(57)【要約】【課題】  定着温度を設定温度に、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じることなく到達・維持できる画像形成装置を提供する。【解決手段】  省エネモードから通常使用状態への復帰時に、制御すべき定着装置のローラ表面（ベルト表面）近傍に配置されている温度検知素子によりローラ表面の温度を検出し、定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、その傾きに合わせて点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行う。これにより、同じヒータ、同じ定着ユニットで、同じ電源事情、同じ温度検出素子であれば、同一のヒータ温度−時間特性が得られ、より正確な補正データを獲得し、より正確な温度制御が実現できる。【選択図】  図１
2005338634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー定着用にヒータおよび温度検知素子を具備する定着ユニットと、該定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検知素子を具備し、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に、ヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、前記ヒータのばらつきに関わらずヒータ出力の最適化を行う画像形成装置において、該画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化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に記載の画像形成装置において、省エネモードに遷移してから、所定時間以上経過したときに前記画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化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または２に記載の画像形成装置において、該画像形成装置として用意された省エネモードが、ヒータの温度が目標温度となるように制御された状態であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
トナー定着用にヒータおよび温度検知素子を具備する定着ユニットと、該定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検知素子を具備し、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に、ヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、前記ヒータのばらつきに関わらずヒータ出力の最適化を行う画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、該画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする画像形成装置のヒータ出力最適化方法。
【請求項５】
請求項１に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、省エネモードに遷移してから、所定時間以上経過したときに前記画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする画像形成装置のヒータ出力最適化方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、該画像形成装置として用意された省エネモードが、ヒータの温度が目標温度となるように制御された状態であることを特徴とする画像形成装置のヒータ出力最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置および画像形成装置のヒータ出力最適化方法に関し、特に、トナー定着用の熱定着装置の通電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒータを用いた定着ユニットを有する画像形成装置において、ある定められた制御時間内のヒータの点灯時間（点灯ｄｕｔｙ）を可変とすることで適正なヒータ出力を得る、という制御方法が一般的に用いられている。
例えば、定着ユニット内の温度検知素子が取り付けられている位置の温度があらかじめ定められた設定温度となるようヒータ点灯を制御する場合、設定温度と現在温度との差分量から比例定数を掛けた量で点灯時間を決めるＰ（比例）制御、温度推移も考慮するＰＩ（比例・積分）制御、時間応答も考慮するＰＩＤ（比例・積分・微分）制御など、一般的な公知の自動制御手法を適用した例が多々ある。
しかしながら、これらの制御では制御系を構成する要素毎のばらつきは考慮されていないため、商品として設計する場合、ばらつき公差を考慮した余裕度の高い制御系を設計するか、ばらつきを検知して補正する制御系を設計するかの、どちらかの手段がとられる。後者の場合、種々様々な検討が行われており、多くの技術が発表されている。
特許文献１の技術では、通電開始から制御温度までの温度上昇率を算出し、予め用意された制御パターンを選択することで、ヒータ抵抗値のばらつきを補正している。また、ばらつき補正目的の対象、補正操作の対象が同一である。
また、特許文献２の技術は、サーミスタ出力の時間遅れ対策のために昇温勾配を測定して、サーミスタ出力を補正していることが前提であり、その昇温勾配により入力電圧の変動を検知し、ヒータのＯＮ／ＯＦＦｄｕｔｙを補正している。
また、特許文献３の技術では、所定時間内におけるヒータ点灯時間と温度上昇データから温度制御方式を求めている。これにより、熱定着装置の熱伝導性などの特性ばらつきに対し、適正な温度制御が可能となり、熱定着装置を交換されても常に最適な温度制御が実現できる。
【特許文献１】特許第２８６７７６６号
【特許文献２】特開平１０−１６１４６６号公報
【特許文献３】特開２０００−１４７９４２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする問題点は、例えば、定着ユニット内の温度検知素子が取り付けられている位置の温度が予め定められた設定温度となるようヒータ点灯を制御する場合、設定温度と現在温度とのギャップや、温度上昇の勾配に合わせヒータの点灯ｄｕｔｙを変更し制御することで、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずに温度を設定温度に到達・維持させることを可能とすることである。
但し、上記点灯ｄｕｔｙを決定する際の定数は、制御系を構成する要素のばらつきを考慮して設計されるものではあるが、そのばらつきが大きい程、制御の正確性、追従性は下がる傾向にあり、その考慮したばらつき量を越えた場合、狙いのヒータ出力を得られないという不具合が生じる。
例えば、制御系を構成する温度検知素子、ヒータといったもののばらつきは部品仕様として管理されているので、これらの要素のばらつきで、出力設計仕様を外れることはない。しかし、もう一つの要素である電源事情といった場合、定格入力（日本国内であればＡＣ１００Ｖ）の±何％と規定して設計しても、ユーザのあらゆる条件を網羅しきれるものではなく、場合によっては狙いのヒータ出力が得られないという不具合が生じる。
所定時間内におけるヒータ点灯時間と温度上昇データから温度制御方式を求めることにより熱定着装置の熱伝導性などの特性ばらつき、設置環境の違い（電源事情）に対し、適正な温度制御が可能となる技術がある。
この場合、ヒータの温度−時間特性がＯＮ時突入電流により変化してしまい、また、そのＯＮ時突入電流はヒータ雰囲気温度により特性が変化してしまうため、定着ユニット外の温度検知素子により検知された雰囲気温度を用いて、補正のためのデータ取りのタイミングや補正演算というものを規定している。
【０００４】
しかしながら、ヒータの温度−時間特性をより正確に取得できるように、ヒータＯＦＦ後の温度が下がった状態でより多くの特性勾配データを取得するときは、温度が安定した状態だけでなく、温度遷移して、ある程度の温度まで下がった状態で特性取得を行うことになる。この温度遷移した状態では、実際のヒータ雰囲気温度とユニット外の温度で、ヒータにより暖められる部材（定着ユニットのローラやベルト）、ユニット筐体という互いに熱抵抗を持った関係、すなわち、温度変化が同時ではなく、時間的遅れを持った関係となり、一概には等価と見なせないところがある。
そこで、製品（機械システム）として用意された省エネモードに着目する。例えば、複写機の場合、国際規格（エナジースター計画）に基づいたモードが用意されており、これによると、通常のプリントやコピーできる待機状態でのヒータ目標温度に対し、この省エネモードでは、ある程度目標温度を下げた状態でヒータ点灯制御が行われる。ある一定時間プリントやコピーに使われていないと、消費電力削減のために、このモードに遷移し、プリントやコピーに使う時には、ある時間内に使用可能状態にならなければならないというもので、そのため、この省エネモード時、完全にヒータＯＦＦ状態にするのではなく、ある程度目標温度を下げた状態でヒータ点灯制御が行われている。このとき、ヒータおよび、ヒータにより暖められる部材（定着ユニットのローラやベルト）の温度が制御されることになるので、ヒータ雰囲気も制御されることになる。すなわち、ＯＮ時突入電流も管理されたものとなる。
本発明は、この省エネモードから通常使用状態へ遷移する時のヒータ温度−時間特性を用いることで、取得される特性ばらつきを抑え、同じヒータ、同じ定着ユニットで、同じ電源事情、同じ温度検知素子であれば同一のヒータ温度−時間特性を得られるようにしたものである。これにより、より正確な補正データを獲得し、より正確な温度制御を実現し、定着温度を設定温度に素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずに到達・維持させることが可能となる。
【０００５】
次に、上記特許文献と本願発明との違いについて記す。
特許文献１の技術では、予め用意された制御パターンを選択することで、ヒータ抵抗値のばらつきを補正するので、ばらつき量に追従した正確な制御ができない。それに対して、本願発明では制御パターンを用意するのではなく、演算補正を行っているため、ばらつき量に追従した正確な制御が可能である。
特許文献２の技術では、ヒータのＯＮ／ＯＦＦｄｕｔｙを、テーブル方式で補正するため、ばらつき量に追従したより正確な制御ができない。しかし、本願発明では、補正操作の対象がヒータ点灯ｄｕｔｙであることは同一であるが、昇温勾配により、サーミスタ出力の時間遅れの補正は行っておらず、演算方式で補正しているため、ばらつき量に追従したより正確な制御が可能である。
特許文献３の技術では、最小自乗法のような複雑な演算処理により補正を行っており、そのため制御を行うマイコンの負荷が非常に重い。これに対し、本願発明では単純な演算でヒータ点灯ｄｕｔｙを補正するため、マイコンの負荷としては軽く、他制御への負担とはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トナー定着用にヒータおよび温度検知素子を具備する定着ユニットと、該定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検知素子を具備し、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に、ヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、前記ヒータのばらつきに関わらずヒータ出力の最適化を行う画像形成装置において、該画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、省エネモードに遷移してから、所定時間以上経過したときに前記画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置において、該画像形成装置として用意された省エネモードが、ヒータの温度が目標温度となるように制御された状態であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、トナー定着用にヒータおよび温度検知素子を具備する定着ユニットと、該定着ユニット外の雰囲気温度を検出する温度検知素子を具備し、前記定着ユニットのウォームアップ動作時に、ヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、前記ヒータのばらつきに関わらずヒータ出力の最適化を行う画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、該画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、省エネモードに遷移してから、所定時間以上経過したときに前記画像形成装置として用意された省エネモードからの復帰時に、前記定着ユニットのウォームアップ動作中のヒータ温度−時間特性を求め、該ヒータ温度−時間特性の傾きに合わせて前記点灯デューティの演算補正を行って、ヒータ出力の最適化を行うことを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像形成装置のヒータ出力最適化方法において、該画像形成装置として用意された省エネモードが、ヒータの温度が目標温度となるように制御された状態であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、定着ユニットの温度制御において、その制御系を構成する温度検知素子、ヒータ、電源事情などの特性ばらつきを補正することにより、構成要素のばらつきを考慮するが故の設計難易性の改善、構成要素の考慮したばらつきを越えた時の制御不能状態といった不具合を発生させないようにすることが可能となる。
これにより、結果として得られる温度制御もより正確で、定着温度を設定温度に素早く、且つ、不必要なオーバーシュートを生じずに到達・維持させることが可能となる。
また、ヒータ点灯ｄｕｔｙの補正は、単純な演算で行えるので、マイコンの負荷としては軽く、他制御への負担とはならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置のヒータ出力の制御回路の構成例を示している。定着装置の構成および制御回路系は、従来のものと同一でよいため、定着装置の詳細な説明はここでは省略する。
図１において、定着ユニット１内には制御対象であるヒータ３および温度検知素子２を具備しており、ヒータ３はトライアックのような双方向スイッチング素子７、図示していないが安全回路としての電流検知ヒューズ等を介し、商用交流電源８に接続されている。双方向スイッチング素子７のドライブには、入出力の絶縁されたフォトカプラ等がよく用いられ、２次側電源で動作するＣＰＵ５によりＯＮ／ＯＦＦ制御させる。
図１中では、ＣＰＵ５はベースエンジンコントロールユニット（以下ＢＣＵ）４に搭載されている。一方、温度検知素子２は、制御すべき定着装置のローラ表面（ベルト表面）近傍に配置されており、一般的には安価なサーミスタが用いられている。以後、温度検知素子としてサーミスタを例に説明する。
温度検知素子（サーミスタ）２は、検出温度により抵抗値が変化する特性を有しており、電圧変換が行われ、ＢＣＵ４のＡ／Ｄ入力に取り込み温度として検知される。以上のような制御系の構成により、定着ユニット１のローラ（ベルト）表面温度があらかじめ決められた設定温度に推移できるよう、または保持できるよう、ＣＰＵ５がヒータのＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【０００９】
以下、ヒータの制御について説明する。基本制御としては、前述したように公知の自動制御技術であり、例えば、Ｐ制御を例にすると、まずサーミスタ２によって温度を検知し、その検知温度と設定目標温度との差分を求め、その差分に比例定数Ｋｐを掛けた値によりヒータの点灯ｄｕｔｙ（時間）を決定することになる。
図３を用いて説明すると、ある制御単位時間ｔ0ごとにサーミスタ２により温度を検知し、ｔ0サイクル中の何％の時間（ｔ1、ｔ2、ｔ3、…）を点灯させるか否かの値を算出し、ＯＮ／ＯＦＦを制御することになる。このとき、設定温度との差が大きいほど点灯時間は長くなり、設定温度との差が小さいほど点灯時間は短くなる。なお、制御単位時間は、ＣＰＵ性能、点灯時間の必要設定分解能から決まる。
以上は、基本制御をＰ制御とした場合であるが、制御系をそのままにして、マイコンにより温度推移、温度変化率も考慮して点灯ｄｕｔｙを決めれば、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御も可能である。
これらは、従来の技術として確立されたものであるが、それぞれの制御の定数Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄの設計としては、制御系を構成する要素の持つ公差（ばらつき）を考慮してなされるのが一般的である。しかしながら、その考慮により発生するばらつきは、制御操作の対象に掛かってくることになり、すなわち本制御系ではｄｕｔｙ制御後のヒータ出力（供給するヒータ熱量）が装置ごとにばらつくことになる。
本発明では、上記のような制御系要素のばらつきが制御操作量に影響ないよう補正するものであり、まず制御系要素の一つである温度検知素子のばらつき（公差）によってヒータ出力（ヒータ熱量）の変動が発生しないようよう補正する場合について説明する。
本発明の補正タイミングとしては、主に温度検知素子を積むユニットの工場出荷時になり、その補正処理のための事前データ収集を行う治具を用意している。基本的な構成は図１と変わらないが、ヒータ３の出力が標準（公差±０％）品であること、電源８が定格入力（±０％）であることが規定されており、また、データ収集をするためだけの治具であるので、取り外しの利便性を考慮した構造となっている。なお、この治具内でのサーミスタへの熱伝導性は、正規定着ユニットとの熱伝導性と同等なものでなければならない。
【００１０】
図２は、データ収集時の定着ユニット１内のサーミスタ２の検知温度−時間特性を示している。動作としてはまず、ヒータをＯＮさせ、サーミスタ検知温度がある温度からある温度に到達するまでの時間をカウントし、ヒータをＯＦＦさせている。
図２の例では、５０℃から１００℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータＯＮ後、サーミスタ検知温度をＣＰＵ５が監視しており、５０℃を検知後、タイマをスタートさせ、１００℃検知でタイマストップし、ヒータをＯＦＦしている。その計測された時間としてはｔm1＝ｂ−ａとなる。なお、この調整モードでのヒータ出力としては固定のｄｕｔｙとしておく必要があり、そのｄｕｔｙとしては、サーミスタの検知温度の推移が図２のような１次直線となるｄｕｔｙを選択する。
また、図２中、５０℃〜１００℃間の時間を測定しているが、サーミスタの特性として、温度―電圧の特性がリニアで誤差の少ない区間であれば問題ない。このような設定下で計測された時間ｔm1は、あらかじめ測定しておいたサーミスタの公差±０％：ｒ0での温度推移時間ｔSより、サーミスタの公差ｄ[%]が、下式（１）より求まる。
ｄ＝ｅ・（ｔS／ｔm1）      （１）
ここで、ｅは任意定数となっているが、サーミスタのばらつきによる上式（１）の特性をあらかじめ測定しておくことで、その制御系固有の値として求めておくことができる。これより、ヒータ点灯ｄｕｔｙの補正係数αは、下式（２）となる。
α＝１＋ｄ
＝１＋ｅ・（ｔS／ｔm1）      （２）
【００１１】
なお、ここで注意しなければならない点は、温度推移時間データ獲得時の条件として、雰囲気温度が挙げられる。図３は雰囲気温度が高い場合の定着ユニット１内のサーミスタ２の検知温度−時間特性を図２に加えた特性を示している。供給ヒータ電力が低くなるため特性勾配が小さくなっており、このため、検知時間ａ、ｂともに遅くなっており、結果として得られる温度推移時間ｔm1＝ｂ−ａも、より大きな値となってしまうことになる。すなわち、同じユニット構成、同じ電源事情でも違う特性を検知してしまうことになる。
そこで本発明では、サーミスタの検知温度が常温であること、および雰囲気温度が常温であることを規定することで、このばらつきの発生を押さえている。具体的には、温度検知素子が定着ユニット外に配置され、その出力をＢＣＵ４のＡ／Ｄ入力に取り込み、ユニット外雰囲気温度として検知され、該ユニット外雰囲気温度と温度検知素子２により検知された温度両方を監視することで実現する。
なお、その監視温度を常温としている理由は、電源ＯＮ後のヒータトリガスタートの雰囲気温度として最低値が常温であるためで、この規定温度が高い場合、電源ＯＮ後の突入電流量が変わってしまい、結果としてトータルヒータ電力量が変わってしまうからである。
以上のような条件のもと、本発明では通常のヒータｄｕｔｙ制御に対し、式（２）で得られたαを乗算することになる。なお、データ収集の実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象が部品特有のばらつきであること、上記治具の条件を正規定着ユニットでは作り出せないこと等により、機械組付前に実施しておくことになる。
また、そのデータから求められた式（２）の値は、機械自体に記憶させておき、通常制御中の点灯ｄｕｔｙに乗算することになるので、工場での機械組付後の火入れ時の調整工程などでデータ入力してメモリに保存しておくことになる。なお、ばらつきを発生するのは機械というよりは、機械に使われているサーミスタという部品であるので、その部品交換時もしくは定着ユニットとしてのユニット交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる。
また、本発明のマイコン負荷を考えると、式（２）の演算は機械稼働時には行わないもので、通常制御中は式（２）で求められたαを点灯ｄｕｔｙに乗算するのみであるので、マイコン負荷としても非常に少ないものとなっている。
以上より、サーミスタの（許容公差内での）ばらつきに影響されることなく、公差±０％サーミスタと同等な検知が得られることになるので、制御系設計としても部品ばらつきを考慮しなくてもすみ非常により容易なものとなる。また、結果として得られる温度制御もより正確なものとなり、定着温度を設定温度に素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずに、到達・維持させることが可能となる。
【００１２】
次に、制御系要素の一つであるヒータ出力のばらつき（公差）によって、ヒータ熱量が変動しないよう補正する場合について説明する。以下、図２を用いて補正のための制御を説明する。本発明では、その使用環境での最適な制御を実現するため、ヒータ点灯ｄｕｔｙに補正処理を行うのだが、その補正処理のための事前データ収集を行う調整モードを用意している。
図２は、その調整モード時の定着ユニット１内のサーミスタ２の検知温度−時間特性を示しており、動作としては、前述のサーミスタばらつきの補正の場合と同様、まずヒータをＯＮさせ、サーミスタの検知温度がある温度からある温度に到達するまでの時間をカウントし、ヒータをＯＦＦさせている。
図２の例では、５０℃から１００℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータＯＮ後、サーミスタの検知温度をＣＰＵ５が監視しており、５０℃を検知後、タイマをスタートさせ、１００℃検知でタイマストップし、ヒータをＯＦＦしている。
その計測された時間としてはｔm2＝ｂ−ａとなる。なお、この調整モードでのヒータ出力としては固定のｄｕｔｙとしておく必要があり、そのｄｕｔｙとしては、サーミスタの検知温度の推移が図２のような１次直線となるｄｕｔｙを選択する。また、図２中、５０℃−１００℃間の時間を測定しているが、サーミスタの特性として、温度―電圧の特性がリニアで誤差の少ない区間であれば問題ない。このような設定下で計測された時間ｔmsは、予め測定しておいたヒータ出力公差±０％：Ｗ0での温度推移時間ｔSより、公差を含んだヒータでの出力Ｗが、下式（３）より求まる。
Ｗ＝ｆ・（ｔS／ｔm2）・Ｗ0                            （３）
ここで、ｆは任意定数となっているが、ヒータ出力のばらつきによる上式（３）の特性をあらかじめ測定しておくことで、その制御系固有の値として求めておくことができる。これより、ヒータ点灯ｄｕｔｙの補正係数βは、下式（４）となる。
β＝Ｗ0／Ｗ
＝１／（ｆ・（ｔS／ｔm2））      （４）
【００１３】
本発明では、通常のヒータｄｕｔｙ制御に対し、式（４）で得られたβを乗算することになる。なお、温度検知素子ばらつきの補正の場合と合わせると、ヒータ点灯のｄｕｔｙとしては式（５）で得られた値を乗算することになる。
α・β＝（１＋ｅ・（ｔS／ｔm1））・（１／（ｆ・（ｔS／ｔm2）））  （５）
なお、調整モードの実施タイミングとしては、ばらつき補正の対象がその機械特有のばらつきであり、部品であるヒータ自体の出力ばらつきだけでなく、定着ユニット自体の熱伝導ばらつきを考えると、ユニット組付後の調整工程で実施するのが望ましい。もちろんユニット自体の熱伝導ばらつきが少ない場合は、本実施形態１で示したように、治具を用いて部品単体でデータ収集するのでも構わない。但し、電源が定格入力（±０％）でのデータ収集が絶対条件である。また、このデータ収集から求められた式（４）若しくは式（５）の値は、機械自体に記憶させておき、通常制御中の点灯ｄｕｔｙに乗算することになるので、工場での機械組付後の火入れ時の調整工程などでデータ入力してメモリに保存しておくことになる。なお、ばらつきを発生するのは機械というよりは、機械に使われているヒータという部品、若しくは定着ユニットであるので、その部品交換時、若しくは定着ユニットとしてのユニット交換時には、工場出荷時と同様な調整が必要となる。
また、本発明のマイコン負荷を考えると、式（２）の演算は機械稼働時には行わないもので、通常制御中は式（２）で求められたβ若しくは、α・βを点灯ｄｕｔｙに乗算するのみであるので、マイコン負荷としても非常に少ないものとなっている。
また、この場合においても、前述の温度推移時間データ獲得時の条件が適用され、サーミスタの検知温度、雰囲気温度ともに常温である必要がある。
以上により、ヒータの（許容公差内での）ばらつきに影響されることなく、公差±０％ヒータ出力と同等な出力が得られることになり、制御系設計としても部品ばらつきを考慮しなくてもすむので非常により容易なものとなる。また、結果として得られる温度制御もより正確なものとなり、定着温度を設定温度に素早く、且つ、不必要なオーバーシュートを生じずに、到達・維持させることが可能となる。
以上が、本実施形態１の前提条件であり、その補正のための事前収集データの獲得タイミングは工場出荷時、もしくはユニット出荷時になり、いわゆる部品に依存するばらつきを補正していることになる。
【００１４】
本発明の一番の特徴は、第３のばらつき要素である電源事情についての補正である。温度検知素子、ヒータといった制御系要素ばらつきの補正がなされても、これらは部品仕様として管理されているものであるため、これらの補正を行わなくても、設計の容易性、制御の追従性等を問わなければ、出力仕様からはずれることはない。
しかしながら、残る要素して電源事情が挙げられ、定格入力（日本国内であればＡＣ１００Ｖ）の±何％と規定して設計しても、ユーザのあらゆる条件を網羅しきれるものではなく、場合によっては、狙いのヒータ出力が得られないという不具合（制御不能）が生じる。本発明では、この電源事情を補正するもので、以下、図２を用いて補正のための制御を説明する。
図２は、その調整モード時の定着ユニット１内のサーミスタ２検知温度−時間特性を示しており、動作としてはまずヒータをＯＮさせ、サーミスタ検知温度がある温度からある温度に到達するまでの時間をカウントし、ヒータをＯＦＦさせている。
図２の例では、５０℃から１００℃までの温度推移時間を計測しており、ヒータＯＮ後、サーミスタ検知温度をＣＰＵ５が監視しており、５０℃を検知後、タイマをスタートさせ、１００℃検知でタイマストップし、ヒータをＯＦＦしている。その計測された時間としてはｔm3＝ｂ−ａとなる。なお、この調整モードでのヒータ出力としては固定のｄｕｔｙとしておく必要があり、そのｄｕｔｙとしては、サーミスタの検知温度の推移が図２のような１次直線となるｄｕｔｙを選択する。
【００１５】
また、図２中、５０℃−１００℃間の時間を測定しているが、サーミスタの特性として、温度―電圧の特性がリニアで誤差の少ない区間であれば問題ない。このような設定下で計測された時間ｔm3は、予め測定しておいた定格電源電圧Ｖ0（国内であれば１００[Ｖ]）での温度推移時間ｔSより、その環境下での電源電圧が、下式（６）より求まる。
Ｖ＝ｇ・（ｔS／ｔm3）・Ｖ0      （６）
ここで、ｇは任意定数となっているが、電源電圧のばらつきによる上式（６）の特性をあらかじめ測定しておくことで、その制御系固有の値として求めておくことができる。
電源電圧が求まると、その環境下でのヒータ出力を求めることが可能であり、定格入力でのヒータ出力をＷ0、その環境下でのヒータ出力をＷとすると、下式（７）が成り立つ。
Ｗ＝（Ｖ／Ｖ0）h・Ｗ0      （７）
ここで、ｈはヒータ製品固有の値（データをヒータメーカより入手可能）である。
式（６）および式（７）より、ヒータ点灯ｄｕｔｙの補正係数γは、下式（８）となる。
γ＝Ｗ0／Ｗ
＝１／（ｇ・（ｔS／ｔm3））h      （８）
本発明では、通常のヒータｄｕｔｙ制御に対し、式（８）で得られたγを乗算することになる。なお、温度検知素子ばらつき、ヒータばらつきの補正と合わせると、ヒータ点灯のｄｕｔｙとしては、式（９）で得られた値を乗算することになる。
α・β・γ
＝（１＋ｅ・（ｔ0／ｔ1））・（１／（ｆ・（ｔ0／ｔ2）））
・（１／（ｇ・（ｔ0／ｔ3））h）      （９）
これにより、装置が設置された場所の電源事情（入力電圧）に影響されることなく、定格入力でのヒータ出力と同等な出力が得られ、素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずに温度を設定温度に到達・維持させることが可能となる。
【００１６】
なお、調整モードの実施タイミングとしては、サーミスタ、ヒータのばらつきは、部品そのもののばらつきであったため、工場出荷時、ユニット出荷時に事前データ収集しておけば問題がなかったが、第３のばらつき要素（電源事情）は、ばらつき補正の対象がその機械の使用される使用環境にあるため、工場出荷時での調整は必要なく、機械設置時に最低限行われる必要がある。
機械設置時のみであれば、通常制御中は式（８）若しくは式（９）で求められたγ、もしくはα・β・γを点灯ｄｕｔｙに乗算するのみであるのでマイコン負荷も少なく、時々刻々と電圧事情が変化する環境であれば、より頻繁に（電源ＯＮ時毎などに）補正のためのデータ収集を行い、γを更新することで対応することになる。ただし、ユーザの使用の妨げとならないことが望ましい。
そこで問題となるのは、ヒータＯＮ時の突入電流が、ヒータの温度−時間特性に与える影響である。
【００１７】
本発明では、製品（機械システム）として用意された省エネモードに着目している。一般的に複写機を例に挙げると、国際規格（エナジースター計画）に基づいたモードが用意されており、これによると、通常のプリントやコピーできる待機状態でのヒータ目標温度に対し、この省エネモードでは、ある程度目標温度を下げた状態でヒータ点灯制御が行われている。
ある一定時間プリントやコピーに使われていないと、消費電力削減のために、このモードに遷移し、プリントやコピーに使う時には、ある時間内に使用可能状態にならなければならないというもので、そのため、この省エネモード時、完全にヒータＯＦＦ状態にするのではなく、ある程度目標温度を下げた状態でヒータ点灯制御が行われている。このとき、ヒータおよび、ヒータにより暖められる部材（定着ユニットのローラやベルト）の温度が制御されることになるので、ヒータ雰囲気も制御されることになる。すなわち、ＯＮ時突入電流も管理されたものとなる。
本発明は、この省エネモードから通常使用状態へ遷移時のヒータ温度−時間特性を用いることで、取得される特性ばらつきをおさえ、同じヒータ、同じ定着ユニットで、同じ電源事情、同じ温度検知素子であれば同一のヒータ温度−時間特性を得られるようにしたものである。これにより、より正確な補正データを獲得し、より正確な温度制御を実現し、定着温度を設定温度に素早く且つ不必要なオーバーシュートを生じずに到達・維持させることが可能となる。
【００１８】
＜実施形態２＞
以上が本実施形態１であるが、「省エネモードへ遷移→通常モードへの復帰」というのは、常に一定した状況となるわけではないため、上記のような定義だけでは意図通りに動作しないところもある。
これは、省エネモードへ遷移後、ヒータの目標制御温度が小さくなるが、その間、ヒータ温度、ヒータ雰囲気温度も遷移状態となる。すなわち、そのような状況から、通常モードへ復帰させたとしても、ヒータの温度−時間特性は一定値とはならないため、意図（温度が管理された一定値の状態からのヒータＯＮを行った時のヒータの温度−時間特性である。）と違ってしまうことになる。
そこで、本発明の実施形態２では、省エネモードへの遷移からカウントするタイマ（具体的には、ＣＰＵ５のペリフェラル機能を用いるのが一般的）を具備させ、ヒータ温度が目標温度一定値となる、予め分かっているモード遷移開始からの時間だけ管理し、その時間を経過後の通常モードへの復帰時にのみ、ヒータ温度−時間特性を収集させるものである。通常の補正演算に関しては、実施形態１で説明したものと同じである。
なお、管理すべきタイマカウント値に関しては、省エネモード時の電力測定を行えば、容易に導き出すことが可能であり、複写機設計としては、一般的に行われる評価の一部であるため、設計上の負荷とはなり得ない。
【００１９】
＜実施形態３＞
さらに、複写機やプリンタの省エネモード設計に関して、ヒータは完全にＯＦＦしてしまい、全く温度制御を掛けない場合があり得る。その場合、上述した方法を使えないので、本実施形態３では、ヒータがある一定温度に制御されているという制約条件を上記実施形態１および２に適用するものである。
なお、ヒータの完全ＯＦＦというのも、目標温度を０℃と考え、遷移後の経過時間を管理して、０℃に落ち着いてさえいれば、本発明をそのまま使用可能である。しかし、その場合、温度が０℃まで落ちなければならないので、管理すべき経過時間が長くなってしまい、データ取得の機会が減ってしまうこともある。
しかしながら、設置時にその場でサービスマンがデータ取得を行ったりすることで補完が可能であり、本発明を未実施の機械と比較すれば、結果として得られる温度制御もより正確なものとなり、定着温度を設定温度に素早く、且つ、不必要なオーバーシュートを生じずに、到達・維持させることが可能となることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】画像形成装置のヒータ出力の制御回路の構成例を示す図である。
【図２】時間軸に対する検出温度の特性例を示す図である。
【図３】時間軸に対するＯＮ／ＯＦＦ制御例を示す図である。
【図４】雰囲気温度と時間軸に対する検出温度の特性例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…定着ユニット、２…温度検知素子（サーミスタ）、３…ヒータ、４…ベースエンジンコントロールユニット（ＢＣＵ）、５…ＣＰＵ、６…ＡＣ制御板、７…双方向スイッチング素子、８…商用交流電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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