JP2004219503A

JP2004219503A - Image forming apparatus and fixing temperature control method

Info

Publication number: JP2004219503A
Application number: JP2003003899A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 博田中
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP3885733B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain satisfactory fixing characteristics by steadily controlling the temperature of the fixing device of an image forming apparatus which transfers a color toner image formed on an intermediate transfer medium to a recording medium by a heating means, thereby fixing the color toner image to the surface of the recording medium. <P>SOLUTION: A temperature control operation is performed based upon a vertical synchronous signal Vsync that is periodically outputted in relation with the rotation of an intermediate transfer belt. The temperature control operation is performed so that a time difference Δt between the rise of the vertical synchronous signal Vsync and the start of power supply is constant. Accordingly, the period of the vertical synchronous signal Vsync is coincided with the period of the temperature control operation corresponding to each vertical synchronous signal Vsync. In addition, the time since the power supply starts until a transfer medium actually reaches the nip becomes constant. Thus, the temperature of a heat roller when the transfer medium passes through the nip can be kept properly. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中間転写ベルトや中間転写ベルトなどの中間転写媒体上に形成したカラートナー像を記録媒体に転写し、さらに該カラートナー像を構成する記録媒体上のトナーを加熱手段により加熱して該カラートナー像を記録媒体上に定着させる画像形成装置および該装置における定着温度の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、複写機およびファクシミリ装置などの画像形成装置として、互いに異なる複数色（例えばイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック）のトナー像を所定方向に回転移動する中間転写媒体上で重ね合わせてカラートナー像を形成し、そのカラートナー像を複写紙、転写紙、透明シートなどの記録媒体に転写定着させるものがある（特許文献１参照）。この画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が感光体上に順次形成されるとともに、各トナー像を中間転写ベルト上で重ね合わせるように一次転写することによってカラートナー像が中間転写ベルト上で形成される。また、こうして形成されたカラートナー像はカセットから搬送されてきた記録媒体に二次転写された後、さらに定着装置に搬送され、該定着装置によって記録媒体上のカラートナー像が熱定着される。
【０００３】
また、この種の定着装置としては従来より種々の形式のものが提案されているが、その中で最も一般的なのは、定着ローラ方式と呼ばれるものである（例えば、特許文献２参照）。これは、所定温度に加熱した加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に記録媒体を通過させ、トナーに熱と圧力を加えることでトナーを記録媒体に定着させる方法である。
【０００４】
このような定着装置においては、良好な定着特性を得るために、加熱ローラの温度が所定の温度範囲で安定していることが必要である。そこで、加熱ローラを加熱する加熱体へ供給する電力量を調節することによって、加熱ローラの温度制御を行っている。より具体的には、加熱ローラの温度を検出し、その検出結果に基づいて、一定の制御周期（例えば１秒）の１サイクルのうち加熱体に通電する期間（デューティ）を決定している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９０３３１号公報（図１）
【０００６】
【特許文献２】
特許第３１２１４９５号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように構成された画像形成装置では、中間転写ベルトの基準位置を検出するセンサが設けられている。そして、複数色のトナー像を相互にレジストしながら重ね合わせるために、該センサから出力される同期信号を利用している。すなわち、同期信号がセンサから出力されるごとに所定タイミングで感光体上にトナー像を形成した後、感光体と同期して一定の搬送速度で回転する中間転写ベルト上に当該トナー像を一次転写している。そして、該一次転写時にレジスト制御することで複数色のトナー像を正確に重ね合わせている。また、上記同期信号に基づき記録媒体を二次転写位置まで搬送してカラートナー像を二次転写している。したがって、中間転写ベルトが一定速度で回転移動している限り同期信号は一定周期で出力され、トナー像の形成、記録媒体の搬送および記録媒体へのトナー像の二次転写などは規則正しく実行されることとなる。
【０００８】
しかしながら、実際の画像形成装置では、カラー画像を形成する際に、中間転写ベルトに対して適当なタイミングで二次転写を実行するための二次転写ローラやベルト表面をクリーニングするためのクリーナブレード等が一時的に当接する。そのため、その当接によって中間転写ベルトの回転搬送が妨げられたり、中間転写ベルトが弾性的に伸びたり、中間転写ベルトに動力を伝達する駆動系（例えばギア、ベルト）も同様に弾性変形したり、さらには中間転写ベルトを回転駆動するベルト駆動部に対して負荷がかかり、その離当接によって中間転写ベルトが一定速度で回転搬送されなくなってしまう。その結果、定着処理に先立って行われるトナー像の形成、記録媒体の搬送および記録媒体へのトナー像の二次転写などの定着処理前動作は時間的に不規則となっている。
【０００９】
そのため、温度制御動作を規則正しく繰り返すことで定着温度を制御している特許文献２に記載の定着温度の制御方法をそのまま上記画像形成装置に適用した場合、定着処理前動作と定着処理動作とのマッチング不良により、定着不良や濃度ムラ等の画像欠陥を引き起こしたり、記録媒体が過熱されて劣化するなど、良好な定着特性を得られないことがあった。
【００１０】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、中間転写ベルトや中間転写ベルトなどの中間転写媒体上に形成したカラートナー像を記録媒体に転写し、さらに該カラートナー像を構成する記録媒体上のトナーを加熱手段により加熱して該カラートナー像を記録媒体上に定着させる画像形成装置において、定着温度を安定に制御して良好な定着特性を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、所定方向に回転移動する中間転写媒体を有し、像形成手段により形成される各色のトナー像を中間転写媒体上で重ね合わせてカラートナー像を形成するとともに、中間転写媒体上のカラートナー像を記録媒体に転写する転写手段と、中間転写媒体の回転動作に対応する同期信号を出力する信号発生手段と、カラートナー像を記録媒体に定着させるべく、カラートナー像を構成する記録媒体上のトナーを加熱する加熱手段と、加熱手段への通電をオン／オフすることによって加熱手段を所定の温度に制御する制御手段とを備え、制御手段は、同期信号に基づいて、加熱手段への通電を制御することを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明では、信号発生手段により中間転写媒体の回転動作に対応した同期信号が出力され、この同期信号に基づき加熱手段への通電が制御される。したがって、定着処理に先立って行われるトナー像の形成や記録媒体へのカラートナー像の転写などの定着処理前動作と、カラートナー像を記録媒体に定着させる定着処理動作とがマッチングされて、定着温度を安定に制御して良好な定着特性が得られる。
【００１３】
なお、加熱手段の制御目標となる「所定の温度」は、一の値に限定されるものではなく、良好な定着特性を得られる限りにおいて、一定の幅を有する温度範囲として規定されてもよい。
【００１４】
このような画像形成装置において、例えば、制御手段は、１サイクルのうち加熱手段への通電時間を調節する温度制御動作を繰り返して行うことで加熱手段を所定の温度に制御するようにしてもよく、この場合、該温度制御動作の周期を同期信号の出力周期に応じて変更することで、定着処理前動作と定着処理動作とのマッチングを容易に、しかも良好に行うことができる。
【００１５】
また、カラートナー像が転写された記録媒体を加熱手段に搬送する際に、この搬送タイミングを同期信号に基づき制御するのが望ましい。その理由は以下のとおりである。
【００１６】
この種の画像形成装置では、記録媒体が加熱手段により加熱される加熱位置を通過する間、加熱手段の温度が所定の温度範囲内に保たれていなければならない。そこで、上記のように加熱手段に断続的に通電することによって温度制御を行うが、通電のオン／オフが実際の温度に反映されるまでには時間遅れがある。一方、常温の記録媒体が加熱位置に搬送されてくると、加熱手段の熱が記録媒体に奪われるため、加熱手段の温度は急激に低下することとなる。
【００１７】
ここで、記録媒体の搬送タイミングとは関係なく、加熱手段への通電時間を調節することで加熱手段の温度制御を行った場合には、記録媒体が加熱位置に到達するタイミングと、加熱手段への通電をオン／オフするタイミングとの間に相関性がなく、その結果、記録媒体が加熱位置を通過する間、加熱手段の温度を所定範囲に保持することが困難となる場合がある。
【００１８】
これに対して、上記のように構成された画像形成装置では、記録媒体の搬送タイミングが同期信号により制御されることとなるため、この搬送タイミングは上記したように同期信号に基づき制御される加熱手段への通電のタイミングとマッチングされることとなり、両タイミングの間に一定の相関性を持たせることが可能となる。つまり、加熱手段に必要な電力を与えるタイミングと、記録媒体が到達するタイミングとの間の時間差を規定することができるため、実際に記録媒体が通過するときの加熱手段の温度を所定値に制御することが容易となる。その結果、この画像形成装置では、定着時の加熱手段の温度を安定に制御して良好な定着特性を得ることができる。
【００１９】
また、例えば、制御手段は、記録媒体の搬送方向における記録媒体の先頭部が加熱手段により加熱開始される加熱位置に到達する到達時刻より所定時間前に、加熱手段への通電がオンとなるようにしてもよい。すなわち、加熱手段への通電期間の開始時刻と記録媒体の到達時刻との間の時間差を一定とすることによって、記録媒体が通過するときの加熱手段の温度を効果的に制御することができる。
【００２０】
ここで、像形成手段が、互いに異なる態様でトナー像を形成する複数の動作モードの一つを像形成動作として選択的に実行可能となっている画像形成装置においては、複数の動作モード毎に所定時間を設定するのが好ましい。ここでいう「態様の異なる複数の動作モード」とは、例えば、材質・特性の異なる記録媒体のそれぞれに対応した設けられた動作モード（普通紙モード、厚紙モードなど）、記録媒体のサイズの違いに対応した動作モード、要求される画像品質の相違に対応した動作モード（高画質モード、標準画質モードなど）等、必要に応じて、またはユーザの希望に応じて、画像を形成するときの何らかの動作条件を異ならせた動作モードのことである。
【００２１】
これらの各動作モード間では、装置の動作速度や加熱手段の熱負荷となる記録媒体の熱容量などが互いに相違している。そこで、加熱手段への通電期間の開始時刻と記録媒体の到達時刻との間の時間差を各動作モード毎に個別に設定することで、加熱手段の温度を各動作モードに応じて適切に制御することが可能となる。
【００２２】
また、制御手段による加熱手段の制御目標温度を変更設定可能となっている場合にも、制御目標温度に応じて所定時間が設定するようにするのが好ましい。
【００２３】
また、カラー画像形成を行わないとき、つまり、記録媒体が加熱手段に送り込まれてくることがないときには、加熱手段の熱負荷の変化は小さく、急激な温度変化は起こり難い。そこで、この場合には、制御手段は、一定の制御期間毎に該期間内における加熱手段への通電時間を調節するようにしてもよい。
【００２４】
また、加熱手段の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、その検出結果に基づいて、制御手段が加熱手段の温度を制御するようにしてもよい。こうすることで、加熱手段の実際の温度に応じた適切な温度制御を行うことができる。
【００２５】
さらに、制御手段は、タイミング信号および温度検出手段の検出結果に基づいて、加熱手段への通電時間を決定するようにしてもよい。つまり、温度検出手段による検出結果に基づいて現在までの加熱手段の温度またはその変化を把握するとともに、タイミング信号に基づいて記録媒体の到達タイミングを把握し、これらの情報に基づいて加熱手段への通電を制御することで、記録媒体が通過するときの加熱手段の温度をより確実に所定値に制御することができる。
【００２６】
また、この発明にかかる定着温度の制御方法は、互いに異なる複数色のトナー像を所定方向に回転移動する中間転写媒体上で重ね合わせることで得られるカラートナー像を記録媒体に転写し、さらに該カラートナー像を構成する記録媒体上のトナーを加熱手段により加熱してカラートナー像を記録媒体上に定着させる画像形成装置に適用可能となっており、上記目的を達成するため、中間転写媒体の回転動作に関連する同期信号に基づいて、加熱手段への通電をオン／オフすることによって、加熱手段を所定の温度に制御することを特徴としている。
【００２７】
このように構成された発明では、上記装置にかかる発明と同様に、中間転写媒体の回転動作に関連する同期信号に基づき加熱手段への通電が制御されるため、定着処理に先立って行われるトナー像の形成や記録媒体へのカラートナー像の転写などの定着処理前動作と、カラートナー像を記録媒体に定着させる定着処理動作とをマッチングすることができ、定着温度を安定に制御して良好な定着特性を得ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ユーザからの画像形成要求に応じてホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０がエンジン部ＥＧの各部を制御してシートＳに画像信号に対応する画像を形成する。
【００２９】
このエンジン部ＥＧでは、感光体２が図１の矢印方向Ｄ１に回転自在に設けられている。また、この感光体２の周りにその回転方向Ｄ１に沿って、帯電ユニット３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット３は帯電制御部１０３から帯電バイアスを印加されており、感光体２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。
【００３０】
そして、この帯電ユニット３によって帯電された感光体２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、露光制御部１０２から与えられる制御指令に応じて光ビームＬを感光体２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。例えば、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース（Ｉ／Ｆ）１１２を介してメインコントローラ１１のＣＰＵ１１１に画像信号が与えられると、エンジンコントローラ１０のＣＰＵ１０１が露光制御部１０２に対し所定のタイミングで画像信号に対応した制御信号を出力し、これに応じて露光ユニット６から光ビームＬが感光体２上に照射されて、画像信号に対応する静電潜像が感光体２上に形成される。
【００３１】
こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この実施形態では、現像ユニット４は、軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、図示を省略する回転駆動部、支持フレーム４０に対して着脱自在に構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、図２に示すように、現像器制御部１０４により制御されている。そして、この現像器制御部１０４からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２と当接または所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされて、選択された色のトナーを感光体２の表面に付与する。これによって、感光体２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。このように本実施形態では、感光体２、帯電ユニット３、現像ユニット４および露光ユニット６により互いに異なる色（イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック）のトナー像を形成しており、本発明の「像形成手段」として機能している。
【００３２】
また上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ１で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、本発明の「転写手段」に相当するものであり、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト（中間転写媒体）７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ２に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに形成する場合には、感光体２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラートナー像を形成するとともに、カセット８から取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ２まで搬送されてくる「記録媒体」であるシートＳ上にカラートナー像を二次転写する。また、こうしてカラートナー像が転写されたシートＳは定着ユニット９を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部に搬送される。なお、この定着ユニット９の構造および機能については後に詳述する。
【００３３】
また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６および垂直同期センサ７７が配置されている。これらのうち、クリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。また、垂直同期センサ７７は中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連した同期信号、つまり垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを出力し、本発明の「信号発生手段」として機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいて制御される。なお、その動作については公知であり、例えば特許文献１に詳述されているため、ここではその説明を省略する。
【００３４】
また、二次転写領域ＴＲ２から定着ユニット９に至る搬送経路Ｆ上には、フォトインタラプタからなる定着前センサ７８が設けられており、搬送経路Ｆ上におけるシートＳのジャム発生検知に用いられる。すなわち、シートＳ上への画像形成動作を実行するとき、所定のタイミングでシートＳがこの定着前センサ７８を通過するか否かによって、シートＳが正しく搬送されたか、あるいは搬送経路Ｆの途中でジャムを起こしたかを判断することができる。
【００３５】
なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリであり、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。
【００３６】
図３はこの画像形成装置の定着ユニットを示す図である。より詳しくは、図３（ａ）は定着ユニット９の構造を示す拡大断面図であり、図３（ｂ）は定着ユニット９の制御回路を示す図である。この定着ユニット９では、加熱ローラ９１と加圧ローラ９２とがニップ部Ｎにおいて当接するように配置されている。加熱ローラ９１は、円筒状に形成されたスリーブ９１ｂと、その内部に挿入されたヒータ９１ｃとを備えている。スリーブ９１ｂは、例えば、鉄、銅、アルミニウムやその合金など、熱伝導性の高い金属で形成されるのが好ましい。また、ヒータ９１ｃとしては、例えばハロゲンランプを用いることができる。
【００３７】
スリーブ９１ｂの表面には、トナーを均一に加熱して定着ムラの発生を抑制し、また加熱ローラ９１へのトナーの融着を防止するための表面層９１ａが設けられている。この表面層９１ａは、耐熱性および弾性を有する材料で形成されるが、熱伝導率の高い材料を用いることがより好ましい。このような材料としては、例えばシリコーンゴムやフッ素樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、加熱ローラ９１の表面温度を検出する「温度検出手段」としてのサーミスタ９３が、加熱ローラ９１の表面層９１ａに当接して設けられている。また、加圧ローラ９２も、加熱ローラ９１と同様に、金属管または金属棒の表面にシリコーンゴム等の表面層を設けたものを用いることができるが、広いニップ幅を確保するため、表面層の厚さは加熱ローラ９１のそれより大きくするのが好ましい。これらのローラ９１、９２は、後述する定着動作を実行するときには、図３（ａ）においてそれぞれの上方に示した矢印の方向に回転する一方、加熱ローラ９１は所定温度に温度制御される。
【００３８】
このように構成された定着ユニット９では、次のようにして加熱ローラ９１の表面温度が制御されている。すなわち、加熱ローラ９１に当接しているサーミスタ９３の電気抵抗は加熱ローラ９１の表面温度によって変化する。サーミスタ９３にはプルアップ抵抗９４を介して直流電源電圧が印加されているので、その端子電圧Ｖｔｈも温度により変化する。そのため、ＣＰＵ１０１はサーミスタ９３の端子電圧Ｖｔｈから加熱ローラ９１の表面温度を求めることができる。ＣＰＵ１０１は、こうして求めた加熱ローラ９１の実際の温度とその目標温度とに基づいてヒータ９１ｃへの通電をオン・オフ制御することによって、加熱ローラ９１の表面温度を所定温度に制御する。より具体的には、ヒータ９１ｃと、該ヒータ９１ｃに電力を供給する交流電源９７との間にリレー９６が介挿されており、ＣＰＵ１０１がリレー９６を制御して、ヒータ９１ｃへの通電をオン・オフする。これによって加熱ローラ９１の表面温度が上昇または下降する。すなわち、この実施形態では、ＣＰＵ１０１が「制御手段」として機能している。
【００３９】
ＣＰＵ１０１による通電の制御方法としては、温度制御法として従来より公知の種々の制御方法を用いることができるが、例えば、加熱ローラ９１を常温から所定温度まで素早く上昇させる必要があるウォームアップ時にはＰＤ制御を、またその温度を所定の温度範囲に保つ必要がある定着動作時にはＰＩ制御を用いるのが好ましい。また、交流電源９７としては、商用交流電源をそのまま、あるいはトランスにより絶縁・電圧変換したものを用いることができる。
【００４０】
この定着ユニット９による画像の定着動作について、図３（ａ）を参照しながら説明する。カセット８から二次転写領域ＴＲ２（図１）に搬送されたシートＳには、中間転写ベルト７１上に担持されていたカラートナー像Ｉｍが転写される。このとき、カラートナー像Ｉｍは静電気力によって単にシートＳ上に付着しているだけであり、擦過されると容易に剥落してしまう状態である。このシートＳは、定着ユニット９の下方からニップ部Ｎに向けて搬送されてくる。そして、シートＳがニップ部Ｎを通過する間に、カラートナー像Ｉｍを構成しているトナーが加熱ローラ９１からの熱により融解するとともに加圧され、シートＳに融着される。こうしてカラートナー像ＩｍがシートＳ上に定着される。すなわち、この実施形態では、加熱ローラ９１が本発明の「加熱手段」として機能しており、またニップ部Ｎが「加熱位置」に相当している。
【００４１】
良好な定着特性を得るためには、ニップ部Ｎを通過するシートＳに対しトナーを融解させるに十分な熱量と一定の圧力とを与えることができればよい。この点からは、加熱ローラ９１の温度は必ずしも厳密に一定に保つ必要はなく、少なくともシートＳがニップ部Ｎを通過する間、ある温度範囲内に保たれていればよい。特に温度変動が大きくなるのはシートＳがニップ部Ｎを通過するときであるが、シートＳがニップ部Ｎに到達するタイミングは装置各部の動作の進行状況から把握することができるものであるから、それに伴う温度変化を見越した電力をヒータ９１ｃに与えるようにすれば、加熱ローラ９１の温度を適正に保つことが可能である。
【００４２】
例えば１サイクルのうちヒータ９１ｃへの通電時間を調節する温度制御動作を繰り返して行うことによって上記目的を達成することができる。ただし、温度制御動作と、定着処理に先立って行われるトナー像の形成や記録媒体へのカラートナー像の転写などの定着処理前動作とがマッチングしていない場合には、「発明が解決しようとする課題」の項で述べた問題が生じるため、後述するように定着処理動作と定着処理前動作とのマッチングをとるように構成するのが望まれる。また、与えた電力が加熱ローラ９１表面の温度上昇として反映されるまでに時間遅れがあるため、この電力供給は、ニップ部ＮにシートＳが到達するタイミングに先んじて行う必要がある。この時間遅れ量は、ヒータ９１ｃの発熱量や加熱ローラ９１の熱容量等によって決まるものであって装置毎に異なっている。したがって、上記した制御期間の長さも、装置の特性に応じて適宜改変されるべきものである。さらに、ヒータ９１ｃへの通電開始と、シートＳがニップ部Ｎに到達するタイミングとの時間差についても考慮する必要がある。
【００４３】
図４および図５は加熱ローラへの通電タイミングと温度変化との関係を示す図である。カラー画像形成を行わずシートＳがニップ部Ｎにない状態では、ヒータ９１ｃの熱負荷がほぼ一定であるため、温度を一定に保つのは比較的容易である。したがって、図４（ａ）に示すように、一定の制御周期Ｔｃ毎に加熱ローラ９１の表面温度を検出して目標温度と比較し、その結果に基づいてヒータ９１ｃへの通電時間を調節することによって加熱ローラ９１の温度を所定範囲に保つことができる。より具体的には、サーミスタ９３により検出した加熱ローラ９１の表面温度が目標温度より低いときには通電時間を長くし（符号Ａ）、逆に目標温度より高いときには通電時間を短くする（符号Ｂ）、あるいはこの期間の通電を行わない。
【００４４】
したがって、カラー画像の形成を実行していない間（非画像形成時）においては、上記のように温度制御動作を繰り返すことでヒータ９１ｃの温度（定着温度）を安定して制御することができる。しかしながら、カラー画像の形成を実行する際には、同図（ｂ）に示すように、中間転写ベルト７１が１周する毎に垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが出力されるが、その周期Ｔｖ１、Ｔｖ２、Ｔｖ３、…は常に一定というわけではなく、動作状況に応じて変化する。すなわち、この画像形成装置では、各トナー色について、トナー像の形成、該トナー像の中間転写ベルト７１への一次転写、中間転写ベルト７１のクリーニングなどの一連の動作（像形成・転写処理）が繰り返して行い、また中間転写ベルト７１上のカラートナー像をシートＳに２次転写するため、クリーナ７６のブレードや二次転写ローラなどの当接手段が中間転写ベルト７１に一時的に離当接する。したがって、当接手段の離当接に応じて中間転写ベルト７１が一定速度で回転搬送されず、その結果、カラー画像を形成している最中において、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期Ｔｖ１、Ｔｖ２、Ｔｖ３、…は一定とはならず、その結果、温度制御動作と定着処理前動作とがずれてしまい、良好な定着特性を得ることが困難となっている。
【００４５】
また、シートＳがニップ部Ｎに到達すると、加熱ローラ９１の温度は急激に低下する。これを防止するためには、シートＳがニップ部Ｎに到達する直前にヒータ９１ｃへの電力供給量を増加させるのが効果的である。ただし、このとき、ヒータ９１ｃへの通電のタイミングと、実際にシートＳがニップ部Ｎに到達するタイミングとの時間関係が不定であれば、加熱ローラ９１の温度変化は必ずしも想定したとおりにはならない。例えば、図５（ａ）に示すように、通電を開始してからシートＳがニップ部Ｎに到達する時刻ｔ０までに比較的長い時間ｔ１がある場合には、加熱ローラ９１の温度が上昇しすぎてしまう。逆に、図５（ｂ）に示すように、通電開始からシートＳがニップ部Ｎに到達するまでの時間ｔ２が短ければ、温度上昇が遅れて加熱ローラ９１の温度が低下してしまい、良好な定着特性を得るための適正な温度範囲から外れてしまうことがある。
【００４６】
そこで、この実施形態では、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃと、ニップ部ＮへのシートＳの搬送タイミングと、ヒータ９１ｃへの通電タイミングとの間に一定の相関性を与えることで、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期と温度制御動作の周期とを一致させて定着処理動作と定着処理前動作とをマッチングさせるとともに、さらにシートＳがニップ部Ｎを通過するときの加熱ローラ９１の表面温度が確実に所定の温度範囲内に収まるようにしている。このように垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づき通電タイミングを管理することで加熱ローラ９１の温度を制御する方法について、図６を参照してさらに詳しく説明する。
【００４７】
図６はこの実施形態における通電タイミングを示す図である。この実施形態では、画像形成動作を行うときに一定速度で回転駆動される中間転写ベルト７１の周回に関連して垂直同期センサ７７から出力される垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを基準にして、ヒータ９１ｃへの通電を制御するようにしている。すなわち、この実施形態では、温度制御の制御期間を垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの繰り返し周期に合わせている。このように、この実施形態では、同図に示すように、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりと、ヒータ９１ｃへの通電を開始するタイミングとの時間差Δｔが一定となるように、ヒータ９１ｃへの通電開始タイミングを設定する。
【００４８】
このようにすることで、以下の作用効果が得られる。まず、垂直同期センサ７７により中間転写媒体の回転動作に対応した同期信号、つまり垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが出力され、この垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づきヒータ９１ｃへの通電が制御されるので、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期Ｔｖ１、Ｔｖ２、Ｔｖ３、…と、各垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに対応する温度制御動作の周期Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、…とが一致している。すなわち、この実施形態では、定着処理に先立って行われるトナー像の形成やシートＳへのカラートナー像の転写などの定着処理前動作と、カラートナー像をシートＳに定着させる定着処理動作とがマッチングされて、定着温度を安定に制御して良好な定着特性を得ることができる。
【００４９】
また、シートＳ上の所定位置に正しく画像を転写するため、シートＳの搬送は垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに合わせて行っている。したがって、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの変化とニップ部ＮへのシートＳの到達タイミングとの間も、一定の時間差に保たれている。ここで、上記したように、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりとヒータ９１ｃへの通電開始との時間差Δｔが一定に保たれているため、シートＳの先頭部がニップ部Ｎに到達する時刻ｔ０と、その直前においてヒータ９１ｃへの通電が開始される時刻との間の時間差ｔ３も一定となる。
【００５０】
加熱ローラ９１の温度は、ヒータ９１ｃへの通電による温度上昇と、シートＳの通過による温度低下との相互作用によって決まる。上記のように、ヒータ９１ｃへの通電を開始してから実際にシートＳがニップ部Ｎに到達するまでの時間が一定していれば、上記相互作用の結果としての加熱ローラ９１の温度変化を的確に予測することができる。そして、その予測に基づいてヒータ９１ｃへの通電時間を決定することで、加熱ローラ９１の温度を安定して制御することが可能となる。
【００５１】
なお、この画像形成装置では、画像形成動作を実行する動作モードとして、普通紙（上質紙）への画像形成を行う普通紙モードと、より紙厚の大きい厚紙への画像形成を行う厚紙モードとを備えている。この厚紙モードでは、記録媒体であるシートＳ（厚紙）の熱容量が普通紙より大きいことを考慮して、普通紙モードよりシートＳの搬送速度を落とし、より時間をかけてニップ部Ｎを通過させることでトナーを十分に融着させるようにしている。ただし、加熱によるシートＳへのダメージを抑制するため、このときの目標温度は普通紙モードより若干低く設定している。より具体的には、普通紙モード、厚紙モードにおける加熱ローラ９１の目標温度は、それぞれ１９４℃、１９０℃である。
【００５２】
図７は加熱ローラの温度制御動作を示すフローチャートである。この画像形成装置では、画像形成動作を実行するとき、ＣＰＵ１０１が図７に示す温度制御動作を実行することで、加熱ローラ９１の温度を制御している。この温度制御動作では、まず、実行する動作モードが普通紙モードか厚紙モードかを判別し、その動作モードに応じた目標温度、時間差Δｔおよびオフセット値を設定する（ステップＳ１）。この目標温度とは、加熱ローラ９１の制御目標温度である。また、時間差Δｔは、図６に示すものであり、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりからヒータ９１ｃへの通電開始までの時間に対応する。また、オフセット値とは、シートＳがニップ部Ｎを通過するときの加熱ローラ９１の温度低下を補う目的で設定されるものであるが、このオフセット値については後に詳述する。
【００５３】
そして、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりを待つ（ステップＳ２）。垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりを検出すると、サーミスタ９３の端子電圧Ｖｔｈの値から、現在の加熱ローラ９１の表面温度を求める（ステップＳ３）。そして、その値と、先に設定した目標温度とに基づいて、ヒータ９１ｃへの通電時間を算出する（ステップＳ４）。この通電時間は、従来より公知の温度制御技術、例えばＰＤ制御またはＰＩＤ制御の原理に基づいて算出することができる。
【００５４】
ＣＰＵ１０１は、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいてエンジン部ＥＧ各部を制御している。したがって、ニップ部ＮにシートＳが到達する時刻を予測することができる。ＣＰＵ１０１は、次の制御期間中にシートＳがニップ部Ｎに到達するかどうかを判定し（ステップＳ５）、その判定結果がＹＥＳである場合には、上記で算出した通電時間に先に求めたオフセット値を加算する（ステップＳ６）。
【００５５】
こうすることで、当該制御期間では、ヒータ９１ｃへの通電時間がオフセット値に相当する分だけ延長されることとなる。これにより、シートＳがニップ部Ｎに到達する直前のヒータ９１ｃには、加熱ローラ９１の温度を一定に保つために必要な電力量にさらに一定量が加算された電力量が供給される。
【００５６】
この加算される電力量がシートＳにより加熱ローラ９１から奪われる熱量に相当する量となるように、上記オフセット値は設定されている。つまり、この実施形態では、シートＳの通過により加熱ローラ９１から奪われる熱量を補償するために必要十分な電力が、シートＳのニップ部Ｎへの到達に先立ってヒータ９１ｃに供給されている。そのため、シートＳがニップ部Ｎを通過するときの温度変化は少なくなっており、その結果、良好な定着特性を得ることができる。
【００５７】
一方、当該制御期間中にシートＳが送り込まれてこない場合には、上記オフセット値の加算は行わない。そして、先の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの立ち上がりから一定の時間Δｔが経過するのを待ち（ステップＳ７）、上記で求めた通電時間だけ、リレー９６（図３）をオンにしてヒータ９１ｃへの通電を行う（ステップＳ８）。これにより、加熱ローラ９１の温度を安定させるために必要な電力がヒータ９１ｃに供給される。そして、定着動作を終了するときにはそのまま制御を終えるが、そうでない場合には、ステップＳ２に戻って上記動作を繰り返し実行する（ステップＳ９）。
【００５８】
以上のように、この実施形態では、中間転写ベルト７１の周回に関連して周期的に出力される垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに基づいて、温度制御動作を行うことによって加熱ローラ９１の温度制御を行っている。したがって、カラー画像形成装置においては、クリーナ７６のブレードや二次転写ローラなどの中間転写ベルト７１への離当接に応じて中間転写ベルト７１の速度が変化するが、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期と、各垂直同期信号Ｖｓｙｎｃに対応する温度制御動作の周期とを一致させて定着処理前動作と定着処理動作とをマッチングさせることができ、定着温度を安定に制御して良好な定着特性を得ることができる。
【００５９】
また、シートＳが定着ユニット９に搬送されるタイミング（図６中の２番目の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが出力されるタイミング）に対応する温度制御動作においては、シートＳがニップ部Ｎに到達する時刻ｔ０の直前に、シートＳによる吸熱量に見合うだけの電力を加熱ローラ９１のヒータ９１ｃに供給しており、これによって加熱ローラ９１の温度低下を未然に防止している。しかも、ヒータ９１ｃへの通電開始から実際にシートＳがニップ部Ｎに到達するまでの時間ｔ３が一定しているので、加熱ローラ９１の温度変化を的確に予測して、必要かつ十分な電力量をヒータ９１ｃに供給することができる。そのため、加熱ローラ９１の温度を安定に保つことができる。
【００６０】
また、このように加熱ローラ９１の温度制御を行っているので、熱容量の小さい加熱ローラ９１を用いることができ、ウォームアップ時間の短縮および消費電力の低減という要求にも応じることができる。
【００６１】
なお、装置が画像形成動作を行わないときには中間転写ベルト７１は停止しており、このとき垂直同期センサ７７から垂直同期信号Ｖｓｙｎｃは出力されない。この場合には、図４（ａ）に示すように、制御周期を一定としてヒータ９１ｃへの通電を制御する従来と同様の温度制御技術を適用することができる。というのは、この場合、シートＳの通過という大きな温度変動要因は存在せず、また、実際に定着動作をするわけではないので、加熱ローラ９１の温度を厳しく管理する必要もないからである。このような一定周期での制御は、ＣＰＵ１０１の動作クロックを適宜分周した信号やその他の周期信号に基づいて行うことができる。
【００６２】
実際の画像形成動作では、外部から画像形成要求があったとき、まず中間転写ベルト７１上にトナー像が形成され、そのトナー像がシートＳに転写され、定着される。したがって、シートＳがニップ部Ｎに到達する前までに、少なくとも数回の垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが出力されると考えられる。したがって、装置が待機状態にあるときには加熱ローラ９１の温度制御は一定の制御周期Ｔｃで行っておき、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃが検出されたときには、この信号Ｖｓｙｎｃに基づいて温度制御を行うようにするのが好ましい。こうすることで、少なくともシートＳがニップ部Ｎを通過するときの加熱ローラ９１の温度については、確実に所定の温度範囲に収まるようにすることができる。
【００６３】
また、シートＳによる吸熱量は、シートＳの厚さだけでなく、そのサイズによっても異なるから、上記したオフセット値は、使用するシートＳのサイズ毎に設定されることが望ましい。
【００６４】
なお、加熱ローラ９１を所定温度に制御するためには、より短い制御周期で加熱ローラ９１の表面温度を検知し、その検出結果と目標温度との比較に基づきヒータ９１ｃへの通電を細かく制御する方法も考えられる。例えば、インバータを用いてヒータ９１ｃへの通電を制御する方法や、サイリスタにより交流電圧の点弧角を制御する方法などがある。しかしながら、このような制御を実現するためにはより複雑な構成の装置を必要とする。前述したように、このような定着ユニット９においては、少なくともシートＳがニップ部Ｎを通過するときの加熱ローラ９１の温度が所定範囲内にあればよい。かかる要求に対してこのように複雑な制御を適用することは、装置コストの上昇を招くばかりであまり実効があるとはいえない。
【００６５】
これに対して、この実施形態の装置における温度制御は、比較的長い（例えば１秒ないし数秒程度）制御周期でヒータ９１ｃへの通電をオン／オフするという比較的簡単な制御であり、その通電タイミングをシート搬送タイミングに合わせて管理するのみであるため、特別な構成を必要とせず、低コストにて実現可能である。
【００６６】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、加熱ローラ９１に設けるヒータ９１ｃとしては、ハロゲンランプに限定されるものではなく、他の方式によるものであってもよいが、制御入力に応答して温度が素早く変化するものであることが望ましい。また、その制御目標温度については、上記数値に限定されず、トナーおよび記録媒体の特性に応じて適宜定めればよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、サーミスタ９３を加熱手段たる加熱ローラ９１表面に当接させることによって加熱ローラ９１の温度を検出しているが、加熱手段の温度を検出する方法はこれに限定されるものではない。例えば、非接触にて対象物の温度を測定する温度検出手段を用いてもよく、また、加熱手段の温度によって物性が変化する他の部材を介して間接的に加熱手段の温度を検出するようにしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態の画像形成装置では、普通紙モードおよび厚紙モードの２つの動作モードを備えており、各動作モード毎に加熱ローラ９１の目標温度、時間差Δｔおよびオフセット値の各パラメータを個別に設定するようにしている。しかしながら、これ以外の動作モードを備えるようにしてもよく、また、各パラメータをどのように変化させるかについても、各動作モードにおける装置の動作内容に応じて適宜設定すればよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、加熱ローラ９１に対する温度制御動作の周期（温度制御周期）Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３、…が、中間転写ベルト７１の周回に対応して出力される垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期Ｔｖ１、Ｔｖ２、Ｔｖ３、…のそれぞれ１倍となるようにしているが、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃの周期の整数倍または整数分の１倍となるようにヒータ９１ｃへの通電期間を制御する制御周期（温度制御動作の周期）を設定するようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、本発明の「周期信号」として垂直同期信号Ｖｓｙｎｃを用いているが、これ以外に中間転写ベルト７１の回転動作に関連する信号、例えば感光体２の回転に伴って出力される周期信号や、中間転写ベルト７１、感光体２またはシート搬送経路Ｆ上に設けられた給紙ローラ等を駆動するためのパルスモータ（図示省略）に与えられる駆動パルス信号などを用いることができ、これらの信号をそのまま、あるいは適宜分周または逓倍して用いることができる。
【００７１】
また、上記実施形態にかかる画像形成装置は、ホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を複写紙、転写紙、用紙およびＯＨＰ用透明シートなどの記録媒体に印字するプリンタであるが、本発明は複写機やファクシミリ装置などの電子写真方式のカラー画像形成装置、つまり複数色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置全般に適用することができる。
【００７２】
さらに、上記実施形態では、中間転写媒体として中間転写ベルト７１を設けているが、中間転写ベルト以外の転写媒体（中間転写ドラムや中間転写シートなど）にトナー像を転写してカラー画像を形成する画像形成装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】この画像形成装置の定着ユニットを示す図である。
【図４】加熱ローラへの通電タイミングと温度変化との関係を示す図である。
【図５】加熱ローラへの通電タイミングと温度変化との関係を示す図である。
【図６】この実施形態における通電タイミングを示す図である。
【図７】加熱ローラの温度制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…感光体（像形成手段）、３…帯電ユニット（像形成手段）、４…現像ユニット（像形成手段）、６…露光ユニット（像形成手段）、７…転写ユニット、７１…中間転写ベルト（中間転写媒体）、７７…垂直同期センサ、９…定着ユニット、９１…加熱ローラ（加熱手段）、９１ｃ…ヒータ、９３…サーミスタ（温度検出手段）、１０１…ＣＰＵ（制御手段）、ＥＧ…エンジン部（像形成手段）、Ｎ…ニップ部（加熱位置）、Ｓ…シート（記録媒体）、Ｖｓｙｎｃ…垂直同期信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention transfers a color toner image formed on an intermediate transfer medium such as an intermediate transfer belt or an intermediate transfer belt to a recording medium, and further heats the toner on the recording medium constituting the color toner image by a heating unit. The present invention relates to an image forming apparatus for fixing the color toner image on a recording medium and a method for controlling a fixing temperature in the apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, and a facsimile apparatus, a color toner image is formed by superimposing toner images of a plurality of different colors (for example, yellow, magenta, cyan, and black) on an intermediate transfer medium that rotates and moves in a predetermined direction. There is one that forms a color toner image and transfers and fixes the color toner image on a recording medium such as copy paper, transfer paper, or a transparent sheet (see Patent Document 1). In this image forming apparatus, yellow, magenta, cyan, and black toner images are sequentially formed on a photoreceptor, and each toner image is primarily transferred so as to be superimposed on an intermediate transfer belt, thereby forming an intermediate color toner image. It is formed on a transfer belt. Further, the color toner image thus formed is secondarily transferred to a recording medium conveyed from a cassette, and then further conveyed to a fixing device, where the color toner image on the recording medium is thermally fixed by the fixing device.
[0003]
Various types of fixing devices of this type have been conventionally proposed, and the most common one is a fixing roller type (for example, see Patent Document 2). In this method, a recording medium is passed through a nip portion between a heating roller and a pressure roller heated to a predetermined temperature, and heat and pressure are applied to the toner to fix the toner on the recording medium.
[0004]
In such a fixing device, it is necessary that the temperature of the heating roller is stable within a predetermined temperature range in order to obtain good fixing characteristics. Therefore, the temperature of the heating roller is controlled by adjusting the amount of electric power supplied to the heating element that heats the heating roller. More specifically, the temperature of the heating roller is detected, and a period (duty) for energizing the heating element in one cycle of a certain control cycle (for example, one second) is determined based on the detection result.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-290331 A (FIG. 1)
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3112495 (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the image forming apparatus configured as described above, a sensor for detecting the reference position of the intermediate transfer belt is provided. Then, in order to superimpose a plurality of color toner images while registering each other, a synchronization signal output from the sensor is used. That is, each time a synchronization signal is output from a sensor, a toner image is formed on a photoconductor at a predetermined timing, and then the toner image is primarily transferred onto an intermediate transfer belt that rotates at a constant conveyance speed in synchronization with the photoconductor. are doing. Then, by controlling the registration at the time of the primary transfer, the toner images of a plurality of colors are accurately overlapped. Further, the recording medium is conveyed to the secondary transfer position based on the synchronization signal, and the color toner image is secondarily transferred. Therefore, as long as the intermediate transfer belt rotates at a constant speed, the synchronization signal is output at a constant period, and the formation of the toner image, the conveyance of the recording medium, and the secondary transfer of the toner image to the recording medium are regularly performed. It will be.
[0008]
However, in an actual image forming apparatus, when forming a color image, a secondary transfer roller for performing secondary transfer on the intermediate transfer belt at an appropriate timing, a cleaner blade for cleaning the belt surface, and the like are used. Abuts temporarily. Therefore, the rotation of the intermediate transfer belt is hindered by the contact, the intermediate transfer belt is elastically extended, and a drive system (for example, a gear or a belt) for transmitting power to the intermediate transfer belt is similarly elastically deformed. Further, a load is applied to a belt driving unit that rotationally drives the intermediate transfer belt, so that the intermediate transfer belt cannot be rotated and conveyed at a constant speed due to the separation and contact thereof. As a result, the operations before the fixing process, such as the formation of the toner image, the conveyance of the recording medium, and the secondary transfer of the toner image to the recording medium, which are performed prior to the fixing process, are irregular in time.
[0009]
Therefore, when the fixing temperature control method described in Patent Document 2 in which the fixing temperature is controlled by regularly repeating the temperature control operation is directly applied to the image forming apparatus, matching between the pre-fixing operation and the fixing operation is performed. Due to the defect, good fixing characteristics may not be obtained in some cases, such as causing image defects such as defective fixing and uneven density, and deterioration of the recording medium due to overheating.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and transfers a color toner image formed on an intermediate transfer medium such as an intermediate transfer belt or an intermediate transfer belt onto a recording medium, and further transfers the color toner image on a recording medium forming the color toner image. It is an object of the present invention to obtain an excellent fixing characteristic by stably controlling the fixing temperature in an image forming apparatus in which the toner is heated by a heating means to fix the color toner image on a recording medium.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention has an intermediate transfer medium that rotates and moves in a predetermined direction, and a color image formed by superimposing toner images of respective colors formed by image forming means on the intermediate transfer medium. Transfer means for forming the toner image and transferring the color toner image on the intermediate transfer medium to the recording medium; signal generating means for outputting a synchronization signal corresponding to the rotation operation of the intermediate transfer medium; Heating means for heating the toner on the recording medium constituting the color toner image, and control means for controlling the heating means to a predetermined temperature by turning on / off the power supply to the heating means. The control means controls energization of the heating means based on the synchronization signal.
[0012]
In the invention having such a configuration, the signal generating means outputs a synchronization signal corresponding to the rotation operation of the intermediate transfer medium, and the energization to the heating means is controlled based on the synchronization signal. Therefore, the operation before the fixing process such as the formation of the toner image and the transfer of the color toner image onto the recording medium, which is performed prior to the fixing process, and the fixing operation for fixing the color toner image onto the recording medium are matched. Good fixing characteristics can be obtained by stably controlling the temperature.
[0013]
Note that the “predetermined temperature” that is a control target of the heating unit is not limited to one value, and may be defined as a temperature range having a certain width as long as good fixing characteristics can be obtained. .
[0014]
In such an image forming apparatus, for example, the control unit may control the heating unit to a predetermined temperature by repeatedly performing a temperature control operation of adjusting the energization time to the heating unit in one cycle. In this case, by changing the cycle of the temperature control operation in accordance with the output cycle of the synchronizing signal, the matching between the pre-fixing operation and the fixing operation can be performed easily and well.
[0015]
When the recording medium on which the color toner image has been transferred is conveyed to the heating means, it is desirable to control the conveyance timing based on the synchronization signal. The reason is as follows.
[0016]
In this type of image forming apparatus, the temperature of the heating unit must be kept within a predetermined temperature range while the recording medium passes through a heating position heated by the heating unit. Therefore, the temperature control is performed by intermittently energizing the heating means as described above, but there is a time delay before the on / off of the energization is reflected on the actual temperature. On the other hand, when the recording medium at normal temperature is conveyed to the heating position, the heat of the heating means is taken away by the recording medium, so that the temperature of the heating means drops rapidly.
[0017]
Here, irrespective of the recording medium conveyance timing, if the temperature control of the heating means is performed by adjusting the energizing time to the heating means, the timing at which the recording medium reaches the heating position and the timing of the heating means There is no correlation with the timing of turning on / off the current supply, and as a result, it may be difficult to maintain the temperature of the heating unit within a predetermined range while the recording medium passes through the heating position.
[0018]
On the other hand, in the image forming apparatus configured as described above, the conveyance timing of the recording medium is controlled by the synchronization signal, and thus the conveyance timing is controlled by the heating signal controlled based on the synchronization signal as described above. The timing is matched with the timing of energization of the means, and a certain correlation can be provided between the two timings. In other words, since the time difference between the timing at which the necessary power is supplied to the heating means and the timing at which the recording medium arrives can be defined, the temperature of the heating means when the recording medium actually passes is controlled to a predetermined value. It becomes easy to do. As a result, in this image forming apparatus, good fixing characteristics can be obtained by stably controlling the temperature of the heating unit during fixing.
[0019]
Also, for example, the control unit may turn on the power to the heating unit a predetermined time before the arrival time at which the leading end of the recording medium in the transport direction of the recording medium reaches the heating position where heating by the heating unit is started. It may be. That is, by keeping the time difference between the start time of the power supply period to the heating means and the arrival time of the recording medium constant, it is possible to effectively control the temperature of the heating means when the recording medium passes.
[0020]
Here, in an image forming apparatus in which the image forming unit can selectively execute one of a plurality of operation modes for forming a toner image in different modes as an image forming operation, It is preferable to set a predetermined time. Here, the “plurality of operation modes having different modes” include, for example, operation modes (plain paper mode, cardboard mode, etc.) provided for recording media having different materials and characteristics, and differences in the size of recording media. Operation mode corresponding to the difference in required image quality (high image quality mode, standard image quality mode, etc.), etc., when necessary or according to the user's desire. This is an operation mode with different operation conditions.
[0021]
In each of these operation modes, the operation speed of the apparatus, the heat capacity of the recording medium serving as the heat load of the heating unit, and the like are different from each other. Therefore, by individually setting the time difference between the start time of the energization period to the heating unit and the arrival time of the recording medium for each operation mode, the temperature of the heating unit is appropriately controlled according to each operation mode. It becomes possible.
[0022]
Further, even when the control target temperature of the heating means can be changed and set by the control means, it is preferable to set the predetermined time according to the control target temperature.
[0023]
When color image formation is not performed, that is, when the recording medium is not fed into the heating unit, the change in the heat load of the heating unit is small, and a rapid temperature change is unlikely to occur. Therefore, in this case, the control means may adjust the energizing time to the heating means within a fixed control period at each time.
[0024]
Further, the apparatus may further include temperature detecting means for detecting the temperature of the heating means, and the control means may control the temperature of the heating means based on the detection result. This makes it possible to perform appropriate temperature control according to the actual temperature of the heating unit.
[0025]
Further, the control means may determine the power supply time to the heating means based on the timing signal and the detection result of the temperature detection means. In other words, the temperature of the heating means or its change up to the present time is grasped based on the detection result by the temperature detecting means, the arrival timing of the recording medium is grasped based on the timing signal, and the heating means By controlling the energization, the temperature of the heating means when the recording medium passes can be more reliably controlled to a predetermined value.
[0026]
Further, in the fixing temperature control method according to the present invention, a color toner image obtained by superimposing toner images of a plurality of different colors on an intermediate transfer medium rotating and moving in a predetermined direction is transferred to a recording medium. It is applicable to an image forming apparatus in which a toner on a recording medium constituting a color toner image is heated by a heating unit to fix the color toner image on the recording medium. The heating unit is controlled to a predetermined temperature by turning on / off the energization of the heating unit based on a synchronization signal related to the rotation operation.
[0027]
In the invention configured as described above, similarly to the invention according to the above-described apparatus, since the energization to the heating unit is controlled based on a synchronization signal related to the rotation operation of the intermediate transfer medium, the toner performed before the fixing process is performed. It is possible to match the operation before fixing processing such as image formation and transfer of a color toner image to a recording medium with the fixing processing operation for fixing a color toner image onto a recording medium, and control the fixing temperature stably to achieve good And excellent fixing characteristics can be obtained.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. This apparatus forms a full-color image by superimposing four color toners of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K), or a monochrome image using only black (K) toner. This is an image forming apparatus for forming an image. In this image forming apparatus, when an image signal is given to the main controller 11 from an external device such as a host computer in response to an image formation request from a user, the engine controller 10 Are formed on the sheet S to form an image corresponding to the image signal.
[0029]
In the engine section EG, the photoconductor 2 is provided rotatably in the direction of arrow D1 in FIG. A charging unit 3, a rotary developing unit 4, and a cleaning unit 5 are arranged around the photoconductor 2 along the rotation direction D1. The charging unit 3 is applied with a charging bias from the charging control unit 103 and uniformly charges the outer peripheral surface of the photoconductor 2 to a predetermined surface potential.
[0030]
Then, the light beam L is emitted from the exposure unit 6 toward the outer peripheral surface of the photoconductor 2 charged by the charging unit 3. The exposure unit 6 forms an electrostatic latent image corresponding to an image signal by exposing the light beam L onto the photoconductor 2 in accordance with a control command given from the exposure control unit 102. For example, when an image signal is supplied from an external device such as a host computer to the CPU 111 of the main controller 11 via the interface (I / F) 112, the CPU 101 of the engine controller 10 sends the image signal to the exposure control unit 102 at a predetermined timing. Is output from the exposure unit 6 on the photosensitive member 2 in response to the control signal, and an electrostatic latent image corresponding to the image signal is formed on the photosensitive member 2.
[0031]
The electrostatic latent image thus formed is developed by the developing unit 4 with toner. That is, in this embodiment, the developing unit 4 is configured so as to be rotatable about an axis, a rotation driving unit (not shown), and detachably attached to the support frame 40 so that the toner of each color can be detached. , A yellow developing device 4Y, a cyan developing device 4C, a magenta developing device 4M, and a black developing device 4K. The developing unit 4 is controlled by a developing device control unit 104 as shown in FIG. Based on a control command from the developing device controller 104, the developing unit 4 is driven to rotate, and the developing devices 4Y, 4C, 4M, and 4K selectively contact the photosensitive member 2 or have a predetermined gap. And a toner of the selected color is applied to the surface of the photoconductor 2. Thus, the electrostatic latent image on the photoconductor 2 is visualized in the selected toner color. As described above, in the present embodiment, the toner images of different colors (yellow, magenta, cyan, and black) are formed by the photoconductor 2, the charging unit 3, the developing unit 4, and the exposure unit 6, and the "image" Function as "forming means".
[0032]
Further, the toner image developed by the developing unit 4 as described above is primarily transferred onto the intermediate transfer belt 71 of the transfer unit 7 in the primary transfer area TR1. The transfer unit 7 corresponds to the “transfer unit” of the present invention, and rotates the intermediate transfer belt (intermediate transfer medium) 71 wrapped around a plurality of rollers 72 to 75 and the roller 73 to rotate the intermediate transfer belt. A drive unit (not shown) for rotating the transfer belt 71 in a predetermined rotation direction D2. When a color image is formed on the sheet S, the color toner images formed on the photoreceptor 2 are superimposed on the intermediate transfer belt 71 to form a color toner image. The color toner image is secondarily transferred onto the sheet S which is a “recording medium” conveyed along the path F to the secondary transfer area TR2. Further, the sheet S on which the color toner image has been transferred in this manner is conveyed via the fixing unit 9 to a discharge tray provided on the upper surface of the apparatus main body. The structure and function of the fixing unit 9 will be described later in detail.
[0033]
Further, a cleaner 76 and a vertical synchronization sensor 77 are arranged near the roller 75. Of these, the cleaner 76 can move toward and away from the roller 75 by an electromagnetic clutch (not shown). Then, while moving to the roller 75 side, the blade of the cleaner 76 contacts the surface of the intermediate transfer belt 71 wrapped around the roller 75, and the toner remaining on the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 71 after the secondary transfer. Is removed. The vertical synchronization sensor 77 is a sensor for detecting the reference position of the intermediate transfer belt 71, and outputs a synchronization signal related to the rotation driving of the intermediate transfer belt 71, that is, a vertical synchronization signal Vsync. It functions as "generation means". In this apparatus, the operation of each section of the apparatus is controlled based on the vertical synchronization signal Vsync so that the operation timing of each section is aligned and the toner images formed in each color are accurately overlapped. The operation is well-known, and is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157, and thus the description thereof is omitted here.
[0034]
A pre-fixing sensor 78 composed of a photo-interrupter is provided on the transport path F from the secondary transfer area TR2 to the fixing unit 9, and is used to detect occurrence of a jam of the sheet S on the transport path F. That is, when the image forming operation on the sheet S is performed, whether the sheet S is properly conveyed or whether the sheet S is conveyed in the middle of the conveyance path F depends on whether the sheet S passes the pre-fixing sensor 78 at a predetermined timing. It is possible to determine whether a jam has occurred.
[0035]
In FIG. 2, reference numeral 113 denotes an image memory provided in the main controller 11 for storing an image provided from an external device such as a host computer via the interface 112, and reference numeral 106 denotes an operation performed by the CPU 101. A ROM for storing a program, control data for controlling the engine unit EG, and the like, and a reference numeral 107 is a RAM for temporarily storing a calculation result of the CPU 101 and other data.
[0036]
FIG. 3 is a diagram showing a fixing unit of the image forming apparatus. More specifically, FIG. 3A is an enlarged sectional view illustrating the structure of the fixing unit 9, and FIG. 3B is a diagram illustrating a control circuit of the fixing unit 9. In the fixing unit 9, the heating roller 91 and the pressure roller 92 are arranged so as to abut on the nip N. The heating roller 91 includes a sleeve 91b formed in a cylindrical shape, and a heater 91c inserted therein. The sleeve 91b is preferably formed of a metal having high thermal conductivity such as, for example, iron, copper, aluminum or an alloy thereof. Further, as the heater 91c, for example, a halogen lamp can be used.
[0037]
On the surface of the sleeve 91b, there is provided a surface layer 91a for uniformly heating the toner to suppress occurrence of fixing unevenness and for preventing fusion of the toner to the heating roller 91. The surface layer 91a is formed of a material having heat resistance and elasticity, but it is more preferable to use a material having high thermal conductivity. As such a material, for example, a resin material such as silicone rubber or fluororesin can be used. Further, a thermistor 93 as “temperature detecting means” for detecting the surface temperature of the heating roller 91 is provided in contact with the surface layer 91 a of the heating roller 91. Further, as the pressure roller 92, similarly to the heating roller 91, a roller provided with a surface layer such as silicone rubber on the surface of a metal tube or a metal rod can be used. Is preferably larger than that of the heating roller 91. When these rollers 91 and 92 execute a fixing operation described later, the rollers 91 and 92 rotate in the directions of the arrows shown above in FIG. 3A, respectively, while the temperature of the heating roller 91 is controlled to a predetermined temperature.
[0038]
In the fixing unit 9 configured as described above, the surface temperature of the heating roller 91 is controlled as follows. That is, the electric resistance of the thermistor 93 in contact with the heating roller 91 changes according to the surface temperature of the heating roller 91. Since a DC power supply voltage is applied to the thermistor 93 via the pull-up resistor 94, the terminal voltage Vth also changes with temperature. Therefore, the CPU 101 can obtain the surface temperature of the heating roller 91 from the terminal voltage Vth of the thermistor 93. The CPU 101 controls the surface temperature of the heating roller 91 to a predetermined temperature by controlling on / off of energization of the heater 91c based on the actual temperature of the heating roller 91 and the target temperature thus obtained. More specifically, a relay 96 is interposed between the heater 91c and an AC power supply 97 for supplying power to the heater 91c, and the CPU 101 controls the relay 96 to turn on the power supply to the heater 91c.・ Turn off. As a result, the surface temperature of the heating roller 91 rises or falls. That is, in this embodiment, the CPU 101 functions as a “control unit”.
[0039]
As a method of controlling the energization by the CPU 101, various conventionally known control methods can be used as a temperature control method. For example, the PD control is performed during warm-up when the heating roller 91 needs to be quickly raised from room temperature to a predetermined temperature. It is preferable to use PI control at the time of a fixing operation in which the temperature needs to be kept within a predetermined temperature range. Further, as the AC power supply 97, a commercial AC power supply can be used as it is, or a commercial AC power supply that is insulated and converted by a transformer can be used.
[0040]
An image fixing operation by the fixing unit 9 will be described with reference to FIG. The color toner image Im carried on the intermediate transfer belt 71 is transferred to the sheet S transported from the cassette 8 to the secondary transfer area TR2 (FIG. 1). At this time, the color toner image Im is merely attached to the sheet S by the electrostatic force, and is in a state of easily peeling off when rubbed. The sheet S is conveyed from below the fixing unit 9 toward the nip portion N. Then, while the sheet S passes through the nip portion N, the toner constituting the color toner image Im is melted and heated by the heat from the heating roller 91 and is fused to the sheet S. Thus, the color toner image Im is fixed on the sheet S. That is, in this embodiment, the heating roller 91 functions as the “heating unit” of the present invention, and the nip portion N corresponds to the “heating position”.
[0041]
In order to obtain good fixing characteristics, it suffices if a sufficient amount of heat and a constant pressure can be applied to the sheet S passing through the nip N to melt the toner. From this point, the temperature of the heating roller 91 does not necessarily have to be kept strictly constant, and it is sufficient that the temperature is maintained within a certain temperature range at least while the sheet S passes through the nip portion N. Particularly, the temperature fluctuation becomes large when the sheet S passes through the nip portion N, but the timing at which the sheet S reaches the nip portion N can be understood from the progress of the operation of each unit of the apparatus. If the heater 91c is provided with electric power in anticipation of a temperature change accompanying the temperature, the temperature of the heating roller 91 can be appropriately maintained.
[0042]
For example, the above object can be achieved by repeatedly performing the temperature control operation for adjusting the energization time to the heater 91c in one cycle. However, when the temperature control operation and the operation before the fixing process such as the formation of the toner image performed before the fixing process and the transfer of the color toner image to the recording medium do not match, the description “The invention is not intended to be solved. Since the problem described in the section “Issues to be performed” occurs, it is desired that the fixing process operation and the pre-fixing process operation be matched as described later. Further, since there is a time delay before the applied power is reflected as a temperature rise on the surface of the heating roller 91, it is necessary to supply the power before the sheet S reaches the nip portion N. The amount of time delay is determined by the amount of heat generated by the heater 91c, the heat capacity of the heating roller 91, and the like, and differs for each device. Therefore, the length of the control period described above should be appropriately changed according to the characteristics of the device. Further, it is necessary to consider the time difference between the start of energization of the heater 91c and the timing at which the sheet S reaches the nip portion N.
[0043]
4 and 5 are diagrams showing the relationship between the timing of energizing the heating roller and the temperature change. In a state where the sheet S is not in the nip portion N without performing the color image formation, the heat load of the heater 91c is almost constant, so that it is relatively easy to keep the temperature constant. Therefore, as shown in FIG. 4A, it is necessary to detect the surface temperature of the heating roller 91 at every constant control cycle Tc, compare it with the target temperature, and adjust the energization time to the heater 91c based on the result. Thereby, the temperature of the heating roller 91 can be maintained in a predetermined range. More specifically, when the surface temperature of the heating roller 91 detected by the thermistor 93 is lower than the target temperature, the energizing time is lengthened (reference A), and when it is higher than the target temperature, the energizing time is shortened (reference B). Alternatively, no power is supplied during this period.
[0044]
Therefore, while the color image formation is not being performed (non-image formation), the temperature (fixing temperature) of the heater 91c can be stably controlled by repeating the temperature control operation as described above. However, when a color image is formed, the vertical synchronization signal Vsync is output every time the intermediate transfer belt 71 makes one rotation, as shown in FIG. 3B, and the periods Tv1, Tv2, and Tv3 of the vertical synchronization signal Vsync are output. ,... Are not always constant, but change according to the operation situation. That is, in this image forming apparatus, a series of operations (image forming / transfer processing) such as formation of a toner image, primary transfer of the toner image to the intermediate transfer belt 71, and cleaning of the intermediate transfer belt 71 are performed for each toner color. This is repeated, and the secondary transfer of the color toner image on the intermediate transfer belt 71 to the sheet S is performed, so that the contact means such as the blade of the cleaner 76 and the secondary transfer roller temporarily comes into contact with the intermediate transfer belt 71. . Accordingly, the intermediate transfer belt 71 is not rotated and conveyed at a constant speed in accordance with the separation and contact of the contacting means. As a result, during the formation of a color image, the periods Tv1, Tv2, and Tv3 of the vertical synchronization signal Vsync are generated. Are not constant, and as a result, the temperature control operation is deviated from the operation before the fixing process, and it is difficult to obtain good fixing characteristics.
[0045]
Further, when the sheet S reaches the nip portion N, the temperature of the heating roller 91 rapidly decreases. In order to prevent this, it is effective to increase the amount of power supply to the heater 91c immediately before the sheet S reaches the nip portion N. However, at this time, if the time relationship between the timing of energizing the heater 91c and the timing at which the sheet S actually reaches the nip portion N is undefined, the temperature change of the heating roller 91 is not always as expected. . For example, as shown in FIG. 5A, when there is a relatively long time t1 from the start of energization to the time t0 when the sheet S reaches the nip portion N, the temperature of the heating roller 91 increases. Too much. Conversely, as shown in FIG. 5B, if the time t2 from the start of energization to the time when the sheet S reaches the nip portion N is short, the temperature rise is delayed, and the temperature of the heating roller 91 decreases. The temperature may deviate from an appropriate temperature range for obtaining excellent fixing characteristics.
[0046]
Therefore, in this embodiment, the period of the vertical synchronizing signal Vsync is given by giving a certain correlation between the vertical synchronizing signal Vsync, the conveyance timing of the sheet S to the nip N, and the energization timing to the heater 91c. And the period of the temperature control operation are matched so that the fixing operation and the pre-fixing operation are matched, and furthermore, the surface temperature of the heating roller 91 when the sheet S passes through the nip portion N is ensured to be within a predetermined temperature range. To fit within. A method of controlling the temperature of the heating roller 91 by managing the energization timing based on the vertical synchronization signal Vsync in this manner will be described in more detail with reference to FIG.
[0047]
FIG. 6 is a diagram showing the energization timing in this embodiment. In this embodiment, the heater 91c is supplied to the heater 91c based on a vertical synchronization signal Vsync output from the vertical synchronization sensor 77 in association with the rotation of the intermediate transfer belt 71 that is driven to rotate at a constant speed when performing the image forming operation. The energization is controlled. That is, in this embodiment, the control period of the temperature control is set to the repetition period of the vertical synchronization signal Vsync. As described above, in the present embodiment, as shown in the figure, the energization of the heater 91c is started such that the time difference Δt between the rising of the vertical synchronization signal Vsync and the timing of starting the energization of the heater 91c is constant. Set the timing.
[0048]
By doing so, the following effects can be obtained. First, the vertical synchronization sensor 77 outputs a synchronization signal corresponding to the rotation operation of the intermediate transfer medium, that is, a vertical synchronization signal Vsync, and energization to the heater 91c is controlled based on the vertical synchronization signal Vsync. , And the periods Tc1, Tc2, Tc3,... Of the temperature control operation corresponding to each vertical synchronization signal Vsync. That is, in this embodiment, the operation before the fixing process such as the formation of the toner image and the transfer of the color toner image to the sheet S performed before the fixing process, and the fixing operation for fixing the color toner image onto the sheet S are performed. By matching, good fixing characteristics can be obtained by stably controlling the fixing temperature.
[0049]
Further, in order to correctly transfer an image to a predetermined position on the sheet S, the conveyance of the sheet S is performed in accordance with the vertical synchronization signal Vsync. Therefore, a constant time difference is maintained between the change of the vertical synchronization signal Vsync and the arrival timing of the sheet S at the nip portion N. Here, as described above, since the time difference Δt between the rise of the vertical synchronization signal Vsync and the start of energization to the heater 91c is kept constant, the time t0 at which the leading portion of the sheet S reaches the nip N, Immediately before that, the time difference t3 from the time when the power supply to the heater 91c is started is also constant.
[0050]
The temperature of the heating roller 91 is determined by the interaction between the temperature rise due to the energization of the heater 91c and the temperature fall due to the passage of the sheet S. As described above, if the time from when the heater 91c is energized to when the sheet S actually reaches the nip portion N is constant, the temperature change of the heating roller 91 as a result of the above-described interaction is determined. It can be accurately predicted. Then, by determining the energizing time to the heater 91c based on the prediction, it is possible to stably control the temperature of the heating roller 91.
[0051]
In this image forming apparatus, as an operation mode for executing an image forming operation, there are a plain paper mode for forming an image on plain paper (high quality paper) and a thick paper mode for forming an image on thicker thick paper. It has. In the thick paper mode, the sheet S (thick paper) as a recording medium is considered to have a larger heat capacity than plain paper, so that the sheet S is conveyed at a lower speed than in the plain paper mode, and is passed through the nip portion N with more time. Thus, the toner is sufficiently fused. However, in order to suppress damage to the sheet S due to heating, the target temperature at this time is set slightly lower than in the plain paper mode. More specifically, the target temperatures of the heating roller 91 in the plain paper mode and the thick paper mode are 194 ° C. and 190 ° C., respectively.
[0052]
FIG. 7 is a flowchart showing the temperature control operation of the heating roller. In this image forming apparatus, when the image forming operation is performed, the temperature of the heating roller 91 is controlled by the CPU 101 executing the temperature control operation shown in FIG. In this temperature control operation, first, it is determined whether the operation mode to be executed is the plain paper mode or the thick paper mode, and a target temperature, a time difference Δt, and an offset value corresponding to the operation mode are set (step S1). The target temperature is a control target temperature of the heating roller 91. The time difference Δt is shown in FIG. 6, and corresponds to the time from the rising of the vertical synchronization signal Vsync to the start of energization to the heater 91c. The offset value is set for the purpose of compensating for a temperature drop of the heating roller 91 when the sheet S passes through the nip portion N, and this offset value will be described later in detail.
[0053]
Then, it waits for the rise of the vertical synchronization signal Vsync (step S2). When the rising of the vertical synchronization signal Vsync is detected, the current surface temperature of the heating roller 91 is obtained from the value of the terminal voltage Vth of the thermistor 93 (step S3). Then, the power supply time to the heater 91c is calculated based on the value and the previously set target temperature (step S4). This energization time can be calculated based on a conventionally known temperature control technique, for example, the principle of PD control or PID control.
[0054]
The CPU 101 controls each unit of the engine unit EG based on the vertical synchronization signal Vsync. Therefore, the time when the sheet S reaches the nip portion N can be predicted. The CPU 101 determines whether or not the sheet S reaches the nip portion N during the next control period (step S5). If the determination result is YES, the CPU 101 obtains the power supply time earlier than the above calculated energization time. The offset value is added (Step S6).
[0055]
By doing so, in the control period, the energization time to the heater 91c is extended by an amount corresponding to the offset value. As a result, the heater 91c immediately before the sheet S reaches the nip portion N is supplied with a power amount obtained by adding a certain amount to the power amount necessary for keeping the temperature of the heating roller 91 constant.
[0056]
The offset value is set so that the amount of electric power to be added is equivalent to the amount of heat taken from the heating roller 91 by the sheet S. That is, in this embodiment, sufficient and necessary electric power for compensating the amount of heat taken from the heating roller 91 by the passage of the sheet S is supplied to the heater 91c before the sheet S reaches the nip portion N. Therefore, the temperature change when the sheet S passes through the nip portion N is reduced, and as a result, good fixing characteristics can be obtained.
[0057]
On the other hand, if the sheet S is not fed during the control period, the addition of the offset value is not performed. Then, it waits for a predetermined time Δt to elapse from the rise of the vertical synchronization signal Vsync (step S7), and turns on the relay 96 (FIG. 3) to energize the heater 91c for the energizing time determined above. Perform (Step S8). Thus, electric power necessary for stabilizing the temperature of the heating roller 91 is supplied to the heater 91c. Then, when the fixing operation is completed, the control is terminated as it is, but otherwise, the process returns to step S2 to repeatedly execute the above operation (step S9).
[0058]
As described above, in this embodiment, the temperature of the heating roller 91 is controlled by performing the temperature control operation based on the vertical synchronization signal Vsync periodically output in association with the rotation of the intermediate transfer belt 71. I have. Therefore, in the color image forming apparatus, the speed of the intermediate transfer belt 71 changes according to the separation and contact of the cleaner 76 with the intermediate transfer belt 71 such as the blade and the secondary transfer roller. The pre-fixing operation and the fixing operation can be matched by matching the cycle of the temperature control operation corresponding to each vertical synchronization signal Vsync, and the fixing temperature can be controlled stably to obtain good fixing characteristics. Can be.
[0059]
In the temperature control operation corresponding to the timing at which the sheet S is conveyed to the fixing unit 9 (the timing at which the second vertical synchronization signal Vsync in FIG. 6 is output), the time at which the sheet S reaches the nip portion N Immediately before t0, electric power corresponding to the amount of heat absorbed by the sheet S is supplied to the heater 91c of the heating roller 91, thereby preventing the temperature of the heating roller 91 from lowering. In addition, since the time t3 from the start of energization to the heater 91c until the sheet S actually reaches the nip portion N is constant, the temperature change of the heating roller 91 is accurately predicted, and the necessary and sufficient power Can be supplied to the heater 91c. Therefore, the temperature of the heating roller 91 can be kept stable.
[0060]
In addition, since the temperature control of the heating roller 91 is performed in this manner, the heating roller 91 having a small heat capacity can be used, and it is possible to meet the demand for shortening the warm-up time and reducing the power consumption.
[0061]
When the apparatus does not perform the image forming operation, the intermediate transfer belt 71 is stopped, and at this time, the vertical synchronization sensor 77 does not output the vertical synchronization signal Vsync. In this case, as shown in FIG. 4A, a temperature control technique similar to the conventional technique for controlling the energization to the heater 91c with a constant control cycle can be applied. This is because, in this case, there is no large temperature fluctuation factor such as the passage of the sheet S, and since the fixing operation is not actually performed, it is not necessary to strictly control the temperature of the heating roller 91. Such control at a constant cycle can be performed based on a signal obtained by appropriately dividing the operation clock of the CPU 101 or other periodic signals.
[0062]
In an actual image forming operation, when an image forming request is received from the outside, first, a toner image is formed on the intermediate transfer belt 71, and the toner image is transferred to the sheet S and fixed. Therefore, it is considered that the vertical synchronization signal Vsync is output at least several times before the sheet S reaches the nip portion N. Therefore, when the apparatus is in the standby state, the temperature control of the heating roller 91 is performed at a constant control cycle Tc, and when the vertical synchronization signal Vsync is detected, the temperature control is performed based on the signal Vsync. Is preferred. By doing so, at least the temperature of the heating roller 91 when the sheet S passes through the nip portion N can be surely kept within a predetermined temperature range.
[0063]
Further, the amount of heat absorbed by the sheet S varies depending not only on the thickness of the sheet S but also on its size. Therefore, it is desirable that the above-described offset value be set for each size of the sheet S to be used.
[0064]
In order to control the heating roller 91 to a predetermined temperature, the surface temperature of the heating roller 91 is detected in a shorter control cycle, and the energization to the heater 91c is finely controlled based on a comparison between the detection result and the target temperature. A method is also possible. For example, there are a method of controlling the energization of the heater 91c using an inverter, and a method of controlling the firing angle of the AC voltage using a thyristor. However, to realize such control, a device having a more complicated configuration is required. As described above, in such a fixing unit 9, at least the temperature of the heating roller 91 when the sheet S passes through the nip N may be within a predetermined range. Applying such complicated control to such a request only raises the cost of the apparatus and is not very effective.
[0065]
On the other hand, the temperature control in the apparatus of this embodiment is a relatively simple control of turning on / off the power to the heater 91c in a relatively long control cycle (for example, about one second to several seconds). Since the timing is only managed in accordance with the sheet conveyance timing, a special configuration is not required, and it can be realized at low cost.
[0066]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes other than those described above can be made without departing from the gist of the present invention. For example, the heater 91c provided on the heating roller 91 is not limited to a halogen lamp, and may be of another type, but may be one in which the temperature changes quickly in response to a control input. desirable. Further, the control target temperature is not limited to the above numerical value, and may be appropriately determined according to the characteristics of the toner and the recording medium.
[0067]
Further, in the above embodiment, the temperature of the heating roller 91 is detected by bringing the thermistor 93 into contact with the surface of the heating roller 91 as the heating means. However, the method of detecting the temperature of the heating means is not limited to this. is not. For example, a temperature detection unit that measures the temperature of the object in a non-contact manner may be used, or the temperature of the heating unit may be indirectly detected through another member whose physical property changes according to the temperature of the heating unit. It may be.
[0068]
Further, the image forming apparatus of the above embodiment has two operation modes of a plain paper mode and a thick paper mode, and individually sets each parameter of the target temperature, the time difference Δt, and the offset value of the heating roller 91 for each operation mode. I am trying to set it. However, other operation modes may be provided, and how to change each parameter may be appropriately set according to the operation content of the device in each operation mode.
[0069]
Further, in the above-described embodiment, the cycle (temperature control cycle) Tc1, Tc2, Tc3,. , Tv2, Tv3,..., Respectively, but a control cycle (temperature: temperature) for controlling the power supply period to the heater 91c to be an integral multiple or a fraction of the cycle of the vertical synchronization signal Vsync. Control operation cycle) may be set.
[0070]
In the above embodiment, the vertical synchronizing signal Vsync is used as the “periodic signal” of the present invention. In addition, a signal related to the rotation operation of the intermediate transfer belt 71, for example, output as the photoconductor 2 rotates. Signal, a drive pulse signal applied to a pulse motor (not shown) for driving the intermediate transfer belt 71, the photosensitive member 2, a paper feed roller provided on the sheet transport path F, and the like. These signals can be used as they are, or after appropriately dividing or multiplying them.
[0071]
The image forming apparatus according to the embodiment is a printer that prints an image given from an external device such as a host computer via an interface 112 on a recording medium such as copy paper, transfer paper, paper, and an OHP transparent sheet. However, the present invention can be applied to an electrophotographic color image forming apparatus such as a copying machine or a facsimile apparatus, that is, any image forming apparatus that forms a color image by superimposing a plurality of color toner images.
[0072]
Further, in the above-described embodiment, the intermediate transfer belt 71 is provided as an intermediate transfer medium, but a toner image is transferred to a transfer medium other than the intermediate transfer belt (such as an intermediate transfer drum or an intermediate transfer sheet) to form a color image. The present invention can be applied to an image forming apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the image forming apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a fixing unit of the image forming apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a timing of energizing a heating roller and a temperature change.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a timing of energizing a heating roller and a temperature change.
FIG. 6 is a diagram showing energization timing in this embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a temperature control operation of the heating roller.
[Explanation of symbols]
2 photoreceptor (image forming means), 3 charging unit (image forming means), 4 developing unit (image forming means), 6 exposure unit (image forming means), 7 transfer unit, 71 intermediate transfer belt (Intermediate transfer medium), 77: vertical synchronous sensor, 9: fixing unit, 91: heating roller (heating means), 91c: heater, 93: thermistor (temperature detecting means), 101: CPU (control means), EG: engine Section (image forming means), N: nip section (heating position), S: sheet (recording medium), Vsync: vertical synchronization signal

Claims

Image forming means for forming a plurality of different color toner images,
An intermediate transfer medium that rotates in a predetermined direction, and forms a color toner image by superimposing toner images of respective colors formed by the image forming means on the intermediate transfer medium; Transfer means for transferring the toner image to a recording medium,
Signal generating means for outputting a synchronization signal corresponding to the rotation operation of the intermediate transfer medium,
Heating means for heating the toner on the recording medium constituting the color toner image, in order to fix the color toner image on the recording medium,
Control means for controlling the heating means to a predetermined temperature by turning on / off the power supply to the heating means,
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls energization of the heating unit based on the synchronization signal.

The control unit controls the heating unit to a predetermined temperature by repeatedly performing a temperature control operation of adjusting a current supply time to the heating unit in one cycle, and furthermore, synchronizes a cycle of the temperature control operation with the synchronization. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus changes according to a signal output cycle.

The image forming apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls a timing of conveying the recording medium from the transfer unit to the heating unit based on the synchronization signal.

The control unit turns on the power to the heating unit a predetermined time before the arrival time at which the leading end of the recording medium in the transport direction of the recording medium reaches a heating position where heating by the heating unit is started. The image forming apparatus according to claim 1, wherein:

The image forming apparatus according to claim 4, wherein the image forming unit is capable of selectively executing one of a plurality of operation modes for forming the toner image in different modes as the image forming operation.
An image forming apparatus in which the predetermined time is set for each of the plurality of operation modes.

The image forming apparatus according to claim 4, wherein the control target temperature of the heating unit can be changed and set by the control unit, and the predetermined time is set according to the control target temperature.

7. The image forming apparatus according to claim 1, wherein when the color toner image is not formed, the control unit adjusts the power supply time to the heating unit within a predetermined control period.

The image forming apparatus according to claim 1, further comprising a temperature detection unit configured to detect a temperature of the heating unit, wherein the control unit controls the temperature of the heating unit based on a result of the detection.

The image forming apparatus according to claim 8, wherein the control unit determines an energization time to the heating unit based on the synchronization signal and a detection result of the temperature detection unit.

A color toner image obtained by superimposing a plurality of different color toner images on an intermediate transfer medium that rotates and moves in a predetermined direction is transferred to a recording medium, and the toner on the recording medium that forms the color toner image is heated. An image forming apparatus for fixing the color toner image on the recording medium by heating by means
A fixing device in an image forming apparatus, wherein the heating unit is controlled to a predetermined temperature by turning on / off the energization of the heating unit based on a synchronization signal related to a rotation operation of the intermediate transfer medium. How to control the temperature.