JP2004233543A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】演算量の増大を抑制しつつ、定着装置の温度を制御するときの温度リップルの発生を抑制することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】ヒータ３６３により加熱される熱ローラ３６２の温度を検出する温度センサ３６６と、ヒータ３６３への電力をオンオフするトライアック３６４と、所定の制御間隔毎の制御タイミングで検出温度に応じて熱ローラ３６２の温度を所定の目標温度にさせるべくトライアック３６４のオンオフ比率を設定するＣＰＵ８とを備える。またＣＰＵ８は、現在の検出温度とその直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を用いて次回の制御タイミングでの熱ローラ３６２の予測温度を算出する。さらにＣＰＵ８は、予測温度が目標温度を越えるときは、平均変化率を減少させるべくオンオフ比率を変更する。
【選択図】図３
【解決手段】ヒータ３６３により加熱される熱ローラ３６２の温度を検出する温度センサ３６６と、ヒータ３６３への電力をオンオフするトライアック３６４と、所定の制御間隔毎の制御タイミングで検出温度に応じて熱ローラ３６２の温度を所定の目標温度にさせるべくトライアック３６４のオンオフ比率を設定するＣＰＵ８とを備える。またＣＰＵ８は、現在の検出温度とその直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を用いて次回の制御タイミングでの熱ローラ３６２の予測温度を算出する。さらにＣＰＵ８は、予測温度が目標温度を越えるときは、平均変化率を減少させるべくオンオフ比率を変更する。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させる定着装置を備えた画像形成装置に係わり、特にその定着装置の温度制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融することにより、画像を定着させる定着装置を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置が知られている。このような定着装置を用いた画像形成装置では、定着装置の温度を画像形成に適した設定温度にするため、例えば定着装置の温度が設定温度よりも低い場合には定着装置に設けられたヒータへの電力供給をオンさせ、定着装置の温度が設定温度よりも高い場合はそのヒータへの電力供給をオフさせるオンオフ制御による温度制御が行われている。
【０００３】
しかし、上記のようなオンオフ制御による温度制御では、設定温度に対するオーバーシュートやアンダーシュートによる温度リップルが発生するため精度の高い温度制御が困難である。そこで、一定の周期毎に定着装置の温度と目標となる設定温度との間の温度差を検出し、この温度差に応じてヒータに供給する電力量を算出すると共に、算出した電力量に応じた電力供給のオンオフパターンでヒータへの電力供給を行うことにより、温度リップルを抑制する温度制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような、定着装置の温度と設定温度との間の温度差からヒータに供給する電力量を算出する温度制御方法を用いた画像形成装置では、定着装置の温度を検出する温度センサの時定数、その他の定着装置の熱容量等の温度制御に影響を与える要素を補正するための補正率等の温度特性データを用いてヒータに電力を供給してから定着装置の温度が変化するまでの応答遅れ時間を補正したり、所定温度上昇させるために必要な電力量を示すゲインを用いて定着装置を設定温度にするための電力量を算出したりする演算処理が必要となるため、温度制御を行うための演算量が大きくなるという不都合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、演算量の増大を抑制しつつ、定着装置の温度を制御するときの温度リップルの発生を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させる定着手段と、前記定着手段を加熱する加熱手段と、前記定着手段の温度を検出する検出手段と、前記加熱手段へ供給される電力をオンオフするスイッチング手段と、所定の制御間隔毎の制御タイミングで、前記検出手段により検出された検出温度に応じて前記定着手段の温度を所定の目標温度にさせるべく前記スイッチング手段のオンオフ比率を設定する温度制御手段とを備えた画像形成装置であって、現在の検出温度と、直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を算出すると共に、その平均変化率を用いて次回の制御タイミングにおける前記定着手段の温度となる予測温度を算出する予測手段を備え、前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率を変更することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、検出手段により検出された定着手段の検出温度と、その直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率が算出され、その算出された平均変化率から次回の制御タイミングでの定着手段の温度が予測される。そして、その予測温度が目標温度を越える場合、すなわち定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに、その温度の平均変化率を減少すべくスイッチング手段のオンオフ比率が変更される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記制御間隔を短縮することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、定着装置の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに制御間隔がより短い時間に設定される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より低い温度であって前記予測温度が前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率のオン比率を減少することにより前記平均変化率を減少させ、さらに前記検出温度が前記目標温度より低い温度から前記目標温度を越えた場合、前記スイッチング手段をオフさせることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、定着手段の温度を目標温度にするべく温度を上昇させるときに、予測温度が目標温度を越える場合、スイッチング手段のオン比率が減少されることにより温度の平均変化率が減少され、さらに検出温度が目標温度より低い温度から目標温度を越えたとき、スイッチング手段がオフされる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より高い温度であり、且つ前記スイッチング手段がオフされているときに、前記予測温度が前記目標温度を下回る場合、前記スイッチング手段を所定のオンオフ比率でオンオフさせて前記電力の供給を開始させ、さらに前記検出温度が前記目標温度を下回り、且つ前記平均変化率が前記検出温度の下降を示す場合には、前記オンオフ比率のオン比率を増加させることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、スイッチング手段がオフにされ、定着手段の温度が目標温度にするべく下降するときに、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときは、所定のオンオフ比率でスイッチング手段をオンオフさせて電力の供給を開始させ、さらに、検出温度が目標温度を下回った後、温度の平均変化率が検出温度の下降を示す場合には、スイッチング手段のオン比率が増加される。この場合、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記電力は交流電圧により供給され、前記温度制御手段は、前記交流電圧の半サイクルを単位とする単位サイクル毎に前記スイッチング手段をオンオフし、オン状態の単位サイクル数とオフ状態の単位サイクル数とを組み合わせる比率によって、前記オンオフ比率を設定することを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、交流電圧の半サイクル単位でスイッチング手段がオンオフされ、オン状態の単位サイクル数とオフ状態の単位サイクル数とを組み合わせる比率によって、前記オンオフ比率が設定される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるプリンタ１の内部構成を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示すプリンタ１の概略構成を説明するためのブロック図である。
【００１８】
プリンタ１は、それぞれサイズが異なる記録紙を収納する複数の給紙カセット２と、給紙カセット２から搬送されてきた記録紙に画像を形成する画像形成部３と、画像形成部３により画像形成された記録紙が排出される排出トレイ４と、記録紙を搬送する用紙搬送機構５とを備える。
【００１９】
また、図２を参照してプリンタ１は、ケーブル等によりデータ送受信可能に接続されたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）９との間で印刷データ及びプリンタ制御コマンド等の送受信を行うための通信Ｉ／Ｆ７と、液晶表示器及びキースイッチ等からなりユーザからの操作指示を受け付けるための操作部６と、通信Ｉ／Ｆ７を介して受信した印刷データ及びプリンタ制御コマンド等に応じて画像形成部３及び用紙搬送機構５等の各部の動作を制御するための制御信号を出力して画像形成動作を行わせるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８を主要部とする制御部１０とを備える。
【００２０】
図１に戻って用紙搬送機構５は、給紙カセット２から記録紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部３へ搬送する給紙ローラ５１、画像形成部３内へ用紙を搬送する搬送ローラ５２、及び画像形成部３から搬送されてきた記録紙を排出トレイ４へ排出する排出ローラ５３等を備える。
【００２１】
画像形成部３は、ＣＰＵ８から出力された画像データを用いて記録紙に画像を形成するもので、例えば、表面が感光体で構成されたドラム形状の感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の表面を帯電させる帯電部３２と、ＣＰＵ８からの画像データに基づきレーザー光を出力して感光体ドラム３１を露光する露光部３３と、感光体ドラム３１上にトナー像を形成する現像部３４と、感光体ドラム３１上のトナー像を記録紙に転写する転写部３５と、トナー像が転写された記録紙を加熱してトナー像を記録紙に定着させる定着部３６とを備える。
【００２２】
定着部３６は、記録紙上に形成されたトナー像を溶融するための熱ローラ３６２と、この熱ローラ３６２との間で記録紙を圧接しつつ搬送する圧ローラ３６１とを備える。また、熱ローラ３６２の内部には、熱ローラ３６２を加熱する加熱手段であるヒータ３６３が設けられ、ＣＰＵ８からの制御信号に応じてヒータ３６３に供給される電力がオンオフされる。
【００２３】
図２を参照して制御部１０は、装置全体の動作を司るもので、ＣＰＵ８、プリンタ１の制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、ＣＰＵ８が制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行することにより予測手段、及び温度制御手段として機能する。また、ＣＰＵ８は、通信Ｉ／Ｆ７を介してＰＣ９からプリンタ制御コマンド及び印刷データを受信し、その印刷データに基づく画像データを生成し、その画像データに基づきプリンタ１の各部に制御信号を出力し、プリンタ１に所定の画像形成動作をさせる。
【００２４】
図３は、ＣＰＵ８による熱ローラ３６２の温度制御を行うための構成を説明する概略ブロック図である。図３に示すプリンタ１は、電源接続端子１１，１２を備える。そして、電源接続端子１１，１２間に交流電源１３が接続される。また、電源接続端子１１，１２間に直列にスイッチング手段であるトライアック３６４とヒータ３６３とが接続され、トライアック３６４のゲートがフォトトライアックカプラ３６５を介してＣＰＵ８に接続されている。これにより、トライアック３６４とＣＰＵ８との間が絶縁されると共にＣＰＵ８からの制御信号に応じてトライアック３６４がオンオフされ、ヒータ３６３への電力供給がオンオフされる。
【００２５】
また、交流電圧が０Ｖと交差するゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出回路１４が電源接続端子１１，１２間に接続され、ゼロクロス検出回路１４で検出されたゼロクロスタイミングを示すゼロクロス信号が、ゼロクロス検出回路１４からＣＰＵ８へ出力される。
【００２６】
また、熱ローラ３６２の温度を検出し、その温度に応じた信号を出力する例えばサーミスタ等からなる検出手段である温度センサ３６６が、熱ローラ３６２の近傍に設けられている。そして、温度センサ３６６からの出力電圧は、アンプ３６７を介してＡ／Ｄコンバータ３６８へ出力され、さらにＡ／Ｄコンバータ３６８によってアナログデジタル変換された後に、ＣＰＵ８へ出力される。これにより、熱ローラ３６２の温度が検出温度ＴとしてＣＰＵ８によって取得可能にされている。
【００２７】
また、ＣＰＵ８は、画像形成動作時に、熱ローラ３６２の温度を画像形成に適した目標温度Ｔ０にするべく、ゼロクロス信号を受信したタイミングと同期させてトライアック３６４をオンオフさせ、ヒータ３６３への電力供給をオンオフさせることにより、熱ローラ３６２を加熱する熱量を調整する。この場合、目標温度Ｔ０は、例えば予めＲＯＭに記憶されていてもよく、ユーザにより操作部６を用いて設定された記録紙の種類、例えば厚紙、薄紙、ＯＨＰ（Ｏｖｅｒ Ｈｅａｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）用フィルム等の種類毎に画像形成に適した温度を目標温度Ｔ０として設定してもよく、あるいは画像データを記録紙に印字したときの記録紙の面積に対する印字部分の積算面積である印字率等に応じて目標温度Ｔ０を設定する構成としてもよい。また、ＣＰＵ８がトライアック３６４をオンさせる制御信号の出力タイミングがゼロクロス信号と同期されるので、トライアック３６４への電圧ストレスを軽減しつつトライアック３６４をオンさせることができる。
【００２８】
また、ＣＰＵ８は、例えばＣＰＵ８により制御間隔を示す時間が設定されることによりダウンカウントを開始し、設定された時間間隔毎にタイムアップ信号をＣＰＵ８へ出力するタイマ８１を備える。そして、ＣＰＵ８は、タイマ８１からのタイムアップ信号を受信したとき、Ａ／Ｄコンバータ３６８から取得した検出温度Ｔと、その前のタイムアップ信号受信時に取得した検出温度Ｔとから熱ローラ３６２の温度の平均変化率を算出する。そして、ＣＰＵ８は、その平均変化率を用いて次の制御タイミングでの熱ローラ３６２の予測温度を算出する。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ８は、その予測温度が検出温度Ｔから見て目標温度Ｔ０を越えた温度であったときは、平均変化率をより小さくすべくトライアック３６４のオンオフ比率を変更すると共に、タイマ８１に設定された制御間隔をより短い時間に変更する。この場合、ＣＰＵ８は、タイマ８１の設定値として交流電圧の半波長、例えば交流電圧が５０Ｈｚである場合には、１０ｍｓｅｃ（５０Ｈｚの半波長）を制御単位として、この制御単位の整数倍の時間を制御間隔としてタイマ８１に設定する。また、ＣＰＵ８は、ゼロクロス信号を受信したタイミングと同期してタイマ８１に制御間隔を設定し、タイマ８１のダウンカウントを開始させる。これにより、タイマ８１からのタイムアップ信号の出力タイミングと、ゼロクロス検出回路１４からのゼロクロス信号の出力タイミングが同期する。
【００３０】
なお、ＣＰＵ８は、タイマ８１を備えず、ゼロクロス検出回路１４から出力されたゼロクロス信号の回数をカウントするダウンカウンタを備え、交流波形の半サイクルを制御単位として制御間隔に対応する制御単位数をカウンタに設定することにより、制御間隔を設定する構成としてもよい。
【００３１】
次に、図１に示すプリンタ１による熱ローラ３６２の温度制御動作を説明する。図４、図６は、図１に示すプリンタ１の温度制御動作を説明するためのフローチャートである。また、図５は、図４に示すプリンタ１の温度制御動作に対応する熱ローラ３６２の温度と、ヒータ３６３に印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。また、図７は、図６に示すプリンタ１の温度制御動作に対応する熱ローラ３６２の温度と、ヒータ３６３に印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。図５、図７において、横軸は時間を示し、波形１６は熱ローラ３６２の温度を示すグラフで、縦軸が温度を示す。また、波形１７は交流電源１３から出力される交流電圧波形を示し、斜線部がトライアック３６４のオン状態を、斜線がない部分がトライアック３６４のオフ状態を示す。
【００３２】
まず、図４のステップＳ１０１において、温度センサ３６６により検出された熱ローラ３６２の温度データがアンプ３６７及びＡ／Ｄコンバータ３６８を介してＣＰＵ８へ出力され、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１０２へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、図５に示すｔ１の制御タイミングでは、ＣＰＵ８により制御タイミングｔ１での熱ローラ３６２の温度、すなわち温度Ｔ１が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０２へ移行する。
【００３３】
次に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ８により、トライアック３６４のオンオフ比率がオン比率を大きくするように変更される。例えば、制御タイミングｔ１で、トライアック３６４のオンオフ比率が常時オフ（オン比率０）から常時オン（オン比率１）に変更される。これにより、図５に示す制御タイミングｔ１から波形１７が常時オン状態のパターン▲１▼にされると共に、波形１６で示す熱ローラ３６２の温度が上昇する。また、ＣＰＵ８により、例えば８制御単位に相当する８０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ１としてタイマ８１へ設定される。
【００３４】
次に、ステップＳ１０３において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１から制御間隔ｔｃｙｃ１が経過した制御タイミングｔ２で、ＣＰＵ８により温度Ｔ２が検出温度Ｔとして取得される。
【００３５】
次に、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１と、制御タイミングｔ２での温度Ｔ２とから、制御タイミングｔ１から制御タイミングｔ２までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが算出され、Ｋ＞０のときはステップＳ１０５へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、トライアック３６４をオンさせているにも関わらず検出温度Ｔが上昇しないことを示しているので、ヒータ３６３や温度センサ３６６等に故障が生じていると判断され、ヒータエラーとしてステップＳ１０６へ移行し、プリンタ１の動作が終了する。
【００３６】
この場合、平均変化率Ｋは、具体的には、現在の制御タイミングｔｎでの検出温度Ｔを温度Ｔｎ、一つ前の制御タイミングｔｎ−１での検出温度Ｔを温度Ｔｎ−１、制御タイミングｔｎ−１から制御タイミングｔｎまでの制御間隔をｔｃｙｃ、温度Ｔｎ−１と温度Ｔｎとの差分をΔＴとすると、
として算出される。例えば、制御タイミングｔ２においては、Ｋ＝（Ｔ２−Ｔ１）／ｔｃｙｃ１ として算出され、Ｋ＞０となるので、ステップＳ１０５へ移行する。
【００３７】
次に、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときはパターン▲１▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１０１へ移行する一方、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ１０７へ移行する。
【００３８】
この場合、予測温度ＴＦｎ＋１は、例えば、
ＴＦｎ＋１＝Ｔｎ＋Ｋ×ｔｃｙｃ ・・・（２）
として算出される。例えば、制御タイミングｔ２においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ３＝Ｔ２＋Ｋ×ｔｃｙｃ１＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０１へ移行してパターン▲１▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ３で、ＣＰＵ８によりステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ４＝Ｔ３＋Ｋ×ｔｃｙｃ１≧Ｔ０となり、ステップＳ１０７へ移行する。
【００３９】
次に、ステップＳ１０７において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ１より短い例えば５制御単位に相当する５０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ２としてタイマ８１へ設定される。
次に、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくして熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１０９へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ３では、ＣＰＵ８により温度Ｔ３が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０９へ移行する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０９において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、制御タイミングｔ３で、常時オン状態のパターン▲１▼（オン比率１）から、例えば、５制御単位のうち３制御単位をオンするパターン▲２▼（オン比率３／５）へとオン比率が小さくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００４１】
次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ３から制御間隔ｔｃｙｃ２が経過した制御タイミングｔ４で、ＣＰＵ８により温度Ｔ４が検出温度Ｔとして取得される。
【００４２】
次に、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ３で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ３と、制御タイミングｔ４での温度Ｔ４とから、制御タイミングｔ３から制御タイミングｔ４までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＞０のときはステップＳ１１２へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、検出温度Ｔが下降していることを示しているので、検出温度Ｔを上昇させるべく再びステップＳ１０２へ移行する。例えば、制御タイミングｔ４においては、Ｋ＝（Ｔ４−Ｔ３）／ｔｃｙｃ２として算出され、Ｋ＞０となるので、ステップＳ１１２へ移行する。
【００４３】
次に、ステップＳ１１２において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が、式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときはパターン▲２▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１０８へ移行する一方、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ１１３へ移行する。例えば、制御タイミングｔ４においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ５＝Ｔ４＋Ｋ×ｔｃｙｃ２＜Ｔ０であるのでステップＳ１０８へ移行してパターン▲２▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ５で、ＣＰＵ８によりステップＳ１１０〜Ｓ１１２と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ６＝Ｔ５＋Ｋ×ｔｃｙｃ２≧Ｔ０となり、ステップＳ１１３へ移行する。
【００４４】
次に、ステップＳ１１３において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ２より短い例えば３制御単位に相当する３０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ３としてタイマ８１へ設定される。
【００４５】
次に、ステップＳ１１４において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１１５へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ５では、ＣＰＵ８により温度Ｔ５が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１１５へ移行する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１５において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、オン比率３／５のパターン▲２▼から、例えば、３制御単位のうち１制御単位をオンするパターン▲３▼（オン比率１／３）へとオン比率が小さくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００４７】
次に、ステップＳ１１６において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ５から制御間隔ｔｃｙｃ３が経過した制御タイミングｔ６で、ＣＰＵ８により温度Ｔ６が検出温度Ｔとして取得される。
【００４８】
次に、ステップＳ１１７において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ５で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ５と、制御タイミングｔ６での温度Ｔ６とから、制御タイミングｔ５から制御タイミングｔ６までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＞０のときはパターン▲３▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１１４へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、検出温度Ｔが上昇していないことを示しているので、検出温度Ｔを上昇させるべく再びステップＳ１０９へ移行する。
【００４９】
例えば、制御タイミングｔ６においては、Ｋ＝（Ｔ６−Ｔ５）／ｔｃｙｃ３ として算出され、Ｋ＞０となるので、再びステップＳ１１４へ移行し、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に達してＴ≧Ｔ０となるまでステップＳ１１４〜Ｓ１１７の処理が繰り返される。なお、ステップＳ１１７の後、さらにステップＳ１１２と同様の処理により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、ステップＳ１１３〜Ｓ１１７と同様の処理により平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行う構成としてもよい。
【００５０】
そして、ステップＳ１１４において、制御タイミングｔ８でＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０となり、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。
【００５１】
以上、ステップＳ１０１〜Ｓ１１７の温度上昇処理により、制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、予測温度ＴＦｎ＋１が目標温度Ｔ０以上になるときは、制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更すると共に、トライアック３６４のオン比率をより小さくすることにより平均変化率Ｋをより小さくするので、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に近くなると平均変化率Ｋがより小さくされると共にきめ細かく温度が制御される結果、温度のオーバーシュートを抑制できる。
【００５２】
また、式（１）及び式（２）により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出するので、少ない演算量で温度のオーバーシュートを抑制可能な温度制御を実行することができる。
【００５３】
図６を参照して、ステップＳ２０１において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４は常時オフ状態にされる。また、ＣＰＵ８により、例えば８制御単位に相当する８０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ１としてタイマ８１へ設定される。
【００５４】
次に、ステップＳ２０２において、図７で示す制御タイミングｔ１２でＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、ＣＰＵ８により温度Ｔ１２が検出温度Ｔとして取得される。
【００５５】
次に、ステップＳ２０３において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１１で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１１と、制御タイミングｔ１２での温度Ｔ１２とから、制御タイミングｔ１１から制御タイミングｔ１２までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはステップＳ２０４へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが下降していないことを示しているので、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく再びステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理を繰り返してトライアック３６４の常時オフ状態を継続する。例えば、制御タイミングｔ１２においては、検出温度Ｔが下降し、Ｋ＜０であるので、ステップＳ２０４へ移行する。
【００５６】
次に、ステップＳ２０４において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときはトライアック３６４の常時オフ状態を継続すべく再びステップＳ２０１へ移行する一方、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ２０５へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１２においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１３＝Ｔ１２＋Ｋ×ｔｃｙｃ１＜Ｔ０であるので、ステップＳ２０５へ移行する。
【００５７】
次に、ステップＳ２０５において、ＣＰＵ８により、例えば３制御単位に相当する３０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ３としてタイマ８１へ設定される。
【００５８】
次に、ステップＳ２０６において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を下降させるべくステップＳ２０７へ移行する一方、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１２では、ＣＰＵ８により温度Ｔ１２が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ≧Ｔ０であるので、ステップＳ２０７へ移行する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０７において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、常時オフ状態（オン比率０）から、例えば、３制御単位のうち１制御単位をオンするパターン▲３▼（オン比率１／３）へとオン比率が大きくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００６０】
次に、ステップＳ２０８において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１２から制御間隔ｔｃｙｃ３が経過した制御タイミングｔ１３で、ＣＰＵ８により温度Ｔ１３が検出温度Ｔとして取得される。
【００６１】
次に、ステップＳ２０９において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１２で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１２と、制御タイミングｔ１３での温度Ｔ１３とから、制御タイミングｔ１２から制御タイミングｔ１３までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはステップＳ２１０へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが上昇していることを示しているので、検出温度Ｔを下降させるべく再びステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１３においては、Ｋ＝（Ｔ１３−Ｔ１２）／ｔｃｙｃ３ として算出され、Ｋ＜０となるので、ステップＳ２１０へ移行する。
【００６２】
次に、ステップＳ２１０において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が、式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときはパターン▲３▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ２０６へ移行する一方、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ２１１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１３においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１４＝Ｔ１３＋Ｋ×ｔｃｙｃ３≧Ｔ０であるのでステップＳ２０６へ移行してパターン▲３▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ１４で、ＣＰＵ８によりステップＳ２０７〜Ｓ２１０と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１５＝Ｔ１４＋Ｋ×ｔｃｙｃ３＜Ｔ０となり、ステップＳ２１１へ移行する。
【００６３】
次に、ステップＳ２１１において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ３より長い例えば５制御単位に相当する５０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ２としてタイマ８１へ設定される。
【００６４】
次に、ステップＳ２１２において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を下降させるべくステップＳ２１３へ移行する一方、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。
【００６５】
なお、ステップＳ２１２からステップＳ１０１へ移行する場合において、熱ローラ３６２の温度をより小さい平均変化率Ｋで上昇を開始させるために、次のステップＳ１０２で、トライアック３６４のオンオフ比率を常時オン状態のパターン▲１▼よりも低いオン比率に設定したり、タイマ８１へ設定する制御間隔をｔｃｙｃ１よりも短い時間に設定したりする構成としてもよい。
【００６６】
次に、ステップＳ２１３において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、オン比率１／３のパターン▲３▼から、例えば、５制御単位のうち２制御単位をオンするパターン▲４▼（オン比率２／５）へとオン比率を大きくするように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００６７】
次に、ステップＳ２１４において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１４から制御間隔ｔｃｙｃ２が経過した制御タイミングｔ１５で、ＣＰＵ８により温度Ｔ１５が検出温度Ｔとして取得される。
【００６８】
次に、ステップＳ２１５において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１４で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１４と、制御タイミングｔ１５での温度Ｔ１５とから、制御タイミングｔ１４から制御タイミングｔ１５までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはパターン▲４▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ２１２へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが下降していないことを示しているので、検出温度Ｔを下降させるべく再びステップＳ２０１へ移行する。
【００６９】
例えば、制御タイミングｔ１５においては、Ｋ＝（Ｔ１５−Ｔ１４）／ｔｃｙｃ２ として算出され、Ｋ＜０となるので再びステップＳ２１２へ移行する。そして、ステップＳ２１２において検出温度Ｔが目標温度Ｔ０よりも低い温度Ｔ１５となるので、Ｔ＜Ｔ０の関係が成立し、検出温度Ｔを上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。
【００７０】
以上、ステップＳ２０１〜Ｓ２１５の温度下降処理により、制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、予測温度ＴＦｎ＋１が目標温度Ｔ０未満になるときは、制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更すると共に、トライアック３６４のオン比率をより小さくすることにより平均変化率Ｋをより小さくするので、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に近くなると平均変化率Ｋがより小さくされると共にきめ細かく温度が制御される結果、温度のアンダーシュートを抑制できる。
【００７１】
また、式（１）及び式（２）により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出するので、少ない演算量で温度のアンダーシュートを抑制可能な温度制御を実行することができる。
【００７２】
さらに、制御タイミングｔ１５以降、ステップＳ１０１〜Ｓ１１７の温度上昇制御と、ステップＳ２０１〜Ｓ２１５の温度下降制御を繰り返すことにより、熱ローラ３６２の温度を温度リップルが抑制された状態で目標温度Ｔ０に設定することができる。
【００７３】
なお、制御タイミングｔ１５以降、温度を下降から上昇へ滑らかに変化させるため、例えば制御制御タイミングｔ１５以前のトライアック３６４のオン比率と制御間隔ｔｃｙｃとを急激に変化させないように、ステップＳ１０２において、例えばパターン▲２▼によるトライアック３６４のオンオフをさせるようにしてもよく、例えば制御間隔ｔｃｙｃ２をタイマ８１に設定するようにしてもよい。
【００７４】
また、本発明をプリンタに適応した例を示したが、本発明に係る画像形成装置は、例えば複写機、ファクシミリ等の画像形成装置であってもよい。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに、平均変化率を減少すべくスイッチング手段のオンオフ比率を変更するので、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少される結果、温度リップルの発生を抑制できる。また、検出温度から算出された温度の平均変化率を用いて次回の制御タイミングでの定着手段の温度を予測するので、定着装置の温度を制御するための演算量の増大を抑制できる。
【００７６】
請求項２に記載の発明によれば、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに制御間隔が短縮されるので、検出温度が目標温度に近くなると制御タイミングの頻度が高められる結果、より高い精度で定着手段の温度を制御することができる。
【００７７】
請求項３に記載の発明によれば、定着手段の温度を目標温度にするべく温度を上昇させるときに、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率を減少させることができるので、温度のオーバーシュートを抑制できる。
【００７８】
請求項４に記載の発明によれば、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少するので、温度のアンダーシュートを抑制できる。さらに、検出温度が目標温度を下回った後、平均変化率が検出温度の下降を示す場合には、オンオフ比率のオン比率を増加させるので定着手段の温度が下降し続けることを抑制できる。
【００７９】
請求項５に記載の発明によれば、交流電圧の半サイクル単位でスイッチング手段をオンオフさせるので、交流電圧がゼロボルトと交差するタイミングでスイッチング手段をオンオフさせることができ、スイッチング手段への電圧ストレスを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるプリンタの内部構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すプリンタの概略構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図１に示すプリンタの温度制御を行うための構成を説明する概略ブロック図である。
【図４】図１に示すプリンタの温度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すフローチャートに対応する熱ローラの温度とヒータに印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。
【図６】図１に示すプリンタの温度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６に示すフローチャートに対応する熱ローラの温度とヒータに印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。
【符号の説明】
１ プリンタ
３ 画像形成部
８ ＣＰＵ
１３ 交流電源
１４ ゼロクロス検出回路
３６ 定着部
８１ タイマ
３６１ 圧ローラ
３６２ 熱ローラ
３６３ ヒータ
３６４ トライアック
３６５ フォトトライアックカプラ
３６６ 温度センサ
３６７ アンプ
３６８ Ａ／Ｄコンバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させる定着装置を備えた画像形成装置に係わり、特にその定着装置の温度制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融することにより、画像を定着させる定着装置を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置が知られている。このような定着装置を用いた画像形成装置では、定着装置の温度を画像形成に適した設定温度にするため、例えば定着装置の温度が設定温度よりも低い場合には定着装置に設けられたヒータへの電力供給をオンさせ、定着装置の温度が設定温度よりも高い場合はそのヒータへの電力供給をオフさせるオンオフ制御による温度制御が行われている。
【０００３】
しかし、上記のようなオンオフ制御による温度制御では、設定温度に対するオーバーシュートやアンダーシュートによる温度リップルが発生するため精度の高い温度制御が困難である。そこで、一定の周期毎に定着装置の温度と目標となる設定温度との間の温度差を検出し、この温度差に応じてヒータに供給する電力量を算出すると共に、算出した電力量に応じた電力供給のオンオフパターンでヒータへの電力供給を行うことにより、温度リップルを抑制する温度制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような、定着装置の温度と設定温度との間の温度差からヒータに供給する電力量を算出する温度制御方法を用いた画像形成装置では、定着装置の温度を検出する温度センサの時定数、その他の定着装置の熱容量等の温度制御に影響を与える要素を補正するための補正率等の温度特性データを用いてヒータに電力を供給してから定着装置の温度が変化するまでの応答遅れ時間を補正したり、所定温度上昇させるために必要な電力量を示すゲインを用いて定着装置を設定温度にするための電力量を算出したりする演算処理が必要となるため、温度制御を行うための演算量が大きくなるという不都合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、演算量の増大を抑制しつつ、定着装置の温度を制御するときの温度リップルの発生を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させる定着手段と、前記定着手段を加熱する加熱手段と、前記定着手段の温度を検出する検出手段と、前記加熱手段へ供給される電力をオンオフするスイッチング手段と、所定の制御間隔毎の制御タイミングで、前記検出手段により検出された検出温度に応じて前記定着手段の温度を所定の目標温度にさせるべく前記スイッチング手段のオンオフ比率を設定する温度制御手段とを備えた画像形成装置であって、現在の検出温度と、直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を算出すると共に、その平均変化率を用いて次回の制御タイミングにおける前記定着手段の温度となる予測温度を算出する予測手段を備え、前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率を変更することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、検出手段により検出された定着手段の検出温度と、その直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率が算出され、その算出された平均変化率から次回の制御タイミングでの定着手段の温度が予測される。そして、その予測温度が目標温度を越える場合、すなわち定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに、その温度の平均変化率を減少すべくスイッチング手段のオンオフ比率が変更される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記制御間隔を短縮することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、定着装置の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに制御間隔がより短い時間に設定される。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より低い温度であって前記予測温度が前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率のオン比率を減少することにより前記平均変化率を減少させ、さらに前記検出温度が前記目標温度より低い温度から前記目標温度を越えた場合、前記スイッチング手段をオフさせることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、定着手段の温度を目標温度にするべく温度を上昇させるときに、予測温度が目標温度を越える場合、スイッチング手段のオン比率が減少されることにより温度の平均変化率が減少され、さらに検出温度が目標温度より低い温度から目標温度を越えたとき、スイッチング手段がオフされる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より高い温度であり、且つ前記スイッチング手段がオフされているときに、前記予測温度が前記目標温度を下回る場合、前記スイッチング手段を所定のオンオフ比率でオンオフさせて前記電力の供給を開始させ、さらに前記検出温度が前記目標温度を下回り、且つ前記平均変化率が前記検出温度の下降を示す場合には、前記オンオフ比率のオン比率を増加させることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、スイッチング手段がオフにされ、定着手段の温度が目標温度にするべく下降するときに、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときは、所定のオンオフ比率でスイッチング手段をオンオフさせて電力の供給を開始させ、さらに、検出温度が目標温度を下回った後、温度の平均変化率が検出温度の下降を示す場合には、スイッチング手段のオン比率が増加される。この場合、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少する。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記電力は交流電圧により供給され、前記温度制御手段は、前記交流電圧の半サイクルを単位とする単位サイクル毎に前記スイッチング手段をオンオフし、オン状態の単位サイクル数とオフ状態の単位サイクル数とを組み合わせる比率によって、前記オンオフ比率を設定することを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、交流電圧の半サイクル単位でスイッチング手段がオンオフされ、オン状態の単位サイクル数とオフ状態の単位サイクル数とを組み合わせる比率によって、前記オンオフ比率が設定される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるプリンタ１の内部構成を概略的に示す断面図である。また、図２は、図１に示すプリンタ１の概略構成を説明するためのブロック図である。
【００１８】
プリンタ１は、それぞれサイズが異なる記録紙を収納する複数の給紙カセット２と、給紙カセット２から搬送されてきた記録紙に画像を形成する画像形成部３と、画像形成部３により画像形成された記録紙が排出される排出トレイ４と、記録紙を搬送する用紙搬送機構５とを備える。
【００１９】
また、図２を参照してプリンタ１は、ケーブル等によりデータ送受信可能に接続されたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）９との間で印刷データ及びプリンタ制御コマンド等の送受信を行うための通信Ｉ／Ｆ７と、液晶表示器及びキースイッチ等からなりユーザからの操作指示を受け付けるための操作部６と、通信Ｉ／Ｆ７を介して受信した印刷データ及びプリンタ制御コマンド等に応じて画像形成部３及び用紙搬送機構５等の各部の動作を制御するための制御信号を出力して画像形成動作を行わせるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８を主要部とする制御部１０とを備える。
【００２０】
図１に戻って用紙搬送機構５は、給紙カセット２から記録紙を１枚ずつ繰り出して画像形成部３へ搬送する給紙ローラ５１、画像形成部３内へ用紙を搬送する搬送ローラ５２、及び画像形成部３から搬送されてきた記録紙を排出トレイ４へ排出する排出ローラ５３等を備える。
【００２１】
画像形成部３は、ＣＰＵ８から出力された画像データを用いて記録紙に画像を形成するもので、例えば、表面が感光体で構成されたドラム形状の感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の表面を帯電させる帯電部３２と、ＣＰＵ８からの画像データに基づきレーザー光を出力して感光体ドラム３１を露光する露光部３３と、感光体ドラム３１上にトナー像を形成する現像部３４と、感光体ドラム３１上のトナー像を記録紙に転写する転写部３５と、トナー像が転写された記録紙を加熱してトナー像を記録紙に定着させる定着部３６とを備える。
【００２２】
定着部３６は、記録紙上に形成されたトナー像を溶融するための熱ローラ３６２と、この熱ローラ３６２との間で記録紙を圧接しつつ搬送する圧ローラ３６１とを備える。また、熱ローラ３６２の内部には、熱ローラ３６２を加熱する加熱手段であるヒータ３６３が設けられ、ＣＰＵ８からの制御信号に応じてヒータ３６３に供給される電力がオンオフされる。
【００２３】
図２を参照して制御部１０は、装置全体の動作を司るもので、ＣＰＵ８、プリンタ１の制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びデータを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備え、ＣＰＵ８が制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行することにより予測手段、及び温度制御手段として機能する。また、ＣＰＵ８は、通信Ｉ／Ｆ７を介してＰＣ９からプリンタ制御コマンド及び印刷データを受信し、その印刷データに基づく画像データを生成し、その画像データに基づきプリンタ１の各部に制御信号を出力し、プリンタ１に所定の画像形成動作をさせる。
【００２４】
図３は、ＣＰＵ８による熱ローラ３６２の温度制御を行うための構成を説明する概略ブロック図である。図３に示すプリンタ１は、電源接続端子１１，１２を備える。そして、電源接続端子１１，１２間に交流電源１３が接続される。また、電源接続端子１１，１２間に直列にスイッチング手段であるトライアック３６４とヒータ３６３とが接続され、トライアック３６４のゲートがフォトトライアックカプラ３６５を介してＣＰＵ８に接続されている。これにより、トライアック３６４とＣＰＵ８との間が絶縁されると共にＣＰＵ８からの制御信号に応じてトライアック３６４がオンオフされ、ヒータ３６３への電力供給がオンオフされる。
【００２５】
また、交流電圧が０Ｖと交差するゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出回路１４が電源接続端子１１，１２間に接続され、ゼロクロス検出回路１４で検出されたゼロクロスタイミングを示すゼロクロス信号が、ゼロクロス検出回路１４からＣＰＵ８へ出力される。
【００２６】
また、熱ローラ３６２の温度を検出し、その温度に応じた信号を出力する例えばサーミスタ等からなる検出手段である温度センサ３６６が、熱ローラ３６２の近傍に設けられている。そして、温度センサ３６６からの出力電圧は、アンプ３６７を介してＡ／Ｄコンバータ３６８へ出力され、さらにＡ／Ｄコンバータ３６８によってアナログデジタル変換された後に、ＣＰＵ８へ出力される。これにより、熱ローラ３６２の温度が検出温度ＴとしてＣＰＵ８によって取得可能にされている。
【００２７】
また、ＣＰＵ８は、画像形成動作時に、熱ローラ３６２の温度を画像形成に適した目標温度Ｔ０にするべく、ゼロクロス信号を受信したタイミングと同期させてトライアック３６４をオンオフさせ、ヒータ３６３への電力供給をオンオフさせることにより、熱ローラ３６２を加熱する熱量を調整する。この場合、目標温度Ｔ０は、例えば予めＲＯＭに記憶されていてもよく、ユーザにより操作部６を用いて設定された記録紙の種類、例えば厚紙、薄紙、ＯＨＰ（Ｏｖｅｒ Ｈｅａｄ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）用フィルム等の種類毎に画像形成に適した温度を目標温度Ｔ０として設定してもよく、あるいは画像データを記録紙に印字したときの記録紙の面積に対する印字部分の積算面積である印字率等に応じて目標温度Ｔ０を設定する構成としてもよい。また、ＣＰＵ８がトライアック３６４をオンさせる制御信号の出力タイミングがゼロクロス信号と同期されるので、トライアック３６４への電圧ストレスを軽減しつつトライアック３６４をオンさせることができる。
【００２８】
また、ＣＰＵ８は、例えばＣＰＵ８により制御間隔を示す時間が設定されることによりダウンカウントを開始し、設定された時間間隔毎にタイムアップ信号をＣＰＵ８へ出力するタイマ８１を備える。そして、ＣＰＵ８は、タイマ８１からのタイムアップ信号を受信したとき、Ａ／Ｄコンバータ３６８から取得した検出温度Ｔと、その前のタイムアップ信号受信時に取得した検出温度Ｔとから熱ローラ３６２の温度の平均変化率を算出する。そして、ＣＰＵ８は、その平均変化率を用いて次の制御タイミングでの熱ローラ３６２の予測温度を算出する。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ８は、その予測温度が検出温度Ｔから見て目標温度Ｔ０を越えた温度であったときは、平均変化率をより小さくすべくトライアック３６４のオンオフ比率を変更すると共に、タイマ８１に設定された制御間隔をより短い時間に変更する。この場合、ＣＰＵ８は、タイマ８１の設定値として交流電圧の半波長、例えば交流電圧が５０Ｈｚである場合には、１０ｍｓｅｃ（５０Ｈｚの半波長）を制御単位として、この制御単位の整数倍の時間を制御間隔としてタイマ８１に設定する。また、ＣＰＵ８は、ゼロクロス信号を受信したタイミングと同期してタイマ８１に制御間隔を設定し、タイマ８１のダウンカウントを開始させる。これにより、タイマ８１からのタイムアップ信号の出力タイミングと、ゼロクロス検出回路１４からのゼロクロス信号の出力タイミングが同期する。
【００３０】
なお、ＣＰＵ８は、タイマ８１を備えず、ゼロクロス検出回路１４から出力されたゼロクロス信号の回数をカウントするダウンカウンタを備え、交流波形の半サイクルを制御単位として制御間隔に対応する制御単位数をカウンタに設定することにより、制御間隔を設定する構成としてもよい。
【００３１】
次に、図１に示すプリンタ１による熱ローラ３６２の温度制御動作を説明する。図４、図６は、図１に示すプリンタ１の温度制御動作を説明するためのフローチャートである。また、図５は、図４に示すプリンタ１の温度制御動作に対応する熱ローラ３６２の温度と、ヒータ３６３に印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。また、図７は、図６に示すプリンタ１の温度制御動作に対応する熱ローラ３６２の温度と、ヒータ３６３に印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。図５、図７において、横軸は時間を示し、波形１６は熱ローラ３６２の温度を示すグラフで、縦軸が温度を示す。また、波形１７は交流電源１３から出力される交流電圧波形を示し、斜線部がトライアック３６４のオン状態を、斜線がない部分がトライアック３６４のオフ状態を示す。
【００３２】
まず、図４のステップＳ１０１において、温度センサ３６６により検出された熱ローラ３６２の温度データがアンプ３６７及びＡ／Ｄコンバータ３６８を介してＣＰＵ８へ出力され、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１０２へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、図５に示すｔ１の制御タイミングでは、ＣＰＵ８により制御タイミングｔ１での熱ローラ３６２の温度、すなわち温度Ｔ１が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０２へ移行する。
【００３３】
次に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ８により、トライアック３６４のオンオフ比率がオン比率を大きくするように変更される。例えば、制御タイミングｔ１で、トライアック３６４のオンオフ比率が常時オフ（オン比率０）から常時オン（オン比率１）に変更される。これにより、図５に示す制御タイミングｔ１から波形１７が常時オン状態のパターン▲１▼にされると共に、波形１６で示す熱ローラ３６２の温度が上昇する。また、ＣＰＵ８により、例えば８制御単位に相当する８０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ１としてタイマ８１へ設定される。
【００３４】
次に、ステップＳ１０３において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１から制御間隔ｔｃｙｃ１が経過した制御タイミングｔ２で、ＣＰＵ８により温度Ｔ２が検出温度Ｔとして取得される。
【００３５】
次に、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１と、制御タイミングｔ２での温度Ｔ２とから、制御タイミングｔ１から制御タイミングｔ２までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが算出され、Ｋ＞０のときはステップＳ１０５へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、トライアック３６４をオンさせているにも関わらず検出温度Ｔが上昇しないことを示しているので、ヒータ３６３や温度センサ３６６等に故障が生じていると判断され、ヒータエラーとしてステップＳ１０６へ移行し、プリンタ１の動作が終了する。
【００３６】
この場合、平均変化率Ｋは、具体的には、現在の制御タイミングｔｎでの検出温度Ｔを温度Ｔｎ、一つ前の制御タイミングｔｎ−１での検出温度Ｔを温度Ｔｎ−１、制御タイミングｔｎ−１から制御タイミングｔｎまでの制御間隔をｔｃｙｃ、温度Ｔｎ−１と温度Ｔｎとの差分をΔＴとすると、
【００３７】
次に、ステップＳ１０５において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときはパターン▲１▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１０１へ移行する一方、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ１０７へ移行する。
【００３８】
この場合、予測温度ＴＦｎ＋１は、例えば、
ＴＦｎ＋１＝Ｔｎ＋Ｋ×ｔｃｙｃ ・・・（２）
として算出される。例えば、制御タイミングｔ２においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ３＝Ｔ２＋Ｋ×ｔｃｙｃ１＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０１へ移行してパターン▲１▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ３で、ＣＰＵ８によりステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ４＝Ｔ３＋Ｋ×ｔｃｙｃ１≧Ｔ０となり、ステップＳ１０７へ移行する。
【００３９】
次に、ステップＳ１０７において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ１より短い例えば５制御単位に相当する５０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ２としてタイマ８１へ設定される。
次に、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくして熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１０９へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ３では、ＣＰＵ８により温度Ｔ３が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１０９へ移行する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０９において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、制御タイミングｔ３で、常時オン状態のパターン▲１▼（オン比率１）から、例えば、５制御単位のうち３制御単位をオンするパターン▲２▼（オン比率３／５）へとオン比率が小さくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００４１】
次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ３から制御間隔ｔｃｙｃ２が経過した制御タイミングｔ４で、ＣＰＵ８により温度Ｔ４が検出温度Ｔとして取得される。
【００４２】
次に、ステップＳ１１１において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ３で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ３と、制御タイミングｔ４での温度Ｔ４とから、制御タイミングｔ３から制御タイミングｔ４までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＞０のときはステップＳ１１２へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、検出温度Ｔが下降していることを示しているので、検出温度Ｔを上昇させるべく再びステップＳ１０２へ移行する。例えば、制御タイミングｔ４においては、Ｋ＝（Ｔ４−Ｔ３）／ｔｃｙｃ２として算出され、Ｋ＞０となるので、ステップＳ１１２へ移行する。
【００４３】
次に、ステップＳ１１２において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が、式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときはパターン▲２▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１０８へ移行する一方、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ１１３へ移行する。例えば、制御タイミングｔ４においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ５＝Ｔ４＋Ｋ×ｔｃｙｃ２＜Ｔ０であるのでステップＳ１０８へ移行してパターン▲２▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ５で、ＣＰＵ８によりステップＳ１１０〜Ｓ１１２と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ６＝Ｔ５＋Ｋ×ｔｃｙｃ２≧Ｔ０となり、ステップＳ１１３へ移行する。
【００４４】
次に、ステップＳ１１３において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ２より短い例えば３制御単位に相当する３０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ３としてタイマ８１へ設定される。
【００４５】
次に、ステップＳ１１４において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ＜Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を上昇させるべくステップＳ１１５へ移行する一方、Ｔ≧Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ５では、ＣＰＵ８により温度Ｔ５が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ＜Ｔ０であるので、ステップＳ１１５へ移行する。
【００４６】
次に、ステップＳ１１５において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、オン比率３／５のパターン▲２▼から、例えば、３制御単位のうち１制御単位をオンするパターン▲３▼（オン比率１／３）へとオン比率が小さくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００４７】
次に、ステップＳ１１６において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ５から制御間隔ｔｃｙｃ３が経過した制御タイミングｔ６で、ＣＰＵ８により温度Ｔ６が検出温度Ｔとして取得される。
【００４８】
次に、ステップＳ１１７において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ５で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ５と、制御タイミングｔ６での温度Ｔ６とから、制御タイミングｔ５から制御タイミングｔ６までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＞０のときはパターン▲３▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ１１４へ移行する一方、Ｋ≦０のときは、検出温度Ｔが上昇していないことを示しているので、検出温度Ｔを上昇させるべく再びステップＳ１０９へ移行する。
【００４９】
例えば、制御タイミングｔ６においては、Ｋ＝（Ｔ６−Ｔ５）／ｔｃｙｃ３ として算出され、Ｋ＞０となるので、再びステップＳ１１４へ移行し、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に達してＴ≧Ｔ０となるまでステップＳ１１４〜Ｓ１１７の処理が繰り返される。なお、ステップＳ１１７の後、さらにステップＳ１１２と同様の処理により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときは、ステップＳ１１３〜Ｓ１１７と同様の処理により平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行う構成としてもよい。
【００５０】
そして、ステップＳ１１４において、制御タイミングｔ８でＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０となり、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく図６のステップＳ２０１へ移行する。
【００５１】
以上、ステップＳ１０１〜Ｓ１１７の温度上昇処理により、制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、予測温度ＴＦｎ＋１が目標温度Ｔ０以上になるときは、制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更すると共に、トライアック３６４のオン比率をより小さくすることにより平均変化率Ｋをより小さくするので、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に近くなると平均変化率Ｋがより小さくされると共にきめ細かく温度が制御される結果、温度のオーバーシュートを抑制できる。
【００５２】
また、式（１）及び式（２）により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出するので、少ない演算量で温度のオーバーシュートを抑制可能な温度制御を実行することができる。
【００５３】
図６を参照して、ステップＳ２０１において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４は常時オフ状態にされる。また、ＣＰＵ８により、例えば８制御単位に相当する８０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ１としてタイマ８１へ設定される。
【００５４】
次に、ステップＳ２０２において、図７で示す制御タイミングｔ１２でＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、ＣＰＵ８により温度Ｔ１２が検出温度Ｔとして取得される。
【００５５】
次に、ステップＳ２０３において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１１で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１１と、制御タイミングｔ１２での温度Ｔ１２とから、制御タイミングｔ１１から制御タイミングｔ１２までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはステップＳ２０４へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが下降していないことを示しているので、熱ローラ３６２の温度を下降させるべく再びステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理を繰り返してトライアック３６４の常時オフ状態を継続する。例えば、制御タイミングｔ１２においては、検出温度Ｔが下降し、Ｋ＜０であるので、ステップＳ２０４へ移行する。
【００５６】
次に、ステップＳ２０４において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときはトライアック３６４の常時オフ状態を継続すべく再びステップＳ２０１へ移行する一方、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ２０５へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１２においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１３＝Ｔ１２＋Ｋ×ｔｃｙｃ１＜Ｔ０であるので、ステップＳ２０５へ移行する。
【００５７】
次に、ステップＳ２０５において、ＣＰＵ８により、例えば３制御単位に相当する３０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ３としてタイマ８１へ設定される。
【００５８】
次に、ステップＳ２０６において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を下降させるべくステップＳ２０７へ移行する一方、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１２では、ＣＰＵ８により温度Ｔ１２が検出温度Ｔとして取得され、この検出温度ＴがＲＡＭに記憶される。この場合、Ｔ≧Ｔ０であるので、ステップＳ２０７へ移行する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０７において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、常時オフ状態（オン比率０）から、例えば、３制御単位のうち１制御単位をオンするパターン▲３▼（オン比率１／３）へとオン比率が大きくなるように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００６０】
次に、ステップＳ２０８において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１２から制御間隔ｔｃｙｃ３が経過した制御タイミングｔ１３で、ＣＰＵ８により温度Ｔ１３が検出温度Ｔとして取得される。
【００６１】
次に、ステップＳ２０９において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１２で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１２と、制御タイミングｔ１３での温度Ｔ１３とから、制御タイミングｔ１２から制御タイミングｔ１３までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはステップＳ２１０へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが上昇していることを示しているので、検出温度Ｔを下降させるべく再びステップＳ２０１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１３においては、Ｋ＝（Ｔ１３−Ｔ１２）／ｔｃｙｃ３ として算出され、Ｋ＜０となるので、ステップＳ２１０へ移行する。
【００６２】
次に、ステップＳ２１０において、ＣＰＵ８により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１が、式（２）を用いて算出され、予測温度ＴＦｎ＋１と目標温度Ｔ０とが比較された結果、ＴＦｎ＋１≧Ｔ０のときはパターン▲３▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ２０６へ移行する一方、ＴＦｎ＋１＜Ｔ０のときは、平均変化率Ｋをより小さくすると共に制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更して温度制御を行うべくステップＳ２１１へ移行する。例えば、制御タイミングｔ１３においては、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１４＝Ｔ１３＋Ｋ×ｔｃｙｃ３≧Ｔ０であるのでステップＳ２０６へ移行してパターン▲３▼での温度制御が継続される。そして、次の制御タイミングｔ１４で、ＣＰＵ８によりステップＳ２０７〜Ｓ２１０と同様の処理が実行され、ＴＦｎ＋１＝ＴＦ１５＝Ｔ１４＋Ｋ×ｔｃｙｃ３＜Ｔ０となり、ステップＳ２１１へ移行する。
【００６３】
次に、ステップＳ２１１において、ＣＰＵ８により、制御間隔ｔｃｙｃ３より長い例えば５制御単位に相当する５０ｍｓｅｃが、制御間隔ｔｃｙｃ２としてタイマ８１へ設定される。
【００６４】
次に、ステップＳ２１２において、ＣＰＵ８によって検出温度Ｔが取得される。そして、ＣＰＵ８により検出温度Ｔと目標温度Ｔ０とが比較された結果、Ｔ≧Ｔ０のときは、より小さい平均変化率Ｋで熱ローラ３６２の温度を下降させるべくステップＳ２１３へ移行する一方、Ｔ＜Ｔ０のときは、熱ローラ３６２の温度を上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。
【００６５】
なお、ステップＳ２１２からステップＳ１０１へ移行する場合において、熱ローラ３６２の温度をより小さい平均変化率Ｋで上昇を開始させるために、次のステップＳ１０２で、トライアック３６４のオンオフ比率を常時オン状態のパターン▲１▼よりも低いオン比率に設定したり、タイマ８１へ設定する制御間隔をｔｃｙｃ１よりも短い時間に設定したりする構成としてもよい。
【００６６】
次に、ステップＳ２１３において、ＣＰＵ８によりトライアック３６４のオンオフ比率が、オン比率１／３のパターン▲３▼から、例えば、５制御単位のうち２制御単位をオンするパターン▲４▼（オン比率２／５）へとオン比率を大きくするように変更される。これにより、平均変化率Ｋがより小さくされる。
【００６７】
次に、ステップＳ２１４において、ＣＰＵ８によりタイマ８１からのタイムアップ信号が受け付けられたとき、すなわち制御タイミングｔ１４から制御間隔ｔｃｙｃ２が経過した制御タイミングｔ１５で、ＣＰＵ８により温度Ｔ１５が検出温度Ｔとして取得される。
【００６８】
次に、ステップＳ２１５において、ＣＰＵ８によりＲＡＭに記憶されている一つ前の制御タイミングｔ１４で取得された検出温度Ｔ、すなわち温度Ｔ１４と、制御タイミングｔ１５での温度Ｔ１５とから、制御タイミングｔ１４から制御タイミングｔ１５までの間の検出温度Ｔの平均変化率Ｋが、式（１）を用いて算出され、Ｋ＜０のときはパターン▲４▼での温度制御を継続すべく再びステップＳ２１２へ移行する一方、Ｋ≧０のときは、検出温度Ｔが下降していないことを示しているので、検出温度Ｔを下降させるべく再びステップＳ２０１へ移行する。
【００６９】
例えば、制御タイミングｔ１５においては、Ｋ＝（Ｔ１５−Ｔ１４）／ｔｃｙｃ２ として算出され、Ｋ＜０となるので再びステップＳ２１２へ移行する。そして、ステップＳ２１２において検出温度Ｔが目標温度Ｔ０よりも低い温度Ｔ１５となるので、Ｔ＜Ｔ０の関係が成立し、検出温度Ｔを上昇させるべく図４のステップＳ１０１へ移行する。
【００７０】
以上、ステップＳ２０１〜Ｓ２１５の温度下降処理により、制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出し、予測温度ＴＦｎ＋１が目標温度Ｔ０未満になるときは、制御間隔ｔｃｙｃをより短い時間に変更すると共に、トライアック３６４のオン比率をより小さくすることにより平均変化率Ｋをより小さくするので、検出温度Ｔが目標温度Ｔ０に近くなると平均変化率Ｋがより小さくされると共にきめ細かく温度が制御される結果、温度のアンダーシュートを抑制できる。
【００７１】
また、式（１）及び式（２）により制御間隔ｔｃｙｃ後の予測温度ＴＦｎ＋１を算出するので、少ない演算量で温度のアンダーシュートを抑制可能な温度制御を実行することができる。
【００７２】
さらに、制御タイミングｔ１５以降、ステップＳ１０１〜Ｓ１１７の温度上昇制御と、ステップＳ２０１〜Ｓ２１５の温度下降制御を繰り返すことにより、熱ローラ３６２の温度を温度リップルが抑制された状態で目標温度Ｔ０に設定することができる。
【００７３】
なお、制御タイミングｔ１５以降、温度を下降から上昇へ滑らかに変化させるため、例えば制御制御タイミングｔ１５以前のトライアック３６４のオン比率と制御間隔ｔｃｙｃとを急激に変化させないように、ステップＳ１０２において、例えばパターン▲２▼によるトライアック３６４のオンオフをさせるようにしてもよく、例えば制御間隔ｔｃｙｃ２をタイマ８１に設定するようにしてもよい。
【００７４】
また、本発明をプリンタに適応した例を示したが、本発明に係る画像形成装置は、例えば複写機、ファクシミリ等の画像形成装置であってもよい。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに、平均変化率を減少すべくスイッチング手段のオンオフ比率を変更するので、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少される結果、温度リップルの発生を抑制できる。また、検出温度から算出された温度の平均変化率を用いて次回の制御タイミングでの定着手段の温度を予測するので、定着装置の温度を制御するための演算量の増大を抑制できる。
【００７６】
請求項２に記載の発明によれば、定着手段の温度が次回の制御タイミングより前に目標温度に到達することが予測されるときに制御間隔が短縮されるので、検出温度が目標温度に近くなると制御タイミングの頻度が高められる結果、より高い精度で定着手段の温度を制御することができる。
【００７７】
請求項３に記載の発明によれば、定着手段の温度を目標温度にするべく温度を上昇させるときに、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率を減少させることができるので、温度のオーバーシュートを抑制できる。
【００７８】
請求項４に記載の発明によれば、検出温度が目標温度に近くなると平均変化率が減少するので、温度のアンダーシュートを抑制できる。さらに、検出温度が目標温度を下回った後、平均変化率が検出温度の下降を示す場合には、オンオフ比率のオン比率を増加させるので定着手段の温度が下降し続けることを抑制できる。
【００７９】
請求項５に記載の発明によれば、交流電圧の半サイクル単位でスイッチング手段をオンオフさせるので、交流電圧がゼロボルトと交差するタイミングでスイッチング手段をオンオフさせることができ、スイッチング手段への電圧ストレスを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例であるプリンタの内部構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すプリンタの概略構成を説明するためのブロック図である。
【図３】図１に示すプリンタの温度制御を行うための構成を説明する概略ブロック図である。
【図４】図１に示すプリンタの温度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４に示すフローチャートに対応する熱ローラの温度とヒータに印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。
【図６】図１に示すプリンタの温度制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６に示すフローチャートに対応する熱ローラの温度とヒータに印加される交流電圧のオンオフ状態とを説明するための図である。
【符号の説明】
１ プリンタ
３ 画像形成部
８ ＣＰＵ
１３ 交流電源
１４ ゼロクロス検出回路
３６ 定着部
８１ タイマ
３６１ 圧ローラ
３６２ 熱ローラ
３６３ ヒータ
３６４ トライアック
３６５ フォトトライアックカプラ
３６６ 温度センサ
３６７ アンプ
３６８ Ａ／Ｄコンバータ
Claims (5)
- 記録紙に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させる定着手段と、前記定着手段を加熱する加熱手段と、前記定着手段の温度を検出する検出手段と、前記加熱手段へ供給される電力をオンオフするスイッチング手段と、所定の制御間隔毎の制御タイミングで、前記検出手段により検出された検出温度に応じて前記定着手段の温度を所定の目標温度にさせるべく前記スイッチング手段のオンオフ比率を設定する温度制御手段とを備えた画像形成装置であって、
現在の検出温度と、直前の制御タイミングで検出された検出温度との差分をその間の制御間隔で除した平均変化率を算出すると共に、その平均変化率を用いて次回の制御タイミングにおける前記定着手段の温度となる予測温度を算出する予測手段を備え、
前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率を変更することを特徴とする画像形成装置。 - 前記温度制御手段は、前記予測温度が、前記目標温度を越える場合、前記制御間隔を短縮することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より低い温度であって前記予測温度が前記目標温度を越える場合、前記オンオフ比率のオン比率を減少することにより前記平均変化率を減少させ、さらに前記検出温度が前記目標温度より低い温度から前記目標温度を越えた場合、前記スイッチング手段をオフさせることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
- 前記温度制御手段は、前記検出温度が前記目標温度より高い温度であり、且つ前記スイッチング手段がオフされているときに、前記予測温度が前記目標温度を下回る場合、前記スイッチング手段を所定のオンオフ比率でオンオフさせて前記電力の供給を開始させ、さらに前記検出温度が前記目標温度を下回り、且つ前記平均変化率が前記検出温度の下降を示す場合には、前記オンオフ比率のオン比率を増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記電力は交流電圧により供給され、
前記温度制御手段は、前記交流電圧の半サイクルを単位とする単位サイクル毎に前記スイッチング手段をオンオフし、オン状態の単位サイクル数とオフ状態の単位サイクル数とを組み合わせる比率によって、前記オンオフ比率を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
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