JP2007127732A - Heater, fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒータ、定着装置、および画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a heater, a fixing device, and an image forming apparatus.
電子写真方式を採用するプリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置には、トナーにより形成されたトナー像を未定着状態で担持する紙等の記録媒体を加熱および加圧することにより、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着装置が備えられている(例えば、特許文献1参照。)。
例えば、特許文献1にかかる定着装置は、互いに圧接回転する1対のローラと、この1対のローラのうちの一方のローラを加熱するヒータとを有している。このような1対のローラ同士の圧接により形成されたニップに、記録媒体を通紙することにより、前記記録媒体を加熱および加圧して、前記記録媒体上に形成されたトナー像を前記記録媒体に定着させる。
In an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, or a facsimile that employs an electrophotographic system, a recording medium such as paper that carries a toner image formed with toner in an unfixed state is heated and pressurized to thereby form the toner image. Is fixed to the recording medium (see, for example, Patent Document 1).
For example, the fixing device according to Patent Document 1 includes a pair of rollers that are pressed against each other and a heater that heats one of the pair of rollers. The recording medium is heated and pressurized by passing the recording medium through the nip formed by the pressure contact between the pair of rollers, and the toner image formed on the recording medium is transferred to the recording medium. To settle.
また、特許文献1では、ヒータが、発熱に必要な抵抗値および発熱量を確保するために直線状または螺旋状をなすニッケル線やニクロム線で構成された発熱体と、これを支持する熱絶縁体や熱伝導体とを有している。このようなヒータは、発熱体自体の剛性が低いが、発熱体が熱絶縁体や熱導電体によって支持されているので、ヒータ全体に必要な剛性を確保することができる。
しかしながら、前述したような特許文献1にかかるヒータは、発熱体を別部材で支持しなければならず、ヒータ全体の熱容量が大きくなってしまう。そのため、ヒータからローラへの熱伝導効率が低下し、その結果、消費電力の増大や、ウォーミングアップ時間の長時間化を招いてしまう。
Further, in Patent Document 1, a heater includes a heating element composed of a linear or spiral nickel wire or nichrome wire to ensure a resistance value and a calorific value necessary for heat generation, and thermal insulation that supports the heating element. Body and heat conductor. Such a heater has low rigidity of the heating element itself, but since the heating element is supported by a thermal insulator or a thermal conductor, the rigidity required for the entire heater can be ensured.
However, in the heater according to Patent Document 1 as described above, the heating element must be supported by a separate member, and the heat capacity of the entire heater is increased. For this reason, the efficiency of heat conduction from the heater to the roller decreases, resulting in an increase in power consumption and a longer warm-up time.
本発明の目的は、ヒータに必要な剛性を確保しつつ、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができるヒータ、また、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる定着装置、さらに、この定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。 An object of the present invention is to reduce the heat capacity of the heater by reducing the heat capacity of the entire heater while ensuring the rigidity required for the heater, and to reduce the warm-up time with low power consumption. Another object of the present invention is to provide a fixing device that can perform the above-described processing, and an image forming apparatus including the fixing device.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のヒータは、通電により発熱する帯状または板状をなす発熱体と、
前記発熱体上に形成された絶縁層とを有し、
前記発熱体は、前記絶縁層を介して複数積層されてなることを特徴とする。
これにより、発熱体を別部材で支持することなく、ヒータ全体に必要な剛性を得ることができる。また、発熱体を別部材で支持する必要がないので、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The heater of the present invention comprises a heating element that forms a belt or plate that generates heat when energized,
An insulating layer formed on the heating element,
A plurality of the heating elements are laminated via the insulating layer.
Thereby, the rigidity required for the whole heater can be obtained, without supporting a heat generating body with another member. Moreover, since it is not necessary to support a heat generating body with another member, the heat capacity of the whole heater can be reduced and power consumption can be reduced.
本発明のヒータでは、前記複数の発熱体は、直列に接続されていることが好ましい。
これにより、発熱体に必要な抵抗値を確保しつつ、発熱体の横断面積を大きくして、ヒータ全体に必要な剛性を得ることができる。
本発明のヒータでは、複数の前記発熱体は、一体的に形成された1つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されていることが好ましい。
これにより、高価な成膜装置を用いることなく、積層構造をなすヒータを得ることができる。その結果、ヒータの低コスト化を図ることができる。
In the heater of the present invention, it is preferable that the plurality of heating elements are connected in series.
As a result, it is possible to increase the cross-sectional area of the heating element and obtain the necessary rigidity for the entire heater while ensuring the resistance value necessary for the heating element.
In the heater according to the present invention, it is preferable that the plurality of heating elements are constituted by one integrally formed belt-like member and are laminated so that the belt-like member is folded.
Thereby, a heater having a laminated structure can be obtained without using an expensive film forming apparatus. As a result, the cost of the heater can be reduced.
本発明のヒータでは、前記帯状部材は、Fe−Cr−Al系合金を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、より確実に、ヒータに必要な剛性を確保しつつ、ヒータ全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
本発明のヒータでは、前記絶縁層は、Al2O3を主材料として構成されていることが好ましい。
これにより、基材を熱処理するだけで、比較的簡単に絶縁層を形成することができる。
In the heater according to the present invention, it is preferable that the belt-shaped member is composed of an Fe—Cr—Al alloy as a main material.
Thereby, the heat capacity of the whole heater can be reduced and the power consumption can be reduced while ensuring the rigidity necessary for the heater more reliably.
In the heater of the present invention, it is preferable that the insulating layer is composed of Al 2 O 3 as a main material.
Thereby, an insulating layer can be formed comparatively easily only by heat-processing a base material.
本発明のヒータでは、複数の前記発熱体は、ローラの表面の近傍に配置され、前記ローラを加熱するものであることが好ましい。
これにより、ローラを迅速に加熱することができる。
本発明のヒータでは、各前記発熱体は、前記ローラの周面に沿うように湾曲していることが好ましい。
これにより、ヒータとローラとの接触面積を増大させて、ヒータからローラへの熱伝導効率をより向上させることができる。
In the heater of the present invention, it is preferable that the plurality of heating elements are arranged in the vicinity of the surface of the roller and heat the roller.
Thereby, a roller can be heated rapidly.
In the heater of the present invention, it is preferable that each of the heating elements is curved so as to follow the peripheral surface of the roller.
Thereby, the contact area of a heater and a roller can be increased, and the heat transfer efficiency from a heater to a roller can be improved more.
本発明の定着装置は、本発明のヒータを備え、該ヒータからの熱により、未定着像を担持する記録媒体を加熱することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
本発明の定着装置では、互いに圧接しながら回転する1対のローラを備え、前記ヒータは、前記1対のローラのうちの少なくとも一方のローラを加熱するよう配設されており、前記1対のローラの間に前記記録媒体を通過させて加熱および加圧することにより、前記定着を行うことが好ましい。
これにより、定着装置を比較的簡単かつ耐久性の高い構成としつつ、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
A fixing device of the present invention includes the heater of the present invention, and heats a recording medium carrying an unfixed image by heat from the heater, thereby fixing the unfixed image on the recording medium. To do.
Thereby, the warm-up time can be shortened with low power consumption.
The fixing device according to the present invention includes a pair of rollers that rotate while being pressed against each other, and the heater is arranged to heat at least one of the pair of rollers, and the pair of rollers. The fixing is preferably performed by passing the recording medium between rollers and heating and pressing.
As a result, it is possible to shorten the warm-up time with low power consumption while making the fixing device relatively simple and highly durable.
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの軸線方向に沿って延在していることが好ましい。
これにより、ローラをその軸線方向(長手方向)の全域に亘って加熱することができる。
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの内周面に接触するように配置され、前記ローラの回転により前記ローラの内周面と摺接することが好ましい。
これにより、ローラがヒータにより直接的に加熱されるので、ローラを極めて迅速に所望の温度に昇温させることができる。その結果、ウォーミングアップ時間をより短縮することができる。特に、本発明のヒータは発熱体を別部材で覆わずに直接的にローラに接触させることができるので、ヒータからローラへの熱伝導効率が極めて高いものとなる。
In the fixing device according to the aspect of the invention, it is preferable that the heater extends along the axial direction of the roller.
Thereby, a roller can be heated over the whole region of the axial direction (longitudinal direction).
In the fixing device according to the aspect of the invention, it is preferable that the heater is disposed so as to be in contact with the inner peripheral surface of the roller and is in sliding contact with the inner peripheral surface of the roller by the rotation of the roller.
Thereby, since the roller is directly heated by the heater, the temperature of the roller can be raised to a desired temperature very quickly. As a result, the warm-up time can be further shortened. In particular, since the heater of the present invention can directly contact the roller without covering the heating element with another member, the heat conduction efficiency from the heater to the roller is extremely high.
本発明の定着装置では、前記ヒータは、少なくとも前記ローラの内周面と摺接する部位に、摺動性向上のための被覆層が施されていることが好ましい。
これにより、ヒータをローラに接触させる構成としても、ヒータの耐久性の向上を図ることができる。特に、ローラの内周面ではなく、ヒータの接触部位にコーティングを行うため、比較的簡単に、ヒータの耐久性の向上を図ることができる。
In the fixing device according to the aspect of the invention, it is preferable that the heater is provided with a coating layer for improving the slidability at least in a portion in sliding contact with the inner peripheral surface of the roller.
Thereby, even if it is the structure which makes a heater contact a roller, the improvement of durability of a heater can be aimed at. In particular, since the coating is performed not on the inner peripheral surface of the roller but on the contact portion of the heater, the durability of the heater can be improved relatively easily.
本発明の定着装置では、前記ヒータは、前記ローラの内周面に沿うように湾曲していることが好ましい。
これにより、ヒータとローラとの接触面積を増大させて、ヒータからローラへの熱伝導効率をより向上させることができる。
本発明の画像形成装置は、帯電・露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスにより、画像を記録媒体に形成する画像形成装置であって、
本発明の定着装置を備えることを特徴とする。
これにより、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
In the fixing device according to the aspect of the invention, it is preferable that the heater is curved along the inner peripheral surface of the roller.
Thereby, the contact area of a heater and a roller can be increased, and the heat transfer efficiency from a heater to a roller can be improved more.
The image forming apparatus of the present invention is an image forming apparatus that forms an image on a recording medium by a series of image forming processes including charging, exposure, development, transfer, and fixing.
The fixing device according to the present invention is provided.
Thereby, the warm-up time can be shortened with low power consumption.
以下、本発明のヒータ、定着装置、および画像形成装置の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
<画像形成装置>
まず、本発明の画像形成装置、すなわち本発明の定着装置を備える画像形成装置を簡単に説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of a heater, a fixing device, and an image forming apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<Image forming apparatus>
First, the image forming apparatus of the present invention, that is, the image forming apparatus provided with the fixing device of the present invention will be briefly described.
図1は、本発明にかかる画像形成装置の1実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。
図1に示す本実施形態の画像形成装置10は、主として露光・現像・転写・定着を含む一連の画像形成プロセスによって画像を記録媒体に記録するものである。このような画像形成装置10は、図1に示すように、静電的な潜像を担持し図示矢印方向に回転する感光体20を有し、その回転方向に沿って順次、帯電ユニット30、露光ユニット40、現像ユニット50、一次転写ユニット60、クリーニングユニット75が配設されている。また、画像形成装置10は、図1にて下部に、紙などの記録媒体Pを収容する給紙トレイ82が設けられ、その給紙トレイ82に対して記録媒体Pの搬送方向下流に、二次転写ユニット80、定着装置90が記録媒体Pの搬送方向に沿って順次配設されている。また、画像形成装置10には、記録媒体の両面に画像を形成する場合に、定着装置90によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを表裏反転させて二次転写ユニット80へ帰還させるための搬送部88が設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention.
An
感光体20は、円筒状の導電性基材(図示せず)と、その外周面に形成された感光層(図示せず)とを有し、その軸線まわりに図1中矢印方向に回転可能となっている。
帯電ユニット30は、コロナ帯電などにより感光体20の表面を一様に帯電するための装置である。
露光ユニット40は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受けこれに応じて、一様に帯電された感光体20上に、レーザを照射することによって、静電的な潜像を形成する装置である。
The
The
The
現像ユニット50は、ブラック現像装置51と、マゼンタ現像装置52と、シアン現像装置53と、イエロー現像装置54との4つの現像装置を有し、これらの現像装置を感光体20上の潜像に対応して選択的に用いて、前記潜像をトナー像として可視化する装置である。ブラック現像装置51はブラック(K)トナー、マゼンタ現像装置52はマゼンタ(M)トナー、シアン現像装置53はシアン(C)トナー、イエロー現像装置54はイエロー(Y)トナーを用いて現像を行う。
The developing
本実施形態におけるYMCK現像ユニット50は、前述の4つの現像装置51、52、53、54を選択的に感光体20に対向するように、回転可能となっている。具体的には、このYMCK現像ユニット50は、軸50aを中心として回転可能な保持体55の4つの保持部55a、55b、55c、55dにそれぞれ4つの現像装置51、52、53、54が保持されており、保持体55の回転により、4つの現像装置51、52、53、54が相対位置関係を維持したまま、感光体20に選択的に対向するようになっている。
The
中間転写体61は、エンドレスベルト状の中間転写ベルト70を有し、この中間転写ベルト70は、一次転写ローラ60、従動ローラ72、駆動ローラ71で張架されており、駆動ローラ71の回転により、図1に示す矢印方向に、感光体20とほぼ同じ周速度にて回転駆動される。
一次転写ローラ60は、感光体20に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト70に転写するための装置である。
The
The
中間転写ベルト70上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも1色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの4色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。本実施形態では、駆動ローラ71が、後述する二次転写ローラ80のバックアップローラとしても機能する。また、一次転写ローラ60、駆動ローラ71、従動ローラ72は、基体73によって支持されている。
On the
二次転写ローラ80は、中間転写ベルト70上に形成された単色やフルカラーなどのトナー像を、紙、フィルム、布等の記録媒体Pに転写するための装置である。
定着装置90は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体Pを加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体Pに融着させて永久像として定着させるための装置である。この定着装置90は、本発明のローラユニットを備えるものである。なお、定着装置90については、後に詳述する。
The
The fixing
クリーニングユニット75は、一次転写ローラ60と帯電ユニット30との間で感光体20の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード76を有し、一次転写ローラ60によって中間転写ベルト70上にトナー像が転写された後に、感光体20上に残存するトナーをクリーニングブレード76により掻き落として除去するための装置である。
搬送部88は、定着装置90によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを挟持搬送する搬送ローラ対88A、88Bと、搬送ローラ対88A、88Bによって搬送される記録媒体Pを表裏反転しつつレジローラ86へ向け案内する搬送路88Cとを備えている。これにより、記録媒体の両面に画像形成する場合に、定着装置90によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを表裏反転して二次転写ローラ80へ帰還させる。
The
The
次に、このように構成された画像形成装置10の動作を説明する。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体20、現像ユニット50に設けられた現像ローラ(図示せず)、および中間転写ベルト70が回転を開始する。そして、感光体20は、回転しながら、帯電ユニット30により順次帯電される。
感光体20の帯電された領域は、感光体20の回転に伴って露光位置に至り、露光ユニット40によって、第1色目、例えばイエローYの画像情報に応じた潜像が前記領域に形成される。
Next, the operation of the
First, in response to a command from a host computer (not shown), the
The charged area of the
感光体20上に形成された潜像は、感光体20の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置54によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体20上にイエロートナー像が形成される。このとき、YMCK現像ユニット50は、イエロー現像装置54が、前記現像位置にて感光体20と対向している。
感光体20上に形成されたイエロートナー像は、感光体20の回転に伴って一次転写位置(すなわち、感光体20と一次転写ローラ60との対向部)に至り、一次転写ローラ60によって、中間転写ベルト70に転写(一次転写)される。このとき、一次転写ローラ60には、トナーの帯電極性とは逆の極性の一次転写電圧(一次転写バイアス)が印加される。なお、この間、二次転写ローラ80は、中間転写ベルト70から離間している。
The latent image formed on the
The yellow toner image formed on the
前述の処理と同様の処理が、第2色目、第3色目および第4色目について繰り返して実行されることにより、各画像信号に対応した各色のトナー像が、中間転写ベルト70に重なり合って転写される。これにより、中間転写ベルト70上にはフルカラートナー像が形成される。
一方、記録媒体Pは、給紙トレイ82から、給紙ローラ84、レジローラ86によって二次転写ローラ80へ搬送される。
The same processing as described above is repeatedly executed for the second color, the third color, and the fourth color, so that the toner images of the respective colors corresponding to the respective image signals are transferred onto the
On the other hand, the recording medium P is conveyed from the
中間転写ベルト70上に形成されたフルカラートナー像は、中間転写ベルト70の回転に伴って二次転写位置(すなわち、二次転写ローラ80と駆動ローラ71との対向部)に至り、二次転写ローラ80によって記録媒体Pに転写(二次転写)される。このとき、二次転写ローラ80は中間転写ベルト70に押圧されるとともに二次転写電圧(二次転写バイアス)が印加される。
The full-color toner image formed on the
記録媒体Pに転写されたフルカラートナー像は、定着装置90によって加熱および加圧されて記録媒体Pに融着される。その後、記録媒体Pは、排紙ローラ対87によって画像形成装置10の外部へ排出される。
一方、感光体20は一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット75のクリーニングブレード76によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット75内の残存トナー回収部に回収される。
The full-color toner image transferred to the recording medium P is heated and pressurized by the fixing
On the other hand, after the primary transfer position has elapsed, the toner adhering to the surface of the
記録媒体の両面に画像形成する場合には、定着装置90によって一方の面に定着処理された記録媒体Pを一旦排紙ローラ対87により挟持した後に、排紙ローラ対87を反転駆動するとともに、搬送ローラ対88A、88Bを駆動して、当該記録媒体Pを搬送路88Cを通じて表裏反転して二次転写ローラ80へ帰還させ、前述と同様の動作により、記録媒体Pの他方の面に画像を形成する。
In the case of forming an image on both sides of the recording medium, the recording medium P fixed on one side by the fixing
<定着装置>
ここで、本発明のローラユニットを備える定着装置90を図2ないし図4に基づいて詳細に説明する。
図2は、定着装置90の好適な実施形態を示す模式的断面図、図3は、図2におけるA−A線断面図、図4は、図2および図3に示す定着装置に備えられたヒータの拡大横断面図、図5は、図2および図3に示す定着装置に備えられたヒータの拡大縦断面図である。
<Fixing device>
Here, the fixing
2 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment of the fixing
定着装置90は、図2に示すように、互いに圧接回転する1対のローラである定着ローラ91および加圧ローラ92と、定着ローラ91を加熱するヒータ93と、定着ローラ91の温度を検知するための温度検知体94とを有している。
この定着装置90は、定着ローラ91および加圧ローラ92の圧接により形成されるニップ部Nに対し、図2にて下方から、未定着像を担持する記録媒体がニップ部Nへ搬送され、前記記録媒体を加熱および加圧することにより、前記未定着像を前記記録媒体に定着させる。本実施形態では、ニップ部Nに搬送される記録媒体は定着ローラ91側に未定着像を担持している。
As shown in FIG. 2, the fixing
In the fixing
定着ローラ91は、円筒状をなし、その軸線まわりに回転可能に設けられた回転体である。
また、定着ローラ91は、図2および図3に示すように、円柱状をなす金属製の基部(芯金)91Aと、基部91Aの外周面を覆う弾性層91Bと、弾性層91Bの外周面を覆う離型層(図示せず)とを有している。
The fixing
2 and 3, the fixing
基部91Aは、円筒状をなし、例えば鉄やアルミニウム合金などの金属で構成されている。
このような基部91Aの厚さは、特に限定されないが、基部91Aに必要な強度を確保しつつ、熱容量をできるだけ小さくすることが好ましい。具体的には、基部91Aの厚さは、基部91Aの構成材料などによっても異なるが、0.1〜3mmであるのが好ましく、0.2〜1mmであるのがより好ましい。これにより、定着ローラ91の耐久性を優れたものとしつつ、ウォーミングアップ時間をより確実に短縮することができる。
このような基部91Aの両端部のそれぞれには、円筒状のフランジ96が嵌入されている。これにより、基部91Aが肉薄であっても基部91Aに必要な剛性を確保しつつ、基部91Aを軸受97を介して回転自在に支持することができる。
一方、基部91Aの外周面には、これを覆うように弾性層91Bが形成されている。
The
The thickness of the
On the other hand, an
弾性層91Bの構成材料としては、特に限定されないが、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムのような各種ゴム材料(特に加硫処理したもの)や、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、弾性層91Bの構成材料としては、例えば、Siゴム、EPDM、フッ素ゴムなどを好適に用いることができる。
The constituent material of the
また、弾性層91Bの厚さは、後述する加圧ローラ91の弾性層92Bの厚さより小さいのが好ましい。より具体的には、弾性層91Bの厚さとしては、特に限定されないが、例えば、0.1〜3mmであるのが好ましく、0.5〜1.5mmであるのがより好ましい。これにより、図2に示すように、加圧ローラ92側が凹湾曲面をなすようなニップ部Nを確実に形成しつつ、定着ローラ91の外表面と記録媒体上のトナー像との密着性を向上させて、良好な定着性を実現することができる。
このような弾性層91Bの外周面を覆うように離型層(図示せず)が形成されている。
この離型層の厚さは、10〜80μmであるのが好ましく、20〜50μmであるのがより好ましい。これにより、離型層に必要な強度を保ちつつ、弾性層91Bの弾性を十分に発揮させることができる。
The thickness of the
A release layer (not shown) is formed so as to cover the outer peripheral surface of the
The thickness of the release layer is preferably 10 to 80 μm, and more preferably 20 to 50 μm. Thereby, the elasticity of the
また、離型層の構成材料としては、例えば、PTFE、PFAなどを好適に用いることができる。
以上のような定着ローラ91の内部空間には、定着ローラ91の内周面(すなわち基部91Aの内周面)に摺動可能にヒータ93が固定配置されている。なお、ヒータ93については、後に詳述する。
Moreover, as a constituent material of the release layer, for example, PTFE, PFA, and the like can be suitably used.
In the inner space of the fixing
一方、定着ローラ91の外周面には、定着ローラ91の温度を検知するためのサーミスタなどの温度検知体94が接触または近接して設けられている。このような温度検知体94によって検知された温度に基づき、通電回路95により、定着ローラ91の外表面が目標温度となるように、前述したヒータ93の駆動が制御される。
加圧ローラ92は、円筒状または円柱状をなし、その軸線まわりに回転可能となっているとともに、前述したような定着ローラ91に圧接している。
On the other hand, a
The
また、加圧ローラ92は、図2および図3に示すように、円柱状をなす金属製の基部(芯金)92Aと、基部92Aの外周面を覆う弾性層92Bと、弾性層92Bの外周面を覆う離型層92Cとを有している。
弾性層92Bの構成材料としては、例えば、Siゴム、EPDM、フッ素ゴムなどを好適に用いることができる。
2 and 3, the
As a constituent material of the
また、弾性層92Bの厚さは、0.3〜10mmであるのが好ましく、0.6〜8mmであるのがより好ましい。これにより、弾性層92Bの耐久性を優れたものとしつつ、ニップ部Nの幅を十分なものとすることができる。
また、離型層92Cの厚さは、10〜80μmであるのが好ましく、20〜50μmであるのがより好ましい。これにより、離型層92Cに必要な強度を保ちつつ、弾性層92Bの弾性を十分に発揮させることができる。
また、離型層92Cの構成材料としては、例えば、PTFE、PFAなどを好適に用いることができる。
Further, the thickness of the
In addition, the thickness of the
Moreover, as a constituent material of the
<ヒータ>
ここで、ヒータ93を詳細に説明する。
ヒータ93は、図4および図5に示すように、帯状または板状をなす複数の発熱体93Aと、この発熱体93A上に形成された絶縁層93Bを有し、発熱体93Aが絶縁層93Bを介して複数積層されてなる。これにより、発熱体93Aを別部材で支持することなく、ヒータ93全体に必要な剛性を得ることができる。また、発熱体93Aを別部材で支持する必要がないので、ヒータ93全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
<Heater>
Here, the
As shown in FIGS. 4 and 5, the
このようなヒータ93では、1つの層を構成する発熱体93Aと、その両側に形成された2つの絶縁層93Bとが組となって一体的に形成(接合)されており、各組は接着層93Cを介して接合されている。また、ヒータ93の定着ローラ91の基部91Aの内周面91A1と接触する側の面には、摩擦抵抗を低減するための被覆層(コーティング)93Dが形成されている。
In such a
以下、ヒータ93を構成する各部を順次詳細に説明する。
複数の発熱体93Aは、図5に示すように、一体的に形成された1つの帯状部材で構成され、この帯状部材を折り畳むようにして積層されている。これにより、高価な成膜装置を用いることなく、積層構造をなすヒータ93を得ることができる。その結果、ヒータ93の低コスト化を図ることができる。
Hereinafter, each part which comprises the
As shown in FIG. 5, the plurality of
発熱体93A(帯状部材)の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、インジウムティンオキサイド(ITO)、カーボン系材料、チタン酸バリウム系セラミック(BaTiO3)、Fe−Cr−Al(Fe−Cr−Al合金)、Ni−Cr(Ni−Cr合金)等が挙げられる。
これらの中でも、発熱体93Aの構成材料としては、Fe−Cr−Alが好ましい。すなわち、発熱体93Aは、Fe−Cr−Alを主材料として構成されているのが好ましい。これにより、より確実に、ヒータ93に必要な剛性を確保しつつ、ヒータ93全体の熱容量を低減して、消費電力を低減することができる。
この場合、絶縁層93Bは、Al2O3を主材料として構成されているのが好ましい。これにより、発熱体93Aを構成する帯状部材を熱処理するだけで、比較的簡単に絶縁層93Bを形成することができる。
The constituent material of the
Among these, Fe—Cr—Al is preferable as a constituent material of the
In this case, the insulating
例えば、Al2O3を主材料として構成された絶縁層93Bを形成するに際しては、Fe−Cr−Alを主材料として構成された帯状部材を大気中で1000℃で2時間熱処理することにより、前記帯状部材の表面にAl2O3を析出させて、絶縁層93Bを形成する。このとき、前述した熱処理により、帯状部材の外表面全域にAl2O3の層が形成されるが、この層のうち、発熱体93Aへの通電に必要な部分を除去する。その後、帯状部材を折り畳むようにして、ヒータ93を得ることができる。
For example, when forming the insulating
また、発熱体93Aの構成材料として、ITO、カーボン系材料、BaTiO3等、自己温度調節機能(PTC)を有する材料を用いると、例えばサーモスタット等の温度制御装置等を介することなく温度調節が可能である。また、温度制御装置を省略することができ、よって、定着装置90の小型化、省電力化を図ることが可能になる。
また、自己温度調節機能を有する材料は、電圧を印加すると、ジュール熱により、当該材料自体の温度が上昇するが、一旦所定温度に到達すると電気抵抗が急激に高くなり、すなわち、電流が抑えられ、前記所定温度を維持することができる。このように、自己温度調節機能を有する材料は、所定温度以上に発熱することが防止され、安全性にも優れている。
In addition, when a material having a self-temperature adjusting function (PTC) such as ITO, carbon-based material, BaTiO 3 or the like is used as a constituent material of the
In addition, when a voltage is applied to a material having a self-temperature adjusting function, the temperature of the material itself rises due to Joule heat, but once the temperature reaches a predetermined temperature, the electrical resistance increases rapidly, that is, the current is suppressed. The predetermined temperature can be maintained. Thus, the material having the self-temperature adjusting function is prevented from generating heat above a predetermined temperature, and is excellent in safety.
また、発熱体93Aの厚さは、発熱体93Aの構成材料や発熱体93Aに必要な発熱量などによって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、0.01〜500μmであるのが好ましく、1〜100μmであるのがより好ましく、20〜70μmであるのがさらに好ましい。
また、発熱体93Aの幅は、発熱体93Aの構成材料や発熱体93Aに必要な発熱量などによって適宜選択され、特に限定されないが、例えば、1〜100mmであるのが好ましく、5〜50mmであるのがより好ましく、5〜30mmであるのがさらに好ましい。
The thickness of the
The width of the
このような発熱体93Aを構成する帯状部材の外表面に、絶縁層93Bが形成されている。
絶縁層93Bの構成材料としては、前述したようなAl2O3のほか、発熱体93Aの発熱に耐え得るとともに絶縁性を有していれば、特に限定されず、各種無機材料や各種有機材料を用いることができる。
An insulating
The constituent material of the insulating
また、絶縁層93Bの形成方法としては、例えば、スプレー熱分解法、スパッタリング、ディッピング法等を用いることもできる。
なお、絶縁層93Bは、隣接する2つの層の発熱体93A同士の短絡や、発熱体93Aと定着ローラ91の基部91Aとの接触を防止することができれば、発熱体93Aの全体を覆っていなくてもよい。
Further, as a method for forming the insulating
The insulating
接着層93Cの構成材料は、発熱体93Aの発熱に耐え得るとともに前述したような積層構造を保持することができるものであれば、特に限定されないが、セラミックス系接着剤やガラス系接着剤を好適に用いることができる。このような接着剤を用いると、ヒータ93の熱容量の増大を抑制しつつ、前述したような積層構造を簡単に製造することができる。
なお、接着層93Cがなくても前述した積層構造を保持できる場合には、接着層93Cは、省略してもよい。また、絶縁層93Bが接着層を兼ねていてもよい。
The constituent material of the
Note that the
前述したようなヒータ93において、図5に示すように、複数の発熱体93Aを構成する帯状部材は、その両端に通電回路95が接続されていて、電圧が印加される。すなわち、複数の発熱体93Aは、直列に接続されている。これにより、発熱体93Aに必要な抵抗値を確保しつつ、発熱体93Aの横断面積を大きくして、ヒータ93全体に必要な剛性を得ることができる。
In the
被覆層93Dは、定着ローラ91の内表面に最も近い層(図4および図5にて最下層)の絶縁層93Bの表面に形成されている。すなわち、ヒータ93は、少なくとも定着ローラ91の内周面と摺接する部位に、摺動性向上のための被覆層93D(コーティング)が施されている。これにより、ヒータ93を定着ローラ91に接触させる構成としても、ヒータ93の耐久性の向上を図ることができる。特に、定着ローラ91の内周面ではなく、ヒータ93の接触部位にコーティングを行うため、比較的簡単に、ヒータ93の耐久性の向上を図ることができる。
The
被覆層93Dの構成材料としては、前述した機能を発揮することができるものであれば、特に限定されないが、耐熱性、摺動性、熱伝導性などの特性に優れたものを好適に用いることができる。例えば、被覆層93Dの構成材料としては、窒化ホウ素、ウンモ、アルミナなどを用いることができ、前述した特性から、特に、窒化ホウ素が好ましい。
なお、被覆層93Dを省略してもよい。また、定着ローラ91の内周面に摺動性向上のための処理を施してもよい。
以上説明したようなヒータ93は、定着ローラ91の軸線方向に沿って延びている。これにより、定着ローラ91をその軸線方向(長手方向)の全域に亘って加熱することができる。
The constituent material of the
The
The
また、ヒータ93は、定着ローラ91の内周面に接触するように配置され、定着ローラ91の回転により定着ローラ91の内周面と摺接するので、定着ローラ91がヒータ93により直接的に加熱されるので、定着ローラ91を極めて迅速に所望の温度に昇温させることができる。その結果、ウォーミングアップ時間をより短縮することができる。特に、本発明のヒータ93は発熱体93Aを別部材で覆わずに直接的に定着ローラ91に接触させることができるので、ヒータ93から定着ローラ91への熱伝導効率が極めて高いものとなる。
The
また、ヒータ93は、図4に示すように、その幅方向にニップ部N側を凸とするように湾曲している。すなわち、ヒータ93は、定着ローラ91の内周面に沿うように湾曲している。これにより、ヒータ93と定着ローラ91との接触面積を増大させて、ヒータ93から定着ローラ91への熱伝導効率をより向上させることができる。
この場合、ヒータ93の湾曲面の曲率半径は、定着ローラ91の内周面の曲率半径とほぼ同等か、または、定着ローラ91の内周面の曲率半径よりも若干小さいのが好ましい。より具体的には、ヒータ93の湾曲面の曲率半径をAとし、定着ローラ91の内周面の曲率半径をBとしたときに、A/Bは、0.9〜1.1であるのが好ましく、0.9〜1.0であるのがより好ましい。これにより、ヒータ93と定着ローラ91との接触面積を増大させるとともに、別途ヒータ93を加工することなくヒータ93の角部と定着ローラ91との接触による損傷を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 4, the
In this case, the radius of curvature of the curved surface of the
以上説明したようなヒータ93を備える定着装置90や画像形成装置10においては、低消費電力で、ウォーミングアップ時間の短縮化を図ることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の画像形成装置を構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加することもできる。
In the fixing
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to this.
For example, each unit constituting the image forming apparatus of the present invention can be replaced with any one that exhibits the same function, or other configurations can be added.
例えば、前述した実施形態では、複数の発熱体93Aが1つの帯状部材で構成されているものについて説明したが、各層の発熱体93Aが別部材で構成されていてもよい。この場合、ヒータ93の長手方向での端部で発熱体93A同士を電気的に接続する。また、発熱体93Aの構成材料、積層数、抵抗値などによっては、複数の発熱体93Aを並列に接続するように構成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the description has been given of the case where the plurality of
また、前述した実施形態では発熱体93Aが7層積層した例を説明したが、本発明は、これに限定されない。すなわち、発熱体の積層数は、ヒータ93に必要な強度を得られるものであれば、任意であり、6以下であっても、8以上であってもよい。
また、前述した実施形態では、各層の発熱体93Aがすべて同じ長さであるものについて説明したが、各層の発熱体93Aの長さは異なっていてもよい。この場合、例えば、定着ローラの長手方向において、全域に形成された発熱体と、中央部のみに形成された発熱体とを組み合わせて、中央部の配熱分布を端部よりも高く設定することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the seven
In the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態では、1本のヒータ93で定着ローラ91の長手方向全域を過熱するように構成したものを説明したが、本発明のヒータは、定着ローラ91の長手方向での一部を加熱するものであればよい。この場合、本発明のヒータ93を複数組み合わせて用いてもよいし、本発明のヒータと本発明以外のヒータと組み合わせて用いてもよい。
また、前述した実施形態では、ヒータ93がニップ部N近傍のみで定着ローラ91に接触して定着ローラ91を加熱するものについて説明したが、ヒータ93が定着ローラ91の周方向における他の部位に接触して定着ローラ91を加熱するようにしてもよい。また、ヒータが定着ローラ91の周方向全域に亘って接触するようにして、加熱を行ってもよい。
In the above-described embodiment, the one
In the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態では、ヒータ93が定着ローラ91の内周面に接触しているものについて説明したが、ヒータ93が定着ローラ91の外周面に接触して、ヒータ93により定着ローラ91を加熱するようにしてもよい。また、ヒータ93と定着ローラ91とを非接触とし、定着ローラ91の内側から定着ローラ91を加熱するようにしてもよい。
また、前述した実施形態における定着装置の定着ローラに代えて無端ベルト状あるいはフィルム状の部材を用いてもよい。
In the embodiment described above, the
Further, an endless belt-like or film-like member may be used in place of the fixing roller of the fixing device in the above-described embodiment.
また、前述した実施形態では、本発明のヒータを定着装置の定着ローラを加熱するためのヒータに適用した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明のヒータを用いて加圧ローラ92を加熱してもよいし、また、画像形成装置内に備えられた各種ローラのうち加熱を必要とするものであれば、本発明のヒータを用いて加熱して、消費電力を低減することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the heater of the present invention is applied to the heater for heating the fixing roller of the fixing device has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the
また、本発明のヒータは、電子写真方式を採用する画像形成装置に備えられたローラを加熱する用途に限らず、例えば、リライタブルカードへのデータ印刷などの熱転写記録方式の装置に備えられたローラを加熱する用途に用いてもよいし、また、ローラを加熱する用途でなく、インクジェット記録方式の装置に搭載し、ラインヘッドを搭載したインクジェットプリンタの印刷後の紙を加熱する用途に用いることも可能である。 The heater of the present invention is not limited to the application of heating a roller provided in an image forming apparatus that employs an electrophotographic system. For example, a roller provided in a thermal transfer recording apparatus such as data printing on a rewritable card. It may be used for heating the paper, or it may be used not only for heating the roller, but also for heating the paper after printing by an inkjet printer equipped with a line head mounted on an inkjet recording system. Is possible.
10‥‥‥画像形成装置 20‥‥‥感光体 30‥‥‥帯電ユニット 40‥‥‥露光ユニット 50‥‥‥現像ユニット 50a‥‥‥軸 51‥‥‥ブラック現像装置 52‥‥‥マゼンタ現像装置 53‥‥‥シアン現像装置 54‥‥‥イエロー現像装置 55‥‥‥保持体 55a〜55d‥‥‥保持部 60‥‥‥一次転写ローラ 61‥‥‥中間転写体 70‥‥‥中間転写ベルト 71‥‥‥駆動ローラ 72‥‥‥従動ローラ 73‥‥‥基体 75‥‥‥クリーニングユニット 76‥‥‥クリーニングブレード 80‥‥‥二次転写ローラ 82‥‥‥給紙トレイ 84‥‥‥給紙ローラ 86‥‥‥レジローラ 87‥‥‥排紙ローラ対 88‥‥‥搬送部 88A、88B‥‥‥搬送ローラ対 88C‥‥‥搬送路 90‥‥‥定着装置 91‥‥‥定着ローラ 91A‥‥‥基部 91B‥‥‥弾性層 92‥‥‥加圧ローラ 92A‥‥‥基部 92B‥‥‥弾性層 92C‥‥‥離型層 93‥‥‥ヒータ 93A‥‥‥発熱体 93B‥‥‥絶縁層 93C‥‥‥接着層 93D‥‥‥被覆層 94‥‥‥温度検知体 95‥‥‥通電回路 96‥‥‥フランジ 97‥‥‥軸受 P‥‥‥記録媒体
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記発熱体上に形成された絶縁層とを有し、
前記発熱体は、前記絶縁層を介して複数積層されてなることを特徴とするヒータ。 A belt-like or plate-like heating element that generates heat when energized;
An insulating layer formed on the heating element,
A heater, wherein a plurality of the heating elements are laminated via the insulating layer.
請求項8ないし13のいずれかに記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus that forms an image on a recording medium by a series of image forming processes including charging, exposure, development, transfer, and fixing,
An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 8.
Priority Applications (1)
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JP2016114810A (en) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | Fixation device and image formation device |
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2005
- 2005-11-01 JP JP2005318908A patent/JP2007127732A/en active Pending
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