JPH01221780A - 加熱温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は１例えば電子写真装置に用いる定着器や感光体
ドラムに用いるヒータのように、加熱手段の通電／切電
制御により被加熱体を所定温度域に維持可ス七に構成し
た加熱温度制御方法に関する。

「従来の技術」 従来より、例えば定着器や感光体ドラムのように内蔵し
たヒータの０Ｎ１０ＦＦ制御を行いながら、前記被加熱
体を所定温度域に維持するようにした装置においては、
前記被加熱体の加熱温度を正確且つすみやかに検知する
為に、一般にサーミスタその他の温度検知素子を前記被
加熱体に接触又は近接させて前記温度制御を行うように
構成しているが、このような構成を取っても前記温度検
知素子自体に応答時間の遅れがあり、該８れを加味しな
ければ正確な温度制御が不可能になる。

そこで公知の温度制御装置においては、前記応答時間の
遅れを加味して、検知素子の検知温度に基づいて設定さ
れる加熱手段の通電開始又は通電停旧時期（以下切換目
標値という）を実際の所定温度域の上限（下限）値に比
較して僅かに低め（高め）に設定して、前記応答の８れ
を補正していた。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記温度検知素子は、個々の温度検知素子
毎に応答精度のバラツキがあり、該バラツキを無視して
前記加熱手段の切換目標値を設定せんとすると、そのバ
ラツキに対応して被加熱体の温度制御範囲が不正確にな
る。

そしてこれらの不正確度合は従来は機能上無視し得る誤
差として特に問題としていなかったが、近年の電子写真
装置のように極力ウェイティング時間を小にする為又プ
リントスピードの高速化に伴ない加熱手段を大容量化し
た場合、該大容量化に比例して温度上昇（下降）勾配が
大になり、この結果前記不正確度合に比例して温度制御
域の上限及び下限の変動幅が一層増幅される事となり、
その変動は実用上無視し得ない程度に大になって来た。

この為前記検知素子のバラツキに対応して前記＋Ａ換目
標値を検知素子毎に個々に補正せんとしているが、この
事は製造工数の大幅増大につながり、実用的でない。

又加熱手段側や、被加熱体、更には温度検知素子の劣化
、交換、更にはマイナチェンジによる材質の変更等があ
った場合、これに対応して制御回路側でこれらの変化に
対応させて前記前記切換目標値を補正（変更）させる事
は不可部である。

一方前記加熱手段の通電又は切電後の余冷（余熱）によ
る被加熱体の温度上昇又は下降範囲は。

被加熱体周囲に存在する環境条件、言い替えれば機内環
境温度と被加熱体の温度差、気流、相対湿度等の環境条
件と、加熱手段及び被加熱体の加熱容量によっても左右
され、而も前記環境条件は気候条件及び朝昼夜間、更に
は機内の他の加熱体又は気流の流れ等により変動するも
のである為に、この為前記切換目標４６を例え精度よく
設定しても、加熱手段の通電又は切電後の余冷（余熱）
による被加熱体の温度上昇又は下降範囲又は設定範囲が
変動してしまう。

又被加熱体の機能上、前記所定温度域の下限値が厳しく
設定されている場合、前記変動を考慮して切換目標値を
設定せんとすると、その分前配所定温度域の振幅量、言
い変えれば所定温度域の上限値が不必要に大になり、消
費電力の増大、被加熱体の疲労増大につながる。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、制御すべき被加
熱体等や、該被加熱体の温度を検知する温度検知素子の
応答時間遅れ、各検知素子毎の応答精度のバラツキ等を
補正し、更には環境条件の変動等を吸収しつつ精度よく
且つ正確に所定温度域の温度制御を行い得る温度制御方
法を提供する事を目的とする。

又本発明は加熱手段側や、被加熱体、更には温度検知素
子の劣化、交換、更にはマイナチェンジによる材質の変
更等により熱容量や応答速度が変化した場合にも精度よ
く且つ経時的変化にも対応して安定的に前記切換目標値
を設定する事が出来る温度制御方法を提供する事を目的
とする。

「課題を解決する為の手段」 本発明の第１点は、所定の熱容量を有する被加熱体に吸
熱又は放熱されるエネルギー量が一定の場合でもその放
熱又は吸熱時間、更には所定時間当たりの温度上昇（下
降）幅は周囲温度やその周囲を流れる気流等によって変
動する。

従って前記放熱又は吸熱時間及び所定時間当たりの温度
上昇（下降）Ｉｌｇに対応して加熱手段の通電停止又は
通電開始時期を制御する事により、前記環境条件の変動
を吸収しつつ精度よく且つ正確に所定温度域の温度′制
御を行う事が出来る点に着目なされたものである。

又本発明は、前記被加熱体の制御下限温度と制御上限温
度との間の温度差（所定加熱温度域）が特段に大でない
ならば、前記加熱手段の通電又は切電動作切換後の加熱
手段と被加熱体の放熱及び吸熱がバランスするまでの温
度変化−時間曲線と、該バランスした位置より前記バラ
ンスするまでの時間に対応する温度変化−時間曲線は実
質的に対称である点に着目してなされたものである。

この場合、前記温度変化−時間曲線により求める温度幅
は、任意の二つの地点の温度差を求めて決定されるもの
である為に、各測定地点の温度を検知する温度検知素子
の応答時間遅れ、又各検知素子毎の応答精度のバラツキ
等を有する場合であっても、両側定温度の差分（相対温
度）を求める際に前記誤差が消去され、この結果これら
の検知素子側の誤差を吸収しつつ精度よく且つ正確に所
定温度域の温度制御を行う事が出来る点にも着目した。

又加熱手段側や、被加熱体、更には温度検知素子の劣化
、交換、更にはマイナチェンジによる材質の変更等によ
り熱容量や応答速度が変化した場合には、単に前記温度
幅間を上昇又は下降する時間のみが変わるだけで、前記
加熱手段の通電又は切電動作切換後の加熱手段と被加熱
体の放熱及び吸熱がバランスするまでの温度変化−時間
曲線と、該バランスした位置より前記バランスするまで
の時間に対応する温度変化−時間曲線は実質的に対称で
ある点に変わりがなく、従って前記部材の熱容量や応答
速度が変化した場合にも精度よ〈又該変化に対応して自
動的に前記切換目標値を設定する事が出来る。

本発明は上述した着目点に基づいて発明されたものであ
り、その特徴とする所を具体的に説明すると、 本発明は先ず、加熱手段の通電により被加熱体の加熱温
度が所定加熱温度域に到達後は、前記加熱手段の通電動
作及び切電動作の繰り返しにより前記被加熱体の加熱温
度を所定温度域に制御する温度制御方法に適用されるも
のである。

この状態において本発明における加熱制御動作を、被加
熱体の温度上昇工程時と、温度下降工程時に分けて第１
図に基づいて考えてみるに。

先ず加熱手段の通電開始後核加熱手段の放熱と被加熱体
の吸熱がバランスした地点（以下下限変異点ＬＰという
）より、前位の温度上昇工程時に求めた検出時間ＴａＯ
が経過するまでに上昇した温度上昇幅ＡＩを求める。

次に前記温度上昇工程時に、被加熱体４の検知温度先に
前記温度上昇幅Ａ１好ましくは［前記温度上昇１１１１
ＡＩ士補正値（ＥＯ）　］を加算した温度が制御目標上
限温度ＵＬに達した時点で、加熱手段１の通電を停止さ
せる。

そして該通電停止後被加熱体４の検知温度ｔが上昇工程
から熱バランスにより下降工程に変異するまでの時間を
検知し、該検知した検出時間↑ａｌを次位の温度上昇サ
イクルに用いる。

次に通電停止継続中において、被加熱体の上限変異点Ｕ
Ｐより、前位の温度下降工程時に求めた検出時間ＴｂＯ
が経過するまでに下降した温度下降幅Ｂｌを求める。

次に前記温度下降工程時に、被加熱体４の検知温度ｔに
前記温度上昇幅８１好ましくは［前記温度上昇幅Ａ１士
補正値（ＦＯ）　］を加算した温度が制御目標下限温度
ＬＬに達した時点で、加熱手段ｌの通電を開始させる。

そして該通電停止後被加熱体鴫の検知温度ｔが下降工程
から熱バランスにより上昇工程に変異するまでの時間を
検知し、該検知した検出時間Ｔｂｌを次位の温度下降サ
イクルに用いる。以下これを繰り返す。

尚、前記補正値ＥＯ〜、ＦＯ〜は、変異点ＵＰ、ＬＰと
制御目標温度ＵＬ、ＬＬとの間に温度誤差がある場合に
加味する数値であるが、この他に、定着器のように記録
紙挿通の都度熱負荷の変動がある場合には前記補正値Ｅ
Ｏ〜、ＦＯ〜を、前位、前々位又はそれ以前の変異点に
おける各温度差を荷重平均して誤差分として加味するよ
うに設定する事により該熱負荷の変動を慣らした適正の
切換目標値、即ち通電又は切電開始時期に制御する事が
出来る。

尚、本発明は、例えば実際に冷え切った時点の電源スイ
ツチ投入により所定の加熱温度まで加熱させる場合に生
じる、いわゆるオーバーシュート防止を行う場合にも使
用出来る。

この場合は、実際に冷え切った時点の電源スイツチ投入
により所定の加熱温度に到達するまでを一温度上昇すイ
、クルとみなし、次の又は前位の電源投入後の温度上昇
サイクルとの関係において、加熱手段の切電動作切換時
期を制御する事により前記オーバーシュートやアンダシ
ュートを軽減させる事が出来る。

尚前記時間はクロック周期に基づいてカウントされるカ
ウント手段のカウント値により検出さ゛れる場合が多い
が、この場合加熱手段に印加される電圧変動に対応させ
てカウント手段に送信するカウントクロック周期を可変
し、［（電圧変動）×（カウントクロック周期）］が一
定になるよう制御するよう構成するのがよい、従って前
記時間には厳密な意味での時間の他にこのようなりロッ
ク周期が変動するカウント値も含む事は当然である。

「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図乃至第４図はいずれも本発明の実施例に係る、電
子写真装置に用いる感光体の加熱制御装置を示し、第１
図は基本構成図、第２図はその制御回路図、第３図（ａ
）（ｂ）（ｃ）は温度制御動作を示すフローチャート図
、第４図はそのタイムチャート図である。

第１図において、　ｌは感光体４を加熱する加熱手段で
、例えば面ヒータを用い、該面ヒータを感光体４が支持
されるドラム部材の内周面側に配設してもよく、又棒状
ヒータを用い、該ヒータを感光体４周面上に対峙させて
配置させる事も出来る。

２はサーミスタその他の温度検知手段で、感光体４周面
に近接させて配置している。

３はマイクロコンピュータからなる制御回路で、比較器
３１．　ＯＡコンバータ３２、制御部３３、タイマーと
して機能するカウント手段３４．ソリッドステートリレ
ー３５．　ＡＣ／Ｄ（：＆電圧レベルコンバータ３６、
Ｖ／Ｆコンバータ３７．及び加減算回路３８からなる。

ＡＣ／ＤＣ＆電圧レベルコンバータ３６は、前記加熱手
段１両端の印加電圧をモニターし検知精度向上の為にそ
の電圧変動を極力抑制するとともに、該調整された印加
電圧を交直変換し、該電源電圧の変動電圧に対応する電
圧信号をＶ／Ｆコンバータ・３７に入力する。

Ｖ／Ｆコンバータ３７では前記電圧信号に基づいて、言
い変えれば加熱手段ｌに印加される電圧変動に対応させ
てカウント手段３４に送信するカウントクロック周期を
可変し、［（電圧変動）×（カウントクロック周期）］
が一定になるよう制御する。

カウント手段３４は、アップカウント手段３４ａとダウ
ンカウント手段３４ｈとを内蔵し、制御部３３からスタ
ート信号を入力する事によりＶ／Ｆコンバータ３７より
のクロック周期に基づいてストップ信号が入力されるま
で対応するカウント手段３４ａ。

３４ｂのカウントを継続するとともに、該ストップ信号
の入力によりそのカウント値を制御部３３に転送する。

加減算回路３８では、温度検知手段２よりの検知温度ｔ
に対応した電圧より制御部３３より得られた［温度上昇
（下降）輻（Ａ、Ｂ　）士補正値（Ｅ。

Ｆ）］に対応する電圧を加減算し、該加減算された切換
設定値を比較器３１側に被比較電圧として入力する。

比較器３１は、ＯＡコンバータ３２を介して制御部３３
より制御目標上限温度ＵＬと下限温度ＬＬに対応する各
比較基準電圧と、前記被比較電圧とを比較し比較基準電
圧より被比較電圧が低い時はオン出力を又、前者が高い
時はオフ出力をＭ制御部３３へ夫々転送可能に構成され
ている。　ソリッドステートリレー３５は、制御部３３
からの前記オン／オフ信号に基づいて、加熱手段１の通
電加熱制御を行う。

制御部３３はＣＰｕで構成され、予め決められた制御プ
ログラムに基づき、カウント手段３４ａ、　３４ｂへの
カウント開始ｌ停止指令、及び該カウント数値↑ａ、Ｔ
ｂの取込み、該カウント数値Ｔａ、Ｔｂに基づいて［温
度上昇（下降）幅（Ａ、Ｂ　）士補正値（Ｅ。

Ｆ）］の算出等の感光体４の各種加熱制御等を行う。

尚、図中５は電源スィッチ、６は加熱手段１の交流電源
である。

次にかかる回路図に基づく感光体４の加熱制御動作につ
いて第３図のフローチャート図及び第４図のタイムチャ
ート図に沿って説明する。

先ず、第３図（ａ）において、電源スイツチ５投入によ
り加熱手段ｌの通電が開始され（５ＴＥＰ１）該加熱手
段！の通電により感光体４の加熱温度が所定加熱温度域
に到達後（ＳＴＥＰ２　）は、後記する制御動作により
加熱手段ｌの通電停止及び通電開始を繰り返しながら感
光体４の加熱温度を制御目標上限温度υＬと下限温度Ｌ
Ｌに対応する所定温度域内に維持させる。　　（ＳＴＥ
Ｐ３　）その制御動作を加熱手段１の通電周期と切電周
期に分けて説明する。

第３図（ｂ）において、加熱手段ｌの切電継続により、
検知温度ｔに前位の温度下降サイクルで得た［温度下降
幅（８Ｇ）主補正値（ＦＯ）　］を減算した値が制御目
標下限温度ＬＬに達した後（ＳＴＥＰｌｌ）加熱手段ｌ
をオンして通電開始を行う（ＳＴＥＰ１２）とともに、
該通電開始時点よりアップカウント手段３４ａのカウン
トを開始しく５ＴＥＰ１３）　、前記被加熱体４の加熱
温度が下限変異点ＬＰＩに達するまで（ＳＴＥＰ１４）
　、言い変えれば温度検知素子２の検知温度ｔが上昇工
程に移行する時点で前記カウントアツプしく５ＴＥＰ１
５）　、該カウント値Ｔｂｌを次位の温度上昇サイクル
に用いる。

又、前記変異点ＬＰＩが制御目標下限温度ＬＬ又は前回
の変異点ＬＰＧの許容値以上の差がある時は補正値とし
て両者の温度差又はその荷重平均であるＦｌを設定しく
５ＴＥＰ１８）　、次位の下降制御サイクルにおける補
正値にＥｌ値を代入する。

そして前記前記被加熱体４の加熱温度が変異点ＬＰに達
した時点でアップカウント手段３４ａのカウント停止と
同時にダウンカウント手段３４ｂのカウントを開始しく
５ＴＥＰ１５）　、前位の温度上昇サイクルで得た上昇
レスポンスのカウント値ＴａＯに達するまでカウントを
行い、（ＳＴＥＰＩ？）該カウントアツプ時点までの、
変異点ＬＰよりの温度上昇幅（ＡＩ）を前記検知手段の
検知温度ｔに基づいて制御部３３側で算出する（ＳＴＥ
Ｐ１８）　。

次に前記温度上昇幅Ａ　　（Ａｔ）に前位の温度上昇サ
イクルで得た補正値（±ＥＯ）を加えた数値を加減算回
路３８に入力しく５ＴＥＰ１９）　、検知温度ｔに［温
度上昇Ｉｔ＠　（ＡＩ）主補正値（ＥＯ）　］を加算し
た値が制御目標上限温度ＵＬに達するまで通電を継続す
る。

次に第３図（Ｃ）において、前記加算温度が制御目標上
限温度ＵＬに到達後（ＳＴＥＰ２１）　、通電停止を行
う（５ＴＥＰ２２）とともに加減算回路３８に加算した
値をＯにし、更に該通電停止時点よりダウンカウント手
段３４ｂのカウントを開始しく５ＴＥＰ２３）、前記被
加熱体４の加熱温度が上限変異点ＵＰＩに達するまで、
言い変えれば温度検知素子２の検知温度ｔが下降工程に
移行するまで（ＳＴＥＰ２４）前記カウントを行い（Ｓ
ＴＥＰ２５）　、該カウント値↑ａ１を次位温度上昇サ
イクルに用いる。

又、前記変異点■ｐｔが制御目標上限温度υＬ又は前回
の変異点ＬＩＰ２の許容値α以上の差がある時は補正値
として両者の温度差又はその荷重平均であるＥｌを設定
しく５ＴＩＥＰ２Ｂ）　、次位の上昇制御サイクルにお
ける補正値にＢｌ値を代入する。

そして前記被加熱体４の加熱温度が上限変異点ＵＰｌに
達した時点でダウンカウント手段３４ｂのカウント停止
と同時にアップカウント手段３４ｂのカウントを開始し
く５ＴＥＰ２５）　、前位の温度下降サイクルで得た下
降レスポンスのカウント値Ｔｂｌに達するまでカウント
を行い（ＳＴＥＰ２７）　、該カウントアツプ時点にお
ける上限変異点ｕＰｌよりの温度下降幅（Ｂｌ）を前記
検知手段の検知温度ｔに基づいて制御部３３側で算出す
る（ＳＴＥＰ２８）　。

次に前記温度下降幅（８１）に前位の温度下降サイクル
で得た補正値（±Ｆｌ）を加えた数値を加減算回路３８
に入力しくＳＴ！Ｐ２９）　、検知温度上に［温度下降
幅（Ｂ１）主補正値（Ｆｌ）　］を減算した値が制御目
標下限温度ＬＬに達するまで通電を停止し、加減算回路
３８に減算した値を０にする。

以下前記動作を繰り返す事により本発明の効果が円滑に
達成される。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、被加熱体の温度を検知
する温度検知素子の応答時間遅れ、各検知素子毎の応答
精度のバラツキ等を補正し、更には環境条件の変動等を
吸収しつつ精度よく且つ正確に所定温度域の温度制御を
行う事が出来る。

又本発明によれば加熱手段側゛や、被加熱体、更には温
度検知素子の劣化、交換、更にはマイナチェンジによる
材質の変更等により熱容量や応答速度が変化した場合に
ものの熱容量や応答速度が変化した場合にも制御目標値
を維持する為に行う切換目標値を精度よ〈又該変化に対
応して自動的に設定する事が出来る。

又定着器のように記録紙挿通の都度熱負荷の変動がある
場合にも容易に対応出来る。

従って特に電子写真装置の感光体や定着器の加熱制御の
ように、環境条件の変動を吸収して精度よく加熱制御が
必要な装置、又加熱手段側や、被加熱体を適宜メインテ
ナンス交換の必要のある装置に適用した場合にその実用
的効果は極めて大である。

又本発明は前記温度上昇（下降）幅ＡＯ〜、ＢＯ〜や検
出時間Ｔａ、　Ｔｂ等が異常値を示した場合に、アラー
ムを鳴らすようにすれば熱暴走に対しても有効である。

又本発明は加熱制御に限定しているが、本請求項に記載
した加熱手段を能動手段、被加熱体を被能動手段に置き
変える事により加熱制御以外の通電により所定の物理的
出力が得られる他の物理的制御にも利用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はいずれも本発明の実施例に係る、電
子写真装置に用いる感光体の加熱制御装置を示し、第１
図は基本構成図、第２図はその制御回路因、第３図（ａ
）（ｂ）（ｃ）は温度制御動作を示すフローチャート図
、第４図はそのタイムチャート図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）加熱手段の通電／切電制御により被加熱体を所定加
   熱温度域に維持するようにした加熱温度制御方法におい
   て、前記加熱手段の通電又は切電動作切換後の加熱手段
   と被加熱体の放熱及び吸熱がバランスするまでの時間と
   、該バランスした時間に対応して加熱手段よりの被加熱
   体の吸熱又被加熱体自体の放熱により前記バランス地点
   より上昇又は下降した被加熱体の温度変動幅を繰り返し
   検出し、これらの検出値に基づいて加熱手段の通電又は
   切電動作切換時期を制御するようにした事を特徴とする
   加熱温度制御方法。