JPH09258601A - 加熱定着装置の温度制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウオームアップ時間を短くし、オーバーシュー
ト及び温度リップルを小さくし、電力供給を一旦停止し
た時の制御目標温度への立上げを迅速にする。 【解決手段】切替温度値Ｔ1 ，Ｔ2 ，…Ｔn に対して検
出温度値Ｔが、Ｔ1 ＞ＴのときはＰＩＤ制御回路はヒー
タを全通電連続加熱動作し、Ｔ2 ＞Ｔ≧Ｔ1 になるとＰ
ＩＤ制御回路はＰ値Ｋp2、Ｉ値Ｔi2及びＤ値Ｔd2を使用
してヒータをＰＩＤ制御動作し、…、Ｔn ＞Ｔ≧Ｔn-1
になるとＰＩＤ制御回路はＰ値Ｋpn、Ｉ値Ｔin及びＤ値
Ｔdnを使用してヒータをＰＩＤ制御動作し、Ｔ0 （制御
温度目標値）＞Ｔ≧Ｔn になると、ＰＩＤ制御回路はＰ
値Ｋp0、Ｉ値Ｔi0及びＤ値Ｔd0を使用してヒータをＰＩ
Ｄ制御動作し、さらに、Ｔ≧Ｔ0 になると、ヒータをＰ
ＩＤ制御動作しつつ定着動作を開始する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置において記録媒体に転写したトナー像を加熱
定着する加熱定着装置の温度制御方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置は、例えば
感光ドラムを帯電した後、露光して画像情報を静電潜像
として記録し、この静電潜像をトナーで現像して顕像化
した後、記録紙等の記録媒体に転写し、この転写したト
ナー像を加熱定着装置を通過させて加熱定着してから排
紙するようになっている。加熱定着装置は、例えばヒー
タで加熱される定着ローラとこれと対向配置した加圧ロ
ーラからなり、このローラ間を記録媒体を通過させて加
熱定着を行うようになっている。

【０００３】このような画像形成装置は、省エネ対策と
して、一定時間使用しなかった場合に装置全体の消費電
力が基準値以下になる機能を有することを求めた米国環
境保護局（ＥＰＡ）の基準である国際エネルギースター
プログラム（Energy Star 規格）に対応するために、使
用時以外の消費電力の低減が技術課題となっている。そ
して、画像形成装置では、消費電力の８０％が加熱定着
装置で消費されるため、使用時以外は加熱定着装置の電
源を切って消費電力を０Ｗに抑え、使用時には電源を投
入して動作指令を送信後、待ち時間を要することなく定
着動作が行えるオンデマンド形の加熱定着装置が求めら
れる。

【０００４】加熱定着装置における加熱温度（定着ロー
ラの表面温度）の温度特性は過渡現象を持ち、図８に示
すようなグラフとなる。すなわち、電源を投入してから
加熱温度が制御目標温度Ｔ0 （定着可能温度）に達する
までのウオームアップ時間を持ち、温度の立上がり時に
制御目標温度Ｔ0 と最高到達温度との差であるオーバシ
ュートを持ち、制御目標温度Ｔ0 と最低到達温度との差
であるアンダーシュートを持ち、さらに制御目標温度Ｔ
0 に対する上下の温度のバラツキである温度リップルを
持つ。

【０００５】オンデマンド形の加熱定着装置は、ウォー
ムアップ時間が短いことが求められ、ウォームアップ時
間の短縮を図るには定着装置の熱容量を小さくして単位
時間当たりの発熱量を小さくしなければならない。しか
し、熱容量を小さくすると、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が発生する。また、加熱定
着装置は、トナーを記録媒体に加熱定着するのに一定の
温度が必要になるが、記録媒体は多種多用であり、目的
に応じて印刷用紙、葉書、プラスチックフィルム（ＯＨ
Ｐ）等が使用される。葉書のように比較的厚い記録媒体
では記録媒体が定着ローラから奪う熱量も大きくなるた
め、温度リップルが大きくなったり、定着ローラの温度
が定着に適した温度から低下するのを防止するために制
御目標温度を高く設定する必要がある。また、環境温度
によっても記録媒体の吸湿性が異なり、定着に必要な温
度が変化する。安定した定着性を得るためには、オーバ
ーシュートやアンダーシュートが小さくなるように、ま
た、制御目標温度へ滑らかに移行し、かつその維持を図
るように、すなわち、温度リップルが小さくなるよう
に、ヒータの温度制御をしなければならない。

【０００６】オンデマンド形の加熱定着装置、特に、ヒ
ータとして面状発熱体を内蔵した直接加熱方式の定着装
置は、ヒータの加熱温度が制御目標温度より低いときは
ヒータを全通電連続加熱し、制御目標温度より高いとき
はヒータへの通電を止めることにより加熱温度を一定に
保つ２値制御方式を採用している。２値制御方式は昇温
速度が早いのでウオームアップ時間が短いという利点は
あるが、温度リップルやオーバーシュートが大きくなる
という問題がある。温度リップルを減少させるには、Ｐ
（Proportion）制御、Ｉ（Integral）制御及びＤ（Diff
errential ）制御を行うＰＩＤ制御方式を使用すればよ
いが、ヒータへの加熱開始からＰＩＤ制御を採用すると
昇温速度が遅くウオームアップ時間が長くなってしま
う。そこで、電源の投入時はヒータを全通電連続加熱
し、所定温度に達した後はＰＩＤ制御方式に切替えてヒ
ータの通電制御を行う制御方式が採用されている。

【０００７】例えば、特開昭５８−３８９７２号公報の
ものは、加熱開始後、ヒータの加熱温度が制御目標温度
よりも低い温度の切替温度に達するまではヒータを全通
電連続加熱し、切替温度に達した後はＩ（積分）制御に
よってヒータの通電を制御する構成になっている。ま
た、特開昭６０−１６３１０２号公報のものは、加熱開
始後、ヒータの加熱温度が制御目標温度よりも低い温度
の切替温度に達するまではヒータを全通電連続加熱し、
切替温度に達した後はＰＩＤ制御によってヒータの通電
を制御する構成になっている。さらに、特開平３−１１
６２０８号公報のものは、加熱開始後、ヒータの加熱温
度が制御目標温度よりも低い温度の切替温度に達するま
ではヒータを全通電連続加熱し、切替温度に達した後は
Ｐ（比例）制御によってヒータの通電を制御する構成に
なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、各公報のもの
は、切替温度に達した後Ｉ制御やＰＩＤ制御やＰ制御を
行うようになっているが、切替温度値が１つのため、オ
ーバシュートを充分に小さくし、しかも短時間で制御目
標温度に移行させる制御ができなかった。例えば、面状
発熱体を内蔵した直接加熱方式の定着装置の場合は、熱
伝導性がよく、熱容量が小さいため、電力を供給したと
きの発熱や転写媒体が通過した時の発熱などによる温度
変化が大きく、オーバシュートが大きくなる。このた
め、オーバーシュートを抑えるように切替温度を低く設
定すると、充分に温度が立ち上がらないうちに例えばＰ
ＩＤ制御に移行するため、ウォームアップ時間が長くな
ったり、低温定着となって定着不十分になる。また、切
替温度を高く設定すると、オーバーシュートが大きいま
まＰＩＤ制御に移行するため、制御目標温度への追従性
が悪くなる。

【０００９】また、オンデマンド形の加熱定着装置は、
印刷動作の終了後、ヒータへの電力供給を停止するため
定着ローラの表面温度は制御目標温度より低い温度状態
に推移するが、動作指令があるとヒータへの電力投入を
再開して急速に定着可能な温度まで立上げて定着温度を
維持しなければならない。しかし、従来装置では、図１
０に示すように、定着ローラの表面温度を室温から制御
目標温度Ｔ0 に立上げる場合は、途中の切替温度Ｔc ま
ではヒータを全通電連続加熱制御するので急速な立上が
りが可能で比較的短いウォームアップ時間ｔ1 で済む
が、一旦印刷動作が終了して定着ローラの表面温度が制
御目標温度Ｔ0 と切替温度Ｔc との間にある状態で再度
動作指令があると、最初からＰＩＤ制御となって定着ロ
ーラへの加熱量が不足し、定着ローラの表面温度を再度
制御目標温度Ｔ0 にするには比較的長い時間Ｔ2 を要す
るという問題があった。

【００１０】また、定着動作中の温度制御方式としてＩ
（積分）制御を行うと、温度リップルが大きく、また、
Ｐ（比例）制御を行うと温度リップルは大幅に減少する
が、記録媒体や加圧ローラによる吸熱のため制御目標温
度Ｔ0 よりも低い温度にシフトしてしまう問題がある。
また、ヒータへの通電制御をスイッチング素子のスイッ
チング動作により行っているため、このスイッチング動
作が電源電圧の変動を引き起こして蛍光灯などのちらつ
き、すなわち、フリッカを発生させる。このフリッカ量
は、スイッチング回数、スイッチング制御周期、投入電
力量、突入電流などによって左右されるが、ＰＩＤ制御
を使用することで制御目標温度Ｔ0 に達するまではスイ
ッチング制御周期を短くし、制御目標温度Ｔ0 に達した
後はスイッチング制御周期を長くすることでフリッカ量
を小さくしている。しかし、昇温速度を高めるため投入
電力量を大きくするとＰＩＤ制御によりスイッチング制
御周期を長くしてもフリッカ量を小さく抑えることがで
きないという問題がある。

【００１１】そこで、請求項１〜３記載の発明は、室温
から制御目標温度へ立上げる時のウオームアップ時間を
短くできるとともにオーバーシュート及び温度リップル
を小さくでき、また、ヒータへの電力供給を一旦停止し
て再度行った時の制御目標温度への立上げを迅速に行う
ことができ、特にオンデマンド形の加熱定着装置に適し
た加熱定着装置の温度制御方法を提供する。

【００１２】また、請求項４記載の発明は、室温から制
御目標温度へ立上げる時のウオームアップ時間を短くで
きるとともにオーバーシュート及び温度リップルを小さ
くでき、また、ヒータへの電力供給を一旦停止して再度
行った時の制御目標温度への立上げを迅速に行うことが
でき、特にオンデマンド形の加熱定着装置に適した加熱
定着装置の温度制御装置を提供する。

【００１３】また、請求項５記載の発明は、室温から制
御目標温度へ立上げる時のウオームアップ時間を短くで
きるとともにオーバーシュート及び温度リップルを小さ
くでき、また、ヒータへの電力供給を一旦停止して再度
行った時の制御目標温度への立上げを迅速に行うことが
でき、特にオンデマンド形の加熱定着装置に適し、さら
にフリッカの発生を小さく抑えることができる加熱定着
装置の温度制御装置を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
転写したトナー像を加熱定着する加熱定着装置におい
て、ヒータの通電制御を切替える切替温度値を制御目標
温度値よりも低い温度値で多段設定し、最も低い第１の
切替温度値まではヒータを全通電連続加熱制御し、第１
の切替温度値に達した以降はヒータをＰＩＤ制御を行っ
て制御目標温度値まで高め、さらに制御目標温度値に略
一定に制御し、各切替温度値を境にＰＩＤ制御の制御パ
ラメータである比例値、積分値、微分値の少なくとも１
つを変化させる温度制御方法にある。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の温
度制御方法において、第１の切替温度値は、ヒータを制
御目標温度値に達するまで全通電連続加熱制御しその後
通電を停止させた場合に生じるオーバーシュートの最高
到達温度値と制御目標温度値との差分に相当する温度値
だけ制御目標温度値より低い温度に設定したことにあ
る。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の温度制御方法において、第１の切替温度値から最終
段の切替温度値までの積分値と微分値を０に設定し、実
質的にヒータを比例制御で通電制御することにある。

【００１７】請求項４記載の発明は、転写したトナー像
を加熱定着する加熱定着装置において、ヒータの通電制
御を行うヒータ点灯回路と、ヒータによる加熱温度を検
出する温度検出器と、加熱温度の制御目標温度値を発生
する制御目標温度値発生器と、この制御目標温度値発生
器からの制御目標温度値と温度検出器が検出した検出温
度値を取込み、各温度値の差に比例した比例動作、各温
度値の差の積分値に比例した積分動作及び各温度値の差
の微分値に比例した微分動作を行ってヒータによる加熱
温度を制御目標温度値に一致させる制御を行うＰＩＤ制
御回路と、制御目標温度値よりも低い温度値の複数の切
替温度値を発生する切替温度値発生器と、温度検出器が
検出した検出温度値と切替温度値発生器が発生する切替
温度値を比較する比較器と、この比較器の比較結果に基
づいてＰＩＤ制御回路の比例値、積分値及び微分値の制
御パラメータを任意に切替える切替制御器とからなり、
ＰＩＤ制御回路は、温度検出器からの検出温度値が最も
低い第１の切替温度値に達するまではヒータが全通電連
続加熱動作するようにヒータ点灯回路を駆動制御し、第
１の切替温度値に達した以降はＰＩＤ制御によりヒータ
点灯回路を駆動制御する温度制御装置にある。

【００１８】請求項５記載の発明は、転写したトナー像
を加熱定着する加熱定着装置において、ヒータの通電制
御を交流で行うヒータ点灯回路と、このヒータ点灯回路
がヒータに通電する交流の位相角制御を行う位相制御回
路と、ヒータによる加熱温度を検出する温度検出器と、
加熱温度の制御目標温度値を発生する制御目標温度値発
生器と、この制御目標温度値発生器からの制御目標温度
値と温度検出器が検出した検出温度値を取込み、各温度
値の差に比例した比例動作、各温度値の差の積分値に比
例した積分動作及び各温度値の差の微分値に比例した微
分動作を行ってヒータによる加熱温度を制御目標温度値
に一致させる制御を行うＰＩＤ制御回路と、制御目標温
度値よりも低い温度値の複数の切替温度値を発生する切
替温度値発生器と、温度検出器が検出した検出温度値と
切替温度値発生器が発生する切替温度値を比較する比較
器と、この比較器の比較結果に基づいてＰＩＤ制御回路
の比例値、積分値及び微分値の制御パラメータを任意に
切替える切替制御器と、ＰＩＤ制御回路の出力から一定
周期内の平均電力量を求め、位相制御回路がこの平均電
力量と等しい電力量でヒータに通電する交流の位相角制
御を行うように位相制御回路に対して位相角制御のタイ
ミングを決めるパルスを発生するパルス発生器とからな
り、ＰＩＤ制御回路は、温度検出器からの検出温度値が
最も低い第１の切替温度値に達するまではヒータが全通
電連続加熱動作するように出力を送出し、第１の切替温
度値に達した以降はＰＩＤ制御出力を送出する温度制御
装置にある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１において１は定着ローラ（図
示せず）を加熱するヒータ、２はヒータ１による加熱温
度である定着ローラの表面温度を検出する温度検出器、
３は前記ヒータ１の通電制御を行うヒータ点灯回路であ
る。前記ヒータ１は、ＦｅＣｒやＮｉＣｒ等の板状の発
熱体を任意の温度分布になるようにパターニングしたも
のをＰＩやＰＢＩ等の絶縁体でサンドイッチし、Ａｌ材
質のヒートローラの内部に密着するように配置して形成
したものである。そして、前記ヒートローラの表面にＰ
ＦＡやＰＴＦＥ等の離型層を形成して定着ローラを構成
している。定着ローラに加圧ローラ（図示せず）を圧接
して対向配置し、トナー像を転写した記録紙等の記録媒
体を定着ローラと加圧ローラとの間を通過させることに
より定着ローラの熱でトナーを溶解して熱定着するよう
になっている。すなわち、この加熱定着装置はオンデマ
ンド形の定着装置になっている。

【００２０】前記定着ローラの表面温度を定着に適した
温度に設定するための制御目標温度値Ｔ0 を発生する制
御目標温度値発生器４を設け、この制御目標温度値発生
器４からの制御目標温度値Ｔ0 と前記温度検出器２から
の検出温度値をＰＩＤ制御回路５に供給している。前記
ＰＩＤ制御回路５は、前記制御目標温度値発生器４から
の制御目標温度値Ｔ0 と前記温度検出器２からの検出温
度値を取込み、制御パラメータであるＰ値（比例値）、
Ｉ値（積分値）、Ｄ値（微分値）をそれぞれ使用して各
温度値の差に比例した比例動作、各温度値の差の積分値
に比例した積分動作及び各温度値の差の微分値に比例し
た微分動作を行って前記ヒータ１による定着ローラの加
熱温度を制御目標温度値Ｔ0 に一致させる制御を行うも
のである。そして、前記ＰＩＤ制御回路５の出力により
前記ヒータ点灯回路３を駆動制御するようになってい
る。

【００２１】前記温度検出器２からの検出温度値を比較
器６にも供給している。この比較器６は、制御目標温度
値Ｔ0 よりも低い温度値の複数の切替温度値Ｔn （n=1,
2,3,…）を発生する切替温度値発生器７からの切替温度
値Ｔn と検出温度値を比較し、比較結果を切替制御器８
に供給している。前記切替制御器８は、前記比較器６の
比較結果に基づいて制御パラメータ発生器９が発生する
Ｐ値Ｋp 、Ｉ値Ｔi 及びＤ値Ｔd の制御パラメータを任
意に選択して前記ＰＩＤ制御回路５に供給するようにな
っている。この制御パラメータの各値は、一般に知られ
ている限界感度法やステップ応答法等で与えられ、実験
データやシュミレーション等により決定する。

【００２２】図２は、前記ＰＩＤ制御回路５、比較器６
及び切替制御器８の制御動作を示す流れ図で、動作開始
指令が無い状態ではヒータ１への電力投入を停止（ＯＦ
Ｆ）しており待機状態となっている。この状態で動作開
始指令が発生すると、前記温度検出器２は一定の周期で
検出した検出温度値Ｔを前記ＰＩＤ制御回路５及び比較
器６に供給する。比較器６は、切替温度値発生器７から
の切替温度値Ｔn と検出温度値Ｔを比較する。

【００２３】先ず、最も低い第１の切替温度値Ｔ1 に対
して、Ｔ1 ＞Ｔであれば、昇温（ＵＰ）１状態となり、
切替制御器８の出力により前記ＰＩＤ制御回路５はヒー
タ１が全通電連続加熱モードで動作するようにヒータ点
灯回路３を駆動制御する。そして、Ｔ2 ＞Ｔ≧Ｔ1 にな
ると、昇温（ＵＰ）２状態となり、切替制御器８は制御
パラメータ発生器９からＰ値Ｋp2、Ｉ値Ｔi2及びＤ値Ｔ
d2を選択してＰＩＤ制御回路５に供給する。これにより
前記ＰＩＤ制御回路５はヒータ１が所定のＰＩＤ制御モ
ードで動作するようにヒータ点灯回路３を駆動制御す
る。同様にして、Ｔn ＞Ｔ≧Ｔn-1 になると、昇温（Ｕ
Ｐ）ｎ状態となり、切替制御器８は制御パラメータ発生
器９からＰ値Ｋpn、Ｉ値Ｔin及びＤ値Ｔdnを選択してＰ
ＩＤ制御回路５に供給する。これにより前記ＰＩＤ制御
回路５はヒータ１が所定のＰＩＤ制御モードで動作する
ようにヒータ点灯回路３を駆動制御する。

【００２４】そして、Ｔ0 ＞Ｔ≧Ｔn になると、昇温
（ＵＰ）０状態となり、切替制御器８は制御パラメータ
発生器９からＰ値Ｋp0、Ｉ値Ｔi0及びＤ値Ｔd0を選択し
てＰＩＤ制御回路５に供給する。これにより前記ＰＩＤ
制御回路５はヒータ１を所定のＰＩＤ制御モードで動作
するようにヒータ点灯回路３を駆動制御する。そして、
検出温度値Ｔが制御目標温度値Ｔ0 以上、すなわち、Ｔ
≧Ｔ0 になると、定着開始指令を発生し、定着動作を開
始することになる。以上の制御を表で示すと表１に示す
ようになる。

【００２５】

【表１】

【００２６】この制御をさらに、制御目標温度値Ｔ0 を
１６５℃、３段階の切替温度値Ｔ1，Ｔ2 ，Ｔ3 をそれ
ぞれ１４０℃、１５５℃、１５９℃、昇温（ＵＰ）２状
態でのＰ値Ｋp2＝１１．１、Ｉ値Ｔi2＝０及びＤ値Ｔd2
＝０、昇温（ＵＰ）３状態でのＰ値Ｋp3＝１５．０、Ｉ
値Ｔi3＝０及びＤ値Ｔd3＝０、昇温（ＵＰ）４状態での
Ｐ値Ｋp0＝５．２９、Ｉ値Ｔi0＝６及びＤ値Ｔd0＝２８
とした具体例について述べる。なお、これらの値は一例
でこれに限定するものではない。図３に示すように、検
出温度値Ｔが第１の切替温度値Ｔ1 よりも低いとき、す
なわち、１４０℃＞Ｔのときには、昇温（ＵＰ）１状態
となり、切替制御器８の出力によりＰＩＤ制御回路５は
ヒータ１が全通電連続加熱モードで動作するようにヒー
タ点灯回路３を駆動制御する。

【００２７】そして、温度が上昇し、検出温度値Ｔが第
１の切替温度値Ｔ1 以上で第２の切替温度値Ｔ2 よりも
低いとき、すなわち、１５５℃＞Ｔ≧１４０℃になる
と、昇温（ＵＰ）２状態となり、切替制御器８は制御パ
ラメータ発生器９からＰ値Ｋp2＝１１．１、Ｉ値Ｔi2＝
０及びＤ値Ｔd2＝０を選択してＰＩＤ制御回路５に供給
する。これにより前記ＰＩＤ制御回路５はＩ値Ｔi2及び
Ｄ値Ｔd2が共に０なので、実質的にヒータ１を比例モー
ドで制御する。さらに、温度が上昇し、検出温度値Ｔが
第２の切替温度値Ｔ2 以上で第３の切替温度値Ｔ3 より
も低いとき、すなわち、１５９℃＞Ｔ≧１５５℃になる
と、昇温（ＵＰ）３状態となり、切替制御器８は制御パ
ラメータ発生器９からＰ値Ｋp3＝１５．０、Ｉ値Ｔi3＝
０及びＤ値Ｔd3＝０を選択してＰＩＤ制御回路５に供給
する。これにより前記ＰＩＤ制御回路５はＩ値Ｔi2及び
Ｄ値Ｔd2が共に０なので、実質的にヒータ１を比例モー
ドで動作するようにヒータ点灯回路３を駆動制御する。

【００２８】さらに、温度が上昇し、検出温度値Ｔが第
３の切替温度値Ｔ3 以上で制御目標温度値Ｔ0 よりも低
いとき、すなわち、１６５℃＞Ｔ≧１５９℃になると、
昇温（ＵＰ）４状態となり、切替制御器８は制御パラメ
ータ発生器９からＰ値Ｋp0＝５．２９、Ｉ値Ｔi0＝６及
びＤ値Ｔd0＝２８を選択してＰＩＤ制御回路５に供給す
る。これにより前記ＰＩＤ制御回路５はヒータ１を所定
のＰＩＤ制御モードで動作するようにヒータ点灯回路３
を駆動制御する。そして、検出温度値Ｔが制御目標温度
値Ｔ0 である１６５℃以上になると、定着開始指令を発
生し、定着動作を開始することになる。そして、定着動
作中も引き続きＰＩＤ制御回路５はヒータ１を所定のＰ
ＩＤ制御モードで動作するようにヒータ点灯回路３を駆
動制御するようになっている。以上の制御を表で示すと
表２に示すようになる。

【００２９】

【表２】

【００３０】この制御において、第１の切替温度値Ｔ1
は、ヒータ１を制御目標温度値Ｔ0に達するまで全通電
連続加熱制御しその後通電を停止させた場合に生じるオ
ーバーシュートの最高到達温度値と制御目標温度値Ｔ0
との差分に相当する温度値だけ制御目標温度値Ｔ0 より
低い温度に設定することが望ましい。すなわち、第１の
切替温度値Ｔ1 を１４０℃に設定したことはヒータ１を
制御目標温度値Ｔ0 に達するまで全通電連続加熱制御し
その後通電を停止させた場合に生じるオーバーシュート
の最高到達温度値が１９０℃であったことを示してい
る。

【００３１】ところで、オーバーシュートは、定着ロー
ラの表面温度を定着可能な制御目標温度Ｔ0 に立上げる
時に供給する電力により蓄積された熱量の剰余分が放出
するために起こるもので、このように制御目標温度Ｔ0
よりもオーバーシュート分低い温度でヒータ１への電力
供給を減少させることで、定着ローラの表面温度は蓄積
された熱量の剰余分により制御目標温度Ｔ0 まで立ち上
げられ、オーバーシュートを抑えながら制御目標温度Ｔ
0 に推移し、立上げ時の消費電力を減少させることがで
きる。

【００３２】また、検出温度値Ｔが第１の切替温度値Ｔ
1 に達するまではヒータ１を最も急速に温度を上昇でき
る全通電連続加熱動作し、第１の切替温度値Ｔ1 から第
２の切替温度値Ｔ2 を経て第３の切替温度値Ｔ3 に達す
るまではヒータ１を比例制御で加熱動作し、第３の切替
温度値Ｔ3 から制御目標温度値Ｔ0 に達するまではヒー
タ１をＰＩＤ制御で加熱動作している。ところで、ＰＩ
Ｄ制御は、一定時間内の温度変化をサンプリングして次
の温度制御変更タイミングにフィードバックさせるた
め、温度変化を抑えようとする方向に働き、記録媒体の
熱容量変化に対向して一定の温度を維持するためには優
れているが温度上昇中の制御方式としては温度上昇を敏
感に検知してそれを抑制するので不向きである。この
点、第１の切替温度値Ｔ1 から第３の切替温度値Ｔ3 に
達するまではＩ値Ｔi 及びＤ値Ｔd を共に０にしてヒー
タ１を比例制御で加熱動作しているので、例えば、制御
目標温度値Ｔ0 での消費電力を全通電連続加熱時の５０
％の電力とすると、その前後では制御目標温度値Ｔ0 と
の温度差に応じて出力電力を変更するため、温度上昇を
大きく抑制することなくオーバーシュート分の剰余熱量
のみを緩和する作用を為す。

【００３３】図４の(a) はＰＩＤ制御を行ったときの電
流波形を示し、ＰＩＤ制御では定着ローラの表面温度に
応じて制御周期Ａ毎にＯＮ時間とＯＦＦ時間との比が可
変制御される。図４の(b) は(a) の部分拡大図でＯＮ時
間においては例えば５０Ｈzの交流電流がヒータ１に流
れることになる。図４の(c) は電力波形を示し、ＰＩＤ
制御期間では制御周期Ａ毎に出力が変化している。図４
の(d) は定着ローラの表面温度変化を示すグラフであ
る。

【００３４】図５はこの実施の形態でヒータ１を加熱動
作させたときの定着ローラの表面温度の変化を示すグラ
フｇ1 と従来の温度制御による定着ローラの表面温度の
変化を示すグラフｇ2 を示すもので、このグラフからも
わかるように、室温から制御目標温度Ｔ0 へ立上げる時
のウオームアップ時間を短くできるとともにオーバーシ
ュート及び温度リップルを小さくできる。

【００３５】また、オンデマンド形の定着装置では、動
作開始指令が発生するのは、定着ローラの表面温度が常
に室温状態になっていることはなく、前の定着動作が終
了してからあまり時間が経過していない状態で動作開始
指令が発生することがある。例えば図６に点Ｐ1 で示す
ように定着ローラの表面温度、すなわち、温度検出器２
の検出温度値Ｔが、Ｔ2 ＞Ｔ＞Ｔ1 のときに動作開始指
令が発生したり、点Ｐ2 で示すように検出温度値Ｔが、
Ｔ3 ＞Ｔ＞Ｔ2 のときに動作開始指令が発生すると、直
ちに、ＰＩＤ制御回路５はヒータ１を比例制御で加熱動
作するようにヒータ点灯回路３を駆動制御する。そし
て、検出温度値Ｔが第３の切替温度値Ｔ3に達するまで
はこの比例制御を継続し、その後ヒータ１をＰＩＤ制御
で加熱動作するようになる。この場合のウォームアップ
時間はそれぞれｔ2 、ｔ3 と、室温から制御目標温度値
Ｔ0 に立上げる時のウォームアップ時間ｔ1 よりも充分
に短くなる。このように、ヒータ１への電力供給を一旦
停止して再度行った時の制御目標温度Ｔ0 への立上げを
迅速に行うことができ、クイックスタート定着を望むオ
ンデマンド形の加熱定着装置に極めて適した温度制御が
できる。

【００３６】（第２の実施の形態）なお、第１の実施の
形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は
省略する。これは図７に示すように、ＰＩＤ制御回路５
とヒータ点灯回路３との間にパルス発生器１０と位相制
御回路１１を介挿している。前記位相制御回路１１はヒ
ータ点灯回路３がヒータ１に通電する交流の位相角制御
を行い、前記パルス発生器１０は、ＰＩＤ制御回路５の
出力から一定周期内の平均電力量を求め、前記位相制御
回路１１がこの平均電力量と等しい電力量でヒータ１に
通電する交流の位相角制御を行うようにこの位相制御回
路１１に対して位相角制御のタイミングを決めるパルス
を発生する。

【００３７】すなわち、ＰＩＤ制御回路５は、定着ロー
ラの表面温度を検出する温度検出器２からの検出温度値
Ｔを入力して定着ローラの温度状態に応じて一定制御周
期Ａ内のＯＮ時間を変化させるための信号を出力する。
この出力信号はフィードバックされた定着ローラの温
度、すなわち検出温度値Ｔと制御目標温度値Ｔ0 との偏
差や伝達関数をもとに温度変化の状態を予測して決定さ
れるもので、次の一定制御周期Ａ内のヒータ１のＯＮ時
間、つまりヒータ１に供給する電力量を与えている。こ
れによって得られる電力量と等しい電力量を位相制御に
よりヒータ１に供給できるようにパルス発生器１０で
は、ＰＩＤ制御回路５から出力された一定制御周期Ａ内
のＯＮ時間から周期内の平均電力量を求め、これと等し
くなるように位相制御の制御角を決定し、位相制御回路
１１内のスイッチング素子をＯＮさせるタイミングパル
スを生成し出力する。位相制御回路１１はパルス発生器
１０からのタイミングパルスによりヒータ１に投入する
電力量を経時的に調整する。

【００３８】図８の(a) はＰＩＤ制御と位相制御を組合
わせたときの電流波形を示し、図８の(b) は(a) を電源
周期に部分拡大した電流波形を示している。すなわち、
位相制御回路１１からの出力は一定制御期間Ａ内のＯＮ
時間を決める出力ではなく、電源周期における導通制御
角を制御する出力となり、これにより、ヒータ点灯回路
３は電源周期毎に交流の導通制御角を制御してヒータ１
への通電制御を行うことになる。このときの電力波形は
図８の(c) に示すようになり、ＰＩＤ制御時の最大投入
電力を位相制御を行わない場合の１／３程度まで減少さ
せることができる。また、定着ローラの表面温度変化は
図８の(d) に示すようになり第１の実施の形態と同様の
温度特性が得られる。

【００３９】このように最大投入電力を減少させること
ができるので、スイッチング回数は電源周期毎２回ずつ
行われるので増加するが周囲の蛍光灯をちらつかせるな
どのフリッカの発生を抑えることができる。勿論、この
実施の形態においても第１の実施の形態と同様、室温か
ら制御目標温度Ｔ0 へ立上げる時のウオームアップ時間
を短くできるとともにオーバーシュート及び温度リップ
ルを小さくでき、さらにヒータ１への電力供給を一旦停
止して再度行った時の制御目標温度Ｔ0 への立上げを迅
速に行うことができ、クイックスタート定着を望むオン
デマンド形の加熱定着装置に極めて適した温度制御がで
きる。

【００４０】

【発明の効果】以上、請求項１〜３記載の発明によれ
ば、室温から制御目標温度へ立上げる時のウオームアッ
プ時間を短くできるとともにオーバーシュート及び温度
リップルを小さくでき、また、ヒータへの電力供給を一
旦停止して再度行った時の制御目標温度への立上げを迅
速に行うことができ、特にオンデマンド形の加熱定着装
置に適した温度制御方法を得ることができる。

【００４１】また、請求項４記載の発明によれば、室温
から制御目標温度へ立上げる時のウオームアップ時間を
短くできるとともにオーバーシュート及び温度リップル
を小さくでき、また、ヒータへの電力供給を一旦停止し
て再度行った時の制御目標温度への立上げを迅速に行う
ことができ、特にオンデマンド形の加熱定着装置に適し
た温度制御装置を得ることができる。

【００４２】また、請求項５記載の発明によれば、室温
から制御目標温度へ立上げる時のウオームアップ時間を
短くできるとともにオーバーシュート及び温度リップル
を小さくでき、また、ヒータへの電力供給を一旦停止し
て再度行った時の制御目標温度への立上げを迅速に行う
ことができ、特にオンデマンド形の加熱定着装置に適
し、さらにフリッカの発生を小さく抑えることができる
温度制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図。

【図２】同実施の形態における制御動作を示す流れ図。

【図３】同実施の形態における制御動作の一具体例を示
す流れ図。

【図４】同実施の形態におけるヒータの加熱動作時の電
流波形、電力波形及び定着ローラの温度特性を示すグラ
フ。

【図５】同実施の形態における定着ローラの温度特性と
従来の温度制御方式による定着ローラの温度特性を示す
グラフ。

【図６】同実施の形態における定着ローラの各温度状態
からの立上がり温度特性を示すグラフ。

【図７】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図。

【図８】同実施の形態におけるヒータの加熱動作時の電
流波形、電力波形及び定着ローラの温度特性を示すグラ
フ。

【図９】定着ローラの一般的温度特性を説明するための
グラフ。

【図１０】従来の温度制御方式を用いた場合の定着ロー
ラの各温度状態からの立上がり温度特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１…ヒータ ２…温度検出器 ３…ヒータ点灯回路 ４…制御目標温度値発生器 ５…ＰＩＤ制御回路 ６…比較器 ７…切替温度値発生器 ８…切替制御器 ９…制御パラメータ発生器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写したトナー像を加熱定着する加熱定
   着装置において、ヒータの通電制御を切替える切替温度
   値を制御目標温度値よりも低い温度値で多段設定し、最
   も低い第１の切替温度値までは前記ヒータを全通電連続
   加熱制御し、第１の切替温度値に達した以降は前記ヒー
   タをＰＩＤ制御を行って制御目標温度値まで高め、さら
   に制御目標温度値に略一定に制御し、各切替温度値を境
   にＰＩＤ制御の制御パラメータである比例値、積分値、
   微分値の少なくとも１つを変化させることを特徴とする
   加熱定着装置の温度制御方法。
2. 【請求項２】 第１の切替温度値は、ヒータを制御目標
   温度値に達するまで全通電連続加熱制御しその後通電を
   停止させた場合に生じるオーバーシュートの最高到達温
   度値と制御目標温度値との差分に相当する温度値だけ制
   御目標温度値より低い温度に設定したことを特徴とする
   請求項１記載の加熱定着装置の温度制御方法。
3. 【請求項３】 第１の切替温度値から最終段の切替温度
   値までの積分値と微分値を０に設定し、実質的にヒータ
   を比例制御で通電制御することを特徴とする請求項１又
   は２記載の加熱定着装置の温度制御方法。
4. 【請求項４】 転写したトナー像を加熱定着する加熱定
   着装置において、ヒータの通電制御を行うヒータ点灯回
   路と、前記ヒータによる加熱温度を検出する温度検出器
   と、加熱温度の制御目標温度値を発生する制御目標温度
   値発生器と、この制御目標温度値発生器からの制御目標
   温度値と前記温度検出器が検出した検出温度値を取込
   み、各温度値の差に比例した比例動作、各温度値の差の
   積分値に比例した積分動作及び各温度値の差の微分値に
   比例した微分動作を行って前記ヒータによる加熱温度を
   制御目標温度値に一致させる制御を行うＰＩＤ制御回路
   と、制御目標温度値よりも低い温度値の複数の切替温度
   値を発生する切替温度値発生器と、前記温度検出器が検
   出した検出温度値と前記切替温度値発生器が発生する切
   替温度値を比較する比較器と、この比較器の比較結果に
   基づいて前記ＰＩＤ制御回路の比例値、積分値及び微分
   値の制御パラメータを任意に切替える切替制御器とから
   なり、前記ＰＩＤ制御回路は、前記温度検出器からの検
   出温度値が最も低い第１の切替温度値に達するまでは前
   記ヒータが全通電連続加熱動作するように前記ヒータ点
   灯回路を駆動制御し、第１の切替温度値に達した以降は
   ＰＩＤ制御により前記ヒータ点灯回路を駆動制御するこ
   とを特徴とする加熱定着装置の温度制御装置。
5. 【請求項５】 転写したトナー像を加熱定着する加熱定
   着装置において、ヒータの通電制御を交流で行うヒータ
   点灯回路と、このヒータ点灯回路が前記ヒータに通電す
   る交流の位相角制御を行う位相制御回路と、前記ヒータ
   による加熱温度を検出する温度検出器と、加熱温度の制
   御目標温度値を発生する制御目標温度値発生器と、この
   制御目標温度値発生器からの制御目標温度値と前記温度
   検出器が検出した検出温度値を取込み、各温度値の差に
   比例した比例動作、各温度値の差の積分値に比例した積
   分動作及び各温度値の差の微分値に比例した微分動作を
   行って前記ヒータによる加熱温度を制御目標温度値に一
   致させる制御を行うＰＩＤ制御回路と、制御目標温度値
   よりも低い温度値の複数の切替温度値を発生する切替温
   度値発生器と、前記温度検出器が検出した検出温度値と
   前記切替温度値発生器が発生する切替温度値を比較する
   比較器と、この比較器の比較結果に基づいて前記ＰＩＤ
   制御回路の比例値、積分値及び微分値の制御パラメータ
   を任意に切替える切替制御器と、前記ＰＩＤ制御回路の
   出力から一定周期内の平均電力量を求め、前記位相制御
   回路がこの平均電力量と等しい電力量で前記ヒータに通
   電する交流の位相角制御を行うように前記位相制御回路
   に対して位相角制御のタイミングを決めるパルスを発生
   するパルス発生器とからなり、前記ＰＩＤ制御回路は、
   前記温度検出器からの検出温度値が最も低い第１の切替
   温度値に達するまでは前記ヒータが全通電連続加熱動作
   するように出力を送出し、第１の切替温度値に達した以
   降はＰＩＤ制御出力を送出することを特徴とする加熱定
   着装置の温度制御装置。