JP2006244824A - Temperature control method, fixing device using method, and image forming device provided with fixing device - Google Patents
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Description
本発明は温度制御方法及びそれを適用する定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置に関し、特に、電子写真方式の画像形成装置の誘導加熱方式を用いた加熱定着部及び該加熱定着部内の加熱回転体の温度制御に関するものである。 The present invention relates to a temperature control method, a fixing device to which the temperature control method is applied, and an image forming apparatus including the fixing device, and more particularly, to a heat fixing unit using an induction heating method of an electrophotographic image forming apparatus and the inside of the heat fixing unit. This relates to the temperature control of the heating rotator.
電子写真複写機、静電プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した装置においては、感光体上に光照射して得られた静電潜像に現像材(以降トナー)を塗布することによって画像を形成し、所定の手段によって転写紙など記録媒体上に画像を転写した後、未定着トナー像を転写紙上に定着することで、記録媒体上に画像を印刷する。 In an apparatus using an electrophotographic process such as an electrophotographic copying machine, an electrostatic printer, or a facsimile, an image is obtained by applying a developer (hereinafter, toner) to an electrostatic latent image obtained by irradiating light onto a photoconductor. After an image is transferred onto a recording medium such as transfer paper by a predetermined means, an unfixed toner image is fixed on the transfer paper, thereby printing the image on the recording medium.
かかる定着装置としては、円筒状芯金の表面に離型性樹脂被膜を形成して成る加熱ローラと、これに圧接して弾性体層を表面に有する加圧ローラとを備え、加熱ローラの表面温度が所定の定着温度に達した状態で、未定着トナー像を担持する転写紙を、加熱ローラと加圧ローラとのニップ部にトナー像面が加熱ローラに接するように通紙して、熱と圧力によりトナー像を転写紙面に融着させて定着させる熱ローラ定着装置が広く使用されている。 Such a fixing device includes a heating roller formed by forming a releasable resin film on the surface of a cylindrical metal core, and a pressure roller having an elastic layer on the surface in pressure contact with the heating roller. With the temperature reaching the predetermined fixing temperature, the transfer paper carrying the unfixed toner image is passed through the nip portion between the heating roller and the pressure roller so that the toner image surface is in contact with the heating roller. A heat roller fixing device that fuses and fixes a toner image to a transfer paper surface by pressure is widely used.
従来この種の定着装置の加熱ローラの加熱方式として、ハロゲンランプによるもの、面状発熱体を用いたものなど様々提案されてきた。近年においては、熱交換効率性や立ち上げ時間の観点から、誘導加熱方式による定着装置の提案がなされている。たとえば、特許文献1のように、高周波電源により高周波電圧が印加されると磁力を発生するコイルからなる磁力発生手段と、磁性を有する鉄系金属からなる加熱ローラの芯金部とを有し、前記磁力発生手段に高周波電源から高周波電圧が印加されたとき発生する鎖交磁束により前記加熱ローラ芯金部に渦電流が発生してジュール熱により発熱するものが考案されている。
Conventionally, various heating methods of a heating roller of this type of fixing device have been proposed, such as a method using a halogen lamp and a method using a planar heating element. In recent years, a fixing device using an induction heating method has been proposed from the viewpoint of heat exchange efficiency and start-up time. For example, as in
この加熱装置の使用により目標定着温度まで定着ローラの温度を迅速に立ち上げ、以降は該定着温度を保つように制御することが可能になった。また、誘導加熱においては高周波電源の発振周波数、およびON/OFF比率からその消費電力を細かく可変することが可能である。このときの定着装置としての制御は定着ローラの温度を検知して、目標温度との温度差から投入設定電力を算出しフィードバックすることで最適な加熱状態を得ようとすることが一般的である。また、設定電力算出法としてはPID制御のようなフィードバック制御手法が用いられる。 By using this heating device, it has become possible to quickly raise the temperature of the fixing roller to the target fixing temperature, and thereafter control to maintain the fixing temperature. In induction heating, the power consumption can be finely varied from the oscillation frequency of the high-frequency power source and the ON / OFF ratio. The control as the fixing device at this time generally detects the temperature of the fixing roller, calculates the input set power from the temperature difference from the target temperature, and feeds back to obtain an optimum heating state. . Further, as the set power calculation method, a feedback control method such as PID control is used.
しかしながら誘導加熱の特徴として加熱コイル、定着ローラなどの透磁率、定着ローラの抵抗率が温度依存性を持つことで定着ローラの温度によって発振周波数およびON/OFF比率固定の制御では設定した電力と実際に入力される電力の差が生じてしまう。また、さらにたとえば近年加熱開始時の立ち上げ時間を短くすることが要求されるが、そのためには装置で許容される最大電力を定着器に印加しつづけることで迅速な立ち上がりを目指す必要がある。 However, induction heating is characterized by the temperature dependence of the magnetic permeability of the heating coil, fixing roller, etc., and the resistivity of the fixing roller. The difference of the electric power input into will arise. Further, for example, in recent years, it is required to shorten the start-up time at the start of heating. For this purpose, it is necessary to aim at a quick start-up by continuously applying the maximum power allowed by the apparatus to the fixing device.
しかし、前述したようなローラなどの透磁率、抵抗率の温度依存性によりたとえば加熱開始時に許容最大電力が印加するよう設定している場合でも固定の発振周波数およびON/OFF比率では定着ローラの温度が上昇していくことでどんどん入力電力が低下していく現象が観測される。これでは目標温度到達まで最大効率で加熱できず立ち上がり時間に遅延が生じてしまう。そのため、特許文献2のように、定着ローラ温度によって誘導加熱装置の発振周波数またはON/OFF比率(つまり投入電力)を補正する手法が考えられている。
しかしながら、特許文献2の場合には、磁束発生源であるコイルと渦電流発生体(加熱対象)である定着ローラとの距離や磁束、定着ローラの抵抗率などのざまざま誤差要因による加熱効率のばらつきが考えられるので、温度差による電力補正では加熱効率を最大にすることは困難である。さらに、加熱源である定着ローラと異なりコイルおよびコアの温度上昇は緩やかであるためにコイルの自己昇温による磁束変動やコアの透磁率変動は定着ローラ温度では測定できないため定着ローラ温度検知による電力補正はこの点でも充分な補正ができないことは明白である。
However, in the case of
一方、発振コイルの断線/ショートなどやコア、定着ローラの破損などによって所定の駆動周波数およびON/OFF比率であっても所望の電力が入力されない場合がある。このような場合に、電力検出回路によって検出された実際の電力が所望電力になるまで駆動周波数およびON/OFF比率を補正することは駆動回路に過大な負荷を印加しついには破壊に至ることになり危険である。また、立ち上げ時に必要な電力と待機時に必要な最大電力、プリント動作時に必要な電力は異なっているのが通常でありさらに目標温度もそれぞれ異なるのが通常なので、この場合適正な補正電力値も異なってくる。 On the other hand, desired power may not be input even at a predetermined drive frequency and ON / OFF ratio due to breakage / short circuit of the oscillation coil, damage to the core and the fixing roller, and the like. In such a case, correcting the drive frequency and ON / OFF ratio until the actual power detected by the power detection circuit reaches the desired power will result in an excessive load applied to the drive circuit and eventually destruction. It is dangerous. In addition, the power required for startup, the maximum power required for standby, and the power required for printing are usually different, and the target temperature is usually different. Come different.
つまり、たとえば定着器立ち上げ時に算出した電力補正量をそのままプリント動作中の電力補正量として使用することは過電力の現象が生じることが考えられ、やはり駆動回路の故障の可能性を高めるなど危険である。 In other words, for example, using the power correction amount calculated when the fixing unit is started up as it is as the power correction amount during the printing operation may cause an overpower phenomenon, which also increases the possibility of failure of the drive circuit. It is.
本発明では、上記問題を解決し、加熱効率を高め、かつ安全な温度制御方法及びそれを適用する定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置を提供するものである。 The present invention provides a temperature control method that solves the above problems, increases heating efficiency, and is safe, a fixing device to which the temperature control method is applied, and an image forming apparatus including the fixing device.
この課題を解決するために、本発明の温度制御方法は、加熱部材を所定の目標温度に加熱調整する温度制御方法であって、加熱部材を加熱する加熱手段に供給される電力値により加熱調整を行い、電力供給目標値と実際の電力供給値との比較から該電力供給目標値の補正を行うと共に、電力供給値が少なくとも所定の上限値を越えないように制御することを特徴とする。 In order to solve this problem, the temperature control method of the present invention is a temperature control method in which the heating member is heated and adjusted to a predetermined target temperature, and is adjusted by the power value supplied to the heating means for heating the heating member. The power supply target value is corrected based on a comparison between the power supply target value and the actual power supply value, and control is performed so that the power supply value does not exceed at least a predetermined upper limit value.
ここで、前記電力供給目標値の補正は、電力供給目標値と実際の電力供給値との差を加算又は減算することで行われる。また、前記電力供給目標値の補正は、前回の電力供給目標値と実際の電力供給値との差に対応する、加算値の増加又は減少により行われる。また、前記加熱調整は、記録媒体上に転写された現像材を圧接加熱して定着する、強磁性体で構成された加熱部材と励磁コイルからなる誘導加熱式の定着装置における加熱調整であって、前記電力供給目標値は加熱部材から検知された温度と目標温度とに基づいて決定され、前記定着装置の状態の切替に対応して前記補正が初期化される。 Here, the correction of the power supply target value is performed by adding or subtracting the difference between the power supply target value and the actual power supply value. The correction of the power supply target value is performed by increasing or decreasing the added value corresponding to the difference between the previous power supply target value and the actual power supply value. The heating adjustment is a heating adjustment in an induction heating type fixing device comprising a heating member made of a ferromagnetic material and an exciting coil, which fixes the developer transferred on the recording medium by pressure heating. The power supply target value is determined based on the temperature detected from the heating member and the target temperature, and the correction is initialized in response to switching of the state of the fixing device.
又、本発明の定着装置は、記録媒体上に転写された現像材を圧接加熱して定着する定着装置であって、加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記加熱部材を加熱する加熱手段への電力供給目標値を設定する電力設定手段と、前記加熱手段に実際に供給されている電力供給値を測定する電力測定手段とを有し、前記電力設定手段は、前記測定された電力供給値が前記電力供給目標値に一致するように、新たな電力供給目標値を設定する目標電力補正手段を含むことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a fixing device for fixing a developer transferred onto a recording medium by press-contact heating, a temperature detecting means for detecting a temperature of a heating member, and a temperature detected by the temperature detecting means. Power setting means for setting a power supply target value to the heating means for heating the heating member, and power measurement means for measuring the power supply value actually supplied to the heating means, The power setting means includes target power correction means for setting a new power supply target value so that the measured power supply value matches the power supply target value.
ここで、前記目標電力補正手段は、測定された電力供給値と設定された電力供給目標値電力の差に応じて、単位補正電力が加減算する。また、前記目標電力補正手段は、補正の限度値をもつ。また、前記目標電力補正手段は、前記定着装置の動作モードが変更されたタイミングで初期化される。また、前記定着装置の動作モードは、それぞれ初期立ち上げ時、待機時、プリント動作時を含む。また、前記目標電力補正手段は、前記定着装置の端部遮蔽手段が移動したタイミングで初期化される。 Here, the target power correction means adds or subtracts the unit correction power according to the difference between the measured power supply value and the set power supply target value power. The target power correcting means has a correction limit value. The target power correction unit is initialized at the timing when the operation mode of the fixing device is changed. The operation modes of the fixing device include initial startup, standby, and printing operation, respectively. The target power correction unit is initialized at the timing when the end shielding unit of the fixing device moves.
又、本発明の画像形成装置は、記録媒体上に転写された現像材を圧接加熱して定着する定着装置を有する画像形成装置であって、前記定着装置が、加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記加熱部材を加熱する加熱手段への電力供給目標値を設定する電力設定手段と、前記加熱手段に実際に供給されている電力供給値を測定する電力測定手段とを有し、前記電力設定手段は、前記測定された電力供給値が前記電力供給目標値に一致するように、新たな電力供給目標値を設定する目標電力補正手段を含むことを特徴とする。 The image forming apparatus of the present invention is an image forming apparatus having a fixing device for fixing the developer transferred onto the recording medium by press-contact heating, wherein the fixing device detects the temperature of the heating member. A power setting means for setting a power supply target value to the heating means for heating the heating member based on a detection temperature of the detection means, and a power supply value actually supplied to the heating means. Power measuring means for measuring the power supply means, and the power setting means includes target power correction means for setting a new power supply target value so that the measured power supply value matches the power supply target value. It is characterized by including.
上記構成によれば、加熱効率を高め、かつ安全な温度制御方法及びそれを適用する定着装置と、該定着装置を備えた画像形成装置を提供できる。 According to the above configuration, it is possible to provide a temperature control method that improves heating efficiency and is safe, a fixing device to which the temperature control method is applied, and an image forming apparatus including the fixing device.
特に、電磁誘導加熱式の定着装置において、設定電力と実際の入力電力との誤差を解消でき過熱力不足や電力過多を極力少なくして、所定電力内で効率よく動作する画像形成装置を実現することができる。 In particular, in an electromagnetic induction heating type fixing device, it is possible to eliminate an error between the set power and the actual input power, and to realize an image forming apparatus that operates efficiently within a predetermined power by minimizing the lack of overheating power and excessive power. be able to.
具体的には、補正量の制限値と任意に初期化できる手段を持つことで、安全にかつ効率よく実際の入力電力を設定電力に一致させて、温度を制御する。 Specifically, by providing a correction amount limit value and a means that can be arbitrarily initialized, the temperature is controlled by matching the actual input power to the set power safely and efficiently.
以下、本発明の画像形成装置の実施の形態に関して、添付図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態では、端部昇温防止機構を有する誘導加熱方式を有する定着装置における温度制御を説明するが、これに限定されるものではなく、本発明は一般的な加熱部材の温度調整においても有効なものであり、これらも本発明に含まれる。 Hereinafter, embodiments of an image forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, temperature control in a fixing device having an induction heating system having an end portion temperature rise prevention mechanism will be described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is a general temperature adjustment of a heating member. Are also effective, and these are also included in the present invention.
<本実施形態の画像形成装置の構成例>
図2は、本実施形態の画像形成装置を好適に示す一例たる、電子写真レーザビームプリンタ201(以下、プリンタ201と略称する)の概略構成を示す模式的断面図である。
<Example of Configuration of Image Forming Apparatus of Present Embodiment>
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrophotographic laser beam printer 201 (hereinafter abbreviated as a printer 201), which is an example of an image forming apparatus according to the present embodiment.
プリンタ201は、プリンタ201の本体の外部に設けられたホストコンピュータ等の画像情報提供装置(図示せず)から提供された画像情報に応じた画像をシート状の記録材Pに形成し記録するという一連の画像形成プロセスを公知の電子写真方式に沿って行う形態の画像形成装置である。 The printer 201 forms and records an image corresponding to image information provided from an image information providing device (not shown) such as a host computer provided outside the main body of the printer 201 on a sheet-like recording material P. The image forming apparatus is configured to perform a series of image forming processes in accordance with a known electrophotographic system.
プリンタ201は、図2に示すように、潜像担持体たるドラム状の回転自在な感光体202及び現像装置203を保持するプロセスカートリッジ204と、画像情報提供装置からの画像情報に応じた露光処理工程により感光体202の外周面に上記画像情報に応じた静電潜像を形成するためのレーザスキャナユニット205(以下、スキャナ205と略称する。)と、記録材Pに転写処理工程を施すためのロール状の回転自在な転写体206と、転写処理済みの記録材Pに加熱及び加圧により定着処理を施すようになっている加熱装置たる定着装置207とを備えている。
As shown in FIG. 2, the printer 201 includes a drum-shaped rotatable
プリンタ201に備えられたプロセスカートリッジ204は、感光体202及び現像装置203に加えて、スキャナ205による露光処理前に感光体202の外周面を規定電位分布に帯電せしめる帯電ローラ208を保持していると共にプリンタ201の本体にて取り外し自在に支持されており、感光体202の修理及び現像装置203への現像剤補給等のメンテナンスが必要であるときには、上記本体にて開閉自在に支持されているカバー209を開いたのち、プロセスカートリッジ204ごと交換することによりメンテナンスの迅速化及び簡易化等が図られている。
In addition to the
次に、プリンタ201における一連の画像形成プロセスに関して説明する。 Next, a series of image forming processes in the printer 201 will be described.
先ず、プリンタ201への一連の画像形成プロセスの開始指示のためにプリンタ201の本体に設けられたスタートボタン等(図示せず)が押されるなどにより、感光体202が矢印K1方向に規定周速度にて回転駆動を開始されると共に、規定バイアスが印加されている帯電ローラ208と感光体202とが互いに摺接し合うことにより感光体202の外周面が規定電位分布に帯電せしめられる。
First, when a start button or the like (not shown) provided on the main body of the printer 201 is pressed to instruct the printer 201 to start a series of image forming processes, the
次に、画像情報提供装置からの画像情報に応じて感光体202の外周面の帯電処理済みの部位がスキャナ205により走査及び露光されることにより上記画像情報に応じた静電潜像が上記部位に形成されたのち、現像装置203の現像剤により上記静電潜像が顕像に可視像化され、所定枚数の記録材Pを収容可能であると共にプリンタ201の本体にて取り外し自在に支持されたカセット211から回転自在な給紙ローラ212等により感光体202と転写体206との間に形成された空間へと所定のタイミング等にて搬送されてきた記録材Pに転写体206により上記顕像が転写される。
Next, a charged portion on the outer peripheral surface of the
そして、転写処理済みの記録材Pは、定着装置207により定着処理が施されたのちプリンタ201の本体にて回転自在に支持された排紙ローラ213により機外へと排紙され上記本体の一側面に取り付けられたトレイ214上に積層されることにより、一連の画像形成プロセスが終了することとなる。
The recording material P that has been subjected to the transfer process is subjected to a fixing process by the fixing
(定着装置の構成例)
本実施形態の加熱装置である定着装置207について、図3の定着装置207の概略構成を示す模式的斜視図に従い詳述する。
(Fixing device configuration example)
The fixing
定着装置207は、図3に示すように、記録材上のトナーを溶融させ記録材に定着させるための磁性金属部材である発熱部材たる中空の定着ローラ100と、該定着ローラ内に設けられた磁束発生手段たる誘導加熱コイルL1、コア1,2,3と、磁界遮蔽部材150とを備えている。また定着ローラ100は従動する加圧ローラ102と対向して配置され長手方向に当接する面(以下ニップ)を構成している。
As shown in FIG. 3, the fixing
誘導加熱コイルL1に、高周波電流が印加されることにより高周波磁界を発生させるようになっており、コア1とコア2及びコア3は高い透磁率をもつフェライト等で形成され誘導加熱コイルL1による高周波磁界を定着ローラ100の内面に有機的に結合させる磁気回路を構成している。
A high-frequency magnetic field is generated by applying a high-frequency current to the induction heating coil L1, and the
磁界遮蔽部材150は、定着ローラ100に比較して抵抗値の小さい純銅またはアルミのような材料で構成され、上記定着ローラ内面とコア間の磁気回路を形成する空間に出入り可能なように設けられるので遮蔽材150が結合空間から退避しているときは誘導加熱コイルL1の発生する磁束は定着ローラ100の内面と結合しているのでニップ部に誘導電流が発生してローラ表面が加熱されるが、空間に遮蔽材150が存在しているときは磁束が遮蔽材150で遮断されるのでローラ100表面はほとんど加熱されない。
The
(磁界遮蔽部材の構成及び動作例)
図4は、磁界遮蔽部材150の形状例を示す。本例では磁束結合部に対して退避、遮蔽1、遮蔽2の3段階が可能である。
(Configuration and operation example of magnetic shielding member)
FIG. 4 shows an example of the shape of the magnetic
図5は、磁界遮蔽部材150を3通りの位置に移動させた場合の加熱域を示している。
FIG. 5 shows a heating region when the magnetic
図5の(a)では、遮蔽材150が退避位置にあるため、定着ローラ長手方向のニップ部全域が均一に加熱される。しかし、図5の(b),(c)のように遮蔽材150が位置している場合にはそれぞれ定着ローラ100とコア3間の空間に遮蔽材150が入っている領域はほとんど加熱されない。
In FIG. 5A, since the shielding
<本実施形態の定着装置の制御回路例>
図1は、本実施形態による定着装置の誘導加熱コイルL1の駆動電源回路、温度、電圧及び電流検知回路および電力制御回路を含む構成を示すブロック図である。
<Example of Control Circuit of Fixing Device of this Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration including a drive power supply circuit, a temperature, voltage and current detection circuit, and a power control circuit of the induction heating coil L1 of the fixing device according to the present embodiment.
(駆動電源制御の例)
駆動電源回路101は、MOS−FETである電力スイッチング素子TR1と、回路の電力負荷である誘導加熱コイルL1と、誘導加熱コイルL1に蓄積された電力を回生させるフライホイールダイオードD5とを有して構成されている。温度検知手段たる温度検出素子TH1は、発熱体となる定着ローラ100の表面温度を検知する位置に配置され、その検知温度に応じた出力Vth1がアナログデジタル変換回路(A/D)を介して温度検知回路104に入力されている。温度検知回路104はサーミスタの電圧データ(TH_DATA)に応じて温度を示すデータ(THERMO_DATA)に変換して電力制御回路103に入力される。
(Example of drive power control)
The drive
一方、電圧検知回路105は、トランスT1を介し誘導加熱電源101に印加される入力電圧を測定し電圧データVsとして電力制御回路103へ入力する。同様に電流検知回路106は、101への入力電流を検出して電力制御回路103へ電流データIsとして入力する。
On the other hand, the
電力制御回路103は、温度目標値と現在の温度(THERMO_DATA)の差分や測定した電圧値Vs、電流値Isおよび動作モードから決定される投入必要電力Poutを算出し、駆動電源回路101が該投入電力Poutを消費するように制御信号Vrefdataを決定し、デジタルアナログ変換回路(D/A)に入力するよう制御される。さらに、該制御信号VrefdataはD/Aを介してパルス変調発振回路(以下、PFM共振制御回路という)102にアナログ電圧Vrefとして入力されるようになっている。PFM共振制御回路102は、制御信号値Vrefに見合ったPFMパルスを発生させ電力スイッチング素子TR1のゲートに出力し、電力スイッチング素子TR1をスイッチング駆動する。
The
次に、上記駆動電源回路の動作について説明する。 Next, the operation of the drive power supply circuit will be described.
交流入力電圧AC_INが印加されると、その交流入力電圧が整流素子D1〜D4により整流された脈流となり、その電圧はトランスNF1を通りコンデンサC1の両端に印加される。このとき、そのコンデンサC1の両端電圧は、交流入力電圧を整流した波形となる。また、トランスNF1及びコンデンサC1は、ノイズフィルタを形成しており、電力スイッチング素子TR1のスイッチング周波数に対して十分な減衰量を確保し、且つ電源周波数に対して減衰無く通過するような定数に設定するようになっている。 When the AC input voltage AC_IN is applied, the AC input voltage becomes a pulsating current rectified by the rectifying elements D1 to D4, and the voltage is applied to both ends of the capacitor C1 through the transformer NF1. At this time, the voltage across the capacitor C1 has a waveform obtained by rectifying the AC input voltage. Further, the transformer NF1 and the capacitor C1 form a noise filter, and are set to constants that ensure a sufficient attenuation with respect to the switching frequency of the power switching element TR1 and pass through the power supply frequency without attenuation. It is supposed to be.
PFM共振制御回路102は、電力制御回路103がD/Aを介して出力した制御電圧Vrefと鋸波信号Vsawと比較することで矩形波のPFM信号を発生する。ここで、図6のようにVrefが変化するとPFM信号のON/OFF比率が変化する。PFM信号はSW1を介して、電力スイッチング素子TR1のゲート−ソース間に印加され、スイッチングしてドレイン電流IDが流れ誘導加熱コイルL1に通電する。又、誘導加熱コイルL1は、電力スイッチング素子TR1がオンすることで流れた電流を蓄えているため、電力スイッチング素子TR1がオフした時に逆起電圧を発生しフライホイールダイオードD5に順電流を流し蓄積電流を高周波共振コンデンサC2に充電する。その後、また電力スイッチング素子TR1がオンすると誘導加熱コイルL1に電流が流れ、誘導加熱コイルL1に電流を蓄積することを繰り返すので、負荷の誘導加熱コイルL1には、高周波共振コンデンサC2との間に共振電流が流れる。
電力スイッチング素子TR1及び誘導加熱コイルL1に流れる電流は、高周波共振コンデンサC2が高周波成分を充放電し平滑化される。そのため、トランスNF1には、高周波電流は流れず交流入力電流整流波形のみが流れることとなる。整流ダイオードD1〜D4に流れる電流は、電力スイッチング素子TR1及び誘導加熱コイルL1に流れた電流波形をコンデンサC1及びトランスNF1によるノイズフィルタによりフィルタリングされた電流波形となるため、整流前の交流入力電流波形は、交流入力電圧波形に近い形の入力電流波形となり、入力電流中に含まれる高調波成分が大幅に減少されている。又、この駆動電源回路中て使用するノイズフィルタであるトランスNF1及びコンデンサC1は、PFM共振制御回路IC1による高周波の発振周波数に対してフィルター効果が発揮されるものであれば良く、コンデンサC1の容量やトランスNF1のインダクタンス値は小さくできるので小型、軽量化することができる。
The PFM
The current flowing in the power switching element TR1 and the induction heating coil L1 is smoothed by charging and discharging the high frequency component by the high frequency resonant capacitor C2. Therefore, the high frequency current does not flow through the transformer NF1, and only the AC input current rectified waveform flows. Since the current flowing through the rectifier diodes D1 to D4 is a current waveform obtained by filtering the current waveform flowing through the power switching element TR1 and the induction heating coil L1 by a noise filter using the capacitor C1 and the transformer NF1, the AC input current waveform before rectification Becomes an input current waveform having a shape close to an AC input voltage waveform, and the harmonic component contained in the input current is greatly reduced. Further, the transformer NF1 and the capacitor C1 which are noise filters used in the drive power supply circuit may be any filter that exhibits a filter effect with respect to the high frequency oscillation frequency by the PFM resonance control circuit IC1, and the capacitance of the capacitor C1. Since the inductance value of the transformer NF1 can be reduced, the size and weight can be reduced.
この誘導加熱コイルL1のための駆動電源回路に温度調節信号が入力されることで、誘導加熱のための電源の出力端子に周波数20KHz〜100KHz程度の高周波交流電力が発生する。上記動作により誘導加熱コイルL1は交流磁界を発生させる。上記誘導加熱コイルL1に発生した交流磁界は、フェライトコアであるコア1及びコア2とコア3を通じて、コア2及びコア3間の空間を通じて定着ローラ100に高周波磁束が貫通し定着ローラ100内に渦電流を発生させ、定着ローラ100内面にジュール熱が発生することで定着ローラ100自らが発熱する。
When a temperature adjustment signal is input to the drive power supply circuit for the induction heating coil L1, high frequency AC power having a frequency of about 20 KHz to 100 KHz is generated at the output terminal of the power supply for induction heating. With the above operation, the induction heating coil L1 generates an alternating magnetic field. The AC magnetic field generated in the induction
従って、上述の電力制御回路103が設定したVref値によって、PFM発振回路102が発生するPFM信号のON/OFF比率が決定されコイルL1への通電時間が決定されることで消費電力および定着ローラ100の発熱量も決定される。上記加熱動作にて消費される電力は定着部の場合通常200Wから数KW程度である。電力制御回路103は、TH1での検知温度が目標温度に達すると電力を調整しながら、温度を一定に保ち不図示のプリンタ制御部はプリント可能状態に移行する。
Accordingly, the ON / OFF ratio of the PFM signal generated by the
<本実施形態の温度制御を実現する制御部の構成例>
図7に、電力制御回路103を実現する制御部の構成例を示す。
<Configuration Example of Control Unit for Realizing Temperature Control of this Embodiment>
FIG. 7 shows a configuration example of a control unit that realizes the
かかる図7の制御部は、演算制御用のCPU71と、CPU71の処理時に一時記憶として使用されるRAM72と、CPU71が使用する固定のパラメータやプログラムが格納されているR〇M(あるいはディスクなどの外部記憶装置)73と、外部からのデータを入力する、本例ではTH1が検知した定着ローラ100の温度Vth1、電圧検知回路105が検知した電源電圧Vs、電流検知回路106が検知した電源消費電流Isを入力する入力インタフェース74と、CPU71の処理により決定された制御データ、本例では共振制御回路102への制御データVrefを出力する出力インタフェース75とを有する。
The control unit in FIG. 7 includes a
ここで、RAM72は、データ記憶領域として、温度センサTH1からの温度データVth1を記憶する領域72a、電源電圧Vsを記憶する領域72b、電源消費電流Isを記憶する領域72c、Vref値を記憶する領域72d、目標温度と測定温度との温度差ΔTを記憶する領域72e、ΔTから直接算出される設定電力Psetを記憶する領域72f、電源電圧Vsと電源消費電流Isから算出される消費電力poutを記憶する領域72g、設定電力Psetと消費電力poutとの差である誤差電力perrを記憶する領域72h、設定電力Psetを誤差電力perrで補正した補正電力Padjを記憶する領域72i、定着装置のモード切り換え(例えば、遮蔽板位置の変更などを含む)を記憶する領域72j、現在のモードを記憶する領域72k、現在の遮蔽板位置を示す情報SHを記憶する領域72m、を有している。又、RAM72は、ROM(外部記憶装置)73からプログラムをロードしてCPU71で実行する構成である場合は、プログラムロード領域を備える。
Here, the RAM 72 has, as data storage areas, an
ROM73には、データ記憶領域に、各モードに対応する目標温度(T0, T1,...,Tn)73aと、駆動電源回路や電圧/電流検出回路の効率により一定に定められる補正係数Kf73bと、誤差電力perrの(上限値PerrMAX、下限値PerrMIN)73c、誤差電力perrを増減させる単位電力値PplusとPminus73d、温度差ΔTから設定電力Psetを得るためのテーブル73e(このテーブル値は、装置固有の為、予め実験値、経験値等を求めて格納すればよい。又、テーブルを用いずに実験式を用いて演算処理をしても良い。)、補正電力Padjから電力制御値Vrefを得るためのテーブル73f(このテーブル値は、装置固有・D/A特性固有の為、予め実験値、経験値等を求めて格納しても良い。又、テーブルを用いずに実験式を用いて演算処理をしても良い。)とを有する。又、ROM73は、プログラム記憶領域として、定着ローラ温度制御プログラム73g、かかるプログラムを構成する電力決定モジュール73hを記憶する領域を有する。
In the
尚、図7のRAM/ROMには、本実施形態で使用される情報のみが示されており、他の処理で使用する情報は省略されている。又、一般に、かかる制御部は定着温度制御チップとして独立して提供されるが、この制御部が定着装置全体の制御を行う制御部と一体の構成であっても、更にこの制御部が画像形成装置の制御部と一体の構成であってもよい。 Note that only the information used in the present embodiment is shown in the RAM / ROM of FIG. 7, and information used in other processing is omitted. In general, such a control unit is provided independently as a fixing temperature control chip. However, even if this control unit is configured integrally with a control unit that controls the entire fixing device, this control unit further includes image formation. The configuration may be integrated with the control unit of the apparatus.
<本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例1>
次に、電力制御回路103がVrefdataを決定する手順の一例を図8のフローチャートに従って説明する。
<Procedure Example 1 for Fixing Roller Temperature Control According to this Embodiment>
Next, an example of the procedure by which the
ある時刻nにおいて、ステップS701で、温度検出素子TH1の出力Vth1から算出される現在の定着ローラ表面温度Tcと加熱目標温度の設定値Toを比較し、差分ΔTを求める。ステップS702で、差分ΔTより更新する設定電力Pset(n)を算出する。この時の電力算出には温度差→電力のテーブル変換やPID制御などの一般的に知られるフィードバック制御が用いられる。 At a certain time n, in step S701, the current fixing roller surface temperature Tc calculated from the output Vth1 of the temperature detection element TH1 is compared with the set value To of the heating target temperature to obtain a difference ΔT. In step S702, the set power Pset (n) to be updated is calculated from the difference ΔT. For power calculation at this time, generally known feedback control such as temperature difference → power table conversion or PID control is used.
さらに、ステップS703で、現状消費されている電力Pout(n-1)を測定電圧Vsと電流Isより、Pout(n-1)=Vs×Is×Kf、により求める。ここで、Kfは駆動回路、電圧電流検出回路の効率により一定に定められる補正係数である。このとき算出されたPout(n-1)は前回の設定電力Pset(n-1)で駆動電源回路を駆動した結果得られたものなので、理想的には、Pout(n-1)=Pset(n-1)のあるはずである。しかし、前述の従来の問題点で述べたように温度などにより差が生じるのが通常である。 Further, in step S703, the currently consumed power Pout (n−1) is obtained from the measured voltage Vs and the current Is by Pout (n−1) = Vs × Is × Kf. Here, Kf is a correction coefficient that is fixedly determined by the efficiency of the drive circuit and the voltage / current detection circuit. Since Pout (n−1) calculated at this time is obtained as a result of driving the drive power supply circuit with the previous set power Pset (n−1), ideally Pout (n−1) = Pset ( There should be n-1). However, as described in the above-mentioned conventional problems, a difference usually occurs due to temperature or the like.
したがって、ステップS704で、その誤差PerrをPset(n-1)とPout(n-1)から算出し、ステップS709で、先に算出した今回の更新する設定電力Pset(n)にPerrを加算して、Vrefdataに換算するための補正電力Padj(n)を算出する。ただし、ステップS705乃至S708で、Perrが最大リミット値PerrMAXや最小リミット値PerrMINを越えていたら、Perrは最大(最小)リミット値とする。 Therefore, in step S704, the error Perr is calculated from Pset (n-1) and Pout (n-1), and in step S709, Perr is added to the previously calculated set power Pset (n) that is updated this time. Thus, the correction power Padj (n) for conversion to Vrefdata is calculated. However, if Perr exceeds the maximum limit value PerrMAX or the minimum limit value PerrMIN in steps S705 to S708, Perr is set to the maximum (minimum) limit value.
ステップS710で、このようにして得られた電力値Padj(n)をPFM幅制御データVrefdataに換算して出力する。かかる換算には、補正電力値→制御データのテーブル変換が望ましい。 In step S710, the power value Padj (n) thus obtained is converted into PFM width control data Vrefdata and output. For such conversion, table conversion of corrected power value → control data is desirable.
この電力制御を一定時間ごとに繰り返し行うことで、随時誤差補正をしつつ目的とする電力を印加して加熱、温度制御することができる。このときの時間間隔は、最大電力時の温度上昇度や電圧/電柱検出回路105、106の反応速度にもよるが、おおむね10ms〜1s間隔が適当である。また、電力誤差リミット値PerrMAX、PerrMinは磁気回路を構成する部品の温度係数や誤差ばらつきによって通常ばらつきと考えられる範囲に設定するべきで、ほぼ最大電力×0.4〜0.7程度に設定するのが適当である。
By repeatedly performing this power control at regular intervals, it is possible to control the heating and temperature by applying the target power while correcting the error as needed. The time interval at this time is generally about 10 ms to 1 s, although it depends on the temperature rise at the maximum power and the reaction speed of the voltage / electric
<本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例2>
図9は、本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例2のフローチャートである。図8と同様なものは同じ参照符号を付してある。
<Procedure Example 2 for Fixing Roller Temperature Control According to this Embodiment>
FIG. 9 is a flowchart of the procedure example 2 of the fixing roller temperature control according to this embodiment. Components similar to those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
ステップS703で図8と同様に現在の消費電力を算出すると、つぎにステップS801及びS803で、実際の消費電力と前回の設定電力Pset(n-1)との大小比較をし、実際の消費電力が小さければ、ステップS802で前回に使用した補正電力量Perr(n-1)に正の単位補正電力量Pplusを加算する。逆に消費電力の方が大きければ、ステップS804で同じく補正電力量Perr(n-1)に負の単位補正
電力量Pminusを加算する。
In step S703, the current power consumption is calculated in the same manner as in FIG. 8. Next, in steps S801 and S803, the actual power consumption is compared with the previous set power Pset (n-1), and the actual power consumption is compared. Is smaller, in step S802, the positive unit correction power amount Pplus is added to the correction power amount Perr (n-1) used last time. On the contrary, if the power consumption is larger, the negative unit correction power amount Pminus is added to the correction power amount Perr (n-1) in the same manner in step S804.
ただし、手順例1と同様に加算結果Perr(n)が最大リミット値PerrMAXや最小
リミット値PerrMINを越えていたら、Perr(n)は最大(最小)リミット値とする。 このように消費電力と設定電力に誤差が生じている場合には補正電力量を積算修正することで最終的な電力値Padj(n)を実施例1と同様に求め、VrefdataをPadj(n)に応じて出力する。
However, if the addition result Perr (n) exceeds the maximum limit value PerrMAX or the minimum limit value PerrMIN as in Procedure Example 1, Perr (n) is set to the maximum (minimum) limit value. When there is an error between the power consumption and the set power in this way, the final power value Padj (n) is obtained in the same manner as in the first embodiment by integrating and correcting the correction power amount, and Vrefdata is calculated as Padj (n). According to the output.
<本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例3>
図10は、本実施形態の定着ローラ温度制御の手順例3のフローチャートである。図8あるいは図9と同様なものは同じ参照符号を付してある。
<Procedure Example 3 for Fixing Roller Temperature Control According to this Embodiment>
FIG. 10 is a flowchart of the procedure example 3 of the fixing roller temperature control according to this embodiment. Components similar to those in FIG. 8 or 9 are denoted by the same reference numerals.
手順例2と同様にPerr(n)を算出した後、ステップS901で、前回の電力計算時と今回との間にモード切替が生じたかどうか検査する。その結果モード切替が生じていたら、ステップS902でPerr(n)を初期化(=0)とする。 ここで、モード切替とは
1.立ち上げ加熱→プリント待機、
2.プリント動作→プリント終了(待機)、
3.待機時目標温度切り換え、
などのように許容電力最大値が大きく切り替わる場合や、
4.プリント動作中シャッタ位置切り換え時にコイルの負荷特性が大きく変動する場合などである。
After calculating Perr (n) as in Procedure Example 2, it is checked in step S901 whether mode switching has occurred between the previous power calculation and this time. If mode switching has occurred as a result, Perr (n) is initialized (= 0) in step S902. Here, mode switching is as follows. Start-up heating → Print standby
2. Print operation → Print end (standby),
3. Standby target temperature switching,
Such as when the maximum allowable power switches greatly,
4). This is the case when the load characteristics of the coil fluctuate greatly when the shutter position is switched during the printing operation.
このような場合には、これまで積算補正してきたPerr(n)では電力誤差の変動に追従できないことが予想されるため一回初期化し、再計算する必要がある。 In such a case, it is expected that Perr (n) that has been accumulated and corrected so far cannot follow the fluctuation of the power error, so it is necessary to initialize and recalculate it once.
尚、上記モード切替には、端部加熱調節手段の遮蔽板位置の変更も含まれる。又、本例では端部加熱調節は遮蔽板を使用して実現していたが、他の複数の加熱コイルと独立駆動電源を用いた方式やコイル内のコアの位置を変えることにより実現する方法でも本実施形態の端部加熱調整は可能であり、かかる切替もモード切替に含まれる。 The mode switching includes changing the position of the shielding plate of the end portion heating adjustment means. In this example, the end heating adjustment is realized by using a shielding plate, but a method using a plurality of other heating coils and an independent drive power source or a method of changing the position of the core in the coil. However, the end heating adjustment of this embodiment is possible, and such switching is also included in mode switching.
又、本発明は、複数の機器(例えばコンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタなど)から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置(複写機、プリンタ、ファクシミリ装置など)に適用してもよい。 Further, the present invention can be applied to a system (copier, printer, facsimile machine, etc.) consisting of a single device even if it is applied to a system consisting of a plurality of devices (eg, computer, interface device, reader, printer, etc.). May be.
また、本発明の目的は、前述した実施形態で示したフローチャートの手順を実現するプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システムあるいは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても達成される。 Another object of the present invention is to store a storage medium storing a program code for realizing the procedure of the flowchart shown in the above-described embodiment, and a program code stored in the storage medium by a computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus. It is also achieved by reading and executing.
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。 In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。 As a storage medium for supplying the program code, for example, a floppy (registered trademark) disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, or the like is used. be able to.
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。 Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an OS (operating system) operating on the computer based on the instruction of the program code. A case where part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing is also included.
更に、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。 Further, after the program code read from the storage medium is written in a memory provided in a function expansion board inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function expansion board is based on the instruction of the program code. Also included is a case where the CPU or the like provided in the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
1 コア
2 コア
3 コア
100 定着ローラ(発熱部材,磁性金属部材)
150 磁界遮蔽部材
201 電子写真レーザビームプリンタ(画像形成装置)
207 定着装置
L1 誘導加熱コイル(磁界発生手段,コイル)
C2 共振コンデンサ
D1〜D4 整流ダイオード
TR1 スイッチング素子
P 記録材
TH1〜3 温度検出素子(温度検知手段)
T1 電圧検出トランス
T2 電流検出トランス
1
150 Magnetic shielding member 201 Electrophotographic laser beam printer (image forming apparatus)
207 Fixing device L1 Induction heating coil (magnetic field generating means, coil)
C2 resonant capacitor
D1 ~ D4 Rectifier diode
TR1 Switching element P Recording material
TH1-3 Temperature detection element (temperature detection means)
T1 voltage detection transformer
T2 current detection transformer
Claims (11)
加熱部材を加熱する加熱手段に供給される電力値により加熱調整を行い、
電力供給目標値と実際の電力供給値との比較から該電力供給目標値の補正を行うと共に、電力供給値が少なくとも所定の上限値を越えないように制御することを特徴とする温度制御方法。 A temperature control method for heating and adjusting a heating member to a predetermined target temperature,
Perform heating adjustment by the power value supplied to the heating means for heating the heating member,
A temperature control method comprising: correcting a power supply target value from a comparison between a power supply target value and an actual power supply value, and controlling the power supply value so as not to exceed at least a predetermined upper limit value.
加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記加熱部材を加熱する加熱手段への電力供給目標値を設定する電力設定手段と、
前記加熱手段に実際に供給されている電力供給値を測定する電力測定手段とを有し、
前記電力設定手段は、前記測定された電力供給値が前記電力供給目標値に一致するように、新たな電力供給目標値を設定する目標電力補正手段を含むことを特徴とする定着装置。 A fixing device that fixes a developer transferred onto a recording medium by pressure-contact heating,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heating member;
Power setting means for setting a power supply target value to the heating means for heating the heating member based on the detected temperature of the temperature detecting means;
Power measuring means for measuring the power supply value actually supplied to the heating means,
The fixing device includes: a target power correcting unit that sets a new power supply target value so that the measured power supply value matches the power supply target value.
前記定着装置が、
加熱部材の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知温度に基づいて、前記加熱部材を加熱する加熱手段への電力供給目標値を設定する電力設定手段と、
前記加熱手段に実際に供給されている電力供給値を測定する電力測定手段とを有し、
前記電力設定手段は、前記測定された電力供給値が前記電力供給目標値に一致するように、新たな電力供給目標値を設定する目標電力補正手段を含むことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus having a fixing device that fixes a developer transferred onto a recording medium by pressure heating.
The fixing device;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heating member;
Power setting means for setting a power supply target value to the heating means for heating the heating member based on the detected temperature of the temperature detecting means;
Power measuring means for measuring the power supply value actually supplied to the heating means,
The image forming apparatus, wherein the power setting unit includes a target power correction unit that sets a new power supply target value so that the measured power supply value matches the power supply target value.
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