JP2003345174A

JP2003345174A - 定着制御装置

Info

Publication number: JP2003345174A
Application number: JP2002155881A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Matsuo; 信平松尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】可変出力ヒーター電源を有した定着制御装置
における温調誤動作よりプリンタを保護する制御手段を
提供する。【解決手段】定着ヒーターへの電力供給を制御入力に
応じて連続に加減する可変出力電源手段と、定着面の温
度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により
検出した温度情報を予め記憶した目標温度と比較し、そ
の誤差情報をリニアに前記可変出力電源手段の制御入力
にフィードバックし目標温度に収束制御するリニアフィ
ードバック制御手段とを備え、前記発熱手段への電力の
供給を遮断する電力遮断手段と、前記可変出力電源手段
の制御入力レベルをその継続時間とともに監視し、制御
入力範囲を所定時間逸脱した場合、前記電力遮断手段に
遮断信号を出力する制御入力監視手段とにより温調誤動
作保護手段を講じた定着制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】レーザービームプリンタ等電
子写真プリンタに供するオンデマンド定着器の保護制御
手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、カラーレーザービームプリンタ等
のカラー電子写真プリンタにおいては、複数色のトナー
を十分に溶かし色再現性、グロス制御性を確保するた
め、シリコンゴム層により弾性を持たせ、白黒に比べ高
い温度に精密に保った定着面を有したローラーにより記
録紙を挟圧搬送することにより、熱と圧力によりトナー
像を定着させている。

【０００３】図１０は、従来ハロゲンヒーター定着制御
装置における過昇温防止手段のハードウエア構成を説明
する概略構成図である。また図１１は、前記図１０ハー
ドウエア構成における保護動作を説明する動作説明図で
ある。

【０００４】従来、ハロゲンヒーター１００１を用いた
ローラー定着制御装置においては、温調制御のためのヒ
ーターへの出力制御はサーミスタ１００２の検出温度
（１１０３）をＣＰＵ１０１２に入力して予め設定した
目標温度（１１０４）と比較し、出力ポートからトライ
アック１００９のＯＮとＯＦＦの二つの状態を二値の制
御信号１０１６（１１０５）により通電を切り換え、フ
ィードバック制御を行っている。何らかの温調システム
の不具合で１１０６のように通電継続となった場合、定
着ローラー１００４の温度の上昇率は図１１の１１０１
のようにヒーター抵抗値その時の電源電圧で決まるヒー
ター出力電力により決まるため、短時間に安全回路保護
温度１１０２を超える。従って、サーミスタ検知電圧を
比較回路１０１４により検出し、安全回路保護温度１１
０２を超えるとラッチ回路１０１５により電源がOFFさ
れるまでリレー遮断状態を保持する安全回路１０１３が
過昇温防止手段として構成されている。安全回路１０１
３はサーモＳＷ１０１０の動作より前にリレー１００８
の通電を遮断するよう安全回路保護温度１１０２を設定
することにより、CPUのハングアップなど電源オフによ
るリセットで復帰可能なソフトエラーの場合にサーモＳ
Ｗ１０１０が働きサービスコールとなることを防ぎ、ユ
ーザーによる手動復帰を可能せしめている。

【０００５】前記ハロゲンヒーターを用いたカラー用ロ
ーラー定着方式によれば、定着面を加熱するための電力
は、シリコンゴム層により熱容量が大きい定着面を高速
プリント時においても高い温度に保つための高出力電力
供給手段が必要である。一方、近年重要性が増している
省エネ性能を向上させるには、スタンバイ時の消費電力
を抑制するため、予備加熱温度を低くし、早い立ち上が
り性能が得られるよう支持部材を含めた発熱部の低熱容
量化が必要である。これらの矛盾する課題を解決し、早
い立ち上がり性能を満たすため、電磁誘導加熱により支
持部材を介さず、低熱容量化した発熱部に直接電力を与
え高出力と立上り性能を同時に達成した電磁誘導加熱定
着方式が提案されている。

【０００６】前記電磁誘導加熱定着方式は、小さな熱容
量の発熱部を大きな最大出力を持つ電磁誘導加熱装置に
より直接加熱し、非常に早い温度の立ち上がり特性を持
つため、前記構成であっても定着面を高速かつ精密に温
調制御を行うために、誘導コイルに電力供給を行う高周
波電源において、広い電力制御範囲を持った外部制御入
力に応じて高速かつ連続的に可変可能な可変出力電源手
段と、発熱部に当接させた高速応答サーミスタによる高
速温度検出手段と、検出した温度情報を目標温度と比較
し、誤差情報を時間に対する微分積分要素を含めて出力
電力制御入力にリアルタイムにフィードバックするリニ
アフィードバック制御手段とにより、高速かつ精密に目
標温度に調整する温調制御を達成している。

【０００７】図１２は、前記従来例過昇温防止手段を前
記誘導加熱定着方式に適用した安全回路構成を説明する
概略構成図である。

【０００８】以後図１２に沿って概略構成を説明する。

【０００９】１２０１は一次ドライブ回路部であり商用
電源１２０５を発振制御部１２０２からの制御パルスに
基づいて励磁コイル１２２０への通電をスイッチし高周
波電流を供給するインバータ電源のドライブ部を構成し
ている。

【００１０】一次ドライブ回路部1201は、安全ヒューズ
1206、ラインフィルタ１２０７を介して商用電源１２０
５に接続し、過昇温保護の為の安全回路リレー１，２
（１２０８，１２０９）を通じてブリッジダイオード１
２１０により全波整流を行い、ノイズ流出防止のための
チョークコイル１２１１及びインピーダンス低減のため
の平滑コンデンサ１２１２を接続して構成されるインバ
ータ用DC電源回路と発振制御部１２０２の２相の制御パ
ルスを入力し、励磁コイルの通電をスイッチするインバ
ータスイッチ回路より構成される。

【００１１】インバータスイッチ回路は発振制御部１２
０２の２相の制御パルスをパルストランス１，２（１２
２５、１２２６）、波形成型回路1、２(1214、1213)を
介してIGBTよりなるメインスイッチ１２１６とサブスイ
ッチ１２１５のゲートに入力し、パルス信号に応じて励
磁コイルの通電をスイッチする。

【００１２】1217、1218はそれぞれのIGBTよりなるメイ
ンスイッチ１２１６とサブスイッチ１２１５の還流ダイ
オード２，１であり励磁コイル逆起電力による逆バイア
スを防止している。メイン共振コンデンサ1219はメイン
スイッチ１２１６に並列に接続されメインスイッチOFF
時に励磁コイル１２２０とフライバック共振を行う。１
２２４はサブ共振コンデンサでありサブスイッチ１２１
５を介して励磁コイルに並列に接続されサブスイッチON
時に励磁コイル１２２０とフライバック共振を行う。

【００１３】図１３は前記図１２のインバータ構成にお
ける入力電力の可変制御動作を説明する波形図である。
以下に図１３の波形図を織り交ぜて説明する。

【００１４】１３０１は電力絞込み動作時における動作
波形であり１３０２はフル動作時における動作波形であ
る。

【００１５】発振制御部１２０２により発せられる２相
の制御パルス１２３８、１２３９は入力電圧１２３６に
応じてON幅を調整せしめた２相発振器VCO（１２３１）
により発せられる。VCO（１２３１）により発せられる
２相の信号はドライバ１２３０によりパルストランス１
２２５，１２２６を駆動し、メイン励磁信号1238はメイ
ンスイッチ１２１６のゲート信号1303,1307、サブ励磁
信号1239はサブスイッチ１２１５のゲート信号1304,130
8に対応し、サブスイッチ１２１５のゲート信号はメイ
ンスイッチ１２１６のOFF期間にONするよう交互に発せ
られ、またメインスイッチ１２１６との同時ONを避ける
ためデッドタイム1314を付加してある。1305及び１３０
９は前記ゲート信号パターンにおけるメインスイッチ12
16のコレクタ電流Is1を表し、1306及び1310はメインス
イッチ1216のコレクタエミッタ間電圧Vs1を表す。メイ
ンスイッチ1216がONすると励磁コイル１２２０に電源電
圧VBが掛かり、VBを等価インダクタンス１２２１で割っ
た電流勾配で電流がチャージされる。従って、電流ピー
ク値1315、1319はメインスイッチのON時間ton1（131
2）、ton2（1317）に比例して変化する。メインスイッ
チ1216がOFFするとコレクタ電圧Vs1は励磁コイル１２２
０にチャージされた電流によりまずメイン共振コンデン
サ１２１９をチャージしてVs1にフライバック電圧を生
じ、さらにサブスイッチ１２１５の還流ダイオード1217
がONする電圧に達するとさらにサブ共振コンデンサ１２
２４をチャージし、サブ共振コンデンサ１２２４の容量
とメイン共振コンデンサ１２１９の容量を合わせた容量
と励磁コイル１２２０の等価インダクタンス１２２１で
決まる時定数で電源電圧VBを中心に電圧共振する。

【００１６】電圧共振のVs1下降区間中にサブスイッチ
１２１５をOFFさせると励磁コイル１２２０に反転チャ
ージされた電流エネルギがメインとサブ両共振コンデン
サ合わせた容量への反転チャージからサブ共振コンデン
サ１２２４のみへの反転チャージに集中させるよう切り
換わり電圧を急激に降下させる。

【００１７】ここで、サブ共振コンデンサ１２２４の容
量をメイン共振コンデンサ１２１９の容量に対し十分大
きな容量とすることにより、メインスイッチON時間が小
さく小振幅時においても確実に０Vまで降下させ、メイ
ンスイッチON時におけるソフトスイッチングを行うとと
もにフライバック共振波形を矩形波状に近づけ、スイッ
チング周期T1（1311）に対し短いOFF時間toff1、1（131
3、1318）のままフライバックピーク電圧を抑制し、低
い耐圧のIGBTで大きな最大電力を確保しながら広い電力
調整範囲とを得ることができる。

【００１８】1227はカレントトランスであり一次側はイ
ンバータのDC電源のメインスイッチ１２１５のエミッタ
とGNDラインに直列に接続し、励磁コイル１２２０のチ
ャージ電流を検出している。２次側にはカレントトラン
ス負荷抵抗1228接続し、電圧波形に変換して電流ピーク
検出回路1229に入力している。電流ピーク検出回路1229
は励磁コイル１２２０にチャージした電流のピーク値
（図１３−１３１５，１３１９）を所定時定数でホール
ドし最大電力設定回路１２３２に入力する。

【００１９】最大電力設定回路１２３２は最大電力制御
信号１２３７を最大電力リミッタ１２３３に入力し、エ
ンジン制御部1203からの電力制御信号１２３６の値を最
大電力制御信号１２３７以下に制限してVCO（１２３
１）に入力することによりメインスイッチ１２１６のON
時間を規制し電源電圧の変動による最大電力の変動を抑
制している。

【００２０】１２０４は回転発熱体であり、チューブ状
の磁性金属スリーブよりなり、外面は定着面を一体に形
成し、内部には励磁コイル１２２０を配し磁界により生
じた渦電流が発熱体等価抵抗１２２２に流れたときの損
失ジュール熱により加熱されながら、当接する加圧ロー
ラー（非図示）の駆動力により回転し用紙を挟圧搬送す
る。１２２３はサーミスタであり回転発熱体１２０４に
摺動内接し定着面の温度を基準抵抗１２５６との分圧に
より電気信号に変換する。

【００２１】１２０３はエンジン制御部でありCPU１２
３５にA/Dコンバータ1241とD/Aコンバータ1234のインタ
フェースを備えてなり、A/Dコンバータ1241でサーミス
タ１２２３の検出電圧を取り込み、D/Aコンバータ1234
で前記インバータ電源の電力制御信号１２３６を出力す
る。CPU１２３５は、回転発熱体１２０４の温度を所定
の目標温度とリアルタイムに比較するリニアフィードバ
ック制御により電力制御信号を出力してメインスイッチ
のON時間を加減することにより、励磁電流を調整し発熱
電力を制御し温調制御を行う。１２４３はＯＮ信号であ
りＣＰＵ１２３５の出力ポートから発振制御部１２０２
のＶＣＯ１２３１に入力し、ＬレベルでＶＣＯの発振を
止める機能があり定着温調オフ時にはインバータ電源を
制御入力１２３６の値に関わらずオフさせる。

【００２２】１２４５は安全回路であり分圧抵抗１２４
７と１２４８により安全回路保護温度基準電圧を＋入力
−入力をサーミスタ出力に接続したコンパレータ１２４
６によりなる比較回路とMOSトランジスタ１２４９、バ
イアス抵抗１，２（１２５０，１２５１）、帰還ダイオ
ード１２５２よりなるラッチ回路さらに入力抵抗1255、
プルアップ抵抗1254、ドライブトランジスタ1253、リレ
ー１，２（１２０８，１２０９）よりなる遮断回路によ
り構成される。

【００２３】図１４は前記図１２の電磁誘導加熱方式を
ヒーターに採用した定着温調制御装置における過昇温防
止手段の保護動作を説明する動作説明図である。１４０
５は電磁誘導加熱方式におけるリニアフィードバック制
御による正常温調時の制御入力特性であり１４０３に示
す温度推移により目標温度に収束し、電力制御値も目標
温度に応じた値に収束する。それらに対して温調システ
ムの故障により１４０６のように出力電力が制御入力換
算で最大となった場合、前記ハロゲンヒーターを用いた
定着温調制御装置の動作説明図の図１１と同様に、サー
ミスタ検知温度１１０１に示すサーミスタ温度推移とな
り安全回路保護温度１１０２に到達する。従って安全回
路１２４５は、サーミスタ検知温度が安全回路保護温度
１１０２を超えると前記比較回路により検出し、リレー
１，２（１２０８，１２０９）の通電を遮断するととも
にラッチ回路により電源がOFFされるまでヒーターAC電
源の遮断状態を保持する。以上説明したように、サーミ
スタ検知温度が安全回路保護温度１１０２を超えると前
述安全回路が働き、ヒーターAC電源を遮断し定着器の過
昇温を防止する過昇温防止手段が構成されている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記ヒー
ターに対する電力出力を連続に可変する電源手段によれ
ば、ヒーターに任意の電力を出力する能力を有するた
め、電源故障やサーミスタ故障等、何らかの温調フィー
ドバックループ経路上の異常により目標温度の収束電力
１４０２（７０H相当）を若干上回った電力１４０４
（９０H)が出力され続けた場合、図１４の１４０１の特
性のように安全回路保護温度と温調目標温度との間の温
度に長時間留まり続ける現象が発生する。正常温調１４
０３の目標温度を上回った状態で定着を行った場合、ト
ナーが解けすぎ定着面に付着する高温オフセット画像不
良が生じるばかりか、そのような状態が長時間持続する
と定着コイルの温度が上がり絶縁被覆の劣化を著しく加
速し定着器の寿命を縮めてしまう問題があった。

【００２５】また、安全回路保護温度に近い温度を長時
間持続すると、サーミスタに比べて応答時定数が長いこ
とを利用して、サーモスイッチの動作温度を低く設定
し、熱抵抗の高い非接触サーモスイッチを早めに動作さ
せることが困難となり、誤動作の防止を図るためサーモ
スイッチの動作温度を高めに設定しなければならない問
題点があった。

【００２６】また、同様に目標温度の収束電力を若干下
回った電力が出力され続けた場合、異常低温検出温度と
温調目標温度との間の温度に長時間留まる現象が発生す
る。温調目標温度を長時間下回った場合、未定着画像を
出力してしまうばかりか、定着面やガイドにトナーが著
しく付着し出力画像を汚濁させたり、定着面のオフセッ
トトナーにより用紙巻き付きを引き起こし、定着スリー
ブの破損や定着駆動トルク増大による駆動系の破壊を引
き起こしてしまう恐れがあった。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決するために考案したものであり、定着面を加熱する
発熱手段と、発熱手段への電力供給を制御入力に応じて
連続に加減する可変出力電源手段と、定着面の温度を検
出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出し
た温度情報と予め記憶した目標温度とを比較し、その誤
差情報に応じて可変出力電源手段の出力電力をリニアに
可変し目標温度に瞬時に調節するリニアフィードバック
制御手段とを有した定着制御装置において、定着シーケ
ンスに応じて求めた適正電力制御域と前記適正電力制御
域逸脱遮断許容時間より一定時間適正電力制御域逸脱し
た場合、発熱手段への電力の供給を遮断する制御入力監
視手段を講じたものである。

【００２８】また、前記制御入力監視手段は設定目標温
度に応じて予め求めた適正電力制御域下限値と下限値逸
脱遮断許容時間を一対に記憶した電力制御許容値テーブ
ル記憶手段と、前記適正電力制御域下限値と電力制御値
とを比較し下限値を下回った時間を計時する遮断許容時
間計時手段と、前記遮断許容時間計時手段の計時時間が
前記下限値逸脱遮断許容時間を超過した場合、発熱手段
への電力の供給を遮断するよう電力遮断制御手段を講じ
たものである。

【００２９】また、前記制御入力監視手段は設定目標温
度に応じて予め求めた適正電力制御域上限値と上限値逸
脱遮断許容時間を一対に記憶した電力制御許容値テーブ
ル記憶手段と、前記適正電力制御域上限値と電力制御値
とを比較し上限値を上回った時間を計時する遮断許容時
間計時手段と、前記遮断許容時間計時手段の計時時間が
前記上限値逸脱遮断許容時間を超過した場合、発熱手段
への電力の供給を遮断するよう電力遮断制御手段を講じ
せしめたものである。

【００３０】また、前記電力制御許容値テーブル記憶手
段は電気素子定数を設定してなるアナログ記憶手段によ
り構成したものである。

【００３１】また、前記電力制御許容値テーブル記憶手
段は読出しメモリにデジタル値を記憶してなるデジタル
記憶手段により構成したものである。

【００３２】また、前記可変出力電源手段は、電磁誘導
加熱方式の高周波電源により構成したものである。

【００３３】また、前記電力遮断制御手段は、前記可変
出力電源手段の励磁電流開閉手段をオフすることにより
構成せしめたものである。

【００３４】また、電力遮断制御手段は前記可変出力電
源手段の入力電流を開閉する入力電流開閉手段をオフす
ることにより構成せしめたものである。

【００３５】また、電力遮断制御手段は前記励磁電流開
閉手段と前記入力電流開閉手段を双方オフすることによ
り構成せしめたものである。

【００３６】また、電力遮断制御手段は前記励磁電流開
閉手段のオフを前記入力電流開閉手段のオフより先に行
う遮断シーケンス制御手段により講じたものである。

【００３７】また、遮断シーケンス制御手段は前記励磁
電流開閉手段をオフした次ステップにてソフトウエア計
時を所定時間行った後、前記入力電流開閉手段オフする
ソフトウエア計時手段により講じたものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明第１実
施例のハードウエア構成を説明する概略構成図である。
前記従来例説明と同一機能を有する構成は、同一番号を
付し説明を省略する。

【００３９】１０１は制御入力監視回路でありその構成
を以下に説明する。１０2はコンパレータ２であり、＋
入力に電力制御信号１２３６を、−入力に分圧抵抗１０
３と１０４により予め設定した下限閾値電圧を入力し、
出力をMOSトランジスタ１０５のゲートに接続してい
る。MOSトランジスタ１０５のドレインは、放電抵抗１
０６を通じてカレントミラー回路よりなる定電流源１０
７及び積分コンデンサ１０８に接続している。１０９は
コンパレータ３であり、＋入力に分圧抵抗１１０と１１
１により生成したタイマー１閾値電圧を、−入力に積分
コンデンサ１０８のチャージ電圧を入力し、出力は逆流
防止用ダイオード１１２と入力抵抗１２５５を介してリ
レードライブトランジスタ１２５３のベースにOR接続し
ている。

【００４０】以上の構成において、電力制御信号が下限
閾値電圧を下回りコンパレータ２（１０２）がLレベル
を出力するとMOSトランジスタ１０５がカットオフし、
放電抵抗１０６を介して引き抜かれていた定電流源１０
７の電流が全て積分コンデンサ１０８を通じてGNDに流
れることによりコンデンサ１０８のチャージ電圧が時間
に比例して上昇する。

【００４１】コンデンサ１０８のチャージ電圧がタイマ
ー１閾値電圧を上回るタイミングまでコンパレータ２
（１０２）がLレベルを出力し続けるとコンパレータ３
（１０９）の出力がLレベルに切り換わるタイマー１を
構成する。コンパレータ３よりLレベルを出力すると、
リレードライブトランジスタ１２５３をカットオフしリ
レー１２０８，１２０９を遮断する。

【００４２】従って、電力制御信号が下限閾値電圧を下
回るとタイマー１が計時を始め、タイマー１閾値電圧に
より設定した時間連続して下限閾値電圧を下回るとリレ
ーを遮断する。また、下限閾値電圧はヒーター電源オフ
時の電力制御信号値より低い電圧に設定することによ
り、ヒーター電源オフ時に誤動作することを防止してい
る。

【００４３】図２は前記ハードウエア構成において本発
明第１実施例の目的とする安全回路保護温度以下の過昇
温時における保護動作の制御構成を説明する制御推移グ
ラフ図である。

【００４４】ヒーター電源の故障により電力制御信号が
目標温度に安定したときの収束電力１４０４より若干高
めの電力（入力換算２０１）を出力し続けた場合、サー
ミスタ温度２０２の温度上昇特性は、最大出力電力のと
きの温度上昇特性２０３に比べてゆっくりと上昇し、電
力が限定されているため安全回路動作温度１１０２より
低い温度迄しか到達しないため安全回路保護動作を行わ
ない。しかしながらサーミスタ温度２０２の収束温度は
温調目標温度１１０４より高いためフィードバック制御
により電力制御信号は２０５のように推移し目標温度を
超えると制御範囲下限値００Hの値を取る。

【００４５】従って、前述制御入力監視回路と温調フィ
ードバック制御による制御推移により、電力制御信号２
０５が下限閾値電圧２０６を、タイマー１に設定した遮
断許容時間（２０４）連続して下回った時点（２０７）
にてリレーを遮断するよう作用する。これらの制御構成
により、ヒーター電源が故障し安全回路保護温度に至ら
ない限定された出力が出力され続けるケースであっても
ヒーターの通電を遮断し、温調目標温度を超えた状態が
長時間持続することを防止した温調誤動作保護手段を講
じたものである。

【００４６】（実施例２）図３は本発明第２実施例のハ
ードウエア構成を説明する概略構成図である。前記従来
例及び第１実施例の説明と同一機能を有する構成は、同
一番号を付し説明を省略する。

【００４７】本発明第２実施例の特徴として、前記第１
実施例では、ヒーター電源の出力が目標温度温調収束電
力を上回るレベルで出力され続けた場合の保護機能を構
成せしめたのに対し、本発明第２実施例ではヒーター電
源の出力が目標温度温調収束電力を下回るレベルで出力
され続けた場合の保護機能も構成せしめたことにある。

【００４８】３０１は制御入力監視回路であり前記１０
１制御入力監視回路に加えて以下に説明する構成を追加
したものである。３０２はコンパレータ４でありコンパ
レータ２（１０２）とは異なり−入力に電力制御信号１
２３６を、＋入力に分圧抵抗３０３と３０４により予め
設定した上限閾値電圧を入力し、出力をMOSトランジス
タ３０５のゲートに出力するよう構成している。MOSト
ランジスタ３０５のドレインは、放電抵抗３０６を通じ
てカレントミラー回路よりなる定電流源３０７及び積分
コンデンサ３０８に接続している。前記MOSトランジス
タ３０５がLレベルを出力すると放電抵抗３０６を介し
て引き抜かれていた定電流源３０７の電流が全てコンデ
ンサ３０８を通じてGNDに流れることによりコンデンサ
３０８のチャージ電圧が時間に比例して上昇する。

【００４９】３０９はコンパレータ４であり、コンデン
サ３０８のチャージ電圧と抵抗３１０と定電圧ダイオー
ド３１１により生成したタイマー２閾値電圧とを比較
し、チャージ電圧がタイマー２閾値電圧を上回るとLレ
ベルを出力するタイマー２を構成する。コンパレータ４
（３０９）の出力は、逆流防止用ダイオード３１２を通
じてリレードライブトランジスタのベースに入力抵抗を
介してOR接続している。以上の構成により、電力制御信
号が上限閾値電圧を上回るとタイマー２が計時を始め、
タイマー２閾値電圧により設定した時間連続して上回る
とコンパレータ４よりLレベルが出力され、リレードラ
イブトランジスタをカットオフしリレーを遮断する。

【００５０】図４は前記ハードウエア構成において本発
明第２実施例の目的とする温調未達時の保護動作の制御
構成を説明する制御推移グラフ図である。

【００５１】ヒーター電源の故障により電力制御信号が
目標温度に安定したときの収束電力１４０４より若干低
めの電力（入力換算４０１）を出力し続けた場合、その
温度上昇特性（４０２）は、正常温調のときの温度上昇
特性１４０３に比べてゆっくりと上昇し、電力が限定さ
れているため温調目標温度１１０４より低い温度迄しか
到達しない。よって電力制御信号４０５はサーミスタ温
度４０２の収束温度が温調目標温度１１０４に到達せず
低いためフィードバック制御により制御範囲上限値FFH
の値を取る。

【００５２】従って、前述制御入力監視回路と温調フィ
ードバック制御による制御推移により、電力制御信号４
０５が上限閾値電圧４０６を、タイマー２に設定した遮
断許容時間（４０４）連続して上回った時点（４０３）
にてリレーを遮断するよう作用する。これらの制御構成
により、ヒーター電源が故障し温調目標温度に至らない
限定された電力が出力され続けるケースであってもヒー
ターの通電を遮断し、温調目標温度に至らない状態が長
時間持続することを防止した温調誤動作保護手段を講じ
たものである。

【００５３】（実施例３）図５は本発明第３実施例のハ
ードウエア構成を説明する概略構成図である。前記従来
例、第１実施例及び第２実施例の説明と同一機能を有す
る構成は、同一番号を付し説明を省略する。

【００５４】本発明第３実施例の特徴として、前記第１
及び第２の実施例では、ヒーター電源の出力が目標温度
温調収束電力に対する電力制御信号の下限閾値電圧とそ
の遮断許容時間の設定値データ対と上限閾値電圧とその
遮断許容時間の設定値データ対を電気素子定数からなる
アナログ記憶手段により設定したのに対し、本第３の実
施例においてはデジタルメモリより成るデジタル記憶手
段を採用し、目標温度に応じてデータを選択設定したこ
とにある。以後図５に沿って説明する。

【００５５】５０１はD/Aコンバータ３であり、コンパ
レータ１に下限閾値電圧を出力する。５０２はD/Aコン
バータ４であり、コンパレータ２にタイマー１閾値電圧
を出力する。５０３はD/Aコンバータ５であり、コンパ
レータ３に上限閾値電圧を出力する。５０４はD/Aコン
バータ６であり、コンパレータ４にタイマー２閾値電圧
を出力する。

【００５６】５０５はROMであり、電力制御信号の下限
閾値電圧とその下限閾値遮断許容時間のデータ対と上限
閾値電圧とその上限閾値遮断許容時間のデータ対とから
なるデータテーブルをD/Aコンバータ設定デジタル値と
して記憶する。また、前記データはヒーター電源OFF時
を含めた設定目標温度毎に必要適正電力より予め求めた
データテーブルを記憶する。

【００５７】図６は前記図５のハードウエア構成におけ
るソフトウエアによる制御構成を説明するフローチャー
ト図である。

【００５８】CPUはプリンタの電源投入直後の（６０
１）イニシャル時にそれぞれD/Aコンバータ３〜６（５
０１〜４）に前記ROM５０５より読み出したヒーター電
源OFF時の設定値データを読み出しセットし、各コンパ
レータ入力にヒーター電源OFF時設定電圧を出力する
（６０２）。このヒーター電源OFF時設定電圧は、D/Aコ
ンバータ３（５０１）に設定する下限閾値電圧を前記第
1、第2実施例同様ヒーター電源OFF時の電力制御信号レ
ベルより低い値に設定し、保護回路の誤動作を防止して
いる。

【００５９】ホストコンピュータよりプリント要求を受
け付けると（６０３）、温調制御ルーチンにより目標温
度を設定すると共に（６０４）、目標温度に応じて予め
求めた電力制御信号の下限閾値電圧とその下限閾値遮断
許容時間のデータ対と上限閾値電圧とその上限閾値遮断
許容時間のデータ対とからなるデータテーブルをROM５
０５よりプリント時設定データを読み出し（６０５）、
D/Aコンバータ３〜６（５０１〜４）に設定する（６０
６）。前記プリント時設定データは、紙種、用紙サイ
ズ、両面プリント等の条件により細かく設定された最適
目標温度に応じて最適な電力制御域と遮断許容時間を設
定し、保護回路の検出精度を高めている。前記プリント
時設定データをＤ／Ａコンバータにセットするとヒータ
ー電源をオンしプリントシーケンスを行う（６０７）。
プリントを終了するとステップ６０２に戻りヒーター電
源OFF時の設定値データをＤ／Ａコンバータにセットし
待機する（６０８）。

【００６０】図７は前記図５ハードウエア構成および図
６ソフトウエア構成において温調誤動作時の保護動作の
制御構成を説明する制御推移グラフ図である。

【００６１】７０１はサーミスタの当接不具合が生じた
とき定着ヒーター温調開始時の回転発熱体の温度上昇特
性例を表したものである。７０２は前記温度上昇特性７
０１時におけるサーミスタ検出温度の推移を表したもの
である。

【００６２】サーミスタが回転発熱体に対し当接不具合
が生じると、熱抵抗が上昇するためサーミスタの応答時
定数が悪化する。

【００６３】従って、フィードバック制御における帰還
ループの位相余裕が減少し、サーミスタ検出温度の推移
７０２は正常時の温調推移１４０３に比べてリンギング
傾向を示しながら目標温度１１０４に収束制御される。
しかしながら、回転発熱体の温度推移は熱抵抗による温
度差のため７０１のように高留まり現象となる。この現
象は長時間継続すると定着器にとって有害である。

【００６４】７０５、７０６はプリント条件により異な
る目標温度１４０４に応じて正常プリント時に収束する
（１４０５）電力制御値の近傍絞って設定した下限閾値
と上限閾値である。このように前記第1及び第2実施例に
比べて制御入力監視を精度良く監視することにより、高
留まり現象の７０３電力制御推移のように目標温度に近
く、適正電力と異常時の制御電力が近接している場合で
あっても保護動作が機能するよう温調誤動作保護手段を
講じたものである。

【００６５】（実施例４）図８は本発明第４実施例のハ
ードウエア構成を説明する概略構成図である。前記従来
例、第１実施例、第２実施例及び第３実施例の説明と同
一機能を有する構成は、同一番号を付し説明を省略す
る。

【００６６】本発明第４実施例の特徴として、前記第３
の実施例では、電力制御域の逸脱判断とその遮断許容時
間の判定動作をハードウエア制御により構成したのに対
し、本第４の実施例においてはCPUの演算能力によりソ
フトウエア判定処理により構成したことにある。

【００６７】図８ハードウエア構成は前記図１２従来例
ハードウエア構成の安全回路リレードライブトランジス
タ１２５３のベースにＣＰＵ１２３５の出力ポートから
逆流防止ダイオード８０２、入力抵抗１２５５を介して
リレー強制オフ信号８０１を出力したものであり、Ｌレ
ベルを出力するとリレー１２０８、１２０９が遮断する
よう構成したものである。

【００６８】図９は前記図８ハードウエア構成における
本発明第４実施例の温調誤動作保護手段の主体であるソ
フトウエアによる制御入力監視タスクの構成を説明する
フローチャート図である。

【００６９】CPUはプリント要求により温調制御タスク
を開始させると共にヒーター電源をオンし、以下の制御
入力監視タスクをスタートさせる（９０１）。

【００７０】制御入力監視タスクでは、温調制御タスク
より設定された、目標温度をレジスタより読出し（９０
２）、予め目標温度に応じてROMに記憶させたテーブル
を参照し、制御入力上限値をレジスタ１に、前記上限値
遮断許容時間をレジスタ２に（９０３）、制御入力下限
値をレジスタ３に、下限値遮断許容時間をレジスタ４に
それぞれセットする（９０４）。

【００７１】次にCPUに内蔵された、CPUタイマー１及び
CPUタイマー２をスタートさせ、クロックに応じて経過
時間のカウントを開始する（９０５）。

【００７２】次に温調制御タスクの電力制御値とレジス
タ１に記憶した制御入力上限値と比較して（９０６）、
小さければタイマー１をリセットして（９０７）次ステ
ップ９０８に制御を移し、大きければタイマー１カウン
ト値とレジスタ２の上限値遮断許容時間と比較し（９１
２）、レジスタ２の上限値遮断許容時間より大きければ
異常処理であるステップ９１４に制御を移す。

【００７３】これらステップ９０６、９１２の制御によ
り制御入力の上限値に対する判断が行われ、遮断許容時
間以上上限値を超えるとステップ９１４に制御を移すよ
う制御される。

【００７４】次にステップ９０８では、電力制御値とレ
ジスタ３に記憶した制御入力下限値と比較して（９０
８）、大きければタイマー２をリセットして（９０９）
次ステップ９１０に制御を移し、小さければタイマー２
のカウント値とレジスタ４の下限値遮断許容時間と比較
し（９１３）、レジスタ４の下限値遮断許容時間より大
きければ異常処理であるステップ９１４に制御を移す。

【００７５】これらステップ９０８、９１３の制御によ
り制御入力の下限値に対する判断が行われ、遮断許容時
間以上下限値を超えるとステップ９１４に制御を移すよ
う制御される。

【００７６】次にステップ９１０では、プリントの継続
か否かを判断し、継続ならばステップ９０６に制御を移
し、制御入力監視タスクを継続し、プリント終了なら制
御入力監視タスクを終了する。

【００７７】これらの制御により温調制御入力が監視さ
れ、所定時間制御域を逸脱すると異常と判断され９１４
以下の処理がなされる。

【００７８】ステップ９１４以降は異常処理シーケンス
であり、ヒーター電源ON信号をOFFし励磁電流の通電を
遮断する（９１４）。

【００７９】次に、リレー通電信号をOFFしリレーを遮
断する（９１５）。次に電源故障ステータスをプリンタ
メインルーチンに渡し、プリントを緊急停止させると共
にサービス情報としてパネル又はネットワークによりユ
ーザーに通知し（９１６）プリントを終了する（９１
７）。

【００８０】以上説明したようなソフト制御手段によ
り、特別なハードウエアを追加することなくソフト的に
温調時の制御入力の異常を監視し、温調制御の異常状態
から定着器を保護せしめたものである。

【００８１】本第４実施例のソフト制御による制御入力
監視手段特有の効果として、安価であるばかりでなく、
異常の発生を直接認識できるため、異常処理においてリ
レー遮断の前にヒーター電源をOFFし、リレーOFFによる
サージの発生を防止したり、自己診断の詳細情報を報知
しサービス性を向上させる効果がある。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、制御入力によりヒ
ーターへの電力供給を連続に加減する可変出力電源手段
と、目標温度と定着面の温度検出値の比較結果に基づき
前記制御入力をリアルタイムに可変し目標温度に瞬時に
調節するリニアフィードバック制御手段とを有した定着
制御装置において、目標温度での適正電力を中心とした
適正制御域と前記適正制御域逸脱遮断許容時間を記憶
し、制御入力を監視し前記適正制御域を前記遮断許容時
間以上逸脱した場合、発熱手段への電力の供給を遮断す
る制御入力監視手段を講じたことにより従来安全回路監
視温度以下であっても温調制御上の不正状態を検出し、
不適正温度による画像不良や定着装置のダメージを防止
したものである。

【００８３】即ち、ヒーター電源の故障等により電力制
御信号が収束電力より若干高めの出力を出力し続けた場
合、前記制御入力監視手段は設定目標温度適正電力に応
じて予め記憶した制御域下限値と制御入力値とを比較
し、下限値を連続して下回った計時時間が下限値逸脱遮
断許容時間を超えた場合、発熱手段への電力の供給を遮
断するよう電力遮断制御手段を講じたことにより、目標
温度を下回った温度でのプリントを防止したものであ
る。よって、未定着画像や裏汚れ等の画像不良の防止と
ともにトナー付着により用紙巻き付きや、定着回転トル
クが増大しギアの破損、さらにローラーの破損など、定
着器のダメージを防止する効果がある。

【００８４】また、ヒーター電源の故障等により電力制
御信号が収束電力より若干高めの出力を出力し続けた場
合、前記制御入力監視手段は設定目標温度適正電力に応
じて予め記憶した制御域上限値と制御入力値とを比較
し、上限値を連続して下回った計時時間が前記上限値逸
脱遮断許容時間を超えた場合、発熱手段への電力の供給
を遮断するよう電力遮断制御手段を講じたことにより、
安全回路動作温度以下であって目標温度を上回った状態
が長時間持続するのを防止したものである。よって、ト
ナーの解けすぎによるホットオフセットや裏汚れによる
画像不良の防止と共に、無駄な電力消費の防止や定着コ
イルなど長時間高温にさらされることによる定着器寿命
の低下を防止する効果がある。

【００８５】また、前記適正制御域とその遮断許容時間
のデータ対からなる電力制御許容値テーブル記憶手段は
読出しメモリにデジタル値を記憶してなるデジタル記憶
手段により構成したことにより目標温度ごとにデータ対
を切り換え、プロセス条件に最適な精度の高い保護動作
を実現する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例のハードウエア構成を説明す
る概略構成図。

【図２】本発明第１実施例の保護動作の制御構成を説明
する制御推移グラフ図。

【図３】本発明第２実施例のハードウエア構成を説明す
る概略構成図。

【図４】本発明第２実施例の保護動作の制御構成を説明
する制御推移グラフ図。

【図５】本発明第３実施例のハードウエア構成を説明す
る概略構成図。

【図６】本発明第３実施例のソフトウエア制御構成を説
明するフローチャート図。

【図７】本発明第３実施例の温調誤動作時の保護動作の
制御構成を説明する制御推移グラフ図。

【図８】本発明第４実施例のハードウエア構成を説明す
る概略構成図。

【図９】本発明第４実施例のソフトウエアによる制御入
力監視タスクの構成を説明するフローチャート図。

【図１０】従来ハロゲンヒーター定着制御装置のハード
ウエア構成を説明する概略構成図。

【図１１】従来ハロゲンヒーター定着制御装置における
安全回路の保護動作を説明する動作説明図。

【図１２】従来誘導加熱定着方式を適用した定着制御装
置の安全回路構成を説明する概略構成図。

【図１３】前記図１２のインバータ構成における入力電
力の可変制御動作を説明する波形図。

【図１４】前記図１２の電磁誘導加熱方式をヒーターに
採用した定着温調制御装置における過昇温防止手段の保
護動作を説明する動作説明図。

【符号の説明】

101 制御入力監視回路 102 コンパレータ２ 103 分圧抵抗３ 104 分圧抵抗４ 105 MOSトランジスタ２ 106 放電抵抗１ 107 電流源１ 108 積分コンデンサ１ 109 コンパレータ３ 110 分圧抵抗３ 111 分圧抵抗４ 112 ダイオード 201 入力換算出力電力 202 高出力時サーミスタ温度 203 最大出力時温度上昇 204 遮断許容時間 205 制御入力 206 制御入力下限閾値 207 遮断動作タイミング 301 制御入力監視回路 302 コンパレータ３ 303 分圧抵抗７ 304 分圧抵抗８ 305 MOSトランジスタ３ 306 放電抵抗２ 307 電流源２ 308 積分コンデンサ２ 309 コンパレータ４ 310 分圧抵抗９ 311 定電圧ダイオード 312 ダイオード２ 401 入力換算出力電力 402 低出力時サーミスタ温度 403 遮断動作タイミング 404 遮断許容時間 405 制御入力 406 制御入力上限閾値 501 D/Aコンバータ 502 D/Aコンバータ 503 D/Aコンバータ 504 D/Aコンバータ 601〜608 文中記載 701 回転発熱体温度 702 当接不良時サーミスタ温度 703 制御入力 704 遮断許容時間 705 制御入力下限閾値 706 制御入力上限閾値 707 遮断動作タイミング 801 リレー強制オフ信号 802 逆流防止ダイオード 901〜917 文中記載 1001 ハロゲンヒーター 1002 サーミスタ 1003 加圧ローラー 1004 定着ローラー 1005 交流電源 1006 ヒューズ 1007 フィルタ 1008 リレー 1009 トライアック 1010 サーモSW 1011 基準抵抗 1012 CPU 1013 安全回路 1014 比較回路 1015 ラッチ回路 1201 一次回路部 1202 発振制御部 1203 エンジン制御部 1204 回転加熱体 1205 商用電源 1206 安全ヒューズ 1207 ラインフィルタ 1208 リレー１ 1209 リレー２ 1210 ブリッジダイオード 1211 チョークコイル 1212 平滑コンデンサ 1213 波形成型回路２ 1214 波形成型回路１ 1215 サブスイッチ 1216 メインスイッチ 1217 還流ダイオード２ 1218 還流ダイオード１ 1219 メイン共振コンデンサ 1220 励磁コイル 1221 等価インダクタンス 1222 発熱体等価抵抗 1223 サーミスタ 1224 サブ共振コンデンサ 1225 パルストランス１ 1226 パルストランス２ 1227 カレントトランス 1228 カレントトランス負荷抵抗 1229 電流ピーク検出回路 1230 ドライバ 1231 VCO 1232 最大電力設定回路 1233 最大電力リミッタ 1234 D/Aコンバータ１ 1235 CPU 1236 電力制御信号 1237 最大電力制御信号 1238 メイン励磁信号 1239 サブ励磁信号 1240 ピーク電流検出信号 1241 A/Dコンバータ 1242 D/Aコンバータ２ 1243 ON信号 1244 比較アンプ 1245 安全回路 1246 コンパレータ１ 1247 分圧抵抗１ 1248 分圧抵抗２ 1249 ＭＯＳトランジスタ 1250 バイアス抵抗１ 1251 バイアス抵抗２ 1252 帰還ダイオード 1253 ドライブトランジスタ 1254 プルアップ抵抗 1255 入力抵抗 1256 基準抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H027 DA12 DA39 DE07 DE09 EA12 EA15 EC06 EC20 ED25 EE07 EE08 EK06 ZA03 2H033 AA24 AA42 BA25 BA30 BE06 CA06 CA07 CA34 CA44 3K059 AA07 AA08 AA12 AA15 AA16 AA18 AB19 AC08 AC35 AD17 AD24 BD01 BD22 BD24 CD04 CD10 CD18 CD37 CD38 CD64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定温度に加熱した離型層を付した定着
面で記録材を挟圧搬送し、トナー像を定着する定着装置
において、定着面を加熱する発熱手段と、前記発熱手段
への電力供給を制御入力に応じて連続に加減する可変出
力電源手段と、定着面の温度を検出する温度検出手段
と、前記温度検出手段により検出した温度情報を予め記
憶した目標温度と比較し、その誤差情報をリニアに前記
可変出力電源手段の制御入力にフィードバックし目標温
度に収束制御するリニアフィードバック制御手段とを備
え、前記発熱手段への電力の供給を遮断する電力遮断手
段と、前記可変出力電源手段の制御入力レベルをその継
続時間とともに監視し、所定条件を満たした場合、前記
電力遮断手段に遮断信号を出力する制御入力監視手段と
により温調誤動作保護手段を講じた定着制御装置。
【請求項２】前記制御入力監視手段は電力制御域下限
値と下限値逸脱遮断許容時間を一対に記憶した電力制御
許容値テーブル記憶手段と、前記電力制御許容値テーブ
ル記憶手段に記憶した電力制御域下限値と電力制御値と
を比較し下限値を連続して下回った時間を計時する遮断
許容時間計時手段と、前記遮断許容時間計時手段の計時
時間が前記電力制御許容値テーブル記憶手段の下限値逸
脱遮断許容時間を超過した場合、発熱手段への電力の供
給を遮断する電力遮断判定制御手段とよりなる請求項１
記載の定着制御装置。
【請求項３】前記制御入力監視手段は電力制御域上限
値と上限値逸脱遮断許容時間を一対に記憶した電力制御
許容値テーブル記憶手段と、前記電力制御許容値テーブ
ル記憶手段に記憶した電力制御域上限値と電力制御値と
を比較し上限値を連続して上回った時間を計時する遮断
許容時間計時手段と、前記遮断許容時間計時手段の計時
時間が前記電力制御許容値テーブル記憶手段の上限値逸
脱遮断許容時間を超過した場合、発熱手段への電力の供
給を遮断する電力遮断判定制御手段とよりなる請求項１
記載の定着制御装置。
【請求項４】前記電力制御許容値テーブル記憶手段は
電気素子定数を設定してなるアナログ記憶手段よりなる
請求項２及び３記載の定着制御装置。
【請求項５】前記電力制御許容値テーブル記憶手段は
読出しメモリにデジタル値を記憶してなるデジタル記憶
手段よりなる請求項２及び３記載の定着制御装置。
【請求項６】前記制御許容値テーブル記憶手段の電力
制御域上限値とその上限値逸脱遮断許容時間のデータ対
は設定目標温度に応じて切り換えたことを特徴とする請
求項２記載の定着制御装置。
【請求項７】前記制御許容値テーブル記憶手段の電力
制御域下限値とその下限値逸脱遮断許容時間のデータ対
は設定目標温度に応じて切り換えたことを特徴とする請
求項３記載の定着制御装置。
【請求項８】前記可変出力電源手段は、電磁誘導加熱
方式の高周波電源よりなる請求項１〜７何れか１項記載
の定着制御装置。
【請求項９】電力遮断手段は前記可変出力電源手段の
励磁電流開閉手段をオフしてなる請求項１〜８何れか１
項記載の定着制御装置。
【請求項１０】電力遮断手段は前記可変出力電源手段
の入力電流を開閉する入力電流開閉手段をオフしてなる
請求項１〜８何れか１項記載の定着制御装置。
【請求項１１】電力遮断手段は前記励磁電流開閉手段
と前記入力電流開閉手段を双方オフしてなる請求項９及
び１０記載の定着制御装置。
【請求項１２】前記励磁電流開閉手段のオフは前記入
力電流開閉手段のオフより先に行う遮断シーケンス制御
手段を講じた請求項１１記載の定着制御装置。
【請求項１３】遮断シーケンス制御手段は前記励磁電
流開閉手段をオフした次ステップにてソフトウエア計時
を所定時間行った後、前記入力電流開閉手段オフするソ
フトウエア計時手段により講じた請求項１２記載の定着
制御装置。