JP2006010943A - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加熱材の加熱装置、及び該加熱装置を記録材に形成担持させた未定着像を加熱定着処理する装置として具備した電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a heating apparatus for a material to be heated, and an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus and an electrostatic recording apparatus provided as an apparatus for heat-fixing an unfixed image formed and supported on a recording material. It is.
加熱方式の加熱装置としては、熱ローラ方式・熱板方式・ヒートチャンバー方式・フィルム加熱方式等、従来より種々の方式・構成のものが知られている。これ等の加熱装置は何れも加熱体を有し、装置温度が所定の温度(所定の像定着温度等)に維持されるように加熱体への通電が制御されて温調管理される。 Conventionally, various heating systems such as a heat roller system, a hot plate system, a heat chamber system, and a film heating system have been known. Each of these heating apparatuses has a heating body, and the temperature of the heating body is controlled and controlled so that the apparatus temperature is maintained at a predetermined temperature (such as a predetermined image fixing temperature).
上記のような従来の種々の加熱装置のうちでも、特許文献1〜特許文献11等に開示のフィルム加熱方式の加熱装置は効果的で実用性に富んでいる。
Among the various conventional heating apparatuses as described above, the heating apparatus of the film heating system disclosed in
フィルム加熱方式の加熱装置は、薄肉の耐熱性フィルムと、このフィルムの移動駆動手段と、フィルムを中にしてその一方面側に固定支持して配置された一定温調される加熱体(ヒータ)と、他方面側にこの加熱体に対向して配置され、加熱体に対してフィルムを介して像加熱すべき記録材の顕画像担持面を密着させる加圧部材を有し、このフィルムは少なくとも像加熱実行時はフィルムと加圧部材との間に搬送導入される記録材と順方向に略同一速度で走行移動させて、この走行移動フィルムを挟んで加熱体と加圧部材との圧接部で形成される像加熱部としてのニップ部を通過させることにより、記録材の顕画像担持面をフィルムを介して加熱体で加熱して顕画像を熱定着等させ、次いで像加熱部通過後のフィルムと記録材を分離点で離間させることを基本構成とする装置である。 The heating device of the film heating system includes a thin heat-resistant film, a movement driving means for the film, and a heating element (heater) that is controlled at a constant temperature and is disposed and fixedly supported on one side of the film. And a pressure member disposed on the other side of the heating member so as to be opposed to the heating body, and tightly contact a visible image carrying surface of a recording material to be image-heated via the film with respect to the heating body. When image heating is performed, the recording material conveyed and introduced between the film and the pressure member is moved and moved in the forward direction at substantially the same speed, and the pressure contact portion between the heating body and the pressure member is sandwiched between the running and moving films. By passing the nip portion as the image heating portion formed by the step, the visible image carrying surface of the recording material is heated by the heating body through the film to thermally fix the visible image, and then after passing through the image heating portion Separate film and recording material at separation point A device according to the basic configuration that cause.
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜のフィルムを用いることができるため、省電力化やウェイトタイム短縮化(クイックスタート性)が可能となる。その他、従来の他の加熱装置のもつ種々の欠点を解消できる利点を有し、効果的である。 Since such a film heating type heating apparatus can use a heating element or a thin film having a low heat capacity and a high temperature rise, it is possible to save power and shorten the wait time (quick start property). In addition, there is an advantage that various disadvantages of other conventional heating devices can be eliminated, which is effective.
フィルム加熱方式の加熱装置における温調制御は、加熱体上に設けたサーミスタの出力をA/D変換し、CPUに取り込み、この検知温度と目標温度との比較結果から、予め定められた制御テーブルに基づいてP(Proportion)制御、I(Integral)制御、D(Differential)制御を行うPID制御により加熱体への通電を制御をしている。 The temperature control in the film heating type heating device is performed by A / D converting the output of the thermistor provided on the heating body, taking it into the CPU, and a predetermined control table from the comparison result between the detected temperature and the target temperature. The energization of the heating element is controlled by PID control that performs P (Proportion) control, I (Integral) control, and D (Differential) control.
その際、トライアックにより加熱体に通電するAC電圧を、位相制御あるいは波数制御等のパルス幅変調をかけることで細かく電力を制御し、加熱体の温度の振幅をできるかぎり小さくしている。 At that time, the AC voltage applied to the heating element by the triac is finely controlled by applying pulse width modulation such as phase control or wave number control, so that the temperature amplitude of the heating element is made as small as possible.
ここで位相制御とは、AC電圧の1波内の位相角単位で通電制御を行うもので、非常に細かい電力制御が可能になる。 Here, the phase control is to perform energization control in units of phase angle within one wave of AC voltage, and enables very fine power control.
これに対して波数制御とは、AC電圧の数波を1単位としてそのうちの何波をON、何波をOFFという形でON/OFFのデューティー比で通電比率を制御する方式である。 On the other hand, the wave number control is a method of controlling the energization ratio with an ON / OFF duty ratio in which several waves of the AC voltage are taken as one unit and how many waves are ON and how many waves are OFF.
位相制御を用いる場合ノイズフィルターが必要で回路構成も複雑となるため装置のコストが非常に高くなる。 When using phase control, a noise filter is required and the circuit configuration is complicated, so that the cost of the apparatus becomes very high.
波数制御の場合、そのようなコストアップがないため、特に低コストを求められる装置において、よく採用されている。
フィルム加熱方式の加熱装置においては、クイックスタートが可能であるため、通常、スタンバイ温調は行わない。したがって、装置を一晩放置した後などで完全に装置が冷え切っている時からでも、すぐに加熱動作を開始する。 In a film heating type heating apparatus, since quick start is possible, standby temperature control is not normally performed. Accordingly, the heating operation is started immediately even when the apparatus is completely cooled, for example, after the apparatus is left overnight.
その一方で、ある程度の通紙を行って十分装置が暖まった状態からでも加熱動作は行われるが、装置が冷えている時と暖まっている時とでは装置に蓄えられている熱量はずいぶん異なっている。 On the other hand, the heating operation is performed even when the device is sufficiently warm after a certain amount of paper is passed, but the amount of heat stored in the device is very different between when the device is cold and when it is warm. Yes.
装置の熱量が異なると、通電によってヒータが発熱した際のヒータ温度上昇の速度も異なり、冷えている時よりも暖まっている時の方が、通電によって敏感にヒータ温度が上昇する。 When the amount of heat of the apparatus differs, the heater temperature rises when the heater generates heat due to energization, and the heater temperature rises more sensitively when energized than when it is cold.
またヒータ温度を検出するサーミスタ自体も熱容量をもっているため、冷えている時と暖まっている時とで、ヒータ温度の変化に対する応答速度が異なる。冷えている時にはサーミスタの構成部材の温度が低く、これに熱を奪われるため、暖まっている時よりも感温部の応答性は鈍いのである。 Further, since the thermistor itself for detecting the heater temperature also has a heat capacity, the response speed with respect to the change in the heater temperature differs depending on whether it is cold or warm. When the temperature is cold, the temperature of the thermistor component is low, and heat is taken away by this, so the responsiveness of the temperature sensing portion is slower than when the temperature is warm.
通常、PID制御の各項の値はサーミスタの応答性等に合わせて最適な値を設定するものだが、上記のように、冷えている時と暖まっている時とでヒータやサーミスタの応答性が変化した時には、それぞれの状態で最適な設定値が異なるため、うまく目標温度に制御できない状態が生じることになる。 Normally, the value of each item of PID control is set to an optimum value according to the response of the thermistor, etc. As described above, the response of the heater or thermistor is different depending on whether it is cold or warm. When changed, the optimum set value is different in each state, so that a state in which the target temperature cannot be controlled successfully occurs.
しかし、従来、PID制御の設定値は通紙時と紙間等の非通紙時とで異ならせることはあっても、通紙時は1種類の制御テーブルしか用いていなかった。 Conventionally, however, only one type of control table is used during paper passing, even though the set value for PID control may differ between paper passing and non-paper passing such as between papers.
このため例えば、装置が冷えている時に合わせてPID制御の値を設定していた場合には、装置が暖まった時にはヒータの温度リップル(温度の最大−最小の差)が大きくなり、ヒータの温度が目標温度から大きくずれた状態になってしまうことがあった。 For this reason, for example, when the value of PID control is set in accordance with the time when the apparatus is cold, the temperature ripple (maximum-minimum difference in temperature) of the heater increases when the apparatus is warmed, and the temperature of the heater May be greatly deviated from the target temperature.
ヒータ温度が目標温度からずれた状態では、温度が低い時にはトナーを定着するのに十分な熱を与えられずに定着不良をおこし、温度が高くずれた時には高温によってトナーが溶け過ぎることによって生じる高温オフセットが発生してしまう。 When the heater temperature deviates from the target temperature, when the temperature is low, sufficient heat is not applied to fix the toner, and fixing failure occurs. When the temperature deviates high, the toner is melted due to high temperature. An offset will occur.
また、そこまでいかなくとも温度リップルが大きいと、その温度リップルの周期で画像上に光沢ムラが生じ、画像を劣化させてしまうという問題があった。 Further, if the temperature ripple is large even if it is not so far, there is a problem that gloss unevenness occurs on the image in the period of the temperature ripple and the image is deteriorated.
さらに、温度リップルが大きいと、ヒータ温度としてより高い状態が存在することを想定しなくてはならない。このためヒータに取り付ける安全素子は、より高温で動作するものを用いる必要があるが、これは安全面においてもコスト面においても決して良いことではない。 Furthermore, if the temperature ripple is large, it must be assumed that there is a higher state of the heater temperature. For this reason, it is necessary to use a safety element attached to the heater that operates at a higher temperature. However, this is not always good in terms of safety and cost.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、装置が冷えている時でも暖まっている時でも、ヒータの温度を目標温度に同じように安定して制御し、定着不良、高温オフセット、光沢ムラを発生させない加熱装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. Regardless of whether the apparatus is cold or warm, the temperature of the heater is stably controlled to the target temperature in the same manner, so that fixing failure, high temperature offset, uneven glossiness are controlled. An object of the present invention is to provide a heating device that does not generate odor.
この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。 The present invention can solve the above problems by providing the following configuration.
(1)互いに圧接回転する定着体及び加圧体と、電源から電力供給を受けて該定着体を加熱する加熱体とを備え、画像を担持する記録材を上記定着体及び上記加圧体によって挟持搬送して加圧しながら上記記録材に加熱処理を施す加熱装置であって、定着体又は加熱体の温度を検知する温度検知体と、該温度検知体によって検知された温度に基づき上記定着体又は上記加圧体を所定の目標温度に維持するよう電源から上記加熱体への電力供給をPID制御する電力供給制御手段とを備える加熱装置において、電力供給制御手段は、温度検知体によって検知された温度と目標温度との差分値に対応する操作量が互いに異なる複数のPID制御のための制御テーブルから一つを選択して制御するよう設定され、上記PID制御のための制御テーブルは、装置の蓄熱状態に応じて切り替えられることを特徴とする加熱装置。 (1) A fixing body and a pressure body that are pressed against each other and a heating body that receives power from a power source and heats the fixing body, and a recording material that carries an image is formed by the fixing body and the pressure body. A heating device for performing heat treatment on the recording material while sandwiching and conveying and pressurizing, and a fixing body or a temperature detection body for detecting the temperature of the heating body, and the fixing body based on the temperature detected by the temperature detection body Alternatively, in the heating apparatus including power supply control means for performing PID control of power supply from the power source to the heating body so as to maintain the pressurizing body at a predetermined target temperature, the power supply control means is detected by the temperature detection body. The control table for PID control is set to select and control one of a plurality of control tables for PID control having different operation amounts corresponding to the difference values between the target temperature and the target temperature. The heating device, characterized by being switched in accordance with the heat storage state of the device.
(2)装置の蓄熱状態を、装置への連続加熱処理時の記録材の導入枚数によって判定することを特徴とする前記(1)に記載の加熱装置。 (2) The heating apparatus according to (1), wherein the heat storage state of the apparatus is determined based on the number of recording materials introduced during continuous heating processing to the apparatus.
(3)装置の蓄熱状態を、装置の加熱動作開始時の加熱体温度によって判定することを特徴とする前記(1)に記載の加熱装置。 (3) The heating apparatus according to (1), wherein the heat storage state of the apparatus is determined by a heating body temperature at the start of the heating operation of the apparatus.
以上説明したように、本出願に係る第一の発明によれば、電力供給制御手段が、温度検知体によって検知された温度と目標温度との差分値に対応する操作量が互いに異なる複数のPID制御のための制御テーブルから一つを選択して制御するよう設定され、装置の蓄熱状態に応じて上記PID制御のための制御テーブルの切り替えがなされることで、加熱体の温度を目標温度に精度良く制御でき、記録材に対する均一で良好な加熱処理を実現することができる。また、加熱体の温度が目標温度から大きくずれて高い温度となることがないため、安全素子の動作温度を低く設定でき、安価にかつ安全性の高い装置を提供できる。 As described above, according to the first invention of the present application, the power supply control means includes a plurality of PIDs having different operation amounts corresponding to a difference value between the temperature detected by the temperature detector and the target temperature. It is set to select and control one from the control table for control, and the control table for PID control is switched according to the heat storage state of the device, so that the temperature of the heating body is set to the target temperature. Control can be performed with high accuracy, and uniform and good heat treatment for the recording material can be realized. In addition, since the temperature of the heating body does not greatly deviate from the target temperature and becomes high, the operating temperature of the safety element can be set low, and an inexpensive and highly safe device can be provided.
また、本出願に係る第二の発明によれば、第一の発明において装置の蓄熱状態を、装置への連続加熱処理時の記録材の導入枚数によって判定するため、適正なタイミングで上記PID制御のための制御テーブルの切り替えを行うことができる。 According to the second invention of the present application, in the first invention, the heat storage state of the apparatus is determined by the number of recording materials introduced during the continuous heating process to the apparatus. The control table can be switched for
また、本出願に係る第三の発明によれば、第一の発明において装置の蓄熱状態を、装置の加熱動作開始時の加熱体温度によって判定するため、いかなる状態からでも常に適切なPID制御のための制御テーブルを選択することが可能となる。 In addition, according to the third invention of the present application, in the first invention, since the heat storage state of the device is determined by the heating body temperature at the start of the heating operation of the device, the appropriate PID control is always performed from any state. It is possible to select a control table for this.
以下の添付図面に基づき本発明における実施の形態に関して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る第一の実施例について図1乃至図8に基づき説明する。 A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施例における画像形成装置を好適に示す一例たるレーザプリンタ0(以下、プリンタ0)の概略構成を示す模式的断面図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a laser printer 0 (hereinafter referred to as a printer 0) as an example suitably showing an image forming apparatus in the present embodiment.
プリンタ0は、プリンタ0の本体外部に設けられたホストコンピュータ等の出力装置(図示せず)からの提供情報に応じた画像を記録材Pに記録する形態の画像形成装置である。
The
潜像担持体としての感光ドラム1は、その表面が有機感光体を主成分とする光導電層であって、プリンタ0本体に設けられた駆動機構(図示せず)により、矢印Aの時計方向に回転駆動される。
The surface of the
感光ドラム1は、帯電手段である帯電ローラ2によって所定電位に一様均一に帯電されたのち、出力装置からの提供情報に応じて露光手段としての露光装置15から露光される露光光としてのレーザー光3により、その外周面に上記提供情報に応じた静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置4の現像剤としてのトナーTを担持した現像スリーブ6によりトナー像として可視像化される。
The
ここで、記録材Pは、給紙カセット7より給紙ローラ12によって1枚ずつ取り出され、経路Bを通り、記録材P先端と感光ドラム1の外周面にトナーTにより可視像化された画像形成部先端とが同期するようにレジストローラ対13によって所定のタイミングで、転写手段である転写ローラ8と感光ドラム1とによって形成される転写ニップ部に導入され、電気的作用により、感光ドラム1上のトナー像が記録材P上に転写される。
Here, the recording material P is taken out one by one from the
転写工程を終えた感光ドラム1上の転写残トナーは、クリーニングブレード9により感光ドラム1上から取り除かれてクリーニング装置10に回収される。クリーニング工程を終えた感光ドラム1は、再び画像形成プロセス(帯電→露光→現像→転写→クリーニング)を繰り返して、記録材P上に未定着トナー画像が形成される。
After the transfer process, the transfer residual toner on the
一方、未定着トナー像を担持した記録材Pは、加熱手段である加熱装置20に導入され、加圧及び加熱されて、トナー像が記録材P上に永久定着される。
On the other hand, the recording material P carrying the unfixed toner image is introduced into a
加熱装置20から排出された記録材Pは、経路Cを通り、印字面が上になってプリンタ0から排出されるフェイスアップ(FU)排紙と、経路Dを通り、印字面が下になってプリンタ0から排出されるフェイスダウン(FD)排紙とを選択されて、プリンタ0から排出される。
The recording material P discharged from the
又、プリンタ0は、本実施例にあっては、プリンタ0本体に設けられたエンジンコントローラ14により、感光ドラム1や現像装置4等の各装置が統括的に制御されるようになっている。
Further, in the present embodiment, the
図2は、加熱装置20の概略構成を示す模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the
本実施例における加熱装置20は、加熱体としてセラミックヒータを用いたフィルム加熱方式の加熱装置である。
The
加熱装置20は、図2に示すように、加熱体たるセラミックヒータ21(以下、ヒータ21と略称する。)と、定着体たる無端帯状のフィルム22と、加圧体たる円柱状若しくは略円柱状の回転自在な加圧ローラ23と、ヒータ21の温度を検知する温度検知体たるサーミスタ感温素子24(以下、サーミスタ24と略称する。)と、ヒータ21の支持及びフィルム22の所定方向への移動のガイドを兼ねるホルダ25とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
図3は、ヒータ21の概略構成を示す模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the
ヒータ21は、フィルム22及び記録材Pの移動方向に直行する方向を長手とする低熱容量の横長の線状加熱体であり、図3に示すように、アルミナ(Al2O3)や窒化アルミニウム(AlN)等の良熱伝導性セラミックスを主成分とし、本実施例では、窒化アルミニウムの厚さ1mm、幅10mm、長手方向長さ280mmのセラミック基板21aの一面に、TaSiO2、AgPd、Ta2N、RuO2又はニクロム等の電気抵抗材料を厚さ10μm、幅3mmにスクリーン印刷により塗工・焼成した発熱体21cが設けられ、また、上記セラミック基板21aの一面は、フィルム22との摺動等からの保護のためにガラス又はフッ素樹脂等を主成分とする保護層21bによりコートされて、構成されている。
The
サーミスタ24は図4に示すように、温度検知素子24a(感温部)と、これを接続する導線24b、感温部24aを背面からバックアップするセラミックペーパー等の弾性部材24c、弾性部材24cを保持する耐熱樹脂等で形成されたホルダ24dによって構成されている。
As shown in FIG. 4, the
サーミスタ24は、不図示のバネ等の加圧部材によってホルダ24dおよび弾性体24cを介して感温部24aをヒータ21に所定圧をもって押し当てられている。
The
フィルム22は、図2に示すように、その内周長がホルダ25の略外周長より若干長く採られており、以って、フィルム22はホルダ25に無張力にて外嵌されている。
As shown in FIG. 2, the inner peripheral length of the
フィルム22は、低熱容量化を図り、クイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は150μm以下、好ましくは40〜80μm程度の耐熱素材たるPTFE、PFA又はFEP等を主成分とする無端帯状体であるという単層構造、或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES又はPPS等やSUS等の金属材を主成分とするベース層としての無端帯状体の外周面に、PTFE、PFA又はFEP等を主成分とする離型層としての無端帯状体を被覆するという複層構造等を使用できる。
The
本実施例では、厚さ52μmのベース層としてのポリイミドの外周面に、厚さ4μmの接着層としての導電性プライマー層を被覆し、更に最外周面に厚さ14μmのPTFEをコーティングした直径25mm、総厚さ70μmの無端状フィルムを用いた。 In this example, the outer peripheral surface of polyimide as a base layer having a thickness of 52 μm was coated with a conductive primer layer as an adhesive layer having a thickness of 4 μm, and further, PTFE having a thickness of 14 μm was coated on the outermost peripheral surface. An endless film having a total thickness of 70 μm was used.
加圧ローラ23は、弾性ローラであり、芯金23aにシリコーンゴム・フッ素ゴム等の弾性層23bを設けて硬度を下げたもので、表面性及びトナーTに対する離型性を向上させるため、弾性層23bの外周面にPTFE、PFA、FEP等のフッ素樹脂層を設けても良い。
The
加圧ローラ23は、加熱装置20の外部に設けられた加圧機構(図示せず)により、フィルム22側に加圧されるようになっており、以って、互いに圧接されたフィルム22及び加圧ローラ23の間には、未定着トナー画像を担持した記録材Pが通紙される定着ニップ部Nが形成されるようになっている。
The
更に、加圧ローラ23は、加熱装置20の外部に設けられた駆動機構(図示せず)から駆動力を受けることにより矢印Yの反時計方向に回転駆動されるようになっている。フィルム22は、この加圧ローラ23の回転駆動により、加圧ローラ23とフィルム22の外面との摩擦力でフィルム22に回転力が作用し、フィルム22の内周面が定着ニップ部Nにおいてヒータ21に密着して、摺動しながら矢印Xの時計方向に加圧ローラ23の周速度と略同じ周速度をもってホルダ25の外回りを回転状態になる加圧ローラ駆動方式を採用している。
Further, the
故に、定着ニップ部Nへの突入を開始した記録材Pがフィルム22及び加圧ローラ23に挟持され搬送されながら、未定着トナー画像がヒータ21の加熱により溶融し、定着画像として記録材Pに記録される。
Therefore, while the recording material P that has started to enter the fixing nip portion N is sandwiched and conveyed by the
次に、発熱体21cへの電力供給制御について図5に基づいて説明する。
Next, power supply control to the
図5は、商用電源50から発熱体21cへの電力供給経路を示す模式的ブロック図である。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a power supply path from the
発熱体21cは、図5に示すように、トライアック30を介して、商用電源50から電力供給を受けるようになっており、商用電源50から発熱体21cへの電力供給は、電力供給制御手段たる中央処理装置31(以下、CPU31と略称する。)により制御されている。
As shown in FIG. 5, the
ヒータ21の温度情報は、サーミスタ24によるアナログ情報が、A/D変換回路32によりデジタル情報に変換されて、CPU31に入力される。CPU31は、この入力されたヒータ21の温度情報と目標温度とを比較し、その差分から、トライアック30を介して、商用電源50から発熱体21cへの供給電力をPID制御し、ヒータ21温度を目標温度になるように温調する。
As temperature information of the
CPU31は、ヒータ21の温度情報を所定周期毎に監視し、所定周期毎に発熱体21cへの供給電力を補正する。
CPU31 monitors the temperature information of the
尚、本実施例にあっては、所定周期期間において、商用電源50から出力される交流電源の半波毎に商用電源50から発熱体21cへの電力供給に供されるか否かを選択する波数制御を採用している。本実施例では、商用電源50の電源周波数が50Hzの場合、1半波=10msecとなり、所定周期期間を15半波=150msec=1周期とし、CPU31は、ヒータ21の温度情報を150msec(15半波)毎に監視し、15半波毎に発熱体21cへの供給電力を補正する。最小電力は全OFF(15半波全OFF)であり、最大電力は全ON(15半波全ON)となり、1周期毎の供給電力量は、0半波〜15半波ONとなる16レベルをCPU31が制御することになる。
In the present embodiment, whether or not to supply power from the
次に、本実施例における記録材Pの加熱処理工程における商用電源50から発熱体21cへの電力供給制御に関して図6乃至図8に基づき説明する。
Next, power supply control from the
図6は、本実施例に係る電力供給制御下でのサーミスタ24からの出力変遷を示すグラフであり、加熱処理の開始から連続した複数枚の記録材Pへの連続加熱処理がPID制御に基づき行われるようになっている。
FIG. 6 is a graph showing the transition of the output from the
ヒータ21は、目標温度(本実施例にあっては、目標温度=200℃に採られている。)に若干の温度リップル(温度振幅)をもって温調されている。
The
本実施例では、図6に示すように、加熱処理工程におけるPID制御を、図7の制御テーブルに従って第一PID制御=Aと、第二PID制御=Bを切り替えて、商用電源50から発熱体21cへの電力供給制御を行うように設定されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 6, the PID control in the heat treatment process is switched between the first PID control = A and the second PID control = B according to the control table of FIG. It is set to control power supply to 21c.
ここで、図7に関して詳述する。 Here, FIG. 7 will be described in detail.
PID制御とは、比例制御(以下、P制御と称する。)、積分制御(以下、I制御と称する。)及び微分制御(以下、D制御と称する。)を制御対象からの出力値に応じて組み合わせることにより、制御値を定めていく制御であって、特に、本実施例にあっては、P制御、I制御及びD制御のための制御テーブルを各制御毎に定めている。 The PID control is proportional control (hereinafter referred to as P control), integral control (hereinafter referred to as I control), and differential control (hereinafter referred to as D control) according to the output value from the controlled object. In this control, control values are determined by combining them. In particular, in this embodiment, control tables for P control, I control, and D control are determined for each control.
即ち、本実施例においては、所定周期=150msec(50Hz電源における15半波)に採られており、商用電源50から発熱体21cへの電力供給量は、上記所定周期開始時におけるサーミスタ24の温度検知に因る上記サーミスタ24からの温度情報と、目標温度を比較して、その差分ΔTに基づき、図7の制御テーブルに従って、所定周期におけるヒータ21への供給電力量を決定するようになっている。
That is, in this embodiment, the predetermined cycle = 150 msec (15 half waves in a 50 Hz power supply) is adopted, and the amount of power supplied from the
図7において、
e:所定周期開始時の「ヒータ21の温度」における「ヒータ21の目標温度」に対する温度差(ΔT)
e=「ヒータ21の目標温度」−「ヒータ21の温度」 [deg]
Σ(e):温度差eの積算値[deg]であり、I制御が実行された場合、又は極性が反転した時は0(ゼロ)に戻す。
d:所定周期毎の温度変化
d=所定周期開始時の「ヒータ21の温度」−前回の所定周期開始時の「ヒータ21の温度」 [deg]
W(n):前所定周期における商用電源50から発熱体21cへの供給電力として供給した半波数
W(n+1):PID制御により、現所定周期における商用電源50から発熱体21cへの供給電力として供給する半波数
WP(n+1):P制御による現所定周期における商用電源50から発熱体21cへの供給電力として供給する半波数
WI(n+1):I制御による現所定周期における商用電源50から発熱体21cへの供給電力として供給する半波数
W(n)、W(n+1)、WP(n+1)及びWI(n+1):最大は15半波、最小は0(ゼロ)半波
である。
In FIG.
e: Temperature difference (ΔT) with respect to “target temperature of
e = “target temperature of
Σ (e): Integrated value [deg] of the temperature difference e, and is returned to 0 (zero) when the I control is executed or when the polarity is reversed.
d: Temperature change every predetermined period d = “temperature of
W (n): Half wave number W (n + 1) supplied as supply power from the
即ち、本実施例にあっては、I制御の下では、所定周期に亘る上記eの積算値Σ(e)がI制御のための制御テーブルに記載の積算値に達した時、P制御のための制御テーブルにより決定された所定周期に亘る電力供給量を補正する構成となっている。 That is, in this embodiment, under I control, when the integrated value Σ (e) of e over a predetermined period reaches the integrated value described in the control table for I control, Therefore, the power supply amount over a predetermined period determined by the control table is corrected.
更に、本実施例にあっては、D制御の下では、上記dに基づき、P制御及びI制御のための各制御テーブルにより決定された所定周期に亘る電力供給量を補正する構成となっている。 Furthermore, in this embodiment, under D control, the power supply amount over a predetermined period determined by the control tables for P control and I control is corrected based on the above d. Yes.
例えば、前所定周期におけるW(n)=2[半波]及びΣ(e)=+3[deg]、前所定周期開始時の「ヒータ21の温度」が198[℃]であり、現所定周期開始時の「ヒータ21の温度」が195[℃]、「ヒータ21の目標温度」が200[℃]の場合、図7のPID制御の第一PID制御=Aに従うと、e=+5[deg]からP制御によりWP(n+1)=7[半波]、I制御によりΣ(e)=+8[deg]からWI(n+1)=7[半波]、d=−3[℃]からD制御によりW(n+1)=7[半波]となり、現所定周期においては、図8に示すように、15半波中の7半波をON(黒塗りがON、白塗りがOFF)にすることにより、最大供給可能電力の約47%(7/15)程度の電力が発熱体21cに供給されることにより、ヒータ21の温度を略目標温度に維持する。従って図7にあっては、電力供給に供される半波数が、電力供給量に対応している。
For example, W (n) = 2 [half wave] and Σ (e) = + 3 [deg] in the previous predetermined cycle, “temperature of
図7の制御テーブルは、P項の目標温度と検知温度の差(差分=ΔT)と供給電力(ゲイン=波数)の関係において、装置への通紙枚数が少なく、まだ各部材への蓄熱が少ない状態では、比較的少ない差分で大きなゲインとなるようなPID制御の設定値Aを用い、装置が十分に暖まった状態では、比較的大きな差分とならなければ大きなゲインは得られないようなPID制御の設定値Bに切り替わるようにしたものである。 In the control table of FIG. 7, the relationship between the difference between the target temperature of P term and the detected temperature (difference = ΔT) and the supplied power (gain = wave number) is small, and the number of sheets passing through the apparatus is small and the heat storage to each member is still not. PID control setting value A that gives a large gain with a relatively small difference in a small state, and a PID in which a large gain cannot be obtained unless the difference is relatively large when the apparatus is sufficiently warmed The setting value B is switched to the control value.
すなわち、装置への蓄熱が少なく、ヒータやサーミスタの応答が比較的遅い時には、ゲインを大きくとり、蓄熱が多くなって応答性が比較的速くなった時には、ゲインを小さくして頻繁に供給電力の切り替えがおこらないようにする。 In other words, when the heat storage to the device is small and the response of the heater or thermistor is relatively slow, the gain is increased, and when the heat storage increases and the response is relatively fast, the gain is decreased and the supply power is frequently reduced. Avoid switching.
このように設定する理由は、装置が冷えている時には供給電力の変動に対して応答が遅いため、比較的電力を素早く切り替えてやらないと、オーバーシュートアンダーシュートがおこりやすく、結果として温度リップルが大きくなるのに対して、装置が暖まっている時には逆に電力の切り替わりに対して鋭敏に反応することで温度リップルが大きくなるからである。 The reason for this setting is that when the device is cold, the response is slow to fluctuations in the power supply, so if you do not switch the power relatively quickly, overshoot and undershoot are likely to occur, resulting in temperature ripple. On the other hand, when the device is warm, the temperature ripple is increased by reacting sharply to the switching of electric power.
したがって、本実施例のように装置の暖まり具合に応じて、CPU31が、複数のPID制御の切り替えテーブルに基づき、第一PID制御Aと、第一PID制御と制御値の異なる第二PID制御Bとを切り替えることで、通紙枚数によらず安定した温度リップルで、ヒータ21の温度を目標温度に制御することができる。
Therefore, according to the warming condition of the apparatus as in the present embodiment, the
これにより、温度リップルが大きく不安定になることによって生じる定着不良、高温オフセット、光沢ムラを防止し、またヒータ21に想定される最高温度を低くすることができるため、より安価な安全素子を用いることができるとともに、装置の安全性を高めることができる。
As a result, fixing failure, high temperature offset, and gloss unevenness caused by large and unstable temperature ripple can be prevented, and the maximum temperature assumed for the
なお、本実施例では複数のPID制御テーブルを第一と第二の2種類としたが、無論、3種類、4種類としてもよい。 In the present embodiment, the plurality of PID control tables are the first and second types, but of course, three or four types may be used.
図9は本発明に係る第2の実施例を示したPID制御の切り替えテーブルである。 FIG. 9 is a PID control switching table according to the second embodiment of the present invention.
実施例1では通紙枚数によって装置の暖まり具合を判定してPID制御値の切り替えを行ったが、本実施例では、加熱動作の開始前にサーミスタの温度を検出し、その温度に応じて通紙開始前の装置の暖まり具合を判定して最適なPID制御値を選択する。 In the first embodiment, the PID control value is switched by determining the degree of warming of the apparatus based on the number of sheets to be passed. In this embodiment, the temperature of the thermistor is detected before the heating operation is started, and the temperature is passed according to the detected temperature. An optimum PID control value is selected by determining the warming condition of the apparatus before starting the paper.
図10、図11は、本実施例に係る電力供給制御下でのサーミスタ24からの出力変遷を示すグラフである。図10と図11とでは加熱動作開始前におけるサーミスタ24が検出した温度が異なっている。
10 and 11 are graphs showing output transitions from the
図10ではサーミスタ24は加熱動作開始前のヒータ温度を25℃と検知している。したがって、図9のテーブル1に従って1枚目のPID制御値はAとなり、テーブル2を参照して第一PID制御=Aが選択される。
In FIG. 10, the
そして、連続通紙が行われ装置が十分に暖まってくると、31枚目から再び図9のテーブル1に従って、第二PID制御=Bに切り替わる。 When the continuous sheet passing is performed and the apparatus is sufficiently warmed up, the second PID control is switched to B again from the 31st sheet according to the table 1 in FIG.
図11はサーミスタ24は加熱動作開始前のヒータ温度として85℃を検知した場合である。この状態は、加熱動作開始前の待機中としては、ヒータ温度は十分高温であり、したがって装置は十分に暖まっていると判断できる。加熱動作が開始されると、図9のテーブル1に従ってPID制御値はBとなる。これによりテーブル2から、装置が暖まっている時に用いる第二PID制御=Bが選択される。そして、そのまま記録材Pへの連続加熱処理は、PID制御値Bによって行われることになる。
FIG. 11 shows the case where the
本実施例のように加熱動作開始前のサーミスタの検出温度に応じて、PIDの制御値を選択することで、実施例1と比較して様々な状況でさらにより適切なPID制御を行うことができ、常にヒータ温度を目標温度近傍に安定した温度リップルで制御をすることができる。 By selecting the control value of the PID according to the temperature detected by the thermistor before the start of the heating operation as in this embodiment, it is possible to perform more appropriate PID control in various situations compared to the first embodiment. The heater temperature can always be controlled with a stable temperature ripple in the vicinity of the target temperature.
なお、上記の例ではPID制御値としては2種類で切り替えテーブルを構成したが、むろん3種類でも、4種類でもよい。切り替えテーブルは細かい方がより正確な制御が可能になる。 In the above example, the switching table is configured with two types of PID control values, but three or four types may be used as a matter of course. A finer switching table enables more accurate control.
0 画像形成装置
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 レーザー光
4 現像装置
6 現像スリーブ
7 給紙カセット
8 転写ローラ
9 クリーニングブレード
10 クリーニング装置
12 給紙ローラ
13 レジストローラ対
14 エンジンコントローラ
15 露光装置
20 加熱装置
21 ヒータ
22 フィルム
23 加圧ローラ
24 サーミスタ
25 ホルダ
30 トライアック
31 CPU
32 A/D変換回路
50 商用電源
DESCRIPTION OF
32 A /
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