JP2009251180A - Fixing device, image forming apparatus and method for molding heat roller - Google Patents

Fixing device, image forming apparatus and method for molding heat roller Download PDF

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JP2009251180A JP2008097369A JP2008097369A JP2009251180A JP 2009251180 A JP2009251180 A JP 2009251180A JP 2008097369 A JP2008097369 A JP 2008097369A JP 2008097369 A JP2008097369 A JP 2008097369A JP 2009251180 A JP2009251180 A JP 2009251180A
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Makoto Murata
誠 村田
Kazuo Uchida
和男 内田
Tadashi Kosuda
忠司 小須田
Hirokazu Yasuoka
廣和 安岡
Akifumi Hatachi
暁史 幡地
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat roller capable of easily obtaining uniform temperature distribution in an axial direction independently of paper feeding width, ensuring rigidity, shortening rise time caused by thinning, and improving processability and versatility. <P>SOLUTION: In a fixing device, a fixing belt 14 is trained about a heat roller composed of a first and a second heat rollers 22, 23 and a small-diameter roller arranged on the downstream side of the second heat roller 23 in a conveying direction of a recording material and having a heat insulating layer. The first heat roller 22 has a center portion thinner than end portions in an axial direction in a paper feed area set along the axial direction on an inner peripheral surface of the heat roller 22 and includes a heat source 8a having a light emitting area on a position corresponding to the thin area. The second heat roller 23 has end portions thinner than a center portion in an axial direction in a paper feed area set along the axial direction on an inner peripheral surface of the second heat roller 23 and includes a heat source 8b having a light emitting area on a position corresponding to the thin area. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、紙、フィルム等の記録体面上に形成された加熱溶融性トナーからなる画像を加熱して永久固着画像として記録体面上に定着する加熱定着方式の定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置、及び定着装置に用いる加熱ローラの成形方法に関するものである。   The present invention relates to an electrophotographic recording apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, and an electrophotographic printer, which heats an image made of heat-meltable toner formed on a recording material surface such as paper or film to form a permanently fixed image on the recording material surface. The present invention relates to a fixing device of a heat fixing method for fixing to a toner, an image forming apparatus including the fixing device, and a method for forming a heating roller used in the fixing device.

画像形成装置において、従来から、紙やフィルム等の記録体の一面に形成したトナー画像を定着する方法として、一般に熱によりトナーを溶融して一面上に定着させる加熱定着方式が用いられている。また、このような加熱定着方式でも、ベルト定着方式が熱効率において優れ、しかも安全である等の理由から最も広く使われている。
このベルト定着方式に用いられる定着装置は、2つのローラに挟まれたニップ部にて記録体の一面側(トナーが付着する面)に位置する方にフッ素樹脂等からなる離型層を有する無端状の定着ベルトを介して加熱、加圧させて当該トナーを記録体上に定着させる。
この加熱、加圧させる部分であるニップ部を形成するために、2つのローラのうち、当該定着ベルトを介する側を定着ローラとし、記録体の他面側に位置する方を付勢手段によって定着ローラに向けて付勢された加圧ローラとし、これら2つのローラの圧接部分で記録体をニップして搬送すると同時にこのニップ部分で記録体の一面側に形成された末定着トナー画像を加熱し、記録体の一面上にトナーを定着させる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus, as a method for fixing a toner image formed on one surface of a recording medium such as paper or film, a heat fixing method is generally used in which toner is melted and fixed on one surface by heat. Further, even in such a heat fixing method, the belt fixing method is most widely used because it is excellent in thermal efficiency and safe.
The fixing device used in this belt fixing method has an endless layer having a release layer made of a fluororesin or the like on the one side of the recording medium (the surface to which the toner adheres) at the nip portion sandwiched between two rollers. The toner is fixed on the recording medium by heating and pressurizing through the fixing belt.
In order to form a nip portion that is a portion to be heated and pressed, a side through the fixing belt is used as a fixing roller, and a side positioned on the other surface side of the recording medium is fixed by an urging unit. A pressure roller urged toward the roller is used, and the recording medium is nipped and conveyed at the pressure contact portion between the two rollers, and at the same time, the final fixing toner image formed on one surface side of the recording medium is heated at the nip portion. Then, the toner is fixed on one surface of the recording medium.

また、上記定着ベルトは定着ローラと熱源を内蔵する加熱ローラに張架され、熱源によって加熱された当該加熱ローラを介して、前述の定着に必要な温度まで伝熱される。この加熱ローラの内部に設けられた熱源は、ハロゲンランプやセラミックスヒータ等が軸線方向に沿って設けられている。 The fixing belt is stretched around a heating roller including a fixing roller and a heat source, and the heat is transferred to the temperature necessary for the fixing through the heating roller heated by the heat source. As the heat source provided inside the heating roller, a halogen lamp, a ceramic heater, or the like is provided along the axial direction.

さらに、加熱ローラに対応する位置で当接する定着ベルトの表面には温度センサが当接しており、この温度センサの検知温度結果に基づいてニップ部分の温度が最適なトナー定着温度に維持されるように熱源の電カ供給量が制御されている。また、このような定着装置においては、熱源からの加熱効率の関係から熱伝導性並びに剛性を確保するように加熱ローラにはアルミニウム合金を基体としたものが用いられている。
そして、このようなアルミニウム合金を基体とした加熱ローラの一般的な構成としては、円筒状の金属円筒管を基体として形成するとともに、定着ベルトとの空スベリを抑制するためにその基体の外周面にフッ素樹脂等からなる樹脂層を被覆している。
また、当該樹脂層の代わりに基体表面にアルマイト処理、サンドブラスト等の表面処理を施す場合がある。なお、加熱ローラには定着ベルトの搬送によるヨリや蛇行を抑制するために寄り止め部材を具備する場合がある。
このような構成の加熱ローラを成形する場合には、アルミニウム合金材から円筒状の長尺円筒管を押出し、引抜き成形し、この長尺円筒管を所定の長さに切断して金属円筒管とし、さらにその金属円筒管の外周面を切削あるいは研削等により表面を均一化させた後、サンドブラスト処理などによって粗面化、さらにはフッ素樹脂等からなる塗料を塗装した後に焼成させて樹脂層を成膜し、所定の仕上げ処理を行なっていた。
この際、多くの成形方法では、当該金属円筒管の外周面を加工する際には、ダイヤモンドバイトを使用した外径切削加工によって行なわれる。また、この切削加工で同時に金属円筒管を所定の肉厚まで薄肉化している。
Further, a temperature sensor is in contact with the surface of the fixing belt that contacts at the position corresponding to the heating roller, and the temperature of the nip portion is maintained at the optimum toner fixing temperature based on the detection temperature result of the temperature sensor. The power supply amount of the heat source is controlled. In such a fixing device, an aluminum alloy base is used for the heating roller so as to ensure thermal conductivity and rigidity in view of the heating efficiency from the heat source.
A general configuration of a heating roller using such an aluminum alloy as a base is that a cylindrical metal cylindrical tube is formed as the base and the outer peripheral surface of the base is used to suppress empty sliding with the fixing belt. Is coated with a resin layer made of fluorine resin or the like.
In some cases, a surface treatment such as alumite treatment or sand blasting is applied to the surface of the substrate instead of the resin layer. The heating roller may be provided with a detent member in order to suppress twisting and meandering due to conveyance of the fixing belt.
When forming a heating roller having such a configuration, a cylindrical long cylindrical tube is extruded from an aluminum alloy material, drawn, and this long cylindrical tube is cut into a predetermined length to form a metal cylindrical tube. Furthermore, the outer peripheral surface of the metal cylindrical tube is made uniform by cutting or grinding, and then the surface is roughened by sandblasting or the like, and further, a paint made of fluororesin or the like is applied and baked to form a resin layer. A film was formed and a predetermined finishing treatment was performed.
At this time, in many forming methods, when the outer peripheral surface of the metal cylindrical tube is processed, an outer diameter cutting process using a diamond tool is performed. Further, the metal cylindrical tube is thinned to a predetermined thickness at the same time by this cutting process.

他方、近年における省エネルギー化や低コスト化の要望から、加熱ローラには、熱伝導性を向上させるために更なる薄肉化が要求されている。すなわち、金属円筒管の薄肉化によって定着可能な温度に達するまでの時間(定着ローラの立ち上り時間、ウォームアップ時間とも称される)を短縮して、複写機等の省電カ化を進めることが望まれ、このため、従来から、種々の提案がなされている(例えば、特許文献1乃至7参照)。
特許文献1には、小サイズ対応の中央配光と端部配光の2対のハロゲンヒータを内蔵した加熱ローラで通紙サイズによってハロゲンヒータを独立制御する技術が開示されている。特許文献2には、定着装置入口に狭域の予熱室を設け、定着前の記録体に予熱させるもので通紙による温度低下を抑制させ得る技術が開示されている。
特許文献3には、簡素な構成の定着装置を得る技術が開示されている。特許文献4には、端部温度上昇の抑制と立ち上り時間の短縮を両立する手段が開示されている。また、特許文献5には、複数のハロゲンヒータを内蔵する過熱ローラが開示されている。
特許文献6には、加熱ローラ内周部に凹凸を設け、かつこの凹凸に対応する領域に発光領域を配置する熱源を設ける技術が開示されている。また、特許文献7には、大きな周長の定着ベルト及び低硬度な弾性層の定着ローラを有する技術が開示されている。
特許第3418489号 特開平9−34283号公報 特開平9−127811号公報 特開平10−115993号公報 特開平11−22469号公報 特開2006−337521公報 特開2006−11061公報
On the other hand, due to the recent demand for energy saving and cost reduction, the heating roller is required to be further thinned in order to improve thermal conductivity. That is, it is possible to reduce the time required to reach a fixing temperature by reducing the thickness of the metal cylindrical tube (also referred to as a rise time of the fixing roller or a warm-up time), and to promote power saving in a copying machine or the like. For this reason, various proposals have been conventionally made (for example, see Patent Documents 1 to 7).
Patent Document 1 discloses a technique in which a halogen heater is independently controlled according to a sheet passing size by a heating roller incorporating two pairs of halogen heaters corresponding to a small size, center light distribution and end light distribution. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses a technique that can provide a narrow preheating chamber at the entrance of the fixing device and preheat the recording medium before fixing to suppress a temperature drop due to paper passing.
Patent Document 3 discloses a technique for obtaining a fixing device having a simple configuration. Patent Document 4 discloses a means that achieves both suppression of end temperature rise and reduction of rise time. Patent Document 5 discloses a superheated roller incorporating a plurality of halogen heaters.
Patent Document 6 discloses a technique in which an unevenness is provided on the inner peripheral portion of the heating roller, and a heat source is provided in which a light emitting region is disposed in an area corresponding to the unevenness. Patent Document 7 discloses a technique having a fixing belt having a large peripheral length and a fixing roller having a low hardness elastic layer.
Japanese Patent No. 3184489 JP-A-9-34283 Japanese Patent Laid-Open No. 9-12781 JP-A-10-115993 Japanese Patent Laid-Open No. 11-22469 JP 2006-337521 A JP 2006-11061 A

しかしながら、特許文献1の技術では、2対のヒータを内蔵させるために内径が大きくなり、熱容量が大きくなることで昇温に時間を要するため立ち上り時間が遅くなってしまう。また、特許文献2の技術では、定着装置全体が大きくなってしまう。さらに、予熱室自体の温度制御ができないので雰囲気に左右されてしまい、この技術は立ち上り時間の短縮には何ら関係ない。
特許文献3の技術では、軸線方向に伝熱部材が当接されるため熱容量が大きくなり、やはり立ち上り時間の短縮には何ら関係ない。特許文献4の技術では、面状発熱体を有するが、リング状の電極部材を両端部の内周面に設けることで内部からの放熱を抑制させるものであり、製造コストが高く、暴走時の信頼性が問題視されている。
特許文献5の技術では、加熱ローラは大径/熱容量の大きいものとなり、立ち上り時間を要する。また、加熱ローラは2層構造のために製造方法が複雑となり、かつ加熱された時の熱膨張に差異が生じやすくなり、画像不良を誘引する恐れがある。特許文献6の技術では、内周面に設ける凹凸の形成が複雑、かつ精度確保が困難となりコスト増となってしまう。
However, in the technique of Patent Document 1, since the inner diameter is increased in order to incorporate two pairs of heaters, and the heat capacity is increased, it takes time to raise the temperature, so that the rise time is delayed. Further, with the technique of Patent Document 2, the entire fixing device becomes large. Furthermore, since the temperature of the preheating chamber itself cannot be controlled, it depends on the atmosphere, and this technique has nothing to do with shortening the rise time.
In the technique of Patent Document 3, since the heat transfer member is brought into contact with the axial direction, the heat capacity is increased, and there is nothing related to shortening the rise time. The technology of Patent Document 4 has a planar heating element, but is provided with ring-shaped electrode members on the inner peripheral surfaces of both end portions to suppress heat dissipation from the inside, and the manufacturing cost is high and during runaway Reliability is regarded as a problem.
In the technique of Patent Document 5, the heating roller has a large diameter / a large heat capacity and requires a rise time. In addition, since the heating roller has a two-layer structure, the manufacturing method is complicated, and a difference in thermal expansion when heated is likely to occur, which may cause image defects. With the technique of Patent Document 6, it is difficult to form the unevenness provided on the inner peripheral surface, and it is difficult to ensure accuracy, resulting in an increase in cost.

特許文献7の技術では、レイアウト上、定着ベルトの周長を大きく、かつ記録体を溶融、圧着させるためのニップ部を形成するために定着ローラは低硬度な弾性層を有する必要がある(一般的に、弾性層を形成する材料はシリコンゴムなどであり、それらは断熱性が高く温まり難い)。そのため、熱容量が大きくなってしまうという課題がある。そこで、かかる課題に対して当該技術に熟練した者達はさらなる省エネ化の要望に応える手段の開発について取り組んできた。
しかしながら、金属円筒管を薄肉化すると芯金剛性が低下して定着ベルトと空スベリやヨリ、蛇行などの搬送不具合の問題が発生する。また、薄肉化していく場合、当該加熱ローラの熱容量自体が小さくなり通紙範囲に対して小サイズ紙(例えば、A3用紙対応機でA4縦を通紙した場合)などが連続通紙される場合に蓄熱されないため、通紙外領域は通紙による温度低下がないため通紙部に対して温度が上昇してしまう。
そのため、軸線方向で配光の異なるハロゲンヒータを挿入して軸線方向で独立制御する方式が採られる。しかし、ハロゲンヒータを2本以上内周に挿入するために当該加熱ローラの内径部は大径となり、小径化(熱効率の向上と低熱容量化から)はできず、加熱ローラ自体の熱容量が大きくなり、昇温に時間を要してしまう。このように小サイズ紙対応(端部温度上昇の抑制)と立ち上り時間の短縮(省電力/省エネ化)とは相反する関係にあり、両者を満足する技術が望まれている。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、通紙幅に関係なく軸方向で均一な温度分布を容易に得ることができ、かつ剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立ち上り時間の短縮化を実現することができ、しかも加工性並びに汎用性を向上することができる加熱ローラを有する定着装置及びこの定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
In the technique of Patent Document 7, the fixing roller needs to have a low-hardness elastic layer in order to form a nip portion for increasing the circumference of the fixing belt and fusing and pressing the recording medium in view of layout (general) In particular, the material forming the elastic layer is silicon rubber or the like, which has high heat insulating properties and is difficult to warm up). Therefore, there exists a subject that heat capacity will become large. Therefore, those skilled in the art have tackled the development of means to meet the demand for further energy saving.
However, when the metal cylindrical tube is thinned, the core metal rigidity is lowered, and there arises a problem of conveyance troubles such as fixing belt, empty sliding, twisting, and meandering. In addition, when the thickness is reduced, the heat capacity of the heating roller itself is reduced, and a small size paper (for example, A4 paper is passed through the A3 paper compatible machine) is continuously passed. Therefore, the temperature outside the sheet passing area does not decrease due to the sheet passing, and the temperature rises with respect to the sheet passing part.
Therefore, a method is adopted in which halogen heaters having different light distributions in the axial direction are inserted and independently controlled in the axial direction. However, since two or more halogen heaters are inserted into the inner periphery, the inner diameter of the heating roller becomes larger, and the diameter cannot be reduced (due to improved thermal efficiency and lower heat capacity), and the heat capacity of the heating roller itself increases. , It takes time to raise the temperature. Thus, there is a contradictory relationship between handling small-size paper (suppressing the edge temperature rise) and shortening the rise time (power saving / energy saving), and a technology that satisfies both is desired.
In view of the above, the object of the present invention is to easily obtain a uniform temperature distribution in the axial direction regardless of the sheet passing width, and to ensure rigidity and at the same time shorten the rise time due to thinning. It is an object of the present invention to provide a fixing device having a heating roller that can be realized, and that can improve processability and versatility, and an image forming apparatus including the fixing device.

上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、熱源を有する加熱ローラを内包した無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、を有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に未定着トナー像を担持した記録材を通して未定着トナー像の定着を行なう定着装置において、
前記定着ベルトを、第1加熱ローラ及び第2加熱ローラと、前記第2加熱ローラより前記記録材の搬送方向下流側に配置した断熱層を有する小径ローラとのまわりに架け渡し、前記第2加熱ローラが前記第1加熱ローラよりも前記記録材搬送方向の下流側に配置され、前記第1及び第2加熱ローラと前記加圧ローラとによって前記記録材のニップ部を形成し、前記第1加熱ローラはその内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して軸方向に中央部が端部より薄肉となり、該薄肉領域と対応する位置に発光領域を有する熱源を備え、また、前記第2加熱ローラはその内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して軸方向に端部が中央部より薄肉となり、該薄肉領域と対応する位置に発光領域を有する熱源を備えていることを特徴とする定着装置を特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、前記加熱ローラの前記第1及び第2加熱ローラの基体となる金属円筒管の材料がマンガン系アルミニウム合金である請求項1記載の定着装置を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、トナー像を有する感光体ドラムと前記トナー像を転写する転写ベルトとの間のニップに記録材を通して該記録材上の転写画像を固定させるために定着装置に送って前記転写画像を前記記録材上に定着させる構成を有する画像形成装置において、前記定着装置が請求項1及び2のいずれか1項記載の定着装置である画像形成装置を特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 includes an endless fixing belt including a heating roller having a heat source, a pressure roller pressed against the heating roller via the fixing belt, A fixing device for fixing an unfixed toner image through a recording material carrying an unfixed toner image at a nip portion between the fixing belt and the pressure roller.
The fixing belt is stretched around a first heating roller and a second heating roller, and a small-diameter roller having a heat insulating layer disposed downstream of the second heating roller in the conveyance direction of the recording material. A roller is disposed downstream of the first heating roller in the recording material conveyance direction, and a nip portion of the recording material is formed by the first and second heating rollers and the pressure roller, and the first heating is performed. The roller is provided with a heat source having a light emitting area at a position corresponding to the thin area in the axial direction with respect to the sheet passing area set along the axial direction on the inner peripheral surface. The second heating roller has an axial end that is thinner than the center in the axial direction with respect to a paper passing area set along the axial direction on the inner peripheral surface thereof, and has a light emitting area at a position corresponding to the thin area. Have a heat source And wherein the fixing device according to symptoms.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the fixing device according to the first aspect, wherein a material of the metal cylindrical tube serving as a base of the first and second heating rollers of the heating roller is a manganese-based aluminum alloy. .
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fixing device for fixing a transfer image on a recording material through a recording material into a nip between a photosensitive drum having a toner image and a transfer belt for transferring the toner image. An image forming apparatus having a configuration in which the transferred image is fixed onto the recording material by sending to the image forming apparatus, wherein the fixing apparatus is the fixing apparatus according to claim 1.

また、請求項4に記載の発明は、定着装置の加熱ローラとして用いる加熱ローラを成形する加熱ローラの成形方法において、金属材料を基体とする金属円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させる工程と、前記金属円筒管の内表面に周回凸部を形成する工程と、該周回凸部を前記金属円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で形成した後、前記金属円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属円筒管を形成する工程と、を含む加熱ローラの成形方法を特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a heating roller forming method for forming a heating roller used as a heating roller of a fixing device, wherein a surface side of a metal cylindrical tube having a metal material as a base is recessed along a circumferential direction. After forming the step, a step of forming a circular protrusion on the inner surface of the metal cylindrical tube, and forming the circular protrusion in a region below the paper passing region set along the axial direction of the metal cylindrical tube, And a step of forming a thin-walled metal cylindrical tube having a uniform surface by cutting the surface side of the metal cylindrical tube to remove a recessed portion.

本発明によれば、第1及び第2加熱ローラは、定着ベルトを所望の温度に昇温させるが、第1加熱ローラには中央部に配光を持つハロゲンヒータを、第2加熱ローラには端部に配光を持つハロゲンヒータを内蔵している。定着ベルトは定着ローラと前述の熱源を内蔵する第1加熱ローラと、さらに前述のニップ部より当該記録材の搬送方向下流側に配置した断熱層を有する小径ローラによって張架されている。
熱源によってそれぞれ加熱された第1、第2加熱ローラを介して、前述の定着に必要な温度まで昇温される。ここで、前述の第1及び第2加熱ローラと加圧ローラとで挟持されたニップ部に対して、第1加熱ローラは記録体の搬送方向上流側に配置され、搬送方向下流側に第2加熱ローラを配置する。ここで、第1及び第2加熱ローラと該加圧ローラとに挟持されたニップ部でトナーを溶融させるに必要な熱量と圧力を加えることで、トナーを記録紙上に定着させる。
さらに、第1及び第2加熱ローラの内周面にはハロゲンヒータの配光と1対となす薄肉部(前述の周回凹凸部)とすることで、ハロゲンヒータからの吸熱効率を高めることが可能となる。さらに昇温に必要のない配光以外の部位は、逆に厚肉となることで当該金属円筒管の剛性低下を抑制できる。
第1及び第2加熱ローラにはアルミニウム合金の薄肉金属円筒管の内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して該通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けてされた周回凹部が一体に形成することで、通紙領域に対して通紙サイズに合わせた第1及び第2加熱ローラをそれぞれ分離した形で配置することで2本以上のハロゲンヒータを内蔵する必要がない。
1本のハロゲンヒータを内蔵できる内径で済むことから小径化(=低熱容量化)することが可能となる。さらに、第1及び第2加熱ローラの内周面にはハロゲンヒータの配光と1対となす薄肉部が形成され、ハロゲンヒータからの吸熱効率を高めることが可能となる。
さらに昇温に必要のない配光以外の部位は、逆に厚肉となることでローラ芯金の剛性低下を抑制できる。このような本発明の加熱ローラによれば、熱容量を小さくして立ち上り時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に加工することができる。
よって、記録体の通紙によって奪われる熱を補充するために加熱する際の軸線方向の温度分布の偏りを抑制でき、必要な部位(この場合、軸線方向で)に適宜加熱され、温度分布が均一に保たれる。また、加熱部(この場合も軸線方向で)の昇温速度が早くなり、消費電力の低減が可能となる。
According to the present invention, the first and second heating rollers raise the temperature of the fixing belt to a desired temperature, and the first heating roller has a halogen heater having a light distribution in the center, and the second heating roller has Built-in halogen heater with light distribution at the end. The fixing belt is stretched by a fixing roller, a first heating roller having a built-in heat source, and a small-diameter roller having a heat insulating layer disposed downstream of the nip portion in the conveyance direction of the recording material.
The temperature is raised to the temperature necessary for the above-described fixing through the first and second heating rollers respectively heated by the heat source. Here, with respect to the nip portion sandwiched between the first and second heating rollers and the pressure roller, the first heating roller is disposed on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium, and the second heating roller is disposed on the downstream side in the conveyance direction. A heating roller is arranged. Here, the amount of heat and pressure necessary to melt the toner are applied at the nip portion sandwiched between the first and second heating rollers and the pressure roller, thereby fixing the toner on the recording paper.
Furthermore, the inner peripheral surfaces of the first and second heating rollers are made of a thin wall portion (the above-mentioned circumferential irregularity portion) that is paired with the light distribution of the halogen heater, so that the heat absorption efficiency from the halogen heater can be improved. It becomes. Further, the portion other than the light distribution that is not required for temperature rise is conversely thickened, so that a reduction in the rigidity of the metal cylindrical tube can be suppressed.
In the first and second heating rollers, the center of the sheet passing area is within an area below the sheet passing area with respect to the sheet passing area set along the axial direction on the inner peripheral surface of the thin metal cylindrical tube of aluminum alloy. Two or more by arranging the first and second heating rollers according to the sheet passing size separately in the sheet passing area by integrally forming the circular recesses that are equally distributed from left to right. There is no need to incorporate a halogen heater.
Since the inner diameter that can contain one halogen heater is sufficient, the diameter can be reduced (= lower heat capacity). Further, a thin wall portion that is paired with the light distribution of the halogen heater is formed on the inner peripheral surfaces of the first and second heating rollers, so that the heat absorption efficiency from the halogen heater can be increased.
Further, the portions other than the light distribution that are not required for temperature increase are conversely thickened, so that a reduction in the rigidity of the roller core can be suppressed. According to the heating roller of the present invention, it is possible to easily process a highly rigid roller metal core having a small heat capacity and a short rise time.
Therefore, it is possible to suppress the deviation of the temperature distribution in the axial direction when heating in order to replenish the heat taken away by the passing of the recording medium, and heat is appropriately applied to a necessary portion (in this case, in the axial direction). It is kept uniform. Moreover, the heating rate of the heating unit (in this case also in the axial direction) is increased, and the power consumption can be reduced.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明を適用し得る画像形成装置を示す概略図である。図2は画像形成装置に用いられるベルト定着方式の定着装置を示す拡大概略図である。
図1及び図2を参照して説明すると、この画像形成装置1はその本体右下に給紙部2を備え、この給紙部2の上方に形成される、転写ベルト3と感光体ドラム4a、4b、4c、4dとの間のニップに転写紙Pを通してこの転写紙P上に転写ローラ10によって所望の画像を転写し、この転写紙Pはその上の転写画像をこれに固定させるために定着装置5に送って転写画像を転写紙P上に定着させる構成になっている。
図1の画像形成装置1には、さらに、転写ベルト3を張架してその駆動を行なう支持ローラ6、帯電ローラ7、現像手段8、クリーニング手段9、光書き込み部11を示している。
感光体ドラム4aは帯電ローラ7、現像手段8、クリーニング手段9とともに作像ユニットを構成し、この作像ユニットは、感光体ドラム4aを含む作像ユニットをブラックの作像ユニットとすれば、感光体ドラム4b、4c、4dを含む作像ユニットは、それぞれ、イエロー、シアンおよびマゼンタについて同じ構成であるので、ここでは、感光体ドラム4aを含む作像ユニットの各部にのみ符号を付している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an image forming apparatus to which the present invention can be applied. FIG. 2 is an enlarged schematic view showing a belt fixing type fixing device used in the image forming apparatus.
Referring to FIGS. 1 and 2, the image forming apparatus 1 includes a sheet feeding unit 2 at the lower right of the main body, and a transfer belt 3 and a photosensitive drum 4a formed above the sheet feeding unit 2. 4b, 4c, 4d, a transfer sheet P is passed through the transfer paper P to the transfer paper P by the transfer roller 10, and the transfer paper P is used to fix the transfer image thereon. The transfer image is sent to the fixing device 5 and the transferred image is fixed on the transfer paper P.
The image forming apparatus 1 shown in FIG. 1 further includes a support roller 6, a charging roller 7, a developing unit 8, a cleaning unit 9, and an optical writing unit 11 that stretch and drive the transfer belt 3.
The photosensitive drum 4a constitutes an image forming unit together with the charging roller 7, the developing means 8, and the cleaning means 9, and this image forming unit is a photosensitive if the image forming unit including the photosensitive drum 4a is a black image forming unit. Since the image forming units including the body drums 4b, 4c, and 4d have the same configuration for yellow, cyan, and magenta, respectively, only parts of the image forming unit including the photosensitive drum 4a are denoted by reference numerals. .

また、加熱定着方式でも、図2に示すようなベルト定着方式が熱効率において優り、しかも安全である等の理由から最も広く使われている。このベルト定着方式に用いられる定着装置5は、2つのローラ12、13で形成されたニップ部にて記録体である転写紙Pの一面側(トナーsが付着する面)に位置する方にフッ素樹脂等からなる離型層を有する無端状の定着ベルト14を介して加熱及び加圧させて当該トナーsを転写紙P上に定着させる。
この加熱及び加圧させる部分であるニップ部を形成するために、2つのローラ12、13のうち、定着ベルト14を介する側を定着ローラ12とし、転写紙Pの他面側に位置する方を図示しない付勢手段によって定着ローラ12に向けて付勢された加圧ローラ13とする。
これら2つのローラ12、13の圧接部分であるニップ部で転写紙Pを挟んで搬送すると同時にこのニップ部で転写紙Pの一面側に形成された末定着トナー画像を加熱し、転写紙Pの一面上にトナーsを定着させる。
また、定着ベルト14は定着ローラ12と熱源8(図2では、2つの熱源8a、8b)を内蔵する加熱ローラ12aに張架され、熱源8(あるいは8a、8b)によって加熱された加熱ローラ12aを介して、前述の定着に必要な温度まで伝熱される。この加熱ローラ12aの内部に設けられた熱源8は、ハロゲンランプやセラミックスヒータ等が加熱ローラ12aの軸線方向に沿って設けられている。
さらに、加熱ローラ12aに対応する位置で当接する定着ベルト14の表面には温度センサ16が当接しており、この温度センサ16の検知温度結果に基づいてニップ部の温度が最適なトナー定着温度に維持されるように熱源8a、8bの電カ供給量が制御されている。なお、最適なトナー定着温度は温度センサ17によって検知される。
また、このような定着装置5においては、熱源8a、8bからの加熱効率の関係から熱伝導性並びに剛性を確保するように加熱ローラ12aにはアルミニウム合金を基体としたものが用いられている。
Also in the heat fixing method, the belt fixing method as shown in FIG. 2 is most widely used because it is superior in thermal efficiency and is safe. The fixing device 5 used in this belt fixing method is fluorine on the side located on one side (the surface to which the toner s adheres) of the transfer paper P that is a recording body at the nip portion formed by the two rollers 12 and 13. The toner s is fixed on the transfer paper P by heating and pressing through an endless fixing belt 14 having a release layer made of resin or the like.
In order to form a nip portion that is a portion to be heated and pressed, the side of the two rollers 12 and 13 that passes through the fixing belt 14 is the fixing roller 12, and the side that is positioned on the other surface side of the transfer paper P is used. The pressure roller 13 is biased toward the fixing roller 12 by a biasing means (not shown).
The transfer paper P is sandwiched and conveyed by the nip portion where the two rollers 12 and 13 are pressed, and at the same time, the final fixed toner image formed on one surface side of the transfer paper P is heated by this nip portion. The toner s is fixed on one side.
The fixing belt 14 is stretched around a heating roller 12a including a fixing roller 12 and a heat source 8 (two heat sources 8a and 8b in FIG. 2), and is heated by the heat source 8 (or 8a and 8b). Heat is transferred to the temperature required for the fixing described above. The heat source 8 provided inside the heating roller 12a is provided with a halogen lamp, a ceramic heater or the like along the axial direction of the heating roller 12a.
Further, a temperature sensor 16 is in contact with the surface of the fixing belt 14 that contacts at a position corresponding to the heating roller 12a. Based on the temperature detection result of the temperature sensor 16, the temperature of the nip portion becomes an optimum toner fixing temperature. The power supply amount of the heat sources 8a and 8b is controlled so as to be maintained. The optimum toner fixing temperature is detected by the temperature sensor 17.
Further, in such a fixing device 5, a heating roller 12a based on an aluminum alloy is used so as to ensure thermal conductivity and rigidity in view of the heating efficiency from the heat sources 8a and 8b.

図2には、また、加圧ローラ13を加熱する補助熱源18、加圧ローラ13の温度を検知する温度センサ19、定着ベルト14のたるみを防止するための小径のローラ20、定着ベルト14を緊張させるためにこの小径のローラ20を付勢するための付勢手段21、及び転写紙Pの分離機構24が示してある。
図3は定着装置の加熱ローラを円内の拡大部分とともに示す概略断面図である。図4に関連して後述するように、定着装置5の加熱ローラ22、23はアルミニウム合金を基体としており、一般的な構成としては、図3のように円筒状の金属円筒管(素管)15を基体として形成するとともに、定着ベルトとの空スベリを抑制するためにその基体の外周面をフッ素樹脂等からなる樹脂層15bで被覆している。
また、樹脂層15bの代わりに基体表面にアルマイト処理、サンドブラスト等の表面処理を施す場合がある。なお、加熱ローラ22、23には定着ベルトの搬送によるヨリや蛇行を抑制するために図示はしてないが寄り止め部材を具備する場合がある。
このような構成の加熱ローラ22、23を成形する場合には、アルミニウム合金材から円筒状の長尺円筒管を押出し、引抜き成形し、この長尺円筒管を所定の長さに切断して金属円筒管15とし、さらにその金属円筒管15の外周面を切削あるいは研削等により表面を均一化させた後、サンドブラスト処理などによって粗面化、さらにはフッ素樹脂等からなる塗料を塗装した後に焼成させて樹脂層15bを成膜し、所定の仕上げ処理を行なっていた。
この際、多くの成形方法では、当該金属円筒管15の外周面を加工する際には、ダイヤモンドバイトを使用した外径切削加工によって行なわれる。また、この切削加工で同時に金属円筒管15を所定の肉厚まで薄肉化している。
他方、近年における省エネルギー化や低コスト化の要望から、加熱ローラには、熱伝導性を向上させるために更なる薄肉化が要求されている。すなわち、金属円筒管15の薄肉化によって定着可能な温度に達するまでの時間(定着ローラの立ち上り時間、ウォームアップ時間とも称される)を短縮して、画像形成装置である複写機等の省電カ化を進めることが望まれている。
FIG. 2 also shows an auxiliary heat source 18 for heating the pressure roller 13, a temperature sensor 19 for detecting the temperature of the pressure roller 13, a small-diameter roller 20 for preventing the fixing belt 14 from sagging, and a fixing belt 14. An urging means 21 for urging the small-diameter roller 20 for tension and a transfer paper P separating mechanism 24 are shown.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing the heating roller of the fixing device together with an enlarged portion in a circle. As will be described later with reference to FIG. 4, the heating rollers 22 and 23 of the fixing device 5 are made of an aluminum alloy as a base. As a general configuration, a cylindrical metal cylindrical tube (element tube) as shown in FIG. 15 is formed as a base body, and the outer peripheral surface of the base body is covered with a resin layer 15b made of a fluororesin or the like in order to suppress slippage with the fixing belt.
In some cases, a surface treatment such as alumite treatment or sandblasting may be applied to the surface of the substrate instead of the resin layer 15b. The heating rollers 22 and 23 may be provided with a detent member (not shown) in order to suppress twisting and meandering due to the conveyance of the fixing belt.
In the case of forming the heating rollers 22 and 23 having such a configuration, a cylindrical long cylindrical tube is extruded from an aluminum alloy material, pultruded, and the long cylindrical tube is cut into a predetermined length to obtain a metal. The cylindrical tube 15 is made uniform, and the outer peripheral surface of the metal cylindrical tube 15 is made uniform by cutting or grinding, then roughened by sandblasting or the like, and further coated with a paint made of fluororesin or the like and then fired. Thus, the resin layer 15b is formed and a predetermined finishing process is performed.
At this time, in many forming methods, when the outer peripheral surface of the metal cylindrical tube 15 is processed, an outer diameter cutting process using a diamond tool is performed. Further, the metal cylindrical tube 15 is simultaneously thinned to a predetermined thickness by this cutting process.
On the other hand, due to the recent demand for energy saving and cost reduction, the heating roller is required to be further thinned in order to improve thermal conductivity. That is, the time required to reach a fixing temperature by thinning the metal cylindrical tube 15 (also referred to as a rise time of the fixing roller or a warm-up time) is shortened to save power in a copying machine or the like as an image forming apparatus. It is hoped that the chemistry will be promoted.

図4は本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略図である。図4において、加熱定着方式の定着装置5は、第1加熱ローラ22、第2加熱ローラ23、加圧ローラ13、定着ベルト14、軸方向に並列配置し、それぞれの熱源に対応して独立制御している温度検知手段である温度センサ16、17を備えている。これらの温度センサ16、17は第1及び第2加熱ローラ22、23の外表面温度を検出する。
また、定着装置5は、加圧ローラ13をニップ部に向けて付勢する図示してない付勢手段、それぞれ第1及び第2加熱ローラ22、23の軸線上に設けられた熱源8a、8b(ハロゲンヒータ)を備えている。さらに、図示してないが支持枠体等に第1及び第2加熱ローラ22、23を回転可能に支持する軸受、定着ベルト14の表面にオフセット付着したトナーsを除去する図示してないクリーニングローラを具備することもできる。
また、図2に示した一般的な定着装置では、定着ローラ12と加圧ローラ13によって前述のニップ部を形成する。また、加圧ローラ13を加熱するために設けられた熱源(ハロゲンヒータ)18と、トナーsを定着した記録紙Pが排紙時定着ベルト14に巻き付き(ジャム)が発生した場合に強制剥離するために通紙下流側の定着ベルト14の表面に当接する上述した分離機構24を具備する場合がある。
しかし、本発明の定着装置においては図4に示すように、ニップ部の搬送下流側に断熱層を有する小径ローラ32を配置することによって、この小径ローラ20の曲率によって搬送される記録体Pの「コシ」から自然に定着ベルト14表面から分離されるため、一般的な定着装置で必要である分離機構24を必要としない。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the fixing device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the fixing device 5 of the heat fixing system is arranged in parallel in the axial direction with a first heating roller 22, a second heating roller 23, a pressure roller 13, a fixing belt 14, and independently controlled corresponding to each heat source. Temperature sensors 16 and 17 serving as temperature detecting means. These temperature sensors 16 and 17 detect the outer surface temperatures of the first and second heating rollers 22 and 23.
Further, the fixing device 5 includes an urging means (not shown) that urges the pressure roller 13 toward the nip portion, and heat sources 8a and 8b provided on the axes of the first and second heating rollers 22 and 23, respectively. (Halogen heater). Further, although not shown, a bearing that rotatably supports the first and second heating rollers 22 and 23 on a support frame or the like, and a cleaning roller (not shown) that removes the toner s attached to the surface of the fixing belt 14 by offset. Can also be provided.
In the general fixing device shown in FIG. 2, the nip portion is formed by the fixing roller 12 and the pressure roller 13. In addition, when a heat source (halogen heater) 18 provided to heat the pressure roller 13 and the recording paper P on which the toner s is fixed wraps around the fixing belt 14 at the time of paper discharge, it is forcibly separated. Therefore, the separation mechanism 24 may be provided that contacts the surface of the fixing belt 14 on the downstream side of the sheet passing.
However, in the fixing device of the present invention, as shown in FIG. 4, by arranging a small diameter roller 32 having a heat insulating layer on the downstream side of the conveyance of the nip portion, the recording medium P conveyed by the curvature of the small diameter roller 20. Since it is naturally separated from the surface of the fixing belt 14 from “koshi”, the separation mechanism 24 required in a general fixing device is not required.

図5(a)及び(b)は本発明による第1及び第2加熱ローラを、それぞれ図4の定着装置のA−A’及びB−B’線で軸線方向に沿って示す断面図である。次に、本発明による第1及び第2加熱ローラ22、23について詳細に説明する。
図3に示したような、外表面に樹脂層15bを形成している金属円筒管15を、第1及び第2加熱ローラ22、23として用い、かつその内周面には記録体Pの通紙領域に対応して、第1及び第2加熱ローラ22、23のそれぞれの軸線方向に通紙領域以下の範囲で中央より左右に均等に振り分けられた周回凹部22c、23cが一体に形成されている。第1及び第2加熱ローラ22、23の両端外周は軸受10で支持されている。
第1加熱ローラ22の内周面には中央部にハロゲンヒータ8aの配光に対して1対となす領域でそれ以外より薄肉となる周回凹部22cが、第2加熱ローラ23の内周面には前述の第1加熱ローラ22とは異なる端部にハロゲンヒータ8bの配光に対して1対となす領域でそれ以外より薄肉となる周回凹部23cが一体で形成されている。
具体的には、第1加熱ローラ22を構成する金属円筒管15(図3)の概略形状はマンガン系アルミニウム合金を基体として形成されており、外径φ18mm、長さ350mm、ジャーナル部外径φ10、厚肉部の肉厚0.6mm、薄肉部(周回凹部22c)の肉厚0.3mmである。
また、具体的には、第2加熱ローラ23を構成する金属円筒管15の概略形状はマンガン系アルミニウム合金を基体として形成されており、外径φ18mm、長さ350mm、ジャーナル部外径φ10、厚肉部の肉厚0.6mm、薄肉部(周回凹部23c)の肉厚0.3mmである。
周回凹部22cあるいは23cは、第1及び第2加熱ローラ22、23に対する通紙領域Lが320mm程度である場合(一般的な領域)、図示例では、この金属円筒管15の中央(通紙領域L=200mmの中央)と、その中央領域以外を図示左右に均等に振り分けた領域で形成している。この周回凹部22cあるいは23cの薄肉断面形状の長さは図5に示すように内蔵されるハロゲンヒータ8a、8bの発光領域(配光分布)の長さと対応している。
FIGS. 5A and 5B are sectional views showing the first and second heating rollers according to the present invention along the axial direction along the lines AA ′ and BB ′ of the fixing device of FIG. 4, respectively. . Next, the first and second heating rollers 22 and 23 according to the present invention will be described in detail.
A metal cylindrical tube 15 having a resin layer 15b formed on the outer surface thereof as shown in FIG. 3 is used as the first and second heating rollers 22 and 23, and the recording medium P is passed through the inner peripheral surface thereof. Corresponding to the paper area, the circumferential recesses 22c and 23c are formed integrally in the axial direction of the first and second heating rollers 22 and 23 and are equally distributed from the center to the left and right in the range below the paper passing area. Yes. The outer circumferences of both ends of the first and second heating rollers 22 and 23 are supported by the bearing 10.
On the inner peripheral surface of the first heating roller 23, a circular recess 22 c is formed in the inner peripheral surface of the second heating roller 23. Is integrally formed with a circumferential recess 23c that is thinner than the other region in the region that forms a pair with respect to the light distribution of the halogen heater 8b at the end different from the first heating roller 22 described above.
Specifically, the schematic shape of the metal cylindrical tube 15 (FIG. 3) constituting the first heating roller 22 is formed using a manganese-based aluminum alloy as a base, and has an outer diameter of 18 mm, a length of 350 mm, and a journal portion outer diameter of φ10. The thickness of the thick portion is 0.6 mm, and the thickness of the thin portion (circular recess 22c) is 0.3 mm.
Specifically, the schematic shape of the metal cylindrical tube 15 constituting the second heating roller 23 is formed using a manganese-based aluminum alloy as a base, and has an outer diameter φ18 mm, a length 350 mm, a journal portion outer diameter φ10, a thickness. The thickness of the meat part is 0.6 mm, and the thickness of the thin part (circular recess 23c) is 0.3 mm.
When the sheet passing area L with respect to the first and second heating rollers 22 and 23 is about 320 mm (general area), the circumferential recess 22c or 23c is the center of the metal cylindrical tube 15 (sheet passing area) in the illustrated example. L = 200 mm in the center) and areas other than the center area are equally distributed to the left and right in the figure. The length of the thin cross-sectional shape of the circumferential recess 22c or 23c corresponds to the length of the light emitting region (light distribution) of the built-in halogen heaters 8a and 8b as shown in FIG.

次に、ニップ部の記録体の搬送方向下流側に配置される断熱層32bを有する小径ローラ32について説明する。小径ローラ32はステンレス系材料の芯金32a(胴部外径φ8、胴部長さ350mm)に断熱層32bを形成する。この断熱層32bは肉厚1mmの不織布を接着している。
本実施の形態では、第1及び第2加熱ローラ22、23を巡り、かつ定着ベルト14にテンション力Fを加えるテンションローラとして当該小径ローラ20を具備している。そのベルト張力が所望のテンション力F(本実施の形態では10N)となるように、その動作は詳述しないが付勢部材21によって張架されている。
次に、加圧ローラ13は鉄系材料からなる芯金13a(胴部外径φ30、肉厚2mm及び胴部長さ354mm)に弾性層13bを形成する。この弾性層13bは一般に発泡性のシリコンゴムからなる樹脂材料とし、ゴム肉厚10mmとしている。
通紙領域に合わせた第1及び第2加熱ローラ22、23をそれぞれ分離した形で配置することで、1つの加熱ローラ内に2本以上のハロゲンヒータを内蔵する必要がなく、1本のハロゲンヒータを内蔵できる内径で済むことから小径化(=低熱容量化)することが可能となる。
さらに、第2加熱ローラ23をニップ部の記録紙搬送方向下流側に配置することで、定着装置全体の省スペース化が図られ、低熱容量となることから立ち上り時間の短縮となる。また、熱効率の向上から小サイズ記録体の通紙時の端部温度上昇が低減できる。
第1及び第2加熱ローラ22、23にはアルミニウム合金の薄肉金属円筒管15の内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して該通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心、及び中心から左右均等に振り分けて配置された周回凹部22c、23cを一体に形成する。
Next, the small-diameter roller 32 having the heat insulating layer 32b disposed on the downstream side of the nip portion in the conveyance direction of the recording body will be described. The small-diameter roller 32 forms a heat insulating layer 32b on a cored bar 32a (a trunk part outer diameter φ8, a trunk part length 350 mm) made of stainless steel. The heat insulating layer 32b is bonded to a 1 mm thick nonwoven fabric.
In the present embodiment, the small-diameter roller 20 is provided as a tension roller that goes around the first and second heating rollers 22 and 23 and applies a tension force F to the fixing belt 14. The operation is stretched by the urging member 21 so that the belt tension becomes a desired tension force F (10N in the present embodiment), although the operation is not described in detail.
Next, the pressure roller 13 forms an elastic layer 13b on a cored bar 13a (body diameter Φ30, wall thickness 2 mm, body length 354 mm) made of an iron-based material. This elastic layer 13b is generally made of a resin material made of foamable silicon rubber and has a rubber thickness of 10 mm.
By arranging the first and second heating rollers 22 and 23 according to the paper passing area separately, it is not necessary to incorporate two or more halogen heaters in one heating roller. Since the inner diameter that can contain the heater is sufficient, it is possible to reduce the diameter (= lower heat capacity).
Furthermore, by disposing the second heating roller 23 on the downstream side of the nip portion in the recording paper conveyance direction, the entire fixing device can be saved in space and the heat capacity is reduced, so that the rise time is shortened. In addition, an increase in end temperature at the time of passing a small size recording medium can be reduced due to the improvement in thermal efficiency.
The first and second heating rollers 22, 23 pass through the inner passage of the thin-walled aluminum cylindrical tube 15 made of aluminum alloy along the axial direction in a region below the paper passage region. The center of the paper region and the circumferential recesses 22c and 23c arranged so as to be equally distributed to the left and right from the center are integrally formed.

これにより通紙領域に対して通紙サイズに合わせた第1及び第2加熱ローラ22、23をそれぞれ分離した形で配置し、2本以上のハロゲンヒータを内蔵する必要がなく、1本のハロゲンヒータを内蔵できる内径で済むことから小径化(=低熱容量化)することが可能となる。
さらに、第1及び第2加熱ローラ22、23の内周面にはハロゲンヒータの発光領域(配光分布)の長さと対応する範囲に薄肉部が形成され、ハロゲンヒータ8a、8bからの吸熱効率を高めることが可能となる。
さらにまた、昇温に必要のない発光領域(配光分布)以外の部位は、逆に厚肉となることで当ローラ芯金15a(図3)の剛性低下を抑制できる。このように本発明の加熱ローラ22、23によれば、熱容量を小さくして立ち上り時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に加工することができる。
よって、記録体の通紙によって奪われる熱を補充するために加熱する際の軸線方向の温度分布の偏りを抑制でき、必要な部位(この場合、軸線方向で)に適宜加熱され、温度分布が均一に保たれる。また、加熱部(この場合も軸線方向で)の昇温速度が早くなり、消費電力の低減が可能となる。
また、加熱ローラを構成する薄肉金属円筒管15用にマンガン系アルミニウム合金を用いることで、熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く、かつ耐クリープ特性が高いため、このマンガン系アルミニウム合金は、熱と圧力(定着ベルトによるテンション圧)の掛かる加熱ローラに適した材料である。
さらに、本マンガン系アルミニウム合金は、本発明の内周面に形成した周回凸部22d、23dを施す時の塑性加工(スピニング加工)に適している。よって、熱容量が小さくなり、立ち上り時間の短縮できる高剛性な加熱ローラを容易に、かつ安価に加工することができる。
As a result, the first and second heating rollers 22 and 23 corresponding to the sheet passing size are arranged separately from each other in the sheet passing area, so that it is not necessary to incorporate two or more halogen heaters, and one halogen Since the inner diameter that can contain the heater is sufficient, it is possible to reduce the diameter (= lower heat capacity).
Further, thin portions are formed on the inner peripheral surfaces of the first and second heating rollers 22 and 23 in a range corresponding to the length of the light emission region (light distribution distribution) of the halogen heater, and the heat absorption efficiency from the halogen heaters 8a and 8b. Can be increased.
Furthermore, the portion other than the light emitting region (light distribution distribution) that is not required for temperature increase is conversely thickened, so that a decrease in rigidity of the roller cored bar 15a (FIG. 3) can be suppressed. As described above, according to the heating rollers 22 and 23 of the present invention, it is possible to easily process a highly rigid roller metal core having a small heat capacity and a short rise time.
Therefore, it is possible to suppress the deviation of the temperature distribution in the axial direction when heating in order to replenish the heat taken away by the passing of the recording medium, and heat is appropriately applied to a necessary portion (in this case, in the axial direction). It is kept uniform. Moreover, the heating rate of the heating unit (in this case also in the axial direction) is increased, and the power consumption can be reduced.
Further, by using a manganese-based aluminum alloy for the thin metal cylindrical tube 15 constituting the heating roller, the thermal conductivity is higher than that of other aluminum alloys and the creep resistance is high. And a material suitable for a heating roller to which pressure (tension pressure by a fixing belt) is applied.
Further, the manganese-based aluminum alloy is suitable for plastic working (spinning work) when applying the circumferential convex portions 22d and 23d formed on the inner peripheral surface of the present invention. Therefore, it is possible to easily and inexpensively process a highly rigid heating roller that has a small heat capacity and can shorten the rise time.

図6は本発明に使用する加熱ローラの製造方法を示す断面図である。図6には上述した図5の第2加熱ローラとして用いる金属円筒管の形成方法を(a)〜(e)で時系列に示ししている説明図である。
この加熱ローラの加工方法は、まず、金属円筒管15を形成する。具体的には図6(a)から図6(d)の加工を施し、所望の肉厚t(本発明の実施の形態では肉厚0.6mm)を形成し、その後表面に所定の樹脂層を形成する。この樹脂層の形成方法は従来技術の範疇であるから説明を省く。
次に、金属円筒管15の形成方法を図6に基づいて説明する。先ず、図6(a)に示すように、アルミニウム合金を基体として両端に軸受10(図5)に支持される支持部(ジャーナル部)15cを形成した筒体15を形成する。
この際、筒体15の肉厚Tは、形成後の金属円筒管15の肉厚t(本実施の形態でいうところの厚肉部の肉厚0.6mm)並びに周回凹部23cの押し込み量Hを考慮し、少なくともこれら肉厚tと押し込み量Hとを加算した厚さ以上とされる。本実施の形態では筒体肉厚Tを1.2mmのものを用いた。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a heating roller used in the present invention. FIG. 6 is an explanatory view showing a method of forming the metal cylindrical tube used as the second heating roller in FIG. 5 described above in time series (a) to (e).
In this heating roller processing method, first, the metal cylindrical tube 15 is formed. Specifically, the processing shown in FIGS. 6A to 6D is performed to form a desired thickness t (in the embodiment of the present invention, a thickness of 0.6 mm), and then a predetermined resin layer is formed on the surface. Form. The method for forming this resin layer is within the scope of the prior art and will not be described.
Next, a method for forming the metal cylindrical tube 15 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 6A, a cylindrical body 15 is formed, in which an aluminum alloy is used as a base, and support portions (journal portions) 15c supported by bearings 10 (FIG. 5) are formed at both ends.
At this time, the thickness T of the cylindrical body 15 depends on the thickness t of the formed metal cylindrical tube 15 (thickness of the thick portion in the present embodiment is 0.6 mm) and the pushing amount H of the circumferential recess 23c. In consideration of the above, the thickness is set to at least the thickness obtained by adding the thickness t and the pushing amount H. In this embodiment, a cylindrical wall thickness T of 1.2 mm is used.

次に、図5で使用した符号を併記している図6(b)に示すように筒体15をNC旋盤に固定した状態で、このNC旋盤の刃物台固定の絞り工具30(ローラ工具)を回転させつつ、この絞り工具30を筒体15の外周面に押接する。本図(図6)は、図5(b)で説明した第2加熱ローラ23を形成する場合の実施例である。第1加熱ローラ22を形成する場合には、絞り工具30の押接位置を変更する。
この際の絞り工具30による筒体15ヘの押接位置は、周回凹部23c(図5(b))以外の領域に相当する位置の外周面であり、これにより筒体15の外周面が内径側に凹陥されると同時に筒体15の内周面に周回凸部23d以外の領域が突出形成される。
本実施の形態における絞り加工は、押接による押し込み量を0.4〜0.45mmとすることで周回凹部23cと周回凸部23dの差が所定の0.3mmとなり、前述の所望する肉厚差(0.6と0.3mmとの差)が得られた。
この時の絞り工具30の主軸回転数は1000rpmで、押接時の押し込み速度をφ0.1mm/revとし、絞り工具30にはローラ状の工具をシャンクに設けた軸受によって回転機構を有する構成を用いた。そして、この関係を満たすことで適正な断面形状を得ることが可能となる。
Next, as shown in FIG. 6 (b) where the reference numerals used in FIG. 5 are also shown, a drawing tool 30 (roller tool) for fixing the tool post of the NC lathe in a state where the cylinder 15 is fixed to the NC lathe. The drawing tool 30 is pressed against the outer peripheral surface of the cylindrical body 15 while rotating. FIG. 6 (FIG. 6) shows an example in which the second heating roller 23 described with reference to FIG. 5B is formed. When the first heating roller 22 is formed, the pressing position of the squeezing tool 30 is changed.
At this time, the pressing position of the squeezing tool 30 against the cylindrical body 15 is the outer peripheral surface at a position corresponding to a region other than the circumferential recess 23c (FIG. 5B), whereby the outer peripheral surface of the cylindrical body 15 has an inner diameter. At the same time as being recessed, a region other than the circumferential protrusion 23 d is formed to protrude on the inner peripheral surface of the cylindrical body 15.
In the drawing process according to the present embodiment, the difference between the circumferential concave portion 23c and the circumferential convex portion 23d is set to a predetermined 0.3 mm by setting the pressing amount by pressing to 0.4 to 0.45 mm, and the desired thickness described above. A difference (difference between 0.6 and 0.3 mm) was obtained.
The rotation speed of the main shaft of the drawing tool 30 at this time is 1000 rpm, the pushing speed at the time of pressing is φ0.1 mm / rev, and the drawing tool 30 has a structure having a rotation mechanism by a bearing provided with a roller-like tool on the shank. Using. By satisfying this relationship, it is possible to obtain an appropriate cross-sectional shape.

本実施の形態における絞り加工後の形状を示す断面図が図6(c)である。この状態から、図6(d)に示すように、切削バイト(ダイヤモンドバイト)31を筒体15の軸線方向に沿って移動させることによって筒体15の外周面を数回切削して凹陥を除去し、図6(e)に示すように所定の相当肉厚tの金属円筒管15に加工する。
このように、筒体15から金属円筒管40を形成するにあたり、ローラ工具30を用いることで汎用的な加工機であるNC旋盤を用いて加工することができるので、専用機を導入する必要が無く、また、繰り返し精度についても安定した製造が可能である。
図6(a)に示す金属円筒管15の金属材料を、マンガン系アルミニウム合金を基体として用いる。マンガン系アルミニウム合金は熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く、かつ耐クリープ特性が高いため、熱と圧力(定着ベルトによるテンション圧)のかかる加熱ローラに適した材料である。この実施の形態においては、マンガン系アルミニウム合金を住友軽金属株式会社製の商品名“CM10”材を用いている。
加熱ローラ、とくに第2加熱ローラの成形方法は、図6に記載のように金属材料を基体とする薄肉金属円筒管15の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって円筒管15の内表面に周回凸部15d、15dを形成するとともに、これらの周回凸部15d、15dを前記円筒管15の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けで形成した後、円筒管15の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属円筒管40を容易に形成できる。
FIG. 6C is a cross-sectional view showing the shape after drawing in the present embodiment. From this state, as shown in FIG. 6D, the cutting tool (diamond tool) 31 is moved along the axial direction of the cylinder 15 to cut the outer peripheral surface of the cylinder 15 several times to remove the recess. Then, as shown in FIG. 6E, it is processed into a metal cylindrical tube 15 having a predetermined equivalent wall thickness t.
Thus, in forming the metal cylindrical tube 40 from the cylindrical body 15, it can be processed by using the NC lathe which is a general-purpose processing machine by using the roller tool 30, so it is necessary to introduce a dedicated machine. In addition, stable production is possible with respect to repeatability.
The metal material of the metal cylindrical tube 15 shown in FIG. 6A is made of a manganese-based aluminum alloy as a substrate. Manganese-based aluminum alloy has a higher thermal conductivity than other aluminum alloys and has a high creep resistance. Therefore, manganese-based aluminum alloy is a material suitable for a heating roller to which heat and pressure (tension pressure by a fixing belt) are applied. In this embodiment, the product name “CM10” manufactured by Sumitomo Light Metal Co., Ltd. is used for the manganese-based aluminum alloy.
As shown in FIG. 6, the forming method of the heating roller, particularly the second heating roller, is such that the surface side of the thin metal cylindrical tube 15 having a metal material as a base is recessed along the circumferential direction. The circumferential projections 15d and 15d are formed on the left and right sides of the center of the sheet passing region within the region below the sheet passing region set along the axial direction of the cylindrical tube 15. After uniformly forming by sorting, the surface side of the cylindrical tube 15 is cut to remove the recessed portion, and the thin metal cylindrical tube 40 having a uniform surface can be easily formed.

図7は本発明による加熱ローラの評価方法を示す断面図である。温度の測定点は、ニップ前の図2に示す温度センサ17の部位を、また、軸線方向には図7に示す通紙幅に対して5ヶ所の部位を温度センサ25によって測定した。
表1は本発明による加熱ローラを用いた場合の評価結果を示している。
本発明の実施評価は、線速203mm/s、定着温度15°Cの中速機クラスの定着条件での立ち上り時間と、A4縦およびA5縦を100枚通紙した際の端部温度上昇を評価した。端部温度上昇は定着温度のホットオフセット領域の200°C以下が必要であり、また、制御値である定着温度150°Cとの差分が小さいほど良い。
本実施例で用いる定着装置5(図2)において、加熱ローラ側のハロゲンヒータの総電力は1200Wで中央と端部は均等配分とした。また、その他の部品は共通としている。
温度の測定点は、ニップ前の図2に示す温度センサ17の部位を、また、軸線方向には図7に示す通紙幅に対して5ヶ所の部位(中央1、2、3、端部4、5)を測定した。
温度測定には接触式温度センサ(E型熱電対)を当接して中央1に対して、中央2、3及び端部4、5のそれぞれの温度から温最大値を端部温度、最大−最小を温度差とした。
[表1]

Figure 2009251180
網がけ部は、評価上NG。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a heating roller evaluation method according to the present invention. The temperature measurement points were measured by the temperature sensor 25 at the position of the temperature sensor 17 shown in FIG. 2 before the nip, and at five positions with respect to the sheet passing width shown in FIG.
Table 1 shows the evaluation results when the heating roller according to the present invention is used.
In the evaluation of the present invention, the rise time under the medium speed machine fixing conditions with a linear speed of 203 mm / s and a fixing temperature of 15 ° C., and the edge temperature rise when 100 sheets of A4 and A5 portraits were passed through. evaluated. The edge temperature rise needs to be 200 ° C. or less in the hot offset region of the fixing temperature, and the smaller the difference from the fixing temperature 150 ° C. that is the control value, the better.
In the fixing device 5 (FIG. 2) used in this embodiment, the total power of the halogen heater on the heating roller side is 1200 W, and the center and the end are equally distributed. Other parts are common.
The temperature measurement point is the part of the temperature sensor 17 shown in FIG. 2 before the nip, and the five parts (centers 1, 2, 3, end 4) in the axial direction with respect to the sheet passing width shown in FIG. 5) was measured.
For temperature measurement, a contact-type temperature sensor (E-type thermocouple) is brought into contact with the center 1, and the maximum temperature from the temperatures of the centers 2, 3 and ends 4, 5 is determined as the end temperature, maximum-minimum. Was the temperature difference.
[Table 1]
Figure 2009251180
The shaded area is NG for evaluation.

本発明を適用し得る画像形成装置を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an image forming apparatus to which the present invention can be applied. 画像形成装置に用いられるベルト定着方式の定着装置を示す拡大概略図である。1 is an enlarged schematic diagram illustrating a belt-fixing type fixing device used in an image forming apparatus. 定着装置の加熱ローラを円内の拡大部分とともに示す概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view showing a heating roller of a fixing device together with an enlarged portion in a circle. FIG. 本発明の実施形態に係る定着装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a fixing device according to an embodiment of the present invention. 本発明による第1及び第2加熱ローラを、それぞれ図2の定着装置のA−A及びB−B線で軸線方向に沿って示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the first and second heating rollers according to the present invention along the axial direction along the lines AA and BB of the fixing device of FIG. 本発明に使用する加熱ローラの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the heating roller used for this invention. 本発明による加熱ローラの評価方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the evaluation method of the heating roller by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 画像形成装置、3 転写ベルト、5 定着装置、8a 熱源、8b 熱源、13 加圧ローラ、14 定着ベルト、15 金属円筒管(素管)、22 第1加熱ローラ、22c 薄肉部(周回凹部)、23 第2加熱ローラ、23c 薄肉部(周回凹部)、32 小径ローラ、L 通紙領域、P 記録材(転写紙) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus, 3 Transfer belt, 5 Fixing apparatus, 8a Heat source, 8b Heat source, 13 Pressure roller, 14 Fixing belt, 15 Metal cylindrical tube (element tube), 22 1st heating roller, 22c Thin part (circular recessed part) , 23 Second heating roller, 23c Thin portion (circumferential concavity), 32 small diameter roller, L paper passing area, P recording material (transfer paper)

Claims (4)

熱源を有する加熱ローラを内包した無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを介して前記加熱ローラに圧接する加圧ローラと、を有し、前記定着ベルトと前記加圧ローラとのニップ部に未定着トナー像を担持した記録材を通して未定着トナー像の定着を行なう定着装置において、
前記定着ベルトを、第1加熱ローラ及び第2加熱ローラと、前記第2加熱ローラより前記記録材の搬送方向下流側に配置した断熱層を有する小径ローラとのまわりに架け渡し、前記第2加熱ローラが前記第1加熱ローラよりも前記記録材搬送方向の下流側に配置され、前記第1及び第2加熱ローラと前記加圧ローラとによって前記記録材のニップ部を形成し、前記第1加熱ローラはその内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して軸方向に中央部が端部より薄肉となり、該薄肉領域と対応する位置に発光領域を有する熱源を備え、また、前記第2加熱ローラはその内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して軸方向に端部が中央部より薄肉となり、該薄肉領域と対応する位置に発光領域を有する熱源を備えていることを特徴とする定着装置。
An endless fixing belt including a heating roller having a heat source, and a pressure roller that is pressed against the heating roller via the fixing belt, and is undetermined at a nip portion between the fixing belt and the pressure roller In a fixing device for fixing an unfixed toner image through a recording material carrying a contact toner image,
The fixing belt is stretched around a first heating roller and a second heating roller, and a small-diameter roller having a heat insulating layer disposed downstream of the second heating roller in the conveyance direction of the recording material. A roller is disposed downstream of the first heating roller in the recording material conveyance direction, and a nip portion of the recording material is formed by the first and second heating rollers and the pressure roller, and the first heating is performed. The roller is provided with a heat source having a light emitting area at a position corresponding to the thin area in the axial direction with respect to the sheet passing area set along the axial direction on the inner peripheral surface. The second heating roller has an axial end that is thinner than the center in the axial direction with respect to a paper passing area set along the axial direction on the inner peripheral surface thereof, and has a light emitting area at a position corresponding to the thin area. Have a heat source A fixing device for the butterflies.
前記加熱ローラの前記第1及び第2加熱ローラの基体となる金属円筒管の材料がマンガン系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項1記載の定着装置。   2. The fixing device according to claim 1, wherein a material of the metal cylindrical tube serving as a base of the first and second heating rollers of the heating roller is a manganese-based aluminum alloy. トナー像を有する感光体ドラムと前記トナー像を転写する転写ベルトとの間のニップに記録材を通して該記録材上の転写画像を固定させるために定着装置に送って前記転写画像を前記記録材上に定着させる構成を有する画像形成装置において、前記定着装置が請求項1及び2のいずれか1項記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。   In order to fix the transfer image on the recording material through the recording material to the nip between the photosensitive drum having the toner image and the transfer belt for transferring the toner image, the transfer image is sent onto the recording material. An image forming apparatus having a configuration for fixing to an image forming apparatus, wherein the fixing apparatus is the fixing apparatus according to claim 1. 定着装置の加熱ローラとして用いる加熱ローラを成形する加熱ローラの成形方法において、金属材料を基体とする金属円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させる工程と、前記金属円筒管の内表面に周回凸部を形成する工程と、該周回凸部を前記金属円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で形成した後、前記金属円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属円筒管を形成する工程と、を含むことを特徴とする加熱ローラの成形方法。   In a heating roller molding method for molding a heating roller used as a heating roller of a fixing device, a step of recessing a surface side of a metal cylindrical tube having a metal material as a base along the circumferential direction, and an inner surface of the metal cylindrical tube Forming the circumferential convex portion, and forming the circumferential convex portion in a region below the paper passing region set along the axial direction of the metal cylindrical tube, and then cutting the surface side of the metal cylindrical tube And a step of forming a thin metal cylindrical tube having a uniform surface by removing the recessed portion.
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