JP3243271B2

JP3243271B2 - 温度制御装置

Info

Publication number: JP3243271B2
Application number: JP01822992A
Authority: JP
Inventors: 知宏中森; 友蔵清野; 達人橘; 泉成田; 昭久草野; 馨佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-07
Filing date: 1992-01-07
Publication date: 2002-01-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JPH05181546A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真装置における熱
定着装置の定着ローラ等を一定温度に制御する温度制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真装置における熱定着装置
の定着部材たる定着ローラ１は、図６に示すように内部
に発熱体たるヒータ２を有しており、該定着ローラ１の
表面には温度検出手段たるサーミスタ３が当接して配設
されている。上記ヒータ２及びサーミスタ３はＣＰＵ等
を備えた温度制御装置（図示せず）に接続されており、
上記定着ローラ１の表面の温度が所定温度に保たれるよ
うになっている。その温度制御の手法について図７を用
いて説明する。

【０００３】サーミスタ３によって定着ローラ１の温度
（図７においてＴとする）を検出し、この検出温度が所
定の設定温度（以下、スレッショルドとする）より低い
ときにはヒータドライブ回路を通してヒータ２に通電し
て定着ローラ１を加熱し始める（図７においてステップ
１０１) 。次に、定着ローラ温度が加熱によりスレッシ
ョルド（図７においてＴ_Sとする）以上になったところ
でヒータ２への通電を中止する（図７においてステップ
１０２からステップ１０３) 。このような制御を繰り返
すことで定着ローラ１の表面温度をスレッショルドに保
っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のような制御においては、図８に示すように実際の
定着ローラの温度と検出した温度との間に生じる時間的
遅れによって、電源投入直後はヒータへの通電停止後
も、定着ローラ表面温度はかなり高温まで上昇し続け、
機内温度が高温になるという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記問題点を解決し、電源投入
直後、定着ローラ表面温度が高温になるのを防ぐことの
できる温度制御装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、定着部材の内部に配設され、該定着部材の表面を
加熱せしめる発熱体と、上記定着部材の表面の温度を検
出する温度検出手段と、該温度検出手段により検出した
温度に基づいて上記発熱体への通電量を制御することに
より上記定着部材の表面の温度を所定の設定温度とする
ように設定された温度制御手段と、上記温度検出手段よ
り検出した温度を記憶する記憶手段と、上記発熱体への
通電時間を計測する計測手段と、上記温度検出手段及び
計測手段によって得た温度及び時間並びに予め設定され
た計算式に基づいて所定の計算を行う演算手段とを有す
る温度制御装置において、上記演算手段は、発熱体への
通電開始後の所定の異なる検出時点にて上記温度検出手
段により検出したそれぞれの検出温度と、上記計測手段
により計測した通電開始から上記異なる検出時点までの
それぞれの通電時間とから温度勾配を算出し、該算出し
た温度勾配が略一定になったと判断した場合は、該温度
勾配を有し上記各検出時点にて上記各検出温度を得る一
次関数に基づき、時間変数を通電開始直前時点とした場
合の温度値を算出して、上記記憶手段により記憶した通
電開始直前時点の検出温度と上記算出した温度値との温
度差を算出するように設定されており、上記温度制御手
段は、電源投入直後は上記温度差だけ設定温度を低くす
るように設定されていることにより達成される。

【０００７】

【作用】本発明によれば、発熱体への通電が開始される
と所定の異なる検出時点にて温度検出手段により定着部
材の表面温度が検出される。そして、検出されたそれぞ
れの検出温度と、通電開始から各検出時点までの通電時
間とに基づいて演算手段により温度勾配が算出される。
この温度勾配が略一定となった場合には、温度が一次関
数的に上昇していると推定されるため、上記温度勾配を
有し上記各検出時点にて上記各検出温度を得る一次関数
に基づいて、時間変数を通電開始直前時点とした場合に
該一次関数が示す温度値を求める。さらに、この算出し
た温度値と、予め記憶手段によって記憶していた通電開
始直前の実際の検出温度との温度差を算出する。温度が
一次関数的に上昇する所定の期間においては、実際の温
度と検出温度が上記温度差を保つと考えられるので、設
定温度を上記温度差分低くするように修正する。したが
って、定着部材の表面温度が上記のように低く修正され
た設定温度になったと検出された場合には、実際の温度
は、その修正された設定温度よりも上記温度差分高いの
で、修正前の設定温度となっている。かくして、電源投
入直後の定着部材を設定温度よりも高温にすることなく
適正な温度制御が行われる。

【０００８】

【実施例】本発明の第一実施例及び第二実施例を添付図
面に基づいて説明する。

【０００９】〈第一実施例〉先ず、本発明の第一実施例
を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本発明の
第一実施例の温度制御装置を示す。図１において３は定
着部材たる定着ローラ１の温度変化を抵抗変化としてと
らえる温度検出手段たるサーミスタであり、抵抗４と接
続することにより、サーミスタ３の抵抗変化を電圧変化
へ変換する。また図１において５は、制御手段、演算手
段及び計測手段たるＣＰＵであり、その内部には、アナ
ログ−デジタル（以下Ａ／Ｄと記す）変換入力ポート
６、出力ポート１１、時間計測手段たるタイマ７、演算
装置（以下ＡＬＵと記す）８、並びに記憶手段たるＲＡ
Ｍ９、ＲＯＭ１０等々が配設されている。ＣＰＵ５は、
ＲＯＭ１０に記憶されたプログラムにより、上記サーミ
スタ３からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換入力ポート６か
ら入力してデジタル値に変換し、この検出温度とタイマ
７によって計測したヒータの通電時間からＡＬＵ８で定
着ローラ表面温度と検出温度の温度差を演算して修正設
定温度を求める。そして、該修正設定温度に応じ、出力
ポート１１からヒータ制御信号を出す。この出力ポート
はＩＣフォトトライアック１２を通してヒータ２と電源
１６に接続されたサイリスタ１３のスイッチングを行な
うことにより、ヒータ２の断続的制御を行なっている。
サイリスタ１３と並列に接続されているバリスタ１４及
び抵抗とコンデンサの直列回路１５はこのサイリスタ１
３を保護するものである。

【００１０】次に、定着ローラ表面温度と検出温度との
温度差の算出方法を説明する。図２は電源投入直後の定
着ローラ表面温度と検出温度の立ち上がりを表したもの
である。電源投入前は検出温度と定着ローラ表面温度は
等しいが（図２中Ｔ₀）、電源投入と同時に定着ローラ
表面温度は一次関数的に上昇するのに対し、検出温度は
ある遅れをもって上昇し始める。検出温度の立ち上がり
が一定になったところでの電源投入からの時間をｔ₁，
ｔ₂、そのときの検出温度をＴ₁，Ｔ₂とし、また、定着
ローラ表面温度とその上昇率が等しいとした場合、定着
ローラ表面温度と検出温度との温度差ＤＴは以下の式に
よって求めることができる。

【００１１】

【数１】ＤＴ＝Ｔ₀−｛（Ｔ₁＊ｔ₂−Ｔ₂＊ｔ₁）／（ｔ₂−
ｔ₁）｝上式は、図２に示すように検出温度の変化を、所定の傾
きを有し時間と温度を変数とする一次関数として捉え、
時間変数を電源投入直後としたときの温度値と上記温度
Ｔ₀との差によって与えられる。つまり、検出温度の立
ち上がりが一定で、さらに、検出温度と実際の定着ロー
ラ表面温度の上昇率が等しいという条件が満たされる限
り、検出温度と実際の表面温度は上記温度差ＤＴを保つ
と考えられるので、設定温度を上記温度差ＤＴ分下げる
ことによって、実際の定着ローラ表面温度を所望の設定
温度とすることができる。

【００１２】次に、上記計算式を用いた温度制御の手法
を図３のフローチャートを用いて説明する。先ず、設定
温度を下げる制御を行うか否かのフラグ（図３において
ＦＬＡＧと表す。なお、ＦＬＡＧ＝１のとき温度を下
げ、ＦＬＡＧ＝０のときは温度を下げない）、ヒータ点
灯時間を測るタイマ（図３においてＴｉｍｅｒ１と表
す）、及び、立ち上がり時のサンプリング間隔を測るタ
イマ（図３においてＴｉｍｅｒ２と表す）を初期状態に
し（図３においてステップ２０１）、電源投入直後の検
出温度を記憶する（図３においてステップ２０２）。

【００１３】上記検出温度が一定温度Ｔ_M1（本実施例で
は初期設定温度Ｔ_Rの８０％とした。）以上である場合
は（図３においてステップ２０３）、実際の定着ローラ
表面温度と検出温度の温度差は問題とならないと考えら
れるので設定温度を下げる制御は行わないようにする
（図３においてステップ２１７）。

【００１４】しかし、上記検出温度が一定温度Ｔ_M1より
低い場合は、ヒータ点灯と同時に各タイマをカウント開
始し始め（図３においてステップ２０４）、一定時間
（ｔ_sa）ごとに温度Ｔ₃とヒータ点灯からの時間ｔ₃を検
出する（図３においてステップ２０５から２０７）。

【００１５】上記の検出温度と時間、さらに前の時点で
検出した検出温度Ｔ₁、Ｔ₂とヒータ点灯時間ｔ₁、ｔ₂を
基に、下記の式によって検出温度の立ち上がりが一定に
なったかどうかの判定を行う（図３においてステップ２
０８）。

【００１６】

【数２】Ｔ₃＝｛（ｔ₃−ｔ₁）＊Ｔ₂−（ｔ₃−ｔ₂）＊Ｔ
₁｝／（ｔ₂−ｔ₁）立ち上がりが一定でない場合は、Ｔ₁にＴ₂、Ｔ₂にＴ₃、
ｔ₁にｔ₂、ｔ₂にｔ₃をそれぞれ入れ換え（図３において
ステップ２２０から２２１）上記の制御を繰り返す。

【００１７】立ち上がりが一定となったところで定着ロ
ーラ表面温度と検出温度との温度差を求め（図３におい
てステップ２０９）、その温度差分だけ設定温度を下げ
る（図３においてステップ２１０）。

【００１８】検出温度の立ち上がりが、一定温度Ｔ
_M2（本実施例では初期設定温度Ｔ_Rの８０％にする）に
なっても一定とならない場合（図３においてステップ２
１８）には、上記計算式による温度差ＤＴを用いること
ができないので、設定温度を内部設定温度分Ｔ_D（本実
施例では１０℃とする）だけ下げる。

【００１９】次に、上記のようにして求められた設定温
度Ｔ_Sより検出温度が低い場合にはヒータを点灯（図３
においてステップ２２２）させ、高い場合にはヒータを
消灯させる（図３においてステップ２１２）。そして、
電源投入後より数サイクル（本実施例では２サイクルと
する。また、図３においてサイクル数はｎで表す。）繰
り返した後に修正した設定温度Ｔ_Sを初期設定温度Ｔ_Rに
戻す。

【００２０】以上にような制御を行うことにより、図４
に示すように電源投入直後の定着ローラのオーバーシュ
ートを軽減し、ローラが高温になるのを防ぐことができ
る。〈第二実施例〉次に、本発明の第二実施例について添付
図面の図５を用いて説明する。なお、第一実施例との共
通箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【００２１】本実施例は定着ローラ表面温度を検出する
手段として図５のように非接触タイプのセンサ１７を使
用したところが第一実施例と異なる。この場合、温度制
御は第一実施例と同様である。このような温度検出器は
定着ローラと非接触で温度検出が行われるために定着ロ
ーラ表面を傷つける虞がなく、画像汚れなどを防ぐこと
ができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
検出温度の変化を一次関数として捉え、発熱体への通電
開始直前に記憶した検出温度と上記一次関数から算出し
た該通電開始直前における温度から、実際の温度と検出
温度との温度差を求め、設定温度を該温度差分低くする
ことにより、実際の表面温度が設定温度より高くなる温
度リップルを最小限に抑え、通紙などの外的要因による
微少な温度変化を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の温度制御装置の概略構成
を示すブロック図である。

【図２】図１装置における定着ローラ表面温度と検出温
度の電源投入後の立ち上がりを示す図である。

【図３】図１装置における温度制御を示すフローチャー
トである。

【図４】図１装置における定着ローラ表面温度と検出温
度を示す図である。

【図５】本発明の第二実施例装置の概略構成を示す斜視
図である。

【図６】従来の定着装置の概略構成を示す斜視図であ
る。

【図７】図６装置における温度制御を示すフローチャー
トである。

【図８】図６装置の温度制御による定着ローラ表面温度
の時間的変化を示す図である。

【符号の説明】

１定着ローラ（定着部材）２ヒータ（発熱体）３サーミスタ（温度検出手段）５ＣＰＵ（制御手段、計測手段、演算手段）９ＲＡＭ（記憶手段）１０ＲＯＭ（記憶手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者成田泉東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者草野昭久東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者佐藤馨東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平３−12685（ＪＰ，Ａ) 特開平２−239274（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32 G03G 15/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】定着部材の内部に配設され、該定着部材
の表面を加熱せしめる発熱体と、上記定着部材の表面の
温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により
検出した温度に基づいて上記発熱体への通電量を制御す
ることにより上記定着部材の表面の温度を所定の設定温
度とするように設定された温度制御手段と、上記温度検
出手段より検出した温度を記憶する記憶手段と、上記発
熱体への通電時間を計測する計測手段と、上記温度検出
手段及び計測手段によって得た温度及び時間並びに予め
設定された計算式に基づいて所定の計算を行う演算手段
とを有する温度制御装置において、上記演算手段は、発
熱体への通電開始後の所定の異なる検出時点にて上記温
度検出手段により検出したそれぞれの検出温度と、上記
計測手段により計測した通電開始から上記異なる検出時
点までのそれぞれの通電時間とから温度勾配を算出し、
該算出した温度勾配が略一定になったと判断した場合
は、該温度勾配を有し上記各検出時点にて上記各検出温
度を得る一次関数に基づき、時間変数を通電開始直前時
点とした場合の温度値を算出して、上記記憶手段により
記憶した通電開始直前時点の検出温度と上記算出した温
度値との温度差を算出するように設定されており、上記
温度制御手段は、電源投入直後は上記温度差だけ設定温
度を低くするように設定されていることを特徴とする温
度制御装置。
【請求項２】温度制御手段は、電源投入直後の所定期
間は算出した温度差分低くした設定温度により制御する
ように設定されていることとする請求項１に記載の温度
制御装置。
【請求項３】温度制御手段は、電源投入直後の検出温
度が所定温度以上である場合は算出した温度差によらず
当初の設定温度により制御するように設定されているこ
ととする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項４】温度制御手段は、発熱体への通電開始後
の検出温度が所定温度以上になっても温度勾配が略一定
にならない場合には、算出した温度差によらず予め設定
された所定の温度値だけ設定温度を低くするように設定
されていることとする請求項１に記載の温度制御装置。