JP2008052031A - Fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置の定着装置に関し、特に、互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成する加熱回転部材および加圧回転部材を有し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device of an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, and in particular, has a heating rotating member and a pressure rotating member that form a fixing region by a pressing region that presses while rotating with respect to each other. And a fixing device that heats and fixes the unfixed toner image when a transfer material on which the unfixed toner image is formed passes through the fixing region.
従来、前記画像形成装置で未定着トナー像を用紙(転写材)に定着する定着方式として、安全性、定着性のよさなどから用紙の未定着トナー像を加熱、溶融して用紙に定着させる熱定着方式が一般に用いられている。また、近年では、クイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の加熱装置が実用化されている。即ち、加熱体としての例えば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加熱部材としての耐熱性樹脂ベルト(以下、定着ベルトと記す)を挟ませて圧接ニップ部(以下、定着ニップ部と記す)を形成させ、該定着ニップ部の定着ベルト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記録材を導入して定着ベルトと一緒に挟持搬送させることで、定着ベルトを介してセラミックヒータの熱を与えながら定着ニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に定着させるものである。このベルト加熱方式の加熱装置は、スタンバイ中のヒータへの通電を必要とせず、画像形成装置がプリント信号を受信してから、ヒータへの通電を行っても記録材が加熱装置に到達するまでに加熱可能な状態にすることが可能である。よって省エネの観点からベルト加熱方式の加熱装置はエネルギーを無駄にしない、優れた加熱定着装置となる。さらには、加熱ローラに対向するようにベルトを介して加圧部材を配置する定着方式も提案されている。上記いずれの定着方式を用いた場合にも、紙を定着領域で定着する場合、加熱ローラの通紙域通過表面は略均一な温度分布となる。 Conventionally, as a fixing method for fixing an unfixed toner image on a sheet (transfer material) in the image forming apparatus, heat that heats and melts the unfixed toner image on the sheet to fix it on the sheet from the standpoint of safety and fixability. A fixing method is generally used. In recent years, a belt heating type heating apparatus has been put into practical use from the viewpoint of quick start and energy saving. That is, a heat-resistant resin belt (hereinafter referred to as a fixing belt) as a heating member is sandwiched between, for example, a ceramic heater as a heating body and a pressure roller as a pressure member, and a pressure nip portion (hereinafter referred to as fixing). A recording material on which an unfixed toner image is formed and supported between the fixing belt and the pressure roller of the fixing nip portion, and is conveyed while being held together with the fixing belt. An unfixed toner image is fixed on the surface of the recording material with the pressure of the fixing nip portion while applying heat from the ceramic heater through the fixing belt. This belt heating type heating apparatus does not require energization of the heater in standby, and after the image forming apparatus receives the print signal, the recording material reaches the heating apparatus even if the heater is energized. It is possible to make it heatable. Therefore, from the viewpoint of energy saving, the belt heating type heating device is an excellent heat fixing device that does not waste energy. Furthermore, a fixing method is also proposed in which a pressure member is arranged through a belt so as to face the heating roller. Regardless of which fixing method is used, when the paper is fixed in the fixing region, the surface of the heating roller passing through the paper passing region has a substantially uniform temperature distribution.
しかしながら、最大サイズ紙より幅の小さい小サイズ紙を定着領域で連続定着した場合に、加熱ロールの非通紙域通過表面の温度が過度に上昇する。これは、小サイズ紙を連続的に通紙すると、用紙の通過しない非通紙域では紙による奪熱が無い分だけ、部分的に蓄熱されるためである。この現象は定着装置の端部昇温あるいは非通紙部昇温と称され、定着装置の端部昇温が高温になると、定着部材構成部品や加圧ローラの温度上昇限度を超えるためにこれらの部品のダメージにつながる。 However, when small size paper having a width smaller than the maximum size paper is continuously fixed in the fixing area, the temperature of the surface of the heating roll passing through the non-sheet passing area excessively increases. This is because when small-size paper is continuously passed, heat is partially stored in the non-paper passing area where the paper does not pass, as much as there is no heat removal by the paper. This phenomenon is called the temperature rise at the end of the fixing device or the temperature rise at the non-sheet passing portion. If the temperature rise at the end of the fixing device becomes high, the temperature rise limits of the fixing member components and the pressure roller are exceeded. Lead to damage of the parts.
このような、前記非通紙部昇温を防止するべく、定着装置に冷却ファンを設けて、非通紙部の加熱ローラおよび加圧ローラに送風することにより、その温度上昇を押さえる構成が知られている。従来技術が記載されたものとして、次のものが知られている。 In order to prevent the temperature rise of the non-sheet passing portion, a cooling fan is provided in the fixing device, and the temperature rise is suppressed by blowing air to the heating roller and pressure roller of the non-sheet passing portion. It has been. The following is known as a description of the prior art.
特開平4-51179号公報
この公報記載の技術は、定着装置に配置した冷却ファンから前記非通紙域側に、冷却風を選択的に送風している。
In the technique described in this publication, cooling air is selectively blown from the cooling fan arranged in the fixing device to the non-sheet passing area side.
特開2003-076209号公報
この公報記載の技術は、冷却ファンから前記非通紙域側に、冷却風を送風する際に、使用する用紙の幅に応じて、送風口の幅方向の長さを調節することによって、異なったサイズの紙に対しても、前記非通紙部昇温を防止している。
しかしながら特開2003-076209号公報の従来技術においては、冷却風を案内する送風口の面積を変化させることによって幅方向への多様なサイズの紙に対応しているが、この構成では、種々の紙サイズにより送風口と案内部により構成されるダクト形状が変化することとなる。ダクト形状が変化するということはダクトの屈曲部で生じる冷却風の風量の損失や風向等も変化するということであり、例えば、シャッター部材が3が図8に示すような位置にある場合と、図7に示すような位置にある場合とでは、同じ位置を流れる冷却風であるにも関わらず、流線Xと流線Zのように変化が生じることは、一目瞭然である。従って、上記前述の構成では、種々の紙サイズにおける送風条件に応じて冷却ファンの風量を強める制御を入れたり、冷却ファンのサイズ大型化を図って風量を確保したりするといった細かなチューニングが必要となるため、結果として、冷却装置の制御や構成が複雑になるという問題を抱えていた。
However, in the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-076209, paper of various sizes in the width direction is supported by changing the area of the air blowing port that guides the cooling air. The duct shape constituted by the blower opening and the guide portion changes depending on the paper size. The change in the duct shape means that the loss of the cooling air volume generated at the bent portion of the duct, the wind direction, and the like also change. For example, when the
さらに、送風口の幅方向の長さを調節するシャッター部材3が、図7に示すような位置にあると、シャッター部材3の壁面に垂直に冷却風が当たるため、流線Zで示す冷却風の流量が損失してしまい、非通紙部の十分な冷却効果を得ることができなかった。以上の事情は、特開平4-51179号公報における冷却風を選択的に送風する従来構成においても同様である。
Furthermore, when the
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置及び制御の複雑化とそれに伴うコストアップ、および通紙域への冷却風回り込み等の冷却性能の悪化を効率的に解決する定着装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and the object of the present invention is to complicate the apparatus and the control, increase the cost, and deteriorate the cooling performance such as cooling air wrapping around the paper passing area. An object of the present invention is to provide a fixing device that efficiently solves the problem.
互いに回転しながら圧接する圧接領域により定着領域を形成し、未定着トナー像が形成された転写材が前記定着領域を通過する際に前記未定着トナー像を加熱定着する、一対の回転体の少なくとも一方に熱源を有する定着用部材を備えた定着装置において、前記定着用部材の所定の領域を冷却するために前記定着用部材に対向して送風口及び冷却風の案内部が形成された非通紙域冷却用ダクトと、前記非通紙域冷却用ダクトに冷却風を送風する冷却ファンを有する冷却装置と、前記所定の領域に沿って前記冷却装置を移動可能とする移動手段と、を備えることを特徴とする。 At least one of a pair of rotating members that forms a fixing region by a pressure contact region that is pressed against each other while rotating, and that heat-fixes the unfixed toner image when the transfer material on which the unfixed toner image is formed passes through the fixing region. In a fixing device including a fixing member having a heat source on one side, a non-communication in which an air blowing port and a cooling air guide are formed facing the fixing member to cool a predetermined region of the fixing member. A paper area cooling duct, a cooling device having a cooling fan that blows cooling air to the non-paper passing area cooling duct, and a moving unit that allows the cooling device to move along the predetermined area. It is characterized by that.
本発明によれば、冷却ファンを冷却風の案内部を備えたダクトと一体に移動可能とし、各種の紙サイズに応じた所定の位置に冷却ファン及びダクトを移動させることで、多様なサイズの転写材に対しても送風条件を変化させることがないため、装置構成や制御の単純化、低コスト化、さらに冷却性能の向上を実現した定着装置を提供することができる。 According to the present invention, the cooling fan can be moved integrally with the duct provided with the cooling air guide, and the cooling fan and the duct can be moved to predetermined positions according to various paper sizes. Since the blowing condition is not changed even for the transfer material, it is possible to provide a fixing device that realizes simplification of the device configuration and control, cost reduction, and improvement in cooling performance.
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例(実施例)を説明する。但し、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。 Next, specific examples (examples) of the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
(実施の形態1)
(定着装置)
図1は本実施例における定着装置の断面図である。本例の定着装置は、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。
(Embodiment 1)
(Fixing device)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the fixing device in this embodiment. The fixing device of this example is a heating device of a fixing belt heating method and a pressure rotating body driving method (tensionless type).
20は第一の回転体(第一の定着部材)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円筒状(エンドレスベルト状、スリーブ状)の部材である。
22は第二の回転体(第二の定着部材)としての加圧ローラである。
17は加熱体保持部材としての、横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、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。定着ベルト20はこのヒータホルダ17にルーズに外嵌させてあり、図2の斜視図に示すように定着フランジ50に端部を付勢されている。
加圧ローラ22は、ステンレス製の芯金に、射出成形により、厚み約3mmのシリコーンゴム層を形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ22は芯金の両端部を装置フレーム24の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ22の上側に、前記の定着ヒータ16・ヒータホルダ17・定着ベルト20等から成る定着ベルトユニットをヒータ16側を下向きにして加圧ローラ22に並行に配置し、ヒータホルダ17の両端部を不図示の加圧機構により片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf)の力で加圧ローラ22の軸線方向に附勢することで、定着ヒータ16の下向き面を定着ベルト20を介して加圧ローラ22の弾性層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27を形成させてある。加圧機構は、圧解除機構を有し、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。
The
23と26は装置フレーム24に組付けた入り口ガイドと定着排紙ローラである。入り口ガイド23は、二次転写ニップを抜けた記録材Pが、定着ヒータ16部分における定着ベルト20と加圧ローラ22との圧接部である定着ニップ部27に正確にガイドされるよう、転写材を導く役割を果たす。本実施例の入り口ガイド23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。
加圧ローラ22は駆動手段(図不示)により矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ22の回転駆動による該加圧ローラ22の外面と定着ベルト20との、定着ニップ部27における圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト20に回転力が作用して該定着ベルト20がその内面側が定着ヒータ16の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ17の外回りを矢印の方向に従動回転状態になる。定着ベルト20内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ17と定着ベルト20内面との摺動性を確保している。
The
加圧ローラ22が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト20が従動回転状態になり、また定着ヒータ16に通電がなされ、該定着ヒータ16が昇温して所定の温度に立ち上げ温調された状態において、定着ニップ部27の定着ベルト20と加圧ローラ22との間に未定着トナー像を担持した記録材Pが入り口ガイド23に沿って案内されて導入され、定着ニップ部27において記録材Pのトナー像担持面側が定着ベルト20の外面に密着して定着ベルト20と一緒に定着ニップ部27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の熱が定着ベルト20を介して記録材Pに付与され、記録材P上の未定着トナー像tが記録材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部27を通過した記録材Pは定着ベルト20から曲率分離され、定着排紙ローラ26で排出される。
The
(サーミスタ)
図1に示すように、19と18は第一と第二の温度検知手段としてのメインとサブの2つのサーミスタである。第一の温度検知手段としてのメインサーミスタ19は加熱体である定着ヒータ16に配置され、本実施例では定着ヒータ16の裏面に接触させてあり、定着ヒータ16裏面の温度を検知する。
(Thermistor)
As shown in FIG. 1,
サブサーミスタは、ヒータホルダ17の上方において定着ベルト20の内面に弾性的に接触させてあり、定着ベルト20の内面の温度を検知する。
The sub-thermistor is in elastic contact with the inner surface of the fixing
メインサーミスタ19は定着ベルト20の長手中央付近に、サブサーミスタ18は定着ヒータ16の端部付近に配設され、それぞれ定着ヒータ16の裏面、定着ベルト20の内面に接触するよう配置されている。
The
メインサーミスタ19、及びサブサーミスタ18は、その出力がそれぞれA/Dコンバータを介して制御回路部(CPU)21に接続され、制御回路部21は、メインサーミスタ19、サブサーミスタ18の出力をもとに、定着ヒータ16の温調制御内容を決定し、電力供給部(加熱手段)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 outputs of the
(冷却装置)
図3は、前記定着装置の定着ベルトと、冷却ファンと非通紙域冷却用ダクトの状態を説明する図である。図3において、定着ベルト上部には冷却ファン1が設けられており、冷却ファン1には非通紙域冷却用ダクト2が接続されている。冷却ファン1は、シロッコファンやクロスフローファンと比べても低コストである軸流ファンを採用している。
(Cooling system)
FIG. 3 is a diagram for explaining the state of the fixing belt, the cooling fan, and the non-sheet passing area cooling duct of the fixing device. In FIG. 3, a cooling
非通紙域冷却用ダクト2は、小サイズ紙(最大サイズ用紙よりも幅の狭い用紙)が連続して定着領域Qを通過する際に小サイズ紙が通過しない定着領域である非通紙域Rを冷却するためのダクトである。
The non-sheet-passing
(移動機構及び位置検知機構)
図4は、冷却装置の移動機構及びその位置検知機構である。基本的に対称の構成をとっており、説明簡略化のために図4では一端のみを示している。
(Movement mechanism and position detection mechanism)
FIG. 4 shows a moving mechanism of the cooling device and its position detecting mechanism. Basically, the configuration is symmetrical, and only one end is shown in FIG. 4 for simplicity of explanation.
定着ベルト側のダクト出口には、ベルトに対向する位置に冷却フレーム8が配設されている。冷却フレーム8には定着ベルトの軸線方向に沿ってガイド溝100が刻まれており、冷却用ダクト2を取り付け可能な移動壁3がガイド溝100に沿って、図示しない駆動源(パルスモータと駆動ギア等)により移動可能なよう構成されている。冷却フレームにはダクト開口9が設けられており、移動壁3に取り付けられた冷却用ダクト2の送風口からの冷却風が定着ベルトに当たるよう構成されている。
A
冷却用ダクト2の位置は、移動壁3上に設けられた、紙サイズによって決められたエッジ位置4をセンサ5により検出することで、各用紙サイズに対応した位置であることを検知する。これにより、通紙する用紙サイズに最適な配置に冷却装置を移動させ、最適配置での送風を行なうことができる。
The position of the cooling
(冷却ファン動作)
次に、本実施の形態における、冷却ファンの動作について説明する。
(Cooling fan operation)
Next, the operation of the cooling fan in the present embodiment will be described.
画像形成時に、上述の前記最大サイズ用紙よりも幅の小さい小サイズ用紙を連続定着した場合、非通紙域Rの温度が上昇する。このとき、第二の温度検知手段としてのサブサーミスタは、定着ベルト20の内面の温度を検知するが、このサブサーミスタが、所定以上の温度を検知した際に、前述の冷却ファン1が動作を開始し、非通紙域の温度上昇を押さえる。そして、冷却ファンの冷却風により冷却されることで、サブサーミスタの温度がある温度まで下降した際に、冷却ファンの動作を停止する。
When small-size paper having a width smaller than the above-mentioned maximum-size paper is continuously fixed during image formation, the temperature of the non-sheet passing area R rises. At this time, the sub-thermistor as the second temperature detecting means detects the temperature of the inner surface of the fixing
この冷却ファンのサブサーミスタの検知温度による、ON-OFFの温度レンジは、冷却ファンの動作状況により、変更するように制御されている。 The ON / OFF temperature range based on the detected temperature of the sub-thermistor of the cooling fan is controlled to change depending on the operation status of the cooling fan.
本実施例での冷却ファンの、ON-OFF温度レンジを、B4サイズの用紙を100枚連続通紙した場合に、通紙枚数が0〜30枚の時は、冷却ファンの動作開始温度をサブサーミスタの検知温度が、200℃になった時に、冷却ファンの停止温度をサブサーミスタの検知温度が、190℃になった時に行い、30〜60枚の時は、同じく冷却ファンの動作温度を、開始205℃、停止195℃にて行い、以後30枚ごとに、冷却ファンの動作の開始温度と、停止温度を5℃ずつ上げている。 The cooling fan in this embodiment has an ON-OFF temperature range. When 100 sheets of B4 size paper are continuously passed and the number of sheets to be passed is 0 to 30, the operation start temperature of the cooling fan is set to the sub-temperature. When the detected temperature of the thermistor reaches 200 ° C, the cooling fan is stopped when the detected temperature of the sub-thermistor reaches 190 ° C. The operation is started at 205 ° C. and stopped at 195 ° C., and thereafter the start temperature and stop temperature of the cooling fan are increased by 5 ° C. every 30 sheets.
(冷却状態説明)
図5及び図6は、冷却ファンから発生した冷却風が定着ベルトの非通紙域を冷却する状態を説明する断面図である。図5は最大サイズ用紙P‘を連続通紙した場合の冷却ファンの配置を示し、図6は小サイズ用紙Pを連続通紙した場合の冷却ファンの配置をそれぞれ示している。
(Cooling state explanation)
5 and 6 are cross-sectional views illustrating a state in which the cooling air generated from the cooling fan cools the non-sheet passing area of the fixing belt. FIG. 5 shows the arrangement of the cooling fans when the maximum size paper P ′ is continuously passed, and FIG. 6 shows the arrangement of the cooling fans when the small size paper P is continuously passed.
冷却状態に至る動作の順序としては、通紙前に設定された用紙サイズに応じて、冷却装置の移動装置が冷却ファン1及び冷却用ダクト2を一体となって、用紙中央に対し対称な所定の位置へと左右一対ずつそれぞれ移動する。従ってこのとき、用紙サイズが最大サイズ幅の場合は、図5における配置のように冷却ファン1が左右に最も間隔を取った配置まで移動し、用紙サイズが前記大サイズより小さい場合は、図6における配置のように冷却ファン1の間隔が狭まった配置に移動することになる。
As the order of operations to reach the cooling state, the moving device of the cooling device integrates the cooling
このように、通紙する用紙サイズによって冷却装置は異なる配置を取るが、冷却ファン1と冷却ダクト2の配置及び位置関係、また冷却ダクト2と定着ベルト20の配置及び位置関係は、図5と図6に示すように全く変化していないことが分かる。従って冷却流線Zにも最大サイズ用紙通紙時と小サイズ通紙時で変化がなく、種々の紙サイズにおける送風条件に応じて細かなチューニング等を施す必要がないことが分かる。
As described above, although the cooling devices are arranged differently depending on the size of paper to be passed, the arrangement and positional relationship between the cooling
以上説明したように、本実施例の構成を取ることにより、種々の用紙サイズに応じて冷却装置の制御や構成を変えることなく単純化が可能であることが分かる。また、冷却ファン1の配置を気にすることなく、送風条件の最適化を図れるため、冷却風の損失も少なくすることができ、効率のよい冷却が可能となることが分かる。
As described above, it can be seen that by adopting the configuration of this embodiment, simplification is possible without changing the control and configuration of the cooling device in accordance with various paper sizes. In addition, since it is possible to optimize the air blowing conditions without worrying about the arrangement of the cooling
1 冷却ファン
2 非通紙域冷却用ダクト
3 シャッター
4 エッジ位置
5 センサ
8 シャッターフレーム
9 ダクト開口
16 定着ヒータ
17 ヒータホルダ
18 サブサーミスタ
19 メインサーミスタ
20 定着ベルト
22 加圧ローラ
P 記録材
Q 定着領域
R 非通紙域
X 流線
Y 流線
Z 流線
DESCRIPTION OF
P Recording material
Q Fixing area
R Non-paper passing area
X streamline
Y streamline
Z streamline
Claims (3)
前記定着用部材の所定の領域を冷却するために前記定着用部材に対向して送風口及び冷却風の案内部が形成された非通紙域冷却用ダクトと、
前記非通紙域冷却用ダクトに冷却風を送風する冷却ファンを有する冷却装置と、前記所定の領域に沿って前記冷却装置を移動可能とする移動手段と、
を備えることを特徴とする定着装置。 At least one of a pair of rotating members that forms a fixing region by a pressure contact region that is pressed against each other while rotating, and that heat-fixes the unfixed toner image when the transfer material on which the unfixed toner image is formed passes through the fixing region. In a fixing device provided with a fixing member having a heat source on one side,
A non-sheet-passing area cooling duct in which a blowing port and a guide for cooling air are formed facing the fixing member to cool a predetermined region of the fixing member;
A cooling device having a cooling fan for blowing cooling air to the non-sheet-passing area cooling duct, and a moving means for moving the cooling device along the predetermined area;
A fixing device comprising:
前記移動手段は、前記認識手段により認識した転写材の幅に応じて所定の位置に前記冷却装置を移動させる手段であることを特徴とする、請求項2に記載の定着装置。 The fixing device includes a recognition unit that recognizes the width of the transfer material that passes through the fixing region,
The fixing device according to claim 2, wherein the moving unit is a unit that moves the cooling device to a predetermined position in accordance with the width of the transfer material recognized by the recognition unit.
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