JP4109380B2

JP4109380B2 - Fixing device

Info

Publication number: JP4109380B2
Application number: JP12133699A
Authority: JP
Inventors: 毅石井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000310916A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置内の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、画像形成装置内の定着装置として、熱と加圧により用紙上に転写されたトナー像を溶融し定着させる方式が知られている。このような定着装置は、内部に熱源を有する円筒状のヒートローラと、このヒートローラとニップを形成するプレスローラとを一対の定着ローラとして有し、このれらの定着ローラを用紙が通過する際にトナーがヒートローラ上の熱源からの熱で溶融し、ヒートローラとプレスローラの所定の圧力により用紙上に固定される。
【０００３】
また、従来の定着装置では、熱源としてハロゲンランプを用い、ヒートローラの肉厚は１．５ｍｍ程度、ヒータのＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う制御周期はハロゲンサイクルを損なわない程度の時間設定を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハロゲンランプを用いた定着装置でウォームアップの削減を行うには、ハロゲンランプの電力を高くし、ヒートローラの肉厚を薄くすることで実現することができる。
【０００５】
そのような方法を採ると、オーバーシュートや温度リップルが大きくなり、ランプのＯＮ，ＯＦＦの切り替えを細かくする必要がある。
【０００６】
しかし、ハロゲンランプを使用した場合には、このＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う制御周期ハロゲンサイクルを損なわない程度である２秒程度とするのが通常であり、この応答性が悪い部分をヒートローラの熱容量で定着性をカバーしているのが現実であり、ＯＮ，ＯＦＦの切り替えを細かくしにくいという問題があった。
【０００７】
また、内部のタングステンワイヤ温度が低い場合や発光効率が低い場合には、ハロゲンガスによってタングステンが蒸発し再度吸着することにより細りをカバーしているハロゲンサイクルが行われなくなって蒸発する一方になってしまい、タングステンが戻らなくなり断線する可能性があるという問題があった。
【０００８】
これより、ハロゲンランプを用いた場合、ハロゲンサイクルを考慮せずにＯＮ，ＯＦＦの切り替え制御を行うとハロゲンランプの寿命が短縮してしまうという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、内部にタングステンワイヤをフィラメントとするヒータランプを有する円筒状のヒートローラと、該ヒートローラに加圧してニップを形成するプレスローラとを具備し、前記ヒートローラの肉厚を１ｍｍ以下とすると共に前記ヒータランプのＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う制御周期を１秒以下とする定着装置において、前記ヒータランプを不活性ガスのみを封入したヒータランプとしたことを特徴とする定着装置としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、画像形成装置内の定着装置を示す図であり、ヒートローラ１、プレスローラ２、ヒータランプ３を有してなる。
ヒートローラ１は、金属よりなる円筒状であればよく、内部にヒータランプ３を有する。
プレスローラ２は、スポンジ等の弾性部材であればよく、ヒートローラ１と所定の圧力で接触してニップを形成している。
【００１１】
ヒータランプ３は、不活性ガスのみを封入したものであればよく、例えば、アルゴン、窒素、クリプトン等を封入すればよい。図２は、ヒータランプ３として両端子形のヒータランプを用いた場合の構成図であり、ヒータランプ３は、両端にセラミック等で形成され電気絶縁する口金３ａ、中央に石英ガラス等で形成されるバルブ３ｂとよりなり、口金３ａの内部に電力供給口となるターミナル３ｃを設け、バルブ３ｂ両端に封止部３ｄ、ターミナル３ｃに接続されるモリブデン箔３ｅ、両端のモリブデン箔３ｅに接続されるタングステンワイヤ３ｆを設け、バルブ３ｂ内に不活性ガス３ｇのみを封入して構成される。なお、本実施例では、両端子形のヒータランプの構成について説明したが、片端子形のヒータランプを用いた場合でも同様の効果を得ることができる。
【００１２】
本発明は、従来はバルブ３ｂ内に不活性ガス３ｇと微量のハロゲン物質を封入していたものを不活性ガス３ｇのみを封入することを特徴とする。
不活性ガス３ｇのみを封入することにより、ヒータランプ３のＯＮ，ＯＦＦの切り替えを細かくすることができ、オーバーシュートや温度リップルが大きくなるという問題が解決するために、ヒータランプの電力を高くし、ヒートローラの肉厚を薄くかつ小径にできるために、ウォームアップの削減を行うことができるようになる。
具体的には、ＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う制御周期を１秒以下としても問題がなく、ヒートローラ１の肉厚１ｍｍ以下、外径２５ｍｍ以下を実現することができる。
【００１３】
【実施例】
次の定着装置を用いて実際に定着動作を行ってみた。
（構成）
ヒートローラ１：外径φ２３ｍｍ、肉厚０．７ｍｍ、材質Ａ５０５２（Ａ５０８３）
プレスローラ２：外径φ２５ｍｍ、ＬＴＶスポンジ＋ＰＦＡチューブ
ヒートローラ１とプレスローラ２の線圧：４ｋｇｆ／ｃｍ
ヒータランプ３：アルゴンヒータ、８００Ｗ。
【００１４】
（制御）
（ａ）ソフトウェアによる信号処理
より多くの設定温度とフレキシブルな制御を可能にするため、サーミスタ（不図示、ヒートローラ１の温度を検知）の抵抗値に応じたアナログ電圧値を８ビットのデジタル信号にＡ／Ｄ変換（変換範囲：１００〜２２０°Ｃ）し、ソフトウェアによりヒートローラ温度を管理させる。
【００１５】
（ｂ）比例動作の導入
検知した温度帯に応じて時間的にヒータランプの点灯（ＯＮ）割合を変化させる比例制御を導入することで、オーバーシュート、リップルを抑制した。本比例制御は本発明により実現することができるものである。
制御周期：１００ｍｓｅｃ
目標温度：１９５°Ｃ
測定値の属する温度帯と１周期中の点灯時間：図３。
【００１６】
（ｃ）昇温見込み先行給紙の導入
給紙を開始した時点から用紙が定着装置に突入するまでに上昇する温度を見込んで、定着温度以下の温度から給紙を開始し、この温度（例えば、１１５°Ｃ）を給紙可能温度として給紙開始の条件とすることにより、立ち上げ時のファーストプリンタタイムを大幅に削減できる。
【００１７】
（ｄ）レジスト開放温度の設定
見込み給紙を行った場合、環境温度や電圧効果等によって昇温に遅れが生じた場合、１枚目が定着可能温度に達する前に定着装置に突入してしまう可能性があるために、レジスト到達時（レジスト前センサーを横切った瞬間）の温度が一定温度以上（例えば１３５°Ｃ）に達していない場合は、レジスト開放温度到達までレジストのクラッチを連結せずに待機する。
【００１８】
（結果）
このような定着装置を用いた結果、ウォームタイム８秒以下、オーバーシュート１０°Ｃ以下、温度リップル動作時３°Ｃ以下を実現することができた。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置によれば、熱源を不活性ガスのみを封入したタングステンワイヤをフィラメントとするヒータランプとし、ヒートローラの肉厚を１ｍｍ以下とし、ヒータランプのＯＮ，ＯＦＦの切り替えを行う制御周期１秒以下とすることにより、ヒータランプの寿命を短くすることなくウォームアップの削減を行うことができ、オーバーシュートや温度リップルを抑制できる定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置を示す図である。
【図２】本発明のヒータランプを示す図である。
【図３】本発明のヒータランプの条件を示す図である。
【符号の説明】
１：ヒートローラ
２：プレスローラ
３：ヒータランプ
３ａ：口金
３ｂ：バルブ
３ｃ：ターミナル
３ｄ：封止部
３ｅ：モリブデン箔
３ｆ：タングステンワイヤ
３ｇ：不活性ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device in an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, and a facsimile.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a fixing device in an image forming apparatus, a method for melting and fixing a toner image transferred onto a sheet by heat and pressure is known. Such a fixing device includes a cylindrical heat roller having a heat source therein and a press roller that forms a nip with the heat roller as a pair of fixing rollers, and the sheet passes through these fixing rollers. At this time, the toner is melted by heat from a heat source on the heat roller, and is fixed on the paper by a predetermined pressure of the heat roller and the press roller.
[0003]
In the conventional fixing device, a halogen lamp is used as a heat source, the thickness of the heat roller is about 1.5 mm, and the control cycle for switching the heater on and off is set so as not to impair the halogen cycle. Yes.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to reduce the warm-up in a conventional fixing device using a halogen lamp, it is possible to increase the power of the halogen lamp and reduce the thickness of the heat roller.
[0005]
If such a method is adopted, overshoot and temperature ripple become large, and it is necessary to finely switch the lamp on and off.
[0006]
However, when a halogen lamp is used, the control cycle for switching between ON and OFF is normally set to about 2 seconds, which does not impair the halogen cycle. The reality is that the fixing ability is covered by the heat capacity, and there is a problem that it is difficult to make the switching between ON and OFF fine.
[0007]
When the internal tungsten wire temperature is low or the luminous efficiency is low, tungsten is evaporated by the halogen gas and adsorbed again, so that the halogen cycle covering the thinness is not performed and it is evaporated. As a result, there is a problem that tungsten may not return and may be disconnected.
[0008]
Thus, when a halogen lamp is used, there is a problem that the life of the halogen lamp is shortened if the ON / OFF switching control is performed without considering the halogen cycle.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and includes a cylindrical heat roller having a heater lamp having a tungsten wire filament therein , and a press roller that pressurizes the heat roller to form a nip. In the fixing device in which the wall thickness of the heat roller is 1 mm or less and the control cycle for switching ON / OFF of the heater lamp is 1 second or less, the heater lamp is a heater lamp in which only an inert gas is sealed. The fixing device is characterized by the above.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a fixing device in an image forming apparatus, which includes a heat roller 1, a press roller 2, and a heater lamp 3.
The heat roller 1 has only to be a cylindrical shape made of metal, and has a heater lamp 3 inside.
The press roller 2 may be an elastic member such as a sponge and is in contact with the heat roller 1 with a predetermined pressure to form a nip.
[0011]
The heater lamp 3 only needs to enclose only an inert gas. For example, argon, nitrogen, krypton, or the like may be encapsulated. FIG. 2 is a configuration diagram when a double-terminal heater lamp is used as the heater lamp 3. The heater lamp 3 is formed of ceramic or the like at both ends and is electrically insulated, and is formed of quartz glass or the like at the center. A terminal 3c serving as a power supply port is provided inside the base 3a, and is connected to a sealing portion 3d at both ends of the valve 3b, a molybdenum foil 3e connected to the terminal 3c, and a molybdenum foil 3e at both ends. A tungsten wire 3f is provided, and only the inert gas 3g is enclosed in the valve 3b. In the present embodiment, the configuration of the dual-terminal heater lamp has been described, but the same effect can be obtained even when a single-terminal heater lamp is used.
[0012]
The present invention is characterized in that only 3 g of the inert gas is sealed in the valve 3 b which has been sealed with 3 g of the inert gas and a trace amount of halogen substance.
By enclosing only 3 g of inert gas, the heater lamp 3 can be turned on and off more finely, and the heater lamp power is increased to solve the problem of increased overshoot and temperature ripple. Since the thickness of the heat roller can be reduced and the diameter can be reduced, the warm-up can be reduced.
Specifically, there is no problem even if the control cycle for switching between ON and OFF is 1 second or less, and the wall thickness of the heat roller 1 is 1 mm or less and the outer diameter is 25 mm or less.
[0013]
【Example】
The fixing operation was actually performed using the following fixing device.
(Constitution)
Heat roller 1: outer diameter φ23 mm, wall thickness 0.7 mm, material A5052 (A5083)
Press roller 2: outer diameter φ25 mm, LTV sponge + PFA tube heat roller 1 and press roller 2 linear pressure: 4 kgf / cm
Heater lamp 3: Argon heater, 800 W.
[0014]
(control)
(A) An 8-bit digital signal representing an analog voltage value corresponding to a resistance value of a thermistor (not shown, detecting the temperature of the heat roller 1) in order to enable more set temperature and flexible control than signal processing by software. And A / D conversion (conversion range: 100 to 220 ° C.), and the heat roller temperature is controlled by software.
[0015]
(B) Introduction of proportional operation Overshoot and ripple were suppressed by introducing proportional control that changes the lighting (ON) rate of the heater lamp in time according to the detected temperature zone. This proportional control can be realized by the present invention.
Control cycle: 100 msec
Target temperature: 195 ° C
FIG. 3 shows the temperature zone to which the measured value belongs and the lighting time during one cycle.
[0016]
(C) Introducing the estimated temperature rise leading paper feed Starting from the time when the paper feed is started until the paper enters the fixing device, the paper feed is started from a temperature below the fixing temperature, and this temperature (for example, , 115 ° C.) as a condition for starting paper feeding, and the first printer time at start-up can be greatly reduced.
[0017]
(D) When the expected opening of the resist opening temperature is performed, if the temperature rise is delayed due to the environmental temperature, voltage effect, or the like, the first sheet enters the fixing device before reaching the fixable temperature. If there is a possibility that the temperature at the time of reaching the resist (the moment it crosses the sensor before the resist) does not reach a certain temperature (for example, 135 ° C), the resist clutch is not connected until the resist opening temperature is reached. To wait.
[0018]
(result)
As a result of using such a fixing device, it was possible to realize a warm time of 8 seconds or less, an overshoot of 10 ° C. or less, and a temperature ripple operation of 3 ° C. or less.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the fixing device of the present invention, the heat source is a heater lamp using a tungsten wire filled with only an inert gas as a filament, the thickness of the heat roller is 1 mm or less, and the heater lamp is turned on and off. By setting the control period to 1 second or less, the warm-up can be reduced without shortening the life of the heater lamp, and a fixing device capable of suppressing overshoot and temperature ripple can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a fixing device of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a heater lamp of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing conditions for a heater lamp of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Heat roller 2: Press roller 3: Heater lamp 3a: Base 3b: Bulb 3c: Terminal 3d: Sealing portion 3e: Molybdenum foil 3f: Tungsten wire 3g: Inert gas

Claims

A cylindrical heat roller having a heater lamp having a tungsten wire filament inside, and a press roller that pressurizes the heat roller to form a nip, and the thickness of the heat roller is 1 mm or less, and In the fixing device in which the control cycle for switching the heater lamp ON and OFF is 1 second or less,
A fixing device, wherein the heater lamp is a heater lamp in which only an inert gas is sealed.