JPS6143820B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、最適な加熱結果が確実に得られる
ようにした加熱制御装置に関する。

例えば、静電式複写機におけるトナーの加熱定
着のように、電気発熱体による加熱を行なう場
合、その加熱の制御は、発熱体への供給電力を制
御して行なわれる。この供給電力の制御は、例え
ばスライダツクのように、電源電圧を変えたり、
あるいは半導体電流制御素子を使用して発熱体へ
の供給電流をスイツチング制御したりして行なわ
れる。これらスライダツクや半導体電流制御素子
による加熱制御は、一般にそれほど高い確度を得
られるものではないが、これらを用いて、いわゆ
る閉ループにフイードバツク制御を行なうことに
より、制御の精度および確度を高めることが、従
来からさかんに行なわれている。このフイードバ
ツク制御によれば、上記電気発熱体を制御対象と
し、また上記スライダツクあるいは半導体電流制
御素子等の電力制御手段を制御要素とし、これに
温度検出手段すなわちフイードバツク要素を設け
ることにより、電源電圧変動や環境温変化等の外
乱を打消して、設定値（目標値）に忠実に従つた
精密な定温加熱を行なうことができる。

しかしながら、上記した如き閉ループによるフ
イードバツク制御では、十分に行なえない場合、
あるいは適切でない場合がある。例えば、上記静
電式複写機におけるトナーの加熱定着を行なうよ
うな場合には、そこに抵抗線の如き電気発熱体が
使用されるが、この発熱体の温度を、上記した如
きフイードバツク制御によつて一定に保つだけで
は、適切な加熱定着を行なうことができない。こ
れは、最良の加熱定着を行なうための条件が、一
義的に求められる性格のものではなく、例えば、
環境温度以外に、湿度や紙質等によつて複雑に変
化することと、制御の最終目標が発熱体そのもの
の温度ではなく、最良の定着結果を得ることとに
あり、しかもこの最終の制御目標は、これを定量
的に検出してフイードバツクすることがきわめて
困難な性格なものであるからである。また、この
種のものでは、フイードバツク系にて生ずる伝達
遅れが許されないといつた特殊事情もある。例え
ば、上記複写機の加熱定着において、仮に、その
加熱結果が目標値から外れていたため、これをフ
イードバツク制御で補償し得たとしても、補償で
きるのはその後の加熱定着からであつて、既に加
熱定着されてしまつた部分までも補償することは
できず、これでは、部分的にも欠陥のない最良の
コピー結果を望むことはできない。

以上のように、加熱制御を行なうに際しては、
いわゆる通常の閉ループによるフイードバツク制
御が適用できなかつたり、あるいはそれがきわめ
て困難若しくは不利な場合がある。このような場
合には、上記した如き閉ループによるフイードバ
ツク制御によらずに、いわゆる通常の閉ループに
よる加熱制御を行なわざるを得ない場合があり、
またその方が有利な場合もある。例えば、上述し
た複写機においては、周囲温度、湿度、および紙
質等の違いによつて個々に求められた過去の経験
データに従つて、前記発熱体への供給電力を一方
向的に制御する方が、むしろ良い結果を得ること
ができ、またその方が確実で簡単である。

この開ループによる加熱制御方法は、その基本
となる経験データが予め正確かつ細かく求められ
ていれば、非常に確実で、しかも簡単な方法であ
る。しかし、この場合、その供給電力の制御は、
上記データに従つて、忠実に行なわれなければな
らず、さもないとそのデータが求められたときの
結果が忠実に再現されず、所期の加熱結果が得ら
れない。例えば、上記複写機の場合は、コピーの
仕上げが均一に行なわれなくなつてしまう。この
点において、従来一般に行なわれているスライダ
ツクあるいは半導体電流制御素子による発熱体へ
の電力制御方法は、閉ループによるフイードバツ
ク制御系の制御要素に適用される限りにおいては
特に問題はないが、フイードバツク制御を行なわ
ない、あるいは行なえないようなところに適用す
るのには、その設定の確実さおよび正確さ等の点
から甚だ不十分な方法であつた。

この発明は、以上のような背景に基づいてなさ
れたもので、その目的とするところは、閉ループ
によるフイードバツク制御が行なえなくとも、あ
るいは行なわなくとも、確実かつ正確に、しかも
簡単な構成でもつて、常に最良の加熱結果が得ら
れるような加熱制御装置を提供することある。

電気発熱体へ交流電源から供給される通電電流
を制御する双方向電流制御手段と、 電流発熱体の環境条件に関する検出を行なう環
境条件検出手段と、 電流発熱体の環境条件と通電量との相関を示す
経験データが予め設定された経験データ設定手段
と、 電流発熱体の検出環境条件を用いて経験データ
から所定の通電周期内における目標通電量を求め
る目標通電量演算手段と、 交流電源の半周期が単位とされた電気発熱体の
連続通電期間を目標通電量に応じて設定する連続
通電期間設定手段と、 各通電周期において連続通電期間に亘り双方向
電流制御手段を継続して導通制御する通電制御手
段と、 を装置構成要素としたもので、以下、その実施
例を、図面を参照しながら詳述する。

第１図は、この発明が実施されている静電式複
写機の加熱定着部の加熱制御部の構成を示したも
ので、抵抗線の如き抵抗発熱体１が使用され、ま
たこの電源として商用の交流電源（AC100Vまた
は200V）２が使用され、この電源２が、半導体
双方向電流制御素子であるトライアツク３を通し
て上記発熱体１に供給されるようになつている。
そして、上記発熱体１から発せられる熱でもつ
て、複写紙に転写されたトナーが加熱定着される
のであるが、その加熱制御は、制御装置４内の
ROM（Read Only Memory）５に書き込まれて
いるデータに基づいて行なわれるようになつてい
る。

制御装置４は、上記ROM５、CPU（中央処理
装置）６、およびＩ／Ｏ（入出力回路）７からな
り、その構成は１個若しくは複数個のLSI（集積
回路）により、きわめて簡単かつ小形になされて
いる。この制御装置４の入力機器としては、零電
圧検出回路８、電圧検出回路９、温度検出回路１
０、および湿度検出回路１１等が接続されてい
る。また、その出力機器としては、上記トライア
ツク３のゲートトリガー回路１２が接続されてい
る。零電圧検出回路８は、上記交流電源２の瞬時
電圧が零値を通過するときのタイミングを検出す
るもので、上記交流電源２に半サイクル周期毎に
零検出信号が発せられるようになつている。電圧
検出回路９は、上記電源２の出力電圧を検出する
ためのもので、電源電圧（平均電圧）の変動はこ
こで検出される。温度検出回路１０は、サーミス
タの如き温度センサー１０′を用いて環境（複写
機内）温度を検出すためのものであり、また湿度
検出回路１１は環境湿度を検出するためのもので
ある。そして、これらの検出回路８，９，１０，
１１からの各検出信号は、それぞれデイジタルデ
ータの形式で、上記制御装置４に入力されるよう
になつている。特に上記電圧検出回路９、温度検
出回路１０、および湿度検出回路１１からの各検
出データについては、Ｉ／ＯおよびCPU６を介
して、上記ROM５のアドレスデータ入力側に導
入されるようになつている。それにより、ROM
５からは、各検出データに対応する書込データが
読み出せるようになる。

第２図は、上記ROM５の書込パターンの一例
を示したもので、そのデータ欄１３には、電源電
圧Vx、温度Tx、および湿度Hxに対応して、それ
ぞれ比率（％）を示すデータが多数書込まれてい
る。そのROM５は、上述したように、上記電圧
検出回路９、温度検出回路１０、および湿度検出
回路１１からの各検出データによつてアドレス指
定され、その指定されたところでデータがCPU
６によつて読み取られるようになつている。例え
ば、CPU６によつて、上記湿度検出回路１１の
検出湿度Hxが、第２図のパターンに示された代
表値H1に属すると判定されると、欄１３ａが選
択され、さらに上記温度検出回路１０の検出温度
HxがT1に、上記電圧検出回路９からの検出電圧
VxがV1にそれぞれ属すると判定されると、「100
％」を示すデータが選択されて読み取られるよう
になる。同様にして、Hx＝H1、Tx＝T2、Vx＝
V1のときは、「95％」を示すデータが選択され、
またHx＝H1、Tx＝T3、Vx＝V1のときは、「90
％」を示すデータが選択されて、読み取られるよ
うになつている。

第３図は、上記制御装置４のプログラム構成を
示したもので、ルーチンＲ１，Ｒ２，Ｒ３では、
それぞれ上記検出回路９，１０，１１の各検出値
Vx，Tx，Hxが上記代表値（V1〜V4，T1，T4，
H1〜H4）の何れに属するかの判定を実行する。
そして、次のルーチンＲ４にて、出力パターンの
選択、すなわち上記判定結果に基ついて上記
ROM５のアドレス指定を行ない、対応するとこ
ろのデータ（％）の選択が行なわれる。こうし
て、電圧Vx、温度Tx、湿度Hx等の諸条件に応じ
たデータ（％）が選択されると、次のルーチンＲ
５にて、その選択されたデータ（％）に基づいて
ON−OFF定数を作成し、それを比較レジスタに
プリセツトすることが行なわれる。そのON−
OFF定数とは、前記発熱体１の交流電源２との
間に介在させてあるトライアツク３の導通期間
Tonの長さと遮断期区Toffの長さ、すなわちデユ
ーテイ比を単純な整数比でもつて定めたもので、
導通期間Tonの長さを定めるON定数Konと遮断
期間Toffの長さを定めるOFF定数Koffとが作成
され、それぞれに比較レジスタRon、Roffにプリ
セツトされるようになつている。そして、次のル
ーチンＲ６にて、前記零電圧検出回路８からの零
検出信号が発せられたか否かの判断が行なわれ、
ここで零検出信号がなければ、上記ルーチンＲ１
〜Ｒ５が繰り返えされるが、零検出信号が発せら
れると、すなわち上記交流電源２の電圧波形の節
点に来ると、ルーチンＲ７が実行されるようにな
る。このルーチンＲ７は、第４図にその詳細を示
すように、上記零検出信号による一種の割込みに
よつて実行されるようにプログラムされたもの
で、先ず上記零検出信号が発せられると、ルーチ
ンＲ７にて、割込カウンターICの内容に１を加
算する。そして、次のルーチンＲ７２にて、後述
する次区間OFF指令プラグＦ１がセツトされて
いるか否かが半断される。このフラグＦ１がセツ
トされていないと、ルーチンＲ７３が実行され、
ここで上記割込カウンタICの内容が前記比較レ
ジスタRonにプリセツトされたON定数Konに達
したか否かが判断される。ここで、カウンタIC
の内容がプリセツト内容に達していなければ、次
のルーチンＲ７４にて、前記ゲートトリガー回路
１２を駆動（ON）する指令を発し、前記トライ
アツク３を上記交流電源波形の次の節点から導通
状態にさせるようにする。しかし、上記割込カウ
ンタICの内容が上記プリセツト内容（Kon）に達
すると、ルーチンＲ７５，Ｒ７６が実行されて、
上記次区間OFF指定フラグＦ１がセツトされ、
また上記割込カウンタICの内容が零にクリアさ
れてから、上記ルーチンＲ７４が実行される。他
方、前記ルーチンＲ７２にて、YESの判断が出
された場合すなわち次区間OFF指定フラグＦ１
がセツトされていた場合、ルーチンＲ７８が実行
され、ここで上記割込カウンタICの内容が前記
比較レジスタRoffにプリセツトされたOFF定数
Koffに達したか否かが判断される。ここで、カ
ウンタICの内容がプリセツト内容に達していな
ければ、次のルーチンＲ７４にて、前記ゲートト
リガー回路１２の駆動を解除（OFF）する指令
を発し、上記トライアツクを上記交流電源電波形
の節点か遮断状態にさせるようにする。しかし、
この場合も、上記割込カウンタICの内容が上記
プリセツト内容（Koff）に達すると、ルーチン
Ｒ８０，Ｒ８１が実行されて、次区間OFF指定
フラグＦ１が今度はリセツトされ、また上記割込
カウンタICの内容が零にクリアされてから、上
記ルーチンＲ７９が実行される。以上のようにし
て、零検出信号が発せられると、割込がかけられ
て、上記トライアツク３を次の区間からON状態
にするかOFF状態にするかを、決定されるので
あるが、この後は、ルーチンＲ７７が実行されて
上記割込状態が解除され、ルーチンＲ７の実行が
完了する。このルーチンＲ７の実行が終了する
と、第３図に戻つて示すように、ルーチンＲ１に
戻り、再び次の検出信号が発せられるまで、ルー
チンＲ１〜Ｒ５が繰り返えされる。

以上のようにして、先ず、静電式複写機におけ
る加熱定着の仕上結果に影響を与える諸要因、す
なわちこの場合は、発熱体１の電源電圧Vx、環
境温度Tx、および環境湿度Hxを前記検出回路
９，１０，１１にてそれぞれ検出し、これらの検
出結果でもつて上記ROM５のアドレス指定を行
なつて対応する書込データを選択し、この選択さ
れたデータに従つて、単純な整数比をなすON定
数とOFF定数が作成される。そして、上記トラ
イアツク３を、上記ON定数Tonに相当する数の
区間Tonだけ連続導通させることと、上記OFF
定数Toffに相当する数の区間Toffだけ連続遮断
させることとを、交互に繰り返えすのである。第
５図ａ〜ｆは、その状態を示したもので、同図ａ
に示すような交流電源電波形に対して、同図ｂに
示すように零検出信号Poが半周期ｔ毎に発せら
れて、その度に前記割込ルーチンＲ７が実行され
る。そして、同図ｃ〜ｆに示すような、上記ON
定数KonとOFF定数Koffとに従つて交流電流波
形の５周期を周期として電力制御された電源が上
記発熱体１に供給される。例えば、第５図Ｃに示
すのは、上記ROM５から選択されたデータが70
％を示したときの制御波形で、ことき作成された
ON定数KonとOFF定数Koffとの比は７：３にな
つている。また、同図ｄに示すのは、上記選択デ
ータが80％の場合で、作成されたON定数Konと
OFF定数Koffとの比は４：１である。同様にし
て、同図ｅは、選択データが90％で、ON定数
KonとOFF定数Koffとの比は９：１となり、ま
た同図ｆは、選択データが100％の場合で、この
場合の両者の比は10：０となつている。このよう
にして、上記発熱体１への供給電力を制御するこ
とにより加熱制御が行なわれるのであるが、この
とき、その供給電力の設定および制御は、上記電
源波形の半周期区間ｔを最小単位として、その区
間ｔの数をデイジタル的に計数して行なわれるた
め、数定量と制御量間の関係が非常にに安定した
ものとなり、これにより、加熱制御は、閉ループ
によるフイードバツク制御に頼らずとも、非常に
確実かつ正確に、しかも微分要素や積分要素等の
ような複雑な制御要素を介入されずにきわめて簡
単に行なうことができる。このため、前記ROM
５に予め書き込んでおく経験的データが正確に求
められていれさえすれば、その正確なデータに対
応した状況が忠実に再現されて、最良の加熱結
果、すなわちこの実施例の場合においては、最良
のコピー仕上げを再現することができるのであ
る。

以上説明したようにこの発明によれば、電気発
熱体１の環境条件と通電量との相関を示す経験デ
ータが予め用意され、検出された電気発熱体の環
境条件を用いてその経験データから目標通電量が
求めることにより制御外乱が吸収され、さらに、
この目標通電量に従い電気発熱体の通電制御が通
電用交流電源の半周期を単位として行なわれるこ
とにより制御制度が高められるので、経験データ
が得られたときと同様な電気発熱体の加熱結果を
忠実かつ正確に再現することが可能となる。

その結果、複写機の場合には仕上りが均一で最
良のコピーが得られる。

またこの発明によれば、フイードバツク制御に
よる電気発熱体の通電制御が不要となり、その際
にはこの通電制御が一方的なものとなるので、制
御開始時から良好な加熱結果となるように電気発
熱体を加熱すること可能となる。

その結果、複写機の場合にはフイードバツク制
御では保証できない当初の部分から最良のコピー
結果を得ることが可能となり、従つて複写機の性
能、商品性が著しく向上される。

さらにこの発明によれば、微分要素や積分要素
のような複雑な制御要素を電気発熱体の通電制御
に介在させることなく制御を直接行なつても、電
気発熱体の最良な加熱結果が得られるので、高性
能な装置を構成の簡略化によつて安価に構成する
ことが可能となる。

そしてこの発明によれば、連続的な通電とその
通電の連続的な停止が繰り返される電気発熱体の
簡単な通電制御が行なわれるので、装置の構成を
さらに簡素化することが可能となる。

その結果、性能および価格の競争が激しい複写
機の商品性を著しく向上される。

またこの発明によれば、構成の簡略化を図れる
ので、装置の信頼性および耐久性を向上させるこ
とが可能となる。

その結果、故障が極めて少なく堅固で保守、管
理が容易な複写機を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が実施されている加熱制御装
置の構成を示すブロツク図、第２図はROMの書
込パターンの一例を示す図、第３図は上記装置の
プログラム構成を示すフローチヤート、第４図は
上記フローチヤートの一部を詳細に示したフロー
チヤート、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは上記
装置の動作例を示す波形チヤートである。 １……発熱体、２……交流電源、３……トライ
アツク、４……制御装置、５……ROM、６……
CPU、７……Ｉ／Ｏ、８……零電圧検出回路、
９……電圧検出回路、１０……温度検出回路、１
１……湿度検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気発熱体へ交流電源から供給される通電電
   流を制御する双方向電流制御手段と、 電流発熱体の環境条件に関する検出を行なう環
   境条件検出手段と、 電流発熱体の環境条件と通電量との相関を示す
   経験データが予め設定された経験データ設定手段
   と、 電流発熱体の検出環境条件を用いて経験データ
   から所定の通電周期内における目標通電量を求め
   る目標通電量演算手段と、 交流電源の半周期が単位とされた電気発熱体の
   連続通電期間を目標通電量に応じて設定する連続
   通電期間設定手段と、 各通電周期において連続通電期間に亘り双方向
   電流制御手段を継続して導通制御する通電制御手
   段と、 を有することを特徴とする加熱制御装置。