特許 6380415 故障判断装置及びこれを含む画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6380415

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】故障判断装置及びこれを含む画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20180820BHJP

   G03G 21/00 20060101ALI20180820BHJP

   H05B 3/00 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   G03G15/20 510

   G03G21/00 510

   H05B3/00 310D

   H05B3/00 310K

   H05B3/00 320Z

   H05B3/00 335

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-5444(P2016-5444)

(22)【出願日】2016年1月14日

(65)【公開番号】特開2017-125964(P2017-125964A)

(43)【公開日】2017年7月20日

【審査請求日】2017年10月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古城 秀彦

【審査官】 松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２１４９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１２６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１４８１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７０６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５９７５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｇ １５／２０

Ｇ０３Ｇ ２１／００

Ｈ０５Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源の一方の電源端子と負荷の一端を接続し、前記負荷に電力を供給するための第１電源ラインと、
前記交流電源の他方の電源端子と負荷の他端を接続し、前記負荷に電力を供給するための第２電源ラインと、
前記第１電源ラインと前記第２電源ラインに接続され、第１ゼロクロス信号を生成する第１ゼロクロス信号生成部と
前記第１ゼロクロス信号生成部よりも前記負荷に近い位置で前記第１電源ラインと前記第２電源ラインに接続され第２ゼロクロス信号を生成する第２ゼロクロス信号生成部と、
前記第１ゼロクロス信号生成部と前記第２電源ラインの接続点と、前記第２ゼロクロス信号生成部と前記第２電源ラインの接続点の間、又は、前記第１ゼロクロス信号生成部と前記第１電源ラインの接続点と、前記第２ゼロクロス信号生成部と前記第１電源ラインの接続点の間に設けられ、前記負荷への電力の供給／遮断を行うための交流スイッチング素子と、
前記第１ゼロクロス信号と前記第２ゼロクロス信号が入力され、前記交流スイッチング素子を制御する制御部を含み、
前記制御部は、前記第１ゼロクロス信号の信号レベルが変化している状態かつ前記交流スイッチング素子が遮断状態で、前記第２ゼロクロス信号の信号レベルが変化しているとき、ショートの故障が前記交流スイッチング素子で発生していると判断することを特徴とする故障判断装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１ゼロクロス信号の信号レベルが変化している状態かつ前記交流スイッチング素子が導通状態で、前記第２ゼロクロス信号の信号レベルが変化していないとき、オープンの故障が前記交流スイッチング素子で発生していると判断することを特徴とする請求項１に記載の故障判断装置。

【請求項3】

前記負荷はヒーターであり、
前記ヒーターが熱する加熱対象の温度を検知する温度センサーを含み、
前記制御部は、温度センサーの出力に基づき前記加熱対象の温度を認識し、前記第１ゼロクロス信号の信号レベルが変化している状態であり、また、前記交流スイッチング素子が導通状態であり、更に、前記第２ゼロクロス信号の信号レベルが変化している状態であり、前記ヒーターへの通電開始後、前記加熱対象の温度が予め定められた基準温度以下のとき、前記ヒーターの断線の故障発生と判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の故障判断装置。

【請求項4】

前記第１電源ラインと前記第２電源ラインの何れか一方に設けられ、前記交流電源と前記第１ゼロクロス信号生成部との間に設けられ、前記負荷に電力供給を行う回路の開閉を行うためのスイッチ部を含み、
前記制御部は、前記スイッチ部を閉じた状態としているのに前記第１ゼロクロス信号の信号レベルが変化しない状態のとき、前記スイッチ部で故障が発生していると判断することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の故障判断装置。

【請求項5】

故障発生を使用者に報知する報知部を含み、
前記制御部は、故障が発生していると判断したとき、発生している故障内容を前記報知部に報知させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の故障判断装置。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか１項に記載の故障判断装置を含むことを特徴とする画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交流電圧の供給／遮断を行うための交流スイッチング素子を含む回路での故障判断に関する。

【背景技術】

【0002】

複合機、プリンター、複写機、ファクシミリ装置のような画像形成装置には、加熱・加圧してトナー像を定着させるためのヒーターを含むものがある。そして、半導体スイッチング素子を用いて、負荷としてのヒーターに交流電圧を印加することがある。特許文献１には、サイリスタの故障、破壊の発生により、ヒーターが高温となることを防ぐための技術の一例が記載されている。

【0003】

具体的に、特許文献１には、電源電圧をオン−オフするスイッチを設け、交流をサイリスタを用いて位相制御して負荷に与え、交流の電圧のゼロクロス点を検知してゼロクロス信号を発生させサイリスタを位相制御する信号を発生し、負荷の両端の電圧を検知し、負荷に電圧をかけていないのに負荷に電圧がかかった回数をカウントし、一定回数カウントすると、負荷への導通をストップする交流制御装置が記載されている。（特許文献１：請求項１、明細書段落［００１８］等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平０８−０６６００５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

画像形成装置には、トナー像の定着のためのヒーターのような負荷が設けられることがある。負荷への交流電圧の印加（電力供給）制御のため、トライアックのような半導体スイッチング素子が画像形成装置に設けられることがある。

【0006】

電流によるジュール熱によってトライアックのような半導体スイッチング素子では熱が生ずる。半導体スイッチング素子の温度が上昇しすぎることにより接合部分でダメージが生ずることがある（熱破壊）。ダメージが蓄積されると、半導体スイッチング素子の制御がきかない状態となることがある。例えば、半導体スイッチング素子が導通状態のままＯＦＦできない状態となる。導通状態のままＯＦＦできない状態となると、熱破壊が生ずる可能性が大きくなり、半導体スイッチング素子の寿命を大きく縮める要因の１つとなる。

【0007】

また、半導体スイッチング素子の故障の態様は様々である。半導体スイッチング素子の温度が上昇した状態では導通／遮断を制御できなくなるが、温度が下がると通常どおり動作する場合がある。つまり、温度により半導体スイッチング素子が正常な状態に戻る場合もある。また、半導体スイッチング素子は、ショートモード（常時スイッチがＯＮの状態）で故障することもあれば、オープンモード（常時スイッチがＯＦＦの状態）で故障することもある。

【0008】

更に、半導体スイッチング素子以外の要因で負荷への交流電圧の印加の異常が生ずることもある。故障の態様が様々であることから、故障しているか否かの判断や、故障原因の特定が困難であるという問題がある。故障原因の判断を間違えたとき、異常部品以外の部品交換のような無駄な修理が行われる。故障原因の特定できるまで、修理作業が続く。

【0009】

ここで、特許文献１記載の技術では、意図せずに交流電圧が負荷に印加される半導体スイッチング素子の故障のみを対象とする。また、特許文献１の交流制御装置には、リレースイッチ４が記載されているが、リレースイッチ４が壊れているのか、半導体スイッチング素子が故障しているのか、それら以外の部分の故障が生じているのか特定することができない。

【0010】

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のゼロクロス信号生成部を用いて半導体スイッチング素子の故障を含め、どのような故障が生じているか、故障の原因を正確に特定する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、請求項１に係る故障判断装置は、第１電源ライン、第２電源ライン、第１ゼロクロス信号生成部、第２ゼロクロス信号生成部、交流スイッチング素子、制御部を含む。前記第１電源ラインは、交流電源の一方の電源端子と負荷の一端を接続し、前記負荷に電力を供給するための電源ラインである。前記第２電源ラインは、前記交流電源の他方の電源端子と負荷の他端を接続し、前記負荷に電力を供給するための電源ラインである。前記第１ゼロクロス信号生成部は、前記第１電源ラインと前記第２電源ラインに接続され、第１ゼロクロス信号を生成する。前記第２ゼロクロス信号生成部は、前記第１ゼロクロス信号生成部よりも前記負荷に近い位置で前記第１電源ラインと前記第２電源ラインに接続され第２ゼロクロス信号を生成する。前記交流スイッチング素子は、前記第１ゼロクロス信号生成部と前記第２電源ラインの接続点と、前記第２ゼロクロス信号生成部と前記第２電源ラインの接続点の間、又は、前記第１ゼロクロス信号生成部と前記第１電源ラインの接続点と、前記第２ゼロクロス信号生成部と前記第１電源ラインの接続点の間に設けられ、前記負荷への電力の供給／遮断を行う。前記制御部は、前記第１ゼロクロス信号と前記第２ゼロクロス信号が入力され、前記交流スイッチング素子を制御する。そして、前記制御部は、前記第１ゼロクロス信号の信号レベルが変化している状態かつ前記交流スイッチング素子が遮断状態で、前記第２ゼロクロス信号の信号レベルが変化しているとき、ショートの故障が前記交流スイッチング素子で発生していると判断することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、複数のゼロクロス信号生成部を用いて半導体スイッチング素子の故障原因を正確に特定することができる。そして、負荷の通電に関する部分でどのような故障が生じているか、故障の原因を正確に特定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る複合機の一例を示す図である。

【図2】実施形態に係る故障判断装置の一例を示す図である。

【図3】実施形態に係る第１ゼロクロス信号生成部と第２ゼロクロス信号生成部の一例を示す図である。

【図4】実施形態に係る故障判断装置の故障判断の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る複合機１００（画像形成装置に相当）を説明する。複合機１００は、故障判断装置１（詳細は後述）を含む。但し、本実施の形態に記載されている構成、配置等の各要素は、発明の範囲を限定するものではなく単なる説明例にすぎない。

【0015】

（画像形成装置の概要）
まず、図１に基づき、実施形態に係る複合機１００を説明する。図１は、実施形態に係る複合機１００の一例を示す図である。

【0016】

複合機１００は、主制御部２と記憶部３を有する。主制御部２は、装置全体の動作を統括し複合機１００の各部を制御する。そして、主制御部２は、演算のような処理を行うＣＰＵ２１、ジョブの実行に必要な画像処理を画像データに施す画像処理部２２を含む。記憶部３は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤのような記憶装置であり、制御用プログラムやデータを記憶する。

【0017】

又、主制御部２は、操作パネル４と通信可能に接続される。操作パネル４は、設定用画面、複合機１００の状態、メッセージのような情報を表示する。また、操作パネル４は、使用者の操作を受け付ける。そして、主制御部２は、操作パネル４でなされた使用者の設定どおりに動作するように、複合機１００を制御する。

【0018】

原稿搬送部５ａは、セットされた原稿を読み取り位置に向けて搬送する。画像読取部５ｂは、原稿搬送部５ａに搬送される原稿や、原稿台（コンタクトガラス）にセットされた原稿を読み取り、画像データを生成する。主制御部２は、原稿搬送部５ａと画像読取部５ｂの動作を制御する。

【0019】

又、複合機１００は、印刷部６を含む。印刷部６は、エンジン制御部６０（制御部に相当）、給紙部６ａ、搬送部６ｂ、画像形成部６ｃ、定着部６ｄを含む。エンジン制御部６０と主制御部２は通信可能に接続される。主制御部２は、印刷指示、印刷ジョブの内容、印刷に用いる画像データをエンジン制御部６０に与える。エンジン制御部６０は、主制御部２の指示を受け、給紙部６ａ、搬送部６ｂ、画像形成部６ｃ、定着部６ｄの動作を制御する。具体的に、エンジン制御部６０は、給紙、用紙搬送、トナー像の形成、転写、定着のような印刷関連処理を実際に制御する。

【0020】

エンジン制御部６０は、用紙を一枚ずつ給紙部６ａに供給させる。エンジン制御部６０は、供給された用紙を、画像形成部６ｃ、定着部６ｄを経て排出トレイ（不図示）まで搬送部６ｂに搬送させる。エンジン制御部６０は、搬送部６ｂより搬送される用紙にのせるトナー像を画像形成部６ｃに形成させ、トナー像を用紙に転写させる。エンジン制御部６０は、用紙に転写されたトナー像を定着部６ｄに定着させる。定着部６ｄは、用紙を加熱する加熱ローラー６１、加熱ローラー６１に接して用紙に圧力を加える加圧ローラー６２、トナーを溶融させるために加熱ローラー６１を熱するヒーター６３（負荷に相当）を含む。エンジン制御部６０は、印刷時、ヒーター６３への通電を制御し、加熱ローラー６１をトナーの定着に適した温度（定着制御温度、予め定められた定着時の加熱ローラー６１の温度）で保つ。搬送部６ｂは、トナー像が定着された用紙を排出トレイに排出する。

【0021】

又、複合機１００は、通信部２３（報知部に相当）を含む。通信部２３は、コンピューター２００と通信するためのインターフェイスである。通信部２３は、ネットワークやケーブルを介し、コンピューター２００と通信する。主制御部２は、通信部２３と接続される。通信部２３は、コンピューター２００から画像データのような印刷内容を示すデータや印刷に関する設定を示すデータを含む印刷用データを受信する。主制御部２は、印刷用データに基づく印刷を印刷部６に行わせる。

【0022】

（故障判断装置１）
次に、図２を用いて、実施形態に係る故障判断装置１を説明する。図２は、実施形態に係る故障判断装置１の一例を示す図である。

【0023】

故障判断装置１は、複合機１００に含まれる。故障判断装置１は、負荷としてのヒーター６３の導通に関する部分やトナー像の定着に関する部分の故障の有無を判断する。具体的に、故障判断装置１は、スイッチ部１１、第１ゼロクロス信号生成部７、第２ゼロクロス信号生成部８、トライアック９（交流スイッチング素子に相当）、エンジン制御部６０、ヒーター６３（負荷）、温度センサーＳ１、操作パネル４（報知部）を含む。

【0024】

交流電源Ｐは、商用電源のような複合機１００に電力を供給する電源である。複合機１００は電源ケーブル（不図示）を有する。電源ケーブルをコンセントに接続することにより、交流電源Ｐ（商用電源）に複合機１００が接続される。

【0025】

交流電源Ｐの一方の電源端子Ｐ１とヒーター６３の一端が第１電源ラインＬ１により接続される。また、交流電源Ｐの他方の電源端子Ｐ２とヒーター６３の他端が第２電源ラインＬ２により接続される。第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２によりヒーター６３に電力が供給される。負荷としてのヒーター６３は、電力を消費して加熱ローラー６１を熱する。ヒーター６３は、例えば、ハロゲンヒーターである。尚、ヒーター６３に他種の熱源を用いてもよい。

【0026】

また、第１電源ライン（スイッチ部１１とヒーター６３の間、交流電源の電源端子Ｐ１とヒーターの間）には、ヒーター６３の近傍にサーモカットアウト６３ａが設けられる。サーモカットアウト６３ａは、加熱ローラー６１の温度が予め定められた温度に到ると断線し、交流電源Ｐからヒーター６３への電流（電力）を強制的に遮断する

【0027】

スイッチ部１１は、ヒーター６３に電力供給を行う回路の開閉を行うため（ヒーター６３への電力の供給／遮断）を行うためのスイッチである。複合機１００（故障判断装置１）には、スイッチ部１１として、リレーが用いられる。図２に示すように、スイッチ部１１は、第１電源ラインＬ１に設けられる。また、図２に示すように、スイッチ部１１は、交流電源Ｐと第１ゼロクロス信号生成部７との間に設けられる。なお、スイッチ部１１は、第２電源ラインＬ２であって、交流電源Ｐと第１ゼロクロス信号生成部７との間に設けてもよい。

【0028】

エンジン制御部６０は、スイッチ部１１の開閉を制御する。通常モードのような加熱ローラー６１の温度を定着制御温度で維持する間、エンジン制御部６０は、スイッチ部１１を閉状態（導通状態、ＯＮ状態）とし、交流電源Ｐからの電力がヒーター６３に入力され得る状態とする。また、省電力モードのような加熱ローラー６１の温度維持制御を行わないとき、エンジン制御部６０は、スイッチ部１１を開状態（遮断状態、ＯＦＦ状態）とし、交流電源Ｐからの電力がヒーター６３に入力されない状態とする。

【0029】

第１ゼロクロス信号生成部７は、第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２に接続され、第１ゼロクロス信号Ｚ１を生成する（図２参照）。第１ゼロクロス信号生成部７の詳細は後述する。

【0030】

第２ゼロクロス信号生成部８は、第１ゼロクロス信号生成部７よりもヒーター６３に近い位置で第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２に接続される。第２ゼロクロス信号生成部８は、第２ゼロクロス信号Ｚ２を生成する。第２ゼロクロス信号生成部８の詳細も後述する。

【0031】

トライアック９は、ヒーター６３への電力の供給／遮断を行うための交流用のスイッチング素子である。エンジン制御部６０は、トライアック９のＯＮ／ＯＦＦを制御して、ヒーター６３に投入する電力を調整する。故障判断装置１（複合機１００）では、トライアック９は、第１ゼロクロス信号生成部７と第２電源ラインＬ２の接続点Ａと、第２ゼロクロス信号生成部８と第２電源ラインＬ２の接続点Ｂの間に設けられる。尚、ヒーター６３の通電を制御できればよいので、第１ゼロクロス信号生成部７と第１電源ラインＬ１の接続点Ｃと第２ゼロクロス信号生成部８と第１電源ラインＬ１の接続点Ｄの間にトライアック９を設けてもよい（図３において、トライアック９の設置候補位置を白丸Ｅで図示）。

【0032】

エンジン制御部６０には、第１ゼロクロス信号Ｚ１が入力される。電源端子Ｐ１と電源端子Ｐ２に交流電源Ｐが接続され、スイッチ部１１が導通状態のとき、第１ゼロクロス信号生成部７は、交流電圧の周波数にあわせてＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルが変化する第１ゼロクロス信号Ｚ１を出力する。

【0033】

また、エンジン制御部６０には、第２ゼロクロス信号Ｚ２が入力される。電源端子Ｐ１と電源端子Ｐ２に交流電源Ｐが接続され、スイッチ部１１とトライアック９が導通状態であり、第１ゼロクロス信号生成部７に交流電圧が正しく入力されているとき、第１ゼロクロス信号生成部７は、交流電圧の周波数にあわせてＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルが変化する第１ゼロクロス信号Ｚ１を出力する。

【0034】

また、ヒーター６３により加熱される加熱ローラー６１（加熱対象）の温度を検知するための温度センサーＳ１が設けられる。温度センサーＳ１は、サーミスターＲｔと固定抵抗Ｒ０を含む。固定抵抗Ｒ０の一端がグランドに接続され、他端がサーミスターＲｔの一端と接続される。サーミスターＲｔの他端は、電源Ｖａに接続される。サーミスターＲｔと固定抵抗Ｒ０の間の電圧が温度センサーＳ１の出力（センサー出力電圧Ｖ１）としてエンジン制御部６０に入力される。

【0035】

サーミスターＲｔは、温度に応じて抵抗値が変化する。センサー出力電圧Ｖ１は、加熱ローラー６１の温度に応じて変化する。本実施形態の複合機１００では、温度が低いほど抵抗値が高いサーミスターＲｔが用いられる。図３に示す接続では、測定対象（加熱ローラー６１）の温度が高いほど、センサー出力電圧Ｖ１は固定抵抗Ｒ０に流れる電流が小さくなる。従って、低温ほど、センサー出力電圧Ｖ１は小さくなる。エンジン制御部６０内のメモリー６０ｂには、センサー出力電圧Ｖ１の大きさに対する加熱ローラー６１の温度を定めた温度決定用データが記憶される。エンジン制御部６０）のエンジンＣＰＵ６０ａは、温度決定用データとセンサー出力電圧Ｖ１の大きさに基づき、加熱ローラー６１の温度を検知する。

【0036】

エンジン制御部６０は、加熱ローラー６１の温度に応じてトライアック９の導通／遮断の制御を行う。例えば、検知された加熱ローラー６１の温度が、定着制御温度以下であるとき、エンジン制御部６０は、トライアック９を導通状態とする。検知された加熱ローラー６１の温度が、定着制御温度を超えているとき、エンジン制御部６０はトライアック９を遮断状態とする。

【0037】

（第１ゼロクロス信号生成部７と第２ゼロクロス信号生成部８）
次に、図３を用いて実施形態に係る第１ゼロクロス信号生成部７と第２ゼロクロス信号生成部８を説明する。図３は、実施形態に係る第１ゼロクロス信号生成部７と第２ゼロクロス信号生成部８の一例を示す図である。

【0038】

第１ゼロクロス信号生成部７は、第１全波整流回路７１、第１抵抗Ｒ１、第１フォトカプラ７２、第１プルアップ抵抗７３を含む。第１フォトカプラ７２は、第１発光素子７４と第１受光素子７５を含む。図３に示す第１発光素子７４は、ＬＥＤである（他種の発光素子でもよい）。図３に示す第１受光素子７５は、フォトトランジスタである（他種の受光素子でもよい）。

【0039】

図３に示すように、第１全波整流回路７１は、４つのダイオードを含むダイオードブリッジ回路である。第１全波整流回路７１のうち、ダイオードのカソードとダイオードのアノードを接続した２つの部分のうち、一方に第１電源ラインＬ１が接続され、他方に第２電源ラインＬ２が接続される。

【0040】

ダイオードのカソード同士を接続した部分に、第１発光素子７４の一端（アノード）が接続される。第１発光素子７４の他端は、第１抵抗Ｒ１の一端と接続される。第１抵抗Ｒ１の他端は、ダイオードのアノード同士を接続した部分に接続される。

【0041】

第１受光素子７５は、第１発光素子７４が発する光を受光したとき、導通状態（ＯＮ状態）となる。第１受光素子７５は、第１発光素子７４が発光していないとき、遮断状態（ＯＦＦ状態）となる。第１受光素子７５のソースは、グランドと接続される。第１受光素子７５のコレクタは、第１プルアップ抵抗７３の一端と接続される。第１プルアップ抵抗７３の他端は、電源Ｖｂと接続される。第１プルアップ抵抗７３と第１受光素子７５のソースの間の電圧が第１ゼロクロス信号Ｚ１としてエンジン制御部６０に入力される。

【0042】

正常なスイッチ部１１を閉じたとき、第１全波整流回路７１の整流作用により、交流電源Ｐの交流電圧が全波整流される。第１発光素子７４のアノードには、交流電源Ｐの周波数の２倍の周波数の整流された電圧が印加される。そして、第１発光素子７４に印加される電圧が第１発光素子７４の順方向電圧よりも小さい間、第１発光素子７４は発光しない。第１発光素子７４に印加される電圧が第１発光素子７４の順方向電圧以上の間、第１発光素子７４は発光する。交流電源Ｐ（商用電源）の電圧波形は正弦波なので、交流電圧波形の半周期に１度、第１全波整流回路７１の出力電圧は、第１発光素子７４の順方向電圧以下となる。

【0043】

第１発光素子７４が発光状態のとき、第１受光素子７５が導通状態となり、第１ゼロクロス信号Ｚ１はＬｏｗレベル（グランドレベル）となる。第１発光素子７４が発光していない状態のとき、第１受光素子７５が遮断状態となり、第１ゼロクロス信号Ｚ１はＨｉｇｈレベルとなる。本実施形態の故障判断装置１では、第１ゼロクロス信号Ｚ１は、交流電圧の半周期に１度、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。

【0044】

一方、正常なスイッチ部１１を開いた状態としたとき、第１ゼロクロス信号Ｚ１は、Ｌｏｗレベルで維持される。

【0045】

第２ゼロクロス信号生成部８も第１ゼロクロス信号生成部７と同様の回路を含む。第２ゼロクロス信号生成部８は、第２全波整流回路８１、第２抵抗Ｒ２、第２フォトカプラ８２、第２プルアップ抵抗８３を含む。第２フォトカプラ８２は、第２発光素子８４と第２受光素子８５を含む。図３に示す第２発光素子８４は、ＬＥＤである（他種の発光素子でもよい）。図３に示す第２受光素子８５は、フォトトランジスタである（他種の受光素子でもよい）。

【0046】

図３に示すように、第２全波整流回路８１は、４つのダイオードを含むダイオードブリッジ回路である。第２全波整流回路８１のダイオードのカソードとダイオードのアノードを接続した２つの部分のうち、一方に第１電源ラインＬ１が接続され、他方に第２電源ラインＬ２が接続される。

【0047】

ダイオードのカソード同士を接続した部分に、第２発光素子８４の一端（アノード）が接続される。第２発光素子８４の他端は、第２抵抗Ｒ２の一端と接続される。第２抵抗Ｒ２の他端は、ダイオードのアノード同士を接続した部分に接続される。

【0048】

第２受光素子８５は、第２発光素子８４が発する光を受光したとき、導通状態（ＯＮ状態）となる。第２受光素子８５は、第２発光素子８４が発光していないとき、遮断状態（ＯＦＦ状態）となる。第２受光素子８５のソースは、グランドと接続される。第２受光素子８５のコレクタは、第２プルアップ抵抗８３の一端と接続される。第２プルアップ抵抗８３の他端は、電源Ｖｃと接続される。第２プルアップ抵抗８３と第２受光素子８５のソースの間の電圧が第２ゼロクロス信号Ｚ２としてエンジン制御部６０に入力される。

【0049】

正常なスイッチ部１１を閉じたとき、第２全波整流回路８１の整流作用により、交流電源Ｐの交流電圧が全波整流される。第２発光素子８４のアノードには、交流電源Ｐの周波数の２倍の周波数の整流された電圧が印加される。第２発光素子８４に印加される電圧が第２発光素子８４の順方向電圧よりも小さい間、第２発光素子８４は発光しない。第２発光素子８４に印加される電圧が第２発光素子８４の順方向電圧以上の間、第２発光素子８４は発光する。交流電源Ｐ（商用電源）の電圧波形は正弦波なので、第２全波整流回路８１の出力電圧は、交流電圧波形の半周期に１度、第２発光素子８４の順方向電圧以下となる。

【0050】

第２発光素子８４が発光状態のとき、第２受光素子８５が導通状態となり、第２ゼロクロス信号Ｚ２はＬｏｗレベル（グランドレベル）となる。第２発光素子８４が発光していない状態のとき、第２受光素子８５が遮断状態となり、第２ゼロクロス信号Ｚ２はＨｉｇｈレベルとなる。

【0051】

ここで、トライアック９は、第１ゼロクロス信号生成部７と第２電源ラインＬ２の接続点と、第２ゼロクロス信号生成部８と第２電源ラインＬ２の接続点の間に設けられる。故障判断装置１では、スイッチ部１１が閉じられ、トライアック９が導通状態とされたとき、異常がない限り（故障がない限り）、第２ゼロクロス信号Ｚ２は、交流電圧の半周期に１度、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。スイッチ部１１が閉じられた状態、又は、トライアック９が遮断状態のとき、異常がない限り、第２ゼロクロス信号Ｚ２は、Ｌｏｗレベルで維持される。

【0052】

（故障判断の流れ）
次に、図４を用いて、実施形態に係る故障判断装置１の故障判断の流れを説明する。図４は、実施形態に係る故障判断装置１の故障判断の流れの一例を示すフローチャートである。

【0053】

図４のスタートは、複合機１００の主電源ＯＮにより加熱ローラー６１を定着制御温度にまで暖めるため（ウォームアップ処理を開始するため）や、省電力モードから通常モードに復帰したために加熱ローラー６１を定着制御温度まで再加熱するために、エンジン制御部６０がスイッチ部１１を閉じた時点である。なお、スタートの時点では、エンジン制御部６０は、トライアック９は、遮断（ＯＦＦ）状態とする。

【0054】

まず、エンジン制御部６０は、周期的に（交流電源Ｐの半周期ごとに）第１ゼロクロス信号Ｚ１が変化しているか否かを確認する（ステップ♯１）。第１ゼロクロス信号生成部７の位置（接続関係）から、スイッチ部１１を閉じたとき、スイッチ部１１に異常がない限り、第１ゼロクロス信号生成部７は、周期的にＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルが変化する第１ゼロクロス信号Ｚ１を生成する。

【0055】

スイッチ部１１を閉じたのに第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが周期的に変化していないとき（ステップ♯１のＮｏ）、エンジン制御部６０は、スイッチ部１１で故障が発生していると判断する（ステップ♯２）。

【0056】

スイッチ部１１を閉じていて第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが周期的に変化しているとき（ステップ♯１のＹｅｓ）、エンジン制御部６０は周期的に（交流電源Ｐの半周期ごとに）第２ゼロクロス信号Ｚ２が変化しているか否かを確認する（ステップ♯３）。

【0057】

トライアック９を導通状態としていないのに、第２ゼロクロス信号Ｚ２が周期的に変化するということは、スイッチ部１１を閉じただけで、負荷（ヒーター６３）に通電がなされていることになる。つまり、トライアック９はショートしていると見なせる。

【0058】

そこで、スイッチ部１１が閉じた状態（第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが周期的に変化している状態）、かつ、トライアック９が遮断状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが周期的に変化しているとき（ステップ♯３のＹｅｓ）、エンジン制御部６０は、ショートモードの故障がトライアック９で発生したと判断する（ステップ♯４）。

【0059】

スイッチ部１１が閉じた状態、かつ、トライアック９が遮断状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが周期的に変化していないとき（ステップ♯３のＮｏ）、現時点まで異常はない。そこで、エンジン制御部６０は、トライアック９を導通状態（ＯＮ状態）とする（ステップ♯５）。

【0060】

そして、エンジン制御部６０は、周期的に（交流電源Ｐの半周期ごとに）第２ゼロクロス信号Ｚ２が変化しているか否かを確認する（ステップ♯６）。

【0061】

スイッチ部１１を閉じた状態とし、かつ、トライアック９を導通状態としたとき、第２ゼロクロス信号生成部８の設置位置に基づき（図２参照）、第２ゼロクロス信号Ｚ２は、正常であれば信号レベルが周期的に変化する。トライアック９が導通状態なのに第２ゼロクロス信号Ｚ２が周期的に変化していないということは、第２ゼロクロス信号生成部８が導通していないことになる。つまり、トライアック９はオープン状態であると見なせる。

【0062】

そこで、スイッチ部１１が閉じた状態、かつ、トライアック９が導通状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが周期的に変化していないとき（ステップ♯６のＮｏ）、エンジン制御部６０は、オープンモードの故障がトライアック９で発生したと判断する（ステップ♯７）。

【0063】

一方、スイッチ部１１が閉じた状態、かつ、トライアック９が導通状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが周期的に変化しているとき（ステップ♯６のＹｅｓ）、エンジン制御部６０は、トライアック９を導通状態としてから（ヒーター６３への通電を開始してから）所定時間が経過した後、エンジン制御部６０は、加熱ローラー６１の温度が予め定められた基準温度を超えているか否かを確認する（ステップ♯８）。

【0064】

基準温度は適宜定めることができる。ヒーター６３の断線が発生しているとき、加熱ローラー６１を昇温させることはできない。そして、加熱ローラー６１は室温程度であると検知される。そのため、基準温度は、７０°Ｃ〜１００°Ｃのような２０°Ｃ〜３０°Ｃのような室温以上の温度とできる。

【0065】

所定時間は、ヒーター６３に通電を開始した後、加熱ローラー６１の温度が基準温度にまで上昇するのに必要な時間である。ヒーター６３の特性、単位時間あたりの上昇温度を考慮して適宜定めることができる。また、エンジン制御部６０は、トライアック９を導通状態とした時点の加熱ローラー６１の温度が低いほど、所定時間を長くしてもよい。

【0066】

基準温度を超えているとき（ステップ♯８のＹｅｓ）、異常は認められないので本フローは終了する（ステップ♯８のＹｅｓ→エンド）。一方、基準温度を超えていないとき（ステップ♯８のＮｏ）、ヒーター６３の断線、又は、一部断線が生じていて、加熱性能が低下しているとみなせる。そこで、基準温度を超えていないとき（ステップ♯８のＮｏ）、エンジン制御部６０は、ヒーター６３の断線の故障発生と判断する（ステップ♯９）。

【0067】

ステップ♯２、ステップ♯４、ステップ♯７、ステップ♯９のようにエンジン制御部６０が故障発生と判断したとき、発生している故障内容を報知部に報知させる（ステップ♯１０）。そして、本フローは終了する（エンド）。具体的に、エンジン制御部６０は、発生した故障の内容を操作パネル４の表示パネル４１（報知部に相当、図１参照）に表示させる。例えば、エンジン制御部６０は、「リレーの故障が発生しました」、「トライアック９のショートの故障が発生しました」、「トライアック９のオープンの故障が発生しました」、「ヒーター６３の断線が発生しました」、といったメッセージを表示パネル４１に表示させる。

【0068】

なお、ネットワークで接続されたコンピューター２００に故障の内容のメッセージを送信することにより報知が行われてもよい。この場合、通信部２３が報知部として機能する。具体的に、エンジン制御部６０は、ネットワークで接続されたコンピューター２００に向けて、故障の内容のメッセージを通信部２３に送信させる。受信したコンピューター２００のディスプレイにメッセージが表示され、使用者は、故障の原因、内容を知ることができる。

【0069】

このようにして、実施形態に係る故障判断装置１は、第１電源ラインＬ１、第２電源ラインＬ２、第１ゼロクロス信号生成部７、第２ゼロクロス信号生成部８、交流スイッチング素子（トライアック９）、制御部（エンジン制御部６０）を含む。第１電源ラインＬ１は、交流電源Ｐの一方の電源端子Ｐ１と負荷（ヒーター６３）の一端を接続し、負荷に電力を供給するための電源ラインである。第２電源ラインＬ２は、交流電源Ｐの他方の電源端子Ｐ２と負荷の他端を接続し、負荷に電力を供給するための電源ラインである。第１ゼロクロス信号生成部７は、第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２に接続され、第１ゼロクロス信号Ｚ１を生成する。第２ゼロクロス信号生成部８は、第１ゼロクロス信号生成部７よりも負荷に近い位置で第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２に接続され第２ゼロクロス信号Ｚ２を生成する。交流スイッチング素子は、第１ゼロクロス信号生成部７と第２電源ラインＬ２の接続点Ａと、第２ゼロクロス信号生成部８と第２電源ラインＬ２の接続点Ｂの間、又は、第１ゼロクロス信号生成部７と第１電源ラインＬ１の接続点Ｃと、第２ゼロクロス信号生成部８と第１電源ラインＬ１の接続点Ｄの間に設けられ、負荷への電力の供給／遮断を行うためのものである。制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１と第２ゼロクロス信号Ｚ２が入力され、交流スイッチング素子を制御する。そして、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが変化している状態かつ交流スイッチング素子が遮断状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが変化しているとき、ショートの故障が交流スイッチング素子で発生していると判断する。

【0070】

本実施形態の故障判断装置１では、故障の原因と内容を特定するため、ゼロクロス信号生成部を少なくとも２つ設ける。第１ゼロクロス信号生成部７の設置位置に基づき、交流電源Ｐからの電圧が入力されている状態のとき、第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルは変化する。また、第２ゼロクロス信号生成部８の設置位置によれば、交流電源Ｐからの交流電圧が負荷の両端に印加される状態のとき第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルは変化する。これにより、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１により交流電源Ｐからの電圧入力があるか否かを判定できる。また、制御部は、第２ゼロクロス信号Ｚ２により負荷の両端に交流電圧が印加されているか否かを判定できる。そして、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１と第２ゼロクロス信号Ｚ２に基づき、交流スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦと関係なく、交流電源Ｐからの電圧が入力されるだけで負荷に電流が流れる故障（交流スイッチング素子＝トライアック９のショートモードでの故障）発生を認識できる。従って、遮断状態となるように交流スイッチング素子を制御しているのに導通状態となる故障を検知することができる。そして、生じた故障の原因、内容を正確に特定することができる。

【0071】

また、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが変化している状態かつ交流スイッチング素子が導通状態で、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが変化していないとき、オープンの故障が交流スイッチング素子で発生していると判断する。これにより、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１と第２ゼロクロス信号Ｚ２に基づき、交流電源Ｐから負荷への電圧入力がある状態で交流スイッチング素子をＯＮしても負荷に電流が流れない故障（交流スイッチング素子のオープンモードでの故障）の発生を認識できる。従って、導通状態となるように交流スイッチング素子を制御しているのに遮断状態となる故障を検知することもできる。このように、故障原因、内容を正確に特定することができる。

【0072】

また、故障判断装置１（複合機１００）では、負荷はヒーター６３である。また、画像形成装置は、ヒーター６３が熱する加熱対象の温度を検知する温度センサーＳ１を含む。制御部は、温度センサーＳ１の出力に基づき加熱対象の温度を認識し、第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが変化している状態であり、また、交流スイッチング素子が導通状態であり、更に、第２ゼロクロス信号Ｚ２の信号レベルが変化している状態であり、ヒーター６３への通電開始後、加熱対象の温度が予め定められた基準温度以下のとき、ヒーター６３の断線の故障発生と判断する。これにより、制御部は、負荷の両端に交流電圧が印加されている状態なのに、加熱対象の温度が上昇しない故障（ヒーター６３の断線故障）の発生を認識できる。このように、ヒーター６３断線の故障の原因も正確に特定することができる。

【0073】

また、故障判断装置１は、第１電源ラインＬ１と第２電源ラインＬ２の何れか一方に設けられ、交流電源Ｐと第１ゼロクロス信号生成部７との間に設けられ、負荷に電力供給を行う回路の開閉を行うためのスイッチ部１１（リレー）を含む。制御部は、スイッチ部１１を閉じた状態としているのに第１ゼロクロス信号Ｚ１の信号レベルが変化しない状態のとき、スイッチ部１１で故障が発生していると判断する。これにより、制御部は、第１ゼロクロス信号Ｚ１に基づき、スイッチ部１１を閉じた状態となるように制御しているのに、第１ゼロクロス信号生成部７に交流電圧が適切に入力されない故障の発生を認識できる。スイッチ部１１での故障発生をも検知することができる。

【0074】

また、故障判断装置１は、故障発生を使用者に報知する報知部（表示パネル４１、通信部２３）を含む。制御部は、故障が発生していると判断したとき、発生している故障内容を報知部に報知させる。これにより、特定された故障の原因や内容を知らせることができる。従って、使用者やメンテナンス担当者は、故障の原因を容易、迅速に知ることができる。そのため、故障原因特定のための長時間の点検作業、修理作業が不要となる。また、故障原因が特定されているので、的確に故障箇所を修理することができる。

【0075】

また、実施形態ら係る画像形成装置（複合機１００）は、上述の故障判断装置１を含む。そのため、機内で生じた故障の原因、内容を迅速、正確に判断することができる画像形成装置を提供することができる。また、故障を迅速、正確に修理することができるので、故障が生じても使用できない状態が短時間ですむ画像形成装置を提供することができる。

【0076】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明は、負荷に交流電圧を印加して用いる故障判断装置、画像形成装置に利用可能である。

【符号の説明】

【0078】

１００ 複合機（画像形成装置） １ 故障判断装置
１１ スイッチ部（リレー） ２３ 通信部（報知部）
４１ 表示パネル（報知部） ６０ エンジン制御部（制御部）
６３ ヒーター（負荷） ７ 第１ゼロクロス信号生成部
８ 第２ゼロクロス信号生成部
９ トライアック（交流スイッチング素子）
Ａ 接続点 Ｂ 接続点
Ｃ 接続点 Ｄ 接続点
Ｌ１ 第１電源ライン Ｌ２ 第２電源ライン
Ｐ 交流電源 Ｐ１ 電源端子
Ｐ２ 電源端子 Ｓ１ 温度センサー
Ｚ１ 第１ゼロクロス信号 Ｚ２ 第２ゼロクロス信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】