JPH07248701A - 定着器の温度制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 定着器温度をサーミスタ１８で検出し、この
検出電圧Ｖt を目標温度に対応した基準電位Ｖ２とコン
パレータ２２で比較し、その比較出力であるＴＥＭＰ₁
信号の論理に基づいて制御回路１４から加熱指令信号を
電源装置１３に対して出力し、定着器ヒータ１１の加熱
開始／加熱停止を制御する温度制御回路において、加熱
指令信号に基づいて定着器ヒータ１１の加熱開始時には
制御用トランジスタ１９をオフ状態にすることによって
検出電圧Ｖt を高い方にレベルシフトし、加熱停止時に
は制御用トランジスタ１９をオン状態にすることによっ
て検出電圧Ｖt を低い方にレベルシフトさせることで、
加熱開始時と加熱停止時とで検出電圧Ｖt に対する基準
電位Ｖ２の相対レベルを異ならせる構成とする。

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６２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 信
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６８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】本発明による定着器の温
度制御回路は、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であって、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なっている。

【００１４】

【作用】上記構成の定着器の温度制御回路において、定
着器の加熱時には、例えば温度センサによる検出電圧を
高い方に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位と比較する。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。なお、基準電位を低い方に設定して
も、同様のことが言える。

【００１５】一方、加熱停止時には、温度センサによる
検出電圧を低い方に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位と比較する。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
電圧が基準電位を下回ると、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。なお、基準電位を高
い方に設定しても、同様のことが言える。

【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Ｔ_A 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Ｔ_B 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
Ｐ₁ 信号である。また、温度Ｔ_M は定着器の一定温度制
御の目標温度である。時間幅Ｔ_HP，Ｔ_HN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Ｔ_A ，Ｔ
_B や温度Ｔ_M 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Ｔ_A に
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Ｔ_B になると、ＴＥＭＰ₁ 信
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Ｔ_B は温度Ｔ_A よりも高く、温度Ｔ_M
が温度Ｔ_A と温度Ｔ_B 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Ｔ_M よりも
若干低い温度Ｔ_A 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Ｔ_B 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Ｔ_A ，Ｔ_B 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

Claims (3)

【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、
   前記温度センサによる検出電圧を目標温度に対応した基
   準電位と比較するコンパレータとを具備し、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
   熱停止を制御する温度制御回路であって、 前記定着器の加熱開始時と加熱停止時とで前記検出電圧
   に対する前記基準電位の相対レベルを異ならせるレベル
   設定回路を備えたことを特徴とする定着器の温度制御回
   路。
2. 【請求項２】 前記レベル設定回路は、前記定着器の加
   熱開始時における前記検出電圧を加熱停止時における前
   記検出電圧よりも高い方へレベルシフトする回路である
   ことを特徴とする請求項１記載の定着器の温度制御回
   路。
3. 【請求項３】 前記レベル設定回路は、前記定着器の加
   熱開始時における前記基準電位を加熱停止時における前
   記基準電位よりも低く設定する回路であることを特徴と
   する請求項１記載の定着器の温度制御回路。