JP2019120717A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の熱源のスイッチング素子の異常を適切に判定して加熱部材の過昇温を抑制する。【解決手段】定着装置１３は、用紙に形成されたトナー像を加熱する加熱部材２０と、加熱部材２０を加熱する熱源２３と、熱源２３に電力を供給する電源２２と、リレー回路３０、３１、３２と、スイッチング素子３３と、異常検出回路３５、３６、３７、３８、３９とを備える。リレー回路は、電源２２が通電状態の場合にオン状態になり電源２２と熱源２３とを接続し、電源２２が非通電状態の場合にオフ状態になり電源２２と熱源２３との接続を解除する。スイッチング素子は、電源２２と熱源２３との間に直列接続され、加熱部材２０の温度検知結果に基づいてオン及びオフが切り換えられる。異常検出回路は、スイッチング素子の両端電圧が異なる場合にリレー回路をオン状態し、スイッチング素子の両端電圧が等しい場合にリレー回路をオフ状態にする。【選択図】図３

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置と、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置では、用紙に形成されたトナー像を定着させる定着装置を備える。定着装置は、トナー像を加熱する加熱部材と、用紙に対してトナー像を加圧する加圧部材とを備える。加熱部材は、熱源によって定着温度まで加熱されてトナー像を加熱する。

例えば、特許文献１に開示される画像形成装置の定着器（定着装置）は、定着ローラー（加熱部材）への電力の供給と遮断をトライアックにより切り換え、またサーミスタで温度を検出し、コントローラにより定着ローラーの温度を所定温度に制御する。この定着器では、トライアックへの制御信号が電力遮断状態のときに、定着ローラーへの電力供給の状態検出信号のエッジ間隔を計測し、計測されたエッジ間隔が第１の設定時間以上であると判断したときに異常信号を出力し、またその異常信号が第２の設定時間以上連続して出力されたことを計測し、それらの結果によりトライアックへの制御信号を設定する。

特開２００４−１３８６３９号公報

定着装置では、サーミスタ等の温度検知器によって加熱部材の温度を検知し、加熱部材の熱源への電力供給を、温度検知器の検知結果に基づいてトライアック等の整流素子によって切り換えるものがある。上記した定着装置では、熱源への電力が供給状態か遮断状態かを示す状態検出信号のエッジ間隔を計測し、その計測結果に基づいて整流素子の異常を判定している。しかしながら、このような定着装置では、整流素子の異常を判定するためには、電源と熱源との接続を切り換えるリレー回路をオンにしておいて、コントローラが立ち上がるまで待機する必要がある。そのため、コントローラが立ち上がるまでに、整流素子に異常が発生した場合には、コントローラで整流素子の異常を判定することができず、熱源に電力が供給され続けて、加熱部材が過昇温するおそれがある。

本発明では、加熱部材の熱源のスイッチング素子の異常を適切に判定して加熱部材の過昇温を抑制することを目的とする。

本発明の定着装置は、用紙に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、前記加熱部材を加熱する熱源と、前記熱源に電力を供給する電源と、前記電源が通電状態の場合にオン状態になり前記電源と前記熱源とを接続する一方、前記電源が非通電状態の場合にオフ状態になり前記電源と前記熱源との接続を解除するリレー回路と、前記電源と前記熱源との間に直列接続され、前記加熱部材の温度の検知結果に基づいてオン及びオフが切り換えられるスイッチング素子と、前記スイッチング素子の両端電圧が異なる場合に前記リレー回路をオン状態にする一方、前記スイッチング素子の両端電圧が等しい場合に前記リレー回路をオフ状態にする異常検出回路と、を備えることを特徴とする。

上記した定着装置において、前記リレー回路は、前記異常検出回路と電源電圧とに接続された第１プルアップ抵抗と、前記第１プルアップ抵抗からの出力信号に基づいてオン状態とオフ状態とを切り換えるリレースイッチと、から構成され、前記スイッチング素子は、トライアックから構成され、前記異常検出回路は、前記トライアックの両端電圧が異なる場合にオンになる一方、前記トライアックの両端電圧が等しい場合にオフになるフォトカプラと、コンデンサと電源電圧とに接続されていて、前記フォトカプラがオフの場合に前記電源電圧によって前記コンデンサを充電する第２プルアップ抵抗と、前記コンデンサと前記第１プルアップ抵抗とに接続されていて、前記コンデンサが充電された場合に、オンになって前記第１プルアップ抵抗を接地させるトランジスタと、から構成されるとよい。

本発明の画像形成装置は、上記した何れかの定着装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、加熱部材の熱源のスイッチング素子の異常を適切に判定して加熱部材の過昇温を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプリンターを示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置の制御装置、電源、熱源及び加熱制御回路を示す回路図である。

先ず、本発明の実施形態に係るプリンター１（画像形成装置）の全体の構成について図１を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、図１における紙面手前側をプリンター１の前側とする。各図に適宜付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれプリンター１の左側、右側、上側、下側を示している。

プリンター１は、略箱型形状のプリンター本体２を備え、プリンター本体２の下部には用紙（記録媒体）を収納する給紙カセット３が設けられ、プリンター本体２の上部には排紙トレイ４が設けられる。

プリンター本体２内の上部には、レーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）で構成される露光器５が排紙トレイ４の下方に配置され、露光器５の下方には、画像形成部６が設けられる。画像形成部６には、トナー像を担持する感光体ドラム７（像担持体）が回転可能に設けられ、感光体ドラム７の周囲には、帯電器と、トナーコンテナに接続された現像装置と、転写ローラーと、クリーニング装置とが、感光体ドラム７の回転方向に沿って配置される。

また、プリンター本体２の内部には、用紙の搬送経路１０が設けられる。搬送経路１０の上流端には給紙部１１が給紙カセット３の近傍に設けられ、搬送経路１０の中流部には、感光体ドラム７及び転写ローラーによって構成される転写部１２が設けられる。搬送経路１０の下流部には定着装置１３が設けられ、搬送経路１０の下流端には排紙部１４が排紙トレイ４の近傍に設けられる。また、プリンター本体２の内部には、定着装置１３を制御する制御装置１５が備えられる。制御装置１５は、ＣＰＵ等のコンピューターと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを備えて構成される。なお、制御装置１５として、プリンター１の各部を統括制御するメイン制御装置が適用されてもよい。

次に、このような構成を備えたプリンター１の画像形成動作について説明する。プリンター１は、外部のコンピューター等から画像データが入力され、印刷開始の指示がなされると、画像形成動作を開始する。画像形成動作では、先ず、画像形成部６の帯電器によって感光体ドラム７の表面が帯電された後、露光器５からのレーザー光により感光体ドラム７に対して画像データに対応した露光が行われ、感光体ドラム７の表面に静電潜像が形成される。次に、この静電潜像を、画像形成部６の現像装置がトナーを用いてトナー像に現像する。

一方、給紙カセット３に収納された用紙は、給紙部１１によって取り出されて搬送経路１０上を搬送される。搬送経路１０上の用紙は、所定のタイミングで転写部１２へと搬送され、転写部１２によって感光体ドラム７上のトナー像が用紙に転写される。トナー像を転写された用紙は、定着装置１３へと搬送され、定着装置１３によって用紙にトナー像が定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部１４から排紙トレイ４に排出される。

次に、定着装置１３の構成について説明する。図２に示すように、定着装置１３は、加熱部材２０と加圧部材２１とを備える。また、定着装置１３は、電源２２、熱源２３、加熱制御回路２４、温度検知部２５及び駆動源２６を備える。加熱部材２０及び加圧部材２１は、搬送経路１０を挟んで対向すると共に接触して配置される。そして、搬送経路１０には、加熱部材２０と加圧部材２１との間に加圧領域が形成される。加圧領域とは、加熱部材２０と加圧部材２１とが接触している領域であって、加熱部材２０及び加圧部材２１による用紙への圧力が０Ｐａである搬送方向上流側の位置から、その圧力が最大となる搬送方向の位置を経由して再びその圧力が０Ｐａとなる搬送方向下流側の位置までの領域を示す。

加熱部材２０は、用紙の搬送方向（左右方向）と直交（交差）する用紙の幅方向（前後方向）に長い円柱状の定着ローラーで構成される。加熱部材２０は、定着装置１３のフレーム（図示せず）内の上部に配置される。加熱部材２０は、例えば、円筒状の金属製の芯材と、芯材に周設されたシリコンゴム等の樹脂製の弾性層から構成され、弾性層はフッ素系樹脂で離型層によって被覆される。なお、本実施形態では、加熱部材２０がローラーで構成される例を説明するが、加熱部材２０は、ベルトで構成されてもよい。加熱部材２０は、前後方向を回転軸方向として、フレームに対して回転可能に取り付けられ、加圧部材２１の回転に従動して回転する。

加熱部材２０の内部には、用紙の幅方向に亘って加熱部材２０を加熱する熱源２３が備えられる。熱源２３は、例えば、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等によって構成される。熱源２３は、制御装置１５及び加熱制御回路２４によってオン及びオフが切り換えられ、オンのときに電源２２から電力を供給されることで発熱して加熱部材２０を加熱し、オフのときに電源２２からの電力供給が遮断されて加熱部材２０の加熱を停止する。あるいは、熱源２３は、加熱部材２０の外部に設けられて、外側から加熱部材２０を加熱するように構成されてもよく、ハロゲンヒーターやセラミックヒーターに限定されず、ＩＨヒーターでもよい。

加熱部材２０の周囲には、加熱部材２０の温度を検知する温度検知部２５が加熱部材２０の表面の近傍に備えられる。温度検知部２５は、例えば、サーミスタ等で構成される。温度検知部２５は、制御装置１５に接続されていて、検知結果である加熱部材２０の温度を制御装置１５へ出力する。

加圧部材２１は、用紙の幅方向（前後方向）に長い略円柱状のローラーで構成される。加圧部材２１は、定着装置１３のフレーム（図示せず）内の下部において、例えば、加熱部材２０の下方で、加熱部材２０と互いの外周面が対向するように配置される。加圧部材２１は、例えば、円柱状の金属製の芯材と、この芯材に周設されるシリコンゴム等の弾性層から構成され、この弾性層は離型層によって被覆されてもよい。なお、本実施形態では、加圧部材２１がローラーで構成される例を説明するが、加圧部材２１は、ベルトで構成されてもよい。加圧部材２１は、前後方向を回転軸方向として、フレームに対して回転可能に取り付けられ、モーター等の駆動源２６から伝達される回転駆動力によって回転する。駆動源２６は、制御装置１５によって制御されて定着装置１３が定着処理を行うときに加圧部材２１を回転させる。

次に、加熱制御回路２４について説明する。図２及び図３に示すように、加熱制御回路２４は、上記した制御装置１５、電源２２及び熱源２３に接続されている。また、加熱制御回路２４は、リレースイッチ３０、第１プルアップ抵抗３１、リレー駆動回路３２、トライアック３３、トライアック制御回路３４、ダイオードブリッジ３５、フォトカプラ３６、第２プルアップ抵抗３７、コンデンサ３８、第１トランジスタ３９及び第２トランジスタ４０を備える。

リレースイッチ３０は、電源２２と熱源２３との間に接続されていて、リレー駆動回路３２からの駆動信号に応じて電源２２及び熱源２３の接続と接続解除とを切り換える。例えば、リレースイッチ３０は、駆動信号がハイレベルの場合に電源２２及び熱源２３を接続し、駆動信号がローレベルの場合に電源２２及び熱源２３の接続を解除する。

第１プルアップ抵抗３１の一端は、第１トランジスタ３９に接続され、第１プルアップ抵抗３１の他端は、電源電圧Ｖｃｃに接続されている。電源電圧Ｖｃｃは、電源２２の出力電圧でよい。第１トランジスタ３９がオフの場合には、第１プルアップ抵抗３１を介してリレー駆動回路３２へと供給される出力信号は、電源電圧Ｖｃｃによってハイレベルとなる。一方、第１トランジスタ３９がオンの場合には、第１プルアップ抵抗３１の一端が第１トランジスタ３９を介して接地されるので、第１プルアップ抵抗３１を介してリレー駆動回路３２へと供給される出力信号は、電源電圧Ｖｃｃに拘らずローレベルとなる。

リレー駆動回路３２は、第１プルアップ抵抗３１を介して供給される出力信号がハイレベルの場合には、出力電圧を調整しつつ、ハイレベルの駆動信号をリレースイッチ３０へと供給する。一方、リレー駆動回路３２は、第１プルアップ抵抗３１を介して供給される出力信号がローレベルの場合には、ローレベルの駆動信号をリレースイッチ３０へと供給する。

換言すれば、リレースイッチ３０、第１プルアップ抵抗３１及びリレー駆動回路３２は、電源２２が通電状態の場合にオン状態になり電源２２と熱源２３とを接続する一方、電源２２が非通電状態の場合にオフ状態になり電源２２と熱源２３との接続を解除するリレー回路を構成する。

トライアック３３は、リレースイッチ３０とは反対側で、電源２２と熱源２３との間に直列接続されていて、トライアック制御回路３４からの制御信号に応じてオン及びオフが切り換えられるスイッチング素子である。トライアック３３は、トライアック制御回路３４からオン（ハイレベル）の制御信号を入力した場合に導通状態（オン状態）となり、電源２２から熱源２３への電力供給を許容する。一方、トライアック３３は、トライアック制御回路３４からオフ（ローレベル）の制御信号を入力した場合に非導通状態（オフ状態）となり、電源２２から熱源２３への電力供給を遮断する。

トライアック制御回路３４は、制御装置１５に接続されていて、制御装置１５からの制御信号に基づいてトライアック３３を制御する。例えば、制御装置１５では、温度検知部２５による加熱部材２０の表面温度が定着温度未満である場合に、熱源２３をオンにするためにオン（ハイレベル）の制御信号をトライアック制御回路３４へ出力する。トライアック制御回路３４は、制御装置１５からのオンの制御信号に基づいてトライアック３３を導通状態にするためにオンの制御信号をトライアック３３へ出力する。一方、制御装置１５では、温度検知部２５による加熱部材２０の表面温度が定着温度以上である場合に、熱源２３をオフにするためにオフ（ローレベル）の制御信号をトライアック制御回路３４へ出力する。トライアック制御回路３４は、制御装置１５からのオフの制御信号に基づいてトライアック３３を非導通状態にするためにオフの制御信号をトライアック３３へ出力する。

ダイオードブリッジ３５は、トライアック３３の両端に接続されていて、更に、フォトカプラ３６にも接続されている。ダイオードブリッジ３５は、トライアック３３が導通状態で電源２２から熱源２３へ電力を供給している場合や、トライアック３３が非導通状態で電源２２から熱源２３へ電力が供給されない場合、即ち、トライアック３３の両端電圧が異なる場合に、フォトカプラ３６の駆動部材３６ａに電流を流すように構成されている。一方。ダイオードブリッジ３５は、トライアック３３が短絡状態でトライアック３３の両端電圧が等しくなっている場合には、フォトカプラ３６の駆動部材３６ａに電流を流さないように構成されている。

フォトカプラ３６は、発光ダイオード等の駆動部材３６ａと、受光素子等の制御部材とで構成され、制御部材はスイッチング部材３６ｂとして機能する。フォトカプラ３６では、駆動部材３６ａに電流が流れた場合（トライアック３３の両端電圧が異なる場合）にスイッチング部材３６ｂがオンになり、駆動部材３６ａに電流が流れない場合トライアック３３の両端電圧が等しい場合にスイッチング部材３６ｂがオフになる。

換言すれば、ダイオードブリッジ３５及びフォトカプラ３６は、トライアック３３が正常状態でオンになる一方、トライアック３３が短絡状態でオフになる短絡検出回路を構成する。

また、フォトカプラ３６のスイッチング部材３６ｂは、第２プルアップ抵抗３７の一端に接続されていて、オンになった場合に第２プルアップ抵抗３７の一端を接地させるように構成されている。なお、第２プルアップ抵抗３７の他端は、電源電圧Ｖｃｃに接続されている。電源電圧Ｖｃｃは、電源２２の出力電圧でよい。更に、第２プルアップ抵抗３７の一端は、コンデンサ３８にも接続されている。そして、フォトカプラ３６のスイッチング部材３６ｂがオフになった場合、第２プルアップ抵抗３７の一端を介して接続されたコンデンサ３８は、電源電圧Ｖｃｃによって充電される。

第１トランジスタ３９のベースは、コンデンサ３８に接続され、第１トランジスタ３９のエミッタは、接地され、第１トランジスタ３９のコレクタは、第１プルアップ抵抗３１に接続されている。そして、第１トランジスタ３９は、コンデンサ３８が充電されることでオンになり、第１プルアップ抵抗３１を接地させるように構成されている。

このように、第１トランジスタ３９は、トライアック３３が正常状態で両端電圧が異なる場合にオフになって第１プルアップ抵抗３１からリレー駆動回路３２への出力信号をハイレベルにする一方、トライアック３３が短絡状態で両端電圧が等しい場合にオンになって第１プルアップ抵抗３１からリレー駆動回路３２への出力信号をローレベルにする。

換言すれば、ダイオードブリッジ３５及びフォトカプラ３６からなる短絡検出回路、並びに第２プルアップ抵抗３７、コンデンサ３８及び第１トランジスタ３９は、トライアック３３の両端電圧が異なる場合にリレー回路をオン状態にする一方、トライアック３３の両端電圧が等しい場合にリレー回路をオフ状態にする異常検出回路を構成する。

また、コンデンサ３８は、制御装置１５に接続されていて、充電された電圧レベルの出力信号を制御装置１５に供給している。制御装置１５は、コンデンサ３８からの出力信号が、第１トランジスタ３９をオンにするような電圧レベルを示している場合に、トライアック３３の異常（短絡状態）を判定し、スピーカ（図示せず）やディスプレイ（図示せず）を用いてユーザーにトライアック３３の故障等のエラーを通知する。このとき、制御装置１５は、定着装置１３の各部の動作を停止させる。

第２トランジスタ４０のベースは、制御装置１５に接続され、第２トランジスタ４０のエミッタは、接地され、第２トランジスタ４０のコレクタは、コンデンサ３８に接続されている。トライアック３３が正常状態であって、温度検知部２５による加熱部材２０の表面温度が定着温度未満である場合には、トライアック制御回路３４への出力と同様に、オンの制御信号を第２トランジスタ４０のベースへ出力する。これにより、第２トランジスタ４０はオンになり、コンデンサ３８が第２トランジスタ４０を介して接地されるので、第１トランジスタ３９を強制的にオフにすることができる。従って、第１プルアップ抵抗３１は、第１トランジスタ３９を介して接地されることなく、ハイレベルの出力信号をリレー駆動回路３２へ供給して、熱源２３を正常に加熱することができる。

換言すれば、第２トランジスタ４０は、異常検出回路の構成に拘らず、トライアック３３の正常状態の動作を維持する正常維持回路を構成する。

本実施形態によれば、上述のように、プリンター１（画像形成装置）の定着装置１３は、用紙に形成されたトナー像を加熱する加熱部材２０と、加熱部材２０を加熱する熱源２３と、熱源２３に電力を供給する電源２２と、リレー回路（リレースイッチ３０、第１プルアップ抵抗３１及びリレー駆動回路３２）と、スイッチング素子（トライアック３３）と、異常検出回路（ダイオードブリッジ３５、フォトカプラ３６、第２プルアップ抵抗３７、コンデンサ３８及び第１トランジスタ３９）とを備える。リレー回路は、電源２２が通電状態の場合にオン状態になり電源２２と熱源２３とを接続する一方、電源２２が非通電状態の場合にオフ状態になり電源２２と熱源２３との接続を解除する。スイッチング素子は、電源２２と熱源２３との間に直列接続され、加熱部材２０の温度の検知結果に基づいてオン及びオフが切り換えられる。異常検出回路は、スイッチング素子の両端電圧が異なる場合にリレー回路をオン状態にする一方、スイッチング素子の両端電圧が等しい場合にリレー回路をオフ状態にする。

これにより、加熱部材２０の熱源２３のスイッチング素子となるトライアック３３の短絡状態等の異常を適切に判定することができる。そして、トライアック３３が短絡状態になった場合には、リレー回路を強制的にオフ状態にすることにより、電源２２から熱源２３への電力供給を確実に遮断することができる。そのため、トライアック３３の短絡状態に起因して熱源２３が誤って加熱されることを抑制し、加熱部材２０が誤って加熱されることを抑制することができる。従って、加熱部材２０の過昇温を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、リレー回路は、異常検出回路と電源電圧Ｖｃｃとに接続された第１プルアップ抵抗３１と、第１プルアップ抵抗３１からの出力信号に基づいてオン状態とオフ状態とを切り換えるリレースイッチ３０とから構成される。スイッチング素子は、トライアック３３から構成される。異常検出回路は、トライアック３３の両端電圧が異なる場合にオンになる一方、トライアック３３の両端電圧が等しい場合にオフになるフォトカプラ３６と、コンデンサ３８と電源電圧Ｖｃｃとに接続されていて、フォトカプラ３６がオフの場合に電源電圧Ｖｃｃによってコンデンサ３８を充電する第２プルアップ抵抗３７と、コンデンサ３８と第１プルアップ抵抗３１とに接続されていて、コンデンサ３８が充電された場合に、オンになって第１プルアップ抵抗３１を接地させる第１トランジスタ３９（トランジスタ）と、から構成される。

これにより、トライアック３３の短絡状態等の異常を検出する異常検出回路を簡易な構成で実現することができる。

本実施形態では、プリンター１に本発明の構成を適用する場合について説明したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ、複合機等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ プリンター（画像形成装置）
２ プリンター本体
６ 画像形成部
７ 感光体ドラム
１０ 搬送経路
１３ 定着装置
１５ 制御装置
２０ 加熱部材
２１ 加圧部材
２２ 電源
２３ 熱源
２４ 加熱制御回路
２５ 温度検出部
２６ 駆動部
３０ リレースイッチ
３１ 第１プルアップ抵抗
３２ リレー駆動回路
３３ トライアック
３４ トライアック制御回路
３５ ダイオードブリッジ
３６ フォトカプラ
３７ 第２プルアップ抵抗
３８ コンデンサ
３９ 第１トランジスタ（トランジスタ）
４０ 第２トランジスタ

Claims (3)

1. 用紙に形成されたトナー像を加熱する加熱部材と、
   前記加熱部材を加熱する熱源と、
   前記熱源に電力を供給する電源と、
   前記電源が通電状態の場合にオン状態になり前記電源と前記熱源とを接続する一方、前記電源が非通電状態の場合にオフ状態になり前記電源と前記熱源との接続を解除するリレー回路と、
   前記電源と前記熱源との間に直列接続され、前記加熱部材の温度の検知結果に基づいてオン及びオフが切り換えられるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の両端電圧が異なる場合に前記リレー回路をオン状態にする一方、前記スイッチング素子の両端電圧が等しい場合に前記リレー回路をオフ状態にする異常検出回路と、を備えることを特徴とする定着装置。
2. 前記リレー回路は、
   前記異常検出回路と電源電圧とに接続された第１プルアップ抵抗と、
   前記第１プルアップ抵抗からの出力信号に基づいてオン状態とオフ状態とを切り換えるリレースイッチと、から構成され、
   前記スイッチング素子は、トライアックから構成され、
   前記異常検出回路は、
   前記トライアックの両端電圧が異なる場合にオンになる一方、前記トライアックの両端電圧が等しい場合にオフになるフォトカプラと、
   コンデンサと電源電圧とに接続されていて、前記フォトカプラがオフの場合に前記電源電圧によって前記コンデンサを充電する第２プルアップ抵抗と、
   前記コンデンサと前記第１プルアップ抵抗とに接続されていて、前記コンデンサが充電された場合に、オンになって前記第１プルアップ抵抗を接地させるトランジスタと、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

Images