JP5609691B2 - トナー定着ユニット、トナー定着方法、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、トナーをシートに定着させるユニットなどに関する。

電子写真装置は、次のような方法で用紙に画像を印刷する。感光体の表面を一様な電位に帯電させる。感光体の表面に、光を照射することによって静電潜像を形成する。静電潜像が形成された部分に、トナーを吸着させる。感光体の表面に吸着しているトナーを、転写ベルトに転写する。転写ベルトに転写したトナーを記録紙に転写し、そして、熱ローラおよび加圧ローラによってトナーを記録紙に定着させる。

これらのローラが停止した状態で加熱ローラを加熱すると、加熱ローラの一部分が連続して加熱される。よって、この部分が発煙しまたは発火するおそれがある。

そこで、ローラに専用のセンサ（回転検出回路）を設けておき、ローラの動作を専用のセンサで検知し、ローラが回転していない場合は加熱ローラの加熱用の局所加熱装置への電力の供給を停止する、という技術が提案されている（特許文献１）。回転検出回路の代わりに、ローラを駆動するためのモータのロック信号に基づいてローラの動作を検知する方法も、提案されている。

特開２００５−１８１４８８号公報

しかし、専用のセンサを設けると、画像形成装置の大型化およびコストアップを招いてしまう。

また、駆動系の破損などが原因で、モータが回転しているにも関わらずローラが停止している場合がある。このような場合には、モータのロック信号に基づいてローラの動作を検知する方法では、ローラの停止を検知することができないからである。

本発明は、このような問題点に鑑み、熱定着用のローラの停止を従来よりも低コストで確実に検知することを目的とする。

本発明の一形態に係るトナー定着ユニットは、熱によってトナーをシートに定着させる回転体と、前記回転体を回転させる回転手段と、前記回転手段に供給されている電力の大きさを検知する供給検知手段と、前記回転体を発熱させる加熱装置と、前記回転体の温度を測定する温度測定手段と、前記温度の上昇の度合いを前記温度測定手段による測定結果に基づいて算出する変化算出手段と、前記上昇の度合いが第一の所定の値未満でありかつ前記回転手段に第二の所定の値未満の電力が供給されていることが検知された場合に前記回転体を発熱するのを中止するように前記加熱装置を制御する制御手段と、を有する。

または、前記加熱装置は、供給される第二の電力によって前記回転体に渦電流を発生させることによって、前記回転体を発熱させ、前記第一の所定の値は、前記第二の電力の大きさに応じて所定の規則に基づいて決まる。

本発明によると、熱定着用のローラの停止を従来よりも低コストで確実に検知することができる。

画像形成装置の外観を示す図である。 印刷ユニットの構成の例を概略化して表した図である。 定着ユニットの構成の例を示すブロック図である。 加圧ローラ、熱ローラ、コイルユニット、および温度センサの位置関係の例を示す図である。 正常回転時および非回転時における電力モニタ信号に示される値の遷移の例を示す図である。 正常回転時および非回転時における温度信号に示される値の遷移の例を示す図である。 電力の供給の制御の処理の流れの例を説明するフローチャートである。

図１は、画像形成装置１の外観を示す図である。図２は、印刷ユニット１０の構成の例を概略化して表した図である。

図１に示す画像形成装置１は、一般にＭＦＰ（Multi Function Peripherals）または複合機などと呼ばれる画像処理装置であって、コピー、ＰＣプリント（ネットワークプリンティング）、ファックス、スキャナ、およびドキュメントサーバなどの機能を集約した装置である。

画像形成装置１は、用紙または樹脂フィルムなどのシートに画像を印刷する印刷ユニット１０を備えている。印刷ユニット１０は、「エンジン」または「印刷エンジン」などと呼ばれることもある。本実施形態では、タンデム方式の印刷ユニットが用いられる。

印刷ユニット１０は、図２に示すように、画像形成ユニット１１、転写ベルト１２、一次転写装置１３、二次転写装置１４、定着ユニット１５などによって構成される。画像形成ユニット１１および一次転写装置１３は、１つずつ、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、およびシアン（Ｃ）のそれぞれの色ごとに設けられている。

画像形成ユニット１１は、像担持体１１ａ、帯電装置１１ｂ、像露光装置１１ｃ、および現像装置１１ｄなどによって構成され、各色の像を次のように形成する。

像担持体１１ａは、感光体である。帯電装置１１ｂは、像担持体１１ａの表面を一様な電位に帯電させる。像露光装置１１ｃは、表面が一様に帯電した像担持体１１ａに、光を照射することによって静電潜像を形成する。現像装置１１ｄは、像担持体１１ａの、静電潜像が形成された部分に、トナーを静電吸着させる。

一次転写装置１３は、像担持体１１ａの表面に吸着しているトナーを、転写ベルト１２に転写（１次転写）する。

二次転写装置１４は、転写ベルト１２に１次転写された各色のトナーをシート８０に転写（二次転写）する。そして、定着ユニット１５は、二次転写されたトナーをシート８０に定着させる。

図３は、定着ユニット１５の構成の例を示すブロック図である。図４は、加圧ローラ１３１、熱ローラ１３２、コイルユニット１２２、および温度センサ１４２の位置関係の例を示す図である。図５は、正常回転時および非回転時における電力モニタ信号３Ｐに示される値Ｐの遷移の例を示す図である。図６は、正常回転時および非回転時における温度信号３Ｔに示される値Ｔの遷移の例を示す図である。図７は、電力の供給の制御の処理の流れの例を説明するフローチャートである。ここで、定着ユニット１５について、さらに詳細に説明する。

図３に示すように、定着ユニット１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００、メモリ１０３、低圧電源ユニット１０１、ＩＨ（Induction Heating）電源ユニット１０２、定着モータ１２１、コイルユニット１２２、加圧ローラ１３１、熱ローラ１３２、および温度センサ１４２などによって構成される。

ＣＰＵ１００は、低圧電源ユニット１０１およびＩＨ電源ユニット１０２に繋がれており、低圧電源ユニット１０１およびＩＨ電源ユニット１０２を制御する。特に、本実施形態では、温度センサ１４２から送信されてきた温度信号３Ｔおよび電力モニタ回路１６１から送信されてきた電力モニタ信号３Ｐに基づいて制御する。これについては、後に順次説明する。

メモリ１０３には、後述する制御処理を実行するためのプログラムが記憶されている。メモリ１０３として、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはフラッシュメモリなどが用いられる。

図４に示すように、加圧ローラ１３１および熱ローラ１３２は、ともに円柱形である。加圧ローラ１３１の軸ＡＸ１および熱ローラ１３２の軸ＡＸ２は平行である。

加圧ローラ１３１は、軸ＡＸ１を回転軸として矢印ＡＲ１の方向に回転する。熱ローラ１３２は、軸ＡＸ２を回転軸として矢印ＡＲ２の方向に、つまり、矢印ＡＲ１とは反対方向に回転する。加圧ローラ１３１および熱ローラ１３２は、後述する低圧電源ユニット１０１から供給される電力によって、回転する。

熱ローラ１３２は、後述するコイルユニット１２２によって発熱する。「ヒートローラ」と呼ばれることもある。シート８０は、加圧ローラ１３１と熱ローラ１３２との間を通過する。加圧ローラ１３１は、シート８０を熱ローラ１３２に密着させる。これにより、シート８０およびトナーが加熱され、トナーがシート８０に定着する。

ＩＨ電源ユニット１０２は、ＣＰＵ１００からの信号に基づいて、コイルユニット１２２へ高周波の電流を流す。

コイルユニット１２２は、熱ローラ１３２の近傍に設けられている。コイルユニット１２２には、ＩＨ電源ユニット１０２から供給される電流によって、高周波の磁界が発生する。この高周波の磁界によって、熱ローラ１３２上に渦電流が発生し、熱ローラ１３２が発熱する。

温度センサ１４２は、熱ローラ１３２に接触するようにまたは熱ローラ１３２の近傍に設けられている。温度センサ１４２は、熱ローラ１３２の表面の温度を所定の時間ごとに測定する。そして、測定した温度を示す温度信号３ＴをＣＰＵ１００へ送る。

低圧電源ユニット１０１は、ＳＷ（スイッチング）電源１６０および電力モニタ回路１６１などによって構成される。

ＳＷ電源１６０は、ＣＰＵ１００からの供給指令信号３Ｋに従って定着モータ１２１へ電力を供給する。具体的には、ＳＷ電源１６０には、いわゆる商用電源が繋がれている。ＳＷ電源１６０は、ＣＰＵ１００から供給指令信号３Ｋを受信すると、商用電源から供給される電力を交流から直流に変換する。そして、直流の電力を定着モータ１２１へ供給する。

電力モニタ回路１６１は、ＳＷ電源１６０が定着モータ１２１へ出力する電力の大きさを所定の時間ごとに検知し、検知した大きさを示す電力モニタ信号３ＰをＣＰＵ１００へ送る。

定着モータ１２１は、低圧電源ユニット１０１から供給される電力によって加圧ローラ１３１および熱ローラ１３２を回転させる。

加圧ローラ１３１および熱ローラ１３２が一定の速さで正常に回転しているときは、定着モータ１２１は、ほぼ一定の電力を消費する。上述の通り、ＣＰＵ１００には所定の時間ごとに電力モニタ信号３Ｐが電力モニタ回路１６１から送られてくるが、これらの電力モニタ信号３Ｐは、ほぼ一定の値を示す。つまり、電力モニタ信号３Ｐは、一定の範囲で変化する。

しかし、定着ユニット１５に何らかの異常が発生し、定着モータ１２１が停止しているときは、図５に示すように、定着モータ１２１が消費する電力が正常時よりも少なくなり電力モニタ信号３Ｐが示す値が小さくなることがある。

そこで、ＣＰＵ１００は、電力モニタ信号３Ｐが示す値Ｐが閾値Ｐ１よりも小さくなったら、定着モータ１２１への電力の供給を停止するように低圧電源ユニット１０１を制御するとともに、コイルユニット１２２への電力の供給を停止するようにＩＨ電源ユニット１０２を制御してもよい。

ただし、定着モータ１２１における電力の消費量の低下は、定着モータ１２１の異常の状態（定着モータ１２１の組付け、バラつき、耐久、破損などの状態）によって、様々である。したがって、熱ローラ１３２が正常に回転しているか否かを電力モニタ信号３Ｐのみに基づいて判定すると、判定の精度が落ちることがある。

そこで、ＣＰＵ１００は、電力モニタ信号３Ｐだけでなく温度信号３Ｔにも基づいて、熱ローラ１３２が正常に回転しているか否かを判定する。

熱ローラ１３２が回転していると、コイルユニット１２２によって加熱された部分が温度センサ１４２に近づき、この部分の温度が温度センサ１４２によって測定される。しかし、回転していないと、この部分が温度センサ１４２に近づかないので、この部分の温度は温度センサ１４２によって測定されない。

したがって、所定の時間ごとにＣＰＵ１００に送られてくる温度信号３Ｔの値の変化の大きさは、図６に示すように、回転しているときのほうが回転していないときよりも、大きい。

そこで、ＣＰＵ１００は、図７に示すフローチャートの手順で、低圧電源ユニット１０１およびＩＨ電源ユニット１０２を制御する。なお、この手順の処理は、メモリ１０３に記憶されているプログラムに基づいて実行される。つまり、図７に示す処理を行うためのプログラムがメモリに用意されている。

ＣＰＵ１００は、印刷の指令がタッチパネルなどの入力装置から入力されまたはネットワークを介してパーソナルコンピュータから入力されると、定着モータ１２１への電力の供給を開始するように低圧電源ユニット１０１を制御する（＃７０１）。定着モータ１２１への電力の供給の開始後、コイルユニット１２２への電力の供給を開始するようにＩＨ電源ユニット１０２を制御する（＃７０２）。

すると、電力モニタ回路１６１において、定着モータ１２１へ供給される電力の大きさが検知され、電力モニタ信号３ＰがＣＰＵ１００へ送信されるとともに、温度センサ１４２において、熱ローラ１３２の温度が測定され、温度信号３ＴがＣＰＵ１００へ送信される。

ＣＰＵ１００は、温度信号３Ｔおよび電力モニタ信号３Ｐを受信する（＃７０３）。そして、受信した最新の２つの温度信号３Ｔそれぞれに示される温度同士の単位時間当たりの変化の大きさである変化率Ｒを算出する（＃７０４）。

最新の電力モニタ信号３Ｐに示される値Ｐが閾値Ｐ１よりも小さくかつ最新の算出した変化率Ｒが閾値Ｒ１よりも小さい場合は（＃７０５でＹｅｓかつ＃７０６でＹｅｓ）、ＣＰＵ１００は、定着モータ１２１への電力の供給を停止するように低圧電源ユニット１０１を制御するとともに、コイルユニット１２２への電力の供給を停止するようにＩＨ電源ユニット１０２を制御する（＃７０７）。

そうでない場合は（＃７０５でＮｏまたは＃７０６でＮｏ）、ＣＰＵ１００は、電力の供給を継続させる（＃７０８）。

ところで、ＣＰＵ１００は、コイルユニット１２２および定着モータ１２１のそれぞれへ供給する電力の大きさを状況に応じて決定し、そのように供給されるように低圧電源ユニット１０１およびＩＨ電源ユニット１０２を制御する。

コイルユニット１２２へ供給される電力が大きいほど、供給を開始してから熱ローラ１３２が安全でない状態になるまでの時間が短くなる。よって、より速やかにコイルユニット１２２および定着モータ１２１への電力の供給を停止させるべきである。一方、コイルユニット１２２へ供給される電力が小さいほど、供給を開始してから熱ローラ１３２が安全でない状態になるまでの時間が長くなる。よって、検出の精度を高める余裕ができる。

そこで、ステップ＃７０５において閾値Ｐ１の代わりに閾値Ｐ２を用い、ステップ＃７０６において閾値Ｒ１の代わりに閾値Ｒ２を用いてもよい。

ただし、閾値Ｐ２は、閾値Ｐ１に係数αを掛けたものであり、閾値Ｒ２は、閾値Ｒ１に係数βを掛けたものである。また、係数αおよび係数βは、コイルユニット１２２へ供給される電力の大きさに応じて、予め決められた関数またはテーブルによって求められる。例えば、電力が大きいほど係数αおよび係数βは小さい値に決まる。

本実施形態によると、熱ローラ１３２が回転しているか否かを検知するための専用のセンサを設けることなく、これを検知することができる。よって、熱ローラ１３２の停止による危険な加熱の検知を、従来よりも低コストで行うことができる。また、駆動系の故障により熱ローラ１３２が回転していない場合であっても、それを検知することができる。

本実施形態では、画像形成装置１がＭＦＰである場合を例に説明したが、電子写真方式のプリンタであれば、本発明を適用することができる。例えば、スキャナおよびファックスの機能を備えていない、パーソナルコンピュータ専用のレーザプリンタにも、本発明を適用することができる。

本実施形態では、タンデム方式を例に説明したが、４サイクル式によって印刷を行う場合にも、本発明を適用することができる。また、モノクロ専用の画像形成装置にも適用することができる。

本実施形態では、いわゆる誘導加熱による定着を例に説明したが、いわゆる局所加熱による定着の場合にも、本発明を適用することができる。

本実施形態では、コイルユニット１２２などへの電力の供給を停止するか否かを、温度信号３Ｔおよび電力モニタ信号３Ｐの両方に基づいて決定したが、温度信号３Ｔのみに基づいて決定してもよい。

また、閾値Ｐ２および閾値Ｒ２を算出するための係数αおよび係数βを、コイルユニット１２２へ供給される電力の大きさだけでなく、加圧ローラ１３１および熱ローラ１３２の回転の速さに応じて算出してもよい。

ＣＰＵ１００が実行する処理を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用の回路によって実現してもよい。

その他、画像形成装置１、定着ユニット１５の全体または各部の構成、処理内容、処理順序などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１５ 定着ユニット（トナー定着ユニット）
１００ ＣＰＵ（変化算出手段、制御手段）
１２１ 定着モータ（回転手段）
１２２ コイルユニット（加熱装置）
１３２ 熱ローラ
１４２ 温度センサ（温度測定手段）
１６１ 電力モニタ回路（供給検知手段）
８０ シート

Claims (4)

1. 熱によってトナーをシートに定着させる回転体と、
   前記回転体を回転させる回転手段と、
   前記回転手段に供給されている電力の大きさを検知する供給検知手段と、
   前記回転体を発熱させる加熱装置と、
   前記回転体の温度を測定する温度測定手段と、
   前記温度の上昇の度合いを前記温度測定手段による測定結果に基づいて算出する変化算出手段と、
   前記上昇の度合いが第一の所定の値未満でありかつ前記回転手段に第二の所定の値未満の電力が供給されていることが検知された場合に前記回転体を発熱するのを中止するように前記加熱装置を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするトナー定着ユニット。
2. 前記加熱装置は、供給される第二の電力によって前記回転体に渦電流を発生させることによって、前記回転体を発熱させ、
   前記第一の所定の値は、前記第二の電力の大きさに応じて所定の規則に基づいて決まる、
   請求項１に記載のトナー定着ユニット。
3. 熱によってトナーをシートに定着させる回転体と、前記回転体を回転させる回転手段と、前記回転手段に供給されている電力の大きさを検知する供給検知手段と、前記回転体を発熱させる加熱装置と、前記回転体の温度を測定する温度測定手段と、を有するトナー定着ユニットにおける、トナー定着方法であって、
   前記温度の上昇の度合いを前記温度測定手段による測定結果に基づいて算出し、
   前記上昇の度合いが第一の所定の値未満でありかつ前記回転手段に第二の所定の値未満の電力が供給されていることが検知された場合に前記回転体を発熱するのを中止するように前記加熱装置を制御する、
   ことを特徴とするトナー定着方法。
4. 熱によってトナーをシートに定着させる回転体と、前記回転体を回転させる回転手段と、前記回転手段に供給されている電力の大きさを検知する供給検知手段と、前記回転体を発熱させる加熱装置と、前記回転体の温度を測定する温度測定手段と、を有するトナー定着ユニットを制御するコンピュータに用いられるコンピュータプログラムであって、
   前記コンピュータに、
   前記温度の上昇の度合いを前記温度測定手段による測定結果に基づいて算出する処理を実行させ、
   前記上昇の度合いが第一の所定の値未満でありかつ前記回転手段に第二の所定の値未満の電力が供給されていることが検知された場合に前記回転体を発熱するのを中止するように前記加熱装置を制御する処理を実行させる、
   ことを特徴とするコンピュータプログラム。

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