(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートにトナー像を形成する像形成手段と、前記像形成手段によりシートに形成されたトナー像を定着する定着手段とを有する画像形成装置において、
前記定着手段の熱源として動作し、交流電源からの交流電圧が印加されて発熱するヒータと、
前記ヒータへの交流電圧の印加を制御する電力制御手段と、
前記交流電源と前記ヒータとの間の電源供給線の一方のホットラインに配置され、前記交流電源から前記ヒータへの通電を遮断する第１のリレーと、
前記交流電源と前記ヒータとの間の電源供給線の他方のニュートラルラインに配置され、前記交流電源から前記ヒータへの通電を遮断する第２のリレーと、
前記第１、第２のリレーの後段側で、前記交流電圧の入力の有無を検知する検知手段と、
画像形成を開始するときの前記電力制御手段による前記ヒータへの交流電圧の印加前に、前記第１、第２のリレーの一方をオンする駆動信号を出力し、他方をオンする駆動信号を出力していない状態で、前記検知手段により前記交流電圧が入力されているか否かを判断する第１のリレー異常検知動作を実行し、画像形成終了後の前記電力制御手段による前記ヒータへの交流電圧の印加終了後に、前記第１、第２のリレーの前記一方をオンする駆動信号を出力しておらず、前記他方をオンする駆動信号を出力している状態で、前記検知手段により前記交流電圧が入力されているか否かを判断する第２のリレー異常検知動作を実行し、前記第１、第２のリレー異常検知動作の少なくとも一方で前記交流電圧の入力が検知されると、前記第１、第２のリレーの異常に対する処理を実行する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記異常に対する処理として、前記第１、第２のリレーの何れかが異常であることを報知すること、画像形成動作の実行を禁止すること及び前記電力制御手段による交流電圧の印加を実行しないことの少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記交流電圧のゼロクロスを検知するゼロクロス検知手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記交流電圧の実効値電圧を検知する電圧検知手段を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１のリレー異常検知動作で前記交流電圧の入力が検知されると、前記第１のリレーをオフする信号を出力し、画像形成動作を禁止することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２のリレー異常検知動作で前記交流電圧の入力が検知されると、前記第２のリレーをオフする信号を出力し、画像形成動作を禁止することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第１のリレー異常検知動作で前記交流電圧の入力が検知されなかった場合に、前記第２のリレーをオンさせた後、前記交流電圧の入力が検知されなければ、前記第１及び第２のリレーをオフする信号を出力し、画像形成動作を禁止することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の加熱定着装置に電力を供給する回路のリレーの接点溶着検知に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置の作像部でトナー画像を形成担持させたシートを加熱して画像を定着させる加熱式の定着装置が知られている。このような定着装置においては、定着装置の動作の異常を検知する為に発熱体の近傍にサーミスタを配置し、発熱体が異常過熱状態である場合には、通電回路上に介入されたリレーによって発熱体への通電を遮断している。しかし、リレーには通電オン時に突入電流が流れることによってアークが生じ、リレーの接点が溶着してしまうことがある。このような場合、リレーをオフにしたとしてもショート状態となったままで、発熱体への通電を遮断できなくなる。
【０００３】
そこで、特許文献１では、リレーの後段に入力電圧の有無を検知する為のゼロクロス回路を配置し、リレーオフの状態時にゼロクロス回路の出力に基づいて、リレーの接点溶着故障の有無を検知し、発熱体に起因する事故や障害の発生を未然に防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９６９５５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、発熱体にセラミックヒータを用いた構成において、通電制御に異常が発生し、急激な異常過熱あった場合、熱容量が小さいセラミックヒータが割れる虞がある。セラミックヒータが割れてしまうと、発熱体の電源として使用される交流電源と、画像形成装置のフレームグランドとの安全空間距離が取れなくなる。そこで、セラミックヒータが割れた場合でも、安全空間距離が取れ十分な安全性が保てるように、交流電源のホット、ニュートラルの双方の電源ラインにリレーを設けることが考えられる。
【０００６】
セラミックヒータを用いた定着装置は、温度の立ち上がりが速いため、画像形成を行っていないときは、セラミックヒータへの通電を停止し、画像形成の開始指示を受けてから通電を開始している。従って、安全性をより高めるためには、画像形成を開始する毎にリレーの故障検知を行うことが好ましい。しかし、２つのリレーを設けた場合にそれぞれのリレーのショート状態の故障を検知するためには、２つのリレーの故障を順番に検知しなければならない。すると、リレーが信号を受けてから実際に接点部が閉じるまでの時間（以下、リレーの動作時間）やゼロクロス信号の入らないことを確認するまでの時間などを合わせ、故障検知に要する時間が約１５０ｍｓ程増大してしまう。その為、プリント開始までに要する時間（以下、ＦＰＯＴ）が増大し、ユーザビリティを損なう問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、シートにトナー像を形成する像形成手段と、前記像形成手段によりシートに形成されたトナー像を定着する定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段の熱源として動作し、交流電源からの交流電圧が印加されて発熱するヒータと、前記ヒータへの交流電圧の印加を制御する電力制御手段と、前記交流電源と前記ヒータとの間の電源供給線の一方のホットラインに配置され、前記交流電源から前記ヒータへの通電を遮断する第１のリレーと、前記交流電源と前記ヒータとの間の電源供給線の他方のニュートラルラインに配置され、前記交流電源から前記ヒータへの通電を遮断する第２のリレーと、前記第１、第２のリレーの後段側で、前記交流電圧の入力の有無を検知する検知手段と、画像形成を開始するときの前記電力制御手段による前記ヒータへの交流電圧の印加前に、前記第１、第２のリレーの一方をオンする駆動信号を出力し、他方をオンする駆動信号を出力していない状態で、前記検知手段により前記交流電圧が入力されているか否かを判断する第１のリレー異常検知動作を実行し、画像形成終了後の前記電力制御手段による前記ヒータへの交流電圧の印加終了後に、前記第１、第２のリレーの前記一方をオンする駆動信号を出力しておらず、前記他方をオンする駆動信号を出力している状態で、前記検知手段により前記交流電圧が入力されているか否かを判断する第２のリレー異常検知動作を実行し、前記第１、第２のリレー異常検知動作の少なくとも一方で前記交流電圧の入力が検知されると、前記第１、第２のリレーの異常に対する処理を実行する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ヒータへの電源供給線に配置した２つのリレーを備えた加熱定着装置において、プリント動作開始までの時間を増大させずに複数リレーの安全性を確保することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】画像形成装置の断面図
【図２】定着器の断面図
【図３】定着器のヒータ駆動回路を示す図
【図４】リレーの異常検知処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明を適用した画像形成装置の概略構成を示す断面図である。画像形成装置には操作部１０１が設けられ、ユーザが画像形成のモードの設定等を行ったり、操作部１０１に画像形成装置の状態等が表示される。原稿読取部１０２は原稿画像に基づいた画像情報を読み取り、不図示のコントロール部に信号を伝達する。記録媒体であるシートをそれぞれ収容した給紙ユニット１０７〜１１０の何れかから一枚ずつ分離給送し、搬送ローラ、レジストローラ等からなる搬送部１１９で搬送する。
【００１１】
画像形成部１３０は、光学ユニット１３１により、原稿読取部１０２より得た画像信号に基づいたレーザ光を、各色に対応したプロセスカートリッジ１３６〜１３９に含まれる感光ドラム１３２、１３３、１３４、１３５ヘ照射する。これにより感光ドラム１３２〜１３５に潜像が形成され、プロセスカートリッジ１３６〜１３９に含まれるこの潜像を現像剤（以下「トナー」という）により静電潜像が現像され、トナー像が形成される。形成された各色のトナー像が転写ベルト１４０に重ねて転写される。トナー像の形成と同期して、給紙ユニット１０７からシートが給送され、転写ベルト１４０に転写されたトナー象がシートに転写される。トナー像が転写されたシートは定着装置１４１へと搬送される。この定着装置１４１は熱源としてのセラミックヒータ１４２とそれを内包する耐熱性フィルム材１４３、セラミックヒータ１４２に対抗するよう配置された加圧ローラ１４４で構成される。加圧ローラ１４４は、セラミックヒータ１４２により加熱された耐熱性フィルム材１４３とニップをつくり、ニップに搬送されてきたシートに熱と圧力をかけることでトナーを定着させる。トナーが定着されたシートは排紙トレイ１４５へ排紙される。
【００１２】
図２は定着装置１４１の概略構成を示す断面図である。ステー２０２はセラミックヒータ１４２を固定するとともにフィルム材１４３を内面からガイドするための部材であり、シート２０１の搬送方向に直交する方向（図面に垂直方向）に配置されている。セラミックヒータ１４２は、ステー２０２の下面に長手方向に沿って形成した溝部に嵌入して耐熱性接着剤で固定支持されている。耐熱性フィルム材（以下、定着フィルムと記す）１４３は、ステー２０２にルーズに外嵌させてある。定着フィルム１４３は、例えば、厚さ４０〜１００μｍ程度の、耐熱性・離型性・強度・耐久性等を有するＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどの円筒状単層フィルムである。あるいはポリイミド、ポリアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳなどの円筒状フィルムの外周面にＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰなどをコーティングした複合層フィルムである。加圧ローラ１４４は、芯金２０３の外周にシリコーンゴム等の耐熱性弾性層２０４をローラ状に同心一体に設けた弾性ローラである。この加圧ローラ１４４と、セラミックヒータ１４２とを定着フィルム１４３を挟ませて加圧ローラ１４４の弾性に抗して圧接させてある。図の矢印Ｎで示した範囲がその圧接により形成される定着ニップ部である。加圧ローラ１４４は矢示Ｂの方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ１４４の回転駆動による、定着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ１４４と定着フィルム１４３の外面との摩擦力で定着フィルム１４３に直接的に回転力が作用する。シート２０１が矢印Ａ方向で定着ニップ部Ｎに導入されたときはシート２０１を介して定着フィルム１４３に回転力が間接的に作用する。この作用により、定着フィルム１４３がセラミックヒータ１４２の下面に圧接摺動しつつ矢示の時計方向Ｃに回転駆動される。ステー２０２はフィルム内面ガイド部材としても機能して定着フィルム１４３の回転を容易にしている。定着フィルム１４３の内面とセラミックヒータ１４２の下面との摺動抵抗を低減するために両者の間に耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させることもできる。
【００１３】
セラミックヒータ１４２が通電され発熱すると、セラミックヒータ１４２上に配置されたサーミスタ２０５によって温度が監視される。セラミックヒータ１４２の温度が目標温度になれば、定着が可能になる。この状態で、定着フィルムを挟んでセラミックヒータ１４２と加圧ローラ１４４とで形成される定着ニップ部Ｎにシート２０１が搬送されると、シート２０１は定着フィルム１４３と一緒に定着ニップ部Ｎを挟持搬送される。このことにより、セラミックヒータ１４２の熱が定着フィルム１４３を介してシート２０１の未定着のトナー画像に付与され、シート２０１上のトナー画像がシート２０１に加熱定着される。定着ニップ部Ｎを通過したシート２０１は定着フィルム１４３から分離されて搬送される。なお、図２における矢印Ａはシート２０１の搬送方向を示す。
【００１４】
図３に定着装置１４１のヒータ電力制御部３０１の構成を示す。本実施形態では、交流電源３１１の電源ラインの一方であるホット及び他方であるニュートラルの双方にリレー３０２（第１のリレー），３０３（第２のリレー）が配置されている。交流電源３１１からセラミックヒータ１４２への電力供給は、リレー３０２、リレー３０３、及びトライアック３０４を介して行われる。リレー３０２はＣＰＵ３３１からの駆動信号に従って、リレー駆動回路としてのトランジスタ３３２によりオン・オフ制御される。同様にリレー３０３もＣＰＵ３３１からの駆動信号に従い、トランジスタ３３３によりオン・オフ制御される。なお、リレー３０２，３０３は、画像形成が行われていないときにはオフされている。また、スイッチング素子としてのトライアック３０４は、ＣＰＵ３３１からの制御信号によって、トランジスタ３３５、フォトトライアック３３６を介することによってオン・オフ制御される。ＣＰＵ３３１は、リレー３０２及びリレー３０３がオンされた状態において、サーミスタ２０５でセラミックヒータ１４２の温度を検出し、検出温度が目標温度になるようにトライアック３０４によるセラミックヒータ１４２への電力供給を制御する。異常検知回路３５１は、サーミスタ２０５で検知された温度が過熱状態を表す所定温度（異常温度）になったことを検知するハードウェア回路である。異常検知回路３５１がセラミックヒータ１４２の過昇温を検知すると、ＣＰＵ３３１の制御とは独立して、トランジスタ３３２，３３３をオフする信号を出力し、リレー３０２，３０３をオフさせる。したがって、万が一、ＣＰＵ３３１の動作に異常が生じても、セラミックヒータ１４２の過昇温時に確実にリレー３０２，３０３をオフできる。
【００１５】
また、セラミックヒータ１４２及びトライアック３０４に並列してゼロクロス検知回路３０５が接続され、その出力であるゼロクロス検知信号はＣＰＵ３３１に入力される。ＣＰＵ３３１は、ゼロクロス検知回路３０５により交流電圧のゼロクロスを検知することにより、リレー３０２およびリレー３０３の後段側に交流電圧が出力されているか否かを検知することができる。リレー３０２，３０３をオフする駆動信号を出力しているにも拘わらず、ゼロクロス検知信号が検知される場合は、リレー３０２，３０３の異常として、操作部１０１にエラーであることが表示され、ユーザに報知される。
【００１６】
次に、リレー接点の溶着故障検知の制御処理を図４のフローチャートを用いて説明する。この処理はＣＰＵ３３１により、画像形成動作開始の要求がある毎に実行される。ユーザより画像形成動作の要求が入ると、ＣＰＵ３３１は、リレーの接点異常を検出するために、リレー３０２をオンするよう駆動信号を出力する（Ｓ４０１）。なお、画像形成動作開始前（セラミックヒータ１４２への交流電圧の印加前）では定着装置１４１の安全性を高めることから、リレー３０２、リレー３０３ともにオフされている。これにより、後段に接続されたゼロクロス検知回路３０５には片極のみ交流電圧が印加される。この状態で、ＣＰＵ３３１はゼロクロス検知回路の出力信号を監視し、ゼロクロス検知信号３３７が入力されないことを１００ｍｓの間監視する（Ｓ４０２）。この間にゼロクロス検知信号３３７が入力された場合には、オンさせるための駆動信号を出力していないリレー３０３がショート状態で故障していると判断し、リレー３０２をオフすると共に、操作部１０１にリレー３０３の故障を示す表示を行う（Ｓ４１２）。また、ＣＰＵ３３１は、画像形成動作の実行を禁止し、セラミックヒータ１４２の温度制御も実行しないようにする。ステップＳ４０２で１００ｍｓの間、ゼロクロス検知信号３３７が入力されなければ、ＣＰＵ３３１は、リレー３０２をオンした状態のまま、リレー３０３をオンする（Ｓ４０３）。その後、ＣＰＵ３３１は、ゼロクロス検知信号３３７が正しく入力されているか否かを１０００ｍｓの間確認する（Ｓ４０４）。具体的には、１０００ｍｓの間に所定の周期（５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚ）でゼロクロス検知信号３３７が入力されているかが判断される。この１０００ｍｓ間にゼロクロス検知信号３３７が正しく入力されなかった場合は、ＣＰＵ３３１はゼロクロス検知回路３０５が故障していると判断し、リレー３０２、リレー３０３共に強制的にオフする。ＣＰＵ３３１は更に、操作部１０１にゼロクロス検知回路３０５の故障を示すエラーを表示する（Ｓ４１３）。また、ＣＰＵ３３１は、画像形成動作やヒータの温度制御を実行しないようにする。ステップＳ４０４で、ゼロクロス検知信号３３７が入力されれば、ＣＰＵ３３１は、リレー３０２，３０３に異常がないと判断して、トライアック３０４をオンさせる（Ｓ４０５）。ＣＰＵ３３１は、セラミックヒータ１４２の温度制御を開始し、サーミスタ２０５により検知される温度が定着目標温度になると画像形成動作を実行する（Ｓ４０６）。画像形成動作が終了した後、ＣＰＵ３３１は、一定時間経過後にトライアック３０４をオフし（Ｓ４０７）、セラミックヒータ１４２への交流電圧の印加終了後に、リレー３０３はオンしたまま、リレー３０２のみをオフする（Ｓ４０８）。これにより、ゼロクロス検知回路３０５には再び片極のみの交流電圧が印加される。ＣＰＵ３３１は、リレーが駆動信号を受けてから接点が開放されるまでの時間５０ｍｓ待ってから（Ｓ４０９）、ゼロクロス検知信号３３７の入力を１００ｍｓの間判断する（Ｓ４１０）。この間にゼロクロス検知信号３３７が入力された場合には、ＣＰＵ３３１は、オフしたはずのリレー３０２がショート状態で故障していると判断し、リレー３０３を強制的にオフする。ＣＰＵ３３１は更に、操作部１０１にリレー３０２故障を示すエラーを表示する（Ｓ４１４）。また、ＣＰＵ３３１は、画像形成動作やヒータの温度制御を実行しないようにする。なお、リレー３０２の異常検知を画像形成終了後に行う理由は以下のとおりである。即ち、リレー３０３が配置されている電源供給線のニュートラルには、トライアック３０４が設けられているので、ＣＰＵ３３１の誤動作がなければ、画像形成終了後にトライアック３０４はオフになっているはずである。従って、画像形成動作が終了した時点で、万が一リレー３０２が融着していたとしても、電源供給線のニュートラルは開放されているので、安全性を高めることが出来る。
【００１７】
一方、ステップＳ４１０で、ゼロクロス検知信号３３７の入力がなければ、ＣＰＵ３３１は、リレー３０２のオフに引き続き、リレー３０３をオフする（Ｓ４１１）。そして、ＣＰＵ３３１は、次の画像形成動作の要求待ち状態（以下、スタンバイ状態）に移行する。
【００１８】
以上のように、画像形成動作の前に第１のリレー異常検知動作としてリレー３０３の接点溶着検知を行い、画像形成動作の後に第２のリレー異常検知動作としてリレー３０２の接点溶着検知を行う。これにより、前後に２つのリレーの接点融着検知を順番に行う場合に比べて、リレーの故障検知に要する時間を短縮できる。具体的には、画像形成動作開始前と終了後共に、ゼロクロス検知信号の監視時間とリレーの動作時間を合わせて約１５０ｍｓずつ検知に要する時間が短縮される。これにより、プリント動作が開始されるまでの時間を短縮できる。画像形成動作開始前にリレー３０３の接点溶着検知を行うことによって、リレー３０３が故障していないことが確認でき、画像形成動作終了後にはリレー３０２の接点溶着検知を行うことによって、リレー３０２が故障していないことが確認できる。従って画像形成動作の最中に定着器の温度異常が発生した場合でも、安全にリレーでヒータへの電力供給を遮断できる。
【００１９】
また、本実施形態においては、交流電圧の入力をゼロクロス検知回路３０５によって判断しているが、電圧の有無や交流の実効値電圧によって検知を行っても良い。具体的には、ゼロクロス検知回路３０５の位置に電圧検知回路を設け、リレー３０２及びリレー３０３の後段において交流電源３１１と同等の電圧が生じている事を検知する事で、同様にリレー３０２及びリレー３０３の状態を検知する事が可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１４１  定着装置
１４２  セラミックヒータ
１４３  定着フィルム
１４４  加圧ローラ
２０５  サーミスタ
３０１  ヒータ電力制御部
３０２  リレー（第１のリレー）
３０３  リレー（第２のリレー）
３０４  トライアック
３０５  ゼロクロス検知回路
３１１  一次ＡＣ電源
３３１  ＣＰＵ
３３２  トランジスタ
３３３  トランジスタ
３３４  サーミスタ
３３５  トランジスタ
３３６  フォトトライアック
３３７  ゼロクロス制御信号
【図１】
0005479268.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005479268.tif 000004
【図４】
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