JP2643303B2 - 定着温度制御装置 - Google Patents

定着温度制御装置

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JP2643303B2 JP12914888A JP12914888A JP2643303B2 JP 2643303 B2 JP2643303 B2 JP 2643303B2 JP 12914888 A JP12914888 A JP 12914888A JP 12914888 A JP12914888 A JP 12914888A JP 2643303 B2 JP2643303 B2 JP 2643303B2
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【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、電子写真複写機やレーザプリンタ等の定
着装置を有する画像形成装置の定着温度制御装置に関す
る。
従来技術 上記のような画像形成装置においては、感光体面から
転写紙上に転写されたトナー像を定着させるために、一
般に定着ローラを用いて加熱圧着して定着させる定着装
置が使用されている。
そして、この定着装置は、定着ローラをその内側に備
えたヒータによつて加熱するが、定着ローラの表面温度
を一定に維持するように温度制御がなされている。
この温度制御は、一般に定着ローラ表面の温度を検出
し、その検出温度が目標とする設定温度より低いときに
はヒータに通電し、設定温度より高いときにはヒータの
通電を断つオン・オフ制御によつている。
しかしながら、このようなヒータのオン・オフ制御に
より定着ローラの温度制御を行なつても、定着ローラの
表面温度検出手段の検出精度,ヒステリシス特性,定着
ローラ表面の温度むら等の要因により画像の品質が左右
される。
そこで、良質な画像を形成するためには、所望の設定
温度付近において精密なヒータの通電制御が必要にな
り、そのため設定温度付近では極めて短かいサイクルで
ヒータのオン・オフが行なわれ、それによつてチヤタリ
ングが生じるという問題点がある。
ここで、このチヤタリングの発生について、第13図に
よつて説明する。
第13図(イ)は、定着ローラの検出温度をデジタル信
号に変換して8ビツトのデータとして0〜255ステツプ
の移動範囲S2を設定したときに、定着温度の設定ポイン
トを任意のステツプS1で表わした例の説明図であり、定
着温度設定ポイントS1よりも高検出領域ではヒータへの
通電をオフとし、このポイントS1よりも低温検出領域で
はヒートへの通電をオンにする。
第13図(ロ)は、時間に対する定着ローラ検出温度と
ヒータ印加電圧との関係を示す特性図であり、定着ロー
ラの検出温度が定着温度設定ポイントS1をこえるとヒー
タへの通電はオフとなり、定着温度設定ポイントS1より
も低下するとヒートへの通電をオンにしている。
このときに、温度を電圧V0に変換した波形は、例えば
第13図(ロ)のX部について同図(ハ)に拡大して示し
たようになり、これに対応するヒータ印加電圧はY部を
同図(ニ)に拡大して示したように、定着温度設定ポイ
ントS1近傍でチヤタリングが発生する。
このように、従来の定着ローラの温度制御によれば、
定着温度設定ポイント近傍で生じるチヤタリングのため
に、ノイズの発生、ヒータ寿命の短縮、スイツチング素
子の損傷等の問題があり、また、設定温度付近でヒータ
通電のオン・オフサイクルを長くしてチヤタリングが発
生しないように制御すると、定着不良等により異常画像
が形成される場合があるという問題があつた。
目 的 この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、設
定温度付近でのチヤタリングの発生を防止し、しかも定
着ローラの温度制御を精度良く行なえるようにして、定
着不良による異常画像が形成されるようなことがないよ
うにすることを目的とする。
構 成 この発明による定着温度制御装置は上記の目的を達成
するため、第1図に機能ブロツク図で示すように、次の
A乃至Fによつて構成したものである。
定着装置10におけるヒータによつて加熱される定着ロ
ーラの温度を検出して電圧値に変換する温度−電圧変換
手段A、 その検出電圧を連続して複数回抽出して平均化する検
出電圧平均化手段B、 定着温度を設定するための基準電圧を発生する基準電
圧発生手段C、 その基準電圧を連続して複数回抽出して平均化する基
準電圧平均化手段D、 温度−電圧変換手段Aによる検出電圧を連続して複数
回抽出して、そのバラツキに応じたヒステリシス幅を設
定するヒステリシス幅設定手段E、 基準電圧平均手段Dによつて平均化された基準電圧と
ヒステリシス幅設定手段Eによつて設定されたヒステリ
シス幅とによつて、定着温度の上限値に対応する上限基
準電圧と下限値に対応する下限基準電圧とを設定して、
検出電圧平均化手段Bによつて平均化された検出電圧
が、低温検出領域側から上限基準電圧に達した時には上
記ヒータへの通電を断ち、高温検出域側から下限基準電
圧に達した時には上記ヒータへの通電を開始するヒータ
通電制御手段F、 以下、この発明の一実施例に基づいて具体的に説明す
る。
第2図は、この発明による定着温度制御装置が適用さ
れるレーザプリンタの概略構成図である。
このレーザプリンタ1において、給紙装置20から給紙
ローラ17によつて矢印A方向に給送される用紙2は、レ
ジストローラ対3によつてタイミングをとられてドラム
状の感光体4から成る潜像担持体へ搬送される。
感光体4は時計方向(矢印方向)に回転駆動され、そ
の際帯電チヤージヤ5によつて表面を帯電され、レーザ
光学系6からのレーザ光を照射されて感光体面上に静電
潜像が形成される。
その潜像は、現像装置7を通るときトナーによつて可
視像化され、その可視像は感光体4へ搬送された用紙2
に転写チヤージヤ8により転写され、転写された用紙上
の可視像は定着装置10へ搬送される。
そして、用紙がこの定着装置10を通過する際に、ヒー
タを内蔵する定着ローラ9によつて加熱圧着されてトナ
ーによる可視像が低着される。なお、その定着ローラ9
の温度すなわち定着温度を検出するために、サーミスタ
THをその表面に近接して配設している。
定着装置10を出たプリント済の用紙は上方へ搬送され
て、排紙ローラ18によつて矢印Bで示すように排出部11
へ排出される。
一方、可視像転写後の感光体4はクリーニングブレー
ト12を有するクリーニング装置13によつて残留トナーを
除去され、感光体4から除去されたトナーは、回収ロー
ラ16によつてトナー回収室15に回収されてそこに収容さ
れる。
第3図は、この発明の一実施例を示す定着温度制御装
置の回路図である。
第2図に示した定着装置10の定着ローラ9に付設した
サーミスタTHと分圧抵抗R1とを直流電源(+5V)とアー
ス間に直列に接続して温度−電圧変換回路21(第1図の
温度−電圧変換手段Aに相当する)を形成しており、定
着ローラ9の温度を検出して電圧に変換し、接続点aか
らその検出電圧信号VAN1をマイクロコンピユータ21のア
ナログポートAN1に入力する。
また、基準電圧設定用の可変抵抗VR1と分圧抵抗R2
を直流電源(+5V)とアース間に直列に接続して基準電
圧発生回路22(第1図の基準電圧発生手段Cに相当す
る)を形成しており、接続点bから定着温度を設定する
基準電圧信号VAN0をマイクロコンピユータ23のアナログ
ポートAN0に入力する。
第4図は、サーミタTHの抵抗値RTHと、電圧信号VAN1
の温度に対する特性を示す曲線図である。
この図に示されているように、サーミスTHの抵抗値R
THは温度の上昇と共に低下する負性抵抗特性を有してい
る。
また、温度−電圧変換回路21の電源電圧を+5Vとすれ
ば、その検出電圧信号VAN1は、 VAN1=5×{R1/(R1+RTH)} で表わされ、定着ローラ9の検出温度が高くなるとRTH
の値は低下するので、検出電圧信号VAN1が上昇する特性
となつている。
この例では、定着ローラ9の使用温度範囲を60℃〜21
0℃に設定している。
第3図に戻つて、マイクロコンピユータ23は、中央処
理装置であるCPU24,プログラムメモリであるROM25,デー
タメモリであるRあM26,入力ポートを備えたA/Dコンバ
ータ27,及び出力ポート28によつて構成されている。
そして、A/Dコンバータ27のアナログポートAN1,AN0
らこのマイクロコンピユータ23に入力された検出電圧信
号VAN1と基準電圧信号VAN0は、A/Dコンバータ27により
デジタル信号に変換される。
そして、このマイクロコンピユータ23は、第1図の検
出電圧平均化手段B,基準電圧平均化手段D,ヒステリシス
幅設定手段E,及びヒータ通電制御手段Fの各機能を果た
すが、その詳細については第9図及び第10図によつて後
述する。
そして、定着ローラ9内のヒータ31への通電を断つて
オフにする時には、出力ポート28から出力するヒータ制
御信号▲▼をハイレベルにし、ヒータ31への通電
を開始してオンにする時には、そのヒータ制御信号▲
▼をローレベルにする。
マイクロコンピユータ23から出力されるヒータ制御信
号▲▼は、過昇防止回路29を通してソリツドステ
ートリレー(SSR)30の駆動信号▲▼に変換さ
れ、このSSR30によつてヒータ31へのAC電源による通電
をオン・オフ制御するようになつている。
ここで、第5図によつて過昇防止回路29の具体的な回
路例を説明する。
この過昇防止回路29は、比較基32,インバータ33,34,
アンドゲート35と、+5Vの電源電圧を分圧して比較器32
の反転入力端子に印加する基準電圧VREFを設定する分圧
抵抗R2,R3と、比較器32の非反転入力端子と出力端子と
の間に接続したフイードバツク抵抗R4と、比較器32の出
力端子を+5Vの電源にプルアツプする抵抗R5とによって
構成されている。
次に、この過昇防止回路29の作用について説明する。
比較器32は、温度−電圧変換回路21による検出電圧信
号VAN1と基準電圧VREFとを比較して、VAN1>VREFになる
と、出力をローレベルからハイレベルに反転する。
それによつて、インバータ33の出力がローレベルにな
り、インバータ34の出力の何如に係らずアンドゲート35
の出力である駆動信号HTOをハイレベルにする。
したがつて、仮にマイクロコンピユータ23(第3図)
の故障により出力ポート28からのヒータ制御信号▲
▼がローレベルのままになつたしても、SSR30に送出
される駆動信号HTOをハイレベルにして、ヒータ31への
通電をオフにする。
第3図の回路においては、この他にヒータ31には温度
ヒユーズ32を直列に接続しており、仮に過昇防止回路29
が故障して駆動信号▲▼がローレベルのままとな
り、ヒータ31への通電が続いて過熱した場合には、この
温度ヒユーズ32の溶断によりヒータ31ヘの通電を遮断す
る。
第6図は、この実施例におけるヒータの動作領域の説
明図である。
この実施例では、マイクロコンピユータ23に設けられ
たA/Dコンバータ27によつてA/D変換して得られるデジタ
ル信号を8ビツトで形成し、0〜255ステツプ信号が得
られるようにしている。
第6図のSREF1のポイントは、基準電圧発生回路22に
より設定された基準電圧VAN0の値をデジタル値に変換し
て平均化した値による定着温度の上限値を示しており、
後述されるようにして設定されるヒステリシスの幅をx
とすると、SREF1−xにより定着温度の下限値を設定し
ている。
また、信号SREF2は、温度−電圧変換回路21により得
られた検出電圧信号VAN1をデジタル値に変換したて平均
化した値であり、0〜255ステツプの領域を移動する。
この信号SREF2は、定着ローラ9の検出温度が高い場
合には高温検出領域すなわちヒータOFF領域になり、検
出温度が低い温度には低温検出領域すなわちヒータON領
域になる。
第7図は、時間に対する定着ローラ検出温度とヒータ
印加電圧との関係を示す特性図であり、ヒステリシスの
区間xを設けることにより、ヒータの印加電圧のオン・
オフサイクルは第13図で説明した従来例と比例して長く
なり、チヤタリングが発生しにくくなる。
次に、第7図〜第9図のフローチヤートによつて、第
3図のマイクロコンピユータ23によるこの発生に関する
処理動作を説明する。
第7図は、第2図に示したレーザプリンタ1の全体処
理を示すメインルーチンのフロー図である。
このメインルーチンでは、第9図で詳述する初期処理
を行なつてから第10図で詳述する定着温度制御処理に移
行し、以後その他の処理1,処理2,……処理nの各種処理
を順次実行してから再び定着温度制御処理に戻るループ
で、これらの各処理をシーケンシヤルに実行する。
第8図は第7図における初期処理のサブルーチンを示
すフロー図である。
最初に、アナログポートAN0より入力される第3図の
基準電圧発生回路22からの基準電圧信号VAN0を連続n回
抽出してA/D変換し、そのA/D変換値を順次RAM26のメモ
リエリアWK1〜WKnに格納する。
次に、各メモリエリアWK1〜WKnに格納されたデータを
大きさ順にソーテイングして、そのデータの上位及び下
位の数データを除き、残りのWKiのデータの平均値を求
めて、それをメモリエリアREF1に格納する。
このメモリエリアREF1に格納されたデータが第6図で
説明した定着温度設定ポイントの上限値SREF1に相当す
る上限基準電圧である。
続いて、アナログポートAANより入力される温度−電
圧変換回路21からの検出電圧信号VAN1を連続n回抽出し
てA/D変換し、そのA/D変換値を順次RAM26のメモリエリ
アWK1〜WKnに格納する。
このメモリエリアWK1〜WKnに格納された各データを大
きさ順にソーテイングして、このデータの上位及び下位
の数データを除いて、残りのWKiのデータのバラツキ幅
xを求める。
このxは0以外の正の整数で、第6図で説明したヒス
テリシス区間(幅)xに相当し、伝導性ノイズ,温度−
電圧変換回路21の出力電圧VAN1の精度,定着ローラ9の
温度検出部の温度ムラ等に対応した値を得ることができ
る。
次に、REF1−xを演算して、その結果をRAM26のメモ
リエリアREF3に格納する。この(REF1−x)の値は、第
6図で説明したヒステリシス区間の下限値(SREF1
x)に相当する下限基準電圧である。
第10図は、第8図における定着温度制御処理のサブル
ーチンを示すフロー図である。
この処理では、アナログポートAANより入力される温
度−電圧変換回路21からの検出電圧信号VAN1を連続n回
抽出してA/D変換し、そのA/D変換値を順次RAM26のメモ
リエリアWK1〜WKnに格納する。
次に、このメモリエリアWK1〜WKnに格納された各デー
タを大きさ順にソーテイングして、上位及び下位の数デ
ータを除き、残りのWKiの平均値を求め、RAM26のメモリ
エリアREF2に格納する。
続いて、第9図で説明したメモリエリアREF1及びREF3
に格納されている定着温度設定ポイントのデータ及びヒ
ステリシス区間下限値のデータと、上記のように処理し
てエリアREF2に格納したデータとを比較する。
最初にREF2>REF1の条件判定を行ない、この条件が成
立しない場合には次にREF2>REF3の条件判定を行ない、
この条件が成立しない場合には、第6図のヒータON領域
にあると判断して出力ポート▲▼出力をローレベ
ルに転換してヒータ31に通電(ヒータON)する。
一方、REF2>REF1の条件が成立せず、REF2>REF3の条
件が成立する場合には、第6図の定着温度領域にあるも
のと判断して、出力ポートの▲▼出力は現在の状
態を持続する。
また、REF2>REF1の条件が成立すれば、第6図のヒー
タOFF領域にあると判断して出力ポートの▲▼出
力をハイレベルに転換してヒータ31の通電をオフ(ヒー
タOFF)にする。
ある範囲で平均化された検出電圧が、低温検出領域側
から上限基準電圧に達した時にはヒータ31への通電を断
ち、高温検出域側から下限基準電圧に達した時にはヒー
タ31への通電を開始することになる。
この実施例では上記のような制御を行なうことによ
り、定着ローラ9の表面温度が第11図に示すように制御
され、定着温度の精度Δdegは、ヒステリシス区間の幅
xを小さくすることにより良好となり、定着温度設定ポ
イントの上限値SREF1付近でのチヤタリングを防止でき
る。
なお、ヒステリシス区間の幅xをより小さくすると、
第12図に拡大して示すように、定着ローラ表面温度の検
出電圧信号VAN1あるいは基準電圧信号VAN0にA,B,Cにお
いて電圧変動のチラツキやスパイクが発生しても、それ
をA/D変換した後のデータは平均化して処理されている
ためヒステリシス効果を持続し、チヤタリングの発生に
は至らない。
このように、この実施例では定着ローラを加熱するヒ
ータのオン領域とオフ領域との間にヒステリシス区間を
設けると共に、温度検出信号及び基準信号の平均化処理
を行なうようにしているので、ヒータのオン・オフに伴
なうチヤタリングに起因するノイズの発生を防止でき、
ヒータの寿命を延長することもできる。
しかも、そのヒステリシス幅を検出温度のバラツキに
応じて自動的に設定するが、上記平均化処理を行うため
狭く設定できるので、定着温度の制御精度が向上し、定
着温度ムラに起因する定着不良による異常画像の発生も
防止できる。
以上、この発明による定着温度制御装置をレーザプリ
ンタの定着装置に適用した例について説明してきたが、
この発明は電子写真複写機等の他の画像形成装置におけ
る定着装置の定着温度制御にも同様に適用できる。
効 果 以上説明したように、この発明によれば、定着温度制
御装置のチヤタリングによるノイズの発生を防止すると
共に、定着ローラを加熱するヒータの寿命を延長でき、
且つ定着温度の制御精度が向上して定着不良による異常
画像の発生を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による定着温度制御装置の基本的構成
を示す機能ブロツク図、 第2図はこの発明による定着温度制御装置を適用したレ
ーザプリンタの概略構成図、 第3図はこの発明の一実施例を示す定着温度制御装置の
回路図、 第4図は第3図のサーミスタ及び温度−電圧変換回路21
の特性を示す曲線図、 第5図は第3図の過昇防止回路29の具体例を示す回路
図、 第6図は第3図の実施例によるヒータの動作領域の説明
図、 第7図は同じく定着ローラの検出温度とヒータ印加電圧
との関係を示す線図、 第8図乃至第10図は第3図のマイクロコンピユータ23に
よる処理動作を示すフロー図、 第11図は同じくその制御による定着ローラの表示温度の
変化を示す線図、 第12図は同じくその検出電圧信号VAN1あるいは基準電圧
信号VAN0にノイズが入つた場合の波形図、 第13図は従来の定着温度制御の説明図である。 1……レーザプリンタ、9……定着ローラ 10……定着装置、21……温度−電圧変換回路 22……基準電圧発生回路 23……マイクロコンピユータ、24……CPU 25……ROM、26……RAM 27……A/Dコンバータ、28……出力ポート 29……過昇防止回路、31……ヒータ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定着装置におけるヒータによつて加熱され
    る定着ローラの温度を検出して電圧値に変換する温度−
    電圧変換手段と、 その検出電圧を連続して複数回抽出して平均化する検出
    電圧平均化手段と、 定着温度を設定するための基準電圧を発生する基準電圧
    発生手段と、 その基準電圧を連続して複数回抽出して平均化する基準
    電圧平均化手段と、 前記温度−電圧変換手段による検出電圧を連続して複数
    回抽出して、そのバラツキに応じたヒステリシス幅を設
    定するヒステリシス幅設定手段と、 前記基準電圧平均化手段によつて平均化された基準電圧
    と前記ヒステリシス幅設定手段によつて設定されたヒス
    テリシス幅とによつて、定着温度の上限値に対応する上
    限基準電圧と下限値に対応する下限基準電圧とを設定し
    て、前記検出電圧平均化手段によつて平均化された検出
    電圧が、低温検出領域側から前記上限基準電圧に達した
    時には前記ヒータへの通電を断ち、高温検出域側から前
    記下限基準電圧に達した時には前記ヒータへの通電を開
    始するヒータ通電制御手段とを備えたことを特徴とする
    定着温度制御装置。
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