(57)【要約】【課題】ブレーカなどの安全装置を用いることなく、定着装置における加熱手段の誤配線や定着用ヒータあるいは定着ユニット自体の誤セットなどに基づいて発生する加熱手段の異常動作を防止して、安全性を確保できるようにする。【解決手段】制御手段１７によって、直流電力生成手段２０から加熱手段１４に供給される出力電圧を制御するとともに、出力電圧検出手段１３によってその電圧値を検出し、その出力電流も電流検出手段１０によって検出して、制御手段１７がその検出された電圧値と電流値との積によって電力値を演算して求め、その電力値が予め定められた電力値と比較して異常が生じていると判断した場合に、電力供給停止手段であるリレー３を動作させて加熱手段１４への電力の供給を停止させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段によりトナー像を加熱して用紙に定着する定着手段を備えた画像形成装置において、
交流電源からの交流を整流手段で整流して直流に変換して前記加熱手段に直流電力を供給する直流電力生成手段と、
該直流電力生成手段から前記加熱手段へ印加する出力電圧を制御する制御手段とを設け、
前記直流電力生成手段内又はその外部に、該直流電力生成手段の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、出力電流を検出する電流検出手段と、前記加熱手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とを設け、
前記制御手段が、前記電流検出手段によって検出された電流値と前記電圧検出手段によって検出された電圧値とから電力値を演算し、その電力値を予め定めた電力値と比較して異常が生じていると判断した場合には、前記電力供給停止手段を動作させて前記加熱手段への電力の供給を停止させる制御機能を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記制御手段が、前記電力値を演算する際に前記直流電力生成手段の出力電圧を低い電圧から順次高い電圧へと電圧を上げていく機能を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の画像形成装置において、
前記制御手段に、前記直流電力生成手段から前記加熱手段への電力の供給を停止させる制御機能を設定及び解除する手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像形成装置に関し、特に複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において定着装置に内蔵するヒータ等の加熱手段に供給する電力を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、感光体とその周囲に設けられる帯電部、露光部、現像部、転写部等からなる作像部と、その転写部で転写紙に転写されたトナー像を熱と圧力により定着するための定着装置を備えている。その定着装置にはヒータを内蔵した定着ローラが設けられており、そのヒータを加熱するために必要な電力は、外部電源から供給される。
この種の画像形成装置では、加熱手段であるヒータに大量の電力を供給して、ヒータを短時間で所定の温度に立ち上げることができることが必要とされている。そのため、例えば特許文献１に見られるように、待機状態からヒータを立ち上げるときに大量の電力を供給することができ、ヒータを短時間で所定の温度に立ち上げることができるように主電源装置と補助電源装置を用いた加熱装置が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１５５６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置では、交流電力を所定の直流電力に変換して、その直流電力をＯＮ／ＯＦＦして加熱手段であるヒータに大量の電力を供給する場合、ヒータに加わる電流変化が大きいため、ヒータの寿命が短くなるという問題があった。
そのため、従来の画像形成装置においては、例えばヒータの寿命などによる交換メンテナンス時に定着ヒータの誤配線、定着ヒータや定着ユニット自体の誤セットあるいは不良部品の取付等が発生してヒータの制御異常を引き起こすことがあり、ブレーカなどの安全装置の作動により安全性を確保していたため、ブレーカなどの安全装置用治具を用いなければならないという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、画像形成装置における定着装置のヒータ等の加熱手段に電力を供給する際に、例えば定着ヒータの誤配線や誤セットなどに基づいて発生する供給電力の異常を判断して自動的に給電を停止できるようにし、ブレーカなどの安全装置を用いることなく加熱手段の異常動作等を防止できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、加熱手段によりトナー像を加熱して用紙に定着する定着手段を備えた画像形成装置において、上記の目的を達成するため、交流電源からの交流を整流手段で整流して直流に変換して上記加熱手段に直流電力を供給する直流電力生成手段と、その直流電力生成手段から上記加熱手段へ印加する出力電圧を制御する制御手段とを設ける。
そして、上記直流電力生成手段内又はその外部に、その直流電力生成手段の出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、出力電流を検出する電流検出手段と、上記加熱手段への電力供給を停止する電力供給停止手段とを設ける。
さらに、上記制御手段が、上記電流検出手段によって検出された電流値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とから電力値を演算し、その電力値を予め定められた電力値と比較して異常が生じていると判断した場合には、上記電力供給停止手段を動作させて上記加熱手段への電力の供給を停止させる制御機能を有する。
【０００７】
また、上記出力電圧制御手段が、上記電力値を演算する際に上記直流電力生成手段からの出力電圧を低い電圧から順次高い電圧へと電圧を上げていく機能を有するとよい。
さらに、上記制御手段による上記電力供給停止手段を動作させて上記加熱手段への電力の供給を停止させる制御機能を設定及び解除する手段を設けてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、この発明による電子写真方式の画像形成装置の一実施形態における定着装置の加熱手段への電力供給に係わる部分だけを示すブロック回路図である。
この図１に示す定着装置は、図示しない定着ローラの内部に加熱手段１４を内蔵し、その定着ローラの近傍にその表面の温度を検出する温度検出手段１６を設けている。また、その加熱手段１４への供給電力を目標温度と検出温度との偏差に応じて制御し、検出した加熱ローラの表面温度を所定の値に一定に維持するための制御手段１７を設けている。加熱手段１４に供給される電力は、交流電源１からの交流の電力を直流電力生成手段２０によって直流に整流・平滑した電力であり、制御手段１７によって制御される。
電子写真プロセスにより転写紙上に転写されたトナー画像は、上述した定着ローラに内蔵した加熱手段からの熱と図示しない加圧ローラ等の加圧手段からの圧力で、転写紙上に溶融して定着固定される。
【０００９】
この実施例においては、加熱手段１４として例えば赤外線ヒータを、温度検出手段１６としてサーミスタを、制御手段１７としてＣＰＵ及びＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等からなるマイクロコンピュータを用いている。
そして、その加熱手段１４の近傍には温度ヒューズ１５を設け、制御手段１７の故障等によって加熱手段１４に電力が供給され続けて異常に加熱しても、発煙や発火するのを防止する。また、制御手段１７は、例えば温度検出手段１６からの情報により上述した定着ローラの表面温度が異常な高温であると判断した場合は、交流電源１からの入力部に設けたリレー３の接点３ａ，３ｂをＯＦＦにして、加熱手段１４への電力供給を遮断する。
さらに、制御手段１７は、後述する出力電圧検出手段１３により検出される直流電力生成手段２０の出力電圧に基づいて、その直流電力生成手段２０から加熱手段１４に供給する電圧も制御し、加熱手段１４の温度が目標温度になるように制御している。
【００１０】
交流電源１からの入力部にフィルタ２を設け、直流電力生成手段２０からのノイズが交流電源１に影響しないようにする。
交流電源１は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用電源であり、そこからフィルタ２及びリレー３の接点３ａと３ｂを介して直流電力生成手段２０に交流を入力する。
フィルタ２は、抵抗又はコイルとコンデンサ（キャパシタ）からなる回路で、例えば交流電源１より入力される交流に対してローパスフィルタと電流制限の機能をなすものである。
【００１１】
直流電力生成手段２０において、交流電源１から上記フィルタ２とリレー３の接点３ａ、３ｂを経て入力される交流は、第１の整流手段４である全波整流回路で全波整流される。
ここで、図２に入力される交流の電圧波形を、図３に全波整流された電圧波形をそれぞれ示す。
直流電力生成手段２０は、第１の整流手段４である全波整流回路、第１のスイッチ手段５であるトランジスタ、ノイズ吸収用コンデンサ６、入力電圧検出手段７、チョークコイル８、第２のスイッチ手段９であるトランジスタ、電流検出手段１０、第２の整流手段１１であるダイオード、平滑用コンデンサ１２、および出力電圧検出手段１３で構成されている。
【００１２】
この第１の整流手段４である全波整流回路の一方の極側である正極側は第１のスイッチ手段５であるトランジスタを介して、ノイズ吸収用コンデンサ６と入力電圧検出手段７およびチョークコイル８のそれぞれ一方の端子の接続点に接続され、上記ノイズ吸収用コンデンサ６と入力電圧検出手段７の他方の端子は上記第１の整流手段４の他方の極側である負極側に接続している。チョークコイル８の他方の端子は第２のスイッチ手段９であるトランジスタのコレクタ（ＦＥＴの場合はドレイン）と第２の整流手段１１であるダイオードのアノードに接続している。
【００１３】
そして、第２の整流手段１１であるダイオードのカソードは、平滑用コンデンサ１２と出力電圧検出手段１３および加熱手段１４のそれぞれ一方の端子の接続点に接続され、その平滑用コンデンサ１２と出力電圧検出手段１３の他方の端子は、第２のスイッチ手段９のエミッタ（ＦＥＴの場合はソース）と共通接続され、電流検出手段１０を介して第１の整流手段４の負極側に接続されている。
また、加熱手段１４の他方の端子は温度ヒューズ１５を経て電流検出手段１０を介して第１の整流手段４の負極側に接続している。
ここで、第２の整流手段１１はトランジスタであってもよい。
【００１４】
なお、この例では入力電圧検出手段７の負極側と第２のスイッチ手段９であるトランジスタのエミッタ側との間の第１の整流手段４の負極側のラインに電流検出手段１０を介挿している。この電流検出手段１０としては、０．１Ω以下の抵抗、あるいは電流検出コイルを用い、そこを流れる電流値に応じて発生する電圧を電流検出信号として制御手段１７に入力させる。
入力電圧検出手段７と出力電圧検出手段１３は、抵抗分割で降圧した電圧を制御手段１７に入力するか、あるいはその電圧を一旦フォトカプラで絶縁して受光素子の抵抗値を電圧検出信号として制御手段１７に入力される。制御手段１７はまた、温度検出手段１６による温度検出信号（サーミスタの場合はその抵抗値）として入力し、第１のスイッチ手段５および第２のスイッチ手段９の各トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００１５】
このように構成した直流電力生成手段２０は昇圧型チョッパであり、第２のスイッチ手段（トランジスタ）９がＯＮの時にチョークコイル８にエネルギーを蓄え、それがＯＦＦの時に第２の整流手段１１を介して平滑用コンデンサ１２が充電される。
ここで、第２のスイッチ手段９のスイッチング周期をＴ、ＯＦＦ時間をＴｏｆｆ、平滑用コンデンサ１２の平均電圧をＥ、入力電圧をＶｉｎとすると、この平均電圧Ｅは加熱手段１４に供給する出力電圧であり、Ｅ＝ｋ（Ｔ／Ｔｏｆｆ）×Ｖｉｎ×√２と表せる。ｋは回路のインピーダンスで、負荷となる加熱手段１４の抵抗値等により決まる係数である。ここではｋ＝１とし、さらに、Ｔ＝５μＳ、Ｖｉｎ＝１００Ｖとすると、Ｔｏｆｆ＝２．５μＳのときにＥは２８２Ｖとなる。
なお、Ｔｏｆｆを小さくすれば、Ｅを限りなく大きくできそうであるが、実際に得られる昇圧比は５倍程度である。
【００１６】
このように、制御手段１７のマイクロコンピュータは、第２のスイッチ手段９のＯＦＦ時間Ｔｏｆｆを制御することによって、加熱手段１４に供給する出力電圧Ｅを連続的に変えることができ、温度検出手段１６による加熱手段１４の温度検出信号と、出力電圧検出手段１３による出力電圧の検出値とに基づいた出力電圧Ｅを連続的に可変制御して加熱手段１４の温度が目標値になるように制御することができる。
また、制御手段１７は電流検出手段１０によって検出した直流電力生成手段２０の出力電流値と予め設定した電流値とを比較して、その差に応じて第２のスイッチ手段９のＯＦＦ時間Ｔｏｆｆを制御することにより、直流電力生成手段２０から加熱手段１４へ出力される電流を所定の値に制御することができるので、この発明による画像形成装置全体での消費電力を一層きめ細かく制御することができる。
【００１７】
ところで、仮にこの直流電力生成手段２０における平滑用コンデンサ１２がなかったとした場合について説明する。この場合は、第２のスイッチ手段９の出力が直接加熱手段１４に流れ、加熱手段１４にはスイッチング周期Ｔ＝５μＳ（周波数：２０ＫＨｚ）の大きなリプルのある波形の電圧が印加されることになるが、加熱手段１４は発熱が目的であり、その熱時定数が交流電圧の周期より大きいので、このリプルは問題とならない。
この場合も、加熱手段１４の温度を温度検出手段１６によって検出し、その目標温度と検出された温度との偏差に応じて、制御手段１７が第２のスイッチ手段９のＯＦＦ時間Ｔｏｆｆを増減し、目標の温度になるように制御することができ、平滑用コンデンサ１２がないだけ低コストになり、小型化もできる。
平滑用コンデンサ１２を備えた場合は、加熱手段１４の温度と直流電力生成手段２０の出力電圧との両方の情報を使った柔軟な制御が可能になり、高機能化を図ることができる。
【００１８】
ところで、この昇圧型チョッパにおいて、もし第２のスイチング手段９がＯＦＦのままになった場合は、Ｔ／Ｔｏｆｆ＝１となり、このときの出力電圧ＥをＥｍｉｎと表すと、Ｅｍｉｎ＝Ｖｉｎ×√２であり、図３に示した全波整流波形の入力電圧の実効値が加熱手段１４に印加されることになる。そのため、第１の整流手段４の出力側に第１のスイッチ手段５を設けており、加熱手段１４の温度が所定値以上になった場合には、制御手段１７がこの第１のスイッチ手段５をＯＦＦにして、加熱手段１４への電力供給を停止することができるようにしている。その結果、加熱手段１４への電力供給を完全に断つことができるので、定着装置の温度を通常動作時に必要な温度（保温温度）より低い温度でも制御することが可能となり、エネルギーの消費を最小限に抑えることと、安全性をより高めることができる。
【００１９】
なお、従来は、例えば入力電圧が１００Ｖ（ＡＣ）の場合、ヒータ等の加熱手段の電圧定格も１００Ｖ（ＡＣ）で、定着装置が必要とする最大電力の赤外線ヒータ（ヒータ）を用いていた。また、例えば６５０Ｗのヒータと３５０Ｗのヒータを備え、定着装置の立ち上げ時には、２本のヒータを同時に点灯し、定着動作時には１本のみ点灯したり、あるいは２本を点灯して制御する方法がとられていた。また定着動作をしていない時にも、熱損失があるためヒータを点滅させて保温制御していた。
電子機器では電気安全法規等で許容できる入力電力が決められていて、国内の一般的事務所や家庭の電源コンセントは１００Ｖで最大定格１５Ａである。
交流入力を直接ヒータに供給する場合、仮にヒータ以外の電力消費を０としても、ヒータに供給出来る最大電力は１５００Ｗである。
昇圧型チョッパの出力段に平滑コンデンサ１２を備えた直流電力生成手段２０によれば、瞬間的に上記１５００Ｗ以上の電力を加熱手段１４であるヒータに供給することができる。
【００２０】
次に、この発明の特徴とする制御機能について説明する。図４は、この実施例における制御手段１７が、電流検出手段１０によって検出された電流値と出力電圧検出手段１３によって検出された電圧値とから電力値を演算し、その電力値を予め定められた電力値と比較して異常が生じていると判断した場合に、直流電力生成手段２０による加熱手段１４への電力の供給を停止させる制御機能を説明するために用いる図である。
なお、この制御機能を便宜上“ヒータ搭載確認モード”と称し、以下の説明にはこれを用いることにする。
【００２１】
先ず、図４において曲線ａで表されるＷ０の特性であるが、これは、上述した直流電力生成手段２０である昇圧型チョッパの出力電圧が最大出力電圧Ｅｍａｘの場合に、画像形成装置の許容最大電力となる赤外線ヒータを加熱手段１４として用いると、Ｅｍａｘ＝４２３Ｖ、Ｗｍａｘ＝１５００Ｗとなることに基づいて、昇圧型チョッパの出力電圧Ｅと加熱手段（赤外線ヒータ）１４に供給される電力Ｗとの関係を示したものである。
次に、この“ヒータ搭載確認モード”が、この発明の画像形成装置の図示しない操作部において設定されると、この発明による画像形成装置に搭載された加熱手段１４の特性データを示す電力値は、制御手段１７によって電流検出手段１０によって検出された電流値と出力電圧検出手段１３によって検出された電圧値との積から求められる。
そして、その求められた電力値を予め定められた出力電力値、例えば図４に曲線ｂで示す〔Ｗ上限〕として設定されている電力値と比較した結果、その設定電力値を超えていた場合に、制御手段１７は、異常が生じていると判断し、加熱手段１４への電力の供給を中止する。
【００２２】
さらに、上述した“ヒータ搭載確認モード”が設定されていて、上記電力値を演算する際に、直流電力生成手段２０からの出力電圧Ｅを制御手段１７によって、低い電流から順次１４１Ｖ→２１２Ｖ→２８２Ｖ→３５３Ｖ→４２３Ｖなどのように段階的に電圧を上げるように切り替えて、加熱手段１４に電力を供給するとよい。
【００２３】
そして、それぞれの直流電圧において電流検出手段１０により出力電流を検出し、それによって検出された電流値と出力電圧Ｅとの積を制御手段１７によって演算してヒータ電力Ｗを求める。このヒータ電力Ｗが、予め定められたヒータ電力〔Ｗ上限〕と〔Ｗ下限〕と比較し、その範囲内にあるか否かを制御手段１７が判断し、その範囲内に属さない場合には異常が生じていると判断し、例えば、リレー３を動作させて、その接点３ａ、３ｂをＯＦＦにし、加熱手段１４への電力の供給を出力電圧Ｅが図４に示す小さな段階で停止させることができる。
【００２４】
その異常とは、例えば、加熱手段１４の赤外線ヒータ（定着ヒータ）の誤配線、その定着ヒータや定着ユニット自体の誤セット、不良品の取り付けなどによって起こる。
なお、この場合、図１に示したリレー３が加熱手段１４への電力供給を停止させる電力供給停止手段として用いている。これに変えて、直流電力生成手段２０内の第１のスイッチ手段５を“ヒータ搭載確認モード”における電力供給停止手段として用いることもできる。また、電力検出手段１３および電流検出手段１０は、必ずしも直流電力生成手段２０内に設けなくともよく、その出力側の加熱手段１４との間の外部に設けてもよい。
【００２５】
また、この“ヒータ搭載確認モード”は、図は省略しているが、この発明による画像形成装置の操作部のキー操作などにより任意に設定及び解除できる。
この“ヒータ搭載確認モード”の解除は、例えば既に１度、加熱手段１４の誤配線や誤セットなどが生じているか否かを“ヒータ搭載確認モード”で確認判断していて、再びその判断を求める必要がないときなどに行う。その結果、この“ヒータ搭載確認モード”の設定が解除されている場合、寿命などにより市場で加熱手段の交換メンテナンスしたときには“ヒータ搭載確認モード”を設定することにより、赤外線ヒータ等の誤配線、あるいは赤外線ヒータや定着ユニット自体の誤セットがないかどうかの判断を求めるなど、その必要性に応じて状況に応じた意図した使用をすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明による画像形成装置は、加熱手段に電力を供給する直流電力生成手段の出力電圧が制御手段によって所定の値に制御され、出力電圧検出手段による出力電圧の検出値と電流検出手段による出力電流の検出値との積によって制御手段が電力値を演算し、それを予め定められた電力値と比較することによって異常の有無を判断し、異常が生じていると判断した場合には加熱手段への電力供給を停止させる機能を有するので、ブレーカなどの安全装置を用いることなく、加熱手段である定着用ヒータの誤配線や定着用ヒータあるいは定着ユニット自体の誤セット、または不良部品の取付などに基づいて発生する加熱手段の異常動作を防止でき、安全性を確保できる。
【００２７】
また、上記電力値を演算等する際に、制御手段によって直流電力生成手段の出力電圧を低い電圧から順次電圧を段階的に上げるように切り替えていくようにすれば、より早期に出力電圧が小さい段階で、加熱手段における定着用ヒータ等の誤配線や定着用ヒータあるいは定着ユニット自体の誤セット、または不良部品の取付などに基づいて発生する異常を判断でき、かつ、過電圧による加熱手段の破損をも回避あるいは防止できるので、より安全性を確保できる。
さらに、前述した“ヒータ搭載確認モード”をその必要性に応じて設定又は解除できるようにすれば、状況に応じた意図した使用をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による画像形成装置の一実施形態における定着装置の加熱手段への電力供給に係わる部分の構成を示すブロック回路図である。
【図２】交流電源から入力される交流電圧の波形を示す図である。
【図３】入力された交流が全波整流された電圧波形を示す図である。
【図４】この発明による画像形成装置の“ヒータ搭載確認モード”における制御機能を説明するための線図である。
【符号の説明】
１：交流電源        ２：フィルタ    ３：リレー
３ａ、３ｂ：リレーの接点  ４：第１の整流手段
５：第１のスイッチ手段    ６：ノイズ吸収用コンデンサ
７：入力電圧検出手段      ８：チョークコイル
９：第２のスイッチ手段  １０：電流検出手段
１１：第２の整流手段    １２：平滑用コンデンサ
１３：出力電圧検出手段  １４：加熱手段
１５：温度ヒューズ      １６：温度検出手段
１７：制御手段          ２０：直流電力生成手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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