JP5528194B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式、磁気記録方式等を採用する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式等を採用する画像形成装置には、シート材上に転写されたトナー像を加熱してシート材上に定着させる、又はトナー像に光沢を付与するための像加熱部が設けられている。像加熱部は、加熱回転体と加圧部材とを有しており、両者が互いに圧接して形成されるニップ部においてシート材を挟持搬送することにより、シート材上のトナー像を加熱することが可能になる。

このような像加熱部では、加熱回転体に弾性ローラや可撓性を有するスリーブ部材を用いることが多い。これにより、シート材上のトナー像の形状に沿って加熱回転体の表面を変形させることが出来るので、トナー像を好適に加熱することが可能になる。しかしこの場合、無回転状態で加熱回転体と加圧部材の圧接状態が長時間放置されると、加熱回転体が変形し、その結果、画像品質の低下を招いてしまう。そこで、例えばスリープモード時や電源ＯＦＦ時などに加熱回転体と加圧部材との圧接状態を解除する圧解除手段を備え、加熱回転体の変形を防止する画像形成装置が知られている。なお、関連する技術が特許文献１〜３に開示されている。

特開２００５−３２１５１１号公報 特開２００２−２１４９６５号公報 特開２００２−２９６９５５号公報

しかしながら上記従来の画像形成装置には次の課題がある。加熱回転体と加圧部材との圧接状態が解除された状態で、加熱回転体の内部に設けられている発熱体に電力が供給されると、発熱体、場合によっては加熱回転体の温度が急激に上昇し、像加熱部のみならず、その周辺部材が熱による損傷を受けてしまう。その結果、画像品質の低下、像加熱部の寿命の低下を招いてしまう。

これに対して特許文献１には、圧接状態の解除を検知した場合に、発熱体への電力の供給を強制的に遮断するスイッチ素子を設ける構成が開示されている。また、特許文献２、３には、発熱体への電力の供給を遮断するリレーを設け、さらにリレーの故障を検知可能な回路構成を有し、リレーの故障をユーザに報知する構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示の構成では、何らかの原因によってスイッチ素子が故障した場合は、圧接状態が解除されているにも関わらず発熱体へ電力が供給される虞がある。また、特許文献２、３に開示の構成では、リレーの故障を検知可能ではあるものの、ユーザがそれを確認して電力の供給を遮断しない限り、発熱体へ電力が供給されることになる。また、通電制御手段としてのトライアックの故障を検知する構成を有していないので、トライアックが故障した場合も、同様に発熱体へ電力が供給されることになる。

すなわち上記従来技術には、圧接状態の解除を検知し、それに伴って発熱体への電力の
供給を遮断する構成を有しつつ、リレー等の遮断手段、トライアック等の通電制御手段の故障を想定した上で熱による損傷を防ぐ構成は開示されていない。

そこで本発明は、加熱回転体と加圧部材との圧接状態が解除された状態で回路素子の故障が生じた場合でも、像加熱部の構成部品、及びその周辺部材が熱によって損傷することを防止可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有する加熱部材と、前記加熱部材と共にニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記ヒータへの電力供給路に設けられており前記加熱部材が異常昇温するとその熱で作動して電力供給路を開放する感熱素子と、前記ニップ部にかかる圧力を解除する圧解除手段と、を有し、前記ニップ部でシート材上の画像を加熱する像加熱部と、
前記ヒータへの電力供給を制御するＣＰＵと、
前記圧解除手段を駆動するモータと、
を有する画像形成装置において、
前記ニップ部が圧解除状態であり且つ前記ヒータへの電力供給を遮断する信号であるＯＦＦ信号が前記ＣＰＵから出ている時に前記加熱部材が昇温すると、前記モータを駆動させて前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させ、且つ前記加熱部材と前記加圧部材を回転させることにより、前記感熱素子の作動時間を確保することを特徴とする。

本発明によれば、加熱回転体と加圧部材との圧接状態が解除された状態で回路素子の故障が生じた場合でも、加熱回転体の温度が急激に上昇し、像加熱部、及びその周辺部材が熱によって損傷することを防止可能な画像形成装置を提供することが可能になる。

第１実施形態における像加熱部の概略構成図。 第１実施形態における像加熱部の概略構成図。 第１実施形態における像加熱部の電気回路を示す図。 第１実施形態における制御シーケンス図。 第１実施形態における制御シーケンス図。 第２実施形態における制御シーケンス図。 第２実施形態における制御シーケンス図。 第２実施形態における温度勾配の閾値を示す図。 第３実施形態における制御シーケンス図。 正常時のＺＥＲＯＸ波形を説明するための図。 遮断手段故障時のＺＥＲＯＸ波形を説明するための図。 通電制御手段故障時のＺＥＲＯＸ波形を説明するための図。

＜第１実施形態＞
図１〜図５を参照して、本発明を適用可能な第１実施形態に係る画像形成装置について説明する。

（１−１：画像形成装置の概略構成）
本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式を採用する画像形成装置であって、特に複写機、プリンタ等に適用することが可能である。また、画像形成プロセスは電子写真方式に限られず、静電記録方式、磁気記録方式等を採用することも可能である。

画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラムが設けられている。さらに感光体ドラムの周囲には、帯電部材、露光部材、現像部材、転写部材、クリーニング部材が設けられている。

シート材上に画像を形成する際は、まず帯電部材によって感光体ドラムの表面をトナーと同極性に帯電した後、露光部材によって該表面を走査露光することにより、該表面に静電潜像を形成する。その後、静電潜像に対して現像部材からトナーを供給し、静電潜像をトナー像として現像する。このようにして形成したトナー像を、感光体ドラムとそれに対向する転写部材とのニップ部において、給送トレイから１枚ずつ搬送されてくるシート材上に静電的に転写する。なお、転写されずに感光体ドラム表面に残留したトナーは、クリーニング部材によって除去される。

次に、トナー像を転写したシート材を定着部（像加熱部）に搬送し、定着部内においてトナー像を加熱、加圧することで、シート材上にトナー像を定着させる。その後、搬送ローラ対、排出ローラ対等を経て、シート材を画像形成装置外部へ排出し、一連の画像形成プロセスが完了する。

（１−２：定着部の概略構成）
図１（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施形態における定着部Ｆの概略構成について説明する。図１（ａ）は、定着スリーブ１を介したセラミックヒータ３と加圧ローラ２との圧接状態を示す図、図１（ｂ）は、両者の圧接状態が解除されている状態を示す図である。

本実施形態における定着部Ｆは、加熱回転体として可撓性を有する定着スリーブ１と、定着スリーブ１に対向配置される、加圧部材としての加圧ローラ２とを備えている。定着スリーブ１とその内部に設けられているヒータ３により加熱部材を構成しており、加熱部材と加圧部材によって形成される定着ニップ部Ｎにおいて、シート材Ｐ上のトナー像ｔを加熱、加圧することができる。なお、両者が圧接している状態では、加圧ローラ２が不図示の駆動源により図中Ａ方向に回転駆動されることにより、定着スリーブ１が加圧ローラ２に従動し、図中Ｂ方向に回転する。また、ガイド部材８によって定着ニップ部Ｎにガイドされ、定着ニップ部Ｎを通過したシート材Ｐは、定着スリーブ１から曲率分離し、排出ローラ対３４によって定着部Ｆ外へ排出される。

定着スリーブ１には、ポリイミド樹脂を厚み約５０μｍの円筒状に形成したエンドレスフィルム上に、リングコート法によって弾性層としてのシリコーンゴム層を被覆し、さらにその上に厚み約３０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆したものが用いられている。また、加圧ローラ２には、ステンレス製の芯金に、射出成形によって厚み約３ｍｍのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを被覆したものが用いられている。加圧ローラ２の芯金は、定着部Ｆの側板（不図示）に回転可能に軸支されている。

また、定着スリーブ１の内側には、発熱体としてのセラミックヒータ３が設けられている。セラミックヒータ３は、セラミック基板上に発熱抵抗体を形成したものであり、その両端に設けられている接続端子を介して商用電源から電力が供給されるように構成されている。セラミックヒータ３に供給する電力量は、制御手段として設けられているＣＰＵ１３によって制御されており、トナー像の定着時に定着ニップ部Ｎが十分な温度に立ち上がるように、供給電力量が制御されている。

さらにセラミックヒータ３は、その発熱面（発熱抵抗体が形成されている面）が定着スリーブ１の内面と直接接触するように、耐熱性に優れた液晶ポリマー樹脂で形成されるヒータホルダ５の下面に取り付けられている。この際、セラミックヒータ３の表面にグリスを塗布することによって、セラミックヒータ３と定着スリーブ１との摺動性を高めてもよい。また、定着スリーブ１は、ヒータホルダ５にルーズに外嵌している。

これにより、セラミックヒータ３を確実に定着スリーブ１の内周面と摺動させることができ、さらに定着スリーブ１の回転をヒータホルダ５でガイドすることが可能になる。また、定着ニップ部Ｎにおいて、定着スリーブ１を挟むようにしてセラミックヒータ３と加圧ローラ２とが対向しているので、セラミックヒータ３で生じた熱を定着ニップ部Ｎを通過するシート材Ｐに効率良く伝えることが可能になる。なお、ヒータホルダ５の長手方向、セラミックヒータ３の長手方向、定着スリーブ１の長手方向（軸方向）、加圧ローラ２の長手方向（軸方向）は互いに略平行な関係にあるものとする。

また、定着部Ｆには、セラミックヒータ３の温度を検知するためのサーミスタ４（温度検知手段）が設けられている。図２に、サーミスタ４が取り付けられている位置を示す。サーミスタ４は、セラミックヒータ３の裏側（上側）であって、セラミックヒータ３の長手方向略中央部に設けられている。さらにサーミスタ４はＣＰＵ１３に接続されており、これにより、サーミスタ４の検知温度が目標温度となるように、セラミックヒータ３への電力供給量を制御することができる。なお、本実施形態では、この目標温度が１９５℃に設定されているが、定着時の目標温度はこれに限られるものではない。

また、ヒータホルダ５には、セラミックヒータ３とは反対側（上側）から加圧ステー６が当接している。さらに加圧ステー６は、その長手方向両端において、加圧板９を介して加圧バネ７に押圧されており、その結果、定着スリーブ１が加圧ローラ２の方向へ付勢され、加熱定着に必要なニップ幅を得ることができる。なお、加圧バネ７による押圧力は、片側９８Ｎ（１０ｋｇｆ）、総圧１９６Ｎ（２０ｋｇｆ）に設定されている。

（１−３：定着部の圧解除手段）
本実施形態では、スリープモード時、電源ＯＦＦ時、又はジャム処理時等に、定着スリーブ１を介したセラミックヒータ３と加圧ローラ２との圧接状態を解除する圧解除手段が設けられている。具体的には、加圧板９を持ち上げる圧解除カム１０から構成される圧解除機構が設けられている（図１）。このカム１０はモータＭによって駆動される。

圧接状態を解除する際は、ＣＰＵ１３によって駆動モータＭが駆動され、圧解除カム１０が回転する。圧解除カム１０が回転すると、それに伴って加圧バネ７の付勢力に抗して加圧板９が上方へ移動し、加圧ステー６から離間する。これにより、圧接状態を解除することができ、図１（ａ）から図１（ｂ）の状態にすることができる。なお、圧解除状態では、定着フィルム１と加圧ローラ２の互いの当接圧はほぼ０Ｎとなる。

さらに定着部Ｆには、圧接状態の解除を検知する圧解除検知手段が設けられている。具体的には、圧解除カム１０の回転軸に設けられている圧解除センサフラグ１１と、フォトセンサ１２とが設けられている。これによれば、圧解除時に圧解除カム１０が回転し、それに伴って圧解除センサフラグ１１がフォトセンサ１２を遮光することで、ＣＰＵ１３が「圧解除」を検知することができる。

ＣＰＵ１３は、スリープモード時、電源ＯＦＦ時、又はジャム処理時等にモータＭを駆動し、定着スリーブ１を介したセラミックヒータ３と加圧ローラ２との圧接状態を解除する。これにより、定着スリーブ１や加圧ローラの変形を防止することが可能になる。

（１−４：電力制御回路の構成）
図３はセラミックヒータの電力制御回路を示している。本実施形態では、商用電源１４から供給される交流電圧をＡＣフィルタ２３を介してセラミックヒータ３へ供給することにより、セラミックヒータ３を発熱させることができる。ＣＰＵ１３が、サーミスタ４の検知温度に応じてトライアック１５（駆動素子）を制御することにより、セラミックヒータ３へ供給する電力が制御される。抵抗２４、２５はトライアック１５用に設けられてい
るバイアス抵抗である。

また、フォトトライアックカプラ２６は一次、二次間の沿面距離を確保するためのデバイスであって、フォトトライアックカプラ２６の発光ダイオードに通電することにより、トライアック１５をＯＮ状態（ヒータへ電力を供給している状態）にすることができる。抵抗２７はフォトトライアックカプラ２６の発光ダイオードの電流を制限するための制限抵抗であって、フォトトライアック駆動トランジスタ２８により、フォトトライアックカプラ２６のＯＮ／ＯＦＦが切り換えられる。また、フォトトライアック駆動トランジスタ２８は、抵抗２９を介してＣＰＵ１３からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従って動作する。

商用電源１４による電力供給は、リレー１７（遮断手段）によって遮断可能となっており、リレー駆動トランジスタ３０によりリレー１７のＯＮ／ＯＦＦを行うことで、商用電源１４による電力供給の遮断を制御する。リレー駆動トランジスタ３０は、抵抗３１を介してＣＰＵ１３から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に従って動作する。

セラミックヒータ３に電力を供給する際は、まずリレー１７を通電状態としてから、トライアック１５を制御してセラミックヒータ３に電力を供給する。また、電源ＯＦＦ時、スリープ時、又はジャム発生時等の場合にセラミックヒータ３への電力供給を遮断する「遮断制御」を行う際は、トライアック１５を遮断状態としてから、リレー１７を遮断状態とする。

リレーを遮断するプロセスは次の通りである。上述したように、圧接状態が解除されている状態では、フォトセンサ１２は圧解除センサフラグ１１により遮光される。このとき、フォトセンサ１２は、基準電圧にプルアップ抵抗を介して接続されているため、フォトセンサ１２から基準電圧にほぼ等しいＨｉ信号が出力される。そして、このＨｉ信号をＣＰＵ１３が検知することで、リレー駆動トランジスタ３０がＯＦＦになり、リレー１７が遮断状態にされる。

一方、圧接状態では、フォトセンサ１２は透過状態となる。このときフォトセンサ１２からは、接地とほぼ等しいＬｏ信号が出力される。そして、このＬｏ信号をＣＰＵ１３が検知することで、リレー駆動トランジスタ３０がＯＮになり、リレー１７が通電状態となる。

また、商用電源からセラミックヒータへの電力供給路は、リレー１７の手前（商用電源１４側）で分岐し、整流ブリッジ３３を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０において、２４Ｖ及び３．３Ｖの電圧を生成している。２４Ｖ電源は、駆動モータＭを含む画像形成装置本体のモータ用の電源や高圧電源として使用され、３．３Ｖ電源は、画像形成装置本体のＣＰＵ１３用の電源や、フォトセンサ１２を含む画像形成装置本体のセンサ用電源として使用される。

また、リレー１７よりもヒータ３側の位置で分岐する分岐経路に周波数検出回路２２が接続されている。周波数検出回路２２の一端は、リレー１７とトライアック１５との間に接続されており、周波数検出回路２２の他端は、整流ブリッジ３３のマイナス端子へ接続されている。この回路構成によると、商用電源１４からの電力は、リレー１７を介して周波数検出回路２２に入力されることになる。よって、周波数検出回路２２は、少なくともリレー１７が接続状態のときには、商用電源１４に同期する波形を出力可能である。なお、ＣＰＵ１３は、周波数検出回路２２から出力されるＺＥＲＯＸ波形のパルスのエッジを検知し、位相制御または波数制御により、トライアック１５をＯＮ／ＯＦＦ制御することが可能である。

また、上述したように定着部Ｆには、セラミックヒータ３の温度を検知するためのサーミスタ４が設けられているが、サーミスタ４には、分圧抵抗３２が接続されている。これにより、サーミスタ４と分圧抵抗３２とで基準電圧（Ｖｒｅｆ）を分圧した電圧が温度検知信号（以下ＴＨ信号と記す）として、ＣＰＵ１３にＡ／Ｄ変換して入力される。

なお、セラミックヒータ３の温度は、ＴＨ信号としてＣＰＵ１３においてモニタされ、ＣＰＵ１３に設定されている目標温度と、ＴＨ信号から求まるセラミックヒータ３の平均温度とを比較することによって、セラミックヒータ３への供給電力が算出される。その後、算出された電力を、対応する位相角（位相制御）または波数（波数制御）に換算し、その制御条件に基づいて、ＣＰＵ１３がフォトトライアック駆動トランジスタ２８にＯＮ信号を出力し、ヒータ３へ供給する電力を制御する。また、商用電源１４からヒータ３への電力供給路には、ヒータ３の異常昇温により作動するサーモスイッチ（感熱素子）２１が設けられている。ヒータ３が何らかの理由により異常昇温すると、サーモスイッチ２１がヒータの熱で作動して電力供給路を開放する。

（１−５：保護シーケンス）
従来の定着部では、例えば、上述したリレー１７、トライアック１５が何らかの理由で故障した場合、セラミックヒータ３への電力の供給を遮断できない虞がある。なお、ここでいう「リレー１７、トライアック１５の故障」とは、例えば、リレー１７、トライアック１５がＯＮからＯＦＦに切り換わらず、通電状態が維持されるような状態を指す。

そこで本実施形態では、ＣＰＵ１３が圧接解除を検知している状態で、セラミックヒータ３に電力が供給されているとＣＰＵ１３が判断した場合に、定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接させる制御を行うことを特徴とする。これによれば、圧接状態が解除されている場合においてセラミックヒータ３に電力が供給されても、セラミックヒータ３での発熱を定着スリーブ１のみならず加圧ローラ２に伝熱できるのでヒータ３の昇温速度を緩やかにできる。このため、ヒータ３や定着スリーブ１が破損してしまう温度に到達する前に、サーモスイッチ２１が作動する時間を確保できる。よって、定着部Ｆと、その周辺部材が熱によって損傷する、特にヒータ３や定着スリーブ１が破損することを防止できる。このシーケンスをここでは「保護シーケンス」と称し、以下、保護シーケンスのプロセスについて説明する。

図４に、保護シーケンスのフローチャートを示す。まず、電源ＯＦＦ、スリープモード、又はジャム発生等をＣＰＵ１３が検知すると、圧解除カム１０が回転し、定着スリーブ１と加圧ローラ２との圧接状態を解除し、圧解除状態となる（Ｓ１００）。

圧接状態が解除されると、フォトセンサ１２からＨｉ信号が出力されることにより、リレー駆動トランジスタ３０によってリレー１７が遮断状態にされる。また、リレー駆動トランジスタ３０には、ＣＰＵ１３よりＯＦＦ信号が入力されており、トライアック１５を駆動するフォトトライアック駆動トランジスタ２８にも、ＣＰＵ１３からＯＦＦ信号が入力されている。よって、セラミックヒータ３への電力の供給はハード回路により遮断されることになる（遮断制御）。なお、圧接状態が解除されても、サーミスタ４によってＣＰＵ１３はセラミックヒータ３の温度Ｔを常時モニタしている（Ｓ１０１）。

セラミックヒータ３の温度Ｔをモニタしている状態で、ＣＰＵ３は、所定の間隔で検知された温度と予め設定されている温度閾値（例えば２００℃）とを比較する（Ｓ１０２）。検知された温度が温度閾値以上である場合は、「リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障、及びトライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障し、セラミックヒータ３に電力が供給されている」と判断する（Ｓ１０３）。そして、圧解除カム１０を回転させ、定着部Ｆの加圧機構によって定着スリーブ１と加圧ロー
ラ２とを圧接状態にする（Ｓ１０４）。

一方、検知された温度が温度閾値を超えない場合は、「リレー１７及びトライアック１５は正常かつ遮断状態である」と判断し、引き続き、セラミックヒータ３の温度をモニタし続ける（Ｓ１０２からＳ１０１）。

以上の保護シーケンスを実行することにより、圧解除状態において、リレー１７、トライアック１５、及びその周辺回路（各駆動トランジスタ）が故障してセラミックヒータ３への電力供給が行われても、セラミックヒータ３の昇温速度を緩やかに出来る。また、セラミックヒータ３や定着スリーブ１が熱的に破損する前にサーモスイッチが作動出来る時間を確保できる。よって、定着部Ｆとその周辺部材が熱によって損傷することを防止できる。また、単に圧接させるだけではなく、圧接した後に加圧ローラ２を回転させればセラミックヒータ３の昇温速度をより緩やかに出来るので好ましい。

なお、ここでは予め設定された温度閾値とサーミスタ４の検知温度とを比較して保護シーケンスを行う場合について説明したが、サーミスタ４の検知温度に基づいて温度閾値を変更するステップを組み込むことも可能である。図５を参照して、温度閾値を変更可能なステップが組み込まれた保護シーケンスについて説明する。

図５に示す保護シーケンスでは、Ｓ２０２において、サーミスタ４による検知温度Ｔが１００℃より大きいか否かを判断し、大きい場合は温度閾値を２５０℃に、小さい場合は温度閾値を１８０℃に設定する（Ｓ２０３、Ｓ２０８）。これによると、例えば圧解除直後（定着部Ｆの駆動停止直後）では、温度閾値が２５０℃に設定される可能性が高く、一方、駆動停止後ある程度時間が経過した状態では、温度閾値が１８０℃に設定される可能性が高い。このように閾値を変更すれば、定着処理が終了した直後に圧解除したにも拘わらず（この圧解除直後の検知温度が例えば２００℃であるとする）、閾値が１８０℃であるために、再度、圧接状態に移行するというような不自然な動作を防止できる。このようにして温度閾値が設定されると、その後、設定された温度閾値に基づいて、検知されたセラミックヒータ３の温度が温度閾値以上であるか否かが判断される（Ｓ２０４）。

検知された温度が温度閾値以上である場合は、「リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障、及びトライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障し、セラミックヒータ３に電力が供給されている」と判断する（Ｓ２０５）。そして、圧解除カム１０を回転させ、定着部Ｆの加圧機構によって定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする（Ｓ２０６）。

なお、Ｓ２０４において、検知されたセラミックヒータ３の温度が温度閾値以上であるか否かを判断し、温度閾値よりも低いことが判断されると、再びＳ２０２に戻って温度閾値の設定を行うことになる。しかし、Ｓ２０３とＳ２０４との間隔が短すぎると、故障検知を正確に行えない可能性があるので、ここではＳ２０３から３０秒以上経過した場合にＳ２０２に戻るように設定されている（Ｓ２０７）。

（１−６：本実施形態の効果）
本実施形態によれば、従来技術に対して新たに回路を追加することなく、リレー１７を含む周辺回路及び、トライアック１５を含む周辺回路の故障を検知することが可能となる。また、圧解除状態にもかかわらず、セラミックヒータ３への電力供給を検知した場合に定着スリーブ１を介してヒータ３と加圧ローラ２とをすばやく圧接させることで、サーモスイッチ２１作動時間を確保できる。よって、定着部Ｆへの熱的なダメージを最小限に抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図６〜図８を参照して、本発明を適用可能な第２実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、画像形成装置の構成、電気回路の構成は第１実施形態と同一であるのでその説明を省略し、ここでは保護シーケンスのプロセスについてのみ説明する。

（２−１：保護シーケンス）
第１実施形態では、検知されたセラミックヒータ３の温度が温度閾値以上である場合に定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする保護シーケンスを行っている。これに対して本実施形態では、サーミスタ４によって検知される温度の温度勾配（上昇率（単位時間当たりの上昇温度））をモニタし、温度勾配がある閾値以上となった場合に定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする保護シーケンスを行うことを特徴とする。以下、図６を参照して、本実施形態における保護シーケンスについて説明する。

まず、電源ＯＦＦ、スリープモード、又はジャム発生等をＣＰＵ１３が検知すると、圧解除カム１０が回転し、定着スリーブ１と加圧ローラ２との圧接状態を解除し、圧解除状態となる（Ｓ３００）。

圧接状態が解除されると、フォトセンサ１２からＨｉ信号が出力されることにより、リレー駆動トランジスタ３０によってリレー１７が遮断状態にされる。また、リレー駆動トランジスタ３０には、ＣＰＵ１３よりＯＦＦ信号が入力されており、トライアック１５を駆動するフォトトライアック駆動トランジスタ２８にも、ＣＰＵ１３からＯＦＦ信号が入力されている。よって、セラミックヒータ３への電力の供給はハード回路により遮断されることになる。なお、圧接状態が解除されても、サーミスタ４によってＣＰＵ１３はセラミックヒータ３の温度Ｔを常時モニタしている（Ｓ３０１）。

次に、ＣＰＵ１３がセラミックヒータ３の温度Ｔを一定時間（ここでは３秒間）モニタし、セラミックヒータ３の温度の上昇率、即ち温度勾配を求め、予め設定されている閾値と比較する（Ｓ３０２、Ｓ３０３）。そして、温度勾配が閾値以上である場合は、「リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障、及びトライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障し、セラミックヒータ３に電力が供給されている」と判断する（Ｓ３０４）。その後、圧解除カム１０を回転させ、定着部Ｆの加圧機構によって定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする（Ｓ３０５）。

一方、温度勾配が閾値を超えない場合は、「リレー１７及びトライアック１５は正常かつ遮断状態である」と判断し、引き続き、セラミックヒータ３の温度をモニタする（Ｓ３０３からＳ３０２）。なお、温度勾配が閾値を超えない場合でも、リレー１７及びトライアック１５が故障している可能性はあるが、この場合は急激な温度上昇ではないので、定着部Ｆへのダメージは低いものとみなすことができる。また、また温度上昇が緩やかなため、定着部Ｆが全体的に暖まり、温度保護素子（サーモスイッチ）が機能しやくなる。

以上の保護シーケンスを実行することにより、圧解除状態において、リレー１７、トライアック１５、及びその周辺回路が故障してセラミックヒータ３への電力供給が行われても、定着スリーブ１が急激に昇温することを防止できる。よって、定着スリーブ１のみならず、その周辺部材が熱によって損傷することを防止できる。

なお、ここでは予め設定された閾値とモニタした温度勾配とを比較して保護シーケンスを行う場合について説明したが、サーミスタ４で検知された温度に基づいて温度勾配の閾値を変更するステップを組み込むことも可能である。図７を参照して、温度勾配の閾値を変更可能なステップが組み込まれた保護シーケンスについて説明する。

図７に示す保護シーケンスでは、Ｓ４０２において、サーミスタ４による検知温度Ｔが１００℃より大きいか否かを判断し、大きい場合は勾配閾値を３℃／ｓに、小さい場合は勾配閾値を１０℃／ｓに設定する（Ｓ４０３、Ｓ４０８）。即ち、図８に示すように、所定の温度（ここでは１００℃）を境に勾配閾値を変更するように制御する。なお、この勾配閾値は予めＣＰＵ１３に格納されている。

例えば、通紙後すぐに定着部Ｆを圧解除した場合、サーミスタ４による検知温度は高い。その場合は、「電力供給あり」と判断する温度勾配の閾値を低く設定しておく。その後、ある程度の時間が経過した場合には、サーミスタ４の温度は下がってきているため、「電力供給あり」と判断する温度勾配の値を高く設定する。そしてこのようにして設定された閾値に基づいて、算出された温度勾配が閾値以上であるか否かが判断される（Ｓ４０４）。

温度勾配が閾値以上である場合は、「リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障、及びトライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障し、セラミックヒータ３に電力が供給されている」と判断する（Ｓ４０５）。そして、圧解除カム１０を回転させ、定着部Ｆの加圧機構によって定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする（Ｓ４０６）。

なお、Ｓ４０４において、モニタされた温度勾配が閾値以上であるか否かを判断し、閾値よりも小さいことが判断されると、再びＳ４０２に戻って閾値の設定を行うことになる。しかし、Ｓ４０３とＳ４０４との間隔が短すぎると、故障検知を正確に行えない可能性があるので、ここではＳ４０３から３０秒以上経過した場合にＳ４０２に戻るように制御されている（Ｓ４０７）。

以上、本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１実施形態では、閾値以上の温度を検知しないと保護動作を行えないが、本実施形態によれば、検知温度に関わらず、温度勾配の大きさによって保護動作を行うことが出来るので、定着スリーブ１が高温になる前にすばやく保護動作に移ることが可能となる。

＜第３実施形態＞
図９〜図１２を参照して、本発明を適用可能な第３実施形態に係る画像形成装置について説明する。なお、画像形成装置の構成、電気回路の構成は第１実施形態と同一であるのでその説明を省略し、ここでは保護シーケンスのプロセスについてのみ説明する。

（３−１：保護シーケンス）
第１、第２実施形態では、リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０故障及び、トライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障したことによって、セラミックヒータ３の温度に異常が現れたことを検知し、保護動作を行っている。これに対して本実施形態では、周波数検出回路２２からＺＥＲＯＸ波形が検出されることに基づいて定着部Ｆの保護動作を行っていることを特徴とする。以下、図９を参照して、本実施形態における保護シーケンスについて説明する。

まず、電源ＯＦＦ、スリープモード、又はジャム発生等をＣＰＵ１３が検知すると、圧解除カム１０が回転し、定着スリーブ１と加圧ローラ２との圧接状態を解除する（Ｓ５００）。圧解除時にも、ＣＰＵ１３は、周波数検出回路２２から出力されるＺＥＲＯＸ波形モニタしている（Ｓ５０１）。

ＺＥＲＯＸ波形をモニタしている段階で、ＣＰＵ１３は、トライアック１５及びリレー１７が遮断状態となっているか否かを確認する為、ＺＥＲＯＸ波形の立ち下がり出力の有
無を判断する（Ｓ５０２）。ＺＥＲＯＸ波形の立ち下がりが一定時間検出されない場合、トライアック１５及びリレー１７は正常かつ遮断状態であると判断し、引き続きモニタを続ける（Ｓ５０１）。

ＺＥＲＯＸ波形の立ち下がりが検出された場合は、「リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障、及びトライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障し、セラミックヒータ３に電力が供給されている」と判断する（Ｓ５０３）。そして、圧解除カム１０を回転させ、定着部Ｆの加圧機構によって定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接状態にする（Ｓ５０４）。次に、図１０〜図１２を参照して、Ｓ５０３における故障の判断について詳しく説明する。

図１０は、リレー１７を含む周辺回路と、トライアック１５を含む周辺回路が共に正常である場合を示すものである。この場合は、トライアック１５に対してＯＦＦ信号を出力後、図１０に示すタイミングでリレーＯＦＦ信号（圧解除信号ＯＮ）を出力する（圧接状態から圧解除状態に切り換える）と、図示するようにＺＥＲＯＸ波形は出力されない。

これは次の理由による。即ち、商用電源１４から出力される交流波形において、負の電圧（図中Ａ領域）が印加されたとき、トライアック１５は遮断状態の為、周波数検出回路２２には電流が流れない（図中Ｐ点線）。一方、正の電圧（図中Ｂ領域）が印加されたとき、リレー１７は遮断状態の為、周波数検出回路２２には電流が流れない（図中Ｑ点線）。従って、周波数検出回路２２には電流が流れない為、ＺＥＲＯＸ波形は出力されない。

図１１は、リレー１７またはリレー駆動トランジスタ３０が故障の場合を示すものである。ＣＰＵ１３がトライアック１５に対してＯＦＦ信号を出力後、図１１に示すタイミングでリレーＯＦＦ信号（圧解除信号ＯＮ）を出力する（圧接状態から圧解除状態に切り換える）と、図示するようなＺＥＲＯＸ波形が検出される。

これは次の理由による。即ち、商用電源１４から出力される交流波形において、負の電圧（図中Ａ領域）が印加されたとき、トライアック１５は遮断状態の為、周波数検出回路２２には電流が流れない（図中Ｐ点線）。一方、正の電圧（図中Ｂ領域）が印加されたときは、リレー１７、周波数検出回路２２、整流ブリッジ３３、商用電源１４の経路で電流が流れる（図中Ｑ実線）。従って、この繰り返しにより、図示するようなＺＥＲＯＸ波形を検出することができる。

図１２は、トライアック１５またはフォトトライアック駆動トランジスタ２８が故障の場合を示すものである。ＣＰＵ１３がトライアック１５に対してＯＦＦ信号を出力後、図１２に示すタイミングでリレーＯＦＦ信号（圧解除信号ＯＮ）を出力する（圧接状態から圧解除状態に切り換える）と、図示するようなＺＥＲＯＸ波形が検出される。

これは次の理由による。即ち、商用電源１４から出力される交流波形において、負の電圧（図中Ａ領域）が印加されたとき、トライアック１５、定着ヒータ３、周波数検出回路２２、整流ブリッジ３３、商用電源１４の経路（図中Ｐ実線）で電流が流れる。一方、正の電圧（図中Ｂ領域）が印加されたときは、リレー１７は遮断状態の為、周波数検出回路２２には電流が流れない（図中Ｑ点線）。従って、この繰り返しにより、図示するようなＺＥＲＯＸ波形を検出することができる。

以上説明したように、リレー１７を含む周辺回路と、トライアック１５を含む周辺回路の少なくとも一方が故障、つまり通電状態の場合は、リレー１７へのリレーＯＦＦ信号出力後もＺＥＲＯＸ波形を検出することができる。そして、この波形を検出することで、どちらが故障したとしても、異常状態を検知することができる。

なお、本実施形態では、周波数検出回路２２の一端をリレー１７とセラミックヒータ３との間に接続し、周波数検出回路２２の他端を、整流ブリッジ３３のマイナス端子へ接続している。これにより、周波数検出回路２２から出力されるＺＥＲＯＸ波形をＣＰＵ１３がモニタし、リレー１７又はトライアック１５への通電、遮断状態を検知している。しかし、別途リレー１７またはトライアック１５の通電検知手段を設けて上述した制御を行うことも十分可能である。

例えば、ＺＥＲＯＸ波形が出力された場合にダイオードを介してコンデンサを充電し、コンデンサがある一定の電圧となったときの信号とリレーＯＦＦ信号とをコンパレータ等で比較する。そして、コンパレータの出力により、リレー１７またはトライアック１５の故障を検知する構成であってもよい。

以上、本実施形態によると、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１、第２実施形態では、セラミックヒータ３の温度状態を検知して保護動作を行っていた。しかし、本実施形態によれば、ＺＥＲＯＸ信号を検知した時点で保護動作を行うことが出来るので、セラミックヒータ３へ電力が供給される異常通電時間をより短縮することができる。

＜その他の実施形態＞
第１〜第３実施形態では、定着スリーブ１を用いたサーフ方式の定着部を用いて説明を行ったが、本発明を適用可能な定着部はサーフ方式に限定されるものではなく、加熱回転体としてローラ部材を用いる熱ローラ方式の定着部であってもよい。また、発熱体として、ハロゲンヒータ等を用いる構成であってもよい。また、加圧部材として加圧ローラ２のような加圧回転体を用いた構成について説明したが、加圧部材は他の形態であってもよい。

第１〜第３実施形態では、像加熱部として定着部が設けられている形態について説明したが、像加熱部として、既に定着済みの画像を加熱することで光沢を付与する光沢付与部を設ける構成に対しても、本発明を適用することは可能である。

第１〜第３実施形態では、定着スリーブ１と加圧ローラ２の圧接状態にして保護シーケンスを終了させていた。しかしながら、両者を圧接状態とした後に、駆動モータＭを用いて加圧ローラ２、及びそれに従動する定着スリーブ１を所定時間回転させるステップを設けてもよい。これによれば、定着スリーブ１、加圧ローラ２の温度上昇をさらに緩やかにすることができ、定着部Ｆへのダメージをより効果的に抑制することができる。

また、商用電源１４からセラミックヒータ３の間に、セラミックヒータ３に流れる電流を検知可能なカレントトランス（電流検知手段）を設けてもよい。これによれば、定着部Ｆの圧解除時に、ＣＰＵ１３が設定する閾値電流以上の電流を検知した場合に、セラミックヒータ３に電力供給が行われていると判断し、定着部Ｆの加圧機構を用いて定着スリーブ１と加圧ローラ２とを圧接させることが可能になる。

１…定着スリーブ ２…加圧ローラ ３…セラミックヒータ １０…圧解除カム １２…フォトセンサ １３…ＣＰＵ １５…トライアック １７…リレー Ｆ…定着部

Claims (7)

1. 商用電源から供給される電力により発熱するヒータを有する加熱部材と、前記加熱部材と共にニップ部を形成する加圧部材と、商用電源から前記ヒータへの電力供給路に設けられており前記加熱部材が異常昇温するとその熱で作動して電力供給路を開放する感熱素子と、前記ニップ部にかかる圧力を解除する圧解除手段と、を有し、前記ニップ部でシート材上の画像を加熱する像加熱部と、
   前記ヒータへの電力供給を制御するＣＰＵと、
   前記圧解除手段を駆動するモータと、
   を有する画像形成装置において、
   前記ニップ部が圧解除状態であり且つ前記ヒータへの電力供給を遮断する信号であるＯＦＦ信号が前記ＣＰＵから出ている時に前記加熱部材が昇温すると、前記モータを駆動させて前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させ、且つ前記加熱部材と前記加圧部材を回転させることにより、前記感熱素子の作動時間を確保することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ヒータの温度が予め設定されている閾値以上になった場合に、前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ヒータの温度の上昇率が予め設定されている閾値以上になった場合に、前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記電力供給路には、
   前記ヒータへの電力供給を遮断する遮断手段と、駆動素子と、が設けられており、前記遮断手段と前記駆動素子のうちの少なくとも一方が通電状態のときに、前記商用電源に同期する波形を出力可能な周波数検出回路が設けられており、
   前記ニップ部が圧解除状態である時に前記周波数検出回路から波形が出力された場合に、前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記電力供給路を流れる電流を検知可能な電流検知手段が設けられており、
   前記電流検知手段において検知される電流が、予め設定されている閾値以上になった場合に、前記加熱部材と前記加圧部材を圧接状態へ移行させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記ヒータの温度に基づいて、前記閾値を変更することが可能であることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
7. 前記加熱部材は、
   定着スリーブと前記定着スリーブの内面に接触する前記ヒータを有し、前記定着スリーブを介して前記ヒータと前記加圧部材によって前記ニップ部を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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