JP5239671B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、定着部材と加圧部材とのそれぞれにヒータが設置された定着装置、及び、画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus using an electrophotographic system such as a copying machine, a printer, a facsimile, or a multifunction machine thereof, and a fixing device installed therein, and in particular, each of a fixing member and a pressure member. The present invention relates to a fixing device provided with a heater and an image forming apparatus.
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置における定着装置では、ウォームアップタイム(立ち上がり時間)の短縮化を目的として、加圧ローラ等の加圧部材をヒータによって直接的に加熱する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
詳しくは、このような定着装置には、定着ベルトや定着ローラ等の定着部材を加熱するヒータ(第1ヒータ)の他に、加圧ローラ等の加圧部材を加熱するヒータ(第2ヒータ)が設置されている。そして、定着部材や加圧部材がそれぞれ所望の温度になるように、定着部材の温度(定着温度)を検知する温度センサによる検知温度に基いてそれぞれのヒータが制御される。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a fixing device in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a technique is known in which a pressure member such as a pressure roller is directly heated by a heater in order to shorten a warm-up time (rise time). (For example, refer to Patent Document 1).
Specifically, in such a fixing device, in addition to a heater (first heater) for heating a fixing member such as a fixing belt and a fixing roller, a heater (second heater) for heating a pressure member such as a pressure roller. Is installed. Each heater is controlled based on a temperature detected by a temperature sensor that detects the temperature of the fixing member (fixing temperature) so that the fixing member and the pressure member have a desired temperature.
一方、従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置では、定着装置における定着部材の温度を狙いの温度に維持して安定した定着性を確保するために、温度検知手段(温度検出手段)によって検知した定着部材の温度に基づいて、定着部材を加熱するヒータをオンオフ制御する技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。具体的に、温度検知手段による検知温度が所定値(目標制御温度)よりも低い場合にはヒータに対する通電のデューティを100%にして(通電をオンして)、温度検知手段による検知温度が所定値よりも高い場合にはヒータに対する通電のデューティを0%にしている(通電をオフしている。)。このような温度制御方式を、オンオフ制御方式という。 On the other hand, conventionally, in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, in order to maintain the temperature of a fixing member in a fixing device at a target temperature and ensure stable fixing performance, a temperature detecting means (temperature detecting means) is used. A technique is known in which on / off control of a heater for heating a fixing member is performed based on the detected temperature of the fixing member (see, for example, Patent Document 2). Specifically, when the temperature detected by the temperature detecting means is lower than a predetermined value (target control temperature), the duty of energizing the heater is set to 100% (energization is turned on), and the temperature detected by the temperature detecting means is predetermined. When it is higher than the value, the duty of energizing the heater is set to 0% (the energization is off). Such a temperature control method is called an on / off control method.
このようなオンオフ制御方式を用いた定着装置は、そのままでは目標制御温度に対する温度リップルが大きくなってしまうために、制御アルゴリズムに比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Differential)を組み合わせて検知温度と目標制御温度との偏差に応じて複数のパラメータを最適化するPID制御がおこなわれる(例えば、特許文献2参照。)。PID制御では、ヒータに対する通電のデューティを0〜100%の範囲で可変している。 In such a fixing device using an on / off control method, since the temperature ripple with respect to the target control temperature becomes large as it is, detection is performed by combining the control algorithm with Proportional, Integral, and Differential. PID control that optimizes a plurality of parameters according to the deviation between the temperature and the target control temperature is performed (see, for example, Patent Document 2). In PID control, the duty of energizing the heater is varied in the range of 0 to 100%.
また、特許文献2等には、画像形成装置と同一の電源ライン上の他の電気機器の不具合(特に、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象(フリッカー現象))を抑止することを目的として、定着部材を加熱するヒータに対して特定パターンの電力供給をおこなう技術が開示されている。
さらに、特許文献3等には、定着部材を加熱するヒータに突入電流が入力されるのを回避することを目的として、交流電流のゼロクロス点でヒータを点灯又は消灯させて通電時の位相角を変化させる位相制御方式(このような制御方式を、ソフトスタート又はソフトストップとも呼ぶ。)が開示されている。
Further, in Patent Document 2 and the like, for the purpose of suppressing defects of other electrical devices on the same power line as the image forming apparatus (particularly, flickering phenomenon (flicker phenomenon) of lighting devices such as fluorescent lamps) A technique for supplying a specific pattern of power to a heater for heating a fixing member is disclosed.
Further, in Patent Document 3 and the like, in order to avoid an inrush current being input to the heater that heats the fixing member, the heater is turned on or off at the zero-cross point of the alternating current, and the phase angle during energization is set. There is disclosed a phase control method to be changed (such a control method is also referred to as soft start or soft stop).
上述した従来の定着装置は、定着部材をヒータによって加熱するとともに加圧部材を別のヒータによって加熱する場合に、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、を両立させることが難しかった。 In the conventional fixing device described above, when the fixing member is heated by the heater and the pressure member is heated by another heater, the fixing temperature feedback control is high without slowing down the warm-up time of the device. It has been difficult to achieve both accuracy and prevention of flickering phenomenon of lighting devices such as fluorescent lamps.
詳しくは、定着温度のフィードバック制御を高精度化するために、定着部材のヒータ(第1ヒータ)とともに加圧部材のヒータ(第2ヒータ)に対してPID制御をおこなってしまうと、制御周期が短くなるほど制御周期ごとに生じる突入電流が多くなって、画像形成装置と同一の電源ライン上に接続された照明機器のチラツキ現象が悪化してしまう。 Specifically, in order to improve the feedback control of the fixing temperature with high accuracy, if the PID control is performed on the heater (second heater) of the pressure member together with the heater (first heater) of the fixing member, the control cycle is increased. As the length becomes shorter, the inrush current generated in each control cycle increases, and the flicker phenomenon of the lighting equipment connected on the same power supply line as the image forming apparatus worsens.
このような突入電流の発生を抑止するために、特許文献3等に開示された技術を応用して、上述した2つのヒータに対するPID制御に対してソフトスタート又はソフトストップをおこなう方策も考えられる。しかし、その場合、2つのヒータに対する単位時間あたりの通電時間が、ソフトスタート又はソフトストップが実行されている時間分だけ短くなってしまうために、ヒータのデューティと単位時間あたりのヒータ発熱量との線形性が保てなくなってしまう。ヒータの制御周期が一定であるとき、ソフトスタート又はソフトストップを実行する時間を長く設定すればするほど、その傾向は顕著になる。
特に、装置のウォームアップタイムをさらに短縮化するために定着部材として熱容量の小さな定着ベルト等を用いた定着装置においては、ヒータの制御周期を短くしつつ、チラツキ現象を生じさせないためにソフトスタート又はソフトストップを充分におこなってしまうと、ソフトスタート又はソフトストップを実行する時間の制御周期に占める割合が大きくなって、ヒータのデューティと単位時間あたりのヒータ発熱量との線形性へ与える影響は大きくなり、ウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御を高精度化することが難しくなる。
In order to suppress the occurrence of such an inrush current, it is possible to apply a technique disclosed in Patent Document 3 or the like and perform a soft start or a soft stop for the above-described PID control for the two heaters. However, in that case, the energization time per unit time for the two heaters is shortened by the time for which the soft start or soft stop is executed, so the heater duty and the heat generation amount per unit time The linearity cannot be maintained. When the control period of the heater is constant, the tendency becomes more prominent as the time for executing the soft start or soft stop is set longer.
In particular, in a fixing device using a fixing belt having a small heat capacity as a fixing member in order to further reduce the warm-up time of the device, soft start or If the soft stop is sufficiently performed, the ratio of the time for executing the soft start or the soft stop to the control cycle increases, and the influence on the linearity between the heater duty and the heat generation amount per unit time is large. Therefore, it becomes difficult to improve the feedback temperature feedback control with high accuracy without slowing down the warm-up time.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、定着部材を第1ヒータによって加熱するとともに加圧部材を第2ヒータによって加熱する場合であっても、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、が両立される、定着装置、及び、画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even when the fixing member is heated by the first heater and the pressure member is heated by the second heater, the warm-up time of the apparatus is improved. To provide a fixing device and an image forming apparatus that can achieve both high accuracy of feedback control of the fixing temperature and prevention of flickering phenomenon of lighting equipment such as a fluorescent lamp without slowing down the shortening of the image forming apparatus. It is in.
この発明の請求項1記載の発明にかかる定着装置は、複数の第1ヒータによって加熱されるとともに、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着部材と、前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成するとともに、第2ヒータによって加熱される加圧部材と、を備え、前記複数の第1ヒータはいずれもPID制御によって定められたデューティに基いてPWM駆動回路を通じて電力が供給され、前記第2ヒータはオンオフ制御され、前記複数の第1ヒータのうち少なくとも1つは、その定格ワット数が前記第2ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成され、前記複数の第1ヒータの制御周期が、同じ周期であって、互いに位相がずれるように構成されたものである。 According to a first aspect of the present invention, a fixing device is heated by a plurality of first heaters, and a fixing member that melts and fixes a toner image on a recording medium, and a recording medium that is pressed against the fixing member and pressed. power through PWM driving circuit but to form a nip portion to be conveyed, a pressure member which is heated by the second heater, wherein the plurality of first heater based on the duty defined by any PID control There is provided, the second heater is on-off control, at least one of the plurality of first heater, the rated wattage is configured to be greater than the rated wattage of the second heater, the plurality The control cycle of the first heater is the same cycle and the phases are shifted from each other .
また、請求項2記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1に記載の発明において、前記定着部材の温度を検知する温度検知手段を備え、前記第1ヒータは、所定のアルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果と予め定められた目標温度との偏差から算出される値になるように通電のデューティが可変されるPID制御がおこなわれ、前記第2ヒータは、前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも小さいときに通電のデューティが100%となり前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが0%となるようにオンオフ制御がおこなわれるものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fixing device according to the first aspect of the present invention, further comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the fixing member, wherein the first heater is based on a predetermined algorithm. PID control is performed in which the duty of energization is varied so as to obtain a value calculated from the deviation between the detection result of the temperature detection means and a predetermined target temperature, and the second heater is connected to the temperature detection means. On / off control is performed so that the duty of energization is 100% when the detection result is smaller than a predetermined value and the duty of energization is 0% when the detection result of the temperature detecting means is larger than the predetermined value. .
また、請求項3記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記第1ヒータ又は/及び前記第2ヒータは、制御周期ごとにソフトスタート又はソフトストップが実行されるものである。 The fixing device according to a third aspect of the present invention is the fixing device according to the first or second aspect, wherein the first heater and / or the second heater is soft-started or soft-stopped at each control period. Is executed.
また、請求項4記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明において、前記第1ヒータの制御周期が、前記第2ヒータの制御周期よりも短くなるように構成されたものである。 The fixing device according to a fourth aspect of the present invention is the fixing device according to any one of the first to third aspects, wherein the control cycle of the first heater is shorter than the control cycle of the second heater. It is comprised so that it may become.
また、請求項5記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項4のいずれかに記載の発明において、前記第1ヒータを、ハロゲンヒータとしたものである。 A fixing device according to a fifth aspect of the present invention is the fixing device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first heater is a halogen heater.
また、請求項6記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項5のいずれかに記載の発明において、前記第1ヒータ及び前記第2ヒータは、記録媒体の通紙時にそれぞれ通電されるものである。 The fixing device according to a sixth aspect of the present invention is the fixing device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first heater and the second heater are energized respectively when the recording medium is fed. It is what is done.
また、請求項7記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項6のいずれかに記載の発明において、前記定着部材を、複数のローラ部材に張架された定着ベルトとしたものである。 A fixing device according to a seventh aspect of the present invention is the fixing device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the fixing member is a fixing belt stretched around a plurality of roller members. It is.
また、請求項8記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項7のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。 An image forming apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes the fixing device according to any one of the first to seventh aspects.
本発明は、定着部材を加熱する第1ヒータをPID制御して、加圧部材を加熱する第2ヒータをオンオフ制御しているため、装置のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、が両立される、定着装置、及び、画像形成装置を提供することができる。 In the present invention, the first heater that heats the fixing member is PID-controlled and the second heater that heats the pressure member is controlled to be turned on / off, so that the fixing can be performed without slowing down the warm-up time of the apparatus. It is possible to provide a fixing device and an image forming apparatus that can achieve both high accuracy of temperature feedback control and prevention of flickering phenomenon of a lighting device such as a fluorescent lamp.
実施の形態.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
Embodiment.
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、3は原稿Dを原稿読込部4に搬送する原稿搬送部、4は原稿Dの画像情報を読み込む原稿読込部、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される感光体ドラム、12は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上を帯電する帯電部、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像部、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ(1次転写バイアスローラ)、15は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
First, the configuration and operation of the entire image forming apparatus will be described with reference to FIG.
In FIG. 1,
また、16は中間転写ベルト17を清掃する中間転写ベルトクリーニング部、17は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、18は中間転写ベルト17上のカラートナー像を記録媒体P上に転写するための2次転写バイアスローラ、20は記録媒体P上のトナー像(未定着画像)を定着する定着装置、を示す。
以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
Hereinafter, an operation during normal color image formation in the image forming apparatus will be described.
First, the document D is transported from the document table in the direction of the arrow in the drawing by the transport rollers of the document transport unit 3 and placed on the
詳しくは、原稿読込部4は、コンタクトガラス5上の原稿Dの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Dにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Dのカラー画像情報は、カラーセンサにてRGB(レッド、グリーン、ブルー)の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、RGBの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
Specifically, the document reading unit 4 scans the image of the document D on the
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部2に送信される。そして、書込み部2からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光(露光光)が、それぞれ、対応する感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に向けて発せられる。
Then, the image information of each color of yellow, magenta, cyan, and black is transmitted to the writing unit 2. The writing unit 2 emits laser light (exposure light) based on the image information of each color toward the corresponding
一方、4つの感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKは、それぞれ、図1の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKの表面は、帯電部12との対向部で、一様に帯電される(帯電工程である。)。こうして、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
On the other hand, the four
In the writing unit 2, laser light corresponding to the image signal is emitted from the four light sources corresponding to each color. Each laser beam passes through a separate optical path for each of the yellow, magenta, cyan, and black color components (this is an exposure process).
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から1番目の感光体ドラム11Y表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム11Yの回転軸方向(主走査方向)に走査される。こうして、帯電部12にて帯電された後の感光体ドラム11Y上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
Laser light corresponding to the yellow component is irradiated on the surface of the first photosensitive drum 11Y from the left side of the drawing. At this time, the yellow component laser light is scanned in the rotation axis direction (main scanning direction) of the photosensitive drum 11Y by a polygon mirror that rotates at high speed. Thus, an electrostatic latent image corresponding to the yellow component is formed on the photosensitive drum 11Y charged by the charging
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から2番目の感光体ドラム11M表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から3番目の感光体ドラム11C表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から4番目の感光体ドラム11BK表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
Similarly, the laser beam corresponding to the magenta component is irradiated onto the surface of the second
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、現像部13との対向位置に達する。そして、各現像部13から感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の潜像が現像される(現像工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、中間転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、中間転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、中間転写ベルト17上に、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(1次転写工程である。)。
Thereafter, the surfaces of the
Thereafter, the surfaces of the
そして、転写工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、クリーニング部15との対向位置に達する。そして、クリーニング部15で、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に残存する未転写トナーが回収される(クリーニング工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
Then, the surfaces of the
Thereafter, the surfaces of the
他方、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の各色のトナーが重ねて転写(担持)された中間転写ベルト17は、図中の時計方向に走行して、2次転写バイアスローラ18との対向位置に達する。そして、2次転写バイアスローラ18との対向位置で、記録媒体P上に中間転写ベルト17上に担持されたカラーのトナー像が転写される(2次転写工程である。)。
その後、中間転写ベルト17表面は、中間転写ベルトクリーニング部16の位置に達する。そして、中間転写ベルト17上に付着した未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部16に回収されて、中間転写ベルト17における一連の転写プロセスが終了する。
On the other hand, the
Thereafter, the surface of the
ここで、中間転写ベルト17と2次転写バイアスローラ18との間(2次転写ニップである。)に搬送される記録媒体Pは、給紙部7からレジストローラ9等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、2次転写ニップに向けて搬送される。
Here, the recording medium P transported between the
Specifically, the recording medium P fed by the
そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Pは、搬送ベルトによって定着装置20に導かれる。定着装置20では、定着ベルトと加圧ローラとのニップにて、カラー画像(トナー)が記録媒体P上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
Then, the recording medium P on which the full-color image is transferred is guided to the fixing
Then, the recording medium P after the fixing step is discharged as an output image outside the apparatus
次に、図2〜図4にて、画像形成装置本体1に設置される定着装置20の構成・動作について詳述する。
図2及び図3に示すように、定着装置20は、定着部材としての定着ベルト21、定着補助ローラ22、加熱ローラ23、第1ヒータ25(第1加熱手段)、温度検知手段としての第1温度センサ40A、温度検知手段としての第2温度センサ40B、加圧部材としての加圧ローラ31、第2ヒータ34(第2加熱手段)、分離板37、ガイド板35、等で構成されている。
Next, the configuration and operation of the fixing
2 and 3, the fixing
ここで、定着部材としての定着ベルト21は、ポリイミド等の樹脂材料からなるベース層上に、弾性層、離型層が順次積層された多層構造の無端状ベルト(周長が70mm程度に設定されている。)である。定着ベルト21の弾性層は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト21の離型層は、PFA(4フッ化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樹脂)等で形成されている。定着ベルト21の表層に離型層を設けることにより、トナーT(トナー像)に対する離型性(剥離性)が担保されることになる。定着ベルト21は、2つのローラ部材(定着補助ローラ22と加熱ローラ23とである。)に張架・支持されて、図2中の矢印方向に走行する。
定着部材として熱容量の低い定着ベルト21を用いることで、装置の昇温特性が向上する。
Here, the fixing
By using the fixing
定着補助ローラ22は、SUS304等の芯金22a上に、発泡性シリコーンゴム等の発泡材料からなる弾性層22bが形成されたローラ部材(外径が52mm程度に設定されている。)であって、加圧部材としての加圧ローラ31に定着ベルト21を介して圧接してニップ部を形成する。弾性層22bを発泡材料で形成することで、ニップ部におけるニップ幅(ニップ量)を比較的大きく設定できるとともに、定着ベルト21の熱が定着補助ローラ22に移行しにくくなる。定着補助ローラ22は、図2中の時計方向に回転する。
The fixing
加熱ローラ23は、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料からなる中空構造のローラ部材(円筒体)であって、その円筒体の内部には第1加熱手段としての第1ヒータ25(熱源)が固設されている。
加熱ローラ23の肉厚を1mm以下に設定することで、加熱体の熱容量が低下して装置の昇温特性が向上する(立ち上がり時間が短縮化される。)。ここで、本実施の形態における加熱ローラ23は、アルミニウムで形成され、肉厚が0.6mm、外径が35mmに設定されている。
The
By setting the thickness of the
加熱ローラ23の第1ヒータ25は、ハロゲンヒータであって、その両端部が定着装置20の側板(不図示である。)に固定されている。そして、画像形成装置本体1のメインスイッチがオンされた状態で、商用電源から画像形成装置本体1の制御部50を介して第1ヒータ25に電力が供給される。そして、制御部50により出力制御された第1ヒータ25からの輻射熱によって加熱ローラ23が加熱されて、さらに加熱ローラ23によって加熱された定着ベルト21の表面から記録媒体P上のトナー像Tに熱が加えられる。
第1ヒータ25の出力制御は、定着ベルト21表面に非接触で対向する2つの温度センサ(第1温度センサ40Aと第2温度センサ40Bとである。)によるベルト表面温度の検知結果に基いておこなわれる。詳しくは、温度センサ40A、40B(サーモパイル)の検知結果に基づいて定められる通電時間だけ、第1ヒータ25に交流電圧が印加される。このような第1ヒータ25の出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度(目標制御温度)に調整制御することができる。なお、第1ヒータ25の出力制御については、第2ヒータ34の出力制御とともに、後でさらに詳しく説明する。
The
The output control of the
ここで、本実施の形態では、第1ヒータ25として、定格ワット数が1000ワットのものを用いている。このように、第1ヒータ25の総ワット数を大きくすることで、装置の立ち上がり時間(ウォーミングアップ時間)を短くすることができる。
また、本実施の形態では、第1温度センサ40Aが幅方向中央部に配設され、第2温度センサ40Bが幅方向端部に配設されている。そして、2つの温度センサ40A、40Bの温度検知結果から定着ベルト21上の幅方向の平均温度や温度偏差を求め、それに基いて第1ヒータ25の出力制御をおこなっている。
なお、本実施の形態では、2つの温度センサ40A、40B(温度検知手段)の温度検知結果に基いて第1ヒータ25の出力制御をおこなったが、1つの温度センサ(例えば、第1温度センサ40A)の温度検知結果のみに基いて第1ヒータ25の出力制御をおこなうこともできる。
また、本実施の形態では、2つの温度センサ40A、40B(温度検知手段)を定着ベルト21に直接的に対向させたが、2つの温度センサ40A、40B(温度検知手段)を伝熱板を介して定着ベルト21に間接的に対向させることもできる。
また、本実施の形態では、温度センサ40A、40B(温度検知手段)としてサーモパイルを用いたが、温度センサ40A、40B(温度検知手段)としてサーミスタを用いることもできる。
Here, in the present embodiment, the
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the output control of the
In the present embodiment, the two
In this embodiment, thermopile is used as the
また、加圧部材としての加圧ローラ31は、主として、芯金32と、芯金32の外周面に接着層を介して形成された弾性層33と、からなる。加圧ローラ31の弾性層33は、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層33の表層にPFA等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。
そして、加圧ローラ31は、不図示の加圧機構によって定着ベルト21を介して定着補助ローラ22に圧接する。こうして、加圧ローラ31と定着ベルト21との間に、所望のニップ部が形成される。なお、上述の加圧機構は加圧解除(又は減圧)ができるように構成されている。
The
The
また、本実施の形態では、定着ベルト21の加熱効率を向上させるために、加圧ローラ31に第2ヒータ34(定格ワット数が250ワット程度のハロゲンヒータである。)が内設されている。記録媒体Pの通紙時に、第1ヒータ25に加えて第2ヒータ34に対しても通電することで、定着ベルト21の加熱効率が向上するとともに、連続通紙時に加圧ローラ31の温度が低下して記録媒体Pにカールが生じたり定着不良画像が生じる不具合が抑止される。
第2ヒータ34の出力制御は、制御部50によって、温度センサ40A、40Bの検知結果に基いておこなわれる。なお、第2ヒータ34の出力制御については、第1ヒータ25の出力制御とともに、後でさらに詳しく説明する。
なお、本実施の形態では、定着ベルト21に対向する温度センサ40A、40Bの検知結果に基いて第2ヒータ34の出力制御をおこなったが、加圧ローラ31の表面温度を直接的に検知する温度センサを設置して、その温度センサの検知結果に基いて第2ヒータ34の出力制御をおこなってもよい。
In the present embodiment, in order to improve the heating efficiency of the fixing
The output control of the
In the present embodiment, the output control of the
図2を参照して、定着ベルト21と加圧ローラ31との当接部(ニップ部である。)の入口側と出口側には、それぞれ、記録媒体Pの搬送を案内するガイド板35が配設されている。ガイド板35は、定着装置20の側板に固設されている。
また、定着ベルト21の外周面に対向する位置であって、ニップ部の出口側近傍には、分離板37が配設されている。分離板37を設置することで、定着工程後の記録媒体Pが定着ベルト21の走行に沿って定着ベルト21に巻き付いてしまう不具合を軽減することができる。
Referring to FIG. 2, guide
Further, a
上述のように構成された定着装置20は、次のように動作する。
装置本体1のメインスイッチが投入されると、2つのヒータ25、34に交流電圧が印加(給電)される。なお、記録媒体Pの通紙時(通紙モード時)には、第1ヒータ25及び第2ヒータ34のそれぞれへの通電が続けておこなわれる。
そして、プリント指令が入力されると、定着ベルト21(定着補助ローラ22、加熱ローラ23)及び加圧ローラ31の図2中の矢印方向の回転駆動が開始される。その後、給紙部7から記録媒体Pが給送されて、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の各色のトナーが記録媒体P上に未定着画像として担持される。未定着画像T(トナー像)が担持された記録媒体Pは、図2の矢印Y10方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト21及び加圧ローラ31のニップ部に送入される。そして、定着ベルト21による加熱と、定着ベルト21(定着補助ローラ22)及び加圧ローラ31の押圧力とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。その後、回転する定着ベルト21及び加圧ローラ31によってそのニップ部から送出された記録媒体Pは、矢印Y11方向に搬送される。
The fixing
When the main switch of the
When a print command is input, rotation driving of the fixing belt 21 (fixing
以下、本実施の形態の定着装置20において特徴的な構成・動作について、詳しく説明する。
本実施の形態における画像形成装置は、ウォームアップ時、待機時、プリント時(通紙時)に、制御部(制御回路)50によって、温度検知手段としての温度センサ40A、40B(サーモパイル)で測定した定着ベルト21の温度に基づいてヒータ25、34を制御して定着ベルト21が最適の温度になるよう制御している。その際、定着ベルト21を加熱する第1ヒータ25はPID制御されて、加圧ローラ31を加熱する第2ヒータ34はオンオフ制御される。
詳しくは、第1ヒータ25は、所定のアルゴリズムに基づいて温度センサ40A、40Bの検知結果と予め定められた目標温度(目標制御温度)との偏差から算出される値になるように通電のデューティが可変されるPID制御がおこなわれる。これに対して、第2ヒータ34は、温度センサ40A、40Bの検知結果が所定値よりも小さいときに通電のデューティが100%となり、温度センサ40A、40Bの検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが0%となるように、オンオフ制御がおこなわれる。
Hereinafter, a characteristic configuration and operation of the fixing
In the image forming apparatus according to the present embodiment, measurement is performed by the control unit (control circuit) 50 with
Specifically, the
図4は、定着ベルト21の第1ヒータ25と、加圧ローラ31の第2ヒータ34と、を制御する制御部(制御回路)50を示すブロック図である。
図4に示すように、制御回路50には、第1ヒータ25のPID制御をおこなうためのPIDコントローラ51及びPWM駆動回路52と、第2ヒータ34のオンオフ制御をおこなうためのオンオフコントローラ53と、が設けられている。
FIG. 4 is a block diagram showing a control unit (control circuit) 50 that controls the
As shown in FIG. 4, the
PIDコントローラ51は、第1ヒータ25に対する通電のデューティ(所定の通電時間(制御周期)あたりに点灯するヒータの点灯率である。)を制御する。詳しくは、PIDコントローラ51は、PID制御のアルゴリズム(所定のアルゴリズム)に基づいて、予め定められた目標制御温度と、温度センサ40A、40Bによって検知された定着ベルト21の温度と、の温度偏差からデューティを算出する。そして、算出されたデューティに基いて、PWM駆動回路52を通じて第1ヒータ25が点灯される。詳しくは、第1ヒータ25(ハロゲンヒータ)の両端に、制御周期あたりの定格交流電圧を印加する割合が、制御されることになる。
なお、本実施の形態では、第1ヒータ25の制御周期を200〜1000〔ms〕に設定している。第1ヒータ25の制御周期を100〔ms〕程度に設定してしまうと、定着温度のフィードバック制御が高精度化される反面、突入電流の発生が多くなって蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象が悪化してしまう。具体的に、第1ヒータ25の制御周期を100〔ms〕程度に設定して、周波数が50Hzの商用電源を用いた場合には、第1ヒータ25の制御周期内のゼロクロス点が10回になってしまい、第1ヒータ25をデューティ10%刻みでしか制御できなくなる。
The
In the present embodiment, the control cycle of the
一方、オンオフ制御コントローラ53は、温度センサ40A、40B(温度検知手段)の検知結果が目標制御温度(所定値)よりも小さいときにデューティが100%となり、温度センサ40A、40Bの検知結果が目標制御温度よりも大きいときにデューティが0%となるように、第2ヒータ34に対する通電を制御(オンオフ制御)する。
なお、本実施の形態では、第2ヒータ34の制御周期を200〜2000〔ms〕に設定している。第2ヒータ34を制御する温度コントローラはオンオフコントローラ53であるため、PID制御をおこなう場合に比べて、当然に温度リップルが大きくなる(10〜20deg程度の温度リップルである。)。しかし、第2ヒータ34による加圧ローラ31の加熱は、加圧ローラ31から定着ベルト21へ補助的に熱供給することが目的であるため、カラー用のトナーを定着する場合であっても、加圧ローラ31の温度制御に10〜20deg程度の温度リップルが生じても、定着画像の品質にはほとんど影響しない。したがって、定着画像の良好な品質を得られることが可能な加圧ローラ31の温度リップルの上限を予め定めておき、その温度リップルを生じさせる制御周期を選択することで、加圧ローラ31の第2ヒータ34を制御する温度コントローラとしてオンオフコントローラ53を不具合なく用いることができる。
On the other hand, the on / off
In the present embodiment, the control period of the
このように、本実施の形態では、定着ベルト21を加熱する第1ヒータ25に加えて、加圧ローラ31を加熱する第2ヒータ34を設置しているために、定着装置20のウォームアップタイムを短縮化することができる。また、定着ベルト21を加熱する第1ヒータ25に対してPID制御をおこなうことにより、定着温度のフィードバック制御の高精度化が達成されて、良好な定着画像を提供することができる。さらに、加圧ローラ31を加熱する第2ヒータ34に対しては、フィードバック制御を高精度化しないオンオフ制御を用いることにより、大きな突入電流が制御周期ごとに発生するのを軽減することができるため、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の発生を抑止することができる。
Thus, in this embodiment, since the
なお、本実施の形態では、定着ベルト21(加熱ローラ23)を加熱する第1ヒータ25として、定格ワット数が比較的大きな1つのハロゲンヒータ(定格ワット数1000ワット程度である。)を用いている。定格ワット数が大きなハロゲンヒータを用いる場合には、発生する突入電流の電流値の水準が大きくなる傾向があるためチラツキ現象に関しては不利であるが、本実施の形態では第2ヒータ34をオンオフ制御することで突入電流の発生を充分に抑えているため、第1ヒータ25で生じる突入電流の上限値に余裕ができることになる。したがって、定着装置20の低コスト化、少部品点数化を目的として比較的定格の大きなハロゲンヒータを1つ用いた場合であっても、上述した本実施の形態における効果が充分に達成されることになる。
In the present embodiment, one halogen heater (with a rated wattage of about 1000 watts) having a relatively large rated wattage is used as the
ここで、本実施の形態において、第1ヒータ25又は/及び第2ヒータ34は、制御周期ごとにソフトスタート又はソフトストップが実行されてもよい。すなわち、第1ヒータ25のPID制御と第2ヒータ34のオンオフ制御とのうち、少なくとも一方の制御において、ソフトスタート又はソフトストップ(交流電流のゼロクロス点でヒータを点灯又は消灯させて通電時の位相角を変化させる位相制御方式である。)をおこなうことができる。その場合、全体の温度制御系における入力電力と出力温度との伝達関数の線形性に影響を及ぼさない程度にソフトスタート又はソフトストップがおこなわれることになり、全体の突入電流の発生を低減することができてチラツキ現象がさらに軽減されることになる。
Here, in the present embodiment, the
また、第1ヒータ25の制御周期は、第2ヒータ34の制御周期よりも短くなるように設定することが好ましい。
オンオフ制御の制御周期がPID制御の制御周期よりも長くなることで、ソフトスタート又はソフトストップの実行の有無に係らず、オンオフ制御における突入電流の発生を低減することができるため、チラツキ現象がさらに軽減されることになる。また、ソフトスタート又はソフトストップを実行した場合であっても、高調波の発生が軽減されるとともに、入力(電力供給)と出力(温度センサの検知結果)との線形性を確保することができる。
The control cycle of the
Since the on / off control cycle is longer than the PID control cycle, the occurrence of inrush current in the on / off control can be reduced regardless of whether soft start or soft stop is executed. Will be reduced. Moreover, even when soft start or soft stop is executed, generation of harmonics is reduced, and linearity between input (power supply) and output (temperature sensor detection result) can be secured. .
また、本実施の形態では、第1ヒータ25の定格ワット数が、第2ヒータ34の定格ワット数よりも大きくなるように設定されている。
これにより、トナーの溶融に必要な充分な熱量が定着ベルト21に供給されて、エネルギー効率の良い定着装置20を提供することができる。そして、本実施の形態では、定格ワット数が大きい第1ヒータ25を短い制御周期にてPID制御しても、第2ヒータ34側でオンオフ制御しているため、チラツキ現象の発生が充分に軽減されることになる。
In the present embodiment, the rated wattage of the
Accordingly, a sufficient amount of heat necessary for melting the toner is supplied to the fixing
なお、本実施の形態では定着ベルト21(加熱ローラ23)を加熱する第1ヒータ25として1つのハロゲンヒータを用いたが、第1ヒータ25として複数のハロゲンヒータを用いることもできる。
図5は、2つの第1ヒータ25(ハロゲンヒータ)を設置した、別形態の定着装置20を示す構成図である。ここで、2つの第1ヒータ25のうち、一方の第1ヒータ25は定着ベルト21の幅方向中央部を加熱するものであって、他方の第1ヒータ25は定着ベルト21の幅方向両端部を加熱するものである。このように、第1ヒータ25を幅方向に分割して、記録媒体Pのサイズに応じて通電する第1ヒータ25の組み合わせを可変することで、幅方向のサイズが小さな記録媒体(小サイズ紙)が連続通紙されたときに、定着ベルト21の幅方向両端部(非通紙領域)が過昇温する不具合が抑止される。
In this embodiment, one halogen heater is used as the
FIG. 5 is a configuration diagram showing another type of fixing
ここで、複数の第1ヒータ25を設置する場合、そのうち1つの第1ヒータ25の定格ワット数を第2ヒータ34の定格ワット数よりも大きく設定することが好ましい。これにより、トナーの溶融に必要な充分な熱量が定着ベルト21に供給されて、エネルギー効率の良い定着装置20を提供することができる。
具体的に、図5に示す定着装置20では、一方の第1ヒータ25(ハロゲンヒータ)の定格ワット数が700ワットに、他方の第1ヒータ25(ハロゲンヒータ)の定格ワット数が500ワットに、第2ヒータ34(ハロゲンヒータ)の定格ワット数が250ワットに設定されている。また、2つの第1ヒータ25はともにPID制御(制御周期は400〔ms〕である。)され、第2ヒータ34はともにオンオフ制御(制御周期は1000〔ms〕である。)されている。2つの第1ヒータ25の制御周期のズレは200〔ms〕に設定されている(第2ヒータ34の制御周期のズレは任意に設定されている。)。すべてのヒータ25、34のソフトスタートの区間は制御周期の開始から120〔ms〕に設定されている。また、定着ベルト21と加圧ローラ31の目標温度は、約160℃に設定されている。また、記録媒体Pの搬送速度(プロセス線速)は140mm/秒程度に設定されている。
Here, when a plurality of
Specifically, in the fixing
図5に示す定着装置20では、定格ワット数が比較的大きい2本のハロゲンヒータ25の点灯開始タイミングを僅か(制御周期の1/2である。)にずらしているために、双方のヒータ25に突入電流が同時に発生しない。したがって、第1ヒータ25の定格ワット数の合計が同じであれば、第1ヒータ25の本数を増やしたほうが、第1ヒータ25が1本のものよりも、チラツキ現象に関しては有利となる。
本願発明者が実験をおこなったところ、2つの第1ヒータ25に加えて第2ヒータ34についてもPID制御をおこなってしまうと、チラツキ現象が生じてしまうことを確認した。これに対して、第1ヒータ25を複数設けて突入電流の発生を少なくして、さらに第2ヒータ34をオンオフ制御することで、第1ヒータ25に生じる突入電流の上限値に余裕ができてチラツキ現象が確実に低減されることを確認した。
In the fixing
As a result of an experiment conducted by the inventor of the present application, it was confirmed that a flicker phenomenon would occur if PID control was performed on the
以上説明したように、本実施の形態では、定着ベルト21(定着部材)を加熱する第1ヒータ25をPID制御して、加圧ローラ31(加圧部材)を加熱する第2ヒータ34をオンオフ制御しているため、定着装置20のウォームアップタイムの短縮化を鈍化させることなく、定着温度のフィードバック制御の高精度化と、蛍光灯等の照明機器のチラツキ現象の防止と、を両立することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では加圧部材として加圧ローラ31を用いたが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いてもよい。その場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では定着部材として定着ベルト21を用いた定着装置20に対して本発明を適用したが、定着部材として定着ローラや定着フィルムや定着パッドを用いた定着装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。そして、これらの場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the
In the present exemplary embodiment, the present invention is applied to the fixing
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the present embodiment, and it is obvious that the present embodiment can be modified as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention, other than suggested in the present embodiment. is there. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the present embodiment, and the number, position, shape, and the like suitable for implementing the present invention can be achieved.
1 画像形成装置本体(装置本体)、
20 定着装置、
21 定着ベルト(定着部材)、
22 定着補助ローラ、
23 加熱ローラ、
25 第1ヒータ、
31 加圧ローラ(加圧部材)、
34 第2ヒータ、
40A 第1温度センサ(温度検知手段)、
40B 第2温度センサ(温度検知手段)、
51 PIDコントローラ、
53 オンオフコントローラ、 P 記録媒体。
1 image forming apparatus body (apparatus body),
20 fixing device,
21 fixing belt (fixing member),
22 fixing auxiliary roller,
23 Heating roller,
25 first heater,
31 Pressure roller (pressure member),
34 Second heater,
40A 1st temperature sensor (temperature detection means),
40B second temperature sensor (temperature detection means),
51 PID controller,
53 On-off controller, P recording medium.
Claims (8)
前記定着部材に圧接して記録媒体が搬送されるニップ部を形成するとともに、第2ヒータによって加熱される加圧部材と、
を備え、
前記複数の第1ヒータはいずれもPID制御によって定められたデューティに基いてPWM駆動回路を通じて電力が供給され、前記第2ヒータはオンオフ制御され、
前記複数の第1ヒータのうち少なくとも1つは、その定格ワット数が前記第2ヒータの定格ワット数よりも大きくなるように構成され、
前記複数の第1ヒータの制御周期が、同じ周期であって、互いに位相がずれるように構成されたことを特徴とする定着装置。 A fixing member that is heated by a plurality of first heaters and that melts and fixes the toner image to a recording medium;
A pressure member heated by a second heater and formed with a nip portion for conveying a recording medium in pressure contact with the fixing member;
With
Wherein the plurality of first heater based on the duty defined by any PID control power is supplied via the PWM drive circuit, the second heater is on-off control,
At least one of the plurality of first heaters is configured such that its rated wattage is greater than the rated wattage of the second heater,
The fixing device, wherein a control cycle of the plurality of first heaters is the same cycle, and the phases are shifted from each other .
前記第1ヒータは、所定のアルゴリズムに基づいて前記温度検知手段の検知結果と予め定められた目標温度との偏差から算出される値になるように通電のデューティが可変されるPID制御がおこなわれ、
前記第2ヒータは、前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも小さいときに通電のデューティが100%となり前記温度検知手段の検知結果が所定値よりも大きいときに通電のデューティが0%となるようにオンオフ制御がおこなわれることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 A temperature detecting means for detecting the temperature of the fixing member;
The first heater is subjected to PID control in which the duty of energization is varied so as to be a value calculated from the deviation between the detection result of the temperature detection means and a predetermined target temperature based on a predetermined algorithm. ,
The second heater has an energization duty of 100% when a detection result of the temperature detection means is smaller than a predetermined value, and an energization duty of 0% when the detection result of the temperature detection means is larger than a predetermined value. The fixing device according to claim 1, wherein on / off control is performed to achieve the above.
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