JP2010002641A - Fixing device and image forming apparatus equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置およびこれを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetic induction heating type fixing device and an image forming apparatus including the same.
プリンタ等の画像形成装置に備えられる定着装置は、通常、定着ローラと加圧ローラとを圧接して両ローラ間に定着ニップを確保しつつ、定着ローラを熱源により加熱して、トナー像が形成された用紙を定着ニップに通過させることで、当該トナー像を加熱、加圧して当該用紙に定着させている。
定着装置の熱源には、従来、ハロゲンヒータが多く採用されてきたが、近年、ハロゲンヒータよりも省エネルギー化を図れる電磁誘導加熱方式のものが注目されている。
A fixing device provided in an image forming apparatus such as a printer normally forms a toner image by heating the fixing roller with a heat source while pressing the fixing roller and the pressure roller to secure a fixing nip between the two rollers. By passing the printed paper through the fixing nip, the toner image is heated and pressurized to be fixed on the paper.
Conventionally, many halogen heaters have been adopted as the heat source of the fixing device, but in recent years, an electromagnetic induction heating type that can save energy as compared with the halogen heater has attracted attention.
電磁誘導加熱方式の定着装置では、電磁誘導発熱層を有する定着ローラと、定着ローラに圧接されて定着ローラとの間に定着ニップを確保する加圧ローラと、定着ローラの電磁誘導発熱層を発熱させるための磁束を発生させる電磁誘導コイルとが設けられている。電磁誘導コイルには、インバータ回路である高周波電源から出力される高周波電力が供給される。 In an electromagnetic induction heating type fixing device, a fixing roller having an electromagnetic induction heating layer, a pressure roller that is pressed against the fixing roller to secure a fixing nip between the fixing roller, and an electromagnetic induction heating layer of the fixing roller generate heat. And an electromagnetic induction coil for generating a magnetic flux for generating the magnetic flux. The electromagnetic induction coil is supplied with high-frequency power output from a high-frequency power source that is an inverter circuit.
特許文献1には、電磁誘導コイルに固定周波数の電力を供給する高周波電源を、定着ローラの表面温度に基づいてオン・オフ制御する構成が開示されており、定着ローラの温度が設定温度よりも低い場合には、高周波電源をオン状態とすることにより高周波電力を電磁誘導コイルに出力して定着ローラを加熱し、定着ローラの温度が設定温度よりも高い場合には、高周波電源をオフ状態とすることにより電磁誘導コイルに対する高周波電力の供給を停止して定着ローラの加熱を停止するようになっている。
上記特許文献1に開示されているように、電磁誘導コイルに供給される電力を生成する高周波電源のオン・オフ制御によって定着ローラの温度を調整する構成では、定着ローラの熱容量が大きい場合に、高周波電源のオン時には定着ローラは緩やかに加熱されるために、定着ローラ表面を所定温度に正確に加熱することができるものの、所定温度に達するまでの加熱時間が長くなるという問題がある。これに対して、定着ローラの熱容量が小さい場合には、所定温度に達するまでの加熱時間を短縮することができるものの、定着ローラが局所的に加熱され、定着ローラの表面において所定温度に達した部分と達していない部分とが発生した温度ムラが生じ、温度が低い部分において定着不良が生じるという問題がある。
As disclosed in
また、電磁誘導コイルでの消費電力が大きい場合には、高周波電源回路のオン・オフ制御によって電力が大きく変化するために、画像形成装置内における他の電力供給部分への影響が大きくなる。
なお、高周波電源回路にて生成される電力の周波数を変化させた状態で、オン・オフ制御する場合には、出力電力が低いと、周波数を変化させることによって、電力変換効率が低下し、消費電力を十分に低減することができないおそれがある。
Further, when the power consumption in the electromagnetic induction coil is large, the power greatly changes due to the on / off control of the high frequency power supply circuit, so that the influence on other power supply portions in the image forming apparatus becomes large.
When the on / off control is performed with the frequency of the power generated by the high-frequency power supply circuit being changed, if the output power is low, the frequency is changed to reduce the power conversion efficiency and the consumption. There is a possibility that electric power cannot be reduced sufficiently.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、高い電力変換効率によって得られる電力を電磁誘導コイルに供給することによって消費電力を低減することができる電磁誘導加熱方式の定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is an electromagnetic induction heating type fixing device capable of reducing power consumption by supplying electric power obtained by high power conversion efficiency to an electromagnetic induction coil. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus including the same.
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、電磁誘導発熱層を有する第1回転体と、当該第1回転体を押圧して該第1回転体との間に定着ニップを確保する第2回転体と、前記電磁誘導発熱層を発熱させる磁束を発生させる電磁誘導コイルと、固定周波数の高周波電力を生成して前記電磁誘導コイルに出力する高周波電源部と、を備え、未定着画像が形成された記録シートが前記定着ニップを通過する間に、当該記録シート上の未定着画像を当該シートに熱定着する定着装置であって、前記高周波電源部に対する供給電圧を変更して該高周波電源部からの出力電力を可変する供給電圧可変部と、前記第1回転体の表面温度に基づいて前記供給電圧可変部を制御する電圧制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention secures a fixing nip between a first rotating body having an electromagnetic induction heating layer and the first rotating body by pressing the first rotating body. An unfixed image, comprising: a second rotating body; an electromagnetic induction coil that generates a magnetic flux that generates heat from the electromagnetic induction heat generating layer; and a high-frequency power supply unit that generates high-frequency power having a fixed frequency and outputs the high-frequency power to the electromagnetic induction coil. A fixing device that thermally fixes an unfixed image on the recording sheet to the sheet while the recording sheet on which the recording sheet is formed passes through the fixing nip, and changes the supply voltage to the high-frequency power supply unit A supply voltage variable unit that varies the output power from the power supply unit, and a voltage control unit that controls the supply voltage variable unit based on the surface temperature of the first rotating body.
また、本発明に係る画像形成装置は、シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、前記定着装置を備えることを特徴とする。 An image forming apparatus according to the present invention is an image forming apparatus that thermally fixes an unfixed image formed on a sheet by a fixing unit, and includes the fixing device as the fixing unit.
本発明の定着装置では、高周波電源部における出力電力の周波数を固定周波数に設定して、高周波電源部に対する供給電圧を変化させることにより、高周波電源部における出力電力を変化させて、電磁誘導コイルによる定着ローラ等の回転体の加熱温度を変更しているために、高周波電源部における電力変換効率が低下するおそれがなく、消費電力を低減させることができる。 In the fixing device of the present invention, the frequency of the output power in the high frequency power supply unit is set to a fixed frequency, and the supply voltage to the high frequency power supply unit is changed to change the output power in the high frequency power supply unit. Since the heating temperature of the rotating body such as the fixing roller is changed, there is no possibility that the power conversion efficiency in the high frequency power supply unit is lowered, and the power consumption can be reduced.
好ましくは、前記高周波電源部の固定周波数は、当該高周波電源部および前記電磁誘導コイルにて形成される共振回路の共振周波数を含まず、該共振周波数の前後の所定範囲内の周波数に設定されることを特徴とする。これにより、電力変換効率が80%以上になる固定周波数とすることができ、消費電力を確実に低減することができるとともに、所定の定着温度に容易に制御することができる。 Preferably, the fixed frequency of the high frequency power supply unit does not include a resonance frequency of a resonance circuit formed by the high frequency power supply unit and the electromagnetic induction coil, and is set to a frequency within a predetermined range before and after the resonance frequency. It is characterized by that. As a result, a fixed frequency at which the power conversion efficiency is 80% or more can be obtained, power consumption can be reliably reduced, and control to a predetermined fixing temperature can be easily performed.
好ましくは、前記電圧制御部は、前記第1回転体の表面温度が、予め設定された定着温度に対して所定の温度範囲になっている場合に、前記第1回転体の表面温度を所定の温度だけ変化させるのに所要な供給電圧が出力されるように前記供給電圧可変部を制御することを特徴とする。これにより、所定の定着温度に確実に制御することができる。
好ましくは、前記電圧制御部は、前記第1回転体の表面温度が、前記所定の温度範囲よりも低くなっている場合に、前記供給電圧が前記供給電圧可変部において可変できる最大電圧になるように該供給電圧可変部を制御することを特徴とする。これにより、所定の定着温度に迅速に制御することができる。
Preferably, the voltage control unit sets the surface temperature of the first rotating body to a predetermined temperature when the surface temperature of the first rotating body is within a predetermined temperature range with respect to a preset fixing temperature. The supply voltage variable unit is controlled so that a supply voltage required for changing only the temperature is output. Thereby, it is possible to reliably control to a predetermined fixing temperature.
Preferably, when the surface temperature of the first rotating body is lower than the predetermined temperature range, the voltage control unit is configured so that the supply voltage becomes a maximum voltage that can be varied in the supply voltage variable unit. And controlling the supply voltage variable section. Thereby, it is possible to quickly control to a predetermined fixing temperature.
好ましくは、前記電圧制御部は、前記第1回転体の表面温度が、前記所定の温度範囲よりも高くなっている場合に、前記高周波電源部を出力停止状態とする前記供給電圧になるように前記供給電圧可変部を制御することを特徴とする。これによっても、所定の定着温度に迅速に制御することができる。 Preferably, when the surface temperature of the first rotating body is higher than the predetermined temperature range, the voltage control unit is set to the supply voltage that stops the output of the high-frequency power supply unit. The supply voltage variable unit is controlled. This also enables quick control to a predetermined fixing temperature.
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラーデジタルプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)を例にして説明する。
図1は、プリンタ1の全体の構成を示す図である。
同図に示すように、プリンタ1は、周知の電子写真方式により画像を形成するものであり、画像プロセス部10と、ベルト搬送部20と、給送部30と、定着装置40と、主制御部50とを備え、主制御部50が、ネットワーク(例えばLAN)に接続されて、外部の端末装置(不図示)からの印刷(プリント)ジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)およびブラック(K)の各色からなるカラーの画像形成を実行する。
Hereinafter, embodiments of a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention will be described using a tandem color digital printer (hereinafter simply referred to as “printer”) as an example.
FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of the
As shown in the figure, the
画像プロセス部10は、Y、M、C、Kの各色のそれぞれに対応する作像部10Y、10M、10C、10Kを備えている。作像部10Yは、感光体ドラム11Yと、その周囲に配設された帯電器12Y、露光部13Y、現像器14Y、一次転写ローラ15Y、感光体ドラム11Yの表面を清掃するためのクリーナなどを備えており、公知の帯電、露光、現像工程を経て感光体ドラム11Y上にY色のトナー像を作像する。この構成は、他の作像部10M、10C、10Kについても同様であり、対応する色のトナー像が感光体ドラム11M、11C、11K上に作像される。
The
給送部30は、記録用のシートとしての用紙Sを収容する給紙カセット31を備え、プリントジョブ実行時には給紙カセット31から用紙Sを搬送路35に向けて1枚ずつ繰り出して、ベルト搬送部20に送る。
ベルト搬送部20は、矢印X方向に循環走行される搬送ベルト21を備え、給送部30からの用紙Sを搬送ベルト21に密着させた状態で感光体ドラム11Y、11M、11C、11Kの転写位置に順次搬送する。用紙Sが各転写位置を通過する際に、各転写位置において転写ローラ15Y、15M、15C、15Kと感光体ドラム11Y、11M、11C、11K間に生じる電界による静電力の作用を受けて感光体ドラム11Y、11M、11C、11K上のトナー像が用紙S上に多重転写される。この際、各色の作像動作は、用紙S上において同じ位置に転写されるようにタイミングをずらして実行される。各色のトナー像が転写された後、用紙Sは、搬送ベルト21から離間して定着部40に送られる。
The
The
定着装置40は、電磁誘導加熱方式によるものであり、搬送ベルト21から送られる用紙Sを加熱、加圧して、用紙S上の各色のトナー像を定着させる。定着後の用紙Sは、排出トレイ39上に排出される。
なお、プリンタ1には、オペレータの操作によって各種データが入力される操作部60が設けられており、この操作部60に各種情報を表示する表示パネルが設けられている。操作部60に入力される各種データは主制御部50に送られる。主制御部50は、各種データを記憶部51に記憶させる。
The
The
図2は、定着装置40の構成を示す断面図である。定着装置40は、第1回転体である定着ローラ41および第2回転体である加圧ローラ42と、磁束発生部43とを備える。定着ローラ41および加圧ローラ42は、軸方向両端部が図示しないフレームに軸受部材などを介して回転自在に支持されると共に、加圧ローラ42は、駆動モータ(不図示)からの駆動力により矢印B方向に回転駆動される。この加圧ローラ42の回転に伴って、定着ローラ41が矢印A方向に従動回転する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
定着ローラ41は、芯金41bの周囲に断熱層41cが形成されてなるローラ本体41aと、ローラ本体41aの外周に嵌め込まれたスリーブ41dとから構成される。
スリーブ41dは、断熱層41c側から、整磁合金層41e、電磁誘導発熱層41f、弾性層41g、離型層41hの順に積層されてなる。
整磁合金層41eは、ニッケルと鉄の合金などの磁性金属層からなり、厚みが約30μmであり、所定温度(キュリー温度)以上になると非磁性体に変化する特性を有する。
The
The
The magnetic
電磁誘導発熱層41fは、厚みが約10μmのニッケルなどからなり、磁束発生部43から発せられる磁束により発熱する。なお、電磁誘導発熱層41fの材料は、電磁誘導発熱するものであればニッケルに限られず、例えば鉄や銅などを用いることもできる。
弾性層41gは、厚みが約200μmの耐熱性を有するシリコンゴムなどからなる弾性部材であり、用紙Sと定着ローラ41の表面との密着性を高める役割を果たす。
The electromagnetic induction
The
最外層の離型層41hは、厚みが約20μmのPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)などからなり、定着ローラ41の表面の離型性を高める役割を果たしている。
加圧ローラ42は、低抵抗導電材料として例えば銅などからなる長尺で円柱状の芯金42aの周囲に、弾性層42bを介して離型層42cが積層されてなり、図示しないバネなどを含む押圧手段により定着ローラ41に押圧され、定着ローラ41との間に定着ニップ44を確保する。
The outermost release layer 41 h is made of PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) having a thickness of about 20 μm and plays a role of improving the release property of the surface of the fixing
The
加圧ローラ42の芯金42aは、アルミニウム等からなり、弾性層42bは、シリコンスポンジゴム等からなり、離型層42cは、PFAやPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)コート等からなる。
磁束発生部43は、コイルボビン43aと、電磁誘導コイル43bと、メインコア43cと、裾コア43dと、カバー43fとを有し、定着ローラ41の軸方向に沿うように延設される。
The
The
磁束発生部43に設けられるコイルボビン43aは、ローラ軸方向に伸びる長尺状の部材であり、定着ローラ41の表面に対向する面が定着ローラ41の周方向に沿って円弧状に湾曲すると共に、定着ローラ41の周面との間に所定の間隔、例えば3mmの間隔が開くように、その長手方向両端部が図示しないフレームなどに固定されている。コイルボビン43aにおける定着ローラ41側とは反対側の面には、電磁誘導コイル43b、メインコア43c、裾コア43dが配置されて、カバー43fにて覆われた状態になっている。
The
電磁誘導コイル43bは、ローラ軸方向に沿って長く伸びると共に横断面が円弧状の形状になるようにコイルボビン43aに導線を巻回してなる。電磁誘導コイル43bの長手方向長さは、定着ローラ41の軸方向長さよりもやや長くなっている。電磁誘導コイル43bは、高周波電力が供給されることによって、定着ローラ41の電磁誘導発熱層を発熱させるための磁束を発生させる。
The
メインコア43cおよび裾コア43dは、高透磁率のフェライトなどからなり、電磁誘導コイル43bから発せられた磁束を定着ローラ41に導く。定着ローラ41に導かれた磁束は、定着ローラ41の電磁誘導発熱層における磁束発生部43に対向する部分を貫き、この電磁誘導発熱層の部分に渦電流を発生させて電磁誘導発熱層を発熱させる。この発熱量がローラ軸方向のどの位置でも略均一になるように、電磁誘導コイル43b、メインコア43c、裾コア43dの大きさ、形状等が設定されている。
The
図3は、定着装置40における制御系の構成を示すブロック図である。電磁誘導コイル43bには、高周波電源回路47からの出力電力が供給されるようになっており、高周波電源回路47には、商用電源から供給される交流電力が整流回路45によって整流されて、供給電圧可変回路46によって所定の電圧とされた直流電力が入力されている。
高周波電源回路47は、供給電圧可変回路46から出力される電圧(供給電圧)の直流電力を所定の周波数に固定された高周波電力に変換して電磁誘導コイル43bに出力する。定着ローラ41に対向配置された電磁誘導コイル43bは、高周波電源回路47から供給される固定周波数の高周波電力によって励磁される。電磁誘導コイル43bは、励磁されることによって磁束を発生し、発生された磁束によって、定着ローラ41の電磁誘導発熱層41fが発熱状態とされる。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control system in the fixing
The high frequency
定着ローラ41の近傍には、定着ローラ41の表面の温度を検出する温度センサ49が設けられている。温度センサ49の出力は、供給電圧可変回路46を制御する電圧制御部48に入力されている。
電圧制御部48は、高周波電源回路47において高変換効率の出力電力が得られるように、温度センサ49の出力に基づいて供給電圧可変回路46を制御して、高周波電源回路47に供給される供給電圧を変化させる。
In the vicinity of the fixing
The
供給電圧可変回路46は、例えば、入力電圧をパルス幅変調するパルス幅変調回路(PWM)と、パルス幅変調回路によって変調された電圧を平均化して出力する平均化回路とを備えている。パルス幅変調回路におけるパルス幅は、電圧制御部48からの指示によって変更され、それにより、供給電圧可変回路46から出力される供給電圧が変化する。
なお、供給電圧可変回路46としては、上記構成に限らず、可変抵抗器を備え、電圧制御部48からの指示によって可変抵抗器の抵抗値を変化させることにより入力電圧を可変して出力するといった簡単な構成としてもよい。
The supply
The supply
定着装置40に設けられた高周波電源回路47において電磁誘導コイル43bに供給される高周波電力の固定周波数は、工場出荷時、メンテナンス時等において所定の値に設定される。以下、この固定周波数について説明する。
高周波電源回路47は、図4に示すように、通常、出力される高周波電力の周波数が変化することによって出力電力値が変化するという特性を有している。図4では、周波数を45〜60kHzの範囲で変化させることによって、出力電力値が800〜1400Wの範囲で変化する。
The fixed frequency of the high frequency power supplied to the
As shown in FIG. 4, the high frequency
高周波電源回路47からの出力電力は、図5に示すように、高周波電源回路47に対する供給電圧が変化することによって変化し、特定の周波数範囲では供給電圧が高くなるほど出力電力値が高くなる。図5では、出力電力の周波数が45kHzの場合に、供給電圧を変化させることによって、高周波電源回路47の出力電力値を800〜1400Wの範囲で変化させることができる。
As shown in FIG. 5, the output power from the high frequency
さらに、高周波電源回路47の電力変換効率は、図6に示すように、出力電力値が低くなると、著しく低下するという特性を有している。
従って、高周波電源回路47における電力変換効率が高く、しかも、供給電圧の変化が大きく変化することによって出力電力が連続的に大きく変化するような周波数に固定することによって、高い電力変換効率の出力電力とすることができ、このように固定周波数を設定することによって、高周波電源回路47に対する供給電圧を変化させることにより所定の出力電力に容易に制御することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the power conversion efficiency of the high-frequency
Therefore, the power conversion efficiency in the high-frequency
なお、高周波電源回路47は、電磁誘導コイルとともに共振回路を構成していることから、インピーダンスが最も低下する共振周波数では、供給電圧の変化に対して出力電力が大きく変化するために、所定の出力電力値に制御することが困難になる。このことから、高周波電源回路47における固定周波数を共振周波数と一致させることは望ましくなく、共振周波数の前後の所定周波数とすることが望ましい。図5に示す周波数−電力特性を有する高周波電源回路では、周波数を共振周波数よりも若干大きな周波数である45kHzに固定することにより、供給電圧の変化によって800〜1400Wの範囲の出力電力を得ることができる。
Since the high frequency
図7は、高周波電源回路47における供給電圧と出力電力との関係を示すグラフである。高周波電源回路47は、出力電力P(W)と供給電圧V(v)とは、P=V2/Z(但し、Zはインピーダンス(Ω)である)の関係があることから、供給電圧−出力電力特性は、図7に示すようなカーブを有する特性になる。高出力電力では、供給電圧の変化量に対する出力電力の変化量が大きくなるのに対して、低出力電力では、供給電圧の変化量に対する出力電力の変化量が小さくなる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the supply voltage and the output power in the high frequency
このような高周波電源回路47の特性から、定着ローラ41の表面温度が、目標とする定着温度に対して所定の温度範囲(例えば10℃の範囲)内である場合に、その温度範囲における供給電圧と出力電力との関係を予め求めておいて、その関係に基づいて、所望の出力電力が得られるように供給電圧を制御することによって、定着ローラ41の表面温度を所定の定着温度に容易に制御することができる。
From such characteristics of the high-frequency
以上のことから、高周波電源回路47における出力電力の周波数を、電力変換効率が80%以上になる周波数であって、しかも、共振周波数に一致せず、共振周波数の前後の周波数に固定することにより、高電力変換効率の出力電力を電磁誘導コイル43bに供給することができる。また、定着ローラ41表面の温度が、目標とする定着温度に対して所定の温度範囲になっている場合には、定着温度と定着ローラ41表面の温度との差分を解消するために必要な高周波電源回路47の出力電力を得るための供給電圧を、予め求められた供給電圧変換係数Aに基づいて設定することにより、定着ローラ41表面の温度を容易に所定の定着温度に正確に調整することができる。
From the above, the frequency of the output power in the high-frequency
供給電圧係数Aは、定着ローラ41表面の温度が、目標とする定着温度に対して所定の温度範囲である場合において、定着ローラ41表面の温度を例えば1℃だけ変化させるための出力電力の変化量に対応する供給電圧の変化量であり、従って、定着ローラ41表面の現在の温度と所定の定着温度との温度差に供給電圧係数Aを乗じることによって、その温度差を解消するために必要な出力電力の変化量とすることができる供給電圧の変化量を得ることができる。供給電圧係数Aは、供給電圧と出力電力との関係、定着ローラ41の熱容量、コイル発熱量、ローラ回転速度等に基づいて設定される。
The supply voltage coefficient A is a change in output power for changing the surface temperature of the fixing
図8は、高周波電源回路47における出力電力の固定周波数を設定する処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、製造ラインの組立作業時、メンテナンス時等において、オペレータによる操作によって、例えば、プリンタに設けられた主制御部50(図1参照)によって実行される。主制御部に接続された記憶部51には、例えば、高周波電源回路47の共振周波数を示す情報が格納されている。この共振周波数は、高周波電源回路47における周波数−電力特性に基づいて予め求められたものである。オペレータは、候補となる周波数を選択して操作部60の操作によって主制御部50に入力することができる。
FIG. 8 is a flowchart for explaining processing for setting a fixed frequency of output power in the high-frequency
主制御部50は、候補となる周波数の入力を受け付けると(図8のステップS1参照、以下同様)、入力された周波数fが共振周波数と一致していないかを判断する(ステップS2)。入力された周波数fが共振周波数と一致している場合(ステップS2において「NO」)には、操作部60に設けられた表示パネルに、候補となる周波数を再度入力する必要があることを表示する(ステップS3)。その後、オペレータからの新たな周波数fの入力を受け付けると(ステップS1)、再入力された周波数fが共振周波数と一致していないかを判断する(ステップS2)。
When the
以後、共振周波数と一致しない周波数fの入力を受け付けるまで、ステップS1〜S3を繰り返す。共振周波数と一致しない周波数fの入力を受け付けると、入力された周波数fを、高周波電源回路47における出力電力の固定周波数として設定する(ステップS4)。高周波電源回路47は、主制御部50の指示によって設定された周波数に固定される。
Thereafter, steps S1 to S3 are repeated until an input of a frequency f that does not coincide with the resonance frequency is received. When an input of a frequency f that does not match the resonance frequency is received, the input frequency f is set as a fixed frequency of the output power in the high frequency power supply circuit 47 (step S4). The high frequency
さらに、設定された固定周波数fに対する供給電圧変換係数Aを、高周波電源回路47の供給電圧と出力電力との関係、定着ローラ41の熱容量、コイル発熱量、ローラ回転速度等とに基づいて設定する(ステップS5)。設定された供給電圧変換係数Aは、記憶部51に記憶される。
供給電圧変換係数Aの設定には、例えば、図10に示すような参照テーブルが使用される。この参照テーブルは、高周波電源回路47において固定周波数として候補となる周波数毎に、プリンタ機種および定着装置の型式に基づいて供給電圧変換係数Aが設定されて記憶部51に記憶されている。図10に示す参照テーブルでは、高速定着装置が搭載される高速機のプリンタの場合には、定着ローラ41を迅速に加熱することができるように、供給電圧変換係数Aとして例えば「15」の値が設定されている。中速定着装置が搭載される中速機のプリンタの場合には、供給電圧変換係数Aとして、高速機のプリンタの場合と同様の値(「15」)が設定され、中速定着装置が搭載される低速機のプリンタの場合には、供給電圧変換係数Aとして、高速機および中速機のようなプリント速度を必要としないことから、より低い値(例えば「10」)が設定されている。
Further, the supply voltage conversion coefficient A for the set fixed frequency f is set based on the relationship between the supply voltage of the high frequency
For example, a reference table as shown in FIG. 10 is used for setting the supply voltage conversion coefficient A. In this reference table, the supply voltage conversion coefficient A is set for each frequency that is a candidate for a fixed frequency in the high frequency
このような参照テーブルを用いることにより、例えば、中速定着装置を中速機と低速機のいずれに搭載するとしても、対応する供給電圧変換係数Aを設定することができ、1つの定着装置を異なる機種に搭載できるという自由度が広がるとともに、生産性が向上する。
なお、供給電圧変換係数Aの設定に際して、このような参照テーブルを使用することなく、供給電圧−出力電力特性、プリンタの機種条件、定着装置の型式に基づいて設定された数式に基づいて設定してもよい。
By using such a reference table, for example, regardless of whether the medium speed fixing device is mounted on the medium speed device or the low speed device, the corresponding supply voltage conversion coefficient A can be set, and one fixing device can be set. The degree of freedom that it can be installed in different models will increase, and productivity will improve.
The supply voltage conversion coefficient A is set based on a formula set based on the supply voltage-output power characteristics, the printer model conditions, and the fixing device type without using such a reference table. May be.
図9は、定着装置40に設けられた電圧制御部48における制御内容を示すフローチャートである。プリンタにおいてプリントジョブが開始されると、電圧制御部48は、周波数が固定された高周波電源回路47に対する供給電圧の制御を開始する。電圧制御部48は、まず、高周波電源回路47における電力制御のための初期値(A、To、Vo)を設定する(図9のステップS11参照、以下同様)。
FIG. 9 is a flowchart showing the control contents in the
具体的には、供給電圧変換係数Aを、記憶部51から読み込んで設定する。また、定着装置40の定着ローラ41においてトナー画像を記録シートに定着させるために適切な定着温度Toを、主制御部50からの指示によって設定する。定着温度Toは、記録シートの種類毎に変更されるものであり、例えば、記録シートの種類毎に設定された定着温度Toのテーブルを記憶部51に予め記憶しておいて、主制御部50が、入力される記録シートの種類に関するデータと、記憶部51に記憶されたテーブルとに基づいて、定着温度Toを選択して電圧制御部48に指示する。電圧制御部48は指示された定着温度Toを初期設定値とする。
Specifically, the supply voltage conversion coefficient A is read from the
高周波電源回路47における電力制御のための初期値(A、To、Vo)がそれぞれ設定されると、電圧制御部48は、温度センサ49の出力に基づいて、定着ローラ41の表面温度のデータを収集し、定着ローラ41の表面温度Taを検出する(ステップS12)。
次いで、定着温度Toから検出温度Taを差し引いた差分(温度差)が10℃よりも大きいかを判断する(ステップS13)。差分が10℃よりも大きいと判断した場合(ステップS13において「YES」)には、供給電圧可変回路46における供給電圧Voが、供給電圧可変回路46において変更可能な最大値になるように供給電圧可変回路46を制御して(ステップS14)、ステップS12に戻る。
When initial values (A, To, Vo) for power control in the high frequency
Next, it is determined whether the difference (temperature difference) obtained by subtracting the detected temperature Ta from the fixing temperature To is greater than 10 ° C. (step S13). When it is determined that the difference is greater than 10 ° C. (“YES” in step S13), the supply voltage is set so that the supply voltage Vo in the supply
ステップS14において、高周波電源回路47に対する供給電圧Voが供給電圧可変回路46での変更可能な最大値とされることにより、高周波電源回路47では固定周波数fにおいて可変できる最大の出力電力とされ、電磁誘導コイル43bによる定着ローラ41の電磁誘導発熱層の発熱量が最大となる。これにより、定着ローラ41の表面温度は迅速に上昇する。
In step S14, the supply voltage Vo to the high-frequency
これに対して、検出温度Taから定着温度Toを差し引いた差分が10℃より大きいと判断すると(ステップS15において「YES」)、供給電圧可変回路46において供給電圧Voが0Vになるように供給電圧可変回路46を制御し(ステップS16)、ステップS12に戻る。
ステップS16において、供給電圧Voが0Vになることにより、高周波電源回路47は出力停止状態になり、電磁誘導コイル43bによる定着ローラ41の電磁誘導発熱層41fの発熱が停止される。これにより、定着ローラ41の表面温度は迅速に低下する。
On the other hand, if it is determined that the difference obtained by subtracting the fixing temperature To from the detected temperature Ta is greater than 10 ° C. (“YES” in step S15), the supply voltage Vo is set to 0 V in the supply
In step S16, when the supply voltage Vo becomes 0V, the high frequency
ステップS15において「NO」の場合、すなわち、(To−10)≦Ta≦(To+10)を満たす場合には、目標とする定着温度Toに対応する高周波電源回路47の出力電力とするための電圧V1を供給電圧Voに設定する(ステップS17)。
このような状態で、定着ローラ41の表面温度を温度センサ49にて検出して、現在の定着ローラ41の表面温度Taと、目標とする定着温度Toとの温度差を解消するために必要な電圧変動量Vを、初期設定された供給電圧変換係数Aを用いて演算する。電圧変動量Vは、(To−Ta)×Aによって演算される(ステップS18)。そして、演算された電圧変動量Vを供給電圧Vo(=V1)に加えて、その演算結果(Vo+V)を新たな供給電圧Voに設定し(ステップS19)、新たに設定された供給電圧Voになるように供給電圧可変回路46を制御する。
In the case of “NO” in step S15, that is, when (To−10) ≦ Ta ≦ (To + 10) is satisfied, the voltage V1 for setting the output power of the high-
In this state, the surface temperature of the fixing
供給電圧可変回路46では、高周波電源回路47に対して、供給電圧変換係数Aを用いて演算された供給電圧Voを出力する。これにより、高周波電源回路47は、定着ローラ41表面の検出温度Taと定着温度Toとの温度差を解消するために必要な電力を電磁誘導コイル43bに供給する。その結果、定着ローラ41の表面温度Taは、定着温度Toになるように誘導加熱される。
The supply
ステップS18において、例えば、定着温度Toに対して検出温度Taが高く、0>(To−Ta)になっている場合には、供給電圧Voは、(To−Ta)×Aにて演算された電圧変動量Vだけ減少される。そして、目標とする定着温度Toに近づくほど、電圧変動量Vの減少量が小さくなるため、定着ローラ41の表面温度Taを緩やかに低下させることができる。
In step S18, for example, when the detected temperature Ta is higher than the fixing temperature To and 0> (To−Ta), the supply voltage Vo is calculated by (To−Ta) × A. The voltage fluctuation amount V is decreased. Then, the closer to the target fixing temperature To, the smaller the amount of decrease in the voltage fluctuation amount V, so that the surface temperature Ta of the fixing
これに対して、定着温度Toに対して検出温度Taが低く、(To−Ta)>0なっている場合には、供給電圧Voは、(To−Ta)×Aにて演算された電圧変動量Vだけ増加される。そして、目標とする定着温度Toに近づくほど、電圧変動量Vの増加量が小さくなるために、定着ローラ41の表面温度Taを緩やかに上昇させることができる。
従って、定着ローラ41の表面温度Taを目標とする定着温度Toに、ハンチング現象を抑制して正確に制御することができる。
On the other hand, when the detection temperature Ta is lower than the fixing temperature To and (To−Ta)> 0, the supply voltage Vo is a voltage fluctuation calculated by (To−Ta) × A. Increased by the amount V. Then, the closer to the target fixing temperature To, the smaller the increase amount of the voltage fluctuation amount V, so that the surface temperature Ta of the fixing
Therefore, the hunting phenomenon can be suppressed and accurately controlled to the target fixing temperature To with the surface temperature Ta of the fixing
ステップS12〜S19の処理は、プリントジョブにおける定着装置40による全ての定着処理が終了するまで繰り返される(ステップS20)。
このように、検出温度Taと定着温度Toとの温度差の絶対値が10℃を超える場合には、検出温度Taと定着温度Toとの差の絶対値が10℃以内になるように定着ローラ41の表面温度は迅速に上昇または下降され、しかも、検出温度Taと定着温度Toとの温度差の絶対値が10℃以内になると、供給電圧変換係数Aに基づいて演算された供給電圧とされることから、定着ローラ41の表面温度を確実かつ正確に所定の定着温度に制御することができる。
The processes in steps S12 to S19 are repeated until all the fixing processes by the fixing
In this way, when the absolute value of the temperature difference between the detected temperature Ta and the fixing temperature To exceeds 10 ° C., the fixing roller so that the absolute value of the difference between the detected temperature Ta and the fixing temperature To is within 10 ° C. If the absolute value of the temperature difference between the detected temperature Ta and the fixing temperature To falls within 10 ° C., the
本発明に係る定着装置40では、高周波電源回路47における出力電力の周波数を、電力変換効率が80%以上となる周波数に固定して、高周波電源回路47の供給電圧を変化させることにより、高周波電源回路47における出力電力を変化させて、電磁誘導コイル43bによる定着ローラ41の加熱温度を変更しているために、高周波電源回路47において高い電力変換効率によって得られた出力電力を電磁誘導コイル43bに供給することができる。従って、消費電力を低減することができる。
In the fixing
なお、上記実施の形態では、第1回転体として、電磁誘導発熱層が形成された定着ローラを用いる構成としたが、このような構成に限らず、電磁誘導発熱層が形成された定着ベルトを使用してもよい。また、第2回転体として加圧ローラを用いる構成であったが、このような構成に限らず、加圧ベルトを用いる構成としてもよい。
また、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、カラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置のいずれでもよく、さらに、複写機、FAX、MFP(Multiple Function Peripheral)装置等にも適用できる。
In the above-described embodiment, the fixing roller having the electromagnetic induction heat generating layer is used as the first rotating body. However, the present invention is not limited to such a configuration, and the fixing belt having the electromagnetic induction heat generating layer is used. May be used. Further, although the pressure roller is used as the second rotating body, the configuration is not limited to such a configuration, and a pressure belt may be used.
The image forming apparatus to which the fixing device according to the present invention is applied is not limited to a tandem color digital printer, and may be a color image forming apparatus or a monochrome image forming apparatus. It can also be applied to (Multiple Function Peripheral) devices.
本発明は、電磁誘導加熱方式の定着装置に適用することができ、高い電力変換効率によって得られる電力を電磁誘導コイルに供給することによって消費電力を低減することができる。 The present invention can be applied to an electromagnetic induction heating type fixing device, and power consumption can be reduced by supplying electric power obtained by high power conversion efficiency to an electromagnetic induction coil.
1 プリンタ
40 定着部
41 定着ローラ
41a ローラ本体
41b 芯金
41c 弾性層
41d スリーブ
41f 電磁誘導発熱層
42 加圧ローラ
42a 芯金
42b 弾性層
42c 離型層
43 磁束発生部
43b 電磁誘導コイル
44 定着ニップ
45 整流回路
46 供給電圧可変回路
47 高周波電源回路
48 電圧制御部
49 温度センサ
50 主制御部
51 記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
当該第1回転体を押圧して該第1回転体との間に定着ニップを確保する第2回転体と、
前記電磁誘導発熱層を発熱させる磁束を発生させる電磁誘導コイルと、
固定周波数の高周波電力を生成して前記電磁誘導コイルに出力する高周波電源部と、を備え、
未定着画像が形成された記録シートが前記定着ニップを通過する間に、当該記録シート上の未定着画像を当該シートに熱定着する定着装置であって、
前記高周波電源部に対する供給電圧を変更して該高周波電源部からの出力電力を可変する供給電圧可変部と、
前記第1回転体の表面温度に基づいて前記供給電圧可変部を制御する電圧制御部と、
を備えることを特徴とする定着装置。 A first rotating body having an electromagnetic induction heating layer;
A second rotating body that presses the first rotating body and secures a fixing nip with the first rotating body;
An electromagnetic induction coil that generates magnetic flux that generates heat from the electromagnetic induction heating layer;
A high-frequency power supply unit that generates high-frequency power of a fixed frequency and outputs it to the electromagnetic induction coil,
A fixing device that thermally fixes an unfixed image on the recording sheet to the sheet while the recording sheet on which the unfixed image is formed passes through the fixing nip,
A supply voltage variable unit that changes a supply voltage to the high frequency power supply unit to vary output power from the high frequency power supply unit;
A voltage control unit for controlling the supply voltage variable unit based on a surface temperature of the first rotating body;
A fixing device comprising:
前記定着部として、請求項1〜5のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus for thermally fixing an unfixed image formed on a sheet by a fixing unit,
An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1 as the fixing unit.
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