(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像が形成された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加熱定着装置において、
ヒータと、
電源電圧に拘わらず前記ヒータに一定電圧を供給する定電圧電源と、
前記加熱定着装置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、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の状態を判別することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の故障状態を判別することを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の加圧状態を判別することを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載の加熱定着装置とを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体に未定着画像を定着固定させる加熱定着装置および該加熱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】
従来の加熱定着装置（以下、定着装置とも記す）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（Wattage ）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、電源電圧に拘わらず加熱定着装置の常態を適格に判別することができる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）未定着画像が形成された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加熱定着装置において、
ヒータと、
電源電圧に拘わらず前記ヒータに一定電圧を供給する定電圧電源と、
前記加熱定着装置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、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の状態を判別することを特徴とする加熱定着装置。
【００１１】
（２）前記処理部は、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の故障状態を判別することを特徴とする（１）記載の加熱定着装置。
【００１２】
（３）前記処理部は、前記定電圧電源から前記ヒータに一定電圧を供給している状態における前記温度検知素子からのデータに基づいて、当該加熱定着装置の加圧状態を判別することを特徴とする（１）記載の加熱定着装置。
【００１４】
（４）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（１）〜（３）のいずれかに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、５０Ｈｚ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、ＣＰＵ１２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１２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、ＦＥＴ４５のソースＳの電圧を検出することにより、ＦＥＴ４５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ＦＥＴ４５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２５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。ｙｅｓ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、１００℃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、電源電圧に拘わらず加熱定着装置の状態を適格に判別することができる。
【００５７】
また、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画像形成装置を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、１１  ＣＰＵ、１２  定電圧電源、１４  表示部、２６定着装置、２６８  温度検知素子。
【図１】
0003647240.tif 000002
【図２】
0003647240.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003647240.tif 000009
【図９】
0003647240.tif 000010
【図１０】
0003647240.tif 000011
【図１１】
0003647240.tif 000012