JP2013250312A - 異常検知装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロック信号を用いることなく制御部（ＭＰＵ）の故障を検出し、制御対象への停止制御を確実に行うことのできる異常検知装置を提供する。
【解決手段】 異常検知装置２は、制御対象である通電部２９に対して制御を行う制御部２３の異常検知を行う異常検知装置である。異常検知装置２は、制御部２３から出力されたＰＷＭ信号Ｓ１が入力される積分回路３と、ＰＷＭ信号Ｓ１の信号レベルが正常動作範囲内かどうかを判定し、範囲外であれば前記制御対象（通電部２９）に対して動作停止信号Ｓ３を出力する判定回路４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、制御対象に対して制御を行う制御部の異常検知を行う異常検知装置に関する。また、本発明は、このような異常検知装置を備えた画像形成装置に関する。

コピー機、プリンタ、ファクシミリ及び複合機などの画像形成装置は、加熱することにより、用紙などの記録媒体に付着したトナーを記録媒体に熱定着させる方法が採用されている。適切な熱定着を実現するためには、定着部の温度が所望の温度になるように定着部を加熱するヒータへの通電を制御する必要がある。

ヒータは、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの制御部によって制御される。サーミスタは定着部の温度を検出してＭＰＵに出力する。定着部の温度が定着温度より十分低い場合、ＭＰＵはヒータの通電部をオン制御し、ヒータを通電させて発熱させる。一方、定着部の温度が定着温度より高い所定温度を上回ると、ＭＰＵはヒータの通電部をオフ制御し、ヒータへの通電を停止させる。

しかし、このような従来の方法では、ＭＰＵが暴走した場合にヒータへの通電制御ができなくなるおそれがある。このため、ＭＰＵが暴走した場合に、ヒータへの通電を停止する技術が、下記特許文献１及び２に開示されている。

図５は、特許文献１に開示された制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路は、ＭＰＵ２３、比較器２５、ＯＲゲート２７を備えている。ＭＰＵ２３は、サーミスタ２１の検出電圧に基づいて制御信号Ａ１（アクティブLow）をＯＲゲート２７の一方の入力端子に出力する。比較器２５は、サーミスタ２１の検出電圧を基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、比較結果に応じた制御信号Ａ２をＯＲゲート２７の他方の入力端子に出力する。ＯＲゲート２７は、制御信号Ａ１とＡ２のＯＲをとり制御信号Ａ３を出力する。ＯＲゲート２７からの制御信号Ａ３がHighになると、通電部２９がヒータ３１への通電を停止させる制御を行う。

ＭＰＵ２３が暴走した場合、制御信号Ａ１がLowのままとなりヒータ３１が通電され続ける。しかし、このときヒータ３１による加熱が継続し、サーミスタ２１での検知温度も上昇する。この温度がある温度θ２以上に上昇すると制御信号Ａ２がHighになり、制御信号Ａ３もHighとなってヒータ３１がオフとなる。これにより、ＭＰＵ２３の暴走時にもヒータ３１への通電制御が行われる。

特許文献２には、制御部の異常時に、当該制御部より出力されるウォッチドッグタイマーオーバーフロー信号が入力される安全装置を備え、この安全装置にウォッチドッグタイマーオーバーフロー信号が入力されると、スイッチ素子のオン制御を停止する技術が開示されている。

特開２０００−３０５４０９号公報 特開２００７−１２１４３８号公報

上述したように、特許文献１の技術では、ＭＰＵ２３の異常時に比較器２５の作用によりいったん通電部２９がオフとなり、ヒータ３１への通電が停止する。しかし、その後、温度が下がると再び制御信号Ａ２がLowになるため、通電部２９がオンとなりヒータ３１への通電が再び開始される。そして、そのまま放置されれば、定着部は温度の上昇と下降を繰り返す。温度θ２は定着温度より高い温度に設定されているため、この結果定着部が長時間高温にさらされ、部品の劣化が進むおそれがある。

また、特許文献２の技術のように、ウォッチドッグタイマを用いた異常検出では、ウォッチドッグタイマにクロック信号を入力することが必須となる。従って、仮にクロック信号が停止するような事態が発生すると、ＭＰＵの異常が検出できず、ヒータの通電が継続して定着部が長時間高温にさらされてしまうおそれがある。

このような課題に鑑み、本発明は、クロック信号を用いることなく制御部（ＭＰＵ）の故障を検出し、制御対象への停止制御を確実に行うことのできる異常検知装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような異常検知装置を備えた画像形成装置を提供することを別の目的とする。

本発明は、制御対象に対して制御を行う制御部の異常検知を行う異常検知装置であって、
前記制御部から出力されたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号が入力される積分回路と、
前記積分回路の出力信号のレベルが正常動作範囲内かどうかを判定し、範囲外であれば前記制御対象に対して動作停止信号を出力する判定回路とを備えることを特徴とする。

上記構成において、
前記判定回路は、
第１基準電圧が第１端子に入力され、前記積分回路からの出力電圧が第２端子に入力される第１比較器と、
前記積分回路からの出力電圧が第１端子に入力され、前記第１基準電圧より低い第２基準電圧が第２端子に入力される第２比較器と、
前記第１比較器の出力信号と前記第２比較器の出力信号が入力されて論理演算を行う論理ゲートとを備え、
前記論理ゲートは、前記第１比較器において前記積分回路からの出力電圧が前記第１基準電圧より高い場合、又は前記第２比較器において前記積分回路からの出力電圧が前記第２基準電圧より低い場合に、前記制御対象に対して前記動作停止信号を出力する構成とすることができる。

ここで、前記積分回路はコンデンサと抵抗器で構成されるものとして構わない。

また、本発明は、上述の異常検知装置を備えた画像形成装置であって、
ヒータと、ヒータへの通電をオン／オフする通電部と、前記ＰＷＭ信号を出力する前記制御部を有し、
前記異常検知装置は、前記判定回路が、前記積分回路の出力信号のレベルが正常動作範囲内かどうかを判定し、範囲外であれば前記制御対象としての前記通電部に対して前記動作停止信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、クロック信号を用いないアナログ回路により、制御部の異常検知を行うことができる。特に、ＰＷＭ信号の信号レベルが正常動作範囲外である場合に制御対象に対して動作停止信号を出力する構成としたことで、制御対象を確実にオフ状態とすることができ、しかもそのオフ状態を継続させることができる。

そして、このような異常検知装置を画像形成装置に備え、ヒータへの通電制御の異常検知に利用することで、制御部に異常が発生した場合であってもヒータを確実にオフにすることができ、しかもそのオフ状態を継続させることができる。これにより、定着部が異常に高い温度下に長時間曝される事態を回避できる。

異常検知装置を含む画像形成装置を概略構成図である。 異常検知装置の構成を模式的に示すブロック図である。 ＭＰＵが正常動作をしている場合のタイミングチャートである。 ＭＰＵの動作が異常となっている場合のタイミングチャートである。 ＭＰＵの動作が異常となっている場合のタイミングチャートである。 ＭＰＵの動作が異常となっている場合のタイミングチャートである。 ＭＰＵの動作が異常となっている場合のタイミングチャートである。 従来の制御回路の構成を示すブロック図である。

本発明の異常検知装置（以下、適宜「本装置」と略記する。）につき、図面を参照して以下に説明する。なお、以下では、一実施形態として、本装置が画像形成装置に備えられている場合について説明する。

図１は、本装置を含む画像形成装置の概略構成図である。なお、図５と同一の構成要素については、同一の符号を付している。

コピー機能、ファクシミリ機能、プリンタ機能を含む複合機（Multi-Function Peripheral）１に、画像形成装置１０は組み込まれている。画像形成装置１０は、印刷用紙などの記録媒体１７にトナーを熱定着させるための定着部１２と、定着部１２を加熱するためのヒータ３１と、定着部１２の温度を検出するサーミスタ２１とを備える。

定着部１２は、ヒータ３１により加熱される加熱ローラ１３と、加熱ローラ１３と共に記録媒体１７を厚み方向両側から挟持する加圧ローラ１４とを有する。トナーが付着した印刷用紙などの記録媒体１７は、加熱ローラ１３及び加圧ローラ１４で挟持された状態で両ローラの間を通り、加圧及び加熱される。これにより、トナーが記録媒体１７に熱定着される。ヒータ３１は、ハロゲンランプ、セラミックヒータ、面状発熱体等が適用され、電源１１から通電されることにより発熱する。

通電部２９はトライアック（TRIAC）やリレーで構成され、ヒータ３１に対する通電のオンオフを切り替える。この通電部２９には、ＭＰＵ２３からの制御信号が、異常検知装置２を介して与えられる。ＭＰＵ２３は、サーミスタ２１からの温度情報に基づいて制御信号を生成する。

図２は、異常検知装置２の構成を示す模式的ブロック図である。異常検知装置２は、抵抗Ｒ及びコンデンサＣで構成された積分回路３及び判定回路４を備える。

ＭＰＵ２３は、後述するように制御信号としてのＰＷＭ信号Ｓ１を出力する。積分回路３は、このＰＷＭ信号Ｓ１に対して積分処理を行って得られる積分信号Ｓ２を判定回路４に出力する。

判定回路４は、第１比較器５、第２比較器６及び論理ゲート７を備える。第１比較器５は、積分信号Ｓ２が第２端子５２に入力され、第１基準電圧Ｖ１が第１端子５１に入力される。また、第２比較器６は、積分信号Ｓ２が第１端子６１に入力され、第２基準電圧Ｖ２が第２端子６２に入力される。ここでは、第１端子を反転入力端子、第２端子を非反転入力端子とする。この場合、第２基準電圧Ｖ２は、第１基準電圧Ｖ１よりも低い電圧とする。

第１比較器５は、積分信号Ｓ２の電圧値が第１基準電圧Ｖ１よりも低い場合にHigh信号、第１基準電圧Ｖ１よりも高い場合にLow信号を出力する。第２比較器６は、積分信号Ｓ２の電圧値が第２基準電圧Ｖ２よりも高い場合にHigh信号、第２基準電圧Ｖ２よりも低い場合にLow信号を出力する。

論理ゲート７は、第１比較器５と第２比較器６の出力信号のＡＮＤ演算を行って、演算結果を制御信号Ｓ３として通電部２９に出力する。つまり、論理ゲート７は、第１比較器５と第２比較器６の双方からHigh信号が出力されている場合にのみHighレベルの制御信号Ｓ３を通電部２９に出力する。他方、論理ゲート７は、少なくとも一方の比較器からLow信号が出力されている場合には、Lowレベルの制御信号Ｓ３を通電部２９に出力する。

通電部２９は、Highレベルの制御信号Ｓ３が入力されると、ヒータ３１への通電を行う（ＯＮ制御）。他方、Lowレベルの制御信号Ｓ３が入力されると、ヒータ３１への通電を停止させる（ＯＦＦ制御）。

つまり、異常検知装置２は、積分信号Ｓ２の電圧レベルが第２基準電圧Ｖ２と第１基準電圧Ｖ１の間のレベルである場合（正常動作範囲内）にヒータ３１への通電を許可する。そして、異常検知装置２は、積分信号Ｓ２の電圧レベルが第２基準電圧Ｖ２を下回るか第１基準電圧Ｖ１を上回る場合、すなわち正常動作範囲外である場合にはヒータ３１への通電を許可しない構成である。

以下、信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の関係について、図面を参照して詳細に説明する。

［正常時］
図３は、ＭＰＵ２３が正常に動作している場合のタイミングチャートである。本装置では、ＭＰＵ２３からはＰＷＭ信号Ｓ１が出力される。ＭＰＵ２３は、サーミスタ２１で検出される温度が待機温度Ｔ１よりも高い所定温度を上回ったと判断すると、ＰＷＭ信号Ｓ１の出力を停止する。一方、サーミスタ２１から待機温度Ｔ１よりも低い温度である旨の情報が与えられると、ＭＰＵ２３は、ＰＷＭ信号Ｓ１として、予め定められた第１デューティ比のパルス信号と第２デューティ比のパルス信号を所定時間毎に切り替えながら出力する。ここでは、第１デューティ比を７５％、第２デューティ比を２５％とするＰＷＭ信号Ｓ１が出力されるものとしている。このデューティ比の値はこの数値に限られるものではない。

サーミスタ２１で検知される温度が待機温度Ｔ１を下回っている場合、ＭＰＵ２３からデューティ比７５％のパルス信号と２５％のパルス信号が所定時間毎に切り替えながら出力される。この信号Ｓ１は積分回路３によって積分処理される。この時、時定数に対応した時間経過後、積分回路３から出力される信号Ｓ２は５０％レベルの電圧値となる。ここで、本明細書において、「Ｘ％レベルの電圧値」とは、ＭＰＵ２３からデューティ比１００％のパルス電圧、すなわち常時Highレベルの電圧が出力された場合の積分回路３からの出力電圧値に対してＸ％の比率の電圧値を指す。

ここで、第２基準電圧Ｖ２として４０％レベルの電圧値、第１基準電圧Ｖ１として６０％レベルの電圧値を予め設定しておく。この場合、積分回路３からの出力信号Ｓ２は５０％レベルの電圧値を示すため、第２基準電圧Ｖ２と第１基準電圧Ｖ１の間の値となる。これにより、異常検知装置２からはHighレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を開始する。

この後、ヒータ３１が加熱されサーミスタ２１で検知される温度が上昇する。この温度が待機温度Ｔ１よりも高い所定温度を上回るまで通電部２９の通電が継続される。サーミスタ２１で検知される温度が所定温度を上回ったとＭＰＵ２３が判断すると、ＭＰＵ２３はＰＷＭ信号Ｓ１の出力を停止する。

ＰＷＭ信号Ｓ１の出力を停止すると、積分信号Ｓ２の電圧レベルが４０％レベルの電圧値を下回る。これにより、異常検知装置２からはLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を停止する。

この後、サーミスタ２１で検知される温度が低下する。そして、待機温度Ｔ１を下回ると、再びＭＰＵ２３からＰＷＭ信号Ｓ１が出力される。以下、上述した制御が繰り返される。

［異常時］
図４Ａ〜図４Ｄは、ＭＰＵ２３に異常が発生した場合におけるタイミングチャートである。なお、ここでいう「異常」は、ＭＰＵ２３の暴走（無限ループなど）、ハングアップ、及びハードウェア自体の故障などを含む概念である。

本実施形態では、上述したように、正常時においてＭＰＵ２３は、７５％デューティのパルス信号と２５％デューティのパルス信号を所定時間毎に切り替えながら出力する。しかし、ＭＰＵ２３に何らかの異常（例えばソフトループ（無限ループ））が発生すると、ＭＰＵ２３は２５％デューティのパルス信号を出力し続けたり（図４Ａ）、７５％デューティのパルス信号を出力し続ける（図４Ｂ）場合が考えられる。また、ＭＰＵ２３の異常時において、ＭＰＵ２３は常時ＯＮの信号（１００％デューティ）を出力し続けたり（図４Ｃ）、常時ＯＦＦの信号（０％デューティ）を出力し続ける（つまりＰＷＭ信号が出力されない）ことも考えられる。

図４Ａの場合、積分信号Ｓ２が２５％レベルの電圧値を示すことになる。本実施形態では、第２基準電圧Ｖ２として４０％レベルの電圧値が設定されているため、この積分信号Ｓ２の電圧レベルは第２基準電圧Ｖ２より低くなる。この結果、第２比較器６からLow信号が出力されるため、異常検知装置２からはLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を停止する。

図４Ｂの場合、積分信号Ｓ２が７５％レベルの電圧値を示すことになる。本実施形態では、第１基準電圧Ｖ１として６０％レベルの電圧値が設定されているため、この積分信号Ｓ２の電圧レベルは第１基準電圧Ｖ１より高くなる。この結果、第１比較器５からLow信号が出力されるため、異常検知装置２からはLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を停止する。

図４Ｃの場合、積分信号Ｓ２が１００％レベルの電圧値を示すことになる。本実施形態では、第１基準電圧Ｖ１として６０％レベルの電圧値が設定されているため、この積分信号Ｓ２の電圧レベルは第１基準電圧Ｖ１より高くなる。この結果、第１比較器５からLow信号が出力されるため、異常検知装置２からはLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を停止する。

図４Ｄの場合、積分信号Ｓ２が０％レベルの電圧値を示すことになる。本実施形態では、第２基準電圧Ｖ２として４０％レベルの電圧値が設定されているため、この積分信号Ｓ２の電圧レベルは第２基準電圧Ｖ２より低くなる。この結果、第２比較器６からLow信号が出力されるため、異常検知装置２からはLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９は通電を停止する。

以上のように、ＭＰＵ２３に異常が生じると、異常検知装置２からLowレベルの制御信号Ｓ３が通電部２９に出力され、通電部２９の通電が停止される。これによりヒータ３１を確実にオフにすることができる。しかも、ＭＰＵ２１が図３に示す制御信号Ｓ１のような正常なＰＷＭ信号を出力しない限り、通電部２９が再び通電を開始することはない。このようなＰＷＭ信号はＭＰＵ２３が異常である場合にはＭＰＵ２３から出力されることがないため、ＭＰＵ２３が異常である場合に通電部２９が再び通電を開始することがなく、ヒータ３１のオフ状態を継続させることができる。

〔別実施形態〕
以下に、別実施形態について説明する。

〈１〉 上記の実施形態では、ＭＰＵ２３は、正常時に、ＰＷＭ信号Ｓ１として、予め定められた第１デューティ比のパルス信号と第２デューティ比のパルス信号を所定時間毎に切り替えながら出力する構成とした。ここで、前者の信号を連続して出力させる時間と後者の信号を連続して出力させる時間を異ならせる構成としても構わない。更に、ＭＰＵ２３は、ＰＷＭ信号Ｓ１として、３種類異常のデューティ比のパルス信号を所定時間毎に切り替えながら出力する構成としても構わない。

これらの場合においても、第１基準電圧Ｖ１及び第２基準電圧Ｖ２としては、ＭＰＵ２３の正常時に積分信号Ｓ２として得られる電圧値Ｖｒが、Ｖ２とＶ１の間に位置するような関係であれば良い。ただし、Ｖ２とＶ１の値をあまりに接近させ過ぎると、ＭＰＵ２３が正常時においても何らかの電圧変動によって通電部２９の通電が停止してしまうおそれがある。このため、Ｖ２とＶｒ、Ｖ１とＶｒはそれぞれある程度の電圧差を設けるのが好ましい。

〈２〉 図２では、論理ゲート７として論理積回路を用いたが、論理積演算を行う論理ゲートであれば、どのような構成であっても構わない。

〈３〉 図２では、積分回路３として抵抗Ｒ及びコンデンサＣからなる回路を用いたが、積分処理を行うアナログ回路であれば、どのような構成であっても構わない。

〈４〉 上述の実施形態では、異常検知装置２が、制御対象である通電部２９に対して制御を行うＭＰＵ（制御部）２３の異常検知を行う構成であるとした。この通電部２９は、画像形成装置１０のヒータ３１に対する通電／非通電を切り換える機能を有している。

しかし、制御部の制御対象は通電部２９に限られない。つまり、異常検知装置２は、一般的に何らかの制御対象に対して制御を行う制御部の異常検知を行い、異常である場合には制御対象に対して停止制御を行う装置として機能することができる。

１ ： 複合機
２ ： 異常検知装置
３ ： 積分回路
４ ： 判定回路
５ ： 第１比較器
６ ： 第２比較器
７ ： 論理ゲート
１０ ： 画像形成装置
１１ ： 電源
１２ ： 定着部
１３ ： 加熱ローラ
１４ ： 加圧ローラ
１７ ： 記録媒体
２１ ： サーミスタ
２３ ： ＭＰＵ
２５ ： 比較器
２７ ： ＯＲゲート
２９ ： 通電部
３１ ： ヒータ
５１ ： 第１比較器の第１端子
５２ ： 第１比較器の第２端子
６１ ： 第２比較器の第１端子
６２ ： 第２比較器の第２端子

Claims (4)

1. 制御対象に対して制御を行う制御部の異常検知を行う異常検知装置であって、
   前記制御部から出力されたＰＷＭ信号が入力される積分回路と、
   前記積分回路の出力信号のレベルが正常動作範囲内かどうかを判定し、範囲外であれば前記制御対象に対して動作停止信号を出力する判定回路とを備えることを特徴とする異常検知装置。
2. 前記判定回路は、
   第１基準電圧が第１端子に入力され、前記積分回路からの出力電圧が第２端子に入力される第１比較器と、
   前記積分回路からの出力電圧が第１端子に入力され、前記第１基準電圧より低い第２基準電圧が第２端子に入力される第２比較器と、
   前記第１比較器の出力信号と前記第２比較器の出力信号が入力されて論理演算を行う論理ゲートとを備え、
   前記論理ゲートは、前記第１比較器において前記積分回路からの出力電圧が前記第１基準電圧より高い場合、又は前記第２比較器において前記積分回路からの出力電圧が前記第２基準電圧より低い場合に、前記制御対象に対して前記動作停止信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の異常検知装置。
3. 前記積分回路は、コンデンサと抵抗器で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の異常検知装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常検知装置を備えた画像形成装置であって、
   ヒータと、ヒータへの通電をオン／オフする通電部と、前記ＰＷＭ信号を出力する前記制御部を有し、
   前記異常検知装置は、前記判定回路が、前記積分回路の出力信号のレベルが正常動作範囲内かどうかを判定し範囲外であれば前記制御対象としての前記通電部に対して前記動作停止信号を出力することを特徴とする画像形成装置。

Images