JP2014052568A - 加熱制御装置、画像形成装置及び加熱制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のタイミングまでに加熱対象物を目標温度まで加熱するために必要なエネルギーを低減する。
【解決手段】加熱手段による加熱対象物の加熱を制御する加熱制御装置において、加熱対象物の温度を検出する温度検出手段と、動作要求の受付に応じて、上記加熱対象物の目標温度と、上記加熱対象物が上記目標温度に達するまでにかけられる時間である目標時間とを決定する決定手段（Ｓ１２，Ｓ１８）と、上記加熱手段を所定の出力で動作させた場合の上記加熱対象物の温度上昇速度を算出する算出手段（Ｓ１４〜Ｓ１９）と、上記算出手段が算出した温度上昇速度に基づき、上記加熱対象物の温度が上記目標時間の経過時点で初めて上記目標温度に達するように上記加熱手段の出力を制御する制御手段（Ｓ１９，Ｓ２０）とを設けた。
【選択図】 図４

Description

この発明は、加熱手段による加熱対象物の加熱を制御する加熱制御装置及び加熱制御方法、およびこのような加熱制御装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、画像形成装置の定着部において、定着対象の用紙を加熱するための定着ローラあるいは定着ベルト等の部材を、用紙が定着部に到達するまでにその部材が定着に必要な目標温度に到達するように加熱することが行われている。
また、特許文献１には、部材の温度上昇を監視しつつ、用紙が定着部に到達するまでに部材が目標温度に到達することが見込める温度になった時点で給紙を開始することが記載されている。すなわち、部材の温度上昇に合わせて給紙開始のタイミングを調整することが記載されている。

ところで、特許文献１に記載の手法も含め、従来の加熱制御の手法は、部材の温度が目標温度より低い場合には温度を早く上げるために高い熱量を与え、目標温度付近になった場合にその温度を維持するための熱量を与えるというものである。
しかしながら、この手法では、部材が目標温度になった後、定着実行時まで部材の温度を目標温度付近に保つための熱を加える必要があり、そのために消費エネルギーが大きくなってしまうという問題があった。

上述の特許文献１における、部材の温度上昇に合わせて給紙開始のタイミングを調整する制御も、部材の温度上昇が、通常の給紙開始タイミングに間に合わないために行うものである。そして、逆に温度上昇が早くできて定着実行まで待ちが生じる場合に関する対応は、特許文献１には特に開示されていない。
そして、加熱対象も野が用紙を加熱するための部材以外のものである場合でも、所定のタイミングまでに加熱対象物を目標温度まで加熱するための制御を行う場合には、同様に発生するものである。

この発明は、このような問題を解決し、所定のタイミングまでに加熱対象物を目標温度まで加熱するために必要なエネルギーを低減することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明の加熱制御装置は、加熱手段による加熱対象物の加熱を制御する加熱制御装置において、上記加熱対象物の温度を検出する温度検出手段と、動作要求の受付に応じて、上記加熱対象物の目標温度と、上記加熱対象物がその目標温度に達するまでにかけられる時間である目標時間とを決定する決定手段と、上記加熱手段を所定の出力で動作させた場合の上記加熱対象物の温度上昇速度を算出する算出手段と、上記算出手段が算出した温度上昇速度に基づき、上記加熱対象物の温度が上記目標時間の経過時点で初めて上記目標温度に達するように上記加熱手段の出力を制御する制御手段とを設けたものである。

以上のような構成によれば、所定のタイミングまでに加熱対象物を目標温度まで加熱するために必要なエネルギーを低減することができる。

この発明の一実施形態である加熱制御装置を備えた画像形成装置の構成を、作像部を中心に示す模式図である。 図１に示した画像形成装置の制御系の構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置における定着器のより詳細な構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置においてＣＰＵが実行する、ヒータのオンタイミング及び出力の制御に関する処理のフローチャートである。 印刷要求受付時の加圧ローラの温度と加圧ローラ係数との関係の一例を示す図である。 入力ＡＣ電圧値と入力電圧係数との関係の一例を示す図である。 定着ローラの累積走行距離と経時劣化係数との関係の一例を示す図である。 各種制御方式によりヒータの点灯制御を行った場合の定着ローラの温度の時間変化を示す図である。 ヒータの各種制御方式における出力を示す図である。 その各種制御方式における出力の変更タイミングまでの時間を求める式を示す図である。 変形例の処理を示す図４と対応するフローチャートである。

以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、この発明の一実施形態である加熱制御装置を備えた画像形成装置の構成を、作像部を中心に示す模式図である。
図１に示すように画像形成装置１には、画像形成手段として、転写ベルト１２に沿って各色の現像ユニット(画像形成部) ２Ｙ（イエロー），２Ｍ（マゼンタ），２Ｃ（シアン），２Ｋ（ブラック）とトナーカートリッジ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋが並べられ設置されている。

転写ベルト１２は回転駆動される二次転写駆動ローラ３と転写ベルトテンションローラ４とに巻回されたエンドレスのベルトである。
現像ユニット２Ｙは、感光体５Ｙ、この感光体５Ｙの周囲に配置された帯電器６Ｙ、露光器７、現像器８Ｙ、クリーナーブレード９Ｙ、等を備える。露光器７は、各現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋが形成する画像色に対応する画像データに従って変調される露光光であるレーザ光１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを照射するように構成されている。

なお、複数の現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、形成するトナー画像の色が異なるだけで内部構成は共通である。ここではイエローの現像ユニット２Ｙについてのみ構成する部材を列挙したが、その他の現像ユニットを構成する部材にも、アルファベット部分が異なるのみで同じ符号を付した。また、以降の説明において、特に色を区別する必要がない場合、アルファベットを付さない符号を用いる。

また、画像形成装置１は、画像形成対象のシート材である用紙１５を積載するための給紙トレイ１４と、用紙１５を搬送するための給紙ローラ１６、レジストローラ１７、排紙ローラ１９、および両面ローラ２０と、転写ベルト１２に形成された画像を用紙に転写するための二次転写ローラ１３と、トナーが転写された用紙にトナーを定着させる定着手段である定着器１８とを備える。排紙ローラ１９には用紙１５が通過したことを検知する排紙センサ２１が近接している。
さらに、転写ベルトに形成されたパターンや、用紙に転写されずに残ったトナーを回収する廃トナーボックス２３が配置されている。

次に、このように構成された画像形成装置１における一般的な動作について説明する。
画像形成に際し、感光体５Ｙの外周面は、暗中にて帯電器６Ｙにより一様に帯電された後、露光器７からのレーザ光１０Ｙにより露光され、静電潜像が形成される。現像器８Ｙは、この静電潜像をトナーにより可視像化し、このことにより感光体５Ｙ上にトナー画像が形成される。

このトナー画像は感光体５Ｙと転写ベルト１２とが接する位置（一次転写位置）で、一次転写ローラ１１Ｙの働きにより転写ベルト１２上に転写される。この転写により、転写ベルト１２上にトナー画像が形成される。トナー画像の転写が終了した感光体５Ｙは、外周面に残留した不要なトナーをクリーニングブレード９Ｙにより払拭された後次の画像形成のために待機する。

以上のようにして、現像ユニット２Ｙでトナー画像を転写された転写ベルト１２は、次の現像ユニット２Ｍに搬送される。現像ユニット２Ｍでは、詳細な説明は省略するが、現像ユニット２Ｙでの画像形成プロセスと同様のプロセスにより転写ベルト１２上に形成された画像に重畳されて転写される。転写ベルト１２はさらに次の現像ユニット２Ｃ，２Ｋに搬送され、同様の動作により転写ベルト１２上に重畳されて転写される。こうして、転写ベルト１２上にフルカラーの画像が形成される。この転写ベルト１２上に形成されたフルカラーの重ね画像は、二次転写ローラ１３の位置まで搬送される。

一方、画像形成時の用紙搬送動作に際して、給紙トレイ１４に収納された用紙１５は、最も上のものから順に給紙ローラ１６を反時計回りに回転駆動することにより送り出される。レジストローラ１７の駆動開始は、前記の転写ベルト１２上に形成されたトナー画像と用紙１５の位置が二次転写ローラ１３上で重なり合うようなタイミングで行なわれる。

この時レジストローラ１７は反時計方向に回転駆動することで用紙１５を送り出す。レジストローラ１７にて送り出された用紙１５に対し、二次転写ローラ１３にて転写ベルト１２上のトナー画像を転写した後、定着器１８にてトナー画像を熱および圧力にて定着し、時計回りに回転駆動された排紙ローラ１９にて画像形成装置の外部に排紙する。

両面印刷を行う場合は、用紙１５が排紙ローラ１９を通過する手前で、排紙ローラ１９を反時計回りに回転駆動し、用紙１５を両面搬送経路に搬送する。両面搬送経路に搬送した用紙１５は両面ローラ２０を経由し、再びレジストローラ１７まで搬送する。レジストローラ１７に到達した用紙１５は再びレジストローラ１７から給紙し、二次転写ローラ１３にて先ほどと逆側の面にトナー画像を転写後、定着器１８にてトナー画像を熱および圧力にて定着し、時計回りに回転駆動された排紙ローラ１９にて画像形成装置の外部に排紙する。

また、各現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ内にトナー残量を検知するセンサ２４Ｙ，２４Ｍ，２４Ｃ，２４Ｋが設けられており、センサにより現像ユニット内のトナー残量を検知し、残量が減るとトナーカートリッジ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋから現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋにトナーが補給する。現像ユニットに補給されたトナーは、現像ユニット内のスクリューによって攪拌され、現像ユニット内に元々存在するトナーと混ぜられる。

次に、図２に、図１に示した画像形成装置１の制御系の構成を示す。
図２に示すように、画像形成装置１は、コンピュータインタフェース部４１、作像プロセス部４２、ＣＴＬ（コントローラ）部４３、操作部４４、記憶部４５、画像書込制御部４６、読取部４８、定着部４９、プリントジョブ管理部５０を備え、これらがそれぞれ制御部４０に対して相互に通信可能に接続されている。また、画像書込制御部４６には、ラインメモリ４７が接続されている。

これらのうち制御部４０は、少なくともＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ，タイマを備えるマイクロコンピュータを用いたものである。この制御部４０は、ＣＰＵがＲＡＭをワークエリアとしてＲＯＭに記憶されたプログラムを実行し、不揮発性メモリおよびタイマを使用し、画像形成装置１の各部（ブロック）の一連の動作を制御することにより、後述する加熱用ランプの点灯タイミング及び出力の制御に関わる機能を含む種々の機能を実現する。

コンピュータインタフェース部４１は、この画像形成装置に印刷要求を行うパーソナルコンピュータ等の外部の端末と通信を行うためのインタフェースである。
作像プロセス部４２は、上述した複数の現像ユニット２Ｋ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｙを含むものであり、画像メモリ部に格納されている画像データから上述したように電子写真方式によりトナー画像を作成し、用紙に転写する。印刷時に位置ずれなどを検知した場合は、補正を行う。

ＣＴＬ部４３は、この画像形成装置１に印刷要求を行うと共に、端末から送信された画像データを制御部４０へ送信する。
操作部４４は、ユーザインタフェースであり、この画像形成装置１の状態を表示したり、この画像形成装置への操作情報の入力を受け付けたりする。
記憶部４５は、ある時点において、この画像形成装置１の状態を記憶する。

画像書込制御部４６は、ＣＴＬ部４３から送信された画像データを、露光器７において各レーザ光１０Ｋ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙの点灯（発光）／消灯を制御するための信号に変換する。そしてその信号に基づき、感光体５Ｋ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｙを走査する各レーザ光１０Ｋ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙの点灯／消灯を制御することにより、感光体５Ｋ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｙへ画像の書き込みを行う。位置ずれ補正用パターンを形成する機能も持つ。

ラインメモリ４７は、ＣＴＬ部４３から送信された画像データを一時的なバッファに格納し、画像処理によってスキュー量を調整する。
読取部４８は、図１では図示を省略したが、用紙上の印字情報を光学的に読み取り、読み取った画像の画像データを取得する読取手段である。
定着部４９は、上述した定着器１８に相当するものであり、作像プロセス部４２によりトナー画像が転写された用紙に熱と圧力を加えてトナー画像を用紙に定着する。
プリントジョブ管理部５０は、この画像形成装置に要求された印刷ジョブについて、印刷を行う順番を管理する。

次に、以上の構成を備える画像形成装置１のうち、特徴的な点は、定着器１８における加熱の制御に関する点である。以下、この点について説明する。
まず図３に、定着器１８のより詳細な構成を示す。

定着器１８は、定着すべき画像を形成したシート材である用紙１５（紙以外の材質でも構わない）に接触させて用紙１５を加熱するための定着部材である定着ローラ５１と、用紙を加圧するための加圧部材である加圧ローラ５２を備える。また、加圧ローラ５２を一定の加圧力で定着ローラ５１に押し当てる不図示の加圧手段も備える。定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は、不図示の駆動機構により回転駆動される。
また、定着器１８は、それぞれＡＣヒータである２つのヒータ５３，５４を定着ローラ５１の内部に加熱手段として備え、これらにより加熱対象物である定着ローラ５１を加熱する。

ここで、加圧ローラ５２については、これを直接加熱する手段は設けていないものの、定着ローラ５１に接触しているため、定着ローラ５１の温度が上昇すると定着ローラ５１によって加熱されることになる。またこのとき、加圧ローラ５２と定着ローラ５１の温度差が大きい程加圧ローラ５２が定着ローラ５１から熱を奪う速度は速くなる。従って、加圧ローラ５２の温度、すなわち蓄熱体としての加圧ローラ５２にどれだけの熱が蓄積されているかは、定着ローラ５１の温度上昇速度にも影響を与えることになる。

さらに、定着器１８は、温度検出手段としてサーミスタ５５，５６を備える。サーミスタ５５は定着ローラ５１の表面に接触して定着ローラ５１の温度を検出し、サーミスタ５６は加圧ローラ５２の表面に接触して加圧ローラ５２の温度を検出する。

図２に示した制御部４０は、以上の定着器におけるヒータ５３，５４の出力を制御する。そして、画像形成を行う場合、ヒータ５３，５４を点灯（オン）させることにより定着ローラ５１を加熱し、その温度を画像の定着に必要な目標温度まで上昇させる。そして、その状態で定着ローラ５１により用紙１５を加熱すると共に、定着ローラ５１と加圧ローラ５２で用紙１５を挟んで加圧することにより、二次転写ローラ１３により用紙１５上に転写されたトナー画像を用紙１５に定着させることができる。

なお、定着ローラ５１の加熱は、用紙１５が定着ローラ５１に到達するまでに定着ローラ５１が目標温度に達するように行えばよい。制御部４０は、用紙１５が到達する前に定着ローラ５１が目標温度に達した場合には、用紙が到達するまで目標温度を保つよう、ヒータ５３，５４の出力を制御することができる。
しかしここでは、ヒータ５３，５４による加熱の開始タイミングや出力を調整することにより、可能な限り、用紙１５が定着ローラ５１に到達する時点で定着ローラの温度が初めて目標温度に達するようにしている。

次に、この出力制御のための処理について説明する。
図４は、制御部４０のＣＰＵが、画像形成要求を受け付けた場合に実行する、ヒータ５３，５４のオンタイミング及び出力の制御に関する処理のフローチャートである。
制御部４０のＣＰＵ（以下単に「ＣＰＵ」といった場合これを指すものとする）は、画像形成装置１に対する動作要求として、用紙に画像を形成することを要求する画像形成要求を受け付けると、図４のフローチャートに示す処理を開始する。制御部４０のＣＰＵは、その他にも作像プロセス部４２の制御に関する処理等、種々の処理を実行するが、ここでは図４に示す処理に限って説明する。

図４の処理において、ＣＰＵはまず、サーミスタ５５により、定着ローラ５１の現在温度を取得する（Ｓ１１）。また、画像形成に用いる設定に基づき、定着ローラ５１の目標温度を決定する（Ｓ１２）。ここで、目標温度に影響を与える要素としては、画像形成に用いる用紙の種類（紙以外の場合もある）、形成する画像の内容、モノクロかカラーか、用紙サイズ、通紙速度等が考えられる。また、環境温度を考慮することも考えられる。ステップＳ１２は、これらの設定内容や実測値を予め登録されている計算式やテーブル等に当てはめて目標温度を決定する。

ＣＰＵは次に、ステップＳ１１で取得した定着ローラ５１の現在温度とステップＳ１２で決定した目標温度との差分が所定値以内であるか否か判断する（Ｓ１３）。この所定値は、温度差が小さいためヒータ５３，５４をただちに点灯させてしまうと標準的な用紙到達タイミングより早く定着ローラ５１が目標温度に達してしまい、その後目標温度を維持するまでのエネルギーが無駄であると考えられる程度の温度差の値とする。このとき、後述する各種係数Ｂ〜Ｅは考慮しなくてよい。また、「用紙到達タイミングより早く」の評価には、比較的余裕を持たせるとよい。
そして、ステップＳ１３でＮＯの場合、加熱時の出力調整を行っても単に目標温度への到達が遅れるだけと考えられるため、ただちにヒータ５３，５４を最大出力でオンする（Ｓ２１）。

一方、ステップＳ１３でＹＥＳの場合、ヒータ５３，５４のオンタイミングや出力を決定すべく、ステップＳ１４以下に進む。
そしてまず、ＣＰＵはステップＳ１４で、サーミスタ５６により加圧ローラ５２の現在温度を取得し、それに基づき加圧ローラ係数Ｂを決定する。上述の通り、定着ローラ５１は、これに接触する蓄熱体である加圧ローラ５２の温度が高いほど温度が上昇し易いと考えられる。加圧ローラ係数Ｂはこれを定着ローラ５１の温度上昇速度の予想値に反映するための係数である。

図５に、印刷要求受付時の加圧ローラ５２の温度と加圧ローラ係数Ｂとの関係の一例を示す。ただし、この図はあくまで一例であり、具体的な数値や、両者の関係を示すグラフが直線になるか否かも含め、図５に示した関係となるとは限らない。加圧ローラ５２の各温度値における加圧ローラ係数Ｂの値は、予め実験により定めて不揮発性記憶手段に記憶させておく。この時の実験は、定着器１８が新品に近い状態で行うことが好ましい。

次のステップＳ１５では、ＣＰＵは、画像形成装置１への入力ＡＣ電圧値を取得し、それに基づき入力電圧係数Ｃを決定する。ヒータ５３，５４は消費電力が大きいため、入力電圧が変化してしまうと、ヒータ５３，５４へ供給可能な電力にも影響があり、同じデューティーで駆動した場合の時間当たりの発熱量が変化することになる。入力電圧係数Ｃはこれを定着ローラ５１の温度上昇速度の予想値に反映するための係数である。

図６に、入力ＡＣ電圧値と入力電圧係数Ｃとの関係の一例を示す。ただし、この図はあくまで一例であり、具体的な数値や、両者の関係を示すグラフが直線になるか否かも含め、図６に示した関係となるとは限らない。入力電圧の各値における入力電圧係数Ｃの値も、予め実験により定めて不揮発性記憶手段に記憶させておく。

次のステップＳ１６では、ＣＰＵは、定着ローラ５１の累積走行距離を取得し、それに基づき経時劣化係数Ｄを決定する。定着ローラ５１は、累積走行距離が大きくなると、それに応じて劣化し、温度が上昇し易くなる。経時劣化係数Ｄはこれを定着ローラ５１の温度上昇速度の予想値に反映するための係数である。なお、制御部４０は、定着ローラ５１を回転させる度に、不図示の処理によりその回転速度と回転時間とに基づき走行距離を計算し、累積走行距離に加算していき、その値を不揮発性記憶手段に保持する。

図７に、定着ローラ５１の累積走行距離と経時劣化係数Ｄとの関係の一例を示す。ただし、この図はあくまで一例であり、具体的な数値や、両者の関係を示すグラフが直線になるか否かも含め、図７に示した関係となるとは限らない。定着ローラ５１の各値における経時劣化係数Ｄの値も、予め実験により定めて不揮発性記憶手段に記憶させておく。

次のステップＳ１７では、ＣＰＵは、ヒータ５３，５４の特性ばらつきに応じた調整係数Ｅを取得する。この調整係数Ｅは、ヒータ５３，５４の製造誤差等による個体の特性ばらつき（同じ電圧を印加した場合の発熱量の差など）を、定着ローラ５１の温度上昇速度の予想値に反映するための係数である。

この調整係数Ｅも、予め実験により定めて不揮発性記憶手段に記憶させておく。なお、調整係数Ｅは、装置１台毎に異なる値を取り得るため、完成品の動作テスト時等に値を定めて記憶させることになる。また、ヒータ１つ毎に係数を設けてもよいが、ここではヒータ２つを合わせた加熱性能のばらつきを補正するための１つの係数を用いている。
なお、上述した加圧ローラ係数Ｂ、入力電圧係数Ｃ及び経時劣化係数Ｄは、部品変更等の特段の事情がなければ、機種毎に一定の値でよい。

次のステップＳ１８では、ＣＰＵは、用紙１５の先端が定着ローラ５１に到達するまでの時間を算出する。画像形成に要する時間を短縮するためには、この算出は、直ちに画像形成に関する動作を開始し、定着より前の段階の動作、すなわち画像処理、感光体５への書き込み、転写ベルト１２への一時転写、用紙１５の給紙、用紙１５への二次転写等を、画像形成に用いる設定に従った範囲で最速で行うことを前提に行えばよい。しかし、これより遅くなる条件で算出することを妨げるものではない。

次のステップＳ１９では、ＣＰＵは、予め記憶している標準の温度上昇速度Ａと、ステップＳ１４乃至Ｓ１７で取得又は決定した各種係数Ｂ〜Ｅと、ステップＳ１３で算出した定着ローラ５１の目標温度と現在温度との差と、ステップＳ１８で算出した用紙の到達時間とに基づき、ヒータのオンタイミングを決定する。

具体的には、まずヒータ５３，５４を最大出力でオンした場合の定着ローラ５１の標準の温度上昇速度をＡ(℃／秒)とすると、上述の各種係数Ｂ〜Ｅの値を考慮して、ヒータ５３，５４を最大出力でオンした場合の現在の定着ローラ５１の温度上昇速度Ｆ(℃／秒)は、以下の（式１）により求めることができる。
Ｆ＝Ａ×Ｂ×Ｃ×Ｄ×Ｅ・・・（式１）
なお、標準の温度上昇速度とは、定着部４９が新品の状態で、その他の条件も全て標準的な（係数の値が１の）状態における、温度上昇速度である。

また、加熱に使うトータルの時間を正確に算出するため、１色目の露光開始タイミング（基準タイミング）から用紙１５の先端が定着ローラ５１に到達するまでの時間ｔ_１(秒)で加熱を行うこととする。画像処理など、書き込みより前の処理に要する時間には画像の内容によりバラツキがあるが、１色目の露光開始から先は、画像の位置合わせを行うため、画像や用紙の搬送タイミングを厳密に制御するため、所要時間を計算で容易に求めることができ、その誤差も少ない。
そして、上記ｔ_１(秒)のうち初めのｔ_２(秒)はヒータ５３，５４をオフしておき、ｔ_２(秒)経過時点でヒータ５３，５４を最大出力で点灯させるとする。

ここで、ヒータ５３，５４がオフの期間は、定着ローラ５１の温度が環境温度より高ければ、定着ローラ５１の温度は自然冷却により徐々に低下する。この温度変化速度を、Ｇ(℃／秒)とする。Ｇの値は、定着ローラ５１の温度と環境温度との差に依存するが、基本的にはマイナスの値となる。定着ローラ５１の各温度における温度変化速度Ｇの値も、予め実験により定めて不揮発性記憶手段に記憶させておく。

なお、厳密には、自然冷却に伴って定着ローラ５１の温度は変化し、それに応じてＧの値も変化するはずであるが、ここでは図４の処理時点の定着ローラ５１に基づきＧの値を定めるものとし、この点も考慮して適切なＧの値を定めるようにする。
ここで、定着ローラ５１の現在温度をＴ１(℃)、目標温度をＴ２(℃)とすれば、以上から、１色目の露光開始からｔ_１(秒)経過時点の定着ローラ５１の温度は以下の式２のように表すことができる。
Ｔ１＋Ｇ×ｔ_２＋Ｆ×（ｔ_１−ｔ_２）・・・（式２）

なお、ヒータ５３，５４を最大出力でオンしている状態では、自然冷却も加味した温度上昇速度がＦであるとする。また、図４の処理時点から基準タイミングまでは、時間が短く、自然冷却が無視できるとしている。
そして、この実施形態において、ヒータ５３，５４の点灯タイミングは、用紙１５が定着ローラ５１に到達するタイミングで定着ローラ５１の温度が初めて目標温度に到達するように定める。従って、式２で示される温度がＴ２となるようにｔ_２の値を定めることになる。

従って、
Ｔ１＋Ｇ×ｔ_２＋Ｆ×（ｔ_１−ｔ_２）＝Ｔ２
をｔ_２について解いて、
ｔ_２＝（Ｔ２−Ｔ１−Ｆ×ｔ_１）／（Ｇ−Ｆ）・・・（式３）
により、適当な点灯タイミングを求めることができる。

ステップＳ１９の後、ＣＰＵは、ステップＳ２０において、ステップＳ１９で決定した点灯タイミングに基づきヒータ５３，５４をオンする。
以上のステップＳ２０又はＳ２１の後は、ここで決定した条件に基づき定着ローラ５１が目標温度に達するまでヒータを点灯させ、目標温度に達した後はそれを維持するようにヒータのオンオフ及びその出力を制御する。
以上の処理におけるステップＳ１１乃至Ｓ１９の処理により定めた点灯タイミングでヒータ５３，５４を点灯させた場合、定着ローラ５１の温度の時間変化は、例えば図８に符号Ｎ１で示すようになる。

これに対し、比較例として、例えば基準タイミングの時点でヒータ５３，５４をオンにすることを考えると、定着ローラ５１の温度の時間変化は、例えば図８に符号Ｎｃで示すようになる。ステップＳ２１のように直ちにヒータ５３，５４をオンにすると、定着ローラ５１の温度はさらに早く目標温度Ｔ２に達することになる。

ここで、Ｎ１とＮｃのグラフを比較すると、どちらも、用紙１５の先端が定着ローラ５１に到達するまでには定着ローラ５１の温度が目標温度Ｔ２に達しており、定着は問題なく行うことができる。しかし、Ｎｃの方が、全体的にＮ１よりも定着ローラ５１の温度が高い状態となっていることがわかる。

上述のように、定着ローラ５１の温度と環境温度の差に依存して定着ローラ５１は自然冷却されるから、定着ローラ５１を加熱する場合はもちろん、一定の温度に保つだけでも、自然冷却により失われる熱を常に定着ローラ５１に加え続けなければならない。そして、そのために必要なエネルギーは、定着ローラ５１の温度と環境温度の差が大きいほど、すなわち、概ね定着ローラ５１の温度が高いほど、大きくなる。

これらを考慮すれば、Ｎ１のように、定着ローラ５１の温度をなるべく低く保ちつつ、必要な時点でちょうど目標温度に達するように加熱することにより、全体として少ない消費エネルギーで、定着器１８による定着を行うことができると言える。
またこのとき、定着ローラ５１に接触する加圧ローラ５２の温度、給電に用いる入力電圧、定着ローラ５１の累積利用量（走行距離）、定着ローラ５１の個体の特性をそれぞれ考慮して温度上昇速度を補正するので、精密な調整が可能である。

なお、上述のｔ_１については、実際に用紙１５が定着ローラ５１に達するのにかかる時間よりも若干短く設定するようにしてもよい。実際の温度上昇速度が計算値とずれて、用紙１５が定着ローラ５１に達するまでに定着ローラ５１が目標温度に達しないような事態を防止するためである。この場合、調整の目標としたｔ_１を目標時間と捉えることができる。

また、以上の説明では、点灯タイミングまではヒータ５３，５４をオフにし、その後最大出力で点灯させる例について説明したが、これに限られることはない。
図９に、その他の制御方式の例を、図１０に、各制御方式における、基準タイミングから出力の変更タイミングまでの時間ｔ_２の求め方を示す。なお、図９及び図１０において、制御方式Ｎｏ．１は、図４で説明した方式である。

そして、制御方式Ｎｏ．２は、（基準タイミング以降）変更タイミングより前は最大でも０でもない任意のＸ(％)の出力で点灯させ、変更タイミングより後は最大出力で点灯させるものである。
ここで、出力がＸ(％)の場合の定着ローラ５１の温度上昇速度Ｆｘは、上述のＦを用いて、Ｆｘ＝Ｆ×（Ｘ／１００）と表せるとする。

すると、ｔ_１(秒)経過時点の定着ローラ５１の温度は、図４の場合と同様に以下の式４のように表すことができる。
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_２＋Ｆ×（ｔ_１−ｔ_２）・・・（式４）
そして、用紙１５が定着ローラ５１に到達するタイミングで定着ローラ５１の温度が初めて目標温度に到達するように定めるとすると、以下式５のようにｔ_２の値を定めることができる。

すなわち、
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_２＋Ｆ×（ｔ_１−ｔ_２）＝Ｔ２
をｔ_２について解いて、
ｔ_２＝（１００×（Ｔ２−Ｔ１−Ｆ×ｔ_１））／（Ｆ×（Ｘ−１００））
・・・（式５）
式５からわかるように、制御方式Ｎｏ．２を用いる場合、Ｘは予め定めておき、この値も用いてｔ_２を計算する。ユーザが変更できるようにしても、メーカーが定めた固定の値を使用するようにしてもよい。

また、制御方式Ｎｏ．３は、（基準タイミング以降）一定のＸ(％)の出力でヒータ５３，５４を点灯させるものである。
この方式の場合、ヒータ５３，５４の出力を変更するタイミングは存在しない。しかし、Ｘを任意とすることはできない。
ｔ_１(秒)経過時点の定着ローラ５１の温度は、図４の場合と同様に以下の式６のように表すことができる。
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_１・・・（式６）

そして、用紙１５が定着ローラ５１に到達するタイミングで定着ローラ５１の温度が初めて目標温度に到達するように定めるとすると、以下の式７のようにＸの値を定めることができる。
すなわち、
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_１＝Ｔ２
をＸについて解いて、
Ｘ＝（１００×（Ｔ２−Ｔ１））／（Ｆ×ｔ_１）・・・（式７）

また、制御方式Ｎｏ．４は、（基準タイミング以降）変更タイミングより前は最大でも０でもない任意のＸ(％)の出力で点灯させ、変更タイミングより後は最大でも０でもないＸ(％)とは異なる任意のＹ(％)の出力で点灯させるものである。
すると、ｔ_１(秒)経過時点の定着ローラ５１の温度は、図４の場合と同様に以下の式８のように表すことができる。
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_２＋Ｆ×（Ｙ／１００）×（ｔ_１−ｔ_２）・・・（式８）

そして、用紙１５が定着ローラ５１に到達するタイミングで定着ローラ５１の温度が初めて目標温度に到達するように定めるとすると、以下式９のようにｔ_２の値を定めることができる。
すなわち、
Ｔ１＋Ｆ×（Ｘ／１００）×ｔ_２＋Ｆ×（Ｙ／１００）×（ｔ_１−ｔ_２）＝Ｔ２
をｔ_２について解いて、
ｔ_２＝（１００×（Ｔ２−Ｔ１−Ｆ×（Ｙ／１００）×ｔ_１））／（Ｆ×（Ｘ−Ｙ））
・・・（式９）
式９からわかるように、制御方式Ｎｏ．４を用いる場合、Ｘ及びＹは予め定めておき、これらの値も用いてｔ_２を計算する。ユーザが変更できるようにしても、メーカーが定めた固定の値を使用するようにしてもよい。

以上の各制御方式を採用した場合の定着ローラ５１の温度の時間変化の例も、図８に示している。制御方式Ｎｏ．２の場合の例が符号Ｎ２のグラフである。制御方式Ｎｏ．３の場合の例が符号Ｎ３のグラフである。制御方式Ｎｏ．４の場合の例は符号Ｎ４ａ及びＮ４ｂのグラフである。これらのうちＮ４ａがＸ＜Ｙの場合、Ｎ４ｂがＸ＞Ｙの場合である。

図８からわかるように、これらのグラフは、いずれも符号Ｎｃのグラフより図で下側にあり、これらのいずれの制御方式を採った場合でも、定着ローラ５１の温度は、全体としてＮｃの場合より低く保たれていることがわかる。したがって、これらのいずれの方式も、消費電力の低減に寄与するということができる。また、消費電力低減の観点からは、グラフが一番下にある制御方式Ｎｏ．１が最も優れていると言える。また、変更前の出力はなるべく小さく、変更後の出力はなるべく大きい方が優れていると言える。また、変更後の出力が変更前の出力以上であることが好ましいと言える。

また、図８のグラフを比較してわかるように、定着ローラ５１の温度を、目標時間丁度に初めて目標温度に達するように加熱を制御することにより、それより早く目標温度に達するような制御を行う場合に比べて、全体的に定着ローラ５１の温度を低く保ち、消費電力を低減することができる。

なお、ここではヒータ５３，５４の出力を１段階又は２段階で調整する例を示したが、さらに多段階や無段階の調整を行うことも考えられる。しかし、図８に示したような１段階あるいは２段階の調整が、ヒータ５３，５４の出力あるいは出力の変更タイミングを容易かつ一意に決定することができ、制御処理の単純さの点で好ましいと言える。

以上で実施形態の説明を終了するが、この発明において、各部の具体的な構成、処理の内容、用いる係数やアルゴリズム等は、実施形態で説明したものに限るものではない。
例えば、図４のステップＳ１１乃至Ｓ２０の処理によるヒータオンタイミングの決定を行うか否かをユーザが設定できるようにしてもよい。
この場合、図４の処理に代えて、図１１の処理を実行する。

すなわち、ステップＳ１１の前に、ステップＳＡで、目標温度到達を遅らせる制御を行う設定がなされているか否かを判断する。そして、これがＹｅｓの場合に図４の場合と同様にステップＳ１１以下の処理に進み、Ｎｏの場合にステップＳ２１でただちに最大出力でヒータをオンする。それ以外の部分は図４と同様であるので説明を省略する。なお、ステップＳＡで参照する設定は、ユーザによる操作部４４の操作に応じて不揮発性記憶手段に保存する。

定着ローラの加熱目標温度は、実行しようとする画像形成に用いる設定に従って定めるため、例えば用紙トレイ１４に設定と異なる用紙が設定されていると、目標時間ちょうどに目標温度に到達する加熱の仕方では、定着が十分に行えない場合がある。
例えば、普通紙の設定がなされているのに厚紙がセットされていたような場合には、普通紙の目標温度より高い温度が必要となる。このような場合でも、図８の符号Ｎｃで示すグラフのように、定着ローラ５１が早めに目標温度に達していれば、それによって加圧ローラ５２が暖まり、用紙が通過する際に定着器１８全体の温度が低下しにくくなるので、本来必要な温度より低くても、定着性の低下をある程度防ぐことができる。
従って、符号Ｎｃのような制御方式も、エネルギーに無駄は生じるが、一定のメリットはあり、こちらの方式を利用したいユーザは、これを選択できることが好ましいと言える。

また、この発明において、加熱対象物が定着ローラあるいはそれ以外の画像を定着させるシート材に接触して該シート材を加熱する部材に限られず、この発明を適用する対象が画像形成装置に限られないことももちろんである。加熱開始時に決まっている特定の時間以内に加熱対象物を特定の目標温度まで加熱するものであれば、加熱手段や加熱対象物の構成に関わらずいかなる装置にもこの発明は適用可能である。

また、この発明は、コンピュータに上述した実施形態のようなヒータの点灯タイミング及び出力の制御機能を実現させるためのプログラムとして実施することもできる。
このようなプログラムは、はじめからコンピュータに備えるＲＯＭ等の記憶手段に格納しておいてもよいが、記録媒体であるＣＤ−ＲＯＭあるいはフレキシブルディスク，ＳＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ，メモリカード等の不揮発性記録媒体（メモリ）に記録して提供することもできる。そのメモリに記録されたプログラムをコンピュータにインストールしてＣＰＵに実行させることにより、上述した各処理を実行させることができる。

さらに、ネットワークに接続され、プログラムを記録した記録媒体を備える外部機器あるいはプログラムを記憶手段に記憶した外部機器からダウンロードして実行させることも可能である。
また、以上説明してきた各実施形態、動作例及び変形例の構成は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて実施可能であることは勿論である。

１：画像形成装置、２：現像ユニット、３：二次転写駆動ローラ、４：転写ベルトテンションローラ、５：感光体、６：帯電器、７：露光器、８：現像器、９：クリーニングブレード、１０：レーザ光、１１：一次転写ローラ、１２：転写ベルト、１３：二次転写ローラ、１４：給紙トレイ、１５：用紙、１６：給紙ローラ、１７：レジストローラ、１８：定着器、１９：排紙ローラ、２０：両面ローラ、２１：排紙センサ、２２：トナーカートリッジ、２３：廃トナーボックス、２４：センサ、４０：制御部、４１：コンピュータインタフェース部、４２：作像プロセス部、４３：ＣＴＬ部、４４：操作部、４５：記憶部、４６：画像書込制御部、４７：ラインメモリ、４８：読取部、４９：定着部、５０：プリントジョブ管理部、５１：定着ローラ、５２：加圧ローラ、５３，５４：ヒータ、５５，５６：サーミスタ

特開２００６−１７８３４号公報

Claims (11)

1. 加熱手段による加熱対象物の加熱を制御する加熱制御装置であって、
   前記加熱対象物の温度を検出する温度検出手段と、
   動作要求の受付に応じて、前記加熱対象物の目標温度と、前記加熱対象物が該目標温度に達するまでにかけられる時間である目標時間とを決定する決定手段と、
   前記加熱手段を所定の出力で動作させた場合の前記加熱対象物の温度上昇速度を算出する算出手段と、
   前記算出手段が算出した温度上昇速度に基づき、前記加熱対象物の温度が前記目標時間の経過時点で初めて前記目標温度に達するように前記加熱手段の出力を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする加熱制御装置。
2. 請求項１に記載の加熱制御装置であって、
   第２の出力を第１の出力以上の値として、
   前記制御手段は、あるタイミングまで前記第１の出力で前記加熱手段を動作させ、該タイミング以後、前記第２の出力で前記加熱手段を動作させることを特徴とする加熱制御装置。
3. 請求項２に記載の加熱制御装置であって、
   前記第１の出力はゼロであり、前記第２の出力は最大出力であることを特徴とする加熱制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の加熱制御装置であって、
   前記あるタイミングは、前記第１及び第２の出力と、前記温度上昇速度と、前記目標時間と、前記温度検出手段が検出した前記加熱対象物の現在温度と前記目標温度との差と、に基づき定めることを特徴とする加熱制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加熱制御装置であって、
   前記加熱対象物に接触する蓄熱体の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、
   前記算出手段は、前記第２の温度検出手段が検出した前記蓄熱体の温度に基づき前記温度上昇速度を算出する手段であることを特徴とする加熱制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の加熱制御装置であって、
   前記算出手段は、前記加熱手段への給電に用いる入力電圧に基づき前記温度上昇速度を算出する手段であることを特徴とする加熱制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の加熱制御装置であって、
   前記算出手段は、前記加熱対象物の累積利用量に基づき前記温度上昇速度を算出する手段であることを特徴とする加熱制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加熱制御装置であって、
   前記算出手段は、前記加熱手段の特性を反映した補正値により前記温度上昇速度を調整する手段を備えることを特徴とする加熱制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加熱制御装置であって、
   前記制御手段による前記加熱手段の制御のオンオフを切り替える手段を備えることを特徴とする加熱制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の加熱制御装置と、該加熱制御装置により制御する加熱手段と、該加熱手段により加熱する加熱対象物とを備える電子写真方式の画像形成装置であって、
    前記加熱対象物は定着手段において画像を定着させるシート材に接触して該シート材を加熱する部材であり、
    前記加熱手段は前記定着手段に備えるヒータであることを特徴とする画像形成装置。
11. 加熱手段による加熱対象物の加熱を制御する加熱制御方法であって、
    前記加熱対象物の温度を検出する温度検出手順と、
    動作要求の受付に応じて、前記加熱対象物の目標温度と、前記加熱対象物が該目標温度に達するまでにかけられる時間である目標時間とを決定する決定手順と、
    前記加熱手段を所定の出力で動作させた場合の前記加熱対象物の温度上昇速度を算出する算出手順と、
    前記算出手順で算出した温度上昇速度に基づき、前記加熱対象物の温度が前記目標時間の経過時点で初めて前記目標温度に達するように前記加熱手段の出力を制御する制御手順とを備えたことを特徴とする加熱制御方法。

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