JP2008112053A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トナーを記録媒体上に定着させるためのヒートローラを用いる画像形成装置の構成に関する。 The present invention relates to a configuration of an image forming apparatus using a heat roller for fixing toner on a recording medium.
特許文献1は、電子写真式の画像形成装置に用いられる熱ローラ定着式の定着装置を開示する。この特許文献1の定着装置はヒートローラとプレスローラとを圧接してニップ部を形成し、このニップ部を通過する用紙を加熱及び加圧することで、トナーを用紙に定着させる構成になっている。特許文献1の構成では、ヒートローラは円筒状に構成されるとともに、その内部には熱源としてのハロゲンランプが配置されている。
しかし、上記特許文献1に開示されるようなハロゲンランプ内蔵型のヒートローラは、ローラを内部から加熱する構成であるため、加熱を開始してからローラ表面が必要な温度に上昇するまでの時間が長くなってしまい、ウォームアップタイムの短縮という観点で改善の余地があった。また、熱源が円筒状のローラの内周側に配置されているためにローラ表面の効率的な加熱ができず、省エネルギーの観点からも改善の余地が残されていた。 However, the halogen lamp built-in heat roller disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which the roller is heated from the inside, and therefore, the time from the start of heating until the roller surface rises to the required temperature. There is room for improvement in terms of shortening the warm-up time. Further, since the heat source is arranged on the inner peripheral side of the cylindrical roller, the roller surface cannot be efficiently heated, and there is room for improvement from the viewpoint of energy saving.
本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ウォームアップタイムを短縮でき、省電力化が可能な画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an image forming apparatus capable of shortening the warm-up time and saving power.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、以下の構成の画像形成装置が提供される。即ち、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置を備える。前記定着装置に用いられるヒートローラは、円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WBとを、異ならせるように制御する。 According to a first aspect of the present invention, an image forming apparatus having the following configuration is provided. That is, a fixing device for fixing the toner on the recording medium is provided. The heat roller used in the fixing device has a columnar shape or a cylindrical shape, and has an electric insulating base body, an electric insulating layer, and a pattern shape including a plurality of lines. A sheet heating element including a heating layer formed on one surface and generating heat upon application of a voltage; and a heat transfer layer formed in a sheet shape on the other surface of the electrical insulating layer; and the toner And a release layer having a high releasability. The planar heating element is interposed between the outer peripheral surface of the base body and the release layer, and the base body, the heating layer, the electrical insulating layer, the heat transfer layer, and the separation layer. The mold layers are laminated in this order outward in the radial direction. Electric power WA per unit time given to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and unit given to the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller The power WB per hour is controlled to be different.
これにより、ローラ表面の近くに熱源即ち面状発熱体が配置されるので、ローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮できる。また、ベース体の外方に面状発熱体が配置されるので、ヒートローラの中心部の無駄な加熱を防止でき、省電力性に優れる。更には、面状発熱体の発熱層は複数の線からなるパターン形状を有しているので、発熱ムラを軽減できる。また、発熱層よりも外方に面状の伝熱層が配置されていることにより、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現できる。また、記録媒体がヒートローラに接しているか否かでヒートローラに与える電力の大きさを切り換えることにより、ヒートローラの消費電力をきめ細かく制御でき、省電力化が容易である。更に、ローラ表面の温度を急速に立上げ可能なことから、上記のような電力の切換を行った場合でも、所望のタイミングでローラ表面をトナー定着に必要な温度まで確実に上昇させることができる。 Thereby, since a heat source, that is, a planar heating element is arranged near the roller surface, the temperature of the roller surface can be rapidly increased, and the warm-up time can be remarkably shortened. In addition, since the planar heating element is disposed outside the base body, useless heating of the center portion of the heat roller can be prevented, and power saving is excellent. Furthermore, since the heat generating layer of the planar heat generating element has a pattern shape composed of a plurality of lines, uneven heat generation can be reduced. Further, since the planar heat transfer layer is disposed outside the heat generating layer, the recording medium in contact with the surface of the heat roller can be heated uniformly, and uniform toner fixing can be realized. Further, by switching the amount of electric power applied to the heat roller depending on whether or not the recording medium is in contact with the heat roller, the power consumption of the heat roller can be finely controlled, and power saving is easy. Further, since the temperature of the roller surface can be rapidly raised, even when the power is switched as described above, the roller surface can be reliably raised to the temperature necessary for toner fixing at a desired timing. .
本発明の第2の観点によれば、以下の構成の画像形成装置が提供される。即ち、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置を備える。前記定着装置に用いられるヒートローラは、円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、このベース体の外周上に積層される電気絶縁層と、この電気絶縁層上に複数本の線からなるパターン形状を有するように形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、を含む面状発熱体と、この面状発熱体上に積層される弾性層と、この弾性体上に積層され、トナーに対して高い離型性を有する離型層と、を含む。前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WBとを、異ならせるように制御する。 According to a second aspect of the present invention, an image forming apparatus having the following configuration is provided. That is, a fixing device for fixing the toner on the recording medium is provided. The heat roller used in the fixing device has a columnar shape or a cylindrical shape, and has an electrically insulating base body, an electrically insulating layer laminated on the outer periphery of the base body, and a plurality of the electrically insulating layers on the electrically insulating layer. A sheet heating element including a heating layer that is formed to have a pattern shape composed of a line and generates heat upon application of a voltage, an elastic layer laminated on the sheet heating element, and the elastic body And a release layer which is laminated on the top and has a high release property with respect to the toner. Electric power WA per unit time given to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and unit given to the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller The power WB per hour is controlled to be different.
これにより、ローラ表面の近くに熱源即ち面状発熱体が配置されるので、ローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを短縮できる。また、ベース体の外方に面状発熱体が配置されるので、ヒートローラの中心部の無駄な加熱を防止でき、省電力性に優れる。更には、面状発熱体の発熱層は複数の線からなるパターン形状を有しているので、発熱ムラを軽減できる。また、面状発熱体と離型層との間に弾性層が配置されているので、定着後のトナーに適度の光沢を付与でき、光沢感のある画像を形成することができる。また、記録媒体がヒートローラに接しているか否かでヒートローラに与える電力の大きさを切り換えることにより、ヒートローラの消費電力をきめ細かく制御でき、省電力化が容易である。更に、ローラ表面の温度を急速に立上げ可能なことから、上記のような電力の切換を行った場合でも、所望のタイミングでローラ表面をトナー定着に必要な温度まで確実に上昇させることができる。 Thereby, since the heat source, that is, the planar heating element is arranged near the roller surface, the temperature of the roller surface can be rapidly increased, and the warm-up time can be shortened. In addition, since the planar heating element is disposed outside the base body, useless heating of the center portion of the heat roller can be prevented, and power saving is excellent. Furthermore, since the heat generating layer of the planar heat generating element has a pattern shape composed of a plurality of lines, uneven heat generation can be reduced. In addition, since the elastic layer is disposed between the sheet heating element and the release layer, the toner after fixing can be imparted with appropriate gloss and a glossy image can be formed. Further, by switching the amount of electric power applied to the heat roller depending on whether or not the recording medium is in contact with the heat roller, the power consumption of the heat roller can be finely controlled, and power saving is easy. Further, since the temperature of the roller surface can be rapidly raised, even when the power is switched as described above, the roller surface can be reliably raised to the temperature necessary for toner fixing at a desired timing. .
前記の画像形成装置においては、前記電力WAが前記電力WBよりも大きいことが好ましい。 In the image forming apparatus, the power WA is preferably larger than the power WB.
これによれば、必要なときにだけトナー定着に必要な電力WAを供給することにより、記録媒体へのトナー定着を確実に行いつつ、消費電力を節約し、ランニングコストを低減することができる。 According to this, by supplying the power WA necessary for toner fixing only when necessary, it is possible to save the power consumption and reduce the running cost while reliably fixing the toner on the recording medium.
前記の画像形成装置においては、前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる電圧VAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる電圧VBとを、異ならせるように制御することが好ましい。 In the image forming apparatus, the voltage VA applied to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller. It is preferable to control the voltage VB to be different from the voltage VB.
これにより、単位時間当たりの電力を容易に変更することができる。 Thereby, the electric power per unit time can be changed easily.
前記の画像形成装置においては、前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体が駆動されるデューティ比DAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体が駆動されるデューティ比DBとを、異ならせるように制御することが好ましい。 In the image forming apparatus, a duty ratio DA that drives the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and the sheet shape when the recording medium is not in contact with the heat roller. It is preferable to control the duty ratio DB for driving the heating element to be different.
これによっても、単位時間当たりの電力を容易に変更することができる。 This also makes it possible to easily change the power per unit time.
前記の画像形成装置においては、以下のように構成することが好ましい。即ち、前記記録媒体の搬送路において、前記定着装置よりも搬送方向上流側に記録媒体検知センサを備える。この記録媒体検知センサが記録媒体を検知したタイミングに基づいて、前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力の切換タイミングが定められる。 The image forming apparatus is preferably configured as follows. That is, a recording medium detection sensor is provided on the upstream side of the fixing device in the conveyance direction in the conveyance path of the recording medium. Based on the timing when the recording medium detection sensor detects the recording medium, the switching timing of the power per unit time applied to the planar heating element is determined.
これにより、電力の切換タイミングを正確に求めることができるので、記録媒体へのトナー定着を確実に行うことができるとともに、一層の省電力化を実現できる。 As a result, the power switching timing can be accurately obtained, so that the toner can be reliably fixed to the recording medium, and further power saving can be realized.
次に、発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係るコピーファクシミリ複合機の外観斜視図、図2は複合機の本体内部の様子を示す正面断面図である。 Next, embodiments of the invention will be described. FIG. 1 is an external perspective view of a copy facsimile multifunction peripheral according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front sectional view showing the inside of the main body of the multifunction peripheral.
図1の外観斜視図に示すように、画像形成装置としてのコピーファクシミリ複合機75は、フラットベッドスキャナ及びオートドキュメントフィードスキャナとして機能する画像読取部76と、コピー部数やファクシミリ送信先等を指示するための操作パネル77と、記録媒体としての用紙に画像を形成する画像形成部等を内蔵した本体78と、前記用紙を順次供給する給紙カセット79と、を備えている。この本体78は、通信回線を介して画像データを伝送するための図略の送受信部等を備える。
As shown in the external perspective view of FIG. 1, a copy
コピーファクシミリ複合機75の内部の様子が図2に示される。この図2に示すように、本体78の上面には、読み取るべき原稿を載置するプラテンガラス82が設けられる。本体78の上方には原稿台カバー83が設けられており、この原稿台カバー83によって、原稿をプラテンガラス82上に押圧して固定できるようになっている。
The inside of the copy
前記原稿台カバー83には自動原稿供給装置(オートドキュメントフィーダ、ADF)84が配設されている。このADF84は、原稿台カバー83の上部に設けられた原稿トレイ85と、この原稿トレイの下方に設けられた排出トレイ86と、を備える。
The
図2に示すように、前記原稿台カバー83の内部には、原稿トレイ85と排出トレイ86とを繋ぐ湾曲状の原稿搬送経路87が構成されている。この原稿搬送経路87には、分離ローラ88及び複数の搬送ローラ89が配置されている。この構成で、原稿トレイ85に重ねてセットされた原稿は、1枚ずつ分離されて湾曲状の前記原稿搬送経路87に沿って搬送され、原稿読取位置を通過した後、排出トレイ86へ排出される。
As shown in FIG. 2, a curved
図2に示すように、本体78の上部にはスキャナユニット90が備えられる。このスキャナユニット90は、前記プラテンガラス82又は前記ADF84の原稿読取位置に対して光を照射する光源91と、原稿からの反射光を反射させる反射ミラー92,93,94と、反射光を収束させる集光レンズ95と、この収束光を電気信号に変換して出力する電荷結合素子(CCD)96と、を備えている。
As shown in FIG. 2, a
スキャナユニット90の光源91及び反射ミラー92等は適宜移動可能に構成しており、プラテンガラス82に載置された原稿を移動しつつ走査したり、あるいはADF84の前記原稿読取位置まで移動させて、原稿搬送経路87を搬送される原稿を走査したりすることができる。
The
この原稿からの反射光はCCD96へ導かれて結像し、CCD96は原稿に応じた電気信号を出力する。この信号は適宜の変換処理後に後述の画像形成部11に送られて印刷されたり、前記送受信部によって他のファクシミリ装置へ通信回線を介して送信されたりする。
The reflected light from the original is guided to the
図2に示すように、本体78の下部には、用紙100を供給する給紙カセット79が備えられる。この給紙カセット79は装置正面側(図2の紙面手前側)に引出可能に構成されている。給紙カセット79の上方には、画像形成部11、定着装置51、及び排紙トレイ80が備えられている。
As shown in FIG. 2, a
本体78の内部には、給紙カセット79から排紙トレイ80へ用紙100を搬送するための搬送路24が形成されている。この搬送路24は、給紙カセット79の一端側から上方に向かって延びた後、水平方向に湾曲して画像形成部11に至り、更に水平方向へ延びて定着装置51を通過した後、排紙トレイ80上に至るように構成されている。
Inside the
給紙カセット79の上方には給紙ローラ21が配置されており、給紙カセット79内に積層された最上層の用紙100に前記給紙ローラ21が接触するように構成されている。この状態で給紙ローラ21が駆動されることで、最上層の用紙100が分離されてピックアップされ、前記搬送路24に向けて送り出される。
A paper feed roller 21 is disposed above the
搬送路24において前記給紙ローラ21のすぐ下流側には、搬送ローラ22,23が配置されている。この搬送ローラ22,23は、それに対向配置されるローラとの間に用紙100をニップしつつ駆動されることで、用紙100を下流側の画像形成部11へ搬送する。
Conveying
また、前記搬送路24において搬送ローラ23の近傍位置には、用紙検知センサ(記録媒体検知センサ)18が配置される。この用紙検知センサ18は、搬送路24内を搬送される用紙100を検出して、適宜の信号(用紙検知信号)を出力するように構成されている。
A paper detection sensor (recording medium detection sensor) 18 is disposed in the vicinity of the
画像形成部11は、図2に示すように、感光ドラム12の周囲に、帯電器13と、LEDヘッド14と、現像器15と、転写ローラ16と、を配置した構成になっている。
As shown in FIG. 2, the image forming unit 11 has a configuration in which a
感光ドラム12は、表面に有機感光体による光導電膜が形成されるとともに、図示しない電動モータによって回転駆動されるように構成されている。帯電器13はブラシ帯電方式に構成され、この帯電器13によって感光ドラム12の表面が均一に、例えば負に帯電されるようになっている。
The photosensitive drum 12 is configured such that a photoconductive film made of an organic photoreceptor is formed on the surface and is rotated by an electric motor (not shown). The
露光器としてのLEDヘッド14は、前記帯電器13より下流側(感光ドラム12の回転方向の下流側をいう。以下、現像器15、及び転写ローラ16の説明において同じ。)に配置されており、発光ダイオード(LED)を用紙幅方向に多数並べて備えた構成となっている。そしてLEDヘッド14は、電話回線を介して受信したファクシミリ原稿の画像データや、画像読取部76で読み取った画像データに対応して選択的に発光する。この結果、感光ドラム12の表面が選択的に露光され、露光部分の電荷エネルギーが消失することで静電潜像が形成される。
The LED head 14 as an exposure device is disposed downstream of the charger 13 (refers to the downstream side in the rotation direction of the photosensitive drum 12; hereinafter, the same applies to the description of the developing
現像器15は前記LEDヘッド14の下流側に配置されている。この現像器15は、非磁性一成分トナーを収容するトナー容器26を備えるとともに、トナーの撹拌のためにトナー容器26の内部で回転駆動される撹拌ブレード27を備えている。更に、現像器15は、トナー容器26の内部に配置される供給ローラ28と、この供給ローラ28に接触して配置される現像ローラ29と、この現像ローラ29の外周面に接触するように配置される規制ブレード30と、を備えている。
The developing
この構成で、供給ローラ28と現像ローラ29とは、互いに周面を逆方向に擦るように回転駆動される。また、規制ブレード30の先端は、回転駆動される現像ローラ29の周面を擦ることになる。この結果、トナー容器26内のトナーは摩擦帯電され、現像ローラ29の表面に電位差によって付着する。現像ローラ29の表面のトナーは、規制ブレード30によって付着厚さが均一になるよう調整されるとともに、当該現像ローラ29の回転によって感光ドラム12側へ送られる。その後、感光ドラム12と現像ローラ29との近接部分において、感光ドラム12の前記LEDヘッド14による露光部に相当する部分においてのみ、現像ローラ29の表面のトナーが選択的に感光ドラム12の表面へ移動する。この結果、感光ドラム12の表面上にトナー像が形成される。
With this configuration, the
転写ローラ16は、前記現像器15の下流側に配置されるとともに、感光ドラム12から搬送路24を挟んで反対側に配置されている。また、この転写ローラ16には電源からの所定の電圧が印加されている。従って、感光ドラム12の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム12の回転によって転写ローラ16側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙100に転写される。トナー像が転写された用紙100は、感光ドラム12の回転によって、搬送路24の下流側の定着装置51へ送られる。
The
定着装置51は、回転駆動されるヒートローラ52と、このヒートローラ52に対向して配置されるプレスローラ53と、を備えている。このプレスローラ53は付勢バネによってヒートローラ52に対して押し付けられている。なお、前記ヒートローラ52及びプレスローラ53の詳細な構成については後述する。
The fixing
この構成で、用紙100がヒートローラ52とプレスローラ53との間を通過すると、高温のヒートローラ52の熱及びプレスローラ53による圧力によって、トナー像のトナーが融解して用紙100に定着する。なお、定着装置51には、用紙100がヒートローラ52に貼り付いたまま周囲に巻き付くことを防止するための分離爪54が設けられている。
With this configuration, when the
図2に示すように、定着装置51より下流側には排紙ローラ25が設けられる。この構成で、定着装置51から送られてきた用紙100は、排紙ローラ25とそれに対向配置される従動ローラとの間でニップされて、前記排紙トレイ80上に排出される。
As shown in FIG. 2, a
次に、前記定着装置51の詳細な構成を説明する。定着装置51の拡大断面図が図3に示され、この図3に示すように、この定着装置51は、前記ヒートローラ52及びプレスローラ53を収容するハウジング55を備える。このハウジング55には、ベアリング56を介してヒートローラ52が回転自在に支持されるとともに、プレスローラ53が軸受体57を介して回転自在に支持される。
Next, a detailed configuration of the fixing
軸受体57はハウジング55に対してスライド自在に設けられており、軸受体57とハウジング55との間には付勢バネ58が介在される。この付勢バネ58のバネ力によってプレスローラ53がヒートローラ52に対して押し付けられ、両者が弾接する構成になっている。
The bearing
次に、ヒートローラ52及びプレスローラ53の詳細な構成を図4を参照して説明する。図4は図3のAで示した領域(ニップ部)の拡大断面図である。ヒートローラ52は、ベース体(耐熱担持体)31と、耐熱断熱層32と、フィルム状ヒータ(面状発熱体)33と、離型層37と、を主要な構成として備えている。
Next, detailed configurations of the
ベース体31は円筒形状を有しており、このベース体31の外側にフィルム状ヒータ33が配置されている。このベース体31の熱伝導率は、フィルム状ヒータ33の熱伝導率(後述の伝熱層36の熱伝導率)より小さく、また、ベース体31の熱容量はフィルム状ヒータ33の熱容量(伝熱層36の熱容量)よりも大きくなっている。
The
ベース体31の外側に配置されるフィルム状ヒータ33は、耐熱絶縁層34と、発熱体(発熱層)35と、伝熱層(均熱層)36と、を備えて構成されている。
The
フィルム状ヒータ33の発熱体35は、例えばステンレスや、ニッケルクロム等のニッケル合金や、ニッケル等で構成することができる。この発熱体35は、幅の細い複数の線を平行に等間隔で並べたパターン形状に構成されている(ヒータパターン)。発熱体35の厚みは、例えば0.1μm以上100μm以下とするのが好ましく、30μm程度となるように形成することが更に好ましい。ヒータパターンを作成する方法としては、具体的には、スパッタリング、蒸着、金属箔のエッチング、パターン印刷、ブラスト等を使用することができる。
The
フィルム状ヒータ33の耐熱絶縁層34の厚みは、例えば1μm以上200μm以下、好ましくは10μm以上70μm以下とするのが良い。耐熱絶縁層34の材料としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等が好ましいが、これらに限定されない。
The thickness of the heat-resistant insulating
フィルム状ヒータ33の伝熱層36は、例えば1μm以上50μm以下、好ましくは10μm以上30μm以下の厚みを有するように構成する。この伝熱層36は、ベース体31、発熱体35、耐熱絶縁層34、及び後述の耐熱断熱層32の何れよりも高い熱伝導率を有するものを用いて形成することが好ましい。また、伝熱層36の熱伝導率は、例えば10W/m・K以上とするのが好ましい。伝熱層36の材料としては、例えば銅やアルミニウム等の金属、窒化アルミニウム(AlN)や炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスが考えられる。
The
ヒートローラ52の最外周には離型層37が配置される。この離型層37は、トナーに対して離型性の高い材料(表面エネルギーが低く分子間凝集力の小さい材料)、例えばテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂よりなり、厚みとしては例えば30μm程度となるように形成する。
A
また、前記フィルム状ヒータ33とベース体31との間には耐熱断熱層32が介在される。この耐熱断熱層32は、例えば0.1mm以上0.5mm以下の厚みを有するように構成する。耐熱断熱層32の材料としては、前記発熱体35、耐熱絶縁層34、伝熱層36及びベース体31の何れよりも低い熱伝導率を有するものが好ましく、例えばセラミックファイバーを主成分とするマット、ガラスファイバー、発泡樹脂、多孔質セラミックス等を用いることが考えられる。
A heat-resistant and heat-insulating layer 32 is interposed between the
フィルム状ヒータ33は、例えば以下の方法で形成することができる。即ち、基材としてのポリイミドフィルムの一側の面に銅箔を貼り合わせたものを用意する。このポリイミドフィルムは耐熱絶縁層34に相当し、銅箔が伝熱層36に相当する。そして、ポリイミドフィルムの銅箔と反対側の面に、厚み25μmのステンレス箔を、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。この耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。次に、上記ステンレス箔を、ウェットエッチング等の公知の方法で、複数の線を有するパターン形状に加工する。この結果、ステンレス箔からなるヒータパターン形状の発熱体(発熱層)35が形成され、良好な可撓性を備えたフィルム状ヒータ33が得られる。
The
なお、伝熱層36の形成方法としては、単独のポリイミドフィルムに銅箔を別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で貼り付けても良い。また、前記発熱体35の形成方法としては、当該箔状の材料をウェットエッチング、ドライエッチング、ブラスト等の方法で予め所定のヒータパターン形状に加工してから、ポリイミドフィルムに貼り付けてもよい。また、ワイヤ状の材料を予めヒータパターン形状に加工したものを別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤でポリイミドフィルムに貼り付けても良い。更に、スパッタリングや蒸着等の薄膜プロセスを用いて箔体を形成しても良いし、薄膜プロセスによってヒータパターンを直接形成しても良い。
As a method for forming the
次に、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂を円筒状に成形したベース体31を用意する。次に、アルミナ−シリカを主成分とするセラミック質のマットを、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で、ベース体31の外周面に加熱圧着させる。これにより、ベース体31の表面に耐熱断熱層32が形成される。前記耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。
Next, a
その後、前記の手順によって得られたフィルム状ヒータ33を、その発熱体35側の面がベース体31の外周面(前記耐熱断熱層32)に対向するように配置し、シリコーン、ポリイミド等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。前記耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。この結果、前記フィルム状ヒータ33とベース体31との間(フィルム状ヒータ33と耐熱断熱層32との間)に接着層38が介在される。
Thereafter, the
更に、前記フィルム状ヒータ33の外周面に、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素樹脂層を形成し、離型層37とする。以上の工程によりヒートローラ52を製造することができる。
Further, a fluororesin layer such as a tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl copolymer is formed on the outer peripheral surface of the
ただし、図5に示すような変形例のヒートローラ52xとすることもできる。このヒートローラ52xは、円筒形状のベース体31と、フィルム状ヒータ133と、弾性層39と、離型層37と、を主要な構成として備えている。
However, the
本変形例において、フィルム状ヒータ133は、耐熱絶縁層34と、発熱体(発熱層)35と、を備えて構成されている。具体的には、耐熱絶縁層34の一側の面に、図4で説明したヒートローラ52と同様にヒータパターン形状を有する発熱体35が形成されている。ただし、前記のヒートローラ52において備えられていた伝熱層36が、本変形例では備えられていない。
In the present modification, the
弾性層39は適宜の弾性を有する層であり、図5の例ではシリコンゴム層、具体的には発泡シリコーン層とされている。この弾性層39の厚みは0.1mm以上0.5mm以下とすることが好ましい。
The
そして、ヒートローラ52xの最外周には離型層37が配置される。この離型層37は、図4で説明したヒートローラ52と同様に、例えばテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂とすることができる。
A
このヒートローラ52xは、図4で説明したヒートローラ52と比較して、前記弾性層39により定着トナーに光沢を生じさせることができるので、光沢感及び高級感のある画像を得ることができる。この効果は、特に写真などを画像形成する場合に有効である。
Compared with the
なお、定着装置51において前記ヒートローラ52(52x)に弾接されるプレスローラ53は、図4に示すように、ステンレス等の金属で形成したローラ軸61の周囲に円柱状のスポンジ体62を固定し、このスポンジ体62の外周面に離型層63を配置して構成されている。
As shown in FIG. 4, the
次に、コピーファクシミリ複合機75の電気的構成を、図6のブロック図を参照して説明する。この複合機75は、電源部65と、各部の制御を行う制御部66と、各種演算を行う演算部67と、を備えている。制御部66は電源部65に接続されており、定着装置51のヒートローラ52は、電源部65からの電力供給を受けて発熱する。
Next, the electrical configuration of the copy
前記定着装置51のハウジング55には、例えばサーミスタからなる温度検出器68が配置される(図3を併せて参照)。この温度検出器68はヒートローラ52の外周面に対向配置されており、ヒートローラ52の表面温度を測定できるように構成されている。
A
図6に示すように、温度検出器68が検出した温度の信号は温度計回路69に送られ、温度計回路は演算部67に、ヒートローラ52の表面温度の信号を出力する。この信号を演算部67が各種演算することによって、制御部66はヒートローラ52の温度を認識し、これに基づいてフィルム状ヒータ33への供給電力を制御する。
As shown in FIG. 6, the temperature signal detected by the
そして前述したように、複合機75内で用紙100が搬送される搬送路24の途中部には、用紙検知センサ18が設置されている。この用紙検知センサ18は前記定着装置51よりも用紙搬送方向上流側に配置されており、搬送される用紙100を検知し、前記制御部66へ用紙検知信号を送信する。
As described above, the
上記の制御部66、演算部67等は、複合機75が備えるCPU(演算手段)、ROM、RAM(記憶手段)、タイマ回路(計時手段)等のハードウェアと、上記ROM等に記憶された制御ソフトウェアとが組み合わされることにより構築される。
The
以上の構成で、複合機75に対して印刷指令がされた場合を考える。印刷指令の直後は、給紙ローラ21や画像形成部11等の各部の駆動が開始され、用紙100が搬送路24を搬送されて画像形成が行われる。ただし、印刷開始直後の時点では、制御部66は、フィルム状ヒータ33に対して電圧が印加されないように制御する。
Consider the case where a print command is given to the
そして印刷処理が進み、用紙100の先頭が用紙検知センサ18の検知領域に差し掛かると、用紙検知センサ18が制御部66に用紙検知信号を送信する。そして、用紙検知信号を受信した制御部66は、その信号受信タイミングから所定の遅延時間が経過した後に、ヒートローラ52のフィルム状ヒータ33に対する電圧の印加を開始する。この遅延時間とは、用紙100の先頭が用紙検知センサ18を通過してからヒートローラ52に接触するまでの時間として予め設定されたものである。
When the printing process advances and the top of the
これにより、用紙100が定着装置51においてヒートローラ52に接触するタイミングでフィルム状ヒータ33に電力が供給される。そして、温度の上昇したヒートローラ52の表面に用紙100が接触しながら加圧されることになり、トナー像が用紙100の表面に定着する。
As a result, power is supplied to the film-
また、制御部66は、用紙検知信号が受信されなくなったタイミング(即ち、用紙100の後端が用紙検知センサ18を通過したタイミング)から前記遅延時間が経過した後に、フィルム状ヒータ33への印加電圧を再び0Vにする。従って、用紙100がヒートローラ52の通過を完了してヒートローラ52と接触しなくなったタイミングで、ヒートローラ52の加熱は停止される。
Further, the
このようにして、フィルム状ヒータ33への電力の供給/供給停止を、用紙100がヒートローラ52に接触している状態としていない状態とで切り換えることで、用紙100のトナー定着に必要なときだけヒートローラ52を加熱でき、消費電力を節約することができる。
In this way, by switching the supply / stop of power supply to the
以上に示すように、本実施形態のヒートローラ52は、円筒形状を有し電気絶縁性を有するベース体31と、フィルム状ヒータ33と、トナーに対して高い離型性を有する離型層37と、を備える。前記フィルム状ヒータ33は、耐熱絶縁層34と、複数本の線からなるパターン形状を有するように耐熱絶縁層34の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱体35と、前記耐熱絶縁層34の他側の面に面状に形成される伝熱層36と、を含む。そして、ベース体31の外周面と離型層37との間にフィルム状ヒータ33が介在されるとともに、ベース体31と、発熱体35と、耐熱絶縁層34と、伝熱層36と、離型層37とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。また、用紙100がヒートローラ52に接した状態においてフィルム状ヒータ33に与えられる単位時間当たりの電力WAと、用紙100がヒートローラ52に接していない状態においてフィルム状ヒータ33に与えられる単位時間当たりの電力WBとを、異ならせるように制御する。
As described above, the
以上の構成により、ローラ表面の近くに熱源即ちフィルム状ヒータ33が配置されるので、特許文献1のハロゲンランプ内蔵型のヒートローラに比べてローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮できる。また、ベース体31の外方にフィルム状ヒータ33が配置されるので、ヒートローラ52の中心部の無駄な加熱を防いで電力を節約することができる。更に、発熱体35よりも半径方向外方に伝熱層36が配置されていることにより、ヒートローラ52の表面に接触する用紙100を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現して画質の向上に寄与できる。また、用紙100がヒートローラ52に接しているか否かでヒートローラ52に与える電力の大きさを切り換えることにより、ヒートローラ52の消費電力をきめ細かく制御でき、省電力化が容易である。更に、上記のようにローラ表面の温度応答性が優れているので、上記のような電力の切換を行った場合でも、所望のタイミングでローラ表面をトナー定着に必要な温度まで確実に上昇させることができる。従って、複数枚の用紙100が定着装置51を高速で次々と通過する場合でも、用紙100と用紙100の間の僅かな時間において供給電力を変化させつつ、それぞれの用紙100へのトナー定着を確実に行うことができる。
With the above configuration, since the heat source, that is, the
また、本実施形態では、用紙100がヒートローラ52に接した状態においてフィルム状ヒータ33に与えられる単位時間当たりの電力WAが、用紙100がヒートローラ52に接していない状態においてフィルム状ヒータ33に与えられる単位時間当たりの電力WBよりも大きく設定されている。
In the present embodiment, the power WA per unit time given to the
これにより、用紙100がヒートローラ52に接しているときに効率的に加熱できるから、用紙100へのトナー定着を確実に行いつつ、一層の省電力化を実現できる。
Accordingly, since the
また、本実施形態では、前記の単位時間当たりの電力の変更を、フィルム状ヒータ33への印加電圧の変更により行っている。
Further, in the present embodiment, the power per unit time is changed by changing the voltage applied to the
これにより、簡単に単位時間当たりの電力を変更することができる。 Thereby, the electric power per unit time can be changed easily.
ただし、フィルム状ヒータ33へ供給する単位時間当たりの電力の変更は、電圧の変更に限らず、例えばデューティ比の変更により行うこともできる。
However, the change of the power per unit time supplied to the
これによっても、単位時間当たりの電力を容易に変更することができる。 This also makes it possible to easily change the power per unit time.
また、本実施形態では、搬送路24において、定着装置51よりも用紙搬送方向上流側に用紙検知センサ18を備える。そして、この用紙検知センサ18が用紙100を検知したタイミングに基づいて、フィルム状ヒータ33に与えられる単位時間当たりの電力の切換タイミングが定められる。
In the present embodiment, the
これにより、フィルム状ヒータ33に与える電力の切換タイミングを正確に求めることができるので、用紙100へのトナー定着を確実に行うことができるとともに、一層の省電力化を実現できる。
As a result, it is possible to accurately obtain the switching timing of the power applied to the
なお、上記のヒートローラ52の構成の効果は、本願の発明者が行った次の実験によって裏付けられている。
The effect of the configuration of the
即ち、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用して円筒状に成形したベース体31の外周面に、耐熱断熱層32としてガラスファイバーからなる不織布を積層し、その周囲にフィルム状ヒータ33を螺旋状に巻き付けた構成のヒートローラ52を用意した。前記フィルム状ヒータ33においては、発熱体35としてニッケルクロム合金を用い、耐熱絶縁層34としてポリイミドフィルムを用い、伝熱層36として銅箔を用いた。
That is, a configuration in which a non-woven fabric made of glass fiber is laminated as a heat-resistant and heat-insulating layer 32 on the outer peripheral surface of a
この構成のヒートローラ52に所定の電圧を印加し、ウォームアップ時間として、ヒートローラの表面が室温から180℃に上昇するまでの時間を計測した。すると、特許文献1のハロゲンヒータ内蔵型のヒートローラに比べて、本実施形態のヒートローラ52はウォームアップ時間が約1/7に短縮されることが判った。具体的には、従来型のヒートローラのウォームアップ時間が30秒程度だったのに対し、上記の構成のヒートローラ52のウォームアップ時間は4秒弱であった。なお、発熱体35としてステンレスを用いた場合でも、上記と概ね同様の良好な結果が得られた。
A predetermined voltage was applied to the
なお、図6では図4の構成のヒートローラ52を例に説明したが、図6の構成は図5で説明したヒートローラ52xにも同様に適用することができ、それによって同様の省電力効果が得られることはいうまでもない。
6 illustrates the
以上に本発明の好適な実施形態及び変形例を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。 Although the preferred embodiments and modifications of the present invention have been described above, the above configuration can be further modified as follows.
上記の実施形態では、用紙100がヒートローラ52に接触していないときには電圧が0V(即ち、単位時間当たりの電力はゼロ)としていたが、例えば、ヒートローラ52の自然放熱を補う程度の電圧(単位時間当たりの電力)を与えるように変更することができる。
In the above embodiment, when the
ベース体31は、中空の円筒状に形成することに代えて、円柱状に形成することができる。また、ベース体31の材料としては、PPSに限定されず、ガラスエポキシ等の耐熱樹脂や、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ガラスセラミックス等の無機材料を採用することができる。
The
また、ベース体31を熱伝導率が高い材料で構成することも可能で、例えば、AlN、SiC等の材料や、アルミニウム等の金属を用いることもできる。ただし、省電力の観点からは、熱伝導率の低い材料でベース体31を構成することが好ましい。また、上記のような熱伝導率が高い材料でベース体31を構成する場合は、その外周面に耐熱断熱層32を形成することが極めて好ましい。
In addition, the
また、ベース体31は全体が電気絶縁性を有する場合に限定されず、その外周面だけが電気絶縁性を有していても良い。例えば、ベース体31をアルミニウムで構成する場合、その外周面に適宜の電気絶縁層を形成して、当該電気絶縁層の外側に前記フィルム状ヒータ33を配置することが考えられる。
Moreover, the
本発明の構成は、コピーファクシミリ複合機に限らず、コピー、ファクシミリ、プリンタ等、様々な電子写真式の画像形成装置に適用することができる。 The configuration of the present invention can be applied to various electrophotographic image forming apparatuses such as a copy, a facsimile, and a printer, as well as a copy facsimile multifunction peripheral.
18 用紙検知センサ(記録媒体検知センサ)
24 搬送路
31 ベース体
32 耐熱断熱層(断熱層)
33 フィルム状ヒータ(面状発熱体)
34 耐熱絶縁層(電気絶縁層)
35 発熱体(発熱層)
36 伝熱層
37 離型層
38 接着層
39 弾性層
51 定着装置
52 ヒートローラ
53 プレスローラ
65 電源部
66 制御部
67 演算部
75 コピーファクシミリ複合機(画像形成装置)
100 用紙(記録媒体)
18 Paper detection sensor (recording medium detection sensor)
24
33 Film heater (planar heating element)
34 Heat-resistant insulation layer (electrical insulation layer)
35 Heating element (heating layer)
36
100 paper (recording medium)
Claims (6)
前記定着装置に用いられるヒートローラは、
円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、
電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、
前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
を含み、
前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されており、
前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WBとを、異ならせるように制御することを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus including a fixing device for fixing toner on a recording medium,
The heat roller used in the fixing device is
A base body having a columnar shape or a cylindrical shape and having electrical insulation;
An electric insulating layer, a heat generating layer formed on one surface of the electric insulating layer so as to have a pattern shape composed of a plurality of lines and generating heat upon application of a voltage, and the other surface of the electric insulating layer A sheet heating element including a heat transfer layer formed in a sheet shape;
A release layer having high releasability to the toner;
Including
The planar heating element is interposed between the outer peripheral surface of the base body and the release layer, and the base body, the heating layer, the electrical insulating layer, the heat transfer layer, and the separation layer. The mold layers are laminated in this order outward in the radial direction,
Electric power WA per unit time given to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and unit given to the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller An image forming apparatus, wherein power WB per hour is controlled to be different.
前記定着装置に用いられるヒートローラは、
円柱形状又は円筒形状を有し、電気絶縁性を有するベース体と、
このベース体の外周上に積層される電気絶縁層と、この電気絶縁層上に複数本の線からなるパターン形状を有するように形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、を含む面状発熱体と、
この面状発熱体上に積層される弾性層と、
この弾性体上に積層され、トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
を含み、
前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力WBとを、異ならせるように制御することを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus including a fixing device for fixing toner on a recording medium,
The heat roller used in the fixing device is
A base body having a columnar shape or a cylindrical shape and having electrical insulation;
A surface including an electrical insulation layer laminated on the outer periphery of the base body, and a heat generation layer formed on the electrical insulation layer so as to have a pattern shape composed of a plurality of lines and generating heat upon application of voltage. A heating element,
An elastic layer laminated on the planar heating element;
A release layer laminated on the elastic body and having high releasability with respect to the toner;
Including
Electric power WA per unit time given to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and unit given to the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller An image forming apparatus, wherein power WB per hour is controlled to be different.
前記電力WAが前記電力WBよりも大きいことを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein
The image forming apparatus, wherein the power WA is larger than the power WB.
前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体に与えられる電圧VAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体に与えられる電圧VBとを、異ならせるように制御することを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A voltage VA applied to the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and a voltage VB applied to the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller. An image forming apparatus that is controlled to be different.
前記記録媒体が前記ヒートローラに接した状態において前記面状発熱体が駆動されるデューティ比DAと、前記記録媒体が前記ヒートローラに接していない状態において前記面状発熱体が駆動されるデューティ比DBとを、異ならせるように制御することを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A duty ratio DA for driving the sheet heating element when the recording medium is in contact with the heat roller, and a duty ratio for driving the sheet heating element when the recording medium is not in contact with the heat roller. An image forming apparatus that controls a DB so as to be different.
前記記録媒体の搬送路において、前記定着装置よりも搬送方向上流側に記録媒体検知センサを備え、
この記録媒体検知センサが記録媒体を検知したタイミングに基づいて、前記面状発熱体に与えられる単位時間当たりの電力の切換タイミングが定められることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus according to any one of claims 1 to 5,
In the recording medium conveyance path, a recording medium detection sensor is provided upstream of the fixing device in the conveyance direction;
An image forming apparatus characterized in that a switching timing of electric power per unit time applied to the planar heating element is determined based on a timing at which the recording medium detection sensor detects a recording medium.
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