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JP4332274B2 - Image forming apparatus - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関する。
【0003】
【従来の技術】
電子写真複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における像加熱装置としての画像加熱定着装置を例にして説明する。画像加熱定着装置は、電子写真・静電記録・磁気記録等の適宜の画像形成プロセス手段により、加熱溶融性の樹脂等よりなるトナーを用いて記録材の面に直接若しくは間接方式で形成した未定着のトナー画像を記録材面に固着画像として加熱定着処理する装置である。
【0004】
加熱定着装置に代表される像加熱装置としては、従来から熱ローラ方式の装置が汎用されてきた。これは、ハロゲンランプ等の熱源を内蔵させて所定の定着温度に加熱・温調した定着ローラ(熱ローラ)と加圧ローラとの回転ローラ対からなり、該ローラ対の圧接ニップ部(定着ニップ部)に被加熱材としての、未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して挟持搬送させることで未定着トナー画像を記録材面に加熱定着させる装置である。
【0005】
上記のような熱ローラ方式の定着装置以外に、フィルム加熱方式等の接触加熱方式の装置も用いられている。フィルム加熱方式の装置は、加熱体と、一方の面がこの加熱体と摺動し、他方の面が記録材と接して移動するフィルムを有し、加熱体の熱をフィルムを介して記録材に付与して未定着のトナー画像を記録材面に加熱定着する装置である。
【0006】
一方、実開昭51−109737号公報では、磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる誘導加熱定着装置(電磁誘導加熱方式、IHF方式)が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができて、ハロゲンランプを用いた熱ローラよりも高効率の定着プロセスを達成している。
【0007】
また、米国特許5278618号明細書には定着ローラを小熱容量化した定着フィルムを用いて、ニップ近傍の励磁部材により加熱する例が開示されている。
【0008】
さらに誘導加熱により定着フィルムをニップ域外でも加熱することにより上記定着装置の加熱効率をさらに向上させた定着装置も考案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハロゲンヒーターやセラミックヒーター等を熱源として用いた従来の像加熱装置においては、フィルムや定着ローラに熱伝達させる必要があるためにロスが大きく、エネルギーの有効活用ができないという問題があった。
【0010】
実開昭51−109737号公報で開示された像加熱装置においては熱容量の大きい定着ローラを加熱するために、像加熱装置が機能する温度まで昇温させるのに長時間を必要とするという問題があった
また、米国特許5278618号明細書で開示されている定着装置においては定着ニップ部分で定着フィルムを加熱するために励磁部材に大電流を供給する必要があって励磁部材自身の過昇温や効率の低下が避けられなかった。また、定着フィルムの表面にゴム層などを必要とする定着装置の場合には定着ニップ域の加熱で表面温度を維持するにはゴム層と発熱体との界面の温度が上昇してゴム層の寿命が著しく短くなるという問題があった。
【0011】
定着フィルムをニップ域外で加熱する定着装置は上記定着装置の不具合を解消できたが以下の問題が発生した。
【0012】
すなわち、定着フィルムは摩擦によって回転駆動されるのが一般的であって、駆動摩擦力が低下したり、定着フィルムの回転トルクが上昇したりした場合にスリップが発生する場合がある。定着フィルムをニップ域外で加熱する定着装置においては上記スリップが発生した場合に定着フィルムが異常高温となり、定着フィルムの破損が発生するという問題があった。
【0013】
そこで本発明の目的は、定着手段故障の判断精度を向上させて、動作エラーの頻発を抑えることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の手段構成を特徴とする画像形成装置である。
【0015】
記録材に画像を形成する画像形成部と、
導電層を有する筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内周面側に設けられており前記定着フィルムの回転をガイドするフィルムガイドと、表面が前記定着フィルムの外周面に接触して前記フィルムガイドと共に前記定着フィルムを挟み込んでおり前記定着フィルムの表面との間に働く摩擦力により前記定着フィルムを駆動する加圧ローラと、前記定着フィルムの周面のうち前記加圧ローラが接触する領域よりも前記定着フィルム回転方向上流側の位置で前記導電層に渦電流を発生させて前記導電層を発熱させる励磁コイルと、を有し、前記定着フィルムと前記フィルムガイドの間にはグリスが塗布されており、前記定着フィルムと前記加圧ローラの間で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ前記導電層で発生する熱を利用して記録材上の画像を定着する定着手段と、
を有する画像形成装置において、
前記定着フィルムの回転を検知する回転検知手段と、定着手段が故障か否かを判断する安全装置と、前記定着フィルムの温度を検知する温度検知素子と、を有し、画像形成待機状態の時に前記加圧ローラを駆動手段によって駆動開始させた後、前記回転検知手段により前記定着フィルムの回転を検知した場合に前記励磁コイルへの電力供給が開始され、前記安全装置は、前記回転検知手段により前記定着フィルムが回転開始していないと判断され且つ前記温度検知素子の検知温度に基づき前記グリスが潤滑性を確保する所定の判定温度以下であると判断された場合は定着手段故障と判断せずに前記定着フィルムの回転検知を継続し、前記回転検知手段により前記定着フィルムが回転開始していないと判断され且つ前記グリスが前記判定温度より高いと判断された場合には定着手段故障と判断することを特徴とする画像形成装置。
【0039】
【発明の実施の形態】
〈第1の実施例〉(図1〜図9)
(1)画像形成装置
図1は本実施例の画像形成装置の概略構成を示す図である。本例の画像形成装置は、最大通紙幅がA4サイズ紙、印字速度が毎分4枚の4色カラー画像形成装置(電子写真フルカラープリンタ)である。
【0040】
11は有機感光体でできた電子写真感光体ドラム(像担持体、以下、感光体ドラムと記す)であり、矢印の時計方向に所定のプロセススピード(周速度)で回転駆動される。
【0041】
感光体ドラム11はその回転過程で帯電ローラなどの帯電装置12で所定の極性・電位の一様な帯電処理を受ける。
【0042】
次いで、その帯電処理面にレーザ光学箱(レーザスキャナ)13から出力されるレーザ光Lによる、目的画像情報の走査露光処理を受ける。レーザ光学箱13は不図示のコンピュータ等の画像信号発生装置からの目的画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調(オン/オフ)したレーザ光Lを出力して感光体ドラム面を走査露光するもので、この走査露光により感光体ドラム11面に走査露光した目的画像情報に対応した静電潜像が形成される。13aはレーザ光学箱13からの出力レーザ光を感光体ドラム11の露光位置に反射させるミラーである。
【0043】
フルカラー画像形成の場合は、目的のフルカラー画像の第1の色分解成分画像、例えばイエロー成分画像についての走査露光・潜像形成がなされ、その潜像が4色現像装置14のうちのイエロー現像器14Yの作動でイエロートナー像として現像される。
【0044】
そのイエロートナー像は感光体ドラム11と中間転写体ドラム16との接触部(或いは近接部)である一次転写部T1において中間転写体ドラム16の面に転写される。
【0045】
中間転写体ドラム16面に対するトナー像転写後の感光体ドラム11面はクリーナ17により転写残りトナー等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【0046】
上記のような帯電・走査露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、目的のフルカラー画像の、第2(例えばマゼンタ成分画像、マゼンタ現像器14Mが作動)、第3(例えばシアン成分画像、シアン現像器14Cが作動)、第4(例えば黒成分画像、黒現像器14BKが作動)の各色分解成分画像について順次に実行され、中間転写体ドラム16面にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、黒トナー像の都合4色のトナー像が順次重ねて転写されて、目的のフルカラー画像に対応したカラー画像が合成形成される。
【0047】
中間転写体ドラム16は金属ドラム上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、感光体ドラム11に接触して或いは近接して感光体ドラム11と略同じ周速度で矢印の反時計方向に回転駆動され、金属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム11との電位差で感光体ドラム11側のトナー像を該中間転写体ドラム16面側に転写させる。
【0048】
上記の中間転写体ドラム16面に合成されたカラートナー画像は、該中間転写体ドラム16と転写ローラ15との接触ニップ部である二次転写部T2において、該二次転写部T2に不図示の給紙部から所定のタイミングで送り出された記録材(転写材)Pの面に転写されていく。
【0049】
転写ローラ15は記録材Pの背面からトナーと逆極性の電荷を供給することで中間転写体ドラム16面側から記録材P側へ合成カラートナー画像を順次に一括転写する。
【0050】
二次転写部T2を通過した記録材Pは中間転写体ドラム16の面から分離されて像加熱装置である加熱定着装置10へと導入され、未定着トナー像の加熱定着処理を受けてカラー画像形成物として機外の不図示の排紙トレーに排出される。この定着装置10については次の(2)項で詳述する。
【0051】
記録材Pに対するカラートナー像転写後の中間転写体ドラム16はクリーナ18により転写残りトナー・紙粉等の付着残留物の除去を受けて清掃される。
【0052】
このクリーナ18は常時は中間転写体ドラム16に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム16から記録材Pに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム16に接触状態に保持される。
【0053】
また、転写ローラ15も常時は中間転写体ドラム16に非接触状態に保持されており、中間転写体ドラム16から記録材Pに対するカラートナー画像の二次転写実行過程において中間転写体ドラム16に接触状態に保持される。
【0054】
(2)定着装置10
A)定着装置の全体的な概略構成
図2は本実施形における定着装置10の横断面模型図、図3は要部の切欠き斜視模型図と制御系のブロック図である。
【0055】
本実施例の定着装置10は、円筒状の電磁誘導発熱性フィルムを用いた、加圧ローラ駆動式(加圧部材駆動方式)、電磁誘導加熱方式の像加熱装置である。
【0056】
1は回転加熱部材としての円筒状の曲率可変(フレキシブル)な電磁誘導発熱性フィルム(以下、定着フィルムと記す)である。この定着フィルム1の層構成についてはB)項で詳述する。
【0057】
105は円筒状のフィルムガイドであり、磁束の通過を妨げない絶縁性の部材である。上記の円筒状の定着フィルムはこのフィルムガイド105にルーズに外嵌させてある。
【0058】
201・202は定着フィルム1を電磁誘導加熱する加熱手段(磁場(磁界)発生手段)としての励磁コイルとフェライトコアである。この励磁コイル201とフェライトコア202は上記の円筒状のフィルムガイド105の内空の右半部側に配設してある。この加熱手段201・202についてはC)項で詳述する。
【0059】
3は回転加圧部材としての加圧ローラであり、芯金301上にシリコーンゴム302を2mm被覆させて弾性を持たせた、耐熱性・弾性ローラである。
【0060】
上記の加圧ローラ3は芯金301の両端部を装置の不図示のシャーシ側板金間に回転自由に軸受け保持させて配設してある。そして定着フィルム1を外嵌させたフィルムガイド部材105は加圧ローラ3の上側に配置され、フィルムガイド内に挿通して配設した加圧用剛性ステイ4の両端部と装置シャーシ側のバネ受け部材(不図示)との間にそれぞれ加圧バネ(不図示)を縮設することで加圧用剛性ステイ4に押し下げ力を作用させている。これにより、フィルムガイド105の下面と加圧ローラ3の上面とが定着フィルム1を挟んで圧接して所定幅のニップ(定着ニップ部)Nが形成される。
【0061】
加圧ローラ3は駆動手段Mにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ3の回転駆動により、ニップNにおいて加圧ローラ3と定着フィルム1の外面との摩擦力で定着フィルム1に回転力が作用し、定着フィルム1の内周面がニップNにおいてフィルムガイド105の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ3の周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド05の外回りを回転状態になる(加圧ローラ駆動方式)。フィルムガイド105は励磁コイル201とフェライトコア202を支持すると共に、この回転する定着フィルム1の搬送安定性を図る役目もしている。定着フィルム1を滑らかに回転させるべく、一般に、定着フィルム1の内面には耐熱性グリスが塗布される。
【0062】
而して、加圧ローラ3が回転駆動され、それに伴って定着フィルム1が回転し、励磁回路601(図3)から励磁コイル201への給電により発生する磁場の作用で回転加熱部材としての定着フィルム1が電磁誘導発熱する。図2において、Fは発生した交番磁束の一部を表す。
【0063】
5はニップNよりも定着フィルム1の回転方向下流側においてニップNの近傍位置においてフィルムガイド105の外面に固定して配設した温度検知素子としてのNTC素子である。このNTC素子5は回転する定着フィルム1の裏面に接触して、定着フィルム1の温度を電圧に変換して制御回路(マイコン)603に伝えている。602は矩形波発生回路であり、制御回路603からの情報によっては矩形波のデューティー比を変化させて励磁回路601内のスイッチング素子を制御する。
【0064】
即ち、上記のNTC素子(Negative Temperature Coefficient)5を含む温調系603・602・601によりニップNの温度もしくは定着フィルム1の温度が所定の温度、本実施例では定着フィルム1は定着温度である180℃に温調制御された状態において、画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像Tが形成された記録材PがニップNの定着フィルム1と加圧ローラ3との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、ニップNにおいて画像面が定着フィルム1の外面に密着して定着フィルム1と一緒にニップNを挟持搬送されていく。このニップNを定着フィルム1と一緒に記録材Pが挟持搬送されていく過程において定着フィルム1の電磁誘導発熱で加熱されて記録材P上の未定着トナー画像Tが加熱定着される。
【0065】
記録材PはニップNを通過すると回転定着フィルム1の外面から曲率分離して排出搬送されていく。記録材P上の加熱定着トナー画像はニップNを通過後、冷却して固着像となる。
【0066】
5Bは定着フィルム1の回転動作を検知する回転検知手段としての光学センサーである。これについてはD)項で詳述する。
【0067】
B)定着フィルム1
図4は本実施形における定着フィルム1の層構成模型図である。
【0068】
本例の定着フィルム1は、電磁誘導発熱性の定着フィルムの基層となる金属フィルム等の抵抗体でできた発熱層101と、その外面に積層した弾性層102と、更にその外面に積層した離型層103の複合構造のものである。
【0069】
発熱層101と弾性層102との間の接着、弾性層102と離型層103との間の接着のために、各層間にプライマー層を設けてもよい。
【0070】
円筒形状である定着フィルム1において、発熱層101が内面側であり、離型層103が外面側である。発熱層101に交番磁束が作用することで、該発熱層101に渦電流が発生して該発熱層101が発熱する。この層で誘導発熱した熱が弾性層102・離型層103を介して定着フィルム1全体を加熱し、ニップNに通紙される記録材Pを加熱してトナー画像Tの加熱定着がなされる。
【0071】
a.発熱層101
発熱層101は例えば厚み50μmのニッケル層である。ニッケル以外にも10-5〜10-10 Ω・mの電気良導体である金属、金属化合物、有機導電体であればよく、より好ましくは透磁率が高い強磁性を示す、鉄、コバルト等の金属若しくはそれらの化合物を用いることができる。
【0072】
発熱層101の厚みを薄くすると十分な磁路が確保できなくなり、外部へ磁束が洩れて発熱層自身の発熱エネルギーは小さくなる場合があり、また厚くすると熱容量が大きくなり昇温に要する時間が長くなる傾向がある。従って発熱層101の厚みはこの発熱層に用いた材料の比熱、密度、透磁率、抵抗率の値によって適正値がある。本実施例では10〜100μmの厚み範囲で、3℃/sec以上の昇温速度を得ることができた。
【0073】
b.弾性層102
弾性層102は、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等で、耐熱性、熱伝導率が良い材質である。
【0074】
弾性層102の厚さは10〜500μmが好ましい。この弾性層102は定着画像品質を保証するために必要な厚さである。
【0075】
カラー画像を印刷する場合、特に写真画像などでは記録材P上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、記録材Pの凹凸あるいはトナー層Tの凹凸に加熱面(離型層103)が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する。伝熱量が多い部分は光沢度が高く、伝熱量が少ない部分では光沢度が低い。
【0076】
弾性層102の厚さとしては、10μm以下では記録材あるいはトナー層の凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。また、弾性層102が1000μm以上の場合には弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなる。より好ましくは弾性層2の厚みは50〜500μmが良い。
【0077】
弾性層102の硬度は、硬度が高すぎると記録材Pあるいはトナー層Tの凹凸に追従しきれず画像光沢ムラが発生してしまう。そこで、弾性層102の硬度としては60゜(JIS−A:JIS−K A型試験機)以下、より好ましくは45゜以下がよい。
【0078】
弾性層102の熱伝導率に関しては、6×10-4〜2×10-3[cal/cm・sec ・deg.]がよい。熱伝導率λが6×10-4[cal/cm・sec ・deg.]よりも小さい場合には、熱抵抗が大きく、定着フィルム1の表層(離型層103)における温度上昇が遅くなる。熱伝導率λが2×10-3[cal/cm・sec ・deg.]よりも大きい場合には、硬度が高くなりすぎたり、圧縮永久歪みが悪化する。よって熱伝導率λは6×10-4〜2×10-3[cal/cm・sec ・deg.]が良い。より好ましくは8×10-4〜1.5×10-3[cal/cm・sec ・deg.]が良い。
【0079】
c.離型層103
離型層103としてはPFA、PTFE、FEP等のフッ素樹脂以外に、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の離型性かつ耐熱性のよい材料を選択することができる。
【0080】
離型層103の厚さは20〜100μmが好ましく、20μmよりも小さいと塗膜の塗ムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足するといった問題が発生する。また、離型層が100μmを超えると熱伝導が悪化するという問題が発生し、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなりすぎ、弾性層102の効果がなくなってしまう。
【0081】
d.断熱層104
また図5に示すように、定着フィルム1の構成において、発熱層101の自由面側(発熱層101の弾性層102側とは反対面側)に断熱層104を設けてもよい。
【0082】
断熱層104としては、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、PFA樹脂、PTFE樹脂、FEP樹脂などの耐熱樹脂がよい。
【0083】
また、断熱層104の厚さとしては10〜1000μmが好ましい。断熱層104の厚さが10μmよりも小さい場合には断熱効果が得られず、また、耐久性も不足する。一方、1000μmを超えると高透磁率コア202及び励磁コイル201から発熱層101の距離が大きくなり、磁束が十分に発熱層101に吸収されなくなる。
【0084】
断熱層104を設けた場合、発熱層101に発生した熱による励磁コイル201の昇温を防止できるため、安定した加熱をすることができる。
【0085】
C)加熱手段(磁場発生手段)201・202
交番磁束を発生するための励磁コイル201としては加熱に十分な交番磁束を発生するものでなければならないが、そのためには抵抗成分を低く、インダクタンス成分を高くとる必要がある。本実施例では励磁コイル201の芯線として線径φ1が0.2mmの銅線に耐熱絶縁被覆を施した細線を束ねて束線径φ2を3mmにした高周波用のものを用いて、フェライトコア202を周回するように10回巻いてある。
【0086】
フェライトコア202は励磁コイル201で発生する磁束を効率よく定着フィルム1に導くための高透磁率磁性部材である。フェライトコア202は、Mxn1-xFe24 の組成からなる金属酸化物に微量の添加物を加えたものであり、他の高透磁率材料に比較して極めて高い比抵抗を示し、渦電流による損失が小さいという特徴がある。また一般的に金属元素Mや組成xや添加物が異なると、フェライトの性能を代表する透磁率やキュリー温度や保持力等が異なる。本例では比透磁率2500、キュリー温度205℃のもの(トーキン製2500B)を用いている。
【0087】
励磁コイル201は励磁回路601から供給される交番電流によって交番磁束を発生し、交番磁束は定着フィルム1の発熱層101に渦電流を発生させる。この渦電流は発熱層101の固有抵抗によってジュール熱(渦電流損)を発生させて、弾性層102、離型層103を介して、ニップNに搬送される記録材Pと記録材上のトナーTを加熱することができる。発熱域H・Hとしては図2に示すように励磁コイル201に対向した部分を中心に得られて、本構成においてはニップN域外で定着フィルム1の加熱が行われる。
【0088】
図6は交番磁束の発生の様子を模式的に表したものである。Fは発生した交番磁束の一部を表す。フェライトコア202に導かれた交番磁束Fは定着フィルム1の電磁誘導発熱層101に渦電流を発生させ、ジュール熱を発生させる。ここでの発熱量Qは発熱層101を通る磁束の密度によって決まり図6のグラフような分布を示す。図6のグラフは、縦軸がフェライトコア202の中心を0とした角度×で表した定着フィルム1における円周方向の位置を示し、横軸が定着フィルム1の発熱層101での発熱量Qを示す。ここで、発熱域Hは最大発熱量をQとした場合、発熱量がQ/e以上の領域と定義する。これは、定着に必要な発熱量が得られる領域である。
【0089】
D)装置制御
a.温度制御
定着フィルム1の発熱層101で発生する熱エネルギーは渦電流の大きさの二乗に比例し、渦電流の大きさは交番磁束のエネルギーに比例するので、定着フィルム1の温度を上昇させる時は励磁コイル201への磁界エネルギーを増加させて、逆に温度を下げる場合には磁界エネルギーを減少させればよい。
【0090】
この磁界エネルギーの加減は励磁コイル201に印加する電圧を加減しても良いし、電流を加減しても良い。通常の電灯線を利用する場合には定電圧源と考えられるので、安価に回路を構成するには励磁コイル201に流す電流を加減するのが好ましい。
【0091】
これらの電磁回路が共振条件を満たす範囲で考える場合、上記の電流の加減は励磁コイル201に与える電圧の印加時間の長短で制御可能である。即ち、電磁回路における磁界の振動周期に同期してスイッチングし、図7に示す電圧印加時間aや解放時間bを変化させることによって、定着フィルム1の温度を変えることができる。本例では解放時間bを固定して6msとし、電圧印加時間aを1〜15msの間で制御可能としている。従って本例において励磁コイル201に供給される交番電圧としては、上記電圧印加時間aと解放時間bとの和時間を一周期とする周波数となり、約47〜143KHzの可変制御となる。
【0092】
制御回路(マイコン)603はNTC素子5から得た定着フィルム1の温度を一定の周期でサンプリングして、この情報に対して上記電圧印加時間aを算出し矩形波発生回路602から出力する。電圧印加時間aの算出方法としては、像加熱を可能にする適正温度(定着温度)とサンプリングされた温度との差を時間順に△k−2、△k−1、△kとした場合に、前回の電圧印加時間akに対して
▲1▼.β△k・・・・・・・・・・・・・・・比例制御量
▲2▼.γ(△k−1−△k)・・・・・・・・微分制御量
▲3▼.δ(△k−2+△k−1+△k)・・・積分制御量
を加減乗算して今回の印加時間aを決定する所謂PID制御(Proportional Integral Differential)を採用している。この制御において適当にβ、γ、δを設定することによって、例えば定着フィルム1の温度が低い場合には比例制御量が大きくなって印加時間aを長くし、また、系が冷えている状態で定着フィルム1の温度を他の部材が奪ってなかなか温度が上がらないような場合には、たとえ定着温度に近づいていても微分制御量が大きくなってやはり印加時間aを長くするように設定できる。
【0093】
b.光学センサー5Bによる制御
次に、定着フィルム1の回転検出手段であるところの光学センサー5Bによる定着フィルム1の回転及び停止の検出及び給電制御に関して図8・図9で説明する。
【0094】
円筒状定着フィルム1の一端部側の外周面には、図8に示すように、周方向に他の部分とは異なる色で等間隔に配列した回転検知用の検知マークCを具備させてある。光学センサー5Bはこの定着フィルムの上記検知マークCに対応位置させて配設してある。
【0095】
光学センサー5Bは発光素子51及び受光素子52からなり、発光素子51より発せられた光が定着フィルム1で反射され、これを受光素子52により検知する。定着フィルム1上に設けられた上記検知マークCは白色3mm角の大きさで等間隔(約3mm)に配置されていて、定着フィルム1の回転により反射光の強度は周期的に変化し、光学センサー5Bはこれを電気信号にして制御回路603に出力する。
【0096】
本実施例においてはこの周期を所定値と比較して、長い場合には定着フィルム1が停止していると判断して、上記励磁回路601から励磁コイル201への給電を停止する。このような定着フィルム1の回転検知は、図9の制御フロー図のように、加圧ローラ3の駆動とともに開始して、装置動作中は常に監視する。
【0097】
また、本実施例では上記検知した周期が所定値より短くなった場合に励磁コイル201への給電を再開する。これにより定着フィルム1を昇温させて定着動作が可能な状態へと復帰させることができる。
【0098】
定着フィルム1は加圧ローラ3より摩擦駆動されていて、特に定着装置10が暖まっていない状態では定着フィルム1内面に塗布してあるグリスの潤滑性が低下していて前述したスリップが起こりやすい。
【0099】
従来の像加熱装置及び画像形成装置においては、上記スリップによる定着フィルム1の過昇温を安全装置(不図示)によって検知して装置故障として扱うのが一般的であり、オンデマンド性を有する像加熱装置においては待機時において室温近くまで定着装置10が冷えているために、上記装置故障が発生する可能性が高い。
【0100】
本例によれば、グリスの潤滑性が確保される温度を判定温度(図9)として設け、この判定温度以下の時には上記スリップが発生した場合でも装置故障とすることなく画像形成動作を継続させることにより、高い信頼性を確保することができる。
【0101】
本例の定着装置10は、弾性層102や離型層103を介してはいるが、その熱抵抗はハロゲンヒータを内包する熱ローラ方式の定着装置に比して小さく、発熱体の熱を直接像加熱に消費するものであって、上記構成においてトナー量の多いフルカラー画像を定着する場合にも、トナー像を十分溶融することができて、高画質の画像形成装置を得ることができる。また、定着装置の熱容量が小さいためオンデマンド定着が可能で、待機中の消費電力を著しく低減させることができる。
【0102】
〈第2の実施例〉(図10・図11)
本実施例は前述の第1の実施例の定着装置構成において、定着フィルム1の回転検知手段である光学センサー5Bに替えて、図10のように、速度検知ローラ5C及びエンコーダ5Dを用いていて、定着フィルム1の回転速度を検知して、励磁コイル201に対する給電制御を行う。
【0103】
速度検知ローラ5Cは表面にシリコーンゴムを被覆した従動ローラであって定着フィルム1の表面非画像域に当接させてり、これと同軸のエンコーダ5Dは速度検知ローラ5Cの回転速度を正確に検知できる。エンコーダ5Dの検知情報が制御回路603(図3)に入力する。
【0104】
本実施例における給電制御はON/OFFだけではなく、図11の制御フロー図に示すように定着フィルム1の回転速度に応じて供給する電力を加減する。電力の加減は、第1の実施例で述べた励磁電圧の電圧印加時間a及び開放時間bを変えることにより制御する。
【0105】
具体的には室温からの立ち上げ時、すなわち定着フィルム1の温度が判定温度に達するまでの間は、定着フィルム1の回転速度Vに対して供給する電力Wを、
W=αV+β
βは定着フィルムが停止した場合でも過昇温しない最小電力、
αはVが画像形成速度の時Wが最大供給電力
となるように選択とする。
【0106】
これにより定着フィルム1がスリップしやすい低温時には、定着フィルム1を弱電力(最小はβ)により暖めてスリップを防止し、回転速度が上昇するのに合わせて供給電力を増加させて、定着フィルム1の単位面積に与える熱量(エネルギー)が略一定になるように制御する。
【0107】
従って、本例によれば常に定着フィルム1への連続的な電力供給が可能であるためにスリップ防止と同時に、立ち上げ時間の短縮が可能となる。
【0108】
〈第3の実施例〉(図12)
本実施例は、図12のように、定着フィルム1の温度制御用のNTC素子5とは別にNTC素子5Eを発熱域H内に設けていて、これにより定着フィルム1の発熱域Hの温度を検知して昇温速度を監視している。昇温速度が所定値を越えた場合には定着フィルム1が停止していると判断して、励磁コイル201への電力供給を停止する。
【0109】
この具体的制御方法は前述の第1の実施例で述べたのと同様である。
【0110】
本実施例においては定着フィルム1の回転状態を温度上昇速度により監視おり、簡素な構成とすることができるため、安価な高信頼の画像形成装置を実現できる。
【0111】
〈第4の実施例〉(図13)
第1〜第3の実施例では4色カラー画像形成装置について説明してきたが、画像形成装置はモノクロ或いは1パルスマルチカラー画像形成装置等であってもよい。この場合において、定着装置10の定着フィルム1における弾性層102を省略することができる。
【0112】
モノクロ画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の装置は電子写真プロセス利用、プロセスカートリッジ着脱式のレーザービームプリンタの概略断面図である。
【0113】
不図示のホストコンピュータより送られた画像情報信号によりスキャナー13からのレーザー光Lの強度を変調し、感光体ドラム11上に静電潜像を作成する。
【0114】
レーザー光Lの強度及び照射スポット径は画像形成装置の解像度及び所望の画像濃度によって適正に設定されており、感光体ドラム11上の静電潜像はレーザー光Lが照射された部分は明部電位VLに、そうでない部分は一次帯電器12で帯電された暗部電位VDに保持されることによって形成する。
【0115】
感光ドラム11は矢印の方向に回転して静電潜像は現像器14によって順次現像される。現像器14内のトナーはトナー供給回転体である現像スリーブ14aと現像ブレード14bとによって、トナー高さ、トリボを制御され、現像スリーブ14a上に均一なトナー層を形成する。現像ブレード14bとしては通常金属製若しくは樹脂製のものが用いられ、樹脂系のものは現像スリーブ14aに対して適正な当接圧をもって接している。
【0116】
現像スリーブ14a上に形成されたトナー層は現像スリーブ14a自身の回転にともない感光体ドラム11に対向し、現像スリーブ14aに印加されている電圧Vdcと感光体ドラム11の表面電位が形成する電界によりVLの部分だけ選択的に顕像化する。
【0117】
感光体ドラム11上のトナー像は転写装置15によって、給紙装置19から送られてきた紙Pに順次転写される。17は紙Pに対するトナー像転写後の感光体ドラム面のクリーニング装置である。
【0118】
トナー像を転写された紙Pは感光体ドラム11の回転と共に定着装置10へと送り出され、加熱加圧により固定画像となる。定着装置10は例えば第1ないし第3の実施例に示した定着装置である。
【0119】
トナー画像の定着処理を受けた紙Pは排紙ローラ20で機外の排紙トレイ21に排出される。
【0120】
PCはプリンタ本体に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジである。本実施例のものは、感光体ドラム1、帯電器12、現像器14、クリーニング装置17の4つのプロセス機器を包含させて、これらを一括してプリンタ本体に対して着脱交換自在のプロセスカートリッジとしてある。
【0121】
〈その他〉
1)回転加熱部材である円筒状定着フィルム1の加熱手段としての磁場発生手段201・202は円筒状定着フィルム1の外側に配設することもできる。
【0122】
2)回転加熱部材としての定着フィルム1はエンドレスベルト状のものを二つ以上の部材間に懸回張設して加圧ローラ或いは加圧ローラ以外の駆動部材で摩擦回転駆動する装置構成であってもよい。
【0124】
3)回転加圧部材はローラ以外にも、例えばベルト部材などの回転体にすることができる。
【0126】
4)画像形成装置において、記録材Pに対する作像の原理・プロセスは任意である。
【0127】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、定着手段故障の判断精度が向上し、動作エラーの頻発を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施例における画像形成装置の概略構成図
【図2】 定着装置の横断面模型図
【図3】 定着装置の要部の切欠き斜視図と制御系のブロック図
【図4】 定着フィルムの層構成模型図(その1)
【図5】 定着フィルムの層構成模型図(その2)
【図6】 磁場発生手段と発熱量・発熱域の説明図
【図7】 励磁コイルに供給する交番電圧の制御説明図
【図8】 定着フィルムの回転検知手段としての光学センサーの説明図
【図9】 定着フィルム回転検知手段による装置制御フロー図
【図10】 第2の実施例における定着装置の横断面模型図
【図11】 定着フィルム回転速度検知手段による装置制御フロー図
【図12】 第3の実施例における定着装置の横断面模型図
【図13】 第4の実施例における画像形成装置の横断面模型図
【符号の説明】
1・・定着フィルム(回転加熱部材)、20,202・・磁場発生手段(加熱手段)、3・・加圧ローラ(回転加圧部材)、5,5E・・NTC素子、5B・・回転検知部材(光学センサー)、5C・・回転速度検知ローラ、5D・・エンコーダ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention, PaintingThe present invention relates to an image forming apparatus.
[0003]
[Prior art]
  An image heating and fixing apparatus as an image heating apparatus in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, and a fax machine will be described as an example. The image heating and fixing apparatus is undetermined that is formed directly or indirectly on the surface of a recording material using toner made of heat-meltable resin or the like by appropriate image forming process means such as electrophotography, electrostatic recording, and magnetic recording. Wear toner image on recording materialHardThis is a device for heat fixing processing as a received image.
[0004]
Conventionally, a heat roller type device has been widely used as an image heating device typified by a heat fixing device. This consists of a rotating roller pair of a fixing roller (heat roller) and a pressure roller that are heated and adjusted to a predetermined fixing temperature by incorporating a heat source such as a halogen lamp, and a pressure nip (fixing nip) of the roller pair. In this case, an unfixed toner image is heated and fixed on the surface of the recording material by introducing a recording material on which an unfixed toner image is formed and supported as a material to be heated and sandwiching and conveying the recording material.
[0005]
In addition to the heat roller type fixing device as described above, a contact heating type device such as a film heating type is also used. The apparatus of the film heating system has a heating body and a film whose one surface slides on the heating body and the other surface moves in contact with the recording material, and the heat of the heating body is recorded via the film. Is an apparatus that heats and fixes an unfixed toner image on a recording material surface.
[0006]
On the other hand, Japanese Utility Model Laid-Open No. 51-109737 discloses an induction heating fixing device (electromagnetic induction heating method, IHF method) that induces a current in a fixing roller by magnetic flux and generates heat by Joule heat. This makes it possible to directly heat the fixing roller by using the generation of the induced current, and achieves a fixing process that is more efficient than a heat roller using a halogen lamp.
[0007]
In addition, US Pat. No. 5,278,618 discloses an example in which a fixing film having a small heat capacity is used to heat a fixing roller by an exciting member in the vicinity of the nip.
[0008]
Further, a fixing device has been devised in which the heating efficiency of the fixing device is further improved by heating the fixing film outside the nip region by induction heating.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional image heating apparatus using a halogen heater, a ceramic heater or the like as a heat source, there is a problem that heat is transferred to a film or a fixing roller, so that loss is large and energy cannot be effectively used.
[0010]
In the image heating apparatus disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 51-109737, there is a problem that it takes a long time to raise the temperature to a temperature at which the image heating apparatus functions in order to heat the fixing roller having a large heat capacity. there were
Further, in the fixing device disclosed in US Pat. No. 5,278,618, it is necessary to supply a large current to the exciting member in order to heat the fixing film at the fixing nip portion. A decline was inevitable. In the case of a fixing device that requires a rubber layer or the like on the surface of the fixing film, in order to maintain the surface temperature by heating in the fixing nip region, the temperature of the interface between the rubber layer and the heating element is increased. There was a problem that the lifetime was significantly shortened.
[0011]
The fixing device for heating the fixing film outside the nip area can solve the problems of the fixing device, but the following problems occur.
[0012]
That is, the fixing film is generally rotationally driven by friction, and slip may occur when the driving frictional force decreases or the rotational torque of the fixing film increases. In the fixing device that heats the fixing film outside the nip region, there is a problem that when the slip occurs, the fixing film becomes an abnormally high temperature and the fixing film is damaged.
[0013]
  Therefore, the object of the present invention is toImprove fusing unit failure accuracy and suppress frequent operation errorsThere is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention is characterized by the following means configuration.PaintingAn image forming apparatus.
[0015]
  An image forming unit for forming an image on a recording material;
  A cylindrical fixing film having a conductive layer; a film guide provided on the inner peripheral surface side of the fixing film for guiding rotation of the fixing film; and the surface of the film contacting the outer peripheral surface of the fixing film. A pressure roller that sandwiches the fixing film together with a guide and drives the fixing film by a frictional force acting between the surface of the fixing film and a region of the peripheral surface of the fixing film that the pressure roller contacts And an exciting coil that generates eddy currents in the conductive layer at a position upstream of the fixing film rotation direction to generate heat. The grease is applied between the fixing film and the film guide. A recording material utilizing heat generated in the conductive layer while nipping and conveying the recording material carrying an image between the fixing film and the pressure roller. A fixing unit for fixing the image,
  In an image forming apparatus having
  A rotation detecting means for detecting the rotation of the fixing film; and a safety device for determining whether or not the fixing means is out of order;A temperature detecting element for detecting the temperature of the fixing film;And when the rotation of the fixing film is detected by the rotation detection unit after the pressure roller is started to be driven by the driving unit in the image formation standby state, power supply to the excitation coil is started. The safety device determines that the fixing film has not started rotating by the rotation detecting means, andBased on the detection temperature of the temperature detection elementWhen it is determined that the grease is below a predetermined determination temperature for ensuring lubricity, rotation detection of the fixing film is continued without determining that the fixing unit has failed, and rotation of the fixing film is started by the rotation detection unit. An image forming apparatus comprising: determining that the fixing unit has failed when it is determined that the grease is higher than the determination temperature.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment (FIGS. 1 to 9)
(1) Image forming apparatus
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to the present exemplary embodiment. The image forming apparatus of this example is a four-color image forming apparatus (electrophotographic full-color printer) having a maximum sheet passing width of A4 size paper and a printing speed of four sheets per minute.
[0040]
Reference numeral 11 denotes an electrophotographic photosensitive drum (an image carrier, hereinafter referred to as a photosensitive drum) made of an organic photosensitive member, which is rotationally driven at a predetermined process speed (circumferential speed) in the clockwise direction of an arrow.
[0041]
The photosensitive drum 11 is subjected to a uniform charging process with a predetermined polarity and potential by a charging device 12 such as a charging roller during the rotation process.
[0042]
Next, the charged surface is subjected to scanning exposure processing of target image information by laser light L output from a laser optical box (laser scanner) 13. The laser optical box 13 outputs a laser beam L modulated (on / off) in accordance with a time-series electric digital pixel signal of target image information from an image signal generator such as a computer (not shown) to output the photosensitive drum surface. In this scanning exposure, an electrostatic latent image corresponding to target image information scanned and exposed on the surface of the photosensitive drum 11 is formed by this scanning exposure. A mirror 13 a reflects the output laser beam from the laser optical box 13 to the exposure position of the photosensitive drum 11.
[0043]
In the case of full-color image formation, scanning exposure and latent image formation are performed on a first color separation component image of a target full-color image, for example, a yellow component image, and the latent image is a yellow developing unit of the four-color developing device 14. 14Y is developed as a yellow toner image.
[0044]
The yellow toner image is transferred onto the surface of the intermediate transfer drum 16 at the primary transfer portion T1 which is a contact portion (or proximity portion) between the photosensitive drum 11 and the intermediate transfer drum 16.
[0045]
The surface of the photosensitive drum 11 after the transfer of the toner image to the surface of the intermediate transfer drum 16 is cleaned by the cleaner 17 after removal of adhered residues such as transfer residual toner.
[0046]
The process cycle of charging, scanning exposure, development, primary transfer, and cleaning as described above is performed when the target full-color image is second (for example, magenta component image, magenta developing unit 14M is activated), and third (for example, cyan component image, Cyan developing unit 14C is operated) and fourth (for example, black component image, black developing unit 14BK is operated) color separation component images are sequentially executed, and a yellow toner image, a magenta toner image, cyan on the surface of intermediate transfer drum 16 The four color toner images, a toner image and a black toner image, are sequentially superimposed and transferred to form a color image corresponding to the target full-color image.
[0047]
The intermediate transfer drum 16 has a middle-resistance elastic layer and a high-resistance surface layer on a metal drum. The intermediate transfer drum 16 is in contact with or close to the photosensitive drum 11 at the same peripheral speed as that of the photosensitive drum 11. The toner image on the side of the photoconductor drum 11 is transferred to the surface of the intermediate transfer drum 16 by a potential difference from the photoconductor drum 11 by applying a bias potential to the metal drum.
[0048]
The color toner image synthesized on the surface of the intermediate transfer drum 16 is not shown on the secondary transfer portion T2 in the secondary transfer portion T2 which is a contact nip portion between the intermediate transfer drum 16 and the transfer roller 15. Are transferred onto the surface of the recording material (transfer material) P sent out from the paper feeding unit at a predetermined timing.
[0049]
The transfer roller 15 supplies a charge having a polarity opposite to that of the toner from the back surface of the recording material P, thereby sequentially transferring the combined color toner images sequentially from the surface of the intermediate transfer drum 16 to the recording material P side.
[0050]
The recording material P that has passed through the secondary transfer portion T2 is separated from the surface of the intermediate transfer drum 16 and introduced into a heat fixing device 10 that is an image heating device, and undergoes a heat fixing process for an unfixed toner image to form a color image. The formed product is discharged to a discharge tray (not shown) outside the apparatus. The fixing device 10 will be described in detail in the next section (2).
[0051]
The intermediate transfer drum 16 after the color toner image has been transferred to the recording material P is cleaned by the cleaner 18 after removal of adhering residues such as transfer residual toner and paper dust.
[0052]
The cleaner 18 is always held in a non-contact state with the intermediate transfer drum 16, and is brought into contact with the intermediate transfer drum 16 during the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 16 to the recording material P. Retained.
[0053]
In addition, the transfer roller 15 is always held in a non-contact state with the intermediate transfer drum 16 and is in contact with the intermediate transfer drum 16 during the secondary transfer of the color toner image from the intermediate transfer drum 16 to the recording material P. Kept in a state.
[0054]
(2) Fixing device 10
A) Overall schematic configuration of the fixing device
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fixing device 10 according to the present embodiment, and FIG.
[0055]
The fixing device 10 of this embodiment is a pressure roller driving type (pressure member driving type) and electromagnetic induction heating type image heating apparatus using a cylindrical electromagnetic induction heat generating film.
[0056]
Reference numeral 1 denotes a cylindrical curvature variable (flexible) electromagnetic induction heat generating film (hereinafter referred to as a fixing film) as a rotary heating member. The layer structure of the fixing film 1 will be described in detail in section B).
[0057]
Reference numeral 105 denotes a cylindrical film guide, which is an insulating member that does not hinder the passage of magnetic flux. The cylindrical fixing film is loosely fitted on the film guide 105.
[0058]
Reference numerals 201 and 202 denote exciting coils and ferrite cores as heating means (magnetic field generating means) for electromagnetically heating the fixing film 1. The exciting coil 201 and the ferrite core 202 are disposed on the right half side of the inner space of the cylindrical film guide 105. The heating means 201 and 202 will be described in detail in section C).
[0059]
Reference numeral 3 denotes a pressure roller as a rotary pressure member, which is a heat-resistant / elastic roller in which a core metal 301 is covered with 2 mm of silicone rubber 302 to give elasticity.
[0060]
The pressure roller 3 is arranged such that both end portions of the core metal 301 are rotatably supported by bearings between chassis side metal plates (not shown) of the apparatus. A film guide member 105 having the fixing film 1 fitted thereon is disposed on the upper side of the pressure roller 3, and is disposed at both ends of the pressure rigid stay 4 inserted through the film guide and a spring receiving member on the apparatus chassis side. A pressing force is applied to the pressurizing rigid stay 4 by contracting a pressurizing spring (not shown) between each press (not shown). As a result, the lower surface of the film guide 105 and the upper surface of the pressure roller 3 are pressed against each other with the fixing film 1 interposed therebetween to form a nip (fixing nip portion) N having a predetermined width.
[0061]
The pressure roller 3 is rotationally driven in the counterclockwise direction indicated by the arrow by the driving means M. By the rotational driving of the pressure roller 3, a rotational force acts on the fixing film 1 by the frictional force between the pressure roller 3 and the outer surface of the fixing film 1 at the nip N, and the inner peripheral surface of the fixing film 1 is the film at the nip N. While rotating in close contact with the lower surface of the guide 105, the outer periphery of the film guide 05 is rotated in the clockwise direction indicated by the arrow at a peripheral speed substantially corresponding to the peripheral speed of the pressure roller 3 (pressure roller drive system). The film guide 105 supports the exciting coil 201 and the ferrite core 202 and also serves to improve the conveyance stability of the rotating fixing film 1. In order to rotate the fixing film 1 smoothly, heat resistant grease is generally applied to the inner surface of the fixing film 1.
[0062]
Thus, the pressure roller 3 is rotationally driven, and the fixing film 1 is rotated accordingly, and the fixing as a rotary heating member is performed by the action of a magnetic field generated by power supply from the excitation circuit 601 (FIG. 3) to the excitation coil 201. The film 1 generates heat by electromagnetic induction. In FIG. 2, F represents a part of the generated alternating magnetic flux.
[0063]
Reference numeral 5 denotes an NTC element as a temperature detection element that is fixedly disposed on the outer surface of the film guide 105 at a position near the nip N on the downstream side of the nip N in the rotation direction of the fixing film 1. The NTC element 5 is in contact with the back surface of the rotating fixing film 1, converts the temperature of the fixing film 1 into a voltage, and transmits it to a control circuit (microcomputer) 603. A rectangular wave generation circuit 602 controls the switching element in the excitation circuit 601 by changing the duty ratio of the rectangular wave depending on information from the control circuit 603.
[0064]
That is, the temperature of the nip N or the temperature of the fixing film 1 is a predetermined temperature by the temperature control systems 603, 602, and 601 including the NTC element (Negative Temperature Coefficient) 5 described above, and in this embodiment, the fixing film 1 is the fixing temperature. In a state where the temperature control is performed at 180 ° C., the recording material P on which the unfixed toner image T conveyed from the image forming unit is formed has an image surface between the fixing film 1 and the pressure roller 3 in the nip N. It is introduced upward, that is, opposite to the fixing film surface, and in the nip N, the image surface is brought into close contact with the outer surface of the fixing film 1 and is nipped and conveyed together with the fixing film 1. In the process in which the recording material P is nipped and conveyed through the nip N together with the fixing film 1, the fixing film 1 is heated by electromagnetic induction heat and the unfixed toner image T on the recording material P is heated and fixed.
[0065]
  When the recording material P passes through the nip N, it is separated from the outer surface of the rotary fixing film 1 and is discharged and conveyed. The heat-fixed toner image on the recording material P is cooled after passing through the nip N.HardIt becomes an image.
[0066]
Reference numeral 5B denotes an optical sensor as rotation detecting means for detecting the rotation operation of the fixing film 1. This will be described in detail in section D).
[0067]
B) Fixing film 1
FIG. 4 is a model diagram of the layer structure of the fixing film 1 in this embodiment.
[0068]
The fixing film 1 of this example includes a heat generating layer 101 made of a resistor such as a metal film as a base layer of an electromagnetic induction heat generating fixing film, an elastic layer 102 laminated on the outer surface, and a release layer laminated on the outer surface. This is a composite structure of the mold layer 103.
[0069]
For adhesion between the heat generating layer 101 and the elastic layer 102 and adhesion between the elastic layer 102 and the release layer 103, a primer layer may be provided between the respective layers.
[0070]
In the fixing film 1 having a cylindrical shape, the heat generating layer 101 is on the inner surface side, and the release layer 103 is on the outer surface side. When the alternating magnetic flux acts on the heat generating layer 101, an eddy current is generated in the heat generating layer 101, and the heat generating layer 101 generates heat. The heat generated by induction in this layer heats the entire fixing film 1 through the elastic layer 102 and the release layer 103, and heats the recording material P that is passed through the nip N to heat and fix the toner image T. .
[0071]
a. Heat generation layer 101
The heat generating layer 101 is, for example, a nickel layer having a thickness of 50 μm. 10 besides nickel-Five-10-Ten Any metal, metal compound, or organic conductor that is a good electrical conductor of Ω · m may be used. More preferably, a metal such as iron or cobalt or a compound thereof exhibiting ferromagnetism with high magnetic permeability can be used.
[0072]
If the thickness of the heat generating layer 101 is reduced, a sufficient magnetic path cannot be secured, the magnetic flux leaks to the outside and the heat generation energy of the heat generating layer itself may be reduced, and if the thickness is increased, the heat capacity increases and the time required for temperature increase becomes longer. Tend to be. Therefore, the thickness of the heat generating layer 101 has an appropriate value depending on the specific heat, density, magnetic permeability, and resistivity of the material used for the heat generating layer. In this example, a temperature increase rate of 3 ° C./sec or more could be obtained in a thickness range of 10 to 100 μm.
[0073]
b. Elastic layer 102
The elastic layer 102 is made of silicone rubber, fluorine rubber, fluorosilicone rubber, or the like, and is a material having good heat resistance and thermal conductivity.
[0074]
The thickness of the elastic layer 102 is preferably 10 to 500 μm. The elastic layer 102 has a thickness necessary for assuring the fixed image quality.
[0075]
When a color image is printed, a solid image is formed over a large area on the recording material P, particularly in a photographic image. In this case, if the heating surface (release layer 103) cannot follow the unevenness of the recording material P or the unevenness of the toner layer T, heating unevenness occurs, and gloss unevenness occurs in the image where the heat transfer amount is large and small. A portion with a large amount of heat transfer has a high glossiness, and a portion with a small amount of heat transfer has a low glossiness.
[0076]
If the thickness of the elastic layer 102 is 10 μm or less, the unevenness of the recording material or the toner layer cannot follow and unevenness of image gloss occurs. On the other hand, when the elastic layer 102 is 1000 μm or more, the thermal resistance of the elastic layer increases and it is difficult to realize a quick start. More preferably, the thickness of the elastic layer 2 is 50 to 500 μm.
[0077]
If the hardness of the elastic layer 102 is too high, the unevenness of the recording material P or the toner layer T cannot be fully followed and unevenness in image gloss will occur. Therefore, the hardness of the elastic layer 102 is 60 ° (JIS-A: JIS-KA type tester) or less, more preferably 45 ° or less.
[0078]
Regarding the thermal conductivity of the elastic layer 102, 6 × 10-Four~ 2x10-3[Cal / cm ・ sec ・ deg.] Is good. Thermal conductivity λ is 6 × 10-Four[Cal / cm ・ sec ・ deg.], The thermal resistance is large, and the temperature rise in the surface layer (release layer 103) of the fixing film 1 is delayed. Thermal conductivity λ is 2 × 10-3[Cal / cm ・ sec ・ deg.], The hardness becomes too high or the compression set deteriorates. Therefore, the thermal conductivity λ is 6 × 10.-Four~ 2x10-3[Cal / cm ・ sec ・ deg.] Is good. More preferably 8 × 10-Four~ 1.5 × 10-3[Cal / cm ・ sec ・ deg.] Is good.
[0079]
c. Release layer 103
As the release layer 103, in addition to fluorine resins such as PFA, PTFE, and FEP, a material having good release properties and heat resistance such as silicone resin, silicone rubber, and fluorine rubber can be selected.
[0080]
The thickness of the release layer 103 is preferably 20 to 100 μm. If the thickness is less than 20 μm, there arises a problem that a poorly releasable part is formed due to coating unevenness of the coating film or the durability is insufficient. Further, when the release layer exceeds 100 μm, there arises a problem that heat conduction is deteriorated. In particular, in the case of a resin release layer, the hardness becomes too high and the effect of the elastic layer 102 is lost.
[0081]
d. Thermal insulation layer 104
Further, as shown in FIG. 5, in the configuration of the fixing film 1, a heat insulating layer 104 may be provided on the free surface side of the heat generating layer 101 (the surface opposite to the elastic layer 102 side of the heat generating layer 101).
[0082]
The heat insulating layer 104 is preferably a heat resistant resin such as a fluororesin, a polyimide resin, a polyamide resin, a polyamideimide resin, a PEEK resin, a PES resin, a PPS resin, a PFA resin, a PTFE resin, or an FEP resin.
[0083]
Moreover, as thickness of the heat insulation layer 104, 10-1000 micrometers is preferable. When the thickness of the heat insulation layer 104 is smaller than 10 μm, the heat insulation effect cannot be obtained and the durability is insufficient. On the other hand, if it exceeds 1000 μm, the distance from the high permeability core 202 and the exciting coil 201 to the heat generating layer 101 increases, and the magnetic flux is not sufficiently absorbed by the heat generating layer 101.
[0084]
In the case where the heat insulating layer 104 is provided, since the temperature of the exciting coil 201 can be prevented from being increased by the heat generated in the heat generating layer 101, stable heating can be performed.
[0085]
C) Heating means (magnetic field generating means) 201 and 202
The exciting coil 201 for generating the alternating magnetic flux must generate an alternating magnetic flux sufficient for heating. For this purpose, it is necessary to make the resistance component low and the inductance component high. In this embodiment, a ferrite core 202 is used as the core wire of the exciting coil 201 by using a high frequency wire having a bundle wire diameter φ2 of 3 mm by bundling a thin wire having a heat resistant insulation coating on a copper wire having a wire diameter φ1 of 0.2 mm. It is wound 10 times so as to go around.
[0086]
The ferrite core 202 is a high magnetic permeability magnetic member for efficiently guiding the magnetic flux generated by the exciting coil 201 to the fixing film 1. Ferrite core 202 is MxZn1-xFe2 OFour A metal oxide having the composition described above is added with a small amount of an additive, and has a characteristic that it exhibits a very high specific resistance as compared with other high magnetic permeability materials and has a small loss due to eddy current. In general, when the metal element M, the composition x, and the additive are different, the magnetic permeability, the Curie temperature, the holding power, etc. representing the performance of the ferrite are different. In this example, a material having a relative permeability of 2500 and a Curie temperature of 205 ° C. (Tokin 2500B) is used.
[0087]
The exciting coil 201 generates an alternating magnetic flux by the alternating current supplied from the exciting circuit 601, and the alternating magnetic flux generates an eddy current in the heat generating layer 101 of the fixing film 1. This eddy current generates Joule heat (eddy current loss) due to the specific resistance of the heat generating layer 101, and the recording material P and the toner on the recording material conveyed to the nip N through the elastic layer 102 and the release layer 103. T can be heated. As shown in FIG. 2, the heat generation areas H and H are obtained centering on the portion facing the exciting coil 201, and in this configuration, the fixing film 1 is heated outside the nip N area.
[0088]
FIG. 6 schematically shows how the alternating magnetic flux is generated. F represents a part of the generated alternating magnetic flux. The alternating magnetic flux F guided to the ferrite core 202 generates an eddy current in the electromagnetic induction heat generating layer 101 of the fixing film 1 to generate Joule heat. The calorific value Q here is determined by the density of the magnetic flux passing through the heat generating layer 101 and shows a distribution as shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 6, the vertical axis indicates the circumferential position in the fixing film 1 represented by an angle x where the center of the ferrite core 202 is 0, and the horizontal axis indicates the amount of heat generated Q in the heat generating layer 101 of the fixing film 1. Indicates. Here, when the maximum heat generation amount is Q, the heat generation region H is defined as a region where the heat generation amount is Q / e or more. This is a region where the amount of heat generated for fixing can be obtained.
[0089]
D) Device control
a. Temperature control
Since the heat energy generated in the heat generating layer 101 of the fixing film 1 is proportional to the square of the magnitude of the eddy current, and the magnitude of the eddy current is proportional to the energy of the alternating magnetic flux, excitation is required when the temperature of the fixing film 1 is increased. If the magnetic field energy to the coil 201 is increased and the temperature is decreased, the magnetic field energy may be decreased.
[0090]
The magnetic field energy may be increased or decreased by adjusting the voltage applied to the exciting coil 201 or by adjusting the current. When using a normal power line, it is considered as a constant voltage source. Therefore, it is preferable to adjust the current flowing through the exciting coil 201 in order to configure the circuit at a low cost.
[0091]
When these electromagnetic circuits are considered in a range satisfying the resonance condition, the above-described current increase / decrease can be controlled by the length of application time of the voltage applied to the exciting coil 201. That is, the temperature of the fixing film 1 can be changed by switching in synchronization with the vibration period of the magnetic field in the electromagnetic circuit and changing the voltage application time a and the release time b shown in FIG. In this example, the release time b is fixed to 6 ms, and the voltage application time a can be controlled between 1 to 15 ms. Therefore, in this example, the alternating voltage supplied to the exciting coil 201 has a frequency with the sum of the voltage application time a and the release time b as one cycle, and is variable control of about 47 to 143 KHz.
[0092]
The control circuit (microcomputer) 603 samples the temperature of the fixing film 1 obtained from the NTC element 5 at a constant period, calculates the voltage application time a for this information, and outputs it from the rectangular wave generation circuit 602. As a method of calculating the voltage application time a, when the difference between the appropriate temperature (fixing temperature) enabling image heating and the sampled temperature is Δk−2, Δk−1, Δk in time order, For the previous voltage application time ak
(1). β △ k ・ ・ ・ ・ ・ Proportional controlled variable
(2). γ (Δk-1−Δk) ... Differential control amount
(3). δ (Δk−2 + Δk−1 + Δk)... integral control amount
So-called PID control (Proportional Integral Differential) that determines the current application time a by adding and subtracting is used. By appropriately setting β, γ, and δ in this control, for example, when the temperature of the fixing film 1 is low, the proportional control amount is increased, the application time a is lengthened, and the system is cooled. When the temperature of the fixing film 1 is not easily raised by other members, even if the temperature is approaching the fixing temperature, the differential control amount is increased and the application time a can be set longer.
[0093]
b. Control by optical sensor 5B
Next, detection of rotation and stop of the fixing film 1 by the optical sensor 5B serving as rotation detection means of the fixing film 1 and power supply control will be described with reference to FIGS.
[0094]
As shown in FIG. 8, detection marks C for rotation detection arranged in a circumferentially different color and at equal intervals are provided on the outer peripheral surface on one end side of the cylindrical fixing film 1. . The optical sensor 5B is disposed at a position corresponding to the detection mark C of the fixing film.
[0095]
The optical sensor 5 </ b> B includes a light emitting element 51 and a light receiving element 52, and the light emitted from the light emitting element 51 is reflected by the fixing film 1 and is detected by the light receiving element 52. The detection marks C provided on the fixing film 1 are arranged in white 3 mm square and equally spaced (about 3 mm), and the intensity of the reflected light periodically changes due to the rotation of the fixing film 1. The sensor 5B converts this into an electrical signal and outputs it to the control circuit 603.
[0096]
In the present embodiment, this period is compared with a predetermined value, and if it is longer, it is determined that the fixing film 1 is stopped, and power supply from the excitation circuit 601 to the excitation coil 201 is stopped. Such rotation detection of the fixing film 1 is started together with the driving of the pressure roller 3 as shown in the control flowchart of FIG. 9, and is constantly monitored during the operation of the apparatus.
[0097]
In the present embodiment, when the detected cycle becomes shorter than a predetermined value, the power supply to the exciting coil 201 is resumed. As a result, the temperature of the fixing film 1 can be raised so that the fixing operation can be performed.
[0098]
The fixing film 1 is frictionally driven by the pressure roller 3, and particularly when the fixing device 10 is not warmed, the lubricity of the grease applied to the inner surface of the fixing film 1 is lowered and the above-described slip is likely to occur.
[0099]
In the conventional image heating apparatus and image forming apparatus, it is general that an excessive temperature rise of the fixing film 1 due to the slip is detected by a safety device (not shown) and handled as an apparatus failure, and an image having on-demand characteristics. In the heating device, since the fixing device 10 is cooled to near room temperature during standby, there is a high possibility that the device failure will occur.
[0100]
According to this example, the temperature at which grease lubricity is ensured is provided as the determination temperature (FIG. 9), and when it is equal to or lower than this determination temperature, the image forming operation is continued without causing an apparatus failure even when the slip occurs. Thus, high reliability can be ensured.
[0101]
Although the fixing device 10 of this example is interposed through the elastic layer 102 and the release layer 103, its thermal resistance is smaller than that of a heat roller type fixing device including a halogen heater, and the heat of the heating element is directly applied. Even when a full-color image with a large amount of toner is consumed in the above-described configuration, the toner image can be sufficiently melted and a high-quality image forming apparatus can be obtained. Further, since the heat capacity of the fixing device is small, on-demand fixing is possible, and power consumption during standby can be significantly reduced.
[0102]
Second Embodiment (FIGS. 10 and 11)
This embodiment uses a speed detection roller 5C and an encoder 5D as shown in FIG. 10 in place of the optical sensor 5B as the rotation detection means of the fixing film 1 in the fixing device configuration of the first embodiment described above. Then, the rotation speed of the fixing film 1 is detected, and power supply control to the exciting coil 201 is performed.
[0103]
The speed detection roller 5C is a driven roller whose surface is coated with silicone rubber, and is in contact with the non-image area on the surface of the fixing film 1. The encoder 5D coaxial with this roller 5C accurately detects the rotational speed of the speed detection roller 5C. it can. Detection information of the encoder 5D is input to the control circuit 603 (FIG. 3).
[0104]
The power supply control in this embodiment is not only ON / OFF, but also adjusts the power supplied according to the rotation speed of the fixing film 1 as shown in the control flow chart of FIG. The electric power is controlled by changing the voltage application time a and the open time b of the excitation voltage described in the first embodiment.
[0105]
Specifically, when starting from room temperature, that is, until the temperature of the fixing film 1 reaches the determination temperature, the electric power W supplied to the rotational speed V of the fixing film 1 is
W = αV + β
β is the minimum power that does not overheat even when the fixing film stops,
α is the maximum supply power when V is the image forming speed
Select to be
[0106]
As a result, at a low temperature at which the fixing film 1 is likely to slip, the fixing film 1 is warmed with a weak electric power (minimum is β) to prevent slipping, and the supply power is increased as the rotational speed is increased. The amount of heat (energy) given to the unit area is controlled to be substantially constant.
[0107]
Therefore, according to this example, since the continuous power supply to the fixing film 1 is always possible, the start-up time can be shortened at the same time as the slip prevention.
[0108]
<Third embodiment> (FIG. 12)
In this embodiment, as shown in FIG. 12, an NTC element 5E is provided in the heat generation area H separately from the NTC element 5 for temperature control of the fixing film 1, and thereby the temperature of the heat generation area H of the fixing film 1 is set. The temperature rise rate is detected and monitored. When the temperature increase rate exceeds a predetermined value, it is determined that the fixing film 1 is stopped, and the power supply to the exciting coil 201 is stopped.
[0109]
This specific control method is the same as that described in the first embodiment.
[0110]
In this embodiment, the rotation state of the fixing film 1 is monitored by the temperature rise speed, and a simple configuration can be realized. Therefore, an inexpensive and highly reliable image forming apparatus can be realized.
[0111]
<Fourth Embodiment> (FIG. 13)
Although the four-color image forming apparatus has been described in the first to third embodiments, the image forming apparatus may be a monochrome or one-pulse multi-color image forming apparatus. In this case, the elastic layer 102 in the fixing film 1 of the fixing device 10 can be omitted.
[0112]
It is a schematic block diagram of an example of a monochrome image forming apparatus. The apparatus of this example is a schematic cross-sectional view of a laser beam printer using an electrophotographic process and detachable from a process cartridge.
[0113]
The intensity of the laser beam L from the scanner 13 is modulated by an image information signal sent from a host computer (not shown), and an electrostatic latent image is created on the photosensitive drum 11.
[0114]
The intensity of the laser beam L and the irradiation spot diameter are appropriately set according to the resolution of the image forming apparatus and the desired image density, and the electrostatic latent image on the photosensitive drum 11 is a bright portion where the laser beam L is irradiated. The other portion is formed at the potential VL by being held at the dark portion potential VD charged by the primary charger 12.
[0115]
The photosensitive drum 11 rotates in the direction of the arrow, and the electrostatic latent image is sequentially developed by the developing device 14. The toner in the developing device 14 is controlled in toner height and tribo by a developing sleeve 14a and a developing blade 14b which are toner supply rotating bodies, and a uniform toner layer is formed on the developing sleeve 14a. The developing blade 14b is usually made of metal or resin, and the resin blade is in contact with the developing sleeve 14a with an appropriate contact pressure.
[0116]
The toner layer formed on the developing sleeve 14a faces the photosensitive drum 11 as the developing sleeve 14a itself rotates, and is generated by the voltage Vdc applied to the developing sleeve 14a and the electric field formed by the surface potential of the photosensitive drum 11. Only the portion of VL is visualized selectively.
[0117]
The toner image on the photosensitive drum 11 is sequentially transferred onto the paper P sent from the paper feeding device 19 by the transfer device 15. Reference numeral 17 denotes a cleaning device for the surface of the photosensitive drum after the toner image is transferred to the paper P.
[0118]
  The paper P onto which the toner image has been transferred is sent to the fixing device 10 along with the rotation of the photosensitive drum 11, and is heated and pressed.SolidIt becomes a constant image. The fixing device 10 is, for example, the fixing device shown in the first to third embodiments.
[0119]
The paper P that has undergone the toner image fixing process is discharged by a paper discharge roller 20 to a paper discharge tray 21 outside the apparatus.
[0120]
The PC is a process cartridge that can be attached to and detached from the printer body. The present embodiment includes four process devices, that is, a photosensitive drum 1, a charger 12, a developing device 14, and a cleaning device 17, and these are collectively processed as a process cartridge that can be attached to and detached from the printer main body. is there.
[0121]
<Others>
1) Magnetic field generating means 201 and 202 as heating means for the cylindrical fixing film 1 which is a rotary heating member may be disposed outside the cylindrical fixing film 1.
[0122]
2) The fixing film 1 as a rotary heating member has an apparatus configuration in which an endless belt-like member is stretched between two or more members and is frictionally driven by a pressure roller or a drive member other than the pressure roller. May be.
[0124]
  3) In addition to the roller, the rotary pressure member can be a rotating body such as a belt member.
[0126]
  4)In the image forming apparatus, the principle and process of image formation on the recording material P are arbitrary.
[0127]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,The determination accuracy of the fixing unit failure is improved, and frequent occurrence of operation errors can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional schematic diagram of the fixing device.
FIG. 3 is a cutaway perspective view of a main part of the fixing device and a block diagram of a control system.
FIG. 4 is a model diagram of a layer structure of a fixing film (part 1).
FIG. 5 is a model diagram of a layer structure of a fixing film (part 2).
FIG. 6 is an explanatory diagram of magnetic field generation means and calorific value / heat generation area.
FIG. 7 is an explanatory diagram for controlling the alternating voltage supplied to the exciting coil.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical sensor as a rotation detection unit of the fixing film.
FIG. 9 is a flowchart of apparatus control by fixing film rotation detection means.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a fixing device according to a second embodiment.
FIG. 11 is a flowchart of apparatus control by fixing film rotation speed detection means.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a fixing device according to a third embodiment.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of an image forming apparatus according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 .. Fixing film (rotary heating member) 20, 202 .. Magnetic field generating means (heating means) 3 .... Pressure roller (rotating pressure member) 5,5E..NTC element, 5B..Rotation detection Member (optical sensor), 5C ・ ・ Rotational speed detection roller, 5D ・ ・ Encoder

Claims (1)

記録材に画像を形成する画像形成部と、
導電層を有する筒状の定着フィルムと、前記定着フィルムの内周面側に設けられており前記定着フィルムの回転をガイドするフィルムガイドと、表面が前記定着フィルムの外周面に接触して前記フィルムガイドと共に前記定着フィルムを挟み込んでおり前記定着フィルムの表面との間に働く摩擦力により前記定着フィルムを駆動する加圧ローラと、前記定着フィルムの周面のうち前記加圧ローラが接触する領域よりも前記定着フィルム回転方向上流側の位置で前記導電層に渦電流を発生させて前記導電層を発熱させる励磁コイルと、を有し、前記定着フィルムと前記フィルムガイドの間にはグリスが塗布されており、前記定着フィルムと前記加圧ローラの間で画像を担持する記録材を挟持搬送しつつ前記導電層で発生する熱を利用して記録材上の画像を定着する定着手段と、
を有する画像形成装置において、
前記定着フィルムの回転を検知する回転検知手段と、定着手段が故障か否かを判断する安全装置と、前記定着フィルムの温度を検知する温度検知素子と、を有し、画像形成待機状態の時に前記加圧ローラを駆動手段によって駆動開始させた後、前記回転検知手段により前記定着フィルムの回転を検知した場合に前記励磁コイルへの電力供給が開始され、前記安全装置は、前記回転検知手段により前記定着フィルムが回転開始していないと判断され且つ前記温度検知素子の検知温度に基づき前記グリスが潤滑性を確保する所定の判定温度以下であると判断された場合は定着手段故障と判断せずに前記定着フィルムの回転検知を継続し、前記回転検知手段により前記定着フィルムが回転開始していないと判断され且つ前記グリスが前記判定温度より高いと判断された場合には定着手段故障と判断することを特徴とする画像形成装置。
An image forming unit for forming an image on a recording material;
A cylindrical fixing film having a conductive layer; a film guide provided on the inner peripheral surface side of the fixing film for guiding the rotation of the fixing film; and the surface contacting the outer peripheral surface of the fixing film. A pressure roller that sandwiches the fixing film together with a guide and drives the fixing film by a frictional force acting between the surface and the surface of the fixing film; and a region of the peripheral surface of the fixing film where the pressure roller contacts And an exciting coil for generating an eddy current in the conductive layer at a position upstream of the fixing film rotation direction to heat the conductive layer, and grease is applied between the fixing film and the film guide. A recording material utilizing heat generated in the conductive layer while nipping and conveying the recording material carrying an image between the fixing film and the pressure roller. A fixing unit for fixing the image,
In an image forming apparatus having
A rotation detection unit that detects rotation of the fixing film; a safety device that determines whether or not the fixing unit is out of order; and a temperature detection element that detects a temperature of the fixing film. After the pressure roller is started to be driven by the driving means, when the rotation detecting means detects the rotation of the fixing film, power supply to the exciting coil is started, and the safety device is driven by the rotation detecting means. If it is determined that the fixing film has not started rotating and it is determined that the grease is equal to or lower than a predetermined determination temperature that ensures lubricity based on the temperature detected by the temperature detecting element, it is not determined that the fixing means has failed. The rotation detection of the fixing film is continued, and it is determined by the rotation detection means that the fixing film has not started rotating, and the grease is at the determination temperature. An image forming apparatus and determines that the fixing unit failure if it is determined to be high.
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