JP2019002988A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】用紙の搬送速度に依存することなく、定着ニップに用紙が進入する時刻を正確に決定する。【解決手段】本発明に係る画像形成装置１は、用紙にトナー像を定着させる定着ニップを形成する定着部２１と、定着部２１を加熱する加熱部２３と、定着部２１の実温度を検出する検出部２４と、を備えた定着装置１８と、定着部２１の目標温度と定着部２１の実温度の温度誤差に比例した比例要素と、温度誤差の積分値を含む積分要素と、温度誤差の微分値を含む微分要素と、に基づいて加熱部２３への供給電力を制御する制御部３１と、定着部２１の実温度の微分値の閾値を記憶する記憶部３３と、を備え、制御部３１は、定着部２１の実温度の微分値が閾値以下の負の値になる時刻を、定着ニップに用紙が進入する時刻として決定することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、用紙にトナー像を定着させる定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来、プリンターやＭＦＰ（Multi-Function Peripheral：複合機）などの画像形成装置は、熱と圧力を用いて用紙にトナー像を定着させる定着装置を備えている。この定着装置は、例えば、用紙にトナー像を定着させる定着ニップを形成する定着部と、定着部を加熱する加熱部と、を備えている。このような定着装置では、通常、定着部の実温度（実際の温度）を一定に保つ目的で、定着部の実温度に対してフィードバック制御が実行されている（特許文献１参照）。

特開２００３−３４５１７４号公報

上記のフィードバック制御においては、定着ニップに用紙が進入する時刻で、演算式の切り換えなどが実行される。そのため、定着ニップに用紙が進入する時刻を正確に決定することが求められる。

定着ニップに用紙が進入する時刻を決定する方法として、ある地点から定着ニップまでの用紙の搬送距離と用紙の搬送速度に基づいて定着ニップに用紙が進入する時刻を算出する方法が考えられる。しかしながら、このような方法を採用すると、用紙の搬送速度が変動した場合に、定着ニップに用紙が進入する時刻を正確に決定することが困難になる。

そこで、本発明は、用紙の搬送速度に依存することなく、定着ニップに用紙が進入する時刻を正確に決定することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、用紙にトナー像を定着させる定着ニップを形成する定着部と、前記定着部を加熱する加熱部と、前記定着部の実温度を検出する検出部と、を備えた定着装置と、前記定着部の目標温度と前記定着部の実温度の温度誤差に比例した比例要素と、前記温度誤差の積分値を含む積分要素と、前記温度誤差の微分値を含む微分要素と、に基づいて前記加熱部への供給電力を制御する制御部と、前記定着部の実温度の微分値の閾値を記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記定着部の実温度の微分値が前記閾値以下の負の値になる時刻を、前記定着ニップに用紙が進入する時刻として決定することを特徴とする。

前記制御部は、前記定着部の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる時刻を、前記定着ニップから用紙が排出される時刻として決定しても良い。

前記画像形成装置は、用紙の搬送方向において前記定着装置の上流側に設けられ、用紙を検出する用紙センサーを更に備え、前記記憶部は、前記用紙センサーが用紙を検出する時刻から前記定着部の実温度の微分値が前記閾値以下の負の値になる時刻までの所要時間を更に記憶し、前記制御部は、前記用紙センサーが用紙を検出した時刻に前記所要時間を加えることで、前記定着ニップに用紙が進入する時刻を算出しても良い。

前記制御部は、待機時における前記定着部の実温度のリップルを考慮して、前記閾値を決定しても良い。

前記記憶部は、前記積分要素の補正値を更に記憶し、前記制御部は、前記定着ニップに用紙が進入するタイミングで、前記積分要素を前記補正値によって補正しても良い。

前記記憶部は、前記積分要素の他の補正値を更に記憶し、前記制御部は、前記定着ニップから用紙が排出されるタイミングで、前記積分要素を前記他の補正値によって補正しても良い。

本発明によれば、用紙の搬送速度に依存することなく、定着ニップに用紙が進入する時刻を正確に決定することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の制御システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る定着装置と（１）式のみの定着装置において、定着ベルトの実温度と経過時間の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る定着装置において、温度誤差の積分値と経過時間の関係を示すグラフである。 （１）式のみの定着装置において、定着ベルトの実温度の微分値と経過時間の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態（以下、「本実施形態」と称する）について説明する。

まず、画像形成装置１の構成について説明する。

画像形成装置１は、例えば、プリント機能、コピー機能及びファックス機能等を複合的に備えた複合機である。図１に付される矢印Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｌｏは、それぞれ、画像形成装置１の左側、右側、上側、下側を示している。

図１を参照して、画像形成装置１は、装置本体２を備えている。装置本体２の上端部には、原稿画像を読み取るための画像読取装置３が設けられている。装置本体２の上部には、画像読取装置３の下側に排紙トレイ４が設けられている。装置本体２の上部には、排紙トレイ４の下側に４個のトナーコンテナ５が収容されている。４個のトナーコンテナ５は、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを収容している。

装置本体２の上部には、４個のトナーコンテナ５の下側に中間転写ベルト６が収容されている。装置本体２の上部には、中間転写ベルト６の下側に４個の画像形成部７が設けられている。４個の画像形成部７は、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーに対応している。各画像形成部７は、感光体ドラム８と、帯電装置９と、現像装置１０と、一次転写ローラー１１と、クリーニング装置１２と、を備えている。一次転写ローラー１１は、感光体ドラム８との間に中間転写ベルト６を挟み込んでおり、中間転写ベルト６と感光体ドラム８の間には一次転写ニップＮ１が形成されている。

装置本体２の中央部には、４個の画像形成部７の下側に露光装置１３が収容されている。装置本体２の下部には、露光装置１３の下側に３個の給紙カセット１４が収容されている。各給紙カセット１４には、それぞれ異なる大きさの用紙Ｓ（記録媒体）が収納されている。

装置本体２の右側部には、各給紙カセット１４から排紙トレイ４に至る用紙Ｓの搬送経路Ｐが設けられている。搬送経路Ｐの上流部には、３個の給紙部１５が設けられている。各給紙部１５は、各給紙カセット１４と対応する位置に設けられている。

搬送経路Ｐの中流部には、用紙センサー１６が設けられている。用紙センサー１６は、搬送経路Ｐを通過する用紙Ｓを検出可能に設けられている。搬送経路Ｐの中流部には、二次転写ローラー１７が設けられている。二次転写ローラー１７と中間転写ベルト６の間には、二次転写ニップＮ２が形成されている。

搬送経路Ｐの下流部には、定着装置１８が設けられている。定着装置１８は、定着ベルト２１（定着部の一例）と、定着ベルト２１の右側に設けられる加圧ローラー２２（定着部の一例）と、定着ベルト２１の左側に設けられる励磁コイル２３（加熱部の一例）と、定着ベルト２１の下側に設けられるサーミスター２４（検出部の一例）と、を備えている。定着ベルト２１と加圧ローラー２２は互いに接触しており、定着ベルト２１と加圧ローラー２２の間には定着ニップＮ３が形成されている。励磁コイル２３は、定着ベルト２１の周りに磁界を発生させ、定着ベルト２１を発熱させるように構成されている。つまり、励磁コイル２３は、定着ベルト２１を加熱可能に設けられている。サーミスター２４は、定着ベルト２１の実温度（実際の温度）を検出可能に設けられている。

次に、画像形成装置１の動作の一例について説明する。

まず、帯電装置９が感光体ドラム８の表面を帯電させる。次に、露光装置１３からの光（図１の点線矢印参照）によって、感光体ドラム８の表面に静電潜像が形成される。次に、現像装置１０が感光体ドラム８にトナーを供給することで、感光体ドラム８の表面に形成された静電潜像が現像され、感光体ドラム８にトナー像が担持される。このトナー像は、一次転写ニップＮ１において中間転写ベルト６の表面に一次転写される。以上のような動作が各画像形成部７において行われることで、中間転写ベルト６上にフルカラーのトナー像が形成される。なお、感光体ドラム８上に残留したトナーは、クリーニング装置１２によって除去される。

一方で、給紙部１５によって給紙カセット１４から取り出された用紙Ｓは、二次転写ニップＮ２に進入する。この二次転写ニップＮ２において、中間転写ベルト６上に形成されたフルカラーのトナー像が二次転写ローラー１７によって用紙Ｓに二次転写される。なお、トナー像を用紙Ｓに二次転写するタイミングは、二次転写ローラー１７の下側（用紙Ｓの搬送方向における上流側）に設けられた用紙センサー１６が用紙Ｓを検出する時刻からの経過時間によって決定される。

トナー像が二次転写された用紙Ｓは、定着装置１８の定着ニップＮ３に進入する。この定着ニップＮ３において、定着ベルト２１及び加圧ローラー２２によって用紙Ｓとトナー像が加熱及び加圧され、用紙Ｓにトナー像が定着される。なお、トナー像を用紙Ｓに定着させるタイミングは、定着装置１８の下側（用紙Ｓの搬送方向における上流側）に設けられた用紙センサー１６が用紙Ｓを検出する時刻からの経過時間によって決定される。トナー像が定着された用紙Ｓは、排紙トレイ４上に排出される。

次に、画像形成装置１の制御システムについて説明する。

図２を参照して、画像形成装置１は、制御部３１を備えている。制御部３１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成されている。制御部３１は、画像形成装置１の各部に接続されており、画像形成装置１の各部を制御している。

制御部３１は、用紙センサー１６に接続されており、用紙センサー１６が用紙Ｓを検出すると、用紙センサー１６から制御部３１に用紙検出信号が送信されるように構成されている。

制御部３１は、駆動回路３２に接続されており、駆動回路３２は定着装置１８の励磁コイル２３に接続されている。駆動回路３２は、制御部３１からの信号に基づいて励磁コイル２３に高周波電流を供給し、励磁コイル２３に定着ベルト２１を加熱させるように構成されている。

制御部３１は、定着装置１８のサーミスター２４に接続されており、サーミスター２４が定着ベルト２１の実温度を検出すると、サーミスター２４から制御部３１に定着ベルト２１の実温度が送信されるように構成されている。

制御部３１は、記憶部３３に接続されている。記憶部３３は、制御用のプログラムやデータを記憶している。記憶部３３は、ＲＡＭ３４（Random Access Memory）及びＲＯＭ３５（Read Only Memory）を備えている。

上記のように構成された画像形成装置１において、用紙Ｓにトナー像を確実に定着させるためには、定着ベルト２１の実温度を所定の温度領域（トナーを溶融可能な温度領域）内に保つことが要求される。このような要求に応えるために、本実施形態では、定着ベルト２１の実温度に対して制御部３１がＰＩＤ制御を実行している。以下、このＰＩＤ制御について、詳細に説明する。

定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御では、下記（１）式が基本式として用いられる。

ｕ（ｔ）：操作量（制御部３１の出力）
ｅ（ｔ）：温度誤差
Ｋ_ｐ：比例ゲイン
Ｋ_ｉ：積分ゲイン
Ｋ_ｄ：微分ゲイン

上記（１）式の温度誤差ｅ（ｔ）は、定着ベルト２１の目標温度から定着ベルト２１の実温度を差し引くことによって算出される。従って、定着ベルト２１の目標温度が定着ベルト２１の実温度よりも高い期間では温度誤差ｅ（ｔ）は正の値となり、定着ベルト２１の目標温度が定着ベルト２１の実温度よりも低い期間では温度誤差ｅ（ｔ）は負の値となる。定着ベルト２１の目標温度は、例えば、記憶部３３のＲＡＭ３４又はＲＯＭ３５に記憶されている。

上記（１）式の右辺の第１項は、定着ベルト２１の実温度に対する比例制御（Ｐ制御）を実行するための要素であり、以下、これを「比例要素」と称する。比例要素は、温度誤差ｅ（ｔ）に比例ゲインＫ_ｐを乗じることで、算出されている。

上記（１）式の右辺の第２項は、定着ベルト２１の実温度に対する積分制御（Ｉ制御）を実行するための要素であり、以下、これを「積分要素」と称する。積分要素は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで、算出されている。

上記（１）式の右辺の第３項は、定着ベルト２１の実温度に対する微分制御（Ｄ制御）を実行するための要素であり、以下、これを「微分要素」と称する。微分要素は、温度誤差ｅ（ｔ）の微分値に微分ゲインＫ_ｄを乗じることで、算出されている。

制御部３１は、上記（１）式によって算出される操作量ｕ（ｔ）に基づいて、励磁コイル２３への供給電力を制御する。例えば、制御部３１は、上記（１）式によって算出される操作量ｕ（ｔ）がＵ１であった場合に、駆動回路３２から励磁コイル２３に供給される電力のデューティー比をＤ１とすることで、励磁コイル２３への供給電力をＰ１とする。一方で、制御部３１は、上記（１）式によって算出される操作量ｕ（ｔ）がＵ２（＜Ｕ１）であった場合に、駆動回路３２から励磁コイル２３に供給される電力のデューティー比をＤ２（＜Ｄ１）とすることで、励磁コイル２３への供給電力をＰ２（＜Ｐ１）とする。

このようにして制御部３１が励磁コイル２３への供給電力を増減させると、励磁コイル２３によって加熱される定着ベルト２１の実温度も増減する。このように定着ベルト２１の実温度が増減すると、サーミスター２４が定着ベルト２１の実温度を検出し、制御部３１に送信する。制御部３１は、サーミスター２４から送信される定着ベルト２１の実温度を用いて操作量ｕ（ｔ）を再び算出し、この操作量ｕ（ｔ）に基づいて励磁コイル２３への供給電力を再び増減させる。

以上のように、制御部３１は、定着ベルト２１の目標温度と定着ベルト２１の実温度の温度誤差ｅ（ｔ）に比例した比例要素と、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を含む積分要素と、温度誤差ｅ（ｔ）の微分値を含む微分要素と、に基づいて励磁コイル２３への供給電力を制御することで、定着ベルト２１の実温度に対してＰＩＤ制御を実行している。

次に、定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を上記（１）式のみによって実行する定着装置１８（以下、「（１）式のみの定着装置１８」と称する）の課題について、図３を参照しつつ説明する。図３の時刻ｔ１は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻を示している。図３の時刻ｔ２は、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻を示している。

図３に示されるように、（１）式のみの定着装置１８では、時刻ｔ１において定着ベルト２１の実温度が急速に低下している。これは、定着ニップＮ３に進入した用紙Ｓによって定着ベルト２１の熱が奪われるためである。また、（１）式のみの定着装置１８では、定着ベルト２１の目標温度Ｔｔと定着ベルト２１の実温度の最大差が大きい。そのため、用紙Ｓにトナー像を定着させる動作が目標温度Ｔｔよりも極度に低い実温度で実行され、用紙Ｓへのトナー像の定着性が低下する恐れがある。そこで、本実施形態では以下のようにして、（１）式のみの定着装置１８の課題を解決している。

前述のように、積分要素には、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値が含まれている。この温度誤差ｅ（ｔ）の積分値は、定着ベルト２１の実温度に対する外乱量に応じて、一定の値に収束する。言い換えると、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値は、定着ベルト２１の実温度に対する外乱量を疑似的に示している。従って、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値に基づいて、定着ベルト２１の実温度に対する外乱量を推測することが可能である。

図４を参照して、待機時（励磁コイル２３によって定着ベルト２１を加熱しつつ、定着ニップＮ３を用紙Ｓが通過するまで待機している時）には、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値は、Ｃ１である。一方で、通紙時（定着ニップＮ３を用紙Ｓが通過している時）には、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値は、Ｃ２である。Ｃ１よりもＣ２が大きいのは、通紙時に用紙Ｓが定着ベルト２１の熱を奪うため、通紙時の方が待機時よりも定着ベルト２１の実温度に対する外乱量が大きいからである。

上記のＣ１とＣ２は、画像形成装置１の使用開始前の段階（例えば、画像形成装置１の検査段階）において計測され、積分要素の補正値として記憶部３３のＲＡＭ３４に記憶されている。なお、通紙時に定着ベルト２１から用紙Ｓが奪う熱量は、用紙Ｓの種類によって異なる。そのため、記憶部３３のＲＡＭ３４には、上記のＣ１とＣ２が用紙Ｓの種類ごとに記憶されている。

制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙が進入する時刻ｔ１（定着ニップＮ３に用紙が進入するタイミングの一例）の前は、上記（１）式によって定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行する。言い換えると、制御部３１は、時刻ｔ１の前は、積分要素をＣ１やＣ２によって補正せずに、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで、積分要素を算出する。

一方で、制御部３１は、時刻ｔ１以後は、下記（２）式によって定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行する。

上記（２）式に示されるように、制御部３１は、時刻ｔ１以後は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値とＣ２の和に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで、積分要素を算出する。つまり、制御部３１は、時刻ｔ１で、積分要素をＣ２によって補正する。また、制御部３１は、時刻ｔ１で温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を０にリセットし、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の演算を時刻ｔ１からリスタートする。

また、制御部３１は、定着ニップＮ３から用紙が排出される時刻ｔ２（定着ニップＮ３から用紙が排出されるタイミングの一例）以後は、下記（３）式によって定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行する。

上記（３）式に示されるように、制御部３１は、時刻ｔ２以後は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値とＣ１の和に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで、積分要素を算出する。つまり、制御部３１は、時刻ｔ２で、積分要素をＣ１によって補正する。また、制御部３１は、時刻ｔ２で温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を０にリセットし、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の演算を時刻ｔ２からリスタートする。

以上のように、本実施形態では、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１で、制御部３１が積分要素をＣ２（補正値）によって補正している。言い換えると、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１をトリガーにして、積分要素の値を変更している。このような構成を採用することで、通紙時の外乱量に適した積分要素を用いて、通紙時の定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行することが可能となる。その結果、図３に示されるように、（１）式のみの定着装置１８よりも、定着ベルト２１の目標温度Ｔｔと定着ベルト２１の実温度の最大差を小さくすることが可能となる。これに伴って、定着ベルト２１の実温度を安定させることが可能となり、用紙Ｓへのトナー像の定着性を向上させることができる。

また、本実施形態では、制御部３１による演算の結果である積分要素の値を変更することで、新たな部品を追加することなく、定着ベルト２１の実温度を安定させることが可能となっている。なお、本実施形態では、定着ベルト２１の実温度に対してデジタル制御が実行されており、積分要素の値は容易に変更可能である。

また、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２で、制御部３１が積分要素をＣ１（他の補正値）によって補正している。このような構成を採用することで、待機時の外乱量に適した積分要素を用いて、待機時の定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行することが可能となる。

また、記憶部３３のＲＡＭ３４には、上記のＣ１とＣ２が用紙Ｓの種類ごとに記憶されている。そのため、様々な種類の用紙Ｓに適した積分要素を用いて、定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行することが可能となる。そのため、様々な種類の用紙Ｓに対して、トナー像を確実に定着させることが可能となる。

また、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１の前は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで積分要素を算出し、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１以後は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値とＣ２の和に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで積分要素を算出している。このような構成を採用することで、積分要素の中身を過度に複雑化することなく、待機時及び通紙時の外乱量に適した積分要素を設定することが可能となる。

また、記憶部３３のＲＡＭ３は、通紙時の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値であるＣ２を補正値として記憶し、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１で温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を０にリセットしている。このような構成を採用することで、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する前の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値に依存することなく、積分要素を正確な値に補正することが可能となる。

次に、上記のように構成された画像形成装置１において、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１（定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入するタイミングの一例）を決定する方法について、図５を参照しつつ説明する。

図５は、（１）式のみの定着装置１８において、定着ベルト２１の実温度の微分値と経過時間の関係を示すグラフである。図５に示されるように、定着ベルト２１の実温度の微分値には、閾値Ｔｈ（Ｔｈ＜０）が設定されている。閾値Ｔｈは、記憶部３３のＲＡＭ３４又はＲＯＭ３５に記憶されている。

（１）式のみの定着装置１８では、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１において、用紙Ｓによって定着ベルト２１の熱が奪われるため、定着ベルト２１の実温度の微分値が閾値Ｔｈよりも大きな値から閾値Ｔｈ以下の負の値まで低下する。このように、定着ベルト２１の実温度の微分値が閾値Ｔｈよりも大きな値から閾値Ｔｈ以下の負の値になる時刻は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１と一致している。そこで、制御部３１は、定着ベルト２１の実温度の微分値が閾値Ｔｈよりも大きな値から閾値Ｔｈ以下の負の値になる時刻を、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１として決定する。このような決定方法を採用することで、用紙Ｓの搬送速度に依存することなく、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１を正確に決定することが可能となる。

次に、上記のように構成された画像形成装置１において、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１（定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入するタイミングの一例）を算出する方法について、説明する。

記憶部３３のＲＡＭ３４又はＲＯＭ３５には、用紙センサー１６が用紙Ｓを検出する時刻ｔ０から定着ベルト２１の実温度の微分値が閾値Ｔｈよりも大きな値から閾値Ｔｈ以下の負の値になる時刻までの所要時間ｔａが、記憶されている。なお、この所要時間ｔａは、画像形成装置１の使用開始前の段階（例えば、画像形成装置１の検査段階）において、（１）式のみの定着装置１８を用いて計測されている。

制御部３１は、用紙センサー１６が用紙Ｓを検出した時刻に所要時間ｔａを加えることで、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１を算出する。このような算出方法を採用することで、用紙Ｓの搬送速度に依存することなく、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１を正確に算出することが可能となる。

次に、上記のように構成された画像形成装置１において、閾値Ｔｈの決定方法について説明する。

例えば、定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行しない場合に、待機時における定着ベルト２１の実温度のリップル（以下、「待機リップル」と称する）の温度幅が±１０℃、待機リップルの周期が０．１Ｈｚであったとする。このような特性を有する機種に対して、０．１Ｈｚで２０ｄＢのゲインを持つように各ゲインＫ_ｐ、Ｋ_ｉ、Ｋ_ｄを設定した上で、定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行すると、待機リップルの温度幅は約±１℃となる。以上のように、定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行した際の待機リップルは、各ゲインＫ_ｐ、Ｋ_ｉ、Ｋ_ｄの設定及び機種の特性から推測することが可能である。

制御部３１は、上記のように推測された待機リップルを考慮して、閾値Ｔｈを決定する。具体的には、制御部３１は、上記のように推測された待機リップルの微分値が閾値Ｔｈ以下の負の値とならないように、閾値Ｔｈを決定する。このような決定方法を採用することで、待機リップルの微分値が負の値になる時刻を定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻と誤認してしまうのを抑制することが可能となる。

次に、上記のように構成された画像形成装置１において、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２（定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出されるタイミングの一例）を決定する方法について、図５を参照しつつ説明する。

（１）式のみの定着装置１８では、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２において、用紙Ｓによって定着ベルト２１の熱が奪われなくなるため、定着ベルト２１の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる。このように、定着ベルト２１の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる時刻は、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２と一致している。そこで、制御部３１は、定着ベルト２１の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる時刻を、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２として決定する。このような決定方法を採用することで、用紙Ｓの搬送速度に依存することなく、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２を正確に決定することが可能となる。

次に、上記のように構成された画像形成装置１において、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２（定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出されるタイミングの一例）を算出する方法について、説明する。

記憶部３３のＲＡＭ３４又はＲＯＭ３５には、用紙センサー１６が用紙Ｓを検出する時刻ｔ０から定着ベルト２１の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる時刻までの所要時間ｔｂが、記憶されている。なお、この所要時間ｔｂは、画像形成装置１の使用開始前の段階（例えば、画像形成装置１の検査段階）において、（１）式のみの定着装置１８を用いて計測されている。制御部３１は、用紙センサー１６が用紙Ｓを検出した時刻に所要時間ｔｂを加えることで、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２を算出する。このような算出方法を採用することで、用紙Ｓの搬送速度に依存することなく、定着ニップＮ３から用紙Ｓが排出される時刻ｔ２を正確に算出することが可能となる。

本実施形態では、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙が進入する時刻ｔ１以後は、上記（２）式によって定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行する。一方で、他の異なる実施形態では、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙が進入する時刻ｔ１以後は、下記（４）式によって定着ベルト２１の実温度に対するＰＩＤ制御を実行しても良い。

上記（４）式に示されるように、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙が進入する時刻ｔ１以後は、温度誤差ｅ（ｔ）の積分値とＸ（補正値）の和に積分ゲインＫ_ｉを乗じることで、積分要素を算出する。つまり、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙が進入する時刻ｔ１で、積分要素をＸによって補正する。上記のＸは、通紙時の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値であるＣ２から待機時の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値の収束値であるＣ１を差し引いた値であり、記憶部３３のＲＡＭ３４又はＲＯＭ３５に記憶されている。また、制御部３１は、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１で温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を０にリセットせずに、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１以後も定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１の前の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値を維持する。このような構成を採用することで、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１の前の温度誤差ｅ（ｔ）の積分値に基づいて、積分要素を容易に補正することが可能となる。

本実施形態では、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入するタイミングとして、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻ｔ１が設定されている。一方で、他の異なる実施形態では、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入するタイミングとして、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入する時刻の直前の時刻が設定されていても良い。つまり、定着ニップＮ３に用紙Ｓが進入するタイミングは、時刻ｔ１を含む時間帯を意味しており、時刻ｔ１と必ずしも完全に一致していなくても良い。これは、定着ニップＮ３から用紙が排出されるタイミングと時刻ｔ２との関係についても同様である。

本実施形態では、定着ベルト２１を定着部として用いている。一方で、他の異なる実施形態では、定着ベルト２１以外の部材（例えば、定着ローラー）を定着部として用いても良い。

本実施形態では、加圧ローラー２２を定着部として用いている。一方で、他の異なる実施形態では、加圧ローラー２２以外の部材（例えば、加圧ベルト）を定着部として用いても良い。

本実施形態では、励磁コイル２３を加熱部として用いている。一方で、他の異なる実施形態では、励磁コイル２３以外の部材（例えば、ハロゲンヒーター）を加熱部として用いても良い。

本実施形態では、サーミスター２４を検出部として用いている。一方で、他の異なる実施形態では、サーミスター２４以外の部材（例えば、サーモパイル）を検出部として用いても良い。

本実施形態では、画像形成装置１が複合機である。一方で、他の異なる実施形態では、画像形成装置１がプリンター、コピー機、ファクシミリ等であっても良い。

１ 画像形成装置
１６ 用紙センサー
１８ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着部の一例）
２２ 加圧ローラー（定着部の一例）
２３ 励磁コイル（加熱部の一例）
２４ サーミスター（検出部の一例）
３１ 制御部
３３ 記憶部
Ｎ３ 定着ニップ
Ｓ 用紙

Claims (6)

1. 用紙にトナー像を定着させる定着ニップを形成する定着部と、前記定着部を加熱する加熱部と、前記定着部の実温度を検出する検出部と、を備えた定着装置と、
   前記定着部の目標温度と前記定着部の実温度の温度誤差に比例した比例要素と、前記温度誤差の積分値を含む積分要素と、前記温度誤差の微分値を含む微分要素と、に基づいて前記加熱部への供給電力を制御する制御部と、
   前記定着部の実温度の微分値の閾値を記憶する記憶部と、を備え、
   前記制御部は、前記定着部の実温度の微分値が前記閾値以下の負の値になる時刻を、前記定着ニップに用紙が進入する時刻として決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記定着部の実温度の微分値が負の値から正の値に切り換わる時刻を、前記定着ニップから用紙が排出される時刻として決定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. 用紙の搬送方向において前記定着装置の上流側に設けられ、用紙を検出する用紙センサーを更に備え、
   前記記憶部は、前記用紙センサーが用紙を検出する時刻から前記定着部の実温度の微分値が前記閾値以下の負の値になる時刻までの所要時間を更に記憶し、
   前記制御部は、前記用紙センサーが用紙を検出した時刻に前記所要時間を加えることで、前記定着ニップに用紙が進入する時刻を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、待機時における前記定着部の実温度のリップルを考慮して、前記閾値を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記記憶部は、前記積分要素の補正値を更に記憶し、
   前記制御部は、前記定着ニップに用紙が進入するタイミングで、前記積分要素を前記補正値によって補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記記憶部は、前記積分要素の他の補正値を更に記憶し、
   前記制御部は、前記定着ニップから用紙が排出されるタイミングで、前記積分要素を前記他の補正値によって補正することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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