JP2004235023A - Heating device, image forming device equipped with the same, and heating method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱と圧力とにより媒体を加熱する加熱装置およびそれを備えた画像形成装置並びに加熱方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
熱と圧力とにより媒体を加熱する加熱装置は、複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において現像剤を記録媒体に定着させる定着装置として用いられる場合、一般的に、熱ローラ定着方式の構成が多用される。
【0003】
熱ローラ定着方式の構成の定着装置は、互いに圧接されたローラ対(加熱ローラおよび加圧ローラ)を備える。また、記録媒体(記録紙)のトナー画像面側に接するローラ(加熱ローラ)の内部には、ハロゲンヒータ等の加熱手段が設けられている。
【0004】
そして、加熱手段により加熱ローラを所定の温度(定着温度)に加熱した後、未定着トナー画像が形成された記録媒体を、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部(定着ニップ部)に通過させて、熱と圧力によりトナー画像の定着を行う。
【0005】
しかしながら、この熱ローラ定着方式では、加熱ローラの加熱開始後、加熱ローラが定着温度に到達するまでの時間(ウォームアップ時間)が長い。従って、使い勝手の点から、待機時も加熱ローラを予熱する必要があることから、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力が大きいといった問題がある。
【0006】
そこで、このような問題を解決するものとして、近年、薄肉熱ローラ定着方式を用いた定着装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
この薄肉熱ローラ定着方式の定着装置は、加熱ローラの芯金を薄肉化し、加熱ローラの熱容量を低減している。これにより、ウォームアップ時間を短縮することができ、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【0008】
【特許文献1】
特開平9−244448号公報(1997年9月19日公開)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記薄肉熱ローラ定着方式は、中低速機(例えば、A4サイズの記録紙をヨコ送りで、コピー速度50枚/分未満)では、加熱ローラの薄肉化が可能であるが、高速機(例えば、A4サイズの記録紙をヨコ送りで、コピー速度50枚/分以上)では、加熱ローラの薄肉化が困難である。
【0010】
従って、高速機ではウォームアップ時間が長く(通常3分以上)、消費電力が大きくなる。このように、高速機で加熱ローラの薄肉化が困難である理由について、図16を用いて以下に説明する。
【0011】
図16は、従来の中低速機および高速機でのニップ通過時間と、加熱ローラの温度(ローラ温度)および定着ニップ部を通過する記録紙にかかる圧力(面圧)との関係を示すグラフである。
【0012】
ここで、ニップ通過時間とは、デュエルタイムともいい、定着ニップ部の幅を定着速度(記録紙搬送速度)で除したものであり、記録紙上の任意の一点が定着ニップ部を通過するのに要する時間を表す。従って、通常、コピー速度が速くなるほど、ニップ通過時間は短くなる。
【0013】
図16より、中低速機では、コピー速度が速くなり、ニップ通過時間が短くなった分を定着ローラ温度を上げることでカバーすることで、記録紙に必要な熱量を与え、十分な定着性を確保していることがわかる。従って、面圧としてはニップ通過時間に関係なくほぼ一定である。
【0014】
しかしながら、高速機では、中低速機に比べ更に定着速度が速くなるため、ニップ通過時間としては23msec(2.3×10−2秒)以下となってしまう。一方、加熱ローラの常時使用温度には一般に限界(例えば、200℃)がある。従って、加熱ローラの耐熱性の問題から、加熱ローラ温度を限界温度以上に上げることができない。このため、高速機では、加熱ローラ温度は一定(限界温度)のままで、面圧を高く設定することで定着性を確保している。
【0015】
このため、加熱ローラに大きな荷重がかかるため、高速機では、中低速機のように加熱ローラの薄肉化を図ることができず、このため、ウォームアップ時間の短縮が困難であり、消費電力が大きくなる。
【0016】
また、加熱ローラに大きな荷重がかかることにより、加熱ローラにおいてクリープの発生やローラライフの短縮化が発生し、また記録紙において紙しわやカールが発生する。
【0017】
さらに、加熱ローラの薄肉化が困難なことにより、装置の大型化を招来する。また、加熱ローラの駆動トルクが増加し、これにより消費電力の増大や駆動部品のライフの短縮化等も招来する。
【0018】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱ローラにかかる荷重が小さく、消費電力の低減を図ることができる加熱装置およびそれを備えた画像形成装置並びに加熱方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱装置は、上記の課題を解決するために、互いに圧接する第1加熱部材と第2加熱部材とを備え、上記第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、上記第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、上記第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、上記表面温度T1およびT2は、T1−T2≦100(℃)を満足することを特徴としている。
【0020】
また、上記の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2が、T1−T2≦70(℃)を満足することがさらに好ましい。
【0021】
上記の構成によれば、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2とが、T1−T2≦100(℃)あるいは、さらに、T1−T2≦70(℃)を満足することにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が2.3×10−2秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0022】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【0023】
また、加熱部材にかかる荷重が小さいことにより、例えば、加熱部材におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【0024】
さらに、加熱部材の薄型化が可能なことにより、加熱装置の小型化を図ることができる。また、加熱部材の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できる。
【0025】
上記の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差が、外部加熱部材により制御されることが好ましい。
【0026】
具体的には、上記の加熱装置は、外部加熱部材の表面温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備えることが好ましい。
【0027】
上記の構成によれば、外部加熱部材が第2加熱部材の外側から第2加熱部材を加熱するため、第2加熱部材の表面温度を簡単に制御することができる。
【0028】
従って、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができる。
【0029】
上記の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度は略一定に保持されるように制御されることが好ましい。
【0030】
上記の構成によれば、第1加熱部材の表面温度は略一定に保持されるため、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差は、外部加熱部材によって第2加熱部材の表面温度のみにより制御することができる。
【0031】
上記の加熱装置は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2(℃)とは、T1−T2≦30×ln(P)−72.5を満足することが好ましい。
【0032】
上記の構成によれば、T1−T2を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0033】
本発明の加熱装置は、上記課題を解決するために、互いに圧接する第1加熱部材と第2加熱部材とを備え、上記第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を被加熱材が通過することにより、上記被加熱材が加熱される加熱装置において、上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、上記被加熱材の通過時に、上記第1加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、上記熱量Q1および熱量Q2は、Q2/(Q1+Q2)≧0.25を満足することを特徴としている。
【0034】
また、上記の加熱装置は、熱量Q1および熱量Q2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.3を満足することが好ましい。
【0035】
例えば、第2加熱部材の表面温度を高温に維持したとしても、第2加熱部材を構成する材料の熱伝導率が極端に低い場合等は、第2加熱部材から被加熱材に十分な熱量が伝達されず、加熱が不十分となることがある。
【0036】
しかしながら、上記の構成によれば、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2がT1−T2≦70(℃)を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。
【0037】
即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。
【0038】
上記の加熱装置は、第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2との比Q2/(Q1+Q2)を制御する制御手段とを備えることが好ましい。
【0039】
上記の構成によれば、外部加熱部材によりQ2/(Q1+Q2)を制御することができる。従って、簡単な構成で、Q2/(Q1+Q2)の制御を可能とすることができる。
【0040】
上記の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2(J)と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2(J)との比Q2/(Q1+Q2)は、Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7を満足することが好ましい。
【0041】
上記の構成によれば、Q2/(Q1+Q2)(即ち、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2の割合)を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【0042】
上記の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧が、300(kPa)以下であることが好ましい。
【0043】
上記の構成によれば、加熱部材および被加熱材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0044】
上記の加熱装置は、外部加熱部材が、熱源体を有し、第2加熱部材の表面に接することで第2加熱部材を加熱することが好ましい。
【0045】
上記の構成によれば、第2加熱部材の表面を直接加熱することができるため、外部加熱部材の構成を簡単にすることができ、また、省スペース化が可能となる。従って、例えば、クリーニングローラ等、他の部品の設置を容易にすることができる。
【0046】
上記の加熱装置は、外部加熱部材が、第2加熱部材に外接して該第2加熱部材と共に回転するローラであることが好ましい。
【0047】
上記の構成によれば、簡単な構成で、第2加熱部材を加熱することができる。従って、省スペース化を図ることができ、例えばクリーニング部材等、他の部品の設置が容易となる。
【0048】
上記の加熱装置は、第2加熱部材が、誘導加熱作用により発熱する発熱体を備え、外部加熱部材は、第2加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルであることが好ましい。
【0049】
上記の構成によれば、第2加熱部材を直接発熱させることができることにより、第2加熱部材表面からの放射、対流による熱損失が少ない。また、外部加熱部材自体はほとんど発熱しないため、外部加熱部材自体の熱損失は少ない。従って、さらに熱効率の向上を図ることができる。
【0050】
上記の加熱装置は、外部加熱部材の形状が曲率を有することが好ましい。
【0051】
上記の構成によれば、外部加熱部材としての誘導加熱コイルの中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなる。従って、第2加熱部材の発熱の立ち上がりをはやくすることができる。
【0052】
上記の加熱装置は、第1加熱部材の表面が、単位長さ当りの熱容量が200J/(m・℃)以下であることが好ましい。
【0053】
上記の構成によれば、例えば、ウォームアップ時間を30秒以下にすることができ、待機時における消費電力を大幅に削減することができる。
【0054】
上記の加熱装置は、第1加熱部材および第2加熱部材が回動可能なローラであり、圧接領域を被加熱材が通過することにより、被加熱材上のトナーを定着させることが好ましい。
【0055】
上記の構成によれば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙(記録媒体)において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【0056】
本発明の画像形成装置は、被加熱材上に未定着のトナーからなる画像を形成する像転写装置と、被加熱材上の未定着のトナーを定着させる上記記載の加熱装置とを備えることを特徴としている。
【0057】
上記の構成によれば、消費電力の小さな画像形成装置を提供することができる。また、例えば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【0058】
さらに、加熱部材や駆動部品の長寿命化を図ることができる加熱装置を用いた画像形成装置を提供できる。
【0059】
本発明の加熱方法は、上記課題を解決するために、第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が2.3×10−2秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、上記第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、上記表面温度T1・T2が、T1−T2≦100(℃)を満足するように、上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴としている。
【0060】
また、上記の加熱方法は、第1および第2加熱部材の表面温度T1・T2が、T1−T2≦70(℃)を満足するように、第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することが、さらに好ましい。
【0061】
上記の方法によれば、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2とが、T1−T2≦100(℃)あるいは、さらに、T1−T2≦70(℃)を満足することにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が2.3×10−2秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0062】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、上記加熱方法を用いた加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【0063】
上記の加熱方法は、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を制御することが好ましい。
【0064】
上記の方法によれば、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができる。
【0065】
上記の加熱方法は、圧接領域における被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2(℃)とは、T1−T2≦30×ln(P)−72.5を満足するように、表面温度T1およびT2を制御することが好ましい。
【0066】
上記の方法によれば、T1−T2を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0067】
本発明の加熱方法は、上記の課題を解決するために、第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が2.3×10−2秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第1加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、上記熱量Q1・Q2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.25を満足するように制御することを特徴としている。
【0068】
また、上記の加熱方法は、熱量Q1・Q2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.3を満足するように制御することが好ましい。
【0069】
上記の方法によれば、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2がT1−T2≦70(℃)を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。
【0070】
上記の加熱方法は、第2加熱部材を外側から加熱する外部加熱部材によって第2加熱部材の表面温度を制御することにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2との比Q2/(Q1+Q2)を制御することが好ましい。
【0071】
上記の方法によれば、外部加熱部材によりQ2/(Q1+Q2)を制御することができる。従って、簡単な構成で、Q2/(Q1+Q2)の制御を可能とすることができる。
【0072】
上記の加熱方法は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Q2(J)と、上記被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2(J)との比Q2/(Q1+Q2)は、Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7を満足するように、制御されていることが好ましい。
【0073】
上記の方法によれば、比Q2/(Q1+Q2)(即ち、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2の割合)を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができる。
【0074】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について図1〜図6、および、図8〜図15に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【0075】
図1は、本実施の形態に係る定着装置(加熱装置)23の要部の構成を示す。同図に示すように、本定着装置23は、加熱ローラ(第1加熱部材)231、加圧ローラ(第2加熱部材)232、外部加熱ローラ(外部加熱部材)233、およびクリーニングローラ240を備えている。
【0076】
以下、定着装置23が電子写真方式の複写機に適用された場合の構成の一例について説明する。定着装置23は、未定着のトナーTからなる画像が形成された記録紙Pに、熱と圧力とを加えることにより、記録紙PにトナーTを定着させる。
【0077】
図1に示すように、加熱ローラ231は、図中矢印A方向に回転可能なローラであり、後述する定着ニップ部Y(加熱ローラ231と後述する加圧ローラ232とが記録紙Pに接することによりトナーTを記録紙Pに定着させる領域)を通過する記録紙Pを加熱するためのものである。加熱ローラ231は、円筒状の芯金231aと離型層231bとからなる。
【0078】
芯金231aは、加熱ローラ231の本体であり、中空円筒状となっている。芯金231aの材料には、鉄、アルミニウム、銅等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼や炭素鋼等が用いられる。なお、ここでは、芯金231aは、直径が40mm、低熱容量化を図るため肉厚が0.4mmの鉄(STKM(炭素鋼))製芯金を用いるものとする。
【0079】
離型層231bは、記録紙P上のトナーTがオフセットするのを防止するために、芯金231aの外周表面に形成されている。離型層231bの材料には、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン:テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等のフッ素樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が適している。なお、ここでは、離型層231bは、芯金231a上に、PFAとPTFEとをブレンドしたものを、厚さ25μmに塗布焼成することにより形成するものとする。
【0080】
また、加熱ローラ231における芯金231a内には、ハロゲンヒータからなるヒータランプ234・235(加熱源)が配されている。ヒータランプ234・235は、図示しない制御回路によって通電されることにより、所定の発熱分布で発光し、赤外線を放射する。これにより、加熱ローラ231の内周面が加熱される。
【0081】
即ち、加熱ローラ231は、所定の温度(ここでは200℃)になるようヒータランプ234・235により加熱される。これにより、定着ニップ部(圧接領域)Yを通過する未定着トナー画像が形成された記録紙Pを加熱することができ、従って、トナーTを溶融させ記録紙Pに定着させることができる。なお、ここでは、ヒータランプ234・235のトータルの定格出力は700Wとする。
【0082】
また、加熱ローラ231の外周付近であり、定着ニップ部Y付近の下流側には、トナーTが定着された記録紙Pが加熱ローラ231から離れるように案内するガイド部238が設けられている。
【0083】
加圧ローラ232は、図中矢印B方向に回転可能なローラであり、図示しないばね等の加圧部材により加熱ローラ231に例えば274Nの力で圧接されている。これにより、加熱ローラ231との間に、幅が約7mmの定着ニップ部Yが形成される。加圧ローラ232は、芯金232a、耐熱弾性体層232b、および離型層232cからなる。
【0084】
芯金232aは、加圧ローラ232の本体であり、中空円筒状となっている。芯金232aの材料には、鉄やアルミニウム等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼や炭素鋼等が用いられる。なお、ここでは、ここでは、芯金232aは、直径が28mmのステンレス製芯金を用いるものとする。
【0085】
耐熱弾性体層232bは、芯金232aの外周表面に形成されており、厚さ6mmの発泡シリコーンゴムからなる。即ち、耐熱弾性体層232bは、上記加圧部材からの加圧によって変形できるよう弾性を有し、かつ、後述する外部加熱ローラ233からの加熱に対して耐性を有する。
【0086】
離型層232cは、耐熱弾性体層232bの表面に形成されており、例えば、厚さ50μmのフッ素樹脂であるPFAチューブからなる。離型層232cは離型性を有する。
【0087】
外部加熱ローラ233は、内部にヒータランプ(熱源体)239を有し、加圧ローラ232を加熱する。ヒータランプ239の構成は、上述したヒータランプ234・235の構成と同様であり、その定格出力はここでは300Wである。外部加熱ローラ233は、加圧ローラ232に対し、定着ニップ部Yの上流側に配され、所定の押圧力をもって圧接する。
【0088】
また、外部加熱ローラ233が加圧ローラ232に対して所定の押圧力をもって圧接することにより、外部加熱ローラ233と加圧ローラ232との間には、加熱ニップ部Zが形成される。ここでは、この加熱ニップ部Zの幅(図中矢印B方向の長さ)は3mmである。
【0089】
外部加熱ローラ233は、芯金233aと耐熱離型層233bとからなる。芯金233aは、外部加熱ローラ233の本体であり、鉄、アルミニウム、銅等の金属、あるいは、それらの合金等を用いることが好ましい。なお、ここでは、芯金233aは、直径が15mm、肉厚が0.5mmのアルミニウム製円筒シャフトを用いている。
【0090】
耐熱離型層233bの材料には、耐熱性と離型性に優れた合成樹脂材料、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等のエラストマー、またはPFAやPEFE等のフッ素樹脂が用いられる。なお、ここでは、耐熱離型層233bの材料としては、PFAとPEFEとをブレンドしたものを用いており、また、この材料を芯金233a上に25μmの厚さに塗布焼成して耐熱離型層233bを形成するものとする。
【0091】
また、加熱ローラ231の外周付近には、加熱ローラ231の表面の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)237が配されている。温度センサ237によって検出された温度に基づいて、図示しない制御回路(制御手段)は、加熱ローラ231の表面温度が所定の温度になるように、ヒータランプ234・235への通電を制御する。
【0092】
加圧ローラ232の外周付近には、加圧ローラ232の表面の温度を検出する温度センサ(温度検出手段)242が配されている。また、外部加熱ローラ233の外周付近には、外部加熱ローラ233の表面温度を出する温度センサ(温度検出手段)236が配されている。
【0093】
図示しない制御回路(制御手段)は、温度センサ242によって検出された加圧ローラ232の表面温度および温度センサ236によって検出された外部加熱ローラ233の表面温度に基づいて、外部加熱ローラ233の表面温度が所定の温度になるように、ヒータランプ239への通電を制御する。このように、ヒータランプ239への通電を制御することにより、加圧ローラ232の表面温度および外部加熱ローラ233の表面温度を制御する。
【0094】
なお、例えば、予め加熱ローラ231の表面温度と加圧ローラ232の表面温度との温度差が所望の値となるような外部加熱ローラ233の温度条件を求めておき、この条件を用いて外部加熱ローラ233の温度制御を行う方法を用いる場合、温度センサ242はなくてもかまわない。
【0095】
また、加圧ローラ232の周りには、外部加熱ローラ233より上流側にクリーニングローラ240が配されている。
【0096】
クリーニングローラ240は、加圧ローラ232に付着したトナー、紙粉等を除去し、外部加熱ローラ233の汚れを防止するためのものである。また、クリーニングローラ240は、加圧ローラ232に対し、加熱ニップ部Zの上流側に設けられて、所定の押圧力をもって圧接するようになっている。
【0097】
また、クリーニングローラ240は、加圧ローラ232の回転に従動して回転するよう軸支されている。クリーニングローラ240は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属からなる芯材であり、その形状は円筒状である。なお、ここでは、クリーニングローラ240の材料として、ステンレス鋼を用いている。
【0098】
なお、加熱ローラ231、加圧ローラ232、外部加熱ローラ233、および、クリーニングローラ240の構成(例えば、材料や大きさ、形状等)は、上述した構成に特に限定されるものではない。
【0099】
ここで、定着装置23の動作について説明する。図1に示すように、未定着のトナーTからなる画像が形成された記録紙Pは、図中矢印C方向に搬送されている。そして、記録紙Pは、ヒータランプ234・235により200℃に加熱された加熱ローラ231と、外部加熱ローラ233により所定の温度に加熱されると共に、加熱ローラ231に圧接された加圧ローラ232との間、即ち、定着ニップ部Yを通過する。
【0100】
このとき、ローラ231・232からの加熱・加圧によって、未定着であったトナーTは記録紙P上に溶融して圧着される。これにより、上記構成の定着装置23は、ローラ231・232間を通過する記録紙Pに、トナーTを定着させることができる。
【0101】
なお、記録紙P上の任意の一点が定着ニップ部Zを通過するのにかかる時間、即ち、定着ニップ部Yの幅(mm)/記録紙Pの搬送(定着)速度(mm/秒)をニップ通過時間とすると、本実施の形態におけるニップ通過時間は23ミリ秒以下である。
【0102】
複写機は、一般に、コピーモード,ウォームアップモード,スタンバイモード等で駆動される。
【0103】
ウォームアップモードとは、複写機の電源を立ち上げた後等に複写機が入るモードである。このモードにおいて、複写機は、まず、ヒータランプ234・235への通電を行い、加熱ローラ231が所定の温度(ここでは200℃)に達するまで加熱ローラ231の加熱を行う。そして、加熱ローラ231が所定の温度に達すると、駆動モータをONにし、ローラ231・232・233を周速(定着速度)365mm/秒で回転駆動すると同時に、ヒータランプ239への通電を行う。そして、外部加熱ローラ233が、所定の温度(ここでは、170℃)に達するまで加熱を行う。
【0104】
コピーモードとは、記録紙P上に画像形成を行うときのモードであり、定着装置23において記録紙P上にトナーを定着させるのはこのモードのときである。コピーモードにおいては、加熱ローラ231と加圧ローラ232とが所定の温度(ここでは、加熱ローラ231が200℃、加圧ローラ232が135℃)を維持するように、ヒータランプ234・235・239への通電が制御されている。
【0105】
即ち、外部加熱ローラ233におけるヒータランプ239は、加圧ローラ232の表面温度が予め設定された所定の温度(ここでは、135℃)を維持するのに必要とされる温度に、外部加熱ローラ233の温度(ここでは、170℃)を維持するよう制御される。
【0106】
スタンバイモードとは、複写機において印字要求がなされたとき、すぐにコピーモードに移行できるような電力に維持されたモードである。また、コピー終了後、低電力モードに移行するまでの間しばらくは、スタンバイモードとなっている。
【0107】
ところで、記録紙P上に、トナーTを定着させるためには、定着ニップ部Yにおける加熱ローラ231と加圧ローラ232との間の面圧が、ある程度必要となる。即ち、定着ニップ部Yを通過する記録紙Pには、トナーTを定着させるための荷重がかかることが必要である。
【0108】
以下、トナーTを定着させるために必要な荷重(以下、必要定着荷重と称する)と、加熱ローラ231の表面温度T1と、加圧ローラ232の表面温度T2との関係について、表1を用いて説明する。なお、加熱ローラ231の表面温度T1は200℃とする。また、必要定着荷重(N)を、トナーTを定着させる定着ニップ部Yの面積で除算したものを、必要面圧(kPa)という。
【0109】
ここで、定着装置23において、加圧ローラ232の表面温度T2を、105℃としたものを構成▲1▼、130℃としたものを構成▲2▼、135℃としたものを構成▲3▼としている。
【0110】
また、比較例として、外部加熱ローラ233を備えておらず加圧ローラ232を加熱しない構成のものを比較例▲1▼・比較例▲2▼、外部加熱ローラ233のかわりに加圧ローラ232の内部にヒータランプを備えており、このヒータランプにより加熱ローラ232を加熱する構成のものを比較例▲3▼とする。
【0111】
【表1】
【0112】
なお、比較例▲2▼・▲3▼、および、構成▲1▼〜▲3▼では、ニップ通過時間は19.2ミリ秒(msec)(記録紙PとしてA4サイズのものを用いてヨコ送りとした場合、コピー速度は65枚/分)とし、定着ニップ部Yの幅(図中矢印A方向の長さ)(定着ニップ幅)は7mmとする。また、比較例▲1▼では、ニップ通過時間は17.8ミリ秒とし、定着ニップ幅は6.5mmとする。
【0113】
表1に示すように、加圧ローラ232を加熱しない構成の比較例▲1▼・▲2▼では、非常に高い面圧(360kPa以上)が必要となることがわかる。
【0114】
これは、加熱ローラ231の表面温度T1は限界温度である200℃に制御されているにもかかわらず、ニップ通過時間が非常に短いために、トナーの溶融に必要な熱エネルギーが加熱ローラ231から記録紙Pに伝わらないからである。また、加圧ローラ232が熱源(例えば、外部加熱ローラ233やヒータランプのような加熱手段)を持っていないため加圧ローラ232の表面温度T2が100℃以下(即ち、T1−T2>100(℃(deg)))となり、加圧ローラ232から記録紙Pに伝達される熱エネルギーが少ないため、これを補うために非常に高い定着荷重が必要となるからである。
【0115】
一方、比較例▲3▼および構成▲1▼〜▲3▼のように、加圧ローラ233を加熱する加熱手段(外部加熱ローラ233やヒータランプ)を設けることで、加圧ローラ232の表面温度T2を高温状態(即ち、T1−T2≦100(℃(deg)))に維持すれば、加圧ローラ232から記録紙Pに伝達される熱エネルギーが増えるため、必要定着荷重を300kPa以下に低減することができる。
【0116】
ここで、図2は、表1に示す必要面圧(kPa)と、加熱ローラ231の表面温度T1と加圧ローラ232の表面温度T2との差(T1−T2(℃))との関係を示すグラフである。
【0117】
同図に示すように、比較例▲1▼〜▲3▼および構成▲1▼〜▲3▼に基づき、必要面圧P(kPa)と加熱ローラ231・加圧ローラ232間の温度差T1−T2(℃)との関係を最小2乗法で近似すると、T1−T2=30×ln(P)−72.5と近似することができる。
【0118】
また、上述したように、加熱ローラ231・加圧ローラ232間の温度差T1−T2(℃)は小さい方が、加圧ローラ232から記録紙Pに伝達される熱エネルギーが増えるため、必要定着荷重を低減することができることを考えると、必要面圧P(kPa)と加熱ローラ231・加圧ローラ232間の温度差T1−T2(℃)との関係は、次式(1)で表されることが好ましい。
【0119】
T1−T2≦30×ln(P)−72.5 …(1)
このように、外部加熱ローラ233により加圧ローラ232を加熱維持すれば、十分な定着性を確保できる。
【0120】
以上のように、定着装置23は、互いに圧接する加熱ローラ231と加圧ローラ232とを備え、加熱ローラ231と加圧ローラ232とが圧接する定着ニップ部Y(圧接領域)記録紙Pが通過することにより記録紙Pが加熱される。これにより、記録紙P上のトナーTは定着される。
【0121】
また、外部加熱ローラ233は、加圧ローラ232の外側から、加圧ローラ232を加熱する。また、記録紙P上の任意の一点が定着ニップ部Yを通過する通過時間は2.3×10−2秒以下である。即ち、この定着装置23は、高速機に適用される。このとき、加熱ローラ231の表面温度をT1(℃)とし、加圧ローラ232の表面温度をT2(℃)とすると、表面温度T1およびT2は、T1−T2≦100(℃)を満足する。あるいは、T1−T2≦70(℃)を満足するとさらに好ましい。
【0122】
上記の構成によれば、高速機であっても、定着ニップ部Yの面圧を大きくしなくてすむ。即ち、ローラ231・232にかかる荷重を小さくすることができる。
【0123】
従って、ローラ、特に加熱ローラ231の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、定着装置23のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、定着装置23において予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【0124】
また、ローラ231・232にかかる荷重が小さいことにより、例えば、ローラ231・232におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【0125】
さらに、ローラ231・232加の薄型化が可能なことにより、定着装置23の小型化を図ることができる。また、ローラ231・232の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できる。
【0126】
また、加熱ローラ231の表面温度と加圧ローラ232の表面温度との差は、外部加熱ローラ233により制御される。
【0127】
具体的には、定着装置23は、外部加熱ローラ233の表面温度を検出する温度センサ236と、該検出結果に基づいて、外部加熱ローラ233の表面温度を制御する制御手段(図示なし)とを備える。
【0128】
これにより、加熱ローラ231の表面温度と加圧ローラ232の表面温度とのを簡単な構成で制御することができる。
【0129】
一方、加熱ローラ231の表面温度は略一定に保持されるように制御される。
【0130】
これにより、加熱ローラ231の表面温度と加圧ローラ232の表面温度との差は、外部加熱ローラ233によって加圧ローラ232の表面温度のみにより制御することができる。
【0131】
また、定着装置23は、定着ニップ部Yにおける記録紙Pへの面圧をP(kPa)とすると、加熱ローラ231の表面温度T1(℃)と加圧ローラ232の表面温度T2(℃)とは、T1−T2≦30×ln(P)−72.5を満足することが好ましい。
【0132】
これにより、T1−T2を小さくすることができ、記録紙Pに伝達される熱量を増加させることができる。従って、加圧ローラ232にかかる荷重を小さくすることができる。
【0133】
次に、上述した比較例▲3▼および構成▲1▼〜▲3▼に関して、ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率の比較を、表2を用いて行う。なお、構成▲1▼〜▲3▼については、各必要定着荷重に対して、加熱ローラ231のたわみ量が許容量以下になるように、加熱ローラ231の芯金231aの肉厚を各々設定した。
【0134】
【表2】
【0135】
また、図3は、表2に示すウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と加熱ローラ231・加圧ローラ232間の温度差T1−T2(℃)との間の関係を示すグラフである。
【0136】
表2に示すように、比較例▲3▼は、構成▲1▼〜▲3▼とは異なり、加圧ローラ232がヒータランプにより内部から加熱される構成であるため、ウォームアップ時間が424秒となり、構成▲1▼〜▲3▼と比較して極端に長くなる。
【0137】
これは、加圧ローラ232の熱容量が大きく、かつ、シリコーンゴムからなる耐熱弾性体層232bの熱伝導性が悪いために、加圧ローラ232表面を所定の温度(ここでは130℃)に加熱するのに、非常に時間を要するためである。
【0138】
従って、加圧ローラ232を加熱する方法としては、ヒータランプ等を用いた内部加熱方式よりも、外部加熱ローラ233等により外部から加熱する外部加熱方式の方が好ましいといえる。
【0139】
さらに、表2・図3によれば、外部加熱方式を用いたもの(構成▲1▼〜▲3▼)の中でも、エネルギー消費効率(1時間当たりの消費電力量(Wh/h))の観点からは、構成▲1▼よりも、構成▲2▼・▲3▼のように、T1−T2≦70(℃)となるよう加圧ローラ232を加熱した場合の方が、エネルギー消費効率をより低減することができる。
【0140】
これは、T1−T2≦70(℃)の場合、ウォームアップ時間(加熱ローラが定着温度(予め設定された所定の温度)に到達するまでの時間)を30秒以下とすることができることから、低電力モードへの移行時間(スタンバイモード)の15分以下でオフモード設定が可能となるためである。なお、ここでは、スタンバイモードの時間を6分と設定している。
【0141】
ここで、図4は、表2により、構成▲1▼〜▲3▼について、加熱ローラ231における軸方向の単位長さ(m)当りの熱容量(J/m℃)と、ウォームアップ時間(秒)との関係について示すグラフである。
【0142】
同図によれば、ウォームアップ時間を30秒以下とすることができるのは、加熱ローラ231における軸方向の単位長さ当りの熱容量を200(J/m℃)以下とすればよいことがわかる。
【0143】
ところで、上述したように、加圧ローラ232の表面温度T2を高温状態(即ち、T1−T2≦100(℃)、あるいは、さらにT1−T2≦70(℃))としたとしても、例えば、加圧ローラ232を構成する材料の熱伝導率が極端に低い場合等は、加圧ローラ232から記録紙Pに十分な熱量が伝わらず、トナーTが定着不良となる場合がある。
【0144】
そこで、以下、加熱ローラ231および加圧ローラ232から記録紙Pに伝わる熱エネルギーと、必要定着荷重(N)(必要面圧(kPa))との関係について検討する。
【0145】
ここで、上述した、比較例▲1▼〜▲3▼および構成▲1▼〜▲3▼について、加熱ローラ231から記録紙P(1枚当り)に伝わる熱エネルギーQ1、加圧ローラ232から記録紙(1枚当り)Pに伝わる熱エネルギーQ2を2次元伝熱シミュレーションにより求める。なお、熱エネルギーQ1・Q2、これら熱エネルギーQ1・Q2の比、必要定着荷重(N)、必要面圧(kPa)、ウォームアップ時間、および、エネルギー消費効率を表3に示す。
【0146】
【表3】
【0147】
表3に示すように、記録紙Pに伝わる総熱量(総熱エネルギー)(Q1+Q2)に対する加圧ローラ232から記録紙Pに伝わる熱エネルギーQ2の割合(Q2/(Q1+Q2))としては、加熱手段のない比較例▲1▼・▲2▼では22%程度しかない。このため、非常に高い定着荷重(面圧350kPa以上)が必要であった。
【0148】
一方、比較例▲3▼および構成例▲1▼〜▲3▼では、加圧ローラ232を加熱する加熱手段が設けられているため、加圧ローラ232から記録紙Pへ伝達される熱エネルギーQ2の割合が25%以上となる。これにより、必要面圧が300kPa以下となり、必要定着荷重を低減することができる。
【0149】
ここで、図5は、表3に示す必要面圧P(kPa)と、加圧ローラ232から記録紙Pに伝わる熱量Q2の、総熱量Q1+Q2に対する割合Q2/Q1+Q2との関係を示すグラフである。
【0150】
同図に示すように、比較例▲1▼〜▲3▼および構成▲1▼〜▲3▼に基づき、必要面圧P(kPa)と総熱量Q1+Q2に対する熱量Q2の割合Q2/Q1+Q2との関係を最小2乗法で近似すると、Q2/Q1+Q2=−0.078×ln(P)+0.7と近似することができる。
【0151】
また、上述したように、Q2/(Q1+Q2)は大きい方が、加圧ローラ232から記録紙Pに伝達される熱エネルギーが増えるため必要定着荷重を低減できることを考えると、必要面圧P(kPa)と総熱量Q1+Q2に対する熱量Q2の割合Q2/Q1+Q2との関係は、次式(2)で表されることが好ましい。
【0152】
Q2/Q1+Q2≧−0.078×ln(P)+0.7 …(2)
このように、外部加熱ローラ233により加圧ローラ232を加熱維持すれば、Q2/Q1+Q2、即ち、加圧ローラ232から記録紙Pに伝達される熱量Q2の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができると共に、記録紙P上のトナーTにおいて、十分な定着性を確保することができる。
【0153】
次に、表3に示す構成▲1▼〜▲3▼に関して、ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率の比較を図6を用いて行う。
【0154】
図6は、表3に示すウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と、総熱量Q1+Q2に対する熱量Q2の割合Q2/Q1+Q2との間の関係を示すグラフである。
【0155】
表3・図6に示すように、構成▲2▼・▲3▼は、Q2/Q1+Q2≧0.313となり、構成▲1▼と比較して、エネルギー消費効率をより低減することができる。
【0156】
これは、Q2/(Q1+Q2)≧0.313(0.3)の場合、ウォームアップ時間が30秒以下となることから、低電力モードへの移行時間(スタンバイモード)の15分以下でオフモード設定が可能となるためである。なお、ここでは、スタンバイモードの時間を6分と設定している。
【0157】
なお、ローラ231・232・233の形状および材料は、上述したものに特に限定されるものではない。
【0158】
また、ローラ231・232・233を備えた構成の装置の一例として定着装置(加熱装置)23として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、湿式電子写真方式の画像形成装置における乾燥装置、インクジェットプリンタにおける乾燥装置、あるいは、リライタブルメディア用の消去装置等に好適に用いることができる。
【0159】
以下、上述した定着装置23を、乾式電子写真方式の画像形成装置に適用した例について、図8〜図15を用いてその構成を説明する。
【0160】
図8は、画像形成装置を外側から見た構成を示す斜視図であり、図9は、画像形成装置の内部の構成を示す図である。
【0161】
図8・図9に示すように、画像形成装置は、原稿画像読取装置11、画像記録装置12、記録材供給装置13、後処理装置14、外部記録材供給装置15を備えている。なお、定着装置23(図11参照)は、後述するように、画像記録装置12に備えられている。
【0162】
図9に示すように、画像形成部である画像記録装置12、記録材供給部である記録材供給装置13、および記録材供給装置13から画像記録装置12を経て記録材排出部16まで記録材(記録紙P)を搬送する搬送部17により、デジタルプリンタなどの画像形成装置本体を構成する。画像読取装置である原稿画像読取装置11をさらに備えることにより、デジタル複写機やファクシミリ装置などを構成することも可能となる。
【0163】
画像形成装置本体の動作について、以下に説明する。
【0164】
まず、原稿画像読取装置11が原稿を読み取って画像データを取得し、画像データを画像記録装置12に出力する。画像記録装置12は、入力された画像データに適切な画像処理を施す。
【0165】
一方、記録材供給装置13からは、印刷用紙およびOHP(Over Head Projector)シートなどのシート状の記録材が1つずつ分離して搬出され、搬送部17の第1の搬送経路によって画像記録装置12に搬送される。
【0166】
そして、画像記録装置12により、印刷などによって画像データに基づく画像が記録材に形成される。画像が印刷された記録材は、搬送部17の第2の搬送経路によって記録材排出部16まで搬送されて装置外部に排出される。
【0167】
また、原稿画像読取装置11には、図10に示すように、原稿供給部もしくは原稿回収部である原稿トレイ18が取り付けられている。
【0168】
この原稿トレイ18が原稿供給部として働く場合は、複数ページからなる一連の原稿を原稿トレイ18に載置する。この場合、原稿トレイ18は、載置された原稿を1枚ずつ分離して連続的に読取部に供給することができる。
【0169】
一方、原稿トレイ18が原稿回収部として働く場合は、連続的に排出される読み取り済み原稿を、原稿トレイ18で受けて保持する。
【0170】
また、例えば読み取った一連の原稿を複数部印刷する場合に、印刷された記録材を図9に示す記録材排出部16に排出すると、同じページが印刷された記録材が連続して排出されるなど混合されてしまうため、印刷後にユーザが記録材を分別しなければならない。
【0171】
そこで、画像形成装置本体に後処理装置14により、例えば、記録材が混合しないように複数の排出トレイに区別して排出することが可能となっている。また、画像形成装置本体と後処理装置14とは所定の距離を隔てて設置されており、画像形成装置本体と後処理装置14との間には空間が形成される。
【0172】
なお、画像形成装置本体と後処理装置14とは外部搬送部19によって接続されており、画像が印刷された記録材は、搬送部17から外部搬送部19を経て後処理装置14まで搬送される。
【0173】
また、省エネルギー化および低コスト化などの観点から、印刷用紙などの記録材では、その両面に画像を印刷する機能が求められている。この機能は、片面に画像が印刷された記録材を、その表裏を反転させて再び画像記録装置12に搬送する両面印刷用搬送部21によって実現可能となっている。
【0174】
片面に印刷された記録材は、記録材排出部16にも後処理装置14にも搬送されず、両面印刷用搬送部21で表裏が反転されて、再び画像記録装置12に搬送される。画像記録装置12は、画像が印刷されていない面に画像を印刷することで両面印刷が可能となる。
【0175】
さらに、記録材供給装置13に保持可能な種類または数量を越える記録材を供給したい場合は、機能拡張用の周辺装置として外部記録材供給装置15を画像形成装置本体に接続し、所望の種類および数量の記録材を外部記録材供給装置15に収容することで供給可能となっている。
【0176】
次に、画像形成装置を構成する各装置および部位について詳細に説明する。
【0177】
図11は、画像記録装置12の構成を示す図である。同図に示すように、画像記録装置12の略中央左側には、感光体ドラム22を中心とする電子写真プロセス部が配置されている。
【0178】
感光体ドラム22を中心としてその周囲には、感光体ドラム22表面を均一に帯電させる帯電ユニット31と、均一に帯電された感光体ドラム22に光像を走査して静電潜像を書き込む光走査ユニット24と、光走査ユニット24によって書き込まれた静電潜像を現像剤により現像する現像ユニット25と、感光体ドラム22表面に記録現像された画像を記録材に転写する転写ユニット26と、感光体ドラム22表面に残留した現像剤を除去して感光体ドラム22に新たな画像を記録することを可能とするクリーニングユニット27等などが順次配置されている。
【0179】
電子写真プロセス部(像転写装置)の上方には、定着装置23が配置されており、転写ユニット26によって画像が転写された記録材を順次受け入れ、記録材に転写された現像剤(トナー)を加熱定着する。
【0180】
画像が印刷された記録材は、印刷面を下に向けた状態(フェイスダウン)で画像記録装置12上部の記録材排出部16から排出される。なお、このクリーニングユニット27により除去された残留現像剤は回収され、現像ユニット25の現像剤供給部25aに戻されて再利用される。
【0181】
画像記録装置12の下部には、記録材を収容する記録材供給部20が装置内に内装されて配置されている。記録材供給部20は、記録材を1枚ずつ分離して電子写真プロセス部に供給する。
【0182】
搬送部17は、複数のローラ28およびガイドからなり、記録材は、記録材供給部20から、ローラ間、ガイド間および感光体ドラム22と転写ユニット26との間などで規定される第1の搬送経路を通り、画像が印刷された後、ローラ間、ガイド間および定着ユニット31間などで規定される第2の搬送経路を通って記録材排出部16に排出される。
【0183】
なお、この記録材供給部20に記録材をセットする場合は、画像記録装置12の搬送方向に直交する方向、即ち、前面側方向に記録材収容トレイを引き出して記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行う。
【0184】
また、画像記録装置12の下面には、増設ユニットの記録材供給装置13(図12参照)から送られてくる記録材を受け入れ、感光体ドラム22と転写ユニット26との間に向かって順次供給するための記録材受け入れ部32が設けられている。
【0185】
さらに、光走査ユニット24周辺の空隙部には、電子写真プロセス部をコントロールするプロセスコントロールユニット(PCU)基板、装置外部からの画像データを受け入れるインターフェイス基板、インターフェイス基板から受け入れられた画像データおよび原稿画像読取装置11が読み取った画像データに対して所定の画像処理を施し、光走査ユニットにより画像として走査記録させるためのイメージコントロールユニット(ICU)基板、そして、これら各種基板、ならびにユニットに対して電力を供給する電源ユニット等が配置されている。
【0186】
なお、画像記録装置12単体でもインターフェイス基板を介してパーソナルコンピュータなどの外部機器と接続し、外部機器からの画像データを記録材に形成するプリンタとして動作させることが可能である。
【0187】
上記の説明においては、画像記録装置12内に内装された記録材供給部20は1つとして説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、それ以上の記録材供給部を装置内に内装することも可能である。
【0188】
図12は、増設ユニットの記録材供給装置13の構成を示す断面図である。記録材供給装置13は、記録材供給部20だけでは記録材の数量が不足する場合などに画像記録装置12の一部として増設することができる。
【0189】
記録材供給装置13は、記録材供給部20に収容される記録材よりも大きなサイズの記録材を収容することも可能であり、収容されている記録材を1枚ずつ分離して、記録材供給装置13上面に設けられた記録材排出部33に向かって搬出する。
【0190】
記録材供給装置13において、トレイは、記録材収容トレイ34a〜34cの3段からなり、積層された記録材収容トレイ34a〜34cの中から所望する記録材を収容した記録材収容トレイを、PCUなどが制御して選択的に動作させ、収容されている記録材を分離搬出する。
【0191】
搬出された記録材は、記録材排出部33から画像記録装置12の下部に設けられた記録材受け入れ部32を通って電子写真プロセス部へと至る。なお、記録材供給装置13に記録材をセットする場合は、記録材供給装置13の前面側方向に記録材収容トレイ34a〜34cのいずれかを引き出して記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行うものである。
【0192】
上記の説明では3つの記録材収容トレイ34a〜34cが積層された場合について説明しているが、積層するトレイの数は、例えば、少なくとも1つ、もしくは3つ以上とすることができる。
【0193】
なお、記録材供給装置13面には、複数の車輪35…が設けられており、増設時などに容易に記録材供給装置13を含む画像形成装置本体が移動可能となっている。また、ストッパ36によって設置場所に固定することも可能である。
【0194】
図13は、外部記録材供給装置15の構成を示す図である。外部記録材供給装置15は、画像記録装置12が備える記録材供給装置13に収容可能な種類および数量を越える記録材を収容することが可能であるとともに、収容されている記録材を1枚ずつ分離して、装置の側面上部に設けられた記録材排出部37に向かって搬出する。
【0195】
記録材排出部37から搬出された記録材は、画像記録装置12の側面下部に設けられた外部記録材受け入れ部38(図11参照)へと受け渡される。
【0196】
外部記録材供給装置15に記録材をセットする場合は、外部記録材供給装置15の上部に形成された図8に示す補給口151から記録材の補給、あるいは記録材の交換などを行う。また、補給口151には開閉可能な蓋152が設けられ、補給あるいは交換などの場合以外では、補給口が閉じられている構成にしてもよい。
【0197】
なお、外部記録材供給装置15下面には、図13に示すように、複数の車輪39…が設けられており、増設時などに容易に移動可能となっている。また、ストッパによって設置場所に固定することも可能である。
【0198】
図14は、後処理装置14の構成を示す図である。後処理装置14は、図9に示すように、画像形成装置本体と所定の距離を隔てて設置される。後処理装置14と画像形成装置本体とは、外部搬送部19によって接続されており、画像形成装置本体によって画像が印刷された記録材は、外部搬送部19を経て後処理装置14に搬送される。
【0199】
なお、外部搬送部19の一端は、画像記録装置12の外部排出部212と接続し、他端は、後処理装置14の記録材受け入れ部41と接続している。
【0200】
後処理装置14は、図14に示すように、搬送された記録材を排出トレイ42あるいは排出トレイ43に選択的に排出可能なソート搬送部44を有している。ソート搬送部44は、複数のローラ45…、ガイドおよび搬送方向切換ガイド46からなり、搬送方向切換ガイド46を制御することによって排出先のトレイを切り換えることができる。ユーザは、記録材の排出先として排出トレイ42・43のいずれかを選択することが可能で、画像が印刷された記録材を区別して排出することができる。
【0201】
なお、後処理としては、上述のようなソータ処理以外に、所定枚数の記録材に対してステープル処理を施したり、B4,A3サイズなどの印刷用紙を紙折りしたり、記録材にファイリング用の穴をあけたりする後処理を施すことも可能である。
【0202】
また、後処理装置14の下面には、車輪48が設けられており、容易に移動させることが可能である。
【0203】
なお、外部搬送部19の構成としては特に限定されるものではなく、外部搬送部19が後処理装置14に備えられ、外部搬送部19と画像記録装置12とが着脱可能に構成されていてもよいし、外部搬送部19と後処理装置14および画像形成装置本体20とが、着脱可能に構成されていてもよい。
【0204】
図10は、原稿画像読取装置11の構成を示す図である。原稿画像読取装置11は、シート状の原稿を自動原稿供給装置(ADF)により自動的に供給して1枚ずつ順次露光走査し、原稿を読み取る自動読み取りモードと、ブック状の原稿、もしくはADFによる自動供給が不可能なシート状の原稿を手動操作によりセットして原稿を読み取る手動読み取りモードとで動作可能である。
【0205】
自動もしくは手動によって読取部である透明な原稿読取台49上にセットされた原稿の画像は、露光走査して光電変換素子上に結像され、電気的信号に変換されて画像データを取得する。取得した画像データは、画像記録装置12との接続部を介して出力される。
【0206】
また、両面原稿を読み取る場合、原稿搬送経路に沿って原稿を搬送する過程において、原稿の両面から原稿画像を同時に走査して読み取ることが可能である。
【0207】
原稿の下面の読み取りについては、原稿台下面を走査する移動走査露光光学系が、原稿搬送経路の所定の位置に停止した状態でCCDまで光像を導き、原稿画像を読み取る構成となっている。また、原稿の上面の読み取りについては、原稿搬送経路の上方に位置し、原稿を露光する光源、光像を光電変換素子まで導く光学レンズ、光像を画像データに変換する光電変換素子などから一体的に構成される密着センサ(CIS)が配置されている。
【0208】
両面原稿の読み取りが選択されると、原稿供給部111にセットされた原稿が順次搬送され、搬送に伴って両面の画像がほぼ同時に読み取られる。
【0209】
原稿画像読取装置11には、原稿トレイ18が取り付けられている。原稿トレイ18、読み取り前の原稿を供給する場合、もしくは読み取り済みの原稿を受ける場合に使用する。原稿を供給する場合、原稿トレイ18に読み取り前の原稿を載置すると、ADFの取り込み部が原稿を取り込み、原稿読取台49に搬送する。読み取られた原稿は、原稿排出部によって、装置外に排出される。原稿を受ける場合、原稿供給部111に原稿を載置すると、ADFの取り込み部が原稿を取り込み、原稿読取台49に搬送する。読み取られた原稿は、原稿排出部によって、原稿トレイ18に排出される。
【0210】
図15は、両面印刷用搬送装置21の構成を示す図である。両面印刷用搬送装置21は、両面印刷用搬送部を有し、図11に示した画像記録装置12の側面に取り付けられる。
【0211】
両面印刷用搬送部は、複数のローラ210…を備え、定着装置23から排出された記録材を、画像記録装置上部の記録材排出部16を用いてスイッチバック搬送する。即ち、記録材の表裏を反転し、再度、画像記録装置12の電子写真プロセス部の感光体ドラム22と転写装置26との間に向かって記録材を供給することができる。
【0212】
なお、画像形成装置12において、装置上部の記録材排出部16に向かって記録材を排出する搬送経路において印刷された記録材をスイッチバック搬送することにより、図14に示す後処理装置14や図15に示す両面印刷用装置21に記録材を導くことが可能となる。
【0213】
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の一形態について図1および図7に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において、実施の形態1における構成要素と同等の機能を有する構成要素については、同一の符号を付記してその説明を省略する。
【0214】
ここで、本実施の形態における定着装置は、加熱手段として図1に示す外部加熱ローラ233のかわりに、図7に示すように、誘導加熱コイル(外部加熱部材)241を備えている。誘導加熱コイル241には、図示しない駆動電源が接続されている。また、図7においては、クリーニングローラは図示していない。
【0215】
本実施の形態における加圧ローラ232は、芯金232aと、芯金232aの外周表面にはシリコーンゴム等からなる耐熱弾性材層232bと、更にその外側に発熱層232dと、そして最外層には離型層232cとが設けられ、4層構造となっている。
【0216】
直径28mmで、アルミニウム、鉄もしくはステンレス鋼等の金属からなる芯金232a上には、厚さ6mmの発泡シリコーンゴムからなる耐熱弾性体層232bが形成されている。
【0217】
なお、芯金232aの材料としては、誘導加熱による発熱を防止するため、アルミニウムがより望ましい。
【0218】
発熱層232dは、誘導加熱作用により発熱する発熱体であり、表面温度の立ち上がり時間を短縮するために、その肉厚は、40μm〜50μmと薄肉化されている。
【0219】
また、発熱層232dは、誘導加熱(電磁誘導によって加熱電流を発生させる加熱)により加熱されるため、鉄やSUS430ステンレス鋼等、磁性および導電性を有する材料からなるものであればよい。特に比透磁率が高い(例えば、1以上)材料が好ましく、珪素鋼板や電磁鋼板、ニッケル鋼等であってもよい。
【0220】
なお、非磁性体であっても、SUS304ステンレス材など抵抗値の高い(例えば、9.8×10−6Ω・cm以上)材料であれば誘導加熱できるのでこれを使用してもよい。また、非磁性のベース部材(例えば、セラミックスからなる部材等)であっても、比透磁率の高い上記材料が導電性を有するように配置されているような構成であればそれでもよい。ここでは、発熱層232dに電鋳法により作製した厚さ40μmのニッケルを使用している。また、発熱層232dは、発熱量を増大させるために、発熱層を複数の材料からなる層で構成しても良い。
【0221】
また、発熱層232d表面(外周面)には、定着ニップ部Yで加熱され粘度が低下したトナーTが加熱ローラ231に付着するのを防止するために、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)等のフッ素樹脂、あるいはシリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコンゴム等の弾性体、若しくはこれらが複数積層された離型層232cが被覆されている。
【0222】
そして、加圧ローラ232は、図示しないばね等の加圧部材により定着ローラ231に274Nの力で圧接され、これにより、定着ローラ231との間に幅が約7mmの定着ニップ部Yが形成されるよう構成されている。
【0223】
加圧ローラ232を加熱する加熱手段としては、図に示すように誘導加熱コイル241から構成されており、加圧ローラ232の外周を取り囲むように構成されている。このように構成すると曲率が存在するため、誘導加熱コイル241の中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなるため、加圧ローラ232の表面温度をすばやく立ち上げるのに都合が良い。
【0224】
誘導加熱コイル241の材料としては、ここでは、耐熱性を考慮してアルミニウム単線(表面絶縁層(例えば、酸化膜)あり)を使用しているが、銅線もしくは銅ベースの複合部材線であっても良いし、リッツ線(エナメル線等を撚り線にしたもの)であってもよい。何れの線材を使用しても、誘導加熱コイル241でのジュール損を抑えるためには、誘導加熱コイル241の全抵抗値は、0.5Ω以下、望ましくは0.1Ω以下であるほうがよい。また、誘導加熱コイル241は、トナーTを定着させる記録紙Pのサイズに応じて複数個配置しても良い。
【0225】
励磁回路(図示せず)よりこの誘導加熱コイル241に高周波電流を流すことで生じる交番磁界により、加圧ローラ232は誘導加熱される。
【0226】
また、加圧ローラ232の周面には、温度検知手段としてのサーミスタ(温度線センサ)249が配設されており、加圧ローラ232の表面温度を検出するようになっている。そして、検出された温度データに基づいて、図示しない温度制御手段(制御手段)は、加圧ローラ232表面の温度が所定の温度となるよう誘導加熱コイル241への通電を制御する。
【0227】
ここで、加圧ローラ232の加熱手段として誘導加熱コイル241(誘導加熱方式)を用いた場合(構成▲4▼)と、実施の形態1において上述した外部加熱ローラ233(加熱ローラ方式)を用いた場合(構成▲2▼)とについて、通紙時(20枚)における加熱効率(=加圧ローラ232に伝わった熱量/電源への投入電力)および平均消費電力を比較した結果を表4に示す。
【0228】
【表4】
【0229】
表4に示すように、加熱ローラ方式では、温度差を利用した加熱ローラ231から加圧ローラ233への熱伝導により熱供給を行うのに対し、誘導加熱方式では、直接加圧ローラ232自体を発熱させるため、加熱ローラ方式に比べ、誘導加熱方式は、加熱効率に優れている。
【0230】
また、誘導加熱方式では、誘導加熱コイル241自体はほとんど発熱せず、加熱ローラ方式のような雰囲気中への放熱ロスがほとんど無いため、通紙中の平均消費電力が加熱ローラ方式の37%と、消費電力化の低減を図ることができる。
【0231】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0232】
【発明の効果】
本発明の加熱装置は、以上のように、第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、表面温度T1およびT2は、T1−T2≦100(℃)を満足する構成である。
【0233】
あるいは、本発明の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2が、T1−T2≦70(℃)を満足する構成である。
【0234】
これにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が2.3×10−2秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0235】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができる。
【0236】
また、加熱部材にかかる荷重が小さいことにより、例えば、加熱部材におけるクリープの発生やライフの短縮化を防止できる。
【0237】
さらに、加熱部材の薄型化が可能なことにより、加熱装置の小型化を図ることができる。また、加熱部材の駆動トルクを小さくすることができるため、消費電力の削減を図ることができると共に、駆動部品のライフの短縮化を防止できるといった効果を奏する。
【0238】
本発明の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差が、外部加熱部材により制御される構成である。
【0239】
具体的には、本発明の加熱装置は、外部加熱部材の表面温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて、外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備える構成である。
【0240】
これにより、外部加熱部材が第2加熱部材の外側から第2加熱部材を加熱するため、第2加熱部材の表面温度を簡単に制御することができる。
【0241】
従って、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができるといった効果を奏する。
【0242】
本発明の加熱装置は、第1加熱部材の表面温度は略一定に保持されるように制御される構成である。
【0243】
これにより、第1加熱部材の表面温度は略一定に保持されるため、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差は、外部加熱部材によって第2加熱部材の表面温度のみにより制御することができるといった効果を奏する。
【0244】
本発明の加熱装置は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2(℃)とは、T1−T2≦30×ln(P)−72.5を満足する構成である。
【0245】
これにより、T1−T2を小さくすることができ、被加熱材に伝達される熱量を増加させることができる。従って、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【0246】
本発明の加熱装置は、以上のように、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、被加熱材の通過時に、第1加熱部材から被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、熱量Q1およびQ2は、Q2/(Q1+Q2)≧0.25を満足する構成である。
【0247】
あるいは、本発明の加熱装置は、熱量Q1およびQ2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.3を満足する構成である。
【0248】
これにより、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2がT1−T2≦70(℃)を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。
【0249】
即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【0250】
本発明の加熱装置は、第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材と、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2との比Q2/(Q1+Q2)を制御する制御手段とを備える構成である。
【0251】
これにより、外部加熱部材によりQ2/(Q1+Q2)を制御することができる。従って、簡単な構成で、Q2/(Q1+Q2)の制御を可能とすることができるといった効果を奏する。
【0252】
本発明の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2(J)と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2(J)との比Q2/(Q1+Q2)は、Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7を満足する構成である。
【0253】
これにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【0254】
本発明の加熱装置は、圧接領域における被加熱材への面圧が、300(kPa)以下である構成である。
【0255】
これにより、加熱部材および被加熱材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【0256】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材が、熱源体を有し、第2加熱部材の表面に接することで第2加熱部材を加熱する構成である。
【0257】
これにより、第2加熱部材の表面を直接加熱することができるため、外部加熱部材の構成を簡単にすることができ、また、省スペース化が可能となる。従って、例えば、クリーニングローラ等、他の部品の設置を容易にすることができるといった効果を奏する。
【0258】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材が、第2加熱部材に外接して該第2加熱部材と共に回転するローラである構成である。
【0259】
これにより、簡単な構成で、第2加熱部材を加熱することができる。従って、省スペース化を図ることができ、例えばクリーニング部材等、他の部品の設置が容易となるといった効果を奏する。
【0260】
本発明の加熱装置は、第2加熱部材が、誘導加熱作用により発熱する発熱体を備え、外部加熱部材は、第2加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルである構成である。
【0261】
これにより、第2加熱部材を直接発熱させることができることにより、第2加熱部材表面からの放射、対流による熱損失が少ない。また、外部加熱部材自体はほとんど発熱しないため、外部加熱部材自体の熱損失は少ない。従って、さらに熱効率の向上を図ることができるといった効果を奏する。
【0262】
本発明の加熱装置は、外部加熱部材の形状が曲率を有する構成である。
【0263】
これにより、外部加熱部材としての誘導加熱コイルの中心側に磁束が集中し、渦電流の発生量が多くなる。従って、第2加熱部材の発熱の立ち上がりをはやくすることができるといった効果を奏する。
【0264】
本発明の加熱装置は、第1加熱部材の表面が、単位長さ当りの熱容量が200J/(m・℃)以下である構成である。
【0265】
これにより、例えば、ウォームアップ時間を30秒以下にすることができ、待機時における消費電力を大幅に削減することができるといった効果を奏する。
【0266】
本発明の加熱装置は、第1加熱部材および第2加熱部材が回動可能なローラであり、圧接領域を被加熱材が通過することにより、被加熱材上のトナーを定着させる構成である。
【0267】
これにより、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙(記録媒体)において紙しわやカールが発生することを防止できるといった効果を奏する。
【0268】
本発明の画像形成装置は、以上のように、被加熱材上に未定着のトナーからなる画像を形成する像転写装置と、被加熱材上の未定着のトナーを定着させる上記記載の加熱装置とを備える構成である。
【0269】
これにより、消費電力の小さな画像形成装置を提供することができる。また、例えば、加熱装置を定着装置として用いることができる。従って、トナーの定着性を確保しつつ、荷重が小さいことにより消費電力の低減が図れると共に、被加熱材である記録紙(記録媒体)において紙しわやカールが発生することを防止できる。
【0270】
さらに、加熱部材や駆動部品の長寿命化を図ることができる加熱装置を用いた画像形成装置を提供できるといった効果を奏する。
【0271】
本発明の加熱方法は、以上のように、第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が2.3×10−2秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、上記第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、上記表面温度T1・T2が、T1−T2≦100(℃)を満足するように、上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱する構成である。
【0272】
あるいは、本発明の加熱方法は、第1および第2加熱部材の表面温度T1・T2が、T1−T2≦70(℃)を満足するように、第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱する構成である。
【0273】
これにより、被加熱材上の任意の一点が圧接領域を通過する通過時間が2.3×10−2秒以下の高速機であっても、圧接領域の面圧を大きくしなくてすむ。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができる。
【0274】
従って、加熱部材の薄型化を図ることができ、熱容量を低減することができる。これにより、上記加熱方法を用いた加熱装置のウォームアップ時間を短縮することがでる。この結果、加熱部材を予熱する必要がなく、ウォームアップ時および待機時にかかる消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【0275】
本発明の加熱方法は、外部加熱部材の表面温度を制御することにより、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を制御する構成である。
【0276】
これにより、第1加熱部材の表面温度と第2加熱部材の表面温度との差を簡単な構成で制御することができるといった効果を奏する。
【0277】
本発明の加熱方法は、圧接領域における被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、第1加熱部材の表面温度T1(℃)と第2加熱部材の表面温度T2(℃)とは、T1−T2≦30×ln(P)−72.5を満足するように、表面温度T1およびT2を制御する構成である。
【0278】
これにより、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができるといった効果を奏する。
【0279】
本発明の加熱方法は、以上のように、第1加熱部材と第2加熱部材とが圧接する圧接領域を、被加熱材の任意の一点が2.3×10−2秒以内に通過するように上記被加熱材を通過させることにより、上記被加熱材を加熱する加熱方法であって、上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第1加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、上記熱量Q1・Q2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.25を満足するように制御する構成である。
【0280】
あるいは、本発明の加熱方法は、熱量Q1・Q2が、Q2/(Q1+Q2)≧0.3を満足するように制御する構成である。
【0281】
これにより、加熱部材の温度ではなく、被加熱材に伝達される熱量について規定しているため、加熱部材がどのような材料からなるものであっても、上述した第1加熱部材の表面温度T1および第2加熱部材の表面温度T2がT1−T2≦70(℃)を満足するように規定した場合と同様の効果を得ることができる。即ち、加熱部材にかかる荷重を小さくすることができ、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【0282】
本発明の加熱方法は、第2加熱部材を外側から加熱する外部加熱部材によって第2加熱部材の表面温度を制御することにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2と、被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2との比Q2/(Q1+Q2)を制御する構成である。
【0283】
これにより、外部加熱部材によりQ2/(Q1+Q2)を制御することができる。従って、簡単な構成で、Q2/(Q1+Q2)の制御を可能とすることができるといった効果を奏する。
【0284】
本発明の加熱方法は、圧接領域における上記被加熱材への面圧をP(kPa)とすると、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Q2(J)と、上記被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2(J)との比Q2/(Q1+Q2)は、Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7を満足するように、制御されている構成である。
【0285】
これにより、第2加熱部材から被加熱材に伝達される熱量Q2の割合を大きくすることができ、必要定着荷重を低減することができる。従って、消費電力の低減を図ることができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る定着装置の要部の構成を示す図である。
【図2】必要面圧(kPa)と、加熱ローラの表面温度T1と加圧ローラの表面温度T2との温度差(℃)との関係を示すグラフである。
【図3】ウォームアップ時間(秒)およびエネルギー消費効率(Wh/h)と、加熱ローラの表面温度T1と加圧ローラの表面温度T2との温度差(℃)との関係を示すグラフである
【図4】加熱ローラにおける軸方向の単位長さ当りの熱容量(J/m℃)と、ウォームアップ時間(秒)との関係について示すグラフ
【図5】必要面圧P(kPa)と、加圧ローラから記録紙Pに伝わる熱エネルギーQ2の総熱量Q1+Q2に対する割合Q2/Q1+Q2との関係を示すグラフである。
【図6】ウォームアップ時間およびエネルギー消費効率と、総熱量Q1+Q2に対する熱量Q2の割合Q2/Q1+Q2との間の関係を示すグラフである。
【図7】本発明の実施の他の一形態に係る定着装置の要部の構成を示す図である。
【図8】図8は、図1に示す定着装置を備えた画像形成装置を外側から見た構成を示す斜視図である。
【図9】上記画像形成装置の内部の構成を示す図である。
【図10】上記画像形成装置における原稿画像読取装置の構成を示す図である。
【図11】上記画像形成装置における画像記録装置の構成を示す図である。
【図12】上記画像形成装置における記録材供給装置の構成を示す図である。
【図13】上記画像形成装置における外部記録材供給装置の構成を示す図である。
【図14】上記画像形成装置における後処理装置の構成を示す図である。
【図15】上記画像形成装置における両面印刷用搬送部の構成を示す図である。
【図16】従来の中低速機および高速機でのニップ通過時間と、ローラ温度および定着ニップ部を通過する記録紙にかかる面圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
23 定着装置
231 加熱ローラ(第1加熱部材)
232 加圧ローラ(第2加熱部材)
232d 発熱層(発熱体)
233 外部加熱ローラ(外部加熱部材)
234,235,239 ヒータランプ(熱源体)
236,237,242,249 温度センサ(温度検出手段)
240 クリーニングローラ
241 誘導加熱コイル(外部加熱部材)
Y 定着ニップ部(圧接領域)
P 記録紙(被加熱材、記録媒体)
T トナー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device for heating a medium by heat and pressure, an image forming apparatus including the heating device, and a heating method.
[0002]
[Prior art]
When a heating device that heats a medium by heat and pressure is used as a fixing device that fixes a developer on a recording medium in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer, a heating roller fixing method is generally used. Is often used.
[0003]
A fixing device having a heat roller fixing system includes a pair of rollers (a heating roller and a pressure roller) pressed against each other. Further, a heating means such as a halogen heater is provided inside a roller (heating roller) in contact with the toner image surface side of the recording medium (recording paper).
[0004]
Then, after the heating roller is heated to a predetermined temperature (fixing temperature) by the heating means, the recording medium on which the unfixed toner image is formed is passed through a pressure contact portion (fixing nip portion) between the heating roller and the pressure roller. Then, the toner image is fixed by heat and pressure.
[0005]
However, in this heat roller fixing method, the time (warm-up time) from when the heating of the heating roller starts to when the heating roller reaches the fixing temperature is long. Therefore, it is necessary to preheat the heating roller even during standby from the viewpoint of usability, so that there is a problem that a large amount of power is consumed during warm-up and during standby.
[0006]
In order to solve such a problem, a fixing device using a thin-walled heat roller fixing system has been proposed in recent years (for example, see Patent Document 1).
[0007]
In the fixing device of the thin heat roller fixing method, the core of the heating roller is thinned, and the heat capacity of the heating roller is reduced. As a result, the warm-up time can be reduced, and power consumption during warm-up and standby can be reduced.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-9-244448 (published on September 19, 1997)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thin heat roller fixing method can reduce the thickness of the heating roller in a medium-to-low speed machine (for example, when the A4 size recording paper is horizontally fed and the copy speed is less than 50 sheets / min), but the high speed machine ( For example, when the A4 size recording paper is fed horizontally and the copy speed is 50 sheets / min or more), it is difficult to reduce the thickness of the heating roller.
[0010]
Therefore, in a high-speed machine, the warm-up time is long (usually 3 minutes or more), and the power consumption increases. The reason why it is difficult to reduce the thickness of the heating roller with a high-speed machine will be described below with reference to FIG.
[0011]
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the nip passage time in a conventional medium-speed machine and high-speed machine, the temperature of the heating roller (roller temperature), and the pressure (surface pressure) applied to the recording paper passing through the fixing nip. is there.
[0012]
Here, the nip transit time is also called a dwell time, and is a value obtained by dividing the width of the fixing nip by the fixing speed (recording paper conveyance speed), and it is necessary for any one point on the recording paper to pass through the fixing nip. Indicates the time required. Therefore, normally, the higher the copy speed, the shorter the nip passage time.
[0013]
As shown in FIG. 16, in the medium-to-low speed machine, the copy speed is increased and the reduced nip transit time is covered by increasing the fixing roller temperature, thereby giving a necessary amount of heat to the recording paper and sufficient fixability. You can see that it is secured. Therefore, the surface pressure is almost constant regardless of the nip passing time.
[0014]
However, since the fixing speed of the high-speed machine is higher than that of the medium-low-speed machine, the nip passing time is 23 msec (2.3 × 10 -2 Seconds) or less. On the other hand, the always-used temperature of the heating roller generally has a limit (for example, 200 ° C.). Therefore, the temperature of the heating roller cannot be increased to the limit temperature or more due to the problem of heat resistance of the heating roller. For this reason, in the high-speed machine, the fixing property is secured by setting the surface pressure to be high while the heating roller temperature is kept constant (limit temperature).
[0015]
For this reason, since a large load is applied to the heating roller, it is not possible to reduce the thickness of the heating roller in a high-speed machine as in a medium-to-low-speed machine, and therefore, it is difficult to shorten a warm-up time, and power consumption is reduced. growing.
[0016]
In addition, when a large load is applied to the heating roller, creep and reduction in roller life of the heating roller occur, and paper wrinkles and curls occur on the recording paper.
[0017]
Further, it is difficult to reduce the thickness of the heating roller, which leads to an increase in the size of the apparatus. In addition, the driving torque of the heating roller increases, which leads to an increase in power consumption and a reduction in the life of the driving parts.
[0018]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a heating device capable of reducing a load applied to a heating roller and reducing power consumption, an image forming apparatus including the heating device, and a heating device. It is to provide a method.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a heating device of the present invention includes a first heating member and a second heating member that are in pressure contact with each other, and covers a pressure contact region in which the first heating member and the second heating member are in pressure contact with each other. In the heating device in which the heating material is heated by passing the heating material, the heating device includes an external heating member that heats the second heating member from outside the second heating member. The time required for one point to pass through the pressure contact area is 2.3 × 10 -2 Second or less, and assuming that the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.) and the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the surface temperatures T1 and T2 are T1−T2 ≦ 100 ( ° C).
[0020]
In the above heating device, it is further preferable that the surface temperature T1 of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.).
[0021]
According to the above configuration, the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member are T1-T2 ≦ 100 (° C.) or T1-T2 ≦ 70 (° C.) Is satisfied, the passage time of an arbitrary point on the material to be heated passing through the pressure contact area is 2.3 × 10 3 -2 Even with a high-speed machine of less than a second, it is not necessary to increase the surface pressure in the pressure contact area. That is, the load applied to the heating member can be reduced.
[0022]
Therefore, the thickness of the heating member can be reduced, and the heat capacity can be reduced. Thereby, the warm-up time of the heating device can be reduced. As a result, it is not necessary to preheat the heating member, and it is possible to reduce power consumption during warm-up and standby.
[0023]
Further, since the load applied to the heating member is small, it is possible to prevent, for example, generation of creep and shortening of the life of the heating member.
[0024]
Further, since the thickness of the heating member can be reduced, the size of the heating device can be reduced. Further, since the driving torque of the heating member can be reduced, the power consumption can be reduced, and the life of the driving parts can be prevented from being shortened.
[0025]
In the above heating device, it is preferable that the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member is controlled by an external heating member.
[0026]
Specifically, the above-described heating device includes a temperature detection unit that detects a surface temperature of the external heating member, and a control unit that controls the surface temperature of the external heating member based on a detection result of the temperature detection unit. Is preferred.
[0027]
According to the above configuration, since the external heating member heats the second heating member from outside the second heating member, the surface temperature of the second heating member can be easily controlled.
[0028]
Therefore, the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member can be controlled with a simple configuration.
[0029]
It is preferable that the heating device is controlled so that the surface temperature of the first heating member is kept substantially constant.
[0030]
According to the above configuration, since the surface temperature of the first heating member is kept substantially constant, the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member is determined by the external heating member. It can be controlled only by the surface temperature of the member.
[0031]
When the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the above-described heating device has a surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and a surface temperature T2 (° C.) of the second heating member. , T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5.
[0032]
According to the above configuration, T1-T2 can be reduced, and the amount of heat transmitted to the material to be heated can be increased. Therefore, the load applied to the heating member can be reduced.
[0033]
In order to solve the above-described problems, a heating device of the present invention includes a first heating member and a second heating member that are in pressure contact with each other, and heats a pressure contact area where the first heating member and the second heating member are in pressure contact with each other. In the heating device in which the material to be heated is heated by the passage of the material, the time required for any one point on the material to be heated to pass through the pressure contact area is 2.3 × 10 -2 Second or less, and the amount of heat transmitted from the first heating member to the material to be heated when passing through the material to be heated is Q1, and the amount of heat transmitted from the second heating member to the material to be heated is Q2. Then, the heat quantity Q1 and the heat quantity Q2 are characterized by satisfying Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25.
[0034]
Further, in the above-described heating device, it is preferable that the heat quantity Q1 and the heat quantity Q2 satisfy Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3.
[0035]
For example, even if the surface temperature of the second heating member is maintained at a high temperature, if the thermal conductivity of the material forming the second heating member is extremely low, a sufficient amount of heat is supplied from the second heating member to the material to be heated. Not transmitted and heating may be insufficient.
[0036]
However, according to the above configuration, not the temperature of the heating member but the amount of heat transmitted to the material to be heated is specified. The same effect as in the case where the surface temperature T1 of the heating member and the surface temperature T2 of the second heating member are defined so as to satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.) can be obtained.
[0037]
That is, the load applied to the heating member can be reduced, and power consumption can be reduced.
[0038]
The above-described heating device transmits the second heating member from the second heating member to the material to be heated by controlling the surface temperature of the external heating member and the external heating member that heats the second heating member from outside the second heating member. It is preferable to include control means for controlling a ratio Q2 / (Q1 + Q2) of the heat quantity Q2 to be heated and the total heat quantity Q1 + Q2 transmitted to the material to be heated.
[0039]
According to the above configuration, Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled by the external heating member. Therefore, it is possible to control Q2 / (Q1 + Q2) with a simple configuration.
[0040]
In the above heating device, when the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated and the amount of heat transmitted to the material to be heated. It is preferable that the ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 (J) satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7.
[0041]
According to the above configuration, Q2 / (Q1 + Q2) (that is, the ratio of the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated) can be increased, and the required fixing load can be reduced. Therefore, power consumption can be reduced.
[0042]
In the above heating device, it is preferable that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is 300 (kPa) or less.
[0043]
According to the above configuration, the load applied to the heating member and the material to be heated can be reduced.
[0044]
In the above heating device, it is preferable that the external heating member has a heat source body and heats the second heating member by being in contact with the surface of the second heating member.
[0045]
According to the above configuration, since the surface of the second heating member can be directly heated, the configuration of the external heating member can be simplified, and the space can be saved. Therefore, it is possible to easily install other components such as a cleaning roller.
[0046]
In the above-described heating device, it is preferable that the external heating member is a roller that is circumscribed with the second heating member and rotates together with the second heating member.
[0047]
According to the above configuration, the second heating member can be heated with a simple configuration. Therefore, space can be saved, and other components such as a cleaning member can be easily installed.
[0048]
In the above-described heating device, it is preferable that the second heating member includes a heating element that generates heat by induction heating, and the external heating member is an induction heating coil that performs induction heating of the second heating member.
[0049]
According to the above configuration, since the second heating member can directly generate heat, heat loss due to radiation and convection from the surface of the second heating member is small. Further, since the external heating member itself hardly generates heat, heat loss of the external heating member itself is small. Therefore, the thermal efficiency can be further improved.
[0050]
In the above heating device, it is preferable that the shape of the external heating member has a curvature.
[0051]
According to the above configuration, the magnetic flux concentrates on the center side of the induction heating coil as the external heating member, and the amount of eddy current generated increases. Therefore, the rise of heat generation of the second heating member can be made faster.
[0052]
In the above heating device, the surface of the first heating member preferably has a heat capacity per unit length of 200 J / (m · ° C.) or less.
[0053]
According to the above configuration, for example, the warm-up time can be set to 30 seconds or less, and the power consumption during standby can be significantly reduced.
[0054]
It is preferable that the heating device is a roller in which the first heating member and the second heating member are rotatable, and the toner on the heated material is fixed by passing the heated material through the pressure contact area.
[0055]
According to the above configuration, the heating device can be used as a fixing device. Therefore, the power consumption can be reduced due to the small load while securing the fixing property of the toner, and wrinkles and curls can be prevented from occurring on the recording paper (recording medium) as the material to be heated.
[0056]
An image forming apparatus according to the present invention includes: an image transfer device that forms an image made of unfixed toner on a material to be heated; and the above-described heating device that fixes unfixed toner on a material to be heated. Features.
[0057]
According to the above configuration, it is possible to provide an image forming apparatus with low power consumption. Further, for example, a heating device can be used as a fixing device. Accordingly, the power consumption can be reduced due to the small load while securing the fixing property of the toner, and wrinkles and curls can be prevented from occurring on the recording paper as the material to be heated.
[0058]
Further, it is possible to provide an image forming apparatus using a heating device capable of extending the life of the heating member and the driving components.
[0059]
According to the heating method of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, an arbitrary point of the material to be heated is set at 2.3 × 10 -2 A heating method for heating the material to be heated by passing the material to be heated so as to pass within seconds, wherein the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.), and the second heating member is When the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the second heating member is externally heated from outside the second heating member so that the surface temperature T1 · T2 satisfies T1−T2 ≦ 100 (° C.). It is characterized by heating by a member.
[0060]
Further, the above-mentioned heating method includes the steps of: placing the second heating member outside the second heating member so that the surface temperatures T1 and T2 of the first and second heating members satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.). It is more preferable to heat with an external heating member.
[0061]
According to the above method, the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member are T1−T2 ≦ 100 (° C.) or T1−T2 ≦ 70 (° C.) Is satisfied, the passage time of an arbitrary point on the material to be heated passing through the pressure contact area is 2.3 × 10 3 -2 Even with a high-speed machine of less than a second, it is not necessary to increase the surface pressure in the pressure contact area. That is, the load applied to the heating member can be reduced.
[0062]
Therefore, the thickness of the heating member can be reduced, and the heat capacity can be reduced. Thereby, the warm-up time of the heating device using the above-described heating method can be reduced. As a result, it is not necessary to preheat the heating member, and it is possible to reduce power consumption during warm-up and standby.
[0063]
In the above-described heating method, it is preferable to control the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member by controlling the surface temperature of the external heating member.
[0064]
According to the above method, the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member can be controlled with a simple configuration.
[0065]
In the above-mentioned heating method, when the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 (° C.) of the second heating member are: It is preferable to control the surface temperatures T1 and T2 so as to satisfy T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5.
[0066]
According to the above method, T1-T2 can be reduced, and the amount of heat transferred to the material to be heated can be increased. Therefore, the load applied to the heating member can be reduced.
[0067]
According to the heating method of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, an arbitrary point of the material to be heated has a pressure contact area where the first heating member and the second heating member press against each other at 2.3 × 10 3. -2 A heating method for heating the material to be heated by passing the material to be heated so that the material to be heated is passed within seconds. Assuming that the amount of heat transmitted to the heating material is Q1, and the amount of heat transmitted from the second heating member to the material to be heated is Q2, the amount of heat Q1 · Q2 satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25. Is controlled in such a manner.
[0068]
Further, in the above-described heating method, it is preferable to control the heat amounts Q1 and Q2 so as to satisfy Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3.
[0069]
According to the above method, since the amount of heat transmitted to the material to be heated is defined instead of the temperature of the heating member, the first heating member described above can be used regardless of what material the heating member is made of. The same effect as in the case where the surface temperature T1 and the surface temperature T2 of the second heating member are defined so as to satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.) can be obtained. That is, the load applied to the heating member can be reduced, and power consumption can be reduced.
[0070]
The above heating method controls the surface temperature of the second heating member by an external heating member that heats the second heating member from the outside, so that the heat quantity Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated, It is preferable to control the ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 transmitted to the material.
[0071]
According to the above method, Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled by the external heating member. Therefore, it is possible to control Q2 / (Q1 + Q2) with a simple configuration.
[0072]
In the above heating method, assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated and the material to be heated are Is controlled so that the ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 (J) transmitted to the motor satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7. preferable.
[0073]
According to the above method, the ratio Q2 / (Q1 + Q2) (that is, the ratio of the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated) can be increased, and the required fixing load can be reduced. Therefore, power consumption can be reduced.
[0074]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 1 to 6 and FIGS. 8 to 15.
[0075]
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a fixing device (heating device) 23 according to the present embodiment. As shown in the figure, the fixing
[0076]
Hereinafter, an example of a configuration when the fixing
[0077]
As shown in FIG. 1, the
[0078]
The
[0079]
The
[0080]
In addition,
[0081]
That is, the
[0082]
Further, a
[0083]
The
[0084]
The
[0085]
The heat-resistant
[0086]
The
[0087]
The
[0088]
When the
[0089]
The
[0090]
As the material of the heat-
[0091]
A temperature sensor (temperature detecting means) 237 for detecting the temperature of the surface of the
[0092]
A temperature sensor (temperature detecting means) 242 for detecting the temperature of the surface of the
[0093]
A control circuit (control means) (not shown) calculates the surface temperature of the
[0094]
For example, the temperature condition of the
[0095]
A cleaning
[0096]
The cleaning
[0097]
Further, the cleaning
[0098]
Note that the configurations (for example, materials, sizes, shapes, and the like) of the
[0099]
Here, the operation of the fixing
[0100]
At this time, the unfixed toner T is melted and pressed on the recording paper P by the heat and pressure from the
[0101]
The time required for an arbitrary point on the recording paper P to pass through the fixing nip portion Z, that is, the width (mm) of the fixing nip portion Y / the transport (fixing) speed (mm / sec) of the recording paper P is expressed by: Assuming the nip passing time, the nip passing time in the present embodiment is 23 milliseconds or less.
[0102]
A copying machine is generally driven in a copy mode, a warm-up mode, a standby mode, or the like.
[0103]
The warm-up mode is a mode in which the copying machine is turned on after the power of the copying machine is turned on. In this mode, the copier first energizes the
[0104]
The copy mode is a mode for forming an image on the recording paper P, and the fixing
[0105]
That is, the
[0106]
The standby mode is a mode in which the power is maintained so that the copying machine can immediately shift to the copy mode when a printing request is made in the copying machine. After the copying is completed, the standby mode is maintained for a while until the mode shifts to the low power mode.
[0107]
In order to fix the toner T on the recording paper P, a certain surface pressure between the
[0108]
Hereinafter, a relationship between a load required for fixing the toner T (hereinafter, referred to as a necessary fixing load), a surface temperature T1 of the
[0109]
Here, in the fixing
[0110]
In addition, as a comparative example, a configuration in which the
[0111]
[Table 1]
[0112]
In the comparative examples (2) and (3), and the configurations (1) to (3), the nip passing time is 19.2 milliseconds (msec) (transport paper is fed by using an A4 size recording paper P). , The copy speed is 65 sheets / min), and the width of the fixing nip portion Y (the length in the direction of arrow A in the figure) (the fixing nip width) is 7 mm. In Comparative Example (1), the nip passage time is 17.8 milliseconds and the fixing nip width is 6.5 mm.
[0113]
As shown in Table 1, it is understood that the comparative examples (1) and (2) in which the
[0114]
This is because, despite the fact that the surface temperature T1 of the
[0115]
On the other hand, by providing a heating means (
[0116]
Here, FIG. 2 shows the relationship between the required surface pressure (kPa) shown in Table 1 and the difference (T1-T2 (° C.)) between the surface temperature T1 of the
[0117]
As shown in the drawing, based on the comparative examples (1) to (3) and the configurations (1) to (3), the required surface pressure P (kPa) and the temperature difference T1− between the
[0118]
Further, as described above, the smaller the temperature difference T1−T2 (° C.) between the
[0119]
T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5 (1)
As described above, if the
[0120]
As described above, the fixing
[0121]
The
[0122]
According to the above configuration, it is not necessary to increase the surface pressure of the fixing nip portion Y even in a high-speed machine. That is, the load applied to the
[0123]
Therefore, it is possible to reduce the thickness of the roller, especially the
[0124]
Further, since the load applied to the
[0125]
Further, since the thickness of the
[0126]
The difference between the surface temperature of the
[0127]
Specifically, the fixing
[0128]
Thus, the surface temperature of the
[0129]
On the other hand, the surface temperature of the
[0130]
Thus, the difference between the surface temperature of the
[0131]
Further, assuming that the surface pressure on the recording paper P at the fixing nip Y is P (kPa), the fixing
[0132]
Thereby, T1-T2 can be reduced, and the amount of heat transmitted to the recording paper P can be increased. Therefore, the load applied to the
[0133]
Next, a comparison between the warm-up time and the energy consumption efficiency will be made using Table 2 for the comparative example (3) and the configurations (1) to (3) described above. The thickness of the
[0134]
[Table 2]
[0135]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the warm-up time and the energy consumption efficiency shown in Table 2 and the temperature difference T1-T2 (° C.) between the
[0136]
As shown in Table 2, the comparative example (3) is different from the configurations (1) to (3) in that the
[0137]
Since the heat capacity of the
[0138]
Therefore, as a method of heating the
[0139]
Furthermore, according to Table 2 and FIG. 3, among those using the external heating method (configurations (1) to (3)), the viewpoint of energy consumption efficiency (power consumption per hour (Wh / h)) Therefore, when the
[0140]
This is because, when T1−T2 ≦ 70 (° C.), the warm-up time (time required for the heating roller to reach the fixing temperature (predetermined predetermined temperature)) can be set to 30 seconds or less. This is because the off mode can be set within 15 minutes or less of the transition time to the low power mode (standby mode). Here, the standby mode time is set to 6 minutes.
[0141]
Here, FIG. 4 shows the heat capacity (J / m ° C.) per unit length (m) in the axial direction of the
[0142]
According to the figure, the warm-up time can be reduced to 30 seconds or less by setting the heat capacity per unit length in the axial direction of the
[0143]
By the way, as described above, even if the surface temperature T2 of the
[0144]
Therefore, the relationship between the heat energy transmitted from the
[0145]
Here, for the comparative examples (1) to (3) and the constitutions (1) to (3), the heat energy Q1 transmitted from the
[0146]
[Table 3]
[0147]
As shown in Table 3, the ratio (Q2 / (Q1 + Q2)) of the thermal energy Q2 transmitted from the
[0148]
On the other hand, in Comparative Example (3) and Configuration Examples (1) to (3), since the heating means for heating the
[0149]
Here, FIG. 5 is a graph showing the relationship between the required surface pressure P (kPa) shown in Table 3 and the ratio Q2 / Q1 + Q2 of the amount of heat Q2 transmitted from the
[0150]
As shown in the figure, the relationship between the required surface pressure P (kPa) and the ratio Q2 / Q1 + Q2 of the heat quantity Q2 to the total heat quantity Q1 + Q2, based on Comparative Examples (1) to (3) and Configurations (1) to (3). Is approximated by the least squares method, it can be approximated as Q2 / Q1 + Q2 = −0.078 × ln (P) +0.7.
[0151]
Further, as described above, considering that a larger value of Q2 / (Q1 + Q2) can reduce a required fixing load because heat energy transmitted from the
[0152]
Q2 / Q1 + Q2 ≧ −0.078 × ln (P) +0.7 (2)
As described above, if the
[0153]
Next, the warm-up time and the energy consumption efficiency of the configurations (1) to (3) shown in Table 3 are compared with each other with reference to FIG.
[0154]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the warm-up time and energy consumption efficiency shown in Table 3 and the ratio Q2 / Q1 + Q2 of the heat quantity Q2 to the total heat quantity Q1 + Q2.
[0155]
As shown in Table 3 and FIG. 6, in the configuration (2) and (3), Q2 / Q1 + Q2 ≧ 0.313, and the energy consumption efficiency can be further reduced as compared with the configuration (1).
[0156]
This is because when Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.313 (0.3), the warm-up time is 30 seconds or less, and the off-mode is 15 minutes or less of the transition time to the low power mode (standby mode). This is because setting can be performed. Here, the standby mode time is set to 6 minutes.
[0157]
The shape and material of the
[0158]
Also, the fixing device (heating device) 23 has been described as an example of the device having the configuration including the
[0159]
Hereinafter, an example in which the above-described
[0160]
FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the image forming apparatus as viewed from the outside, and FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of the image forming apparatus.
[0161]
As shown in FIGS. 8 and 9, the image forming apparatus includes a document
[0162]
As shown in FIG. 9, an
[0163]
The operation of the image forming apparatus main body will be described below.
[0164]
First, the document
[0165]
On the other hand, sheet-like recording materials such as printing paper and OHP (Over Head Projector) sheets are separated and carried out one by one from the recording
[0166]
Then, the
[0167]
Further, as shown in FIG. 10, a
[0168]
When the
[0169]
On the other hand, when the
[0170]
For example, when printing a plurality of copies of a series of read originals, if the printed recording material is discharged to the recording
[0171]
Therefore, for example, the
[0172]
The image forming apparatus main body and the
[0173]
In addition, from the viewpoint of energy saving and cost reduction, a recording material such as printing paper is required to have a function of printing an image on both surfaces thereof. This function can be realized by the double-sided
[0174]
The recording material printed on one side is not conveyed to the recording
[0175]
Further, when it is desired to supply a recording material exceeding the type or quantity that can be held in the recording
[0176]
Next, each device and parts constituting the image forming apparatus will be described in detail.
[0177]
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the
[0178]
A charging unit 31 that uniformly charges the surface of the
[0179]
Above the electrophotographic process unit (image transfer device), a fixing
[0180]
The recording material on which the image is printed is discharged from the recording
[0181]
Below the
[0182]
The
[0183]
When the recording material is set in the recording
[0184]
The lower surface of the
[0185]
Further, a process control unit (PCU) board for controlling the electrophotographic process section, an interface board for receiving image data from the outside of the apparatus, an image data received from the interface board, and a document image are provided in the space around the
[0186]
The
[0187]
In the above description, the recording
[0188]
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the recording
[0189]
The recording
[0190]
In the recording
[0191]
The transported recording material passes from the recording
[0192]
In the above description, a case is described in which three recording
[0193]
A plurality of
[0194]
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the external recording
[0195]
The recording material discharged from the recording
[0196]
When the recording material is set in the external recording
[0197]
As shown in FIG. 13, a plurality of
[0198]
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of the
[0199]
Note that one end of the
[0200]
As shown in FIG. 14, the
[0201]
In addition, as post-processing, in addition to the sorter processing as described above, stapling processing is performed on a predetermined number of recording materials, B4 or A3 size printing paper is folded, or filing is performed on the recording materials. It is also possible to perform post-processing such as drilling.
[0202]
Further,
[0203]
The configuration of the
[0204]
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the document
[0205]
An image of a document set on a transparent document reading table 49, which is a reading unit, automatically or manually, is exposed and scanned to form an image on a photoelectric conversion element, and is converted into an electrical signal to obtain image data. The acquired image data is output via a connection to the
[0206]
Further, when reading a double-sided document, it is possible to simultaneously scan and read a document image from both sides of the document in the process of transporting the document along the document transport path.
[0207]
As for reading the lower surface of the document, a moving scanning exposure optical system that scans the lower surface of the document table guides an optical image to the CCD in a state where the optical system stops at a predetermined position on the document transport path and reads the document image. For reading the upper surface of the original, the light source that exposes the original, the optical lens that guides the optical image to the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion element that converts the optical image to image data, etc., are integrated. A contact sensor (CIS), which is configured in a typical manner, is arranged.
[0208]
When the reading of the double-sided document is selected, the documents set in the
[0209]
A
[0210]
FIG. 15 is a diagram illustrating the configuration of the
[0211]
The double-sided printing transport unit includes a plurality of
[0212]
In the
[0213]
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Note that, in the present embodiment, components having the same functions as the components in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0214]
Here, the fixing device in the present embodiment includes an induction heating coil (external heating member) 241 as a heating unit, instead of the
[0215]
The
[0216]
A heat-resistant
[0219]
As a material of the
[0218]
The
[0219]
The
[0220]
In addition, even if it is a non-magnetic material, it has a high resistance value (for example, 9.8 × 10 -6 (Ω · cm or more) If a material can be used for induction heating, it may be used. Further, a non-magnetic base member (for example, a member made of ceramics) may be used as long as the material having a high relative magnetic permeability is arranged to have conductivity. Here, nickel having a thickness of 40 μm manufactured by an electroforming method is used for the
[0221]
Further, on the surface (outer peripheral surface) of the
[0222]
The
[0223]
The heating means for heating the
[0224]
As the material of the
[0225]
The
[0226]
A thermistor (temperature line sensor) 249 as a temperature detecting means is provided on the peripheral surface of the
[0227]
Here, when the induction heating coil 241 (induction heating method) is used as the heating means of the pressure roller 232 (configuration (4)), the external heating roller 233 (heating roller method) described in the first embodiment is used. Table 4 shows the results of comparison of the heating efficiency (= the amount of heat transmitted to the
[0228]
[Table 4]
[0229]
As shown in Table 4, in the heating roller method, heat is supplied by heat conduction from the
[0230]
In addition, in the induction heating method, the
[0231]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and are obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
[0232]
【The invention's effect】
As described above, the heating device of the present invention includes the external heating member that heats the second heating member from outside the second heating member, and the passage time at which any one point on the material to be heated passes through the pressure contact area. Is 2.3 × 10 -2 Second or less, and assuming that the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.) and the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the surface temperatures T1 and T2 are T1−T2 ≦ 100 (° C.). It is a configuration that satisfies.
[0233]
Alternatively, the heating device of the present invention is configured such that the surface temperature T1 of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.).
[0234]
As a result, the passage time of an arbitrary point on the material to be heated passing through the pressure contact area is 2.3 × 10 3 -2 Even with a high-speed machine of less than a second, it is not necessary to increase the surface pressure in the pressure contact area. That is, the load applied to the heating member can be reduced.
[0235]
Therefore, the thickness of the heating member can be reduced, and the heat capacity can be reduced. Thereby, the warm-up time of the heating device can be reduced. As a result, it is not necessary to preheat the heating member, and it is possible to reduce power consumption during warm-up and standby.
[0236]
Further, since the load applied to the heating member is small, it is possible to prevent, for example, generation of creep and shortening of the life of the heating member.
[0237]
Further, since the thickness of the heating member can be reduced, the size of the heating device can be reduced. In addition, since the driving torque of the heating member can be reduced, power consumption can be reduced, and the life of the driving component can be prevented from being shortened.
[0238]
The heating device of the present invention has a configuration in which the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member is controlled by an external heating member.
[0239]
Specifically, the heating device of the present invention includes a temperature detecting unit that detects a surface temperature of the external heating member, and a control unit that controls the surface temperature of the external heating member based on a detection result of the temperature detecting unit. It is a configuration provided.
[0240]
Thereby, since the external heating member heats the second heating member from outside the second heating member, the surface temperature of the second heating member can be easily controlled.
[0241]
Therefore, there is an effect that the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member can be controlled with a simple configuration.
[0242]
The heating device of the present invention is configured so that the surface temperature of the first heating member is controlled to be kept substantially constant.
[0243]
As a result, the surface temperature of the first heating member is kept substantially constant, and the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member is determined by the external heating member. There is an effect that the control can be performed only by the control.
[0244]
In the heating device of the present invention, assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 (° C.) of the second heating member are obtained. Is a configuration satisfying T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5.
[0245]
Thereby, T1-T2 can be reduced, and the amount of heat transmitted to the material to be heated can be increased. Therefore, there is an effect that the load applied to the heating member can be reduced.
[0246]
As described above, according to the heating device of the present invention, the passage time for an arbitrary point on the material to be heated to pass through the pressure contact area is 2.3 × 10 -2 Second or less, and when the material to be heated passes, the amount of heat transmitted from the first heating member to the material to be heated is Q1, and the amount of heat transmitted from the second heating member to the material to be heated is Q2. Q2 is a configuration that satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25.
[0247]
Alternatively, the heating device of the present invention is configured such that the amounts of heat Q1 and Q2 satisfy Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3.
[0248]
Accordingly, the surface temperature T1 of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member described above satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.) regardless of the material of the heating member. The same effect as in the case defined in (1) can be obtained.
[0249]
That is, it is possible to reduce the load applied to the heating member and to reduce power consumption.
[0250]
The heating device of the present invention transmits the second heating member from the second heating member to the material to be heated by controlling the surface temperature of the external heating member and the external heating member for heating the second heating member from outside the second heating member. And a control means for controlling the ratio Q2 / (Q1 + Q2) of the heat quantity Q2 to be transmitted and the total heat quantity Q1 + Q2 transmitted to the material to be heated.
[0251]
Thereby, Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled by the external heating member. Therefore, there is an effect that Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled with a simple configuration.
[0252]
In the heating device of the present invention, when the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated and the amount of heat Q2 (J) transmitted to the material to be heated. The ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 (J) satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7.
[0253]
Thus, the ratio of the heat amount Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated can be increased, and the required fixing load can be reduced. Therefore, there is an effect that power consumption can be reduced.
[0254]
The heating device of the present invention has a configuration in which the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is 300 (kPa) or less.
[0255]
Thereby, there is an effect that the load applied to the heating member and the material to be heated can be reduced.
[0256]
The heating device of the present invention has a configuration in which the external heating member has a heat source body and heats the second heating member by being in contact with the surface of the second heating member.
[0257]
Thereby, since the surface of the second heating member can be directly heated, the configuration of the external heating member can be simplified, and the space can be saved. Therefore, for example, there is an effect that installation of other components such as a cleaning roller can be facilitated.
[0258]
The heating device of the present invention has a configuration in which the external heating member is a roller that is circumscribed with the second heating member and rotates together with the second heating member.
[0259]
Thereby, the second heating member can be heated with a simple configuration. Therefore, it is possible to save space, and it is possible to easily install other components such as a cleaning member.
[0260]
The heating device of the present invention has a configuration in which the second heating member includes a heating element that generates heat by induction heating, and the external heating member is an induction heating coil that induction-heats the second heating member.
[0261]
This allows the second heating member to directly generate heat, thereby reducing heat loss due to radiation and convection from the surface of the second heating member. Further, since the external heating member itself hardly generates heat, heat loss of the external heating member itself is small. Therefore, there is an effect that the thermal efficiency can be further improved.
[0262]
The heating device of the present invention has a configuration in which the shape of the external heating member has a curvature.
[0263]
Thereby, magnetic flux concentrates on the center side of the induction heating coil as the external heating member, and the amount of eddy current generated increases. Therefore, there is an effect that the rise of heat generation of the second heating member can be made faster.
[0264]
The heating device of the present invention has a configuration in which the surface of the first heating member has a heat capacity per unit length of 200 J / (m · ° C.) or less.
[0265]
As a result, for example, the warm-up time can be reduced to 30 seconds or less, and the power consumption during standby can be significantly reduced.
[0266]
The heating device of the present invention is configured such that the first heating member and the second heating member are rotatable rollers, and are configured to fix the toner on the heated material by passing the heated material through the pressure contact area.
[0267]
Thus, the heating device can be used as a fixing device. Therefore, the power consumption can be reduced due to the small load while securing the fixing property of the toner, and wrinkles and curling of the recording paper (recording medium) as the material to be heated can be prevented. Play.
[0268]
As described above, the image forming apparatus of the present invention includes an image transfer device that forms an image made of unfixed toner on a material to be heated and a heating device that fixes unfixed toner on a material to be heated. It is a configuration provided with:
[0269]
Thus, an image forming apparatus with low power consumption can be provided. Further, for example, a heating device can be used as a fixing device. Therefore, the power consumption can be reduced due to the small load while securing the fixing property of the toner, and wrinkles and curls can be prevented from occurring on the recording paper (recording medium) as the material to be heated.
[0270]
Further, there is an effect that an image forming apparatus using a heating device capable of extending the life of the heating member and the driving components can be provided.
[0271]
As described above, according to the heating method of the present invention, any one point of the material to be heated is set to 2.3 × 10 -2 A heating method for heating the material to be heated by passing the material to be heated so as to pass within seconds, wherein the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.), and the second heating member is When the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the second heating member is externally heated from outside the second heating member so that the surface temperature T1 · T2 satisfies T1−T2 ≦ 100 (° C.). This is a configuration in which heating is performed by a member.
[0272]
Alternatively, the heating method of the present invention includes the step of: heating the second heating member so that the surface temperatures T1 and T2 of the first and second heating members satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.). In this configuration, heating is performed by an external heating member from the outside.
[0273]
As a result, the passage time of an arbitrary point on the material to be heated passing through the pressure contact area is 2.3 × 10 3 -2 Even with a high-speed machine of less than a second, it is not necessary to increase the surface pressure in the pressure contact area. That is, the load applied to the heating member can be reduced.
[0274]
Therefore, the thickness of the heating member can be reduced, and the heat capacity can be reduced. Thereby, the warm-up time of the heating device using the above-described heating method can be reduced. As a result, it is not necessary to preheat the heating member, and the effect of reducing power consumption during warm-up and standby can be achieved.
[0275]
The heating method of the present invention is configured to control the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member by controlling the surface temperature of the external heating member.
[0276]
Thereby, there is an effect that the difference between the surface temperature of the first heating member and the surface temperature of the second heating member can be controlled with a simple configuration.
[0277]
In the heating method of the present invention, assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 (° C.) of the second heating member are: , T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5, and controls the surface temperatures T1 and T2.
[0278]
Thereby, there is an effect that the load applied to the heating member can be reduced.
[0279]
As described above, according to the heating method of the present invention, any one point of the material to be heated is set to 2.3 × 10 -2 A heating method for heating the material to be heated by passing the material to be heated so that the material to be heated is passed within seconds. Assuming that the amount of heat transmitted to the heating material is Q1, and the amount of heat transmitted from the second heating member to the material to be heated is Q2, the amount of heat Q1 · Q2 satisfies Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25. The configuration is such that control is performed as follows.
[0280]
Alternatively, the heating method of the present invention is configured so that the heat amounts Q1 and Q2 are controlled so as to satisfy Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3.
[0281]
With this, not the temperature of the heating member but the amount of heat transmitted to the material to be heated is specified. Therefore, regardless of what kind of material the heating member is made of, the surface temperature T1 of the first heating member described above. The same effect as in the case where the surface temperature T2 of the second heating member is defined to satisfy T1−T2 ≦ 70 (° C.) can be obtained. That is, it is possible to reduce the load applied to the heating member and to reduce power consumption.
[0282]
The heating method of the present invention controls the surface temperature of the second heating member by an external heating member that heats the second heating member from the outside, so that the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated, In this configuration, the ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 transmitted to the heating material is controlled.
[0283]
Thereby, Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled by the external heating member. Therefore, there is an effect that Q2 / (Q1 + Q2) can be controlled with a simple configuration.
[0284]
In the heating method of the present invention, assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated is the same as that of the material to be heated. The ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the total amount of heat Q1 + Q2 (J) transmitted to the material is controlled so as to satisfy Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7. It is.
[0285]
Thus, the ratio of the heat amount Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated can be increased, and the required fixing load can be reduced. Therefore, there is an effect that power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a fixing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a required surface pressure (kPa) and a temperature difference (° C.) between a surface temperature T1 of a heating roller and a surface temperature T2 of a pressure roller.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a warm-up time (second) and energy consumption efficiency (Wh / h), and a temperature difference (° C.) between a surface temperature T1 of a heating roller and a surface temperature T2 of a pressure roller.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heat capacity per unit length in the axial direction of the heating roller (J / m ° C.) and the warm-up time (second).
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a required surface pressure P (kPa) and a ratio Q2 / Q1 + Q2 of a thermal energy Q2 transmitted from a pressure roller to a recording sheet P with respect to a total heat amount Q1 + Q2.
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a warm-up time and energy consumption efficiency, and a ratio Q2 / Q1 + Q2 of a heat quantity Q2 to a total heat quantity Q1 + Q2.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a main part of a fixing device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration of an image forming apparatus including the fixing device illustrated in FIG. 1 when viewed from the outside.
FIG. 9 is a diagram illustrating an internal configuration of the image forming apparatus.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a document image reading device in the image forming apparatus.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an image recording apparatus in the image forming apparatus.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a recording material supply device in the image forming apparatus.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an external recording material supply device in the image forming apparatus.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a post-processing device in the image forming apparatus.
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a conveyance unit for double-sided printing in the image forming apparatus.
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a nip passage time in a conventional medium-speed machine and a high-speed machine, a roller temperature, and a surface pressure applied to a recording sheet passing through a fixing nip portion.
[Explanation of symbols]
23 Fixing device
231 heating roller (first heating member)
232 pressure roller (second heating member)
232d Heating layer (heating element)
233 External heating roller (external heating member)
234, 235, 239 Heater lamp (heat source)
236, 237, 242, 249 Temperature sensor (temperature detecting means)
240 cleaning roller
241 Induction heating coil (external heating member)
Y Fixing nip (pressure contact area)
P Recording paper (material to be heated, recording medium)
T toner
Claims (26)
上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から加熱する外部加熱部材を備え、
上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、
上記第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、上記第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、上記表面温度T1および上記表面温度T2は、
T1−T2≦100(℃)
を満足することを特徴とする加熱装置。A first heating member and a second heating member that are in pressure contact with each other are provided, and the material to be heated is heated by the material to be heated passing through a pressure contact region where the first heating member and the second heating member are in pressure contact with each other. In the heating device,
An external heating member that heats the second heating member from outside the second heating member,
The time required for any one point on the material to be heated to pass through the pressure contact area is 2.3 × 10 −2 seconds or less,
Assuming that the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.) and the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the surface temperature T1 and the surface temperature T2 are:
T1-T2 ≦ 100 (° C.)
A heating device characterized by satisfying the following.
T1−T2≦70(℃)
を満足することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。The surface temperature T1 of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member are:
T1-T2 ≦ 70 (° C.)
The heating device according to claim 1, wherein the following conditions are satisfied.
該温度検出手段の検出結果に基づいて、上記外部加熱部材の表面温度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項3に記載の加熱装置。Temperature detection means for detecting the surface temperature of the external heating member,
The heating device according to claim 3, further comprising control means for controlling a surface temperature of the external heating member based on a detection result of the temperature detection means.
T1−T2≦30×ln(P)−72.5
を満足することを特徴とする請求項1に記載の加熱装置。Assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 (° C.) of the second heating member are:
T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5
The heating device according to claim 1, wherein the following conditions are satisfied.
上記被加熱材上の任意の一点が上記圧接領域を通過する通過時間は2.3×10−2秒以下であり、
上記被加熱材の通過時に、上記第1加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、上記熱量Q1および上記熱量Q2は、
Q2/(Q1+Q2)≧0.25
を満足することを特徴とする加熱装置。A first heating member and a second heating member that are in pressure contact with each other are provided, and the material to be heated is heated by the material to be heated passing through a pressure contact region where the first heating member and the second heating member are in pressure contact with each other. In the heating device,
The time required for any one point on the material to be heated to pass through the pressure contact area is 2.3 × 10 −2 seconds or less,
When the amount of heat transmitted from the first heating member to the material to be heated when passing through the material to be heated is Q1, and the amount of heat transmitted to the material to be heated from the second heating member is Q2, the amount of heat Q1 And the heat quantity Q2 is
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25
A heating device characterized by satisfying the following.
Q2/(Q1+Q2)≧0.3
を満足することを特徴とする請求項7に記載の加熱装置。The amount of heat Q1 transmitted from the first heating member to the material to be heated and the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated are:
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3
The heating device according to claim 7, wherein
上記外部加熱部材の表面温度を制御することにより、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量Q2と、上記被加熱材に伝達される総熱量Q1+Q2との比Q2/(Q1+Q2)を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項7に記載の加熱装置。An external heating member that heats the second heating member from outside the second heating member,
By controlling the surface temperature of the external heating member, the ratio Q2 / (Q1 + Q2) of the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated and the total amount of heat Q1 + Q2 transmitted to the material to be heated. The heating device according to claim 7, further comprising control means for controlling the temperature of the heating device.
Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7
を満足することを特徴とする請求項7に記載の加熱装置。Assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated and the total amount of heat transmitted to the material to be heated. The ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the calorific value Q1 + Q2 (J) is
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7
The heating device according to claim 7, wherein
上記外部加熱部材は、上記第2加熱部材を誘導加熱する誘導加熱コイルであることを特徴とする請求項1または7に記載の加熱装置。The second heating member includes a heating element that generates heat by an induction heating action,
The said external heating member is an induction heating coil which induction-heats the said 2nd heating member, The heating apparatus of Claim 1 or 7 characterized by the above-mentioned.
上記被加熱材上の未定着のトナーを定着させる請求項1ないし17のいずれか1項に記載の加熱装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。An image transfer device that forms an image composed of unfixed toner on the material to be heated,
An image forming apparatus comprising: the heating device according to any one of claims 1 to 17 for fixing unfixed toner on the material to be heated.
上記第1加熱部材の表面温度をT1(℃)とし、上記第2加熱部材の表面温度をT2(℃)とすると、上記表面温度T1と上記表面温度T2とが、
T1−T2≦100(℃)
を満足するように、上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴とする加熱方法。By passing the above-mentioned heated material so that an arbitrary point of the heated material passes within a pressure contact area where the first heating member and the second heating member are pressed against each other within 2.3 × 10 −2 seconds, A heating method for heating a material to be heated,
If the surface temperature of the first heating member is T1 (° C.) and the surface temperature of the second heating member is T2 (° C.), the surface temperature T1 and the surface temperature T2 are:
T1-T2 ≦ 100 (° C.)
A heating method, wherein the second heating member is heated by an external heating member from outside the second heating member so as to satisfy the following.
T1−T2≦70(℃)
を満足するように、上記第2加熱部材を、該第2加熱部材の外側から外部加熱部材により加熱することを特徴とする請求項19に記載の加熱方法。The surface temperature T1 of the first heating member and the surface temperature T2 of the second heating member are:
T1-T2 ≦ 70 (° C.)
20. The heating method according to claim 19, wherein the second heating member is heated by an external heating member from outside the second heating member so as to satisfy the following.
T1−T2≦30×ln(P)−72.5
を満足するように、上記表面温度T1および上記表示温度T2を制御することを特徴とする請求項19に記載の加熱方法。Assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the surface temperature T1 (° C.) of the first heating member and the surface temperature T2 (° C.) of the second heating member are:
T1−T2 ≦ 30 × ln (P) −72.5
20. The heating method according to claim 19, wherein the surface temperature T1 and the display temperature T2 are controlled so as to satisfy the following.
上記圧接領域において上記被加熱材の通過時に、上記第1加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ1とし、上記第2加熱部材から上記被加熱材に伝達される熱量をQ2とすると、上記熱量Q1と上記熱量Q2とが、
Q2/(Q1+Q2)≧0.25
を満足するように制御することを特徴とする加熱方法。By passing the above-mentioned heated material so that an arbitrary point of the heated material passes within a pressure contact area where the first heating member and the second heating member are pressed against each other within 2.3 × 10 −2 seconds, A heating method for heating a material to be heated,
When the amount of heat transmitted from the first heating member to the material to be heated when passing through the material to be heated in the pressure contact region is Q1, the amount of heat transmitted to the material to be heated from the second heating member is Q2. , The heat quantity Q1 and the heat quantity Q2,
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.25
A heating method characterized by controlling so as to satisfy the following.
Q2/(Q1+Q2)≧0.3
を満足するように制御することを特徴とする請求項23に記載の加熱方法。The amount of heat Q1 transmitted from the first heating member to the material to be heated and the amount of heat Q2 transmitted from the second heating member to the material to be heated are:
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ 0.3
The heating method according to claim 23, wherein the heating is controlled so as to satisfy the following condition.
Q2/(Q1+Q2)≧−0.078×ln(P)+0.7
を満足するように、制御することを特徴とする請求項23に記載の加熱方法。Assuming that the surface pressure on the material to be heated in the pressure contact region is P (kPa), the amount of heat Q2 (J) transmitted from the second heating member to the material to be heated and the total amount of heat transmitted to the material to be heated are The ratio Q2 / (Q1 + Q2) to the calorific value Q1 + Q2 (J) is
Q2 / (Q1 + Q2) ≧ −0.078 × ln (P) +0.7
The heating method according to claim 23, wherein the heating is controlled so as to satisfy the following.
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