JP2009180818A - Fixing unit and image forming apparatus equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録媒体上に転写されたトナー像を、該記録媒体上に定着させる定着ユニット、およびそれを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing unit that fixes a toner image transferred onto a recording medium onto the recording medium, and an image forming apparatus including the fixing unit.
従来から、記録媒体上に転写されたトナー像を、該記録媒体上に定着させる定着ユニットとして、特許文献1のものが知られている。特許文献1の定着ユニットは、記録媒体上のトナー像を加熱して該トナー像を記録媒体上に定着させる加熱ローラ(発熱層)と、加熱ローラとの間で記録媒体を挟持する加圧ローラと、加熱ローラの内部に配置されて加熱ローラを磁束によって発熱させる誘導コイルと、加熱ローラと誘導コイルとの間に配置された筒状断熱材(断熱層)とを有している。
Conventionally, as a fixing unit for fixing a toner image transferred onto a recording medium onto the recording medium, one disclosed in
加熱ローラは、誘導コイルからの磁束によって所定温度まで発熱可能なように、かつ加圧ローラとの間で記録媒体を挟持するときに該加圧ローラから圧力を受けるので、その圧力に対して一定の機械的強度を有するように、ステンレスや鉄等の磁性材から製造されている。
ところで、近年、定着ユニットのウォームアップ時間の短縮化、つまり加熱ローラが所定温度まで発熱するのに要する時間を短縮化することが要求されている。加熱ローラの厚さを小さくすれば、加熱ローラの熱容量が小さくなるので、加熱ローラを短時間で所定温度まで発熱させることができる。しかしながら、前記要求に応えるために加熱ローラの厚さを小さくすると、機械的強度を確保することが難しくなる。このように、引用文献1の定着ユニットでは、加熱ローラのウォームアップ時間の短縮化および機械的強度の確保の双方を得ることは困難である。
In recent years, it has been required to shorten the warm-up time of the fixing unit, that is, to shorten the time required for the heating roller to generate heat up to a predetermined temperature. If the thickness of the heating roller is reduced, the heat capacity of the heating roller is reduced, so that the heating roller can be heated to a predetermined temperature in a short time. However, if the thickness of the heating roller is reduced to meet the above requirement, it becomes difficult to ensure the mechanical strength. As described above, in the fixing unit of the cited
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、加熱ローラのウォームアップ時間の短縮化および機械的強度の確保の双方を得ることが可能な定着ユニット、およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a fixing unit capable of obtaining both shortening of the warm-up time of the heating roller and ensuring of mechanical strength, and an image forming apparatus including the fixing unit. Objective.
前記目的を達成するために、本発明に係る定着ユニットは、記録媒体上に転写されたトナー像を、該記録媒体上に定着させるものであり、前記記録媒体上の前記トナー像を加熱して前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる加熱回転体と、前記加熱回転体との間で前記記録媒体を挟持する加圧回転体とを備えている。前記加熱回転体は、円筒状かつ中空の回転体基材と、前記回転体基材の内部に設けられ、磁束を発生させる磁束発生部と、前記回転体基材上に設けられており、前記磁束によって発熱して前記トナー像を加熱する発熱層と、前記回転体基材と前記発熱層との間に設けられて、前記発熱層の熱が前記磁束発生部に伝達されるのを防止する断熱性を有する断熱層とを含む。前記回転体基材は、非磁性かつ非導電性の剛性部材からなる定着ユニット。前記剛性部材は、好ましくはセラミック材である。 In order to achieve the above object, a fixing unit according to the present invention fixes a toner image transferred onto a recording medium onto the recording medium, and heats the toner image on the recording medium. A heating rotator for fixing the toner image on the recording medium; and a pressure rotator for sandwiching the recording medium between the heating rotator. The heating rotator is provided on a cylindrical and hollow rotator base, a magnetic flux generator provided inside the rotator base, and generates a magnetic flux, on the rotator base, A heat generating layer that generates heat by magnetic flux and heats the toner image, and is provided between the rotating body base and the heat generating layer to prevent the heat of the heat generating layer from being transmitted to the magnetic flux generation unit. And a heat insulating layer having heat insulating properties. The rotating body substrate is a fixing unit made of a non-magnetic and non-conductive rigid member. The rigid member is preferably a ceramic material.
本発明の定着ユニットによれば、断熱層および発熱層が設けられた回転体基材を剛性部材、例えばセラミック材から製造しているので、加熱回転体は、加圧回転体との間で記録媒体を挟持するときに回転体基材の長手方向に沿って該加圧回転体から受ける圧力に対する機械的強度を得ることができる。しかも、回転体基材を非磁性かつ非導電性としているので、磁束発生部からの磁束が発熱層に到達するのを妨げない。したがって、発熱層は、トナー像を加熱して該トナー像を記録媒体上に定着させることが可能な温度まで短時間で達することができる。このように、本発明の定着ユニットによれば、加熱回転体のウォームアップ時間の短縮化および機械的強度の確保の双方を得ることができる。 According to the fixing unit of the present invention, since the rotating body substrate provided with the heat insulating layer and the heat generating layer is manufactured from a rigid member, for example, a ceramic material, the heating rotating body is recorded between the pressure rotating body. The mechanical strength with respect to the pressure received from the pressurizing rotary body along the longitudinal direction of the rotary base material when the medium is sandwiched can be obtained. Moreover, since the rotor base material is non-magnetic and non-conductive, it does not prevent the magnetic flux from the magnetic flux generating part from reaching the heat generating layer. Therefore, the heat generating layer can reach the temperature at which the toner image can be heated and fixed on the recording medium in a short time. Thus, according to the fixing unit of the present invention, both shortening of the warm-up time of the heating rotator and ensuring of the mechanical strength can be obtained.
本発明の好ましい実施形態では、前記磁束発生部は、前記回転体基材と同心で前記回転体基材の長手方向に延びる円筒状のボビンと、前記ボビンの内部に配置された磁性コアと、前記円筒状ボビンの周面に巻き回されたコイルとを含んでいる。 In a preferred embodiment of the present invention, the magnetic flux generation unit includes a cylindrical bobbin that is concentric with the rotating body substrate and extends in the longitudinal direction of the rotating body base, and a magnetic core disposed inside the bobbin; And a coil wound around the circumferential surface of the cylindrical bobbin.
この構成によれば、コイルを、回転体基材の長手方向に延びるボビンの周面に巻き回しているので、磁束を、ボビンの径方向外方において、つまり発熱層に向けて均一に分布させることができる。したがって、磁束発生部と発熱層との間に回転体基材を介在させていることから、磁束発生部および発熱層間の距離が大きくなっても、磁束発生部および発熱層間の磁気結合度を確保することが可能である。その結果、磁束発生部および発熱層間の距離が大きくても、発熱層の発熱の効率を向上させることが可能となる。 According to this configuration, since the coil is wound around the peripheral surface of the bobbin extending in the longitudinal direction of the rotating body substrate, the magnetic flux is uniformly distributed outward in the radial direction of the bobbin, that is, toward the heat generation layer. be able to. Therefore, the rotating base material is interposed between the magnetic flux generation part and the heat generation layer, so that the magnetic coupling degree between the magnetic flux generation part and the heat generation layer is ensured even when the distance between the magnetic flux generation part and the heat generation layer increases. Is possible. As a result, even if the distance between the magnetic flux generation part and the heat generation layer is large, the heat generation efficiency of the heat generation layer can be improved.
本発明の他の好ましい実施形態では、前記磁性コアは、前記ボビンの内部で前記回転体基材の前記長手方向に移動可能に複数配置されている。この構成によれば、複数の磁性コアを回転体基材の長手方向に移動させることで、磁束の分布範囲を前記長手方向に沿って調整することが可能である。したがって、発熱層における発熱範囲を前記長手方向に沿って調整することが可能となる。これにより、記録媒体が、例えば用紙である場合、用紙のサイズに応じて用紙上のトナー像を加熱して該トナー像を用紙上に定着させることができる。 In another preferred embodiment of the present invention, a plurality of the magnetic cores are arranged inside the bobbin so as to be movable in the longitudinal direction of the rotating body substrate. According to this configuration, it is possible to adjust the magnetic flux distribution range along the longitudinal direction by moving the plurality of magnetic cores in the longitudinal direction of the rotating base material. Therefore, the heat generation range in the heat generation layer can be adjusted along the longitudinal direction. Accordingly, when the recording medium is, for example, a sheet, the toner image on the sheet can be heated and fixed on the sheet according to the size of the sheet.
本発明のさらに好ましい実施形態では、前記加熱回転体の軸心から見て、前記発熱層および前記コイル間の距離をD1とすると共に、前記磁性コアおよび前記コイル間の距離をD2とすると、次の式(1)を満たす定着ユニット。
(1)D1>D2
In a further preferred embodiment of the present invention, when the distance between the heat generating layer and the coil is D1 and the distance between the magnetic core and the coil is D2 when viewed from the axial center of the heating rotating body, A fixing unit that satisfies Equation (1).
(1) D1> D2
この構成によれば、磁性コアおよびコイル間の磁気結合度を、発熱層およびコイル間の磁気結合度よりも大きく設定しているので、コイルから発生する磁束を磁性コアの配列に応じて発熱層に円滑に導くことができる。これにより、発熱層の発熱範囲を調整し易くなる。したがって、磁性コアの配置を適宜調整することにより、回転体基材の長手方向における発熱層の両端部において、温度ダレ等を抑制することができる。また、発熱層の発熱範囲は、磁性コアの配置に大きく依存することになるので、磁性コアの移動による発熱範囲調整性能を向上させることができる。 According to this configuration, the magnetic coupling degree between the magnetic core and the coil is set to be larger than the magnetic coupling degree between the heat generating layer and the coil, so that the magnetic flux generated from the coil is generated according to the arrangement of the magnetic core. Can be guided smoothly. This makes it easy to adjust the heat generation range of the heat generation layer. Accordingly, by appropriately adjusting the arrangement of the magnetic cores, temperature sagging and the like can be suppressed at both ends of the heat generating layer in the longitudinal direction of the rotating body base material. In addition, since the heat generation range of the heat generation layer greatly depends on the arrangement of the magnetic core, the heat generation range adjustment performance by moving the magnetic core can be improved.
本発明のさらに好ましい実施形態では、定着ユニットは、さらに、前記回転体基材の内部に風を流して前記磁束発生部を冷却可能に配置された送風器を備えている。この構成によれば、回転体基材はセラミック材から製造されていることから、冷却器による冷却風が、回転体基材を通って発熱層に到達して該発熱層を冷却することを防止できると共に、磁束発生部のみを冷却することができる。 In a further preferred embodiment of the present invention, the fixing unit further includes a blower arranged so as to be able to cool the magnetic flux generating part by flowing air inside the rotating body substrate. According to this configuration, since the rotating body base material is manufactured from a ceramic material, cooling air from the cooler is prevented from reaching the heat generating layer through the rotating body base material and cooling the heat generating layer. It is possible to cool only the magnetic flux generator.
本発明のさらに好ましい実施形態では、感光体ドラム上に形成されたトナー像を記録媒体に転写させる転写ユニットと、前記トナー像を前記記録媒体に定着させる前記定着ユニットとを備えた画像形成装置を提供する。 In a further preferred embodiment of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a transfer unit that transfers a toner image formed on a photosensitive drum to a recording medium; and the fixing unit that fixes the toner image to the recording medium. provide.
本発明に係る定着ユニットおよびそれを備えた画像形成装置によれば、加熱回転体のウォームアップ時間の短縮化および機械的強度の確保の双方を得ることが可能である。 According to the fixing unit and the image forming apparatus including the fixing unit according to the present invention, it is possible to obtain both shortening of the warm-up time of the heating rotator and ensuring of the mechanical strength.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る定着ユニットを備えた画像形成装置の概略図である。画像形成装置10は、例えばプリンタであり、印刷処理に供する用紙M(記録媒体)を貯留する用紙貯留ユニット12と、この用紙貯留ユニット12に貯留された用紙束M1から繰り出された1枚ずつの用紙Mに対して画像の転写処理を施す転写ユニット13と、この転写ユニット13で転写処理の施された用紙Mに対して定着処理を施す定着ユニット20とが装置本体11に内装されると共に、定着ユニット20で定着処理の施された用紙Mが排紙される排紙ユニット15が装置本体11の頂部に設けられることによって構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of an image forming apparatus including a fixing unit according to an embodiment of the present invention. The
用紙貯留ユニット12には、所定数(実施形態では1つ)の用紙カセット121が装置本体11に対して挿脱自在に設けられている。用紙カセット121の下流端(図1の右方)には、用紙束M1から1枚ずつの用紙Mを繰り出させるピックアップローラ122が設けられている。このピックアップローラ122の駆動によって用紙カセット121から繰り出された用紙Mは、給紙搬送路123およびこの給紙搬送路123の下流端に設けられたレジストローラ対124を介して転写ユニット13に給紙されるようになっている。
A predetermined number (one in the embodiment) of
転写ユニット13は、コンピュータ等から伝送された画像情報に基づき用紙Mに転写処理を施すものであり、前後方向(図1の紙面に垂直な方向)に延びるドラム軸心回りに回転可能に設けられた感光体ドラム131の周面に沿うように、感光体ドラム131の直上位置から時計方向に向けて帯電器132、露光装置133、現像装置134、転写ローラ135およびクリーニング装置136が配設されることによって形成されている。
The
感光体ドラム131は、周面に静電潜像およびこの静電潜像に沿ったトナー像を形成させるためのものであり、周面にアモルファスシリコン層が積層され、これによってこれらの像を形成させるのに適したものになっている。
The
帯電器132は、ドラム軸心回り時計方向に回転している感光体ドラム131の周面に一様な電荷を形成させるものであり、図1に示す例では、コロナ放電によって感光体ドラム131の周面に電荷を付与する方式が採用されている。なお、感光体ドラム131の周面に電荷を付与する部材として帯電器132に代えて周面が感光体ドラム131の周面と当接しながら従動回転しつつ電荷を付与する帯電ローラを採用してもよい。
The
露光装置133は、コンピュータ等の外部の機器から伝送されてきた画像情報に基づき強弱の付与されたレーザー光を回転している感光体ドラム131の周面に照射し、これによる感光体ドラム131周面のレーザー光が照射された部分の電荷の消去によって感光体ドラム131の周面に静電潜像を形成させるものである。
The
現像装置134は、感光体ドラム131の周面にトナーを供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム131の周面にトナー像を形成させるものである。
The developing device 134 supplies the toner to the peripheral surface of the
転写ローラ135は、感光体ドラム131の直下位置に送り込まれた用紙Mに対して感光体ドラム131の周面に形成されているプラスに帯電したトナー像を用紙Mに転写させるものであり、トナー像の電荷と逆極性であるマイナスの電荷を用紙Mに付与するようになっている。
The
感光体ドラム131の直下位置に到達した用紙Mは、転写ローラ135と感光体ドラム131とによって押圧挟持されつつ、プラスに帯電した感光体ドラム131周面のトナー像がマイナスに帯電した用紙Mの表面に向けて引き剥がされ、これによって用紙Mに対し転写処理が施されることになる。
The sheet M that has reached the position directly below the
クリーニング装置136は、転写処理後の感光体ドラム131の周面に残留しているトナーを取り除いて清浄化するためのものである。このクリーニング装置136によって清浄化された感光体ドラム131の周面は、次の画像形成処理のために再び帯電器132へ向かうことになる。
The
定着ユニット20は、転写ユニット13によって転写処理の施された用紙Mのトナー像に加熱による定着処理を施すものであり、用紙M上のトナー像を加熱して該トナー像を用紙Mに定着させる円筒状の加熱ローラ(加熱回転体)30と、この加熱ローラ30の下方に対向配置されて加熱ローラ30との間で用紙Mを挟持する円筒状の加圧ローラ(加圧回転体)40とを有する。加熱ローラ30および加圧ローラ40は箱体21内に配置されている。加熱ローラ30には、箱体21に配設された図略の駆動装置および減速機構から回転駆動力が与えられ、この加熱ローラ30の回転駆動に伴い、加圧ローラ40が従動回転するとともに、加熱ローラ30と加圧ローラ40との間にニップ部Nが形成される。転写ユニット13において転写された用紙Mは、加熱ローラ30および加圧ローラ40間のニップ部Nへ向けて送り込まれる。用紙Mは、ニップ部Nを通過することによって、加熱ローラ30から熱を得て定着処理が施される。定着処理の施された用紙Mは、排紙搬送路143を通って排紙ユニット15へ排出されることになる。
The fixing
排紙ユニット15は、装置本体11の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Mを受ける排紙トレイ151が形成されている。
The
以下、本実施形態に係る定着ユニット20の構成について、図2および3を参照して説明する。図2は、加熱ローラ30および加圧ローラ40が箱体21内に配置された状態を示す斜視図である。加熱ローラ30および加圧ローラ40はそれぞれ、軸心C1およびC2を有している。箱体21は、加熱ローラ30の軸心C1および加圧ローラ40の軸心C2の方向、つまり加熱ローラ30および加圧ローラ40の長手方向に延びる形状を有している。この箱体21内に、加熱ローラ30および加圧ローラ40が、上下方向に対向して、かつ軸心C1,C2に沿って互いに接触した状態で配置されている。転写ユニット13において転写処理された用紙Mは、箱体21に形成された図略の開口部を通って加熱ローラ30および加圧ローラ40間のニップ部N(図1)に案内される。
Hereinafter, the configuration of the fixing
図3は、図2のA−A線に沿って切断した断面図であり、加熱ローラ30および加圧ローラ40の構成層を示している。加熱ローラ30は、略円形の断面を有する円筒状部材であり、定着処理の際にトナー像が形成された用紙Mを加熱する加熱ベルト部32と、加熱ベルト部32と同心で、かつ加熱ベルト部32の内部に配置され、磁束を発生して磁束により加熱ベルト部32を発熱させる磁束発生部36とを含む。加熱ベルト部32と磁束発生部36との間には、空気層34が介在している。加熱ベルト部32は、磁束発生部36に対して回転自在に構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 and shows the constituent layers of the
加熱ベルト部32は、軸心C1を軸心とする円筒状かつ中空のローラ基材(回転体基材)35と、ローラ基材35と同心でローラ基材35の外周面に設けられた断熱性を有する断熱層33と、ローラ基材35と同心で断熱層33の外周面に設けられた発熱層31とを含む。
The
ローラ基材35は、加熱ローラ30に機械的強度を付与することが可能な剛性部材、例えばセラミック材から製造される。このセラミック材は、非磁性かつ非導電性の特性を有するセラミック材であり、好ましくは、ムライトまたはアルミナである。ローラ基材35の厚さは、例えば1.0mmに設定されている。
The
発熱層31は、ニッケルを含有する合金からなる厚さ約40μmの発熱層基材と、発熱層基材の外周面に設けられた弾性を有する弾性層と、該弾性層の外周面に設けられて加熱ローラ30の最外層を形成する離型層とを含む。前記弾性層は、例えばシリコンゴムからなり、厚さ300μmに設定された層である。前記離型層は、例えばPFA等のフッ素樹脂塗料(コーティング剤)を、前記弾性層の外周面に例えば10〜100μm程度の範囲の厚さでコーティングすることにより得られる。この離型層は、加熱ローラ30および加圧ローラ40間のニップ部Nにおいてトナー像を溶融定着する際の離型性を向上させるものである。
The
断熱層33は、断熱性かつ弾性を備えた、例えばシリコンスポンジからなり、後述する磁束発生部36によって発熱した発熱層31の熱が輻射熱(いわゆる、もらい熱)となって磁束発生部36を加熱して磁束発生部36を焼損するのを防止するために設けられている。断熱層33の厚さは、例えば5.0mmに設定されている。
The
また、断熱層33は、弾性を備えているので、定着処理の際に加圧ローラ40の押圧力によってニップ部Nにおいて凹没すると、磁束発生部36および発熱層31間の距離が最小となる。これにより、磁束発生部36および発熱層31間の磁気結合度をニップ部Nにおいて高くすることができる。その結果、発熱層31のニップ部Nにおける発熱効率を向上させることができる。
Further, since the
磁束発生部36は、電磁誘導により加熱ベルト部32を加熱可能に構成されたものであって、加熱ローラ30の軸心C1と同心で加熱ローラ30の長手方向に延び、加熱ベルト部32の内部に設けられた液晶ポリマーからなる円筒状のボビン37と、ボビン37の内周面に接触した状態で配置された軸心C1を中心とする断面円弧状の複数の磁性コア39と、ボビン37の外周面に巻き回された、いわゆるラジアル巻きされたコイル(リッツ線)38とを含む。磁性コア39は、例えばフェライトコアであり、ボビン37の長手方向に延びる形状を有し、図3に示すように、2つの磁性コア39で環状のコアを形成するように2列で配置されている。
The
コイル38に、図略の高周波電源から高周波電流が供給されると、コイル38から磁束が発生する。磁束は、ボビン37の径方向外方に進み、非磁性かつ非導電性セラミック材からなるローラ基材35および断熱層33を貫通して発熱層31の発熱層基材に到達する。これにより、後述する磁気経路P,P1,P2(図4)が形成され、発熱層基材が発熱する。発熱層基材の熱により、用紙M上のトナー像がニップ部Nにおいて溶融定着される。
When a high frequency current is supplied to the
コイル38は、ローラ基材35の長手方向に延びるボビン37の外周面に巻き回されているので、磁束を、ボビン37の径方向外方において、つまり発熱層31に向けて均一に分布させることができる。したがって、磁束発生部36と発熱層31との間にローラ基材35および透磁率の低い空気層34を介在させていることから、磁束発生部36および発熱層31間の距離が大きくなっても、磁束発生部36および発熱層31間の磁気結合度を確保することが可能である。その結果、磁束発生部36および発熱層31間の距離が大きくても、発熱層31の発熱の効率を向上させることが可能となる。
Since the
また、加熱ローラ30は、軸心C1から見て、発熱層31の内周面およびコイル38の厚み中央部分間の距離をD1とし、磁性コア39の外周面およびコイル38の厚み中央部分間の距離をD2とすると、次の式(1)を満たすように構成されている。
D1>D2・・・(1)
Further, the
D1> D2 (1)
式(1)を満たすことにより、磁性コア39およびコイル38間の磁気結合度を、発熱層31およびコイル38間の磁気結合度よりも大きく設定できるので、コイル38から発生する磁束を磁性コア39の配列に応じて発熱層31に円滑に導くことができる。これにより、発熱層31の発熱範囲を調整し易くなる。したがって、磁性コア39の配置を適宜調整することにより、ローラ基材35の長手方向における発熱層31の両端部において、温度ダレ等を抑制することができる。また、発熱層31の発熱範囲は、磁性コア39の配置に大きく依存することになるので、磁性コア39の移動による発熱範囲調整性能を向上させることができる。
By satisfying the expression (1), the magnetic coupling degree between the
加圧ローラ40は、軸心C2と同心で配置され非磁性金属からなるローラ基材(図略)と、ローラ基材の外周面に設けられた弾性層(図略)と、弾性層の外周面に設けられた離型層(図略)とを含む。前記ローラ基材の前記非磁性金属としては、例えばアルミニウム、銅、銀、オーステナイト系のステンレス鋼が挙げられる。前記ローラ基材の厚さは、例えば1〜5mm程度に設定されて前記ローラ基材に機械的強度を付与している。加圧ローラ40の弾性層および離型層は、加熱ローラ30の弾性層および離型層と同様の材料からなる。
The
加圧ローラ40の内部に、ハロゲンヒータ等の加熱ヒータ(図略)を配置してもよい。この加熱ヒータにより、加圧ローラ40の前記ローラ基材を加熱することができるので、加熱ローラ30が回転しないプリント待機中に加圧ローラ40の温度を維持することが可能となる。これにより、プリント開始時等において、加圧ローラ40によって加熱ローラ30から熱が奪われることが防止されるので、加熱ローラ30の温度低下を最小限に抑えることができる。その結果、トナー像の良好な定着性を確保できる。
A heater (not shown) such as a halogen heater may be disposed inside the
加熱ローラ30および加圧ローラ40は、定着処理の際にニップ部Nを介して互いに接触する。このとき、加熱ローラ30は、加熱ローラ30の長手方向に沿って加圧ローラ40から押圧力を受け、図3に示すように発熱層31および弾性層33が凹没する。加熱ローラ30の発熱層31の発熱層基材は、一定の機械的強度を備えた部材であるが、加圧ローラ40の押圧力に対して十分な機械的強度を備えているとはいえず、そのため、加熱ローラ30が変形するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、発熱層31が設けられたローラ基材35をセラミック材から形成することにより、加熱ローラ30に、加圧ローラ40の押圧力に耐え得る機械的強度を付与しているので、加熱ローラ30の変形を防止することができる。
The
加熱ローラ30の径方向外方に所定距離離間した位置には、加熱ローラ30の外周面温度を検出するサーミスタ43が配置されている。サーミスタ43は、金属酸化物を主原料とし、高温にて焼結されるセラミック半導体であり、温度が上がると抵抗値の下がる負の温度係数を有し、温度センサとして加熱ローラ30の外周面、つまり発熱層31の温度を検出するものである。サーミスタ43で検出された加熱ローラ30の外周面温度を示す信号に基づいて、図略の制御部にて後述のコイル38に供給する高周波電流が調整され、加熱ローラ30の外周面温度が、所定の温度に維持されるように制御されている。
A
図4は、図2のB−B線に沿って切断した断面図であり、複数の磁性コア39が、上述のように、加熱ローラ30の長手方向に延びるボビン37の内周面に2列で配置された構成を示している。磁性コア39は、ボビン37にラジアル巻きにされたコイル38に沿って、かつ発熱層31に対して平行に延びる形状を有している。このような形状を有する磁性コア39、空気層34、ローラ基材35、断熱層33および発熱層31間に、コイル38で発生した磁束が通る磁気経路Pが形成されている。
4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2, and a plurality of
複数の磁性コア39のうち、ボビン37の長手方向における両端部に配置された磁性コア39は、ボビン37の内周面に沿って長手方向に移動可能に配置されている。移動前の磁性コア39を実線で示し、移動後の磁性コア39を仮想線で示している。また、移動前の磁性コア39は、空気層34、ローラ基材35、断熱層33および発熱層31との間で磁気経路P1を形成している。磁性コア39を長手方向に移動させると、磁気経路P1が長手方向に移動して磁気経路P2が形成される。換言すれば、コイル38で発生する磁束の分布範囲を加熱ローラ30の長手方向に沿って調整することができる。したがって、加熱ベルト部32の発熱層31における発熱範囲を加熱ローラ30の長手方向に沿って調整することができる。これにより、用紙MのサイズW1,W2に応じて用紙M上のトナー像を加熱してトナー像を用紙M上に定着させることができる。図4では、磁気経路P1は、磁性コア39を用紙MのサイズW1に応じて移動させることにより形成されたものであり、一方、磁気経路P2は、磁性コア39を用紙MのサイズW2に応じて移動させることにより形成されたものである。磁性コア39は、ステッピングモータを用いて移動させることにより移動量を正確に調節できる。
Among the plurality of
加熱ローラ30は、図4に示すように、磁束発生部36を冷却するために磁束発生部36の一端側から多端側に向かって風を送風可能に配置された送風器45、例えば送風ファンを備えている。ローラ基材35はセラミック材から製造されているので、送風器45による冷却風は、ローラ基材35を通って発熱層31に到達して発熱層31を冷却することはなく、磁束発生部36およびローラ基材35間の空気層34を通ってコイル38のみを冷却する。
As shown in FIG. 4, the
以上説明したように、上述の構成を有する実施形態では、断熱層33および発熱層31が設けられたローラ基材35を剛性部材、例えばセラミック材から製造しているので、加熱ローラ30は、ニップ部Nにおいて加圧ローラ40との間で記録媒体Mを挟持するときにローラ基材35の長手方向に沿って加圧ローラ40から受ける押圧力に対する機械的強度を得ることができる。しかも、ローラ基材35を非磁性かつ非導電性としているので、磁束発生部36からの磁束が発熱層31に到達するのを妨げない。したがって、発熱層31は、トナー像を加熱して該トナー像を記録媒体M上に定着させることが可能な温度まで短時間で達することができる。このように、本実施形態の定着ユニット20によれば、加熱ローラ30のウォームアップ時間の短縮化および機械的強度の確保の双方を得ることができる。
As described above, in the embodiment having the above-described configuration, the
図5は、定着ユニット20を所謂加圧ベルト方式に適用した構成を示す概略図である。この定着ユニット20では、加圧ローラ40の代わりに、一対のローラ50,51間に張設された無端状のベルト52が、加熱ローラ30に接触した状態で配置されている。ベルト52は、一対のローラ50,51間の略中間部分で、加熱ローラ30に接触しており、ニップ部Nは、前記中間部分の外周面と加熱ローラ30との間に形成されている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration in which the fixing
この構成においても、加熱ローラ30は、ニップ部Nにおいてベルト52との間で記録媒体Mを挟持するときに、ローラ基材35の長手方向に沿ってベルト52から押圧力を受ける。しかしながら、加熱ローラ30のローラ基材35は剛性部材、例えばセラミック材から製造されているので、加熱ローラ30は、ベルト52による押圧力に対する機械的強度を得ることができる。
Also in this configuration, the
10 画像形成装置
20 定着ユニット
30 加熱ローラ
31 発熱層
32 加熱ベルト部
33 断熱層
34 空気層
35 ローラ基材
36 磁束発生部
37 ボビン
38 コイル
39 磁性コア
40 加圧ローラ
50,51 ローラ
52 ベルト
P,P1,P2 磁気経路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記記録媒体上の前記トナー像を加熱して前記トナー像を前記記録媒体上に定着させる加熱回転体と、
前記加熱回転体との間で前記記録媒体を挟持する加圧回転体と、
を備え、
前記加熱回転体は、
円筒状かつ中空の回転体基材と、
前記回転体基材の内部に設けられ、磁束を発生させる磁束発生部と、
前記回転体基材上に設けられており、前記磁束によって発熱して前記トナー像を加熱する発熱層と、
前記回転体基材と前記発熱層との間に設けられて、前記発熱層の熱が前記磁束発生部に伝達されるのを防止する断熱性を有する断熱層と、
を含み、
前記回転体基材は、非磁性かつ非導電性の剛性部材からなる定着ユニット。 A fixing unit for fixing a toner image transferred onto a recording medium onto the recording medium,
A heating rotator for heating the toner image on the recording medium to fix the toner image on the recording medium;
A pressure rotator for sandwiching the recording medium with the heating rotator, and
With
The heating rotator is
A cylindrical and hollow rotating body substrate;
A magnetic flux generator provided inside the rotating body base material for generating magnetic flux;
A heating layer that is provided on the rotating body substrate and generates heat by the magnetic flux to heat the toner image;
A heat insulating layer provided between the rotating body base and the heat generating layer and having a heat insulating property to prevent heat of the heat generating layer from being transmitted to the magnetic flux generation unit;
Including
The rotating body substrate is a fixing unit made of a non-magnetic and non-conductive rigid member.
(1)D1>D2 5. The fixing unit according to claim 3, wherein a distance between the heating layer and the coil is D <b> 1 and a distance between the magnetic core and the coil is D <b> 2 when viewed from the axial center of the heating rotating body. Then, the fixing unit satisfying the following expression (1).
(1) D1> D2
前記トナー像を前記記録媒体に定着させる請求項1〜6のいずれか一項に記載の定着ユニットと、
を備えた画像形成装置。 A transfer unit for transferring a toner image formed on the photosensitive drum to a recording medium;
The fixing unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the toner image is fixed to the recording medium.
An image forming apparatus.
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