JP2001228925A - 温度制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、加熱手段の温度リップルを抑えて
精度のよい安定した温度制御を行うと共に、ＰＩＤ制御
によって算出した点灯デューティを補正する手段を設け
た温度制御装置及び画像形成装置を提供することを目的
としている。 【解決手段】 上記課題を解決するために、本発明に係
る温度制御装置及び画像形成装置の代表的な構成は、複
数の加熱手段に電力を供給し、出力電圧のスローアップ
／ダウンが可能な電力供給手段と、前記加熱手段の温度
を検出するための温度検出手段と、前記加熱手段の制御
を行う制御手段とを有し、前記制御手段は、所定の変換
テーブルを有して前記温度検出手段による検出値を線形
変化する値、又は実際の温度に補正すると共に、前記ス
ローアップ／ダウンのために実施できない点灯時間に関
しては実施可能な点灯時間に補正することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置において、特に定着手段温度制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子写真方式の画像形成は、帯
電、露光、現像、転写、定着といったプロセスに従って
行われる。その中で定着プロセスは、記録媒体に転写さ
れた転写画像に熱と圧力を加えて転写画像を記録媒体に
融着させるプロセスであり、定着手段は図９に示すよう
に、ヒータ51を内蔵する加熱ローラ50と、これに付勢手
段53によって圧接される加圧ローラ52と、ヒータ51の温
度を検出するためのサーミスタ54を有している。

【０００３】定着時においては、画像の転写がなされた
記録媒体Ｐが加熱ローラ50と加圧ローラ52のニップ部に
付勢手段53の付勢力によって挟持され、これらのローラ
の回転に伴って搬送される。このとき加熱ローラ50に内
蔵されたヒータ51の熱が加熱ローラ50を介して記録媒体
Ｐに加えられ、この加熱作用と付勢手段53の付勢力によ
る加圧作用とによって、先に転写した転写画像が記録媒
体Ｐに定着される。

【０００４】しかし、大サイズの記録媒体Ｐに対応した
画像形成装置において加熱ローラ50全体を一様に加熱す
るよう構成すると、小サイズの記録媒体Ｐを搬送した場
合には、記録媒体通過域のみの熱が記録媒体Ｐに奪われ
る。このため加熱ローラ50表面温度に偏りが生じ、故障
の原因となったり、定着性の劣化が生じたりするおそれ
がある。そこで、図10に示すように配光分布の異なる複
数のヒータ51ａ、51ｂを設け、記録媒体Ｐのサイズによ
ってヒータ51ａの点灯時間に対するヒータ51ｂの点灯時
間比を変更することにより、加熱ローラ50の表面温度を
一様とするように制御している。

【０００５】かかる制御装置においては、以前は目標温
度値に相当するアナログ／デジタル変換（以下Ａ／Ｄと
いう）値のみを制御手段に保有し、これと比較してＡ／
Ｄポートから入力される定着器温度が低ければ加熱し、
高ければ加熱を停止するよう制御していた。しかしこの
ような制御では、定着器の熱容量が大きい等の理由から
熱時定数が大きい場合に、温度リップル（温度が周期的
に変動すること）が大きくなるという問題がある。

【０００６】そこで、一般に温度リップルを抑えるため
には、比例・積分制御（以下ＰＩ制御という）や、比例
・積分・微分制御（以下ＰＩＤ制御という）等を用いて
点灯デューティ（点灯すべき時間）を決定する方法があ
る。実際の制御においては、一定時間毎に目標温度値と
現在の温度差を求め、次のサイクルでの点灯デューティ
を求める際にＰＩＤ制御を用いる。式に表すと次のよう
になる。

【０００７】 D(t)=D(t-1)＋α×(1＋1/i)×e(t)-α×e(t-1) D(t) ：次のサイクルでの点灯デューティ D(t-1) ：前回の点灯デューティ e(t) ：現在の温度差 e(t-1) ：前回の温度差 α ：任意の係数１ ｉ ：任意の係数２ 一方、ヒータへの電力供給の方式によっても、温度リッ
プルを防止することができる。すなわち交流電源の電圧
変動にかかわらずヒータに一定電力を供給し、ヒータの
消費電力が常に一定になるようにすることにより、ヒー
タの表面温度のオーバーシュートや温度リップルを防止
する方式である。

【０００８】この方式においてはヒータへの定電圧出力
回路を設けた構成とし、また熱源としてハロゲンヒータ
を使用している。また記録装置と同一のコンセントから
電源供給される照明器具がある場合、電源インピーダン
スによってはハロゲンヒータのＯＮ／ＯＦＦ時における
電流の急激な増減により、前記照明器具がちらつく等の
フリッカ現象を生じる場合がある。そのため定電圧出力
回路の出力を一定の時定数をもたせてスローアップ／ダ
ウンさせることにより、電流の急激な増減をなくしてフ
リッカ現象を防止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、温度検出手段
にサーミスタを用いている場合には、検出温度に対する
サーミスタ抵抗値の変化率が線形でなく、かつ抵抗分圧
によりサーミスタ抵抗値を電圧変換させているため、加
熱ローラ50温度とＡ／Ｄポートからの入力値が線形に変
化せず、ＰＩ制御やＰＩＤ制御が精度よく行うことがで
きなかった。

【００１０】またＰＩＤ制御を行う際に前述の計算式の
結果D(t)をそのまま用いると、一定時間内におけるオン
デューティ（実際の点灯時間）を表しているが、その取
りうる値は０〜100％であるため、上限および下限を判
定する必要がある。ここで定電圧出力回路を用いた場
合、ヒータの切替時にスローアップ／ダウンを行うこと
から、その間のオンデューティをどう扱うかという問題
がある。一番簡単なのはスローアップ／ダウン中はヒー
タが消灯していると見なすことだが、そうした場合、実
施できない点灯デューティが生じてしまう。

【００１１】具体的に示すと、１サイクルを１秒とし、
スローアップ時間が100msec、スローダウン時間も100ms
ecとし、１サイクル中にスローアップ／ダウンが夫々１
回ずつ入ったとすると、１サイクル中にヒータを点灯で
きる最大時間は1-(0.1＋0.1)=0.8となる。したがって80
0msec、すなわち80％のオンデューティまでしか実施で
きないことになり、80％より大きい点灯デューティは事
実上不可能になってしまう。

【００１２】そこで本発明は、加熱手段の温度リップル
を抑えて精度のよい安定した温度制御を行うと共に、Ｐ
ＩＤ制御によって算出した点灯デューティを補正する手
段を設けた温度制御装置及び画像形成装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る温度制御装置及び画像形成装置の代表
的な構成は、複数の加熱手段に電力を供給し、出力電圧
のスローアップ／ダウンが可能な電力供給手段と、前記
加熱手段の温度を検出するための温度検出手段と、前記
加熱手段の制御を行う制御手段とを有し、前記制御手段
は、所定の変換テーブルを有して前記温度検出手段によ
る検出値を線形変化する値、又は実際の温度に補正する
と共に、前記スローアップ／ダウンのために実施できな
い点灯時間に関しては実施可能な点灯時間に補正するこ
とを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】［第一実施形態］本発明に係る電
子写真画像形成装置の第一実施形態について、図を用い
て説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の全
体構成図、図２は定着手段内部の加熱手段の構成を示す
図、図３はヒータの温度制御装置の構成を示すブロック
図、図４は温度検出手段による検出値を取得する動作を
説明するフローチャート、図５は温度検出手段による検
出値の変換テーブルを説明する図、図６は温度制御の動
作を説明するフローチャートである。

【００１５】（全体構成）図１に示す画像形成装置１は
電子写真方式を採用したものである。画像形成装置１に
おいて、像担持体２の表面を帯電手段３によって一様に
帯電した後に、光学手段４によって光線を走査すること
により静電潜像を形成し、これを現像手段５によって現
像することにより現像剤像を形成する。

【００１６】装置下部には記録媒体であるシートを積載
収容するカセット６が配置されており、給送手段７によ
ってシートを一枚ずつ分離給送すると、リタードローラ
対８によって斜行を矯正すると共に像担持体２と同期さ
せて搬送し、転写手段９によって像担持体２上の現像剤
像をシートに転写させる。像担持体上に残留した現像剤
はクリーニング手段10によって除去され、像担持体２は
次の画像形成に供される。

【００１７】現像剤像を転写されたシートは定着手段11
に搬送される。定着手段11は、内部に加熱手段であるヒ
ータ13を有する加熱ローラ12と、これに付勢手段15によ
って圧接する加圧ローラ14を有している。加熱ローラ12
には温度検出手段であるサーミスタ16が備えられ、温度
制御が行われる。これら加熱ローラ12及び加圧ローラ14
によってシートを加熱、加圧しつつ挟持搬送することに
よりシートに現像剤像が定着され、排出ローラ対17によ
って装置上部の排出トレイ18に排出、積載されて画像形
成が終了する。

【００１８】（温度制御装置）図２に示すように、加熱
ローラ12の内部には配光分布の異なる複数のヒータ13
ａ、13ｂを設け、記録媒体のサイズによってヒータ13ａ
の点灯時間に対するヒータ13ｂの点灯時間比を変更する
ことにより、加熱ローラ12の表面温度を一様とするよう
に制御している。図３はヒータの温度制御装置の構成を
示すブロック図である。

【００１９】図３に示すようにヒータ13ａ、13ｂは電力
供給手段であるヒータ電源19に接続されており、またヒ
ータ電源19には制御手段であるヒータ制御回路20が接続
されている。ヒータ電源19は、電源供給源を共有する他
の機器のフリッカ現象を防止するために、出力を一定の
時定数をもたせてスローアップ／ダウンさせることがで
きるよう構成されている。ヒータ制御回路20はサーミス
タ16による検出値をＡ／Ｄポート21から取り込み、これ
を基礎としてヒータ電源19を制御し、加熱手段であるヒ
ータ13ａ、13ｂのいずれか又は両方に必要な電力を供給
することにより温度制御を行っている。またヒータ制御
回路20には、目標温度値を保有している。

【００２０】本実施形態においてヒータ制御回路はマル
チタスクシステムを用いており、各タスクのスイッチン
グの度に複数個存在するＡ／Ｄポート21の一つから値を
読み込むものである。すなわち図４に示すように、各タ
スクのスイッチングの度に、まず今回のスイッチングで
入力値を読み込むＡ／Ｄポート21の番号を調べ（Ｓ
１）、各番号に見合ったＡ／Ｄポート21から検出値を読
み込む（Ｓ２）。

【００２１】一方ヒータ制御回路20は図５に示す変換テ
ーブルを保有しており、検出値をサーミスタによる検出
温度そのものに変換する（Ｓ３）。変換テーブルは使用
するサーミスタの特性に応じて特定されるものであり、
これにより検出値を検出温度に変換して制度のよいＰＩ
制御やＰＩＤ制御を可能とすることができる。また、検
出温度そのものに変換する他にも、温度に対して比例的
に変化する線形の値に変換することでも精度のよい制御
を行うことができる。

【００２２】そして変換値を、ヒータ制御回路20内部に
設けた保存領域に保存する（Ｓ４）。保存領域は、Ａ／
Ｄポート21の数に対応して複数設けられている。このと
き、サーミスタ電圧を保存する際はＡ／Ｄ変換値を配列
の添え字として用い、変換テーブルの値を保存領域に保
存する。次にＡ／Ｄポートの番号を示す変数を更新し
（Ｓ５）、Ａ／Ｄポート21の数を超えていないか判定し
（Ｓ６）、超えていた場合には番号を初期化（Ｓ７）し
て終了する。以上の処理をタスクのスイッチングの度に
実行し、検出値に対応する検出温度を取得する。

【００２３】次に、取得した検出温度を基礎としてＰＩ
Ｄ制御により点灯デューティを算出し、これに適切な補
正を加えるために、図６に示す処理を実行する。

【００２４】まず取得した現在の検出温度と、ヒータ制
御回路20に保有される目標温度値、および前サイクルで
の点灯デューティから、上述したＰＩＤ制御の計算式 D(t)=D(t-1)＋α×(1＋1/i)×e(t)-α×e(t-1) により、次回の点灯デューティD(t)を一定時間ごとに算
出する（Ｓ10）。点灯デューティD(t)は、１サイクル中
のオンデューティ（実際の点灯時間）として表される。

【００２５】そして算出された点灯デューティD(t)が実
現可能なオンデューティであるかを判定する。本実施形
態では従来例と同様に１サイクルを１秒とし、スローア
ップ時間が100msec、スローダウン時間も100msecとして
いるため、１サイクル中にスローアップ／ダウンが夫々
１回ずつ入ったとすると、１サイクル中にヒータを点灯
できる最大時間は1-(0.1＋0.1)=0.8となりる。したがっ
て実施可能なオンデューティは０〜80％となる。

【００２６】そこでまず算出された点灯デューティD(t)
が実施可能な上限値（80％）以下か否かを判定し（Ｓ1
1）、実施可能範囲を超えていた場合には点灯デューテ
ィD(t)を100％と補正する（Ｓ12）。次に点灯デューテ
ィD(t)が実施可能な下限値（０％）以上か否かを判定し
（Ｓ13）、実施可能範囲を超えていた場合には点灯デュ
ーティを０％、すなわち全消灯と補正する（Ｓ14）。以
上の処理を、点灯デューティを計算する度に実行するこ
とにより、ＰＩＤ制御による計算値を補正して実施不可
能な点灯デューティを解消することができる。

【００２７】［第二実施形態］上記第一実施形態におい
て、ＰＩＤ制御により算出した計算値を補正するために
条件式による判定を行ったが、修正用のテーブルをヒー
タ制御回路20に持たせ、このテーブルに基づいて補正を
行うこともできる。図７は点灯デューティの計算値を実
施可能な値に修正する修正テーブルを説明する図、図８
は温度制御の動作を説明するフローチャートであって、
上記第一実施形態と説明の重複する部分については同一
の符号を付して説明を省略する。

【００２８】上記第一実施形態と同様に検出温度と目標
温度値および前サイクルでの点灯デューティから次回の
点灯デューティD(t)を算出すると（Ｓ10）、この算出値
を添え字として、図７に示す修正テーブルから修正値を
取り出す（Ｓ15）。なお、修正テーブルはヒータ制御回
路20に保有されている。

【００２９】このように構成することにより、図８に示
すように第一実施形態において判定に要していたＳ11〜
Ｓ14のステップを一つのステップＳ15によって処理する
ことができるため、温度制御処理の簡略化を図ることが
可能となる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る温度制
御装置及び画像形成装置は、所定の変換テーブルを有し
て前記温度検出手段による検出値を線形変化する値、又
は実際の温度に補正し、この補正値に基づいて点灯時間
を算出することにより、加熱手段の温度リップルやオー
バーシュートを抑え、制度のよい安定した温度制御を行
うことが可能となる。

【００３１】また算出した点灯時間が電力供給手段のス
ローアップ／ダウンのために実施できない値である場合
には、実施可能であるか否か条件式により判定または修
正テーブルにより修正することにより、実施可能な点灯
時間に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施形態に係る画像形成装置の全体構成図
である。

【図２】定着手段内部の加熱手段の構成を示す図であ
る。

【図３】ヒータの温度制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図４】温度検出手段による検出値を取得する動作を説
明するフローチャートである。

【図５】温度検出手段による検出値の変換テーブルを説
明する図である。

【図６】温度制御の動作を説明するフローチャートであ
る。

【図７】第二実施形態に係る点灯デューティの計算値を
実施可能な値に修正する修正テーブルを説明する図であ
る。

【図８】温度制御の動作を説明するフローチャート

【図９】従来例に係る定着手段を説明する図である。

【図１０】定着手段内部の加熱手段の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｐ …記録媒体 １ …画像形成装置 ２ …像担持体 ３ …帯電手段 ４ …光学手段 ５ …現像手段 ６ …カセット ７ …給送手段 ８ …リタードローラ対 ９ …転写手段 10 …クリーニング手段 11 …定着手段 12 …加熱ローラ 13 …ヒータ 14 …加圧ローラ 15 …付勢手段 16 …サーミスタ 17 …排出ローラ対 18 …排出トレイ 19 …ヒータ電源 20 …ヒータ制御回路 21 …Ａ／Ｄポート 50 …加熱ローラ 51 …ヒータ 52 …加圧ローラ 53 …付勢手段 54 …サーミスタ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の加熱手段に電力を供給するための
   電力供給手段と、 前記加熱手段の温度を検出するための温度検出手段と、 前記加熱手段の制御を行う制御手段とを有し、 前記制御手段は、前記温度検出手段による検出値を線形
   変化する値または実際の温度に補正することを特徴とす
   る温度制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、温度検出手段による検
   出値を線形変化する値、又は実際の温度に変換する所定
   の変換テーブルを有することを特徴とする請求項１記載
   の温度制御装置。
3. 【請求項３】 複数の加熱手段に電力を供給し、出力電
   圧のスローアップ／ダウンが可能な電力供給手段と、 前記加熱手段の温度を検出するための温度検出手段と、 前記加熱手段の制御を行う制御手段とを有し、 前記制御手段は、前記温度検出手段による検出値を基礎
   として前記加熱手段の点灯時間を算出すると共に、前記
   スローアップ／ダウンのために実施できない点灯時間に
   関しては実施可能な点灯時間に補正することを特徴とす
   る温度制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記実施できない点灯
   時間から条件式により実施可能な点灯時間に補正するこ
   とを特徴とする請求項３記載の温度制御装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記実施できない点灯
   時間を実施可能な点灯時間に補正する所定の修正テーブ
   ルを有することを特徴とする請求項３記載の温度制御装
   置。
6. 【請求項６】 前記温度検出手段は、サーミスタである
   ことを特徴とする請求項１又は３記載の温度制御装置。
7. 【請求項７】 前記電力供給手段は、定電圧出力回路で
   あることを特徴とする請求項１又は３記載の温度制御装
   置。
8. 【請求項８】 現像剤像を担持する像担持体と、記録媒
   体に現像剤像を転写する転写手段と、記録媒体を搬送す
   る搬送手段と、前記記録媒体を加熱する為に複数の加熱
   手段を有する定着手段と、を有する電子写真画像形成装
   置において、前記定着手段の加熱手段を、請求項１記載
   の温度制御装置によって制御するよう構成したことを特
   徴とする画像形成装置。