JP6991800B2

JP6991800B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP6991800B2
Application number: JP2017169369A
Authority: JP
Inventors: 裕彰鵜澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2037-09-04
Also published as: JP2019045715A

Description

本発明は、画像が形成されたシート等の記録材を加熱することで画像を定着させる画像形成装置に関する。

画像形成装置は、記録材を加熱して画像を定着させる定着器を備えるものがある。定着器の温度制御は、サーミスタ等の温度検出器により温度を検出して行われる。画像形成装置は、温度検出器により検出される温度が目標温度に一致するように定着器への電力供給を制御することで、定着器の温度制御を行う制御部を備える。定着器は、交換可能な構成となっている。

サーミスタと制御部とは、通常、離れた位置に配置される。これは、サーミスタと制御部とを近接して配置すると、定着器を交換する際に、本来交換する必要の無い制御部も交換されてしまうためである。また、サーミスタが定着器内の発熱体に接して配置されており、制御部がサーミスタに近接して配置されると発熱体の熱により制御部の正常な動作が保証できないためである。そのためにサーミスタと制御部とは、離れた位置で配線により接続されることが一般的である。しかしながら配線の断線等の接続異常が発生した場合、定着器の温度を正確に検出できないために、定着器の温度制御が困難になる。特許文献１は、サーミスタと制御部との配線部分にループバック部を設け、ループバック部により接続異常を検知する構成を備える画像形成装置を開示する。

特開２００６－７３４０２号公報

サーミスタと制御部との配線部分にループバック部を設け、ループバック部により接続異常を検知する構成では、半導体素子を用いた回路構成を用いる。回路の故障リスクを考慮すると、更なる信頼性の向上が望まれる。

本発明の画像形成装置は、ヒータの発熱により画像を記録材に定着させる定着器と、前記定着器の外部から印加される直流電圧を、前記定着器の内部を介して前記定着器の外部に返すループバック部を有し、前記定着器が取り外された状態では、前記ループバック部が前記直流電圧を前記定着器の外部に返せないよう構成されるコネクタと、前記定着器の温度を検出する温度検出素子と、前記温度検出素子の出力に基づいて前記ヒータの発熱を制御する制御手段と、前記ヒータへの電力の供給経路に設けられ、前記ループバック部を通過した前記直流電圧により動作し、前記制御手段からの信号により開閉することで前記ヒータへの電力の供給および遮断を行う開閉手段と、前記供給経路に設けられ、導通比が制御されることで前記ヒータへ供給される電力量を制御する電力量制御素子と、前記ループバック部を通過した前記直流電圧により動作し、前記制御手段からの信号により前記電力量制御素子を駆動する駆動手段と、を備え、前記開閉手段は、前記コネクタに接続異常が発生したときに、前記直流電圧が印加されなくなることで開状態になって前記ヒータへの電力の供給を遮断し、前記駆動手段は、前記コネクタに接続異常が発生したときに、前記直流電圧が印加されなくなることで前記電力量制御素子を駆動しなくなり、前記制御手段は、前記コネクタに接続異常が発生したことを検知すると、前記開閉手段を開状態にするための信号を出力し、前記駆動手段へ前記電力量制御素子を駆動しないようにする信号を出力し、前記ループバック部を通過した前記直流電圧は、前記制御手段へ供給されるとともに分岐されて前記開閉手段と前記駆動手段へ供給されることを特徴とする。

本発明によれば、定着器の温度制御を高い信頼性で実現することができる。

画像形成装置の構成図。定着器の周辺部品の説明図。定着温度の制御処理を表すフローチャート。

本発明の画像形成装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（全体構成）
図１は、本実施形態の画像形成装置の構成図である。画像形成装置１は、印刷手段としてのプリンタ部９００を備える。プリンタ部９００は、イエロー（ｙ）の画像形成部、マゼンタ（ｍ）の画像形成部、シアン（ｃ）の画像形成部、及びブラック（ｋ）の画像形成部、中間転写ベルト９０６、給紙カセット９１０、及び定着器９１１を備える。

各色の画像形成部は同じ構成である。ここでは、イエローの画像形成部の構成について説明し、他の色の画像形成部の構成についての説明を省略する。イエローの画像形成部は、感光体９０１ｙ、帯電器９０２ｙ、レーザユニット９０３ｙ、及び現像器９０４ｙを備える。

感光体９０１ｙは、ドラム形状であり、ドラム軸を中心に図中反時計回りに回転する。帯電器９０２ｙは、回転する感光体９０１ｙの表面を均一に帯電させる。レーザユニット９０３ｙは、イエローの画像データに応じて変調されたレーザ光を、表面が帯電された感光体９０１ｙに照射する。レーザ光の照射により、感光体９０１ｙは、表面にイエローの画像データに応じた静電潜像が形成される。現像器９０４ｙは、イエローの現像剤により感光体９０１ｙ表面の静電潜像を現像する。これにより、感光体９０１ｙは、表面にイエローの画像データに応じた現像剤像が形成される。

同様にして、マゼンタの画像形成部の感光体９０１ｍの表面に、マゼンタの画像データに応じた現像剤像が形成される。シアンの画像形成部の感光体９０１ｃの表面に、シアンの画像データに応じた現像剤像が形成される。ブラックの画像形成部の感光体９０１ｋの表面に、ブラックの画像データに応じた現像剤像が形成される。

各感光体９０１ｙ、９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｋは中間転写ベルト９０６に接する。各感光体９０１ｙ、９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｋの中間転写ベルト９０６を挟んで対向する位置には、一次転写ローラ９０５ｙ、９０５ｍ、９０５ｃ、９０５ｋが設けられる。一次転写ローラ９０５ｙ、９０５ｍ、９０５ｃ、９０５ｋに電圧が印加されることで、各感光体９０１ｙ、９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｋに形成された各色の現像剤像が、中間転写ベルト９０６に転写される。中間転写ベルト９０６は、図中時計回りに回転する。中間転写ベルト９０６の回転速度に応じたタイミングで各感光体９０１ｙ、９０１ｍ、９０１ｃ、９０１ｋから現像剤像が順次転写されることで、中間転写ベルト９０６に現像剤像が重畳して形成される。

中間転写ベルト９０６に形成された現像剤像は、中間転写ベルト９０６の回転により、二次転写内ローラ９０７及び二次転写外ローラ９０８で構成される二次転写部に搬送される。二次転写部には、中間転写ベルト９０６上の現像剤像が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて、シート等の記録材９１３が搬送される。二次転写部は、二次転写内ローラ９０７と二次転写外ローラ９０８との間に中間転写ベルト９０６及び記録材９１３を挟持しながら搬送する。これにより中間転写ベルト９０６から記録材９１３へ現像剤像が転写される。なお、記録材９１３は、給紙カセット９１０に収容されており、画像形成部における現像剤像の形成タイミングに応じて１枚ずつ給紙される。記録材９１３は、給紙後に斜行等を補正され、タイミングを調整して二次転写部に搬送される。

現像剤像が転写された記録材９１３は、定着器９１１に搬送される。定着器９１１は、記録材９１３を加熱し、現像剤像が柔らかくなったところで加圧することで、記録材９１３の表面に現像剤像を定着させる。これにより記録材９１３への画像形成が終了する。画像形成が終了した記録材９１３は、定着器９１１から画像形成装置１の外部へ排出される。

このような構成の画像形成装置１は、外部から入力される信号或いはネットワークを経由して接続されるコンピュータ等の外部装置から入力される信号に応じて、記録材９１３への画像形成を行う。

（定着器の構成）
定着器９１１は、内部に温度（定着温度）を検出するサーミスタ１００を備え、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０７等の周辺部品が接続される。図２は、このような定着器９１１の周辺部品の説明図である。

定着器９１１は、発熱体としてヒータ９１２を備える。ヒータ９１２は、温度が制御される温度制御対象物である。定着器９１１は、ヒータ９１２の温度を検出するサーミスタ１００を、ヒータ９１２に接する位置に備える。サーミスタ１００は、感温抵抗であり、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子である。本実施形態のサーミスタ１００は負特性サーミスタであり、検出する温度が高いほど抵抗値が低くなる。定着器９１１は、画像形成装置１の本体側に設けられる周辺部品にコネクタ１０２ａ、１０２ｂを介して接続され、画像形成装置１の本体から取り外し可能である。コネクタ１０２ａは、ループバック部１０９が設けられる。ループバック部１０９は、コネクタ１０２ａを介して定着器９１１の外部から印加される直流電圧である電源電圧Ｖｃｃを、定着器９１１の内部からコネクタ１０２ａを介してそのまま定着器９１１の外部に返す。定着器９１１が画像形成装置から取り外された状態（コネクタ接続不良の状態を含む）では、ループバック部１０９は電源電圧Ｖｃｃを定着器９１１の外部へ返すことができないように構成されている。

定着器９１１に接続される周辺部品には、ＣＰＵ１０７の他に、プルアップ抵抗１０１、リレー１０３、リレー駆動部１０４、トライアック１０５、トライアック駆動部１０６、ＡＣ電源１１０がある。ＣＰＵ１０７は、画像形成装置１に設けられる表示部１０８が接続される。

ＡＣ電源１１０、リレー１０３、及びトライアック１０５は、コネクタ１０２ｂを介して、定着器９１１内のヒータ９１２に直列に接続された回路を形成する。ＡＣ電源１１０は、ヒータ９１２を加熱するための電力を供給する。リレー１０３は、ＡＣ電源１１０からヒータ９１２への電力の供給経路に設けられる開閉器であり、閉状態のときに電力の供給経路を接続し、開状態のときに電力の供給経路を遮断することで、電力の供給を制御する。リレー１０３は、リレー駆動部１０４により開閉制御される。トライアック１０５は、トライアック駆動部１０６により導通比が制御されることで、定着器９１１へ供給される電力量を制御する電力量制御素子である。トライアック駆動部１０６によりトライアック１０５の導通比制御が行われることで、ヒータ９１２の温度制御が行われる。

プルアップ抵抗１０１は、定着器９１１内のサーミスタ１００に直列接続される。プルアップ抵抗１０１に印加される電源電圧Ｖｃｃは、プルアップ抵抗１０１の抵抗値とサーミスタ１００の抵抗値とで分圧される。この分圧により生成される電圧Ｖ１は、サーミスタ１００の抵抗値の変化に応じて変化する値であり、定着器９１１の定着温度を表している。電圧Ｖ１は、ＣＰＵ１０７に入力される。なお電源電圧Ｖｃｃは、ループバック部１０９に印加される前にプルアップ抵抗１０１に印加される。

ＣＰＵ１０７は、所定のコンピュータプログラムを実行することで、以下のような制御を行う。
ＣＰＵ１０７は、定着温度を表す電圧Ｖ１に応じてトライアック駆動部１０６に入力する制御信号を適宜生成し、定着器９１１の定着温度が所定の目標温度になるようにヒータ９１２への供給電力を制御する。トライアック駆動部１０６は、制御信号に応じてトライアック１０５の導通比を調整してヒータ９１２に供給される電力量を制御することで、定着温度を制御する。ＣＰＵ１０７は、電圧Ｖ１が定着温度の異常高温を表す値に達すると、ＡＣ電源１１０からヒータ９１２への給電を遮断する。この場合、ＣＰＵ１０７は、リレー駆動部１０４及びトライアック駆動部１０６への制御信号により、リレー１０３を開状態にし、且つトライアック１０５の駆動を停止する。

ＣＰＵ１０７は、ループバック部１０９を通過した電源電圧Ｖｃｃを監視する。リレー１０３、リレー駆動部１０４、及びトライアック駆動部１０６は、ループバック部１０９を通過した電源電圧Ｖｃｃにより動作する。ループバック部１０９を設けたコネクタ１０２ａの接続異常により、電源電圧Ｖｃｃが所定電圧以下に降下した場合、リレー１０３、リレー駆動部１０４、及びトライアック駆動部１０６に正常な電源電圧Ｖｃｃが印加されなくなる。そのためにリレー１０３、リレー駆動部１０４、及びトライアック駆動部１０６の動作が不安定になる。この場合、ＣＰＵ１０７は、電源電圧Ｖｃｃの監視結果からコネクタ１０２ａの接続異常を判定して、表示部１０８にエラーを通知する。表示部１０８は、ＣＰＵ１０７からのエラーの通知に基づいて、ループバック部１０９を設けたコネクタ１０２ａが接続異常である旨を表示する。

ここで、サーミスタ１００とＣＰＵ１０７とがコネクタ１０２ａを介して接続されている理由について説明する。定着器９１１は、交換やジャム処理の際に画像形成装置１の本体から引き出される。サーミスタ１００は、定着器９１１内部のヒータ９１２に接していなければ、ヒータ９１２の正確な温度を検出することができない。そのためにサーミスタ１００は、定着器９１１の内部に設置しなければならない。ＣＰＵ１０７が定着器９１１内部に設置されてしまうと、定着器９１１の交換の際に、交換する必要がないにもかかわらずＣＰＵ１０７も交換されてしまう。また、定着器９１１内部は高温のため、ＣＰＵ１０７の動作の信頼性を確保することが困難になる。そのためサーミスタ１００とＣＰＵ１０７とが分離して配置される。

（コネクタ１０２ａの接続異常時の動作）
コネクタ１０２ａの接続異常が発生した状態は、サーミスタ１００の抵抗値が非常に大きい状態と同じである。この場合、サーミスタ１００が負特性サーミスタであるために、ＣＰＵ１０７は、ヒータ９１２の温度が非常に低い状態になったと判定する。そのためＣＰＵ１０７は、ヒータ９１２の定着温度を上げようとして、リレー駆動部１０４及びトライアック駆動部１０６を制御する。しかしながらコネクタ１０２ａの接続異常のために、リレー１０３、リレー駆動部１０４、及びトライアック駆動部１０６へ電源電圧Ｖｃｃが正常に印加されなくなる。そのために、リレー１０３、リレー駆動部１０４、及びトライアック駆動部１０６の駆動が停止する。

これにより、リレー１０３が開状態になり且つトライアック１０５の駆動が停止するために、ＡＣ電源１１０からヒータ９１２への電力供給が遮断される。そのために、ＣＰＵ１０７が定着温度を上げるようにリレー駆動部１０４及びトライアック駆動部１０６を制御しても、定着温度は上がらず、ＣＰＵ１０７の制御を外れて定着温度が高温になることはない。このように、コネクタ１０２ａの接続異常の発生により、リレー１０３が開状態になり、ヒータ９１２への電力供給が遮断される。電力供給の遮断は、ＣＰＵ１０７等の半導体素子を備えた構成が関与しない。そのためにＣＰＵ１０７等に含まれる半導体素子が故障することは無く、信頼性が向上する。

（定着温度制御）
図３は、以上のような構成の画像形成装置１における定着温度の制御処理を表すフローチャートである。画像形成装置１が画像形成処理を開始すると、定着器９１１の定着温度の制御処理も開始される。

ＣＰＵ１０７は、ループバック部１０９を通過した電源電圧Ｖｃｃの値を確認することで、コネクタ１０２ａが正常に接続されて、電源電圧Ｖｃｃが正常に印加されているか否かを判定する（Ｓ１）。コネクタ１０２ａが接続異常である場合（Ｓ１：N）、ＣＰＵ１０７は、表示部１０８にコネクタ１０２ａが接続異常である旨を通知する（Ｓ９）。表示部１０８は、ＣＰＵ１０７からの通知に基づいて、コネクタ１０２ａが接続異常である旨を表示する。ＣＰＵ１０７は、表示部１０８への通知後に、リレー１０３を開状態にする制御信号をリレー駆動部１０４へ出力し、トライアック１０５の駆動を停止する制御信号をトライアック駆動部１０６へ出力する（Ｓ１０、Ｓ１１）。これによりリレー１０３が開状態になり、トライアック１０５の駆動が停止して、定着温度の制御処理が終了する。

コネクタ１０２ａが正常接続である場合（Ｓ１：Y）、ＣＰＵ１０７は、リレー１０３を閉状態にする制御信号をリレー駆動部１０４へ送信して、リレー１０３を閉状態にする（Ｓ２）。リレー１０３が閉状態になることで、ＡＣ電源１１０からヒータ９１２への給電が開始される。ＣＰＵ１０７は、サーミスタ１００により定着温度を検知する（Ｓ３）。ＣＰＵ１０７は、電圧Ｖ１に応じた定着温度を検知することになる。

ＣＰＵ１０７は、検知した定着温度と目標温度とを比較して、定着温度が目標温度よりも高いか低いかを判定する（Ｓ４）。定着温度が目標温度よりも高い場合（Ｓ４：N）、ＣＰＵ１０７は、トライアック駆動部１０６によりトライアック１０５の導通比を下げる（Ｓ５）。これによりヒータ９１２へ供給される電力量が低減して、定着温度が下げられる。

定着温度が目標温度よりも低い場合（Ｓ４：Y）、ＣＰＵ１０７は、トライアック駆動部１０６によりトライアック１０５の導通比を上げる（Ｓ６）。これによりヒータ９１２へ供給される電力量が増加して、定着温度が上げられる。定着温度が目標温度よりも低く判定される理由には、給電開始初期で、ヒータ９１２が十分に発熱していない場合の他に、コネクタ１０２ａの接続異常により、サーミスタ１００の抵抗値が非常に大きく見える場合がある。そのためにＣＰＵ１０７は、再度、ループバック部１０９を通過した電源電圧Ｖｃｃの値を確認することで、コネクタ１０２ａが正常に接続されて、電源電圧Ｖｃｃが正常に印加されているか否かを判定する（Ｓ７）。コネクタ１０２ａが接続異常である場合（Ｓ７：N）、ＣＰＵ１０７は、表示部１０８にコネクタ１０２ａが接続異常である旨を通知する（Ｓ９）。表示部１０８は、ＣＰＵ１０７からの通知に基づいて、コネクタ１０２ａが接続異常である旨を表示する。ＣＰＵ１０７は、表示部１０８への通知後に、リレー１０３を開状態にする制御信号をリレー駆動部１０４へ出力し、トライアック１０５の駆動を停止する制御信号をトライアック駆動部１０６へ出力する（Ｓ１０、Ｓ１１）。これによりリレー１０３が開状態になり、トライアック１０５の駆動が停止して、定着温度の制御処理が終了する。

ＣＰＵ１０７は、以上のような定着温度と目標温度との関係に応じたトライアック１０５の導通比の制御を、定着温度の制御を終了するまで繰り返し行う（Ｓ８：N）。定着温度の制御は、例えば画像形成処理が終了するときに終了する。温度制御を終了する場合（Ｓ８：Y）、ＣＰＵ１０７は、リレー１０３を開状態にする制御信号をリレー駆動部１０４へ出力し、トライアック１０５の駆動を停止する制御信号をトライアック駆動部１０６へ出力する（Ｓ１０、Ｓ１１）。これによりリレー１０３が開状態になり、トライアック１０５の駆動が停止して、定着温度の制御処理が終了する。

以上のように、ＣＰＵ１０７は、ループバック部１０９を介して電源電圧Ｖｃｃを監視することで、コネクタ１０２ａの接続異常を検出することが可能である。
ループバック部１０９を介して電源電圧Ｖｃｃを監視しない場合、コネクタ１０２ａに接続異常が発生すると、ＣＰＵ１０７は、ヒータ９１２の温度が低いと判定する。この場合、ＣＰＵ１０７は、ヒータ９１２の温度を目標温度に制御しようとしてトライアック１０５の導通比を上げる。しかしＣＰＵ１０７は、コネクタ１０２ａの接続異常により、定着温度を正確に検出することができない。そのためにＣＰＵ１０７は、トライアック１０５の導通比を上げても定着温度が上昇しない状態であると認識する。

この状態は、コネクタ１０２ａの接続異常以外にもさまざまな要因が考えられる。例えば、コネクタ１０２ｂの接続異常、サーミスタ１００の異常、ヒータ９１２の異常等である。ＣＰＵ１０７は、これらの要因とコネクタ１０２ａの接続異常とを切り分けるために、ループバック部１０９を介して電源電圧Ｖｃｃを監視する。

以上のような本実施形態の画像形成装置１は、発熱体であるヒータ９１２へ電力を供給するためのリレー１０３及びリレー駆動部１０４を、ループバック部１０９を介して電源電圧Ｖｃｃにより動作させる。これにより、ループバック部１０９を備えるコネクタ１０２ａが接続異常となった場合に、ＣＰＵ１０７等の半導体素子を含む部品を介さずにリレー１０３が開状態になり、ヒータ９１２への給電を遮断することができる。そのために、コネクタ接続異常時における画像形成装置の故障のリスクが低減されて、信頼性が向上する。また、コネクタ１０２ａの接続異常を検知して、リレー１０３を開状態に制御するための制御回路が不要となり、省スペース化、低コスト化という点でもメリットがある。

上述した実施形態では、ループバック部１０９に接続される直流電源をサーミスタ１００に印加される直流電源Ｖｃｃとしたが、直流電源Ｖｃｃとは別の直流電源がループバック部１０９に接続される構成でもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

Claims

ヒータの発熱により画像を記録材に定着させる定着器と、
前記定着器の外部から印加される直流電圧を、前記定着器の内部を介して前記定着器の外部に返すループバック部を有し、前記定着器が取り外された状態では、前記ループバック部が前記直流電圧を前記定着器の外部に返せないよう構成されるコネクタと、
前記定着器の温度を検出する温度検出素子と、
前記温度検出素子の出力に基づいて前記ヒータの発熱を制御する制御手段と、
前記ヒータへの電力の供給経路に設けられ、前記ループバック部を通過した前記直流電圧により動作し、前記制御手段からの信号により開閉することで前記ヒータへの電力の供給および遮断を行う開閉手段と、
前記供給経路に設けられ、導通比が制御されることで前記ヒータへ供給される電力量を制御する電力量制御素子と、
前記ループバック部を通過した前記直流電圧により動作し、前記制御手段からの信号により前記電力量制御素子を駆動する駆動手段と、を備え、
前記開閉手段は、前記コネクタに接続異常が発生したときに、前記直流電圧が印加されなくなることで開状態になって前記ヒータへの電力の供給を遮断し、
前記駆動手段は、前記コネクタに接続異常が発生したときに、前記直流電圧が印加されなくなることで前記電力量制御素子を駆動しなくなり、
前記制御手段は、前記コネクタに接続異常が発生したことを検知すると、前記開閉手段を開状態にするための信号を出力し、前記駆動手段へ前記電力量制御素子を駆動しないようにする信号を出力し、
前記ループバック部を通過した前記直流電圧は、前記制御手段へ供給されるとともに分岐されて前記開閉手段と前記駆動手段へ供給されることを特徴とする、
画像形成装置。
前記制御手段は、前記コネクタの接続異常を検出して、所定の表示手段により前記コネクタの接続異常の発生を通知することを特徴とする、
請求項１記載の画像形成装置。
前記直流電圧は前記コネクタを介して前記温度検出素子にも供給されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。