DE4447912B4

DE4447912B4 - Temperatursteuerverfahren für eine Fixiervorrichtung sowie Fixiervorrichtung und Bilderzeugungsgerät, die dieses Temperatursteuerverfahren anwenden

Info

Publication number: DE4447912B4
Application number: DE4447912A
Authority: DE
Inventors: Takashi Suwa Suzuki; Hisako Suwa Katsuura
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: DE4447896B4

Abstract

Es wird ein Temperatursteuerverfahren für eine Fixiervorrichtung vorgeschlagen. DOLLAR A Die Fixiervorrichtung umfaßt eine Heizeinrichtung für die Erhitzung eines Aufzeichnungsmediums, eine Temperaturerfassungseinrichtung für die Erfassung der Temperatur der Heizeinrichtung und eine Temperatursteuereinrichtung zur Steuerung der Temperatur der Heizeinrichtung. Das Temperatursteuerverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Versorgung der Heizeinrichtung mit elektrischer Energie intermittierend durchgeführt wird unter Verwendung von vier bis sechs Einheiten für die intermittierenden Intervalle für die Zuführung der elektrischen Energie, wobei ein halber Zyklus der der Heizeinrichtung zugeführten Wechselstromwelle als eine Einheit genommen wird. DOLLAR A Ferner wird eine entsprechende Fixiervorrichtung und ein entsprechendes Bilderzeugungsgerät vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bilderzeugungsgerät, welches für eine Kopiermaschine, einen Drucker, ein Facsimilegerät oder ähnliches verwendet wird, und insbesondere betrifft sie eine Fixiervorrichtung für ein Bilderzeugungsgerät, welches ein elektrostatisches Fotographierverfahren anwendet, sowie ein Temperatursteuerverfahren, welches bei einer derartigen Fixiervorrichtung verwendet wird.

Für eine die Fixierung eines elektrostatischen, fotografischen Bilds auf einem Aufzeichnungsmedium durchführende Fixiervorrichtung ist es bis jetzt üblich gewesen, eine thermische Fixiervorrichtung zu verwenden, welche einen Fixierprozeß durchführt durch Wärmebeaufschlagung und durch Druckbeaufschlagung eines Aufzeichnungsmediums mittels eines Heizelements, wie eine Heizwalze, die aufgrund der von einer Heizeinrichtung erzeugten Hitze eine hohe Temperatur eingenommen hat, wenn die Heizeinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird, und mittels einem Druckelement, wie eine Druckwalze, welche das Aufzeichnungselement zwischen sich und dem Heizelement hält und transportiert. Nun bestehen die Betriebszustände bei einer derartigen thermischen Fixiervorrichtung aus einer Aufwärmphase, in welcher die thermische Fixiervorrichtung einen fixierfähigen Zustand einnimmt mit einem Temperaturanstieg von ihrer nichtbeheizten Phase auf eine vorbestimmte Temperatur, und einen fixierfähigen Zustand, in welchem die thermische Fixiervorrichtung einen Fixierprozeß auf dem durch sie geführten Aufzeichnungsmedium durchführen kann. Zur Zeit ist es üblich, die dem Heizgerät zugeführte elektrische Energie zu steuern, um diese beiden Phasen in einen gewünschten Zustand zu versetzen.

Was für die Aufwärmphase am meisten gewünscht wird ist, eine Reduktion der Zeitspanne zu erreichen, bis der benötigte Temperaturanstieg erreicht ist, nämlich die sogenannte Aufwärmzeit, und dadurch einen Zustand zu erreichen, in dem der Fixierprozeß schneller beendet werden kann. Dies bedeutet nicht nur eine Reduktion der Wartezeit, welche von der Zeit, zu der die Energiequelle der Vorrichtung eingeschaltet ist, zu der Zeit, zu der die Vorrichtung betriebsbereit ist, verstreicht, sondern es eröffnet auch die Möglichkeit, die Heizeinrichtung während der Bereitschaftszeit der Vorrichtung abzuschalten, wenn sie derart ausgebildet ist, um nach dem Erhalt eines Bilderzeugungs-Befehls eine Aufwärmoperation durchzuführen, vorausgesetzt, daß die Aufwärmzeit über ein bestimmtes Ausmaß hinaus reduziert werden kann. Da die Zeit, in welcher eine Bilderzeugung durchgeführt wird, verglichen mit der Zeit des Bereitschaftszustands sehr kurz ist, wird die oben beschriebene Anordnung eine Einsparung von elektrischer Energie in beträchtlichem Umfang erreichen können.

Was von dem nach der Beendigung der Aufwärmphase erreichten fixierfähigen Zustand am meisten gewünscht wird ist, die Temperatur des Heizelements und des Druckelements auf einen möglichst konstanten Level zu halten und dadurch sicherzustellen, daß das Aufzeichnungsmedium immer in einem vorteilhaften Zustand stabil fixiert werden kann.

Für die Steuerung der dem Heizelement in der fixierfähigen Phase der Fixiervorrichtung zugeführten elektrischen Leistung enthalten die verfügbaren Steuerungsverfahren ein allgemein als "Temperatursteuerung" bekanntes Verfahren, um die Temperatur des Heizelements oder ähnlichem so konstant wie möglich auf dem Sollwert zu halten, und ein allgemein als "Sequenzsteuerung" bekanntes Verfahren zur Durchführung derartiger Arbeitsvorgänge wie die Änderung der Solltemperatur in Abhängigkeit von den Bedingungen für die einzelnen Bilderzeugungsarbeitsvorgänge, wie zum Beispiel die Anzahl der zu druckenden Blätter, wobei entweder eines dieser beiden Steuerverfahren unabhängig angewandt wird oder beide in Kombination in Abhängigkeit von dem gewünschten Zweck angewandt werden.

Unter den verschiedenen allgemein als Temperatursteuerung bezeichneten Verfahren ist das in der Praxis am häufigsten verwendete Verfahren das sogenannte EIN/AUS-Steuerverfahren, mit welchem die dem Heizelement zuzuführende elektrische Energie eingeschaltet wird, wenn die festgestellte Temperatur geringer als die vorbestimmte Solltemperatur ist, während die elektrische Energie abgeschaltet werden wird, wenn die erfaßte Temperatur höher als die vorbestimmte Solltemperatur ist. Allerdings hat das EIN/AUS-Steuerverfahren einen Nachteil dahingehend, daß es bei dem Temperatursteuer-Verfahren schwierig ist, einen stabilen und günstigen Fixierzustand zu erreichen, da als Folge eines nach dem Einschaltvorgang auftretenden Überschreitens und eines nach dem Ausschaltvorgang auftretenden Unterschreitens eine Temperaturwelligkeit auftritt. Um diesen Nachteil zu verringern, ist es bis jetzt üblich gewesen, eine Heizwalze zu verwenden, die eine vergleichsweise große Wärmekapazität aufweist, aber dies hat zu einer Verlängerung der Aufwärmzeit geführt, in welcher die Heizwalze einen Anstieg ihrer Temperatur erreicht auf eine derartige Temperatur, die einen günstigen Fixierzustand sicherstellt. Das bedeutet, daß dieses Verfahren es nicht geschafft hat, eine Reduzierung der Aufwärmzeit zu erreichen, während es einen Erfolg bei der Sicherstellung eines günstigen Fixierzustands erreicht.

In Anbetracht dieser Umstände beschreibt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. Hei.2-4909 ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur durch Speichern einer Vielzahl von Ausgabemustern für einen bestimmten Impuls und durch selektives Ausgeben eines dieser Muster in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfaßten Temperatur und der Solltemperatur, so daß die Temperaturwelligkeit dadurch reduziert und eine feinere und angepaßtere Steuerung durchgeführt werden kann. Im Fall einer auf der Auswahl eines Musters basierenden Ausgabe wird es notwendig sein, für die Abspeicherung derartiger Muster einen großen Speicher vorzusehen, und zusätzlich wird der Algorhythmus komplex sein. Des weiteren wird es in dem Fall notwendig sein, in dem einer Heizwalze mit kleiner Wärmekapazität eine große elektrische Energie zugeführt werden soll, so daß die Aufwärmzeit dadurch reduziert werden kann, eine feinere Steuerung durchzuführen, aber in dem Fall tritt ein Nachteil dahingehend auf, daß es nicht möglich ist, mit den Bedingungen für die Steuerung mit einer geringen Anzahl spezieller oben genannter Muster in geeigneter Weise umzugehen. Des weiteren erfordert dieses konventionelle Beispiel, daß ein Ausgabemuster mit einer Erfassung der Temperatur alle 15 msec ausgewählt werden sollte, was dazu führt, daß die Zentralsteuereinheit (CPU), die die Steuerung der Vorrichtung durchführt, derartig erhöht belastet wird, daß eine weitere CPU notwendig wird, die ausschließlich der Temperatursteuerung dient. Andererseits führt jeder Versuch, die Belastung der CPU zu reduzieren, zu dem Nachteil, daß eine Vergrößerung der Erfassungszeit notwendig ist und konsequenterweise die Temperaturwelligkeit ansteigt. Um mit diesen Nachteilen in geeigneter Weise umgehen zu können, wird für die Auswahl eine große Anzahl zusätzlicher Muster benötigt und folglich auch eine größere Kapazität für die Speichervorrichtung.

Des weiteren hat der Steuerungsprozeß in Abhängigkeit von dem ausgewählten Ausgabemuster den Nachteil, daß Flickern bzw. Flimmern bei anderen elektrischen Geräten als der Fixiervorrichtung auftritt, und vor allen Dingen jenes Flickern, welches bei den Beleuchtungsgeräten wie eine Leuchtstofflampe und eine Glühlampe, und Anzeigeeinheiten auftritt, die mit der selben Energieleitung verbunden sind, was zu Schwierigkeiten aufgrund der Aufmerksamkeitsablenkung führt, und die Anwendung einer großen elektrischen Energie auf eine Heizwalze mit geringer Wärmekapazität führt des weiteren zu einem stetigen Anstieg der Flickererscheinungen und ist daher nicht wünschenswert.

Im Gegensatz dazu beschreibt die japanische Patentveröffentlichung Nr. 48349-1988 (Showa 63) ein Beispiel, in welchem eine Phasensteuereinrichtung betrieben wird, während die Beleuchtungslampe der Kopiermaschine eingeschaltet ist, als eine Maßnahme, das Auftreten von Flickern zu verhindern, welches andernfalls bei anderen elektrischen Geräten auftreten würde, die mit der gleichen elektrischen Leitung verbunden sind wie die Fixiervorrichtung und das Bilderzeugungsgerät, das die Fixiervorrichtung verwendet, aber diese mit einer Phasensteuereinrichtung ausgebildete Struktur hat den Nachteil, daß es Rauschen erzeugt und ist daher nicht wünschenswert.

Des weiteren offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 113378-1992 (Heisei 4) ein Verfahren, das eine Reduzierung der Temperaturwelligkeit und eine Reduzierung der Aufwärmzeit durch Ausführen eines Steuerverfahrens erreichen soll, welches durch einen Wechsel zwischen einem Modus, in welchem, die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Energie in mehreren Stufen auf der Grundlage der Differenz von der Zieltemperatur zu steuern ist, und einem Modus, in welchem die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Energie in mehreren Schritten auf der Grundlage der Änderungsmenge in der Differenz gesteuert wird, arbeitet. Allerdings erreicht diese bekannte Technik keine ausreichende Reduktion der Temperaturwelligkeit oder keine Reduktion der Aufwärmzeit, und es ist schwierig für diese Technik, irgendeinen Hochgeschwindigkeitaufwärmbetrieb durchzuführen, während eine Steueroperation mit einer ausreichenden Genauigkeit, insbesondere in einer Vorrichtung, die eine Heizwalze mit geringer Wärmekapazität aufweist, durchgeführt wird.

Ferner offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 73786-1992 (Heisei 4) ein Verfahren zur Reduzierung einer Temperaturwelligkeit durch Reduktion eines Überschießens, in dem Fuzzy-Logik-Operationen durchgeführt werden unter Verwendung der von einem Temperatursensor erfaßten Temperatur und der Änderungsmenge der erfaßten Temperatur. Allerdings hat diese bekannte Technik den Nachteil, daß die CPU einer erhöhten Belastung unterworfen ist, da die Anwendung der Fuzzy-Logik-Interferenzen zu kompliziert wird für die Durchführung der Temperatursteuerung mit einem hohen Genauigkeitsgrad.

Andererseits sind verschiedene Verfahrensarten zur Erreichung einer Reduktion der Aufwärmzeit unter Verwendung der Sequenzsteuerung offenbart worden. Eine mit einer Heizwalze versehene Fixiervorrichtung benötigt nicht nur die Zeit, die notwendig ist, um die Heizwalze auf eine vorgeschriebene Fixiertemperatur während der Zeitdauer beginnend vom Zustand, in welchem die Heizwalze nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, bis zur Zeit, zu der die Heizwalze einen Zustand erreicht hat, welcher es der Fixiervorrichtung ermöglicht, einen Fixiervorgang durchzuführen, zu bringen, sondern auch die Zeit, in welcher die Druckwalze einen Temperaturanstieg auf einen bestimmten Temperaturgrad erreicht hat. Falls es daher beabsichtigt ist, einen ausreichenden Fixierzustand zu erreichen, bevor die Druckwalze einen Temperaturanstieg erfahren hat, ist es notwendig, die Temperatur der Heizwalze auf ein Temperaturniveau heraufzusetzen, welches höher als die vorgeschriebene Fixiertemperatur ist. Falls die Druckwalze einen Anstieg ihrer Temperatur in dem Zustand der oben genannten höheren Temperatur erfährt, wird sich die Heizwalze in einem Zustand einer übermäßigen Erhitzung in Bezug auf das Aufzeichnungsmedium befinden, was zu einem derartigen Nachteil führt, daß bei dem Aufzeichnungspapier Faltenbildung auftritt. Im Hinblick auf diesen Nachteil ist ein Steuerverfahren entwickelt worden und den Fachleuten bekannt, wie dasjenige, das in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 181258-1980 (Showa 55) offenbart ist. Gemäß diesem Steuerverfahren wird ein Fixierprozess mit einer Heizwalze durchgeführt, die nur für die für eine vorgeschriebene Blattzahl Aufzeichnungspapier unmittelbar nach Beendigung ihrer Aufwärmung durchzuführende Fixierung auf eine höhere Temperatur gebracht wird, während dieser Fixierprozess für jedes folgende Blatt Aufzeichnungspapier bei einer reduzierten Temperatur durchzuführen ist. Allerdings tritt in manchen Fällen bei diesem bekannten Beispiel auf, daß die Druckwalze die hohe Temperatur beibehält und zwar selbst unmittelbar nach der Beendigung der Aufwärmoperation unter dem Einfluß eines vorherigen Bilderzeugungsvorgangs oder unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur der Fixiervorrichtung in dem Bilderzeugungsgerät. In einem derartigen Fall ist es unvermeidbar, daß die übermäßige Erhitzung sich auf das Aufzeichnungsmedium überträgt, so daß es nicht möglich ist, einen konstanten stabilen Fixierzustand zu halten.

Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 32467-1982 (Showa 57) offenbart ein Verfahren, bei dem die Heizwalze in dem Fall auf eine höhere Temperatur gebracht ist, in dem die Zeitperiode vom Beginn der elektrischen Energiezuführung zur Heizeinrichtung bis zur Zeit, zu der die Heizwalze die Zieltemperatur erreicht, eine vorgeschriebene Zeitperiode überschreitet. Dieses bekannte Beispiel wird wahrscheinlich nicht einen derartigen Nachteil der übermäßigen Erhitzung bewirken, da die in diesem bekannten Beispiel beschriebene Methode die Temperatur der Druckwalze und ähnliches im inneren Bereich eines Bilderzeugungsgeräts auf der Grundlage der Zeitperiode schätzt, die für einen Temperaturanstieg der Heizwalze notwendig ist. Allerdings läßt dieses bekannte Beispiel keine geeignete Entscheidung zu, da die Temperatur der Druckwalze kaum etwas über den Temperaturanstieg in der Heizwalze aussagt, vorausgesetzt die Druckwalze und die Heizwalze verbleiben in ihrem entsprechenden stationären Zustand. Im Gegensatz dazu wird ein Versuch, den Grad des Temperaturanstiegs der Druckwalze zu bewerten, während die Heizwalze und die Druckwalze gleichzeitig in Rotation aus dem Zustand versetzt worden sind, bei dem die Heizwalze kalt ist, schließlich zu einem Anstieg der Aufwärmzeit führen, als Folge einer Verzögerung, die bei dem Temperaturanstieg auftritt, weil der Heizwalze zuerst zum Zeitpunkt des Temperaturanstiegs von der Druckwalze Wärme entzogen wird. Des weiteren führt ein derartiger Versuch zu einem zwangsweisen Rotationsbeginn der Heizwalze in einem Zustand, in welchem Toner verfestigt ist, wenn er in einer sehr geringen Menge zu jeder Zeit in den Zwischenräumen zwischen denjenigen Komponententeilen angeordnet ist, die in ihrer Gleitbewegung mit der Heizwalze zusammenarbeiten, wie der Zwischenraum zwischen der Heizwalze und einem Temperatursensor, der mit der Heizwalze in Kontakt steht, so daß physische Beschädigungen in einigen Fällen an einer Versatzverhinderungsschicht und einem Temperatursensor gegeben, welche jeweils auf der Oberfläche der Heizwalze ausgebildet sind.

Ferner offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung 39554-1975 (Showa 50) eine Struktur zur Steuerung der an die Heizwalze angelegten elektrischen Energie auf der Grundlage der erfaßten Temperaturen einer Heizwalze bzw. einer Druckwalze, die beide mit einem Temperatursensor ausgestattet sind, und bei diesem bekannten Beispiel ist es allerdings notwendig, zusätzlich zu dem Temperatursensor, der die Temperatur der Heizwalze mißt, einen weiteren Temperatursensor vorzusehen, so daß die Notwendigkeit dieses Temperatursensors eine größere Komplexität der Konstruktion einer Fixiervorrichtung oder derjenigen eines diese Fixiervorrichtung verwendenden Bilderzeugungsgeräts nach sich zieht. Falls ein Berührungstemperatursensor verwendet wird, führt die Anwendung eines derartigen Temperatursensors zu die Druckwalze beeinträchtigenden Beschädigungen, welche im Reibungswiderstand mit der Heizwalze steht.

Ferner hat es sich bei thermischen Fixiervorrichtungen der verschiedenen oben beschriebenen bekannten Beispiele gezeigt, daß sie einer Verschlechterung des Fixierzustands aufgrund der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch sie unterliegen. Daher offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 156976-1980 (Showa 55) ein Verfahren einschließlich eines Verfahrensschrittes, bei dem elektrische Energie zur Kompensation eines Abfalls, der in der Fixiertemperatur als Folge der Wärmeabsorption durch das Aufzeichnungsmedium auftritt, zu einer Zeit vor der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung zugeführt wird. Allerdings offeriert dieses bekannte Beispiel ein Verfahren zur Korrekturdurchführung eines Abfalls, der in der Temperatur der Heizwalze auftritt als Resultat einer Verzögerung der Prozeßsteuerung, und das verfahren besteht aus der Zuführung vorbestimmter konstanter elektrischer Energie. Dieses bekannte Verfahren enthält keine Überlegungen oder Gegenmaßnahmen gegen Verschlechterungen, die progressiv die Fixierung beeinflussen, wenn das Aufzeichnungsmedium die Fixiervorrichtung durchläuft.

Ein weiteres herkömmliches Temperatursteuerverfahren ist aus der Druckschrift DE 33 30 407 C2 bekannt.

Die Druckschrift DE 33 30 407 C2 offenbart eine Temperatursteuervorrichtung, bei der in einer Anheizphase mehrere Temperaturgrenzwerte vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von einem Temperaturausgangssignal ausgewählt werden, womit eine Überhitzung einer Heizquelle vermieden wird.

Ein Nachteil des Standes der Technik liegt darin, dass bei anderen elektrischen Geräten, welche an derselben elektrischen Leitung angeschlossenen sind wie die Fixiervorrichtung, durch diese Fixiervorrichtung ein Flimmern auftritt, insbesondere bei Beleuchtungsgeräten (Leuchtstofflampe, Glühlampe etc.), was beim Menschen zu einem unangenehmen Eindruck führt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Temperatursteuerverfahren anzugeben, mit dem der obige Nachteil vermieden wird, sowie eine Fixiervorrichtung und ein Bilderzeugungsgerät, die dieses Temperaturverfahren anwenden, bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Bereitstellung eines Temperatursteuerverfahrens gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, durch Bereitstellung einer Fixiervorrichtung gemäß Patentanspruch 3 und durch Bereitstellung eines Bilderzeugungsgeräts gemäß Patentanspruch 4.

Die Erfindung besteht darin, ein Steuerverfahren für die elektrische Energieversorgung zu verwirklichen, welches feine Temperatureinstellungen unter Verwendung höchstfortschrittlicher Einrichtungen durchführen kann, wie das Verfahren zur Steuerung der Temperatur zur Lösung der vorliegenden Aufgabe trotz der Tatsache, daß das Verfahren nur eine geringe Belastung für die Zentraleinheit (CPU) darstellt und keinen Speicher mit großer Kapazität benötigt, und das Auftreten des für das menschliche Auge unangenehmen Flickerns anderer elektrischer Geräte, vor allen Dingen bei Beleuchtungseinrichtungen (wie Leuchtstofflampen und Glühlampen) und Anzeigeeinheiten verhindert, die mit der selben elektrischen Leitung wie eine Fixiervorrichtung und ein die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät verbunden sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Steuerverfahren gegeben, das eine exzellente Temperatursteuerung ohne zusätzliche komplexe Mechanismen oder Geräte für eine Fixiervorrichtung erzielt, die eine Heizeinrichtung mit vergleichsweise kleiner Wärmekapazität oder vergleichsweise großen elektrischen Energiemengen verwendet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, eine Sequenzsteuerung über die Temperatur zu verwirklichen, welche eine Reduktion der Aufwärmzeit und einen stabilen Zustand für eine günstige Fixierung erzielen kann, ohne jegliche Abhängigkeit von Temperaturschwankungen, die in der Druckeinrichtung unter dem Einfluß der vorangegangenen Bilderzeugung oder unter dem Einfluß der Umgebungstemperatur auftreten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, eine Fixiervorrichtung bereitzustellen, die eine exzellente Steuerbarkeit der Temperatur und eine kompakte Größe aufweist, kostengünstig und mit günstigen Einsparungscharakteristiken für elektrische Energie versehen ist, und ein Bilderzeugungsgerät bereitzustellen, das mit einer derartigen Fixiervorrichtung versehen ist.

Das in der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung angewandte Temperatursteuerverfahren weist das folgende charakteristische Merkmal auf:

Steuerung der elektrischen Energie-Zuführungsmuster für zugeführte (angelegte) elektrische Energie

Diese Fixiervorrichtung führt (legt) berechnete elektrische Energie in bestimmten Mustern einer Heizeinrichtung zu (an) und zwar in einem fixierfähigen Zustand, in welchem die Fixiervorrichtung einen Fixierprozess an einem sie durchlaufenden Aufzeichnungsmedium durchführen kann.

Im folgenden wird eine eingehendere Beschreibung des oben genannten kennzeichnenden Merkmals der Erfindung gegeben:

Steuerung der elektrischen Leistung

Bei einem Muster für die Versorgung (Anlegung) der elektrischen Energie arbeitet diese Fixiervorrichtung mit einem Verfahren zur Feststellung eines Musters für jede vorgeschriebene Periode (d.h. Abtastperiode), d.h., die Fixiervorrichtung führt eine Abtastoperation der von dem Temperatursensor erfaßten Temperatur für jede Abtastperiode durch und ermittelt dann die Menge der elektrischen Energie, die zugeführt (d.h. angelegt) werden muß durch Berechnungen auf der Grundlage der Abtastoperation und wählt dann ein spezifisches Versorgungsmuster für die elektrische Energie entsprechend der zuzuführenden elektrischen Energiemenge aus. Dieses Verfahren wird angewandt im Hinblick auf eine Realisierung einer sehr feinen und stabilen Temperatursteuerung mit einem hohen Genauigkeitsgrad.

Insbesondere besteht die Periode der Temperatursteuerung aus einer ersten Periode und einer zweiten Periode (d.h. eine Abtastperiode), welche länger als die erste Periode ist, wobei es während der zweiten Periode möglich ist, eine erste Phase festzulegen, in welcher ein Anlegen elektrischer Energie an die Heizeinrichtung zugelassen wird, und eine zweite Phase festzulegen, in welcher es nicht zugelassen ist, elektrische Energie der oben genannten Heizeinrichtung zuzuführen, wobei die in dieser Fixiervorrichtung angewandte Temperatursteuerperiode gekennzeichnet ist durch eine Versorgung der Heizeinrichtung mit elektrischer Energie innerhalb der ersten Periode in der ersten Phase.

Des weiteren hat sich herausgestellt, daß eine Verwendung dieses Zuführungsmusters mit der elektrischen Energie sehr effektiv ist, um das Auftreten von für das menschliche Auge unangenehmen Flickererscheinungen anderer elektrischer Geräte zu verhindern, vor allen Dingen Beleuchtungsgeräte (Leuchtstofflampen und Glühlampen), die an dieselbe Energieleitung wie die Fixiervorrichtung und ein die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät angeschlossen sind. Des weiteren hat sich herausgestellt, daß ein weiteres Versorgungsmuster für elektrische Energie, das keinerlei Abtastperioden vorsieht, das oben genannte Flickern verhindert.

Insbesondere nimmt dieses Versorgungsmuster der elektrischen Energie einen Halbperiodenbereich einer Wechselstromwelle, mit der die Heizeinrichtung gespeist wird, als eine Einzeleinheit zur Verwendung als Standard und legt ein spezielles EIN/AUS-Muster für die Energie unter Verwendung dieser soeben genannten Einheit fest.

Das Temperatursteuerverfahren für die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung und die Fixiervorrichtung, als auch ein Bilderzeugungsgerät, das das Temperatursteuerverfahren verwendet, wird im folgenden mit Bezug auf Beispiele optimaler Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung;
2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Temperaturvorrichtung in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung;
3 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels eines Verfahrens zur Zuführung elektrischer Energie an die Heizeinrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform;
4 ist eine Zeittafel zur Darstellung der Operationssequenz in einer beispielhaften Ausführungsform;
5 ist eine Tafel zur Darstellung des Prinzips des beispielhaften Temperatursteuerverfahrens;
6 ist ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturschwankungsdifferenzen auf der Heizwalze unter dem Einfluß einer Korrekturkonstante c;
7 ist ein Diagramm zur Darstellung der Art und Weise wie die Korrekturkonstante für das beispielhaften Temperatursteuerverfahren auszuwählen ist;
8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturschwankungsdifferenzen auf der Heizwalze unter dem Einfluß der Verstärkung G;
9 ist ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturschwankungsdifferenzen auf der Heizwalze unter dem Einfluß einer elektrischen Versatzenergie P_c;
10 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Temperatursteuerung in einem Ausführungsbeispiel, das die elektrische Versatzenergie P_c und die Temperatursensor-Verzögerungskorrektur verwendet;
11 ist ein Diagramm zur Darstellung sowohl der ersten und zweiten Periode, als auch der ersten und zweiten Phase des erfindungsgemäßen Temperatursteuerverfahrens;
12 ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtmengenschwankungen in Beleuchtungsgeräten und in Anzeigeeinheiten, die zum Zeitpunkt, zu dem das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren angewandt wird, mit der selben elektrischen Leitung verbunden sind;
13 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Schwankungsfrequenz der Lichtmenge und der Schwankung der Lichtmenge, bezogen auf den Eindruck des Flickerns;
14 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses intermittierender Intervalle für die Übertragung elektrischer Energie und der Schwankung in der Lichtmenge;
15 ist ein detailliertes Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen den intermittierenden Intervallen (d.h. die Frequenz für die Schwankungen in der Lichtmenge) und der Schwankung in der Lichtmenge bezüglich des Eindrucks des Flickerns;
16 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie durch intermittierendes Übertragen der elektrischen Energie für das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren;
17 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens für die Zuführung elektrischer Energie eines ersten Experiments bezüglich der Erfindung;
18 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung des Temperatursteuerverfahrens dieses ersten Experiments;
19(a) ist die Fortsetzung des Flußdiagramms von 18 zur Darstellung des Temperatursteuerverfahrens für das erste Experiment; und
19(b) ist ein Diagramm zur Erläuterung der Ergebnisse der in 19(a) gezeigten Temperatursteuerung;
20(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Schwankungen, die in der Lichtmenge auftreten, wenn das erste Experiment bezüglich der Erfindung angewendet wird; 20(a) ist dabei ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, die in der Lichtmenge entsprechend der zweiten Periode auftreten, wobei 20(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, die entsprechend der ersten Periode auftreten, ist;
21(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge auftreten, wenn das zweite Experiment bezüglich der Erfindung angewendet wird; 21(a) ist dabei ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der zweiten Periode auftreten, während 21(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, die in der Lichtmenge entsprechend der ersten Periode auftreten, ist;
22(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge auftreten, wenn das dritte Experiment bezüglich der Erfindung durchgeführt wird; 22(a) ist dabei ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der zweiten Periode auftreten, während 22(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der ersten Periode auftreten, ist;
23 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Zuführung elektrischer Energie in dem vierten Experiment bezüglich der Erfindung;
24 ist ein Flußdiagramm, das eine Fortsetzung des Flußdiagramms von 19(a), welche Temperatursteuerverfahren der Experimente eins bis vier darstellt, ist, und ist ein Flußdiagramm, das das Temperatursteuerverfahren, insbesondere des vierten Experiments, darstellt;
25(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge auftreten, wenn das vierte Experiment durchgeführt wird; 25(a) ist dabei ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der zweiten Periode auftreten, während 25(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der ersten Periode auftreten, ist;
26(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge auftreten, wenn das fünfte Experiment durchgeführt wird; dabei ist 26(a) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der zweiten Periode auftreten, während 26(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge entsprechend der ersten Periode auftreten, ist;
27 ist ein Diagramm zur Darstellung einer günstigen Fixierbedingung, die mit der Fixiervorrichtung in der erfindungsgemäßen Ausführungsform sichergestellt wird;
28 ist ein Diagramm zur Darstellung des gesetzmäßigen Temperaturabfallprozesses in der Fixiervorrichtung in der erfindungsgemäßen Ausführungsform;
29 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Temperaturanstiegprozesses auf der Druckwalze in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
30 ist ein Diagramm zur Darstellung der Änderungen, die in der Temperatur auf der Druckwalze auftreten, wenn das Aufzeichnungsmedium durch die Fixiervorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform geführt wird;
31 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Temperatursteuerung, die mittels Verwendung eines Korrekturverfahrens einer Solltemperatur mit einer Diskriminierungstemperatur und Durchführung eines Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durchgeführt wird;
32 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Temperatursteuerung unter Verwendung einer Änderungsrate des Temperaturabfalls in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
33 ist ein Graph zur Darstellung der Art und Weise, wie die Steuer-Solltemperatur auf der Grundlage der Änderungsrate des Temperaturabfalls festgesetzt wird, der auf der Heizwalze auftritt;
34 ist ein Graph zur Darstellung der Art und Weise, wie die Entscheidungszeit auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der benötigten Zeit für den Abfall der Temperatur und der Temperatur auf der Druckwalze festgelegt wird;
35 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Temperatursteuerung, die unter Verwendung der elektrischen Energiemenge, die zum Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem die Temperatur in einem stabilen Zustand ist, durchgeführt wird;
36 ist ein Graph zur Darstellung der Art und Weise, wie die diskriminierte, elektrische Energie auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der zuzuführenden elektrischen Energiemenge und der Temperatur auf der Druckwalze festgelegt wird; und
37 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung der Temperatursteuervorgänge, die unter Verwendung einer Korrektur der angelegten elektrischen Energie auf der Grundlage der Diskriminierungstemperatur und der Durchführung eines Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform, durchgeführt werden.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Bezeichnungen ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen Drucker beschrieben, wobei der Drucker nur ein Beispiel eines Bilderzeugungsgeräts ist. In dieser Beziehung wird die Konstruktionsbeschreibung des Druckers insgesamt weggelassen und die Beschreibung beginnt erst mit einer Fixiervorrichtung und der gesamten Konstruktion einer Temperatursteuereinrichtung für die Fixiervorrichtung, die die wesentlichen Teile der Erfindung darstellen.
1. Konstruktion der Fixiervorrichtung
1 zeigt eine Schnittansicht zur Darstellung der Konstruktion einer erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung als ein Ausführungsbeispiel. Mit einer Halogenlampen-Heizeinrichtung 3, die im Inneren einer hohlzylinderförmig ausgebildeten und drehbar gelagerten Heizwalze 1 vorhanden ist, wird die Heizwalze 1 mit einer vorbestimmten angelegten elektrischen Energiemenge erhitzt. An der Oberfläche der Heizwalze 1 ist ein einen Heißleiter enthaltender Temperatursensor 4 (d.h. eine Temperaturerfassungseinrichtung) angedrückt, und es wird die der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zuzuführende elektrische Energie auf der Grundlage dieser von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur gesteuert.
Eine ebenfalls drehbar gelagerte Druckwalze 2 weist eine aus Silikonkautschuk oder ähnlichem bestehende elastische Schicht am Außenrand einer Metallwelle 6 auf, wobei die elastische Schicht in einem Quetschbereich ausgebildet ist und mittels jeweils an den beiden Wellenenden aufgebrachten Kräften in einem Druckkontakt mit der Heizwalze 1 steht, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Ein Fixierprozess wird durchgeführt, wenn ein Aufzeichnungsmedium 5 mit noch unentwickelten, darauf ausgebildeten Tonerbildern durch diesen Quetschbereich bzw. Walzenspaltbereich in Richtung des in der Figur gezeigten Pfeils transportiert wird. Das für die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung verwendete Aufzeichnungsmedium 5 ist ein dünnes und flaches Aufzeichnungsmedium wie einfaches Papier, Folie für Overheadprojektoren (OHP), Umschläge und Postkarten.
Des weiteren besteht dieses Bilderzeugungsgerät nicht nur aus dieser Fixiervorrichtung, sondern auch aus verschiedenen Arten von Einrichtungen zur Durchführung des elektrostatischen Fotographieprozesses, wie ein Latentbildträger, eine Aufladungseinrichtung, eine Belichtungseinrichtung, eine Entwicklungseinrichtung, eine Übertragungseinrichtung, eine Reinigungseinrichtung, eine Transporteinrichtung für das Aufzeichnungsmedium, Antriebseinrichtungen und Steuereinrichtungen, mit Gehäusen und ähnlichem, welche diese verschiedenen Einrichtungen haltern oder umschließen.
Um die Zeitspanne zu reduzieren, die notwendig ist, um in der Heizwalze 1 einen Anstieg von einer Temperatur zu einer vorbestimmten Soll-Temperatur und einen Zustand zu erreichen, der einen Fixiervorgang ermöglicht, also die sogenannte Aufwärmzeit, ist es günstig, die Heizwalze 1 mit einer geringen Wärmekapazität auszustatten. Beispielsweise ist es durch Festlegen des Produktes aus Durchmesser und Wandstärke auf 15 mm² oder weniger möglich, eine Aufwärmzeit zu erreichen, die in der praktischen Verwendung keine Probleme zeigt. Andererseits treten aber Festigkeitsmängel in Achsrichtung der Heizwalze 1 auf, falls der Durchmesser zu klein und die Wandstärke zu dünn gewählt wird. Das hat zur Folge, daß der Zentralbereich der Heizwalze 1 im Vergleich zu den Endbereichen eine Ausbeulung in Richtung weg von der Druckwalze 2 aufweist. Dadurch ist kein ausreichender Walzenspalt zwischen der Heizwalze 1 und der Druckwalze 2 im Zentralbereich vorhanden, so daß der Fixierprozess nicht zufriedenstellend genug durchgeführt werden kann. Um dies zu verhindern, ist es günstiger, den Durchmesser der Heizwalze 1 zu vergrößern als seine Wandstärke zu vergrößern und es ist wünschenswert, den Durchmesser auf 12 mm oder mehr festzulegen.
2. Aufbau der Temperatursteuereinrichtung
Die 2 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung des Aufbaus einer Temperatursteuereinrichtung zur Steuerung der Temperatur der Heizwalze 1, welche in einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung verwendet wird. Ein analoges Spannungssignal, welches von einem die Temperatur der Heizwalze 1 erfassenden Temperatursensor 4 erzeugt wird, wird von einem Verstärker 9 verstärkt. Dieses Signal wird dann in digitale Signale bei 256 Stufen von einem Analog-Digital-Wandler 10 umgewandelt und daraufhin in eine Eingabe-Ausgabe-Vorrichtung (I/O) 11 eingegeben. Nun werden die Digitalsignale einer Zentraleinheit (CPU) 13 eingegeben, welche ein Temperatursteuerprogramm zu jeder vorbestimmten Abtastzeit ausführt. Das Temperatursteuerprogramm ist in einem ROM 12 abgespeichert und wird in die CPU 13 nach Bedarf und unter Steuerung der CPU 13 eingelesen. Der Begriff "eine vorbestimmte Abtastzeit" bedeutet hier die zweite Periode, wie sie erfindungsgemäß definiert ist und weiter unten genauer beschrieben wird.
Das von der CPU 13 erzeugte Steuersignal wird einem SSR (Festkörperrelais) 7 übergeben, welches ein Schalter zum Ein- und Ausschalten der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 ist. Dem SSR 7 wird von einem Nullschaltkreis 8 ein mit den Nulldurchgängen des Wechselstroms synchronisiertes Signal ebenfalls zugeführt. Das SSR 7 wird eingeschaltet, falls ein von der CPU 13 übermitteltes Steuersignal vorhanden ist, wenn es ein Signal von dem Nullschaltkreis 8 empfängt, wird aber ausgeschaltet, falls kein derartiges Steuersignal vorhanden ist. Auf diese Weise wird das SSR 7 ein- und ausgeschaltet bei Verwendung einer Halbwelle eines Wechselstroms als eine Einheit während des Betriebs als Antwort auf das von der CPU 13 übermittelte Steuersignal, und die elektrische Energie wird der Heizeinrichtung entsprechend den EIN/AUS- Schaltvorgängen des SSR 7 zugeführt. Um dieses SSR 7 so betreiben zu können, daß es mit der Halbwelle eines Wechselstroms als Einheit ein- und ausschaltet, ist es ebenfalls möglich, die CPU 13 mit einem Signal aus dem Nullschaltkreis 8 zu unterbrechen, wodurch veranlaßt wird, daß die CPU 13 ein Steuersignal erzeugt.
Ein Einstellen der der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführten elektrischen Energie wird durch Erhöhen oder Absenken der Wellenanzahl durchgeführt, die zu gewissen vorbestimmten Intervallen von der Wechselstromquelle zugeführt werden, was in 3 dargestellt ist. Falls zum Beispiel eine Operation durchgeführt werden soll für eine Einstellung der anzulegenden elektrischen Energie durch Festsetzen der Wellenanzahl in einem Zeitintervall, wird es möglich, die Menge der anliegenden elektrischen Energie mit 100 Stufen auszuwählen, wenn eine Wechselstromquelle mit 50 Hz vorliegt. Die 3 zeigt ein Beispiel, in welchem die anliegende elektrische Energie in jedem einzelnen Zyklus von zwei Wellen auf 2,5 Wellen und auf 3,5 Wellen erhöht wird mit einer Wechselstromquelle mit 50 Hz. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Nutzleistung der anliegenden Energie 4%, 5% und 7%. Die verfügbaren Verfahren für eine Einstellung der Menge der anliegenden elektrischen Energie unter Verwendung der Anzahl der Wellen der Wechselstromquelle enthalten ein Verfahren zur kontinuierlichen Zuführung elektrischer Energie für eine gegebene Wellenanzahl auf diese Weise und ein Verfahren zur intermittierenden Zuführung elektrischer Energie, damit nicht irgendeine Schwankung der Spannung der Energiequelle bei irgendeinem anderen elektrischen Gerät auftritt – vor allen Dingen Beleuchtungsgeräten – die mit der gleichen Energiequellenleitung verbunden sind, wie später beschrieben wird.
3. Grundsätzliche Betriebssequenzen der Fixiervorrichtung
4 ist eine Zeittafel zur Darstellung der Betriebsfrequenz einer Fixiervorrichtung in einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Zuerst wird eine Druckinformation (Bildinformation) von einem externen Gerät wie einem Computer, was nicht in der Figur dargestellt ist, einer Steuereinheit zugeführt, die die Bildinformation für einen Drucker bearbeitet. Anschließend gibt die CPU 13, welche die Operationen des Geräts einschließlich der Steuerung der Temperatur in der Fixiervorrichtung steuert, ein Energiezuführungsstartsignal aus, so daß die Heizwalze 1 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden kann, bei der sie den Fixiervorgang durchführen kann (d.h., initiiert die Zuführung der elektrischen Energie zur Heizeinrichtung, welche sich dann in einem Prozeß befindet, bei dem ein Temperaturanstieg erreicht wird). Wenn auf der Grundlage eines Ausgangs des Temperatursensors 4 festgelegt ist, daß die Heizwalze 1 die vorgeschriebene Temperatur erreicht hat, bei welcher sie einen Fixiervorgang durchführen kann, bewirkt dann die CPU 13, daß die Heizwalze 1 und Druckwalze 2 angetrieben werden, um ihren Rotationsvorgang zu beginnen (unbelastete Rotation). Um sicherzustellen, daß der günstige Fixierzustand erreicht werden kann, ist es wichtig, daß nicht nur die Heizwalze 1 die vorbestimmte Fixiertemperatur, sondern auch die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg bis zu einem bestimmten Ausmaß erreicht hat. Die Zeit der unbelasteten Rotation wird auf eine vorbestimmte Zeitdauer festgesetzt, und zwar in einem Bereich von 10 Sekunden bis einigen Zehntel Sekunden, so daß die Druckwalze 2 den Temperaturanstieg während dieser Zeitperiode erreichen kann (d.h., die Zeit der unbelasteten Rotation) vom Beginn der Rotation beider Walzen bis zu dem Beginn der Durchführung eines Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung. Auf der Grundlage des Papierzuführung-Startsignals, welches zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der unbelasteten Rotation auszugeben ist, wird die Zuführung eines Aufzeichnungsmediums gestartet und das Aufzeichnungsmedium danach durch die Fixiervorrichtung durchgeführt. Dann wird zum selben Zeitpunkt der Vollendung der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung, der Antrieb der Walzen und die Zuführung der elektrischen Energie zu der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 angehalten bzw. unterbrochen.
Es ist möglich, eine Energieeinsparung durch Zuführen elektrischer Energie nur zu dem Zeitpunkt des Druckvorgangs (d.h. wenn jede Druckoperation durchgeführt wird) wie oben beschrieben zu erzielen. In einem derartigen Fall hat die Aufwärmzeit für die Fixiervorrichtung eine direkte Auswirkung auf die Zeit, die für den Druck des ersten einzelnen Blattes benötigt wird (d.h. die erste Ausdruck-Zeit), so daß es notwendig ist, die Aufwärmzeit so viel wie nur möglich zu reduzieren. Die Heizwalze 1 dieses Ausführungsbeispiels zeigt eine sehr geringe Wärmekapazität und eine reduzierte Aufwärmzeit, um die erste Druckzeit zu verkürzen.
Das kritische Problem, das auftritt, wenn die Heizkapazität der Heizwalze 1 auf einen geringen Wert festgesetzt ist, um die Aufwärmzeit zu verkürzen, ist ein Anstieg der Temperaturwelligkeiten. Im folgenden wird ein hochgenaues Temperatursteuerverfahren beschrieben, das nur ein geringes Maß an Temperaturwelligkeit zeigt und ein erstes kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
4. Korrektur der erfaßten Temperatur
In einer Fixiervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau sind die Antwortverzögerungen der verschiedenen Teile des Steuersystems einschließlich einer Fixiervorrichtung und einer Temperatursteuereinrichtung eine Hauptursache für das Auftreten von Temperaturwelligkeit. Falls das Steuersystem ein System ist, das überhaupt kein Verzögerungselement aufweist, unterbricht das Steuersystem die Zuführung elektrischer Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 in dem Moment, in dem die Temperatur der Heizwalze 1 eine vorbestimmte Steuertemperatur überschritten hat, und die Temperatur der Heizwalze 1 beginnt von diesem Moment an abzusinken, wobei die Heizwalze 1 eine niedrigere Temperatur als die Steuertemperatur annehmen wird, nachdem dieser Vorgang beendet worden ist. Dann beginnt das Steuersystem erneut mit der Zuführung elektrischer Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 und die Temperatur der Heizwalze 1 erreicht bald die Steuertemperatur. Auf diese Weise wiederholt sich in der Heizwalze 1 ein Temperaturanstieg und ein Temperaturabfall und zwar Bit für Bit in unmittelbarer Nähe der vorbeschriebenen Temperatur mit dem Ergebnis, daß nur eine sehr geringe Temperaturwelligkeit auftritt. Da allerdings tatsächlich Verzögerungselemente im Steuersystem vorhanden sind, tritt Temperaturwelligkeit auf.
Die Erfinder haben aufgrund von Experimenten und ähnlichem herausgefunden, daß die Verzögerungselemente im Steuersystem eine Zeitverzögerung vom Beginn der Zuführung elektrischer Energie bis zur Zeit, zu der die Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 Strahlungswärme erzeugt, eine Zeitverzögerung von dem Zeitpunkt, zu dem die Innenoberfläche der Heizwalze 1 sich erwärmt bis zum Zeitpunkt, zu dem die Temperatur auf ihrer Oberfläche einen Anstieg verzeichnet, eine Zeitverzögerung zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur auf der Oberfläche der Heizwalze 1 angestiegen ist, bis zu der Zeit, zu der die von dem Temperatursensor 4 erfaßte Temperatur einen Anstieg verzeichnet, und eine Zeitverzögerung von der Zeit, zu der die vom Temperatursensor 4 erfaßte Temperatur einen Anstieg verzeichnet, bis zu der Zeit, zu der das Steuersystem mit der Zuführung elektrischer Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 beginnt, enthalten und ebenfalls, daß eine Erfassungsverzögerung des Temperatursensors 4 vorliegt, welche die dominierenste unter diesen verschiedenen Verzögerungselementen ist.
Daher haben die Erfinder einige Experimente unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt, die aus der Umgebungstemperatur in dem Bilderzeugungsgerät, der früher durchgeführten Bilderzeugungsvorgänge usw. ausgewählt wurden, um das Verhältnis zwischen der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur der Heizwalze 1 festzustellen. Als Resultat dieser Experimente hat sich herausgestellt, daß das Differenzverhältnis zwischen der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur auf der Oberfläche der Heizwalze 1 zur Änderungsrate der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur in der Nähe gewisser konstanter Werte liegt, ohne erkennbare Änderungen zu zeigen. In 5 ist ein Graph als typisches Beispiel dargestellt, das den Zustand dieser Faktoren zeigt, und diese Figur stellt einen Graph dar, der (A) die Differenzrate der Temperatur zwischen der Temperatur der Heizwalze 1 und der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur zur Änderungsrate der vom Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur, (B) die Temperatur des Temperatursensors 4 und (C) die Temperatur der Heizwalze 1 darstellt. Wie bereits erwähnt, nimmt die Rate der Temperaturdifferenz zur Änderungsrate (A) einen fast konstanten Wert ein. Dies wird unterstützt von dem Thermodynamikgesetz, das die zwischen zwei Gegenständen ausgetauschte Wärme (nämlich der Temperatursensor 4 und die Heizwalze 1) proportional zur Temperaturdifferenz zwischen ihnen ist und daß die zwischen ihnen ausgetauschte Wärmemenge proportional zu deren Änderungsrate der Temperatur ist. Das bedeutet, daß die folgende Gleichung gilt: λ·(TR – TS) = CS·dTS/dt (1)worin der Wärmeübertragungskoeffizient von der Heizwalze 1 zum Temperatursensor 4 durch λ und die Temperatur der Heizwalze 1 durch T_R ausgedrückt wird, die Temperatur des Temperatursensors 4 T_S ist, die Wärmekapazität des Temperatursensors 4 C_S beträgt und die Änderungsrate der Temperatur des Temperatursensors 4 ausgedrückt wird durch dT_S/dt. Hier ist C_S/λ eine Zeitkonstante τ für den Temperatursensor 4.
Gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel werden derartige Steuerabweichungen wie eine Temperaturwelligkeit, welche aufgrund der Erfassungsverzögerung des Temperatursensors 4 entstehen, beseitigt durch Abschätzen der tatsächlichen Temperatur der Heizwalze 1 durch eine Korrektur der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur auf der Grundlage der Verzögerungscharakteristiken, die von dem Temperatursensor 4 in der oben beschriebenen Art erhalten werden.
Eine Abschätzung der Temperatur der Heizwalze 1 kann durchgeführt werden durch Addieren des Produkts einer Änderungsrate der vom Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur und einer vorbestimmten Konstante zur speziell erfaßten Temperatur. Das bedeutet, daß eine derartige Korrektur gemäß folgender Gleichung durchzuführen ist: TC = TS + c·ΔTS/Δt (2)worin die Temperatur nach der Korrektur ausgedrückt wird durch T_C, die von dem Temperatursensor 4 erfaßte Temperatur T_S ist, die Änderungsrate der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur ΔT_S/Δt beträgt und die Korrekturkonstante c ist. Die Gleichung (2) wird identisch mit der Gleichung (1) sein vorausgesetzt, daß der Wert der Korrekturkonstante c gleich dem Wert der Zeitkonstante τ für den Temperatursensor 4 gemacht wird, und dann wird die Gleichung 2 vollständig die Erfassungsverzögerung des Temperatursensors 4 beseitigen. Dennoch kann, wie später beschrieben, ein für den praktischen Gebrauch geeigneter, adäquater Wert der Korrekturkonstante c nicht notwendigerweise gleich dem Wert der Zeitkonstante τ sein.
Diesbezüglich enthält der in 5 dargestellte Graph, der das Verhältnis der Temperaturdifferenz zur Änderungsrate (A) zeigt, einen Schwankungsbereich mit einem gewissen konstanten Wert. Demzufolge wird es möglich, auch eine Korrektur höherer Genauigkeitsordnung durchzuführen unter Verwendung komplexerer Funktionen als diese von Gleichung (2), falls es notwendig ist, eine Steuerung mit extrem hoher Genauigkeit durchzuführen, oder in dem Fall, bei dem ein Überschußbereich der Verarbeitungskapazität der CPU vorhanden ist, die die Temperatursteuerung gemäß Gleichung (2) durchführt. Wenn zum Beispiel der Wärmeübergang vom Temperatursensor 4 zu anderen Teilen mit in Betracht gezogen wird, ist es möglich, eine Korrektur mit einem Anteil durchzuführen, der ein sekundäres Zeitdifferential der erfaßten Temperatur T_S darstellt und zur Gleichung addiert wird.
Um die Zeitkonstante τ für den Temperatursensor 4 zu erhalten, ist es angemessen, die Meßergebnisse der tatsächlichen Temperaturanstiegskurve (C) der Heizwalze 1 und eine Messung der erfaßten Temperaturanstiegskurve (B) des Temperatursensors 4 zum Zeitpunkt, zu dem die Aufwärmung für die Fixiervorrichtung in der in 5 gezeigten Art durchgeführt wird, zu verwenden. Wie in 4 durch Δt und ΔT gezeigt, ist es möglich, die Zeitdifferenz abzulesen, wenn zwei Kurven die gleiche Temperatur erreichen, nachdem sie fast parallel zueinander geworden sind. Um die tatsächliche Temperatur der Heizwalze 1 zu messen, ist es wünschenswert, ein Temperaturmeßinstrument, wie ein Thermoelement oder Infrarotthermometer, zu verwenden, das mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit antwortet.
Ein Wert der Korrekturkonstante c, der für den praktischen Gebrauch einer Fixiervorrichtung geeignet ist, wird wünschenswerterweise auf der Grundlage der Betriebscharakteristiken und der benötigten Charakteristiken der speziellen Fixiervorrichtung festgelegt. Eine effektive Korrektur ist dadurch möglich. Die 6 stellt die Zustände der herausgefundenen Temperaturschwankungen der Heizwalze 1 dar, wenn die Operationen vom Beginn der Aufwärmung bis zur Beendigung der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung durchgeführt wurden, mit einigen Änderungen im Korrekturgrad. Der Korrekturgrad wird ausgedrückt durch den Korrekturfaktor k in der folgenden Gleichung, welche eine Erfassungsverzögerung des Temperatursensors 4 ausdrückt, und folgendermaßen lautet: Tc = TS + k·τ·ΔTS/Δt (3)
Die 6 zeigt die Temperaturschwankung der Heizwalze 1 für diejenigen Fälle, in denen der Korrekturfaktor k 0, 0,5 bzw. 1,2 beträgt (d.h. in denjenigen Fällen, in denen die Korrekturkonstante c 0, 0,5 τ, τ, beziehungsweise 2 τ beträgt). In dem Fall, in dem der Korrekturfaktor k kleiner 1 ist, treten unzureichende Korrekturen und ein Überschießen auf, wobei die Verzögerung einer Temperaturerfassung des Temperatursensors 4 ursächlich ist, und das Überschießen wird reduziert im Vergleich mit einem Fall, in dem keine Korrektur durchgeführt wurde. In dem Fall, in dem der Korrekturfaktor k größer als 1 ist, tritt eine übermäßige Korrektur auf, so daß das Steuersystem die der Heizwalze 1 zugeführte elektrische Energie reduziert und beurteilt, daß die Heizwalze 1 die Zieltemperatur erreicht hat, selbst zu einem Zeitpunkt, bevor die Temperatur der Heizwalze 1 tatsächlich die Zieltemperatur erreicht hat. Aus diesem Grund wird der Temperaturanstieg der Heizwalze 1 unmittelbar vor der Beendigung des Temperaturanstiegs unsinnig, und es besteht eine Tendenz, daß ein Ansteigen in der Zeitspanne vom Beginn der Zuführung elektrischer Energie zum Erreichen der Zieltemperatur durch die Heizwalze 1 auftritt. Auch in dem Fall, in dem der Korrekturfaktor k gleich 1 ist, tritt eine leichte Verzögerung unmittelbar vor der Beendigung der Aufwärmung auf, dies liegt aber an der Wirkung des proportionalen Steuerungsprozesses, der, wie später beschrieben wird, so arbeitet, daß er die zugeführte elektrische Energie reduziert, wenn die tatsächliche Temperatur einen Wert in der Nähe der Zieltemperatur erreicht hat. Da nun die Temperaturwelligkeit durch den proportionalen Steuerungsprozeß reduziert worden ist, weist sie einen ausreichend kleinen Wert auf, außer in dem Fall, in dem keine Korrektur durchgeführt worden ist.
7 ist ein Graph zur Darstellung des Verhältnisses zwischen der Korrekturkonstante c (der Korrekturfaktor k × Zeitkonstante τ) und der Zeit zur Ermöglichung des Beginns der Papierzuführung und der Temperaturanstiegszeit bis die Heizwalze 1 die Zieltemperatur einnimmt. Hier bedeutet die Zeit zur Ermöglichung des Beginns der Papierzuführung die Zeitspanne vom Beginn der Zuführung der elektrischen Energie zur Heizwalze 1 bis zur Zeit, zu der die Temperatur der Heizwalze 1 nach Beendigung des Überschießens sich stabilisiert hat. Wie klar zu erkennen ist, zeigt der Graph von 7, daß die Temperaturanstiegszeit für die Heizwalze 1 in dem Fall beginnt länger zu werden als die Zeit für den Beginn der Papierzuführung, in dem keine Korrektur durchgeführt wird, sobald der Korrekturfaktor k beginnt größer als 1,5 zu werden. Eine Konsequenz davon ist, daß die Wirkung einer Korrektur reduziert werden wird, wenn sie vom Standpunkt einer Reduktion der Aufwärmzeit gesehen wird. An der Seite, an der der Korrekturfaktor k kleiner als dies ist, hat die Korrektur den Effekt, daß sie die Aufwärmzeit reduziert auf eine Spanne, die kürzer ist als in dem Fall, in dem keine Korrektur durchgeführt wurde, so lange der Korrekturfaktor einen positiven Wert einnimmt.
Darüber hinaus hat die Zeitkonstante für den Temperatursensor 4 aufgrund der Herstellung individueller Sensoren Abweichungen und auch noch Abweichungen aufgrund der Druckkontaktkraft und der Position für den Kontakt mit der Heizwalze, während die Druckkraft aufgebracht wird. Falls daher die Korrekturkonstante c einen Wert aufweist, der gleich dem gestalteten Wert der Zeitkonstante τ ist, werden einige Fälle auftreten, in denen die Korrekturkonstante c größer wird als die Zeitkonstante τ als Folge derartiger Abweichungen, so daß eine übermäßige Korrektur auftritt, welche einen Anstieg der Aufwärmzeit mit sich bringt. Auch unter diesem Gesichtspunkt ist es wünschenswert, den Korrekturfaktor k gleich 1,5 oder geringer zu halten.
Wie mit Bezug auf 4 beschrieben, hat die Fixiervorrichtung dieser beispielhaften Ausführungsform eine Operationssequenz, in welcher die Fixiervorrichtung beginnt, die Heizwalze 1 in Rotation zu versetzen, nachdem sie eine gewisse vorbestimmte Temperatur eingenommen hat, und die Papierzuführung wird begonnen, nachdem eine vorbestimmte Zeit nach dem Beginn der Rotation abgelaufen ist. In einem derartigen Fall wie diesem durchläuft das Aufzeichnungsmedium 5 nicht die Fixiervorrichtung während einer bestimmten Zeitdauer, nachdem die Heizwalzentemperatur einmal einen vorbestimmten Wert eingenommen hat. Daher mag die Temperatur der Heizwalze 1 aufgrund eines Überschießens oder ähnlichem in einer derartigen Periode Schwankungen aufweisen. Das heißt, es ist für die Reduzierung der Aufwärmzeit effektiv, die Heizwalze 1 so schnell wie möglich auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen, selbst wenn Überschießen dabei auftritt. In einem derartigen Fall ist es daher wünschenswert, den Korrekturfaktor k auf 1 oder kleiner zu setzen, wie bereits schon mit Bezug auf 6 beschrieben worden ist.
Darüber hinaus ist aus 6 entnehmbar, daß eine Korrektur der Verzögerung des Temperatursensors 4 einen spürbaren Effekt für die Reduktion von Überschießen erzeugt. Im Hinblick auf die Reduzierung von Überschießen gesehen, ist der Korrekturfaktor k nur dann effektiv, wenn er auf 0 oder größer festgesetzt ist, und er wird einen spürbaren Effekt erzeugen, wenn er auf 0,3 oder größer festgelegt ist.
Aufgrund der umfangreichen Beobachtungen der oben genannten Punkte ist der Korrekturfaktor k nur dann effektiv, wenn er sich in einem Bereich 0 < k < 1,5 befindet, und er wird einen spürbaren Effekt erzeugen, wenn er sich in einem Bereich von 0,3 < k < 1 befindet.
Falls es gewünscht ist, die Überschießungsmenge innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs zu halten aus Gründen der Sicherheit der Vorrichtung, können die Bedingungen so festgelegt werden, daß nicht nur der Korrekturfaktor k, sondern auch der Wert der Zeitkonstante τ des Temperatursensors 4 berücksichtigt werden. Da die Menge des Überschießens vom Gradienten des Temperaturanstiegs auf der Heizwalze 1 zur Zeit der Aufwärmung abhängt, kann das Überschießen auf in etwa T_o oder weniger gehalten werden, falls der Temperaturgradient, der dargestellt wird durch ΔT_C/Δt, in einem Bereich festgelegt ist, der durch die folgende Ungleichung unter Verwendung des Korrekturfaktors k oder der Zeitkonstante τ ausgedrückt wird: ΔTC/Δt·(1 – k)·τ > To (4 )
Die linke Seite der Ungleichung (4) bedeutet die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur der Heizwalze 1 und der korrigierten Temperatur der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur zum Zeitpunkt einer Aufwärmung in dem Fall, in dem die Temperatur der Heizwalze 1 und diejenige des Temperatursensors 4 mit der Gleichung (1) übereinstimmen. Für den Wert von T_o wird ein Wert von in etwa 5°C oder größer im Hinblick auf die Bedingung ausreichen, daß keine Verzögerung zum Zeitpunkt der Beendigung des Aufwärmungsvorgangs auftritt, während 30°C oder weniger im Hinblick auf die Sicherheit usw. der Vorrichtung geeignet sind.
5. Berechnung der zugeführten elektrischen Energiemenge
5.1.Verfahren zur Berechnung der zugeführten elektrischen Energiemenge
Als nächstes wird das nicht zur Erfindung gehörende beispielhafte Verfahren zur Durchführung einer Rückkopplungssteuerung für die zugeführte elektrische Energiemenge auf der Grundlage der nach dem oben beschriebenen Verfahren korrigierten Temperatur beschrieben. Das unten beschriebene Steuerverfahren setzt einen Wert fest, der durch Addition einer gewissen Konstante zu einem Wert erhalten wird, der bestimmt wurde durch einen proportionalen Steuerungsprozeß als eine Menge der zugeführten elektrischen Energie, und dieser Steuerungsprozeß wird proportionale Steuerung mit Versatz genannt. Das heißt, daß dieser Steuerungsprozeß die Menge der zugeführten elektrischen Energie nach der folgenden Gleichung festlegt: P = G·(T* – TC) + PC (5)worin die der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführte elektrische Energie mit P bezeichnet wird, die Ziel-Temperatur mit T^* ausgedrückt wird, der Energiegewinn mit G bezeichnet wird und der Versatz elektrischer Energie ausgedrückt wird durch P_C. Dieser Steuerungsprozeß kann die Schwankungen in der Menge der zugeführten elektrischen Energie durch Zuführen und Nichtzuführen an elektrischer Energie mittels proportionaler Steuerung reduzieren, wobei dieser Steuerungsprozeß eine Reduzierung der Temperaturwelligkeit bewirkt. Des weiteren kann durch Addition einer elektrischen Versatzenergie dieser Steuerungsprozeß eine konstante Temperaturabweichung reduzieren.
In den mit den Gleichungen (3) und (5) durchgeführten Berechnungen sind die Zieltemperatur T^*, die erfaßte Temperatur T_S, der Korrekturwert T_C der erfaßten Temperatur usw., tatsächlich digitale Werte mit 256 Stufen, da sie einer Analog-Digital-Umwandlung unterzogen worden sind, und die zugeführte elektrische Energie wird durch eine Integralarithmetik-Operation in der CPU erhalten.
Die 8 stellt die Schwankungszustände in der Temperatur auf der Heizwalze 1 mit einem Energiegewinn G und mit einem kleinen Energiegewinn G dar. Falls der Energiegewinn G zu groß ist, besteht eine Tendenz, daß eine übermäßige Reaktion auftritt, falls eine Abweichung von der Zieltemperatur auftritt, so daß die Temperaturwelligkeit stark anwächst, falls aber der Energiegewinn G zu gering ist, besteht eine Tendenz, daß eine konstante Abweichung auftritt, sobald die Rückgewinnungskraft klein wird, wenn eine Abweichung von der Zieltemperatur auftritt. Ein unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen durchgeführtes Experiment hat Resultate gezeigt, die verifizieren, daß sowohl die Temperaturwelligkeit als auch die konstante Abweichung innerhalb eines Bereichs von 1° bis 10° gehalten werden, falls der Energiegewinn G größer als 10 (W/°C), aber kleiner als 100 (W/°C) ist.
5.2. Verfahren zur Ermittlung der elektrischen Versatzenergie
9 ist ein Diagramm zur Darstellung eines geeigneten Weges, wie die elektrische Versatzenergie P_C auszuwählen ist. Wie in 9 gezeigt, sinkt die negative konstante Abweichung durch Zuführen der elektrischen Versatzenergie, während eine positive konstante Abweichung auftritt, wenn die elektrische Versatzenergie im Überschuß zugeführt wird. Im folgenden wird beschrieben, wie die elektrische Versatzenergie P_C erhalten wird und zwar unter Bezugnahme auf ein unter dem in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen durchgeführten Experiments. [Tabelle 1]
Elektrische Versatzenergie

Keine Papierdurchführung 0 bis 70W

Durchführung der ersten Papierhälfte 0 bis 100W

Durchführung der zweiten Papierhälfte 0 bis 120W
Die konstante Abweichung ist am geringsten, wenn die elektrische Versatzenergie P_C und die von der Heizwalze 1 entzogene Wärmemenge einen gleichen Wert aufweisen. Wenn allerdings die von der Heizwalze 1 entzogene Wärmemenge in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur des Bilderzeugungsgeräts, der atmosphärischen Temperatur, der Temperatur der Druckwalze 2, der Wärmekapazität des Aufzeichnungsmediums 5 usw. schwankt, ist es wünschenswert, die elektrische Versatzenergie auf einen Mittelwert festzulegen, der alle diese verschiedenen Schwankungsarten berücksichtigt. Da die von der Heizwalze 1 entzogene Wärmemenge proportional zur Papierdurchführungsgeschwindigkeit und der Papierdurchführungsweite für das Aufzeichnungsmedium ist, ist es angezeigt, einen geeigneten Wert der elektrischen Versatzenergie unter Verwendung von durch die Papierdurchführungsgeschwindigkeit v (mm/sec) und die Papierdurchführungsweite L (mm) normierten Werten zu beschreiben, d.h. P_C /(v·L) und (W·sec/mm²).
Unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen hat es sich als möglich erwiesen, einen günstigen Fixierzustand aufrechtzuerhalten, selbst in einem Zustand, in dem die Umgebungstemperatur in dem Bilderzeugungsgerät und die atmosphärische Temperatur tiefe Temperaturen sind, wobei die Druckwalze 2 sich in einem kalten Zustand befindet, vorausgesetzt, daß der Wert von P_C/(v·L) gleich 0,0025 oder mehr beträgt. Es hat sich des weiteren herausgestellt, daß ein Überhitzungszustand, wie Faltenbildung auf dem Papier, sich selbst zu dem Zeitpunkt nicht einstellt, zu dem die Umgebungstemperatur in dem Bilderzeugungsgerät und die atmosphärische Temperatur hohe Temperaturen sind, wobei die Druckwalze 2 aufgrund der bisherigen Druckvorgänge bis hin zum vorherigen Vorgang weiterhin warm ist, falls der der Wert von P_C/(v·L) gleich 0,025 oder weniger ist.
Die Schwankungen der Umgebungstemperatur im Bilderzeugungsgerät, der atmosphärischen Temperatur und der Temperatur der Druckwalze 2 treten langsam auf, aber die Schwankungen aufgrund der Durchführung des Aufzeichnungsmediums treten plötzlich auf, so daß derartige plötzliche Schwankungen Temperaturwelligkeit erzeugen können. Allerdings ist der Zeitpunkt der Papierdurchführung im voraus bekannt, und es ist daher möglich, die elektrische Versatzenergie um ΔP_C auf P_C2 (P_C2 = P_C + ΔP_C) zu erhöhen, zur Kompensation der entzogenen Wärmemenge, um sie für die Papierdurchführung anzupassen. Diese Korrektur wird wünschenswerterweise auf einen Mittelwert für einen Bereich von durch verschiedene Arten von verwendetem Aufzeichnungsmedium entzogenen Wärmemengen festgesetzt. Die der Heizwalze 1 entzogene Wärmemenge ist proportional zur Papierdurchführungsgeschwindigkeit und der Papierdurchführungsweite des Aufzeichnungsmediums 5, so daß die elektrische Versatzenergie daher mit der Papierdurchführungsgeschwingkeit v (mm/sec) und der Papierdurchführungsweite L (mm) normiert wird, und danach wurde mit dem, unter den in Tabelle 1 gegebenen Bedingungen, durchgeführten Experiment bestätigt, daß es wünschenswert ist, den Wert ΔP_C/(v·L) in einem Bereich von 0,0015 bis 0,015 (W·sec/mm²) festzulegen. Mit einer elektrischen Versatzenergie von 0,0015 oder mehr kann ein günstiger Fixierungszustand selbst dann aufrechterhalten werden, wenn das Aufzeichnungsmedium 5 eine große Wärmekapazität hat und die Fixiervorrichtung eine tiefe Temperatur aufweist. Mit einer elektrischen Versatzenergie von 0,015 oder weniger verursacht die Fixiervorrichtung keinen überhitzten Zustand, wie z.B. Papierknittern, selbst dann nicht, wenn das Aufzeichnungsmedium eine geringe Wärmekapazität hat und die Fixiervorrichtung eine hohe Temperatur aufweist.
Selbst wenn die Temperatur der Heizwalze 1 auf diese Art zu einer Zeit in einem stabilen Zustand gehalten wird, zu der das Aufzeichnungsmedium 5 durch die Fixiervorrichtung läuft, wird der Fixierzustand schlechter, wenn die zweite Hälfte des Aufzeichnungsmediums 5 durchläuft. Diese Verschlechterung der Fixierung tritt auf, da das Aufzeichnungsmedium 5 nicht nur der Heizwalze 1, sondern auch der Druckwalze 2 Wärme entzieht, so daß ein Temperaturabfall auf der Oberfläche des Temperatursensors 4 auftritt. In diesem Fall wird der Druckwalze 2 im Gegensatz zur Heizwalze 1 stetig Wärme entzogen, während das Papier durch die Fixiervorrichtung durchläuft, so daß die Temperatur der Druckwalze 2 nicht wiederhergestellt werden kann, bis die Durchführung des Papiers beendet worden ist. Daher folgt daraus, daß es effektiv ist, die Temperatur der Heizwalze 1 auf einer hohen Temperatur zu halten, wobei zusätzliche Wärme der Heizwalze 1 in progressiv ansteigenden Mengen zugeführt wird, um die Temperaturverminderung auf der Druckwalze 2 zu kompensieren, wenn das Aufzeichnungsmedium 5 zur Fixierung seiner zweiten Hälfte nach vorne bewegt wird. Um die Zuführung der zusätzlichen Wärme während eines Temperatursteuervorgangs durchführen zu können, ist es zulässig, jedes der beiden verfügbaren Verfahren anzuwenden, wobei das eine Verfahren die progressive Temperaturerhöhung der Soll-Temperatur T^* für die zweite Hälfte der Papierdurchführung beinhaltet und das andere Verfahren eine progressive Werterhöhung der elektrischen Versatzenergie P_C für die zweite Hälfte der Papierdurchführung beinhaltet. Ein unter den in Tabelle 1 gegebenen Bedingungen durchgeführtes Experiment hat gezeigt, daß es für das erste Verfahren vorteilhaft ist, die Ziel-Temperatur um einen Bereich von in etwa 1°C bis 5°C zu erhöhen, während es sich für das zweite Verfahren als vorteilhaft erwiesen hat, die elektrische Versatzenergie um ΔP_C2 zu erhöhen, um P_C3 (P_C3 = P_C2 + ΔP_C2) zu erhalten, welche durch die Papierdurchführungsgeschwindigkeit v (mm/sec) und die Papierdurchführungsweite (mm) normiert ist, wodurch ein Bereich von 0,001 bis 0,01 (W·sec/mm) für ΔP_C2/(v·L) erhalten wird. Mit einem Wert von 0,001 oder größer kann ein günstiger Fixierungszustand selbst zu der Zeit aufrechterhalten werden, zu der die Wärmekapazität des Aufzeichnungsmediums 5 groß ist und die Fixierungsvorrichtung eine tiefe Temperatur aufweist. Bei einem Wert von 0,01 oder weniger verursacht die Fixierungsvorrichtung keinen Überhitzungszustand, wie z.B. Papierknittern, selbst wenn die Wärmekapazität des Aufzeichnungsmediums 5 gering ist und die Fixiervorrichtung eine hohe Temperatur aufweist.
5.3. Flußdiagramm zur Berechnung der Menge der zugeführten elektrischen Energie
In diesem Ausführungsbeispiel wird das oben beschriebene Temperatursteuerverfahren durch eine digitale Steuerung mittels einer CPU verwirklicht, wobei 10 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Steuerungssequenz zeigt. Zuerst wird festgelegt, ob die Fixiervorrichtung sich in einem Zustand befindet, in dem kein Aufzeichnungsmedium in ihr vorhanden ist, oder ob sich das Aufzeichnungsmedium in der Fixiervorrichtung mit der ersten Hälfte oder mit der zweiten Hälfte während seiner Durchführung durch die Fixiervorrichtung befindet. Dies kann auf der Grundlage eines Zählwerts eines Zeitgebers beurteilt werden, der den Transportzustand des Aufzeichnungsmediums im gesamten Gerät aufzeigt. In Abhängigkeit vom festgestellten Status wird die elektrische Versatzenergie auf einen der Werte P_C1, P_C2 oder P_C3 eingestellt, wie sie durch das oben beschriebene Verfahren festgelegt worden sind. Daraufhin wird der A/D-Wandler-Wert des Signals des Temperatursensors in die CPU eingegeben, welche diesen Wert für eine Berechnung zur Korrektur der Verzögerung und für eine Berechnung zur proportionalen Steuerung mit einem Versatz verarbeitet. Diese Berechnungen können getrennt voneinander durchgeführt werden, aber es kann die Belastung der CPU bei der Durchführung der Prozeßoperationen reduziert werden, falls die arithmetischen Gleichungen dieser arithmetischen Operationen in einer einzigen arithmetischen Gleichung kombiniert werden. Auf der Grundlage des Ergebnisses dieser arithmetischen Operationen werden die benötigte elektrische Leistungszuführung in einem einzelnen Zyklus, nämlich die Einschaltzeit (die Anzahl der Wellen während der Einschaltzeit) und die Ausschaltzeit (die Anzahl der Wellen während der Ausschaltzeit) festgelegt, wobei mittels dem entsprechend gesetzten Zeitgeber für die entsprechenden Zeiten die an der SSR anliegenden Signale für die entsprechenden Zeiten auf EIN oder AUS gehalten werden.
Die arithmetischen Operationen zur Korrektur einer Verzögerung können mit einem Wert durchgeführt werden, der durch eine Digitalisierung (Ableitung) der Gleichung (2) erhalten wird, wobei die arithmetischen Operationen für die proportionale Steuerung mit einem Versatz mit einem Wert durchgeführt werden können, der durch die Digitalisierung der Gleichung (4) erhalten wird. Da die CPU die arithmetische Operation zur Ermittlung eines Produktes nur einmal und lediglich Additions- und Subtraktionsoperationen mehrere Male zur Ermittlung jeder dieser Berechnungen durchführt, wird nur ein geringer Teil der Rechenzeit der CPU, die den gesamten Apparat steuert, den Prozeßoperationen für die Temperatursteuerung zugewiesen.
5.4. Experimente
[Experiment 1]
Die unten aufgeführte Tabelle 2 gibt Merkmale der für diese erfindungsgemäße Ausführungsform verwendeten Fixiervorrichtung wieder: [Tabelle 2]
Elektrische Versatzleistung

Keine Papierdurchführung 30W

Durchführung der ersten Papierhälfte 45W

Durchführung der zweiten Papierhälfte 55W
Aufgrund des Ergebnisses der gemäß den Merkmalen und den Sequenz von Tabelle 2 durchgeführten Temperatursteuerungsoperationen hat es sich als möglich erwiesen, eine Fixiervorrichtung zu realisieren, welche eine Aufwärmzeit von 15 sec für die Heizwalze hat, eine Temperaturwelligkeit von ± 1°C und eine maximale konstante Abweichung von ± 1,5°C aufweist, und daher eine Fixierung auf eine stabile Art und Weise mit einer sehr geringen Temperaturabweichung durchführen kann, trotz der Tatsache, daß die Aufwärmzeit extrem kurz ist, wobei sich herausgestellt hat, daß die Fixiervorrichtung einen günstigen Fixierzustand unter verschiedenen Umständen, wie der Umgebungstemperatur im Bilderzeugungsgerät und den früher durchgeführten Bilderzeugungsvorgänge, erreichen kann.
Die oben angegebene Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, in welchem ein Proportionalsteuerungsprozeß mit einem Versatz unter Verwendung einer Temperatur T_C durchgeführt wird, welche durch eine Korrektur einer Verzögerung in der Erfassung durch Temperatursensor 4 erhalten wird, wie sie in der Gleichung (5) ausgedrückt oder in der 10 im Flußdiagramm gezeigt ist, und es wurde dadurch bestätigt, daß sowohl der Proportionalsteuerungsprozeß mit einem Versatz als auch ein Steuerungsprozeß der Temperaturerfassungs-Verzögerungskorrektur bei der Beseitigung einer Temperaturwelligkeit und bei der konstanten Abweichung eine spürbare Wirkung erzeugt, selbst wenn sie unabhängig voneinander angewandt werden, d.h., selbst wenn beide nicht kombiniert sind. Daher kann immer einer dieser Steuerungsprozesse in einer, der Prozeßkapazität der CPU oder den Charakteristiken der Vorrichtung, auf welchen der Steuerungsprozeß angewandt wird, angemessenen Art angewandt werden.
6. Verfahren der Zuführung der elektrischen Energie
6.1. Abtastperiode und Energiezuführungsmuster
Als nächstes wird das erfindungsgemäße Verfahren der Zuführung der elektrischen Energie beschrieben Was zuerst zu beschreiben ist, ist ein Verfahren zur Einrichtung einer Festsetzungsperiode für die elektrische Energiemenge, um die Menge der der Heizeinrichtung zuzuführenden elektrischen Energiemenge für eine adäquate Versorgung mit elektrischer Energie innerhalb der so eingerichteten Periode zu bestimmen. Im folgenden wird, eine detaillierte Beschreibung von Begriffen wie erster Periode, zweiter Periode, erster Phase und zweiter Phase und auch der Art und Weise, wie diese Perioden und Phasen für die Zuführung der elektrischen Energie verwendet werden, gegeben.
Die 11 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie in dem erfindungsgemäßen Temperatursteuerungsprozeß. Diese Figur zeigt auf der vertikalen Achse die der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführte Spannung der elektrischen Energie, während die horizontale Achse die Zeit t darstellt. Zuerst tastet das Temperatursteuerungssystem die von Temperatursensor 4 erfaßte Temperatur T_S, der in Kontakt mit der Heizwalze 1 gebracht worden ist, für jede der zweiten Perioden Δt₂ ab, und die CPU 13 legt die zuzuführende Menge elektrischer Energie (welche im folgenden als "Nutzleistung" bezeichnet wird) auf der Grundlage der erfaßten Temperatur T_S fest. Anders ausgedrückt wird die Rückkopplungssteuerung mit der zweiten Periode Δt₂ als eine Einheit durchgeführt. Die zweite Periode der Δt₂ ist in zwei Teile aufgeteilt, d.h. in eine erste Phase Δt₃, in welcher die Zuführung elektrischer Energie erlaubt ist, und in eine zweite Phase Δt₄, in welcher eine Versorgung mit elektrischer Energie nicht erlaubt ist. In der ersten Phase Δt₃ wird ein Vorgang zur Zuführung elektrischer Energie in einer Einheit einer ersten Periode Δt₁ (welche in diesem Beispiel eine Halb-Zyklus-Periode einer Wechselstromwelle einer kommerziellen Wechselstromquelle ist) durchgeführt, welche kürzer als die zweite Periode Δt₂ ist.
Um die Temperatur mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu steuern, ist es wünschenswert, die Rückkopplungssteuerung durchzuführen, bei der die zweite Periode Δt₂ auf in etwa 3 sec oder weniger festgelegt ist, d.h. mit einer Frequenz von nicht weniger als in etwa 1/3 Hz, und häufige Wechsel der Nutzleistung durchzuführen. Ist andererseits eine zweite Periode Δt₂ zu kurz festgesetzt, wird dies eine Reduktion der Anzahl der Wellen bewirken, welche in Form einer Halbwelle in einem Wechselstrom auftreten und in eine zweite Periode Δt₂ eingegeben werden können, mit dem Ergebnis, daß es unmöglich wird, die Stufen der Nutzleistung (d.h. die Menge der zuzuführenden Energie) in kleinere Teile aufzuteilen, und es ist daher wünschenswert, die zweite Periode Δt₂ für eine Dauer von nicht weniger als in etwa 0,2 sec, d.h. 5 Hz oder weniger, festzusetzen.
Je kürzer die erste Periode Δt₁ im Vergleich mit der zweiten Periode Δt₂ ist, desto feiner können die Stufen der Menge der zugeführten elektrischen Energie aufgeteilt werden. Daher ist es möglich, eine Temperatursteuerung mit einem höheren Genauigkeitsgrad durchzuführen. Üblicherweise ist es wünschenswert, daß die erste Periode Δt₁ ein Fünftel oder weniger im Vergleich mit der zweiten Periode Δt₂ beträgt. Falls die erste Periode Δt₁ 1/50 oder weniger im Vergleich mit der zweiten Periode Δt₂ ist, ist es möglich, eine Temperatursteuerung mit einem noch höheren Genauigkeitsgrad durchzuführen. In dieser Hinsicht bleibt festzustellen, daß die erste Periode Δt₁ theoretisch auf einen extremen Grenzwert verkürzt werden kann. Natürlich wird ein gewisser Grenzwert für die Länge der ersten Periode durch Hardware-Bedingungen wie die Antwortgeschwindigkeit des tatsächlich verwendeten Steuerungs-Schaltkreiselements (z.B. eine Halogenlampen-Heizeinrichtung 3) auferlegt. Selbst wenn die erste Periode Δt₁ zu kurz festgesetzt ist, hat die reduzierte Länge der Periode keinen signifikanten Einfluß auf die höhere Genauigkeit in einem tatsächlichen Temperatursteuerungsprozeß.
Der untere Grenzwert der ersten Periode Δt₁, der üblicherweise einen Effekt erzeugt, ist in etwa 1/5000 im Vergleich zur zweiten Periode Δt₂.
Selbst bei dem oben beschriebenen wünschenswerten Bereich für die erste Periode Δt₁ ist es wünschenswerter, daß die erste Periode Δt₁ eine Periode proportional zu einem Halbzyklus einer der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführten Wechselstromwelle annimmt, wie für eine erste Periode Δt₁ für das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel verwendet. Der Grund dafür liegt darin, daß es eine derartige Periode ermöglicht, relativ leichter ein Nulldurchgangssignal zu erhalten, welches mit dem Halbzyklus der Wechselstromwelle synchronisiert ist. Bei Verwendung dieses Nulldurchgangssignals als ein Referenzsignal für die Bildung einer Einheit für die der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zuzuführende Menge elektrischer Energie wird es möglich, eine starke Reduzierung der Komplexität des Steuerschaltkreises und eine Belastung des Steuerprogramms und der von der CPU durchzuführenden Prozeßoperationen zu erreichen. Der spezifische Wert der ersten Periode Δt₁ wird zu einer derartigen Zeit abhängig von der Frequenz der verwendeten Periode Δt₁ zum Beispiel 1/100 sec, 1/50 sec, 3/100 sec, 1/25 sec, 1/10 sec, 3/50 sec und 7/100 sec (was einer Frequenz von 100 Hz, 50 Hz, in etwa 33 Hz, 25 Hz, 20 Hz, in etwa 17 Hz und in etwa 14 Hz entspricht).
Mit der auf diese Weise durchgeführte Steuerung der Zuführung von elektrischer Energie ist es möglich, häufige Änderungen in der Quantität der zugeführten elektrischen Energie für einen vorbestimmten Steuerzyklus durchzuführen, d.h. für jede der zweiten Perioden Δt₂, so daß es möglich ist, sehr feine und stabile Temperatursteuerungen mit diesem Steuerungsprozeß in Kombination mit einem höchstfortschrittlichen Steuerungsprozeß wie der PID-Steuerung durchzuführen. Des weiteren belastet dieses Steuerungsverfahren die CPU wenig, da es für die CPU ausreichend ist, die Berechnungen für die Temperaturerfassung und die Berechnung für die Nutzleistung nur einmal in der zweiten Periode Δt₂ durchzuführen. Daher bietet dieses Steuerungsverfahren den Vorteil, daß die CPU Steueroperationen usw. an anderen Teilen des Geräts zur selben Zeit durchführen kann und daß die CPU der gesamten Einheit des Bilderzeugungsgeräts Temperatursteuerungsoperationen zeitlich zusammenfallend mit anderen Operationen durchführen kann, ohne daß eine eigene CPU ausschließlich für die Temperatursteuerungsoperation nötig ist.
Ferner ist es wünschenswert, daß die Berechnungen der zuzuführenden Menge elektrischer Energie auf der Grundlage der in "5. Berechnung der Menge der zugeführten elektrischen Energie" beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
6.2. Flicker- bzw. Flimmer-Eindrücke
Durch die Einführung der Temperatursteueroperation einer Fixiervorrichtung auf der Grundlage der oben genannten Steuerperiode haben die Erfinder sichergestellt, daß die Temperatur mit einer extremen Genauigkeit in einem stabilen Zustand gehalten werden konnte.
Nun hat sich aber herausgestellt, daß sich unter Umständen ein Flickern bzw. Flimmern in Beleuchtungsgeräten einstellen kann, wenn diese Beleuchtungsgeräte mit der selben elektrischen Energieleitung verbunden sind, mit der eine erfindungsgemäße Fixiervorrichtung oder ein mit einer derartigen Fixiervorrichtung versehenes Bilderzeugungsgerät verbunden ist. Es wurde des weiteren beobachtet, daß dieses Flickern einen unakzeptableren Eindruck in einigen Fällen vermittelte, als wenn der bekannte EIN-AUS-Steuerprozeß durchgeführt wurde.
12 ist ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen an Lichtmenge, die von einer mit derselben elektrischen Leitung verbundenen Leuchtstofflampe abgegeben wird, an die eine Fixiervorrichtung oder ein die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät angeschlossen ist, wenn das oben beschriebene Verfahren zur Zuführung der elektrischen Energie durchgeführt wird. In 12 ist auf der vertikalen Achse die von einer mit derselben elektrischen Leitung wie eine Fixiervorrichtung oder ein mit der Fixiervorrichtung versehenes Bilderzeugungsgerät verbundenen Leuchtstofflampe emittierte Lichtmenge dargestellt, während die horizontale Achse die Zeit t darstellt. Des weiteren sind Δt₁, Δt₂, Δt₃ bzw. Δt₄ Zeitspannen, die der ersten Periode, der zweiten Periode, der ersten Phase und der zweiten Phase (wie in 11 gezeigt) entsprechen.
Es ist deutlich aus der 12 entnehmbar, daß das von der Leuchtstofflampe emittierte Licht Schwankungen in der Quantität erleidet, wenn die Lampe von der Zuführung elektrischer Energie zur Heizeinrichtung der Fixiervorrichtung beeinflußt wird. Diese Lichtmengen-Schwankungen 201 werden vom menschlichen Auge als Flickern empfunden und vermitteln in manchen Fällen unangenehme Eindrücke. Die Lichtmengen-Schwankungen 201 enthalten Schwankungen, die in jeder zweiten Periode Δt₂ auftreten, wie in 12 mit "a" bezeichnet, und solche Schwankungen, welche in jeder der ersten Periode Δt₁ auftreten, wie in 12 mit "b" bezeichnet.
Die Erfindung stellt nicht nur, wie oben mir Bezug auf 11 beschrieben, ein Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie zur Verfügung, sondern hat auch ein Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie derart verwirklicht, daß das Auftreten von Flickereindrücken unter Berücksichtigung der Art und Weise, wie das menschliche Auge das auf die oben beschriebene Art erzeugte Flickern aufnimmt, verhindert wird. Im folgenden wird im einzelnen das Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie unter Vermeidung eines Flickereindruckes beschrieben.
Zuerst wurde eine Studie bezüglich des Verhältnisses zwischen den Schwankungen der Lichtmenge und der Schwankungsfrequenz bezüglich der vom menschlichen Auge aufgenommenen Flickereindrücke durchgeführt, wobei diese Studie die Tatsache aufgedeckt hat, daß die in 13 dargestellte Charakteristiken bestehen. 13 ist ein Diagramm zur Darstellung der Art und Weise, wie ein Flickereindruck, welcher in einer Beleuchtungseinrichtung auftritt, die mit der gleichen Leitung wie eine Fixiervorrichtung oder eine mit einer Fixiervorrichtung versehene Bilderzeugungseinrichtung verbunden ist, von der Schwankungsfrequenz und -menge der Lichtmenge abhängt. Diese 13 zeigt auf ihrer vertikalen Achse die Schwankungsmenge der Lichtmenge (in %), während die Lichtmengen-Schwankungsfrequenz (in Hz) auf der horizontalen Achse dargestellt ist. Der Bereich (A) von 13 ist ein Bereich, in welchem kein Flickereindruck festgestellt werden kann, während der Bereich (B) ein Bereich ist, in welchem ein Flickereindruck schwach wahrgenommen werden kann, und der Bereich (C) ein Bereich ist, in welchem ein, jedoch nicht unangenehmer, Flickereindruck wahrgenommen wird. Darüber hinaus sind die übrigen Bereiche diejenigen Bereiche, bei denen ein unangenehmer Flickereindruck wahrgenommen wird. Die Energiequellenfrequenz für dieses Experiment betrug 60 Hz, es wurde aber das gleiche Resultat erhalten, als ein Experiment mit einer Frequenz von 50 Hz durchgeführt wurde. Des weiteren wurde als eine Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 eine Halogenlampe mit einer Leistung von etwa 300 W bis 700 W verwendet.
Es ist aus 13 entnehmbar, daß ein Flickereindruck stark von der Schwankungsmenge der Lichtmenge in dem Frequenzbereich des Zyklus für jede zweite Periode Δt₂ (in etwa 1/3 bis 5 Hz) abhängt. Andererseits wurde selbst dann kein besonderer unangenehmer Eindruck wahrgenommen, wenn ein Flickern unterhalb des Frequenzbereichs (d.h. in etwa 1/3 Hz oder weniger) wahrgenommen wird, da die Häufigkeit seines Auftretens gering ist. Die EIN/AUS-Steueroperationen wurden bei bekannten Geräten innerhalb dieses Frequenzbereichs durchgeführt.
6.3. Verfahren zur Verhinderung des Flickerns (Teil 1)
Daher wurde im Hinblick auf eine Reduzierung der Schwankungsmenge, die in der von der Beleuchtungseinrichtung emittierten Lichtmenge auftritt, in jeder zweiten Periode Δt₂ der Versuch unternommen, die elektrische Energie intermittierend in der Zuführungsphase Δt₃ der elektrischen Energie in jeder zweiten Periode Δt₂ zuzuführen. Das heißt, die Zuführung elektrischer Energie in der ersten Periode Δt₁ wurde in einem Energiezuführungsmuster durchgeführt, welches aus mindestens einer Einheit der Zuführung elektrischer Energie und mindestens einer Einheit der Nichtzuführung elektrischer Energie besteht, wie noch später unter Bezugnahme auf die 16 beschrieben wird. Anschließend wurde eine Studie der charakteristischen Merkmale in der Schwankungsmenge der von einer Beleuchtungseinrichtung (wie eine Leuchtstofflampe) emittierten Lichtmenge durch solch ein Zuführungsverfahren für elektrische Energie und Variieren der Anzahl der Einheiten der Nichtzuführung elektrischer Energie, d.h. die intermittierenden Intervalle für die Zuführung elektrischer Energie, durchgeführt. Wie in 14 dargestellt, hat die Studie gezeigt, daß die intermittierenden Intervalle für die intermittierende Zuführung elektrischer Energie mit der Schwankungsmenge korrelieren, welche in der Lichtmenge in jeder zweiten Periode Δt₂ auftritt. In 14 ist die in der Lichtmenge auftretende Schwankungsmenge in jeder zweiten Periode Δt₂ in Korrelation mit den intermittierenden Intervallen dargestellt. Im Vergleich mit dem Fall, in dem die elektrische Energie nicht intermittierend zugeführt wird, erreicht die intermittierende Zuführung der elektrischen Energie eine spürbare Reduktion der Schwankungsmenge der Lichtmenge, und zusätzlich sinkt die Schwankungsmenge der Lichtmenge, sobald die Intervalle für die intermittierende Zuführung elektrischer Energie verlängert werden. In Anbetracht eines Abfalls des unangenehmen Empfindens und einer Reduktion der Schwankungsmenge der Lichtmenge ist ermittelt worden, daß die intermittierende Zuführung der elektrischen Energie einen spürbaren Effekt in der Beseitigung der unangenehmen Empfindungen, hervorgerufen durch Flickern aufgrund von Schwankungen der Lichtmenge in jeder zweiten Periode Δt₂, erzeugt.
Eine genauere in 13 dargestellte Studie der Charakteristiken der menschlichen Augen hat die Tatsache ergeben, daß kein Flickern wahrgenommen wird, falls die Schwankungsmenge in der Lichtmenge im Frequenzbereich für jede zweite Periode Δt₂ (d.h. etwa 1/3 bis 5 Hz) etwa 2% oder weniger beträgt, und daß lediglich ein geringes Flickern wahrgenommen wird, falls die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in etwa 3% oder weniger beträgt, und daß ein Flickern wahrgenommen wird, das aber nicht unakzeptabel ist, falls die Schwankungsmenge der Lichtmenge 5% oder weniger beträgt. Aufgrund eines Vergleiches dieses Ergebnisses mit der Beziehung zwischen den Zuführungsintervallen der intermittierenden Energie und der in 14 dargestellten Schwankungsmenge in der Lichtmenge hat sich herausgestellt, daß ein oder mehrere Zuführungsintervalle intermittierender Energie einen Bereich darstellen, in welchem ein Flickern wahrgenommen wird, aber keine unakzeptablen Empfindungen bewirken, und daher für den praktischen Gebrauch kein Problem darstellen, wobei 3 oder mehrere Zuführungsintervalle intermittierender Energie einen wünschenswerten Bereich darstellen, in welchem lediglich ein leichtes Flickern empfunden wird, wobei 4 oder mehr Zuführungsintervalle intermittierender Energie einen wünschenswerteren Bereich darstellen, bei dem überhaupt kein Flickern mehr wahrgenommen wird.
Allerdings treten in einigen Fällen gegensätzliche Wirkungen ein, sobald die Zuführungsintervalle intermittierender Energie weiter verlängert werden, um eine weitere Reduktion des in jeder zweiten Periode Δt₂ auftretenden Flickerns zu erreichen, und zwar die von der intermittierenden Zuführung elektrischer Energie verursachte Flickererscheinungen, d.h. diejenigen Flickererscheinungen, welche in Folge von Schwankungen in der Lichtmenge in jeder ersten Periode Δt₁ auftreten. Im folgenden werden Bedingungen beschrieben, welche das Auftreten derartigen Flickerns verhindern. Die erste Bedingung besteht darin, daß die erste Periode Δt₁ in einem Fall, in welchem keine intermittierende Energiezuführung durchgeführt wird, eine doppelt so hohe Frequenz (zum Beispiel 100 Hz) wie die Frequenz (zum Beispiel 50 Hz) der kommerziellen Wechselspannungsquelle aufweist. Daher hat sich mit Bezug auf den Graph von 13 herausgestellt, daß der diese Bedingung erfüllende Bereich ein Frequenzbereich ist, in welchem eine Schwankung der Lichtmenge selbst dann von menschlichen Augen nicht wahrgenommen wird, wenn in jeder der ersten Periode Δt₁ eine Schwankung der Lichtmenge vorhanden ist. Der Zyklus der ersten Periode Δt₁, welcher bei nichtintermittierender Zuführung von Energie 100 Hz beträgt, wird in etwa 9 Hz vorausgesetzt, daß die Zuführungsintervalle intermittierender Energie zehn Einheiten in Halbwellen betragen, zum Beispiel als Resultat intermittierender Energiezuführung, wobei der Bereich nur dann in einen Bereich versetzt wird, in dem eine Schwankung der Lichtmenge von menschlichen Augen wahrgenommen werden kann.
15 ist ein Diagramm zur Darstellung desjenigen Ausmaßes, auf das die Zuführungsintervalle für Energie verlängert werden können, wobei die 15 die Schwankungsmenge in der Lichtmenge von 14 überlagert auf einen Bereich zeigt, der in 13 zur Verdeutlichung von mehr Einzelheiten vergrößert dargestellt ist. Die 15 zeigt einen Fall, in dem die Frequenz der kommerziellen Wechselspannungsquelle 50 Hz beträgt. Aus der 15 ist klar, daß leichtes Flickern wahrgenommen wird, falls die Frequenz, bei der eine Schwankung in der Lichtmenge auftritt, in etwa 11 Hz oder mehr beträgt, d.h. acht Einheiten oder weniger intermittierender Intervalle. Des weiteren wird in dem Fall kein Flickern wahrgenommen, in dem die Frequenz, bei der in der Lichtmenge eine Schwankung auftritt, in etwa 14 Hz oder mehr beträgt, d.h. sechs Einheiten oder weniger intermittierender Intervalle.
Es ist möglich, durch Flickern verursachtes unakzeptables Empfinden zu verhindern, indem die Zuführung elektrischer Energie in Intervallen derart durchgeführt wird, daß eine Hälfte eines Zyklus des Wechselstroms als eine Einheit genommen wird. Bevorzugt mit drei Einheiten oder mehr, aber mit acht Einheiten oder weniger als Intervalle wird ein Bereich entstehen, in welchem fast kein Flickern wahrgenommen wird. Bevorzugt mit intermittierenden Intervallen aus vier Einheiten oder mehr, aber sechs Einheiten oder weniger wird ein günstigerer Bereich gebildet, in welchem überhaupt kein Flickern mehr wahrgenommen wird.
16 stellt ein Verfahrensbeispiel dar für die Zuführung elektrischer Energie durch intermittierende Zuführung der elektrischen Energie zur Erfüllung dieser Bedingungen. Das in 16 gezeigte Zuführungsmuster elektrischer Energie stellt ein Beispiel dar, in welchem die erste Periode Δt₁ aus fünf Einheiten zusammengesetzt ist, wobei elektrische Energie in einer der fünf Einheiten zugeführt wird, aber in den übrigen vier Einheiten keine elektrische Energie zugeführt wird, wobei dieses Muster "Muster A" genannt wird. Die Anzahl der Einheiten für die Nichtzuführung elektrischer Energie, welche zwischen Energiezuführungseinheiten und der nächsten Energiezuführungseinheit angeordnet sind, wird als intermittierendes Intervall bezeichnet, wodurch das intermittierende Intervall im Muster A gleich vier ist. In der ersten Phase Δt₃ wird elektrische Energie zugeführt mit einem in der ersten Periode Δt₁ wiederholten Muster A. Die Anzahl der Wiederholungen für das Muster A wird auf der Grundlage der Nutzleistung, der Frequenz der kommerziellen Wechselstromquelle, der zweiten Periode Δt₂ und dem Aufbau des Musters A in der ersten Periode Δt₁ festgelegt. In der Zwischenzeit ist die Zuführung elektrischer Energie in der zweiten Phase Δt₄ nicht zugelassen, wobei in dieser Phase die erste Periode Δt₁ aus fünf Einheiten zusammengesetzt ist, wobei alle diese fünf Einheiten der Nichtzuführung elektrischer Energie dienen. Dieses Muster wird als "Muster B" bezeichnet. In der zweiten Phase Δt₄ wird das Muster B mit einer vorbestimmten Anzahl wiederholt. Diese Operation wird in jeder zweiten Periode Δt₂ wiederholt. Die Austastung der von dem Temperatursensor 4 erfaßten Temperatur und die Berechnung der Nutzleistung, die auf der Grundlage der erfaßten Temperatur durchgeführt wird, werden zu jedem Beginn der zweiten Periode Δt₂ durchgeführt.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf ein Experiment eine detaillierte Beschreibung eines spezifischen Prozesses für das Verfahren der Zuführungssteuerung elektrischer Energie für die Ausführung der intermittierenden Zuführung von elektrischer Energie gegeben.
6.4. Experimente
[Experiment 2]
Der Aufbau der Fixiervorrichtung für dieses Experiment ist in Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]
17 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Zuführung elektrischer Leistung in einem zweiten Experiment, welches die vorliegende Erfindung betrifft. In der 17 ist in der vertikalen Achse die Spannung und in der horizontalen Achse die Zeit dargestellt. Beispielsweise wird festgelegt, daß die Nutzleistung 10% beträgt, daß das Muster A ist, daß die zweite Periode eine Sekunde beträgt und die verwendete kommerzielle Wechselstromquelle 60 Hz aufweist. Die zweite Periode Δt₂ = 1 sec ist zusammengesetzt aus 60 × 2 = 120 Einheiten, und da die Nutzleistung 10% beträgt, ist es notwendig, die elektrische Energie in einer Gesamtzahl von zwölf Einheiten in der zweiten Periode Δt₂ zuzuführen. Da das Muster A für die erste Periode Δt₁ vorgesehen ist für die Zuführung elektrischer Energie in einer Einheit aus fünf Einheiten, muß das Muster A 12 mal wiederholt werden, so daß die erste Phase Δt₃ aus 12 × 5 = 60 Einheiten zusammengesetzt ist. Die zweite Phase Δt₄ ist aus 60 Einheiten zusammengesetzt, wobei dies das Ergebnis aus der Subtraktion von Δt₃ von der Gesamtzahl von 120 Einheiten ist, so daß das Muster B 12 mal zu wiederholen ist.
Nun werden unter Bezugnahme auf die 18 und 19 die Steuersignale zur Durchführung der Steuerung für den Fall einer Ausgabe des in 17 gezeigten Musters beschrieben. Die 18 ist ein Flußdiagramm zur Darstellung des gesamten Temperatursteuerungsverfahrens für das zweite Experiment. Bei diesem Experiment wird die elektrische Energie einer kommerziellen Wechselstromquelle mit 60 Hz verwendet und die zweite Periode Δt₂ besteht aus 120 Einheiten, in welcher eine Hälfte eines Zyklus der Wechselstromwelle als eine Einheit genommen wird.
Zuerst wird in dem Schritt 1 der Anfangswert für den Zählwert n für die gesamte zweite Periode Δt₂ festgesetzt. Für die Anfangseinheit der 120 Einheiten der zweiten Periode Δt₂ wird der Zählwert n vom Zeitgeber auf 119 festgesetzt. Im Schritt 2 wird sichergestellt, ob der Zeitgeber für 1/120 sec gestartet ist, um den folgenden Prozeß einmal in 1/120 sec durchführen zu können. Falls der Zähler in Betrieb gesetzt worden ist, wird zu dem Schritt 3 weitergegangen, aber falls der Zähler nicht in Betrieb gesetzt worden ist, d.h., falls 1/120 sec noch nicht verstrichen sind, wird der Schritt 2 wiederholt, und es wird das Einschalten des Zeitgebers abgewartet. Im Schritt 3 wird festgestellt, ob die Operation die anfängliche Einzeloperation von 120 Operationen in einer Sekunde ist. Wenn die Operation die anfängliche Einzeloperation ist, was mit J festgelegt wird, dann schreitet die Operation zur Routine (1) fort zur Feststellung der Nutzleistung und für die Zuteilung des Energiezuführungsmusters.
19(a) ist ein Diagramm zur Darstellung der Routine (1) des zweiten Experiments (18). Im Schritt (1)-1, wird die die zuzuführende elektrische Energiemenge darstellende Nutzleistung berechnet auf der Grundlage der Daten der erfaßten Temperatur als Eingabe in die CPU unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens. Wenn die Nutzleistung, die für das Experiment 1 berechnet wurde, 10% beträgt, was dem Wert der Nutzleistung von 16 entspricht, ist die Entscheidung von Schritt (1)-2 J. Auf diese Weise wird im Schritt (1)-2 bestimmt, welcher Prozentsatz für die Nutzleistung berechnet worden ist, und die Operation zweigt ab, um für jede Nutzleistung ein geeignetes Zuführungsmuster an elektrischer Energie zu bilden. In dem Fall, in dem die Nutzleistung 20% oder mehr zu diesem Moment beträgt, wird ein Zuführungsmuster für elektrische Energie für 20% oder mehr angewandt und die Operation geht weiter zur Routine (2). Die Beschreibung für die Routine (2) wird später im Zusammenhang mit dem Experiment 5 gegeben. Als nächstes wird im Schritt (1)-3 ein Befehl gegeben, um die Nutzleistung auf 10% zu setzen, d.h., eine Taktzuweisung für die Zuführung elektrischer Energie in zwölf Energiezuführungseinheiten. Das bedeutet, daß das Muster A in der ersten Periode Δt₁ festgesetzt werden soll.
19(b) ist ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Zählwert 0 bis Zählwert 4, was im Zusammenhang mit Schritt (1)-3 in 19(a) beschrieben ist, und einer Hälfte eines Zykluses der Wechselstromwelle. Die 19(b) zeigt in der Vertikalachse die der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 der Fixiereinheit zugeführte elektrische Spannung, während in der horizontalen Achse die Zeit t dargestellt ist. Die erste Periode Δt₁ ist aus fünf Einheiten zusammengesetzt, wobei die erste Einheit 101 als Zählwert 0, die zweite Einheit 102 als Zählwert 1, die dritte Einheit 103 als Zählwert 2, die vierte Einheit 104 als Zählwert 3 und die fünfte Einheit 105 als Zählwert 4 festgelegt ist. Anschließend werden die Einheiten der Zählwerte 1 bis 4 auf 0 gesetzt und der berechnete Wert von 120 × Nutzleistung wird in der Zählwertung dem Zählwert U zugeordnet. Dieser Wert 120 repräsentiert die Anzahl der Einheiten, die in der zweiten Periode Δt₂ = 1 Sekunde vorhanden sind, da die Nutzleistung 10% beträgt, hat sich herausgestellt, daß 120 × Nutzleistung = 120 × 0,1 = 12 ist. Allgemein wird der berechnete Wert von d × 2 × Δt₂ × Nutzleistung in den Zählwert 0 aufgenommen, wobei d die Frequenz der Wechselstromquelle und Δt₂ die Zeit der zweiten Periode ist. Zu dieser Zeit wird der berechnete Wert auf die nächste ganze Zahl gerundet durch Zählen von Bruchstücken von 0,5 und mehr als eine Einheit, wobei der Rest in dem Fall abgeschnitten wird, in dem der Wert nicht eine ganze Zahl ist. Die oben beschriebene Routine (1) ist einmal in einer Sekunde durchzuführen.
Dann wird in den in 17 gezeigten Schritten 4 bis 7 festgestellt, ob für die momentane eine Einheit elektrische Energie zuzuführen ist oder nicht. Bei den Schritten 4-1 bis 4-4 und bei dem Schritt 5 wird festgestellt, welche der fünf Einheiten der ersten Periode Δt₁ und durch den Zählwert n des Zählers angezeigt wird, und es wird entschieden, welcher der Zählwerte 0 bis 4 dementsprechend heranzuziehen ist. Bei Schritt 5 wird die Operation zum Schritt 8 weitergegeben und zwar ohne Zuführung elektrischer Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 in dem Fall, in dem der entsprechende Wert 0 ist, aber es wird elektrische Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 bei Schritt 6 zugeführt, falls festgestellt worden ist, daß der betreffende Wert nicht 0 ist. Die Operation geht weiter zu Schritt 7 und der entsprechende Zählwert wird um 1 reduziert.
Wenn die CPU die Verarbeitungsoperationen bis Schritt 7 beendet hat, stellt sie in Schritt 8 sicher, daß der Zählwert n nicht 0 ist, d.h., daß der Zählwert n nicht die Endeinheit der zweiten Periode anzeigt. Dann zieht in Schritt 2 die CPU 1 von dem vorhandenen Zählwert n im Zähler ab und kehrt wieder zu Schritt 2 zurück. Falls die CPU bei Schritt 8 feststellt, daß der Zählwert n = 0 ist, d.h., daß die entsprechende Einheit die Endeinheit der zweiten Periode Δt₂ ist, setzt die CPU den Zähler wieder n = 119 und kehrt zu Schritt 2 zurück. Mit der Durchführung einer Reihe von Prozeßoperationen durch die CPU wird das in 17 gezeigte Zuführungsmuster der elektrischen Energie verwirklicht.
Mit der Durchführung der Steuerung der elektrischen Energiezuführung auf der Grundlage dieses Flußdiagramms ist es ausreichend, die Berechnung für die Temperaturerfassung und die Nutzleistung nur einmal für jede zweite Periode Δt₂ (eine Sekunde) durchzuführen, und zusätzlich kann dieser Steuerungsprozeß durchgeführt werden mit einem geringen Berechnungsumfang und, da es möglich ist, in der Periode ein Zuführungsmuster für die elektrische Energie der Durchführung nur eines Programms festzulegen, benötigt das System keine Speichervorrichtung mit einer großen Kapazität, ist aber in der Lage, elektrische Energie mit verschiedenen Nutzleistungen lediglich durch aus Wiederholungen bestehenden Steueroperationen durchzuführen. Daher kann dieser Steuerungsprozeß eine feine und präzise Temperatursteuerung durchführen und ebenfalls die Belastung der CPU reduzieren.
Bei einer Fixiervorrichtung, die eine Heizeinrichtung geringer Wärmekapazität und großer elektrischer Energieeffektivität zur Reduzierung der Aufwärmzeit hat, wie es bei diesem Experiment der Fall ist, ist nach der Beendigung eines Überschießens im Anschluß an die Vollendung der Aufwärmoperation die Ausgangsnutzleistung extrem klein. Während der eigentlichen Operation weist die Nutzleistung in den meisten Fällen Werte in einem Bereich von 10% bis 20% auf, und es tritt daher kaum der Fall ein, in dem das Steuerungssystem die in 18 gezeigte Routine (2) ausführt. Ein Fall, in dem die Routine (2) ausgeführt wird, ist dann gegeben, wenn ein spezielles Aufzeichnungsmedium, wie ein besonders dickes Papierblatt oder ein besonders dicker Umschlag oder ähnliches durch die Vorrichtung durchgeführt wird, wie es im Experiment 5 der Fall ist, was später beschrieben wird.
Bei dem oben angegebenen Experiment 3 wird ein Verfahren beschrieben, das mit einem intermittierenden Intervall von vier Einheiten arbeitet, welches einer der wünschenswerten Bereiche des intermittierenden Intervalls ist, und es wurden die Flickereindrücke beobachtet, die zu dieser Zeit auftraten. 20(a) und 20(b) sind Diagramme zur Darstellung der Lichtmengenschwankungen 202 und auch der Zuführungsmuster für elektrische Energie, die in einer Leuchtstofflampe auftraten, die mit der gleichen elektrischen Leitung verbunden war, an der auch eine Fixiervorrichtung der in Experiment 2 beschriebenen Konstruktion oder ein eine derartige Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät angeschlossen waren. 20(a) stellt diejenigen Schwankungen dar, die in der Lichtmenge entsprechend zur zweiten Periode Δt₂ auftreten, während die 20(b) diejenigen Schwankungen darstellt, welche in der Lichtmenge entsprechend der ersten Periode Δt₁ auftreten. In beiden Figuren stellt die vertikale Achse die Lichtmenge dar, während die horizontale Achse die Zeit t wiedergibt. In 20(a) ist die Lichtmengenschwankung mit 202 bezeichnet und der Maximalwert ΔE2 für die Schwankung in der zweiten Periode Δt₂ ist so klein wie 1,6%, was dem Bereich A von 13 entspricht. In 20(b) ist der Maximalwert ΔE1 für die Schwankung in der Schwankungsmenge der Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ gleich 0,6% und die Frequenz der Schwankung in der Lichtmenge ist so hoch wie 24 Hz (was 20 Hz entspricht, wenn es für einen Fall konvertiert wird, in welchem eine elektrische Energie mit 50 Hz zugeführt würde), wobei diese Frequenz dem Bereich A von 15 entspricht.
Mit dem erfindungsgemäßen Temperatursteuerungsverfahren für die Fixiervorrichtung ist es möglich, in einer mit der gleichen Energieleitung verbundene Leuchtstofflampe auftretende Flickererscheinungen zu verhindern und auch einen günstigen Fixierzustand zu erreichen. Des weiteren bietet dieser Steuerungsprozeß einen weiteren Vorteil dahingehend, daß die Lebensdauer der Halogenlampen-Heizeinrichtung verlängert ist, da der Stromstoß für die Halogenlampen-Heizeinrichtung zu dem Zeitpunkt abfällt, zu dem die Zuführung der elektrischen Energie eingeleitet worden ist.
Ferner kann das intermittierende Intervall weiter verkürzt werden wenn eine größere Nutzleistung benötigt wird. Dies ist dann der Fall, wenn für den Aufbau einer Fixiervorrichtung eine größere elektrische Energie benötigt wird. Es kann zum Beispiel der Fall sein, in dem die Papierdurchführungsgeschwindigkeit größer als die in Tabelle 3 gezeigte Geschwindigkeit ist, in dem Fall, in dem die Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 mit einer elektrischen Energie arbeitet, die kleiner als die in Tabelle 3 gezeigte elektrische Energie ist, oder in dem Fall, in dem ein besonders dickes Aufzeichnungsmedium durch die Vorrichtung durchgeführt wird. Des weiteren ist es effektiv, das intermittierende Intervall zu verlängern, im vorliegenden Fall ist es ausreichend, die Vorrichtung mit einer geringeren Nutzleistung zu betreiben. Beispielsweise ist ein derartiger Fall gegeben, bei dem es ausreichend ist, der Fixiervorrichtung eine geringere elektrische Energie zuzuführen aufgrund des Aufbaus der Fixiervorrichtung, nämlich in dem Fall, in dem die Papierdurchführungsgeschwindigkeit geringer als die in Tabelle 3 gezeigte Geschwindigkeit ist, oder in dem Fall, in dem die Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 mit einer größeren elektrischen Energie arbeitet als die in Tabelle 3 dargestellte elektrische Energie.
[Experiment 3]

Als nächstes wird das dritte Experiment beschrieben. Dieses Beispiel verwendet eine Halogenlampen-Heizeinrichtung mit einer größeren Kapazität für elektrische Energie als Ersatz für eine Halogenlampen-Heizeinrichtung mit 350 W, die in Beispiel 2 verwendet worden ist, mit einer Temperatursteuerung, die ähnlich derjenigen von Experiment 2 ist und mit einer geringen Nutzleistung durchgeführt wird. Der Aufbau der prinzipiellen Teile dieser Fixiervorrichtung ist unten in der Tabelle 4 angegeben (es ist hier zu bemerken, daß die Punkte unter mit der Tabelle 3 gleichen Bedingungen hier nicht noch einmal aufgeführt worden sind, solange sie nicht wesentliche Punkte der Konstruktion sind. [Tabelle 4]

Halogenlampenleistung	500W
Steuerzyklus (zweite Periode)	1 sec
Erste Periode Δt₁	5 Einheiten
Muster in der ersten Periode (Energie in einer Einheit zugeführt, Energie in vier Einheiten nicht zugeführt, intermittierendes Intervall 4)	A
Muster in der zweiten Periode (Energie nicht in fünf Einheiten zugeführt)	B
Nutzleistung	5%

21(a) und (b) sind jeweils Diagramme zur Darstellung der Lichtmengenschwankungen 203, welche in einer mit der gleichen elektrischen Leitung wie eine Fixiervorrichtung oder eine die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät verbundene Leuchtstofflampe auftreten, wenn ein Temperatursteuerprozeß mit einer erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung der in Experiment 3 beschriebenen Art durchgeführt wird, und dienen auch zur Darstellung der zu diesem Zeitpunkt arbeitenden Zuführungsmuster der elektrischen Energie. 21(a) zeigt die Schwankungen, die in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ auftreten, während 21(b) diejenigen Schwankungen zeigt, welche in der Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ auftreten. Beide Figuren zeigen auf der vertikalen Achse die Lichtmenge und auf der horizontalen Achse die Zeit t. Der Maximalwert ΔE12 für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ beträgt 2,5%, was dem Bereich B von 13 entspricht. Ferner ist der Maximalwert ΔE11 für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ gleich 0,6%, und die Frequenz für die Schwankungen der Lichtmenge ist so hoch wie 24 Hz (was 20 Hz entspricht, wenn es umgerechnet wird auf einen Fall, in dem eine Wechselstromquelle mit 50 Hz verwendet werden würde), und diese Frequenz entspricht dem Bereich (A) von 15.
Obwohl die Fixiervorrichtung bei diesem Aufbau eine Halogenlampen-Heizeinrichtung verwendet, die mit einer höheren maximalen Ausgabeleistung arbeitet, entsprach der Eindruck des aufgrund der Betreibung dieser Fixiervorrichtung auftretenden Flickerns demjenigen des Bereichs (B) von 15. Des weiteren wurde die für die Aufwärmoperation zu diesem Zeitpunkt benötigte Zeit um in etwa 2,5 Sekunden reduziert bezogen auf die Aufwärmzeit des Experiments 2. Darüber hinaus war der Abfall der Temperatur gering während der Durchführung des Aufzeichnungsmediums und die zugeführte elektrische Energie kann eine geringe Nutzleistung aufweisen. Selbst falls es sichergestellt ist, daß große elektrische Energie zugeführt wird, um ein großes Überschießen oder eine starke Temperaturwelligkeit zu erzeugen, wird es möglich sein, eine geeignete Steuerung durchzuführen durch die Maßnahme des Änderns einer Steuerkonstante, weil dieser Steuerungsprozeß mit einem derartigen hochfortschrittlichen Steuerungsprozeß wie PID-Steuerung kombiniert werden kann.
[Experiment 4]

Im Experiment 4 wurde ein Steuerverfahren mit einem intermittierenden Intervall durchgeführt, das länger war als dasjenige von Experiment 3. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist in der Tabelle 5 aufgeführt. [Tabelle 5]

Halogenlampenleistung	500W
Steuerungszyklus (zweite Periode)	1 sec
Erste Periode Δt₁	6 Einheiten
Muster in der ersten Periode (Energie während einer Einheit zugeführt, Energie während fünf Einheiten nicht zugeführt, intermittierendes Intervall 5)	C
Muster in der zweiten Periode (Energie nicht in sechs Einheiten zugeführt)	D
Nutzleistung	5%

Die 22(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Lichtmengen-Schwankungen 204, die in einer Leuchtstofflampe auftreten, die mit der selben elektrischen Leitung verbunden ist, mit der auch eine Fixiervorrichtung oder eine die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät verbunden sind, wenn ein Temperatursteuerungsprozeß durchgeführt wird in einer erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung, deren Konstruktion derjenigen von Experiment 4 entspricht. Die 22(a) zeigt dabei die Schwankungen, die in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ auftreten und ein Zuführungsmuster der elektrischen Energie in der zweiten Periode während seiner Tätigkeit, während die 21(b) die Schwankungen zeigt, deren Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ auftreten und ein Zuführungsmuster der elektrischen Energie in der ersten Periode während seiner Ausführung. In jeder dieser beiden Figuren ist die vertikale Achse die Lichtmenge und die horizontale Achse die Zeit t. Der Maximalwert ΔE22 für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ beträgt 2%, was dem Bereich (A) von 13 entspricht. Des weiteren beträgt der Maximalwert ΔE21 für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ 0,8%, die Frequenz für die Schwankung in der Lichtmenge ist dabei so hoch wie 20 Hz (was in etwa 17 Hz entspricht, wenn es auf eine Wechselstromquelle mit 50 Hz umgerechnet wird), wobei diese Frequenz dem Bereich (A) von 15 entspricht. Obwohl diese Fixiervorrichtung einen Aufbau zeigt, der eine Halogenlampen-Heizeinrichtung verwendet, die mit einer größeren elektrischen Energiemenge arbeitet, war der Eindruck des Flickerns günstig, obwohl das Steuerverfahren mit einem intermittierenden Intervall von fünf Einheiten durchgeführt wurde.
[Experiment 5]
Als nächstes wird das fünfte Experiment beschrieben, in welchem eine hohe Nutzleistung erreicht wird bei der Durchführung eines besonders dicken Aufzeichnungsmediums oder eines besonders dicken Umschlags oder ähnlichem durch die Fixiervorrichtung. Der Aufbau dieser Fixiervorrichtung dieses Experiments ist in der Tabelle 6 gezeigt.

[Tabelle 6]

Halogenlampenleistung	350W
Steuerungszyklus (zweite Periode)	1 sec
Erste Periode Δt₁	5 Einheiten
Muster in der ersten Periode (Energie in zwei Einheiten zugeführt, Energie in drei Einheiten nicht zugeführt)	A'
(Energie in einer Einheit zugeführt, und Energie in vier Einheiten nicht zugeführt)	und A

Muster in der zweiten Periode	keines
Nutzleistung	30%

Der maximale Grenzwert der Nutzleistung wird in dem Fall 20% betragen, bei dem die Temperatursteuerung der ersten Periode Δt₁, die aus fünf Einheiten zusammengesetzt ist, und in dem Muster A der ersten Periode durchgeführt wird, wie bei dem Aufbau der Fixiervorrichtung des Experiments 2. Falls allerdings die Nutzleistung 20% übersteigt, ist es möglich, mit diesen Bedingungen in geeigneter Weise umzugehen, indem die Zuführung elektrischer Energie für mehrere Einheiten in vier Einheiten für die Nichtzuführung von elektrischer Energie eingegeben wird. 23 ist ein Diagramm, welches das Zuführungsmuster für elektrische Energie für das Experiment 5 darstellt. Die in 23 gezeigte zweite Periode Δt₂ enthält lediglich die erste Phase Δt₃. In Δt₃ werden die zwei unterschiedlichen Muster, d.h., das Muster A und das Muster A', für die Zuführung elektrischer Energie zur Halogenlampeneinrichtung verwendet, wie in der Figur gezeigt.
Als nächstes wird mit Bezug auf das Steuersignal für die Durchführung der Steuerung im Fall der Ausgabe der in 23 gezeigten Muster unter Bezug auf die 18, 19 und 24 eine Beschreibung gegeben. Die 24 ist ein Diagramm zum Erhalten derjenigen Zuführungsmuster für elektrische Energie für einen Fall, in welchem in diesem Experiment Operationen mit einer hohen Nutzleistung durchzuführen sind, und auch zur Darstellung der zu diesem Zeitpunkt in der ersten Periode Δt₁ verwendeten Zuführungsmuster der elektrischen Energie.
Zuerst werden die Schritte 1 (in 18 gezeigt) bis (1)-1 (in 19 gezeigt) in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Anschließend wird bei dem in 19 gezeigten Schritt (1)-2 festgestellt, ob die im Schritt (1)-1 berechnete Nutzleistung 20% oder weniger beträgt. Wenn die Entscheidung N ist, ist die in 24 gezeigte Routine (2) auszuführen (bei diesem Experiment 5 beträgt die Nutzleistung 30% und die Operation zweigt daher zur Ausführung der Routine (2) ab). In Schritt (2)-1 wird festgestellt, ob die Nutzleistung einen noch höheren Wert, wie 40%, 60% oder 80% oder sogar noch mehr aufweist. Bei dem Experiment 5 beträgt die Nutzleistung 30%, so daß Nutzleistung = 0,3 gilt und die Entscheidung beim Schritt (2)-1-1 ist J und die Operation geht zum Schritt (2)-2 weiter. Beim Schritt (2)-2 sendet die CPU einen Befehl aus zur Annahme eines Taktes. Die CPU führt die Annahme von Zählwert 0 bis Zählwert 4 in der gleichen Weise durch wie bei Schritt (1)-3 in 19 gezeigt, und, da die Nutzleistung in diesem Experiment 5 30% beträgt, beträgt der Wert der Zählung 0=24 und der Wert der Zählung 2=12. Falls der berechnete Wert zu diesem Zeitpunkt keine ganze Zahl ist, wird der berechnete Wert zur nächsten ganzen Zahl gerundet mittels Zählschritten von 0,5 und mehr als eine Einheit und durch Abschneiden des Restes.
Die 24(b) zeigt die Muster A' bis Muster G in Darstellung von Zuführungsmustern der elektrischen Energie in Abstimmung mit verschiedenen Nutzleistungen. Auf diese Weise wird die Zuführung elektrischer Energie in einer Einheit in geeigneter Weise in der ersten Periode Δt₁ erfüllt. Die oben beschriebene Routine (2) wird einmal in einer Sekunde ausgeführt und die Operation geht weiter zu Schritt 4-1, der in 20 gezeigt ist. Da dies eine einfache Routine ist, belastet sie weder die CPU, noch bewirkt sie irgendeine Verzögerung der Prozeßgeschwindigkeit.
Die 25(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Lichtmengen-Schwankungen 205, welche in einer Leuchtstofflampe auftreten, die mit der gleichen elektrischen Leitung verbunden ist, wie eine Fixiervorrichtung oder ein die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät, wenn die Temperatursteuerung dieses Experiments durchgeführt wird. In 25(a) stellt ein Diagramm die Schwankungen dar, welche in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ auftreten und die Zuführungsmuster elektrischer Energie in der zweiten Periode, während die 25(b) ein Diagramm ist zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge in der ersten Periode Δt₁ auftreten, und die Zuführungsmuster der elektrischen Energie der ersten Periode. Beide Vertikalachsen dieser 25(a) und (b) stellen die Lichtmengen dar, während jede horizontale Achse die Zeit t wiedergibt. Der Maximalwert ΔE32 Für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge in der zweiten Periode Δt₂ beträgt 1,6%, was dem Bereich (A) in 13 entspricht. Zusätzlich treten die Lichtmengen-Schwankungen in der ersten Periode Δt₁ nur in dem Muster A bei einem intermittierenden Intervall von größer als 2 auf, weil der Maximalwert ΔE31 für die Lichtmengen-Schwankungen 0,6% beträgt und die Frequenz für die Lichtmengen-Schwankung 24 Hz ist (was 20 Hz entspricht, wenn das auf eine Wechselstromquelle mit 50 Hz umgewandelt würde), wobei diese Frequenz dem Bereich A von 15 entspricht. Selbst wenn die Nutzleistung hoch ist, vermittelt das Flickern im Licht der Leuchtstofflampe, die mit der gleichen Energieleitung verbunden ist wie eine Fixiervorrichtung und eine die Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät, einen günstigen Eindruck.
6.5. Verfahren zur Verhinderung des Flickereindrucks (Teil 2)
Nun wird ein anderes Temperatursteuerverfahren beschrieben werden für ein Verfahren zur Zuführung elektrischer Energie zu einer Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 auf der Grundlage einer vorbestimmten zuzuführenden elektrischen Energiemenge P. Dies ist ein Verfahren zur geschickten Durchführung der Versorgung einer Heizeinrichtung mit elektrischer Energie mit besonderen intermittierenden Intervallen, ohne irgendeine Periode festzusetzen zur Bestimmung der elektrischen Energiemenge. Das bedeutet, dieses Verfahren zeigt eine Anwendung des Prinzips, das die intermittierende Zuführung elektrischer Energie, wie in "6-3. Verfahren zur Verhinderung des Flickereindrucks (Teil 1)" beschrieben, effektiv für die Flickerverhinderung ist bei einem Temperatursteuerverfahren mit dem EIN/AUS-Steuerprozeß, selbst in dem Fall, in dem die Fixiervorrichtung den Steuerzyklus für die zweite Periode Δt₂ aufweist.
Mit Bezug auf die 13 hat sich herausgestellt, daß der EIN/AUS-Steuerprozeß einen Bereich (C) erzeugt, in welchem eine Flickererscheinung wahrgenommen wird, obwohl dies noch nicht unakzeptabel ist, und zwar in dem Fall, in dem die Schwankungsmenge in der Lichtmenge groß ist. Das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren soll dazu dienen, einen extrem günstigen Zustand ohne jegliches Flickern mittels Durchführung intermittierender Zuführung elektrischer Energie zu erzielen, wodurch die Schwankungsmenge der Lichtmenge reduziert wird.
Zuerst wird, wie oben mit Bezug auf die 13 und 14 beschrieben, ein intermittierendes Intervall für die Zuführung elektrischer Energie auf vier Einheiten und mehr festgesetzt. Dann kann die Schwankungsmenge in der Lichtmenge zu der Zeit auf 2% oder weniger reduziert werden, zu der eine Änderung vom AUS-Zustand zum EIN-Zustand bei dieser Ausführungsform ausgeführt wird. Das hat zum Ergebnis, daß kein Flickern wahrgenommen wird. Zweitens wird, wie bereits früher mit Bezug auf 15 angegeben, das intermittierende Intervall für die Zuführung elektrischer Energie auf sechs Einheiten oder weniger festgesetzt. Dabei wird ein von der Lichtmengen-Schwankung in der ersten Periode Δt₁ verursachtes Flickern nicht wahrgenommen.
Daher ist es möglich, ein Temperatursteuerverfahren zu realisieren, welches überhaupt kein Flickern bewirkt, einschließlich eines EIN/AUS-Steuerprozesses, durch Ausführen der Versorgung mit elektrischer Energie in der intermittierenden Art mit einer Hälfte eines Zykluses einer Wechselstromwelle als eine Einheit genommen und durch Setzen dieses intermittierenden Energieversorgungsintervalls von vier Einheiten auf sechs Einheiten in einer Hälfte eines Zykluses einer Wechselstromwelle.
6.6. Beispielsexperimente
[Experimentbeispiel 6]

Als sechstes Experiment wird ein spezielles Beispiel eines Falles beschrieben, in welchem die intermittierende Zuführung elektrischer Energie durchgeführt wird mit einer EIN/AUS-Steuerung, welches überhaupt keine Periode zur Festlegung der elektrischen Energiemenge aufweist. Der Aufbau der Fixiervorrichtung dieses Beispiels ist in Tabelle 7 angegeben. Diesbezüglich ist zu bemerken, daß die grundlegenden Teile der Konstruktion, außer den hier besonders genannten, mit denjenigen von Tabelle 2 übereinstimmen. Da hier des weiteren keine Periode der Feststellung der elektrischen Energiemenge vorhanden ist, existieren weder die zweite Periode Δt₂ noch die Nutzleistung, die in Tabelle 2 gezeigt sind, in diesem sechsten Experiment. [Tabelle 7]

Halogenlampenleistung	500W
Temperatursteuerungsverfahren	EIN/AUS-Steuerung
Erste Periode Δt₁	fünf Einheiten
Muster während der EIN-Zeit (Energie während einer Einheit zugeführt, Energie während keiner der vier Einheiten zugeführt, intermittierendes Intervall 5)

26(a) und (b) sind Diagramme zur Darstellung der Lichtmengen-Schwankungen 206, welche in dem von einer Leuchtstofflampe emittierten Licht auftreten, die mit der selben elektrischen Leitung verbunden ist, mit der auch eine Fixiervorrichtung oder ein eine Fixiervorrichtung verwendendes Bilderzeugungsgerät angeschlossen sind, wenn die Temperatursteuerung in diesem Experiment durchgeführt wird. Die 26(a) ist ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen, welche in der Lichtmenge auftreten, und des Zuführungsmusters für die elektrische Energie zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Umschalten vom AUS- zum EIN-Zustand in der EIN/AUS-Steuerung durchgeführt wird, während die 26(b) ein Diagramm zur Darstellung der Schwankungen ist, die in der Lichtmenge der ersten Periode Δt₁ auftreten, sowie das Zuführungsmuster der elektrischen Energie für die erste Periode. In beiden Figuren zeigt die jeweilige Vertikalachse die Lichtmenge, während die jeweilige horizontale Achse die Zeit t darstellt. Der Maximalwert ΔE42 für die Schwankungsmenge in der Lichtmenge während einer einzelnen EIN/AUS-Operation beträgt 1,6%, und dieser Wert entspricht dem Bereich (A) von 13. Des weiteren beträgt der Maximalwert ΔE41 für die Schwankung in der Lichtmenge der ersten Periode Δt₁ 0,6%. In diesem Fall betrug die Frequenz für die Schwankung in der Lichtmenge 24 Hz (was 20 Hz entspricht, wenn dies auf eine Wechselstromquelle mit 50 Hz umgerechnet wird), wobei aber diese Frequenz dem Bereich (A) von 15 entspricht. In diesem Zustand wurde kein Flickern im Licht der Leuchtstofflampe erfaßt, die mit derselben elektrischen Leitung wie die Fixiervorrichtung oder mit einem mit einer Fixiervorrichtung versehenen Bilderzeugungsgerät verbunden ist.
Darüber hinaus ist in dieser Beziehung zu bemerken, daß eine Leuchtstofflampe als ein Beispiel einer Beleuchtungseinrichtung genommen wurde, die einen Flickereindruck vermittelt, daß aber eine ein Flickern erzeugende Beleuchtungseinrichtung nicht auf eine Leuchtstofflampe begrenzt ist. Die Erfindung wird daher einen ähnlichen Effekt erzeugen, selbst in dem Fall, in dem die Geräte derartige Beleuchtungsgeräte sind wie eine Entladungslampe, eine Glühlampe oder Anzeigeeinheiten für diese Vorrichtungen wie ein Fernsehgerät und ein Projektor.
7. Sequenzsteuerung
Im folgenden wird die Beschreibung eines Sequenzsteuerverfahrens gegeben, welches ein beispielhaftes Temperatursteuerverfahren darstellt, und welches die Zieltemperatur den Umständen entsprechend geeignet ändert und wobei diese Temperatursteuerverfahren nicht Teil der Erfindung ist.
7.1. Umschaltung der Steuertemperatur (Hochtemperaturmodus und Tieftemperaturmodus)
In einer Fixiervorrichtung der oben beschriebenen Art hängt der Zustand, der die Durchführung eines Fixiervorgangs mit günstigen Eigenschaften sichert, sowohl von der Temperatur der Heizwalze 1 als auch von der Temperatur der Druckwalze 2 ab. Die 27 zeigt einen günstigen Fixierbereich (d.h., derjenige Bereich zwischen zwei diagonalen durchgezogenen Linien in der Figur), der sich dann einstellt, wenn die Temperatur der Heizwalze 1 und die Temperatur der Druckwalze 2 sich geändert haben. Allerdings wird sich der in 27 gezeigte bevorzugte Fixierbereich in Abhängigkeit von der Zeit ändern, in welcher das Aufzeichnungsmedium durch den Walzenspalt zwischen der Heizwalze 1 und der Druckwalze 2 hindurchgeführt wird. Die 27 zeigt einen Fall, in dem die Zeit für die Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch den Walzenspalt 0,1 sec beträgt.
Aus 27 ist es weiter entnehmbar, daß es möglich ist, einen Zustand ungenügender Fixierung zu verhindern, durch Festsetzen der Temperatur der Heizwalze 1 auf eine etwas höhere Temperatur in einem Fall, in dem die Druckwalze 2 eine relativ tiefe Temperatur aufweist, als in dem Fall, in dem die Druckwalze 2 eine relativ hohe Temperatur aufweist. Da die Temperatur auf der Oberfläche der Heizwalze 1 einer Temperatursteuerung unterliegt, wird bei der Druckwalze 2 keine Temperatursteuerung durchgeführt, so daß die Temperatur auf der Oberfläche der Druckwalze 2 üblicherweise Schwankungen in einem ausgedehnten Bereich von in etwa der atmosphärischen Temperatur auf der unteren Seite bis zu einer Temperatur etwas niederer als die gesteuerte Temperatur der Heizwalze 1 auf der oberen Seite unterworfen ist. Daher ist es vorstellbar, daß die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg auf einen Zustand hoher Temperatur erfährt, während die Heizwalze 1 auf der gesteuerten Temperatur bleibt, wenn die Druckwalze 2 kalt ist. Falls dies eintritt, tritt ein Zustand exzessiver Erhitzung des Aufzeichnungsmediums 5 auf, welches durch die Vorrichtung durchgeführt wird, mit dem Ergebnis, daß sich unnötiger Glanz auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums bildet, daß Knitterfalten auf dem Aufzeichnungsmedium entstehen und daß das als ein Hochtemperaturversatz bekannte Phänomen auftritt, in welchem der Toner auf die Oberfläche der Heizwalze 1 übertragen und anschließend wiederum an das Auftragungsmedium abgegeben wird, wodurch die Bilderzeugung gestört wird. Die den Grenzwert für einen günstigen Bereich auf der Hochtemperaturseite von 27 definierende Begrenzungslinie ist die Grenzlinie, hinter der aufgrund exzessiver Erhitzung Faltenbildung in dem Papier auftritt.
Dann nimmt die Erfindung den Grad des Temperaturanstiegs der Druckwalze 2 an und die festgesetzte fixierte Temperatur der Heizwalze 1 wird gemäß dem angenommenen Grad zwischen dem Hochtemperaturmodus und dem Tieftemperaturmodus geändert, so daß immer eine geeignete Fixierbedingung erreicht werden kann.
7.2. Temperaturveränderung der Druckwalze
Die Erfindung offenbart daher ein sequentielles Temperatursteuerverfahren, wodurch es ermöglicht wird, immer einen günstigen Fixierzustand aufrechtzuerhalten durch Änderungen der Fixiertemperatur gemäß den Schwankungen der Temperatur auf der Fixierwalze ohne Hinzufügen eines neuen Bauteils, wobei eine eingehende Beschreibung mit Bezug auf das Temperatursteuerverfahren weiter unten folgt. Die verschiedenen weiter unten beschriebenen Beispiele eines sequentiellen Temperatursteuerverfahrens in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden für eine oben beschriebene Vorrichtung für einen Drucker verwendet.
Im folgenden wird ein Beispiel eines sequentiellen Temperatursteuerverfahrens in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel beschreibt zwei Steuerverfahren, d.h., 1) ein Verfahren zur Diskriminierung der Temperatur der Druckwalze 2 und 2) ein Verfahren zur Korrektur eines Temperaturabfalls auf der Druckwalze zum Zeitpunkt der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung.
7.2.1. Diskriminierung der Temperatur der Druckwalze
Zuerst wird eine Beschreibung des ersten Steuerverfahrens gegeben, d.h., ein Verfahren zur Diskriminierung der Temperatur auf der Druckwalze.
Um die Temperatur für die Druckwalze 2 herauszufinden, mißt das Temperatursteuerverfahren dieser Ausführungsform die Temperatur der Heizwalze 1 unmittelbar vor dem Beginn der Zuführung elektrischer Energie zur Heizwalze 1 während der Aufwärmoperation und diskriminiert dann die Temperatur der Druckwalze 2 auf der Grundlage der so gemessenen Temperatur der Heizwalze 1. In dem Fall, in dem die Temperatur der Druckwalze 2 indirekt auf der Grundlage der Temperatur der Heizwalze 1 so abgeschätzt worden ist, kann es in einigen Fällen vorkommen, daß die geschätzte Temperatur der Druckwalze 2 einen Wert einnimmt, der unterschiedlich zur aktuellen Temperatur ist. Beispielsweise ist zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Druck eines Blattes nach Beendigung der Aufwärmoperation, die durchgeführt wird von einem Zustand, in welchem die Druckwalze 2 ausreichend kalt ist, die Heizwalze 1 in einem Zustand hoher Temperatur gelangt, aber die Druckwalze 2 nicht auf irgendeinen ausreichenden Grad erwärmt ist, und es verbleibt ein beträchtlicher Temperaturunterschied zwischen Druckwalze 2 und der Heizwalze 1. Zusätzlich ist die Art, wie diese Temperaturdifferenz auftritt, unterschiedlich für vorher durchgeführte unterschiedliche Bilderzeugungen, so daß die Temperatur der Heizwalze 1 nicht als Hinweis auf die Temperatur der Druckwalze 2 dienen kann.
Aufgrund dessen stellt das Ausführungsbeispiel das Ausmaß des Temperaturanstiegs auf der Druckwalze 2 fest und zwar unter Beachtung der folgenden zwei Punkte. Der erste Punkt besteht darin, daß es möglich ist, einen günstigen Fixierungszustand zu erreichen lediglich durch Änderung der Temperatur der Heizwalze in einigen Schritten, zum Beispiel in zwei Schritten, die an einer gewissen Temperatur angrenzen, und zwar selbst dann, wenn die Temperatur der Heizwalze 1 nicht strikt gemäß der Temperatur der Druckwalze 2 geändert wird. Eine Änderung in zwei Stufen wird so lange zufriedenstellend sein, so lange der günstige Bereich abgedeckt wird von einem Hochtemperaturmodus und einem Tieftemperaturmodus, wie in 27 gezeigt.
Der zweite Punkt ist das Temperatur-Änderungsverhalten der Heizwalze und der Druckwalze aufgrund des gesetzmäßigen Temperaturabfalls, wie im Graph von 28 gezeigt. Der Punkt liegt darin, daß eine Temperatur (eine Ausgleichstemperatur T_I) vorhanden ist, zu der die Temperatur der Heizwalze 1 und der die Temperatur der Druckwalze 2 annähernd gleich sind, wenn die Temperatur der Heizwalze auf oder unter einen bestimmten vorbestimmten Wert abgesunken ist, selbst wenn anfänglich eine Temperaturdifferenz zwischen Heizwalze 1 und Druckwalze 2 in dem Zustand vorhanden ist, in dem die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 abkühlen, wenn keine elektrische Energie der Heizwalze 1 zugeführt wird, d.h., der Prozeß der gesetzmäßigen Absenkung der Temperatur. Die Temperatur der Heizwalze 1 kann als ein Indiz für die Temperatur der Druckwalze 2 so lange dienen, so lange sie eine Temperatur hat, bei welcher die Temperatur der Heizwalze 1 und die der Druckwalze 2 annähernd gleich sind. Mit einer derartigen Temperaturarbeit an der Grenze wird es ausreichend sein, eine Diskriminierung zwischen dem Hochtemperaturmodus, in welchem die Heizwalze 1 gesteuert wird zur Erreichung einer Änderung in Richtung auf eine Hochtemperatur, da die Druckwalze 2 keinen ausreichenden Temperaturanstieg vollzogen hat, und einem Tieftemperaturmodus, in dem die Heizwalze 1 so zu steuern ist, um eine Änderung in Richtung der Tieftemperatur zu erfahren, da die Druckwalze 2 einen ausreichenden Temperaturanstieg erfahren hat.
Der Prozeß des gesetzmäßigen Temperaturabfalls, wie er für die Erfindung verwendet wird, ist klar und deutlich im folgenden definiert. Zuerst wird eine Fixiervorrichtung so belassen wie sie ist unter Einfluß einer Raumtemperatur von in etwa 20°C für eine lange Zeitperiode. Dann wird elektrische Energie einer Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführt, während die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 noch nicht drehen, wobei die Temperatur der Heizwalze 1 angehoben wird, um eine Zieltemperatur zu erreichen. Wenn die Heizwalze 1 die Zieltemperatur erreicht hat, werden die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 unmittelbar für zwei Minuten in Rotation versetzt. Daraufhin wird die Zuführung der elektrischen Energie zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 und die Drehbewegung dieser zwei Walzen gleichzeitig unterbrochen. Von nun an beginnt ein gesetzmäßiger Temperaturabfall. Durch Messen der Oberflächentemperaturen beider Walzen nach diesem Zeitpunkt ist es möglich, eine Ausgleichstemperatur T_I zu ermitteln. Die Rotation beider Walzen für eine Zeitdauer von zwei Minuten stellt einen Zwischenzustand dar zwischen dem Fall, in dem nach der Ausführung eines Aufwärmvorgangs nur ein Blatt bedruckt worden ist, ausgehend von einem Zustand unter Raumtemperatur von etwa 20°C, und dann zur Vollendung in den Zustand und den Fall versetzt wird, in welchem eine ausreichend große Anzahl Blätter kontinuierlich (vom selben Zustand aus) nach der Aufwärmoperation bedruckt worden sind.
In der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Fixiervorrichtung werden Messungen der Umgebungstemperatur, der vorangegangenen Bilderzeugungsvorgänge usw. unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt, welche hauptsächlich die oben definierten Bedingungen enthalten, und es hat sich herausgestellt, daß die Ausgleichstemperatur immer in der Nähe von 40°C lag. Aufgrund dieses Zustands wurde die Diskriminierungstemperatur T_D für eine Diskriminierung zwischen dem Hochtemperaturmodus und dem Tieftemperaturmodus auf 40°C festgesetzt, und es wurde die Temperatur der Druckwalze 2 gemessen. Das heißt, nachdem die Temperatur der Heizwalze 1 auf das Niveau von 40°C gesetzt worden war, wird ein Aufwärmvorgang durchgeführt, und wenn die Fixiervorrichtung einen Zustand erreicht hat, in dem ein Aufzeichnungsmedium 5 beginnt, gemäß den oben genannten Betriebssequenzen für dieses Ausführungsbeispiel durch die Fixiervorrichtung hindurchzulaufen, wurde die Temperatur der Druckwalze 2 gemessen. Zu diesem Zeitpunkt war die Temperatur der Druckwalze 2 gleich 80°C. Demgemäß kann die Zielsteuerungstemperatur für die Heizwalze in dem Hochtemperaturmodus auf eine derartige Temperatur festgesetzt werden, die ein Abdecken eines günstigen Fixierbereichs sicherstellt unter der Annahme, daß die Temperatur der Druckwalze 2 nur in einem Bereich nicht höher als um 80°C schwankt. Andererseits kann im Tieftemperaturmodus die Zielsteuerungstemperatur für die Heizwalze 1 unter der Voraussetzung festgesetzt werden, daß die Druckwalze 2 nur in einem Bereich nicht tiefer als um 80°C schwankt. Darüber hinaus kann der untere Grenzwert für die Temperaturschwankungen der Druckwalze in dem Hochtemperaturmodus auf die Temperatur festgesetzt werden, welche die Druckwalze 2 einnimmt zu dem Zeitpunkt, zu dem das Papier die Fixiervorrichtung durchläuft, nachdem eine Aufwärmung durchgeführt worden ist gemäß der Betriebssequenz von dem unteren Grenzwert für die Umgebungstemperatur, was als Betriebsbedingung für ein Bilderzeugungsgerät mit einer derartigen Fixiervorrichtung angenommen wird. Andererseits kann der obere Grenzwert für die Temperaturschwankung der Druckwalze 2 in dem Tieftemperaturmodus auf den oberen Grenzwert für die Temperatur der Druckwalze 2 für die Zeit der kontinuierlichen Bedruckung einer großen Anzahl Blätter festgelegt werden. Wie bisher beschrieben, können diese beiden Modi, so wie sie begrenzt sind, einen günstigen Bereich für die Fixierung abdecken, da der Schwankungsbereich der Temperatur der Druckwalze 2 klein ist verglichen mit dem gesamten Schwankungsbereich für den Fall, in dem die Modi nicht in zwei Modi aufgeteilt sind, d.h., den Hochtemperaturmodus und den Tieftemperaturmodus.
Es werden im folgenden einige Bemerkungen bezüglich der Ausgleichstemperatur T_I hinzugefügt. Die Aussage, daß die Temperatur der Heizwalze 1 und die Temperatur der Druckwalze 2 beinahe gleich sind, ist so zu verstehen, daß die Temperaturen dieser beiden Walzen in der Praxis dann noch als gleich gelten, so lange die Temperaturdifferenz zwischen ihnen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Der Bereich ist auf der Grundlage zu bestimmen, mit welcher Genauigkeit die Temperatur gesteuert werden sollte, aber es kann gewöhnlich als eine gleiche Temperatur betrachtet werden, falls die zwei Temperaturen innerhalb eines Bereichs von 5°C liegen.
In Abhängigkeit von dem Aufbau der speziellen Fixiervorrichtung oder ähnliches sind die adäquaten Werte der Ausgleichstemperaturen T_I und der Diskriminierungstemperatur T_D unterschiedlich. Im folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung adäquater Werte für die Diskriminierungstemperatur T_D beschrieben. Zuerst wird die Ausgleichstemperatur T_I mit dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt. Daraufhin wird ein Fixierprozess durchgeführt, während eine Messung der entsprechenden Oberflächentemperaturen der Heizwalze 1 und der Druckwalze 2 durchgeführt wird, und dabei wird ein geeigneter Fixierbereich, wie in 27 gezeigt, ausgesucht. In 27 ist ein günstiger Fixierbereich ein Bereich, der unterhalb der Grenze des Auftretens von Faltenbildung auf dem Papier und oberhalb der Linie zum Anzeigen der Grenze für den günstigen Fixiervorgang liegt. Anschließend wird die Übergangstemperatur T_PD derart festgesetzt, daß die Temperatur der Heizwalze 1 und die Temperatur der Druckwalze 2 immer in dem günstigen Fixierbereich gehalten wird. Die zwei in 27 mit unterbrochenen Linien dargestellten rechteckigen Bereiche zeigen einen Hochtemperaturmodus und einen Tieftemperaturmodus, welche von einem zum anderen mit einer Übergangstemperatur T_PD als eine Grenze gewechselt werden, wobei jeder dieser Modi in einem günstigen Fixierbereich enthalten ist. Daher ist es notwendig, einen gewissen erlaubten Bereich für die Temperatur sicherzustellen, welche die Heizwalze 1 einnehmen kann, so daß der Temperaturbereich innerhalb des günstigen Fixierbereichs liegen kann, wobei ein derartiger Bereich zugelassen wird, um einen Erfassungsfehler in der Erfassung der Temperatur durch den Temperatursensor 4 und einen Steuerfehler in der Temperatursteuerung ausgleichen zu können. Die Minimumtemperatur, die die Druckwalze 2 einnehmen kann, ist die Temperatur, welche zu dem Zeitpunkt erreicht ist, zu dem ein Aufzeichnungsmedium 5 beginnt, in die Fixiervorrichtung nach der Aufwärmung aus dem Zustand, in dem sie bei Raumtemperatur war, einzutreten. Die Maximumtemperatur, die die Druckwalze 2 einnehmen kann, ist die Temperatur, die erreicht wird, nachdem die Temperatur der Druckwalze 2 auf ein solches Ausmaß angehoben worden ist, um endgültig gesättigt zu sein, wenn die Bilderzeugungsvorgänge aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Daher sind der Temperaturbereich, den die Heizwalze 1 einnehmen kann, und der Temperaturbereich, den die Druckwalze 2 einnehmen kann auf diese Weise gemessen worden, und es wird die Übergangstemperatur T_PD derart festzusetzen sein, daß ein rechteckförmiger Bereich für den Hochtemperaturmodus und ein rechteckförmiger Bereich für den Tieftemperaturmodus in einem günstigen Fixierbereich desjenigen Graphen enthalten sein können, der in 27 einen günstigen Fixierbereich darstellt. Beginnend vom Zustand, in dem die Druckwalze 2 kalt ist, ist die Heizwalze 1 zu erhitzen und es sind die Walzen auf einer Zielsteuerungstemperatur zu halten, und es ist die Temperaturanstiegskurve für die Druckwalze 2 herauszufinden, wenn die beiden Walzen in ihre entsprechende Rotation versetzt sind.
Die 29 stellt eine Temperaturanstiegskurve für die Druckwalze in der Fixiervorrichtung dar, die in diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben wird. In 29 ist die Temperatur der Druckwalze 2 zur Zeit t₁, welche erhalten wird durch Subtraktion der unbeladenen Rotationszeit t_E, die in der Betriebssequenz für die Fixiervorrichtung festgelegt wurde, von der Zeit t₂, zu welcher die Temperatur der Druckwalze 2 sich bei der Übergangstemperatur T_PD befindet, die Rotationsstartzeittemperatur der Druckwalze 2 im Zustand an der Grenze des Übergangs zwischen dem Hochtemperaturmodus und dem Tieftemperaturmodus. In dem Fall, in dem die Druckwalze 2 nicht zu drehen beginnt, erfährt die Druckwalze 2 gewöhnlicherweise fast keinen Temperaturanstieg aufgrund des Temperaturanstiegs der Heizwalze 1, so daß die Temperatur der Druckwalze 2 zur Zeit des Rotationsbeginns angesehen werden kann als die Temperatur zu der Zeit, zu der die Zuführung elektrischer Energie beginnt. Demzufolge kann die Rotationsstartzeittemperatur der Druckwalze 2, die so erhalten wurde und als ein Grenzzustand für den Modus zur Zeit des Beginns der Durchführung von Papier dient, als eine Diskriminierungstemperatur T_D genommen werden.
Selbst in einem Fall, in dem die Betriebssequenz unterschiedlich zu diesem Ausführungsbeispiel ist, kann die Starttemperatur der elektrischen Energiezuführung auf ähnliche Weise ermittelt werden durch Nachfahren (tracing) derart, daß die Übergangstemperatur T_D zum Zeitpunkt des Beginns der Papierzuführung erhalten werden kann. Selbstverständlich sollte die Übergangstemperatur T_PD zu dieser Zeit geringer sein als die Identifizierungstemperatur, da die Temperatur der Heizwalze die Temperatur der Druckwalze repräsentieren sollte. In der 27 ist für die Temperatur der Heizwalze 1 ein gewisser Bereich erlaubt, um die Möglichkeit für eine Abweichung der Temperatursteuerung, eine Streuung der Messung durch den Temperatursensor 4 usw. zu ermöglichen.
Als nächstes wird die Verschiebung von dem Hochtemperaturmodus und Tieftemperaturmodus beschrieben. Diese Verschiebung wird benötigt, da es notwendig ist, nach dem Druck einer gewissen vorbestimmten Blattzahl, von dem Hochtemperaturmodus zu einem Tieftemperaturmodus zu verschieben, da auf der Druckwalze 2 ein Temperaturanstieg auftritt in dem Fall, in dem ein Druckvorgang für eine große Blattzahl durchgeführt wurde, obwohl eine Fixierung anfänglich im Hochtemperaturmodus durchgeführt wurde. Die vorbestimmte Blattzahl als eine Bedingung für die Verschiebung des Betriebsmodus wird in der folgend beschriebenen Art und Weise festgelegt. Es wird ein Druckvorgang für eine große Blattzahl durchgeführt, während das Steuersystem die Temperatur der Druckwalze 2 von dem Zustand an mißt, zu dem die Druckwalze 2 kalt ist, und die Anzahl der bedruckten Blätter zählt, bis die Fixiervorrichtung die Grenztemperatur für die Druckwalze eingenommen hat, d.h., eine Temperatur, zu der der Betriebsmodus zu wechseln ist, nämlich die Übergangstemperatur T_PD. Für eine gewöhnlich eingesetzte Fixiervorrichtung ist es ausreichend, die vorbestimmte Blattzahl in einem Bereich von in etwa zwei Blätter bis 10 Blätter festzulegen.
7.2.2. Korrektur des Temperaturabfalls auf der Druckwalze zur Zeit der Durchführung des Aufzeichnungsmediums
Es wird nun ein beispielhaftes Verfahren zur Korrektur eines Temperaturabfalls beschrieben, der auf der Druckwalze als Folge der Durchführung eines Aufzeichnungsmediums 5 in einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel auftritt.
Die aufgrund der Durchführung des Aufzeichnungsmediums auf der Druckwalze 2 auftretende Temperaturschwankung kann vorausgesagt werden, weil der Zeitpunkt, zu dem die Temperaturschwankungen auftreten, reguliert wird durch die Betriebssequenz des Bilderzeugungsgeräts. Sobald das Verhalten des Temperaturabfalls ermittelt worden ist, ist es effektiv, eine derartige Steuersequenz durchzuführen, die eine Änderung in der Zieltemperatur der Heizwalze 1 bewirkt, um den Temperaturabfall zu kompensieren. Die 30 stellt einen Graphen dar, der die gemessenen Ergebnisse der Schwankungen in der Temperatur der Druckwalze zur Zeit der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch eine Fixiervorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau darstellt. Der Temperaturabfall auf der Druckwalze nimmt stetig gemäß der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung zu, was in 30 gezeigt ist. Obwohl beobachtet wurde, daß die qualitative Form derartiger Temperaturschwankungen in Abhängigkeit von Faktoren wie der Verschiedenartigkeit des Aufzeichnungsmediums beinahe konstant ist, ist aber die Größe der Temperaturschwankungen nicht konstant.
Es folgt eine Beschreibung des Korrekturverfahrens. Zuerst wird der Abfall gemessen, der in der Temperatur der Druckwalze 2 auftritt, wenn die Fixiervorrichtung das Aufzeichnungsmedium 5 mit der größten Wärmekapazität und das Aufzeichnungsmedium 5 mit der geringsten Wärmekapazität unter den für das erfindungsgemäße Bilderzeugungsgerät verwendbaren Aufzeichnungsmedien 5 fixiert. In der Zwischenzeit ist es möglich, die Quantität des Temperaturanstiegs zu ermitteln, der für die Heizwalze 1 zur Kompensation der Menge des Temperaturabfalls der Druckwalze 2 auf der Grundlage der Neigung der die untere Leistungsgrenze anzeigenden Linie des günstigen Fixierbereichs von 27 benötigt wird. Daher wird der Temperaturabfall der Druckwalze 2 mit dem oben beschriebenen Verfahren gemessen und in eine Menge für einen Temperaturanstieg für die Heizwalze 1 umgewandelt, wobei die Zielsteuertemperatur T^* demgemäß zu ändern ist. Tatsächlich ist es aber nicht notwendig, eine strikte Steuerung wie die ständige Änderung der Zieltemperatur T^* der Heizwalze 1 in Abhängigkeit von einem Abfall der Temperatur der Druckwalze 2 durchzuführen. Es reicht nämlich aus, die Zieltemperatur T^* in mehreren Stufen gemäß den Graden des Temperaturabfalls der Druckwalze 2 zu ändern. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur der Heizwalze 1 von dem Zeitpunkt an, zu dem ein Drittel des Aufzeichnungspapiers vollständig durchgeführt worden ist, um ΔT = 3°C angehoben, was in 30 gezeigt ist. Gewöhnlich ist es ausreichend, die Temperatur um etwa ΔT = 5°C ausgehend von ΔT = 1°C anzuheben.
Auf der Grundlage des oben beschriebenen sequentiellen Temperatursteuerverfahrens wird die Temperatursteuersequenz in der in dem Flußdiagramm von 31 gezeigten Art gebildet. Wenn die Bilddaten zuerst dem Bilderzeugungsgerät von außen zugeführt werden, wird die von dem Temperatursensor 4 zu dieser Zeit erfaßte Temperatur T_S mit der Diskriminierungstemperatur T_D verglichen, und es wird festgelegt, welcher der beiden Modi, der Hochtemperaturmodus oder der Tieftemperaturmodus, anzuwenden ist. In einer für den ausgewählten Betriebsmodus geeigneten Art wird die Zielsteuertemperatur entweder auf T_H oder auf T_L gesetzt, und es wird mit der Energiezuführung zur Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 begonnen, wodurch die Fixiervorrichtung in den Aufwärmstatus versetzt wird. Wenn die von Temperatursensor 4 erfaßte Temperatur T_S die Zielsteuertemperatur T^* erreicht hat, beginnt die Fixiervorrichtung beide Walzen zu bewegen, und nach einer vorbestimmten Zeitspanne durchläuft ein Aufzeichnungsmedium 5 die Fixiervorrichtung. Wenn die vordere Hälfte (1/3) des Aufzeichnungsmediums die Fixiervorrichtung durchlaufen hat, wird die Zielsteuertemperatur um ΔT_C (3°C in diesem Ausführungsbeispiel) angehoben, wobei die anfängliche Zielsteuertemperatur wieder angenommen wird, wenn die Durchführung des Aufzeichnungsmediums vollendet ist. Falls die Operation anfänglich mit einem Hochtemperaturmodus durchgeführt wird, wird die Fixiervorrichtung in eine Tieftemperaturmodus versetzt, nachdem eine vorbestimmte Anzahl Blätter gedruckt worden ist, und die Durchführung des Aufzeichnungsmediums 5 wird begonnen, wenn die Zielsteuertemperatur den Wert für den Betrieb der Fixiervorrichtung im Tieftemperaturmodus angenommen hat.
Falls es gewünscht ist, eine Korrektur mit einem größeren Genauigkeitsgrad durchzuführen, ist es mögich, Informationen wie die Papierart einzugeben und die Fixiervorrichtung so zu betreiben, daß eine für diese Information geeignete Korrektur möglich ist. Falls zum Beispiel ein dickes Papierblatt zu fixieren ist, wird es sinnvoll sein, einen größeren Wert für den Temperaturanstieg ΔT_C für die Zielsteuertemperatur festzusetzen als den Wert für den Schwankungsbereich von gewöhnlichem Aufzeichnungspapier.
7.3. Beispiel für ein Experiment
[Experiment 7]
Nun folgt die Beschreibung eines Beispiels, in dem ein Experiment mit dem oben beschriebenen Temperatursteuerverfahren durchgeführt wird. [Tabelle 8]
Mit einer Fixiervorrichtung mit den oben angegebenen Spezifikationen und einer Betriebssequenz gemäß 31 werden Fixieroperationen nach der Beendigung der Aufwärmung bezüglich des Falles, in dem die Druckwalze 2 kalt war und des Falles, in dem die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg bis auf eine ausreichend hohe Stufe erfahren hat, durchgeführt. Als Ergebnis dieses Experiments wurde herausgefunden, daß ein ausreichender Fixierungszustand mit einem Fixierprozeß erhalten werden konnte, der 15 Sekunden nach dem Rotationsbeginn der beiden Walzen begann, und zwar in dem Fall, in dem die Druckwalze 2 kalt war. Auch in dem Fall, in dem die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg auf ein ausreichend hohes Niveau erfahren hatte, traten keine Anzeichen für übermäßige Erhitzung, wie Faltenbildung auf dem Papier, auf und kein Hochtemperaturversatz trat jemals in einem Fixierungsprozeß auf, der 15 Sekunden nach Rotationsbeginn beider Walzen in ähnlicher Weise begann.
Wie im oben beschriebenen Versuchsbeispiel 7 führt das hier beschriebene Beispiel keinerlei Kompensation für einen Abfall der Temperatur der Druckwalze 2 aus, der aus der Durchführung eines Aufzeichnungsmediums 5 resultiert. Das im folgenden beschriebene Experiment 8 ist ein Beispiel, welches eine Kombination aus einem Verfahren zur Steuerung mittels Diskriminierung der Temperatur der Druckwalze 2 und einen Übergang zwischen einem Hochtemperaturmodus und einem Tieftemperaturmodus und aus einem Verfahren zur Kompensation des Temperaturabfalls der Druckwalze 2 als Folge der Durchführung des Aufzeichnungsmediums 5 besteht.
[Tabelle 9]
Die Spezifikationen für die in diesem Experiment verwendete Fixiervorrichtung lauten wie folgt.
Mit einer gemäß den Spezifikationen der Tabelle 9 hergestellten Fixiervorrichtung und der Betriebssequenz von 31 werden Fixierungsvorgänge nach der Beendigung der Aufwärmung wie im Experiment 7 bezüglich eines Falles, in dem die Druckwalze 2 kalt war, und eines Falles, in dem die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg auf eine ausreichend hohe Stufe erfahren hat, durchgeführt. Als Resultat dieses Experiments wurde herausgefunden, daß ein ausreichend günstiger Fixierungszustand mit einem Fixierungsprozeß erreicht werden konnte, der 15 Sekunden nach dem Beginn der Rotation beider Walzen in dem Fall begann, in dem die Druckwalze 2 kalt war. In dem Fall, in dem die Druckwalze 2 einen Temperaturanstieg auf ein ausreichend hohes Niveau erfahren hat, wurden keinerlei Anzeichen exzessiver Erhitzung, wie Faltenbildung auf dem Papier, ermittelt, und kein hoher Temperaturversatz wurde jemals bei einem Fixierungsprozeß erreicht, der 15 Sekunden nach dem Rotationsbeginn beider Walzen begann. Diese Fixiervorrichtung führte einen extrem günstigen Fixierungsprozeß mit fast keiner Änderung des Fixierungszustands in der ersten Hälfte und in der zweiten Hälfte des Aufzeichnungsmediums 5 durch.
Des weiteren wurde die Modus-Diskriminierungstemperatur TD in diesem Ausführungsbeispiel auf 40o gesetzt, welches die gleiche Temperatur wie die Ausgleichstemperatur TI ist, es konnte aber ein ähnlich günstiger Fixierungszustand erreicht werden, selbst wenn die Modus-Diskriminierungstemperatur TD auf eine geringere als die Identifizierungstemperatur festgesetzt wurde, zum Beispiel 35oC, während die Übergangstemperatur TpD auf in etwa 77oC oder die unbelastete Rotationszeit tE auf etwa 18 Sekunden festgesetzt wurden.
7.4. Andere Beispiele der Temperaturdiskriminierung der Druckwalze
Es wird ein anderes Ausführungsbeispiel eines beispielhaften Temperatursequenzsteuerverfahrens unter Bezugnahme auf die 32 und 33 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Schätzung der Temperatur der Druckwalze 2 auf Grundlage des Temperaturentzugs von Heizwalze 1 durchgeführt, während die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 zusammen rotieren. Ein Flußdiagramm für dieses Ausführungsbeispiel ist in 32 dargestellt, während die Art und Weise, wie die Temperatur zu dieser Zeit schwankt, in 33 wiedergegeben ist.
Wenn die Bilddaten eingegeben sind, wird der Heizwalze 1 elektrische Energie zugeführt und die Aufwärmung wird durchgeführt. Wenn die Temperatur der Heizwalze 1 eine vorbestimmte Zieltemperatur T* angenommen hat, beginnen die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 mit ihren Drehungen.
Die anfängliche Zieltemperatur T* kann entweder im Tieftemperaturmodus TL oder im Hochtemperaturmodus TH vorliegen. Im allgemeinen jedoch benötigt die Heizwalze 1 eine kürzere Zeitspanne, wenn sie vom Tieftemperaturzustand zu einem Hochtemperaturzustand erhitzt wird, im Gegensatz zu derjenigen Zeitspanne, welche die Heizwalze 1 benötigt, wenn sie von einem Hochtemperaturzustand in einen Tieftemperaturzustand abgekühlt wird. Um die Moduswechselzeit maximal zu reduzieren, wird es besser sein, die anfängliche Zieltemperatur T* in den Tieftemperaturmodus TL zu setzen. Unmittelbar nachdem die Heizwalze 1 die Zieltemperatur T* erreicht hat, befindet sich die Temperatur der Heizwalze 1 im Überschieß-Zustand, und es wird keine elektrische Energie der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführt. Deshalb schlägt sich die Wärmemenge, die der Heizwalze 1 von der Druckwalze 2 entzogen wurde, auf die Temperaturschwankung der Heizwalze 1 nieder. Da der Überschieß-Zustand für einige Zeit gegeben ist, sinkt die Temperatur der Heizwalze 1 in der Zwischenzeit in die Nähe der Zieltemperatur T* ab, und es wird erneut elektrische Energie zugeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Übergang zwischen dem Hochtemperaturmodus T* = TH und dem Tieftemperaturmodus T* = TL in Abhängigkeit von der Art, wie die Temperatur der Heizwalze 1 absinkt, durchgeführt, bis sie diese erreicht hat, nachdem die Temperatur der Heizwalze 1 einmal eine Spitze erreicht.
Als verfügbare Verfahren zur Diskriminierung der Art des Temperaturabfalls der Heizwalze 1 sind Verfahren wie 1) ein Verfahren zur Diskriminierung des Temperaturabfalls auf der Grundlage der Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur der Heizwalze 1 eine Spitze einnimmt bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die elektrische Energie zugeführt wird, 2) ein Verfahren zur Diskriminierung des Temperaturabfalls auf der Grundlage der durchschnittlichen Änderungsrate der Temperatur von dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur der Heizwalze 1 eine Spitze einnimmt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die elektrische Energie zugeführt wird, und 3) ein Verfahren zur Diskriminierung des Temperaturabfalls auf der Grundlage der Änderungsrate der Temperatur unmittelbar vor dem Zeitpunkt, an dem die elektrische Energie zugeführt wird, geeignet. In diesem Ausführungsbeispiel wird das dritte Verfahren angewandt. Es sei die Zeit t3 gezählt, die die Zeitperiode von dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur der Heizwalze 1 eine Temperatur T*2 annimmt, welche geringfügig höher als die Zieltemperatur T* ist, und dann die Zieltemperatur T* annimmt, und es wird der Betriebsmodus auf der Grundlage der relativen Größen der Zeit t3 und der Diskriminierungszeit tD festgelegt. Falls die Zeit t3 kleiner als die Diskriminierungszeit tD ist, wird angenommen, daß der Heizwalze 1 eine große Wärmemenge entzogen wird, so daß die Temperatur der Druckwalze 2 niedrig sein sollte, und daraufhin wird die Fixiervorrichtung in den Hochtemperaturmodus T* = TH versetzt. Falls die Zeit t3 größer als die Diskriminierungszeit tD ist, wird die Fixierungsvorrichtung in den Tieftemperaturmodus T* = TL versetzt.
Die 34 ist ein Graph zur Darstellung der Beziehung zwischen der benötigten Zeit t3 von T*2 bis T* und der Temperatur der Druckwalze 2 zu dieser Zeit. Es ist möglich, eine Diskriminierungszeit tD mit Bezug auf den in 34 gezeigten Graphen auszuwählen. Das heißt, daß Übergangstemperatur TPD derart festgelegt werden kann, daß der Betriebsbereich immer innerhalb des in 27 gezeigten günstigen Fixierbereichs beinhaltet ist, und es kann die entsprechende, benötigte Zeit t3 und die Diskriminierungszeit tD festgesetzt werden mit Bezug auf die in 34 gezeigte Kurve. Dadurch ist es möglich geworden, den Temperaturschwankungsbereich für die Druckwalze 2 einzugrenzen und eine für den Temperaturschwankungsbereich geeignete Fixierungstemperatur auf die gleiche Weise festzusetzen wie bei dem Ausführungsbeispiel, in dem der Hochtemperaturmodus und der Tieftemperaturmodus unter Verwendung der oben genannten Diskriminierungstemperatur TD gewechselt wurden. In diesem Ausführungsbeispiel kann für jedes zu druckende Papier ein Betriebsmodus diskriminiert werden, so daß es möglich ist, eine genauere Diskriminierung des Modus in dieser Ausführungsform durchzuführen, als in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Diskriminierung zwischen dem Hochtemperaturmodus und dem Tieftemperaturmodus wird in diesem Ausführungsbeispiel auf der Grundlage der Temperaturschwankungen der Heizwalze 1 durchgeführt, wobei die elektrische Energieversorgung der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 auf 0 W gesetzt ist. Das gleiche Modusdiskriminierungs-Verfahren wie oben beschrieben kann durchgeführt werden, um den gleichen Effekt in einem Zustand zu erzeugen, in dem eine gewisse elektrische Energiemenge zu dem Zweck zugeführt wird, ein Unterschießen zu verhindern, welches nach dem Überschießen auf der Heizwalze 1 auftreten kann.
Es wird nun eine weitere Ausführungsform des beispielhaften sequentiellen Temperatursteuerverfahrens unter Bezugnahme auf das in 34 gezeigte Flußdiagramm beschrieben. Auf die gleiche Weise wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel, schätzt dieses Ausführungsbeispiel die Temperatur der Druckwalze 2 auf der Grundlage der Art, wie der Heizwalze 1 Wärme entzogen wird, ab, während die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 in Rotation versetzt werden, und es wird die geschätzte Temperatur durch einen Vergleich zwischen der zugeführten elektrischen Energiemenge P und der diskriminierenden elektrischen Energiemenge PD festgestellt, wenn der Temperatursteuerprozeß durchgeführt wird.
Die Betriebssequenz ist derart, daß die elektrische Energie zuerst der Heizwalze 1 zugeführt wird, wenn die Bildinformation eingegeben wird, und daß eine Aufwärmung durchgeführt wird. Nachdem die Temperatur der Heizwalze 1 die Zieltemperatur T* erreicht hat, werden die Heizwalze 1 und die Druckwalze 2 in Rotation versetzt. Nachdem der Überschieß-Zustand bezüglich der Temperatur der Heizwalze 1 wieder in den Normalzustand versetzt worden ist, wird die Heizwalze 1 stabil gesteuert, um die Zielsteuertemperatur einzuhalten. Zu dieser Zeit wird die kommerzielle Wechselstromenergie nicht in der Wellenform insgesamt der Halogenlampen-Heizeinrichtung 3 zugeführt, sondern wird mit reduzierter Nutzleistung für die Anzahl von Wellen mit einer derartigen Temperatursteuertechnik wie Proportionalsteuerung zugeführt. Die Temperatur der Druckwalze 2 kann dann festgelegt werden auf der Grundlage der elektrischen Energiemenge P, die zu dieser Zeit zugeführt wird. Falls die zugeführte elektrische Energiemenge P größer als die diskriminierende elektrische Energiemenge PD ist, wird der Heizwalze 1 eine große Wärmemenge entzogen, so daß die Temperatur der Druckwalze als niedrig angenommen wird, und es wird der Betrieb der Fixiervorrichtung in den Hochtemperaturmodus T* = TH versetzt. Falls die zugeführte elektrische Energiemenge P kleiner als die diskriminierende elektrische Energiemenge PD ist, wird der Betrieb der Fixiervorrichtung in den Tieftemperaturmodus T* = TL versetzt.
Die 36 ist ein Graph, der gemessene Werte darstellt, die das Verhältnis zwischen der Menge der zugeführten elektrischen Energie und der Temperatur der Druckwalze 2 zeigen. Es ist möglich, eine diskriminierende elektrische Energiemenge PD unter Bezugnahme des in 36 gezeigten Graphen auszuwählen, und insbesondere ist eine Übergangstemperatur TPD derart festzulegen, daß der Fixierbereich immer im in 27 dargestellten günstigen Fixierbereich enthalten ist, und die entsprechende Menge der zugeführten elektrischen Energie kann festgesetzt werden als diskriminierende elektrische Energiemenge PD auf der Grundlage der in 36 gezeigten Kurve. Wenn der Aufbau der Fixiervorrichtung auf diese Art festgelegt ist, ist es möglich, die Temperatur der Druckwalze 2 auf der Grundlage der Menge der zugeführten elektrischen Energie im Steuerzustand zu schätzen und auch die Zielsteuertemperatur der Heizwalze 1 gemäß der geschätzten Temperatur der Druckwalze 2 zu steuern. Da das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren die Zielsteuertemperatur der Heizwalze 1 verglichen mit dem früher beschriebenen Ausführungsbeispiel viel genauer steuern kann, ist die in dieser Ausführungsform beschriebene Methode bzw. das Verfahren effektiver, wenn es bei einer Fixiervorrichtung angewandt wird, die einen engeren günstigen Fixierbereich aufweist.
7.5. Andere Beispiele der Temperaturabfall-Korrektur auf der Druckwalze zur Zeit der Durchführung des Aufzeichnungsmediums
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen sequentiellen Temperatursteuerverfahrens unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 37 beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel ist ein anderes Beispiel eines Steuerverfahrens, welches einen in der Temperatur der Druckwalze 2 aufgrund der Durchführung des Aufzeichnungsmediums 5 durch die Fixiervorrichtung auftretenden Temperaturabfalls kompensiert. Das Verfahren zur Diskriminierung der Temperatur der Druckwalze der ersten Hälfte des Flußdiagramms von 37 ist gleich mit dem im vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren (d.h., das Verfahren, das die Diskriminierungstemperatur TD verwendet). Wenn die Durchführung des Aufzeichnungsmediums in der ersten Hälfte des Flußdiagramms beendet worden ist, macht das Temperaturdiskriminierungsverfahren dieser Ausführungsform eine Korrektur durch Entwicklung des Endsteuerausgangs durch Addition eines gewissen Werts der elektrischen Energie, der durch Berechnung als Steuerausgang durch einen Rückführungs-Steueralgorithmus in der zweiten Hälfte der Durchführung des Aufzeichnungsmediums ermittelt wurde, wobei die Zielsteuertemperatur T* auf einem konstanten Niveau verbleibt während der Durchführung des Aufzeichnungsmediums durch die Fixiervorrichtung im Gegensatz zu dem Temperaturdiskriminierungsverfahren des vorstehenden Ausführungsbeispiels, mit Änderung der Zielsteuertemperatur, wenn die Durchführung der ersten Hälfte des Aufzeichnungsmediums beendet ist. Bei der Korrektur in dieser Ausführungsform wird die hinzugefügte elektrische Energie einen Wert annehmen, der proportional zur Durchführungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums ist. Eine adäquate Menge der hinzuzufügenden elektrischen Energie ist ΔPC von etwa 0, 3 < ΔPC/v < 1, 5, wobei die Durchführungsgeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums mit "v" (mm/sec) ausgedrückt wird.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß das Temperatursteuerverfahren gemäß der Erfindung nicht auf die Fixiervorrichtung im Heizwalzenprozeß begrenzt ist, welche gemäß den vorstehenden Ausführungsbeispielen eine Halogenlampe als Heizung verwendet. Zusätzlich zu diesem Prozeß kann das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren wünschenswerterweise, beispielsweise bei einem Widerstand, der als Heizung durch Stromfluß Wärme erzeugt, und auch auf eine Xenon-Lampe oder ähnliches, angewandt werden. Die Erfindung wird des weiteren auch dann effektiv sein, wenn sie in einer anderen Fixiervorrichtung des Kontakttyps bei einem Bandfixierungsprozeß und ähnlichem angewandt wird. Diese Erfindung ist bevorzugt für eine Fixiervorrichtung, welche eine Heizeinrichtung verwendet, die entweder eine geringe Wärmekapazität oder eine große elektrische Energiequantität aufweist, geeignet.
Des weiteren kann die Erfindung als Bilderzeugungsgerät mit einer Fixiervorrichtung angewandt werden bei einer Kopiermaschine, einer Facsimilemaschine oder ähnlichem zusätzlich zu einem Drucker, wie in diesem Ausführungsbeispiel.

Claims

Temperatursteuerverfahren für eine Fixiervorrichtung mit einer Heizeinrichtung für die Erhitzung eines Aufzeichnungsmediums, mit einer Temperaturerfassungseinrichtung für die Erfassung der Temperatur der Heizeinrichtung und mit einer Temperatursteuereinrichtung zur Steuerung der Temperatur der Heizeinrichtung, wobei die Versorgung der Heizeinrichtung mit elektrischer Energie unter Benutzung einer Wechselstromwelle intermittierend durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie zugeführt wird während eines halben Zyklus' der Wechselstromwelle, und die elektrische Energie nicht zugeführt wird während vier bis sechs halben Zyklen der Wechselstromwelle, und zwar innerhalb einer ersten Temperatursteuerperiode (Δt₁).
Temperatursteuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatursteuerung die Temperatur der Heizeinrichtung während einer zweiten Temperatursteuerperiode (Δt₂) steuert, welche die erste Temperatursteuerperiode (Δt₁) umfasst; und wobei die zweite Temperatursteuerperiode (Δt₂) eine erste Phase (Δt₃), während welcher die Zufuhr von elektrischer Energie erlaubt ist, und eine zweite Phase (Δt₄), während welcher die Zufuhr von elektrischer Energie nicht erlaubt ist, umfasst.
Fixiervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Temperatursteuerverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 anwendet.
Bilderzeugungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 3 versehen ist.