JP2005091814A - 画像形成装置および同装置のヒータ出力最適化方法 - Google Patents
画像形成装置および同装置のヒータ出力最適化方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】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、CPU5はベースエンジンコントロールユニット4に搭載されている。この温度検出素子2は、所定の制御単位時間t0毎にサーミスタ温度を検知し、t0サイクル中の何%の時間を点灯させるかの値を算出する。この時、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。サーミスタ2による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。またCPU5は、雰囲気温度を考慮した補正演算を行っており、同じヒータ、同じ定着ユニットで、同じ電源事情、同じ温度検出素子であれば、同一のヒータ温度−時間特性を得られるようにする。これにより、正確な補正データを獲得し、より正確な温度制御を実現し、定着温度を設定温度に素早く且つ不必要なオーバシュートを生じずに到達・維持させる。
【選択図】 図1
Description
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、予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。
なお、上記目的と同じく制御系を構成する要素のばらつきを補正する技術としては多々あるが、本願発明との違いについて以下に記す。
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、即ち本制御系ではデューティ制御後のヒータ出力(供給するヒータ熱量)が装置毎にばらつく。
また、図2中では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tm1は、予め測定しておいたサーミスタの公差±0%:r0での温度推移時間tSより、サーミスタの公差d[%]が、下記式より求まる。
これより、ヒータ点灯dutyの補正係数αは、下記式となる。
= 1 + e・(ts/tm1) (2)
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。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。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という部品である。そのため、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
β = W0/W
= 1/(f・(ts/tm2)) (4)
なお、温度検知素子ばらつきの補正の場合と合わせると、ヒータ点灯のdutyとしては(5)式で得られた値を乗算することになる。
また、この場合においても、前述の温度推移時間データ獲得時の条件が適用され、サーミスタ検知温度、雰囲気温度ともに常温である必要がある。
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、下記式が成り立つ。
式(6)、(7)より、ヒータ点灯dutyの補正係数γは、下記式となる。
= 1/(g・(ts/tm3))h (8)
なお、本発明の第1の実施形態と合わせると、ヒータ点灯のdutyとしては(9)式で得られた値を乗算することになる。
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。このため、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)式若しくは(9)式で求められたγ、若しくはα・β・γを点灯デューティに乗算するのみである。この為、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時毎などに)補正の為のデータ収集を行い、γを更新することで、対応が可能となる。
以上が本発明の第1の実施形態であるが、調整実施条件として、ユニット内外の温度が常温と規定するだけでは、補正演算の実施タイミングとしてかなり限定されたものとなってしまう。そこで、本発明の第2、3の実施形態として以下に示す。
2 温度検出素子(サーミスタ)
3 ヒータ
4 ベースエンジンコントロールユニット(BCU)
5 CPU
6 AC制御板
7 双方向スイッチング素子
8 商用交流電源
Claims (6)
- 定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検出素子と、トナー定着用にヒータを具備する該定着ユニットとを有し、
前記ヒータの点灯dutyを可変とすることで適正なヒータ出力を得て、ヒータ温度−時間特性を求めて該特性に合わせ前記点灯dutyを補正し、前記ヒータの特性誤差に係り無く常に最適なヒータ出力を得て、
電源ON時に前記ヒータの温度検出素子で検出された温度と、前記定着ユニット外の雰囲気温度の検出素子で検出された温度との両方が常温である場合に、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性に合わせて前記点灯dutyの演算補正を行い、
前記ヒータ出力の最適化を図ったことを特徴とする画像形成装置。 - 前記電源ON時に、ヒータの温度検出素子で検出された温度と、前記定着ユニット外の雰囲気温度の温度検出素子で検出された温度との、どちらかが常温でない場合であり、前記点灯dutyの演算補正をさせたい場合に、
該画像形成装置として具備されている冷却装置で前記検出温度の両方が常温となるまで強制空冷し、該空冷後の前記定着ユニットのウォームアップ動作をさせて前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性の傾きに合わせて前記点灯dutyの演算補正を行い、
前記ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 工場出荷時、定着ユニットの新品時、ユーザ設置時等、意図的に部品ばらつき、環境ばらつきによる補正データ入力の必要な場合でも、ヒータの温度検出素子で検出された温度と、ユニット外雰囲気の温度検出素子で検出された温度とを監視して、前記動作を実行することを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- トナー定着用にヒータを具備する該定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検出ステップと、
適正なヒータ出力を得るべく前記ヒータの点灯dutyを可変とするヒータ点灯ステップと、
ヒータ温度−時間特性を求めて該特性に合わせ前記点灯dutyを補正する点灯duty補正ステップと、
前記ヒータの特性誤差に係り無く常に最適なヒータ出力を得て、電源ON時に前記ヒータの温度検出素子で検出された温度と、前記定着ユニット外の雰囲気温度の検出素子で検出された温度との両方が常温である場合に、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性に合わせて前記点灯dutyの演算補正を行い、
前記ヒータ出力の最適化を図ったことを特徴とする画像形成装置のヒータ出力最適化方法。 - 前記電源ON時に、ヒータの温度検出素子で検出された温度と、前記定着ユニット外の雰囲気温度の温度検出素子で検出された温度との、どちらかが常温でない場合であり、前記点灯dutyの演算補正をさせたい場合に、該画像形成装置として具備されている冷却装置で前記検出温度の両方が常温となるまで強制空冷し、該空冷後の前記定着ユニットのウォームアップ動作をさせて前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性の傾きに合わせて前記点灯dutyの演算補正を行い、
前記ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法。 - 工場出荷時、定着ユニットの新品時、ユーザ設置時等、意図的に部品ばらつき、環境ばらつきによる補正データ入力の必要な場合でも、ヒータの温度検出素子で検出された温度と、ユニット外雰囲気の温度検出素子で検出された温度とを監視して、前記動作を実行することを特徴とする請求項4または5に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法。
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CN109189128A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-11 | 中国人民解放军空军航空医学研究所 | 一种环境监测与自动控制装置 |
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