JP2004177430A - Fixing controller - Google Patents

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JP2004177430A
JP2004177430A JP2002339990A JP2002339990A JP2004177430A JP 2004177430 A JP2004177430 A JP 2004177430A JP 2002339990 A JP2002339990 A JP 2002339990A JP 2002339990 A JP2002339990 A JP 2002339990A JP 2004177430 A JP2004177430 A JP 2004177430A
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JP
Japan
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temperature
heater
control
time
fixing
Prior art date
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Pending
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JP2002339990A
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Takashi Watanobe
隆 渡延
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing controller for which the need of taking the variation of the constituting components of a control system into consideration with respect to the design of the control system is eliminated. <P>SOLUTION: The fixing controller by which the proper output of a heater is obtained by varying the turn-on duty of the heater 3 of a fixing unit 1 in specified control time in accordance with the detected temperature of a temperature detecting element 2 is provided with a controlling means 5 to perform control that the turn-on duty is corrected in accordance with inclination by obtaining temperature and time characteristics under the certain specified condition of the temperature detecting element 2 before assembling a machine. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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用いられる定着ユニット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電子写真式の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、一般的な公知の自動制御の技術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、商品として設計する場合、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採用される。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。
【0003】
例えば、特許第2867766号(第1の従来例)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。
また特開平10−161466号公報(第2の従来例)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、ヒータのオン/オフデューティを補正する技術が提案されている。
さらに特開2000−147942公報(第3の従来例)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、熱定着装置が交換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。
【特許文献1】特許第2867766号
【特許文献2】特開平10−161466号公報
【特許文献3】特開2000−147942公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
第1の従来例は、ばらつき補正目的の対象がヒータ抵抗値のみであり、これでは他の制御系要素のばらつきを考慮できない。
第2の従来例は、テーブル方式の補正であるため、ばらつき量に追従した正確な制御が不可能である。
第3の従来例は、複雑な演算処理(最小自乗法)により補正を行っており、そのため制御を行うマイコンの負荷が非常に重いという問題がある。
また従来の定着制御装置では、電源事情のばらつきに対して、定格入力(日本国内であればAC100V)の±何%と規定して設計しても、ユーザのあらゆる条件を網羅しきれるものではなく、場合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。
本発明は、制御系設計において制御系構成要素のばらつきを考慮しなくてすむ定着制御装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【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、温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、温度検出素子のある決められた条件下での温度−時間特性を、機械組み付け前に求めておき、その傾きに合わせ点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えた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、温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、ヒータのある決められた条件下での温度−時間特性を、機械組付前、もしくは機械組み付け後の工場出荷前の調整工程で求めておき、その傾きに合わせ点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする定着制御装置を最も主要な特徴とする。
請求項3記載の発明は、温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、ある決められた条件下での温度−時間特性を、機械のユーザ設置時もしくは電源オン時に求めておき、その傾きに合わせて点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えた定着制御装置を最も主要な特徴とする。
【0006】
【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ブロック図である。本定着制御装置は、温度検出素子2と制御対象であるヒータ3を有する定着ユニット1、CPU5を搭載したベースエンジンコントロールユニット(BCU)4、双方向スイッチング素子7を有するAC制御板6を備えている。
ヒータ3は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によりオン/オフF制御させる。
温度検出素子2は、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、サーミスタ2よって温度が電圧に変換され、この電圧がBCU4に搭載されたCPU5のA/D入力に取り込まれ温度として検知される。
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がヒータオン/オフの制御を行う。
【0007】
以下、具体的な制御について説明する。基本制御方法としては前述したように公知の自動制御技術であり、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2を用いて説明すると、ある制御単位時間tごとにサーミスタ温度を検知し、tサイクル中の何%の時間(t、t、t、…・)を点灯させるかの値を算出、オン/オフ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、制御系をそのままで、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。
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、本発明第1の実施例では、制御系要素の一つである温度検知素子のばらつき(公差)によってヒータ出力(ヒータ熱量)の変動が発生しないようよう補正するものである。
【0008】
以下、図3を用いて補正のための制御を説明する。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治具を用意している。基本的な構成は図1と変わらないが、ヒータ3の出力が標準(公差±0%)品であること、商用交流電源8が定格入力(±0%)であることが規定されており、また、データ収集をするためだけの治具であるので、取り外しの利便性を考慮した構造となっている。なお、この治具内でのサーミスタ2への熱伝導性は、正規定着ユニットとのそれと同等なものでなければならない。
図3はデータ収集時のサーミスタの検知温度−時間特性を示す図である。動作としてはまずヒータ3をオンさせ、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をオフさせている。図3の例では、50℃から100℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータオン後、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、ヒータオフとしている。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3のような1次直線となるデューティを選択する。また、図3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。
【0009】
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サーミスタ2の公差±0品:rでの温度推移時間tより、サーミスタ2の公差d[%]が、下式より求まる。
d=a・(t/t) (1)
ここで、aは任意定数となっているが、サーミスタ2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。これより、ヒータ点灯デューティの補正係数αは、下式となる。

Figure 2004177430
本発明では、通常のヒータデューティ制御に対し、(2)式で得られたαを乗算することになる。なお、データ収集の実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象が部品特有のばらつきであること、上記治具の条件を正規定着ユニットでは作り出せないこと等により、機械組付前に実施しておくことになる。
またそのデータから求められた(2)式の値は、機械自体に記憶させておき、通常制御中の点灯デューティに乗算することになるので、工場での機械組付後の火入れ時の調整工程などでデータ入力してメモリに保存しておくことになる。なお、ばらつきを発生するのは機械というよりは、機械に使われているサーミスタ2という部品であるのでその部品交換時、もしくは定着ユニット1の交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる
また本発明のマイコン負荷を考えると、(2)式の演算は機械稼働時には行わないもので、通常制御中は(2)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、マイコン負荷としても非常に少ないものとなっている。
以上より、サーミスタ2の(許容公差内での)ばらつきに影響されることなく、公差±0品サーミスタと同等な検知が得られることになるので、制御系設計も部品ばらつきを考慮しなくてもすむので非常により容易なものとなる。また、結果として得られる温度制御もより正確なものとなり、定着温度を設定温度に素早くかつ不必要なオーバーシュートを生じずに、到達・維持させることが可能となる。
【0010】
次に、本発明第2の実施例について以下に説明する。制御系要素の一つであるヒータ出力のばらつき(公差)によって、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3を用いて補正のための制御を説明する。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3は、前述したように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−時間特性を示しており、動作としては、本発明の第1の実施例と同様、まずヒータ3をオンさせ、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をオフさせている。
図3の例では、50℃から100℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータオン後、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、ヒータオフとしている。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3のような1次直線となるデューティを選択する。
また、図3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ヒータ出力公差±0品:W0での温度推移時間tより、公差を含んだヒータでの出力Wが、下式より求まる。
W=a・(t/t)・W (3)
ここで、aは任意定数となっているが、ヒータ出力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。これより、ヒータ点灯デューティの補正係数βは、下式となる。
Figure 2004177430
【0011】
本発明では、通常のヒータデューティ制御に対し、(4)式で得られたβを乗算することになる。なお、本発明の第1の実施例と合わせると、ヒータ点灯のデューティとしては(5)式で得られた値を乗算することになる。
α・β=(1+a・(t/t))・(1/(a・(t/t))) (5)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特有のばらつきであり、部品であるヒータ自体の出力ばらつきだけでなく、定着ユニット自体の熱伝導ばらつきを考えると、定着ユニット組付後の調整工程とするのが望ましい。もちろん定着ユニット自体の熱伝導ばらつきが少ない場合は、本発明の第1の実施例で示したように、治具を用いて部品単体でデータ収集するのでも構わない。但し、電源が定格入力(±0%)でのデータ収集が絶対条件である。
また、このデータ収集から求められた(4)式もしくは(5)式の値は、機械自体に記憶させておき、通常制御中の点灯デューティに乗算することになるので、工場での機械組付後の火入れ時の調整工程などでデータ入力してメモリに保存しておくことになる。なお、ばらつきを発生するのは機械というよりは、機械に使われているヒータ3という部品、もしくは定着ユニット1であるので、その部品交換時、もしくは定着ユニット1の交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる。
また本発明のマイコン負荷を考えると、(2)式の演算は機械稼働時には行わないもので、通常制御中は(2)式で求められたβもしくは、α・βを点灯デューティに乗算するのみであるので、マイコン負荷としても非常に少ないものとなっている。
以上により、ヒータ3の(許容公差内での)ばらつきに影響されることなく、公差±0品ヒータ出力と同等な出力が得られることになるので、制御系設計も部品ばらつきを考慮しなくてもすむのでより容易なものとなる。また、結果として得られる温度制御もより正確なものとなり、定着温度を設定温度に素早くかつ不必要なオーバーシュートを生じずに、到達・維持させることが可能となる。
以上により、温度検知素子2、ヒータ3といった制御系要素ばらつきの補正がなされたのだが、これらは部品仕様として管理されているものであるため、これらの補正が行われなくても、設計の容易性、制御の追従性等を問わなければ、出力仕様からはずれることはない。
【0012】
しかしながら、残る要素して電源事情が挙げられ、定格入力(日本国内であればAC100V)の±何%と規定して設計しても、ユーザのあらゆる条件を網羅しきれるものではなく、場合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(制御不能)が生じる。
本発明の第3の実施例はこれを補正するもので、以下、図3を用いて補正のための制御を説明する。第3の実施例では、第1、2の実施例と同様、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3は、前述した通り、その調整モード時の定着ユニット1内のサーミスタ2検知温度−時間特性を示しており、動作としてはまずヒータ3をオンさせ、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をオフさせている。
図3の例では、50℃から100℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータオン後、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、ヒータオフとしている。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3のような1次直線となるデューティを選択する。また、図3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。
【0013】
このような設定下で計測された時間t3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・(t/t)・V (6)
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/V・W (7)
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)
(6)(7)より、ヒータ点灯デューティの補正係数γは、下式となる。
Figure 2004177430
本発明では、通常のヒータデューティ制御に対し、(8)式で得られたγを乗算することになる。なお、本発明の第1の実施例と合わせると、ヒータ点灯のデューティとしては(9)式で得られた値を乗算することになる。
α・β・γ=(1+a・(t/t))・(1/(a・(t/t)))・(1/(a・(t/t))) (9)
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、素早くかつ不必要なオーバーシュートを生じずに温度を設定温度に到達・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(8)式もしくは(9)式で求められたγ、もしくはα・β・γ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(電源オン時毎などに)補正のためのデータ収集を行い、γを更新することで対応が可能である。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着ユニットの温度制御において、その制御系を構成する温度検知素子、ヒータ、電源事情などの特性ばらつきを補正することにより、構成要素のばらつきを考慮するが故の設計の困難度合いを低くすることができ、また構成要素が予測したばらつきを越えた時の制御不能状態といった不具合を解消することができる。その結果、温度制御もより正確になり、定着温度を設定温度に素早くかつ不必要なオーバーシュートを生じずに到達させ、これを維持す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ブロック図である。
【図2】ヒータの点灯デューティを示す図である。
【図3】データ収集時のサーミスタの検知温度−時間特性を示す図である。
【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
The present invention relates to a fixing control device that controls a heater 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 electrophotographic image forming apparatus having a fixing unit using a heater, a control method in which an appropriate heater output is obtained by making a heater lighting time (lighting duty) variable within a predetermined control time. Is commonly 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 techniques such as P (proportional) control that determines the lighting time with PID, PI (proportional / integral) control that also considers the temperature transition, and PID (proportional / integral / derivative) control that also considers the time response There are many examples of application.
However, these controls do not take into account the variation of each element that composes the control system. Therefore, when designing as a product, design a control system with a high margin considering the variation tolerance or detect and correct the variation. Either a control system to be designed is adopted. In the latter case, various studies have been made and many technologies have been announced.
[0003]
For example, in Japanese Patent No. 2867766 (first conventional example), a variation in heater resistance value is corrected by calculating a temperature rise rate from the start of energization to a control temperature and selecting a control pattern prepared in advance. Technology has been proposed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161466 (second conventional example) presupposes that the temperature rise gradient is measured to correct the time delay of the thermistor output and that the thermistor output is corrected. There has been proposed a technique of detecting a change in input voltage based on a gradient and correcting the on / off duty of a heater.
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-147942 (third conventional example) finds a temperature control method from heater turn-on time and temperature rise data within a predetermined time, thereby reducing variation in characteristics such as thermal conductivity of a heat fixing device. On the other hand, there has been proposed a technology that enables appropriate temperature control and always realizes optimum temperature control even when the heat fixing device is replaced.
[Patent Document 1] Japanese Patent No. 2867766 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-161466 [Patent Document 3] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-147942 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the first conventional example, the object of the variation correction is only the heater resistance value, and it is not possible to consider the variation of other control system elements.
In the second conventional example, since the correction is based on the table method, accurate control that follows the variation amount is impossible.
In the third conventional example, the correction is performed by a complicated calculation process (least square method), so that there is a problem that the load of the microcomputer for controlling is very heavy.
Further, in the conventional fixing control device, even if the design is regulated to ±% of the rated input (100 V AC in Japan) with respect to the variation in the power supply condition, it cannot cover all the conditions of the user. In some cases, there is a problem that a desired heater output cannot be obtained.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fixing control device which does not need to consider variations in control system components in control system design.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a fixing control for obtaining a proper heater output by varying a lighting duty of a heater of a fixing unit within a fixed control time according to a temperature detected by a temperature detecting element. In the apparatus, a temperature-time characteristic under a predetermined condition of the temperature detecting element is obtained before mechanical assembly, and a fixing control device including a control unit that performs control to correct a lighting duty according to the inclination is provided. The most important feature.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fixing control device which obtains an appropriate heater output by varying a lighting duty of a heater of a fixing unit within a predetermined control time according to a temperature detected by a temperature detecting element. Control means for determining the temperature-time characteristics under different conditions before the machine is assembled or before the factory is shipped after the machine is assembled, and performing control to correct the lighting duty according to the inclination. The most important feature is a fixing control device characterized by the following.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fixing control device for obtaining a proper heater output by varying a lighting duty of a heater of a fixing unit within a certain control time according to a temperature detected by a temperature detecting element. The main feature of the fixing control device is that the temperature-time characteristics below are obtained when the user installs the machine or when the power is turned on, and the control unit performs control to correct the lighting duty in accordance with the inclination. .
[0006]
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 a block diagram of a fixing control device according to an embodiment of the present invention. The fixing control device includes a fixing unit 1 having a temperature detecting element 2 and a heater 3 to be controlled, a base engine control unit (BCU) 4 having a CPU 5 mounted thereon, and an AC control plate 6 having a bidirectional switching element 7. I have.
The heater 3 is connected to a commercial AC power supply 8 via a bidirectional switching element 7 such as a triac and a current detection fuse or the like (not shown) as a safety circuit. The input / output insulated photocoupler or the like is often used to drive the switching element 7, and the ON / OFF F control is performed by the CPU 5 operated by the secondary power supply.
The temperature detecting element 2 is disposed near a roller surface (belt surface), not shown, and generally uses an inexpensive thermistor. Hereinafter, the thermistor will be described as an example. The thermistor 2 has the characteristic that the resistance value changes according to the detected temperature. The temperature is converted into a voltage by the thermistor 2, and this voltage is taken into the A / D input of the CPU 5 mounted on the BCU 4 and detected as the temperature. .
With the configuration of the control system as described above, the CPU 5 controls the heater on / off so that the roller (belt) surface temperature of the fixing unit 1 can be changed or maintained at a predetermined set temperature.
[0007]
Hereinafter, specific control will be described. The basic control method is a known automatic control technique as described above. For example, in the case of P control, for example, first, a temperature is detected by the thermistor 2, a difference between the detected temperature and a set target temperature is obtained, and the difference is calculated. The lighting duty (time) of the heater 3 is determined by the value multiplied by the proportional constant Kp.
To explain with reference to FIG. 2, the value of how much time (t 1 , t 2 , t 3 ,...) Of the thermistor temperature is detected at every control unit time t 0 and the cycle of the t 0 cycle is turned on. And ON / OFF control is 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 the case where the basic control is the P control. However, if the microcomputer is used to determine the lighting duty in consideration of the temperature transition and the temperature change rate, 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, the variation that occurs due to this consideration depends on the control operation target, that is, in the present control system, the heater lighting time (the amount of heater heat to be supplied) varies from device to device.
In the present invention, the above-described variation of the control system element is corrected so as not to affect the control operation amount. In the first embodiment of the present invention, the variation of the temperature sensing element, which is one of the control system elements, is corrected. The correction is performed so that the heater output (heater heat amount) does not fluctuate due to the tolerance.
[0008]
Hereinafter, the control for correction will be described with reference to FIG. In the present invention, correction processing is performed on the heater lighting duty in order to realize optimum control in the usage environment. However, a jig for performing preliminary data collection for the correction processing is prepared. Although the basic configuration is the same as that of FIG. 1, it is stipulated that the output of the heater 3 is a standard (tolerance ± 0%) product and that the commercial AC power supply 8 has a rated input (± 0%). In addition, since the jig is used only for collecting data, it has a structure in consideration of convenience of removal. The thermal conductivity to the thermistor 2 in this jig must be the same as that of the regular fixing unit.
FIG. 3 is a diagram showing the detected temperature-time characteristics of the thermistor at the time of data collection. As an operation, the heater 3 is first turned on, the time until the thermistor detection temperature reaches a certain temperature from a certain temperature is counted, and the heater 3 is turned off. In the example of FIG. 3, the temperature transition time from 50 ° C. to 100 ° C. is measured. 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 stop and heater off at ° C detection. The measured time is t 1 = 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 thermistor 2 becomes a primary straight line as shown in FIG. Although the time between 50 ° C. and 100 ° C. is measured in FIG. 3, there is no problem as long as the characteristics of the thermistor 2 are such that the temperature-voltage characteristics are linear and have few errors.
[0009]
Such time t 1 measured by the under configuration, previously measured in advance thermistor 2 tolerance ± 0 goods: the temperature transition time t 0 at r 0, tolerance d thermistor 2 [%] is lower Obtained from the formula.
d = a · (t 0 / t 1 ) (1)
Here, although a is an arbitrary constant, it can be obtained as a value specific to the control system by measuring the characteristics of the above equation due to the variation of the thermistor 2 in advance. Thus, the heater lighting duty correction coefficient α is given by the following equation.
Figure 2004177430
In the present invention, the normal heater duty control is multiplied by α obtained by the equation (2). The data collection should be performed before the machine is assembled because the target of the variation correction is the component-specific variation and the condition of the jig cannot be created by the regular fixing unit. Become.
Further, the value of the expression (2) obtained from the data is stored in the machine itself and multiplied by the lighting duty during the normal control. The data is input and stored in the memory. It is to be noted that since the variation is caused by the thermistor 2 used in the machine rather than by the machine, the same adjustment as that at the time of factory shipment is required at the time of replacement of the component or replacement of the fixing unit 1. Considering the microcomputer load of the present invention, the calculation of the expression (2) is not performed when the machine is operating, and during normal control, only the lighting duty is multiplied by α obtained by the expression (2). The load is very low.
As described above, the same detection as the thermistor with a tolerance of ± 0 can be obtained without being affected by the variation (within the allowable tolerance) of the thermistor 2, so that the control system design does not need to consider the component variation. So much easier. In addition, the resulting temperature control becomes more accurate, and the fixing temperature can be quickly reached and maintained at the set temperature without causing unnecessary overshoot.
[0010]
Next, a second embodiment of the present invention will be described below. The correction is performed so that the heater calorific value does not fluctuate due to the variation (tolerance) of the heater output, which is one of the control system elements. Hereinafter, the control for correction will be described with reference to FIG. 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. 3 shows the detected temperature-time characteristic of the thermistor 2 in the fixing unit 1 in the adjustment mode as described above, and the operation is similar to that of the first embodiment of the present invention. The heater 3 is turned on, the time from when the thermistor detection temperature reaches a certain temperature to a certain temperature is counted, and the heater 3 is turned off.
In the example of FIG. 3, the temperature transition time from 50 ° C. to 100 ° C. is measured. 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 stop and heater off at ° C detection. The measured time is t 2 = 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 thermistor 2 becomes a primary straight line as shown in FIG.
Although the time between 50 ° C. and 100 ° C. is measured in FIG. 3, there is no problem as long as the characteristics of the thermistor 2 are such that the temperature-voltage characteristics are linear and have few errors. Time t 2 which is measured under such setting, the heater output tolerance ± 0 goods measured in advance: the temperature transition time t 0 at W0, the output W of a heater including a tolerance, the following formula Find more.
W = a · (t 0 / t 2 ) · W 0 (3)
Here, a is an arbitrary constant, but 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 heater output. Thus, the correction coefficient β for the heater lighting duty is given by the following equation.
Figure 2004177430
[0011]
In the present invention, normal heater duty control is multiplied by β obtained by equation (4). When combined with the first embodiment of the present invention, the heater lighting duty is multiplied by the value obtained by equation (5).
α · β = (1 + a · (t 0 / t 1 )) · (1 / (a · (t 0 / t 2 ))) (5) As for the execution timing of the adjustment mode, the target of variation correction is Considering not only the variation of the output of the heater itself, which is a component, but also the variation of the heat conduction of the fixing unit itself, it is desirable that the adjustment process be performed after the fixing unit is assembled. Of course, when the variation in the heat conduction of the fixing unit itself is small, as shown in the first embodiment of the present invention, it is also possible to collect the data of the parts alone using a jig. However, data collection with the power supply at the rated input (± 0%) is an absolute condition.
Further, the value of the expression (4) or (5) obtained from this data collection is stored in the machine itself and multiplied by the lighting duty during normal control. The data will be input and stored in the memory in the adjustment process at the time of the subsequent burning. It is to be noted that the variation occurs not in the machine but in the component called the heater 3 or the fixing unit 1 used in the machine. Therefore, when the component is replaced or when the fixing unit 1 is replaced, the same as at the factory shipment. Adjustment is required.
Considering the microcomputer load of the present invention, the calculation of the expression (2) is not performed during the operation of the machine, and only the light duty is multiplied by β or α · β obtained by the expression (2) during normal control. Therefore, the load on the microcomputer is very small.
As described above, it is possible to obtain an output equivalent to the heater output of the product having the tolerance of ± 0 without being affected by the variation (within the allowable tolerance) of the heater 3. Therefore, the control system design does not need to consider the component variation. It is easier to use. In addition, the resulting temperature control becomes more accurate, and the fixing temperature can be quickly reached and maintained at the set temperature without causing unnecessary overshoot.
As described above, the correction of the control system element variation such as the temperature detecting element 2 and the heater 3 has been performed. However, since these are managed as part specifications, even if these corrections are not performed, the design is easy. There is no deviation from the output specifications, as long as the performance, the control followability, etc. are not asked.
[0012]
However, the remaining factor is the power supply situation. Even if the design is defined as ±% of the rated input (AC100V in Japan), it is not possible to cover all conditions of the user. There is a problem that a desired heater output cannot be obtained (control is impossible).
The third embodiment of the present invention corrects this, and control for the correction will be described below with reference to FIG. In the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, correction processing is performed on the heater lighting duty in order to realize optimum control in the usage environment. However, prior data collection for the correction processing is performed. An adjustment mode for performing is provided.
FIG. 3 shows the temperature-time characteristic of the thermistor 2 detected in the fixing unit 1 in the adjustment mode, as described above. First, as an operation, the heater 3 is turned on, and the temperature of the thermistor detected temperature changes from a certain temperature to a certain temperature. The time until it reaches is counted, and the heater 3 is turned off.
In the example of FIG. 3, the temperature transition time from 50 ° C. to 100 ° C. is measured. 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 stop and heater off at ° C detection. The measured time is t 3 = b−a.
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 thermistor 2 becomes a primary straight line as shown in FIG. Although the time between 50 ° C. and 100 ° C. is measured in FIG. 3, there is no problem as long as the temperature-voltage characteristics are linear and have a small error as the characteristics of the thermistor 2.
[0013]
The time t3 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 3 ) · V 0 (6)
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 (7)
Here, b is a value specific to the heater product (data is available from the heater manufacturer)
(6) From (7), the heater lighting duty correction coefficient γ is given by the following equation.
Figure 2004177430
In the present invention, normal heater duty control is multiplied by γ obtained by equation (8). When combined with the first embodiment of the present invention, the heater lighting duty is multiplied by the value obtained by equation (9).
α · β · γ = (1 + a · (t 0 / t 1 )) · (1 / (a · (t 0 / t 2 ))) · (1 / (a · (t 0 / t 3 )) b ) (9)
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 temperature can be quickly and unnecessarily increased without causing overshoot. It is possible to reach and maintain the set temperature. 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, during normal control, only the lighting duty is multiplied by γ or α, β, or γ obtained by equation (8) or (9), so that the microcomputer load is small and momentarily. In an environment where the voltage situation changes, it is possible to cope with the problem by collecting data for correction more frequently (every time the power is turned on, etc.) and updating γ.
[0014]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the temperature control of the fixing unit, the variation in the constituent elements is taken into account by correcting the variation in the characteristics of the temperature detecting element, the heater, the power supply, and the like constituting the control system. Therefore, it is possible to reduce the degree of difficulty in designing due to the above, and it is possible to eliminate a problem such as an uncontrollable state when the components exceed the predicted variation. As a result, the temperature control becomes more accurate, and the fixing temperature can be quickly reached to the set temperature without causing unnecessary overshoot, and can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a fixing control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a lighting duty of a heater.
FIG. 3 is a diagram showing a detected temperature-time characteristic of a thermistor at the time of data collection.
[Explanation of symbols]
1 fixing unit 2 temperature detection element (thermistor)
3 heater 5 CPU (control means)

Claims (3)

温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、温度検出素子のある決められた条件下での温度−時間特性を、機械組み付け前に求めておき、その傾きに合わせ点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする定着制御装置。In a fixing control device that obtains an appropriate heater output by varying the lighting duty of the heater of the fixing unit within a certain control time according to the temperature detected by the temperature detection element, the temperature of the temperature detection element under a predetermined condition -A fixing control device characterized by comprising a control means for obtaining a time characteristic before mechanical assembly and correcting the lighting duty in accordance with the inclination thereof. 温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、ヒータのある決められた条件下での温度−時間特性を、機械組付前、もしくは機械組み付け後の工場出荷前の調整工程で求めておき、その傾きに合わせ点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする定着制御装置。In a fixing control device that obtains an appropriate heater output by varying the lighting duty of the heater of the fixing unit within a certain control time according to the temperature detected by the temperature detecting element, the temperature-time under a predetermined condition of the heater A fixing control device comprising: a control unit that obtains characteristics in an adjustment process before a machine is assembled or before a factory is shipped after the machine is assembled, and performs control for correcting a lighting duty according to the inclination. 温度検出素子の検出温度に応じて一定の制御時間内で定着ユニットのヒータの点灯デューティを可変して適正なヒータ出力を得る定着制御装置において、ある決められた条件下での温度−時間特性を、機械のユーザ設置時もしくは電源オン時に求めておき、その傾きに合わせて点灯デューティを補正する制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする定着制御装置。In a fixing control device that obtains an appropriate heater output by varying a lighting duty of a heater of a fixing unit within a fixed control time according to a temperature detected by a temperature detecting element, a temperature-time characteristic under a predetermined condition is determined. A fixing unit which is obtained when the machine is installed by the user or when the power is turned on, and which performs control for correcting the lighting duty in accordance with the inclination thereof.
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