以下、本発明の定着装置及び画像形成装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。また、以下の実施形態で示す各構成要素の材質や寸法等は、一例であって特に限定されるものではない。
図1は本発明の実施形態に係る定着装置を示す断面図である。本実施形態に係る定着装置1は、用紙S(被記録媒体の一例)上の未定着トナー像を加熱及び加圧して、用紙Sにトナー像を溶融定着させる。
図1に示すように、定着装置1は、加圧部材の一例である加圧ローラー2と、無端状の定着ベルト3と、摺動部材の一例である押圧パッド4と、支持部材5と、ベルトガイド部材6と、加熱部の一例である誘導加熱部7と、第1温度検出素子の一例である第1サーミスターTH1とを備える。
加圧ローラー2は、芯金21と、芯金21上に形成される弾性層22と、弾性層22の表面を覆う離型層23とを有する。例えば加圧ローラー2は、ステンレス鋼の芯金21上に、厚み2mm〜5mmのシリコーンゴム製の弾性層22を有し、弾性層22上にPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)等のフッ素樹脂からなる離型層23を有する。加圧ローラー2が離型層23を有することにより、加圧ローラー2と用紙Sとの離型性を向上させることができる。なお、加圧ローラー21の芯金21は、円筒型の芯金であってもよい。
加圧ローラー2は、定着ベルト3を介して押圧パッド4に押圧される。これにより、加圧ローラー2は定着ベルト3の外周面に接触し、押圧パッド4は定着ベルト3の内周面に接触する。
定着ベルト3は、磁性金属材料を含む誘導発熱層を少なくとも有する。定着ベルト3の誘導発熱層は、誘導加熱部7が発生させる磁界(誘導加熱部7から発生する磁束)によって発熱する。例えば、定着ベルト3は、その内周側から順に、厚み30μm〜50μmの電鋳ニッケルからなる誘導発熱層と、厚み50μm〜500μmのシリコーンゴム等からなる弾性層と、PFA等のフッ素樹脂からなる離型層とが積層されて構成される。定着ベルト3が離型層を有することにより、定着ベルト3とトナー像との離型性を向上させることができる。
押圧パッド4は、定着ベルト3の内側において支持部材5に固定され、定着ベルト3を介して加圧ローラー2と対向する。押圧パッド4の加圧ローラー2側の面(定着ベルト3の内周面に接触する面)は、用紙Sの搬送方向Dの下流側の部分が、加圧ローラー2へ向けて湾曲している。この湾曲形状により、用紙Sと定着ベルト3との離型性が向上する。押圧パッド4の材質には樹脂が使用できる。例えば押圧パッド4の材料として、ポリフェニレンスルファイド樹脂(PPS樹脂)、液晶ポリマー(LCP樹脂)、又はポリエチレンテレフタレート樹脂(PET樹脂)を使用できる。
支持部材5は、定着ベルト3の内側に固定配置される。支持部材5は、好適には非磁性体であり、例えばヤング率の高いSUS304からなる。支持部材5の材質として非磁性体を選択することにより、定着ベルト3に、誘導加熱部7から発生する磁束を安定して通過させることができる。
ベルトガイド部材6は、定着ベルト3の内側において支持部材5に固定され、定着ベルト3を介して誘導加熱部7と対向する。本実施形態において、ベルトガイド部材6は、加圧ローラー2の軸方向から見て円弧形状の断面を有する。ベルトガイド材6は、定着ベルト3の内周面を支持して、定着ベルト3の走行軌道を安定させる。またベルトガイド部材6により、定着ベルト3に所定の張力を付与することができる。好適には、ベルトガイド材6の材料に磁性金属材料(例えば鉄系の合金)が用いられる。
以上のように、加圧ローラー2は、定着ベルト3の内側に固定配置された押圧パッド4に押圧される。これにより、加圧ローラー2が定着ベルト3に圧接される箇所にニップ部Nが形成される。また、加圧ローラー2が芯金21を中心に回転方向R1に回転すると、定着ベルト3が回転方向R2に従動回転する。定着ベルト3の走行軌道は、ベルトガイド部材6によって保持される。用紙Sは、搬送方向Dへ搬送されてニップ部Nに到達すると、加圧ローラー2及び定着ベルト3によって下流側へ搬送される。用紙Sがニップ部Nを通過する際に、用紙S上の未定着トナー像が加熱及び加圧されて、用紙S上にトナー像が溶融定着する。
続いて、定着装置1の誘導加熱部7について説明する。誘導加熱部7は、コイルボビン71と、誘導加熱コイル72と、回転型コア部73と、アーチ型コア部74と、サイドコア部75とを備える。定着装置1は、誘導加熱方式の熱源を用いたIH(Induction Heating)方式を採用しており、定着ベルト3を直接加熱する。
コイルボビン71は、定着ベルト3の外周面から所定の間隔を隔てた位置に配置されて、定着ベルト3を介してベルトガイド部材6と対向する。コイルボビン71の材料には、定着ベルト3からの放熱に耐えるために、LCP樹脂(液晶ポリマー)、PET樹脂(ポリエチレンテレフタレート樹脂)、又はPPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂)等の耐熱性樹脂が好適に使用される。
誘導加熱コイル72は、加圧ローラー2の軸方向に沿って導線(例えば、リッツ線)が複数回巻回されたものであり、ループ形状を有している。誘導加熱コイル72は、シリコン接着剤等によってコイルボビン71に固定される。
誘導加熱コイル72は、電源回路に接続され、電源回路から供給される高周波電流により交流磁束(磁界)を発生させる。この交流磁束により、定着ベルト3の誘導発熱層に渦電流が発生する。誘導発熱層に渦電流が発生すると、誘導発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生して、定着ベルト3が発熱する。また、ベルトガイド部材6の材料に磁性金属材料が使用されることで、ベルトガイド部材6にも渦電流が発生して、ベルトガイド部材6が発熱する。したがって、ベルトガイド部材6は定着ベルト3を補助的に加熱することができる。よって、用紙Sによって定着ベルト3から熱が奪われても、定着ベルト3の温度低下を抑制することができる。
誘導加熱コイル72に供給される高周波電流は、第1サーミスターTH1からの信号に基づいて制御される。第1サーミスターTH1は、ベルトガイド部材6が配置された領域とは異なる領域において定着ベルト3の内周面に接触して、定着ベルト3の温度(内周面の温度)を検出する。そして第1サーミスターTH1は、検出した温度に応じたレベル(電圧値)を有する信号を出力する。したがって、第1サーミスターTH1からの信号に基づいてフィードバック制御を行うことにより、定着ベルト3の温度を所定の温度に調整することができる。第1サーミスターTH1は、例えばサーミスタープローブの検出素子であり得る。この場合、サーミスタープローブの基端が支持部材5によって支持される。
回転型コア部73、アーチ型コア部74、及びサイドコア部75は、誘導加熱コイル72の外側を囲んでいる。即ち、回転型コア部73は、ループ状の誘導加熱コイル72の中央に対向する。回転型コア部73の両側にはそれぞれアーチ型コア部74が配置される。アーチ型コア部74は、回転型コア部73側を基端として、コイルボビン71に沿って、アーチ状に延在する。各アーチ型コア部74の終端近傍にサイドコア部75がそれぞれ配置される。
回転型コア部73、アーチ型コア部74、及びサイドコア部75の材料には、フェライト等の磁性材料が使用される。これにより、誘導加熱コイル72から発生した磁束は、回転型コア部73、アーチ型コア部74、サイドコア部75に導かれて、定着ベルト3に沿って流れる。この結果、定着ベルト3の誘導発熱層に渦電流が発生して、定着ベルト3が発熱する。また、ベルトガイド部材6の材料に磁性金属材料が使用された場合、磁束の一部が、ベルトガイド部材6に沿って流れる。よって、ベルトガイド部材6に渦電流が発生して、ベルトガイド部材6が発熱する。
また、回転型コア部73は、その軸心に回転軸76を有し、回転軸76を中心に回動可能である。更に、回転型コア部73は、その外周面に取り付けられた磁気遮蔽部材77を有しており、磁気遮蔽部材77は回転型コア部73の外周面を部分的に覆っている。回転軸76に駆動力が伝達されて回転型コア部73が回動することにより、誘導加熱コイル72から発生した磁束の経路に部分的に磁気遮蔽部材77が進入する。これにより、磁束の経路が部分的に遮蔽される。磁気遮蔽部材77の材料には、例えば銅を使用することができる。
図2は、定着ベルト3の内側を示す平面図であり、定着ベルト3、誘導加熱部7等を省略して示している。図2に示すように、押圧パッド4、支持部材5、及びベルトガイド部材6はいずれも加圧ローラー2の軸心方向に延在する。また、定着装置1は、芯金21の一方端に固定された駆動ギア9を備える。加圧ローラー2は、駆動ギア9に駆動力が伝達されることによって回転する。
更に定着装置1は、第2温度検出素子の一例である第2サーミスターTH2(TH2a、TH2b)を2個備える。図1に示すように、2個の第2サーミスターTH2(TH2a、TH2b)はいずれも、ベルトガイド部材6の内側面に接触して、ベルトガイド部材6の温度を検出する。そして第2サーミスターTH2a、TH2bはそれぞれ、検出した温度に応じたレベル(電圧値)を有する信号を出力する。第2サーミスターTH2a、TH2bはいずれも、例えばサーミスタープローブの検出素子であり得る。この場合、各サーミスタープローブの基端が支持部材5によって支持される。
図2に示すように、一方の第2サーミスターTH2aは、定着ベルト3の長手方向(加圧ローラー2の軸方向)の一方の端部領域に配置され、他方の第2サーミスターTH2bは、定着ベルト3の長手方向の他方の端部領域に配置される。本実施形態では、A5サイズの用紙の長手方向を搬送方向に一致させた場合に、A5サイズの用紙が定着装置1を通過する領域(A5R)が、定着ベルト3の長手方向の中央領域に該当し、この中央領域の外側の領域がそれぞれ、定着ベルト3の長手方向の端部領域に該当する。
第1サーミスターTH1、一方の第2サーミスターTH2a、及び他方の第2サーミスターTH2bは、定着装置1を通過可能な各種用紙のサイズに応じて、それぞれ異なる領域に配置される。本実施形態では、第1サーミスターTH1は、定着ベルト3の長手方向の中央領域(領域A5R)内に配置される。一方の第2サーミスターTH2aは、領域A5Rの外側で、かつ、領域A4Rの内側の領域に配置される。領域A4Rは、A4サイズの用紙の長手方向を搬送方向に一致させた場合に、A4サイズの用紙が定着装置1を通過する領域である。他方の第2サーミスターTH2bは、領域A4Rの外側で、かつ、領域A4Yの内側の領域に配置される。領域A4Yは、A4サイズの用紙の長手方向に直交する方向を搬送方向に一致させた場合に、A4サイズの用紙が定着装置1を通過する領域である。このように本実施形態では、2個の第2サーミスターTH2a、TH2bが、ベルトガイド部材6のその長手方向における両側の端部領域にそれぞれ配置される。更に、2個の第2サーミスターTH2a、TH2bは、ベルトガイド部材6の長手方向の中心からの距離が互いに異なる位置に配置される。
図3は、定着装置1を示す平面図である。図3に示すように、回転型コア部73は、加圧ローラー2の軸方向に延在している。また定着装置1は、複数のアーチ型コア部74を備える。複数のアーチ型コア部74は、加圧ローラー2の軸方向に沿って略等間隔に配置される。サイドコア部75は、加圧ローラー2の軸方向に延在している。
また定着装置1は、複数の磁気遮蔽部材77を備える。複数の磁気遮蔽部材77は、定着装置1を通過可能な各種用紙のサイズに応じて配置される。また複数の磁気遮蔽部材77は、回転型コア部73の回転位置に応じて、磁束の経路を遮蔽する領域が変化するように、回転型コア部73に固定される。本実施形態では、領域A5Rの端から領域A4Rの端までの領域に磁気遮蔽部材77aが配置され、領域A4Rの端から外側の領域に磁気遮蔽部材77bが配置される。また、回転型コア部73の回転方向の基準位置として、磁気遮蔽部材77a、77bが磁束の経路を遮蔽しない回転位置が設定される。これにより、回転型コア部73が基準位置から回転すると、まず、磁気遮蔽部材77bによって領域A4Rの端から外側の領域において磁束の経路が遮蔽される。回転型コア部73が更に回転すると、磁気遮蔽部材77a、76bによって領域A5Rの端から外側の領域において磁束の経路が遮蔽される。
更に定着装置1は、定着ベルト3の走行軌道を安定させるために、定着ベルト3の両端に取り付けられた規制部材10a、10bを備える。定着ベルト3の回転中に、定着ベルト3の端面が規制部材10a、10bに当接することにより、定着ベルト3の長手方向への位置ずれが規制される。図4は、定着ベルト3の一部を示す拡大平面図である。図4に示すように、本実施形態において規制部材10aはコの字型の断面を有し、規制部材10aの内部に定着ベルト3の一方の端部が挿入される。図示しないが、規制部材10bも同様にコの字型の断面を有し、規制部材10bの内部に定着ベルト3の他方の端部が挿入される。
図3に示すように、規制部材10a、10bにはそれぞれ回転軸11a、11bが固定されている。規制部材10a、10bはそれぞれ、定着ベルト3の周面との間に発生する摩擦力によって、回転軸11a、11bを中心に回転する。つまり、規制部材10a、10bは、定着ベルト3と共に回転する。
更に本実施形態において、規制部材10aは歯車であり、定着装置1は、規制部材10aの周面に多数形成されている歯部に歯合する歯車12を備える。また、定着装置1は、歯車12の中心軸13、中心軸13の端部に取り付けられたパルス板14、及び回転検知センサー15を備える。定着ベルト3が回転して、規制部材10aが従動回転すると、歯車12、中心軸13及びパルス板14が回転する。回転検知センサー15は、パルス板14の回転及びその回転の停止に応じた信号を出力する。したがって、回転検知センサー15の出力に基づいて、規制部材10aの回転及びその回転の停止を検知することができる。
図5は、パルス板14を示す平面図である。図5に示すように、パルス板14は、中心軸13に取り付けられた円板部14aと、円板部14aの外周面に沿って設けられた複数の羽根部14bとを備える。各羽根部14bは、円板部14aの径方向に立設している。図6は、回転検知センサー15を示す図である。回転検知センサー15は、透過型フォトインタラプタであり、発光部15aと、発光部15aから発光した光Lを受光する受光部15bとを備える。回転検知センサー15は、図5に示す各羽根部14bが、円板部14aの回転によって発光部15aと受光部15bとの間を通過するように配置される。
斯かる構成によれば、規制部材10aが回転して、パルス板14が回転すると、各羽根部14bが次々に発光部15aと受光部15bとの間を通過する。この結果、回転検知センサー15はパルス信号を発生する。一方、規制部材10aが回転しないとき、各羽根部14bは動かない。よって、発光部15aと受光部15bとの間にいずれかの羽根部15が存在するときには、受光部15bは光Lを受光できず、発光部15aと受光部15bとの間に羽根部15が存在しないときには、受光部15bは常に光Lを受光することになる。この結果、回転検知センサー15からパルス信号は発生しない。したがって、回転検知センサー15からパルス信号が発生するか否かによって、規制部材10aの回転及びその回転の停止を検知することができる。
図7は、定着装置1の構成の一部を示すブロック図である。図7に示すように、定着装置1は、制御部16、電源回路17、及びモーター18を更に備える。制御部16として、定着装置1が装備される画像形成装置の制御部を使用することができる。制御部16には、第1サーミスターTH1、第2サーミスターTH2a、TH2b、及び回転検知センサー15からの信号がそれぞれ入力される。
電源回路17は、誘導加熱コイル72(誘導加熱部7)へ高周波電流(電力)を供給する。制御部16は、第1サーミスターTH1によって検出される温度に基づいて、誘導加熱部7へ供給される電力を制御する電力制御部として機能する。詳しくは、制御部16は、第1サーミスターTH1によって検出される温度が所定の温度となるように、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)とその供給の停止を制御する。この結果、定着ベルト3の温度が所定の温度に調整される。
モーター18は、回転型コア部73を駆動する。即ち、回転型コア部73の回転軸76(図1参照)を回動させる。制御部16は、第2サーミスターTH2a、TH2bによってそれぞれ検出される温度に基づいて、モーター18を駆動させる。これにより、回転型コア部73の回転位置が制御されて、定着ベルト3の発熱分布が調整される。
更に制御部16は、誘導加熱コイル72(誘導加熱部7)への電力(高周波電流)の供給を停止させて、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる加熱停止部としても機能する。
即ち、制御部16は、第2サーミスターTH2a、TH2bによってそれぞれ検出される温度のいずれかが、あらかじめ設定された温度(第1規定値)以上になると、電源回路17の動作を制御して、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させる。これにより、誘導加熱部7による加熱動作が停止する。
また制御部16は、第1サーミスターTH1によって検出される温度と、第2サーミスターTH2aまたは第2サーミスターTH2bによって検出される温度との差が、あらかじめ設定された温度差(第2規定値)以上になると、電源回路17の動作を制御して、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させる。これにより、誘導加熱部7による加熱動作が停止する。
更に制御部16は、回転検知センサー15からの信号に応じて、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させる。詳しくは、回転検知センサー15によって規制部材10aの回転停止が検知されると、制御部16は、電源回路17の動作を制御して、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させる。これにより、誘導加熱部7による加熱動作が停止する。
続いて、定着装置1の第1の動作について、図1、図3、図7を参照して説明する。第1の動作は、定着ベルト3の発熱分布を調整する動作である。
例えば、複数枚のA4サイズの用紙Sが、その長手方向を搬送方向Dに一致させた状態で、連続して定着装置1のニップ部Nへ送られる場合、領域A4R内では、用紙Sによって定着ベルト3の熱が奪われる。制御部16は、領域A4R内に配置された第1サーミスターTH1によって検出される温度に基づいて、誘導加熱部7へ供給される電力を制御する。これにより、領域A4R内では、定着ベルト3の温度が所定の温度に調整される。
一方、領域A4Rの外側の領域は、用紙Sが通過しない非通紙域となる。このため、領域A4Rの外側の領域では、定着ベルト3の熱が用紙Sによって奪われず、定着ベルト3の温度が上昇する(過昇温)。この結果、領域A4Rの外側の領域では、ベルトガイド部材6の温度も上昇する。
本実施形態では、第2サーミスターTH2bによって、領域A4Rの外側の領域におけるベルトガイド部材6の温度が検出される。制御部16は、第2サーミスターTH2bによって検出される温度が、あらかじめ設定された温度(例えば、220℃)以上になると、モーター18を駆動して、回転型コア部73(回転軸76)を所定の回転位置まで回転させる。この結果、磁気遮蔽部材77bが、領域A4Rの外側の領域に形成された磁束の経路に進入して、領域A4Rの外側の領域(非通紙域)の磁束密度を低減させる。これにより、領域A4Rの外側の領域(非通紙域)における定着ベルト3の過昇温を抑制することができる。
領域A5Rの外側の領域が非通紙域となる場合も同様に、制御部16は、第2サーミスターTH2aによって検出される温度が、あらかじめ設定された温度(例えば、220℃)以上になると、モーター18を駆動して、回転型コア部73(回転軸76)を所定の回転位置まで回転させる。この結果、磁気遮蔽部材77a、77bが、領域A5Rの外側の領域(非通紙域)に形成された磁束の経路に進入して、非通紙域の磁束密度を低減させる。これにより、非通紙域における定着ベルト3の過昇温を抑制することができる。
以上のように、磁気遮蔽部材77(77a、77b)によって定着ベルト3の発熱分布を調整することができる。本実施形態において発熱分布調整機構は、制御部16、モーター18(駆動部の一例)、回転型コア部73(回転体の一例)、及び磁気遮蔽部材77a、77bを含む。
続いて、定着装置1の第2の動作について、図1、図3、図5〜図10を参照して説明する。図8〜図10は、定着ベルト3の欠損の代表的なパターンを示す図である。第2の動作は、定着ベルト3に欠損が発生した際に誘導加熱部7による加熱動作を停止させる動作である。
図3に示すように、定着ベルト3の両側には、規制部材10a、10bが設けられる。規制部材10a、10bは、定着ベルト3の長手方向の位置を規制して、定着ベルト3の走行軌道を安定させる。しかし、定着ベルト3が、その長手方向の一方に偏り、規制部材10a、10bのうちの一方に当接したまま回転する状態が長く続くと、定着ベルト3が破断し、最終的に定着ベルト3の一部又は全部が欠損する可能性がある。そして、定着ベルト3の欠損が発生すると、その欠損が発生した領域では、ベルトガイド部材6の熱が定着ベルト3によって奪われないため、ベルトガイド部材6が異常発熱を起こす可能性がある。この結果、定着装置1を装備する画像形成装置が、出火する等の危険な状態に陥る可能性がある。
これに対し、本実施形態では、第1サーミスターTH1、第2サーミスターTH2a、TH2bによってそれぞれ検出される温度に基づいて定着ベルト3の欠損を検知して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させることができる。
例えば図8は、定着ベルト3の規制部材10b側が部分的に欠損した状態を示している。この場合、定着ベルト3の欠損が発生した領域においてベルトガイド部材6が異常発熱を起こす。本実施形態では、第2サーミスターTH2bが、ベルトガイド部材6の規制部材10b側の部分の温度を検出しており、制御部16は、まず、第2サーミスターTH2bによって検出される温度が、あらかじめ設定された温度(例えば220℃)以上になると、モーター18を駆動して、領域A4Rの外側の領域(非通紙域)の磁束密度を低減させる。しかし、定着ベルト3が欠損しているために、第2サーミスターTH2bによって検出される温度は低下せずに、更に上昇する。そして、第2サーミスターTH2bによって検出される温度が第1規定値(例えば250℃)以上なると、制御部16は、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させ、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる。
図9は、定着ベルト3の規制部材10a側の部分が欠損した状態を示している。この場合も同様に、制御部16は、第2サーミスターTH2aによって検出される温度が第1規定値以上なると、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させて、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる。
また本実施形態では、定着ベルト3の規制部材10a側の部分が欠損した場合、規制部材10aは回転せず、回転検知センサー15が、規制部材10aの回転停止を検知する。制御部16は、回転検知センサー15からの信号に基づいて規制部材10aの回転停止を判断すると、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させて、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる。
図10は、定着ベルト3の中央領域が欠損した状態を示している。この場合、第1サーミスターTH1によって検出される温度が上昇しなくなるか、あるいは低下する。したがって、第1サーミスターTH1の検出温度を上昇させるために誘導加熱コイル72に電力(高周波電流)が供給されるが、第1サーミスターTH1の検出温度が上昇しないため、電力の供給が継続して行われる。一方、定着ベルト3の欠損が発生していない領域では、第2サーミスターTH2a、TH2bがベルトガイド部材6の温度を正常に検出する。よって、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度と、第1サーミスターTH1によって検出される温度との差が広がる。制御部16は、第1サーミスターTH1の検出温度と第2サーミスターTH2aまたは第2サーミスターTH2bの検出温度との差が第2規定値(例えば50℃)以上になると、誘導加熱コイル72への高周波電流の供給(電力の供給)を停止させて、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる。
以上のように、本実施形態に係る定着装置1によれば、定着ベルト3に欠損が発生した場合に、誘導加熱部7による加熱動作を停止させることができる。したがって、定着装置1、及び定着装置1が装備される画像形成装置の安全性を高めることができる。
また本実施形態に係る定着装置1によれば、ベルトガイド部材6に切り欠きを形成することなく、定着ベルト3の温度制御と、定着ベルト3の異常発熱の検知とを実現できる。即ち、定着装置1は、第1サーミスターTH1によって、定着ベルト3の温度を直接検出して、定着ベルト3の温度を調整することができる。また定着装置1は、ベルトガイド部材6の温度を検出する第2サーミスターTH2a、TH2bを用いて、定着ベルト3の異常発熱を間接的に検知することができる。一方、ベルトガイド部材に切り欠きを形成して、その切り欠きにサーミスター等の温度検出素子を配置することにより、定着ベルトの温度制御と、定着ベルト3の異常発熱の検知とを行う場合、切り欠きが形成された領域と、それ以外の領域との間で磁束密度が変化する。このため、定着ベルトの長手方向の温度分布が不均一になる。したがって本実施形態によれば、ベルトガイド部材6が切り欠きを有しないことにより、定着ベルト3の長手方向の温度分布の均一化を図ることができる。
続いて図11を参照して、定着装置1を備えた画像形成装置100の一例について説明する。図11は、本実施形態に係る画像形成装置100の概略構成を示す図である。画像形成装置100はモノクロ複写機である。
図11に示すように、画像形成装置100は、その下部に配設された給紙部101と、給紙部101の側方に配設された用紙搬送部102と、用紙搬送部102の上方に配設された画像形成部103と、画像形成部103よりも排出側に配設された定着装置1と、画像形成部103及び定着装置1の上方に配設された画像読取部104とを備えている。また、画像形成装置100は制御部16を備える。制御部16は画像形成装置100全体の動作を制御する。また制御部16は、図1〜10を参照して説明したように、誘導加熱部7へ供給される電力を制御する機能と、定着ベルト3の発熱分布の調整する機能と、定着ベルト3に欠損が発生した場合に誘導加熱部7による加熱動作を停止させる機能とを有する。
給紙部101は、被記録媒体である用紙Sを収容する複数の給紙カセット105と、各給紙カセット105に対応して設けられた各給紙ローラー106とを備える。給紙部101から用紙Sが給紙される際には、複数の給紙カセット105のうちの一つが選択され、選択された給紙カセット105に対応する給紙ローラー106が回転を開始する。これにより、選択された給紙カセット105から用紙Sが1枚ずつ用紙搬送部102へ送り出される。
用紙搬送部102に送られた用紙Sは、用紙搬送部102に備えられた用紙搬送経路107を経由して画像形成部103に向けて搬送される。画像形成部103は、電子写真プロセスによって、用紙Sにトナー像を形成する。画像形成部103は、図11の矢印方向に回転可能に支持された感光体ドラム141を備える。また画像形成部103は、感光体ドラム141の周囲にその回転方向に沿って、帯電部142、露光部143、現像部144、転写部145、クリーニング部146、及び除電部147を備えている。
帯電部142は、高電圧を印加される帯電ワイヤーを備えており、この帯電ワイヤーからのコロナ放電によって感光体ドラム141の表面に所定電位が付与される。この結果、感光体ドラム141の表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部104によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部143により感光体ドラム141に照射されると、感光体ドラム141の表面電位が選択的に減衰され、感光体ドラム141の表面に静電潜像が形成される。
次いで、現像部144が感光体ドラム141の表面の静電潜像を現像する。この結果、感光体ドラム141の表面にトナー像が形成される。そして、感光体ドラム141と転写部145との間に供給される用紙Sに、転写部145によってトナー像が転写される。
トナー像が転写された用紙Sは、画像形成部103の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置1に向けて搬送される。定着装置1では用紙Sが加熱及び加圧され、用紙S上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙Sは、排出ローラー対108によって排出トレイ109上に排出される。
転写部145による用紙Sへのトナー像の転写後、感光体ドラム141の表面に残留しているトナーが、クリーニング部146によって除去され、また感光体ドラム141の表面に残留している電荷が、除電部147によって除去される。そして、感光体ドラム141は帯電部142によって再び帯電され、以降、同様にして画像形成が行われる。
以上、本発明の実施形態について、図面(図1〜図11)を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
例えば、本発明の実施形態では、制御部16が、誘導加熱部7による加熱動作を停止させる加熱停止部として機能したが、本発明はこれに限定されるものではない。
図12は、定着ベルト3の長手方向の端部領域の何れか一方に欠損が発生した場合に誘導加熱部7による加熱動作を停止させる他の構成を示す。図12に示す構成(加熱停止部)は、2つの比較器31、32と、OR回路33と、スイッチ部34とを備える。スイッチ部34には、例えば双方向サイリスタ(所謂トライアック)またはリレースイッチを使用することができる。
比較器31は、一方の第2サーミスターTH2aの出力電圧(検出温度に相当する)と参照電圧VR1(第1規定値に相当する)とを比較して、一方の第2サーミスターTH2aの出力電圧が参照電圧VR1以上になるとHレベルの信号を出力する。
比較器32は、他方の第2サーミスターTH2bの出力電圧(検出温度に相当する)と参照電圧VR1(第1規定値に相当する)とを比較して、他方の第2サーミスターTH2bの出力電圧が参照電圧VR1以上になるとHレベルの信号を出力する。
OR回路33は、比較器31、32の少なくとも一方からHレベルの信号を受信すると、スイッチ部34を開く信号を生成する。この結果、誘導加熱コイル72への電力の供給が停止されて、誘導加熱部7による加熱動作が停止する。
図13は、定着ベルト3の長手方向の中央領域に欠損が発生した場合に誘導加熱部7による加熱動作を停止させる他の構成を示す。図13に示す構成(加熱停止部)は、2つの差分器35、36と、2つの比較器37、38と、OR回路39と、スイッチ部40とを備える。スイッチ部40には、例えば双方向サイリスタ(所謂トライアック)またはリレースイッチを使用することができる。
差分器35は、第1サーミスターTH1の出力電圧と一方の第2サーミスターTH2aの出力電圧との差分を出力する。差分器35の出力電圧は、第1サーミスターTH1によって検出される温度と、一方の第2サーミスターTH2aによって検出される温度との差を示す。
差分器36は、第1サーミスターTH1の出力電圧と他方の第2サーミスターTH2bの出力電圧との差分を出力する。差分器36の出力電圧は、第1サーミスターTH1によって検出される温度と、他方の第2サーミスターTH2bによって検出される温度との差を示す。
比較器37は、差分器35の出力電圧と参照電圧VR2(第2規定値に相当する)とを比較して、差分器35の出力電圧が参照電圧VR2以上になるとHレベルの信号を出力する。
比較器38は、差分器36の出力電圧と参照電圧VR2(第2規定値に相当する)とを比較して、差分器36の出力電圧が参照電圧VR2以上になるとHレベルの信号を出力する。
OR回路39は、比較器37、38の少なくとも一方からHレベルの信号を受信すると、スイッチ部40を開く信号を生成する。この結果、誘導加熱コイル72への電力の供給が停止されて、誘導加熱部7による加熱動作が停止する。
図14は、定着ベルト3の長手方向の端部領域及び中央領域のいずれかに欠損が発生した場合に誘導加熱部7による加熱動作を停止させる他の構成を示す。図14に示す構成(加熱停止部)は、図12に示す構成と同様に比較器31、32を備える。また図14に示す構成は、図13に示す構成と同様に差分器35、36及び比較器37、38を備える。更に、図14に示す構成は、比較器31、比較器32、比較器37、及び比較器38からの出力をそれぞれ受信する4つの入力端子を有するOR回路41と、スイッチ部42とを備える。スイッチ部42には、例えば双方向サイリスタ(所謂トライアック)またはリレースイッチを使用することができる。斯かる構成によれば、図12、図13を参照して説明した構成と同様に、誘導加熱コイル72への電力の供給を停止して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させることができる。
また、本発明の実施形態では、第1サーミスターTH1によって検出される温度と、第2サーミスターTH2aまたは第2サーミスターTH2bによって検出される温度との差が第2規定値以上になると、誘導加熱部7による加熱動作が停止する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、制御部16(加熱停止部)は、第1サーミスターTH1によって検出される温度の変化の勾配(単位時間当たりの温度変化)が、あらかじめ設定した値(第3規定値)以下であると判断した場合に、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。
即ち、定着ベルト3の中央領域に欠損が発生していない通常時は、第1サーミスターTH1の検出温度は、誘導加熱コイル72に供給される電力に応じて上昇する。これに対し、定着ベルト3の中央領域が欠損すると、第1サーミスターTH1の検出温度は、誘導加熱コイル72に電力を供給しても、その供給量に見合う程には上昇しない。したがって、定着ベルト3の中央領域が欠損すると、第1サーミスターTH1によって検出される温度の変化の勾配が、通常時と比べて小さくなる。そこで、制御部16は、第1サーミスターTH1の検出温度の変化の勾配が第3規定値(例えば10℃)以下である場合に、定着ベルト3の中央領域に欠損が発生していると判断して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。
また例えば、制御部16(加熱停止部)は、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度の変化の勾配(単位時間当たりの温度変化)のいずれかが、あらかじめ設定した値(第4規定値)以上であると判断した場合に、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。
即ち、定着ベルト3の中央領域が欠損すると、第1サーミスターTH1の検出温度は、誘導加熱コイル72に電力を供給しても上昇しないため、誘導加熱コイル72への電力の供給が継続して実行される。この結果、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度の変化の勾配が、通常時と比べて大きくなる。そこで、制御部16は、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度の変化の勾配のいずれかが第4規定値(例えば5℃)以上である場合に、定着ベルト3の中央領域に欠損が発生していると判断して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。
また、本発明の実施形態では、2個の第2サーミスターTH2が使用されたが、第2サーミスターTH2は1個であってもよい。第1サーミスターTH1による検出温度と第2サーミスターTH2による検出温度との差を用いて定着ベルト3の欠損を検出する場合には、第2サーミスターTH2は、定着ベルト3の長手方向において第1サーミスターTH1とは異なる位置に配置される。
また、本発明の実施形態では、規制部材10aの回転停止を検知して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させたが、同様に規制部材10bの回転停止を検知して、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。即ち、規制部材10bとして歯車を使用し、規制部材10bの周面に多数形成されている歯部に歯合する歯車と、その歯車の中心軸と、その中心軸の端部に取り付けられたパルス板と、回転検知センサーとを設けてもよい。これにより、規制部材10b側の回転検知センサーの出力に基づいて、規制部材10b側において定着ベルト3に欠損が発生したことを検知することが可能になる。
また、本発明の実施形態では、A5サイズの用紙Sを縦置きにした場合、A4サイズの用紙Sを縦置きにした場合、及びA4サイズの用紙Sを横置きにした場合に対応させて、定着ベルト3の長手方向の領域を分割したが、適用させる用紙の種類(縦置き及び横置きを含む)を更に増やして、定着ベルト3の長手方向の領域を更に細かく分割してもよい。この場合、その分割された領域の数に応じて、つまり各種用紙のサイズに応じて、ベルトガイド部材6の温度を検出する第2サーミスターTH2の数を増加させ、かつ、それらの第2サーミスターTH2を、定着ベルト3の長手方向の中心からの距離が互いに異なる位置に配置する。また、各種用紙のサイズに応じて、複数個の磁気遮蔽部材77を配置する。これにより、各種用紙のサイズに応じて、更に細かく発熱分布を調整することが可能となる。また、定着ベルト3に発生する欠損を、より精度よく検知することが可能となる。なお、定着ベルト3に発生する欠損を、より精度よく検知することのみを目的とする場合には、ベルトガイド部材6の内側面に接する複数の第2サーミスターTH2を、等間隔で配置してもよい。
また、本発明の実施形態では、定着ベルト3の非通紙域の温度を下げるために、磁気遮蔽部材77によって定着ベルト3の発熱分布を調整したが、これに替えて、用紙搬送部102が複数の用紙Sを定着装置1へ順次搬送する際に、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度に基づいて、制御部16が、複数の用紙Sを給紙する間隔、即ち給紙ローラー106の間欠的な給紙動作の間隔を調整してもよい。具体的には、第2サーミスターTH2a、TH2bによって検出される温度のいずれかが、あらかじめ設定された温度(例えば、220℃)以上になると、給紙ローラー106による間欠的な給紙動作の間隔が通常時よりも大きくなるように、制御部16が給紙ローラー106の駆動を制御してもよい。給紙ローラー106による間欠的な給紙動作の間隔が大きくなると、定着ローラー3の中央領域の熱が、その中央領域を通過する用紙Sによって奪われ難くなるため、第1サーミスターTH1によって検出される温度が上昇する。したがって、制御部16が、第1サーミスターTH1の検出温度を下げる制御を実行する。この結果、定着ベルト3の非通紙域の温度が下がる。
また、本発明の実施形態では、磁気遮蔽部材77(76a、77b)と、その周面に磁気遮蔽部材77(76a、77b)が固定された回転体(回転型コア部73)と、該回転体を駆動する駆動部(モーター18)と、該駆動部を制御する制御部(制御部16)とによって定着ベルト3の発熱分布が調整された。しかし、定着ベルト3の発熱分布を調整する機構(発熱分布調整機構)は、このような構成に限定されるものではない。例えば、発熱分布調整機構は、磁束を低減させたい領域に消磁コイルを重ね、該消磁コイルに通電して、誘導加熱コイル72から発生する磁束を相殺する磁束を発生させる機構であってもよい。また発熱分布調整機構は、定着ベルト2の長手方向に沿って風を送るためのダクトと、該ダクトに空気を流入させるファンとを備えた構成であってもよい。あるいは、発熱分布調整機構は、分割された誘導加熱コイルを備えた構成であってもよい。即ち、例えば各種用紙のサイズに合わせて複数の誘導加熱コイルを設けて、各誘導加熱コイルへの通電を制御することにより、定着ベルト3の発熱分布を調整してもよい。
また、本発明の実施形態では、誘導加熱部7による加熱動作を停止させるための第1規定値が、発熱分布調整機構を作動させる温度条件よりも高い場合について説明したが、第1規定値は、発熱分布調整機構を作動させる温度条件(例えば220℃以上)と同じであってもよい。この場合、発熱分布調整機構が作動してから一定時間経過後のベルトガイド部材6の温度が、発熱分布調整機構を作動させる温度条件(例えば220℃以上)を満たすことで、誘導加熱部7による加熱動作を停止させてもよい。
また、本実施形態では、複数の羽根部14bが円板(円板部14a)の外周面に沿って設けられたパルス板14を使用したが、パルス板14として、外周部に複数の貫通孔が形成された円板が使用されてもよい。
また、本発明の実施形態では、温度検出素子としてサーミスターを示したが、温度検出素子はサーミスターに限定されるものではなく、例えば熱電対が使用されてもよい。
また、本発明の実施形態では、被記録媒体の一例として用紙Sを示したが、被記録媒体は用紙Sに限定されるものではなく、フィルム等の樹脂製シートであってもよい。
また、本発明の実施形態では、画像形成装置100がモノクロ複写機であったが、本発明はこれに限らず、IH方式の定着装置を備えた画像形成装置に適用可能であり、例えば、カラー複写機、カラープリンター、ファクシミリ、複合機に適用することができる。
なお、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。したがって、図示された各構成要素の厚み、長さ等は、図面作成の都合上から実際とは異なる。