JP3015659B2 - 定着器の温度制御回路 - Google Patents

定着器の温度制御回路

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JP3015659B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、定着器の温度制御回路
に関し、特に電子写真式印刷装置における定着器の温度
制御回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子写真式印刷装置、例えば光源として
LEDアレイヘッド(以下、単にLEDヘッドと称す
る)を用いたLEDプリンタでは、制御部から転送され
た文字や図形などの情報によりLEDヘッドを点灯駆動
し、その光によって感光体を露光することにより、感光
体上に静電気の像を形成する。そして、この静電気の像
をトナーにより現像し、この現像されたトナー像を用紙
に転写し、かつ定着することによって印刷を行うように
なっている。
【0003】図5は、プリンタエンジン部の制御ブロッ
ク図である。同図において、その要部のみについて説明
するならば、制御基板51には、実際に印刷を行うため
のエンジン部分を制御するCPU52やその周辺機能L
SI53などが搭載されている。定着器54は、定着工
程において、用紙上に転写されたトナーに熱と圧力を加
えて用紙に融着するためのものである。
【0004】この定着器54には、その表面温度を検出
するための温度センサ55が圧接して設けられている。
この温度センサ55としては、通常、サーミスタ素子が
用いられる。電源装置56は、高圧電源部57及び低圧
電源部58からなり、低圧電源部58にはCPU52か
らの指令信号により定着器54への通電のオン/オフ制
御を行うトライアック素子を含む回路を内蔵している。
【0005】図6は、定着器の温度制御回路の従来例を
示す回路図である。同図において、定着器ヒータ61に
圧接して設けられたサーミスタ68が、電源Vcc(例え
ば、5V)と接地間に抵抗R61と直列に接続されてお
り、その分圧電圧として定着器温度に対応した検出電圧
Vt が得られる。この検出電圧Vt はコンパレータ7
1,72の各非反転(+)入力となるとともに、コンパ
レータ73の反転(−)入力となっている。
【0006】一方、電源Vccと接地間に直列接続された
4個の分圧抵抗R65〜R68によって3つの基準電位
V61〜V63が生成され、基準電位V63はコンパレ
ータ71の反転入力、基準電位V62はコンパレータ7
2の反転入力、基準電位V61はコンパレータ73の非
反転入力となっている。コンパレータ72は、制御しよ
うとする目標温度に対応して設定された基準電位V62
よりも検出電圧Vt が高いときにTEMP1 信号を出力
する。
【0007】コンパレータ71,73は、ウィンドウコ
ンパレータを構成しており、定着器温度が基準電位V6
1,V63に対応する温度T1,T3間の範囲内にある
ことを検出すると、TEMP0 信号を出力する。制御回
路64は、図示せぬCPUからの指令により、電源装置
63に対して定着器ヒータ61に通電して加熱するため
の“H”レベルの加熱指令信号を出力するとともに、コ
ンパレータ72からTEMP1 信号が出力されると、加
熱指令信号を“L”レベルにし、定着器ヒータ61への
通電を停止して定着器温度を下げる制御を行う。
【0008】図7は、従来回路の動作説明のためのタイ
ミングチャートであり、定着器ヒータ61の加熱開始時
の温度上昇を検出電圧Vt の電圧値を用いて表したグラ
フとともに示している。図中、一点鎖線は何らかの異常
により、定着器温度が過大、過小となった場合を示して
おり、検出電圧Vt が基準電位V61以上となるか、又
は基準電位V63以下となることにより、TEMP0
号が“L”レベルとなり、異常状態が検出可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来の定着器の温度制御回路では、基準電位V62
に対して検出電圧Vt の大小をそのままコンパレータ7
2で比較し、このコンパレータ72から出力されるTE
MP1 信号の論理に基づいて定着器ヒータ61への通電
をオン/オフ制御する構成となっていたので、サーミス
タ68の過渡熱抵抗などによって定着器温度に対して検
出電圧Vt の変化が遅れることが要因となって温度リプ
ルが発生し易いという問題があった。
【0010】すなわち、定着器温度が基準電位V2に対
応する目標温度となるように、TEMP1 信号に対して
論理反転した加熱指令信号を出力している場合を示した
図7において、サーミスタ68の過渡熱抵抗などによ
り、定着器温度に対して検出電圧Vt の変化が遅れるた
めに、温度リプル値に対応する電圧ΔVが発生すること
になる。この現象は、温度リプルのほか、加熱開始時の
温度オーバーシュートやアンダーシュートの原因にもな
っている。
【0011】図8には、定着器ヒータ61の加熱開始時
の定着器温度Tf の時間変化が示されており、目標とす
る温度Tm に対し温度はオーバーシュートしてTu だけ
高い温度に達し、次いでアンダーシュートしてTd だけ
低い値となり、やがて定常状態となるが、定着器ヒータ
61のオン/オフ制御のために温度リプルTr が継続し
て発生している。
【0012】このような温度リプルTr は用紙通過に伴
い大きくなり、これにより定着むらを引き起こすため問
題である。そこで、本発明は、温度リプルの低減を可能
とした定着器の温度制御回路を提供することを目的とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
定着器の温度制御回路は、定着器の温度を検出する温度
センサと、前記定着器の加熱開始/加熱停止を指令する
加熱指令信号を発生する制御回路と、前記温度センサに
よる検出電圧のレベルを、前記加熱指令信号による加熱
開始指令時には高く設定し、加熱停止指令時には低く設
定するレベル設定回路と、前記レベル設定回路によって
設定された検出電圧レベルを前記定着器の目標温度に対
応した基準電圧と比較するコンパレータとを備え、前記
制御回路が前記コンパレータの比較出力に基づいて前記
加熱指令信号を発生する構成となっている。
【0014】本発明の請求項2記載の定着器の温度制御
回路は、定着器の温度を検出する温度センサと、前記温
度センサによる検出電圧を非反転入力とし、前記定着器
の目標温度に対応した基準電圧を反転入力としてこれら
を比較するコンパレータと、前記コンパレータの出力端
子と反転入力端子との間に接続され、加熱開始時の反転
入力電圧を前記基準電圧よりも低く設定し、加熱停止時
の反転入力電圧を前記基準電圧よりも高く設定するフィ
ードバック抵抗と、前記コンパレータの比較出力に基づ
いて前記定着器の加熱開始/加熱停止を制御する制御回
路とを備えた構成となっている。
【0015】
【作用】 請求項1記載の定着器の温度制御回路におい
て、制御回路から定着器の加熱開始を指令する加熱指令
信号が発生されると、これを受けてレベル設定回路は、
温度センサによる検出電圧を高い方へレベルシフトして
コンパレータに入力し、目標温度に対応する基準電圧と
比較する。加熱により定着器温度が上昇し、レベルシフ
トされた検出電圧が基準電位を越えると、コンパレータ
の比較出力に基づいて加熱停止の制御が行われる。温度
センサによる検出電圧を高い方にレベルシフトしたこと
で、定着器温度の上昇過程においては、目標温度よりも
若干低い温度で早めに加熱停止状態に移行する。 一方、
制御回路から定着器の加熱停止を指令する加熱指令信号
が発生されると、これを受けてレベル設定回路は、温度
センサによる検出電圧を低い方へレベルシフトしてコン
パレータに入力し、目標温度に対応する基準電と比較
する。加熱停止により定着器温度が下降し、レベルシフ
トされた検出電圧が基準電を下回ると、コンパレータ
の比較出力に基づいて加熱開始の制御が行われる。温度
センサによる検出電圧を低い方にレベルシフトしたこと
で、定着器温度の下降過程においては、目標温度よりも
若干高い温度で早めに加熱停止状態に移行する。請求項
2記載の定着器の温度制御回路において、フィードバッ
ク抵抗は、コンパレータに対して逆ヒステリシス特性を
持たせる。これにより、定着器の加熱開始時の反転入力
電圧が基準電圧よりも低く設定され、加熱停止時の反転
入力電圧が基準電圧よりも高く設定される。コンパレー
タでは、加熱開始時と加熱停止時とでレベルが異なる基
準電圧に対して温度センサによる検出電圧の比較が行わ
れる。そして、制御回路により、その比較結果に基づい
て定着器の加熱開始/加熱停止の制御が行われる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明による定着器の温度制御回
路の第1の実施例を示す回路図である。図1において、
定着器ヒータ11にはサーモスタット12が直列に接続
され、この直列接続回路の両端に電源装置13から交流
電圧が印加されるようになっている。サーモスタット1
2は、本温度制御回路が故障して定着器温度が異常に高
くなった場合に、定着器ヒータ11への通電を遮断する
ために設けられたものである。
【0017】電源装置13には、CPU(図5のCPU
52に相当)のI/Oポートである制御回路(制御用L
SI)14から、定着器ヒータ11の加熱を指令する加
熱指令信号が供給される。電源装置13において、上記
加熱指令信号は駆動用トランジスタ15のベース入力と
なる。駆動用トランジスタ15は、加熱指令信号が入力
されると、これに応答してホトカプラ16を駆動する。
このホトカプラ16の出力がトライアック17のゲート
入力となる。
【0018】トライアック17は、双方向性の電力用素
子であり、そのゲートに信号が印加されると導通状態と
なって定着器ヒータ11へ交流電圧を供給する。一方、
定着器表面にはサーミスタ18が圧接して設けられてい
る。このサーミスタ18は、電源Vcc(例えば、5V)
と接地間に抵抗R1と直列に接続されている。これによ
り、サーミスタ18及び抵抗R1による分圧電圧とし
て、定着器温度に対応した検出電圧Vt が得られる。
【0019】また、抵抗R1には、抵抗R2及び制御用
トランジスタ19の直列接続回路が並列に接続されてい
る。制御用トランジスタ19のベースには、制御回路1
4から電源装置13に対して出力される加熱指令信号が
インバータ20で反転された後、抵抗R3を介して印加
される。なお、制御用トランジスタ19のベースとエミ
ッタ間には抵抗R4が接続されている。
【0020】上記検出電圧Vt は、コンパレータ21,
22の各非反転(+)入力になるとともに、コンパレー
タ23の反転(−)入力となる。一方、電源Vccと接地
間に直列接続された4個の分圧抵抗R5〜R8によって
3つの基準電位V1〜V3が生成され、基準電位V1は
コンパレータ21の反転入力、基準電位V2はコンパレ
ータ22の反転入力、基準電位V3はコンパレータ23
の非反転入力となっている。基準電位V2は、制御しよ
うとする目標温度に対応した値に設定されている。
【0021】コンパレータ22は、検出温度Vt が基準
電位V2よりも大なるとき、即ち定着器温度が制御しよ
うとする目標温度よりも高いときにTEMP1 信号を出
力する。なお、コンパレータ22の非反転入力端と出力
端との間に、コンパレータ22に対し微小なヒステリシ
ス特性を与えるための抵抗R9が接続されている。制御
回路14は、コンパレータ22からTEMP1 信号が出
力されると、それまで“H”レベルであった加熱指令信
号を“L”レベルにする。
【0022】一方、コンパレータ21,23は、ウィン
ドウコンパレータを構成しており、定着器温度が基準電
位V1,V3に対応する温度T1,T3間の範囲内にあ
ることを検出すると、TEMP0 信号を出力する。CP
U(図示せず)は、このTEMP0 信号を制御回路14
を介して読み込むことにより、定着器温度が所定の範囲
にあるか否かを判定することができる。
【0023】次に、上記構成の回路動作について説明す
る。先ず、制御回路14から出力される加熱指令信号が
“H”レベルのときは、電源装置13の駆動用トランジ
スタ15がオン状態となってホトカプラ16を駆動す
る。ホトカプラ16がオン状態になると、その出力によ
ってトライアック17のゲートがトリガされ、トライア
ック17が導通状態となるため、トライアック17を介
して定着器ヒータ11へ通電される。
【0024】このとき、制御用トランジスタ19がオフ
状態にあるため、定着器の検出電圧Vt は、電源電圧V
ccを抵抗R1の抵抗値とサーミスタ18の抵抗値Rt と
で分圧した電圧値Vtaとなる。この電圧値Vtaが基準電
位V2を越える点が、定着器ヒータ11への通電による
定着器温度の上昇時において定着器ヒータ11への通電
を停止するための温度設定点TA となる。
【0025】一方、加熱指令信号が“L”レベルである
ときは、電源装置13の駆動用トランジスタ15がオフ
状態となってホトカプラ16の駆動を停止する。する
と、ホトカプラ16オフ状態となり、これに伴ってトラ
イアック17が非導通状態となるため、定着器ヒータ1
1への通電が停止される。同時に、制御用トランジスタ
19がオン状態になるため、抵抗R1に対して抵抗R2
が並列に接続される。
【0026】これにより、定着器の検出電圧Vt は、電
源電圧Vccを抵抗R1,R2の並列合成抵抗値とサーミ
スタ18の抵抗値Rt とで分圧した電圧値Vtb(>Vt
a)となる。この電圧値Vtbが基準電位V2を下回る点
が、定着器ヒータ11への通電停止による温度の下降時
において定着器ヒータ11への通電を開始するための温
度設定点TB となる。
【0027】図2は、定着器温度が上昇又は下降すると
きの動作特性図である。同図において、横軸Tは定着器
温度に対応しており、温度が高くなると検出電圧Vt は
大きくなる。縦軸はコンパレータ22が出力するTEM
1 信号である。また、温度TM は定着器の一定温度制
御の目標温度である。時間幅THP,THNはコンパレータ
22のヒステリシス電圧に起因する温度ヒステリシス幅
であり、上記電圧値Vta,Vtbに対応した温度TA ,T
B や温度TM 等に比べて無視できる程に小さい値である
ので、以降、無視して考えることにする。
【0028】今、定着器が低温状態にあるとき、定着器
温度Tは状態にある。このとき、制御回路14から
“H”レベルの加熱指令信号を出力し、定着器ヒータ1
1の加熱を開始すると、制御用トランジスタ19がオフ
状態にあることにより、定着器温度Tは制御用トランジ
スタ19がオン状態にある場合に比べて低い温度TA
おいてTEMP1 信号の“L”レベルから“H”レベル
への遷移が起こる(状態)。このまま温度が上昇し続
けると、状態に移行する。
【0029】一方、TEMP1 信号が“H”レベルとな
ったので、これを受けてCPU(図示せず)は、制御回
路14に対して加熱指令信号を“L”レベルにすべき指
令を発する。加熱指令信号が“L”レベルとなると、電
源装置13からの定着器ヒータ11への通電が停止され
るため、定着器温度Tは徐々に低下していく。
【0030】そして、定着器温度Tがその検出電圧Vt
=基準電位V2となる温度TB になると、TEMP1
号は“H”レベルから“L”レベルへ遷移する(状態
)。更に定着器温度Tが低下すると、状態へ移行す
る。ここで、温度TB は温度TA よりも高く、温度TM
が温度TA と温度TB のほぼ中間となるように、抵抗R
1,R2の各抵抗値、サーミスタ18の抵抗値Rt及び
分圧抵抗R5〜R8の各抵抗値等を決定しておくものと
する。
【0031】すると、定着器ヒータ11への通電による
定着器温度の上昇過程においては、目標温度TM よりも
若干低い温度TA において早めに定着器ヒータ11への
通電停止状態に移行する。一方、定着器ヒータ11への
通電停止による定着器温度の下降過程では、目標温度T
M よりも若干高い温度TB において早めに定着器ヒータ
11への通電開始動作が行われることになる。
【0032】図3は、従来回路による場合と本発明回路
による場合との定着器温度Tf の変化を示した図であ
る。同図において、破線aが従来回路の場合を、実線b
が本発明回路の場合をそれぞれ示している。同図から明
らかなように、本発明回路によれば、従来回路に比べて
加熱開始時の温度オーバーシュート、アンダーシュート
及び温度リプルTr ともに低減していることがわかる。
【0033】上述したように、サーミスタ18による検
出電圧Vt を制御用トランジスタ19によってレベルシ
フトし、定着器温度の上昇時において定着器ヒータ11
への通電を停止するための制御ポイントと定着器温度の
下降時において定着器ヒータ11への通電を開始するた
めの制御ポイントとを切り換えるようにしたことによ
り、サーミスタ18の過渡熱抵抗などに起因する定着器
温度に対する検出電圧Vt の変化の遅れを考慮した温度
制御が可能となるとともに、より細かな温度制御が可能
になるので、温度リプルを低減できるとともに、回路設
計上の自由度も高くなる。
【0034】なお、上記第1の実施例では、サーミスタ
18に直列に接続された抵抗R1に対して、抵抗R2及
び制御用トランジスタ19の直列接続回路を並列に接続
し、加熱指令信号をインバータ20を介して制御用トラ
ンジスタ19のベースに印加することにより、定着器温
度の上昇時の検出電圧Vt を下降時のそれよりも高い方
へレベルシフトする構成としたが、抵抗R2及び制御用
トランジスタ19の直列接続回路をサーミスタ18に対
して並列に接続し、加熱指令信号をそのまま制御用トラ
ンジスタ19のベースに印加するようにしても、同様の
作用・効果を得ることができる。
【0035】図4は、本発明による定着器の温度制御回
路の第2の実施例を示す回路図であり、図中、図1と同
等部分には同一符号を付して示してある。この第2の実
施例においては、第1の実施例における制御用トランジ
スタ19及び抵抗R2〜R4を削除し、コンパレータ2
2の非反転入力端と出力端間に接続した抵抗R9に代え
てその反転入力端と出力端間に抵抗R10を接続した構
成となっている。
【0036】このように、コンパレータ22の反転入力
端と出力端間に抵抗R10を接続することにより、コン
パレータ22に対して図2と同様の逆ヒステリシス特性
を持たせ、定着器ヒータ11への通電開始時と通電停止
時とで基準電位V2のレベルを異ならせることができ
る。これにより、定着器ヒータ11のオン中/オフ中の
いかんによらず、定温度制御中に何らかの原因によって
定着器温度が変動した場合に、定着器温度の微小な変化
に対して加熱指令信号の論理値が直ちに論理反転するた
め、短い時間間隔でヒータオン,ヒータオフ,ヒータオ
ン,ヒータオフ,……の制御を繰り返すことができる。
【0037】その結果、定着器ヒータ11への電力供給
を、PWM(パルス幅変調)方式によるアナログ値制御
のように行うことができることになるため、従来回路に
比較して1本の抵抗(R10)の接続位置を、コンパレ
ータ22の非反転入力端と出力端間から反転入力端と出
力端間に変えただけで全く同じ部品点数であるにも拘ら
ず、制御回路系の応答性(速応性)を高めることが可能
となる。
【0038】なお、上記第2の実施例では、定着器ヒー
タ11への通電開始時と通電停止時とで基準電位V2の
レベルを異ならせるのに、コンパレータ22の反転入力
端と出力端間に抵抗R10を接続し、コンパレータ22
に対して図2と同様の逆ヒステリシス特性を持たせる構
成としたが、これに限定されるものではなく、例えば基
準電位V2として図2の温度TA ,TB にそれぞれ対応
した2種類の基準電位V2a,V2bを予め用意してお
き、制御回路14から出力される加熱指令信号に基づい
ていずれか一方をコンパレータ22に基準電位として与
えるようにしても良い。
【0039】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、定着器の温度を温度センサで検出し、この検出電
圧を目標温度に対応した基準電位とコンパレータで比較
し、その比較出力に基づいて定着器の加熱開始/加熱停
止を制御する温度制御回路において、定着器の加熱開始
時と加熱停止時とで上記検出電圧に対する上記基準電位
の相対レベルを異ならせる構成としたことにより、温度
センサの過渡熱抵抗などに起因する定着器温度に対する
検出電圧の変化の遅れを考慮した温度制御が可能となる
ので、温度リプルを低減できることになる。また、本発
明による定着器の温度制御回路を用いることにより、温
度リプルが小さいことから定着むらが少なく、しかも低
コストの電子写真式印刷装置を提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回路図である。
【図2】定着器温度が上昇又は下降するときの動作特性
図である。
【図3】従来回路による場合と本発明回路による場合と
の定着器温度の変化を示した図である。
【図4】本発明による第2の実施例を示す回路図であ
る。
【図5】プリンタエンジン部の制御ブロック図である。
【図6】従来例を示す回路図である。
【図7】従来例の回路動作を説明するためのタイミング
チャートである。
【図8】従来例における定着器温度の変化を示す図であ
る。
【符号の説明】
11 定着器ヒータ 12 サーモスタット 13 電源装置 14 制御回路 16 ホトカプラ 17 トライアック 18 サーミスタ 21〜23 コンパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−297693(JP,A) 特開 昭61−211979(JP,A) 特開 平2−208684(JP,A) 特開 平2−82305(JP,A) 特開 平1−246578(JP,A) 特開 平6−308853(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定着器の温度を検出する温度センサと、前記定着器の加熱開始/加熱停止を指令する加熱指令信
    号を発生する制御回路と、 前記温度センサによる検出電圧のレベルを、前記加熱指
    令信号による加熱開始指令時には高く設定し、加熱停止
    指令時には低く設定するレベル設定回路と、 前記レベル設定回路によって設定された検出電圧レベル
    を前記定着器の目標温度に対応した基準電圧と比較する
    コンパレータとを備え、 前記制御回路は、前記コンパレータの比較出力に基づい
    て前記加熱指令信号を発生する ことを特徴とする定着器
    の温度制御回路。
  2. 【請求項2】 定着器の温度を検出する温度センサと、 前記温度センサによる検出電圧を非反転入力とし、前記
    定着器の目標温度に対応した基準電圧を反転入力として
    これらを比較するコンパレータと、 前記コンパレータの出力端子と反転入力端子との間に接
    続され、加熱開始時の反転入力電圧を前記基準電圧より
    も低く設定し、加熱停止時の反転入力電圧を前記基準電
    圧よりも高く設定するフィードバック抵抗と、 前記コンパレータの比較出力に基づいて前記定着器の加
    熱開始/加熱停止を制御する制御回路とを備えたことを
    特徴とする 定着器の温度制御回路。
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