JP2789470B2

JP2789470B2 - 熱定着ローラの温度制御方法

Info

Publication number: JP2789470B2
Application number: JP63184668A
Authority: JP
Inventors: 和幸羽鳥; 秀人清野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1988-07-26
Filing date: 1988-07-26
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH0235483A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、電子写真プリンタ等に用いる熱定着ローラ
装置の温度制御方法に係り、特に定着動作終了後前記熱
定着ローラがウエイト温度に移行するまでの間に定着動
作指令が入った場合の温度立上げ制御方法に関する。

「従来の技術及びその問題点」従来より熱ローラ定着装置の温度制御装置において
は、定着ローラの目標温度地点を挟んでヒータの給電非
給電を交互に行いながら温度制御を行ういわゆるON−OF
F制御方式と、定着ローラの温度情報に基づいて、ヒー
タへの一定時間内の給電非給電の比率を連続的に変化さ
せる方式、即ち具体的にはヒータの通電制御を行うパル
ス信号のパルス幅またはパルス周波数を定着目標温度に
近づくにつれ比例的に低減させる、いわゆる比例制御方
式が存在するが、前者においては立上げ速度は早いが加
熱温度勾配が直線状である為に、オーバシュートが大き
く、定着ローラ表面に被覆したシリコンゴムその他の耐
熱性の低い部材が熱劣化し、耐久性が低下するという問
題を生じる。

一方後者のように加熱温度勾配を比例的に低減させな
がら定着目標温度に移行させた場合は、未定着トナー像
を担持する記録材や加圧ローラ等の奪熱を補償する蓄積
熱エネルギ量の不足に起因してアンダーシュートが生
じ、最悪の場合には定着不良が生じてしまう場合があ
る。

かかる蓄積熱エネルギ量の不足に起因するアンダーシ
ュートを防止する為に、前記記録材の給送開始時に一定
時間ヒータを強制加熱するもの（特開昭58−42079号）
が存在するが、前記定着目標温度への移行時における蓄
積熱エネルギ量は、立上げ開始時の温度等の環境条件に
よって変動し、特に常温状態から定着目標温度に移行さ
せる場合とウエイト温度から定着目標温度に移行させる
場合とで、同一の立上げ制御方法を採用した場合には、
前記蓄積熱量が大きくバラツク為に尚オーバシュートや
アンダーシュートが生じ、前記問題点を解消し得ない。

従って常温から立上げる場合とウエイト温度から立上
げる場合では加熱制御方法を異ならせる必要があり、更
に又定着動作終了後前記熱定着ローラがウエイト温度に
移行するまでの間と、ウエイト温度に移行した後では、
当然に立上げ時の温度が異なるのみならず、特に定着動
作終了後しばらくの間は後記するように、定着動作終了
によりオフした定着目標温度用ヒータの残留熱エネルギ
と放熱量のバランスが狂い、後記するようにその温度変
化カーブが大きく異なる為に、同様に制御方法を異なら
せる必要があるが、現状ではかかる場合まで想定して精
密な温度制御を図ったものは存在しない。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、定着動作終了
後熱定着ローラがウエイト温度に移行するまでの温度変
動が生じている間に定着動作指令が入った場合において
も、オーバシュートやアンダーシュート等が生じる事な
く精度よく且つ安定的に定着目標温度に移行し得る温度
制御方法を提供する事にある。

「課題を解決する為の手段」本発明を説明する前に、定着動作終了後熱定着ローラ
がウエイト温度に移行するまでの温度変動の状況につい
てON−OFF制御方式と比例制御方式に分けて、図面に基
づいて詳細に説明する。

先ず、前記いずれの制御方式においても前記定着動作
が終了した場合は、一般に定着目標温度用ヒータをオフ
してウエイト温度にまで移行する訳であるが、例えヒー
タをオフしても記録材の挿通という温度負荷がなくなる
為にオーバシュートが生じ、更に前記定着動作の終了と
ともに定着ローラの回転を停止すると、温度負荷の一層
の低減につながり、前記オーバシュートが一層増大す
る。

而もON−OFF制御方式の場合は、第５図に示すよう
に、定着動作終了時点における加熱状態（給電状態か非
給電状態か又はその切換時点か）によって温度変動カー
ブが異なってしまい、その間に定着動作指令が入った場
合、立上げ基準温度が異なる為に、同一の立上げ制御を
行った場合に当然にその立上げ移行初期における定着目
標温度がバラツくのみならず、図より明らかな如く、定
着動作終了直後においては定着ローラ温度は定着目標温
度より高くなっている為に、通常の比例制御により加熱
制御を行った場合には不必要に温度上昇が生じ、定着ロ
ーラ表面に被覆したシリコンゴム等が熱劣化する温度ま
で達する恐れさえある。

一方比例制御方式の場合は、第４図に示すように、定
着動作中における温度がほぼ平衡状態にある為に、前図
のように加熱状態によって温度変動カーブがバラツク事
はないが、前記定着動作の終了による温度負荷の低減に
より、定着目標温度以上にローラ温度が立ち上がり、そ
の後ヒータの残留エネルギと放熱量のバランスによって
高原状に平衡状態を維持しながら、ヒータの残留エネル
ギの低減に追従して温度低下が生じ、ウエイト温度に移
行するものである。

従って比例制御方式の場合も前記定着動作終了直後に
おいては定着ローラ温度は定着目標温度より高くなって
いる為に、通常の比例制御により加熱制御を行った場合
には不必要に温度上昇が生じ、前記と同様な欠点が出て
くる。

かかる欠点を解消する為に、前記定着動作の終了によ
り定着時より低い設定温度に切換えるが定着ローラの回
転は停止させる事なく、所定時間回転させる事により前
記オーバシュートを極力低減させる技術も開示されえち
る（特開昭62−206580号）が、かかる技術においても前
記定着動作の終了時の急激なローラ温度の立ち上がりは
防止出来るが、その後ヒータの残留エネルギと放熱量の
バランスによって定着目標温度付近で平衡状態を維持
し、そしてヒータの残留エネルギの低減に追従して温度
低下が生じるという、基本的な温度変化状態は解消し得
ず、この為特に前記定着動作終了直後における定着目標
温度への再立上げ制御動作を、通常の比例制御により加
熱制御を行った場合にはヒータの残留熱エネルギに加え
て新たに熱エネルギが付与される事となる為に、やはり
定着目標温度以上に温度上昇が生じ、精度よく且つ安定
した定着動作を行い得ない。

本発明は、かかる各温度制御方法の温度変化状態に着
目してなされたものであり、その特徴とする所は、定着
動作終了後、ウエイト温度に移行させる過程において、
その残留熱エネルギと放熱量との関係等に起因して発生
する温度平衡状態、その他の所定の温度状態を所定の温
度又は時間幅として把握し、該温度状態が終了するまで
の間に定着動作指令が入った場合に比例制御にてヒータ
の給電する為のオン信号を適宜間引きしながら立ち上げ
動作を行ない、前記所定の温度又は時間幅経過後に定着
動作指令が入った場合には通常の比較制御にて立上げ動
作を行なう事を要旨とするものである。

ここで所定の温度状態が終了するまでの間とは、必ず
しも前記温度平衡状態のみを指すのではなく、定着動作
終了によりヒータをオフした後、（所定温度以下に低下
した場合に）比例制御を行い再度ウエイト温度に移行さ
せる過程における任意の温度又は時間幅を指す。

元に戻り、前者の場合ピータの残留熱エネルギが存
在、特に放熱量ど同等か大なるヒータの残留熱エネルギ
が存在している為に、通常の例えば比例制御によりて定
着目標温度への移行を行っても前述したように不必要に
定着目温度以上に温度上昇が生じ、精度よく且つ安定し
た定着動作を行い得ない。そこで前者においては残留熱
エネルギの存在を加味した温度制御、具体的には比例制
御にてヒータの給電制御を行う為の制御パルス幅を変化
させるか又は比較制御にてヒータを給電する為のオン信
号を適宜間引きながら比較制御を行う（以下該制御を間
欠比例制御という）事により、通常の比例制御に比較し
て緩い温度勾配で立上げ動作を行うか、あるいは前記図
面で示すような立上げ時の温度が定着目標値よりも高い
場合もあるので、この場合は前記オン信号の間引き量を
多くする事により、緩やかに定着目標温度に移行出来
る。

即ち、ヒータの残留熱エネルギが大きく影響している
場合は、そのエネルギ分だけオン信号を適宜間引きなが
ら制御を行うが事が出来る為に、結果として精度よく且
つ安定的に定着目標温度に移行させる事が出来る。

この場合ヒータを給電する為のオン信号の間引きは、
ソリッドステートリレーに出力されるヒータオン／オフ
信号のオン信号を間引いてもよく、又比例制御用パルス
信号より発振される制御パルス信号自体を間引くように
構成してもよい。

尚、前記温度平衡状態は、第４図のように比例制御に
より定着目標温度の維持を図る場合には、該定着目標温
度と外気温度、定着ローラとヒータの熱容量によって、
又第３図のように比例制御と定着ローラの回転を組み合
わせて定着目標温度の維持を図る場合には、前記要素に
加えて定着ローラ回転時間により、温度平衡状態に対応
する温度変化幅と温度上昇時間が且つ容易に設定出来
る。

従って、前記温度平衡状態を直接把握する場合は、多
大の演算回路等を必要とし、誤動作が生じ易いが、本発
明は前記平衡状態を直接把握するのではなく、該所定の
温度又は時間幅として間接的に把握するものである為
に、構成が簡単であり且つ誤動作が生じる余地が少な
く、結果として精度よく且つ安定した定着動作を行う事
が出来る。

一方後者においては、既に定着動作が終了してから所
定時間経過後、言い換えれば既にウエイト温度に移行し
ているか又はウエイト温度に移行する前でも定着目標温
度との間に所定の温度差を有する状態になっている為
に、通常の比例制御にて立上げ動作を行う事により精度
よく且つ安定的に定着目標温度に移行させる事が出来
る。

尚、後記実施例においては比例制御における定着動作
終了後定着ローラを所定時間回転させる場合について説
明したが、本発明はこれのみに限定される事なく、第３
図に示すような定着動作終了後定着ローラを所定時間回
転させない通常の比例制御にて定着目標温度を維持させ
る場合、又第５図に示すようなオンオフ制御方式により
定着目標温度を維持させる場合にも当然に適用し得、こ
の場合前２者の比例制御の場合は、温度平衡状態の時間
幅が一定している為のその対応は時間幅t₂で、又オンオ
フ制御方式の場合は時間幅が不定である為に温度T₂で制
御した方がよい。

「実施例」以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的
に詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に係る電子写真プリンタの回
路構成を示す概略ブロック図で、記録材搬送路上に沿っ
て、上流側より給紙ローラ２、レジストローラ３、感光
体ドラム４、加熱定着装置10、及びその出口側に設けた
排紙ジャムセンサ５が配設されており、公知のように給
紙ローラ２によりレジストローラ３入口まで給送された
記録材１はタイミングを採りながら感光体ドラム４の周
面上に挿通され未定着画像を転写後、該未定着画像を定
着装置10により定着して排紙口より排紙される。そして
前記排紙された事を排紙ジャムセンサ５により確認した
後再度同様な動作を繰り返す。

次に前記各部材について詳細に説明するに、給紙ロー
ラ２は給紙クラッチ2aを介して不図示の駆動系と連結さ
れており、給紙クラッチ駆動回路７よりの信号に基づい
て前記クラッチ2aが作動し、給紙ローラ２の回転／停止
を行う。

加熱定着装置10は互いに同期して回転する加圧ローラ
10bと、ヒータ10cを内包した定着ローラ10aからなり、
モータ駆動回路８により駆動制御されるモータ９の回転
を受けて互いに同期して回転可能に構成するとともに、
定着ローラ10aの表面に温度検知手段11を近接配置す
る。

温度検知手段11は、基準回路電圧を分圧する図示しな
い固定抵抗とサーミスタからなり、その分圧出力を定着
ローラ10aの検知温度に対応する検知電圧としてパルス
巾変調回路12側に出力可能に構成している。

パルス巾変調回路12は、温度検知手段11よりの検知電
圧と制御目標温度（定着目標温度又はウエイト温度）に
対応する基準電圧との電圧差に基づいて、ヒータ10cの
通電制御を行う制御パルス信号のオン／オフパルス幅の
比率を連続的に変化させる回路で、該変調回路12よりの
制御パルス信号に基づいて制御回路内で生成されたヒー
タ10cオン／オフ信号を、アンドゲート13を介してソリ
ッドステートリレーSSRに出力し、該リレーSSRにより交
流電源14よりヒータ10cへの給電制御がなされる。

制御回路６はマイクロコンピュータで構成され、所定
のプログラム動作に基づいて付設したタイマ15及び16、
アラーム発生回路17、アンドゲート13、前記各駆動回路
7,8に所定の信号を送信又は受信して後記フローチャー
トに示す動作を行う。

尚アンドゲート13は本発明の要旨となるもので、制御
回路６側より連続ゲート信号が出力されている場合はゲ
ート13は常に開放されている事となり、前記制御回路６
よりオン／オフ信号を連続的にソリッドステートリレー
SSRに出力させる事が出来、結果として通常の比例制御
を行う事が出来る。一方間欠ゲート信号が出力された場
合にはゲート13が間欠的に開放される事になるから、結
果として前記オン／オフ信号の内、オン信号を適宜間隔
で間引く事が出来、これにより定着ローラ10aに付与さ
れる熱エネルギが所定割合いで減少されながらなだらか
な温度カーブで目標値に移行させる、いわゆる間欠比例
制御が可能となる。

尚、通常の場合は連続ゲート信号が出力されており、
ゲート13は開放されている。

又タイマ15及び16は後記するように夫々並行して同時
にカウントする必要がある為に複数設けている。アラー
ム発生回路17は熱暴走の場合の異常を知らせる回路であ
る。

尚、t₁は定着動作が終了した時点よりの定着ローラ10
a回転時間、t₂は温度平衡状態と対応する時間、t₃は定
着目標温度に移行する前の定着ローラ10a回転時間であ
る。

次に本実施例の作用を第２図に示すフローチャート図
に基づいて説明するが、本発明は、定着動作終了後再度
定着目標温度にまで立上げる際の温度制御方法に関する
ものである為に、電源スイッチがオンされて定着動作に
至るまでの過程の説明は省略する。

先ず公知のように電源スイッチオン後、プリント指令
が入るまではウエイト温度に移行させ（STEP1）、プリ
ント指令が入った場合は、所定温度地点まで全通電加熱
を行った後、タイマ15のカウントt₃をスタートさせると
ともに定着ローラ10aを回転させながら比例制御（STEP
2）により定着目標温度（STEP3）へ移行させ、タイマ15
のカウントt₃アップ後、タイマ15を停止するとともに、
給送ローラ２のクラッチ2aを作動させて記録材１の給送
を開始（STEP4）し、所定の定着動作を行う（STEP5）。

そして所定の定着動作終了時（STEP5）において、最
終記録材１が定着ローラ10aを通過した事をその出口側
に設けたセンサ５で検知した後（STEP6）定着ローラ10a
の回転を継続させた状態で、パルス巾変調回路12よりの
パルス信号の出力を停止し、ヒータ10cをオフする（STE
P7）とともに、定着ローラ10aの回転を継続させながら
該オフ時点よりタイマ15及びタイマ16のカウントt₁及び
t₂をスタートさせる（STEP8）。

そしてタイマ15のカウント開始からt₁時間経過する前
に定着動作指令（STEP9）が入った場合には、先ず定着
ローラ10aの回転を継続させながら、タイマ15、16のカ
ウントt₁、t₂をキャンセルし（STEP10）、そして制御回
路６より間欠ゲート信号を出力する事により前記間欠比
例制御が開始され（STEP11）、前記リレーSSRに出力さ
れるヒートオンパルスを適宜間引きながら立上げ動作を
行い、定着目標温度へ移行させる。（STEP12）又t₁時間経過後（STEP13）タイマ15のカウントアップ
信号に基づいて、定着ローラ10aの回転を停止させ（STE
P14）その後t₂時間経過する前に定着動作指令（STEP1
5）が入った場合には、先ず定着ローラ10aの回転を開始
（STEP16）させるとともに、タイマ16のカウントt₂をキ
ャンセルし（STEP17）、そして制御回路６より間欠ゲー
ト信号を出力する事により前記間欠比例制御が開始され
（STEP11）前記と同様にヒートオンパルスを適宜間引き
ながら立上げ動作を行い、定着目標温度へ移行させる。
（STEP12）そしてt₂時間経過後（STEP18）に定着動作指令が入っ
た場合には、先ず定着ローラ10aの回転を開始（STEP1
9）させるとともに、連続ゲート信号を出力したままの
通常の連続比例制御にて立上げ動作を行い（STEP20）、
定着目標温度へ移行させる（STEP12）。

又t₂時間経過後、定着動作指令が入らない場合は、所
定の比例制御にて定着ローラ温度をウエイト温度に移行
させる（STEP23）とともに、ウエイト温度に移行後定着
動作指令が入った場合には、前記と同様に定着ローラ10
aの回転を開始（STEP19）させるとともに、連続ゲート
信号を出力したままの通常の連続比例制御にて立上げ動
作を行い（STEP20）、定着目標温度へ移行させる（STEP
12）。

以下前記動作を繰り返す。

「発明の効果」以上記載した如く、本発明によれば、定着動作終了に
よりヒータをオフした後、その残留熱エネルギと放熱量
との関係等に起因して発生する温度平衡状態、その他の
所定の温度状態を把握し、該温度状態が終了するまでの
間に定着動作指令が入った場合に、残留熱エネルギが残
っている場合には、比例制御にてヒータの給電する為の
オン信号を適宜間引きながら立ち上げ動作を行ない、前
記所定の温度又は時間幅経過後に定着動作指令が入った
場合には、定着温度とは差があるため、通常の比例制御
にて立上げ動作を行なうので、最適の立上げ動作を選択
する事が出来るものであるからして、定着目標温度への
移行が精度よく行なう事が出来る。

この場合前記立上げ動作の選択を温度幅又は時間幅に
より行う事により回路構成が簡単になる。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の実施例に係る加熱定着装置
で、第１図は回路ブロック図で、第２図及び第３図はそ
の動作手順を示すフローチャート図と温度変化グラフ図
である。第４図及び第５図は本発明を説明する為に用い
た温度変化グラフ図である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定着ローラ温度を定着目標温度にまで立上
げる際の熱定着ローラの温度制御方法において、定着動作終了により前記定着ローラをウエイト温度に移
行させる過程において、所定の温度又は時間幅の間に定
着動作指令が入った場合に比例制御にてヒータの給電す
る為のオン信号を適宜間引きながら立ち上げ動作を行な
い、前記所定の温度又は時間幅経過後に定着動作指令が入っ
た場合には通常の比例制御にて立上げ動作を行なう事を
特徴とする熱定着ローラの温度制御方法。