JPH01319082A - 定着装置の温度制御装置 - 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、複写機やレーザプリンタ等の電子写真装置に
おける定着装置のように、少なくとも熱によって用紙等
に画像の定着を行う定着装置の温度制御装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

複写機等の定着装置は、定着ローラの熱と圧力によって
用紙にトナー画像を定着する。そして、このように、少
なくとも熱によって定着を行う定着装置は、定着に通し
た温度を維持するために発熱体を制御する温度制御装置
を有している。

従来のこのような温度制御装置は、定着に適した温度又
は温度範囲を示す設定温度を定め、定着装置の温度とこ
の設定温度との比較に基づいて発熱体をＯＮ・ＯＦＦす
ることにより温度制御を行っていた。

また、例えば特公昭６２−９９０７号公報には、定着に
最適な温度を示す設定温度（適正温度ｔ２）を定め、サ
ーミスタによって検出したヒートローラの表面温度とこ
の設定温度との比較に基づき、ヒータに供給する交流電
源の位相制御を行うことにより温度制御を行う発明が記
載されている。

なお、この位相制御も電源のＯＮ・ＯＦＦを行うもので
あるが、前記ＯＮ・ＯＦＦ制御の場合のように検出温度
と設定温度との比較に基づきＯＮ・ＯＦＦを切り換える
のではなく、これらの比較に基づき交流電源をしゃ断す
る位相角を調整し無段階に電力制御を行うものなので、
より安定した温度制御を行うことができる。ただし、こ
の特公昭６２−９９０７号公報の特許請求の範囲に記載
された発明は、ヒータ温度が正常に上昇しない場合の異
常を検出することを目的としたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、定着装置は、定着を行う部分にある程度の熱
容量が必要となるので、発熱体との間に比較的大きな熱
伝導の遅れが生じる。そして、この実際に定着を行う部
分の温度を定着装置の温度として検出する必要があるの
で、温度制御装置のフィードバックループには、大きな
遅れ要素が加わることになる。

このため、従来の温度制御装置のように、予め定められ
た設定温度とそのときの定着装置の温度との比較のみに
よって温度制御を行っていたのでは、例えば定着装置の
立ち上げ時等に、−時的に設定温度を大きく超えるオー
バーシュートが発生するのを避けることはできない。こ
の事情は、ＯＮ・ＯＦＦ制御を行う場合に比べ程度の差
はあるものの、発熱体の交流電源を位相制御する場合も
同様である。

従って、従来の温度制御装置は、このオーバーシュート
時に高温異常を誤検出して装置が停止する場合があると
いう問題点を有していた。また、検出側の措置だけでこ
のような誤検出をなくすようにすると、オーバーシュー
ト時の高温により、定着装置の樹脂ローラやオフセット
防止用オイル等が変質したり、定着作用自身にも悪影響
を与えることになるという問題点が生じていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る定着装置の温度制御装置は、上記課題を解
決するために、定着装置の温度を検出し、これに基づい
て発熱体を制御することにより定着装置の温度制御を行
う温度制御装置において、検出された定着装置の温度に
基づき、この温度の変化の割合を計測する温度変化計測
手段と、この温度変化計測手段が計測した温度変化の割
合とそのときの定着装置の温度により、所定時間後の定
着装置の温度を予測する温度予測手段と、この温度予測
手段が予測した予測温度と設定温度との比較に基づき、
発熱体を制御する発熱体制御手段とを有することを特徴
としている。

〔作　用〕

まず、温度変化計測手段が、検出された定着装置の温度
に基づき、この温度の変化の割合を計測する。この温度
変化の割合は、例えば、前回の検出温度と今回の検出温
度との差を求め、これを前回と今回の時間間隔によって
除することにより計測することができる。このような場
合、通常は、一定時間ごとに定着装置の温度が検出され
、その度に温度変化の割合が計測される。また、定着装
置の温度を連続的に検出し、これを微分すること等によ
って、温度変化の割合を計測することもできる。

次に、温度予測手段が、この計測された温度変化の割合
とそのときの定着装置の温度により、所定時間後の定着
装置の温度を予測する。この所定時間後の定着装置の温
度は、例えば、温度変化の割合に所定時間を乗じ、これ
にそのときの定着装置の温度を加算すること′により予
測することができる。また、そのときの定着装置の温度
とこの温度変化の割合とから、定着装置の温度変化曲線
を予想し、これに基づいて所定時間後の温度を予測する
等のような方法を用いることもできる。なお、所定時間
は、発熱体と定着装置の温度検出部との間における熱伝
導の遅れの実測値等に基づき、適当な値を定める。また
、温度が上昇している場合と下降している場合等のよう
に、そのときの状態に応じてそれぞれ異なる所定温度を
定めることもできる。

そして、発熱体制御手段が、この予測した予測温度と設
定温度との比較に基づき発熱体を制御する。発熱体の制
御は、例えば、予測温度が設定温度を超えた場合に発熱
体をＯＦＦとし、また、予測温度が設定温度より低くな
った場合に発熱体をＯＮとするように行う。また、予測
温度と設定温度との差に基づきヒータ等の発熱体の交流
電源を位相制御するようにしてもよい。なお、設定温度
は、定着装置による定着が最適となるような温度に設定
する。ただし、定着装置の温度検出部と実際に定着が行
われる部分とで温度に差が生じる場合があるので、設定
温度を定める際にはこの差を考慮する必要がある。

以上のようにして発熱体の温度制御を行う結果、定着装
置の温度が設定温度に近づくと、この温度変化の割合に
応じて事前に発熱体を温度変化の抑制方向に制御するこ
とができる。このため、例えば装置の立ち上げ時等のよ
うに急激に温度が上昇する場合には、検出温度がまだ設
定温度より十分に低いうちに発熱体の発熱を抑制するよ
うに制御するので、大きなオーバーシュートが発生する
のを防止することができる。また、温度変化の割合が緩
やかな場合には、それに応じた緩やかな制御を行うので
、温度変化の少ない恒温状態を保つことができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図乃至第４図に基づいて説明す
れば、以下の通りである。

定着装置は、第２図に示すように、上定着ローラｌと下
定着ローラ２とで構成されている。上定着ローラｌは、
内部にヒータランプ３が装着された駆動ローラである。

また、下定着ローラ２は、この上定着ローラ１に下方よ
り圧接される従動ローラである。上定着ローラ１の上半
分は、定着カバー４によって覆われている。そして、こ
の定着カバー４の内側には、サーミスタ５が配置され、
これを上定着ローラ１の周面上端部に圧接している。

上記構成の定着装置は、上定着ローラ１の回転駆動に伴
って下定着ローラ２が従動回転する。また、上定着ロー
ラ１は、内部のヒータランプ３によって加熱される。そ
して、この上定着ローラ１の表面温度は、サーミスタ５
によって検出される。

この定着装置に用紙Ａが送り込まれると、この用紙Ａが
上定着ローラ１と下定着ローラ２との間に挟み込まれ、
上定着ローラ１の回転駆動に伴って排出される。この際
、用紙Ａ上に転写されていたトナーＢは、上定着ローラ
１からの熱により溶融され、下定着ローラ２からの押圧
により用紙Ａ上に定着される。

上記定着装置の温度制御装置は、第３図に示すように、
マイクロコンピュータによって構成されている。定着装
置におけるヒータランプ３は、このマイクロコンピュー
タのＩ１０インターフェース１１に接続されている。ま
た、サーミスタ５は、抵抗−電圧変換回路１２を介して
このマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換器１３に接続さ
れている。これらＩ１０インターフェース１１及びＡ／
Ｄ変換器１３は、アドレスバス１４及びデータバス１５
を介してＣＰＵ１６に接続されている。このＣＰＵ１６
には、本実施例の温度制御のためのプログラムや定数を
格納したＲＯＭ１７、及び、プログラム上の変数や作業
用の記憶領域を提供するＲＡＭ１８が、同じアドレスバ
ス１４及びデータバス１５を介して接続されている。な
お、このｒｉ！ＡＭ１８には、バックアップ用の電池１
９が接続されている。

上記温度制御装置は、ＲＯＭ１７に格納されたプログラ
ムに従って、ＣＰＵ１６がサーミスタ５での検出温度を
入力し、これに基づいてヒータランプ３を制御する。

この温度制御装置の具体的な動作を第１図のフローチャ
ートに基づいて説明する。

装置の電源がＯＮされると、まずステップ（以下、「Ｓ
」という）１において、サーミスタ５の検出温度を取り
込み、この値をＲＡＭ１８上に領域設定した変数Ｔ１に
代入する。そして、この変数Ｔ１の示す温度とＲＯＭ１
７上に格納された定数１７０とを比較する（Ｓ２）。こ
の定数１７０は、最適な定着を行うための設定温度１７
０℃を示す。なお、変数Ｔ、の温度が既に１７０℃より
高くなっている場合については、後に説明する。

ここで、変数Ｔ１の温度が１７０℃以下の場合には、ヒ
ータランプ３をＯＮにして（Ｓ３）、上定着ローラｌの
加熱を行い、２００　ｍａの経過を待つ（Ｓ４）。２０
０　ｍｓが経過すると、再びサーミスタ５の検出温度を
取り込み、ＲＡＭ１８上に領域設定した別の変Ｄ’ｒ２
に代入する（Ｓ５）。そして、これら変数Ｔ１　・Ｔ２
及び定数に１に基づき、下記＋１１弐の判定を行う（Ｓ
６）。

（Ｔｚ　　ＴＩ　）ＸＫＩ　＋ＴＺ≧１７０　・・・（
１１ここで、変数Ｔ、の値は、２００肥前の検出温度を
示し１、変数Ｔ２の値は、現在の検出温度を示す。こ（
Ｄため、（Ｔ２−ＴＩ　）は、２００ｍａ間における検
出温度の変化の割合を示す。また、定数に１は、温度上
昇時における所定時間を示す定数である。そして、具体
的には、ヒータランプ３をＯＮからＯＦＦに切り換えた
場合に、その変化が上定着ローラｌの表面に伝わるまで
の遅延時間を２゜Ｑ　ｍａで除した値であり、予め実験
等によって最適値を定めておいたものである。従って、
前記（Ｔ　ｔＴ＋）にこの定数に１を乗じると、検出温
度が所定時間に変化する割合が求められ、これに現在の
検出温度を示す変数Ｔ２を加えると、所定時間後の予測
温度が得られる。そして、Ｓ６では、こ′の予測温度と
定数１７０℃とを比較している。

予測温度が１７０℃より低い場合には、変数Ｔ。

に変数Ｔ２の値を代入した上で（Ｓ７）、Ｓ４に戻る。

即ち、２００　ｍａごとに所定時間後の予測温度を演算
し、この予測温度が１７０℃以上となるまで８４〜Ｓ７
の処理を繰り返す。

予測温度力月７０℃以上になった場合には、ヒータラン
プ３をＯＦＦにして（Ｓ８）、上定着ローラｌの加熱を
停止する。ただし、上定着ローラｌの表面温度は、熱伝
導の遅れにより、その後しばらく上昇を続ける。しかし
ながら、それまでの温度上昇が急激であればあるほど、
上記（１）式における（Ｔｚ　−ＴＩ　）ＸＫＩ　の値
が大きくなり、設定温度よりも十分に低い温度のうちに
ヒータランプ３がＯＦＦされるので、この上定着ローラ
１の表面温度が設定温度をわずかに超える頃には、温度
上昇が止まり下降を始めるようになる。

ヒータランプ３をＯＦＦにすると、変数Ｔ１にＴｗの値
を代入してから（３９）、再び２００　ｎａの経過を待
つ（ＳＩＯ）。また、前記Ｓ２において、変数Ｔ１の温
度が既に１７０°Ｃより高（なっていた場合には、直接
このＳＩＯの処理に移行する。

２００兆が経過すると、再度サーミスタ５の検出温度を
取り込み、変数Ｔ２に代入する（Ｓ１１）。そして、変
数Ｔ１　・Ｔ２及び定数に２に基づき、下記（２）式の
判定を行う（Ｓ１２）。

（Ｔｚ　−ＴＩ　’）　ＸＫＺ　＋ＴＺ　＜　１７０　
　・・・（２）ここで、定数に２は、温度下降時におけ
る所定時間を示す定数である。そして、具体的には、ヒ
ータランプ３をＯＦＦからＯＮに切り換えた場合に、そ
の変化が上定着ローラｌの表面に伝わるまでの遅延時間
を２００　ｍｓで除した値であり、定数Ｋ。

と同様に予め実験等によって最適値を定めておいたもの
である。従って、（２）式の左辺は、温度下降時におけ
る所定時間後の予測温度を示す。そして、Ｓ１２では、
この予測温度と定数１７０°Ｃとを比較している。

予測温度が１７０℃以上の場合には、変数Ｔ１に変数Ｔ
２の値を代入した上で（Ｓ１３）、ＳｔＯに戻る。即ち
、２００　ｎａｓごとに所定時間後の予測温度を演算し
、この予測温度が１７０℃未満となるまでＳＩＯ〜３１
３の処理を繰り返す。

また、予測温度が１７０℃より低くなった場合には、変
数Ｔ１に変数Ｔ２の値を代入した上で（３１４）、Ｓ３
に戻り、ヒータランプ３をＯＮすると共に前述３４〜Ｓ
７の処理を繰り返す。

この結果、定着装置の温度、即ち上定着ローラ１の表面
温度を設定温度付近のほぼ一定の温度に保つことができ
る。

上記温度制御装置の温度制御による検出温度の変化を従
来のものと比較して第４図に示す。

従来の温度制御装置では、検出温度が設定温度に達して
からヒータランプ３のＯＮ・ＯＦＦ切り換えが行われて
いたので、装置立ち上げ時のオーバーシュートが太き（
なり、その後も、設定温度の前後で温度が大きく変化す
る。

これに対して、本実施例では、検出温度が設定温度に達
する前に、ヒータランプ３のＯＮ−ＯＦＦ切り換えを行
うことができるので、装置立ち上げ時のオーバーシュー
トを抑制し、その後も、温度を設定温度の前後僅かな範
囲内に納めることができる。

なお、第４図には、本実施例の検出温度と共にヒータラ
ンプ３の温度と定着部の温度も示している。このヒータ
ランプ３の温度と検出温度との比較から明らかなように
、上定着ローラ１表面での検出温度は、発熱体であるヒ
ータランプ３の温度に対して熱伝導のための時間遅れを
有している。

また、上定着ローラｌの下端部である定着部では、下定
着ローラ２等に熱を奪われるので、上端部で検出される
検出温度よりも温度が低くなっている。そして、実際に
定着時にトナーＢが受ける温度は、この定着部の温度な
ので、ここでの設定温度は、最適な定着温度よりも若干
高めの温度に設定している。

〔発明の効果〕

本発明に係る定着装置の温度制御装置は、以上のように
、定着装置の温度を検出し、これに基づいて発熱体を制
御することにより定着装置の温度制御を行う温度制御装
置において、検出された定着装置の温度に基づき、この
温度の変化の割合を計測する温度変化計測手段と、この
温度変化計測手段が計測した温度変化の割合とそのとき
の定着装置の温度により、所定時間後の定着装置の温度
を予測する温度予測手段と、この温度予測手段が予測し
た予測温度と設定温度との比較に基づき、発熱体を制御
する発熱体制御手段とを有する構成をなしている。

これにより、所定時間後の定着装置の温度を予測して発
熱体を事前に制御することができるので、例えば立ち上
げ時等におけるオーバーシュートを抑制することができ
る。

従って、本発明の温度制御装置は、オーバーシュート時
に高温異常の誤検出が発生するのを防止できるという効
果を奏する。また、定着装置を必要以上の高温に曝すこ
とがないので、装置の長寿命化に貢献することができる
という効果も併せて奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、第１図は温度制御装置のフローチャート、第２図は
定着装置の模式縦断面図、第３図は温度制御装置の構成
を示すブロック図、第４図は実施例と従来例とにおける
定着装置の温度変化を示す図である。 １は上定着ローラ、２は下定着ローラ、３はヒータラン
プ（発熱体）、５はサーミスタである。 特許出願人　　　　　シャープ　株式会社第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、定着装置の温度を検出し、これに基づいて発熱体を
   制御することにより定着装置の温度制御を行う温度制御
   装置において、 検出された定着装置の温度に基づき、この温度の変化の
   割合を計測する温度変化計測手段と、この温度変化計測
   手段が計測した温度変化の割合とそのときの定着装置の
   温度により、所定時間後の定着装置の温度を予測する温
   度予測手段と、この温度予測手段が予測した予測温度と
   設定温度との比較に基づき、発熱体を制御する発熱体制
   御手段とを有することを特徴とする定着装置の温度制御
   装置。