JP7091682B2 - 画像形成装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、定着器を備える画像形成装置およびその制御方法に関する。

定着器の温度制御において、ＰＩ制御やＰＩＤ制御を用いるものが知られている。これらの制御では、目標温度と現在の温度との偏差の積分値を用いた積分制御を行うので、例えば、昇温時に積分値が大きくなり、加熱部の温度が目標温度を大きく上回るオーバーシュートが発生することがある。そこで、例えば、特許文献１には、温度検出器により検出した定着ベルトの加熱開始時の温度に応じてＰＩＤ演算の演算式の比例係数を変更し、これによって、定着ベルトの昇温時におけるオーバーシュートを小さくする技術が開示されている。

特開２００５－２５７９４５号公報

このように定着器の温度制御においては、昇温時のオーバーシュートが小さいことが望まれる。さらに言えば、昇温時のオーバーシュートを含む、定着ベルトや加熱ローラなどのような加熱部の温度変動が小さいことが望まれる。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、加熱部の温度変動を小さくすることができる画像形成装置および制御方法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、シートに現像剤像を形成する現像剤像形成部と、シートを加熱する加熱部、および、加熱部を加熱するヒータを有し、シートに現像剤像を定着させる定着器と、加熱部の温度を検出する温度検出部と、制御部と、を備える。
制御部は、目標温度と検出温度との偏差に比例する比例項と、偏差の積分値に比例する積分項との和を含む操作量を算出する算出処理と、算出処理で算出した操作量に基づいてヒータに通電する通電処理と、を実行し、算出処理において、積分項で用いる偏差を所定範囲内に制限する。

このような構成によれば、積分項で用いる偏差の絶対値が大きくなりすぎないので、当該偏差から算出される積分値が急激に増大したり、減少したりするのを抑制することができる。これにより、加熱部の温度を上げるときにはオーバーシュートを抑制することができ、加熱部の温度を下げるときには加熱部の温度が目標温度を大きく下回るアンダーシュートを抑制することができる。すなわち、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

前記した画像形成装置において、制御部は、算出処理において、検出温度が目標温度よりも低い切替温度未満の場合、比例項を含み、かつ、積分項を含まない操作量を算出し、検出温度が切替温度以上の場合、比例項と積分項との和を含む操作量を算出する構成とすることができる。

これによれば、加熱部の温度を上げるときに、偏差の積分値が急激に大きくなるのを抑制することができるので、操作量が急激に大きくなるのを抑制することができ、加熱部の温度が急激に増大するのをより抑制することができる。これにより、昇温時のオーバーシュートを良好に抑制することができる。

前記した画像形成装置において、制御部は、目標温度を所定値以上異なる新たな目標温度に変更した場合、積分値をリセットする構成とすることができる。

これによれば、目標温度を低い目標温度に変更した場合には、積分値のリセットにより、加熱部の温度を新たな目標温度に早く近づけることができる。また、目標温度を高い目標温度に変更した場合には、積分値のリセットにより、加熱部の温度が急激に大きくなるのを抑制することができるので、オーバーシュートを抑制することができる。

前記した画像形成装置において、制御部は、算出処理において、偏差の微分値に比例する微分項を加算した操作量を算出する構成とすることができる。

これによれば、応答を早くすることができるので、加熱部の温度変動をより小さくすることができる。

前記した画像形成装置において、制御部は、算出処理において、偏差として、目標温度から検出温度を引いた値を用い、検出温度が目標温度以下であって偏差が第１制限値以上の場合、積分項で用いる偏差として第１制限値を用い、検出温度が目標温度以上であって偏差が第２制限値以下の場合、積分項で用いる偏差として第２制限値を用いる構成とすることができる。

前記した画像形成装置において、第１制限値および第２制限値は、絶対値が２～８℃である構成とすることができる。

前記した画像形成装置において、第１制限値および第２制限値は、絶対値が等しい構成とすることができる。

前記した画像形成装置において、制御部は、通電処理において、交流正弦波の半波を単位とした波数制御により操作量に対応したデューティ比でヒータに通電し、操作量が所定操作量以上の場合、デューティ比を１００％とし、操作量が０以下の場合、デューティ比を０％とする構成とすることができる。

また、前記した目的を達成するための本発明の制御方法は、シートに現像剤像を形成する現像剤像形成部と、シートを加熱する加熱部、および、加熱部を加熱するヒータを有し、シートに現像剤像を定着させる定着器と、を備えた画像形成装置の制御方法である。
この制御方法は、目標温度と加熱部の温度との偏差に比例する比例項と、偏差の積分値に比例する積分項との和を含む操作量を算出する算出処理と、算出処理で算出した操作量に基づいてヒータに通電する通電処理と、を含み、算出処理において、積分項で用いる偏差を所定範囲内に制限する。

このような方法によれば、積分項で用いる偏差の絶対値が大きくなりすぎないので、当該偏差から算出される積分値が急激に増大したり、減少したりするのを抑制することができる。これにより、加熱部の温度を上げるときにはオーバーシュートを抑制することができ、加熱部の温度を下げるときにはアンダーシュートを抑制することができるので、加熱部の温度変動を小さくすることができる。

本発明によれば、加熱部の温度変動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。 定着器を制御するための構成を示す図である。 目標温度を第１の目標温度に設定した後、第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に設定した場合の各種の温度、積分値およびフラグの変化を示す図である。 目標温度を第１の目標温度に設定した後、第１の目標温度よりも高い第３の目標温度に設定した場合の各種の温度およびフラグの変化を示す図である。 波数制御を説明するための図である。 操作量とデューティ比の関係を示すマップである。 制御部の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る、積分項偏差の大きさを制限する場合の検出温度と積分値の変化を示すタイムチャートである。 比較例に係る、積分項偏差の大きさを制限しない場合の検出温度と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。
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、シート供給部３と、露光装置４と、現像剤像形成部５と、定着器８と、温度検出部９と、制御部１００とを主に備えている。

シート供給部３は、本体筐体２内の下部に設けられ、紙などのシートＳが収容されるシートトレイ３１と、圧板３２と、シート供給機構３３とを主に有している。シートトレイ３１に収容されたシートＳは、圧板３２により上に寄せられ、シート供給機構３３により現像剤像形成部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。

現像剤像形成部５は、シートＳに現像剤像を形成する部材であり、露光装置４の下方に配置されている。現像剤像形成部５は、プロセスカートリッジとして、本体筐体２の前部に設けられたフロントカバー２１を開いたときにできる開口から本体筐体２に対して着脱可能に装着される構成となっている。現像剤像形成部５は、感光体カートリッジ６と、現像カートリッジ７とを有している。

感光体カートリッジ６は、感光体ドラム６１と、コロナ帯電器である帯電器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、感光体カートリッジ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、乾式トナーからなる現像剤を収容する収容部７４と、アジテータ７５とを主に有している。

現像剤像形成部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内の現像剤は、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上に担持された現像剤は、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上に現像剤像が形成される。その後、感光体ドラム６１と転写ローラ６３の間をシートＳが通過することで感光体ドラム６１上の現像剤像がシートＳ上に転写される。

定着器８は、現像剤像形成部５の後方に配置され、加熱部８１と、加圧部８２と、ヒータ８３とを主に有している。

加熱部８１は、金属からなる円筒状の加熱ローラであり、シートＳを加熱するように構成されている。
加圧部８２は、芯金の周囲に弾性層が設けられた加圧ローラであり、加熱部８１に接触して押圧された状態で配置されている。
ヒータ８３は、加熱部８１を加熱するハロゲンランプであり、加熱部８１の内側に配置されている。

定着器８では、シートＳ上に転写された現像剤像を、シートＳが加熱部８１と加圧部８２との間を通過する間に熱定着させている。現像剤像が熱定着されたシート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。

制御部１００は、定着器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。制御部１００は、レーザプリンタ１の各部に制御信号や駆動電圧を出力することで、各部の制御を実行する。具体的に、制御部１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０、ＲＡＭ１３０、ヒータコントローラ１４０、スイッチング回路１５０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、レーザプリンタ１の各部の動作タイミングを指令したり、ヒータコントローラ１４０に目標温度ＴＴとしての指令値を送ったりする処理を行う。
ヒータコントローラ１４０は、目標温度ＴＴと、温度検出部９が検出した検出温度Ｔとに基づき、スイッチング回路１５０のデューティ比を設定する。本実施形態において、ＣＰＵ１１０とヒータコントローラ１４０は、単一の半導体素子として集積されている。
スイッチング回路１５０は、設定されたデューティ比で交流電圧をスイッチングすることで、ヒータ８３に通電する。

温度検出部９は、加熱部８１の温度を検出するためのセンサであり、加熱部８１の表面との間に所定の間隔をあけた状態で加熱部８１の表面に対向して配置されている。温度検出部９は、加熱部８１の温度に応じた信号を制御部１００に出力する。制御部１００は、温度検出部９から出力された信号から、加熱部８１の表面温度の検出値（検出温度Ｔ）を取得する。温度検出部９としては、例えば、温度に応じて電気抵抗が変化するサーミスタを用いることができる。

制御部１００は、定着器８を制御する場合、ヒータ８３の操作量Ｕを算出する算出処理と、算出処理で算出した操作量Ｕに基づいてヒータ８３に通電する通電処理とを主に実行する。具体的には、制御部１００は、ヒータコントローラ１４０が、操作量Ｕを算出し、算出した操作量Ｕに対応するデューティ比でヒータ８３に通電するようにスイッチング回路１５０を駆動させる。

制御部１００は、算出処理において、加熱部８１の目標温度ＴＴを設定し、温度検出部９が検出した加熱部８１の温度である検出温度Ｔが、設定した目標温度ＴＴに追従するようにヒータ８３の操作量Ｕを設定する。具体的には、制御部１００は、目標温度ＴＴと検出温度Ｔとの偏差ΔＴに比例する比例項と、偏差ΔＴの積分値に比例する積分項との和を含む操作量Ｕを算出する。

詳しくは、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達する前は、比例項を含み、かつ、積分項を含まない操作量Ｕを算出する。また、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達した後は、比例項と積分項との和を含む操作量Ｕを算出する。切替温度ＴＳは、現在設定されている目標温度ＴＴ以下の温度である。

本実施形態において、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達する前は、比例項Ｋ_pΔＴを含む以下の式（１）により操作量Ｕを算出する。
Ｕ_n＝Ｋ_pΔＴ_n ・・・（１）
ここで、Ｋ_pは、予め設定した固定値としての比例ゲインであり、正の値である。また、各変数に付した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。

本実施形態では、偏差ΔＴとして、以下の式（２）で表される、目標温度ＴＴから検出温度Ｔを引いた値を用いる。
ΔＴ_n＝ＴＴ_n－Ｔ_n ・・・（２）

また、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達した後は、比例項Ｋ_pΔＴと積分項Ｋ_iＩとの和を含む以下の式（３）により操作量Ｕを算出する。
Ｕ_n＝Ｋ_pΔＴ_n＋Ｋ_iＩ_n ・・・（３）
ここで、Ｋ_iは、予め設定した固定値としての積分ゲインであり、正の値である。

また、Ｉは、偏差ΔＴの積分値であり、一例として、以下の式（４）により算出することができる。
Ｉ_n＝Ｉ_n-1＋ｔｓΔＴｉ_n ・・・（４）
ここで、ｔｓは、サンプリングの時間間隔である。また、ΔＴｉは、積分項Ｋ_iＩで用いる偏差（以下、「積分項偏差」という。）である。積分項偏差ΔＴｉについては後述する。

また、制御部１００は、目標温度ＴＴ（ＴＴ_n-1）を所定値ＴＴｔｈ以上異なる新たな目標温度ＴＴ（ＴＴ_n）に変更した場合、積分値Ｉを第１の値にリセットする。本実施形態において、第１の値は０であり、リセットが行なわれると積分項Ｋ_iＩの値は０となる。また、所定値ＴＴｔｈは、１０℃以上であることが望ましく、一例として、１５～２０℃に設定することができる。

以上の制御部１００による制御をより具体的に説明すると、図３に示すように、制御部１００は、目標温度ＴＴを、例えば、第１の目標温度ＴＴ１に設定し、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１に到達する前、すなわち、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１未満の場合は、比例項Ｋ_pΔＴを含み、かつ、積分項Ｋ_iＩを含まない上記の式（１）により操作量Ｕを算出するＰ制御を実行する。

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。一例として、第１の切替温度ＴＳ１は、第１の目標温度ＴＴ１よりも１０～４０℃低い温度として設定することができる。この場合、第１の切替温度ＴＳ１は、第１の目標温度ＴＴ１よりも１５～２０℃低い温度として設定することが望ましい。

制御部１００は、目標温度ＴＴを第１の目標温度ＴＴ１に設定した後に、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１に到達した後、すなわち、検出温度Ｔが第１の切替温度ＴＳ１以上となった場合は、その後、比例項Ｋ_pΔＴと積分項Ｋ_iＩとの和を含む上記の式（３）により操作量Ｕを算出するＰＩ制御を実行する。

また、制御部１００は、目標温度ＴＴを、第１の目標温度ＴＴ１から、所定値ＴＴｔｈ以上低い（ＴＴ１－ＴＴ２≧ＴＴｔｈを満たす）新たな第２の目標温度ＴＴ２に変更した場合、積分値Ｉを０にリセットする。制御部１００は、目標温度ＴＴを第２の目標温度ＴＴ２に設定し、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２に到達する前、すなわち、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２よりも高い場合は、上記の式（１）により操作量Ｕを算出するＰ制御を実行する。

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（５）を満たすような値に設定されている。
ＴＴ１－ＴＳ１＞ＴＴ２－ＴＳ２ ・・・（５）

制御部１００は、目標温度ＴＴを第２の目標温度ＴＴ２に設定した後に、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２に到達した後、すなわち、検出温度Ｔが第２の切替温度ＴＳ２以下となった場合は、その後、上記の式（３）により操作量Ｕを算出するＰＩ制御を実行する。

また、図４に示すように、制御部１００は、目標温度ＴＴを、第１の目標温度ＴＴ１から、所定値ＴＴｔｈ以上高い（ＴＴ３－ＴＴ１≧ＴＴｔｈを満たす）新たな第３の目標温度ＴＴ３に変更した場合、積分値Ｉを０にリセットする（図示省略）。制御部１００は、目標温度ＴＴを第３の目標温度ＴＴ３に設定し、検出温度Ｔが第３の切替温度ＴＳ３に到達する前、すなわち、検出温度Ｔが第３の切替温度ＴＳ３未満の場合は、上記の式（１）により操作量Ｕを算出するＰ制御を実行する。

第３の切替温度ＴＳ３は、第３の目標温度ＴＴ３よりも低い温度として設定されている。一例として、第３の切替温度ＴＳ３は、第３の目標温度ＴＴ３よりも１０～４０℃低い温度として設定することができる。この場合、第３の切替温度ＴＳ３は、第３の目標温度ＴＴ３よりも１５～２０℃低い温度として設定することが望ましい。

制御部１００は、目標温度ＴＴを第３の目標温度ＴＴ３に設定した後に、検出温度Ｔが第３の切替温度ＴＳ３に到達した後、すなわち、検出温度Ｔが第３の切替温度ＴＳ３以上となった場合は、その後、上記の式（３）により操作量Ｕを算出するＰＩ制御を実行する。

図３および図４に示すように、制御部１００は、目標温度ＴＴ（ＴＴ１）を所定値ＴＴｔｈ以上異なる新たな目標温度ＴＴ（ＴＴ２またはＴＴ３）に変更し、積分値Ｉを０にリセットしたときにフラグＦＬを０とする。また、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達したときにフラグＦＬを１とする。制御部１００は、フラグＦＬが０の場合、上記の式（１）により操作量Ｕを算出するＰ制御を実行し、フラグＦＬが１の場合、上記の式（３）により操作量Ｕを算出するＰＩ制御を実行する。なお、フラグＦＬの初期値は０である。

制御部１００は、上記の式（３）により操作量Ｕを算出するＰＩ制御において、積分項偏差ΔＴｉを所定範囲内に制限する。具体的には、制御部１００は、検出温度Ｔが目標温度ＴＴ以下（すなわち、ΔＴ≧０）であって偏差ΔＴが第１制限値Ｌ１以上の場合（ΔＴ≧Ｌ１）、積分項偏差ΔＴｉとして第１制限値Ｌ１を用いる。また、制御部１００は、検出温度Ｔが目標温度ＴＴ以上（すなわち、ΔＴ≦０）であって偏差ΔＴが第２制限値－Ｌ２以下の場合（ΔＴ≦－Ｌ２（Ｌ２は正の値とする。））、積分項偏差ΔＴｉとして第２制限値－Ｌ２を用いる。

また、制御部１００は、偏差ΔＴが第２制限値－Ｌ２よりも大きく、かつ、第１制限値Ｌ１未満の場合（－Ｌ２＜ΔＴ＜Ｌ１）、積分項偏差ΔＴｉとして偏差ΔＴを用いる。このように、制御部１００は、積分項偏差ΔＴｉを、第１制限値Ｌ１以下、かつ、第２制限値－Ｌ２以上の範囲内に制限する（－Ｌ２≦ΔＴｉ≦Ｌ１）。

本実施形態において、第１制限値Ｌ１および第２制限値－Ｌ２は、予め設定された温度差を示す値である。第１制限値Ｌ１および第２制限値－Ｌ２は、絶対値Ｌ１，Ｌ２が２～８℃であることが望ましい。また、本実施形態において、第１制限値Ｌ１および第２制限値－Ｌ２は、絶対値Ｌ１，Ｌ２が等しい値に設定されている（Ｌ１＝Ｌ２）。一例として、第１制限値Ｌ１および第２制限値－Ｌ２は、絶対値Ｌ１，Ｌ２が５℃である。

図２に示すように、制御部１００は、通電処理において、算出処理で算出した操作量Ｕに対応したデューティ比を設定し、設定したデューティ比に基づいてヒータ８３への通電を制御する。図５に示すように、制御部１００は、交流正弦波ＳＷの半波ＨＷを単位とした波数制御により、設定したデューティ比でヒータ８３に通電する。

一例として、制御部１００は、デューティ比が３３％の場合、連続する３つの半波ＨＷのうち１つの半波ＨＷで通電を行い、他の２つの半波ＨＷで通電を行わない。また、デューティ比が４０％の場合、連続する５つの半波ＨＷのうち２つの半波ＨＷで通電を行い、他の３つの半波ＨＷで通電を行わない。また、制御部１００は、デューティ比が４３％の場合、連続する７つの半波ＨＷのうち３つの半波ＨＷで通電を行い、他の４つの半波ＨＷで通電を行わない。また、デューティ比が５０％の場合、連続する２つの半波ＨＷのうち一方の半波ＨＷで通電を行い、他方の半波ＨＷで通電を行わない。

制御部１００のヒータコントローラ１４０は、図６に示すようなマップによってスイッチング回路１５０を駆動させる。図６に示すように、制御部１００は、算出処理で算出した操作量Ｕが所定操作量Ｕｔｈ以上の場合、デューティ比を１００％とする。また、制御部１００は、操作量Ｕが所定操作量Ｕｔｈ未満の場合、図６のマップに基づき、デューティ比を段階的に小さい値とする。また、制御部１００は、操作量Ｕが０以下の場合、デューティ比を０％とする。

次に、制御部１００の動作（レーザプリンタ１の制御方法）について説明する。制御部１００は、図７に示す動作を所定の制御サイクル（時間ｔｓ）ごとに繰り返し実行している。
図７に示すように、制御部１００は、目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1に対し所定値ＴＴｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１１）。

目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1に対し所定値ＴＴｔｈ以上である場合（Ｓ１１，Ｙｅｓ）、すなわち、目標温度ＴＴ_n-1を所定値ＴＴｔｈ以上異なる新たな目標温度ＴＴ_nに変更した場合、制御部１００は、積分値Ｉ_nを０にリセットし（Ｓ１２）、フラグＦＬを０とする（Ｓ１３）。その後、制御部１００は、ステップＳ１５に進む。

また、目標温度ＴＴ_nが目標温度ＴＴ_n-1に対し所定値ＴＴｔｈ以上でない場合（Ｓ１１，Ｎｏ）、具体的には、目標温度ＴＴ_nを目標温度ＴＴ_n-1から変更していない場合や、目標温度ＴＴ_nを目標温度ＴＴ_n-1から変更はしたが変更幅が所定値ＴＴｔｈ未満である場合、制御部１００は、フラグＦＬが１であるか否かを判定する（Ｓ１４）。そして、フラグＦＬが１でない場合（Ｓ１４，Ｎｏ）、すなわち、フラグＦＬが０である場合、制御部１００は、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、制御部１００は、検出温度Ｔ_nが切替温度ＴＳに到達したか否かを判定する（Ｓ１５）。そして、検出温度Ｔ_nが切替温度ＴＳに到達していない場合（Ｓ１５，Ｎｏ）、制御部１００は、ステップＳ２３に進み、積分値Ｉ_nが０であるため、上記の式（１）により操作量Ｕ_nを算出する算出処理を実行する（Ｓ２３）。

一方、ステップＳ１５において、検出温度Ｔ_nが切替温度ＴＳに到達した場合（Ｓ１５，Ｙｅｓ）、制御部１００は、フラグＦＬを１とし（Ｓ１６）、ステップＳ１７に進む。また、ステップＳ１４において、フラグＦＬが１である場合（Ｓ１４，Ｎｏ）、制御部１００は、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７において、制御部１００は、偏差ΔＴ_nが第１制限値Ｌ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１７）。そして、制御部１００は、偏差ΔＴ_nが第１制限値Ｌ１以上である場合（Ｓ１７，Ｙｅｓ）、積分項偏差ΔＴｉ_nを第１制限値Ｌ１とし（Ｓ１９）、偏差ΔＴ_nが第１制限値Ｌ１以上でない場合（Ｓ１７，Ｎｏ）、偏差ΔＴ_nが第２制限値－Ｌ２以下であるか否かを判定する（Ｓ１８）。制御部１００は、偏差ΔＴ_nが第２制限値－Ｌ２以下である場合（Ｓ１８，Ｙｅｓ）、積分項偏差ΔＴｉ_nを第２制限値－Ｌ２とし（Ｓ２１）、偏差ΔＴ_nが第２制限値－Ｌ２以下でない場合（Ｓ１８，Ｎｏ）、積分項偏差ΔＴｉ_nを偏差ΔＴ_nとする（Ｓ２０）。

ステップＳ１９～Ｓ２１において、積分項偏差ΔＴｉ_nを決定した後、制御部１００は、積分値Ｉ_nを算出する（Ｓ２２）。そして、制御部１００は、上記の式（３）により操作量Ｕ_nを算出する算出処理を実行する（Ｓ２３）。

算出処理を実行した後、制御部１００は、算出した操作量Ｕ_nと図６のマップからデューティ比を設定する（Ｓ２４）。そして、制御部１００は、波数制御により設定したデューティ比でヒータ８３に通電する通電処理を実行し（Ｓ２５）、今回の動作を終了する。

以上説明した本実施形態によれば、積分項偏差ΔＴｉを所定範囲内（－Ｌ２≦ΔＴｉ≦Ｌ１）に制限することで、例えば、図８に示すような、加熱部８１の温度を上げる場合において、積分項偏差ΔＴｉが大きくなりすぎないので、当該積分項偏差ΔＴｉから算出される積分値Ｉが急激に増大するのを抑制することができる。なお、図９は、積分項偏差ΔＴｉとして偏差ΔＴを用い、積分項偏差ΔＴｉを制限しない場合のシミュレーション結果であるが、積分値Ｉが、図８に示した実施形態の場合よりも大きくなっている。本実施形態では、積分値Ｉが急激に増大するのを抑制できることで、加熱部８１の温度を上げるときに、図９に示す積分項偏差ΔＴｉを制限しない場合と比較して、オーバーシュート（特に一番最初のオーバーシュート）を抑制することができる。

また、本実施形態では、検出温度Ｔが目標温度ＴＴよりも低い切替温度ＴＳ未満の場合、積分項Ｋ_iＩを含まない上記の式（１）により操作量Ｕを算出するので、加熱部８１の温度を上げるときに積分値Ｉが急激に大きくなるのを抑制することができる。これにより、操作量Ｕが急激に大きくなるのを抑制することができるので、加熱部８１の温度が急激に増大するのをより抑制することができ、昇温時のオーバーシュートを良好に抑制することができる。

また、図示は省略するが、目標温度ＴＴを低い新たな目標温度ＴＴに設定して、加熱部８１の温度を下げる場合においても、積分項偏差ΔＴｉを所定範囲内（－Ｌ２≦ΔＴｉ≦Ｌ１）に制限することで、積分項偏差ΔＴｉの絶対値が大きくなりすぎないので、当該積分項偏差ΔＴｉから算出される積分値Ｉが急激に減少するのを抑制することができる。これにより、加熱部８１の温度を下げるときに、アンダーシュートを抑制することができる。このように、本実施形態によれば、加熱部８１の温度を上げるとき、下げるときのいずれもおいても、加熱部８１の温度変動を小さくすることができる。

また、本実施形態では、目標温度ＴＴを所定値ＴＴｔｈ以上異なる新たな目標温度ＴＴに変更した場合に積分値Ｉをリセットするので、目標温度ＴＴを低い目標温度ＴＴに変更した場合には、積分値Ｉのリセットにより、加熱部８１の温度を新たな目標温度ＴＴに早く近づけることができる。また、目標温度ＴＴを高い目標温度ＴＴに変更した場合には、積分値Ｉのリセットにより、加熱部８１の温度が急激に大きくなるのを抑制することができるので、オーバーシュートを抑制することができる。

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、制御部１００は、算出処理において、偏差ΔＴの微分値に比例する微分項Ｋ_dＤを加算した操作量Ｕを算出する構成であってもよい。

具体的には、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達する前は、以下の式（１）’により操作量Ｕを算出するＰＤ制御を実行する。すなわち、制御部１００は、比例項Ｋ_pΔＴと、微分項Ｋ_dＤとの和を含む操作量Ｕを算出する。
Ｕ_n＝Ｋ_pΔＴ_n＋Ｋ_dＤ_n ・・・（１）’
ここで、Ｋ_dは、予め設定した固定値としての微分ゲインであり、負の値である。

また、Ｄは、偏差ΔＴの微分値であり、一例として、以下の式（６）により算出することができる。
Ｄ_n＝（Ｔ_n－Ｔ_n-1）／ｔｓ ・・・（６）

また、制御部１００は、目標温度ＴＴを設定した後に検出温度Ｔが切替温度ＴＳに到達した後は、以下の式（３）’により操作量Ｕを算出するＰＩＤ制御を実行する。すなわち、制御部１００は、比例項Ｋ_pΔＴと、積分項Ｋ_iＩと、微分項Ｋ_dＤとの和を含む操作量Ｕを算出する。
Ｕ_n＝Ｋ_pΔＴ_n＋Ｋ_iＩ_n＋Ｋ_dＤ_n ・・・（３）’

このような構成によれば、応答を早くすることができるので、加熱部８１の温度変動をより小さくすることができる。

また、前記実施形態では、第１制限値Ｌ１および第２制限値－Ｌ２の絶対値Ｌ１，Ｌ２が等しい値であったが、これに限定されず、第１制限値および第２制限値は、絶対値が異なる値であってもよい。

また、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。

また、前記実施形態では、目標温度ＴＴを所定値ＴＴｔｈ以上異なる新たな目標温度ＴＴに変更した場合に積分値Ｉを０にリセットしたが、これに限定されない。例えば、０以外の値にリセットしてもよい。また、目標温度を所定値以上異なる新たな目標温度に変更した場合も積分値をリセットせずに、そのときの積分値をそのまま保持し、次のＰＩ制御が開始されたときに、保持していた積分値を用いて操作量を算出するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、温度検出部９が、加熱部８１の温度を直接検出するように設けられていたが、これに限定されない。例えば、温度検出部は、加圧部に対向して配置され、加熱部から熱が伝達される加圧部の温度を検出することで、加圧部を介して加熱部の温度を間接的に検出するものであってもよい。また、温度検出部は、ヒータの温度を直接検出するように設けられていてもよい。また、温度検出部は、サーミスタ以外の温度センサなどであってもよい。なお、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、前記実施形態では、加熱部８１として加熱ローラを例示したが、これに限定されず、例えば、加熱部は、ベルト定着方式の定着器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、加圧部８２として加圧ローラを例示したが、これに限定されず、例えば、加圧部は、ベルト状の部材などであってもよい。

また、前記実施形態では、ヒータ８３として、輻射熱を利用するハロゲンランプを例示したが、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、加熱部の内側ではなく、加熱部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、シート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、シート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、前記実施形態では、現像剤像形成部５としてプロセスカートリッジを例示したが、これに限定されない。例えば、画像形成装置が、シートにカラーの画像を形成可能であり、配列された複数の感光体ドラムを有するプロセスユニットと、複数の感光体ドラムに形成された現像剤像をシートに転写するための転写ベルトなどを有する転写ユニットとを備える場合には、現像剤像形成部は、プロセスユニットと転写ユニットを含む構成とすることができる。

また、前記した実施形態および変形例で説明した各要素は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

１ レーザプリンタ
５ 現像剤像形成部
８ 定着器
９ 温度検出部
８１ 加熱部
８３ ヒータ
１００ 制御部
Ｓ シート

Claims (10)

1. シートに現像剤像を形成する現像剤像形成部と、
   シートを加熱する加熱部、および、前記加熱部を加熱するヒータを有し、シートに現像剤像を定着させる定着器と、
   前記加熱部の温度を検出する温度検出部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ヒータの操作量を算出する算出処理と、
   前記算出処理で算出した操作量に基づいて前記ヒータに通電する通電処理と、を実行し、
   前記算出処理において、
   目標温度と検出温度との偏差に比例する比例項を含み、かつ、前記偏差の積分値に比例する積分項を含まない操作量を算出するＰ制御と、
   前記比例項と前記積分項との和を含む操作量を算出するＰＩ制御と、を実行可能であり、
   前記積分項で用いる偏差を所定範囲内に制限し、
   前記目標温度を、第１の目標温度から、所定値以上低い第２の目標温度に変更し、前記第２の目標温度で前記ＰＩ制御を実行して前記加熱部の温度を前記第２の目標温度に維持する場合、
   前記検出温度が前記第２の目標温度以下の切替温度よりも高い場合は、前記Ｐ制御を実行し、
   前記検出温度が前記切替温度以下となった場合は、前記ＰＩ制御を実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記算出処理において、
   前記目標温度を、前記第１の目標温度から、所定値以上高い第３の目標温度に変更し、前記第３の目標温度で前記ＰＩ制御を実行して前記加熱部の温度を前記第３の目標温度に維持する場合、
   前記検出温度が前記第３の目標温度よりも低い切替温度未満の場合は、前記Ｐ制御を実行し、
   前記検出温度が前記切替温度以上となった場合は、前記ＰＩ制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記算出処理において、
   前記目標温度を、前記第１の目標温度に設定し、前記第１の目標温度で前記ＰＩ制御を実行して前記加熱部の温度を前記第１の目標温度に維持する場合、
   前記検出温度が前記第１の目標温度よりも低い切替温度未満の場合は、前記Ｐ制御を実行し、
   前記検出温度が前記切替温度以上となった場合は、前記ＰＩ制御を実行する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. 前記制御部は、前記目標温度を所定値以上異なる新たな目標温度に変更した場合、前記積分値をリセットす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. 前記制御部は、前記算出処理において、前記偏差の微分値に比例する微分項を加算した操作量を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記算出処理において、
   前記偏差として、前記目標温度から前記検出温度を引いた値を用い、
   前記検出温度が前記目標温度以下であって前記偏差が第１制限値以上の場合、前記積分項で用いる偏差として前記第１制限値を用い、
   前記検出温度が前記目標温度以上であって前記偏差が第２制限値以下の場合、前記積分項で用いる偏差として前記第２制限値を用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１制限値および前記第２制限値は、絶対値が２～８℃であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記第１制限値および前記第２制限値は、絶対値が等しいことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記通電処理において、
   交流正弦波の半波を単位とした波数制御により操作量に対応したデューティ比で前記ヒータに通電し、
   操作量が所定操作量以上の場合、デューティ比を１００％とし、
   操作量が０以下の場合、デューティ比を０％とすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. シートに現像剤像を形成する現像剤像形成部と、シートを加熱する加熱部、および、前記加熱部を加熱するヒータを有し、シートに現像剤像を定着させる定着器と、を備えた画像形成装置の制御方法であって、
    前記ヒータの操作量を算出する算出処理と、
    前記算出処理で算出した操作量に基づいて前記ヒータに通電する通電処理と、を含み、
    前記算出処理において、
    目標温度と検出温度との偏差に比例する比例項を含み、かつ、前記偏差の積分値に比例する積分項を含まない操作量を算出するＰ制御と、
    前記比例項と前記積分項との和を含む操作量を算出するＰＩ制御と、を実行可能であり、
    前記積分項で用いる偏差を所定範囲内に制限し、
    前記目標温度を、第１の目標温度から、所定値以上低い第２の目標温度に変更し、前記第２の目標温度で前記ＰＩ制御を実行して前記加熱部の温度を前記第２の目標温度に維持する場合、
    前記検出温度が前記第２の目標温度以下の切替温度よりも高い場合は、前記Ｐ制御を実行し、
    前記検出温度が前記切替温度以下となった場合は、前記ＰＩ制御を実行することを特徴とする制御方法。

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