JP2007128109A - Fixing roller, fixing device provided with fixing roller, image forming device provided with fixing device and manufacturing method for fixing roller - Google Patents
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Description
本発明は、定着ローラ、該定着ローラを有する定着装置、及び該定着装置を有する画像形成装置、並びに定着ローラの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fixing roller, a fixing device having the fixing roller, an image forming apparatus having the fixing device, and a method for manufacturing the fixing roller.
複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも2つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置においては、記録材上にトナー像を形成し、そのトナー像を定着装置によって定着している。定着装置としては、加熱定着方式、圧力定着方式或いは溶剤定着方式などの定着装置が従来より知られている。このうちの熱定着方式の定着装置は、記録材上のトナーに熱と圧力を加えてトナー像を記録材上に定着するものであり、従来より広く採用されている定着方式である。かかる熱定着方式の定着装置でも最も一般的なものは、定着ローラとその定着ローラに圧接した加圧部材を有し、その定着ローラを加熱して当該定着ローラと加圧部材の間にトナー像を担持した記録材を通過させることにより当該トナー像を記録材上に定着する定着装置である。また定着ローラと他のローラとに無端状の定着ベルトを巻き掛けると共に、当該定着ベルトを介して加圧部材を圧接させ、その定着ベルトを加熱し、定着ローラと加圧部材の間に記録材を通過させて、当該記録材上のトナー像を定着する熱定着方式の定着装置も従来より周知である。 In an image forming apparatus configured as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a multifunction machine having at least two of these functions, a toner image is formed on a recording material, and the toner image is fixed by a fixing device. Yes. Conventionally known fixing devices include a heat fixing method, a pressure fixing method, and a solvent fixing method. Among them, the heat fixing type fixing device applies heat and pressure to the toner on the recording material to fix the toner image on the recording material, and is a fixing method widely used conventionally. The most common fixing device of such a heat fixing system has a fixing roller and a pressure member pressed against the fixing roller, and the toner image is formed between the fixing roller and the pressure member by heating the fixing roller. Is a fixing device that fixes the toner image on the recording material by passing the recording material carrying the toner. Further, an endless fixing belt is wound around the fixing roller and other rollers, and a pressure member is pressed through the fixing belt, the fixing belt is heated, and the recording material is interposed between the fixing roller and the pressure member. Conventionally, a fixing device of a heat fixing type that fixes the toner image on the recording material by passing the toner is also well known.
上述の熱定着方式の定着装置においては、トナー像の定着動作時に定着ローラ或いは定着ベルトがトナー像の定着に適した定着温度になっている必要がある。このため、画像形成装置の電源オン時には、定着ローラ又は定着ベルトが定着温度に達してから定着動作を開始しなければならない。定着ローラ又は定着ベルトがこのような定着温度に達するまでの時間は、一般にウォームアップ時間と称せられているが、従来の定着装置では、このウォームアップ時間が長くなり、ユーザに多大な不便をかけるおそれがあった。 In the above-described heat fixing type fixing device, the fixing roller or the fixing belt needs to have a fixing temperature suitable for fixing the toner image during the fixing operation of the toner image. For this reason, when the power of the image forming apparatus is turned on, the fixing operation must be started after the fixing roller or the fixing belt reaches the fixing temperature. The time required for the fixing roller or the fixing belt to reach such a fixing temperature is generally referred to as a warm-up time. However, in the conventional fixing device, this warm-up time becomes long, which causes great inconvenience to the user. There was a fear.
そこで、定着ローラの厚みを薄くしてその熱容量を小さくし、短時間で定着ローラないしは定着ベルトを定着温度にまで加熱できるように構成することが考えられる。定着ローラを薄肉化すればする程、ウォームアップ時間を短縮でき、ユーザの待ち時間を短かくすることができる。 In view of this, it is conceivable to reduce the thickness of the fixing roller to reduce its heat capacity so that the fixing roller or the fixing belt can be heated to the fixing temperature in a short time. The thinner the fixing roller, the shorter the warm-up time and the shorter the waiting time for the user.
ところが、定着ローラの厚みを薄くすると、その剛性が低下し、加圧部材に直接又は定着ベルトを介して圧接した定着ローラの長手方向中央が撓んだり、弾性的に潰れ変形し、これによって定着ローラと加圧部材の間を搬送される記録材にしわが発生してその搬送性が低下したり、トナー像に対して所定の均一な圧力と定着に必要な熱量を与えることができなくなり、トナー像を確実に定着できなくなるおそれがある。このように、定着ローラを用いた定着装置においては、ウォームアップ時間を短かくし、かつ当該定着ローラの剛性低下を防止するという2つの要求を同時に満足させなければならないが、従来は、このような要求を同時に満足させることは困難であった。 However, when the thickness of the fixing roller is reduced, the rigidity of the fixing roller decreases, and the center in the longitudinal direction of the fixing roller pressed against the pressure member directly or via the fixing belt is bent or elastically crushed and deformed. The recording material transported between the roller and the pressure member is wrinkled, and the transportability of the recording material is reduced, and the toner image cannot be given a predetermined uniform pressure and heat necessary for fixing. There is a risk that the image cannot be fixed reliably. As described above, in a fixing device using a fixing roller, it is necessary to simultaneously satisfy the two requirements of shortening the warm-up time and preventing the rigidity of the fixing roller from being lowered. It was difficult to satisfy the requirements at the same time.
本発明の第1の目的は、ウォームアップ時間を従来より短縮できると共に、剛性の低下を抑えることのできる定着ローラを提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a fixing roller capable of shortening the warm-up time as compared with the prior art and suppressing the decrease in rigidity.
本発明の第2の目的は、上記定着ローラを有する定着装置を提供することにある。 A second object of the present invention is to provide a fixing device having the fixing roller.
本発明の第3の目的は、上記定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。 A third object of the present invention is to provide an image forming apparatus having the fixing device.
本発明の第4の目的は、上記定着ローラの製造方法を提供することにある。 A fourth object of the present invention is to provide a method for manufacturing the fixing roller.
本発明は、上記第1の目的を達成するため、剛体より成る円筒状の基材と、該基材の外側に配置された断熱層と、該断熱層の外側に設けられた円筒状部材とを具備して成る定着ローラを提案する(請求項1)。 In order to achieve the first object, the present invention provides a cylindrical base material made of a rigid body, a heat insulating layer disposed outside the base material, and a cylindrical member provided outside the heat insulating layer. A fixing roller is proposed (claim 1).
その際、前記断熱層と円筒状部材の間に配置された発熱体を具備すると有利である(請求項2)。 In that case, it is advantageous to have a heating element disposed between the heat insulating layer and the cylindrical member (claim 2).
また、上記請求項1に記載の定着ローラにおいて、前記基材は、その内部に輻射ヒータが配置される透明ガラス管より成り、前記断熱層は、前記透明ガラス管の外周面に疎らに配置されていると有利である(請求項3)。 The fixing roller according to claim 1, wherein the base material includes a transparent glass tube in which a radiant heater is disposed, and the heat insulating layer is sparsely disposed on an outer peripheral surface of the transparent glass tube. (Claim 3).
さらに、上記請求項1乃至3のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である(請求項4)。 Furthermore, in the fixing roller according to any one of the first to third aspects, it is advantageous that the heat insulating layer is made of a heat-resistant resin film stacked in multiple layers (claim 4).
また、上記請求項1乃至3のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多層に重ねた穴のあいた耐熱性樹脂フィルムより成ると有利である(請求項5)。 In the fixing roller according to any one of claims 1 to 3, it is advantageous that the heat insulating layer is formed of a heat-resistant resin film having holes stacked in multiple layers (claim 5).
さらに、上記請求項1乃至3のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記断熱層は、多孔質の耐熱性樹脂より成ると有利である(請求項6)。 Further, in the fixing roller according to any one of claims 1 to 3, it is advantageous that the heat insulating layer is made of a porous heat resistant resin (claim 6).
また、上記請求項1乃至6のいずれかに記載の定着ローラにおいて、前記円筒状部材は、厚さ0.3mm以下の金属より成ると有利である(請求項7)。 In the fixing roller according to any one of claims 1 to 6, it is advantageous that the cylindrical member is made of a metal having a thickness of 0.3 mm or less.
さらに、本発明は、上記第2の目的を達成するため、請求項1乃至7のいずれかに記載の定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧部材とを具備する定着装置を提案する(請求項8)。 Furthermore, in order to achieve the second object, the present invention proposes a fixing device comprising the fixing roller according to any one of claims 1 to 7 and a pressure member that presses the fixing roller ( Claim 8).
また、上記請求項8に記載の定着装置において、前記円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに巻き掛けられた無端状の定着ベルトを具備し、該定着ベルトを介して、円筒状部材を有さない定着ローラと前記加圧部材とが圧接しているように構成することもできる(請求項9)。 The fixing device according to claim 8, further comprising an endless fixing belt wound around a fixing roller not having the cylindrical member and another roller, instead of the cylindrical member. A fixing roller not having a cylindrical member and the pressure member may be in pressure contact with each other via the fixing belt.
さらに、本発明は、上記第3の目的を達成するため、請求項8又は9に記載の定着装置と、該定着装置により定着されるトナー像を記録材上に形成する作像手段を具備する画像形成装置を提案する(請求項10)。 In order to achieve the third object, the present invention further comprises a fixing device according to claim 8 or 9, and an image forming means for forming a toner image fixed by the fixing device on a recording material. An image forming apparatus is proposed (claim 10).
また、本発明は、上記第4の目的を達成するため、円筒状部材以外の定着ローラ部材を一体化したローラ体を構成すると共に、該円筒状部材を熱膨張させた後、その内部に、前記ローラ体を挿入し、次いで円筒状部材を冷却して、該円筒状部材とローラ体を一体化することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の定着ローラの製造方法を提案する(請求項11)。 Further, in order to achieve the fourth object, the present invention constitutes a roller body in which a fixing roller member other than the cylindrical member is integrated, and after thermally expanding the cylindrical member, 8. The method of manufacturing a fixing roller according to claim 1, wherein the roller body is inserted, the cylindrical member is then cooled, and the cylindrical member and the roller body are integrated. (Claim 11).
請求項1及び2に係る発明によれば、定着ローラの基材と円筒状部材の間に断熱層が設けられているので、円筒状部材のウォームアップ時間を短縮でき、しかも円筒状の基材により定着ローラの剛性を高め、トナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。 According to the first and second aspects of the invention, since the heat insulating layer is provided between the base member of the fixing roller and the cylindrical member, the warm-up time of the cylindrical member can be shortened, and the cylindrical base member Thus, the rigidity of the fixing roller can be increased, and the fixing property of the toner image and the conveyance property of the recording material can be improved.
請求項3に係る発明によれば、定着ローラの基材と円筒状部材の間に断熱層が設けられているので、円筒状部材のウォームアップ時間を短縮でき、しかも円筒状の基材により定着ローラの剛性を高め、トナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。さらに基材が透明ガラス管より成り、かつ断熱層が疎らに配置されているので、基材内の輻射ヒータからの輻射熱を効率よく円筒状部材に伝えることができる。
According to the invention of
請求項4に係る発明によれば、耐熱性樹脂フィルムの間に空気層ができるため、断熱層の断熱効果を高めることができる。 According to the invention which concerns on Claim 4, since an air layer is made between heat resistant resin films, the heat insulation effect of a heat insulation layer can be improved.
請求項5に係る発明によれば、穴のあいた耐熱性樹脂フィルムを複数重ねた断熱層を用いたので、その断熱層熱に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。
According to the invention which concerns on
請求項6に係る発明によれば、断熱層が多孔質であるため、断熱層内に多量の空気が存在し、これによって断熱層の断熱性をより高めることができる。 According to the invention which concerns on Claim 6, since a heat insulation layer is porous, a large amount of air exists in a heat insulation layer, and this can improve the heat insulation of a heat insulation layer more.
請求項7に係る発明によれば、円筒状部材の熱容量を極めて小さくできるので、ウォームアップ時間をより確実に短縮させることができる。 According to the invention which concerns on Claim 7, since the heat capacity of a cylindrical member can be made very small, warm-up time can be shortened more reliably.
請求項8及び9に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を供することができる。 According to the eighth and ninth aspects of the present invention, it is possible to provide a fixing device in which the warm-up time is shortened and the recording material conveyance property and toner fixing property are enhanced.
請求項10に係る発明によれば、ウォームアップ時間の短縮と、記録材の搬送性及びトナーの定着性を高めた定着装置を備えた画像形成装置を供することができる。 According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus provided with a fixing device that shortens the warm-up time and improves the transportability of the recording material and the fixing property of the toner.
請求項11に係る発明によれば、容易に定着ローラを製造することができる。 According to the invention which concerns on Claim 11, a fixing roller can be manufactured easily.
以下、本発明の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、画像形成装置の一例であるレーザプリンタの垂直断面図であり、ここに示した画像形成装置は、記録材上にトナー像を形成する作像手段30と、記録材上のトナー像を定着する定着装置14と、作像手段30に記録材を給送する記録材給送装置7とを具備している。先ず作像手段30の構成と作用を明らかにする。 FIG. 1 is a vertical sectional view of a laser printer as an example of an image forming apparatus. The image forming apparatus shown here includes an image forming means 30 for forming a toner image on a recording material, and a toner image on the recording material. And a recording material feeding device 7 for feeding a recording material to the image forming means 30. First, the configuration and operation of the image forming means 30 will be clarified.
図1に例示した作像手段30は、画像形成装置本体1の内部に配置された像担持体の一例であるドラム状の感光体2を有し、プリント動作が行われるとき、感光体2は図1における反時計方向に回転駆動される。このとき、帯電装置3によって、感光体表面が所定の極性に均一に帯電され、その帯電面に、露光装置の一例であるレーザ書き込みユニット4から出射する光変調されたレーザ光Lが照射され、これによって感光体上に静電潜像が形成される。
The image forming unit 30 illustrated in FIG. 1 includes a drum-shaped photoconductor 2 that is an example of an image carrier disposed inside the image forming apparatus main body 1. When the printing operation is performed, the photoconductor 2 is It is rotationally driven counterclockwise in FIG. At this time, the
上記静電潜像は、現像装置5によってトナー像として可視像化される。ここに示した現像装置5は、粉体状の現像剤Dを収容した現像ケース18と、その現像剤を担持して搬送する現像ローラ6を有し、その担持された現像剤のトナーが感光体表面に静電的に移行して静電潜像がトナー像として可視像化される。
The electrostatic latent image is visualized as a toner image by the developing
また、本例の作像手段30は、感光体2上に形成されたトナー像を後述するように記録材上に転写する転写装置の一例である転写ローラ11と、転写後の感光体表面に付着する転写残トナーを除去するクリーニング装置12と、記録材を感光体から分離する分離爪15とを有している。
Further, the image forming means 30 of the present example includes a transfer roller 11 which is an example of a transfer device that transfers a toner image formed on the photoreceptor 2 onto a recording material as will be described later, and a surface of the photoreceptor after transfer. A cleaning device 12 for removing the transfer residual toner adhering thereto and a
次に、記録材給送装置7の構成と作用を説明する。 Next, the configuration and operation of the recording material feeding device 7 will be described.
記録材給送装置7は、画像形成装置本体1の下部に配置されたカセット8と、給送ローラ9と、一対のレジストローラ10とを有し、カセット8に収容された記録材Pが給送ローラ9の回転によって1枚ずつ送り出される。送り出された記録材Pは、その先端が一対のレジストローラ10に突き当って、一旦、停止する。次いで、所定のタイミングでレジストローラ10が回転を開始し、これにより、感光体2上に形成されたトナー像に整合するタイミングで、記録材が、転写ローラ11と感光体2との間の領域の転写部に向けて送り出される(矢印A方向)。記録材が転写部を通る時、感光体表面のトナー像が記録材表面に転写される。記録材Pとしては、紙、樹脂シート又は樹脂フィルムなどが使用される。 The recording material feeding device 7 includes a cassette 8 disposed at a lower portion of the image forming apparatus main body 1, a feeding roller 9, and a pair of registration rollers 10, and the recording material P accommodated in the cassette 8 is fed. The sheets are fed one by one by the rotation of the feeding roller 9. The recording material P that has been sent out stops once with its leading end abutting against the pair of registration rollers 10. Next, the registration roller 10 starts to rotate at a predetermined timing, whereby the recording material is positioned between the transfer roller 11 and the photosensitive member 2 at a timing that matches the toner image formed on the photosensitive member 2. To the transfer portion (in the direction of arrow A). When the recording material passes through the transfer portion, the toner image on the surface of the photoreceptor is transferred to the surface of the recording material. As the recording material P, paper, a resin sheet, a resin film, or the like is used.
記録材Pに転写されずに感光体表面に付着する転写残トナーは、クリーニング装置12のクリーニング部材13によって感光体表面から除去され、その表面が清掃される。記録材Pは、除電針15より成る分離装置の作用で感光体2から分離される。
The transfer residual toner that is not transferred to the recording material P and adheres to the surface of the photoconductor is removed from the surface of the photoconductor by the cleaning
次に定着装置14の概略を説明する。
Next, the outline of the fixing
図1に示した定着装置14は、定着ローラ16と、加圧部材の一例である加圧ローラ17を有し、これらのローラ16,17は互いに圧接しながら図1に矢印で示した方向にそれぞれ回転する。除電針15により感光体2から分離された記録材は、定着ローラ16と加圧ローラ17との間を通り、このとき記録材上のトナーが、定着ローラ16から受ける熱の作用で溶融し、しかも定着ローラ16と加圧ローラ17から圧力を受ける。このようにして記録材上のトナー像が記録材上に定着される。定着装置14を通過した記録材は、排紙ローラ対19によって画像形成装置本体1の外装カバーにより構成された排紙トレイ20上に排出される。
The fixing
また、本例の定着装置14は、定着ローラ16の表面温度を検知する温度検知手段の一例であるサーミスタ24を有し、このサーミスタ24は定着ローラ16の表面に当接している。定着ローラ16はサーミスタ24の温度検知結果に基づいて、トナー像の定着に適した定着温度に加熱される。
Further, the fixing
加圧ローラ17は、定着ローラ16に対して平行に位置し、金属製の剛体より成る芯金21と、その外周面に固定された例えばシリコーンゴムより成る弾性体層22を具備し、その弾性体層22は、定着ローラ16との圧接部において圧縮した状態に弾性変形し、これによって記録材搬送方向に所定の幅を持つニップNが形成される。
The
以上、図1に示した画像形成装置の基本構成とその作用を説明したが、この画像形成装置の定着装置14、特にその定着ローラ16は、次に説明するように各種態様で構成される。
The basic configuration and operation of the image forming apparatus shown in FIG. 1 have been described above. The fixing
図2は、その第1の例の定着ローラ16を示す拡大断面図である。ここに例示した定着ローラ16は、剛体より成る円筒状の基材23と、その基材23の半径方向外側に配置された断熱層25と、その断熱層25の半径方向外側に設けられた円筒状部材26とを具備し、図2に示した例では、基材23の外周面に直に断熱層25が固定され、その断熱層25の外周面に直に円筒状部材26が固定されていて、これらの要素23,25,26が同心状に配置されている。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the fixing
基材23は、例えば硬質の樹脂又は金属、ガラス、或いはそれらの複合材料により構成され、その厚さは2mm以上であることが好ましい。
The
また断熱層25は、例えば、耐熱性に優れた樹脂により構成される。具体的には、特にポリイミドより成る断熱層25が優れているが、そのほか、ポリイミドアミド、アラミド、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾイミダゾール、液晶ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、シリコーン、アルミナなどの有機、無機材料、或いはこれらの材料とポリイミドを含めた材料の複合材料などから断熱層25を構成することができる。
Moreover, the
円筒状部材26は、厚みの薄い樹脂又は金属により構成され、特に、厚さが0.3mm以下、好ましくは0.2mm以下の金属より成る熱容量の特に小なる円筒状部材26を用いることが有利である。円筒状部材26の外周面には、記録材P上のトナーが移行し難くなるように、例えばフッ素系の樹脂から成る離型層29が形成されているが、かかる離型層29を省略することもできる。
The
上述の定着ローラ16は、適宜な加熱手段により加熱され、例えば図2に示すように、ヒータ27を内設した加熱ローラ28を定着ローラ16の外周面に当接させ、定着ローラ16の回転に伴って、ヒータ27により加熱された加熱ローラ28を図2に矢印で示す方向に回転させ、これによって定着ローラ16の表面をトナー像の定着に適した温度に加熱することができる。定着ローラ16の外部からの輻射、対流、或いは誘導加熱手段により、定着ローラ16を加熱することもできる。
The above-described
上述した定着ローラ16によれば、画像形成装置の電源オンに伴って定着ローラ16と加熱ローラ28が回転を開始し、ヒータ27への通電によってその熱が加熱ローラ28を介して定着ローラ16の円筒状部材26に伝えられ、これが加熱されるが、この円筒状部材26は熱容量が小さく、しかもその内側には断熱層25が存在するので、円筒状部材26の熱が基材23に伝わり難い。このため、極めて短時間で、円筒状部材26をトナー像の定着に適した温度にまで昇温させることができ、ウォームアップ時間を確実に短縮することができる。
According to the fixing
しかも、定着ローラ16と加圧ローラ17が図1に矢印で示した方向に回転してこれらのローラ16,17の間に記録材が通されてトナー像の定着動作が行われるとき、定着ローラ16はその中心側に剛体より成る基材23と、断熱層25を有しているので、定着ローラ16は大きな剛性を示す。特に、基材23は、内部が中空な円筒状に形成されているので、同じ量の材料を用いて製造した中実の軸より成る基材を採用した場合に比べ、その剛性を著しく高めることができる。
In addition, when the fixing
上述のように定着ローラ16の剛性を高めることができるので、加圧ローラ17により加圧された定着ローラ16の長手方向中央部が弾性的に大きく撓んだり、大きく潰れ変形することはなく、トナー像の定着に必要なニップN(図1)を確保でき、記録材上のトナーに対して定着に必要とされる均一な圧力と熱量を付与することができる。これによって、トナー像を確実に記録材上に定着でき(定着性の向上)、しかも定着ローラ16と加圧ローラ17に挟持されて搬送される記録材にしわが発生する不具合を防止できる(記録材の搬送性の向上)。
Since the rigidity of the fixing
図3に示した第2の例の定着ローラ16は、断熱層25と円筒状部材26の間に配置された発熱体31を有し、その発熱体31の円筒状部材26の側の表面には、例えばポリイミドフィルムなどの電気的に絶縁性を示す絶縁層33が積層されている。その他の構成は図2に示した定着ローラと変りはない。発熱体31は、例えば、金属製のシートないしはフィルムより成る抵抗体によって構成され、かかる発熱体31への通電によって発熱体31を発熱させ、これにより定着ローラ16の円筒状部材26を加熱する。この構成によっても、その外側の円筒状部材26の熱容量が小さく、しかも断熱層25によって円筒状部材26の熱が基材23の側に伝わり難くなり、さらに基材23と断熱層25とによって定着ローラ16の大きな剛性が確保されるので、図2に示した定着ローラと全く同様に、ウォームアップ時間を短縮でき、しかも定着性の向上と、記録材の搬送性の向上、すなわち記録材へのしわの発生を防止することができる。
The fixing
図4に模式的に示した第3の例の定着ローラ16は、基材23が透明ガラス管より成り、その内部に、例えばハロゲンヒータより成る輻射ヒータ32が配置される。透明ガラス管より成る基材23のまわりには、先に例示した材料より成る断熱層25が設けられているが、この例の断熱層25は、透明ガラス管より成る基材23の外周面に疎らに配置されている。
In the fixing
図5は、図4に示した円筒状部材26を除去して断熱層25を露出させたときの定着ローラの側面図であるが、ここに示した例では、断熱層25がテープ状に形成され、かかるテープ状の断熱層25が透明ガラス管より成る円筒状の基材23の表面に、隙間Gをあけてらせん状に巻き付けられている。断熱層25が透明ガラス管の外周面に隙間Gをあけて疎らに配置されているのである。かかる断熱層25のまわりに、先の例の場合と同じく構成された円筒状部材26が固定されている。図4に示した定着ローラ16の他の構成は図1に示した定着ローラと変りはなく、発熱体が設けられていない点も、図1に示した定着ローラと相違はない。
FIG. 5 is a side view of the fixing roller when the
上述の第3の定着ローラ16においては、輻射ヒータ32への通電によりそのヒータ32で発生した輻射熱が、透明ガラス管より成る基材23を透過し、さらにテープ状の断熱層25の間の隙間Gを通って円筒状部材26に達し、ここで吸収され、これによって円筒状部材26が加熱される。この構成によっても、画像形成装置の電源オンに伴う輻射ヒータ32への通電によって、熱容量の小さな円筒状部材26を加熱し、しかも断熱層25の作用によって、円筒状部材26の熱を基材23の側へ伝え難くすることができるので、円筒状部材26を早期に定着温度にまで昇温させ、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。断熱層25は、基材23上に隙間Gをあけて疎らに位置しているので、輻射ヒータ32からの輻射熱が断熱層25に吸収され難く、しかもその隙間Gを通して効率よく円筒状部材26に到達し、さらに円筒状部材26の熱を、断熱層25によって基材23の側へ伝わり難くすることができるのである。また、透明ガラス管より成る円筒状の基材23と、断熱層25とによって定着ローラ16の剛性を高めることができ、これによって先に示した例の場合と同様に、トナー像の定着性を高め、しかも記録材にしわを生ぜしめることなく、これを搬送でき、記録材の搬送性を高めることができる。
In the above-described third fixing
輻射ヒータ32としては、ガラス中の透過性に優れた短波長の発光分布の光を発生するヒータを用い、その色温度が2700K以上であることが好ましい。
As the
なお、図3乃至図5に示した第2及び第3の例の定着ローラ16の場合には、その定着ローラ16の円筒状部材26を定着温度にまで昇温させるウォームアップ(立上り)時に、当該定着ローラ16を停止させたままにしてもよいし、これを回転させるようにしてもよい。
In the case of the fixing
上述した各例の定着ローラ16の断熱層25としては、先に例示した材料より成る単層のフィルムないしはシートを用いてもよいが、図6に模式的に拡大して示すように、厚さtが例えば50μm程の耐熱性フィルム34を多層に重ねたものを用いると有利である。フィルム34としては、例えば先に例示した樹脂より成るフィルムを用いることができる。このように、断熱層25が、多層に重ねた耐熱性樹脂フィルム34より成ると、そのフィルム間に微小な空気層AGが形成され、これによって弾熱性を格段と向上させることができる。
As the
また、図7に模式的に拡大して示すように、例えば先に例示した樹脂より成る耐熱性フィルム36を多層に重ね、その各フィルム36に穴35を形成した断熱層25を用いることもできる。このように、多層に重ねた穴35のあいた耐熱性樹脂フィルム36より成る断熱層25を用いると、その各フィルム36の接触面積が減少し、しかも断熱層25の内部により多くの空気が存在するので、断熱性をより一層向上させ、定着ローラ16のフォームアップ時間をより一層短縮させることができる。
In addition, as schematically shown in FIG. 7, for example, the heat-insulating
さらに、図8に模式的に拡大して示すように、例えばポリイミド粉末を焼結して内部に多数の空隙を形成したシート状の断熱層25を用いることもできる。このように、多孔質の耐熱性樹脂より成る断熱層25を用いると、その内部により一層多くの空気を存在させることができ、その断熱性をより確実に高めることができる。
Furthermore, as schematically shown in FIG. 8, for example, a sheet-like
図1に示した定着装置14は、上述の例の定着ローラ16と、その定着ローラ16に圧接する加圧部材の一例である加圧ローラ17を有しているが、かかる加圧ローラ17の代りに、例えば、複数のローラに巻き掛けられて駆動される加圧ベルトより成る加圧部材を用い、その加圧ベルトを定着ローラ16に圧接させ、当該定着ローラ16と加圧ベルトの間に記録材を通し、このときその記録材上のトナー像を熱と圧力の作用により定着するように構成することもできる。
The fixing
また、以上説明した各構成の定着ローラ16から円筒状部材26を省き、その円筒状部材を有さない定着ローラと他のローラとに定着ベルトを巻き掛けて定着装置を構成することもできる。
It is also possible to configure the fixing device by omitting the
図9は、図2に示した定着ローラ16から円筒状部材26を除去して成る定着ローラ16と、他のローラ37とに、例えば、厚さが0.2mm以下、好ましくは0.1mm以下の無端状の金属製の定着ベルト38を巻き掛け、その定着ベルト38を介して、加圧部材の一例である加圧ローラ17を定着ローラ16に圧接させた定着装置14の例を示している。定着ローラ16とローラ37の間の定着ベルト内空間に、例えばハロゲンヒータより成るヒータ41が配置され、このヒータ41への通電によって定着ローラ16と定着ベルト38が加熱される。定着ベルト38の表面に、例えばフッ素系樹脂より成る離型層39を形成し、定着ベルト38の表面にトナーが付着するオフセットを防止するように構成することが好ましい。このように、円筒状部材の代りに、当該円筒状部材を有さない定着ローラ16と他のローラ37とに巻き掛けられた無端状の定着ベルト38を具備し、該定着ベルト38を介して、円筒状部材を有さない定着ローラ16と加圧部材とが圧接するように、定着装置14を構成するのである。かかる定着装置14によっても、そのウォームアップ時に、定着ローラ16と、ローラ37と、定着ベルト38と、加圧ローラ17を回転させつつ、ヒータ41への通電によって定着ローラ16と定着ベルト38を加熱するとき、これらを早期に定着温度にまで昇温させ、ウォームアップ時間の短縮を図ることができる。しかも剛性の大なる基材23によって、定着ローラ16の全体の剛性を高め、定着動作時のトナー像の定着性と、記録材の搬送性を高めることができる。
9 shows an example in which the fixing
また、ローラ37も、剛性の大なる円筒状の基材23Aと、その外周面に固定された断熱層25Aを有していると、定着ベルト38の熱がローラ37に移行し難くなり、定着ベルト38のウォームアップ時間をより一層短縮することが可能となる。
Further, if the
図3乃至図5に示した定着ローラ16から円筒状部材26を除去して成る定着ローラに、定着ベルトを巻き掛けて、図9に示した定着装置14と同様な定着装置を構成することもでき、かかる定着装置によっても上述した作用効果を奏することができる。この場合には、図9に示したヒータ41を省略することもできる。
A fixing device similar to the fixing
また図1に示した画像形成装置は、以上説明した各定着ローラ16ないしはその定着ローラ16を有する定着装置14と、該定着装置14により定着されるトナー像を記録材P上に形成する作像手段30を具備する画像形成装置の一例を示すものであるが、作像手段として、図1に示したもの以外の各種形式の作像手段を採用することもできる。
The image forming apparatus shown in FIG. 1 forms each of the fixing
円筒状部材26を有する前述の定着ローラ16は適宜な方法で製造することができるが、次のようにして簡単に定着ローラ16を製造することもできる。
The above-described
図10の(a)に示すように、円筒状部材26を用意し、この円筒状部材26を図10の(b)に示すように加熱して膨張させ(膨張方向を矢印で示す)、その径を拡大させる。一方、円筒状部材26以外の定着ローラの部材を一体化してローラ体40を構成し、図10の(c)に示すように、膨張した円筒状部材26の内部にローラ体40を挿入し、次いで図10の(d)に示すように円筒状部材26を冷却してその径を縮小させ(収縮方向を矢印で示す)、円筒状部材26とローラ体40を一体化する。定着ローラ16を構成する各部材を接着剤によって固定してもよい。また円筒状部材26の表面の離型層29は、円筒状部材26をローラ体40に一体化する前に形成してもよいし、一体化後に形成してもよい。
As shown in FIG. 10 (a), a
上述した各例の定着ローラ16及び定着ベルト38を加熱する手段としては、図示した例に限らず、外部からの熱伝導、輻射、対流、外部と内部の少なくとも一方からの誘導加熱手段などを適宜採用することができる。
The means for heating the fixing
次に定着装置のより具体的な実施例と比較例を説明する。 Next, more specific examples and comparative examples of the fixing device will be described.
各実施例と比較例に用いた定着ローラ16の円筒状部材26は、外径50mm、長さ365mmであり、その表面にPFA樹脂より成る離型層29を積層した。円筒状部材26は全てアルミニウム製で、その厚さは後述するとおりである。定着ローラ16に圧接する加圧ローラ17は、芯金21上にシリコーンゴム製の弾性体層22を設けたものであり、その長手方向各端部を120Nの力で加圧して、当該加圧ローラ17を定着ローラ16に圧接させ、両ローラ16,17の接触部、すなわちニップNの幅を約9mmとした。かかる定着ローラ16の表面の目標温度を160℃とし、その表面温度が160℃となるように、当該定着ローラをウォームアップすると共に、定着動作時には定着ローラ16の表面温度が160℃となるように温度制御し、紙より成る記録材を330mm/秒の速さで回転する定着ローラ16と加圧ローラ17の間に通し、記録材上のトナー像を定着した。このようにして、1200W投入時のウォームアップ時間と、記録材の搬送性及びトナー像の定着性を評価した結果が表1である。
The
表1の各実施例と比較例における定着ローラ16のより具体的な構成と、その加熱方式は次のとおりである。
(1)実施例1−1(図3参照)
円筒状部材26:厚さ0.2mmのアルミニウム製。
加熱方式:円筒状部材26の内周面に25μm厚さのポリイミドフィルムより成る絶縁層33を配置し、その内側にステンレス鋼製の発熱体31を配置し、この発熱体31の通電により、当該発熱体31を発熱させた。断熱層25の外周面にテープ状の発熱体31を、定着ローラ16の軸線方向に間隔をあけてらせん状に巻回して取り付けた。
断熱層25:0.2mmの厚さのポリイミド成形品。
基材23:肉厚2mmのアルミニウム製。
(2)実施例1−2(図3参照)
円筒状部材26:実施例1−1と同じ。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層25:50μmの厚さのポリイミドフィルムを4層に重ね合せたもの(図6参照)。
基材23:実施例1−1と同じ。
(3)実施例1−3(図3参照)
円筒状部材26:実施例1−1と同じ。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層25:50μmの厚さのポリイミドフィルムに面積率50%の穴をあけ、そのフィルムを4層に重ね合せたもの(図7参照)。
基材23:実施例1−1と同じ。
(4)実施例1−4(図3参照)
円筒状部材26:実施例1−1と同じ。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層25:ポリイミド粉末を、空隙率60%、厚さ0.2mmに焼結したもの(図8参照)。
基材23:実施例1−1と同じ。
(5)比較例1−1
円筒状部材26:実施例1−1と同じ。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(6)比較例1−2
円筒状部材26:厚さ2mmのアルミニウム製。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(7)比較例1−3
円筒状部材26:厚さ1.5mmのアルミニウム製。
加熱方式:実施例1−1と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(8)実施例2(図4及び図5参照)
円筒状部材26:厚さ0.2mmのアルミニウム製。
加熱方式:基材23内の中央に配置したハロゲンヒータ32に通電。
断熱層25:幅5mm、厚さ50μmのポリイミドフィルムを4層重ね合せたものを、15mmの隙間Gをあけて基材23の外周面にらせん状に巻回。
基材23:肉厚2mmの透明ガラス管。
(9)比較例2−1
円筒状部材26:実施例2と同じ。
加熱方式:実施例2と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(10)比較例2−2
円筒状部材26:厚さ2mmのアルミニウム製。
加熱方式:実施例2と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(11)比較例2−3
円筒状部材26:厚さ1.5mmのアルミニウム製。
加熱方式:実施例2と同じ。
断熱層:無し
基材:無し
(12)実施例3(図9参照)
定着ベルト:厚さ0.1mmのステンレス鋼製。
加熱方式:定着ベルト38の内側に配置したハロゲンヒータ41に通電。
断熱層25:ポリイミド粉末を空隙率60%、厚さ0.2mmに焼結したもの(図8参照)。
基材23:厚さ2mmのアルミニウム製。
More specific configurations and heating methods of the fixing
(1) Example 1-1 (see FIG. 3)
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 0.2 mm.
Heating method: An insulating
Thermal insulation layer 25: a polyimide molded product having a thickness of 0.2 mm.
Base material 23: made of aluminum having a thickness of 2 mm.
(2) Example 1-2 (see FIG. 3)
Cylindrical member 26: Same as Example 1-1.
Heating method: the same as Example 1-1.
Insulating layer 25: a polyimide film having a thickness of 50 μm superimposed on four layers (see FIG. 6).
Substrate 23: Same as Example 1-1.
(3) Example 1-3 (see FIG. 3)
Cylindrical member 26: Same as Example 1-1.
Heating method: the same as Example 1-1.
Heat insulation layer 25: A hole having a 50% area ratio was made in a polyimide film having a thickness of 50 μm, and the film was superimposed on four layers (see FIG. 7).
Substrate 23: Same as Example 1-1.
(4) Example 1-4 (see FIG. 3)
Cylindrical member 26: Same as Example 1-1.
Heating method: the same as Example 1-1.
Thermal insulation layer 25: A polyimide powder sintered to a porosity of 60% and a thickness of 0.2 mm (see FIG. 8).
Substrate 23: Same as Example 1-1.
(5) Comparative Example 1-1
Cylindrical member 26: Same as Example 1-1.
Heating method: the same as Example 1-1.
Thermal insulation layer: None Base material: None (6) Comparative Example 1-2
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 2 mm.
Heating method: the same as Example 1-1.
Thermal insulation layer: None Base material: None (7) Comparative Example 1-3
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 1.5 mm.
Heating method: the same as Example 1-1.
Thermal insulation layer: None Base material: None (8) Example 2 (see FIGS. 4 and 5)
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 0.2 mm.
Heating method: energizing the
Insulating layer 25: Four layers of polyimide films having a width of 5 mm and a thickness of 50 μm were spirally wound around the outer peripheral surface of the
Base material 23: Transparent glass tube with a wall thickness of 2 mm.
(9) Comparative Example 2-1
Cylindrical member 26: the same as in Example 2.
Heating method: the same as in Example 2.
Thermal insulation layer: None Base material: None (10) Comparative Example 2-2
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 2 mm.
Heating method: the same as in Example 2.
Thermal insulation layer: None Base material: None (11) Comparative Example 2-3
Cylindrical member 26: made of aluminum having a thickness of 1.5 mm.
Heating method: the same as in Example 2.
Thermal insulation layer: None Base material: None (12) Example 3 (see FIG. 9)
Fixing belt: Made of stainless steel with a thickness of 0.1 mm.
Heating method: energizing the halogen heater 41 disposed inside the fixing
Thermal insulation layer 25: a polyimide powder sintered to a porosity of 60% and a thickness of 0.2 mm (see FIG. 8).
Base material 23: made of aluminum having a thickness of 2 mm.
実施例3においては、定着ローラ16と定着ベルト38のウォームアップ時に、定着ローラ16と定着ベルト38を共に回転させ、他の場合は、ウォームアップ時に定着ローラ16を停止させた。表1中の「○」は記録材にしわが発生せず、記録材の搬送性が良好であったこと、及びトナー像の定着性が良好であったことを示し、「×」はそうでなかったことを示す。
In Example 3, both the fixing
表1から判るように、基材23の無い比較例の場合、円筒状部材26の肉厚が2mmよりも小さなときは、記録材の搬送性を満たすことができない。これは、定着ローラ16の剛性不足により、定着ローラ16の長手方向中央部が撓み、或いは潰れ変形し、記録材の搬送性が悪化したためである。特に、比較例1−1及び2−1では、円筒状部材26の厚みが0.2mmと極く薄いため、定着ローラ16が完全に変形し、全ての記録材にしわが発生した。しかもトナー像の定着性を満足させることもできない。これは、定着ローラ16の変形により、トナー像の定着に必要なニップN(図1)が得られないためである。
As can be seen from Table 1, in the case of the comparative example without the
一方、比較例1−2及び2−2では、円筒状部材26の厚さが2mmと厚いため、記録材の搬送性とトナー像の定着性は満足するものの、実施例に比べて大幅に長いウォームアップ時間が必要である。このような定着ローラ16を用いた場合には、電源はオンされているが、プリント動作が行われていない待機時に、定着ローラ16を定着温度よりも低い待機温度に予熱しておく必要があるが、かかる予熱を行えば、定着装置の非使用時にも大きなエネルギーを消費する不具合を免れない。
On the other hand, in Comparative Examples 1-2 and 2-2, since the thickness of the
実施例1−1,1−2及び1−3においては、発熱体31からの熱伝動によって円筒状部材26を加熱し、断熱層25によって、円筒状部材26の熱が基材23へ伝わることを防止できるので、ウォームアップ時間を短縮できる。但し、断熱層25にも多少の熱が伝わるので、比較例1−1よりもややウォームアップ時間が長いが、比較例1−2及び1−3に比べてウォームアップ時間を大幅に短縮できた。
In Examples 1-1, 1-2, and 1-3, the
また、実施例2では、輻射ヒータ32の輻射熱が透明ガラス管を透過するので、実施例1−1,1−2及び1−3に比べてウォームアップ時間が若干長くなるが、比較例2−2及び2−3に比べて大幅に短縮されている。
Moreover, in Example 2, since the radiant heat of the
いずれの実施例においても、ウォームアップ時間が10秒以下となっているが、このようにウォームアップ時間を10秒以下にできれば、通常、ユーザに対してほとんど不便を感じさせない。従って、電源オン状態での定着装置の非使用時に定着ローラを予熱しておかなくともよく、或いは従来よりも低い予熱温度で定着ローラを待機させておくことができ、これによって消費エネルギーを効果的に低減することができる。 In any of the embodiments, the warm-up time is 10 seconds or less. However, if the warm-up time can be made 10 seconds or less in this way, the user is usually hardly inconvenienced. Therefore, it is not necessary to preheat the fixing roller when the fixing device is not used in the power-on state, or the fixing roller can be kept on standby at a preheating temperature lower than that of the conventional one, thereby effectively reducing energy consumption. Can be reduced.
14 定着装置
16 定着ローラ
23 基材
25 断熱層
26 円筒状部材
30 作像手段
31 発熱体
34 耐熱性樹脂フィルム
36 耐熱性樹脂フィルム
37 ローラ
38 定着ベルト
40 ローラ体
AG 空気層
P 記録材
DESCRIPTION OF
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