JP5693190B2

JP5693190B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5693190B2
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Inventors: 泰洋志村; 淳川原子; 雄太北條; 佐藤　啓; 啓佐藤
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Description

本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関し、特に、エンドレスベルトと、その内面に接触するヒータと、エンドレスベルトを介してヒータと共に定着ニップ部を形成するニップ部形成部材と、を有する定着部を有する画像形成装置に関するものである。

商用電源の電圧が１００Ｖ系（例えば、１００Ｖ〜１２７Ｖ）の地域用の画像形成装置を、２００Ｖ系（例えば、２００Ｖ〜２４０Ｖ）の地域で使用する場合、定着部のヒータに供給可能な最大電力は４倍になる。ヒータに供給可能な最大電力が大きくなると、位相制御や波数制御などのヒータの電力制御で生じる高調波電流やフリッカ等が顕著となる。また、定着部が熱暴走した際に生じる電力が４倍に増加するため、より応答性の早い回路が必要になる。そのため、一つの装置を商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖ地域で使用する場合、地域毎に別々の抵抗値のヒータを取り付ける場合が多い。

一方、１００Ｖの商用電源電圧が供給される地域と、２００Ｖの商用電源電圧が供給される地域で共用できるユニバーサルな装置を実現する手段として、リレーなどスイッチ手段を用いて、ヒータの抵抗値を切り替える方法が提案されている。特許文献１には、ヒータの基板上に第１及び第２の抵抗発熱体を有し、第１及び第２の抵抗発熱体を直列に接続する第１の動作状態と並列に接続する第２の動作状態に切り替え可能とすることで商用電源電圧に応じてヒータの抵抗値を切り替え、商用電源電圧が１００Ｖの地域と２００Ｖの地域で共用できる装置とすることが提案されている。

特開７−１９９７０２号公報

商用電源電圧に応じて第１及び第２の抵抗発熱体を直列接続状態と並列接続状態に切り替える方法では、ヒータの発熱領域を変えずに、ヒータの抵抗値を切り替えることができる。換言すると、１００Ｖの地域と２００Ｖの地域どちらで使っても二本の抵抗発熱体が発熱するので、定着ニップ部の記録材搬送方向の温度分布が使用地域に拘らず同じになる。このため、トナー画像の定着性が装置を使用する地域に左右されないというメリットがある。

しかしながら、この方法では、抵抗値切り替えリレーが故障した場合などに、２つの抵抗発熱体のうち、どちらか一方のみに電力が供給される状態（以降はこの状態を片側通電状態と記載）になる場合が考えられる。片側通電状態では、正常な状態に比べて定着部の耐久寿命の低下や、定着性の悪化などの問題が生じる場合があるため、片側通電状態を検出する手段が必要であった。

本発明の目的は、抵抗値を切り替え可能な装置において、簡易な構成で片側通電状態を検知し、信頼性の高い装置を提供することである。

上述の課題を解決するための本発明は、記録材に画像を形成する画像形成部と、エンドレスベルトと、基板上に商用電源から供給される電力で発熱する第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体を有し前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に画像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するニップ部形成部材と、前記ヒータの温度を検知する温度検知部と、を有し、前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を直列に接続する第１の接続状態と、前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を並列に接続する第２の接続状態と、に切り替え可能である定着部と、商用電源の電圧を検知する電圧検知部と、前記電圧検知部の検知電圧に応じて前記第１の接続状態と前記第２の接続状態を切り替える制御部と、を有し、前記第１の接続状態で前記第１及び第２の抵抗発熱体を発熱させて定着処理を行う第１の動作状態と前記第２の接続状態で前記第１及び第２の抵抗発熱体を発熱させて定着処理を行う第２の動作状態を実行可能な画像形成装置において、前記第１の抵抗発熱体は、前記第２の抵抗発熱体よりも記録材搬送方向の上流側に設けられており、前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を並列に接続した状態における商用電源から前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体に向って分岐した後の前記第１の抵抗発熱体に電力を供給するための導電経路のみに抵抗発熱体に流れる電流を検知する電流検知部を有し、前記電流検知部が閾電流よりも大きな電流を検知しているにも拘らず前記温度検知部の温度上昇速度が閾速度よりも遅い場合、又は、前記ヒータを発熱させる制御信号が出ているにも拘らず前記電流検知部によって電流が検知されない場合、故障を報知する、または装置の駆動を停止することを特徴とする。

抵抗値を切り替え可能な装置において、簡易な構成で片側通電状態を検知し、信頼性の高い装置を提供できる。

定着装置（定着部）の断面図。実施例１のヒータ制御回路構成図。実施例１のヒータ構成図。実施例１のヒータ故障状態の説明図。実施例１の制御フローチャート図。実施例１の片側通電状態の説明図。実施例１の片側通電状態の発熱分布図。実施例１の片側通電状態の検出方法説明図。実施例１の片側通電状態の検出フローチャート図。実施例２のヒータ制御回路構成図。実施例２のヒータ構成図。画像形成装置の概略図。

図１２は電子写真記録技術を用いた画像形成装置（本例ではフルカラープリンタ）の断面図である。記録材Ｐにトナー画像を形成する画像形成部は４つの画像形成ステーション（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ）を有する。各画像形成ステーションは、感光体２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、帯電部材３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）、現像器４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）、転写部材５（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）、感光体をクリーニングするクリーナ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を有する。更に画像形成部は、トナー画像を担持しつつ搬送するベルト７、ベルト７から記録材Ｐへトナー画像を転写する二次転写ローラ８を有する。以上の画像形成部の動作は周知であるので説明は割愛する。画像形成部で未定着トナー画像が転写された記録材Ｐは定着部１００に送られ、トナー画像が記録材Ｐに加熱定着される。

図１は定着装置（定着部）１００の断面図である。定着装置１００は、筒状のフィルム（エンドレスベルト）１０２と、フィルム１０２の内面に接触するヒータ３００と、フィルム１０２を介してヒータ３００と共に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ（ニップ部形成部材）１０８とを有する。フィルムのベース層の材質は、ポリイミド等の耐熱樹脂、またはステンレス等の金属である。加圧ローラ１０８は、鉄やアルミニウム等の材質の芯金１０９と、シリコーンゴム等の材質の弾性層１１０を有する。ヒータ３００は耐熱樹脂製の保持部材１０１に保持されている。保持部材１０１はフィルム１０２の回転を案内するガイド機能も有している。加圧ローラ１０８は不図示のモータから動力を受けて矢印方向に回転する。加圧ローラ１０８が回転することによってフィルム１０２が従動して回転する。

ヒータ３００は、セラミック製のヒータ基板１０５と、ヒータ基板上に抵抗発熱体Ｈ１（第１の抵抗発熱体）及び抵抗発熱体Ｈ２（第２の抵抗発熱体）と、抵抗発熱体Ｈ１及びＨ２を覆う絶縁性（本実施例ではガラス）の表面保護層１０７を有する。ヒータ基板１０５の裏面側であって、プリンタで設定されている利用可能な最小サイズ紙（本例では封筒ＤＬ：１１０ｍｍ幅）の通紙領域にはサーミスタ等の温度検知素子（温度検知部）１１１が当接している。温度検知素子１１１の検知温度に応じて商用交流電源からヒータへ供給する電力が制御される。未定着トナー画像を担持する記録材（用紙）Ｐは、定着ニップ部Ｎで挟持搬送されつつ加熱されて定着処理される。ヒータ基板１０５の裏面側には、ヒータが異常昇温した時に作動してヒータへの給電ラインを遮断するサーモスイッチ等の温度調整素子１１２も当接している。温度調整素子１１２も温度検知素子１１１と同様に最小サイズ紙の通紙領域に当接している。１０４は保持部材１０１に不図示のバネの圧力を加えるための金属製のステーである。

（実施例１）
図２は本実施例１のヒータ３００の制御回路２００を説明するための回路ブロック図である。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ６は制御回路２００と定着装置１００を接続するためのコネクタである。２０１は商用の交流電源で、ヒータ３００への電力制御は、トライアックＴＲ１の通電／遮断により行われる。トライアックＴＲ１はＣＰＵ２０３からのヒータ駆動する信号ＳＴＲ１に従って動作する。温度検知素子１１１によって検知される温度は、プルアップ抵抗の分圧として検知され、ＣＰＵ２０３にＴＨ信号として入力される。ＣＰＵ２０３の内部処理では、温度検知素子１１１の検知温度とヒータ３００の設定温度に基づき、例えばＰＩ制御により、供給するべき電力を算出し、位相角（位相制御）、波数（波数制御）の制御レベルに換算して、トライアックＴＲ１の制御を行っている。

次に電圧検知部とリレー制御部の説明を行う。図２に示すＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、電源ＯＦＦ状態における接点の接続状態を示してある。ＲＬ１及びＲＬ２は直並列状態切替部として機能する。なお、ＲＬ１はメーク接点リレー（第１のスイッチ手段）であり、ＲＬ２は図面上のｃを共通接点として動作するブレーク・ビフォア・メーク接点リレー（第２のスイッチ手段）である。

電圧検知部５００は交流電源２０１の二つの出力端子間、ＡＣ１〜ＡＣ２（ＡＣ３）間に印加される電圧を検知する。電圧検知部５００は電源電圧の範囲（商用電圧範囲）が１００Ｖ系（例えば、１００Ｖ〜１２７Ｖ）か、２００Ｖ系（例えば、２００Ｖ〜２４０Ｖ）のどちらかを判別し、ＣＰＵ２０３及び、リレー制御部２０４に電圧検知結果をＶＯＬＴ信号として出力している。電源の電圧範囲が２００Ｖ系の場合、ＶＯＬＴ信号はＬｏｗ状態となる。電圧検知部５００の詳細は後述する図５で説明する。

電圧検知部５００が２００Ｖを検知した場合、リレー制御部２０４はＲＬ１ラッチ部を動作させ、ＳＲＬ１信号をＬｏｗ状態とし、ＲＬ１をＯＦＦ状態のまま保持する。ＲＬ１のラッチ部が動作すると、ＣＰＵ２０３から出力される信号ＲＬ１ｏｎがＨｉｇｈ状態になった場合にも、ＲＬ１はＯＦＦ状態を保持する。リレー制御部２０４の動作は、上記で説明したラッチ回路の代わりに、ＶＯＬＴ信号がＬｏｗ状態を検出している間、ＲＬ１をＯＦＦ状態で保持するＨＷの回路を用いても良い。ＣＰＵ２０３は電圧検知結果に従い、ＲＬ２ｏｎ信号２をＬｏｗ状態とし、ＲＬ２をＯＦＦ状態のまま保持する。

更にＣＰＵ２０３はＲＬ３ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にすると、リレー制御部２０４はＳＲＬ３信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ３をＯＮ状態にする。この状態では、第１の抵抗発熱体Ｈ１と、第２の抵抗発熱体Ｈ２が直列接続されるため、ヒータ３００は抵抗値の高い状態になる。

電圧検知部５００が１００Ｖを検知した場合、ＣＰＵ２０３はＲＬ１ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にすると、リレー制御部２０４はＳＲＬ１信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ１をＯＮ状態にする。ＣＰＵ２０３はＶＯＬＴ信号に従い、ＲＬ２ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にすると、ＳＲＬ２信号はＨｉｇｈ状態となり、ＲＬ２をＯＮ状態（右の接点と接続）にする。更にＣＰＵ２０３はＲＬ３ｏｎ信号をＨｉｇｈ状態にし、リレー制御部２０４はＳＲＬ３信号をＨｉｇｈ状態にし、ＲＬ３をＯＮ状態にすると、定着装置１００に給電可能な状態となり、この状態では、第１の抵抗発熱体Ｈ１と、第２の抵抗発熱体Ｈ２が並列接続されるため、ヒータ３００は抵抗値の低い状態になる。このように、画像形成装置は商用電源の電圧を検知する電圧検知部を有し、電圧検知部の検知電圧に応じて二本の抵抗発熱体の直列接続状態または並列接続状態を自動的に切り替えることができる。

次に電流検知部２０５の説明を行う。電流検知部２０５は、カレントトランス２０６を介して一次側に流れる電流実効値を検知している。特に、第１の抵抗発熱体Ｈ１に電力を供給するための第１の導電経路と第２の抵抗発熱体に電力を供給するための第２の導電経路のいずれか一方のみに設けられており、本実施例では第１の抵抗発熱体Ｈ１に電力を供給するための第１の導電経路に設けられている。

電流検知部２０５は、商用電源周波数の周期ごとに電流実効値の二乗値を出力するＩｒｍｓ１と、Ｉｒｍｓ１の移動平均値Ｉｒｍｓ２を出力している。ＣＰＵ２０３はＩｒｍｓ１により、商用周波数周期ごとに電流実効値を検知している。電流検知部２０５の一例として、特開２００７−２１２５０３号公報で提案されている方法を用いることができる。Ｉｒｍｓ２はリレー制御部２０４に出力されている。カレントトランス２０６に過電流が流れ、Ｉｒｍｓ２が所定の閾電流値を超えると、リレー制御部２０４はＲＬ１、ＲＬ３のラッチ部を動作させ、ＲＬ１、ＲＬ３をＯＦＦ状態に保持し、定着装置１００への給電を遮断する。

図３の（ａ）〜（ｃ）は本実施例１に用いるヒータ３００、ヒータ３００の第１の動作状態（２００Ｖ地域用の直列接続状態）、及び第２の動作状態（１００Ｖ地域用の並列接続状態）を説明するための概略図である。

図３（ａ）はヒータ基板１０５上に形成された発熱パターン（抵抗発熱体）、導電パターン、及び電極を示している。また図２の制御回路２００との接続を説明するため、図２のコネクタとの接続部を示してある。ヒータ３００は抵抗発熱体Ｈ１、Ｈ２を有している。３０３は導電パターンである。用紙搬送方向の上流側に配置された第１の抵抗発熱体Ｈ１には、電極Ｅ１（第１の電極）、電極Ｅ３（第三の電極）を介して電力を供給されており、用紙搬送方向の下流側に配置された第２の抵抗発熱体Ｈ２には、電極Ｅ２（第２の電極、共通接点）、電極Ｅ３を介して電力を供給されている。電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と接続されている。

図３（ｂ）は電源電圧が２００Ｖの場合に用いられる、第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体を直列接続する第１の動作状態図である。ここでは、抵抗発熱体Ｈ１及び抵抗発熱体Ｈ２の抵抗値を２０Ωとして説明する。第１の動作状態では２０Ωの抵抗発熱体が直列接続されているため、ヒータ３００の合成抵抗値は４０Ωとなる。電源電圧は２００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は５Ａで、電力は１０００Ｗとなる。第１の抵抗発熱体に流れる電流Ｉ１及び、第２の抵抗発熱体に流れる電流Ｉ２は、それぞれ５Ａである。この時、電流検知部２０５は電流Ｉ１＝５Ａを検出している。

図３（ｃ）は電源電圧が１００Ｖの場合に用いられる、第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体を並列接続する第２の動作状態図である。第２の動作状態では２０Ωの抵抗発熱体が並列に接続されているため、ヒータ３００の合成抵抗値は１０Ωとなる。電源電圧は１００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は１０Ａで、電力は１０００Ｗとなる。第１の抵抗発熱体に流れる電流Ｉ１、及び第２の抵抗発熱体に流れる電流Ｉ２はそれぞれ５Ａである。この時、電流検知部２０５は電流Ｉ１＝５Ａを検出している。

図３（ｂ）及び図３（ｃ）の状態でヒータに供給される電流、電力を比較する。電流Ｉ１を検知する場合、図３（ｂ）の状態では５Ａでヒータに供給される電力は１０００Ｗになり、図３（ｃ）の状態では５Ａでヒータに供給される電力は１０００Ｗになる。このように、電流Ｉ１を検知する場合、ヒータ３００の動作状態が第１の動作状態と第２の動作状態どちらであっても、ヒータ３００に供給される電力に比例する電流値を検知できる。

次に、ヒータに供給される電力を１０００Ｗ以下するために、電流リミットを設ける場合について説明する。例えば、電流Ｉ１を検知する場合、ヒータ３００の動作状態によらずに、５Ａに電流リミットを設ければ、ヒータに供給される電力を１０００Ｗ以下に制限することができる。電流検知結果を用いて、所定の電力以下に制御する方法の一例として、特許第３９１９６７０号公報で説明されている方法を用いることができる。例えば通常時にはＩ１が５Ａ以下になる制御を行い、６Ａを異常電流と設定した場合について説明する。通常制御時にはＩｒｍｓ１信号に基づき、Ｉ１は５Ａ以下に制御されている。トライアックＴＲ１の故障等による電力制御が不能となり、６Ａ以上の異常電流を検出した場合、Ｉｒｍｓ２信号がＨｉｇｈ状態となり、リレー制御部２０４は、ＲＬ１、ＲＬ３をＯＦＦ状態にし、定着装置１００への給電を遮断する。

図４は定着装置に電力を供給する電源部の構成を示している。電源部４００は３．３Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０１と、２４Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０２から構成されている。２４Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０２の説明を行う。ＢＤ１は交流電源２０１を整流するために用いるブリッジダイオードであり、ＥＣ１及びＥＣ２は平滑用の電解コンデンサである。全波整流状態ではトライアックＴＲ２はＯＦＦ状態であり、ＥＣ１とＥＣ２を直列接続した合成容量値に対して、ＢＤ１で整流された電圧が印加されている。倍電圧整流状態では、トライアックＴＲ２はＯＮ状態であり、正の位相の半波はＥＣ１に充電され、負の位相の半波はＥＣ２に充電され、それぞれピークホールドされるため、全波整流状態に比べて実質２倍の電圧が２４Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０２に印加される。電圧検知部５００の検知結果（ＶＯＬＴ信号）に基づき、ＣＰＵ２０３が２００Ｖの状態を判断すると、ＳＴＲ２信号をＬｏｗ状態にしてトライアックＴＲ２をＯＦＦ状態とし、２４Ｖコンバータ２１１を全波整流状態にする。

ＣＰＵ２０３が１００Ｖの状態を判断すると、ＳＴＲ２信号をＨｉｇｈ状態にしてトライアックＴＲ２をＯＮ状態とし、２４Ｖコンバータ２１１を倍電圧整流状態にする。３．３Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０１は、電源電圧の範囲が１００Ｖ系（ｅｘ．１００Ｖ〜１２７Ｖ）か、２００Ｖ系（ｅｘ．２００Ｖ〜２４０Ｖ）のどちらであってもフルレンジで動作可能なコンバータである。ＢＤ２は交流電源２０１を整流するために用いるブリッジダイオードであり、ＥＣ３は平滑用の電解コンデンサである。３．３Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０１はＣＰＵやセンサなどの比較的負荷の小さい電源に用いられるため、倍電圧整流と全波整流の切り替えを行わない場合にも、比較的簡単にフルレンジで動作可能なコンバータを設計できる。本実施例の２４Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０２は、モータなどの負荷の大きい素子を駆動するため、大電力を出力する必要がある。大電力出力可能で、特にＰＦＣ回路（力率改善回路）を持たないＡＣ／ＤＣコンバータでは、倍電圧整流と全波整流の切り替えを行わずに、フルレンジで動作可能にすることが難しい場合がある。そのため、本実施例の２４Ｖコンバータ４０２では、倍電圧整流と全波整流の切り替えを行っている。

電圧検知部５００は、ＢＤ２によって半波整流された交流電源２０１のＡＣ１〜ＡＣ３間の電圧を検知している。電圧検知部５００は、３．３Ｖ用のＡＣ／ＤＣコンバータ４０１の補助巻き線電圧の出力電圧（ＡＣ３を基準に出力されるＤＣ電圧）が電源ＶＰＣとして供給されている。

図５は電圧検知部５００を説明するための回路図を示している。ＡＣ１〜ＡＣ３に印加される電圧の範囲が１００Ｖ系か、２００Ｖ系のどちらかを判別するための回路動作を説明する。ＡＣ１の電圧がＡＣ２の電圧よりも大きい場合、ＢＤ２で半波整流されたＡＣ１〜ＡＣ３間の電圧が電圧検知部５００に印加される。ＡＣ１〜ＡＣ３に印加される電圧が閾電圧値以上になると、抵抗５０１と抵抗５０２で分圧された電圧がツェナーダイオード５０３のツェナー電圧より高い値になり、抵抗５０４に電圧が印加されｎｐｎ型バイポーラトランジスタ５０５がＯＮ状態になる。フォトカプラ５０７の一次側発光ダイオードには、電源ＶＰＣから抵抗５０６を介して、電流が流れ発光状態になっている。ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ５０５がＯＮ状態になると、フォトカプラ５０７の一次側発光ダイオードをショートするため、フォトカプラ５０７の発光ダイオードは非発光状態となる。５０８はノイズ対策用コンデンサである。フォトカプラ５０７の発光ダイオードが非発光状態になると、２次側のトランジスタがＯＦＦ状態となり、抵抗５０８を介して電源Ｖｃｃから抵抗５０９及び抵抗５１０に電圧が印加され、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ５１１がＯＮ状態になる。トランジスタ５１１がＯＮ状態になると、抵抗５１３及び、抵抗５１２を介して、電源Ｖｃｃからベース電流が流れ、ｐｎｐトランジスタ５１４がＯＮ状態となる。

つまり、ＡＣ１〜ＡＣ３に印加される電圧が閾電圧値以上になると、Ｖｃｃから抵抗５１５を介してコンデンサ５１６に充電電流が流れる状態になる。５１７は放電用抵抗である。ＡＣ１〜ＡＣ３に印加される電圧が高くなり、フォトカプラ５０７の一次側発光ダイオードがＯＦＦする時間の比率が大きくなると、コンデンサ５１６に充電電流が流れる時間が増えるため、コンデンサ５１６の電圧は高い値となる。コンデンサ５１６の電圧が、抵抗５１９と抵抗５２０で分圧されたコンパレータ５１８の比較電圧よりも大きくなると、コンパレータ５１８の出力ＶＯＬＴ１の電圧がＬｏｗ状態となる。抵抗５２１はプルアップ抵抗である。

図６の（ａ）〜（ｂ）は本実施例１に用いるヒータ３００の片側通電状態を説明するための概略図である。

図６（ａ）は電源電圧が１００Ｖで、第１の抵抗発熱体のみに電力が供給される片側通電状態を示している。この場合はＲＬ２が何らかの故障によってＯＮできずに、ＯＦＦ状態となっているため、電流がヒータ３００の上流側の発熱パターンＨ１のみに流れる、第１の故障状態を示している。第１の故障状態では、２０Ωの抵抗のみが接続されており、電源電圧は１００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は５Ａで、電力は５００Ｗとなる。この時電流検知部２０５は電流Ｉ１＝５Ａを検出している。電流検知部２０５が検知している導電経路（本例では抵抗発熱体Ｈ１の導電経路）のみに電流が流れる片側通電状態を、第１の故障状態と定義する。図３（ｃ）の第２の動作状態と比較すると、第１の故障状態では、電流検知部２０５が同じ電流Ｉ１＝５Ａを検出している場合に、第２の接続状態でヒータ３００に供給される電力１０００Ｗに対して、第１の故障状態では５００Ｗと低い電力が供給されることが分かる。

図６（ｂ）は電源電圧が１００Ｖで、第２の抵抗発熱体のみに電力が供給される、片側通電状態を示している。この場合はコネクタＣ１が非接続状態となっているため、電流がヒータ３００の下流側の発熱パターンＨ２のみに流れる、第２の故障状態を示している。第２の故障状態では、２０Ωの抵抗のみが接続されており、電源電圧は１００Ｖなので、ヒータ３００に供給される電流は５Ａで、電力は５００Ｗとなる。この時電流検知部２０５は電流Ｉ１＝０Ａを検出している。電流検知部２０５が検知していない導電経路（本例では抵抗発熱体Ｈ２の導電経路）のみに電流が流れる片側通電状態を、第２の故障状態と定義する。第２の故障状態では、電流検知部２０５が同じ電流Ｉ１＝０Ａを検出している場合において、ヒータ３００に５００Ｗの電力が供給されることが分かる。

図７は第２の動作状態、第１の故障状態、第２の故障状態におけるヒータ３００の裏面の温度分布（ヒータ３００の短手方向の温度分布）を示している。それぞれ、温度検知素子１１１が２００℃になるまでヒータ温度制御をおこなった場合の温度分布を示しており、加圧ローラ１０８を回転させた状態において熱シミュレーションを行った結果である。温度検知素子１１１はヒータ裏面の短手方向の中央部（図７のグラフ上に点線で示す）に設置されているものとする。

上流側の発熱パターンＨ１と、下流側の発熱パターンＨ２が均等に発熱している第２の動作状態では、ヒータ裏面の温度が均一であり、第１の故障状態と、第２の故障状態の発熱分布は、第２の動作状態と比べて発熱分布に、偏りが生じることが分かる。

また、加圧ローラ１０８の回転方向の上流側のみに電力が供給される、第１の故障状態では、下流側のみに電力が供給される第２の故障状態に比べて、同じ故障状態でも発熱分布の、偏りが少ないことが分かる。これは加圧ローラ１０８の回転方向（上流側から下流側に向かって）熱が移動するためであり、第１の故障状態と、第２の故障状態を比較すると、第２の故障状態では定着装置の性能がより低下する場合が多い。そのため、第２の故障状態を優先して故障状態を検出する必要がある。

図６の（ｂ）に示した第２の故障状態では、電流検知部２０５が電流Ｉ１＝０Ａを検出している状態で、ヒータ３００に電力が５００Ｗ供給され、温度検知素子１１１の温度が上昇するため、片側通電状態の検出を容易にすることができる。このように、下流側の抵抗発熱体Ｈ２のみに電力が供給される第２の故障状態の検出を一つの電流検知部で行う場合、電流検知部２０５が上流側の抵抗発熱体Ｈ１に流れる電流Ｉ１を検知するほうが好ましい。

図８は図６の（ａ）に示した第１の故障状態を検知する方法を説明するために用いる、ヒータの初期温度Ｔ０（ここでは室温２５℃）から、目標温度Ｔ２に到達するまでにかかる時間と、電流Ｉ１の電流値の関係を示している。電流の二乗に比例する電力がヒータ３００に供給されるため、電流値Ｉ１が大きい程ヒータが目標温度に到達するまでにかかる時間が短くなることが分かる。

図６の（ａ）で説明したように、同じ電流値Ｉ１を検知した場合、第１の故障状態では、第２の動作状態に比べて、ヒータ３００に供給される電力が半減する。つまり第１の故障状態では、電流検知部２０５が大きな電流値Ｉ１を検知しているにも拘らず、ヒータが目標温度に到達するまでにかかる時間が長くなる（温度検知部の温度上昇速度が遅い）ことが分かる。電流Ｉ１と、温度検知素子１１１の検知温度に基づき、下記に示すＤ１〜Ｄ３の判定基準に基づき、第１の故障状態の片側通電状態を検知することができる。

本実施例で用いる故障状態の故障判定基準（閾時間）Ｄ１〜Ｄ３を図８に二重線で示す。なお、下記に示す５Ａ、４．５Ａ、４．１Ａがそれぞれ閾電流である。また５．８秒、８秒、１４秒が閾時間である。
Ｄ１；Ｉ１≧５Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ ５．８秒
Ｄ２；Ｉ１≧４．５Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ ８秒
Ｄ３；Ｉ１≧４．１Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ １４秒
図８のグラフにおいて、Ｄ１〜Ｄ３の判定基準より上側にあれば第１の故障状態、下側にあれば第２の動作状態であると判断できる。

本実施例でＩ１＜４．１Ａにおいて、故障判断を行っていない理由は、Ｉ１が４．１Ａより小さく、更に第１の故障状態となった場合には、ヒータ３００に供給される電力が極端に低くなるため、通常のプリント中に温度検知素子１１１の温度が異常に低下するため、本実施例で説明した故障検知方法を用いなくても、故障状態を検出できるためである。
また下記のような計算式を用いて判定しても良い。図８に判定式を点線で示す。
判定式；温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ １１００×ｅｘｐ（−Ｉ１）

本実施例ではヒータを室温（Ｔ０＝２５℃）から目標温度（Ｔ２）に温度上昇させる、図９に示すプリント前温度制御のシーケンスにおいて、故障状態を検出する方法について説明しているため、Ｔ０を一定（室温）として、上述した判定式を用いている。温度Ｔ０から温度Ｔ２への温度上昇に要する時間は、Ｔ２とＴ０の差分（Ｔ２−Ｔ０）の値が大きい程長くなるため。Ｔ２とＴ０の差分値ごとに、異なる判定基準及び判定式を用いても良い。また上述した判定基準及び判定式は、定着装置の構成によって異なるため、本提案の故障検知方法は上述した判定基準及び判定式に限定するものではない。なお、本例では、温度検知部の検知温度が温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間を閾時間と比較しているが、所定時間内に上昇する温度で比較してもよい。要するに、温度検知部の温度上昇速度を閾速度（閾時間や閾温度）と比較すればよい。

このように、電流検知部が閾電流よりも大きな電流を検知しているにも拘らず温度検知部の温度上昇速度が閾速度よりも遅い場合、画像形成装置は故障を報知する、または装置の駆動を停止する。

図９は実施例１のＣＰＵ２０３による、定着装置１００の故障検知シーケンスを説明するためのフローチャート図である。

Ｓ９０１では、制御回路２００の制御が開始されると、Ｓ９０２に進む。Ｓ９０２では、電圧検知部５００の出力であるＶＯＬＴ信号に基づき、電源電圧の範囲を判断し、電源電圧が１００Ｖ系の場合はＳ９０３に進み、２００Ｖ系の場合はＳ９０４に進む。Ｓ９０３では、リレーＲＬ１及びＲＬ２をＯＮ状態にし、Ｓ９０５に進む。Ｓ９０４では、リレーＲＬ１及びリレーＲＬ２をＯＦＦ状態にし、Ｓ９０５に進む。Ｓ９０５でプリント前温度制御の開始の判断がされるまで、Ｓ９０２〜Ｓ９０４の処理を繰り返し行い、プリント前温度制御が開始されるとＳ９０６に進む。

Ｓ９０６では、ＲＬ３をＯＮ状態にする。
Ｓ９０７では、ＣＰＵ２０３は、温度検知素子１１１が出力するＴＨ信号、電流検知部が出力するＩｒｍｓ１信号に基づき、ＰＩ制御を用いてトライアックＴＲ１を制御することでヒータ３００に供給する電力制御（位相制御、若しくは波数制御）を行っている。

Ｓ９０８では、１０％以上の電力でヒータに電力を供給している状態で、電流検知部２０５の出力Ｉｒｍｓ１に基づく電流検知結果が１秒間連続で所定値以下になった場合を判断しており、ＣＰＵ２０３は、図６の（ｂ）で説明した第２の故障状態の故障状態を検知し、Ｓ９１２に進む。Ｓ９１２では故障状態を報知して、温度制御を停止し、Ｓ９１３に進み制御を終了する。

Ｓ９０９では、Ｓ９０７でヒータ温調制御を開始してから３．８秒以上が経過したことを判断する。
Ｓ９１０では、温度検知素子１１１の出力するＴＨ信号が、温度Ｔ１以上になった場合を判断しており、
ＴＨ≧Ｔ１の条件を満たした場合には、ＣＰＵ２０３は定着装置に十分な電力が供給されている状態を判断し、Ｓ９１６に進みプリント制御を開始する。第１の故障状態では電力が正常状態（第１及び第２の動作状態）に比べて電力が半減しているため、ヒータ温調制御を開始してから３．８秒で、温度Ｔ１以上にならないように設定してある。ＴＨ≧Ｔ１の条件を満たさない場合には、ＣＰＵ２０３は定着装置に十分な電力が供給されていない状態を判断し、Ｓ９１１に進み、プリント前のヒータ温度制御を継続する。

Ｓ９１４では、Ｄ１〜Ｄ３の判定値に基づき、図６記載の第１の故障状態を検知する。
Ｄ１；Ｉ１≧５Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ ５．８秒
Ｄ２；Ｉ１≧４．５Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ ８秒
Ｄ３；Ｉ１≧４．１Ａで、温度Ｔ０から温度Ｔ２に到達する時間 ≧ １４秒
Ｓ９１４では、Ｄ１〜Ｄ３の何れかの条件を満たした場合に、図６の（ａ）で説明した第１の故障状態を検知し、Ｓ９１２に進む。Ｓ９１２では故障状態を報知して、温度制御を停止し、Ｓ９１３に進み制御を終了する。

Ｓ９１５では、温度検知素子１１１の出力するＴＨ信号が、温度Ｔ２（Ｔ２≧Ｔ１）以上になった場合を判断しており、ＴＨ≧Ｔ２の条件を満たした場合には、ＣＰＵ２０３はプリント開始に十分な電力がヒータに供給されている状態を判断し、Ｓ９１６に進みプリント制御を開始する。

このように、制御部２００及び図９に示した片側通電状態の検知シーケンスを用いることで、抵抗値を切り替え可能な定着装置において、簡易な構成で定着装置の片側通電状態を検知し、定着装置の信頼性を高めることができる。

（実施例２）
実施例１と同様の構成については説明を省略する。図１０は本実施例２のヒータ１１００の制御回路１０００を示している。図１０に示すリレーＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３は、電源ＯＦＦ状態における接点の接続状態を示してある。ＲＬ１及びＲＬ２はＭＢＭ接点（ブレーク・ビフォア・メーク接点）のリレーを用いている。電圧検知部５００が２００Ｖを検知した場合、リレー制御部１００４はＲＬ１ラッチ部を動作させ、ＲＬ１をＯＦＦ状態に保持する。ＲＬ２はＲＬ１と連動することを特徴としており、ＲＬ２はＲＬ１と同時にＯＦＦ状態になる。更にＲＬ３をＯＮ状態にすることで、定着装置１００に給電可能となり、この状態では、第１の抵抗発熱体Ｈ１と、第２の抵抗発熱体Ｈ２が直列接続されるため、ヒータ１１００は抵抗値の高い状態になる。電圧検知部５００が１００Ｖを検知した場合、ＲＬ１をＯＮ状態にする。ＲＬ２はＲＬ１と連動することを特徴としており、ＲＬ２はＲＬ１と同時にＯＮ状態になる。更にＲＬ３をＯＮ状態にすることで、定着装置１００に給電可能となり、この状態では、第１の抵抗発熱体Ｈ１と、第２の抵抗発熱体Ｈ２が並列接続されるため、ヒータ１１００は抵抗値の低い状態になる。

図１１に示すヒータ１１００は、第１の抵抗発熱体Ｈ１（上流側）と第２の抵抗発熱体Ｈ２（下流側）を有している。ヒータ１１００の第１の抵抗発熱体には、電極Ｅ１、Ｅ２を介して電力が供給されており、第２の抵抗発熱体は、電極Ｅ３、Ｅ４を介して電力が供給されている。電極Ｅ１はコネクタＣ１と、電極Ｅ２はコネクタＣ２と、電極Ｅ３はコネクタＣ３と、電極Ｅ４はコネクタＣ４と接続されている。実施例２では、抵抗発熱体Ｈ１のみに電流が供給される上流側の片側通電状態を、図９のＳ９０８のシーケンスで検出し、抵抗発熱体Ｈ２のみに電流が供給される下流側の片側通電状態を、図９のＳ９１４のシーケンスで検出している。実施例１で説明した、Ｓ９１４の片側通電検知方法は、上流側の片側通電故障だけではなく、下流側の片側通電故障の検出にも適用することができる。また、制御回路１０００に示した、二つのＭＢＭ接点リレーを用いた、抵抗値切り替え可能な定着装置においても、本発明を適用することができる。

１００定着装置
ＲＬ１第１のスイッチ手段
ＲＬ２第２のスイッチ手段
３００ヒータ
Ｈ１第１の抵抗発熱体
Ｈ２第２の抵抗発熱体
Ｅ１第１の電極
Ｅ２第２の電極
Ｅ３第３の電極
Ｅ４第４の電極
２０５電流検知部

Claims

記録材に画像を形成する画像形成部と、
エンドレスベルトと、基板上に商用電源から供給される電力で発熱する第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体を有し前記エンドレスベルトの内面に接触するヒータと、前記エンドレスベルトを介して前記ヒータと共に画像を担持する記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成するニップ部形成部材と、前記ヒータの温度を検知する温度検知部と、を有し、前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を直列に接続する第１の接続状態と、前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を並列に接続する第２の接続状態と、に切り替え可能である定着部と、
商用電源の電圧を検知する電圧検知部と、
前記電圧検知部の検知電圧に応じて前記第１の接続状態と前記第２の接続状態を切り替える制御部と、
を有し、前記第１の接続状態で前記第１及び第２の抵抗発熱体を発熱させて定着処理を行う第１の動作状態と前記第２の接続状態で前記第１及び第２の抵抗発熱体を発熱させて定着処理を行う第２の動作状態を実行可能な画像形成装置において、
前記第１の抵抗発熱体は、前記第２の抵抗発熱体よりも記録材搬送方向の上流側に設けられており、
前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体を並列に接続した状態における商用電源から前記第１の抵抗発熱体と前記第２の抵抗発熱体に向って分岐した後の前記第１の抵抗発熱体に電力を供給するための導電経路のみに抵抗発熱体に流れる電流を検知する電流検知部を有し、
前記電流検知部が閾電流よりも大きな電流を検知しているにも拘らず前記温度検知部の温度上昇速度が閾速度よりも遅い場合、又は、前記ヒータを発熱させる制御信号が出ているにも拘らず前記電流検知部によって電流が検知されない場合、故障を報知する、または装置の駆動を停止することを特徴とする画像形成装置。