JP6667694B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer.
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置は、加熱回転体と、それに接触する加圧ローラと、で形成されたニップ部で未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱してトナー像を記録材に定着するものが一般的である。 A fixing device mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer is a recording material that carries an unfixed toner image in a nip formed by a heating rotator and a pressure roller that contacts the rotator. In general, the toner image is fixed on the recording material by heating while transporting the toner image.
近年、加熱回転体の導電層を発熱させることができる電磁誘導加熱方式の定着装置が開発され実用化されている。電磁誘導加熱方式の定着装置は、ウォームアップ時間が短いという利点がある。 2. Description of the Related Art In recent years, a fixing device of an electromagnetic induction heating type capable of generating heat in a conductive layer of a heating rotator has been developed and put into practical use. The electromagnetic induction heating type fixing device has an advantage that the warm-up time is short.
特許文献1には、導電層の厚みや導電層の材質の制約が小さい定着装置が開示されている。 Patent Literature 1 discloses a fixing device in which restrictions on the thickness of the conductive layer and the material of the conductive layer are small.
特許文献1に開示された定着装置においても、小サイズの記録材を定着処理する際の非通紙部昇温が課題となる。 Also in the fixing device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157, there is a problem of raising the temperature of the non-sheet passing portion when performing fixing processing on a small-sized recording material.
本発明は、記録材のサイズに応じた発熱分布を形成しつつ、回転体の記録材が通過する領域の温度制御が容易な定着装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fixing device that can easily control the temperature of a region of a rotating body through which a recording material passes while forming a heat generation distribution according to the size of the recording material.
上述の課題を解決するための本発明は、導電層を有する筒状の回転体と、前記回転体の内部に配置され螺旋軸が前記回転体の母線方向と略平行であるコイルと、共振コンデンサと、を有する共振回路と、前記共振回路を駆動するコンバータと、を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、前記回転体の内部に配置されたコイルは一つであり、前記導電層は、前記母線方向における一端から他端まで同じ材料で同じ厚さに形成されており、前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、を有し、前記駆動周波数を下げるように前記周波数制御部が前記コンバータを制御すると、前記母線方向の端部における前記導電層の発熱量が低下するように前記導電層の発熱分布が変わることを特徴とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention for solving the above-mentioned problems includes a cylindrical rotating body having a conductive layer, a coil disposed inside the rotating body, and having a helical axis substantially parallel to a generatrix direction of the rotating body; And a converter for driving the resonance circuit, the magnetic flux generated by the coil causes the conductive layer to generate electromagnetic induction, and the image formed on the recording material by the heat of the rotating body. In the fixing device that fixes the recording material to the recording material, the number of coils disposed inside the rotating body is one, and the conductive layer is formed of the same material and the same thickness from one end to the other end in the generatrix direction. cage, a switch member for controlling the power supplied to the converter peripheral to set the drive frequency of the converter according to at least one of the temperature of the non-sheet passing portion of the size of the recording material and the rotating member The number control unit, the controls said switch member in accordance with the temperature of the sheet passing portion of the rotary member, have a, a power control unit for controlling the power supplied to said converter, said to lower the driving frequency When the frequency control unit controls the converter, the heat generation distribution of the conductive layer changes such that the heat generation of the conductive layer at the end in the bus direction decreases .
記録材のサイズに応じた発熱分布を形成しつつ、回転体の記録材が通過する領域の温度制御が容易な定着装置を提供できる。 It is possible to provide a fixing device that easily controls the temperature of a region of the rotating body through which the recording material passes while forming a heat generation distribution according to the size of the recording material.
以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて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る。すなわち、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, embodiments of the present invention will be illustratively described in detail based on embodiments with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like 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. That is, the scope of the present invention is not intended to be limited to the following embodiments.
(実施例1)
図1は本実施例に従う画像形成装置100の概略構成図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus 100 according to the present embodiment. The image forming apparatus 100 of the present embodiment is a laser beam printer using an electrophotographic process.
31は画像形成装置の制御部であるコントローラであり、ROM32a、RAM32b、タイマ32c等を具備したCPU(中央演算処理装置)32、及び各種入出力制御回路(不図示)等で構成されている。101は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光体ドラムと記す)であり、矢示の時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。感光体ドラム101はその回転過程で接触帯電ローラ102により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。103はレーザビームスキャナであり、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部機器から入力する画像情報に対応してオン/オフ変調したレーザ光Lを出力する。このレーザ光Lにより感光体ドラム101の帯電処理面が露光され、感光体ドラム101表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。104は現像装置であり、現像ローラ104aから感光体ドラム101表面に現像剤(トナー)を供給し感光体ドラム101表面の静電潜像をトナー像として現像する。105は給紙カセットであり、記録材Pが収納させている。107はレジストローラであり、感光体ドラムに形成されたトナー像の先端と記録材の所定位置が合うように記録材Pを搬送するものである。給紙スタート信号が入力すると給紙ローラ106が駆動され、給紙カセット105内の記録材Pを一枚ずつ給紙する。給紙された記録材は、レジストローラ107で搬送タイミングを調整された後、感光体ドラム101と転写ローラ108とが当接する転写部位108Tに導入される。転写部位108Tで記録材Pを挟持搬送する間、転写ローラ8には不図示の電源から転写バイアスが印加される。転写ローラ108に、トナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスが印加されることで、感光体ドラム101上のトナー像が記録材Pに転写される。その後、トナー像が転写された記録材Pは、感光体ドラム101表面から分離され、搬送ガイド109を通って定着ユニットAに導入される。記録材上のトナー像は定着ユニットで加熱され記録材に定着される。定着ユニットを通過した記録材Pは、排紙口111を介して排紙トレイ112上に排出される。一方、記録材Pが分離した後の感光体ドラム101表面はクリーニング部110でクリーニングされる。 Reference numeral 31 denotes a controller, which is a control unit of the image forming apparatus, and includes a CPU (central processing unit) 32 having a ROM 32a, a RAM 32b, a timer 32c, and the like, and various input / output control circuits (not shown). Reference numeral 101 denotes a rotating drum type electrophotographic photosensitive member (hereinafter, referred to as a photosensitive drum) serving as an image carrier, which is rotationally driven at a predetermined peripheral speed in a clockwise direction indicated by an arrow. The photosensitive drum 101 is uniformly charged to a predetermined polarity and potential by the contact charging roller 102 during the rotation process. Reference numeral 103 denotes a laser beam scanner, which outputs a laser beam L on / off-modulated according to image information input from an external device such as an image scanner or a computer (not shown). The charged surface of the photosensitive drum 101 is exposed by the laser light L, and an electrostatic latent image corresponding to image information is formed on the surface of the photosensitive drum 101. A developing device 104 supplies a developer (toner) to the surface of the photosensitive drum 101 from the developing roller 104a and develops the electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 101 as a toner image. Reference numeral 105 denotes a sheet cassette in which a recording material P is stored. Reference numeral 107 denotes a registration roller that conveys the recording material P so that the leading end of the toner image formed on the photosensitive drum is aligned with a predetermined position of the recording material. When a paper feed start signal is input, the paper feed roller 106 is driven to feed the recording materials P in the paper feed cassette 105 one by one. The fed recording material is introduced into a transfer portion 108 </ b> T where the photosensitive drum 101 and the transfer roller 108 abut after the conveyance timing is adjusted by the registration roller 107. A transfer bias is applied to the transfer roller 8 from a power source (not shown) while the recording material P is nipped and conveyed at the transfer portion 108T. The toner image on the photosensitive drum 101 is transferred to the recording material P by applying a transfer bias having a polarity opposite to the charge polarity of the toner to the transfer roller 108. Thereafter, the recording material P to which the toner image has been transferred is separated from the surface of the photosensitive drum 101, and is introduced into the fixing unit A through the conveyance guide 109. The toner image on the recording material is heated by a fixing unit and fixed on the recording material. The recording material P that has passed through the fixing unit is discharged onto a discharge tray 112 through a discharge port 111. On the other hand, the surface of the photosensitive drum 101 after the recording material P is separated is cleaned by the cleaning unit 110.
定着ユニットAは電磁誘導加熱方式の定着装置である。具体的には、コイルにより発生する磁束により回転体の導電層を電磁誘導発熱させ、回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置である。図2は定着ユニットの断面図、図3は定着ユニットの正面図、図4は定着ユニットに設けたコイルユニットの斜視図である。定着ユニットAは、後述する定着スリーブ1やコイルユニットを有する加熱ユニットと、加圧部材8を有し、加熱ユニットと加圧部材の間に未定着トナー像を担持する記録材Pを挟持搬送する定着ニップ部Nを形成している。 The fixing unit A is a fixing device of an electromagnetic induction heating type. Specifically, this is a fixing device that causes a conductive layer of a rotator to generate electromagnetically induced heat by a magnetic flux generated by a coil, and fixes an image formed on the recording material to the recording material by the heat of the rotator. 2 is a sectional view of the fixing unit, FIG. 3 is a front view of the fixing unit, and FIG. 4 is a perspective view of a coil unit provided in the fixing unit. The fixing unit A includes a heating unit having a fixing sleeve 1 and a coil unit, which will be described later, and a pressing member 8, and sandwiches and conveys a recording material P carrying an unfixed toner image between the heating unit and the pressing member. A fixing nip portion N is formed.
加圧部材としての加圧ローラ8は、芯金8aと、シリコーンゴム等で形成された弾性層8bと、フッ素樹脂等で形成された離型層8cを有する。芯金8aの両端部は、定着ユニットの不図示の装置シャーシ間に軸受けを介して回転自由に保持されている。また、図3に示す加圧用ステイ(金属製の補強部材)5の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材18a、18bとの間にそれぞれ加圧バネ(本例では圧縮バネ)17a、17bを設けることで加圧用ステイ5に押し下げ力を作用させている。なお、本実施例の定着ユニットAでは、総圧約100N〜250N(約10kgf〜約25kgf)の押圧力を与えている。これにより、耐熱性樹脂(PPS等)で構成されたスリーブガイド部材6の下面と加圧ローラ8とが定着スリーブ1を挟んで圧接して定着ニップ部Nが形成される。加圧ローラ8は不図示の駆動手段により矢示の方向に駆動されており、定着スリーブ1は加圧ローラの回転に従動して回転する。12a、12bは定着スリーブの回転に従動して回転するフランジ部材である。フランジ部材は、スリーブガイド6の長手方向端部に回転自在に配置されている。定着スリーブが回転中に母線方向に寄り移動するとフランジ部材に突き当たり、定着スリーブに押されたフランジ部材は規制部材13a(13b)に突き当たる。これにより、定着スリーブの寄り移動が規制部材によって規制される。フランジ部材は、LCP(Liquid Crystal Polymer:液晶ポリマー)等の耐熱性の良い材料で形成されている。 The pressing roller 8 as a pressing member has a cored bar 8a, an elastic layer 8b formed of silicone rubber or the like, and a release layer 8c formed of fluororesin or the like. Both ends of the cored bar 8a are rotatably held between bearings (not shown) of the fixing unit via a bearing. Further, pressing springs (compression springs in this example) 17a and 17b are provided between both ends of the pressing stay (metal reinforcing member) 5 shown in FIG. 3 and the spring receiving members 18a and 18b on the apparatus chassis side, respectively. By providing this, a pressing force is applied to the pressing stay 5. In the fixing unit A of this embodiment, a pressing force of a total pressure of about 100 N to 250 N (about 10 kgf to about 25 kgf) is applied. As a result, the lower surface of the sleeve guide member 6 made of a heat-resistant resin (PPS or the like) and the pressing roller 8 are pressed against each other with the fixing sleeve 1 interposed therebetween to form a fixing nip portion N. The pressing roller 8 is driven in a direction indicated by an arrow by a driving unit (not shown), and the fixing sleeve 1 rotates following the rotation of the pressing roller. Reference numerals 12a and 12b denote flange members which rotate following the rotation of the fixing sleeve. The flange member is rotatably arranged at the longitudinal end of the sleeve guide 6. When the fixing sleeve moves toward the generatrix during rotation, the fixing sleeve abuts on the flange member, and the flange member pushed by the fixing sleeve abuts on the regulating member 13a (13b). Thereby, the shift movement of the fixing sleeve is regulated by the regulating member. The flange member is formed of a material having good heat resistance such as LCP (Liquid Crystal Polymer).
回転可能な筒状回転体としての定着スリーブ1は直径10〜50mmが好ましく、基層となる発熱層(導電層)1aと、その外面に積層した弾性層1bと、スリーブ表面の離型層1cを有する。発熱層1aは金属フィルム(本例のスリーブの材質はステンレス)であり、膜厚は10〜50μmが好ましい。弾性層1bはシリコーンゴムで形成されており、硬度20度(JIS−A、1kg加重)程度、厚みは0.1mm〜0.3mmが好ましい。離型層はフッ素樹脂のチューブであり、厚みは10〜50μmが好ましい。発熱層1aには後述する交番磁束の作用で誘導電流が発生する。この誘導電流で発熱層が発熱し、この熱が弾性層1b及び離型層1cに伝達し、定着スリーブ1の周方向全体が加熱される。尚、定着スリーブの温度を検出する温度検出素子9、10、11については後述する。 The fixing sleeve 1 as a rotatable cylindrical rotating body preferably has a diameter of 10 to 50 mm, and includes a heat generating layer (conductive layer) 1a serving as a base layer, an elastic layer 1b laminated on the outer surface thereof, and a release layer 1c on the sleeve surface. Have. The heat generating layer 1a is a metal film (the material of the sleeve in this example is stainless steel), and preferably has a thickness of 10 to 50 μm. The elastic layer 1b is formed of silicone rubber, and preferably has a hardness of about 20 degrees (JIS-A, 1 kg weight) and a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm. The release layer is a tube of a fluororesin, and preferably has a thickness of 10 to 50 μm. An induced current is generated in the heat generating layer 1a by the action of an alternating magnetic flux described later. The heat generation layer generates heat by the induced current, and the heat is transmitted to the elastic layer 1b and the release layer 1c, so that the entire circumferential direction of the fixing sleeve 1 is heated. The temperature detecting elements 9, 10, and 11 for detecting the temperature of the fixing sleeve will be described later.
次に、発熱層1aに誘導電流を発生させる機構について詳述する。図4は加熱ユニットに設けたコイルユニットの斜視図である。コイルユニットは、回転体(定着スリーブ)の内部に配置され螺旋軸が回転体の母線方向と略平行である螺旋形状部を有し、回転体の導電層を電磁誘導発熱させるための交番磁界を形成するコイル3を有する。更に、螺旋形状部の中に配置され、磁束を誘導するためのコア2を備えている。磁性芯材としての磁性コア2は、不図示の固定手段で定着スリーブ1の中空部を貫通して配置させてある。NP及びSPはコア2の磁極を示している。コア2は有端形状であり、コイルにより発生する磁束は開磁路を形成する。コアの材質は、ヒステリシス損が小さく比透磁率の高い材料、例えば、焼成フェライト、フェライト樹脂、非晶質合金(アモルファス合金)、パーマロイ等の高透磁率の酸化物、合金等、で構成される強磁性体が好ましい。本例においては、比透磁率1800の焼成フェライトを用いている。本例のコアは円柱形状であり、直径は5〜30mmが好ましい。A4プリンタに搭載する定着装置である場合、コアの長さは240mm程度が好ましい。なお、コイル3を巻いたコア2は樹脂製のカバー4で覆われている。 Next, a mechanism for generating an induced current in the heating layer 1a will be described in detail. FIG. 4 is a perspective view of the coil unit provided in the heating unit. The coil unit has a helical portion disposed inside the rotator (fixing sleeve) and having a helical axis substantially parallel to the generatrix direction of the rotator, and generates an alternating magnetic field for causing the conductive layer of the rotator to generate electromagnetically induced heat. It has a coil 3 to be formed. Furthermore, it has a core 2 arranged in the helical portion for inducing magnetic flux. The magnetic core 2 as a magnetic core material is arranged so as to penetrate the hollow portion of the fixing sleeve 1 by fixing means (not shown). NP and SP indicate the magnetic poles of the core 2. The core 2 has an end shape, and the magnetic flux generated by the coil forms an open magnetic path. The core is made of a material having a small hysteresis loss and a high relative permeability, for example, a sintered ferrite, a ferrite resin, an amorphous alloy (amorphous alloy), an oxide or an alloy having a high permeability such as permalloy. Ferromagnetic materials are preferred. In this example, a sintered ferrite having a relative magnetic permeability of 1800 is used. The core of this example has a cylindrical shape, and preferably has a diameter of 5 to 30 mm. In the case of a fixing device mounted on an A4 printer, the length of the core is preferably about 240 mm. The core 2 around which the coil 3 is wound is covered with a cover 4 made of resin.
励磁コイル3は、単一導線を定着スリーブ1の中空部において、磁性コア2に螺旋状に巻き回して形成される。その際、コア中央部よりも端部において間隔が密になるように巻かれている。長手寸法240mmの磁性コア2に対し、励磁コイル3は18回巻きつけている。その巻間隔は端部において10mm、中央部において20mm、その中間において15mmとなっている。このように、コイルはコアの軸線Xに交差する方向に巻き回されている。 The exciting coil 3 is formed by spirally winding a single conductive wire around the magnetic core 2 in the hollow portion of the fixing sleeve 1. At this time, the core is wound so that the interval is closer at the end than at the center. The exciting coil 3 is wound around the magnetic core 2 having a longitudinal dimension of 240 mm 18 times. The winding interval is 10 mm at the end, 20 mm at the center, and 15 mm at the middle. Thus, the coil is wound in a direction intersecting the axis X of the core.
給電接点部3a,3bを介して高周波コンバータにより励磁コイル3に高周波電流を流すと、磁束が発生する。本例の装置は、コア2の端部から出る磁束の殆ど(70%以上、好ましくは90%以上、更に好ましくは94%以上)が、定着スリーブの発熱層よりも外を通ってコアの他端に戻るように設計されている。このため、スリーブの外を通る磁束を打ち消す磁束が発生するように、定着スリーブの発熱層には周方向に流れる誘導電流が発生する。これにより、発熱層の周方向全体が発熱する。このように、定着スリーブの周方向に誘導電流が流れる構成にすると、定着スリーブの周方向全域が発熱するので、定着装置を定着可能な温度までウォームアップする時間を短くできるというメリットがある。また、コア2を有端形状とし、開磁路により、磁束の殆どが発熱層の外を通るように構成している。このため、コアをループ形状として閉磁路を形成する構成の装置よりも小型化できるというメリットもある。 When a high-frequency current is applied to the exciting coil 3 by the high-frequency converter via the power supply contacts 3a and 3b, a magnetic flux is generated. In the apparatus of this example, most (70% or more, preferably 90% or more, and more preferably 94% or more) of the magnetic flux emitted from the end of the core 2 passes outside the heat generating layer of the fixing sleeve and passes through the other part of the core. Designed to return to the end. For this reason, an induced current that flows in the circumferential direction is generated in the heat generating layer of the fixing sleeve so that a magnetic flux that cancels the magnetic flux that passes outside the sleeve is generated. As a result, the entire heat generating layer in the circumferential direction generates heat. If the configuration is such that the induced current flows in the circumferential direction of the fixing sleeve, the entire area of the fixing sleeve in the circumferential direction generates heat, so that there is an advantage that the time for warming up the fixing device to a temperature at which fixing can be performed can be shortened. Further, the core 2 has an end shape, and is configured such that most of the magnetic flux passes outside the heat generating layer by the open magnetic path. For this reason, there is also an advantage that the size can be reduced as compared with an apparatus having a configuration in which a closed magnetic path is formed by using a core as a loop.
定着ユニットAの温度検出素子9、10、11は、図2に示すように定着ニップ部Nよりも定着スリーブ回転方向上流側に配置され、定着スリーブの表面温度を検出する。また、定着ユニット長手方向において、図3に示すように、定着スリーブの中央および両端部の温度を検出する。温度検出素子9、10、11はサーミスタ等によって構成される。中央部の温度検出素子9の検出温度が定着に適した制御目標温度を維持するように、コイルへの給電が制御される。また、定着スリーブ1の端部付近に配設された温度検出素子10、11は、小サイズ記録材Pを連続プリントした時の定着スリーブの非通紙域の昇温具合を検知することができる。尚、温度検出素子10及び11は、加圧ローラ8の軸方向端部に配置し、小サイズ記録材Pを連続プリントした時の加圧ローラの非通紙域の昇温具合を検知してもよい。 As shown in FIG. 2, the temperature detecting elements 9, 10, and 11 of the fixing unit A are disposed upstream of the fixing nip N in the fixing sleeve rotation direction, and detect the surface temperature of the fixing sleeve. Further, in the longitudinal direction of the fixing unit, as shown in FIG. 3, the temperatures at the center and both ends of the fixing sleeve are detected. The temperature detecting elements 9, 10, 11 are constituted by thermistors and the like. Power supply to the coil is controlled so that the temperature detected by the temperature detecting element 9 at the center maintains a control target temperature suitable for fixing. Further, the temperature detecting elements 10 and 11 disposed near the end of the fixing sleeve 1 can detect the temperature rise in the non-sheet passing area of the fixing sleeve when the small-sized recording material P is continuously printed. . The temperature detecting elements 10 and 11 are disposed at the axial end of the pressure roller 8 to detect the temperature rise of the non-sheet passing area of the pressure roller when the small-sized recording material P is continuously printed. Is also good.
図4はプリンタ制御を行なう制御手段であるCPU32、プリンタコントローラ41、及びホストコンピュータの関係を示すブロック図である。プリンタコントローラ41は後述するホストコンピュータ42との間で通信と画像データの受信、及び受け取った画像データを画像形成装置100が印字可能な情報に展開する。更に、エンジン制御部43との間で信号のやり取り及びシリアル通信を行う。エンジン制御部43はプリンタコントローラ41との間で信号のやり取りを行い、さらに、シリアル通信を介して画像形成装置100の各ユニット44〜46の制御を行う。定着温度制御部44は温度検出素子9、10、11によって検出された温度を基に定着ユニットAの温度制御を行うと共に、定着ユニットAの異常検出等を行う。周波数制御手段としての周波数制御部45は高周波コンバータ16の駆動周波数の制御を、電力制御部46は、高周波コンバータ16の駆動をON・OFFして高周波コンバータ16の電力の制御を行う。具体的は、温度検出素子9の検出温度が制御目標温度を維持するように高周波コンバータ16の駆動をON・OFFする。ホストコンピュータ42はプリンタコントローラ41に画像データを転送したり、ユーザからの要求に応じてプリンタコントローラ41に記録材Pのサイズ等、様々なプリント条件を設定する。 FIG. 4 is a block diagram showing the relationship between the CPU 32, which is control means for controlling the printer, the printer controller 41, and the host computer. The printer controller 41 communicates with a host computer 42 to be described later, receives image data, and develops the received image data into information printable by the image forming apparatus 100. Further, it exchanges signals with the engine control unit 43 and performs serial communication. The engine control unit 43 exchanges signals with the printer controller 41, and further controls the units 44 to 46 of the image forming apparatus 100 via serial communication. The fixing temperature control unit 44 controls the temperature of the fixing unit A based on the temperatures detected by the temperature detecting elements 9, 10, and 11, and detects an abnormality of the fixing unit A. The frequency control unit 45 as a frequency control unit controls the driving frequency of the high frequency converter 16, and the power control unit 46 controls the power of the high frequency converter 16 by turning on and off the driving of the high frequency converter 16. Specifically, the drive of the high-frequency converter 16 is turned ON / OFF so that the temperature detected by the temperature detecting element 9 maintains the control target temperature. The host computer 42 transfers image data to the printer controller 41 and sets various printing conditions such as the size of the recording material P in the printer controller 41 in response to a request from a user.
図5は、本実施例における高周波コンバータ16を含む駆動回路を説明するための回路図である。商用電源50は、画像形成装置100を接続する商用電源(交流電源)であり、インレット51を介して画像形成装置100に交流電力を供給する。本回路は、商用電源50と直接接続された一次側と、商用電源50と非接触に接続された二次側とで構成されている。商用電源50の波形は、横軸を時間、縦軸を電圧としたとき波形1のような波形である。商用電源50から入力された電力は、インレット51、ACフィルタ52、スイッチ部材の一例であるトライアック161を介し、整流部の一例であるダイオードブリッジ81〜84に入力され整流される。整流された電圧は、コンデンサ85に充電される。続いて、FET86、87と電圧共振用コンデンサ88から成る高周波コンバータ(電流共振制御回路)16に入力される。これにより、定着ユニットAの等価インダクタンスL及び等価抵抗R、共振コンデンサ89から成る共振回路(電流共振回路)191に電力供給される。 FIG. 5 is a circuit diagram for explaining a drive circuit including the high-frequency converter 16 in the present embodiment. The commercial power supply 50 is a commercial power supply (AC power supply) for connecting the image forming apparatus 100, and supplies AC power to the image forming apparatus 100 via the inlet 51. This circuit includes a primary side directly connected to the commercial power supply 50 and a secondary side connected to the commercial power supply 50 in a non-contact manner. The waveform of the commercial power supply 50 is a waveform like the waveform 1 when the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. The electric power input from the commercial power supply 50 is input to the diode bridges 81 to 84 as an example of the rectification unit via the inlet 51, the AC filter 52, and the triac 161 as an example of the switch member, and is rectified. The rectified voltage is charged in the capacitor 85. Subsequently, it is input to a high-frequency converter (current resonance control circuit) 16 composed of FETs 86 and 87 and a voltage resonance capacitor 88. Thus, power is supplied to a resonance circuit (current resonance circuit) 191 including the equivalent inductance L and the equivalent resistance R of the fixing unit A and the resonance capacitor 89.
71は、電源装置(電源部)であり、商用電源50の電力がACフィルタ52を介して入力され、不図示の二次側の負荷(モータ等)に所定の電圧を出力している。また、CPU32は、高周波コンバータ16の動作にも使用され、各入出力ポートとROM32a及びRAM32bなどから構成される。高周波コンバータ16、共振回路191、及び二次側に電力を供給するための電源装置(電源部)71内のトランスの一次巻線より手前は、商用電源50と直接接続されており、電気的に一次側回路となっている。また、電源装置71内のトランスの二次巻線以降、例えば、感光体ドラム101を回転させる不図示のモータ、レーザスキャナ103、等の画像形成時に動作するモータやユニットは、商用電源50と非接触に接続されており、電気的に二次側回路となっている。 Reference numeral 71 denotes a power supply unit (power supply unit) which receives electric power from the commercial power supply 50 via the AC filter 52 and outputs a predetermined voltage to a secondary load (motor or the like) (not shown). The CPU 32 is also used for the operation of the high-frequency converter 16 and includes input / output ports, a ROM 32a, a RAM 32b, and the like. The power supply (power supply unit) 71 for supplying power to the high-frequency converter 16, the resonance circuit 191, and the secondary side is directly connected to the commercial power supply 50 before the primary winding of the transformer in the power supply device (power supply unit) 71. It is a primary side circuit. Further, after the secondary winding of the transformer in the power supply device 71, for example, a motor or a unit (not shown) for rotating the photosensitive drum 101, a motor or a unit operating at the time of image formation, such as a laser scanner 103, are not connected to the commercial power supply 50 It is connected to a contact and is electrically a secondary circuit.
一方、商用電源50の電力は、ACフィルタ52を介してZEROX生成回路75に入力される。ZEROX生成回路75は、商用電源電圧が0V近辺のある閾値電圧以下の電圧になっているときにHighレベル(又はLowレベル)の信号を出力し、それ以外の場合にLowレベル(又はHighレベル)の信号を出力する構成となっている。そして、CPU32の入力ポートPA1には、抵抗76を介して商用電源電圧の周期とほぼ等しい周期のパルス信号が入力される。CPU32は、ZEROX信号のHigh→LowまたはLow→Highに変化するエッジを検出し、これを後述する駆動回路160の駆動のトリガとして利用する。 On the other hand, the power of the commercial power supply 50 is input to the ZEROX generation circuit 75 via the AC filter 52. The ZEROX generation circuit 75 outputs a high-level (or low-level) signal when the commercial power supply voltage is lower than a certain threshold voltage near 0 V, and otherwise outputs a low-level (or high-level) signal. Is output. Then, a pulse signal having a cycle substantially equal to the cycle of the commercial power supply voltage is input to the input port PA1 of the CPU 32 via the resistor 76. The CPU 32 detects an edge of the ZEROX signal that changes from High to Low or from Low to High, and uses this as a trigger for driving the drive circuit 160 described later.
次に、電力制御用の駆動回路160を説明する。駆動回路160はCPU32の電力制御部46(図4参照)により制御される。CPU32により決定されたタイミングで出力ポートPA2がHighレベルとなると、ベース抵抗67を介したトランジスタ165がオンする。トランジスタ165がオンするとフォトトライアックカプラ162がオンする。なお、フォトトライアックカプラ162は、一次側回路と二次側回路の沿面距離を確保するためのデバイスである。抵抗166はフォトトライアックカプラ162内の発光ダイオードに流れる電流を制限するための抵抗である。 Next, the drive circuit 160 for power control will be described. The drive circuit 160 is controlled by the power control unit 46 of the CPU 32 (see FIG. 4). When the output port PA2 goes high at the timing determined by the CPU 32, the transistor 165 via the base resistor 67 turns on. When the transistor 165 turns on, the phototriac coupler 162 turns on. The phototriac coupler 162 is a device for ensuring a creepage distance between the primary circuit and the secondary circuit. The resistor 166 is a resistor for limiting the current flowing to the light emitting diode in the photo triac coupler 162.
抵抗163、164はトライアック(スイッチ部材)161のためのバイアス抵抗で、フォトトライアックカプラ162がオンすることによりトライアック161がオンする。トライアック161は、一旦オンすると商用電源50の次のZEROXポイントになるまでオン状態を保持する素子であるので、オンタイミングに応じた電力が高周波コンバータ16を介して定着ユニットAに投入される。 The resistors 163 and 164 are bias resistors for the triac (switch member) 161. The triac 161 turns on when the phototriac coupler 162 turns on. Once turned on, the triac 161 is an element that keeps the on state until the next ZEROX point of the commercial power supply 50, so that power according to the on timing is supplied to the fixing unit A via the high frequency converter 16.
次に、高周波コンバータ16について説明する。CPU32が出力ポートPA3から後述する周波数のパルス信号をHi−gate駆動回路77に向けて出力すると、Hi−gate駆動回路77はスイッチング素子86に向けてゲート波形を出力する。スイッチング素子86は、ゲート波形がHiの期間、ドレインソース間をONし、Loの期間OFFする。同様にして、Hi−gate駆動回路77へのパルス信号と同じ周波数のパルス信号をCPU32が出力ポートPA4からLo−gate駆動回路78に向けて出力すると、Lo−gate駆動回路78はスイッチング素子87に向けてゲート波形を出力する。スイッチング素子87は、ゲート波形がHiの期間、ドレインソース間をONし、Loの期間OFFする。スイッチング素子86とスイッチング素子87はパルス信号の周波数で交互にONし、共振回路191に方形波を供給する。これにより、定着ユニットAの等価インダクタンスLと共振コンデンサ61が共振し、定着ユニットAの回転体1が発熱する。なお、Hi−gate駆動回路77へのパルス信号のONデューティ比(パルス信号1サイクルあたりのON時間比率)と、Lo−gate駆動回路78へのパルス信号のONデューティ比は、パルス信号の周波数に拘らず約50%に設定されている。スイッチング素子86とスイッチング素子87へのパルス信号が停止すると定着ユニットAの発熱は停止される。 Next, the high-frequency converter 16 will be described. When the CPU 32 outputs a pulse signal having a frequency described later from the output port PA3 to the Hi-gate drive circuit 77, the Hi-gate drive circuit 77 outputs a gate waveform to the switching element 86. The switching element 86 turns on between the drain and source while the gate waveform is Hi and turns off while the gate waveform is Lo. Similarly, when the CPU 32 outputs a pulse signal having the same frequency as the pulse signal to the Hi-gate drive circuit 77 from the output port PA4 to the Lo-gate drive circuit 78, the Lo-gate drive circuit 78 causes the switching element 87 to output. The gate waveform is output. The switching element 87 turns on between the drain and source while the gate waveform is Hi and turns off during the Lo time. The switching elements 86 and 87 are alternately turned on at the frequency of the pulse signal, and supply a square wave to the resonance circuit 191. Thereby, the equivalent inductance L of the fixing unit A and the resonance capacitor 61 resonate, and the rotating body 1 of the fixing unit A generates heat. The ON duty ratio of the pulse signal to the Hi-gate driving circuit 77 (ON time ratio per one cycle of the pulse signal) and the ON duty ratio of the pulse signal to the Lo-gate driving circuit 78 are determined by the frequency of the pulse signal. Regardless, it is set at about 50%. When the pulse signals to the switching elements 86 and 87 are stopped, the heat generation of the fixing unit A is stopped.
定着ユニットAに配置された温度検出素子9は、一端をグランド、他端を抵抗73を介して電源Vcc1に接続されており、さらに抵抗74を介してCPU32のアナログ入力ポートAN0に接続されている。なお、定着ユニットの端部の温度を検出する温度検出素子10、11の出力も、温度検出素子9と同様に、CPU32のアナログ入力ポートに入力している(図5では不図示)。温度検出素子9として使用されているサーミスタは高温になると抵抗値が低下する特性を持っている。CPU32は、固定抵抗73との分圧電圧を、予め設定された温度テーブル(不図示)によって温度に変換することにより、定着ユニットAの温度(正確には定着スリーブの温度)を検出する。後述するが、CPU32は、定着処理中、定着ユニットAの温度(温度検出素子9の検出温度)が所定の温度(制御目標温度)を維持するように、駆動回路160を制御する。 The temperature detecting element 9 arranged in the fixing unit A has one end connected to the power supply Vcc1 via the ground and the other end via the resistor 73, and further connected to the analog input port AN0 of the CPU 32 via the resistor 74. . The outputs of the temperature detecting elements 10 and 11 for detecting the temperature at the end of the fixing unit are also input to the analog input port of the CPU 32 (not shown in FIG. 5), similarly to the temperature detecting element 9. The thermistor used as the temperature detecting element 9 has a characteristic that the resistance value decreases when the temperature becomes high. The CPU 32 detects the temperature of the fixing unit A (more precisely, the temperature of the fixing sleeve) by converting the divided voltage with the fixed resistor 73 into a temperature according to a preset temperature table (not shown). As will be described later, the CPU 32 controls the drive circuit 160 such that the temperature of the fixing unit A (the temperature detected by the temperature detecting element 9) maintains a predetermined temperature (control target temperature) during the fixing process.
ところで、スリーブの導電層に、スリーブ周方向に流れる誘導電流が発生するように、コアの端部から出る磁束の殆どが定着スリーブの発熱層よりも外を通ってコアの他端に戻るように設計した定着装置では、以下に示すような課題があることが判明した。 By the way, so that an induced current flowing in the circumferential direction of the sleeve is generated in the conductive layer of the sleeve, almost all of the magnetic flux emitted from the end of the core passes outside the heat generating layer of the fixing sleeve and returns to the other end of the core. It has been found that the designed fixing device has the following problems.
一般的な電磁誘導方式の定着装置では、コイルを含む共振回路を駆動する高周波コンバータが設けられる。そして、コイルにより発生する磁束を回転体の導電層に結合させ、導電層に渦電流を発生させて発熱させる方式の定着装置では、スリーブの温度を一定に保つため、高周波コンバータの駆動周波数(上述したパルス信号の周波数)を調整し、発熱量を調整する。 In a general fixing device of the electromagnetic induction type, a high-frequency converter for driving a resonance circuit including a coil is provided. In a fixing device of a type in which magnetic flux generated by a coil is coupled to a conductive layer of a rotating body and an eddy current is generated in the conductive layer to generate heat, a driving frequency of a high-frequency converter (described above) is maintained in order to keep a sleeve temperature constant. The frequency of the generated pulse signal) is adjusted to adjust the heat generation.
しかしながら、本例のような、スリーブ周方向に流れる誘導電流が発生する定着装置では、高周波コンバータの駆動周波数を変えると、スリーブの母線方向における発熱分布が変化してしまうことが判明した。図6は、回転体(スリーブ)の母線方向(長手方向)中央が200℃を維持するように高周波コンバータの駆動周波数を21kHz〜50kHzの範囲で変化させた場合のスリーブの温度分布を示している。駆動周波数を下げるほどスリーブ両端の発熱量が低下していることが判る。したがって、例えば、中央部の温度を200℃に保つために駆動周波数を21kHzに設定しなければならないケースでは、スリーブ両端の発熱量が不足する。その結果、大サイズの記録材を定着処理する際、スリーブ両端部に対応する記録材上の画像は定着不足が生じる。 However, it has been found that in a fixing device in which an induced current flows in the circumferential direction of the sleeve as in this example, when the driving frequency of the high-frequency converter is changed, the heat generation distribution in the generatrix direction of the sleeve changes. FIG. 6 shows the temperature distribution of the sleeve when the driving frequency of the high-frequency converter is changed in the range of 21 kHz to 50 kHz so that the center of the rotating body (sleeve) in the generatrix direction (longitudinal direction) maintains 200 ° C. . It can be seen that the lower the driving frequency, the lower the amount of heat generated at both ends of the sleeve. Therefore, for example, in the case where the drive frequency must be set to 21 kHz in order to keep the temperature at the center at 200 ° C., the heat generation at both ends of the sleeve is insufficient. As a result, when a large-sized recording material is fixed, the images on the recording material corresponding to both ends of the sleeve are insufficiently fixed.
そこで本実施例では、定着スリーブの中央部の温度に応じて駆動周波数を設定するのではなく、記録材Pのサイズや定着スリーブ1の非通紙領域の温度に応じて駆動周波数(以下、駆動周波数fkとする)を設定する。非通紙領域とは、装置で利用可能な最大サイズの記録材は通過するが最大サイズより小さなサイズの記録材は通過しない領域のことである。このように駆動周波数fkを設定することにより、大サイズの記録材を定着処理する時は、定着スリーブ1の長手方向全域を均一に発熱させ、小サイズの記録材を定着処理する時は、スリーブ端部の発熱量を抑えるというような発熱分布の設定ができる。更に、定着スリーブの中央部の温度に応じて上述した駆動回路160を制御することで高周波コンバータ16に供給する電力を制御し、定着スリーブの中央部の温度が制御目標温度を維持するようにしている。 Therefore, in this embodiment, the driving frequency is not set according to the temperature at the center of the fixing sleeve, but is set according to the size of the recording material P or the temperature of the non-sheet passing area of the fixing sleeve 1 (hereinafter referred to as the driving frequency). Frequency fk) is set. The non-sheet passing area is an area where a recording material having a maximum size usable by the apparatus passes but a recording material having a size smaller than the maximum size does not pass. By setting the driving frequency fk in this manner, when fixing a large-sized recording material, the entire length of the fixing sleeve 1 in the longitudinal direction is uniformly heated, and when fixing a small-sized recording material, the sleeve is fixed. The heat generation distribution can be set such that the heat generation amount at the end is suppressed. Further, by controlling the above-described drive circuit 160 in accordance with the temperature at the center of the fixing sleeve, the power supplied to the high-frequency converter 16 is controlled so that the temperature at the center of the fixing sleeve maintains the control target temperature. I have.
図7を用いて、電力を50%投入する場合の商用電源電圧の4サイクル間の各動作波形を説明する。本実施例のCPU32は、商用電源電圧の4サイクルを1制御周期として、1制御周期毎に温度検出素子9の検出温度に応じた電力を設定する。 Each operation waveform during four cycles of the commercial power supply voltage when 50% power is applied will be described with reference to FIG. The CPU 32 of this embodiment sets power corresponding to the temperature detected by the temperature detecting element 9 for each control cycle, with four cycles of the commercial power supply voltage as one control cycle.
図7には、商用電源50の電圧701、ZEROX信号波形702、トライアック161の電圧波形703、スイッチング素子86のゲート波形704、スイッチング素子87のゲート波形705がそれぞれ横軸を時間として表記されている。商用電源50から電圧701が入力されるとZEROX生成回路75にてZEROX信号702が生成されCPU32に入力される。スイッチング素子86、87は、紙サイズや非通紙部の昇温具合に応じて定められた駆動周波数fkで、ゲート波形704、705で示されるように交互にスイッチングをしている。 In FIG. 7, a voltage 701 of the commercial power supply 50, a ZEROX signal waveform 702, a voltage waveform 703 of the triac 161, a gate waveform 704 of the switching element 86, and a gate waveform 705 of the switching element 87 are represented by time on the horizontal axis. . When a voltage 701 is input from the commercial power supply 50, a ZEROX signal 702 is generated by the ZEROX generation circuit 75 and input to the CPU 32. The switching elements 86 and 87 are alternately switched at a drive frequency fk determined according to the paper size and the degree of temperature rise of the non-sheet passing portion as shown by gate waveforms 704 and 705.
電力を50%投入する場合、CPU32は、4サイクルの平均投入電力が50%になるように半波毎の投入電力を決定する。図7において、トライアック161の投入電力パターンは、全半波において50%の投入電力となっている。 When supplying 50% of the power, the CPU 32 determines the supplied power for each half-wave so that the average applied power of four cycles becomes 50%. In FIG. 7, the input power pattern of the triac 161 is 50% input power in all half-waves.
CPU32内のROM32aには、投入電力比に応じた位相制御の点灯タイミング係数のテーブルが格納されている。CPU32は、そのテーブルとZEROX信号702と温度検出素子9の情報を用いて点灯タイミングを算出する。テーブルは例えば表1に表されるようなものである。点灯タイミング係数の0は、商用電源50の電圧波形701の位相が0°の時であり、1は、180°の時である。 The ROM 32a in the CPU 32 stores a table of lighting timing coefficients for phase control according to the input power ratio. The CPU 32 calculates the lighting timing using the table, the ZEROX signal 702, and the information of the temperature detecting element 9. The table is, for example, as shown in Table 1. The lighting timing coefficient 0 is when the phase of the voltage waveform 701 of the commercial power supply 50 is 0 °, and 1 is when it is 180 °.
CPU32は、温度検出素子9の検出温度、及び表1のテーブルを用いて、駆動回路160をONするタイミングを決定する。例えば50Hzの商用電源50である場合、50%の電力を投入するためのトライアック161のONタイミングは、ゼロクロス信号波形702の立下りエッジ(又は立上りエッジ)から5.0ms(=20ms/2×0.50)後と算出される。図7に示す奇数番目の波形D1、D3、D5、D7の場合、CPU32は、ZEROX信号702がHigh→Lowに変化した時間から5ms後に出力ポートPA2にHighレベルを出力することで、50%の電力を供給することになる。これにより、整流回路81〜84へ、商用電源電圧4サイクルで50%の投入電力することができる。本実施例においては、4サイクルを1制御周期とし、4サイクル毎に位相制御を用いて電力制御するパターンで説明しているが、1制御周期は4サイクル以外でもよい。また、制御波形も、波数制御や、位相制御と波数制御を組み合わせた制御等、位相制御以外の制御波形であっても構わない。 The CPU 32 determines the timing for turning on the drive circuit 160 using the temperature detected by the temperature detecting element 9 and the table shown in Table 1. For example, in the case of the commercial power supply 50 of 50 Hz, the ON timing of the triac 161 for supplying 50% power is 5.0 ms (= 20 ms / 2 × 0) from the falling edge (or rising edge) of the zero-cross signal waveform 702. .50) later. In the case of the odd-numbered waveforms D1, D3, D5, and D7 shown in FIG. 7, the CPU 32 outputs the High level to the output port PA2 5 ms after the time when the ZEROX signal 702 changes from High to Low, thereby reducing the 50%. Power will be supplied. Thus, it is possible to supply 50% input power to the rectifier circuits 81 to 84 in four cycles of the commercial power supply voltage. In this embodiment, four cycles are defined as one control cycle, and power control is performed using phase control every four cycles. However, one control cycle may be other than four cycles. Also, the control waveform may be a control waveform other than the phase control, such as a wave number control or a control combining the phase control and the wave number control.
CPU32による電力投入シーケンスのフローを図8のフローチャートを用いて説明する。まず電力投入シーケンスが開始されるとS101にて温度検出素子9の検出値と制御目標温度からトライアック61による投入電力デューティ比Dを決定する。次に、S102にて記録材Pのサイズとスリーブ1の端部温度の少なくとも一方に応じてスイッチング素子86、87の駆動周波数fkを決定する。続いて、S103にてカウンタk(商用電源電圧の半サイクルの回数)を初期設定(k=1)し、S104でZEROX信号702の立ち上がり又は立下りエッジを監視する。ZEROX信号702の立ち上がり又は立下りエッジを検出したタイミングでカウンタkをインクリメントし(S105)、トライアック161により、定着ユニットAに対して、位相角D%で半波電力を投入する(S106)。S107にてカウンタkが8未満の場合には、1制御周期(4サイクル)に到達していないので、継続してS104〜S106を繰り返す。一方、S107にてカウンタkが8に達した場合には、1制御周期における電力投入が終了する。S108にて電力投入の終了を判断するまでの間は、S101〜S107を繰り返し、4サイクル毎に電力投入デューティ比を切り替えながら電力投入が行われる。 The flow of the power-on sequence by the CPU 32 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, when the power supply sequence is started, the input power duty ratio D by the triac 61 is determined from the detected value of the temperature detecting element 9 and the control target temperature in S101. Next, in S102, the drive frequency fk of the switching elements 86 and 87 is determined according to at least one of the size of the recording material P and the temperature at the end of the sleeve 1. Subsequently, in step S103, the counter k (the number of half cycles of the commercial power supply voltage) is initialized (k = 1), and the rising or falling edge of the ZEROX signal 702 is monitored in step S104. At the timing when the rising or falling edge of the ZEROX signal 702 is detected, the counter k is incremented (S105), and the triac 161 supplies half-wave power to the fixing unit A at a phase angle of D% (S106). If the counter k is less than 8 in S107, one control cycle (four cycles) has not been reached, so S104 to S106 are repeated. On the other hand, when the counter k has reached 8 in S107, power supply in one control cycle ends. Until it is determined in S108 that power-on is completed, S101 to S107 are repeated, and power-on is performed while switching the power-on duty ratio every four cycles.
以上のようにダイオードブリッジ81〜84の前段にトライアック161を配置し、トライアック161によって後段の回路に入力する実効電圧を調整することで、スイッチング素子86、87の駆動周波数fkを変えずに、投入電力を調整することが可能になる。本実施例では、電力制御用のスイッチ部材としてトライアック161をダイオードブリッジ81〜84の前段に配置した例について説明した。しかしながら、スイッチ部材は、FETやIGBTやリレー等、スイッチング可能な部品であればよく、トライアックに限定されるものではない。 As described above, the triac 161 is arranged before the diode bridges 81 to 84, and the triac 161 adjusts the effective voltage to be input to the subsequent circuit, so that the switching frequency can be changed without changing the drive frequency fk of the switching elements 86 and 87. The power can be adjusted. In the present embodiment, an example has been described in which the triac 161 is disposed in front of the diode bridges 81 to 84 as a power control switch member. However, the switch member may be any switchable component such as an FET, an IGBT, or a relay, and is not limited to a triac.
(実施例2)
本実施例においては、ダイオードブリッジ81〜84の後段にFETを配置し、FETのON−OFFによって電力制御する例について説明する。以下では、本実施例について、実施例1と異なる点を主として説明し、共通する構成については、同一符号を付けて説明を省略する。
(Example 2)
In the present embodiment, an example will be described in which FETs are arranged downstream of the diode bridges 81 to 84 and power is controlled by turning on and off the FETs. Hereinafter, the present embodiment will be described mainly with respect to differences from the first embodiment, and the same reference numerals will be given to the common components, and description thereof will be omitted.
図9は、本実施例における高周波コンバータ16を含む回路図である。整流回路81〜84の後段であって、且つ高周波コンバータ16の前段に配置されたスイッチ部材の一例であるFET93をON−OFFすることで、高周波コンバータ16に入力する入力実効電圧を調整する。CPU32が出力ポートPA5からFETをONする信号を出力すると、FET駆動回路95はFET93に向けてゲート波形を出力する。このような構成をとることでスイッチング素子86、87の駆動周波数を変えなくても電力調整が可能になる。 FIG. 9 is a circuit diagram including the high-frequency converter 16 in the present embodiment. The input effective voltage input to the high-frequency converter 16 is adjusted by turning on and off the FET 93 which is an example of a switch member disposed after the rectifier circuits 81 to 84 and before the high-frequency converter 16. When the CPU 32 outputs a signal for turning on the FET from the output port PA5, the FET drive circuit 95 outputs a gate waveform to the FET 93. With this configuration, power adjustment can be performed without changing the driving frequency of the switching elements 86 and 87.
図10には、商用電源50の電圧701、ZEROX信号波形702、FET93の電圧波形1001、スイッチング素子86のゲート波形704、スイッチング素子87のゲート波形705がそれぞれ横軸を時間として表記されている。商用電源50から電圧701が入力されるとZEROX生成回路75にてZEROX信号702が生成されCPU32に入力される。スイッチング素子86、87は、紙サイズや非通紙部の昇温具合に応じた駆動周波数fkで、ゲート波形704、705で示されるように交互にスイッチングをしている。 In FIG. 10, the voltage 701 of the commercial power supply 50, the ZEROX signal waveform 702, the voltage waveform 1001 of the FET 93, the gate waveform 704 of the switching element 86, and the gate waveform 705 of the switching element 87 are represented by time on the horizontal axis. When a voltage 701 is input from the commercial power supply 50, a ZEROX signal 702 is generated by the ZEROX generation circuit 75 and input to the CPU 32. The switching elements 86 and 87 are alternately switched at a drive frequency fk according to the paper size and the degree of temperature rise of the non-sheet passing portion as shown by gate waveforms 704 and 705.
電力を50%投入する場合、CPU32は、4サイクルの平均投入電力が50%になるように半波毎の投入電力を決定する。図10の例の場合、FET93により、1半波目から順に100%⇒0%⇒0%⇒100%⇒100%⇒0%⇒0%⇒100%という順番で半波ごとに電力投入される。これにより、1制御周期(4サイクル)の平均投入電力が50%になる。本実施例では、波数制御を用いて電力制御しているが、実施例1で説明した位相制御や、位相制御と波数制御が混ざった制御波形を用いても構わない。 When supplying 50% of the power, the CPU 32 determines the supplied power for each half-wave so that the average applied power of four cycles becomes 50%. In the case of the example of FIG. 10, the power is supplied by the FET 93 for each half-wave in the order of 100% → 0% → 0% → 100% → 100% → 0% → 0% → 100% from the first half-wave. . As a result, the average input power in one control cycle (4 cycles) becomes 50%. In the present embodiment, power control is performed using wave number control. However, the phase control described in the first embodiment or a control waveform in which phase control and wave number control are mixed may be used.
CPU32による電力投入シーケンスのフローを図11のフローチャートを用いて説明する。図8と同じところは、同一符号を付けて説明を省略する。検出温度に応じて決まる投入電力デューティ比Dと、あらかじめ用意された各投入電力デューティ比に応じた半波毎のON−OFFテーブルから半波毎のON−OFF(D1〜D8)を設定する(S201)。ZEROX信号702の立上がり又は立下りのエッジ検出後、S202にて半波毎のFET93のON−OFFの判断を行う。S201で設定された半波毎のON−OFF設定値に基づいてDk=ONの場合はS203にてFET93をONする。Dk=OFFの場合は、S204にてFET93をOFFする。S205にてカウンタkをインクリメントし、カウンタkが8になるまでS104〜S205を繰り返す。以上のようにダイオードブリッジ81〜84の後段にFET93を配置し、FET93によって後段の回路に入力する実効電圧を調整する。これにより、スイッチング素子86、87の駆動周波数を変えずに、投入電力を調整することが可能になる。本実施例では、スイッチ部材としてFET93を配置した例について説明したが、配置する部品は、IGBTやリレー等、ON−OFF可能な部品であればよく、本実施例に限定されるものではない。 The flow of the power supply sequence by the CPU 32 will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 are assigned the same reference numerals and explanations thereof will be omitted. The ON-OFF (D1 to D8) for each half-wave is set from the ON-OFF table for each half-wave corresponding to each input power duty ratio prepared in advance and the applied power duty ratio D determined according to the detected temperature ( S201). After the rising or falling edge of the ZEROX signal 702 is detected, it is determined in S202 whether the FET 93 is ON or OFF for each half-wave. If Dk = ON based on the ON-OFF setting value for each half-wave set in S201, the FET 93 is turned on in S203. If Dk = OFF, the FET 93 is turned off in S204. In step S205, the counter k is incremented, and steps S104 to S205 are repeated until the counter k becomes 8. As described above, the FET 93 is arranged at the subsequent stage of the diode bridges 81 to 84, and the effective voltage input to the subsequent circuit is adjusted by the FET 93. This makes it possible to adjust the input power without changing the driving frequency of the switching elements 86 and 87. In this embodiment, the example in which the FET 93 is arranged as the switch member has been described. However, the parts to be arranged are not limited to this embodiment, and may be any parts that can be turned on and off, such as an IGBT and a relay.
実施例1では、位相制御、実施例2では、波数制御を用いて電力制御している。しかしながら、実施例1の構成、実施例2の構成共に、位相制御、波数制御、及び位相制御と端数制御が混ざった制御パターンの何れも適用できるものであり、実施例1及び実施例2に限定されるものではない。 In the first embodiment, power control is performed using phase control, and in the second embodiment, power control is performed using wave number control. However, both the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment can apply any of the phase control, the wave number control, and the control pattern in which the phase control and the fraction control are mixed, and are limited to the first and second embodiments. It is not something to be done.
86、87 スイッチング素子
89 共振コンデンサ
161 トライアック
81〜84 ダイオードブリッジ
93 FET
86, 87 Switching element 89 Resonant capacitor 161 Triac 81-84 Diode bridge 93 FET
Claims (9)
前記共振回路を駆動するコンバータと、
を有し、前記コイルにより発生する磁束により前記導電層を電磁誘導発熱させ、前記回転体の熱により記録材に形成された画像を記録材に定着する定着装置において、
前記回転体の内部に配置されたコイルは一つであり、
前記導電層は、前記母線方向における一端から他端まで同じ材料で同じ厚さに形成されており、
前記コンバータに供給する電力を制御するためのスイッチ部材と、
記録材のサイズと前記回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて前記コンバータの駆動周波数を設定する周波数制御部と、
前記回転体の通紙部の温度に応じて前記スイッチ部材を制御し、前記コンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、
を有し、
前記駆動周波数を下げるように前記周波数制御部が前記コンバータを制御すると、前記母線方向の端部における前記導電層の発熱量が低下するように前記導電層の発熱分布が変わることを特徴とする定着装置。 A cylindrical rotating body having a conductive layer, a coil disposed inside the rotating body and having a spiral axis substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and a resonance circuit having a resonance capacitor,
A converter for driving the resonance circuit;
A fixing device that causes the conductive layer to generate electromagnetically induced heat by a magnetic flux generated by the coil, and fixes an image formed on the recording material to the recording material by the heat of the rotating body.
The number of coils arranged inside the rotating body is one,
The conductive layer is formed of the same material and the same thickness from one end to the other end in the bus direction,
A switch member for controlling power supplied to the converter,
A frequency control unit that sets a drive frequency of the converter according to at least one of a size of a recording material and a temperature of a non-sheet passing portion of the rotating body;
A power control unit that controls the switch member according to a temperature of a paper passing unit of the rotating body and controls power supplied to the converter;
Have a,
When the frequency control unit controls the converter so as to reduce the driving frequency, the heat generation distribution of the conductive layer changes so that the heat generation amount of the conductive layer at the end in the bus direction decreases. apparatus.
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