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JP2019091087A - Fixation device - Google Patents

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JP2019091087A
JP2019091087A JP2019037680A JP2019037680A JP2019091087A JP 2019091087 A JP2019091087 A JP 2019091087A JP 2019037680 A JP2019037680 A JP 2019037680A JP 2019037680 A JP2019037680 A JP 2019037680A JP 2019091087 A JP2019091087 A JP 2019091087A
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実 林崎
宏 真野
Hiroshi Mano
宏 真野
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Seiji Isono
青児 磯野
雅俊 伊藤
Masatoshi Ito
雅俊 伊藤
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Yusuke Isomi
優介 磯見
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  • Fixing For Electrophotography (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

To provide a fixation device of an electromagnetic induction heating system, which facilitates temperature control of an area of a rotor, through which a recording material passes, while forming heat generation distribution according to the size of the recording material.SOLUTION: A fixation device includes: a first converter driving a resonance circuit; a second converter controlling electric power supplied to the first converter; a frequency setting unit setting the drive frequency of the first converter according to at least one of the size of a recording material and the temperature of the paper non-passing part of a rotor; and an electric control unit controlling the second converter according to the temperature of the paper passing part of the rotor, and controlling electric power supplied from the second converter to the first converter.SELECTED DRAWING: Figure 4

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 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 carrying an unfixed toner image at a nip portion formed by a heating rotating body and a pressure roller in contact therewith. In general, the toner image is fixed on the recording material by heating while conveying 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。   In recent years, a fixing device of an electromagnetic induction heating system capable of causing the conductive layer of the heating rotator to generate heat has been developed and put into practical use. The fixing device of the electromagnetic induction heating system 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 Document 1 discloses a fixing device in which restrictions on the thickness of the conductive layer and the material of the conductive layer are small.

特開2014−026267号公報JP, 2014-026267, A

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 Patent Document 1, the temperature rise of the non-sheet-passing portion at the time of fixing the recording material of a small size becomes an issue.

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。   An object of the present invention is to provide a fixing device in which temperature control of a region through which a recording material of a rotating body passes is easy while forming 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第1のコンバータと、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、前記第1のコンバータに供給する電力を制御するための第2のコンバータと、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第1のコンバータの駆動周波数を設定する周波数設定部と、前記回転体の通紙部の温度に応じて前記第2のコンバータを制御し、前記第2のコンバータから前記第1のコンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、を有することを特徴とする。   The present invention for solving the above-mentioned problems comprises: a cylindrical rotating body having a conductive layer; a coil disposed inside the rotating body and having a helical axis substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body; And a first converter for driving the resonant circuit, the conductive layer is caused to generate heat by electromagnetic induction by magnetic flux generated by the coil, and the recording material is formed by heat of the rotating body. And a second converter for controlling power supplied to the first converter, and at least a size of the recording material and a temperature of the non-sheet-passing portion of the rotating body. A frequency setting unit configured to set a drive frequency of the first converter according to one, and controlling the second converter according to a temperature of a sheet passing portion of the rotating body; The co A power control unit for controlling the power supplied to the converter, and having a.

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 can easily control the temperature of the area through which the recording material of the rotating body passes while forming the heat generation distribution according to the size of the recording material.

画像形成装置の概略断面図Schematic cross-sectional view of the image forming apparatus 定着ユニットの断面図Cross section of fixing unit 定着ユニットの正面図Front view of fixing unit 定着ユニットに設けたコイルユニットの斜視図及び駆動回路のブロック図A perspective view of a coil unit provided in a fixing unit and a block diagram of a drive circuit 駆動回路図Drive circuit diagram 駆動周波数と定着スリーブの温度分布との関係を示す図Diagram showing the relationship between the drive frequency and the temperature distribution of the fixing sleeve 第1のコンバータの動作を表す図Diagram showing the operation of the first converter 駆動周波数を切換えた場合の第1のコンバータの動作を表す図Diagram showing the operation of the first converter when the drive frequency is switched 第2のコンバータの動作を表す図Diagram showing the operation of the second converter 第2のコンバータ内のスイッチ素子のONデューティ比を切換えた場合の第2のコンバータの動作を表す図A diagram representing the operation of the second converter when the ON duty ratio of the switch element in the second converter is switched 第2のコンバータ内のスイッチ素子のONデューティ比を切換えた場合の回転体の発熱量の違いを表す図Diagram showing the difference in the amount of heat generation of the rotating body when the ON duty ratio of the switch element in the second converter is switched 実施例2の説明図Explanatory drawing of Example 2

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, with reference to the drawings, a mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail based on examples. However, the dimensions, materials, shapes, etc. of the components described in this embodiment should be changed as appropriate 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 block diagram of an image forming apparatus 100 according to the present embodiment. The image forming apparatus 100 of this 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 comprises a CPU (central processing unit) 32 equipped with a ROM 32a, a RAM 32b, a timer 32c and the like, various input / output control circuits (not shown) and the like. Reference numeral 101 denotes a rotary drum type electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a photosensitive drum) as an image carrier, which is rotationally driven at a predetermined circumferential speed in the clockwise direction indicated by the arrow. The photosensitive drum 101 is uniformly charged to a predetermined polarity and potential by the contact charging roller 102 in the process of its rotation. Reference numeral 103 denotes a laser beam scanner, which outputs laser light L on / off modulated corresponding 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 beam 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) from the developing roller 104a to the surface of the photosensitive drum 101 and develops the electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 101 as a toner image. A paper feed cassette 105 accommodates the recording material P therein. A registration roller 107 conveys the recording material P so that the front end of the toner image formed on the photosensitive drum and the predetermined position of the recording material are aligned. When a feed start signal is input, the feed roller 106 is driven to feed the recording materials P in the feed cassette 105 one by one. After the conveyance timing of the fed recording material is adjusted by the registration roller 107, the recording material is introduced to the transfer portion 108T where the photosensitive drum 101 and the transfer roller 108 abut. While the recording material P is nipped and conveyed at the transfer site 108T, a transfer bias is applied to the transfer roller 8 from a power supply (not shown). A toner image on the photosensitive drum 101 is transferred onto the recording material P by applying to the transfer roller 108 a transfer bias having a polarity opposite to the charging polarity of the toner. Thereafter, the recording material P to which the toner image has been transferred is separated from the surface of the photosensitive drum 101 and introduced into the fixing unit A through the conveyance guide 109. The toner image on the recording material is heated by the fixing unit and fixed on the recording material. The recording material P having passed through the fixing unit is discharged onto the discharge tray 112 via the 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 an electromagnetic induction heating type fixing device. Specifically, the fixing device is configured to cause the conductive layer of the rotating body to generate electromagnetic induction heat by magnetic flux generated by the coil, and fix the image formed on the recording material to the recording material by the heat of the rotating body. 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 pressure member 8, and nips and conveys a recording material P carrying an unfixed toner image between the heating unit and the pressure 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 pressure roller 8 as a pressure member has a cored bar 8a, an elastic layer 8b formed of silicone rubber or the like, and a release layer 8c formed of fluorocarbon resin or the like. Both ends of the cored bar 8a are rotatably held between the unshown device chassis of the fixing unit via bearings. Further, pressure springs (in this example, compression springs) 17a and 17b are respectively provided between both ends of the pressure stay (metal reinforcing member) 5 shown in FIG. 3 and the spring receiving members 18a and 18b on the apparatus chassis side. By providing the pressure stay 5, a pressing force is applied to the pressure stay 5. In the fixing unit A of this embodiment, a pressing force 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 heat resistant resin (PPS or the like) and the pressure roller 8 are pressed against each other with the fixing sleeve 1 interposed therebetween to form the fixing nip portion N. The pressure roller 8 is driven in the direction of the arrow by driving means (not shown), and the fixing sleeve 1 is rotated by the rotation of the pressure roller. Reference numerals 12a and 12b denote flange members that rotate following the rotation of the fixing sleeve. The flange member is rotatably disposed at the longitudinal end of the sleeve guide 6. When the fixing sleeve is displaced in the generatrix direction while rotating, it abuts against the flange member, and the flange member pressed by the fixing sleeve abuts against the regulating member 13a (13b). Thus, the shift movement of the fixing sleeve is restricted by the restricting member. The flange member is formed of a heat-resistant material such as LCP (Liquid Crystal Polymer: 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 rotary member preferably has a diameter of 10 to 50 mm, and a heat generating layer (conductive layer) 1a as a base layer, an elastic layer 1b laminated on the outer surface, 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 the film thickness is preferably 10 to 50 μm. The elastic layer 1 b is formed of silicone rubber and preferably has a hardness of about 20 degrees (JIS-A, 1 kg load) and a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm. The release layer is a fluorocarbon resin tube, and the thickness is preferably 10 to 50 μm. An induced current is generated in the heat generating layer 1a by the action of the alternating magnetic flux described later. The heat generation layer generates heat due to the induction current, and the heat is transmitted to the elastic layer 1 b and the release layer 1 c, and the entire circumferential direction of the fixing sleeve 1 is heated. The temperature detection elements 9, 10, 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は回転体の外側でループを形成していない形状(即ち、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, the mechanism for generating an induced current in the heat generating layer 1a will be described in detail. FIG. 4 is a perspective view of a coil unit provided in the heating unit. The coil unit has a spiral-shaped portion disposed inside the rotating body (fixing sleeve) and having a helical axis substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and generates an alternating magnetic field for electromagnetically generating heat in the conductive layer of the rotating body. It has the coil 3 to form. Furthermore, a core 2 is provided which is disposed in the spiral shape and which guides the magnetic flux. A magnetic core 2 as a magnetic core material is disposed through a 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 a shape which does not form a loop (i.e., an end shape) outside the rotating body, and the magnetic flux generated by the coil forms an open magnetic circuit. The core material is composed of a material having a small hysteresis loss and a high relative permeability, such as a fired ferrite, a ferrite resin, an amorphous alloy (amorphous alloy), an oxide of high permeability such as permalloy, an alloy, etc. Ferromagnetics are preferred. In the present example, a fired ferrite of relative permeability 1800 is used. The core of this example has a cylindrical shape, and the diameter is preferably 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 conducting wire around the magnetic core 2 in the hollow portion of the fixing sleeve 1. At that time, it is wound so that the spacing is closer at the end than at the center of the core. The exciting coil 3 is wound 18 times on the magnetic core 2 having a longitudinal dimension of 240 mm. The winding distance is 10 mm at the end, 20 mm at the center, and 15 mm in 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 supplied to the exciting coil 3 by the high frequency converter through the feeding contact portions 3a and 3b, a magnetic flux is generated. In the device of this example, most (70% or more, preferably 90% or more, 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 the other It is designed to return to the end. For this reason, an induced current flowing in the circumferential direction is generated in the heat generating layer of the fixing sleeve so as to generate a magnetic flux which cancels out the magnetic flux passing through the outside of the sleeve. As a result, the entire circumferential direction of the heat generating layer generates heat. As described above, when the induction current flows in the circumferential direction of the fixing sleeve, the entire circumferential direction of the fixing sleeve generates heat, so that the time for warming up the fixing device to a temperature at which the fixing device can fix can be shortened. Further, the core 2 is formed into an end shape, and most of the magnetic flux passes through the outside of the heat generating layer by the open magnetic circuit. For this reason, there is also a merit that the core can be miniaturized as compared with a device configured to form a closed magnetic path with a loop shape.

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。   The temperature detection elements 9, 10, 11 of the fixing unit A are disposed upstream of the fixing nip N in the rotational direction of the fixing sleeve as shown in FIG. 2, and detect the surface temperature of the fixing sleeve. Further, as shown in FIG. 3, the temperatures of the center and both ends of the fixing sleeve are detected in the fixing unit longitudinal direction. The temperature detection elements 9, 10, 11 are constituted by thermistors or the like. Power supply to the coil is controlled such that the temperature detected by the temperature detection element 9 at the central portion maintains a control target temperature suitable for fixing. Further, the temperature detection elements 10 and 11 disposed near the end portion of the fixing sleeve 1 can detect the temperature rise condition of the non-sheet passing area of the fixing sleeve when the small size recording material P is continuously printed. . The temperature detection 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 size recording material P is continuously printed. It is also good.

図4には、プリンタ制御を行なう制御部であるCPU32、プリンタコントローラ41、及びホストコンピュータ42の関係を示すブロック図も示してある。プリンタコントローラ41は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121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121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の各ユニットの制御を行う。エンジン制御部121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。   FIG. 4 also shows a block diagram showing the relationship between the CPU 32, which is a control unit that performs printer control, the printer controller 41, and the host computer 42. The printer controller 41 communicates with the host computer 42, receives image data, and expands the received image data into information that can be printed by the image forming apparatus 100. Further, exchange of signals with the engine control unit 121 and serial communication are performed. The engine control unit 121 exchanges signals with the printer controller 41, and further controls each unit of the image forming apparatus 100 via serial communication. The engine control unit 121 performs temperature control of the fixing unit A based on the temperatures detected by the temperature detection elements 9, 10 and 11 and performs abnormality detection of the fixing unit A and the like.

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, most of the magnetic flux 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 so that an induced current flowing in the circumferential direction of the sleeve is generated in the conductive layer of the sleeve. It was found that the designed fixing device had 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を調整し、発熱量を調整する。   In a general electromagnetic induction type fixing device, a high frequency converter is provided which drives a resonant circuit including a coil. Then, in a fixing device of a system in which the magnetic flux generated by the coil is coupled to the conductive layer of the rotating body and the conductive layer generates the eddy current to generate heat, the driving frequency of the high frequency converter is adjusted to keep the temperature of the sleeve constant. And adjust the calorific value.

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20kHz〜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20kHz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、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 the heat generation distribution in the generatrix direction of the sleeve changes when the driving frequency of the high frequency converter is changed in the fixing device in which the induced current flows in the sleeve circumferential direction as in this example. FIG. 6 shows the temperature distribution of the sleeve when the drive frequency of the high frequency converter is changed in the range of 20 kHz to 50 kHz so that the center of the generator (sleeve) in the generatrix direction (longitudinal direction) is maintained at 200.degree. . It can be seen that the amount of heat generation at both ends of the sleeve decreases as the drive frequency decreases. Therefore, for example, in the case where the drive frequency has to be set to 20 kHz in order to keep the temperature of the central portion at 200 ° C., the amount of heat generated at both ends of the sleeve is insufficient. As a result, the image on the recording material corresponding to both ends of the sleeve is insufficiently fixed.

そこで本実施例では、図4及び図5に示すように、共振回路191を駆動する高周波コンバータ16(第1のコンバータ)以外に、第1のコンバータに供給する電力を制御するための第2のコンバータ15を設けている。共振回路191は、導電層を有する筒状の回転体と、回転体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コイルと、共振コンデンサ1113を有する。図5に示すRは定着ユニットAの等価抵抗、Lは定着ユニットAの等価インダクタンスである。本例の共振回路191は電流共振回路である。また、記録材のサイズと回転体の非通紙部の温度の少なくとも一方に応じて第1のコンバータ16の駆動周波数を設定する周波数設定部120を設けている。更に、回転体の通紙部の温度に応じて第2のコンバータを制御し、第2のコンバータから第1のコンバータに供給する電力を制御する電力制御部119を設けている。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, in addition to the high frequency converter 16 (first converter) for driving the resonant circuit 191, a second for controlling power supplied to the first converter is used. A converter 15 is provided. The resonant circuit 191 has a cylindrical rotating body having a conductive layer, a coil disposed inside the rotating body, a coil whose helical axis is substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body, and a resonant capacitor 1113. R shown in FIG. 5 is the equivalent resistance of the fixing unit A, and L is the equivalent inductance of the fixing unit A. The resonance circuit 191 of this example is a current resonance circuit. Further, a frequency setting unit 120 is provided which sets the driving frequency of the first converter 16 in accordance with at least one of the size of the recording material and the temperature of the non-sheet-passing portion of the rotating body. Furthermore, a power control unit 119 is provided which controls the second converter in accordance with the temperature of the sheet passing portion of the rotating body and controls the power supplied from the second converter to the first converter.

詳述すると、周波数設定部120は、小サイズ紙の非通紙部となる領域の回転体温度が高くなり過ぎないように温度検出素子10、11の検出温度に応じてコンバータ16の駆動周波数を設定する。電力制御部119は、回転体の通紙部の温度(温度検出素子9の検出温度)が定着可能温度である制御目標温度を維持するように第2のコンバータ15の出力電圧を制御する。なお、コンバータ16の駆動周波数は、記録材のサイズ情報に応じて設定してもよい。   More specifically, the frequency setting unit 120 sets the drive frequency of the converter 16 in accordance with the detected temperature of the temperature detection elements 10 and 11 so that the temperature of the rotating body in the region which becomes the non-sheet passing portion of small size paper becomes too high. Set The power control unit 119 controls the output voltage of the second converter 15 so as to maintain the control target temperature at which the temperature of the sheet passing portion of the rotating body (the detected temperature of the temperature detection element 9) is a fixable temperature. The driving frequency of the converter 16 may be set according to the size information of the recording material.

次に、図5に示す駆動回路を詳細に説明する。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、画像形成装置100に交流電力を供給する。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、ACフィルタ1101を介してダイオードブリッジ1102に入力され、全波整流される。整流された電圧は、コンデンサ1103に充電された後、横軸を時間、縦軸を電圧とした時、波形2のような電圧波形になる。   Next, the drive circuit shown in FIG. 5 will be described in detail. Reference numeral 50 denotes a commercial power supply (AC power supply) connecting the image forming apparatus 100, and supplies AC power to the image forming apparatus 100. The waveform of the commercial power supply 50 is a waveform like the waveform 1 when the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage. The power input from the commercial power supply 50 is input to the diode bridge 1102 via the AC filter 1101 and full-wave rectified. The rectified voltage becomes a voltage waveform such as the waveform 2 when the horizontal axis is time and the vertical axis is voltage after being charged in the capacitor 1103.

71は、直流電圧を生成する電源部であり、不図示の二次側の負荷(モータやCPU等)に所定の電圧を出力している。   A power supply unit 71 generates a direct current voltage, and outputs a predetermined voltage to a load (motor, CPU, etc.) on the secondary side (not shown).

初めに、第1のコンバータ16について説明する。後述するが、第1のコンバータ16は、第2のコンバータ15の出力に接続されている。スイッチ素子1108、1109で第1のコンバータ16のハーフブリッジ回路を構成している。1110は電圧共振コンデンサであり、本実施例ではスイッチ素子1109のドレイン(D)−ソース(S)間(スイッチ素子がIGBTの場合、コレクタ−エミッタ間)に接続している。1118はスイッチ素子1108及び1109の駆動回路である。なお、191は、等価インダクタンスL、等価抵抗R、電流共振コンデンサ1113により構成された直列共振(電流共振)回路である。等価抵抗Rは、回転体1及び励磁コイル3の抵抗分を、励磁コイル3から見た直列等価抵抗として表現した抵抗である。   First, the first converter 16 will be described. As will be described later, the first converter 16 is connected to the output of the second converter 15. The half bridge circuit of the first converter 16 is configured by the switch elements 1108 and 1109. Reference numeral 1110 denotes a voltage resonance capacitor, which is connected between the drain (D) and the source (S) of the switch element 1109 in this embodiment (between the collector and the emitter when the switch element is an IGBT). Reference numeral 1118 denotes a drive circuit of the switch elements 1108 and 1109. Reference numeral 191 denotes a series resonance (current resonance) circuit configured by an equivalent inductance L, an equivalent resistance R, and a current resonance capacitor 1113. The equivalent resistance R is a resistance that represents the resistance of the rotating body 1 and the exciting coil 3 as a series equivalent resistance viewed from the exciting coil 3.

図7にスイッチ素子1108のゲート(G)−ソース(S)間電圧、スイッチ素子1109のゲート(G)−ソース(S)間電圧、スイッチ素子1109のドレイン(D)電圧、コイル3の電流、及びコンデンサ1113の電圧を示す。電流共振回路を用いているので、スイッチ素子1108、1109は、いずれも、期間1+期間2+期間3+期間4においてデューティ比約50%で交互に駆動される。具体的には、スイッチ素子1108のON期間は期間1であり、(期間1/(期間1+期間2+期間3+期間4))≒50%である。スイッチ素子1109のON期間は期間3であり、(期間3/(期間1+期間2+期間3+期間4))≒50%である。デューティ比50%で駆動する理由は、第1のコンバータ16に入力する電圧の1/2の電圧が電流共振コンデンサ1113にチャージされている必要があるためである。デューティ比50%で駆動しない場合、電流共振コンデンサ1113に許容できる電圧振幅が低下してしまい、コイル3へ出力できる電力が小さくなってしまう。また、スイッチ素子1108、1109の両方の導通を避けるためスイッチ素子1108、1109を同時にターンオフしている期間としてデッドタイムを必ず設けている(図7の期間2及び期間4)。   FIG. 7 shows the voltage between the gate (G) and the source (S) of the switch element 1108, the voltage between the gate (G) and the source (S) of the switch element 1109, the drain (D) voltage of the switch element 1109, the current of the coil 3, And the voltage of the capacitor 1113. Since the current resonance circuit is used, the switch elements 1108 and 1109 are alternately driven with a duty ratio of about 50% in period 1 + period 2 + period 3 + period 4. Specifically, the ON period of the switch element 1108 is period 1, and (period 1 / (period 1 + period 2 + period 3 + period 4)) ≒ 50%. The ON period of the switch element 1109 is period 3, and (period 3 / (period 1 + period 2 + period 3 + period 4)) ≒ 50%. The reason for driving at a duty ratio of 50% is that a voltage half of the voltage input to the first converter 16 needs to be charged in the current resonance capacitor 1113. In the case of not driving at a duty ratio of 50%, the voltage amplitude acceptable to the current resonance capacitor 1113 is reduced, and the power that can be output to the coil 3 is reduced. Further, in order to avoid conduction of both of the switch elements 1108 and 1109, a dead time is necessarily provided as a period in which the switch elements 1108 and 1109 are simultaneously turned off (period 2 and period 4 in FIG. 7).

スイッチ素子1109のドレイン(D)ソース(S)端子間には電圧共振コンデンサ1110を接続している。スイッチ素子1108がターンオンしてコンデンサ1107から電流が流れると、コンデンサ1110の電圧がコンデンサ1107と略同じとなり、その後、定着ユニットA内の励磁コイル3と、コンデンサ1113に電流が流れ始める(図7の期間1)。コイル3及びコンデンサ1113に流れる電流は正弦波状になる。コイル3の電流がコンデンサ1113を充電している期間内にスイッチ素子1109をターンオフする。励磁コイル3には引き続き電流が流れ続けようとする為、電流は、コンデンサ1113、スイッチ素子1109に備わっている不図示の逆導通ダイオードに流れる(図7の期間2)。   A voltage resonant capacitor 1110 is connected between the drain (D) and source (S) terminals of the switch element 1109. When the switch element 1108 is turned on and current flows from the capacitor 1107, the voltage of the capacitor 1110 becomes substantially the same as that of the capacitor 1107, and thereafter current starts to flow to the exciting coil 3 and the capacitor 1113 in the fixing unit A (FIG. Period 1). The current flowing through the coil 3 and the capacitor 1113 is sinusoidal. The switch element 1109 is turned off while the current of the coil 3 is charging the capacitor 1113. In order to continue current flow in the exciting coil 3, current flows in a reverse conducting diode (not shown) provided in the capacitor 1113 and the switch element 1109 (period 2 in FIG. 7).

スイッチ素子1109のドレイン(D)電圧はソース(S)電圧よりも逆導通ダイオードの順方向電圧だけ低くなる。図7の期間2の中でスイッチ素子1109の逆導通ダイオードが導通している期間に、周波数設定部120はスイッチ素子駆動回路1118を介してスイッチ素子1109をターンオンする。励磁コイル3に流れていた電流は、時間とともに減少していく。コンデンサ1113に蓄えた電圧は最も高電圧となり、この後、逆方向に電流が流れ始める(図7の期間3)。   The drain (D) voltage of the switch element 1109 is lower than the source (S) voltage by the forward voltage of the reverse conducting diode. The frequency setting unit 120 turns on the switch element 1109 via the switch element drive circuit 1118 while the reverse conduction diode of the switch element 1109 is conductive in period 2 of FIG. 7. The current flowing through the exciting coil 3 decreases with time. The voltage stored in the capacitor 1113 becomes the highest voltage, after which current starts to flow in the reverse direction (period 3 in FIG. 7).

次に、逆方向に流れている電流が0Aになる前にスイッチ素子1109をターンオフする。すると、流れていた電流はコンデンサ1110を充電し始め、スイッチ素子1109のドレイン(D)電圧が上昇していく(図7の期間4)。スイッチ素子1109のドレイン(D)電圧がコンデンサ1107の電圧よりも高くなると、スイッチ素子1108に備わっている不図示の逆導通ダイオードに電流が流れ始める。   Next, the switch element 1109 is turned off before the current flowing in the reverse direction reaches 0A. Then, the current that has been flowing starts charging the capacitor 1110, and the drain (D) voltage of the switch element 1109 rises (period 4 in FIG. 7). When the drain (D) voltage of the switch element 1109 becomes higher than the voltage of the capacitor 1107, current starts to flow in a reverse conducting diode (not shown) provided in the switch element 1108.

コンデンサ1110の電圧は、コンデンサ1107の電圧とスイッチ素子1109に備わっている不図示の逆導通ダイオードの順方向電圧の和となる。スイッチ素子1108の逆導通ダイオードに通電している期間に周波数設定回路120はスイッチ素子駆動回路1118を通じてスイッチ素子1108をターンオンする(図7の期間1)。以降、前述した期間1から期間4のスイッチ制御を繰り返す。   The voltage of the capacitor 1110 is the sum of the voltage of the capacitor 1107 and the forward voltage of a reverse conducting diode (not shown) provided in the switch element 1109. While the reverse conduction diode of the switch element 1108 is energized, the frequency setting circuit 120 turns on the switch element 1108 through the switch element drive circuit 1118 (period 1 in FIG. 7). Thereafter, the switch control of period 1 to period 4 described above is repeated.

以上のように、電圧共振コンデンサ1110の容量と、ターンオフ時の電流と、デッドタイム時間(期間2及び期間4)を適切に設定することによりスイッチ素子1108、1109はソフトスイッチ動作となり、高い効率を保つ事が可能となっている。   As described above, by appropriately setting the capacitance of the voltage resonance capacitor 1110, the current at the turn-off, and the dead time (period 2 and period 4), the switch elements 1108 and 1109 perform soft switch operation and achieve high efficiency. It is possible to keep.

ところで、電流共振回路191のスイッチ周波数(駆動周波数)は、周波数設定部120により制御される。周波数設定部120は、回転体1の記録材Pが通過しない領域(非通紙領域)に設けた温度検出素子10又は11の検出温度により共振回路191の駆動周波数を制御する。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。例えば、温度検出素子10や11の検出温度が所定の上限温度に達すると、共振回路191の駆動周波数を低下させて、回転体の非通紙部の発熱を抑え、非通紙部の温度上昇を制限している。このようにして、記録材のサイズに合った発熱分布を形成している。図8に駆動周波数を36kHzと50kHzに設定した場合のスイッチ素子1108とスイッチ素子1109のゲート(G)−ソース(S)間電圧波形を示す。いずれの周波数でも、スイッチ素子1108のONデューティ比とスイッチ素子1109のONデューティ比は約50%である。このように、第1のコンバータの駆動周波数を切換えることにより、図6に示したような、記録材のサイズに合った発熱分布を形成できる。なお、本実施例は、温度検出素子10や11の検出温度が上限温度を超えないように駆動周波数を制御しているので、一枚の記録材を定着処理する期間中に駆動周波数は変動することもある。一方、温度検出素子10や11を設けずに、記録材のサイズ情報に応じて共振回路の駆動周波数を設定する場合、記録材サイズ毎に所定の駆動周波数を設定すればよい。このことは実施例2で説明する。   The switch frequency (drive frequency) of the current resonance circuit 191 is controlled by the frequency setting unit 120. The frequency setting unit 120 controls the drive frequency of the resonance circuit 191 based on the detected temperature of the temperature detection element 10 or 11 provided in the area (non-sheet passing area) where the recording material P of the rotating body 1 does not pass. The non-sheet passing area is an area through which the recording material of the largest size available in the apparatus passes but the recording material of a size smaller than the largest size does not. For example, when the detection temperature of the temperature detection elements 10 and 11 reaches a predetermined upper limit temperature, the drive frequency of the resonance circuit 191 is decreased to suppress heat generation in the non-sheet passing portion of the rotating body, and temperature rise in the non-sheet passing portion Is limited. In this way, the heat generation distribution that matches the size of the recording material is formed. FIG. 8 shows gate (G) -source (S) voltage waveforms of the switch element 1108 and the switch element 1109 when the drive frequency is set to 36 kHz and 50 kHz. At any frequency, the ON duty ratio of the switch element 1108 and the ON duty ratio of the switch element 1109 are about 50%. Thus, by switching the drive frequency of the first converter, it is possible to form a heat generation distribution as shown in FIG. 6 that matches the size of the recording material. In this embodiment, since the drive frequency is controlled so that the detection temperature of the temperature detection elements 10 and 11 does not exceed the upper limit temperature, the drive frequency fluctuates during the fixing process of one recording material. Sometimes. On the other hand, when setting the drive frequency of the resonant circuit according to the size information of the recording material without providing the temperature detection elements 10 and 11, a predetermined drive frequency may be set for each recording material size. This will be described in the second embodiment.

次に、第2のコンバータ15の動作について説明する。第2のコンバータ15は第1のコンバータ16に供給する電力を制御するために設けられており、記録材サイズに拘らず記録材が通過する回転体の通紙部の温度(温度検出素子9の検出温度)に応じて第1のコンバータに供給する電力を制御する。具体的には、電力制御部119は、温度検出素子9の検出温度に応じて駆動回路1117に信号を送り、スイッチ素子1104のONデューティ比を制御する。これにより、第1のコンバータ16に供給する電力(第2のコンバータ15の出力電圧)が制御される。   Next, the operation of the second converter 15 will be described. The second converter 15 is provided to control the power supplied to the first converter 16, and the temperature of the sheet passing portion of the rotating body through which the recording material passes regardless of the size of the recording material The power supplied to the first converter is controlled according to the detected temperature). Specifically, the power control unit 119 sends a signal to the drive circuit 1117 according to the temperature detected by the temperature detection element 9 to control the ON duty ratio of the switch element 1104. Thereby, the power (output voltage of the second converter 15) supplied to the first converter 16 is controlled.

第2のコンバータ15は、スイッチ素子1104、ダイオード1105、コイル1106、コンデンサ1107等で構成されており、降圧型コンバータである。スイッチ素子1104のゲート(G)−ソース(S)間に電圧が印加され、スイッチ素子1104がターンオンすると、コイル1106に電圧が印加される。コイル1106の両端にはコンデンサ1103とコンデンサ1107の電圧の差分が印加される。コイル1106に流れる電流の傾きはコイル1106のインダクタンスとコイル1106に印加された電圧により決まる。   The second converter 15 is composed of a switch element 1104, a diode 1105, a coil 1106, a capacitor 1107, and the like, and is a step-down converter. When a voltage is applied between the gate (G) and the source (S) of the switch element 1104 and the switch element 1104 is turned on, a voltage is applied to the coil 1106. The voltage difference between the capacitor 1103 and the capacitor 1107 is applied to both ends of the coil 1106. The slope of the current flowing through the coil 1106 is determined by the inductance of the coil 1106 and the voltage applied to the coil 1106.

コイル1106に流れた電流は、コンデンサ1107を充電する。コンデンサ1107の電圧が上昇してくると、スイッチ素子1104をターンオンしてもコイル1106に印加される電圧が小さくなる。このようにコイル1106に印加される電圧によりコイル1106に流れる電流は変化するものの、コンデンサ1107の電圧上昇が遅ければコイル1106に流れる電流はほぼ直線的に上昇していく。この期間が、図9の期間1である。   The current flowing in the coil 1106 charges the capacitor 1107. When the voltage of the capacitor 1107 rises, the voltage applied to the coil 1106 decreases even if the switch element 1104 is turned on. As described above, although the current flowing through the coil 1106 is changed by the voltage applied to the coil 1106, the current flowing through the coil 1106 rises almost linearly if the voltage rise of the capacitor 1107 is slow. This period is period 1 in FIG.

スイッチ素子1104がターンオフすると、ダイオード1105を通ってコイル1106に電流が継続して流れる状態になる。コイル1106に磁界の形で蓄積された電力により、コンデンサ1107は充電される。コンデンサ1107の容量が充分に大きければ、コイル1106の電流は略線形特性により低下していく。スイッチ素子1104がONする際に、コイル1106に電流が流れている場合には、その電流値がスイッチ素子1104をターンオンした時の初期値となる。以上の様な一連の動作を繰り返して第2のコンバータ15は動作している。   When the switch element 1104 is turned off, current flows continuously to the coil 1106 through the diode 1105. Capacitor 1107 is charged by the power stored in coil 1106 in the form of a magnetic field. If the capacity of the capacitor 1107 is sufficiently large, the current of the coil 1106 decreases due to the substantially linear characteristic. When a current flows through the coil 1106 when the switch element 1104 is turned on, the current value becomes an initial value when the switch element 1104 is turned on. The second converter 15 operates by repeating the above series of operations.

スイッチ素子1104の駆動方法にはPWM制御が用いられている。回転体の通紙部の温度を制御目標温度に維持するため、第2のコンバータ15の出力電力を大きくしたい時は、PWMのON時間比率、即ちONデューティ比(図9の期間1/(期間1+期間2))を大きくする。逆に第2のコンバータ15の出力電力を小さくしたい時はONデューティ比を小さくする。   PWM control is used as a method of driving the switch element 1104. When it is desired to increase the output power of the second converter 15 in order to maintain the temperature of the sheet passing portion of the rotating body at the control target temperature, the ON time ratio of PWM, ie, the ON duty ratio (period 1 / (period of FIG. Increase 1+ period 2)). Conversely, when it is desired to reduce the output power of the second converter 15, the ON duty ratio is reduced.

PWM制御ではコイル1106に流れる電流が0になることがない。図9にPWM制御を行った際のコイル1106の電流と、ダイオード1105のK端子の電圧を示す。このようにスイッチ素子1104は電流が流れている状態でターンオン、ターンオフ動作を行うハードスイッチ動作となる。なお、図9のコンデンサ1107の電圧が第2のコンバータの出力電圧となる。   In PWM control, the current flowing through the coil 1106 does not become zero. FIG. 9 shows the current of the coil 1106 and the voltage of the K terminal of the diode 1105 when PWM control is performed. As described above, the switch element 1104 is a hard switch operation that performs turn-on and turn-off operations while current is flowing. The voltage of the capacitor 1107 in FIG. 9 is the output voltage of the second converter.

図10は、ONデューティ比を80%と50%に設定した場合の比較図である。図10に示すように、ONデューティ比が変化するとコンデンサ1107の電圧が変化し、第2のコンバータの出力電圧が変化する。これにより、第1のコンバータ16への供給電力が変化する。   FIG. 10 is a comparison diagram when the ON duty ratios are set to 80% and 50%. As shown in FIG. 10, when the ON duty ratio changes, the voltage of the capacitor 1107 changes, and the output voltage of the second converter changes. Thereby, the power supplied to the first converter 16 changes.

尚、スイッチ素子1104のON、OFFタイミングによってはノイズが発生する場合がある。このような場合には、スイッチ素子1104のOFF期間中にコイル1106に流れる電流が0Aになるまでスイッチ素子1104をOFFし続ける臨界モードを用いてもよい。   Note that noise may occur depending on the ON / OFF timing of the switch element 1104. In such a case, a critical mode may be used in which the switch element 1104 is kept off until the current flowing through the coil 1106 reaches 0 A during the off period of the switch element 1104.

スイッチ素子1104のソース(S)端子はコイル1106及びダイオード1105との接点となる為、ターンオフした時には電圧がコンデンサ1103のマイナス側端子電圧と同等の電圧なる。ターンオン時はコンデンサ1103のプラス側端子電圧と同等の電圧となる。このように、スイッチ素子1104はソース(S)電圧が大きく変動する為、スイッチ素子1104のゲート(G)−ソース(S)間に電圧を与え続けるには、トランス結合により駆動するか不図示のブートストラップ回路を用いる必要がある。   Since the source (S) terminal of the switch element 1104 is a contact point with the coil 1106 and the diode 1105, the voltage becomes equal to the voltage at the negative terminal of the capacitor 1103 when turned off. When turned on, the voltage is equal to the positive terminal voltage of the capacitor 1103. As described above, since the voltage at the source (S) of the switch element 1104 largely fluctuates, in order to continue applying a voltage between the gate (G) and the source (S) of the switch element 1104, it is driven by transformer coupling or not shown. It is necessary to use a bootstrap circuit.

なお、スイッチ素子1104は商用交流電源50に絶縁されずに接続されている。本実施例では安全規格で絶縁を要求される装置に適用する為、一例として駆動回路1117、1118で絶縁を確保するよう構成している。   The switch element 1104 is connected to the commercial AC power supply 50 without being insulated. In this embodiment, in order to apply the apparatus to which the insulation is required according to the safety standard, the drive circuits 1117 and 1118 are configured to ensure the insulation as an example.

以上のように、電力制御部119は温度検出素子9の検出温度に基づいて、前述したPWM制御のONデューティ比を制御している。制御手法としてはPI制御、またはPID制御などを用いている。そして、温度検出素子9の検出温度が定着可能温度である制御目標温度を維持するように、電力制御部119は駆動回路1117を駆動し、スイッチ素子1104のONデューティ比を制御する。スイッチ素子1104のONデューティ比を変化させるとコンデンサ1107の電圧が変化し、第1のコンバータ16に供給される電力が変化する。   As described above, the power control unit 119 controls the ON duty ratio of the above-described PWM control based on the detected temperature of the temperature detection element 9. PI control or PID control is used as a control method. Then, the power control unit 119 drives the drive circuit 1117 to control the ON duty ratio of the switch element 1104 so as to maintain the control target temperature at which the temperature detected by the temperature detection element 9 is the fixable temperature. When the ON duty ratio of the switch element 1104 is changed, the voltage of the capacitor 1107 is changed, and the power supplied to the first converter 16 is changed.

このように、通紙領域の温度(温度検出素子9の検出温度)を制御目標温度に保つため、第1のコンバータ16の駆動周波数を制御するのではなく、第2のコンバータの出力電圧を制御する。   As described above, in order to maintain the temperature of the sheet passing region (the temperature detected by the temperature detection element 9) at the control target temperature, the output voltage of the second converter is controlled instead of controlling the driving frequency of the first converter 16. Do.

図11は、第2のコンバータ15のスイッチ素子1104のONデューティ比を80%に設定した場合と、50%に設定した場合の、回転体の発熱量を比較した図である。上述したように、回転体の母線方向の発熱分布は、回転体の非通紙領域の温度を検出する温度検出素子10又は11の検出温度に応じて、周波数設定部120が第1のコンバータ16の駆動周波数を設定することにより調整される。そして、通紙部の温度を検出する温度検出素子9の検出温度に応じて、電力制御部119が第2のコンバータ15の出力電圧を制御することにより通紙部の温度を一定に保つ制御が実行される。第2のコンバータ15のONデューティ比を80%に設定した場合と50%に設定した場合では、図11に示すように、コンデンサ1113の電圧が異なる。この電圧の違いを利用して回転体の発熱量を調整している。   FIG. 11 is a diagram comparing the amount of heat generation of the rotating body when the ON duty ratio of the switch element 1104 of the second converter 15 is set to 80% and when it is set to 50%. As described above, the heat generation distribution of the rotating body in the generatrix direction is determined by the frequency setting unit 120 using the first converter 16 according to the detected temperature of the temperature detection element 10 or 11 that detects the temperature of the non-sheet passing region of the rotating body. It is adjusted by setting the drive frequency of. Then, the power control unit 119 controls the output voltage of the second converter 15 in accordance with the detected temperature of the temperature detection element 9 that detects the temperature of the sheet passing portion, thereby controlling the temperature of the sheet passing portion to be constant. To be executed. In the case where the ON duty ratio of the second converter 15 is set to 80% and the case where it is set to 50%, as shown in FIG. 11, the voltage of the capacitor 1113 is different. The amount of heat generation of the rotating body is adjusted using this difference in voltage.

以上のように、本例では、回転体の非通紙部の温度に応じて第1のコンバータ16の駆動周波数を設定し、回転体の通紙部の温度に応じて第2のコンバータ15の出力電圧を制御する。これにより、回転体の発熱分布を記録材のサイズに応じた発熱分布に保ったまま、通紙部の温度を制御目標温度に保つことができる。   As described above, in the present embodiment, the drive frequency of the first converter 16 is set according to the temperature of the non-sheet passing portion of the rotating body, and the driving frequency of the second converter 15 is set according to the temperature of the sheet passing portion of the rotating body. Control the output voltage. Thus, the temperature of the sheet passing portion can be maintained at the control target temperature while maintaining the heat generation distribution of the rotating body at the heat generation distribution according to the size of the recording material.

(実施例2)
実施例1が非通紙部の温度に応じて第1のコンバータの駆動周波数を設定したのに対して、本実施例は、記録材Pのサイズに応じて第1のコンバータ16の駆動周波数を設定するものである。
(Example 2)
While the drive frequency of the first converter is set in accordance with the temperature of the non-sheet passing portion in the first embodiment, the drive frequency of the first converter 16 is set in accordance with the size of the recording material P. It is to set.

前述したように、第1のコンバータ16の駆動周波数を低くするに従って回転体の長手方向端部の発熱量は中央部に比べて小さくなる。本実施例ではこの性質を利用して記録材Pの幅(搬送方向に対して直交する方向の幅)が狭くなるに従って第1のコンバータ16の駆動周波数を低く設定する。表1に記録材サイズ毎の駆動周波数を示す。   As described above, as the drive frequency of the first converter 16 is lowered, the calorific value of the longitudinal end of the rotating body becomes smaller than that of the central portion. In this embodiment, the drive frequency of the first converter 16 is set lower as the width of the recording material P (width in the direction orthogonal to the transport direction) becomes narrower by utilizing this property. Table 1 shows the drive frequency for each recording material size.

Figure 2019091087
Figure 2019091087

本実施例では、ユーザがホストコンピュータ42を介して指定した記録材Pのサイズ情報に応じて周波数設定手段120が駆動周波数を設定する。   In this embodiment, the frequency setting means 120 sets the driving frequency in accordance with the size information of the recording material P designated by the user via the host computer 42.

なお、一つのサイズの記録材を定着処理する際に使用する駆動周波数を、第1の駆動周波数と第2の周波数より低い第2の駆動周波数を交互に切り替えてもよい。図12に、駆動周波数20kHzでの駆動期間と、50kHzでの駆動期間と、の単位時間当たりの比率を変えた場合の回転体1の回転軸方向の温度分布を示す。例えば、A5サイズの場合、20kHz:50kHzの駆動時間比率を10:0とする。B5サイズの場合、20kHz:50kHzの駆動時間比率を5:5とする。A4サイズの場合、20kHz:50kHzの駆動時間比率を1:9、レターサイズの場合、20kHz:50kHzの駆動時間比率を0:10とする。   The driving frequency used when fixing a recording material of one size may be switched alternately between the first driving frequency and the second driving frequency lower than the second frequency. FIG. 12 shows the temperature distribution in the rotation axis direction of the rotating body 1 when the ratio per unit time of the drive period at the drive frequency of 20 kHz and the drive period at 50 kHz is changed. For example, in the case of the A5 size, the driving time ratio of 20 kHz: 50 kHz is 10: 0. In the case of the B5 size, the driving time ratio of 20 kHz: 50 kHz is 5: 5. In the case of A4 size, the drive time ratio of 20 kHz: 50 kHz is 1: 9, and in the case of letter size, the drive time ratio of 20 kHz: 50 kHz is 0:10.

上述した実施例1及び2は、回転体(定着スリーブ)としてフィルム状のものを用いていた。しかしながら、本発明は、コア及びコイルを内部に配置する回転体として、可撓性がほとんどない固い回転体を用いた定着装置にも適用可能である。   In Examples 1 and 2 described above, a film-like one was used as a rotating body (fixing sleeve). However, the present invention is also applicable to a fixing device using a hard rotating body with little flexibility as a rotating body in which the core and the coil are disposed.

1 回転体
2 磁性コア
3 励磁コイル
16 第1のコンバータ
15 第2のコンバータ
1 Rotor 2 Magnetic Core 3 Excitation Coil 16 First Converter 15 Second Converter

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第1のコンバータと、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、前記第1のコンバータに供給する電力を制御するための第2のコンバータと、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第1のコンバータの駆動周波数を変える周波数設定部と、前記回転体の通紙部の温度に応じて前記第2のコンバータを制御し、前記第2のコンバータから前記第1の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設定部が前記第1の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。 The present invention for solving the above-mentioned problems comprises: a cylindrical rotating body having a conductive layer; a coil disposed inside the rotating body and having a helical axis substantially parallel to the generatrix direction of the rotating body; And a first converter for driving the resonant circuit, the conductive layer is caused to generate heat by electromagnetic induction by magnetic flux generated by the coil, and the recording material is formed by heat of the rotating body. In the fixing device for fixing the recorded image on the recording material , there is one coil disposed inside the rotating body, and the conductive layer has the same material and the same thickness from one end to the other end in the generatrix direction A second converter for controlling the power supplied to the first converter, the first converter in accordance with at least one of the size of the recording material and the temperature of the non-sheet-passing portion of the rotating body; Converter's Power control for controlling the power supplied from the second converter to the first converter by controlling the second converter according to the frequency setting unit that changes the dynamic frequency and the temperature of the sheet passing unit of the rotating body and parts, was closed, when said frequency setting to decrease the driving frequency unit controls the first converter, the conductive layer as heat generation amount of the conductive layer at the end portion of the generatrix direction is reduced It is characterized in that the heat generation distribution changes .

Claims (6)

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第1のコンバータと、
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、
前記第1のコンバータに供給する電力を制御するための第2のコンバータと、
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第1のコンバータの駆動周波数を設定する周波数設定部と、
前記回転体の通紙部の温度に応じて前記第2のコンバータを制御し、前記第2のコンバータから前記第1のコンバータに供給する電力を制御する電力制御部と、
を有することを特徴とする定着装置。
A resonant circuit including: 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 resonant capacitor.
A first converter for driving the resonant circuit;
A fixing device for fixing the image formed on the recording material to the recording material by the heat of the rotating body by causing the conductive layer to generate electromagnetic induction heat by the magnetic flux generated by the coil;
A second converter for controlling power supplied to the first converter;
A frequency setting unit configured to set a drive frequency of the first converter according to at least one of the size of the recording material and the temperature of the non-sheet-passing portion of the rotating body;
A power control unit configured to control the second converter in accordance with the temperature of the sheet passing portion of the rotating body and to control the power supplied from the second converter to the first converter;
A fixing device characterized by having:
前記電力制御部は、前記回転体の通紙部の温度が目標温度を維持するように前記第2のコンバータを制御することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the power control unit controls the second converter such that a temperature of a sheet passing portion of the rotating body maintains a target temperature. 前記共振回路は、電流共振回路であることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the resonance circuit is a current resonance circuit. 前記第2のコンバータは降圧型コンバータであることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の定着装置。   The fixing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second converter is a step-down converter. 前記コイルの螺旋形状部の中には、磁束を誘導するためのコアを有し、前記導電層には前記回転体の周方向に流れる誘導電流が発生することを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の定着装置。   The spiral shaped portion of the coil has a core for inducing a magnetic flux, and an induced current flowing in the circumferential direction of the rotating body is generated in the conductive layer. The fixing device according to any one of the preceding claims. 前記コアは有端形状であることを特徴とする請求項5に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 5, wherein the core has an end shape.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024043305A (en) * 2022-09-16 2024-03-29 島田理化工業株式会社 Induction heating device and induction heating method using the induction heating device

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11191484A (en) * 1997-12-25 1999-07-13 Canon Inc Power supply device, magnetic induction heating device, heat fixing device, image forming device
JP2004004205A (en) * 2002-05-30 2004-01-08 Canon Inc Fixing device and image forming device
JP2004157503A (en) * 2002-09-11 2004-06-03 Konica Minolta Holdings Inc Image forming apparatus
JP2005092069A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Xerox Co Ltd Fixing device
JP2005100699A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Fuji Xerox Co Ltd Electromagnetic induction heating device, fixing device, and control method of electromagnetic induction heating device
JP2005166524A (en) * 2003-12-04 2005-06-23 Fuji Xerox Co Ltd Exciting coil, and electromagnetic induction heating device, fixing device and image forming device using it
JP2005208469A (en) * 2004-01-26 2005-08-04 Konica Minolta Business Technologies Inc Image forming device
US20060045587A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Fusing roller and fusing apparatus using the same
JP2006293079A (en) * 2005-04-12 2006-10-26 Canon Inc Image heating device
JP2009145741A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Konica Minolta Business Technologies Inc Fixing device, image forming apparatus, heating roller and fixing control method
JP2010002641A (en) * 2008-06-19 2010-01-07 Konica Minolta Business Technologies Inc Fixing device and image forming apparatus equipped therewith
WO2013191229A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-27 Canon Kabushiki Kaisha Fixing device

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11191484A (en) * 1997-12-25 1999-07-13 Canon Inc Power supply device, magnetic induction heating device, heat fixing device, image forming device
JP2004004205A (en) * 2002-05-30 2004-01-08 Canon Inc Fixing device and image forming device
JP2004157503A (en) * 2002-09-11 2004-06-03 Konica Minolta Holdings Inc Image forming apparatus
JP2005092069A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Fuji Xerox Co Ltd Fixing device
JP2005100699A (en) * 2003-09-22 2005-04-14 Fuji Xerox Co Ltd Electromagnetic induction heating device, fixing device, and control method of electromagnetic induction heating device
JP2005166524A (en) * 2003-12-04 2005-06-23 Fuji Xerox Co Ltd Exciting coil, and electromagnetic induction heating device, fixing device and image forming device using it
JP2005208469A (en) * 2004-01-26 2005-08-04 Konica Minolta Business Technologies Inc Image forming device
US20060045587A1 (en) * 2004-08-25 2006-03-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Fusing roller and fusing apparatus using the same
JP2006293079A (en) * 2005-04-12 2006-10-26 Canon Inc Image heating device
JP2009145741A (en) * 2007-12-17 2009-07-02 Konica Minolta Business Technologies Inc Fixing device, image forming apparatus, heating roller and fixing control method
JP2010002641A (en) * 2008-06-19 2010-01-07 Konica Minolta Business Technologies Inc Fixing device and image forming apparatus equipped therewith
WO2013191229A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-27 Canon Kabushiki Kaisha Fixing device
JP2014026267A (en) * 2012-06-19 2014-02-06 Canon Inc Fixation device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024043305A (en) * 2022-09-16 2024-03-29 島田理化工業株式会社 Induction heating device and induction heating method using the induction heating device

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