JP2014092666A

JP2014092666A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2014092666A
Application number: JP2012242886A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Imahori; 一樹今堀; Nobuyuki Sato; 信行佐藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-02
Also published as: JP6003543B2; US20140126922A1; US9304453B2

Abstract

【課題】定着工程における発熱源の過熱、並びに断線の監視を同時に行い定着工程の高温による障害を防止することができる低コストの画像形成装置を提供する。
【解決手段】通電することにより発熱する発熱体と、発熱体の近傍に配置されて発熱体の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段の検知結果と予め定められた基準電圧を分圧する抵抗体と、抵抗体に並列に接続され温度検知手段の断線を検知する断線検知手段と、分圧された電圧値をデジタル信号に変換して制御手段へ通知する変換手段と、予め定められたしきい値に基づいて出力を反転させる比較器と、比較器の出力電圧の上昇を遅延する遅延回路と、比較器の出力電圧を急速放電する放電回路と、放電回路の出力に接続されたフリップフロップで構成されたラッチ回路と、ラッチ回路に接続され発熱体への電源供給経路を断続する電源供給経路断続手段と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

ＣＰＵを介さずに、定着用発熱体の過熱異常、断線異常の双方を同時に監視するべく、温度センサ間の電圧を、一対の過熱検出用の比較器、断線検出用の比較器に入力し、それぞれ異なるしきい値によって異常の判別を行い、同時に２種類の異常の監視を行う画像形成装置が知られている（特許文献１）。

特開２００６−０５８５１０号公報

本発明は、定着工程における発熱源の過熱、並びに断線の監視を同時に行い定着工程の高温による障害を防止することができる低コストの画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の画像形成装置は、
通電することにより発熱する発熱体と、
前記発熱体の近傍に配置されて前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知結果と予め定められた基準電圧を分圧する抵抗体と、
前記抵抗体に並列に接続され前記温度検知手段の断線を検知する断線検知手段と、
前記分圧された電圧値をデジタル信号に変換して制御手段へ通知する変換手段と、
予め定められたしきい値に基づいて出力を反転させる比較器と、
前記比較器の出力電圧の上昇を遅延する遅延回路と、
前記比較器の出力電圧を急速放電する放電回路と、
前記放電回路の出力に接続されたフリップフロップで構成されたラッチ回路と、
前記ラッチ回路に接続され前記発熱体への電源供給経路を断続する電源供給経路断続手段と、を有する、
ことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、
前記遅延回路及び前記放電回路の遅延時間が温度検知から断線検知に切り替わる時間よりも長い、
ことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記遅延回路及び前記放電回路がコンデンサと抵抗体からなる、
ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記遅延回路及び前記放電回路がリセット素子からなる、
ことを特徴とする。

定着工程における発熱源の過熱、並びに断線の監視を同時に行い定着工程の高温による障害を防止することができる。

画像形成装置１の内部構成を示す断面模式図である。画像形成装置１の機能構成を示すブロック図である。定着装置の定着ランプ温度監視制御のための回路構成図である。定着装置の定着ランプ温度監視制御のタイムチャートである。温度信号ＶＳと定着ローラ６１近傍の温度との関係を示す図である。比較例１の定着ランプ温度監視制御のための回路構成図である。比較例２の定着ランプ温度監視制御のための回路構成図である。

次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び具体例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び具体例に限定されるものではない。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
尚、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とする。

（１）画像形成装置の全体構成及び動作
図１は本実施形態に係る画像形成装置１の内部構成を示す断面模式図である。
以下、図面を参照しながら、画像形成装置１の全体構成及び動作を説明する。

画像形成装置１は、制御装置１０、給紙装置２０、感光体ユニット３０、現像装置４０、転写装置５０、定着装置６０、とを備えて構成されている。画像形成装置１の上面（Ｚ方向）には、画像が記録された用紙が排出・収容される排出トレイ１ａが形成されている。

制御装置１０は、画像形成装置１の動作を制御するコントローラ１１と、コントローラ１１により作動を制御される画像処理部１２、電源装置１３等を有する。電源装置１３は、後述する帯電ローラ３２、現像ローラ４２、一次転写ローラ５２、二次転写ローラ５３等に電圧を印加する。
画像処理部１２は、外部の情報送信装置（例えばパーソナルコンピュータ等）から入力された印刷情報を潜像形成用の画像情報に変換して予め設定されたタイミングで、駆動信号を露光装置ＬＨに出力する。本実施形態の露光装置ＬＨは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が線状に配置されたＬＥＤヘッドにより構成されている。

画像形成装置１の底部には、給紙装置２０が設けられている。給紙装置２０は、用紙積載板２１を備え、用紙積載板２１の上面には多数の記録媒体としての用紙Ｐが積載される。用紙積載板２１に積載され、規制板（不図示）で幅方向位置が決められた用紙Ｐは、上側から１枚ずつ用紙引き出し部２２により前方（−Ｘ方向）に引き出された後、レジストローラ対２３のニップ部まで搬送される。

感光体ユニット３０は、給紙装置２０の上方（Ｚ方向）に、それぞれが並列して設けられ、回転駆動する像保持体としての感光体ドラム３１を備えている。感光体ドラム３１の回転方向にそって、帯電ローラ３２、露光装置ＬＨ、現像装置４０、一次転写ローラ５２、クリーニングブレード３４が配置されている。帯電ローラ３２には、帯電ローラ３２の表面をクリーニングするクリーニングローラ３３が対向、接触して配置されている。

現像装置４０は、内部に現像剤が収容される現像ハウジング４１を有する。現像ハウジング４１内には、感光体ドラム３１に対向して配置された現像ローラ４２と、この現像ローラ４２の背面側斜め下方には現像剤を現像ローラ４２側へ撹拌搬送する一対のオーガ４４、４５が配設されている。現像ローラ４２には、現像剤の層厚を規制する層規制部材４６が近接配置されている。
現像装置４０各々は、現像ハウジング４１に収容される現像剤を除いて略同様に構成され、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像を形成する。

回転する感光体ドラム３１の表面は、帯電ローラ３２により帯電され、露光装置ＬＨから出射する潜像形成光により静電潜像が形成される。感光体ドラム３１上に形成された静電潜像は現像ローラ４２によりトナー像として現像される。

転写装置５０は、各感光体ユニット３０の感光体ドラム３１にて形成された各色トナー像が多重転写される中間転写ベルト５１、各感光体ユニット３０にて形成された各色トナー像を中間転写ベルト５１に順次転写（一次転写）する一次転写ローラ５２を備えている。さらに、中間転写ベルト５１上に重畳して転写された各色トナー像を記録媒体である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写ローラ５３、とから構成されている。

各感光体ユニット３０の感光体ドラム３１に形成された各色トナー像は、コントローラ１１により制御される電源装置１３等から所定の転写電圧が印加された一次転写ローラ５２により中間転写ベルト５１上に順次静電転写（一次転写）され、各色トナーが重畳された重畳トナー像が形成される。
中間転写ベルト５１上の重畳トナー像は、中間転写ベルト５１の移動に伴って二次転写ローラ５３が配置された領域（二次転写部Ｔ）に搬送される。重畳トナー像が二次転写部Ｔに搬送されると、そのタイミングに合わせて給紙装置２０から用紙Ｐが二次転写部Ｔに供給される。そして、二次転写ローラ５３には、コントローラ１１により制御される電源装置１３等から所定の転写電圧が印加され、レジストローラ対２３から送り出され、搬送ガイドにより案内された用紙Ｐに中間転写ベルト５１上の多重トナー像が一括転写される。

感光体ドラム３１表面の残留トナーは、クリーニングブレード３４により除去され、廃現像剤収容部に回収される。感光体ドラム３１の表面は、帯電ローラ３２により再帯電される。尚、クリーニングブレード３４で除去しきれず帯電ローラ３２に付着した残留物は、帯電ローラ３２に接触して回転するクリーニングローラ３３表面に捕捉され、蓄積される。

定着装置６０は定着ローラ６１と加圧ローラ６２を有し、定着ローラ６１と加圧ローラ６２の圧接領域によってニップ部Ｎ（定着領域）が形成される。
転写装置５０においてトナー像が転写された用紙Ｐは、トナー像が未定着の状態で搬送ガイドを経由して定着装置６０に搬送される。定着装置６０に搬送された用紙Ｐは、一対の定着ローラ６１と加圧ローラ６２により、圧着と加熱の作用でトナー像が定着される。
定着トナー像が形成された用紙Ｐは、搬送ガイド６５ａ、６５ｂによってガイドされ、排出ローラ対６９から画像形成装置１上面の排出トレイ１ａに排出される。

（２）定着装置の構成と温度制御回路構成
図２は画像形成装置１の機能構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照しながら定着装置６０の構成及び定着工程の制御動作について説明する。

（２．１）定着装置の定着ランプ点灯制御の概略構成
定着装置６０の定着ローラ６１には、発熱体の一例としての定着ランプ６３が内蔵されており、この定着ランプ６３の点灯時に発する熱によって定着ローラ６１が加熱されるようになっている。
定着装置６０の定着ランプ６３は、コントローラ１１の一部を構成する定着制御部１０１と、電源装置１３の一部を構成する低電圧電源１３０とによって制御される。

温度検出手段の一例としてのサーミスタ１１０は、定着ローラ６１の温度を検出し、コントローラ１１に対して検出された温度に対応する温度信号Ｖｓを出力する。

電源供給経路断続手段の一例としての定着リレー１１１は、低電圧電源１３０から駆動電圧を供給されて動作するスイッチ素子であり、交流電源（不図示）から定着ランプ６３への供給電力を通電又は遮断する。
尚、定着リレー１１１は、例えば、ソリッドステートリレー、トライアック又はその他のスイッチ素子であってもよい。

コントローラ１１は、サーミスタ１１０から入力された温度信号Ｖｓに基づいて、スイッチ素子１１２を介して、定着ランプ６３を点灯させて、定着ローラ６１の表面温度が定着に適した温度になるように制御する。
より具体的には、コントローラ１１は、温度信号Ｖｓから算出される温度が予め設定された目標温度Ｔｌ（図５参照）以下である場合には、スイッチ素子１１２を閉状態にして、定着ランプ６３への交流電源から電力を供給させ、温度信号Ｖｓから算出される温度が予め設定された目標温度Ｔｕを超える場合には、スイッチ素子１１２を開状態にして、定着ランプ６３への通電を遮断させる。

（２．２）定着ランプの温度管理制御の概要
図５は、サーミスタ１１０が出力する温度信号Ｖｓと定着ローラ６１近傍の温度との関係を示す図である。
図５に示すように、温度信号Ｖｓは、定着ローラ６１近傍の温度が上がると単調に減少し、温度が下がると単調に上昇する。温度信号Ｖｓが予め設定されたしきい値Ｖｌより大きい（温度が目標温度Ｔｌより小さい）場合には、定着ローラ６１が加熱されて（定着ランプ６３に通電されて）温度が上がりＶｓは小さくなる。
逆に、温度信号Ｖｓが予め設定されたしきい値Ｖｕより小さい（温度が目標温度Ｔｕより大きい）場合には、定着ランプ６３への通電が遮断されて、定着ローラ６１の温度が下がり温度信号Ｖｓは大きくなる。

又、コントローラ１１は、定着ローラ６１の温度が正常か異常かを常に判別するようになっている。具体的には、定着ローラ６１（定着ランプ６３）の過熱を判別する温度しきい値と比較・判別している。
例えば、温度信号Ｖｓがしきい値Ｖｒｅｆより小さくなった場合、即ち、定着ローラ６１近傍の温度がしきい値温度Ｔｈを上回る場合には、定着ランプ６３への通電が定着リレー１１１により遮断される。

又、サーミスタ１１０が断線した場合には、温度信号Ｖｓがしきい値Ｖｒｅｆを超えて、例えば基準電圧（３．３ボルト）を示す。係る状態で定着ランプ６３が点灯され過熱することを防止するために、定着ランプ６３への通電が定着リレー１１１により遮断される。
一方、サーミスタ１１０が正常接続であっても、低温時、例えば０°Ｃ近辺ではサーミスタ１１０の抵抗が上昇して、例えば基準電圧（３．３ボルト）に近づく為、誤検知の虞がある。
そのために、係る抵抗上昇による温度信号ＶＳの上昇を断線状態と区別するために、温度特性が断線検知用に設定された新たなサーミスタを断線検知専用に設ける場合がある。

以下、本実施形態に係る画像形成装置１における定着ランプの温度監視制御について、図面を参照しながら説明するが、先に比較例１の画像形成装置１００及び比較例２の画像形成装置２００の問題点について、図面を参照しながら説明する。
尚、以下の説明において、それぞれの現像装置における共通の構成要素には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

「比較例１」
図６に比較例１の画像形成装置１００における定着部の定着ランプ温度監視のための回路構成図を示す。

サーミスタ１１０の温度信号Ｖｓと基準電圧を分圧する抵抗体の一例としてのプルアップ抵抗１２０を並列に設け、スイッチング素子としてのトランジスタ１２１にてＯＮ／ＯＦＦすることで、断線検出用と温度制御用の温度信号Ｖｓをシフトさせる。
コントローラ１１のＣＰＵには、温度信号Ｖｓが、適宜、アナログ-デジタル変換されて入力され、検出されたアナログ値を予め定められたしきい値と比較して断線を判断して定着ランプ６３への通電を遮断する。
高温検知としては、検出されたアナログ値が予め定められたしきい値の電圧に達した場合に、定着ランプ６３への通電が定着リレー１１１により遮断される。
一方、この方法ではＣＰＵで実行されるプログラムが暴走した場合に正常な制御が出来ないという問題があった。

「比較例２」
図７に比較例２の画像形成装置２００における定着部の定着ランプ温度監視のための回路構成図を示す。

画像形成装置２００は、定着ローラ６１（定着ランプ６３）の過熱を判別するコンパレータ２１０と、サーミスタ１１０の断線を判別するコンパレータ２２０と、を備え、プルアップ抵抗２３０で分圧されて入力されるサーミスタ１１０からの温度信号Ｖｓに基づいて定着ランプ６３への通電を遮断する。
一方、断線検知がコンパレータ２２０でなされるために、温度制御用のサーミスタ以外に断線検知専用に設定された温度特性を有する断線検知用のサーミスタを使用する必要があり、コストアップとなる。

（２．３）定着ランプの温度監視回路
図３に本実施形態に係る画像形成装置１における定着装置６０の定着ランプ温度監視のための回路構成図を示す。
図３に示すように、定着ランプ温度監視回路１５０は、断線検知部と高温検知部から構成されている。

断線検知部は定着ローラ６１（定着ランプ６３）の温度を検知するサーミスタ１１０からの温度信号Ｖｓと基準電圧（３．３ボルト）を分圧するプルアップ抵抗１５１と、プルアップ抵抗１５１に並列に接続され、サーミスタ１１０の断線を検知するトランジスタ１５２と抵抗１５３とからなる。

高温検知部は、分圧され入力された温度信号Ｖｓが予め定められたしきい値になった時に作動する比較器の一例としてのコンパレータ１５４と、コンパレータ１５４からの出力電圧の上昇を遅延する遅延回路１５５と、出力電圧を急速放電する放電回路１５６と、コンパレータ１５４から異常信号が出力された場合に常時異常信号となるようなラッチ信号を送出するラッチ回路１５７と、からなる。
尚、ラッチ回路１５７によって異常ラッチ状態となった場合、この異常ラッチ状態は、ラッチ解除回路１５８によって解除されるようになっている。

分圧された温度信号ＶｓをＡＤ変換しＣＰＵへ通知する変換手段の一例としてのＡＤコンバータ１５９のＡＤ入力部には、断線検知部のポートをハイレベル（Ｈ）にしたときにサーミスタ１１０の温度検知値が入力され、ローレベル（Ｌ）にしたときに断線検知値が入力される。
更に、ＡＤコンバータ１５９のＡＤ入力部には、コンパレータ１５４が接続され、設定されるしきい値は使用されるサーミスタ１１０の温度特性によって決定される。

高温検知部のラッチ回路１５７からの出力は、ＮＡＮＤ回路１６０の一方に入力されている。ＮＡＮＤ回路１６０の他方の入力端には、ＣＰＵからの出力が入力されており、双方の入力値からの論理積によりＮＡＮＤ回路１６０の出力が決まり、定着リレー１１１は、交流電源から定着ランプ６３への供給電力を通電又は遮断する。

（３）作用
図４は本実施形態に係る画像形成装置１における定着装置６０の定着ランプ温度監視制御の動作例を説明するタイムチャートである。
以下、本実施形態の作用を説明する。

図４には、サーミスタ１１０から出力され定着ランプ温度監視回路１５０に入力される温度信号Ｖｓの時間毎の状態、高温検知部におけるコンパレータ１５４の出力値、遅延回路１５５からの出力値、及びラッチ回路１５７に入力される異常信号の状態を時間の経過とともに模式的に示している。

本実施形態において、高温検出部のコンパレータ１５４の出力部に接続された遅延回路１５５の時定数ＣＲは定着装置６０の温度制御への影響が無いように設定されている。
具体的には、低抵抗領域でのサーミスタ１１０への電流供給による自己発熱、ＣＰＵで実行されるプログラムが暴走した場合の定着装置６０の無発煙限界時間、誤検知などを考慮して決定され、１００ｍｓないし５００ｍｓに設定されている。
そして、断線検知電圧値と、温度検知電圧値とを、５０ｍｓ毎に交互に切り替えて取り込み、遅延回路１５５の時定数ＣＲを２００ｍｓと設定したとき、低温状態では５０ｍｓごとに断線検知電圧値と温度検知電圧値とが切り替わることとなるが、高温検出部のコンパレータ１５４のしきい値電圧に達しない為、通常動作が可能となる。

定着ランプ６３が点灯され、定着ローラ６１近傍の温度が徐々に上昇していくと、断線検知電圧値も、温度検知電圧値も次第に低下してくる。そして、断線検知側の電圧がコンパレータ１５４に予め設定されたしきい値（Ｖｒｅｆ）に達するが、５０ｍｓで温度検知電圧値に切り替わり、しきい値（Ｖｒｅｆ）から外れるため、コンパレータ１５４の出力は反転する。
ここで、コンパレータ１５４の出力部の遅延回路１５５の時定数ＣＲによって定着リレー１１１へのラッチ回路伝達を阻害するため、高温検知回路は動作しない。

そして、断線検知電圧値、温度検知電圧値ともに低下して、実際に高温検知の電圧値に到達した場合には、５０ｍｓで断線検知電圧と温度検知電圧を切り替えても、いずれにおいてもコンパレータ１５４のしきい値（Ｖｒｅｆ）に達する為、遅延回路１５５で設定された時定数ＣＲ経過後（２００ｍｓ）ラッチ回路が動作する。
尚、本実施形態においては、コンパレータ１５４のしきい値（Ｖｒｅｆ）は、例えば、定着ローラ６１近傍の目標温度Ｔｕが２５０°Ｃになるときの０．７ボルトに設定されている。

本実施形態の定着ランプ温度監視回路１５０を用いれば、ＣＰＵによる制御回路を介することなく断線検知と高温検知を判別して定着リレー１１１を動作させることができる。そのために、ＣＰＵで実行されるプログラムが暴走した場合にも、確実に定着ローラ６１（定着ランプ６３）の過熱を防止することができる。
また、コンパレータ１５４の出力部に遅延回路１５５を接続して、断線検知側の電圧がコンパレータ１５４に予め設定されたしきい値（Ｖｒｅｆ）に達してコンパレータ１５４の出力は反転しても、コンパレータ１５４の出力部に接続された遅延回路１５５の時定数ＣＲによって定着リレー１１１のラッチ回路伝達を阻害するため、高温検知回路は動作しない。
また、断線検知電圧値、温度検知電圧値ともに低下して、実際に高温検知の電圧値に到達した場合には、遅延回路１５５で設定された時定数ＣＲ（２００ｍｓ）経過後ラッチ回路１５７が動作する。
従って、温度制御用のサーミスタ以外に断線検知専用のサーミスタを設けることなく温度監視を行うことができるために、低コストの温度監視回路を実現することができる。

以上、本発明に係る実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことが可能である。

例えば、本実施形態では遅延回路としてコンデンサ（Ｃ）と抵抗体（Ｒ）とで構成された、いわゆるＣＲ回路を例にあげて説明したが、遅延回路はこれに限らず、例えば遅延回路が内蔵されたリセットＩＣを用いることもできる。
又、発熱体にハロゲンランプに代表される定着ランプを用いた加熱方式の定着装置に限らず、電磁誘導加熱方式の定着装置であっても適用することができる。

１・・・画像形成装置
１０・・・制御装置
１１・・・コントローラ
１３・・・電源装置
１１１・・・定着リレー
１１０・・・サーミスタ
１２０、１５１・・・プルアップ抵抗
１３０・・・低電圧電源
１５０・・・定着ランプ温度監視回路
１５２・・・トランジスタ
１５３・・・抵抗体
１５４・・・コンパレータ
１５５・・・遅延回路
１５６・・・放電回路
１５７・・・ラッチ回路
１５８・・・ラッチ解除回路
１５９・・・ＡＤコンバータ
１６０・・・ＮＡＮＤ回路
２０・・・給紙装置
３０・・・感光体ユニット
４０・・・現像装置
５０・・・転写装置
６０・・・定着装置
６１・・・定着ローラ
６２・・・加圧ローラ
６３・・・定着ランプ

Claims

通電することにより発熱する発熱体と、
前記発熱体の近傍に配置されて前記発熱体の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知結果と予め定められた基準電圧を分圧する抵抗体と、
前記抵抗体に並列に接続され前記温度検知手段の断線を検知する断線検知手段と、
前記分圧された電圧値をデジタル信号に変換して制御手段へ通知する変換手段と、
予め定められたしきい値に基づいて出力を反転させる比較器と、
前記比較器の出力電圧の上昇を遅延する遅延回路と、
前記比較器の出力電圧を急速放電する放電回路と、
前記放電回路の出力に接続されたフリップフロップで構成されたラッチ回路と、
前記ラッチ回路に接続され前記発熱体への電源供給経路を断続する電源供給経路断続手段と、を有する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記遅延回路及び前記放電回路の遅延時間が温度検知から断線検知に切り替わる時間よりも長い、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記遅延回路及び前記放電回路がコンデンサと抵抗体からなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記遅延回路及び前記放電回路がリセット素子からなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。