JP2021149056A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
本発明は、シート等の記録材上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ等の画像形成装置、及び、画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and a fixing device used in the image forming apparatus, which has a function of forming an image on a recording material such as a sheet.
従来、複写機、プリンタ等の画像形成装置にあっては、トナーで形成された未定着像を担持する記録材を、定着ローラに接触させながら加熱することにより、未定着像を記録材に定着させる定着装置が用いられている。定着ローラは、ヒータによって加熱される。
定着装置において、定着ローラの表面を温度制御するために、温度検知部材を定着ローラに近接させて非接触で配設する方法がある。温度検知手段としては、サーモパイルを使用したものや、フィルム部材である赤外線吸収フィルム上にサーミスタを配置したもの等がある。温度検知手段が温度検知の対象となる定着ローラから放射された赤外線を受光若しくは吸収することで、定着ローラの温度を推定して検出する。
Conventionally, in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a recording material carrying an unfixed image formed of toner is heated while being in contact with a fixing roller to fix the unfixed image on the recording material. A fixing device is used. The fixing roller is heated by the heater.
In the fixing device, in order to control the temperature of the surface of the fixing roller, there is a method of arranging the temperature detecting member in close proximity to the fixing roller in a non-contact manner. As the temperature detecting means, there are those using a thermopile, those using a thermistor on an infrared absorbing film which is a film member, and the like. The temperature detecting means estimates and detects the temperature of the fixing roller by receiving or absorbing infrared rays radiated from the fixing roller that is the target of temperature detection.
特許文献1には、定着装置の温度検知手段によって検知可能な波長領域における定着ローラの赤外線放射率を、トナーの赤外線放射率以下にする方法が開示されている。特許文献1に開示の方法を用いることで、定着装置の使用中に赤外線放射面である定着ローラ表面にトナーがオフセットした場合においても、定着ローラの温度を実際より低い温度として検知することを抑制できる。そのため、定着ローラの異常昇温による定着装置や画像形成装置の劣化等を抑制することができる。
特許文献1に開示の方法では、定着装置の劣化を抑制することができるが、定着装置が劣化することによる定着装置の寿命を判定することは困難である。本発明は、上記課題に鑑み、定着装置の寿命を精度よく判定することを目的とする。
Although the method disclosed in
上述の課題を解決するための本発明の定着装置は、
表面から順に離型層及び弾性層を有する回転可能な第一回転体と、前記第一回転体と接触して回転する第二回転体と、前記第一回転体を加熱する加熱体と、を有し、画像が形成された記録材を、前記第一回転体と前記第二回転体との間に形成されたニップ部で挟持しながら搬送し、前記画像を加熱する定着装置であって、
前記離型層の表面温度を検知する検知部と、
前記弾性層の表面温度を非接触で検知する量子型の赤外線センサと、
前記離型層の表面温度と前記弾性層の表面温度との温度差分に基づいて前記定着装置の寿命を判定する判定部と、
を備え、
前記量子型の赤外線センサは、前記弾性層の表面から放射される赤外線を検知することで前記弾性層の表面温度を検知し、
前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記弾性層の赤外線放射率が、前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記離型層の赤外線放射率よりも大きいことを特徴とする。
The fixing device of the present invention for solving the above-mentioned problems is
A rotatable first rotating body having a release layer and an elastic layer in order from the surface, a second rotating body that rotates in contact with the first rotating body, and a heating body that heats the first rotating body. A fixing device that heats the image by transporting the recording material on which the image is formed while sandwiching it between the nip portion formed between the first rotating body and the second rotating body.
A detector that detects the surface temperature of the release layer and
A quantum infrared sensor that detects the surface temperature of the elastic layer in a non-contact manner,
A determination unit that determines the life of the fixing device based on the temperature difference between the surface temperature of the release layer and the surface temperature of the elastic layer.
With
The quantum type infrared sensor detects the surface temperature of the elastic layer by detecting infrared rays radiated from the surface of the elastic layer.
The infrared emissivity of the elastic layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor is larger than the infrared emissivity of the release layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor. It is characterized by that.
上述の課題を解決するための本発明の定着装置は、
表面から順に離型層及び弾性層を有する回転可能な第一回転体と、前記第一回転体と接触して回転する第二回転体と、前記第一回転体を加熱する加熱体と、を有し、画像が形成された記録材を、前記第一回転体と前記第二回転体との間に形成されたニップ部で挟持しながら搬送し、前記画像を加熱する定着装置であって、
前記弾性層の表面温度を非接触で検知する量子型の赤外線センサを備え、
前記量子型の赤外線センサは、前記弾性層の表面から放射される赤外線を検知することで前記弾性層の表面温度を検知し、
前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記弾性層の赤外線放射率が、前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記離型層の赤外線放射率よりも大きいことを特徴とする。
The fixing device of the present invention for solving the above-mentioned problems is
A rotatable first rotating body having a release layer and an elastic layer in order from the surface, a second rotating body that rotates in contact with the first rotating body, and a heating body that heats the first rotating body. A fixing device that heats the image by transporting the recording material on which the image is formed while sandwiching it between the nip portion formed between the first rotating body and the second rotating body.
A quantum infrared sensor that detects the surface temperature of the elastic layer in a non-contact manner is provided.
The quantum type infrared sensor detects the surface temperature of the elastic layer by detecting infrared rays radiated from the surface of the elastic layer.
The infrared emissivity of the elastic layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor is larger than the infrared emissivity of the release layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor. It is characterized by that.
本発明によれば、定着装置の寿命を精度よく判定することができる。 According to the present invention, the life of the fixing device can be accurately determined.
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail, exemplary, with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, etc. of the components described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions, and the invention of the present invention. It is not intended to limit the scope to the following embodiments.
(実施例1)
(1)画像形成装置
図1を参照して、実施例1に係る画像形成装置の構成について説明する。図1は、実施例1に係る画像形成装置の概略構成図である。実施例1に係る画像形成装置は、例えば、電子写真方式を用いた中間転写方式のフルカラープリンタである。
(Example 1)
(1) Image Forming Device The configuration of the image forming device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the first embodiment. The image forming apparatus according to the first embodiment is, for example, a full-color printer of an intermediate transfer method using an electrophotographic method.
画像形成装置は、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色の画像を各々形成する画像形成部1Y、1M,1C、1Bkを備えている。これらの4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されている。以下、画像形成部1Y、1M,1C、1Bkを総称する場合、画像形成部1と呼称する。
The image forming apparatus includes
各画像形成部1Y,1M,1C,1Bkには、それぞれ像担持体としての感光ドラム2
a,2b,2c,2dが設置されている。各感光ドラム2a,2b,2c,2dの周囲には、帯電手段としての帯電ローラ3a,3b,3c,3d、現像手段としての現像装置4a,4b,4c,4dがそれぞれ設置されている。また、各感光ドラム2a,2b,2c,2dの周囲には、転写手段としての転写シート5a,5b,5c,5d、ドラムクリーニング装置6a,6b,6c,6dがそれぞれ設置されている。更に、各感光ドラム2a,2b,2c,2dの周囲には、帯電ローラ3a,3b,3c,3dと現像装置4a,4b,4c,4d間の上方に露光装置7a,7b,7c,7dがそれぞれ設置されている。各現像装置4a,4b,4c,4dには、それぞれ負帯電特性のイエロートナー,マゼンタトナー,シアントナー,ブラックトナーが収納されている。
The
a, 2b, 2c, and 2d are installed. Around each of the
感光ドラム2a,2b,2c,2dは、負帯電の有機感光体であり、アルミニウムで作製されたドラム基体上に感光層を有している。以下、感光ドラム2a,2b,2c,2dを総称する場合、感光ドラム2と呼称する。感光ドラム2は、不図示の駆動装置によって矢印R1方向(反時計方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。帯電ローラ3a,3b,3c,3dは、不図示の帯電バイアス電源によって、所望の帯電バイアスが印加されている。以下、帯電ローラ3a,3b,3c,3dを総称する場合、帯電ローラ3と呼称する。帯電ローラ3は、感光ドラム2に所定の圧接力で接触しており、感光ドラム2の表面を所定の電位に均一に帯電する。なお、実施例1では、感光ドラム2は帯電ローラ3により負極性に帯電される。
The
露光装置(レーザスキャナ装置)7a,7b,7c,7dは、ホストコンピュータ(不図示)からそれぞれ入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光をレーザ出力部(不図示)から出力する。出力されたレーザ光は、反射ミラー(不図示)を介して感光ドラム2の表面を画像露光する。その結果、帯電ローラ3で帯電された感光ドラム2の表面に画像情報に応じた静電潜像が形成される。
The exposure device (laser scanner device) 7a, 7b, 7c, 7d emits laser light modulated in response to a time-series electric digital pixel signal of image information input from a host computer (not shown) to a laser output unit (laser output unit). Output from (not shown). The output laser beam exposes the surface of the
現像装置4a,4b,4c,4dは、現像方式として、接触現像方式を用いている。現像装置4a,4b,4c,4dを総称する場合、現像装置4と呼称する。現像装置4は、現像剤担持体としての現像ローラを有している。現像ローラ上に薄層担持されたトナーは、不図示の現像駆動装置により回転駆動する現像ローラにより、感光ドラム2に供給される。不図示の現像電圧印加手段により現像バイアスが現像ローラに印加される。感光ドラム2上に形成された静電潜像が、現像ローラから供給されるトナーによりトナー像として現像(反転現像)され、感光ドラム2にトナー像が形成される。
The developing
フルカラー画像形成モードでは、現像装置4a,4b,4c,4dにおける各現像ローラと感光ドラム2a,2b,2c,2d2とが当接する。後述するモノカラー画像形成モード(例えば、白黒画像形成モード)では、画像形成動作が行われる画像形成部1における現像ローラと感光ドラム2とが接触し、画像形成動作が行われない画像形成部1における現像ローラと感光ドラム2とが離間する。これは、現像ローラ及びトナーの劣化、消耗を抑制するためである。
In the full-color image forming mode, the developing rollers in the developing
シート状転写手段としての転写シート5a,5b,5c,5dは、導電性を有する樹脂により形成されたシート部材である。また、転写シート加圧部材としての転写パッド15a,15b,15c,15dは、ゴムなどにより形成された弾性部材である。
The
感光ドラム2に対向して、無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト20が設置されている。中間転写ベルト20は、半導電性を有する樹脂により形成されている。中間転写ベルト20は、駆動ローラ21、テンションローラ22、2次転写対向ローラ23により張架されている。中間転写ベルト20は、テンションローラ22に対する不図示の加圧手段によりテンションがかけられており、駆動ローラ21により、矢印R2方向に回転
駆動される。
An
中間転写ベルト20は、感光ドラム2aに当接している。転写シート5aは、中間転写ベルト20の内周面側に配置され、中間転写ベルト20に当接している。転写シート5aは、転写パッド15aに当接し、転写パッド15aによって中間転写ベルト20の内周面に押圧されている。従って、転写パッド15aは、転写シート5a及び中間転写ベルト20を介して感光ドラム2aを押圧している。転写シート5aには、不図示の1次転写用電源が接続されている。感光ドラム2a上に形成されたトナー像は、1次転写電圧が印加された転写シート5aにより、回転している中間転写ベルト20上に1次転写される。
The
以上説明した構成が画像形成部1Yの転写部の構成であり、画像形成部1M,1C,1Bkの転写部の構成についても同様である。中間転写ベルト20上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、感光ドラム2c,2dで形成されたイエロー,ブラックのトナー像を各転写部にて順次重ね合わせる。その結果、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト20上に形成される。
The configuration described above is the configuration of the transfer unit of the
2次転写ローラ24は、中間転写ベルト20の外側方向から2次転写対向ローラ23を押圧している。また、2次転写ローラ24は、中間転写ベルト20に当接したり、中間転写ベルト20から離間したりすることが可能な構成である。記録材(記録媒体)Pは、給紙ローラ(レジストローラ)13によって2次転写ローラ24と中間転写ベルト20の当接部に搬送される。2次転写ローラ24には、不図示の2次転写用電源が接続されている。中間転写ベルト20上に1次転写されたトナー像は、2次転写電圧が印加された2次転写ローラにより、搬送されている記録材P上に2次転写される。
The
クリーニング用帯電部材としての帯電ローラ25(クリーニング用帯電ローラ25)が、中間転写ベルト20の外周面側に設けられている。クリーニング用帯電ローラ25は、中間転写ベルト20と2次転写ローラ24の当接部Mよりも中間転写ベルト20回転方向の下流側の位置で、中間転写ベルト20に接触している。クリーニング用帯電ローラ25は、中間転写ベルト20の表面に残った転写残トナーを除去して回収するためのベルトクリーニング装置である。このクリーニング用帯電ローラ25には不図示のクリーニング用電源が接続されている。クリーニング電圧が印加されたクリーニング用帯電ローラ25により、転写残トナーが除去される。
A charging roller 25 (cleaning charging roller 25) as a cleaning charging member is provided on the outer peripheral surface side of the
中間転写ベルト20の外周面側において、駆動ローラ21の対向する位置に、色レジ補正、濃度補正用のセンサユニット50が設けられている。画像形成装置の使用環境の変化、画像形成枚数等の諸条件によらず、安定した色レジ補正(中間転写ベルト20上の各色のトナー像の位置合わせ)を行うため、又は安定した画像濃度を得るために、センサユニット50が設けられている。センサユニット50は、LEDなどの発光素子と、フォトダイオードやCdSなどの受光素子とを有する。
On the outer peripheral surface side of the
2次転写ローラ24の記録材Pの搬送方向下流側には、第一回転体である定着フィルム30及び第二回転体である加圧ローラ33を有する定着装置(像加熱装置)12が設置されている。トナー像(画像)が形成された記録材Pを、定着フィルム30と加圧ローラ33との間に形成された定着ニップ部Nで挟持しながら搬送することにより、トナー像を加熱、加圧して記録材Pの表面に固着画像として定着する。記録材Pの先端が定着ニップ部Nに確実に導入されるように案内部材42が設けられている。
A fixing device (image heating device) 12 having a fixing
また、色レジ補正及び濃度補正時には、トナー像を中間転写ベルト20上に形成し、回転移動する中間転写ベルト20上のトナー像及びトナー像の無い部分に発光素子からの光を照射する。中間転写ベルト20上のトナー像及びトナー像の無い部分からの反射光を受
光素子で受けることにより、トナー像パッチの形成された位置及び濃度を測定する。トナー像の有無の間隔を測定することで色レジ補正が行われる。また、トナー像の濃度を測定することで、濃度補正が行われる。
Further, at the time of color registration correction and density correction, a toner image is formed on the
(2)定着装置
定着装置12について説明する。定着装置12には、テンションレスタイプのフィルム加熱方式の像加熱装置である。テンションレスタイプのフィルム加熱方式の定着装置12には、無端ベルト状(又は円筒状)の耐熱性フィルムが定着フィルム30として用いられる。定着フィルム30の周長の少なくとも一部は常にテンションフリー(テンションが加わらない状態)である。加圧ローラ33に回転駆動力が加わることにより加圧ローラ33が定着フィルム30と接触して回転し、定着フィルム30が加圧ローラ33に対して従動回転する。定着装置12の加熱方式がフィルム加熱方式である場合、定着装置12の熱容量が小さくなり、定着装置12の温度が定着可能温度に到達するまでの時間が短縮される。そのため、定着装置12の加熱方式がフィルム加熱方式である場合、定着装置12が待機状態にあるときのスタンバイ温調を行う必要がない。以下では、定着装置12の加熱方式がフィルム加熱方式である場合について説明する
(2) Fixing device The fixing
図2は、実施例1に係る定着装置12の断面図である。また、図3は、定着装置12に用いられるフィルムアセンブリユニットの分解斜視図である。図4は、定着装置12の正面図である。図4には、定着装置12の一部を切り欠いた状態が示されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing
<定着装置の部材>
まず、定着装置12の主要な構成部材について説明する。定着装置12は、ヒータユニット29、定着フィルム30、ヒータホルダ31及び補強部材34を備える。ヒータユニット29は、定着フィルム30を加熱するセラミックヒータ32を有する。ヒータホルダ31は、セラミックヒータ32を支持する支持部材として機能すると共に、円筒状の定着フィルム30の回転走行を案内する。ヒータホルダ31は、ポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PPS、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等を好適に用いることができる。加熱体としてのセラミックヒータ32は、細長い板形状を有しており、定着フィルム30の内面に接触している。セラミックヒータ32は、高耐熱性を有するセラミック基板上に抵抗発熱体82と電極が印刷されている。更に抵抗発熱体82を保護するガラスコート層がセラミック基板上に設けられている。抵抗発熱体82は2本の発熱体を有し、2つの電極をセラミック基板の片側に配置している。ガラスコート層は、定着フィルム30と接触する側に設置される。
<Members of fixing device>
First, the main constituent members of the fixing
定着フィルム30は、無端ベルト状(又は円筒状)の基層の外側に弾性層を設け、さらにその外側に離型層を設けた部材である。従って、定着フィルム30は、表面から順に離型層(第一層)、弾性層(第二層)及び基層(第三層)を有する。離型層は、定着フィルム30の表面にトナーが一旦付着し、再度、記録材Pに移動することで発生するオフセット現象を防止する層である。離型層として、厚み5〜70μm程度の離型性の良好なパーフルオロアルコキシ樹脂(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂(FEP)等のフッ素樹脂を用いることができる。厚み20μmのPFAチューブを用いることで、簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することができる。
The fixing
定着フィルム30が弾性層を有することで、定着フィルム30は記録材Pの表面の凹凸によらずトナー像tを包み込んだ状態でトナー像tを加熱することができる。弾性層には、例えば厚み200μmのシリコーンゴム層が用いられている。基層は、定着フィルム30の最も内面側においてセラミックヒータ32と接する層である。基層は、耐熱性に優れ、可撓性を有するポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、SUS、Ni電鋳等が用い
られる。10〜100μm程度の厚みを有する基層を用いてもよい。実施例1では、マイクロメータで計測した厚みが50μm、内径が18mmの円筒状のポリイミド樹脂を、基層として用いている。
Since the fixing
<定着装置の構成>
図2を参照して、定着装置12の構成について説明する。補強部材34は、鉄等の金属で形成されている。補強部材34は、ヒータホルダ31を加圧ローラ33側に押圧する際に容易に変形しない強度を維持する部材である。セラミックヒータ32は、ヒータホルダ31と補強部材34を介して加圧ローラ33側に後述の押圧手段によって押圧されている。押圧された加圧ローラ33と定着フィルム30が密着している領域(圧接領域)が定着ニップ部Nである。このように、加圧ローラ33が、定着フィルム30を介してセラミックヒータ32と共に定着ニップ部Nを形成してもよい。
<Structure of fixing device>
The configuration of the fixing
次に、図3を参照して、定着装置12に用いられるフィルムアセンブリユニットについて説明する。ヒータホルダ31は、横断面で略樋型形状を有しており、桶型形状の内側に補強部材34が勘合する。ヒータホルダ31の加圧ローラ33と対向する側にはヒータ受け溝が設けられており、セラミックヒータ32がヒータ受け溝に嵌って所望の位置に勘合される。定着フィルム30は、ヒータホルダ31及びセラミックヒータ32が組み付けられたヒータホルダ31の外側に周長に余裕を持って外嵌している。以下、定着フィルム30の円筒形状の軸方向(図3中で定着フィルム30が挿入される矢印方向)を長手方向と呼称する。補強部材34の張り出し部は定着フィルム30の両端よりも外側に突き出ている。補強部材34の張り出し部の両端のそれぞれにフランジ部材36を嵌着させて、フィルムアセンブリユニットが組み立てられる。定着フィルム30の端部から突出したセラミックヒータ32の給電端子に給電コネクタ35が嵌合されている。給電コネクタ35を介してセラミックヒータ32に電力が供給される。加圧ローラ33は、金属製の芯金と、弾性特性を有するシリコーンゴムで形成される弾性層と、離型性を有する離型層とを備える。加圧ローラ33の芯金の片側の端部には駆動ギア44が取り付けられている。加圧ローラ33は、不図示の駆動手段からの回転駆動力を受けて回転する。
Next, the film assembly unit used in the fixing
次に、図4を参照して、定着装置12の構成を説明する。フランジ部材36は、回転走行する定着フィルム30の長手方向への移動を規制する。また、フランジ部材36は、定着装置12の稼働中における定着フィルム30の位置を規制する。フランジ部材36のつば(定着フィルム30の端部を規制する部分)の左側と右側の間の距離が定着フィルム30の長手方向の長さよりも長い。これは、通常使用時に定着フィルム30の端部にダメージを与えないためである。また、加圧ローラ33の長手方向の長さが、定着フィルム30よりも約10mm程度短くなっている。これは、定着フィルム30の端部からはみ出したグリスが加圧ローラ33に接触してグリップ力を失いスリップが発生することを防止するためである。
Next, the configuration of the fixing
フィルムアセンブリユニットは加圧ローラ33に対向して設けられ、図4の左右方向への移動が規制される。フィルムアセンブリユニットの上下方向の移動が可能となるように、フィルムアセンブリユニットが定着装置12の天板側筐体39に支持されている。定着装置12の天板側筐体39には加圧バネ38が圧縮した状態で取り付けられている。加圧バネ38の押圧力は補強部材34の張り出し部が受けており、加圧ローラ33側に補強部材34が押圧され、フィルムアセンブリユニット全体が加圧ローラ33側に押圧する。実施例1における加圧力は、200N(20.4kgf)である。
The film assembly unit is provided so as to face the
加圧ローラ33の芯金を軸支する軸受け37が設けられている。フィルムアセンブリユニットからの押圧力を、加圧ローラ33を介して軸受け37が受け止めている。比較的高温の加圧ローラ33の芯金を回転可能に支持するために、軸受け37の材質は、耐熱性が
あって、かつ摺動性に優れる材質が用いられる。軸受け37は、定着装置12の底側筐体40に取り付けられている。
A bearing 37 that pivotally supports the core metal of the
<温度検知装置>
図5を参照して、定着装置12の構成について説明する。図5は、定着装置12の断面図である。画像形成装置は、定着フィルム30の温度を検知する手段として、量子型の赤外線センサ83及びサーモパイル型の赤外線センサ(以下、サーモパイルと表記する)84を備える。赤外線センサ83及びサーモパイル84は、定着フィルム30と接触せずに定着フィルム30の温度を検知する非接触式のセンサである。赤外線センサ83は、検出素子にInSb(アンチモン化インジウム)を用いている。赤外線センサ83は、定着ニップ部Nを基準として、定着フィルム30の回転方向下流側の定着フィルム30の表面側の所定の位置Mの温度を検知するように配置されている。赤外線センサ83は、定着ニップ部Nを通過した後の定着フィルム30の温度を検出する。検知部としてのサーモパイル84も同様に、定着フィルム30の位置Mの温度を検知するように配置されている。
<Temperature detection device>
The configuration of the fixing
<温度制御系>
温度検知手段によって定着フィルム30の温度制御を行う方法について説明する。基本的に主たる制御対象はサーモパイル84の検知温度である。サーモパイル84の検知温度に基づいて後述する制御部にて、定着加熱駆動回路60から電力線61を介してセラミックヒータ32に供給する電力を制御し、定着フィルム30の温度を所望の温度(制御目標温度)に維持する。制御目標温度(目標温度)は、一定温度であってもよいし、ホストコンピュータからの画像情報に応じて変更してもよい。温度制御の詳細について以下に説明する。
<Temperature control system>
A method of controlling the temperature of the fixing
図6は、画像形成装置及び定着装置12を制御する制御部200と、定着加熱駆動回路60のブロック図である。定着加熱駆動回路60は、交流電源204、トライアック205、ゼロクロス検知回路206を備える。トライアック205は、制御部200により制御される。トライアック205は、セラミックヒータ32に対する通電及び遮断を行う。
FIG. 6 is a block diagram of a
交流電源204は、ゼロクロス検知回路206を介して制御部200にゼロクロス信号を送る。制御部200は、ゼロクロス信号に基づいてトライアック205を制御する。定着加熱駆動回路60からセラミックヒータ32に通電を行うことで、セラミックヒータ32が昇温する。定着フィルム30の温度を検知する赤外線センサ83とサーモパイル84の出力は、それぞれA/Dコンバータ201,202を介して制御部200に取り込まれる。具体的には、赤外線センサ83、サーモパイル84の各温度は電圧値として制御部200でモニタされる。制御部200は、赤外線センサ83、サーモパイル84からの定着フィルム30の温度情報を基に、トライアック205によりセラミックヒータ32に通電するAC電圧の位相制御、波数制御等を行う。即ち、制御部200は、定着フィルム30の表面の温度が所定の制御目標温度(設定温度)を維持するように、セラミックヒータ32に供給する電力を制御する。実施例1における画像形成装置では、標準的な印字モードにおける定着フィルム30の設定温度は180℃である。
The
制御部200は、マイクロプロセッサ等のCPU210、CPU210の制御プログラムやデータを記憶しているROM211を備える。また、制御部200は、CPU210による制御実行時にワークエリアとして使用され、各種データを一時的に保存するRAM212、後述する制御情報などを不揮発に記憶するEEPROM213等を備える。タイマ214は、後述する定着装置12の加圧ローラ33の回転とセラミックヒータ32への通電開始後の時間を測定する。このように、制御部200は、上述の定着装置12の電力制御や温度検知以外にも、後述する離型層の厚みの検知や、定着装置12を駆動する駆動手段203の制御も行う。制御部200は、定着装置12を制御すると共に、画像形成装
置の動作の全般を制御する。制御部200は、定着装置12に設けられていてもよいし、画像形成装置に設けられていてもよい。
The
制御部200による温度制御としては、PID制御が用いられる。また電力の制御方法としては、波数制御や位相制御などの制御方法があり、実施例1では位相制御を用いている。具体的には、制御部200がサーモパイル84の温度を2μ秒ごとに検知し、定着フィルム30の表面の温度が設定温度に維持されるように、制御部200は、PID制御にてセラミックヒータ32への電力供給量を決定する。例えば、電力指定を5%刻みで行うには、一般にトライアック205から供給される交流波形の1半波に対して5%刻みの通電角を用いて行われる。この通電角は、ゼロクロス検知回路206にてゼロクロス信号を検知したときを起点に、トライアック205をオンするタイミングとして求められる。
PID control is used as the temperature control by the
(3)離型層の厚みの検知の説明
定着フィルム30には、トナーのオフセットを抑制するために離型層が用いられているが、記録材Pの通紙を続けると離型層は摩耗していく。離型層の摩耗は、定着装置12の寿命を決定する要因の一つであり、離型層の摩耗が進行すると定着フィルム30は離型性を確保できなくなる。そのため、定着装置12としての性能を維持できなくなり、定着装置12の寿命となる。このような背景のもと、画像形成装置の保守サービス性向上のため、定着装置12の寿命予測精度の向上が望まれている。
(3) Explanation of Detection of Thickness of Release Layer The release layer is used in the fixing
ユーザによる画像形成装置の使用状態によって、離型層の劣化の度合いが異なる。これは、ユーザの使用する記録材Pの種類により、離型層の摩耗の度合いが異なるためである。実施例1においては、次に説明する方法により離型層の厚みを検知して、より正確な定着装置12の寿命予測を可能とする。
The degree of deterioration of the release layer varies depending on the usage state of the image forming apparatus by the user. This is because the degree of wear of the release layer differs depending on the type of recording material P used by the user. In the first embodiment, the thickness of the release layer is detected by the method described below, and the life of the fixing
赤外線センサ83及びサーモパイル84の検知温度を用いて定着フィルム30の表層である離型層の厚みを検知する方法について説明する。実施形態では、離型層としてPFA層を用いて、離型層の厚みを検知する方法について説明するが、離型層としてPTFE層、FEP層等のフッ素樹脂層を用いても、離型層の厚みを検知する方法は同様である。後述するように、離型層の表裏面の温度差を用いて離型層の厚みを検知するため、離型層の表裏面の温度差と離型層の厚みとの関係を得やすい条件であることが望ましい。実施例1においては、画像成形装置のプリント終了後に十分に時間が経過した状態(画像形成装置の電源オン後の1枚目のプリントである条件、又はプリント終了後に1時間以上が経過した条件)で、離型層の厚みの検知が行われる。また、プリント開始に伴って定着装置12の加圧ローラ33の回転とセラミックヒータ32への通電(両者は略同時に行われる)が開始した状態から、4秒経過時に離型層の厚みの検知が行われる。定着装置12が十分に冷えている場合、離型層の表裏面の温度差が生じやすい。また、加熱源としてのセラミックヒータ32から離型層の表裏面への熱の伝わりが同一の過渡状態である場合、離型層の表裏面の温度差と離型層の厚みとの関係が安定する。そのため、上述の条件により離型層の厚みの検知が行われる。
A method of detecting the thickness of the release layer, which is the surface layer of the fixing
図7(A)は、上述の条件における赤外線センサ83及びサーモパイル84の各検知温度と、定着フィルム30の離型層の厚みとの関係を示すグラフである。サーモパイル84の検知温度が180℃になるように温度制御されているため、サーモパイル84の検知温度は概ね180℃となっている。一方で、赤外線センサ83の検知温度は、離型層の厚みが厚いほど、低くなっている。サーモパイル84の制御温度が異なる場合でも、この傾向はほぼ一定であることから、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度の差分は、定着フィルム30の離型層の厚みと相関関係があると考えられる。図7(B)は、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度の差分(温度差分)と、定着フィルム30の離型層の厚みとの関係を示すグラフである。図7(B)に示すように、離
型層の厚みが小さくなるにつれて、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度の差分が小さくなる。
FIG. 7A is a graph showing the relationship between the detection temperatures of the
次に、定着装置12の寿命の設定方法について説明する。実施例1で用いる薄肉の定着フィルム30においては、離型層の摩耗が進行し、離型層の厚みが0μmになると、定着フィルム30の離型性が確保できなくなる。そのため、記録材P上のトナーが定着フィルム30に転移して、定着フィルム30の1周回転後に記録材Pに再びトナーが付着するオフセットが発生する。このように、定着装置12としての性能が維持できなくなり、定着装置12の寿命となる。ただし、定着フィルム30の離型層の摩耗箇所のムラや摩耗進行のばらつきを考慮し、ユーザに対する定着装置12の寿命の通知には所定のマージンを設定している。具体的には、定着フィルム30の離型層の厚みが3μmになるタイミングを、定着装置12の寿命(残寿命0%)の通知タイミングとする。また、実施例1においては、定着フィルム30が新品時である場合の離型層の厚みの中央値(製造中心値)は20μmであり、離型層の厚みが20μmであるときの定着装置12の残寿命を100%としている。実施例1では、離型層の厚みが20μm、かつ、残寿命が100%である場合の点と、離型層の厚みが3μm、かつ、残寿命が0%である場合の点との間を線形に補間することで、定着装置12の残寿命を定義する。このように定義した定着フィルム30の離型層の厚みと、定着装置12の残寿命との関係を図8に示す。
Next, a method of setting the life of the fixing
上記で説明した定着フィルム30の離型層の厚み及び定着装置12の残寿命の検知の制御について、図9のフローチャートを用いて説明する。プリントが開始すると(S1)、不図示の駆動手段であるモータの駆動が開始し、定着加熱駆動回路60からセラミックヒータ32への通電が開始する(S2)。制御部200は、画像成形装置のプリント終了後に一定の時間が経過した状態における画像成形装置の電源オン後の1枚目のプリントであるか(条件1)、又はタイマ214の値から、プリント終了後に1時間以上が経過したか(条件2)、を判定する(S3)。条件1又は条件2に該当する場合、処理がS4の測定工程に進む。条件1及び条件2のいずれにも該当しない場合、処理がS12のプリント終了を待つ工程に進む。
The control of detecting the thickness of the release layer of the fixing
測定工程において、セラミックヒータ32の加熱が開始されてからの時間を計測するために、制御部200は、タイマ214をリセットしてカウント値を0にしたうえで、タイマ214の計時を開始する(S4)。制御部200は、タイマ214の計時開始から4秒経過するまでウエイトし(S5)、4秒経過後に赤外線センサ83の検知温度と、サーモパイル84の検知温度を取得する(S6)。制御部200は、赤外線センサ83の検知温度と、サーモパイル84の検知温度との差分(温度差分)に基づいて、予め実験で求めた温度差分と定着フィルム30の離型層の厚みとの関係を用いて、離型層の厚みを算出する(S7)。そして、制御部200は、離型層の厚みと定着装置12の残寿命との関係を用いて、離型層の厚みから定着装置12の残寿命X(%)を算出する(S8)。
In the measurement step, in order to measure the time after the heating of the
制御部200は、判定部として機能し、定着装置12の残寿命Xの値が所定値(例えば、0%)以下であるかどうかを判定する(S9)。定着装置12の残寿命Xの値が所定値以下でない場合、制御部200は、定着装置12が寿命に達していないと決定する(S10)。一方、定着装置12の残寿命Xの値が所定値以下である場合、制御部200は、定着装置12が寿命に達している状態(定着装置12の交換が必要な状態)であると決定する(S11)。この場合、制御部200は、報知部として機能し、通信インターフェース等を介して、定着装置12の寿命に関する情報を報知する。また、制御部200は、定着装置12の寿命に関する情報をディスプレイ等の表示部に表示してもよい。定着装置12の寿命に関する情報は、定着装置12が寿命であることを示す情報及び定着装置12の交換が必要な状態であることを示す情報を含む。定着装置12の寿命に関する情報は、定着装置12が寿命に近いことを示す情報や、定着装置12の交換時期を示す情報を含んでも
よい。
The
そして、制御部200は、プリント終了までウエイトする(S12)。制御部200は、プリント終了後からの時間を計測するために、プリント終了時にタイマ214をリセットしてカウント値を0に設定したうえでタイマ214の計時を開始する(S13)。その後、制御部200は制御を終了する。
Then, the
制御部200は、所定のタイミングで、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度との差分温度を取得している。所定のタイミングは、セラミックヒータ32の加熱が開始されてから記録材Pが定着ニップ部Nに突入するまでの任意のタイミングである。所定のタイミングは、セラミックヒータ32の加熱が開始されてから所定時間(例えば4秒)が経過した後であって、記録材Pが定着ニップ部Nに突入するまでの任意のタイミングであってもよい。
The
図9のS7において、制御部200は、取得部として機能し、赤外線センサ83の検知温度と、サーモパイル84の検知温度との差分(温度差分)に基づいて、離型層の厚みを取得している。図9のS8及びS9において、制御部200は、離型層の厚みと所定の厚みとを比較し、比較結果に基づいて定着装置12の寿命を判定してもよい。離型層の厚みが所定の厚み(例えば、3μm)より小さい場合、制御部200は、定着装置12が寿命に達している状態(定着装置12の交換が必要な状態)であると決定する。また、制御部200は、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度との差分(温度差分)と、所定温度差分とを比較し、比較結果に基づいて定着装置12の寿命を判定してもよい。赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度との差分(温度差分)が所定温度差分(例えば、2℃)よりも小さい場合、制御部200は、定着装置12が寿命に達している状態(定着装置12の交換が必要な状態)であると決定する。これらの場合、制御部200は、定着装置12の寿命に関する情報を報知する。
In S7 of FIG. 9, the
(4)作用・効果
赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度の差分を用いることで定着フィルム30の離型層の厚みを検知できるメカニズムついて説明する。まず、定着フィルム30の加熱昇温中の、離型層の厚みの表裏面の温度差と離型層の厚みとが対応していることにより、離型層の厚みの検知が可能となっている。セラミックヒータ32による加熱が行われた結果、定着フィルム30の基層から、弾性層、離型層と熱が伝わる。弾性層及び離型層の各々の熱抵抗に応じて、セラミックヒータ32の温度に比べて、定着フィルム30の基層から、弾性層、離型層の順で温度が低い状態となる。また、弾性層及び離型層の各々の熱抵抗に応じて、弾性層及び離型層の各々の表裏面における温度差も変化する。つまり、離型層の厚みが厚いほど(熱抵抗が大きいほど)、離型層の表裏面における温度差は大きくなる。この離型層の表裏面における温度差と離型層の厚みとの関係は、セラミックヒータ32からの熱の伝わりが同一の過渡状態(実施例1では、定着装置12の加圧ローラ33の回転開始から4秒後)で比較すると、一意の関係となる。このようにして、離型層の表裏面の温度差と離型層の厚みが対応していることにより、離型層の厚みの検知が可能となる。
(4) Action / Effect A mechanism capable of detecting the thickness of the release layer of the fixing
次に、離型層の表裏面の温度差を検知する方法について説明する。離型層の表面の温度はサーモパイルや熱電対などを用いて容易に測定可能である。離型層の裏面である内面(離型層と弾性層の境界面)の温度は、赤外線センサ83を用いることによって検知できる。赤外線センサ83は、量子型の検出素子を用いていることから、検知する赤外線に対して波長依存性を持っている。実施例1で用いた赤外線センサ83は、赤外線の約3〜5μmの波長域で温度を検知している。離型層で用いられているPFA樹脂は、赤外線の約3〜5μmの波長域では透明であることがわかっている。即ち、赤外線の約3〜5μmの波
長域におけるPFA樹脂の分光放射率は小さい。よって、弾性層における約3〜5μmの波長域の赤外線放射率は、PFA樹脂における約3〜5μmの波長域の赤外線放射率よりも大きい。このように、赤外線センサ83によって検知される赤外線の波長域の弾性層の赤外線放射率が、赤外線センサ83によって検知される赤外線の波長域の離型層の赤外線放射率よりも大きい。この結果、赤外線センサ83は、その波長特性から、弾性層の表面から放射される約3〜5μmの波長域の赤外線を、約3〜5μmの波長域で透明であるPFA樹脂の影響を受けることなく測定する。従って、赤外線センサ83は、弾性層の表面から放射される赤外線を検知することで、弾性層の表面温度を直接検知することができる。一方、サーモパイル84は波長依存性をもたず、赤外線全般(1〜1000μmの波長域)の吸収により温度を検知するため、離型層の表面温度を検知する。以上説明したように、サーモパイル84を用いて離型層の表面温度を測定し、赤外線センサ83を用いて弾性層の表面温度を測定する。弾性層の表面温度は、離型層の裏面温度と同等の温度とみなすことができるため、離型層の表裏面の温度を測定することができる。従って、離型層の表裏面の温度差を測定して、その温度差と対応した離型層の厚みを検知することが可能となる。
Next, a method of detecting the temperature difference between the front and back surfaces of the release layer will be described. The surface temperature of the release layer can be easily measured using a thermopile or a thermocouple. The temperature of the inner surface (the interface between the release layer and the elastic layer), which is the back surface of the release layer, can be detected by using the
(5)実施例1及び比較例における画像出力の実験結果
次に、実施例1における画像出力の実験結果について説明する。まず、離型層の摩耗の評価について説明する。先述の通り、離型層の摩耗が進行し、離型層の厚みが0μmになると、定着フィルム30の離型性を確保できなくなる。そのため、記録材P上のトナーがオフセットする現象が発生してしまい、定着装置12としての性能を維持できなくなり、定着装置12は寿命となる。
(5) Experimental Results of Image Output in Example 1 and Comparative Example Next, the experimental results of image output in Example 1 will be described. First, the evaluation of wear of the release layer will be described. As described above, when the release layer is worn and the thickness of the release layer becomes 0 μm, the releasability of the fixing
そこで、「離型層の摩耗」について、以下のような条件で評価を行った。定着装置12が新品の状態から、一日当たり5000枚をプリントし続けて、離型層の摩耗が進行し、PTA膜厚が0μmになることによるオフセットの発生開始枚数と寿命枚数(定着装置12の残寿命が0%になるタイミング)を確認した。A4サイズの記録材(CANON社製、Red Label 坪量80g/m2)を用いて評価を行った。定着装置12として装置寿命が短い定着装置Aと、装置寿命が長い定着装置Bを用いる。定着装置Aについては、加圧力を220Nに設定し、離型層の厚みを15μmとする。定着装置Bについては、加圧力を180Nに設定し、離型層の厚みを25μmとする。
Therefore, "wear of the release layer" was evaluated under the following conditions. From the state where the fixing
装置寿命の検知条件について説明する。実施例1については「(3)離型層の厚みの検知の説明」で説明したとおりである。比較例1及び2は、画像形成装置の印字枚数によって、装置寿命を判定する方式を用いており、所定枚数を通紙し終えると、装置寿命を通知する構成である。比較例1は、定着装置Aの寿命の実証結果をもとに、マージンを乗せて決定する方法を採用し、220000枚の通紙によって装置寿命を通知する方式を用いる。また、比較例2は、定着装置Bの寿命の実証結果をもとに、マージンを乗せて決定する方法を採用し、390000枚の通紙によって装置寿命を通知する方式を用いる。 The detection conditions for device life will be described. Example 1 is as described in "(3) Explanation of detection of thickness of release layer". Comparative Examples 1 and 2 use a method of determining the device life based on the number of prints of the image forming apparatus, and notify the device life when a predetermined number of sheets have been passed. In Comparative Example 1, a method of determining by adding a margin based on the verification result of the life of the fixing device A is adopted, and a method of notifying the life of the device by passing 220,000 sheets is used. Further, in Comparative Example 2, a method of determining by adding a margin based on the verification result of the life of the fixing device B is adopted, and a method of notifying the life of the device by passing 390000 sheets is used.
実施例1と比較例1及び2におけるオフセットが発生したときの印字枚数(以下、オフセット発生枚数と表記する)と装置寿命を通知するときの印字枚数(以下、寿命通知枚数と表記する)の関係について、確認結果を表1に示す。
Relationship between the number of prints when an offset occurs in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 (hereinafter referred to as the number of offsets) and the number of prints when notifying the device life (hereinafter referred to as the number of life notifications). The confirmation results are shown in Table 1.
まず、実施例1の結果について説明する。定着装置Aについては、通紙枚数が215,000枚のときに装置寿命の通知が行われ、通紙枚数が231,786枚のときにオフセットが発生している。従って、定着装置Aについては、装置寿命の通知後からオフセットが発生するまでに16,786枚の余裕がある。定着装置Bについては、通紙枚数が385,000枚のときに装置寿命の通知が行われ、通紙枚数が403,441枚のときにオフセットが発生している。従って、定着装置Bについては、装置寿命の通知後からオフセットが発生するまでに18,441枚の余裕がある。 First, the result of Example 1 will be described. Regarding the fixing device A, the device life is notified when the number of sheets to be passed is 215,000, and an offset occurs when the number of sheets to be passed is 231 or 786. Therefore, with respect to the fixing device A, there is a margin of 16,786 sheets from the notification of the device life to the occurrence of the offset. Regarding the fixing device B, the device life is notified when the number of sheets to be passed is 385,000, and an offset occurs when the number of sheets to be passed is 403,441. Therefore, with respect to the fixing device B, there is a margin of 18,441 sheets from the notification of the device life to the occurrence of the offset.
次に、比較例1の結果について説明する。定着装置Aについては、通紙枚数が220,000枚のときに装置寿命の通知が行われた後、オフセットが発生するまでに11,786枚の余裕があり、適切なマージンがある。一方、定着装置Bについては、装置寿命の通知後からオフセットが発生するまでに183,441枚の余裕があり、マージンが過剰な状態となっている。定着装置Bの実力に対してとても早いタイミングで装置寿命の通知が行われており、装置寿命の検知精度が悪い結果となっている。 Next, the result of Comparative Example 1 will be described. Regarding the fixing device A, there is a margin of 11,786 sheets before an offset occurs after the device life is notified when the number of sheets to be passed is 220,000, and there is an appropriate margin. On the other hand, with respect to the fixing device B, there is a margin of 183,441 sheets from the notification of the device life to the occurrence of the offset, and the margin is in an excessive state. The device life is notified at a very early timing with respect to the ability of the fixing device B, resulting in poor detection accuracy of the device life.
次に、比較例2の結果について説明する。定着装置Bについては、通紙枚数が390,000枚のときに装置寿命の通知が行われた後、オフセットが発生するまでに13,441枚の余裕があり、適切なマージンがある。一方、定着装置Aについては、装置寿命の通知が行われるタイミング(通紙枚数:158,214枚)の前にオフセットが発生してしまい、装置寿命の通知としての役目を果たせていない。 Next, the result of Comparative Example 2 will be described. Regarding the fixing device B, there is a margin of 13,441 sheets before the offset occurs after the notification of the device life is given when the number of sheets to be passed is 390,000, and there is an appropriate margin. On the other hand, with respect to the fixing device A, an offset occurs before the timing (number of sheets to be passed: 158,214 sheets) when the device life is notified, and the fixing device A cannot serve as a device life notification.
上記の(4)作用・効果で説明した理由から、比較例1及び2に対して、実施例1は、より高い精度で装置寿命を判定することができ、表1の確認結果に示すように、適切なタイミングで装置寿命を通知することができる。 For the reason explained in (4) Action / Effect above, in Example 1 can determine the device life with higher accuracy than in Comparative Examples 1 and 2, as shown in the confirmation results in Table 1. , The device life can be notified at an appropriate timing.
(6)まとめ
以上説明したように、実施例1では、サーモパイル84を用いて定着フィルム30の離型層の温度を検知し、量子型の赤外線センサ83を用いて、赤外線センサ83の波長依存性によって定着フィルム30の弾性層の温度を検知する。離型層の赤外線放射率よりも弾性層の赤外線放射率が大きいため、量子型の赤外線センサ83は、離型層の影響を受けることなく、弾性層の温度を検知することができる。赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度との差分温度に基づいて、離型層の摩耗を検知することで、定着装置12の寿命をより正確に判定することができる。
(6) Summary As described above, in the first embodiment, the temperature of the release layer of the fixing
(実施例2)
実施例2では、ハロゲンヒータを定着ローラの内部に設けた定着ローラ方式の定着装置
12を用いて、定着ローラの弾性層の温度を正確に測定することにより、定着装置12の寿命推定精度を高める方法について説明する。実施例2に係る画像形成装置の構成は実施例1と同様であり、図1に示す通りである。よって、実施例2の構成において、実施例1と重複する構成の説明は省略する。
(Example 2)
In the second embodiment, the life estimation accuracy of the fixing
図10にハロゲンヒータを定着ローラの内部に設けた定着装置12の断面図を示す。実施例2に係る定着装置12の構成は実施例1と同様の部分があるため、実施例1と重複する構成の説明は省略し、実施例1と異なる部分の構成について説明する。定着ローラ85は中空ローラとなっており、定着ローラ85の内部には、発熱体(熱源)としてのヒータ86を設けている。ヒータ86は、ランプヒータ、電熱線又は抵抗パターンが備えられた面状発熱体等が主に用いられる。実施例2においては、ヒータ86には、円筒状のハロゲンランプを用いる。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of a fixing
ヒータ86は、定着ニップ部Nに対して引いた垂線に概ね沿って、また定着ローラ85と平行に配置されており、定着ローラ85の内面に接触していない。ヒータ86による加熱が行われることにより、定着ローラ85の内面が熱を吸収し、定着ローラ85の温度が上昇する。また、定着ローラ85は、中空ローラの外側に弾性特性を有するシリコーンゴムで形成される弾性層と、離型性を有する離型層とを備える。定着ローラ85は、表面から順に離型層(第一層)、弾性層(第二層)及び基層(第三層)としての中空ローラを有する。定着ローラ85の中空ローラ(芯金)の片側の端部には図4に示す駆動ギア44が取り付けられており、駆動ギア44は不図示の駆動手段により回転駆動力を受けて、定着ローラ85を回転させている。定着ローラ85のローラ硬度は、70°(測定器:ASKER−C硬度計、条件:1000g荷重)である。
The
また、加圧ローラ33は不図示の押圧手段によって定着ローラ85側に押圧されている。押圧された加圧ローラ33と定着ローラ85が密着している領域(圧接領域)が定着ニップ部Nである。圧接部としての定着ニップ部Nが定着ローラ85の回転する力を直接或いは記録材Pを挟んだ状態で受けて、加圧ローラ33は従動回転する。加圧ローラ33のローラ硬度についても、70°(測定器:ASKER−C硬度計、条件:1000g荷重)である。
Further, the
画像形成装置は、定着ローラ85の温度を検知する手段として、量子型の赤外線センサ83を備える。第一の温度検知手段としての赤外線センサ83は、定着ニップ部Nを基準として、定着ローラ85の回転方向下流側に配置されており、定着ニップ部Nを通過した後の定着ローラ85の温度を検出する。実施例2における制御対象は赤外線センサ83の検知温度としており、赤外線センサ83の検知温度を元に制御部200にて、定着加熱駆動回路60からヒータ86に供給する電力を制御し、定着ローラ85の温度を所定の制御目標温度(設定温度)に維持する。
The image forming apparatus includes a quantum
定着ローラ方式の定着装置12においては、熱容量が大きく、ヒータ86の通電後、赤外線センサ83の検知温度が上昇するまでの応答が遅い。そのため、定着ローラ方式の定着装置12には、所定温度を下回ると電源オン、所定温度を上回ると電源オフのいわゆるオンオフ制御が用いられている。具体的には、設定温度を200℃とし、この設定温度を下回ると電源オン、上回ると電源オフとしている。そのため、実施例1で用いたオンデマンド型の定着装置12よりも定着ローラ方式の定着装置12の温度変動は大きく、定着装置12の製造公差による構成の違いや使用状態によって、定着装置12の使用温度に差が生じやすい。
In the fixing roller
実施例2に示すような、定着ローラ方式の定着装置12においても、定着装置12の寿命の検知は重要である。定着ローラ方式は一般的に定着フィルム30よりも加圧力が高く
、製品寿命が長い。最表層である離型層にかかるストレスも大きいことから、予め十分な厚みを有する離型層が用いられている。実施例2においては、50μmの離型層を用いている。その結果、離型層の摩耗が定着装置12の寿命に関わる主要因ではなくなっている。定着ローラ方式の定着装置12の寿命を決定する主要因は、弾性層の硬化劣化である。
Even in the fixing roller
定着ローラ方式の定着装置12においては、定着ローラ85及び加圧ローラ33共に金属のパイプに弾性層、更には離型層を設けており、おもに弾性層の変形によって圧接部としての定着ニップ部Nを形成している。定着可能な幅の定着ニップ部Nを形成するために、また、定着装置12の加熱立ち上がり時間を低減するために、定着ローラ85の弾性層には薄肉で硬度の低いゴム層を用いている。特に定着ローラ85のゴム層は加熱側となることから熱的劣化を生じやすく、定着ローラ85は加圧ローラ33に比べて硬化劣化しやすい。
In the fixing roller
具体的には実施例2の定着装置12においては、新品時の定着ローラ85の硬度は70°であるが、500,000枚印字した後の定着ローラ85の硬度は78°である。一方、新品時の加圧ローラ33の硬度は70°であるが、500,000枚印字した後の加圧ローラ33の硬度は69°である。定着ローラ85のゴム層の硬化劣化が進むと、加圧ローラ33に比べて定着ローラ85の硬度が硬くなる。そのため、定着ニップ部Nの形状については、加圧ローラ33のゴム層が大きく変形する一方で、定着ローラ85のゴム層があまり変形しない。定着ニップ部Nがこのような形状になると、定着ローラ85の円柱形状に記録材Pが倣った形で排出される状態になり、その結果、記録材Pが定着ローラ85に巻きつきやすくなる。プリント枚数が増えて定着ローラ85の弾性層の硬化劣化が進むと、定着装置12としては、巻きつきが発生しやすくなるという観点でユーザに使用を勧められる状態ではなく、定着装置12は寿命に達する。図11(A)に実施例2における定着装置12の初期の定着ニップ部Nの拡大図を示し、図11(B)に定着装置12の寿命を迎えた際の定着ニップ部Nの拡大図を示す。
Specifically, in the fixing
定着ローラ85の硬化劣化においては、定着ローラ85のゴム層の使用温度が大きく影響する。しかし、定着ローラ85の表面の温度を検知する場合、定着ローラ85の最表層のPFA層の影響を受けて、定着ローラ85の弾性層の温度を正確に検知できないため、定着装置12の寿命を正確に検知できないという課題がある。そこで、実施例2では、赤外線センサ83を用いた定着装置12において、定着ローラ85の弾性層の温度を直接検知する方法を用いる。実施例2において、弾性層の温度を直接検知できる原理については、実施例1と同様であるため、詳細な説明は省略する。
The operating temperature of the rubber layer of the fixing
弾性層の硬化劣化についてはアレニウス則に従う。実施例2において、実験的に検証した結果、弾性層の温度が約12℃高い条件で、定着装置12を使用し続けると、定着装置12の寿命が半分になる。具体的には、実施例2の定着装置12においては、500,000枚印字すると、定着ローラ85の硬度が78°になり、加圧ローラ33の硬度が69°になる。弾性層の温度が200℃である場合に500,000枚印字すると、巻きつきが発生しやすくなることから、定着装置12の寿命としている。そして、弾性層の温度が212℃である場合に250,000枚印字すると、弾性層の温度が200℃である場合と同様の状態となるため、定着装置12の寿命としている。このように、弾性層の温度に応じて定着装置12の寿命が変わることから、以下に説明するようなカウント方法を用いる。定着装置12の寿命の基準温度を200℃とし、印字時の実際の赤外線センサ83の温度をT0℃として、一枚当たりの寿命カウンタを2^((T0−200)/12))と設定する。制御部200は、寿命カウンタの累積カウント値が500,000に到達したら、定着装置12の寿命と決定する。弾性層の温度が200℃のときには、一枚当たりの寿命カウンタは1となり、弾性層の温度が212℃のときには、一枚当たりの寿命カウンタは2となる。このように、弾性層の温度が212℃で250,000枚印字したときに
定着装置12が寿命になるので、制御部200は、定着装置12の寿命が半分になることを検知できる。
The Arrhenius law is followed for the hardening and deterioration of the elastic layer. As a result of experimental verification in Example 2, if the fixing
以上説明したように、実施例2においては、量子型の赤外線センサ83を用いて定着ローラ85の弾性層の温度を検知する。制御部200は、累積部として機能し、記録材Pが定着ニップ部Nを通過するごとに、弾性層の温度に応じた重みづけを弾性層の温度に付加したカウント値を求め、カウント値を累積する。制御部200は、累積されたカウント値に基づいて定着装置12の寿命を判定する。これにより、定着装置12の製造公差による構成の差異や定着装置12の使用状態によらず定着装置12の寿命を精度良く検知できる。また、制御部200は、累積されたカウント値が所定値に到達した場合、定着装置12の寿命に関する情報を報知する。これにより、ユーザに対して、定着装置12の寿命に関する情報を知らせることができる。また、実施例1のフィルム加熱方式の定着装置12に対して、実施例2で説明した定着装置12の寿命を判定する方法を適用してもよい。
As described above, in the second embodiment, the temperature of the elastic layer of the fixing
(実施例3)
実施例1及び2において、定着装置12の寿命の観点で本発明を説明した。実施例3では、定着装置12の定着性能を一定に保つ方法について説明する。実施例3に係る画像形成装置の構成は実施例1と同様であり、図1に示す通りである。また、定着装置12の構成も実施例1と同様であり、図2に示す通りである。よって、実施例3の構成において、実施例1及び2と重複する構成の説明は省略する。離型層の厚みに対応して定着性能は異なり、具体的には離型層の厚みが厚いほど、定着性能が低い。ここで、定着性能とは、記録材Pの全面に赤の画像(トナー像)を形成するときに、記録材Pに画像が定着可能になる場合の定着可能温度を意味する。定着可能温度が低いほど定着性能が高い。
(Example 3)
In Examples 1 and 2, the present invention has been described from the viewpoint of the life of the fixing
離型層の表面温度が一定になるように、即ち、サーモパイル84の検知温度が一定になるように、セラミックヒータ32に供給する電力を制御する条件下においても、離型層の厚みが厚いほど定着性能が低い。この理由は、離型層の硬さが弾性層のシリコーンゴムよりも硬いことから、離型層の厚みが厚いほど記録材Pの凹凸に離型層の形状が追従しないことによるものである。そのため、実施例3においては、実施例1と同様の方法により離型層の厚みを検知し、基本的にサーモパイル84の検知温度が一定になるように温度制御を行う。更に、離型層の厚みが厚いほどサーモパイル84の検知温度が高くなるように温度制御を行う。
The thicker the release layer, the thicker the release layer, even under the condition of controlling the electric power supplied to the
図12に離型層の厚みと制御目標温度の補正値の関係を示す。実施例3の制御を用いることで、離型層の厚みの影響を受けずに定着性能として最適な制御目標温度を設定することが可能となる。定着装置12が新品の時には、その製造公差によって異なる離型層の厚みに応じて、制御目標温度にプラス(正)の補正値を加える。制御部200は、制御目標温度に離型層の厚みに応じたプラスの補正値を加算することで制御目標温度を変更する。そして、定着装置12の継続的な使用に伴い、離型層の厚みが徐々に薄くなっていくのに合わせて、プラスの補正値は小さくなる。定着装置12の寿命付近では、制御目標温度の補正値はほぼ0となる。離型層の厚みが薄くなれば、赤外線センサ83の検知温度とサーモパイル84の検知温度の差分温度が小さくなるので、差分温度が小さくなるにつれてプラスの補正値が小さくなる。
FIG. 12 shows the relationship between the thickness of the release layer and the correction value of the control target temperature. By using the control of the third embodiment, it is possible to set the optimum control target temperature as the fixing performance without being affected by the thickness of the release layer. When the fixing
実施例3によれば、離型層の厚みに応じて制御目標温度の補正値を選択し、補正値を用いて制御目標温度を補正することで、最適な制御目標温度を選択できる。その結果、定着可能温度と制御目標温度との誤差を抑止することができる。これにより、副次的に定着装置12の寿命を延ばすこともできる。例えば、離型層の厚みが不明の場合、実際の離型層の厚みが厚いときにも定着性能を確保するために、高い制御目標温度を設定する必要がある。その結果、実施例2にて説明したシリコーンゴムの硬化劣化が進み易くなる。また、
実施例1において説明した離型層の摩耗の進行が速くなる。このような場合において、離型層の厚みに応じて制御目標温度の補正値を選択し、補正値を用いて制御目標温度を補正することで、定着装置12の寿命を延ばすことができる。
According to the third embodiment, the optimum control target temperature can be selected by selecting the correction value of the control target temperature according to the thickness of the release layer and correcting the control target temperature using the correction value. As a result, it is possible to suppress an error between the fixable temperature and the control target temperature. As a result, the life of the fixing
The progress of wear of the release layer described in Example 1 becomes faster. In such a case, the life of the fixing
(その他の実施例)
尚、実施例2において、定着ローラ方式の定着装置12を用いて寿命検知の精度を高める方法について説明した。しかし、弾性層の温度を直接検知できることによって、その他の効果を得ることもできる。例えば、小サイズ紙の通紙時のスループットを向上させることができる。これは、弾性層に用いられるシリコーンゴムの耐熱性を鑑みて、小サイズ紙の通紙時においてシリコーンゴムの温度が高い場合にスループットを低下させる際に、シリコーンゴムの表面の温度を直接測定可能であることから可能になるものである。離型層に用いられるPFA樹脂は耐熱温度が高いため、弾性層に用いられるシリコーンゴムの耐熱性律速となる。
(Other Examples)
In the second embodiment, a method of improving the accuracy of life detection by using the fixing roller
また、誘導加熱方式の定着装置や、外部加熱型の定着装置に対して、実施例1〜3の構成を適用してもよい。実施例1〜3の構成を適用した誘導加熱方式又は外部加熱型の定着装置によって、弾性層の温度を直接測ったり、離型層の厚みを検知したりする場合にも同様の効果を得ることができる。また、実施例1〜3では、カラー画像形成装置及びカラー画像形成装置が備える定着装置を用いて説明した。しかし、モノクロ画像形成装置や、シート加熱装置に対して、実施例1〜3の構成を適用してもよい。実施例1〜3の構成を適用したモノクロ画像形成装置や、シート加熱装置においても同様の効果を得ることができる。 Further, the configurations of Examples 1 to 3 may be applied to the induction heating type fixing device and the external heating type fixing device. The same effect can be obtained when the temperature of the elastic layer is directly measured or the thickness of the release layer is detected by the induction heating method or the external heating type fixing device to which the configurations of Examples 1 to 3 are applied. Can be done. Moreover, in Examples 1 to 3, it was described using the color image forming apparatus and the fixing apparatus provided in the color image forming apparatus. However, the configurations of Examples 1 to 3 may be applied to the monochrome image forming apparatus and the sheet heating apparatus. The same effect can be obtained in the monochrome image forming apparatus to which the configurations of Examples 1 to 3 are applied and the sheet heating apparatus.
また、実施例1及び3において、離型層の表面の温度を検知する方法として、サーモパイル84を用いる方法について説明している。しかし、例えば接触式のサーミスタや熱電対等を用いて離型層の表面の温度を検知しても、サーモパイル84を用いて離型層の表面の温度を検知する場合と同様の効果が得ることができる。その際には、離型層の表面の温度をより正確に検知することが好ましい。そのため、離型層の表面の温度を奪わないという観点から接触式の温度検知部を用いる際には、より熱容量の小さい構成の温度検知部を用いることが好ましい。また、接触式の温度検知部と離型層の表面との間にトナー汚れなどを生じさせないために、温度検知部は離型性の高い表面を有することが好ましい。
Further, in Examples 1 and 3, a method using a
実施例1及び3において、定着フィルム30を加熱する加熱体として、セラミックヒータ32を用いる構成について説明している。この構成に限定されず、実施例1及び3において、定着フィルム30を加熱する加熱体として、実施例2で説明したヒータ86を用いてもよい。また、実施例1及び3において、ヒータ86の熱を効率的に定着フィルム30に伝えるための伝熱部材を定着フィルム30の内面に設けてもよい。
In Examples 1 and 3, a configuration in which a
12…定着装置、30…定着フィルム、32…セラミックヒータ、33…加圧ローラ、83…赤外線センサ、84…サーモパイル、85…定着ローラ、200…制御部、P…記録材 12 ... Fixing device, 30 ... Fixing film, 32 ... Ceramic heater, 33 ... Pressurizing roller, 83 ... Infrared sensor, 84 ... Thermopile, 85 ... Fixing roller, 200 ... Control unit, P ... Recording material
Claims (15)
前記離型層の表面温度を検知する検知部と、
前記弾性層の表面温度を非接触で検知する量子型の赤外線センサと、
前記離型層の表面温度と前記弾性層の表面温度との温度差分に基づいて前記定着装置の寿命を判定する判定部と、
を備え、
前記量子型の赤外線センサは、前記弾性層の表面から放射される赤外線を検知することで前記弾性層の表面温度を検知し、
前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記弾性層の赤外線放射率が、前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記離型層の赤外線放射率よりも大きいことを特徴とする定着装置。 A rotatable first rotating body having a release layer and an elastic layer in order from the surface, a second rotating body that rotates in contact with the first rotating body, and a heating body that heats the first rotating body. A fixing device that heats the image by transporting the recording material on which the image is formed while sandwiching it between the nip portion formed between the first rotating body and the second rotating body.
A detector that detects the surface temperature of the release layer and
A quantum infrared sensor that detects the surface temperature of the elastic layer in a non-contact manner,
A determination unit that determines the life of the fixing device based on the temperature difference between the surface temperature of the release layer and the surface temperature of the elastic layer.
With
The quantum type infrared sensor detects the surface temperature of the elastic layer by detecting infrared rays radiated from the surface of the elastic layer.
The infrared emissivity of the elastic layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor is larger than the infrared emissivity of the release layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor. A fixing device characterized by the fact that.
前記離型層の厚みが所定の厚みよりも小さい場合、前記定着装置の寿命に関する情報を報知する報知部を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 Further provided with an acquisition unit for acquiring the thickness of the release layer based on the temperature difference,
The fixing device according to claim 1, further comprising a notification unit for notifying information on the life of the fixing device when the thickness of the release layer is smaller than a predetermined thickness.
前記制御部は、前記制御目標温度に正の補正値を加算することで前記制御目標温度を変更し、
前記温度差分が小さくなるにつれて前記補正値が小さくなることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の定着装置。 Further provided with a control unit that controls the electric power supplied to the heating body so that the temperature of the release layer maintains the control target temperature.
The control unit changes the control target temperature by adding a positive correction value to the control target temperature.
The fixing device according to any one of claims 1 to 4, wherein the correction value becomes smaller as the temperature difference becomes smaller.
前記弾性層の表面温度を非接触で検知する量子型の赤外線センサを備え、
前記量子型の赤外線センサは、前記弾性層の表面から放射される赤外線を検知すること
で前記弾性層の表面温度を検知し、
前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記弾性層の赤外線放射率が、前記量子型の赤外線センサによって検知される赤外線の波長域の前記離型層の赤外線放射率よりも大きいことを特徴とする定着装置。 A rotatable first rotating body having a release layer and an elastic layer in order from the surface, a second rotating body that rotates in contact with the first rotating body, and a heating body that heats the first rotating body. A fixing device that heats the image by transporting the recording material on which the image is formed while sandwiching it between the nip portion formed between the first rotating body and the second rotating body.
A quantum infrared sensor that detects the surface temperature of the elastic layer in a non-contact manner is provided.
The quantum type infrared sensor detects the surface temperature of the elastic layer by detecting infrared rays radiated from the surface of the elastic layer.
The infrared emissivity of the elastic layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor is larger than the infrared emissivity of the release layer in the infrared wavelength range detected by the quantum infrared sensor. A fixing device characterized by the fact that.
累積された前記カウント値に基づいて前記定着装置の寿命を判定する判定部と、
を更に備えることを特徴とする請求項9に記載の定着装置。 Each time the recording material passes through the nip portion, a weighting according to the temperature of the elastic layer is added to the temperature of the elastic layer to obtain a count value, and a cumulative portion that accumulates the count values and a cumulative portion.
A determination unit that determines the life of the fixing device based on the accumulated count values, and a determination unit.
9. The fixing device according to claim 9, further comprising.
前記加熱体は前記フィルムの内面に接触していることを特徴とする請求項1から9の何れか一項に記載の定着装置。 The first rotating body is a tubular film that comes into contact with the recording material.
The fixing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the heating body is in contact with the inner surface of the film.
前記加熱体は前記ローラの内部に設けられていることを特徴とする請求項10又は11に記載の定着装置。 The first rotating body is a cylindrical roller that comes into contact with the recording material.
The fixing device according to claim 10 or 11, wherein the heating body is provided inside the roller.
請求項1から14の何れか一項に記載の定着装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 An image forming portion that forms the image on the recording material,
The fixing device according to any one of claims 1 to 14.
An image forming apparatus characterized by having.
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