JP2004086219A - Pressure roller, fixing device having the pressure roller and image forming device having the fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加圧ローラ、該加圧ローラを有する定着装置、及び該定着装置を有する画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a pressure roller, a fixing device having the pressure roller, and an image forming apparatus having the fixing device.
電子複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはその少なくとも2つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置においては、例えば転写紙や樹脂シートなどから成る記録媒体に形成されたトナー像を定着する定着装置が用いられている。かかる定着装置として、加熱される定着部材と、加圧ローラとの間に、トナー像を担持した記録媒体を通過させてそのトナー像を記録媒体上に定着する定着装置が従来より広く採用されている。 2. Description of the Related Art In an image forming apparatus configured as an electronic copying machine, a printer, a facsimile, or a multifunction peripheral having at least two functions thereof, for example, a toner image formed on a recording medium such as a transfer sheet or a resin sheet is fixed. A fixing device is used. As such a fixing device, a fixing device that allows a recording medium carrying a toner image to pass between a heated fixing member and a pressure roller and fixes the toner image on the recording medium has been widely used. I have.
図9はこの形式の定着装置の従来例を示す断面図である。ここに例示した定着装置1Aは、定着部材が中空円筒状の定着ローラ3Aとして構成され、この定着ローラ3Aに対して加圧ローラ4Aが圧接する。定着ローラ3Aの内部には、その定着ローラを加熱するヒータ2Aが内設されている。画像形成装置のプリント動作時に、定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aが互いに圧接してそれぞれ矢印方向に回転し、両ローラ間に未定着トナー像Tを担持した記録媒体Pが通過する。このとき記録媒体上のトナー像を定着ローラ3Aの表面に圧接させ、熱と圧力の作用によりそのトナー像を記録媒体P上に定着する。加圧ローラ4Aは、記録媒体Pを定着ローラ3Aに押し付ける用をなす。
FIG. 9 is a sectional view showing a conventional example of this type of fixing device. In the fixing device 1A illustrated here, the fixing member is configured as a
ところで、上述の如き定着装置を有する画像形成装置においては、そのメインスイッチをオンしたとき、ヒータ2Aにより定着ローラ3Aを加熱して、その表面温度が定着に適した定着温度となってから、上述の定着動作を開始している。また、メインスイッチをオンした状態での待機時に、定着ローラ3Aの温度を定着温度よりも低い待機温度に保ち、プリント動作の開始前に、定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aをプレ回転させながら、ヒータ2Aにより定着ローラ3Aを加熱し、その表面温度が定着温度に達してから定着動作を実行するように構成することも従来より周知である。このように定着ローラ3Aの温度が定着温度に上昇するまでの待ち時間は、できるだけ短かいことが望ましい。
By the way, in the image forming apparatus having the fixing device as described above, when the main switch is turned on, the
そこで、従来より、定着ローラ3Aの厚さをできるだけ薄くしてその熱容量を小さくし、定着ローラ3Aの温度が定着温度に上昇するまでの待ち時間を短縮するなどの対策が施されているが、定着ローラ3Aを昇温させるべく、ヒータ2Aによって定着ローラ3Aを加熱しているとき、その定着ローラ3Aに加圧ローラ4Aが当接しているように構成した場合、定着ローラ3Aの熱が加圧ローラ4Aに奪われるため、定着ローラ3Aの温度を、短時間で定着温度にまで上昇させることは容易ではない。特に、定着ローラ3Aの昇温時に、上述の如く定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aをプレ回転させて、定着ローラ3Aの温度を、その周方向に均一に上昇させるように構成した場合には、その回転の開始に伴って定着ローラ3Aの熱が加圧ローラ4Aに多量に奪われるため、定着ローラ3Aの温度が急激に低下する。このため、定着ローラ3Aが定着温度に達するまでの待ち時間が長くなり、ユーザに多大な不便をかけるおそれを免れない。
Therefore, conventionally, measures have been taken such as making the thickness of the
上述の不具合を防止するため、図9に示すように、金属などの剛体より成る芯軸5Aと、その周面にスポンジより成る多孔質の弾性体層6Aを積層した加圧ローラ4Aを用いると共に、定着ローラ3Aを剛体により構成した定着装置が提案されている(特開昭58−134672号公報参照)。このような多孔質の弾性体層を備えた加圧ローラ4Aを用いると、その弾性体層が多孔質であるがため、その断熱性が高められ、定着ローラから加圧ローラに奪われる熱量を少なくできる。これにより、定着ローラ3Aが定着温度に達するまでの待ち時間を短かくすることができる。しかも、加圧ローラ4Aが定着ローラ3Aに圧接することにより、その加圧ローラ4Aの弾性体層6Aが弾性変形し、これによって記録媒体搬送方向に或るニップ幅Nをもって加圧ローラ4Aと定着ローラ3Aが圧接するので、記録媒体Pがここを通る間に、トナー像Tに対して必要な量の熱を与え、当該トナー像Tを記録媒体上に確実に定着することができる。
In order to prevent the above-described problems, as shown in FIG. 9, a pressure roller 4A having a
ところが、上述のように加圧ローラ4Aが弾性体層6Aを有していると、その弾性体層6Aが、図9に示すように剛体より成る定着ローラ3Aによって加圧されて圧縮変形するので、定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aの間を通過した記録媒体Pは、図9に矢印BAで示すように、定着ローラ3Aの周面に沿って移動する。このため、定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aを出た記録媒体が、図9に符号PAを付し、かつ鎖線で示すように、定着ローラ3Aの周面に巻き付きやすくなる。通常、定着ローラ3Aから記録媒体を分離する分離爪30Aが設けられているので、定着ローラ3Aに巻き付いた記録媒体PAは、この分離爪30Aによって定着ローラ3Aの周面から分離されるが、このとき記録媒体PA上のトナー像が分離爪30Aによってこすられ、そのトナー像にすじ状の跡が付けられてしまうおそれがある。また、記録媒体が定着ローラ3Aの周面に巻き付いた場合と、これが巻き付かなかった場合とでは、定着ローラ3Aから記録媒体上のトナー像に与えられる熱量が大きく相違し、前者の場合の方が、定着ローラ3Aから与えられる熱量が多くなる。このため、記録媒体上のトナー像の光沢度に差が生じ、均一な品質のトナー像を得ることができなくなる。特にカラー画像形成装置の場合には、トナー像の光沢度がその画質に比較的大きな影響を与えるので、この不具合を無視することはできない。
However, when the pressure roller 4A has the
また、加熱される定着部材が、複数の巻き掛けローラに巻き掛けられた無端状の定着ベルトより成り、その定着ベルトと加圧ローラの間に記録媒体を通して、トナー像を定着する定着装置も従来より周知であるが、かかる定着装置も上述したところと同様の問題を有している。 Further, a fixing device in which a heated fixing member is formed of an endless fixing belt wound around a plurality of winding rollers, and a toner image is fixed through a recording medium between the fixing belt and the pressure roller is also known. As is well known, such a fixing device also has the same problems as described above.
本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであって、その第1の目的は、上述の従来の欠点を除去できる定着装置用の加圧ローラを提供することにある。 The present invention has been made based on the above-described novel recognition, and a first object of the present invention is to provide a pressure roller for a fixing device which can eliminate the above-mentioned conventional disadvantages.
また、本発明の第2の目的は、上述の欠点を除去した定着装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a fixing device in which the above-mentioned disadvantages are eliminated.
さらに、本発明の第3の目的は、上記定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide an image forming apparatus having the above fixing device.
本発明は、上記第1の目的を達成するため、多数の気孔が形成された剛体より成る断熱層を具備して成る定着装置用の加圧ローラを提案する(請求項1)。 The present invention proposes, in order to achieve the first object, a pressure roller for a fixing device including a heat insulating layer formed of a rigid body having a large number of pores (claim 1).
その際、前記断熱層は、結合された繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質成形体、多孔質セラミック、及び多孔質樹脂のうちの少なくとも1つにより構成されていると有利である(請求項2)。 In this case, it is advantageous that the heat insulating layer is constituted by at least one of a porous molded body, a porous ceramic, and a porous resin in which a large number of pores are formed between the bonded fibers. (Claim 2).
また、本発明は、上記第2の目的を達成するため、加熱される定着部材と、該定着部材に記録媒体を押し付けるための加圧ローラとを具備し、該記録媒体に担持されたトナー像が前記定着部材に接触するように、該記録媒体を定着部材と加圧ローラとの間に通過させてトナー像を記録媒体に定着する定着装置において、前記加圧ローラは、多数の気孔が形成された剛体より成る断熱層を具備していることを特徴とする定着装置を提案する(請求項3)。 Further, in order to achieve the second object, the present invention includes a fixing member to be heated, and a pressure roller for pressing a recording medium against the fixing member, and a toner image carried on the recording medium. A fixing device that passes the recording medium between the fixing member and the pressure roller so that the toner image is fixed to the recording medium so that the recording medium contacts the fixing member. A fixing device having a heat insulating layer made of a rigid body is proposed (claim 3).
その際、前記定着部材は定着ローラより成り、該定着ローラは、前記加圧ローラにより加圧されて弾性変形する弾性体層を有していると有利である(請求項4)。 In this case, it is advantageous that the fixing member includes a fixing roller, and the fixing roller has an elastic layer that is elastically deformed by being pressed by the pressing roller (claim 4).
また、上記請求項4に記載の定着装置において、前記加圧ローラは、駆動装置によって、前記定着ローラを介することなく直に回転駆動されるように構成されていると有利である(請求項5)。 In the fixing device according to the fourth aspect, it is advantageous that the pressure roller is configured to be directly driven to rotate by a driving device without passing through the fixing roller. ).
さらに、上記請求項4又は5に記載の定着装置において、前記定着ローラの表面から該定着ローラを加熱する加熱手段を具備すると有利である(請求項6)。 Further, in the fixing device according to the fourth or fifth aspect, it is advantageous to include a heating unit that heats the fixing roller from the surface of the fixing roller (claim 6).
また、上記請求項3に記載の定着装置において、前記定着部材は、複数の巻き掛けローラに巻き掛けられた無端状の定着ベルトより成り、複数の巻き掛けローラのうちの少なくとも1つのローラは、前記定着ベルトを介して前記加圧ローラにより加圧されて弾性変形する弾性体層を有していると有利である(請求項7)。 Further, in the fixing device according to claim 3, the fixing member includes an endless fixing belt wound around a plurality of winding rollers, and at least one of the plurality of winding rollers is It is advantageous to have an elastic layer which is elastically deformed by being pressed by the pressure roller via the fixing belt (claim 7).
さらに、上記請求項7に記載の定着装置において、前記加圧ローラは、駆動装置によって、前記定着ベルトを介することなく直に回転駆動されるように構成されていると有利である(請求項8)。 Further, in the fixing device according to the seventh aspect, it is advantageous that the pressure roller is configured to be directly driven to rotate by a driving device without passing through the fixing belt (claim 8). ).
また、上記請求項3乃至8のいずれかに記載の定着装置において、前記加圧ローラの表面から該加圧ローラを加熱する加熱手段を具備すると有利である(請求項9)。 Further, in the fixing device according to any one of the third to eighth aspects, it is advantageous to include a heating unit that heats the pressure roller from the surface of the pressure roller (claim 9).
さらに、上記請求項3乃至9のいずれかに記載の定着装置において、前記断熱層は、結合された繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質成形体、多孔質セラミックス、及び多孔質樹脂のうちの少なくとも1つにより構成されていると有利である(請求項10)。 Further, in the fixing device according to any one of claims 3 to 9, the heat insulating layer includes a porous molded body, a porous ceramic, and a porous resin in which a number of pores are formed between the bonded fibers. Advantageously, it is constituted by at least one of the following (claim 10).
また、本発明は、上記第3の目的を達成するため、請求項3乃至10のいずれかに記載の定着装置を具備して成る画像形成装置を提案する(請求項11)。 In order to achieve the third object, the present invention proposes an image forming apparatus including the fixing device according to any one of claims 3 to 10 (claim 11).
請求項1及び2に係る発明によれば、定着部材を短時間で昇温させることのできる加圧ローラを供することができる。 According to the first and second aspects of the invention, it is possible to provide a pressure roller capable of raising the temperature of the fixing member in a short time.
請求項3及び10に係る発明によれば、定着部材を短時間で昇温させることができ、しかも定着部材と加圧ローラとの間から出た記録媒体が定着部材に巻き付く不具合を防止できる。 According to the third and tenth aspects of the present invention, the temperature of the fixing member can be raised in a short time, and the problem that the recording medium coming out from between the fixing member and the pressure roller is wound around the fixing member can be prevented. .
請求項4に係る発明によれば、定着ローラと加圧ローラの間から出た記録媒体が定着ローラに巻き付く不具合をより一層確実に防止できる。 According to the fourth aspect of the invention, it is possible to more reliably prevent the recording medium coming out from between the fixing roller and the pressure roller from being wound around the fixing roller.
請求項5及び8に係る発明によれば、記録媒体を一定速度で搬送でき、記録媒体上のトナー像の乱れを防止できる。 According to the fifth and eighth aspects of the present invention, the recording medium can be conveyed at a constant speed, and the disturbance of the toner image on the recording medium can be prevented.
請求項6に係る発明によれば、定着ローラが弾性体層を有してはいるが、その定着ローラを短時間で昇温させることができる。 According to the invention of claim 6, although the fixing roller has the elastic layer, the temperature of the fixing roller can be raised in a short time.
請求項7に係る発明によれば、定着ベルトと加圧ローラの間から出た記録媒体が定着ベルトに巻き付く不具合をより一層確実に防止できる。 According to the seventh aspect of the invention, it is possible to more reliably prevent the recording medium coming out from between the fixing belt and the pressure roller from being wound around the fixing belt.
請求項9に係る発明によれば、定着部材をより一層短時間で昇温させることができ、しかも加圧ローラが断熱層を有してはいるが、かかる加圧ローラの表面温度を短時間で上昇させることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the temperature of the fixing member can be increased in a shorter time, and the surface temperature of the pressure roller can be reduced in a short time even though the pressure roller has a heat insulating layer. Can be raised.
請求項11に係る発明によれば、上述の効果を奏する画像形成装置を供することができる。 According to the eleventh aspect, it is possible to provide an image forming apparatus having the above effects.
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は画像形成装置の概略を示す垂直断面図であり、その画像形成装置本体31内には、記録媒体上にトナー像を形成する作像手段32と、その作像手段に記録媒体を給送する給送手段33と、記録媒体上に形成されたトナー像を定着する定着装置1とを有している。先ず、作像手段32の概要を明らかにする。
FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing an image forming apparatus. In an image forming apparatus
ここに例示した作像手段32は、像担持体の一例であるドラム状の感光体35を有し、この感光体35が時計方向に回転するとき、帯電装置36により感光体表面が所定の極性に帯電される。その帯電面に、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット37から出射する光変調されたレーザビームLが照射され、これによって感光体表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置38によってトナー像として可視像化され、そのトナー像は、給送手段33により給送された記録媒体P上に、転写装置39の作用により転写される。トナー像転写後の感光体表面に付着する転写残トナーはクリーニング装置40により除去される。
The image forming means 32 illustrated here has a drum-shaped
給送手段33は、例えば樹脂シート又は転写紙などから成る記録媒体Pを収容したカセット41を有し、給送ローラ42の回転によって、最上位の記録媒体Pがカセット41から送り出され、その送り出された記録媒体はレジストローラ対43の回転によって、感光体35と転写装置39との間の転写位置に給送され、ここで、前述のように感光体35上のトナー像が記録媒体上に転写される。
The feeding means 33 has a
トナー像が転写された記録媒体は、引き続き定着装置1を通り、このとき、後述するように記録媒体上のトナー像が定着される。定着装置1を通過した記録媒体は、機外のトレイ44上に排出される。
The recording medium onto which the toner image has been transferred continues to pass through the fixing device 1, and at this time, the toner image on the recording medium is fixed as described later. The recording medium that has passed through the fixing device 1 is discharged onto a
図2は定着装置1の拡大断面図である。ここに示した定着装置1は、定着部材の一例である定着ローラ3と、この定着ローラ3に圧接し、かつ当該定着ローラ3に対してほぼ平行に延びる加圧ローラ4とを有している。加圧ローラ4は、金属又は硬質樹脂などの剛体より成る丸棒状の芯軸5と、この芯軸5に例えば圧入又は接着などによって固定された円筒状の断熱層9と、その断熱層9の表面に積層された離型層10より成る表層とを有し、断熱層9は芯軸5に対して同心状に固定されている。離型層10を省略することも可能である。
FIG. 2 is an enlarged sectional view of the fixing device 1. The fixing device 1 shown here has a fixing roller 3 which is an example of a fixing member, and a
一方、定着ローラ3は、金属などの剛体より成る芯軸11と、その芯軸11に対して同心状に固定された耐熱性を有する弾性体層12と、その弾性体層12の表面に積層された離型層13とを有している。弾性体層12は、例えば非発泡のシリコーンゴム、又はシリコーンゴムを発泡成形したものなどから成り、定着ローラ3と加圧ローラ4の離型層13,10は、例えばポリテトラフルオロエチレン、その他のフッ素樹脂などの離型性に優れた材料により構成される。
On the other hand, the fixing roller 3 is composed of a
加圧ローラ4の断熱層9は、耐熱性を有し、かつ多数の気孔が形成された剛体より成り、例えば、多孔質セラミックス材料より成る成形体から構成されている。セラミックス材料は、耐熱性に優れ、高い剛性と大きな圧縮強度を有していると共に、その多数の気孔によって高い断熱性を示す。しかも、熱伝導率も低く、かつその高い剛性により、弾性体層よりも熱膨張率は非常に小さい。セラミックス材料より成る断熱層9の全体積に対する全気孔の体積比率を気孔率と称することにすると、その気孔率が50%程度であるとき、断熱層9の熱伝導率は0.3W/mK程度となる。気孔率は30乃至70%程度の範囲に定めることができる。
The
断熱層9を上述のセラミックス材料により構成するほか、耐熱性繊維が結合剤により相互に結合され、その繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質成形体により構成することもできる。かかる多孔質成形体も上述したセラミックス材料より成る成形体と同様な特性を有している。
In addition to the
特開平9−108601号公報には、「繊維間に結合剤の存在しない微細な連通空隙を有し且つ均一に分布した孔径0.05〜2mmの気孔群を有し、総空隙率が30〜90%である多孔質」の繊維質成形体と、その繊維として、例えばガラス繊維などを使用できることが記載され、材料を成形した後、乾燥、加熱して繊維質成形体を製造する方法が詳しく説明されているが、かかる繊維質成形体を、断熱層9を構成する多孔質成形体として用いることができる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-108601 describes that “a fine pore group having no communicating agent between fibers and a pore group having a pore diameter of 0.05 to 2 mm uniformly distributed, and a total porosity of 30 to It is described that a fibrous molded article of "90% porous" and, for example, glass fiber can be used as the fiber, and a method of producing a fibrous molded article by molding, drying, and heating the material is described in detail. Although described, such a fibrous formed body can be used as a porous formed body constituting the
さらに、断熱層9を多孔質樹脂により構成することもできる。例えば、図示していない成形金型に樹脂粒体を詰め、これを加熱して焼結することにより、多孔質樹脂より成る円筒状の断熱層9を得ることができる。この断熱層9を芯軸5に圧入又は接着するなどして固定することにより加圧ローラ4を製造することができる。使用する樹脂としては、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリ4フッ化エチレンなどがあるが、特にポリイミド粒体を焼結して空隙率60%の円筒状多孔質樹脂成形体を得、これを断熱層9として用いることが有利である。
Furthermore, the
ソリッドの樹脂の熱伝導率は、例えば0.2W/mK程となり、従って断熱層9として、上述の如き多孔質樹脂を用いれば、断熱層9として多孔質セラミックスを用いた場合よりも、高い断熱性を得ることが可能となる。
The thermal conductivity of the solid resin is, for example, about 0.2 W / mK. Therefore, when the above-described porous resin is used as the
また、断熱層9を、上述の多孔質成形体、多孔質セラミックス及び多孔質樹脂のうちの複数のものから構成することもできる。要は、断熱層9は、結合された繊維間に多数の気孔が形成されている多孔質成形体、多孔質セラミックス、及び多孔質樹脂のうちの少なくとも1つにより構成されるものである。
(4) The
加圧ローラ4と定着ローラ3は、その芯軸5,11の長手方向各端部が、定着装置1の図示していない機枠に回転自在に支持され、同じく図示していない加圧手段により、定着ローラ3と加圧ローラ4が互いに近づく向きに加圧され、これによって両ローラ3,4の表面が互いに圧接する。その際、加圧ローラ4は剛性の大なる断熱層9を有し、定着ローラ3は弾性体層12を有しているので、両ローラ3,4が互いに圧接することにより、定着ローラ3の弾性体層12が加圧ローラ4により加圧されて圧縮変形した状態に弾性変形するが、加圧ローラ4の断熱層9はほとんど変形することはない。弾性体層12が弾性変形することにより、両ローラ3,4は、Nで示したニップ幅をもって互いに圧接する。
The
図3に示すように、加圧ローラ4の芯軸5には加圧ローラギア14が固定され、この加圧ローラギア14には画像形成装置本体側に回転自在に支持された駆動ギア15が噛み合っていて、図示していない駆動モータの作動により、その回転がギア15,14を介して加圧ローラ4に伝えられ、当該加圧ローラ4が図1における反時計方向に回転駆動される。また、定着ローラ3の芯軸11にも定着ローラギア16が固定され、この定着ローラギア16が加圧ローラギア14に噛み合い、加圧ローラギア14の回転が定着ローラギア16に伝えられ、これによって定着ローラ3が図1における時計方向に回転駆動される。定着ローラギア16を設けずに、加圧ローラ4の回転を、その表面に圧接した定着ローラ3に伝え、当該定着ローラ3を従動回転させることもできる。いずれの場合も、加圧ローラ4は、駆動モータやギア14,15などから成る駆動装置によって、定着ローラ3を介することなく直に回転駆動される。駆動装置によって加圧ローラ4を回転駆動することにより、その加圧ローラ4と定着ローラ3を回転させるのである。
As shown in FIG. 3, a
一方、定着ローラ3は、加熱手段17により、その定着ローラ3の表面から加熱されるように構成されている。図1に一例として示した加熱手段17は、定着装置1の機枠に回転自在に支持され、定着ローラ3の表面に圧接して従動回転する加熱筒18と、その内部に収容されたヒータ19とから構成され、ヒータ19への通電によりヒータ19を発熱させ、その熱を加熱筒18を介して定着ローラ3の表面に伝え、該定着ローラ3の表面を加熱する。
On the other hand, the fixing roller 3 is configured to be heated from the surface of the fixing roller 3 by the
また、定着ローラ3の表面には、サーミスタ20より成る温度検知手段が当接し、そのサーミスタ20による定着ローラ表面の温度検知結果に基づいて、ヒータ19への通電のオン,オフが制御される。これにより、定着動作中、定着ローラ表面の温度が、トナー像の定着に適した所定の範囲内の定着温度となるように制御される。
{Circle around (4)} The surface of the fixing roller 3 is brought into contact with a temperature detecting means composed of a
前述のように記録媒体P上にトナー像が転写されるが、図2に示したように、この未定着トナー像Tを担持した記録媒体Pは、入口ガイド板21によって案内されながら、図2に矢印で示す方向にそれぞれ回転する定着ローラ3と加圧ローラ4の間の圧接部に矢印Aで示すように送り込まれる。このとき、トナー像Tは定着ローラ3の表面に接触し、定着ローラ3から伝えられる熱と定着ローラ3と加圧ローラ4から受ける圧力とによって、トナー像Tが記録媒体P上に定着される。記録媒体Pに担持されたトナー像Tが定着ローラ3の表面に接触するように、該記録媒体Pを定着ローラ3と加圧ローラ4の間に通過させてトナー像を記録媒体上に定着するのである。定着装置1を通過した記録媒体Pは、前述のように画像形成装置本体外の排紙トレイ44(図1)上に排出される。
As described above, the toner image is transferred onto the recording medium P. As shown in FIG. 2, while the recording medium P carrying the unfixed toner image T is guided by the
以上のように、本例の定着装置1は、加熱される定着部材の一例である定着ローラ3と、この定着部材に記録媒体Pを押し付けるための加圧ローラ4とを具備し、その記録媒体Pに担持されたトナー像Tが定着部材に接触するように、該記録媒体Pを定着部材と加圧ローラ4との間に通過させてトナー像Tを記録媒体Pに定着するように構成されている。この定着装置1の場合も、画像形成装置の図示していないメインスイッチをオンした直後の立上り時に、加熱手段17により定着ローラ3を加熱し、その表面温度が定着温度となってから、定着動作を行う。同様に、メインスイッチをオンした状態で、定着ローラ3を定着温度よりも低い待機温度に保ち、プリント動作の開始前に加熱手段17により定着ローラ3を加熱して、その温度が定着温度となってから定着動作を開始する。かかる定着ローラ3の昇温時に、定着ローラ3と加圧ローラ4を図2に矢印で示した方向に回転させ、定着ローラ3をその周方向に均一に昇温させるのが普通である。
As described above, the fixing device 1 of the present embodiment includes the fixing roller 3 as an example of a fixing member to be heated, and the
加圧ローラ4は、多数の気孔が形成された剛体より成る断熱層9を具備しているので、上述のように定着ローラ3の温度を定着温度に上昇させるとき、加圧ローラ4の断熱層9が、その気孔の作用によって高い断熱性を示し、定着ローラ3から加圧ローラ4に奪われる熱量を、かかる断熱層を有していない加圧ローラを有する従来の定着装置に比べて大幅に少なくすることができる。加圧ローラ4は定着ローラ3から熱を供給されて、離型層10は温度上昇するが、断熱層9があるため、断熱層9及び芯軸5の温度はあまり上昇せず、定着ローラ3の温度落ち込みを抑えることができるのである。
Since the
これにより、定着装置1の定着ローラ3が定着温度に達するまでの待ち時間を効果的に短縮することができる。従って、画像形成装置のメインスイッチをオンした状態で、当該画像形成装置が待機しているとき、加熱手段17のヒータ19への通電をオフし、定着ローラ3を予熱させないように構成することもできる。このように構成しても、プリント動作の開始前にヒータ19への通電を開始してから短時間で、定着ローラ3の温度を定着温度にまで上昇させることができる。これは、定着部材として定着ベルトを用いた後述する例の場合も同様である。かかる構成により、画像形成装置の消費するエネルギーをより一層少なくすることができる。
(4) Accordingly, the waiting time until the fixing roller 3 of the fixing device 1 reaches the fixing temperature can be effectively reduced. Therefore, when the main switch of the image forming apparatus is turned on and the image forming apparatus is on standby, the power supply to the
断熱層9は、弾性体ではなく、剛体より成るので、定着ローラ3と加圧ローラ4の間を通った記録媒体Pは、図2に矢印Bで示すように、定着ローラ3から離れる向きに搬送される。このため、記録媒体Pが定着ローラ3の表面に巻き付く不具合を防止することもできる。このため、従来のように、記録媒体上のトナー像に分離爪によるすじ状の跡ができたり、トナー像の光沢度にばらつきができる不具合を防止できる。カラー画像形成装置用の定着装置の場合には、トナー像の光沢度のばらつきを阻止することにより、品質の揃ったトナー像を得ることができる。また、記録媒体Pが定着ローラ3に巻き付くことを防止できるので、記録媒体Pが定着ローラ3に過度に長い時間接触することがない。このため、定着ローラ3にオフセット防止液を塗布しなくとも、当該定着ローラにトナーが付着するホットオフセットを防止することが可能となる。これにより、定着装置1のコストを一層低減することができる。勿論、定着ローラ3にオフセット防止液を塗布すれば、より一層確実にホットオフセットの防止効果を高めることができる。また、本例の定着装置1では、その定着ローラ3と加圧ローラ4の表面に離型層13,10がそれぞれ設けられているので、これによっても、これらの表面にトナーが転移する不具合を防止することができる。
Since the
また、図2に示した定着装置の場合には、上述した構成に加え、定着ローラ3が、加圧ローラ4により加圧されて弾性変形する弾性体層12を有しているので、その弾性体層12が加圧ローラ4に加圧されて大きく圧縮変形し、これによって定着ローラ3と加圧ローラ4の間から出た記録媒体Pをより一層確実に定着ローラ3から離れる向きに向かわせることができ、上述した効果をより確実なものとすることができる。
Further, in the case of the fixing device shown in FIG. 2, since the fixing roller 3 has the
また、本例の定着装置1においては、前述の如く、加圧ローラ4が、駆動装置によって、定着ローラ3を介することなく直に回転駆動されるように構成されているが、このように構成しても、記録媒体Pを一定の正しい速度で搬送することができる。これに関連する構成を従来例との比較において以下に説明する。
Further, in the fixing device 1 according to the present embodiment, as described above, the
図9に示した従来の定着装置の場合、加圧ローラ4Aの弾性体層6Aが弾性変形するので、定着ローラ3Aと加圧ローラ4Aとの圧接部のうちの記録媒体搬送方向最上流側部分NUと最下流側部分NLにおける加圧ローラの半径R1と、その中間部分NCにおける加圧ローラの半径R2とがわずかに相違し、R1>R2となる。
In the case of the conventional fixing device shown in FIG. 9, since the
従って、加圧ローラ4Aを駆動装置によって駆動し、その加圧ローラ4Aの回転によって定着ローラ3Aを従動回転させるように構成した場合、加圧ローラ4Aの角速度が一定であっても、加圧ローラ4Aと定着ローラ3Aの圧接部のうちの最上流側部分NUと最下流側部分NLにおける記録媒体搬送速度と、中間部分NCにおける記録媒体搬送速度に相違が生じ、これによって記録媒体上のトナー像が乱され、その画質が劣化するおそれがある。弾性体層6Aは、温度上昇によって大きく熱膨張するが、かかる熱膨張も、記録媒体の搬送速度に変動を生じさせる原因となる。
Therefore, when the pressure roller 4A is driven by the driving device and the fixing
これに対し、図2に示した本例の定着装置1の場合、記録媒体Pが上述のように定着ローラ3と加圧ローラ4の間を通過するとき、両ローラ3,4は所定のニップ幅Nをもって圧接しているので、ここを通る記録媒体上のトナー像に充分な量の熱を与え、そのトナー像を確実に記録媒体P上に定着させることができるが、その際、加圧ローラ4は、定着ローラ3と加圧ローラ4の圧接部においてほとんど変形せず、定着ローラ3の弾性体層12が弾性変形して所定のニップ幅Nを確保している。従って、駆動装置によって回転駆動される加圧ローラ4の表面の速度は、両ローラ3,4の圧接部の全領域においてほぼ等しくなる。圧接部の最上流側部分NUも、最下流側部分NLも、その中間部分NCにおいても、加圧ローラ4の半径Rは全てほぼ等しくなり、一定の角速度で回転する加圧ローラ4の表面の速度はその全周において均一となる。しかも、定着ローラ3の断熱層9は剛体より成るため、従来の定着ローラの弾性体層に比べて熱膨張量も極めて少ない。このため、定着ローラ3と加圧ローラ4に挟持されて搬送される記録媒体Pの搬送速度を一定に保つことができる。よって、記録媒体を安定状態で搬送しながらトナー像を定着でき、記録媒体上のトナー像が乱される不具合を阻止することができる。
On the other hand, in the case of the fixing device 1 of the present embodiment shown in FIG. 2, when the recording medium P passes between the fixing roller 3 and the
また、図2に示した定着装置1の場合、定着ローラ3は弾性体層12を有しているので、その肉厚が大きくなり、熱容量も大きくなる。従って、従来のように定着ローラをその内部から加熱したとすると、定着装置の立上げ時などに、定着ローラ3の温度を定着温度まで上昇させるのにかなり長い時間が必要となる。
In addition, in the case of the fixing device 1 shown in FIG. 2, since the fixing roller 3 has the
これに対し、本例の定着装置1においては、定着ローラ3の表面からその定着ローラ3を加熱する加熱手段17が設けられているので、定着ローラ3の熱容量が大きくとも、その療面を短時間で定着温度にまで上昇させることができる。 On the other hand, in the fixing device 1 of the present embodiment, since the heating means 17 for heating the fixing roller 3 from the surface of the fixing roller 3 is provided, even if the heat capacity of the fixing roller 3 is large, the treatment surface is short. The temperature can be raised to the fixing temperature over time.
図4に示す定着装置1は、その定着部材が、複数の巻き掛けローラ3B,7に巻き掛けられた無端状の定着ベルト8により構成されている。ここで、必要に応じて、一方の巻き掛けローラ3Bを第1のローラと称し、他方の巻き掛けローラ7を第2のローラと称することにすると、第1のローラ3Bと、第2のローラ7は互いに離間し、かつ互いに平行に延びていて、第1及び第2のローラ3B,7に巻き掛けられた無端状の定着ベルト8に加圧ローラ4が圧接している。図示した例では、加圧ローラ4は、定着ベルト8を介して第1のローラ3Bに圧接している。
(4) The fixing device 1 shown in FIG. 4 includes an
第1のローラ3Bと加圧ローラ4の構成は、図2及び図3を参照して先に説明した定着ローラ及び加圧ローラと実質的に異なるところはない。すなわち、図4に示した加圧ローラ4も、耐熱性と剛性を有し、かつ多数の気孔が形成された断熱層9を有し、第1のローラ3Bも、定着ベルト8を介して加圧ローラ4により加圧されて弾性変形する弾性体層12を有している。その他の構成も、図2及び図3に示した定着ローラ及び加圧ローラと変りはなく、よって、図2において定着ローラと加圧ローラの各部に付した符号と同じ符号を、図4に示した第1のローラ3Bと加圧ローラ4の各部に付し、図4に示した第1のローラ3Bと加圧ローラ4のこれ以上の説明は省略する。但し、第1のローラ3Bは記録媒体Pに直に接触することはないので、第1のローラ3Bの表層としての離型層13を省略することもできる。また記録媒体Pに接触する定着ベルト8の表面に、トナーの付着を防止する離型層を設けることが望ましい。
The configurations of the
第2のローラ7は円筒状に形成され、その各端部が定着装置1の機枠に回転自在に支持されている。また第2のローラ7の各端部は、図5に示すように圧縮ばね22によって、第1のローラ3Bから離間する向きに加圧され、これによって第1のローラ3Bと第2のローラ7に張架された定着ベルト8に所定の張力を付与することができる。かかる第2のローラ7の内部にヒータ23が配置され、これにより第2のローラ7が加熱され、その熱が定着ベルト8に伝えられて定着ベルト8が加熱される。無端状の定着ベルト8は第2のローラ7によって加熱され、第2のローラ7が加熱ローラとして構成されているのである。また定着ベルト8の表面にはサーミスタ24より成る温度検知手段が当接し、その温度検知結果に基づいてヒータ23への通電のオン,オフが制御され、定着動作時に定着ベルト8の温度がトナー像の定着に適した範囲の定着温度に保たれる。
The
また、図4に示した定着装置1においても、図2及び図3に示した定着装置と全く同様にして、加圧ローラ4が、駆動装置によって、定着ベルト8を介することなく直に回転駆動される駆動ローラとして構成され(図3参照)、その加圧ローラ4の回転に従動して第1のローラ3Bが回転し、かつ定着ベルト8が矢印C方向に走行し、これに伴って第2のローラ7が図4における時計方向に回転する。加圧ローラ4を回転駆動することにより、該加圧ローラ4と第1のローラ3Bを回転させると共に定着ベルト8を走行させるのである。
Also, in the fixing device 1 shown in FIG. 4, the
図1に示した定着装置の場合と同じく、第1のローラ3Bと加圧ローラ4は、定着ベルト8を介して、これらのローラ3,4が互いに近づく向きに図示していない加圧手段により加圧され、このとき、第1のローラ3Bの弾性体層12が弾性変形し、定着ベルト8と加圧ローラ4とが所定のニップ幅Nをもって互いに圧接する。このとき、加圧ローラ4はほとんど変形することはない。
As in the case of the fixing device shown in FIG. 1, the
前述のようにトナー像Tを転写された記録媒体Pは、矢印Aで示すように、入口ガイド板21によって案内されながら、第1のローラ3Bと加圧ローラ4の間に進入する。記録媒体Pに担持されたトナー像Tが定着ベルト8の表面に接触するように、当該記録媒体Pが第1のローラ3Bと加圧ローラ4の間を通過し、このとき記録媒体Pは加圧ローラ4によって定着ベルト8に押し付けられ、定着ベルト8から伝えられる熱と、第1のローラ3Bと加圧ローラ4から受ける圧力とにより、トナー像が記録媒体P上に定着されるのである。定着装置1を通過した記録媒体Pは、画像形成装置本体外に排出される。
The recording medium P onto which the toner image T has been transferred as described above enters the space between the
上述したところから判るように、図4に示した定着装置1においても、加圧ローラ4が多数の気孔が形成された剛体より成る断熱層を有しているので、定着装置の立上げ時や、プリント動作の開始前に、第2のローラ7によって定着ベルト8を加熱するとき、定着ベルト8と加圧ローラ4が回転を開始した時、定着ベルト8の熱が加圧ローラ4に大量に奪われることはない。このため、定着ベルト8を短時間で定着温度にまで上昇させることができる。しかも加圧ローラ4の断熱層9は剛体より成り、特に第1のローラ3Bが定着ベルト8を介して加圧ローラ4により加圧されて弾性変形する弾性体層12を有しているので、定着ベルト8と加圧ローラ4との圧接部を出た記録媒体は、定着ベルト8から離れる向き(矢印B方向)に搬送され、これによって記録媒体Pが定着ベルト8に巻き付く不具合を防止できる。また、定着ベルト8を介して加圧ローラ4に圧接した第1のローラ3Bの弾性体層12が弾性変形し、加圧ローラ4の方はほとんど変形することはないため、一定の角速度で回転駆動される加圧ローラ4と、定着ベルト8との圧接部における加圧ローラ4の表面速度はその全体に亘って一定となる。しかも加圧ローラ4の断熱層9の熱膨張量も極めて少ない。これにより、この圧接部を通過する記録媒体Pの搬送速度は一定に保たれ、記録媒体上のトナー像が乱されることはない。
As can be seen from the above description, also in the fixing device 1 shown in FIG. 4, since the
さらに、定着ベルト8として、厚みが薄く、従って熱容量の少ないベルトを用いることができ、これにより、その定着ベルト8を、第2のローラ7によって極めて短時間でトナー像の定着に適した定着温度にまで加熱できる。
Further, as the fixing
定着ベルト8を上述のように薄く形成し、その熱容量を小さくすることにより、当該定着ベルト8を第2のローラ7によって瞬時に加熱することができるが、そのほか、定着動作時に、定着ベルト8と加圧ローラ4との圧接部において、その定着ベルト8の熱が圧接部を通る記録媒体Pやこれに担持されたトナー像に奪われ、定着ベルト8の温度が急激に低下するので、記録媒体P上のトナーが定着ベルト8の表面に移行するホットオフセットをより効果的に防止することができる。このように、定着ベルト8の熱容量を小さくすることにより、これを瞬時に加熱でき、しかもその自己冷却性によりホットオフセットを防止できるが、その反面、定着ベルト8は、加圧ローラ4との圧接部において、ここを通過する記録媒体上のトナーを溶融させて定着させるのに必要な熱容量を有していなければならない。このような要求を同時に満足させることができるように、定着ベルト8の厚さ、すなわちその熱容量を設定すべきである。
By forming the fixing
上述した要求を満たすため、例えば、図6に模式的に拡大して示すように、基体25とこれに一体に積層された離型層26により定着ベルト8を構成する場合、その基体25としてニッケル又はポリイミドを用いたときは、その厚さを30乃至150μm程度とし、離型層26としてシリコーンゴムを用いたときは、その厚さを50乃至300μm程度とし、さらに離型層26としてフッ素樹脂を用いたときは、その厚さを10乃至50μm程度にすることが好ましい。また、シリコーンゴム上にフッ素樹脂を薄く形成して熱応答性を良好にした離型層26を用いることもできる。
In order to satisfy the above-mentioned requirements, for example, as shown in a schematic enlarged view in FIG. 6, when the fixing
第1のローラ3Bと加圧ローラ4は、所定のニップ幅Nを確保できるように、大きな圧力で圧接させる必要があるため、第1のローラ3Bと加圧ローラ4は大きな強度と剛性を有している必要がある。これに対し、第2のローラ7には、第1のローラ3Bや加圧ローラ4が受けるような大きな外力は作用せず、その各端部に各圧縮ばね22が加える圧力は、例えば1kgf(9.8N)乃至3kgf(29.4N)程度の小さな圧力でよい。このため、第2のローラ7にはさほど大きな剛性や強度が要求されず、この第2のローラ7を小型薄肉化することが可能である。このように薄肉の第2のローラ7を用い、その熱容量を小さくすることにより、第2のローラ7を短時間で所定温度に加熱することができ、これによっても待ち時間を短縮することができる。
Since the
また、図7に示すように、加圧ローラ4が定着ベルト8を介して、第1及び第2のローラ3B,7に圧接しているときは、第2のローラ7にも弾性体層を設け、これを加圧ローラ4によって弾性変形させることもできる。定着ベルト8を張架する複数の巻き掛けローラのうちの少なくとも1つのローラが、定着ベルト8を介して加圧ローラにより加圧されて弾性変形するように構成することができる。その際、定着ベルト8を第2のローラ7により加熱する代りに、又はこれと共に、定着ベルト8に接触し、又は離間して位置する加熱手段により定着ベルトを加熱することもできる。
As shown in FIG. 7, when the
また、図2、図4及び図7に示した加圧ローラ4を直接加熱する加熱手段を設けることもでき、このようにすると、定着ベルト8が定着温度まで昇温する時間をより一層短縮することができる。その際、加圧ローラ4は、断熱層を有しているので、その内部に加熱手段を設けると、加圧ローラ4の表面温度を上昇させ難くなる。そこで、図2及び図4に示すように、加圧ローラ4用の加熱手段を設けるときは、加圧ローラ4の表面からその加圧ローラ4を加熱する加熱手段29を用いることが望ましい。これにより、短時間で加圧ローラ4の表面温度を上昇させることができる。図示した加熱手段29は、ヒータ29aと、スリーブ29bより成る。
Further, a heating means for directly heating the
また、本発明は、図8に示すように、第1及び第2のローラ3B,7に接触していない定着ベルト8の部分に加圧ローラ4を圧接させる定着装置や、画像形成装置の電源オフ時などに、定着部材と加圧ローラを離間させておく定着装置や、定着部材自体に設けた熱源によって定着部材を加熱する定着装置などにも広く適用できるものである。
Further, as shown in FIG. 8, the present invention relates to a fixing device for pressing the
1 定着装置
3 定着ローラ
3B 巻き掛けローラ
4 加圧ローラ
7 巻き掛けローラ
8 定着ベルト
9 断熱層
12 弾性体層
P 記録媒体
T トナー像
REFERENCE SIGNS LIST 1 fixing device 3
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