JPH0218589A - 被加熱体の温度制御方法 - 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、通電制御可能な発熱体を介して加熱制御され
る被加熱体の温度制御方法及びその装置に係り、特に少
なくとも熱負荷動作時における加熱目標値の維持を比例
制御にて行う被加熱体の温度制御方法及びその装置に関
する。

ここで比例制御方式とは、被加熱体の温度情報に基づい
て発熱体の給電非給電の比率を連続的に変化させながら
被加熱体の加熱制御を行う制御方式を言い、いわゆるパ
ルス幅変調方式と周波数変調方式のいずれも含む。

「従来の技術」 従来より熱ローラ定着装置の温度制御装置においては、
定着ローラの定着目標温度を基準として発熱体を０Ｎ１
０ＦＦ　Ｌ、ながら加熱制御を行ういわゆる０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御方式を採用していたが、かかる制御方式は−の温
度地点を基準として発熱体の給電非給電を交互に行う構
成の為に、立ち上がり速度が早いという長所は有するも
、オーバシュートや温度リップルが大きくなるという問
題を有す。

一方かかる欠点を解消する為に、被加熱体の温度情報に
基づいて、発熱体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、即ちより具体的には発熱体の
通電制御を行うパルス信号のパルス幅又はパルス周波数
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、かかる制御方式にお
いては前記と逆に立ち上がり速度が遅くなるとともに、
定着動作開始当初において、未定着トナー像を担持する
シート体よりの奪熱により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。

かかる欠点、特に前記定着動作時における比例制御の欠
点を解消する為に１例えば特開昭５９２３１５７３号に
おいては温度立ち上がり時、定着ローラが定着目標温度
に到達するまでは比例制御を行いつつも、定着動作時は
０Ｎ−ＯＦＦ制御により定着ローラの加熱制御を行うよ
うにした制御方式を提案している。

又かかる従来技術においては、定着動作時に０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御を行う為に温度リップルが生じ易い事に鑑み、定
着動作時に０Ｎ−ＯＦＦ制御を行いつつも、その０Ｎ−
ＯＦＦ切換温度を定着目標温度より若干低めに設定した
制御方式も提案されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記両従来技術のように、０Ｎ−ＯＦＦ制
御方式と比例制御方式を組み合わせる方式では当然の如
く、回路構成及び制御動作が複雑化するとともに、而も
前記従来技術はいずれも、定着ローラが定着目標温度に
到達するまでの温度立ち上がり時に比例制御方式を採用
している為に、定着動作開始直後に発生する前記アンダ
ーシュートや定着不良の問題については何隻解決されて
いない。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、複数の制御方式
を採用する事なく、−の制御方式具体的には比例制御方
式のみで前記した各種欠点を解消し得る温度制御方法を
提供する事を目的とする。

又本発明の他の目的とする所は、゛比例制御方式を採用
するも、該制御方式の大きな欠点である定着動作開始直
後の定着パワー不足に起因するアンダーシュートや定着
不良を完全に解消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」 例えば前記熱定着装置において、従来の特に比例制御方
式を採用する装置においては、定着動作開始指令があっ
た際に定着ローラを定着目標温度に移行させた後定着動
作を開始させる訳であるが、かかる立ち上げ方式におい
ては、前記定着ローラのみが定着目標温度に到達したの
みで、他の、例えば加圧ローラや又温度検出手段により
検知される部位（一般にローラ表面温度）より温度伝搬
の遅い部位（例えば軸受等の支持部材）が前記定着目標
温度にまで移行し゛てぃない内に、定着動作が開始され
る為に、定着動作開始直後においては定着ローラの表面
温度は未定着トナー像を担持したシートに加えて前記加
圧ローラや支持部材よりの奪熱により急激に温度低下が
生じ、而も該温度低下を検知する温度検出手段も一定の
熱容量を持っている為に、前記温度低下をすみやかに検
知出来ず、この為前記検知手段の応答遅れと比例制御自
体の固有の欠点である温度立上げ速度が遅いとの両者の
理由により、前記温度低下が一層且つ急激に進み、定着
下限温度以下まで容易に低下し、前記した定着不良その
他の問題が発生するのである。

Ａ、そこで請求項１）に記載した第１発明は、■前記被
加熱体を先ず加熱目標温度より高い第１の温度にまで立
上げ少なくとも該立上げ途中の加熱目標温度到達後にお
いて熱負荷動作を開始させる車により、前記立上げ時の
定着パワー不足を解消させた事を第１の特徴とするもの
である。

この場合において、前記検知手段には応答遅れがあり、
而も該応答遅れによる誤差は加熱初期と検知目標温度間
の検知温度差が大きくなればなる程大きくなり、従って
前記第１の温度を定着パワー不足にならない程度の温度
にまで高めに設定しようとすると、結局の所、前記応答
遅れに起因するオーバシュートにより定着ローラ表面に
被覆させたシリコンゴム等の耐熱性の弱い部材が熱劣化
してしまうという問題を生じる。

■そこで本発明の第２の特徴とする所は、前記応答遅れ
に起因するオーバシュートを有効に利用して第１の温度
を加熱目標温度より僅かに高い具体的には１０°Ｃ前後
高い温度に設定し該第１の温度にまで立上げた後強制的
に発熱体の給電を遮断させるとともに、該温度立上げを
、連続加熱又は比例制御により立上げるにしてもオーバ
シュートを生じせしめ、そのオーバシュートによる余熱
を利用して定着動作開始直後における奪熱の為の熱容量
を貯える点にある。

■そし゛て更に前記オーバシュートのみでは、定着動作
開始直後における奪熱の熱容量が不足している為に、前
記被加熱体が加熱目標温度到達後ではなく再度第１の温
度にまで復帰した時点で前もって発熱体の給電を再開さ
せ、前記熱容量不足を補償する第２の手段としたもので
ある。

これにより前記第１の温度を耐熱性の弱い部材が熱劣化
を生じない程度の、制御目標温度より僅かに大なる温度
に設定した場合においても、比例制御方式を採用した場
合に起因する熱容量不足に起因する定着不良等の問題点
を解決し、円滑に定着動作を行う事が出来る。

■従ってかかる作用効果が円滑に達成されるには、少な
くとも該立上げ途中の加熱目標温度到達後再度第１の温
度にまで復帰するまでの間に熱負荷動作を開始させる必
要がある。

Ｂ、尚前記第１の温度を加熱目標温度より僅かに高い温
度に設定した事は、該温度を利用して定着動作時に於け
る熱暴走の歯止めとして使用する事が可能になるもので
あり、請求項３）に記載した発明は、かかる点に着目し
たものである。

即ち定着ローラ内に組込まれたヒータの加熱制御を行う
ソリッドステートリレーの故障や温度制御回路の誤作動
により、熱暴走が生しる場合があり、かかる熱暴走が生
じた場合は速やかにヒータへの通電を遮断させ、異常の
有無を検知する場合がある。

このような場合に前記第１の温度と別個に第２の温度を
設ける事は回路構成が煩雑化し得策でない。

そこで請求項３）に記載した発明は、前記定着動作中に
定着ローラの温度が、第１の温度にまで」二昇した際に
ヒータの給電を強制的に遮断させるとともに、異常の有
無の判定を行う事を特徴とするものである。

かかる発明によれば、第１の温度の設定とその強制遮断
を定着動作開始初期における問題と定着動作中における
問題の両者に共用して使用した為に、回路構成が単純化
するとともに、 特に温度検知手段、支持部材及び加圧ローラ等の熱容量
による応答遅れは、立上げ時の制御温度差が大きい時に
は大きくなり、又定着動作中のように制御温度差が小さ
い時には実際の温度と温度検知手段で検知される温度差
は小さい為に、その設定温度を共用化した場合でも制御
温度差の違いにより実質的に二つの上限設定温度を設け
たのと同様の効果を得る事が出来、例えば立上げ時にお
いては前記第１の温度より実質的に高い温度にて強制遮
断が可能となり、これにより初期定着時のパワー不足を
円滑に解消し安定な定着性を維持し得るとともに、定着
動作時においては前記第１の温度と実質的に同等レベル
で強制遮断が可能である為に定着動作時の熱暴走や定着
動作終了時の過温度を速やか且つ確実に防止する事が可
能となる。

Ｃ９請求項４）に記載した発明は、前記発明を円滑に達
成する為の装置に関するもので、前記加熱目標温度より
僅かに高い第１の温度を設定する手段と、定着動作開始
時に定着ローラを前記第１の温度まで立ち上げる手段と
、前記第１の温度と定着ローラの温度情報を比較し、該
温度情報が第１の温度以上になった際に強制的に発熱体
の給電を遮断し、又第１の温度以下になった際に前記比
例制御に基づく給電を再開させる手段を有する事を特徴
とするものである。

尚前記いずれの実施例も、理解の容易化を図る為に例示
的に加熱定着装置に適用した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されるものではなく、熱
負萄動作を有する加熱装置全てに適用可能である。

「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図は本発明の実施例に係る加熱定着装置の回路構成
を示す概略ブロック図で、その構成を簡単に説明すると
、ｌは互いに同期して回転する加圧ローラ１ｂと、ヒー
タＩＣを内包した定着ローラｌａからなる加熱定着器で
、定着ローラ１ａの表面に温度検知手段２が近接配置さ
れている。

温度検知手段２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ｌａの表面温度に対応する検知電圧としてパルス巾
変調回路３側に出力可能に構成している。

４は「しきい個発生回路」で、非定着動作時におけるウ
ェイト用温度Ｔｂ、比例制御を開始する下７限基準温度
Ｔｏ、最適な定着を実現する定着目標温度Ｔａに対応す
る各基準電圧を設定し、制御回路よりの指令に基づいて
これらの基準電圧をパルス巾変調回路３に送信する。

５は前記定着目標温度Ｔａより僅かに高い第１の温度Ｔ
１に対応する定電圧を発生させる定電圧発生回路５で、
該定電圧をパルス巾変調回路３と比較器等の判定回路８
に送信する。

判定回路８は前記第１の温度Ｔ１に対応する定電圧ＴＩ
’　と温度検知手段よりの検知電圧Ｓ°（定着ローラの
検知温度Ｓ）を比較し、検知電圧Ｓ゛が定電圧Ｔｌ’以
上になった際に所定の出力信号を送信するもので、該信
号はインバータフにより反転されてアンドゲート８に入
力されている。従ってアンドゲート８は検知電圧Ｓ°が
定電圧Ｔ１′以下の場合にパルス巾変調回路３よりの信
号を制御回路６側に送信し、定電圧τ１°以上の場合に
該送信を遮断する事が可能となる。

パルス巾変調回路３は、温度検知手段２よりの検知電圧
Ｓ゛と前記「しきい個発生回路４」及び定電圧発生回路
５より送信される各基準電圧に基づいて、ヒータの通電
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、その具体的な制御動作は
後記作用の説明と併せて詳説する。

制御回路６はマイクロコンピュータで構成され、前記パ
ルス巾変調回路３よりの制御信号に基づいて生成される
ヒーターオン／オフ信号をソリッドステートリレーＳＳ
Ｒに出力し、該リレーＳＳＲによりヒータｌｃへ電力を
供給する交流電源ｌＯのオン／オフ制御を行うとともに
、所定のプログラム動作に基づいて後記作用を営む。

１１は熱暴走の場合の異常を知らせるアラーム発生回路
である。

尚、前記実施例においては、アンドゲート８を用いてパ
ルス巾変調回路３よりの信号を制御回路６側に送信／遮
断を行うように構成したが、これのみに限定されるもの
ではなく、前記判定回路８よりの信号に基づいて検知電
圧Ｓ°が定電圧Ｔ１°以上になった際に、パルス巾変調
回路３を強制的にリセットし作動させない様にする事も
出来、又リセット入力３ａを持つパルス巾変調回路３を
設け、前記判定回路９よりの信号に基づいて温度検知手
段２からの信号をリセット入力端子に転送するように構
成する事も可能である。

次に本実施例の作用を説明する訳であるが、その詳細は
前記「課題を解決する為の手段」の項で詳細に説明した
為に簡単に説明する。

先ず、定着動作開始指令があった際に、定着ローラｌａ
の検知温度Ｓがウェイト用温度Ｔｂ又は常温のいずれも
下限基準温度ＴＯ以下の場合（ＳＴＥＰＩ　）に、制御
回路６よりの指令に基づいてパルス巾変調回路３の制御
目標値を第１の温度Ｔ、に設定した後（ＳＴＥＰ２　）
　、前記下限基準温度Ｔｏに至るまではオン信号を連続
して制御回路６側に送信しヒータの連続加熱を行い（Ｓ
ＴＥＰ３　）、そして該検知温度Ｓが下限基準温度Ｔｏ
に到達後（ＳＴＥＰ４　）　、第１の温度と検知温度Ｓ
の差に比例してパルス幅を可変させ、言い換えれば第１
の温度に近づくに連れそのオン幅を比例的に低減させな
がら比例制御に基づいてヒータの加熱制御を行う。（Ｓ
ＴＥＰ５　）　　（尚、ジャムによる中断のように定着
ローラ１ａの表面温度が下限基準温度Ｔｏ以上の場合（
５ＴＥＰ４０）には所定の比例制御に基づく温度制御（
ＳＴＥＰ４１）を行いながら検知温度Ｓが目標温度Ｔａ
に到達後（ＳＴＥＰ４２）定着動作を行（ＳＴＥＰ４３
）い、５ＴＥＰＩＯに飛ぶ。） この際前記温度検出手段は検知遅れがある為に、実際の
表面温度が第１の温度Ｔ１より僅かに高い所に到達する
まで加熱が行われる事になる。

そして前記到達後、反転された判定回路８の出力信号に
基づいてアントゲ−）８を閉じパルスｌ】変調回路３よ
りの信号を制御回路６側に送信するのを遮断する（ＳＴ
ＥＰ８　）とともに、制御回路６よりの指令に基づいて
パルス巾変調回路３の制御目標値を定着目標温度Ｔａに
復帰（ＳＴＥＰ７　）させ、後記する円滑な定着動作が
可能な状態に設定する。

そして前記遮断とともに、定着動作が開始され（ＳＴＥ
Ｐ８　）　、立上げ途中の定着ローラ１ａの熱伝搬の遅
延によりオーバシュートしている表面温度が、シートや
加圧ローラ等により奪熱されて放物線上に低下し、そし
て再度検知電圧Ｓ′が第１の温度にまで低下した時点（
ＳＴＥＰ９　）で判定回路８の出力信号が元の状態に再
反転してアンドゲート８を開き、パルスＩＪ変調回路３
よりの信号を制御回路６側に送信可能にし、これにより
比例制御に基づくヒータの加熱制御が開始され（ＳＴＥ
ＰＩＯ）　、定着動作中検知温度Ｓを定着目標温度Ｔａ
に維持させる。（ＳＴＥＰＩＩ） そしてこの間に熱暴走等の理由により前記検知温度が第
１の温度Ｔ１以上になった場合は（５ＴＥＰ１２）、先
ず判定回路９の出力信号に基づいてアンドゲート８を閉
じパルス巾変調回路３よりの信号を制御回路６側に送信
するのを遮断（ＳＴＥＰＩ３）するとともに、例えば定
着動作終了による正常範囲内での温度上昇か又熱暴走に
よる異常かどうか判断し、（ＳＴＥＰＩ４）異常の場合
はアラームを鳴動させて前記定着動作を中断する。（Ｓ
ＴＥＰＩ５）又定着動作終了による熱負荷軽減による温
度上昇の場合は、そのまま制御目標値をウェイト用温度
Ｔｂに切り替えて公知のウェイト用比例制御を行う。（
ＳＴＥＰｌＢ） そして定着動作が終了していない場合は５ＴＥＰＩＯに
戻り以下繰り返す。（ＳＴＥＰＩ７）「発明の効果」 以上記載した如く、請求項１）に記載した発明を例えば
加熱定着装置に適用した場合において、比例制御方式を
採用した場合に生じる立上げ時の定着パワー不足を解消
させ定着動作開始初期におけるアンダーシュートによる
定着不良を防止する事が出来るとともに、該立上げが定
着目標温度より僅かに高い程度の温度で十分定着パワー
が得られるようにし、これにより無用に立上げ時の温度
を大にするのを防止し、シリコンゴム等の耐熱性の弱い
部材の熱劣化の恐れを解消する。

又本発明はオン／オフ制御方式を組み合わせる必要がな
い為に、回路構成が簡単化し且つ制御動作の誤作動等も
軽減させる事が出来る。

又請求項３）に記載した発明は、前記第１の温度を加熱
目標温度より僅かに高い温度に設定した為に、該温度を
利用して定着動作時に於ける熱暴走の歯止めとして使用
し異常温度の検知をも可能にしたものである。

かかる発明によれば、前記請求項１）に記載した効果と
ともに、第１の温度と別個に異常検知用の第２の温度を
設ける必要がない為に、回路構成が一層単純化するとい
う効果を併せ有す。

特に温度検知手段、支持部材及び加圧ローラ等の熱容量
による応答遅れは、立上げ時の制御温度差が大きい時に
は大きくなり、又定着動作中のように制御温度差が小さ
い時には実際の温度と温度検知手段で検知される温度差
は小さい為に、その設定温度を共用化した場合でも制御
温度差の違いにより実質的に二つの上限設定温度を設け
たのと同様の効果を得る事が出来、その実用的価値は極
めて大である。

更に請求項０に記載した発明によれば、簡単な構成で前
記発明を円滑に達成する為の装置を得る事が出来るので
その汎用性は極めて高い。

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図はその動作手順
を示すフローチャート図、第３図はその温度変化を示す
グラフ図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも熱負荷動作時における加熱目標値の維持
   を比例制御にて行う被加熱体の温度制御方法において、
   被加熱体を先ず加熱目標温度より高い第１の温度にまで
   立上げた後強制的に発熱体の給電を遮断させるとともに
   、少なくとも該立上げ途中の加熱目標温度到達後におい
   て熱負荷動作を開始させ、その後、該被加熱体が再度第
   １の温度にまで復帰した時点で前記発熱体の給電を再開
   させ、所定の熱負荷動作を継続させながら前記比例制御
   動作を行う事を特徴とする被加熱体の温度制御方法 ２）第１の温度にまでの立上げが、連続加熱又は比例制
   御により加熱される事を特徴とする請求項１）記載の被
   加熱体の温度制御方法 ３）少なくとも熱負荷動作時における加熱目標値の維持
   を比例制御にて行う被加熱体の温度制御方法において、
   被加熱体を先ず加熱目標温度より高い第１の温度にまで
   立上げた後強制的に発熱体の給電を遮断させるとともに
   、少なくとも該立上げ途中の加熱目標温度到達後におい
   て熱負荷動作を開始させ、その後、該被加熱体が再度第
   １の温度にまで復帰した時点で前記発熱体の給電を再開
   させ、比例制御動作により所定の熱負荷動作を継続する
   とともに、該熱負荷動作中に被加熱体の温度が、第１の
   温度にまで上昇した際に強制的に発熱体の給電を遮断さ
   せるとともに、異常の有無の判定を行う事を特徴とする
   被加熱体の温度制御方法 ４）被加熱体の温度情報に基づいて発熱体の給電非給電
   の比率を連続的に変化させる比例制御回路を含む温度制
   御装置において、被加熱体の加熱目標温度より僅かに高
   い第１の温度を設定する手段と、熱負荷動作開始時に被
   加熱体を前記第１の温度まで立ち上げる手段と、前記第
   １の温度と被加熱体の温度情報を比較し、該温度情報が
   第１の温度以上になった際に強制的に発熱体の給電を遮
   断し、又第１の温度以下になった際に前記比例制御に基
   ずく給電を再開させる手段とからなる事を特徴とする温
   度制御装置