JP4274539B2 - 画像形成装置および同装置のヒータ出力最適化方法 - Google Patents
画像形成装置および同装置のヒータ出力最適化方法 Download PDFInfo
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Description
例えば、定着ユニット内の温度検出素子が取り付けられている位置の温度が、予め定められた設定温度となるようヒータ点灯を制御する場合、設定温度と現在温度との差分量から比例定数を掛けた量で点灯時間を決めるP(比例)制御、温度推移も考慮するPI(比例・積分)制御、時間応答も考慮するPID(比例・積分・微分)制御など、一般的な公知自動制御の手法を適用した例が多々ある。しかしながらこれらの制御では、制御系を構成する要素毎のばらつきは考慮されていないため、商品として設計する場合、ばらつき公差を考慮した余裕度の高い制御系を設計するか、ばらつきを検知して補正する制御系を設計するかの、どちらかの手段がとられる。後者の場合、種々様々な検討が行われており、多くの技術が発表されている。
なお、上記目的と同じく制御系を構成する要素のばらつきを補正する技術としては多々あるが、本願発明との違いについて以下に記す。
これらは、従来の技術として確立されたものであるが、それぞれの制御の定数Kp、Ki、Kdの設計としては、制御系を構成する要素の持つ公差(ばらつき)を考慮してなされるのが一般的である。しかしながら、その考慮により発生するばらつきは、制御操作の対象に掛かってくることになり、即ち本制御系ではデューティ制御後のヒータ出力(供給するヒータ熱量)が装置毎にばらつく。
また、図2中では50℃−100℃間の時間を測定しているが、サーミスタの特性として、温度―電圧の特性がリニアで誤差の少ない区間であれば問題ない。このような設定下で計測された時間tm1は、予め測定しておいたサーミスタの公差±0%:r0での温度推移時間tSより、サーミスタの公差d[%]が、下記式より求まる。
これより、ヒータ点灯dutyの補正係数αは、下記式となる。
= 1 + e・(ts/tm1) (2)
なお、データ収集の実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象が部品特有のばらつきであること、上記治具の条件を正規定着ユニットでは作り出せないこと等により、機械組付前に実施しておくことになる。また、そのデータから求められた(2)式の値は、機械自体に記憶させておき、通常制御中の点灯デューティに乗算することになる。工場での機械組付後の火入れ時の調整工程などでデータ入力して、メモリに保存しておく。なお、ばらつきを発生するのは機械というよりは、機械に使われているサーミスタという部品である。そのため、その部品交換時、もしくは定着ユニットとしてのユニット交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる
β = W0/W
= 1/(f・(ts/tm2)) (4)
なお、温度検知素子ばらつきの補正の場合と合わせると、ヒータ点灯のdutyとしては(5)式で得られた値を乗算することになる。
また、この場合においても、前述の温度推移時間データ獲得時の条件が適用され、サーミスタ検知温度、雰囲気温度ともに常温である必要がある。
電源電圧が求まると、その環境下でのヒータ出力を求めることが可能であり、定格入力でのヒータ出力をW0、その環境下でのヒータ出力をWとすると、下記式が成り立つ。
式(6)、(7)より、ヒータ点灯dutyの補正係数γは、下記式となる。
= 1/(g・(ts/tm3))h (8)
なお、本発明の第1の実施形態と合わせると、ヒータ点灯のdutyとしては(9)式で得られた値を乗算することになる。
なお、調整モードの実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象がその機械の使用される電源事情(入力電圧)にある。このため、工場出荷時での調整は必要なく、機械設置時に最低限行われる必要がある。機械設置時のみであれば、通常制御中は(8)式若しくは(9)式で求められたγ、若しくはα・β・γを点灯デューティに乗算するのみである。この為、マイコン負荷も少なく、時々刻々と電圧事情が変化する環境であれば、より頻繁に(電源ON時毎などに)補正の為のデータ収集を行い、γを更新することで、対応が可能となる。
以上が本発明の第1の実施形態であるが、調整実施条件として、ユニット内外の温度が常温と規定するだけでは、補正演算の実施タイミングとしてかなり限定されたものとなってしまう。そこで、本発明の第2、3の実施形態として以下に示す。
2 温度検出素子(サーミスタ)
3 ヒータ
4 ベースエンジンコントロールユニット(BCU)
5 CPU
6 AC制御板
7 双方向スイッチング素子
8 商用交流電源
Claims (2)
- トナー定着用のヒータと該ヒータの温度を検出する第1の温度検出素子とを具備する定着ユニットと、前記定着ユニット外の雰囲気温度を検出する第2の温度検出素子と、前記定着ユニットを冷却する冷却手段と、を有し、
前記ヒータの点灯dutyは可変であり、ヒータ温度−時間特性を求めて該特性に合わせて補正され、
前記点灯dutyの補正は、電源ON時に、前記第1の温度検出素子により検出されたヒータ温度と前記第2の温度検出素子により検出された定着ユニット外の雰囲気温度との少なくとも一方が、画像形成装置が動作していない場合における室内と同様の温度である室内温度よりも高い場合は、前記冷却手段により前記ヒータの温度及び前記定着ユニット外の雰囲気温度が前記室内温度となるまで冷却した後に、前記定着ユニットのウォームアップ動作をさせて前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性の傾きに合わせて行われることを特徴とする画像形成装置。 - トナー定着用のヒータと該ヒータの温度を検出する第1の温度検出素子とを具備する定着ユニットのヒータ温度を前記第1の温度検出素子により検出するヒータ温度検出ステップと、
前記定着ユニット外の雰囲気温度を前記定着ユニット外に設けられた第2の温度検出素子により検出する雰囲気温度検出ステップと、
ヒータ温度−時間特性を求めて該特性に合わせ前記点灯dutyを補正する点灯duty補正ステップと、
前記点灯duty補正ステップにより補正された点灯dutyに基づいてヒータを点灯させるステップと、を有し、
前記点灯duty補正ステップは、電源ON時に、前記ヒータ温度検出ステップで検出されたヒータ温度と前記雰囲気温度検出ステップで検出された雰囲気温度との少なくとも一方が、画像形成装置が動作していない場合における室内と同様の温度である室内温度よりも高い場合は、前記定着ユニットを冷却するために設けられた冷却手段により前記ヒータ温度及び前記雰囲気温度が前記室内温度となるまで冷却した後に、前記定着ユニットのウォームアップ動作をさせて前記ヒータ温度−時間特性を求め、該求めた特性の傾きに合わせて行われることを特徴とする画像形成装置のヒータ出力最適化方法。
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