JP6870296B2 - 画像形成装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、定着装置と制御装置を備える画像形成装置、定着装置の制御方法、および、定着装置を制御するコンピュータに適用されるプログラムに関する。

定着装置のヒータ制御として、特許文献１には、目標温度を１５０℃から１８０℃に上げる場合に、温調制御をＰＩ制御からＰ制御に切り替えて、目標温度を５℃ずつ上げていき、ヒータ温度が切替温度１６５℃に到達すると、温調制御をＰＩ制御に切り替え、再び目標温度を５℃ずつ１８０℃に到達するまで上げていく方法が開示されている。このように、ヒータ温度が目標温度１８０℃よりも低い切替温度１６５℃に到達したときに、温調制御をＰ制御からＰＩ制御に切り替えることで、目標温度が高いときの急激な温度変化によるオーバーシュートを抑制することができる。

特開２００６−１７１４８０号公報

ところで、従来技術は、目標温度を１８０℃から１５０℃に下げる場合にも、温調制御をＰＩ制御からＰ制御に切り替えて、目標温度を５℃ずつ下げていき、ヒータ温度が切替温度１６５℃に到達すると、温調制御をＰＩ制御に切り替え、再び目標温度を５℃ずつ１５０℃に到達するまで下げていく。このように、ヒータ温度が最終的な目標温度１５０℃に到達する前に、温調制御をＰＩ制御に切り替えると、目標温度とヒータ温度との偏差の積分値がマイナスとなることで、ヒータの温度が１５０℃に到達しても大きく下がって、アンダーシュートの大きさが大きくなる可能性がある。また、従来技術は、目標温度を段階的に上げたり、下げたりするので、移行時間が長くなり、ヒータの温度が目標温度に安定するまでの時間が長くなるという問題がある。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、アンダーシュートの大きさを小さくすることができる画像形成装置、制御方法およびプログラムを提供することを目的とする。

前記した目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、ヒータと、ヒータにより加熱される加熱部材と、ヒータまたは加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置、および、制御装置を備える。
制御装置は、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、温度センサが出力した信号から取得した検出温度が第１の目標温度よりも低い場合、検出温度が第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第１の切替温度以上となった後は、偏差と偏差の積分値を用いた比例積分制御によりヒータの操作量を設定する。
また、制御装置は、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度から第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、検出温度が第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、オンオフ制御、または、比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第２の切替温度以下となった後は、比例積分制御によりヒータの操作量を設定する。

また、前記した目的を達成するため、本発明の制御方法は、ヒータと、ヒータにより加熱される加熱部材と、ヒータまたは加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置の制御方法である。
この制御方法では、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、温度センサが出力した信号から取得した検出温度が第１の目標温度よりも低い場合、検出温度が第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第１の切替温度以上となった後は、偏差と偏差の積分値を用いた比例積分制御によりヒータの操作量を設定する処理を実行する。
また、この制御方法では、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度から第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、検出温度が第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、オンオフ制御、または、比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第２の切替温度以下となった後は、比例積分制御によりヒータの操作量を設定する処理を実行する。

また、前記した目的を達成するため、本発明のプログラムは、ヒータと、ヒータにより加熱される加熱部材と、ヒータまたは加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置を制御するコンピュータに、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、温度センサが出力した信号から取得した検出温度が第１の目標温度よりも低い場合、検出温度が第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第１の切替温度以上となった後は、偏差と偏差の積分値を用いた比例積分制御によりヒータの操作量を設定する処理を実行させる。
また、このプログラムは、コンピュータに、ヒータまたは加熱部材の目標温度が第１の目標温度から第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、検出温度が第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、オンオフ制御、または、比例制御によりヒータの操作量を設定し、検出温度が第２の切替温度以下となった後は、比例積分制御によりヒータの操作量を設定する処理を実行させる。

このような発明によれば、目標温度が第１の目標温度から低い第２の目標温度に設定された場合で、検出温度が第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となった後に、比例積分制御によりヒータの操作量を設定することで、偏差の積分値がマイナスとなるのを抑えることができる。これにより、検出温度が第２の切替温度以下となった後のアンダーシュートの大きさを小さくすることができる。

本発明によれば、アンダーシュートの大きさを小さくすることができる。

発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 定着装置を制御するための構成を示す図である。 制御装置の動作を示すフローチャートである。 制御装置の動作に伴う目標温度、検出温度、目標温度と検出温度との偏差の積分値、および、フラグの変化を示すタイムチャートである。 第２の切替温度と第２の目標温度が等しい場合における目標温度、検出温度、および、偏差の積分値の変化を示すタイムチャートである。 第２の切替温度が第２の目標温度よりも低い場合における目標温度、検出温度、および、偏差の積分値の変化を示すタイムチャートである。

以下、発明の一実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、方向は、画像形成装置を使用するユーザを基準にした方向で説明する。すなわち、図１における右側を「前」、左側を「後」とし、手前側を「左」、奥側を「右」とする。また、図１における上下方向を「上下」とする。

図１に示すように、画像形成装置の一例としてのレーザプリンタ１は、本体筐体２と、給紙部３と、露光装置４と、プロセスカートリッジ５と、定着装置８と、制御装置１００とを主に備えている。

給紙部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、給紙トレイ３１と、圧板３２と、給紙機構３３とを主に有している。給紙トレイ３１に収容された用紙Ｓは、圧板３２により上に寄せられ、給紙機構３３によりプロセスカートリッジ５の感光体ドラム６１と転写ローラ６３との間に向けて供給される。

露光装置４は、本体筐体２内の上部に配置され、図示しない光源装置やポリゴンミラー、レンズ、反射鏡などを有している。露光装置４では、光源装置から出射される画像データに基づく光ビーム（二点鎖線参照）が、感光体ドラム６１の表面で高速走査されることで、感光体ドラム６１の表面を露光する。

プロセスカートリッジ５は、露光装置４の下方に配置され、本体筐体２の前側に設けられたフロントカバー２１を開いたときにできる前側開口から本体筐体２に対して着脱可能に装着される構成となっている。プロセスカートリッジ５は、ドラムユニット６と、現像カートリッジ７とを有している。

ドラムユニット６は、感光体ドラム６１と、帯電器６２と、転写ローラ６３とを主に有している。現像カートリッジ７は、ドラムユニット６に対して着脱自在に構成され、現像ローラ７１と、供給ローラ７２と、層厚規制ブレード７３と、トナーを収容する収容部７４と、アジテータ７５とを主に有している。

プロセスカートリッジ５では、感光体ドラム６１の表面が、帯電器６２により一様に帯電された後、露光装置４からの光ビームにより露光されることで、感光体ドラム６１上に画像データに基づく静電潜像が形成される。また、収容部７４内のトナーは、アジテータ７５により攪拌されながら、供給ローラ７２に供給され、供給ローラ７２から現像ローラ７１に供給される。そして、現像ローラ７１の回転に伴って、現像ローラ７１と層厚規制ブレード７３の間に進入して一定厚さの薄層として現像ローラ７１上に担持される。

現像ローラ７１上に担持されたトナーは、現像ローラ７１から感光体ドラム６１上に形成された静電潜像に供給される。これにより、静電潜像が可視像化され、感光体ドラム６１上にトナー像が形成される。その後、感光体ドラム６１と転写ローラ６３の間を用紙Ｓが通過することで感光体ドラム６１上のトナー像が用紙Ｓ上に転写される。

定着装置８は、プロセスカートリッジ５の後方に配置され、加熱部材の一例としての加熱ローラ８１と、加圧ローラ８２と、ヒータの一例としてのハロゲンランプ８３と、温度センサの一例としてのサーミスタ８４とを主に有している。

加熱ローラ８１は、金属からなる円筒状の部材であり、内側にハロゲンランプ８３が配置されてハロゲンランプ８３により加熱されるように構成されている。
加圧ローラ８２は、芯金の周囲に弾性層が設けられた部材であり、加熱ローラ８１に接触して押圧された状態で配置されている。

定着装置８では、用紙Ｓ上に転写されたトナー像を、用紙Ｓが加熱ローラ８１と加圧ローラ８２との間を通過する間に熱定着させている。トナー像が熱定着された用紙Ｓは、搬送ローラ２３，２４により排紙トレイ２２上に排出される。

制御装置１００は、定着装置８など、レーザプリンタ１の各部を制御する装置であり、単一または複数の電気回路で構成されている。具体的に、制御装置１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０、ＲＡＭ１３０、入出力回路１４０などを備えている。

ＲＯＭ１２０には、レーザプリンタ１の各部を制御するためのプログラムや各種設定情報などのデータが記憶されている。ＲＡＭ１３０は、ＣＰＵ１１０が各種のプログラムを実行する際の作業領域や、データの一時的な記憶領域として利用される。ＣＰＵ１１０は、サーミスタ８４などの各種センサから出力された信号や、ＲＯＭ１２０などから読み出したプログラムやデータなどに基づいて各種演算処理を行う。

制御装置１００は、ＣＰＵ１１０の演算結果に基づいてレーザプリンタ１の各部に制御信号を出力することで、各部の制御を実行する。言い換えると、レーザプリンタ１の各部は、制御装置１００から出力された制御信号に応じて動作するように構成されている。

サーミスタ８４は、加熱ローラ８１の温度に応じた信号を制御装置１００に出力するセンサであり、加熱ローラ８１の表面との間に所定の間隔をあけた状態で加熱ローラ８１の表面に対向して配置されている。制御装置１００は、サーミスタ８４から出力された信号から、加熱ローラ８１の表面温度の検出値（検出温度Ｔ）を取得する。

制御装置１００は、定着装置８を制御する場合、ハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定し、設定した操作量Ｕをヒータ駆動部１０に出力する。ヒータ駆動部１０は、制御装置１００が設定した操作量Ｕから決定されるデューティ比に基づいてハロゲンランプ８３への電力供給を制御する電源回路である。

制御装置１００は、ハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する場合、加熱ローラ８１の目標温度ＴＴを設定し、サーミスタ８４が出力した信号から取得した検出温度Ｔが、設定した目標温度ＴＴに追従するようにハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

具体的には、制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定され、かつ、検出温度Ｔが第１の目標温度ＴＴ１よりも低い場合において、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１以上となる前は、目標温度ＴＴ（ＴＴ１）と検出温度Ｔとの偏差ＴＴ−Ｔ（以下、「ΔＴ」ともいう。）を用いた比例制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

詳しくは、制御装置１００は、偏差ΔＴに比例して操作量Ｕを変化させる比例動作を実行し、かつ、偏差ΔＴの積分値Ｉに比例して操作量Ｕを変化させる積分動作を実行しない制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを算出する。言い換えると、制御装置１００は、いわゆるＰ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

本実施形態では、制御装置１００は、予め設定した比例ゲインＫ_ｐを用いて、以下の式（１）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。
Ｕ＝Ｋ_ｐ（ＴＴ−Ｔ） ・・・（１）

第１の切替温度ＴＳ１は、第１の目標温度ＴＴ１よりも低い温度として設定されている。第１の切替温度ＴＳ１は、第１の目標温度ＴＴ１に対応させて、実験やシミュレーションなどにより予め設定されている。詳しくは、第１の切替温度ＴＳ１は、目標温度ＴＴが高い第１の目標温度ＴＴ１に設定されているときの加熱ローラ８１の急激な温度上昇によるオーバーシュートの大きさが大きくなりすぎないような値に設定されている。

また、制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定され、かつ、検出温度Ｔが第１の目標温度ＴＴ１よりも低い場合において、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１以上となった後は、偏差ΔＴと当該偏差ΔＴの積分値Ｉを用いた比例積分制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

詳しくは、制御装置１００は、比例動作と積分動作の両方を実行する制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを算出する。言い換えると、制御装置１００は、いわゆるＰＩ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

本実施形態では、制御装置１００は、比例ゲインＫ_ｐと予め設定した積分ゲインＫ_ｉを用いて、以下の式（２），（３）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。
Ｕ＝Ｋ_ｐ（ＴＴ−Ｔ）＋Ｋ_ｉＩ ・・・（２）
Ｉ_n＝Ｉ_n-1＋Ｔｓ（ＴＴ_n−Ｔ_n） ・・・（３）
ここで、各変数の後に付したｎは、変数が今回値であることを示し、ｎ−１は、前回値であることを示している。また、Ｔｓは、サンプリングの時間間隔である。

また、制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合において、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となる前は、目標温度ＴＴ（ＴＴ２）と検出温度Ｔとの偏差ΔＴを用いた比例制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

詳しくは、制御装置１００は、比例動作を実行し、かつ、積分動作を実行しない制御（Ｐ制御）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを算出する。本実施形態では、制御装置１００は、上記の式（１）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

第２の目標温度ＴＴ２は、第１の目標温度ＴＴ１よりも低い温度として設定されている。また、第２の切替温度ＴＳ２は、第２の目標温度ＴＴ２以下の温度として設定されている。本実施形態では、第２の目標温度ＴＴ２と第２の切替温度ＴＳ２は、等しい温度に設定されている。

第１の目標温度ＴＴ１、第１の切替温度ＴＳ１、第２の目標温度ＴＴ２、第２の切替温度ＴＳ２は、以下の式（４）を満たすような値に設定されている。
ＴＴ１−ＴＳ１＞ＴＴ２−ＴＳ２ ・・・（４）

また、制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定されたときに、さらに言えば、目標温度ＴＴが更新されたときに、これまで演算した偏差ΔＴの積分値Ｉを所定値にリセットする。本実施形態では、所定値は、０である。

また、制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合において、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２（第２の目標温度ＴＴ２）以下となった後は、偏差ΔＴと当該偏差ΔＴの積分値Ｉを用いた比例積分制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

詳しくは、制御装置１００は、比例動作と積分動作の両方を実行する制御（ＰＩ制御）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを算出する。本実施形態では、制御装置１００は、上記の式（２），（３）によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定する。

制御装置１００は、目標温度ＴＴが更新されて偏差ΔＴの積分値Ｉを０としたとき、フラグＦＩを０とする。制御装置１００は、フラグＦＩが１の場合、偏差ΔＴの積分値Ｉを演算し、フラグＦＩが０の場合、積分値Ｉの演算を停止する。制御装置１００は、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定され、かつ、検出温度Ｔが第１の目標温度ＴＴ１よりも低い場合で検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１以上となったとき、および、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合で検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となったときに、積分動作を実行するため、フラグＦＩを１とする。なお、フラグＦＩの初期値は０である。

次に、制御装置１００の動作（定着装置８の制御方法）について、図３のフローチャートおよび図４のタイムチャートを参照しながら説明する。

図３および図４に示すように、時刻ｔ０において、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定されて、目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1と異なる場合（Ｓ１，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、積分値Ｉ_nをリセットして０にするとともに、フラグＦＩを０にし、さらに、このときの検出温度Ｔ_n、すなわち、第１の目標温度ＴＴ１が設定されたときの検出温度Ｔを更新時温度Ｔ０に設定して記憶する（Ｓ２）。

ステップＳ２の後、制御装置１００は、目標温度ＴＴ_nが更新時温度Ｔ０よりも高いか否かを判定する（Ｓ４）。時刻ｔ０で目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定されたとき、目標温度ＴＴ_nは、更新時温度Ｔ０よりも高いので（Ｓ４，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、検出温度Ｔ_nが第１の切替温度ＴＳ１以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。

時刻ｔ０では、検出温度Ｔ_nが第１の切替温度ＴＳ１よりも低いので（Ｓ５，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ９に進み、ハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定する。このとき、積分値Ｉ_nは０であるため、制御装置１００は、Ｐ制御（式（１））によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する。

その後、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間は、目標温度ＴＴが更新されず、目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1と同じであるので（Ｓ１，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ３に進み、フラグＦＩが０であるか否かを判定する。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間は、フラグＦＩが０であるので（Ｓ３，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、ステップＳ４を経てステップＳ５に進む。そして、検出温度Ｔ_nが第１の切替温度ＴＳ１よりも低いので（Ｓ５，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ９に進んでＰ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する。

時刻ｔ１において、ステップＳ５で検出温度Ｔ_nが第１の切替温度ＴＳ１以上となると（Ｓ５，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、フラグＦＩを１にし（Ｓ７）、目標温度ＴＴ_nと検出温度Ｔ_nとの偏差ΔＴの積分値Ｉ_nを演算する（Ｓ８）。そして、時刻ｔ１では、積分値Ｉ_nが０でないため、制御装置１００は、ＰＩ制御（式（２））によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する（Ｓ９）。

その後、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、目標温度ＴＴが更新されないので（Ｓ１，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ３に進む。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、フラグＦＩが１であるので（Ｓ３，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ８に進んで積分値Ｉ_nを演算し、ＰＩ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定してヒータ駆動部１０に出力する（Ｓ９）。

時刻ｔ２において、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定されると、目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1と異なるので（Ｓ１，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、これまで演算した積分値Ｉ_nを０にするとともに、フラグＦＩを０にし、さらに、このときの検出温度Ｔ_n、すなわち、目標温度ＴＴが第２の目標温度ＴＴ２に変更されたときの検出温度Ｔを新たな更新時温度Ｔ０に設定して記憶する（Ｓ２）。

ステップＳ２の後、制御装置１００は、ステップＳ４に進む。時刻ｔ２で目標温度ＴＴが第２の目標温度ＴＴ２に変更されたとき、目標温度ＴＴ_nは、更新時温度Ｔ０以下であるので（Ｓ４，Ｎｏ）、制御装置１００は、検出温度Ｔ_nが第２の切替温度ＴＳ２以下であるか否かを判定する（Ｓ６）。

時刻ｔ２では、検出温度Ｔ_nが第２の切替温度ＴＳ２よりも高いので（Ｓ６，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ９に進み、ハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定する。このとき、積分値Ｉ_nは０であるため、制御装置１００は、Ｐ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する。なお、検出温度Ｔ_nが目標温度ＴＴより高い区間では、比例項（Ｋ_ｐ（ＴＴ−Ｔ））がマイナスとなるため、操作量Ｕ_nもマイナスとなる。操作量Ｕ_nがマイナスとなる場合、ヒータ駆動部１０は、操作量Ｕ_nが０となる場合と同じ制御、すなわち、デューティ比を０％としてハロゲンランプ８３への電力供給を制御する。具体的には、ハロゲンランプ８３をオフとする。

その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、目標温度ＴＴが更新されないので（Ｓ１，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ３に進み、フラグＦＩが０であるので（Ｓ３，Ｙｅｓ）、ステップＳ４を経てステップＳ６に進む。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間は、検出温度Ｔ_nが第２の切替温度ＴＳ２よりも高いので（Ｓ６，Ｎｏ）、ステップＳ９に進んでＰ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する。

時刻ｔ３において、ステップＳ６で検出温度Ｔ_nが第２の切替温度ＴＳ２以下となると（Ｓ６，Ｙｅｓ）、制御装置１００は、フラグＦＩを１にし（Ｓ７）、積分値Ｉ_nを演算する（Ｓ８）。そして、時刻ｔ３では、積分値Ｉ_nが０でないため、制御装置１００は、ＰＩ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定し、ヒータ駆動部１０に出力する（Ｓ９）。

図４の時刻ｔ３よりも後は、目標温度ＴＴが更新されないので（Ｓ１，Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ３に進み、フラグＦＩが１であるので（Ｓ３，Ｎｏ）、ステップＳ８に進んで積分値Ｉ_nを演算し、ＰＩ制御によりハロゲンランプ８３の操作量Ｕ_nを設定してヒータ駆動部１０に出力する（Ｓ９）。

以上説明した本実施形態によれば、図５に示すように、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から低い第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合で、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となった後に、ＰＩ制御を開始してハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定することで、第２の切替温度ＴＳ２より高い温度でＰＩ制御を開始するよりも、偏差ΔＴの積分値Ｉがマイナスとなるのを抑えることができる。これにより、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となった後のアンダーシュートの大きさを小さくすることができる。

また、第１の目標温度をＴＴ１、第１の切替温度をＴＳ１、第２の目標温度をＴＴ２、第２の切替温度をＴＳ２として、式ＴＴ１−ＴＳ１＞ＴＴ２−ＴＳ２を満たす、言い換えると、第１の目標温度ＴＴ１と第１の切替温度ＴＳ１との差よりも、第２の目標温度ＴＴ２と第２の切替温度ＴＳ２との差が小さいので、第２の目標温度ＴＴ２と検出温度Ｔとの偏差ΔＴが小さい状況で、ＰＩ制御を開始してハロゲンランプ８３の操作量Ｕを設定することができる。これにより、検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に安定するまでの時間を短くすることができる。

また、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定されたときに、偏差ΔＴの積分値Ｉを所定値、具体的には、０とするので、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となってＰＩ制御が開始されたときに、偏差ΔＴの積分値Ｉの大きさが過大となるのを抑えることが可能となる。これにより、検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に安定するまでの時間をより短くすることができる。

以上に発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。具体的な構成については、下記のように発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、第２の目標温度ＴＴ２と第２の切替温度ＴＳ２が等しい温度であったが、これに限定されず、第２の切替温度ＴＳ２は、第２の目標温度ＴＴ２よりも低い温度であってもよい。この場合には、図６に示すように、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合において、検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２よりも低くなって、第２の切替温度ＴＳ２以下となった後に、ＰＩ制御が開始される。

ここで、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された後もＰ制御（比例制御）をそのまま続けた場合において、検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２を下回る１回目のアンダーシュートのときの最低温度をＴ_minとすると、第２の目標温度ＴＴ２よりも低い第２の切替温度ＴＳ２は、最低温度Ｔ_minよりも高い温度に設定されることとなる。

なお、前記実施形態のように、第２の目標温度ＴＴ２と第２の切替温度ＴＳ２を等しい温度に設定することで、第２の切替温度ＴＳ２を第２の目標温度ＴＴ２よりも低い温度に設定する場合よりも、第２の目標温度ＴＴ２と検出温度Ｔとの偏差ΔＴが小さい状況で、ＰＩ制御を開始することができる。その結果、図５に示すように、ＴＴ２＝ＴＳ２の場合のＰＩ制御が開始されてから検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に到達するまでの時間ｔ５は、ＴＴ２＞ＴＳ２の場合のＰＩ制御が開始されてから検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に到達するまでの時間ｔ６よりも短くなる。

検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に到達した後は、検出温度Ｔは、第２の目標温度ＴＴ２に安定していくことになるので、第２の目標温度ＴＴ２と第２の切替温度ＴＳ２を等しい温度に設定することで、検出温度Ｔが第２の目標温度ＴＴ２に安定するまでの時間を短くすることができる。

また、前記実施形態では、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定されたときに、偏差ΔＴの積分値Ｉを所定値としての０にリセットしたが、これに限定されない。例えば、所定値は、０以外の値であってもよい。また、目標温度が更新されたときに、目標温度と検出温度との偏差の積分値を所定値にリセットせずに、そのときの積分値をそのまま保持し、次の比例積分制御が開始されたときに、保持していた積分値を用いてハロゲンランプの操作量を設定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、本発明における「比例制御」として、いわゆるＰ制御を例示したが、これに限定されず、例えば、比例動作と、目標温度と検出温度との偏差の微分値に比例して操作量を変化させる微分動作を実行する制御、いわゆるＰＤ制御であってもよい。また、前記実施形態では、本発明における「比例積分制御」として、いわゆるＰＩ制御を例示したが、これに限定されず、例えば、比例動作、積分動作および微分動作を実行する制御、いわゆるＰＩＤ制御であってもよい。

また、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１に設定され、かつ、検出温度Ｔが第１の目標温度ＴＴ１よりも低い場合の加熱ローラ８１の温度上昇時に、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１以上となる前は、比例制御の代わりに、オンオフ制御によりハロゲンランプ８３の操作量を設定し、例えば、デューティ比を１００％に固定してハロゲンランプ８３への電力供給を制御するようにしてもよい。

また、目標温度ＴＴが第１の目標温度ＴＴ１から第２の目標温度ＴＴ２に設定された場合の加熱ローラ８１の温度下降時に、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となる前は、比例制御の代わりに、オンオフ制御によりハロゲンランプ８３の操作量を設定し、例えば、ハロゲンランプ８３の操作量を０としてハロゲンランプ８３への電力供給を制御する、具体的には、ハロゲンランプ８３をオフとするようにしてもよい。

また、前記実施形態では、温度センサとしてのサーミスタ８４が、加熱ローラ８１の温度に応じた信号を出力するものであったが、これに限定されない。例えば、温度センサは、加圧ローラに対向して配置され、加熱ローラから熱が伝達される加圧ローラの温度に応じた信号を出力することで、加圧ローラを介して加熱ローラの温度を間接的に検出するものであってもよい。また、温度センサは、サーミスタ以外の温度センサであってもよい。また、温度センサは、非接触式の温度センサであってもよいし、接触式の温度センサであってもよい。

また、温度センサは、ヒータの温度に応じた信号を出力するものであれば、ヒータに直接対向して配置されていてもよい。すなわち、温度センサは、制御装置による制御の対象であるヒータの温度を直接検出するものであってもよい。温度センサがヒータの温度を直接検出するものである場合、ヒータの操作量を設定する際には、ヒータ自体の目標温度を設定し、温度センサの検出温度が、設定した目標温度に追従するようにヒータの操作量を設定する。

また、前記実施形態では、加熱部材として加熱ローラ８１を例示したが、これに限定されず、例えば、加熱部材は、ベルト定着方式の定着装置に設けられる無端状の定着ベルトなどであってもよい。また、前記実施形態では、定着装置８が加圧ローラ８２、すなわち、ローラ状の加圧部材を有する構成であったが、これに限定されず、例えば、ベルト状の加圧部材などを有する構成であってもよい。

また、前記実施形態では、ヒータとして、輻射熱を利用するハロゲンランプ８３を例示したが、これに限定されず、例えば、抵抗体の発熱を利用するセラミックヒータやカーボンヒータなどであってもよい。また、ヒータは、加熱部材を誘導加熱するＩＨヒータなどであってもよい。また、ヒータは、加熱部材の内側ではなく、加熱部材の外側に配置されていてもよい。

また、前記実施形態では、画像形成装置として、用紙Ｓにモノクロの画像を形成するレーザプリンタ１を例示したが、これに限定されず、例えば、用紙にカラーの画像を形成可能に構成されたプリンタであってもよい。また、画像形成装置は、プリンタに限定されず、例えば、フラットベッドスキャナなどの原稿読取装置を備える複写機や複合機などであってもよい。

また、前記した実施形態および変形例で説明した各要素を、任意に組み合わせて実施してもよい。

１ レーザプリンタ
８ 定着装置
８１ 加熱ローラ
８３ ハロゲンランプ
８４ サーミスタ
１００ 制御装置

Claims (6)

1. ヒータと、前記ヒータにより加熱される加熱部材と、前記ヒータまたは前記加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置と、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、前記温度センサが出力した信号から取得した検出温度が前記第１の目標温度よりも低い場合、前記検出温度が前記第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第１の切替温度以上となった後は、前記偏差と前記偏差の積分値を用いた比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定し、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、前記検出温度が前記第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、前記オンオフ制御、または、前記比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第２の切替温度以下となった後は、前記比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定し、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第２の目標温度に設定されたときに、前記積分値を所定値とすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の目標温度をＴＴ１、前記第１の切替温度をＴＳ１、前記第２の目標温度をＴＴ２、前記第２の切替温度をＴＳ２として、以下の式
   ＴＴ１−ＴＳ１＞ＴＴ２−ＴＳ２
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２の目標温度と前記第２の切替温度は、等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記所定値は、０であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. ヒータと、前記ヒータにより加熱される加熱部材と、前記ヒータまたは前記加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置の制御方法であって、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、前記温度センサが出力した信号から取得した検出温度が前記第１の目標温度よりも低い場合、前記検出温度が前記第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第１の切替温度以上となった後は、前記偏差と前記偏差の積分値を用いた比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定し、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、前記検出温度が前記第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、前記オンオフ制御、または、前記比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第２の切替温度以下となった後は、前記比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定する処理であって、前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第２の目標温度に設定されたときに、前記積分値を所定値とする処理を実行することを特徴とする制御方法。
6. ヒータと、前記ヒータにより加熱される加熱部材と、前記ヒータまたは前記加熱部材の温度に応じた信号を出力する温度センサとを有する定着装置を制御するコンピュータに、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が第１の目標温度に設定され、かつ、前記温度センサが出力した信号から取得した検出温度が前記第１の目標温度よりも低い場合、前記検出温度が前記第１の目標温度よりも低い第１の切替温度以上となる前は、オンオフ制御、または、目標温度と検出温度との偏差を用いた比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第１の切替温度以上となった後は、前記偏差と前記偏差の積分値を用いた比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定し、
   前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定された場合、前記検出温度が前記第２の目標温度以下の第２の切替温度以下となる前は、前記オンオフ制御、または、前記比例制御により前記ヒータの操作量を設定し、前記検出温度が前記第２の切替温度以下となった後は、前記比例積分制御により前記ヒータの操作量を設定する処理であって、前記ヒータまたは前記加熱部材の目標温度が前記第１の目標温度から前記第２の目標温度に設定されたときに、前記積分値を所定値とする処理を実行させることを特徴とするプログラム。

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