(57)【要約】【課題】  ヒーター制御用のスイッチング素子が故障した場合、自動的にただちに、ヒーター制御用のスイッチング素子を別のスイッチング素子に置き換え、ヒーター制御を継続して行えるようにする。【解決手段】  トライアックＴＲＡ２が、予備スイッチング素子として、トライアックＴＲＡ１に対して並列に接続されており、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路は、トライアックＴＲＡ１およびトライアックＴＲＡ２の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する。そして、トライアックＴＲＡ２の制御端子とフォトカプラーＰＣ２の受光側回路との間にツェナーダイオードＺＤが設けられており、電流出力回路３１は、トライアックＴＲＡ１の故障時に、ツェナーダイオードＺＤに対して電流を出力してツェナーダイオードを短絡化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーターに直列に接続されているスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に対して並列に接続されている予備スイッチング素子と、
前記スイッチング素子および前記予備スイッチング素子の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する制御回路と、
前記予備スイッチング素子の制御端子と前記制御回路との間に設けられたツェナーダイオードと、
前記スイッチング素子の故障時に、前記ツェナーダイオードに対して電流を出力して前記ツェナーダイオードを短絡化させる第１電流出力回路と、
を備えることを特徴とするヒーター駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチング素子の制御端子と前記制御回路との間に設けられたフューズと、
前記スイッチング素子の故障時に、前記フューズに対して電流を出力して前記フューズを切断する第２電流出力回路と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のヒーター駆動回路。
【請求項３】
前記ヒーターの印加電圧または導通電流を検出する検知回路と、
前記第１電流出力回路を制御する制御部とをさらに備え、
前記制御部は、前記検知回路により検出された前記ヒーターの印加電圧または導通電流に基づいて、前記スイッチング素子の故障を検出し、前記スイッチング素子の故障を検出すると、ただちに、前記第１電流出力回路を制御して前記ツェナーダイオードを短絡化させること、
を特徴とする請求項１記載のヒーター駆動回路。
【請求項４】
前記商用電源の交流電力から直流電力を生成するスイッチング電源回路をさらに備え、
前記スイッチング素子および前記予備スイッチング素子は、オン状態のときに、商用電源の交流電力を前記ヒーターへ供給し、
前記制御部は、前記スイッチング電源により生成された前記直流電力で動作し、
前記スイッチング電源回路は、ＤＣ／ＤＣコンバーター部分のコンバータースイッチング素子に対して並列に接続されている予備コンバータースイッチング素子と、前記コンバータースイッチング素子および前記予備コンバータースイッチング素子の一方をオンオフ制御する制御信号を出力するコンバーター制御回路と、前記コンバータースイッチング素子の故障時に、前記コンバーター制御回路からの制御信号の出力先を、前記コンバータースイッチング素子から前記予備コンバータースイッチング素子へ切り替えるセレクターとを備えること、
を特徴とする請求項１記載のヒーター駆動回路。
【請求項５】
前記ヒーターは、定着器内の定着ヒーターであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のヒーター駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒーター駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式で印刷を行う画像形成装置は、記録用紙上に転写されたトナー画像を、定着器によって加熱および加圧して記録用紙に定着させる。このような定着器は、加熱用の定着ヒーターを有している。また、そのような画像形成装置は、定着ヒーターのオンオフ制御を行うトライアックなどのスイッチング素子を制御して、定着器の定着温度を制御している。
【０００３】
図２は、ヒーター駆動回路の一例を示す回路図である。
【０００４】
図２に示すヒーター駆動回路では、トライアックＴＲＡ１がオン状態である場合、商用電源から得られる交流電力が定着ヒーター１０１に供給され、トライアックＴＲＡ１がオフ状態である場合、商用電源から得られる交流電力は定着ヒーター１０１に供給されない。トライアックＴＲＡ１は、ゲートに印加される電圧に応じてオン状態またはオフ状態となる。トライアックＴＲＡ１のゲートには、抵抗Ｒ３，Ｒ４およびフォトカプラーＰＣ２の受光側回路によって、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路による発光量に応じた電圧が印加される。
【０００５】
他方、スイッチング電源回路１０２が商用電源から直流電力を生成し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１に供給しており、ＣＰＵ２０１は、その直流電力で動作する。そして、ＣＰＵ２０１は、制御プログラムに従って、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路の導通電流を制御して、トライアックＴＲＡ１のオン状態とオフ状態との間での切り替えを行い、定着ヒーター１０１のオンオフ制御を行う。
【０００６】
他方、半導体チップの製造過程において、ウエハレベルバーンイン等でＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路に不良が発生した場合、フューズ素子を切断して、不良が発生したＰＬＬ回路をスペアＰＬＬ回路に置き換えている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−９４３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、商用電源における電圧異常、雷サージなどに起因して、定着ヒーターのオンオフ制御するためのスイッチング素子が故障することがあり、その場合、スイッチング素子の故障によって、定着ヒーターが動作しなくなり印刷ができなくなってしまう。
【０００９】
また、フューズを手作業で溶断し、故障したスイッチング素子をスペアのスイッチング素子に置き換えるようにすることも考えられるが、そのようにした場合でも、スイッチング素子の故障発生からフューズを手作業で溶断するまでの期間、印刷ができない。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ヒーター制御用のスイッチング素子が故障した場合、自動的にただちに、ヒーター制御用のスイッチング素子を別のスイッチング素子に置き換え、ヒーター制御を継続して行えるようにするヒーター駆動回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るヒーター駆動回路は、ヒーターに直列に接続されているスイッチング素子と、前記スイッチング素子に対して並列に接続されている予備スイッチング素子と、前記スイッチング素子および前記予備スイッチング素子の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する制御回路と、前記予備スイッチング素子の制御端子と前記制御回路との間に設けられたツェナーダイオードと、前記スイッチング素子の故障時に、前記ツェナーダイオードに対して電流を出力して前記ツェナーダイオードを短絡化させる第１電流出力回路とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヒーター制御用のスイッチング素子が故障した場合、自動的にただちに、ヒーター制御用のスイッチング素子を別のスイッチング素子に置き換え、ヒーター制御を継続して行えるようにするヒーター駆動回路が得らえる。
【００１３】
本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るヒーター駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、ヒーター駆動回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るヒーター駆動回路の構成を示すブロック図である。図１に示すヒーター駆動回路は、商用電源の交流電力で定着ヒーター１を駆動する。定着ヒーター１は、電子写真方式の画像形成装置（複合機、プリンターなど）の定着器内のヒーターである。図１に示すヒーター駆動回路は、スイッチング電源回路２を備える。また、スイッチング電源回路２は、商用電源の交流電力から直流電力を生成し、定着ヒーター１を制御する制御系（ＣＰＵ３など）への電力供給を行う。
【００１７】
図１において、トライアックＴＲＡ１は、定着ヒーター１に直列に接続されているスイッチング素子である。トライアックＴＲＡ２は、トライアックＴＲＡ１に対して並列に接続されている予備スイッチング素子である。トライアックＴＲＡ１およびトライアックＴＲＡ２は、オン状態のときに、商用電源の交流電力を定着ヒーター１へ供給する。
【００１８】
なお、この実施の形態では、交流電力が定着ヒーター１に供給されるため、双方向に電流を導通させることが可能なトライアックがこれらのスイッチング素子に使用されている。
【００１９】
フォトカプラーＰＣ２は、発光側回路と受光側回路とを備え、両者間を光で結合し、電気的に絶縁している。フォトカプラーＰＣ２の受光側回路は、トライアックＴＲＡ１およびトライアックＴＲＡ２の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する制御回路である。具体的には、ＣＰＵ３が、抵抗Ｒ２およびフォトカプラーＰＣ２を介して制御信号を、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路からトライアックＴＲＡ１およびトライアックＴＲＡ２の一方へ向けて出力している。なお、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路は、双方向に電流を導通させる必要があるため、フォトカプラーＰＣ２には、例えば、ゼロクロス型トライアックカプラーが使用される。
【００２０】
また、トライアックＴＲＡ１のＴ１端子が商用電源に接続されており、トライアックＴＲＡ１のゲート端子とＴ１端子との間に抵抗Ｒ４が配置されている。また、トライアックＴＲＡ１のゲート端子とＴ２端子との間には、フューズＦＳ３、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路および抵抗Ｒ３が直列接続されて配置されている。フューズＦＳ３が切断されておらず、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路が導通状態である場合、抵抗Ｒ３，Ｒ４に電流が流れ、この電流による抵抗Ｒ３，Ｒ４での電圧降下によってトライアックＴＲＡ１にゲート電圧が印加される。
【００２１】
また、トライアックＴＲＡ２のＴ１端子が商用電源に接続されており、トライアックＴＲＡ２のゲート端子にはツェナーダイオードＺＤのアノード端子が接続されており、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子とトライアックＴＲＡ２のＴ１端子との間に抵抗Ｒ５が配置されている。また、ツェナーダイオードＺＤのカソード端子とトライアックＴＲＡ２のＴ２端子との間には、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路および抵抗Ｒ３が直列接続されて配置されている。
【００２２】
このように、ツェナーダイオードＺＤは、トライアックＴＲＡ２のゲート端子とフォトカプラーＰＣ２の受光側回路との間に設けられている。ツェナーダイオードＺＤが短絡していない状態では、ツェナーダイオードＺＤの逆方向バイアスによってトライアックＴＲＡ２のゲート電圧が常にローレベルとなり、トライアックＴＲＡ２がオフ状態となる。ツェナーダイオードＺＤが短絡した状態では、ツェナーダイオードＺＤの逆方向バイアスがなくなり、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路が導通状態である場合、抵抗Ｒ３，Ｒ５に電流が流れ、この電流による抵抗Ｒ３，Ｒ５での電圧降下によってトライアックＴＲＡ２にゲート電圧が印加され、トライアックＴＲＡ２がオン状態となる。
【００２３】
電流出力回路３１は、ツェナーダイオードＺＤに対して並列に接続されており、トライアックＴＲＡ１の故障時に、ツェナーダイオードＺＤに対して電流を出力してツェナーダイオードＺＤを短絡させる。つまり、電流出力回路３１は、所定電力で電流をツェナーダイオードＺＤのＰＮ接合を（部分的に）破壊して、ツェナーダイオードＺＤのアノードとカソードとの間を短絡状態にする。このとき、電流出力回路３１は、ツェナーダイオードＺＤが完全に破壊されずＰＮ接合を部分的に破壊できる程度の電力となるように電流をツェナーダイオードＺＤに導通させる。なお、ツェナーダイオードＺＤの短絡化後、電流出力回路３１は、ツェナーダイオードＺＤへの電流の導通をただちに終了する。
【００２４】
また、トライアックＴＲＡ１のゲート端子とフォトカプラーＰＣ２の受光側回路との間には、フューズＦＳ３が設けられており、電流出力回路３２は、フューズＦＳ３に対して並列に接続されており、トライアックＴＲＡ１の故障時に、フューズＦＳ３に対して電流を出力してフューズＦＳ３を切断する。なお、フューズＦＳ３の切断後、電流出力回路３２は、フューズＦＳ３への電流の導通をただちに終了する。
【００２５】
さらに、検知回路３３は、定着ヒーター１の印加電圧（または導通電流）を検出する。
【００２６】
また、ＣＰＵ３は、スイッチング電源回路２により生成された直流電力を電源として動作し、制御プログラムに従って動作する制御部である。
【００２７】
スイッチング電源回路２では、商用電源から得られる交流電力がダイオードブリッジＤＢで整流され、整流後の直流電力が、ＤＣ／ＤＣコンバーターで定格電圧へ降圧され出力される。ダイオードブリッジＤＢの前段には、フューズＦＳ１が設けられており、また、ディファレンシャルモードのノイズフィルターとしてキャパシターＣ１が設けられ、コモンモードのノイズフィルターとしてインダクターＬ１とキャパシターＣ２，Ｃ３が設けられており、さらに、サージアブソーバーＺＮＲが設けられている。また、ダイオードブリッジＤＢの後段には、平滑用のキャパシターＣ４が設けられている。
【００２８】
スイッチング電源回路２は、そのＤＣ／ＤＣコンバーター部分において、コンバータースイッチング素子Ｑ１および予備コンバータースイッチング素子Ｑ２、制御回路１１、整流回路１２、並びにセレクター１３を備える。
【００２９】
コンバータースイッチング素子Ｑ１は、トランスＴＲの第１巻線に接続され、制御信号に従ってスイッチング動作する。
【００３０】
予備コンバータースイッチング素子Ｑ２は、ＤＣ／ＤＣコンバーター部分のコンバータースイッチング素子Ｑ１に対して並列に接続されている。ここでは、コンバータースイッチング素子Ｑ１および予備コンバータースイッチング素子Ｑ２は、ＦＥＴ（Field effect transistor）である。
【００３１】
制御回路１１は、コンバータースイッチング素子Ｑ１および予備コンバータースイッチング素子Ｑ２の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する。整流回路１２は、トランスＴＲの第３巻線に誘起する交流電力を整流して得られる直流電力を電源として制御回路１１に供給する。
【００３２】
セレクター１３は、コンバータースイッチング素子Ｑ１の故障時に、制御回路１１からの制御信号の出力先を、コンバータースイッチング素子Ｑ１から予備コンバータースイッチング素子Ｑ２へ切り替える。
【００３３】
さらに、スイッチング電源回路２では、整流回路２１は、トランスＴＲの第２巻線に誘起した２次側の交流電力を整流し、抵抗Ｒ１およびフォトカプラーＰＣ１の発光側回路は、整流回路２１の出力直流電圧を検知し、制御部１１に通知する。制御部１１は、この整流後の直流電圧が一定になるように、制御信号のデューティなどを調整する。また、検知回路２２は、整流回路２１の出力直流電圧を検知し、ＣＰＵ３に通知する。
【００３４】
ＣＰＵ３は、制御プログラムに従って、電流出力回路３１，３２を制御するとともに、セレクター１３を制御する。
【００３５】
具体的には、ＣＰＵ３は、絶縁回路４１を介して検知回路３３からの検出信号を受け付け、検知回路３３からの検出信号（つまり、定着ヒーター１の印加電圧または導通電流の値）に基づいてトライアックＴＲＡ１の故障を検出し、トライアックＴＲＡ１の故障を検出すると（例えば、ターンオンさせる制御信号がトライアックＴＲＡ１に供給されている期間において定着ヒーター１の印加電圧が定格電圧の７０パーセント以下である場合）、ただちに、絶縁回路４２，４３を介して電流出力回路３１，３２に制御信号を出力し、ツェナーダイオードＺＤの短絡化およびフューズＦＳ３の切断を実行させる。
【００３６】
なお、ＣＰＵ３は、抵抗Ｒ２およびフォトカプラーＰＣ２の発光側回路を介して、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路の両端間を開放状態としている期間に、電流出力回路３１，３２に制御信号を出力し、ツェナーダイオードＺＤの短絡化およびフューズＦＳ３の切断を実行させるようにしてもよい。
【００３７】
また、ＣＰＵ３は、検知回路２２からの検出信号（つまり、整流回路２１の出力直流電圧の値）に基づいてコンバータースイッチング素子Ｑ１の故障を検出し、コンバータースイッチング素子Ｑ１の故障の故障を検出すると（例えば整流回路２１の出力直流電圧が定格電圧の７０パーセント以下である場合）、ただちに、絶縁回路５１を介してセレクター１３に選択信号を出力し、制御部１１の制御信号の出力先を予備コンバータースイッチング素子Ｑ２へ切り換えさせる。これにより、コンバータースイッチング素子Ｑ１の故障に起因してＣＰＵ３への電源電力の供給がなくなり、ＣＰＵ３によってトライアックＴＲＡ１の故障の検出、ツェナーダイオードＺＤの短絡化およびフューズＦＳ３の切断が実行できなくなる可能性が低くなる。
【００３８】
なお、絶縁回路４１，４２，４３，５１は、例えば、フォトカプラーであり、入力側と出力側とを電気的に絶縁しつつ入力側へ入力された電気信号に応じた電気信号を出力側から出力する。
【００３９】
次に、上記ヒーター駆動回路の動作について説明する。
【００４０】
図１に示すヒーター駆動回路では、通常状態（つまり、トライアックＴＲＡ１が故障していない状態）において、トライアックＴＲＡ１がオン状態である場合、商用電源から得られる交流電力が定着ヒーター１に供給され、トライアックＴＲＡ１がオフ状態である場合、商用電源から得られる交流電力は定着ヒーター１に供給されない。
【００４１】
したがって、ＣＰＵ３は、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路を介して、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路を制御することで、通常状態では、トライアックＴＲＡ１のオンオフ制御を行う。
【００４２】
具体的には、通常状態では、トライアックＴＲＡ１のゲート端子には、抵抗Ｒ３，Ｒ４およびフォトカプラーＰＣ２の受光側回路によって、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路による発光量に応じたゲート電圧が印加され、トライアックＴＲＡ１は、そのゲート電圧に応じてオン状態またはオフ状態となる。
【００４３】
なお、通常状態では、ツェナーダイオードＺＤの逆方向バイアスによって継続的に、トライアックＴＲＡ２は、ターンオンせずオフ状態となる。
【００４４】
トライアックＴＲＡ１が故障した場合、トライアックＴＲＡ１は、印加されるゲート電圧に拘わらず継続的にオフ状態となり、定着ヒーター１の印加電圧（または導通電流）は低下する。ＣＰＵ３は、検知回路３３により通知される定着ヒーター１の印加電圧（または導通電流）の値が所定の閾値以下になった場合、トライアックＴＲＡ１が故障したと判定し、電流出力回路３１，３２に制御信号を出力し、電流出力回路３１，３２に、ツェナーダイオードＺＤの短絡化およびフューズＦＳ３の切断を実行させる。
【００４５】
電流出力回路３２によってフューズＦＳ３の切断が実行され、電流出力回路３１によってツェナーダイオードＺＤの短絡化が実行された後、ＣＰＵ３は、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路を介して、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路を制御することで、トライアックＴＲＡ２のオンオフ制御を行う。
【００４６】
具体的には、この状態では、ツェナーダイオードＺＤが短絡しており、逆方向バイアスが略ゼロとなっているため、トライアックＴＲＡ２のゲート端子には、抵抗Ｒ３，Ｒ５およびフォトカプラーＰＣ２の受光側回路によって、フォトカプラーＰＣ２の発光側回路による発光量に応じたゲート電圧が印加され、トライアックＴＲＡ２は、そのゲート電圧に応じてオン状態またはオフ状態となる。
【００４７】
なお、この状態では、フューズＦＳ３が切断されているため、トライアックＴＲＡ１にゲート電圧が印加されず、トライアックＴＲＡ１は、ターンオンせずオフ状態となる。
【００４８】
このように、トライアックＴＲＡ１が故障した場合でも、トライアックＴＲＡ１の代わりにトライアックＴＲＡ２が使用されることで、定着ヒーター１の制御が実行できる。
【００４９】
以上のように、上記実施の形態によれば、トライアックＴＲＡ２が、予備スイッチング素子として、トライアックＴＲＡ１に対して並列に接続されており、フォトカプラーＰＣ２の受光側回路は、トライアックＴＲＡ１およびトライアックＴＲＡ２の一方をオンオフ制御する制御信号を出力する。そして、トライアックＴＲＡ２とフォトカプラーＰＣ２の受光側回路との間にツェナーダイオードＺＤが設けられており、電流出力回路３１は、トライアックＴＲＡ１の故障時に、ツェナーダイオードＺＤに対して電流を出力してツェナーダイオードを短絡化させる。
【００５０】
これにより、ヒーター制御用のトライアックＴＲＡ１が故障した場合、自動的にただちに、ヒーター制御用のトライアックＴＲＡ１をトライアックＴＲＡ２に置き換え、定着ヒーター１のヒーター制御を継続して行える。
【００５１】
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
【００５２】
例えば、上記実施の形態に係るヒーター駆動回路は、定着器内の定着ヒーター１を制御しているが、他のヒーターを制御するようにしてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態において、トライアックＴＲＡ２に直列に接続されずトライアックＴＲＡ１に直列に接続されるフューズを別途設けてもよい。その場合、そのフューズは、フューズＦＳ２より短時間で切れるものが使用される。
【００５４】
また、上記実施の形態において、当該ヒーター駆動回路が内蔵されている画像形成装置が通知部（表示部）を備える場合、トライアックＴＲＡ１（またはコンバータースイッチング素子Ｑ１）が故障し予備のトライアックＴＲＡ２（または予備のコンバータースイッチング素子Ｑ２）に置き換えられたことを、通知部（表示部）を使用して、ユーザーまたはサービスパーソンに通知するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、例えば、電子写真方式の画像形成装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
２  スイッチング電源回路
３  ＣＰＵ（制御部の一例）
１１  制御回路（コンバーター制御回路の一例）
１３  セレクター
３１  電流出力回路（第１電流出力回路の一例）
３２  電流出力回路（第２電流出力回路の一例）
３３  検知回路
ＦＳ３  フューズ
ＰＣ２  フォトカプラー（制御回路の一例）
Ｑ１  コンバータースイッチング素子
Ｑ２  予備コンバータースイッチング素子
ＴＲＡ１  トライアック（スイッチング素子の一例）
ＴＲＡ２  トライアック（予備スイッチング素子の一例）
ＺＤ  ツェナーダイオード
【図１】
2017073006.tif 000003
【図２】
2017073006.tif 000004