JP2007279671A - Fixer and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関し、特に、電磁誘導加熱方式を用いた定着装置及び画像形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上げ時間を低減して省エネルギー化することを目的として、電磁誘導加熱方式の定着装置を用いる技術が広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in image forming apparatuses such as copiers and printers, a technique using an electromagnetic induction heating type fixing device is widely known for the purpose of reducing the start-up time of the apparatus and saving energy (for example, (See Patent Document 1).
特許文献1等において、電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱層を有する定着ローラ、定着ローラに対向する磁束発生手段(外部加熱手段)、定着ローラに圧接する加圧ローラ、等で構成される。磁束発生手段は、幅方向(記録媒体の搬送方向に直交する方向である。)に延設されたコイル部(コイル)等で構成される。
In
そして、定着ローラ(発熱層)は、磁束発生手段との対向位置で加熱される。加熱された定着ローラは、加圧ローラとの当接位置(定着ニップ部である。)に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部の周囲に交番磁界が形成されて、定着ローラの発熱層に渦電流が生じる。発熱層に渦電流が生じると、発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着ローラ全体が加熱される。 The fixing roller (heat generation layer) is heated at a position facing the magnetic flux generation means. The heated fixing roller heats and fixes the toner image on the recording medium transported to the contact position (the fixing nip portion) with the pressure roller. Specifically, by passing a high-frequency alternating current through the coil portion, an alternating magnetic field is formed around the coil portion, and an eddy current is generated in the heat generating layer of the fixing roller. When an eddy current is generated in the heat generating layer, Joule heat is generated by the electric resistance of the heat generating layer. The entire fixing roller is heated by this Joule heat.
一方、特許文献2等には、電磁誘導加熱方式の定着装置であって、発熱層を有する定着スリーブ(金属スリーブ)、定着スリーブに内挿された小径の定着補助ローラ(内部加圧部材)、定着スリーブに対向する磁束発生手段(誘導加熱源)、定着スリーブを介して定着補助ローラに圧接する加圧部材(外部加圧部材)、等で構成されるものが開示されている。
On the other hand,
そして、定着スリーブ(発熱層)は、磁束発生手段との対向位置で加熱される。加熱された定着スリーブは、加圧ローラとの当接位置(定着ニップ部である。)に搬送される記録媒体上のトナー像を加熱して定着する。詳しくは、コイル部に高周波の交番電流を流すことで、コイル部の周囲に交番磁界が形成されて、定着スリーブの発熱層に渦電流が生じる。発熱層に渦電流が生じると、発熱層の電気抵抗によってジュール熱が発生する。このジュール熱によって、定着スリーブ全体が加熱される。 The fixing sleeve (heat generation layer) is heated at a position facing the magnetic flux generation means. The heated fixing sleeve heats and fixes the toner image on the recording medium conveyed to a contact position (a fixing nip portion) with the pressure roller. Specifically, by passing a high-frequency alternating current through the coil portion, an alternating magnetic field is formed around the coil portion, and an eddy current is generated in the heat generation layer of the fixing sleeve. When an eddy current is generated in the heat generating layer, Joule heat is generated by the electric resistance of the heat generating layer. The entire fixing sleeve is heated by the Joule heat.
これらの電磁誘導加熱方式の定着装置は、発熱層が電磁誘導によって直接的に加熱されるために、熱ローラ方式(ヒータランプ加熱方式)等の他方式のものに比べて熱変換効率が高く、少ないエネルギー消費で短い立ち上げ時間にて定着ローラの表面温度(定着温度)を所望の温度まで昇温できるものとして知られている。 These electromagnetic induction heating type fixing devices have high heat conversion efficiency compared to other types such as a heat roller type (heater lamp heating type) because the heat generating layer is directly heated by electromagnetic induction, It is known that the surface temperature (fixing temperature) of the fixing roller can be raised to a desired temperature with a small energy consumption and a short start-up time.
上述した特許文献1等における電磁誘導加熱方式の定着装置と、特許文献2等における電磁誘導加熱方式の定着装置と、の構成上の相違点は、発熱層(定着スリーブ)が定着補助ローラと一体化されているか否かである。詳しくは、前者は発熱層(定着スリーブ)が断熱層(定着補助ローラ)に対してプライマ等による接着により一体化されている。これに対して、後者は定着スリーブの内径を定着補助ローラの外径よりも大きく形成して、発熱層(定着スリーブ)が断熱層(定着補助ローラ)に対して一体化されていない。
The difference in configuration between the electromagnetic induction heating type fixing device in
前者の問題点は、主として3つある。第1の問題点は、定着補助ローラの変形が定着スリーブによって制限されてしまうために、定着ニップ部のニップ量を充分に確保できずに定着性が低下してしまう点である。第2の問題点は、定着スリーブの内周面のすべてが定着補助ローラの外周面に当接しているために、定着補助ローラへ伝導される熱量が多くなって装置の立ち上がりが遅くなってしまう点である。第3の問題点は、定着スリーブと定着補助ローラとが一体化されているために、双方の部材のうちいずれか一方のみに破損等が生じたときでも双方の部材を同時に交換する必要があるという点である。 There are mainly three problems with the former. The first problem is that since the deformation of the auxiliary fixing roller is limited by the fixing sleeve, a sufficient nip amount in the fixing nip portion cannot be secured and the fixing performance is deteriorated. The second problem is that since all of the inner peripheral surface of the fixing sleeve is in contact with the outer peripheral surface of the auxiliary fixing roller, the amount of heat conducted to the auxiliary fixing roller increases and the start-up of the apparatus is delayed. Is a point. The third problem is that since the fixing sleeve and the fixing auxiliary roller are integrated, it is necessary to replace both members at the same time even when only one of both members is damaged. That is the point.
これに対して、後者の問題点は、主として2つある。第1の問題点は、定着スリーブの発熱層と定着補助ローラの断熱層との接触面積が小さいために、装置の立ち上がり後に発熱層の熱を蓄熱しにくくなって定着温度の落ち込みが生じてしまう点である。第2の問題点は、定着スリーブと定着補助ローラとが一体化されていないために、装置の稼動中に定着スリーブの寄り(軸方向への移動である。)が生じてしまう点である。 On the other hand, there are mainly two problems with the latter. The first problem is that since the contact area between the heat generating layer of the fixing sleeve and the heat insulating layer of the fixing auxiliary roller is small, it is difficult to store the heat of the heat generating layer after the apparatus starts up, and the fixing temperature drops. Is a point. The second problem is that since the fixing sleeve and the auxiliary fixing roller are not integrated, the fixing sleeve is displaced (moved in the axial direction) during operation of the apparatus.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、定着性が良好で、装置の立ち上がりが早く、装置の立ち上がり後の定着温度の落ち込みが少なく、部品の交換効率がよく、定着スリーブの寄りが生じることのない、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。 This invention has been made to solve the above-described problems, has good fixability, quick start-up of the apparatus, less drop in fixing temperature after start-up of the apparatus, and good component replacement efficiency. It is an object of the present invention to provide a fixing device and an image forming apparatus in which the fixing sleeve is not displaced.
この発明の請求項1記載の発明にかかる定着装置は、磁束を発生させる磁束発生手段と、前記磁束によって加熱される発熱層を有するとともに、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着スリーブと、前記定着スリーブに内挿された定着補助ローラと、を備え、前記定着スリーブ及び前記定着補助ローラは、前記定着スリーブの温度が所定値まで昇温していないときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも大きくなるように形成され、前記定着スリーブの温度が前記所定値まで昇温しているときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも小さくなるように形成されたものである。 According to a first aspect of the present invention, a fixing device includes a magnetic flux generating means for generating a magnetic flux, a heat generating layer heated by the magnetic flux, and a fixing sleeve for fusing a toner image and fixing it on a recording medium. A fixing auxiliary roller inserted into the fixing sleeve, and the fixing sleeve and the fixing auxiliary roller have an inner diameter of the fixing sleeve when the temperature of the fixing sleeve is not raised to a predetermined value. It is formed so as to be larger than the outer diameter of the auxiliary roller, and is formed so that the inner diameter of the fixing sleeve becomes smaller than the outer diameter of the auxiliary fixing roller when the temperature of the fixing sleeve is raised to the predetermined value. It has been done.
また、請求項2記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1に記載の発明において、前記所定値は、前記定着スリーブがトナー像を溶融して記録媒体に定着するための目標温度よりも小さく雰囲気温度よりも大きいものである。 The fixing device according to a second aspect of the present invention is the fixing device according to the first aspect, wherein the predetermined value is higher than a target temperature for the fixing sleeve to melt and fix the toner image on the recording medium. It is small and larger than the ambient temperature.
また、請求項3記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記定着スリーブ及び前記定着補助ローラは、装置の立ち上げが開始されたときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも大きくなるように形成され、装置の立ち上げが完了したときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも小さくなるように形成されたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the fixing device according to the first or second aspect, the fixing sleeve and the auxiliary fixing roller are configured such that the fixing sleeve and the auxiliary fixing roller are the first fixing sleeve when the start-up of the apparatus is started. The inner diameter of the fixing sleeve is larger than the outer diameter of the auxiliary fixing roller, and the inner diameter of the fixing sleeve is smaller than the outer diameter of the auxiliary fixing roller when the start-up of the apparatus is completed. It is.
また、請求項4記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項3のいずれかに記載の発明において、前記定着補助ローラは、前記定着スリーブの軸方向の移動を規制する規制部材を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to third aspects, the fixing auxiliary roller is a regulating member that regulates the axial movement of the fixing sleeve. It is equipped with.
また、請求項5記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項4に記載の発明において、前記規制部材を、前記定着補助ローラの両端部に挿設されたリング状部材としたものである。 A fixing device according to a fifth aspect of the present invention is the fixing device according to the fourth aspect, wherein the regulating member is a ring-shaped member inserted at both ends of the auxiliary fixing roller.
また、請求項6記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項4又は請求項5に記載の発明において、前記定着スリーブは、その内径が前記定着補助ローラの外径よりも大きいときに前記規制部材を当該定着補助ローラから取出することで当該定着補助ローラから取出できるように構成されたものである。 The fixing device according to a sixth aspect of the present invention is the fixing device according to the fourth or fifth aspect, wherein the fixing sleeve has the restriction when the inner diameter thereof is larger than the outer diameter of the auxiliary fixing roller. By removing the member from the fixing auxiliary roller, the member can be extracted from the fixing auxiliary roller.
また、請求項7記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項6のいずれかに記載の発明において、前記定着スリーブと前記定着補助ローラとの間に潤滑剤を塗布したものである。 A fixing device according to a seventh aspect of the present invention is the fixing device according to any one of the first to sixth aspects, wherein a lubricant is applied between the fixing sleeve and the auxiliary fixing roller. is there.
また、請求項8記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項7のいずれかに記載の発明において、前記定着補助ローラは、その外周面に断熱層を備えたものである。 According to an eighth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to seventh aspects, the auxiliary fixing roller includes a heat insulating layer on an outer peripheral surface thereof.
また、請求項9記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項8に記載の発明において、前記断熱層は、弾性材料又は弾性発泡材料で形成されたものである。 According to a ninth aspect of the present invention, in the fixing device according to the eighth aspect, the heat insulating layer is formed of an elastic material or an elastic foam material.
また、請求項10記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項9のいずれかに記載の発明において、前記定着スリーブを介して前記定着補助ローラに圧接する加圧部材を備えたものである。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a fixing device according to any one of the first to ninth aspects, further comprising a pressure member that presses against the fixing auxiliary roller via the fixing sleeve. Is.
また、請求項11記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項1〜請求項10のいずれかに記載の発明において、前記磁束発生手段は、交番電流が入力されるとともに前記定着スリーブに対向するコイル部を備えたものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to tenth aspects, the magnetic flux generation means faces the fixing sleeve while an alternating current is input. A coil portion is provided.
また、この発明の請求項12記載の発明にかかる定着装置は、加熱される定着スリーブを備える定着装置において、冷間時に前記定着スリーブとの間に非接触領域を有する断熱ローラを備え、前記断熱ローラの前記非接触領域は前記断熱ローラが熱膨張することによって前記定着スリーブに接触するものである。 A fixing device according to a twelfth aspect of the present invention is a fixing device including a heated fixing sleeve, and includes a heat insulating roller having a non-contact region between the fixing sleeve and the heat insulating sleeve when cold. The non-contact area of the roller comes into contact with the fixing sleeve as the heat insulating roller thermally expands.
また、請求項13記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項12に記載の発明において、立ち上げ時に前記断熱ローラが所定温度以上になることによって、前記断熱ローラの前記非接触領域は前記定着スリーブに接触するものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the fixing device according to the twelfth aspect of the present invention, the non-contact area of the heat insulating roller is fixed to the non-contact region when the heat insulating roller reaches a predetermined temperature or more during startup. It is in contact with the sleeve.
また、この発明の請求項14記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項1〜請求項13のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。 An image forming apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention includes the fixing device according to any one of the first to thirteenth aspects.
本発明は、定着スリーブの温度が所定値まで昇温していないときには定着スリーブの内径が定着補助ローラの外径よりも大きくなり、定着スリーブの温度が所定値まで昇温しているときには定着スリーブの内径が定着補助ローラの外径よりも小さくなるように構成している。これにより、定着性が良好で、装置の立ち上がりが早く、装置の立ち上がり後の定着温度の落ち込みが少なく、部品の交換効率がよく、定着スリーブの寄りが生じることのない、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。 In the present invention, when the temperature of the fixing sleeve is not increased to a predetermined value, the inner diameter of the fixing sleeve is larger than the outer diameter of the auxiliary fixing roller, and when the temperature of the fixing sleeve is increased to the predetermined value, The inner diameter of the fixing auxiliary roller is smaller than the outer diameter of the auxiliary fixing roller. As a result, the fixing device and the image forming apparatus have good fixing properties, the apparatus starts up quickly, the fixing temperature does not drop significantly after the apparatus starts up, the parts replacement efficiency is good, and the fixing sleeve does not deviate. Can be provided.
実施の形態.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
Embodiment.
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds, The duplication description is simplified or abbreviate | omitted suitably.
まず、図1にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図1において、1は画像形成装置としてのタンデム型カラー複写機の装置本体、2は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、3は原稿Dを原稿読込部4に搬送する原稿搬送部、4は原稿Dの画像情報を読み込む原稿読込部、7は転写紙等の記録媒体Pが収容される給紙部、9は記録媒体Pの搬送タイミングを調整するレジストローラ、11Y、11M、11C、11BKは各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナー像が形成される感光体ドラム、12は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上を帯電する帯電部、13は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成される静電潜像を現像する現像部、14は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成されたトナー像を記録媒体P上に重ねて転写する転写バイアスローラ、15は各感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。
First, the configuration and operation of the entire image forming apparatus will be described with reference to FIG.
In FIG. 1,
また、16は転写ベルト17を清掃する転写ベルトクリーニング部、17は複数色のトナー像が記録媒体P上に重ねて担持されるように記録媒体Pを搬送する転写ベルト、19は記録媒体P上のトナー像(未定着画像)を定着する電磁誘導加熱方式の定着装置、を示す。
以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Dは、原稿搬送部3の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部4のコンタクトガラス5上に載置される。そして、原稿読込部4で、コンタクトガラス5上に載置された原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
Hereinafter, an operation during normal color image formation in the image forming apparatus will be described.
First, the document D is transported from the document table in the direction of the arrow in the drawing by the transport rollers of the document transport unit 3 and placed on the
詳しくは、原稿読込部4は、コンタクトガラス5上の原稿Dの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Dにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Dのカラー画像情報は、カラーセンサにてRGB(レッド、グリーン、ブルー)の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、RGBの色分解画像信号をもとにして画像処理部で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。
Specifically, the document reading unit 4 scans the image of the document D on the
そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部2に送信される。そして、書込み部2からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光(露光光)が、それぞれ、対応する感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に向けて発せられる。
Then, the image information of each color of yellow, magenta, cyan, and black is transmitted to the
一方、4つの感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKは、それぞれ、図1の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKの表面は、帯電部12との対向部で、一様に帯電される(帯電工程である。)。こうして、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部2において、4つの光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応してそれぞれ射出される。各レーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる(露光工程である。)。
On the other hand, the four
In the
イエロー成分に対応したレーザ光は、紙面左側から1番目の感光体ドラム11Y表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラーにより、感光体ドラム11Yの回転軸方向(主走査方向)に走査される。こうして、帯電部12にて帯電された後の感光体ドラム11Y上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。
Laser light corresponding to the yellow component is irradiated on the surface of the first photosensitive drum 11Y from the left side of the drawing. At this time, the yellow component laser light is scanned in the rotation axis direction (main scanning direction) of the photosensitive drum 11Y by a polygon mirror that rotates at high speed. Thus, an electrostatic latent image corresponding to the yellow component is formed on the photosensitive drum 11Y charged by the charging
同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、紙面左から2番目の感光体ドラム11M表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、紙面左から3番目の感光体ドラム11C表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、紙面左から4番目の感光体ドラム11BK表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。
Similarly, the laser beam corresponding to the magenta component is irradiated onto the surface of the second photosensitive drum 11M from the left side of the paper, and an electrostatic latent image corresponding to the magenta component is formed. The cyan component laser light is applied to the surface of the third
その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、現像部13との対向位置に達する。そして、各現像部13から感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の潜像が現像される(現像工程である。)。
その後、現像工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、転写ベルト17との対向部に達する。ここで、それぞれの対向部には、転写ベルト17の内周面に当接するように転写バイアスローラ14が設置されている。そして、転写バイアスローラ14の位置で、転写ベルト17上の記録媒体Pに、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に形成された各色のトナー像が、順次重ねて転写される(転写工程である。)。
Thereafter, the surfaces of the
Thereafter, the surfaces of the
そして、転写工程後の感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、それぞれ、クリーニング部15との対向位置に達する。そして、クリーニング部15で、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上に残存する未転写トナーが回収される(クリーニング工程である。)。
その後、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BKにおける一連の作像プロセスが終了する。
Then, the surfaces of the
Thereafter, the surfaces of the
他方、感光体ドラム11Y、11M、11C、11BK上の各色のトナーが重ねて転写(担持)された記録媒体Pは、図中の矢印方向に走行して、分離チャージャ18との対向位置に達する。そして、分離チャージャ18との対向位置で、記録媒体Pに蓄積された電荷が中和されて、トナーのちり等を生じさせることなく記録媒体Pが転写ベルト17から分離される。
その後、転写ベルト17表面は、転写ベルトクリーニング部16の位置に達する。そして、転写ベルト17上に付着した付着物が転写ベルトクリーニング部16に回収される。
On the other hand, the recording medium P on which the toners of the respective colors on the
Thereafter, the surface of the
ここで、転写ベルト17上に搬送される記録媒体Pは、給紙部7からレジストローラ9等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Pを収納する給紙部7から、給紙ローラ8により給送された記録媒体Pが、不図示の搬送ガイドを通過した後に、レジストローラ9に導かれる。レジストローラ9に達した記録媒体Pは、タイミングを合わせて、転写ベルト17の位置に向けて搬送される。
Here, the recording medium P transported onto the
Specifically, the recording medium P fed by the paper feeding roller 8 from the paper feeding unit 7 that stores the recording medium P passes through a conveyance guide (not shown) and is guided to the
そして、フルカラー画像が転写された記録媒体Pは、転写ベルト17から分離された後に定着装置19に導かれる。定着装置19では、定着スリーブと加圧ローラとのニップにて、カラー画像(トナー)が記録媒体P上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Pは、不図示の排紙ローラによって、装置本体1外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
The recording medium P to which the full color image has been transferred is separated from the
Then, the recording medium P after the fixing step is discharged as an output image outside the apparatus
次に、画像形成装置本体1に設置される定着装置19の構成・動作について詳述する。
図2に示すように、定着装置19は、磁束発生手段としての誘導加熱部24、定着スリーブ20、定着補助ローラ21(断熱ローラ)、加圧部材としての加圧ローラ30、等で構成される。
Next, the configuration and operation of the fixing
As shown in FIG. 2, the fixing
ここで、定着スリーブ20は、鉄、コバルト、ニッケル、又は、それらの合金等の磁性金属材料で形成された発熱層の表面に、弾性層、離型層等を形成した多層構造体である。
定着スリーブ20の発熱層は、層厚が30〜100μmであって、誘導加熱部24(磁束発生手段)から発せられる磁束によって電磁誘導加熱される。なお、発熱層の材料としては、上述した磁性金属材料の他に、SUS304、SUS316等の非磁性金属材料を用いることもできるし、ポリイミド樹脂等に銅、アルミニウム等の良導体を5〜20μmの厚みでメッキ処理したものを用いることもできる。さらに、発熱層を、体積抵抗率の異なる第1非磁性層と第2非磁性層との2層構造とすることもできる。
Here, the fixing
The heat generation layer of the fixing
定着スリーブ20の弾性層は、層厚が30〜200μmであって、シリコーンゴム等で形成される。定着スリーブ20に弾性層を設けることで、特にカラー画像形成装置における定着ムラの発生が抑止される。
定着スリーブ20の離型層は、層厚が20〜50μmであって、PFA等のフッ素化合物で形成される。離型層は、トナー像(トナー)Tが直接的に接する定着スリーブ20表面のトナー離型性を高めるためのものである。
The elastic layer of the fixing
The release layer of the fixing
断熱ローラとしての定着補助ローラ21は、ステンレス鋼からなる芯金23上に、耐熱性を有する断熱層22が形成されたものである。
定着補助ローラ21の断熱層22は、層厚が2〜5mmであって、アスカー硬度が20〜50度に設定されている。断熱層22の材料としては、シリコーンゴム等の弾性材料や、発泡シリコーンゴム等の弾性発泡材料を用いることができる。
The fixing
The
ここで、定着補助ローラ21は定着スリーブ20に内挿されるが、定着補助ローラ21と定着スリーブ20とは接着(一体化)されていない。そして、定着スリーブ20の温度が所定値まで昇温していないときには定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きくなり(図3の状態である。)、定着スリーブ20の温度が所定値まで昇温しているときには定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも小さくなる(図2の状態である。)ように、定着スリーブ20及び定着補助ローラ21を構成している(材料や形状等を調整している。)。これについては、後で詳しく説明する。
Here, the fixing
また、図示は省略するが、定着スリーブ20の表面には、サーミスタが当接されている。サーミスタは、熱応答性の高い感温素子であって、定着スリーブ20上の温度(定着温度)を検知する。そして、サーミスタによる検知結果に基いて、誘導加熱部24による加熱量を調整する。
Although not shown, a thermistor is in contact with the surface of the fixing
ここで、図4を参照して、定着補助ローラ21の両端部には、その外周面を覆う定着スリーブの軸方向の移動を規制する規制部材としてのリング状部材40が挿設されている。詳しくは、定着スリーブ20が設置された定着補助ローラ21の軸部21aにリング状部材40が挿設され、さらにリング状部材40の外側に止輪45が挿設される。リング状部材40の外径は定着補助ローラ21の外径よりも大きいために、定着スリーブ20が軸方向(スラスト方向)に移動しようとしてもリング状部材40に当接してその動作が規制される。こうして、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きいときであっても、定着スリーブ20の寄りが制限されることになる。
Here, referring to FIG. 4, ring-shaped
なお、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きいときに、リング状部材40を定着補助ローラ21から取出することで、定着補助ローラ21から定着スリーブ20を簡単に取出することができる。これにより、定着スリーブ20及び定着補助ローラ21の部品の交換効率が向上することになる。
When the inner diameter of the fixing
また、本実施の形態では、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に、潤滑剤としてのグリースが塗布されている。これにより、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との摩擦抵抗が低減されて、定着スリーブ20の軸方向の寄りが軽減されるとともに、定着補助ローラ21に対する定着スリーブ20の着脱作業も簡易化される。
In this embodiment, grease as a lubricant is applied between the fixing
図2を参照して、加圧部材としての加圧ローラ30は、アルミニウム、銅等からなる円筒部材32上に、シリコーンゴム等からなる弾性層31、PFA等からなる離型層が形成されたものである。加圧ローラ30の弾性層31は、肉厚が1〜5mmとなるように形成されている。また、加圧ローラ30の離型層は、層厚が20〜50μmとなるように形成されている。加圧ローラ30は、定着スリーブ20を介して定着補助ローラ21に圧接している。そして、定着スリーブ20と加圧ローラ30との当接部(定着ニップ部である。)に、記録媒体Pが搬送される。
Referring to FIG. 2, a
磁束発生手段としての誘導加熱部24は、コイル部25(励磁コイル)、コア部26(励磁コイルコア)、コイルガイド27、カバー部材28、等で構成される。コイル部25は、定着スリーブ20の外周面の一部を覆うように配設されたコイルガイド27上に細線を束ねたリッツ線を巻回して幅方向(図2の紙面垂直方向である。)に延設したものである。コイルガイド27は、耐熱性の高い樹脂材料等からなり、定着スリーブ20との対向面の側でコイル部25を保持する。コア部26は、フェライト等の強磁性体(比透磁率が2500程度である。)からなり、定着スリーブ20の発熱層に向けて効率のよい磁束を形成するためにセンターコアやサイドコアが設けられている。コア部26は、幅方向に延設されたコイル部25に対向するように設置されている。カバー部材28は、コイル部25、コア部26、コイルガイド27を覆うように構成されている。
なお、定着補助ローラ21の内部に、フェライト等の強磁性体からなる内部コア(コア)を設置したり、内部コアの外周の一部を覆う磁束遮蔽部材を設置することもできる。
The
An internal core (core) made of a ferromagnetic material such as ferrite can be installed inside the
このように構成された定着装置19は、次のように動作する。
不図示の駆動モータによって、定着補助ローラ21が図2の時計方向に回転駆動されると、その回転に従動して定着スリーブ20も時計方向に回転するとともに、加圧ローラ30が反時計方向に回転する。そして、定着スリーブ20は、誘導加熱部24との対向位置(対向面)で、誘導加熱部24から発生される磁束によって加熱される。
The fixing
When the
詳しくは、不図示の電源部からコイル部25に10kHz〜1MHz(好ましくは、20kHz〜800kHzである。)の高周波交番電流を流すことで、コイル部25から定着スリーブ20の発熱層に向けて磁力線が双方向に交互に切り替わるように形成される。このように交番磁界が形成されることで、定着スリーブ20の発熱層に渦電流が生じて、発熱層はその電気抵抗によってジュール熱が発生して誘導加熱される。こうして、定着スリーブ20は、自身の発熱層の誘導加熱によって加熱される。
Specifically, by applying a high-frequency alternating current of 10 kHz to 1 MHz (preferably 20 kHz to 800 kHz) from the power supply unit (not shown) to the
その後、誘導加熱部24によって加熱された定着スリーブ20表面は、加圧ローラ30との当接部に達する。そして、搬送される記録媒体P上のトナー像T(トナー)を加熱して溶融する。
詳しくは、先に説明した作像プロセスを経てトナー像Tを担持した記録媒体Pが、不図示のガイド板に案内されながら定着スリーブ20と加圧ローラ30との間に送入される(矢印Y1の搬送方向の移動である。)。そして、定着スリーブ20から受ける熱と加圧ローラ30から受ける圧力とによってトナー像Tが記録媒体Pに定着されて、記録媒体Pは定着スリーブ20と加圧ローラ30との間から送出される。
Thereafter, the surface of the fixing
Specifically, the recording medium P carrying the toner image T through the image forming process described above is fed between the fixing
定着位置を通過した定着スリーブ20表面は、その後に再び誘導加熱部24との対向位置に達する。
このような一連の動作が連続的に繰り返されて、画像形成プロセスにおける定着工程が完了する。
The surface of the fixing
Such a series of operations is continuously repeated to complete the fixing step in the image forming process.
以下、本実施の形態における特徴的な定着装置19の構成・動作について説明する。
図5は、温度変化に対する、定着スリーブ20の内径変化と定着補助ローラ21の外径変化とを示すグラフである。図5において、横軸は温度(定着スリーブ20の温度)を示し、縦軸は定着スリーブ20の内径又は定着補助ローラ21の外径を示す。また、実線R1は定着スリーブ20の内径の温度変化を示し、実線R2は定着補助ローラ21の外径の温度変化を示す。
Hereinafter, the configuration and operation of the fixing
FIG. 5 is a graph showing changes in the inner diameter of the fixing
図5に示すように、本実施の形態では、定着スリーブ20の温度が所定値(本実施の形態では約100℃である。)まで昇温していないとき(冷間時)に、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きくなるように設定している(図3の状態である。)。したがって、定着装置19の立ち上げが開始されたときには、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きくなる。具体的に、常温時には、定着スリーブ20の内径が40mmになり、定着補助ローラ21の外径が39.5mmになる。なお、図5において、立ち上げ開始時の温度に幅があるのは、使用環境(雰囲気温度)の差異によるものである。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, when the temperature of the fixing
さらに、定着スリーブ20の温度が所定値(本実施の形態では約100℃である。)まで昇温しているときに、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも小さくなるように設定している(図2の状態である。)。したがって、少なくとも定着装置19の立ち上げが完了されたときには、定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも小さくなる。具体的に、通紙時(定着工程時)には、定着スリーブ20の内径が40〜40.1mmになり、定着補助ローラ21の外径が40.4〜40.7mmになる。
Further, when the temperature of the fixing
ここで、上述の所定値(定着スリーブ20の内径と定着補助ローラ21の外径の大小関係が逆転する温度である。)は、定着スリーブ20がトナー像を溶融して記録媒体Pに定着するための目標温度(160℃前後である。)よりも小さく、雰囲気温度よりも大きくなる温度である。
Here, the predetermined value (the temperature at which the relationship between the inner diameter of the fixing
このような構成により、定着装置19の立ち上げ(ウォーミングアップ)が開始されて暫くの間は、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙(非接触領域)がある状態で、誘導加熱部24によって定着スリーブ20(発熱層)の加熱がおこなわれることになる。そのため、定着スリーブ20から定着補助ローラ21への熱移動が低減されて、立ち上げ時間が短縮される。
With such a configuration, for a while after the start-up (warming-up) of the fixing
このことは、図6に示す実験結果からも理解できる。図6において、実線S1は定着スリーブ20と定着補助ローラ21とを一体化(接着)しないで双方に空隙があるときの立ち上がり特性(定着スリーブ20の昇温特性)を示し、実線S2は定着スリーブ20と定着補助ローラ21とを一体化(接着)して双方に空隙がないときの立ち上がり特性を示す。
図6に示すように、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙がないときの立ち上げ時間が約24秒であるのに対して、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙があるときの立ち上げ時間は約17秒になる。
This can be understood from the experimental results shown in FIG. In FIG. 6, a solid line S1 indicates a rising characteristic (temperature rise characteristic of the fixing sleeve 20) when the fixing
As shown in FIG. 6, the start-up time when there is no gap between the fixing
すなわち、本実施の形態によれば、立ち上げ時に定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に一定時間空隙が設けられるために、定着装置19の立ち上げ時間が確実に短縮される。
また、定着スリーブ20と定着補助ローラ21とが一体化されていないために、定着補助ローラ21の変形が定着スリーブ20によって制限される不具合が軽減されて、定着ニップ部のニップ量を充分に確保できて定着性が向上する。
さらに、常温時(メンテナンス時)には定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙があるために、双方の部材のうちいずれか一方のみに破損等が生じたときでも双方の部材を同時に交換しないですむ。なお、先に図4で説明したように、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との分解作業は簡易におこなうことができる。
That is, according to the present embodiment, since the gap is provided between the fixing
In addition, since the fixing
Further, since there is a gap between the fixing
一方、定着装置19の立ち上げ(ウォーミングアップ)が完了して定着工程(通紙)がおこなわれるときには、定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙がない状態(双方の部材の接触面積が大きい状態である。)で、誘導加熱部24によって定着スリーブ20(発熱層)の加熱がおこなわれることになる。そのため、定着スリーブ20で生じた熱が定着補助ローラ21の断熱層22に蓄熱されて、定着工程直後(次の定着工程への移行時)における定着温度の落ち込みが軽減される。
なお、本実施の形態では、定着補助ローラ21の断熱層22を弾性材料(又は弾性発泡材料)で形成しているために、定着補助ローラ21の外径が定着スリーブ20の内径よりも大きくなっても定着スリーブ20に大きなストレスが生じることはない。
On the other hand, when the fixing
In this embodiment, since the
また、定着工程時(通紙時)には定着スリーブ20と定着補助ローラ21との間に空隙がないために(双方の部材が密着しているために)、定着装置の稼動中に定着スリーブ20の寄り(軸方向への移動である。)が生じてしまう不具合が抑止される。なお、本実施の形態では、先に図4で説明したように、規制部材としてのリング状部材40が定着補助ローラ21に設置されているために、定着スリーブ20の寄りの発生が確実に抑止されることになる。
In addition, since there is no gap between the fixing
なお、本実施の形態における定着装置は、以下のような特徴的な構成を有するものと換言される。
すなわち、本実施の形態における定着装置は、冷間時に定着スリーブ20との間に非接触領域(空気層)を有する断熱ローラ(定着補助ローラ)21を備えていて、その非接触領域は断熱ローラ21が熱膨張することによって定着スリーブ20に接触する。具体的には、装置の立ち上げ時(ウォーミングアップ時)に断熱ローラ21が所定温度以上になることによって、断熱ローラ21の非接触領域が定着スリーブ20に接触する。
In other words, the fixing device in this embodiment has the following characteristic configuration.
That is, the fixing device in the present embodiment includes a heat insulating roller (fixing auxiliary roller) 21 having a non-contact area (air layer) between the fixing
以上説明したように、本実施の形態では、定着スリーブ20の温度が所定値まで昇温していないときには定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも大きくなり、定着スリーブ20の温度が所定値まで昇温しているときには定着スリーブ20の内径が定着補助ローラ21の外径よりも小さくなるように構成している。これにより、定着性が良好で、定着装置19の立ち上がりが早く、定着装置19の立ち上がり後の定着温度の落ち込みが少なく、部品(定着スリーブ20及び定着補助ローラ21)の交換効率がよく、定着スリーブ20の寄りを軽減することができる。
As described above, in the present embodiment, when the temperature of the fixing
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the present embodiment, and it is obvious that the present embodiment can be modified as appropriate within the scope of the technical idea of the present invention, other than suggested in the present embodiment. is there. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the present embodiment, and the number, position, shape, and the like suitable for implementing the present invention can be achieved.
1 画像形成装置本体(装置本体)、
19 定着装置、
20 定着スリーブ、
21 定着補助ローラ(断熱ローラ)、 22 断熱層、 23 芯金、
24 誘導加熱部(磁束発生手段)、
25 コイル部、 26 コア部、
27 コイルガイド、 28 カバー部材、
30 加圧ローラ、
40 リング状部材(規制部材)。
1 image forming apparatus body (apparatus body),
19 fixing device,
20 fixing sleeve,
21 fixing auxiliary roller (heat insulating roller), 22 heat insulating layer, 23 cored bar,
24 induction heating part (magnetic flux generating means),
25 coil section, 26 core section,
27 Coil guide, 28 Cover member,
30 pressure roller,
40 Ring-shaped member (regulating member).
Claims (14)
前記磁束によって加熱される発熱層を有するとともに、トナー像を溶融して記録媒体に定着する定着スリーブと、
前記定着スリーブに内挿された定着補助ローラと、を備え、
前記定着スリーブ及び前記定着補助ローラは、前記定着スリーブの温度が所定値まで昇温していないときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも大きくなるように形成され、前記定着スリーブの温度が前記所定値まで昇温しているときには前記定着スリーブの内径が前記定着補助ローラの外径よりも小さくなるように形成されたことを特徴とする定着装置。 Magnetic flux generating means for generating magnetic flux;
A fixing sleeve that has a heat generating layer heated by the magnetic flux and that melts and fixes the toner image to a recording medium;
A fixing auxiliary roller inserted in the fixing sleeve,
The fixing sleeve and the auxiliary fixing roller are formed such that an inner diameter of the fixing sleeve is larger than an outer diameter of the auxiliary fixing roller when the temperature of the fixing sleeve is not raised to a predetermined value. The fixing device is characterized in that an inner diameter of the fixing sleeve is smaller than an outer diameter of the auxiliary fixing roller when the temperature of the fixing sleeve is raised to the predetermined value.
冷間時に前記定着スリーブとの間に非接触領域を有する断熱ローラを備え、
前記断熱ローラの前記非接触領域は前記断熱ローラが熱膨張することによって前記定着スリーブに接触することを特徴とする定着装置。 In a fixing device comprising a heated fixing sleeve,
A heat insulating roller having a non-contact area with the fixing sleeve when cold;
The fixing device according to claim 1, wherein the non-contact region of the heat insulating roller contacts the fixing sleeve as the heat insulating roller thermally expands.
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