JP2947023B2

JP2947023B2 - 定着装置の温度制御方法

Info

Publication number: JP2947023B2
Application number: JP25876193A
Authority: JP
Inventors: 隆史鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JPH07114288A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やプリンタ、フ
ァックス等に用いられる電子写真画像形成装置の定着装
置、とくにその温度制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来定着装置に最も一般的に使用されて
いる温度制御方法は、温度センサによる加熱ローラーの
検出温度が、所定の設定目標温度よりも低ければヒータ
ーへの通電をＯＦＦし高ければＯＮするといういわゆる
ＯＮ／ＯＦＦ制御であった。その場合、ＯＮしたあとの
オーバーシュートとＯＦＦしたあとのアンダーシュート
による温度リップルが発生し、安定して良好な定着状態
が得難かった。そこで温度リップルを低減するためには
比較的大きな熱容量の加熱ローラーが用いられていた
が、その場合良好な定着状態が得られる温度に加熱ロー
ラーが昇温するまでに時間がかかり、装置全体のウォー
ムアップ時間を増大させたり、ウォームアップ時間が長
いために装置の休止時にも加熱ローラーを高温に保って
おいて次回の画像形成に備えることが行われて、省電力
化の妨げとなったりしていた。

【０００３】そこで、特開平４−１１３３７８号ではヒ
ーターへの供給電力を目標温度との差に基づいて多段階
に制御する場合と差の変化量に基づいて多段階に制御す
る場合を切り換える制御方法により温度リップル低減と
昇温時間低減を図っている。また、特開平４−７３７８
６号では、温度センサの検出温度と検出温度の変化量を
用いてファジー論理演算を行うことによってオーバーシ
ュートの低減を図り温度リップルを低減させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の従来
技術では温度リップルの低減と昇温時間短縮が十分では
なく、特に熱容量の小さい加熱ローラーでは十分な精度
の制御をおこないつつ高速な温度立ち上げを行うことが
困難であった。後者の従来技術では、高精度な温度制御
を行うためにはファジー推論の処理が複雑になりＣＰＵ
の負担が大きくなるという課題を有していた。

【０００５】本発明は上述の課題に鑑みてなされたもの
で、熱容量の小さい定着装置に対しても温度リップルや
定常偏差が小さい高精度な温度制御が可能、かつ温度立
ち上がり時のなまりによる昇温時間の増大がなく、ウォ
ームアップ時間が極めて短く、かつ定着状態を安定して
良好にすることによって、省電力、高画質、低価格の定
着装置を実現する温度制御方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温
度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出
温度に基づいて前記加熱手段の温度を制御する温度制御
手段を備えた定着装置において、前記温度制御手段は、
前記温度検出手段の検出遅れ時間によって生じる前記加
熱手段の実温度と前記検出温度との誤差を補正する補正
手段を有し、前記補正手段は、前記補正後の温度を
Ｔ_C、前記温度検出手段の検出温度をＴ_S、所定の関数ｆ
を用いて、Ｔ_C＝Ｔ_S＋ｆの関係式に基づいて補正を行い、所定の関数ｆは、前記
温度検出手段の検出温度の変化率をΔＴ_S／Δｔ、前記
検出遅れ時定数をτ、補正率をｋとしたとき、ｋ・τ・
ΔＴ_S／Δｔの項を含み、補正率ｋは、０＜ｋ≦１．５
であることを特徴とする。（２）前記所定の関数ｆは、ｆ＝ｋ・τ・ΔＴ_S／Δｔかつ０＜ｋ≦１．５であることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度
制御方法。（３）前記補正率ｋは、所定のオーバーシュート上限値
をＴ_Oとして ΔＴ_C／Δｔ・（１−ｋ）・τ＞Ｔ_O の範囲に設定されており、前記オーバーシュート上限値
Ｔ_Oは、５（度）≦Ｔ_O≦３０（度）であることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度
制御方法。（４）前記温度制御手段は、前記補正手段による補正後
の温度をＴ_C、所定の目標温度をＴ^*、オフセット電力
をＰ_C、ゲインをＧ、印加電力をＰとして、Ｐ＝Ｇ・（Ｔ^*−Ｔ_C）＋Ｐ_C の関係式により印加電力を変化させることを特徴とする
請求項１記載の定着装置の温度制御方法。（５）前記オフセット電力Ｐ_C（Ｗ）は、前記記録材の
通紙速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記記録材の通紙幅を
Ｌ（ｍｍ）とすると０．００２５≦Ｐ_C／（ｖ・Ｌ）≦０．０２５であることを特徴とする請求項４記載の定着装置の温度
制御方法。（６）前記温度制御手段は、前記オフセット電力Ｐ_Cを
記録材の通紙時と非通紙時で変化させることを特徴とす
る請求項４記載の定着装置の温度制御方法。（７）前記温度制御手段は、前記オフセット電力Ｐ_Cを
記録材の通紙中に変化させることを特徴とする請求項４
記載の定着装置の温度制御方法。

【０００７】

【実施例】以下本発明をプリンタ装置に適用した実施例
を図面に従って説明する。まず定着装置およびその制御
装置全体の概要を説明する。

【０００８】図１は本実施例の定着装置の構成を示す図
である。回転可能に支持された加熱ローラー１の内部に
ハロゲンランプヒーター３が設けられ所定の電力が印加
されることによって加熱ローラー１が熱せられる。加熱
ローラー１の表面にはサーミスタを内蔵する温度センサ
４が押圧されており、温度センサ４の検出温度によりハ
ロゲンランプヒーター３への通電電力が制御される。回
転可能に支持された加圧ローラー２は、金属製の軸６の
周囲にシリコンゴム等の弾性層が設けられており、図示
しない軸両端部に荷重印加されることによって加熱ロー
ラー１に圧接されてニップ部を形成している。このニッ
プ部を未定着トナー像が形成された記録材５が通過する
ことによって定着が行われる。

【０００９】ここで、加熱ローラー１を定着可能な所定
の目標温度まで昇温させるまでの時間いわゆるウォーム
アップ時間を短縮するためには、加熱ローラー１の熱容
量を小さくするのが効果的である。例えば直径と肉厚の
積を１５ｍｍ²以下にすれば実用上問題の無い程度のウ
ォームアップ時間にすることができる。一方直径を小さ
く、肉厚を薄くしすぎると、加熱ローラー１の軸方向の
剛性不足が生じ、加圧ローラー２の圧接によって中央部
が端部に比べて逃げる方向に撓みを生じる。すると中央
部でのニップが十分形成されず、十分な定着が行われな
い状態が生じる。これを回避するためには肉厚を増やす
よりも直径を大きくすることの方が効果的で、例えば直
径を１２ｍｍ以上とする事が望ましい。

【００１０】図２は加熱ローラー１の温度を制御するた
めの構成を示すブロック図である。温度センサ４からの
出力はアナログの電圧信号であり、アンプで５Ｖレベル
の信号に増幅された後、Ａ／Ｄ変換器により２５６レベ
ルのディジタル信号に変換される。ＣＰＵは温度制御プ
ログラムに従って所定のサンプリングタイムごとにＡ／
Ｄ変換値を入力する。温度制御プログラムはＲＯＭに内
蔵されており必要に応じてＣＰＵに呼び出され実行され
る。温度制御プログラムはディジタル化された温度信号
を、後述する処理に基づいてハロゲンランプヒーター３
を点滅させるスイッチであるＳＳＲ（ソリッドステート
リレー）の制御信号に変換する。ＳＳＲへのＣＰＵから
の制御信号と公知のゼロクロススイッチング回路の動作
により、ハロゲンランプヒーター３は商用ＡＣ電源の半
波数単位でオンオフされる。ハロゲンランプヒーター３
への印加電力の調節は図３に示されるように、ある所定
時間間隔内に通電される商用ＡＣ電源の波数を加減する
事によって行われる。例えば１秒間隔ごとに波数を決め
て印加電力を調節する制御をすれば、５０Ｈｚの商用Ａ
Ｃ電源を用いるときには１００レベルの印加電力量を選
択することができる。

【００１１】図３は５０ＨＺの電源で２波、２．５波、
３．５波と１サイクルごとの印加電力を増加させている
例である。このとき印加デューティは４％、５％、７％
になっている。

【００１２】図４に本実施例の定着装置の動作シーケン
スを示す。まず、画像情報がコンピューターなどの外部
機器からプリンタのＣＰＵに入力されると、ＣＰＵは加
熱ローラー１を定着可能な所定温度まで加熱するよう通
電開始信号を出力する。その後温度センサ４からの出力
に基づいて加熱ローラー１が定着可能な所定温度に達し
たと判断されれば加熱ローラー１と加圧ローラー２の回
転駆動を開始する。良好な定着が行われるためには加熱
ローラー１が所定の定着温度に達しているだけでなく、
加圧ローラー２もある程度昇温していることが必要であ
る。両ローラーの回転開始から定着通紙開始までの間
（空回し時間）に加圧ローラー２が昇温するように空回
し時間は１０秒から数１０秒程度の所定時間に定められ
ている。空回し中の所定タイミングに記録材の給紙が開
始され、その後記録材が定着装置に通紙されて、通紙終
了と共にローラー駆動とハロゲンランプヒーター３への
通電が停止される。上述のようにプリント時のみ通電す
ることによって省電力化が可能である。ところがその場
合、定着装置のウォームアップ時間が直接１枚プリント
に要する時間（ファーストプリント時間）に反映される
ことになり、ウォームアップ時間を極力短くする必要が
ある。本実施例は、ファーストプリント時間を短縮する
ために、加熱ローラー１の熱容量を非常に小さくし、昇
温時間を短縮している。

【００１３】加熱ローラー１の熱容量を小さくして昇温
時間を短縮するときの最も重要な課題は温度リップルの
増大である。以下本発明の特徴をなすところの、温度リ
ップルの少ない高精度な温度制御方法について説明す
る。

【００１４】上述したような構成の定着装置における温
度リップルは、定着装置や温度制御装置を含めた制御系
の各部の応答遅れが主原因である。もし、遅れ要素の全
く無い制御系であれば、加熱ローラー１の温度が所定の
制御温度を越えた瞬間にハロゲンランプ３への通電を停
止し、その瞬間から加熱ローラー１の温度が低下し始め
て一瞬後には加熱ローラー１は制御温度よりも低温にな
る。すると再びハロゲンランプ３に通電が開始されてす
ぐさま加熱ローラー１の温度は制御温度に達する。この
ようにして加熱ローラー１は小刻みに所定温度近辺で昇
温降温を繰り返すことになり、温度リップルは極めて少
なくなる。ところが実際には制御系の中にいくつかの遅
れ要素が存在するために温度リップルが発生するわけで
ある。本発明者らが実験等によって解明したところによ
ると、制御系の遅れ要素には、通電開始からハロゲンラ
ンプヒーター３が輻射熱を発生するまでの時間遅れ、加
熱ローラー１の内面が輻射熱を受けてから表面の温度が
上昇するまでの時間遅れ、加熱ローラー１の表面温度が
上昇してから温度センサ４の検出温度が上昇するまでの
時間遅れ、温度センサ４の検出温度が上昇してからハロ
ゲンランプヒーター３に通電を開始するまでの時間遅れ
があり、その中でも温度センサ４の検出遅れが最も支配
的であった。

【００１５】そこで、実際の加熱ローラー１の表面温度
に対して温度センサ４の検出温度がどのような振る舞い
をするかを周囲温度や印字履歴等種々の条件を振って実
験したところ、温度センサ４の検出温度と実際の加熱ロ
ーラー１の表面温度の差と、温度センサ４の検出温度の
傾きの比はあまり変化せず一定値に近いことがわかっ
た。図５はその様子を示す代表的な例で、定着装置をウ
ォームアップした後目標温度に制御したときの、加熱ロ
ーラー１の温度と温度センサ４の検出温度の温度差と温
度センサ４の検出温度の変化率の比（Ａ）、温度センサ
４の温度（Ｂ）、加熱ローラーの温度（Ｃ）を示すグラ
フである。このように温度差と変化率の比（Ａ）は、ほ
ぼ一定値に近い値になっている。これは、２物体間（温
度センサ４と加熱ローラー１）でやりとりされる熱量は
それらの温度差に比例し、やりとりされる熱量とその物
体の温度変化率は比例するという熱力学の法則からも裏
付けられる。すなわち、加熱ローラー１から温度センサ
４への熱伝達率をλ、加熱ローラー１の温度をＴ_R、温
度センサ４の温度をＴ_S、温度センサ４の熱容量をＣ_S、
温度センサ４の温度変化率をｄＴ_S／ｄｔとすると、 λ・（Ｔ_R−Ｔ_S）＝Ｃ_S・ｄＴ_S／ｄｔ（１）という方程式が成り立つ。ここで、Ｃ_S／λを温度セン
サ４の時定数τとする。

【００１６】本発明では上述のようにして明らかにされ
た温度センサ４の遅れ特性に基づいて温度センサ４の検
出温度を補正して実際の加熱ローラー１の温度を予測す
ることで、温度センサ４の検出遅れによって発生する温
度リップル等の制御偏差を除去するものである。加熱ロ
ーラー１の温度の予測は、温度センサ４の検出温度に検
出温度の変化率と所定の定数の積を加えることで行えば
良い。すなわち、補正後の温度をＴ_C、温度検出手段の
検出温度をＴ_S、温度検出手段の検出温度の変化率をΔ
Ｔ_S／Δｔ、補正定数をｃとして、Ｔ_C＝Ｔ_S＋ｃ・ΔＴ_S／Δｔ（２）に従って補正する。（２）式は、補正定数ｃを温度セン
サ４の時定数τに等しくすれば（１）式と同じになり、
温度センサ４の検出遅れを完全にキャンセルすることに
なる。ただし、後述するように実用上適切な補正定数ｃ
の値は必ずしも時定数τと等しくはならない。

【００１７】ここで、図５の温度差と変化率の比（Ａ）
のグラフは一定値からの変動分も含んでおり、極めて高
精度な制御を必要とする場合や、図２で説明した温度制
御処理を行うＣＰＵの処理能力に余裕がある場合には、
（２）式よりもさらに複雑な関数を用いて高次の補正を
加えることも可能である。例えば温度センサ４から他の
部分への熱伝導を考慮すると、さらに検出温度Ｔ_Sの２
次時間微分項を加えて補正すれば良い。

【００１８】温度センサ４の時定数τを求めるには、図
５に示したような定着装置のウォームアップ時の加熱ロ
ーラー１の実温度上昇曲線（Ｃ）と温度センサ４の検出
温度の上昇曲線（Ｂ）を測定し、両曲線がほぼ平行にな
ったところで同じ温度に到達するまでの時間差を読みと
れば良い。これを温度センサ４の応答特性に言い替えれ
ば、ランプ応答の時間遅れ要素を読みとれば良いという
ことである。加熱ローラー１の実温度を測定するには熱
電対あるいは放射温度計等応答の十分速い温度測定装置
を用いれば良い。

【００１９】定着装置において実用上適切な補正定数ｃ
の値は、その動作の特徴や、要求される特性に着目して
定めていくと効果的な補正が行える。まず、上述した本
実施例の動作シーケンスに基づいて、ウォームアップか
ら記録材の通紙終了までの動作を、補正度合いを変えて
行ったときの温度変動の様子を図６に示す。補正度合い
は、温度センサ４の検出遅れの式を、Ｔ_C＝Ｔ_S＋ｋ・τ・ΔＴ_S／Δｔ（３）と書いて、補正率ｋで表す。図６には補正率が０、０．
５、１、２．０の場合に付いて温度変動を示してある。
補正率ｋが１よりも小さい場合は補正不足となり温度セ
ンサ４の検出遅れが原因であるオーバーシュートが生じ
ているが、補正無しの場合に比べると軽減されている。
補正率ｋが１よりも大きい場合は補正過剰となり、加熱
ローラー１の温度が目標温度に達する前から目標温度に
達したと判断して供給電力を減らしてしまうため、加熱
ローラー昇温終了直前での温度上昇がなまってしまい、
通電開始から加熱ローラー１が目標温度に達するまでの
時間が増大してしまう。補正率ｋが１の場合にも、ウォ
ームアップ終了直前のなまりがわずかに発生している
が、これは後述する比例制御によって目標温度に近づい
た時に供給電力を減少させる作用が働いたためである。
温度リップルは比例制御によって軽減されているため、
補正無し以外は十分小さい量となっている。

【００２０】通電開始からオーバーシュートが終って加
熱ローラー１の温度が安定化するまでの時間を通紙開始
可能時間として、補正率ｋと通紙開始可能時間および加
熱ローラー１が目標温度に達するまでの昇温時間のグラ
フを図７に示す。図７のグラフから、補正率が１．５を
越え始めると加熱ローラー昇温時間が補正のない場合の
通紙開始時間よりも長くなり始めるのでウォームアップ
時間の観点からは補正の効果が無くなってしまう。補正
定数がそれよりも小さい側では補正率ｋが正の値をとっ
ている限り、補正しない場合に比べてウォームアップ時
間が短くなる効果を有している。ここで、加熱ローラー
の昇温時間は直接ウォームアップ時間に影響するが、通
紙開始可能時間は加熱ローラー昇温後の加熱ローラー１
と加圧ローラー２の回転開始タイミング、通紙タイミン
グのとり方によって、ある所定時間までは影響しない場
合が多い。従ってそのような場合補正率は１より小さい
方がウォームアップ時間の短縮により効果的である。

【００２１】また、温度センサ４の時定数はセンサの製
造ばらつきやセンサを加熱ローラーに圧接するときの圧
接力、圧接位置などによるばらつきを有している。従っ
て補正定数ｃを時定数τの設計値と等しくしておくと、
ばらつきにより補正定数ｃが時定数τより大きくなって
補正過剰となりウォームアップ時間を増大させてしまう
場合がある。この観点からも補正率ｋは１以下が望まし
い。

【００２２】また、オーバーシュートの低減に温度セン
サ４の遅れ補正を行うことが著しく効果を有することは
図６から明かである。オーバーシュート低減の観点から
は、補正率ｋは０以上であれば効果を有し、０．３以上
であれば顕著な効果を有する。

【００２３】以上のことを総合して、補正率ｋは０＜ｋ
≦１．５の範囲で効果を有し、より望ましくは０．３≦
ｋ≦１の範囲で顕著な効果を有することが分かる。

【００２４】また、装置の安全上の問題等でオーバーシ
ュート量を所定範囲内に抑えたい場合は温度センサ４の
時定数τの絶対値も考慮にいれて条件を定めれば良い。
すなわち、オーバーシュートの量は、ウォームアップ時
の加熱ローラー１の温度上昇の傾きに依存するので、温
度の傾きをΔＴ_C／Δｔとすると、補正係数と時定数を
用いて、 ΔＴ_C／Δｔ・（１−ｋ）・τ＞Ｔ_O （４）の範囲にとれば、オーバーシュートがおおよそＴ_O以下
に抑えられる。（４）式の左辺は、加熱ローラー１と温
度センサ４の温度が（１）式に従う場合の、ウォームア
ップ時の、加熱ローラー１の実温度と温度センサ４の検
出温度を補正した温度との差を意味する。Ｔ_Oの値はウ
ォームアップ終了時のなまりが発生しない条件からおお
よそ５℃以上が適切であり、装置の安全性等の点から３
０℃以下が適切である。

【００２５】次に、上述した方法で補正された温度に基
づいて、印加電力量へのフィードバック制御を行う方法
について説明する。以下に説明する制御方法は比例制御
で求められる値にある定数を加えた値を印加電力量とす
るもので、オフセット付き比例制御と呼ぶ。すなわち、
ハロゲンランプヒーター３に印加する電力Ｐを、目標温
度をＴ^*、ゲインをＧ、オフセット電力をＰ_Cとして、Ｐ＝Ｇ・（Ｔ^*−Ｔ_C）＋Ｐ_C （５）に従って印加電力量を決定している。比例制御を行うこ
とによって通電非通電による印加電力量の変動を小さく
することができるので温度リップルの減少に効果的であ
る。またオフセット電力を加えることによって温度の定
常偏差を減少させることができる。

【００２６】上式の計算において、実際には目標温度Ｔ
^*、検出温度の補正値Ｔ_C、変化率ΔＴ_S等はＡＤ変換さ
れた２５６レベルのディジタル値であって、ＣＰＵ内部
では整数演算によって印加電力が求められている。

【００２７】図８にゲインＧが大きい場合と小さい場合
の温度変動の様子を示す。ゲインＧが大きすぎると目標
温度から偏差を生じたときに過剰に反応してしまい温度
リップルが大きくなり、ゲインＧが小さすぎると目標温
度からの偏差を生じたときの回復力が小さくなり定常偏
差を生じてしまう。表１の条件下で実験したところ、ゲ
インＧは１０（Ｗ／℃）よりも大きく、１００（Ｗ／
℃）よりも小さければ温度リップルと定常偏差が両者と
も１度から１０度以内に収まることが確認された。

【００２８】

【表１】

【００２９】オフセット電力Ｐ_Cの適切な選び方を説明
する図である。図９に示すようにオフセット電力Ｐ_Cを
与えることによりマイナスの定常偏差が減少し、過大に
与えるとプラスの定常偏差が発生する。定常偏差は、オ
フセット電力Ｐ_Cが加熱ローラー１が奪われる熱量と等
しい値のときに最も少ない。ただし加熱ローラー１が奪
われる熱量は外気温、加圧ローラー２の昇温具合、記録
紙の熱容量等で変動するので、それら変動の中の中央値
に設定するのがよい。加熱ローラー１が奪われる熱量は
通紙速度および記録材の通紙幅に比例するので、通紙速
度ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、通紙幅Ｌ（ｍｍ）によってオフ
セット電力を正規化すると、Ｐ_C／（ｖ・Ｌ）は０．０
０２５〜０．０２５（Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ²）の範囲に設
定するとよいことが表１の条件下での実験によって確認
された。０．００２５以下では周囲温度が低温でかつ加
圧ローラー２が冷えている状態の時にはマイナスの定常
偏差が定着状態に影響を与える場合が生じ始め、０．０
２５以上では周囲温度が高温でかつ加圧ローラー２が前
回までの印字履歴等により温まっている時にはプラスの
定常偏差が紙しわなど加熱し過ぎの状態を引き起こす場
合が生じ始めた。

【００３０】ところで、外気温や加圧ローラー２の温度
変動は徐々に起るが、通紙による変動は急激におこり起
こるため、温度リップルの原因になる。ところが通紙タ
イミングはあらかじめわかっており、それに合わせて奪
われる熱量をキャンセルするようにオフセット電力をΔ
Ｐ_Cだけ増やしてやることが可能である。この補正は、
用いられる種々の記録材が奪う熱量の範囲の中央値に設
定するのが良い。加熱ローラー１が奪われる熱量は通紙
速度および記録材の通紙幅に比例するので、通紙速度ｖ
（ｍｍ／ｓｅｃ）、通紙幅Ｌ（ｍｍ）によってオフセッ
ト電力を正規化すると、Ｐ_C／（ｖ・Ｌ）は０．００１
５〜０．０１５（Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ²）の範囲に設定す
るとよいことが表１の条件下での実験によって確認され
た。０．００１５以下では記録材５の熱容量が大きくか
つ低温の時にマイナスの温度偏差によって定着状態に影
響を与える場合が生じ始め、０．０１５以上では記録材
５の熱容量が小さくかつ高温の時にプラスの定常偏差に
よって紙しわなど加熱し過ぎの状態を引き起こす場合が
生じ始めた。

【００３１】ところがこのようにして加熱ローラー１の
温度を記録材の通紙時に安定に保った場合でも、定着状
態が記録材５の後半になるに従って悪化する場合があ
る。これは記録材５が加熱ローラー１のみならず加圧ロ
ーラー４からも熱を奪い加圧ローラー４の表面温度が低
下することから生じる。その場合加圧ローラー４は加熱
ローラー１と違って通紙中は熱を奪われる一方なので、
通紙が終了するまで温度が回復することがない。従って
それを補償するために記録材５の後半ほど加熱ローラー
１に余分に熱を加えて加熱ローラー１の温度を高温にす
ることが効果的である。実際の温度制御でそれを実現す
るには、通紙後半ほど目標温度Ｔ^*を高くする方法と、
通紙後半ほどオフセット電力Ｐ_Cを大きくする方法があ
り、どちらを用いても良い。表１の条件で実験したとこ
ろ、前者の場合目標温度を１℃から５℃程度上昇させる
のが適切で、後者の場合オフセット電力増分ΔＰ_C2を通
紙速度ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）と通紙幅Ｌ（ｍｍ）によって
正規化すると、ΔＰ_C2／（ｖ・Ｌ）は０．００１〜０．
０１（Ｗ・ｓｅｃ／ｍｍ²）の範囲で増加させるのが適
切であった。０．００１以下では記録材５の熱容量が大
きくかつ低温の時にマイナスの温度偏差によって通紙後
半で定着状態に影響を与える場合が生じ始め、０．０１
以上では記録材５の熱容量が小さくかつ高温の時にプラ
スの定常偏差によって通紙前半で紙しわなど加熱し過ぎ
の状態を引き起こす場合が生じ始めた。

【００３２】本実施例では、上述した温度制御方法をＣ
ＰＵによるディジタル制御で実現しているが、図１０に
その制御シーケンスのフローチャートを示す。まず定着
装置に記録材が無い状態か、通紙前半か、通紙後半かを
判断する。これは装置全体での記録材の搬送状態を表す
タイマーカウント値により判断できる。その状態により
オフセット電力を上述の設定方法により定めたＰ_C1、Ｐ
_C2、Ｐ_C3のいずれかの値に設定する。次に温度センサか
らの信号のＡＤ変換値をＣＰＵに取り込んでその値から
遅れ補正演算と、オフセット付き比例制御演算を行う。
これは別に演算しても良いし、まとめて一つの演算式に
直しておくとＣＰＵの処理の負担は軽減される。この演
算結果により１サイクル内の通電デューティすなわちオ
ン時間（波数）とオフ時間（波数）が求められ、それぞ
れの時間タイマーが設定されてそれぞれの時間分ＳＳＲ
へ信号がオンまたはオフに保持される。

【００３３】遅れ補正演算は（２）式をディジタル化し
た値で行えば良く、オフセット付き比例制御演算は
（４）式をディジタル化した値で行えば良い。それぞれ
積演算が１回と数回の加減演算を行うだけなので、装置
全体の制御用のＣＰＵの処理のうちわずかな時間を温度
制御の処理に割り当てるだけで良い。

【００３４】以下の表２に本実施例の定着装置の仕様を
示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２の仕様、シーケンスに従って定着装置
を温度制御した結果、加熱ローラー１のウォームアップ
時間１５秒、温度リップル±１℃、最大定常偏差±１．
５℃とウォームアップ時間が極めて短いにも係わらず安
定して温度偏差の少ない定着装置が実現でき、周囲温度
や印字履歴等の種々の条件下で良好な定着状態が得られ
ることが確認された。

【００３７】上述の実施例では、（５）式あるいは図１
０のフローチャートに示すように温度センサ４の検出遅
れを補正した温度Ｔ_Cを用いてオフセット付き比例制御
を行っている例を説明したが、オフセット付き比例制御
と温度検出遅れ補正制御はいずれも、互いに組み合わせ
なくても単独で温度リップルや定常偏差除去に顕著な効
果を有することが確認されており、ＣＰＵの処理能力や
適用する装置の特性に応じていずれか一方の制御のみを
行っても良い。

【００３８】なお、本発明の温度制御方法は上述の実施
例で説明した熱ローラー方式の定着装置に限られるもの
でなく、ベルト定着装置など熱容量の小さい加熱手段の
定着装置や、高精度に温度制御を必要とする定着装置全
般に適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、定着装置の温度制御手段が、
温度検出手段の検出遅れ時間によって生じる加熱手段の
実温度と前記検出温度との誤差を補正する補正手段を有
し、また、オフセット電力付きの比例制御を行うことに
より、簡単な温度制御演算を行うだけで、熱容量の小さ
い定着装置に対しても温度リップルや定常偏差が小さい
高精度な温度制御が可能であり、かつ温度立ち上がり時
のなまりによる昇温時間の増大もないため、ウォームア
ップ時間が極めて短くかつ定着状態が安定して良好な定
着装置が得られ、結果として省電力、高画質、低価格の
画像形成装置を提供できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の定着装置の断面図。

【図２】本発明の一実施例の定着装置の温度制御装置
のブロック図。

【図３】本発明の一実施例のヒーターへの通電方法を
示す図。

【図４】本発明の一実施例の動作シーケンスを示すタ
イミング図。

【図５】本発明の温度制御方法の原理を説明する図。

【図６】本発明の温度制御方法の補正定数の選び方を
示す図。

【図７】本発明の温度制御方法の補正定数の選び方を
示す図。

【図８】本発明の温度制御方法の制御定数Ｇの選び方
を示す図。

【図９】本発明の温度制御方法の制御定数Ｐ_Cの選び
方を示す図。

【図１０】本発明の一実施例の温度制御フローを示す
図。

【符号の説明】

１加熱ローラー２加圧ローラー３ハロゲンランプヒーター４温度センサ５記録材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録材を加熱する加熱手段と、前記加熱
手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手
段の検出温度に基づいて前記加熱手段の温度を制御する
温度制御手段を備えた定着装置において、前記温度制御
手段は、前記温度検出手段の検出遅れ時間によって生じ
る前記加熱手段の実温度と前記検出温度との誤差を補正
する補正手段を有し、前記補正手段は、前記補正後の温度をＴ_C、前記温度検
出手段の検出温度をＴ_S、所定の関数ｆを用いて、Ｔ_C＝Ｔ_S＋ｆの関係式に基づいて補正を行い、所定の関数ｆは、前記温度検出手段の検出温度の変化率
をΔＴ_S／Δｔ、前記検出遅れ時定数をτ、補正率をｋ
としたとき、ｋ・τ・ΔＴ_S／Δｔの項を含み、補正率
ｋは、０＜ｋ≦１．５であることを特徴とする定着装置
の温度制御方法。
【請求項２】前記所定の関数ｆは、ｆ＝ｋ・τ・ΔＴ_S／Δｔかつ０＜ｋ≦１．５であることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度
制御方法。
【請求項３】前記補正率ｋは、所定のオーバーシュー
ト上限値をＴ_Oとして ΔＴ_C／Δｔ・（１−ｋ）・τ＞Ｔ_O の範囲に設定されており、前記オーバーシュート上限値
Ｔ_Oは、５（度）≦Ｔ_O≦３０（度）であることを特徴とする請求項１記載の定着装置の温度
制御方法。
【請求項４】前記温度制御手段は、前記補正手段によ
る補正後の温度をＴ_C、所定の目標温度をＴ^*、オフセ
ット電力をＰ_C、ゲインをＧ、印加電力をＰとして、Ｐ＝Ｇ・（Ｔ^*−Ｔ_C）＋Ｐ_C の関係式により印加電力を変化させることを特徴とする
請求項１記載の定着装置の温度制御方法。
【請求項５】前記オフセット電力Ｐ_C（Ｗ）は、前記記
録材の通紙速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記記録材の通
紙幅をＬ（ｍｍ）とすると０．００２５≦Ｐ_C／（ｖ・Ｌ）≦０．０２５であることを特徴とする請求項４記載の定着装置の温度
制御方法。
【請求項６】前記温度制御手段は、前記オフセット電
力Ｐ_Cを記録材の通紙時と非通紙時で変化させることを
特徴とする請求項４記載の定着装置の温度制御方法。
【請求項７】前記温度制御手段は、前記オフセット電
力Ｐ_Cを記録材の通紙中に変化させることを特徴とする
請求項４記載の定着装置の温度制御方法。