JPH11184359A

JPH11184359A - 加熱装置と加熱定着装置および画像形成装置

Info

Publication number: JPH11184359A
Application number: JP9365433A
Authority: JP
Inventors: Norio Hashimoto; 典夫橋本; Takayasu Yunamochi; 貴康弓納持; Hiroaki Sakai; 宏明酒井; Yasunari Obara; 泰成小原; Junichi Kimizuka; 純一君塚; Kaoru Sato; 馨佐藤; Tomohiro Nakamori; 知宏中森; Kiyoto Toyoizumi; 清人豊泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 1999-07-09
Anticipated expiration: 2017-12-20
Also published as: JP3647240B2

Abstract

(57)【要約】【課題】装置本体の故障検知等を確実にできないた
め、良好な加熱および定着ができないばかりか、安全性
を損うという課題があった。【解決手段】装置本体に搭載されるヒーターに一定電
圧を供給する定電圧電源と、前記装置本体の温度を検知
する温度検知素子と、この温度検知素子からのデータを
解析する処理部とを備え、この処理部は、前記装置本体
が所定の温度変化率を示しているかどうかを判断し、そ
の判断結果に応じた信号を外部出力するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱装置と該加熱
装置を用いて記録媒体に未定着画像を定着固定させる定
着装置および該定着装置を用いたレーザープリンタ等の
電子写真方式による画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の加熱装置としては、ハロゲンラン
プ、板状抵抗体等のヒータで構成されているものが一般
的である。そして、このヒータに商用電源を通電するこ
とにより発熱させている。この通電制御としては、単純
にオンオフする方式、周波数制御方式、位相制御方式等
が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、商業電
源は定格だけとってみても世界中にいくつもの種類があ
る。例えば、日本では一律に１００Ｖであるが、アメリ
カでは、地域によって１１５Ｖもしくは１２０Ｖであ
る。また、電源自体の変動もあり、±１０〜１５％程度
を見積るのが普通である。

【０００４】このように、定着装置に搭載しているヒー
タに通電する電源電圧が変化すれば、ヒータの出力（Wa
ttage ）は通電電圧に応じて一定の変化をしてしまう。
その結果、温度上昇率も変化することとなる。

【０００５】一例を上げれば、定着装置に搭載されてい
る一定の定格を持つヒータを、１００Ｖで通電するより
も１２０Ｖで通電した場合の方が、速く温度が上がるこ
とになり、プリント可能になる時間が速くなることにな
る。

【０００６】ところで、この、温度上昇率の変化が電源
電圧の変化により生ずるものであるならば良いのである
が、希に、定着装置不良で実際とは全く違った温度を計
測してしまって、装置としては正常な制御をしているつ
もりであっても実際の温度は制御すべき温度と違ってし
まっている場合がある。このような場合、良好な定着が
行われないばかりか、安全性を損なってしまうことにも
なりかねないという課題があった。

【０００７】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、定着装置の故障検知を適確に行うこ
とができる加熱装置と該加熱装置を用いた加熱定着装置
を得ることを目的とする。

【０００８】また、上記加熱定着装置を用いて、定着画
像を高品質に得ることのできる画像形成装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする加熱定着装置および画像形成装置である。

【００１０】（１）装置本体に搭載されるヒーターに一
定電圧を供給する定電圧電源と、前記装置本体の温度を
検知する温度検知素子と、この温度検知素子からのデー
タを解析する処理部とを備え、この処理部は、前記装置
本体が所定の温度変化率を示しているかどうかを判断
し、その判断結果に応じた信号を外部出力することを特
徴とする加熱装置。

【００１１】（２）装置本体の故障検知を行うことを特
徴とする（１）記載の加熱装置。

【００１２】（３）装置本体の加圧状態検知を行うこと
を特徴とする（１）記載の加熱装置。

【００１３】（４）未定着画像を有する記録媒体と、こ
の記録媒体を加熱して前記未定着画像を該記録媒体に加
熱定着する（１）から（３）のうちのいずれか１項記載
の加熱定着装置。

【００１４】（５）記録媒体に未定着画像を形成担持さ
せる作像手段と、前記記録媒体に未定着画像を定着させ
る（４）記載の加熱定着装置とを備えた画像形成装置。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図について説明する。

【００１６】実施の形態１．図１は実施の形態１による
画像形成装置の機能ブロック図であり、図１において、
１１は画像形成装置１の動作を司るＣＰＵ、２６は定着
装置（装置本体）であり、２６８定着装置２６内に設け
た温度検知素子、１２は図４で示すところの定電圧電
源、１３は商用電源であり、ここでは１００Ｖ、５０Ｈ
ｚを供給するものである。１４は表示部であり、例え
ば、液晶パネルである。

【００１７】図１中に示す矢印は、ＣＰＵ１１の処理の
方向を示すものである。即ち、ＣＰＵ１１は、定着装置
２６内の温度検知素子２６８からの定着装置温度データ
をもとに定電圧電源１２の通電を制御する。また、ＣＰ
Ｕ１２は、画像形成装置が、現在プリント中であると
か、故障が生じた状態である等の情報を表示部１４に与
える。表示部１４はその情報に応じてマーク、文字を表
示するものである。

【００１８】図２は実施の形態１による画像形成装置の
構成図である。図２において、２１はＯＰＣからなる感
光体ドラムであり、Ｒ１方向に回転する。２２は帯電ロ
ーラであり、感光体ドラム２１を一様に帯電する。２３
はパソコン等より送られてきた画像情報により変調され
たレーザー光であり、感光体ドラム２１上に画像に応じ
た潜像を形成する。２４は感光体ドラム２１上の潜像を
顕画像化する現像器である。２５は転写ローラであり、
カセット３４より給紙され、レジストローラ２８で感光
体ドラム上の顕画像と同期した転写材としての紙Ｐに、
ニップ部Ｎで顕画像を転写する。２７はクリーナであ
り、転写残りの現像剤をクリーニングするものである。

【００１９】図３は上記定着装置２６の構成を説明する
図である。この定着装置は、Ａ３（２９７ｍｍ）幅を最
大通紙サイズとする紙Ｐを装置の通紙中心を基準として
搬送する中央基準の例であり、加熱装置としてのヒータ
２６０は１００Ｖ入力時に１ＫＷの定格出力がでるもの
を使用し、ヒータ配光は通紙基準に対してフラットな分
布になっている。定着ローラ２６１はアルミニウムを芯
金２６２とする直径４０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのローラ
であり、表層にはＰＦＡの離型層２６３を被覆してい
る。

【００２０】加圧ローラ２６４はステンレス芯金２６５
上にシリコンスポンジの弾性層２６６、表層にＰＦＡの
離型層２６７を有し、直径３０ｍｍ、製品硬度５０°の
物を用いており、２００Ｎの加圧力をかけることで定着
ローラ２６１との間に５．０ｍｍのニップ幅Ｗを作るこ
とができる。温度検知素子２６８は画像域外に設置して
いるため、温度検知素子２６８へのトナー付着がなく、
クリーニング手段を不要としている。この構成において
Ａ４横送りで２４枚／分のプリント可能にする。なお、
２６９は分離爪、２７０は加圧ローラ２６４に加圧力を
付与するコイルスプリングである。

【００２１】図４は定着装置における制御定電圧電源１
２の構成を説明する回路図である。図４において、商用
交流電源１３からの交流電源電圧は交流／直流変換回路
４１の整流回路４２及び平滑コンデンサＣ４３によって
整流及び平滑されて、直流電圧として出力制御装置４４
に与えられる。出力制御装置４４は交流／直流変換回路
４１から直流電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御してヒ
ータ２６０に供給する。また、出力制御装置４４は正極
性入力端子がＦＥＴ４５のドレインＤ・ソースＳ路を介
して正極性出力端子に接続され、負極性入力端子が負極
性出力端子に接続される。

【００２２】しかも、出力制御装置４４は正極性入力端
子がヒータ２６０の一方の入力端子に接続され、負極性
出力端子がヒータ２６０の他方の入力端子に接続されて
いる。この出力制御装置４４の定電圧回路４６は、一方
及び他方のヒータの電圧検出端子４６ａ、４６ｂがそれ
ぞれヒータ２６０に加えられる電圧の平均電圧を検出し
ている。

【００２３】上記定電圧回路４６は、ソース電圧検出端
子４６ｃがＦＥＴ４５のソースＳに接続されており、Ｆ
ＥＴ４５のソースＳの電圧を検出することにより、ＦＥ
Ｔ４５のドレインＤ・ソースＳ路に流れる電流Ｉ１の周
波数を検出している。また、定電圧回路４６は図示しな
いスイッチ手段から始動制御電圧が供給されることによ
り始動し、ヒータに付勢された電圧の検出結果に基づい
てパルス幅を制御するとともに、電流Ｉ１の周波数検出
結果により周波数のズレを補正したパルス電圧を出力端
子４６ｄからＦＥＴ４５のゲートＧに供給している。

【００２４】また、上記出力制御装置４４の負極性出力
端子はダイオードＤ１のアノード・カソード路を介して
正極性出力端子に接続されている。ダイオードＤ１はＦ
ＥＴ４５のターンオフ時に発生するヒータ２６０の逆起
電力を吸収するためのものである。

【００２５】このような定電圧回路を用いることによ
り、ヒータには常に一定の電圧を供給することが出来、
ヒータへの供給電力（Wattage ）を一定にすることがで
きる。この結果、ヒータＯＮ時の突入電流を小さくする
という作用もある。

【００２６】図５は定着装置の温度検知素子における温
度上昇プロファイルを示す図であり、実線が設計中心
値、点線がそれぞれ上下限値である。ここで、中心値の
傾きは３℃／秒であった。また、上下限値は、ヒータを
含む定着装置、定電圧電源を含めた個体差をトータルと
して±７％以下と見積もってそれぞれ、３．１２℃／
秒、２．７９℃／秒と決めたものである。

【００２７】図５中矢印ａは、２０℃時点で画像形成装
置の定着装置に通電してから２５秒後の時点を示してい
る。ここで設計中心値は９５℃、上限値は１００℃、下
限値は９０℃であった。従って、通電開始時の温度が解
れば、適当なタイミングに於ける定着装置温度を検知す
れば、正常であるのか、異常であるのかが判断できる。

【００２８】図５中矢印ｂは、１００℃を示している。
本実施例の場合、設計中心値では２７秒、上限値では２
５秒、下限値では２９秒であった。従って、通電開始時
の温度が解れば、適当な定着装置温度になるタイミング
を計測することにより、正常であるのか、異常であるの
かが判断できる。

【００２９】従来例のように商用電源を直接ヒータに通
電する形の定着装置の場合、図５に示すカーブが上下に
大きく変動してしまうことになるが、本実施の形態１の
場合は、定電圧電源１２を用いているため、カーブに寄
与する要素として、ヒータ、電源回路、及び定着装置筐
体の個体差を考慮すればよいことになる。

【００３０】以上の性能を利用すれば、図５におけるカ
ーブからはずれた場合、定着装置故障として判断し警告
を出力することができる。

【００３１】この方法を、図６に示すフローチャートを
用いて、図１に示すＣＰＵ１１の処理として説明する。

【００３２】通電開始時の温度を検知し、定着装置温度
が１００℃になるタイミングを計測することにより、正
常であるのか、異常であるのかを判断するＣＰＵ１１の
処理を説明するものである。なお、この故障検知処理は
画像形成装置への通電開始直後に実施するものである。
ここで、Ｔは検知した時点の温度を示している。

【００３３】ステップ１は定着装置への通電開始時点で
ある。図５で示す結果を用いると、Ｔ＝２０℃である。
そして、時間ｔの計測を開始する。ステップ２では、定
着装置温度Ｔが１００℃になったかどうかを監視してい
る。ｎｏの場合は監視を続ける。ｙｅｓの場合はステッ
プ３へ進む。ステップ３は、ステップ１でカウントし始
めた時間ｔが２５〜２９秒の間であるのか判断する。ｙ
ｅｓの場合は、定着装置は正常である（ステップ４）の
で故障検知処理は終了する。ｎｏの場合は、異常である
（ステップ５）のでステップ６に進む。ステップ６で
は、”定着装置異常”表示を表示部に出力し、故障処理
へ移行する事になる。

【００３４】以上説明した本発明の有効性を確認するた
めに、定電圧電源１２が故障したと想定して定着ヒータ
に１２０Ｖ印加するように回路を改造した。この時、１
００℃に達するのに要した時間は２１秒であった。故障
検知処理が機能したのは言うまでもない。

【００３５】従来、電源回路が暴走することによる故障
検知としては、サーモＳＷ、温度ヒューズ等の温度が上
昇してしまった後に動作する緊急手段しか無かったが、
ヒータ駆動電源を定電圧電源化することで低温度領域で
発見することが可能となった。

【００３６】本実施の形態の場合、図６のフローチャー
トでは、簡単のため、具体的数値を用いて２５≧ｔ≧２９というように説明したが、ｔｕｐ≧ｔ≧ｔｄｏｗｍ（ｔｕｐ＝（１００−Ｔ０／３．２１）、ｔｄｏｗｎ＝
（１００−Ｔ０／２．７９）というように一般化できるものである。

【００３７】また、本実施の形態１では、特定温度にな
る時間を判断基準とする例を説明したが、逆に、特定時
間が何度になったかを判断基準とすることができるのは
言うまでもない。さらに、電源オン後の適度なタイミン
グで温度上昇率を計算し、判断するということも当然可
能である。

【００３８】なお、本実施の形態１においては、表示手
段を用いて説明したが、Ｉ／Ｆのプロトコルを利用して
判断結果を外部のパソコン等に知らせる等の方法でも良
い。

【００３９】実施の形態２．図７は、実施の形態２によ
る定着装置の部分図であり、定着ローラ２６１に当接し
ている検知素子２６８が、紙粉７１によって当接不良と
なっている状態を表している。この場合、温度検知素子
２６８は、定着ローラ２６１の正確な温度を測定できな
い。

【００４０】図８は実施の形態２による定着装置の温度
検知素子２６８にて検知した温度上昇プロファイルを示
す図であり、グラフ上のプロファイル８１は、図７で示
す紙粉７１を約１ｍｍ挟んで温度検知素子２６８を定着
ローラ２６１に対して傾けた時、温度検知素子２６８が
検知している温度を示すものである。上記以外の実験条
件すべて実施の形態１で説明したものと同様である。

【００４１】本実施の形態２における定着装置の実際の
温度プロファイルは、定電圧電源にて通電しているの
で、図８に示すプロファイル８２（実施の形態１と同
様）となっている。

【００４２】従って、電源オン後の一定時間後の温度検
知素子２６８が検知する温度が異常に低く検知される
（プロファイル８１）、または、電源オン後一定温度に
なるまでの時間が異常に長く検知されるという状態にな
る。この事実を利用すれば、実施の形態１と同様な処理
フローを組んで定着装置の故障検知ができるものであ
る。

【００４３】本実施の形態２のような場合においても、
従来であれば、サーモスイッチ、温度ヒューズなど安全
装置を働かさなければならない状態になってしまってい
たが、本実施の形態２により、それらを働かせずに未然
に対応できるという効果がある。

【００４４】実施の形態３．本発明によれば、定着装置
における加圧状態の違いを検知することも可能である。
本実施の形態３においては、加圧状態を変化させる場合
として、普通紙を通紙する場合（普通紙モード）と、封
筒を通紙する場合（封筒モード）とで加圧量を変化させ
る場合を説明する。

【００４５】図９は実施の形態３を説明する定着装置の
部分図であり、図９（ａ）は、封通紙モードを示してお
り、実施の形態１で説明した定着装置と同様に構成し、
２００Ｎの加圧力をかけたときの定着ローラ２６ａと加
圧ローラ２６ｂとの間にできるニップ幅Ｎを示してい
る。このとき、ニップ幅Ｎは５ｍｍであった。図９
（ｂ）は、封筒モードを示しており、８０Ｎの加圧力を
かけた時のニップ幅Ｎ’を示している。このときのニッ
プ幅Ｎ’は１ｍｍであった。

【００４６】この場合、定着ローラ２６ａと加圧ローラ
２６ｂとが接する面積が変わるので、定着ローラ２６ａ
から加圧ローラ２６ｂへ伝わる熱量が違ってくる。それ
に伴い、定着ローラ表面の温度上昇率が、変化すること
になる。

【００４７】普通紙モードの場合、実施の形態１と同
様、温度検知素子２６８が検知する温度上昇率は、３℃
／秒、であったが、封筒モードの場合、５℃／秒であっ
た。

【００４８】図１０は定着装置の温度検知素子２６８に
て検知した温度上昇プロファイルを示すグラフであり、
普通紙モード１０１、プロファイル１０２は封筒モード
を示すものである。

【００４９】図１１は、実施の形態３による加圧モード
検知処理を説明するフローチャートである。

【００５０】図１１において、ステップ１１１は通電開
始を示している。ステップ１１２で、温度上昇率Ｔ／ｔ
の計算を開始する。この計算時間は、画像形成装置個々
の事情に合わせてよく、本発明の趣旨に反しないもので
ある。

【００５１】ステップ１１３において、温度上昇率Ｔ／
ｔが、普通紙モード（２．７９≦Ｔ／ｔ≦３．１２）、
もしくは封筒モード（４．６５≦Ｔ／ｔ≦５．３５）の
範囲内にあるがどうか判断する。ｎｏの場合は、ステッ
プ１１４に進み、故障表示をする。ｙｅｓの場合は、ス
テップ１１５へ進む。

【００５２】ステップ１１５では、普通紙モード（２．
７９≦Ｔ／ｔ≦３．１２）であるのかどうか判断する。
ｙｅｓの場合は、ステップ１１６へ進み、普通紙モード
であることを表示する。ｎｏの場合は、ステップ１１７
へ進み、封筒モードであることを表示する。

【００５３】以上で加圧モード検知フローは終了する。

【００５４】このように、本発明によれば、従来ではな
し得なかった、加圧状態により生じる温度上昇率の違い
を利用して、加圧モードを検知することができる。

【００５５】実施の形態４．本発明の加熱装置および該
加熱装置を用いた加熱定着装置は、画像形成装置に実際
に利用している際に有効であるばかりではなく、画像形
成装置を製造した後の出荷検査時にも有効となる。即
ち、製造時、間違えた仕様のヒータを装着してしまった
時、また、温度検知素子の組立を失敗して傾けて組立し
てしまった時などは、実施の形態１および２で説明した
ような検知が可能であるので、その場合、組立不良とい
うことで例外ライン等に回すことができるものである。
本発明によれば従来ではできなかった、製造現場にもフ
ィードバックできるという効果がある。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置本体に搭載されるヒータに一定電圧を供給するよう
に構成したので、一定定格のヒータに一定電圧を入力す
ることになり、装置本体の温度変化率を一義的に特定で
きるという作用が発揮でき、定着装置の故障検知を定着
温度制御用に用いている温度検知素子を利用して行うこ
とができるという効果がある。

【００５７】また、この加熱装置を用いて最適な定着状
態を確保できる加熱定着装置を、さらに、この加熱定着
装置を用いて高品質の定着画像を得ることができるた画
像形成装置をそれぞれ提供することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１による画像形成装置における機
能ブロック図である。

【図２】実施の形態１による画像形成装置の概略図で
ある。

【図３】定着装置の断面図である。

【図４】定着装置の制御定電圧電源の構成を説明する
回路図である。

【図５】定着装置の温度検知素子にて検知した温度上
昇プロファイルを示す図である。

【図６】実施の形態１である故障検知処理を説明する
フローチャートである。

【図７】実施の形態２による定着装置の部分図であ
る。

【図８】実施の形態２による定着装置の温度検知素子
にて検知した温度上昇プロファイルを示す図である。

【図９】実施の形態３による定着装置の部分図であ
る。

【図１０】実施の形態３による定着装置の温度検知素
子にて検知した温度上昇プロファイルを示す図である。

【図１１】実施の形態３による加圧モード検知処理を
説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１画像形成装置、１１ＣＰＵ、１２定電圧電源、
１４表示部、２６定着装置、２６８温度検知素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原泰成東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者君塚純一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者佐藤馨東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中森知宏東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者豊泉清人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装置本体に搭載されるヒーターに一定電
圧を供給する定電圧電源と、前記装置本体の温度を検知
する温度検知素子と、この温度検知素子からのデータを
解析する処理部とを備え、この処理部は、前記装置本体
が所定の温度変化率を示しているかどうかを判断し、そ
の判断結果に応じた信号を外部出力することを特徴とす
る加熱装置。
【請求項２】装置本体の故障検知を行うことを特徴と
する請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】装置本体の加圧状態検知を行うことを特
徴とする請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】未定着画像を有する記録媒体と、この記
録媒体を加熱して前記未定着画像を該記録媒体に加熱定
着する請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載
の加熱定着装置。
【請求項５】記録媒体に未定着画像を形成担持させる
作像手段と、前記記録媒体に未定着画像を定着させる請
求項４記載の加熱定着装置とを備えた画像形成装置。