JP2004151603A - Fixing controller - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に使用される定着ユニットが有するトナー定着用のヒータを通電制御する定着制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ヒータを用いた定着ユニットを有する画像形成装置において、ある定められた制御時間内のヒータの点灯時間(点灯デューティ)を可変とすることで適正なヒータ出力を得る、即ち、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生ずることなく、ヒータを設定温度に到達・維持させるという制御方法が一般的に用いられている。
例えば、定着ユニット内の温度検出素子が取り付けられている位置の温度があらかじめ定められた設定温度となるようヒータ点灯を制御する場合、設定温度と現在温度との差分量から比例定数を掛けた量で点灯時間を決めるP(比例)制御、温度推移も考慮するPI(比例・積分)制御、時間応答も考慮するPID(比例・積分・微分)制御など、一般的に公知の自動制御の手法を適用した例が多々ある。
しかしながらこれらの制御では、制御系を構成する要素毎のばらつきは考慮されていないため、商品としての設計をする場合、ばらつき公差を考慮した余裕度の高い制御系を設計するか、ばらつきを検知して補正する制御系を設計するかの、どちらかが選択される。後者の場合、種々様々な検討が行われており、多くの技術が発表されている。
定着ヒータ制御に関連して、特開平5−100755号公報(特許第2867766号)には、通電開始から制御温度までの温度上昇率を算出し、あらかじめ用意された制御パターンを選択することで、ヒータ抵抗値のばらつきを補正する技術が提案されている。この技術では、補正データの収集時は補正制御できないので、例えば、朝一の電源ON時は補正制御が働かないことになる。
また特開平10−161466号公報には、サーミスタ出力の時間遅れ対策のために昇温勾配を測定して、サーミスタ出力を補正していることを前提とし、その昇温勾配により入力電圧の変動を検知し、ヒータのON/OFFデューティを補正する技術が提案されている。この技術も補正データの収集時は補正制御できないので、例えば、朝一の電源ON時は補正制御が働かないことになる。
また特開2000−147942公報には、所定時間内におけるヒータ点灯時間と温度上昇データから温度制御方式を求め、これにより、熱定着装置の熱伝導性などの特性ばらつきに対し、適正な温度制御が可能となり、熱定着装置の交換をされても常に最適な温度制御が実現できる技術が提案されている。この技術では制御を行うマイコンの負荷が非常に重い。
【特許文献1】特開平5−100755号公報
【特許文献2】特開平10−161466号公報
【特許文献3】特開2000−147942公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記点灯デューティを決定する際の定数は通常画像形成装置の定格入力(日本国内であればAC100V)での装置の特性により定められており、装置の設置場所の電源事情などによっては狙いのヒータ出力が得られないという不具合が生じる。
そこで本発明では、装置が設置された場所の電源事情(入力電圧)に影響されることなく、適正なヒータ出力が得られる定着制御装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、ヒータ及び温度検出素子を有する定着ユニットと、適正なヒータ出力を得るために一定の制御時間内でのヒータの点灯デューティを可変とする制御手段とを備えた定着制御装置において、前記制御手段は、使用環境での最適なヒータ通電制御を実現するため、ヒータ点灯デューティの補正処理を行う定着制御装置を最も主要な特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の定着制御装置において、前記制御手段は、ある決められた条件下での温度−時間特性を求め、該温度−時間特性の傾きに合わせヒータ点灯デューティを補正し、入力電圧に関わらず常に最適なヒータ出力を得るようにした定着制御装置を主要な特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明の実施形態に係る定着制御装置の全体構成図である。本定着制御装置は、定着ユニット1、ベースエンジンコントロールユニット(以下BCU)4、AC制御板6を備えている。
定着ユニット1内には制御対象であるヒータ3及び温度検出素子2を備えており、ヒータ3はAC制御板6が有するトライアックのような双方向スイッチング素子7、図示していないが安全回路としての電流検知ヒューズ等を介し、商用交流電源8に接続されている。スイッチング素子7のドライブには入出力の絶縁されたフォトカプラ等がよく用いられ、2次側電源で動作するCPU5によりON/OFF制御させる。図1中ではCPU5はBCU4に搭載されている。
一方温度検出素子2は、定着ユニット1の図示しないローラ表面(ベルト表面)近傍に配置されており、一般的には安価なサーミスタが用いられている。以後サーミスタを例に説明する。サーミスタ2は検出温度により抵抗値が変化する特性を有しており、検出温度を電圧変換する。この電圧値はBCU4に搭載されたCPU5のA/D入力に取り込まれ、CPU5はこの電圧値からローラ表面(ベルト表面)温度を判断する。
以上のような制御系の構成により、定着ユニット1のローラ(ベルト)表面温度があらかじめ決められた設定温度に推移できるよう、または保持できるよう、CPU5がヒータ3をON/OFF制御する。
【0006】
以下、定着制御(ヒータ通電制御)について説明する。基本的には前述したように公知の自動制御技術を用いる。例えばP制御を例にすると、まずサーミスタ2によって温度を検知し、その検知温度と設定目標温度との差分を求め、その差分に比例定数Kpを掛けた値によりヒータ3の点灯デューティ(時間)を決定することになる。
図3を用いて説明すると、ある制御単位時間t0ごとにサーミスタ温度を検知し、t0サイクル中の何%の時間(t1、t2、t3、…・)を点灯させるかの値を算出し、ON/OFF制御することになる。このとき、設定温度との差が大きいほど点灯時間は長くなり、設定温度との差が小さいほど点灯時間は短くなる。なお制御単位時間は、CPU性能、点灯時間の必要設定分解能から決まることになる。
以上は、基本制御をP制御とした場合であるが、制御系はそのままで、マイコンにより温度推移、温度変化率も考慮して点灯デューティを決めれば、PI制御、PID制御となる。
これらは従来の技術として確立されたものであるが、それぞれの制御の定数Kp,Ki,Kdの設計としては、制御系を構成する要素の持つ公差(ばらつき)を考慮してなされるのが一般的である。しかしながら、その考慮により発生するばらつきは、制御操作の対象に掛かってくることになり、すなわち本制御系ではヒータ点灯時間(供給するヒータ熱量)が装置ごとにばらつくことになることは前述した通りである。
本発明では、上記のような制御系要素のばらつきが制御操作量に影響ないよう補正するものであり、具体的には、制御系要素の一つである入力電圧の変動によって、ヒータ出力(ヒータ熱量)が変動しないよう補正するものである。以下、図2を用いて補正のための制御を説明する。
【0007】
本発明では、その使用環境での最適な制御を実現するため、ヒータ点灯デューティに補正処理を行うのだが、その補正処理のための事前データ収集を行う調整モードを用意している。図2は、その調整モード時の定着ユニット1内のサーミスタ2の検知温度−時間特性を示している。動作としてはまずヒータ3をONさせ、サーミスタ検知温度がある温度からある温度に到達するまでの時間をカウントし、ヒータ3をOFFさせている。
図2の例では、50℃から100℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータON後、サーミスタ検知温度をCPU5が監視しており、50℃を検知後CPU5内のタイマをスタートさせ、100℃検知でタイマストップ、ヒータOFFとしている。その計測された時間としてはt=b−aとなる。
なお、この調整モードでのヒータ出力は固定のデューティとしておく必要があり、そのデューティとしては、サーミスタ2の検知温度の推移が図2のような1次直線となるデューティを選択する。また、図2中50℃−100℃間の時間を測定しているが、サーミスタ2の特性として、温度―電圧の特性がリニアで誤差の少ない区間であれば問題ない。
このような設定下で計測された時間tは、あらかじめ測定しておいた定格電源電圧V0(国内であれば100[V])での温度推移時間t0より、その環境下での電源電圧が、下式より求まる。
V=a・(t0/t)・V0 (1)
ここで、aは任意定数となっているが、電源電圧のばらつきによる上式の特性をあらかじめ測定しておくことで、その制御系固有の値として求めておくことができる。
電源電圧が求まると、その環境下でのヒータ出力を求めることが可能であり、定格入力でのヒータ出力をW0、その環境下でのヒータ出力をWとすると、下式が成り立つ。
W=(V/V0)b・W0 (2)
ここで、bはヒータ製品固有の値(ヒータメーカよりデータの入手可能)(1)(2)より、ヒータ点灯デューティの補正係数αは、下式となる。
α=W0/W
=1/(a・(t0/t))b (3)
本発明では、通常のヒータデューティ制御に対し、(3)式で得られたαを乗算することになる。これにより、装置が設置された場所の電源事情(入力電圧)に影響されることなく、定格入力でのヒータ出力と同等な出力が得られ、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずにヒータ3を設定温度に到達・維持させることが可能となる。
なお、調整モードの実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象がその機械の使用される電源事情(入力電圧)にあるため、工場出荷時での調整は必要なく、機械設置時に最低限行われる必要がある。機械設置時のみであれば、通常制御中は(3)式で求められたαを点灯デューティに乗算するのみであるのでマイコン負荷も少なく、時々刻々と電圧事情が変化する環境であれば、より頻繁に(電源ON時毎や待機時などに)補正のためのデータ収集を行い、αを更新することで対応が可能である。
【0008】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、決められた条件下での温度―時間特性を求め、その傾きにより装置の入力電圧の変動を検知しその変動分によるヒータ出力の過不足を補正しているので、装置が設置された場所の電源事情(入力電圧)に影響されることなく、適正なヒータ出力が得られ、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずヒータを設定温度に到達・維持させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る定着制御装置の全体構成図である。
【図2】調整モード時の定着ユニット内のサーミスタの検知温度−時間特性を示す図である。
【図3】ヒータの点灯デューティを示す図である。
【符号の説明】
1 定着ユニット
2 温度検出素子(サーミスタ)
3 ヒータ
5 CPU(制御手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fixing control device that controls a heater for toner fixing of a fixing unit used in an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, and a printer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus having a fixing unit using a heater, an appropriate heater output is obtained by changing a lighting time (lighting duty) of a heater within a predetermined control time, that is, quickly and unnecessarily. A control method of causing a heater to reach and maintain a set temperature without causing excessive overshoot is generally used.
For example, when controlling the heater lighting so that the temperature at the position where the temperature detecting element in the fixing unit is attached becomes a predetermined set temperature, an amount obtained by multiplying a difference between the set temperature and the current temperature by a proportional constant is used. Commonly known automatic control methods such as P (proportional) control that determines the lighting time with P, PI (proportional / integral) control that also takes into account temperature transition, and PID (proportional / integral / differential) control that also takes into account time response There are many examples of application.
However, these controls do not consider the variation of each element that composes the control system, so when designing as a product, design a control system with a high margin that takes the variation tolerance into consideration or detect the variation. Either a control system to be corrected is designed. In the latter case, various studies have been made and many technologies have been announced.
In connection with the fixing heater control, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-100755 (Japanese Patent No. 2867766) discloses that a rate of temperature rise from the start of energization to a control temperature is calculated, and a control pattern prepared in advance is selected. Techniques for correcting variations in heater resistance have been proposed. In this technique, since correction control cannot be performed when correction data is collected, the correction control does not work, for example, when the power is turned on in the morning.
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-161466 discloses that the temperature rise gradient is measured to correct the time delay of the output of the thermistor and that the output of the thermistor is corrected. There has been proposed a technique for detecting and correcting the ON / OFF duty of the heater. This technique also cannot perform correction control during collection of correction data, so that, for example, when power is turned on in the morning, the correction control does not work.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-147942 discloses a temperature control method based on heater turn-on time and temperature rise data within a predetermined time, whereby appropriate temperature control can be performed with respect to variations in characteristics such as thermal conductivity of a heat fixing device. There has been proposed a technology that makes it possible to always realize optimum temperature control even when the heat fixing device is replaced. With this technology, the load on the microcomputer that performs control is very heavy.
[Patent Document 1] JP-A-5-100755 [Patent Document 2] JP-A-10-161466 [Patent Document 3] JP-A-2000-147942 [0003]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the constant for determining the lighting duty is usually determined by the characteristics of the apparatus at the rated input of the image forming apparatus (100 V AC in Japan), and may be targeted depending on the power supply situation at the installation location of the apparatus. Disadvantageously that the heater output cannot be obtained.
Therefore, an object of the present invention is to provide a fixing control device that can obtain an appropriate heater output without being affected by a power supply situation (input voltage) at a place where the device is installed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fixing unit having a heater and a temperature detecting element and a lighting duty of the heater within a certain control time are varied to obtain an appropriate heater output. In a fixing control device including a control unit, the control unit has a fixing control unit that performs a heater lighting duty correction process as a main feature in order to realize optimal heater energization control in a use environment.
According to a second aspect of the present invention, in the fixing control device according to the first aspect, the control unit determines a temperature-time characteristic under a predetermined condition, and adjusts a heater lighting duty according to a gradient of the temperature-time characteristic. The main feature of the fixing control device is that the optimum heater output is always obtained regardless of the input voltage.
[0005]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fixing control device according to an embodiment of the present invention. The fixing control device includes a fixing unit 1, a base engine control unit (hereinafter, BCU) 4, and an AC control plate 6.
The fixing unit 1 includes a
On the other hand, the
With the configuration of the control system as described above, the CPU 5 controls the ON / OFF of the
[0006]
Hereinafter, the fixing control (heater energization control) will be described. Basically, a known automatic control technique is used as described above. For example, taking P control as an example, first, the temperature is detected by the
Referring to FIG. 3, the thermistor temperature is detected at every control unit time t 0 , and what percentage of the time (t 1 , t 2 , t 3 ,... Calculation and ON / OFF control are performed. At this time, the lighting time increases as the difference from the set temperature increases, and the lighting time decreases as the difference from the set temperature decreases. The control unit time is determined by the CPU performance and the required resolution of the lighting time.
The above is a case where the basic control is the P control. However, if the lighting duty is determined in consideration of the temperature transition and the temperature change rate by the microcomputer without changing the control system, the PI control and the PID control are performed.
Although these are established as conventional techniques, the design of the control constants Kp, Ki, and Kd is generally performed in consideration of the tolerance (variation) of the elements constituting the control system. It is a target. However, as described above, the variation that occurs due to the consideration depends on the target of the control operation, that is, in the present control system, the heater lighting time (heater amount to be supplied) varies from device to device. is there.
In the present invention, correction is performed so that the above-described variation of the control system element does not affect the control operation amount. Specifically, the heater output (heater) is controlled by the fluctuation of the input voltage which is one of the control system elements. (The amount of heat) is corrected. Hereinafter, the control for correction will be described with reference to FIG.
[0007]
In the present invention, in order to realize optimal control in the usage environment, correction processing is performed on the heater lighting duty. However, an adjustment mode is provided for performing preliminary data collection for the correction processing. FIG. 2 shows a detected temperature-time characteristic of the
In the example of FIG. 2, the temperature transition time from 50 ° C. to 100 ° C. is measured, and after the heater is turned on, the thermistor detection temperature is monitored by the CPU 5. After detecting 50 ° C., the timer in the CPU 5 is started. Timer detection and heater OFF at 100 ° C detection. The measured time is t = ba.
Note that the heater output in this adjustment mode needs to have a fixed duty, and the duty is selected such that the transition of the temperature detected by the
The time t measured under such a setting is based on the previously measured temperature transition time t0 at the rated power supply voltage V0 (100 [V] in Japan). It is obtained from the following equation.
V = a · (t 0 / t) · V 0 (1)
Here, although a is an arbitrary constant, it can be obtained as a value specific to the control system by previously measuring the characteristics of the above equation due to variations in the power supply voltage.
When the power supply voltage is obtained, the heater output under the environment can be obtained. If the heater output at the rated input is W0 and the heater output under the environment is W, the following equation is established.
W = (V / V 0 ) b · W 0 (2)
Here, b is a value unique to the heater product (data can be obtained from the heater maker) (1) and (2), and the correction coefficient α of the heater lighting duty is given by the following equation.
α = W 0 / W
= 1 / (a · (t 0 / t)) b (3)
In the present invention, normal heater duty control is multiplied by α obtained by the equation (3). As a result, an output equivalent to the heater output at the rated input can be obtained without being affected by the power supply situation (input voltage) at the place where the device is installed, and the
As for the execution timing of the adjustment mode, there is no need to make adjustments at the time of factory shipment, and it is necessary to perform the adjustments at the minimum at the time of installation of the machine, because the object of variation correction is the power supply condition (input voltage) used by the machine. . If only the machine is installed, the lighting duty is only multiplied by α obtained by equation (3) during normal control, so that the microcomputer load is small, and if the voltage situation changes every moment, the environment is more suitable. It is possible to cope by frequently collecting data for correction (every time the power is turned on or at the time of standby) and updating α.
[0008]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a temperature-time characteristic under a predetermined condition is obtained, a change in the input voltage of the apparatus is detected based on the slope, and the excess or deficiency of the heater output due to the change is corrected. As a result, proper heater output can be obtained without being affected by the power supply situation (input voltage) at the place where the device is installed, and the heater reaches and maintains the set temperature quickly and without unnecessary overshoot. It is possible to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fixing control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detected temperature-time characteristic of a thermistor in a fixing unit in an adjustment mode.
FIG. 3 is a diagram showing a lighting duty of a heater.
[Explanation of symbols]
1 fixing
3 heater 5 CPU (control means)
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002319133A JP2004151603A (en) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | Fixing controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002319133A JP2004151603A (en) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | Fixing controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004151603A true JP2004151603A (en) | 2004-05-27 |
Family
ID=32462058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002319133A Pending JP2004151603A (en) | 2002-10-31 | 2002-10-31 | Fixing controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004151603A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007018429A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Omron Corp | Controller |
-
2002
- 2002-10-31 JP JP2002319133A patent/JP2004151603A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007018429A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Omron Corp | Controller |
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