JP6128412B2 - Fixing device, image forming apparatus, temperature control method for fixing device, program, and recording medium - Google Patents
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本発明は、電子写真方式の画像形成装置に備えられる定着装置、画像形成装置、定着装置の温度制御方法、プログラム、および、記録媒体に関する。 The present invention relates to a fixing device provided in an electrophotographic image forming apparatus, an image forming apparatus, a temperature control method for the fixing apparatus, a program, and a recording medium.
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置として、熱ローラ定着方式の定着装置が多用されている。熱ローラ定着方式の定着装置は、互いに圧接されたローラ対(定着ローラ及び加圧ローラ)を備え、このローラ対の両方あるいは何れか一方の内部に配置されたハロゲンヒータ等からなる加熱手段によりローラ対を所定の温度(定着目標温度)に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録紙をローラ対の圧接部(定着ニップ部)に給紙し、圧接部を通過させることで熱と圧力によりトナー画像の定着を行うようになっている。 As a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a heat roller fixing type fixing device is frequently used. The fixing device of the heat roller fixing system includes a roller pair (fixing roller and pressure roller) that are in pressure contact with each other, and the roller is heated by a heating unit including a halogen heater or the like disposed inside or both of the roller pair. After the pair is heated to a predetermined temperature (fixing target temperature), the recording paper on which the unfixed toner image is formed is fed to the pressure contact portion (fixing nip portion) of the roller pair, and is passed through the pressure contact portion. The toner image is fixed by pressure.
なお、カラー画像形成装置に備えられる定着装置においては、定着ローラ表層にシリコンゴム等からなる弾性層を設けた弾性ローラを用いることが一般的である。定着ローラを弾性ローラとすることで、定着ローラ表面が、未定着トナー画像の凹凸に対応して弾性変形し、トナー画像面を覆い包むように接触するため、モノクロに比べてトナー量の多いカラーの未定着トナー画像に対して良好に加熱定着を行うことが可能となる。 Note that in a fixing device provided in a color image forming apparatus, it is common to use an elastic roller provided with an elastic layer made of silicon rubber or the like on the surface of the fixing roller. By using an elastic roller as the fixing roller, the surface of the fixing roller is elastically deformed according to the unevenness of the unfixed toner image and comes into contact so as to cover the toner image surface. It is possible to perform heat fixing on an unfixed toner image satisfactorily.
また、定着ニップ部出口での弾性層の歪み解放効果により、モノクロに比べてオフセットしやすいカラートナーに対して離型性を向上することができる。 Further, due to the effect of releasing the distortion of the elastic layer at the exit of the fixing nip, it is possible to improve the releasability for color toners that are more likely to be offset than in monochrome.
さらに、定着ニップ部のニップ形状が上(定着ローラ側)に凸(所謂、逆ニップ形状)となることから、用紙の剥離性能を向上させることができ、剥離爪等の剥離手段を用いずとも用紙の剥離が可能となり(セルフストリッピング)、剥離手段に起因する画像欠陥を解消することができる。 Further, since the nip shape of the fixing nip portion is convex upward (on the fixing roller side) (so-called reverse nip shape), it is possible to improve the paper peeling performance without using a peeling means such as a peeling claw. Paper can be peeled off (self-stripping), and image defects caused by the peeling means can be eliminated.
また、このようなカラー定着装置において、プロセス速度(記録材の搬送速度)の高速化に対応するためには、定着ニップ部のニップ幅を広くする必要がある。また、ニップ幅を広くする手段としては、定着ローラの弾性層を厚くする方法と定着ローラ径を大きくする方法の2つがある。 Further, in such a color fixing apparatus, in order to cope with an increase in process speed (recording material conveyance speed), it is necessary to widen the nip width of the fixing nip portion. There are two methods for widening the nip width: a method of increasing the elastic layer of the fixing roller and a method of increasing the diameter of the fixing roller.
しかしながら、従来のように定着ローラ内部に加熱手段がある構成においてプロセス速度を高速化する場合、定着ローラの弾性層を厚くする方法では、弾性層の熱伝導性が低いために定着ローラ表面への熱供給が不十分になり、定着ローラ表面の温度が低下してしまうという問題がある。一方、定着ローラ径を大きくする方法では、各ローラの熱容量が大きくなるので、ウォームアップ時間が長くなったり、消費電力が増大したりするという問題がある。 However, when the process speed is increased in the configuration in which the heating means is provided inside the fixing roller as in the prior art, in the method of increasing the elastic layer of the fixing roller, the thermal conductivity of the elastic layer is low, so There is a problem that heat supply becomes insufficient and the temperature of the surface of the fixing roller is lowered. On the other hand, the method of increasing the diameter of the fixing roller has a problem that the heat capacity of each roller increases, so that the warm-up time becomes longer and the power consumption increases.
このような問題を解決するために、近年、定着ローラと加熱ローラとの間に定着ベルトを掛け渡し、定着ベルトを介して定着ローラと加圧ローラとを圧接させた構成のベルト定着方式のカラー定着装置が使用されるようになってきた。 In order to solve such problems, in recent years, a belt fixing type color in which a fixing belt is stretched between a fixing roller and a heating roller, and the fixing roller and the pressure roller are pressed against each other via the fixing belt. Fixing devices have been used.
この種のベルト定着方式の定着装置では、熱容量が小さい定着ベルトを加熱するためウォームアップ時間が短く、また定着ローラにハロゲンランプ等の熱源を内蔵する必要がないので、スポンジゴム等からなる低硬度の弾性層を厚く設けることができ、広いニップ幅を確保することができる。 This type of belt fixing type fixing device heats a fixing belt having a small heat capacity, so that the warm-up time is short, and it is not necessary to incorporate a heat source such as a halogen lamp in the fixing roller. The elastic layer can be provided thick, and a wide nip width can be ensured.
上述したような熱ローラ定着方式あるいはベルト定着方式の定着装置において、さらなるウォームアップ時間の短縮を図るためには、加熱部材(定着ローラあるいは定着ベルト)の低熱容量化や加熱部材を加熱する加熱手段の高出力化を行うことが考えられる。しかしながら、加熱部材の低熱容量化や加熱手段の高出力化を行う場合、最適な温度制御が困難になり、加熱部材の温度が目標温度付近で大きく変動して大きな温度幅を持った温度変動(温度リップル)が生じてしまうという問題がある。 In the fixing device of the heat roller fixing method or the belt fixing method as described above, in order to further reduce the warm-up time, the heating member (fixing roller or fixing belt) has a lower heat capacity and heating means for heating the heating member. It is conceivable to increase the output. However, when reducing the heat capacity of the heating member or increasing the output of the heating means, it becomes difficult to control the temperature optimally, and the temperature of the heating member fluctuates in the vicinity of the target temperature and has a large temperature range ( (Temperature ripple) occurs.
このため、簡便な制御系で温度リップルの抑制を行う方法として、特許文献1〜3には、現在の温度と目標温度との温度差と現在の温度遷移状態とから加熱手段への通電電力波形のデューティ比を決定し、加熱手段への通電をデューティ制御する方法が開示されている。
For this reason, as a method for suppressing temperature ripples with a simple control system,
具体的には、特許文献1では、電源投入時に、定着ローラの温度が所定の温度差まで上昇するのに要した時間に基づいて、複数のテーブルの中から温度制御に用いるテーブルを選択し、選択したテーブルを用いてデューティ制御を行っている。
Specifically, in
また、特許文献2では、加熱ローラの現在の温度と目標温度との温度差から温度区分を決定し、今回と前回の温度区分の変化に応じてデューティ制御を行っている。
Further, in
また、特許文献3では、記録材の搬送状態の変化に応じて、記録材通過時はデューティ比を100%に設定し、記録材が通過してから次の記録材が搬送されるまでの記録材間では温度差と温度遷移状態とからデューティ比を設定して加熱手段への通電をディーティ制御している。
Also, in
ところで、ベルト定着方式をはじめとする熱容量の小さい定着装置では、定着ローラ、定着ベルト、加圧ローラなどの部材の温度変化が速く、容易に最適な状態から変化する場合がある。 By the way, in a fixing device having a small heat capacity such as a belt fixing method, the temperature of members such as a fixing roller, a fixing belt, and a pressure roller changes rapidly, and may easily change from an optimum state.
例えば、定着ベルトや定着ローラの温度状態と、加圧ローラの温度状態は、熱的にある程度相互補完の関係を保つ場合がある。つまり、定着ベルトや定着ローラの温度が高い場合は、加圧ローラの温度が少し低くても、全体として定着に必要な熱エネルギーは大きく変わらないため、記録紙の両面から多くの熱エネルギーを付与しようとして、加圧ローラの温度を高くすると、加熱過多になってしまうことがある。あるいは、定着ベルトや定着ローラの温度が低い場合、加圧ローラの温度が少し高くても定着に必要な熱エネルギーはあまり変わらないので、温度が低いからといって定着ベルトや定着ローラの温度を高くしすぎると、加熱過多となる。 For example, the temperature state of the fixing belt or the fixing roller and the temperature state of the pressure roller may keep a mutually complementary relationship to some extent thermally. In other words, when the temperature of the fixing belt and fixing roller is high, the heat energy required for fixing as a whole does not change significantly even if the temperature of the pressure roller is slightly low, so much heat energy is applied from both sides of the recording paper. Attempts to increase the temperature of the pressure roller may result in excessive heating. Alternatively, if the temperature of the fixing belt or fixing roller is low, the heat energy required for fixing does not change much even if the temperature of the pressure roller is slightly high. If it is too high, excessive heating will result.
また、逆に、一部の部材の温度が高すぎるからといって、他の部材の温度を低くすると、熱エネルギーが不足しやすくなり、加熱不足になる場合も同様に起こることがある。 Conversely, if the temperature of some members is too high and the temperature of other members is lowered, thermal energy tends to be insufficient, and heating may be insufficient in the same manner.
特に、熱容量の小さい方式では、熱エネルギーの授受による温度変化を敏感に受けやすいので、より顕著に加熱過多あるいは加熱不足が生じる場合がある。
In particular, in a small system heat capacity, so easily sensitively undergoes a temperature change due to transfer of thermal energy, Ru if more significantly heated excessively or insufficient heating occurs is Ah.
このように、時々刻々と変化する各部材の温度変化に対して、記録紙及びトナー画像への加熱を最適な状態に制御して、定着不良や加熱過多による画像劣化を防止する必要がある。 As described above, it is necessary to control the heating of the recording paper and the toner image to an optimum state against the temperature change of each member that changes from time to time to prevent image deterioration due to poor fixing or excessive heating.
しかしながら、特許文献1〜3に開示された方法では、各部材の温度変化を考慮したものではないため、加熱を最適な状態に制御することができなかった。
However, the methods disclosed in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着部材、加熱部材、加圧部材などの各部材の温度条件が変化しても、適宜種々のパラメータを意図的に変化させて、画像劣化を防止するための加熱条件を設定し、あるいは、より良い加熱条件に変更することで、定着性能の維持と安定性を付与することのできる定着装置、画像形成装置、定着装置の温度制御方法、プログラムおよびその記録媒体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to appropriately set various parameters even if the temperature conditions of each member such as a fixing member, a heating member, and a pressure member change. The fixing device, the image forming apparatus, and the like can set the heating conditions for preventing the image deterioration or change to the better heating conditions to give the maintenance and stability of the fixing performance, It is an object to provide a temperature control method of a fixing device, a program, and a recording medium thereof.
上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、回転可能に設けられた定着部材および加圧部材と、前記定着部材を目標温度に加熱する加熱部材と、該加熱部材に供給する電力量を制御する温度制御部と、前記定着部材と前記加圧部材との間に挿入される記録材の搬送速度を制御する用紙搬送制御部を有し、前記記録材を前記定着部材と前記加圧部材とで挟持しながら搬送することによって前記記録材上の未定着画像を熱と圧力によって前記記録材に定着させる、画像形成装置に用いられる定着装置であって、前記温度制御部は、前記定着部材および前記加圧部材の温度を検知する温度検知部と、前記定着部材の目標温度を設定する目標温度設定部と、該目標温度設定部で設定した目標温度と前記定着部材の検知温度とに基づいて前記加熱部材に供給する電力量を決定する出力決定部を有し、前記定着装置は、前記画像形成装置のReady待機状態から印字状態への移行時、冷却状態から印字状態への移行時の少なくとも1つを含む動作状態変更に応じて、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度と記録材の搬送速度とを対応づけた複数の目標設定補正テーブルを有し、前記用紙搬送制御部は、前記動作状態変更に応じて1の前記目標設定補正テーブルを選択し、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度に基づいて、選択した前記目標設定補正テーブルから前記記録材の搬送速度を決定し、前記記録材の搬送速度を変更することを特徴としたものである。
In order to solve the above problems, a first technical means of the present invention includes a fixing member and a pressure member that are rotatably provided, a heating member that heats the fixing member to a target temperature, and a supply to the heating member. A temperature control unit that controls the amount of electric power to be performed, and a paper conveyance control unit that controls the conveyance speed of the recording material inserted between the fixing member and the pressure member, and the recording material is used as the fixing member. A fixing device used in an image forming apparatus that fixes an unfixed image on the recording material to the recording material by heat and pressure by being conveyed while being sandwiched between the pressure members, and the temperature control unit includes: A temperature detection unit for detecting temperatures of the fixing member and the pressure member, a target temperature setting unit for setting a target temperature of the fixing member, and a detection of the target temperature and the fixing member set by the target temperature setting unit Based on temperature and before An output determining unit that determines the amount of power supplied to the heating member, the fixing device, the transition from the Ready standby state of the image forming apparatus to the printing state, at least during the transition from the cooling state to the printing state A plurality of target setting correction tables in which the detected temperature of the pressure member or the fixing member and the conveyance speed of the recording material are associated with each other according to a change in the operation state including the two, the sheet conveyance control unit, Selecting one target setting correction table in accordance with the change in the operating state, and determining the conveyance speed of the recording material from the selected target setting correction table based on the detected temperature of the pressure member or the fixing member; The conveyance speed of the recording material is changed.
第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記定着装置は、さらに、冷却ファンを有し、前記加圧部材の検知温度に応じて前記冷却ファンを駆動することを特徴とするものである。
According to a second technical means, in the first technical means, the fixing device further includes a cooling fan, and drives the cooling fan in accordance with a detected temperature of the pressure member. is there.
第3の技術手段は、第1または2の技術手段である定着装置を備えていることを特徴としたものである。
The third technical means includes a fixing device which is the first or second technical means.
第4の技術手段は、回転可能に備えられた定着部材および加圧部材と、前記定着部材を目標温度に加熱する加熱部材とを備え、前記定着部材と前記加圧部材との間に挿入される記録材を前記定着部材と前記加圧部材とで挟持しながら搬送することによって前記記録材上の未定着画像を熱と圧力によってこの記録材に定着させる、画像形成装置に用いられる定着装置の温度制御方法であって、前記定着部材及び前記加圧部材の温度を検知する温度検知ステップと、該温度検知ステップでの温度検知結果を記憶する温度記憶ステップと、前記定着部材の目標温度を設定する目標温度設定ステップと、該目標温度設定ステップで設定した目標温度に基づいて前記加熱部材に供給する電力量を決定する電力量決定ステップと、前記画像形成装置のReady待機状態から印字状態への移行時、冷却状態から印字状態への移行時の少なくとも1つを含む動作状態変更に応じて、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度と記録材の搬送速度とを対応づけた複数の目標設定補正テーブルの中から、前記動作状態変更に応じて1の前記目標設定補正テーブルを選択する目標設定補正テーブル選択ステップと、前記加圧部材または定着部材の検知温度に基づいて、選択した前記目標設定補正テーブルから前記記録材の搬送速度を変更する搬送速度変更ステップを含むことを特徴としたものである。
A fourth technical means includes a fixing member and a pressure member that are rotatably provided, and a heating member that heats the fixing member to a target temperature, and is inserted between the fixing member and the pressure member. A fixing device used in an image forming apparatus that fixes an unfixed image on the recording material to the recording material by heat and pressure by conveying the recording material sandwiched between the fixing member and the pressure member. A temperature control method comprising: a temperature detection step for detecting temperatures of the fixing member and the pressure member; a temperature storage step for storing a temperature detection result in the temperature detection step; and a target temperature of the fixing member and the target temperature setting step for a power amount determination step of determining the amount of power supplied to said heating member in accordance with the target temperature set in the target temperature setting step, Re of the image forming apparatus the transition from the dy standby state to the printing state, the conveying speed in response to the operating state changes, including at least one of the transition from the cooling state to the printing state, said the detected temperature of the pressure member or the fixing member recording material And a target setting correction table selection step for selecting one target setting correction table in response to the change in the operation state , and a detected temperature of the pressure member or the fixing member. And a transport speed changing step of changing the transport speed of the recording material from the selected target setting correction table.
第5の技術手段は、第4の技術手段である温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
The fifth technical means is a program for causing a computer to execute the temperature control method which is the fourth technical means.
第6の技術手段は、第5の技術手段であるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
The sixth technical means is a computer-readable recording medium on which a program which is the fifth technical means is recorded.
本発明によれば、定着部材を加熱する際に、用紙搬送の速度を加圧部材の温度によって変更するようにしたため、定着部材および加圧部材の温度リップルを簡単な構成で効果的に抑制することができる。したがって、過加熱や熱量不足に起因する画質の低下や記録材の巻き付きなどの不具合を防止できる。また、定着部材および加圧部材の過加熱を防止できるので、余分なエネルギー消費が削減し、省エネルギー化を図ることができる。 According to the present invention, when the fixing member is heated, the sheet conveyance speed is changed according to the temperature of the pressure member, so that the temperature ripple of the fixing member and the pressure member is effectively suppressed with a simple configuration. be able to. Therefore, it is possible to prevent problems such as deterioration in image quality and winding of the recording material due to overheating and insufficient heat. In addition, since overheating of the fixing member and the pressure member can be prevented, excessive energy consumption can be reduced and energy saving can be achieved.
以下、図面を参照しながら、本発明の定着装置、画像形成装置、定着装置の温度制御方法、プログラム、および、記録媒体に係る好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of a fixing device, an image forming apparatus, a temperature control method for the fixing device, a program, and a recording medium according to the invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals in different drawings are the same, and the description thereof may be omitted.
(実施形態1)
本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では本発明をカラープリンタに適用する場合について主に説明するが、本発明の適用対象はこれに限るものではなく、電子写真方式の画像形成装置であれば適用できる。例えば、カラープリンタの他、カラー複合機、カラー複写機、モノクロ複合機、モノクロ複写機、モノクロプリンタなどに適用することができる。
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a color printer will be mainly described. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any electrophotographic image forming apparatus. For example, the present invention can be applied to a color multifunction machine, a color copying machine, a monochrome multifunction machine, a monochrome copying machine, a monochrome printer, and the like in addition to a color printer.
図1は、本実施形態に係る画像形成装置(カラープリンタ)100の断面図である。この図に示すように、画像形成装置100は、露光ユニット(光学系ユニット)E、4組の可視画像形成ユニットpa〜pd、中間転写ベルトユニット10、二次転写ユニット14、定着装置30、内部給紙ユニット16、および手差し給紙ユニット17を備えている。なお、画像形成装置100に備えられる各部材の動作は、図示しないCPU等からなる主制御部によって制御される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an image forming apparatus (color printer) 100 according to the present embodiment. As shown in this figure, an
画像形成装置100において扱われる画像データは、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色を用いたカラー画像に応じたものである。このため、図1に示すように、上記各色に対応する4組の可視画像形成ユニットpa〜pdが設けられており、これら4組の可視画像形成ユニットpa〜pdによって形成された4色のトナー画像が中間転写ベルトユニット10に備えられる中間転写ベルト11上で重ね合わされるようになっている。
Image data handled in the
可視画像形成ユニットpaは、トナー画像担持体である回転可能に備えられた感光体101aの周囲に、帯電ユニット103a、現像ユニット102a、およびクリーニングユニット104aが感光体101aの回転方向に沿ってこの順で配置された構成である。
In the visible image forming unit pa, a
帯電ユニット103aは、感光体101aの表面を所定の電位に均一に帯電させるためのものである。本実施形態では、帯電ユニット103aとして、オゾンを極力発生させることなく感光体101aの表面を一様に帯電させるために、帯電ローラ方式(接触帯電方式)を採用している。ただし、帯電ユニット103aの構成はこれに限るものではなく、例えば、コロナ放電方式などの非接触型の帯電器を用いてもよく、ブラシ帯電などの接触型の帯電器を用いてもよい。
The
現像ユニット102aは、感光体101a上に形成された静電潜像を現像剤によって顕像化する現像処理を行う。上記現像剤としては、例えば、非磁性一成分現像剤(非磁性トナー)、非磁性二成分現像剤(非磁性トナーおよびキャリア)、磁性現像剤(磁性トナー)等を用いることができる。
The developing
クリーニングユニット104aは、トナー画像を中間転写ベルト111に転写した後に感光体101a表面に残留したトナーを除去・回収するためのものである。
The cleaning unit 104a is for removing and collecting the toner remaining on the surface of the
なお、可視画像形成ユニットpb〜pdは現像処理に用いるトナーの色が異なる以外は可視画像形成ユニットpaと実質的に同様の構成である。すなわち、各可視画像形成ユニットpa,pb,pc,pdの現像ユニットにはそれぞれブラック(B),イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C)のトナーが収容されている。 The visible image forming units pb to pd have substantially the same configuration as the visible image forming unit pa except that the color of the toner used for the development processing is different. That is, black (B), yellow (Y), magenta (M), and cyan (C) toners are stored in the developing units of the visible image forming units pa, pb, pc, and pd, respectively.
露光ユニットEは、帯電ユニット103a〜103dによって帯電された感光体101a〜101dを画像データに応じて露光することにより、各感光体101a〜101dの表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。露光ユニットEには、レーザ照射部4および反射ミラー8などを備えたレーザスキャニングユニット(LSU)が用いられている。なお、露光ユニットEとして、発光素子をアレイ状に並べた、例えばELやLED書込みヘッドなどを用いてもよい。
The exposure unit E exposes the
中間転写ベルトユニット10は、中間転写ベルト11、中間転写ベルト駆動ローラ(テンションローラ)11a、中間転写ベルト従動ローラ(テンションローラ)11b、中間転写ベルトクリーニングユニット12、および中間転写ローラ13a〜13dを備えている。
The intermediate
中間転写ベルト11は、厚さ100μm〜150μm程度のフィルムからなる無端状のベルトであり、中間転写ローラ13a〜13d、中間転写ベルト駆動ローラ11a、および中間転写ベルト従動ローラ11bに張架され、図1に示した矢印B方向に回転駆動される。また、感光体101a〜101d上に形成された各色のトナー画像は中間転写ベルト11に順次重ね合うように転写され、この中間転写ベルト11上にカラーのトナー画像(多色トナー画像)が形成されるようになっている。なお、中間転写ローラ13a〜13dは、感光体101a〜101dにおける現像ユニット102a〜102dとの対向部とクリーニングユニット104a〜104dとの対向部との間の位置において中間転写ベルト11を介して感光体101a〜101dに対向するように配置されている。そして、これら中間転写ローラ13a〜13dにトナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧を印加することによって感光体101a〜101d上のトナー画像が中間転写ベルト11上に転写されるようになっている。また、中間転写ベルト11上に形成されたトナー画像は、中間転写ベルト駆動ローラ11aと二次転写ユニット14との対向部に搬送され、この対向部に搬送される記録材(記録用紙)上に転写されるようになっている。なお、中間転写ベルトクリーニングユニット12は中間転写ベルト11に当接し、記録材上へのトナー画像の転写後に中間転写ベルト11上に残留したトナーを除去・回収する。
The
定着装置30は定着ローラ(ベルト懸架部材)31と、加熱部材(ベルト懸架部材)32と、定着ローラ31および加熱部材32に懸架された定着ベルト(定着部材)33と、定着ローラ31に対して定着ベルト33を介して所定の荷重で圧接する加圧ローラ(加圧部材)34とを備えている。そして、二次転写ユニット14によってトナー画像が転写された記録材を加圧ローラ34と加熱部材32によって加熱された定着ベルト33との圧接部(定着ニップ部N)に所定の定着速度および所定の用紙間隔で給紙し、この圧接部を通過させることで熱と圧力とによりトナー画像を記録材に定着させる。なお、定着速度とは記録材の搬送速度(所謂プロセス速度)のことであり、本実施形態では定着速度を225mm/secとしている。また、複写速度(1分あたりのコピー枚数)がA4サイズ用紙を横送りで通常51枚/分となるように記録材同士の搬送間隔を設定している。
The fixing
なお、記録材における未定着トナー画像(未定着画像)が形成された面は定着ベルト33に当接し、記録材における未定着トナー画像が形成された面とは反対側の面は加圧ローラ34に当接する。定着装置30の詳細については後述する。
Note that the surface of the recording material on which the unfixed toner image (unfixed image) is formed is in contact with the fixing
内部給紙ユニット16は、画像形成に使用する記録材を蓄積しておくためのものである。また、手差し給紙ユニット17は、画像形成装置100の側壁に折り畳み自在に設けられ、手差しによる記録材の給紙を行うためのものである。また、排紙トレイ18は、画像形成済みの記録材を載置するためのトレイである。
The internal paper feeding unit 16 is for accumulating recording materials used for image formation. The manual
また、画像形成装置100には、内部給紙ユニット16からピックアップローラ16aによって給紙される記録材、および手差し給紙ユニット17からピックアップローラ17aによって給紙される記録材を二次転写ユニット14や定着装置30を経由させて排紙トレイ18に送るための用紙搬送路が設けられている。用紙搬送路には、記録材を搬送するためのローラ部材rが多数配置されている。なお、定着装置の直後にはピックアップローラ18aが設けられ、両面印刷の際に逆回転することで、二次転写ユニット14の直前に設けた給紙ローラ19と共働して、記録材の裏面が中間転写ベルト11側に向くように記録材を搬送している。
In addition, the
次に、定着装置30の構成について説明する。図2は、定着装置30の断面図である。この図に示すように、定着装置30は、定着ローラ31と、加熱部材32と、定着ローラ31および加熱部材32に懸架された定着ベルト33と、定着ローラ31に対して定着ベルト33を介して所定の荷重(本実施形態では216N)で圧接する加圧ローラ(加圧部材)34とを備えている。なお、本実施形態では、定着ニップ部Nのニップ幅(定着ベルト33と加圧ローラ34とが当接する部分の記録材搬送方向の幅)を7mmとしている。
Next, the configuration of the fixing
また、定着ベルト33に対向する位置には定着ベルト33の温度を検知するためのサーミスタ(温度検知部、中央温度検知部)35aおよびサーミスタ(温度検知部、端部温度検知部)35bが備えられており、加圧ローラ34に対向する位置には加圧ローラ34の温度を検知するためのサーミスタ(温度検知部、加圧部材温度検知部)35cが備えられている。なお、サーミスタ35aは定着ベルト33が加熱部材32に巻き付けられている領域における定着ベルト33の幅方向の略中心(具体的には幅方向の中心から25mmずれた位置)に対向する位置に設けられており、サーミスタ35bは定着ベルト33が加熱部材32に巻き付けられている領域における定着ベルト33の幅方向の端部近傍(具体的には幅方向の中心から150mmずれた位置)に対向する位置に設けられている。また、サーミスタ35cは加圧ローラ34における軸方向の中心から軸方向に沿って150mmずれた位置において加圧ローラ34に対向するように配置されている。また、加圧ローラ34の内部には加圧ローラ34を加熱するためのヒータランプ(ハロゲンランプ、加圧部材加熱部)36が備えられている。また、サーミスタ35a,35b、35cの温度検知結果は温度制御部42(後述する図5参照)に伝達され、温度制御部42はこれら各サーミスタの温度検知結果に基づいて、定着ベルト33、加圧ローラ34の表面温度をそれぞれ所定の温度に近づけるように加熱部材32およびヒータランプ36への通電を制御するようになっている。なお、本実施形態では、サーミスタ35aとして非接触式のサーミスタを用い、サーミスタ35b,35cとして接触式のサーミスタを用いている。
Further, a thermistor (temperature detection unit, central temperature detection unit) 35 a and a thermistor (temperature detection unit, end temperature detection unit) 35 b for detecting the temperature of the fixing
定着ローラ31は、定着ベルト33を介して加圧ローラ34に圧接することで定着ニップ部Nを形成する。また、定着ローラ31は、図示しないモータやギア、アクチュエータ、通電素子等からなる回転駆動手段によって図2に示した矢印方向に回転駆動される。そして、定着ローラ31が回転駆動されると、この定着ローラ31に懸架された定着ベルト33が定着ローラ31に従動回転し、さらに定着ベルト33に圧接している加圧ローラ34が定着ベルト33に従動回転するようになっている。なお、本実施形態では、定着ローラ31を回転駆動させ、定着ベルト33および加圧ローラ34をそれに従動回転させるものとしているが、これに限らず、例えば、加圧ローラ34を回転駆動させてもよく、定着ローラ31と加圧ローラ34の両方を回転駆動させてもよい。また、定着ベルト33に当接する駆動ローラを設け、この駆動ローラを回転駆動させるようにしてもよい。
The fixing
本実施形態では、定着ローラ31として、円柱状の芯金31aの周囲に弾性層31bを形成した2層構造のものを用いている。芯金31aの材質は特に限定されるものではないが、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、マグネシウム等の金属あるいはそれらの合金等を用いることができる。また、弾性層31bの材質についても適度な耐熱性と弾力性を有する材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料を用いることができる。また、芯金31aは中実の円柱状のものに限らず、中空の円筒状のものを用いてもよい。なお、本実施形態では、定着ローラ31として、直径18mmの円柱状のステンレス鋼からなる芯金31aの周囲に厚さ5mmのシリコンスポンジゴムからなる弾性層31bを形成した、直径28mm、長さ320mmの円柱状のローラ部材を用いた。
In this embodiment, the fixing
また、本実施形態では、加圧ローラ34として、内側から順に円筒状の芯金34a、弾性層34b、離型層34cが形成された3層構造のものを用いている。芯金34aの材質は適度な強度と熱伝導性を有するものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、マグネシウム等の金属あるいはそれらの合金等を用いることができる。また、弾性層34bの材質は、適度な耐熱性と弾力性とを有する材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料を用いることができる。また、離型層34cの材質は、耐熱性および離型性に優れた材質であればよく、例えば、PFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂が適している。なお、本実施形態では、加圧ローラ34として、外径24mm、肉厚2mmの鉄合金(STKM)からなる芯金34aの周囲に厚さ3mmのシリコンソリッドゴムからなる弾性層34bを形成し、さらにその周囲に厚さ30μmのPFAチューブからなる離型層34cを装着した外径30mmの円筒状のローラ部材を用いた。
In the present embodiment, the
また、加圧ローラ34の内部には、加圧ローラ34を内面から加熱するためのヒータランプ36を配置した。なお、ヒータランプ36の動作は温度制御部42によって行われる。具体的には、熱源駆動手段45が温度制御部42から出力される制御信号に応じて電源回路43からヒータランプ36に供給(通電)する電力を制御することにより、ヒータランプ36が供給される電力に応じて発光し、ヒータランプ36から赤外線が放射される。なお、熱源駆動手段45は、例えば、ソリッド・ステート・リレー(SSR)、トライアック、サイリスタ、メカニカル・リレー(単に、リレーとも言う)、FET(電界効果トランジスタ)などの、高電圧・大電流を扱うことができる駆動素子からなる。これにより、加圧ローラ34の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加圧ローラ34全体が加熱される。なお、本実施形態では、定格電力300Wのヒータランプ36を用いている。なお、ヒータランプ36が放射する赤外線を吸収しやすくするために、加圧ローラ34の内面に赤外線の波長域に良好な吸収特性を有する耐熱黒色塗料を塗布してもよい。
Further, a
定着ベルト33は、加熱部材32が発生する熱によって所定の温度に加熱され、定着ニップ部Nを通過する未定着トナー像が形成された記録材Pを加熱するためのものであり、定着ローラ31および加熱部材32に回転可能に張架されている。これにより、定着ベルト33は、定着ローラ31が回転駆動されるところの定着ローラ31に従動回転するようになっている。
The fixing
本実施形態では、定着ベルト33として、中空円筒状の基材(図示せず)の表面に弾性層(図示せず)を形成し、さらのその表面に離型層(図示せず)を形成した3層構造の無端状のベルト部材を用いた。基材の材質は特に限定されるものではなく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、アラミド樹脂等の耐熱樹脂、あるいはステンレスやニッケル等の圧延や電鋳によって製作された金属材料を用いることができる。また、弾性層の材質についても耐熱性および弾性に優れた材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコンゴムやフッ素ゴムなどエラストマー材料を用いることができる。また、離型層の材質についても耐熱性と離型性に優れた材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、PFAやPTFE等のフッ素樹脂を用いることができる。また、離型層は、PFAやPTFE等のフッ素樹脂からなるチューブ部材を弾性層の外周面に装着したものであってもよく、弾性層の外周面をPFAやPTFE等のフッ素樹脂でコーティング(被覆)したものであってもよい。また、基材としてポリイミド等の耐熱樹脂を用いる場合、加熱部材32との摩擦抵抗を低減するために、耐熱樹脂にフッ素樹脂を内添させてもよい。
In this embodiment, as the fixing
なお、本実施形態では、厚さ70μmのポリイミドからなる基材の外周面に厚さ150μmのシリコンゴムからなる弾性層を形成し、さらにこの弾性層の外周面に厚さ30μmのPFAチューブからなる離型層を設けた内径(内周長を円周率πで除算した値)50mm、長さ315mmの無端状のベルト部材を用いた。これにより、定着ローラ31の軸方向に垂直な断面において、定着ベルト33の回転によってこの定着ベルト33が定着ローラ31に当接し始める点と定着ローラ31の軸心とを結ぶ直線と、定着ベルト33が定着ローラ31から離れる点と定着ローラ31の軸心とを結ぶ直線とのなす角度である定着ベルト33の定着ローラ31に対する当接角度θは185°になっている。
In this embodiment, an elastic layer made of silicon rubber having a thickness of 150 μm is formed on the outer peripheral surface of a substrate made of polyimide having a thickness of 70 μm, and further, a PFA tube having a thickness of 30 μm is formed on the outer peripheral surface of the elastic layer. An endless belt member having an inner diameter (a value obtained by dividing the inner circumferential length by the circumferential ratio π) 50 mm and a length of 315 mm provided with a release layer was used. As a result, in the cross section perpendicular to the axial direction of the fixing
加熱部材32は、定着ローラ31とともに定着ベルト33を懸架するとともに、定着ベルト33を加熱するためのものである。図3は加熱部材32の断面図である。図2および図3に示したように、本実施形態では、加熱部材32として、定着ベルト33と当接する領域が、内側から順に抵抗発熱層(面状発熱体)32a、絶縁層32b、基材層32c、および加熱部材32と定着ベルト33との間の摩擦抵抗を低減するためのコート層32dが形成された4層構造からなる面状発熱体であるものを用いている。
The
具体的には、本実施形態では、基材層32cとして、外径28mm、厚さ1mmのアルミニウム合金製パイプの一部を軸方向に沿って切除したものを用いた。また、基材層32cの外周面に厚さ20μmのPTFE(四フッ化エチレン樹脂)からなるコート層32dを形成し、基材層32cの内周面に厚さ30μmのポリイミドからなる絶縁層32bを形成した。そして、絶縁層32bの内周面に抵抗発熱層32aを設けた。これにより、定着ベルト33と加熱部材32との接触幅(定着ベルト33の回転方向の幅)である加熱ニップ幅は44mmになっている。
Specifically, in the present embodiment, as the
なお、加熱部材32の軸方向両端部における定着ベルト33と当接しない領域は直径20mmのアルミニウム合金製パイプからなる支持部が取り付けられており、この支持部が定着装置30のサイドフレームに固定されている。これにより、定着ベルト33が回転しても加熱部材32は回転せず、定着ベルト33は加熱部材32の表面を摺動するようになっている。
A support portion made of an aluminum alloy pipe having a diameter of 20 mm is attached to a region of the
図4は加熱部材32を内周面側から見た平面図である。なお、加熱部材32は図2に示したように円弧状に湾曲しているが、説明の便宜上、図4では平板状に引き伸ばした形態で描いている。
FIG. 4 is a plan view of the
図4に示したように、抵抗発熱層32aは、複数の電気抵抗線が加熱部材32の周方向(円弧方向)に沿って延伸するとともに、周方向の端部で折り返されることにより、電気抵抗線が面状に配置された面状発熱体である。また、各電気抵抗線の一端は給電部32eに接続され、他端は給電部32fに接続されている。なお、給電部32eと32fとの間の電気抵抗は10Ωであり、温度制御部42が熱源駆動手段45の動作を制御することによって電源回路43から電力が供給されて給電部32e,32fに100Vの交流電圧が印加され、約1000Wの熱エネルギーが発生するようになっている。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態では、各電気抵抗線の線幅を2.4mmとし、隣り合う電気抵抗線同士(同一の電気抵抗線における折り返された部分同士を含む)の間隔を2.4mmとし、各電気抵抗線の加熱部材32の周方向に延伸する部分の長さ(加熱部材32の周方向の一端部において折り返された位置から他端部において折り返された位置までの長さ)を320mm、電気抵抗線の数を6本、各電気抵抗線の折り返し回数を2回とした。なお、説明の便宜上、図4には電気抵抗線の数が2本の場合の例を描いている。
In this embodiment, the line width of each electric resistance line is 2.4 mm, the distance between adjacent electric resistance lines (including the folded portions of the same electric resistance line) is 2.4 mm, and each electric resistance line The length of the portion of the wire extending in the circumferential direction of the heating member 32 (length from the position folded at one end in the circumferential direction of the
なお、加熱部材32における抵抗発熱層32aで発生した熱は、絶縁層32b、基材層32c、およびコート層32dを介して定着ベルト33に伝熱する。また、本実施形態では、基材層32cとして熱伝導性の高いアルミニウム合金を用いている。このため、抵抗発熱層32aの各電気抵抗線で発生した熱を基材層32cによって加熱部材32の周面の全域に分散させることができるので、各電気抵抗線のパターン形状に起因して定着ベルト33の加熱ムラが生じることを緩和できる。また、定着ベルト33と加熱部材32との軸方向についての接触幅に比べて定着ベルト33に対する軸方向についての接触幅が小さい小サイズの記録材を連続通紙した場合であっても、加熱部材32の軸方向の温度分布を均一化し、非通紙部において過昇温が生じることを防止できる。
The heat generated in the
次に、定着装置30における定着処理時の処理について説明する。図5は定着装置30の各部の動作を制御する制御部40の概略構成を示すブロック図である。
Next, processing during fixing processing in the fixing
図5に示すように、制御部40は、回転駆動制御部41と温度制御部42と用紙搬送制御部46とを備えている。なお、制御部40は、画像形成装置100の主制御部に備えられていてもよく、主制御部とは別に備えられ、主制御部と協同して定着装置30の動作を制御するものであってもよい。また、制御部40は、各種データを一時的に記憶するRAM(図示せず)を備えており、制御部40に備えられる各部は、当該各部で取り扱うデータを必要に応じて上記RAMに一時的に記憶させたり上記RAMから必要に応じて読み出したりするようになっている。
As shown in FIG. 5, the control unit 40 includes a rotation
回転駆動制御部41は、定着ローラ31を駆動するための回転駆動手段44の動作を制御するものであり、画像形成装置100の主制御部からの制御命令やサーミスタ35a,35b,35cの温度検知結果等に応じた所定のタイミングで定着ローラ31を回転駆動させたり、回転を停止させたりするように定着ローラ31の回転駆動手段44を制御する。上記主制御部は、ユーザーからの指示入力や、記録材の載置状態、搬送状態、サイズ検知結果、画像形成装置100の各部の動作状態、画像形成装置100における画像形成モード(例えばカラーモードであるかモノクロモードであるか)、あるいは画像形成装置100に備えられる各種センサの検知結果などに応じて回転駆動制御部41に定着ローラ31の回転を制御させるための信号を送る。上記の各種センサとしては、例えば、記録材の通過位置を光学的あるいは機械的に検出するセンサ、モータや可動部などの機械的な状態を検出するセンサ、カバーや清掃部材の取り付け状態を検出するセンサ、加圧ローラ34の加圧状態を検出するセンサなどが挙げられる。
The rotation
温度制御部42は、サーミスタ35a,35b,35cの温度検知結果等に応じて加熱部材32に備えられる抵抗発熱層32aおよび加圧ローラ34の内部に備えられるヒータランプ36への通電量を制御するための制御信号を熱源駆動手段45に出力することで定着ベルト33および加圧ローラ34の表面温度を制御するものである。
The
図5に示したように、温度制御部42は、センサデータ入力部51、温度記憶部52、温度偏差算出部53、テーブル記憶部54、出力決定部55、電力制御部56、目標温度設定部57を備えている。
As shown in FIG. 5, the
センサデータ入力部51は、サーミスタ35a〜35cの出力信号に基づいて温度変化を抵抗値の変化として検出し、抵抗値変化を電圧値変化に変換し、さらにこの電圧値変化をコンピュータで取り扱うことのできるデジタル信号に変換する。そして、温度検知結果を示す信号を温度記憶部52および温度偏差算出部53に出力する。なお、サーミスタ35a〜35cは、例えば、温度が高くなると抵抗値が小さくなり、温度が低くなると抵抗値が大きくなる、負の温度係数を有している。
The sensor data input unit 51 detects a temperature change as a resistance value change based on the output signals of the
温度記憶部52は、サーミスタ35a〜35cによる過去所定時間分の温度検知結果を記憶する。なお、上記所定時間は、例えば、加熱部材32およびヒータランプ36の温度制御周期(加熱部材32およびヒータランプ36への通電量の制御周期)の整数倍に設定する。具体的には、本実施形態では、上記所定時間を1秒前から現在まで、あるいは2秒前から現在までに設定する。
The
温度偏差算出部53は、サーミスタ35aによる現在の検知温度である第1検知温度と予め設定されている定着ベルト33の目標温度(制御目標温度)との偏差である第1温度偏差、および第1検知温度とサーミスタ35aによる所定時間前(例えば1秒前あるいは2秒前)の検知温度である第2検知温度との偏差である第2温度偏差を算出し、出力決定部55に出力する。なお、温度偏差算出部53は上記第2検知温度を温度記憶部52から読み出す。また、第1検知温度については、温度偏差算出部53が温度記憶部52から読み出してもよく、あるいはセンサデータ入力部51から温度偏差算出部53に入力するようにしてもよい。第1温度偏差、第2温度偏差は次式によって求まる。
第1温度偏差=第1検知温度−目標温度
第2温度偏差=第1検知温度−第2検知温度
The temperature deviation calculation unit 53 includes a first temperature deviation that is a deviation between a first detected temperature that is a current detected temperature by the
1st temperature deviation = 1st detection temperature-target temperature 2nd temperature deviation = 1st detection temperature-2nd detection temperature
また、温度偏差算出部53は、サーミスタ35cによる温度検知結果についても同様に、サーミスタ35cによる現在の検知温度である第3検知温度と予め設定されている加圧ローラ34の目標温度(制御目標温度)との偏差である第3温度偏差、および上記第3検知温度とサーミスタ35cによる所定時間前(例えば1秒前あるいは2秒前)の検知温度である第4検知温度との偏差である第4温度偏差を算出し、出力決定部55に出力する。
Similarly, the temperature deviation calculation unit 53 also detects the temperature detection result by the
テーブル記憶部54は、第1温度偏差と第2温度偏差との組み合わせと加熱部材32へ供給すべき電力量とを対応付けた第1出力設定テーブル(出力直接設定テーブル、中央部用テーブル)、および第3温度偏差と第4温度偏差との組み合わせとヒータランプ36へ供給すべき電力量とを対応付けた第2出力設定テーブル(加圧部材用テーブル)を記憶している。
The
出力決定部55は、温度偏差算出部53から入力される第1温度偏差および第2温度偏差に応じた通電量をテーブル記憶部54に記憶されている第1出力設定テーブルから読み出して加熱部材32への通電量を決定し、電力制御部56へ伝達する。また、出力決定部55は、温度偏差算出部53から入力される第3温度偏差および第4温度偏差に応じた通電量をテーブル記憶部54に記憶されている第2出力設定テーブルから読み出してヒータランプ36への通電量を決定し、電力制御部56へ伝達する。
The
なお、サーミスタ35bの温度検知結果(定着ベルト33の幅方向端部近傍の温度)とサーミスタ35aの温度検知結果(定着ベルト33の幅方向中央部の温度)との差に応じて第1出力設定テーブルから読み出した通電量を補正するようにしてもよい。例えば、上記の差に応じて定着ベルト33における幅方向の端部(記録材に当接しない非通紙領域)から定着ベルト33における幅方向中央部(記録材に当接する通紙領域)への伝熱量等を考慮して通紙領域の温度が目標温度に近づくように補正すればよい。あるいは、温度偏差算出部53が、サーミスタ35bによる所定時間前(例えば1秒前あるいは2秒前)の検知温度とサーミスタ35bによる現在の検知温度との偏差を算出し、出力決定部55がその偏差に応じて第1出力設定テーブルから読み出した通電量を補正するようにしてもよい。
The first output setting is made according to the difference between the temperature detection result of the
電力制御部56は、出力決定部55から伝達された通電量に基づいて電源回路43から加熱部材32への通電量を制御させるための制御信号を熱源駆動手段45に出力する。
The power control unit 56 outputs a control signal for controlling the energization amount from the
目標温度設定部57は、定着ベルト33の目標温度(制御目標温度)や加圧ローラ34の目標温度(制御目標温度)を設定する機能を有し、センサデータ入力部51あるいは温度記憶部52から得たサーミスタ35a,35b,35cの温度データと、制御部40の記憶部に記憶した目標温度設定値及び後述する目標設定補正テーブルを用いて、必要な目標温度を設定する。
The target
更に、制御部40には、記録材を用紙収納部(用紙カセットともいう)から取り出し、画像形成部に搬送して、画像を記録材に一定間隔でトナー画像を形成し、上記定着装置30に搬送するための制御を行う用紙搬送制御部46を有する。用紙搬送制御部46は、所定の用紙サイズ毎に定めた時間間隔で、記録材を搬送し、連続印字を行うように、記録材の印字速度を決定する。例えば、通常、A4サイズ横送りであれば、毎分51枚の印字を行ったり、A4サイズ縦送りであれば、毎分31枚の印字を行うように制御する。このように、用紙搬送制御部46は記録材の搬送速度(定着速度あるいはプロセス速度)を決定している。そして、用紙搬送制御部46は、加熱不足となる場合にはニップ通過速度が遅くなるように搬送速度を変更し、加熱過多となる場合にはニップ通過速度が速くなるように搬送速度を変更している。
Further, the control unit 40 takes out the recording material from the paper storage unit (also referred to as a paper cassette), conveys the recording material to the image forming unit, and forms a toner image on the recording material at regular intervals. A sheet
次に、図6に示すフローチャートに基づいて、定着装置の処理の流れについて説明する。なお、本実施形態では、第2検知温度を1.5秒前の検知温度としている。 Next, the processing flow of the fixing device will be described based on the flowchart shown in FIG. In the present embodiment, the second detection temperature is the detection temperature 1.5 seconds ago.
まず、センサデータ入力部51がサーミスタ35a、35bの検知信号を受け付け、これらの検知信号に基づいてそれぞれ第1検知温度、第3検知温度を検出(算出)し(ステップS1)、検出した第1検出温度、第3検知温度を温度記憶部52に記憶させる(ステップS2)。
First, the sensor data input unit 51 receives the detection signals of the
次に、目標温度設定部57は温度記憶部52から加圧ローラ34の検知温度である第3検知温度を読み出し(ステップS3)、読み出した第3検知温度の値に基づいて、定着ベルト33の目標温度を設定する(ステップS4)。なお、第3検知温度は、センサデータ入力部51から目標温度設定部57へ入力するようにしてもよい。目標温度の具体的設定方法については後述する。
Next, the target
次に、温度偏差算出部53が温度記憶部52から第1検知温度および第2検知温度を読み出し(ステップS5)、これら各検知温度とステップS4で設定した目標温度に基づいて第1温度偏差および第2温度偏差を算出し(ステップS6)、出力決定部55に出力する。
Next, the temperature deviation calculation unit 53 reads the first detection temperature and the second detection temperature from the temperature storage unit 52 (step S5), and based on each of these detection temperatures and the target temperature set in step S4, The second temperature deviation is calculated (step S6) and output to the
次に、出力決定部55は、温度偏差算出部53の算出した第1温度偏差および第2温度偏差の組み合わせに対応する通電量をテーブル記憶部54に記憶している第1出力設定テーブルから読み出し(ステップS7)、電力制御部56に出力する。
Next, the
図7は第1出力設定テーブルの一例を示す表である。この表に示す例では、第1出力設定テーブル60として、加熱部材32への通電量(電力量)が予め設定されており、第1温度偏差と第2温度偏差との組み合わせに応じた、加熱部材32に供給可能な通電量の最大値(定格電力)に対する通電量の割合を示す値が格納されている。そして、出力決定部55は、この第1出力設定テーブルから読み出した通電量を加熱部材32への通電量として決定している。例えば、第1温度偏差ΔT1が−1℃、第2温度偏差ΔT2が−5℃の場合には加熱部材32への供給電力は定格電力の100%に設定される。また、第1温度偏差ΔT1が−2℃、第2温度偏差ΔT2が0℃の場合には加熱部材32への供給電力は定格電力の63%に設定される。
FIG. 7 is a table showing an example of the first output setting table. In the example shown in this table, as the first output setting table 60, the energization amount (power amount) to the
その後、電力制御部56は、出力決定部55によって決定された通電量に基づいて熱源駆動手段45の動作を制御することにより、電源回路43から加熱部材32への通電量を制御する(ステップS8)。
Thereafter, the power control unit 56 controls the amount of power supplied from the
図8(a)は、電力制御部56による加熱部材32への通電量の制御方法(制御波形)を示す説明図である。この図に示すように、電力制御部56は、出力決定部55によって決定された通電量に基づいて加熱部材32への通電をONにする時間とOFFにする時間との比(デューティ比)を決定し、加熱部材32への通電をデューティ制御法によって制御する。例えば、通電量が最大通電量に設定されている場合には、インターバル時間(制御周期)の全時間において通電をONにする。また、通電量が最大通電量の63%に設定されている場合、インターバル時間中の63%に対応する時間だけ通電をONにし、残り37%に対応する時間では通電をOFFにする。なお、本実施形態では、加熱部材32として抵抗性発熱体(抵抗発熱層32a)を用いている。これにより、抵抗性発熱体は通電ONと通電OFFの繰り返しによる突入電流が定着装置の加熱手段として多用されているハロゲンランプに比べて小さいので、ちらつきの原因となるフリッカを防止することができる。
FIG. 8A is an explanatory diagram showing a control method (control waveform) of the energization amount to the
なお、加熱部材32への通電量の制御方法は上記したようなデューティ制御に限るものではない。例えば、図8(b)に示すように、電源回路43から熱源駆動手段45を介して加熱部材32に供給される交流電源電圧の位相を制御する位相制御法を用いてもよい。この位相制御法では、交流電圧の半波長毎に通電時間を規定し、交流電圧の半波長毎の通電時間に応じて導通時間の位相角を制御して電力制御を行う。位相制御法では、ハロゲンランプのような誘導性発熱体の突入電流を抑えながら、電力制御を行うことができる。つまり、ハロゲンランプのような誘導性発熱体に対して通電ONと通電OFFを細かく行うと、誘導性負荷による電流変動が大きくなり、交流電源の大きな電圧変動を誘発するので、このような誘導性発熱体を用いる場合の電力制御には位相制御が好適である。
Note that the method for controlling the amount of power supplied to the
また、上記したデューティ制御と位相制御とを組み合わせて加熱部材32に供給する電力量を制御してもよい。この場合、例えば、出力決定部55の決定した通電量に応じて、デューティ制御を行うか、位相制御を行うかを予め設定された条件に基づいて適宜選択するようにしてもよい。また、例えば、インバータを用いて交流電圧を直流電圧に変換してパルス駆動する構成とし、出力決定部55の決定した通電量に応じて交流電圧の振幅を制御するようにしてもよい。また、直流電圧のパルス幅やパルス数などを制御することで通電量を制御してもよい。
Further, the amount of power supplied to the
一方、用紙搬送制御部46は、読み出した第3検知温度である加圧ローラ34の温度が図9に示す目標設定補正テーブル61のどの温度範囲(エリア)にあるかを判別し、該当するエリアにおける単位時間あたりの印字枚数、すなわち記録紙の搬送速度を読み出し(ステップS9)、回転駆動制御部41に出力する。
On the other hand, the sheet
そして、回転駆動制御部41は用紙搬送制御部46から受け取った搬送速度にしたがって回転制御手段44を駆動制御する(ステップS10)。
Then, the rotation
その後、温度制御部42は、定着処理を終了するか否かを判断し(ステップS11)、終了しない場合にはS1からの処理を繰り返す。
Thereafter, the
なお、図6の例では加熱部材32の温度制御処理について説明したが、温度制御部42はヒータランプ36の温度制御についてもほぼ同様の方法で行ってもよい。すなわち、センサデータ入力部51がサーミスタ35cの検知信号を受け付けて第3検知温度を検出し、検出した第3検出温度を温度記憶部52に記憶させる。また、温度偏差算出部53が温度記憶部52から第3検知温度および第4検知温度を読み出し、これら各検知温度に基づいて第3温度偏差および第4温度偏差を算出し、出力決定部55が第3温度偏差および第4温度偏差の組み合わせに対応する通電量を、テーブル記憶部54に記憶している第2出力設定テーブルから読み出し、電力制御部56がその通電量に基づいて熱源駆動手段45の動作を制御することにより、電源回路43からヒータランプ36への通電量を制御する。なお、ヒータランプ36の温度制御を行う場合も、サーミスタ35aの第1検知温度の値に基づいて、加圧ローラ34の目標温度を設定するようにしてもよい。
In the example of FIG. 6, the temperature control process of the
以上のように、本実施形態に係る定着装置30では、定着ベルト33の現在の温度検知結果である第1検知温度と定着ベルト33の目標温度との偏差である第1温度偏差と、上記第1検知温度と定着ベルト33の所定時間前(例えば1秒前)の温度検知結果である第2検知温度との偏差である第2温度偏差との組み合わせに対応する加熱部材32への通電量を予め設定しておく。そして、定着ベルト33の温度検知結果と目標温度に基づいて算出した第1温度偏差および第2温度偏差の組み合わせに基づいて加熱部材32に供給する電力量を制御する。そして、定着ベルト33の目標温度を設定する際に、加圧ローラ34の温度を勘案して設定するようにしている。
As described above, in the fixing
これにより、定着ベルト33および加圧ローラ34の温度リップルを簡単な構成で効果的に抑制することができる。したがって、過加熱や熱量不足に起因する画質の低下や記録材の巻き付きなどの不具合を防止できる。また、定着ベルト33および加圧ローラ34の過加熱を防止できるので、余分なエネルギー消費が削減し、省エネルギー化を図ることができる。
Thereby, the temperature ripple of the fixing
また、本実施形態では、加熱部材32が定着ベルト33の幅方向について一様に加熱する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、定着ベルト33の幅方向の中央部を加熱する加熱部材(中央加熱部材)と幅方向の端部を加熱する加熱部材(端部加熱部材)とを設けてもよい。この場合、例えば、中央加熱部材についてはサーミスタ(中央温度検知部)35aの温度検知結果と目標温度に基づく第1温度偏差および第2温度偏差の組み合わせに基づいて温度制御し、端部加熱部材についてはサーミスタ(端部温度検知部)35bの現在の検知温度である第5検知温度と目標温度との偏差である第5温度偏差と、所定時間前の検知温度である第6検知温度と第5検知温度との偏差である第6温度偏差との組み合わせに基づいて温度制御してもよい。すなわち、第5温度偏差と第6温度偏差との組み合わせに対応する端部の加熱部に対して供給すべき電力量を示す第3出力設定テーブル(端部用テーブル)をテーブル記憶部54に記憶させておき、それを読み出すことで供給する電力量を決定すればよい。
In the present embodiment, the configuration in which the
また、定着装置30に備えられる各部材の構成、サイズ、制御条件等も本実施形態に示した例に限るものではなく、適宜変更することができる。また、出力設定テーブルについても、上述した例に限るものではなく、定着速度、複写速度、定着方式、各部材の構成、サイズ、制御条件等に応じて適宜設定すればよい。
Further, the configuration, size, control conditions, and the like of each member provided in the fixing
次に、本実施形態では、例えば定着ベルト33の目標温度を設定する際に、加圧ローラ34の検知温度の値に基づいて補正を行っているが、この点について説明する。
Next, in this embodiment, for example, when the target temperature of the fixing
印字する際の定着装置の状態は、画像形成装置を立ち上げ直後の状態、立ち上げ後しばらくそのまま待機した状態、あるいは、複数枚の印字が終了した直後の状態といった、様々な温度状態をとり得る。そして、それぞれの状態において、記録材や使用環境温度が大きく変わらなければ、記録材上のトナー画像の加熱溶融に必要な熱エネルギーは、ほとんど変わらない。 The state of the fixing device at the time of printing can take various temperature states such as a state immediately after starting up the image forming apparatus, a state in which the image forming apparatus has been started, and a state in which the image forming apparatus has been on standby for a while, or a state immediately after the completion of printing of a plurality of sheets. . In each state, the thermal energy required for heating and melting the toner image on the recording material hardly changes unless the recording material and the use environment temperature change greatly.
しかし、上記のような様々な温度状態では、定着ベルト33、定着ローラ31や加圧ローラ34などの温度も種々異なり、周囲の温度状態も異なることになる。このような場合、一律の温度を定めて、定着ベルト33、定着ローラ31や加圧ローラ34を加熱すると、先述したように、記録材上のトナー画像への過剰な加熱が行われたり、あるいは、必要な熱エネルギーが供給されなかったりする場合がある。即ち、定着ベルト33、定着ローラ31や加圧ローラ34の温度状態によっては、トナー画像を定着するために最適な各々の温度状態があり、そこから外れた状態で印字した場合には、巻き付きや高温オフセット、定着不良などの画像劣化を発生させてしまう。
However, in the various temperature states as described above, the temperatures of the fixing
そこで、様々な温度状態においても、トナー画像を最適な条件で定着させるために、本発明では、加圧ローラ34の温度状態に着目している。
Therefore, in order to fix the toner image under optimum conditions even in various temperature states, the present invention focuses on the temperature state of the
ここで、最適な条件とは、定着性能維持条件とも呼べるものである。例えば温度条件について言えば、定着部材や加圧ローラの温度は、時間変化とともに、間接的加熱によって、本来の目標温度と異なる状態に変化してしまうことがあるが、最適な温度条件は、このような状態でも、即時印字開始ができて、定着性能が良好な状態にあること示している。すなわち、最適な温度条件は、特定の1ポイントではなく、その周辺の領域にいれば、ほぼ同等の定着性能が維持できる定着部材と加圧部材の温度範囲を示している。 Here, the optimum conditions can be called fixing performance maintaining conditions. For example, regarding the temperature condition, the temperature of the fixing member and the pressure roller may change to a state different from the original target temperature due to indirect heating with time change. Even in such a state, it is possible to start printing immediately and to indicate that the fixing performance is good. That is, the optimum temperature condition is not a specific one point, but indicates the temperature range of the fixing member and the pressure member that can maintain substantially the same fixing performance in the peripheral region.
定着装置の様々な温度状態において、定着ベルト33、定着ローラ31は、比較的温度制御が容易なことが多く、加熱が必要な場合は加熱部材32に通電すれば、応答良く温度が上昇し、加熱が不要になれば、非通電とすることにより、温度降下がすぐにはじまるため、降温することができる。しかしながら、定着装置は全体として低熱容量ではあるが、加圧ローラ34は、その中でも熱容量が比較的大きく、昇温や降温は、時間遅れも伴うことから応答性が悪く、様々な温度状態において、最適状態に変化させることが難しい部材にあてはまる。
In various temperature states of the fixing device, the temperature of the fixing
一方、加圧ローラ34の蓄熱量によっては、多少熱供給に遅れが生じたり、環境温度が変動した場合でも、温度追従性を維持することができる。
On the other hand, depending on the amount of heat stored in the
そこで、この加圧ローラ34の温度状態をモニタリングして、その温度状態から、定着ベルト33や定着ローラ31の温度状態の変化の程度、経過印字枚数、記録材の搬送速度の調整や、蓄熱動作のための待ち時間の調整といった制御を柔軟に適用すれば、定着装置を最適な温度状態に近づけて、印字を行うことが可能となる。
Therefore, the temperature state of the
例えば、印字を開始する際に、直前の加圧ローラ34の温度をサーミスタ35cで取得し、直前の印字待ち動作中の温度状態として、印字の際の定着ベルト33の目標温度設定に反映することで、印字開始初期から中期にかけての温度過多や熱不足を解消して、記録材上のトナー画像に必要な熱エネルギーを供給することができる。
For example, when the printing is started, the temperature of the
即ち、加圧ローラの印字開始直前の温度が、ある温度閾値よりも高いか低いかによって、加熱部材32の発熱を制御する時の目標温度を、低くしたり、高くしたりする。これにより、加圧ローラ34の温度が高い場合には、定着ベルト33の表面温度を通常よりも下げて最適温度状態に近づけるために、加熱部材32の発熱を制御する時の目標温度を低く設定する。すなわち、加圧ローラ34から記録材への熱エネルギー供給が多くなるので、これに応じて定着ベルト33あるいは定着ローラ31から記録材へ供給される熱エネルギーを減らすために、定着ベルト33の目標温度を低く設定する。
That is, the target temperature when controlling the heat generation of the
逆に、加圧ローラ34の温度が低い場合は、加圧ローラ34から記録材への熱エネルギー供給が少なくなるので、これに応じて定着ベルト33あるいは定着ローラ31から供給される熱エネルギーを増やすために、定着ベルト33の目標温度を高く設定する。
Conversely, when the temperature of the
そして、このような制御は、加圧ローラ34の温度に依存するため、画像形成装置の立ち上げ直後の状態、立ち上げ後しばらくそのまま待機した状態、あるいは、複数枚の印字が終了した直後の状態といった様々な温度状態にかかわらず適応でき、図9に示すような目標設定補正テーブル61に基づいて実現することができる。例えば、印字開始時点か、記録材が定着装置に搬送される直前かなどにかかわらず、加圧ローラ34の温度が、例えば110℃未満の場合には、定着ベルト33の目標温度を、+10℃の目標温度補正を行い、加熱部材32からの供給熱エネルギーを増やして、熱供給不足にならないように制御する。
Since such control depends on the temperature of the
ここで、実際の目標温度の値は、予め制御部40の記憶部に記憶した目標温度設定値に対して、目標設定補正テーブル61で求まる補正値を加算した値となる。また、目標設定補正テーブル61は制御部40の記憶部に予め記憶しておけばよく、テーブル記憶部54に記憶しておいてもよい。
Here, the actual target temperature value is a value obtained by adding the correction value obtained from the target setting correction table 61 to the target temperature setting value stored in the storage unit of the control unit 40 in advance. The target setting correction table 61 may be stored in advance in the storage unit of the control unit 40 or may be stored in the
なお、図9に示す目標設定補正テーブル61aでは、経過印字枚数の変化によっても、定着ベルト33の目標温度を補正するようにしており、経過印字枚数が大きくなるほど目標温度を補正の絶対値が小さくなるようにしているが、経過印字枚数を考慮しない場合は、例えば、加圧ローラの温度が各エリアにある際に、「10枚目まで」に記載した温度補正値のみを用いるようにしてもよい。
In the target setting correction table 61a shown in FIG. 9, the target temperature of the fixing
しかしながら、定着ベルトや加圧部材の温度が逐次変化する為、その時々の各温度条件に応じて、定着性能を維持するには、定着性能維持条件に導く必要があり、かつ、印字枚数を経る毎に、これら部材の温度も変化するので、その時々の定着性能維持条件に導くには、定着ベルトの目標温度値も経過印字枚数によって補正することが望ましい。例えば、単に加熱量の増減をしても、加熱性能がよければ、短時間で温度が到達し、ヒータランプが消灯するが、アンダーシュートによって、別の弊害を生んでしまうといったことが生じる。 However, since the temperature of the fixing belt and the pressure member sequentially changes, in order to maintain the fixing performance according to each temperature condition at that time, it is necessary to lead to the fixing performance maintaining condition, and the number of prints passes. Since the temperature of these members also changes every time, it is desirable that the target temperature value of the fixing belt is also corrected based on the number of elapsed printings in order to obtain the fixing performance maintaining condition at that time. For example, even if the heating amount is simply increased or decreased, if the heating performance is good, the temperature reaches in a short time and the heater lamp is turned off, but undershooting may cause another harmful effect.
また、本実施形態では、加圧ローラの温度状態に応じた目標温度補正値を、図9の目標設定補正テーブル61に示すように、例えば3つのエリアに区分し、定着部材の目標温度の補正とともに単位時間当たりの印字枚数(記録紙の搬送速度)を変更するように制御している。ここで、目標設定補正テーブル61は、加圧部材の検出温度によって、記録材の搬送速度を対応付けるものであるといえる。
In the present embodiment, the target temperature correction value corresponding to the temperature state of the pressure roller is divided into, for example, three areas as shown in the target setting correction table 61 in FIG. 9 to correct the target temperature of the fixing member. At the same time, control is performed to change the number of printed sheets per unit time (recording paper conveyance speed). Here, it can be said that the target setting correction table 61 associates the recording material conveyance speed with the detected temperature of the pressure member.
これは、加圧ローラ34の温度状態を区分し、それぞれの温度状態に合わせて、最適温度状態へ変更する条件を設けるようにしたものであり、かつ、記録材の搬送速度(搬送間隔)を制御して、記録材の定着ニップ部の通過時間を変更させることにより、記録材に供給する熱エネルギー量を最適な状態にしたものである。
In this method, the temperature state of the
例えば、加圧ローラ34の温度が、図9に示す目標設定補正テーブル61のエリア1と判定された場合、定着ベルト33の目標温度設定を、図示のように、+10℃とプラス補正を行う。一方、エリア1と判定された場合、定着ベルト33の目標温度の変化が急激すぎたり、大きな目標温度補正を与えなければならない場合などでは、プラス補正をいたずらに大きく設定できない。このため、単位時間当たりの搬送速度、即ち単位時間あたりの印字枚数を、51枚から48枚に変更することを連動して行う。これにより、記録材の定着ニップ部の通過に長い時間が必要となり、記録材に必要な熱エネルギーの供給を行うようにしている。
For example, the temperature of the
また逆に、エリア3と判定される場合で、加圧ローラ34の温度が141℃以上の時には、単位時間あたりの印字枚数を増やして、加圧ローラ34から記録材への熱移動を促すとともに、加圧ローラ34の温度を低い方に変化させて、最適状態で印字を行うようにする。なお、目標設定補正テーブル61では、加圧ローラ34の温度範囲として3つのエリアを設けているが、より細かい範囲で温度補正値と搬送速度を変更するようにしてもよい。また、目標設定補正テーブル61はテーブル記憶部54に記憶しておけばよいが、エリア(区分)と搬送速度との関係については、別のテーブルとして用紙搬送制御部46に記憶しておいてもよい。
Conversely, when the
さらに、これに加えて、目標温度をマイナス補正する場合には、目標温度の補正に応じて、定着装置の周囲や内部に設けた冷却ファンを、回転駆動手段44にて制御して、その空気流によって、定着ユニット自体や定着ベルト33、定着ローラ31、加圧ローラ34の温度を下げて、最適温度からのずれを小さくするように強制冷却を行ってもよい。その際、加圧ローラの検知温度が高い場合には冷却ファンの風量が多くなるようにすればよい。
In addition to this, when the target temperature is negatively corrected, the cooling fan provided around or inside the fixing device is controlled by the rotation driving means 44 in accordance with the correction of the target temperature, and the air Forcibly cooling may be performed so that the temperature of the fixing unit itself, the fixing
以上のように、本実施形態では、定着ベルト33の幅方向中央部に対応する位置に備えられたヒータランプ133aと、定着ベルト33の幅方向端部に対応する位置に備えられるヒータランプ133bと、加圧ローラ34の内部に備えられたヒータランプ36とを備えている。そして、定着ベルト33における幅方向中央部の現在の検知温度と定着ベルト33の目標温度との偏差である第1温度偏差と、定着ベルト33における幅方向中央部の現在の検知温度と所定時間前の定着ベルト33における幅方向中央部の検知温度との偏差である第2温度偏差との組み合わせに基づいてヒータランプ133aへの通電量を制御する。そして、加圧ローラ34の検知温度に基づいて、定着ベルト33の目標温度と、記録材の用紙搬送速度を変更するようにする。
As described above, in the present embodiment, the
また、加圧ローラ34の現在の検知温度と加圧ローラ34の目標温度との偏差である第3温度偏差と、加圧ローラ34の現在の検知温度と所定時間前の加圧ローラ34の検知温度との偏差である第4温度偏差との組み合わせに基づいてヒータランプ36への通電量を制御してもよい。さらに、定着ベルト33における幅方向端部の現在の検知温度と定着ベルト33の目標温度との偏差である第5温度偏差と、定着ベルト33における幅方向端部の現在の検知温度と所定時間前の定着ベルト33における幅方向端部の検知温度との偏差である第6温度偏差との組み合わせに基づいてヒータランプ133bへの通電量を制御してもよい。
Further, a third temperature deviation, which is a deviation between the current detected temperature of the
以上、加圧ローラ34の温度状態の高低により、定着ベルト33の目標温度設定を低高とすることで、記録材に対する複数の供給先からの熱エネルギーを全体として最適な供給状態となるようにすることができ、巻き付きや高温オフセット、定着不良といった画像劣化を防止して、印字を行うことができる。そして、目標温度の設定と合わせて、記録材のニップ通過速度を変更することで、記録材に対する熱エネルギーの供給がより最適な状態で行われるようにしている。
As described above, by setting the target temperature setting of the fixing
なお、先述したように、加圧ローラ34の温度状態として、更に区分を増やしても良く、区分の増加に合わせてきめ細かく補正値を定めてもよい。さらに、補正値を時間の経過と共に変えたり、印字待機中の経過時間に応じて変えたり、印字枚数を経る毎に変えたり、環境温度の変化に応じて変えたり、記録材の坪量や電源電圧の状態、周辺装置の接続状態などの印刷条件に応じて変えたりすることも可能であり、その際は、複数の目標設定補正テーブルを準備しておき、時間や状態の変化に応じて目標設定補正テーブルを切換えるようにしてもよい。
As described above, the temperature state of the
図10は本実施形態に係る定着装置30bの断面図である。この定着装置30bは、図2で示した定着装置30に代えて画像形成装置100に備えられるものである。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the fixing device 30b according to the present embodiment. The fixing device 30b is provided in the
図10に示すように、定着装置30bは、図2で示した定着装置30における加熱部材32に代えて、加熱ローラ(加熱部材)132を備えており、加熱ローラ132の内部にハロゲンランプ等からなるヒータランプ(中央加熱部材)133aおよびヒータランプ(端部加熱部材)133bを備えている。
As shown in FIG. 10, the fixing device 30b is provided with a heating roller (heating member) 132 instead of the
加熱ローラ132は、アルミニウムからなる外径28mm、肉厚0.5mmのアルミニウムからなる中空円筒状のローラ部材であり、その両端部は耐熱樹脂製の断熱ブッシュ及びボールベアリングからなる支持部材によって回転可能に保持されている。また、これら各支持部材は定着ローラ31から遠ざかる方向にバネ等の付勢部材で付勢されたフレームに固定されている。これにより、定着ローラ31および加熱ローラ132に張架される定着ベルト33に所定の張力が付与されるようになっている。これにより、定着ローラ31が回転駆動されて定着ベルト33が定着ローラ31に従動回転すると、加熱ローラ132が定着ベルト33に従動回転するようになっている。
The
加熱ローラ132の内部には、ヒータランプ133aおよび133bが配置されている。なお、ヒータランプ133aは加熱ローラ132の軸方向中央部の所定幅の領域に設けられており、ヒータランプ133bは加熱ローラ132の軸方向両端部の所定幅の領域に設けられている。また、サーミスタ35aは定着ベルト33および加熱ローラ132を介してヒータランプ133aに対向する位置に配置されており、サーミスタ35bは定着ベルト33および加熱ローラ132を介してヒータランプ133bに対向する位置に配置されている。
Inside the
ヒータランプ133a,133bの動作は温度制御部42が熱源駆動手段45の動作を制御することによって行われる。具体的には、熱源駆動手段45が温度制御部42からの制御信号に応じて電源回路43からヒータランプ133a,133bに供給(通電)する電力を制御することにより、ヒータランプ133a,133bが供給される電力に応じて発光し、ヒータランプ133a,133bから赤外線が放射される。これにより、加熱ローラ132の内周面が赤外線を吸収して加熱され、加熱ローラ132全体が加熱される。なお、ヒータランプ133a,133bが放射する赤外線を吸収しやすくするために、加熱ローラ132の内面に赤外線の波長域に良好な吸収特性を有する耐熱黒色塗料を塗布してもよい。
The operation of the
また、上記各実施形態では、定着ローラ、定着ベルト、および加圧ローラを1組だけ備えた定着装置を用いる場合について説明したが、これに限るものではない。 In each of the above embodiments, the case where a fixing device including only one set of a fixing roller, a fixing belt, and a pressure roller has been described. However, the present invention is not limited to this.
例えば、図11に示すように、図2で示した定着装置30と、この定着装置30に対して記録材搬送方向の下流側に備えられる第2の定着装置60とを備えた定着装置30cを用いてもよい。
For example, as shown in FIG. 11, a fixing
この定着装置30cは、内部にヒータランプ65を備えた定着ローラ61と、内部にヒータランプ66を備えた加圧ローラ62とを所定の荷重で当接させた構成であり、これら両ローラは互いに逆方向に回転駆動される。そして、回転駆動されている定着ローラ61と加圧ローラ62との間に記録材を通紙させることにより、定着装置30によって記録材上に一次定着されたトナー像をこの記録材により強固に定着させる。
The fixing
なお、定着ローラ61との対向部にはサーミスタ63が配置され、加圧ローラ62との対向部にはサーミスタ64が配置されており、これら各サーミスタによる両ローラの温度検知結果に基づいて温度制御部42がヒータランプ65および66への通電量を制御するようになっている。温度制御方法は、例えば加熱部材32およびヒータランプ36の温度制御方法と同様の方法を用いることができる。
A
定着ローラ61および加圧ローラ62の構成は特に限定されるものではなく、熱ローラ定着方式の定着装置において従来から用いられているものを用いてもよい。本実施形態では、定着ローラ61および加圧ローラ62として、内側から順に芯金、弾性層、および離型層が形成された3層構造のものを用いた。芯金には、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等の金属あるいはそれらの合金等が用いられる。また、弾性層にはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性を有するゴム材料が適しており、離型層はPFAやPTFE等のフッ素樹脂が適している。
The configurations of the fixing
また、定着装置30と定着装置60との間には、搬送ガイド板または搬送ローラなどのガイド部材70が設けられており、定着装置30で一次定着処理された記録材Pは、ガイド部材に沿って搬送されて、定着装置60で2次定着処理されて排出されるようになっている。
In addition, a guide member 70 such as a conveyance guide plate or a conveyance roller is provided between the fixing
また、記録材が薄い場合や定着処理を素早く行いたい場合には、定着装置30によって一次定着処理された記録材の搬送方向をガイド部材70によって切り替えて定着装置60を介さずに排出するための迂回経路に搬送させ、この迂回経路に配設される複数の搬送ローラ71a,71bによって定着装置30cの外部に排出するようにしてもよい。
Further, when the recording material is thin or when it is desired to perform the fixing process quickly, the conveying direction of the recording material subjected to the primary fixing process by the fixing
なお、定着ローラ61および加圧ローラ62を加熱するための加熱手段はヒータランプに限るものではなく、誘導加熱を利用した誘導加熱方式の加熱手段を用いてもよく、ヒータランプと誘導加熱方式の加熱手段とを適宜組み合わせて用いてもよい。
The heating means for heating the fixing
また、定着装置60に代えて定着装置30を備えた定着装置30dを用いてもよい。つまり、図12に示すように、定着装置30を2組備えた構成としてもよい。
Further, instead of the fixing
これらの2段階定着方式の定着装置を用いる構成では、各定着装置の熱容量を小さくできるので、熱応答性を高めて定着処理を迅速に行うことができる。また、本実施形態に係る温度制御方法を適用することにより、温度リップルを低減することができる。 In the configuration using these two-stage fixing type fixing devices, the heat capacity of each fixing device can be reduced, so that the heat responsiveness can be improved and the fixing process can be performed quickly. Moreover, the temperature ripple can be reduced by applying the temperature control method according to the present embodiment.
また、上記各実施形態では、加圧部材として加圧ローラ34を用いているが、これに限らず、例えば図13に示すように、加圧部材として加圧ベルトを用いた、ツインベルト定着方式の定着装置を用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
図13に示す定着装置30eは、定着ローラ31、加熱部材32、および定着パッド38aに回転可能に懸架された定着ベルト33と、加圧ローラ34、懸架ローラ(テンションローラ)34B、および加圧パッド38bに回転可能に懸架された加圧ベルト33bとを備えている。なお、サーミスタ35a,35bは定着ベルト33の表面温度を検知して温度制御部42に伝達し、サーミスタ35cは加圧ベルト33bの表面温度を検知して温度制御部42に伝達するようになっている。そして、温度制御部42は、先述した方法で加熱部材32およびヒータランプ36への通電量を制御するようになっている。
The fixing
また、定着パッド38aおよび加圧パッド38bは、定着ローラ31と加圧ローラ34とが定着ベルト33および加圧ベルト33bを介して圧接する位置に対して記録材搬送方向の上流側で定着ベルト33および加圧ベルト33bを介して所定の荷重で圧接するように配置されている。これにより、パッド38aと38bとの対向部から定着ローラ31と加圧ローラ34との対向部までの広い範囲に定着ニップ部が形成され、搬送される記録材Pを効率的に加熱できるようになっている。
Also, the fixing pad 38a and the pressure pad 38b are located on the upstream side in the recording material conveyance direction with respect to the position where the fixing
また、定着パッド38aと加圧パッド38bとの圧接力は、定着ローラ31と加圧ローラ34との圧接力よりも小さく設定されている。したがって、この構成では、定着ニップ部の最下流部分である定着ローラ31と加圧ローラ34との対向部において記録材搬送方向の圧力分布が最大になる。これにより、定着ベルト33と加圧ベルト33bとが回転時にスリップすることを防止することができる。
The pressure contact force between the fixing pad 38 a and the pressure pad 38 b is set smaller than the pressure contact force between the fixing
定着ローラ31、加熱部材32、定着ベルト33、および加圧ローラ34としては、図2で示した定着装置と同様のものを用いることができる。また、加圧ベルト33bとしては定着ベルト33と同様のものを用いることができる。
As the fixing
定着パッド38aおよび加圧パッド38bを構成する材料としては、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド樹脂)などを用いることができる。 As a material constituting the fixing pad 38a and the pressure pad 38b, for example, PPS (polyphenylene sulfide resin) can be used.
懸架ローラ34Bの構成は特に限定されるものではないが、加圧ベルト33bからの熱伝導性が低いものを用いることが好ましい。本実施形態では、外径30mm、内径26mmの鉄合金製の芯金の周囲にシリコーンスポンジ層を設けたローラ部材を用いた。
The configuration of the
なお、回転体ではない定着パッド38aと加圧パッド38bとで定着ニップ部を形成すると、定着ベルト33および加圧ベルト33bの内周面は各パッドに摺擦され、これら各ベルト33,33bの内周面と各パッド38a,38bとの摩擦係数が大きいと、摺動抵抗が大きくなる。その結果として、画像のずれ、ギア破損、駆動モータの消費電力アップ等の問題が発生し、特にツインベルト方式において、この問題が顕著である。そのために、定着パッド38aおよび加圧パッド38bにおける各ベルト33,33bとの接触面には、低摩擦シート層が設けられている。これにより、各ベルト33,33bとの摺擦による各パッド38a,38bの摩耗が防止され、摺動抵抗も低減できるので、良好なベルト走行性、ベルト耐久性が得られる。
When the fixing nip portion is formed by the fixing pad 38a and the pressure pad 38b which are not rotating bodies, the inner peripheral surfaces of the fixing
このようなツインベルト方式の定着装置においても、本発明の制御方法を適用することにより、温度リップルを低減することができる。なお、実施形態1では、加圧ローラの検知温度に基づいて、定着ベルトの目標温度を変更するとともに搬送速度を変更する場合について説明したが、定着ベルトの目標温度を変更することなく、加圧ローラの検知温度に基づいて搬送速度のみを変更するようにしてもよい。 Even in such a twin belt type fixing device, the temperature ripple can be reduced by applying the control method of the present invention. In the first embodiment, the case where the target temperature of the fixing belt is changed and the conveyance speed is changed based on the detected temperature of the pressure roller has been described. However, the pressure can be applied without changing the target temperature of the fixing belt. Only the conveyance speed may be changed based on the detected temperature of the roller.
(実施形態2)
本発明の他の実施形態について説明する。図14は本発明の他の実施形態に係る定着装置において用いられる目標設定補正テーブルの例を示す表である。
(Embodiment 2)
Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a table showing an example of a target setting correction table used in a fixing device according to another embodiment of the present invention.
図14に示す目標設定補正テーブル62では、定着部材(定着ベルトあるいは定着ローラ)の目標温度と実温度(検知温度)との差に基づいて、単位時間当たりの印字枚数を変更するようにしている。ここで、加圧部材の温度および経過印字枚数によって定着部材の目標温度の補正値を変更しているが、定着部材の目標温度は補正前の目標温度であり、例えば、先述した、予め設定されている定着ベルト33の目標温度(制御目標温度)に相当する。換言すれば、定着部材の目標温度と実温度との差は、目標温度を補正する前の第1温度偏差に相当する。
The target setting the correction table 62 shown in FIG. 14, based on the difference between the target temperature and the actual temperature (detected temperature) of the fixing member (Fixing belt or fixing roller), so as to change the number of printed sheets per unit time Yes. Here, the correction value of the target temperature of the fixing member is changed according to the temperature of the pressure member and the number of printed sheets. The target temperature of the fixing member is the target temperature before correction, and is set in advance, for example, as described above. This corresponds to the target temperature (control target temperature) of the fixing
そして、定着部材の実温度(検出温度)が低く、例えば、目標温度よりもマイナス24℃未満の場合は、搬送速度を遅くして、単位時間当たりの印字枚数を41枚/分とし、定着部材の実温度(検出温度)が高くなるにつれて、単位時間当たりの印字枚数を増加させている。このように、記録材の定着ニップ部の通過時間を変更させることにより、記録材に供給する熱エネルギー量が最適な状態になるようにしている。なお、定着部材の制御目標温度を所定の値とした場合、図14に示す目標設定補正テーブル62における定着部材の目標温度と実温度との差の範囲は、実温度(検出温度)の範囲に置き換えることができる。したがって、図14に示す目標設定補正テーブル62は、定着部材の検出温度によって、記録材の搬送速度を対応付けるものであるといえる。 When the actual temperature (detected temperature) of the fixing member is low, for example, less than −24 ° C. lower than the target temperature, the conveyance speed is slowed to set the number of printed sheets per unit time to 41 sheets / min. As the actual temperature (detected temperature) increases, the number of printed sheets per unit time is increased. Thus, by changing the passage time of the recording material through the fixing nip portion, the amount of heat energy supplied to the recording material is set to an optimum state. When the control target temperature of the fixing member is set to a predetermined value, the range of the difference between the target temperature of the fixing member and the actual temperature in the target setting correction table 62 shown in FIG. 14 is the range of the actual temperature (detected temperature). Can be replaced. Therefore, it can be said that the target setting correction table 62 shown in FIG. 14 associates the recording material conveyance speed with the detected temperature of the fixing member.
また、上記各実施形態において、例えば、温度制御開始時(例えば、電源投入時やスリープ状態からの復帰時など)、温度制御条件変更時(例えば、目標温度設定の変更時、記録材の種類の変更時、印字速度(プロセス速度)の変更時など)、画像形成装置の動作状態変更時(例えば、Ready待機状態から印字状態(定着処理状態)への移行時、ウォームアップ状態からReady待機状態への移行時、印字状態から冷却状態(定着処理時およびウォーミングアップ時よりも低い温度で待機する状態)へ移行時、冷却状態から待機状態へ移行時、冷却状態から印字状態への移行時など)、印字動作実行中の所定条件(例えば、印字開始からの経過時間、印字開始からの印字枚数、印字中の印字枚数経過状況、残り印字枚数など)の満了時、その他温度制御条件変更時、通電量変更時、定着装置30、30bにおける印字動作実行中の所定条件満了時、印字動作終了時、予熱状態中の省エネルギー状態時などの定着装置30、30bにおける動作状態変更時などの種々の印刷条件に応じて、複数の出力設定テーブル60や、目標設定補正テーブル61,62を設定してもよい。そして、それぞれの条件で記録材の定着条件が最適になるように温度制御部42や用紙搬送制御部46で制御を行うようにしてもよい。なお、上述したこれらの各条件を複数のグループに分け、グループごとに、出力設定テーブル60や、目標設定補正テーブル61,62を設定してもよい。
In each of the above embodiments, for example, when temperature control is started (for example, when the power is turned on or when returning from the sleep state), when temperature control conditions are changed (for example, when the target temperature setting is changed, the type of recording material is changed) When changing, when changing the printing speed (process speed), when changing the operating state of the image forming apparatus (for example, when shifting from the Ready standby state to the printing state (fixing processing state), from the warm-up state to the Ready standby state ), Transition from printing to cooling (waiting at a lower temperature than during fixing processing and warming up), transition from cooling to standby, transition from cooling to printing, etc.) When predetermined conditions during printing operation (for example, the elapsed time from the start of printing, the number of printed sheets from the start of printing, the elapsed number of printed sheets during printing, the remaining number of printed sheets, etc.) expire Other operating conditions in the fixing
以上、各実施形態について述べたが、各実施形態において、画像形成装置100の主制御部、および定着装置30,30bの制御部40を、CPU等のプロセッサを用いてソフトウェアによって実現してもよい。この場合、画像形成装置100、定着装置30,30bは、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである画像形成装置100、定着装置30,30bの制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、画像形成装置100、定着装置30,30bに供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによって達成される。
Although the embodiments have been described above, in each embodiment, the main control unit of the
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。 Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.
また、画像形成装置100、定着装置30,30bを通信ネットワークと接続可能に構成し、通信ネットワークを介して上記プログラムコードを供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
Further, the
また、画像形成装置100の主制御部、および定着装置30,30bの制御部40は、ソフトウェアを用いて実現されるものに限らず、ハードウェアロジックによって構成されるものであってもよく、処理の一部を行うハードウェアと当該ハードウェアの制御や残余の処理を行うソフトウェアを実行する演算手段とを組み合わせたものであってもよい。
In addition, the main control unit of the
以上、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に開示した範囲で、種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope disclosed in the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
30,30b〜30e…定着装置、31…定着ローラ(ベルト懸架部材)、32…加熱部材(中央加熱部材、端部加熱部材)、33…定着ベルト(定着部材)、33b…加圧ベルト(加圧部材)、34…加圧ローラ(加圧部材)、35a…サーミスタ(温度検知部、中央温度検知部)、35b…サーミスタ(温度検知部、端部温度検知部)、35c…サーミスタ(加圧部材温度検知部)、36…ヒータランプ(加圧部材加熱部)、38a…定着パッド(ベルト懸架部材)、38b…加圧パッド(加圧部材)、40…制御部、41…回転駆動制御部、42…温度制御部、43…電源回路、44…回転駆動手段、45…熱源駆動手段、46…用紙搬送制御部、51…センサデータ入力部、52…温度記憶部、53…温度偏差算出部、54…テーブル記憶部、55…出力決定部、56…電力制御部、57…目標温度設定部、60…第1出力設定テーブル、61,62…目標設定補正テーブル、100…画像形成装置、132…加熱ローラ(加熱部材)、133a…ヒータランプ(中央加熱部材)、133b…ヒータランプ(端部加熱部材)。
Claims (6)
前記温度制御部は、
前記定着部材および前記加圧部材の温度を検知する温度検知部と、
前記定着部材の目標温度を設定する目標温度設定部と、
該目標温度設定部で設定した目標温度と前記定着部材の検知温度とに基づいて前記加熱部材に供給する電力量を決定する出力決定部を有し、
前記定着装置は、前記画像形成装置のReady待機状態から印字状態への移行時、冷却状態から印字状態への移行時の少なくとも1つを含む動作状態変更に応じて、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度と記録材の搬送速度とを対応づけた複数の目標設定補正テーブルを有し、
前記用紙搬送制御部は、前記動作状態変更に応じて1の前記目標設定補正テーブルを選択し、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度に基づいて、選択した前記目標設定補正テーブルから前記記録材の搬送速度を決定し、前記記録材の搬送速度を変更することを特徴とする定着装置。 A fixing member and a pressure member that are rotatably provided, a heating member that heats the fixing member to a target temperature, a temperature control unit that controls the amount of power supplied to the heating member, the fixing member, and the pressure A sheet conveyance control unit that controls a conveyance speed of a recording material inserted between the recording member and the recording material by conveying the recording material while being sandwiched between the fixing member and the pressure member. A fixing device used in an image forming apparatus for fixing an unfixed image to the recording material by heat and pressure,
The temperature controller is
A temperature detector for detecting temperatures of the fixing member and the pressure member;
A target temperature setting unit for setting a target temperature of the fixing member;
An output determining unit that determines an amount of electric power to be supplied to the heating member based on the target temperature set by the target temperature setting unit and the detected temperature of the fixing member;
The fixing device is configured to change the pressure member or the fixing according to an operation state change including at least one of a transition from the ready standby state to the printing state and a transition from the cooling state to the printing state of the image forming apparatus. Having a plurality of target setting correction tables associating the detected temperature of the member with the conveyance speed of the recording material,
The sheet conveyance control unit selects one target setting correction table according to the change in the operation state, and records the recording from the selected target setting correction table based on the detected temperature of the pressure member or the fixing member. A fixing device that determines a conveyance speed of a material and changes the conveyance speed of the recording material.
前記加圧部材の検知温度に応じて前記冷却ファンを駆動することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 The fixing device further includes a cooling fan,
The fixing device according to claim 1 , wherein the cooling fan is driven in accordance with a detected temperature of the pressure member.
前記定着部材及び前記加圧部材の温度を検知する温度検知ステップと、
該温度検知ステップでの温度検知結果を記憶する温度記憶ステップと、
前記定着部材の目標温度を設定する目標温度設定ステップと、
該目標温度設定ステップで設定した目標温度に基づいて前記加熱部材に供給する電力量を決定する電力量決定ステップと、
前記画像形成装置のReady待機状態から印字状態への移行時、冷却状態から印字状態への移行時の少なくとも1つを含む動作状態変更に応じて、前記加圧部材または前記定着部材の検知温度と記録材の搬送速度とを対応づけた複数の目標設定補正テーブルの中から、前記動作状態変更に応じて1の前記目標設定補正テーブルを選択する目標設定補正テーブル選択ステップと、
前記加圧部材または定着部材の検知温度に基づいて、選択した前記目標設定補正テーブルから前記記録材の搬送速度を変更する搬送速度変更ステップを含むことを特徴とする定着装置の温度制御方法。 A fixing member and a pressure member that are rotatably provided, and a heating member that heats the fixing member to a target temperature, and a recording material inserted between the fixing member and the pressure member is the fixing member. And fixing the unfixed image on the recording material to the recording material by heat and pressure by being conveyed while being sandwiched by the pressure member, and a temperature control method for a fixing device used in an image forming apparatus,
A temperature detecting step for detecting temperatures of the fixing member and the pressure member;
A temperature storage step for storing a temperature detection result in the temperature detection step;
A target temperature setting step for setting a target temperature of the fixing member;
A power amount determining step for determining a power amount to be supplied to the heating member based on the target temperature set in the target temperature setting step;
The detected temperature of the pressure member or the fixing member according to a change in the operation state including at least one of transition from the Ready standby state to the printing state and transition from the cooling state to the printing state of the image forming apparatus. A target setting correction table selection step for selecting one target setting correction table in accordance with the change of the operation state from among a plurality of target setting correction tables associated with recording material conveyance speeds;
A fixing device temperature control method comprising: a conveyance speed changing step of changing a conveyance speed of the recording material from the selected target setting correction table based on a detected temperature of the pressure member or the fixing member.
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