【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して、未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
このような熱ローラ定着方式では、定着ローラに内蔵されたハロゲンランプなどの熱源から、ローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間に幾分も要するなどといった問題があった。
【０００４】
これを改善するために、内部に発光手段を有する定着ローラを備え、この定着ローラが、光透過性耐熱樹脂からなる円筒形状芯材と、その外側に配置された光透過性弾性部材層と、さらにその外側に配置された熱線吸収層（光熱変換層）とで構成される定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２７３４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の定着装置においては、定着ローラの表面近傍に設けられた熱線吸収層（光熱変換層）が発熱することにより、定着ローラ表面が定着可能な温度にまで昇温する。しかしながら、未定着トナーを加熱、溶融する部材としてローラを使用する場合、ローラは熱容量が大きいので、表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間の短縮化に対して、十分な効果が期待できない。
【０００７】
さらに、特許文献１記載の定着装置では、光熱変換層で得られた熱が弾性部材層へと熱伝導して逃げてしまうという問題が生じ、この問題もウォームアップ時間の短縮化の妨げとなっている。
【０００８】
また、特許文献１記載の定着装置と同様に、一般的には発光手段としてはハロゲンランプが用いられる。しかしながら、ハロゲンランプでは、その発光部分であるフィラメントの巻線形状に起因する発光ムラが、定着ローラ表面の温度ムラになってしまうという問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、用紙に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、発熱部材の熱容量を小さく抑えて高い加熱効率が得られる構造を提案し、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供することを目的とする。また、定着部材及び加圧部材の表面に温度ムラが発生することのない定着装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、定着ローラと、内部に発光手段を備えた加熱ローラと、これらの定着ローラと加熱ローラとの間に巻き掛けられた無端状の定着ベルトと、この定着ベルトを介して定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップ部を形成する加圧ローラとを備え、前記ニップ部で用紙に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ローラが光透過性の円筒部材にて形成されるとともに、前記定着ベルトが光熱変換層を備えることとした。
【００１１】
この構成によれば、発光手段から発せられた光が、加熱ローラを形成する円筒部材を透過して定着ベルトにて直接熱に変換され、定着ベルトを発熱させることができる。そして、発熱部材がローラである場合と比較して、ベルトを使用することにより低熱容量化を図ることが可能である。その結果、高い加熱効率を得ることができ、定着ベルトの表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間を、より短くすることが可能である。
【００１２】
また、前記定着ベルトは互いに重なる３層を備え、この３層は、加熱ローラ側から順に光熱変換層、金属或いは合成樹脂からなるベース層、及び離型層であることとした。
【００１３】
この構成によれば、定着ベルトの一番内側に光熱変換層があるので、発光手段から発せられる光の損失をできるだけ少なくすることが可能である。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間をより短くでき、また消費電力をより低く抑えることができる。
【００１４】
また、前記ベース層と離型層との間に、弾性部材層を設けることとした。
【００１５】
この構成によれば、弾性部材が用紙上の未定着トナー像を包み込んで、ソフトに定着できる。その結果、画像の高画質化を図ることが可能となり、高性能な定着装置を得ることができる。
【００１６】
また、前記定着ベルトは互いに重なる３層を備え、この３層は、加熱ローラ側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光熱変換層、及び離型層であることとした。
【００１７】
この構成によれば、定着ベルトのより外側に光熱変換層があるので、定着ベルトのできるだけ用紙に近い部分で発熱させることが可能である。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間をより短くでき、また消費電力をより低く抑えることができる。
【００１８】
また、前記光熱変換層と離型層との間に、弾性部材層を設けることとした。
【００１９】
この構成によれば、弾性部材が用紙上の未定着トナー像を包み込んで、ソフトに定着できる。その結果、画像の高画質化を図ることが可能となり、高性能な定着装置を得ることができる。
【００２０】
また、前記定着ベルトは互いに重なる５層を備え、この５層は、加熱ローラ側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光透過性弾性部材層、光熱変換層、蓄熱層、及び離型層であることとした。
【００２１】
この構成によれば、蓄熱層を備えるので、光熱変換層で得られた熱を逃がさないようにすることができる。また、定着ベルトの表面の温度が均一に保たれる。その結果、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減の効果を高めることが可能となる。
【００２２】
また、前記定着ベルトは互いに重なる４層を備え、この４層は、加熱ローラ側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光透過性弾性部材層、光透過性蓄熱層、及び光熱変換性と離型性を兼備した部材層であることとした。
【００２３】
この構成によれば、一番外側の層が光熱変換性を持つことになるので、加熱効率の向上及びウォームアップ時間の短縮の効果を高めることが可能となる。また、一つの層が光熱変換性と離型性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、製造に掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置を提供することができる。
【００２４】
また、前記定着ベルトは互いに重なる４層を備え、この４層は、加熱ローラ側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光透過性弾性部材層、光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層、及び離型層であることとした。
【００２５】
この構成によれば、一つの層で光熱変換と蓄熱を同時に行うことができるので、加熱効率をさらに高めることできるとともに、ウォームアップ時間をさらに短縮することが可能となる。また、一つの層が光熱変換性と蓄熱性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、製造に掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置を提供することができる。
【００２６】
また、前記蓄熱層或いは前記光透過性蓄熱層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高いこととした。
【００２７】
この構成によれば、光熱変換層で得られた熱が、光透過性弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００２８】
また、前記光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高いこととした。
【００２９】
この構成によれば、光熱変換性を備える層で得られた熱が、光透過性弾性部材へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００３０】
また、前記弾性部材層或いは前記光透過性弾性部材層を構成する弾性部材が、発泡状であることとした。
【００３１】
この構成によれば、弾性部材が発泡状であるので、弾性部材の内部に多数の気泡が入ることになる。これにより、発光手段から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、発光手段の形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、定着ベルトの表面の温度ムラを抑制することができる。したがって、定着ベルトの表面を均一に加熱することができるので、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材を発泡状にすることで、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図ることが可能である。
【００３２】
また、前記発光手段は指向性を有し、前記定着ベルトが前記加熱ローラと当接する部分に光が集中するように、発光手段を配置することとした。
【００３３】
この構成によれば、不必要な方向に光が発せられないようにすることができるので、定着ベルトの加熱に必要な光の損失を防止することが可能となる。また、光のエネルギを必要な部分に集中することができる。その結果、加熱エネルギの浪費を抑制することができるとともに、加熱効率をさらに高めることが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。定着装置１には、定着部１０と加圧部４０が備えられている。
【００３６】
定着部１０は、定着ローラ１１と、加熱ローラ２１と、定着ベルト３１とで構成される。定着ローラ１１は、直径が４０ｍｍで、ステンレス鋼からなる芯金１２がその主体をなす。芯金１２の外側には、弾性部材層１３を構成するスポンジシリコンゴムが設けられている。定着ローラ１１は、図示しない駆動装置によって、その周速度が用紙の搬送速度と同じになるように回転せしめられている。
【００３７】
加熱ローラ２１は、光透過性の円筒部材２２で構成されている。円筒部材２２は、石英やホウケイ酸等のガラス材料、或いはポリイミドやポリアミド等の樹脂材料で構成される。光透過性ではあるが、材料によっては１〜２０％程度の光を吸収する場合があるので、加熱ローラ２１としての強度が保持できる範囲でできるだけ肉厚が薄いほうが好ましい。したがって、円筒部材２２の厚さｔ１と外径Ｄ１の関係が、０．０５≦ｔ１／Ｄ１≦０．２０、望ましくは０．０７≦ｔ１／Ｄ１≦０．１４となるようにする。加熱ローラ２１は、後述する定着ベルト３１とともに、定着ローラ１１の回転に従って回転せしめられる。
【００３８】
加熱ローラ２１の内側には、発光手段であるハロゲンランプ２３が備えられている。そして、このハロゲンランプ２３の周囲のうち、定着ベルト３１が加熱ローラ２１と当接する部分と対向する位置には、ハロゲンランプ２３から発せられる光が定着ベルト３１を指向するように、反射板２４が備えられている。
【００３９】
定着ベルト３１は、無端状のベルトであって、互いに重なる複数の層を備えている。これらの層の詳細については後述する。そして、この定着ベルト３１は、定着ローラ１１と加熱ローラ２１との間に巻き掛けられ、所定の張力が与えられている。
【００４０】
加圧部４０は、加圧ローラ４１で構成される。加圧ローラ４１は、前記定着ローラ１１と同様に、直径が４０ｍｍで、ステンレス鋼からなる芯金４２の外側に、弾性部材層４３を構成するスポンジシリコンゴムが設けられている。この加圧ローラ４１が、定着ベルト３１を介して定着ローラ１１と当接することで、用紙を挿通させるニップ部を形成する。加圧ローラ４１は、定着ベルト３１を介して定着ローラ１１と当接することにより、定着ローラ１１の回転に従って回転せしめられる。
【００４１】
定着ベルト３１が加熱ローラ２１に当接する部分の外側には、定着ベルト３１の表面に接するようにサーミスタ５１が備えられている。このサーミスタ５１により定着ベルト３１の発熱部の温度を検知し、ハロゲンランプ２３を制御することによって定着の温度制御を行う。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置の加熱部分を示す模型的部分拡大図である。第１の実施形態において、定着ベルト３１は、互いに重なる３層を備えている。この３層は、加熱ローラ２１側から順に光熱変換層３２、金属或いは合成樹脂からなるベース層３３、及び離型層３４である。
【００４３】
光熱変換層３２は、カーボンブラックや黒鉛、鉄黒（Ｆｅ３Ｏ４）、各種フェライト及びその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３）等の粉末を混入した樹脂バインダ（結合材）で構成され、これをチューブ状に成型する、或いは後述するベース層３３の内面に塗布するなどして設けられている。光熱変換層３２は、光吸収率が略１００％となる厚さがあれば良く、肉厚を厚くし過ぎるとベルトの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、光熱変換層３２の厚さは、１０〜２００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。この光熱変換層３２で、ハロゲンランプ２３の光が熱に変換されることにより、定着ベルト３１の表面が発熱し、未定着トナーの定着が可能となる。
【００４４】
ベース層３３は、厚さ５０μｍのニッケル等の金属をメッキ、又は圧延処理することによって設けられる、或いはポリイミドフィルム等の合成樹脂によって構成されている。
【００４５】
離型層３４には、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂が用いられ、塗料の塗布やチューブを被せることによって層が設けられている。ＰＦＡチューブであれば３０〜５０μｍ、フッ素樹脂塗料であれば２０〜３０μｍの厚さである。
【００４６】
上記の構成によれば、発光手段であるハロゲンランプ２３から発せられた光が、加熱ローラ２１を形成する円筒部材２２を透過して定着ベルト３１にて直接熱に変換され、定着ベルト３１を発熱させることができる。そして、発熱部材がローラである場合と比較して、ベルトを使用することにより低熱容量化を図ることが可能である。その結果、高い加熱効率を得ることができ、定着ベルト３１の表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間を、より短くすることが可能である。
【００４７】
そして、定着ベルト３１の一番内側に光熱変換層３２があるので、ハロゲンランプ２３から発せられる光の損失をできるだけ少なくすることが可能である。その結果、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間をより短くでき、また消費電力をより低く抑えることができる。
【００４８】
さらに、反射板２４を備えることにより、ハロゲンランプ２３から発せられる光が定着ベルト３１を指向するので、不必要な方向に光が発せられないようにすることができ、定着ベルト３１の加熱に必要な光の損失を防止することが可能となる。また、光のエネルギを必要な部分に集中することができる。その結果、加熱エネルギの浪費を抑制することができるとともに、加熱効率を高めることが可能となる。
【００４９】
なお、定着ベルト３１に備えられる３層は、加熱ローラ２１側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光熱変換層、及び離型層という構成であっても構わない。この構成によれば、定着ベルト３１のより外側に光熱変換層があるので、定着ベルト３１のできるだけ用紙に近い部分で発熱させることが可能である。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間をより短くでき、また消費電力をより低く抑えることができる。
【００５０】
また、ベース層３３と離型層３４との間に、弾性部材層として厚さ１００〜１０００μｍのシリコンゴム層を設けても良い。この構成によれば、弾性部材が用紙上の未定着トナー像を包み込んで、ソフトに定着できる。その結果、画像の高画質化を図ることが可能となり、高性能な定着装置１を得ることができる。
【００５１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置の加熱部分を示す模型的部分拡大図である。第２の実施形態において、定着ベルト３１は、互いに重なる５層を備えている。この５層は、加熱ローラ２１側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層３５、光透過性弾性部材層３６、光熱変換層３２、蓄熱層３７、及び離型層３４である。なお、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。
【００５２】
ベース層３５は、光透過性の合成樹脂で構成され、透明なポリイミドフィルム等が用いられている。
【００５３】
光透過性弾性部材層３６は、シリコンゴムで構成される。光透過性弾性部材層３６でできるだけ光が吸収されないようにするためには、肉厚を薄くするほうが良く、光透過性弾性部材層３６の厚さは、１００〜１０００μｍとする。肉厚を薄くし過ぎると、用紙上の未定着トナー像を包み込んでソフトに定着することができなくなり、画質が悪化する。一方、肉厚を厚くし過ぎると、ベルトの曲げに対する弾性が低下して変形し難くなる。
【００５４】
蓄熱層３７は、シリカやアルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末をフィラーとして配合して熱伝導率を高めたシリコンゴムや、アルミ、銅、ニッケル等の熱伝導率の高い金属で構成され、これらをチューブ状に成型したものを被覆する、或いはメッキするなどして設けられている。蓄熱層３７は、シリコンゴムのように弾性がある材料であれば良いが、金属で構成した場合、肉厚を厚くし過ぎるとベルトの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、蓄熱層３７の厚さは、１０〜１０００μｍ、望ましくは５０〜５００μｍとする。この蓄熱層３７では、前記光熱変換層３２で得られた熱を蓄えることができる。そして、この蓄熱層３７の熱伝導率は、前記光透過性弾性部材層３６の熱伝導率よりも高い。
【００５５】
上記の構成によれば、蓄熱層３７を備えるので、光熱変換層３２で得られた熱を逃がさないようにすることができる。また、定着ベルト３１の表面の温度が均一に保たれる。その結果、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減の効果を高めることが可能となる。
【００５６】
さらに、蓄熱層３７の熱伝導率が、光透過性弾性部材層３６の熱伝導率よりも高いので、光熱変換層３２で得られた熱が、光透過性弾性部材層３６へ熱伝導して逃げるのをさらに抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率を高めることが可能である。
【００５７】
なお、定着ベルト３１は、互いに重なる４層を備えているものであっても構わない。この４層は、加熱ローラ２１側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光透過性弾性部材層、光透過性蓄熱層、及び光熱変換性と離型性を兼備した部材層である。そして、この光透過性蓄熱層の熱伝導率を、光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高くする。
【００５８】
この構成によれば、一番外側の層が光熱変換性を持つことになるので、加熱効率の向上及びウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。また、一つの層が光熱変換性と離型性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、製造に掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置１を提供することができる。そして、光透過性蓄熱層の熱伝導率を、光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高くすることにより、光熱変換性を備えた層で得られた熱が弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。
【００５９】
また、定着ベルト３１を構成する前記４層が、加熱ローラ２１側から順に光透過性の合成樹脂からなるベース層、光透過性弾性部材層、光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層、及び離型層であっても構わない。そして、この光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層の熱伝導率を、光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高くする。
【００６０】
この構成によれば、一つの層で光熱変換と蓄熱を同時に行うことができるので、加熱効率を高めることできるとともに、ウォームアップ時間を短縮することが可能となる。また、一つの層が光熱変換性と蓄熱性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、製造に掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置１を提供することができる。そして、光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層の熱伝導率を、光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも高くすることにより、光熱変換性を備えた層で得られた熱が弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。
【００６１】
さらに、定着ベルト３１を構成する層のうち、弾性部材層及び光透過性弾性部材層の弾性部材を発泡状のものとしても良い。この場合の発泡状弾性部材は、発泡状のシリコンゴムで構成される。この発泡状弾性部材層でできるだけ光が吸収されないようにするためには、肉厚を薄くし、気泡径を大きくするほうか良い。しかしながら、肉厚を薄くし過ぎると、用紙上の未定着トナー像を包み込んでソフトに定着することができなくなり、画質が悪化する。また、気泡径を大きくし過ぎると、シリコンゴムの強度が弱くなって破損したり、気泡形状が用紙に写ってしまったりする恐れがある。したがって、発泡状弾性部材層の厚さは、１００〜１０００μｍとする。また、気泡径は、２０〜５００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。
【００６２】
上記のように、定着ベルト３１に備えられる弾性部材を発泡状とすることにより、弾性部材の内部に多数の気泡が入ることになるので、ハロゲンランプ２３から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、ハロゲンランプ２３のフィラメントの巻線形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、定着ベルト３１の表面の温度ムラを抑制することができる。したがって、定着ベルト３１の表面を均一に加熱することができるので、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材を発泡状にすることで、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図ることが可能である。
【００６３】
なお、これまでに登場した寸法等の数値は、好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００６４】
上記のように本発明の実施形態を示したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の上記構成によれば、発光手段から発せられた光が、加熱ローラを形成する円筒部材を透過して定着ベルトにて直接熱に変換され、定着ベルトを発熱させることができる。そして、発熱部材がローラである場合と比較して、ベルトを使用することにより低熱容量化を図ることが可能である。その結果、高い加熱効率を得ることができ、定着ベルトの表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間を、より短くすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る定着装置の加熱部分を示す模型的部分拡大図
【図３】本発明の第２の実施形態に係る定着装置の加熱部分を示す模型的部分拡大図
【符号の説明】
１ 定着装置
１０ 定着部
１１ 定着ローラ
２１ 加熱ローラ
２２ 光透過性円筒部材
２３ ハロゲンランプ
２４ 反射板
３１ 定着ベルト
３２ 光熱変換層
３３ ベース層
３４ 離型層
３５ 光透過性ベース層
３６ 光透過性弾性部材層
３７ 蓄熱層
４０ 加圧部
４１ 加圧ローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device that inserts a sheet carrying an unfixed toner image into a nip of a heated roller pair, heats and melts the unfixed toner, and fixes the unfixed toner on the sheet.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus, a heat source is incorporated in at least one of a pair of rollers forming a nip, and a sheet carrying an unfixed toner image is inserted into a nip of the pair of rollers heated by the heat source. A heat roller fixing method for fixing toner on paper by using the method is widely used.
[0003]
In such a heat roller fixing method, the efficiency of heat transfer from a heat source such as a halogen lamp built into the fixing roller to the roller surface is low, and heat loss is large. Further, it takes a long time for heat to be transmitted to the roller surface. As a result, there has been a problem that power consumption is high due to poor heating efficiency, and a certain amount of warm-up time is required until the roller surface reaches a temperature at which fixing can be performed.
[0004]
In order to improve this, a fixing roller having a light-emitting means therein is provided, and the fixing roller has a cylindrical core made of a light-transmitting heat-resistant resin, and a light-transmitting elastic member layer disposed outside the core. Further, there has been proposed a fixing device including a heat ray absorbing layer (light-to-heat conversion layer) disposed outside the fixing device (see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-327342
[Problems to be solved by the invention]
In the fixing device described in Patent Literature 1, the heat ray absorbing layer (light-to-heat conversion layer) provided near the surface of the fixing roller generates heat, so that the temperature of the fixing roller surface rises to a temperature at which fixing can be performed. However, when a roller is used as a member for heating and melting the unfixed toner, the roller has a large heat capacity, so that a sufficient effect can be expected in shortening the warm-up time until the surface reaches a temperature at which the surface can be fixed. Can not.
[0007]
Further, in the fixing device described in Patent Document 1, there is a problem that heat obtained in the light-to-heat conversion layer is conducted to the elastic member layer and escapes, and this problem also hinders shortening of warm-up time. ing.
[0008]
Further, similarly to the fixing device described in Patent Document 1, generally, a halogen lamp is used as a light emitting unit. However, in the halogen lamp, there is a problem that uneven light emission due to the winding shape of the filament, which is the light emitting portion, results in uneven temperature on the surface of the fixing roller.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and has proposed a structure in which a fixing device for fixing an unfixed toner image carried on a sheet can achieve high heating efficiency by suppressing the heat capacity of a heat generating member to a small value. It is an object of the present invention to provide a fixing device capable of reducing the up time and the power consumption. It is another object of the present invention to provide a fixing device in which temperature unevenness does not occur on the surfaces of the fixing member and the pressing member.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a fixing roller, a heating roller having a light emitting unit therein, an endless fixing belt wound around the fixing roller and the heating roller, and a fixing belt interposed therebetween. A pressure roller that forms a nip portion through which the paper is inserted by abutting the fixing roller, wherein the heating roller is configured to fix an unfixed toner image carried on the paper at the nip portion. And the fixing belt includes a light-to-heat conversion layer.
[0011]
According to this configuration, the light emitted from the light emitting unit passes through the cylindrical member forming the heating roller and is directly converted into heat by the fixing belt, so that the fixing belt can generate heat. The use of the belt makes it possible to reduce the heat capacity as compared with the case where the heat generating member is a roller. As a result, high heating efficiency can be obtained, and the warm-up time until the surface of the fixing belt reaches a temperature at which fixing can be performed can be further reduced.
[0012]
Further, the fixing belt includes three layers overlapping each other, and the three layers are a light-to-heat conversion layer, a base layer made of metal or synthetic resin, and a release layer in this order from the heating roller side.
[0013]
According to this configuration, since the light-to-heat conversion layer is provided on the innermost side of the fixing belt, it is possible to minimize the loss of light emitted from the light emitting unit. As a result, a high heating efficiency can be obtained, the warm-up time can be shortened, and the power consumption can be reduced.
[0014]
Further, an elastic member layer is provided between the base layer and the release layer.
[0015]
According to this configuration, the elastic member wraps the unfixed toner image on the paper and can be softly fixed. As a result, it is possible to improve the image quality of the image, and it is possible to obtain a high-performance fixing device.
[0016]
Further, the fixing belt has three layers overlapping each other, and the three layers are, in order from the heating roller side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-to-heat conversion layer, and a release layer.
[0017]
According to this configuration, since the light-to-heat conversion layer is provided outside the fixing belt, it is possible to generate heat in a portion of the fixing belt as close to the sheet as possible. As a result, a high heating efficiency can be obtained, the warm-up time can be shortened, and the power consumption can be reduced.
[0018]
Further, an elastic member layer is provided between the light-heat conversion layer and the release layer.
[0019]
According to this configuration, the elastic member wraps the unfixed toner image on the paper and can be softly fixed. As a result, it is possible to improve the image quality of the image, and it is possible to obtain a high-performance fixing device.
[0020]
The fixing belt includes five layers overlapping each other, and the five layers are, in order from the heating roller side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer, a light-heat conversion layer, a heat storage layer, and a separating layer. It was a mold layer.
[0021]
According to this configuration, since the heat storage layer is provided, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer can be prevented from being released. Further, the temperature of the surface of the fixing belt is kept uniform. As a result, higher heating efficiency can be obtained, and the effects of shortening the warm-up time and reducing the power consumption can be enhanced.
[0022]
Further, the fixing belt includes four layers overlapping each other, and the four layers are, in order from the heating roller side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer, a light-transmitting heat storage layer, and a light-to-heat conversion layer. It is determined that the material layer has both properties and releasability.
[0023]
According to this configuration, since the outermost layer has light-to-heat conversion properties, it is possible to improve the heating efficiency and shorten the warm-up time. In addition, since one layer has both light-to-heat conversion properties and mold release properties, it is possible to reduce the cost of separately manufacturing these layers and also reduce the time required for manufacturing. Therefore, it is possible to provide a low-cost fixing device with a short production time.
[0024]
Further, the fixing belt has four layers overlapping each other, and the four layers have, in order from the heating roller side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer, and both light-heat conversion and heat storage. They were a member layer and a release layer.
[0025]
According to this configuration, since photothermal conversion and heat storage can be performed simultaneously in one layer, the heating efficiency can be further increased, and the warm-up time can be further reduced. In addition, since one layer has both light-to-heat conversion properties and heat storage properties, it is possible to reduce the cost of separately manufacturing these layers and also reduce the time required for manufacturing. Therefore, it is possible to provide a low-cost fixing device with a short production time.
[0026]
Further, the thermal conductivity of the heat storage layer or the light-transmitting heat storage layer is higher than the thermal conductivity of the light-transmitting elastic member layer.
[0027]
According to this configuration, it is possible to suppress the heat obtained in the light-to-heat conversion layer from conducting and escaping to the light-transmitting elastic member layer. As a result, the heating efficiency of the fixing device can be further increased.
[0028]
Further, the heat conductivity of the member layer having both the light-heat conversion property and the heat storage property is higher than the heat conductivity of the light-transmitting elastic member layer.
[0029]
According to this configuration, it is possible to suppress the heat obtained in the layer having the light-to-heat conversion property from being conducted to the light-transmitting elastic member and escaping. As a result, the heating efficiency of the fixing device can be further increased.
[0030]
Further, the elastic member constituting the elastic member layer or the light-transmitting elastic member layer is foamed.
[0031]
According to this configuration, since the elastic member is foamed, a large number of air bubbles enter the inside of the elastic member. Thus, light incident on the elastic member layer from the light emitting means is irregularly reflected by the bubbles. As a result, it is possible to eliminate the influence of uneven light emission caused by the shape of the light emitting means, and to suppress uneven temperature on the surface of the fixing belt. Therefore, since the surface of the fixing belt can be uniformly heated, high heating efficiency can be obtained, and the warm-up time can be reduced and the power consumption can be reduced. Further, by forming the elastic member in a foamed state, the material can be reduced as compared with a member having no air bubbles. This makes it possible to reduce the amount of light absorbed into the elastic member, so that higher heating efficiency can be obtained. And it is possible to achieve cost reduction by material reduction.
[0032]
Further, the light emitting means has directivity, and the light emitting means is arranged so that light is concentrated on a portion where the fixing belt comes into contact with the heating roller.
[0033]
According to this configuration, it is possible to prevent light from being emitted in an unnecessary direction, and thus it is possible to prevent light loss required for heating the fixing belt. In addition, the energy of light can be concentrated on a necessary portion. As a result, waste of heating energy can be suppressed, and the heating efficiency can be further increased.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a fixing device according to an embodiment of the present invention. The fixing device 1 includes a fixing unit 10 and a pressure unit 40.
[0036]
The fixing unit 10 includes a fixing roller 11, a heating roller 21, and a fixing belt 31. The fixing roller 11 has a diameter of 40 mm, and a core metal 12 made of stainless steel forms a main body. A sponge silicone rubber constituting the elastic member layer 13 is provided outside the cored bar 12. The fixing roller 11 is rotated by a driving device (not shown) so that the peripheral speed thereof is equal to the paper conveyance speed.
[0037]
The heating roller 21 includes a light-transmitting cylindrical member 22. The cylindrical member 22 is made of a glass material such as quartz or borosilicate, or a resin material such as polyimide or polyamide. Although it is light-transmitting, it may absorb about 1 to 20% of light depending on the material. Therefore, it is preferable that the thickness of the heating roller 21 be as thin as possible as long as the strength can be maintained. Therefore, the relationship between the thickness t1 of the cylindrical member 22 and the outer diameter D1 is set to be 0.05 ≦ t1 / D1 ≦ 0.20, preferably 0.07 ≦ t1 / D1 ≦ 0.14. The heating roller 21 is rotated according to the rotation of the fixing roller 11 together with a fixing belt 31 described later.
[0038]
Inside the heating roller 21, a halogen lamp 23 as a light emitting means is provided. A reflector 24 is provided at a position around the halogen lamp 23 opposite to a portion where the fixing belt 31 contacts the heating roller 21 so that light emitted from the halogen lamp 23 is directed to the fixing belt 31. Provided.
[0039]
The fixing belt 31 is an endless belt, and includes a plurality of layers overlapping each other. Details of these layers will be described later. The fixing belt 31 is wound around the fixing roller 11 and the heating roller 21 and has a predetermined tension.
[0040]
The pressing unit 40 includes a pressing roller 41. The pressure roller 41 has a diameter of 40 mm, similar to the fixing roller 11, and a sponge silicone rubber constituting the elastic member layer 43 is provided outside a metal core 42 made of stainless steel. The pressure roller 41 contacts the fixing roller 11 via the fixing belt 31 to form a nip portion through which a sheet is inserted. The pressure roller 41 is rotated according to the rotation of the fixing roller 11 by contacting the fixing roller 11 via the fixing belt 31.
[0041]
A thermistor 51 is provided outside the portion where the fixing belt 31 contacts the heating roller 21 so as to contact the surface of the fixing belt 31. The temperature of the heat generating portion of the fixing belt 31 is detected by the thermistor 51, and the fixing temperature is controlled by controlling the halogen lamp 23.
[0042]
FIG. 2 is a schematic partial enlarged view showing a heating portion of the fixing device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the fixing belt 31 has three layers overlapping each other. These three layers are a light-to-heat conversion layer 32, a base layer 33 made of metal or synthetic resin, and a release layer 34 in this order from the heating roller 21 side.
[0043]
The light-to-heat conversion layer 32 is made of a resin binder (binding material) mixed with powders such as carbon black, graphite, iron black (Fe 3 O 4 ), various ferrites and their compounds, copper oxide, cobalt oxide, and red iron oxide (Fe 2 O 3 ). ), Which are formed into a tube shape or applied to the inner surface of a base layer 33 described later. The light-to-heat conversion layer 32 only needs to have a thickness at which the light absorption rate becomes approximately 100%. If the thickness is too large, the hardness of the belt increases, and a nip amount necessary for melting the toner cannot be obtained. I will. Therefore, the thickness of the light-to-heat conversion layer 32 is set to 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm. When the light of the halogen lamp 23 is converted into heat by the light-heat conversion layer 32, the surface of the fixing belt 31 generates heat, and unfixed toner can be fixed.
[0044]
The base layer 33 is provided by plating or rolling a metal such as nickel having a thickness of 50 μm, or is made of a synthetic resin such as a polyimide film.
[0045]
The release layer 34 is made of a fluorine-based resin such as PFA (tetrafluoroethylene-per-fluoroalkylvinyl ether copolymer), and the layer is provided by applying a paint or covering a tube. The thickness is 30 to 50 μm for a PFA tube, and 20 to 30 μm for a fluororesin paint.
[0046]
According to the above configuration, the light emitted from the halogen lamp 23 serving as the light emitting means passes through the cylindrical member 22 forming the heating roller 21 and is directly converted into heat by the fixing belt 31, and the fixing belt 31 generates heat. Can be done. The use of the belt makes it possible to reduce the heat capacity as compared with the case where the heat generating member is a roller. As a result, high heating efficiency can be obtained, and the warm-up time until the surface of the fixing belt 31 reaches a temperature at which fixing can be performed can be further shortened.
[0047]
Since the light-to-heat conversion layer 32 is provided on the innermost side of the fixing belt 31, it is possible to minimize the loss of light emitted from the halogen lamp 23. As a result, higher heating efficiency can be obtained, the warm-up time can be shortened, and the power consumption can be suppressed lower.
[0048]
Furthermore, since the light emitted from the halogen lamp 23 is directed to the fixing belt 31 by providing the reflecting plate 24, it is possible to prevent light from being emitted in an unnecessary direction, and it is necessary to heat the fixing belt 31. It is possible to prevent loss of light. In addition, the energy of light can be concentrated on a necessary portion. As a result, waste of heating energy can be suppressed, and the heating efficiency can be increased.
[0049]
The three layers provided on the fixing belt 31 may have a configuration of a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-to-heat conversion layer, and a release layer in this order from the heating roller 21 side. According to this configuration, since the light-to-heat conversion layer is provided outside the fixing belt 31, it is possible to generate heat in a portion of the fixing belt 31 as close to the sheet as possible. As a result, a high heating efficiency can be obtained, the warm-up time can be shortened, and the power consumption can be reduced.
[0050]
Further, a silicon rubber layer having a thickness of 100 to 1000 μm may be provided between the base layer 33 and the release layer 34 as an elastic member layer. According to this configuration, the elastic member wraps the unfixed toner image on the paper and can be softly fixed. As a result, it is possible to improve the image quality of the image, and it is possible to obtain a high-performance fixing device 1.
[0051]
FIG. 3 is a schematic partial enlarged view showing a heating portion of the fixing device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the fixing belt 31 has five layers overlapping each other. These five layers are a base layer 35 made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer 36, a light-to-heat conversion layer 32, a heat storage layer 37, and a release layer 34 in this order from the heating roller 21 side. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0052]
The base layer 35 is made of a light-transmitting synthetic resin, and is made of a transparent polyimide film or the like.
[0053]
The light transmitting elastic member layer 36 is made of silicon rubber. In order to prevent the light transmitting elastic member layer 36 from absorbing light as much as possible, it is better to reduce the thickness, and the light transmitting elastic member layer 36 has a thickness of 100 to 1000 μm. If the thickness is too small, it becomes impossible to wrap the unfixed toner image on the paper and fix it softly, and the image quality deteriorates. On the other hand, if the thickness is too large, the elasticity of the belt against bending is reduced, and the belt is hardly deformed.
[0054]
The heat storage layer 37 is made of silicon rubber having a high thermal conductivity by blending a powder of a metal oxide such as silica, alumina or magnesium oxide as a filler, or a metal having a high thermal conductivity such as aluminum, copper or nickel. These are formed by coating or plating a material obtained by molding these into a tube shape. The heat storage layer 37 may be made of an elastic material such as silicon rubber. However, when the heat storage layer 37 is made of metal, if the thickness is too large, the hardness of the belt increases, and the nip amount necessary for melting the toner is reduced. You won't get it. Therefore, the thickness of the heat storage layer 37 is set to 10 to 1000 μm, preferably 50 to 500 μm. In the heat storage layer 37, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer 32 can be stored. The thermal conductivity of the heat storage layer 37 is higher than the thermal conductivity of the light transmitting elastic member layer 36.
[0055]
According to the above configuration, since the heat storage layer 37 is provided, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer 32 can be prevented from being released. Further, the temperature of the surface of the fixing belt 31 is kept uniform. As a result, higher heating efficiency can be obtained, and the effects of shortening the warm-up time and reducing the power consumption can be enhanced.
[0056]
Furthermore, since the thermal conductivity of the heat storage layer 37 is higher than the thermal conductivity of the light-transmitting elastic member layer 36, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer 32 conducts heat to the light-transmitting elastic member layer 36. Escape can be further suppressed. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be increased.
[0057]
Note that the fixing belt 31 may be provided with four layers overlapping each other. These four layers are, in order from the heating roller 21 side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer, a light-transmitting heat storage layer, and a member layer having both light-heat conversion properties and releasability. . Then, the thermal conductivity of the light transmitting heat storage layer is set higher than the thermal conductivity of the light transmitting elastic member layer.
[0058]
According to this configuration, since the outermost layer has light-to-heat conversion properties, it is possible to improve the heating efficiency and shorten the warm-up time. In addition, since one layer has both light-to-heat conversion properties and mold release properties, it is possible to reduce the cost of separately manufacturing these layers and also reduce the time required for manufacturing. Therefore, it is possible to provide the fixing device 1 with low cost and short manufacturing time. By making the thermal conductivity of the light-transmitting heat storage layer higher than the thermal conductivity of the light-transmitting elastic member layer, the heat obtained in the layer having the light-to-heat conversion property is thermally conducted to the elastic member layer. Escape can be suppressed. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be further increased.
[0059]
Further, the four layers constituting the fixing belt 31 are, in order from the heating roller 21 side, a base layer made of a light-transmitting synthetic resin, a light-transmitting elastic member layer, a member layer having both light-heat conversion property and heat storage property, and It may be a release layer. Then, the heat conductivity of the member layer having both the light-heat conversion property and the heat storage property is made higher than the heat conductivity of the light-transmitting elastic member layer.
[0060]
According to this configuration, light-to-heat conversion and heat storage can be performed simultaneously in one layer, so that the heating efficiency can be increased and the warm-up time can be shortened. In addition, since one layer has both light-to-heat conversion properties and heat storage properties, it is possible to reduce the cost of separately manufacturing these layers and also reduce the time required for manufacturing. Therefore, it is possible to provide the fixing device 1 with low cost and short manufacturing time. By making the thermal conductivity of the member layer having both light-to-heat conversion property and heat storage property higher than that of the light-transmitting elastic member layer, the heat obtained by the layer having the light-to-heat conversion property is elastic. It is possible to suppress the heat conduction to the member layer and escape. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be further increased.
[0061]
Further, among the layers constituting the fixing belt 31, the elastic members of the elastic member layer and the light-transmitting elastic member layer may be foamed. In this case, the foamed elastic member is made of foamed silicone rubber. In order to prevent light from being absorbed by the foamed elastic member layer as much as possible, it is better to reduce the wall thickness and increase the bubble diameter. However, if the thickness is too thin, it becomes impossible to wrap the unfixed toner image on the paper and fix it softly, and the image quality deteriorates. On the other hand, if the bubble diameter is too large, the strength of the silicone rubber may be weakened to cause breakage, or the bubble shape may be reflected on the paper. Therefore, the thickness of the foamed elastic member layer is set to 100 to 1000 μm. The bubble diameter is set to 20 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm.
[0062]
As described above, by forming the elastic member provided on the fixing belt 31 into a foamed shape, a large number of air bubbles enter the inside of the elastic member, so that light incident on the elastic member layer from the halogen lamp 23 is Diffusely reflected by air bubbles. As a result, it is possible to eliminate the influence of light emission unevenness caused by the winding shape of the filament of the halogen lamp 23, and to suppress temperature unevenness on the surface of the fixing belt 31. Therefore, since the surface of the fixing belt 31 can be uniformly heated, high heating efficiency can be obtained, and the warm-up time can be reduced and the power consumption can be reduced. Further, by forming the elastic member in a foamed state, the material can be reduced as compared with a member having no air bubbles. This makes it possible to reduce the amount of light absorbed into the elastic member, so that higher heating efficiency can be obtained. And it is possible to achieve cost reduction by material reduction.
[0063]
It should be noted that the numerical values such as dimensions appearing so far are only examples of preferred examples, and do not limit the scope of the invention.
[0064]
Although the embodiment of the present invention has been described above, other various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0065]
【The invention's effect】
According to the above configuration of the present invention, the light emitted from the light emitting means passes through the cylindrical member forming the heating roller, is directly converted into heat by the fixing belt, and can generate heat in the fixing belt. The use of the belt makes it possible to reduce the heat capacity as compared with the case where the heat generating member is a roller. As a result, high heating efficiency can be obtained, and the warm-up time until the surface of the fixing belt reaches a temperature at which fixing can be performed can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a fixing device according to an embodiment of the present invention; FIG. 2 is a schematic partial enlarged view showing a heating portion of the fixing device according to the first embodiment of the present invention; FIG. Enlarged schematic view showing a heating portion of a fixing device according to a second embodiment of the present invention.
REFERENCE SIGNS LIST 1 fixing device 10 fixing unit 11 fixing roller 21 heating roller 22 light-transmitting cylindrical member 23 halogen lamp 24 reflector 31 fixing belt 32 light-to-heat conversion layer 33 base layer 34 release layer 35 light-transmitting base layer 36 light-transmitting elastic member Layer 37 Heat storage layer 40 Pressing section 41 Pressing roller
