JP2021067847A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの劣化を抑制した上で、リレーの交換時期を適確に推定できるようにする。【解決手段】画像形成装置は、記録紙上のトナー像を定着させる定着装置と、交流電源４１から定着装置のヒーター３３への電流供給ラインＬ１に直列に挿入されて、電流供給ラインＬ１を導通又は非導通にするトライアック４４及びリレー４３と、トライアック４４をオフにして、電流供給ラインＬ１を非導通にしている状態で、リレー４３の接点４３Ａを開閉させ、リレー４３の接点４３Ａを閉状態とさせている状態で、トライアック４４をオンオフして、電流供給ラインＬ１を導通又は非導通にし、ヒーター３３への電流供給を制御する制御部４８と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙上のトナー像を熱圧着により定着させる定着装置を備える画像形成装置に関し、特に定着装置のヒーターへの電力供給を制御するための技術に関する。

画像形成装置においては、記録用紙上のトナー像の定着には、定着装置が用いられる。この定着装置では、例えば加熱ローラーと加圧ローラーを相互に圧接させて、加熱ローラーと加圧ローラーの間のニップ域で記録紙を挟み込んで加熱及び加圧している。加熱ローラーは、ヒーターにより加熱される。このヒーターに流れる電流を制御して、加熱ローラー表面の温度を調節している。そして、リレーをヒーターへの電流供給ラインに挿入し、リレーにより電流供給ラインを非導通にすることができるようにしている。ここで、リレーには電気的耐久寿命があり、リレーの接点の溶着などが生じる前に、リレーを交換するのが好ましい。

このため、特許文献１に記載の接点寿命判定装置では、リレーを投入あるいは遮断したときにリレーの両端電圧を検出して、この両端電圧が予め設定された監視電圧以上となる危険期間を積算し、この危険期間が閾値に至らない場合には、リレーがまだ溶着あるいは交換時期に至っていないと判定し、危険期間が閾値に至った場合には、リレーの接点が溶着する危険性があるか、あるいは交換時期にあると判定している。

特許文献２に記載の加熱調理器では、リレーの開閉回数をカウントし、この開閉回数が予め設定された第１の値を超えたときに、警告を表示して、ユーザーにリレーの交換を促し、更にリレーの交換が行われない場合は、リレーの開閉回数が予め設定された第２の値（第２の値＞第１の値）を超えたときに、ヒーターの加熱を禁止している。

特開２００５−１９２４３号公報 特開２００７−１５７４７６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術により、リレーの交換時期を適確に推定することができても、リレーの劣化を抑制することはできない。また、リレーの劣化を抑制した上で、リレーの交換時期を適確に推定することもできない。

そこで、本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、リレーの劣化を抑制した上で、リレーの交換時期を適確に推定可能にすることを目的とする。

本発明の一局面にかかる画像形成装置は、記録紙に形成されたトナー像を熱圧着により定着させる定着装置と、電源から前記定着装置のヒーターへの電流供給ラインに直列に挿入されて、前記電流供給ラインを導通又は非導通にするスイッチング素子及びリレーと、前記スイッチング素子をオフにして、前記電流供給ラインを非導通にしている状態で、前記リレーの接点を開閉させ、前記リレーの接点を閉状態とさせている状態で、前記スイッチング素子をオンオフして、前記電流供給ラインを導通又は非導通にし、前記ヒーターへの電流供給を制御する制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、リレーの劣化を抑制した上で、リレーの交換時期を適確に推定することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる画像形成装置を示す断面図である。 画像形成装置における定着装置を拡大して示す断面図である。 定着装置の制御系の構成を示すブロック図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、定着装置の制御系におけるリレー、第１スイッチ、及び第２スイッチの切替わりを説明するために用いた図である。 定着装置のヒーターの制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態にかかる画像形成装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる画像形成装置を示す断面図である。図１に示すように本実施形態の画像形成装置１０は、画像読取部１１と、画像形成部１２とを備えている。

画像読取部１１は、原稿の画像を光学的に読み取る撮像素子を有しており、この撮像素子のアナログ出力がデジタル信号に変換されて、原稿の画像を示す画像データが生成される。

画像形成部１２は、上記画像データによって示される画像を記録紙に形成するものであり、マゼンタ用の画像形成ユニット３Ｍ、シアン用の画像形成ユニット３Ｃ、イエロー用の画像形成ユニット３Ｙ、及びブラック用の画像形成ユニット３Ｂｋを備えている。各画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｙ、及び３Ｂｋのいずれにおいても、感光体ドラム４の表面を均一帯電させ、感光体ドラム４の表面を露光して、感光体ドラム４の表面に静電潜像を形成し、感光体ドラム４の表面の静電潜像をトナー像に現像して、感光体ドラム４の表面のトナー像を中間転写ベルト５に１次転写する。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト５上に形成される。このカラーのトナー像は、中間転写ベルト５と２次転写ローラー６の間のニップ域Ｎにおいて給紙部１４から搬送路８を通じて搬送されてきた記録紙Ｐに２次転写される。

この後、定着装置１５で記録紙Ｐが加熱及び加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が熱圧着により定着され、更に記録紙Ｐが排出ローラー１６を通じて排出トレイ１７に排出される。

次に、図２は、定着装置１５の構成を概略的に示す図である。図２に示すように定着装置１５は、加熱ローラー３１、加圧ローラー３２、ヒーター３３、温度センサー３４、及び剥離爪３５等を備えている。

加熱ローラー３１は、金属製の円筒体の外周面をコート層で被覆したものである。加圧ローラー３２は、金属製の円筒体又は円柱体の外周面をコート層で被覆したものである。

加圧ローラー３２は、加熱ローラー３１と平行に配置されて、該加熱ローラー３１の外周面に圧接され、加熱ローラー３１との間にニップ域Ｎを形成している。加熱ローラー３１が矢印方向に回転駆動され、この加熱ローラー３１に圧接された加圧ローラー３２が従動回転する。記録紙Ｐは、加熱ローラー３１と加圧ローラー３２の間のニップ域Ｎへと導かれて、このニップ域Ｎを通じて搬送される。

また、ヒーター３３は、例えばハロゲンヒーターであり、加熱ローラー３１の内側に設けられて、加熱ローラー３１を加熱する。

温度センサー３４は、例えばサーモパイルであり、加熱ローラー３１の表面から僅かに離間して非接触で配置され、加熱ローラー３１の表面温度を検出する。

ここで、記録紙Ｐが加熱ローラー３１と加圧ローラー３２の間のニップ域Ｎを通じて搬送されると、記録紙Ｐがニップ域Ｎで加熱及び加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が熱圧着される。そして、記録紙Ｐが剥離爪３５により加熱ローラー３１から剥がされて更に搬送される。

次に、図３は、定着装置１５の制御系の構成を示すブロック図である。図３において、交流電源４１から加熱ローラー３１のヒーター３３への電流供給ラインＬ１には、リレー４３の接点４３Ａ、ヒーター３３、及びトライアック４４が直列に挿入されている。

リレー４３の接点４３Ａは、常開の接点である。リレー４３のコイル４３Ｂは、常開の第１スイッチ４５及び常閉の第２スイッチ４６と共に、リレーラインＬ２に直列に挿入されている。

常開の第１スイッチ４５は、リレーなどの機械式接点、あるいはサイリスタなどの半導体スイッチング素子であり、制御部４８により開閉される。第１スイッチ４５が開状態とされている場合は、リレーラインＬ２が非導通となり、電源Ｖの電流がリレーラインＬ２を流れず、リレー４３のコイル４３Ｂが無励磁となり、リレー４３の接点４３Ａが開状態となる。第１スイッチ４５が閉状態とされると、リレーラインＬ２が導通となり、電源Ｖの電流がリレーラインＬ２を流れて、リレー４３のコイル４３Ｂが励磁され、リレー４３の接点４３Ａが閉状態となる。

常閉の第２スイッチ４６は、リミットスイッチなどの機械式接点であり、例えば画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、画像形成装置１０の内部が露呈したときに、その開閉蓋の開状態に連動して開状態とされ、ヒーター３３への電流供給を遮断する保護回路として機能する。例えば、開閉蓋は、画像形成装置１０に生じたジャムを解消するために開閉される蓋、あるいは部品交換のために開閉される蓋である。第２スイッチ４６は、その開閉状態が開閉蓋の開閉状態に連動し、開閉蓋が開状態になると開状態となり、開閉蓋が閉状態になると閉状態となる構成とされている。この開閉蓋の開状態に連動して第２スイッチ４６が開状態とされると、リレーラインＬ２が非導通となって、リレー４３のコイル４３Ｂが無励磁となり、リレー４３の接点４３Ａが開状態となる。

トライアック４４は、フォトカプラトライアック４７のトライアック４７Ａの出力によりオンオフされる。フォトカプラトライアック４７のトライアック４７Ａは、該フォトカプラトライアック４７のフォトダイオード４７Ｂの光出力によりオンオフされる。フォトカプラトライアック４７のフォトダイオード４７Ｂは、制御部４８により制御される。

ここで、制御部４８は、第１スイッチ４５を閉状態又は開状態とさせて、リレーラインＬ２を導通又は非導通にして、リレー４３のコイル４３Ｂを励磁又は無励磁とし、リレー４３の接点４３Ａを開閉させる。また、制御部４８は、フォトカプラトライアック４７を通じてトライアック４４をオンオフさせる。

例えば、制御部４８は、フォトカプラトライアック４７を通じて、トライアック４４をオフにして、電流供給ラインＬ１を非導通にしているときにのみ、第１スイッチ４５を閉状態又は開状態とさせて、リレーラインＬ２を導通又は非導通にして、リレー４３のコイル４３Ｂを励磁又は無励磁とし、リレー４３の接点４３Ａを開閉させる。すなわち、交流電源４１の電流が電流供給ラインＬ１に流れていないときにのみ、リレー４３の接点４３Ａを開閉させる。これにより、リレー４３の接点４３Ａには、該接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が生じず、該接点４３Ａの電気的な劣化が抑制される。

また、制御部４８は、図４（Ａ）に示すように第１スイッチ４５を閉状態とさせて、リレーラインＬ２を導通させ、リレー４３のコイル４３Ｂを励磁させて、リレー４３の接点４３Ａを閉状態とさせた状態で、温度センサー３４により検出された加熱ローラー３１の表面温度に応じてフォトカプラトライアック４７のフォトダイオード４７Ｂの光出力を制御して、トライアック４４をオンオフさせ、電流供給ラインＬ１を導通及び非導通に切り替えて、交流電源４１からヒーター３３に流れる電流を制御する。これにより、温度センサー３４により検出された加熱ローラー３１の表面温度に応じてヒーター３３に流れる電流が制御され、ヒーター３３の発熱量が調節されて、加熱ローラー３１の表面温度が規定の温度に設定される。

また、そのようなトライアック４４のオンオフにより電流供給ラインＬ１に流れる電流が制御されているときに、上記のように画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、この開閉蓋に連動して第２スイッチ４６が開状態とされると、図４（Ｂ）に示すようにリレーラインＬ２が非導通となって、リレー４３のコイル４３Ｂが無励磁となり、リレー４３の接点４３Ａが開状態とされ、電流供給ラインＬ１が導通から非導通となって、交流電源４１からヒーター３３への電流供給が遮断される。これにより、第２スイッチ４６が保護回路としての機能を果たす。

しかしながら、トライアック４４がオンであって、電流供給ラインＬ１に電流が流れているときに、画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、この開閉蓋に連動して第２スイッチ４６が開状態とされ、リレーラインＬ２が非導通となって、リレー４３の接点４３Ａが開状態とされると、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じ、接点４３Ａが電気的に劣化する恐れがある。このため、制御部４８は、電流供給ラインＬ１に電流が流れているときにリレー４３の接点４３Ａの開閉の切り替えが行われると、その度に、このリレー４３の切り替え回数をカウントアップして、この切り替え回数を記憶する。

具体的には、制御部４８が、図４（Ａ）に示すように第１スイッチ４５を閉状とさせ、リレーラインＬ２を導通させて、リレー４３の接点４３Ａを閉状とさせ、かつトライアック４４をオンにして、電流供給ラインＬ１を導通させているものとする。このとき、画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、図４（Ｂ）に示すように第２スイッチ４６が開状態とされ、リレーラインＬ２が導通から非導通に切替わると、リレーラインＬ２の電圧が変化する。そこで、制御部４８は、トライアック４４をオンにして、電流供給ラインＬ１を導通させているときに、そのリレーラインＬ２の電圧の変化を判定すると、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じたと判定し、リレー４３の切り替え回数をカウントアップして、この切り替え回数を記憶する。

そして、制御部４８は、この切り替え回数が予め設定された規定値に達したか否かを判定する。制御部４８は、この切り替え回数が予め設定された規定値に達したと判定したときに、リレー４３の交換などを促す旨のメッセージを画像形成装置１０の表示部（図示せず）に表示させる。すなわち、当該規定値は、リレー４３が交換時期に達しているとして予め定められている切り替え回数である。

次に、そのような制御部４８による定着装置１５のヒーター３３の制御手順を、図５に示すフローチャートを参照しつつ整理して説明する。

まず、定着装置１５の起動前は、図３に示すように第１スイッチ４５が開状態とされ、第２スイッチ４６が閉状態とされて、リレーラインＬ２が非導通となり、リレー４３のコイル４３Ｂが無励磁となって、リレー４３の接点４３Ａが開状態とされ、電流供給ラインＬ１が非導通となって、交流電源４１からヒーター３３への電流供給が行われていない。

制御部４８は、定着装置１５の起動時に、フォトカプラトライアック４７を通じて、トライアック４４をオフにして、電流供給ラインＬ１を非導通にした上で（Ｓ１０２）、図４（Ａ）に示すように第１スイッチ４５を閉状態とさせて、リレーラインＬ２を導通とし、リレー４３のコイル４３Ｂを励磁して、リレー４３の接点４３Ａを閉状態とさせる（Ｓ１０３）。このリレー４３の接点４３Ａの閉状態時には、トライアック４４のオフにより電流供給ラインＬ１が非導通となっているので、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じることはなく、接点４３Ａが電気的に劣化することもない。

この後、制御部４８は、温度センサー３４により検出された加熱ローラー３１の表面温度に基づきフォトカプラトライアック４７を通じてトライアック４４をオンオフさせ、電流供給ラインＬ１を導通及び非導通に切り替えて、交流電源４１からヒーター３３に流れる電流を制御し、加熱ローラー３１の表面温度を規定の温度に設定する（Ｓ１０４）。

また、制御部４８は、リレーラインＬ２の電圧変化を監視し、リレーラインＬ２の電圧が変化したか否かを判定すると共に（Ｓ１０５）、定着装置１５を停止させるか否かを判定する（Ｓ１０６）。

制御部４８は、リレーラインＬ２の電圧が変化せず（Ｓ１０５「Ｎｏ」）、定着装置１５が停止されなければ（Ｓ１０６「Ｎｏ」）、ヒーター３３に流れる電流の制御を継続して、加熱ローラー３１の表面温度を規定の温度に維持する（Ｓ１０４）。

また、制御部４８は、定着装置１５を停止させるのであれば（Ｓ１０６「Ｙｅｓ」）、フォトカプラトライアック４７を通じて、トライアック４４をオフにして、電流供給ラインＬ１を非導通にしてから（Ｓ１０７）、図３に示すように第１スイッチ４５を開状態とさせて、リレーラインＬ２を非導通とし、リレー４３のコイル４３Ｂを無励磁にして、リレー４３の接点４３Ａを開状態とさせる（Ｓ１０８）。この後、処理は終了する。このリレー４３の接点４３Ａの開状態時も、トライアック４４のオフにより電流供給ラインＬ１が非導通となっているので、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じることはなく、接点４３Ａが電気的に劣化しない。

また、トライアック４４のオンオフにより交流電源４１から電流供給ラインＬ１を通じてヒーター３３へと流れる電流が制御されて、加熱ローラー３１の表面温度が規定の温度に維持されているときに（Ｓ１０４）、画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、図４（Ｂ）に示すように第２スイッチ４６が開状態とされると、リレーラインＬ２が非導通となり、リレーラインＬ２の電圧が変化すると共に、リレー４３のコイル４３Ｂが無励磁となって、リレー４３の接点４３Ａが開状態とされる。このとき、制御部４８は、リレーラインＬ２の電圧が変化したと判定し（Ｓ１０５「Ｙｅｓ」）、トライアック４４がオンであるか否かを判定する（Ｓ１０９）。

例えば、制御部４８は、トライアックがオンであると判定すると（Ｓ１０９「Ｙｅｓ」）、電流供給ラインＬ１に電流が流れているときにリレー４３の接点４３Ａが開状態とされたことになるので、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じたと判定し、リレー４３の切り替え回数をカウントアップして、この切り替え回数を記憶する（Ｓ１１０）。そして、制御部４８は、トライアックをオフにして、電流の制御を停止する（Ｓ１１１）。

この後、制御部４８は、切り替え回数が予め設定された規定値に達したか否かを判定し（Ｓ１１２）、切り替え回数が規定値に達したと判定すると（Ｓ１１２「Ｙｅｓ」）、リレー４３の交換時期に達しているので、リレー４３の交換などを促す旨のメッセージを画像形成装置１０の表示部（図示せず）に表示させる（Ｓ１１３）。

また、制御部４８は、切り替え回数が規定値に達していないと判定すると（Ｓ１１２「Ｎｏ」）、Ｓ１１３の処理を行うことなく、処理が終了する。

このように本実施形態では、トライアック４４をオフにして、電流供給ラインＬ１を非導通にしているときにのみ、リレー４３の接点４３Ａを開閉させているので、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じることはなく、該接点４３Ａの電気的な劣化を抑制することができる。

また、トライアック４４がオンであって、電流供給ラインＬ１に電流が流れている状態で、画像形成装置１０の開閉蓋が開かれて、第２スイッチ４６が開状態とされ、リレーラインＬ２が非導通となって、リレー４３の接点４３Ａが開状態とされ、リレー４３の接点４３Ａの開閉に伴う急激な電流変化が該接点４３Ａに生じたときにのみ、つまりリレー４３の接点４３Ａに過大な負荷がかかったときにのみ、リレー４３の切り替え回数をカウントアップしているので、この切り替え回数に基づきリレー４３の接点４３Ａの劣化並びに交換時期を正確に判定することができ、またリレー４３の使用期間を適正な期間に延ばすことができる。

尚、本発明は、上記実施形態の画像形成装置に限定されものではなく、コピー機、プリンター、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置であってもよい。

また、図１乃至図５を用いて説明した上記実施形態の構成及び処理は、本発明の一例に過ぎず、本発明を当該構成及び処理に限定する趣旨ではない。

１０ 画像形成装置
１１ 画像読取部
１２ 画像形成部
１５ 定着装置
３１ 加熱ローラー
３２ 加圧ローラー
３３ ヒーター
３４ 温度センサー
４１ 交流電源
４３ リレー
４３Ａ 接点
４３Ｂ コイル
４４ トライアック
４５ 第１スイッチ
４６ 第２スイッチ
４７ フォトカプラトライアック
４８ 制御部
Ｌ１ 電流供給ライン
Ｌ２ リレーライン

Claims (3)

1. 記録紙に形成されたトナー像を熱圧着により定着させる定着装置と、
   電源から前記定着装置のヒーターへの電流供給ラインに直列に挿入されて、前記電流供給ラインを導通又は非導通にするスイッチング素子及びリレーと、
   前記スイッチング素子をオフにして、前記電流供給ラインを非導通にしている状態で、前記リレーの接点を開閉させ、前記リレーの接点を閉状態とさせている状態で、前記スイッチング素子をオンオフして、前記電流供給ラインを導通又は非導通にし、前記ヒーターへの電流供給を制御する制御部と、を備える画像形成装置。
2. 前記リレーの接点を閉状態から開状態に切り替えて、前記電流供給ラインを非導通にし、前記ヒーターへの電流供給を遮断する保護回路を備え、
   前記制御部は、前記スイッチング素子をオンにしているときに前記保護回路により前記リレーが閉状態から開状態に切り替えられると、該切り替えの度に、前記リレーの切り替え回数をカウントアップし、前記切り替え回数が予め設定された規定値に達したか否かを判定する請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記保護回路は、前記画像形成装置の開閉蓋の開閉に連動して、前記リレーの励磁及び無励磁を切り替える請求項２に記載の画像形成装置。

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