JP4599193B2 - 定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は定着装置及びその制御方法と、該定着装置を備えた画像形成装置に関し、特に、電子写真方式の画像形成装置の誘導加熱方式を用いた加熱定着部及び該加熱定着部内の加熱回転体の安全保護に関するものである。

電子写真複写機、静電プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した装置においては、感光体上に光照射して得られた静電潜像に現像材（以降トナー）を塗布することによって画像を形成し、所定の手段によって転写紙など記録媒体上に画像を転写した後、未定着トナー像を転写紙上に定着することで、記録媒体上に画像を印刷する。

かかる定着装置としては、円筒状芯金の表面に離型性樹脂被膜を形成して成る加熱ローラと、これに圧接して弾性体層を表面に有する加圧ローラとを備え、加熱ローラの表面温度が所定の定着温度に達した状態で、未定着トナー像を担持する転写紙を、加熱ローラと加圧ローラとのニップ部にトナー像面が加熱ローラに接するように通紙して、熱と圧力によりトナー像を転写紙面に融着させて定着させる熱ローラ定着装置が広く使用されている。

従来この種の定着装置の加熱ローラの加熱方式として、ハロゲンランプによるもの、面状発熱体を用いたものなど様々提案されてきた。近年においては、熱交換効率性や立ち上げ時間の観点から、誘導加熱方式による定着装置の提案がなされている。この誘導加熱方式においては、高周波電源により高周波電圧が印加されると磁力を発生するコイルからなる磁力発生手段と、磁性を有する鉄系金属からなる加熱ローラの芯金部とを有し、前記磁力発生手段に高周波電源から高周波電圧が印加されたとき発生する鎖交磁束により前記加熱ローラ芯金部に渦電流が発生してジュール熱により発熱する。

昨今では、加熱開始時の立ち上げ時間を短くすることが要求され、そのために加熱ローラの芯金の肉厚を薄くする傾向にある。このとき、加熱ローラ端部においては鉄系金属であること及び薄肉であることから熱伝導率が極めて劣り、著しい放熱が発生する。この結果、加熱ローラの中央部温度に対して端部温度が極度に低くなるという端部温度ダレが生じるため、通紙可能最大サイズ紙を連続で通紙すると、加熱ローラ端部では十分な熱量が与えらずトナー像融着不良が発生する。一方、逆に加熱ローラ幅より著しく狭い幅の用紙を連続して使用した場合には、いわゆる端部昇温という用紙が通過しない両端部の温度が上昇し、ローラ周辺の駆動ギアや各種センサにストレスを加えてしまう問題も発生する。

この回避手段として、特許文献１及び２のようにローラ軸方向の加熱量分布を制御できる方法も考案されている。しかしながら、特許文献１及び２の方式においては、用紙サイズで加熱分布を制御するものであり、用紙の厚み/質などによる他の要因による端部昇温の違いを考慮していないため、制御が所望範囲を越える場合が出てくる。さらに、加熱分布制御手段が正常に動作しなくなった場合の保護について考慮されていない。

また、特許文献３に、複数コイルを独立に駆動して加熱分布を対応した温度検知手段で検知することにより可変するものであるが、特許文献３においても温度検知手段や励磁駆動回路の故障による端部温度などの異常時の保護については考慮されていない。
特開２０００−１８８１７７ 特開２００２−２８７５６３ 特開２００４−１２８０４

本発明は、上記問題を解決し、端部昇温などが発生しても生産性を低下させることが無く、且つ故障などによる異常から装置を保護する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。

この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、磁性体で構成された加熱部材と励磁コイルとからなる誘導加熱式の定着装置を有する画像形成装置であって、前記定着装置が、退避位置と遮蔽位置との間を移動可能に構成され、前記遮蔽位置へ移動することで、前記加熱部材の端部において前記励磁コイルにより発生される磁束を遮蔽する遮蔽手段と、前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽されない前記加熱部材の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽される前記加熱部材の端部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されていない状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が第１の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記退避位置から前記遮蔽位置へ移動させ、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されている状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記遮蔽位置から前記退避位置へ移動させる制御手段と、前記第１の温度検知手段の検知温度が前記第２の温度よりも高い第１の設定温度を超えた場合、第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも高い第２の設定温度を超えた場合、及び第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度との差が一定の温度差以上になった場合のいずれかにおいて、前記定着装置の動作を停止させる保護手段とを備える。

又、本発明の定着装置は、磁性体で構成された加熱部材と励磁コイルとからなる誘導加熱式の定着装置であって、退避位置と遮蔽位置との間を移動可能に構成され、前記遮蔽位置へ移動することで、前記加熱部材の端部において前記励磁コイルにより発生される磁束を遮蔽する遮蔽手段と、前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽されない前記加熱部材の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽される前記加熱部材の端部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されていない状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が第１の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記退避位置から前記遮蔽位置へ移動させ、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されている状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記遮蔽位置から前記退避位置へ移動させる制御手段と、前記第１の温度検知手段の検知温度が前記第２の温度よりも高い第１の設定温度を超えた場合、第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも高い第２の設定温度を超えた場合、及び第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度との差が一定の温度差以上になった場合のいずれかにおいて、前記定着装置の動作を停止させる保護手段とを備えることを特徴とする。

上記本発明によれば、端部昇温などが発生しても生産性を低下させることが無く、且つ故障などによる異常から装置を保護する定着装置、及び該定着装置を備えた画像形成装置を提供できる。

特に、端部昇温を防止するための遮蔽手段を備えた電磁誘導加熱式定着装置において、加熱部材の温度を検知する検知手段及び遮蔽手段の動作を制御する制御手段のいずれに異常を生じた場合であっても、迅速に検知して安全に加熱停止することができる。

以下、本発明の画像形成装置、特にその定着装置の実施の形態に関して、添付図面に基づき詳細に説明する。以下、本実施形態では、端部昇温防止機構を有する誘導加熱方式を有する定着装置における温度制御を説明するが、これに限定されるものではない。

＜本実施形態の画像形成装置の構成例＞
図２は、本実施形態の画像形成装置を好適に示す一例たる、電子写真レーザビームプリンタ２０１（以下、プリンタ２０１と略称する）の概略構成を示す模式的断面図である。

プリンタ２０１は、プリンタ２０１の本体の外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置（図示せず）から提供された画像情報に応じた画像をシート状の記録材Ｐに形成し記録するという一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に沿って行う形態の画像形成装置である。

プリンタ２０１は、図２に示すように、潜像担持体たるドラム状の回転自在な感光体２０２及び現像装置２０３を保持するプロセスカートリッジ２０４と、画像情報提供装置からの画像情報に応じた露光処理工程により感光体２０２の外周面に上記画像情報に応じた静電潜像を形成するためのレーザスキャナユニット２０５（以下、スキャナ２０５と略称する。）と、記録材Ｐに転写処理工程を施すためのロール状の回転自在な転写体２０６と、転写処理済みの記録材Ｐに加熱及び加圧により定着処理を施すようになっている加熱装置たる定着装置２０７とを備えている。

プリンタ２０１に備えられたプロセスカートリッジ２０４は、感光体２０２及び現像装置２０３に加えて、スキャナ２０５による露光処理前に感光体２０２の外周面を規定電位分布に帯電せしめる帯電ローラ２０８を保持していると共にプリンタ２０１の本体にて取り外し自在に支持されており、感光体２０２の修理及び現像装置２０３への現像剤補給等のメンテナンスが必要であるときには、上記本体にて開閉自在に支持されているカバー２０９を開いたのち、プロセスカートリッジ２０４ごと交換することによりメンテナンスの迅速化及び簡易化等が図られている。

次に、プリンタ２０１における一連の画像形成プロセスに関して説明する。

先ず、プリンタ２０１への一連の画像形成プロセスの開始指示のためにプリンタ２０１の本体に設けられたスタートボタン等（図示せず）が押されるなどにより、感光体２０２が矢印Ｋ１方向に規定周速度にて回転駆動を開始されると共に、規定バイアスが印加されている帯電ローラ２０８と感光体２０２とが互いに摺接し合うことにより感光体２０２の外周面が規定電位分布に帯電せしめられる。

次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて感光体２０２の外周面の帯電処理済みの部位がスキャナ２０５により走査及び露光されることにより上記画像情報に応じた静電潜像が上記部位に形成されたのち、現像装置２０３の現像剤により上記静電潜像が顕像に可視像化され、所定枚数の記録材Ｐを収容可能であると共にプリンタ２０１の本体にて取り外し自在に支持されたカセット２１１から回転自在な給紙ローラ２１２等により感光体２０２と転写体２０６との間に形成された空間へと所定のタイミング等にて搬送されてきた記録材Ｐに転写体２０６により上記顕像が転写される。

そして、転写処理済みの記録材Ｐは、定着装置２０７により定着処理が施されたのちプリンタ２０１の本体にて回転自在に支持された排紙ローラ２１３により機外へと排紙され上記本体の一側面に取り付けられたトレイ２１４上に積層されることにより、一連の画像形成プロセスが終了することとなる。

（定着装置の構成例）
本実施形態の加熱装置である定着装置２０７について、図３の定着装置２０７の概略構成を示す模式的斜視図に従い詳述する。

定着装置２０７は、図３に示すように、記録材上のトナーを溶融させ記録材に定着させるための磁性金属部材である発熱部材たる中空の定着ローラ１００と、該定着ローラ内に設けられた磁束発生手段たる誘導加熱コイルＬ１、コア１，２，３と、磁界遮蔽部材１５０とを備えている。また定着ローラ１００は従動する加圧ローラ１０２と対向して配置され長手方向に当接する面（以下ニップ）を構成している。

誘導加熱コイルＬ１に、高周波電流が印加されることにより高周波磁界を発生させるようになっており、コア１とコア２及びコア３は高い透磁率をもつフェライト等で形成され誘導加熱コイルＬ１による高周波磁界を定着ローラ１００の内面に有機的に結合させる磁気回路を構成している。

磁界遮蔽部材１５０は、定着ローラ１００に比較して抵抗値の小さい純銅またはアルミのような材料で構成され、上記定着ローラ内面とコア間の磁気回路を形成する空間に出入り可能なように設けられるので遮蔽材１５０が結合空間から退避しているときは誘導加熱コイルL1の発生する磁束は定着ローラ１００の内面と結合しているのでニップ部に誘導電流が発生してローラ表面が加熱されるが、空間に遮蔽材１５０が存在しているときは磁束が遮蔽材１５０で遮断されるのでローラ１００表面はほとんど加熱されない。

（磁界遮蔽部材の構成及び動作例）
図４は、磁界遮蔽部材１５０の形状例を示す。本例では磁束結合部に対して退避、遮蔽１、遮蔽２の3段階が可能である。

図５は、磁界遮蔽部材１５０を３通りの位置に移動させた場合の加熱域を示している。

図５の(a)では、遮蔽材１５０が退避位置にあるため、定着ローラ長手方向のニップ部全域が均一に加熱される。しかし、図５の（ｂ），（ｃ）のように遮蔽材１５０が位置している場合にはそれぞれ定着ローラ１００とコア3間の空間に遮蔽材１５０が入っている領域はほとんど加熱されない。

＜本実施形態の定着装置の制御回路例＞
図１は、本実施形態の定着装置の誘導加熱コイルＬ１の駆動電源回路、端部遮蔽板駆動回路及び異常保護回路を含む構成を示すブロック図である。

（駆動電源制御の例）
駆動電源回路１０１は、ＭＯＳ−ＦＥＴである電力スイッチング素子ＴＲ１と、回路の電力負荷である誘導加熱コイルＬ１と、誘導加熱コイルＬ１に蓄積された電力を回生させるフライホイールダイオードＤ５とを有して構成されている。

温度検知手段たる温度検出素子TH1は、発熱体となる定着ローラ１００の表面温度を検知する位置に配置され、その検知温度に応じた出力Vth1がアナログデジタル変換回路（A/D1）を介して電力決定回路１０４に入力されている。電力決定回路１０４は、温度目標値と温度検出素子TH1の出力を比較し、その差分に応じて制御信号Vrefをデジタルアナログ変換回路（D/A）が発生するよう制御する。さらに、該制御信号Vrefはパルス変調発振回路（以下、ＰＦＭ共振制御回路という）１０２に入力されるようになっている。ＰＦＭ共振制御回路１０２は、制御信号値に見合ったＰＦＭパルスを発生させ電力スイッチング素子ＴＲ１のゲートに出力し、電力スイッチング素子ＴＲ１をスイッチング駆動する。

本実施形態の上記駆動電源回路は、交流の入力電力整流用ダイオードである整流素子Ｄ１〜Ｄ４によって、交流電力を整流した脈流が供給される。トランスＮＦ１及びコンデンサＣ１は、ノイズフィルタを形成しており、電力スイッチング素子ＴＲ１のスイッチング周波数に対して十分な減衰量を確保し、且つ電源周波数に対して減衰無く通過するような定数に設定するようになっている。

次に、上記駆動電源回路の動作について説明する。

まず当初は、安全保護回路１０５の出力信号IH_SAFEにより、リレーRL1及びスイッチSW1はともに回路が閉じた状態になっている。

交流入力電圧AC_INが印加されると、その交流入力電圧がRL１を介して整流素子Ｄ１〜Ｄ４により整流された脈流となり、その電圧はトランスＮＦ１を通りコンデンサＣ１の両端に印加される。このとき、そのコンデンサＣ１の両端電圧は、交流入力電圧を整流した波形となる。

電力決定回路１０４は、温度検出素子TH1の出力Vth1から算出される現在の定着ローラ表面温度と加熱目標温度の設定値とを比較し、差分が小さくなるように新たな投入電力値Pを求める。電力決定回路１０４はD/Aが電力Pに対応する制御信号Vrefを出力するように制御する。ＰＦＭ共振制御回路１０２は、Vrefと鋸波信号Vsawと比較することで矩形波のＰＦＭ信号を発生する。

図６のようにVrefを変化させることでPFM信号のデューティを変化させることができる。PFM信号はSW1を介して、電力スイッチング素子ＴＲ１のゲート−ソース間に印加され、スイッチングしてドレイン電流ＩＤが流れ誘導熱コイルＬ１に通電する。又、誘導加熱コイルＬ１は、電力スイッチング素子ＴＲ１がオンすることで流れた電流を蓄えているため、電力スイッチング素子ＴＲ１がオフした時に逆起電圧を発生しフライホイールダイオードＤ５に順電流を流し蓄積電流を高周波共振コンデンサＣ２に充電する。その後、また電力スイッチング素子ＴＲ１がオンすると誘導加熱コイルＬ１に電流が流れ、誘導加熱コイルＬ１に電流を蓄積することを繰り返すので、負荷の誘導加熱コイルＬ１には、高周波共振コンデンサＣ２との間に共振電流が流れる。

電力スイッチング素子ＴＲ１及び誘導加熱コイルＬ１に流れる電流は、高周波共振コンデンサＣ２が高周波成分を充放電し平滑化される。そのためトランスＮＦ１には、高周波電流は流れず交流入力電流整流波形のみが流れることとなる。整流ダイオードＤ１〜Ｄ４に流れる電流は、電力スイッチング素子ＴＲ１及び誘導加熱コイルＬ１に流れた電流波形をコンデンサＣ１及びトランスＮＦ１によるノイズフィルタによりフィルタリングされた電流波形となるため、整流前の交流入力電流波形は、交流入力電圧波形に近い形の入力電流波形となり、入力電流中に含まれる高調波成分が大幅に減少されている。又、この駆動電源回路中て使用するノイズフィルタであるトランスＮＦ１及びコンデンサＣ１は、ＰＦＭ共振制御回路ＩＣ１による高周波の発振周波数に対してフィルター効果が発揮されるものであれば良く、コンデンサＣ１の容量やトランスＮＦ１のインダクタンス値は小さくできるので小型、軽量化することができる。

この誘導加熱コイルＬ１のための駆動電源回路に温度調節信号が入力されることで、誘導加熱のための電源の出力端子に周波数２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の高周波交流電力が発生する上記動作により誘導加熱コイルＬ１は交流磁界を発生させる。上記誘導加熱コイルＬ１に発生した交流磁界は、フェライトコアであるコア１及びコア２とコア３を通じて、コア２及びコア３間の空間を通じて定着ローラ１００に高周波磁束が貫通し定着ローラ１００内に渦電流を発生させ、定着ローラ１００内面にジュール熱が発生することで定着ローラ１００自らが発熱する。

従って、上述の電力決定回路１０４が設定したVref値によって、PFM発振回路１０２が発生するPFM信号のデューティが決定されコイルL1への通電時間が決定されることで消費電力及び定着ローラ１００の発熱量も決定される。上記加熱動作にて消費される電力は定着部の場合通常２００Ｗから数ＫＷ程度である。電力決定回路はTH1での検知温度が目標温度に達すると電力を調整しながら、温度を一定に保ち不図示のプリンタ制御部はプリント可能状態に移行する。

（遮蔽板位置制御の例）
遮蔽板制御手段は、遮蔽板位置決定回路１０３及び駆動板位置制御回路１０６にて構成されている。第２,第３の温度検出素子TH2,TH3は、TH1とは定着ローラ１００の長手方向に異なる位置の表面温度を検出するように配置され、検知温度に対応した各々の出力Vth2、Vth3はA/D2、A/D3を介して遮蔽板位置決定回路１０３に入力されている。遮蔽板位置決定回路１０３は上記TH2,TH3の出力及び記録材Pの定着ローラ長手方向の幅によって遮蔽板１５０を移動させる位置を決定し、信号SHdrvにて遮蔽板位置駆動回路１０３に指令する。

図７は、遮蔽材150とサーミスタTH1〜３の位置関係と記録材Pの主たるサイズの通紙幅を示している。

図８Ａ及び図８Ｂにて、定着ローラ表面温度とシャッタ制御との関係を説明する。

通常加熱を開始するときは、図８Ａの(a)のように、遮蔽板１５０は退避位置にあるので定着ローラの長手方向全域を加熱する。やがてサーミスタTH1の検知温度が目標温度Tth1sに達すると電力決定回路はこの温度を維持するように温度変動に対応して電力を調整する。

このとき端部のTH2、及びTH3の位置の検出温度は急速立ち上げのために薄肉のローラを使用している場合などローラ端部ほど放熱量が大きいため温度低下ΔT1-2s,ΔT1-3ｓが発生するがこれは定着動作に支障の無い範囲である。目標温度になると外部IFなどからの画像データに従ってプリント可能になる。

このとき、記録材PがB5サイズ幅のとき複数枚連続してプリントすると、図８Ａの(b)のように加熱域に対して記録材幅が狭いので記録材が通過する部分は該記録材に熱を奪われるため温度低下し加熱を継続しようとする。一方、記録材が通過しない部分は加熱は中央部と同様に行われるが記録材による熱の奪取がないため温度が上昇する。

やがて、図８Ａの(b)のようにTH3の温度が上限温度Tmaxに達すると、遮蔽板位置決定回路は、(1)B5プリント中、(2)TH3温度≒Tmax、の条件により遮蔽板１50を遮蔽1（図８Ａの（ｃ））へ移動するよう駆動位置制御回路１０６に制御信号SHdrvを出力する。上記により、図８Ａの(c)のように、加熱域が狭くなるので端部の温度が低下する。TH3検知温度が規定の温度（図８Ａの(c)ではTth1s）まで低下すると、端部温度が低下しすぎて端部定着不良起こすのを防ぐために遮蔽板位置決定回路１０３は遮蔽板を退避位置に戻すよう制御する。

図８Ｂの(d),(e)は、A5を連続プリントしたときの温度変動と加熱域の関係である。TH2の検知温度によって遮蔽板位置決定回路は遮蔽２⇔退避の間で遮蔽板１５０を移動させるので、図８Ａの(b),(c)同様に、端部過昇温を防ぐことができる。

（温度異常保護の例１）
図９は、安全保護回路１０５−１の内部詳細図である。

過昇温保護回路９０１から９０３は、TH1〜TH3の出力がそれぞれ独立に入力され、それぞれの検知温度（Tth1〜Tth3）が所定値以上になったときエラー信号を出力する。温度差保護回路９０４はTH2温度−TH1温度が一定値以上になったときにエラー信号を出力する。温度差保護回路９０５はTH1温度−TH2温度が一定値以上になったときにエラー信号を出力する。温度差保護回路９０６はTH3温度−TH1温度が一定値以上になったときにエラー信号を出力する。温度差保護回路９０７はTH1温度−TH3温度が一定値以上になったときにエラー信号を出力する。OR回路９０８は、９０１から９０７の出力のいづれかが入力されると保護信号IH_SAFEを出力する。

それぞれの保護回路の動作を温度分布図で説明する。

過昇温保護回路901は、たとえば電力検知回路の異常によりTH1近傍温度を所定温度Tth1sに保持することができず加熱を継続した場合に、図１０Ａのように、Tth1が設定温度Tdmax1を越えるとエラー信号Eover１を出力する。

過昇温保護回路902, 903は同様に電力検知回路の異常または前記端部遮蔽板制御の異常により、TH2またはTH3の近傍温度が図１０Ｂ、図１０Ｃのように設定温度Tdmax2,3を越えた場合、エラー信号Eover2またはEover３をそれぞれ出力する。ここで、Tdmax1＞Tth1s、Tdmax2,Tdmax3＞Tmaxで、各閾値温度は定着ローラや駆動回路などにダメージを与える可能性のない低い温度に設定されている。

温度差保護回路904, 905は、たとえば図１０Ｄのように、TH1検知温度がTH1異常もしくはA/D1の不良などで低下した場合、TH1検知温度とTH2またはTH３検知温度差ΔT2−1、ΔT3-1が所定温度ΔT2−1dmax、ΔT3−1dmax以上に広がると、それぞれエラー信号Eopen21またはEopen31を出力する。ここで、ΔT2-1dmaxは、図８Ａの(ｄ)で示す通常動作時の端部昇温時に予想される正常な温度差ΔT2-1maxに対して、ΔT2-1dmax≧ΔT2-1max、の関係に設定される。ΔT3-1dmaxにおいても同様に、図８Ｂの(ｂ）におけるΔT3-1maxに対して、ΔT3-1dmax≧ΔT3-1max、の関係に設定される。

温度差保護回路906, 907は、逆に図１０Ｅのように、TH2またはTH3位置の温度がTH1位置の温度より低く、TH1検知温度とTH2またはTH３検知温度差ΔT1−2、ΔT1-3が所定温度ΔT1−2dmax、ΔT1−3dmax以上に広がると、それぞれエラー信号Eopen12またはEopen13を出力する。これは上記と同様に、それぞれのサーミスタTH2,TH3またはA/D２、A/D3の異常が原因になる。または、端部遮蔽板が位置決定回路あるいは位置駆動回路の異常などで起動時から遮蔽１あるいは遮蔽2の位置に位置していた場合も、同様の温度低下の原因になる。ここで、ΔT1-2dmaxは、図８Ａの(ａ)で示す通常動作時に予想される正常な温度差ΔT1-2sに対して、ΔT1-2dmax≧ΔT1-2s、の関係に設定される。ΔT1-3dmaxにおいても同様に、ΔT1-3sに対して、ΔT1-3dmax≧ΔT1-3s、の関係に設定される。

以上のようになんらかの動作異常によりいづれかの保護回路のエラー信号が出力されると、OR回路908は保護信号IH_SAFEを出力してRL1及びSW1の回路を開状態にする。これにより加熱駆動回路の動作を停止させ、定着ローラ加熱を停止させる。

（温度異常保護の例２）
図１１は、本実施形態の異なる安全保護回路１０５−２の模式図である。

図１１の安全保護回路１０５−２の温度差保護回路1101は、サーミスタTH2とTH3の温度差ΔT2-3が、ΔT2-3≧ΔT2-3dmax、となったときエラー信号Eopen23を出力する。これは、図８Ａの(a)に示した起動時のサーミスタ温度差ΔＴ1-3ｓ、ΔＴ2-3ｓにおいて、ΔＴ1-3ｓ＞ΔＴ2-3ｓ、となるため異常検知設定値においても、ΔＴ1-3dmax＞ΔＴ2-3dmax、と設定しなければならない。

従って、図１２のように、たとえば遮蔽板１５０が遮蔽１で異常停止したときのようにTH3での検知温度のみが低下している場合、上記例１の温度差保護回路908より例２の温度差保護回路1101のほうが先に動作して、さらに安全に異常動作時の加熱停止を行うことができる。

（温度異常保護の例３）
図１３は、さらに本実施形態の安全保護回路の異なるOR回路の模式図である。

図１３で、AND回路1302、電源へのプルアップ抵抗1303、リセットSW1304からなり、フィードバック入力信号FBは、OR回路1301の出力信号をフィードバックする。前記実施形態のように何らかの保護回路が動作すると、OR回路1301はIH_SAFE信号を出力する。

一方、AND回路1302にはIH_SAFE信号と、抵抗1303とリセットSW1304から構成される回路の出力信号RESETとが入力されている。

ここで、リセットSW1304が通常時開放状態だとすると、RESET＝"ON"である。エラー信号のいづれか１つが出力されて、IH_SAFE="ON"となると、AND回路1302において、FB＝IH_SAFE∩RESET＝"ON"となる。FBは、OR回路1301にフィードバック入力されているので、この後IH_SAFEにより加熱が停止されて安全保護回路901〜908 (1101) の出力が"OFF"になってもIH_SAFE＝"ON"を持続する。

操作者が定着回路の異常を修復し、安全を確認した場合はリセットSWを閉状態にする。すると、RESET="OFF"になることでFB="OFF"になり、IH_SAFE="OFF"となってRL1、SW1が再び閉状態になり加熱駆動回路の動作が可能になる。

＜本実施形態の温度制御を実現する制御部の構成例＞
図１４に、電力決定回路１０４、遮蔽板位置決定回路１０３、安全保護回路１０５を実現する制御部の構成例を示す。

かかる図１４の制御部は、演算制御用のＣＰＵ４０１と、ＣＰＵ４０１の処理時に一時記憶として使用されるＲＡＭ４０２と、ＣＰＵ４０１が使用する固定のパラメータやプログラムが格納されているＲ〇Ｍ（あるいはディスクなどの外部記憶装置）４０３と、外部からのデータを入力する、本例ではTH1からTH3が検知した定着ローラ１００の温度Vth1からVth3を入力する入力インタフェース４０４と、ＣＰＵ４０１の処理により決定された制御データ、本例では遮蔽板位置制御回路１０６への制御データSHdrv、共振制御回路１０２への制御データVref、リレーＲＬ１及びスイッチＳＷ１を制御するIH_SAFE信号、を出力する出力インタフェース４０５とを有する。

ここで、ＲＡＭ４０２は、データ記憶領域として、各温度センサＴＨ１〜ＴＨ３からの温度データVth1〜Vth3を記憶する領域４０２ａ〜４０２ｃ、温度データの差を記憶する領域４０２ｄ〜４０２ｆ、現在印刷中の印刷用紙のサイズ（Ａ４、Ｂ５など）を記憶する領域４０２ｇ、ＣＰＵ４０１の処理により決定されたSHdrv値を記憶する領域４０２ｈ、Vref値を記憶する領域４０２ｉ、IH_SAFEフラグを記憶する領域４０２ｊ、を有している。又、ＲＡＭ４０２は、ＲＯＭ（外部記憶装置）４０３からプログラムをロードしてＣＰＵ４０１で実行する構成である場合は、プログラムロード領域を備える。

ＲＯＭ４０３には、データ記憶領域に、各温度センサ位置の許容最大温度であるTH1max４０３ａ、TH2max４０３ｂ、TH3max４０３ｃと、各温度センサからの検出温度の差の許容最大値である（ΔTH1-2max, ΔTH2-1max）４０３ｄ、（ΔTH1-3max, ΔTH3-1max）４０３ｅ、（ΔTH2-3max, ΔTH3-2max）４０３ｆと、電力決定においてTH1と比較するTH1ref４０３ｇと、ΔTH1(=TH1-TH1ref)とVrefとの関係を記憶するテーブル４０３ｈと、TH2及びTH3とSHdrvとの関係を記憶するテーブル４０３ｉと、TH1乃至TH3とIH_SAFEとの関係を記憶するテーブル４０３ｊとを有する。本実施形態におけるテーブル４０３ｊの例が、図１６に示されている。又、ＲＯＭ４０３は、プログラム記憶領域として、定着ローラ温度制御プログラム４０３ｋ、かかるプログラムを構成する遮蔽板位置決定モジュール４０３ｍ、電力決定モジュール４０３ｎ、安全保護モジュール４０３ｐを記憶する領域を有する。

尚、図１４のＲＡＭ／ＲＯＭには、本実施形態で使用される情報のみが示されており、他の処理で使用する情報は省略されている。又、一般に、かかる制御部は定着温度制御チップとして独立して提供されるが、この制御部が定着装置全体の制御を行う制御部と一体の構成であっても、更にこの制御部が画像形成装置の制御部と一体の構成であってもよい。

＜本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例＞
図１５は、本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ５１で初期化を行う。例えば、遮蔽板位置は全開の位置に設定され、リレーＲＬ１及びＳＷ１は閉じられる。又、ＲＡＭ内のデータはクリアされる。

次に、ステップＳ５２で、現在の温度からVrefが決定されるが、パワーオン時のVrefは初期目標温度に設定される。ステップＳ５３で、TH1乃至TH3の温度を検出する。ステップＳ５４で、検出された温度と他の条件（例えば、遮蔽板位置、加熱電力設定値など）とから、安全保護のためリレーＲＬ１及びＳＷ１を断にするか否かを判断してIH_SAFEを出力する。かかる判断には、図１６のようなテーブルを使用するのが望ましい。

（安全保護処理の例）
ステップＳ５４においては、まず、ステップＳ５４１で、TH1乃至TH3から各々の差を計算する。計算結果を夫々の安全な範囲内に有るか否かを判定して、ステップＳ５４２で安全範囲であれば、何もせずに終了する。安全範囲でないと判断すれば、ステップＳ５４２からＳ５４３に進んで、IH_SAFEによりリレーＲＬ１及びＳＷ１を断にする。

次に、ステップ５５で遮蔽板位置処理を行い、ステップＳ５６でパワーオフか否かを判定し、パワーオフデナケレバ「ステップＳ５２に戻って処理を繰り返す。尚、図１５の手順は図示の例に限定されず、その処理順序は逆であってもよい。又、電力決定、遮蔽板位置の制御については、煩雑さを避けるため詳細なフローは図示しない。

尚、上記実施形態においては端部加熱調節手段を遮蔽板を使用して実現していたが、他の複数の加熱コイルと独立駆動電源を用いた方式やコイル内のコアの位置を変えることにより実現する方法でも本発明の適用は可能である。また、端部加熱調節段階も実施形態の3段に限らず可能であり、その場合の温度検知手段としてのサーミスタ及び過昇温/温度差保護回路も適宜増減させればよい。

又、本発明は、複数の機器(例えばコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（複写機、プリンタ、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、本発明の目的は、前述した実施形態で示したフローチャートの手順を実現するプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

本実施形態の誘導加熱方式の加熱装置及び保護回路の構成例を示す図である。 本実施形態が適応されるレーザプリンタの構成例を示す図である。 本実施形態における定着装置の概略斜視図である。 本実施形態における端部遮蔽板の形状図である。 本実施形態における端部遮蔽板位置とローラ軸方向加熱領域の関係図である。 本実施形態における駆動（PFM）信号生成の例を示す図である。 本実施形態における定着ローラ軸方向の遮蔽板配置とサーミスタ位置の説明図である。 本実施形態における正常動作時の遮蔽１による温度分布遷移の説明図である。 本実施形態における正常動作時の遮蔽２による温度分布遷移の説明図である。 本実施形態における安全保護回路の一例のブロック図である。 本実施形態における異常時の温度説明図である。 本実施形態における異常時の温度説明図である。 本実施形態における異常時の温度説明図である。 本実施形態における異常時の温度説明図である。 本実施形態における異常時の温度説明図である。 本実施形態における安全保護回路の他例のブロック図である。 図１１の安全保護回路における異常時の温度分布図である。 本実施形態における安全保護回路のOR回路の変形例を示す図である。 本実施形態の温度制御を実現する制御部の構成例を示すブロック図である。 図１４の制御部における温度制御手順例を示すフローチャートである。 本実施形態での安全保護を判断するために使用されるテーブル例を示す図である。

符号の説明

１ コア
２ コア
３ コア
１００ 定着ローラ（発熱部材，磁性金属部材）
１５０ 磁界遮蔽部材
２０１ 電子写真レーザビームプリンタ（画像形成装置）
２０７ 定着装置
Ｌ１ 誘導加熱コイル（磁界発生手段，コイル）
C2 共振コンデンサ
D1〜D4 整流ダイオード
TR1 スイッチング素子
Ｐ 記録材
TH1〜3 温度検出素子（温度検知手段）

Claims (2)

1. 磁性体で構成された加熱部材と励磁コイルとからなる誘導加熱式の定着装置を有する画像形成装置であって、
   前記定着装置が、
   退避位置と遮蔽位置との間を移動可能に構成され、前記遮蔽位置へ移動することで、前記加熱部材の端部において前記励磁コイルにより発生される磁束を遮蔽する遮蔽手段と、
   前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽されない前記加熱部材の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、
   前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽される前記加熱部材の端部の温度を検知する第２の温度検知手段と、
   前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されていない状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が第１の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記退避位置から前記遮蔽位置へ移動させ、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されている状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記遮蔽位置から前記退避位置へ移動させる制御手段と、
   前記第１の温度検知手段の検知温度が前記第２の温度よりも高い第１の設定温度を超えた場合、第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも高い第２の設定温度を超えた場合、及び第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度との差が一定の温度差以上になった場合のいずれかにおいて、前記定着装置の動作を停止させる保護手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 磁性体で構成された加熱部材と励磁コイルとからなる誘導加熱式の定着装置であって、
   退避位置と遮蔽位置との間を移動可能に構成され、前記遮蔽位置へ移動することで、前記加熱部材の端部において前記励磁コイルにより発生される磁束を遮蔽する遮蔽手段と、
   前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽されない前記加熱部材の中央部の温度を検知する第１の温度検知手段と、
   前記遮蔽手段により前記磁束を遮蔽される前記加熱部材の端部の温度を検知する第２の温度検知手段と、
   前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されていない状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が第１の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記退避位置から前記遮蔽位置へ移動させ、前記加熱部材の端部が前記遮蔽手段により遮蔽されている状態で、前記第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも低い第２の温度に到達したことに応じて、前記遮蔽手段を前記遮蔽位置から前記退避位置へ移動させる制御手段と、
   前記第１の温度検知手段の検知温度が前記第２の温度よりも高い第１の設定温度を超えた場合、第２の温度検知手段の検知温度が前記第１の温度よりも高い第２の設定温度を超えた場合、及び第１の温度検知手段の検知温度と前記第２の温度検知手段の検知温度との差が一定の温度差以上になった場合のいずれかにおいて、前記定着装置の動作を停止させる保護手段と
   を備えることを特徴とする定着装置。

Images