DE69217520T2

DE69217520T2 - Fixiergerät

Info

Publication number: DE69217520T2
Application number: DE69217520T
Authority: DE
Inventors: Tateki Oka
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2012-08-04
Also published as: DE69217520D1; EP0527420A3; EP0527420B1; US5365040A; EP0527420A2; JPH0546047A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fixiervorrichtung zur Verwendung in einem bilderzeugenden Gerät, wie einem Kopiergerät, einem Laserdrucker und dergleichen.
Bekannt sind Fixiervorrichtungen für ein bilderzeugendes Gerät, welche ein Tonerbild schmilzt und fixiert, wenn ein Kopierblatt, das ein Tonerbild im unfixierten Zustand trägt, zwischen einem Paar von Druck- und Heizwalzen hindurchläuft. Die Mittel zur Aufrechterhaltung der Oberflächentemperatur dieses Paares von Fixierwalzen in den Geräten des genannten Typs auf vorgegebene Temperatur vergleichen im allgemeinen die Temperaturerfassungssignale, die von Temperaturerfassungsmitteln, wie den Thermistoren und dergleichen abgegeben werden, die in Kontakt mit der Walzenoberfläche in Kontakt angeordnet sind, mit vorgegebenen Referenztemperatursignalen, die für die Temperaturregelung verwendet werden, so daß die Oberflächentemperatur der Walze gesteuert wird durch Einschalten eines elektrischen Stromes, welcher dem innerhalb der Walze vorgesehenen Heizer zugeführt wird, wenn das Temperaturerfassungssignal geringer als das Temperaturreferenzsignal ist, und durch Ausschalten des elektrischen Stromes, der durch den Heizer innerhalb der Walze fließt, wenn das Temperaturerfassungssignal größer als das Referenztemperatursignal ist.
Bei einer solchen Anordnung vergeht jedoch eine bestimmte Zeit, während der die Wärme, die vom Heizer innerhalb der Walze abgegeben wird, auf die Oberfläche der Walze übertragen wird, und der Thermistor benötigt deshalb einige Zeit, um die Oberflächentemperatur zu ermitteln und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der ermittelten Temperatur entspricht. Demzufolge entsteht bei diesem Regelverfahren, auch wenn der Heizer ein- oder ausgeschaltet wird, eine Zeitverzögerung, bis die Wärmewirkung des Heizers sich auf das tatsächliche zu erfassende Temperaturerfassungssignal auswirkt, und die Zeitverzögerung verursacht bei der Regelung der Temperatur eine größere Schwankung der Oberflächentemperatur der Walzen.Eine Anordnung dieses Typs, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert, ist aus der EP-A- 0 390 168 bekannt.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Fixiervorrichtung bereitzustellen, die die Oberflächentemperatur der Fixierwalzen so regeln kann, daß der Schwankungsbereich der Oberflächentemperatur minimiert wird und sich die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung oder -verringerung verlangsamt, wenn die Oberflächentemperatur der Fixierwalzen geregelt wird. Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch Bereitstellung einer Fixiervorrichtung erreicht, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung sollen aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, welche die speziellen Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
In der folgenden Beschreibung werden in allen Zeichnungen gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt vereinfacht den Aufbau der Fixiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Schaltung zur Steuerung der Funktion der Temperaturregelung der Fixiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Darstellung, die die Prinzipien der Temperaturregelung der Fixiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Flußdiagramm, das die Funktion der Temperaturregelung der Fixiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 veranschaulicht ein weiteres Beispiel der Prinzipien der Temperaturregelung der Fixiervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist die Fixiervorrichtung entsprechend des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einer Heizwalze 1 und einer Druckwalze 2 ausgerüstet, zwischen denen ein Papierblatt, das ein Tonerbild trägt, erwärmt und transportiert wird. Zum Erwärmen der Walze 1 ist innerhalb der Walze 1 eine Heizlampe 3 vorgesehen, und ein Thermistor 4 ist so angeordnet, daß er sich mit der Oberfläche der Walze 1 in Kontakt befindet, um die Oberflächentemparatur der Walze 1 zu erfassen. In der Zeichnung dreht sich die Heizwalze 1 mit der Druckwalze 2 in Pfeilrichtung so, daß ein Papierbogen fixiert wird, der ein darauf erzeugtes unfixiertes Tonerbild trägt und von der linken Seite der Zeichnung übertragen wird, und daß der Bogen zwischen ihnen zur rechten Seite der Zeichnung transportiert wird.
Fig. 2 zeigt die Schaltung für die Temperatursteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Fixiervorrichtung. Die Temperatursteuerung wird mit Hilfe eines Mikrocomputers MC realisiert, der mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D) ausgerüstet ist. Die Heizlampe 3 ist über den Triac (triode alternating current switch = bidirektionaler Thyristor) 6, welcher mittels Signalen vom Ausgangsport PO1 durch den Transformator 7 getriggert wird, mit einer Wechselstromquelle (AC) verbunden. Der Thermistor 4 ist mit dem Widerstand R2 parallel und mit dem Widerstand R1 in Serie geschaltet, und die geteilten Spannungen werden als Temperaturerfassungssignale in den Eingangsport A/D1 des Mikrocomputers MC eingegeben. Die Referenztemperatursignale, welche die Bezugsgrößen für die Temperaturregulierung darstellen, werden von den seriell verbundenen Widerständen R3 und R4 in den VREF eingegeben. Das Temperaturerfassungssignal, das in den A/D1 eingegeben wird, wird mit einer Rechteckkurve, die eine gleichmäßige Amplitude und Periodizität besitzt, innerhalb des Mikrocomputers MC überlagert und mit dem in den VREF eingegebenen Referenztemperatursignal verglichen, und am Ausgang des Ausgangsports PO1 wird in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis ein Signal abgegeben.
Die Steuerprinzipien für die Regelung der Oberflächentemperatur der Heizwalze 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Das Temperaturerfassungssignal A, das von dem Thermistor 4 ermittelt wird, wird durch Addition mit der Rechteckkurve, die eine Amplitude von ΔT (eine Konstante) und eine Periode von 1 [Sekunde] besitzt, zum Temperaturerfassungssignal C. Der elektrische Strom wird durch Vergleich des Temperaturerfassungssignals C mit dem Temperaturreferenzsignal B an der Heizlampe 3 gesteuert ein- und ausgeschaltet. Genauer gesagt wird die Oberflächentemperatur der Heizwalze 1 durch die Heizlampe 3 erhöht, und in dem Augenblick, in dem das Temperaturerfassungssignal C das Referenztemperatursignal B bei E1 schneidet, wird der elektrische Strom, der der Heizlampe 3 zugeführt wird, während der Zeitperiode τ1 ausgeschaltet und danach während der Zeitperiode τ2 eingeschaltet, wie in Fig. 3(c) gezeigt. Der elektrische Strom wird durch Wiederholung dieser Steuerung (d.h. τ1 + τ2 = 1[Sekunde]) zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand zugeführt, und der Strom wird bei E1' vollständig ausgeschaltet. Nachdem der elektrische Strom ausgeschaltet ist, bewegt sich die Oberflächentemperatur der Walze 1 nach unten, und der Strom wird an der Heizlampe 3 in dem Moment wieder eingeschaltet, wenn das Temperaturerfassungssignal C wieder das Referenztemperatursignal B bei E2 in der Zeichnung schneidet. Innerhalb des Bereiches E2 - E2' wird der elektrische Strom direkt zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand in derselben Weise wie innerhalb des Bereiches E1 - E1' zugeführt, indem der elektrische Strom, der in die Heizlampe 3 eingespeist wird, wiederholt ein- und ausgeschaltet und erst dann vollständig eingeschaltet.
Das heißt, wenn sich die Heizlampe 3 im eingeschalteten Zustand befindet, und die ermittelte Temperatur von einer niedrigeren Temperatur eine eingestellte Referenztemperatur erreicht, wird der Strom, der der Heizlampe 3 zugeführt wird, in Perioden von 1 [Sekunde] steuerbar ein- und ausgeschaltet, wie in Fig. 3(c) gezeigt, um den Leistungsverbrauch zu verringern und die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur erhöht wird, zu verzögern. Die Heizlampe 3 wird ausgeschaltet, nachdem die ermittelte Temperatur die eingestellte Referenztemperatur erreicht hat, worauf die ermittelte Temperatur beginnt, abzufallen. Wenn sich die Heizlampe 3 andererseits im ausgeschalteten Zustand befindet und die ermittelte Temperatur die eingestellte Referenztemperatur von einer höheren Temperatur erreicht, wird der Strom, der der Heizlampe 3 zugeführt wird, für Perioden von 1 [Sekunde] steuerbar ein- und ausgeschaltet, um den Leistungsverbrauch abzusenken und die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur zurückgeht, zu verzögern. Nachdem sich die ermittelte Temperatur mit der eingestellten Referenztemperatur abgeglichen hat, wird die Heizlampe eingeschaltet und die ermittelte Temperatur wird wieder erhöht.
Die Zeitsteuerung zum Schalten des elektrischen Stromes, der der Heizlampe 3 zugeführt wird, vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand, oder von dem ausgeschalteten Zustand in den eingeschalteten Zustand, wird mit Hilfe der vorher erwähnten Steuerung beschleunigt. Im Vergleich zu dem Fall, daß die Rechteckkurve nicht zu dem Temperaturerfassungssignal A addiert wird, wie in Fig. 3(b) gezeigt wird. Außerdem kann das vorher erwähnte Schalten ruhig ausgeführt werden mit dem Ergebnis, daß der Schwankungsbereich der Oberflächentemperatur der Heizwalze 1 innerhalb eines engen Bereiches regelbar bleibt.
Die Temperatursteuerung der Heizwalze 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der Fig. 4 beschrieben. Zuerst wird im Schritt S1 eine Überprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die Timermarke auf [0] oder [1] eingestellt ist oder nicht. Wenn die Timermarke auf [0] eingestellt ist, geht die Routine zum Schritt S3, wohingegen die Routine zum Schritt S15 geht, wenn die Marke auf [1] eingestellt ist. Wenn die Timermarke auf [0] eingestellt ist, ist der Timer τ1 eingestellt, um die Zeitperiode τ1 zu zählen, wohingegen dann, wenn die Timermarke auf [1] eingestellt ist, der Timer τ2 eingestellt ist, um die Zeitperioden τ2 zu zählen und die Timermarke wird, jedesmal wenn die Periode des entsprechenden Timers abgelaufen ist, entweder auf [0] oder [1] geändert. Im Schritt S3 wird eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob "Ta - ΔT < Tb" ist oder nicht. In dem vorher genannten Ausdruck stellt Ta die Temperatur dar, die von dem Thermistor 4 ermittelt wird, und die durch das Temperaturerfassungssignal A in Fig. 3(a) ausgedrückt wird; Tb ist die vorgegebene Referenztemperatur, die durch das Referenztemperatursignal B in Fig. 3(a) ausgedrückt wird. In dem vorher genannten Ausdruck stellt Ta - ΔT einen Wert dar, der zur Rechteckkurve addiert wird, und der durch das Temperaturerfassungssignal C in Fig. 3(a) ausgedrückt wird. Wenn die Feststellung des Schrittes S3 ergibt, daß "Ta - ΔT < Tb" erfüllt wird, wird die Heizlampe 3 im Schritt S5 eingeschaltet, wohingegen die Heizlampe 3 im Schritt S7 ausgeschaltet wird, wenn die Feststellung ergibt, daß "Ta - ΔT < Tb" nicht erfüllt wird. Dann wird im Schritt S9 eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob die Zeitperiode τ1 vorbei ist oder nicht, und wenn die Zeit vorbei ist, wird die Timermarke auf [1] eingestellt (Schritt S11), und der Timer τ2 eingestellt (Schritt S1) worauf die Routine zurück läuft. Wenn die Zeitperiode τ1 nicht vorbei ist, kehrt die Routine direkt zurück.
Im Schritt S15 wird eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob "Ta + ΔT > Tb" ist oder nicht. Wenn "Ta + ΔT > Tb" erfüllt ist, wird die Heizlampe 3 eingeschaltet (Schritt S17), wohingegen die Heizlampe 3 ausgeschaltet wird (Schritt S19), wenn "Ta + ΔT > Tb" nicht erfüllt ist. Dann wird im Schritt S21 eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob die Timerperiode τ2 vorbei ist oder nicht. Wenn die Periode τ2 orbei ist, wird die Timermarke auf [0] eingestellt (Schritt 23) und der Timer τ1 eingestellt (Schritt S25) und die Routine läuft zurück. Wenn andererseits die Timerperiode τ2 nicht vorbei ist, läuft die Routine direkt zurück.
Obwohl das vorliegende Ausführungsbeispiel unter der Bedingung einer Rechteckkurve mit einer konstanten Amplitude und Periodizität, die zu dem Temperaturerfassungssignal addiert wird, beschrieben wurde, soll angemerkt werden, daß dieselbe Wirkung durch ein periodisch veränderliches, oszillierendes Signal erreicht werden kann, das zu dem vorgegebenen Referenztemperatursignal addiert wird. In diesem Fall wird zum Beispiel ein alternierendes Signal, das die Pegel schrittweise ändert (in diesem Fall ein in drei Schritten veränderliches Signal) zu dem vorgegebenen Referenztemperatursignal B addiert und zu einem eine Amplitude aufweisenden Einstelltemperatursignal D modifiziert, um dieselbe in dem vorher genannten Ausführungsbeispiel beschriebene Steuerung zu erreichen, wie in Fig. 5(a) gezeigt wird, und die Bedingung des elektrischen Stromes, der der Heizlampe 3 zugeführt wird, kann feiner gesteuert werden, wie in Fig. 5(b) gezeigt wird, um das Schalten des Stromes von dem eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand ruhiger zu realisieren. Derselbe Effekt kann auch realisiert werden, wenn eine Kurve mit periodischer Amplitude sowohl zum Temperaturerfassungssignal als auch zum vorgegebenen Referenztemperatursignal addiert wird. Bei diesem Beispiel müssen die Perioden unterschiedlich sein.
Während bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Heizlampe als Heizer 3 innerhalb der Heizwalze 1 verwendet wurde, wird deutlich, daß auch ein Widerstandsheizelement verwendet werden kann. Und während eine Rechteckkurve als die oszillierende Kurve verwendet wurde, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Temperaturerfassungssignal und dem vorgegebenen Referenztemperatursignal addiert wird, sollte angemerkt werden, daß auch Dreieckkurven, Sinuskurven und dergleichen verwendet werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, ist anzumerken, daß dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen offensichtlich sind. Deshalb sollen solche Änderungen und Modifikationen, wenn sie nicht in anderer Weise vom Umfang der anhängenden Ansprüche abweichen, so ausgelegt werden, als seien sie darin enthalten.

Claims

1. Fixiervorrichtung zur thermischen Fixierung eines Tonerbildes auf einem Papier mit:

Heizmitteln (1) mit einem Heizelement (3);

Erfassungsmitteln (4) zum Erfassen der Temperatur der Heizmittel (1);

Vergleichsmitteln (MC) zum Vergleichen eines von den Erfassungsmitteln (4) gelieferten Temperaturerfassungssignals (A) und eines Referenztemperatursignals (B);

und Steuermitteln (MC) zur Steuerung der Temperatur der Heizmittel (1) durch Ein- oder Ausschalten des dem Heizelement (3) zugeführten Stroms entsprechend dem Vergleichsergebnis der Vergleichsmittel (MC), wenn die Differenz zwischen dem Erfassungstemperatursignal und dem Referenztemperatursignal innerhalb eines vorgegebenen Wertes liegt,

gekennzeichnet durch

Signalumwandlungsmittel (MC), die ein periodisch wechselndes Signal in Form einer Rechteckkurve mit einer konstanten Amplitude mindestens einem der beiden Signale Temperaturerfassungssignal (A) und Referenztemperatursignal (13) überlagern und das so umgewandelte Signal in den Vergleichsmitteln (MC) zuführen, wodurch die Vergleichsmittel (MC) im Betrieb das umgewandelte Signal mit dem anderen der beiden Signale Temperaturerfassungssignal und Referenztemperatursignal vergleichen, wodurch der dem Heizelement zugeführte Strom durch wiederholtes Ein- und Ausschalten auf einen mittleren Pegel geregelt wird, bevor der Strom vollständig ein- oder ausgeschaltet wird.

2. Fixiervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Heizvorrichtung eine Heizwalze (1) aufweist, die mit einer Druckwalze (2) zusammenwirkt um ein Tonerbild auf einem Papier zu fixieren, während das Papier dazwischen hindurchläuft, wobei die Heizwalze (1) durch das Heizelement (3) erhitzt wird.