JP5110907B2

JP5110907B2 - 画像形成装置

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Inventors: 博光熊田
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Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関し、特にその定着装置の過熱に対する保護に関するものである。

従来から、電子写真プロセスを用いた画像形成装置が知られている。この画像形成装置においては、電子写真プロセスなどの画像形成部により転写紙（用紙、シート、被記録材などという）上に形成された未定着画像（トナー像）が、定着装置により転写紙上に加熱定着されるようになっている。定着装置としては、例えば、特許文献１ないし１６に記載された、ハロゲンヒータを熱源とする熱ローラ式の定着装置や、セラミック面発ヒータを熱源とするフィルム加熱式の定着装置が知られている。

一般的に、このようなヒータへは、トライアック等のスイッチング素子を介して、交流電源から電力が供給されるようになっている。

ハロゲンヒータを熱源とする定着装置においては、定着装置の温度が、サーミスタ感温素子のような温度検出素子により検出され、検出された温度に基づいて、シーケンスコントローラによりスイッチング素子がオン／オフ制御される。すなわちハロゲンヒータへの電力供給がオン／オフ制御され、定着装置の温度が目標の温度になるように温度制御される。

他方、セラミック面発ヒータを熱源とする定着装置においては、シーケンスコントローラにより、温度検出素子により検出された温度と、予め設定されている目標温度との温度差に基づきスイッチング素子が制御される。すなわち、検出された温度と、予め設定されている目標温度との温度差に基づき算出されたセラミック面発ヒータに供給する電力比に相当する位相角または波数が決定される。そして、決定された位相または波数で、スイッチング素子がオン／オフ制御され、定着装置の温度が制御される。

また異常時のヒータの損傷を防ぐために、電流検出装置によりヒータに過電流が流れているのを検出した場合は、安全回路にてヒータへの通電を遮断するという制御を行っているものもある。しかしながら定着装置の状態によってヒータの損傷が発生するまでの時間が異なり、定着装置の状態に応じて安全回路を動作させる必要がある。
特開昭６３−３１３１８２号公報特開平２−１５７８７８号公報特開平４−４４０７５号公報特開平４−４４０７６号公報特開平４−４４０７７号公報特開平４−４４０７８号公報特開平４−４４０７９号公報特開平４−４４０８０号公報特開平４−４４０８１号公報特開平４−４４０８２号公報特開平４−４４０８３号公報特開平４−２０４９８１号公報特開平４−２０４９８２号公報特開平４−２０４９８３号公報特開平４−２０４９８４号公報

しかしながら、従来の定着装置の構成では、加圧部材が回転していないときに、ヒータ異常状態に陥った場合に発熱体の熱を十分に加圧部材に伝えることができなくなるため発熱体自体の損傷を招いてしまう可能性があった。

また前述のような加圧部材が停止している状態においては同様の原因で、発熱体の昇温速度が回転状態と比較して速くなってしまい、定着装置の過熱による損傷までの時間も短くなっていた。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、定着装置の回転、停止にかかわらず、定着装置における発熱体およびその周辺部材の過熱による損傷の防止ができる画像形成装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、画像形成装置を次の（１），（２）のとおりに構成する。

（１）筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共に記録紙を搬送するニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録紙上の未定着画像を記録紙に加熱定着する定着部と、前記ヒータに供給する電力を制御するコントローラと、前記コントローラとは独立した回路であり、異常時に商用電源から前記ヒータへの給電回路を開放する安全回路と、を有する画像形成装置において、前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記加圧ローラの回転を検知する回転検知手段と、を有し、前記回転検知手段の出力は前記安全回路に入力しており、前記安全回路は、前記電流検出手段の検出電流と電流閾値を比較するコンパレータと、前記電流閾値を前記回転検知手段からの出力に応じて設定する閾値設定部と、を有し、前記検出電流が前記電流閾値を超えると前記給電回路を開放する信号を出力し、前記閾値設定部は、前記加圧ローラが回転停止している時の前記電流閾値を、回転している時の前記電流閾値よりも低く設定することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、定着装置の回転、停止にかかわらず、定着装置における発熱体およびその周辺部材の過熱による損傷を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例により詳細に説明する。

図２は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の１例であるレ−ザプリンタの概略構成を示す図である。以下このレ−ザプリンタを実施例１として説明する。

レーザビームプリンタ本体１０１（以下、本体１０１）は、記録紙Ｓを収納するカセット１０２を有している。カセット１０２には、記録紙Ｓの有無を検知する記録紙有無センサ１０３、記録紙Ｓのサイズを検知するカセットサイズセンサ１０４（復数個のマイクロスイッチで構成される）、カセット１０２から記録紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０５等が設けられている。そして、給紙ローラ１０５の下流には記録紙Ｓを同期搬送するレジストローラ対１０６が設けられている。また、レジストローラ対１０６の下流にはレーザスキャナ部１０７からのレーザ光に基づいて記録紙Ｓ上にトナー像を形成する画像形成部１０８が設けられている。さらに、画像形成部１０８の下流には記録紙Ｓ上に形成されたトナー像を熱定着する定着装置１０９が設けられている。定着装置１０９の下流には排紙部の搬送状態を検知する排紙センサ１１０、記録紙Ｓを排紙する排紙ローラ１１１、記録の完了した記録紙Ｓを積載する積載トレイ１１２が設けられている。この記録紙Ｓの搬送基準は、記録紙Ｓの搬送方向に直交する方向の長さ、つまり記録紙Ｓの幅に対して中央になるように設定されている。

また、前記レーザスキャナ１０７は、後述するビデオコントローラ１２７から送出される画像信号１２８（画像信号ＶＤＯ）に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット１１３、このレーザユニット１１３からのレーザ光を後述する感光ドラム１１７上に走査するためのポリゴンモータ１１４、結像レンズ１１５、折り返しミラー１１６等により構成されている。

前記画像形成部１０８は、公知の電子写真プロセスに必要な、感光ドラム１１７、１次帯電ローラ１１９、現像器１２０、転写帯電ローラ１２１、クリーナ１２２等から構成されている。また、定着装置１０９は、定着フィルム１０９ａ、加圧ローラ１０９ｂ、定着フィルム内部に設けられたセラミックヒータ１０９ｃ、セラミックヒータの表面温度を検出するサーミスタ１０９ｄから構成されている。

また、メインモータ１２３は、給紙ローラ１０５には給紙ローラクラッチ１２４を介して、レジストローラ対１０６にはレジストローラクラッチ１２５を介して駆動力を与えている。メインモータ１２３は、さらに感光ドラム１１７を含む画像形成部１０８の各ユニット、排紙ローラ１１１にも駆動力を与えている。定着装置１０９に対しては図示しない定着モータによって弾性加圧ローラ１０９ｂに駆動力を与える。

１１は、エンジンコントローラであり、レーザスキャナ部１０７、画像形成部１０８、定着装置１０９による電子写真プロセスの制御、前記本体１０１内の記録紙の搬送制御を行っている。

１２７は、ビデオコントローラであり、パーソナルコンピュータ等の外部装置１３１と汎用のインタフェース（セントロニクス、ＲＳ２３２Ｃ等）１３０で接続されている。そして、この汎用インタフェースから送られてくる画像情報をビットデータに展開し、そのビットデータを画像信号１２８として、エンジンコントローラ１１へ送出している。

図１に、本実施例の要部である、セラミックヒ−タの駆動および制御回路を示す。１は、本レーザビームプリンタを接続する交流電源である。本レーザビームプリンタは、交流電源１をＡＣフィルタ２，リレー４１を介してセラミックヒ−タ２４の発熱体３へ供給することにより発熱体３を発熱させる。

この発熱体３への電力の供給は、トライアック４の通電、遮断により制御を行う。抵抗５、６はトライアック４のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ７は、一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスである。フォトトライアックカプラ７の発光ダイオードに通電することによりトライアック４をオンする。抵抗８はフォトトライアックカプラ７の電流を制限するための抵抗であり、トランジスタ９によりフォトトライアックカプラ７をオン／オフする。トランジスタ９は抵抗１０を介してエンジンコントロ−ラ１１からのＯＮ信号にしたがって動作する。

また、ＡＣフィルタ２を介して交流電源１は、ゼロクロス検出回路１２に入力される。ゼロクロス検出回路１２では、商用電源電圧の正負が切り替わるゼロクロスポイント、あるいは、このゼロクロスポイントを含むある閾値電圧以下になったことを検知しエンジンコントロ−ラ１１に対してパルス信号として報知する。以下、エンジンコントロ−ラ１１に送出されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントロ−ラ１１はＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検知し、位相制御または波数制御によりトライアック４をオン／オフする。

トライアック４に制御されて発熱体３に通電されるヒータ電流は、カレントトランス２５によって電圧変換され、ブリーダ抵抗２６を介して電流検出回路２７に入力される。電流検出回路２７では、電圧変換されたヒータ電流波形を平均値または実効値に変換し、ＨＣＲＲＴ信号としてエンジンコントローラ１１にＡ／Ｄ入力される。

また、２１は発熱体３が形成されているセラミックヒ−タ２４の温度を検知するための温度検出素子、例えば、サ−ミスタ感温素子であり、セラミックヒータ２４上に発熱体３に対して絶縁距離を確保できるように絶縁耐圧を有する絶縁物を介して配置されている。この温度検出素子２１によって検出される温度は、抵抗２２と、温度検出素子２１との分圧として検出され、エンジンコントロ−ラ１１にＴＨ信号としてＡ／Ｄ入力される。セラミックヒ−タ２４の温度は、ＴＨ信号としてエンジンコントロ−ラ１１において監視され、エンジンコントロ−ラ１１の内部で設定されているセラミックヒ−タ２４の設定温度と比較される。これにより、セラミックヒ−タ２４を構成する発熱体３に供給するべき電力比を算出し、その供給する電力比に対応した位相角（位相制御）または波数（波数制御）に換算し、その制御条件によりエンジンコントロ−ラ１１がトランジスタ９にＯＮ信号を送出する。発熱体３に供給する電力比を算出する際に、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ信号を基に上限の電力比を算出して、その上限の電力比以下の電力が通電されるように制御する。例えば、位相制御の場合、下記のような表をエンジンコントローラ１１内に有しており、この制御表に基づき制御を行う。

さらに、発熱体３に電力を供給しており、制御する装置が故障し、発熱体３が熱暴走に至った場合、過昇温を防止する一手法として、過昇温防止素子２３がセラミックヒータ２４上に配されている。過昇温防止素子２３は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチである。電力供給制御装置の故障により、発熱体３が熱暴走に至り過昇温防止素子２３が所定の温度以上になると、過昇温防止素子２３がＯＰＥＮになり、発熱体３への通電が断たれる。

また、リレー４１の駆動回路部は、抵抗４４および４５、トランジスタ４３および４６で構成され、４２はリレー４１の逆起電力による素子（４３）破壊を防止するためのダイオードである。

エンジンコントローラ１１よりＲＬＤポートにＬＯＷ信号が出力されると、トランジスタ４６はオフとなり、そしてトランジスタ４３がオンすることによりリレー４１はオンとなり、セラミックヒータ２４への通電が可能となる。また、電流検出回路２７のカレントリミット信号（ＣＵＲＬＩＭ）がＬＯＷとなることによって、トランジスタ４３がオフし、強制的にリレー４１をオフして、セラミックヒータ２４への通電を遮断することができる。変形として、フォトカプラ７をオフすることでトライアック４を強制的にオフする構成でもよい。ＬＯＷ信号を発信する条件は、予め設定されている電流閾値よりも、電流検出回路部２７が大きいヒータ通電電流実効値を検出した場合である。検出電流値が電流閾値よりも低い値を検出している場合は、ＨＩＧＨ信号が出力される。この判定は電流検出回路部２７内のコンパレータ（図示しない）によって、予め設定されている基準電圧と比較された結果として出力される。この基準電圧値を、定着モータ５２が回転時と停止時において切り換えることができるような構成とするのが本発明の特徴である。

図３に、本実施例におけるセラミックヒータ２４の構成を示す。（ａ）はセラミック面発ヒータの断面図であり、（ｂ）は発熱体３２が形成されている面を示しており、（ｃ）は（ｂ）の示している面と相対する面を示している。

セラミック面発ヒータ２４は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス系の絶縁基板３１と、絶縁基板３１面上にペースト印刷等で形成されている発熱体３２と、発熱体３２を保護しているガラス等の保護層３４から構成されている。保護層３４上に、セラミック面発ヒータ２４の温度を検出する温度検出素子２１、２２と過昇温防止素子２３が配設されている。発熱体３２は、電力が供給されると発熱する部分３２ａと、コネクタを介して電力が供給される電極部３２ｃ、３２ｄと、電極部３２ｃ、３２ｄと発熱体を接続する導電部３２ｂから構成されている。また、発熱体３２が印刷されている絶縁基板３１との対向面側に摺動性を向上させるためにガラス層が形成される場合もある。電極３２ｃには、交流電源１のＨＯＴ側端子から過昇温防止素子２３を介して接続される。電極部３２ｄは発熱体３２（３）を制御するトライアック４に接続され、交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続される。セラミックヒータ２４は、図４に示したように、フィルムガイド６２によって支持されている。６１は、円筒状の耐熱材製の定着フィルムであり、セラミックヒータ２４を下面側に支持させたフィルムガイド６２に外嵌させてある。そして、フィルムガイド６２の下面のセラミックヒータ２４と、加圧部材としての弾性加圧ローラ６３とを定着フィルム６１を挟ませて弾性加圧ローラ６３の弾性に抗して所定の加圧力をもって圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部を形成させてある。また、過昇温防止素子２３、例えば、サーモスタットがセラミックヒータ２４の絶縁基板３１面上または、保護層３４面上に当接されている。サーモスタット２３は、フィルムガイド６２に位置を矯正され、サーモスタット２３の感熱面がセラミックヒータ２４の面上に当接されている。図示はしていないが、温度検出素子２１も同様にセラミックヒータ２４の面上に当接されている。ここで、図４のように、セラミックヒータ２４は、発熱体３２がニップ部と反対側にあっても、発熱体３２がニップ部側にあってもかまわない。また、フィルム６１の摺動性を上げるために、フィルム６１とセラミックヒータ２４との界面に摺動性のグリースを塗布してもかまわない。

次に、本実施例の動作を図５に示すフローチャートにより説明する。

開始時点では定着モータ５２が停止状態であるため、電流検出回路２７で設定する電流閾値を定着モータ停止状態の値とする（Ｓ１０１）。定着モータ５２が停止状態では、セラミックヒータ２４の熱が加圧ローラ６３へと逃げにくいため、昇温速度は定着モータ５２が回転状態の時と比較して速くなる。そのため、電流閾値を定着モータ５２が回転状態の時より低く設定して、異常時におけるセラミックヒータ２４およびその周辺部材の破損を防止する。電流閾値は、定着モータ５２が回転状態か否かにより可変であり、接続される商用電源の定格電流に対して、セラミックヒータ２４以外の部分に供給される電流を差し引いたセラミックヒータ２４に供給可能な許容電流値を設定している。

エンジンコントローラ１１にて、セラミックヒータ２４へのプリント開始の要求が発生すると（Ｓ１０２）、定着モータ５２が停止状態において、ヒータ立上げ温調を行う（Ｓ１０３）。温調は、温度検出素子２１の検出温度に基づいてエンジンコントローラ１１が制御を行う。立上げ温調中、セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が、前記Ｓ１０１で設定されている電流閾値以上かどうかを安全回路部は判断する（Ｓ１０４）。セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が電流閾値以上であると判断された場合は、セラミックヒータ２４への通電を遮断する（Ｓ１１７）。セラミックヒータ２４への通電を遮断すると、セラミックヒータ２４の温度が所定の温度まで上がらないため、昇温不良エラーを表示して（Ｓ１１８）終了となる。セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が電流閾値以下で制御されていた場合は、セラミックヒータ２４の温度が所定の温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０５）。ここでセラミックヒータ２４の温度が所定の温度に達していない場合は、ヒータに通電を開始してから所定の時間が経過したかどうかを判断する（Ｓ１１９）。ヒータに通電を開始してから所定の時間が経過していない場合はＳ１０４の過程に戻る。

ヒータに通電を開始してから所定の時間が経過した場合は、定着モータ５２を回転させ（Ｓ１０６）、電流閾値を定着モータ５２が回転状態の時の値とする（Ｓ１０７）。Ｓ１０５にてセラミックヒータ２４の温度が所定の温度に達した場合は、定着モータ５２を回転させ（Ｓ１０６）、電流閾値を定着モータ５２が回転状態の時の値とする（Ｓ１０７）。定着モータ５２が回転時は、定着モータ５２が停止時と比較してセラミックヒータ２４の昇温速度も遅くなる。またプリントに必要な電力がより必要になることも考慮しなければならない。そのため、定着モータ５２が回転状態の時の電流閾値は定着モータ５２が停止状態の時と比較して高めに設定する。セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が前記Ｓ１０７で設定されている電流閾値以上かどうかを安全回路部は判断する（Ｓ１０８）。セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が電流閾値以上であると判断された場合は、セラミックヒータ２４への通電を遮断し（Ｓ１１７）、エラーを表示して（Ｓ１１８）終了となる。この状態までが立上げ温調期間である。

次に、エンジンコントローラ１１はセラミックヒータ２４が所定の温度に達したかどうかを判断する（Ｓ１０９）。セラミックヒータ２４が所定の温度に達していない場合は、所定の時間が経過しているかどうかを判断し（Ｓ１１６）、所定の時間経過していなければＳ１０８の過程へと戻り、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１６の処理を繰り返す。所定の時間が経過していれば、セラミックヒータ２４の通電を遮断し（Ｓ１１７）、エラーを表示して（Ｓ１１８）終了となる。セラミックヒータ２４が所定の温度に達したらプリント温調制御を開始する（Ｓ１１０）。この期間中、電流値が前記Ｓ１０７で設定されている閾値以上かどうかを安全回路部は判断する（Ｓ１１１）。セラミックヒータ２４へ流れる電流実効値が電流閾値以上であると判断された場合は、セラミックヒータ２４への通電を遮断する（Ｓ１１７）。セラミックヒータ２４への通電を遮断するとセラミックヒータ２４の温度が所定の温度より低くなるためエラーを表示して（Ｓ１１８）終了となる。次に、エンジンコントローラ１１はプリント要求があるかを判断し（Ｓ１１２）、プリント要求がある場合はＳ１１１の過程へと戻り、前記処理を繰り返す。プリント要求がない場合はプリント動作が終了する。プリント動作が終了すると、セラミックヒータ２４への通電を遮断し（Ｓ１１３）、定着モータ５２を停止させる（Ｓ１１４）。定着モータを停止させると電流閾値を定着モータ５２が停止時の値にし（Ｓ１１５）、終了となる。このように動作させることで、プリント制御中のみならず、定着モータ５２の停止時における全ての状態においてヒータの異常による定着装置の損傷を確実に阻止することができる。

次に本実施例での、定着モータ５２の回転時と停止時における、セラミックヒータ２４の昇温特性および電流閾値の変更による影響を説明する。
図６は、セラミックヒータ２４への通電電流が一定である時の、セラミックヒータ２４の昇温特性を定着モータ５２が回転時と停止時で示したものである。
定着モータ５２が停止時のほうが、セラミックヒータ２４の発熱が加圧ローラ６３など周辺部材に奪われることがないため昇温カーブはより厳しくなり、点線で示したセラミックヒータ２４の割れが発生する温度までの到達時間が短くなる。よって、定着モータ５２が回転時と比較してより低い電流値の時に異常を検知して、ヒータ通電を遮断する必要がある。

前述の構成とした加熱装置とすることにより、定着モータ５２の動作状態を検知して、それぞれの状態における過電流を検出する閾値を設定する。発熱体の熱が回りの部材に伝わりにくくかつ発熱体の昇温速度が速い定着モータ５２の停止時においては、最大供給可能電流値が低めに設定されるため、定着モータ５２の回転時と比較し早めに発熱体への通電を遮断することができる。そのため、装置異常時における発熱体およびその周辺部材の損傷を確実に防止することができる。また、ソフトウェアを介さずにハードウェアのみで保護回路を構成することで信頼性の高い装置を提供することができる。

実施例２である“レーザビームプリンタ”を説明する。本実施例の全体構成は実施例１と同様なので、その説明をここで援用し説明を省略する。図７に本実施例におけるセラミックヒ−タの駆動および制御回路を示す。図７において、図１と同じ構成の部分の説明は省略する。

図１の回転検知回路５１は、図７ではＡＳＩＣ５７となっている。

図８は、本実施例における定着モータ５２の回転検知部であるＡＳＩＣ５７の構成、動作を示す図である。
図７中のＡＳＩＣ５７に定着モータ５２のＦＧ（フリケンシジェネレータ）パルスが入力される。ＡＳＩＣ５７内の立下り検出部９１でＦＧパルスの立下りエッジ（立上りエッジでも構わない）を検出すると、立下り検出部の後段にあるカウンタ９２がリセットされる。カウンタ９２はリセットされた後、不図示のクロックによりカウントアップ（カウントダウンでも構わない）を行う。比較部９３はカウンタ９２の出力であるカウント値と所定のカウンタ閾値の比較を行う。比較部９３によってカウンタ値が所定の閾値以下（以上）の場合には比較部９３は回転検知信号（／ＭＳＴＯＰ）をＨＩＧＨ（ＬＯＷ）レベルとして出力する。カウント値が所定の閾値以上（以下）の場合には比較部９３は／ＭＳＴＯＰをＬＯＷ（ＨＩＧＨ）レベルとして出力する。この時、カウンタ９２のカウンタ値はカウンタ保持部９４によって保持される。そのため定着モータ５２の次のＦＧパルスの立下りエッジ（立上りエッジ）を検出するまで／ＭＳＴＯＰはＬＯＷ（ＨＩＧＨ）レベルを出力する。

図７において、トランジスタ５６、抵抗５３、５４、５５は前記電流検出回路２７内の不図示のコンパレータに基準電圧（ＣＰＲＥＦ）を入力する回路である。／ＭＳＴＯＰがＨＩＧＨレベルとなるとＣＰＲＥＦは／ＭＳＴＯＰがＬＯＷレベルの時よりも高い値となる。ＡＳＩＣ５７が前記ＦＧパルスの立下りエッジを検出しない場合、もしくは検出後、ある所定の時間経過しても次のＦＧパルスの立下りエッジを検出しない場合は／ＭＳＴＯＰにＬＯＷレベルを出力する。ＬＯＷレベルの／ＭＳＴＯＰがＣＰＲＥＦを入力する回路に入力されると、ＣＰＲＥＦが低く設定される。その結果、定着モータ５２が回転していない状態で定着装置１０９が異常状態に至った場合は、ヒータ電流を、定着モータ５２回転時よりも低い値で通電を遮断する。そのため定着装置の部品が破損することなくヒータ通電を遮断することができる。電流検出回路２７から出力されるＣＵＲＬＩＭはラッチ回路５０に入力される。電流検出回路２７にてセラミックヒータ２４へ予め設定されている電流閾値よりも大きいヒータ電流実効値が検出された場合は、電流検出回路２７からＬＯＷレベルのＣＵＲＬＩＭが出力される。ラッチ回路５０に入力されたＣＵＲＬＩＭはＬＯＷレベルにラッチされる。

よって、定着装置１０９が異常状態に至った場合は、リレー４１はオンされず（フォトカプラ７がオンされない構成でもかまわない）、セラミックヒータ２４への通電が遮断され、セラミックヒータ２４が破損することなく動作停止することができる。

実施例３である“レーザビームプリンタ”について説明する。実施例１、実施例２の説明と重複する説明は省略する。

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置においても実施できる。以下に電磁誘導加熱方式の定着装置の説明をする。
図９において、定着装置２０１は電磁誘導加熱方式の装置である。装置２０１は円筒状の電磁誘導発熱性スリーブを用いた、加圧ローラ駆動方式、電磁誘導加熱方式の装置である。磁場発生部は、磁性コア２１３ａ・２１３ｂ・２１３ｃおよび励磁コイル２１４からなる。
磁性コア２１３ａ・２１３ｂ・２１３ｃは高透磁率の部材であり、フェライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いられる材料がよく、より好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失の少ないフェライトを用いるのがよい。

励磁コイル２１４には、その給電部２１４ａ・２１４ｂに励磁回路２１８（図１０）を接続してある。この励磁回路２１８は２０ｋＨｚから５００ｋＨｚの高周波をスイッチング電源で発生できるようになっている。励磁コイル２１４は励磁回路２１８から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。

図１１は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。磁束Ｃは発生した交番磁束の一部を表す。磁性コア２１３ａ・２１３ｂ・２１３ｃに導かれた交番磁束（Ｃ）は、磁性コア２１３ａと磁性コア２１３ｂとの間、そして磁性コア２１３ａと磁性コア２１３ｃとの間において定着スリーブ２１０の電磁誘導発熱層２１１（図９参照）に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層２１１の固有抵抗によって電磁誘導発熱層２１１にジュール熱（渦電流損）を発生させる。ここでの発熱量Ｑは電磁誘導発熱層２１１を通る磁束の密度によって決まり、図１１のようなグラフ分布を示す。図１１のグラフは、縦軸が磁性コア２１３ａの中心を０とした角度θで表した定着スリーブ２１０における円周方向の位置を示し、横軸が定着スリーブ２１０の電磁誘導発熱層２１１での発熱量Ｑを示す。ここで、発熱域Ｈは最大発熱量をＱとした場合、発熱量がＱ／ｅ以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。

定着ニップ部Ｎの温度は、不図示の温度検知装置を含む温調系により励磁コイル２１４に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
図９の２１６は、定着スリーブ２１０の温度を検知するサーミスタなどの温度センサであり、本実施例においては温度センサ２１６で測定した定着スリーブ２１０の温度情報をもとに定着ニップ部Ｎの温度を制御するようにしている。

而して、定着スリーブ２１０が回転し、励磁回路２１８から励磁コイル２１４への給電により前述のように定着スリーブ２１０の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Ｎが所定の温度に立ち上がって温調された状態となる。この状態で、画像形成部から搬送された未定着トナー画像ｔが形成された転写紙Ｐが定着ニップ部Ｎの定着スリーブ２１０と加圧ローラ２１７との間に画像面が上向き、即ち定着ベルト面に対向して導入される。定着ニップ部Ｎにおいて画像面が定着スリーブ２１０の外面に密着して定着スリーブ２１０と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Ｎを定着スリーブ２１０と一緒に転写紙Ｐが挟持搬送されていく過程において定着スリーブ２１０の電磁誘導発熱で加熱されて転写紙Ｐ上の未定着トナー画像ｔが加熱定着される。転写紙Ｐは定着ニップ部Ｎを通過すると回転定着スリーブ２１０の外面から分離して排出搬送されていく。転写紙上の加熱定着トナー画像は定着ニップ部通過後、冷却して永久固着像となる。

本実施例においては、図１２に示すように、定着スリーブ２１０の発熱域Ｈ（図１１）の対向位置に異常時の励磁コイル２１４への給電を遮断するため温度検知素子であるサーモスイッチ２１５を配設されている。

図１２は本実施例における安全回路の回路図である。温度検知素子であるサーモスイッチ２１５は＋２４ＶＤＣ電源とリレースイッチ２１９と直列に接続されている。サーモスイッチ２１５が切れると、リレースイッチ２１９への給電が遮断され、リレースイッチ２１９が動作し、励磁回路２１８への給電が遮断されることにより励磁コイル２１４への給電を遮断する構成をとっている。サーモスイッチ２１５はＯＦＦ動作温度を２２０℃に設定した。また、サーモスイッチ２１５は定着スリーブ２１０の発熱域Ｈに対向して定着スリーブ２１０の外面に非接触に配設した。サーモスイッチ２１５と定着スリーブ２１０との間の距離は約２ｍｍとした。これにより、定着スリーブ２１０にサーモスイッチ２１５の接触による傷が付くことがなく、耐久による定着画像の劣化を防止することができる。本実施例では、トナーｔに低軟化物質を含有させたトナーを使用したため、定着サーモスイッチ２１５が２２０℃を感知して、サーモスイッチが切れた時点で、リレースイッチ２１９により励磁コイル２１４への給電が遮断される。また、発熱量が多い発熱域Ｈには、サーモスイッチ２１５が配設してあるため、温度検知素子としてサーモスイッチのほかに温度ヒューズを用いることもできる。オフセット防止のためのオイル塗布機構を設けていないものの、低軟化物質を含有させていないトナーを使用した場合にはオイル塗布機構を設けてもよい。また、低軟化物質を含有させたトナーを使用した場合にもオイル塗布や冷却分離を行ってもよい。

また前述の定着装置構成においては、定着スリーブ２１０をトナー定着に必要な温度まで昇温させるのに長い時間を必要としてしまう。よって、スタンバイ時（本実施例においてはスタンバイ時は圧解除状態となっている）に定着装置温調をし、定着スリーブ２１０に熱を与える必要がある。そのような構成とすることにより、ファーストプリントアウトタイムをスタンバイ時温調をしない時と比較して短縮している。

しかしながら、定着モータ停止状態においては、回転状態と比較して定着スリーブの熱量の加圧ローラへの移動が少なく、発熱体の昇温速度がより速くなってしまう。そのため、装置故障時などの異常時における定着装置異常状態に陥った場合は、装置損傷までの時間が短くなってしまう。よって、定着モータ停止時における安全回路動作時間を、定着モータ回転時と比較してより短めに設定する必要がある。よって、定着モータ回転状態時と定着モータ停止時の安全回路動作、ここでは過電流を検出する閾値、を可変とすることが本実施例の特徴とする。

定着装置の温度制御は定着スリーブに摺動配置されたサーミスタにより定着スリーブの温度を検出し、ＣＰＵにより温度制御を行っている。定着装置の温度はソフトウェアにより検知を行っており、動作時において想定される温度よりも明らかに高温となった場合には異常高温と判断するようソフトウェアを構成し、定着装置の安全を確保している。しかしながら、万一のソフトウェア異常時にも定着装置の安全を確保するために、ハードウェアによる保護回路を設け、さらにサーモスイッチや温度ヒューズといった、温度保護素子を設けて３重の保護回路としている。

定着スリーブの温度を測定するために配置したサーミスタは、検出抵抗と直列接続して基準電源に接続されている。サーミスタは温度によって抵抗値が変化するため、検出抵抗と基準電圧によって抵抗値変化を電圧変化に変換している。サーミスタの検出電圧をコンパレータに入力し、予め定められた電圧値より低い電圧と成った場合に、リレー駆動回路を遮断することで定着装置への電力供給を停止する構成としている。

図１３に実施例３の特徴を表す図を示す。図１３において、３００はサーモスイッチ、３０１はリレーである。３０２はブリッジダイオード、３０３はフィルタ回路、３０４は励磁コイル、３０５はサーミスタ、３０６は制御演算を行うＣＰＵを含む制御回路、３０７はスイッチング素子、３０８は共振コンデンサ、３０９は逆導通ダイオードである。３１０はカレントトランス、３１１は電流検出回路からの信号の実効値、平均値またはピーク値を検出するフィルタ回路、３１２は電流検出回路、３１５はトランジスタ、３１６はＯＮ幅決定回路、３１７はスイッチング制御回路である。３２０は定着スリーブもしくは弾性加圧ローラを駆動するステッピングモータ、３２１はステッピングモータ３２０に接続されたエンコーダ、３２２はＡＳＩＣである。

本体の電源が投入され、不図示である画像形成装置のＤＣ電源回路が動作して２４ＶＤＣ電圧３１８が供給されると、サーモスイッチ３００の接点を通してリレー３０１に電圧が供給される。トランジスタ３１５は制御回路３０６によってＯＮになっているため、リレー３０１のトランジスタ３１５側に接続されている端子はＧＮＤの電位とほぼ同電位になり、リレーコイル３０１に電流が供給される。その結果リレー３０１の接点がＯＮになり、ＡＣ電源ラインからＡＣ電圧が回路に供給され、ダイオードブリッジ３０２により全波整流されて脈流化ＤＣ電圧となり、フィルタ３０３により波形整形されている。

本レーザビームプリンタが定着動作を開始すると、スイッチング制御回路３１７によりスイッチング素子３０７の制御が開始される。スイッチング素子３０７がＯＮになると、３０３、３０４、３０７、３１０より成る回路に電流が供給され、励磁コイル３０４に流れる電流は時間の経過に伴って一様に上昇する。

制御回路３０６がスイッチング制御回路３１７のＯＮ時間決定回路３１６にＯＮ時間に相当する電圧を指示すると、スイッチング制御回路３１７は指示されたＯＮ時間が経過した後にスイッチング素子３０７をＯＦＦにする。コイル３０４に流れた電流は、カレントトランス３１０により電圧に変換されて、フィルタ３１１による波形整形を受けて制御回路３０６へフィードバックされている。そして、コイル３０４に流れた電流値と、サーミスタ３０５からの信号電圧をＣＰＵが演算し、スイッチング素子３０７のＯＮ時間を制御する動作を行っている。

また、一方でスイッチング素子３０７に流れる電流が大きすぎるとスイッチング素子３０７を破損させてしまう場合があるため、電流検出回路３１２が過電流を検知した場合にＬＯＷレベルのＣＵＲＬＩＭ信号を出力しトランジスタ３１５をオフさせる。そのためリレー３０１の通電が遮断され励磁コイル３０４に過大電流が流れないように構成している。スイッチング素子３０７がＯＦＦになると、素子３０３、３０４、３０８より成る共振回路による共振動作が開始される。その後にＯＦＦ幅決定回路により、予め定められた時間のＯＦＦ幅が出力される。出力フリップフロップＦ／Ｆは、スイッチング素子３０７のＯＮとＯＦＦが交互に発生するように構成されている。スイッチング素子３０７をＯＮ，ＯＦＦ動作させることにより励磁コイル３０４に高周波電流が供給され、励磁コイル３０４より発生する高周波電磁界により定着スリーブ２１０が発熱する。

次に、励磁コイル３０４に過電流が流れた場合のカレントトランス３１０および電流検出回路部３１２による保護動作について説明する。
装置の何らかの異常などにより、励磁コイル３０４に流れる電流が異常となってしまった場合においても、安全上励磁コイル３０４への通電を遮断できるような構成としてある。これらの構成は確率的に故障の発生するＣＰＵを介さないため、信頼性の高い安全装置といえる。また電流検出回路３１２における過電流を検知する閾値は、定着モータ回転時と定着モータ停止時において可変となるように構成したところが本実施例の特徴である。

弾性加圧ローラを駆動するステッピングモータ３２０の回転軸に接続されたエンコーダ３２１の出力がＡＳＩＣ３２２に入力される。ＡＳＩＣ３２２でステッピングモータ３２０の動作状態を判断して電流検出回路３１２内の不図示のコンパレータの基準電圧値（ＣＰＲＥＦ）を変更する。ステッピングモータ３２０が停止時のＣＰＲＥＦはステッピングモータ３２０が回転時のＣＰＲＥＦより低くなるように設定される。カレントトランス３１０により励磁コイル３０４に流れる電流値に対応した電圧値はＣＲフィルタ３２３を通してある時定数をもって電流検出回路３１２に入力される。電流検出回路３１２は、ステッピングモータ３２０の動作状態に応じたコンパレータの基準電圧値と励磁コイル３０４に流れる電流値に対応した電圧値を比較する。これにより、励磁コイル３０４に過電流が流れていると判断された場合は、リレーコイルへの通電を遮断し、励磁コイル３０４への通電を遮断する。

前述のような構成とした加熱装置とすることにより、ステッピングモータ３２０の動作状態を検知して、停止時、回転時それぞれの状態における過電流を検知する閾値を設定する。発熱体の熱が回りの部材に伝わりにくくかつ発熱体の昇温速度が速いステッピングモータ３２０の停止時においては、最大供給可能電流値が低めに設定されるため、ステッピングモータ３２０の回転時と比較し早めに発熱体への通電を遮断することができる。そのため、装置異常時における発熱体およびその周辺部材の損傷を確実に防止することができる画像形成装置を提供することができる。また、確率的に故障の発生する半導体などを介した構成をとらないハード構成をとることを特徴とすることにより、信頼性の高い装置を提供することができる。

実施例１における定着装置の駆動回路および安全回路を示す図実施例１のレーザビームプリンタの構成を示す断面図セラミック面発ヒータの構造を示す図定着装置の構成を示す断面図定着装置の制御シーケンスを示すフローチャート発熱体の温度推移を示す図実施例２における定着装置の駆動回路および安全回路を示す図ＡＳＩＣによるモータの回転検知の一例を示す図実施例３における定着装置の概略構成を示す図定着装置の概略構成を示す図定着装置における交番磁束の発生の様子を模式的に示す図安全装置の回路構成を示す図実施例３における定着装置の駆動回路を示す図

符号の説明

３発熱体
１１エンジンコントローラ
２１温度検出素子
２７電流検出回路
４１リレー
１０９定着装置

Claims

筒状のフィルムと、前記フィルムの内面に接触するヒータと、前記フィルムを介して前記ヒータと共に記録紙を搬送するニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記ニップ部で記録紙上の未定着画像を記録紙に加熱定着する定着部と、
前記ヒータに供給する電力を制御するコントローラと、
前記コントローラとは独立した回路であり、異常時に商用電源から前記ヒータへの給電回路を開放する安全回路と、
を有する画像形成装置において、
前記ヒータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記加圧ローラの回転を検知する回転検知手段と、
を有し、
前記回転検知手段の出力は前記安全回路に入力しており、
前記安全回路は、前記電流検出手段の検出電流と電流閾値を比較するコンパレータと、前記電流閾値を前記回転検知手段からの出力に応じて設定する閾値設定部と、を有し、前記検出電流が前記電流閾値を超えると前記給電回路を開放する信号を出力し、
前記閾値設定部は、前記加圧ローラが回転停止している時の前記電流閾値を、回転している時の前記電流閾値よりも低く設定することを特徴とする画像形成装置。
前記給電回路にはリレーが設けられており、前記安全回路は前記検出電流が前記電流閾値を超えると前記リレーを駆動することにより前記給電回路を開放することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記給電回路には前記コントローラによって制御されるトライアックが設けられており、前記安全回路は前記検出電流が前記電流閾値を超えると前記トライアックを駆動することにより前記給電回路を開放することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。