(57)【要約】  【課題】  被加熱体の温度を常時正確に把握し、過昇温防止手段を、通常の加熱動作時には低温に維持し、被加熱体の温度が異常温度まで上昇した時には好適に機能させる。  【解決手段】  定着部２０の加熱手段として設けられた加熱装置３０は、加熱体であるハロゲンランプ３１、温度検知手段３２、過昇温防止手段３３、冷却手段３４、及び制御手段３５を備える。被加熱体である熱ローラ２１に対する通常の加熱動作時には、制御手段３５は、冷却手段３４を制御し、過昇温防止手段３３を冷却して低温に維持する。熱ローラ２１の表面温度が所定温度に到達したことを、温度検知手段３２が検知した時には、制御手段３５は冷却手段３４の駆動をＯＦＦにして、冷却手段３４による過昇温防止手段３３の冷却を中止する。これにより、過昇温防止手段３３の温度が急激に上昇し、過昇温防止手段３３がハロゲンランプ３１への通電を強制的に遮断する。【選択図】      図２
2006172781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱体と、この加熱体が加熱する被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段からの情報を受けて前記加熱体を制御する制御手段と、前記被加熱体の温度が異常温度に到達した時に、前記加熱体への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段とを備えた加熱装置において、
前記過昇温防止手段を冷却する冷却手段を備え、前記制御手段は、前記冷却手段を制御して、前記加熱体による通常の加熱動作時には前記過昇温防止手段を冷却させ、前記被加熱体が所定温度に到達したことを前記温度検知手段が検知した時には前記過昇温防止手段の冷却を中止させることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加熱装置を、定着部の加熱手段として搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過昇温防止手段を備えた加熱装置に関する。また、この加熱装置を、定着部の加熱手段として搭載した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタに代表される電子写真方式の画像形成装置においては、転写部で用紙に転写された未定着トナー像を定着させる方法として、熱定着方式が広く用いられている。この熱定着方式とは、ローラやベルトで構成される２個の回転部材を互いに圧接させてニップを形成して、回転部材のうち一方、或いは両方の近傍に加熱体を配置して回転部材を加熱し、ニップに未定着トナー像を担持した用紙を挿通することにより、用紙にトナーを定着するものである。
【０００３】
熱定着方式の定着部としては、互いに圧接し合うローラ対を構成する２個のローラのうち、用紙のトナー像に直接接触するローラを熱ローラとし、この熱ローラにハロゲンランプ等の加熱体を内蔵したものが一般的である。安定した定着性を得るためには、サーミスタ等の温度センサからなる温度検知手段によって熱ローラの表面温度を監視し、ハロゲンランプ等の加熱体の発熱量を制御することで熱ローラの表面温度を適温に維持する。
【０００４】
このような定着部の加熱手段として適用可能な加熱装置では、被加熱体が意図せず高温に到達するという問題が起こり得ることが懸念されている。被加熱体が異常な高温にまで到達すると、被加熱体が破損したり、被加熱体の周辺の構成部材に悪影響を及ぼしたりする恐れがある。また、上記のような定着部においては、ニップに挿通された用紙が焼損してしまう可能性もある。このような問題を解決すべく、被加熱体の温度が異常温度にまで上昇した時に、加熱体への通電を強制的に遮断する、サーモスタット等で構成された過昇温防止手段を備えた加熱装置が提案され、その一例を特許文献１に見ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１３３４４４号公報（第６−１６頁、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、画像形成装置においては、近年、省エネルギー化の観点から、定着部のウォームアップ時間の短縮化が要求されている。これにより、熱ローラの薄肉化や、高速立ち上がりヒータの利用等の手段の適用が進められている。しかしながら、熱ローラの薄肉化を行うと、ローラの熱容量が小さくなり、熱ローラの表面温度を適温に維持できなくなる、いわゆるオーバーシュートやアンダーシュートが激しくなる。このようにして熱ローラの表面温度の変化が激しくなると、サーモスタット等で構成された過昇温防止手段にも悪影響が及び、意図せず加熱体への通電を強制的に遮断してしまう恐れがある。したがって、定着部の通常の加熱動作時には過昇温防止手段を低温に維持し、熱ローラの表面温度が異常温度まで上昇した時にはハロゲンランプ等の加熱体への通電を強制的に遮断する加熱装置が求められている。
【０００６】
特許文献１に記載の定着装置（加熱装置）では、定着部の通常の加熱動作時にはファンによってサーモスタット（過昇温防止手段）を冷却するものであって、ファンの動作に異常が発生する等してファンの回転が停止することにより、サーモスタットを作動させて加熱手段（加熱体）への通電を強制的に遮断する手法が提案されている。しかしながら、ファンが回転している間は、常にファンがサーモスタットを冷却しつつ、そのサーモスタット自体が被加熱体である定着ローラの表面温度を監視することになるので、定着ローラの表面温度を正確に把握できない可能性がある。したがって、定着ローラが定着可能な表面温度に到達する前に加熱手段への通電を遮断したり、定着ローラの表面温度が加熱手段による加熱を止めるべき温度に到達しても加熱を続けて高温になってしまったり、サーモスタットを作動させるタイミングを間違える恐れがある。
【０００７】
また、特許文献１に記載の定着装置では、定着部の通常の加熱動作時にはファンの駆動によって生じる負圧によりサーモスタットを定着ローラ表面から離間させて冷却するものであって、ファンの動作に異常が発生する等してファンの回転が停止することにより、サーモスタットが定着ローラに接近して高温となり、加熱手段への通電を強制的に遮断する手法も提案されている。しかしながら、この手法では、ファンの回転が停止してサーモスタットが定着ローラに接近する時に、所定の場所からずれてしまい、正確な温度を把握できない恐れがある。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、異常が発生した場合に、加熱体への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段を備えた加熱装置において、被加熱体の温度を常時正確に把握しつつ、通常の加熱動作時には過昇温防止手段を低温に維持し、被加熱体の温度が異常温度まで上昇した時には過昇温防止手段を好適に機能させることが可能な加熱装置を提供することを目的とする。また、このような加熱装置を搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は、加熱体と、この加熱体が加熱する被加熱体の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段からの情報を受けて前記加熱体を制御する制御手段と、前記被加熱体の温度が異常温度に到達した時に、前記加熱体への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段とを備えた加熱装置において、前記過昇温防止手段を冷却する冷却手段を備え、前記制御手段は、前記冷却手段を制御して、前記加熱体による通常の加熱動作時には前記過昇温防止手段を冷却させ、前記被加熱体が所定温度に到達したことを前記温度検知手段が検知した時には前記過昇温防止手段の冷却を中止させることとした。
【００１０】
また本発明では、上記加熱装置を、定着部の加熱手段として画像形成装置に搭載することとした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構成によれば、被加熱体の温度が異常温度に到達した時に、加熱体への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段を備えた加熱装置において、過昇温防止手段を冷却する冷却手段を備え、制御手段は、冷却手段を制御して、加熱体による通常の加熱動作時には過昇温防止手段を冷却させ、被加熱体が所定温度に到達したことを温度検知手段が検知した時には過昇温防止手段の冷却を中止させることとしたので、温度検知手段により被加熱体の温度を監視しつつ、過昇温防止手段を冷却することができる。すなわち、被加熱体の温度検知に関しては冷却の影響が及ぶことはなく、温度検知手段により被加熱体の温度を正確に把握できるので、過昇温防止手段を作動させるタイミングを間違えることはない。したがって、通常の加熱動作時には過昇温防止手段を低温に維持し、被加熱体の温度が異常温度まで上昇した時には過昇温防止手段を好適に機能させることが可能となる。
【００１２】
また本発明では、上記加熱装置を、定着部の加熱手段として画像形成装置に搭載することとしたので、例えば熱ローラのような被加熱体の温度を常時正確に把握しつつ、通常の加熱動作時には過昇温防止手段を低温に維持し、被加熱体の温度が異常温度まで上昇した時には過昇温防止手段を好適に機能させることが可能な定着部を備えた高性能な画像形成装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づき説明する。なお、この実施形態に係る加熱装置は、画像形成装置の定着部において、熱ローラを加熱する加熱手段として使用されているものとする。
【００１４】
最初に、本発明の実施形態に係る加熱装置を搭載した画像形成装置について、図１を用いてその構造の概略を説明しつつ、画像出力動作を説明する。図１は、画像形成装置を示す模型的垂直断面正面図である。なお、図中の実線矢印は用紙の搬送経路、及び搬送方向を示し、一点鎖線矢印はレーザ光Ｌを示す。
【００１５】
図１に示すように、画像形成装置１の下部には、給紙部２が配置されている。給紙部２の内部には、印刷前のカットペーパー等の用紙Ｐが積載して収容され、ここから１枚ずつ分離して用紙Ｐが送り出される。
【００１６】
画像形成装置１の内部であって、給紙部２の左方には、用紙搬送部３が備えられている。給紙部２から送り出された用紙Ｐは、用紙搬送部３により画像形成装置１の側面に沿って垂直上方に搬送され、後述する転写部８に至る。
【００１７】
一方、画像形成装置１の上面には原稿送り部４が、その下方には原稿画像読み取り部５が備えられている。使用者が原稿の複写を行う場合には、原稿送り部４に、文字や図形、模様等の画像が描かれた原稿を積載する。原稿送り部４では１枚ずつ分離して原稿が送り出され、原稿画像読み取り部５によってその画像データが読み取られる。この画像データの情報は、給紙部２の上方であって、画像形成装置１の中央部に配置されたレーザ照射部６に送られる。レーザ照射部６により、画像データに基づいて制御されたレーザ光Ｌが、後述する画像形成部７に向かって照射される。
【００１８】
用紙搬送部３の上方であって、レーザ照射部６の左方には、画像形成部７、及び転写部８が備えられている。画像形成部７では、レーザ照射部６によって照射されたレーザ光Ｌにより原稿画像の静電潜像が作られる。この静電潜像からトナー像が形成され、トナー像は、前記用紙搬送部３によって同期をとって送られてきた印刷前の用紙Ｐに、転写部８にて転写される。
【００１９】
転写部８の上方には、定着部２０が備えられている。転写部８にて未定着トナー像を担持した用紙Ｐは、定着部２０へと送られ、加熱装置３０によって加熱された熱ローラによりトナー像が加熱、溶融されて定着される。
【００２０】
定着部２０の上方には、分岐部９が備えられている。定着部２０から排出された用紙Ｐは、両面印刷を行わない場合には、分岐部９から画像形成装置１の胴内に設けられた用紙排出トレイ１０に排出される。
【００２１】
分岐部９から用紙排出トレイ１０に向かって用紙Ｐが排出されるその排出口部分は、スイッチバック部１１としての機能を果たす。両面印刷を行う場合には、このスイッチバック部１１において、定着部２０から排出された用紙Ｐの搬送方向が切り替えられる。そして、用紙Ｐは、定着部２０、及び転写部８の左方を通って下方に送られ、再度用紙搬送部３を経て転写部８へと送られる。
【００２２】
次に、加熱装置３０が備えられた定着部２０の詳細な構成について、図２、及び図３を用いて説明する。図２は定着部の模型的垂直断面拡大図、図３は同じく斜視図である。図２において、白抜き矢印は空気の移動方向を示している。
【００２３】
図２に示すように、定着部２０には、熱ローラ２１、及び加圧ローラ２２が備えられている。熱ローラ２１と加圧ローラ２２とは、所定の圧力で互いに圧接せしめられ、用紙搬送方向に所定幅の定着ニップを形成する。この定着ニップを、未定着トナーを担持した用紙Ｐが通過する。
【００２４】
熱ローラ２１は、図示しない駆動手段により回転駆動せしめられる。加圧ローラ２２は、熱ローラ２１に接触していることにより、熱ローラ２１の回転に従って回転する。通常の定着動作では、用紙Ｐを図２において下方から上方に搬送しつつ用紙Ｐの表面の未定着トナーを定着するように、熱ローラ２１は時計方向に、加圧ローラ２２は反時計方向に回転する。
【００２５】
熱ローラ２１は、直径が４０ｍｍで、アルミ管等の芯材の表面に弾性部材層を備えている。弾性部材層はシリコンゴムで構成され、その厚さは２ｍｍである。弾性部材層の表面には離型層を密着して設け、平滑性とトナーの離型性を高めている。離型層には、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）等のフッ素系樹脂が用いられ、塗料の塗布やチューブを被せることによって層が設けられている。ＰＦＡチューブであれば６０μｍ、フッ素樹脂塗料であれば２５μｍの厚さである。
【００２６】
加圧ローラ２２は、ステンレス鋼からなる芯金の外側に、弾性部材層を構成するスポンジシリコンゴムを備えている。
【００２７】
図２、及び図３に示すように、熱ローラ２１の近傍には、加熱装置３０が設けられている。加熱装置３０は、加熱体であるハロゲンランプ３１、温度検知手段３２、過昇温防止手段３３、冷却手段３４、及び制御手段３５を備えている。
【００２８】
加熱体であるハロゲンランプ３１は、被加熱体である熱ローラ２１の内側に配置され、熱ローラ２１を内側から加熱するものである。ハロゲンランプ３１は、熱ローラ２１の軸線方向に延びる棒状をなし、２本備えられている。ハロゲンランプ３１から発せられた熱は、熱ローラ２１の芯材や弾性部材層を伝達して表面に到達し、この熱ローラ２１表面の熱により用紙Ｐが担持する未定着トナーを溶融する。
【００２９】
温度検知手段３２は、図３に示すように、熱ローラ２１の外側で、熱ローラ２１の軸線方向略中央部に配置されている。温度検知手段３２は、温度センサであるサーミスタにより構成され、その温度検知部が熱ローラ２１表面に接触している。これにより温度検知手段３２は、被加熱体である熱ローラ２１の表面温度を検知する。
【００３０】
過昇温防止手段３３は、温度検知手段３２と同様に、熱ローラ２１の外側で、熱ローラ２１の軸線方向略中央部に配置されている。過昇温防止手段３３は、サーモスタットにより構成され、その温度検知部が熱ローラ２１表面から所定の距離を隔てて配置されている。過昇温防止手段３３は、ハロゲンランプ３１とその電源（図示せず）との間で、電気的に直列接続されている。過昇温防止手段３３の温度検知部にはバイメタルが使用され、熱ローラ２１の表面温度が異常温度に到達するとバイメタルが変形してスイッチがＯＦＦとなり、ハロゲンランプ３１への通電が強制的に遮断される。
【００３１】
冷却手段３４は、気流を発生させるファンにより構成され、定着部２０の下方に配置されている。定着部２０の下部フレーム２３には、定着部２０の下方から過昇温防止手段３３に向かって上方に空気を導くダクト２４が設けられている。冷却手段３４は、このダクト２４に空気を送り込み、過昇温防止手段３３を冷却する。
【００３２】
制御手段３５は、温度検知手段３２からの情報を受けて、ハロゲンランプ３１や冷却手段３４の制御を行うものである。
【００３３】
続いて、定着部２０における加熱装置３０による加熱動作について、図２、及び図３に加えて、図４を用いて説明する。図４は、熱ローラと過昇温防止手段との温度変化を示すグラフである。図４の横軸は熱ローラ２１の加熱開始からの時間を示し、縦軸は温度を示している。図中、実線Ｈは熱ローラ２１の表面温度を、実線Ａは本発明の加熱装置３０の過昇温防止手段３３の温度を、実線Ｂは従来の加熱装置の過昇温防止手段の温度を示している。破線Ｘは、過昇温防止手段３３のハロゲンランプ３１への通電遮断温度を示している。
【００３４】
図４に示すように、加熱開始とともに徐々に熱ローラ２１の表面温度Ｈが上昇し、約１５秒ほどで熱ローラ２１の表面温度Ｈが２００°Ｃに到達する。ここで熱ローラ２１の表面温度Ｈが上昇し過ぎないように、制御手段３５は、温度検知手段３２からの情報を受けてハロゲンランプ３１の発熱量を制御する。その後、制御手段３５によりハロゲンランプ３１のＯＮ／ＯＦＦが繰り返され、熱ローラ２１の表面温度Ｈは約２２０°Ｃ前後の適温で維持される。
【００３５】
一方、過昇温防止手段３３においては、熱ローラ２１の表面から所定距離を隔てて配置されていることなどを理由として、その温度上昇はやや緩やかである。過昇温防止手段３３の温度Ａは、熱ローラ２１の加熱開始から２５秒を過ぎたあたりで、熱ローラ２１の表面温度Ｈが安定するのに従って安定する。このような通常の加熱動作時には、制御手段３５は冷却手段３４によって過昇温防止手段３３を冷却し、過昇温防止手段３３の温度Ａは約１３０°Ｃ前後で維持される。
【００３６】
図４によると、従来の加熱装置の過昇温防止手段の温度Ｂは、本発明の加熱装置３０の過昇温防止手段３３の温度Ａよりも全体的に高い。そして、安定状態になった段階で、従来の加熱装置の過昇温防止手段の温度Ｂは、過昇温防止手段のハロゲンランプ３１への通電遮断温度Ｘに非常に近い温度となる。これにより、従来の加熱装置では、過昇温防止手段がハロゲンランプ３１への通電遮断温度Ｘを超えてしまう可能性が高くなり、意図せずハロゲンランプ３１への通電を強制的に遮断してしまう恐れがある。しかしながら、本発明の加熱装置３０では、過昇温防止手段３３の温度は、冷却手段３４の作用によりハロゲンランプ３１への通電遮断温度Ｘに対して低温に維持される。
【００３７】
次に、加熱装置３０の制御方法について、図５を参照しつつ説明する。図５は、加熱装置の制御方法を示すフローチャートである。
【００３８】
画像形成装置１に電源が投入されると、まずステップＳ１０１において、加熱装置３０の制御手段３５が、加熱体であるハロゲンランプ３１に通電を開始し、熱ローラ２１の加熱が始まる。これと同時に、ステップＳ１０２において、制御手段３５は、冷却手段３４であるファンを駆動し、過昇温防止手段３３を冷却し始める。図５においては不図示であるが、熱ローラ２１の表面温度は、常時温度検知手段３２によって監視されている。
【００３９】
熱ローラ２１の表面温度が適温に到達すると、制御手段３５は、ステップＳ１０３において、熱ローラ２１の表面温度が適温を保持するよう温度制御を行う。これは、制御手段３５が、熱ローラ２１の表面温度を検知する温度検知手段３２からの情報を受け、ハロゲンランプ３１のＯＮ／ＯＦＦを行って発熱量を制御することによりなされる。このような通常の加熱動作時には、制御手段３５は冷却手段３４によって過昇温防止手段３３を冷却させ、過昇温防止手段３３は低温に維持される。
【００４０】
上記のような加熱動作の間、ステップＳ１０４において、制御手段３５は、熱ローラ２１の表面温度が所定温度に到達したかどうかをチェックする。ここで言う「所定温度」とは、熱ローラ２１の表面温度が過昇温しないようにするための判断基準となる温度である。したがって、熱ローラ２１の表面温度が所定温度に到達していない場合には、再びステップＳ１０３へ戻り、通常の加熱動作が繰り返される。
【００４１】
ステップＳ１０４において、温度検知手段３２が、熱ローラ２１の表面温度が所定温度に到達したことを検知した場合、ステップＳ１０５に進み、制御手段３５は冷却手段３４の駆動をＯＦＦにして、冷却手段３４による過昇温防止手段３３の冷却を中止する。これにより、過昇温防止手段３３の温度が急激に上昇し、ステップＳ１０６において、過昇温防止手段３３が、熱ローラ２１の表面温度が異常温度に到達したことを検知して、ハロゲンランプ３１への通電を強制的に遮断する。そして、印刷が強制終了される。
【００４２】
このようにして、被加熱体である熱ローラ２１の温度が異常温度に到達した時に、加熱体であるハロゲンランプ３１への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段３３を備えた加熱装置３０において、過昇温防止手段３３を冷却する冷却手段３４を備え、制御手段３５は、冷却手段３４を制御して、ハロゲンランプ３１による通常の加熱動作時には過昇温防止手段３３を冷却させ、熱ローラ２１が所定温度に到達したことを温度検知手段３２が検知した時には過昇温防止手段３３の冷却を中止させるので、温度検知手段３２により熱ローラ２１の温度を監視しつつ、過昇温防止手段３３を冷却することができる。すなわち、熱ローラ２１の温度検知に関しては冷却の影響が及ぶことはなく、温度検知手段３２により熱ローラ２１の温度を正確に把握できるので、過昇温防止手段３３を作動させるタイミングを間違えることはない。したがって、通常の加熱動作時には過昇温防止手段３３を低温に維持し、熱ローラ２１の温度が異常温度まで上昇した時には過昇温防止手段３３を好適に機能させることが可能となる。
【００４３】
また本発明では、上記加熱装置３０を、定着部２０の加熱手段として画像形成装置１に搭載したので、熱ローラ２１の温度を常時正確に把握しつつ、通常の加熱動作時には過昇温防止手段３３を低温に維持し、熱ローラ２１の温度が異常温度まで上昇した時には過昇温防止手段３３を好適に機能させることが可能な定着部２０を備えた高性能な画像形成装置１を得ることができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、被加熱体の温度が異常温度に到達した時に、加熱体への通電を強制的に遮断する過昇温防止手段を備えた加熱装置において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る加熱装置を搭載した画像形成装置の模型的垂直断面正面図である。
【図２】定着部の模型的垂直断面拡大図である。
【図３】定着部の斜視図である。
【図４】熱ローラと過昇温防止手段との温度変化を示すグラフである。
【図５】加熱装置の制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１    画像形成装置
２０  定着部
２１  熱ローラ（被加熱体）
３０  加熱装置
３１  ハロゲンランプ（加熱体）
３２  温度検知手段
３３  過昇温防止手段
３４  冷却手段
３５  制御手段
【図１】
2006172781.tif 000003
【図２】
2006172781.tif 000004
【図３】
2006172781.tif 000005
【図４】
2006172781.tif 000006
【図５】
2006172781.tif 000007