JP6172208B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

電子写真方式による画像形成装置においては、用紙上に形成したトナー画像を用紙に定着させるために、定着装置を用いる。定着装置は加熱ローラーとこれに圧接する加圧ローラーで構成され、両ローラーで形成される定着ニップに用紙を搬送して、加熱、加圧処理を行う。これにより用紙上にトナー画像を定着する。

一般に、定着装置の温度制御は、加熱ローラーの表面温度を検知する温度センサーの検知温度が所定の目標制御温度になるように、加熱ローラーを加熱するヒーターへの電力供給を制御する。プリント中の温度制御の方法としては、オン／オフ制御やＰＩＤ制御（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が用いられる。オン／オフ制御は、検知温度が目標制御温度未満の場合に一定の電力をヒーターに供給する。このオン／オフ制御では、加熱ローラーの表面温度が目標制御温度まで加熱された後に、更に温度が過剰に上がり続けるオーバーシュートや、これを元に戻す際に今度は逆の現象であるアンダーシュートが交互に生じる現象である温度リップルが生じる。ＰＩＤ制御は、目標制御温度に対する検知温度との温度差や、検知温度の変化に応じて供給電力を多段階で切り替え制御する。プリントを開始して複数枚の用紙を連続で定着し始める場合、またはプリントを開始時に加圧ローラーが内部まで十分に加熱されておらず加熱ローラーの熱量が加圧ローラーに移動するような場合には、ヒーターによる熱供給が不足するため加熱ローラーの温度が初期的に低下する。ＰＩＤ制御では、オン／オフ制御に比べてこのようなプリント開始時の初期の温度低下が大きくなるという問題がある。

特許文献１では、静止加熱されている待機状態から加熱ローラーを通紙温度まで昇温させる復帰動作時に、加熱ローラーが回転を開始した時刻から所定時間の間はオン／オフ制御による電力供給を行い、所定時間経過後にＰＩＤ制御による加熱動作へ切替えるように制御する画像形成装置が開示されている。

特開２０１０―１５１３０号公報

特許文献１に開示された技術は、加熱ローラーの回転開始からの経過時間により制御をオン／オフ制御からＰＩＤ制御に切り替えるもので、切り替えるタイミングが遅過ぎる場合には初期のアンダーシュートが大きくなり、また逆に切り替えるタイミングが早すぎる場合には、オーバーシュートが大きくなるという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、画像形成動作を開始する際に、定着部材が目標制御温度に早期に収束するようにし、かつ、アンダーシュート、オーバーシュート、温度リップルを小さくすることが可能となる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）用紙を収納する給紙トレイと、
前記給紙トレイに収納された用紙を搬送する搬送部と、
前記搬送部が搬送した用紙上にトナー画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部により形成されたトナー画像を用紙に加熱定着させる定着部材と、
前記定着部材の温度を検知する温度センサーと、
前記定着部材を加熱するヒーターと、
所定周期内における前記ヒーターに電力を供給するオン区間の比率であるデューティ比に応じて前記ヒーターのオン／オフを切り替える電力供給部と、
前記温度センサーの検知温度に基づいて前記デューティ比を決定し、決定した該デューティ比で前記電力供給部を制御してヒーターに電力を供給させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検知温度が目標制御温度以下の場合、固定のデューティ比で前記ヒーターをオンさせ、前記検知温度が前記目標制御温度より大きい場合、前記ヒーターをオフさせる第１の定着制御と、前記検知温度と前記目標制御温度との温度差に応じて、前記デューティ比を変更する第２の定着制御で、前記電力供給部を制御可能であり、
前記検知温度が所定の制御温度となるように前記定着部材を温度制御する待機状態から画像形成動作を開始するときに、前記第１の定着制御で前記ヒーターに電力を供給し、その後、低下した前記検知温度が上昇に転ずる下限値に到達したことを検出したときに、前記第２の定着制御に切り替えて前記ヒーターに電力を供給する、
画像形成装置。

（２）前記定着部材は、前記ヒーターにより加熱される加熱ローラーと、前記加熱ローラーに当接して定着ニップを形成した当接位置と前記加熱ローラーと非接触の離間位置に移動可能な加圧ローラーと、を備え
前記制御部は、前記待機状態では、前記離間位置にある前記加圧ローラーを静止させるとともに回転させた前記加熱ローラーの前記検知温度が所定の前記制御温度となるように制御し、画像形成動作の開始指示にともない、前記加熱ローラーを前記当接位置に移動させてから、前記加熱ローラーと前記加圧ローラーを駆動開始させる、上記（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記給紙トレイに収納した用紙の種類を取得する用紙情報取得部を備え、
前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記用紙情報取得部から取得した用紙の種類に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、上記（１）または上記（２）に記載の画像形成装置。

（４）前記用紙情報取得部は、前記第１の定着制御開始または最初の用紙への加熱処理開始から前記下限値に到達したことを検出するまでの経過時間、および前記第１の定着制御開始時の前記検知温度と前記下限値との温度差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記用紙の種類を判定する判定部を含む、上記（３）に記載の画像形成装置。

（５）前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、用紙が厚いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、上記（３）または上記（４）に記載の画像形成装置。

（６）本体内部の温度を検知する機内温度センサーを備え、
前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記機内温度センサーの検知温度に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、上記（１）または上記（２）に記載の画像形成装置。

（７）前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、前記機内温度センサーの検知温度が低いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、上記（６）に記載の画像形成装置。

（８）前記搬送部は、前記定着部材に搬送する用紙の搬送速度を複数段階で変更可能であり、
前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記搬送速度に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、上記（１）または上記（２）に記載の画像形成装置。

（９）前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、前記搬送速度が速いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、上記（８）に記載の画像形成装置。

本願発明によれば、待機状態から画像形成動作を開始するときに、定着部材の検知温度に基づいて固定のデューティ比で定着部材を加熱するヒーターをオン／オフする第１の定着制御でヒーターに電力を供給し、その後、低下した前記検知温度が上昇に転ずる下限値に到達したことを検出したときに、検知温度と目標制御温度との温度差に応じて、デューティ比を変更する第２の定着制御に切り替えてヒーターに電力を供給するように制御する。このように制御することで、画像形成動作を開始する際に、定着部材が目標制御温度に早期に収束するようにし、かつ、アンダーシュート、オーバーシュート、温度リップルを小さくすることが可能となる画像形成装置を提供できる。

実施形態に係る画像形成装置１０の概略構成を示す図である。 画像形成装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。 主に電源部１６０の構成を示す模式図である。 当接位置および離間位置での定着部１３０の状態を示す図である。 第１の実施形態に係る定着温度制御を示すフローチャートである。 各信号のタイミングチャートと加熱ローラー１３５の温度推移を示す図である。 比較例の定着制御としてオン／オフ制御のみを用いた場合の温度推移を示す図である。 比較例の定着制御としてＰＩＤ制御のみを用いた場合の温度推移を示す図である。 比較例として、最初にＰＩＤ制御を実行し、その後にオン／オフ制御に切り替える定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。 比較例として、最初に第１の定着制御（オン／オフ制御）を実行し、その後に早いタイミングで第２の定着制御（ＰＩＤ制御）に切り替えた場合の温度推移を示す図である。 比較例として、最初に第１の定着制御（オン／オフ制御）を実行し、その後に遅いタイミングで、第２の定着制御（ＰＩＤ制御）に切り替えた場合の温度推移を示す図である。 本実施形態に係る定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。 第２の実施形態に係る定着温度制御を示すフローチャートである。 紙の種類に応じて制御パラメーターを決定するテーブルの例である。 変形例における機内温度センサー１２９の検知温度に応じて制御パラメーターを決定するテーブルの例である。 変形例における用紙搬送速度に応じて制御パラメーターを決定するテーブルの例である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、実施形態に係る画像形成装置１０の概略構成を示す図である。図２は画像形成装置１０のハードウェア構成を示すブロック図である。図３は、主に電源部１６０の構成を示す模式図である。

図１、図２に示すように画像形成装置１０は、制御部１１０、画像形成部１２０、定着部１３０、記憶部１４０、操作表示部１５０、電源部１６０、定着駆動部１７０、給紙搬送部１８０およびこれらを電気的に接続する信号線１９０を備える。

制御部１１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを備え、ＲＯＭ、記憶部１４０などに記憶された各種のプログラムを適宜読み出してＲＡＭ上に展開し、これをＣＰＵが実行することにより種々の機能を実現する。また、実現する機能の１つとして、図３に示すように用紙情報取得部がある。用紙情報取得部には、紙種判定部が含まれる。紙種判定部の内容については後述する（図１３等）。

画像形成部１２０は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナーに対応した現像ユニット１２１Ｙ〜１２１Ｋを備える。各現像ユニット１２１Ｙ〜１２１Ｋにより帯電、露光、現像のプロセスを経て形成されたトナー画像は、中間転写ベルト１２２上に順次重ねられて、２次転写ローラー１２３により用紙Ｓ上に転写される。機内温度センサー１２９は、画像形成装置１０の本体内部の温度を測定する温度センサーであり、定着部１３０周辺の雰囲気温度を検知する。

定着部１３０は、定着部材としての加熱ローラー１３５および加圧ローラー１３６を備え、両ローラーの定着ニップに搬送された用紙Ｓに対して、加圧、加熱処理し、用紙Ｓ上のトナー画像をその表面に溶融定着する。

図４は、定着部１３０を示す図である。同図に示すように加熱ローラー１３５は、内側から順に、円筒形の金属からなる芯金１３５ａ、その表面に形成したシリコーンゴムや発泡シリコーンゴム等の素材からなる弾性層１３５ｂ、フッ素樹脂等の離型層１３５ｃを備える。芯金の内部には複数本のハロゲンランプのヒーターＬ３１、Ｌ３２が配置されている。用紙Ｓの搬送方向に直交する加熱ローラー１３５の回転軸方向（以下、単に「幅方向」という）の長さは、搬送可能な最大用紙幅の用紙Ｓを定着可能な十分な長さを有する。複数本のヒーターＬ３１、Ｌ３２は装置で給紙可能な複数段階の用紙幅に応じた異なる配熱分布（配光特性）のヒーターから構成されていてもよい。例えば、ヒーターＬ３１は中央部の発熱量が両端部よりも大きい発熱量分布の中央ヒーターであり、ヒーターＬ３２は、両端部の発熱量が中央部よりも大きい発熱量分布の端部ヒーターを採用できる。またヒーターの本数は２本に限られず、１本のヒーターであっても、３本以上のヒーターを用いてもよい。

加圧ローラー１３６は、内側から順に、円筒形の金属からなる芯金１３６ａ、その表面に形成したシリコーンゴムや発泡シリコーンゴム等の素材からなる弾性層１３６ｂ、フッ素樹脂等の離型層１３６ｃを備える。加圧ローラー１３６の外径や軸方向の長さは、加熱ローラー１３５と同程度である。なお加圧ローラー１３６の芯金の内側にもヒーターを配置するようにしてもよい。

温度センサー１３１〜１３３は加熱ローラー１３５の表面の温度を検知する。温度センサー１３１〜１３３は、それぞれ中央部、奥側、手前側といったように幅方向において異なる位置に配置されており、加熱ローラー１３５の幅方向の温度分布を測定する。温度センサー１３１〜１３５としては、例えば加熱ローラー１３５に対して非接触に配置したサーミスタを用いる。

記憶部１４０は、ＨＤＤまたはＳＳＤなどの半導体メモリで構成される補助記憶装置である。記憶部１４０には、温度センサー１３１〜１３５の検知温度からデューティ比を算出するための、複数種類の制御パラメーターまたは制御テーブルが記憶されている。

操作表示部１５０は、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）の表示面に、タッチセンサーを重畳して配置させたものであり、操作画面を表示したり、ユーザーによる各種操作を受け付けたりする。ユーザーは、操作表示部１５０を介して、給紙トレイ１８１、１８２に収納する用紙の紙種情報を設定できる。紙種情報としては、紙の銘柄、用紙種類（紙の斤量）、紙のタイプ（コート紙、普通紙）が含まれる。設定された紙種情報は、給紙トレイ１８１、１８２と対応づけられて記憶部１４０に記憶される。

電源部１６０は電力供給部として機能し、複数のスイッチング素子１６１、１６２、およびゼロクロス検知部１６５を備える。電源部１６０は、図３に示すように例えば電圧１００Ｖ、周波数が５０／６０Ｈｚの商用交流電源９０に接続され、ヒーターＬ３１、Ｌ３２や画像形成装置１０の各構成に電力を供給する。ゼロクロス検知部１６５は、商用交流電源９０の電圧出力が０Ｖを横切るタイミングでゼロクロス信号を出力する。なお図３において省略して記載しているが、ヒーターＬ３１、Ｌ３２のそれぞれは、交流電源９０と並列接続しており、それぞれの電力線にはヒーターＬ３１、Ｌ３２に対応してスイッチング素子１６１、１６２がそれぞれ設けられている。

制御部１１０は、電源部１６０を制御してデューティ制御を行う。ディーティ制御は、ゼロクロス信号を用いて商用交流電源９０の半波の整数倍の所定の期間を制御周期としてヒーターＬ３１、Ｌ３２に多段階で電力を供給するものである。この制御周期としては例えば１５半波長である。１５半波長の制御周期は、５０Ｈｚの商用電源であれば３００ｍｓｅｃに相当する。ゼロクロス信号に同期させてスイッチング素子１６１（１６２）を制御して半波単位でのヒーターＬ３１（Ｌ３２）のオン／オフ制御を行う。制御周期内の１５半波のうち、例えば１半波の期間ヒーターＬ３１をオンすればデューティ比は６．７％になり、１５半波の期間（全期間）ヒーターＬ３１をオンすればデューティ比は１００％になる。１５半波のうちどの半波期間を選択（オン）するかを示すオン／オフ区間の組み合わせを示す配列パターンは記憶部１４０に記憶されている。

定着駆動部１７０は駆動モーターを備え、これにより加熱ローラー１３５、または加熱ローラー１３５と加圧ローラー１３６の両方を回転駆動する。またカム機構と駆動源から構成される当接／離間機構１７１を備える。

図４に示すように加圧ローラー１３６は加熱ローラー１３５と加圧ローラー１３６の中心点を結ぶ直線に沿って、当接／離間機構１７１により矢印方向に上下動する。図４（ａ）に示す「当接位置」では、加圧ローラー１３６は、加熱ローラー１３５に向けて所定の圧力で付勢しており、両ローラー間に定着ニップが形成される。この定着ニップを通過する用紙Ｓに対して加圧、加熱定着処理を行う。図４（ｂ）に示す「離間位置」では、加熱ローラー１３５は下方に待避する。離間位置では、加圧ローラー１３６と加熱ローラー１３５は非接触である。「待機状態」では、離間位置に設定される。待機状態では加圧ローラー１３６は静止しているが、加熱ローラー１３５は通常（画像形成時）の回転速度よりも低速で回転する。

給紙搬送部１８０は、複数の給紙トレイ１８１、１８２および搬送モーター（図示せず）により駆動される複数の搬送ローラー対を備える。給紙トレイ１８１、１８２の内部には多数の用紙Ｓが収納される。収納された用紙Ｓは１枚ずつ下流側の搬送経路に給紙される。給紙搬送部１８０による用紙Ｓの搬送速度、および定着駆動部１７０による定着ニップ位置での用紙Ｓの搬送速度は、複数段階で変更可能である。例えば、定着光沢強度の設定により通常速度よりも速い「高速」と遅い「低速」に変更する。高速では通常の搬送速度よりも２０％増速し、低速では２０％減速する。光沢強度の設定は、操作表示部１５０を介してユーザーが選択できる。

（第１の実施形態に係る定着温度制御）
次に図５、図６を参照し、第１の実施形態に係る定着温度制御を説明する。図５は、制御部１１０により実行される第１の実施形態に係る定着温度制御を示すフローチャートであり、図６は各信号のタイミングチャートと加熱ローラー１３５の温度推移を示す図である。

ここで制御部１１０が制御する第１〜第３の定着制御について説明する。「第１の定着制御」は、温度センサー１３１〜１３３の検知温度が目標制御温度以下の場合、固定のデューティ比でヒーターＬ３１、Ｌ３２をオンさせ、検知温度が目標制御温度（Ｔｖ１）より大きい場合、ヒーターＬ３１、Ｌ３２をオフさせる制御であり。例えば加熱ローラー１３５の幅方向中央の表面温度を検知する温度センサー１３１の検知温度が、目標制御温度（Ｔｖ１：例えば１８０℃）以下の場合、デューティ比１００％でヒーターＬ３１、Ｌ３２をオンする。「第２の定着制御」は、検知温度と目標制御温度（Ｔｖ１）との差分温度に応じて、デューティ比（０〜１００％）を変更する制御である。制御方法としては、差分温度に比例してデューティ比を増減させる比例制御や、比例制御と積分制御を組み合わせたＰＩ制御、または比例制御、積分制御および微分制御を組み合わせたＰＩＤ制御を適用できる。「第３の定着制御」は、待機時のヒーター温度制御であり、第１、第２の定着制御の目標制御温度（Ｔｖ１）よりも低いまたは同じ値の所定の制御温度（Ｔｖ２）で検知温度と制御温度（Ｔｖ２）との差分温度に応じて、デューティ比（０〜１００％）を変更する制御である。なお、以下では説明を容易にするため、ヒーターＬ３１、Ｌ３２を同じデューティ比で制御するものとし、ヒーターＬ３１、Ｌ３２の個別制御についての説明は省略する。実際には、異なる配熱分布のヒーターＬ３１、Ｌ３２を適用した場合、温度センサー１３１〜１３３の検知温度の組み合わせ（幅方向の温度分布）を考慮して、それぞれのヒーターＬ３１、Ｌ３２のデューティ比を決定する必要がある。

図５のステップ１１０では、定着部１３０は待機状態である。図６では時刻ｔ０より前の期間に相当する。このとき第３の定着制御でヒーターＬ３１またはヒーターＬ３２へ電力供給を行い、加熱ローラー１３５の温度は制御温度（Ｔｖ２）に維持される。加圧ローラー１３６の位置は、当接／離間機構１７１により図４（ｂ）に示す離間位置に設定される。この待機状態では定着駆動部１７０により加熱ローラー１３５のみが回転駆動する。待機状態でも加熱ローラー１３５を回転駆動しているので、加熱ローラー１３５の周方向の温度分布を均一な状態を保てる。つまり、画像形成動作を開始する時点では加熱ローラー１３５の周方向の温度分布は均一である。

続くステップＳ１２０でユーザーによるコピーボタン（図示せず）の操作等により画像形成開始指示が入力された場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御部１１０は、ステップＳ１３０で定着制御を第３の定着制御から第１の定着制御に切り替える。また加圧ローラー１３６を当接位置（図４（ａ））に移動し、移動後に再び、加熱ローラー１３５と加圧ローラー１３６を回転駆動させる。ステップＳ１２０のＹＥＳの判断は、図６の時刻ｔ０に相当する。時刻ｔ０で画像形成動作を開始し、以降の期間は画像形成動作実行状態になる。

時刻ｔ０以降は、ヒーターＬ３１、Ｌ３２に対して第１の定着制御で、固定のデューティ比（例えばともに１００％）で電力を供給する。その後、ステップＳ１４０で用紙Ｓを給紙トレイ１８１から１枚ずつ連続して給紙した用紙Ｓの表面に画像形成部１２０でトナー画像を形成する。これを連続して定着部１３０の定着ニップに搬送し、加熱定着処理を施す。

この用紙Ｓへの加熱定着処理および定着部１３０の駆動開始により加熱ローラー１３５の温度が低下する。駆動開始で、温度が低下するのは待機状態を解除した直後の時刻ｔ０の時点で加圧ローラー１３６の内部が加熱ローラー１３５よりも低い温度であるため定着部１３０の回転開始により加熱ローラー１３５から加圧ローラー１３６へ熱量が移動するからである。なお、加圧ローラー１３６の内部にもヒーターを配置し、待機状態において加圧ローラー１３６の温度も所定温度に維持するのであれば、この駆動開始にともなう加熱ローラー１３５の温度低下はほぼなくなる。この場合、用紙Ｓへの加熱定着処理にともなう加熱ローラー１３５から用紙Ｓへの熱量の移動によってのみ温度低下が発生する。

ステップＳ１５０では、制御部１１０は、検知温度が下限値に到達したか否かを判断する。制御部１１０は、所定周期（例えば６００ｍｓｅｃ毎）で温度センサー１３１の検知温度を読み込む。ステップＳ１５０では、例えば直前の検知温度と今回の検知温度が同じもしくは上回った、または読み込んだ検知温度が複数回連続して一定もしくは増加したのであれば、待機状態を解除して画像形成動作を開始した後、最初に上昇に転ずる下限値に到達したと判断できる。

下限値に到達したと判断した場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、以降は定着制御を第１から第２の定着制御に切り替えてヒーターＬ３１、Ｌ３２への電力供給を行い終了する（Ｓ１６０〜エンド）。

（効果）
以下、図７〜図１２を参照し、本実施形態の効果について説明する。図７〜図１１は比較例、図１２は実施例での加熱ローラー１３５の温度推移を示す図である。図１２は、図１〜図６で説明した実施形態に対応する。図７〜図１２の各図において時刻ｔ０は、画像形成開始信号が入力されたタイミングを示している。また時刻ｔ０以降は図６と同様に加圧ローラー１３６の位置を離間位置から当接位置に変更した後、回転駆動を開始し、その後、それぞれの図に示す定着制御を行って目標制御温度（Ｔｖ１）となるようにヒーターＬ３１、Ｌ３２に電力を供給した場合の加熱ローラー１３５の検知温度の推移を示している。これらは図６と同様である。また下限温度は、品質として問題ない程度にトナーを用紙表面に定着可能な下限の温度である。なお、図７〜図１１の各図においては、最初に室温状態の定着部１３０をウオームアップして所定の制御温度（Ｔｖ２）まで昇温させ、その後、所定時間、待機状態（図６参照）を維持した後に、図６と同様に定着部１３０に用紙Ｓを連続して搬送、定着させている。

図７は、比較例の定着制御としてオン／オフ制御のみを用いた場合の温度推移を示す図である。目標温度以下の場合デューティ比１００％でヒーターＬ３１、Ｌ３２をオンする。時刻ｔ０の直後では、加圧ローラー１３６等の定着部１３０の各部の蓄熱が十分でなく加圧ローラー１３６の内部が加熱ローラー１３５よりも低い温度状態のため定着部１３０の回転開始により加熱ローラー１３５から加圧ローラー１３６へ熱量が移動することで、温度が一定期間低下する。オン／オフ制御では、下限温度を下回ることはないが加熱ローラー１３５が目標制御温度まで加熱された後に、更に温度が過剰に上がり続けるオーバーシュート（時刻ｔ２前後）や、これを元に戻す際に今度は逆の現象であるアンダーシュートが交互に生じる現象である温度リップルが生じるという問題がある。

図８は、比較例の定着制御としてＰＩＤ制御のみを用いた場合の温度推移を示す図である。目標温度と検知温度との温度差に応じて設定したデューティ比を用いるＰＩＤ制御では、時刻ｔ０の直後ではオン／オフ制御に比べて小さいデューティ比（例えば６０〜８０％）を用いるために、下限温度を下回るアンダーシュートが発生する。また図７に示したオン／オフ制御に比べて一度低下した温度が再び目標温度へ到達するまでの時間（時刻ｔ３）が長くなる。

図９は、比較例として、時刻ｔ０直後はＰＩＤ制御を実行し、その後の時刻ｔ４でオン／オフ制御に切り替える定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。同図に示す例では、初期のアンダーシュート、および目標温度に達した後のオーバーシュート、および温度リップル等の多くの問題が生じている。

図１０は、比較例として、時刻ｔ０直後は第１の定着制御（オン／オフ制御）を実行し、その後の下限値に到達するよりも早いタイミングとなるような所定のタイミング（時刻ｔ５）で、第２の定着制御（ＰＩＤ制御）に切り替える定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。この場合、第２の定着制御への切り替えが早すぎたために、下限温度を下回るアンダーシュートが発生してしまう虞がある。

図１１は、比較例として、時刻ｔ０直後は第１の定着制御（オン／オフ制御）を実行し、その後の下限値に到達するよりも遅いタイミングとなるような所定のタイミング（時刻ｔ６）で、第２の定着制御（ＰＩＤ制御）に切り替える定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。この場合、第２の定着制御への切り替えが遅すぎたために、目標温度に到達した後にオーバーシュートが発生し、これが収束するまでの期間で温度リップルが発生する虞がある。

図１２は、実施例としての本実施形態に係る定着制御を用いた場合の温度推移を示す図である。本実施形態の係る定着制御では時刻ｔ０直後は第１の定着制御（オン／オフ制御）を実行し、その後に、最初の下限値に到達した時点（時刻ｔ７（図６の時刻ｔ１に相当））で、第２の定着制御（ＰＩＤ制御）に切り替える。このような定着制御を用いた場合、図７〜図１１に示した比較例に比べて、下限温度を下回るアンダーシュートや、目標温度に到達した後の過剰なオーバーシュートを生じることがない。また最初に目標温度に到達する時間も図８の比較例よりも短くすることが可能となる。

（第２の実施形態に係る定着温度制御）
図１３、図１４を参照し、第２の実施形態に係る定着温度制御を説明する。図１３は制御部１１０により実行される第２の実施形態に係る定着温度制御を示すフローチャートである。同図のフローチャートにおいて、Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、およびＳ２５０の各ステップは、それぞれ図５のフローチャートのＳ１１０〜Ｓ１５０にそのまま対応する。

図１３のステップＳ２１０〜Ｓ２３０では、図５のＳ１１０〜Ｓ１３０と同様の処理を実行する。その後のステップＳ２３１でそのときの温度センサー１３１の検知温度を記録する（温度Ｔ１、図６参照）。また同時にタイマーの計測を開始する。その後、ステップＳ２４０で用紙Ｓの搬送を開始する。なお、タイマーの計測は、最初の用紙が定着ニップに到達する時点から開始してもよい。

その後、ステップＳ２５０では、前述のステップＳ１５０と同様の処理により、温度センサー１３１の検知温度を所定周期で読み込み、この検知温度の推移から、検知温度が上昇に転ずる下限値に到達したか否かを判断する。

下限値に到達したと判断した場合（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、続くステップＳ２５１で、このときの検知温度を記録し（温度Ｔ２、図６参照）、タイマーを停止する（時刻ｔ１）。このときタイマーの計測値はｔｘである（以下、「到達時間ｔｘ」という）。

ステップＳ２５２では、紙種判定部（図３参照）としても機能する制御部１１０は、記録した検知温度の温度差（Ｔ１−Ｔ２）および到達時間ｔｘから紙種を判定する。温度差が大きいほど、また到達時間が長いほど、厚い紙（斤量が大きい）であると判定する。例えば温度差が５℃未満で、到達時間が３ｓｅｃ未満であれば薄紙（例えば坪量５０ｇ／ｍ^２）と判定し、温度差が１０℃以上で到達時間が５ｓｅｃ以上であれば厚紙（例えば坪量１２８ｇ／ｍ^２）と判定する。

ステップＳ２５３では、判定した紙種に応じて制御パラメーターを設定する。図１４は、紙の種類に応じて制御パラメーターとしてのＰＩＤ制御のＰ定数（比例項）を決定するテーブルの例である。同図に示すテーブルでは用紙が厚いほどデューティ比がより高くなるように、制御パラメーターの値を設定している。図１４に示すテーブルを用いて温度差（Ｔ１−Ｔ２）と到達時間（ｔｘ）の組み合わせに応じて制御パラメーターを設定する。例えば、温度差が７℃で、到達時間が４ｓｅｃであれば同図のテーブルを用いてＰ定数を５に設定する。なお、図１４の例ではＰ定数のみを例示しているが、Ｉ定数（積分項）、Ｄ定数（微分項）についても同様のテーブルを設けるようにしてもよい。

続くステップＳ２６０では、第１から第２の定着制御に切り替えて以降の定着温度制御を実行する。このとき用いる制御パラメーターはステップＳ２５３で設定した制御パラメーターである。例えばＰ定数が５であれば、これに制御時の温度センサー１３１の検知温度と目標制御温度の温度差を掛け合わせることでデューティ比を決定できる。

第２の実施形態のように温度差（Ｔ１−Ｔ２）と到達時間（ｔｘ）から紙種を判定し、この判定した紙種に応じて第２の定着制御で用いる制御パラメーターを設定することで、制御パラメーターから算出するデューティ比を適切な値に設定できる。制御パラメーターを過大に設定した場合には目標温度に到達した後の過剰なオーバーシュートを生じることになり、過小に設定した場合には目標温度に到達するまで時間がかかり過ぎるという問題が生じる。第２の実施形態ではこのような問題を生じさせずに安定した、適切な定着温度制御を行える。

（変形例）
図１３に示す第２の実施形態では、温度差（Ｔ１−Ｔ２）と到達時間（ｔｘ）から紙種を判定していたが、このうちのいずれか一方のみを用いて、紙種判定を行うようにしてもよい。細かく複数段階の紙厚（斤量）を判断するのは難しくなるが制御が容易になるという点でメリットがある。

また図１３のステップＳ２５２で判定した紙種情報は、用紙を給紙した給紙トレイ１８１（１８２）と対応づけて記憶部１４０に記憶し、以降は、給紙トレイ１８１に別の紙が補充されない限りは、この記憶した紙種情報を用いることで、Ｓ２３１、Ｓ２５１、およびＳ２５２の紙種判定に関する各処理を省略してもよい。また更に、紙種判定自体を省略し、操作表示部１５０からユーザーにより設定された紙種情報を用いてもよい。この場合、操作表示部１５０および制御部１１０が協働して用紙情報取得部として機能することになる。

（他の変形例）
図１３および図１４では、用紙の種類（紙の厚み）に応じて、制御パラメーターとしてのＰ定数を設定する例を示した。以下の変形例においては用紙の種類に代えて、他の因子として機内温度または用紙搬送速度を用いる。

図１５は、第２の定着制御で用いる制御パラメーターとしてのＰ定数を、画像形成装置１０の本体内部の温度を検出する機内温度センサー１２９（図１参照）の検知温度に応じて決定する際に用いるテーブルである。このテーブルでは機内温度センサー１２９の検知温度が低いほど、デューティ比が高くなるように制御パタメーターの値を設定している。このテーブルは、図５のステップＳ１６０において第２の定着制御に切り替える毎に参照され、以降はこのテーブルの値を用いて第２の定着制御が実行される。

図１６は、第２の定着制御で用いる制御パラメーターとしてのＰ定数を、給紙搬送部１８０および定着部１３０での用紙搬送速度に応じて決定する際に用いるテーブルである。この用紙搬送速度はユーザーの指定による光沢強度の設定によって変更される。このテーブルでは、用紙搬送速度が速いほど、デューティ比が高くなるように制御パタメーターの値を設定している。このテーブルは、図５のステップＳ１６０において第２の定着制御に切り替える毎に参照され、以降はこのテーブルの値を用いて第２の定着制御が実行される。

定着の温度推移に影響する因子として、機内温度と用紙搬送速度がある。機内温度は、時刻ｔ０（図６等参照）時点での加圧ローラー１３６等の定着部１３０の蓄熱量を推測する指標として有効であることからこの機内温度センサー１２９の検出値を用いる。蓄熱量が大きいと、時刻ｔ０以降の定着部１３０の回転開始により加熱ローラー１３５から加圧ローラー１３６へ熱量の移動が相対的に少なくなるので、初期的には（例えば図１２に示す区間内）ヒーターＬ３１、Ｌ３２への電力供給量が少なくても加熱ローラー１３５を十分に加熱できるようになるからである。用紙搬送速度は、単位時間あたりに定着ニップを通過する用紙量に影響するので、定着ニップで用紙Ｓに奪われる（供給する）単位時間あたりの熱量に影響するからである。

制御パラメーターを過大に設定した場合には目標温度に到達した後の過剰なオーバーシュートを生じることになり、過小に設定した場合には目標温度に到達するまで時間がかかり過ぎるという問題が生じる。機内温度または用紙搬送速度に応じて第２の定着制御で用いる制御パラメーターを適切な値に設定することで、これらの問題を生じさせずに安定した、適切な定着温度制御を行える。

なお、図１４〜図１６の例では、用紙種類（温度差、到達時間）、機内温度、用紙搬送速度の各因子に応じて第２の定着制御で用いる検知温度と目標制御温度との温度差に応じてデューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを設定した。これに代えて、検知温度と目標制御温度との温度差と、デューティ比の関係（Ｐ制御に相当）を記述した制御テーブルを用いて行うようにしてもよい。そしてこの制御テーブルを、用紙種類（温度差、到達時間）、機内温度、用紙搬送速度の各因子に応じて複数準備し、これを記憶部１４０に記憶しておき、各因子に応じて参照する制御テーブルを選択するようにしてもよい。

そのほか、本発明は、特許請求の範囲に記載された内容によって規定されるものであり、様々な変形形態が可能である。

１０ 画像形成装置、
１１０ 制御部、
１２０ 画像形成部、
１２９ 機内温度センサー、
１３０ 定着部、
Ｌ３１、Ｌ３２ ヒーター、
１３１、１３２、１３３ 温度センサー、
１３５ 加熱ローラー（定着部材）、
１３６ 加圧ローラー（定着部材）、
１４０ 記憶部、
１５０ 操作表示部、
１６０ 電源部（電力供給部）、
１６１、１６２ スイッチング素子、
１６５ ゼロクロス検知部、
１７０ 定着駆動部、
１７１ 当接／離間機構、
１８０ 給紙搬送部、
１８１、１８２ 給紙トレイ、
１９０ 信号線、
９０ 商用交流電源。

Claims (9)

1. 用紙を収納する給紙トレイと、
   前記給紙トレイに収納された用紙を搬送する搬送部と、
   前記搬送部が搬送した用紙上にトナー画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部により形成されたトナー画像を用紙に加熱定着させる定着部材と、
   前記定着部材の温度を検知する温度センサーと、
   前記定着部材を加熱するヒーターと、
   所定周期内における前記ヒーターに電力を供給するオン区間の比率であるデューティ比に応じて前記ヒーターのオン／オフを切り替える電力供給部と、
   前記温度センサーの検知温度に基づいて前記デューティ比を決定し、決定した該デューティ比で前記電力供給部を制御してヒーターに電力を供給させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記検知温度が目標制御温度以下の場合、固定のデューティ比で前記ヒーターをオンさせ、前記検知温度が前記目標制御温度より大きい場合、前記ヒーターをオフさせる第１の定着制御と、前記検知温度と前記目標制御温度との温度差に応じて、前記デューティ比を変更する第２の定着制御で、前記電力供給部を制御可能であり、
   前記検知温度が所定の制御温度となるように前記定着部材を温度制御する待機状態から画像形成動作を開始するときに、前記第１の定着制御で前記ヒーターに電力を供給し、その後、低下した前記検知温度が上昇に転ずる下限値に到達したことを検出したときに、前記第２の定着制御に切り替えて前記ヒーターに電力を供給する、
   画像形成装置。
2. 前記定着部材は、前記ヒーターにより加熱される加熱ローラーと、前記加熱ローラーに当接して定着ニップを形成した当接位置と前記加熱ローラーと非接触の離間位置に移動可能な加圧ローラーと、を備え
   前記制御部は、前記待機状態では、前記離間位置にある前記加圧ローラーを静止させるとともに回転させた前記加熱ローラーの前記検知温度が前記所定の制御温度となるように制御し、画像形成動作の開始指示にともない、前記加熱ローラーを前記当接位置に移動させてから、前記加熱ローラーと前記加圧ローラーを駆動開始させる、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記給紙トレイに収納した用紙の種類を取得する用紙情報取得部を備え、
   前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記用紙情報取得部から取得した用紙の種類に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記用紙情報取得部は、前記第１の定着制御開始または最初の用紙への加熱処理開始から前記下限値に到達したことを検出するまでの経過時間、および前記第１の定着制御開始時の前記検知温度と前記下限値との温度差のうちの少なくとも一方に基づいて、前記用紙の種類を判定する判定部を含む、請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、用紙が厚いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、請求項３または請求項４に記載の画像形成装置。
6. 本体内部の温度を検知する機内温度センサーを備え、
   前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記機内温度センサーの検知温度に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
7. 前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、前記機内温度センサーの検知温度が低いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記搬送部は、前記定着部材に搬送する用紙の搬送速度を複数段階で変更可能であり、
   前記制御部は、前記第２の定着制御において、温度差に応じて前記デューティ比を決定するための制御テーブル、または温度差から前記デューティ比を決定する計算式の制御パラメーターを複数備え、前記搬送速度に応じて、前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターを変更する、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
9. 前記制御テーブルまたは前記制御パラメーターは、前記搬送速度が速いほど、前記デューティ比がより高くなるように設定されている、請求項８に記載の画像形成装置。