JP2008058725A - 定着器、画像形成装置及び発熱体の保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも発熱体を十分に保護可能な画像形成装置や保護方法を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、電源から電力の供給を受けて発熱する発熱体を備える加熱手段を備えている。また、画像形成装置は、発熱体の温度が温度閾値を超えると、作動に必要な時間が経過してから発熱体への電力の供給を制限することで発熱体を保護する第１保護手段を含む。とりわけ、画像形成装置は、発熱体の昇温速度が特定の速度よりも速いために第１保護手段による保護が間に合わない場合に、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限することで発熱体を保護する第２保護手段を含むことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像形成装置の定着器が備える発熱体の保護技術に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置は、未定着画像（トナー像）を記録材上に定着させるための熱定着器を備えている。熱定着器は、発熱体として、ハロゲンヒータ、セラミックヒータを採用することが多い（特許文献１ないし４）。

また、熱定着器は、サーミスタ感温素子により検出された発熱体の温度に基づいて、発熱体に供給される電力を制御し、発熱体の温度を目標温度に維持する。
特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開平４−４４０７５号公報 特開平４−２０４９８０号公報

ところで、画像形成装置には、過度の昇温により発熱体や他の部材が損傷するのを防止するために保護回路を搭載することが望ましい。保護回路としては、例えば、温度ヒューズやサーモスイッチなどが考えられる。しかしこれらの素子は、応答するまでにある程度の作動時間を必要とするため、昇温速度が早すぎると、発熱体などを十分に保護できないおそれがある。

なお、発熱体に通電される電流の値が所定の閾値以上となると通電を遮断するような保護回路も考えられる。しかし、このような保護回路では、通電が停止されたると瞬時に電流の値が閾値を下回ってしまうため、すぐに通電が再開されてしまう。これでは、発熱体の過度の昇温を抑えることができない。このような保護回路に、遮断状態を維持するためにラッチ回路を導入することも考えられる。しかし、ラッチ回路は、オーバーシュートなどの原因により誤動作を起こす可能性がある。さらに、ラッチ回路は、コストアップの要因となってしまう。

そこで、本発明は、従来よりも発熱体を十分に保護可能な画像形成装置や保護方法を提供することを目的とする。なお、他の目的については、明細書の全体を通じて明らかとなろう。

本発明の装置は、電源から電力の供給を受けて発熱する発熱体を備える加熱手段を備えている。また、本装置は、発熱体の温度が温度閾値を超えると、作動に必要な時間が経過してから発熱体への電力の供給を制限することで発熱体を保護する第１保護手段を含む。とりわけ、本装置は、発熱体の昇温速度が特定の速度よりも速いために第１保護手段による保護が間に合わない場合に、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限することで発熱体を保護する第２保護手段を含むことを特徴とする。第１保護手段や第２保護手段がいわゆる安全装置として機能することはいうまでもない。

本発明では、例えば、温度に基づく保護手段の作動速度では保護が間に合わないような定着暴走状態が発生したときは、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限する。これにより、発熱体への通電の遮断時間を十分に長くとることができるため、異常な速度での昇温を防止できる。さらに、発熱体や定着器の構成部材などの損傷を抑制できる。

以下に本発明の一実施形態を示す。もちろん以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念及び下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

［実施形態１］
図１は、実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。ここでは、画像形成装置１００の一例として、レーザプリンタをとりあげる。

給紙カセット１０１は、多数の記録材Ｓを収納している。記録材Ｓは、用紙、シート、転写紙、転写材又は記録媒体などと呼ばれることもある。給紙ローラ１０２は、不図示の給紙ソレノイドによって駆動され、給紙カセット１０１に積載されている記録材Ｓを一枚ずつ分離して、搬送ローラ１０３へと給紙する。搬送ローラ１０３は、記録材Ｓをさらに下流へ向けて搬送する。

レジストローラ１０５は、記録材Ｓを搬送する搬送ローラの一種である。とりわけ、レジストローラ１０５は、画像形成部（転写ローラ１０６及び感光ドラム１０７）へと記録材Ｓの先端を搬送するタイミングを調整するために使用される。

画像形成部において、現像剤（例：トナー）の像を転写された記録材Ｓは、定着器１０８へと搬送される。定着器１０８は、トナー像を記録材へ加熱定着させるための加圧ローラ１０９と、定着フィルム１１０、セラミックヒータ（以下、単にヒータと称す）１１１を含む。定着フィルム１１０及びヒータ１１１により、加熱ユニットが構成されている。記録材Ｓは、加圧定着された後、排紙ローラ１１２によって機外に排紙される。

図２Ａ、２Ｂは、実施形態に係る定着器１０８の概略断面図である。ヒータ１１１は、フィルムガイド２０１によって支持されている。円筒状をした耐熱材製の定着フィルム１１０は、フィルムガイド２０１に外嵌させてある。過昇温防止ユニット２０２は、例えば、サーモスタットなどである。過昇温防止ユニット２０２は、ヒータ１１１の絶縁基板又は保護層の面上に当接している。なお、図示は省略するが、温度検出素子も同様にヒータ１１１の面上に当接されている。

ここで、ヒータ１１１の発熱体は、図２Ａが示すようにニップ部と反対側にあってもよいし、図２Ｂが示すようにニップ部側にあってもよい。

図３は、本実施形態に係るセラミックヒータの駆動及び制御回路を示す図である。本実施形態は、安全装置として動作する２つの保護回路を備えている。第１保護回路は、発熱体の温度が温度閾値を超えると、作動に必要な時間が経過してから発熱体への電力の供給を制限する。また、第２保護回路は、発熱体の昇温速度が特定の速度よりも速いために第１保護回路による保護が間に合わない場合に、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限する。なお、制限とは、完全に電力の供給を停止させるだけでなく、保護を実現できる程度まで電力を低下させることも含まれる。

交流電源１は、画像形成装置１００に接続される商用の交流電源である。交流電源１からの電流は、ＡＣフィルタ２、カレントトランス２５、リレー４１を介してヒータ１１１の発熱体３、２０へと供給される。このように、カレントトランス２５の一次側は、電源からヒータ１１１への経路に接続されている。

この発熱体３への電力の供給制御は、トライアック４において通電（ＯＮ）と遮断（ＯＦＦ）とを切り替えることにより達成される。抵抗５、６は、トライアック４のためのバイアス抵抗である。

フォトトライアックカプラ７は、一次、二次間の沿面距離を確保するための素子である。フォトトライアックカプラ７が備える発光ダイオードに通電することにより、トライアック４がオンに切り替わる。抵抗８は、フォトトライアックカプラ７の電流を制限するための抵抗である。トランジスタ９は、フォトトライアックカプラ７をオン／オフするよう機能する。トランジスタ９は、エンジンコントローラ１１から抵抗１０を介して入力されたＯＮ１信号にしたがって動作する。

発熱体２０への電力の供給制御は、トライアック１３の通電と遮断とを切り替えることにより達成される。抵抗１４、１５は、トライアック１３のためのバイアス抵抗である。

フォトトライアックカプラ１６は、一次、二次間の沿面距離を確保するための素子である。フォトトライアックカプラ１６が備える発光ダイオードに通電することにより、トライアック１３がオンに切り替わる。抵抗１７は、フォトトライアックカプラ１６の電流を制限するための抵抗である。トランジスタ１８は、フォトトライアックカプラ１６をオン／オフする用機能する。トランジスタ１８は、エンジンコントローラ１１から抵抗１９を介して入力されたＯＮ２信号にしたがって動作する。

また、交流電源１からの電流は、ＡＣフィルタ２を介してゼロクロス検出回路１２にも入力される。ゼロクロス検出回路１２は、商用電源電圧が所定の閾値以下になっていることをパルス信号としてエンジンコントローラ１１へ報知する。以下、エンジンコントローラ１１に送出されるこの信号をＺＥＲＯＸ信号と呼ぶ。エンジンコントローラ１１は、ＺＥＲＯＸ信号のパルスのエッジを検出し、この検出結果に応じてトライアック４又は１３をＯＮ／ＯＦＦする。

発熱体３及び２０に通電されるヒータ電流は、カレントトランス２５によって電圧に変換される。この電圧は、カレントトランス２５の二次側に接続されたブリューダ抵抗２６を介して、電流検出手段として機能する電流検出回路２７に入力される。電流検出回路２７では、電圧に変換されたヒータ電流の波形を実効値もしくはその二乗値に変換し、ＨＣＲＲＴ信号としてエンジンコントローラ１１へ送出する。このように、ＨＣＲＲＴ信号は、ヒータ電流の実効値又はその二乗値を表している。

温度検出素子２１は、例えば、ヒータ１１１の温度を検出するサーミスタ感温素子である。絶縁物が、温度検出素子２１と発熱体３、２０との間に設けられる。絶縁物により、温度検出素子２１と発熱体３、２０との間に絶縁距離が確保される。

温度検出素子２１によって検出される温度は、抵抗２２と温度検出素子２１との間の分圧として検出される。この分圧は、ＴＨ信号として、エンジンコントローラ１１へ入力される。エンジンコントローラ１１は、ヒータ１１１の温度をＴＨ信号により監視する。

エンジンコントローラ１１は、測定温度と設定温度とに基づいて、発熱体３、２０へ供給するべき電力の比を算出する。さらに、エンジンコントローラ１１は、電力の比を対応した位相角又は波数に換算する。そして、エンジンコントローラ１１は、位相角又は波数に応じて、トランジスタ９にＯＮ１信号又はトランジスタ１８にＯＮ２信号を送出する。

エンジンコントローラ１１は、電流検出回路２７から報知されるＨＣＲＲＴ信号に基づいて、電力比の上限を算出し、ヒータ１１１に供給される電力が上限の電力比以下となるよう制御する。

図４は、実施形態に係る位相制御に使用されるテーブルの一例を示す図である。エンジンコントローラ１１は、不揮発性のメモリなどに記憶されたテーブルを参照することで、算出した電力比に対応する位相角を読み出し、読み出した位相角に基づいて位相制御を実行する。

ところで、発熱体３、２０に電力を供給しているときに電力供給制御機構が故障すると、発熱体３、２０が熱暴走に陥るおそれがある。これを抑制するために、上述した過昇温防止ユニット２０２がヒータ１１１上に配置されている。過昇温防止ユニット２０２は、例えば温度ヒューズやサーモスイッチにより実現できる。過昇温防止ユニット２０２が所定の温度以上になると、サーモスイッチが開放され、発熱体３及び２０への通電が断たれる。すなわち、過昇温防止ユニット２０２が第１保護回路として機能する。

また、リレー４１の駆動回路は、抵抗４４、４５、トランジスタ４３及び４６により構成されている。ダイオード４２は、逆起電力による素子の破壊を防止するために設けられている。

エンジンコントローラ１１は、エンジンコントローラ１１は、ＲＬＤ信号をＬｏｗレベルに変更すると、トランジスタ４６がオフとなり、それに応じてトランジスタ４３がオンとなり、リレー４１もオンになる。これにより、発熱体３及び２０への電流が通電される。

一方、エンジンコントローラ１１は、ヒータ１１１の温度が、予め定められた異常高温になったか否かも監視している。ＴＨ信号が異常高温を示している場合、エンジンコントローラ１１は、ＲＬＤ信号をＨｉｇｈレベルに変更する。これにより、リレー４１がオフとなり、発熱体３及び２０への電流が遮断される。

第２保護回路は、リレー４１、トランジスタ４３及び閾値比較切換回路３００などにより実現される。検出された電流の値が第１電流閾値を超えると、閾値比較切換回路３００から出力される信号がＬｏｗとなる。これにより、トランジスタ４３がオフとなり、続いてリレー４１がオフとなる。よって、セラミックヒータ１１１への通電が遮断される。なお、第１電流閾値は、発熱体が損傷する可能性のある電流値未満であって、かつ、画像形成装置が動作するために必要となる電流値以上の値である。

閾値比較切換回路３００からＬｏｗ信号が出力されるための条件は、予め設定されている第１及び第２電流閾値よりも、電流検出回路２７が大きな電流（実効値）を検出したことである。第２電流閾値は、発熱体が損傷する前に第１保護回路が動作するように規定された値である。もちろん、第２電流閾値よりも第１電流閾値が大きいことはいうまでもない。

閾値比較切換回路３００は、検出された電流値が第２電流閾値以下であれば、ＨＩＧＨ信号が出力される。これにより、リレー４１がオンとなり、発熱体への電流の供給が再開される。このように、閾値比較切換回路３００やリレー４１などが、発熱体への電力の供給を再開する供給再開手段として機能する。

閾値比較切換回路３００は、検出された電流値と、予め設定された電流閾値とを比較する比較器と、比較器により比較される電流閾値を第１電流閾値又は前記第２電流閾値に設定する設定回路を有する。この設定回路は、検出された電流値が第１電流閾値を超えると、比較対象の電流閾値を第２電流閾値に設定する。また、設定回路は、第２電流閾値以下の電流が検出されると、比較対象の電流閾値を第１電流閾値に戻すよう設定する。

このように、本実施形態は、誤動作の可能性のあるラッチ回路を使用しないため、信頼性の高い装置を提供できる。また、ラッチ回路を使用する装置と比較し、コストダウンを実現できる。

図５Ａは、実施形態に係るヒータ１１１の概略断面図である。ヒータ１１１は、絶縁基板５０１、発熱体３、２０及び保護層５０２から構成されている。絶縁基板５０１は、セラミックス系（ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等）である。また、発熱体３、２０は、絶縁基板５０１の面上にペースト印刷等で形成されている。保護層５０２は、２本の発熱体３、２０を保護するためのガラス等である。

図５Ｂは、実施形態に係るヒータ１１１の概略平面図である。温度検出素子２１と過昇温防止ユニット２０２が、保護層５０２上に設けられている。温度検出素子２１と過昇温防止ユニット２０２は、発熱体３ａ、２０ａの長さ方向の中心に対して左右対称な位置に配置されている。また、図５Ｂからわかるように、定着器１０８を通紙される最小幅の記録材が通過する領域（小サイズ紙域）よりも中心よりに配置されている。

発熱体３は、電力が供給されると発熱する発熱体３ａ、電極２０ｃ、３ｄ、及び、電極と発熱部とを接続する導電部３ｂ、３ｂ‘とにより構成されている。発熱体２０は、発熱体２０ａ、電極２０ｃ、２０ｄ、及び電極と発熱部とを接続する導電部２０ｂ、２０ｂ’とにより構成されている。電極２０ｃは、共通電極であり、発熱体３、２０の双方に接続されている。

交流電源１のＨＯＴ側端子は、過昇温防止ユニット２０２を介して共通電極２０ｃに接続される。電極２０ｄは、トライアック４を介して交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続されている。電極３ｄは、トライアック１３を介して、交流電源１のＮｅｕｔｒａｌ端子に接続されている。

図６は、実施形態に係る閾値比較切換回路の例示的な回路図である。以下では、発熱体に供給される電流の値を電圧に変換して比較などを実行する。これは、電圧値を採用した方が、回路構成を簡単にできるからである。

コンパレータ７３は、分圧抵抗７１、７２及び８２によって規定される電圧閾値と、電流検出回路２７からの電流値に対応する電圧値（ＣＵＲＲＭＳ）とを比較する。分圧抵抗７１及び７２によって規定される電圧閾値が、第１電流閾値に対応する第１電圧閾値である。

検出された電圧値ＣＵＲＲＭＳが第１電圧閾値よりも大きければ、コンパレータ７３は、Ｌｏｗを出力する。コンパレータ７３の出力がＬｏｗとなると、リレー４１を駆動するためのトランジスタ４３がオフとなり、リレー４１もオフとなる。よってヒータ１１１への通電は遮断される。

抵抗７６、７７、７９、８０は、ベースに流れる電流値を制限するために設けられている。抵抗８３は、トランジスタ４３を駆動させるためにベースと基準電圧Ｖｒｅｆとの間に接続されている。ダイオード７５は、トランジスタ４３の誤動作防止のために設けられている。

コンパレータ７３の出力がＬｏｗとなった場合、ヒータ１１１への通電が遮断されるのに加え、ｐｎｐ接合トランジスタ７８がオンとなる。それによりトランジスタ８１がオンとなる。トランジスタ８１がオンになると、コンパレータ７３の非反転入力端子へ入力される電圧閾値が、抵抗７２と抵抗８２との並列接続による合成抵抗値と分圧抵抗７１との分圧比により決定される。すなわち、この電圧閾値が、第２電圧閾値となる。抵抗７２と抵抗８２とが並列接続されると、その合成抵抗値は、抵抗７２よりも小さくなる。よって、第２電圧閾値は、第１電圧閾値よりも小さくなる。このように、コンパレータ７３の出力がＬｏｗとなった場合、電圧閾値が、第１電圧閾値から第２電圧閾値へと変更される。

その後、ヒータ１１１への通電が停止されたことにより、電流検出回路２７からの電圧値が低下してゆく。そして、この電圧値が、第２電圧閾値以下となると、コンパレータ７３の出力はＨｉｇｈとなる。これにより、トランジスタ８１がオフとなり、コンパレータ７３に設定される電圧閾値が第１電圧閾値へ切り替えられる。また、コンパレータ７３の出力はＨｉｇｈとなったことで、トランジスタ４３がオンとなり、リレー４１もオンとなり、ヒータ１１１への通電が再開される。

上記のように、第１電圧閾値と第２電圧閾値とを切り替えること、電圧閾値にヒステリシス特性を持たせることが可能となる。ヒステリシスを持たせない場合と比較し、本実施形態は、ヒータ１１１の通電遮断期間を相対的に長く維持できる。すなわち、第１保護回路が作動に至るまでの時間が長いために、発熱体の昇温速度に対応できない場合、第２保護回路によって発熱体への電力の供給を一定時間以上制限する。これよって、例えば、定着器が暴走しているときにヒータ１１１の昇温速度を緩めることができる。また、ヒータ１１１だけでなく、定着器の他の構成部材が損傷する前に、過昇温防止ユニット２０２を動作させることで、これらを保護しやすくなる。

図７は、実施形態に係る発熱体の保護方法を示す例示的なフローチャートである。ここでは、定着器１０８が制御不能状態（暴走状態）にあることを想定している。

ステップＳ７０１において、サーモスイッチなどの第１保護回路は、ヒータ１１１の温度が所定の閾値温度より高いか否かを判定する。ヒータ１１１が暴走状態に陥り通電が開始されれば、ヒータ１１１の温度が閾値温度よりも上昇することになる。よって、ヒータ１１１の温度が高ければ、第１保護回路の安全機構が動作し、ヒータ１１１への通電を停止する。一方、昇温速度が特定の速度よりも速いと、第１保護回路の応答速度が間に合わないため、セラミックヒータ１１１が破損する可能性がある。よって、ヒータ１１１の温度が所定の閾値温度より低ければ、ステップＳ７０２へ進む。

ステップＳ７０２において、コンパレータ７３は、電流検出回路２７から出力された電圧値が第１電圧閾値を超えているか否かを判定する。超えて否かれば、ステップＳ７０１に戻る。

超えていれば、ステップＳ７０３に進み、コンパレータ７３は、Ｌｏｗを出力する。ステップＳ７０４において、第２保護回路によってリレー４１がオフに切り替えられ、ヒータ１１１への通電が停止される。ヒータ１１１への通電が停止されると、電流検出回路２７の出力電圧は下がり始める。また、ステップＳ７０５において、第２保護回路の閾値設定回路によって、コンパレータ７３の電圧閾値が、第１電圧閾値から第２電圧閾値へと切り替えられる。

ステップＳ７０５において、コンパレータ７３は、電流検出回路２７の出力電圧値が第２閾値以下となっているか否かを判定する。電圧値が第２閾値以下でなければ、ステップＳ７０４に戻り、通電が停止された状態が維持される。

一方、電圧値が第２閾値以下となれば、ステップＳ７０７へ進み、コンパレータ７３は、Ｈｉｇｈを出力する。ステップＳ７０８において、第２保護回路によって、通電制御回路の一部であるリレー４１がオンに切り替えられ、ヒータ１１１への通電が再開される。ステップＳ７０９において、第２保護回路の閾値設定回路によって、コンパレータ７３の電圧閾値が、第２電圧閾値から第１電圧閾値へと切り替えられる。その後は、ステップＳ７０１に戻る。

図８は、実施形態に係る電流検出回路の出力、コンパレータの出力、閾値及びヒータの温度との関係を例示した図である。ｔ１で、ヒータ１１１が暴走状態に陥り電流検出回路２７の出力電圧が上昇する。ｔ２で、出力電圧値が、第１電圧閾値よりも大きくなると、ヒータ１１１の通電が遮断される。また、ｔ２で、コンパレータ７３の電圧閾値は第２電圧閾値に設定される。ｔ２からｔ４にかけて、ヒータ１１１の通電が停止されているため、電流検出回路２７の出力電圧が徐々に下降してゆく。

最終的に、ｔ４で、電流検出回路２７の出力電圧値が、第２電圧閾値以下となると、コンパレータ７３の電圧閾値は第１電圧閾値に設定される。これにより、ヒータ１１１への通電も再開される。またヒータ１１１の温度カーブは、通電状態の上昇速度の方が、遮断状態の下降速度よりも速いことが実験によりわかっている。よって、ヒータ１１１への通電と遮断とが繰り返えされながら、ヒータ１１１の温度が徐々に上昇することになる。最終的に、ヒータ１１１の温度が、第１保護回路の動作温度を上回ると、ヒータ１１１の通電が完全に遮断される。

本実施形態によれば、温度に基づく第１保護回路の動作速度では、発熱体などの保護が間に合わないような定着暴走状態が発生したときに、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限する第２保護回路が提供される。これにより、発熱体への通電の遮断期間を長くとることができるため、異常な速度での昇温を防止できる。さらに、発熱体や定着器の構成部材などの損傷を抑制できる。

とりわけ、第２保護回路は、電流検出回路２７により、発熱体に通電される電流の値を検出する。また、検出された電流の値が第１電流閾値を超えると、コンパレータ７３やリレー４１により、発熱体への電力の供給を制限する。また、検出された電流の値が、第１電流閾値よりも小さい第２電流閾値以下となると、コンパレータ７３やリレー４１により、発熱体への電力の供給を再開する。

本実施形態では、誤動作の可能性のあるラッチ回路を採用しないため、相対的に信頼性の高い保護回路を提供でき、かつ、コストダウンも図ることができる。

また、コンパレータ７３によって、検出された電流値と電流閾値とを比較する構成とし、かつ、電流閾値を第１及び第２電流閾値間で切り替えることで、比較的に簡単な構成で、発熱体への電力の供給を一定時間以上制限する第２保護回路を実現できる。

［実施形態２］
図９は、実施形態に係る他の閾値比較切換回路の例示的な回路図である。図９を用いて、第２保護回路の他の実現例について説明する。

コンパレータ９０３は、分圧抵抗９０１及び９０２によって規定される第１電圧閾値と、電流検出回路２７からの電流値に対応する電圧値（ＣＵＲＲＭＳ）とを比較する。検出された電圧値ＣＵＲＲＭＳが第１電圧閾値よりも大きければ、コンパレータ９０３は、Ｌｏｗを出力する。プルアップ抵抗９０５は、コンパレータ９０３の出力電圧値を決定するための抵抗である。

コンパレータ９０８は、分圧抵抗９０６及び９０７によって規定される第２電圧閾値と、電流検出回路２７からの電流値に対応する電圧値（ＣＵＲＲＭＳ）とを比較する。電圧値ＣＵＲＲＭＳが第２電圧閾値以下であれば、コンパレータ９０８はＬｏｗを出力する。第１電圧閾値が第２電圧閾値よりも大きくなるよう各抵抗値が設定されている。

抵抗９１０及び９１１は、コンパレータ９０８の出力電圧値を決定するための抵抗である。ここでコンパレータ９０３とコンパレータ９０８が共にＨｉｇｈとなった場合、コンパレータ９０３の出力電圧の方がコンパレータ９０８の出力電圧よりも高くなるよう、抵抗９１０及び９１１の値が設定されている。

コンパレータ９１２は、コンパレータ９０３とコンパレータ９０８の各出力電圧を比較する比較器である。コンパレータ９１２の出力がＬｏｗとなったときのコンパレータ９０３の出力は、抵抗９０５及び抵抗９１３の分圧抵抗値によって決定される。コンパレータ９１２がＬｏｗとなったときにコンパレータ９０３から入力される電圧値は、コンパレータ９０８から入力される電圧値より小さくなるように各抵抗値が設定されている。

図１０は、実施形態に係る電流検出回路の出力、各コンパレータの出力及びヒータの温度との関係を示す図である。図１０用いて、回路動作を説明する。

ヒータ１１１に電流が流れ始めて、ｔ１０で、電流検出回路２７の出力電圧が第２電圧閾値を上回ると、コンパレータ９０８はＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わる。この段階では、まだコンパレータ９０３の出力はＨｉｇｈのままである。上述したように、コンパレータ９０３のＨｉｇｈレベルは、コンパレータ９０８のＨｉｇｈレベルよりも高く設定されている。そのため、コンパレータ９１２の出力はＨｉｇｈとなり、ヒータ１１１の通電状態が維持される。

ｔ１１で、電流検出回路２７の出力電圧が第１電圧閾値を上回ると、コンパレータ９０３の出力がＬｏｗに切り替わる。このとき、コンパレータ９０８からの出力電圧がコンパレータ９０３からの出力電圧よりも大きくなるため、コンパレータ９１２の出力はＬｏｗとなり、ヒータ１１１への通電が遮断される。

電流検出回路２７の出力は、ある程度の時定数を持っている。そのため、通電が停止されても、電流検出回路２７の出力はすぐには低下しない。ｔ１１からある一定の期間が経過してｔ１２となると、電流検出回路２７の出力が第１電圧閾値を下回る。よって、ｔ１２で、コンパレータ９０３の出力が再びＨｉｇｈとなる。しかし、このとき、コンパレータ９１２の出力はＬｏｗのままなので、コンパレータ９０３の出力電圧の値は、抵抗９０５と９１３の分圧抵抗値によって決定された値となる。上述したように、このときの出力電圧値は、抵抗９１０と９１１の分圧抵抗値より決定されるコンパレータ９０８の出力電圧値よりも低くなるように設定されている。そのため、コンパレータ９１２の出力は、Ｌｏｗ状態が維持され、ヒータ１１１への通電は遮断された状態が維持される。

電流検出回路２７の出力がさらに低下し、ｔ１３で、第２電圧閾値を下回る。このとき、コンパレータ９０８の出力がＬｏｗとなる。これにより、コンパレータ９１２の出力がＨｉｇｈとなり、ヒータ１１１への通電が再び開始される。その後、ｔ１５で、再び電流検出回路２７の出力が第１電圧閾値を上回り、上記の制御サイクルが繰り返される。

このような構成を採用しても、実施形態１と同様に、発熱体を好適に保護することが化のうとなる。

図１１は、実施形態に係る発熱体の他の保護方法を示す例示的なフローチャートである。ステップＳ１１０１において、サーモスイッチなどの第１保護回路は、ヒータ１１１の温度が所定の閾値温度より高いか否かを判定する。高ければ、第１保護回路の安全機構が動作し、ヒータ１１１への通電を停止する。一方、低ければ、ステップＳ１１０２へ進む。

ステップＳ１１０２において、コンパレータ９０３は、電流検出回路２７の出力電圧値が第１電圧閾値より大きいか否かを判定する。大きくなければ、通電を継続すべく、ステップＳ１１０１に戻る。一方、大きければ、ステップＳ１１０３に進む。ステップＳ１１０３では、コンパレータ９０３出力よりコンパレータ９０８出力の方が大きくなる。その結果、ステップＳ１１０４において、コンパレータ９１２は、Ｌｏｗを出力する。ステップＳ１１０５において、トランジスタ４３がオフとなり、リレー４１もオフとなり、ヒータ１１１への通電が停止される。ヒータ１１１への通電が停止されると電流検出回路２７の出力は下がり始める。

ステップＳ１１０６において、コンパレータ９０８は、電流検出回路２７の出力電圧が第２電圧閾値以下となっているか否かを判定する。以下となっていなければ、通電を継続すべく、ステップＳ１１０３に戻る。一方、以下となっていれば、ステップＳ１１０７に進み、コンパレータ９０８の出力よりコンパレータ９０３の出力が大きくなる。

ステップＳ１１０８において、コンパレータ９１２は、Ｈｉｇｈを出力する。ステップＳ１１０９において、トランジスタ４３がオンとなり、リレー４１もオンとなり、ヒータ１１１への通電が再開される。その後は、ステップＳ１１０１に遷移する。

本実施形態によれば、第１コンパレータ９０３は、電流検出回路２７により検出された電流値に対応する電圧値が、第１電圧閾値を超えるとＬｏｗを出力する。一方、第１コンパレータ、この電圧値が、第１電圧閾値以下となるとＨｉｇｈを出力する。また、第２コンパレータ９０８は、電流検出回路２７により検出された電流値に対応する電圧値が、第２電圧閾値を超えるとＨｉｇｈを出力する。また、第２コンパレータは、電圧値が、第２電圧閾値以下となるとＬｏｗを出力する。

さらに、第３コンパレータ９１２は、第１コンパレータからの出力及び第３コンパレータの出力が入力される第１端子と、第２コンパレータからの出力が入力される第２端子とを含む。さらに、第３コンパレータは、第１コンパレータがＨｉｇｈになったことで、第３コンパレータの出力がＬｏｗに切り替わる。しかし、第３コンパレータは、第１コンパレータが再びＬｏｗに切り替わったとしても、第２コンパレータがＬｏｗに切り替わるまでは、Ｌｏｗを出力しつづける。これにより、発熱体への電流が遮断される。よって、実施形態２も実施形態１と同様の効果を奏す。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 実施形態に係る定着器の概略断面図である。 実施形態に係る定着器の概略断面図である。 本実施形態に係るセラミックヒータの駆動及び制御回路を示す図である。 実施形態に係る位相制御に使用されるテーブルの一例を示す図である。 実施形態に係るセラミックヒータ１１１の概略断面図である。 実施形態に係るセラミックヒータ１１１の概略平面図である。 実施形態に係る閾値比較切換回路の例示的な回路図である。 実施形態に係る発熱体の保護方法を示す例示的なフローチャートである。 実施形態に係る電流検出回路の出力、コンパレータの出力、閾値及びヒータの温度との関係を例示した図である。 実施形態に係る他の閾値比較切換回路の例示的な回路図である。 実施形態に係る電流検出回路の出力、各コンパレータの出力及びヒータの温度との関係を示す図である。 実施形態に係る発熱体の他の保護方法を示す例示的なフローチャートである。

Claims (9)

1. 電源から電力の供給を受けて発熱する発熱体を備える加熱手段と、
   前記発熱体の温度が温度閾値を超えると、作動に必要な時間が経過してから前記発熱体への電力の供給を制限することで前記発熱体を保護する第１保護手段と、
   前記発熱体の昇温速度が特定の速度よりも速いために前記第１保護手段による保護が間に合わない場合に、前記発熱体への電力の供給を一定時間以上制限することで前記発熱体を保護する第２保護手段と
   を含むことを特徴とする定着器。
2. 前記第２保護手段は、
   前記発熱体に通電される電流の値を検出する電流検出手段と、
   検出された前記電流の値が第１電流閾値を超えると前記発熱体への電力の供給を制限する制限手段と、
   検出された前記電流の値が、前記第１電流閾値よりも小さい第２電流閾値以下となると前記発熱体への電力の供給を再開する供給再開手段と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の定着器。
3. 前記第２保護手段は、
   検出された前記電流の値と、予め設定された電流閾値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段により比較される前記電流閾値を前記第１電流閾値又は前記第２電流閾値に設定する設定手段と
   を含み、
   前記設定手段は、前記電流検出手段が前記第１電流閾値を超える電流を検出すると前記比較される電流閾値を前記第２電流閾値に設定し、前記第２電流閾値以下の電流を検出すると前記比較される電流閾値を前記第１電流閾値に設定することを特徴とする請求項２に記載の定着器。
4. 前記比較手段は、
   前記電流検出手段により検出された電流値に対応する電圧値が、前記第１電流閾値に対応する第１電圧閾値を超えるとＨｉｇｈを出力し、前記電圧値が、前記第１電圧閾値以下となるとＬｏｗを出力するコンパレータ
   を含み、
   前記設定手段は、
   前記コンパレータからの出力がＨｉｇｈとなると前記発熱体へ電流を通電させ、前記コンパレータからの出力がＬｏｗとなると前記発熱体への電流を遮断する通電制御回路と、
   前記コンパレータからの出力がＬｏｗとなると、前記コンパレータに入力される電圧閾値を前記第１電圧閾値から、前記第２電流閾値に対応する第２電圧閾値へと切り替え、前記コンパレータからの出力がＨｉｇｈとなると、前記第２電圧閾値から前記第１電圧閾値へと切り替える切り替え回路と
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の定着器。
5. 前記電流検出手段により検出された電流値に対応する電圧値が、前記第１電流閾値に対応する第１電圧閾値を超えるとＬｏｗを出力し、前記電圧値が、前記第１電圧閾値以下となるとＨｉｇｈを出力する第１コンパレータと、
   前記電流検出手段により検出された電流値に対応する電圧値が、前記第２電流閾値に対応する第２電圧閾値を超えるとＨｉｇｈを出力し、前記電圧値が、前記第２電圧閾値以下となるとＬｏｗを出力する第２コンパレータと、
   第３コンパレータであって、前記第１コンパレータからの出力及び該第３コンパレータの出力とが入力される第１端子と、前記第２コンパレータからの出力が入力される第２端子とを含む該第３コンパレータと
   を含み、
   前記第３コンパレータは、前記第１コンパレータがＨｉｇｈになったことで、該第３コンパレータの出力がＬｏｗに切り替わり、さらに、前記第１コンパレータが再びＬｏｗに切り替わったとしても、前記第２コンパレータがＬｏｗに切り替わるまでは、Ｌｏｗを出力しつづけることで、前記発熱体への電流を遮断することを特徴とする請求項３に記載の定着器。
6. 前記第１電流閾値は、前記発熱体が損傷する可能性のある電流値未満であって、かつ、前記定着器が動作するために必要となる電流値以上であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の定着器。
7. 前記第２電流閾値は、前記発熱体が損傷する前に前記第１保護手段が動作するように規定された値であることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の定着器。
8. 画像形成装置であって、
   現像剤を用いて画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部により形成された画像を記録材へ加熱定着させる、請求項１ないし７のいずれかに記載の定着器と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
9. 画像形成装置の定着器が備える発熱体の保護方法であって、
   前記発熱体の温度が温度閾値を超えると、作動に必要な時間が経過してから前記発熱体への電力の供給を制限することで前記発熱体を保護する第１保護工程と、
   前記発熱体の昇温速度が特定の速度よりも速いために前記第１保護工程による保護が間に合わない場合に、前記発熱体への電力の供給を一定時間以上制限することで前記発熱体を保護する第２保護工程と
   を含むことを特徴とする保護方法。

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