JP6601124B2 - 定着装置、画像形成装置、および温度制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、トナーを熱で定着させることが可能な定着装置の制御に関し、特に、定着装置の温度制御に関する。

電子写真方式の画像形成装置が普及している。電子写真方式の画像形成装置は、定着ローラと加圧ローラとで構成される定着装置を備える。画像形成装置は、印刷工程において、定着ローラの内部に設けられているヒータを駆動して定着ローラを加熱するとともに、搬送中の印刷紙を加圧ローラによって定着ローラに圧接する。これにより、トナー像は、融解し印刷紙に定着する。

印刷品質を高めるためには、定着装置の温度を正確に制御することが重要である。そのためには、定着装置の温度を正確に測定する必要がある。定着ローラの温度測定方法として、サーミスタ等の温度センサを定着ローラに接触させる接触方式と、温度センサを定着ローラに接触させない非接触方式とがある。接触方式においては定着ローラの表面が傷付くという問題があるため、非接触方式が採用されている。

非接触方式による温度測定方法は、定着ローラから発せられる熱だけでなく、温度センサの周辺からの熱の影響も受ける。特開２００３−２８７２２号公報（特許文献１）は、温度センサの周辺からの熱の影響を抑制するための加熱装置を開示している。当該加熱装置は、２つのサーミスタを備える。一方のサーミスタは定着ローラの温度を測定するために設けられており、他方のサーミスタは定着ローラの周辺温度を測定するために設けられている。

特開２００３−２８７２２号公報

以下では、定着ローラの温度を測定するための温度センサを「メイン温度センサ」ともいう。メイン温度センサの周辺温度を測定するための温度センサを「サブ温度センサ」ともいう。また、メイン温度センサおよびサブ温度センサを単に「温度センサ」ともいう。

メイン温度センサの測定温度は、メイン温度センサの周辺からだけではなく、さらに、定着ローラとメイン温度センサとの間の距離にも影響される。当該距離は、定着ローラの摩耗等により変動する。この場合、メイン温度センサは、測定温度を正確に測定することができない。

本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、温度センサの位置によらず定着ローラの表面温度を正確に測定することが可能な定着装置を提供することである。他の局面における目的は、温度センサの位置によらず定着ローラの表面温度を正確に測定することが可能な画像形成装置を提供することである。さらに他の局面における目的は、温度センサの位置によらず定着ローラの表面温度を正確に測定することが可能な定着装置の温度制御方法を提供することである。

ある局面に従うと、トナーを印刷物に熱で定着させるための定着装置は、定着ローラと、上記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第１温度センサと、上記定着ローラからの距離が上記第１温度センサよりも離れている場所に設けられている第２温度センサと、上記第１温度センサから予め得られた第１温度特性値と、上記第２温度センサから予め得られた第２温度特性値と、上記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、上記第１温度センサから得られる第１温度特性値と、上記第２温度センサから得られる第２温度特性値とを適用し、上記定着装置の温度を推定するための推定部と、上記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、上記第１温度センサから出力される第１温度特性値の変化量と上記第２温度センサから出力される第２温度特性値の変化量とを用いて、上記温度予測式を補正するための補正部とを備える。

好ましくは、上記温度予測式は、上記第１温度特性値と上記第２温度特性値とを変数とする関数で表わされている。

好ましくは、上記第１温度特性値の変化量と上記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、上記定着装置が搭載されている画像形成装置の電源がオンされてから上記定着ローラの加熱が初めて停止されたタイミングである。

好ましくは、上記補正部は、予め定められた定数から上記第１温度特性値の変化量を減算した結果を、上記第１温度特性値の変化量および上記第２温度特性値の変化量の合計で除算して補正値を算出し、上記温度予測式に含まれる各係数が上記補正値に応じて変化することを利用して、上記温度予測式に含まれる各係数の値を補正する。

好ましくは、上記関数は、所定時間当たりの上記第１温度特性値の変化量を表わす前記第１温度特性値の変化速度を変数とする項をさらに含む。

好ましくは、上記補正部による上記温度予測式の補正処理は、前回の補正処理が実行されてから所定時間が経過したこと、前回の補正処理が実行されてからの上記定着装置による印刷枚数が所定枚数を超えたこと、および前回の補正処理が実行されてからの上記定着装置の加熱時間が所定時間を経過したことのいずれかのタイミングで実行される。

好ましくは、上記定着装置が搭載されている画像形成装置は、省エネモードに移行するときに上記定着装置の加熱を停止する。上記第１温度特性値の変化量と上記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、上記画像形成装置が上記省エネモードに移行したタイミングである。

好ましくは、上記定着装置が搭載されている画像形成装置は、所定数のジョブの実行終了後に上記定着装置の加熱を停止する。上記第１温度特性値の変化量と上記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、上記所定数のジョブの実行終了後である。

他の局面に従うと、上記定着装置を備える画像形成装置が提供される。上記画像形成装置は、補正後の上記温度予測式を用いて推定された上記定着ローラの温度に基づいて上記定着ローラの温度を制御する。

さらに他の局面に従うと、定着装置の温度制御方法が提供される。上記定着装置は、定着ローラと、上記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第１温度センサと、上記定着ローラからの距離が上記第１温度センサよりも離れている場所に設けられている第２温度センサとを備える。上記温度制御方法は、上記第１温度センサから予め得られた第１温度特性値と、上記第２温度センサから予め得られた第２温度特性値と、上記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、上記第１温度センサから得られる第１温度特性値と、上記第２温度センサから得られる第２温度特性値とを適用し、上記定着装置の温度を推定するステップと、上記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、上記第１温度センサから出力される第１温度特性値の変化量と上記第２温度センサから出力される第２温度特性値の変化量とを用いて、上記温度予測式を補正するステップとを備える。

ある局面において、温度センサの位置によらず定着ローラの表面温度を正確に測定することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

画像形成装置の構造の一例を示す図である。 定着装置の構造の一例を示す図である。 定着装置の機能構成の一例を示す図である。 式（１）を採用した場合と式（２）を採用した場合との温度推定精度の違いを示す図である。 メイン温度センサと定着ローラとの間の距離と、重回帰分析によって求められた係数との関係を表わす図である。 補正係数と温度予測式の係数との関係を示す図である。 式（１）を採用した場合における画像形成装置の制御フローを表わす図である。 式（２）を採用した場合における画像形成装置の制御フローを表わす図である。 画像形成装置の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。 温度センサからの出力電圧値と温度値との関係を示す図である。 温度予測式の補正処理のシミュレーション結果を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下で説明される各実施の形態および各変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

［画像形成装置１００］
図１を参照して、実施の形態に従う画像形成装置１００について説明する。図１は、画像形成装置１００の構造の一例を示す図である。

図１には、カラープリンターとしての画像形成装置１００が示されている。以下では、カラープリンターとしての画像形成装置１００について説明するが、画像形成装置１００は、カラープリンターに限定されない。たとえば、画像形成装置１００は、モノクロプリンターであってもよいし、モノクロプリンター、カラープリンターおよびＦＡＸの複合機（ＭＦＰ：Multi-Functional Peripheral）であってもよい。

画像形成装置１００は、画像形成ユニット１Ａ〜１Ｄと、中間転写ベルト１１と、一次転写部１２と、二次転写部１３と、クリーニング部１５と、トレー１６と、カセット１７と、露光制御部１９と、制御装置１０２と、定着装置２００とを備える。

画像形成ユニット１Ａは、ブラック（ＢＫ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｂは、イエロー（Ｙ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｃは、マゼンタ（Ｍ）のトナー像を形成する。画像形成ユニット１Ｄは、シアン（Ｃ）のトナー像を形成する。中間転写ベルト１１は矢印２１の方向に回転し、画像形成ユニット１Ａ〜１Ｄは、それぞれ、中間転写ベルト１１の回転方向に沿って順に配置されている。

画像形成ユニット１Ａ〜１Ｄは、それぞれ、感光体２と、帯電部３と、現像部４と、クリーニング部５と、露光部９とを備える。

感光体２は、トナー像を担持する像担持体である。感光体２は、中間転写ベルト１１の回転方向に対応する方向に回転する。帯電部３は、感光体２の表面を一様に帯電する。露光部９は、露光制御部１９からの制御信号に応じて感光体２にレーザーを照射し、指定された画像パターンに従って感光体２の表面を露光する。これにより、入力画像に応じた静電潜像が感光体２上に形成される。

現像部４は、感光体２上に形成された静電潜像をトナー像として現像する。一例として、現像部４は、トナーおよびキャリアを含む現像剤を用いて静電潜像を現像する。

感光体２と中間転写ベルト１１とは、一次転写部１２が設けられている部分で接触している。この接触部分に所定の転写バイアスが印加され、当該転写バイアスによって、感光体２上のトナー像が中間転写ベルト１１に転写される。このとき、ブラック（ＢＫ）のトナー像、イエロー（Ｙ）のトナー像、マゼンタ（Ｍ）のトナー像、およびシアン（Ｃ）のトナー像が順に重ねられて中間転写ベルト１１に転写される。これにより、カラーのトナー像が中間転写ベルト１１上に形成される。

クリーニング部５は、クリーニングブレードを備える。クリーニングブレードは、感光体２に圧接され、トナー像の転写後に感光体２の表面に残留するトナーを回収する。

カセット１７は、画像形成装置１００の下部に設けられている。カセット１７には、紙等の印刷物１４がセットされる。印刷物１４は、カセット１７から１枚ずつ二次転写部１３に送られる。印刷物１４の送り出しおよび搬送のタイミングと、中間転写ベルト１１上のトナー像の位置とを同期させることで、印刷物１４の適切な位置にトナー像が転写される。その後、印刷物１４は、定着装置２００に送られる。

定着装置２００は、熱で印刷物１４にトナー像を定着させる。定着装置２００の詳細については後述する。その後、印刷物１４は、トレー１６に排紙される。

クリーニング部１５は、クリーニングブレードを備える。クリーニングブレードは、中間転写ベルト１１に圧接され、トナー像の転写後に中間転写ベルト１１に残留するトナーを回収する。

制御装置１０２は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、画像形成装置１００を制御する。制御装置１０２は、たとえば、露光制御部１９や定着装置２００を制御する。制御装置１０２は、定着ローラ３０に設けられているモータ（図示しない）を制御することにより定着ローラ３０の回転速度や回転時間等を調整する。また、制御装置１０２は、ヒータ３３を駆動することにより定着ローラ３０の温度を制御する。

［定着装置２００］
図２を参照して、図１に示される定着装置２００についてさらに説明する。図２は、定着装置２００の構造の一例を示す図である。

定着装置２００は、定着ローラ３０と、加圧ローラ３２と、メイン温度センサ７１（第１温度センサ）と、サブ温度センサ７２（第２温度センサ）とを含む。

定着ローラ３０は、内部にヒータ３３が設けられている。定着装置２００は、ヒータ３３を駆動して定着ローラ３０を加熱するとともに、定着ローラ３０と加圧ローラ３２との間を通過する印刷紙を加圧ローラ３２によって定着ローラ３０に圧接する。これにより、トナー像は、融解し印刷紙に定着する。

メイン温度センサ７１は、たとえば、サーミスタやサーモパイルである。メイン温度センサ７１は、定着ローラ３０の表面温度を計測するために設けられている。メイン温度センサ７１は、定着ローラ３０に対向するように非接触に設けられている。メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離は、たとえば、１ｍｍである。

サブ温度センサ７２は、たとえば、サーミスタやサーモパイルである。サブ温度センサ７２は、メイン温度センサ７１の周囲の温度を計測するために設けられている。サブ温度センサ７２は、定着ローラ３０とメイン温度センサ７１とを結ぶ直線上に設けられており、定着ローラ３０からの距離がメイン温度センサ７１よりも離れている場所に設けられている。メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離は、たとえば、６ｍｍである。

［機能構成］
画像形成装置１００の印刷品質を高めるためには、定着装置２００において温度を意図する通りに制御することが重要である。そのためには、定着装置２００の温度は、正確に測定される必要がある。メイン温度センサ７１およびサブ温度センサ７２によって計測される温度は、各温度センサから定着ローラ３０までの距離に応じて変化する。当該距離は、定着装置２００の品質のばらつき等によって変わる。このようなばらつきを補正する方法として、たとえば、出荷時に予め正確な温度が求められている対象物を測定し、各温度センサからの出力値と正確な測定値とのずれを補正する方法がある。あるいは、定着ローラの温度を非接触で正確に測定可能な別の測定装置を用いて測定し、各温度センサからの出力値と正確な測定値とのずれを補正する方法がある。

定着装置２００が使用され続けると、定着装置２００の筐体のひずみや定着ローラ３０の摩耗等により、定着ローラ３０と各温度センサとの間の距離が変動してしまう。そのため、温度測定のずれは、画像形成装置１００の使用とともに再び大きくなってしまう。したがって、定着ローラ３０の温度は、出荷時に補正されるだけでは正確に測定され得ない。

そこで、本実施の形態に従う画像形成装置１００は、このようなずれを抑制するように定着ローラ３０の温度を推定する。以下では、図３を参照して、定着ローラ３０の表面の温度推定方法について説明する。図３は、定着装置２００の機能構成の一例を示す図である。

図３に示されるように、画像形成装置１００は、記憶装置１２０と、定着装置２００とを備える。定着装置２００は、推定部２１０と、補正部２２０とを含む。

推定部２１０は、メイン温度センサ７１から温度値と、サブ温度センサ７２から温度値とを温度予測式１２２に適用することにより、定着ローラ３０の温度を推定する。温度予測式１２２は、たとえば、記憶装置１２０に予め格納されている。温度予測式１２２は、メイン温度センサ７１から予め得られた温度値と、サブ温度センサ７２から予め得られた温度値と、定着装置２００の正確な温度との間の相関関係を利用して画像形成装置１００の製造時や設計時等に予め算出されている。

メイン温度センサ７１から出力される温度の変化の仕方は、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離に応じて変わる。同様に、サブ温度センサ７２から出力される温度の変化の仕方は、サブ温度センサ７２と定着ローラ３０との間の距離に応じて変わる。これらの点に着目して、補正部２２０は、定着ローラ３０の加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、メイン温度センサ７１から出力される温度の変化量とサブ温度センサ７２から出力される温度の変化量とを用いて、温度予測式１２２を補正する。

これにより、各温度センサと定着ローラ３０との間の距離が変動したとしても、画像形成装置１００は、その変動に合わせて温度予測式１２２を補正することができる。画像形成装置１００は、補正後の温度予測式１２２を用いることで定着ローラ３０の表面温度を正確に制御することができる。これにより、画像形成装置１００は、定着ローラ３０の表面温度を目標温度に正確に近付けることができる。

［温度予測式１２２の初期値］
以下では、初期値としての温度予測式１２２の生成方法に詳細に説明する。

画像形成装置１００は、定着ローラ３０の正確な表面温度Ｔｒを接触熱電対等で測定するとともに、メイン温度センサ７１から出力される温度Ｔ１、サブ温度センサ７２から出力される温度Ｔ２を得る。この状態で、画像形成装置１００は、定着装置２００の加熱や通紙等を行い、メイン温度センサ７１およびサブ温度センサ７２のそれぞれから定着ローラ３０の温度を得る。

下記式（１）に示されるように、画像形成装置１００は、定着ローラ３０の正確な表面温度Ｔｒを目的変数とし、メイン温度センサ７１からの温度Ｔ１とサブ温度センサ７２の温度Ｔ２とを説明変数として、重回帰分析を行う。これにより、係数Ａ１，Ａ２の初期値が決定される。その結果、定着ローラ３０の表面温度Ｔｒは、温度Ｔ１と温度Ｔ２とを変数とする一次結合の関数で表わされる。式（１）の「Ａ４」は、定数であり、典型的には、０である。

Ｔｒ＝Ａ１×Ｔ１＋Ａ２×Ｔ２＋Ａ４・・・（１）
上記式（１）は、温度予測式１２２に相当する。すなわち、温度予測式１２２は、メイン温度センサ７１から出力される温度Ｔ１と、サブ温度センサ７２から出力される温度Ｔ２と変数とする関数で表わされている。

なお、温度予測式１２２は、下記式（２）に示されるように、所定時間当たりの温度Ｔ１の変化量を変数とする項「Ａ３×（ｄＴ１／ｄｔ）」をさらに含んでもよい。変数「ｄＴ１／ｄｔ」は、温度Ｔ１の温度変化速度に相当する。温度変化速度は、たとえば１秒間の温度変化量として求められる。

Ｔｒ＝Ａ１×Ｔ１＋Ａ２×Ｔ２＋Ａ３×（ｄＴ１／ｄｔ）＋Ａ４・・・（２）
図４は、上記式（１）を採用した場合と上記式（２）を採用した場合との温度推定精度の違いを示す図である。より具体的には、グラフ（Ａ）は、定着ローラ３０の実際の表面温度と、メイン温度センサ７１によって計測された温度Ｔ１と、サブ温度センサ７２によって計測された温度Ｔ２とを示す。グラフ（Ｂ）は、上記式（１）を用いた場合における定着ローラ３０の推定温度と実際の温度との差を示す。グラフ（Ｃ）は、上記式（２）を用いた場合における定着ローラ３０の推定温度と実際の温度との差を示す。

グラフ（Ｂ），（Ｃ）に示されるように、上記式（２）が採用される方が、上記式（１）が採用されるよりも、推定温度と実際の温度との誤差が小さい。すなわち、温度予測式１２２が項「Ａ３×（ｄＴ１／ｄｔ）」を含むことで、画像形成装置１００は、用紙が定着装置２００を通過するとき等の急激な温度変化が生じるときであっても、温度誤差を抑えることができる。そのため、温度の推定精度が求められる場合には、上記式（２）が温度予測式１２２として採用される。

一方で、式（１）が採用されると処理が軽減され得る。そのため、推定精度よりも処理時間が求められる場合には、上記式（１）が温度予測式１２２として採用される。

［温度予測式１２２の原理］
以下では、温度予測式１２２の原理について説明する。メイン温度センサ７１への熱移動式は、下記式（３）で示される。

Ｃ１×（ｄＴ１／ｄｔ）＝（Ｔｒ−Ｔ１）／Ｒ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／Ｒ２・・・（３）
上記式（３）に示される「Ｃ１」は、メイン温度センサ７１の熱容量を表わす。「Ｒ１」は、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の熱抵抗を表わす。熱抵抗は、温度の伝わりにくさを表わす指標である。熱抵抗Ｒ１は、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離に比例する。「Ｒ２」は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の熱抵抗を表わす。熱抵抗Ｒ２は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離に比例する。上記式（３）は、変形すると下記式（４）となる。

Ｔｒ＝（１＋Ｒ１／Ｒ２）×Ｔ１−Ｒ１／Ｒ２×Ｔ２＋Ｃ１×Ｒ１×（ｄＴ１／ｄｔ）・・・（４）
メイン温度センサ７１の熱容量Ｃ１が十分小さい場合や、メイン温度センサ７１の温度変化「ｄＴ１／ｄｔ」が小さい場合（すなわち、定着ローラ３０の温度変化速度が小さい場合）には、上記式（４）は、下記式（５）と近似できる。

Ｔｒ＝（１＋Ｒ１／Ｒ２）×Ｔ１−Ｒ１／Ｒ２×Ｔ２・・・（５）
上記式（４）は、上記式（２）に対応する。上記式（５）は、上記式（１）に対応する。上記式（２）と上記式（４）との関係、および上記式（１）と上記式（５）との関係によって、下記式（６）〜（８）が成り立つ。

Ａ１＝１＋Ｒ１／Ｒ２・・・（６）
Ａ２＝−Ｒ１／Ｒ２・・・（７）
Ａ３＝Ｃ１×Ｒ１・・・（８）
上述したように、熱抵抗Ｒ１は、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離に比例する。熱抵抗Ｒ２は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離に比例する。そのため、上記式（６）〜（８）に示されるように、温度予測式１２２の係数Ａ１〜Ａ３は、これらの比例に相関する。図５は、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離と、重回帰分析によって求められた係数Ａ１〜Ａ３との関係を表わす図である。

グラフ（Ａ）に示されるように、係数Ａ１は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離に相関している。グラフ（Ｂ）に示されるように、係数Ａ２は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離に相関している。グラフ（Ｃ）に示されるように、係数Ａ３は、メイン温度センサ７１とサブ温度センサ７２との間の距離に相関している。

したがって、係数Ａ１〜Ａ３を正確に求めることは、メイン温度センサ７１および定着ローラ３０の間の距離（あるいは、メイン温度センサ７１およびサブ温度センサ７２の間の距離）を正確に補正していることになる。

［温度予測式１２２の補正方法］
以下、補正部２２０（図３参照）による温度予測式１２２の補正方法について説明する。

上記式（４）は、所定時間当たりの変化量を表わす記号Δを用いて変形すると下記式（９）となる。当該所定時間は、たとえば、１０秒間である。

Ｒ１／Ｒ２＝（ΔＴｒ−ΔＴ１）／（Ｃ１×Ｒ２×Δ（ｄＴ１／ｄｔ）−ΔＴ２−ΔＴ１）・・・（９）
上記式（９）に示されように、「Ｒ１／Ｒ２」は、「ΔＴｒ」と、計測可能な「ΔＴ１」，「ΔＴ２」，「Δ（ｄＴ１／ｄｔ）」とで表わされる。以下では、「Ｒ１／Ｒ２」を補正係数Ｈともいう。画像形成装置１００は、予め定められた基準条件で補正係数Ｈを算出する。予め定められた基準条件は、たとえば、メイン温度センサ７１と定着ローラ３０との間の距離が１ｍｍであるという条件である。当該基準条件で求められた補正係数Ｈを補正係数Ｈ０ともいい、当該基準条件の元で重回帰分析により求められた上記式（２）の係数Ａ１〜Ａ３をＡ１０〜Ａ３０ともいう。

係数Ａ１〜Ａ３は、上記式（６）〜（８）を補正係数Ｈ（＝Ｒ１／Ｒ２）で置き換えると下記式（１０）〜（１２）で表わされる。

Ａ１＝１＋Ｈ ⇒ Ａ１−１∝Ｈ・・・（１０）
Ａ２＝−Ｈ ⇒ Ａ２∝Ｈ・・・（１１）
Ａ３∝Ｈ・・・（１２）
すなわち、補正係数Ｈと係数Ａ１〜Ａ３との間には比例関係がある。したがって、任意の条件で測定された補正係数Ｈと係数Ａ１〜Ａ３との間には、下記式（１３）〜（１５）の関係がある。

Ａ１−１＝Ｂ１×（Ｈ／Ｈ０）・・・（１３）
Ａ２＝Ｂ２×（Ｈ／Ｈ０）・・・（１４）
Ａ３＝Ｂ３×（Ｈ／Ｈ０）・・・（１５）
上記式（１３）〜（１５）に示される値Ｂ１〜Ｂ３は、測定されたデータから予め計算され得る定数である。図６は、補正係数Ｈ（＝Ｒ１／Ｒ２）と温度予測式１２２の係数Ａ１〜Ａ３との関係を示す図である。図６に示されるように、係数Ａ１〜Ａ３は、補正係数Ｈと相関し、補正係数Ｈに比例している。

上記式（９）に示されるように、補正係数Ｈ（＝Ｒ１／Ｒ２）は、「ΔＴｒ」と、計測可能な「ΔＴ１」，「ΔＴ２」，「Δ（ｄＴ１／ｄｔ）」とで表わされる。すなわち、「ΔＴｒ」が分かれば補正係数Ｈが算出され得る。「ΔＴｒ」は、予め定められた時間内における定着ローラ３０の温度変化を表わす。温度変化ΔＴｒは、一定であるとみなせるので予め測定され得る。実際に計測した結果として、１０秒間における温度変化ΔＴｒは、−１０℃であった。

上記式（１３）〜（１５）に示されるように、補正係数Ｈが求められれば、係数Ａ１〜Ａ３も求められ得る。これにより、温度予測式１２２が補正され、画像形成装置１００は、温度センサの位置のばらつきを補正することができる。

［画像形成装置１００の制御構造］
上述したように、温度予測式１２２としては、上記式（１）が採用されてもよいし、上記式（２）が採用されてもよい。以下では、上記式（１）を採用した場合の画像形成装置１００の制御フローと、上記式（２）を採用した場合の画像形成装置１００の制御フローとについて順に説明する。

（上記式（１）を用いる場合の制御フロー）
図７は、上記式（１）を採用した場合における画像形成装置１００の制御フローを表わす図である。図７の処理は、画像形成装置１００の制御装置１０２（図１参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。

ステップＳ１０において、制御装置１０２は、上記式（１）の温度予測式１２２の補正タイミングであるか否かを判断する。一例として、制御装置１０２は、画像形成装置１００の使用履歴に基づいて、上記式（１）の温度予測式１２２の補正タイミングであるか否かを判断する。当該補正タイミングは、たとえば、前回の補正処理が実行されてから所定時間が経過したとき、前回の補正処理が実行されてからの定着装置２００による印刷枚数が所定枚数を超えたとき、および前回の補正処理が実行されてからの定着装置２００の加熱時間が所定時間を経過したときのいずれかである。制御装置１０２は、温度予測式１２２の補正タイミングであると判断した場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ１２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置１０２は、ステップＳ１０の処理を再び実行する。

ステップＳ１２において、制御装置１０２は、定着ローラ３０のヒータ３３（図２参照）を駆動して定着装置２００を加熱する。

ステップＳ２０において、制御装置１０２は、定着ローラ３０の表面温度が目標温度（たとえば、１８０度）に達したか否かを判断する。当該表面温度は、温度センサから得られる検出温度を温度予測式１２２に適用することにより算出される。制御装置１０２は、定着ローラ３０の表面温度が目標温度に達したと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置１０２は、制御をステップＳ１２に戻す。

ステップＳ２２において、制御装置１０２は、定着ローラ３０の加熱を停止し、所定時間（たとえば、１０秒間）のメイン温度センサ７１の温度変化量ΔＴ１を取得するとともに、サブ温度センサ７２から温度変化量ΔＴ２を取得する。定着ローラ３０と温度センサとの間の距離が同じである場合には、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２は一定であることが好ましい。すなわち、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２は、定着ローラ３０と温度センサとの間の距離以外には影響されないことが好ましい。定着ローラ３０の加熱中においては、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２は、定着ローラ３０のヒータの品質に影響されるため安定しない可能性がある。そのため、制御装置１０２は、定着ローラ３０の加熱停止後に温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を計測する。

また、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２は、定着ローラ３０の周辺温度にも影響を受ける。そのため、制御装置１０２は、画像形成装置１００の内部の温度が安定している状態で温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を計測する。画像形成装置１００の電源がオフされている状態においては内部装置が駆動されていないため、画像形成装置１００の内部の温度は、電源がオンされた直後には安定している可能性が高い。そのため、制御装置１０２は、画像形成装置１００の電源がオンされてから定着ローラ３０の加熱が初めて停止されたことに基づいて温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２の計測を開始する。

ある局面において、画像形成装置１００は、電力の消費を抑制する省エネモードを有し、通常モードから省エネモードに移行するときに定着装置２００の加熱を停止する。制御装置１０２は、画像形成装置１００が省エネモードに移行するタイミングで温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を計測する。温度計測が省エネモードへの移行後に実行されることで、画像形成装置１００は、温度予測式１２２の補正処理よりも印刷処理やスキャン処理を優先することができる。

他の局面において、画像形成装置１００は、所定数のジョブの実行終了後に定着装置２００の加熱を停止する。制御装置１０２は、画像形成装置１００における所定数のジョブの実行終了後において温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を計測する。温度計測がジョブの終了後に実行されることで、画像形成装置１００は、温度予測式１２２の補正処理よりも印刷処理やスキャン処理を優先することができる。

ステップＳ２４において、制御装置１０２は、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を用いて補正係数Ｈを算出する。温度変化速度ｄＴ１／ｄｔを用いない場合には、上記式（９）は、下記式（１６）となる。制御装置１０２は、ステップＳ２２で測定された温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を下記式（１６）に適用し、補正係数Ｈを算出する。

Ｈ＝Ｒ１／Ｒ２＝（ΔＴｒ０−ΔＴ１）／（−ΔＴ２−ΔＴ１）・・・（１６）
すなわち、制御装置１０２は、温度変化量ΔＴｒ０から温度変化量ΔＴ１の変化量を減算した結果を、温度変化量ΔＴ１および温度変化量ΔＴ２の合計で除算して補正係数Ｈを算出する。温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２は、温度の低下量を表わすため負である。そのため、上記式（１６）に示される「−ΔＴ２−ΔＴ１」は正となり、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２の合計となる。上記式（１６）に示される温度変化量ΔＴｒ０は、予め定められた時間内における定着ローラ３０の温度変化を表わす。温度変化量ΔＴｒ０は、一定であり、予め測定されている。

ステップＳ２６において、制御装置１０２は、温度予測式１２２に含まれる係数Ａ１，Ａ２が補正係数Ｈに応じて変化することを利用して、係数Ａ１，Ａ２の値を補正する。より具体的には、制御装置１０２は、上記式（１３），（１４）に補正係数Ｈを適用し、温度予測式１２２の係数Ａ１，Ａ２の新たな値を算出する。

ステップＳ２８において、制御装置１０２は、ステップＳ２６で算出された係数Ａ１，Ａ２で現在の温度予測式１２２を書き換える。

ステップＳ３０において、制御装置１０２は、算出された係数Ａ１，Ａ２を、次回の補正処理で用いる係数Ａ１０，Ａ２０とする。

（上記式（２）を用いる場合の制御フロー）
図８を参照して、上記式（２）を採用した場合における画像形成装置１００の制御フローについて説明する。図８は、上記式（２）を採用した場合における画像形成装置１００の制御フローを表わす図である。図８の処理は、画像形成装置１００の制御装置１０２（図１参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子またはその他のハードウェアによって実行されてもよい。なお、ステップＳ１０，Ｓ１２の処理は図７で説明した通りであるので、それらの説明については繰り返さない。

ステップＳ２０Ａにおいて、制御装置１０２は、定着ローラ３０の表面温度が目標温度（たとえば、１８０度）に達したか否かを判断する。当該表面温度は、上記式（２）の温度予測式１２２を用いて算出される。制御装置１０２は、定着ローラ３０の表面温度が目標温度に達したと判断した場合（ステップＳ２０ＡにおいてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２Ａに切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０ＡにおいてＮＯ）、制御装置１０２は、制御をステップＳ１２に戻す。

ステップＳ２２Ａにおいて、制御装置１０２は、定着ローラ３０の加熱を停止し、加熱の停止後から所定時間が経過するまでの間におけるメイン温度センサ７１からの温度変化量ΔＴ１とサブ温度センサ７２からの温度変化量ΔＴ２とメイン温度センサ７１の温度変化速度の変化量Δ（ｄＴ１／ｄｔ）とを算出する。

ステップＳ２４Ａにおいて、制御装置１０２は、温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２と温度変化速度の変化量Δ（ｄＴ１／ｄｔ）とを上記式（９）に適用し、補正係数Ｈを算出する。より具体的には、制御装置１０２は、定数である温度変化量ΔＴｒ０から温度変化量ΔＴ１を減算することで値Ａを算出する。制御装置１０２は、メイン温度センサ７１の温度変化速度の変化量Δ（ｄＴ１／ｄｔ）に予め定められた係数（すなわち、Ｃ１×Ｒ２）を乗算し、当該乗算結果に温度変化量ΔＴ１，ΔＴ２を減算することで値Ｂを算出する。制御装置１０２は、値Ａを値Ｂで除算することで補正係数Ｈを算出する。

ステップＳ２６Ａにおいて、制御装置１０２は、温度予測式１２２に含まれる係数Ａ１〜Ａ３が補正係数Ｈに応じて変化することを利用して、係数Ａ１〜Ａ３の値を補正する。より具体的には、制御装置１０２は、上記式（１３）〜（１５）に補正係数Ｈを適用し、温度予測式１２２の係数Ａ１〜Ａ３の新たな値を算出する。

ステップＳ２８Ａにおいて、制御装置１０２は、ステップＳ２６で算出された係数Ａ１〜Ａ３で現在の温度予測式１２２を書き換える。

ステップＳ３０Ａにおいて、制御装置１０２は、算出された係数Ａ１〜Ａ３を、次回の補正処理で用いる係数Ａ１０〜Ａ３０とする。

［画像形成装置１００のハードウェア構成］
図９を参照して、画像形成装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。図９は、画像形成装置１００の主要なハードウェア構成を示すブロック図である。図９に示されるように、画像形成装置１００は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１と、制御装置１０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、ネットワークインターフェイス１０４と、スキャナ１０６と、プリンタ１０７と、操作パネル１０８と、記憶装置１２０と、上述の定着装置２００とを備える。

ＲＯＭ１０１は、画像形成装置１００で実行される制御プログラム等を格納する。制御装置１０２は、画像形成装置１００の制御プログラム等の各種プログラムを実行することで、画像形成装置１００の動作を制御する。ＲＡＭ１０３は、ワーキングメモリとして機能し、制御プログラムの実行に必要な各種データを一時的に格納する。

ネットワークインターフェイス１０４には、アンテナ（図示しない）等が接続される。画像形成装置１００は、当該アンテナを介して、他の通信機器との間でデータをやり取りする。他の通信機器は、たとえば、スマートフォン等の携帯通信端末、サーバー等を含む。画像形成装置１００は、本実施の形態に従う制御プログラム１２４を、アンテナを介してサーバーからダウンロードできるように構成されてもよい。

スキャナ１０６は、画像形成装置１００にセットされた原稿を光学的に読み取って、原稿の画像データを生成する。

プリンタ１０７は、たとえば電子写真方式により、スキャナ１０６で読み取られた画像データや、他の通信機器から送信されたプリントデータを、印刷のためのデータに変換し、変換後のデータに基づいて文書等の画像を印刷する装置である。

操作パネル１０８は、タッチパネルとして構成され、画像形成装置１００に対するタッチ操作を受け付ける。一例として、操作パネル１０８は、表示パネルと、表示パネルに重ねて設けられるタッチセンサとで構成される。操作パネル１０８は、たとえば、制御プログラム１２４に関する設定操作や印刷指示等を受け付ける。

電源１０９は、画像形成装置１００の電源ボタン（図示しない）が押下されたことに基づいて、画像形成装置１００の各種装置に電力を供給する。

記憶装置１２０は、たとえば、ハードディスクや外付けの記憶装置等の記憶媒体である。記憶装置１２０は、一例として、本実施の形態に従う処理を実現するための制御プログラム１２４を格納する。

なお、本実施の形態に従う制御プログラム１２４は、単体のプログラムとしてではなく、任意のプログラムの一部に組み込まれて提供されてもよい。この場合、本実施の形態に従う処理は、任意のプログラムと協働して実現される。このような一部のモジュールを含まないプログラムであっても、本実施の形態に従うプログラムの趣旨を逸脱するものではない。さらに、本実施の形態に従う制御プログラム１２４によって提供される機能の一部または全部は、専用のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、少なくとも１つのサーバーが本実施の形態に従う処理を実現する、所謂クラウドサービスのような形態で画像形成装置１００が構成されてもよい。

［温度予測式の変形例］
定着装置２００の変形例について説明する。上述では、温度予測式１２２は、温度センサから出力される温度値を変数とする例について説明を行ったが、温度予測式１２２は、その他の温度特性値を変数としてもよい。たとえば、温度予測式１２２は、温度センサから出力される電圧値を変数としてもよい。

温度センサは、温度値自体を出力せずに、温度値と相関のある電圧値を出力する場合もある。図１０は、温度センサからの出力電圧値と温度値との関係を示す図である。図１０に示されるように、温度は、温度センサからの出力電圧値に相関している。したがって、温度予測式１２２は、温度センサから出力される電圧値を変数としてもよい。この場合、温度予測式１２２は、下記式（１７）で表わされる。

Ｔｒ＝Ａ１×（Ｔ１＾Ｘ１）＋Ａ２×（Ｔ２＾Ｘ２）＋Ａ３×（ｄＴ１／ｄｔ）＾Ｘ３＋Ａ４・・・（１７）
上記式（１７）に示される「Ｘ１」〜「Ｘ３」は定数である。「Ｔ１＾Ｘ１」は、「Ｔ１」の「Ｘ１」乗を表わす。「Ｔ２＾Ｘ２」は、「Ｔ２」の「Ｘ２」乗を表わす。「（ｄＴ１／ｄｔ）＾Ｘ３」の「ｄＴ１／ｄｔ」の「Ｘ３」乗を表わす。上記式（１７）に示されるように、定着ローラ３０の正確な表面温度Ｔｒは、各温度センサの出力値を「Ｘ１」〜「Ｘ３」乗を合計したものに相当する。

電圧値と温度値との関係は、予めテーブルで規定されていてもよいし、電圧値と温度値との関係を近似した多項式で規定されてもよい。当該テーブルや当該多項式は、たとえば、画像形成装置１００の記憶装置１２０に予め格納されている。

［実験結果］
図１１を参照して、温度予測式１２２の補正処理による効果について説明する。図１１は、温度予測式１２２の補正処理のシミュレーション結果を示す図である。より具体的には、グラフ（Ａ）は、温度予測式１２２の補正処理を行わなかった場合における定着ローラ３０の推定温度と実際の温度との間の誤差を、定着ローラ３０と温度センサとの間の距離別に示す。グラフ（Ｂ）は、温度予測式１２２の補正処理を行った場合における定着ローラ３０の推定温度と実際の温度との間の誤差を、定着ローラ３０と温度センサとの間の距離別に示す。

グラフ（Ａ），（Ｂ）に示されるように、温度予測式１２２の補正処理が実行されることで、定着ローラ３０の温度は、定着ローラ３０と温度センサとの間の距離に影響されずに正確に推定されている。そのため、温度センサと定着ローラ３０との間の距離が変動したとしても、画像形成装置１００は、定着ローラ３０の表面温度を正確に制御することができる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１Ａ〜１Ｄ 画像形成ユニット、２ 感光体、３ 帯電部、４ 現像部、５，１５ クリーニング部、９ 露光部、１１ 中間転写ベルト、１２ 一次転写部、１３ 二次転写部、１４ 印刷物、１６ トレー、１７ カセット、１９ 露光制御部、２１ 矢印、３０ 定着ローラ、３２ 加圧ローラ、３３ ヒータ、７１ メイン温度センサ、７２ サブ温度センサ、１００ 画像形成装置、１０１ ＲＯＭ、１０２ 制御装置、１０３ ＲＡＭ、１０４ ネットワークインターフェイス、１０６ スキャナ、１０７ プリンタ、１０８ 操作パネル、１０９ 電源、１２０ 記憶装置、１２２ 温度予測式、１２４ 制御プログラム、２００ 定着装置、２１０ 推定部、２２０ 補正部。

Claims (10)

1. トナーを印刷物に熱で定着させるための定着装置であって、
   定着ローラと、
   前記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第１温度センサと、
   前記定着ローラからの距離が前記第１温度センサよりも離れている場所に設けられている第２温度センサと、
   前記第１温度センサから予め得られた第１温度特性値と、前記第２温度センサから予め得られた第２温度特性値と、前記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、前記第１温度センサから得られる第１温度特性値と、前記第２温度センサから得られる第２温度特性値とを適用し、前記定着装置の温度を推定するための推定部と、
   前記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、前記第１温度センサから出力される第１温度特性値の変化量と前記第２温度センサから出力される第２温度特性値の変化量とを用いて、前記温度予測式を補正するための補正部とを備える、定着装置。
2. 前記温度予測式は、前記第１温度特性値と前記第２温度特性値とを変数とする関数で表わされている、請求項１に記載の定着装置。
3. 前記第１温度特性値の変化量と前記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記定着装置が搭載されている画像形成装置の電源がオンされてから前記定着ローラの加熱が初めて停止されたタイミングである、請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記補正部は、
   予め定められた定数から前記第１温度特性値の変化量を減算した結果を、前記第１温度特性値の変化量および前記第２温度特性値の変化量の合計で除算して補正値を算出し、
   前記温度予測式に含まれる各係数が前記補正値に応じて変化することを利用して、前記温度予測式に含まれる各係数の値を補正する、請求項３に記載の定着装置。
5. 前記関数は、所定時間当たりの前記第１温度特性値の変化量を表わす前記第１温度特性値の変化速度を変数とする項をさらに含む、請求項２に記載の定着装置。
6. 前記補正部による前記温度予測式の補正処理は、前回の補正処理が実行されてから所定時間が経過したこと、前回の補正処理が実行されてからの前記定着装置による印刷枚数が所定枚数を超えたこと、および前回の補正処理が実行されてからの前記定着装置の加熱時間が所定時間を経過したことのいずれかのタイミングで実行される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記定着装置が搭載されている画像形成装置は、省エネモードに移行するときに前記定着装置の加熱を停止し、
   前記第１温度特性値の変化量と前記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記画像形成装置が前記省エネモードに移行したタイミングである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記定着装置が搭載されている画像形成装置は、所定数のジョブの実行終了後に前記定着装置の加熱を停止し、
   前記第１温度特性値の変化量と前記第２温度特性値の変化量とが検出されるタイミングは、前記所定数のジョブの実行終了後である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置を備える、
   補正後の前記温度予測式を用いて推定された前記定着ローラの温度に基づいて前記定着ローラの温度を制御する、画像形成装置。
10. 定着装置の温度制御方法であって、
    前記定着装置は、
    定着ローラと、
    前記定着ローラに対向するように非接触に設けられている第１温度センサと、
    前記定着ローラからの距離が前記第１温度センサよりも離れている場所に設けられている第２温度センサとを備え、
    前記温度制御方法は、
    前記第１温度センサから予め得られた第１温度特性値と、前記第２温度センサから予め得られた第２温度特性値と、前記定着装置の温度との間の相関関係を利用して予め算出されている温度予測式に、前記第１温度センサから得られる第１温度特性値と、前記第２温度センサから得られる第２温度特性値とを適用し、前記定着装置の温度を推定するステップと、
    前記定着ローラの加熱を停止してから所定時間が経過するまでの間における、前記第１温度センサから出力される第１温度特性値の変化量と前記第２温度センサから出力される第２温度特性値の変化量とを用いて、前記温度予測式を補正するステップとを備える、温度制御方法。

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