JP5383148B2 - 定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を形成する画像形成装置における定着装置に関する。

電子写真方式が用いられた複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、形成担持させた記録材を加熱することによって、未定着画像を定着させる加熱式の定着装置が広く用いられている。一般的に、そのような加熱式の定着装置は、熱源である発熱体と、発熱体に電流を供給する電源と、発熱体近傍の温度を検出する温度検出手段と、発熱体に供給する電流を制御する制御手段とを含んで構成される場合が多い。

ここで、発熱体、電源、温度検出手段、制御手段の何れか１つでも正常に機能しない場合には、定着装置は、正常に動作できなくなってしまう。例えば、通電暴走を生じた場合には、過熱によって、装置が損傷してしまうおそれがある。そこで、一般的には、定着装置に安全装置を備えることによって、通電暴走時における過熱の発生を抑制している。

このような課題について、様々な技術が開発されている。発熱体への通電を遮断する安全装置として、特許文献１においては、システム制御部とは別に、発熱体の異常昇温を自ら検知して作動するサーモスイッチやヒューズ等の安全素子が開示されている。

しかしながら、安全素子の作動が遅れるケースがある。例えば、加圧部材が回転停止状態の時に発熱体に大きな電力が投入された場合である。この場合は、加圧ローラを介した発熱体の放熱量が減少するので発熱体の温度が急激に上昇する可能性が高くなる。発熱体の温度が急激に上昇すると、サーモスイッチ等の安全素子が温度上昇に素早く追従できず、安全素子が作動する前に装置が熱的ダメージを受ける問題がある。

特許文献２には、加熱ローラの回転状態を検知する回転検知センサを有し、加熱ローラを発熱させるためのコイルへの通電を制御する制御加熱ローラの回転状態に応じてコイルへの通電量を制限する定着装置が開示されている。加熱ローラの温度が急激に上昇し易い場合、つまり加熱ローラが回転停止している場合は、回転検知センサの検知結果を受けて制御部がコイルへの通電量を停止又は減少させている。

しかしながら、特許文献２の構成では、制御部が壊れた場合、コイルへの通電量を制限することが不可能となる。その結果、回転検知センサが加熱ローラの回転状態を検知していても、サーモスイッチ等の安全素子が作動する前に装置が熱的ダメージを受ける問題がある。
特開平０８−２４８８１３号公報 特開２００４−１０２１２１号公報

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、加圧ローラの回転数に応じて、電気発熱体への電流の供給を制御することによって、発熱による装置ダメージを最小限にすることができる、画像形成装置における定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る定着装置は、交流電源から供給される電力により発熱するヒータと、前記ヒータの熱によって記録材に担持された画像を加熱する回転部材と、前記回転部材に圧接する加圧部材と、前記交流電源から前記ヒータへの電力供給ラインを導通状態と非導通状態に切り換える駆動素子と、前記駆動素子を駆動する駆動回路と、前記交流電源の波形のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知回路と、前記ゼロクロス検知回路からのゼロクロス信号を基準に前記駆動回路へ駆動信号を送信する制御部と、前記電力供給ラインに接続され前記ヒータの異常昇温を感知すると前記ヒータへの電力供給を遮断する安全素子と、を有する定着装置であって、前記回転部材または前記加圧部材の回転状態を検知する回転検知回路と、前記ゼロクロス検知回路から出力されるゼロクロス信号に所定時間の遅れを生じさせるフィルタ回路と、前記フィルタ回路からの信号を分周する分周回路と、前記回転検知回路から出力される信号と前記分周回路から出力される信号の論理積を出力するＡＮＤ回路と、を有し、前記駆動回路は、前記回転検知回路からの出力信号が前記回転部材または前記加圧部材が回転停止している時の信号である場合、前記駆動信号が前記ヒータに電力を供給するための信号であっても、前記ＡＮＤ回路から出力される前記分周回路から出力される信号と同じ波形の信号に応じて、前記駆動素子へ前記導通状態を周期的に制限する信号を送信する、ことを特徴とする。

本発明によれば、装置が熱的ダメージを受ける前に安全素子が作動し、装置が熱的ダメージを受けるおそれを低減することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。

＜実施形態１＞
図１は、レーザビームプリンタの構成を示す図である。図１に示すように、レーザプリンタ１００は、一般的に複数の構成部品から構成されるが、以下、本実施形態に係る部品についてのみ、参照番号を付して説明する。このレーザプリンタ１００は、記録紙（記録材）Ｐを収納するデッキ１０１を含んでいる。デッキ紙有無センサ１０２によって、デッキ１０１内の記録紙Ｐの有無が検知され、紙サイズ検知センサ１０３によって、デッキ１０１内の記録紙Ｐのサイズが検知される。記録紙Ｐは、ピックアップローラ１０４によって、デッキ１０１から繰り出され、デッキ給紙ローラ１０５によって、搬送される。リタードローラ１０６は、デッキ給紙ローラ１０５と対をなし、記録紙Ｐの重送を防止する。

デッキ給紙ローラ１０５の下流に給紙センサ１０７が設けられ、両面反転部からの給紙搬送状態が検知される。記録紙Ｐは、給紙搬送ローラ１０８を介し、レジストローラ対１０９によって、印刷タイミングと同期して搬送される。また、レジ前センサ１１０によって、レジストローラ対１０９への記録紙Ｐの搬送状態が検知される。レジストローラ対１０９の下流には、プロセスカートリッジ１１２が設けられていて、レーザスキャナ部１１１からのレーザ光に基づいて、感光ドラム１上にトナー像が形成される
また、ローラ部材１１３（以下、転写ローラという）によって、感光ドラム１上に形成されたトナー像が、記録紙Ｐ上に転写され、放電部材１１４（以下、除電針という）によって、記録紙Ｐ上の電荷が除去されて感光ドラム１からの分離が促進される。搬送ガイド１１５を介して除電針１１４の下流に搬送された記録紙Ｐは、定着装置１１６（定着部）によって、記録紙Ｐ上に転写されたトナー像が熱定着される。更に、定着装置１１６から搬送されてきた記録紙Ｐは、両面フラッパ１２０によって、排紙部又は両面反転部のいずれかに搬送される。

記録紙Ｐが排紙部に搬送されると、定着排紙センサ１１９によって、定着装置１１６からの搬送状態が検知され、排紙センサ１２１によって、排紙部における紙搬送状態が検知される。また、排紙ローラ対１２２によって、記録紙Ｐが排紙される。一方、記録紙Ｐが両面反転部に搬送されると、記録紙Ｐの両面に印字するために、片面印字終了後の記録紙Ｐが表裏反転する。両面反転部は、記録紙Ｐを再度、給紙搬送ローラ１０８側に給紙する。記録紙Ｐは、反転ローラ対１２３によって、正逆転しスイッチバックする。反転センサ１２４によって、反転ローラ対１２３への紙搬送状態が検知される。記録紙Ｐは、Ｄカットローラ１２５によって、記録紙Ｐの横方向位置を合わせるための図示されていない横方向レジスト部から搬送される。記録紙Ｐは、更に、両面搬送ローラ対１２７によって、両面反転部から給紙搬送ローラ１０８側に搬送される。また、両面センサ１２６によって、両面反転部の記録紙Ｐの搬送状態が検知される。

図２は、図１に示す加圧部材２０２（以下、加圧ローラ２０２）を含む定着装置１１６の側面図である。定着装置１１６は、一般的なフィルム加熱方式の定着装置であり、回転部材２０１（以下、定着フィルム２０１）と、剛体ステー２０４と、例えば、セラミックヒータ２０５である電気発熱の手段とを含んでいて、加圧ローラ２０２と対向配置されている。定着フィルム２０１は、円筒状の耐熱性フィルム材であり、セラミックヒータ２０５を取り付けた剛体ステー２０４に、ルーズに外嵌させてある。定着フィルム２０１として、例えば、耐熱性、離型性、強度性、耐久性等を有する厚さ４０〜１００μｍ程度のＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等の円筒状単層フィルムが用いられる。又は、ポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ等の円筒状フィルムの外周面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等がコーティングされた複合層フィルムが用いられても良い。

加圧ローラ２０２は、芯金２０３の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層２０７をローラ状に同心一体に設けることにより構成された弾性ローラである。定着フィルム２０１は、加圧ローラ２０２と、セラミックヒータ２０５との間に挟まれ、加圧ローラ２０２の弾性に抗して圧接している。また、矢印Ｎは、その圧接により形成される定着ニップ部の範囲を示している。加圧ローラ２０２は、後述する定着駆動モータ５８１によって、矢示Ａの方向に所定の速度で回転するように駆動する。

加圧ローラ２０２が回転駆動すると、定着ニップ部Ｎにおいて、加圧ローラ２０２と定着フィルム２０１の外面との摩擦力によって、定着フィルム２０１に、直接的に、回転力が作用する。その結果、定着フィルム２０１が、セラミックヒータ２０５の下面に圧接しながら矢示Ｂの方向に回転するように駆動する。また、記録紙Ｐが、矢印Ｃの方向に定着ニップ部Ｎに挿入された場合には、定着フィルム２０１に、記録紙Ｐを介して間接的に、回転力が作用する。

剛体ステー２０４は、記録紙Ｐの搬送路を横断する方向（図面に垂直方向）を長手とする横長部材であり、耐熱性と断熱性を有している。また、剛体ステー２０４は、セラミックヒータ２０５を固定する。

セラミックヒータ２０５は、剛体ステー２０４の下面に長手方向に沿って形成した溝部に嵌入され、耐熱性接着剤で固定された、転写材搬送路を横断する方向を長手とする横長の部材である。セラミックヒータ２０５の上面には、後述するサーミスタ２０６が、１個搭載されている。

剛体ステー２０４は、定着フィルム２０１の内面ガイド部材としても機能し、定着フィルム２０１の回転を容易にすることができる。また、定着フィルム２０１の内面とセラミックヒータ２０５の下面との間に、耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させ、摺動抵抗を低減させても良い。

加圧ローラ２０２の回転によって、定着フィルム２０１の回転が定常化し、セラミックヒータ２０５の温度が所定温度に立ち上がった状態において、定着ニップ部Ｎの定着フィルム２０１と加圧ローラ２０２との間に画像を担持する記録紙Ｐが導入される。そして、セラミックヒータ２０５からの熱が、定着フィルム２０１を介して、記録紙Ｐの未定着画像部分に供給される。その結果、記録紙Ｐ上の未定着画像部分が、記録紙Ｐ上に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過した記録紙Ｐは、定着フィルム２０１の面から分離され、矢印Ｃの方向に搬送される。

図３は、図２に示すセラミックヒータの詳細な構成と第１の発熱体であるメインヒータ及び第２の発熱体であるサブヒータの発熱分布を示す図である。図３は、図２において、上側よりセラミックヒータ２０５を見た図である。

セラミックヒータ２０５は、記録紙Ｐの搬送方向に直交する方向に細長い部材である。セラミックヒータ２０５は、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられた基材３０１と、発熱体である発熱パターン３０２ａ及び３０２ｂとを含んで構成されている。発熱パターン３０２ａ及び３０２ｂは、セラミックヒータ２０５の一面側にパターニングされていて、電気絶縁層としてのガラス保護膜によって被覆されている。以下、発熱パターン３０２ａで形成されたヒータ部を第１の発熱体であるメインヒータ、発熱パターン３０２ｂで形成されたヒータ部を第２の発熱体であるサブヒータという。電極３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃは、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂの両端に電圧を印加する給電電極である。

図３に示すように、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂは、異なる発熱分布を有する。図３のメインヒータ発熱分布に示すように、メインヒータ３０２ａの場合には、セラミックヒータ２０５の長手方向中央部付近において発熱量が大きな発熱分布を有している。
また、図３のサブヒータ発熱分布に示すように、サブヒータ３０２ｂの場合には、セラミックヒータ２０５の長手方向端部において発熱量が大きな発熱分布を有している。

本実施形態における定着装置１１６は、セラミックヒータ２０５の温度を測定するための、例えば、サーミスタ２０６である温度検知の手段と、異常昇温時に作動する安全素子としてのサーモスイッチとを有する。

図３に示すように、サーミスタ２０６は、セラミックヒータ２０５の長手方向中央部に配置され、セラミックヒータ２０５上に所定圧で押し当てられている。なお、サーミスタ２０６は、図５に示すように、電源ＶＣＣが一端に供給され、他端は接地電位とされている。サーミスタ２０６の抵抗値は、温度に従って変化し、その変化は、検出信号Ｓ６として、制御部であるＣＰＵ５０１に出力される。

また、サーモスイッチは、図５に示すように、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂと、ＡＣ電源５０４との間に接続され、作動温度に達した場合に通電経路を遮断する。本実施形態においては、サーモスイッチは、２５０℃において作動する。
即ち、安全素子は発熱体（３０２a、３０２ｂ）とＡＣ電源を結ぶ電力供給ラインに直列に接続され、発熱体（３０２a、３０２ｂ）の異常昇温を感知すると発熱体（３０２a、３０２ｂ）への電力供給を遮断する。

ここでサーモスイッチの作動温度について説明する。

図４は、セラミックヒータの温度と、サーモスイッチの作動温度との関係を示す図である。一般的に、サーモスイッチの実際の作動温度は、熱容量に起因して、周囲の温度上昇速度によって変化する特徴を有している。直線Ｄは、セラミックヒータ２０５の温度変化が急峻である場合の、サーモスイッチの実際の作動温度を示している。直線Ｄの場合に、サーモスイッチは、実際には、２５０℃よりΔＴａ高い温度において作動し、通電経路を遮断する。

一方、直線Ｅは、セラミックヒータ２０５の温度変化が緩やかである場合のサーモスイッチの実際の作動温度を示している。直線Ｅの場合に、サーモスイッチは、実際には、２５０℃よりΔＴｂ高い温度において作動し、通電経路を遮断する。図４に示すように、ΔＴａは、ΔＴｂより大きく、サーモスイッチは、作動温度に到達するまでのセラミックヒータ２０５の温度上昇が緩やかである程、より２５０℃に近い温度（作動温度）で作動する。

次にセラミックヒータ２０５に電流を供給する定着装置の電力供給制御回路について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給制御回路の構成を示す図である。図５に示すように、電力供給制御回路５は、セラミックヒータ２０５と、サーモスイッチ５５１と、制御部であるＣＰＵ５０１と、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３（切換部）と、ＡＣ電源５０４と、リレー回路５０５とを含んでいる。

また、電力供給制御回路５は、ゼロクロス検知回路５１１（検出部）と、第１及び第２のトライアック駆動回路５５２及び５５３とを更に含んでいる。また、電力供給制御回路５は、回転検知回路（回転検知部）であるモータ回転検知回路５５４と、定着駆動モータ５８１と、分周回路１７０１と、ＡＮＤ回路１７０２と、フィルタ回路１７０５とを更に含んでいる。

第１のトライアック５０２とメインヒータ３０２ａとが直列に接続され、第２のトライアック５０３とサブヒータ３０２ｂとが直列に接続されている。また、第１のトライアック５０２及びメインヒータ３０２ａと、第２のトライアック５０３及びサブヒータ３０２ｂとが、ＡＣ電源に対して並列に構成されている。

また、図５に示すように、リレー回路５０５が、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３の一端と、ＡＣ電源５０４との間に接続されている。リレー回路５０５は、ＣＰＵ５０１からの信号ＲＬＤによって制御され、通電経路を遮断することができる。また、サーモスイッチ５５１が、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂの一端と、ＡＣ電源５０４との間に接続され、セラミックヒータ２０５の温度が作動温度に到達した場合は、通電経路を遮断する。

第１のトライアック駆動回路５５２は、抵抗５６４及び５６５を介して、第１のトライアック５０２と接続されており、ＣＰＵ５０１から供給される駆動信号Ｓ１によって制御され、第１のトライアック５０２をオンオフする。第１のトライアック駆動回路５５２は、第１のトライアック５０２をオンオフすることで電源から第１の発熱体３０２aへの電力供給ラインを導通状態、非導通状態に切り換えることができる。

また、第２のトライアック駆動回路５５３は、抵抗５６０及び５６１を介して、第２のトライアック５０３と接続されており、ＣＰＵ５０１から供給される駆動信号Ｓ２によって制御され、第２のトライアック５０３をオンオフする。第２のトライアック駆動回路５５３は、第２のトライアック５０３をオンオフすることで電源から第２の発熱体３０２ｂへの電力供給ラインを導通状態、非導通状態に切り換えることができる。

ゼロクロス検知回路５１１は、図５に示すＮ（Neutral）点及びＨ（Hot）点によって、ＡＣ電源５０４の電源電圧の位相を検知し、位相に応じて変化するパルス信号（以下、ゼロクロス信号という）をＣＰＵ５０１に出力する。また、既に説明したように、サーミスタ２０６は、セラミックヒータ２０５の温度を検出し、検出信号Ｓ６をＣＰＵ５０１に出力している。モータ回転検知回路５５４及び定着駆動モータ５８１については、後述する。電力供給制御回路５は、以上のような構成によって、セラミックヒータ２０５に供給する電力を全波位相制御している。

なお、本実施形態において、電力供給制御回路５は、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３に流れる交流電流を全波位相制御することによって、セラミックヒータ２０５に供給する電力を制御している。全波位相制御方式とは、交流波形におけるゼロクロスポイント（振幅がゼロになる点）から通電するタイミングまでの時間を変化させることで位相制御する方式として一般的に知られている。本実施形態においては、ＣＰＵ５０１が、例えば、ゼロクロス信号に基づいて駆動信号Ｓ１を出力し、メインヒータ３０２ａに所望の電力を印加することができる。

図５における第１のトライアック駆動回路５５２と第２のトライアック駆動回路５５３とＡＮＤ回路１７０２と分周回路１７０１とフィルタ回路１７０５は、ゼロクロスポイントからずれた時点においてトライアックに切り換えを行わせる制限部として機能する。

図６の（ａ）は、ゼロクロス信号と駆動信号Ｓ１とのタイミングを示す波形図である。ＡＣ電源５０４から第１のトライアック５０２に供給される交流電流波形の１周期において、矢印で示されたゼロクロス信号の立下りのタイミングから所定時間ｔ１及びｔ２遅延させたタイミングで、ＣＰＵ５０１が駆動信号Ｓ１をハイレベルで出力している。

駆動信号Ｓ１がハイレベルとなると、第１のトライアック５０２に電流が流れる。ＣＰＵ５０１が出力する駆動信号Ｓ１は、再び、ローレベルとなるが、第１のトライアック５０２のオン状態は、ＡＣ電源の交流波形のゼロクロス点まで維持される。

図６の（ｂ）は、時間ｔ１及びｔ２と、セラミックヒータ２０５に印加される電力の関係を示すテーブルである。本実施形態においては、駆動信号Ｓ１がオンとなるタイミング（時間ｔ１及びｔ２）を図６の（ｂ）に示すテーブルに従って設定し、セラミックヒータ２０５に所望の電力を印加することができる。図６の（ｂ）に示すテーブルは、ＡＣ電源の周波数が５０Ｈｚである場合であり、また、全ての位相において通電した場合の印加電力を１００％としている。

図７は、ゼロクロス検出回路の内部構成を示す回路図である。Ｎ点又はＨ点から供給された交流電圧は、それぞれ整流ダイオード７０又は７１によって、半波整流される。また、電流制限用の抵抗７２、７３、７６によって定められる電流が、トランジスタ７７のベースに供給される。ここで、コンデンサ７５は、外部からのノイズ除去のために挿入されている。図７においては、１次と２次間の沿面距離を確保するために、フォトカプラ７９が用いられている。また、１次側の電源電圧ＶＣＣが、電流制限用の抵抗７８を介して、フォトカプラ７９の発光側に供給されている。更に、２次側の電源電圧Ｖｒｅｆが、電流制限用の抵抗８０を介して、フォトカプラ７９の出力トランジスタのコレクタに供給されている。フォトカプラ７９の出力は、コンデンサ８２と抵抗８１を介し、ゼロクロス信号として、ＣＰＵ５０１に供給される。

図７において、Ｈ点電圧が、トランジスタ７７の閾値電圧よりも高くなると、トランジスタ７７及びフォトカプラ７９がオンし、ゼロクロス信号は、ローレベルとなる。また、Ｈ点電圧が、閾値電圧よりも低くなると、トランジスタ７７及びフォトカプラ７９がオフし、ゼロクロス信号は、ハイレベルとなる。従って、ゼロクロス信号は、ハイレベル又はローレベルを出力するパルス信号となる。

再び、図５を参照する。図５に示す定着駆動モータ５８１は、図２に示す加圧ローラ２０２を回転駆動する。図５に示すように、定着駆動モータ５８１は、信号ＡＣＣ及びＢＬＫをＣＰＵ５０１から入力し、信号ＦＧをＣＰＵ５０１及びモータ回転検知回路５５４に出力する。信号ＡＣＣがＣＰＵ５０１によって、例えば、ローレベルに活性化されると、定着駆動モータ５８１が加速される。また、信号ＢＬＫがＣＰＵ５０１によって、例えば、ローレベルに活性化されると、定着駆動モータ５８１が減速される。信号ＦＧは、定着駆動モータ５８１の回転数に比例した周波数を有するパルス信号として出力される。ＣＰＵ５０１は、信号ＦＧを受信すると、信号ＦＧの周波数を所定値とするように、信号ＡＣＣ又はＢＬＫを活性化又は非活性化する。

その結果、定着駆動モータ５８１が、定速回転するように制御される。図５に示すモータ回転検知回路５５４は、定着駆動モータ５８１から信号ＦＧを入力し、モータの回転状態を検知する回転検知の手段を有している。本実施例では、モータの回転状態から加圧ローラ又は定着フィルムの回転状態を検知しているが、加圧ローラや、定着フィルムの回転状態を直接検知する構成でもよい。

図８は、モータ回転検知回路５５４の内部構成を示す回路図である。図８に示すように、定着駆動モータ５８１から入力された信号ＦＧは、Ｄフリップフロップ１２０１によって、１／２分周され、トランジスタ１２０２のゲートに供給される。電源２４Ｖが供給される抵抗１２０３に接続されたトランジスタ１２０２のスイッチング動作により、コンデンサ１２０４に矩形波が印加される。本実施形態において、矩形波は、２４Ｖの振幅を有している。更に、矩形波は、ダイオード１２０５及び１２０６を介して、オペアンプ１２１１の反転入力端子に供給される。オペアンプ１２１１の非反転入力端子には、抵抗１２０７及び１２０８により電源ＶＣＣの分圧分が供給されている。オペアンプ１２１１と、抵抗１２０９と、コンデンサ１２１０とは、積分回路を構成していて、供給された矩形波は、直流信号に変換され、オペアンプ１２１１から出力される。

ここで、オペアンプ１２１１の出力電圧Ｖｏｐは次式（１）によって求められる。

Ｖｏｐ＝Ｖｔ―（２４―Ｖｔ）×Ｃ１２０４×Ｒ１２０９×ｆ÷２ ・・・（１）
式（１）において、Ｖｔは、オペアンプ１２１１の非反転入力端子電圧を、Ｃ１２０４は、コンデンサ１２０４の静電容量を、Ｒ１２０９は、抵抗１２０９の抵抗値を、ｆは、信号ＦＧの周波数を示している。式（１）に示すように、出力電圧Ｖｏｐは、信号ＦＧの周波数に依存し、信号ＦＧの周波数が高くなる程、出力電圧Ｖｏｐは低くなる。オペアンプ１２１１の出力電圧Ｖｏｐは、コンパレータ１２１４の非反転入力端子に入力される。
コンパレータ１２１４において、出力電圧Ｖｏｐが、抵抗１２１２及び１２１３によって決定される基準電圧と比較される。従って、コンパレータ１２１４から出力される信号ＭＯＴＤＥＴのレベルは、信号ＦＧの周波数に基づいて、決定されることになる。本実施形態において、定着駆動モータ５８１が回転状態である場合には、コンパレータ１２１４の出力は、ローレベルとなり、回転停止状態である場合には、ハイレベルとなる。

フィルタ回路１７０５は、ゼロクロス検知回路のゼロクロス信号を入力した後に、ノイズ除去を行い、分周回路１７０１にＺＸＳＡＦＥ信号を出力する。分周回路１７０１は、入力されたＺＸＳＡＦＥ信号を１／４に分周して、ＺＥＲＯＣＬＫ信号として、ＡＮＤ回路１７０２に出力する。

図９は、本実施形態に係るフィルタ回路１７０５の内部構造を示す回路図である。抵抗１７０７に接続されたトランジスタ１７０６は、ゼロクロス信号のハイ／ローレベルに応じてオン／オフされる。出力が抵抗１７１１に接続されたバッファ１７１０への入力レベルは、抵抗１７０８とコンデンサ１７０９で決まる時定数分だけ遅れる。従って、バッファ１７１０の出力信号ＺＸＳＡＦＥはゼロクロス信号よりも僅かに送れたタイミング（例えば、１ｍｓｅｃ）となり、分周回路１７０１へ送られる。ＡＮＤ回路１７０２は、信号ＭＯＴＤＥＴと信号ＺＥＲＯＣＬＫとの論理積を駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫとして、第１及び第２のトライアック駆動回路５５２及び５５３に出力する。

図１０の（ａ）は第１のトライアック５０２を駆動する第１のトライアック駆動回路５５２の内部構成を示す回路図である。第１のトライアック駆動回路５５２には、制限回路（本実施例ではトランジスタ１６０１と、抵抗１６０２及び１６０３）が含まれている。トランジスタ（スイッチング素子）１６０１は、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫによって駆動制御される。尚、スイッチング素子はトランジスタ１６０１に限定されるものでなく、信号によってオンオフが切り換わるものであればよい。駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがローレベルとなると、トランジスタ１６０１がオンとなり、フォトトライアック９０８は、駆動信号Ｓ１によって制御される。一方、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがハイレベルとなると、トランジスタ１６０１がオフとなり、フォトトライアック９０８のフォトダイオードに電圧が印加されない。その結果、駆動信号Ｓ１に関わらず、フォトトライアック９０８はオフとなり、第１のトライアック５０２は、強制的にオフ、つまり非導通状態に切り換わる。

ＣＰＵ５０１がハイレベルの駆動信号Ｓ１を出力する場合に、抵抗９１０及び９１２とが接続されたトランジスタ９１１はオンとなる。

図１０の（ｂ）は、第２のトライアック５０３を駆動する第２のトライアック駆動回路５５３の内部構成を示す回路図である。図１０の（ｂ）は、制限回路（本実施例ではトランジスタ９０４と、抵抗９０２及び９０３）が含まれている。トランジスタ（スイッチング素子）９０４は、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫによって駆動制御される。尚、スイッチング素子はトランジスタ９０４に限定されるものでなく、信号によってオンオフが切り換わるものであればよい。駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがローレベルとなると、トランジスタ９０４がオンとなり、フォトトライアック９０１は、駆動信号Ｓ２によって制御される。一方、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがハイレベルとなると、トランジスタ９０４がオフとなり、フォトトライアック９０１のフォトダイオードに電圧が印加されない。その結果、駆動信号Ｓ２に関わらず、フォトトライアック９０１はオフとなり、第２のトライアック５０３は、強制的にオフ、つまり非導通状態に切り換わる。

ＣＰＵ５０１がハイレベルの駆動信号Ｓ２を出力する場合に、抵抗９０５及び９０７とが接続されたトランジスタ９０６はオンとなる。

次に、図５を参照しながら、本実施形態に係る電力供給制御回路５の動作について説明する。電力供給制御回路５には、電力供給制御回路５を含む画像形成装置の電源が投入された状態において、プリント動作が行われているプリント動作モードと、プリント動作が行われていないスタンバイモードとが存在する。

プリント動作モードにおいては、定着駆動モータ５８１を回転駆動させ、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂに電流を供給する。その結果、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂが、共に、発熱する。プリント動作モードにおいて、ＣＰＵ５０１は、図示されていない外部のコントローラから、例えば、プリントスタート信号を受信し、画像形成シーケンスプログラムを実行する。

その際に、ＣＰＵ５０１は、駆動信号Ｓ１及びＳ２によって、第１及び第２のトライアック５０２をオン、つまり導通状態に切り換える。その結果、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂに電流が供給される。

本実施形態において、サブヒータ３０２ｂに供給される電流は、記録紙Ｐの幅長に応じて、メインヒータ３０２ａに対して一定の比率の電力が供給されるように制御されている。ここで、記録紙Ｐの幅長とは、記録紙Ｐの搬送方向に対する垂直方向の長さをいう。

図１１は、記録紙Ｐの幅長と、サブヒータ３０２ｂの通電設定の関係を示す図である。図１１に示すように、４種類の幅長に応じて、メインヒータ３０２ａに対するサブヒータ３０２ｂの電力比率が設定されている。即ち、幅長が小さくなる程、メインヒータ３０２ａに対するサブヒータ３０２ｂの電力比率が小さく設定される。その結果、プリント動作中に定着装置１１６の端部の温度が高くなる現象（以下、端部昇温という）を抑えることができる。

定着装置１１６の加熱領域の幅に比べて記録紙Ｐの幅長が小さい場合には、定着装置１１６の端部が非通紙領域となる。従って、記録紙Ｐを通紙する部分と通紙しない部分とにおいて、奪われる熱量が大きく異なるので、セラミックヒータ２０５の端部の温度が高くなる現象が起きる。この端部昇温の現象によって、記録紙のしわの発生や、定着フィルムにトナーがオフセットする等、様々な問題が生じてしまう。そのようなセラミックヒータ２０５の温度の不均一性は、通紙する記録紙Ｐの幅長が小さい程、大きくなってしまう。しかしながら、本実施形態においては、図１１に示すようにサブヒータ３０２ｂへの供給電力を設定することによって、上述の問題を回避することができる。

既に説明したように、セラミックヒータ２０５は、サーミスタ２０６によって、温度が検出される。また、サーミスタ２０６は、セラミックヒータ２０５の長手方向の中心位置に設けられているので、セラミックヒータ２０５の中央部の温度状態を検知することができる。ＣＰＵ５０１は、サーミスタ２０６の検知温度と、基準となる目標温度との差を検出し、セラミックヒータ２０５の中央部を設定温度に維持するように第１及び第２の駆動回路を制御する。即ち、発熱体３０２a、３０２ｂが設定温度を維持するようにＣＰＵ５０１は駆動回路を制御する。本実施形態における電力供給制御回路５は、プリント動作モードにおけるサーミスタの検知温度が２００℃一定となるように動作する。

次に、スタンバイモードについて説明する。スタンバイモードにおいては、定着駆動モータ５８１は停止していて、メインヒータ３０２ａのみ電力が供給されている。即ち、電力供給制御回路５によって、スタンバイモードにおいて、セラミックヒータ２０５に供給される電力の一部が制限される。メインヒータ３０２ａに供給される電力は、サーミスタ２０６によって検知された温度に基づいて制御される。本実施形態における電力供給制御回路５は、スタンバイモードにおけるサーミスタの検知温度を８０℃一定とするように動作する。

このように、スタンバイモードにおいてもサーミスタの検知温度を一定に維持する制御をすることによって、セラミックヒータ２０５のプリント動作モードに立ち上がる時間を短くすることができる。プリント動作モードにおいては、加圧ローラ２０２が駆動しているので、セラミックヒータ２０５から加圧ローラ２０２に放熱される量は、加圧ローラ２０２が停止しているスタンバイモードにおける場合よりも大きくなる。従って、プリント動作モードにおいては、セラミックヒータ２０５を所望の温度に制御するために、大きな電力が必要となる。逆に、スタンバイモードにおいては、セラミックヒータ２０５を所望の温度に制御するための電力は小さくてすむ。

次に、通電暴走が発生した場合におけるセラミックヒータ２０５の過熱を抑える安全装置の動作について説明する。通電暴走とは、何かしらの原因により、第１のトライアック５０２及び／又は第２のトライアック５０３がオンに固定され、セラミックヒータ２０５に電流が供給され続ける状態をいう。このような通電暴走の現象は、ＣＰＵ５０１に搭載されているソフトウエアの暴走によって、セラミックヒータ２０５に電流が供給され続けるように制御されてしまう場合が、考えられる。

いずれの場合においても、メインヒータ３０２ａとサブヒータ３０２ｂのいずれか一方に対する通電暴走が発生した時には、セラミックヒータ２０５の温度が急峻に上昇することはない。従って、サーモスイッチは、図４に示す２５０℃近傍で作動することができる。その結果、セラミックヒータ２０５の過昇温による定着装置１１６近辺の変形や変質等のダメージを防ぐことができる。

次に、スタンバイモードにおいて、通電暴走が発生した場合を説明する。スタンバイモードにおいて、モータ回転検知回路５５４から出力される駆動信号ＭＯＴＤＥＴは、ハイレベルとなる。従って、ＡＮＤ回路１７０２から出力される駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫは、信号ＺＥＲＯＣＬＫと同様の波形となる。

駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがローレベルである場合は、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３は、駆動信号Ｓ１及びＳ２によって制御される。また、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがハイレベルである場合は、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３は、駆動信号Ｓ１及びＳ２に関わらず、強制的にオフ、つまり非導通状態に切り換わる。

ここで、信号ＺＥＲＯＣＬＫは、ＺＸＳＡＦＥ信号を１／４分周している。即ち、セラミックヒータ２０５は、第１及び第２のトライアック５０２及び５０３に供給される交流電流の２周期期間において電流を供給される。更に、セラミックヒータ２０５は、次の２周期期間において電流を供給されない。以降、同様に繰り返される。

図１２は、本実施形態におけるスタンバイモードでの第１及び第２のトライアック５０２及び５０３からセラミックヒータ２０５に供給される電流の変化を示す波形図である。図１２に示すように、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫは、ＭＯＴＤＥＴ信号がハイレベルであるので、ＺＸＳＡＦＥ信号が１／４分周されたＺＥＲＯＣＬＫと同様の波形となる。

ここで、駆動信号Ｓ１及びＳ２をハイレベル一定とすると、セラミックヒータ２０５に供給される電流は、駆動信号ＨＥＡＴＣＬＫがローレベルの期間は供給状態となり、ハイレベルの期間においてゼロとなる。ここで、フィルタ回路１７０５によってゼロクロス信号のエッジより１ｍｓｅｃ程度遅れたＺＸＳＡＦＥ信号から生成されているので、ＨＥＡＴＣＬＫ信号は同様にゼロクロス信号に対して１ｍｓｅｃ程度の遅れを持っている。

従って、図１２で示す電流波形のようにＨＥＡＴＣＬＫ信号の立下りタイミングでは最初の１ｍｓｅｃがゼロとなる電流となる。更にＨＥＡＴＣＬＫ信号の立上りタイミングでは１ｍｓｅｃの遅れによりトライアック５０２及び５０３がオンするので、半周期間だけ電流が流れる。つまり、ゼロクロス信号４周期間において、およそ２．５周期間電流が供給され、残りの１．５周期間電流がゼロとなる。その結果、セラミックヒータへの通電率は６１％として実現されている。

本実施形態においては、フィルタ回路１７０５によって、ＨＥＡＴＣＬＫ信号をゼロクロス信号のエッジよりも１ｍｓ遅らせている。そのような構成とすることによって、ＨＥＡＴＣＬＫ信号のレベルの切替えのタイミングを、交流電源による電流のゼロクロスポイントから遅れ方向にずらし、電流の非導通状態から導通状態への切替えを確実としている。その結果、図１５に示すように、ＨＥＡＴＣＬＫ信号とゼロクロス信号のエッジとが同期している場合に、ノイズ等の原因により、電流の非動通状態から導通状態への切替えが成功する場合と失敗する場合とが生じて不安定になることを防いでいる。

また、図１３に示すように、駆動信号Ｓ１及びＳ２をパルス信号とすると、セラミックヒータへの電流が位相制御される。駆動信号Ｓ１及びＳ２がパルス信号の場合にも、駆動信号であるＨＥＡＴＣＬＫ信号がハイレベルの期間において、電流はゼロとされる。図１３では、ＭＯＴＤＥＴ信号がハイレベルの時に、駆動信号Ｓ１及びＳ２はゼロクロスから２ｍｓｅｃの期間、ＣＰＵ５０１により出力が禁止されるように設定されているとする。その設定により、セラミックヒータへの通電率は４０％として実現されている。

図１３で示すように、電流は、ゼロクロスごとに２ｍｓｅｃのゼロ期間をもった波形となる。フィルタ回路１７０５の構成によって、ＨＥＡＴＣＬＫ信号がゼロクロス信号のエッジから１ｍｓｅｃ分遅れるように構成されていても、２ｍｓｅｃの電流ゼロ期間の設定には影響しない。

図１４に示すように、本実施形態におけるスタンバイモードの際の温度上昇は、直線Ｋとなる。スタンバイモードにおいては、加圧ローラ２０２が停止しているので、セラミックヒータ２０５から放出された熱が放熱されにくい。しかしながら、セラミックヒータ２０５への通電期間は、プリンタ動作モードに比べるとおよそ６０％と抑えられているので、セラミックヒータ２０５の温度は、緩やかに上昇する。その結果、サーモスイッチの実際の作動温度は、直線Ｊの場合よりも少し高くなる程度に抑えられ、セラミックヒータ２０５の過昇温による定着装置１１６周辺の変形や変質等のダメージを防ぐことができる。

図１４に示す直線Ｌは、スタンバイモードにおいて、メインヒータ３０２ａ及びサブヒータ３０２ｂの両方に対して、通電期間１００％の通電暴走が発生した場合の温度上昇を表している。その場合に、温度は、急峻に上昇するので、サーモスイッチの実際の作動温度が、直線Ｊ及びＫの場合に比べて高くなる。従って、定着装置１１６周辺の変形や変質等のダメージの危険性が大きくなる。

以上のように、本実施形態に係る定着装置１１６は、加圧ローラ２０２が停止するスタンバイモードにおいて、第１及び第２のトライアック５０３を、周期的にオフとする。従って、スタンバイモードにおいて通電暴走が発生した場合でも、セラミックヒータ２０５の温度上昇速度を抑え、サーモスイッチを低い温度で作動させることができ、通電暴走による定着装置周辺の変形や変質等のダメージの危険性を低減することができる。また、ＺＸＳＡＦＥ信号はゼロクロス信号からの遅延時間が設けられているので、ＨＥＡＴＣＬＫ信号によって、電流の通電／非通電の期間を確実に制御できる。

また、スタンバイモードにおいて電流をパルス制御した場合にも、図１３に示すようにプリンタ動作モードの通電時間の４０％の割合でセラミックヒータ２０５に通電する事が可能となる。このように、通電暴走による温度の急激な上昇を防ぐとともに、スタンバイモードにおいてセラミックヒータ２０５を予熱することができ、プリンタ動作モードに移行する時間を短くすることができる。

本発明は、図２に示すような加熱定着装置を含み、電子写真プロセス技術により像担持体上に形成されたトナー像が、記録媒体上に転写され、加熱定着によって記録媒体に加熱定着される画像形成装置に対しても適用することができる。

レーザビームプリンタの構成を示す図である。 図１に示す定着装置の側面図である。 図２に示すセラミックヒータの詳細な構成とメインヒータ及びサブヒータの発熱分布を示す図である。 セラミックヒータの温度と、サーモスイッチの作動温度との関係を示す図である。 本実施形態における電力供給制御回路の構成を示す図である。 ゼロクロス信号と駆動信号Ｓ１とのタイミングを示す波形図である。 ゼロクロス検出回路の内部構成を示す回路図である。 モータ回転検知回路の内部構成を示す回路図である。 本実施形態におけるフィルタ回路の内部構成を示す回路図である。 本実施形態におけるトライアック駆動回路の内部構成を示す回路図である。 記録紙の幅長と、サブヒータの通電設定の関係を示す図である。 本実施形態におけるスタンバイモードにおける第１及び第２のトライアックからセラミックヒータに供給される電流の変化を示す波形図である。 図１２に示す電流が位相制御された場合における波形図である。 通電暴走時のセラミックヒータの温度の時間変化を示す図である。 ゼロクロス信号とＨＥＡＴＣＬＫ信号とが完全同期した場合における電流の変化を示す波形図である。

符号の説明

１ 感光ドラム
１００ レーザプリンタ
１０１ デッキ
１０２ デッキ紙有無センサ
１０３ 紙サイズ検知センサ
１０４ ピックアップローラ
１０５ デッキ給紙ローラ
１０６ リタードローラ
１０７ 給紙センサ
１０８ 給紙搬送ローラ
１０９ レジストローラ対
１１０ レジ前センサ
１１１ レーザスキャナ部
１１２ プロセスカートリッジ
１１３ ローラ部材
１１４ 放電部材
１１５ 搬送ガイド
１１６ 定着装置
１１９ 定着排紙センサ
１２０ 両面フラッパ
１２１ 排紙センサ
１２２ 排紙ローラ対
１２３ 反転ローラ対
１２４ 反転センサ
１２５ Ｄカットローラ
１２６ 両面センサ
１２７ 両面搬送ローラ
２０１ 定着フィルム
２０２ 加圧ローラ
２０３ 芯金
２０４ 剛体ステー
２０５ セラミックヒータ
２０６ サーミスタ
２０７ 耐熱性弾性層

Claims (2)

1. 交流電源から供給される電力により発熱するヒータと、前記ヒータの熱によって記録材に担持された画像を加熱する回転部材と、前記回転部材に圧接する加圧部材と、前記交流電源から前記ヒータへの電力供給ラインを導通状態と非導通状態に切り換える駆動素子と、前記駆動素子を駆動する駆動回路と、前記交流電源の波形のゼロクロスポイントを検知するゼロクロス検知回路と、前記ゼロクロス検知回路からのゼロクロス信号を基準に前記駆動回路へ駆動信号を送信する制御部と、前記電力供給ラインに接続され前記ヒータの異常昇温を感知すると前記ヒータへの電力供給を遮断する安全素子と、を有する定着装置であって、
   前記回転部材または前記加圧部材の回転状態を検知する回転検知回路と、
   前記ゼロクロス検知回路から出力されるゼロクロス信号に所定時間の遅れを生じさせるフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路からの信号を分周する分周回路と、
   前記回転検知回路から出力される信号と前記分周回路から出力される信号の論理積を出力するＡＮＤ回路と、を有し、
   前記駆動回路は、前記回転検知回路からの出力信号が前記回転部材または前記加圧部材が回転停止している時の信号である場合、前記駆動信号が前記ヒータに電力を供給するための信号であっても、前記ＡＮＤ回路から出力される前記分周回路から出力される信号と同じ波形の信号に応じて、前記駆動素子へ前記導通状態を周期的に制限する信号を送信する、ことを特徴とする定着装置。
2. 前記回転部材は筒状のフィルムであり、前記ヒータは前記フィルムの内面に接触している、ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。

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