JP2009282335A - Fixing device and image forming apparatus provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、面状発熱体を有する加熱部材が備えられる定着装置および該定着装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device including a heating member having a planar heating element and an image forming apparatus including the fixing device.
複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対(定着ローラおよび加圧ローラ)を備え、このローラ対の両方あるいはいずれか一方の内部に配置されたハロゲンランプ等からなる加熱手段によってローラ対を所定の温度(定着温度)に加熱した後、定着トナー像が形成された記録紙などの記録媒体をローラ対の圧接部(定着ニップ部)に給紙し、圧接部を通過させることで、熱と圧力によって記録紙にトナー像の定着を行うようになっている。 As a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a heat roller fixing type fixing device is frequently used. A heat roller fixing type fixing device includes a pair of rollers (fixing roller and pressure roller) that are in pressure contact with each other, and the roller is heated by a heating unit including a halogen lamp or the like disposed inside or both of the roller pair. After the pair is heated to a predetermined temperature (fixing temperature), a recording medium such as a recording sheet on which a fixed toner image is formed is fed to the pressure contact portion (fixing nip portion) of the roller pair and passed through the pressure contact portion. The toner image is fixed on the recording paper by heat and pressure.
ところで、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー像の凸凹に対応して弾性変形し、トナー像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。また、定着ニップ部での弾性層の歪開放効果によって、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上することができる。さらに、定着ニップのニップ形状が上(定着ローラ側)に凸(所謂、逆ニップ形状)となることから、記録紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも記録紙の剥離が可能となり(セルフストリッピング)、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。 By the way, in a fixing device provided in a color image forming apparatus, it is common to use an elastic roller provided with an elastic layer made of silicon rubber or the like on the surface of the fixing roller. By using an elastic roller as the fixing roller, the surface of the fixing roller is elastically deformed corresponding to the unevenness of the unfixed toner image, and comes into contact so as to cover the toner image surface. It is possible to perform heat fixing on an unfixed toner image satisfactorily. In addition, due to the strain relief effect of the elastic layer at the fixing nip, it is possible to improve the releasability for color toners that are more likely to be offset than in monochrome. Further, since the nip shape of the fixing nip is convex upward (on the fixing roller side) (so-called reverse nip shape), it is possible to improve the recording paper peeling performance without using a peeling means such as a peeling claw. The recording paper can be peeled off (self-stripping), and image defects caused by the peeling means can be eliminated.
ところで、このようなカラー画像形成装置に備えられる定着装置において、高速化に対応するには、定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くする方法としては、定着ローラの弾性層の層厚を厚くすることや、定着ローラ径を大きくするなどの方法がある。しかしながら、弾性層を具備した定着ローラでは、弾性層の熱伝導性が非常に低いので、定着ローラ内部に加熱手段がある場合、プロセス速度を高速化した場合に定着ローラ温度が追従しなくなる問題がある。一方、定着ローラ径を大きくした場合には、ウオームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大するといった問題がある。 Incidentally, in the fixing device provided in such a color image forming apparatus, it is necessary to widen the nip width of the fixing nip portion in order to cope with the high speed. As a method for widening the nip width, there are methods such as increasing the thickness of the elastic layer of the fixing roller and increasing the diameter of the fixing roller. However, in a fixing roller having an elastic layer, since the thermal conductivity of the elastic layer is very low, there is a problem that the temperature of the fixing roller does not follow when the process speed is increased when there is a heating means inside the fixing roller. is there. On the other hand, when the diameter of the fixing roller is increased, there are problems that the warm-up time becomes longer and the power consumption increases.
このような問題を解決するカラー画像形成装置に備えられる定着装置として、特許文献1には、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させた構成のベルト定着方式の定着装置が開示されている。このベルト定着方式の定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するため、ウオームアップ時間が短く、また定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、スポンジゴム等からなる低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。
As a fixing device provided in a color image forming apparatus that solves such a problem,
さらに、特許文献2には、ベルト定着方式の定着装置において、加熱手段を面状発熱体とした面状発熱ベルト定着方式の定着装置が開示されている。この面状発熱ベルト定着方式の定着装置では、加熱手段の熱容量が小さくなると同時に、加熱手段としての面状発熱体が直接発熱することから、ハロゲンランプ等を用いて間接的に加熱ローラを加熱する方式に比べて熱応答速度も向上し、ウオームアップ時間の更なる短縮や更なる省エネ化が達成できる。
Further,
以上のような熱容量の小さなベルト定着方式の定着装置を用いたプリンターなどの各種画像形性装置は、加熱効率の高さや、立ち上がりの速さにより待機中の予備加熱の不要化、待ち時間の解消などの多くの利点を有しており、小型低速機だけでなく大型機・高速機への導入が期待されている。 Various image forming devices such as printers using the belt fixing type fixing device with a small heat capacity as described above eliminates the need for preheating during standby and eliminates waiting time due to high heating efficiency and rising speed. It is expected to be introduced not only to small and low speed machines but also to large and high speed machines.
また、特許文献3には、面状発熱体を用いた定着ローラ方式の定着装置において、面状発熱体の温度状態を、面状発熱体自身の電気抵抗値変化から読み取り、定着ローラの設定温度に対する面状発熱体の基準温度と比較することにより温度制御を行う技術が開示されている。
Further, in
しかしながら、面状発熱体自身の電気抵抗値はある公差を持っており、また印加電圧も公差を有するため、面状発熱体に供給される電力量は変動する。そのため、面状発熱体の温度には、ばらつきが生じる。さらに、面状発熱体がセラミックヒータからなる発熱体である場合には熱容量が大きいため、昇温速度が遅く、即熱性は達成できない。したがって、セラミックヒータの電気抵抗値のみから温度制御を行うには問題があった。 However, since the electrical resistance value of the planar heating element itself has a certain tolerance, and the applied voltage also has a tolerance, the amount of power supplied to the planar heating element varies. Therefore, variation occurs in the temperature of the planar heating element. Further, when the planar heating element is a heating element made of a ceramic heater, the heat capacity is large, so that the rate of temperature rise is slow and the immediate heat property cannot be achieved. Therefore, there is a problem in controlling the temperature only from the electric resistance value of the ceramic heater.
また、定着装置を大小さまざまなサイズの記録紙に対応させさがら高速対応させる場合には、非通紙部昇温と呼ばれる問題が発生する。これは、定着装置の加熱部材の長手方向に対して、小さな幅の小サイズの記録紙を連続通紙させるときに、記録紙の通紙しない領域(非通紙部)における定着ニップ部の温度が過剰に上昇し、周辺部材の耐熱温度を上回って定着装置に熱変形の損傷が生じたり、加圧ローラの局所的な膨張を招いて、次に通常サイズの記録紙を通紙した場合に、長手方向に定着むらが生じたり、記録紙の搬送むらによる皺の発生を招くものである。特に、ウオームアップ時間を短縮するために定着ローラを低熱容量化すると、紙幅方向の熱伝導性が低下するため、この課題がより顕著となる。 Further, when the fixing device is adapted to high-speed recording while supporting recording papers of various sizes, a problem called non-sheet passing portion temperature rise occurs. This is because the temperature of the fixing nip portion in a non-passing area (non-passing area) of the recording paper when continuously passing a small-sized recording paper having a small width with respect to the longitudinal direction of the heating member of the fixing device. If the temperature rises excessively and exceeds the heat resistance temperature of the peripheral members, damage to the fixing device may be caused by heat deformation or local expansion of the pressure roller, and then the normal size recording paper is passed. Further, fixing unevenness occurs in the longitudinal direction, and wrinkles are caused due to uneven conveyance of the recording paper. In particular, when the heat capacity of the fixing roller is reduced in order to shorten the warm-up time, the thermal conductivity in the paper width direction is lowered, and this problem becomes more remarkable.
このような非通紙部昇温に対しては、小サイズの記録紙を通紙する場合のみ定着速度、スループットを下げる、あるいは印刷を一時休止して冷却するなどで対処することができるが、いずれの場合も、小サイズの記録紙に対するプリント生産性が低下することになる。また、熱源がハロゲンランプである定着装置では、非通紙部昇温に対して、紙幅に対応した複数のランプを使い分けて対処する方法が一般的である。 Such a non-sheet passing portion temperature rise can be dealt with by reducing the fixing speed and throughput only when passing a small size recording paper, or by temporarily stopping printing and cooling. In either case, print productivity for small-size recording paper is reduced. Further, in a fixing device in which the heat source is a halogen lamp, a general method is to cope with a non-sheet passing portion temperature rise by using a plurality of lamps corresponding to the paper width.
ベルト定着方式の定着装置においても、上記の非通紙部昇温は重大な問題であり、特に低熱容量の定着ベルトを用いているため、非通紙部の加圧ローラが膨張して、非通紙部のベルト搬送力が通紙部よりも高くなり、定着ベルトに長手方向の搬送むらが生じて、定着ベルトの破損を招くという問題も生じる。 Even in a belt fixing type fixing device, the temperature rise in the non-sheet passing portion is a serious problem. Particularly, since a fixing belt having a low heat capacity is used, the pressure roller in the non-sheet passing portion expands and is not There is also a problem in that the belt conveying force of the paper passing portion becomes higher than that of the paper passing portion, and the fixing belt is unevenly conveyed in the longitudinal direction, causing the fixing belt to be damaged.
このような非通紙部昇温の問題を解決する加熱装置として、特許文献4には、加熱体に面状発熱体を用い、記録紙のサイズに応じて複数の発熱部を設け、各発熱部に取り付けた接触式サーミスタによって検出した温度に基づいて、加熱体の温度制御を行う技術が開示されている。
As a heating device that solves such a problem of temperature rise in the non-sheet-passing portion,
しかしながら、特許文献4に開示される加熱装置を、ベルト定着装置の定着ベルトを加熱する装置に適用した場合、以下のような課題がある。
However, when the heating device disclosed in
すなわち、特許文献4に開示される加熱装置のように、接触式サーミスタによって各発熱部の温度を検出する構成では、検出までの応答時間が通常2〜3秒以上かかる。立ち上がり時間が30〜40秒と遅い定着装置では、上記のような応答時間でも問題とならないが、特に高速機の画像形成装置に備える定着装置においては、上記のような応答時間では応答性が低いので、昇温速度が速いと、制御温度に対するオーバーシュート、アンダーシュートが顕著になるという不具合が生じ、加熱むらが発生する場合がある。
That is, in the configuration in which the temperature of each heat generating part is detected by a contact thermistor as in the heating device disclosed in
また、前述したように、面状発熱体自身の電気抵抗値はある公差を持っており、また印加電圧も公差を有するため、面状発熱体に供給される電力量は変動する。印加電圧が低いと、面状発熱体における温度上昇が速く、逆に印加電圧が高いと、温度上昇は遅くなる。面状発熱体自身の電気抵抗値公差、印加電圧公差は、オーバーシュートなど面状発熱体の温度の時間的変動のばらつきを大きくすることになり、加熱にむらが生じる。 Further, as described above, since the electrical resistance value of the planar heating element itself has a certain tolerance, and the applied voltage also has a tolerance, the amount of power supplied to the planar heating element varies. When the applied voltage is low, the temperature rise in the planar heating element is fast, and conversely, when the applied voltage is high, the temperature rise is slow. The tolerance of the electric resistance value and the applied voltage tolerance of the planar heating element itself increase the variation of the temporal variation of the temperature of the planar heating element such as overshoot, resulting in uneven heating.
さらに、接触式サーミスタを定着部材表面に接触して配置する構成では、定着部材が定着ベルトと接触する界面において、接触式サーミスタが定着ベルトの表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルトの表面離型層が損傷、劣化した場合には、画像にその影響を及ぼし、劣悪な画像となる。 Further, in the configuration in which the contact type thermistor is disposed in contact with the surface of the fixing member, the contact type thermistor may wear the surface release layer of the fixing belt at the interface where the fixing member contacts the fixing belt. In this way, when the surface release layer of the fixing belt is damaged or deteriorated, the influence is exerted on the image, resulting in a poor image.
したがって本発明の目的は、面状発熱体を用いたベルト定着装置において、制御温度に対するオーバーシュートによる遅延時間を回避して、即応性が良好な高精度の温度制御が可能であり、加熱むらが発生するのを抑制して均一な定着性を達成可能な定着装置を提供することである。また、本発明の目的は、該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to avoid a delay time due to an overshoot with respect to a control temperature in a belt fixing device using a planar heating element, and to enable highly accurate temperature control with good responsiveness and uneven heating. It is an object of the present invention to provide a fixing device that can suppress occurrence and achieve uniform fixing properties. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus provided with the fixing device.
本発明は、定着部材と加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材とを備え、前記加熱部材が前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱し、前記定着ベルトと前記加圧部材とで形成する定着ニップ部において、記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
前記加熱部材において前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱する加熱部には、通電によって発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成し、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなる面状発熱体が形成され、
前記発熱パターンは、前記絶縁層の長手方向に分割されて複数形成されて、それぞれ区別された状態で、制御手段によって通電を制御されるように構成され、
前記制御手段は、
前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に流れる電流値および印加される電圧値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電流値および電圧値から電力値を算出する電力算出部と、
前記電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする定着装置である。
The present invention includes an endless fixing belt stretched between a fixing member and a heating member, and a pressure member facing the fixing member via the fixing belt, the heating member including the fixing belt A fixing device that heats and fixes a toner image carried on a recording medium on a recording medium at a fixing nip formed by the fixing belt and the pressure member by contacting and heating the fixing belt. There,
In the heating member that heats the fixing belt in contact with the fixing belt in the heating member, a resistance heating element that generates heat when energized forms a heat generating pattern by forming a surface having a certain shape as a whole. A planar heating element formed on one surface in the thickness direction is formed,
The heat generation pattern is divided into a plurality in the longitudinal direction of the insulating layer, and a plurality of the heat generation patterns are formed, and in a state of being distinguished from each other, energization is controlled by a control unit,
The control means includes
A detection unit for detecting a current value and a voltage value applied to each resistance heating element constituting the plurality of heat generation patterns;
A power calculator that calculates a power value from the current value and the voltage value detected by the detector;
Based on the calculated power value calculated by the power calculation unit, power supply control for controlling power supply to the resistance heating element such that each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns generates heat within a predetermined temperature range. A fixing device.
また本発明は、定着部材と加熱部材との間に張架された無端状定着ベルトと、前記定着ベルトを介して前記定着部材に対向する加圧部材とを備え、前記加熱部材が前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱し、前記定着ベルトと前記加圧部材とで形成する定着ニップ部において、記録媒体上に担持されているトナー像を記録媒体上に加熱加圧して定着する定着装置であって、
前記加熱部材において前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱する加熱部には、通電によって発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成し、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなる面状発熱体が形成され、
前記発熱パターンは、前記絶縁層の長手方向に分割されて複数形成されて、それぞれ区別された状態で、制御手段によって通電を制御されるように構成され、
前記制御手段は、
前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に印加される電圧値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電圧値および前記抵抗発熱体の固有の電気抵抗値から電力値を算出する電力算出部と、
前記電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする定着装置である。
The present invention further includes an endless fixing belt stretched between the fixing member and the heating member, and a pressure member facing the fixing member via the fixing belt, and the heating member is the fixing belt. Fixing device that heats and fixes a toner image carried on a recording medium on a recording medium in a fixing nip portion formed by the fixing belt and the pressure member in contact with the fixing belt to heat the fixing belt Because
In the heating member that heats the fixing belt in contact with the fixing belt in the heating member, a resistance heating element that generates heat when energized forms a heat generating pattern by forming a surface having a certain shape as a whole. A planar heating element formed on one surface in the thickness direction is formed,
The heat generation pattern is divided into a plurality in the longitudinal direction of the insulating layer, and a plurality of the heat generation patterns are formed, and in a state of being distinguished from each other, energization is controlled by a control unit,
The control means includes
A detection unit for detecting a voltage value applied to each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns;
A power calculation unit that calculates a power value from the voltage value detected by the detection unit and a specific electrical resistance value of the resistance heating element;
Based on the calculated power value calculated by the power calculation unit, power supply control for controlling power supply to the resistance heating element such that each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns generates heat within a predetermined temperature range. A fixing device.
また本発明は、前記面状発熱体の抵抗発熱体は、正の抵抗温度特性を有し、
前記給電制御部は、前記電力算出部によって算出された算出電力値が、前記抵抗発熱体の所定温度における電気抵抗値に基づいて予め設定された設定電力値以下となったときに抵抗発熱体に対する給電を遮断し、前記抵抗発熱体の温度が所定温度に達したときに抵抗発熱体に対する給電を再開することを特徴とする。
Further, in the present invention, the resistance heating element of the planar heating element has a positive resistance temperature characteristic,
The power supply control unit applies power to the resistance heating element when the calculated power value calculated by the power calculation unit is equal to or lower than a preset power value based on an electrical resistance value at a predetermined temperature of the resistance heating element. The power supply is interrupted, and the power supply to the resistance heating element is resumed when the temperature of the resistance heating element reaches a predetermined temperature.
また本発明は、前記定着ベルトに対して非接触状態で、定着ベルトの表面の温度を検出する非接触温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記非接触温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記面状発熱体に対する通電を制御することを特徴とする。
Further, the present invention comprises a non-contact temperature detecting means for detecting the temperature of the surface of the fixing belt in a non-contact state with respect to the fixing belt,
The control means controls energization to the planar heating element based on the temperature detected by the non-contact temperature detecting means.
また本発明は、前記抵抗発熱体は、
前記絶縁層の長手方向と略直交する方向に延びて、それぞれ略平行な状態で前記絶縁層の一表面に形成される複数の線状部と、
隣接する前記線状部の延在方向端部同士を、前記絶縁層の長手方向に延びて1本の線路となるように接続して前記絶縁層の一表面に形成される接続部とを含み、
前記複数の線状部の延在方向は、面状発熱体の長手方向に対して所定の角度で傾斜していることを特徴とする。
In the present invention, the resistance heating element
Extending in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the insulating layer, a plurality of linear portions formed on one surface of the insulating layer in a substantially parallel state,
A connecting portion formed on one surface of the insulating layer by connecting adjacent end portions of the linear portions in the longitudinal direction of the insulating layer so as to form one line. ,
The extending direction of the plurality of linear portions is inclined at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the planar heating element.
また本発明は、前記面状発熱体において、隣接する複数の線状部同士の間隔は、面状発熱体の長手方向両端部の所定領域内で、中央部から両端部側に向かうにつれて、小さくなるように設定されることを特徴とする。 Further, in the planar heating element, the interval between a plurality of adjacent linear portions is smaller in a predetermined region at both longitudinal ends of the planar heating element as the distance from the central portion toward both ends is increased. It is set so that it may become.
また本発明は、前記加熱部材の加熱部は、
高い熱伝導性を有する材料からなる基材の一方表面に面状発熱体が形成され、
前記定着ベルトと接触する側の面には、定着ベルトとの間の摩擦力が低減可能なコート層が形成されることを特徴とする。
Moreover, this invention is a heating part of the said heating member,
A planar heating element is formed on one surface of a base material made of a material having high thermal conductivity,
A coating layer capable of reducing the frictional force with the fixing belt is formed on the surface in contact with the fixing belt.
また本発明は、前記コート層は、フッ素を含有するPTFE樹脂とPFA樹脂との少なくともいずれか1つからなることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the coating layer is made of at least one of PTFE resin and PFA resin containing fluorine.
また本発明は、前記定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。 According to another aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising the fixing device.
本発明によれば、定着ベルトを加熱する加熱部材の加熱部には、面状発熱体が形成されている。その面状発熱体は、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成する抵抗発熱体が、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなる。発熱パターンは、絶縁層の長手方向に分割されて複数形成され、それぞれ区別された状態で、制御手段によって通電を制御されるように構成されている。そして、前記制御手段においては、検出部が、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に流れる電流値および印加される電圧値を検出する。そして、電力算出部が、検出部によって検出された電流値および電圧値から電力値を算出する。さらに、給電制御部が、電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する。 According to the present invention, the planar heating element is formed in the heating portion of the heating member that heats the fixing belt. The planar heating element is formed by forming a resistance heating element that forms a heating pattern by forming a surface having a certain shape as a whole on one surface in the thickness direction of the insulating layer. A plurality of heat generation patterns are formed by being divided in the longitudinal direction of the insulating layer, and energization is controlled by the control means in a state of being distinguished from each other. And in the said control means, a detection part detects the electric current value which flows into each resistance heating element which comprises a several heat_generation | fever pattern, and the applied voltage value. Then, the power calculation unit calculates a power value from the current value and the voltage value detected by the detection unit. Furthermore, the power supply control unit supplies power to the resistance heating element based on the calculated power value calculated by the power calculation unit so that each resistance heating element forming the plurality of heat generation patterns generates heat within a predetermined temperature range. To control.
このようにして、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に対する給電を制御するので、抵抗発熱体の電気抵抗値が公差を有し、印加電圧も公差を有する場合であっても、抵抗発熱体に供給される電力量の変動を的確に捉えて、オーバーシュートなど抵抗発熱体の温度の時間的変動のばらつきが大きくなるのを抑制することができる。そのため、抵抗発熱体の制御温度に対するオーバーシュートなどによる遅延時間を回避して、即応性が良好な高精度の温度制御が可能となる。したがって、面状発熱体が発熱することによって定着ベルトを加熱するときに、加熱むらが発生するのを抑制して、均一な定着性を達成可能な定着装置を提供することができる。 In this way, power feeding to each resistance heating element constituting a plurality of heat generation patterns is controlled, so that even if the resistance value of the resistance heating element has a tolerance and the applied voltage also has a tolerance, the resistance By accurately grasping fluctuations in the amount of electric power supplied to the heating element, it is possible to suppress an increase in variation in temporal fluctuations in the temperature of the resistance heating element such as overshoot. Therefore, it is possible to avoid a delay time due to overshoot with respect to the control temperature of the resistance heating element, and to perform highly accurate temperature control with good responsiveness. Accordingly, it is possible to provide a fixing device capable of achieving uniform fixing performance by suppressing the occurrence of uneven heating when the fixing belt is heated by heat generated by the planar heating element.
また本発明によれば、制御手段においては、検出部が、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に印加される電圧値を検出する。そして、電力算出部が、検出部によって検出された電圧値および抵抗発熱体の固有の電気抵抗値から電力値を算出する。さらに、給電制御部が、電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する。 According to the invention, in the control means, the detection unit detects a voltage value applied to each resistance heating element constituting the plurality of heat generation patterns. Then, the power calculation unit calculates a power value from the voltage value detected by the detection unit and the specific electrical resistance value of the resistance heating element. Furthermore, the power supply control unit supplies power to the resistance heating element based on the calculated power value calculated by the power calculation unit so that each resistance heating element forming the plurality of heat generation patterns generates heat within a predetermined temperature range. To control.
このようにして、複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に対する給電を制御するので、抵抗発熱体の電気抵抗値が公差を有し、印加電圧も公差を有する場合であっても、抵抗発熱体に供給される電力量の変動を的確に捉えて、オーバーシュートなど抵抗発熱体の温度の時間的変動のばらつきが大きくなるのを抑制することができる。そのため、抵抗発熱体の制御温度に対するオーバーシュートなどによる遅延時間を回避して、即応性が良好な高精度の温度制御が可能となる。したがって、面状発熱体が発熱することによって定着ベルトを加熱するときに、加熱むらが発生するのを抑制して、均一な定着性を達成可能な定着装置を提供することができる。 In this way, power feeding to each resistance heating element constituting a plurality of heat generation patterns is controlled, so that even if the resistance value of the resistance heating element has a tolerance and the applied voltage also has a tolerance, the resistance By accurately grasping fluctuations in the amount of electric power supplied to the heating element, it is possible to suppress an increase in variation in temporal fluctuations in the temperature of the resistance heating element such as overshoot. Therefore, it is possible to avoid a delay time due to overshoot with respect to the control temperature of the resistance heating element, and to perform highly accurate temperature control with good responsiveness. Accordingly, it is possible to provide a fixing device capable of achieving uniform fixing performance by suppressing the occurrence of uneven heating when the fixing belt is heated by heat generated by the planar heating element.
また本発明によれば、面状発熱体の抵抗発熱体は、正の抵抗温度特性を有する。正の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体は、温度が上昇するにつれて、発熱体自身の電気抵抗値が大きくなる。そのため、発熱体を流れる電流値が小さくなり、電力量が低下する。このような正の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体に対する通電を制御する制御手段において、給電制御部は、電力算出部によって算出された算出電力値が、抵抗発熱体の所定温度における電気抵抗値に基づいて予め設定された設定電力値以下となったときに、抵抗発熱体に対する給電を遮断する。このように給電制御部は、設定電力値以下となったときに抵抗発熱体に対する給電を遮断して、抵抗発熱体の制御温度に対するオーバーシュートなどによる遅延時間を回避する。 According to the present invention, the resistance heating element of the planar heating element has a positive resistance temperature characteristic. A resistance heating element having a positive resistance temperature characteristic has a larger electrical resistance value as the temperature rises. For this reason, the value of the current flowing through the heating element is reduced, and the amount of power is reduced. In the control means for controlling the energization of the resistance heating element having such a positive resistance temperature characteristic, the power supply control unit is configured such that the calculated power value calculated by the power calculation unit becomes an electric resistance value at a predetermined temperature of the resistance heating element. Based on the preset power value that is set in advance, the power supply to the resistance heating element is cut off. In this way, the power supply control unit cuts off the power supply to the resistance heating element when it becomes equal to or lower than the set power value, and avoids a delay time due to an overshoot with respect to the control temperature of the resistance heating element.
また本発明によれば、定着ベルトに対して非接触状態で、定着ベルトの表面の温度を検出する非接触温度検出手段を備える。これによって、定着ベルトの表面が摩耗されるのを防止した状態で、定着ベルト表面の温度を検出することができる。そして、制御手段は、非接触温度検出手段が検出した温度に基づいて、面状発熱体に対する通電を制御する。これによって、制御手段は、電力算出部が算出した算出電力値だけではなく、非接触温度検出手段が検出した温度も含めて面状発熱体に対する通電を制御するので、面状発熱体における温度制御をより高精度に行うことができる。 According to the invention, the non-contact temperature detecting means for detecting the temperature of the surface of the fixing belt in a non-contact state with respect to the fixing belt is provided. As a result, the temperature of the surface of the fixing belt can be detected while preventing the surface of the fixing belt from being worn. And a control means controls electricity supply with respect to a planar heating element based on the temperature which the non-contact temperature detection means detected. As a result, the control means controls the energization to the sheet heating element including not only the calculated power value calculated by the power calculation unit but also the temperature detected by the non-contact temperature detection means. Can be performed with higher accuracy.
また本発明によれば、抵抗発熱体は、線状部と接続部とを含んで構成される。そして、線状部は、絶縁層の長手方向と略直交する方向に延びて、それぞれ略平行な状態で絶縁層の一表面に形成される。また、接続部は、隣接する線状部の延在方向端部同士を、絶縁層の長手方向に延びて1本の線路となるように接続して絶縁層の一表面に形成される。さらに、線状部の延在方向は、面状発熱体の長手方向に対して所定の角度で傾斜している。このように、線状部の延在方向が面状発熱体の長手方向に対して傾斜するように線状部を形成することによって、面状発熱体において発熱量が小さい部分および発熱しない部分の温度低下を補うことができ、面状発熱体から熱が伝達される定着ベルトの温度分布を均一にすることができる。 According to the present invention, the resistance heating element includes a linear portion and a connection portion. The linear portion extends in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the insulating layer, and is formed on one surface of the insulating layer in a substantially parallel state. Further, the connecting portion is formed on one surface of the insulating layer by connecting the end portions in the extending direction of the adjacent linear portions so as to extend in the longitudinal direction of the insulating layer to form one line. Furthermore, the extending direction of the linear portion is inclined at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the planar heating element. In this way, by forming the linear portion so that the extending direction of the linear portion is inclined with respect to the longitudinal direction of the planar heating element, the portion of the planar heating element that generates a small amount of heat and the portion that does not generate heat The temperature drop can be compensated for, and the temperature distribution of the fixing belt to which heat is transmitted from the planar heating element can be made uniform.
また本発明によれば、面状発熱体において、隣接する複数の線状部同士の間隔は、面状発熱体の長手方向両端部の所定領域内で、中央部から両端部側に向かうにつれて、小さくなるように設定される。これによって、所定領域内における電力密度を上げることができる。そのため、面状発熱体の所定領域に対応する両端部からの放熱損失を抑制して、面状発熱体の長手方向における温度分布の均一化が可能となる。したがって、記録媒体上のトナー像に対して均一な定着性を実現することができる。 Further, according to the present invention, in the planar heating element, the interval between the adjacent linear parts is within a predetermined region at both ends in the longitudinal direction of the planar heating element, as it goes from the central part to both end parts. It is set to be smaller. Thereby, the power density in the predetermined region can be increased. Therefore, it is possible to make uniform the temperature distribution in the longitudinal direction of the planar heating element by suppressing the heat dissipation loss from both ends corresponding to the predetermined region of the planar heating element. Accordingly, it is possible to realize uniform fixing properties with respect to the toner image on the recording medium.
また本発明によれば、加熱部材の加熱部は、高い熱伝導性を有する材料からなる基材の一方表面に面状発熱体が形成される。そして、加熱部において定着ベルトと接触する側の面には、定着ベルトとの間の摩擦力が低減可能なコート層が形成される。これによって、加熱部材と定着ベルトとの間の摩擦力を低減することができ、定着ベルトが摩耗するのを防止して定着ベルトの高い耐久性を確保することができる。 Moreover, according to this invention, the heating part of a heating member forms a planar heating element in the one surface of the base material which consists of material which has high heat conductivity. A coat layer capable of reducing the frictional force with the fixing belt is formed on the surface of the heating unit that contacts the fixing belt. As a result, the frictional force between the heating member and the fixing belt can be reduced, and the fixing belt can be prevented from being worn and high durability of the fixing belt can be ensured.
また本発明によれば、フッ素を含有するPTFE樹脂とPFA樹脂との少なくともいずれか1つからなる材料によって、加熱部材と定着ベルトとの間の摩擦力が低減可能なコート層を実現することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to realize a coat layer capable of reducing the frictional force between the heating member and the fixing belt by using a material comprising at least one of PTFE resin and PFA resin containing fluorine. it can.
また本発明によれば、画像形成装置は、前記定着装置を備えることによって実現される。 According to the invention, the image forming apparatus is realized by including the fixing device.
図1は、本発明の実施の一形態である画像形成装置100の構成を示す図である。画像形成装置100は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて記録紙に対して多色および単色の画像を形成する装置である。画像形成装置100は、露光ユニット10、感光体ドラム101(101a〜101d)、現像装置102(102a〜102d)、帯電ローラ103(103a〜103d)、クリーニングユニット104(104a〜104d)、中間転写ベルト11、一次転写ローラ13(13a〜13d)、二次転写ローラ14、定着装置15、用紙搬送路P1,P2,P3、給紙カセット16、手差し給紙トレイ17および排紙トレイ18を備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
画像形成装置100は、ブラック(K)およびカラー画像を色分解して得られる減法混色の3原色であるシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の4色の各色相に対応した画像データを用いて、各色相に対応した画像形成部Pa〜Pdにおいて画像形成を行う。各画像形成部Pa〜Pdは、同様の構成であり、たとえば、ブラック(K)の画像形成部Paは、感光体ドラム101a、現像装置102a、帯電ローラ103a、転写ローラ13aおよびクリーニングユニット104a等から構成される。この画像形成部Pa〜Pdは、中間転写ベルト11の移動方向(副走査方向)に一列に配列されている。
The
帯電ローラ103は、感光体ドラム101の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。帯電ローラ103に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、または、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。 The charging roller 103 is a contact-type charger that uniformly charges the surface of the photosensitive drum 101 to a predetermined potential. Instead of the charging roller 103, a contact type charger using a charging brush or a non-contact type charger using a charging wire may be used.
露光ユニット10は、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー4、第1反射ミラー7、第2反射ミラー8等を備えており、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム101a〜101dのそれぞれに照射する。各感光体ドラム101a〜101dは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相の画像データによる静電潜像を形成する。
The
現像装置102は、静電潜像が形成された感光体ドラム101の表面に現像剤であるトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置102a〜102dのそれぞれは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)の各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム101a〜101dのそれぞれに形成された各色相の静電潜像を、各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット104は、現像・画像転写後における感光体ドラム101上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
The developing device 102 supplies toner as a developer to the surface of the photosensitive drum 101 on which the electrostatic latent image is formed, and develops the electrostatic latent image into a toner image. Each of the developing
中間転写ベルト11は、感光体ドラム101の上方に配置されており、駆動ローラ11aと従動ローラ11bとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト11の外周面は、感光体ドラム101d、感光体ドラム101c、感光体ドラム101bおよび感光体ドラム101aにこの順に対向する。この中間転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム101a〜101dに対向する位置に、一次転写ローラ13a〜13dが配置されている。中間転写ベルト11が感光体ドラム101a〜101dに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。また、中間転写ベルト11は、厚さ100〜150μm程度のフィルムで形成されている。
The intermediate transfer belt 11 is disposed above the photosensitive drum 101, and is stretched between the driving
一次転写ローラ13a〜13dには、感光体ドラム101a〜101dの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト11上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム101a〜101dに形成された各色相のトナー像は、中間転写ベルト11の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト11の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
The
ただし、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の色相の一部のみの画像データが入力された場合には、4つの感光体ドラム101a〜101dのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体101のみにおいて静電潜像およびトナー像の形成が行われる。たとえば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム101aのみにおいて静電潜像の形成およびトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト11の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
However, when image data of only a part of the hues of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) is input, input is performed among the four
各一次転写ローラ13a〜13dは、直径8〜10mmのステンレスなどの金属を基材とする軸の表面を導電性の弾性材(たとえばEPDM、発泡ウレタン等)によって被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト11に均一に高電圧を印加する。
Each of the
各一次転写位置において中間転写ベルト11の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト11の回転によって、二次転写ローラ14との対向位置である二次転写位置に搬送される。二次転写ローラ14は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ11aの周面に接触する中間転写ベルト11の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット16または手差し給紙トレイ17から給紙された記録紙が、二次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間を通過する際に、二次転写ローラ14にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト11の外周面から記録紙の表面にトナー像が転写される。
The toner image transferred to the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 11 at each primary transfer position is conveyed to a secondary transfer position that is a position facing the
なお、感光体ドラム101から中間転写ベルト11に付着したトナーのうち、記録紙上に転写されずに中間転写ベルト11上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、転写クリーニングユニット12によって回収される。 Of the toner adhering to the intermediate transfer belt 11 from the photosensitive drum 101, the toner remaining on the intermediate transfer belt 11 without being transferred onto the recording paper is used for the transfer cleaning unit in order to prevent color mixing in the next process. 12 is collected.
トナー像が転写された記録紙は、後述する本発明の定着装置15,80に導かれ、定着ローラ15aおよび加熱部材60,70の間に張架された定着ベルト64と、加圧ローラ15bとの間に形成される定着ニップ部を通過して加熱および加圧を受ける。これによって、トナー像が、記録紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した記録紙は、排紙ローラ18aによって排紙トレイ18上に排出される。
The recording paper onto which the toner image has been transferred is guided to fixing
また、画像形成装置100には、用紙カセット16に収納されている記録紙を、二次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間および定着装置15,80を経由して、排紙トレイ18に送るための略垂直方向に延びる用紙搬送路P1が設けられている。用紙搬送路P1には、用紙カセット16内の記録紙を一枚ずつ用紙搬送路P1内に繰り出すピックアップローラ16a、繰り出された記録紙を上方に向けて搬送する搬送ローラ16b、搬送されてきた記録紙を所定のタイミングで2次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間に導くレジストローラ19、記録紙を排紙トレイ18に排出する排紙ローラ18aが配置されている。
In the
また、画像形成装置100の内部には、手差し給紙トレイ17からレジストローラ19に至る間に、ピックアップローラ17aおよび搬送ローラ16bを配置した用紙搬送路P2が形成されている。さらに、排紙ローラ18aから用紙搬送路P1におけるレジストローラ19の上流側に至る間には、用紙搬送路P3が形成されている。
Further, inside the
排紙ローラ18aは、正逆両方向に回転自在にされており、記録紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、および、記録紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第2面画像形成時に正転方向に駆動されて記録紙を排紙トレイ18に排出する。一方、両面画像形成における第1面画像形成時には、排出ローラ18aは、用紙の後端が定着装置15,70を通過するまで正転方向に駆動された後、記録紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて記録紙を用紙搬送路P3内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された記録紙は、表裏面および前後端を反転した状態で用紙搬送路P1に導かれる。
The
レジストローラ19は、用紙カセット16または手差し給紙トレイ17から給紙され、または、用紙搬送路P3を経由して搬送された記録紙を、中間転写ベルト11の回転に同期したタイミングで2次転写ローラ14と中間転写ベルト11との間に導く。このため、レジストローラ19は、感光体ドラム101や中間転写ベルト11の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト11の回転に先立って給紙または搬送された記録紙は、前端をレジストローラ19に当接させた状態で用紙搬送路P1内における移動を停止する。この後、レジストローラ19は、2次転写ローラ14と中間転写ベルト11とが圧接する位置で、記録紙の前端部と中間転写ベルト11上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
The
なお、画像形成部Pa〜Pdの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、一次転写ローラ13a〜13dが中間転写ベルト11を感光体ドラム101a〜101dの全てに圧接させる。一方、画像形成部Paのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ13aのみを中間転写ベルト11を感光体ドラム101aに圧接させる。
At the time of full color image formation in which image formation is performed in all of the image forming portions Pa to Pd, the
図2は、本発明の第1実施形態である定着装置15の構成を示す図である。定着装置15は、定着ローラ15aと、加圧ローラ15bと、定着ベルト64と、加熱部材60とを含んで構成される。定着装置15においては、定着ベルト64が定着ローラ15aと加熱部材50との間に張架され、加圧ローラ15bが定着ベルト64を介して定着ローラ15aに対向するように配置されている。そして、定着ローラ15aと加熱部材60とは、定着ローラ15aの軸線方向において、略平行となるように配置されている。そのため、定着ローラ15aと加熱部材60との間に張架される定着ベルト64が摺動するとき、蛇行するのを防止して、定着ベルト64の耐久性を高く維持することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the fixing
定着装置15は、加熱部材60が定着ベルト64と接触して定着ベルト64を加熱し、定着ベルト64と加圧ローラ15bとで形成する定着ニップ部15cを、所定の定着速度および複写速度で記録媒体である記録紙82が通過したとき、記録紙82上に担持されている未定着のトナー像81を記録紙82上に加熱加圧して定着する装置である。
In the fixing
なお、未定着のトナー像81は、たとえば、非磁性一成分現像剤(非磁性トナー)、非磁性二成分現像剤(非磁性トナーおよびキャリア)、磁性現像剤(磁性トナー)などの現像剤(トナー)によって形成される。また、定着速度とは所謂プロセス速度であり、複写速度とは1分あたりのコピー枚数のことである。また、記録紙82が定着ニップ部15cを通過するときには、定着ベルト54は、記録紙82のトナー像担持面とは反対側の面に当接するようになっている。
The
定着ローラ15aは、定着ベルト64を介して加圧ローラ15bに圧接することで定着ニップ部15cを形成すると同時に、定着ベルト64を介して加圧ローラ15bに対向しかつ圧接し、回転軸線まわりに回転自在に設けられている。加圧ローラ15bは、定着ローラ15aの回転に従動して回転方向Y1方向に回転する。定着ローラ15aは、直径が30mmで、その内側から順に芯金、弾性層が形成された2層構造からなり、芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適している。なお、本実施の形態では、定着ローラ15aが定着ベルト64を介して加圧ローラ15bに圧接するときの力は、216N程度である。
The fixing
加圧ローラ15bは、図示しない駆動モーター(駆動手段)により回転軸線まわりに回転方向Y2方向に回転駆動することによって、定着ベルト64を搬送する。加圧ローラ15bは、その内側から順に芯金、弾性層、離型層が形成された3層構造からなっている。芯金には、たとえば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層にはPFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂が適している。また、加圧ローラ15bの内部には、加圧ローラ15bを加熱するヒータランプ66が配置されている。後述する主制御部91が電源回路からヒータランプ66に電力を供給(通電)させることによって、ヒータランプ66が発光し、ヒータランプ66から赤外線が放射される。これによって、加圧ローラ15bの内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ15b全体が加熱される。
The
定着ベルト64は、加熱部材60によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部15cを通過する未定着トナー像81および記録紙82を加熱する。定着ベルト64は、直径50mmの無端状のベルトで、加熱部材60と定着ローラ15aによって懸架され、定着ローラ15aに所定の角度で巻きかかっている。定着ベルト64は、定着ローラ15aの回転時には、定着ローラ15aに従動して回転方向Y1方向に回転するようになっている。定着ベルト64は、ポリイミド等の耐熱性樹脂あるいはステンレスやニッケル等の金属材料からなる中空円筒状の基材の表面に、弾性層として耐熱性および弾性に優れたエラストマー材料(たとえばシリコンゴム)が形成され、さらにその表面に離型層として耐熱性および離型性に優れた合成樹脂材料(たとえばPFAやPTFE等のフッ素樹脂)が形成された3層構造となっている。また、基材のポリイミドにフッ素樹脂を内添してもよい。これによって、加熱部材60との摺動負荷を低減することができる。
The fixing
また、定着装置15においては、温度検出手段として、定着ベルト64の周面には発熱体側サーミスタ63、加圧ローラ15bの周面には加圧ローラ側サーミスタ65が配設されており、それぞれの表面温度を検出するようになっている。発熱体側サーミスタ63によって検出された定着ベルト64の表面温度に基づいて、後述する面状発熱体20,40に対する通電が制御される。本実施の形態における発熱体側サーミスタ63は、非接触式の温度検出手段であり、赤外線検知型の温度センサである。接触式の温度検出手段を定着ベルトに接触して配置する構成では、定着ベルトと接触する界面において、接触式温度検出手段が定着ベルトの表面離型層を摩耗させる場合がある。このようにして定着ベルトの表面離型層が損傷、劣化した場合には、画像にその影響を及ぼし、劣悪な画像となる。また、加圧ローラ側サーミスタ65によって検出された加圧ローラ15bの表面温度に基づいて、ヒータランプ66に対する通電が制御される。
Further, in the fixing
図3は、定着装置15が有する加熱部材60の構成を示す図である。加熱部材60は、定着ベルト64に接触して、定着ベルト64を所定の温度に加熱するための部材である。加熱部材60は、基材62と、後述する面状発熱体20または40とを含んで構成される。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
基材62は、胴部60aとジャーナル部60bとからなる中空のロール形状であり、胴部60aは下半分が切断された切り欠き部を有する略半円弧状の断面形状となっている。胴部60aは、定着ベルト64と接触する部分であり、半円弧状の内側表面には後述する面状発熱体20または40が、その長手方向が基材62の軸線方向に対応するように固着配置されて、面状発熱体20,40で発生する熱を定着ベルト64に伝達するための部分である。そのため、基材62は、高い熱伝導性を有する材料から形成する必要がある。基材62を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属を挙げることができる。
The
また、定着ベルト64と接触する部分となる基材62の胴部60aには、定着ベルト64との間の摩擦力が低減可能なトップコート層が形成されるのが好ましい。トップコート層を構成する材料としては、PTFE樹脂とPFA樹脂との少なくともいずれか1つの材料を挙げることができる。これによって、加熱部材60と定着ベルト64との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト64が摩耗するのを防止して定着ベルト64の高い耐久性を確保することができるとともに、定着ベルト64を駆動する定着ローラ15aおよび加圧ローラ15bへの負荷も低減することができ各ローラ15a,15bの耐久性も確保し、低電力で駆動することが可能となる。
Further, it is preferable that a top coat layer capable of reducing a frictional force with the fixing
ジャーナル部60bは、胴部60aの両端部に形成される部分であり、加熱部材60自身が定着ベルト64との摩擦力で回転しないように、定着装置15のサイドフレーム67に固定されている。このように、加熱部材60自身は回転しないように構成されているので、面状発熱体20,40が発熱するときに面状発熱体20,40に高電流が供給されても、安全性を充分確保することができる。
The
さらに、ジャーナル部60bには、定着ベルト64が回転摺動するときに、蛇行するのを防止する蛇行防止用カラー66が定着ベルト64の端部に接触するように形成されている。なお、蛇行防止用カラー66としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)からなるカラーを用いることができるが、これに限定されるものではなく、加熱部材60と独立で回転できる構成のものであればよい。このように、蛇行防止用カラー66が独自に回転自在であるので、定着ベルト64が蛇行防止用カラー66に当接しても負荷がかかることなく摺動せず、定着ベルト64がわれてしまうのを防止して、定着ベルト64の耐久性を高く維持することができる。
Further, a
次に、加熱部材60が有する面状発熱体20,40について説明する。図4は、加熱部材60が有する面状発熱体の第1例である面状発熱体20の構成を示す図である。また、図5は、抵抗発熱体22,25,28において接続部22b、25b、28bが形成される領域を示す図である。
Next, the
面状発熱体20は、絶縁層31の厚み方向一表面に、発熱領域となる発熱パターンが形成されている。さらに、面状発熱体20は、複数の発熱パターンから構成されており、複数の分割された発熱領域を有する。本実施の形態では、面状発熱体20は、絶縁層31の長手方向に対して両端部の発熱領域と、中央部の発熱領域との2つに分割された発熱領域が形成されるように、絶縁層31の長手方向中央部に発熱パターン21、両端部にそれぞれ発熱パターン24,27が形成されている。
In the
絶縁層31は、アルミナなどのセラミックス材料や、ポリイミド樹脂などの耐熱性ポリマー材料などによって形成される層であり、発熱パターン21,24,27が形成される面状発熱体20の基層となる。
The insulating layer 31 is a layer formed of a ceramic material such as alumina or a heat resistant polymer material such as polyimide resin, and serves as a base layer of the
各発熱パターン21,24,27は、電圧が印加されて通電することによってジュール発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して形成される。ここで、抵抗発熱体は、正の抵抗温度特性を有することが好ましい。負の抵抗温度特性を有する発熱体は、温度が上昇するにつれて発熱体自身の電気抵抗値が低下するため、発熱体に流れる電流が大きくなり、電力量が大きくなる。そのため、負の抵抗温度特性を有する発熱体は、省エネ性の観点から好ましくない。
Each of the
面状発熱体20に形成される発熱パターン21は複数の線状部22aおよび接続部22bを含む抵抗発熱体22を有し、発熱パターン24は複数の線状部25aおよび接続部25bを含む抵抗発熱体25を有し、発熱パターン27は複数の線状部28aおよび接続部28bを含む抵抗発熱体28を有する。
The
線状部22a,25a,28aは、絶縁層31の長手方向(面状発熱体20の長手方向)と略直交する方向に延びて、それぞれ略平行な状態で絶縁層31の一表面に形成されている。また、線状部22a,25a,28aは、体積抵抗率が107.3×10−8Ωcm程度のニッケルクロムを主成分とした材料などからなる。
The
接続部22b,25b,28bは、隣接する線状部22a,25a,28aの延在方向端部同士を、面状発熱体20の長手方向に延びて1本の線路となるように接続して、絶縁層31の一表面に形成されている。つまり、本発明の発熱パターン21,24,27を形成する抵抗発熱体22,25,28では、この接続部22b,25b,28bが抵抗発熱体22,25,28における折れ曲がり部分となる。
The connecting
接続部22b,25b,28bを構成する材料は、線状部22a,25a,28aと同一の材料であってもよいが、本実施の形態では、線状部22a,25a,28aを構成する材料の体積抵抗率に対して1/10以下の体積抵抗率を有する低体積抵抗材料からなる。これによって、線状部22a,25a,28aでは十分に発熱する一方、折れ曲がり部分となる接続部22b,25b,28bが、線状部22a,25a,28aを構成する材料よりも低い体積抵抗率の材料によって形成されるので、折れ曲がり部分において局所的に電流が集中して流れるのを防止することができる。
The material constituting the connecting
低体積抵抗材料としては、体積抵抗率が5.9×10−8Ωcm程度の亜鉛、体積抵抗率が2.05×10−8Ωcm程度の金、体積抵抗率が1.55×10−8Ωcm程度の銅、体積抵抗率が1.47×10−8Ωcm程度の銀などを挙げることができるが、その中でも体積抵抗率が小さく低コストである銀または銅が好ましい。 As the low volume resistance material, zinc having a volume resistivity of about 5.9 × 10 −8 Ωcm, gold having a volume resistivity of about 2.05 × 10 −8 Ωcm, and a volume resistivity of 1.55 × 10 −8. Examples include copper of about Ωcm, silver having a volume resistivity of about 1.47 × 10 −8 Ωcm, etc. Among them, silver or copper having a small volume resistivity and low cost is preferable.
また、抵抗発熱体22,25,28が通電されると発熱するが、接続部22b,25b,28bを低体積抵抗率の材料から形成した場合、その発熱量は、線状部22a,25a,28aと比較して小さくなる。そのため、接続部22b,25b,28bの面積割合が大きすぎると、面状発熱体20表面の温度分布が不均一となる。したがって、抵抗発熱体22,25,28における、全線状部22a,25a,28aの面積に対する全接続部22b,25b,28bの面積割合は、面状発熱体20表面の温度分布が均一になるように設定する。
In addition, when the
ここで、抵抗発熱体22,25,28における折れ曲がり部分であり、接続部22b,25b,28bが形成される領域は、抵抗発熱体22,25,28が屈曲する角部を含んでいればよく、図5(a)に示すような抵抗発熱体22,25,28における角部から屈曲して面状発熱体20の長手方向に延びる部分を含む領域、図5(b)に示すような抵抗発熱体22,25,28における角部から屈曲して面状発熱体20の長手方向に延びる一部を含む領域、図5(c)に示すような抵抗発熱体22,25,28における角部のみを含む領域である。
Here, it is sufficient that the
そして、面状発熱体20においては、面状発熱体20の長手方向中央部の発熱パターン21と、両端部の発熱パターン24,27とが、区別された状態で通電可能となるように、給電制御部33によって通電制御される。
In the
具体的には、発熱パターン21の抵抗発熱体22は、その両端部が面状発熱体20の長手方向両端部に形成される給電端子部23に接続されている。そして、抵抗発熱体22は、給電端子部23に給電制御部33を介して電源32からの電圧が印加されて通電することによって発熱する。発熱パターン24の抵抗発熱体25と発熱パターン27の抵抗発熱体28とは、一端部同士が接続部と同じ材料からなるパターン接続部30によって電気的に接続され、各他端部が給電端子部23とは異なる端子である給電端子部29に接続されている。そして、抵抗発熱体25および抵抗発熱体28は、給電端子部29に給電制御部33を介して電源32からの電圧が印加されて通電することによって、抵抗発熱体22とは区別された状態で発熱する。
Specifically, both ends of the
以上のように、面状発熱体20においては、面状発熱体20の長手方向における発熱量を、通電状態を切替えることによって調整することができ、面状発熱体20表面における温度分布が所望の温度分布となるように調整することができる。
As described above, in the
ここで、給電制御部33は、制御手段90によって制御されて、発熱体側サーミスタ63により検出された温度と、抵抗発熱体22,25,28に設定される電力値とから、供給電力を制御するように構成されている。
Here, the power
図6は、面状発熱体20において通電を制御する制御手段90の構成を示すブロック図である。制御手段90は、主制御部91と、検出部92と、電力算出部93と、給電制御部33とを含んで構成される。主制御部91は、検出部92と、電力算出部93と、給電制御部33とを統括的に制御する。
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control means 90 that controls energization in the
制御手段90における面状発熱体20に対する通電制御は、以下に示す2つの通電制御例を挙げることができる。
The energization control for the
第1の通電制御例において、制御手段90の検出部92は、発熱パターン21,24,27を構成するそれぞれの抵抗発熱体22,25,28に流れる電流値および給電端子部23,29に印加される電圧値を検出する。電力算出部93は、検出部92によって検出された電流値および電圧値に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28に供給される電力値を算出する。そして、給電制御部33は、電力算出部93によって算出された算出電力値に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28が定着温度に基づいて設定される所定の温度範囲内で発熱するように、各抵抗発熱体22,25,28に対する給電を制御する。
In the first energization control example, the
第2の通電制御例において、制御手段90の検出部92は、発熱パターン21,24,27を構成するそれぞれの抵抗発熱体22,25,28に対応する給電端子部23,29に印加される電圧値を検出する。電力算出部93は、検出部92によって検出された電圧値および各抵抗発熱体22,25,28の電気抵抗値に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28に供給される電力値を算出する。そして、給電制御部33は、電力算出部93によって算出された算出電力値に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28が定着温度に基づいて設定される所定の温度範囲内で発熱するように、各抵抗発熱体22,25,28に対する給電を制御する。
In the second energization control example, the
また、本実施の形態では、主制御部91は、発熱体側サーミスタ63によって検出された定着ベルト64表面の温度情報を給電制御部33に伝送し、温度情報が伝送された給電制御部33は、算出電力値に加えて温度情報も含めて、各抵抗発熱体22,25,28に対する給電を制御する。
In the present embodiment, the
次に、制御手段90における面状発熱体20に対する通電制御を、図7〜10を用いて具体的に説明する。図7は、抵抗発熱体の電気抵抗値の違いにおける印加電圧と電力との関係を示すグラフである。抵抗発熱体の両端部に接続される給電端子部に印加される電圧値が大きくなると、その印加電圧値に比例して、抵抗発熱体における電力値が上昇する。このとき、25℃における電気抵抗値が異なる3種の抵抗発熱体1〜3(抵抗発熱体1:電気抵抗値9.0Ω、抵抗発熱体2:電気抵抗値10.0Ω、抵抗発熱体3:電気抵抗値11.0Ω)を比較すると、抵抗発熱体の電気抵抗値が大きくなるにつれて、電力値は小さくなる。
Next, the energization control for the
ここで、一般的に、抵抗発熱体の電気抵抗値は、製造時のばらつき等によって公差を有しており、印加電圧値も公差を有している。前述したように、抵抗発熱体の電気抵抗値および印加電圧値は、抵抗発熱体における電力値と密接に関係しているので、抵抗発熱体の電気抵抗値の公差および印加電圧値の公差は、抵抗発熱体に供給される電力量を変動させる要因となる。 Here, generally, the electric resistance value of the resistance heating element has a tolerance due to variations in manufacturing and the like, and the applied voltage value also has a tolerance. As described above, since the electrical resistance value and the applied voltage value of the resistance heating element are closely related to the power value in the resistance heating element, the tolerance of the electrical resistance value of the resistance heating element and the tolerance of the applied voltage value are It becomes a factor which fluctuates the electric energy supplied to a resistance heating element.
図8は、抵抗発熱体の電気抵抗値の違いにおける、抵抗発熱体の温度と電気抵抗値との関係、および抵抗発熱体の温度と電力値との関係を示すグラフである。また、図9は、抵抗発熱体の電気抵抗値および印加電圧値の違いにおける、抵抗発熱体に対する通電時間と電力値との関係、および抵抗発熱体に対する通電時間と温度との関係を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature of the resistance heating element and the electric resistance value and the relationship between the temperature of the resistance heating element and the power value in the difference in the electric resistance value of the resistance heating element. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the energization time and power value for the resistance heating element and the relationship between the energization time and temperature for the resistance heating element in the difference between the electrical resistance value and the applied voltage value of the resistance heating element. is there.
正の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体は、図8に示すように、温度が上昇するにつれて、発熱体自身の電気抵抗値が大きくなる。そのため、抵抗発熱体を流れる電流値が小さくなり、電力値が低下する。 As shown in FIG. 8, the resistance heating element having a positive resistance temperature characteristic has a larger electrical resistance value as the temperature rises. For this reason, the value of the current flowing through the resistance heating element is reduced, and the power value is reduced.
たとえば、25℃(T1)における電気抵抗値が10.0Ωの抵抗発熱体2では、温度T1における電気抵抗値および材料の抵抗温度係数から、定着温度に基づいて設定される所定の設定温度(T3)における電気抵抗値(R2−T3)を算出することができる。抵抗発熱体2に電圧を印加して、抵抗発熱体2の電気抵抗値が所望の値(R2−T3)になったときに通電を遮断することによって、過昇温を防止した状態で温度制御が可能である。
For example, in the
これに対して、温度T1における電気抵抗値が9.0Ωであり、抵抗発熱体2に対して電気抵抗値が小さい抵抗発熱体1では、温度T3における電気抵抗値(R1−T3)が抵抗発熱体2よりも小さくなるので、温度T3における電力値(W1−T3)は抵抗発熱体2の電力値(W2−T3)よりも大きくなる。所定の設定温度T3における電力値が抵抗発熱体2よりも大きい抵抗発熱体1は、図9に示すように、温度T3に到達するまでの通電時間が短くなる。
On the other hand, in the
また、温度T1における電気抵抗値が11.0Ωであり、抵抗発熱体2に対して電気抵抗値が大きい抵抗発熱体3では、温度T3における電気抵抗値(R3−T3)が抵抗発熱体2よりも大きくなるので、温度T3における電力値(W3−T3)は抵抗発熱体2の電力値(W2−T3)よりも小さくなる。所定の設定温度T3における電力値が抵抗発熱体2よりも小さい抵抗発熱体3は、図9に示すように、温度T3に到達するまでの通電時間が長くなる。
Further, in the
以上のことから、抵抗発熱体において電気抵抗値の公差および印加電圧値の公差があった場合、抵抗発熱体の電力値にばらつきが発生し、所定の設定温度T3に到達するまでの通電時間にばらつきが発生することがわかる。そのため、抵抗発熱体に対して一定の通電時間を設定した場合、電気抵抗値が小さい抵抗発熱体では、設定温度T3よりも高い温度(T4)まで上昇してオーバーシュートが発生し、電気抵抗値が大きい抵抗発熱体では、設定温度T3よりも低い温度(T2)までしか到達せずにアンダーシュートが発生する。 From the above, when there is a tolerance of the electrical resistance value and a tolerance of the applied voltage value in the resistance heating element, the power value of the resistance heating element varies, and the energization time until reaching the predetermined set temperature T3 is reached. It can be seen that variations occur. Therefore, when a certain energization time is set for the resistance heating element, the resistance heating element having a small electric resistance value rises to a temperature (T4) higher than the set temperature T3, and an overshoot occurs. In a resistance heating element having a large value, the temperature reaches only a temperature (T2) lower than the set temperature T3, and undershoot occurs.
そこで、本発明の定着装置15に備えられる制御手段90は、前述したように、面状発熱体20の長手方向中央部の発熱パターン21と、両端部の発熱パターン24,27とが区別された状態で、各発熱パターン21,24,27を構成するそれぞれの抵抗発熱体22,25,28に対応する算出電力値に基づいて、通電制御する。
Therefore, as described above, the
発熱パターン21が定着ベルト64表面における通紙部に対応し、発熱パターン24,27が非通紙部に対応した場合における制御手段90の通電制御を、図10を用いて以下に説明する。図10は、面状発熱体20に対する通電制御における、抵抗発熱体に対する通電時間と算出電力値との関係、および抵抗発熱体に対する通電時間と温度との関係を示すグラフである。
The energization control of the control means 90 when the
定着装置15においては、所定の定着温度が予め設定されている。また、抵抗発熱体22,25,28の定着温度における電気抵抗値に基づいて、設定電力値が予め設定されている。
In the fixing
制御手段90の主制御部91は、定着装置15の主電源がONされると、検出部92と、電力算出部93と、給電制御部33とを統括的に制御して、各抵抗発熱体22,25,28に対する通電制御を開始させる。
When the main power supply of the fixing
まず、給電制御部33は、電源32を制御して給電端子部23,29に電圧を印加させる。給電端子部23,29に電圧が印加されると、各抵抗発熱体22,25,28には電流が流れる。そして、検出部92は、所定の時間間隔で、各抵抗発熱体22,25,28に流れる電流値および給電端子部23,29に印加された電圧値を検出し、電力算出部93は、検出部92によって検出された電流値および電圧値に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28に供給される電力値を算出する。
First, the power
各抵抗発熱体22,25,28は、給電端子部23,29に電圧が印加されて電流が流れると、正の抵抗温度特性を有して発熱する。各抵抗発熱体22,25,28は、発熱して温度が上昇するにつれて、電気抵抗値が大きくなり、電流値が小さくなるが、この電流値の変化を検出部92が検出し、検出結果に基づいて電力算出部93が電力値を算出する。
Each
給電制御部33は、発熱体側サーミスタ63から伝送される定着ベルト64表面の温度情報に基づいて、各抵抗発熱体22,25,28の温度が定着温度に到達したと判断し、かつ電力算出部93が算出した算出電力値が設定電力値以下になった場合に給電を遮断する。このとき、定着ベルト64表面の温度が定着温度に到達した定着装置15では、通紙が開始される。
Based on the temperature information on the surface of the fixing
給電が遮断された各抵抗発熱体22,25,28では、算出電力値は瞬時にゼロになるが、温度は所定温度範囲内で上昇した後、下降する。このとき、各抵抗発熱体22,25,28における温度の下降速度は、非通紙部に対応した抵抗発熱体25,28の方が通紙部に対応した抵抗発熱体22よりも速い。これは、非通紙部に対応した抵抗発熱体25,28では放熱が起こるからである。このような、抵抗発熱体22,25,28における温度の下降速度に基づいて、抵抗発熱体25,28に対応する部分が非通紙部であると判断することができる。給電制御部33は、非通紙部に対応する抵抗発熱体25,28に対しては、給電制御は行わず、給電を遮断した状態を維持する。
In each
そして、給電制御部33は、発熱体側サーミスタ63から伝送される定着ベルト64表面の温度情報に基づいて、抵抗発熱体22の温度が定着温度まで下降したと判断すると、抵抗発熱体22に対する通電を復帰させる。給電が復帰された抵抗発熱体22では、温度が下降を続ける間は電流値が上昇するので算出電力値が上昇するが、その後、給電復帰にともなって温度が上昇すると算出電力値が下降する。そして、算出電力値が設定電力値以下になった場合に給電を遮断する。以降、給電制御部33は、給電遮断と復帰とを、前述のようにして繰り返す。
When the power
本発明の定着装置15では、前述のように、抵抗発熱体22,25,28の電流値および電圧値の変動を的確に捉えて電力値を算出し、その算出電力値に基づいて、制御手段90による通電制御が繰り返されて行われるので、抵抗発熱体22,25,28の電気抵抗値が公差を有し、印加電圧も公差を有する場合であっても、オーバーシュートなど抵抗発熱体22,25,28の温度の時間的変動のばらつきが大きくなるのを抑制することができる。そのため、抵抗発熱体22,25,28の制御温度に対するオーバーシュートなどによる遅延時間を回避して、即応性が良好な高精度の温度制御が可能となる。したがって、定着装置15は、抵抗発熱体22,25,28が発熱することによって定着ベルト64を加熱するときに、加熱むらが発生するのが抑制されて、均一な定着性を達成可能な装置となる。
In the fixing
また、面状発熱体20においては、各発熱パターン21,24,27を構成する抵抗発熱体の線状部22a,25a,28aの延在方向は、面状発熱体20の長手方向に対して所定の角度θだけ傾斜していることが好ましい。これによって、発熱量が小さい部分および発熱しない部分の温度低下を補うことになるため、面状発熱体20から熱が伝達される定着ベルト64の温度分布を均一にすることができる。特に、複数の発熱パターン21,24,27を有する場合であっても、面状発熱体20の長手方向両端部に形成される発熱パターン24,27において、急激な温度変化が発生するのを防止することができる。
Further, in the
また、面状発熱体20においては、面状発熱体20の長手方向両端部側に形成される発熱パターン24,27での線状部同士の間隔を、所定領域内で、内側から外側に向かうにつれて小さくなるように設定することによって、所定領域内における電力密度を上げることができる。そのため、面状発熱体20の所定領域に対応する発熱パターン24,27の端部からの放熱損失を抑制して、面状発熱体20の長手方向における温度分布の均一化が可能となる。
Further, in the
図11は、面状発熱体20の両端部における発熱パターンを示す図である。面状発熱体20の発熱パターン24,27において、前記所定領域内に形成される複数の線状部同士の間隔は、それぞれ1つずつ変化させてもよいし、同じでもよい。
FIG. 11 is a view showing a heat generation pattern at both ends of the
たとえば、発熱パターン24,27を構成する抵抗発熱体の線状部同士の間隔を、外側から内側に向かう順に、間隔A1、間隔A2、間隔A3、間隔A4とした場合、線状部同士の間隔の設定例としては、図11(a)に示すように、間隔A1=A2<A3=A4を満たすような設定例を挙げることができる。また、図11(b)に示すような、間隔A1<A2<A3=A4を満たすような設定例、図11(c)に示すような、間隔A1<A2<A3<A4を満たすような設定例も挙げることができる。
For example, when the intervals between the linear portions of the resistance heating elements constituting the
本実施の形態では、面状発熱体20の長手方向両端部側に形成される発熱パターン24,27における前記所定領域の範囲は、発熱パターン24において最も外側に配置される2本の線状部25aを含んだ範囲、発熱パターン27において最も外側に配置される2本の線状部28aを含んだ範囲に設定される。そして、所定領域内の2本の線状部25a同士の間隔と、2本の線状部28a同士の間隔とは、同一の間隔(3.0mm)に設定され、その他の線状部25a同士、28a同士の間隔は、発熱パターン21を構成する線状部22a同士の間隔と同一の3.5mmに設定されている。
In the present embodiment, the range of the predetermined region in the
ここで、前記所定領域の範囲は、たとえば、定着装置15に通紙される記録紙の幅などを考慮して設定すればよい。具体的には、定着ベルト64に対向して配置される面状発熱体20の前記所定領域が、記録紙の通紙幅両端部よりも外側に配置されることがないように、前記所定領域の範囲を設定する。これによって、定着装置15に通紙される記録紙は、記録紙の通紙幅で発熱量が大きい状態の定着ベルト64と接触することになる。そのため、記録紙は、幅手方向両端部での放熱損失が抑制された状態で両端部と中央部とで温度差がなく、通紙幅全領域にわたって温度分布の均一化が図られた状態で通紙される。
Here, the range of the predetermined area may be set in consideration of, for example, the width of the recording paper that is passed through the fixing
また、面状発熱体20においては、絶縁層31上に形成される発熱パターン21,24,27を覆うように、低摩擦係数の材料からなるコート層を形成してもよい。後述する定着装置80が備える定着ベルト64を加熱する部材として面状発熱体20を、定着ベルト64と接触するように配置した場合、面状発熱体20の表面にコート層を設けることにより、面状発熱体20と定着ベルト64との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト64が摩耗するのを防止して定着ベルト64の高い耐久性を確保することができる。コート層を構成する材料としては、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)樹脂とPFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)樹脂との少なくともいずれか1つの材料を挙げることができる。
In the
なお、面状発熱体20における、線状部22a,25a,28aおよび接続部22b,25b,28bを有する抵抗発熱体22,25,28を絶縁層31上に形成する方法は、この分野で常用される方法を適用することができ、たとえば、塗装、溶射、印刷、接着などの方法を挙げることができる。
The method of forming the
図12は、面状発熱体の第2例である面状発熱体40の構成を示す図である。面状発熱体40は、前述した面状発熱体20が有する絶縁層31と同様に構成される絶縁層50を含み、その絶縁層50の厚み方向一表面に、発熱領域となる発熱パターンが形成されている。さらに、面状発熱体40は、複数の発熱パターンから構成されており、複数の分割された発熱領域を有する。本実施の形態では、面状発熱体40は、絶縁層50の長手方向に対して一端部の発熱領域と、他端部の発熱領域と、中央部の発熱領域との3つに分割された発熱領域が形成されるように、絶縁層50の長手方向中央部に発熱パターン41、一端部に発熱パターン44、他端部に発熱パターン47が形成されている。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a
発熱パターン41は線状部42aおよび接続部42bを含む抵抗発熱体42を有し、発熱パターン44は線状部45aおよび接続部45bを含む抵抗発熱体45を有し、発熱パターン47は線状部48aおよび接続部48bを含む抵抗発熱体48を有する。
The
面状発熱体40における線状部42a,45a,48aは、前述した面状発熱体20の線状部22a,25a,28aと同様に構成される。そして、面状発熱体40における接続部42b,45b,48bは、面状発熱体20の接続部22b,25b,28bと同様に低体積抵抗率の材料によって形成してもよいが、本実施の形態では、線状部と同様の材料によって形成され、それ以外は、面状発熱体20の接続部22b,25b,28bと同様に構成される。
The
そして、面状発熱体40においては、面状発熱体40の長手方向中央部の発熱パターン41と、一端部の発熱パターン44と、他端部の発熱パターン47とが、区別された状態で通電可能となるように、給電制御部52によって通電制御される。このとき、給電制御部52は、前述した面状発熱体20の給電制御部33と同様に、発熱体側サーミスタ63により検出された温度と、各抵抗発熱体42,45,48に対する算出電力値とから、3つに分割された発熱領域への給電を制御するように構成されている。
In the
具体的には、発熱パターン41の抵抗発熱体42は、その両端部が、発熱パターン41に対応して面状発熱体40の長手方向中央部に形成される給電端子部43に接続されている。そして、抵抗発熱体42は、給電端子部43に給電制御部52を介して電源51からの電圧が印加されて通電することによって発熱する。発熱パターン44の抵抗発熱体45は、その両端部が、発熱パターン44に対応して面状発熱体40の長手方向一端部に形成される給電端子部46に接続されている。そして、抵抗発熱体45は、給電端子部46に給電制御部52を介して電源51からの電圧が印加されて通電することによって、抵抗発熱体42とは区別された状態で発熱する。発熱パターン47の抵抗発熱体48は、その両端部が、発熱パターン47に対応して面状発熱体40の長手方向他端部に形成される給電端子部49に接続されている。そして、抵抗発熱体48は、給電端子部49に給電制御部52を介して電源51からの電圧が印加されて通電することによって、抵抗発熱体42,45とは区別された状態で発熱する。
Specifically, both ends of the
以上のように、面状発熱体40においては、面状発熱体40の長手方向における発熱量を、通電状態を切替えることによって調整することができ、面状発熱体40から熱が伝達される定着ベルト64表面の温度分布を均一にすることができる。
As described above, in the
また、定着装置15において、面状発熱体20,40は、定着ローラ15aの軸線方向に平行に延びて、胴部50aの半円弧状内側表面に沿うように形成される。このとき、面状発熱体20,40が有する絶縁層31,50が、基材62の胴部60aと接触する側となるように形成されるのが好ましい。これによって、面状発熱体20,40が有する抵抗発熱体と基材62との間の絶縁を確保することができ、より安全な加熱部材60とすることができる。
Further, in the fixing
図13は、本発明の第2実施形態である定着装置80の構成を示す図である。定着装置80は、前述した定着装置15と類似しており、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。定着装置80においては、加熱部材70が有する基材72の胴部における層構成が、定着装置15の加熱部材60とは異なる。ここで、定着装置80が備える加熱部材70の面状発熱体20,40に対する通電は、前述した定着装置15と同様に、制御手段90によって制御される。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a fixing
定着装置80において、面状発熱体20,40は、定着ローラ15aの軸線方向に平行に延びて、胴部の半円弧状外側表面に沿うように形成される。つまり、面状発熱体20,40が、定着ベルト64と接触することになる。このとき、面状発熱体20,40が有するコート層が、加熱部材70の胴部における最外層であり定着ベルト64と接触する層となるように、面状発熱体20,40を基材72の外側表面に形成させるのが好ましい。これによって、加熱部材70と定着ベルト64との間の摩擦力を低減することができ、定着ベルト64が摩耗するのを防止して定着ベルト64の高い耐久性を確保することができるとともに、定着ベルト64を駆動する定着ローラ15aおよび加圧ローラ15bへの負荷も低減することができ各ローラ15a,15bの耐久性も確保し、低電力で駆動することが可能となる。
In the fixing
また、面状発熱体20,40のコート層が加熱部材70の胴部における最外層となるように面状発熱体20,40が基材72の外側表面に固着形成された場合、面状発熱体20,40の絶縁層31,50は、基材72と接触する層となる。これによって、面状発熱体20,40が有する抵抗発熱体と基材72との間の絶縁を確保することができ、より安全な加熱部材70とすることができる。
Further, when the
[実施例]
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
実施例1において使用した定着装置は、前述した定着装置80である。この定着装置80を複写機(商品名:MX−7000N、シャープ株式会社製)に搭載した。実施例1における詳細条件は、以下のようにした。
Example 1
The fixing device used in Example 1 is the fixing
<定着ローラ>
直径が30mmで、芯金が直径15mmのステンレス鋼、弾性層が厚さ3mmのシリコンスポンジゴムであるものを使用した。
<Fixing roller>
A stainless steel having a diameter of 30 mm, a core metal of 15 mm in diameter, and an elastic layer made of silicon sponge rubber having a thickness of 3 mm was used.
<加圧ローラ>
直径が30mmでシリコンソリッドゴムからなり、離型層には厚さ30μmのPFAチューブ、内部に定格電力400Wのヒータランプを配置したものを使用した。
<Pressure roller>
A 30 mm diameter PFA tube having a diameter of 30 mm and a heater lamp having a rated power of 400 W was used as the release layer.
<定着ベルト>
ベルト基材に厚さ70μmのポリイミド、弾性層に厚さ150μmのシリコンゴム、離型層に厚さ30μmのPTFEコートが形成されたベルトを使用した。
<Fixing belt>
A belt in which a polyimide having a thickness of 70 μm was formed on a belt substrate, a silicon rubber having a thickness of 150 μm was formed on an elastic layer, and a PTFE coat having a thickness of 30 μm was formed on a release layer was used.
<蛇行防止用カラー>
内径20mm、直径32mm、幅7mmのポリフェニレンサルファイド(PPS)カラーを、定着ベルト端部と接するように配置した。
<Color to prevent meandering>
A polyphenylene sulfide (PPS) collar having an inner diameter of 20 mm, a diameter of 32 mm, and a width of 7 mm was disposed so as to contact the end of the fixing belt.
<加熱部材>
基材:胴部の直径が28mm、ジャーナル部の直径が20mmであり、肉厚1mmのアルミ製パイプ、ベルト摺動部は半分をカットした円弧状とした。
<Heating member>
Base material: The diameter of the barrel part is 28 mm, the diameter of the journal part is 20 mm, the aluminum pipe with a thickness of 1 mm, and the belt sliding part have an arc shape with half cut.
面状発熱体:実施例1において使用した面状発熱体は、前述した面状発熱体20である。面状発熱体において、定着ローラの軸線方向に対応して延びる方向である長手方向の長さは330mmとし、基材の円弧状外側表面に、プラズマ溶射にて、アルミナからなる絶縁層を形成し、面状発熱体20の発熱パターン21,24,27に従いマスキング材を貼付け、それらの表面に抵抗発熱体としてニッケルクロムを主成分とした材料(体積抵抗率:107.3×10−8Ωcm)を用いて線状部を、さらに銅(体積抵抗率:1.55×10−8Ωcm)を用いて接続部を、プラズマ溶射してパターンを形成した後、マスキング材を除去し、それらの表面にPTFE層を20μmの厚みでコーティングし、給電端子部にリード線を接続した。このとき、加熱部材の全発熱体の電気抵抗は、25℃で10.10Ωであった。
Planar heating element: The planar heating element used in Example 1 is the
なお、抵抗発熱体は、その幅は6.6mmであり、隣接する線状部同士の間隔および線状部の傾斜角θは、発熱領域の電力量、印加電圧および使用する抵抗発熱体の体積抵抗率から設置する線状部の幅、長さおよび膜厚を試算し、画像領域の定着ベルトの表面温度分布を放射温度計で実測するとともに定着画像の定着性を確認することにより調整して決定した。なお、線状部の傾斜角θは70°であった。 The resistance heating element has a width of 6.6 mm, and the interval between adjacent linear portions and the inclination angle θ of the linear portions are the amount of power in the heat generation region, the applied voltage, and the volume of the resistance heating element to be used. Estimate the width, length, and film thickness of the linear part to be installed from the resistivity, adjust the surface temperature distribution of the fixing belt in the image area by measuring with a radiation thermometer and confirming the fixing property of the fixed image. Were determined. The inclination angle θ of the linear portion was 70 °.
<サーミスタ>
発熱体側サーミスタとして非接触赤外線方式のセンサを軸方向中央部に1台設置し、加圧ローラ側サーミスタとして接触式サーミスタを使用した。
<Thermistor>
One non-contact infrared sensor as the heating element side thermistor was installed in the center in the axial direction, and a contact thermistor was used as the pressure roller side thermistor.
<制御手段>
発熱体側サーミスタによって検出された温度と、各抵抗発熱体に対する算出電力値とから、分割された発熱領域に対する給電を制御するようにした。また、加圧ローラ側サーミスタによって検出された温度に基づいて、加圧ローラのヒータランプに対する給電を制御するようにした。
<Control means>
The power supply to the divided heat generating region is controlled from the temperature detected by the heat generating body side thermistor and the calculated power value for each resistance heating element. Further, power supply to the heater lamp of the pressure roller is controlled based on the temperature detected by the pressure roller side thermistor.
<定着条件>
定着ニップ部長さ:7mm(定着ニップ部の記録紙搬送方向の長さ)
定着速度:220mm/sec
加熱ニップ部長さ:44mm(定着ベルトと加熱部材との記録紙搬送方向の接触長さ)
加熱ニップ部幅:330mm(定着ローラの軸線方向に対応する長さ)
<Fixing conditions>
Fixing nip length: 7 mm (the length of the fixing nip in the recording paper conveyance direction)
Fixing speed: 220mm / sec
Heating nip length: 44 mm (contact length in the recording paper conveyance direction between the fixing belt and the heating member)
Heating nip width: 330 mm (length corresponding to the axial direction of the fixing roller)
加熱部材に100V電源および制御手段を接続し、放射温度計を用いて測定した表面温度が200℃まで昇温したときの面状発熱体の各抵抗発熱体の電気抵抗値を測定したところ、全体の電気抵抗値が10.14Ωであり、中央部が16.90Ω、両端部が50.7Ωであった。 The electrical resistance value of each resistance heating element of the sheet heating element when the surface temperature measured using a radiation thermometer was increased to 200 ° C. was measured by connecting a 100 V power source and control means to the heating member. The electric resistance value was 10.14Ω, the center portion was 16.90Ω, and both end portions were 50.7Ω.
次に、複写機におけるウオームアップ時間、50枚の連続通紙した場合の温度むら、小サイズ紙を通紙した場合の端部昇温を観察した。 Next, the warm-up time in the copying machine, the temperature unevenness when 50 sheets were continuously fed, and the edge temperature rise when small-size sheets were passed were observed.
100Vの電圧を面状発熱体全体に印加した場合、定着ローラ上の定着ベルト表面温度全体が200℃に到達する時間(ウオームアップ時間)は、26.6secであった。面状発熱体両端部の発熱領域に対応する抵抗発熱体の電力供給制御に、設定電力値として197Wを設定した。連続通紙での画像濃度むらはほとんどなく、高品質の画像が得られた。さらに、小サイズ紙を通紙したときの、面状発熱体両端部の温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温は観られず、消費電力も効率よく抑制できた。 When a voltage of 100 V was applied to the entire sheet heating element, the time required for the entire fixing belt surface temperature on the fixing roller to reach 200 ° C. (warm-up time) was 26.6 sec. 197 W was set as the set power value in the power supply control of the resistance heating element corresponding to the heat generation regions at both ends of the planar heating element. There was almost no unevenness in image density during continuous paper feeding, and a high-quality image was obtained. Furthermore, when the temperature at both ends of the sheet heating element when small-size paper was passed was measured with a heating element side thermistor, no excessive temperature increase was observed, and power consumption could be efficiently suppressed.
さらに、供給電圧のばらつきを考慮して、電圧を90Vおよび110Vに設定して、同様な評価を実施した。面状発熱体両端部の発熱領域に対応する抵抗発熱体に対する設定電力値は、90Vで159W、110Vで238Wとした。面状発熱体全体に通電した場合のウオームアップ時間は、90Vの電圧を印加した場合が29.5sec、110Vの電圧を印加した場合が24.1secであった。供給電圧のばらつきによらず、目標とする30sec以下のウオームアップ時間を達成することができた。 Further, considering the supply voltage variation, the voltage was set to 90V and 110V, and the same evaluation was performed. The set power values for the resistance heating elements corresponding to the heating regions at both ends of the planar heating element were 159 W at 90 V and 238 W at 110 V. The warm-up time when the entire planar heating element was energized was 29.5 sec when a voltage of 90 V was applied and 24.1 sec when a voltage of 110 V was applied. A target warm-up time of 30 sec or less could be achieved regardless of variations in supply voltage.
設定電圧を90V,110Vとした場合においても、連続通紙での画像濃度むらはほとんどなく、高品質の画像が得られた。さらに、小サイズ紙を通紙したときの、面状発熱体両端部の温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温は観られず、消費電力も効率よく抑制できた。 Even when the set voltages were 90 V and 110 V, there was almost no image density unevenness in continuous paper passing, and a high quality image was obtained. Furthermore, when the temperature at both ends of the sheet heating element when small-size paper was passed was measured with a heating element side thermistor, no excessive temperature increase was observed, and power consumption could be efficiently suppressed.
また、面状発熱体の表面にはPTFE樹脂からなるコート層が形成されているため、面状発熱体と定着ベルトとの間の摩擦力が抑制され、摩擦抵抗のないスムースな摺動となり、また定着ベルトへの伝熱効率もよく、定着ベルトの蛇行の抑制ができ、さらに定着ベルト表面の温度検知に非接触式のサーミスタを使用したため、ベルと表面の損傷もなく、ベルトライフは200Kを確保できた。 In addition, since a coating layer made of PTFE resin is formed on the surface of the sheet heating element, the frictional force between the sheet heating element and the fixing belt is suppressed, resulting in smooth sliding without friction resistance. In addition, heat transfer efficiency to the fixing belt is good, it is possible to suppress the meandering of the fixing belt, and a non-contact thermistor is used to detect the temperature of the fixing belt surface. did it.
さらに、面状発熱体両端部では、抵抗発熱体の密度が高いため、両端部における電力密度は中央部よりも高く、両端部からの放熱による温度むらが抑制され、定着性も均一で高品質な画像が得られた。 In addition, the density of the resistance heating element is high at both ends of the planar heating element, so the power density at both ends is higher than the central part, temperature unevenness due to heat dissipation from both ends is suppressed, and the fixing property is uniform and high quality A good image was obtained.
したがって、長期に亘り信頼性と安全性を確保し、加熱部材の寿命を維持するだけでなく、省エネ仕様の定着装置を備えた複写機を提供することができた。 Accordingly, it has been possible to provide a copying machine equipped with an energy-saving fixing device as well as ensuring reliability and safety over a long period of time and maintaining the life of the heating member.
(実施例2)
実施例2において使用した定着装置は、前述した定着装置15である。そして、実施例2において使用した面状発熱体は、前述した面状発熱体40である。具体的には、絶縁層として厚み25μmのポリイミドフィルムを用い、抵抗発熱体としてステンレス箔を面状発熱体40の発熱パターン41,44,47に従ってエッチィングパターン形成し、該パターンステンレス箔の上にポリイミドフィルムを接着剤を用いて絶縁カバーし、面状発熱体であるフィルムヒータを得た。このフィルムヒータを、ポリイミド樹脂からなる耐熱性接着剤にて、アルミニウムからなる基材の内側表面に接着させて貼付けた。さらに、基材の外側表面であり、定着ベルトと接触する部分には、PTFE樹脂およびPFA樹脂からなる厚み20μmのトップコート層を形成させた。以上のこと以外は実施例1と同様にした。
(Example 2)
The fixing device used in Example 2 is the fixing
評価に際しては、抵抗発熱体であるステンレス箔の製造時のばらつきを考慮して、ステンレス箔の厚みを変えて、電気抵抗値の異なる3種の面状発熱体を用いた。評価に用いた3種の面状発熱体の電気抵抗値は、25℃での電気抵抗値がそれぞれ9.0Ω±1%、10.0Ω±1%、11.0Ω±1%であり、200℃での電気抵抗値がそれぞれ10.53Ω、11.53Ω、12.53Ωであった。 In the evaluation, three types of planar heating elements having different electric resistance values were used by changing the thickness of the stainless steel foil in consideration of variations in the production of the stainless steel foil as the resistance heating element. The electrical resistance values of the three types of planar heating elements used in the evaluation are 9.0Ω ± 1%, 10.0Ω ± 1%, 11.0Ω ± 1% at 25 ° C., respectively. The electrical resistance values at 10 ° C. were 10.53Ω, 11.53Ω, and 12.53Ω, respectively.
まず、面状発熱体であるフィルムヒータに対する印加電圧を100Vに設定し、複写機におけるウオームアップ時間、50枚の連続通紙した場合の温度むら、小サイズ紙を通紙した場合の端部昇温を観察した。 First, the voltage applied to the film heater, which is a sheet heating element, is set to 100 V, the warm-up time in the copying machine, the temperature unevenness when 50 sheets are continuously fed, and the edge rise when small-size sheets are passed. The temperature was observed.
定着ローラ上の定着ベルト表面温度全体が200℃に到達する時間(ウオームアップ時間)は、電気抵抗値が9.0Ωの面状発熱体の場合で23.7sec、電気抵抗値が10.0Ωの場合で26.3sec、電気抵抗値が11.0Ωの場合で28.9secであった。面状発熱体の電気抵抗値のばらつきによらず、目標とする30sec以下のウオームアップ時間を達成することができた。 The time required for the entire fixing belt surface temperature on the fixing roller to reach 200 ° C. (warm-up time) is 23.7 sec in the case of a planar heating element having an electrical resistance value of 9.0Ω, and the electrical resistance value is 10.0Ω. In this case, 26.3 sec, and in the case where the electric resistance value was 11.0Ω, it was 28.9 sec. A target warm-up time of 30 sec or less could be achieved regardless of variations in the electrical resistance value of the planar heating element.
また、面状発熱体の抵抗発熱体に対して供給する設定電力値として、電気抵抗値が9.0Ωの場合に両端部で190Wかつ中央部で570W、電気抵抗値が10.0Ωの場合に両端部で173Wかつ中央部で520W、電気抵抗値が11.0Ωの場合に両端部で160Wかつ中央部で479Wとした。 In addition, as a set power value to be supplied to the resistance heating element of the sheet heating element, when the electrical resistance value is 9.0Ω, 190 W at both ends and 570 W at the center part, and when the electrical resistance value is 10.0Ω. When both ends are 173 W, the center is 520 W, and the electrical resistance is 11.0Ω, the both ends are 160 W and the center is 479 W.
このように面状発熱体の抵抗発熱体に対して供給する設定電力値を設定することによって、連続通紙での画像濃度むらはほとんどなく、高品質の画像が得られた。さらに、小サイズ紙を通紙したときの、面状発熱体両端部の温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温は観られず、消費電力も効率よく抑制できた。 By setting the set power value to be supplied to the resistance heating element of the sheet heating element in this way, there was almost no image density unevenness in continuous paper passing, and a high quality image was obtained. Furthermore, when the temperature at both ends of the sheet heating element when small-size paper was passed was measured with a heating element side thermistor, no excessive temperature increase was observed, and power consumption could be efficiently suppressed.
また、基材の外側表面にはPTFE樹脂およびPFA樹脂からなるトップコート層が形成されているため、基材と定着ベルトとの間の摩擦力が抑制され、摩擦抵抗のないスムースな摺動となり、また定着ベルトへの伝熱効率もよく、定着ベルトの蛇行の抑制ができ、さらに定着ベルト表面の温度検知に非接触式のサーミスタを使用したため、ベルと表面の損傷もなく、ベルトライフは200Kを確保できた。 In addition, since the top coat layer made of PTFE resin and PFA resin is formed on the outer surface of the base material, the frictional force between the base material and the fixing belt is suppressed, resulting in smooth sliding with no frictional resistance. In addition, heat transfer efficiency to the fixing belt is good, and the meandering of the fixing belt can be suppressed. Further, a non-contact thermistor is used to detect the temperature of the fixing belt surface, so there is no damage to the bell and the surface, and the belt life is 200K. I was able to secure it.
さらに、面状発熱体両端部では、抵抗発熱体の密度が高いため、両端部における電力密度は中央部よりも高く、両端部からの放熱による温度むらが抑制され、定着性も均一で高品質な画像が得られた。 In addition, the density of the resistance heating element is high at both ends of the planar heating element, so the power density at both ends is higher than the central part, temperature unevenness due to heat dissipation from both ends is suppressed, and the fixing property is uniform and high quality A good image was obtained.
したがって、長期に亘り信頼性と安全性を確保し、加熱部材の寿命を維持するだけでなく、省エネ仕様の定着装置を備えた複写機を提供することができた。 Accordingly, it has been possible to provide a copying machine equipped with an energy-saving fixing device as well as ensuring reliability and safety over a long period of time and maintaining the life of the heating member.
(比較例1)
加熱部材に使用する面状発熱体における発熱パターンを、面状発熱体40の発熱パターン41,44,47から、従来技術における面状発熱体200の発熱パターン201に代えた。図14は、従来技術の定着装置が備える面状発熱体200の構成を示す図である。面状発熱体200は、全体として一定の面を構成する抵抗発熱体202からなる発熱パターン201を有している。この抵抗発熱体202からなる発熱パターン201は、定着ベルトの軸方向Xに対して所定の角度θだけ傾斜して配置された略平行な複数の線状部202aを含んで構成されて、絶縁層203表面に形成されている。このとき、抵抗発熱体202は、隣接する線状部202aの延在方向両端部同士を、面状発熱体200の長手方向に延びて1本の線路となるように接続部202bが接続して、絶縁層203の一表面に形成されている。そして、抵抗発熱体202の両端は、通電制御部205を介して電源204に接続されている。このとき、面状発熱体200は、発熱体側サーミスタにより検出された温度のみに基づいて、通電制御部205が通電制御するように構成されている。以上のこと以外は実施例2と同様にした。評価に用いた面状発熱体の抵抗発熱体の電気抵抗値は、25℃において10.0Ω±10%で、200℃において11.53Ωであった。
(Comparative Example 1)
The heating pattern in the planar heating element used for the heating member was changed from the
まず、面状発熱体の抵抗発熱体への印加電圧を100Vに設定し、ウオームアップ時間、50枚の連続通紙した場合の温度むら、小サイズ紙を通紙した場合の端部昇温を評価した。定着ローラ上の定着ベルト表面温度全体が200℃に到達する時間(ウオームアップ時間)は、26.3secであった。 First, the voltage applied to the resistance heating element of the sheet heating element is set to 100V, the warm-up time, the temperature unevenness when 50 sheets are continuously passed, and the edge temperature rise when passing a small size sheet evaluated. The time (warm-up time) for the entire fixing belt surface temperature on the fixing roller to reach 200 ° C. was 26.3 sec.
比較例1では、連続通紙での画像濃度むらが生じ、画像不良となった。さらに、小サイズ紙を通紙したときの、面状発熱体両端部の温度を、発熱体側サーミスタで測定したところ、過昇温が発生し、加熱部材および定着部材の損傷が発生した。 In Comparative Example 1, image density unevenness occurred during continuous paper passing, resulting in an image defect. Further, when the temperature at both ends of the sheet heating element when small-size paper was passed was measured with a heating element side thermistor, an excessive temperature increase occurred, and the heating member and the fixing member were damaged.
また、比較例1においても、基材の外側表面にはPTFE樹脂およびPFA樹脂からなるトップコート層が形成されているが、上記のように小サイズ紙を通紙したときに、面状発熱体両端部における放熱抑制ができていないため、定着ベルトの摺動抵抗のバランスが悪く、スムースな摺動とならず、定着ベルトの蛇行の抑制ができなかった。このため、定着ベルトは、10Kで端部割れが生じた。 Also in Comparative Example 1, a top coat layer made of PTFE resin and PFA resin is formed on the outer surface of the base material, but when a small size paper is passed as described above, a planar heating element Since heat dissipation was not suppressed at both ends, the balance of the sliding resistance of the fixing belt was poor, smooth sliding was not possible, and suppression of the meandering of the fixing belt could not be achieved. For this reason, the fixing belt was cracked at 10K.
15,80 定着装置
20,40 面状発熱体
21,24,27,41,44,47 発熱パターン
22,25,28,42,45,48 抵抗発熱体
31,50 絶縁層
33,52 給電制御部
60,70 加熱部材
62,72 基材
63 発熱体側サーミスタ
64 定着ベルト
65 加圧ローラ側サーミスタ
90 制御手段
91 主制御部
92 検出部
93 電力算出部
100 画像形成装置
15, 80
Claims (9)
前記加熱部材において前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱する加熱部には、通電によって発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成し、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなる面状発熱体が形成され、
前記発熱パターンは、前記絶縁層の長手方向に分割されて複数形成されて、それぞれ区別された状態で、制御手段によって通電を制御されるように構成され、
前記制御手段は、
前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に流れる電流値および印加される電圧値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電流値および電圧値から電力値を算出する電力算出部と、
前記電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt stretched between a fixing member and a heating member, and a pressure member facing the fixing member via the fixing belt, and the heating member comes into contact with the fixing belt for fixing A fixing device that heats and fixes a toner image carried on a recording medium on a recording medium in a fixing nip formed by heating the belt and formed by the fixing belt and the pressure member;
In the heating member that heats the fixing belt in contact with the fixing belt in the heating member, a resistance heating element that generates heat when energized forms a heat generating pattern by forming a surface having a certain shape as a whole. A planar heating element formed on one surface in the thickness direction is formed,
The heat generation pattern is divided into a plurality in the longitudinal direction of the insulating layer, and a plurality of the heat generation patterns are formed, and in a state of being distinguished from each other, energization is controlled by a control unit,
The control means includes
A detection unit for detecting a current value and a voltage value applied to each resistance heating element constituting the plurality of heat generation patterns;
A power calculator that calculates a power value from the current value and the voltage value detected by the detector;
Based on the calculated power value calculated by the power calculation unit, power supply control for controlling power supply to the resistance heating element such that each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns generates heat within a predetermined temperature range. A fixing device.
前記加熱部材において前記定着ベルトと接触して定着ベルトを加熱する加熱部には、通電によって発熱する抵抗発熱体が、全体として一定の形状の面を構成して発熱パターンを形成し、絶縁層の厚み方向一表面に形成されてなる面状発熱体が形成され、
前記発熱パターンは、前記絶縁層の長手方向に分割されて複数形成されて、それぞれ区別された状態で、制御手段によって通電を制御されるように構成され、
前記制御手段は、
前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体に印加される電圧値を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電圧値および前記抵抗発熱体の固有の電気抵抗値から電力値を算出する電力算出部と、
前記電力算出部によって算出された算出電力値に基づいて、前記複数の発熱パターンを構成するそれぞれの抵抗発熱体が所定の温度範囲内で発熱するように、抵抗発熱体に対する給電を制御する給電制御部とを備えることを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt stretched between a fixing member and a heating member, and a pressure member facing the fixing member via the fixing belt, and the heating member comes into contact with the fixing belt for fixing A fixing device that heats and fixes a toner image carried on a recording medium on a recording medium in a fixing nip formed by heating the belt and formed by the fixing belt and the pressure member;
In the heating member that heats the fixing belt in contact with the fixing belt in the heating member, a resistance heating element that generates heat when energized forms a heat generating pattern by forming a surface having a certain shape as a whole. A planar heating element formed on one surface in the thickness direction is formed,
The heat generation pattern is divided into a plurality in the longitudinal direction of the insulating layer, and a plurality of the heat generation patterns are formed, and in a state of being distinguished from each other, energization is controlled by a control unit,
The control means includes
A detection unit for detecting a voltage value applied to each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns;
A power calculation unit that calculates a power value from the voltage value detected by the detection unit and a specific electrical resistance value of the resistance heating element;
Based on the calculated power value calculated by the power calculation unit, power supply control for controlling power supply to the resistance heating element such that each resistance heating element constituting the plurality of heating patterns generates heat within a predetermined temperature range. A fixing device.
前記給電制御部は、前記電力算出部によって算出された算出電力値が、前記抵抗発熱体の所定温度における電気抵抗値に基づいて予め設定された設定電力値以下となったときに抵抗発熱体に対する給電を遮断し、前記抵抗発熱体の温度が所定温度に達したときに抵抗発熱体に対する給電を再開することを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 The resistance heating element of the planar heating element has a positive resistance temperature characteristic,
The power supply control unit applies power to the resistance heating element when the calculated power value calculated by the power calculation unit is equal to or lower than a preset power value based on an electrical resistance value at a predetermined temperature of the resistance heating element. The fixing device according to claim 1, wherein power supply is interrupted and power supply to the resistance heating element is resumed when the temperature of the resistance heating element reaches a predetermined temperature.
前記制御手段は、前記非接触温度検出手段が検出した温度に基づいて、前記面状発熱体に対する通電を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の定着装置。 Non-contact temperature detecting means for detecting the temperature of the surface of the fixing belt in a non-contact state with respect to the fixing belt,
The fixing device according to claim 1, wherein the control unit controls energization of the planar heating element based on the temperature detected by the non-contact temperature detection unit.
前記絶縁層の長手方向と略直交する方向に延びて、それぞれ略平行な状態で前記絶縁層の一表面に形成される複数の線状部と、
隣接する前記線状部の延在方向端部同士を、前記絶縁層の長手方向に延びて1本の線路となるように接続して前記絶縁層の一表面に形成される接続部とを含み、
前記複数の線状部の延在方向は、面状発熱体の長手方向に対して所定の角度で傾斜していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の定着装置。 The resistance heating element is
Extending in a direction substantially orthogonal to the longitudinal direction of the insulating layer, a plurality of linear portions formed on one surface of the insulating layer in a substantially parallel state,
A connecting portion formed on one surface of the insulating layer by connecting adjacent end portions of the linear portions in the longitudinal direction of the insulating layer so as to form one line. ,
The fixing device according to claim 1, wherein an extending direction of the plurality of linear portions is inclined at a predetermined angle with respect to a longitudinal direction of the planar heating element. .
高い熱伝導性を有する材料からなる基材の一方表面に面状発熱体が形成され、
前記定着ベルトと接触する側の面には、定着ベルトとの間の摩擦力が低減可能なコート層が形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の定着装置。 The heating part of the heating member is
A planar heating element is formed on one surface of a base material made of a material having high thermal conductivity,
The fixing device according to claim 1, wherein a coating layer capable of reducing a frictional force with the fixing belt is formed on a surface on a side in contact with the fixing belt. .
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