(57)【要約】【課題】肉ローラや薄肉ベルト等の回転体の回転が停止してしまった状態で異常昇温が発生してしまった場合にも、過昇温を迅速に検出することができる定着制御装置を提供する。【解決手段】ベルト２０１と、ベルト２０１を加熱するコイル２０４と、ベルト２０１に当接し、ベルト２０１の温度を検出するサーミスタ２０６と、サーミスタ２０６を加熱する加熱回路４１５と、コイル２０４を駆動する駆動回路４１２とを備える。また、サーミスタ２０６の検出温度が所定の温度以上になった場合に、駆動回路４１２を停止させる過昇温検出回路４１４を備える。また、サーミスタ２０６の検出結果から駆動回路４１２の駆動周波数を制御する制御回路４１３を備える。サーミスタ２０６は、ベルト２０１が回転している時と停止している時とで検出温度が所定の温度差以上になるように、加熱回路４１５で加熱される。【選択図】図４
2010122360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体と、
前記回転体を加熱する第１の加熱手段と、
前記回転体に当接し、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段を加熱する第２の加熱手段と、
前記第１の加熱手段を駆動する駆動手段と、
前記温度検出手段の検出温度が所定の温度以上になった場合に、前記駆動手段を停止させる過昇温検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果から前記駆動手段の駆動周波数を制御する制御手段とを備え、
前記温度検出手段は、前記回転体が回転している時と停止している時とで前記検出温度が所定の温度差以上になるように、前記第２の加熱手段で加熱されることを特徴とする定着制御装置。
【請求項２】
前記第１の加熱手段は、高周波電力の印加により高周波磁界を発生させる誘導加熱コイルであることを特徴とする請求項１記載の定着制御装置。
【請求項３】
回転体と、
前記回転体を加熱する第１の加熱手段と、
前記回転体に当接し、前記回転体の温度を検出する複数の温度検出手段と、
前記複数の温度検出手段のうちの一方の温度検出手段を加熱する第２の加熱手段と、
前記第１の加熱手段を駆動する駆動手段と、
前記複数の温度検出手段の検出温度が所定の温度差以上になった場合に、前記駆動手段を停止させる温度差検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果から前記駆動手段の駆動周波数を制御する制御手段とを備え、
前記一方の温度検出手段は、前記回転体が回転している時と停止している時とで、前記複数の温度検出手段の前記検出温度が前記所定の温度差以上になるように、前記第２の加熱手段で加熱されることを特徴とする定着制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の定着制御装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着制御装置及びその定着制御装置を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に画像形成装置においては、用紙上に転写された未定着のトナー像のトナーを熱によって融解して用紙に定着させるための定着器が備えられている。
【０００３】
定着器としては、トナーを高速昇温させるために、加熱媒体である定着ローラを薄肉小径化したもの、フィルムの回転体に対してその内側から加熱体を圧接したもの等が知られている。また、近年では、薄肉金属の回転体を誘導加熱により発熱させる電磁誘導加熱方式の定着器も用いられるようになってきた。
【０００４】
これらはいずれも、加熱あるいは発熱媒体である回転体の熱容量を小さくし、加熱効率の良い熱源で加熱しようとしたものである。複写機等の画像形成装置では、薄肉の回転体を用紙に接触させて、用紙上のトナーを加熱溶融させるタイプの定着装置が多く提案されている。
【０００５】
ところが、熱容量の小さい薄肉の回転体を加熱媒体として使用し、電磁誘導加熱のように局所的に発熱する場合、発熱部以外への熱移動が良好でない。この傾向は、ウォームアップ時間を短縮するために薄肉になるほど顕著である。
【０００６】
このことは、加熱中に回転体が回転している場合には問題ない。しかし、加熱中に回転体の回転が停止してしまった場合には、発熱部の熱容量が更に小さくなったことと等価となり、温度上昇が急激になる。
【０００７】
加熱中に回転体が回転停止した場合には、温度検出手段の検出速度が温度上昇速度に対して遅れを生じるために、異常な温度上昇が発生した場合に、過昇温を検出して停止させるタイミングが遅れてしまい、定着器にダメージを与えてしまうという問題があった。
【０００８】
このような過昇温検出の遅れのために、樹脂材料からなる周辺部材の耐熱寿命が低下したり、熱的損傷を被ったりする恐れがある。
【０００９】
これに対し、薄肉ローラや薄肉ベルトを用いて低熱容量化した局所加熱方式の定着器としては、特許文献１記載のものが提案されている。特許文献１記載の定着器は、発熱部にサーミスタ等の温度検出手段を用いて所定の温度に制御するものであり、温度上昇カーブの違いからスリップを判断している。
【００１０】
また、特許文献２には以下の技術が提案されている。即ち、特許文献２に提案された技術では、ベルト上にパターンを設け、光学的な回転検出手段によってベルトの回転・停止を判断している。
【００１１】
また、これらの提案における定着器は、ベルトのスリップや駆動モータの異常等でベルトが正常に回転していないと判断した場合に、加熱動作を停止している。
【特許文献１】特開２００５―３３８６９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、温度上昇カーブによってベルトのスリップを判断する場合、低温から目標温度に温度上昇させる場合であればいいが、ある程度温まった状態でスリップ等が発生した場合には、正確に判断することはできない。
【００１３】
また、回転検出手段を設け、ベルトの回転を検出する技術では、回転検出手段を新たに追加しなければならず、コストアップやサイズアップにつながってしまう。また、高温環境でセンサを使用することになり、その設置が困難となる。
【００１４】
本発明の目的は、肉ローラや薄肉ベルト等の回転体の回転が停止してしまった状態で異常昇温が発生してしまった場合にも、過昇温を迅速に検出することができる定着制御装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の定着制御装置は、回転体と、前記回転体を加熱する第１の加熱手段と、前記回転体に当接し、前記回転体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段を加熱する第２の加熱手段と、前記第１の加熱手段を駆動する駆動手段と、前記温度検出手段の検出温度が所定の温度以上になった場合に、前記駆動手段を停止させる過昇温検出手段と、前記温度検出手段の検出結果から前記駆動手段の駆動周波数を制御する制御手段とを備え、前記温度検出手段は、前記回転体が回転している時と停止している時とで前記検出温度が所定の温度差以上になるように、前記第２の加熱手段で加熱されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の定着制御装置は、回転体と、前記回転体を加熱する第１の加熱手段と、前記回転体に当接し、前記回転体の温度を検出する複数の温度検出手段と、前記複数の温度検出手段のうちの一方の温度検出手段を加熱する第２の加熱手段と、前記第１の加熱手段を駆動する駆動手段と、前記複数の温度検出手段の検出温度が所定の温度差以上になった場合に、前記駆動手段を停止させる温度差検出手段と、前記温度検出手段の検出結果から前記駆動手段の駆動周波数を制御する制御手段とを備え、前記一方の温度検出手段は、前記回転体が回転している時と停止している時とで、前記複数の温度検出手段の前記検出温度が前記所定の温度差以上になるように、前記第２の加熱手段で加熱されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の画像形成装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の定着制御装置を備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の定着制御装置によれば、肉ローラや薄肉ベルト等の回転体の回転が停止してしまった状態で異常昇温が発生してしまった場合にも、過昇温を迅速に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図である。
【００２１】
同図において、装置本体１００は以下の構成要素を備えている。以下、その構成要素を動作とともに説明する。
【００２２】
感光体１０１ｙは、反時計回りに回転していて、１次帯電ローラ１０２ｙは、感光体１０１ｙの表面を均一にマイナス帯電する。１次帯電ローラ１０２ｙは、感光体１０１ｙを均一に帯電するために、直流成分マイナス３００Ｖからマイナス９００Ｖの電圧に交流成分１３００Ｖから２０００Ｖが重畳されている。
【００２３】
高圧発生装置は、通常、装置本体１００内のモータ等を動作させるために使用する２４Ｖ等の電圧を元にして、高圧トランスを用いてこれらの電圧を生成している場合が多い。
【００２４】
均一に帯電した感光体１０１ｙの表面に、レーザーユニット１０３ｙから照射されるレーザーが露光される。露光された部分は感光してインピーダンスが低下して帯電量が低下する。
【００２５】
レーザーユニット１０３ｙは、ＯＮ／ＯＦＦ、ＰＷＭ制御により露光量を制御していて、感光体１０１ｙの表面に帯電量の分布で潜像画像が描画される。
【００２６】
次に、現像スリーブ１０４ｙを感光体表面が通過する。この現像スリーブ１０４ｙと感光体１０１ｙの間のギャップは高精度に管理されている。現像スリーブ１０４ｙに、直流成分マイナス１５０Ｖ〜マイナス７００Ｖと交流成分１０００Ｖ〜２０００Ｖの高圧を加えることで、感光体１０１ｙの表面と現像スリーブ１０４ｙの間に電界が発生する。
【００２７】
これにおいても、帯電プロセス同様に、高圧トランスを用いた高圧発生装置により直流成分及び交流成分を生成しており、特に、現像プロセスでは交流成分の波形が画質に大きく影響する。
【００２８】
この電界の向きと強度は帯電量に影響され、レーザーで露光されてないマイナス帯電量の大きい感光体１０１ｙの表面のところでは現像スリーブ１０４ｙから感光体１０１ｙに向かう電界が生じる。
【００２９】
一方、レーザーで強く露光されて感光体１０１ｙの表面の帯電量の小さいところでは、感光体１０１ｙから現像スリーブ１０４ｙに向かう電界が生じる。
【００３０】
現像スリーブ１０４ｙ上のマイナスに帯電したイエローのトナーは、現像スリーブ１０４ｙと感光体１０１ｙの表面の電界の向きと反対方向に力を受ける。このことで、電界の向きと強弱により、先の帯電量によって形成された感光体１０１ｙ上の潜像画像がイエローのトナーによって現像され、トナー像が形成される。
【００３１】
次に、感光体１０１ｙの表面は中間転写ベルト１０６と接する。中間転写ベルト１０６の感光体１０１ｙの反対側には１次転写ローラ１０５ｙがある。この１次転写ローラ１０５ｙには、プラス２００Ｖ〜プラス１５００Ｖの電圧が加えられていて、マイナスに帯電したイエローのトナーを感光体１０１ｙから１次転写ローラ１０５ｙ側に引き寄せる。それにより、感光体１０１ｙの表面にあったイエローのトナーが中間転写ベルト１０６の表面に転写される。
【００３２】
同様にしてマゼンタ、シアン、ブラックのトナーが中間転写ベルト１０６の表面に転写される。感光体１０１ｙ、１次帯電ローラ１０２ｙ、レーザーユニット１０３ｙ、現像スリーブ１０４ｙ、１次転写ローラ１０５ｙに対応するマゼンタ、シアン、ブラックのユニットには、ｍ、ｃ、ｋが付されている。
【００３３】
こうして、中間転写ベルト１０６には、イエローとマゼンタとシアンとブラックのトナーで形成されたフルカラーの画像が形成される。そして、中間転写ベルト１０６が２次転写内ローラ１０７と２次転写外ローラ１０８を通過する。その時に、中間転写ベルト１０６と２次転写外ローラ１０８の間を用紙１１３が挟まれて搬送される。
【００３４】
２次転写外ローラ１０８には、プラス５００〜プラス７０００Ｖの電圧が加えられていて、マイナスに帯電したトナーが、用紙１１３の上表面に転写される。用紙１１３は用紙カセット１１０から給紙されて、矢印１１２−１、１１２−２、１１２−３、１１２−４と搬送される。
【００３５】
２次転写内ローラ１０７と２次転写外ローラ１０８を通過した用紙１１３−２表面のトナーは未定着トナーで、用紙１１３−２から容易に剥がれる状態である。この状態の用紙１１３−２が定着器１１１に搬送されて高温にされ、トナーが柔らかくなったところで、圧力を加えられることで、トナーは、用紙１１３の表面に張り付き定着する。
【００３６】
そして、用紙１１３−３は、矢印１１２−５、１１２−６、１１２−７、１１２−８、１１２−９と搬送されて出力され積載される。定着器１１１としては、電磁誘導加熱方式を用いている。
【００３７】
図２は、図１における定着器の構成図である。
【００３８】
図２において、ベルト（回転体）２０１は、厚さ４５μｍの導電性発熱体を含み、表面は３００μｍのゴム層で覆われている。ベルト２０１は駆動ローラ２０２との間でニップ部２０３を形成し、ベルト２０１は、駆動ローラ２０２の回転をニップ部２０３から伝えられることによって矢印方向に回転する。
【００３９】
また、ベルト２０１に対向してコイル（第１の加熱手段）２０４がコイルホルダ２０５内に配置され、コイル２０４に交流電流を流して磁場を発生させることで、ベルト２０１の導電性発熱体が自己発熱する。コイル２０４は、高周波電力の印加により高周波磁界を発生させる誘導加熱コイルである。
【００４０】
サーミスタ（温度検出手段）２０６は、ベルト２０１の発熱部に内側から当接しており、その温度を検出している。
【００４１】
図３は、図２におけるサーミスタの温度と抵抗値の関係を示す図である。
【００４２】
サーミスタ２０６は、図３に示すように、温度が低いほど高い抵抗値となる抵抗体である。本定着器１１１は、サーミスタ２０６で検出される温度を目標の温度である１８０℃になるように、コイル２０４に流す交流電流を増減させている。
【００４３】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る定着制御装置のブロック図である。
【００４４】
本定着制御装置は、定着器１１１と電源装置４００とから構成される。電源装置４００は、コイル２０４に交流電流を供給する。
【００４５】
電源装置４００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４０１、コンデンサ４０２、共振回路を形成する共振コンデンサ４０５、第１、第２のスイッチ素子４０３、４０４を備える。
【００４６】
また、電源装置４００は、２つのスイッチ素子４０３、４０４を駆動信号４２１、４２２で駆動する駆動回路４１２、制御回路４１３、入力電力を検出する電力検出回路４１１を備える。
【００４７】
また、電源装置４００は、サーミスタ２０６の検出温度が所定の過昇温レベル（所定の温度以上）に達しているかどうかを判断し、過昇温レベルに達した場合にコイル２０４への交流電流供給を強制的に停止させる過昇温検出回路４１４を備える。
【００４８】
また、電源装置４００は、サーミスタ２０６を加熱する加熱回路（第２の加熱手段）４１５を備える。制御回路４１３は、予め決められた最大電力の範囲内でベルト２０１の温度が目標温度になるように、電力検出回路４１１の検出結果及びサーミスタ２０６の検出結果によって、駆動信号４２１、４２２の周波数（駆動周波数）を変化させる。
【００４９】
スイッチ素子４０３と４０４は、駆動信号４２１、４２２に従って交互にＯＮ／ＯＦＦし、コイル２０４に高周波電流を供給する。コイル２０４に流す交流電流は、コイル２０４及びベルト２０１のインダクタンス値と共振コンデンサ４０５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４２１、４２２の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。これによりベルト２０１の温度を制御することができる。
【００５０】
サーミスタ２０６は、ベルト２０１が回転している時と停止している時とで検出温度が所定の温度差以上になるように、加熱回路４１５で加熱される。
【００５１】
図５は、図４におけるサーミスタと加熱回路の第１の接続構成例を示す図である。
【００５２】
図５において、加熱回路４１５は、サーミスタ２０６と直列に接続される抵抗Ｒ１を有し、抵抗Ｒ１は、基準電圧Ｖ１に接続されている。抵抗Ｒ１は、サーミスタ２０６が２１０℃の時の抵抗値とほぼ同じ抵抗値４．３ｋΩにしている。基準電圧Ｖ１は２０Ｖとしている。
【００５３】
本実施の形態では、加熱回路４１５は、サーミスタ２０６による温度検出信号を得るための基準電圧と分圧抵抗を生成している。
【００５４】
図６は、図４における過昇温検出回路の構成図、図７は、図５におけるサーミスタの温度と電圧Ｖ２の関係を示す図である。
【００５５】
過昇温検出回路４１４は、図６に示すように、Ｖ２と過昇温検出レベルＶ３とをコンパレータＩＣ１で比較し、Ｖ２＜Ｖ３となった場合に強制停止信号Ｖ４を“Ｈ”にする。Ｖ４が“Ｈ”になると、駆動回路４１２は、制御回路４１３からの信号に関わらず、スイッチ素子４０３と４０４の駆動を停止させる。これにより、交流電流の供給も停止し、発熱も停止する。
【００５６】
サーミスタ２０６と接触しているベルト２０１は、回転時は次々と新たな領域がサーミスタ２０６の熱を奪うため、熱抵抗は２５℃／Ｗに、停止時は熱伝導の悪さから熱抵抗は５００℃／Ｗに相当する。
【００５７】
サーミスタ２０６は、２１０℃付近では約２３ｍＷの発熱があるため、ベルト回転時はほぼベルト温度と同じになるが、ベルト停止時はベルト２０１の温度に対してサーミスタ２０６の温度は約１１℃高くなる。つまり、ベルト停止時は実際のベルト２０１の温度は１９９℃である時に、過昇温検出回路４１４が２１０℃を検出することとなる（図８参照）。
【００５８】
次に、本構成において異常昇温が発生した場合の保護動作について説明する。
【００５９】
図９は、ベルト２０１が回転している状態で異常昇温した場合の温度カーブを示す図である。
【００６０】
異常昇温発生時は、サーミスタ２０６への熱の伝達時間に対し、ベルト２０１の温度上昇がはるかに急速になることによって、サーミスタ２０６での検出は遅れを生じる。しかし、ベルト回転時はサーミスタ２０６への熱の伝達時間に対し比較的温度上昇も緩やかであり、周辺の部材にダメージを与える前に過昇温を検出している。
【００６１】
図１０は、ベルト２０１が停止している状態で異常昇温した場合の温度カーブである。
【００６２】
ベルト２０１が停止している状態では、回転している状態に比べてベルト２０１の温度上昇速度が急速になるが、本発明の構成においては、前述したようにサーミスタ２０６によって検出される温度も従来のものより高くなる。
【００６３】
そのため、図中Δｔだけ過昇温を検出する時間が早くなり、ベルト２０１の最高到達温度もΔＴだけ低くできる。それによって、周辺の部材にダメージを与えるのを防ぐことができる。
【００６４】
図１１は、図４におけるサーミスタと加熱回路の第２の接続構成例を示す図である。
【００６５】
図１１において、加熱回路４１５は、ヒータ４３０とヒータ用電源Ｖ５から構成されている。更に、ヒータ４３０は、サーミスタ２０６に接している、または近傍に配置されており、ベルト回転時と停止時とで、図１２に示すような検出温度差になるように、サーミスタ２０６を加熱している。
【００６６】
サーミスタ２０６と直列に抵抗Ｒ２１が接続され、更に、抵抗Ｒ２１は、基準電圧Ｖ２１に接続されている。Ｒ２１は４．３ｋΩ、Ｖ２１は３．３Ｖである。
【００６７】
図１１の加熱回路４１５を採用しても、図５の加熱回路４１５と同様、ベルト回転時はほぼベルト温度と同じになるが、ベルト停止時はベルト２０１の温度に対してサーミスタ２０６の温度は約１１℃高くなる。
【００６８】
つまり、ベルト停止時は実際のベルト２０１の温度は１９９℃である時に、過昇温検出回路１１４が２１０℃を検出することとなる。従って、ベルト２０１が停止している状態で異常昇温した場合にも過昇温を早く検出でき、周辺の部材にダメージを与えるのを防ぐことができる。
【００６９】
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る定着制御装置のブロック図である。
【００７０】
第２の実施の形態の定着制御装置は、図１３に示すように、ベルト温度がほぼ同じ場所に近接して２つ（複数）のサーミスタ２０６ａ、２０６ｂが配置されている。そのうちサーミスタ２０６ａのみ加熱回路４１５で、第１の実施の形態と同様に加熱している。
【００７１】
図１４は、図１３におけるサーミスタ２０６ｂの接続例を示す図である。
【００７２】
サーミスタ２０６ｂと直列に抵抗Ｒ１１が接続され、更に、抵抗Ｒ１１は、基準電圧Ｖ１１に接続されている。Ｒ１１は４．３ｋΩ、Ｖ１１は３．３Ｖである。そのため、サーミスタ２０６ｂで検出される温度は、ベルト２０１が回転していても停止していてもベルト２０１の温度と等しくなる。
【００７３】
また、電源装置４００には、サーミスタ２０６ａ、２０６ｂでの検出温度の差を検出する温度差検出回路４１６が実装されている。温度差検出回路４１６は、Ｖ２とＶ１２の電位差が所定の差以上になった場合、つまりサーミスタ２０６ａ、２０６ｂでの検出温度の差が所定の温度差（この場合８℃）以上になった場合、ベルト２０１の回転が停止と判断する。そして、温度差検出回路４１６は、コイル２０４への交流電流の供給を停止させる。
【００７４】
１８０℃にベルト２０１の温度を制御している場合に、ベルト２０１の回転が停止すると、図１５に示す特性により、サーミスタ２０６ａで検出した温度は、サーミスタ２０６ｂで検出した温度よりもおよそ１０℃高くなる。従って、ベルト２０１が回転しているか停止しているかの判断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】図１における定着器の構成図である。
【図３】サーミスタの温度と抵抗値の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る定着制御装置のブロック図である。
【図５】図４におけるサーミスタと加熱回路の第１の接続構成例を示す図である。
【図６】図４における過昇温検出回路の構成図である。
【図７】サーミスタの温度と電圧Ｖ２の関係を示す図である。
【図８】ベルト温度とサーミスタ検出温度の関係を示す図である（１）。
【図９】ベルト回転時の温度カーブを示す図である。
【図１０】ベルト停止時の温度カーブを示す図である。
【図１１】図４におけるサーミスタと加熱回路の第２の接続構成例を示す図である。
【図１２】ベルト温度とサーミスタ検出温度の関係を示す図である（２）。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る定着制御装置のブロック図である。
【図１４】図１３におけるサーミスタ２０６ｂの接続例を示す図である。
【図１５】ベルト温度とサーミスタ検出温度の関係を示す図である（３）。
【符号の説明】
【００７６】
１１１  定着器
２０１  ベルト
２０２  駆動ローラ
２０３  ニップ
２０４  コイル
２０６  サーミスタ
４００  電源装置
４１１  電力検出回路
４１２  駆動回路
４１３  制御回路
４１４  過昇温検出回路
４１５  加熱回路
４１６  温度差検出回路
【図１】
2010122360.tif 000003
【図２】
2010122360.tif 000004
【図３】
2010122360.tif 000005
【図４】
2010122360.tif 000006
【図５】
2010122360.tif 000007
【図６】
2010122360.tif 000008
【図７】
2010122360.tif 000009
【図８】
2010122360.tif 000010
【図９】
2010122360.tif 000011
【図１０】
2010122360.tif 000012
【図１１】
2010122360.tif 000013
【図１２】
2010122360.tif 000014
【図１３】
2010122360.tif 000015
【図１４】
2010122360.tif 000016
【図１５】
2010122360.tif 000017