【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第一と第二の定着部材で形成されるニップで画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する定着装置および該定着装置を搭載した画像形成装置に関する。
【0002】
さらに詳しくは、電子写真、静電記録、磁気記録等の適時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(紙、印刷紙、転写材シート、OHTシート、光沢紙、光沢フィルム等)の面に直接方式もしくは転写方式(転写方式)で形成担持させた目的の画像情報に対応した未定着トナー画像を、該画像を担持している記録材面上に永久固着画像として加熱定着処理する方式のトナー画像定着装置、および該定着装置を搭載したレーザービームプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【0003】
特には、カラー画像形成装置において使用するに好適な、低コストで、立ち上がり時間(いわゆるウォームアップタイム)の短い、オンデマンド定着装置に関するものである。
【0004】
【従来の技術】
近年、プリンターや複写機等の画像形成装置におけるカラー化が進んできている。
【0005】
1)このようなカラー画像形成装置に使用される定着装置としては、定着部材に弾性層を有する熱ローラ定着が良く知られている。このような弾性層を有する定着ローラを使用する定着装置の一例を図15に示す。
【0006】
この定着装置では、矢印の方向に回転駆動され、所定の定着温度に調整された定着ローラ101及び加圧ローラ102からなる二本の加熱ローラの当接ニップ部(定着ニップ)Nで未定着トナー画像tを載せた記録材Pが通過できるように構成されている。
【0007】
未定着トナー画像tはニップ部Nを通過する際に、定着ローラ101および加圧ローラ102により加熱、加圧されて、記録材P上に完成画像(永久固着画像)として定着される。
【0008】
各々のローラ101、102は、中央にハロゲンヒーターHを備えており、該ヒーターHから発生する輻射エネルギーを各ローラ内側のアルミ芯金101a、102aで吸収して加熱される。各々のローラ101、102の表面にはサーミスタ103、104を弾性的に接触させて配設してあり、該サーミスタ103、104により検知した温度に基づいて各々のローラ101、102のハロゲンヒーターHに対する給電が制御されて温度調整が行われている。
【0009】
各々のローラ101、102のアルミ芯金101a、102aの周りには厚さ2mmのシリコーンゴムからなる弾性層101b、102bが設けられており、さらにその外側の、各ローラの表面には、トナーや紙紛等が固着することを防ぐためにPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルエーエテル共重合体/4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体/4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合樹脂)等の、離型性かつ耐熱性の良い樹脂によるコーティング層101c、102cが設けられている。
【0010】
定着ニップ部Nにおいて、未定着トナーtが接する定着部材である定着ローラ101側に弾性層101bを設けている理由は、トナー画像表面をできるだけ均一に定着するためである。
【0011】
定着ローラ101側に弾性層101bを設けることにより、トナー画像tが定着ニップ部Nを通過する際に、弾性層101bがトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが、弾性層101bによって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。
【0012】
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にOHT(オーバーヘッドプロジェクター用透明シート)を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。
【0013】
しかし、このような弾性層を有する熱ローラ方式の定着装置においては、熱ローラ自体の熱容量が大きくなってしまい、定着ローラ101をトナー画像定着に適した温度までに昇温させるまでに必要な時間(ウォームアップタイム)が長いという問題があった。また、定着部材のコストも高価なものとなっていた。
【0014】
2)一方、ウォームアップタイムが短く、安価な定着装置として、白黒プリンター等に使用されている、フィルム定着方式の定着装置が良く知られている。このようなフィルム定着装置の一例を図16に示す。
【0015】
この定着装置では、支持部材115に固定支持させたヒーター112と弾性加圧ローラ114との間に薄肉の定着フィルム111をはさませて定着ニップ部Nを形成させ、定着フィルム111をヒーター112の面に摺動移動させ、固定支持させ、定着ニップ部の定着フィルム111と加圧ローラ114の間でトナー画像tを担持した記録材Pを挟持搬送して定着フィルム111を介したヒーター112からの熱により記録材上のトナー画像を加熱する構成である。記録材P上の未定着トナー画像tは、定着ニップ部Nを通過する際に、熱と圧力を受け、記録材P上に完成定着画像(永久固着画像)として定着される。
【0016】
定着フィルム111は、例えば厚さ50μm程度の耐熱樹脂製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ10μm程度の離型性層(フッ素樹脂コーティング層など)を形成したものであり、ヒーター112はセラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。ヒーター112に温度検知手段113が当接され、ヒーター112の温度が検知され、不図示の制御手段によりヒーター112の温度が所望の温度になるように温調制御される。
【0017】
また、定着フィルム111の熱容量を小さくするため、定着フィルム111には弾性層を設けていない。
【0018】
このような構成の定着装置では、定着フィルム111の熱容量が非常に小さくなっているので、ヒーター112に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部Nをトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
【0019】
しかし、このような弾性層を設けていない定着フィルム111を使用しているフィルム定着装置をカラー画像形成装置の定着装置として使用すると、記録材P表面やトナー層の有無による凹凸やトナー自体の凹凸などに定着フィルム111表面が追随できず、凸部と凹部で定着フィルムから加えられる熱に差ができてしまう。定着フィルムとよく接する凸部では定着フィルムからよく熱が伝わり、凹部では定着フィルムからの熱が凸部に比べて伝わりにくい。
【0020】
カラー画像においては、複数色のトナー層を重ねて混色させ使用するので、トナー層の凹凸が白黒画像に比べて大きく、定着部材である定着フィルムに弾性層が無い場合、定着画像の光沢ムラが大きくなって画像品質を劣化させたり、記録材がOHTの場合は、定着画像を投影した際に透過性が悪かったりして、画像品質の低下があった。
【0021】
そこで、特開平11−15303号公報(特許第3051085号)に開示されているような、弾性層を有する定着ベルト(定着フィルム)をフィルム定着装置に使用することで、低コストなカラーオンデマンド定着装置を構成する定着装置が提案されている。
【0022】
この様な構成の定着装置においては、定着ベルトの弾性層に使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率はあまり高くなく、また、定着ベルト表面からヒーターの温度検知手段までの間に多くの部材が入るため、応答性が悪く、ヒーターの温度検出手段により定着ベルト表面の温調制御を行うことが難しい。
【0023】
特に、定着装置を記録材が通過して定着ベルト表面の熱を奪い定着ベルト表面の温度が低下したことをヒーター裏の温度検知手段で検出することは困難であったり、応答に時間がかかり過ぎてしまう。
【0024】
そのためベルト内面に温度検知手段を接触させ、よりベルト表面に近い部分の温度を検知することで応答性を高めている。
【0025】
また、温度検知手段をヒーター部と定着ベルトの表面や内面等の両者に配置して、定着ベルトの温度検出手段により定着ベルトの温度が検出され、所望の温度になるようにヒーターへの通電が制御され定着ベルトの温調動作が行われ、また、ヒーター自体の温度はヒーターの温度検知手段により検出され、過高温になった場合にはヒーターへの通電を緊急停止するなど、検出温度結果により必要な動作を行う方法もある。
【0026】
しかし、このようにすると、定着速度が低速の時に定着ベルトの温調制御を定着ベルトの温度検出手段で行うと、定着ベルトの温度検知手段位置とヒーター位置が異なるため、ヒーターON−OFFのタイムラグが生じ、ヒーターの温度検出手段により定着ベルト表面の温調制御を行うことが難しく、温度リップルが大きくなっていた。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
一般に高グロスが求められる場合、OHT透過性が必要となる場合は、定着速度を落とし、トナーが十分均一に融けるまでニップ内に留まる様制御している。
【0028】
そのような場合、ベルト内面温調ではヒーターの点灯と温度検出のタイムラグが大きくなるため、温度リップルが大きくなり適切な温調制御ができない。
【0029】
図17のグラフは、定着ベルトの温度検知手段により定着ベルトの温度が検出され、所望の温度になるようにヒーターへの通電が制御され定着ベルトの温調動作が行われる場合のグラフである。
【0030】
グラフ中、実線が定着ベルトの温度を示し、点線がヒーターの温度を示している。温度リップルとして定着ベルトが20℃、ヒーターが40℃になってしまっているのが判る。
【0031】
本例の場合は、定着ベルト裏面の温度検知手段位置とヒーター位置が異なるので、ヒーターON−OFFのタイムラグが生じ、ヒーターの温度検知手段により定着ベルト表面の温調制御を行うことが難しく、温度リップルが大きいのである。
【0032】
そこで温度リップルを改善しようと、プロセススピードを低下させた際にだけヒーターの温度検知手段で定着ベルトを温調制御しようとしても、ヒーターの温度検知手段の配置が定着ニップ長手方向サイズの小さな記録材の長手域内の場合は、小サイズ紙を通紙するとき非通紙部昇温してしまい、定着ニップ長手方向サイズの小さな記録材の長手域外、かつ、定着ニップ長手方向サイズの大きな記録材の長手域内の場合は、小サイズ紙を通紙するとき通紙域にヒーターの温度検知手段が配置されてないため、小サイズ紙で通紙域内のヒーター自身の温度が検出できない問題もあった。
【0033】
本発明は、上記問題点にかんがみてなされたものであり、この種の定着装置について、定着部材の温調制御を正確に行うと同時に、加圧解除状態、定着部材スリップ等の装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することを目的とする。低速モードの小サイズ紙においても温度リップルを小さくすることを目的とする。
【0034】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の構成を特徴とする定着装置及び画像形成装置である。
【0035】
(1)第一と第二の定着部材で形成されるニップで画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する定着装置において、
ニップ近傍に熱源を持ち、前記熱源に非接触に配置される第一の温度検知手段と、前記第一の温度検知手段より熱源に近い場所に配置される第二、第三の温度検知手段を有し、
定着速度として、通常モードと、該通常モード時よりも低速の少なくとも1つの低速モードを有し、通常モード時は、前記第一の温度検知手段により前記熱源の制御を行い定着部材の温度制御を実行させ、低速モード時は、前記第二、第三の温度検知手段の検知温度により前記熱源の制御を行い定着部材の温度制御を実行させることを特徴とする定着装置。
【0036】
(2)前記第二、第三の温度検知手段が、ニップ長手方向に各々異なる位置に配置されることを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【0037】
(3)前記定着装置は、少なくともニップ長手方向に異なる二種以上のサイズの記録材を使用可能であり、前記第二の温度検知手段が、ニップ長手方向サイズの小さな記録材の長手域内と、前記第三の温度検知手段が、ニップ長手方向サイズの大きな記録材の長手域外に相当する位置に配置されることを特徴とする(1)又は(2)に記載の定着装置。
【0038】
(4)前記第三の温度検知手段に、前記熱源の駆動を強制的に停止させる制限温度を設けたことを特徴とする(1)乃至(3)の何れかに記載の定着装置。
【0039】
(5)前記第一の温度検知手段は、前記定着部材の内面に接触させ、第二、第三の温度検知手段は、前記熱源に接触させたことを特徴とする(1)乃至(4)の何れかに記載の定着装置。
【0040】
(6)前記記録材の画像面に接する側の定着部材として、ベルト状部材に弾性層を設けてなる定着ベルトを用いたことを特徴とする(1)乃至(5)の何れかに記載の定着装置。
【0041】
(7)前記定着ベルトの基材が耐熱性樹脂よりなることを特徴とする(6)に記載の定着装置。
【0042】
(8)前記定着ベルトの基材が金属よりなることを特徴とする(6)に記載の定着装置。
【0043】
(9)前記定着ベルトの最表層に離型性層を設けることを特徴とする(6)乃至(8)の何れかに記載の定着装置。
【0044】
(10)前記熱源は、セラミック基板上に抵抗発熱体を設けたものを特徴とする(1)乃至(9)の何れかに記載の定着装置。
【0045】
(11)前記(1)乃至(10)の何れかに記載の定着装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【0046】
(12)前記画像形成装置は、複数色のトナー像を重ねることによりカラー画像を形成するカラー画像形成装置であることを特徴とする(11)に記載の画像形成装置。
【0047】
〈作 用〉
本発明では、熱源の温度検知手段により熱源の温度を検出することで、熱源の過高温を検知防止することで、異常時の安全性を得る。また、通常時には定着部材(定着ベルト)の温度検知手段により定着部材自体の温度を検出し、プロセススピードダウン(低速モード)時には熱源の長手方向の中央部の温度検知手段により定着部材自体の温度を温調することで、定着部材自体をより良く温調制御して、熱源の長手方向の端部の温度検知手段により非通紙部昇温を防止することができる。
【0048】
【発明の実施の形態】
〈第一の実施例〉
(1)画像形成装置例
図1に、本発明の実施例であるカラー画像形成装置の概略構成図を示す。本例のカラー画像形成装置は、電子写真方式を用いて、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4色のトナー像を重ね合わせることでフルカラー画像を得る装置である。
【0049】
Y・C・M・Kはそれぞれイエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの色トナー像を形成する4つのプロセスカートリッジであり、下から上に順に配列してある。各プロセスカートリッジY・C・M・Kは、それぞれ、像担持体たる感光体ドラム1、帯電手段たる帯電ローラ2、静電潜像を顕像化するための現像手段3、感光体ドラムのクリーニング手段4等をひとつの容器にまとめた、いわゆるオールインワンカートリッジを使用している。イエローのプロセスカートリッジYの現像手段3にはイエロートナーを、シアンのプロセスカートリッジCの現像手段3にはシアントナーを、マゼンタのプロセスカートリッジMの現像手段3にはマゼンタトナーを、ブラックのプロセスカートリッジKの現像手段3にはブラックトナーを、それぞれ充填してある。
【0050】
感光体ドラム1に露光を行うことにより静電潜像を形成する光学系5が上記4色のプロセスカートリッジY・C・M・Kに対応して設けられている。光学系5としてはレーザー走査露光光学系を用いている。
【0051】
各プロセスカートリッジY・C・M・Kにおいて、光学系5より、画像データに基づいた走査露光が、帯電手段2により一様に帯電された感光体ドラム1上になされることにより、感光体ドラム表面に走査露光画像に対応する静電潜像が形成される。不図示のバイアス電源より現像手段3の現像ローラに印加される現像バイアスを、帯電電位と潜像(露後部)電位の間の適切な値に設定することで、負の極性に帯電されたトナーが感光体ドラム1上の静電潜像に選択的に付着して現像が行われる。
【0052】
すなわち、イエローのプロセスカートリッジYの感光体ドラム1にはイエロートナー像が、シアンのプロセスカートリッジCの感光体ドラム1にはシアントナー像が、マゼンタのプロセスカートリッジMの感光体ドラム1にはマゼンタトナー像が、ブラックのプロセスカートリッジKの感光体ドラム1にはブラックトナー像が、それぞれ形成される。
【0053】
各プロセスカートリッジY・C・M・Kの感光体ドラム1上に現像形成された上記の単色トナー画像は各感光体ドラム1の回転と同期して、略等速で回転する中間転写体6上へ所定の位置合わせ状態で順に重畳されて一次転写されることで、中間転写体6上にフルカラートナー画像が合成形成される。
【0054】
本実施例においては、中間転写体6として、エンドレスの中間転写ベルトを用いており、駆動ローラ7、二次転写ローラ対向ローラ14、テンションローラ8の3本のローラに懸回して張架してあり、駆動ローラ7によって駆動される。
【0055】
各プロセスカートリッジY・C・M・Kの感光体ドラム1上から中間転写ベルト6上へのトナー像の一次転写手段としては、一次転写ローラ9を用いている。一次転写ローラ9に対して、不図示のバイアス電源より、トナーと逆極性の一次転写バイアスを印加することにより、各プロセスカートリッジY・C・M・Kの感光体ドラム1上から中間転写ベルト6に対して、トナー像が一次転写される。
【0056】
各プロセスカートリッジY・C・M・Kにおいて感光体ドラム1上から中間転写ベルト6への一次転写後、感光体ドラム1上に転写残として残ったトナーは、クリーニング手段4により除去される。本実施例においては、クリーニング手段4として、ウレタンブレードによるブレードクリーニングを用いている。
【0057】
上記工程を中間転写ベルト6の回転に同調して、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスカートリッジY・C・M・Kにおいて行なわせて、中間転写ベルト6上に、各色の一次転写トナー画像を順次重ねて形成していく。単色のみの画像形成(単色モード)時には、上記工程は、目的の色についてのみ行われる。
【0058】
一方、転写材供給部となる転写材カセット10にセットされた転写材Pは、給送ローラ11により給送され、レジストローラ12により所定の制御タイミングで、二次転写ローラ対向ローラ14に懸回されている中間転写ベルト6部分と二次転写手段としての二次転写ローラ13とのニップ部に搬送される。
【0059】
中間転写ベルト6上に形成された一次転写トナー像は、二次転写手段たる二次転写ローラ13に不図示のバイアス印加手段より印加されるトナーと逆極性のバイアスにより、転写材P上に一括転写される。
【0060】
二次転写後に中間転写ベルト6上に残った二次転写残トナーは中間転写ベルトクリーニング手段15により除去される。本実施例においては、感光体ドラム1のクリーニング手段4と同様、ウレタンブレードによる中間転写体クリーニングを行っている。
【0061】
転写材P上に二次転写されたトナー画像は、定着手段たる定着装置Fを通過することで、転写材P上に溶融定着され、排紙パス31を通って排紙トレイ32に送り出されて画像形成装置の出力画像となる。
【0062】
ここで、本実施例においてトナーとしては、重合法により製造され、低軟化点物質を5〜30重量%含み、形状係数SF−1が100〜110である実質球形トナー(重合トナー)を用いている。このトナーについては後述する。
【0063】
また本実施例の画像形成装置はプロセススピードとして、通常モードと、低速モードを有していて、使用される転写材の種類により該両モードの切換えが自動的に或はマニュアルでなされる。
【0064】
使用される転写材が普通紙であるときには、通常モードが選択され、本実施例の場合はプロセススピード約100mm/secに設定される。
【0065】
また、使用される転写材が、OHT、グロス紙、封筒、ハガキ等、熱容量の大きい転写材であるときには、十分な定着性を確保するために、低速モードが選択され、本実施例の場合はプロセススピード約30〜50mm/secとし、通常モードの1/2以下としている。
【0066】
(2)定着装置F
図2は定着装置Fの概略構成模型図である。本例の定着装置Fは、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の加熱装置である。
【0067】
1)装置Fの全体的構成
20は第一の定着部材としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状(エンドレスベルト状)の部材である。この定着ベルト20は後記3)項で詳述する。
【0068】
22は第二の定着部材としての加圧ローラである。17は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒーターホルダ、16は熱源としての定着ヒーターであり、ヒーターホルダ17の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト20はこのヒーターホルダ17にルーズに外嵌させてある。定着ヒーター16は本実施例では後記2)項で詳述するようなセラミックヒーターである。
【0069】
ヒーターホルダ17は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒーター16を保持し、定着ベルト20をガイドする役割を果たす。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755(商品名)を使用した。ゼナイト7755の最大使用可能温度は、約270℃である。
【0070】
加圧ローラ22は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約3mmのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ22は芯金の両端部を装置フレーム24の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ22の上側に、前記のヒーター16・ヒーターホルダ17・定着ベルト20等から成る加熱アセンブリをヒーター16側を下向きにして加圧ローラ22に並行に配置し、ヒーターホルダ17の両端部を不図示の加圧機構により片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf)の力で加圧ローラ22の軸線方向に附勢することで、定着ヒーター16の下向き面を定着ベルト20を介して加圧ローラ22の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Nを形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、転写材Pの除去が容易な構成となっている。
【0071】
18、19、19′は第一と第二と第三の温度検知手段としてのメインと2つのサブの都合3つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ18は熱源である定着ヒーター16に非接触に配置され、本実施例ではヒーターホルダ17の上方において定着ベルト20の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト20の内面の温度を検知する。第二の温度検知手段としてのサブサーミスタ19と第三の温度検知手段としてのサブサーミスタ19′はメインサーミスタ18よりも熱源である定着ヒーター16に近い場所に配置され、本実施例では共に定着ヒーター16の裏面に接触させてあり、定着ヒーター裏面の温度を検知する。
【0072】
メインサーミスタ18は、ヒーターホルダ17に固定支持させたステンレス製のアーム25の先端にサーミスタ素子が取り付けられ、アーム25が弾性揺動することにより、定着ベルト20の内面の動きが不安定になった状態においても、サーミスタ素子が定着ベルト20の内面に常に接する状態に保たれる。
【0073】
図3に、本実施例の定着装置における、定着ヒーター16、メインサーミスタ18、サブサーミスタ19及び19′の位置関係をあらわす斜視模型図を示す。メインサーミスタ18、サブサーミスタ19とも、定着ベルト20、定着ヒーター16の長手中央付近に配設され、サブサーミスタ19′は定着ヒーター16の長手方向サイズの大きな転写材の長手域外に配置され、メインサーミスタ18は定着ベルト20の内面、サブサーミスタ19と19′は定着ヒーター16の裏面に接触するよう配置されている。
【0074】
メインサーミスタ18、及びサブサーミスタ19と19′は、制御回路部(CPU)21に接続され、制御回路部21は、メインサーミスタ18、サブサーミスタ19と19′の出力をもとに、定着ヒーター16の温調制御内容を決定し、ヒーター駆動回路部28(図4)によって定着ヒーター16への通電を制御する。
【0075】
23と26は装置フレーム24に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド23は、二次転写ニップを抜けた転写材Pが、定着ニップ部Nに正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド23は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂により形成されている。
【0076】
加圧ローラ22は駆動手段Mにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ22の回転駆動による該加圧ローラ22の外面と定着ベルト20との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト20に回転力が作用して該定着ベルト20がその内面側が定着ヒーター16の下向き面に密着して摺動しながらヒーターホルダ17の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト20内面にはグリスが塗布され、ヒーターホルダ17と定着ベルト20内面との摺動性を確保している。
【0077】
加圧ローラ22が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト20が従動回転状態になり、また定着ヒーター16に通電がなされ、該定着ヒーター16が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nの定着ベルト20と加圧ローラ22との間に未定着トナー像を担持した転写材Pが入り口ガイド23に沿って案内されて導入され、定着ニップ部Nにおいて転写材Pのトナー像担持面側が定着ベルト20の外面に密着して定着ベルト20と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒーター16の熱が定着ベルト20を介して転写材Pに付与され、転写材P上の未定着トナー像が転写材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着ベルト20から曲率分離され、定着排紙ローラ26で排出される。
【0078】
そして、前記したように画像形成装置のプロセススピードが、転写材として普通紙が使用される、約100mm/secの通常モード時には、本実施例の定着装置は、加圧ローラ22がそのプロセススピードに略対応した周速度(定着速度)で回転駆動されることによって、定着ベルト20が従動回転する。
【0079】
また、画像形成装置のプロセススピードが、転写材として熱容量の大きい、OHT、グロス紙、封筒、ハガキ等が使用される、30〜50mm/secの低速モード時には、本実施例の定着装置は、加圧ローラ22がそのプロセススピードに略対応した低速の周速度(定着速度)で回転駆動されることによって、定着ベルト20が従動回転する。
【0080】
通常使用においては、定着装置の回転開始とともに、定着ベルト20の従動回転が開始し、定着ヒーター16の温度の上昇とともに、定着ベルト20内面温度も上昇していく。
【0081】
定着ヒーター16への通電は、PID制御によりコントロールされ、定着ベルト20内面温度、すなわち、メインサーミスタ18の検知温度が195℃になるように、入力電力が制御される。
【0082】
この定着装置に、700Wの電力を投入し、定着ベルト20の内面が195℃になるまでの時間を計測したところ約10秒であり、電源ONから最初のプリントアウトまで15秒以内の、オンデマンド性の高い定着装置が実現できた。
【0083】
また、この定着装置を、カラー画像形成装置に装着し、画像を出力したところ、グロスも高く、OHTを印字した際の透過性にも優れた出力が得られた。
【0084】
2)定着ヒーター16
熱源としての定着ヒーター16は、本実施例では、アルミナの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒーターを使用している。
【0085】
図4はそのようなセラミックヒーターの一例の構造模型図であり、(a)は一部切欠き表面模型図、(b)は裏面模型図、(c)は拡大横断面模型図である。
【0086】
この定着ヒーター16は、
▲1▼.通紙方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ基板a、
▲2▼.上記のアルミナ基板aの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム(Ag/Pd)合金を含んだ導電ペーストの、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の抵抗発熱体層b、
▲3▼.上記の抵抗発熱体層bに対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板aの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第1と第2の電極部c・d及び延長電路部e・f、
▲4▼.抵抗発熱体層bと延長電路部e・fの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着ベルト20との摺擦に耐えることが可能な、厚み10μm程度の薄肉のガラスコートg、
▲5▼.アルミナ基板aの裏面側に設けたサブサーミスタ19・19′
等からなる。
【0087】
上記の定着ヒーター16は表面側を下向きに露呈させてヒーターホルダ17に固定して支持させてある。
【0088】
上記定着ヒーター16の第1と第2の電極部c・d側には給電用コネクタ27が装着される。ヒーター駆動回路部28から上記の給電用コネクタ27を介して第1と第2の電極部c・dに給電されることで抵抗発熱体層bが発熱して定着ヒーター16が迅速に昇温する。ヒーター駆動回路部28は制御回路部(CPU)21により制御される。
【0089】
3)定着ベルト20
定着ベルト20は、ポリイミド樹脂を、厚み50μmの円筒状に形成したエンドレスフィルム上に、厚み約200μmのシリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み30μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。シリコーンゴム層には、熱伝導率が約0.39W/m・Kの材質を用いた。
【0090】
こうして形成した定着ベルトの熱容量を測定したところ、2.8×10−2cal/cm2K(定着ベルト1cm2あたりの熱容量)であった。一般に、定着ベルト20の熱容量が1.0cal/cm2K以上となると、温度立ち上がりが鈍くなり、オンデマンド性が損なわれる。また、逆に1.0×10−2cal/cm2K以下にしようとすると、定着ベルト20のゴム層が極端に薄くなり、OHT透過性が均一でなくなる等、画質上の問題が発生するため、定着ベルト20の熱容量は、1.0×10−2cal/cm2K以上1.0cal・cm2K以下とすることが望ましい。
【0091】
さらに、定着ベルト20表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト20表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Pに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
【0092】
また、定着ベルト20表面のフッ素樹脂層を、PFAチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
【0093】
(3)定着ヒーター16の制御
ここで比較例1、2として、図5、図6のような定着ベルト20とヒーター16に各々一つのメインサーミスタ18とサブサーミスタ19を設置したベルト定着装置を用いる。
【0094】
本実施例においては、転写材Pとして、A4サイズの定形紙(長手方向幅210mm)と、A5サイズ定形紙(長手方向幅145mm)を、中央基準で通紙可能としているので、図5の比較例1のベルト定着装置は、メインサーミスタ18は本実施例と同様、長手中央部付近に配置されるものの、サブサーミスタ19は、長手中央から90mmの位置、すなわち、A5サイズ紙の外側かつA4サイズ紙の内側となる位置に配置した。
【0095】
また、図6の比較例2のベルト定着装置は、メインサーミスタ18及びサブサーミスタ19は本実施例と同様、長手中央部付近に配置した。
【0096】
本実施例、比較例1及び比較例2において、転写材Pとして、A5サイズの坪量105g/m2用紙を通紙した場合の温度リップルと非通紙部昇温を表1にまとめた。
【0097】
【表1】
【0098】
表1に示したように比較例1では温度リップルが悪く、比較例2では非通紙部昇温が悪かった。それに対し本実施例は温度リップル及び非通紙部昇温共に良好であった。以下に詳細をグラフ等を用いて説明する。
【0099】
図7のグラフ1は、本実施例、比較例1及び比較例2において、通常速度時(通常モード時)の定着ベルト20のメインサーミスタ18により定着ベルト20の温度が検出され、所望の温度になるようにヒーター16への通電が制御され定着ベルト20の温調動作が行われる場合のグラフである。グラフ中、実線が定着フィルムの温度を示し、点線が発熱体の温度をしめしている。
【0100】
この場合は、様々な転写材Pにおける通紙時の定着ベルトの温度低下を早く検出できるため、定着ベルトの温度低下に対しそれほど遅延せずに発熱体の制御を応答性よく行うことが出来るので、定着ベルトの温度低下を少なくおさえることが出来る。本実施例では定着ベルト及びヒーターのリップルを約10℃以内に押さえることができた。
【0101】
また、この時ヒーター16のサブサーミスタ19によりヒーター16の温度が検出され、所望の温度になるようにヒーター16への通電が制御され定着ベルト20の温調動作を行った場合を図8のグラフ2に示す。転写材Pの種類により定着ベルト16の温度低下が異なるので、ヒーターの温度リップルは約10℃以内抑えられるものの、定着ベルトの温度リップルが約15℃と大きくなってしまのであった。
【0102】
次に図9のグラフ3は本実施例において、低速時(低速モード時)のヒーター16のサブサーミスタ19によりヒーター16の温度が検出され、所望の温度になるようにヒーター16への通電が制御され定着ベルト20の温調動作が行われる場合のグラフである。
【0103】
この場合は、定着速度を低速にするメディアとして、OHT、グロス紙、封筒、ハガキ等、熱容量が一定している転写材が多いため、ヒーターの温調制御で十分に定着ベルトを温調可能である。本実施例では定着ベルト及びヒーターのリップルを約10℃以内に押さえることができた。
【0104】
また、この時定着ベルト20のメインサーミスタ18により定着ベルト20の温度が検出され、所望の温度になるようにヒーター16への通電が制御され定着ベルト20の温調動作を行うと、定着ベルト裏面の温度検出手段位置とヒーター位置が異なるので、ヒーター16のON−OFFのタイムラグが生じ、ヒーター16の温度検出手段により定着ベルト表面の温調制御を行うことが難しく、温度リップルが大きくなってしまうのであった。
【0105】
ここで比較例2において、図9のグラフ3と同様な実験を行なった場合を図10のグラフ4に示す。小サイズ紙の通紙域外での昇温が大きく、定着ベルト20が220℃以上になっているのが判る。この場合、ヒーターを保持している部材が融けたり、定着ベルトの弾性層が熱によるダメージを受け、変形してしまう等の不具合が発生ので、強制的にヒーター駆動の停止や、スループット低下等が必要となっていた。
【0106】
しかしながら、小サイズ紙の通紙域外にサーミスタが設置していないため、非通紙部昇温を検出することができないので不可能であった。
【0107】
本実施例では、非通紙部昇温対策として、第三の温度検知手段であるサブサーミスタ19′を用いている。本実施例においては、最大長手方向サイズ紙の転写材Pとして、A4サイズの定形紙(長手方向幅210mm)を、中央基準で通紙可能とした。サブサーミスタ19′は、長手中央から110mmの位置、すなわち、A4サイズ紙の外側となる位置に配置した。
【0108】
本実施例においては、A4サイズ紙を連続通紙した際の、端部における昇温を防止するため、通紙中のサブサーミスタ19′の温度をモニターし、一定以上の温度になった場合に、定着装置を空回転させることにより、端部の昇温を緩和した後に、次の紙の給紙を開始する機能をもつ。そして、図9のグラフ3に示すようにサブサーミスタ19′の端部昇温リミット温度として約220℃程度を設定している。
【0109】
また、比較例1において、図9のグラフ3と同様な実験を行なった場合を図11のグラフ5に示す。ヒーター16のサーミスタ19は通紙域外に配置されているため、転写材Pにより通紙域の定着ベルト20の熱が奪われて定着ベルトの温度が低下したことが判らず、ヒーター16への通電が行われない。ヒーターの温度検知手段で温度が低下したのを検出されないまま、定着ベルト20の熱は転写材Pにより奪われていってしまうので定着ベルト20の温度低下を防止することが出来ない。従って定着ベルトの温度低下が約20℃と大きくなってしまっている。このため定着性不良や、光沢差が生じたりする不具合が有る。
【0110】
また、本実施例では、ヒーターの温度検知手段の検出温度について、異常高温検出温度として約250℃程度を設定している。異常時に定着装置の回転が停止した状態でヒーターへの通電が行われてしまった場合、従来例のように、温調を行っている温度検知手段(本実施例では定着ベルトの温度検知手段が相当する)の検出温度により異常高温検知を行おうとしても、定着ベルトの回転が停止しているため定着ベルトの温度検知手段位置の温度上昇勾配は大きくないので、ヒーターが過高温になってしまい、ヒーター割れたり、ヒーターホルダが溶けたり等の不具合が生じてしまっていた。
【0111】
本実施例では、温調は定着ベルトの温度検知手段の検出温度に基づいて行っているが、ヒーターの温度検知手段の検出温度を用いてヒーターの異常高温検知を行っているため、このような定着ベルトの回転が停止した状態で発熱体に通電された場合でもヒーターの温度検知手段によりヒーターが過高温になるまえに異常高温検出でき、ヒーターへの通電を停止するなどの処置を素早く行うことができるため、安全性を確保することができる。
【0112】
また、カラー画像形成装置としてインランカラー(タンデム)方式のものについて説明したが、他のカラー画像形成方式のものについても同様の効果が得られる。
【0113】
〈第二の実施例〉
本実施例は、定着装置の大まかな構成は第一の実施例と同様だが、定着ベルト20のメインサーミスタ18を図12のように定着ベルト20の表面に当接することによって、転写材Pにより定着ベルトの温度低下を、第一の実施例より応答性よく検出できることが異なる。
【0114】
通常速度(通常モード)において、転写材Pとして、A5サイズの坪量105g/m2用紙を通紙した場合の定着ベルト等の温度変化を次に説明する。
【0115】
図13のグラフ6は、本実施例のベルト定着装置おいて、定着ベルト等の温度低下を示す。定着ベルトとして弾性層のある定着ベルト20を使用し、定着ベルト20の表面中央部に当接されたメインサーミスタ18の検出温度によりヒーター16の制御を行い温調を行っている。この場合、転写材Pの通紙時の定着ベルトの温度低下を第一の実施例の場合よりも早く検出できるため、定着ベルトの温度低下に対し発熱体の制御を応答性よく行うことが出来るので、定着ベルトの温度低下を少なくおさえることが出来る。本実施例では定着フィルムの温度低下を約5℃以内に押さえることができた。
【0116】
〈第三の実施例〉
本実施例は、定着ベルト20として、金属をベースとした金属定着ベルトを用いることを特徴とする。
【0117】
図14は、本実施例で用いる定着ベルト20を示す図である。ベース層20aは、SUSの素管を引き抜き加工により、厚さ50μmの厚みのシームレスベルト状に形成した、SUSベルトを用いている。このSUSベルト上に、第一と第二の実施例と同様、ゴム層20b、離型性層20cを形成し、本実施例の定着ベルト20を得た。
【0118】
第一の実施例と同様の定着装置に、本実施例の定着ベルト20を適用し、第一の実施例と同様、700Wの電力を投入し、定着ベルト20の内面が195℃になるまでの時間を計測したところ、約8秒であり、第一の実施例の定着装置に比べて、より速やかに定着ベルト20温度を上昇させることが可能となった。
【0119】
また、第一の実施例と同様、定着速度を低速にする必要がある小サイズの転写材Pを通紙した場合、ヒーター16の中央部に当接されたサブサーミスタ19の検出温度により発熱体の制御を行い、定着ベルト20の温調制御を行うことができた。
【0120】
本実施例においては、定着ベルト20の基材の材質として、ステンレスを用いたが、もちろん他の金属でも構わない。具体的には銅、鉄、ニッケル等が考えられる。
【0121】
とりわけ、銅やニッケルを電鋳法によりスリーブ上に形成した定着ベルト基材を用いると、40μm以下の薄膜化が可能となり、さらに熱効率も高いため、立ち上がり特性にすぐれた定着ベルトを得ることが可能となる。
【0122】
〈その他〉
1)上述した実施例においてトナーとしては、重合法により製造され、低軟化点物質を5〜30重量%含み、形状係数SF−1が100〜110である実質球形トナー(重合トナー)を用いている。
【0123】
低軟化点物質としては、ASTMD3418−8に準拠し測定された主体極大ピーク値が40〜90℃を示す化合物である。重合トナーの極大ピーク値温度の測定は、例えばパーキンエルマー社製DSC−7を用いる。装置検出部の温度補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。サンプルは、アルミニウム製パンを用い対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/minで測定を行った。
【0124】
具体的には、パラフィンワックス、ポリオレフィン、フィッシャートロピッシュワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、エステルワックス及びこれらの誘導体またはこれらのグラフト/ブロック化合物が利用できる。
【0125】
好ましくは、下記の一般構造式で示す炭素数が10以上の長鎖エステル部分を一個以上有するエステルワックスである。具体的なエステルワックスの代表的な化合物の構造式を下記に一般構造式▲1▼、▲2▼、及び▲3▼として示す。
【0126】
【化1】
【0127】
本発明で好ましく用いられるエステルワックスは、硬度0.5〜5.0を有するものである。エステルワックスの硬度は、直径20mmで厚さが5mmの円筒状のサンプルを作成した後、島津製作所製ダイナミック微小硬度計(DUH−200)を用い、ビッカース硬度を測定した値である。測定条件は、0.5gの荷重で負荷速度が9.67mm/secの条件で10μm変位させた後、15秒間保持し、得られた打痕形状を測定しビッカース硬度を求める。本発明に好ましく用いられるエステルワックスの硬度は、0.5〜5.0の値を示す。具体的化合物の例を下記の化学式(1)、(2)、(3)、(4)に示す。
【0128】
【化2】
【0129】
なお、ここでいう形状係数SF−1とは、球状物質の球状の丸さの割合を示す数値であり、球状物質を2次元平面上に投影してできる楕円状の図形の最大長MAXLNGの2乗を図形面積AREAで割って、100π/4を乗じたときの値で表わされる。つまり、形状係数SF−1は次式
【0130】
【式1】
【0131】
で定義されるものである。日立製作所FE−SEM(S−800)を用いトナー像を無作為に100個サンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い上式より算出したものである。
【0132】
シアントナーは、次のごとくして調整した。高速攪拌装置を備えた21リットル用四つ口フラスコ中にイオン交換水710重量部と0.1モル/リットルNa3PO4水溶液450重量部を添加し回転数を12000回転に調整し、65℃に加温せしめた。ここに1.0モル/リットルCaCl2水溶液68重量部を徐々に添加し、微少な難水溶液性分散剤Ca3(PO4)2を含む分散媒系を調整した。
【0133】
一方、分散質系は、
スチレン単量体・・・・・・・・・・・・・165重量部
n−ブチルアクリレート単量体・・・ 35重量部
I.ピクメントブルー15:30・・・ 14重量部
飽和ポリエステル・・・・・・・・・・・・・10重量部
{テレフタール酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノール A酸価15、ピーク分子量:6000}
サリチル酸金属化合物・・・・・・・・・・・・2重量部
下記化合物(極大ピーク値59.4℃)・・・60重量部
【0134】
【化3】
【0135】
上記混合物をアトライターを用い3時間分散させた後、重合開始剤である2、2′−アゾビス(2、4−ジメチルバレロニトリル)10重量部を添加した分散物を分散媒中に投入し回転数を維持しつつ15分間造粒した。その後、高速攪拌器からプロペラ攪拌羽根に攪拌器を変え、内温を80℃に昇温させ50回転で重合を10時間継続させた。重合終了後スリラーを冷却し、希塩酸を添加し分散媒を除去せしめた。更に洗浄し乾燥を行う事でコールターカウンターで測定したシアントナーの重量平均粒径は6.2μmで個数変動係数が27%であり、SF−1が104であった。
【0136】
同様にして、SF−1が104のイエロートナー、マゼンタトナー及びブラックトナーを製造した。なお、着色剤としては、イエロートナーでは、C.I.ピグメントイエロー17、マゼンタトナーでは、C.I.ピグメントレッド122及びブラックトナーでは、カーボンブラックを用いた。
【0137】
2)定着ニップを形成させる第一と第二の定着部材は実施例の定着ベルトや加圧ローラの形態に限られるものではない。第一と第二の定着部材の両方に熱源を具備させた形態の装置にすることもできる。
【0138】
3)熱源としてのセラミックヒーターの形態は実施例のものに限られないことは勿論である。また熱源はセラミックヒーターに限られるものではなく、例えば、鉄板等の電磁誘導発熱部材と磁場発生手段で構成することもできる。
【0139】
4)熱源は必ずしも定着ニップ部Nに位置していなくてもよい。例えば、熱源を定着ニップ部Nよりも定着ベルト移動方向上流側に位置させて配設することも出来る。
【0140】
5)実施例の定着装置は加圧用回転体駆動方式であるが、エンドレスの定着ベルトの内周面に駆動ローラを設け、定着ベルトにテンションを加えながら駆動する方式の装置であってもよいし、定着ベルトをロール巻きの有端ウエブ状にし、これを走行駆動させる方式の装置であってもよい。
【0141】
6)本発明において定着装置には、未定着画像を記録材上に永久画像として加熱定着させる定着装置ばかりでなく、未定着画像を記録材上に仮定着させる加熱装置、画像を担持した記録材を再加熱してつや等の画像表面性を改質する加熱装置なども包含される。
【0142】
7)画像形成装置の作像方式は電子写真方式に限られず、静電記録方式、磁気記録方式等であってもよいし、また転写方式でも直接方式でもよい。
【0143】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、定着装置および該定着装置を具備した画像形成装置について、定着速度が通常時には、第一の温度検知手段により定着部材の温調制御を正確に行いつつ、定着速度が低速かつ小サイズ記録材であるときは、第二の温度検知手段により定着部材の温調制御を正確に行いつつ、第三の温度検知手段で非通紙部昇温を検知し、加圧解除状態、定着部材スリップ等の装置異常時の過昇温を防止して安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施例におけるカラー画像形成装置の概略構成図
【図2】第一の実施例における定着装置の断面模型図
【図3】定着ヒーター・メインサーミスタ・サブサーミスタの位置関係を示す斜視模型図
【図4】定着ヒーター(セラミックヒーター)の構成説明図
【図5】比較例1の定着装置の定着ヒーター・メインサーミスタ・サブサーミスタの位置関係を示す斜視模型図
【図6】比較例2の定着装置の定着ヒーター・メインサーミスタ・サブサーミスタの位置関係を示す斜視模型図
【図7】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ1
【図8】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ2
【図9】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ3
【図10】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ4
【図11】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ5
【図12】第一の実施例における定着装置の断面模型図
【図13】定着フィルムの温度低下等を説明するグラフ6
【図14】第三の実施例における定着ベルトの断面模型図
【図15】従来の熱ローラ方式定着装置の断面模型図
【図16】従来のフィルム定着方式の定着装置の断面模型図
【図17】定着ベルトの温調動作グラフ
【符号の説明】
16 定着ヒーター
17 ヒーターホルダ
18 メインサーミスタ
19 サブサーミスタ
19′ サブサーミスタ
20 定着ベルト
22 加圧ローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device for holding a recording material carrying an image in a nip formed by first and second fixing members, conveying the recording material, and heating the recording material, and an image forming apparatus equipped with the fixing device.
[0002]
More specifically, a recording material (paper, printing paper, a transfer material sheet, an OHT sheet, etc.) is formed by a timely image forming process means such as electrophotography, electrostatic recording, and magnetic recording using a toner made of a heat-meltable resin or the like. , Glossy paper, glossy film, etc.) on the surface of the recording material carrying the unfixed toner image corresponding to the target image information formed and carried by the direct method or the transfer method (transfer method) on the surface of the recording material. 1. Field of the Invention The present invention relates to a toner image fixing device that performs a heat fixing process as a permanent fixed image, and an image forming device such as a laser beam printer or a facsimile equipped with the fixing device.
[0003]
In particular, the present invention relates to an on-demand fixing device which is suitable for use in a color image forming apparatus, is low-cost, and has a short rise time (so-called warm-up time).
[0004]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, colorization of image forming apparatuses such as printers and copiers has been advanced.
[0005]
1) As a fixing device used in such a color image forming apparatus, a heat roller fixing having an elastic layer on a fixing member is well known. FIG. 15 shows an example of a fixing device using a fixing roller having such an elastic layer.
[0006]
In this fixing device, unfixed toner is rotated at a contact nip portion (fixing nip) N between two heating rollers including a fixing roller 101 and a pressure roller 102, which are driven to rotate in a direction indicated by an arrow and adjusted to a predetermined fixing temperature. The recording material P on which the image t is placed can pass through.
[0007]
The unfixed toner image t is heated and pressed by the fixing roller 101 and the pressing roller 102 when passing through the nip portion N, and is fixed on the recording material P as a completed image (permanently fixed image).
[0008]
Each of the rollers 101 and 102 is provided with a halogen heater H at the center, and the radiant energy generated from the heater H is absorbed and heated by the aluminum cores 101a and 102a inside each roller. The thermistors 103 and 104 are disposed on the surfaces of the rollers 101 and 102 in elastic contact with each other. The halogen heaters H of the rollers 101 and 102 are provided based on the temperatures detected by the thermistors 103 and 104. Power supply is controlled to perform temperature adjustment.
[0009]
Elastic layers 101b and 102b made of silicone rubber having a thickness of 2 mm are provided around the aluminum cored bar 101a and 102a of each of the rollers 101 and 102, and a toner or the like is further provided on the outer surface of each roller. PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl ether copolymer / tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl ether copolymer resin), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer) Coating layers 101c and 102c made of a resin having good releasability and heat resistance, such as a combined resin / tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer resin).
[0010]
The reason why the elastic layer 101b is provided on the side of the fixing roller 101, which is a fixing member to which the unfixed toner t contacts, in the fixing nip portion N is to fix the toner image surface as uniformly as possible.
[0011]
By providing the elastic layer 101b on the fixing roller 101 side, when the toner image t passes through the fixing nip portion N, the elastic layer 101b is deformed along the toner layer, so that the toner on the image is unevenly placed. Are uniformly wrapped by the elastic layer 101b and uniformly heated, so that uniform fixing is achieved.
[0012]
The image fixed uniformly in this way has no gloss unevenness, and has a feature that the light transmittance of the image is excellent particularly when an OHT (transparent sheet for an overhead projector) is fixed.
[0013]
However, in a heat roller type fixing device having such an elastic layer, the heat capacity of the heat roller itself becomes large, and the time required for raising the temperature of the fixing roller 101 to a temperature suitable for fixing the toner image is increased. (Warm-up time) is long. Further, the cost of the fixing member is also expensive.
[0014]
2) On the other hand, as an inexpensive fixing device having a short warm-up time and being inexpensive, a film fixing type fixing device used for a black-and-white printer or the like is well known. FIG. 16 shows an example of such a film fixing device.
[0015]
In this fixing device, a thin fixing film 111 is sandwiched between a heater 112 fixedly supported by a support member 115 and an elastic pressure roller 114 to form a fixing nip portion N. The recording material P carrying the toner image t is nipped and conveyed between the fixing film 111 and the pressure roller 114 in the fixing nip portion by being slid and moved on the surface and fixedly supported. In this configuration, the toner image on the recording material is heated by heat. The unfixed toner image t on the recording material P receives heat and pressure when passing through the fixing nip N, and is fixed on the recording material P as a completed fixed image (permanent fixed image).
[0016]
The fixing film 111 is, for example, an endless film made of a heat-resistant resin having a thickness of about 50 μm and having a release layer (such as a fluororesin coating layer) having a thickness of about 10 μm formed on the surface thereof. A resistance heating element is formed on a substrate. The temperature detection means 113 is brought into contact with the heater 112, the temperature of the heater 112 is detected, and the temperature control is performed by a control means (not shown) so that the temperature of the heater 112 becomes a desired temperature.
[0017]
Further, in order to reduce the heat capacity of the fixing film 111, no elastic layer is provided on the fixing film 111.
[0018]
In the fixing device having such a configuration, since the heat capacity of the fixing film 111 is extremely small, after the power is supplied to the heater 112, the temperature of the fixing nip N is raised to the temperature at which the toner image can be fixed in a short time. It is possible.
[0019]
However, when a film fixing device using a fixing film 111 without such an elastic layer is used as a fixing device of a color image forming apparatus, the unevenness due to the surface of the recording material P, the presence or absence of the toner layer, and the unevenness of the toner itself. For example, the surface of the fixing film 111 cannot follow, and the difference in heat applied from the fixing film between the convex portion and the concave portion occurs. The heat is transmitted well from the fixing film to the convex portions that are in good contact with the fixing film, and the heat from the fixing film is hardly transmitted to the concave portions compared to the convex portions.
[0020]
In the case of a color image, a plurality of toner layers are stacked and mixed for use, so that the unevenness of the toner layer is larger than that of a black-and-white image, and when the fixing film as a fixing member does not have an elastic layer, gloss unevenness of the fixed image is reduced. When the recording material is OHT, the image quality deteriorates due to poor transparency when the fixed image is projected.
[0021]
Therefore, by using a fixing belt (fixing film) having an elastic layer as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-15303 (Patent No. 3051085) in a film fixing device, low-cost color-on-demand fixing can be performed. A fixing device constituting the device has been proposed.
[0022]
In the fixing device having such a configuration, the thermal conductivity of silicone rubber or the like used for the elastic layer of the fixing belt is not so high, and many members are provided between the surface of the fixing belt and the temperature detecting means of the heater. Therefore, the response is poor, and it is difficult to control the temperature of the fixing belt surface by the heater temperature detecting means.
[0023]
In particular, it is difficult to detect that the recording material has passed through the fixing device to remove heat from the surface of the fixing belt and the temperature of the surface of the fixing belt has decreased by the temperature detecting means behind the heater, or it takes too long to respond. Would.
[0024]
Therefore, the temperature detecting means is brought into contact with the inner surface of the belt, and the responsiveness is enhanced by detecting the temperature of a portion closer to the belt surface.
[0025]
Further, the temperature detecting means is disposed on both the heater section and the surface or the inner surface of the fixing belt, and the temperature of the fixing belt is detected by the temperature detecting means of the fixing belt. The temperature of the heater itself is detected by the temperature detection means of the heater, and when the temperature becomes excessively high, the power supply to the heater is immediately stopped. There are also ways to perform the necessary actions.
[0026]
However, in this case, if the temperature control of the fixing belt is performed by the fixing belt temperature detecting means when the fixing speed is low, the position of the fixing belt temperature detecting means and the position of the heater are different. This makes it difficult to control the temperature of the fixing belt surface by the temperature detecting means of the heater, and the temperature ripple is increased.
[0027]
[Problems to be solved by the invention]
In general, when high gloss is required or when OHT permeability is required, the fixing speed is reduced and the toner is controlled to remain in the nip until the toner is sufficiently uniformly melted.
[0028]
In such a case, in the temperature control of the belt inner surface, the time lag between the lighting of the heater and the temperature detection becomes large, so that the temperature ripple becomes large and the appropriate temperature control cannot be performed.
[0029]
The graph of FIG. 17 is a graph in the case where the temperature of the fixing belt is detected by the fixing belt temperature detecting unit, and the power supply to the heater is controlled so that the temperature becomes a desired temperature, and the temperature adjustment operation of the fixing belt is performed.
[0030]
In the graph, the solid line indicates the temperature of the fixing belt, and the dotted line indicates the temperature of the heater. It can be seen that the temperature ripple is 20 ° C. for the fixing belt and 40 ° C. for the heater as the temperature ripple.
[0031]
In the case of this example, since the position of the temperature detecting means on the back of the fixing belt and the position of the heater are different, a time lag of heater ON-OFF occurs, and it is difficult to control the temperature of the fixing belt surface by the temperature detecting means of the heater. The ripple is large.
[0032]
In order to improve the temperature ripple and to control the temperature of the fixing belt with the heater temperature detecting means only when the process speed is reduced, the heater temperature detecting means is arranged in a small size in the longitudinal direction of the fixing nip. When the small size paper is passed, the temperature in the non-sheet passing portion rises when the small size paper is passed, and the recording material having a large size in the longitudinal direction of the fixing nip is outside the longitudinal region of the recording material having a small size in the fixing nip longitudinal direction. In the longitudinal area, there is a problem that the temperature of the heater itself in the paper passing area cannot be detected with the small size paper because the heater temperature detecting means is not arranged in the paper passing area when the small size paper is passed.
[0033]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems. With respect to this type of fixing device, the temperature control of the fixing member is accurately performed, and at the same time, when the pressure is released, the fixing member slips, and the like. The purpose is to prevent overheating and ensure safety. An object of the present invention is to reduce a temperature ripple even in a small-size paper in a low-speed mode.
[0034]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a fixing device and an image forming apparatus having the following configurations.
[0035]
(1) In a fixing device in which a recording material carrying an image is nipped and conveyed and heated by a nip formed by a first and a second fixing member,
Having a heat source in the vicinity of the nip, a first temperature detecting means arranged in non-contact with the heat source, a second temperature detecting means arranged closer to the heat source than the first temperature detecting means, Have
The fixing speed includes a normal mode and at least one low-speed mode lower than the normal mode. In the normal mode, the heat source is controlled by the first temperature detecting means to control the temperature of the fixing member. The fixing device controls the heat source based on the detected temperatures of the second and third temperature detecting means to execute the temperature control of the fixing member in the low-speed mode.
[0036]
(2) The fixing device according to (1), wherein the second and third temperature detecting means are arranged at different positions in a longitudinal direction of the nip.
[0037]
(3) The fixing device can use at least two or more types of recording materials having different sizes in the nip longitudinal direction, and the second temperature detecting means is provided in the longitudinal region of the recording material having a small nip longitudinal size; The fixing device according to (1) or (2), wherein the third temperature detecting unit is arranged at a position corresponding to outside the longitudinal region of the recording material having a large nip longitudinal size.
[0038]
(4) The fixing device according to any one of (1) to (3), wherein the third temperature detecting unit is provided with a limit temperature for forcibly stopping the driving of the heat source.
[0039]
(5) The first temperature detecting means is brought into contact with the inner surface of the fixing member, and the second and third temperature detecting means are brought into contact with the heat source (1) to (4). The fixing device according to any one of the above.
[0040]
(6) The fixing member according to any one of (1) to (5), wherein a fixing belt having a belt-like member provided with an elastic layer is used as the fixing member on the side of the recording material that contacts the image surface. Fixing device.
[0041]
(7) The fixing device according to (6), wherein the base material of the fixing belt is made of a heat-resistant resin.
[0042]
(8) The fixing device according to (6), wherein the base material of the fixing belt is made of metal.
[0043]
(9) The fixing device according to any one of (6) to (8), wherein a release layer is provided on the outermost layer of the fixing belt.
[0044]
(10) The fixing device according to any one of (1) to (9), wherein the heat source is provided with a resistance heating element on a ceramic substrate.
[0045]
(11) An image forming apparatus including the fixing device according to any one of (1) to (10).
[0046]
(12) The image forming apparatus according to (11), wherein the image forming apparatus is a color image forming apparatus that forms a color image by overlapping a plurality of color toner images.
[0047]
<Operation>
In the present invention, by detecting the temperature of the heat source by the temperature detection means of the heat source, it is possible to prevent the detection of an excessively high temperature of the heat source, thereby obtaining safety in an abnormal state. Also, at normal times, the temperature of the fixing member itself is detected by the temperature detecting means of the fixing member (fixing belt). At the time of process speed reduction (low-speed mode), the temperature of the fixing member itself is detected by the temperature detecting means at the longitudinal center of the heat source. By controlling the temperature, the temperature of the fixing member itself can be better controlled, and the temperature of the non-paper passing portion can be prevented from rising by the temperature detecting means at the longitudinal end of the heat source.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
(1) Example of image forming apparatus
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a color image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The color image forming apparatus of this example is an apparatus that obtains a full-color image by superimposing four color toner images of yellow, cyan, magenta, and black using an electrophotographic method.
[0049]
Y, C, M, and K are four process cartridges for forming yellow, cyan, magenta, and black color toner images, respectively, arranged in order from bottom to top. Each of the process cartridges Y, C, M, and K includes a photosensitive drum 1 as an image carrier, a charging roller 2 as a charging unit, a developing unit 3 for developing an electrostatic latent image, and a cleaning of the photosensitive drum. A so-called all-in-one cartridge in which the means 4 and the like are combined in one container is used. The developing means 3 of the yellow process cartridge Y is provided with yellow toner, the developing means 3 of the cyan process cartridge C is provided with cyan toner, the developing means 3 of the magenta process cartridge M is provided with magenta toner, and the black process cartridge K is provided. Is filled with a black toner.
[0050]
An optical system 5 for forming an electrostatic latent image by exposing the photosensitive drum 1 to light is provided in correspondence with the four color process cartridges Y, C, M, and K. As the optical system 5, a laser scanning exposure optical system is used.
[0051]
In each of the process cartridges Y, C, M, and K, the scanning exposure based on the image data is performed on the photosensitive drum 1 uniformly charged by the charging unit 2 by the optical system 5, so that the photosensitive drum An electrostatic latent image corresponding to the scanning exposure image is formed on the surface. By setting the developing bias applied to the developing roller of the developing means 3 from a bias power source (not shown) to an appropriate value between the charging potential and the latent image (exposed portion) potential, the toner charged to the negative polarity Selectively adheres to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 to perform development.
[0052]
That is, the yellow toner image is formed on the photosensitive drum 1 of the yellow process cartridge Y, the cyan toner image is formed on the photosensitive drum 1 of the cyan process cartridge C, and the magenta toner image is formed on the photosensitive drum 1 of the magenta process cartridge M. A black toner image is formed on the photosensitive drum 1 of the black process cartridge K.
[0053]
The single-color toner image developed and formed on the photosensitive drum 1 of each of the process cartridges Y, C, M, and K is transferred onto the intermediate transfer member 6 that rotates at a substantially constant speed in synchronization with the rotation of each of the photosensitive drums 1. The primary transfer is performed in such a manner that the full-color toner image is superimposed in order in a predetermined alignment state, thereby forming a full-color toner image on the intermediate transfer body 6.
[0054]
In this embodiment, an endless intermediate transfer belt is used as the intermediate transfer body 6, and the intermediate transfer body 6 is suspended around three rollers of a driving roller 7, a secondary transfer roller facing roller 14, and a tension roller 8, and is stretched. And is driven by the drive roller 7.
[0055]
A primary transfer roller 9 is used as a primary transfer unit of the toner image from the photosensitive drum 1 of each process cartridge Y, C, M, and K onto the intermediate transfer belt 6. By applying a primary transfer bias having a polarity opposite to that of the toner from a bias power supply (not shown) to the primary transfer roller 9, the intermediate transfer belt 6 is transferred from the photosensitive drum 1 of each of the process cartridges Y, C, M, and K. , The toner image is primarily transferred.
[0056]
After the primary transfer from the photosensitive drum 1 to the intermediate transfer belt 6 in each of the process cartridges Y, C, M, and K, the toner remaining on the photosensitive drum 1 as a transfer residue is removed by the cleaning unit 4. In this embodiment, blade cleaning using a urethane blade is used as the cleaning means 4.
[0057]
The above process is performed in synchronization with the rotation of the intermediate transfer belt 6 so as to be performed in the process cartridges Y, C, M, and K for the respective colors of yellow, cyan, magenta, and black. Images are successively formed one upon another. At the time of forming an image of only a single color (single color mode), the above steps are performed only for the target color.
[0058]
On the other hand, a transfer material P set in a transfer material cassette 10 serving as a transfer material supply unit is fed by a feed roller 11 and is suspended by a registration roller 12 at a predetermined control timing on a secondary transfer roller facing roller 14. The intermediate transfer belt 6 is conveyed to a nip portion between the intermediate transfer belt 6 and a secondary transfer roller 13 as a secondary transfer unit.
[0059]
The primary transfer toner image formed on the intermediate transfer belt 6 is collectively transferred onto the transfer material P by a bias having a polarity opposite to that of the toner applied from a bias applying unit (not shown) to a secondary transfer roller 13 as a secondary transfer unit. Transcribed.
[0060]
The secondary transfer residual toner remaining on the intermediate transfer belt 6 after the secondary transfer is removed by the intermediate transfer belt cleaning unit 15. In this embodiment, similarly to the cleaning means 4 for the photosensitive drum 1, the intermediate transfer member is cleaned by a urethane blade.
[0061]
The toner image secondary-transferred onto the transfer material P is fused and fixed on the transfer material P by passing through a fixing device F serving as a fixing unit, and is sent out to a discharge tray 32 through a discharge path 31. This is an output image of the image forming apparatus.
[0062]
Here, in this embodiment, a substantially spherical toner (polymerized toner) manufactured by a polymerization method, containing a low softening point substance at 5 to 30% by weight, and having a shape factor SF-1 of 100 to 110 is used as the toner. I have. This toner will be described later.
[0063]
The image forming apparatus according to the present embodiment has a normal mode and a low speed mode as process speeds. Switching between the two modes is performed automatically or manually depending on the type of transfer material used.
[0064]
When the transfer material to be used is plain paper, the normal mode is selected, and in this embodiment, the process speed is set to about 100 mm / sec.
[0065]
When the transfer material to be used is a transfer material having a large heat capacity such as an OHT, gloss paper, envelope, postcard, etc., the low-speed mode is selected in order to secure a sufficient fixing property. The process speed is about 30 to 50 mm / sec, and is not more than 1/2 of the normal mode.
[0066]
(2) Fixing device F
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the fixing device F. The fixing device F of the present embodiment is a heating device of a fixing belt heating system and a rotating body driving system (tensionless type) for pressing.
[0067]
1) Overall configuration of device F
Reference numeral 20 denotes a fixing belt as a first fixing member, which is a cylindrical (endless belt-shaped) member obtained by providing an elastic layer on a belt-shaped member. This fixing belt 20 will be described in detail in section 3) below.
[0068]
Reference numeral 22 denotes a pressure roller as a second fixing member. Reference numeral 17 denotes a heater holder having a heat resistance and rigidity having a substantially semicircular cross section in a cross section, and reference numeral 16 denotes a fixing heater as a heat source, which is disposed on the lower surface of the heater holder 17 along the length of the holder. The fixing belt 20 is loosely fitted to the heater holder 17. In this embodiment, the fixing heater 16 is a ceramic heater as described in detail in the section 2) described later.
[0069]
The heater holder 17 is formed of a liquid crystal polymer resin having high heat resistance, and serves to hold the fixing heater 16 and guide the fixing belt 20. In this example, Zenit 7755 (trade name) manufactured by DuPont was used as the liquid crystal polymer. The maximum usable temperature of Zenite 7755 is about 270 ° C.
[0070]
The pressure roller 22 is formed by forming a silicone rubber layer having a thickness of about 3 mm on a stainless steel core by injection molding, and coating a PFA resin tube having a thickness of about 40 μm thereon. The pressure roller 22 is disposed so that both ends of the cored bar are rotatably held between the inner and outer side plates (not shown) of the apparatus frame 24 by bearings. On the upper side of the pressure roller 22, a heating assembly including the heater 16, the heater holder 17, the fixing belt 20, and the like is disposed in parallel with the pressure roller 22 with the heater 16 side facing down. Is urged in the axial direction of the pressure roller 22 by a pressure mechanism (not shown) with a force of 98 N (10 kgf) on one side and a total pressure of 196 N (20 kgf), so that the downward surface of the fixing heater 16 passes through the fixing belt 20. The elastic layer of the pressure roller 22 is pressed against the elastic layer with a predetermined pressing force against the elasticity of the elastic layer to form a fixing nip portion N having a predetermined width required for heat fixing. The pressurizing mechanism has a pressure release mechanism, and is configured to release the pressurization at the time of jam clearance or the like and to easily remove the transfer material P.
[0071]
Reference numerals 18, 19, and 19 'denote three thermistors for the main and two subs as first, second, and third temperature detecting means. The main thermistor 18 as the first temperature detecting means is disposed in non-contact with the fixing heater 16 which is a heat source, and in this embodiment, is elastically contacted with the inner surface of the fixing belt 20 above the heater holder 17 to fix the image. The temperature of the inner surface of the belt 20 is detected. The sub thermistor 19 as the second temperature detecting means and the sub thermistor 19 'as the third temperature detecting means are arranged at a place closer to the fixing heater 16 which is a heat source than the main thermistor 18. 16 is in contact with the back surface of the fixing heater, and detects the temperature of the back surface of the fixing heater.
[0072]
The main thermistor 18 has a thermistor element attached to the tip of a stainless steel arm 25 fixedly supported by the heater holder 17, and the arm 25 elastically swings, so that the movement of the inner surface of the fixing belt 20 becomes unstable. Also in the state, the thermistor element is kept in a state of always contacting the inner surface of the fixing belt 20.
[0073]
FIG. 3 is a perspective model diagram showing a positional relationship between the fixing heater 16, the main thermistor 18, the sub thermistors 19 and 19 'in the fixing device of the present embodiment. Both the main thermistor 18 and the sub thermistor 19 are disposed near the longitudinal center of the fixing belt 20 and the fixing heater 16, and the sub thermistor 19 ′ is disposed outside the longitudinal region of the transfer material having a large size in the longitudinal direction of the fixing heater 16. Reference numeral 18 denotes an inner surface of the fixing belt 20, and sub thermistors 19 and 19 ′ are disposed so as to contact the back surface of the fixing heater 16.
[0074]
The main thermistor 18 and the sub thermistors 19 and 19 ′ are connected to a control circuit (CPU) 21, and the control circuit 21 outputs the fixing heater 16 based on the outputs of the main thermistor 18 and the sub thermistors 19 and 19 ′. Is determined, and the heater drive circuit unit 28 (FIG. 4) controls the power supply to the fixing heater 16.
[0075]
Reference numerals 23 and 26 denote an entrance guide and a fixing / discharge roller mounted on the apparatus frame 24. The entrance guide 23 plays a role of guiding the transfer material P so that the transfer material P that has passed through the secondary transfer nip is accurately guided to the fixing nip portion N. The entrance guide 23 of the present embodiment is made of polyphenylene sulfide (PPS) resin.
[0076]
The pressing roller 22 is driven to rotate at a predetermined peripheral speed in a counterclockwise direction indicated by an arrow by a driving unit M. Due to the frictional contact between the outer surface of the pressure roller 22 and the fixing belt 20 at the fixing nip portion N due to the rotational drive of the pressure roller 22, a rotational force acts on the cylindrical fixing belt 20 to cause the fixing belt 20 to rotate. The inner surface of the heater holder 17 is driven to rotate clockwise as indicated by an arrow while the inner surface of the heater holder 17 slides in close contact with the downward surface of the fixing heater 16. Grease is applied to the inner surface of the fixing belt 20 to ensure slidability between the heater holder 17 and the inner surface of the fixing belt 20.
[0077]
The pressure roller 22 is driven to rotate, whereby the cylindrical fixing belt 20 is driven to rotate, and the fixing heater 16 is energized, and the fixing heater 16 rises in temperature and rises to a predetermined temperature. In this state, the transfer material P carrying the unfixed toner image is guided and introduced along the entrance guide 23 between the fixing belt 20 and the pressure roller 22 in the fixing nip N, and is introduced into the fixing nip N. The toner image carrying surface side of the transfer material P is in close contact with the outer surface of the fixing belt 20, and the fixing nip N is conveyed together with the fixing belt 20. In this nipping and conveying process, the heat of the fixing heater 16 is applied to the transfer material P via the fixing belt 20, and the unfixed toner image on the transfer material P is heated and pressed onto the transfer material P to be fused and fixed. . The recording material P that has passed through the fixing nip portion N is separated from the fixing belt 20 by a curvature, and is discharged by a fixing discharge roller 26.
[0078]
As described above, in the normal mode of about 100 mm / sec, in which the process speed of the image forming apparatus uses plain paper as a transfer material, the fixing device of the present embodiment is configured such that the pressure roller 22 operates at the process speed. The fixing belt 20 is driven to rotate by being driven to rotate at a substantially corresponding peripheral speed (fixing speed).
[0079]
Further, when the process speed of the image forming apparatus is a low-speed mode of 30 to 50 mm / sec in which an OHT, gloss paper, envelope, postcard, or the like is used as a transfer material having a large heat capacity, the fixing device of the present embodiment does not operate. When the pressure roller 22 is driven to rotate at a low peripheral speed (fixing speed) substantially corresponding to the process speed, the fixing belt 20 is driven to rotate.
[0080]
In normal use, the driven rotation of the fixing belt 20 starts with the rotation of the fixing device, and the temperature of the inner surface of the fixing belt 20 increases with the temperature of the fixing heater 16.
[0081]
The power supply to the fixing heater 16 is controlled by PID control, and the input power is controlled so that the inner surface temperature of the fixing belt 20, that is, the detected temperature of the main thermistor 18 becomes 195 ° C.
[0082]
When a power of 700 W was supplied to the fixing device and the time required for the inner surface of the fixing belt 20 to reach 195 ° C. was measured, it was about 10 seconds. A highly reliable fixing device was realized.
[0083]
Further, when this fixing device was mounted on a color image forming apparatus and an image was output, an output having high gloss and excellent transparency when OHT was printed was obtained.
[0084]
2) Fixing heater 16
In the present embodiment, the fixing heater 16 as a heat source forms a resistance heating element by applying a conductive paste containing a silver-palladium alloy to a film of uniform thickness by a screen printing method on an alumina substrate. In addition, a ceramic heater with a glass coat made of pressure-resistant glass is used.
[0085]
FIG. 4 is a structural model diagram of an example of such a ceramic heater, in which (a) is a partially cutaway surface model diagram, (b) is a back surface model diagram, and (c) is an enlarged cross-sectional model diagram.
[0086]
This fixing heater 16
▲ 1 ▼. A horizontally long alumina substrate a having a longitudinal direction perpendicular to the paper passing direction,
▲ 2 ▼. A conductive paste containing a silver-palladium (Ag / Pd) alloy, which is applied in a linear or band-like shape by screen printing on the surface side of the alumina substrate a along its length and generates heat when a current flows, is about 10 μm thick A resistance heating element layer b having a width of about 1 to 5 mm,
(3). As a power supply pattern for the resistance heating element layer b, first and second electrode portions c and d and extension electric circuit portions e and f are also formed on the surface side of the alumina substrate a by screen printing of silver paste or the like.
▲ 4 ▼. In order to protect the resistance heating element layer b and the extended electric circuit portions e and f and to secure insulation, the thin film having a thickness of about 10 μm, which can withstand rubbing with the fixing belt 20, is formed thereon. Glass coat g,
▲ 5 ▼. Sub thermistors 19 and 19 'provided on the back side of alumina substrate a
Etc.
[0087]
The fixing heater 16 is fixedly supported on a heater holder 17 with its front side exposed downward.
[0088]
A power supply connector 27 is mounted on the first and second electrode portions c and d of the fixing heater 16. Power is supplied from the heater drive circuit section 28 to the first and second electrode sections c and d via the power supply connector 27 described above, so that the resistance heating element layer b generates heat and the fixing heater 16 quickly rises in temperature. . The heater drive circuit 28 is controlled by the control circuit (CPU) 21.
[0089]
3) Fixing belt 20
The fixing belt 20 is formed by forming a silicone resin layer having a thickness of about 200 μm by a ring coating method on a cylindrical endless film of a polyimide resin having a thickness of 50 μm, and coating a PFA resin tube having a thickness of 30 μm. Become. A material having a thermal conductivity of about 0.39 W / m · K was used for the silicone rubber layer.
[0090]
The heat capacity of the fixing belt thus formed was measured to be 2.8 × 10 -2 cal / cm 2 K (fixing belt 1cm 2 Heat capacity per unit). Generally, the heat capacity of the fixing belt 20 is 1.0 cal / cm. 2 If it exceeds K, the temperature rise becomes slow, and the on-demand property is impaired. Conversely, 1.0 × 10 -2 cal / cm 2 If K is not more than K, the rubber layer of the fixing belt 20 becomes extremely thin, causing problems in image quality such as non-uniformity of the OHT transmittance. Therefore, the heat capacity of the fixing belt 20 is 1.0 × 10 -2 cal / cm 2 K or more and 1.0 cal · cm 2 K or less is desirable.
[0091]
Further, by providing a fluororesin layer on the surface of the fixing belt 20, the releasability of the surface is improved, and the offset phenomenon that occurs when the toner once adheres to the surface of the fixing belt 20 and moves to the transfer material P again is prevented. can do.
[0092]
Further, by using a PFA tube as the fluororesin layer on the surface of the fixing belt 20, a uniform fluororesin layer can be more easily formed.
[0093]
(3) Control of the fixing heater 16
Here, as Comparative Examples 1 and 2, a belt fixing device in which one main thermistor 18 and one sub thermistor 19 are provided for the fixing belt 20 and the heater 16 as shown in FIGS.
[0094]
In this embodiment, as the transfer material P, A4 size standard paper (longitudinal width: 210 mm) and A5 size standard paper (longitudinal width: 145 mm) can be passed on the basis of the center. In the belt fixing device of Example 1, the main thermistor 18 is disposed near the center in the longitudinal direction as in the present embodiment, but the sub thermistor 19 is located 90 mm from the center in the longitudinal direction, that is, outside the A5 size paper and A4 size. It was arranged at a position inside the paper.
[0095]
In the belt fixing device of Comparative Example 2 in FIG. 6, the main thermistor 18 and the sub thermistor 19 are arranged near the center in the longitudinal direction as in the present embodiment.
[0096]
In the present example, comparative example 1 and comparative example 2, as the transfer material P, an A5 size basis weight of 105 g / m 2 Table 1 summarizes the temperature ripple and the temperature rise in the non-sheet passing portion when the sheet is passed.
[0097]
[Table 1]
[0098]
As shown in Table 1, in Comparative Example 1, the temperature ripple was poor, and in Comparative Example 2, the temperature rise in the non-sheet passing portion was poor. On the other hand, in this example, both the temperature ripple and the temperature rise in the non-sheet passing portion were good. The details will be described below using graphs and the like.
[0099]
Graph 1 in FIG. 7 shows that the temperature of the fixing belt 20 is detected by the main thermistor 18 of the fixing belt 20 at the time of the normal speed (at the time of the normal mode) in the present embodiment, the comparative example 1 and the comparative example 2, and the temperature is reduced to a desired temperature. 4 is a graph in a case where the power supply to the heater 16 is controlled so that the temperature adjustment operation of the fixing belt 20 is performed. In the graph, the solid line indicates the temperature of the fixing film, and the dotted line indicates the temperature of the heating element.
[0100]
In this case, a decrease in the temperature of the fixing belt at the time of paper passing of various transfer materials P can be detected quickly, so that the control of the heating element can be performed with good responsiveness without much delay to the temperature decrease of the fixing belt. In addition, a decrease in the temperature of the fixing belt can be suppressed. In this embodiment, the ripple of the fixing belt and the heater could be suppressed within about 10 ° C.
[0101]
FIG. 8 is a graph showing a case where the temperature of the heater 16 is detected by the sub-thermistor 19 of the heater 16 at this time, the power supply to the heater 16 is controlled so that the desired temperature is obtained, and the temperature adjustment operation of the fixing belt 20 is performed. It is shown in FIG. Since the temperature drop of the fixing belt 16 differs depending on the type of the transfer material P, the temperature ripple of the heater can be suppressed within about 10 ° C., but the temperature ripple of the fixing belt becomes large at about 15 ° C.
[0102]
Next, graph 3 of FIG. 9 shows that the temperature of the heater 16 is detected by the sub thermistor 19 of the heater 16 at the time of low speed (at the time of the low speed mode) and the power supply to the heater 16 is controlled so as to reach a desired temperature. 6 is a graph in a case where a temperature control operation of the fixing belt 20 is performed.
[0103]
In this case, since there are many transfer materials having a fixed heat capacity such as OHT, gloss paper, envelopes, postcards, etc. as media for lowering the fixing speed, the temperature of the fixing belt can be sufficiently controlled by controlling the temperature of the heater. is there. In this embodiment, the ripple of the fixing belt and the heater could be suppressed within about 10 ° C.
[0104]
At this time, the temperature of the fixing belt 20 is detected by the main thermistor 18 of the fixing belt 20, and the power supply to the heater 16 is controlled so that the temperature becomes a desired temperature. Is different from the heater position, a time lag of ON / OFF of the heater 16 is generated, and it is difficult to control the temperature of the fixing belt surface by the temperature detector of the heater 16, and the temperature ripple increases. It was.
[0105]
Here, in Comparative Example 2, a case where an experiment similar to Graph 3 in FIG. 9 was performed is shown in Graph 4 in FIG. It can be seen that the temperature rise outside the paper passing area of the small-sized paper is large, and the fixing belt 20 is at 220 ° C. or higher. In this case, the members holding the heater may be melted, or the elastic layer of the fixing belt may be damaged by heat and may be deformed. Was needed.
[0106]
However, since the thermistor is not provided outside the paper passing area of the small-sized paper, it is impossible to detect the temperature rise in the non-paper passing portion, which is impossible.
[0107]
In this embodiment, a sub thermistor 19 ', which is a third temperature detecting means, is used as a measure against the temperature rise in the non-sheet passing portion. In this embodiment, as the transfer material P of the maximum size paper in the longitudinal direction, A4 size fixed size paper (width 210 mm in the longitudinal direction) can be passed on the basis of the center. The sub thermistor 19 'was arranged at a position 110 mm from the center in the longitudinal direction, that is, a position outside the A4 size paper.
[0108]
In the present embodiment, the temperature of the sub thermistor 19 'during the paper passing is monitored in order to prevent the temperature from rising at the end portion when the A4 size paper is continuously passed. In addition, the apparatus has a function of starting feeding of the next sheet after alleviating the temperature rise at the end by idling the fixing device. Then, as shown in the graph 3 of FIG. 9, about 220 ° C. is set as the temperature rise limit temperature at the end of the sub thermistor 19 ′.
[0109]
Further, in Comparative Example 1, a case where an experiment similar to the graph 3 in FIG. 9 was performed is shown in a graph 5 in FIG. Since the thermistor 19 of the heater 16 is disposed outside the paper passing area, it is not known that the heat of the fixing belt 20 in the paper passing area has been taken away by the transfer material P and the temperature of the fixing belt has dropped. Is not done. Since the heat of the fixing belt 20 is removed by the transfer material P without detecting that the temperature has decreased by the temperature detecting means of the heater, the temperature of the fixing belt 20 cannot be prevented from lowering. Therefore, the temperature drop of the fixing belt is as large as about 20 ° C. For this reason, there are defects such as poor fixability and a difference in gloss.
[0110]
Further, in this embodiment, about 250 ° C. is set as the abnormally high temperature detected temperature of the heater temperature detecting means. If the heater is energized in a state where the rotation of the fixing device is stopped at the time of abnormality, the temperature detecting means for controlling the temperature (in this embodiment, the fixing belt temperature detecting means Even if an attempt is made to detect an abnormally high temperature based on the detected temperature, since the fixing belt rotation is stopped, the temperature rise gradient at the fixing belt temperature detecting means position is not large, and the heater will be overheated. , The heater cracked, the heater holder melted, etc.
[0111]
In the present embodiment, the temperature control is performed based on the temperature detected by the temperature detecting means of the fixing belt, but the abnormally high temperature of the heater is detected using the temperature detected by the temperature detecting means of the heater. Even if the heating element is energized while the rotation of the fixing belt is stopped, the heater temperature detection means can detect an abnormally high temperature before the heater becomes excessively high, and quickly take measures such as stopping the energization of the heater. Therefore, safety can be ensured.
[0112]
Although the in-color (tandem) color image forming apparatus has been described, similar effects can be obtained with other color image forming methods.
[0113]
<Second embodiment>
In the present embodiment, the general configuration of the fixing device is the same as that of the first embodiment, but the main thermistor 18 of the fixing belt 20 is brought into contact with the surface of the fixing belt 20 as shown in FIG. The difference is that the temperature drop of the belt can be detected with higher responsiveness than the first embodiment.
[0114]
At a normal speed (normal mode), the transfer material P has a basis weight of 105 g / m of A5 size. 2 Next, a change in the temperature of the fixing belt and the like when the sheet is passed will be described.
[0115]
Graph 6 in FIG. 13 shows a decrease in the temperature of the fixing belt and the like in the belt fixing device of the present embodiment. The fixing belt 20 having an elastic layer is used as the fixing belt, and the heater 16 is controlled by the detected temperature of the main thermistor 18 in contact with the center of the surface of the fixing belt 20 to control the temperature. In this case, since the temperature decrease of the fixing belt when the transfer material P is passed can be detected earlier than in the first embodiment, the control of the heating element can be performed with good responsiveness to the temperature decrease of the fixing belt. Therefore, a decrease in the temperature of the fixing belt can be reduced. In the present embodiment, the temperature decrease of the fixing film could be suppressed within about 5 ° C.
[0116]
<Third embodiment>
The present embodiment is characterized in that a metal fixing belt based on metal is used as the fixing belt 20.
[0117]
FIG. 14 is a diagram illustrating the fixing belt 20 used in this embodiment. The base layer 20a uses a SUS belt formed by drawing a SUS tube into a seamless belt having a thickness of 50 μm. A rubber layer 20b and a release layer 20c were formed on the SUS belt in the same manner as in the first and second embodiments, to obtain a fixing belt 20 of the present embodiment.
[0118]
The fixing belt 20 of this embodiment is applied to the same fixing device as that of the first embodiment, and similarly to the first embodiment, 700 W of electric power is applied until the inner surface of the fixing belt 20 reaches 195 ° C. When the time was measured, it was about 8 seconds, and the temperature of the fixing belt 20 could be increased more quickly than in the fixing device of the first embodiment.
[0119]
Further, similarly to the first embodiment, when a small-sized transfer material P requiring a low fixing speed is passed, the heating element is determined by the detected temperature of the sub thermistor 19 abutting on the center of the heater 16. , And the temperature control of the fixing belt 20 could be performed.
[0120]
In this embodiment, stainless steel is used as the material of the base material of the fixing belt 20, but other metals may be used. Specifically, copper, iron, nickel and the like can be considered.
[0121]
In particular, when a fixing belt base material made of copper or nickel formed on a sleeve by an electroforming method is used, it is possible to reduce the thickness to 40 μm or less, and furthermore, since the heat efficiency is high, a fixing belt having excellent startup characteristics can be obtained. It becomes.
[0122]
<Others>
1) In the above-mentioned embodiment, as the toner, a substantially spherical toner (polymerized toner) manufactured by a polymerization method, containing 5 to 30% by weight of a low softening point substance, and having a shape factor SF-1 of 100 to 110 is used. I have.
[0123]
The low-softening point substance is a compound having a main maximum peak value of 40 to 90 ° C. measured according to ASTM D3418-8. For measurement of the maximum peak temperature of the polymerized toner, for example, DSC-7 manufactured by PerkinElmer Co., Ltd. is used. The temperature correction of the device detection unit uses the melting points of indium and zinc, and the heat quantity correction uses the heat of fusion of indium. For the sample, an aluminum pan was used, an empty pan was set as a control, and the measurement was performed at a heating rate of 10 ° C./min.
[0124]
Specifically, paraffin wax, polyolefin, Fischer-Tropsch wax, amide wax, higher fatty acid, ester wax, derivatives thereof, or graft / block compounds thereof can be used.
[0125]
Preferred is an ester wax having at least one long-chain ester moiety having 10 or more carbon atoms represented by the following general structural formula. Specific structural formulas of typical compounds of the ester wax are shown below as general structural formulas (1), (2), and (3).
[0126]
Embedded image
[0127]
The ester wax preferably used in the present invention has a hardness of 0.5 to 5.0. The hardness of the ester wax is a value obtained by preparing a cylindrical sample having a diameter of 20 mm and a thickness of 5 mm, and then measuring the Vickers hardness using a dynamic micro hardness meter (DUH-200) manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement conditions are as follows: after displacing 10 μm at a load speed of 9.67 mm / sec with a load of 0.5 g and holding for 15 seconds, measure the resulting dent shape to obtain Vickers hardness. The hardness of the ester wax preferably used in the present invention shows a value of 0.5 to 5.0. Examples of specific compounds are shown in the following chemical formulas (1), (2), (3) and (4).
[0128]
Embedded image
[0129]
Here, the shape factor SF-1 is a numerical value indicating a ratio of a spherical roundness of a spherical material, and is a maximum length MAXLNG of an elliptical figure formed by projecting the spherical material on a two-dimensional plane. It is expressed by a value obtained by dividing the power to the figure area AREA and multiplying by 100π / 4. That is, the shape factor SF-1 is given by
[0130]
(Equation 1)
[0131]
Is defined by Using a Hitachi FE-SEM (S-800), 100 toner images were randomly sampled, and the image information was introduced into an image analyzer (Luzex3) manufactured by Nicole via an interface, analyzed, and calculated from the above equation. It was done.
[0132]
The cyan toner was adjusted as follows. In a 21-liter four-necked flask equipped with a high-speed stirring device, 710 parts by weight of ion-exchanged water and 0.1 mol / liter Na 3 PO 4 450 parts by weight of an aqueous solution was added, the number of revolutions was adjusted to 12,000, and the mixture was heated to 65 ° C. Here 1.0 mol / liter CaCl 2 68 parts by weight of an aqueous solution is gradually added, and a small hard aqueous dispersant Ca is added. 3 (PO 4 ) 2 Was prepared.
[0133]
On the other hand, the dispersoid system
Styrene monomer: 165 parts by weight
n-butyl acrylate monomer: 35 parts by weight
I. 15:30 ... 14 parts by weight
Saturated polyester: 10 parts by weight
{Terephthalic acid-propylene oxide modified bisphenol A acid value 15, peak molecular weight: 6000}
Salicylic acid metal compound: 2 parts by weight
The following compound (maximum peak value 59.4 ° C): 60 parts by weight
[0134]
Embedded image
[0135]
After the above mixture was dispersed for 3 hours using an attritor, a dispersion to which 10 parts by weight of 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) as a polymerization initiator was added was put into a dispersion medium and rotated. Granulate for 15 minutes while maintaining the number. Thereafter, the stirrer was changed from a high-speed stirrer to a propeller stirring blade, the internal temperature was raised to 80 ° C., and polymerization was continued at 50 rotations for 10 hours. After the completion of the polymerization, the chiller was cooled, and dilute hydrochloric acid was added to remove the dispersion medium. Further washing and drying, the weight average particle diameter of the cyan toner measured by a Coulter counter was 6.2 μm, the number variation coefficient was 27%, and SF-1 was 104.
[0136]
Similarly, a yellow toner, a magenta toner, and a black toner having an SF-1 of 104 were produced. In addition, as a coloring agent, C.I. I. Pigment Yellow 17, magenta toner, C.I. I. Pigment Red 122 and black toner used carbon black.
[0137]
2) The first and second fixing members for forming the fixing nip are not limited to the fixing belt and the pressure roller of the embodiment. It is also possible to provide an apparatus in which both the first and second fixing members are provided with a heat source.
[0138]
3) The form of the ceramic heater as a heat source is not limited to the embodiment. Further, the heat source is not limited to the ceramic heater, and may be composed of, for example, an electromagnetic induction heating member such as an iron plate and a magnetic field generating means.
[0139]
4) The heat source does not necessarily have to be located at the fixing nip N. For example, the heat source may be disposed upstream of the fixing nip portion N in the fixing belt moving direction.
[0140]
5) Although the fixing device of the embodiment is a driving device for a rotating pressurizing member, it may be a device of a type in which a driving roller is provided on the inner peripheral surface of an endless fixing belt and the fixing belt is driven while applying tension. Alternatively, the fixing belt may be formed into a rolled end web, and the running belt may be driven.
[0141]
6) In the present invention, the fixing device includes not only a fixing device that heat-fixes an unfixed image on a recording material as a permanent image, but also a heating device that tentatively fixes an unfixed image on the recording material, and a recording material carrying an image. And a heating device for improving the image surface properties such as gloss by re-heating the surface.
[0142]
7) The image forming method of the image forming apparatus is not limited to the electrophotographic method, but may be an electrostatic recording method, a magnetic recording method, or the like, or may be a transfer method or a direct method.
[0143]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a fixing device and an image forming apparatus including the fixing device, when the fixing speed is normal, the temperature control of the fixing member is accurately performed by the first temperature detecting unit. When the fixing speed is low and the recording material is of a small size, the temperature control of the fixing member is accurately performed by the second temperature detecting means, and the temperature rise of the non-sheet passing portion is detected by the third temperature detecting means. In addition, it is possible to prevent the temperature from excessively rising when the apparatus is abnormal such as the pressure release state and the fixing member slip, thereby ensuring the safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color image forming apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a fixing device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective model view showing a positional relationship among a fixing heater, a main thermistor, and a sub thermistor.
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of a fixing heater (ceramic heater).
FIG. 5 is a perspective model view showing a positional relationship among a fixing heater, a main thermistor, and a sub thermistor of the fixing device of Comparative Example 1.
FIG. 6 is a perspective model view showing a positional relationship among a fixing heater, a main thermistor, and a sub thermistor of the fixing device of Comparative Example 2.
FIG. 7 is a graph 1 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 8 is a graph 2 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 9 is a graph 3 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 10 is a graph 4 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 11 is a graph 5 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a fixing device according to the first embodiment.
FIG. 13 is a graph 6 for explaining a decrease in the temperature of the fixing film.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a fixing belt according to a third embodiment.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a conventional heat roller type fixing device.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a conventional film fixing type fixing device.
FIG. 17 is a graph showing a temperature control operation of the fixing belt.
[Explanation of symbols]
16 Fixing heater
17 Heater holder
18 Main thermistor
19 Sub thermistor
19 'sub thermistor
20 Fixing belt
22 Pressure roller