JP5534767B2

JP5534767B2 - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP5534767B2
Application number: JP2009224837A
Authority: JP
Inventors: 研司福士
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: US20110076037A1; JP2011075666A; US8364049B2

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置と、当該定着装置を有する画像形成装置に関する。

複写機等の画像形成装置には、シート上に転写されたトナーを熱によって融解してシートに定着させるための定着装置が備えられている。近年は、薄肉金属の回転体（定着ベルト等）を励磁コイルからの誘導加熱により発熱させる電磁誘導加熱方式の定着装置が用いられるようになってきた。この方式は、励磁コイルで発生した磁束を回転体の導体部に通過させることによって、回転体内部に渦電流を流し、この渦電流によるジュール熱で回転体を加熱するというものである。

また、電磁誘導加熱方式の定着装置では、励磁コイルから発生する磁束の集束を向上させるため、磁性体コアが配置されている。磁性体コアと励磁コイルの位置関係から回転体の加熱効率が決まり、磁性体コアの位置をずらすことで加熱効率を部分的に変更するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、回転体の端部における磁性体コアの位置をずらすことで、小サイズのシートを連続通紙した際に回転体の端部の温度上昇（端部昇温）が発生しないように制御することができる。

特開２０００−６６５４３号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、磁性体コアを移動させる駆動回路が故障して磁性体コアが動作しなかった場合の駆動回路の故障検知ができなかった。小サイズのシートを連続通紙する際に回転体の端部における磁性体コアの位置を移動させることができないと、回転体の端部昇温が発生するので、回転体の端部の熱膨張によりシートに皺が発生してしまう。また、回転体の端部昇温を解消するため、シートの搬送間隔を空けるダウンシーケンスを実行すると、生産性が低下することにもなる。

これを防ぐために、磁性体コアが移動したか否かを検知するためのセンサを磁性体コアの駆動軸に設ける方法があるが、定着装置に近い位置にセンサを配置する必要があり、耐熱性のある高価なセンサを使用せざるを得ない。

そこで、本発明は、安価な構成で、電磁誘導加熱方式の定着装置に設けられた磁性体コアを移動させる駆動回路手段の異常を検知することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、シート上に転写されたトナー画像を加熱定着させる定着装置であって、導電層が設けられた回転体と、磁性体コア及び励磁コイルにより、前記回転体に設けられた前記導電層に渦電流を発生させて前記回転体を発熱させる加熱手段と、前記磁性体コアと前記励磁コイルとの間の距離を変更するように前記磁性体コアを移動させるコア移動手段と、前記励磁コイルのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前記コア移動手段により前記磁性体コアを移動させる際の前記インピーダンス検出手段により検出されるインピーダンスの変化量が所定の閾値以下の場合、異常信号を出力する異常信号出力手段と、を有することを特徴とする定着装置。

また、本発明に係る画像形成装置は、シートにトナー画像を転写する転写手段と、前記転写手段により転写されたシート上のトナー画像を加熱定着する上記の定着装置と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、安価な構成で、電磁誘導加熱方式の定着装置に設けられた磁性体コアを移動させる駆動回路の異常を検知することができる。

画像形成装置１の全体構成図である。定着装置５０の断面図である。定着装置５０における長手方向の断面図である。定着装置５０及び定着駆動装置１００の回路ブロック図である。駆動周波数を一定にし、端部コア５４ａ及び５４ｂを移動させたときのインピーダンス変化を示す図である。駆動周波数を一定にし、端部コア５４ａ及び５４ｂを移動させたときの励磁コイル電流の変化を示す図である。駆動周波数Ｆに対する電力Ｐの変化を示す図である。幅方向のサイズが第１のサイズ（Ａ４等）から第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）のシートに変更された場合の動作を示すフローチャートである。幅方向のサイズが第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）から第１のサイズ（Ａ４等）のシートに変更された場合の動作を示すフローチャートである。

図１は、画像形成装置１の全体構成図である。画像形成装置１は、シートにトナー画像を形成する画像出力部１０と、原稿画像を読み取る画像入力部１１と、画像入力部１１の上部に自動原稿送り装置１２とを備えている。また、画像形成装置１には表示部１４が設けられており、ユーザがコピーモードを設定する等のオペレーションが可能である。さらに、表示部１４は、画像形成装置１の各種設定値や現在のジョブ状況を表示させることができる。

画像出力部１０には、シートが格納される給紙部３４、３５、３６及び３７が設けられている。各々の給紙部３４〜３７は、シートのサイズによってユーザが自由にシートをセットできる。また、画像出力部１０の外部に大容量のペーパーデッキ１５が接続されている。シートは、不図示のモータによって駆動される給紙搬送ローラ３８、３９、４０、４１及び４２によって、感光ドラム３１の方向へ搬送される。

画像入力部１１では、原稿台に置かれた原稿が、図１の左右方向に走査する光源２１から光を照射される。光源２１から照射された光は原稿によって反射され、ミラー２２、２３、２４及びレンズ２５を通してＣＣＤ２６に結像される。ＣＣＤ２６では、結像された画像が電気信号に変換され、デジタルの画像データを出力する。ＣＣＤから出力された画像データは、ユーザの要求に応じて拡大縮小等の画像変換が行われ、制御部７０内の画像メモリに格納される。

シートへ画像形成を行う際には、制御部７０は画像メモリに格納された画像データを読み込み、デジタル信号からアナログ信号に再変換し、光学照射部２７よりレーザービームを照射させる。照射されたレーザービームは、スキャナ２８、レンズ２９及びミラー３０を介して感光ドラム３１上に照射され、感光ドラム３１上を走査する。

感光ドラム３１は表面に光導電層を有し、コピージョブ中は一定の速度で回転駆動されている。感光ドラム３１は、トナーが充填されている現像器３３からトナーを付着させられ、表面上にトナー画像が形成される。一方、シートは給紙部３４〜３７から紙搬送路に沿って搬送され、トナー画像に合わせて感光ドラム３１の下側を通過し、転写帯電器４４によって感光ドラム３１上のトナー画像がシートに転写される。トナー画像が転写されたシートは回転体としての定着ベルト３２と駆動ローラ４３との間を通過し、シート上の未定着のトナー画像が溶着されることで加熱定着される。その後、画像出力部１０外にシートが排出される。

図２は、定着装置５０の断面図である。本実施形態では、定着装置５０として外部加熱型電磁誘導加熱方式を用いている。定着ベルト３２は本実施形態では厚さ４５μｍの導電性発熱体を含むベルトであり、表面は３００μｍのゴム層で覆われている。定着ベルト３２は、駆動ローラ４３と接触してニップ部５６を形成する。駆動ローラ４３は不図示の駆動源から駆動力を受け、ニップ部５６を介して定着ベルト３２に駆動力が伝えられることによって、定着ベルト３２が矢印Ａ方向に回転する。

シート搬送方向は矢印Ｂ方向である。また、定着ベルト３２に対向して励磁コイル５２がコイルホルダ５１内に配置され、励磁コイル５２に交流電流を流して磁場を発生させることで、定着ベルト３２の導電層に渦電流を発生させて発熱させる。サーミスタ５３は、定着ベルト３２の発熱部に内側から接触しており、その温度を検出している。サーミスタ５３で検知される温度を目標の温度である１８０℃になるように、励磁コイル５２に流す交流電流が制御される。磁性体コアとしての外部コア５４は、励磁コイル５２を囲うようにコイルホルダ５１内に設けられる。内部コア５５は、定着ベルト３２の内部に設けられる。

図３は、定着装置５０における長手方向の断面図である。外部コア５４は、シート搬送方向に直交する方向（幅方向）に複数設けられている。定着駆動装置１００は、励磁コイル５２を駆動する交流電流を制御している。また、定着駆動装置１００は、外部コア５４のうち、両端部に配置された端部コア５４ａ及び５４ｂを励磁コイル５２に近づけたり遠ざけたりするコア移動モータ６０の駆動制御を行う。この詳細は図４を用いて後述する。

本実施形態のコア移動モータ６０の出力軸には端部コア５４ａ及び５４ｂが接続されており、コア移動モータ６０を所定量回転駆動することによって該コアを移動させることが可能になっている。ここで、Ｌ_１は幅方向のサイズが第１のサイズ（Ａ４等）のシートを通紙するときの外部コア５４の待機位置と励磁コイル５２との距離である。また、Ｌ_２はシート搬送方向に直交する幅方向のサイズが第１のサイズよりも小さい第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）のシートを通紙するときの端部コア５４ａ及び５４ｂの待機位置と励磁コイル５２との距離である。

なお、本実施形態では、外部コア５４を駆動する駆動源としてモータを用いているが、コアを移動させることができるものであればモータに限らない。また、本実施形態では外部コア５４を移動させているが、内部コア５５を移動させるように構成してもよい。また、本実施形態では外部コア５４は６分割し、内部コア５５は２分割しているが、その個数は特に限定しない。さらに、本実施形態では外部コア５４のうち両端部の２個のコアをコア移動モータ６０によって移動しているが、移動するコアの個数は２個に限らない。

図４は、定着装置５０及び定着駆動装置１００の回路ブロック図である。定着駆動装置１００は、商用電源のような交流電源５００に接続され、ダイオードブリッジ１０１と、コンデンサ１０２と、共振回路を形成する共振コンデンサ１０５と、励磁コイル５２とを有する。また、定着駆動装置１００は、第１のスイッチ素子１０３と、第２のスイッチ素子１０４と、当該２つのスイッチ素子を駆動信号１２１及び１２２によって駆動するスイッチ駆動回路１１２と、入力電圧及び電流を検出する電圧・電流検出回路１１１とを有する。

ＣＰＵ１１３は、定着ベルト３２の温度を検出するサーミスタ５３と接続され、サーミスタ５３の検出温度が所定の過昇温レベルに達しているかどうかを検知する。そして、ＣＰＵ１１３は、サーミスタ５３の検出温度が所定の過昇温レベルに達した場合に、過昇温検知回路１１４に対し、励磁コイル５２への交流電流供給を強制的に停止させる信号をスイッチ駆動回路１１２へ出力させる。また、ＣＰＵ１１３は、励磁コイル５２へ流れる電流値を検出するコイル電流検出回路１１５に接続される。

ＣＰＵ１１３は、予め決められた最大電力の範囲内で定着ベルト３２の温度が目標温度になるように、電圧・電流検出回路１１１の検出結果及びサーミスタ５３の検出結果によって、駆動信号１２１及び１２２のスイッチング周波数（駆動周波数）を変化させる。スイッチ素子１０３及び１０４は、駆動信号１２１及び１２２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、励磁コイル５２に高周波電流が供給される。

励磁コイル５２に流れる交流電流は、励磁コイル５２及び定着ベルト３２のインダクタンス値と共振コンデンサ１０５の容量値から決まる共振周波数よりも高い周波数で、駆動信号１２１及び１２２の駆動周波数を低くすると増加し、高くすると減少する。交流電流の増減は、発生する磁場の強さの増減となり、導電性発熱体の発熱量の増減につながる。つまり、ＣＰＵ１１３は、駆動信号１２１及び１２２の駆動周波数を制御することで、定着ベルト３２の温度を制御することができる。

また、ＣＰＵ１１３は、コア移動モータ６０を駆動するコア移動モータ駆動回路１１６に制御信号を供給し、コア移動モータ６０を制御することが可能である。メモリ１１７は揮発性のメモリであり、ＣＰＵ１１３に接続されている。

図５は、駆動周波数を一定にし、端部コア５４ａ及び５４ｂを移動させたときのインピーダンス変化を示す図である。具体的には、スイッチ駆動回路１１２の駆動周波数を約３０ｋＨｚに固定し、端部コア５４ａ及び５４ｂを徐々に励磁コイル５２から遠ざけたときの定着駆動装置１００から見たインピーダンスＺの変化を示している。

Ｌ_１は幅方向のサイズが第１のサイズ（Ａ４等）のシートを通紙するときの外部コア５４の待機位置と励磁コイル５２との距離である。また、Ｌ_２は幅方向のサイズが第１のサイズよりも小さい第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）のシートを通紙するときの端部コア５４ａ及び５４ｂの待機位置と励磁コイル５２との距離である。励磁コイル５２から外部コア５４を遠ざけてＬ_１からＬ_２まで変化させると、インピーダンスが約０．５程度小さくなる。

一方、図６に示されるように、定着駆動装置１００内のコイル電流検出回路１１５で検出される電流値Ｉｃｏｉｌは、電流値の差ΔＩが約５Ａ程度生じる。このΔＩに応じて閾値Ｔｈ（本実施形態では３Ａ）を設定し、電流値の変化量が閾値Ｔｈを超えるか否かを判断することで、ＣＰＵ１１３はインピーダンスＺの変化量が所定の閾値を超えるか否かを判断する。つまり、ＣＰＵ１１３によるコイル電流検出回路１１５を用いた電流値検出は、インピーダンス検出と等価である。

図７は、端部コア５４ａ及び５４ｂと励磁コイル５２との距離がＬ_１の場合とＬ_２の場合における、駆動周波数Ｆに対する電力Ｐの変化を示す図である。同じ駆動周波数で駆動した場合、外部コア５４が離れるほど電力は大きくなる。例えば、距離Ｌ_１のときに駆動周波数Ｆ_１（第１の駆動周波数）で駆動すると電力はＰ_１であるが、駆動周波数がＦ_１のまま端部コア５４ａ及び５４ｂの位置をＬ_２に移動すると電力はＰ_２（＞Ｐ_１）になるため、余分に電力を与えることになる。

画像形成装置１の総電力がコンセント容量の最大値に近いところで使用していた場合に、電力が増大することでブレーカーが落ちる等の不具合を生じるおそれがある。そこで、外部コア５４をＬ_１の位置からＬ_２の位置に移動する場合は、Ｌ_２の位置へ外部コア５４移動させたときに電力Ｐ_１以下になるように、外部コア５４を移動する前に駆動周波数ＦをＦ_２（第２の駆動周波数）以上に変更しておく必要がある。また、逆にＬ_２の位置からＬ_１の位置に移動する場合は、外部コア５４を移動する前に駆動周波数をＦ_１に変更すると急に電力が増大する危険があるため、外部コア５４を移動した後に駆動周波数をＦ_２からＦ_１に変更しなくてはならない。

図８は、駆動周波数ＦをＦ_１で駆動していたときに、幅方向のサイズが第１のサイズ（Ａ４等）から第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）のシートに変更された場合の動作を示すフローチャートである。このフローチャートによる処理は、ＣＰＵ１１３により実行される。

幅方向のサイズが第１のサイズ（Ａ４等）から第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）のシートに変更された場合、ＣＰＵ１１３は、コア移動モータ６０を駆動し励磁コイル５２と端部コア５４ａ及び５４ｂとの距離をＬ_２まで離す必要がある。そこでまず、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数ＦをＦ_１からＦ_２（Ｆ_１＞Ｆ_２）に変更する（Ｓ１００）。次に、ＣＰＵ１１３は、コイル電流検出回路１１５にて検出された励磁コイル５２に流れる電流値Ｉ_１（第１の電流値）をメモリ１１７に記憶させる（Ｓ１０１）。

その後、ＣＰＵ１１３は、コア移動モータ６０を駆動して励磁コイル５２と端部コア５４ａ及び５４ｂとの距離をＬ_２まで離す（Ｓ１０２）。このとき、コア移動モータ６０がステッピングモータであれば駆動パルスを所定パルスだけ出すことで移動量が決定される。また、ステッピングモータでなくても、距離Ｌ_２に対応する駆動時間等に基づいてコア移動モータ６０制御すればよい。

コア移動モータ６０の駆動が終わると、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数をＦ_２のまま一定にした状態で、コイル電流検出回路１１５にて検出された励磁コイル５２に流れる電流値Ｉ_２（第２の電流値）をメモリ１１７に記憶させる（Ｓ１０３）。そして、ＣＰＵ１１３は、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈより大きいか否かを判断する（Ｓ１０４）。ここでは、電流値の変化量が閾値Ｔｈより大きいか否かを判断することで、励磁コイル５２のインピーダンスの変化量が所定の閾値より大きいかどうかを判断している。

ステップＳ１０４において、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈより大きい場合は、正常に端部コア５４ａ及び５４ｂが移動していることから、ＣＰＵ１１３はこのフローを終了する。すなわち、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数はＦ_２のまま変更せず第２のサイズのシートへの画像形成動作を行う。

一方、Ｓ１０４において、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈ以下である場合は、端部コア５４ａ及び５４ｂが正常に移動ができなかったと考えられる。この場合、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数ＦをＦ_１に変更する（Ｓ１０５）。そして、ＣＰＵ１１３は、表示部１４へ異常信号を出力し、端部コア５４ａ及び５４ｂが正常に移動ができなかったことをサービスマンに知らせるための異常表示を行わせる（Ｓ１０６）。また、このまま第２のサイズのシートへの画像形成を行うと、定着ベルト３２の端部昇温が発生する可能性があるため、定着ベルト３２の端部昇温の発生を抑制するべくシート間隔を広げるダウンシーケンスに変更する（Ｓ１０７）。

図９は、駆動周波数ＦをＦ_２で駆動していたときに、幅方向のサイズが第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）から第１のサイズ（Ａ４等）のシートに変更された場合の動作を示すフローチャートである。このフローチャートによる処理は、ＣＰＵ１１３により実行される。

幅方向のサイズが第２のサイズ（Ａ４Ｒ等）から第１のサイズ（Ａ４等）のシートに変更された場合、ＣＰＵ１１３は、コア移動モータ６０を駆動し励磁コイル５２と端部コア５４ａ及び５４ｂとの距離をＬ_１まで近づける必要がある。そこでまず、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数はＦ_２のままでコイル電流検出回路１１５にて検出された励磁コイル５２に流れる電流値Ｉ_２をメモリ１１７に記憶させる（Ｓ２００）。その後、ＣＰＵ１１３は、コア移動モータ６０を駆動して励磁コイル５２と端部コア５４ａ及び５４ｂとの距離をＬ_１まで近づける（Ｓ２０１）。

次に、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数をＦ_２のまま一定にした状態で、コイル電流検出回路１１５にて検出された励磁コイル５２に流れる電流値Ｉ_１をメモリ１１７に記憶させる（Ｓ２０２）。そして、ＣＰＵ１１３は、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈより大きいか否かを判断する（Ｓ２０３）。ここでは、電流値の変化量が閾値Ｔｈより大きいか否かを判断することで、励磁コイル５２のインピーダンスの変化量が所定の閾値より大きいかどうかを判断している。

ステップＳ２０３において、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈより大きい場合は、正常に端部コア５４ａ及び５４ｂが移動していることから、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数ＦをＦ_２からＦ_１に変更し（Ｓ２０４）、このフローを終了する。すなわち、ＣＰＵ１１３は、駆動周波数をＦ_１に変更して第１のサイズのシートへの画像形成動作を行う。

一方、Ｓ２０３において、Ｉ_１とＩ_２の差が所定の閾値Ｔｈ以下である場合は、端部コア５４ａ及び５４ｂが正常に移動ができなかったと考えられる。この場合、ＣＰＵ１１３は、表示部１４へ異常信号を出力し、端部コア５４ａ及び５４ｂが正常に移動ができなかったことをサービスマンに知らせるための異常表示を行わせる（Ｓ２０５）。また、このまま第１のサイズのシートへの画像形成を行うと、シートの端部に十分な熱を与えられず定着不良が発生するため、第２のサイズのシートのみ画像形成できるようにし、第１のサイズのシートに画像形成できないように機能制限をかける（Ｓ２０６）。

以上で説明したように、本実施形態によれば、コア移動モータ６０により端部コア５４ａ及び５４ｂを移動させる際のインピーダンスの変化量が所定の閾値以下の場合、異常信号出力手段としてのＣＰＵ１１３は異常信号を出力する。この構成により、安価な構成で、電磁誘導加熱方式の定着装置５０に設けられた外部コア５４を移動させるコア移動モータの異常を検知することができる。

１画像形成装置
３２定着ベルト（回転体）
５０定着装置
５２励磁コイル
５４外部コア（磁性体コア）
６０コア移動モータ（コア移動手段）
１１３ＣＰＵ（異常信号出力手段、制御手段）
１１５コイル電流検出回路（インピーダンス検出手段）

Claims

シート上に転写されたトナー画像を加熱定着させる定着装置であって、
導電層が設けられた回転体と、
磁性体コア及び励磁コイルにより、前記回転体に設けられた前記導電層に渦電流を発生させて前記回転体を発熱させる加熱手段と、
前記磁性体コアと前記励磁コイルとの間の距離を変更するように前記磁性体コアを移動させるコア移動手段と、
前記励磁コイルのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記コア移動手段により前記磁性体コアを移動させる際の前記インピーダンス検出手段により検出されるインピーダンスの変化量が所定の閾値以下の場合、異常信号を出力する異常信号出力手段と、を有することを特徴とする定着装置。
前記インピーダンス検出手段は、前記励磁コイルに流れる電流値を検出し、
前記異常信号出力手段は、前記コア移動手段により前記磁性体コアを移動させる前の前記インピーダンス検出手段により検出された第１の電流値と、前記コア移動手段により前記磁性体コアを移動させた後の前記インピーダンス検出手段により検出された第２の電流値との差が所定の閾値よりも小さい場合、異常信号を出力することを特徴とする請求項１記載の定着装置。
前記励磁コイルを駆動するための駆動周波数を制御する制御手段を更に有し、
前記インピーダンス検出手段により前記第１の電流値と前記第２の電流値の検出が行われる際、前記制御手段により前記励磁コイルの前記駆動周波数を一定にされた状態で、前記コア移動手段により前記磁性体コアの移動が行われることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
前記磁性体コアは、シート搬送方向に直交する幅方向に複数設けられ、
前記コア移動手段は、シートの前記シート搬送方向に直交する幅方向のサイズに応じて、複数の前記磁性体コアのうち前記幅方向における端部の磁性体コアを前記励磁コイルから離す方向に移動させることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
シートにトナー画像を転写する転写手段と、
前記転写手段により転写されたシート上のトナー画像を加熱定着する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。