のヒータを個別に制御して得られる
制御精度（図１０に示す）と比較しても大差ない。

【００２７】次にＡＣリレー接点１１２ａ，１１２ｂに
よるオン／オフ制御について説明する。前述した温度検
出素子１０１ａから得られる検出信号電圧及び比較基準
電圧Ｖｂの比較結果である信号ＨＥＲＲは、“Ｈ”レベ
ルのときに図４の異常温度Ｔｂ未満であることを意味
し、“Ｌ”レベルのときに異常温度Ｔｂ以上の温度にな
っていることを意味する。交流電力制御素子１１０ａが
短絡モードで故障した場合などには、ヒータ１００ａ，
１００ｂに対する連続給電がなされるために、図４の曲
線ｂで示すごとく定着ローラ１０３の表面温度が上昇
し、遂には異常温度Ｔｂに達する現象が発生する。この
ときコンパレータ１１５ｂの出力信号HERRは“Ｌ”レベ
ルとなるためにＡＮＤ素子１１４の出力が“Ｈ”レベル
から“Ｌ”レベルに反転し、ＡＣリレーコイル１１２ｃ
を制御する駆動トランジスタ１１３をオフし、交流電力
制御素子１１０ａの状態に拘らずヒータ１００ａ，１０
０ｂへの給電を遮断する。

【００２８】次にＣＰＵ１２０による制御処理について
図７を参照して説明する。電源が投入されると、ＣＰＵ
１２０はコンパレータ１１５ｂにおける出力信号ＨＥＲ
Ｒのレベルが“Ｈ”か“Ｌ”かをチェックする。出力信
号ＨＥＲＲは通常は“Ｈ”レベルであるので、ＣＰＵ１
２０はＨＣＴＬ信号に“Ｈ”レベルを出力し、ＡＮＤ素
子１１４，トランジスタ１１３を経てリレーコイル１１
２ｃを付勢してリレー接点１１２ａ，１１２ｂをオンに
する。“Ｌ”レベルになったときは異常時の処理を行な
うことになる（処理５００〜５０２）。

【００２９】次にコンパレータ１１５ａの出力信号ＨＯ
Ｎ（“Ｈ”か“Ｌ”）をリードしてメモリ１２１に格納
し、ＣＰＵ内部レジスタに通電時間管理値“ｔｓ”をセ
ットする。“ｔｓ”は、図４におけるヒータオン時間ｔ
ｏｎ及びヒータオフ時間toffより十分長い時間で、かつ
“ｔｓ”時間のあいだヒータを連続加熱しても定着装置
がダメージを受けないような時間である（処理５０３〜
５０５）。

【００３０】ディレー時間“ｔｄ”後に通電時間管理値
“ｔｓ−１”（デクリメント処理）を実行し、その後、
ＨＯＮ信号をリードしてその値をメモリ１２１に先（前
回）に格納した内容と比較する。先の格納内容と異なっ
ていればその内容を新しくメモリ１２１に格納し、前述
した処理５０４〜５０９を繰り返す。また、先のデータ
と同じであれば“ｔｓ−１”＝０かどうかを調べる。
“ｔｓ−１＞０”であれば再度処理５０６〜５１０を行
なう。経過時間が“ｔｓ”＝０になった場合には異常時
の処理を行なう。

【００３１】異常時と判断した場合は、ＣＰＵ１２０は
ＨＣＴＬ信号に“Ｌ”レベルを出力し、ＡＮＤ素子１１
４，トランジスタ１１３を経てリレーコイル１１２ｃを
消勢してリレー接点１１２ａ，１１２ｂをオフにし、ヒ
ータ１００ａ，１００ｂへの給電を遮断する。その後、
各アクチュエータ１２３をオフにし、ホストに異常を報
告する（処理５１０〜５１３）。

【００３２】しかし、これらの保護動作は、温度検出素
子１０１ａが正常な場合及びCPU120が正常に動作してい
る場合しか保証されないため、安全規格上は温度ヒュー
ズを設置することが必要である。

【００３３】本発明においては定着ローラ１０３とバッ
クアップローラ１０４にそれぞれ近接配置した温度ヒュ
ーズ１１０ａ，１１０ｂを直列に接続して電源回路に挿
入することで安全性の向上を図っている。

【００３４】該温度ヒューズ１０２ａ，１０２ｂは、交
流電力制御素子１１０ａの短絡モードでの故障と温度検
出素子１０１ａの故障と前記ＣＰＵ１２０による通電時
間管理制御が該ＣＰＵ１２０の暴走等で制御不能となる
状態が重なって発生したときに動作する。このような制
御不能状態では、ヒータ１００ａ，１００ｂは連続給電
モードとなって定着ローラ１０３とバックアップローラ
１０４は異常加熱されることになるので、図４の曲線ｃ
の如くヒューズ溶断温度Ｔｆまでこれらのローラ表面温
度が達したときに温度ヒューズ１０２ａ，１０２ｂの何
れかが溶断し給電を遮断し、装置の安全を確保する。

【００３５】しかも温度ヒューズ１０２ａ，１０２ｂ
は、各ローラ１０３，１０４にそれぞれ配置しており、
かつ直列に接続しているため、万一一方の温度ヒューズ
102a（１０２ｂ）に不具合がある場合でも他方の温度ヒ
ューズ１０２ｂ（１０２ａ）が動作することになるの
で、装置の安全を高い信頼性で確保することができる。
２つの温度ヒューズ１０２ａ，１０２ｂが正常状態であ
れば、片方のローラに用紙が巻き付いた場合等において
も他方ローラの温度ヒューズが動作して確実に装置の安
全確保を行なえる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、定着ローラとバックア
ップローラのそれぞれに近接して２つの温度ヒューズを
設け、定着ローラとバックアップローラを加熱する２つ
のヒータ，温度ヒューズ及び電力制御手段を直列に接続
するようにしたので、電力制御手段が短絡モードで破壊
した場合でも何れかの温度ヒューズが開路して給電を停
止することができ、ローラに対する用紙の巻き付きや温
度ヒューズの組込不良あるいは部品不良に対して安全性
を向上することができる。

【００３７】また、２つのヒータを直列にして１つの交
流電力制御素子で給電量制御するので、回路構成部品が
減少して低価格で信頼性が向上すると共に、片方のヒー
タの断線等により他方のヒータに過剰な給電が行なわれ
るような不都合もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるカラーレーザプリンタにおける定
着装置の制御回路図である。

【図２】従来の定着装置の概略斜視図である。

【図３】従来の定着装置の制御回路図である。

【図４】本発明になるカラーレーザプリンタの定着装置
における温度特性曲線図である。

【図５】本発明になるカラーレーザプリンタの定着装置
の概略斜視図である。

【図６】本発明になカラーレーザプリンタの定着装置の
縦断側面図である。

【図７】本発明になるカラーレーザプリンタの定着装置
における温度制御処理フローチャートである。

【図８】本発明になるカラーレーザプリンタの縦断側面
図である。

【図９】本発明になるカラーレーザプリンタの光学系の
要部外観斜視図である。

【図１０】従来の定着装置における温度制御時のローラ
表面温度特性曲線図である。

【図１１】本発明になるカラーレーザプリンタの定着装
置における温度制御時のローラ表面温度特性曲線図であ
る。

【符号の説明】

１００ａ，１００ｂ…ヒータ、１０１ｂ…温度検出素
子、１０２ａ，１０２ｂ…温度ヒューズ、１０３…定着
ローラ、１０４…バックアップローラ、１１０ａ…交流
電力制御素子、１１２ａ，１１２ｂ…リレー接点、１１
２ｃ…リレーコイル、１１５ａ，１１５ｂ…コンパレー
タ、１１６…点弧制御回路、１２０…CPU、２００…カ
ラーレーザプリンタ、３００…情報処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 健 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 情報映像メディ ア事業部内 (72)発明者 住吉 道夫 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 情報映像メディ ア事業部内 (72)発明者 鎌田 栄 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 情報映像メディ ア事業部内 (72)発明者 田所 裕幸 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 情報映像メディ ア事業部内 (56)参考文献 特開 平４−192284（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−118149（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−154469（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向して回転しながらその間にトナ
   ー像が付着された用紙を通過させて定着するローラ対を
   有し、前記ローラ対のうち前記用紙のトナー像が付着し
   た面が接触するローラを定着ローラとなし、他方をバッ
   クアップローラとなすものであって、前記定着ローラに
   内蔵された第１のヒータと、前記バックアップローラに
   内蔵された第２のヒータと、前記定着ローラの近傍に配
   置された温度検出素子と、前記温度検出素子の検出に基
   づいて前記定着ローラ及び前記バックアップローラに温
   度差を付けるよう前記第１のヒータ及び前記第２のヒー
   タへの給電量を制御する電力制御手段と、前記定着ロー
   ラ近傍に配置され温度過上昇時に開路する第１のヒュー
   ズと、前記バックアップローラ近傍に配置され温度過上
   昇時に開路する第２のヒューズとを有し、 前記第１の温度ヒューズ，前記第２の温度ヒューズ，前
   記第１のヒータ，前記第２のヒータ及び前記電力制御手
   段を直列に接続し、前記第１の温度ヒューズ或いは前記
   第２の温度ヒューズの一方が開路した場合に、前記定着
   ローラ及び前記バックアップローラの何れも給電が遮断
   されるように構成したことを特徴とする画像印刷装置。