(57)【要約】【課題】  印刷開始時の温度検出素子のハンチングを徐々に収束させ、加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることである。【解決手段】  印刷開始時の制御温度に対する前記温度検出素子の上下方向の振れが設定温度毎に予め定められた温度制御切替閾値以上の期間は、前記温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、前記温度検出素子の出力値が設定温度より低い場合には、正の固定の印刷初期補正時間を、前記温度検出素子の出力値が設定温度より高い場合には、負の固定の印刷初期補正時間を基本通電時間に加算した時間にてヒータへの通電を実施し、前記温度検出素子の上下方向の振れが温度制御切替閾値以内に収束してから、前記温度検出素子の出力値と前記加熱ローラの表面の設定温度との温度差または前記温度検出素子の出力値の上昇及び下降傾向に応じた温度制御に切り替える。【選択図】図１
2009186856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録紙上に転写された未定着トナーを溶融定着させる加熱ローラと、
前記加熱ローラの表面が設定温度になるよう熱を加えるヒータと、
前記加熱ローラの表面温度を検出する温度検出素子と、を備え、
使用する記録紙の連量等により異なる印刷時のヒータへの一定時間あたりの通電時間を表す基本通電時間と、前記温度検出素子の出力値と前記加熱ローラの表面の設定温度との温度差または前記温度検出素子の出力値の上昇及び下降傾向に応じて、前記基本通電時間に対する補正時間を一定時間毎に算出する補正時間算出手段と、
前記基本通電時間と前記補正時間によりヒータへの通電時間を算出するヒータ通電時間算出手段と、を有し、印刷時に前記基本通電時間に対し前記補正時間を加味しながらヒータに通電を行う定着装置において、
印刷開始時の制御温度に対する前記温度検出素子の上下方向の振れが設定温度毎に予め定められた温度制御切替閾値以上の期間は、前記温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、
前記温度検出素子の出力値が設定温度より低い場合には、正の固定の印刷初期補正時間を、前記温度検出素子の出力値が設定温度より高い場合には、負の固定の印刷初期補正時間を基本通電時間に加算した時間にてヒータへの通電を実施し、
前記温度検出素子の上下方向の振れが温度制御切替閾値以内に収束してから、前記温度検出素子の出力値と前記加熱ローラの表面の設定温度との温度差または前記温度検出素子の出力値の上昇及び下降傾向に応じた温度制御に切り替えることを特徴とする定着装置の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続紙への印刷を行う電子写真式印刷装置における定着装置の温度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に定着装置の概略構成図を示す。図２において、予熱板２０１にはヒータ２０２が内蔵されている。加熱ローラ２０３にはヒータ２０４が内蔵されており、加熱ローラ２０３の表面を加熱している。加圧ローラ２０５は回転軸２０６を回転中心とする支持部材２０７にて連結支持され、カム２０８の回転により支点軸２０９を支点として揺動させ、加熱ローラ２０３に接触、または離脱させる。同時に予熱板２０１も上下方向に揺動させることができる。挟持搬送開始時には、カム２０８を回転手段（図示せず）により回転させ、支点軸２０９を支点として予熱板２０１を上方向に揺動し、且つ、加圧ローラ２０５を揺動させて加熱ローラ２０３に接触させ、形成されたニップ部２１０により記録紙２１１の挟持搬送を開始する。記録紙２１１上の未定着トナー像２１２は、予熱板２０１通過時に記録紙２１１の裏面から予熱を受けることで溶融を促し、前記ニップ部２１０を通過することにより加熱、加圧されることで、記録紙２１１表面に溶融定着される。予熱板２０１の表面温度は予熱板２０１の裏面等に設置された温度検出素子２１３により検出され、加熱ローラ２０３の表面温度は温度検出素子２１４により検出される。温度検出素子２１３の出力結果を元にヒータ２０２への通電時間を可変させ、また、温度検出素子２１４の出力結果を元にヒータ２０４への通電を可変させることにより、予熱板２０１及び加熱ローラ２０３の表面温度が設定温度付近の温度を保つように温度制御が行われている。なお、温度検出素子は記録紙の幅方向に対し、複数個設けたほうがより細かい温度制御ができる。
【０００３】
図３に従来の印刷中の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子の出力値の関係を示す。従来の定着装置は装置内に不揮発性メモリ（以下、ＲＯＭと称す）を搭載し、使用する記録紙の連量、幅や加熱ローラ表面の設定温度、外気温度等の要素に応じてヒータ２０４への一定時間ｔ１あたりの通電時間を表す基本通電時間ａを格納している。前記要素に対応する基本通電時間ａは予め実験等により決められた経験値であることが一般的である。従来の印刷中の温度制御は、前記要素に応じてＲＯＭから基本通電時間ａを読み出し、印刷中に一定時間ｔ１あたり、基本通電時間ａのヒータ通電を行っている。また、一定時間ｔ１毎に温度検出素子の出力値と設定温度との温度差又は温度検出素子の出力値の上昇傾向及び下降傾向等の温度変化差を判断要素として、前記基本通電時間ａに対して正の補正時間や負の補正時間を算出し、基本通電時間ａに補正時間を加味した時間を次の一定時間ｔ１あたりのヒータへの通電時間とすることにより、設定温度付近を保つように制御されている。温度検出素子の出力値と設定温度との温度差又は温度検出素子の温度変化傾向に対する補正時間はそれぞれ温度差毎に定め、ＲＯＭ内に保有したり、計算で算出したりするが、これらは、あらかじめ実験等により決められた固定値であることが一般的である。
【０００４】
しかし、従来の温度制御方法によると、印刷開始から常時、温度検出素子の出力値を元に設定温度との温度差や温度検出素子の傾き等を判断要素として補正時間を加えながらヒータへ通電を行うが、温度検出素子の出力は図３のＡのように、設定温度を中心に上下に振れ（以下、ハンチングと称す）が発生し、ハンチングがいつまでも設定温度付近で収束せず、印刷中の加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることは難しい場合があった。
【０００５】
以下、ハンチングが収束しない原因について詳述する。印刷開始時は安定していた加熱ローラ表面の温度が走行する記録紙に急激に奪われるため、温度検出素子の出力値も急激に低下する（以下、アンダーシュートと称す）。従来の温度制御方法によると、温度検出素子の出力値と設定温度との温度差や温度検出素子の傾きを元に補正を加えるが、いずれも温度差に対する補正時間は実験等によって決められた固定値であるため、必然的に温度差が大きくなると、補正時間量も比例して大きくなる。この結果、ヒータへの通電がフルＯＮになる。しかし、図３に示すように、実際の加熱ローラ表面温度と温度検出素子の出力値の関係は、実際の加熱ローラ表面温度に対して温度検出素子の応答が遅延する。この応答遅延時間Ｔにより、ヒータをフルＯＮしても、温度検出素子の出力値が上昇するまでにはＴの時間経過後となる。このため、従来の温度制御方法では、Ｔの応答遅延時間の期間はフルＯＮ状態を保持する。この結果、実際の加熱ローラの表面温度は上昇しているにも拘わらず、必要以上にヒータに熱を加え続けることになり、応答遅延時間Ｔ経過後、徐々に温度検出素子の出力値は急上昇し、設定温度を大きく超えてしまい、ヒータへの通電は後にフルＯＦＦ状態となる。このように、温度検出素子には応答遅延時間Ｔが存在するため、実際にヒータに加える熱量を増加又は減少させるべき時に直ちに実現することができず、応答遅延時間Ｔ経過後に制御を開始した時には、実際の加熱ローラ表面温度と設定温度の温度差は大きくなっていることにより、設定温度に早急に近づけるべく、大きい正と負の補正時間を交互に加える。結果として図３に示すように、一定時間ｔ１に対するヒータへの通電は印刷開始当初から、フルＯＮ及びフルＯＦＦを繰り返す。
【０００６】
本来、走行する記録紙に奪われる熱量に匹敵する熱量をヒータに発生させ続けることにより、温度検出素子の出力値は設定温度付近で安定させることができるが、従来の温度制御方法によると、以上のように、印刷開始当初からヒータへの通電に対してフルＯＮ及びフルＯＦＦを繰り返すことで、温度検出素子の出力値とヒータへの通電時間の関係が反比例の関係が継続してしまうことがハンチングが収束しない要因となっている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−８０９７１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、印刷開始時の温度検出素子のハンチングを徐々に収束させ、加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、温度検出素子の上下方向の振れの大きさに応じて、温度制御を切り替えることを特徴とする。その手段は、温度検出素子の振れの大きさに応じて、温度制御を切り替える手段と温度検出素子の振れの大きい時の温度制御手段と、温度検出素子の振れが小さい時の温度制御手段の３つの手段を具備することにより達成される。
【００１０】
温度制御を切り替える手段は、印刷中の一定時間ｔ０経過毎に温度検出素子の出力値を揮発性メモリ（以下、ＲＡＭと称す）に蓄積させる手段と、一定時間ｔ２経過毎にＲＡＭに蓄積されたそれまでの期間の温度検出素子の出力値と設定温度との温度差の最大値を検出する手段と、温度制御を切り替える温度検出素子の出力値の閾値（以降、温度制御切替閾値と称す）が設定温度毎に格納された温度制御切替閾値格納テーブルと、現在の設定温度に対応した温度制御切替閾値を前記温度制御切替閾値格納テーブルから読み出す手段と、一定時間ｔ２経過毎に前記設定温度との温度差の最大値と前記温度制御切替閾値を比較し、温度制御を切り替えるか判断する温度制御切替時期判断手段とを具備することにより達成される。
【００１１】
温度検出素子の振れの大きい時の温度制御手段は、設定温度及び印刷する記録紙の連量などに対応する印刷開始時の正及び負の補正時間が格納された印刷初期補正時間格納テーブルと、現在の設定温度及び印刷する記録紙の連量に対応した正及び負の印刷初期補正時間を前記印刷初期補正時間格納テーブルから読み出す手段と、温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、基本通電時間に対し正又は負の印刷初期補正時間を加算した時間にてヒータへの通電を実施する手段を具備することにより達成される。
【００１２】
温度検出素子の振れの小さい時の温度制御手段は、従来の温度制御方法であり、温度検出素子の出力値と加熱ローラの表面の設定温度との温度差または温度検出素子の出力値の上昇及び下降傾向に応じて、基本通電時間に対する補正時間を一定時間ｔ１毎に算出する補正時間算出手段と、基本通電時間に前記補正時間算出手段にて算出した補正時間を加算した時間にてヒータへの通電を実施する手段を具備することにより達成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の定着装置の温度制御方法は、印刷開始時のハンチングを徐々に収束させることにより、加熱ローラ表面の温度を設定温度付近で安定させることができるため、安定した定着性能が得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
従来の温度制御方法である、印刷中、温度検出素子の出力を元に補正を加えるという制御だけでは、前述の様に温度検出素子の応答性の遅延により、温度検出素子の出力値とヒータへの通電時間の関係は反比例の関係が継続し、ハンチングが収束しない傾向にあることを述べたが、温度検出素子の出力値とヒータへの通電時間が反比例の関係を継続させないためには、印刷開始当初の温度検出素子の急激な変化に対して、ヒータへの通電にフルＯＮする期間とフルＯＦＦする期間を発生させず、常に走行する記録紙に奪われる熱量に近い熱量を加え続けることで徐々に温度検出素子のハンチングを収束させることができる。
【００１５】
そこで本発明は、この点に着眼し、印刷開始時の温度検出素子の出力値が急激に変化する期間において、フルＯＮ及びフルＯＦＦの要因となる、温度検出素子の出力値と設定温度との温度差及び温度検出素子の温度変化傾向によるヒータへの通電時間の補正を実施しないということである。但し、まったく通電時間の補正を加えず基本通電時間のみにてヒータ通電を行うと印刷開始当初のアンダーシュート時に熱量不足による定着不良が発生するため、温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、温度検出素子の出力値が設定温度より低い場合には現在の設定温度に応じて実験等により定められた固定の正の補正時間を基本通電時間に加える。逆に温度検出素子の出力値が設定温度以上であれば、固定の負の補正時間を基本通電時間に加える。以後、温度検出素子の出力値の振れの最大値が設定温度に対して実験等により定められた閾値以内に収束してから、従来の温度制御に切り替えることにより、印刷開始時のハンチングを防止し、印刷中のハンチングを徐々に収束させ、設定温度にて安定させるというものである。
【００１６】
本発明の制御について、図４を用いて詳述する。図４は本発明の印刷中の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子の出力値の関係の一実施例を示す。本発明による温度制御方法によると、印刷開始前に現在設定されている設定温度及び印刷する記録紙の連量に応じた正と負の印刷初期補正時間を印刷初期補正時間格納テーブルから読み出す。この印刷初期補正時間は、印刷開始時のアンダーシュートにて定着不良を発生させず、ヒータへの通電時間がフルＯＮ又はフルＯＦＦすることがないようあらかじめ実験等により定められた値である。また、現在設定されている設定温度に応じて、設定温度に対して正方向（設定温度以上）と負方向（設定温度以下）の温度制御切替閾値を温度制御切替閾値格納テーブルから読み出す。この設定温度に対する正と負の温度制御切替閾値は従来の温度制御を実施してもヒータへの通電がフルＯＮ又はフルＯＦＦを実施しない温度検出素子の閾値であることが望ましい。
【００１７】
印刷開始後は、一定時間ｔ０経過毎に現在の温度検出素子の出力値をＲＡＭ上に蓄積する。印刷開始直後は従来の温度制御を実施せず、現在の温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、温度検出素子の出力値が設定温度より低い場合には基本通電時間に対し、正の印刷初期補正時間を加えた通電時間をヒータ通電時間更新契機ｔ１に対する通電時間としてヒータを駆動する。逆に、現在の温度検出素子の出力値と設定温度を比較し、温度検出素子の出力値が設定温度以上の場合には基本通電時間に対し、負の印刷初期補正時間を加えた通電時間をヒータ通電時間更新契機ｔ１に対する通電時間としてヒータを駆動する。
【００１８】
一方で、一定時間ｔ２毎にあらかじめＲＡＭに蓄積された温度検出素子の出力値の結果から、それまでのｔ２の期間の温度検出素子の出力値の設定温度に対する正方向と負方向の温度差の最大値をそれぞれ算出する。また、算出した正方向及び負方向の最大値が設定温度に対し、正と負の温度制御切替閾値以内であるか判断する。正方向と負方向の最大値が温度制御切替閾値以内であれば、従来の温度制御に切替え、温度検出素子の出力値と設定温度の温度差及び温度検出素子の温度変化傾向による補正を実施する。
【００１９】
一定時間ｔ２はある固定の時間でなく、ＲＡＭに蓄積された温度検出素子の出力値の設定温度に対する正及び負方向への振れの１周期又は複数周期であったほうが望ましい。
【００２０】
以上のように、温度検出素子の出力値の正方向及び負方向の振れの最大値が、正及び負の温度制御切替閾値以上の期間は、従来の温度制御を実施せず、温度検出素子の出力値が設定温度より低い場合には、基本通電時間に対して、あらかじめ実験等により定められた、正の固定の印刷初期補正時間を加算した時間にてヒータへの通電を行い、温度検出素子の出力値が設定温度より高い場合には、基本通電時間に対して、あらかじめ実験等により定められた、負の固定の印刷初期補正時間を加算した時間にてヒータへの通電を行い、且つ、前記温度検出素子の出力値の正方向及び負方向の振れの最大値が温度制御切替閾値以内に収束してから、従来の温度制御に切替え、温度検出素子の出力値と設定温度との温度差及び温度検出素子の変化傾向に応じた補正を実施することにより、ヒータへの通電がフルＯＮまたはフルＯＦＦすることによる温度検出素子の出力値とヒータへの通電時間が反比例の関係を継続してしまうことを防止できるため、ハンチングＢは徐々に設定温度付近で安定する。
【００２１】
図１は、本発明装置の印刷時の加熱ローラの表面温度制御の流れの一実施例である。印刷開始前にステップ１００にて使用する記録紙の連量等の要素により、ＲＯＭに格納されているおおまかな基本通電時間データを読み出し、ステップ１０１にて現在設定されている設定温度及び印刷する記録紙の連量を元に印刷初期補正時間格納テーブルから正と負の印刷初期補正時間を読み出し、ステップ１０２にて現在設定されている設定温度を元に温度制御切替閾値格納テーブルから設定温度に対して正方向と負方向の温度制御切替閾値を読み出す。ステップ１０３にて印刷中か判断し、印刷中であれば、ステップ１０４にて一定時間ｔ０が経過したか判断し、一定時間ｔ０が経過していれば、ステップ１０５にて現在の温度検出素子の出力値をＲＡＭに格納する。次にステップ１０６にて温度制御切替判断契機ｔ２か判断する。温度制御切替判断契機ｔ２は温度検出素子の出力値が設定温度を中心に上下に振れた１周期もしくは複数周期経過時であることが望ましい。ステップ１０６にて温度制御切替判断契機ｔ２であれば、ステップ１０７にてＲＡＭに蓄積されたこれまでのｔ２の期間の温度検出素子の出力値から設定温度に対する正方向（設定温度以上）と負方向（設定温度以下）の温度差の最大値をそれぞれ算出する。次に、ステップ１０８にて、ステップ１０７で算出した正方向及び負方向の温度差の最大値と正及び負の温度制御切替閾値をそれぞれ比較し、正方向の温度差の最大値が正の温度切替閾値以内であるか、負方向の温度差の最大値が負の温度制御切替閾値以内であるか判断する。正及び負方向の温度差の最大値がどちらか一方でも温度制御切替閾値以上であれば、ステップ１０９にてヒータ通電時間更新契機ｔ１か判断し、ヒータ通電時間更新契機であれば、ステップ１１０にて現在の温度検出素子の出力値が設定温度以上か判断する。温度検出素子の出力値が設定温度以上であれば、ステップ１１１にて基本通電時間に対し正の印刷初期補正時間を加算した時間を、次のｔ１の期間に対するヒータへの通電時間として駆動させる。温度検出素子の出力値が設定温度未満であれば、ステップ１１２にて基本通電時間に対し負の印刷初期補正時間を加算した時間を、次のｔ１の期間に対するヒータへの通電時間として駆動させる。ステップ１０８にて、正及び負方向の温度差の最大値がどちらも温度制御切替閾値以内であれば、従来の温度制御に切り替える。すなわち、ステップ１１３にてヒータ通電時間更新契機ｔ１か判断し、ヒータ通電時間更新契機であれば、ステップ１１４にて現在の温度検出素子の出力値と設定温度との温度差を元に補正時間１を算出する。また、ステップ１１５にて前回の基本通電時間更新時と今回の温度検出素子の出力値の温度差を元に補正時間２を算出する。次に、ステップ１１６にて基本通電時間に対し、補正時間１及び補正時間２を加算した時間を、次のｔ１の期間に対するヒータへの通電時間として駆動させる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
温度検出素子を用いて機器の温度を高精度で一定に保つ必要のある温度制御に対して、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明における印刷時の加熱ローラの表面温度制御の流れの一実施例である。
【図２】定着装置の概略構成図である。
【図３】従来の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子出力値の関係である。
【図４】本発明の温度制御方法によるヒータ通電時間と温度検出素子出力値の関係である。
【符号の説明】
【００２４】
２０１は予熱板、２０２はヒータ、２０３は加熱ローラ、２０４はヒータ、２０５は加圧ローラ、２０６は回転軸、２０７は支持部材、２０８はカム、２０９は支点軸、２１０はニップ部、２１１は記録紙、２１２は未定着トナー像、２１３は温度検出素子、２１４は温度検出素子である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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