JP3177179B2 - セラミックヒータの制御方法 - Google Patents

セラミックヒータの制御方法

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JP3177179B2 JP01323297A JP1323297A JP3177179B2 JP 3177179 B2 JP3177179 B2 JP 3177179B2 JP 01323297 A JP01323297 A JP 01323297A JP 1323297 A JP1323297 A JP 1323297A JP 3177179 B2 JP3177179 B2 JP 3177179B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックヒータ
の抵抗体に発生した割れ,欠けなどの異常を検出する
と、供給電力を低下させてセラミックヒータの異常な昇
温を防止するセラミックヒータの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックヒータは、一般的に、セラミ
ックスからなる基板と、この基板の表面に形成された電
気抵抗材料のパターン層からなる抵抗体とを備えてい
る。このセラミックヒータは、複写機、プリンタなどの
画像形成装置における定着器、その他の各種機器に使用
されている。
【0003】このセラミックヒータを用いた機器にあっ
ては、セラミックヒータの温度を検出し、この検出温度
と設定温度とを比較し、その比較結果によりセラミック
ヒータへの供給電力量を変化させる温調制御がなされて
いる。そして、この温調制御における供給電力量を変化
させる制御方法の一つとして、位相制御がある。この位
相制御は、交流波形の半周期に通電時間と非通電時間と
が現れる波形を有する電力を供給するものであって、通
電時間と非通電時間との比率を変えることにより、実効
電力値を変化させるものである。
【0004】ところで、このセラミックヒータあって
は、外的圧力やヒータ自体の熱歪みにより、抵抗値体に
割れ,欠けなどの異常が発生することがある。そこで、
このような割れ,欠けなどの異常を検出した場合には、
供給電力を低下させて、ヒータの異常な温度上昇を防止
する必要がある。
【0005】従来、例えばセラミックヒータの温度異常
を検出することにより、この割れ,欠けなどの異常を検
出していた。セラミックヒータに割れが生じると、抵抗
体に断線が生じ、規定温度まで達しない。また、セラミ
ックヒータに欠けが生じると、抵抗体の変化により、温
度分布の異常が生じる。
【0006】一方、別の検出方法として、セラミックヒ
ータの温度測定によるのではなく、セラミックヒータに
電力供給していないときに、セラミックヒータの抵抗体
の導通検査(抵抗測定)を行って、抵抗体の異常を事前
に検出する方法も公知である。セラミックヒータに割
れ,欠けなどの異常が発生すると、抵抗体の抵抗が上昇
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の異常検出方法によると、次のような問題があ
る。
【0008】セラミックヒータの温度異常を検出するこ
とにより、割れ,欠けなどの異常を検出する方法にあっ
ては、セラミックヒータの異常発生箇所の温度変化が温
度検知素子に伝導されるまでに時間がかかる。したがっ
て、検出が遅れ、異常発生後、比較的長い時間、セラミ
ックヒータが正しく制御されないという問題が生じる。
【0009】一方、セラミックヒータに電力供給してい
ないときに抵抗体の抵抗を測定することにより割れ,欠
けなどの異常を検出する方法にあっては、ヒータに電力
供給している間に異常が発生してから、その異常を検出
するまで時間がかかる問題がある。
【0010】特に、セラミックヒータを用いた定着器を
備えた画像形成装置にあっては、ヒータの昇温が急であ
り、且つ昇温サイクルが多いので、セラミックヒータの
熱歪みによる断線や欠けの発生頻度が高い。さらに、こ
のような断線や欠けに起因する異常高温が生じると、セ
ラミックヒータの近傍の他の部材に熱変形をもたらすと
いう問題がある。したがって、セラミックヒータを用い
た定着器を備えた画像形成装置にあっては、とりわけ、
セラミックヒータの割れ,欠けなどの異常の早期検出が
重要となる。
【0011】本発明の目的は、ヒータに生じた割れ,欠
けなどの異常を早期に検出可能として、割れ,欠けに起
因する異常昇温を早期に防止することのできるセラミッ
クヒータの制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明
によれば、上記目的は、交流波形の半周期に通電時間と
非通電時間が現れる波形を有する電力をセラミックヒー
タに供給する位相制御によるセラミックヒータの制御方
法において、位相制御の非通電時にセラミックヒータの
抵抗を測定し、この抵抗と所定量とを比較することによ
り供給電力を低下させることにより達成される。
【0013】また、本出願に係る第2の発明によれば、
上記目的は、第1の発明の方法を画像形成装置のトナー
の定着器による加熱定着に適用したことにより達成され
る。すなわち、本出願に係る第1の発明にあっては、セ
ラミックヒータに位相制御により電力供給しているとき
に、位相制御の空き時間である非通電時にセラミックヒ
ータの抵抗を測定することにより、ヒータに生じた割
れ,欠けなどの異常を検出する。
【0014】また、本出願に係る第2の発明にあって
は、第1の発明の制御方法を画像形成装置の定着器によ
る加熱定着に適用したものであり、セラミックヒータに
位相制御により電力供給しているとき位相制御の非通電
時にセラミックヒータの抵抗を測定することにより、ヒ
ータに生じた割れ,欠けなどの異常を検出する。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明のセラミックヒータ
の制御方法の好適な実施形態を添付図面を参照して説明
する。本実施形態は画像形成装置の定着器におけるセラ
ミックヒータの制御である。
【0016】図1は、本発明のセラミックヒータの制御
方法を示すタイミングチャートである。
【0017】本発明のヒータへの電力供給は、この図1
に示されたように、位相制御により行われるようになっ
ている。位相制御とは、交流波形からその一部を削除し
た位相制御波形とし、半周期における通電時間と非通電
時間との比率(デューティ)を変えて、実効電力値を変
化させるように制御するものである。すなわち、セラミ
ックヒータの温度を検出し、この検出温度と設定温度と
を比較し、その比較結果に応じてセラミックヒータに供
給する実効電力を位相制御により変化させている。
【0018】この位相制御では、半周期に通電時間と非
通電時間とが現れる。そして、本発明では、非通電時間
に、セラミックヒータの抵抗体の抵抗を計測するように
している。
【0019】もし供給電力が相当大きく、半周期におけ
る通電時間が長くなると、必然的に、非通電時間が短く
なり、抵抗計測が困難となる。ところが、一般に、電力
制御にあっては、最大電力時にも、デューティ100%
(すべて通電状態となる)で制御することがなく、最大
で90%である。したがって、非通電時間に抵抗値を計
測する本発明は十分有用であるといえる。
【0020】この図1に示すように、抵抗値測定タイミ
ングは、半周期ごとに1回可能である。半周期に1回の
非通電時間があるからである。ただし、この計測が不要
な間は、計測しない、図1の3回目の抵抗値計測タイミ
ングがこれに当る。
【0021】次に、ヒータ制御回路を図2に基づいて説
明する。
【0022】このヒータ制御回路は、セラミックヒータ
1の温度制御と抵抗測定(ヒータ異常検知)とを行うも
のである。
【0023】このヒータ制御回路は、概略的にいうと、
ヒータ駆動用の交流電源2と、この交流電源2と第1,
第2のトライアック3,5を介して接続されたセラミッ
クヒータ1と、このセラミックヒータ1に接続された第
3,第4のトライアック4,6と、セラミックヒータ1
に第3のトライアック4を介して接続された測定用直流
電源8と、セラミックヒータ1に第4のトライアック6
を介して接続された比較抵抗9およびコンパレータ7
と、セラミックヒータ1の温度を検知するサーミスタな
どの温度検知素子14と、全体を制御するためのマイコ
ン13とを有している。
【0024】セラミックヒータ1への電力供給は、上述
したように位相制御によりなされる。この位相制御は、
図1に示したように、半周期に通電状態と非通電状態と
が現れる。マイコン13により、トライアック3,5が
ON、トライアック4,6がOFFとされると、交流電
源2からセラミックヒータ1へ電力供給される。一方、
トライアック3,5がOFF、トライアック4,6がO
Nとされると、交流電源2からセラミックヒータ1に電
力が供給されない状態となる。
【0025】また、セラミックヒータ1の温度は、温度
検知素子14により検知される。この検知温度値に基づ
いて、位相制御の半周期の通電状態と非通電状態とのデ
ューティを変え、もってセラミックヒータ1を設定温度
に保つようにしている。
【0026】ここまではセラミックヒータ1に電力供給
する制御系の動作であるが、次にセラミックヒータ1の
抵抗体の抵抗を測定する(ヒータ異常を検知する)制御
系に切り換えた場合について述べる。
【0027】本発明では、位相制御されているセラミッ
クヒータ1が位相制御の非通電時に、セラミックヒータ
1の抵抗体(図示省略)の抵抗が測定されるようになっ
ている。
【0028】マイコン13によりトライアック3,5が
非導通状態とされると、交流電源2とセラミックヒータ
1との間が絶縁となり、セラミックヒータ1が非通電状
態となる。
【0029】その一方、トライアック4,6を導通状態
にする。すると、測定用直流電源8からトライアック
4,セラミックヒータ1,トライアック6を介して比較
抵抗9に計測電流が流れる。続いて、コンパレータ7
が、比較抵抗9に発生した電圧(ヒータ抵抗体の抵抗を
示している)と予め設定した規格電圧とを比較し、その
比較結果を光アイソレーション12を介してマイコン1
3に伝達する。マイコン13は、その比較結果により、
セラミックヒータ1の抵抗に相当する電圧が規格電圧
(所定量)以下ならば、セラミックヒータ1に割れ,欠
けが発生したと判断する。光アイソレーション12は、
高圧のセラミックヒータ電力供給制御系と、低圧のセラ
ミックヒータ抵抗計測制御系との間を絶縁するために設
けられている。
【0030】このような制御のうち、特にセラミックヒ
ータ1の抵抗体の抵抗検出信号を得る動作について図3
に基づいて説明する。この図3では、トライアック4,
6を省略している。
【0031】測定用直流電源8の測定用電流がセラミッ
クヒータ1と比較抵抗9とに流れる。このとき、測定用
直流電源8の電圧は、セラミックヒータ1と比較抵抗9
とに分割される。比較抵抗9に発生する電圧が、セラミ
ックヒータ1の抵抗体の抵抗を示す検出信号である。す
なわち、セラミックヒータ1に割れ,欠けが発生する
と、抵抗体の抵抗値が上昇するので、抵抗体に発生する
電圧が上昇し、その結果、比較抵抗9に発生する電圧
(抵抗の検出信号の電圧)が低下する。
【0032】セラミックヒータ1の欠けがセラミックヒ
ータ1の位相制御における半周期の通電中(抵抗計測が
不可能な時間)に生じたとしても、セラミックヒータ1
の温度上昇速度が1secに50℃位であるから、交流
電流が60Hzの場合、半波の時間である8msec後
には、非電通状態に入り、抵抗計測が可能となる。すな
わち、抵抗変化をリアルタイムにて早期検出できる。し
たがって、セラミックヒータ1が割れ,欠けなどに起因
して異常昇温する前に、その割れ,欠けなどの異常を検
出できる。
【0033】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、種々の変形例が実施可能である。
例えば、上述した実施形態では、セラミックヒータを有
する機器として、画像形成装置の定着装置を例に挙げた
が、機器の種類としてはこれに限るものではない。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第1
の発明によれば、セラミックヒータに位相制御により電
力供給しているとき、位相制御の非通電時にセラミック
ヒータの抵抗を測定することにより、ヒータに生じた割
れ,欠けなどの異常を検出する。したがって、ヒータに
生じた割れ,欠けなどの異常を早期に検出でき、異常昇
温を早期に防止できる。また、位相制御の空き時間であ
る非通電時間に測定するので、割れ,欠けなどの異常を
検出するための特別な時間をもたなくとも検出できる。
【0035】また、本出願に係る第2の発明によれば、
画像形成装置の定着器に用いられたセラミックヒータに
位相制御により電力供給しているとき、位相制御の非通
電時にセラミックヒータの抵抗を測定することにより、
ヒータに生じた割れ,欠けなどの異常を検出する。した
がって、ヒータに生じた割れ,欠けなどの異常を早期に
検出でき、異常昇温を早期に防止できる。また、位相制
御の空き時間である非通電時間に測定するので、割れ,
欠けなどの異常を検出するための特別な時間をもたなく
とも検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミックヒータの制御方法を説明す
るためのタイミングチャートである。
【図2】図1の制御をするためのヒータ制御回路を示す
ブロック図である。
【図3】図2のヒータ制御回路による抵抗値信号発生を
説明するための作用状態図である。
【符号の説明】
1 セラミックヒータ 2 交流電源 3 第1のトライアック 4 第2のトライアック 5 第3のトライアック 6 第4のトライアック 7 コンパレータ 13 マイコン 14 温度検知素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 3/00 H05B 3/14 G03G 15/20 G05F 1/455

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流波形の半周期に通電時間と非通電時
    間とが現れる波形を有する電力をセラミックヒータに供
    給する位相制御によるセラミックヒータの制御方法にお
    いて、位相制御の非通電時にセラミックヒータの抵抗を
    測定し、この抵抗を所定量と比較した結果により、供給
    電力を低下させることを特徴とするセラミックヒータの
    制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された方法を画像形成装
    置のトナーの定着器による加熱定着に適用したこととす
    るセラミックヒータの制御方法。
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