JP2655879B2

JP2655879B2 - 定着装置の温度制御装置

Info

Publication number: JP2655879B2
Application number: JP63151519A
Authority: JP
Inventors: 一幸大西; 潔稲本; 和憲相田; 正人時重; 時行岡野
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1988-06-20
Filing date: 1988-06-20
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JPH01319082A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、複写機やレーザプリンタ等の電子写真装置
における定着装置のように、少なくとも熱によって用紙
等に画像の定着を行う定着装置の温度制御装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

複写機等の定着装置は、定着ローラの熱と圧力によっ
て用紙にトナー画像を定着する。そして、このように、
少なくとも熱によって定着を行う定着装置は、定着に適
した温度を維持するために発熱体を制御する温度制御装
置を有している。

従来のこのような温度制御装置は、定着に適した温度
又は温度範囲を示す設定温度を定め、定着装置の温度と
この設定温度との比較に基づいて発熱体をON・OFFする
ことにより温度制御を行っていた。

また、例えば特公昭62−9907号公報には、定着に最適
な温度を示す設定温度（適正温度t₂）を定め、サーミス
タによって検出したヒートローラの表面温度とこの設定
温度との比較に基づき、ヒータに供給する交流電源の位
相制御を行うことにより温度制御を行う発明が記載され
ている。なお、この位相制御も電源のON・OFFを行うも
のであるが、前記ON・OFF制御の場合のように検出温度
と設定温度との比較に基づきON・OFFを切り換えるので
はなく、これらの比較に基づき交流電源をしゃ断する位
相角を調整し無段階に電力制御を行うものなので、より
安定した温度制御を行うことができる。ただし、この特
公昭62−9907号公報の特許請求の範囲に記載された発明
は、ヒータ温度が正常に上昇しない場合の異常を検出す
ることを目的としたものである。

また、特開昭55−89879号公報、特開昭61−196276号
公報、及び実開昭61−66377号公報には、前記のように
検出温度と設定温度の比較に基づいて電力制御を行うの
ではなく、定着ローラの温度を検出する温度センサーの
出力に基づいて定着ローラの温度変化速度を算出し、前
記温度変化速度に基づいて加熱ヒータへの電力供給を制
御する発明及び考案が記載されている。

さらに、実開昭61−70872号公報には、加熱ローラの
温度を検出する温度センサの応答遅れを補正するため
に、加熱ローラを加熱後に一定時間加熱を止め、前記一
定時間経過した時点における加熱ローラの温度を、温度
センサの出力に補正係数を乗ずることによって算出する
と共に、この算出した温度に基づき、更に加熱が必要な
時間を算出し、この時間だけ更に加熱を行う考案が記載
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、定着装置は、定着を行う部分にある程度の
熱容量が必要となるので、発熱体との間に比較手大きな
熱伝導の遅れが生じる。そのため、例えば発熱体への電
源供給を遮断したとしても、その後しばらくの時間、定
着を行う部分の温度は上昇を続ける。そして、この実際
に定着を行う部分の温度を定着装置の温度として検出す
る必要があるので、温度制御装置のフィードバックルー
プには、大きな遅れ要素が加わることになる。

このため、従来の温度制御装置のように、予め定めら
れた設定温度とそのときの定着装置の温度との比較のみ
によって温度制御を行っていたのでは、例えば定着装置
の立ち上げ時等に、一時的に設定温度を大きく超えるオ
ーバーシュートが発生するのを避けることはできない。
この事情は、ON・OFF制御を行う場合に比べ程度の差は
あるものの、発熱体の交流電源を位相制御する場合も同
様である。

さらに、上述の実開昭61−70872号公報の開示によれ
ば、温度センサの応答遅れに起因して、加熱ローラの真
の温度と温度センサの検出した温度とがずれることのみ
を問題とし、加熱ローラにおける熱伝導の遅れを全く考
慮していない。この点は、次の開示から明らかである。

第１に、同公報の第６頁、第３〜４行に記載された式
（１）において、ヒータの加熱を止めるt_off時間が温度
センサの時定数τより非常に大きいとき、温度センサの
応答遅れの補正係数αが０となって、ＴROLL2＝ＴSNR2
という関係が導かれる。すなわち、この関係は、t_off時
間が長ければ、温度センサの応答遅れは問題とならなく
なり、t_off時間後の加熱ローラの予測温度とt_off時間後
の加熱ローラのセンサ温度とは等しくなるという当然の
結果を述べているに過ぎない。したがって、上記の式
（１）では、加熱ローラにおける熱伝導の遅れを補正す
ることができない。

第２に、同公報の第２図で、t_off時間の間、ＴROLL2
が横ばいとなって図示されていることからも、熱伝導の
遅れが解決すべき問題として把握されていないことは明
らかである。

実際には、熱伝導の遅れにより、加熱停止後もしばら
くの間加熱ローラの温度が上昇し続けるため、t_off時間
後の加熱ローラの温度はＴROLL2より高くなっている。
設定温度とするために必要なt_on時間は、実際より低い
温度ＴROLL2に基づいて算出されているから、t_on時間終
了時点では、加熱ローラの温度は設定温度をはるかに超
え、前述のオーバーシュートが発生する。

従って、従来の温度制御装置は、オーバーシュートを
抑制することができず、このオーバーシュート時に高温
異常を誤検出して装置が停止する場合があるという問題
点を有していた。また、検出側の措置だけでこのように
誤検出をなくすようにすると、オーバーシュート時の高
温により、定着装置の樹脂ローラやオフセット防止用オ
イル等が変質したり、定着作用自身にも悪影響を与える
ことになるという問題点が生じていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る定着装置の温度制御装置は、上記課題を
解決するために、定着装置の温度を検出し、予め設定さ
れた定着温度と定着装置の温度とを比較し、この比較結
果に基づいて発熱体を制御することにより定着装置の温
度制御を行う温度制御装置において、一定時間毎に検出
された定着装置の温度に基づき、定着装置の温度変化の
割合を計測する温度変化計測手段と、定着装置の温度上
昇時または温度下降時の温度変化の割合と、温度変化が
計測されたときの定着装置の温度とに基づいて、上記発
熱体から定着装置に与えられた熱が定着装置の表面に伝
わるまでの遅延時間が補正された定着装置の温度を予測
する温度予測手段と、この温度予測手段が予測した予測
温度と上記定着温度とを比較し、この比較結果に基づ
き、発熱体への通電を制御する発熱体制御手段とを有す
ることを特徴としている。

〔作用〕まず、温度変化計測手段が、検出された定着装置の温
度に基づき、この温度の変化の割合を計測する。この温
度変化の割合は、例えば、前回の検出温度と今回の検出
温度との差を求め、これを前回と今回の時間間隔によっ
て除することにより計測することができる。このような
場合、通常は、一定時間ごとに定着装置の温度が検出さ
れ、その度に温度変化の割合が計測される。また、定着
装置の温度を連続的に検出し、これを微分すること等に
よって、温度変化の割合を計測することもできる。

次に、温度予測手段が、この計測された温度変化の割
合とそのときの定着装置の温度とから、所定時間後の定
着装置の温度を予測する。このとき、例えば、予測温度
は、温度変化の割合に、上記発熱体から定着装置に与え
られた熱が定着装置の表面に伝わるまでの遅延時間を乗
じて、温度変化が計測されたときの定着装置の温度に加
えることにより算出される。あるいは、定着装置の温度
変化の割合と、温度変化の割合が計測されたときの温度
とから、定着装置の温度変化曲線を予想し、これに基づ
いて所定時間後の温度を予測する等のような方法を用い
ることもできる。

このような手法で予測された温度は、定着装置の温度
が上昇中か下降中かに依らず、遅延時間を経た後に到達
する定着装置の温度、換言すれば、定着装置の熱伝導の
遅れが補正された温度となる。なお、上記の所定時間
は、発熱体と定着装置の温度検出部との間における熱伝
導の遅れの実測値等に落づき、適当な値に定めてもよ
い。また、温度が上昇している場合と下降している場合
等のように、そのときの状態に応じてそれぞれ異なる所
定温度を定めることもできる。

そして、発熱体制御手段が、この予測した予測温度と
設定温度との比較に基づき発熱体を制御する。発熱体の
制御は、例えば、予測温度が設定温度を超えた場合に発
熱体をOFFとし、また、予測温度が設定温度より低くな
った場合に発熱体をONとするように行う。このようにし
て発熱体の温度制御を行う結果、定着装置の温度が設定
音戸に近づくと、この温度変化の割合に応じて事前に発
熱体を温度変化を抑制方向に制御することができる。こ
のため、例えば装置の立ち上げ時等のように急激に温度
が上昇する場合には、検出温度がまた設定温度より十分
に低いうちに発熱体の発熱を抑制するように制御するの
で、大きなオーバーシュートが発生するのを防止するこ
とができる。また、温度変化の割合が緩やかな場合に
は、それに応じた緩やかな制御を行うのが、温度変化の
少ない恒温状態を保つことができる。

なお、設定温度は、定着装置による定着が最適となる
ような温度に設定する。ただし、定着装置の温度検出部
と実際に定着が行われる部分とで温度に差が生じる場合
があるので、設定温度を定める際にはこの差を考慮する
必要がある。また、予測温度と設定温度との差に基づき
ヒータ等の発熱体の交流電源を位相制御するようにして
もよい。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第４図に基づいて説明
すれば、以下の通りである。

定着装置は、第２図に示すように、上定着ローラ１と
下定着ローラ２とで構成されている。上定着ローラ１
は、内部にヒータランプ３が装着された駆動ローラであ
る。また、下定着ローラ２は、この上定着ローラ１に下
方より圧接される従動ローラである。上定着ローラ１の
上半分は、定着カバー４によって覆われている。そし
て、この定着カバー４の内側には、サーミスタ５が配置
され、これを上定着ローラ１の周面上端部に圧接してい
る。

上記構成の定着装置は、上定着ローラ１の回転駆動に
伴って下定着ローラ２が従動回転する。また、上定着ロ
ーラ１は、内部のヒータランプ３によって加熱される。
そして、上定着ローラ１の表面温度は、サーミスタ５に
よって検出される。

この定着装置に用紙Ａが送り込まれると、この用紙Ａ
が上定着ローラ１と下定着ローラ２との間に挟み込ま
れ、上定着ローラ１の回転駆動に伴って排出される。こ
の際、用紙Ａ上に転写されていたトナーＢは、上定着ロ
ーラ１からの熱により溶融され、下定着ローラ２からの
押圧により用紙Ａ上に定着される。

上記定着装置の温度制御装置は、第３図に示すよう
に、マイクロコンピュータによって構成されている。定
着装置におけるヒータランプ３は、このマイクロコンピ
ュータのI/Oインターフェース11に接続されている。ま
た、サーミスタ５は、抵抗−電圧変換回路12を介してこ
のマイクロコンピュータのA/D変換器13に接続されてい
る。これらI/Oインターフェース11及びA/D変換器13は、
アドレスバス14及びデータバス15を介してCPU16に接続
されている。このCPU16には、本実施例の温度制御のた
めのプログラムや定数を格納したROM17、及び、プログ
ラム上の変数や作業用の記憶領域を提供するRAM18が、
同じアドレスバス14及びデータバス15を介して接続され
ている。なお、このRAM18には、バックアップ用の電池1
9が接続されている。

上記温度制御装置は、ROM17に格納されたプログラム
に従って、CPU16がサーミスタ５での検出温度を入力
し、これに基づいてヒータランプ３を制御する。

この温度制御装置の具体的な動作を第１図のフローチ
ャートに基づいて説明する。

装置の電源がONされると、まずステップ（以下「Ｓ」
という）１において、サーミスタ５の検出温度を取り込
み、この値をRAM18上に領域設定した変数T₁に代入す
る。そして、この変数T₁の示す温度とROM17上に格納さ
れた定数170とを比較する（S2）。この定数170は、最適
な定着を行うための設定温度170℃を示す。なお、変数T
₁の温度が既に170℃より高くなっている場合について
は、後に説明する。

ここで、変数T₁の温度が170℃以下の場合には、ヒー
タランプ３をONにして（S3）、上定着ローラ１の加熱を
行い、200msの経過を待つ（S4）。200msが経過すると、
再びサーミスタ５の検出温度を取り込み、RAM18上に領
域設定した別の変数T₂に代入する（S5）。そして、これ
ら変数T₁・T₂及び定数K₁に基づき、下記（１）式の判定
を行う（S6）。

（T₂−T₁）×K₁＋T₂≧170 …（１）ここで、変数T₁の値は、200ms前の検出温度を示し、
変数T₂の値は、現在の検出温度を示す。このため、（T₂
−T₁）は、200ms間における検出温度の変化の割合を示
す。また、定数K₁は、温度上昇時における所定時間を示
す定数である。そして、具体的には、ヒータランプ３を
ONからOFFに切り換えた場合には、その変化が上定着ロ
ーラ１の表面に伝わるまでの遅延時間を200msで除した
値であり、予め実験等によって最適値を定めておいたも
のである。従って、前記（T₂−T₁）にこの定数K₁を乗じ
ると、検出温度が所定時間に変化する割合が求められ、
これに現在の検出温度を示す変数T₂を加えると、所定時
間後の予測温度が得られる。そして、S6では、この予測
温度と定数170℃とを比較している。

予測温度が170℃より低い場合には、変数T₁に変数T₂
の値を代入した上で（S7）、S4に戻る。即ち、200msご
とに所定時間後の予測温度を演算し、この予測温度が17
0℃以上となるまでS4〜S7の処理を繰り返す。

予測温度が170℃以上となった場合には、ヒータラン
プ３をOFFにして（S8）、上定着ローラ１の加熱を停止
する。ただし、上定着ローラ１の表面温度は、熱伝導の
遅れにより、その後しばらく上昇し続ける。しかしなが
ら、それまでの温度上昇が急激であればあるほど、上記
（１）式における（T₂−T₁）×K₁の値が大きくなり、設
定温度よりも十分に低い温度のうちにヒータランプ３が
OFFされるので、この上定着ローラ１の表面温度が設定
温度をわずかに超える頃には、温度上昇が止まり下降を
始めるようになる。

ヒータランプ３をOFFにすると、変数T₁にT₂の値を代
入してから（S9）、再び200msの経過を待つ（S10）。ま
た、前記S2において、変数T₁の温度が既に170℃より高
くなっていた場合には、直接このS10の処理に移行す
る。

200msが経過すると、再度サーミスト５の検出温度を
取り込み、変数T₂に代入する（S11）。そして、変数T₁
・T₂及び定数K₂に基づき、下記（２）式の判定を行う
（S12）。

（T₂−T₁）×K₂＋T₂＜170 …（１）ここで、変数K₂は、温度下降時における所定時間を示
す定数である。そして、具体的には、ヒータランプ３を
OFFからONに切り換えた場合に、その変化が上定着ロー
ラ１の表面に伝わるまでの遅延時間を200msで除した値
であり、定数K₁と同様に予め実験等によって最適値を定
めておいたものである。従って、（２）式の左辺は、温
度下降時における所定時間後の予測温度を示す。そし
て、S12では、この予測温度と定数170℃とを比較してい
る。

予測温度が170℃以上の場合には、変数T₁に変数T₂の
値を代入した上で（S13）、S10に戻る。即ち、200msご
とに所定時間後の予測温度を演算し、この予測温度が17
0℃未満となるまでS10〜S13の処理を繰り返す。

また、予測温度が170℃より低くなった場合には、変
数T₁に変数T₂の値を代入した上で（S14）、S3に戻り、
ヒータランプ３をONとすると共に前述S4〜S7の処理を繰
り返す。

この結果、定着装置の温度、即ち上定着ローラ１の表
面温度を設定温度付近のほぼ一定の温度に保つことがで
きる。

上記温度制御装置の温度制御による検出温度の変化を
従来のものと比較して第４図に示す。

従来の温度制御装置では、熱電導の遅れが全く考慮さ
れていないため、実際には、例えばヒータランプ３のOF
F切り換えが行われた後も定着ローラ１の表面温度はし
ばらくさらに上昇し続け、オーバーシュートが大きくな
ってしまう。

これに対して、本実施例では、検出温度が設定温度に
達する前に、ヒータランプ３のON・OFF切り換えを行う
ことができるので、装置立ち上げ時のオーバーシュート
抑制し、その後も、温度を設定温度の前後僅かな範囲内
に納めることができる。

なお、第４図には、本実施例の検出温度と共にヒータ
ランプ３の温度と定着部の温度も示している。このヒー
タランプ３の温度と検出温度との比較から明らかなよう
に、上定着ローラ１表面での検出温度は、発熱体である
ヒータランプ３の温度に対して熱伝導のための時間遅れ
を有している。また、上定着ローラ１の下端部である定
着部では、下定着ローラ２等に熱を奪われるので、上端
部で検出される検出温度よりも温度が低くなっている。
そして、実際に定着時にトナーＢが受ける温度は、この
定着部の温度なので、ここでの設定温度は、最適な定着
温度よりも若干高めの温度に設定している。

なお、定着装置の温度変化の割合と、温度変化の割合
が計測されたときの温度とから、定直装置の温度変化曲
線を予想し、これに基づいて所定時間後の温度を予測す
る等のような方法を用いることもできる。

〔発明の効果〕

本発明に係る定着装置の温度制御装置は、以上のよう
に、一定時間毎に検出された定着装置の温度に基づき、
定着装置の温度変化の割合を計測する温度変化計測手段
と、定着装置の温度上昇時または温度下降時の温度変化
の割合と、温度変化が計測されたときの定着装置の温度
とに基づいて、上記発熱体から定着装置に与えられた熱
が定着装置の表面に伝わるまでの遅延時間が補正された
定着装置の温度を予測する温度予測手段と、この温度予
測手段が予測した予測温度と上記定着温度とを比較し、
この比較結果に基づき、発熱体への通電を制御する発熱
体制御手段とを有する構成をなしている。

これにより、例えば装置の立ち上げ時等のように急激
に温度が上昇する場合には、検出温度が設定温度よりま
だ十分に低いうちに発熱体の発熱を抑制するように制御
するので、オーバーシュートを抑制することができる。
また、定着装置を必要以上の高温に曝すことがないの
で、装置の長寿命化に貢献することができるという利点
も有する。また、温度変化の割合が緩やかな場合には、
それに応じた緩やかな制御を行うので、定着ローラを設
定温度付近の恒温状態に保つことができるという効果を
併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は温度制御装置のフローチャート、第２図は
定着装置の模式縦断面図、第３図は温度制御装置の構成
を示すブロック図、第４図は実施例と従来例とにおける
定着装置の温度変化を示す図である。１は上定着ローラ、２は下定着ローラ、３はヒータラン
プ（発熱体）、５はサーミスタである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相田和憲大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者時重正人大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者岡野時行大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開昭55−89879（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−196276（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−213977（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−70872（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−66377（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定着装置の温度を検出し、予め設定された
定着温度と定着装置の温度とを比較し、この比較結果に
基づいて発熱体を制御することにより定着装置の温度制
御を行う温度制御装置において、一定時間毎に検出された定着装置の温度に基づき、定着
装置の温度変化の割合を計測する温度変化計測手段と、定着装置の温度上昇時または温度下降時の温度変化の割
合と、温度変化が計測されたときの定着装置の温度とに
基づいて、上記発熱体から定着装置に与えられた熱が定
着装置の表面に伝わるまでの遅延時間が補正された定着
装置の温度を予測する温度予測手段と、この温度予測手段が予測した予測温度と上記定着温度と
を比較し、この比較結果に基づき、発熱体への通電を制
御する発熱体制御手段とを有することを特徴とする定着
装置の温度制御装置。