JP2013242529A

JP2013242529A - 画像加熱装置

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Publication number: JP2013242529A
Application number: JP2013058420A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Yoshimura; 友彦吉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: US8971735B2; JP6104003B2; US20130279926A1

Abstract

【課題】エンドレスベルトの外面側に大きな設置スペースを要することなく、エンドレスベルトの幅方向端部の破れを簡易に検出することができる画像加熱装置を提供する。
【解決手段】加熱ベルト１０５と、加熱ベルトを加熱するＩＨヒータ１７０と、ＩＨヒータへ電力供給を行うＩＨ電源１７１と、ＩＨ電源への電力供給を遮断させるための電流ヒューズ１６９と、加熱ベルト１０５の幅方向一端側の破れを検出するベルト破損検出機構１９０と、を有する画像加熱装置であって、ベルト破損検出機構は、揺動中心の周りを揺動可能であり、電気的に接地されている揺動アーム１９１と、揺動アームの一端が加熱ベルトの幅方向一端近傍の内面と当接するように揺動アームを付勢する付勢部材１９４と、電流ヒューズとＩＨ電源との間に設けられ、揺動アームの一端が加熱ベルトよりもその外面側へ変位することに伴い揺動アームの他端と接触する検出スイッチ１９５と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、シート上のトナー像を加熱する画像加熱装置に関する。この画像加熱装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を複数備えた複合機等の画像形成装置において用いられ得る。

従来、シートに形成されたトナー像を加熱ベルト（エンドレスベルト）を用いて定着する定着装置（画像加熱装置）が提案されている。

このような定着装置において、加熱ベルトが繰り返しの屈曲による疲労破損や、何らかの突発的事象により、加熱ベルトの幅方向端部が破れてしまう（加熱ベルトが幅方向端部から幅方向内側に沿って一部が破れてしまう事象）恐れがある。万が一、加熱ベルトに破れが生じた際には、この破れを迅速に検出することが求められる。

そこで、特許文献１（特開２０１１−３３８３２号公報）に記載の装置では、加熱ベルトの幅方向一端側に設けたベルト寄り制御用のベルト位置検出器により、加熱ベルトの幅方向一端側の破れを検出する構成としている。さらに、加熱ベルトの幅方向他端側の破れについては、このベルト位置検出器を利用して検出する構成としている。そのため、加熱ベルトの外面側に、加熱ベルトの幅方向一端側から他端側に掛けて通しのリンク機構が設けられている。このように、特許文献１（特開２０１１−３３８３２号公報）に記載の装置では、加熱ベルトの破れを適切に検出することができる。

特開２０１１−３３８３２号公報

しかしながら、加熱ベルトの外面側に大きな設置スペースを確保することができない装置構成の場合には、特開２０１１−３３８３２号公報に記載のベルト破れ検出機構を採用するのが困難である。

本発明の目的は、エンドレスベルトの外面側に大きな設置スペースを要することなく、エンドレスベルトの幅方向端部の破れを簡易に検出することができる画像加熱装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明に係る画像加熱装置の代表的な構成は、シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトを加熱する加熱器と、前記加熱器へ電力供給を行う電源と、前記電源への電力供給を遮断させるためのヒューズと、前記エンドレスベルトの幅方向一端側の破れを検出する検出機構と、を有する画像加熱装置であって、前記検出機構は、揺動中心の周りを揺動可能であり、電気的に接地されている揺動アームと、前記揺動アームの一端が前記エンドレスベルトの幅方向一端近傍の内面と当接するように前記揺動アームを付勢する付勢部材と、前記ヒューズと前記電源との間に設けられ、前記揺動アームの一端が前記エンドレスベルトよりもその外面側へ変位することに伴い前記揺動アームの他端と接触する電気素子と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、エンドレスベルトの外面側に大きな設置スペースを要することなく、エンドレスベルトの幅方向端部の破れを簡易に検出することができる。

第１実施形態に係る画像形成装置の構成図である。第１実施形態に係る画像加熱装置の構成図である第１実施形態に係るベルト寄り制御機構の構成図である。（ａ）第１実施形態に係るベルト寄り検知センサ部の構成図である。（ｂ）はベルト寄り検知センサの信号に対する制御動作を説明する図である。（ｃ）第１実施形態に係る他のベルト寄り検知センサ部の構成図である。第１実施形態に係る加熱ベルトの片寄り制御のフローチャートである。（ａ）第１実施形態に係るベルト破損検出機構の斜視図である。（ｂ）ベルト破損検出による加熱停止方法の模式図である。（ａ）正常動作時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。（ｂ）ベルト破損時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。第２実施形態に係る正常動作時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。

[第１実施形態]
第１実施形態について、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る画像加熱装置を搭載した画像形成装置の構成図である。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成部Ｕ（ＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＫ）を有している。各画像形成部Ｕにおいて、帯電ローラ３によって帯電された感光ドラム（像担持体）２は、外部ホスト装置２３からの画像情報に応じて、レーザスキャナ４からレーザー光を露光され、静電潜像を形成される。

形成された静電潜像は、現像装置５により各色のトナーを用いて各色のトナー像として現像される。形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ６により中間転写ベルト８に重ねて転写され、フルカラートナー像が形成される。

一方、カセット１５、１６に収容されたシート（記録材）Ｓは、給送ローラ１１、搬送ローラ１２、レジストローラ１８により、搬送路１７を搬送され、中間転写ベルト８と２次転写ローラ（転写手段）１４とニップ部（２次転写部）に搬送される。２次転写部に搬送さえたシートＳは、フルカラートナー像を２次転写され、１９を通って定着装置（画像加熱装置）１００へ搬送される。シートＳは、定着装置１００で加熱、加圧されてトナー像を定着され、排出ローラ２０によって排出トレイ２１へ排出される。

（定着装置１００）
図２は画像加熱装置として機能する定着装置１００の構成図である。図２に示すように、定着装置１００は、加熱ユニットＡと、加圧ユニットＢ、ＩＨヒータ（加熱器）１７０を有する。加熱ユニットＡは、加熱ベルト（エンドレスベルト）１０５、加熱ベルト１０５をその内面側から回転可能に支持する複数の支持ローラ、即ち、定着ローラ１３１、テンションローラ１３２を有する。ＩＨヒータ１７０は、加熱ベルト１０５を電磁誘導加熱する励磁コイルを有する。加圧ユニットＢは、無端状の加圧ベルト１２０、加圧ベルト１２０を懸架する加圧ローラ１２１、テンションローラ１２２を有する。

加熱ベルト１０５は、モータやギア列より構成される駆動機構Ｍ（図２）により定着ローラ１３１が回転駆動されることにより回転する。また、加圧ベルト１２０は加熱ベルト１０５に従動回転する構成となっている。

加熱ベルト１０５は、その回転過程において、シート搬送方向Ｖと直交する幅方向の一方側又は他方側へ片寄り移動する現象（ベルトの寄り移動）が発生する傾向が有る。同様に、加熱ベルト１０５に圧接して定着ニップ部Ｎを形成する加圧ベルト１２０も寄り移動する傾向が有る。

そこで、本例では、加熱ベルト１０５のその幅方向における走行範囲が所定のゾーン内に留まるように、後述するベルト寄り制御機構が設けられている。なお、説明を割愛するが、加圧ベルト１２０についても同様にベルト寄り制御機構が設けられている。

（ベルト寄り制御機構）
図３はベルト寄り制御機構の斜視図である。図４（ａ）はベルト寄り検知センサ部（検出器）１５０の構成図である。図４（ｂ）は加熱ベルト１０５端面位置とセンサ１５０ａ、１５０ｂのＯＮ／ＯＦＦ信号との関係と、加熱ベルト１０５の端面位置の制御方法とを示す図である。

図３に示すように、加熱ユニットＡの加熱ベルト１０５の幅方向一端に、ベルト寄り制御機構（もう１つの検出機構）を構成するステッピングモータ１５５、ウォーム１５７、ウォームホィール１５２、フォーク板１６１、ピン１５１、支持アーム１５４が設けられている。

また、加熱ユニットＡは、加熱ベルト１０５の幅方向一端に、ベルト寄り検知センサ部１５０（図４（ａ）参照）を有している。

図４（ａ）に示すように、センサ部１５０は、二つのセンサ１５０ａ、１５０ｂ、センサフラグ１５０ｃ、センサアーム１５０ｄ、センサバネ１５０ｅを有している。センサアーム１５０ｄは、センサバネ１５０ｅの付勢力により、加熱ベルト１０５端面（ベルトの幅方向一端側）に押圧当接している。これにより、センサアーム１５０ｄは、加熱ベルト１０５のベルト幅方向の移動に追従して動作する。

センサアーム１５０ｄが加熱ベルト１０５によりベルト幅方向に移動すると、センサフラグ１５０ｃがセンサ１５０ａ、１５０ｂをＯＮ、ＯＦＦする位置に回動する。このセンサ１５０ａ、１５０ｂそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ信号の組合せより、ベルトの幅方向におけるセンサアーム１５０ｄの位置を検出し、加熱ベルト１０５の位置検出を行う。

センサ部１５０によって検知した加熱ベルト１０５の端部位置（ベルト寄り移動位置）は、制御部（コントローラ）１０（図１参照）に送られる。

制御部１０は、検知した加熱ベルト１０５の端部位置に応じて、図４（ｂ）に基づいて、ステッピングモータ１５５を正転方向（ＣＷ）または逆転方向（ＣＣＷ）に所定の回転数回転させる。これにより、変位機構（ウォーム１５７、ウォームホィール１５２、フォーク板１６１、ピン１５１）を介して、支持アーム１５４が定着ローラ１３１の軸１３１ａを中心に上方向または下方向に所定の制御量だけ回動（変位）させる。

これにより、テンションローラ１３２の軸１３２ａが上下し、テンションローラ１３２の幅方向の傾きが変化して、加熱ベルト１０５が幅方向へ移動し、加熱ベルト１０５の寄り制御がなされる。

本実施形態においては、加熱ベルト１０５の寄り移動をスイング型寄り制御で所定の寄り範囲内に安定させるようにしている。スイング型寄り制御では、ベルト位置が幅方向中央部から所定量以上移動したことを検知した場合に、テンションローラ１３２を加熱ベルト１０５の寄り移動方向と反対向きに傾ける。

このスイング型寄り制御を繰り返すことにより、加熱ベルト１０５が周期的に幅方向の片側からもう一方の側まで移動するため、加熱ベルト１０５の寄り移動を安定して制御することができる。すなわち、加熱ベルト１０５はシートＳの搬送方向Ｖと直交する方向に往復移動可能に構成されている。

なお、ベルト寄り検知センサ部１５０に変えて、図４（ｃ）に示す透過型の非接触センサ１９６を用いて加熱ベルト１０５の端面位置を検出してもよい。

図５は加熱ベルト１０５の片寄り制御のフローチャートである。図４（ｂ）、図５に示すように、中央領域にある加熱ベルト１０５が蛇行し（Ｓ１）、センサ１５０ａがＯＦＦ、１５０ｂがＯＮとなることで、中心位置から＋１．０ｍｍの位置を検出する（Ｓ２）。この検出信号に基づいて、ステッピングモータ１５５をＣＷ（時計回り）方向に駆動させ、テンションローラ１３２を定着ローラ１３１に対して−２°傾ける（Ｓ３）。つまり、テンションローラ１３２を変位させる。

逆に、センサ１５０ａがＯＮ、１５０ｂがＯＦＦとなることで（Ｓ２）、中心位置から−１．０ｍｍの位置を検出する。そして、ステッピングモータ１５５をＣＣＷ（反時計回り）方向に駆動させ、テンションローラ１３２を定着ローラ１３１に対して＋２°傾ける（Ｓ３）。これにより、加熱ベルト１０５は中央領域に戻る方向に移動し、片寄り制御される。

加熱ベルト１０５端面が中心位置から±３ｍｍの位置に移動して片寄り制御ができなくなると、センサ１５０ａ、１５０ｂが共にＯＦＦとなる（Ｓ４）。この時、画像形成装置１は加熱ベルトの幅方向端部が破れるといった異常が発生したと判断し（Ｓ５）、定着装置１１４の加熱及び加熱ベルト１０５の回転動作を停止させる（Ｓ６）。つまり、センサ１５０ａ、１５０ｂの出力に基づいて、制御部（コントローラ）１０が、ＩＨヒータ（加熱機構）１７０への電力供給を停止させるとともに加熱ベルトを回転駆動する駆動機構Ｍ（図２）への電力供給も停止させる。その結果、加熱ベルト１０５の回転停止に伴い、加熱ベルト１０５と従動回転する関係にある加圧ベルト１２０も回転停止する。

（加熱ベルト１０５の破損検出）
図６（ａ）は本実施形態に係るベルト破損検出機構１９０の斜視図である。図６（ｂ）はベルト破損検出による加熱停止方法の模式図である。

本実施形態において、加熱ベルト１０５の幅方向一端の破損（破れ）は前述の寄り制御機構により検知可能である。これに対して、加熱ベルト１０５の幅方向他端の破損（破れ）に対する検出機構が求められる。そこで、図６（ａ）に示すように、加熱ベルト１０５の幅方向他端には、加熱ベルト１０５の幅方向他端側の破損を検知するベルト破損検出機構（検出機構）１９０が設けられている。

ベルト破損検出機構１９０は、グランド接点部Ｇに電気的に接続された揺動アーム（アーム部材）１９１、アーム端部１９１ａ、回動軸１９２、突き当て部材（回転体）１９３、付勢部材１９４、検出スイッチ１９５を有している。揺動アーム１９１は、回動軸（揺動中心）１９２を中心に回動可能（揺動可能）である。アーム１９１の一端にはアーム端部１９１ａが設けられており、揺動アーム１９１の他端には突き当て部材１９３が設けられている。

揺動アーム１９１、アーム端部１９１ａ、回動軸１９２は、ＳＵＳ等の導電部材である。突き当て部材１９３は、加熱ベルトの内面との当接により従動回転する、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン）のコロ、ベアリング等滑り性や転がり性に富んだ回転部材が望ましく、ここではΦ３のＰＦＡコロを使用している。

付勢部材１９４は圧縮バネであり、１００ｇｆの力で突き当て部材１９３を加熱ベルト１０５の幅方向一端近傍の内面に付勢させている。検出スイッチ（電気素子、過昇温防止素子）１９５はサーモスイッチ（バイメタルを使用したもの）であり、図６（ｂ）に示すように、メイン電源１６８から電流ヒューズ１６９、検出スイッチ１９５を通してＩＨ電源１７１に電流供給がされている。ＩＨ電源１７１は、ＩＨヒータ１７０を動作させる。

図７（ａ）は正常動作時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。図７（ｂ）はベルト破損時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。

図７（ａ）に示すように、加熱ベルト１０５の破損あるいは極端な寄り異常が起きていない正常動作時には、加熱ベルト１０５の端部はＩＨヒータ１７０の発熱領域の外側に存在する。すなわち、定着ローラ１３１あるいはテンションローラ１３２がＩＨヒータ１７０の発熱領域内に露出していない。この正常動作時には、アーム１９１は第１の付勢位置にあり、突き当て部材１９３が付勢部材１９４によって加熱ベルト１０５の内面に当接しており、接地されているアーム端部１９１ａは検出スイッチ１９５と接触することがない。

つまり、アーム端部１９１ａが第１の付勢位置にあるときは、検出スイッチ１９５とグランド接点部Ｇが接続せず、ＩＨ電源１７１からの電力供給が行われＩＨヒータ１７０は動作している。

図７（ｂ）に示すように、加熱ベルト１０５の破損あるいは極端な寄りが起きた時には、加熱ベルト１０５の端部はＩＨヒータ１７０の発熱領域内に存在する。すなわち、定着ローラ１３１あるいはテンションローラ１３２がＩＨヒータ１７０の発熱領域内に露出する。この状態では、突き当て部材１９３は加熱ベルト１０５に当接できずに、付勢部材１９４により持ち上げられる。これにより、アーム１９１が回動軸１９２を中心に第２の付勢位置まで回動し、接地されているアーム端部１９１ａは検出スイッチ１９５と接触する。つまり、揺動アーム１９１の一端が、即ち、突き当て部材１９３が加熱ベルト１０５よりも加熱ベルト１０５の外面側へとシフトし、揺動アーム１９１の他端が、即ち、アーム端部１９１ａが検出スイッチ１９５と接触することになる。

アーム端部１９１ａが第２の付勢位置にあるときは、グランド接点部Ｇに接続されているアーム端部１９１ａが検出スイッチ１９５と接してショートし、ＩＨ電源１７１に電力供給できなくなり、ＩＨヒータ１７０が動作しなくなる。具体的には、アーム端部１９１ａが検出スイッチ１９５と接したことにより、定着装置１００に装着されている電流ヒューズ１６９が切れ、定着装置１００を加熱不能状態にすることができる。さらに、本例では、電流ヒューズ１６９が切れたことによって、ＩＨ電源１７１から加熱ベルト１０５の駆動機構Ｍへの電力供給も自動的に遮断される回路構成となっている。つまり、加熱ベルト１０５と従動回転する関係にある加圧ベルト１２０も、回転停止される。

本実施形態によれば、加熱ベルト１０５の外面側に大きな設置スペースを確保できない場合でも、加熱ベルト１０５の幅方向端部の破れを簡易に検出することができる。

また、本実施形態におけるベルト破損検出機構は、制御部１０を構成するＣＰＵを介さない安全対策をとっているため、万が一、ＣＰＵが故障により暴走したとしても、定着装置１００の加熱、加熱ベルトの回転を停止させることができる。

[第２実施形態]
次に本発明に係る画像加熱装置及び画像形成装置の第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図８は本実施形態に係る正常動作時のベルト破損検出機構の状態を示す図である。

図８に示すように、本実施形態の画像加熱装置である定着装置１００は、上記第１実施形態の定着装置１００のベルト寄り検知センサ部１５０に変えて、ベルト破損検出機構１９０Ｂを設けたものである。

ベルト破損検出機構１９０Ｂは、上記第１実施形態のベルト破損検出機構１９０と同様に、アーム１９１、アーム端部１９１ａ、回動軸１９２、突き当て部材１９３、付勢部材１９４を有し、加熱ベルト１０５の他端の破損を検出する。ベルト破損検出機構１９０、１９０Ｂそれぞれが加熱ベルト１０５の端部の破損検知をすることで、加熱ベルト１０５両端の状態を検知できる。

以上、本発明に係る画像加熱装置について、実施例１、２について説明したが、本発明の思想の範囲内において、各種構成を公知の構成に置き換えることが可能である。

Ｍ …駆動機構
１０ …制御部（コントローラ）
１０５ …加熱ベルト（エンドレスベルト）
１３１ …定着ローラ（支持ローラ）
１３２ …テンションローラ（支持ローラ）
１５０ …ベルト寄り検知センサ部（検出器）
１５１ …ピン（もう１つの検出機構、変位機構）
１５２ …ウォームホィール（もう１つの検出機構、変位機構）
１５４ …支持アーム（もう１つの検出機構）
１５５ …ステッピングモータ（もう１つの検出機構）
１５７ …ウォーム（もう１つの検出機構、変位機構）
１６１ …フォーク板（もう１つの検出機構、変位機構）
１６９ …電流ヒューズ（ヒューズ）
１７０ …ＩＨヒータ（加熱器）
１７１ …ＩＨ電源（電源）
１９０ …ベルト破損検出機構（検出機構）
１９３ …突き当て部材（回転体）
１９４ …付勢部材
１９５ …検出スイッチ（電気素子、過昇温防止素子）

Claims

シート上のトナー像を加熱するエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトを加熱する加熱器と、
前記加熱器へ電力供給を行う電源と、
前記電源への電力供給を遮断させるためのヒューズと、
前記エンドレスベルトの幅方向一端側の破れを検出する検出機構と、を有する画像加熱装置であって、
前記検出機構は、
揺動中心の周りを揺動可能であり、電気的に接地されている揺動アームと、
前記揺動アームの一端が前記エンドレスベルトの幅方向一端近傍の内面と当接するように前記揺動アームを付勢する付勢部材と、
前記ヒューズと前記電源との間に設けられ、前記揺動アームの一端が前記エンドレスベルトよりもその外面側へ変位することに伴い前記揺動アームの他端と接触する電気素子と、を有することを特徴とする画像加熱装置。
前記電源から電力供給を受けて前記エンドレスベルトを回転駆動する駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像加熱装置。
前記エンドレスベルトを回転可能に支持する支持ローラと、
前記エンドレスベルトの幅方向他端の位置を検出する検出器と、
前記エンドレスベルトがその幅方向において所定のゾーン内に留まるように前記検出器の出力に基づいて前記ローラを変位させる変位機構と、
前記エンドレスベルトの幅方向他端側の破れを検出するもう１つの検出機構と、更に有し、
前記もう１つの検出機構は前記検出器の出力を利用して前記エンドレスベルトの幅方向他端側の破れを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像加熱装置。
前記もう１つの検出機構により前記エンドレスベルトの幅方向他端側の破れが検出されたとき前記電源への電力供給を遮断するコントローラを更に有することを特徴とする請求項３に記載の画像加熱装置。
前記電源から電力供給を受けて前記エンドレスベルトを回転駆動する駆動機構を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
前記揺動アームの一端には前記エンドレスベルトの幅方向一端近傍の内面と当接する回転体が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
前記ヒューズは、前記電気素子が前記揺動アームの他端と接触するのに伴い切れることにより、前記電源への電力供給を遮断する電流ヒューズであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
前記電気素子は、前記エンドレスベルトの内面に接触するように設けられた過昇温防止素子であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像加熱装置。
前記過昇温防止素子はサーモスイッチであることを特徴とする請求項８に記載の画像加熱装置。
前記加熱器は前記エンドレスベルトを電磁誘導加熱する励磁コイルを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像加熱装置。