JPH05143176A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】常に加熱対象物の温度を制御目標温度に至らし
める。 【構成】ローラの温度立上げ時には、まず、サーミスタ
４による検出温度が加熱停止温度となったことに応じ
て、加熱停止制御手段１１ａがスイッチング信号を
「Ｌ」としてコンパレータ５によるヒータの通電制御を
停止する。そしてコンパレータ５によるヒータ１ａの通
電制御が停止されたのち、所定期間以内に検出温度が制
御目標温度に至った場合に、通電制御再開制御手段１１
ｂがスイッチング信号を「Ｈ」としてコンパレータ５に
よるヒータ１ａの通電制御を再開させる。またコンパレ
ータ５によるヒータ１ａの通電制御が停止されたのち、
所定期間以内に検出温度が制御目標温度に至らなかった
場合には、強制加熱制御手段１１ｃが、トリガ信号によ
り強制ＯＮ信号を出力させることによって検出温度が制
御目標温度に至るか、または所定時間が経過するまでヒ
ータ１ａを強制的にＯＮとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱対象物の温度を検
出し、この検出温度に従って前記加熱対象物を加熱する
発熱体を通電制御して前記加熱対象物の温度を制御する
温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真記録装置などにおいては記録紙
に静電的に付着させたトナーを定着させるために、ヒー
トロールを用いた熱定着が利用されている。ヒートロー
ルとは、ヒータなどで加熱したローラによって記録紙に
付着したトナーを加圧溶融定着させるものである。

【０００３】ヒートロールにおいては、安定的な画像を
得るためや、安全性を確保するためにはローラの温度を
常に一定に保つ必要があり、このための温度制御は熱フ
ィードバックによって行われることが多い。

【０００４】図３は上述のような従来の温度制御装置が
適用された熱定着装置の構成の一例を示す図である。こ
の熱定着装置は、ローラ１、ヒータ１ａ、ソリッドステ
ートリレー２（ＳＳＲ：以下、単にリレーと称する）、
電源３、サーミスタ４、コンパレータ５、Ａ／Ｄ変換器
６、バッファ７、制御部８、ＮＡＮＤゲート９および抵
抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４からなる。

【０００５】この熱定着装置は、ヒータ１ａを電源３に
より通電加熱することにより、ローラ１を加熱する。ロ
ーラ１の温度はサーミスタ４の抵抗値変化として検出さ
れる。サーミスタ４の抵抗値変化は抵抗Ｒ１によって分
圧することによって電圧値に変換され、コンパレータ５
の反転入力端子に入力される。コンパレータ５の非反転
入力端子には、＋５Ｖの電圧を抵抗Ｒ２とＲ３とで分圧
して生成された基準電圧が印加されている。この基準電
圧は制御目標温度下でサーミスタ４および抵抗Ｒ１によ
って生成される電圧と同じである。かくしてコンパレー
タ５は、反転入力端子の入力電圧が基準電圧よりも高い
場合、すなわち検出された温度が基準温度よりも高い場
合に「Ｈ」レベル（５Ｖ）を、また反転入力端子の入力
電圧が基準電圧よりも低い場合、すなわち検出された温
度が基準温度よりも低い場合に「Ｌ」レベル（０Ｖ）を
それぞれ出力する。そしてこのコンパレータ５の出力に
よってリレー２のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

【０００６】ところで以上のような構成であると、ロー
ラ１の温度を制御目標温度に保持しているときには温度
の上下が非常に少なく良好であるが、動作停止時からの
立上げ時においてはローラ１の温度が制御目標温度に至
ってからヒータ１ａへの通電を停止するため、ローラ１
やヒータ１ａの熱時定数の影響によってローラ１の温度
には、制御目標温度よりも高温度となってしまうオーバ
シュートが発生する。このオーバシュートが高レベルと
なると、ローラ１やヒータ１ａの寿命を縮める等の不具
合がある。

【０００７】そこでＡ／Ｄ変換器６でディジタル化され
た電圧値を制御部８が監視し、立上げ時においてローラ
１の温度が制御目標温度よりも低い所定の通電停止温度
に至った場合に、ＮＡＮＤゲート９への信号を「Ｌ」レ
ベルとしてＮＡＮＤゲート９を閉じ、コンパレータ５の
出力信号によらずにヒータ１ａの通電を停止する。通電
停止温度でヒータ１ａの通電が停止したのち、ローラ１
の温度は前述した熱時定数によって上昇し続ける。そし
てローラ１の温度が制御目標温度に至ると、制御部８は
ＮＡＮＤゲート９への信号を「Ｈ」レベルとしてＮＡＮ
Ｄゲート９を開き、コンパレータ５の出力信号に基づく
通電制御を再開する。また通電停止温度でヒータ１ａの
通電を停止した時点から所定期間以内にローラ１の温度
が制御目標温度に到達しなかった場合にも、制御部８は
ＮＡＮＤゲート９への信号を「Ｈ」レベルとしてＮＡＮ
Ｄゲート９を開き、コンパレータ５の出力信号に基づく
通電制御を再開する。このときにはローラ１の温度は制
御目標温度に到達していないので、コンパレータ５から
は「Ｈ」レベルが出力されており、ヒータ１ａの通電が
なされ、再加熱が行われる。

【０００８】ところがコンパレータ５の出力は、反転入
力端子の入力電圧が基準電圧の近傍であると、反転入力
端子の入力電圧が一定であっても図４に示すようにパル
ス状の信号が出力される。これは、電源変動、ノイズの
混入および抵抗の精度等が一因として考えられる。

【０００９】また立上げ時におけるローラ１の温度（立
上げ開始温度）が低いと、加熱時におけるローラ１の放
熱量が多い。従って、通電停止温度で通電が停止された
際の蓄熱量が少ない。このような場合における再加熱
が、前述のようにコンパレータ５から出力されたパルス
状の信号に基づいてなされると、十分なエネルギーがヒ
ータ１ａに与えられず、ローラ１の温度が制御目標温度
に到達しないおそれがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の温
度制御装置では、コンパレータの出力信号がパルス状の
信号となる場合があり、この場合にはローラなどの加熱
対象物の温度を制御目標温度に至らしめるに十分なエネ
ルギーが得られないおそれがあった。

【００１１】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、常に加熱対象
物の温度を制御目標温度に至らしめることができる温度
制御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、検出温度が制
御目標温度よりも高いか否かに応じて、例えばヒータな
どの発熱体のＯＮ／ＯＦＦを行う、例えばコンパレータ
などの第１の制御手段と、例えばローラなどの加熱対象
物の温度立上げ時には、前記検出温度が前記制御目標温
度よりも低い所定の加熱停止温度となったことに応じて
前記第１の制御手段による前記発熱体の通電制御を停止
させる例えば加熱停止制御手段などの第２の制御手段
と、この第２の制御手段により前記第１の制御手段によ
る前記発熱体の通電制御が停止されたのち、所定期間以
内に前記検出温度が前記制御目標温度に至った場合に、
前記第１の制御手段による前記発熱体の通電制御を再開
させる例えば通電制御再開制御手段などの第３制御手段
と、前記第２の制御手段により前記第１の制御手段によ
る前記発熱体の通電制御が停止されたのち、所定期間以
内に前記検出温度が前記制御目標温度に至らなかった場
合に、前記検出温度が前記制御目標温度に至るか、また
は所定時間が経過するまで前記発熱体を強制的にＯＮと
する例えば強制加熱制御手段などの第４の制御手段とを
設けた。

【００１３】

【作用】このような手段を講じたことにより、通電停止
温度で発熱体の通電が停止されたのち、所定期間以内に
検出温度が制御目標温度に至らなかった場合には、第１
の制御手段の制御に拘らずに、検出温度が制御目標温度
に至るか、または所定時間が経過するまで発熱体を強制
的がＯＮとされる。従って、このときには発熱体には連
続的なエネルギー印加が適確になされ、十分にエネルギ
ーが与えられ。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例に付
き説明する。図１は本実施例に係る温度制御装置を適用
して構成された熱定着装置の構成を示す図である。な
お、図３と同一部分には同一符号を付する。

【００１５】ローラ１の内部には、このローラ１を加熱
するためのヒータ１ａが設けられている。ヒータ１ａ
は、リレー２を介して電源３により通電加熱される。サ
ーミスタ４は、一端が＋５Ｖの電源線に、また他方が抵
抗Ｒ１にそれぞれ接続されており、ローラ１に近接配置
されている。抵抗Ｒ１は他端が接地されており、＋５Ｖ
の電圧をサーミスタ４とともに分圧する。すなわち抵抗
Ｒ１は、温度変化に起因するサーミスタ４の抵抗値変化
を電圧値変化に変換する。サーミスタ４と抵抗Ｒ１との
接続点の電圧、すなわちサーミスタ４での検出温度に対
応する電圧（以下、検出電圧と称する）はコンパレータ
５の反転入力端子およびＡ／Ｄ変換器６へと入力され
る。

【００１６】抵抗Ｒ２，Ｒ３は＋５Ｖの電源線とアース
との間に直列に接続されており＋５Ｖの電圧を分圧し、
その接続点に所定の基準電圧を発生する。この基準電圧
は、ローラ１の温度が制御目標温度であるときにおける
サーミスタ４と抵抗Ｒ１との接続点の電圧と等しく設定
されている。抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点の電圧、すなわち
基準電圧はコンパレータ５の非反転入力端子へと入力さ
れる。

【００１７】コンパレータ５には＋５Ｖの動作電源が印
加されており、基準電圧よりも検出電圧の方が低い場合
に＋５Ｖ（「Ｈ」レベル）の信号を、また基準電圧より
も検出電圧の方が高い場合に０Ｖ（「Ｌ」レベル）の信
号をそれぞれ出力する。このコンパレータ５の出力はＯ
Ｒゲート１０の一方の入力端子に入力される。またコン
パレータの出力端子は抵抗Ｒ４を介してプルアップされ
ている。Ａ／Ｄ変換器６は検出電圧の電圧値をディジタ
ル化する。バッファ７は、Ａ／Ｄ変換器６でディジタル
化された電圧値を一時格納する。

【００１８】制御部１１は、バッファに格納された電圧
値を適宜取り出して検出電圧の監視を行う。この制御部
１１は、例えばマイクロコンピュータを主制御回路とし
て有して構成され、加熱停止制御手段１１ａ、通電制御
再開制御手段１１ｂおよび強制加熱制御手段１１ｃを有
している。ここで加熱停止制御手段１１ａは、検出電圧
が所定値、すなわち検出温度が所定の通電停止温度に至
った場合に、コンパレータ５の出力信号に基づいてのヒ
ータ１ａの通電制御を停止させる。通電制御再開制御手
段１１ｂは、加熱停止制御手段１１ａによりヒータ１ａ
の通電制御を停止させたのちに、検出温度が制御目標温
度に至ったことに応じてコンパレータ５の出力信号に基
づいてのヒータ１ａの通電制御を再開させる。また強制
加熱制御手段１１ｃは、加熱停止制御手段１１ａにより
ヒータ１ａの通電制御を停止させたのちに、所定期間以
内に検出温度が制御目標温度に至らなかったことに応
じ、ヒータ１ａを強制的に通電し、加熱させる。なお、
以上の各制御は、スイッチング信号およびトリガ信号を
適宜制御することにより行われる。制御部１１が出力し
たトリガ信号は強制ＯＮ信号発生部１２に入力される。
またスイッチング信号はＮＡＮＤゲート９の一方の入力
端子に入力される。

【００１９】強制ＯＮ信号発生部１２は、トリガ信号に
同期して、所定期間にわたって「Ｈ」レベルとなる強制
ＯＮ信号を発生する。この強制ＯＮ信号は、ＯＲゲート
１０の他方の入力端子に入力される。そしてＯＲゲート
１０の出力はＮＡＮＤゲート９の他方の入力端子に入力
される。さらにＮＡＮＤゲート９の出力は、リレー２に
切換信号として入力される。

【００２０】次に以上のように構成された熱定着装置の
動作を説明する。まず、ローラ１の加熱を開始する場
合、制御部１１は図２に示すようにスイッチング信号を
「Ｈ」レベルとする（図２中のＴ１時点）。このとき、
ヒータ１ａは通電されておらずローラ１は加熱されてい
ないので、ローラの温度は制御目標温度よりも低く、コ
ンパレータ５およびＯＲゲート１０の出力はともに
「Ｈ」レベルとなっている。従って、スイッチング信号
が「Ｈ」レベルとなり、ＮＡＮＤゲート９がＯＮする
と、リレー２には「Ｌ」レベルが与えられ、ヒータ１ａ
への通電が開始される。かくしてヒータ１ａが発熱し、
ローラ１が加熱されて図２に局線Ｌで示すようにローラ
１の温度が上昇する。

【００２１】この状態でローラ１の温度が通電停止温度
に至ると（図２中のＴ２時点）、制御部１１はスイッチ
ング信号を「Ｌ」レベルとする。これによってＮＡＮＤ
ゲート９が閉じ、ＮＡＮＤゲート９からはコンパレータ
５の出力に拘らずに「Ｈ」レベルが出力されるようにな
る。従って、ヒータ１ａの通電が停止する。しかし、ヒ
ータ１ａおよびローラ１の熱時定数によってローラ１の
温度は暫く上昇し続ける。そしてこのままローラ１の温
度が制御目標温度に至るか、または通電を停止したＴ２
時点から所定時間ＴＡが経過するまでにローラ１の温度
が制御目標温度に到達しなければ、制御部１１はスイッ
チング信号を「Ｈ」レベルとすることによって従来と同
様にコンパレータ５の出力信号に基づいての通電制御を
再開する。

【００２２】しかし、Ｔ２時点から所定時間ＴＡが経過
するまでにローラ１の温度が制御目標温度に到達しなか
った場合には、制御部１１はトリガ信号としてパルスＰ
を出力する（図２中のＴ３時点）。強制ＯＮ信号発生部
１２は、このように制御部１１から出力されたトリガ信
号のパルスＰを受けると、このパルスＰの立上がりに同
期して強制ＯＮ信号を「Ｈ」レベルとする。

【００２３】さて、再加熱を行っている状態においてロ
ーラ１の温度が制御目標温度に近付くと、コンパレータ
５の出力信号はパルス状となる。しかしこのときには強
制ＯＮ信号が上述のように「Ｈ」レベルとなっているか
ら、ＯＲゲート１０の出力はコンパレータ５の出力信号
に拘らずに常時「Ｈ」レベルとなっている。従って、Ｎ
ＡＮＤゲート９の出力は常時「Ｈ」レベルとなってお
り、ヒータ１ａは連続的に通電され、十分な発熱が行わ
れる。

【００２４】この状態において、ローラ１の温度が制御
目標温度に至ると（図２中のＴ４時点）、制御部１１は
スイッチング信号を「Ｌ」レベルとする。これにより、
強制ＯＮ信号が「Ｈ」レベルのままであり、ＯＲゲート
１０の出力が「Ｈ」レベルに保持された状態であって
も、ＮＡＮＤゲート９の出力は「Ｈ」レベルとなり、通
電が停止される。このため、ローラ１の温度は熱時定数
により若干上昇した後に低下し始める。そしてローラ１
の温度が制御目標温度を割ると（図２中のＴ５時点）、
制御部１１はスイッチング信号を「Ｈ」レベルとする。
制御部１１は、以降はローラ１の温度に拘らずにスイッ
チング信号を「Ｈ」レベルに固定する。

【００２５】一方強制ＯＮ信号発生部１２は、Ｔ３時点
から所定時間ＴＢが経過すると、強制ＯＮ信号を「Ｌ」
レベルとする。なお、強制ＯＮ信号発生部１２が強制Ｏ
Ｎ信号を「Ｈ」レベルとしておく期間ＴＢは、例えばロ
ーラ１の再加熱を行う際にローラ１の温度が制御目標温
度に到達するのに要する平均的な時間程度に設定され
る。従って、ほとんどの場合においてＴ５時点において
は強制ＯＮ信号は「Ｌ」レベルとなっている。かくし
て、Ｔ５時点においてスイッチング信号が「Ｈ」レベル
に固定された後には、コンパレータ５の出力信号に基づ
いての通電制御が行われる。

【００２６】なお、再加熱の際に強制ＯＮ信号が「Ｈ」
レベルとなっているＴＢ期間にローラ１の温度が制御目
標温度に至らなかった場合、制御部１１は再びトリガ信
号としてパルスＰを出力し、前述と同様に再加熱を繰り
返す。この再加熱の繰り返しは所定回数行い、それでも
ローラの温度が制御目標温度に至らなかった場合には異
常ありとして扱う。

【００２７】以上のように本実施例によれば、再加熱を
行う場合には、常時「Ｈ」レベルとした強制ＯＮ信号に
よってヒータ１ａの通電を行っているので、ローラ１の
温度を上昇させるのに十分なエネルギーがヒータ１ａに
印加され、ローラ１の温度は適確に制御目標温度まで上
昇される。

【００２８】また本実施例では、強制ＯＮ信号発生部１
２は制御部１１からのトリガ信号の立上がりに同期して
強制ＯＮ信号を「Ｈ」レベルとし、所定時間ＴＢが経過
すると「Ｌ」レベルに戻すので、何等かの原因によって
制御部１１が出力するトリガ信号が「Ｈ」レベルのまま
となってしまった場合でもヒータ１ａが通電されたまま
の状態となってしまうことがなく、異常加熱を防止でき
る。

【００２９】なお本発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば上記実施例では、熱定着装置の温度制
御を行うものを示したが、発熱温度を一定温度に制御す
る必要のある発熱装置であれば、本発明の温度制御装置
の適用が可能である。また上記実施例では、制御部をマ
イクロコンピュータにより構成したが、ハードウェア構
成とすることもできる。このほか、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々の変形実施が可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、検出温度が制御目標温
度よりも高いか否かに応じて、例えばヒータなどの発熱
体のＯＮ／ＯＦＦを行う、例えばコンパレータなどの第
１の制御手段と、例えばローラなどの加熱対象物の温度
立上げ時には、前記検出温度が前記制御目標温度よりも
低い所定の加熱停止温度となったことに応じて前記第１
の制御手段による前記発熱体の通電制御を停止させる例
えば加熱停止制御手段などの第２の制御手段と、この第
２の制御手段により前記第１の制御手段による前記発熱
体の通電制御が停止されたのち、所定期間以内に前記検
出温度が前記制御目標温度に至った場合に、前記第１の
制御手段による前記発熱体の通電制御を再開させる例え
ば通電制御再開制御手段などの第３制御手段と、前記第
２の制御手段により前記第１の制御手段による前記発熱
体の通電制御が停止されたのち、所定期間以内に前記検
出温度が前記制御目標温度に至らなかった場合に、前記
検出温度が前記制御目標温度に至るか、または所定時間
が経過するまで前記発熱体を強制的にＯＮとする例えば
強制加熱制御手段などの第４の制御手段とを設けたの
で、再加熱の際には発熱体には連続的なエネルギー印加
が適確になされて十分にエネルギーが与えられ、常に加
熱対象物の温度を制御目標温度に至らしめることができ
る温度制御装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る温度制御装置を適用
して構成された熱定着装置の構成を示す図。

【図２】 図１中のヒータ１の温度の推移および図１中
の各部の信号のタイムチャートを示す図。

【図３】 従来技術を説明する図。

【図４】 従来技術を説明する図。

【符号の説明】

１…ローラ、１ａ…ヒータ、２…ソリッドステートリレ
ー、３…電源、４…サーミスタ、５…コンパレータ、９
…ＮＡＮＤゲート、１０…ＯＲゲート、１１…制御部、
１１ａ…加熱停止制御手段、１１ｂ…通電制御再開制御
手段、１１ｃ…強制加熱制御手段、１２…強制ＯＮ信号
発生部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱対象物の温度を検出し、この検出温
   度に従って前記加熱対象物を加熱する発熱体を通電制御
   して前記加熱対象物の温度を所定の制御目標温度に制御
   する温度制御装置において、 前記検出温度が前記制御目標温度よりも高いか否かに応
   じて、前記発熱体のＯＮ／ＯＦＦを行う第１の制御手段
   と、 前記加熱対象物の温度立上げ時には、前記検出温度が前
   記制御目標温度よりも低い所定の加熱停止温度となった
   ことに応じて前記第１の制御手段による前記発熱体の通
   電制御を停止させる第２の制御手段と、 この第２の制御手段により前記第１の制御手段による前
   記発熱体の通電制御が停止されたのち、所定期間以内に
   前記検出温度が前記制御目標温度に至った場合に、前記
   第１の制御手段による前記発熱体の通電制御を再開させ
   る第３制御手段と、 前記第２の制御手段により前記第１の制御手段による前
   記発熱体の通電制御が停止されたのち、所定期間以内に
   前記検出温度が前記制御目標温度に至らなかった場合
   に、前記検出温度が前記制御目標温度に至るか、または
   所定時間が経過するまで前記発熱体を強制的にＯＮとす
   る第４の制御手段とを具備したことを特徴とする温度制
   御装置。