专利名称：图像定影设备和能有效控制图像定影温度的成像设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种图像定影设备和装设有所述定影设备的图像形成设备，尤其涉及一种通过有效控制电子照相法过程中图像定影温度，以在记录介质上对色粉图像进行定影的定影设备。
背景技术：
背景成像设备，例如采用电子照相法的打印机、复印机和传真机通常具有图像定影设备，所述图像定影设备利用热能使色粉图像熔化并定影到记录介质上。这种加热型图像定影设备通常包括一个加热器、定影元件和旋转元件。加热器由电源提供能量以产生热能。定影元件由加热器加热到目标温度。旋转元件与定影元件相接触地布置，以在其间形成辊隙区域。由于加热器使辊隙区域保持在目标温度条件下，当其上承印有色粉层的记录介质通过辊隙区域时接受图像定影处理。
保持目标温度稳定是形成高质量图像的关键要素。如果温度高于或低于目标温度，将出现定影不均匀或粗糙定影的劣质图像。此外，为缩短等待时间需要缩短图像定影设备的预热期。
一种示范的缩短预热时间的尝试是减少定影元件的热容量。这种尝试导致技术的发展，在具有相对较低热容量的薄膜形式的定影元件与旋转元件间产生高热辊隙，同时完成对预热时间的减少。这种尝试也完成在带形定影元件中的成功使用。在这种情况下，定影带在两个或更多个辊之间延伸，所述两个或更多个辊包括具有相对低的热传导率的第一辊和用作加热源的第二辊。第一辊通过定影带与第三辊紧密地面对以与定影带形成辊隙。
除了这种低热容量的例子外，具有低热容量的定影元件配置有可选择热源，即，用于直接加热定影元件的感应加热器。
然而，由于其热容量低，上述技术需要控制定影元件的温度的高精度。
控制加热器电能可控制定影元件的温度。为了控制电能，温度传感器被形成在定影设备中，例如热电堆(thermo pile)和热敏记录器，以检测定影元件的温度。当所检测的温度低于目标温度时，加热器启动。当所检测的温度高于目标温度时，加热器关闭。这就是所谓的开-关控制方法。
虽然在这种方法使用了开-关控制，但由于温度的波动，执行精确的温度控制会有难度。
温度的波动导致采用补偿，其中基于期望的温度值和反馈的量，由一个计算器计算到控制对象的操作的量并将该量输出。例如，计算出比例积分(PI)或比例积分微分(PID)的操作的量以作为补偿。
即使采用带有补偿的控制方法，仍然会在加热器中发生放热延迟，从加热器到定影元件表面会发生热传导延迟，响应缓慢的温度传感器会发生检测延迟，以及从加热器驱动器到温度传感器会发生延迟。它们可引起温度的波动。而且，在带式定影设备中容易出现温度的波动，这是因为带中的加热延迟更严重。
为了减小温度的波动，可存储与检测温度对应的特定脉冲的两个或多个输出模式，并依据检测温度，可选择一个控制模式以执行温度控制。作为另一种方法，计算前次控制时期温度与当前检测温度之间变化率的差，用于预测下一次控制时期温度以控制温度。特定脉冲的量或特定脉冲的宽度被用于该控制。
发明内容
一种新的图像定影设备控制用于定影的旋转单元的温度，其通过使用具有控制对象模型的史密斯预估器对延迟进行补偿，有效地减小温度波动。在一个例子中，图像定影设备包括一对旋转单元，用于形成辊隙部分；加热器，用于加热旋转单元；温度传感器，用于检测旋转单元的温度；计算器，用于计算旋转单元达到目标温度的加热值；控制器，基于加热值的计算结果与使用一个根据所述计算结果的模型对延迟进行的补偿一起来控制加热器；和选择器，用于选择将所述补偿的输出输入到计算器的控制或选择将所述补偿的输出不被输入到计算器的控制。
当结合附图考虑时，通过下文的详细描述，将容易获得对本发明公开的更全面的理解及其中的许多附带的优点，如同其变得更好地被理解一样；在附图中图1所示为依据本发明的示意性实施例的图像定影设备的示意性结构的示意图；图2所示为连接于图1的图像定影设备的控制器的PWM驱动电路图的电路图；图3是示出了图2的控制器的控制系统的方框图；图4是示出了附加于控制系统的史密斯预估器(smith predictor)的方框图；图5是曲线图，示出了通过图3控制系统的控制，旋转元件温度升高的变化；图6是另一控制系统的方框图；图7是示出了由图6的控制系统执行温度控制程序的流程图；图8是曲线图，示出了通过图7的温度控制程序的控制，旋转元件温度升高的变化；图9是示出了另一温度控制程序的流程图；图10是曲线图，示出了通过图9的温度控制程序的控制，旋转元件的温度升高的不同变化；图11是示出了由图6的控制系统执行的温度控制程序的流程图；图12是示出了依据本发明的示意性实施例的另一图像定影设备的示意图；图13是示出了图12所示的图像定影设备的控制系统的方框图；和图14是示出了具有图1的图像定影设备的成像设备的示意性结构。
具体实施例方式
在描述附图所示的优选实施例时，为了清楚，使用了具体术语。然而，本发明所公开的内容并不局限于这样选择的具体术语，而应理解为每一个具体元件包括所有以相似方式操作的技术等同物。现在参考附图，在整个这几幅图中，相同的参考数字指相同或相应的部分，特别是参考图1，描述了依据本发明的示意性实施例的图像定影设备1。
图1的图像定影设备1用于电子照相法成像设备，例如激光打印机、数字复印机、传真机、打印-传真-复印多功能机等。这种图像定影设备1使用辊定影系统。如图1所示，定影设备1包括旋转元件11和12，加热器13，控制器14，和温度传感器15。旋转元件11包括加热器13，如卤素灯加热器、IH加热器等。保持在记录介质(例如纸张)上的未定影的色粉图像在位于旋转元件11和12之间的辊隙加压区域中被加压和加热，并被定影在记录介质上。温度传感器15如热电堆和热敏记录器检测旋转元件11的温度。控制器14控制温度，基于检测的温度驱动加热器13。
图2是示出了作为执行加热器13温度控制的控制器的脉冲宽度调制(PWM)驱动电路21的电路图的示意图。控制器14通过接口22与成像设备101(见图14)连通。控制器14还从温度传感器15接收检测信号，并将PWM脉冲信号输出到PWM驱动电路21。PWM驱动电路21包括PWM驱动信号产生电路23、电力切换电路24、零交叉检测电路25(a zero crossing detection circuit)等。PWM驱动电路21通过脉冲宽度调制驱动加热器13。
图3是图2的控制系统的方框图，其中基于温度传感器15检测的温度，执行反馈控制。如图3所示，该控制系统包括两个导致被看作浪费时间周期的时间延迟的部分。被称为延迟d1的一个时间延迟由PWM驱动电路21产生和被称为延迟d2的另一个时间延迟由加热器13与传感器15之间的部分产生的。延迟d1由加热器13的开-关控制引起，且延迟d2是由从加热器13的驱动器到温度传感器15的检测的热传导引起的。由于延迟d1和d2，该控制系统会产生温度波动。在加热加热器13后，当传感器15的输出值变得比目标温度值高时，停止加热。但是在延迟期间，即使在停止加热时传感器15的输出值并不会衰减。这将引起波动。如果控制系统的增益被降低，那么由相位延迟引起的温度波动就不会出现，控制误差将增加。这将引起另一个问题。例如，尽管在采用PID补偿的情况下稳定状态误差小，但是灵敏度会变低。毕竟当在控制系统中出现了干扰和误差时，需花时间减少它们。
为了解决上述问题，采用了史密斯预估器。图4是附加有史密斯预估器的控制系统的方框图。史密斯预估器31使用一种模型输出延迟补偿，此模型基于为旋转元件11和12设定温度所需要的加热量的计算结果。采用了史密斯预估器31的史密斯补偿方法，使得在假定控制对象没有延迟的情况下，能够进行控制。史密斯预估器31包括依据延迟d进行预测的控制对象模型34。史密斯预估器31还包括控制对象模型35。通过使用史密斯预估器和用于运算加热量的计算器32来设定旋转单元11和12的温度，此预测模型的反馈回路中的延迟被减少。这样，可以对于控制对象完成计算器32的参数设计而没有延迟。结果，由于对依据延迟d被预测的控制对象模型34执行所述控制，因此由上述延迟引起的温度的波动可以得到控制。
图5是曲线图，示出了旋转单元11的温度与时间的关系。当上述控制方法被用于定影设备1时，如图5所示，在连续供入纸张到成像设备101的时候，温度的波动降低。然而，在温度升高的时候，温度曲线变得平缓地接近目标温度。这增加了使用定影设备1的等待时间。
图6是附加了史密斯预估器的控制系统的另一例子的方框图。该控制系统包括开关33，其选择是否要执行补偿。至少当记录介质被连续输入到旋转单元11和12的辊隙部分时，开关33选择补偿并且延迟补偿输出被施加到计算器32的输入侧，并执行控制。
在连续输入记录介质的时候，容易出现温度的波动。温度的波动是由传导延迟引起的，传导延迟包括热从启动加热器13传导到表面的传导延迟，使用灵敏度低(时间常数大)的温度传感器15的检测延迟，及从加热器13的驱动器到温度传感器15的延迟。
在连续输入记录介质的时候，开关33选择补偿并且实施延迟补偿以减小温度的波动。因此，在连续输入记录介质的过程中，以稳定的质量将图像定影到记录介质上。在设定旋转单元11和12的温度的开始阶段，开关33选择不补偿并且延迟补偿输出不应用于计算器32的输入侧，并且不执行延迟补偿。
图7描述了图6的控制系统的流程图。旋转单元11的温度被温度传感器15检测(步骤S1)。当不重新加载时，步骤S2的“否”被选择。当温度传感器15所检测的温度不能满足输入到定影设备1的条件时，步骤S3的“否”被选择。在步骤S4和S5中，延迟补偿输出不被输入到计算器32。在步骤S6和S7中等待预定的待机时间。当温度传感器15所检测的温度满足输入定影设备1的条件时，步骤S3的“是”被选择，并且延迟补偿输出被输入到计算器32(步骤S8)，以及供入记录介质(步骤S9)。
温度升高时间是指从处于所谓的待机状态(步骤S6和S7)到达到可输入纸张的目标温度的时间。
也就是，由于在温度升高时不供入纸张，纵然出现一些温度波动，在定影后也不影响图像质量。另一方面，如果包括延迟补偿的控制被执行，温度波动将减小，但温度升高时间将延长。
因此，在不执行将延迟补偿的输出输入到计算器的输入侧的控制升高温度的时候，可很快升高到目标温度。图8是曲线图，示出了证实了本发明的效果的旋转单元11的温度与时间的关系。这样，温度快速升高，并且在达到目标温度后通过延迟补偿，可缩短温度升高时间并减小温度波动。此外，当目标温度变化时，延迟补偿的输出不被输入到图6的计算器32的输入侧。在达到目标温度后实施延迟补偿的过程中，当目标温度变化时，使用上述的补偿处理。
图9所示为当应用上述补偿方法时图6的控制系统的流程图。当延迟补偿的输出被输入到计算器32的输入侧时(步骤S11)，温度传感器15检测温度(步骤S12)。当目标温度变化时(步骤S13选择是)，延迟补偿的输出不被输入到计算器32的输入侧(步骤S14)。当温度传感器15检测的温度足够高到输入到定影设备1所需的温度时(步骤S15选择是)，延迟补偿的输出被输入到计算器32的输入侧(步骤S16)，并供入记录介质(步骤S21)。
当目标温度不变化时(步骤S13选择否)，延迟补偿输出被输入到计算器32的输入侧(步骤S17)，并且在经过预定的等待时间后(步骤S18)，控制程序返回步骤S13。
当温度传感器15检测的温度不够高到输入到定影设备1所需的温度时(步骤S15选择否)，延迟补偿输出不被输入到计算器32的输入侧(步骤S19)，并且在经过预定等待时间后(步骤S20)，控制程序返回步骤S15。
因此，温度可快速升高和下降而达到目标温度。图10是曲线图，示出了证实了本发明的效果的旋转单元11的温度与时间的关系。因此，快速达到目标温度并减小温度的波动。此外，记录介质穿过旋转单元11和12间的辊隙的速度变化时，延迟补偿输出可不被输入到计算器32的输入侧。
图11描述了在应用了上述补偿方法时图6控制系统的流程图。图9与图11的不同之处在于步骤S31和S32。利用未示出的旋转传感器检测旋转单元11和12的旋转速度(步骤S31)，代替温度传感器15检测温度(步骤S12)。判断旋转单元11和12的旋转速度是否变化(步骤S32)，代替判断目标温度是否变化(步骤S13)。除了这些步骤，控制程序与图9中的相同。当旋转单元11和12的旋转速度变化时，容易出现温度大于目标温度或小于目标温度。通过采用图11的控制，在温度升高或降低的过程中，可快速达到目标温度。
图12是示出了依据本发明的定影设备的另一实施例的示意图。定影设备使用热带定影方法。带子16将热量从加热器13传导到旋转单元11。采用与图1中相同的编号表示与图1中相同的单元。
图13是图12的控制系统的方框图。由于热量从加热器13传导到带子16，从加热器13到传感器15发生延迟db。然后，该延迟比图1中的长。在这一系统中，会出现的大的温度波动，所以，保持温度控制的精确性很困难。因此，上述控制被使用在图12的定影设备中。
图14是示出了依据本发明的成像设备的实施例的结构的方框图。该成像设备101为数字复印机。成像设备101包括扫描仪102，其读取原始图像；打印引擎103，其基于读取的数像数据，通过电子照相系统在记录介质上形成图像；和控制器104，其集中控制整个成像设备101。
根据上述技术，可对本发明做出多种附加修改和变化。因此，应理解，所述多种附加修改和变化包含在所附权利要求的范围内，本发明说明书的公开内容还可以在此特定描述之外进行实施。
本发明说明书基于2005年9月9日向日本专利局提交的日本专利申请No.JPAP2005-262455，和2006年4月28日向日本专利局提交的日本专利申请JPAP2006-124682，每一个申请的全部内容均在此被引入为参考。
权利要求
1.一种将色粉图像定影到记录介质上的图像定影设备，包括一对旋转单元，以形成供记录介质穿过的辊隙加压区域；加热器，用于加热一对旋转单元中的至少一个；温度传感器，用于检测一对旋转单元中的至少一个的温度；计算器，基于温度传感器检测的温度，计算将一对旋转单元中的至少一个的温度升高到目标温度的热量值；控制器，基于计算器输出的热量值的计算结果控制加热器；补偿器，依据计算器计算结果利用延迟预测模型计算并产生延迟补偿输出；以及选择器，选择第一条件和第二条件中的一种，在第一条件下延迟补偿输出被输入到计算器的输入侧，和在第二条件下延迟补偿输出不被输入到计算器的输入侧。
2.如权利要求1所述的图像定影设备，其中，当在一系列记录介质上连续执行图像定影操作时，选择器选择第一条件。
3.如权利要求1所述的图像定影设备，其中，当加热一对旋转单元中的至少一个直到目标温度时，选择器选择第二条件。
4.如权利要求1所述的图像定影设备，其中，当一对旋转单元中的至少一个的目标温度变化时，选择器选择第二条件。
5.如权利要求1所述的图像定影设备，其中，当位于辊隙加压区域的记录介质的传输速度变化时，选择器选择第二条件。
6.电子照相过程中的成像设备，包括图像定影设备，其定影色粉图像到记录介质上，包括一对旋转单元，以形成供记录介质穿过的辊隙加压区域，加热器，用于加热一对旋转单元中的至少一个，温度传感器，用于检测一对旋转单元中的至少一个的温度，计算器，基于温度传感器检测的温度，计算以将一对旋转单元中的至少一个升高到目标温度的热量值，控制器，基于计算器输出的热量值的计算结果控制加热器，补偿器，依据计算器计算结果利用延迟预测模型计算并产生延迟补偿输出；以及选择器，选择第一条件和第二条件中的一种，在第一条件下延迟补偿输出被输入到计算器的输入侧，和在第二条件下延迟补偿输出不被输入到计算器的输入侧。
全文摘要
一种图像定影设备控制用于定影的旋转单元的温度，其利用具有控制对象模型的史密斯预估器对延迟进行补偿，有效地减小温度波动。在一个例子中，图像定影设备包括一对旋转单元，用于形成辊隙部分；加热器，用于加热旋转单元；温度传感器，用于检测旋转单元的温度；计算器，用于计算旋转单元达到目标温度的加热值；控制器，基于加热值的计算结果与使用一个依据该计算结果的模型对延迟进行的补偿一起控制加热器；和选择器，用于选择将补偿输出输入到计算器的控制或选择将补偿输出不输入到计算器的控制。
文档编号G03G15/00GK1928737SQ200610143778
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月11日 优先权日2005年9月9日
发明者瀬尾洋, 小川祯史, 安井元一, 小出博 申请人:株式会社理光