JP2013195502A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
Fixing device and image forming apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013195502A JP2013195502A JP2012060049A JP2012060049A JP2013195502A JP 2013195502 A JP2013195502 A JP 2013195502A JP 2012060049 A JP2012060049 A JP 2012060049A JP 2012060049 A JP2012060049 A JP 2012060049A JP 2013195502 A JP2013195502 A JP 2013195502A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- recording medium
- fixing
- temperature
- fixing device
- roller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Fixing For Electrophotography (AREA)
Abstract
Description
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機あるいはこれらの少なくとも2つの機能を有する複合機など、画像形成装置に搭載される定着装置に関し、特に、定着品質を高い水準で保ちつつ、省エネを実現する定着装置の改良に関するものである。 The present invention relates to a fixing device mounted on an image forming apparatus, such as a printer, a facsimile machine, a copying machine, or a multi-function machine having at least two of these functions, and in particular, fixing that achieves energy saving while maintaining a high fixing quality. It relates to the improvement of the device.
画像形成装置においては、坪量の少ないものから多いもの、あるいは塗工紙や非塗工紙など様々な記録媒体が用いられる。また、画像形成装置の用いられ方も多様であり、印刷速度の遅い画像形成装置では少ない枚数を印刷した後に電源オフにされることが多く、印刷速度の速い画像形成装置では多くの枚数を連続的に印刷することが多い。 In the image forming apparatus, various recording media such as those having a small basis weight or a large basis weight, or coated paper and non-coated paper are used. In addition, image forming apparatuses are used in various ways. In an image forming apparatus with a slow printing speed, a small number of sheets are printed and the power is often turned off. In an image forming apparatus with a high printing speed, many sheets are continuously printed. Often printed.
そのような中で、電子写真プロセスの中で最も電力エネルギーを消費する定着装置の省エネ(低消費電力)化技術が求められている。その流れにおいて、定着装置の定着ローラや加圧ローラといった蓄熱可能部材は低熱容量化されつつあり、また加圧ローラ自体では温度制御を行わない構成をとるようになってきている。このような装置構成は省エネである反面、印刷中に温度制御を行わない加圧ローラ温度の影響により、記録媒体における定着トナー像の定着品質が左右され易いという問題がある。そして、加圧ローラの温度が低い場合であっても、定着品質を満足させることができるように定着ローラ温度が制御されているため、印刷中に定着ローラ側からの影響で加圧ローラの温度が高くなり過ぎる場合があり、その高い温度で記録媒体が加熱される状態となると、必要以上の熱量を記録媒体に与えてしまうという不具合がある。 Under such circumstances, there is a demand for energy saving (low power consumption) technology of a fixing device that consumes the most power energy in the electrophotographic process. In the flow, heat storage capable members such as a fixing roller and a pressure roller of the fixing device are being reduced in heat capacity, and the pressure roller itself is configured not to perform temperature control. Although such an apparatus configuration is energy saving, there is a problem that the fixing quality of the fixed toner image on the recording medium is easily affected by the temperature of the pressure roller that does not perform temperature control during printing. Even when the temperature of the pressure roller is low, the fixing roller temperature is controlled so that the fixing quality can be satisfied. May become excessively high, and when the recording medium is heated at the high temperature, there is a problem that an excessive amount of heat is applied to the recording medium.
また省エネのため、例えば特許文献1や特許文献2では、定着装置の通紙開口部(主に定着出口)に遮蔽板を設け、通紙時(作像時)以外、主に待機中に遮蔽板を閉じることで加熱部材の熱を装置外部へ放出しないようにする構成も提案されている。
In order to save energy, for example, in Patent Document 1 and
このような構成によれば、通紙(作像)時に加熱された定着装置内の部材、主に定着ローラや定着ベルトの定着部材、加圧ローラや加圧ベルトの加圧部材の熱を定着装置内に効率良く蓄えることができる。これにより待機状態から新たな画像形成を開始する時に加熱する際の所要時間を短くすることができ、その分の電力低減を図ることができる。 According to such a configuration, the heat of the member in the fixing device heated mainly during paper passing (image formation), mainly the fixing member of the fixing roller and the fixing belt, and the pressure member of the pressure roller and the pressure belt are fixed. It can be stored efficiently in the device. Accordingly, the time required for heating when starting a new image formation from the standby state can be shortened, and the power can be reduced accordingly.
しかしながら、従来の定着温度制御方式であると、開閉式の遮蔽板を用いても、定着立ち上げ以外、その後に大きな電力を必要とする連続作像(通紙)中の電力を低減できなかった。 However, with the conventional fixing temperature control method, even when an open / close type shielding plate is used, the power during continuous image formation (paper passing) that requires a large amount of power after that cannot be reduced except for fixing start-up. .
上記の問題点に鑑み、本発明は、印刷条件や記録媒体の種類によらず、定着画像の品質を保ちつつ省エネを実現することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to realize energy saving while maintaining the quality of a fixed image regardless of printing conditions and the type of recording medium.
本発明によれば、上記目的を達成するために、加熱源によって加熱され、記録媒体上の未定着トナー像に接する定着回転部材と、定着回転部材に圧接して定着ニップ部を形成する加圧回転部材と、これら回転部材を収容する筐体を有し、定着ニップ部に記録媒体を通して加熱・加圧作用で定着処理する定着装置であって、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御される。 According to the present invention, in order to achieve the above object, a fixing rotating member that is heated by a heating source and is in contact with an unfixed toner image on a recording medium, and a pressure that presses the fixing rotating member to form a fixing nip portion. A fixing device that has a rotating member and a housing that accommodates the rotating member, and performs fixing processing by heating and pressurizing the recording medium through the fixing nip portion, and includes an inlet and an outlet in the casing of the recording medium conveyance path A shield plate that can be opened and closed is provided on at least one side, and the temperature of the recording medium immediately after passing through the fixing nip is controlled to be a predetermined temperature.
本発明では、記録媒体搬送経路の筐体における入口と出口の少なくとも一方に開閉可能な遮蔽板を設け、定着ニップ部通過直後の記録媒体の温度が所定の温度になるように温度制御され、これらの組み合わせによって、定着立ち上げ以外でも供給電力低減を図ることができるようになる。 In the present invention, an openable / closable shielding plate is provided at at least one of the entrance and the exit of the casing of the recording medium conveyance path, and the temperature of the recording medium immediately after passing through the fixing nip is controlled to be a predetermined temperature. With this combination, it becomes possible to reduce the power supply other than fixing start-up.
図1は、一般的な電子写真方式の画像形成装置における内部構成の一例を概略で示した断面図である。この画像形成装置の構成は、後述する本発明に係る定着装置の構成と温度制御方法以外については公知であるので、その構成と作用とについて先ず概略で説明する。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of an internal configuration of a general electrophotographic image forming apparatus. Since the configuration of the image forming apparatus is known except for the configuration of the fixing device and the temperature control method according to the present invention, which will be described later, the configuration and operation will be described first.
画像形成装置本体100の上には画像読取装置200が設置され、側面には両面ユニット300が取り付けられている。画像形成装置本体100内には、複数のローラに掛け回され、ほぼ水平に張り渡されたエンドレスベルト状の中間転写ベルト11が配され、反時計回りに走行するように構成されている。中間転写ベルト11の下方には、シアン、マゼンタ、イエロ、ブラックの各色トナー用の作像装置12c、12m、12y、12kが、中間転写ベルト11の走行方向に沿って四連タンデム式に並べて設けられている。各作像装置12c、12m、12y、12kは、図中時計回りに回転するドラム状の像担持体の周囲に帯電装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置などを設置することで構成される。さらに、作像装置12c、12m、12y、12kの下方には、露光装置13が設けられている。
An
露光装置13の下方には、記録媒体Pを積層して収納する給紙カセット15を有する給紙装置14が設けられていて、当該給紙装置14は、図示の例では二段構成となっている。そして、各給紙カセット15の図面右上には、各給紙カセット15内の記録媒体Pを一枚ずつ繰り出して記録媒体搬送路16に入れる給紙コロ17がそれぞれ設けられる。図示の例における記録媒体搬送路16は、画像形成装置本体100内部における右側方で、垂直上方に向けて形成されていて、画像形成装置本体100と画像読取装置200の間に形成された胴内排紙部18へと通じている。記録媒体搬送路16には、搬送ローラ19、中間転写ベルト11に対向する二次転写装置21、定着装置119及び一対の排紙ローラよりなる排紙装置23などが、記録媒体搬送の順に設けられている。搬送ローラ19の記録媒体搬送方向上流側には、一旦画像を表面に形成・定着された記録媒体Pを両面ユニット300から再度記録媒体搬送経路16へ再給紙するために、あるいは、両面ユニット300を横切って手差し給紙装置36から記録媒体Pを手差し給紙するために設けられる給紙路37が設けられ、記録媒体搬送路16に合流している。また、定着装置119の記録媒体搬送方向下流側には、両面ユニット300への再給紙搬送路24が分岐されて設けられている。
Below the
この画像形成装置でコピーを取るときは、画像読取装置200で原稿画像を読み取り、読み取った画像の各色トナー像に対応した潜像を、帯電装置を用いて一様に帯電された各作像装置12c、12m、12y、12kの像担持体上に、露光装置13を用いて書き込む。さらに、各作像装置12c、12m、12y、12kの像担持体上における各色トナー潜像に現像装置から各色トナーを付与することで、トナー画像を形成して、そのトナー画像を一次転写装置25c、25m、25y、25kを用いて、順次中間転写ベルト11上に一次転写することで、中間転写ベルト11上に所望のカラー画像を形成する。
When taking a copy with this image forming apparatus, each image forming apparatus in which a document image is read by the
一方で、二段構成の給紙カセットにおける給紙コロ17の一方を選択的に回転させて、対応する給紙カセット15から記録媒体Pを繰り出して記録媒体搬送路16に入れる(あるいは、手差し給紙装置36から手差し記録媒体を給紙路37に入れることもある)。そして、記録媒体搬送路16を通して搬送ローラ19まで搬送された記録媒体Pは、搬送ローラ19により、中間転写ベルト11上に形成されたトナー画像とタイミングを取って二次転写装置21の二次転写位置へと送り込まれ、その際に、中間転写ベルト11上のカラー画像が二次転写装置21で記録媒体Pに転写される。画像が転写された後の記録媒体Pは、定着装置119で熱と圧力とを受けることで画像を定着され、その後、排紙装置23により胴内排紙部18上に排紙され、スタックされることで画像形成動作が完了する。
On the other hand, by selectively rotating one of the
記録媒体Pの裏面にも画像を形成する場合には、一旦記録媒体Pの表面に画像を定着させた後の記録媒体Pを、搬送経路を切り替える切替爪(図示せず)を利用して、再給紙搬送路24に入れて、両面ユニット300に導入させる。この両面ユニット300を通過する際、記録媒体Pは、その表面と裏面とを反転させられて給紙路37に導入され、当該給紙路37を通して、記録媒体搬送経路16に再給紙される。その後、別途中間転写ベルト11上に形成された裏面用のカラー画像を、表面の場合と同様に記録媒体Pに二次転写して、再び定着装置119で定着し、排紙装置23で胴内排紙部18に排出する。
When an image is also formed on the back surface of the recording medium P, the recording medium P once fixed on the surface of the recording medium P is switched using a switching claw (not shown) for switching the conveyance path. The sheet is placed in the
次に定着装置119の構成を説明する。ちなみに、定着装置としては本例の所謂熱ローラ形式のものに限らず、所謂ベルト形式の構成のものであってもよいのは当然である。
図2に示すように、定着装置119は、誘導加熱部125(磁束発生手段)、この誘導加熱部125に対向する定着回転部材としての定着ローラ120、この定着ローラ120に圧接する加圧回転部材としての加圧ローラ130、入口ガイド板141、拍車142、分離板143、ガイド部材150、遮蔽板155などで構成される。ここで、定着ローラ120は、鉄やステンレス鋼などからなる芯金123上に、発泡シリコーンゴムなどからなる断熱弾性層122、スリーブ層121を順次積層したものであって、その外径が40mm程度に形成されている。定着ローラ120のスリーブ層121は、内周面側から基材層、第一酸化防止層、発熱層、第二酸化防止層、弾性層、離型層を順次積層した多層構造体である。さらに詳しく述べれば、基材層は層厚が40μm程度のステンレス箔で形成されたものであり、第一酸化防止層及び第二酸化防止層は層厚が1μm以下のニッケルをストライクめっき処理にて形成したものであり、発熱層は層厚が10μm程度の銅で形成されたものであり、弾性層は層厚が150μm程度のシリコーンゴムで形成されたものであり、離型層は層厚が30μm程度のPFA(テトラフルオロエチレン・バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)で形成されたものである。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
このように構成された定着ローラ120は、誘導加熱部125から発せられる磁束によってスリーブ層121の発熱層が電磁誘導加熱されることになる。なお、定着ローラ120の構成は、本例のものに限定されることなく、例えば、スリーブ層121(定着スリーブ)を断熱弾性層122(定着補助ローラ)に接着しないで別体化することもできる。ただし、スリーブ層121を別体化した場合には、稼動中にスリーブ層121が幅方向(スラスト方向)に移動するのを抑止するための部材を設置することが好ましい。
In the fixing
また、定着ローラ120に対向する位置であって、定着ニップ部の上流側(記録媒体搬送方向上流側)には、複数の拍車142が記録媒体の幅方向に並設されている。拍車142は、定着ニップ部に送入される記録媒体Pを定着ニップ部に確実に案内するものである。拍車142は、記録媒体P上の未定着画像に接触してもその画像に擦れ跡が生じないように、その周面がノコ歯状に形成されている。
A plurality of
定着ローラ120に対向する位置であって、定着ニップ部の下流側(記録媒体搬送方向下流側)には、分離板143が設置されている。分離板143は、定着ニップ部から送出された定着工程後の記録媒体Pが、定着ローラ120に巻き付く不具合を防止するためのものである。すなわち、定着工程後の記録媒体Pが定着ローラ120に吸着してしまった場合に、記録媒体Pの先端に分離部材143が干渉して、記録媒体Pを定着ローラ120から強制的に分離させる。
A
また、定着ローラ120には、表面温度を検知するためのサーミスタ(接触型温度センサ、温度プローブ)157が配設されている。サーミスタに代えて、サーモパイル(非接触型温度センサ)を配置してもよい。そして、このような温度センサによる検知結果に基いて、誘導加熱部125による加熱量が調整される。
The fixing
また、定着ローラ120に圧接して定着ニップ部を形成する加圧ローラ130は、アルミニウム、銅などからなる円筒部材132上に、シリコーンゴムなどからなる弾性層131、PFAなどからなる離型層(図示せず)を形成したものである。加圧ローラ130の弾性層131は、肉厚が1〜5mmとなるように形成されている。また、加圧ローラ130の離型層は、層厚が20〜50μmとなるように形成されている。なお、本例では、定着ローラ120の加熱効率を高めるために、加圧ローラ130の内部にハロゲンヒータなどのヒータ133が設されていてもよい。ヒータ133に電力が供給されることにより、ヒータ313の輻射熱によって加圧ローラ130が加熱され、定着ローラ120の表面が加圧ローラ130を介しても加熱されることになる。加圧ローラ130の表面温度を検知するためのサーミスタ(接触型温度センサ、温度プローブ)156も配設されている。ただ、省エネを目的に、加圧ローラ130側のヒータ313は立ち上げ時以外はオフとされ、加圧ローラ独自で温度制御を行うようになっていない。
A
加圧ローラ130に対向する位置であって、定着ニップ部の上流側には、入口ガイド板141が設置されている。入口ガイド板141は、定着ニップ部に送入される記録媒体Pを案内するものである。また、加圧ローラ130に対向する位置であって、定着ニップ部の下流側(定着ニップ部から送出される記録媒体Pのトナー載置面の裏面に対向する側)には、ガイド部材150が設置されている。ガイド部材150は、定着ニップ部から送出された定着工程後の記録媒体Pを定着工程後の搬送経路に向けて案内するためのものである。
An
また、誘導加熱部125は、コイル部126(励磁コイル)、コア部127(励磁コイルコア)、コイルガイド128などで構成される。コイル部126は、定着ローラ120の外周面の一部を覆うように配設されたコイルガイド128上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向(図2の紙面垂直方向)に延設したものである。コイルガイド128は、耐熱性の高い樹脂材料などからなり、定着ローラ120との対向面の側でコイル部126を保持する。コア部127は、フェライトなどの強磁性体(比透磁率が2500程度)からなり、定着ローラ120の発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためのものであり、アーチコア、センターコア、サイドコアなどで構成されている。なお、誘導加熱部125は、定着装置119の主部(図2に示された定着装置のうち誘導加熱部を除くユニット)から分離できるように構成されている。そして、定着装置119の主部は、画像形成装置本体1のカバー(図示せず)が開放された状態で、誘導加熱部125から分離されて画像形成装置本体1から取り出されることになる。つまり、加熱部材である誘導加熱部を残して(寿命部品である定着ローラやベルトなどの交換で)ユニット交換できるので、高価で耐久性の高い加熱部材を繰り返し使うことができ、効率的である。
The
以上、誘導加熱部125が定着装置119の主部から分離される構成について述べたが、このような構成に限定されず、誘導加熱部125が定着装置119と一体で構成されてもよい。一体構成であれば、両者の位置決め精度が高くなり、加熱効率を高めることができる。誘導加熱部125が廉価になったり、定着ローラなどの寿命が長くなれば、一体構成は有効な方式である。また、加熱方式についても誘導加熱に限られるものでなく、面状発熱体などの熱応答性の良い加熱手段に置き換えても、同様の効果を発揮できる。
The configuration in which the
そして、遮蔽板155は、記録媒体Pが搬送されている間、図2に示した位置で待機し、記録媒体搬送路を開放して、記録媒体Pを排紙経路へ導く。一方、例えば連続通紙でない場合に定着工程が完了して次の記録媒体Pが搬送されるまでの間は不図示の開閉機構(左右スライド機構)により図中右側に移されて記録媒体Pの排出口を塞ぐ。このような制御(閉じ動作)は、記録媒体排出後、一定時間経過して所謂スリープモードに移行した時に行うようにしてもよい。本例の定着装置では、記録媒体搬送が下から上に向かって概ね鉛直方向に行われるものなので、遮蔽版は定着装置の上部にのみ設けられているが、水平搬送タイプのものであれば、記録媒体搬送経路の出口側だけでなく、入口側にも遮蔽板を設けるのが合理的である。
The shielding
定着装置119の主部から分離できるように誘導加熱部125が構成されている場合には特に、定着装置119の主部と誘導加熱部125の間に十分なクリアランス(隙間)が必要となり(垂直搬送の場合には特に誘導加熱部と定着ローラ130、分離板143の間A)、従来公知の構成においては、この隙間から蓄えられた熱が逃げていたが、遮蔽板155はこの隙間をも同時に覆って(塞いで)、外側への放熱を防ぐことができる。
In particular, when the
遮蔽板155と不図示の開閉機構は、誘導加熱部125の側、つまりは定着ユニットの側とは分かれた本体側に設けられている。これによって定着ユニット交換の際、無駄な部品を交換することなく必要な耐久部品周りのユニットだけを交換できて、環境、コストにおいて有利な方式となる。
The shielding
定着装置119の内部で加圧ローラ130の近傍には定着装置内の気温を検出する温度センサ159が設けられている。機内の温度が高くなり過ぎると入口ガイド板141やガイド部材150など、用紙案内部材が結露してジャムが発生したり、用紙の腰が弱くなって先端巻き付きジャムが増えたり、定着後の用紙カールが大きくなったりする悪影響がでるので、温度センサ159の検出温度が一定以上の場合(例えば55℃以上の時)は遮蔽板159を開放して、装置内の温度を下げるように制御する。これによって上記不具合を抑制することができる。
A
以上のように構成された定着装置119は、次のように動作する。不図示の駆動モータによって定着ローラ120が図2の反時計方向に回転駆動され、それに伴い加圧ローラ130が時計方向に回転する。そして、定着ローラ120のスリーブ層121(発熱層)は、誘導加熱部125との対向位置で、誘導加熱部125で発生する磁束によって加熱される。詳しく述べれば、発振回路が周波数可変の電源部(図示せず)からコイル部126に10kHz〜1MHz(好ましくは、20kHz〜800kHz)の高周波交番電流を流すことで、コイル部126から定着ローラ120のスリーブ層121に向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、スリーブ層121の発熱層に渦電流が生じて、発熱層はその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、スリーブ層121(定着ローラ120)は、自身の発熱層の誘導加熱によって加熱される。
The fixing
その後、誘導加熱部125によって加熱された定着ローラ120の表面は、ローラ回転によって加圧ローラ130との当接部(定着ニップ部)に達する。そして、搬送される記録媒体P上のトナー像T(トナー)を加熱して溶融する。詳しく述べれば、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Tを担持した記録媒体Pが、入口ガイド板141(又は拍車142)に案内されながら定着ローラ120と加圧ローラ130との間に送入される(矢印Y1)。そして、定着ローラ120から受ける熱と加圧ローラ130から受ける圧力とによってトナー像Tが記録媒体Pに定着されて、記録媒体Pは定着ローラ120と加圧ローラ130との間から送出される(矢印Y2)。定着ニップ部を通過した定着ローラ120の表面は、その後、再び誘導加熱部25との対向位置に達する。このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
Thereafter, the surface of the fixing
次に、定着装置119の温度制御方式について説明する。既述のように、定着ローラ120の周囲には、サーミスタ(接触型温度センサ)157が配設され、このような温度センサによって定着ローラ120の温度が検知される。そして、実際に検知された定着ローラ120の温度と、指定された定着ローラ120の目標制御温度との間の温度偏差の情報を基に、温度センサに繋がった不図示の定着温度コントローラを介して、単位時間当たりの誘導加熱部125への通電時間(=DUTY)を制御して、すなわち誘導加熱部125への印加電力を制御して、不図示のPWM駆動回路を通して定着ローラ120の温度を制御する。以上のような形態で、記録媒体P及びトナー画像へ与える熱量が所定の状態になるように誘導加熱部125の電力が制御される。
Next, a temperature control method of the fixing
一方、本例の定着装置においては、省エネの観点から、非画像面側の加圧ローラに熱を溜め込まないようにするため、加圧ローラ130側のヒータ313は立ち上げ時以外はオフとされ、加圧ローラ自体の温度制御は行われていない。そして、それにもかかわらず、定着装置を通過直後の記録媒体の温度を所定の一定値で、あるいは少なくとも一定の温度幅に保つように制御している。これによって、定着強度や光沢度といった画像定着後の画像品質を一定にすることができる。本発明者らの実験によれば、定着後記録媒体温度の温度幅を5℃以内に制御するのが好ましい。
On the other hand, in the fixing device of this example, from the viewpoint of energy saving, the heater 313 on the
このような構成の定着装置において、定着後記録媒体温度を印刷条件や使用する記録媒体によらず一定に保つための最も単純なやり方は、定着ニップ部の出口近傍に記録媒体温度測定器としての非接触式の温度センサを設置し、定着直後の記録媒体の先端から後端まで例えば10msecの測定周期において温度検知し、その平均値をもって定着後の記録媒体温度とし、この結果に基づいてフィードバック制御を行うことである。ただ、このような温度センサは従来設置されておらず、比較的高価な部材の追加となるし、フィードバック制御を、検知された定着後記録媒体温度に良好に追随させるためには、加熱源の加熱性能や定着ローラの熱伝達性能がより高性能な部材を、すなわち、高スピードで検知結果温度に達することが可能な加熱・放熱性能を有する部材を必要とし、画像形成装置のコストアップにつながる。そこで、定着後の記録媒体温度を直接測定せず、加圧ローラ側に設けられたサーミスタ(温度センサ)156による検知結果に基づいて定着後記録媒体温度を予測演算し、演算によって得られた定着後記録媒体温度が所定温度幅に収まるように定着ローラ温度を制御することが推奨される。 In the fixing device having such a configuration, the simplest method for keeping the post-fixing recording medium temperature constant irrespective of the printing conditions and the recording medium to be used is as a recording medium temperature measuring device near the outlet of the fixing nip portion. A non-contact temperature sensor is installed, temperature is detected from the leading edge to the trailing edge of the recording medium immediately after fixing, for example, at a measurement cycle of 10 msec, and the average value is used as the recording medium temperature after fixing, and feedback control is performed based on this result. Is to do. However, such a temperature sensor has not been installed in the past, and a relatively expensive member is added, and in order for feedback control to follow the detected recording medium temperature after fixing well, a heating source is used. A member with higher performance in heating performance and heat transfer performance of the fixing roller, that is, a member having heating and heat dissipation performance capable of reaching the detection result temperature at a high speed is required, leading to an increase in cost of the image forming apparatus. . Therefore, the post-fixing recording medium temperature is not directly measured, but the post-fixing recording medium temperature is predicted based on the detection result by the thermistor (temperature sensor) 156 provided on the pressure roller side, and the fixing obtained by the calculation is performed. It is recommended to control the fixing roller temperature so that the post-recording medium temperature falls within a predetermined temperature range.
なお、定着後記録媒体温度を一定に制御するためには、加圧ローラ温度による制御の他にも、ニップ時間を制御することも考えられる。しかしながら、本発明者らの実験から得られた結果から、加圧ローラ温度は、定着後記録媒体温度に対して最も感度があり、且つ、制御性の高いことが分かっており、このような加圧ローラ温度に基いた定着後記録媒体温度制御を採用することが好ましいと思われる。 In order to control the post-fixing recording medium temperature at a constant level, it is conceivable to control the nip time in addition to the pressure roller temperature control. However, the results obtained from the experiments by the present inventors have shown that the pressure roller temperature is most sensitive to the post-fixing recording medium temperature and has high controllability. It seems preferable to employ post-fixing recording medium temperature control based on the pressure roller temperature.
さらに、加圧ローラ温度は、定着装置で記録媒体へ供給される熱量の一部を担っており、定着後記録媒体温度に対する影響が非常に大きいので、加圧ローラの蓄熱状態に応じて定着ローラの温度を制御する。すなわち、加圧ローラの温度が低い場合には、定着部材に対する制御温度を高温に設定し、加圧部材の温度が上昇してきた際には、定着部材に対する制御温度を低く変更することで、定着後記録媒体の温度を一定にする。 Further, the pressure roller temperature bears a part of the amount of heat supplied to the recording medium by the fixing device and has a great influence on the temperature of the recording medium after fixing, so that the fixing roller according to the heat storage state of the pressure roller. To control the temperature. In other words, when the temperature of the pressure roller is low, the control temperature for the fixing member is set to a high temperature, and when the temperature of the pressure member increases, the control temperature for the fixing member is changed to a low value. The temperature of the post-recording medium is kept constant.
別の言い方をすれば、加圧ローラ温度が異なる場合に定着ローラ温度をどの程度の設定温度にすれば、定着後記録媒体温度が一定になるかといった関係を予め求めておいて、加圧ローラ温度に応じて、定着ローラ温度の目標設定値を定め、定着後記録媒体温度を一定の温度制御幅に収める。なお、このような関係は、定着ローラ設定温度と加圧ローラ温度とを振り分けた実験室での実験や実機での実験を繰り返すことで得ることが可能である。 In other words, when the pressure roller temperature is different, the relationship between the fixing roller temperature and the set temperature of the recording medium after fixing is obtained in advance. A target set value of the fixing roller temperature is determined according to the temperature, and the post-fixing recording medium temperature is kept within a certain temperature control range. Such a relationship can be obtained by repeating a laboratory experiment or an actual machine experiment in which the fixing roller set temperature and the pressure roller temperature are distributed.
ところで、加圧部材温度の変動による定着後記録媒体温度への影響度は、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率などの記録媒体情報により変化する。したがって、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率などの記録媒体情報を考慮して、加圧部材温度の違いと定着部材温度設定値の関係に手を加えることで、より正確に定着後記録媒体温度を一定にすることが可能である。 Incidentally, the degree of influence on the post-fixing recording medium temperature due to fluctuations in the pressure member temperature varies depending on recording medium information such as nip time, basis weight, thermal conductivity, specific heat, and moisture content. Therefore, in consideration of the recording medium information such as nip time, basis weight, thermal conductivity, specific heat, moisture content, etc., the relationship between the pressure member temperature difference and the fixing member temperature setting value can be adjusted more accurately. It is possible to make the recording medium temperature constant after fixing.
例えばニップ時間(定着ニップ幅を記録媒体の搬送速度で割った値として定義される時間)により定着部材温度設定値を補正することを考えると、定着部材や加圧部材は、蓄熱されていくと熱膨張することにより、定着ニップ幅w(図2参照)が変化するため、定着装置の蓄熱状態に応じて変化するので、加圧部材温度の影響が、ニップ時間によりどのように変化するかを実機や実験室での実験やシミュレーションにより評価しておく。本発明者らの実験では、ニップ時間が長いほど、加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。したがって、定着ローラ設定温度を割り出しは、加圧ローラサーミスタ(温度センサ)156による加圧ローラ温度の検知結果に基くだけでなく、ニップ時間という記録媒体情報によって補正し、ひいては、定着後記録媒体温度をニップ時間によって補正するのが一層好ましい。このようにして定着後記録媒体温度が補正されれば、より狙いの定着後記録媒体温度に近い温度制御が可能になる。 For example, considering that the fixing member temperature setting value is corrected by the nip time (time defined as a value obtained by dividing the fixing nip width by the conveyance speed of the recording medium), when the fixing member and the pressure member are accumulated, Since the fixing nip width w (see FIG. 2) changes due to thermal expansion, it changes according to the heat storage state of the fixing device, so how the influence of the pressure member temperature changes depending on the nip time. Evaluate by experiment and simulation in actual machine and laboratory. In our experiments, it has been found that the longer the nip time, the greater the influence of the pressure member temperature on the recording medium temperature. Accordingly, the fixing roller set temperature is determined not only based on the detection result of the pressure roller temperature by the pressure roller thermistor (temperature sensor) 156 but also corrected by the recording medium information such as the nip time, and thus the recording medium temperature after fixing. Is more preferably corrected by the nip time. If the post-fixing recording medium temperature is corrected in this manner, temperature control closer to the target post-fixing recording medium temperature becomes possible.
また記録媒体の坪量に関しても、本発明者らの実験を通して、坪量が小さいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の熱伝導率に関しても、本発明者らの実験を通して、熱伝導率が大きいほど加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の比熱に関しても、本発明者らの実験を通して、比熱が小さければ比較的僅かではあるが加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。記録媒体の含水率に関しても、本発明者らの実験を通して、含水率が小さければ比較的僅かであるが加圧部材の温度が記録媒体温度に与える影響が大きいことが分かっている。 Regarding the basis weight of the recording medium, it has been found through experiments by the present inventors that the smaller the basis weight, the greater the influence of the temperature of the pressure member on the recording medium temperature. Regarding the thermal conductivity of the recording medium, it has been found through experiments by the present inventors that the influence of the temperature of the pressure member on the recording medium temperature increases as the thermal conductivity increases. Regarding the specific heat of the recording medium, it has been found through experiments by the present inventors that the effect of the temperature of the pressure member on the recording medium temperature is relatively small if the specific heat is small. Regarding the moisture content of the recording medium, it has been found through experiments by the present inventors that the effect of the temperature of the pressure member on the recording medium temperature is relatively small if the moisture content is small.
さらに、ニップ時間、坪量、熱伝導率、比熱、含水率といった記録媒体情報を組み合わせて、すなわち、これら記録媒体情報の少なくとも2つを用いて、定着後記録媒体温度を補正すれば、さらに精度良く定着後記録媒体温度を演算することができ、その結果、定着後記録媒体温度の温度制御幅をより小さくできる。 Further, if the recording medium information such as nip time, basis weight, thermal conductivity, specific heat, and moisture content is combined, that is, at least two of these recording medium information is used to correct the post-fixing recording medium temperature, the accuracy is further improved. The post-fixing recording medium temperature can be calculated well, and as a result, the temperature control range of the post-fixing recording medium temperature can be further reduced.
以上のように、定着後記録媒体温度の制御を行い、合わせて遮蔽板による放熱抑制を行う定着装置における遮蔽板開・閉での消費電力、さらには遮蔽板なしでの消費電力と各部温度を計測比較した例を以下に記載する。 As described above, the recording medium temperature after fixing is controlled, and the power consumption when the shielding plate is opened and closed in the fixing device that suppresses heat radiation by the shielding plate, as well as the power consumption without the shielding plate and the temperature of each part. An example of measurement comparison is described below.
定着装置の消費電力量を理解するためにはに定着部の各温度の関係を把握する必要があるので、定着装置における既述の加圧ローラ用温度センサ、定着ローラ用温度センサのほか、定着装置上部カバーにも温度プローブ(図示せず)を接触配置した。遮蔽板155は、記録媒体排出後にスリープモードに移行してから、スライド移動させることで開閉させた。
In order to understand the power consumption of the fixing device, it is necessary to grasp the relationship between the temperatures of the fixing unit. Therefore, in addition to the temperature sensor for the pressure roller and the temperature sensor for the fixing roller already described in the fixing device, fixing A temperature probe (not shown) was also placed in contact with the upper cover of the apparatus. The
ジョブ1は画像形成装置を1時間放置した後、ジョブスタートした時の消費エネルギーで、これは遮蔽板の有無で条件が変わらない。このため消費エネルギーは同じ値となっている。以下、一定時間毎に3回繰り返すジョブにつれて両者のエネルギー消費量の差が開いていく。 Job 1 is the energy consumed when the image forming apparatus is left for 1 hour and then the job is started. The condition does not change depending on the presence or absence of a shielding plate. For this reason, energy consumption is the same value. Hereinafter, the difference in energy consumption between the two increases as the job repeats three times at regular intervals.
後述する図3に示すジョブ間では一定時間のインターバル中に定着ローラや加圧ローラの熱が機内の大気中に放出されて冷やされる。遮蔽板を設けた構成の場合、機外へ熱が逃げず、定着装置内部に熱が留まることで、定着ローラや加圧ローラの高い温度で維持されるようになる(機内に熱が留まることで放熱量自体が抑えられる)。 Between jobs shown in FIG. 3 to be described later, the heat of the fixing roller and the pressure roller is released into the atmosphere in the apparatus and cooled down during a fixed time interval. In the case of a configuration with a shielding plate, heat does not escape to the outside of the machine, and the heat stays inside the fixing device, so that the fixing roller and the pressure roller are maintained at a high temperature (the heat stays inside the machine). The heat dissipation itself can be reduced.
加圧ローラ130に対する温度プローブ156と定着装置上部カバーに接触させた温度プローブで検出された温度変化を図3に示す。ジョブが増える毎に蓄熱量の差が顕著になり、ジョブ4では加圧ローラで3.3℃、上部カバーで6.2℃の差が現れている。シミュレーションによっても両者の差は明らかで、特に垂直搬送タイプの場合、遮蔽板を上側に設けると効果が大きく、本例で計測された温度結果とほぼ一致した結果を得た。
FIG. 3 shows the temperature change detected by the
遮蔽板の有無の差が一番顕著になるジョブ4における定着ローラ対の温度と消費電力量の推移を図4に示す。昇温開始時刻で時間軸を揃えるとジョブ4の立ち上りからしばらくは、電力量に差が現れない。昇温時は最大電力を投入して定着ローラ対の温度上昇(=立ち上げ)を図る。このため、たとえ上記のようにジョブ開始時のローラ温度に差があったとしても電力量推移は同じになる。ジョブの連続通紙の途中から、定着後記録媒体温度を加圧ローラ温度に基づいて制御する本例での定着温度制御が効いて、電力量に差が出始める。
FIG. 4 shows changes in the temperature and power consumption of the fixing roller pair in
ここで加圧ローラ130の温度変化について述べる。加圧ローラ130は通紙によって熱が奪われ、用紙1枚が通過する毎にローラ表面の温度が下がる。図4のグラフでは通紙枚数分の温度下降(温度上下の山)が認められ、これが用紙通過タイミングと一致しているため、加圧ローラ温度を見れば通紙タイミングを推測することができる。
Here, the temperature change of the
このような事実を踏まえて、図5のグラフのように一部を拡大してみると、遮蔽板155を閉じた場合の方が定着ローラ120の立ち上がり時間が早くなっていて、結果的には最終用紙を約0.5秒、早く排出している。そこで、最終用紙排出の用紙後端に時間軸を合わせ、さらに遮蔽板155の有無での電力量の差(遮蔽板無し−遮蔽板あり)をプロットしたのが図6のグラフである。遮蔽板を開閉する方が定着ローラ120の立ち上がりが約0.5秒早く、その分だけ省エネとなって約0.13Whの効果を得ている。
Based on this fact, when a part is enlarged as shown in the graph of FIG. 5, the rise time of the fixing
さらに、本例での定着温度制御を用いることで、この制御が効いてから用紙最終枚までに約0.5Whのさらなる効果が得られている。つまり、定着ローラ対の蓄熱により、少ない電力で定着ローラ120と加圧ローラ130の温度を維持できるようになる。これは定着ローラ120温度の振れ幅が小さいことからも推察することができる。
Further, by using the fixing temperature control in this example, a further effect of about 0.5 Wh is obtained from the time when this control is effective until the final sheet of paper. That is, the heat of the fixing roller pair can maintain the temperature of the fixing
以上のように定着後記録媒体温度基準の定着温度制御と遮蔽板を組み合わせることで定着ローラ対の温度立ち上げ以外に連続通紙中の供給電力低減を図ることができ、従来の定着温度制御方式やハロゲンランプのような熱応答性の低い熱源とは異なる新たな(特有の)省エネ効果を得られることが分かった。 As described above, by combining the fixing temperature control based on the post-fixing recording medium temperature and the shielding plate, in addition to raising the temperature of the fixing roller pair, it is possible to reduce the power supplied during continuous paper feeding. It has been found that a new (specific) energy saving effect different from that of a heat source with low thermal response such as a lamp or a halogen lamp can be obtained.
119 定着装置
120 定着ローラ
125 誘導加熱部
126 コイル部(励磁コイル)
127 コア部(励磁コイルコア)
130 加圧ローラ
133 ヒータ
141 入口ガイド板
142 拍車
143 分離板
150 ガイド部材
155 遮蔽板
156 加圧ローラ用サーミスタ
157 定着ローラ用サーミスタ
P 記録媒体
119
127 Core (Excitation coil core)
130
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012060049A JP6097486B2 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012060049A JP6097486B2 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013195502A true JP2013195502A (en) | 2013-09-30 |
JP6097486B2 JP6097486B2 (en) | 2017-03-15 |
Family
ID=49394569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012060049A Expired - Fee Related JP6097486B2 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6097486B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015184429A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | キヤノン株式会社 | fixing device |
US9316964B2 (en) | 2014-03-17 | 2016-04-19 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device and image forming apparatus |
JP2017083729A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | Fixing device and image forming apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006133319A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Samsung Yokohama Research Institute Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus |
JP2011123373A (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Fuji Xerox Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus |
-
2012
- 2012-03-16 JP JP2012060049A patent/JP6097486B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006133319A (en) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Samsung Yokohama Research Institute Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus |
JP2011123373A (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-23 | Fuji Xerox Co Ltd | Fixing device and image forming apparatus |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9316964B2 (en) | 2014-03-17 | 2016-04-19 | Ricoh Company, Ltd. | Fixing device and image forming apparatus |
JP2015184429A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | キヤノン株式会社 | fixing device |
JP2017083729A (en) * | 2015-10-30 | 2017-05-18 | コニカミノルタ株式会社 | Fixing device and image forming apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6097486B2 (en) | 2017-03-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5333194B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5062981B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP6108837B2 (en) | Image heating device | |
JP5549906B2 (en) | Fixing apparatus, image forming apparatus, and color image forming apparatus | |
US9389558B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
US20130034362A1 (en) | Image heating apparatus | |
JP6019779B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5228309B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP6019785B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
US9152107B2 (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP6137893B2 (en) | Heating apparatus and image forming apparatus | |
JP2005208596A (en) | Heating apparatus | |
US20130034361A1 (en) | Image heating apparatus | |
JP2007316627A (en) | Fixing device for image forming apparatus and fixing method therefor | |
JP3949644B2 (en) | Heating apparatus, control method therefor, and image forming apparatus | |
JP2011090087A (en) | Image heating device | |
JP6097486B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
US20130119052A1 (en) | Image heating device | |
JP4878745B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP4760688B2 (en) | Fixing apparatus and image forming apparatus | |
JP5008120B2 (en) | Image forming apparatus | |
JP2014178509A (en) | Fixing device and image forming apparatus | |
JP4541865B2 (en) | Image heating device | |
JP2011138155A (en) | Fixing device and image forming device | |
JP5196977B2 (en) | Image heating device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150218 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151112 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151117 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160112 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160405 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160628 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20160705 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20160805 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170220 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6097486 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |