JP6361158B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、電子写真方式やインクジェット方式の画像形成装置におけるシート部材の画像定着や乾燥に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus, and more particularly to image fixing and drying of a sheet member in an electrophotographic image forming apparatus or an ink jet image forming apparatus.
画像形成装置の技術分野においては、電子写真方式やインクジェット方式など種々の方式でシート部材に画像を形成した後段で、形成した画像を定着させるための工程を行うことがよく行われている。その際、シート部材をローラにより加圧するとともに何らかの手段により加熱するとよい。溶融したトナーやインクがシート部材の繊維に絡み、さらにシート部材が冷却されると、形成した画像をシート部材にしっかりと定着させることができる。 In the technical field of image forming apparatuses, a process for fixing the formed image is often performed after the image is formed on the sheet member by various methods such as an electrophotographic method and an ink jet method. At this time, the sheet member is preferably pressed by a roller and heated by some means. When the melted toner or ink is entangled with the fibers of the sheet member and the sheet member is further cooled, the formed image can be firmly fixed on the sheet member.
従来の定着装置の多くはハロゲンランプをローラ内部に設け、ハロゲンランプを発光させることでハロゲンランプから発せられる光でローラを加熱し、狙いの温度に達したことをローラ表面に設けた温度センサで確認後、トナーやインクが塗布されたシートを通すことでローラの熱と加圧力によってトナーやインクを溶融させシート部材の繊維と絡め、冷却することで溶融したトナーやインクが固形化することでシート部材への定着を可能にしていた。 Many of the conventional fixing devices are provided with a halogen lamp inside the roller, and when the halogen lamp emits light, the roller is heated by light emitted from the halogen lamp, and a temperature sensor provided on the roller surface indicates that the target temperature has been reached. After checking, the toner and ink are melted by the heat and pressure of the roller by passing through the sheet coated with toner and ink, entangled with the fibers of the sheet member, and the melted toner and ink are solidified by cooling. It was possible to fix the sheet member.
しかし、従来のハロゲンランプを利用した定着方式では狙いの温度に達するまでの時間(立ち上がり時間)が長く、プリンタを使用する上で、プリンタの立ち上がり時間に対するユーザーの不満や時間当たりの消費電力(TEC値)の増大に繋がっていた。 However, the fixing method using the conventional halogen lamp requires a long time to reach the target temperature (rise time), and when using the printer, the user is dissatisfied with the printer rise time and the power consumption per hour (TEC). Value).
また、今日ではインクジェットも高速化が望まれているが、インクには多くの水分が含まれているために渇きが不十分な場合、裏にじみや大量に印刷物を積んだ際に下画像が次の画像の裏面に張り付くなどの課題が生じる。そのため、今日ではインクを乾燥させるための乾燥装置が必要とされている。 Today, inkjet is also required to increase the speed. However, if the ink is so thirsty that it contains a lot of moisture, the bottom image will appear when the printed image is smeared on the back or when a large amount of printed material is loaded. There arises a problem such as sticking to the back of the image. Therefore, a drying device for drying ink is required today.
このようなハロゲンランプを用いて加熱を行う方式に対して、特許文献1や特許文献2では、高周波誘電の原理を用いて加熱を行う方式が開示されている。特許文献1と特許文献2は、高周波誘電加熱を行う定着装置の先行技術例である。特許文献1に開示された定着装置においては、従来のようなハロゲンランプの発光によるローラやベルトの加熱とは異なり、電極に高周波電力を印加することにより加熱を行う。 In contrast to such a method of heating using a halogen lamp, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of heating using the principle of high-frequency dielectric. Patent Documents 1 and 2 are prior art examples of a fixing device that performs high-frequency dielectric heating. In the fixing device disclosed in Patent Document 1, heating is performed by applying high-frequency power to the electrodes, unlike the conventional heating of rollers and belts by light emission of a halogen lamp.
一般的に言って、高周波誘電加熱には、急速且つ均一な加熱や乾燥が可能という利点がある。しかしながら、特許文献1や特許文献2では、高周波電力を棒状電極に印加することによりシート部材上のトナーやインクを直接加熱しようとしている。ところが、トナーは、高周波電力を印加しても自己発熱しない可能性があることが実験により判明した。また、インクを乾燥させる場合においても、インクの種類やインク量、膜厚や面積などの要因で乾燥効率が低下するという問題点がある。 Generally speaking, high frequency dielectric heating has the advantage that it can be rapidly and uniformly heated and dried. However, Patent Document 1 and Patent Document 2 attempt to directly heat the toner and ink on the sheet member by applying high-frequency power to the rod-shaped electrode. However, it has been experimentally found that the toner may not self-heat even when high frequency power is applied. In addition, even when the ink is dried, there is a problem that the drying efficiency is lowered due to factors such as the type of ink, the amount of ink, the film thickness, and the area.
本発明は、画像形成装置の定着装置において、加熱対象を直接高周波誘電により加熱する方式の問題点を克服した上で、急速且つ均一な加熱及び乾燥を可能にすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to enable rapid and uniform heating and drying in a fixing device of an image forming apparatus, while overcoming the problems of a system in which a heating target is directly heated by high-frequency dielectric.
上記目的を達成するために本発明の一態様は、高周波誘電制御回路と、前記高周波誘電制御回路により制御される高周波誘電電源回路と、前記高周波誘電電源回路が接続される第1の導電性回転体と、前記第1の導電性回転体を覆う高誘電体部材と、前記第1の導電性回転体に対向する位置に設けられ、前記高周波誘電電源回路が接続された第2の導電性回転体と、を有し、前記高周波誘電電源回路は、前記第1及び第2の導電性回転体に高周波の交流電界の電圧を印加しており、前記第1の導電性回転体は、前記第2の導電性回転体の下方に設けられ、前記第1の導電性回転体を覆う高誘電体部材はゲル状であり、電磁波を通す低誘電体部材に内包され、前記高周波誘電電源回路は、前記第2の導電性回転体からの戻り電流により、前記交流電界の電圧、電流、又は周波数を監視することを特徴とする。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides a high frequency dielectric control circuit, a high frequency dielectric power supply circuit controlled by the high frequency dielectric control circuit, and a first conductive rotation to which the high frequency dielectric power supply circuit is connected. Body, a high dielectric member covering the first conductive rotator, and a second conductive rotation provided at a position facing the first conductive rotator and connected to the high frequency dielectric power supply circuit. The high-frequency dielectric power supply circuit applies a high-frequency AC electric field voltage to the first and second conductive rotating bodies, and the first conductive rotating body includes the first conductive rotating body. provided below the second electrically conductive rotating object, the high dielectric member covering the first electrically conductive rotating object is a gel-like, is contained in the low dielectric member through electromagnetic waves, the high-frequency dielectric power supply circuit , By the return current from the second conductive rotor, Voltage of the field, and wherein the monitoring current, or frequency.
本発明によれば、画像形成装置の定着装置において、急速且つ均一な加熱及び乾燥が可能となる。 According to the present invention, rapid and uniform heating and drying can be performed in a fixing device of an image forming apparatus.
以下に説明する本発明による実施形態は、高周波誘電加熱を利用することで画像形成装置の立ち上がり時間を圧縮し、プリンタの立ち上げを瞬時に行なうオンデマンド定着を可能にする。また、画像形成装置の立ち上がり時間を圧縮することでユーザーの不満解消や時間当たりの消費電力(TEC値)の低減につなげることを可能にする。なお、高周波誘電加熱の利用に際しては、本来加熱対象としたいトナーやインクを直接的に加熱することはせず、後述する構成により間接的に加熱する。以下、まずは高周波誘電加熱の原理について簡単に述べる。 Embodiments according to the present invention to be described below use on-demand dielectric heating to compress the rise time of the image forming apparatus and enable on-demand fixing that instantly starts up the printer. In addition, by compressing the rise time of the image forming apparatus, it is possible to eliminate user dissatisfaction and reduce power consumption (TEC value) per hour. Note that when using high-frequency dielectric heating, the toner or ink originally intended to be heated is not directly heated, but indirectly heated by the configuration described later. The principle of high frequency dielectric heating will be briefly described below.
図1に、本実施形態で利用する高周波誘電の原理を説明するための概念図を示す。
高周波誘電加熱は、導電性よりも誘電性が優位な物質である誘電体に用いられる加熱方式である。誘電体の内部には、自由電子はあまり含まれていないがその代わり、分子の両側に陽陰等量の電荷を持ったたくさんのダイポール(双極子)が含まれている(図1(A),(B))。
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the principle of high-frequency dielectric used in this embodiment.
High-frequency dielectric heating is a heating method used for a dielectric that is a substance having a dielectric property superior to conductivity. The dielectric contains few free electrons but instead contains many dipoles with positive and negative equivalent charges on both sides of the molecule (Fig. 1 (A)). , (B)).
ダイポールは、外から加えられる電気力線の方向が変わるにつれて、その平均位置を変えないで配列の軸方向を変えようとする(図1(C))。しかしながら、電界の極性変化に対して、ダイポールの振動が追いつかないと、その差が誘電体損失となり、誘電損により発熱する。したがって、誘電体の振動しやすさが加熱の効率に影響する。 As the direction of the electric lines of force applied from the outside changes, the dipole tries to change the axial direction of the array without changing the average position (FIG. 1C). However, if the vibration of the dipole cannot catch up with the change in polarity of the electric field, the difference becomes a dielectric loss, and heat is generated due to the dielectric loss. Therefore, the ease of vibration of the dielectric affects the heating efficiency.
なお、誘電加熱は、高周波のみならずマイクロ波でも同様に可能である。本明細書では、「高周波誘電」と言った場合、マイクロ波による誘電も含むこととする。 In addition, dielectric heating is possible not only with high frequency but also with microwaves. In this specification, the term “high-frequency dielectric” includes dielectric by microwave.
高周波誘電加熱のメリットは、加熱対象である誘電体を数秒のオーダーで高速に、且つ、均一に加熱できることである。ハロゲンヒータなどの外部加熱方式では中心部への熱移動は、被加熱物自体の熱伝導による。このため外側の温度は上がっても中心部がなかなか昇温せず、内部の昇温に長時間を要する。これに対して、加熱対象自体が発熱するので、熱伝導の時間を必要としないため短時間で均一に加熱することができる。
このような高周波誘電加熱を、本実施形態では以下に示す構成によりインクを直接加熱するのではなく間接的に加熱する。
The advantage of high-frequency dielectric heating is that the dielectric to be heated can be heated uniformly at high speed in the order of several seconds. In an external heating method such as a halogen heater, the heat transfer to the center is due to the heat conduction of the object to be heated. For this reason, even if the outside temperature rises, the central portion does not readily rise in temperature, and it takes a long time to raise the temperature inside. On the other hand, since the heating target itself generates heat, it does not require heat conduction time and can be heated uniformly in a short time.
In the present embodiment, such high-frequency dielectric heating is indirectly heated instead of directly heating the ink by the configuration described below.
<第1の実施形態>
トナーやインクを塗布したシート部材に定着させるためにはトナーを溶融させ、インクを乾燥させるために熱と加圧が必要である。そこで、図2に示すように本実施形態は熱源として、高誘電体部材106と導電性ローラ105、高周波誘電電源回路101、導電性対向ローラ103を有する。他に、シート部材121を搬送するためのシート部材搬送ローラ対120や余剰トナーを整除するためのクリーニング機構122なども有する。発熱の基本原理は上述しているためここでは割愛し、具体的動作について述べる。
<First Embodiment>
Heat and pressure are required to melt the toner and dry the ink in order to fix the toner or ink on the sheet member. Therefore, as shown in FIG. 2, the present embodiment includes a high
まず、本定着装置が搭載されたシステムはシート部材121の搬送が開始される前に高周波誘電制御回路100に対し、システムから印刷開始信号が送信される。高周波誘電制御回路100は、高周波誘電電源回路101をONさせ、予め設定された狙いの値になるように高周波電源の交流電圧と周波数を制御し、回転電極をかえして導電性ローラ105に印加する。
First, in a system in which the fixing device is mounted, a printing start signal is transmitted from the system to the high frequency
本定着装置はトナーやインクを塗布したシート部材121に熱を加えるために定着装置を発熱させる必要がある。そこで、本実施形態においては、高周波誘電制御回路100と高周波誘電電源回路101が、回転電極102,104を介して接続された導電性ローラ105と導電性対向ローラ103の間に位置した高誘電体部材106に対し交流電界を加える。その結果、導電性ローラ105の周囲を覆う高誘電体部材106中の分子ダイポールが高周波で交流電界を印加することで高速で振動させられ、衝突・振動・摩擦などが生じ発熱を生じる。
In the present fixing device, it is necessary to cause the fixing device to generate heat in order to apply heat to the
尚、本交流電源回路には対向電極からの戻り電流や高誘電体部材106表面上に設けられた温度センサにより、交流電界の電圧、電流や周波数を常に監視し、異常温度の防止や狙いの温度に対する高誘電体の発熱温度の維持管理、更にはシート部材が通過時の材料や厚みの違いによる温度の変動を一定にする制御を可能にする機能も設けられている。
In this AC power supply circuit, the return current from the counter electrode and the temperature sensor provided on the surface of the high
次に定着装置が狙いの温度に達すると高周波誘電制御回路100からシステムに対し、シート部材121の定着準備が整った意を示す信号を送信する。本信号を受けたシステムは、作像機能で作られたトナーやインクが塗布されたシート部材121の搬送を開始する。シート部材121は、シート部材搬送ローラ対120の作用により本定着装置まで搬送される。シート部材121上のトナーは、高誘電体部材106の発熱と導電性対向ローラ103と導電性ローラ105との加圧力で溶融される。また、インクは乾燥されシート部材121に定着させることができる。
Next, when the fixing device reaches a target temperature, the high-frequency
定着後のシート部材121は再びシート部材搬送ローラ対120でシステムの排紙装置に排出され一連の定着動作は終了となる。この時、本定着装置はシート部材121が定着装置を抜けたことをセンサが確認する。高周波誘電制御回路100が高周波誘電電源回路101に停止信号を送信し、高周波電源出力を停止させる。
After fixing, the
尚、この時、連続でシート部材の搬送が実施されている場合は、定着装置の発熱温度が下がるのを防止するために高周波電源出力はそのまま継続とする。 At this time, when the sheet member is continuously conveyed, the high-frequency power output is continued as it is to prevent the heat generation temperature of the fixing device from decreasing.
また、本実施形態中で導電性ローラ105と記載されているが、ここでいう導電性ローラとは剛性を持った金属(例えば、鉄、銅、アルミニュウム、など)や導電性樹脂更に樹脂表面に金属コートされた部材を示す。更にここでいう高誘電体部材の材料としては、比誘電率の高い物質が好ましい。
Further, although described as the
以上に述べた本実施形態によると、上記高周波誘電加熱のメリットで述べたような理由により定着装置において急速且つ均一な加熱及び乾燥が可能になるので、オンデマンド印刷のニーズに応えることができる。また、時間当たりの消費電力も抑えられる。その一方で、シート部材上のインクやトナーを直接加熱しようとする構成とは異なり、ゲル状部材が封入された高誘電体部材106が瞬時に昇温することにより加熱を行うため、インクであれば、インクの種類や量、膜圧や面積などにより昇温効率が左右されることがない。また、高周波誘電加熱をトナーに対して行うことは難しいが、本実施形態の構成によれば高周波誘電加熱が、トナーに対して加熱を行う定着装置にも適用が可能になる。
According to the present embodiment described above, rapid and uniform heating and drying can be performed in the fixing device for the reasons described in the merits of the high-frequency dielectric heating, so that the needs for on-demand printing can be met. In addition, power consumption per hour can be suppressed. On the other hand, unlike the configuration in which the ink or toner on the sheet member is directly heated, the
また、図2に示す定着装置においては、発熱構造体(高誘電体部材106+導電性ローラ105+導電性対向ローラ103)の他に、シールドカバー108の開閉においてインターロック機能が設けられている。本実施形態が高周波誘電加熱を利用するため、電磁波の漏れが発生し、人体への影響やシステム自体の誤動作などが懸念される。そこで、シート部材121の出入り口以外は導電性部材のシールドカバー108で定着装置全体を覆い高周波誘電電源回路101のFGなどと接続することでシールドを実施し、極力電磁波の漏れを防止している。
In the fixing device shown in FIG. 2, in addition to the heat generating structure (
尚、電磁波の漏れを防止するために本定着装置を実装したシステムはメンテナンス時にシールドカバー108やシステム筐体カバーを開ける際には、これらのカバーの開閉をセンサで検知し、電磁波の漏れを防止するために高周波誘電電源回路101の出力をソフトをはじめハード的(高周波誘電電源回路の制御電源をOFFなど)にもOFFする機能を有している。
In order to prevent leakage of electromagnetic waves, a system equipped with this fixing device detects the opening and closing of these covers with a sensor when opening the
尚、ここで言う高周波とは国際電気通信連合(ITU)により電波をエネルギー源として産業・科学・医療に利用するために指定された周波数帯のISMバンド(Industry-Science-Medical)内の10KHz〜30GHzの範囲をいう。尚、実用化時には一般的に、産業用として使用されている周波数は13.56MHz、27.12MHz、40.68MHz、915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24.125GHzを使用することが好ましい。
以上に述べた構成によれば、電磁波の影響を回避することができる。
In addition, the high frequency mentioned here is 10kHz in the ISM band (Industry-Science-Medical) of the frequency band designated for using the radio wave as an energy source for industry, science, and medicine by the International Telecommunications Union (ITU). The range of 30 GHz. In general, it is preferable to use frequencies of 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, and 24.125 GHz that are generally used for industrial use.
According to the configuration described above, the influence of electromagnetic waves can be avoided.
<第2の実施形態>
図3を参照して、上記実施形態の変形例(第2の実施形態)を説明する。
通常、発熱量を多くすることと、熱変形を防止するために誘電体としては、高い比誘電率と、高い誘電正接の値を示す水を中心とした液体やゲル状の材料の使用などが考えられる。しかしながら、これらの材料を使用すると、発熱することで蒸散してしまう。
<Second Embodiment>
A modification (second embodiment) of the above embodiment will be described with reference to FIG.
Usually, in order to increase the calorific value and to prevent thermal deformation, the dielectric includes the use of a liquid or gel-like material centered on water that exhibits a high relative dielectric constant and a high dielectric loss tangent value. Conceivable. However, when these materials are used, they generate heat and evaporate.
そこで、蒸散させないことを狙いとし、低誘電体部材107で、これらの誘電体を覆う。例えば図3に示すようにシリコンゴムやテフロン(登録商標)など交流電界で発生する電磁波を通過させる材料により構成される低誘電体部材107を使用する。例えば、シリコンゴムやテフロンを円筒の袋状に加工し、中に高誘電体部材106を注入し、導電性ローラ105に筒状に接着固定する。
Therefore, these dielectrics are covered with a
また、シリコンゴムや他のゴム部材やテフロンを筒状に発泡させ、発泡した穴中に液体やゲル状の高誘電体部材106に注入または含浸させ、後加工でローラの両端部からの液漏れが発生しないように溶着させ、その後、導電性ローラ105に接着固定するなどの方法でも良い。
Also, silicon rubber, other rubber members, or Teflon is foamed into a cylindrical shape, and liquid or gel-like
以上のようにゴム部材やテフロン部材を使用し、液やゲル状にした高誘電体部材106を注入することで対向位置に設けられた導電性対向ローラ103との接触時に圧力で変形し、ニップ幅を確保することが可能となり、トナーやインクを塗布したシート部材121を定着する際に有効となる。また、高誘電体の蒸散も防ぐことが可能になる。
As described above, by using a rubber member or a Teflon member and injecting a
<第3の実施形態>
図4を参照して、上記実施形態のさらに別の変形例(第3の実施形態)を説明する。
上記第1又は第2の実施形態は、ニップ幅の確保に限界がある。ニップ幅が小さいことで、交流電界の通過幅が少なく、発熱する高誘電体の体積も小さいことから高速への対応は厳しい。そこで、本実施形態は、高誘電体と対向電極をベルト形状にすることで高誘電体と対向電極との接触している面積と体積を大きくとる。そのため、高誘電体の発熱面積を確保できることから高速への対応が可能になる。
<Third Embodiment>
With reference to FIG. 4, still another modified example (third embodiment) of the above embodiment will be described.
The first or second embodiment has a limit in securing the nip width. Since the nip width is small, the passing width of the AC electric field is small, and the volume of the high dielectric material that generates heat is small, so that it is difficult to cope with high speed. Therefore, in the present embodiment, the area and volume of contact between the high dielectric and the counter electrode are increased by forming the high dielectric and the counter electrode in a belt shape. For this reason, since the heat generation area of the high dielectric can be secured, it is possible to cope with high speed.
具体的構成及び動作に対し下記以降に説明を加える。
トナーやインクを塗布したシート部材に定着させるためにはトナーを溶融させる必要がある。また、インクを乾燥させるためにも熱と加圧が必要である。図4に示すように本実施形態は熱源として、導電性ローラ103a,105aと高誘電体ベルト106a、高周波電源回路101、導電性対向ベルト103bを有する。発熱の基本原理は上述しているためここでは割愛し、具体的動作について述べる。
A specific configuration and operation will be described below.
In order to fix the toner on the sheet member to which the toner or ink is applied, it is necessary to melt the toner. Also, heat and pressure are required to dry the ink. As shown in FIG. 4, the present embodiment includes
まず、本定着装置が搭載されたシステムはシート部材121の搬送が開始される前に高周波誘電制御回路100に対し、システムから印刷開始信号が送信される。高周波誘電制御回路100は、高周波誘電電源回路101をONさせ、予め設定された狙いの値になるように高周波電源の交流電圧と周波数を制御し、回転電極をかえして導電性ローラ103a,105aに印加する。
First, in a system in which the fixing device is mounted, a printing start signal is transmitted from the system to the high frequency
ここで、本定着装置はトナーやインクを塗布したシート部材121に熱を加えるために定着装置を発熱させる必要がある。そこで、高周波誘電制御回路100と高周波誘電電源回路101は、回転電極をかえして接続された導電性ローラ105aとローラと接触するように取り付けられた高誘電体ベルト106aと導電性対向ベルト103bに対し交流電界を加える。その結果、導電性ローラ105aの周囲を覆う高誘電体中の分子ダイポールが高周波で交流電界を印加することで高速で振動させ、衝突・振動・摩擦などを生じさせることで発熱が生じる。
Here, the fixing device needs to heat the fixing device in order to apply heat to the
さらに、本実施形態においては、図4に示すように、複数の固定電極109を高誘電体ベルト106aの内側に設ける。このため、高周波誘電電源回路101により交流電界が印加されることにより、急速且つ一様な発熱が生じる。
Furthermore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of fixed
尚、本交流電源回路には導電性対向ベルト103bと接触している導電性ローラ103aからの戻り電流や高誘電体ベルト106aの表面上に設けられた温度センサにより、交流電界の電圧、電流や周波数を常に監視し、異常温度の防止や狙いの温度に対する高誘電体の発熱温度の維持管理、更にはシート部材121が通過時の材料や厚みの違いによる温度の変動を一定にする制御を可能にする機能も設けられている。
In this AC power supply circuit, the return current from the
次に定着装置が狙いの温度に達すると高周波誘電制御回路100からシステムに対し、シート部材121の定着準備が整った意を示す信号を送信する。本信号を受けたシステムは作像機能で作られたトナーやインクが塗布されたシート部材121の搬送を開始し、シート部材搬送ローラ対120を通じて本定着装置まで搬送され、高誘電体ベルト106aの発熱と導電性対向ベルト103bと高誘電体ベルト106aとの加圧力でトナーを溶融させることができる。また、インクは乾燥されシート部材121に定着させることができる。
Next, when the fixing device reaches a target temperature, the high-frequency
定着後のシート部材121は再びシート部材搬送ローラ対120でシステムの排紙装置に排出され一連の定着動作は終了となる。この時、本定着装置はシート部材121が定着装置を抜けたことをセンサで確認する。そして、高周波誘電制御回路100から高周波誘電電源回路101に停止信号を送信し、高周波電源出力を停止させる。尚、この時、連続でシート部材121の搬送が実施されている場合は、定着装置の発熱温度が下がるのを防止するために高周波電源出力はそのまま継続とする。
After fixing, the
以上に述べた本実施形態によると、上述した各実施形態よりもさらなるニップ幅が得られる。そのため、シート部材に加える単位時間あたりの熱量を増大させることができ、さらなる高速化が可能になる。 According to this embodiment described above, a further nip width can be obtained than in the above-described embodiments. Therefore, it is possible to increase the amount of heat per unit time applied to the sheet member, and further increase the speed.
尚、第1の実施形態や第3の実施形態において高誘電体部材106の対向位置にあるローラ(図2の導電性対向ローラ103)やベルト(図4の導電性対向ベルト103b)において無垢の金属で実施した場合、高誘電体ローラやベルトとの圧力によりシート部材121に塗布されたトナーやインクが金属表面に部分的に張り付いたりなどしてシート部材表面の画像剥離を起こしてしまう。
In the first and third embodiments, the roller (
そこで、シート部材121のトナーやインク塗布面と接触する部材に電磁波を通過させる離型性材料(例えばシリコンやテフロンなど)の表面加工を施すことが好ましい。そうすることで、トナーやインク塗布面と接触する部材とトナーやインクの接着力よりトナーやインク剤がシート部材121との接着する力の方が強度が増し、トナーやインクの剥離が防止できる。図4に、このような離型性材料107aを高誘電体ベルト106aに表面加工した例を示す。なお、この離型性材料107aを表面加工する技術的思想は、第1、第2の実施形態における高誘電体部材106や低誘電体部材107にも適用することができる。
Therefore, it is preferable to perform a surface treatment of a releasable material (for example, silicon or Teflon) that allows electromagnetic waves to pass through a member that contacts the toner or ink application surface of the
<第4の実施形態>
図5を参照して、上記実施形態のさらに別の変形例(第4の実施形態)を説明する。第3の実施形態は、高誘電体と対向電極をベルト形状にすることでニップ部を大きく取り、シート部材と接触する発熱面積を確保することによって高速化への対応を可能にしている。しかしながら、この第3の実施形態の構造では、高誘電体ベルト106aと導電性対向ベルト103bが接触していることから、インクやトナーが塗布されたシート部材が搬送されてくると、シート部材の材料によっては、インクやトナーがシート表面に溶融し固定される前に画像がベルトに接触し、インクやトナーによる画像を傷つけたり、壊してしまう危険性がある。
<Fourth Embodiment>
With reference to FIG. 5, still another modified example (fourth embodiment) of the above embodiment will be described. In the third embodiment, the high dielectric material and the counter electrode are formed in a belt shape, so that a large nip portion is provided, and a heat generation area in contact with the sheet member is ensured, thereby making it possible to cope with high speed. However, in the structure of the third embodiment, since the
そこで、本実施形態では、図5に示すように導電性対向ベルト103bを稼動させるユニット(本説明では上ユニットという)を上下に可動させる上流側ステッピングモータ140a、下流側ステッピングモータ140b、上ユニット可動用ネジ部141、ネジ加工が施されたブラケット142に加えて、さらに、上流側と下流側にホームポジション位置を確認するセンサ143を備えるように構成する。また、この構成により、上ユニットの傾きを上流、下流側と可変できる機構にする。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
そうすることで、シート部材やインクの種類によっては、上流側を下ユニット(高誘電体ベルト106aを稼動させるユニットをいう)との隙間を大きくすることで交流電界の強度を弱めることができ、徐々に下流側に行くことで高い熱を画像上のインクやトナーに加えることが可能となり、徐々に乾燥や延展が可能になり画像を傷つけたり、壊してしまう危険性が少なくなる。また、上ユニットを上流側、下流側の両方を下ユニットに対し隙間を可変することで交流電界の強度を可変することができ、徐々にインクやトナーに熱を加えることが可能となり、インクやトナー、シート種に応じた加熱が可能となる。
By doing so, depending on the type of sheet member and ink, the strength of the AC electric field can be weakened by increasing the gap between the upstream side and the lower unit (referring to a unit that operates the
具体的構成及び動作に対し下記以降に説明を加える。
トナーやインクを塗布したシート部材に定着させるためにはトナーを溶融させる必要がある。また、インクを乾燥させるためにも熱と加圧が必要である。図5に示すように本実施形態は熱源として、導電性ローラ103a,105aと高誘電体ベルト106a、高周波誘電電源回路101、導電性対向ベルト103bを有する。発熱の基本原理は上述しているためここでは割愛し、具体的動作について述べる。
A specific configuration and operation will be described below.
In order to fix the toner on the sheet member to which the toner or ink is applied, it is necessary to melt the toner. Also, heat and pressure are required to dry the ink. As shown in FIG. 5, this embodiment includes
まず、本定着装置が搭載されたシステムはシート部材121の搬送が開始される前に高周波誘電制御回路100に対し、システムから印刷開始信号が送信されると同時に導電性対向ベルト103bを有する上ユニットの駆動制御回路(図示はなし)にシートやインクやトナー情報などを送信すると上ユニットの駆動制御回路は予めROM内に納められた前記情報に基づく上ユニットと下ユニット(導電性ローラ103a,105aと高誘電体ベルト106aを有するユニット)の隙間情報と印加する交流電界の強さを調整する電圧情報を発生させ、電圧情報は高周波誘電制御回路100に送信し、高周波誘電電源回路100に交流電界の値をセットする。
First, in a system in which the fixing device is mounted, an upper unit having a conductive opposing
隙間情報は、ギャップ調整用の上流、下流側ステッピングモータ140をホームポジション位置から駆動するためのドライバー回路と前記隙間情報に基づいてステッピングモータ140の回転数を制御する制御回路に送信される。その後、上流、下流側に設けられた上ユニット稼動用ネジ部141をステッピングモータ140を回転させることで、取り付け角度が自由に変化するネジ加工されたブラケット142を返して上ユニットの上流側と下流側の隙間をそれぞれ可変させる。なお、「ステッピングモータ140」とは、上流側か下流側かを特定しないこと、若しくは、両方を指すことを意図したステッピングモータの呼び方である。
The gap information is transmitted to a driver circuit for driving the upstream and downstream stepping motors 140 for gap adjustment from the home position and a control circuit for controlling the rotation speed of the stepping motor 140 based on the gap information. After that, by rotating the stepping motor 140 with the upper unit operating
次に、高周波誘電制御回路100は、高周波誘電電源回路101をONさせ、前記、電圧情報に基づいて設定された狙いの値になるように高周波電源の交流電圧と周波数をセットする。次に、本定着装置はトナーやインクを塗布したシート部材121に熱を加えるために定着装置を発熱させる必要があるので、高周波誘電制御回路100と高周波誘電電源回路101は、回転電極をかえして接続された導電性ローラ105aとローラと接触するように取り付けられた高誘電体ベルト106aと導電性対向ベルト103bに対し交流電界を加える。その結果、導電性ローラ105aの周囲を覆う高誘電体中の分子ダイポールが高周波で交流電界を印加することで高速で振動させ、衝突・振動・摩擦などを生じさせることで発熱が生じる。
Next, the high-frequency
さらに、本実施形態においては、図5に示すように、複数の固定電極109を高誘電体ベルト106aの内側に設ける。このため、高周波誘電電源回路101により交流電界が印加されることにより、急速且つ一様な発熱が生じる。また、本実施例では図4、図5とも複数の固定電極を高誘電体ベルト106aの内側に設けているが、本実施例は、固定電極幅を細分化し、集約させることでさまざまな乾燥距離に対応できるようにしたもので、乾燥距離が固定されているようなら一枚板の電極でも可能である。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a plurality of fixed
尚、本交流電源回路には導電性対向ベルト103bと接触している導電性ローラ103aからの戻り電流や高誘電体ベルト106aの表面上に設けられた温度センサにより、交流電界の電圧、電流や周波数を常に監視し、異常温度の防止や狙いの温度に対する高誘電体の発熱温度の維持管理、更にはシート部材121が通過時の材料や厚みの違いによる温度の変動を一定にする制御を可能にする機能も設けられている。
In this AC power supply circuit, the return current from the
次に、定着装置が狙いの温度に達すると高周波誘電制御回路100からシステムに対し、シート部材121の定着準備が整った意を示す信号を送信すると、同時に上ユニットと下ユニットを上下の駆動ギヤ144をかえして回転を開始する。尚、この時、上ユニットと下ユニットが完全に接触しない場合は消費電力を抑えるために下ユニットのみ回転し、上ユニットは回転しないこともある。本信号を受けたシステムは作像機能で作られたトナーやインクが塗布されたシート部材121の搬送を開始し、シート部材搬送ローラ対120を通じて本定着装置まで搬送され、高誘電体ベルト106aの発熱と導電性対向ベルト103bと高誘電体ベルト106aが接触している場合は、加圧力でトナーを溶融させることができる。また、インクは乾燥されシート部材121に定着させることができる。
Next, when the fixing device reaches a target temperature, a signal indicating that the
定着後のシート部材121は再びシート部材搬送ローラ対120でシステムの排紙装置に排出され一連の定着動作は終了となる。この時、本定着装置はシート部材121が定着装置を抜けたことをセンサで確認する。そして、高周波誘電制御回路100から高周波誘電電源回路101に停止信号を送信し、高周波電源出力を停止させると同時に定着ユニット(上ユニット、下ユニットと駆動、制御回路からなる)の可動を停止させる。
After fixing, the
また、この時、上ユニット可動用ネジ部141を、ステッピングモータ140を回転させることで、取り付け角度が自由に変化するネジ加工されたブラケット142を返して上ユニットの上流側と下流側の隙間を狭める方向にそれぞれ可動させ、ホームポジション位置まで復帰させる。尚、この時、連続でシート部材121の搬送が実施されている場合は、定着装置の発熱温度が下がるのを防止するために高周波電源出力や定着ユニットの隙間はそのまま継続とする。
At this time, the upper unit moving
以上に述べた本実施形態によると、上述した各実施形態よりもさらなる交流電界の強さや印刷物に影響を調整が得られる。そのため、シート部材に加える最適乾燥が可能となる。 According to the present embodiment described above, it is possible to adjust the influence on the strength of the alternating electric field and the printed matter further than the above-described embodiments. Therefore, optimum drying applied to the sheet member is possible.
尚、第1の実施形態や第3の実施形態において高誘電体部材106の対向位置にあるロ−ラ(図2の導電性対向ローラ103)やベルト(図4、図5の導電性対向ベルト103b)において無垢の金属で実施した場合、高誘電体コーラやベルトとの圧力によりシート部材121に塗布されたトナーやインクが金属表面に部分的に張り付いたりなどしてシート部材表面の画像剥離を起こしてしまう。
In the first and third embodiments, the roller (the
そこで、シート部材121のトナーやインク塗方面と接触する部材に電磁波を通過させる離型性材料(例えばシリコンやテフロンなど)の表面加工を施すことが好ましい。そうすることで、トナーやインク塗布面と接触する部材とトナーやインクの接着力よりトナーやインク剤がシート部材121との接着する力の方が強度が増し、トナーやインクの剥離が防止できる。図6に、このような離型性材料107aを高誘電体ベルト106aに表面加工した例を示す。なお、この離型性材料107aを表面加工する技術的思想は、第1、第2の実施形態における高誘電体部材106や低誘電体部材107にも適応することができる。
Therefore, it is preferable to perform a surface treatment of a releasable material (for example, silicon or Teflon) that allows electromagnetic waves to pass through the member of the
上述した第2の実施形態の説明においては、高誘電体を蒸散させないように低誘電体部材で高誘電体を覆い、発熱層を多層化することについて述べた。しかしながら、装置の大きさや形状によっては、本定着や乾燥を行うユニットを大きくできない場合などが考えられる。特に、図4、図5で示すベルト形状などにする際には、発熱層をなるべく薄く加工する必要がある。 In the description of the second embodiment described above, it has been described that the high dielectric is covered with a low dielectric member so as not to evaporate the high dielectric, and the heat generating layer is multilayered. However, depending on the size and shape of the apparatus, there may be a case where the unit for performing the main fixing or drying cannot be enlarged. In particular, when the belt shape shown in FIGS. 4 and 5 is used, it is necessary to process the heat generating layer as thin as possible.
そこで、図6に示すようにゴム部材やテフロン部材をフィルム状にし、フィルム間に接着層を設け、貼り合わせることで多層化することによって、任意の径状を得るようにする。尚、この時、接着層においては昇温や昇温調節を狙いとし、高誘電体の接着剤(酢酸ビニル系、ウレタン系、ビニル系、ビニルウレタン系材料など)を使用することが望ましい。 Therefore, as shown in FIG. 6, a rubber member or a Teflon member is formed into a film shape, an adhesive layer is provided between the films, and the layers are laminated to obtain an arbitrary diameter shape. At this time, in the adhesive layer, it is desirable to use a high dielectric adhesive (such as vinyl acetate, urethane, vinyl, or vinyl urethane material) in order to increase the temperature or adjust the temperature.
更に、昇温の加速や調節をするために、一般的に誘電加熱における発熱量は、下記の式で計算できると言われている。
P=1/1.8*10-10*ε′r・tanδ・f・E2(W/m3)
P:熱量(W/m3)
ε′r・tanδ:損失係数
f:周波数(Hz)
E:電界強度(V/cm)
以上のことから、熱量は周波数に比例し、また、損失係数に比例する。
Furthermore, in order to accelerate or adjust the temperature rise, it is generally said that the amount of heat generated by dielectric heating can be calculated by the following equation.
P = 1 / 1.8 * 10 −10 * ε′r · tan δ · f · E 2 (W / m 3 )
P: Calorie (W / m 3 )
ε′r · tan δ: loss factor f: frequency (Hz)
E: Electric field strength (V / cm)
From the above, the amount of heat is proportional to the frequency and proportional to the loss factor.
このことから、物質の損失係数は、下記式のようになる。
ε′′r=ε′r・tanδ
ε′′r:誘電損失
ε′r :比誘電率
tanδ:誘電正接
以上のことから、比誘電率や誘電正接が異なる部材(誘電加熱促進部材)を接着剤に添加する。そうすることで、さらなる昇温や昇温調節が期待できる。例えば、ABS、PC、PA6、PVC、PE、PEEK、LCP、POM、PES、PEI、PBT、PPS、PSFなどの樹脂、NaCl(塩化ナトリウム)、カーボン粉末やセラミック系粉末などを加える。
From this, the loss factor of the substance is as follows.
ε′r = ε′r · tan δ
ε′′r: dielectric loss
ε′r: relative permittivity
tan δ: Dielectric loss tangent From the above, members having different relative dielectric constants and dielectric loss tangents (dielectric heating promoting members) are added to the adhesive. By doing so, further temperature rise and temperature rise control can be expected. For example, ABS, PC, PA6, PVC, PE, PEEK, LCP, POM, PES, PEI, PBT, PPS, PSF and other resins, NaCl (sodium chloride), carbon powder, ceramic powder, and the like are added.
100 高周波誘電制御回路
101 高周波誘電電源回路
102 回転電極
103 導電性対向ローラ
104 回転電極
105 導電性ローラ
106 高誘電体部材
107 低誘電体部材
108 シールドカバー
120 シート部材搬送ローラ対
121 シート部材
122 クリーニング機構
103a 導電性ローラ
103b 導電性対向ベルト
105a 導電性ローラ
106a 高誘電体ベルト
107a 離型性材料
140a 上流側ステッピングモータ(ギャップ調整モータ)
140b 下流側ステッピングモータ(ギャップ調整モータ)
141 上ユニット可動用ネジ部
DESCRIPTION OF
140b Downstream stepping motor (gap adjustment motor)
141 Upper unit moving screw part
Claims (6)
前記高周波誘電制御回路により制御される高周波誘電電源回路と、
前記高周波誘電電源回路が接続される第1の導電性回転体と、
前記第1の導電性回転体を覆う高誘電体部材と、
前記第1の導電性回転体に対向する位置に設けられ、前記高周波誘電電源回路が接続された第2の導電性回転体と、を有し、
前記高周波誘電電源回路は、前記第1及び第2の導電性回転体に高周波の交流電界の電圧を印加しており、
前記第1の導電性回転体は、前記第2の導電性回転体の下方に設けられ、
前記第1の導電性回転体を覆う高誘電体部材はゲル状であり、電磁波を通す低誘電体部材に内包され、
前記高周波誘電電源回路は、前記第2の導電性回転体からの戻り電流により、前記交流電界の電圧、電流、又は周波数を監視する
ことを特徴とする定着装置。 A high frequency dielectric control circuit;
A high-frequency dielectric power supply circuit controlled by the high-frequency dielectric control circuit;
A first conductive rotor to which the high-frequency dielectric power supply circuit is connected;
A high dielectric member covering the first conductive rotating body;
A second conductive rotator provided at a position facing the first conductive rotator and connected to the high-frequency dielectric power supply circuit;
The high-frequency dielectric power supply circuit applies a high-frequency AC electric field voltage to the first and second conductive rotors,
The first conductive rotator is provided below the second conductive rotator,
High dielectric member covering the first electrically conductive rotating object is a gel-like, is contained in the low dielectric member through electromagnetic waves,
The fixing device , wherein the high-frequency dielectric power supply circuit monitors the voltage, current, or frequency of the AC electric field based on a return current from the second conductive rotating body .
前記高誘電体部材がベルト状であり、複数の前記第1の導電性回転体に架橋されており、
複数の前記第1の導電性回転体との間に固定電極を設けたことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 A plurality of the first conductive rotating bodies are provided,
The high dielectric member has a belt shape and is cross-linked to the plurality of first conductive rotating bodies;
The fixing device according to claim 1, wherein a fixed electrode is provided between the plurality of first conductive rotators.
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