JP2004246045A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度検知素子のばらつきに影響されることなく、適正なヒータ出力を得られる画像形成装置を提供することである。
【解決手段】所定の条件下での温度―時間特性を求め、その傾きによりサーミスタ検知のばらつきを検知し、補正する。そのため、サーミスタの（許容公差内での）ばらつきに影響されることなく、適正なヒータ出力を得られ、温度を設定温度に到達・維持させることできる。本例では、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ｄｕｔｙに補正処理を行うが、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検知温度−時間特性を示している。まずヒータを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する。そして、ヒータをＯＦＦさせている。
【選択図】 図２

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関し、特にトナー定着用の熱定着装置の通電制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータを用いた定着ユニットを備えた画像形成装置では、ある定められた制御時間内のヒータの点灯時間（点灯ｄｕｔｙ）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た。
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に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、一般的な公知自動制御の手法を適用した例が多々使用されていた。上記した制御では、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、どちらかの手段がとられている。
本件と関連する先行技術文献としては以下の文献をあげることができる。
【特許文献１】
特開平５−１００７５５号（特許第０２８６７７６号）
【特許文献２】
特開平１０−１６１４６６号
【特許文献３】
特開２０００−１４７９４２
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の発明では、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している。ばらつき補正目的の対象がヒータ抵抗値のばらつきであるところに特徴がある。また、この発明は、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時はこの制御が働かないことになる。
特許文献２記載の発明では、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が前提であり、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／ＯＦＦｄｕｔｙを補正している。この発明でも、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時はこの制御が働かないことになる。
特許文献３記載の発明では、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るというもので、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、熱定着装置の交換がされても常に最適な温度制御が実現できるようにしている。請求項１に「制御方式を求める」と記載されているように、複雑な演算処理（請求項２：最小自乗法）により補正を行っており、その為制御を行うマイコンの負荷が非常に重い。実施例に示された電源ＯＮ時は、定着制御以外もイニシャル動作中のため、できればマイコン負荷としては軽くしておくのが望ましい。
【０００４】
ところで、従来技術において、点灯ｄｕｔｙを決定する際の定数は通常前記温度検知素子の「公差±０」により定められており、温度検知素子の（許容公差内での）ばらつき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。
本発明では、温度検知素子のばらつきに影響されることなく、適正なヒータ出力を得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、所定の用紙にトナーを定着させるためのヒータ及び温度検出素子を有する定着ユニットを備え、一定の制御時間内での前記ヒータの点灯デューティーを可変とすることで適正なヒータ出力を得る画像形成装置において、所定の条件下で前記温度検出素子により前記ヒータの温度と時間の関係の特性を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に基づき、前記点灯デューティーを補正することでヒータ出力を最適化する補正手段と、を備えたことにより、前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記定着ユニットが着脱自在であり、且つこの定着ユニットが新たに装着されたことを検知する検知手段を備え、この検知手段が定着ユニットの装着を検知したとき、新たな定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正することを特徴とする。
【０００６】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記補正手段が前記点灯デューティーを補正しても、ヒータ出力の最適値を得ることができなかった場合、その旨を表示するエラー表示手段をさらに備えたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記検知手段が定着ユニットの脱着を検知したとき、新たな定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正するか否かを選択する選択手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項５記載の発明では、所定の用紙にトナーを定着させるためのヒータ及び温度検出素子を有する定着ユニットを備え、一定の制御時間内での前記ヒータの点灯デューティーを可変とすることで適正なヒータ出力を得る画像形成装置において、所定の条件下で前記温度検出素子により前記ヒータの温度と時間の関係の特性を検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に基づき、前記点灯デューティーを補正することでヒータ出力を最適化する補正手段と、前記定着ユニットが着脱自在であり、且つ装着された定着ユニットが新品か否かを検知する新品検知手段と、を備え、この新品検知手段が装着された定着ユニットが新品であることを検知したとき、新品の定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正することにより、前記目的を達成する。
請求項６記載の発明では、請求項５記載の発明において、前記補正手段が前記点灯デューティーを補正しても、ヒータ出力の最適値を得ることができなかった場合、その旨を表示するエラー表示手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図１ないし図５を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態である定着装置の構成及び制御回路系は、既存の装置を使用する。まず、制御回路の例を図１に示してある。
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（サーミスタ）２を具備しており、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ＣＰＵ（中央演算処理装置）５によりＯＮ／ＯＦＦ制御させる。
【０００９】
ＣＰＵ５は、ベースエンジンコントロールユニット（以下ＢＣＵ）４に搭載されている。一方、温度検出素子２は、制御すべき定着装置のローラ表面（ベルト表面）近傍に配置されており、一般的には比較的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、電圧変換が行われ、ＢＣＵ４に搭載されたＣＰＵ５のＡ／Ｄ入力に取り込み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）の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ＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことで可能となる。
【００１０】
以下、制御について説明する。基本制御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の点灯ｄｕｔｙ（時間）を決定することになる。
図３を参照して説明すると、ある制御単位時間ｔ０毎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。
【００１１】
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ｄｕｔｙ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）が装置毎にばらつくことになる。
【００１２】
本実施の形態では、上記のような制御系要素のばらつきが、制御操作量に影響しないよう補正するものである。具体的には、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）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。
本実施の形態では、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ｄｕｔｙ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。
【００１３】
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−時間特性を示した図である。動作としてはまずヒータを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する。そして、ヒータを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が監視している。そして、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。
【００１４】
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としては固定のｄｕｔｙとしておく必要があり、そのｄｕｔｙとしては、サーミスタの検知温度の推移が図２のような１次直線となるｄｕｔｙを選択する。
また、図２では、５０℃−１００℃間の時間を測定しているが、サーミスタの特性として、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サーミスタの公差±０品：ｒ０での温度推移時間ｔ０より、サーミスタの公差ｄ［％］が、下式より求まる。
【００１５】
ｄ＝ａ・（ｔ０／ｔ）・・・・・（１）
ここで、ａは任意定数となっているが、サーミスタ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。
本実施の形態では、通常のヒータｄｕｔｙ制御に対し、
α＝（１＋ｄ）・・・・・・・・（２）
を乗算することになる。これにより、サーミスタの（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、素早く且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特有の部品ばらつきであるため、工場出荷時に最低限行われる必要がある。工場出荷時のみであれば、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も少ない。
但し、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としてのユニット交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる。
【００１６】
図４は、定着ユニットが着脱された場合の処理手順を示したフローチャートである。まず、定着ユニットが着脱されたか否かを検知し、着脱された場合（ステップ１０；Ｙ）、ヒータ出力最適化処理を行うか否かを判断する（ステップ１１）。具体的には、例えばユーザーの選択により決定する方法がある。ここで、最適化処理が選択された場合（ステップ１１；Ｙ）、ヒータ出力最適化処理を行う（ステップ１２）。その結果、最適化処理ができなかった場合（ステップ１３；Ｎ）、その旨をユーザーに通知するため、表示部にエラー表示を行う（ステップ１４）。
【００１７】
図５は、定着ユニットが新品か否かを判断する処理手順を示したフローチャートである。まず、当該装着された定着ユニットが新品か否かを判断する（ステップ２０）。その結果、新品であった場合（ステップ２０；Ｙ）、ヒータ出力最適化処理を行う（ステップ２１）。そして、その結果、最適化処理ができなかった場合（ステップ２２；Ｎ）、その旨をユーザーに通知するため、表示部にエラー表示を行う（ステップ２３）。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、決められた条件下での温度−時間特性を求め、その傾きによりサーミスタ検知のばらつきを検知、補正しているので、サーミスタの（許容公差内での）ばらつき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が生じず、温度を設定温度に到達・維持させることが可能となる。
請求項２記載の発明によれば、工場出荷後に前記温度検知素子を含む定着ユニットを別の定着ユニットに交換した時には、自動的に前記点灯ｄｕｔｙ補正を行いヒータ出力の最適化を行うことができる為、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が生じず、温度を設定温度に到達・維持させることが、修理や寿命などのユニット交換後にも可能となる。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、工場出荷後に前記温度検知素子を含む定着ユニットを別の定着ユニットに交換した時には、自動的に前記点灯ｄｕｔｙ補正を行いヒータ出力の最適化を行うことができるが、その結果最適値が得られなかった時にはエラー表示を行うため、最適化できない温度検知素子が使用されるのを未然に防ぐことが可能となる。
請求項４記載の発明によれば、工場出荷後に前記温度検知素子を含む定着ユニットを別の定着ユニットに交換した時には、自動的に前記点灯ｄｕｔｙ補正を行いヒータ出力の最適化を行うことができるが、交換されるユニットの特性が同一であることが既知であるか、あるいは交換ではなく単なる脱着作業であった場合に、無駄な最適化処理を行わないようにすることができる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、工場出荷後に前記温度検知素子を含む定着ユニットを新品に交換した時には、新品検知動作を行いその動作中に自動的に前記点灯ｄｕｔｙ補正を行いヒータ出力の最適化を行うことができる為、適正なヒータ出力を得られ、素早く且つ不必要なオーバーシュートが生じず、温度を設定温度に到達・維持させることが、修理や寿命などのユニット交換後にも可能となる。
請求項６記載の発明によれば、工場出荷後に前記温度検知素子を含む定着ユニットを新品に交換した時には、新品検知動作を行いその動作中に自動的に前記点灯ｄｕｔｙ補正を行いヒータ出力の最適化を行うことができるが、その結果最適値が得られなかった時にはエラー表示を行うため、最適化できない温度検知素子が使用されるのを未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の制御回路の例を示した図てある。
【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−時間特性を示した図である。
【図３】ヒータの点灯の制御を説明する図である。
【図４】本実施例の処理手順を示したフローチャートである。
【図５】本実施例の処理手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 定着ユニット
２ 温度検出素子
３ ヒータ
４ ベースエンジンコントロールユニット
５ ＣＰＵ
７ 双方向スイッチング素子
８ 商用交流電源

Claims (6)

1. 所定の用紙にトナーを定着させるためのヒータ及び温度検出素子を有する定着ユニットを備え、一定の制御時間内での前記ヒータの点灯デューティーを可変とすることで適正なヒータ出力を得る画像形成装置において、
   所定の条件下で前記温度検出素子により前記ヒータの温度と時間の関係の特性を検出する検出手段と、
   この検出手段による検出結果に基づき、前記点灯デューティーを補正することでヒータ出力を最適化する補正手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記定着ユニットが着脱自在であり、且つこの定着ユニットが新たに装着されたことを検知する検知手段を備え、
   この検知手段が定着ユニットの装着を検知したとき、新たな定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記補正手段が前記点灯デューティーを補正しても、ヒータ出力の最適値を得ることができなかった場合、その旨を表示するエラー表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記検知手段が定着ユニットの脱着を検知したとき、新たな定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正するか否かを選択する選択手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
5. 所定の用紙にトナーを定着させるためのヒータ及び温度検出素子を有する定着ユニットを備え、一定の制御時間内での前記ヒータの点灯デューティーを可変とすることで適正なヒータ出力を得る画像形成装置において、
   所定の条件下で前記温度検出素子により前記ヒータの温度と時間の関係の特性を検出する検出手段と、
   この検出手段による検出結果に基づき、前記点灯デューティーを補正することでヒータ出力を最適化する補正手段と、
   前記定着ユニットが着脱自在であり、且つ装着された定着ユニットが新品か否かを検知する新品検知手段と、を備え、
   この新品検知手段が装着された定着ユニットが新品であることを検知したとき、新品の定着ユニットに対して前記補正手段が前記点灯デューティーを補正することを特徴とする画像形成装置。
6. 前記補正手段が前記点灯デューティーを補正しても、ヒータ出力の最適値を得ることができなかった場合、その旨を表示するエラー表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。

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