(57)【要約】【課題】定着工程における温度制御において、加熱対象の熱環境を考慮した温度制御を実現する技術を提供する。【解決手段】本発明は、トナーカートリッジから供給されたトナーを熱定着させる定着部を有する画像形成装置を提供する。このトナーカートリッジは、トナーカートリッジの熱的な特性を表すカートリッジ熱特性情報を格納するカートリッジ熱特性情報格納部を有する。この画像形成装置は、画像形成装置の熱的な特性を表す装置熱特性情報を格納する装置熱特性情報格納部と、トナーカートリッジを着脱可能に構成されたカートリッジ装着部と、定着部を加熱する加熱部と、トナーカートリッジからカートリッジ熱特性情報を読み出す読み出し部と、読み出されたカートリッジ熱特性情報と装置熱特性情報とに応じて、加熱部を制御する定着温度制御部と、を備える。【選択図】図１１
2010128010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーカートリッジから供給されたトナーを熱定着させる定着部を有する画像形成装置であって、
前記トナーカートリッジは、前記トナーカートリッジの熱的な特性を表すカートリッジ熱特性情報を格納するカートリッジ熱特性情報格納部を有し、
前記画像形成装置は、
前記画像形成装置の熱的な特性を表す装置熱特性情報を格納する装置熱特性情報格納部と、
前記トナーカートリッジを着脱可能に構成されたカートリッジ装着部と、
前記定着部を加熱する加熱部と、
前記トナーカートリッジから前記カートリッジ熱特性情報を読み出す読み出し部と、
前記読み出されたカートリッジ熱特性情報と前記装置熱特性情報とに応じて、前記加熱部を制御する定着温度制御部と、
を備える画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置であって、
前記装置熱特性情報は、前記画像形成装置の熱容量を表す装置熱容量情報を含み、
前記カートリッジ熱特性情報は、前記トナーカートリッジの熱容量を表すカートリッジ熱容量情報を含み、
前記定着温度制御部は、前記カートリッジ熱容量情報と前記装置熱容量情報とに応じて、前記加熱部への単位時間当たりの熱供給量を操作する画像形成装置。
【請求項３】
請求項２記載の画像形成装置であって、
前記定着温度制御部は、周期的なオンオフ信号を前記加熱部に供給して、前記熱供給量の操作を行う画像形成装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の画像形成装置であって、
前記カートリッジ熱容量情報は、トナー量に応じた熱容量を表す情報であるトナー量熱容量情報を含み、
前記画像形成装置は、前記トナーカートリッジ内のトナー残量を決定するトナー残量決定部を備え、
前記定着温度制御部は、前記決定されたトナー残量と、前記トナー量熱容量情報とに応じて、前記トナーカートリッジの熱容量を決定する画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置であって、
前記定着温度制御部は、前記加熱部による加熱開始前に、前記カートリッジ熱特性情報を更新する画像形成装置。
【請求項６】
画像形成装置にトナーを供給するトナーカートリッジであって、
前記トナーカートリッジの熱的な特性を表すカートリッジ熱特性情報を格納するカートリッジ熱特性情報格納部と、
前記画像形成装置からの要求に応じて、前記カートリッジ熱特性情報を出力するインターフェース回路と、
を備え、
前記画像形成装置は、前記画像形成装置の熱的な特性を表す装置熱特性情報を格納する装置熱特性情報格納部と、前記トナーカートリッジを着脱可能に構成されたカートリッジ装着部と、前記定着部を加熱する加熱部と、前記トナーカートリッジから前記カートリッジ熱特性情報を読み出す読み出し部と、前記読み出されたカートリッジ熱特性情報と前記装置熱特性情報とに応じて、前記加熱部を制御する定着温度制御部と、を備えるトナーカートリッジ。
【請求項７】
画像形成装置にトナーを供給するトナーカートリッジが有する記憶媒体に格納され、前記画像形成装置に温度制御を実行させるコンピュータプログラムであって、
前記画像形成装置は、前記画像形成装置の熱的な特性を表す装置熱特性情報を格納する装置熱特性情報格納部と、前記トナーカートリッジを着脱可能に構成されたカートリッジ装着部と、前記定着部を加熱する加熱部と、前記カートリッジ熱特性情報と前記装置熱特性情報とに応じて、前記加熱部を制御する定着温度制御部と、を備え、
前記コンピュータプログラムは、
前記トナーカートリッジの熱的な特性を表すカートリッジ熱特性情報を格納するカートリッジ熱特性情報格納部を備えるトナーカートリッジから前記カートリッジ熱特性情報を読み出す機能と、
前記カートリッジ熱特性情報と前記装置熱特性情報とに応じて、前記加熱部を制御する機能と、
を前記画像形成装置に実現させるプログラムを含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置の定着温度の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真による画像形成は、一般的に印刷用紙その他の被定着物に転写したトナーを加熱し、被定着物にトナーを熱定着させる定着工程を備えている。定着工程の温度制御においては、トナーを定着させるための熱的条件がトナーの熱特性に応じて変動することに着目して、トナー固有の温度制御情報をトナーカートリッジが有する記憶媒体に記憶させて画像形成装置に利用可能とする技術も提案されている（特許文献１）。
【０００３】
しかし、特許文献１の技術は、トナーを定着させるための熱的条件というトナーの物性の変動に着目した定常状態における温度制御を最適化する技術にすぎず、加熱対象である定着ローラの熱環境（トナーカートリッジやプリンタ本体の熱特性）を考慮した温度制御については十分な検討がなされていなかった。
【特許文献１】特開２００２−１４８９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するために完成されたものであって、定着工程における温度制御において、加熱対象の熱環境を考慮した温度制御を実現する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[適用例１]
トナーカートリッジから供給されたトナーを熱定着させる定着部を有する画像形成装置であって、
前記トナーカートリッジは、前記トナーカートリッジの熱的な特性を表すカートリッジ熱特性情報を格納するカートリッジ熱特性情報格納部を有し、
前記画像形成装置は、
前記画像形成装置の熱的な特性を表す装置熱特性情報を格納する装置熱特性情報格納部と、
前記トナーカートリッジを着脱可能に構成されたカートリッジ装着部と、
前記定着部を加熱する加熱部と、
前記トナーカートリッジから前記カートリッジ熱特性情報を読み出す読み出し部と、
前記読み出されたカートリッジ熱特性情報と前記装置熱特性情報とに応じて、前記加熱部を制御する定着温度制御部と、
を備える画像形成装置。
【０００６】
適用例１の画像形成装置は、カートリッジ熱特性情報と装置熱特性情報とに応じて加熱部を制御することができるので、加熱対象の熱環境に適した温度制御を実現することができる。
【０００７】
[適用例２]
適用例１の画像形成装置であって、
前記装置熱特性情報は、前記画像形成装置の熱容量を表す装置熱容量情報を含み、
前記カートリッジ熱特性情報は、前記トナーカートリッジの熱容量を表すカートリッジ熱容量情報を含み、
前記定着温度制御部は、前記カートリッジ熱容量情報と前記装置熱容量情報とに応じて、前記加熱部への単位時間当たりの熱供給量を操作する画像形成装置。
【０００８】
適用例２の画像形成装置は、カートリッジ熱容量情報と装置熱容量情報とに応じて加熱部への単位時間当たりの熱供給量を操作することができるので、装置の熱容量やカートリッジの熱容量を考慮して、温度制御の応答特性を改善することができる。応答特性の改善例としては、たとえば温度超過を抑制しつつ即応性を実現することができる。
【０００９】
[適用例３]
適用例２の画像形成装置であって、
前記定着温度制御部は、周期的なオンオフ信号を前記加熱部に供給して、前記熱供給量の操作を行う画像形成装置。
【００１０】
適用例３の画像形成装置は、周期的なオンオフ信号を加熱部に供給して熱供給量の操作を行うことができるので、実時間で連続的な熱供給量の操作を実現することができる。
【００１１】
[適用例４]
適用例２または３の画像形成装置であって、
前記カートリッジ熱容量情報は、トナー量に応じた熱容量を表す情報であるトナー量熱容量情報を含み、
前記画像形成装置は、前記トナーカートリッジ内のトナー残量を決定するトナー残量決定部を備え、
前記定着温度制御部は、前記決定されたトナー残量と、前記トナー量熱容量情報とに応じて、前記トナーカートリッジの熱容量を決定する画像形成装置。
【００１２】
適用例４の画像形成装置は、決定されたトナー残量とトナー量熱容量情報とに応じてトナーカートリッジの熱容量を決定することができるので、トナー残量の変動に起因する熱容量の変動をも考慮して、定着部の周囲の熱環境に適した温度制御を実現することができる。なお、「トナー残量」は、トナーの使用量によって決定する値なので（たとえばトナー残量はカートリッジ開封時のトナー量からトナーの使用量を減じた値としても定義可能）、トナーの使用量に相関を有する量をも含む広い意味を有している。
【００１３】
[適用例５]
適用例１ないし４のいずれかの画像形成装置であって、
前記定着温度制御部は、前記加熱部による加熱開始前に、前記カートリッジ熱特性情報を更新する画像形成装置。
【００１４】
適用例５の画像形成装置は、前記加熱部による加熱開始前に、前記カートリッジ熱特性情報を更新することができるので、たとえば直前の印刷ジョブにおいて過度にトナーを使用してカートリッジの熱容量が低下しても適切に温度超過が抑制されることになる。これにより、温度制御の即応性を実現するとともに、高い信頼性で過剰な昇度を回避することができる。
【００１５】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、たとえば画像形成装置方法、温度制御方法、トナーカートリッジ、さらには、温度制御を実現するコンピュータプログラムやコンピュータプログラム製品（たとえばコンピュータを記憶する記憶媒体）などの種々の形態で実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、定着工程における温度制御において、加熱対象の熱環境を考慮した温度制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の実施例における画像形成装置の概略構成：
Ｂ．本発明の実施例における画像形成装置の温度制御：
Ｃ．変形例：
【００１８】
Ａ．本発明の実施例における画像形成装置の概略構成：
図１は、本発明の実施例におけるプリンタ１（特許請求の範囲に記載の「画像形成装置」の一例）の内部構成を表す概略断面図である。プリンタ１は、本実施例では、レーザや発光ダイオードの光を感光に利用し、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、およびＫ（ブラック）のトナーで画像を形成する電子写真方式のプリンタである。
【００１９】
プリンタ１は、給紙部１１０と、各色の画像形成部１２０Ｃ、１２０Ｍ、１２０Ｙ、１２０Ｋと、搬送機構１３０と、定着部１４０と、ベルトクリーニング機構１５０と、制御部２００と、ヒータ電源３００と、を備える。ヒータ電源３００は、定着温度を制御するヒータ（後述）に電力を供給する。
【００２０】
各色の画像形成部１２０Ｃ、１２０Ｍ、１２０Ｙ、１２０Ｋには、各色のトナーを供給するトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋが装着されている。これらの４個のトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋには、それぞれ不揮発性メモリ１７２Ｃ、１７２Ｍ、１７２Ｙ、１７２Ｋが装備されている。
【００２１】
給紙部１１０は、印刷用紙やＯＨＰシートといったシート材１１１を収容するトレイ１１２と、シート材１１１を１枚ずつ取り出すピックアップローラ１１３と、搬送機構１３０にシート材１１１を供給する給紙機構１１４と、を備える。
【００２２】
搬送機構１３０は、各色の画像形成部１２０Ｋ、１２０Ｙ、１２０Ｍ、１２０Ｃに順にシート材１１１を搬送する機構である。搬送機構１３０は、駆動ローラ１３１および従動ローラ１３２と、その間に架け渡されたベルト１３３と、を備えている。
【００２３】
図２は、本発明の実施例における定着部１４０の構成を示す拡大図である。定着部１４０は、定着ローラ１４２と、定着ローラ１４２を押圧する加圧ローラ１４３と、定着ローラ１４２を加熱するヒータ１４４（特許請求の範囲に記載の「加熱部」の一例）と、サーミスタ１４５と、トナーを剥離するための剥離爪１４６と、定着ローラ１４２の表面を清浄するクリーナ１４７と、定着ローラ１４２の用紙搬送方向の下流側に配された一対の搬送ローラ１４９と、これらを収容するケーシング１４１と、を備えている。
【００２４】
定着ローラ１４２は、たとえばアルミニウム系金属により円筒形状に形成されている。円筒形状の軸方向の両端（図示せず）は、ケーシング１４１に回転可能に支持されている。定着ローラ１４２は、メインモータ（図示せず）によって矢印方向に回転駆動される。定着ローラ１４２は、予め設定された定着温度となるようにヒータ１４４によって加熱される。
【００２５】
ヒータ１４４は、本実施例では、ハロゲンヒータ１４４（本明細書では、単に「ヒータ」とも呼ばれる。）である。ハロゲンヒータ１４４は、定着ローラ１４２の内部において、その中心軸に沿って配置されている。ハロゲンヒータ１４４は、ヒータ電源３００からの供給電力を通断電（オンオフ）することによって制御される。加熱された定着ローラ１４２の表面温度は、サーミスタ１４５によって計測される。
【００２６】
Ｂ．本発明の実施例における画像形成装置の温度制御：
図３は、本発明の実施例における画像形成装置の温度制御の制御ブロック図である。定着プロセスは、定着ローラ１４２の表面温度を予め設定された定着温度にした状態において、加圧ローラ１４３と定着ローラ１４２との間にトナーが付着した印刷媒体を通過させることによって行われる。定着温度は、たとえばトナーが溶融して印刷媒体に定着するために適した温度として設定される。
【００２７】
定着ローラ１４２の温度は、サーミスタ１４５によって計測された定着ローラ１４２の表面温度（温度計測値Ｔｒｉ）をフィードバックすることによって制御される。具体的には、制御部２００は、予め設定された定着温度目標値Ｔｒｔと温度計測値Ｔｒｉの間の差である偏差δが小さくなるように制御する。
【００２８】
定着温度目標値Ｔｒｔは、トナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの各々が有する不揮発性メモリ１７２Ｃ、１７２Ｍ、１７２Ｙ、１７２Ｋから読み出されたデータに基づいて決定される。これにより、トナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋから供給されるトナーの物性に適した定着温度目標値Ｔｒｔを設定することができる。ただし、トナーの物性に適した定着温度が相互に過度に相違するときには、印刷の実行を制限してユーザに注意を喚起することが好ましい。
【００２９】
制御部２００は、本実施例では、定着ローラ１４２の熱環境を考慮して設定された制御則に基づいて定着ローラ１４２の温度を制御する。定着ローラ１４２の熱環境は、プリンタ１への放熱Ｑｏ１やトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋへの放熱Ｑｏ２を考慮して決定される。プリンタ１への放熱Ｑｏ１は、メモリ２１０から読み出されたデータに基づいて推定される。トナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋへの放熱Ｑｏ２は、不揮発性メモリ１７２Ｃ、１７２Ｍ、１７２Ｙ、１７２Ｋから読み出されたデータに基づいて推定される。
【００３０】
制御部２００は、このようにして設定された制御側に基づいて、ヒータ３００に対してデューティ指令値（パルス幅信号）を出力する。ヒータ３００は、制御部２００から入力されたデューティ指令値に応じて、加熱電流をヒータ１４４に出力する。
【００３１】
図４は、定着ローラの熱環境としてのプリンタ熱容量Ｘの算出方法を示す説明図である。プリンタ熱容量Ｘは、プリンタ１の熱容量Ａと、４個のトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの各々の熱容量Ｂｃ、Ｂｍ、Ｂｙ、Ｂｋと、の和として算出することができる。
【００３２】
熱容量Ｂｃ、Ｂｍ、Ｂｙ、Ｂｋは、トナー残量に応じて以下のようにして決定することができる。具体的には、たとえばシアンのトナーカートリッジ１７１Ｃの熱容量Ｂｃは、カートリッジの容器部分の熱容量Ｃｃと、カートリッジのトナーの熱容量Ｄｃと、の和として算出することができる。トナーの熱容量Ｄｃは、トナーの物性的性質である既知の比熱容量Ｄｓｈｃと、トナー残量Ｖｃの積として算出することができる。トナー残量Ｖｃは、たとえばカートリッジ１７１Ｃの内部におけるトナーの攪拌負荷や攪拌時の光の透過量、画像形成に使用したトナー量の減算といった種々の方法で決定することができる。
【００３３】
図５は、熱量Ｑｔの供給対象が各熱容量Ｃｔ１、Ｃｔ２を有するときにおける温度と熱量の関係を表すグラフＧ１と、等価な関係を表すグラフＧ２と、を示す説明図である。熱容量Ｃｔ２は、熱容量Ｃｔ１よりも大きな値を有し、熱の供給に応じた温度上昇が比較的に緩やかとなっている。
【００３４】
一方、グラフＧ２は、電荷Ｑｅの供給対象（たとえばコンデンサ）が静電容量Ｃｅ１を有するときと、熱の供給対象が熱容量Ｃｅ２を有するときの電圧Ｖと電荷Ｑｅの関係を示している。このように、プリンタ１やトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの熱容量は、コンデンサの静電容量と置き換えて等価回路を作ることができる。
【００３５】
図６は、予熱時の定着ローラと、その熱環境を等価な電気回路として表現した過渡熱インピーダンス等価回路を示す説明図である。過渡熱インピーダンス等価回路とは、熱の流れ（熱移動）を電流に置き換えることによって、熱環境の過渡状態を解析容易とするための回路である。この過渡熱インピーダンス等価回路は、予熱時のものなので、印刷用紙といったシート材１１１への熱の移動（放熱Ｑｏ３、図３）が無いものとして構成されている。
【００３６】
過渡熱インピーダンス等価回路における熱の流れは以下の通りである。ヒータ電源３００は、加熱電力をヒータ１４４に印加する。ヒータ１４４は、単位時間当たり熱量Ｑｉの熱を発生させる。この熱は、定着ローラ１４２の表面温度を上昇させるとともに、定着ローラ１４２の周囲に放熱される。
【００３７】
定着ローラ１４２は、たとえばアルミ合金で形成された金属パイプ１４２ａと、発泡樹脂体１４２ｂと、を有している。発泡樹脂体１４２ｂは、金属パイプ１４２ａとの間に耐熱絶縁層（図示せず）を有し、ヒータ１４４を格納する空孔が形成されている。
【００３８】
このように、定着ローラ１４２の表面温度を上昇させる熱は、ヒータ１４４が発生させる熱（Ｑｉ）から定着ローラ１４２の周囲に放熱された熱を減算した値となる。したがって、定着ローラ１４２の表面温度の制御においては、定着ローラ１４２の熱環境（放熱環境）を考慮することによって制御性能を向上させることができることが分かる（図３）。
【００３９】
定着ローラ１４２からの放熱は、プリンタ１への放熱Ｑｏ１と、カートリッジ群（トナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋ）への放熱である放熱Ｑｏ２と、に分けられる。プリンタ１の熱等価回路（熱モデル）は、熱容量Ａ（図４）のコンデンサと、抵抗値Ｒｂの熱抵抗の直列回路として構成されている。プリンタ１の熱等価回路は、接地電位Ｇｒに接地されている。接地電位Ｇｒは、室温に相当する等価電位である。
【００４０】
熱抵抗は、熱伝導や熱伝達、熱放射といった形態における熱移動に対する抵抗を線形近似したものである。熱伝導は、物体の連続部や接触に起因する熱移動である。熱伝達は、空気の流れ（対流）に起因する熱移動である。熱放射は、電磁波としての伝達による熱移動である。
【００４１】
一方、カートリッジ群の等価回路は、４個のトナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの各々の熱容量Ｂｃ、Ｂｍ、Ｂｙ、Ｂｋ（図４）のコンデンサと、と抵抗値Ｒｃ、Ｒｍ、Ｒｙ、Ｒｋの熱抵抗の直列回路を並列に接続した回路として構成されている。熱容量Ｂｃ、Ｂｍ、Ｂｙ、Ｂｋは、前述のようにトナー残量やトナーカートリッジの容器の仕様によって変動する。なお、カートリッジ群の等価回路は、接地電位Ｇｒに接地されている。
【００４２】
図７は、定着ローラの内部における温度勾配を示す説明図である。この温度勾配は、定着ローラの表面温度が定着温度目標値Ｔｒｔに達したときの状態を示している。曲線Ｑｉ１は、単位時間当たりの熱供給量が比較的に多いときの温度勾配を示している（高加熱速度設定）。曲線Ｑｉ２は、単位時間当たりの熱供給量が比較的に少ないときの温度勾配を示している（低加熱速度設定）。
【００４３】
図８は、比較例における加熱速度との関係における定着ローラの過渡応答特性の様子を示す説明図である。加熱速度とは、定着ローラ１４２への単位時間当たりの熱供給量である熱供給速度Ｑｉ１、Ｑｉ２における温度の上昇速度を意味する。熱供給速度Ｑｉ１、Ｑｉ２のときには、それぞれ定着ローラ１４２の表面温度は、時刻ｔ１、ｔ３において定着温度目標値Ｔｒｔに到達することになる。
【００４４】
このように、熱供給速度を大きくして加熱速度を大きくするとプリンタ１の起動時間（印刷可能となるまでの時間）を短くすることができることが分かる。しかしながら、熱供給速度を大きくすると、以下に説明するように、時刻ｔ２におけるオーバーシュートを大きくするという弊害を生じさせることになる。
【００４５】
プリンタ１が起動されると、ヒータ１４４は、単位時間当たり熱量Ｑｉの熱を発生させる。この熱は、定着ローラ１４２の表面温度を上昇させるとともに、定着ローラ１４２の内部に上述の温度勾配を生じさせる。定着ローラ１４２の表面温度は、前述のようにサーミスタ１４５によって計測される。この計測値は、制御部２００にフィードバックされる（図３）。
【００４６】
制御部２００（図３）は、時間ｔ１（図８）において、定着ローラ１４２の表面の温度計測値Ｔｒｉが定着温度目標値Ｔｒｔに到達すると、加熱電力の供給を停止する。しかしながら、定着ローラ１４２の内部には、温度勾配（図７）が生じているので、ヒータ１４４による加熱停止後も温度勾配が小さくなるように熱移動が継続する。このように、加熱停止後も定着ローラ１４２表面への熱移動が継続するので、加熱停止後の熱移動がオーバーシュートの原因となるのである。
【００４７】
オーバーシュートは、温度勾配（図７）が小さくなるよう発生する熱移動が原因として発生するので、温度勾配が大きくなるほど大きくなる。具体的には、たとえばヒータ１４４が単位時間当たり熱量Ｑｉ１と熱量Ｑｉ２（熱量Ｑｉ１よりも小さい）の熱を発生させる際には、定着ローラ１４２の表面温度が同一であるにもかかわらず、定着ローラ１４２の内部における温度勾配（図７）と定着ローラ１４２が有する総熱量とが相違することになる。この結果、ヒータ１４４が単位時間当たり熱量Ｑｉ１の熱量で加熱する場合には、単位時間当たり熱量Ｑｉ２の熱量で加熱する場合よりも大きなオーバーシュートを有することになる。
【００４８】
しかしながら、本願発明者は、加熱速度だけで無く、定着ローラ１４２の温度制御において、定着ローラ１４２の表面からの放熱量の変動をも考慮に入れることが好ましいことを見出した。すなわち、本願発明者は、定着ローラ１４２の表面への熱供給の問題を単純にヒータ１４４からの熱供給速度の問題ではなく、ヒータ１４４からの熱供給から放熱量を減算した問題として捉えたのである（図６）。
【００４９】
図９は、比較例におけるトナー残量との関係における定着ローラの過渡応答特性の様子を示す説明図である。トナー残量は、トナーカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの熱容量に影響を与えるので（図４）、定着ローラ１４２の熱環境に影響を与えることになる。これにより、トナー残量に応じて過渡応答特性も変化することになる。
【００５０】
具体的には、トナー残量が残り少ないとき（トナー残量Ｔｎ＿Ｌｏ）と、トナーカートリッジ装着直後（トナー残量Ｔｎ＿Ｆｕｌ）と、においては、それぞれ定着ローラ１４２の表面温度は、時刻ｔ１、ｔ３において定着温度目標値Ｔｒｔに到達することになる。このような相違が発生するのは、熱環境（図６）の相違によるものである。
【００５１】
たとえばトナー残量Ｔｎ＿Ｆｕｌでは、カートリッジ群（図６）の熱容量が大きくなるので、これに伴って放熱Ｑｏ２も大きくなるからである。一方、放熱Ｑｏ１は、ほとんど変動要素を含まないので、カートリッジ群の熱容量を考慮すれば定着ローラ１４２の熱環境を特定できることになる。
【００５２】
このように、ヒータ１４４が同一の熱量を供給していても、トナー残量が少ないときには加熱速度が速くなり、トナー残量が多いときには加熱速度が遅くなることになる。定着ローラ１４２からの放熱によって、定着ローラ１４２への熱供給量が影響を受けるからである。このため図８および図９は、トナー残量と熱供給速度を入れ替えると、類似した特性を示すグラフとなっているのである。
【００５３】
比較例における制御系は、トナー残量が最低量の状態において、オーバーシュートが許容可能な量となるように設定されたものである。これにより、発生し得る最大のオーバーシュート量を制限しつつ起動時間を短くすることができる。
【００５４】
図１０は、本発明の実施例におけるプリンタとカートリッジの概略構成を示す機能ブロック図である。プリンタ１は、制御部２００と、ヒータ１４４と、ヒータ１４４に加熱電力を供給するヒータ電源３００（図１）と、駆動部品を駆動するモータ類４００と、制御プログラムやプリンタ１の熱容量Ａ（図４）といった制御パラメータを格納するメモリ２１０と、カートリッジ１７１Ｃ等との通信インターフェースとしての機能をつかさどる通信インターフェース２２０と、を備えている。
【００５５】
カートリッジ１７１Ｃは、制御プログラムやトナー残量といったデータとを格納する不揮発性メモリ１７２Ｃと、カートリッジ１７１Ｃが特定の制御（後述）を実行できることを認証する認証回路１７４Ｃと、これらの各構成要素の制御とプリンタ１との通信インターフェースとしての機能とをつかさどる通信制御回路１７３Ｃと、を備えている。他のカートリッジ１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋは、本実施例では、カートリッジ１７１Ｃと同一の構成を有している。
【００５６】
図１１は、本発明の実施例における印刷処理のルーチンを示すフローチャートである。本処理は、ユーザがプリンタ１の電源ボタン等を押下する操作を受けて開始され、ユーザにより電源が切られるまで繰り返し実行される処理である。ステップＳ１００では、プリンタ１の電源がオンされる。ステップＳ２００では、プリンタ１は、４個のカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋとの通信を開始する。この通信は、プリンタ１の電源オンに応じて起動処理の一部として実行される。
【００５７】
ステップＳ３００では、プリンタ１は、ＩＤ認識処理を実行する。ＩＤ認識処理とは、カートリッジ１７１Ｃの認証回路１７４Ｃとの通信のやり取りによって、カートリッジ１７１Ｃが特定の制御（後述）を実行できることを認証する処理である。この処理において、ＩＤ認識に成功したら処理がステップＳ３８０に進められ、ＩＤ認識に失敗したら処理がステップＳ３９０に進められる。
【００５８】
ステップＳ３８０では、プリンタ１は、印字データがあるか否かを判断する。印字データは、例えば、プリンタ１に接続されたＰＣ（図示せず）から送信されるものである。印字データがない場合は、Ｓ３８０を繰り替えし実行する。一方、印字データがある場合は、Ｓ４００に進められる。
【００５９】
ステップＳ４００では、プリンタ１は、カートリッジ１７１Ｃから熱特性情報を取得する。熱特性情報は、本実施例では、カートリッジ１７１Ｃの熱容量Ｂｃを決定するために使用するための情報である。この情報は、カートリッジの容器部分の熱容量Ｃｃと、トナーの比熱容量Ｄｓｈｃと、トナー残量Ｖｃとを含む。プリンタ１は、トナーの比熱容量Ｄｓｈｃとトナー残量Ｖｃの積と、熱容量Ｃｃと、を合計した値として、カートリッジ１７１Ｃの熱容量Ｂｃを決定することができる（図４）。なお、カートリッジ１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの熱容量Ｂｍ，Ｂｙ，Ｂｋについても、同様に各々のトナー残量に応じて決定される。
【００６０】
ステップＳ５００では、プリンタ１は、熱制御則（最適モード）を設定する。熱制御則の設定は、具体的には、４個のカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの各々のトナー残量に応じて決定された熱環境に応じて加熱速度を決定することによって行われる。熱環境の決定は、ステップＳ４００において決定されたカートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの熱容量と、プリンタ１の熱容量Ａとに応じて行われる。加熱速度の決定は、例えば、メモリ２１０に記憶されている熱環境と加熱速度とを対応付けたテーブルによって行ってもよい。この際の熱環境は、カートリッジ１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋの熱容量Ｂｃ，Ｂｍ，Ｂｙ，Ｂｋと、プリンタ１の熱容量Ａの和であるプリンタの全体熱容量Ｘとして算出される。
【００６１】
図１２は、本発明の実施例における定着ローラの温度制御の過渡応答状態を示す説明図である。曲線Ｏｐｔは、認証成功時の応答特性を示している。一方、曲線Ｔｎ＿Ｌｏおよび曲線Ｓｌｏｗは、それぞれ認証失敗時におけるトナー残量が残り少ないときと、トナーカートリッジ装着直後の応答特性を示している。認証成功時においては、トナー残量に応じて制御則が設定されているので、トナー残量の多少に拘わらず曲線Ｏｐｔとほぼ同一の応答特性を有することになる。
【００６２】
具体的には、制御部２００は、トナー残量が少ないときには、加熱速度が遅くなるように、ヒータ電源３００を制御し、トナー残量が全体的に多いときには、加熱速度が速くなるように、ヒータ電源３００を制御する。これにより、定着ローラ１４２は、熱環境の変動を吸収するように温度制御されることになる。たとえばトナー残量が少ないときには、放熱Ｑｏ２（図６）が少なくても加熱速度が過度に速くなることがない一方、トナー残量が多いときには、放熱Ｑｏ２が大きくても加熱速度が過度に遅くなることがないことになる。
【００６３】
このような処理が完了し、熱制御則を設定されると、直ちに温度制御が開始されるとともに、処理がステップＳ６００に進められる。この温度制御では、制御部２００がヒータ電源３００にパルス幅変調信号を送信することによって、実時間で連続的な熱供給量の操作が行われる。
【００６４】
ステップＳ６００では、プリンタ１は、印字処理を実行する。印字処理が完了すると処理がステップＳ７００に進められる。
【００６５】
ステップＳ７００では、プリンタ１は、トナー残量を不揮発性メモリ１７２Ｃに書き込む。トナー残量は、本実施例では、印字内容に基づいて決定されたトナー使用量を現在のトナー残量から減算することによって決定される。これにより、次回の制御則の決定に使用されるトナー残量をカートリッジ１７１Ｃの不揮発性メモリ１７２Ｃに格納することができる。トナー残量の格納完了に応じて処理がステップＳ３８０に戻される。
【００６６】
一方、ステップＳ３００において、ＩＤ認証が失敗したときには、処理がステップＳ３９０に進められる。ステップＳ３９０では、Ｓ３８０と同様に、印刷データがあるか否かが判断される。印刷データがないと判断された場合は、Ｓ３９０の処理が繰り返される。一方、印刷データがあると判断された場合は、ステップＳ５１０へ処理が進められる。
【００６７】
ステップＳ５１０では、プリンタ１は、熱制御則（最遅モード）を設定する。熱制御則（最遅モード）では、トナー残量の大小に拘わらず、オーバーシュート量が許容可能な範囲となるように予め記憶されている加熱速度が設定される。これにより、ＩＤ認証が失敗した場合であっても、オーバーシュートに起因するプリンタ１の故障や劣化を抑制することができる。
【００６８】
ステップＳ６１０では、プリンタ１は、印字処理を実行する。この印字処理は、ＩＤ認証に成功したときの処理と同様である。印字処理の完了に応じて処理がステップＳ３９０に戻される。
【００６９】
このように、本実施例は、加熱対象である定着ローラ１４２の熱環境に適した温度制御を実現することができるので、オーバーシュート（温度超過）を抑制しつつ即応性を実現することができる。さらに、本実施例では、この熱環境は、トナー残量に応じた変動をも考慮したものなので、トナー残量の多少に拘わらず適切な温度制御を実現することができる。
【００７０】
なお、一般的な運用では、複数の印刷ジョブの処理が待機状態（冷却状態）を挟んで行われる。このような場合に本実施例を適用すると、熱特性情報の取得（ステップＳ４００）や熱制御則（最適モード）の設定（ステップＳ５００）は、待機状態（冷却状態）から定着ローラ１４２を加熱して印刷可能状態に遷移するたびに実行される。従って、たとえば直前の印刷ジョブにおいて過度にトナーを使用してカートリッジの熱容量が低下しても適切に温度超過が抑制されることになる。これにより、待機状態からの即応性を実現することができる。
【００７１】
Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。特に、上記各実施例における構成要素中の独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。さらに、独立請求項に記載された要素についても、本願明細書に開示された範囲で独立請求項に記載されていない要素と適宜入れ替えが可能である。
【００７２】
さらに、上述の実施例において、上述の利点や効果の各々の全てが本願発明の必須の構成要件につながるものではなく、本願発明は、上述の利点や効果の各々を簡易に実現させる設計自由度を与えるものであって、少なくとも一つの利点あるいは効果を実現させるものであれば良い。
【００７３】
Ｃ−１．第１変形例：上述の実施例では、トナー残量に応じた変動をも考慮して熱環境が考慮されているが、たとえばトナー残量を表す情報を含まないトナーカートリッジの熱容量を表すカートリッジ熱容量情報を使用して熱環境を設定するように構成しても良い。こうすれば、トナーカートリッジ毎の熱容量の変動（たとえばトナー残量が最小値の変動）を考慮して熱環境を設定することができる。
【００７４】
ただし、実施例の構成は、トナー残量と、トナー量に応じた熱容量を表す情報であるトナー量熱容量情報とに応じてカートリッジ熱容量を決定することができるので、トナー残量の変動に起因する熱容量の変動をも考慮して、定着部の周囲の熱環境に適した温度制御を実現することができる。なお、「トナー残量」は、トナーの使用量によって決定する値なので（たとえばトナー残量はカートリッジ開封時のトナー量からトナーの使用量を減じた値としても定義可能）、トナーの使用量に相関を有する量をも含む広い意味を有している。
【００７５】
Ｃ−２．第２変形例：上述の実施例では、パルス幅変調信号を使用して加熱用電力供給が制御されているが、このような制御に限られず、たとえばシーケンス制御によって予め設定されたシーケンスと電圧とによって制御するようにしても良い。ただし、実施例の構成（周期的なオンオフ信号を加熱部に供給して熱供給量の操作）は、実時間で連続的な熱供給量の操作を実現することができるという利点を有している。
【００７６】
Ｃ−３．第３変形例：上述の実施例では、カラープリンタを例にとって説明がなされているが、本発明は、モノクロプリンタにも適用することができる。
【００７７】
Ｃ−４．第４実施例：本実施例では、熱制御側の設定において、メモリ２１０に記憶されている熱環境と加熱速度とを対応付けたテーブルにより、加熱速度を決定しているが、これに限られず、加熱速度を算出するための計算式を予めメモリ２１０に記憶しておき、その計算式に、プリンタ１の熱容量、トナー残量、トナーカートリッジ容量等の熱環境を示す値を代入して、加熱速度を決定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施例におけるプリンタの内部構成を表す概略断面図。
【図２】本発明の実施例における定着部１４０の構成を示す拡大図。
【図３】本発明の実施例における画像形成装置の温度制御の制御ブロック図。
【図４】定着ローラの熱環境としてのプリンタ熱容量Ｘの算出方法を示す説明図。
【図５】各熱容量における温度と熱量の関係を表すグラフＧ１と等価な関係を表すグラフＧ２とを示す説明図。
【図６】予熱時の定着ローラとその熱環境を等価な電気回路として表現した過渡熱インピーダンス等価回路を示す説明図。
【図７】定着ローラの内部における温度勾配を示す説明図。
【図８】比較例における加熱速度との関係における定着ローラの過渡応答特性の様子を示す説明図。
【図９】比較例におけるトナー残量との関係における定着ローラの過渡応答特性の様子を示す説明図。
【図１０】実施例におけるプリンタとカートリッジの概略構成を示す機能ブロック図。
【図１１】実施例における印刷処理のルーチンを示すフローチャート。
【図１２】実施例における定着ローラの温度制御の過渡応答状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００７９】
１…プリンタ
１１０…給紙部
１１１…シート材
１１２…トレイ
１１３…ピックアップローラ
１１４…給紙機構
１２０Ｃ、１２０Ｍ、１２０Ｙ、１２０Ｋ…画像形成部
１３０…搬送機構
１３１…駆動ローラ
１３２…従動ローラ
１３３…ベルト
１４０…定着部
１４１…ケーシング
１４２…定着ローラ
１４３…加圧ローラ
１４４…ハロゲンヒータ
１４５…サーミスタ
１４６…剥離爪
１４７…クリーナ
１４９…搬送ローラ
１５０…ベルトクリーニング機構
１７１Ｃ、１７１Ｍ、１７１Ｙ、１７１Ｋ…トナーカートリッジ
１７２Ｃ…不揮発性メモリ
１７３Ｃ…通信制御回路
１７４Ｃ…認証回路
２００…制御部
２１０…メモリ
２２０…通信インターフェース
３００…電源装置
３００…ヒータ電源
４００…モータ類
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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