JP2001237047A - ヒータ駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通電開始時の突入電流では過電流保護回路が
作動せず、定常時に過大電流が流れている場合には過電
流保護回路を作動させ、屋内の電流ブレーカが作動して
しまうのを防止し、定電圧電源に負荷ショートに相当す
る電流が流れてしまうような故障が発生した場合には瞬
時に過電流保護回路を作動させ、素子の二次破壊を防止
すること。 【解決手段】 ハロゲンヒータ１に所定の電圧を供給す
る定電圧電源33の出力電圧を所定の時定数をもって立ち
上げるスローアップ手段や、前記定電圧電源33への電流
を検出し、異常時には定電圧電源33への通電を遮断す
る、複数の動作電流値を有した過電流保護回路などを有
し、前記過電流保護回路の異常電流を検出するまでの時
定数Ts1，Ts2を、動作電流がヒータ点灯時のオーバシュ
ート電流値よりも低い方(時定数Ts2)はスローアップ時
間(スロースタート時定数Tsu)より長く設定し、動作電
流がヒータ点灯時のオーバシュート電流値よりも高い方
(時定数Ts1)はスローアップ時間(スロースタート時定数
Tsu)より短く設定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ駆動装置に
関し、例えば複写機やレーザープリンタ等の電子写真プ
ロセスを用いた画像形成装置の熱定着装置に用いられる
ヒータ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機やレーザープリンタの熱定
着装置の発熱手段として用いられているハロゲンヒータ
への電力供給は、商用電源電圧をハロゲンヒータに直接
印加することによって行っており、定電圧電源は用いら
れていなかった。このため、定電圧電源に対する過電流
保護回路も用いられていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハロゲ
ンヒータを商用電源電圧によらず一定電圧で駆動するた
めに定電圧電源を用いた場合には、定電圧電源の故障に
よっては過大電流が機器に流れるおそれがあるために、
過大電流を検出した際には定電圧電源への通電を遮断す
るような過電流保護回路を必要とする。

【０００４】ところが、スローアップ機能を有した定電
圧電源でハロゲンヒータを点灯した場合でも、ハロゲン
ヒータ自体の抵抗特性によって通電開始時には突入電流
が流れてしまうために、通電開始時の突入電流では過電
流保護回路が作動することなく、かつ定常時に過大電流
が流れている場合には過電流保護回路を作動させ、屋内
の電流ブレーカが作動してしまうのを防止しなくてはな
らない。

【０００５】更に、定電圧電源に負荷ショートに相当す
る電流が流れてしまうような故障が発生した場合には、
素子の二次破壊を防止するために瞬時に過電流保護回路
を作動させ、定電圧電源への通電を遮断する必要があっ
た。

【０００６】従って、本発明の目的は、通電開始時の突
入電流では過電流保護回路が作動することなく、かつ定
常時に過大電流が流れている場合には過電流保護回路を
作動させ、屋内の電流ブレーカが作動してしまうのを防
止し、更に定電圧電源に負荷ショートに相当する電流が
流れてしまうような故障が発生した場合には瞬時に過電
流保護回路を作動させ、定電圧電源への通電を遮断する
ことにより素子の二次破壊を防止することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の代表的な構成は、発熱手段たるハロゲンヒー
タに所定の電圧を供給する定電圧電源と、前記定電圧電
源の出力電圧を所定の時定数をもって立ち上げるスロー
アップ手段と、前記定電圧電源への電流を検出し、異常
時には定電圧電源への通電を遮断する、複数の動作電流
値を有した過電流保護回路と、を有し、前記過電流保護
回路の異常電流を検出するまでの時定数を、動作電流が
ヒータ点灯時のオーバシュート電流値よりも低い方はス
ローアップ時間より長く設定し、動作電流がヒータ点灯
時のオーバシュート電流値よりも高い方はスローアップ
時間より短く設定することを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、通電開始時の突入電流で
は過電流保護回路が作動することなく、かつ定常時に過
大電流が流れている場合には過電流保護回路を作動さ
せ、屋内の電流ブレーカが作動してしまうのを防止する
ことが可能であり、更に定電圧電源に負荷ショートに相
当する電流が流れてしまうような故障が発生した場合に
は瞬時に過電流保護回路を作動させ、定電圧電源への通
電を遮断することにより素子の二次破壊を防止すること
が可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
適用したヒータ駆動装置の実施の形態を詳細に説明す
る。尚、以下の実施形態では、複写機やレーザープリン
タ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置の熱定着
装置に用いられるヒータ駆動装置を例示している。

【００１０】〔第１実施形態〕以下、図１〜図４を参照
して、本発明の第１実施形態に係るヒータ駆動装置を詳
細に説明する。図１は第１実施形態に係るヒータ駆動装
置の構成を示す回路図である。

【００１１】図１において、１は複写機やレーザープリ
ンタ等の熱定着装置内の発熱手段たるハロゲンヒータで
あり、後述する定電圧出力回路２と接続されており、定
電圧出力回路２から電力が供給されハロゲンヒータ１が
発光する。定電圧出力回路２はチョッピング用FET３、
インダクタ４、スナバ用ダイオード５を含み降圧型のDC
-DCコンバータを形成している。６はコントロールICで
あり（本実施形態ではUNITRODE社のUC3854を使用）、出
力電圧を電圧検知回路７で、出力電流を電流検出抵抗８
で、入力実効値電圧を抵抗９とコンデンサ10で、入力電
圧波形を抵抗11，12でそれぞれ検出し、出力電圧を一定
にまた出力電流波形を入力電圧波形と相似波形になるよ
うに約100kHzでオンオフしているチョッピング用FET３
のオンデューティを制御する。

【００１２】前記ヒータ１の点灯制御を行うには、まず
タイマ、ROM、RAM、各入出力ポート（いずれも不図示）
等を具備したMPU13のデジタル用ポート(P2)をHIGHにす
ることにより抵抗128，129を介してトランジスタ130を
オンし、コイル131，132に電流を流すことによってリレ
ー133，134が接続され、定電圧出力回路２がダイオード
ブリッジ31、ノイズフィルタ32を介して商用電源33に接
続される。

【００１３】次にMPU13のデジタル出力ポート(P1)をHIG
Hにすることによって抵抗14を介してトランジスタ15が
オンし、抵抗16を介して＋５V電源に接続されているフ
ォトダイオード17がオン、フォトトランジスタ18がオン
し、抵抗19を介してトランジスタ20をオフすることによ
り電源(Vcc)電圧が抵抗21を介してコントロールIC６の
イネーブル端子(ENA)に入力され、コントロールIC６を
作動させ定電圧出力を制御する。このオン時には同時に
ダイオード22を介してトランジスタ23もオフされ、コン
トロールIC６のソフトスタート端子(SS)に接続されてい
るコンデンサ24がコントロールIC６の内部の定電流電源
によって充電され、ソフトスタート端子(SS)の電位が一
次関数的に上昇し、これにより定電圧出力回路２の出力
電圧も一定の時定数をもって上昇する。逆に出力のオフ
時にはトランジスタ23と抵抗26，27，28で構成される定
電流放電回路によってコンデンサ24の電荷が放電される
ためにソフトスタート端子(SS)の電位が今度は一次関数
的に下降し、定電圧出力回路２の出力電圧も一定の時定
数をもって下降する。ここでトランジスタ20のベースに
接続されているコンデンサ29とダイオード36は、フォト
トランジスタ18のオフ時にソフトスタート制御のトラン
ジスタ23に対してイネーブル制御のトランジスタ20が一
定の遅延時間をもってオフされるようにするためのもの
である。抵抗30は、トランジスタ20，23をオンさせるた
めのプルアップ抵抗である。

【００１４】またMPU13は温度検知素子であるサーミス
タ34と抵抗35によって熱定着装置の温度を検出し、この
検出温度をもとに定電圧出力回路２のオンオフを制御す
ることにより熱定着装置の温度が目標値となるように制
御する。

【００１５】次に過電流検知回路及びラッチ回路につい
て説明する。まず図中、101は過電流検知回路であり、
定電圧出力回路２にある電流検出抵抗８で検出した電流
値を、抵抗103と104、102と106で抵抗分圧し、オペアン
プ108，109の−端子に入力、＋端子には抵抗105，107を
介して基準電圧Vrefを入力する。ここで、オペアンプ10
8の作動電流値Is2（図３参照）はハロゲンヒータ点灯時
の定常電流値Iin（図３参照）よりも若干高めの値とな
るよう、またオペアンプ109の作動電流値Is1（図４参
照）はハロゲンヒータ点灯直後のオーバシュート値より
も高めとなるように、各抵抗103，104，102，106の値、
及び基準電圧を設定する。オペアンプ108，109の出力端
子は、抵抗110，111、ダイオード114，112を介してコン
デンサ115に接続され、充電回路を形成する。そして、
前記コンデンサ115の電圧が基準電圧Vrefに達したとこ
ろでリレー133，134を切るために、オペアンプ117の＋
端子にはコンデンサ115の電圧、−端子には抵抗113を介
して基準電圧Vrefを入力し、出力端子には抵抗118を介
してフォトダイオード119を接続することにより、二次
側にある後述するラッチ回路120へと信号を伝える。

【００１６】ここで、オペアンプ108が異常電流を検出
し続けてからリレー133，134が切れるまでの時定数(図
３中Ts2)を前述した定電圧出力回路２による出力電圧の
スロースタート時定数(図３中Tsu)よりも長く(図３Tsu
＜Ts2)、またオペアンプ109が異常電流を検出し続けて
からリレー133，134が切れるまでの時定数(図４中Ts1)
をスロースタート時定数(図４中Tsu)よりも短く(図４Ts
u＞Ts1)なるように、抵抗110，111、コンデンサ115、及
びコンデンサ115と並列に接続されている放電抵抗116の
値を設定する。

【００１７】120は前記過電流検知回路101で検出した異
常電流信号を、機器の電源が落とされるまで保持してお
くためのラッチ回路であり、異常電流を検出した時に点
灯する過電流検知回路101のフォトダイオード119と光結
合されたフォトトランジスタ121がオンするとオペアン
プ135の＋端子が＋５Vとなり、＋５Vを抵抗122，125で
分圧した電圧よりも高くなるためにオペアンプ135の出
力がHIGH（約＋５V）になる。出力端子と＋端子はダイ
オード123を介して接続されているために、以後フォト
トランジスタ121がオフしても＋端子の電位は＋５V近く
に保持されるため、出力はHIGHに保持される。オペアン
プ135の出力端子がHIGHになることにより、抵抗126を介
してトランジスタ127がオン状態となり、コイル131，13
2に電流を流していたトランジスタ130のベースがグラン
ド電位になることから、トランジスタ130がオフし、リ
レー133，134が切れる。

【００１８】次に過電流保護回路の動作を図２〜図４に
示すタイミングチャートを用いて説明する。

【００１９】図２は通常動作時を示した図である。ヒー
タ点灯時にはオペアンプ108で構成する過電流検知レベ
ルを超えたオーバシュート電流が発生するために、定電
圧電源の入力電流がIs2を超え、オペアンプ108の出力が
HIGHになり、コンデンサ115の電位が上昇するが、Vref
電位にまで達しないために、リレー133，134はオフされ
ない。

【００２０】図３は定電圧出力回路２の出力電圧が異常
に高くなるような故障が発生した場合の動作を示した図
である。ヒータ点灯後も定電圧電源の入力電流がIs2を
超え続けると、所定時間以上オペアンプ108の出力がHIG
Hとなるために、コンデンサ115に充電電流が流れ続け、
結果としてコンデンサ115の電位がVrefに達し、リレー1
33，134がオフされる。

【００２１】図４は定電圧出力回路２のスナバ用ダイオ
ード（フライホイールダイオード）５がショート故障し
たような、より過大な電流が流れた場合を示した図であ
る。定電圧電源の入力電流がIs1を超えると、オペアン
プ109の出力もHIGHになり、充電時定数が短いために、
異常電流が流れてから短時間でリレー133，134がオフさ
れる。

【００２２】上述したように、本実施形態によれば、一
次側に設けられ、定電圧電源33への異常電流を検出する
ための過電流検知回路101と、二次側に設けられ、機器
への電源投入時には通電状態にある電源系によって構成
され、前記過電流検知回路101からの過電流信号を保持
するためのラッチ回路120と、前記ラッチ回路120からの
信号に基づいて定電圧電源33への通電を遮断するリレー
133，134と、からなる過電流保護回路において、異常電
流を検出し続けてから定電圧電源33への通電が遮断され
るまでの時定数Ts1，Ts2を、動作電流がヒータ点灯時の
オーバシュート電流値よりも低い方(時定数Ts2)はスロ
ーアップ時間(スロースタート時定数Tsu)より長く設定
(図３参照)し、動作電流がヒータ点灯時のオーバシュー
ト電流値よりも高い方(時定数Ts1)はスローアップ時間
(スロースタート時定数Tsu)より短く設定(図４参照)し
ているので、通電開始時の突入電流では過電流保護回路
が作動することなく、かつ定常時に過大電流が流れてい
る場合には過電流保護回路を作動させ、屋内の電流ブレ
ーカが作動してしまうのを防止することができ、更に定
電圧電源に負荷ショートに相当する電流が流れてしまう
ような故障が発生した場合には瞬時に過電流保護回路を
作動させ、定電圧電源への通電を遮断することにより素
子の二次破壊を防止することができる。

【００２３】〔第２実施形態〕以下、図５を参照して、
本発明の第２実施形態に係るヒータ駆動装置を詳細に説
明する。図５は第２実施形態の構成を示す回路図であ
る。

【００２４】尚、本実施形態において、定電圧出力回路
２やラッチ回路120は前述した第１実施形態と同様で、
第１実施形態と異なるのは過電流検知回路101の構成で
あり、オペアンプ108，109の出力自体で時定数機能をも
たせるために、出力端子と−端子間にコンデンサ201，2
02を設けている。

【００２５】ここで、オペアンプ108が異常電流を検出
し続けてからリレー133，134が切れるまでの時定数(図
３中Ts2)を前述した定電圧出力回路２による出力電圧の
スロースタート時定数(図３中Tsu)よりも長く(図３Tsu
＜Ts2)、またオペアンプ109が異常電流を検出し続けて
からリレー133，134が切れるまでの時定数(図４中Ts1)
をスロースタート時定数(図４中Tsu)よりも短く(図４Ts
u＞Ts1)なるように、コンデンサ201と202の値を設定す
る。

【００２６】またフォトダイオード119、抵抗118はオペ
アンプ108の出力端子に接続し、オペアンプ108の出力で
直接フォトダイオード119を点灯させる。

【００２７】そして、オペアンプ109の出力端子はダイ
オード203を介してオペアンプ108の基準電圧Vrefが入力
されている＋端子に接続することにより、オペアンプ10
9が過電流を検知した際には、オペアンプ109の＋端子を
約＋５Vにすることによって、オペアンプ109の出力をHI
GHにさせ、フォトダイオード119を点灯させる。

【００２８】上述したように、本実施形態によっても、
前述した実施形態と同様に、通電開始時の突入電流では
過電流保護回路が作動することなく、かつ定常時に過大
電流が流れている場合には過電流保護回路を作動させ、
屋内の電流ブレーカが作動してしまうのを防止すること
ができ、更に定電圧電源に負荷ショートに相当する電流
が流れてしまうような故障が発生した場合には瞬時に過
電流保護回路を作動させ、定電圧電源への通電を遮断す
ることにより素子の二次破壊を防止することができる。

【００２９】また、定電圧電源への電流を電圧変換する
第一電圧変換手段と、前記第一電圧変換手段の電圧値と
基準電圧を比較し、かつ所定の時定数を持たせた比較手
段と、定電圧電源への電流を電圧変換する第二電圧変換
手段と、前記第二電圧変換手段の出力電圧に基づいて、
前記比較手段の基準電圧値を切り替える基準電圧切替手
段と、からなる過電流保護回路を有することにより、よ
り簡単で安価な構成で本発明の目的を達成可能とする。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発熱手段たるハロゲンヒータに所定の電圧を供給する定
電圧電源と、前記定電圧電源の出力電圧を所定の時定数
をもって立ち上げるスローアップ手段と、前記定電圧電
源への電流を検出し、異常時には定電圧電源への通電を
遮断する、複数の動作電流値を有した過電流保護回路と
において、前記過電流保護回路の異常電流を検出するま
での時定数を、動作電流がヒータ点灯時のオーバシュー
ト電流値よりも低い方はスローアップ時間より長く設定
し、動作電流がヒータ点灯時のオーバシュート電流値よ
りも高い方はスローアップ時間より短く設定することに
より、通電開始時の突入電流では過電流保護回路が作動
することなく、かつ定常時に過大電流が流れている場合
には過電流保護回路を作動させ、屋内の電流ブレーカが
作動してしまうのを防止し、更に定電圧電源に負荷ショ
ートに相当する電流が流れてしまうような故障が発生し
た場合には瞬時に過電流保護回路を作動させ、定電圧電
源への通電を遮断することにより素子の二次破壊を防止
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るヒータ駆動装置の構成を示
す回路図

【図２】通常動作時を示すタイミングチャート

【図３】定電圧出力回路の出力電圧が異常に高くなるよ
うな故障が発生した場合の動作を示すタイミングチャー
ト

【図４】定電圧出力回路のスナバ用ダイオードがショー
ト故障したような、より過大な電流が流れた場合の動作
を示すタイミングチャート

【図５】第２実施形態に係るヒータ駆動装置の構成を示
す回路図

【符号の説明】

１ …ハロゲンヒータ ２ …定電圧出力回路 ３ …チョッピング用FET ４ …インダクタ ５ …スナバ用ダイオード ６ …コントロールIC ７ …電圧検知回路 ８ …電流検出抵抗 ９ …抵抗 10 …コンデンサ 11，12 …抵抗 13 …MPU 14 …抵抗 15 …トランジスタ 16 …抵抗 17 …フォトダイオード 18 …フォトトランジスタ 19 …抵抗 20 …トランジスタ 21 …抵抗 22 …ダイオード 23 …トランジスタ 24 …コンデンサ 26，27，28 …抵抗 29 …コンデンサ 30 …抵抗 31 …ダイオードブリッジ 32 …ノイズフィルタ 33 …商用電源 34 …サーミスタ 35 …抵抗 36 …ダイオード 101 …過電流検知回路 102，103，104，105，106，107 …抵抗 108，109 …オペアンプ 110，111 …抵抗 113 …抵抗 114，112 …ダイオード 115 …コンデンサ 116 …放電抵抗 117 …オペアンプ 118 …抵抗 119 …フォトダイオード 120 …ラッチ回路 121 …フォトトランジスタ 122，125 …抵抗 123 …ダイオード 126 …抵抗 127 …トランジスタ 128，129 …抵抗 130 …トランジスタ 131，132 …コイル 133，134 …リレー 135 …オペアンプ 201，202 …コンデンサ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱手段たるハロゲンヒータに所定の電
   圧を供給する定電圧電源と、前記定電圧電源の出力電圧
   を所定の時定数をもって立ち上げるスローアップ手段
   と、前記定電圧電源への電流を検出し、異常時には定電
   圧電源への通電を遮断する、複数の動作電流値を有した
   過電流保護回路と、を有し、 前記過電流保護回路の異常電流を検出するまでの時定数
   を、動作電流がヒータ点灯時のオーバシュート電流値よ
   りも低い方はスローアップ時間より長く設定し、動作電
   流がヒータ点灯時のオーバシュート電流値よりも高い方
   はスローアップ時間より短く設定することを特徴とする
   ヒータ駆動装置。
2. 【請求項２】 一次側に設けられ、定電圧電源への異常
   電流を検出するための過電流検知手段と、二次側に設け
   られ、機器への電源投入時には通電状態にある電源系に
   よって構成され、前記過電流検知手段からの過電流信号
   を保持するためのラッチ手段と、前記ラッチ手段からの
   信号に基づいて定電圧電源への通電を遮断する通電遮断
   手段と、からなる過電流保護回路を有する請求項１に記
   載のヒータ駆動装置。
3. 【請求項３】 定電圧電源への電流を電圧変換する第一
   電圧変換手段と、前記第一電圧変換手段の電圧値と基準
   電圧を比較し、かつ所定の時定数を持たせた比較手段
   と、定電圧電源への電流を電圧変換する第二電圧変換手
   段と、前記第二電圧変換手段の出力電圧に基づいて、前
   記比較手段の基準電圧値を切り替える基準電圧切替手段
   と、からなる過電流保護回路を有する請求項１に記載の
   ヒータ駆動装置。
4. 【請求項４】 発熱手段を内蔵し該発熱手段によって加
   熱されトナー像を記録媒体に定着させる熱定着装置を備
   えた画像形成装置において、 前記熱定着装置のヒータ駆動手段として、請求項１〜請
   求項３のいずれか１項に記載のヒータ駆動装置を備えて
   いることを特徴とする画像形成装置。