JP2021092736A - ヒーター回路、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板回路パターンを用いて簡単にヒーターに流れる電流を検出し、ヒーターに異常電流が流れることを防ぐ。【解決手段】電源Ｅより電力が供給されると、矢印の方向に電流が流れる。そしてコイルＣ１に電流が流れると、その周囲に磁界が発生し、その磁界によってコイルＣ２に誘導電流が流れる。検出部２３はコイルＣ２に流れる誘導電流を検出して電圧信号に変換し、その電圧信号を制御部２４へ出力する。制御部２４は、検出部２３が出力した電圧信号を用いて、ヒーター２２に正常時とは異なる異常電流が流れているか否かを判断する。異常発生を判断した場合、制御部２４はスイッチ部２１をオフ状態にし、ヒーター２２への電力供給を遮断する。【選択図】図２

Description

本発明は、ヒーター回路、トナー像を用紙に定着させる定着装置、その定着装置を備える画像形成装置に関する。

画像形成部が画像に応じたトナー像を用紙に形成し、定着装置が用紙にトナー像を定着することで用紙に画像を印刷する画像形成装置が広く用いられている。このような画像形成装置の定着装置において、加熱部材の発熱源であるヒーターに流れる電流に異常が発生すると、装置が故障する恐れがある。その為、事前に異常電流を検知する必要がある。

特許文献２には、回路基板上において、電流を検出すべきパターンにパターン幅を細くしたパターン狭窄部を設け、そのパターンに流れる電流をパターン狭窄部と変流器の一次巻線に分流させて、変流器の二次巻線に流れる誘導電流を検出する方法について記載されている。

また、特許文献３には、配線パターンの信号品位を劣化させることなく、更にＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）問題を発生させることなく、多層配線基板の内層に存在する配線パターンに流れる電流を簡単に検出する方法について記載されている。

特開平１１−５５９４３号公報 特開２００１−２０１５２０号公報 特開２０１５−５９８３８号公報

しかし、上記した特許文献１や特許文献２に記載された技術は、カレントトランスを用いており、部品コストがかかる。また特許文献３に記載された技術は、誘起電流を流す配線パターンを挟むように多層基板内にグランドプレーンを設け、配線パターンとグランドプレーンとが接続状態となっている。グランドプレーンは銅のベタ層であり、製作工程とコストがかかる。

本発明は、基板回路パターンを用いて簡単にヒーターに流れる電流を検出し、ヒーターに異常電流が流れることを防止可能にすることを目的とする。

本発明におけるヒーター回路は、電源とヒーターを備えたヒーター回路において、前記電源と前記ヒーターの間に接続され、当該電源から供給される電力のオンオフを制御するスイッチ部と、前記ヒーターと直列に接続され、多層基板の一つの層に形成された第一巻線パターンと、前記多層基板の前記第一巻線パターンが形成された層とは異なる層に形成され、前記第一巻線パターンに対向して配置された第二巻線パターンと、前記第二巻線パターンに発生した誘導電流を検出し、電気信号に変換して出力する検出部と、前記検出部から入力される前記電気信号に基づいて、前記ヒーターに流れる電流に異常があるか否かを判断する制御部と、を更に備え、前記制御部は、前記ヒーターに流れる電流の異常を判断したとき、前記ヒーターに供給される電力をオフにする制御を前記スイッチ部に対して行うものである。

本発明によれば、多層基板の一つの層に第一巻線パターン（ヒーターと直列接続）、第一巻線パターンとは異なる層であって第一巻線パターン近傍に第二巻線パターンを形成することで、第二巻線パターンに誘導電流が生じ、検出部がその誘導電流を電気信号に変換して、制御部がその電気信号と正常時の電気信号とを比較することで、ヒーターに異常な電流が流れているか否かを簡単に判別することができる。

画像形成装置の内部構成を概略的に示す図である。 ヒーターを備えたヒーター回路の構成を示した図である。 多層基板に配置されたコイルを説明するための図である。 コイルに流れる電流について示した図である。 コイルに流れる電流を検出部が検出し、それを電圧に変換した波形の一例を示した図である。 コイルに流れる電流を検出部が検出し、それを電圧に変換した波形の一例を示した図である。 コイルに流れる電流を検出部が検出し、それを電圧に変換した波形の一例を示した図である。

以下、本発明の一実施形態にかかるヒーター回路、定着装置及び画像形成装置について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る画像形成装置１の内部構成を概略的に示す図である。画像形成装置１は、貯留された用紙を必要に応じて給紙する給紙トレイ１２、給紙トレイ１２から給紙された用紙にトナー像を形成する画像形成部１３、画像形成部１３で用紙に形成されたトナー像に定着処理を施す定着装置１４が装置本体１１内に装備されていると共に、装置本体１１の上面位置に定着処理後の用紙が排紙される排紙トレイ１５が設けられることによって形成されている。

画像形成部１３は、給紙トレイ１２から送られた用紙上に電子写真プロセスでトナー像を形成する。画像形成部１３は、感光体ドラム１３１と、この感光体ドラム１３１の周囲に配設された帯電装置１３２と、露光装置１３３と、現像装置２０と、クリーニング装置１３４とを備える。

現像装置２０は、感光体ドラム１３１の周面にトナーを供給してその周面にトナー像を形成させる。現像装置２０には、トナーを保持するトナーコンテナ３０が装着されている。

定着装置１４は、画像形成部１３で転写された用紙上のトナー像に対し定着処理を施すものである。この定着装置１４は、円筒状の加熱ローラー１４１と、この加熱ローラー１４１と対向配置された加圧ローラー１４２とを備えている。加圧ローラー１４２は加熱ローラー１４１に圧接され、用紙が挟持されるニップ部を加熱ローラー１４１と共に形成する。定着装置１４は、用紙に対して加熱加圧処理を施すことで、用紙にトナー像を定着させる。

この加熱ローラー１４１はヒーター２２を内蔵し、ヒーター２２の熱が加熱ローラー１４１を介して用紙に伝達される。

図２は、ヒーター２２を備えたヒーター回路２の構成を示した図である。ヒーター回路２は、電源Ｅ、スイッチ部２１、ヒーター２２及びコイルＣ１（第一巻線パターン）が直列で接続され、コイルＣ１の近傍に配置されたコイルＣ２（第二巻線パターン）、検出部２３及び制御部２４を備える。

電源Ｅより電力が供給されると、図２に示す矢印の方向に電流が流れる。そして、コイルＣ１に電流が流れると、その周囲に磁界が発生し、その磁界によってコイルＣ２に誘導電流が流れる。検出部２３は、コイルＣ２に流れる誘導電流を検出して例えば電圧信号等の電気信号に変換し、その電気信号を制御部２４へ出力する。本実施形態では、検出部２３に、電流を電圧信号に変換する信号変換器を用いる。

制御部２４は、例えば、プロセッサー、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び専用のハードウェア回路を含んで構成される。プロセッサーは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等である。制御部２４は、内蔵する不揮発性メモリー等に記憶されている制御プログラムに従って上記プロセッサーが動作することにより、上記電気信号に基づいてヒーター２２に流れる電流が異常であるか否かを判断する処理と、当該判断の結果に応じたスイッチ部２１の切り換え制御を行う。すなわち、制御部２４は、検出部２３から入力される電気信号を用いて、ヒーター２２に正常時とは異なる異常電流が流れているか否かを判断する。制御部２４は、異常発生を判断した場合、スイッチ部２１へ指示信号を出力する。

スイッチ部２１は、トライアック、ダイアック又はトランジスタ等で構成され、電源Ｅからヒーター２２への電力供給のオンオフを制御するものであり、通常はオン状態とする。そして、制御部２４から指示信号を受けると、スイッチ部２１はオフ状態となり、電源Ｅからヒーター２２へ供給される電力を遮断する。

図３は、多層基板９１に形成されたコイルＣ１とコイルＣ２を説明するための図である。コイルＣ１（第一巻線パターン）とコイルＣ２（第二巻線パターン）は、多層基板９１内の異なる層にそれぞれ形成されており、例えば、コイルＣ１は多層基板９１の第一の層９１ａに、コイルＣ２は第二の層９１ｂに形成される。またコイルＣ１とコイルＣ２は、多層基板９１の異なる層において、できるだけ近接して、例えば重なり合うように形成される。コイルＣ２は、コイルＣ１に対向して配置される。

図４は、コイルＣ１とコイルＣ２に流れる電流について示した図である。コイルＣ１に電流Ｉａが流れることによって、コイルＣ１とコイルＣ２の周囲に磁界が発生し、コイルＣ２には誘導電流Ｉｂが流れる。この誘導電流Ｉｂを検出部２３が取り込んで電気信号に変換する。

次に、ヒーター２２に流れる異常電流の判断の仕方について３つの方法を説明する。

（１）周波数を計測
図５は、コイルＣ２に流れる電流を検出部２３が検出し、それを電圧信号に変換した波形の一例を示した図である。図５に示す基準信号のように、ヒーター２２に流れる電流が正常な場合に、１秒間に出力される波形をｎ個（ｎは０以上の整数）とし、このときの周波数をｆとする。制御部２４は内部メモリを有しており、当該内部メモリはヒーター２２に流れる電流が正常なときの周波数ｆを予め記憶している。制御部２４は、検出部２３から入力される電圧信号が示す波形の数をカウントし（周波数を測定し）、周波数がｆである場合、ヒーター２２に流れる電流は正常と判断する。

しかし、図５に示す測定信号のように、検出部２３が検出した信号の波形が１秒間にｍ個（ｍは０以上の整数、ｎ＜ｍ）であるように、周波数がｆより大きい場合、制御部２４は、ヒーター２２に流れる電流が異常と判断し、スイッチ部２１をオフ状態とする指示信号をスイッチ部２１に対して出力する。この指示信号により、ヒーター２２への電力供給が遮断される。これにより、ヒーター２２に異常電流が流れ続けることを防ぐことができる。

なお、制御部２４は、検出部２３が検出した信号（測定信号）の周波数が、周波数ｆを含む予め定められた範囲外の周波数のとき、ヒーター２２に流れる電流が異常と判断し、スイッチ部２１をオフ状態とする指示信号をスイッチ部２１に対して出力することとしてもよい。

（２）オン時間を計測
図６は、図５と同様に、コイルＣ２に流れる電流を検出部２３が検出し、それを電圧信号に変換した場合の当該電圧信号の一例を示した図である。図６の基準信号はヒーター２２を流れる電流が正常なときのもので、ヒーター２２には電力が時間Ｔｏｎだけ供給され、時間Ｔｏｆｆだけ供給が停止するパターンが繰り返されることを示している。

しかし、図６に示す測定信号のように、オン時間がＴｏｎより長くなったとき、制御部２４は、ヒーター２２に流れる電流が異常と判断し、スイッチ部２１をオフ状態とする指示信号をスイッチ部２１に対して出力する。ヒーター２２への電力供給時間が正常時より長くなると、ヒーター２２が加熱しすぎて破損する可能性がある。そのため、測定信号の波形発生時間（オン時間）がＴｏｎより長くなったとき、制御部２４はスイッチ部２１をオフにして、電力供給をストップさせる。

制御部２４は、測定信号の波形が、Ｔｏｎより長くなった瞬間にスイッチ部２１をオフにしてもいいし、Ｔｏｎに予め定められた時間ｔを加算した時間より長くなったときにスイッチ部２１をオフにしてもよい。また、制御部２４は、Ｔｏｎの数値を予め内部メモリに記憶している。

（３）ピーク電圧を計測
図７は、図５や図６と同様に、コイルＣ２に流れる電流を検出部２３が検出し、それを電圧に変換した変換した場合の当該電圧信号の一例を示した図である。図７の基準信号はヒーター２２を流れる電流が正常なときのもので、このときのピーク電圧をＶｒとする。制御部２４は、ヒーター２２に流れる電流が正常な時のピーク電圧Ｖｒの数値を予め内部メモリに記憶している。

しかし、図７に示す測定信号のように、ピーク電圧がＶｈでＶｈ＞Ｖｒのとき、制御部２４は、ヒーター２２に流れる電流が異常と判断し、スイッチ部２１をオフ状態とする指示信号をスイッチ部２１に対して出力する。測定信号のピーク電圧が正常時より高いということは、ヒーター２２に正常時より大きな電流が流れていることになり、ヒーター２２が破損する可能性がある。そのため、測定信号のピーク電圧ＶｈがＶｒより大きくなったとき、制御部２４はスイッチ部２１をオフにして、電力供給をストップさせる。

尚、制御部２４は、ＶｈがＶｒより大きい状態が予め定められた時間続いたとき、或いは、ＶｒとＶｈの差が予め定められた数値以上になったとき等に、スイッチ部２１をオフにすることとしてもよい。

以上、説明したように、コイルＣ１とコイルＣ２を利用してヒーター２２に流れる電流を検出部２３が電圧信号に変換し、当該電圧信号の波形に基づいて、制御部２４が、ヒーター２２に流れる電流に異常が発生しているか否かを判断するため、簡単な構成でヒーター２２に流れる電流の異常を検知することができる。

また、制御部２４が、ヒーター２２に流れる電流が異常であると判断した場合、スイッチ部２１をオフ状態にすることで、即座にヒーター２２への電源供給を遮断することができる。これにより、ヒーター２２の破損防止を可能にする。

１ 画像形成装置
２ ヒーター回路
２１ スイッチ部
２２ ヒーター
２３ 検出部
２４ 制御部
１４ 定着装置
Ｅ 電源
Ｃ１、Ｃ２ コイル

Claims (6)

1. 電源とヒーターを備えたヒーター回路において、
   前記電源と前記ヒーターの間に接続され、当該電源から供給される電力のオンオフを制御するスイッチ部と、
   前記ヒーターと直列に接続され、多層基板の一つの層に形成された第一巻線パターンと、
   前記多層基板の前記第一巻線パターンが形成された層とは異なる層に形成され、前記第一巻線パターンに対向して配置された第二巻線パターンと、
   前記第二巻線パターンに発生した誘導電流を検出し、電気信号に変換して出力する検出部と、
   前記検出部から入力される前記電気信号に基づいて、前記ヒーターに流れる電流に異常があるか否かを判断する制御部と、を更に備え、
   前記制御部は、前記ヒーターに流れる電流の異常を判断したとき、前記ヒーターに供給される電力をオフにする制御を前記スイッチ部に対して行うヒーター回路。
2. 前記制御部は、前記電気信号の周波数が予め設定された数値範囲ではない場合に、前記異常と判断する請求項１に記載のヒーター回路。
3. 前記制御部は、前記電気信号の波形が予め設定された時間以上連続して示される場合に、前記異常と判断する請求項１又は請求項２に記載のヒーター回路。
4. 前記制御部は、前記電気信号の波形のピーク値が予め設定された値以上である場合に、前記異常であると判断する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒーター回路。
5. 請求項１乃至請求項４に記載のヒーター回路と、
   前記ヒーターによって加熱され、トナー像を担持する用紙に熱を加える定着部材と、
   前記定着部材による加熱と同時に、前記用紙を加圧する加圧部材と、を備え、
   前記用紙を加熱及び加圧することで当該用紙にトナー像を定着させる定着装置。
6. 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
   請求項５に記載の定着装置と、
   を備える画像形成装置。

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