JP2006322996A - Heating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式、或いは静電記録方式の画像形成装置の画像加熱定着装置として用いれば好適な加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating apparatus suitable for use as an image heating and fixing apparatus of an electrophotographic or electrostatic recording type image forming apparatus.
電子写真複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置においては、画像形成プロセス手段部で記録材に形成担持させた目的の画像情報に対応する未定着トナー画像を加熱定着させるための画像加熱定着装置が搭載されている。この画像加熱定着装置としては、フィルム加熱方式の加熱装置が画像加熱定着装置として実用されている。 In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, or a facsimile, an image heating and fixing apparatus for heating and fixing an unfixed toner image corresponding to target image information formed and supported on a recording material by an image forming process unit Is installed. As this image heating and fixing apparatus, a film heating type heating apparatus is put to practical use as an image heating and fixing apparatus.
フィルム加熱方式の加熱装置は特許文献1〜4等で提案されている。即ち、加熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に回転部材としての耐熱性フィルム(定着フィルム、定着ベルト)を挟ませて定着ニップ部を形成させている。そして定着ニップ部において定着フィルムと加圧ローラとの間に未定着トナー画像を形成担持させた被加熱材としての記録材を導入して定着フィルムと一緒に挟持搬送させている。これにより定着ニップ部においてセラミックヒータの熱を定着フィルムを介して記録材に与え、さらに定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録材面に定着させている。 Patent Documents 1 to 4 propose a film heating type heating device. That is, a fixing nip portion is formed by sandwiching a heat resistant film (fixing film, fixing belt) as a rotating member between a ceramic heater as a heating body and a pressing roller as a pressing member. In the fixing nip portion, a recording material as a heated material on which an unfixed toner image is formed and supported is introduced between the fixing film and the pressure roller, and is nipped and conveyed together with the fixing film. As a result, the heat of the ceramic heater is applied to the recording material through the fixing film in the fixing nip portion, and the unfixed toner image is fixed on the recording material surface by the applied pressure of the fixing nip portion.
このようなフィルム加熱方式の加熱装置は、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜の耐熱性フィルムを用いることができる。このため、省電力化やウェイトタイムの短縮化(クイックスタート性)が可能となる、画像形成装置等の本機の機内昇温を低めることができる等の利点を有し、効果的なものである。 Such a film heating type heating apparatus can use a heating element with a low heat capacity or a thin heat-resistant film that is rapidly heated. For this reason, there are advantages such as power saving and shortening of the wait time (quick start performance), and an in-machine temperature rise of the apparatus such as an image forming apparatus can be reduced. is there.
図10に従来の画像加熱定着装置の一例を示す。図10は回転部材として、弾性層を有する定着フィルム203を用いたフィルム定着装置201の横断面側面模型図である。
FIG. 10 shows an example of a conventional image heat fixing apparatus. FIG. 10 is a cross-sectional side view of a
202は定着フィルムユニットであり、横断面略半円弧状樋型のヒータホルダ207と、定着ヒータ204を備えるヒータホルダ207と、エンドレスベルト状(円筒状)の可撓性を有する薄層の定着ベルト203(定着フィルム)などからなるアセンブリである。定着ヒータ204はヒータホルダ207の下面にヒータホルダ長手(図面に垂直方向)に沿って固定して配設されている。この定着ヒータ付きのヒータホルダ207に定着フィルムフィルム203をルーズに外嵌させている。
205は弾性加圧ローラ(以下、加圧ローラと記す)であり、芯金205aの周りに耐熱性の弾性層205bを有している。加圧ローラ205は芯金205aの両端部を定着装置の不図示の側板間に回転自由に軸受させて配設してある。
定着フィルムユニット202は加圧ローラ205の上側に、定着ヒータ204側を下向きにして加圧ローラに並行に配列し、ヒータホルダ207の両端部側を不図示の付勢手段で所定の押圧力で押し下げ状態にしてある。これにより、定着ヒータ204の下面を定着フィルム203を挟んで加圧ローラ205の上面に加圧ローラの弾性に抗して圧接させて所定幅の定着ニップ部206を形成させている。
The
加圧ローラ205は不図示の駆動機構により矢印の方向に所定の周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ205の回転駆動により、定着ニップ部206において加圧ローラと定着フィルム203の外面との摩擦力で定着フィルムに回転力が作用する。これにより定着フィルム203はその内周面が定着ニップ部206において定着ヒータ204の下面に密着して摺動しながら矢印の方向に弾性加圧ローラ205の周速度にほぼ対応した周速度をもってヒータホルダ207の外回りを従動回転状態になる。
The
定着フィルム203は、基層として厚さ50μm程度の耐熱性樹脂のエンドレスベルトが用いてあり、その表面に厚さ300μmの弾性ゴム層を有し、更にその外表層に厚さ数μmの離型層(フッ素樹脂などのコーティング層)を形成させている。また、定着フィルム203の基層には、熱容量を小さくし熱伝導性を高めるため、金属をエンドレスベルト上にしたスリーブなどが用いられる場合もある。
The
定着ヒータ204は、セラミック基板上に通電発熱抵抗体を形成したものである。定着ヒータ204の裏面には温度検出手段209が当接させて配置してあり、この温度検出手段により定着ヒータ204の温度が検出される。温度検出手段209の検出温度は不図示の制御手段に取り込まれる。そして制御手段により定着フィルム203の表面温度が所望の温度(目標温度)になるように定着ヒータ204に対する供給電力が制御されて定着ヒータが温調制御される。
The
加圧ローラ205が回転駆動され、定着フィルム203が従動回転し、定着ヒータ204が所定温度に立ち上がって温調制御される。この状態において、未定着トナー画像tを担持した記録材Pが定着ニップ部206の定着フィルム203と加圧ローラ205との間に導入される。その記録材Pは未定着トナー画像の担持面が定着フィルム203の外面に密着して定着フィルムと一緒に定着ニップ部206を挟持搬送されていく。その挟持搬送過程において、記録材Pに対して定着ヒータ204の熱が定着フィルム203を介して付与され、また定着ニップ部206の加圧力を受ける。これにより未定着トナー画像tが記録材P上に永久固着画像として熱と圧力で定着される。記録材Pは定着ニップ部206を通過して定着フィルム203の面から曲率分離して排出される。
The
上記の定着装置は、温度検出手段を定着ヒータの裏面に配置して定着ヒータ温度を検出する構成である。上記の定着装置において、温度検出手段を定着フィルムの表面、或いは内面に接触させて定着フィルムの温度を検出する装置構成とすることもできる。
(1):上記定着装置において、定着フィルムの表面に温度検出手段を接触させた場合、一般的にフッ素樹脂などをコーティングする等して定着フィルム表面に形成されている離型層に傷をつけてしまう可能性がある。離型層に傷をつけると記録材表面のトナーが剥ぎ取られることにより画像不良が発生する可能性がある。また、定着フィルム表面に若干存在する未定着トナーが、記録材の定着ニップ部への導入枚数に応じて徐々に温度検出部(温度検出手段の定着フィルム表面との接触部)に蓄積していく。温度検出部に蓄積しているトナーが時折定着フィルムを介して記録材面の画像上に排出されることによって画像上にトナー汚れを発生させてしまう可能性もある。 (1): In the above fixing device, when the temperature detecting means is brought into contact with the surface of the fixing film, the release layer formed on the surface of the fixing film is generally damaged by coating with a fluororesin or the like. There is a possibility that. If the release layer is scratched, the toner on the surface of the recording material is peeled off, which may cause image defects. Further, the unfixed toner slightly existing on the surface of the fixing film gradually accumulates in the temperature detection unit (contact portion of the temperature detection unit with the fixing film surface) according to the number of recording materials introduced into the fixing nip portion. . There is a possibility that toner accumulated on the temperature detection unit is occasionally discharged onto the image on the surface of the recording material via the fixing film, thereby causing toner contamination on the image.
この対策として、温度検出手段として非接触タイプの温度検出手段を用いる手法が考えられる。非接触タイプの温度検出手段を用いる場合は、検出素子と温度検出対象物たる定着フィルムとの間隔の振れ(変化)に検出温度が大きく影響を受けるため、この間隔を精度良く安定させることが重要である。すなわち、温度検出手段と検出対象物たる定着フィルムとの間隔の変化に応じて温度検出手段の検出温度にバラツキ(検出温度の振れ)生じることから、温度検出手段と定着フィルムとの間隔を精度良く安定させることが必要となる。温度検出手段と定着フィルムとの間隔を一定に保つことで温度検出手段の検出温度の振れを低減でき、セラミックヒータを精度良く温調制御することが可能となる。 As a countermeasure, a method using a non-contact type temperature detecting means as the temperature detecting means can be considered. When using non-contact type temperature detection means, the detection temperature is greatly affected by the fluctuation (change) in the distance between the detection element and the fixing film as the temperature detection object, so it is important to stabilize this distance accurately. It is. That is, the temperature detection means varies (detection temperature fluctuation) in accordance with the change in the distance between the temperature detection means and the fixing film as the detection object, so that the distance between the temperature detection means and the fixing film can be accurately set. It is necessary to stabilize. By keeping the distance between the temperature detecting means and the fixing film constant, fluctuation of the detected temperature of the temperature detecting means can be reduced, and the temperature control of the ceramic heater can be accurately controlled.
しかしながら、非接触タイプの温度検出手段を回転部材として可撓性の定着フィルムを備える定着装置に採用すると、検出温度の振れが非常に大きくなってしまうため実使用上に耐え得るものではなかった。 However, when the non-contact type temperature detecting means is employed in a fixing device having a flexible fixing film as a rotating member, the fluctuation of the detected temperature becomes very large, so that it cannot be practically used.
(2):一方、定着フィルムの内面に対して非接触タイプの温度検出手段を用いた場合、(1)の場合と同様に、温度検出手段と定着フィルムとの間隔を精度良く安定させることが難しく、検出温度の振れが非常に大きくなる。更には、フィルム内部に加熱体であるセラミックヒータなどが配置されるため、温度検出素子の配置に制約を受け、より加熱体に近い部分で温度検出を行うことが難しくなる。 (2): On the other hand, when a non-contact type temperature detecting means is used for the inner surface of the fixing film, the interval between the temperature detecting means and the fixing film can be stabilized with high accuracy as in the case of (1). Difficult, the fluctuation of the detection temperature becomes very large. Furthermore, since a ceramic heater or the like that is a heating element is arranged inside the film, the arrangement of the temperature detection element is restricted, and it becomes difficult to detect the temperature in a portion closer to the heating element.
また、定着フィルムの内面に温度検出手段を接触させ、セラミックヒータと定着フィルムとが摺動する面にヒータの発熱部分(通電発熱抵抗体)を配置するとする。この場合、定着フィルムは基層の材質によっては導体とみなされるため、少なくとも通電発熱抵抗体と温度検出手段との間が電気的に結ばれることになる。これを回避するためには、ヒータとして熱伝導率の高いチッ化アルミを用い、通電発熱抵抗体を定着フィルムとヒータとが摺動する面とは反対の面に設けるといった手法が必要となる。このため、従来使用してきたようなコスト的に安いアルミナ基板を用いたセラミックヒータを採用することが出来なかった。 Further, it is assumed that the temperature detecting means is brought into contact with the inner surface of the fixing film, and the heat generating portion (energizing heat generating resistor) of the heater is disposed on the surface on which the ceramic heater and the fixing film slide. In this case, since the fixing film is regarded as a conductor depending on the material of the base layer, at least the energization heating resistor and the temperature detecting means are electrically connected. In order to avoid this, it is necessary to use a method in which aluminum nitride having high thermal conductivity is used as the heater and the energization heating resistor is provided on the surface opposite to the surface on which the fixing film and the heater slide. For this reason, it has been impossible to employ a ceramic heater using an inexpensive alumina substrate that has been conventionally used.
(3):更には、定着フィルムに弾性層のあるものを使用する場合には、次のような問題が発生する可能性がある。すなわち、弾性層として使用されるシリコーンゴム等の熱伝導率があまり高くなく、また、定着フィルム表面からセラミックヒータの裏面に設けられた温度検知手段までの間にセラミック基板等の部材が配設される。このため、熱応答性が悪く、セラミックヒータの裏面に設けられる温度検出手段の検出温度に基づきヒータの温調制御を行うことが難しい。特に、定着装置を記録材が通過して定着フィルム表面の熱を奪い定着フィルム表面の温度が低下したことをヒータ裏面側の温度検知手段で検出することは困難であったり、応答に時間がかかり過ぎてしまうといった問題が発生する可能性がある。 (3): Furthermore, when a fixing film having an elastic layer is used, the following problem may occur. That is, the thermal conductivity of silicone rubber or the like used as an elastic layer is not so high, and a member such as a ceramic substrate is disposed between the fixing film surface and the temperature detecting means provided on the back surface of the ceramic heater. The For this reason, the thermal responsiveness is poor, and it is difficult to control the heater temperature based on the temperature detected by the temperature detecting means provided on the back surface of the ceramic heater. In particular, it is difficult for the temperature detection means on the back side of the heater to detect that the recording material has passed through the fixing device and took the heat of the surface of the fixing film to reduce the temperature of the surface of the fixing film. There is a possibility that problems such as passing will occur.
これに対して、定着フィルムの表面や内面等に移動させた温度検出手段により定着フィルム自身の温度を非接触に検出し、その検出温度に基づいてヒータの駆動を制御するようにすれば、ヒータの温度制御を正確に行うことができるといった利点はある。しかしながら、温度検出手段を定着フィルムの表面や内面等に移動させた場合、上記(1)及び(2)で示したような、検出温度の振れの問題が残るため、非接触の温度検出手段を用いることが難しかった。 On the other hand, if the temperature detection means moved to the surface or inner surface of the fixing film detects the temperature of the fixing film in a non-contact manner, and the heater drive is controlled based on the detected temperature, the heater There is an advantage that the temperature can be accurately controlled. However, when the temperature detecting means is moved to the surface or the inner surface of the fixing film, the problem of fluctuation of the detected temperature remains as shown in the above (1) and (2). It was difficult to use.
本発明の目的は、非接触の温度検出手段により回転部材の温度を精度良く検出できるようにした加熱装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heating apparatus that can accurately detect the temperature of a rotating member by a non-contact temperature detecting means.
本発明に係る加熱装置の代表的な構成は、回転部材と、前記回転部材を加熱する加熱体と、前記加熱体と前記回転部材を挟んでニップ部を形成する加圧部材と、を有し、前記ニップ部で被加熱材を搬送挟持しつつ加熱する加熱装置において、前記回転部材の回転方向において前記ニップ部の下流域に、前記加熱体の制御を行うために前記回転部材の温度を非接触に検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と前記回転部材を介して対向し、前記回転部材と接触して前記温度検出手段に対する前記回転部材の搬送を安定させるバックアップ部材と、を有することを特徴とする。 A representative configuration of the heating device according to the present invention includes a rotating member, a heating body that heats the rotating member, and a pressure member that forms a nip portion with the heating body and the rotating member interposed therebetween. In the heating apparatus that heats the material to be heated while being nipped and conveyed at the nip portion, the temperature of the rotating member is not controlled in order to control the heating body in the downstream area of the nip portion in the rotation direction of the rotating member. Temperature detecting means for detecting contact; and a backup member that opposes the temperature detecting means via the rotating member and that contacts the rotating member and stabilizes conveyance of the rotating member with respect to the temperature detecting means. It is characterized by.
本発明によれば、回転部材は回転方向のニップ部下流域でバックアップ部材が接触して回転部材を非接触の温度検出手段に対して安定して搬送するので、回転部材と非接触の温度検出手段との間隔を一定に保つことが可能となる。これにより非接触の温度検出手段により回転部材の温度を精度良く検出することができる。 According to the present invention, since the rotating member comes into contact with the backup member in the downstream area of the nip portion in the rotating direction and stably conveys the rotating member to the non-contact temperature detecting means, the temperature detecting means not contacting the rotating member. Can be kept constant. Thereby, the temperature of the rotating member can be detected with high accuracy by the non-contact temperature detecting means.
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲を以下の実施例に限定する趣旨のものではない。 Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in this embodiment should be appropriately changed according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. It is not intended that the scope of the present invention be limited to the following examples.
(1)画像形成装置例
図1は、本発明に係る加熱装置を画像加熱定着装置として搭載できるカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
(1) Example of Image Forming Apparatus FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a color image forming apparatus in which the heating apparatus according to the present invention can be mounted as an image heating and fixing apparatus.
本実施例の画像形成装置は電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。 The image forming apparatus of this embodiment is an electrophotographic tandem type full-color printer.
この画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部1Yと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部1Mと、を備えている。さらにシアン色の画像を形成する画像形成部1Cと、ブラック色の画像を形成する画像形成部1Bkと、を備えている。そして上記4つの画像形成部(画像形成ユニット)は一定の間隔をおいて一列に配置されている。 The image forming apparatus includes an image forming unit 1Y that forms a yellow image and an image forming unit 1M that forms a magenta image. Furthermore, an image forming unit 1C that forms a cyan image and an image forming unit 1Bk that forms a black image are provided. The four image forming units (image forming units) are arranged in a line at a constant interval.
各画像形成部1Y・1M・1C・1Bkには、それぞれ感光ドラム2a・2b・2c・2dが設置されている。各感光ドラム2a・2b・2c・2dの周囲には、帯電ローラ3a・3b・3c・3dと、現像装置4a・4b・4c・4dと、転写ローラ5a・5b・5c・5dと、ドラムクリーニング装置6a・6b・6c・6dがそれぞれ設置されている。そして帯電ローラ3a・3b・3c・3dと現像装置4a・4b・4c・4d間の上方には露光装置7a・7b・7c・7dがそれぞれ設置されている。各現像装置4a・4b・4c・4dには、それぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。
まず、画像形成動作開始信号(プリント開始信号)が発せられると、画像形成部1Y・1M・1C・1Bkの各感光ドラム2a・2b・2c・2dは所定のプロセススピードで回転駆動される。そして画像形成部1Y・1M・1C・1Bkの各感光ドラム2a・2b・2c・2dは、それぞれ帯電ローラ3a・3b・3c・3dによって一様に本実施の形態では負極性に帯電される。
First, when an image forming operation start signal (print start signal) is issued, the
そして、露光装置7a・7b・7c・7dは、入力されるカラー色分解された画像信号をレーザ出力部(不図示)にて光信号にそれぞれ変換する。そして変換された光信号であるレーザ光を帯電された各感光ドラム2a・2b・2c・2d上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成される。
Then, the exposure devices 7a, 7b, 7c, and 7d convert the input color-separated image signals into optical signals by a laser output unit (not shown), respectively. Then, an electrostatic latent image is formed by performing scanning exposure on each of the charged
次に、静電潜像が形成された感光ドラム2a上に、該感光ドラムの帯電極性(負極性)と同極性の現像バイアスが印加された現像装置4aによりイエローのトナーを感光体表面の帯電電位に応じて静電吸着させることで静電潜像がトナーによって顕像化される。
Next, yellow toner is charged on the surface of the photosensitive member by the developing
このイエローのトナー像は、感光ドラム2aと転写媒体としての無端ベルト状の中間転写体40が当接している1次転写部Nにおいて、1次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された転写ローラ5aによって中間転写ベルト40上に1次転写される。
This yellow toner image has a primary transfer bias (a reverse polarity (positive polarity) to the toner) at the primary transfer portion N where the photosensitive drum 2a and the endless belt-shaped
ここで、中間転写ベルト40は、駆動ローラ41と、支持ローラ42と、2次転写対向ローラ43とに張架されている。そして駆動ローラ41の駆動によって矢印方向(時計方向)に回転(移動)され、イエローのトナー像が転写された中間転写ベルト40は画像形成部1M側に回転される。
Here, the
そして、画像形成部1Mにおいても、前記同様にして感光ドラム2bに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト40上のイエローのトナー像上に重ね合わされ、1次転写部Nにて転写される。
Also in the image forming unit 1M, the magenta toner image formed on the
以下、同様にして中間転写ベルト40上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部1C・1Bkの感光ドラム2c・2dで形成されたシアン、ブラックのトナー像を各1次転写部Nにて順次重ね合わせる。これによってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト40上に形成されていく。
In the same manner, cyan and black toner images formed on the
このように中間転写ベルト40上に重畳転写されたフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト40の回転に伴い、2次転写対向ローラ43と、中間転写ベルト40と、2次転写ローラ44で形成される2次転写部Mに到達する。
The full-color toner image superimposed and transferred on the
そして、中間転写ベルト40上のフルカラーのトナー像先端が2次転写部Mに移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ46により被加熱材としての記録材(転写材)Pを2次転写部Mに搬送する。この記録材Pに、2次転写バイアス(トナーと逆極性(正極性))が印加された2次転写ローラ44によりフルカラーのトナー像が一括して2次転写される。
The recording material (transfer material) P as a heated material is transferred by the
フルカラーのトナー像が形成された記録材Pは、記録材Pの搬送方向下流側に設置された定着装置12に搬送される。そして定着ベルト20と加圧ローラ22間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像を加熱、加圧して記録材P表面に溶融定着した後に外部に排出され、画像形成装置の出力画像となる。
The recording material P on which the full-color toner image is formed is conveyed to the fixing
一方、1次転写時において、感光ドラム2a・2b・2c・2d上に残留している1次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置6a・6b・6c・6dによって除去されて回収される。また、2次転写後に中間転写ベルト40上に残った2次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置45によって除去されて、再度画像形成に使用される。
On the other hand, the primary transfer residual toner remaining on the
尚、本画像形成装置内は環境センサ50を有しており、帯電、現像、1次転写、2次転写のバイアスや定着条件は画像形成装置内の雰囲気環境(温度、湿度)に応じて変更可能な構成となっている。また環境センサ50は、記録材Pに形成されるトナー像濃度の調整のためや、最適な転写、定着条件を達成するために用いられる。
The image forming apparatus includes an
また、画像形成装置内にはメディアセンサ51を有しており、記録材Pの判別を行うことによって、転写バイアスや定着条件は記録材に応じて変更可能な構成となっている。またメディアセンサ51は、記録材Pに対する最適な転写、定着条件を達成するため用いられる。
Further, the image forming apparatus has a
(2)定着装置12
図2は本実施例の定着装置12の横断面側面模型図、図3は同装置の中間部分省略の正面模型図、図4は同装置の中間部分省略の縦断面模型図である。
(2) Fixing
2 is a cross-sectional side view of the fixing
本実施例の定着装置12は、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の加熱装置である。
The fixing
以下の説明において、長手方向とは記録材Pの搬送方向と直交する方向で、かつ記録材の面と平行な方向である。 In the following description, the longitudinal direction is a direction perpendicular to the conveyance direction of the recording material P and parallel to the surface of the recording material.
20は回転部材(第一の回転体)としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる薄層の可撓性を有する円筒状(エンドレスベルト状、スリーブ状)の部材である。
まず、定着ベルト(以下、定着フィルムと記す)20の基層20aには、SUS材を厚み50μmの円筒状に形成したエンドレスベルト(スリーブ)が用いてある。実際にはポリイミドなどの樹脂を用いることも出来るものの、ポリイミドよりもSUSやニッケルといった金属の方が10倍の熱伝導率を有するため、より高いオンデマンド性を得ることができる。従って、本実施の形態においては、定着フィルム20の基層20aには、金属であるSUSを用いている。
First, an endless belt (sleeve) in which a SUS material is formed in a cylindrical shape with a thickness of 50 μm is used for a
このSUSでできたベルト(スリーブ)状部材の上に、弾性層20bとして、これも比較的熱伝導率の高いシリコーンゴムを、厚み約300μmの層にリングコート法により形成している。本実施の形態で用いたシリコーンゴムの比熱は、約12.2×10−1J/g・℃のものが用いてある。
On the belt (sleeve) member made of SUS, a silicone rubber having a relatively high thermal conductivity is formed as an
最後に、最外層には、離形性の高いフッ素樹脂材で厚み30μmの離型層(最表面層)20cが形成してある。これにより、表面にトナーが一旦付着し、再度記録材Pに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。また、定着ベルト20の表面のフッ素樹脂層を、PFAチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
Finally, in the outermost layer, a release layer (outermost surface layer) 20c having a thickness of 30 μm is formed of a fluororesin material having high releasability. Thereby, it is possible to prevent the offset phenomenon that occurs when the toner once adheres to the surface and moves to the recording material P again. Further, when the fluororesin layer on the surface of the fixing
17は加熱体保持部材としての、半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダである。
16は加熱体(熱源)としての定着ヒータであり、ヒータホルダ17の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。
ヒータホルダ17は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成し、定着ヒータ16を保持し、定着フィルム20をガイドする役割を果たす。定着フィルム20はこのヒータホルダ17にルーズに外嵌させてある。
The
本実施例においては、ヒータホルダ17の材料として、液晶ポリマー『デュポン社のゼナイト7755(商品名)』を使用した。この液晶ポリマーの最大使用可能温度は、約270℃である。
In this embodiment, a liquid crystal polymer “DuPont Xenite 7755 (trade name)” was used as a material for the
21a・21bは規制部材としてのフランジ部材であり、定着ヒータ16及びヒータホルダ17の長手端部を挿入して組み付けてある。フランジ部材21a・21bの間隔は定着フィルム20の長手寸法よりもやや広く設定してある。これによりフランジ部材21a・21bは定着フィルム20の端部をルーズに位置決めして規制する。
定着ヒータ16と、ヒータホルダ17と、定着フィルム20と、フランジ部材21a・21bは定着フィルムユニットとして一体的に組み立ててある。そして定着ヒータ16側を下向きにしてフランジ部材21a・21bを装置フレームの奥側と手前側の側板対24a・24bに保持させている。
The fixing
22は加圧部材(第二の回転体)としての加圧ローラである。加圧ローラ22は、ステンレス製の芯金22aに、射出成形により、厚み約3mmのシリコーンゴム層(弾性層)22bを形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブ22cを被覆してなる。この加圧ローラ22は、定着ベルト20の下方で該定着ベルト20と並列に配設され、芯金22aの両端部を装置フレームの奥側と手前側の側板対24c・24dに軸受25a・25bを介して回転自由に保持させてある。
ヒータホルダ17の両端部は、加圧バネ26a・26bを含む加圧機構により片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf)の力で加圧ローラ22の軸線方向に附勢させてある。この加圧機構により定着ヒータ16の下向き面を定着フィルム20を介して加圧ローラ22の弾性層22bに該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部(以下、ニップ部と記す)Nを形成させている。ここで、WはニップNに導入される記録材Pの最大幅寸法である。加圧機構は、圧解除機構を具備し、ジャム処理時等に、加圧を解除し、記録材Pの除去が容易な構成となっている。
Both ends of the
ここで、ニップ部Nに記録材Pが導入されていない状態において、加圧ローラ22の芯金22aの一端部に設けられた駆動ギアGが駆動手段(図不示)により所定の方向に回転駆動されると、加圧ローラ22は矢印方向に所定の周速度で回転駆動する。このとき定着フィルム20は、加圧ローラ22の回転駆動に応じた摺動摩擦力をニップ部Nを介して受けることで矢印方向に従動回転する。
Here, in a state where the recording material P is not introduced into the nip portion N, the driving gear G provided at one end of the cored
定着ヒータ16は、本実施例では、アルミナの基板上に銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布し、抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータを使用している。
In this embodiment, the fixing
図5はそのようなセラミックヒータの一例の構造模型図であり、(a)は一部切欠き表面模型図、(b)は裏面模型図、(c)は拡大横断面模型図である。 FIG. 5 is a structural model diagram of an example of such a ceramic heater, where (a) is a partially cutaway surface model diagram, (b) is a back surface model diagram, and (c) is an enlarged cross-sectional model diagram.
この定着ヒータ16は、下記の(i)〜(v)を具備している。
(i):記録材Pの搬送方向と直交する方向を長手とする、基板としての横長のアルミナ基板aを有する。
(ii):上記のアルミナ基板aの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム(Ag/Pd)合金を含んだ導電ペーストの、抵抗発熱体としての抵抗発熱体層bを有する。抵抗発熱体層bは、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度に形成してある。
(iii):上記の抵抗発熱体層bに対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板aの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第1と第2の電極部c・d及び延長電路部e・fを有する。
(iv):抵抗発熱体層bと延長電路部e・fの保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着フィルム20との摺擦に耐えることが可能な、厚み10μm程度の薄肉のガラスコートgを有する。
(v):アルミナ基板aの裏面側に第二の温度検出手段としてのサブサーミスタ19を有する。
The fixing
(I): It has a horizontally long alumina substrate a as a substrate having a direction perpendicular to the conveying direction of the recording material P as a longitudinal direction.
(Ii): a conductive paste containing silver palladium (Ag / Pd) alloy, which is applied to the surface side of the above-mentioned alumina substrate a in a linear or strip shape by screen printing along the length, and generates heat when current flows. And a resistance heating element layer b as a resistance heating element. The resistance heating element layer b is formed to have a thickness of about 10 μm and a width of about 1 to 5 mm.
(Iii): First and second electrode parts c and d and an extended electric circuit part similarly formed by patterning silver paste screen printing or the like on the surface side of the alumina substrate a as a power supply pattern for the resistance heating element layer b. e · f.
(Iv): Thickness of 10 μm capable of withstanding rubbing with the fixing
(V): A
上記の定着ヒータ16は表面側を下向きに露呈させ、前述したようにヒータホルダ17に固定して支持させてある。
The fixing
サブサーミスタ19は、図5に示すように、定着ヒータ16の端部付近に配設され、定着ヒータ16の裏面に接触するよう配置されている。
As shown in FIG. 5, the sub-thermistor 19 is disposed near the end of the fixing
このサブサーミスタ19は、加熱体である定着ヒータ16の温度を検出し、定着ヒータの温度が所定温度以上にならないようにモニターする、安全装置としての役割を果たしている。
The sub-thermistor 19 serves as a safety device that detects the temperature of the fixing
また、サブサーミスタ19により、立ち上げ時の定着ヒータ16の温度のオーバーシュートや、端部の昇温をモニターする。そして、例えば端部の昇温により定着ヒータ20の端部の温度が所定の温度を超えた場合には、それ以上に端部昇温が悪化しないようにスループットを落とす等の制御を行う為の判断に用いられる。
Further, the sub-thermistor 19 monitors the overshoot of the temperature of the fixing
定着ヒータ16の第1と第2の電極部c・d側には、給電用コネクタ30が装着され、ヒータ駆動回路部28からこの給電用コネクタ30を介して第1と第2の電極部c・dに給電されることで抵抗発熱体層bが発熱し、定着ヒータ16が迅速に昇温する。
A
図2において40は入り口ガイドであり、二次転写ニップMを抜けた記録材Pが、定着ヒータ16部分における定着フィルム20と加圧ローラ22との圧接部であるニップ部Nに正確にガイドされるよう、記録材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド40は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂により形成されている。41は定着排出ローラである。
In FIG. 2,
上述のように加圧ローラ22の回転駆動に伴い、円筒状の定着フィルム20が回転され、定着ヒータ16が通電されて昇温して所定温度に立ち上げ温調されると、未定着トナー画像tを担持した記録材Pが入り口ガイド23によりニップ部Nに導入される。すると、ニップ部Nにおいて記録材Pのトナー画像担持面側が定着フィルム20の外面に密着して定着フィルムと一緒にニップ部を挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ16の熱が定着フィルム20を介して記録材Pに付与され、記録材上の未定着トナー画像tが記録材上に加熱・加圧されて溶融定着される。その後、ニップ部Nを通過した記録材Pは、定着フィルム20表面から曲率分離され、定着排出ローラ41により排出される。
As described above, when the
(3)メインサーミスタ18の説明
本実施例では、定着ヒータ16の温度を制御する手段として、上記のサブサーミスタ19の他に、第一の温度検出手段としてのメインサーミスタ18を用いている。そして、本発明の特徴の1つは、メインサーミスタ18として非接触タイプの温度検出素子を用いているところにある。
(3) Description of
図6(a)にメインサーミスタ18の斜視図を示す。
FIG. 6A shows a perspective view of the
メインサーミスタ18は、温度検知素子18−1と、ポリイミドテープ18−2と、ホルダ18−3と、リード線18−4等を有している。温度検知素子18−1の周りはポリイミドテープ18−2で覆われており、これをホルダ18−3で支えるようになっている。このホルダ18−3は温度検知素子18−1の位置を安定させる必要があるため、本実施例ではPPS樹脂材を使用し、使用温度内でも位置精度が変化しないように構成してある。温度検知素子18−1はリード端子18−1aを介してリード線18−4と結線されている。温度検知素子18−1により検出された温度は電気信号としてリード線18−4を介して制御回路部29(図5)へ送られる。
The
図7は定着フィルム20におけるメインサーミスタ18と後述のバックアップ部材32の配置形態を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an arrangement of a
メインサーミスタ18は、図2および図7に示すように、定着フィルム20の回転方向においてニップ部N下流域に定着フィルムの長手中央、若しくはその近傍に定着フィルム表面と非接触に配置されている。ヒータホルダ17の長手端部には定着フィルム22と平行な平面コ字型の固定部材35の端部が取り付けられており、この固定部材35にメインサーミスタ18のホルダ18−3(図6(a))を支持させている。すなわち、メインサーミスタ18は、ヒータホルダ17の長手端部を基準とした固定部材35にホルダ18−3を固定支持させることによって、定着フィルム20表面との距離を安定させるようにしている。
As shown in FIGS. 2 and 7, the
この非接触式のメインサーミスタ18は、温度測定対象物たる定着フィルム20に非接触であるため、定着フィルムなどの回転する部材に傷をつけないという利点がある。その反面、前述したように定着フィルム20との距離が一定に保たれていないと、その検出温度のばらつきが大きくなってしまうという難点があった。
Since this non-contact type
本実施例のようなフィルム定着装置においては、定着フィルム20自体の熱容量が若干大きいため、定着ヒータ16の温度制御(温調制御)を行うのには、定着フィルム表面の温度を測定することが良い。特に、ニップ部Nに最も近い部分、即ちニップ部下流域で温度測定を行うのが良い。このニップ部N下流域は定着フィルム20を搬送させる摺動摩擦力が開放される位置であることから、定着フィルム20の回転軌道が最も安定しない位置であり、メインサーミスタ18と定着フィルム20表面との間隔を一定に保つことが難しかった。従って、検出温度の振れも大きくなっていた。
In the film fixing apparatus as in this embodiment, the heat capacity of the fixing
そこで、メインサーミスタ18の検出温度のばらつきを最小限にするため、メインサーミスタの検出ポイントと対向する定着フィルム20の内面側にバックアップ部材32を設けている(図2および図7)。
Therefore, in order to minimize variations in the detected temperature of the
(4)バックアップ部材32の説明
図6(b)にバックアップ部材32の斜視図を示す。
(4) Description of
本実施例では、バックアップ部材32として、ヒータホルダ17と同じで耐熱・断熱性の高い液晶ポリマーにより形成された円筒状のローラ部32aと、このローラ部の両端設けられた軸32bと、を有している。ローラ部32aの寸法は長さ10mmで外径Φ6である。
In this embodiment, the
図2および図7に示すように、ヒータホルダ17は、メインサーミスタ18と対向する位置に半円形状の凹部17aを有している。バックアップ部材32のローラ部32aはその外周面がヒータホルダ17表面から突出するように凹部17aにルーズに嵌め込んである。そしてローラ部両端の軸32bは凹部17aの両側においてバックアップ部材17に設けられた軸受凹部17bに回転可能に保持されている。したがってバックアップ部材32は、ヒータホルダ17表面から突出するローラ部32aの表面が定着フィルム20に接触し、その状態に両端の軸32bを中心に回転できるようにしてある。これにより定着フィルム20の回転に伴ってバックアップ部材32は従動回転する。そして定着フィルム20はバックアップ部材32に添うように回転される。
As shown in FIGS. 2 and 7, the
このようにメインサーミスタ18と対向する位置において定着フィルム20の内周面にバックアップ部材32のローラ部32aが接触して回転するため、定着フィルムの搬送すなわち回転軌道を安定させることができる。これによりメインサーミスタ18と定着フィルム20表面との間隔を一定に保つことができる。
Thus, since the
また、バックアップ部材32に断熱性の高い材質を使うことで、定着フィルム20の熱を吸収しないようにしている。これにより定着フィルム20の温度むらによって発生する光沢むらを防止できる。
Further, the
また、バックアップ部材32の形状をローラ形状にすることで定着フィルム20の回転を阻害しないようにすると同時に、ヒータホルダ17を基準に位置出しすることにより、メインサーミスタ18との位置関係の精度を高めている。この結果、定着フィルム20表面とメインサーミスタ18との間隔・位置精度を高めることができるようになり、メインサーミスタによる定着フィルム20の検出温度の振れを防止できるようになる。
Further, by making the shape of the
この様な構成において、非接触のメインサーミスタ18とサブサーミスタ19を用いて定着フィルム20の温度制御を行う方法は次の様になる。
In such a configuration, the method for controlling the temperature of the fixing
メインサーミスタ18の検出出力は不図示のA/Dコンバータを介して制御回路部(CPU)29(図5)に取り込まれる。制御回路部29は、メインサーミスタ18とサブサーミスタ19の出力に基づいて定着ヒータ16の温調制御内容を決定し、電力供給手段としてのヒータ駆動回路部28によって定着ヒータ16への通電を制御する。
The detection output of the
通常使用においては、加圧ローラ22の回転開始とともに、定着フィルム20の従動回転が開始し、定着ヒータ16の温度の上昇とともに、定着フィルムの内面温度も上昇していく。定着ヒータ16への通電は、PID制御によりコントロールされ、定着フィルム20の表面温度、すなわち、メインサーミスタ18の検知温度が190℃になるように、入力電力が制御される。
In normal use, the rotation of the fixing
以上説明したように、本実施例の定着装置27によれば、ニップ部N下流域の定着フィルム20の挙動を抑えることが出来るため、メインサーミスタ18で検出される定着フィルムの検出温度の振れを抑えることが出来るようになる。従って、定着フィルム20表面の温度を、定着フィルム表面に傷をつけず、またトナー汚れを発生させることなく、精度良く検出できるようになる。
As described above, according to the fixing device 27 of the present embodiment, since the behavior of the fixing
これによって、これまで以上に精度良く定着ヒータ16の温度制御を行うことが出来るようになるため、安定して良好な定着画像を得ることが出来るようになる。
As a result, the temperature control of the fixing
図8は本実施例の定着装置の横断面側面模型図、図9は定着フィルムにおけるメインサーミスタとバックアップ部材の配置形態を示す斜視図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional side view of the fixing device of this embodiment, and FIG. 9 is a perspective view showing the arrangement of the main thermistor and the backup member in the fixing film.
本実施例においては、実施例1の定着装置12と同じ部材、部分には同一の符号を付して再度の説明を省略する。
In the present embodiment, the same members and portions as those of the fixing
本実施例では、記録材Pのパス(搬送路)や定着装置12の構成上、定着フィルム20表面にメインサーミスタ18を配置できない場合について説明する。
In this embodiment, the case where the
図8および図9に示すように、メインサーミスタ18は定着フィルム20の内面側に配置してある。定着フィルム20の内面側にメインサーミスタ18を配置する場合、セラミックヒータ16の抵抗発熱体層bに対する給電パターンとメインサーミスタ18間の距離を確保し、安全面での保証を行う必要がある。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
特に、金属フィルム(スリーブ)を基層とした定着フィルム20を使用する場合には、定着フィルムの内面が導電性であるため、何らかの不具合によりセラミックヒータ16が破損した場合には次のようなことが起こる可能性がある。すなわち、セラミックヒータ16の破損により1次回路側の抵抗発熱体層bから直接メインサーミスタ16に電流が流れ込み、装置自体が破壊してしまう可能性がある。
In particular, when the fixing
従って、定着フィルム20の内面に非接触のメインサーミスタ18を配置する場合には、万が一にも定着ヒータ16が破損したとしても、定着フィルム20とメインサーミスタ18間が非接触であるため、安全性が確保されるようになり非常に有効である。
Therefore, when the non-contact
メインサーミスタ18は、実施例1で説明したように、定着フィルム20との間隔を一定に保つようにする必要がある。従って、本実施例においても、定着フィルム20の回転方向においてニップ部N下流域に定着フィルムの長手中央、若しくはその近傍にメインサーミスタ18が配置される。すなわち、メインサーミスタ18はホルダ18−3がヒータホルダ17に固定支持されて温度検出素子18−1を定着フィルム内面と非接触とするように配設されている。
As described in the first embodiment, the
ヒータホルダ17の長手端部には定着フィルム22と平行な平面コ字型の固定部材36の端部が取り付けられており、この固定部材36にバックアップ部材32を回転可能に支持させている。固定部材36はメインサーミスタ18と対向する位置の両側に軸受部36aを有し、この軸受部36a間にバックアップ部材32のローラ部32aを配置して軸32bを軸受部に回転可能に支持させている。したがってバックアップ部材32は、軸受部36aから突出するローラ部32aの表面が定着フィルム20表面に接触し、その状態に両端の軸32bを中心に回転できるようにしてある。これにより定着フィルム20の回転に伴ってバックアップ部材32は従動回転する。そして定着フィルム20はバックアップ部材32に添うように回転される。すなわち、バックアップ部材32は、ヒータホルダ17の長手端部を基準とした固定部材36に固定支持されてローラ部32aを定着フィルム20表面と接触させている。これにより定着フィルム20内面とメインサーミスタ33との間に、安全性を確保できるだけのギャップ(間隔)を形成させると同時に、このギャップを安定して保てるように構成してある。
An end portion of a planar U-shaped fixing member 36 parallel to the fixing
本実施例で採用したバックアップ部材32は、基本的に実施例1で示したものと同じ材質/形状であるが、表面にトナーが付着する可能性が高いため、PFA/PTFE/ETFEなどのフッ素樹脂材で被覆しておく必要がある。実際に本実施例では、PTFE材でコートしたものを採用している。
The
また、定着フィルム20表面に接触させるため、定着フィルム20表面に傷を発生させないよう、実施例1と同様に、定着フィルム20の回転に伴って従動で回転するように構成してある。
Further, since the surface of the fixing
本実施例の定着装置では、定着フィルム20内面側のメインサーミスタ18と対向する位置において定着フィルム20の外周面にバックアップ部材32のローラ部32aが接触して回転するため、定着フィルムの搬送すなわち回転軌道を安定させることができる。これによりメインサーミスタ18と定着フィルム20内面との間隔を一定に保つことができる。よって、実施例1で示した定着器と同様に、非接触のメインサーミスタ18を使用して精度良く定着フィルム20の温度検知が出来るようになる。従って、これにより先に述べたような定着傷及びトナー汚れなどの問題がなく、常に安定した定着を行うことが可能となる。
In the fixing device of this embodiment, since the
[その他]
1)各実施例においてバックアップ部材32は、長さ10mmのローラ部32aを定着フィルム20の内面に当接させているが、これに限られず、定着フィルムの長手全域にわたって当接させるようなものであってもよい。
[Other]
1) In each embodiment, the
2)加熱体はセラミックヒータに限られず、磁性体コア、および該磁性体コアに巻回させた励磁コイル等を備える電磁誘導加熱体を用いることができる。 2) The heating body is not limited to a ceramic heater, and an electromagnetic induction heating body including a magnetic core and an exciting coil wound around the magnetic core can be used.
3)本発明の加熱装置は、実施例の画像加熱定着装置に限られず、画像を担持した被記録材を加熱して、つや等の表面性を改質する像加熱装置、仮定着する像加熱装置として利用できる。その他、被加熱部材の加熱乾燥装置、加熱ラミネート装置、加熱加圧しわ取り装置など広く被加熱材を加熱処理する手段・装置として利用できる。 3) The heating device of the present invention is not limited to the image heating and fixing device of the embodiment, but an image heating device that heats a recording material carrying an image to improve surface properties such as gloss, and image heating that is supposed to be worn Can be used as a device. In addition, it can be widely used as a means / device for heat-treating a material to be heated, such as a heating / drying device, a heating laminating device, and a heating / pressurizing wrinkle removing device.
12‥‥定着装置
16‥‥セラミックヒータ
17‥‥ヒータホルダ
18‥‥メインサーミスタ
19‥‥サブサーミスタ
20‥‥定着フィルム
22‥‥加圧ローラ
29‥‥制御回路部(CPU)
32‥‥バックアップ部材
P‥‥記録材
12. Fixing
32 ... Backup material P ... Recording material
Claims (6)
前記回転部材の回転方向において前記ニップ部の下流域に、前記加熱体の制御を行うために前記回転部材の温度を非接触に検出する温度検出手段と、前記温度検出手段と前記回転部材を介して対向し、前記回転部材と接触して前記温度検出手段に対する前記回転部材の搬送を安定させるバックアップ部材と、を有することを特徴とする加熱装置。 A rotating member; a heating member that heats the rotating member; and a pressure member that forms a nip portion across the heating member and the rotating member, while conveying and sandwiching the material to be heated in the nip portion. In a heating device for heating,
A temperature detecting means for detecting the temperature of the rotating member in a non-contact manner in order to control the heating body in the downstream area of the nip portion in the rotation direction of the rotating member, and via the temperature detecting means and the rotating member And a backup member that contacts the rotating member and stabilizes the conveyance of the rotating member with respect to the temperature detecting means.
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