(57)【要約】【課題】  稼働中、継続的に、正確な異常検出を可能にする定着装置を得る。【解決手段】  定着ヒーター１１は、抵抗加熱で特定部位４１を加熱し、温度センサー１４は、特定部位４１の温度を検出温度として検出する。コントローラー１５は、ヒーター制御信号で交流スイッチング部１２を制御して定着ヒーター１１の温度制御を行う。そして、予測演算部１８は、第１時点Ｔｉでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）と第１時点Ｔｉから所定時間ｄｔ経過した第２時点Ｔｉ＋１までのヒーター制御信号とに基づいて、第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）を導出し、異常検出部１９は、第２時点Ｔｉ＋１での検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）と予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）とに基づいて異常を検出する。【選択図】  図２
2020076929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗加熱で特定部位を加熱する定着ヒーターと、
前記特定部位の温度を検出温度として検出する温度センサーと、
前記定着ヒーターへの交流電力の通電のオンオフを行う交流スイッチング部と、
ヒーター制御信号で前記交流スイッチング部を制御して前記定着ヒーターの温度制御を行うコントローラーと、
第１時点での前記検出温度と前記第１時点から所定時間経過した第２時点までの前記ヒーター制御信号とに基づいて、前記第２時点での予測温度を導出する予測演算部と、
前記第２時点での前記検出温度と前記第２時点での前記予測温度とに基づいて異常を検出する異常検出部と、
を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記予測演算部は、前記所定時間ごとに繰り返し、前記予測温度を導出し、
前記異常検出部は、前記所定時間ごとに繰り返し、前記第２時点での前記検出温度と前記第２時点での前記予測温度とに基づいて異常が発生したか否かを判定すること、
を特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記予測演算部は、当該定着装置の構造に基づく所定の計算式に従って、第１時点での前記検出温度と前記第１時点から所定時間経過した第２時点までの前記ヒーター制御信号とから、前記第２時点での前記予測温度を導出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の定着装置。
【請求項４】
定着ベルトをさらに備え、
前記異常検出部は、定着ベルトに異常が発生したときに、前記第２時点での前記検出温度と前記第２時点での前記予測温度とに基づいて異常を検出すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【請求項５】
前記コントローラーは、プログラム制御のプロセッサーであり、
前記予測演算部および前記異常検出部は、前記プロセッサーとは別の、専用の演算回路であること、
を特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【請求項６】
前記コントローラーは、前記異常が検出されると、（ａ）警告を行うか、（ｂ）前記交流電力の通電を強制遮断することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ある画像形成装置は、定着ヒーターの温度を監視して、定着ヒーターの温度と所定の基準値とを比較して、定着装置の異常加熱を検出している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
別の画像形成装置は、電源オンまたはスリープモードからの復帰の時点からＮ秒後の定着ヒーターの温度を検出し、Ｎ秒後の定着ヒーターの温度が温度予測テーブルの値の範囲に入っているか否かを判定し、Ｎ秒後の定着ヒーターの温度が温度予測テーブルの値の範囲に入っていない場合、定着ヒーターの電力デューティを低下させて定着装置の異常加熱を抑制している（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５１２９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８５３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、定着ヒーターの温度と所定の基準値とを比較して定着装置の異常加熱を検出する場合、定着装置におけるヒーター（発熱体）、温度センサー、ベルトなどを含む構造における異常箇所に応じて、異常発生時の、温度センサーによる検出温度の変化が異なるため、所定の基準値で一律に、定着装置における異常を適切に検出することが困難である。
【０００６】
また、固定的な温度予測テーブルで、特定時点（電源オンまたはスリープモードからの復帰の時点からＮ秒後の時点）の定着ヒーターの温度予測を行う場合、画像形成装置の稼働中において継続的に、定着ヒーターの動的な温度予測を行うことは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、稼働中に継続的に、正確な異常検出を可能にする定着装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る定着装置は、抵抗加熱で特定部位を加熱する定着ヒーターと、前記特定部位の温度を検出温度として検出する温度センサーと、前記定着ヒーターへの交流電力の通電のオンオフを行う交流スイッチング部と、ヒーター制御信号で前記交流スイッチング部を制御して前記定着ヒーターの温度制御を行うコントローラーと、第１時点での前記検出温度と前記第１時点から所定時間経過した第２時点までの前記ヒーター制御信号とに基づいて、前記第２時点での予測温度を導出する予測演算部と、前記第２時点での前記検出温度と前記第２時点での前記予測温度とに基づいて異常を検出する異常検出部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、稼働中、継続的に、正確な異常検出を可能にする定着装置が得られる。
【００１０】
本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置９の電気的な構成の一部を示す回路図である。
【図３】図３は、図１および図２に示す定着装置９の動作について説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置を備える画像形成装置の機械的な内部構成の一部を示す側面図である。図１に示す画像形成装置は、プリンター、ファクシミリ装置、複写機、複合機などといった、電子写真方式の印刷機能を有する装置である。
【００１４】
この実施の形態の画像形成装置は、タンデム方式のカラー現像装置を有する。このカラー現像装置は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、露光装置２ａ〜２ｄおよび現像装置３ａ〜３ｄを有する。感光体ドラム１ａ〜１ｄは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色の感光体である。
【００１５】
露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄに照射して静電潜像を形成する。露光装置２ａ〜２ｄは、レーザー光の光源であるレーザーダイオード、そのレーザー光を感光体ドラム１ａ〜１ｄへ導く光学素子（レンズ、ミラー、ポリゴンミラーなど）を有する。
【００１６】
さらに、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲には、スコロトロン等の帯電器、クリーニング装置、除電器などが配置されている。クリーニング装置は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残留トナーを除去し、除電器は、１次転写後に、感光体ドラム１ａ〜１ｄを除電する。
【００１７】
現像装置３ａ〜３ｄには、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの４色のトナーが充填されているトナーカートリッジがそれぞれ装着され、トナーカートリッジからトナーが供給され、キャリアとともに現像剤を構成する。現像装置３ａ〜３ｄは、そのトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着させてトナーパターンを形成する。
【００１８】
感光体ドラム１ａ、露光装置２ａ、および現像装置３ａにより、マゼンタの現像が行われ、感光体ドラム１ｂ、露光装置２ｂ、および現像装置３ｂにより、シアンの現像が行われ、感光体ドラム１ｃ、露光装置２ｃ、および現像装置３ｃにより、イエローの現像が行われ、感光体ドラム１ｄ、露光装置２ｄ、および現像装置３ｄにより、ブラックの現像が行われる。
【００１９】
中間転写ベルト４は、感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のトナー画像を１次転写される環状の像担持体である。中間転写ベルト４は、駆動ローラー５に張架され、駆動ローラー５からの駆動力によって、感光体ドラム１ｄとの接触位置から感光体ドラム１ａとの接触位置への方向へ周回していく。
【００２０】
転写ローラー６は、搬送されてくる用紙を中間転写ベルト４に接触させ、中間転写ベルト４上のトナー画像を用紙に２次転写する。トナー画像が２次転写された用紙は、定着装置９へ搬送される。
【００２１】
ローラー７は、クリーニングブラシを有し、クリーニングブラシを中間転写ベルト４に接触させ、用紙へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト４に残ったトナーを除去する。
【００２２】
センサー８は、トナーパターンの濃度測定に使用される光学式センサーであって、中間転写ベルト４に光線を照射し、その反射光を検出する。例えば、トナー濃度調整の際、センサー８は、中間転写ベルト４の所定の領域に光線を照射しその反射光を検出し、その光量に応じた電気信号を出力する。
【００２３】
定着装置９は、プリント用紙などの記録媒体に転写されたトナー画像を、加熱加圧方式で定着させる。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置９の電気的な構成の一部を示す回路図である。
【００２５】
図２に示すように、定着装置９は、商用電源に基づく交流電力を通電される定着ヒーター１１を備える。定着ヒーター１１は、抵抗発熱体のヒーターであり、セラミックヒーター、面状ヒーターなどである。例えば、定着ヒーター１１は、定着ベルト、定着フィルムなどを支える内部構造体内、定着ローラー内などに配置される。つまり、定着ヒーター１１は、抵抗加熱で特定部位４１（定着ベルト、定着フィルム、定着ローラーなど）を加熱する。
【００２６】
さらに、図２に示すように、商用交流電源と定着ヒーター１１との間には、交流スイッチング部１２、リレー１３などが設けられている。
【００２７】
交流スイッチング部１２は、定着ヒーター１１に直列に接続されているスイッチング素子（ここでは、双方向サイリスター）を備え、そのスイッチング素子によって、定着ヒーター１１への交流電力の通電のオンオフを行う。交流電力が定着ヒーター１１に供給されるため、双方向に電流を導通させることが可能な双方向サイリスターが交流スイッチング部１２に使用されている。
【００２８】
さらに、定着装置９は、温度センサー１４、コントローラー１５、スイッチング素子駆動回路１６、フォトカプラー１７、予測演算部１８、異常検出部１９、およびリレー駆動回路２０を備える。
【００２９】
温度センサー１４は、サーミスターなどであって、上述の特定部位４１の温度を検出温度として検出し、検出温度に対応する電気信号を出力する。
【００３０】
コントローラー１５は、ヒーター制御信号で交流スイッチング部１２を制御して定着ヒーター１１の温度制御を行う。この実施の形態では、コントローラー１５は、制御プログラムを実行するマイクロコンピューターであって、ヒーター制御信号を、スイッチング素子駆動回路１６およびフォトカプラー１７を介して、交流スイッチング部１２に印加する。スイッチング素子駆動回路１６は、例えばアンプ、Ｄ／Ａコンバーターなどを備え、ヒーター制御信号をアナログ信号としてフォトカプラー１７に出力する。フォトカプラー１７は、定着ヒーター１１の電力ラインとコントローラー１５などの制御ラインとを絶縁しつつ、ヒーター制御信号を交流スイッチング部１２のスイッチング素子に印加する。例えば、ヒーター制御信号は、例えば、交流スイッチング部１２のオン期間にはハイレベルを有し、交流スイッチング部１２のオフ期間にはローレベルを有する。
【００３１】
予測演算部１８は、第１時点Ｔｉでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）と第１時点Ｔｉから所定時間ｄｔ経過した第２時点Ｔｉ＋１までのヒーター制御信号とに基づいて、第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）を導出する。なお、所定時間ｄｔは、例えば、１〜５秒のいずれかとされ、定着ヒーター１１の昇温特性（単位時間あたりの温度上昇など）に応じて決定される。
【００３２】
例えば、予測演算部１８は、当該定着装置９の構造に基づく所定の計算式に従って、第１時点Ｔｉでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）と、第１時点Ｔｉから第２時点Ｔｉ＋１までのヒーター制御信号とから、第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）を導出する。
【００３３】
つまり、当該定着装置９の構造に基づく熱計算シミュレーション（熱伝導解析）や実験によって、定着ヒーター１１の通電期間（つまり、供給電力量）と温度上昇との対応関係が特定され、その対応関係を表す計算式が導出される。そして、予測演算部１８は、その計算式によって所定時間ｄｔでの温度変動分を計算し、その温度変動分を第１時点Ｔｉでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）に加算して、第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）が導出される。
【００３４】
異常検出部１９は、第２時点Ｔｉ＋１での検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）と第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）とに基づいて当該定着装置９の異常を検出する。例えば、異常検出部１９は、第２時点Ｔｉ＋１での検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）と第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）との差の絶対値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、上述の差の絶対値が所定の閾値を超えている場合、異常が発生していると判定し、上述の差の絶対値が所定の閾値を超えていない場合、異常が発生していないと判定する。
【００３５】
この実施の形態では、予測演算部１８は、上述の所定時間ｄｔごとに繰り返し予測温度を導出し、異常検出部１９は、上述の所定時間ｄｔごとに繰り返し、第２時点Ｔｉ＋１での検出温度と第２時点Ｔｉ＋１での予測温度とに基づいて当該定着装置９に異常が発生したか否かを判定する。
【００３６】
なお、この実施の形態では、コントローラー１５は、プログラム制御のプロセッサーであり、予測演算部１８および異常検出部１９は、そのプロセッサーとは別の、専用の演算回路（ここではアナログ演算回路）である。このように、予測演算部１８および異常検出部１９は、プログラム制御に依存しない専用回路で実装することで、プログラムの暴走などの不具合が発生しにくい。
【００３７】
また、この実施の形態では、コントローラー１５は、上述のように異常が検出されると、（ａ）警告を行ったり、（ｂ）ヒーター強制停止信号でリレー駆動回路２０を制御して、上述の交流電力の通電を強制遮断したりする。例えば、リレー駆動回路２０は、電力増幅回路であって、ヒーター強制停止信号がハイレベルになると、リレー１３に遮断動作を行わせる。
【００３８】
次に、上述の定着装置９の動作について説明する。図３は、図１および図２に示す定着装置９の動作について説明するタイミングチャートである。
【００３９】
定着装置９の稼働中、コントローラー１５は、スイッチング素子駆動回路１６およびフォトカプラー１７を介してヒーター制御信号を交流スイッチング部１２に印加し、定着ヒーター１１を動作させる。その際、コントローラー１５は、温度センサー１４により出力されるセンサー信号に基づいて、ヒーター制御信号を調整して、定着ヒーター１１の温度制御を行う。なお、温度センサー１４により出力されるセンサー信号は、コントローラー１５においてＡ／Ｄ変換される。
【００４０】
そして、図３に示すように、予測演算部１８は、（ａ）所定時間ｄｔにおいてヒーター制御信号のレベルに基づいて定着ヒーター１１の通電期間を測定し、（ｂ）所定時間ｄｔごとの所定タイミングで繰り返し、（ｂ１）検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）の取得、（ｂ２）定着ヒーター１１の通電期間に対応する温度変動分の計算、並びに（ｂ３）前のタイミングでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）および温度変動分による予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）の計算を行う。
【００４１】
ここでは、ヒーター制御信号がハイレベルである期間が、定着ヒーター１１の通電期間となり、所定時間ｄｔで定着ヒーター１１に供給された電力量に基づいて温度変動分が計算される。例えば、所定期間ｄｔにおける、ヒーター制御信号がハイレベルである期間は、アナログ積分回路でヒーター制御信号を積分し、その積分値（アナログ積分回路の出力レベル）により導出可能である。
【００４２】
なお、取得した検出温度は、次のタイミングでの予測温度の計算が完了するまでメモリーなどで保持される。
【００４３】
また、図３に示すように、異常検出部１９は、所定時間ｄｔごとの所定タイミングで繰り返し、検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）を取得するとともに、検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）と予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）とに基づいて、所定時間ｄｔにおいて異常（例えば、定着ヒーター１１の断線、温度センサー１４の断線、定着ベルトや定着フィルムの破損など）が発生したか否かを判定する。つまり、異常検出部１９は、定着ベルトに異常（破損など）が発生したときに、第２時点での検出温度と予測温度とに基づいて異常を検出する。
【００４４】
つまり、第２時点を現時点とすると、所定時間だけ過去の時点（第１時点）から現時点までに発生した異常が検出される。
【００４５】
以上のように、上記実施の形態によれば、定着ヒーター１１は、抵抗加熱で特定部位４１を加熱し、温度センサー１４は、特定部位４１の温度を検出温度として検出する。交流スイッチング部１２は、定着ヒーター１１への交流電力の通電のオンオフを行い、コントローラー１５は、ヒーター制御信号で交流スイッチング部１２を制御して定着ヒーター１１の温度制御を行う。そして、予測演算部１８は、第１時点Ｔｉでの検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ）と第１時点Ｔｉから所定時間ｄｔ経過した第２時点Ｔｉ＋１までのヒーター制御信号とに基づいて、第２時点Ｔｉ＋１での予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）を導出し、異常検出部１９は、第２時点Ｔｉ＋１での検出温度Ｔｅｍｐ（ｉ＋１）と予測温度Ｔｅｍｐ＿ｅｓｔ（ｉ＋１）とに基づいて異常を検出する。
【００４６】
これにより、定着装置９の稼働中、継続的に、正確な異常検出が可能となる。また、定着装置９で予期せぬ異常が発生しても、その異常が検出される可能性が比較的高くなる。
【００４７】
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
【００４８】
例えば、上記実施の形態において、コントローラー１５が、ヒーター強制停止信号を出力しているが、演算回路３１（異常検出部１９）が、異常検出時に、ヒーター強制停止信号をリレー駆動回路２０へ直接的に出力するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態において、演算回路３１の機能（予測演算部１８および異常検出部１９）がコントローラー１５に実装されるようにしてもよい。その場合、演算回路３１は、特に必要ない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
９  定着装置
１１  定着ヒーター
１２  交流スイッチング部
１４  温度センサー
１５  コントローラー
１８  予測演算部
１９  異常検出部
【図１】
2020076929.tif 000003
【図２】
2020076929.tif 000004
【図３】
2020076929.tif 000005