JP2006072302A - Fixing device and image forming device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式や静電記録方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる定着装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。 The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer that employs an electrophotographic system or an electrostatic recording system, and an improvement of an image forming apparatus using the same.
従来この種の画像形成装置としては、感光体等に形成された各色成分トナー像を中間転写体に順次一次転写し、中間転写体上の多色トナー像を二次転写装置(一括転写装置)にて用紙に一括転写するようにしたものが知られている。
このようなカラー画像形成装置では、近年、高速化、小型化、省エネ化への要求が強く、中でも、画像形成プロセス上最もエネルギーを消費する熱定着器について、環境負荷低減を狙った省エネルギー化技術(省電力化技術)が必要とされてきている。
このような要請に対し、定着器から搬出された定着済の用紙の熱を直接的又は間接的に定着前の用紙に伝達させ、用紙を定着前に予備加熱することで、その後の定着に要する加熱エネルギーを削減したり、加熱電力を増大させずに定着速度を速めるような技術が提示されている(例えば特許文献1,2参照)。
Conventionally, as this type of image forming apparatus, each color component toner image formed on a photoconductor or the like is sequentially primary transferred to an intermediate transfer member, and a multicolor toner image on the intermediate transfer member is transferred to a secondary transfer device (collective transfer device). Are known to be batch-transferred onto paper.
In these color image forming apparatuses, demands for speeding up, miniaturization, and energy saving have been strong in recent years. Among them, energy saving technology aimed at reducing the environmental impact of thermal fixing devices that consume the most energy in the image forming process. (Power saving technology) has been required.
In response to such a request, the heat of the fixed paper carried out from the fixing device is directly or indirectly transmitted to the paper before fixing, and the paper is preheated before fixing, which is necessary for the subsequent fixing. Technologies that reduce the heating energy or increase the fixing speed without increasing the heating power have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、このような技術において、定着後の用紙を直接定着前の用紙に接触させるようにした構成にあっては、用紙が連続紙(ロール紙)の場合のみの適用に限られ、用紙がカット紙の場合は不可となり、適用可能な用紙の汎用性に欠ける問題がある。
また、図15に示すように、感光体201のトナー像が転写された用紙202を定着装置203にて定着する際、定着装置203の上流側部位204と下流側部位205との間にブロック付きヒートパイプ206を設け、下流側部位205での定着後の用紙202の熱を上流側部位204に伝達する方式が提案されている(例えば特許文献1参照)。
このようなブロック付きヒートパイプの例や、更には、伝熱ブロック、伝熱板、伝熱ロールとベルトとの組み合わせ等の伝熱手段を介して、定着後の用紙の熱を定着前の用紙に伝えるようにした構成にあっては、カット紙の適用が可能となり用紙の汎用性は確保されるが、伝熱手段での熱量が定常化して熱回収/熱伝達効果が十分に得られるには、伝熱手段そのものが用紙からの熱伝導により温度上昇を繰り返し、定着後の用紙温度に近づく必要がある。すなわち、かかる構成では、上述した伝熱手段の昇温に時間がかかるため、すぐには定着の加熱エネルギーを低減することができないという問題がある。
However, in such a technique, the configuration in which the paper after fixing is brought into direct contact with the paper before fixing is limited to application only when the paper is continuous paper (roll paper), and the paper is cut. In the case of paper, it becomes impossible, and there is a problem that the versatility of applicable paper is lacking.
Further, as shown in FIG. 15, when the
An example of such a heat pipe with a block, and furthermore, the heat of the paper after fixing through the heat transfer means such as a heat transfer block, a heat transfer plate, and a combination of a heat transfer roll and a belt. In the configuration in which the sheet is transmitted to the sheet, it is possible to apply a cut sheet, and the versatility of the sheet is ensured. However, the amount of heat in the heat transfer unit becomes steady, and a sufficient heat recovery / heat transfer effect can be obtained. The heat transfer means itself needs to repeatedly rise in temperature due to heat conduction from the paper and approach the paper temperature after fixing. That is, in this configuration, since it takes time to raise the temperature of the heat transfer means, there is a problem that the heating energy for fixing cannot be reduced immediately.
特に、このような場合、数十枚以下のプリント、コピー動作を間欠的に行うことが多い中小型の画像形成装置では効果が得にくいことに繋がる。
更に、熱回収/熱伝達効果をすぐさま行う(立ち上がりを速くする)ようにしようとして、伝熱手段に補助加熱を加えるような方法では、却って多くのエネルギーを消費することもあり、省エネルギー化にとって得策とは言えない。
In particular, in such a case, it is difficult to obtain an effect in a small and medium-sized image forming apparatus that frequently performs printing and copying operations of several tens of sheets or less.
Furthermore, a method of adding auxiliary heating to the heat transfer means in an attempt to make the heat recovery / heat transfer effect immediately (make the start-up faster) may consume more energy, which is a good measure for energy saving. It can not be said.
また、図16に示すように、転写ベルト301と用紙搬送ベルト302とを対向配置させ、転写ベルト301の内側にヒータ303を有し、このヒータ303の両側(上流及び下流側)に圧接板304を設けて転写ベルト301と用紙搬送ベルト302との圧接状態を構成し、転写ベルト301と用紙搬送ベルト302との間で用紙305を搬送させるようにしたものにおいて、用紙搬送ベルト302の内側に用紙搬送ベルト302の移動方向とは逆向きに移動する熱伝達ベルト306を設けて、ヒータ303の下流側での吸熱を上流側に移動させ、用紙305を予備加熱しようとする提案もなされている(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、かかる構成にあっては、用紙を搬送する搬送ベルトが熱の伝達媒体ではなく、搬送ベルトとは別体に設けた熱伝達ベルト306を用いる点から、構成が複雑且つ熱伝達効率も悪くなる。
In addition, as shown in FIG. 16, the
However, in such a configuration, the configuration is complicated and the heat transfer efficiency is poor because the transport belt for transporting the paper is not a heat transfer medium but uses the
以上のように、これらの先行技術にあっては、いずれも定着後の用紙の熱を熱回収伝達部材を介して間接的に定着前の用紙に伝達しているに過ぎない。
本発明は、上述したような技術的課題を解決するためのものであり、定着後の記録材から熱回収を行い、定着前の記録材へ熱伝達を行うに際し、直接的な熱回収伝達を行うことで、加熱エネルギーの少ない定着装置及びこの定着装置を用いた画像形成装置を提供するようにしたものである。
As described above, in each of these prior arts, the heat of the sheet after fixing is merely transmitted indirectly to the sheet before fixing through the heat recovery transmission member.
The present invention is for solving the above-mentioned technical problems. When heat is recovered from a recording material after fixing and heat is transferred to the recording material before fixing, direct heat recovery is transmitted. By doing so, a fixing device with less heating energy and an image forming apparatus using the fixing device are provided.
すなわち、本発明に係る定着装置は、図1に示すように、記録材5上のトナー像を加熱する定着ユニット1と、定着ユニット1から送り出された記録材5の熱を回収して定着ユニット1に送り込まれる記録材5に伝達する熱回収伝達ユニット2とを備えた定着装置において、熱回収伝達ユニット2は、複数の張架部材4に張架され、前記定着ユニット1を迂回して循環移動するベルト部材3を有し、このベルト部材3のうち、定着ユニット1の下流側には記録材5に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部HCを設けると共に、定着ユニット1の上流側には記録材5に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部HTを設け、ベルト部材3の駆動源6を他の記録材搬送に関わる部材の駆動源6と兼用することを特徴とする。
そのため、先行技術にあっては、記録材5の搬送機能を有する搬送部材とは別に、熱回収伝達機能を持った部材を用いて間接的に熱回収伝達を行う態様であったのに対し、本願においては、ベルト部材3が記録材5に対する搬送機能と熱回収伝達機能を兼ね備え、直接的に熱回収伝達を行うようにした点が大きく異なる。
That is, as shown in FIG. 1, the fixing device according to the present invention recovers the heat of the fixing unit 1 for heating the toner image on the
Therefore, in the prior art, in addition to the conveyance member having the conveyance function of the
このような技術的手段において、本願に係る定着装置は、記録材5上に形成されたトナー像を定着する際に、定着ユニット1を利用して行うものを対象とし、このとき、定着ユニット1としては記録材5上のトナー像を定着するために促進されるものであればよく、加熱単独で定着する方式や、例えば熱に圧力等を併用した方式等も含む。
また、熱回収伝達ユニット2としてベルト部材3を用いることで、記録材5との接触面積も広くすることができることから、効率的な熱の回収伝達が可能となる。
In such technical means, the fixing device according to the present application is intended for the one that uses the fixing unit 1 when fixing the toner image formed on the
In addition, by using the belt member 3 as the heat recovery transmission unit 2, the contact area with the
そして、熱回収部HC及び熱伝達部HTは、ベルト部材3と記録材5との接触領域で構成され、熱回収部HCで有効に熱回収を行うことで、加熱前の記録材5へ有効に熱伝達を行うことができ、熱効率を向上させることができる。
尚、「当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態」とは、ベルト部材3と記録材5との接触面の周囲では大気によって断熱される態様やベルト部材3が断熱部材と接触する態様を含む。
The heat recovery unit HC and the heat transfer unit HT are configured by a contact area between the belt member 3 and the
The “state in which the periphery of the area facing the contact portion is thermally insulated” means an aspect in which the belt member 3 and the
特に、本発明においては、ベルト部材3が定着ユニット1を迂回して循環移動するようになっているため、ベルト部材3の耐熱劣化を抑え、長寿命化を図ることができるようになる。
また、ベルト部材3の駆動源6を他の記録材搬送に関わる部材の駆動源6と兼用するようにしたので、定着装置の構成が簡略化され、小型化されると共に、駆動速度も安定させることができ、定着装置での記録材搬送が安定するようになる。
ここで、「他の記録材搬送に関わる部材」としては、例えば定着ユニット1や記録材5の各種搬送部材等が挙げられるが、一層の小型化/安定化を図る観点から、熱回収伝達ユニット2の駆動源6としては、熱回収伝達ユニット2の近傍で記録材5搬送に係わりを持つ定着ユニット1の駆動源6と兼用させるようにすることが好ましい。
In particular, in the present invention, since the belt member 3 circulates around the fixing unit 1, heat resistance deterioration of the belt member 3 can be suppressed and a longer life can be achieved.
In addition, since the
Here, examples of the “members related to other recording material conveyance” include various conveyance members of the fixing unit 1 and the
更に、ベルト部材3と定着ユニット1とは、夫々駆動源6からギアのみにて連結されて駆動されると共に、ギア以外は互いに独立して支持され且つ取り外し可能に構成されていることが好ましく、この場合、記録材搬送を一層安定させることができると共に、ジャム等に対する作業もし易くなる。
更にまた、ベルト部材3は、記録材5が熱伝達部HTに到達する前に所定時間駆動されるように設定されることが好ましく、このように、記録材5への熱伝達が行われる前に、所定時間駆動されることで、例えばベルト部材3の形残り等の影響をなくすことができるようになる。尚、定着装置を小型化しようとすると、ベルト部材3の張架部材4を小型化する必要があり、この点からも張架部材4によるベルト部材3への形残りは発生し易くなる。
Further, it is preferable that the belt member 3 and the fixing unit 1 are connected to and driven by only the gear from the
Furthermore, it is preferable that the belt member 3 is set to be driven for a predetermined time before the
また、ベルト部材3の形残りを低減させる観点から、定着装置が待機している期間には、ベルト部材3を所定時間、所定の速度で駆動するようにすることが好ましい。
更に、ベルト部材3の形残りを抑制する観点から、ベルト部材3停止後は、ベルト張力を低下させることが好ましい。ここで、「ベルト張力を低下させる」とは、張力を稼働時より小さくすればよく、例えば張力をゼロにすることも含む。
Further, from the viewpoint of reducing the remaining shape of the belt member 3, it is preferable to drive the belt member 3 at a predetermined speed for a predetermined time during a period in which the fixing device is on standby.
Furthermore, from the viewpoint of suppressing the remaining shape of the belt member 3, it is preferable to reduce the belt tension after the belt member 3 is stopped. Here, “reducing the belt tension” only needs to make the tension smaller than that during operation, and includes, for example, making the tension zero.
また、本発明におけるベルト部材3は、熱回収部HCでは記録材5からベルト部材3への十分な熱回収を行い、ベルト部材3での十分な熱エネルギーを維持した状態で、熱伝達部HTでは記録材5への十分な熱伝達を行う観点から、ベルト部材3の単位面積当たりの熱容量を450J/(K・m2)以上とすることが好ましい。
In the belt member 3 according to the present invention, the heat recovery unit HC performs sufficient heat recovery from the
更に、ベルト部材3の耐熱性を長期的に維持する観点から、ベルト部材3は耐熱性樹脂材料又は耐熱性ゴム材料からなるエンドレスベルト若しくは耐熱性樹脂材料と耐熱性ゴム材料とを積層したエンドレスベルトが好ましく、耐熱性としては100〜120℃程度あればよい。 Furthermore, from the viewpoint of maintaining the heat resistance of the belt member 3 for a long period of time, the belt member 3 is an endless belt made of a heat resistant resin material or a heat resistant rubber material, or an endless belt in which a heat resistant resin material and a heat resistant rubber material are laminated. It is preferable that the heat resistance is about 100 to 120 ° C.
更に、ベルト部材3が張架される張架部材4は、低熱伝導性材料によって構成される支持部材に回動自在に支持されるようになっていることが好ましく、このように低熱伝導性材料を使用することで、張架部材4からの熱放散を抑え、熱回収伝達時の熱効率を向上させることができるようになる。そして、ベルト部材3で回収された熱エネルギーを張架部材4に吸熱させないようにするために、張架部材4表面には断熱層4aを備えることが好ましい。
更にまた、熱効率を向上させる観点から、熱回収部HCから熱伝達部HTまでのベルト部材3の移動経路には、ベルト部材3の放熱を防ぐ覆いを設けることが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the tension member 4 on which the belt member 3 is stretched is rotatably supported by a support member made of a low thermal conductivity material. In this way, the low thermal conductivity material By using this, it is possible to suppress the heat dissipation from the stretching member 4 and to improve the thermal efficiency during heat recovery transmission. In order to prevent the stretching member 4 from absorbing heat energy collected by the belt member 3, it is preferable to provide a heat insulating layer 4 a on the surface of the stretching member 4.
Furthermore, from the viewpoint of improving thermal efficiency, it is preferable to provide a cover for preventing heat dissipation of the belt member 3 in the movement path of the belt member 3 from the heat recovery unit HC to the heat transfer unit HT.
更に、本発明においては、熱伝達部HT及び熱回収部HCにて記録材5とベルト部材3との接触を有効に保つ観点から、熱伝達部HT及び熱回収部HCには、静電気力にてベルト部材3に記録材5を吸着させる静電吸着装置を設けることが好ましい。このとき、ベルト部材3への不要な電荷蓄積を防ぐ観点から、熱伝達部HT及び熱回収部HCに配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材3の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることが好ましい。
Furthermore, in the present invention, from the viewpoint of effectively maintaining the contact between the
そして、熱伝達部HTに設けられる静電吸着装置としては、トナー像面への影響をなくし画質を維持する観点から、記録材5のトナー像面と非接触配置されることが好ましい。この場合、トナー像面側からコロナ帯電器によって記録材5を静電吸着する態様や、張架部材4にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加して静電吸着する態様が挙げられる。
一方、熱回収部HCに設けられる静電吸着装置としては、記録材5に対し非接触配置されるコロナ帯電器の態様や、トナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材の態様が挙げられる。尚、この板状若しくはフィルム状の帯電部材を使用する態様においては、記録材5との摩擦力を減少させ記録材5の送りをスムーズにする観点及び浮遊トナー等異物の付着を防止する観点から、帯電部材の表面には離型層が施されることが好ましい。
The electrostatic adsorption device provided in the heat transfer unit HT is preferably arranged in a non-contact manner with the toner image surface of the
On the other hand, as an electrostatic attraction device provided in the heat recovery unit HC, a corona charger that is arranged in a non-contact manner with respect to the
更に、ベルト部材3への記録材5の吸着条件を安定化させる観点から、静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材3が駆動されている間に行われるものとすることが好ましい。また、この場合、ベルト部材3の一部が異常にチャージアップすることも防ぐことができるようになる。
Further, from the viewpoint of stabilizing the adsorption condition of the
そして、本発明は、上述した定着装置のみならず、画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、記録材5上にトナー像を形成する作像手段と、この記録材5上に形成されたトナー像を定着する定着装置とを備え、この定着装置として上述の定着装置を配設するようにすればよい。
The present invention is intended not only for the fixing device described above but also for an image forming apparatus. In this case, an image forming means for forming a toner image on the
本発明によれば、記録材上のトナー像を加熱する定着ユニットと、定着ユニットから送り出された記録材の熱を回収して定着ユニットに送り込まれる記録材に伝達する熱回収伝達ユニットとを備えた定着装置において、複数の張架部材に張架され、定着ユニットを迂回して循環移動するベルト部材を有し、このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設けた熱回収伝達ユニットを備え、ベルト部材の駆動源を他の記録材搬送に関わる部材の駆動源と兼用するようにしたので、ベルト部材が記録材の搬送機能と記録材への熱回収伝達機能を兼ね備え、記録材への直接的な熱回収伝達を効率よく行うことができると共に、装置の小型化が促進される。そのため、従来の間接的な熱回収伝達方式に比べ、定着時の加熱エネルギーを大きく低減することが可能となり、省電力化、小型化された定着装置が実現できる。 According to the present invention, a fixing unit that heats a toner image on a recording material, and a heat recovery transmission unit that recovers heat of the recording material sent from the fixing unit and transmits the heat to the recording material sent to the fixing unit are provided. The fixing device includes a belt member that is stretched around a plurality of stretching members and circulates around the fixing unit, and contacts the recording material on the downstream side of the fixing unit and In addition to providing a heat recovery unit that performs heat recovery in a state where the area surrounding the contact area is insulated, the recording medium is in contact with the recording material on the upstream side of the fixing unit and the area surrounding the contact area is insulated. A heat recovery transfer unit provided with a heat transfer unit for heat transfer is provided, and the drive source of the belt member is also used as the drive source of other members related to the conveyance of the recording material. Combines heat recovery transfer function of the transmission function to the recording material, it is possible to perform a direct heat recovery transfer to the recording material efficiently, miniaturization of the apparatus is facilitated. Therefore, compared with the conventional indirect heat recovery transmission method, it is possible to greatly reduce the heating energy at the time of fixing, and it is possible to realize a power saving and downsized fixing device.
更に、記録材上にトナー像を形成する作像手段と、記録材上に形成されたトナー像を定着する定着装置を備えた画像形成装置において、定着装置として、上述の定着装置を備えるようにすれば、省電力化、小型化された画像形成装置を提供することが可能になる。 Further, in an image forming apparatus comprising an image forming means for forming a toner image on a recording material and a fixing device for fixing the toner image formed on the recording material, the fixing device described above is provided as the fixing device. In this case, it is possible to provide a power saving and downsized image forming apparatus.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態1
図2は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態1を示す概要図である。
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、プラテン11上の原稿を読み取る原稿読取装置10と、例えば電子写真方式にて四つの各色成分(本実施の形態ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)画像(トナー像)を形成する画像形成ユニット20(20a〜20d)と、各画像形成ユニット20(20a〜20d)にて形成された各色成分画像が順次転写(一次転写)されて保持される中間転写ベルト30と、中間転写ベルト30上に転写された重ね画像を用紙(記録材)に一括転写(二次転写)する二次転写装置31と、二次転写された画像を用紙上に定着させる定着装置70と、各種サイズの用紙を供給する給紙トレイ51〜53と、トナー像形成を終えた用紙を収容する排紙トレイ55と、給紙トレイ51〜53から排紙トレイ55までの用紙搬送を行う複数の用紙搬送経路とを備えたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
Embodiment 1
FIG. 2 is a schematic diagram showing the first embodiment of the image forming apparatus to which the present invention is applied.
In the figure, the image forming apparatus according to the present embodiment includes a
本実施の形態において、原稿読取装置10は、例えば、プラテン11の下方に配置された原稿読取部12とプラテン11の上方に配置されたADF(Auto Document Feeder)13にて構成されている。原稿読取部12は、プラテン11上にセットされた原稿面に光を照射する光源と、原稿面からの反射光を電気信号に変換するCCD等の光電変換素子と、原稿面からの反射光を光電変換素子に導く経路を形成する適宜数のミラーと、原稿面からの反射光を光電変換素子の結像面上に結像させる結像レンズ等を備えている。そのため、原稿読取装置10では、プラテン11上にマニュアルでセットされた原稿やADF13を介してセットされた原稿を読み取り、対応する画像データに変換するようになっている。
In the present embodiment, the
また、各画像形成ユニット20(20a〜20d)は、夫々感光体ドラム21を有し、各感光体ドラム21の周囲には、感光体ドラム21が帯電される帯電ロール等の帯電装置22、帯電された感光体ドラム21上に静電潜像(主としては原稿読取装置10で読み取られた画像データ又は他の記録媒体等から取り込まれた画像データに基づく静電潜像)を書き込むレーザスキャナ等の露光装置23、感光体ドラム21上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置24、感光体ドラム21上のトナー像を中間転写ベルト30上に転写する転写ロール等の一次転写装置25及び感光体ドラム21上の残留トナーを除去するドラムクリーナ26を夫々配設したものである。
尚、符号27(27a〜27d)は、現像装置24へトナーを補給するトナー補給装置であり、各色トナーが夫々の現像装置24へ補給されるようになっている。
Each of the image forming units 20 (20a to 20d) has a
Reference numeral 27 (27a to 27d) denotes a toner replenishing device that replenishes toner to the developing
更に、中間転写ベルト30は、例えば、ポリイミド樹脂に導電性カーボンブラックを混練した、体積抵抗率が109〜1012Ω・cm程度のフィルム状のエンドレスベルトからなり、3個の張架ロール32〜34に掛け渡されている。
そして、本実施の形態では、張架ロール33を張架ロール32より下方に配置することで、中間転写ベルト30を斜め下向きになるように配置し、各画像形成ユニット20(20a〜20d)は、張架ロール33と張架ロール34との間の中間転写ベルト30に沿って、中間転写ベルト30の下方側に配置されている。そのため、画像形成ユニット20でのトナー飛散が中間転写ベルト30上に影響せず、汚れの少ない高画質な画像を維持できるようになっている。
Further, the
In this embodiment, the
また、本実施の形態においては、張架ロール32が二次転写装置31のバックアップロールとして働いており、画像形成ユニット20にて中間転写ベルト30上に形成されたトナー像を二次転写装置31で用紙上に一括転写するようになっている。そのため、中間転写ベルト30上にトナー像が形成された後、すぐに用紙上に二次転写されることから、中間転写ベルト30上でのトナー像の乱れを防ぎ、画質を一層向上させた画像形成が可能となっている。尚、図中の符号35は、中間転写ベルト30上の残留トナーを清掃するベルトクリーナである。
In this embodiment, the stretching
そして、本実施の形態における定着装置70は、二次転写位置に対し略水平方向に配置され、図3に示すような構成となっている。
同図において、定着装置70は、用紙S上のトナーを溶融定着する定着ユニット80と、用紙S上の熱を定着ユニット80の下流側の熱回収部HCにて回収し、定着ユニット80の上流側の熱伝達部HTにて後続の用紙Sに回収した熱を伝達する熱回収ベルト91と、この熱回収ベルト91を張架する7個の張架ロール92とで構成される熱回収伝達ユニットとしてのベルトユニット90とが設けられている。
The fixing
In the figure, a fixing
定着ユニット80は、図4に示すように、上部ユニット80aと下部ユニット80bとで構成されている。上部ユニット80aは、加圧ロール81と、加圧ロール81を覆うように設けられた断熱カバー82aとを有し、下部ユニット80bは、内部にヒータ87を配置した加熱ロール86と、この加熱ロール86を覆うように設けられた断熱カバー82bとを有している。また、断熱カバー82a,82bは、夫々加圧ロール81及び加熱ロール86側に金属の熱輻射板85a,85bを備え、その外側を真空断熱材84a,84bで覆った形状を採っている。尚、符号83a,83bは外装カバーである。
本実施の形態では、加圧ロール81及び加熱ロール86と夫々の断熱カバー82a,82bとは、例えば3〜20mmの距離を隔てて配置され、断熱カバー82a,82bが加圧ロール81及び加熱ロール86を互いに上下方向から挟み込むような形となっている。また、本実施の形態では、加圧ロール81と加熱ロール86とが鉛直方向に対向配置されているため、このニップ域を用紙Sが略水平方向に移動するようになっている(図3参照)が、本願における用紙搬送方向は特にこれに限定されるものではない。
As shown in FIG. 4, the fixing
In the present embodiment, the
一方、本実施の形態におけるベルトユニット90のうち、熱回収ベルト91は図5に示すように、75μm厚のポリイミド樹脂基材91aにシリコーンゴム層91bを積層したもので構成され、単位面積当たりの熱容量が450J/(K・m2)以上のものとなっている。そして、この熱回収ベルト91は、定着ユニット80の下流側の熱回収部HCで用紙Sと接触して用紙Sの熱を回収し、そのまま循環移動した後、定着ユニット80の上流側の熱伝達部HTで用紙Sと接触し、回収した熱を用紙Sへ伝達するようになっている。
On the other hand, in the
本実施の形態における熱回収ベルト91としては、用紙Sからの熱回収及び用紙Sへの熱伝達を行う上で、その熱容量を適宜選択する必要がある。
すなわち、熱回収ベルト91の熱容量が小さすぎると、熱回収ベルト91自体の温度の立ち上がりは速くなるが、用紙Sから熱を回収しても、後続の用紙Sへの熱伝達を行うまでに回収した熱が消散し易く、また、定着前の用紙Sへ熱伝達を行う際にも十分用紙Sを加熱することができないこともあり、有効な熱伝達を行うことが困難となる。
また、反対に熱回収ベルト91の熱容量が大きすぎると、熱回収ベルト91の温度の立ち上がりは遅くなり、安定するまでの時間が必要となる。そのため、定着前の用紙Sへの有効な熱伝達を行うまでには時間がかかり、例えば数枚程度のプリントを繰り返すような使用形態では定着前の用紙Sに予備加熱を加えることが有効に行えない。
よって、熱回収ベルト91で有効に熱回収/熱伝達を行うには、使用する用紙S程度の熱容量(単位面積当たり)から数倍程度の熱容量までが好ましい。そのため、熱回収ベルト91としては、図5に示す構成に限られず、100〜120℃程度の耐熱性を有し、熱容量が450J/(K・m2)以上の材料であれば、特に限定されず、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)のような耐熱性樹脂で厚さ200μmのベルトを適用したり、シリコーンゴム単層の厚さ200μmのものを適用するようにしてもよい。
As the
That is, if the heat capacity of the
On the contrary, if the heat capacity of the
Therefore, in order to effectively perform heat recovery / heat transfer with the
また、ベルトユニット90のうち、熱回収ベルト91を張架する張架ロール92は、図6の平面図及び図7の断面図に示すように、肉厚の薄いステンレス(SUS)パイプ921上を表面が凹凸形状をしたウレタン樹脂やシリコーン樹脂等の発泡体よりなる発泡層922で覆ったもので、発泡層922の凹部922aと凸部922bとは、張架ロール92の軸に直交する方向に形成されている。尚、図6中、符号92a,92bは、張架ロール92の両端に設けられた回転軸である。
本実施の形態では、張架ロール92の表面を発泡層922で覆い、更に、発泡層922の表面を凹凸形状としたことで、熱回収ベルト91と張架ロール92との接触域では熱回収ベルト91の熱が張架ロール92側に吸収されることを少なくしている。また、肉厚の薄いSUSパイプ921を使用することで、張架ロール92自体の熱容量を小さくすることができ、熱伝導等で張架ロール92の温度が上昇しても、速く飽和することができ、張架ロール92での余分な熱の吸収が少なくなるようになっている。
そのため、熱回収ベルト91での熱回収/熱伝達を一層効率的に行うことができるようになっている。
尚、本実施の形態では、発泡層922を段差のある形状としたが、熱回収ベルト91を循環可能にできる形状であれば特に限定されない。また、SUSパイプ921の肉厚を薄くすることで、張架ロール92の熱容量が小さくなり、熱回収ベルト91から張架ロール92への吸熱も一層減り、熱回収ベルト91による熱効率を更に向上させることができるようになる。
Further, in the
In the present embodiment, the surface of the
Therefore, heat recovery / heat transfer by the
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、図3に示すように、熱伝達部HT及び熱回収部HCの入口部分の張架ロール92に対向して、熱回収ベルト91と離間した位置に例えばコロトロン等からなる静電吸着装置としてのコロナ帯電器93,94が配設されている。
この2個のコロナ帯電器93,94は、夫々図示外の電源により、熱回収ベルト91の帯電電位が熱伝達部HTではプラス側(トナーの帯電電荷と異なる極性)、熱回収部HCではマイナス側になるようにしている。すなわち、用紙Sが定着ユニット80に入る前は熱回収ベルト91がトナーを引きつける方向に作用することから、トナー画像の乱れを抑えることができ、定着後は逆極性とすることで、熱回収ベルト91自体に不要なチャージアップを来すことがないようになっている。
尚、コロナ帯電器93,94と対向する張架ロール92は、コロナ帯電器93,94の対向電極を構成することから、張架ロール92の発泡層922の厚さ等は適宜選定され、熱回収ベルト91の帯電が十分なされ、用紙Sが効果的に熱回収ベルト91に吸着されるようになっている。
更に、本実施の形態では、コロナ帯電器93,94への電圧印加は、熱回収ベルト91が駆動される時間内に限って行われるようになっているため、熱回収ベルト91の一部がチャージアップすることもない。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, for example, from a corotron or the like at a position separated from the
The two
The
Furthermore, in this embodiment, voltage application to the
更にまた、本実施の形態では、熱回収ベルト91の駆動機構は、定着装置70を小型化するために、図8に示すようになっている。
同図において、駆動モータ111の回転軸に装着された駆動ギア112に噛合した中間ギア113と、定着ユニット80の加熱ロール86に装着されたロールギア116が噛合するように配設されている。また、中間ギア113からギア114を介して張架ロール92のロールギア115が回転するように各ギアが噛合している。
したがって、本実施の形態では、駆動モータ111の回転によって、定着ユニット80の加熱ロール86と熱回収ベルト91の張架ロール92とが共に駆動回転されるようになっていることから、加熱ロール86と熱回収ベルト91との回転又は移動が同期を持って行われるようになる。尚、図8では、駆動される張架ロール92は熱回収部HCの入口のものとしたがこれに限るものではなく、他の張架ロール92であっても差し支えない。また、図中の定着ユニット80の加熱ロール86側の断熱カバーは省略している。
Furthermore, in the present embodiment, the drive mechanism of the
In the figure, an
Therefore, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、ベルトユニット90の上部には、ベルトユニット90からの放熱を防ぐために、図9に示すような遮熱フード100が設けられている。この遮熱フード100は、ベルトユニット90を覆うように設けられ、ベルトユニット90の張架ロール92の両端部を回転可能に支持する2枚の支持プレート101(101a,101b)と、ベルトユニット90を上部から覆う2枚の天板102,103とで構成されている。これらの遮熱フード100は、いずれもポリカーボネート樹脂で作製され、熱回収ベルト91等からの熱の伝導、対流、輻射を抑え、熱回収ベルト91の熱が十分維持されるようになっている。
In the present embodiment, a
本実施の形態において支持プレート101をポリカーボネート樹脂等の非金属材料で構成できる理由は、ベルトユニット90が定着ユニット80と独立して構成でき、ベルトユニット90側では定着ユニット80のように高圧力システムを必要としないからである。すなわち、支持プレート101として張架ロール92を支持するには、例えば300mm幅の熱回収ベルト91では約30N(3kgf)程度のベルトテンションを支えられればよいことによる。
The reason why the
また、本実施の形態においては、図10に示すように、熱回収ベルト91の形残りを防ぐための工夫として、張架ロール92の一つ(具体的にはベルトユニット90の最下流側に位置する張架ロール92)にテンションスプリング98を設け、このテンションスプリング98の一端をソレノイド等によって移動可能にしたストッパ99に固定している。そして、熱回収ベルト91が移動中はストッパ99によってテンションスプリング98を作用するようにさせ、熱回収ベルト91が停止した後には、ストッパ99を図のB方向に移動させ、テンションスプリング98による付勢力が張架ロール92に加わらないようにしている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, as a device for preventing the remaining shape of the
ここで、熱回収ベルト91の形残りについて説明する。
図11は、ベルトユニット90の斜視図であり、熱回収ベルト91の一部(C部)が外側に盛り上がっていることを示している。
通常、熱回収ベルト91は高温で動作され、一方、定着装置70を小型化するため、張架ロール92は小径化に向かう。そのため、熱回収ベルト91が停止すると、高温の熱回収ベルト91が小径の張架ロール92に巻き付いたまま徐冷されるようになり、熱回収ベルト91には、張架ロール92の形残りが発生する。このとき、形残りは特に張架ロール92に多く巻き付いた部分で発生し易い。そして、この形残りが発生した熱回収ベルト91がそのまま熱伝達部HTや熱回収部HCに達すると、用紙との密着が損なわれ熱効率が低下するようになる。
そのため、本実施の形態では、熱回収ベルト91が停止した後、張架ロール92を移動させることで、熱回収ベルト91への張力を緩めるようにしている。
Here, the remaining shape of the
FIG. 11 is a perspective view of the
Usually, the
Therefore, in the present embodiment, after the
尚、本実施の形態では、テンションスプリング98をストッパ99で制御する態様を示したが、熱回収ベルト91の張力を低下させる方法としてはこれに限らず、例えばソレノイド等を使用して張架ロール92を直接移動させ、張力を低下させるようにしてもよい。
In this embodiment, the
更に、本実施の形態においては、図2に示すように、給紙トレイ51〜53は、画像形成装置の上方と下方に分かれて設けられ、上方に設けた給紙トレイ51に頻度の高い用紙を適用させるようにすれば、給紙トレイ51への用紙補給時に、ユーザーが楽な姿勢で対応できるようになる。更に、本実施の形態においては、排紙トレイ55を給紙トレイ51の上方に設けているので、排紙トレイ55に排紙された用紙を回収する際にもユーザーが楽な姿勢で対応できるようになっている。尚、図中、符号54は、画像形成装置の側方に設けた手差し用紙が投入可能な手差しトレイである。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
更にまた、本実施の形態での用紙搬送経路は、次のように構成されている。給紙トレイ51から略鉛直下方に延びる第1搬送路61と、給紙トレイ52,53から上方に延びる第2搬送路62と、手差しトレイ54から延びる第3搬送路63とがあり、これらの搬送路は二次転写部位で合流し、主搬送路64へと繋がり、排紙トレイ55まで延びている。
また、この主搬送路64の途中から、用紙を反転して二次転写部位に戻す反転搬送路65が繋がっている。そして、これらの搬送路には、多数の搬送ロールが設置され、用紙の搬送が確実になされるようになっている。
Furthermore, the paper transport path in the present embodiment is configured as follows. There are a
Further, a
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な画像形成プロセスについて、図2を基に説明する。今、原稿読取装置10にて読み取られた各色成分画像(イエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)の画像データが各画像形成ユニット20(20a〜20d)の露光装置23に送出されると、各画像形成ユニット20の感光体ドラム21上には各色成分毎の静電潜像が形成されると共に、対応する色トナーが収容された現像装置24にて静電潜像が顕像化され、感光体ドラム21上に各色未定着トナー像が形成される。
そして、各色成分の未定着トナー像は、各感光体ドラム21と中間転写ベルト30とが接する一次転写部位において、一次転写装置25によって中間転写ベルト30上に順次一次転写され、重ね合わせられる。
Next, a basic image forming process of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Now, when the image data of each color component image (yellow, magenta, cyan, black) read by the
The unfixed toner images of the respective color components are sequentially primary transferred and superimposed on the
このようにして中間転写ベルト30に一次転写された未定着トナー像は、中間転写ベルト30の回転に伴って、第1搬送路61、第2搬送路62及び第3搬送路63の合流点である二次転写部位へと搬送される。
二次転写部位では、二次転写装置31と張架ロール32との間に印加された図示外の転写バイアスにより、例えば給紙トレイ51等から搬送された用紙上に、前記中間転写ベルト30上の未定着トナー像が一括転写される。用紙上に一括転写された未定着トナー像は、定着装置70にて定着された後、主搬送路64を通って排紙トレイ55へと排出される。
The unfixed toner image primarily transferred to the
At the secondary transfer portion, the
このような画像形成プロセスにおける定着装置70の作動について、図3を中心に詳細に説明する。
二次転写され未定着トナー像が転写された用紙Sは、熱伝達部HTに設けられたコロナ帯電器93によって帯電された熱回収ベルト91の位置まで到達すると、熱回収ベルト91側へ吸着される。本実施の形態では、用紙Sの鉛直下方側に未定着トナー像が転写されていることから、熱回収ベルト91側へ用紙Sが吸着されても、特にトナー像を劣化させることもない。
The operation of the fixing
The sheet S on which the secondary transfer and the unfixed toner image have been transferred reaches the position of the
そして、定着ユニット80に達する前に、用紙Sの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト91から用紙Sを剥離するようにして、定着ユニット80側へ向かわせ、定着ユニット80中の加圧ロール81と加熱ロール86とのニップ域を通過させることで、用紙S上の未定着トナー像は定着される。定着を終えた用紙Sは、熱回収部HCに設けられたコロナ帯電器94によって帯電された熱回収ベルト91に再度吸着され、そのまま搬送される。そして、用紙Sの腰を利用したり、剥離爪等を使用して熱回収ベルト91から剥離され、定着装置70以降の工程に搬送される。
このとき、加熱ロール86と熱回収ベルト91とは同期して回転又は移動するようになっていることから、熱回収ベルト91の移動速度と定着ユニット80の加圧ロール81と加熱ロール86とのニップ域での用紙速度は同じになるようになっているため、用紙Sの搬送性に特に支障はない。
Then, before reaching the fixing
At this time, since the
このような定着装置70にあって、定着ユニット80から排出された用紙Sは、加熱ロール86による加熱を受け、温度が高くなっている(通常、定着時には使用するトナーの融点以上になるため、定着ユニット80から排出された直後もほぼ同様の温度を保っている)が、定着ユニット80の下流側の熱回収部HCでは、用紙Sが熱回収ベルト91と接することで用紙Sの熱が熱回収ベルト91側へ熱伝導を行い、熱回収ベルト91の温度を上昇させる。このとき、熱回収ベルト91として、単位面積当たりの熱容量が450J/(K・m2)以上のベルトを使用していることから、熱回収ベルト91の熱容量はある程度小さくでき、その温度上昇速度(熱回収による)を速くすることができる。また、このとき、用紙Sの片側は大気にさらされているため、用紙Sの熱は熱抵抗の小さい熱回収ベルト91側へ有効に伝達され、熱回収される。
更に、熱回収部HCで熱回収を終えた熱回収ベルト91は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット80の上流側の熱伝達部HTで次に搬送される用紙Sと接触し、熱回収部HCで事前に回収した熱を用紙Sに伝達し、予備加熱するようになる。
In such a
Further, the
すなわち、本実施の形態では、図5に示す単位面積当たりの熱容量が450J/(K・m2)以上の熱回収ベルト91を使用することで、用紙Sに対する熱回収及び熱伝達が可能な熱回収ベルト91を実現している。更に、この熱回収ベルト91を支持する張架ロール92として、発泡層922を備えた張架ロール92(例えば図6参照)を使用することで、熱回収ベルト91が接触する張架ロール92への吸熱(張架ロール92側に熱を取られ、熱回収ベルト91の温度が余分に低下する)を抑えている。
したがって、本実施の形態においては、熱回収部HCで熱回収を終えた熱回収ベルト91は、そのまま循環経路を循環して定着ユニット80の上流側の熱伝達部HTで次に搬送される用紙Sと接触し、熱回収部HCで事前に回収した熱を用紙Sに伝達し、効果的な予備加熱が行われるようになる。
That is, in the present embodiment, the
Therefore, in the present embodiment, the
また、コロナ帯電器93,94に印加する極性や印加タイミングを考慮したので、熱回収ベルト91での不要なチャージアップを抑えることができ、長期的にも安定した用紙Sの吸着性能が確保され、効果的な予備加熱を行うことが可能になる。また、用紙Sを熱回収ベルト91へ吸着して搬送するため、定着ユニット80突入時の用紙Sの姿勢を安定させることができ、定着前の用紙のスキューや波打ち等による定着ユニット80での紙しわを防止することも可能になる。
In addition, since the polarity applied to the
更に、本実施の形態では、熱回収ベルト91を張架する張架ロール92の断熱性を考慮し、遮熱フード100も設けたので、一層有効に熱の回収並びに伝達が行えるようになる。尚、遮熱フード100はポリカーボネート樹脂に限らず、耐熱性及び遮熱性が得られれば、他の樹脂材料でもよい。
このように、熱回収ベルト91表面からの輻射熱や対流による熱放散を抑えるために、遮熱フード100を設けることで、熱効率が上昇するようになる。更に、この遮熱フード100によって、待機時の定着ユニット80の熱をベルトユニット90側に取り込み、維持する効果もあり、通紙開始当初からの高い熱回収/伝達性能が得易いという効果もある。
Furthermore, in the present embodiment, the
Thus, in order to suppress the heat dissipation by the radiant heat from the surface of the
更にまた、本実施の形態では、熱回収ベルト91が停止した後、そのベルト張力を低下させることで、熱回収ベルト91での形残り発生を防ぎ、稼働時の熱効率を確保することができるようになる。
Furthermore, in the present embodiment, after the
このように、本実施の形態では、有効に定着前の用紙Sを予備加熱することができるため、定着時の熱エネルギーを小さくでき、省電力化、小型化に適した画像形成装置を実現できるようになる。
また、定着ユニット80とベルトユニット90の駆動機構をギア配列のみとし、定着ユニット80とベルトユニット90とを分離し易くしたので、例えばジャム等に対する処理も行いやすい利点もある。
更に、本実施の形態のように定着時に用紙の下面に未定着トナー像が形成される方式では、特に、定着ユニット80からの熱を有効にベルトユニット90側に補足し、蓄熱し易いという利点もある。
As described above, in the present embodiment, since the sheet S before fixing can be effectively preheated, the thermal energy at the time of fixing can be reduced, and an image forming apparatus suitable for power saving and downsizing can be realized. It becomes like this.
In addition, since the driving mechanism of the fixing
Further, in the method in which an unfixed toner image is formed on the lower surface of the sheet at the time of fixing as in the present embodiment, the advantage is that heat from the fixing
尚、本実施の形態では、定着ユニット80の下流側の熱回収部HCと上流側の熱伝達部HTでの用紙Sとの接触時間をほぼ同等としたが、熱回収ベルト91と用紙Sとの温度差や装置構成の都合等により、熱回収部HCと熱伝達部HTでの用紙Sとの接触時間を変えるようにしてもよい。
In the present embodiment, the contact time between the heat recovery unit HC on the downstream side of the fixing
また、図12は、上述した実施の形態で使用した張架ロール92(例えば図6参照)と形状のみが異なる張架ロール92であり、断熱層としての発泡層922の表面形状(凹凸形状)を同図のように加工したものである。
この張架ロール92は、ロール軸に対し斜めに凸部922bを設けたもので、凸部922bが図の矢印A方向に回転するように回転軸92a,92bをセットするようにすれば、張架ロール92が回転する際、熱回収ベルト91(例えば図3参照)を絶えずベルトの外側(ベルトの移動方向と直交する方向)に向かって張る方向に力を作用させることができ、熱回収ベルト91の循環姿勢を一層安定させることができる。
このとき、上述した実施の形態と同様の発泡層922が形成されているため、この例によっても、熱回収ベルト91からの吸熱を抑えることができ、省電力化に適した画像形成装置が可能になる。
FIG. 12 shows a
This
At this time, since the
◎実施の形態2
図13は、本発明に係る画像形成装置に用いられる定着装置70の実施の形態2を示す。本実施の形態に係る画像形成装置の基本的構成は実施の形態1と同様のため省略し、定着装置70のみを示す。また、本実施の形態の定着装置70は実施の形態1の定着装置と略同様に構成されるが、実施の形態1の定着装置70で使用した静電吸着装置としてのコロナ帯電器の代わりに、帯電部材を用いた点が実施の形態1と異なる。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。
Embodiment 2
FIG. 13 shows a second embodiment of a fixing
本実施の形態における定着装置70は、熱伝達部HTの入口にある張架ロール92を帯電部材としている。そのため、この張架ロール92には、張架ロール92をプラス側とするバイアス電源95が接続されている。
また、熱回収部HCの入口で定着ユニット80の下流直後には、熱回収ベルト91の外側にバイアス電源97が接続された板状帯電器96が熱回収ベルト91に軽く接触するようにして配設されている。この板状帯電器96は、板状帯電器96側がプラス側になるようにバイアス電源97が接続されている。尚、板状帯電器96としては、金属等の導電性部材によって構成され、定着後の用紙Sのトナーをオフセットさせないように、その表面にはフッ素系樹脂等の高離型性コート層が施されている。
The fixing
Further, immediately after the downstream of the fixing
本実施の形態では、熱伝達部HTの入口にある張架ロール92にバイアス電源95を接続したことで、熱回収ベルト91側をプラスとし、マイナストナーが転写された用紙Sを熱回収ベルト91側に吸着させることができる。
一方、熱回収部HCでは、板状帯電器96によって熱回収ベルト91が熱伝達部HTと異なる極性になるように帯電される。そして、定着ユニット80を通過した用紙Sは、そのまま熱回収部HCで熱回収ベルト91に再吸着される。尚、このとき、熱回収部HCの入口にある張架ロール92を接地することで、熱回収ベルト91の帯電が安定するようになっている。
In the present embodiment, the
On the other hand, in the heat recovery unit HC, the
そのため、熱回収ベルト91と用紙Sとの密着は、熱伝達部HT及び熱回収部HCの双方共に確保された状態で熱回収並びに熱伝達を行うことができ、実施の形態1と同様の効果を奏する。また、本実施の形態においても、熱伝達部HTと熱回収部HCで熱回収ベルト91には異なる極性が付与されることから、熱回収ベルト91の一部で不要なチャージアップを起こすことを防いでいる。
また、本実施の形態では、特に熱回収ベルト91の周りに構成物が少なくて済むことから、特に小型化が可能になる。更に、これにより、紙詰まり等のジャムに際して用紙の除去を行うことも容易となる利点もある。
Therefore, the
Further, in the present embodiment, since there are few components around the
◎実施例1
本実施例は、実施の形態1と同等の構成にて、熱回収ベルトの熱容量によって用紙からの熱回収効率がどう変化するかを確認したものである。ただし、遮熱フードは使用していない。
このときの各種条件は、次のようにした。
熱回収ベルトは、図5に示すように、75μmのポリイミド樹脂基材の上にシリコーンゴム層を積層し、このシリコーンゴム層の厚さを変化させることで、単位面積当たりの熱容量を変化させた。
また、張架ロールは、外径13mm、肉厚0.5mmのSUSパイプ表面に厚さ3mmの硬質ウレタンフォーム(熱伝導率0.01〜0.05W/(m・K))を被覆したものを使用した。尚、本実施例では、簡略化のため張架ロールの発泡層表面は凹凸形状とせず、平坦な形状の発泡層を被覆した構造とした。
このような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を160℃に維持し、用紙として、A4判、富士ゼロックス(株)製C2紙(坪量70gsm)を横送り(LEF)で給紙し、毎分30枚のプリント(定着ユニットでの用紙送り速度は210mm/s)を行った。
Example 1
In this example, it is confirmed how the heat recovery efficiency from the paper changes depending on the heat capacity of the heat recovery belt with the same configuration as in the first embodiment. However, no thermal insulation hood is used.
Various conditions at this time were as follows.
As shown in FIG. 5, the heat recovery belt was formed by laminating a silicone rubber layer on a 75 μm polyimide resin base material, and changing the thickness of the silicone rubber layer to change the heat capacity per unit area. .
The stretch roll is a SUS pipe surface with an outer diameter of 13 mm and a wall thickness of 0.5 mm coated with a hard urethane foam with a thickness of 3 mm (thermal conductivity 0.01 to 0.05 W / (m · K)). It was used. In the present example, for the sake of simplicity, the surface of the stretched foam layer was not made uneven, but a flat foam layer was covered.
Under such conditions, the surface temperature of the heating roll of the fixing unit is maintained at 160 ° C., and A4 size, C2 paper (
結果は、図14に示すように、ベルトの熱容量が450J/(K・m2)までは熱容量の増加に比例して熱回収効率も増加し、450J/(K・m2)を超えると熱回収効率が約20%で安定する(一定になる)傾向が確認された。また、この傾向は850J/(K・m2)までは同じであることが確認された。 As shown in FIG. 14, the result shows that the heat recovery efficiency increases in proportion to the increase in the heat capacity until the heat capacity of the belt reaches 450 J / (K · m 2 ), and if the heat capacity exceeds 450 J / (K · m 2 ), the heat A tendency for the recovery efficiency to stabilize (become constant) at about 20% was confirmed. Moreover, it was confirmed that this tendency is the same up to 850 J / (K · m 2 ).
尚、用紙と熱回収ベルトとの接触時間については、次のようにした。通常、用紙と熱回収ベルトとの熱交換時間は用紙の熱容量で決まり、普通紙の場合0.5秒以下で平衡に達する。そのため、本実施例では、定着ユニット前後の用紙と熱回収ベルトとの接触時間を同じ0.5秒に設定した。 The contact time between the paper and the heat recovery belt was as follows. Usually, the heat exchange time between the paper and the heat recovery belt is determined by the heat capacity of the paper, and in the case of plain paper, the equilibrium is reached in 0.5 seconds or less. Therefore, in this embodiment, the contact time between the sheet before and after the fixing unit and the heat recovery belt is set to the same 0.5 seconds.
◎実施例2
本実施例は、実施の形態1の構成にて、熱回収効率(熱回収を行わない場合の連続通紙時の消費電力から熱回収を行った場合の低減割合)を評価したものである。
各種条件はつぎのようにして行った。
熱回収ベルトは、ポリイミド樹脂層75μm上にシリコーンゴム総を積層し、総厚250μmとしたもの(単位面積当たりの熱容量は750J/(K・m2)であった)。
定着ユニットの加熱ロール径は26.9mm、その表面速度は160mm/sとした。
Example 2
This example evaluates the heat recovery efficiency (the reduction ratio when heat recovery is performed from the power consumption during continuous paper feeding when heat recovery is not performed) in the configuration of the first embodiment.
Various conditions were performed as follows.
The heat recovery belt was formed by laminating all silicone rubber on a polyimide resin layer of 75 μm to a total thickness of 250 μm (the heat capacity per unit area was 750 J / (K · m 2 )).
The heating roll diameter of the fixing unit was 26.9 mm, and the surface speed was 160 mm / s.
また、駆動源として、同一の駆動モータから、ギア列を用いて加熱ロール及び張架ロール(定着ユニットの直後に配置された張架ロール)を駆動し、加熱ロールの表面速度と熱回収ベルトの厚さの中央位置での移動速度が同一になるように、ギア比を設定した。本実施例でのギア比は2.22であった。
このとき、両者の速度は厳密には同一ではなく、0.07%だけ熱回収ベルト側が速い設定になっているが、A3タテ方向の420mmが通過する範囲では、定着画像の画質、用紙の搬送性、熱回収性能において特に支障がないことを確認している。尚、駆動源を同一にすることで、加熱ロール及び熱回収ベルトの速度を合わせる制御が不要になり、構成も簡単で、用紙の送り速度も安定した定着装置が実現できることが確認された。
Further, as a drive source, a heating roll and a tension roll (a tension roll disposed immediately after the fixing unit) are driven from the same drive motor using a gear train, and the surface speed of the heating roll and the heat recovery belt are The gear ratio was set so that the moving speed at the center of the thickness would be the same. The gear ratio in this example was 2.22.
At this time, the speeds of the two are not exactly the same, and the heat recovery belt side is set faster by 0.07%. However, within the range in which 420 mm in the A3 vertical direction passes, the image quality of the fixed image and the conveyance of the paper are set. It has been confirmed that there is no particular problem in the performance and heat recovery performance. It has been confirmed that by using the same drive source, it is not necessary to control the speed of the heating roll and the heat recovery belt, and the fixing device can be realized with a simple configuration and a stable sheet feeding speed.
このような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を160℃に維持し、用紙として、A4判、富士ゼロックス(株)製C2紙(坪量70gsm)を横送り(LEF)で給紙し、毎分30枚のプリント(定着ユニットでの用紙送り速度は210mm/s)を2分間行った。
その結果、熱回収を行わないときに定着時の消費電力が13.26Whであったものが、熱回収を行うことで、9.75Whと低減され、熱回収効率としては約26%となった。
尚、本実施例においても遮熱フードは使用していない。
Under such conditions, the surface temperature of the heating roll of the fixing unit is maintained at 160 ° C., and A4 size, C2 paper (
As a result, when heat recovery was not performed, the power consumption during fixing was 13.26 Wh, but by performing heat recovery, it was reduced to 9.75 Wh, and the heat recovery efficiency was about 26%. .
In this embodiment, no heat insulating hood is used.
◎実施例3
本実施例では、実施の形態1の構成にて、熱回収ベルトの形残りの影響がなくなるための条件を確認した。
ベルトユニットの張架ロールとして外径11mm、肉厚0.5mmのSUSパイプ表面に断熱層として0.5mm厚のポリアセタール樹脂(POM)層を形成したものを使用し、連続画像形成を行った後、一晩経過後、用紙がベルトユニットへ到達する前に熱回収ベルトを所定時間駆動し、形残りの影響がなくなってから用紙をベルトユニットに供給するようにした。
このとき、熱回収ベルトとしては、ポリイミドの単層品(75μm)、シリコーンゴムの単層品(200μm)を用いて比較した。
結果は、ポリイミドの単層品では、ベルトユニット内で約5周の回転を行うことで形残りが解消され、シリコーンゴムの単層品では形残りそのものも小さく、1周の回転で影響はなくなった。
更に、これらの回転を行った後、実施例2と同様の連続画像形成を行い、いずれのベルト材料においても十分な熱回収と良好な画像が得られることが確認された。
Example 3
In this example, the conditions for eliminating the influence of the remaining shape of the heat recovery belt in the configuration of the first embodiment were confirmed.
After performing continuous image formation using a belt unit tension roll with a 0.5 mm thick polyacetal resin (POM) layer formed on the surface of a SUS pipe having an outer diameter of 11 mm and a wall thickness of 0.5 mm After one night, the heat recovery belt was driven for a predetermined time before the paper reached the belt unit, and the paper was supplied to the belt unit after the influence of the remaining shape disappeared.
At this time, as a heat recovery belt, a single layer product of polyimide (75 μm) and a single layer product of silicone rubber (200 μm) were used for comparison.
As a result, in the single layer product of polyimide, the remaining shape is eliminated by rotating about 5 laps in the belt unit, and in the single layer product of silicone rubber, the remaining shape itself is small, and there is no effect with one rotation. It was.
Further, after these rotations, continuous image formation similar to that of Example 2 was performed, and it was confirmed that sufficient heat recovery and a good image were obtained with any belt material.
◎実施例4
本実施例は、熱回収ベルトの形残りを防ぐために、画像形成を行わない待機時に熱回収ベルトを移動させる効果を確認したものである。
本実施例では、実施の形態1の構成にて、熱回収ベルトへの負荷並びに駆動源への負荷を軽減するため、30分毎に1分間だけ30mm/sの速度で駆動するようにした。
このような制御を行うことで、熱回収ベルトへの形残りが抑止できることが確認された。
尚、ベルト材料によって、駆動する間隔、駆動時間、駆動速度を適宜選定してよいことは云うまでもない。
Example 4
In this embodiment, in order to prevent the remaining shape of the heat recovery belt, the effect of moving the heat recovery belt during standby when image formation is not performed has been confirmed.
In this example, in the configuration of the first embodiment, in order to reduce the load on the heat recovery belt and the load on the drive source, the drive was performed at a speed of 30 mm / s for 1 minute every 30 minutes.
It was confirmed that the remaining shape on the heat recovery belt can be suppressed by performing such control.
Needless to say, the driving interval, driving time, and driving speed may be appropriately selected depending on the belt material.
◎実施例5
本実施例は、実施の形態1の構成にてテンションスプリングの効果を確認するために行ったものである。
先ず、ベルト張力と形残りの関係を検討したところ、約4.9N(0.5kgf)以下の張力では、ベルトそのものの駆動が不安定にはなるが、10時間以上放置しても形残りは殆ど発生しなかった。
このことから、例えば300mm幅程度のベルトであれば、張力を約4.9N(0.5kgf)以下にすることで、十分形残りを防ぐ効果があることが確認された。
Example 5
This example was performed in order to confirm the effect of the tension spring in the configuration of the first embodiment.
First, the relationship between the belt tension and the remaining shape was examined. At a tension of about 4.9 N (0.5 kgf) or less, the driving of the belt itself becomes unstable. Little occurred.
From this, it was confirmed that, for example, a belt having a width of about 300 mm has an effect of sufficiently preventing the remaining shape by making the tension about 4.9 N (0.5 kgf) or less.
◎実施例6
本実施例は、実施例1と同様の評価を行ったものであり、このとき、定着装置の上部には遮熱フードを設け、この遮熱フードの効果を確認しようとしたものである。
本実施例では、熱回収ベルトの単位面積当たりの熱容量を600J/(K・m2)のベルトとし(総厚200μm)、遮熱フードはポリカーボネート樹脂製とした。
このような条件下で、定着ユニットの加熱ロールの表面温度を160℃に維持し、用紙として、A4判、富士ゼロックス(株)製C2紙(坪量70gsm)を横送り(LEF)で給紙し、毎分30枚のプリント(定着ユニットでの用紙送り速度は210mm/s)を行った。
また、比較のために、遮熱フードのない状態と比較したところ、遮熱フードのない場合の熱回収効率が約21%、遮熱フードのある場合の熱回収効率として約25%(いずれも2分値)が得られ、遮熱フードの効果として、約4ポイントの効率アップが確認された。
Example 6
In this example, the same evaluation as in Example 1 was performed. At this time, a heat insulating hood was provided on the upper part of the fixing device, and an effect of the heat insulating hood was confirmed.
In this example, the heat recovery belt was a belt having a heat capacity per unit area of 600 J / (K · m 2 ) (total thickness 200 μm), and the heat shield hood was made of polycarbonate resin.
Under such conditions, the surface temperature of the heating roll of the fixing unit is maintained at 160 ° C., and A4 size, C2 paper (
For comparison, when compared with the state without the heat shield hood, the heat recovery efficiency without the heat shield hood is about 21%, and with the heat shield hood, the heat recovery efficiency is about 25% (both (2 minute value) was obtained, and an efficiency increase of about 4 points was confirmed as an effect of the heat shield hood.
1…定着ユニット,2…熱回収伝達ユニット,3…ベルト部材,4…張架部材,4a…断熱層,5…記録材,6…駆動源,HC…熱回収部,HT…熱伝達部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixing unit, 2 ... Heat recovery transmission unit, 3 ... Belt member, 4 ... Stretch member, 4a ... Thermal insulation layer, 5 ... Recording material, 6 ... Drive source, HC ... Heat recovery part, HT ... Heat transfer part
Claims (21)
熱回収伝達ユニットは、複数の張架部材に張架され、前記定着ユニットを迂回して循環移動するベルト部材を有し、
このベルト部材のうち、定着ユニットの下流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱回収が行われる熱回収部を設けると共に、定着ユニットの上流側には記録材に接触し且つ当該接触部位に面した領域周囲を断熱した状態で熱伝達が行われる熱伝達部を設け、
ベルト部材の駆動源を他の記録材搬送に関わる部材の駆動源と兼用することを特徴とする定着装置。 In a fixing device comprising: a fixing unit that heats a toner image on a recording material; and a heat recovery transmission unit that recovers heat of the recording material sent from the fixing unit and transmits it to the recording material sent to the fixing unit.
The heat recovery transmission unit has a belt member that is stretched around a plurality of stretching members and circulates around the fixing unit,
Of this belt member, on the downstream side of the fixing unit, there is provided a heat recovery unit that performs heat recovery in a state of contacting the recording material and insulating the periphery of the area facing the contact portion, and on the upstream side of the fixing unit. Is provided with a heat transfer portion that is in contact with the recording material and heat transfer is performed in a state where the area surrounding the contact portion is insulated.
A fixing device characterized in that a driving source of a belt member is also used as a driving source of a member related to conveyance of another recording material.
ベルト部材の駆動源は、定着ユニットの駆動源を兼用するものであることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device characterized in that the driving source of the belt member also serves as the driving source of the fixing unit.
ベルト部材と定着ユニットとは、夫々駆動源からギアのみにて連結されて駆動されると共に、ギア以外は互いに独立して支持され且つ取り外し可能に構成されていることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 2.
The belt device and the fixing unit are connected to each other by a gear from a driving source and are driven, and the belt member and the fixing unit are independently supported and removable except for the gear.
ベルト部材は、記録材が熱伝達部に到達する前に所定時間駆動されるように設定されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
The fixing device, wherein the belt member is set to be driven for a predetermined time before the recording material reaches the heat transfer section.
当該定着装置が待機している期間には、ベルト部材を所定時間、所定の速度で駆動するようにしたことを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device, wherein the belt member is driven at a predetermined speed for a predetermined time during a period in which the fixing device is on standby.
ベルト部材停止後は、ベルト張力を低下させることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device that reduces belt tension after the belt member stops.
熱伝達部及び熱回収部には、静電気力にてベルト部材に記録材を吸着させる静電吸着装置を設けることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device, wherein the heat transfer unit and the heat recovery unit are provided with an electrostatic adsorption device for adsorbing the recording material to the belt member by electrostatic force.
熱伝達部及び熱回収部に配設される二つの静電吸着装置は、ベルト部材の帯電極性が互いに逆方向になるように構成されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 7.
The fixing device, wherein the two electrostatic adsorption devices disposed in the heat transfer unit and the heat recovery unit are configured such that the charging polarities of the belt members are opposite to each other.
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面と非接触配置されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
An electrostatic adsorption device provided in a heat transfer unit is disposed in a non-contact manner with a toner image surface of a recording material.
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、コロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
The fixing device, wherein the electrostatic adsorption device provided in the heat transfer unit is a corona charger.
熱伝達部に設けられる静電吸着装置は、ベルト部材の張架部材にトナーの帯電極性と異なる極性のバイアスを印加するものであることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 10.
The electrostatic adsorption device provided in the heat transfer unit applies a bias having a polarity different from the charged polarity of the toner to the tension member of the belt member.
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材に対し非接触配置されるコロナ帯電器であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
The fixing device, wherein the electrostatic adsorption device provided in the heat recovery unit is a corona charger disposed in a non-contact manner with respect to the recording material.
熱回収部に設けられる静電吸着装置は、記録材のトナー像面に対し接触配置される板状若しくはフィルム状の帯電部材であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
The fixing device, wherein the electrostatic adsorption device provided in the heat recovery unit is a plate-like or film-like charging member disposed in contact with the toner image surface of the recording material.
前記帯電部材の表面は、離型層が施されていることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 13.
A fixing device, wherein a surface of the charging member is provided with a release layer.
静電吸着装置の駆動は、少なくともベルト部材が駆動されている間に行われるものであることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 8.
The fixing device characterized in that the electrostatic attraction device is driven at least while the belt member is driven.
ベルト部材の単位面積当たりの熱容量が450J/(K・m2)以上であることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device having a heat capacity per unit area of a belt member of 450 J / (K · m 2 ) or more.
ベルト部材は、耐熱性樹脂材料又は耐熱性ゴム材料からなるエンドレスベルトであることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
The fixing device, wherein the belt member is an endless belt made of a heat-resistant resin material or a heat-resistant rubber material.
ベルト部材は、耐熱性樹脂材料と耐熱性ゴム材料とを積層したエンドレスベルトであることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
The fixing device, wherein the belt member is an endless belt in which a heat-resistant resin material and a heat-resistant rubber material are laminated.
ベルト部材を張架する張架部材は、低熱伝導性部材によって構成される支持部材に支持されることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device, wherein a tension member that stretches a belt member is supported by a support member that is formed of a low thermal conductivity member.
熱回収部から熱伝達部までのベルト部材の移動経路には、ベルト部材の放熱を防ぐ覆いを設けることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1.
A fixing device characterized in that a cover for preventing heat dissipation of the belt member is provided in a moving path of the belt member from the heat recovery unit to the heat transfer unit.
この記録材上に形成されたトナー像を定着する請求項1記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming engine for forming a toner image on a recording material;
An image forming apparatus comprising: a fixing device according to claim 1 for fixing a toner image formed on the recording material.
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