JP2008197535A - Image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer.
電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置では、帯電装置を使用して被帯電部材(感光体)の表面を均一に帯電させ、その上に画像を露光することによって画像潜像が形成されている。形成された画像潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、或いは中間転写体、例えば中間転写ベルトに転写した上でさらに記録媒体に転写し、転写されたトナー像を定着装置で加熱定着処理することによって画像形成が行われている。 In image forming apparatuses such as electrophotographic copying machines and printers, a charging device is used to uniformly charge the surface of a member to be charged (photosensitive member), and an image is exposed thereon to form an image latent image. Has been. The formed image latent image is developed with toner to form a toner image, which is transferred to a recording medium, or transferred to an intermediate transfer member, for example, an intermediate transfer belt, and further transferred to a recording medium and transferred. Image formation is performed by heat-fixing the toner image with a fixing device.
このような画像形成装置に使用される定着装置としては、定着ローラと加圧ローラとが圧接配置されたニップ部を有する熱ローラ方式の定着装置が広く使用されている。定着ローラ及び加圧ローラの少なくとも一方の表面には、ニップ部を通過後のトナー定着済み用紙を該ローラから分離するための分離爪が配置されている。この方式の定着装置は、定着ローラ内部に熱源であるハロゲンランプが配置されており、このハロゲンランプを通電制御装置に接続して定着ローラの表面温度が所定の定着温度に維持されるように制御されている。 As a fixing device used in such an image forming apparatus, a heat roller type fixing device having a nip portion in which a fixing roller and a pressure roller are disposed in pressure contact is widely used. A separation claw for separating the toner-fixed paper after passing through the nip portion from the roller is disposed on at least one surface of the fixing roller and the pressure roller. In this type of fixing device, a halogen lamp as a heat source is arranged inside the fixing roller, and this halogen lamp is connected to an energization control device so that the surface temperature of the fixing roller is maintained at a predetermined fixing temperature. Has been.
上記熱ローラ方式の定着装置は、長い使用実績があり定着性能の優れた定着装置であるが、電源の投入から定着処理可能温度に到達するまでの立ち上がり時間が長いこと、熱効率が低いこと等の問題を有している。 The above heat roller type fixing device has a long track record of use and excellent fixing performance, but it has a long rise time from turning on the power to reach the fixing processable temperature, low thermal efficiency, etc. Have a problem.
立ち上がり時間を短縮するとともに、熱効率の高い加熱方式として、誘導加熱や抵抗加熱やランプ加熱等の加熱手段によって定着ローラの外部から加熱する外部加熱方式が提案されている。 As a heating method that shortens the rise time and has high thermal efficiency, an external heating method in which heating is performed from the outside of the fixing roller by a heating means such as induction heating, resistance heating, or lamp heating has been proposed.
外部加熱方式の一例としての誘導加熱方式では、定着ローラ芯金の回りに弾性体を設けた回転ローラの表面に、鉄などの強磁性体からなる加熱薄板の上に弾性層及び離型層を積層配置した定着ローラに対して、あるいは、定着ローラの表面に回転自在に装着された、鉄などの強磁性体からなる加熱薄板の上に弾性層及び離型層を積層配置した定着ベルトに対して、コイルユニットが配置された構成をしている。そして、コイルユニットに高周波電流を流すことで定着ローラや定着ベルト等に設けられた加熱薄板リーブに流れる渦電流から発生するジュール熱によって定着ローラや定着ベルトを加熱するものである。 In the induction heating method as an example of the external heating method, an elastic layer and a release layer are formed on a heating thin plate made of a ferromagnetic material such as iron on the surface of a rotating roller provided with an elastic material around a fixing roller core. For a fixing roller with a laminated arrangement, or for a fixing belt with an elastic layer and a release layer laminated on a heating thin plate made of a ferromagnetic material such as iron, which is rotatably mounted on the surface of the fixing roller. The coil unit is arranged. Then, the fixing roller and the fixing belt are heated by Joule heat generated from the eddy current flowing through the heating thin plate leave provided in the fixing roller and the fixing belt by passing a high frequency current through the coil unit.
定着ローラに使用されている従来の弾性層としては、シリコーンゴムや反発弾性率が30乃至50%程度の反発弾性の低いシリコンスポンジが一般的である(例えば、特許文献1を参照のこと)。上述の外部加熱方式にてベルトを加熱する場合、弾性層がより断熱性の高いシリコーンスポンジとした方がベルトの昇温性能に有利である。しかしながら、シリコーンスポンジについては、長期間の使用による耐久劣化によって、弾性層の縮小変形とともに反発弾性が低下し、定着ベルトや定着ローラの最外面と分離爪とのギャップが大きくなってしまう。その結果、低反発弾性の弾性層から構成された従来タイプの定着装置には、定着ローラや加圧ローラに付着した記録媒体が分離爪で引き剥がされにくくなるという分離不良発生の問題がある。
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、長期間にわたって用紙分離性能が確保される、画像形成装置の定着装置を提供することである。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a fixing device of an image forming apparatus that can ensure sheet separation performance over a long period of time.
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
芯金と弾性層と発熱層とを有する定着部材と、該定着部材に圧接される加圧部材との間で形成されるニップ部を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着像を加熱して定着処理する画像形成装置の定着装置において、
前記定着部材の発熱層を外部から加熱する外部加熱部材と、
前記定着部材の近くに対向配置されて、定着処理された記録媒体を定着部材から引き離す分離部材と、
前記定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定以下に維持するためのギャップ維持手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の定着装置が提供される。
In order to solve the above technical problem, according to the present invention,
An unfixed image formed on a recording medium by passing through a nip formed between a fixing member having a metal core, an elastic layer, and a heat generating layer and a pressure member pressed against the fixing member. In a fixing device of an image forming apparatus that heats and performs a fixing process,
An external heating member for heating the heat generating layer of the fixing member from the outside;
A separating member that is disposed opposite to the fixing member and separates the fixed recording medium from the fixing member;
Gap maintaining means for maintaining a gap between the surface of the fixing member and the separation member below a certain level;
A fixing device for an image forming apparatus is provided.
従来技術のところでも説明したように、定着部材の弾性層の耐久劣化により定着部材の表面と前記分離部材とのギャップが大きくなる傾向がある。上記構成によれば、定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定に維持するためのギャップ維持手段を設けることによって、外部加熱部材によって加熱された定着部材と加圧部材との間で形成されるニップ部から排出された定着処理済み記録媒体を、分離部材によって定着部材から長期間にわたって安定的に引き離すことができる。 As described in the prior art, the gap between the surface of the fixing member and the separation member tends to increase due to the durability deterioration of the elastic layer of the fixing member. According to the above configuration, the gap maintaining means for maintaining a constant gap between the surface of the fixing member and the separation member is provided, thereby forming between the fixing member heated by the external heating member and the pressure member. The fixing-processed recording medium discharged from the nip portion can be stably separated from the fixing member over a long period of time by the separating member.
このようなギャップ維持手段は、能動的にギャップを一定に維持するように構成されたもの、すなわち、定着部材の表面と前記分離部材とのギャップをギャップセンサで測定し、測定されたギャップに基づいて前記分離部材を所定位置に修正するものである。 Such a gap maintaining means is configured to actively maintain a constant gap, that is, the gap between the surface of the fixing member and the separating member is measured by a gap sensor, and the gap is measured. Then, the separating member is corrected to a predetermined position.
あるいは、ギャップ維持手段は、構成要素自身によってギャップを一定に維持するように構成されたもの、すなわち、定着部材の弾性層として、反発弾性率が50%以上であるスポンジ状弾性体を用いた構成である。 Alternatively, the gap maintaining means is configured to maintain the gap constant by the component itself, that is, a configuration using a sponge-like elastic body having a rebound elastic modulus of 50% or more as the elastic layer of the fixing member. It is.
定着部材は、発熱層を弾性層の上に固定的に配設した構成とすることもできるが、外部加熱が容易であるという特長を有する、発熱層を備える定着ベルトが弾性層の外周面上に嵌装された構成である。 The fixing member may be configured such that the heat generating layer is fixedly disposed on the elastic layer. However, the fixing belt including the heat generating layer has a feature that it is easily externally heated on the outer peripheral surface of the elastic layer. It is the structure inserted in.
外部加熱部材は、抵抗加熱やランプ加熱等でも使用可能であるが、立ち上がり時間が短くて熱効率の高い誘導加熱であることが好適である。 The external heating member can be used for resistance heating, lamp heating, or the like, but is preferably induction heating with a short rise time and high thermal efficiency.
以下に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の定着装置2について、図1を参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, a
図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の定着装置2の模式的な説明図である。定着装置2は、電子写真方式による画像形成装置(例えば、複写機、プリンタなど)、すなわち、像担持体(例えば感光体ドラム)上に潜像を形成した後、トナーで潜像を顕像化してトナー画像を形成し、続いてトナー画像を用紙に転写する装置に着脱可能に組み込まれるようになっている。
FIG. 1 is a schematic explanatory view of a
図1に示すように、定着装置2は、定着ローラ20と圧接して、用紙が通過するニップ部18を形成する加圧ローラ10(加圧部材)と、定着ローラ20(定着部材)と、誘導加熱コイルユニット30(外部加熱部材)、分離爪42(分離部材)と、分離爪制御ユニット40(ギャップ維持手段)と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
加圧ローラ10は、例えば、回転駆動モータに接続されてアルミニウムや鋼等からなる芯金12の上に厚さ2乃至5mm程度のシリコーンスポンジからなる弾性層14が形成され、その表面を厚さ30μm程度のPFA(perfluoroalkoxy)からなる離型層で被覆された構成をしている。加圧ローラ10は、図示されていないバネで定着ローラ20に向けて付勢することによって定着ローラ20に圧接されている。定着ローラ20と加圧ローラ10との間の接触部は、弾性層14及び弾性層24の弾性変形によって、ニップ部18を形成する。
The
定着ローラ20は、アルミニウムや鋼等の芯金22の上にシリコンゴムを発泡させたスポンジ状の弾性層24が配設され、定着ベルト26が弾性層24の外周面上に嵌装された構成であり、定着ベルト26及び定着ローラ20が加圧ローラ10の回転に伴って従動回転する。
The
定着ベルト26は、例えば、厚さ50μm程度の鉄やSUS430ステンレス鋼からなる発熱層の上に、シリコンゴムからなる厚さ300μm程度の弾性層を形成し、その表面を厚さ20μm程度のPFA(perfluoroalkoxy)からなる離型層で被覆して構成されており、誘導加熱可能な可撓性を備えたベルトである。
The
定着ローラ20の周辺には、定着ローラ20の回転方向上流側で、ニップ部18から遠い位置(図ではニップ部18から略180度の位置)に誘導加熱コイルユニット30が配置されている。
Around the
誘導加熱コイルユニット30は、フェライトからなるメインコアと、その両側に配置された裾コアと、メインコイル36と、誘導加熱コイル駆動電源(不図示)と、を備えている。誘導加熱コイルユニット30のメインコイル36に高周波電流を流すと、定着ベルト26の発熱層のうち、誘導加熱コイルユニット30に対向する部分に渦電流が流れてジュール熱で発熱することにより、定着ローラ20が加熱される。
The induction
ニップ部18の用紙搬送方向の下流側において、定着ローラ20側に紙を分離するための分離爪42が定着ローラ20に対して非接触状態であるように少なくとも一つ設けられている。用紙上に形成されたトナー画像を加熱定着する場合、印字面側に定着ローラ20が配置されるが、トナー定着済み用紙が定着ローラ20に巻き付き易いため、分離爪42は定着ローラ20側に設けられている。
At the downstream side of the
分離爪42の先細の先端部分が、定着ローラ20の定着ベルト26の近傍に配設されている。分離爪42の先端部分を定着ローラ20の定着ベルト26に向けて前進又は後退させることによって、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップG(例えば1mm)を一定に維持するための分離爪制御ユニット40が設けられている。ギャップ維持手段としての分離爪制御ユニット40は、分離爪42を駆動する駆動モータ48と、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップGを検出するギャップセンサ46と、ギャップセンサ46からの情報に基づいて分離爪42の前進・後退を制御する制御回路44と、を備えている。
A tapered tip end portion of the
ギャップセンサ46としては、例えば、透過式のレーザー測定器が使用される。分離爪42はニップ部18の定着ローラ20からトナー定着済み用紙を分離するためのものであるから、ニップ部18の加圧ローラ10が邪魔になってレーザー測定することができない。そこで、加圧ローラ10のロール長を定着ローラ20のロール長よりも短寸に構成し、軸方向の非通紙領域で加圧ローラ10が無い領域において、分離爪42と同形のダミー爪と透過式のレーザー測定器とを配置して、定着ローラ20の定着ベルト26の表面とダミー爪とのギャップGを測定することで、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップGを擬似的に測定することができる。
As the
あるいは、レーザー式、渦電流式、超音波式の位置変位センサによって、定着ローラ20の定着ベルト26の表面の絶対位置を測定し、定着ベルト26の表面位置の変動から分離爪42との間のギャップGを推定することによって、ギャップGの変動を知ることができる。
Alternatively, the absolute position of the surface of the fixing
ギャップセンサ46から得られたギャップGの変動に関する情報に基づいて、駆動モータ48で分離爪42を前進あるいは後退させることによって、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップGが一定に保たれる。
A gap between the surface of the fixing
上記構成において、誘導加熱コイルユニット30に高周波電流を流して定着ローラ20を加熱しておき、図示しない画像形成装置の作像装置によりトナー像が転写された未定着の用紙(記録媒体)をニップ部18を通過させることで、前記トナー像の定着処理が行われる。ニップ部18を通過したトナー定着済み用紙は、分離爪42により定着ローラ20から分離された後、不図示の排紙部に搬送される。
In the above-described configuration, a high-frequency current is passed through the induction
そして、長期間の使用によって定着ローラ20の反発弾性が失われたとしても、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップGが一定に保たれるので、長期間にわたって所定の用紙分離性能を確保することができる。
Even if the rebound resilience of the fixing
次に、図2乃至6を参照しながら、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の定着装置2について説明するが、上述した実施形態と重複する部分については省略して、相違点を中心に説明する。
Next, a fixing
図2は、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の定着装置2の模式的な説明図である。図3は、定着装置2に使用されるスポンジ状弾性体の反発弾性率と耐久時間との関係を示す図である。図4は、比較例に係る定着装置2におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。図5は、本発明に係る定着装置2におけるベルト位置変位と耐久時間との関係を示す図である。図6は、使用する弾性層の違いによって、定着装置2におけるベルト位置変位が異なることを説明する図である。
FIG. 2 is a schematic explanatory view of a
図1に示した実施形態では、分離爪42が能動的に変位することでギャップGを一定に維持するように構成されているのに対して、本実施形態では、図2に示すように、分離爪42が固定位置にあるとともに定着ローラ20の弾性層24が耐久劣化しにくい材料から構成されていることが特徴である。すなわち、耐久劣化しにくい定着ローラ20の弾性層24が、ギャップ維持手段として、反発弾性率が50%以上であるスポンジ状弾性体から構成されていることを特徴としている。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
定着ローラ20の芯金22の上に配設される弾性層24は、比重が0.4乃至0.6のシリコーンスポンジ体から構成されている。そして、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が50%以上であることが、定着ローラ20の弾性層24に用いることが極めて有効であることを見出した。すなわち、反発弾性率の異なった様々なシリコーンスポンジ体を準備して、表1に示した反発弾性率を有するシリコーンスポンジ体を定着試験装置の定着ローラ20の弾性層24に組み込んで、30万枚の通紙試験を行い、その試験結果を表1に示す。
The
表1から明らかなように、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が45%以下である場合には、分離不良が発生したのに対して、シリコーンスポンジ体の反発弾性率が50%以上である場合には、30万枚の通紙試験でも何の問題も無かった。 As is apparent from Table 1, when the rebound resilience of the silicone sponge body is 45% or less, separation failure occurred, whereas when the resilience resilience of the silicone sponge body was 50% or more. There was no problem in the 300,000 sheet passing test.
また、図3は、従来スポンジとして表1のシリコーンスポンジ体の反発弾性率が約45%のもの(点線)、及び、本願スポンジとして表1のシリコーンスポンジ体の反発弾性率が約57%のもの(実線)の耐久試験結果を示している。試験用定着装置の定着ローラ20に組み込まれたシリコーンスポンジ体の反発弾性率は、JIS K6255に規定するトリプソン式反発弾性試験装置で測定した。
FIG. 3 shows a conventional sponge having a rebound resilience of about 45% (dotted line) for the silicone sponge of Table 1 and a repellent resilience of about 57% for the silicone sponge of Table 1. The endurance test result of (solid line) is shown. The rebound resilience of the silicone sponge body incorporated in the fixing
図3から明らかなように、従来技術に係る反発弾性率が約45%のもの(点線)は、反発弾性率が経時的に低下しているのに対して、本発明に係る反発弾性率が約57%のもの(実線)は、反発弾性率が経時的にほとんど変化していないことが分かる。 As is clear from FIG. 3, the rebound resilience according to the present invention has a rebound resilience of about 45% (dotted line), while the rebound resilience decreases over time. About 57% (solid line) shows that the rebound resilience has hardly changed over time.
ところで、図4乃至6に示すように、定着ベルト26やスポンジ状弾性層24の暖まり具合によって、定着ベルト26の位置が絶えず変動している。図4及び5は、従来技術に係る反発弾性率が約45%のもの及び、本発明に係る反発弾性率が約57%のものに関して、動作時間(加熱時間)と定着ベルト26の変位との関係を示している。
By the way, as shown in FIGS. 4 to 6, the position of the fixing
図4の状態A(図5の点線)に示すように、従来技術に係る反発弾性率が約45%である新品及び、本発明に係る反発弾性率が約57%である新品を、それぞれスポンジ状弾性層24に適用し、スポンジ状弾性層24に定着ベルト26を嵌装して、動作時間(加熱時間)と定着ベルト26の変位との関係を調べた。その結果、スポンジ状弾性層24に嵌装されたいずれの定着ベルト26も、ほとんど変形していなかった。
As shown in state A of FIG. 4 (dotted line in FIG. 5), a new product having a rebound resilience of about 45% according to the prior art and a new product having a rebound resilience of about 57% according to the present invention are respectively sponged. The fixing
次に、所定時間の通紙試験を行ったスポンジ状弾性層24に嵌装された定着ベルト26について、動作時間(加熱時間)と定着ベルト26の変位との関係を調べた。
Next, the relationship between the operation time (heating time) and the displacement of the fixing
図4の状態B(図5の太線)に示すように、電源を投入した加熱直後において、従来技術に係る反発弾性率が約45%のものであって耐久試験後(382時間後)のスポンジ状弾性層24に嵌装された定着ベルト26は、−0.8mmくらい凹んでいる。そして、時間が経過するにつれて、縮小変形したスポンジ状弾性層24が加熱によって膨張することによって、定着ベルト26は0mmくらいの位置まで回復する。
As shown in state B of FIG. 4 (thick line in FIG. 5), a sponge having a rebound resilience of about 45% according to the prior art immediately after heating when power is turned on and after an endurance test (after 382 hours) The fixing
図4の状態C(図5の細線)に示すように、電源を投入した加熱直後において、本発明に係る反発弾性率が約57%であって耐久試験後(258時間後又は405時間後)のスポンジ状弾性層24に嵌装された定着ベルト26は、反発弾性を有するので、圧接されることで瞬間的に盛り上がって、定着ベルト26は+0.8mmくらいの位置まで変位する。そして、次第に、定着ベルト26は0mmくらいの位置に安定する。
As shown in state C of FIG. 4 (thin line in FIG. 5), immediately after heating when the power is turned on, the rebound resilience according to the present invention is about 57% and after a durability test (after 258 hours or 405 hours). Since the fixing
したがって、耐久劣化しにくい定着ローラ20の弾性層24を、反発弾性率が50%以上であるスポンジ状弾性体から構成することによって、定着ローラ20の定着ベルト26の表面と分離爪42との間のギャップGが一定以下に保たれるので、長期間にわたって所定の用紙分離性能を確保することができる。
Therefore, the
なお、以上の説明は、本発明の一実施形態を説明するために開示したものであり、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、定着ローラ20が定着ベルト26を備えるタイプのものであるが、定着ベルト26を有しないローラ体だけのタイプのものであってもよい。すなわち、定着ローラ20は、芯金22の上にシリコンゴムを発泡させたスポンジ状弾性層24を設け、さらにその上に発熱層を形成したものである。発熱層は、厚さ400μm程度の鉄の薄板上に、厚さ300μm程度のシリコンゴムからなる弾性層を形成し、その表面を厚さ20μm程度のPFA層で被覆した構成をしている。また、定着ローラ20を外部から加熱する外部加熱手段として、抵抗加熱やランプ加熱等の加熱手段を使用することもできる。さらにまた、上記実施形態では、分離爪42を定着ローラ20側に設けているが、代わりにまたはこれに加えて分離爪42を加圧ローラ10側に設けることもできる。
The above description is disclosed for explaining one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this, and various modifications are possible. For example, in the above embodiment, the fixing
2 定着装置
10 加圧ローラ
12 芯金
14 弾性層
18 ニップ部
20 定着ローラ
22 芯金
24 弾性層
26 定着ベルト
30 誘導加熱コイルユニット
32 メインコア
34 裾コア
36 メインコイル
40 分離爪制御ユニット
42 分離爪
44 制御回路
46 ギャップセンサ
48 駆動モータ
G ギャップ
2 fixing
Claims (5)
前記定着部材の発熱層を外部から加熱する外部加熱部材と、
前記定着部材の近くに対向配置されて、定着処理された記録媒体を定着部材から引き離す分離部材と、
前記定着部材の表面と前記分離部材とのギャップを一定に維持するためのギャップ維持手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置の定着装置。 An unfixed image formed on a recording medium by passing through a nip formed between a fixing member having a metal core, an elastic layer, and a heat generating layer and a pressure member pressed against the fixing member. In a fixing device of an image forming apparatus that heats and performs a fixing process,
An external heating member for heating the heat generating layer of the fixing member from the outside;
A separating member that is disposed opposite to the fixing member and separates the fixed recording medium from the fixing member;
A gap maintaining means for maintaining a constant gap between the surface of the fixing member and the separating member;
A fixing device for an image forming apparatus.
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