(57)【要約】【課題】  定着ヒーターによる温度制御には少なからず電力供給制御開始から実際の目標温度達成までに時間遅れが必ず生じることから温度変化に対する補正制御の追従性が悪いという問題がある。【解決手段】  Ｗｅｖｅｌｅｔ変換を用いて定着温度状態を監視することで紙種の予測を行い、プロセス制御を変更することにより最適な定着条件を実現させ生産性向上を実現し、かつ省エネを実現する。【選択図】図２
2006201259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
元の信号波形に比べて信号波形の長さ（時間）ｘ方向に対して小さな波形を基本波形とし、該基本波形と元の信号波形との相互相関関係を演算することで、元の信号波形と基本波形との相似性の高さを求め、元の信号波形の長さ（時間）ｘ方向における周波数特性を求めるウェーブレット変換手段を有し、
かつ、定着ヒーターの温度特性を読み取る手段を具備した画像形成装置において、
読み取った温度情報の経時変化を元の信号波形として、該ウェーブレット変換手段によりウェーブレット変換を実行し、この変換結果を統計処理する統計処理手段を有して動作状態の判断を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１において、統計処理手段の処理結果により定着温度制御を変更し、最適の定着制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１において、統計処理手段の処理結果によりプロセス速度を変更し、最適の定着制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１において、プロセス速度調整は、紙間隔を制御して定着温度調整を最適にすることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１において、統計処理手段の処理結果により転写電流制御へのフィードバックを行うことにより画像形成動作を最適化することを特徴とする。
【請求項６】
請求項１において、統計処理手段は、平均値、最大値、勾配、周期上の最大値についての平均値のうちの、少なくとも１つを演算することを特徴とする。
【請求項７】
請求項１において、ウェーブレット変換で用いる基本ウェーブレットの波の数を変更して、定着温度変化の周期性と単発性を区別して判別することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１において、統計処理手段の処理結果により異常状態を判断して停止、警告、または画像形成装置へのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写紙による定着ヒーターの温度変化の把握と、それに応じた画像保証を目的とし、温度変化状況から制御を変更することを特徴とした画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に従来の定着ヒーター温度制御を説明する為のブロック図を、図７に簡単な温度制御のフローチャートを示す。また、図８に定着ヒーターを目標温度に制御している様子を表す図を示す。
【０００３】
一般的に定着器に用いられるヒーターは商用電源を電力源として利用しており、トライアックなどのスイッチ素子によって通電のオン／オフを行うことで温度調整を行う。定着ヒーターの温度は接触式もしくは非接触式の温度検知用サーミスタ等を用いて直接的もしくは間接的に検知し、この検知結果によって目標温度よりも低い場合にはスイッチ素子をオンして通電し、目標温度を超えている場合にはスイッチ素子をオフして通電を止めることによって定着器温度が目標温度範囲から外れないよう温度調整を行い、定着制御を実現している。
【０００４】
又、別の従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開平11-143290号公報
【特許文献２】特開2002-182525号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術による制御方法は、必ずしも最適な制御とはいえなかった。
【０００６】
定着ヒーターによる温度制御には少なからず電力供給制御開始から実際の目標温度達成までに時間遅れが必ず生じることから温度変化に対する補正制御の追従性が悪いという問題がある。
【０００７】
また、このような場合、一旦低下した温度を回復させる為にヒーターへの電力供給を増やす必要があり、これは時間遅れにより発生してしまう無駄な電力消費と言える。
【０００８】
図９に厚紙が連続して流れた場合の定着ヒーター温度変化の様子を表す図を示す。
【０００９】
この図に示すように例えば給紙カセット内で冷えきった状態の厚紙が連続で通紙された場合、通紙の瞬間に定着器から温度が奪われてゆく為、これが温度リップルとなって現れる。この温度リップルは紙が厚くなるほど大きく現れる傾向にあり、熱が奪われにくい薄紙ではあまり顕著に現れてこない。そして、特別な温調制御を行わない場合にはこの図のように徐々に全体的な温度が低下してゆく。
【００１０】
このような状態を認識する為の判断手段として、定着ヒーター温度の経時リップルをパターンとして検知するために検知パターンのフーリエ係数を求める方法なども考えられるが、フーリエ変換の本質的特徴のため、一定の温度レベルを保った状態における周期性のある変化ならばある程度の結果が得られるものの、実際には図に示したように温度が下がりながら下り勾配にリップルが重畳されるような温度対時間カーブが予測される為、正しい判別方法の実現には至らない。フーリエ変換の本質的特徴とは、フーリエ変換が、元の信号波形に比べて位置あるいは時間軸に対して無限に繰り返される波の集合体として扱うためによって生じるものである。
【００１１】
従って、このように特徴のある状態が観測できるにも関わらず従来技術で述べたように定着温度が目標範囲から外れそうになると制御を行うという後追い補正となっており、生産性の低下を招くばかりか無駄な電力を消費していた。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の画像形成装置は、
元の信号波形に比べて信号波形の長さ（時間）ｘ方向に対して小さな波形を基本波形とし、該基本波形と元の信号波形との相互相関関係を演算することで、元の信号波形と基本波形との相似性の高さを求め、元の信号波形の長さ（時間）ｘ方向における周波数特性を求めるウェーブレット変換手段を有し、かつ、定着ヒーターの温度特性を読み取る手段を具備した画像形成装置において、読み取った温度情報の経時変化を元の信号波形として、該ウェーブレット変換手段によりウェーブレット変換を実行し、この変換結果を統計処理する統計処理手段を有して転写紙の画像形成特性を判断することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第1項において、統計処理手段の処理結果により定着温度制御を変更し、最適の定着制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第1項において、統計処理手段の処理結果によりプロセス速度を変更し、最適の定着制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第３項において、プロセス速度調整は、紙間隔を制御して定着温度調整を最適にすることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第１項において、統計処理手段の処理結果により転写電流制御へのフィードバックを行うことにより画像形成動作を最適化することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第1項において、統計処理手段は、平均値、最大値、勾配、周期上の最大値についての平均値のうちの、少なくとも１つを演算することを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第1項において、ウェーブレット変換で用いる基本ウェーブレットの波の数を変更して、定着温度変化の周期性と単発性を区別して判別することを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の画像形成装置では、特許請求の範囲第1項において、統計処理手段の処理結果により異常状態を判断して停止、警告、または画像形成装置へのフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
（作用）
本発明によれば、定着器の温度変化を統計処理することにより、定着温度の予測制御が可能となり、かつ、この情報により通紙されている転写紙の予測が可能となる為紙種による最適制御を時間遅れを最小限に制御することが可能となっている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、画像形成装置の定着ヒーター部温度の経時変化を検知して、この検知パターンの解析手段として、ウェーブレット変換するウェーブレット変換手段と、この変換結果を統計処理する統計処理手段を有して定着器の温度リップルや勾配など温度変化を正確に判断、予測しており、しかも周期性の有無の影響を受けにくい解析方法が可能となり、これにより通紙されている転写紙の判断をすることが可能となっており、温度制御、プロセススピード、紙間隔調整、転写条件等にフィードバック補正を行うことで最適な画像形成を実現することが可能となっている。更に温度の予測制御が可能となることから不要な温度の低下やそこからの復帰に必要な電力の削減を可能とできることから、装置の生産性の向上と省エネルギー化に大きく貢献できる。
【００２２】
また、何らかの異常状態が発生して定着温度が急激に変化した場合に、それが異常状態なのか通常制御の範囲なのかを簡単に判断することができ、画像形成装置の安全性を確保することが可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施例１）
図１は、本発明で用いた画像形成装置について説明する図である。本画像形成装置は、プリンタ部２０により構成される。
【００２４】
デジタル画像信号は、不図示の画像処理装置により、フィルタ処理・濃度変換・γ変換などを経てプリンタ部２０内の半導体レーザ２１を駆動すべき画像信号に変換する。半導体レーザ２１により発生したレーザビームは、ポリゴンモータ２２及びポリゴンミラー２３の回転によりレンズ２４及び反射ミラー２５を経て感光体ドラム２６に照射される。
【００２５】
感光体ドラム２６は予め一次帯電器２７により均一な電位を帯びて、レーザビームによる画像情報に応じた静電潜像を形成する。静電潜像の電位の加減は、電位センサ２８により検知され、一次帯電器２７での放電電流値とレーザビームの強度を調整させることで変更が可能である。感光体ドラム２６上の静電潜像は、現像器２９によりトナーが付与されトナー像として顕像化される。このトナー像は、感光体ドラム上でポスト帯電器３０からのコロナ放電を受けて帯電量が調整された後、転写帯電器３１及び分離帯電器３２により、給紙デッキ３３から通紙された転写紙３４に転写される。この後搬送ベルト３５を転写紙３４は移動し、定着器３６において、転写紙上にトナーは強固な固着状態を作り、画像が固定化される。
【００２６】
転写帯電器位置で転写紙上に転写されずに残留した転写残トナーはクリーナー３７により感光体ドラムから剥ぎ取られ、除電器３８にて感光体ドラム上の残留電位を均して次の画像出力に備える。
【００２７】
なお、給紙デッキ３３から通紙された転写紙３４は、給紙ローラ４０とリタードローラ対４１と搬送ローラ対４２により転写帯電器３１まで搬送される。
【００２８】
図２に本発明における画像形成装置の制御を説明するブロック図を示す。
【００２９】
従来例で説明した温度検知用素子からの温度情報を時間変化で捉え、この温度と時間との関係をウェーブレット変換部により処理する。ウェーブレット変換は、マザーウェーブレットと呼ばれる基本の波形信号がデータ中にどれだけ含まれるかを算出する信号処理方法である。本発明では、一般的なMorletのマザーウェーブレットを使用しており、マザーウェーブレットΨ（ｘ）は以下の計算式で与えられる。
【００３０】
【数１】
2006201259.tif 000003
ここで、ｘはマザーウェーブレットの位置を示し、aは波形の周期を示し、σは波の数を示している。本実施例ではσ＝1.0としており、最もシンプルなマザーウェブレットとなっている。マザーウェーブレットΨ（ｘ）にはガウス関数exp（ｘ2）が含まれるため、位置（時間）ｘを変化させても、事実上有限な関数である。位置（時間）ｘが十分大きければ、マザーウェーブレットΨ（ｘ）がほぼ０となるためである。このマザーウェーブレットが元信号にどれだけ含まれるかを示すもの、言い換えれば、マザーウェーブレットとの相互相関関係を演算するものがウェーブレット変換の結果であり、以下の計算式で与えられる。
【００３１】
【数２】
2006201259.tif 000004
ここで、ｆ（ｘ）は元信号情報で、本実施例では温度変化情報であり、ｂは具体的な信号内位置を示す。ここで得られた二次元のウェーブレット変換後信号Ｗ（ａ，ｂ）を、統計処理により、フィルタリング処理されたフィルタ変換後信号ＷF（ａ，ｂ）から固有の数値を導き出す。本実施例では、最大値Ｗmaxと、平均値Ｗave、温度勾配Ｗslopeを求めている。
【００３２】
フィルタ変換後信号ＷF（周期ａ，時間ｂ）から、各時間ｂにおいて、周期ａで見た最大ピークの値を検索してこれを一次元のＷ1D（時間ｂ）に変換し、この中から、ピークを持つ値Ｗｍを検索する。ナンバーｍとは、1〜ｍ個までのピークを示すデータの集合体である。ピークとは、Ｗ1D（ｂ-1）≦Ｗ1D（ｂ）＜Ｗ1D（ｂ+1）または、Ｗ1D（ｂ-1）＜Ｗ1D（ｂ）≦Ｗ1D（ｂ+1）を満たすＷ1D（ｂ）をＷｍ（ナンバーｍ）と定義して計算を行う。このＷｍ（ナンバーｍ）のデータの集合体について平均を求めて、平均値ＷMとしている。このような平均化処理によれば、最も急激な温度変化からいくつかの目立った温度変化まで温度勾配を把握しながら急激な温度変化をリップルとして捉えることが可能である。
【００３３】
図３に検出した定着ヒーター温度の経時変化を示すグラフ（左）と、そのグラフをウェーブレット変換し、統計処理した後のグラフ（右）を示す。
【００３４】
定着器を紙が一定のタイミングで通過し、温度が奪われることにより発生する温度リップル成分がウェーブレット変換後の統計処理により、周期的な温度変化として現れる。紙が厚く、温度リップル量が大きくなると周期的な温度の変化量が増える為、統計処理後のレベルは大きく現れることになる。下段のグラフでは単発的な温度変化が生じた場合を示している。
【００３５】
図４は、本実施例における定着温度の経時変化を解析して、画像形成装置の制御を行うルーチンのフローチャートである。温度検知用素子によって検出された定着ヒーター温度が目標としている定着温度範囲内であるかを判定し、最初の段階でここから外れていれば当然初期目標範囲内に入るよう温調制御される。通紙開始可能な温度範囲であることが確認できた場合には通紙を開始する。通紙を行いながら温度検知を平行して行い、これをデータとして記憶してゆく。次に記憶された温度の経時変化をウェーブレット変換し、統計処理を行うことでリップルの最大値Ｗmax、平均値Ｗaveを求めこれを記憶する。また、温度の平均値の変化量から勾配を計算しこれもあわせて記憶する。
【００３６】
その後、得られた各値により温度リップルが一定値以上で、温度勾配が一定よりも大きく下っていれば、入力された画像形成モードとの兼ね合いから厚紙の連続通紙であると判断し、画像形成装置は通常制御から厚紙専用制御へと切り替えられる。
【００３７】
厚紙が高速で連続通紙された場合、定着器の熱が奪われ続けてしまう為、この統計処理後のデータにより温度低下の予測を行い、これ以上熱が奪われないように定着温度を上げる方向に温調制御を変更してもよい。この場合、不要な温度低下を防ぐことによってスピード低下を最小限に抑えられるだけでなく、一度低下した温度を再度上昇させる為に必要とされる電力を削減することができ、省エネルギー制御に大きく貢献できる。
【００３８】
また、温度低下の勾配が急で、温調制御だけではカバーできない領域であれば通紙スピードを必要最小限落とすことにより定着器の温度低下勾配を緩やかに抑える制御が可能である。また、このような場合、通紙間隔を広げることによって低下した温度が規定値に戻るのを待つようにしても同様の効果が得られる。
【００３９】
また、厚紙の場合転写条件が厳しくなる傾向となる為、この処理により厚紙連続通紙であると判断した場合には転写電流を増やすように高圧電源制御に補正フィードバックをし、最適な転写条件としてもよい。
【００４０】
（実施例２）
本実施例では、ウェーブレット変換による定着温度の経時変化統計処理結果から、実施例１で示したように厚紙が連続で通紙されたような場合の周期的温度変化が発生しているのか、それとも単発的に温度変化が生じているのかを判断する方法を説明する。
【００４１】
図５は、本実施例における温度変化の統計処理を行うルーチンのフローチャートである。図２で示したように、温度検知用サーミスタで検知した温度の経時変化情報から解析範囲分を記憶する。次に式１で示したマザーウェーブレットの波の数σを1.0として、ウェーブレット変換部によりウェーブレット変換を施す。そして統計処理部において、最大値Ｗmax1を求め、最大値の周期ａmax1を記憶する。さらに高いピークの値を上から数個分の平均値Ｗz1として求めている。
【００４２】
さらに、本実施例では、式１で示したマザーウェーブレットの波の数σを4.0として、ウェーブレット変換部によりウェーブレット変換を施す。そして統計処理部において、最大値Ｗmax2を求め、最大値の周期ａmax2を記憶する。さらに高いピークの値を上から数個分の平均値Ｗz2として求めている。
【００４３】
その後、得られた二つの最大値Ｗmax1・Ｗmax2とそれぞれの周期ａmax1・ａmax2、及び高いピークの値を上から数個分の二つの平均値Ｗz1・Ｗz2を比較する。
【００４４】
波の数σを1.0と4.0とすると、その他が同じ解析条件であっても、結果の意味が異なる。σが1.0の場合は、周期性の少ない例えば厚紙単発通紙やハード的な不具合の検出などに適しているが、σが4.0の場合は、比較的周期を帯びた連続的な厚紙通紙などの検出に適しており、σの違いから周期的に発生しているかどうかが分かる。そこで最大値Ｗmax1・Ｗmax2の大小を確認し、周期的かどうかを判断する。Ｗmax1の方が大きければ、最大値が周期性の少ない厚紙単発通紙や場合によっては不具合による温度の急激な変化であることが分かる。
【００４５】
また平均値Ｗz1・Ｗz2の大小を確認し、周期的かどうかを判断する。最大値ではなく平均値で周期性を判断してもよく、Ｗz1の方が大きければ、平均値が周期性の少ない温度変化であることが分かる。
【００４６】
周期性があると判断した場合には画像形成装置に入力されたコマンドの状態とあわせて実施例１のように紙種判断とその先の温度予測を行い制御を変更する。
そして、周期性の低い温度変化が生じていると判断した場合、ある閾値を用いて最大値Ｗmax1がその値を超えた場合にはエラーとして画像形成装置の制御にフィードバックをかけるようにしておけば通常制御ではあり得ないような温度変化が生じていることを検出する手段として利用することができる。また、これは平均値Ｗz1によっても判断することが可能であり、この場合には最大値Ｗmax1による判断よりももう少し長い時間範囲での判断であると考えてよい。
【００４７】
つまり、何らかの突発的かつ異常な温度変化は最大値Ｗmax1により検出され、わずかずつ制御にズレが生じているような場合には平均値Ｗz1により検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明で用いた画像形成装置について説明する図。
【図２】実施例１における画像形成装置の制御について説明するブロック図。
【図３】実施例１における温度変化の生データと処理後のデータを示す図。
【図４】実施例１における画像形成装置の制御を行うルーチンのフローチャート。
【図５】実施例２における画像形成装置の制御を行うルーチンのフローチャート。
【図６】従来例における画像形成装置の制御について説明するブロック図。
【図７】従来例における画像形成装置の制御を行うルーチンのフローチャート。
【図８】従来例における温度調整制御を説明する図。
【図９】従来例における厚紙連続通紙時の定着温度変化を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
３１  転写帯電器
３６  定着器
【図１】
2006201259.tif 000005
【図２】
2006201259.tif 000006
【図３】
2006201259.tif 000007
【図４】
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【図５】
2006201259.tif 000009
【図６】
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【図７】
2006201259.tif 000011
【図８】
2006201259.tif 000012
【図９】
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