JPH0334284A - 被加熱体の温度制御装置 - 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、プリンタその他の電子写真装置等に
用いる熱定着器その他の被加熱体の温度制御装置に係り
、特にヒータの全通電加熱により被加熱体を第１の基準
温度まで立ち上げた後、比例制御により第２の基準温度
へ移行及びその温度維持を図るようにした被加熱体の温
度制御ｌ装置に関する。

「従来の技術」 従来より電子写真装置等に用いる例えばローラ型熱定着
器の温度制御は、一般に定着ａ−ラの定着目標温度（第
２の基準温度）を挟んでヒータの給電非給電を交互に行
いながら温度制御を行ういわゆる０Ｎ−ＯＦＦ制御方式
と５　ヒータの通電制御を行うパルス信号のパルス幅又
はパルス密度を定着目標温度に近づくにつれ比例的に変
化させる。いわゆる比例制御方式（実公昭５３−５０４
４２号、特公昭８１−１７５２号等）が存在するが、前
者においては孜上げ速度は早いがオーバシュートやアン
ダーシュートが大きく、又後者の場合には制御１ｊ標値
の温度維持が容易であるが立上げ速度が遅いというデメ
リットを右する。

この為従来よりヒータの全通電加熱により熱定着器を比
例開始点（第１の基準温度）まで立ち上げた後、比例制
御により熱平衡を取りながら制御目標値への移行と維持
を図る制御方式が採用されている（特開昭５８−４２０
７９号他）が１かかる制御方式を採用しても近年のよう
に装置全体の小型化に対応させて定着ローラ対の小径化
と薄肉化を図るに連れ、定着ローラ対自体の蓄積熱容量
が低下し、この為僅かな熱平衡のくずれ１例えばヒータ
側の電圧変化や奪熱側の紙厚変化を鋭敏にキャッチし制
御温度が大きく変動してしまう場合がある。

更に近年のように、プリント速度の高速化が進むに連れ
１時間当たりの奪熱量が必然的に大になり、これに対応
して供給熱量も大になっているにも拘らず、両者の熱平
衡を取るクツション的役目をする定着ローラ自体の蓄積
熱容量が低下している事は、前記制御温度の変動幅が必
然的に太きくなり、該変動が定着不良とともに画像品質
に太きく影響するようになってきた。

かかる欠点を解消するに、前記比例制御を行うに際しパ
ルス幅制御手段若しくはパルス密度制御手段の一方のみ
を用いる事なく、前記両制御手段を組み合わせる事によ
り、より高精度の温度制御を６丁能にする技術の開発が
望まれる。

そしてこのような前記両制御手段を組み合わせた制御方
式は、熱定着器以外の他の分野において一部提案されて
いる。

例えば特開昭５０−８４８！１１０号においてはラジェ
ター等のエネルギー供給を、入力ラインに接続されたス
イッチ、バルブ等の制御手段によって行うようにしたエ
ネルギー供給制御装置において、前記制御手段をパルス
発生回路に接続してこのパルス発生回路からのパルスに
応答して動作するようにするとともに、前記パルス発生
回路をパルス密度決定及びパルス幅決定手段によって制
御されるようにした技術が、又単独のパルス比例制御方
式として特公昭５７−３４６８７号において、制御発振
器により入力信号に対応する周波数の信号を得、該信号
のパルス幅をさらに前記入力信号に対応して制御するこ
とにより、パルス幅とパルス密度とが入力信号により同
時に変調された出力を発生する事を特徴とする技術が開
示されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記いずれの従来技術においても、パルス
密度変調手段とパルス幅変調手段を直列に接続しつつ、
前者の従来技術においては対応する被加熱体の温度検知
電圧と基準電圧の−の差電圧、又後者の従来技術におい
ても−の入力信号に基づいてパルス密度とパルス幅の同
時変調を行うようにＪａ成するものである為に、前記−
の差電圧若しくは入力信号に変動が生じた場合、又は前
記−の差電圧に変動を生じせしめる外部変動要因が加味
された場合、該変動を伺等補償する事が出来ず、高精度
な温度制御が不可能である。

特に本発明の技術的課題である定着器の温度制御におい
ては、定着ローラの蓄積熱量が、付与熱延（ヒータ）と
奪熱熱量（プリント）に比較して相対的に大幅に小であ
るにも拘らず、交流電源の変動やサーミスタの特性変化
に加えて、プリント速度や機内温度の変動等も考慮せね
ばならない為に、これらの変動要因を加味して精度よい
温度制御を可能にするのは中々困難である。

而も、定着器の温度制御においては、プリント状態とウ
ェイト状態で夫々制御温度が異なる為に２同一回路を用
いて複数の温度制御を可能にした場合においても精度よ
く且つ定着器の温度制御をｉＴｒ能にする必要がある。

そこで本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み前記定着
器のみに限定されず相対的に蓄熱量を大幅に小に設定し
た被加熱体において前記両制御手段を組み合わせた比例
制御方式を用いて精度よく且つ円滑に温度制御を可能に
するとともに、而も電源変動やサーミスタの特性変化等
の変動要因が存在する場合でもこれらを補償して精度よ
い温度制御を行う事の出来る被加熱体の温度制御装置を
提供する事を目的とする。

「課題を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題に鑑み、パルス密度変調手段
より出力されるパルス密度信号に基づいてパルス幅変調
手段を動作させるも、前記夫々の変調手段に入力させる
入力信号を夫々異ならせ、これによりサーミスタの特性
変化等の変動要因が存在する場合でも前記２つの入力信
号に基づいて前記変動要因を互いに相殺し、精度よ〈往
つ円滑に被加熱体の温度制御を行なうことを可能とする
ものである。

即ち本発明は、前記パルス信号のパルス間隔を設定する
パルス密度信号を生成する周波数変調手段と、前記パル
ス間隔に基づいて生成される前記パルス信号のパルス幅
変調を行うパルス幅変調手段とにより比例制御回路を構
成するとともに、前記パルス密度信号の密度変調を、被
加熱体の温度情報と第２の基準温度の差信号に対応させ
て、 又前記パルス信号のパルス幅変調を、前記被加熱体の温
度情報と第２の基準温度の差信号に対応させて 夫々変調可能に構成した事を特徴とするものである。

尚本発明における周波数変調手段は通電制御用のパルス
信号自体を直接密度変調するものではなく、該パルス信
号のパルス間隔を設定するパルス密度信号を生成するも
のである。

又前記差信号の基準動作レベルとなる制御目標温度と比
例開始点は固定的にする必要はなく、例えば熱定着器の
ようにプリント／ウェイト動作状態に対応させて前記差
信号の基準動作レベルを切換可能に構成してもよい。

「作用」 かかる技術手段によれば、ヒータへの通電制御は全通電
加熱終了後の比例開始点を基準として徐々にパルス幅を
縮小させながら制御目標温度に移行するとともに、該パ
ルス信号のパルス密度は制御目標温度を中心とする基準
周波数を増減して決定される密度信号（前記温度情報が
制御目標温度より低下した場合には上限周波数の限度範
囲において前記密度信号の周波数が増加し、一方前記温
度情報が制御目標温度より上昇した場合には前記密度信
号の周波数が低下するように設定する）に基づいてトリ
ガさせるものである為に、結果として第４図に示すよう
に制御目標温度近傍では前記被加熱体に供給される時間
当たりの供給エネルギー勾配を低く、一方前記制御目標
温度から連継かるに連れ前記供給エネルギーが幾例級数
的に増大（減少）するように構成する事が出来る。

従って被加熱体の制御目標温度への移行を速やかに行え
るとともに、制御目標温度から大きくはみ出した場合で
も全通電領域にまで入る事なく制御目標温度へ速やかに
移行可能である。

又制御目標温度に対して微小変動が生じた場合は供給エ
ネルギー勾配が小さい為にオー／＜　−シュートやアン
ダーシュートが生じる事なく安定した制御動作が可能と
なり、この結果、奪？ｊ！！ｌや供給熱量に比較して相
対的に蓄熱量を小に設定した被加熱体に対しても精度よ
い温度制御が可能となる。

又前記ヒータの通電制御用パルス信号のパルス幅は比例
開始点を基準として変調されるものである為に、その変
調幅を大きくする事はオーバーシュートやアンダーシュ
ートが生じ好ましくないが、前記パルス信号の密度間隔
を設定するパルス密度信号は制御目標温度を中心に設定
されている為にその変調間隔を大きく設定しても、前記
第４図に示す効果が一層促進され好ましいとともに、こ
れにより該密度信号のパルス密度変化が鋭敏となり、特
に定着器の場合においてプリント速度の高速化や紙厚の
変動等により又電源電圧の変動により奪熱若しくは供給
熱量の変動要因が増大する場合にもこれを容易に吸収し
て円滑往っ精度よい制御動作が可能となる。

又前記周波数変調手段は通電制御用のパルス信号自体を
直接密度変調するものではなく単にタイミングパルスを
生成する為のものであり而も変調密度間隔を大きく設定
可能である為に、その能動素子等に特段の高精度なもの
を用いる必要がなく、江つ温度検知手段の固有特性に対
応させて周波数変調手段の周波数変化特性のアルゴリズ
ムを任意に変更する事も可能である。

この基は温度検知手段の固有特性に誤差がある時はその
誤差を吸収する事になり而も特性が均一化する為温度検
知手段の誤差を必要最小限にする・棒が可能である。

又環墳賭条件（温度、１ｌｓ１度等）や制御回路内の誤
差に対しては一般的には前記と同様に、奪熱若しくは供
給熱量に変動して捕える事が出来、前記と同様に精度よ
い制御動作が可能となるが、特に本技術手段においては
−の差信号に基づいて２つの制御手段を動作するもので
なく、前記夫々の制御手段に入力させる差信号を異なら
せている九に誤差が増幅される事なく、例えば前記温度
情報を検知するサーミスタに誤差や劣化等が生じてもそ
の両者の差信号に基づいて制御を行う本制御回路におい
ては実質的にその誤差等がプラスマイナスに互いに消去
される方向にｆ＠き、これによりサーミスタの特性変化
や誤差等の変動要因が存立する場合でも前記２つの入力
信号に基づいて前記変動要因を互いに相殺し、ｊ＃度よ
く且つ円滑に被加熱体の温度制御が可能となる。

「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、その相対配設などは特に特
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熱定着器の温度制御回路
を示す概略プロー７り図で、その構成を簡単に説明する
と、１０は互いに同期して回転する加圧ローラと加熱ロ
ーラからなる熱定着器（いずれも不図示）に内蔵された
ヒータで、熱定着器の表面温度を検知する温度検知手段
ｌがその表面に近接配置されている。

温度検知手段ｌは、基準回路電圧を分圧する固定抵抗Ｒ
１とサーミスタＳ１からなり、その分圧出力を熱定着器
の検知温度Ｔに対応する検知電圧ｖｌとして周波数変調
回路３　（周波数変調手段、以下ＶＣＯという）とパル
ス幅変調回路５　（以下ＰＷＭという）に出力可能に構
成している。

２は制御目標温度１こ対応する基準電圧を設定する回路
で１分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３に比例した基準電圧Ｖａ　Ｉ　
、　Ｖａ２をＶＣＯ３に出力可能に構成するとともに、
前記両分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３間に、抵抗Ｒ４とトランジス
タ↑「ｌからなる切換回路９を接続し、ＣＰＵ７からの
切換信号に基づき分圧抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４間が並列接続
される為に分圧比が変更、言い換えればＶＣＯ３に出力
される基準電圧Ｖａ　１　、　Ｖａ２がウェイト時とプ
リント時の制御目標温度Ｔａｌ、↑ａ２　　（例えば１
８５．２００℃）に対応させて変更可能に構成されてい
る。

ＶＣＯ３はＰＷＭ５に出力されるパルス密度信号Ｐマの
周波数変調を行う回路で、前記温度検知手段１の検知温
度Ｔに対応する検知電圧ｖｌと制御目標温度↑ａ１．Ｔ
ａ２に対応する基？ｌ！電圧Ｖａｔ　、Ｖａ２を大々入
力し、その差電圧に基づいて前記パルス密度信号Ｐマの
パルス間隔が急激に変化するように構成されている。

即ちプリント動作時とウェイト時においては奪熱エネル
ギーが大幅に異なる為に、各動作時におけるＭ制御目標
温度Ｔａｌ、Ｔａ２に対応させて、プリント動作時にお
いては前記差電圧に基づいてＩＨｚを′ＸＸ局周波数し
て、ウェイト時においては０．４　Ｈｚの各基準周波数
のパルス密度信号Ｐマが出力されるように構成するとと
もに、前記検知温度Ｔが制御目標温度Ｔａｌ、〒ａ２よ
り低下した場合には飽和周波数の限度範囲において前記
周波数が急激に増加し、一方前記検知温度Ｔが制御目標
温度Ｔａｌ、Ｔａ２よりＬ昇した場合には前記周波数が
急激に低下するように設定する。

尚、ＶＣＯ３は検知温度Ｔが比例開始点Ｔｓｌ、Ｔｓ２
以下の場合には前記差電圧と無関係に一定の飽和電圧が
入力されるように構成している。

４はヒータ１０の全通電加熱から比例制御に切り替える
為の比例開始点↑３１．Ｔｓ２に対応する基準電圧Ｖｓ
ｌ、ＶＳ２を設定する回路で、その基準電圧Ｖｓｌ、Ｖ
ｇ２を抵抗Ｒ５及びコンデンサＣからなる時定数回路１
２を介してＰＷＭ５に出力可能に構成するとともに、両
分圧抵抗Ｒ６，Ｒ７間に、抵抗Ｒ８とトランジスタＴｒ
２からなる切換回路８を接続し、ＣＰＵ７からの切換信
号りに基づき前記分圧比が変更され、比例開始点ＴｓＩ
　、Ｔｓ２言い換えればウェイト時とプリント時のパル
ス幅変調開始点（例えば１８５，１８０℃）を制御目標
温度Ｔａｌ、丁ａ２（１８５，２００℃）に対応させて
切換可能に構成されている。

又１分圧比が変更される事はコンデンサＣの充電電位Ｖ
ｓ！、Ｖｓ２も併せて変更される事になる。

ＰＷＭ５はＶＣＯ３からパルス密度信号Ｐマをトリが入
力にし、比例開始点Ｔｓ　１　、７ｓ２に対応するコン
デンサＣの充７ｔｔ電位Ｖｓｌ、Ｖｓ２をスレッショル
ド入力に入力し、温度検知手段１からの検知電圧ｖｌを
スレッシ官ルドコントロール入力に夫々入カスる事によ
り、充電電位Ｖｓｌ、Ｖｓ２＞検知電圧Ｖｌの時、言い
換えれば比例開始点Ｔｓｌ、Ｔｓ２より検知温度Ｔが高
い場合は前記トリが入力に入力されたパルス密度信号Ｐ
マの立下がり時点でコンデンサＣを放電−再充電し、放
’ｉｔ’ｉｔ圧カーブを検知電圧Ｖｌが横切って形成さ
れるパルス時間に対応する制御用変調パルス信号Ｐｗを
ＣＰＵ７に出力する事が出来る。

即ち、比例開始点に対応する基準電圧Ｖｓｌ、Ｖｓ２を
充電電位とする時定数回路の放−充電力−ブを検知電圧
Ｖｌで横切る事により前記検知電圧と基準電圧の差信号
に基づいて逆相関のパルス幅を有する変調パルス信号を
得る事が出来、この場合において制御目標値の設定を放
−充電力−ブの肩の部分に制御目標値が位置するように
時定数を設定すると飽和域に近い部分で検知電圧が横切
る事になる為に時定数の誤差に対して有効に作用し、出
力されるパルス巾誤差は極めて小さく設定出来る。

一方比例開始点〒３１．Ｔｓ２より検知温度Ｔが低い場
合はスレッショルド人力≦コントロールとなる為に出力
レベルは旧となり検知温度Ｔが比例開始点Ｔｓ　１　、
　Ｔｓ２に達するまで全通電状態を維持する事が出来る
。

６はソリッドステートリレーＳＳＲでＣＰＵ　７から前
記変調パルス信号Ｐｗに対応する通電信号を入力し１通
電信号が到来した時点で内蔵するゼロクロス回路に同期
して出力側を導通し、ＰＷＭ５よりの制御用パルス信号
のパルス幅に対応した交流電力をヒータｌＯに付与する
。

７は前記各種制御を行うＣＰＵで例えばウェイト／プリ
ントの各動作切り替え毎に切換回路８．８に所定の切換
信号を送出する。

１１はプリント指令後ウェイト動作時の制御目標温度↑
ａｔ　　（１８５℃）からプリント動作時の制御目標温
度Ｔｓ２　　（２００℃）に移行するまでの間給紙を停
止Ｅするタイマーである。

次にかかる実施例の定着器を組み込んだ周知の電子写真
装置の動作手順について第２図（ａ）（ｂ）のフローチ
ャート図及び第３図の温度分布図に基づいて説明する。

先ず第２図（ａ）において電源を投入すると制御回路内
を初期化して且つ各種部品に異常がないかどうかチエツ
クした後（ＳＴＥＰＩ　）プリント可能かどうか判断し
、そしてプリント指令がない場合はＣＰＵ７からの切換
信号としてＬｏ倍信号各切換回路８．９に送出して、ウ
ェイト動作時の比例開始点Ｔｓｌ　　（１８５℃）と制
御目標温度Ｔｅｌ　　（１８５℃）に対応する基準電圧
Ｖｇｌ、Ｖａｌに設定した後、（ＳＴＥＰ２　）温度制
御動作に入る。（ＳＴＥＰ３　）以下５ＴＥＰ　ｌに戻
り前記動作を繰り返す。

一方前記ウエイト動作中にプリント指令が入った場合は
ＣＰＵ７からの切換信号としてＨ１電信を送出する事に
より、プリント動作時の比例開始点Ｔｓ２　　（１８０
℃）と制御目標温度Ｔａ２　　（２００℃）に設定し温
度制御動作に入る（ＪＴＥＰ５　）とともに、給紙タイ
マーをスタートさせ（ＳＴＥＰ８　）　、ウエイト動作
時の制御目標温度Ｔａｌ、〒ａ２　　（１８５℃）から
プリント動作時の制御目標温度Ｔａｌ、Ｔａ２（２００
°Ｃ）に移行した後、タイムアツプさせ給紙をスタート
させて未定着画像が担持した記録紙を定着器内に挿通さ
せて以下繰り返し所定枚数のプリント動作が終了した後
給紙を停＋Ｌして（ＳＴＥＰ７　）　、以下５ＴＥＰ　
１に戻り前記動作を繰り返す。

次に第２図（ｂ）及び第３図に基づいて温度制御動作を
説明する。

先ずウェイト動作移行当初は、検知温度↑は比例開始点
Ｔｓｌ　　（１８５℃）以下である為に、■ＣＯ３より
のパルス密度信号ρマと無Ｉ′Ａ係にＰＷＭ５の出力レ
ベルはＨｉとなり該旧信号をＣＰＵ７を介して５ＳＲ６
に出力してヒータｌＯの全通電加熱を行い、以下前記検
知温度↑が比例開始点Ｔｓｌ、に達するまで全通電加熱
を継続する。　　（ＳＴＥＰＩＯ）そして検知温度Ｔが
比例開始点Ｔｓｌ　　（１８５℃）以上になった際に比
例制御に移行し、先ずＰＷＭ５よりの出力レベルがＬｏ
に切り換わり、そして前記検知温度↑の温度上昇が飽和
点に達した時点で、ＶＣＯ３より前記定着温度との差電
圧に対応するパルス密度信号ρマをＰＷＭ５にトリガ入
力にし、該信号Ｐマの立下がり時点でコンデンサＣの充
電電位を放電し、検知温度〒との差電圧に対応するパル
ス幅を有する変調パルス信号ＰｗをＣＰＵ　７に出力し
、５ＳＲ８を介して前記パルス信号Ｐｗのパルス幅に対
応させてヒータｌＯの通電制御を行い、制御目標温度Ｔ
ｓｌの維持を図る。　　（ＳＴＥＰＩＩ）そしてプリン
ト指令が入った場合は、ＣＰＵ７からの切換信号賃に基
づき前記分圧比が変更され、比例開始点Ｔｓｌ、Ｔｓ２
　　（１８０℃）と制御目標温度Ｔｅｌ、Ｔａ２　　（
２００℃）を切り替え、以下前記動作を繰り返す、　　
（ＳＴＥＰ１２） 尚、前記温度制御動作が不可能になった場合は夫々安全
対策ルーチンに移行する。　　（ＳＴＥＰ１３．１４） 「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、熱定着器の蓄積熱容
量が低下した為に生じる種々の問題点を効果的に解決し
、而も電源変動やサーミスタの特性変化等の変動要因が
存在する場合でもこれらを補償して精度よい温度制御を
可能にし、特に画像定着装置に適用した場合において画
像品質の向りを図る事が出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第ｉ図は本発明の実施例に係る定着装置の温度制御回路
の構成を示す概略ブロック図で、第３図はその温度変化
状態を示す分布図、第２図（ａ）（ｂ）はその動作手順
を示すフローチャート図である。第４図は前記実施例の
制御目標温度を境にしてヒータへのエネルギー供給量を
示すエネルギー分布図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）任意に設定された第１の基準温度より被加熱体の検
   知温度に対応して変調するパルス信号に基づいてヒータ
   の加熱制御を行いながら第２の基準温度へ移行及びその
   温度維持を図るように構成した被加熱体の温度制御装置
   において、 前記パルス信号のパルス間隔を設定するパルス密度信号
   を生成する周波数変調手段と、 前記パルス間隔に基づいて生成される前記パルス信号の
   パルス幅変調を行うパルス幅変調手段とを設け、 前記パルス密度信号の密度変調を、被加熱体の温度情報
   と第２の基準温度の差信号に対応させて、 又前記パルス信号のパルス幅変調を、前記被加熱体の温
   度情報と第２の基準温度の差信号に対応させて、 夫々変調可能に構成した事を特徴とする被加熱体の温度
   制御装置 ２）前記被加熱体が熱定着器である請求項１）記載の温
   度制御装置において、プリント／ウェイト動作状態に対
   応させて前記差信号の基準動作レベルである第１及び第
   ２の基準温度を変更可能に構成した事を特徴とする被加
   熱体の温度制御装置