JP5018468B2 - Fixing device and coil unit - Google Patents
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Description
この発明は電磁誘導加熱方式の定着装置に関する。この種の電磁誘導加熱方式の定着装置は、典型的には、複写機・プリンタなどの画像形成装置に組み込まれ、紙などのシートにトナーを定着させるのに用いられる。また、この発明は、そのような定着装置の一部を構成するコイルユニットに関する。 The present invention relates to an electromagnetic induction heating type fixing device. This type of electromagnetic induction heating type fixing device is typically incorporated in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and is used to fix toner on a sheet such as paper. The present invention also relates to a coil unit that constitutes a part of such a fixing device.
従来、電磁誘導加熱方式の定着装置としては、例えば、特許文献1(特開2001−43965号公報)に記載のように、ニップ部を作るように互いに圧接された定着ローラおよび加圧ローラと、その定着ローラに沿って配置された励磁コイルとを有し、励磁コイルによる電磁誘導によって定着ローラを加熱し、トナー像が付着されたシート(記録紙)を上記ニップ部を通して搬送して、上記定着ローラの発熱によってトナー像を溶融してシートに定着させるものが知られている。同文献では、定着ローラの軸方向端部に相当する領域に、励磁コイルに沿って消磁コイルが設けられている。最大サイズのシートが通紙されるときは、消磁コイルは開かれている。一方、小サイズのシートが通紙されるときは、上記消磁コイルを閉じることによって、その消磁コイルが配置された領域で上記励磁コイルによる磁束の変化をキャンセルして、定着ローラの軸方向端部の過昇温を防止するようになっている。 Conventionally, as an electromagnetic induction heating type fixing device, for example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-43965), a fixing roller and a pressure roller that are pressed against each other so as to form a nip portion, And an exciting coil disposed along the fixing roller. The fixing roller is heated by electromagnetic induction by the exciting coil, and a sheet (recording paper) to which a toner image is attached is conveyed through the nip portion to fix the fixing roller. A toner image is melted and fixed on a sheet by heat generated by a roller. In this document, a degaussing coil is provided along an exciting coil in a region corresponding to the axial end of the fixing roller. When the maximum size sheet is passed, the degaussing coil is open. On the other hand, when a small-size sheet is passed, by closing the degaussing coil, the change in magnetic flux due to the exciting coil is canceled in the area where the degaussing coil is arranged, and the axial end of the fixing roller It is designed to prevent excessive temperature rise.
従来例では、上記励磁コイルに電力供給するためのインバータ回路が設けられている。定着ローラの温度制御は、上記定着ローラの表面温度を温度センサで検出し、上記定着ローラの表面温度が所定の目標温度になるように、上記インバータ回路の出力周波数を可変して上記励磁コイルへの電力供給を増減させることによって行われている(フィードバック制御)。
しかしながら、上記消磁コイルの開閉に伴って、例えば図9に例示するように、上記励磁コイルに対する電力供給側(インバータ回路)から見た負荷、つまり励磁コイルとそれに電磁的に結合した消磁コイルや定着ローラが作る等価回路のインピーダンスが変化する。これに伴って、消磁コイルが開の場合の周波数特性(実線で示す。共振周波数はf01)に対して、消磁コイルが閉の場合の周波数特性(破線で示す。共振周波数はf02)が高周波側にシフトする。このため、例えば定着ローラに投入されるべき電力Pが1200Wである場合において消磁コイルが開から閉へ切り替えられた時、その直後に1200W以上の過剰な電力(破損を招く)が投入されるのを防止するために、インバータ回路の出力周波数fをまず想定される出力周波数よりも高め(図9中のf1)に設定し、徐々に低い出力周波数(図9中のf2)にシフトさせてゆく制御方式が考えられる。このような制御方式では、消磁コイルの開閉時に周波数特性が瞬時に大きくシフトするため、定常状態に復帰するまでの応答時間が長くなって定着品質が損なわれるという問題がある。 However, as the degaussing coil is opened and closed, as illustrated in FIG. 9, for example, a load viewed from the power supply side (inverter circuit) with respect to the exciting coil, that is, the exciting coil and the degaussing coil and the fixing electromagnetically coupled thereto. The impedance of the equivalent circuit created by the roller changes. Accordingly, the frequency characteristic when the degaussing coil is open (shown by a solid line. The resonance frequency is f 01 ) is different from the frequency characteristic when the degaussing coil is closed (shown by a broken line. The resonance frequency is f 02 ). Shift to high frequency side. For this reason, for example, when the power P to be applied to the fixing roller is 1200 W, when the degaussing coil is switched from open to closed, an excessive power of 1200 W or more (which causes damage) is input immediately thereafter. In order to prevent this, the output frequency f of the inverter circuit is first set higher than the assumed output frequency (f 1 in FIG. 9) and gradually shifted to a lower output frequency (f 2 in FIG. 9). Possible control methods. In such a control method, since the frequency characteristic is instantaneously greatly shifted when the degaussing coil is opened and closed, there is a problem that the response time until returning to the steady state becomes long and the fixing quality is impaired.
そこで、この発明の課題は、小サイズシート通過時に定着部材の端部の過昇温を防止して、定着部材の温度分布を均一に制御できるとともに、応答時間に起因する定着品質の問題を解消できる定着装置を提供することにある。また、この発明の課題は、そのような定着装置の一部を構成するコイルユニットを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to prevent excessive temperature rise at the end of the fixing member when passing through a small size sheet, to uniformly control the temperature distribution of the fixing member, and to solve the fixing quality problem caused by the response time. An object of the present invention is to provide a fixing device that can be used. Another object of the present invention is to provide a coil unit that constitutes a part of such a fixing device.
上記課題を解決するため、この発明の定着装置は、
搬送されるシートが外周面に圧接される定着部材と、
上記定着部材の外周面に沿って上記搬送されるシートの幅方向に関して細長く配置された励磁コイルと、
上記励磁コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタと、
上記励磁コイルに関して上記定着部材の反対側で、上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して端部に対応する領域に、上記励磁コイルに沿って配置された消磁コイルと、
上記共振回路に交流電圧を印加することで上記励磁コイルを介して上記定着部材を誘導加熱する高周波電源部と、
上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して上記端部以外の中央部の温度を検出する第1温度検出部と、
上記定着部材のうち上記端部の温度を検出する第2温度検出部と、
上記励磁コイルと上記消磁コイルとの間のコイル間ギャップ層に出入り可能に設けられた磁性材料からなる磁束調整部材と、
上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動可能な磁束調整部材移動機構と、
上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度が所定の目標温度に一致するように上記高周波電源部の出力周波数を可変して設定するとともに、上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度と上記第2温度検出部が検出した上記定着部材の上記端部の温度とが一致するように、上記磁束調整部材移動機構を介して上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動させる制御を行う制御部とを備える。
In order to solve the above problems, the fixing device of the present invention is:
A fixing member in which the conveyed sheet is pressed against the outer peripheral surface;
An excitation coil disposed elongated along the outer circumferential surface of the fixing member in the width direction of the conveyed sheet;
A capacitor connected to the excitation coil and equivalently constituting a resonance circuit;
A demagnetizing coil disposed along the exciting coil in a region corresponding to the end of the fixing member in the width direction of the sheet on the opposite side of the fixing member with respect to the exciting coil;
A high-frequency power supply unit that induction-heats the fixing member via the excitation coil by applying an AC voltage to the resonance circuit;
A first temperature detection unit that detects a temperature of a central portion other than the end portion in the width direction of the sheet among the fixing member;
A second temperature detector for detecting the temperature of the end of the fixing member;
A magnetic flux adjusting member made of a magnetic material provided so as to be able to enter and exit the inter-coil gap layer between the exciting coil and the degaussing coil;
A magnetic flux adjusting member moving mechanism that is movable in a direction in which the magnetic flux adjusting member is inserted into the inter-coil gap layer or a direction in which the magnetic flux adjusting member is pulled out from the inter-coil gap layer;
The output frequency of the high frequency power supply unit is variably set so that the temperature of the central portion of the fixing member detected by the first temperature detection unit matches a predetermined target temperature, and the first temperature detection unit The magnetic flux adjusting member via the magnetic flux adjusting member moving mechanism so that the detected temperature of the center portion of the fixing member and the temperature of the end portion of the fixing member detected by the second temperature detecting portion coincide with each other. And a control unit that performs control to move the coil in a direction to be inserted into the inter-coil gap layer or to be pulled out from the inter-coil gap layer.
この制御方式では、上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度が所定の目標温度に一致するように上記高周波電源部の出力を可変して設定するので、上記定着部材の上記中央部の温度が上記目標温度に制御される。これとともに、上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度と上記第2温度検出部が検出した上記定着部材の上記端部の温度とが一致するように、上記磁束調整部材移動機構を介して上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動させるので、上記定着部材の温度がシートの幅方向に関して均一に制御される。つまり、上記磁束調整部材が上記コイル間ギャップ層内に挿入された位置(これを「第1の位置」と呼ぶ。)にあるとき、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分は、上記磁束調整部材を通って上記励磁コイルへ戻るため、上記消磁コイルを貫通しない。したがって、上記消磁コイルはあまり機能せず、上記定着部材の上記端部の温度にあまり影響を与えない。一方、上記磁束調整部材が上記コイル間ギャップ層から引き出された位置(これを「第2の位置」と呼ぶ。)にあるとき、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分は、上記消磁コイルを貫通する。したがって、上記消磁コイルが上記励磁コイルによる磁束の変化を有効にキャンセルして、定着ローラの軸方向端部の過昇温を有効に防止することができる。この結果、小サイズシート通過時に上記定着部材の端部の過昇温を防止できる。また、上記磁束調整部材移動機構による上記磁束調整部材の移動は徐々に行われるため、既述の消磁コイルを開閉する方式とは異なり、上記励磁コイルとキャパシタとが作る等価的な共振回路の周波数特性を瞬時に大きくシフトさせることがない。したがって、この制御方式によれば、随時、定常状態を維持でき、定着品質を良好に保つことができる。つまり、応答時間に起因する定着品質の問題を解消できる。 In this control method, the output of the high frequency power supply unit is variably set so that the temperature of the central portion of the fixing member detected by the first temperature detecting unit matches a predetermined target temperature. The temperature of the central portion is controlled to the target temperature. At the same time, the magnetic flux adjustment is performed so that the temperature of the central portion of the fixing member detected by the first temperature detecting unit matches the temperature of the end of the fixing member detected by the second temperature detecting unit. Since the magnetic flux adjusting member is moved through the member moving mechanism in a direction to be inserted into the inter-coil gap layer or to be pulled out from the inter-coil gap layer, the temperature of the fixing member is uniformly controlled in the sheet width direction. The That is, when the magnetic flux adjusting member is at a position where it is inserted into the inter-coil gap layer (referred to as “first position”), most of the magnetic flux generated by the exciting coil is the magnetic flux adjusting Since it returns to the exciting coil through the member, it does not penetrate the degaussing coil. Therefore, the degaussing coil does not function so much and does not significantly affect the temperature of the end portion of the fixing member. On the other hand, when the magnetic flux adjusting member is at a position where it is drawn out from the inter-coil gap layer (this is referred to as a “second position”), most of the magnetic flux generated by the exciting coil is the demagnetizing coil. To penetrate. Therefore, the degaussing coil can effectively cancel the change in magnetic flux caused by the exciting coil, and the excessive temperature rise at the axial end of the fixing roller can be effectively prevented. As a result, it is possible to prevent overheating of the end portion of the fixing member when passing through the small size sheet. Further, since the magnetic flux adjusting member is moved gradually by the magnetic flux adjusting member moving mechanism, the frequency of the equivalent resonance circuit formed by the exciting coil and the capacitor is different from the method of opening and closing the demagnetizing coil described above. The characteristic is not greatly shifted instantaneously. Therefore, according to this control method, the steady state can be maintained at any time, and the fixing quality can be kept good. That is, the problem of fixing quality caused by the response time can be solved.
一実施形態の定着装置では、上記磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記コイル間ギャップ層から引き出された後、さらに上記消磁コイルの周りを回って、上記消磁コイルに関して上記励磁コイルと反対の側に相当する位置まで移動されるようになっていることを特徴とする。 In the fixing device according to an embodiment, when the magnetic flux adjusting member is moved in a direction to be pulled out from the inter-coil gap layer by the magnetic flux adjusting member moving mechanism, after being pulled out from the inter-coil gap layer, the demagnetizing coil is further removed. The demagnetizing coil is moved to a position corresponding to the side opposite to the exciting coil.
この一実施形態の定着装置では、上記磁束調整部材が上記消磁コイルに関して上記励磁コイルと反対の側に相当する位置にあるとき、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分は上記消磁コイルを貫通して上記磁束調整部材へ向かって延びる(そして上記磁束調整部材を通って上記励磁コイルに戻る。)。したがって、上記消磁コイルが上記励磁コイルによる磁束の変化を有効にキャンセルでき、定着ローラの軸方向端部の過昇温を有効に防止することができる。 In the fixing device according to this embodiment, when the magnetic flux adjusting member is in a position corresponding to the opposite side of the excitation coil with respect to the demagnetization coil, most of the magnetic flux generated by the excitation coil passes through the demagnetization coil. Extend toward the magnetic flux adjusting member (and return to the exciting coil through the magnetic flux adjusting member). Therefore, the degaussing coil can effectively cancel the change in magnetic flux caused by the exciting coil, and the excessive temperature rise at the axial end of the fixing roller can be effectively prevented.
一実施形態の定着装置では、上記磁束調整部材は、上記コイル間ギャップ層に垂直で上記励磁コイルの中心を通る平面に関して対称に配置された第1の磁束調整部材と第2の磁束調整部材とを含むことを特徴とする。 In the fixing device according to an embodiment, the magnetic flux adjusting member includes a first magnetic flux adjusting member and a second magnetic flux adjusting member which are arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the inter-coil gap layer and passing through the center of the exciting coil. It is characterized by including.
この一実施形態の定着装置では、上記磁束調整部材移動機構が上記第1、第2の磁束調整部材を上記平面に関して互いに対称に移動させることで、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分が上記消磁コイルを貫通しない状態(第1の位置)と上記励磁コイルが発生する磁束の大部分が上記消磁コイルを貫通する状態(第2の位置)とが容易に作られる。この場合、上記磁束調整部材が一体の部材からなる場合に比して、上記第1、第2の磁束調整部材の各々を第1の位置から第2の位置まで移動させる距離は実質的に半減される。 In the fixing device according to this embodiment, the magnetic flux adjusting member moving mechanism moves the first and second magnetic flux adjusting members symmetrically with respect to the plane, so that most of the magnetic flux generated by the exciting coil is the above. A state where the demagnetizing coil does not penetrate (first position) and a state where the majority of the magnetic flux generated by the exciting coil penetrates the degaussing coil (second position) are easily created. In this case, the distance for moving each of the first and second magnetic flux adjusting members from the first position to the second position is substantially halved as compared with the case where the magnetic flux adjusting member is an integral member. Is done.
一実施形態の定着装置では、上記第1、第2の磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記平面に対して対称に平行移動されることを特徴とする。 In the fixing device according to one embodiment, the first and second magnetic flux adjusting members are moved by the magnetic flux adjusting member moving mechanism in a direction of being inserted into the inter-coil gap layer or a direction of being pulled out of the inter-coil gap layer. In this case, it is translated parallel to the plane.
この一実施形態の定着装置では、上記第1、第2の磁束調整部材の隙間が常に均等であるから、上記定着部材のうち上記消磁コイルが対向する領域について、上記消磁コイルの作用が均等になる。したがって、上記定着部材のうち上記消磁コイルが対向する領域の温度を均等に低下できる。 In the fixing device according to this embodiment, the gaps between the first and second magnetic flux adjusting members are always uniform. Therefore, the demagnetizing coil functions equally in the region of the fixing member facing the demagnetizing coil. Become. Therefore, the temperature of the area of the fixing member facing the demagnetizing coil can be evenly reduced.
ここで、実際の定着部材では、例えば上記消磁コイルが対向する領域のうち上記励磁コイルの端部に近い側(外端)に比して遠い側の過昇温が大きいというように、上記消磁コイルが対向する領域内で過昇温の程度が異なる場合がある。 Here, in the actual fixing member, the demagnetization is such that, for example, the excessive temperature rise on the far side is larger than the side (outer end) near the end of the excitation coil in the region facing the demagnetization coil. There are cases where the degree of excessive temperature rise differs in the region where the coils face each other.
そこで、一実施形態の定着装置では、上記第1、第2の磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記平面に対して対称に回転移動されることを特徴とする。 Therefore, in the fixing device according to an embodiment, the first and second magnetic flux adjusting members are moved in a direction to be inserted into the inter-coil gap layer or to be pulled out from the inter-coil gap layer by the magnetic flux adjusting member moving mechanism. When rotating, it is rotationally moved symmetrically with respect to the plane.
この一実施形態の定着装置では、例えば、上記定着部材において上記消磁コイルが対向する領域のうち上記励磁コイルの端部に近い側に比して遠い側の過昇温が大きい場合、上記第1、第2の磁束調整部材が、上記平面に対して対称に回転移動されることによって、上記コイル間ギャップ層に沿った面内で上記各磁束調整部材のうち上記励磁コイルの端部に近い側が狭い一方、上記励磁コイルの中央部に近い側が広い状態に開かれる。このとき、上記励磁コイルが発生して上記消磁コイルを貫通する磁束のうち、上記励磁コイルの端部に近い側を貫通する磁束は少ない一方、上記励磁コイルの中央部に近い側を貫通する磁束は多くなる。したがって、上記消磁コイルのうち上記励磁コイルの端部に近い側に比して上記励磁コイルの中央部に近い側が上記励磁コイルによる磁束の変化を有効にキャンセルする。したがって、上記定着部材において上記消磁コイルが対向する領域のうち上記励磁コイルの端部に近い側に比して上記励磁コイルの中央部に近い側の過昇温が大きい場合であっても、上記定着部材の温度分布が均一になる。このように、この一実施形態の定着装置によれば、上記定着部材において上記消磁コイルが対向する領域内で過昇温の程度が異なる場合であっても、上記定着部材の温度分布を均一に制御できる。 In the fixing device according to this embodiment, for example, when the excessive temperature rise on the far side is larger than the side near the end of the exciting coil in the region facing the degaussing coil in the fixing member, the first The second magnetic flux adjusting member is rotationally moved symmetrically with respect to the plane, so that the side close to the end of the exciting coil in each magnetic flux adjusting member within the plane along the inter-coil gap layer is On the other hand, the side close to the center of the exciting coil is opened wide. At this time, among the magnetic fluxes generated by the exciting coil and penetrating the degaussing coil, the magnetic flux penetrating the side near the end of the exciting coil is small, while the magnetic flux penetrating the side near the central portion of the exciting coil. Will be more. Therefore, the side closer to the center of the exciting coil than the side closer to the end of the exciting coil in the degaussing coil effectively cancels the change in magnetic flux caused by the exciting coil. Therefore, even in the case where the excessive temperature rise on the side near the center of the exciting coil is larger than the side near the end of the exciting coil in the region facing the degaussing coil in the fixing member, The temperature distribution of the fixing member becomes uniform. Thus, according to the fixing device of this embodiment, the temperature distribution of the fixing member is made uniform even when the degree of overheating differs in the fixing member in the region where the degaussing coil faces. Can be controlled.
また、既述のように上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動させると、上記定着部材、上記励磁コイルおよび上記消磁コイルが作る等価回路の周波数特性がシフトする。このため、上記定着部材の上記中央部の温度が上記目標温度から外れようとする。 Further, as described above, when the magnetic flux adjusting member is moved in the direction of insertion into the inter-coil gap layer or the direction of pulling out from the inter-coil gap layer, the equivalent member produced by the fixing member, the excitation coil, and the demagnetization coil The frequency characteristic of the circuit shifts. For this reason, the temperature of the central portion of the fixing member tends to deviate from the target temperature.
そこで、一実施形態の定着装置では、上記制御部は、上記高周波電源部の出力周波数を可変して設定する制御と、上記磁束調整部材移動機構を介して上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入または引き出す制御とを順次繰り返すことを特徴とする。 Therefore, in the fixing device of an embodiment, the control unit controls the output frequency of the high-frequency power supply unit to be variable and sets the magnetic flux adjusting member to the inter-coil gap layer via the magnetic flux adjusting member moving mechanism. It is characterized in that the control of insertion or withdrawal is repeated in sequence.
この一実施形態の定着装置では、上記定着部材の上記中央部の温度が上記目標温度に精度良く制御されるとともに、上記定着部材の温度がシートの幅方向に関して均一に精度良く制御される。 In the fixing device of this embodiment, the temperature of the central portion of the fixing member is accurately controlled to the target temperature, and the temperature of the fixing member is uniformly and accurately controlled in the sheet width direction.
一実施形態の定着装置では、
上記磁束調整部材の上記励磁コイルに対する複数の位置毎に、上記励磁コイルを介して上記定着部材に投入されるべき電力とこの電力に応じた上記高周波電源部の出力周波数とを対応付けて記憶する記憶部を備え、
上記制御部は、上記制御の開始時に、上記高周波電源部の出力周波数の初期値を上記記憶部の記憶内容に基づいて設定することを特徴とする。
In the fixing device of one embodiment,
For each of a plurality of positions of the magnetic flux adjusting member with respect to the excitation coil, the power to be supplied to the fixing member via the excitation coil and the output frequency of the high-frequency power supply unit corresponding to the power are stored in association with each other. A storage unit,
The control unit sets an initial value of an output frequency of the high frequency power supply unit based on the stored contents of the storage unit at the start of the control.
この一実施形態の定着装置では、上記制御部は、上記制御の開始時に、上記高周波電源部の出力周波数の初期値を上記記憶部の記憶内容に基づいて設定する。したがって、想定される出力周波数又はそれに十分に近い周波数から制御を開始できる。この結果、上記制御開始から上記定着部材の温度がシートの幅方向に関して均一に目標温度になるまでの時間を短縮できる。
また、この発明のコイルユニットは、トナーが付着され搬送されるシートを定着部材の外周面に圧接し、上記定着部材の温度によって上記トナーを上記シートに定着させる定着装置を構成するのに用いられるコイルユニットであって、
上記定着部材の外周面に沿って上記搬送されるシートの幅方向に関して細長く配置される励磁コイルと、
上記励磁コイルに関して上記定着部材の反対側で、上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して端部に対応する領域に、上記励磁コイルに沿って配置される消磁コイルと、
上記励磁コイルと上記消磁コイルとの間のコイル間ギャップ層に挿入される向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出される向きに移動可能に設けられた磁性材料からなる磁束調整部材とを備えたことを特徴とする。
この発明のコイルユニットでは、励磁コイルは、上記定着部材の外周面に沿って上記搬送されるシートの幅方向に関して細長く配置される。消磁コイルは、上記励磁コイルに関して上記定着部材の反対側で、上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して端部に対応する領域に、上記励磁コイルに沿って配置される。上記磁束調整部材が上記コイル間ギャップ層内に挿入された位置(これを「第1の位置」と呼ぶ。)にあるとき、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分は、上記磁束調整部材を通って上記励磁コイルへ戻るため、上記消磁コイルを貫通しない。したがって、上記消磁コイルはあまり機能せず、上記定着部材の上記端部の温度にあまり影響を与えない。一方、上記磁束調整部材が上記コイル間ギャップ層から引き出された位置(これを「第2の位置」と呼ぶ。)にあるとき、上記励磁コイルが発生する磁束の大部分は、上記消磁コイルを貫通する。したがって、上記消磁コイルが上記励磁コイルによる磁束の変化を有効にキャンセルして、定着ローラの軸方向端部の過昇温を有効に防止することができる。この結果、小サイズシート通過時に上記定着部材の端部の過昇温を防止できる。
一実施形態のコイルユニットは、上記励磁コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタを備えたことを特徴とする。
一実施形態のコイルユニットは、上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動可能な磁束調整部材移動機構を備えたことを特徴とする。
In the fixing device of this embodiment, the control unit sets an initial value of the output frequency of the high-frequency power supply unit based on the stored contents of the storage unit at the start of the control. Therefore, control can be started from an assumed output frequency or a frequency sufficiently close thereto. As a result, the time from the start of the control until the temperature of the fixing member reaches the target temperature uniformly in the width direction of the sheet can be shortened.
The coil unit of the present invention is used to constitute a fixing device that presses a sheet to which toner is adhered and is conveyed against the outer peripheral surface of the fixing member, and fixes the toner to the sheet according to the temperature of the fixing member. A coil unit,
An exciting coil that is arranged elongated along the outer circumferential surface of the fixing member in the width direction of the conveyed sheet;
A demagnetizing coil disposed along the exciting coil in a region corresponding to an end of the fixing member in the width direction of the sheet on the opposite side of the fixing member with respect to the exciting coil;
A magnetic flux adjusting member made of a magnetic material movably provided in a direction inserted in an inter-coil gap layer between the exciting coil and the degaussing coil or in a direction pulled out from the inter-coil gap layer. Features.
In the coil unit according to the present invention, the exciting coil is arranged elongated along the outer peripheral surface of the fixing member with respect to the width direction of the conveyed sheet. The degaussing coil is disposed along the excitation coil in a region corresponding to the end of the fixing member in the width direction of the sheet, on the opposite side of the fixing member with respect to the excitation coil. When the magnetic flux adjusting member is located at a position where the magnetic flux adjusting member is inserted into the inter-coil gap layer (this is referred to as a “first position”), most of the magnetic flux generated by the exciting coil Since it passes through and returns to the exciting coil, it does not penetrate the degaussing coil. Therefore, the degaussing coil does not function so much and does not significantly affect the temperature of the end portion of the fixing member. On the other hand, when the magnetic flux adjusting member is at a position where it is drawn out from the inter-coil gap layer (this is referred to as a “second position”), most of the magnetic flux generated by the exciting coil is the demagnetizing coil. To penetrate. Therefore, the degaussing coil can effectively cancel the change in magnetic flux caused by the exciting coil, and the excessive temperature rise at the axial end of the fixing roller can be effectively prevented. As a result, it is possible to prevent overheating of the end portion of the fixing member when passing through the small size sheet.
A coil unit according to an embodiment includes a capacitor connected to the exciting coil and equivalently forming a resonance circuit.
The coil unit according to an embodiment includes a magnetic flux adjusting member moving mechanism that is movable in a direction in which the magnetic flux adjusting member is inserted into the inter-coil gap layer or a direction in which the magnetic flux adjusting member is pulled out from the inter-coil gap layer.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
図1は本発明の一実施形態の定着装置のブロック構成を示している。この定着装置は、定着ユニット10と、この定着ユニット10に対して別体として設けられた消磁ユニット30と、上記定着ユニット10と消磁ユニット30との間のコイル間ギャップ層60に出入り可能に設けられた磁束調整部材61A,62A,61B,62Bと、上記ユニット10,30に対して磁束調整部材61A,62A,61B,62BをY方向に関して相対的に移動させるための磁束調整部材移動機構33と、高周波電源部としての電源装置11と、制御部としてのシステム制御部20とを備えている。
FIG. 1 shows a block configuration of a fixing device according to an embodiment of the present invention. The fixing device is provided so as to be able to enter and leave the fixing
定着ユニット10には、定着部材としての定着ローラ1と、加圧部材としての加圧ローラ2と、励磁コイル3と、第1,第2温度検出部としての二つの温度検出センサ4A,4Bとが、それぞれ位置決めして取り付けられている。
The fixing
定着ローラ1と加圧ローラ2とは、紙などのシート6を通すニップ5を形成するように、図示しないバネなどの付勢手段によって互いに圧接されている。ただし、ジャム発生時は、励磁コイル3や定着ローラ1を残して、図1において右方向(+Y方向)に加圧ローラ2が取り外し可能になっている。また、部品交換時は、励磁コイル3を残して、定着ローラ1や加圧ローラ2が図1において右方向に取り外し可能になっている。
The fixing
図1に示すように、上記定着ユニット10に各部品1,2,3,4A,4Bが取り付けられた状態で、定着ローラ1は図示しない駆動源(モータなど)によって矢印a方向(図1において反時計回り)に回転され、それに従動して、加圧ローラ2は矢印b方向(図1において時計回り)に回転される。定着動作時には、片面6aにトナー9が付着されたシート6が図1においてニップ5を通して下方から上方へ搬送される。これにより、トナー9がシート6に定着される。なお、図1の紙面に対して垂直な方向(X方向)がシート6の幅方向に相当する。なお、定着ローラ1を回転駆動させて加圧ローラ2を従動回転させてもよい。つまり、駆動と従動の関係は、逆であってもかまわない。
As shown in FIG. 1, with the
定着ローラ1は、例えば鉄製の芯金上に、厚さ5mmのSi(シリコン)スポンジゴム層と、厚さ50μmのNi(ニッケル)とCr(クロム)からなる合金層と、厚さ1mmのSiゴム層と、厚さ20μmのPFA(テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)からなる表層とを設けて構成されている。また、加圧ローラ2は、鉄製の芯金上に、厚さ5mmのSi発泡ゴム層と、厚さ30μmのPFA表層とを設けて構成されている。
The fixing
励磁コイル3は、例えば図4A中に示すように、定着ローラ1の上方に、定着ローラ1の軸方向(図1におけるX方向に相当する)に関して細長く配置されている。具体的には、励磁コイル3は、導線束を層を成すように長円形状に複数回巻回して形成されている。その層が図示しないホルダに支持されて、上記定着ローラ1の外周面に接近して配置されている。これにより、励磁コイル3に交流電流を流すことによって、定着ローラ1が含むNiCr合金層を電磁誘導によって直接加熱するようになっている。なお、1本の導線束は、通電効率を高めるために素線(直径0.18mm〜0.20mm程度の銅線であってエナメルで絶縁被覆されたもの)を百数十本程度束ねて形成された直径数mm程度の公知の撚り線である。
For example, as shown in FIG. 4A, the
また、図4A中に示すように、第1温度検出部としての温度検出センサ4Aは、定着ローラ1の外周面のうち軸方向に関して中央部Aに対向して配置され、公知の赤外線方式で定着ローラ1の中央部Aの表面温度(これを温度Taと呼ぶ。)を検出するようになっている。第2温度検出部としての温度検出センサ4Bは、定着ローラ1の外周面のうち軸方向に関して端部Bに対向して配置され、公知の赤外線方式で定着ローラ1の端部Bの表面温度(これを温度Tbと呼ぶ。)を検出するようになっている。これらの温度検出センサ4A,4Bが検出した温度Ta,Tbは、図1中に示すシステム制御部20へ送られる。
Further, as shown in FIG. 4A, the
消磁ユニット30には、二つの消磁コイル31A,31Bが位置決めして取り付けられている。図4A中に示すように、消磁コイル31A,31Bは、それぞれ励磁コイル3の上方で、定着ローラ1の軸方向両側の端部B,Bに対応する領域に、励磁コイル3に沿って配置されている。各消磁コイル31A,31Bは、励磁コイル3よりも短尺ではあるが、励磁コイル3と同様に導線束を長円形状に複数回巻回して形成されている。
Two
図4Aでは、理解の容易のために、上記定着ユニット10と消磁ユニット30との間のコイル間ギャップ層60がZ方向に拡大して示されている。ここで、コイル間ギャップ層60のZ方向寸法はZ1で示されている。図4Aにおいて左側の端部Bに対応する領域に、第1の磁束調整部材としての磁束調整部材61Aと第2の磁束調整部材としての磁束調整部材62Aとが設けられている。一方、図4Aにおいて右側の端部Bに対応する領域に、第1の磁束調整部材としての磁束調整部材61Bと第2の磁束調整部材としての磁束調整部材62Bとが設けられている。これらの磁束調整部材61A,62A;61B,62Bは、上記励磁コイル3の長手方向(X方向)に関して、それぞれ対応する消磁コイル31A,31Bの寸法と実質的に同じ寸法をもつ。
In FIG. 4A, the
図4Aに示す配置(この配置を「第1の位置」と呼ぶ。)では、磁束調整部材61A,62Aは、磁束調整部材61B,62Bと同様に、上記コイル間ギャップ層60に沿ったXY面内で上記励磁コイルの長手方向(X方向)に沿って互いに平行に配置されている。
In the arrangement shown in FIG. 4A (this arrangement is referred to as “first position”), the magnetic
図4Bに示す配置(この配置を「第2の位置」と呼ぶ。)では、磁束調整部材61A,62Aは、上記コイル間ギャップ層60に沿ったXY面内で各磁束調整部材61A,62Aのうち励磁コイル3の端部に近い側(+X側)が狭い一方、励磁コイル3の中央部に近い側(−X側)が広い状態に開かれている。磁束調整部材61B,62Bは、上記コイル間ギャップ層60に沿ったXY面内で各磁束調整部材61A,62Aのうち励磁コイル3の端部に近い側(−X側)が狭い一方、励磁コイル3の中央部に近い側(+X側)が広い状態に開かれている。つまり、磁束調整部材61A,62Aは、磁束調整部材61B,62Bとともに、上記コイル間ギャップ層60に沿った面内で励磁コイル3の中央部に向かって八の字状に開かれている。
In the arrangement shown in FIG. 4B (this arrangement is referred to as a “second position”), the magnetic
これらの磁束調整部材61A,62Aは、磁束調整部材61B,62Bとともに、図1中に示す磁束調整部材移動機構33によって、図4Aに示す第1の位置から図4Bに示す第2の位置へ又はその逆向きに、励磁コイル3の中心を通るZX平面に関して対称に移動されるようになっている。具体的には、上記第1の位置から上記第2の位置まで移動されるとき、磁束調整部材61A,62Aは、これらの部材61A,62Aの+X側に設けられた図示しない回転中心の周りに、それぞれ矢印d1,d2で示すように回転されて、八の字状に開かれる。逆に、上記第2の位置から上記第1の位置まで移動されるときは、磁束調整部材61A,62Aは、その回転中心の周りにそれぞれ先ほどとは反対向きに回転されて、平行に閉じられる。一方、上記第1の位置から上記第2の位置まで移動されるとき、磁束調整部材61B,62Bは、これらの部材61B,62Bの−X側に設けられた図示しない回転中心の周りに、それぞれ矢印e1,e2で示すように回転されて、八の字状に開かれる。逆に、上記第2の位置から上記第1の位置まで移動されるときは、磁束調整部材61B,62Bは、その回転中心の周りにそれぞれ先ほどとは反対向きに回転されて、平行に閉じられる。この例では、磁束調整部材61A,62Aの回転と磁束調整部材61B,62Bの回転とは連動しており、磁束調整部材61A,62A間の開き角度と磁束調整部材61B,62B間の開き角度とは、常に同一になっている。
These magnetic
図1中に示すように、磁束調整部材移動機構33は、システム制御部20からの消磁ユニット移動制御信号SigCによって制御されるステッピングモータ34と、このステッピングモータ34によって駆動されるギヤ35とを有している。ギヤ35が矢印cのように回動されることにより、伝達機構38A,38Bを介して磁束調整部材61A,62A;61B,62Bが図4Aに示す第1の位置と図4Bに示す第2の位置との間で移動される。
As shown in FIG. 1, the magnetic flux adjusting
例えば磁束調整部材61A,62Aが図4Aに示す第1の位置にあるとき、図5(A)に模式的に示すように、励磁コイル3が発生する磁束MFの大部分は、磁束調整部材61A,62Aを通って励磁コイル3へ戻るため、消磁コイル31Aを貫通しない。したがって、消磁コイル31Aはあまり機能せず、定着ローラ1の対応する端部Bの温度にあまり影響を与えない。この場合、図4Aに示すように、定着ローラ1の端部Bで投入される電力を例えばQbとする。なお、定着ローラ1の中央部Aに投入される電力Qaに比して、この電力Qbは小さいものとする。
For example, when the magnetic
一方、磁束調整部材61A,62Aが図4Bに示す第2の位置にあるとき、図5(B)に模式的に示すように、励磁コイル3が発生する磁束MFの大部分は、消磁コイル31Aを貫通する。したがって、消磁コイル31Aが励磁コイル3による磁束MFの変化を有効にキャンセルする。つまり、消磁コイル31Aの消磁力が大きくなる。これにより、磁束調整部材61A,62Aが図4Aに示す第1の位置にある場合に比して、定着ローラ1の対応する端部Bでは投入される電力が小さく、例えばQb′(<Qb)となる。
On the other hand, when the magnetic
したがって、図1中に示すシート6が定着ローラ1の中央部Aのみを通過するような小サイズシートであっても、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bを図4Aに示す第1の位置から図4Bに示す第2の位置へ移動させることによって、定着ローラ1の端部Bの過昇温を防止することができる。
Therefore, even if the sheet 6 shown in FIG. 1 is a small size sheet that passes only through the central portion A of the fixing
ここで、図6Aは実際の定着ローラ1で生ずる温度分布を示している(縦軸は温度、横軸は定着ローラ1の軸方向(X方向)に関する位置を表している。)。この図6A中の破線P0は磁束調整部材が無く消磁コイルが開の場合の温度分布を例示し、実線P1は磁束調整部材が無く消磁コイルが閉の場合の温度分布を例示している。これらの例示から分かるように、実際の定着ローラ1では、消磁コイルが対向する領域Bのうち励磁コイル3の端部に近い側(外端)に比して励磁コイル3の中央部に近い側の過昇温が大きいというように、消磁コイルが対向する領域B内で過昇温の程度が異なる場合がある。消磁コイルが対向する領域Bのうち励磁コイル3の端部に近い側(外端)では、励磁コイル3の中央部と端部との間での磁束密度の相違や自然放熱によって、温度が低下するからである。
Here, FIG. 6A shows the temperature distribution generated in the actual fixing roller 1 (the vertical axis indicates the temperature, and the horizontal axis indicates the position in the axial direction (X direction) of the fixing roller 1). The broken line P0 in FIG. 6A illustrates the temperature distribution when there is no magnetic flux adjusting member and the degaussing coil is open, and the solid line P1 illustrates the temperature distribution when there is no magnetic flux adjusting member and the degaussing coil is closed. As can be seen from these examples, in the
このような温度分布が生ずる場合に、仮に、磁束調整部材移動機構33によって磁束調整部材61A,62A;61B,62Bを励磁コイル3の中心を通るZX平面に関して対称に平行移動するものとすれば、図6A中に点線P2で示すように、定着ローラ1の端部Bの温度を目標温度Tt以下に抑えて過昇温を防止することができる。ただし、消磁コイルが対向する領域B内で一様に投入電力が小さくなるので、消磁コイルが対向する領域Bのうち励磁コイル3の端部に近い側(外端)では、温度低下が問題になることがある。
If such temperature distribution occurs, suppose that the magnetic flux adjusting
そこで、この例では、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bが図4Bに示す第2の位置にあるとき、磁束調整部材61A,62Aは、磁束調整部材61B,62Bとともに、上記コイル間ギャップ層60に沿った面内で励磁コイル3の中央部に向かって八の字状に開かれている。この結果、励磁コイル3が発生して消磁コイル31A,31Bを貫通する磁束MFのうち、励磁コイル3の端部に近い側を貫通する磁束は少ない一方、励磁コイル3の中央部に近い側を貫通する磁束は多くなる。したがって、消磁コイル31A,31Bのうち励磁コイル3の端部に近い側に比して励磁コイル3の中央部に近い側が励磁コイル3による磁束の変化を有効にキャンセルする。したがって、図6A中に示したように定着ローラ1において消磁コイル31A,31Bが対向する領域Bのうち励磁コイル3の端部に近い側に比して励磁コイル3の中央部に近い側の過昇温が大きい場合であっても、図6B中に実線P3で示すように、定着ローラ1の温度分布が均一になる。
Therefore, in this example, when the magnetic
図1中に示す電源装置11は、商用電力を、システム制御部20からの励磁制御信号SigEに応じた周波数(これを「出力周波数」という。)の高周波に変換して、得られた高周波の電圧(電力)を励磁コイル3へ出力する。これにより励磁コイル3に交番電流を流して、定着ローラ1が含むNiCr合金層を誘導加熱する。これとともに、電源装置11は、システム制御部20からの消磁制御信号SigDに応じて、図示しないスイッチをオフ、オンして、消磁コイル31A,31Bを開閉する。消磁コイルが「開」状態であれば、消磁コイルには誘導電流が流れないため、消磁は行われない。消磁コイルが「閉」状態であれば、消磁コイルには誘導電流が流れて、消磁が可能となる。後述の制御例では、消磁コイルが「閉」状態に保たれる。
The
図2は、励磁コイル3に交番電流を流すために、電源装置11に含まれたインバータ回路の構成を具体的に示している。インバータ回路の構成としては並列共振回路と直列共振回路とが考えられるが、図2は好ましい直列共振回路の例である。
FIG. 2 specifically shows the configuration of an inverter circuit included in the
この図2中では、図1中に示した励磁コイル3は、インダクタンスLs43と実効抵抗Rs43とからなる直列等価回路43によって表されている。この直列等価回路43は、励磁コイル3に加えて、励磁コイル3に対して電磁誘導により結合する定着ローラ1や消磁コイル31A,31Bなどの寄与を含むものである。なお、これらのインダクタンスLs43と実効抵抗Rs43の値は、一般的にLCRメータと呼ばれるインピーダンス測定器を、励磁コイル3の両端部に接続して測定することにより求められる。
In FIG. 2, the
IHユニット43、実際には励磁コイル3には、キャパシタとしての共振コンデンサ44が直列接続されて直列共振回路42を構成している。この直列共振回路42の共振周波数f0(単位;Hz)は、次式(1)で与えられる。
f0=1/(2π(LsC)1/2) …(1)
A
f 0 = 1 / (2π (LsC) 1/2 ) (1)
ただし、LsはインダクタンスLs43の値(単位;H(ヘンリ))、Cは共振コンデンサ44の容量(単位;F(ファラッド))である。 However, Ls is the value of inductance Ls43 (unit; H (henry)), and C is the capacity of resonance capacitor 44 (unit: F (farad)).
このインバータ回路は、商用電源(AC電源)12に接続されたダイオードブリッジDB41、平滑コイルLf41および平滑コンデンサCf41からなる整流回路41と、それぞれパワートランジスタからなる一対のスイッチング素子45A,45Bと、これらのスイッチング素子45A,45Bを過電圧から保護するためのフライホイールダイオードD45A,D45Bとから構成されている。
The inverter circuit includes a diode bridge DB41 connected to a commercial power supply (AC power supply) 12, a
上記一対のスイッチング素子45A,45Bは、システム制御部20からの励磁制御信号SigEに応じた出力周波数fでオンオフ制御されるようになっている。これにより、IHユニット43を介して定着ローラ1へ電力が投入される。
この実施形態では、このIHユニット43と、図1中に示した消磁ユニット30と、磁束調整部材61A,62A,61B,62Bと、磁束調整部材移動機構33とが、コイルユニットを構成している。
The pair of switching elements 45 </ b> A and 45 </ b> B are on / off controlled at an output frequency f corresponding to the excitation control signal SigE from the
In this embodiment, the
図3は、直列共振回路42の駆動波形を示している。ILsはIHユニット43を流れる電流を示し、VCEは各スイッチング素子45A,45Bのコレクタ・エミッタ間電圧を示し、また、Tはスイッチング素子オン期間を示している。
FIG. 3 shows a drive waveform of the
図7は、この直列共振回路42の周波数特性、すなわち、インバータ回路の出力周波数fと定着ローラ1に投入される電力Pとの関係を、磁束調整部材61A,62A間および磁束調整部材61B,62B間の開き角度を表す角度位置C1,C2,C3,C4,C5をパラメータとして示している(理解の容易のため、各開き角度とそれに対応する周波数特性とを同じ符号で示している。)。直列共振回路42では、出力周波数fが共振周波数(グラフのピークを与える周波数)と一致しているときに、インピーダンスZが最小となり、電流が最も多く流れる。したがって、定着ローラ1へ投入される電力値Pが最大となる。この図7から分かるように、磁束調整部材61A,62A間および磁束調整部材61B,62B間が最小開き角度(=0°)である角度位置C5から最大開き角度(=180°)である角度位置C1まで変化するにつれて、直列共振回路42の周波数特性が次第に高周波側にシフトする。この図7では、5つの角度位置C1,C2,C3,C4,C5についてのみ周波数特性を示しているが、磁束調整部材61A,62A間および磁束調整部材61B,62B間の開き角度は連続的または略連続的に多段階で可変され得る。
FIG. 7 shows the frequency characteristics of the
図1中に示すシステム制御部20は、温度検出センサ4A,4Bが検出した温度Ta,Tbに基づいて、定着ローラ1の外周面の温度が目標温度になるように、励磁制御信号SigEを出力して電源装置11をフィードバック制御する(詳しくは後述)。また、後述の制御例では、消磁制御信号SigDによって、消磁コイル31A,31Bを「閉」状態に保つ。このシステム制御部20は、例えばCPU(中央演算処理装置)21と、処理プログラムや各種データを記憶する記憶部23とを備えている。なお、このシステム制御部20は、定着装置のみを制御する回路であっても良いし、上位の全体装置、例えば、この定着装置が組み込まれた画像形成装置の全体を制御する回路の一部であっても良い。
The
この例では、記憶部23は、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bの角度位置C1〜C5毎に、定着ローラ1に投入されるべき電力Pとこの電力Pに応じた電源装置11の出力周波数fとを対応付けて記憶している。
In this example, the
図8は、システム制御部20による具体的な制御のフローを示している。
FIG. 8 shows a specific control flow by the
予め、システム制御部20は、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bの角度位置(C1〜C5の範囲内)を認識しているものとする。そして、システム制御部20は、定着ローラ1へ投入されるべき電力Pを設定し、この電力Pと消磁コイル31A,31Bが存在するZ方向位置とに応じて、電源装置11の出力周波数fを設定しているものとする。
It is assumed that the
例えば、図7中に示すように、定着ローラ1へ投入されるべき電力Pは1200W(ワット)であり、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bの角度位置はC3であり、それらに応じて電源装置11の出力周波数fは初期値としてf3=約43kHzに設定されているものとする。
For example, as shown in FIG. 7, the electric power P to be supplied to the fixing
まず、図8のステップS1において、温度検出センサ4Aによって定着ローラ1の中央部Aの温度Taを検出する。次に、ステップS2において、この温度Taと、定着ローラ1へ投入されるべき電力Pに応じた目標温度Ttとを比較する。ここで、Ta<Ttであれば、ステップS3に進んで、電源装置11の出力周波数fを低下させる。これにより、図7中の周波数特性C3のスロープに応じて、定着ローラ1へ投入される実際の電力が増加して、定着ローラ1の中央部Aの温度Taが上昇する。一方、ステップS2でTa>Ttであれば、ステップS4に進んで、電源装置11の出力周波数fを上昇させる。これにより、図7中の周波数特性C3のスロープに応じて、定着ローラ1へ投入される実際の電力が増加して、定着ローラ1の中央部Aの温度Taが下降する。このように、システム制御部20は、定着ローラ1の中央部Aの温度Taを目標温度Ttに一致するようにフィードバック制御を行う(ステップS1〜S4)。
First, in step S1 of FIG. 8, the
図8のステップS2で定着ローラ1の中央部Aの温度Taが目標温度Ttに一致していれば、ステップS5に進んで、温度検出センサ4Bによって定着ローラ1の端部Bの温度Tbを検出する。次に、ステップS6において、この温度Tbと、先ほど検出した温度Taとを比較する。ここで、Ta<Tbであれば、ステップS7に進んで、磁束調整部材移動機構33によって磁束調整部材61A,62A;61B,62Bをコイル間ギャップ層60から引き出す向きに移動させる。この例では、磁束調整部材61A,62A間および磁束調整部材61B,62B間の開き角度を大きくする。これにより、消磁コイル31A,31Bの消磁力が大きくなって、定着ローラ1の端部Bの温度Tbが中央部Aの温度Taに対して相対的に低下する。一方、ステップS6でTa>Tbであれば、ステップS8に進んで、磁束調整部材移動機構33によって磁束調整部材61A,62A;61B,62Bをコイル間ギャップ層60に挿入する向きに移動させる。この例では、磁束調整部材61A,62A間および磁束調整部材61B,62B間の開き角度を小さくする。これにより、消磁コイル31A,31Bの消磁力が小さくなって、定着ローラ1の端部Bの温度Tbが中央部Aの温度Taに対して相対的に上昇する。このように、システム制御部20は、定着ローラ1の端部Bの温度Tbが中央部Aの温度Taに一致するようにフィードバック制御を行う(ステップS5〜S8)。
If the temperature Ta of the central portion A of the fixing
ステップS7またはS8の処理を行うと、直列共振回路42の周波数特性が図7中の周波数特性C3からそれぞれC2またはC4に向かってシフトする。このため、同じ出力周波数fを維持していたのでは、定着ローラ1の中央部Aの温度Taが目標温度Ttから外れようとする。そこで、ステップS7またはS8の処理後にステップS1に戻って、ステップS1〜S4のフィードバック制御を行って、定着ローラ1の中央部Aの温度Taを目標温度Ttに一致させる。
When the process of step S7 or S8 is performed, the frequency characteristic of the
このように、定着ローラ1の中央部Aの温度Taを目標温度Ttに一致させるフィードバック制御(ステップS1〜S4)と、定着ローラ1の端部Bの温度Tbを中央部Aの温度Taに一致させるフィードバック制御(ステップS5〜S8)とを繰り返す。
As described above, the feedback control (steps S1 to S4) for matching the temperature Ta of the central portion A of the fixing
そして、ステップS6で定着ローラ1の端部Bの温度Tbが中央部Aの温度Taに一致すれば、他の制御にリターンする。
If the temperature Tb at the end B of the fixing
このようにして、消磁コイル31A,31Bのお蔭で、図1中に示すシート6が定着ローラ1の中央部Aのみを通過するような小サイズシートであっても定着ローラ1の端部Bの過昇温を防止することができる。これとともに、定着ローラ1の軸方向に関する温度分布の均一性を精度良く制御することができる。
In this way, thanks to the degaussing coils 31A and 31B, even if the sheet 6 shown in FIG. 1 is a small size sheet that passes only through the central portion A of the fixing
また、磁束調整部材移動機構33による磁束調整部材61A,62A;61B,62Bの移動は徐々に行われるため、既述の消磁コイルを開閉する方式とは異なり、直列共振回路42の周波数特性を瞬時に大きくシフトさせることがない。したがって、この制御方式によれば、随時、定常状態を維持でき、定着品質を良好に保つことができる。つまり、応答時間に起因する定着品質の問題を解消できる。
Further, since the magnetic
また、上記制御の開始時に、電源装置11の出力周波数fの初期値を記憶部23の記憶内容に基づいて設定するので、想定される出力周波数又はそれに十分に近い周波数から制御を開始できる。この結果、制御開始から定着ローラ1の温度がシートの幅方向に関して均一に目標温度になるまでの時間を短縮できる。
Moreover, since the initial value of the output frequency f of the
なお、上述の実施形態では、磁束調整部材移動機構33が磁束調整部材61A,62A;61B,62Bをそれぞれ回転して八の字状に開くものとしたが、これに限られるものではない。既に触れたように、磁束調整部材移動機構33は、磁束調整部材61A,62A;61B,62Bを励磁コイル3の中心を通るZX平面に関して対称に平行移動するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the magnetic flux adjusting
また、図10(A)中に示すように、定着ローラ1の各端部Bに対応して一体の1つの磁束調整部材91を設けても良い。この場合も、磁束調整部材移動機構33によって、磁束調整部材91をコイル間ギャップ層60内に挿入する向き又はコイル間ギャップ層60から引き出す向きに移動させることによって、定着ローラ1の温度を軸方向(図1中のX方向)に関して均一に制御できる。この結果、小サイズシート通過時に定着ローラ1の端部Bの過昇温を防止できる。
Further, as shown in FIG. 10A, one integral magnetic
また、上記磁束調整部材91コイル間ギャップ層60から引き出す向きに移動させるとき、図10(B)中に示すように、上記磁束調整部材91を消磁コイル(この例では31Aのみを示す。)に関して励磁コイル3と反対の側に相当する位置まで移動させても良い。この場合、磁束調整部材91は、例えば図10(A)中に示す位置から移動されるとき、まずコイル間ギャップ層60から引き出され、さらに消磁コイル31Aの周りを回って、図10(B)中に示す位置まで移動される。上記磁束調整部材がこの図10(B)中に示す位置にあるとき、励磁コイル3が発生する磁束MFの大部分は消磁コイル31Aを貫通して磁束調整部材91へ向かって延びる(そして磁束調整部材91を通って励磁コイル3に戻る。)。したがって、消磁コイル31Aが励磁コイル3による磁束MFの変化を有効にキャンセルでき、定着ローラ1の軸方向端部Bの過昇温を有効に防止することができる。
Further, when the magnetic
また、上述の実施形態では、定着部材としての定着ローラ1が、励磁コイル3による電磁誘導を直接受けて渦電流によって加熱される場合(これを直接加熱方式と呼ぶ。)について説明したが、これに限られるものではない。この発明は、定着部材が電磁誘導コイルによる電磁誘導を受けて渦電流によって発熱する別の発熱部材を介して間接的に加熱される場合(これを間接加熱方式と呼ぶ。)にも好適に適用される。
In the above-described embodiment, the case where the fixing
また、上述の実施形態では、励磁コイル3と共振コンデンサ44とが直列接続されて直列共振回路42を構成するものとしたが、これに限られるものではない。この発明は、励磁コイルとキャパシタとで並列共振回路を構成する場合にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、第2温度検出部としての温度検出センサ4Bは、定着ローラ1の軸方向両側の端部のうち一方の端部Bのみに対応して設けたが、これに限られるものではない。第2温度検出部を定着ローラ1の軸方向両側の端部B,Bにそれぞれ対応して設けて、定着ローラ1の中央部Aの温度Taと、両側の端部B,Bの温度Tb,Tbとが一致するように制御を行っても良い。
Further, in the above-described embodiment, the
1 定着ローラ
2 加圧ローラ
3 励磁コイル
4A,4B 温度検出センサ
5 ニップ
11 電源装置
12 商用電源
20 システム制御部
23 記憶部
31A,31B 消磁コイル
60 コイル間ギャップ層
61A,61B 第1の磁束調整部材
62A,62B 第2の磁束調整部材
91 磁束調整部材
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記定着部材の外周面に沿って上記搬送されるシートの幅方向に関して細長く配置された励磁コイルと、
上記励磁コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタと、
上記励磁コイルに関して上記定着部材の反対側で、上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して端部に対応する領域に、上記励磁コイルに沿って配置された消磁コイルと、
上記共振回路に交流電圧を印加することで上記励磁コイルを介して上記定着部材を誘導加熱する高周波電源部と、
上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して上記端部以外の中央部の温度を検出する第1温度検出部と、
上記定着部材のうち上記端部の温度を検出する第2温度検出部と、
上記励磁コイルと上記消磁コイルとの間のコイル間ギャップ層に出入り可能に設けられた磁性材料からなる磁束調整部材と、
上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動可能な磁束調整部材移動機構と、
上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度が所定の目標温度に一致するように上記高周波電源部の出力周波数を可変して設定するとともに、上記第1温度検出部が検出した上記定着部材の上記中央部の温度と上記第2温度検出部が検出した上記定着部材の上記端部の温度とが一致するように、上記磁束調整部材移動機構を介して上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動させる制御を行う制御部とを備えた定着装置。 A fixing member in which the conveyed sheet is pressed against the outer peripheral surface;
An excitation coil disposed elongated along the outer circumferential surface of the fixing member in the width direction of the conveyed sheet;
A capacitor connected to the excitation coil and equivalently constituting a resonance circuit;
A demagnetizing coil disposed along the exciting coil in a region corresponding to the end of the fixing member in the width direction of the sheet on the opposite side of the fixing member with respect to the exciting coil;
A high-frequency power supply unit that induction-heats the fixing member via the excitation coil by applying an AC voltage to the resonance circuit;
A first temperature detection unit that detects a temperature of a central portion other than the end portion in the width direction of the sheet among the fixing member;
A second temperature detector for detecting the temperature of the end of the fixing member;
A magnetic flux adjusting member made of a magnetic material provided so as to be able to enter and exit the inter-coil gap layer between the exciting coil and the degaussing coil;
A magnetic flux adjusting member moving mechanism that is movable in a direction in which the magnetic flux adjusting member is inserted into the inter-coil gap layer or a direction in which the magnetic flux adjusting member is pulled out from the inter-coil gap layer;
The output frequency of the high frequency power supply unit is variably set so that the temperature of the central portion of the fixing member detected by the first temperature detection unit matches a predetermined target temperature, and the first temperature detection unit The magnetic flux adjusting member via the magnetic flux adjusting member moving mechanism so that the detected temperature of the center portion of the fixing member and the temperature of the end portion of the fixing member detected by the second temperature detecting portion coincide with each other. And a control unit that performs control to move the lens in a direction to be inserted into the inter-coil gap layer or to be pulled out from the inter-coil gap layer.
上記磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記コイル間ギャップ層から引き出された後、さらに上記消磁コイルの周りを回って、上記消磁コイルに関して上記励磁コイルと反対の側に相当する位置まで移動されるようになっていることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1,
When the magnetic flux adjusting member is moved in the direction to be pulled out from the inter-coil gap layer by the magnetic flux adjusting member moving mechanism, after being pulled out from the inter-coil gap layer, the magnetic flux adjusting member is further rotated around the demagnetizing coil and demagnetized. A fixing device, wherein the fixing device is moved to a position corresponding to a side opposite to the exciting coil with respect to the coil.
上記磁束調整部材は、上記コイル間ギャップ層に垂直で上記励磁コイルの中心を通る平面に関して対称に配置された第1の磁束調整部材と第2の磁束調整部材とを含むことを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1,
The magnetic flux adjusting member includes a first magnetic flux adjusting member and a second magnetic flux adjusting member arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the inter-coil gap layer and passing through the center of the exciting coil. apparatus.
上記第1、第2の磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記平面に対して対称に平行移動されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 3.
The first and second magnetic flux adjusting members are symmetrical with respect to the plane when moved by the magnetic flux adjusting member moving mechanism in the direction of insertion into the inter-coil gap layer or the direction of drawing out from the inter-coil gap layer. A fixing device that is translated in parallel.
上記第1、第2の磁束調整部材は、上記磁束調整部材移動機構によって上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動されるとき、上記平面に対して対称に回転移動されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 3.
The first and second magnetic flux adjusting members are symmetrical with respect to the plane when moved by the magnetic flux adjusting member moving mechanism in the direction of insertion into the inter-coil gap layer or the direction of drawing out from the inter-coil gap layer. And a fixing device that is rotated and moved.
上記制御部は、上記高周波電源部の出力周波数を可変して設定する制御と、上記磁束調整部材移動機構を介して上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入または引き出す制御とを順次繰り返すことを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1,
The control unit sequentially repeats control for variably setting the output frequency of the high frequency power supply unit and control for inserting or extracting the magnetic flux adjusting member into the inter-coil gap layer via the magnetic flux adjusting member moving mechanism. A fixing device.
上記磁束調整部材の上記励磁コイルに対する複数の位置毎に、上記励磁コイルを介して上記定着部材に投入されるべき電力とこの電力に応じた上記高周波電源部の出力周波数とを対応付けて記憶する記憶部を備え、
上記制御部は、上記制御の開始時に、上記高周波電源部の出力周波数の初期値を上記記憶部の記憶内容に基づいて設定することを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1,
For each of a plurality of positions of the magnetic flux adjusting member with respect to the excitation coil, the power to be supplied to the fixing member via the excitation coil and the output frequency of the high-frequency power supply unit corresponding to the power are stored in association with each other. A storage unit,
The fixing device, wherein at the start of the control, the control unit sets an initial value of an output frequency of the high-frequency power supply unit based on stored contents of the storage unit.
上記定着部材の外周面に沿って上記搬送されるシートの幅方向に関して細長く配置される励磁コイルと、An exciting coil that is arranged elongated along the outer circumferential surface of the fixing member in the width direction of the conveyed sheet;
上記励磁コイルに関して上記定着部材の反対側で、上記定着部材のうち上記シートの幅方向に関して端部に対応する領域に、上記励磁コイルに沿って配置される消磁コイルと、A demagnetizing coil disposed along the exciting coil in a region corresponding to an end of the fixing member in the width direction of the sheet on the opposite side of the fixing member with respect to the exciting coil;
上記励磁コイルと上記消磁コイルとの間のコイル間ギャップ層に挿入される向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出される向きに移動可能に設けられた磁性材料からなる磁束調整部材とを備えたことを特徴とするコイルユニット。A magnetic flux adjusting member made of a magnetic material movably provided in a direction inserted in an inter-coil gap layer between the exciting coil and the degaussing coil or in a direction pulled out from the inter-coil gap layer. Features coil unit.
上記励磁コイルに接続されて等価的に共振回路を構成するキャパシタを備えたことを特徴とするコイルユニット。A coil unit comprising a capacitor connected to the excitation coil and equivalently constituting a resonance circuit.
上記磁束調整部材を上記コイル間ギャップ層内に挿入する向き又は上記コイル間ギャップ層から引き出す向きに移動可能な磁束調整部材移動機構を備えたことを特徴とするコイルユニット。A coil unit comprising a magnetic flux adjusting member moving mechanism that is movable in a direction in which the magnetic flux adjusting member is inserted into the inter-coil gap layer or a direction in which the magnetic flux adjusting member is pulled out from the inter-coil gap layer.
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