JP2006003693A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トナー画像の定着装置を有する複写機、プリンタ、FAX等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、2つの回転体で転写材を挟持、加圧、加熱することにより定着処理を行う定着装置を有する画像形成装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine having a toner image fixing device, a printer, and a FAX, and in particular, fixing processing is performed by sandwiching, pressing, and heating a transfer material between two rotating bodies. The present invention relates to an image forming apparatus having a fixing device.
従来の定着装置においては、2つの回転体であるローラを圧接させて形成されたニップ部にトナー画像を保持した転写材を通過させ、加熱、加圧してトナー画像を転写材に定着する方式が一般的である。 In a conventional fixing device, there is a method in which a transfer material holding a toner image is passed through a nip formed by pressing rollers, which are two rotating bodies, and heated and pressed to fix the toner image on the transfer material. It is common.
カラー画像形成装置の場合、転写材上のトナー付着量が多くなるため、トナー像が接する加熱回転体に転写材が巻付き易くなる問題があり、そのため、加熱回転体側にニップ形状が凸状(未定着のトナー像側に凹状)になるようにしている。このような場合、転写材の裏面側の回転体(トナー像が接しない側の回転体)の硬度を、未定着トナー像側の回転体の硬度よりある程度硬くする必要があるため、厚紙等の定着性の悪い転写材に必要なニップ幅を確保できず、定着性の悪い転写材を定着する際は、定着温度を上げたり、プロセス速度を下げたりすることにより対応し、その結果、ウォームアップ時間が長くなったり、プリント生産性が低下する問題が生じる。そればかりか厚紙等の剛度の高い転写材は定着装置通過後、排紙時の形状がニップ形状に倣い、カールが大きくなる問題も生じる。厚紙は剛度が高く、未定着トナー像側のローラ側にニップ形状を凸にする必要がないため、転写材の裏面側のローラの硬度を下げてニップ幅を確保し、且つ、カールが小さくなるようにニップ部をフラット形状にすることが可能であるが、そのような条件下では逆に薄紙が未定着トナー像側のローラに巻付くという問題が発生する。 In the case of a color image forming apparatus, since the toner adhesion amount on the transfer material increases, there is a problem that the transfer material is easily wound around the heating rotator contacting the toner image. (Not concave on the unfixed toner image side). In such a case, the hardness of the rotator on the back side of the transfer material (the rotator on the side where the toner image does not contact) needs to be somewhat higher than the hardness of the rotator on the unfixed toner image side. The nip width required for transfer materials with poor fixability cannot be secured. When fixing transfer materials with poor fixability, it is possible to increase the fixing temperature or reduce the process speed. There is a problem that time is increased and print productivity is lowered. In addition, a highly rigid transfer material such as thick paper also has a problem in that the shape when discharged after the fixing device follows the nip shape and the curl becomes large. Cardboard has high rigidity, and it is not necessary to make the nip shape convex on the roller side of the unfixed toner image side. Therefore, the hardness of the roller on the back side of the transfer material is reduced to ensure the nip width and curl is reduced. As described above, the nip portion can be made flat. However, under such a condition, there is a problem that the thin paper is wound around the roller on the unfixed toner image side.
上記のような1種類のローラ対の組合わせでは様々な転写材に対応できないという問題に対応して、(1)転写材の含水率、厚み等によって最適なローラの温度、直径、周速、表面硬度等の条件を複数のローラを利用して、選択可能にする技術(例えば、特許文献1参照)や、(2)トナー像を担持する封筒のシワまたはOHT(透明紙)上のカラートナー像の透過性確保等の対策のため、転写材の種類によりローラを選択する技術(例えば、特許文献2参照)が開示されている。また、(3)複数の定着ユニットを備え、手動で交換する案も試みられている。
しかしながら、上記した(1)の技術では、複数のローラの温度を同時に制御しておかねばならず、スタンバイ時の消費電力が非常に多くなるという問題がある。また、スタンバイ時の消費電力を抑えるために複数のローラの温度制御を行わなくすると、ローラを切り換えてからローラが昇温するまでに時間がかかりファーストプリントの時間が非常に長くかかったり、定着アンダが発生したりする。またローラの周速を遅くすることはプリントの生産性に影響を与えてしまうことになり、好ましくない。さらに、温度、直径、周速、表面硬度の変更だけでは、紙しわや波打、通紙時の温度分布の適正化が困難であるという問題もある。(2)の技術でも、同様に上記した課題を解決できない。(3)の技術では、定着装置が昇温するまでに待ち時間が長く、特に装置が大型の場合は、ユーザの交換作業に手間がかかるという問題がある。 However, in the technique (1) described above, the temperatures of a plurality of rollers must be controlled at the same time, and there is a problem that the power consumption during standby becomes very large. Also, if you do not control the temperature of multiple rollers to reduce power consumption during standby, it takes time for the rollers to heat up after switching the rollers, and the first print takes a very long time. May occur. In addition, it is not preferable to reduce the peripheral speed of the roller because it affects print productivity. Furthermore, there is a problem that it is difficult to optimize the temperature distribution during paper wrinkling, waving, and paper passing only by changing the temperature, diameter, peripheral speed, and surface hardness. Similarly, the technique (2) cannot solve the above-described problem. In the technique (3), there is a problem that the waiting time is long until the temperature of the fixing device rises, and in particular, when the device is large, it takes time to replace the user.
本発明は、各種の転写材に対応可能で、ダウンタイムが少なく、省エネ化が可能な定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image forming apparatus having a fixing device that can cope with various transfer materials, has a small downtime, and can save energy.
少なくとも1つが駆動源から駆動力を得て回転する2つの回転体を互いに圧接させてニップ部を形成し、当該ニップ部に転写材を通過させることにより、当該転写材上にトナー画像を定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記2つの回転体のうち、一方は内側に加熱手段を有しないローラであって、加熱手段によって熱せられた他方の回転体へ加圧および加圧解除可能であり、加圧解除状態において前記ローラは交換可能であることを特徴とする画像形成装置。 At least one of the two rotating bodies that rotate by obtaining a driving force from a driving source is pressed against each other to form a nip portion, and the transfer material is passed through the nip portion, thereby fixing the toner image on the transfer material. In the image forming apparatus having the fixing device, one of the two rotating bodies is a roller that does not have a heating unit on the inside, and can pressurize and release the pressure on the other rotating body heated by the heating unit. An image forming apparatus, wherein the roller is replaceable in a pressure release state.
内部熱源を有しないローラ部材の交換だけで、各種の転写材に対応でき、また、ローラ部材を交換する際、加熱手段への温度制御がなされた状態にあるので、ダウンタイムが少なくて済み、待ち時間を費やさずにプリント開始が可能である。 By simply replacing the roller member that does not have an internal heat source, it can be used for various transfer materials, and when the roller member is replaced, the temperature is controlled to the heating means, so the downtime can be reduced. Printing can be started without spending waiting time.
はじめに、本発明に係わる定着装置及びそれを装着する画像形成装置について説明する。 First, a fixing device according to the present invention and an image forming apparatus on which the fixing device is mounted will be described.
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。 In the description of the embodiment of the present invention, the technical scope of the present invention is not limited by the terms used in this specification.
図1は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of the image forming apparatus.
図1において、10は感光体、11は帯電手段であるスコロトロン帯電器、12は画像書き込み手段である書き込み装置、13は現像手段である現像器、14は感光体10の表面を清掃するためのクリーニング装置、15はクリーニングブレード、16は現像スリーブ、20は中間転写ベルトを示す。画像形成手段1は感光体10、スコロトロン帯電器11、現像器13、およびクリーニング装置14等からなっており、各色毎の画像形成手段1の機械的な構成は同じであるので、図1ではY(イエロー)系列のみの構成について参照符号を付けており、M(マゼンタ)、C(シアン)およびK(黒)の構成要素については参照符号を省略した。
In FIG. 1, 10 is a photoconductor, 11 is a scorotron charger as charging means, 12 is a writing device as image writing means, 13 is a developing device as developing means, and 14 is for cleaning the surface of the
各色毎の画像形成手段1の配置は中間転写ベルト20の走行方向に対して、Y、M、C、Kの順になっており、各感光体10は中間転写ベルト20の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト20の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
The arrangement of the image forming means 1 for each color is in the order of Y, M, C, K with respect to the running direction of the intermediate transfer belt 20, and each
中間転写ベルト20は駆動ローラ21、アースローラ22、テンションローラ23、除電ローラ27、従動ローラ24に張架され、これらのローラと中間転写ベルト20、転写器25、クリーニング装置28等でベルトユニット3を構成する。
The intermediate transfer belt 20 is stretched around a
中間転写ベルト20の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ21の回転によって行われる。
The intermediate transfer belt 20 is driven by rotation of the
感光体10は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、a−Si層あるいは有機感光体(OPC)等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図1の矢印で示す反時計方向に回転する。
The
読み取り装置80からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書き込み装置12によって感光体10上に投光される。
An electrical signal corresponding to the image data from the
現像器13は、感光体10の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体10の回転方向と最接近位置において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ16を有している。
The developing
中間転写ベルト20は、体積抵抗率106〜1012Ω・cmの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ0.04〜0.10mmの半導電性シームレスベルトである。 The intermediate transfer belt 20 is an endless belt having a volume resistivity of 10 6 to 10 12 Ω · cm. For example, the intermediate transfer belt 20 may be an engineering plastic such as modified polyimide, thermosetting polyimide, ethylene tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, and nylon alloy. It is a semiconductive seamless belt having a thickness of 0.04 to 0.10 mm in which a conductive material is dispersed.
25は転写器で、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体10上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト20上に転写させる機能を有する。転写器25としてはコロナ放電器の他に転写ローラを用いることもできる。
A
26はアースローラ22から当接および当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト20上に形成されたトナー画像を転写材Pに再転写する。
28はクリーニング装置で、中間転写ベルト20を挟んで従動ローラ24に対向して設けられている。トナー画像を転写材Pに転写後、中間転写ベルト20は、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ27で残留トナーの電荷が弱められ、クリーニングブレード29によって周面上に残ったトナーが清掃される。4は本発明に係わる定着装置であり、詳細は後述する。
A
70は紙送り出しローラ、71はタイミングローラ、72は紙カセット、73は搬送ローラである。81は排紙ローラで、82は排紙皿である。85は操作パネルである。B1は制御手段であるコントロール部である。
70 is a paper feed roller, 71 is a timing roller, 72 is a paper cassette, and 73 is a transport roller. 81 is a paper discharge roller, and 82 is a paper discharge tray.
ここで、本発明に係る定着装置4について説明する。 Here, the fixing device 4 according to the present invention will be described.
図2は、交換可能な加圧ローラの加圧機構を説明するための図である。 FIG. 2 is a view for explaining the pressure mechanism of the replaceable pressure roller.
図3は、図2のXX矢視の断面図である。 3 is a cross-sectional view taken along arrow XX in FIG.
図2、図3において、41は加熱ローラで、アルミから形成された円筒状の芯金413に弾性体である耐熱層412がライニングされ、当該耐熱層412の外周に離型層411が被覆された構成で作られ、歯車415を介して不図示の駆動源から動力を受ける。当該加熱ローラ41の空洞部に支持接片461を介して配設された、加熱手段であるハロゲンヒータ46によって所定の温度まで加熱され、その温度は、前記加熱ローラ41の表面近傍に設置された非接触温度センサ414により検出され、コントロール部B1に伝達され、当該コントロール部B1はハロゲンヒータ46をON、OFFすることによって、加熱ローラ41の表面温度が規定の温度となるように制御している。
2 and 3,
42は、内側に加熱手段を有しないローラ形状の加圧ローラで、アルミから形成された円筒状の剛性を有する芯金に低熱伝導耐熱層のシリコーンゴム(熱伝導率0.25W/m・K以下)がライニングされ、表層に離型層のPFA樹脂薄層が被覆された構成で作られている。
41Aは、前記加圧ローラ42を外部から加熱する外部加熱ローラで、アルミ素管表面にフッ素樹脂が塗布されており、不図示の支持接片で支えられたハロゲンヒータ46Aを内抱している。
41A is an external heating roller that heats the
43は、加圧ローラ42が搭載された交換ユニットで、後述する加圧機構44にユニットとして載置されている。交換ユニット43は複数個備えられており、各々交換ユニットの加圧ローラ42は種類を異にし、各々ローラ硬度、熱容量、外径形状、ゴムの厚さもしくは転写材の進行方向と垂直方向の熱容量の分布の少なくとも1つが異なる素材から構成されている。
なお、交換ユニット43は、加圧機構44に搭載された状態で加圧ローラ42に回転力が伝達されるようカップリングに係合するような構成にしてもよい。
The
図4は、加圧ローラの交換用ユニットを示す図である。 FIG. 4 is a view showing a pressure roller replacement unit.
図4(a)は、交換用ユニットの全体の透視図である。 FIG. 4A is a perspective view of the entire replacement unit.
図4(b)は後端部435を図4(a)のF方向から視た図である。
FIG. 4B is a view of the
図4(a)、(b)において、431は、軸受432を介して前記加圧ローラ42を支える支持枠であって、後述する揺動枠441のガイドレール423に挿着するガイド部434を有している。また、前記支持枠431の後端部435には光透過穴424が設けられ、後述する加圧機構44に取付けられた発光部と受光部とからなる光センサ437と係合し、加圧ローラ42の種類が識別される。当該光透過穴424の位置は、前記少なくとも1つが異なる素材の加圧ローラ42の種類によって異り、前記光センサ437の発光部からの光が通過すれば、それに対応して受光部からの電気信号がコントロール部B1へ伝達され、光透過穴424の位置によって使用する転写材の最適な制御温度に自動的に切り替わるようになっている。
4A and 4B,
433は前記支持枠体431と一体に取付けられた取っ手で、オペレータは、当該取っ手433を把持して支持枠体431のガイド部434を揺動枠441のガイドレール423に沿って挿着、引き出しする。
次に、加圧機構について説明する。 Next, the pressurizing mechanism will be described.
加圧機構44は、前記交換用ユニット43を支持する揺動枠441、当該揺動枠441を支持する支持軸443、不図示の動力源で回転する回転軸447と一体の偏芯カム445、当該偏芯カム445と係合する揺動枠441上のダボ446、回動規制ダボ449、軸受448、回動軸443を支点として前記揺動枠441を時計方向に回動させる抗力をもつ圧着バネ444等からなっている。当該圧着バネ444は、その両端が、定着装置枠体4C、揺動枠441の横架部Bに座屈しないように固定されている。
The
また、揺動枠441には前記交換用ユニット43と係合するガイドレール423が設けられ、前記交換用ユニット43を当該ガイドレール423に沿って長手方向に挿着すると不図示のストッパで所定の位置が定まり、不図示のクランプ部材にて固定される。
The
いま、加熱制御状態にある定着装置内の加圧ローラ42の交換に際して、オペレータは、画像形成装置の不図示の前扉を開けて、手動にて交換ユニット43を引き出し、交換ユニット43の中から1つを選択し、挿着する。なお、定着装置枠体4Aには切欠き部Wが貫通されてあるので、加圧ローラ42(交換ユニット43)の引き出し、挿着は可能となっている。交換用ユニット43の挿着が完了すると同時に前記光センサ437が働き最適な制御温度に自動的に切り替わるようになり、温度切り替わりが完了したと検知されとプリントを受け付ける。このような状態で、プリントボタンを押すと偏芯カム445は不図示の動力源から回転力を得て、揺動枠441を押し上げ、180°回転して停止し、実線に示した位置になり、交換された加圧ローラ42は加熱ローラ41、外部加熱ローラ41Aに圧接する。そして加熱ローラ41を回転させ、ニップ部に転写材Pを通過させる。通過が終了すると加熱ローラ41の回転を停止させ、偏芯カム445は不図示の動力源から回転力を得て、圧着バネ444に抗して揺動枠441を押し上げ、180°回転して停止し、点線で示して位置になり、前記加圧ローラ42は加熱ローラ41、外部加圧ローラ41Aから離間した状態になる。この状態においても、ハロゲンヒータ46、46Aの通電制御はなされてアイドリング状態になっており、この加熱制御状態にある状況で加圧ローラ42の交換が可能である。これらの加圧ローラ42の交換作業中でも加熱源への通電は継続されている。
Now, when replacing the
従って、本発明は、加圧ローラの加圧解除状態でも、加熱源へ制御は継続され、加圧ローラが交換可能で、交換後は自動的に加熱源の制御温度が切り替わるので、ダウンタイムが少なくて済み、ローラ部材も熱容量も小さく設定すれば、待ち時間を費やさずにプリント開始が可能となることを特徴としている。 Therefore, according to the present invention, even when the pressure roller is released from pressure, the control to the heating source is continued, the pressure roller can be replaced, and the control temperature of the heating source is automatically switched after the replacement. If the roller member and the heat capacity are set to be small, printing can be started without spending a waiting time.
なお、実施の形態は、図2のような物に限らず、図5のように加熱ベルトに接する加圧ローラを交換可能にしてもよく、また、加圧ローラ内側に熱源を配置し、加熱ローラ内側に熱源を配置せず、加熱ローラ表面に外部加熱ローラが接するようにして、加熱ローラおよび外部加熱ローラから加圧解除できるような形態でもよい。 The embodiment is not limited to the one shown in FIG. 2, but the pressure roller in contact with the heating belt as shown in FIG. 5 may be exchanged. The heat source may not be disposed inside the roller, and the external heating roller may be in contact with the surface of the heating roller so that the pressure can be released from the heating roller and the external heating roller.
図5は、一方の回転体に加熱ベルトを用いた実施の形態を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an embodiment in which a heating belt is used as one rotating body.
図5において、加熱ベルトはポリイミドベルトにシリコーンゴムを塗布し、表面にフッ素樹脂をコーティングしたも、ベルト加熱ローラはアルミ素管を芯金とし、表面にフッ素樹脂を塗布しローラもの、ベルト加圧ローラはアルミ素管を芯金としシリコーンスポンジゴムをライニングしたものである。 In FIG. 5, the heating belt is made of polyimide rubber coated with silicone rubber and coated with fluororesin on the surface. However, the belt heating roller is made of aluminum base tube with cored metal and coated with fluororesin on the surface. The roller is made by lining a silicone sponge rubber with an aluminum base tube as a core metal.
加圧機構の作動、温度制御については、図2において説明したものとほぼ同じ故、省略する。 The operation of the pressurizing mechanism and the temperature control are omitted because they are almost the same as those described in FIG.
1 画像形成手段
41 加熱ローラ
41A 外部加熱ローラ
42 加圧ローラ
423 ガイドレール
43 交換用ユニット
431 支持枠
437 光センサ
44 加圧機構
441 揺動枠
444 圧着バネ
445 偏芯カム
4A、4B、4C 定着装置枠体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image formation means 41
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