УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ ЗАКРЕПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С НАГРЕВОМ ПОСРЕДСТВОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
DEVICE FOR IMAGE FORMATION THAT INCLUDES WITH FIXING DEVICE AND HEATING BY ELECTRIC INDUCTANCE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к обнаружению неисправности источника электропитания, используемого для закрепляющего устройства нагревательного типа посредством электромагнитной индукции.
Предшествующий уровень техники
В последние годы в качестве закрепляющих устройств для устройств формирования изображений стал широко использоваться тип нагрева посредством электромагнитной индукции.
Закрепляющее устройство нагревательного типа посредством электромагнитной индукции включает в себя электромагнитную индукционную катушку, расположенную напротив закрепляющего валика (ленты), состоящего из магнитного материала, и электромагнитным образом соединенную с ним, и источник электропитания, чтобы вызывать протекание тока высокой частоты через электромагнитную индукционную катушку, чтобы создавать высокочастотное магнитное поле. Высокочастотное магнитное поле воздействует на закрепляющий валик (ленту), и вихревой ток протекает через закрепляющий валик (ленту), так что закрепляющий валик (лента) формирует тепло. В закрепляющем устройстве, сконфигурированном таким образом, предусмотрен датчик температуры для определения температуры закрепляющего валика (ленты), и температура закрепляющего валика (ленты) управляется до предварительно определенной температуры посредством управления током высокой частоты, протекание которого через электромагнитную индукционную катушку регулируется на основе результата обнаружения датчиком температуры.
Если возникает неисправность в источнике электропитания закрепляющего устройства в устройстве формирования изображения, нужный ток высокой частоты не течет через катушку и температура закрепляющего валика (ленты) может падать. В этом случае лист может выводиться в то время, когда тонерное изображение остается недостаточно закрепленным. Таким образом, когда обнаруживается, что температура закрепляющего валика (ленты) упала до равной или меньшей температуры, чем предварительно определенная температура, которая ниже, чем нижняя предельная температура, при которой возможна операция закрепления, операция формирования изображения останавливается.
Однако в этом способе, поскольку неисправность может быть определена только после падения ниже нижней предельной температуры, при которой операция закрепления возможна, существует проблема в том, что недостаточно закрепленные листы могут выводиться до тех пор, пока неисправность не будет определена. В частности, с увеличением в единицу времени количества листов со сформированным изображением количество недостаточно закрепленных листов может увеличиваться.
В качестве мер разрешения вышеописанной проблемы в выложенной японской патентной заявке №2003-295679 устройство формирования изображения выполняет диагностику неисправности источника электропитания перед началом операции печати. Более конкретно, устройство формирования изображения один раз выключает источник электропитания закрепляющего устройства перед началом операции печати и опять включает источник электропитания. Затем устройство формирования изображения проверяет обнаруженные значения Is токов, протекающих через источник электропитания перед включением и после включения источника электропитания соответственно. Если Is>0 перед включением источника электропитания или Is≤0 после включения источника электропитания, операция печати запрещается, поскольку определяется, что возникла неисправность в источнике электропитания. Если Is≤0 перед включением источника электропитания и Is>0 после включения источника электропитания, операция печати начинается, поскольку определяется, что источник электропитания исправен. Таким образом, в выложенной японской патентной заявке №2003-295679, поскольку диагностика неисправности выполняется перед тем, как операция печати начинается, операция печати начинается после того, как подтверждается, что источник электропитания исправен.
В способе диагностики, описанном в выложенной японской патентной заявке JP 2003-295679, диагностика выполняется перед тем, как начинается операция печати. Однако, поскольку устройство формирования изображения обычно выполняет управление температурой закрепляющего устройства во время операции печати, обнаруженное значение Is тока изменяется согласно температуре закрепляющего устройства. По этой причине трудно различать, действительно ли ток не течет в процессе управления температурой или ток не течет из-за неисправности источника электропитания. Если источник электропитания принудительно выключается во время операции печати с целью диагностики, температура закрепляющего устройства может падать и недостаточно закрепленные листы могут выводиться в случае, когда температура непосредственно перед выключением близка к нижней предельной температуре, при которой операция закрепления возможна. Кроме того, чтобы диагностировать неисправность источника электропитания во время управления температурой, необходимо предусмотреть последовательность диагностики в программе управления температурой. По этой причине в способе диагностики, раскрытом в выложенной японской патентной заявке JP 2003-295679, трудно определять неисправность источника электропитания, происходящую в ходе операции печати.
Сущность изобретения
Согласно аспекту настоящего изобретения схема индукционного нагрева включает в себя электрически проводящий нагревательный элемент для формирования тепла посредством способа индукционного нагрева, индукционную катушку, выполненную с возможностью формирования магнитного поля для индукционного нагрева, средство формирования управляющего сигнала, выполненное с возможностью определения частоты управляющего сигнала для управления индукционной катушкой посредством управляющего сигнала и чтобы формировать управляющий сигнал, который становится равным или выше, чем установленная минимальная частота, средство обнаружения тока, выполненное с возможностью обнаруживать ток, соответствующий электрической мощности, подаваемой на индукционную катушку, и средство управления, выполненное с возможностью, если частота управляющего сигнала является минимальной частотой и обнаруженный ток равен или меньше, чем предварительно определенное значение, формировать сигнал, представляющий нарушение подаваемой электрической мощности.
Дополнительные признаки и аспекты настоящего изобретения станут очевидны из последующего подробного описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, которые содержатся и составляют часть описания, изображают примерные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения и вместе с описанием служат, чтобы объяснить принципы изобретения, на чертежах:
Фиг.1 изображает схематическую конфигурацию устройства формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 изображает детали закрепляющего устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 изображает принципиальную схему устройства управления закреплением согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 изображает соотношение между длительностью импульса сигнала широтно-импульсной модуляции (PWM) и электрическим током;
Фиг.5 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую управление температурой согласно первому варианту осуществления;
Фиг.6 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую определение неисправности источника электропитания в ходе операции печати согласно первому варианту осуществления;
Фиг.7 изображает принципиальную схему устройства управления закреплением согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Описание вариантов осуществления изобретения
Различные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения будут описаны ниже со ссылками на чертежи.
Фиг.1 изображает схему конфигурации устройства формирования изображения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 900 формирования изображения включает в себя блоки формирования изображения для желтого (y), пурпурного (m), голубого (c) и черного (k) цветов. Будет описан блок формирования изображения для желтого цвета. Фоточувствительный барабан 901y вращается в направлении против часовой стрелки, и основной заряжающий ролик 902y равномерно заряжает поверхность фоточувствительного барабана 901y. Равномерно заряженная поверхность фоточувствительного элемента 910y освещается лазером из блока 903y лазера, и скрытое (латентное) изображение формируется на поверхности фоточувствительного элемента 901y. Сформированное электростатическое скрытое изображение проявляется с помощью желтого тонера посредством устройства 904y проявления. Затем желтое тонерное изображение, проявленное на фоточувствительном изображении 901y, передается на поверхность промежуточной передающей ленты 906 посредством напряжения, прикладываемого к основному передающему ролику 905y.
Аналогичным образом, тонерные изображения пурпурного, голубого и черного цветов переносятся на поверхность промежуточной передающей ленты 906. Полноцветное тонерное изображение, сформированное из желтого, пурпурного, голубого и черного тонеров, таким образом, формируется на промежуточной передающей ленте 906. Затем полноцветное тонерное изображение, сформированное на промежуточной передающей ленте 906, переносится на лист 913, поданный из контейнера 910, в части сжатия между вспомогательными передающими роликами 907 и 908. Лист 913, который прошел через вспомогательные передающие ролики 907 и 908, передается в закрепляющее устройство 911, где он нагревается и сдавливается, так что полноцветное изображение закрепляется на листе 913.
Фиг.2 изображает вид в поперечном разрезе схематической конфигурации закрепляющего устройства 911, использующего процесс нагрева посредством электромагнитной индукции. Закрепляющий валик (лента) 92 состоит из электрически проводящего нагревательного элемента, изготовленного из металла толщиной 45 мкм, и его поверхность покрыта слоем резины толщиной 300 мкм. Вращение приводного валика 93 передается из части 94 сжатия на закрепляющий валик (ленту) 92, так что закрепляющий валик (лента) 92 вращается в направлении стрелки. Электромагнитная индукционная катушка 91 расположена в держателе 90 катушки напротив закрепляющего валика (ленты) 92, и источник электропитания (не показан) вызывает протекание переменного тока (AC) через электромагнитную индукционную катушку 91, чтобы создавать магнитное поле, так что электрически проводящий нагревающий элемент закрепляющего валика (ленты) 92 сам формирует тепло. Термистор 95 в качестве блока обнаружения температуры примыкает к нагревательной части закрепляющего валика (ленты) 92 с его внутренней стороны и определяет температуру закрепляющего валика (ленты) 92.
Фиг.3 изображает схему управления температурой закрепляющего устройства, использующего процесс нагрева посредством электромагнитной индукции, в первом примерном варианте осуществления.
Источник 100 электропитания включает в себя диодный мост 101, сглаживающий конденсатор 102 и первый и второй переключающие элементы 103 и 104. Источник 100 электропитания выпрямляет и сглаживает переменный ток от коммерческого источника 500 электропитания переменного тока и подает его на переключающие элементы 103 и 104. Источник 100 электропитания дополнительно включает в себя резонансный конденсатор 105, который формирует резонансную схему вместе с электромагнитной индукционной катушкой 91, и схему 112 управления, которая выводит управляющие сигналы для переключающих элементов 103 и 104.
Источник 100 электропитания дополнительно включает в себя схему 110 обнаружения тока, которая обнаруживает входной ток Iin, и схему 111 обнаружения напряжения, которая обнаруживает входное напряжение Vin. Входной ток Iin и входное напряжение Vin принимают значения, соответствующие электрической мощности, подаваемой на электромагнитную индукционную катушку 91.
CPU 10 выполняет общее управление устройством 900 формирования изображения и задает целевую температуру To закрепляющего валика (ленты) 92 в закрепляющем устройстве 911 и максимальную длительность импульса (верхнее предельное значение) ton(max) PWM-сигналов согласно частоте управления переключающими элементами 103 и 104 для схемы 20 формирования PWM-сигнала. Максимальная длительность импульса ton(max) PWM-сигналов устанавливается так, чтобы не превышать длительность импульса, соответствующую минимальной частоте, совпадающей с резонансной частотой.
Минимальная частота может быть резонансной частотой, но становится частотой, немногим более высокой, чем резонансная частота, для безопасности, так что частота управляющих сигналов, описанных ниже, может не падать ниже резонансной частоты. CPU 10 дополнительно устанавливает минимальную длительность импульса ton(min), при которой переключающие элементы 103 и 104 могут выполнять операцию переключения, и максимальная электрическая мощность может использоваться в закрепляющем устройстве 911 для схемы 20 формирования PWM-сигнала. Эта минимальная длительность импульса становится длительностью импульса, соответствующей 100 кГц со ссылкой на закон Radio Law.
Схема 20 формирования PWM-сигнала вводит обнаруженное значение TH температуры поверхности закрепляющего валика (ленты) 92, обнаруженное посредством термистора 95, обнаруженное значение Is тока схемы 110 обнаружения тока и обнаруженное значение Vs схемы 111 обнаружения напряжения через AD-преобразователь 30. Затем схема 20 формирования PWM-сигнала определяет сигналы PWM1 и PWM2, соответствующие длительностям (частотам) импульсов управляющих сигналов 121 и 122, которые выводит схема 112 управления на основе разности между обнаруженным значением TH и целевым значением.
Схема 112 управления выполняет преобразование уровня сигналов PWM1 и PWM2 в управляющие сигналы 121 и 122. Другими словами, схема 20 формирования PWM-сигнала и управляющая схема 112 действуют как блок формирования управляющего сигнала. Переключающие элементы 103 и 104 поочередно включаются/выключаются в соответствии с управляющими сигналами 121 и 122 и подают ток IL высокой частоты на электромагнитную индукционную катушку 91.
Длительности импульсов включения и выключения управляющих сигналов 121 и 122 равны друг другу, и длительность импульса включения управляющего сигнала 121 и длительность импульса включения управляющего сигнала 122 также установлены равными друг другу, что дает скважность сигнала, равную 50%. Следовательно, когда длительность импульса включения расширяется, длительность выключения также расширяется на ту же величину, и, таким образом, частота управляющего сигнала становится низкой.
Операционный блок 400 имеет индикатор, который выполняет отображение кнопок или информации для приема инструкций от оператора.
Фиг.4 изображает соотношение между длительностью импульса PWM-сигнала и входным током Iin или током IL высокой частоты, который течет через электромагнитную индукционную катушку 91. Входной ток Iin увеличивается, когда длительность импульса расширяется, и уменьшается, когда длительность импульса сужается, в диапазоне длительностей импульсов, более коротких, чем максимальная длительность импульса управляющих сигналов 121 и 122.
Эта максимальная длительность импульса является длительностью импульса, соответствующей минимальной частоте, совпадающей с резонансной частотой, которая определяется из значений индуктивности электромагнитной индукционной катушки 91 и закрепляющего валика (ленты) 92 и значения емкости резонансного конденсатора 105. Другими словами, при частоте, равной или более высокой, чем минимальная частота, входной ток Iin увеличивается, когда частота управляющего сигнала становится низкой, и входной ток Iin уменьшается, когда частота становится высокой.
Ток IL высокой частоты, который течет через электромагнитную индукционную катушку 91, также аналогичен входному току Iin. Увеличение или уменьшение тока IL высокой частоты прямо пропорционально силе сформированного магнитного поля, и величина нагрева электрически проводящего нагревательного элемента также увеличивается или уменьшается, когда ток IL высокой частоты увеличивается или уменьшается. Соответственно, схема 20 формирования PWM-сигнала может управлять температурой закрепляющего валика (ленты) 92 посредством регулирования частоты (длительности импульса) тока IL высокой частоты.
Простой способ управления в схеме 20 формирования PWM-сигнала во время управления температурой закрепляющего валика (ленты) 92 будет описан со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг.5.
На этапах S4001 и S4002 схема 20 формирования PWM-сигнала при приеме команды начала управления температурой от CPU 10 сравнивает обнаруженную температуру TH с целевой температурой To (например, 180°C).
Если TH>To ("Да" на этапе S4001), тогда на этапе S4005 схема 20 формирования PWM-сигнала определяет, становится ли значение, полученное посредством уменьшения длительности импульса PWM-сигнала на предварительно определенное значение ta, равным или меньшим, чем минимальная длительность импульса ton(min). Если значение не становится равным или меньшим, чем минимальная длительность импульса ("Нет" на этапе S4005), тогда на этапе S4008 схема 20 формирования PWM-сигнала сужает длительность импульса на предварительно определенное значение ta. С другой стороны, если значение, полученное после уменьшения, становится равным или меньшим, чем минимальная длительность импульса ("Да" на этапе S4005), тогда на этапе S4009 схема 20 формирования PWM-сигнала устанавливает длительность импульса PWM-сигнала в 0 и временно останавливает управление переключающими элементами 103 и 104 (прерывистое управление).
Если TH<To ("Да" на этапе S4002), тогда на этапе S4004 схема 20 формирования PWM-сигнала определяет, превышает ли значение, полученное посредством увеличения длительности импульса PWM-сигнала на предварительно определенное значение tb, максимальную длительность импульса ton(max). Если максимальная длительность импульса не превышена ("Нет" на этапе S4004), тогда на этапе S4006 схема 20 формирования PWM-сигнала увеличивает длительность импульса PWM-сигнала на предварительно определенное значение tb. С другой стороны, если значение, полученное после увеличения, превышает максимальную длительность импульса ("Да" на этапе S4004), тогда на этапе S4007 схема 20 формирования PWM-сигнала устанавливает длительность импульса PWM-сигнала в максимальную длительность импульса ton(max).
Если TH=To ("Нет" на этапах S4001 и S4002), тогда на этапе S4003 схема 20 формирования PWM-сигнала сохраняет длительность импульса. Схема 20 формирования PWM-сигнала продолжает вышеописанное управление до завершения управления температурой.
При вышеописанном управлении, когда возникает неисправность в источнике 100 электропитания и ток IL высокой частоты становится невозможно подавать на электромагнитную индукционную катушку 91, индукционный нагрев становится невозможно выполнять и обнаруженная температура TH становится ниже, чем целевая температура To. Следовательно, схема 20 формирования PWM-сигнала работает, чтобы увеличивать ток IL высокой частоты с тем, чтобы увеличивать температуру закрепляющего устройства. В результате схема 20 формирования PWM-сигнала работает в состоянии, где длительность импульса PWM-сигналов (PWM1, PWM2), выводимых из схемы 20 формирования PWM-сигнала, всегда остается равной ton(max).
Далее способ определения неисправности источника электропитания в ходе операции печати будет описан со ссылкой на блок-схему последовательности операций на фиг.6. Это определение неисправности выполняется посредством CPU 10.
Когда CPU 10 начинает операцию печати, тогда на этапе S5001 CPU 10 сбрасывает значение CNT счетчика для определения состояния неисправности. После этого, если операция печати не закончена ("Нет" на этапе S5002), тогда на этапе S5003 CPU 10 ожидает в течение 10 мс и получает информацию о длительности ton импульса PWM-сигналов в этот момент времени от схемы 20 формирования PWM-сигналов. Затем, на этапе S5004 CPU 10 определяет, равна ли полученная длительность ton импульса максимальной длительности ton(max) импульса.
Если обе равны друг другу ("Да" на этапе S5004), тогда на этапе S5005 CPU 10 получает обнаруженное значение Is тока и определяет, равно ли или меньше обнаруженное значение Is, чем предварительно определенное значение (равно или меньше 1 А). Если Is≤1 A ("Да" на этапе S5005), тогда на этапе S5006 CPU 10 пересчитывает значение CNT счетчика. Затем на этапе S5007 CPU 10 определяет, равно ли значение CNT счетчика или больше чем 10.
Если CNT≥10 ("Да" на этапе S5007), т.е. если состояние Is≤1 A продолжается в течение предварительно определенного времени, тогда на этапе S5008 CPU 10 формирует сигнал, представляющий неисправность, чтобы выполнять отображение ошибки в операционном блоке 400, и останавливает операцию печати. Другими словами, CPU 10 действует как блок определения неисправности.
С другой стороны, если ton≠ton(max) ("Нет" на этапе S5004) или если Is>1 А ("Нет" на этапе S5005), CPU 10 возвращается к этапу S5001, чтобы сбросить значение CNT счетчика, и повторяет обработку до тех пор, пока операция печати не завершится. С другой стороны, если значение CNT тока меньше 10 ("Нет" на этапе S5007), CPU 10, без сброса значения CNT счетчика, повторяет обработку до тех пор, пока операция печати не будет завершена.
Во время управления температурой длительность импульса PWM-сигнала изменяется между минимальной длительностью ton(min) импульса и максимальной длительностью ton(max) импульса согласно температуре закрепляющего устройства в это время. Если источник 10 электропитания работает нормально, обнаруженное значение Is тока увеличивается, когда длительность импульса PWM-сигнала расширяется от минимальной длительности ton(min) импульса до максимальной длительности ton(max) импульса. Даже если длительность импульса PWM-сигнала временно остается на максимальной длительности импульса, когда температура закрепляющего устройства ниже, чем целевая температура, обнаруженное значение Is тока в это время становится равным или больше, чем 1 А, и никогда не становится 0.
С другой стороны, в случае когда источник 100 электропитания неправильно завершает работу, источник 100 электропитания переходит в состояние, в котором обнаруженное значение Is тока равно 0, хотя длительность импульса PWM-сигнала расширяется до максимальной длительности ton(max) импульса.
Таким образом, неисправность источника 100 электропитания определяется на основе обнаруженного значения Is тока в состоянии, в котором длительность импульса PWM-сигнала остается на максимальной длительности импульса. В результате неисправность может быть надежно определена за короткое время (100 мс в настоящем варианте осуществления) независимо от целевой температуры закрепляющего устройства.
Неисправность источника электропитания может, таким образом, быть определена за короткое время, так что падение температуры закрепления может быть спрогнозировано раньше обнаружения падения температуры посредством термистора 95. В результате операция печати может быть остановлена прежде, чем плохо закрепленные листы будут выведены в большом количестве.
В настоящем варианте осуществления был описан пример, в котором определение выполняется на основе обнаруженного значения Is входного тока Iin, когда определяется неисправность источника 100 электропитания. Хотя похожие результаты могут быть получены, даже когда входная мощность вычисляется из обнаруженного значения Is входного тока Iin и обнаруженного значения Vs входного напряжения Vin, и определение выполняется на основе входной мощности.
Дополнительно, определение неисправности источника электропитания в настоящем варианте осуществления, хотя оно было описано, принимая в качестве примера операцию печати в процессе, эффективно в интервале времени, отличном от операции печати, если выполняется управление температурой.
В вышеописанном первом варианте осуществления устройство формирования изображения обнаруживает входное напряжение Vin и входной ток Iin. Во втором варианте осуществления настоящего изобретения устройство формирования изображения обнаруживает напряжение VL и ток IL электромагнитной индукционной катушки 91, чтобы обнаруживать неисправность источника 100 электропитания. Напряжение VL и ток IL становятся значениями, соответствующими электрической мощности, подаваемой на электромагнитную индукционную катушку 91.
Фиг.7 изображает схему управления температурой во втором варианте осуществления. Позиции схемы 110 обнаружения тока и схемы 111 обнаружения напряжения отличны от позиций в схеме на фиг.3, и схема 110 обнаружения тока обнаруживает ток IL высокой частоты, протекающий через электромагнитную индукционную катушку 91, а схема 111 обнаружения напряжения обнаруживает напряжение, прикладываемое к выводам электромагнитной индукционной катушки 91. Аналогично первому варианту осуществления выходной сигнал Is схемы 110 обнаружения тока и выходной сигнал Vs схемы 111 обнаружения тока вводятся в схему 20 формирования PWM-сигнала через AD-преобразователь 30. Управление температурой посредством схемы 20 формирования PWM-сигнала аналогично управлению в первом варианте осуществления. Кроме того, способ определения неисправности источника 100 электропитания также аналогичен процессу в блок-схеме на фиг.6 при условии, что целевые значения тока и напряжения, которые должны быть определены, являются различными.
В то время как настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Рамки следующей формулы должны соответствовать самой широкой интерпретации с тем, чтобы заключать все модификации, эквивалентные структуры и функции.