JP2010139537A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関し、特に、定着ローラに遊嵌する定着スリーブの蛇行を防止する技術に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus, and more particularly to a technique for preventing meandering of a fixing sleeve loosely fitted to a fixing roller.
トナー像を溶融して記録シートに圧着する熱定着方式の画像形成装置においては、ユーザからプリント指示を受け付けてからより早く画像形成を開始するために、定着装置のウォームアップ時間の短縮が求められている。
このため、例えば、電磁誘導にて定着スリーブを昇温する誘導加熱方式が採用されるようになってきた。誘導加熱方式では、定着スリーブを単一の定着ローラに巻き掛けて定着スリーブ径を最小化し、その熱容量を小さくすることによって、ウォームアップ時間の大幅な短縮を達成している。
In a thermal fixing type image forming apparatus in which a toner image is melted and pressed onto a recording sheet, it is required to shorten the warm-up time of the fixing apparatus in order to start image formation sooner after receiving a print instruction from a user. ing.
For this reason, for example, an induction heating method in which the fixing sleeve is heated by electromagnetic induction has been adopted. In the induction heating method, the fixing sleeve is wound around a single fixing roller to minimize the diameter of the fixing sleeve and reduce the heat capacity thereof, thereby achieving a significant reduction in warm-up time.
そのような誘導加熱方式の定着装置においてウォームアップ時間を更に短縮するために、定着スリーブと定着ローラとの間に空気層を設ける技術が開発されている(特許文献1を参照)。
このようにすれば、定着スリーブと定着ローラとの間の空気層の断熱効果によって、電磁誘導加熱された定着スリーブから定着ローラへ熱が逃げるのを防止されるので、更に速く定着スリーブを昇温することができる。
By doing so, the heat insulation effect of the air layer between the fixing sleeve and the fixing roller prevents heat from escaping from the electromagnetic induction heated fixing sleeve to the fixing roller, so that the temperature of the fixing sleeve can be increased more quickly. can do.
しかしながら、定着スリーブと定着ローラとの間に空気層を設けると、定着スリーブと定着ローラとの間の摩擦力が低下するために、定着スリーブが定着ローラの回転軸方向に滑る蛇行が顕著になる。
従来、定着ローラの回転軸方向の両端には、定着スリーブの蛇行を規制する蛇行規制カラーが設けられており、定着スリーブが蛇行規制カラーに当接すると、定着スリーブはそれ以上蛇行することができない。
However, when an air layer is provided between the fixing sleeve and the fixing roller, the frictional force between the fixing sleeve and the fixing roller is reduced, and therefore the meandering of the fixing sleeve sliding in the direction of the rotation axis of the fixing roller becomes remarkable. .
Conventionally, a meandering restriction collar that restricts the meandering of the fixing sleeve has been provided at both ends in the rotation axis direction of the fixing roller. When the fixing sleeve comes into contact with the meandering restriction collar, the fixing sleeve cannot meander further. .
とはいえ、蛇行が顕著になって、定着スリーブが蛇行規制カラーに当たり続けると、蛇行規制カラーとの間の摩擦によって、定着スリーブが磨耗したり、破損したりするという問題が生じる。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、ウォームアップ時間の短縮と、定着スリーブの長寿命化を両立する定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
However, when the meandering becomes prominent and the fixing sleeve continues to hit the meandering restriction collar, there arises a problem that the fixing sleeve is worn or damaged due to friction with the meandering restriction collar.
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a fixing device and an image forming apparatus that achieve both a reduction in warm-up time and a longer life of a fixing sleeve. .
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、無端ベルト状の定着スリーブを昇温して、トナー像を溶融し、記録シートに融着する定着装置であって、定着スリーブへ内挿され、定着スリーブの温度が高いほど拡径する定着ローラと、定着スリーブの外周面に接し、定着ローラとの間に定着スリーブを挟み込む加圧ローラと、定着スリーブを昇温させる昇温手段と、を備え、常温のときには、定着ローラに対し定着スリーブが遊嵌された状態となる一方、定着スリーブが定着温度のときには、定着スリーブが定着ローラに密嵌する状態に遷移していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention is a fixing device that heats an endless belt-like fixing sleeve, melts a toner image, and fuses it to a recording sheet. A fixing roller that expands in diameter as the temperature of the fixing sleeve increases, a pressure roller that is in contact with the outer peripheral surface of the fixing sleeve and sandwiches the fixing sleeve between the fixing roller, and a temperature raising means that raises the temperature of the fixing sleeve; The fixing sleeve is loosely fitted to the fixing roller at normal temperature, while the fixing sleeve is in a state of being closely fitted to the fixing roller when the fixing sleeve is at the fixing temperature. To do.
このようにすれば、定着スリーブが常温のときには定着スリーブが定着ローラに遊嵌するのでウォーミングアップ時間を短縮することができると共に、定着スリーブが定着温度のときには定着スリーブが定着ローラに密嵌するので定着スリーブの蛇行を抑えることができる。
この場合において、定着ローラは、芯金の外周面が熱膨張性部材で被覆されてなり、当該熱膨張性部材は、定着スリーブからの熱によって膨張するとするのが望ましく、前記熱膨張性部材は、内部に気体が密封された多孔性弾性部材であるとすれば更に好適である。
In this way, when the fixing sleeve is at room temperature, the fixing sleeve is loosely fitted to the fixing roller, so that the warm-up time can be shortened, and when the fixing sleeve is at the fixing temperature, the fixing sleeve is closely fitted to the fixing roller. The meandering of the sleeve can be suppressed.
In this case, in the fixing roller, the outer peripheral surface of the cored bar is covered with a heat-expandable member, and the heat-expandable member is preferably expanded by heat from the fixing sleeve. If it is a porous elastic member with gas sealed inside, it is more preferable.
この場合において、具体的には、前記熱膨張性部材は、発泡ゴムであるとすれば良い。特に、前記芯金は、外周面がほぼ円筒面になっており、前記発泡ゴムは前記外周面を厚さ12.5mm以上となるように被覆しているとするのが望ましい。
また、定着スリーブを外した状態で、定着ローラを定着温度に昇温すると、外径が定着スリーブの内径よりも大きくなるような定着ローラを選択すれば蛇行を防止するのに好適であり、常温における定着ローラの外径が、常温における定着スリーブの内径よりも1.4mm以上小さく、定着温度における定着ローラの外径が、定着スリーブから抜き出した状態で、定着温度における定着スリーブの内径よりも0.8mm以上大きい、関係を有している定着ローラと定着スリーブとを用いれば更にウォーミングアップ時間の短縮を図ることができる。
In this case, specifically, the thermally expandable member may be foamed rubber. In particular, it is preferable that the core metal has an outer peripheral surface that is substantially cylindrical, and the foamed rubber covers the outer peripheral surface so as to have a thickness of 12.5 mm or more.
Further, when the fixing roller is heated to the fixing temperature with the fixing sleeve removed, it is preferable to select a fixing roller whose outer diameter is larger than the inner diameter of the fixing sleeve to prevent meandering. The outer diameter of the fixing roller at the fixing temperature is 1.4 mm or more smaller than the inner diameter of the fixing sleeve at normal temperature, and the outer diameter of the fixing roller at the fixing temperature is 0 than the inner diameter of the fixing sleeve at the fixing temperature in the state of being extracted from the fixing sleeve. If the fixing roller and the fixing sleeve having a relationship of 8 mm or more are used, the warm-up time can be further shortened.
また、定着ローラの回転軸方向両端部に配設され、当該回転軸方向への定着スリーブの所定以上の変位を規制する規制部材を備えれば、ウォーミングアップの際の蛇行を効果的に防止することができる。
この場合において、定着ローラの回転軸方向両端部に配設され、定着ローラが常温であるときは、当該回転軸方向への定着スリーブの所定以上の変位を規制し、定着時には、当該規制を解除する規制部材を備え、特に、前記規制部材が可逆的に熱変形することによって前記規制とその解除を行えば、定着時における定着スリーブの損耗を抑えて、その長寿命化を図ることができる。
Further, if a regulating member is provided at both ends of the fixing roller in the rotational axis direction and regulates the displacement of the fixing sleeve beyond the predetermined direction in the rotational axis direction, it effectively prevents meandering during warm-up. Can do.
In this case, when the fixing roller is disposed at both ends in the rotation axis direction of the fixing roller and at normal temperature, the displacement of the fixing sleeve in the rotation axis direction is restricted more than a predetermined amount, and the restriction is released at the time of fixing. In particular, if the regulation member is reversibly thermally deformed to perform the regulation and release thereof, the wear of the fixing sleeve at the time of fixing can be suppressed, and the service life thereof can be extended.
また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る定着装置を特徴とする。このようにすれば、ウォーミングアップ時間の短縮と定着スリーブの蛇行防止とを共に達成することができる。 An image forming apparatus according to the present invention is characterized by the fixing device according to the present invention. In this way, both shortening the warm-up time and preventing the fixing sleeve from meandering can be achieved.
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置の実施の形態について、誘導加熱方式の画像形成装置を例にとり、図面を参照しながら説明する。
[1] 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図1は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図1に示されるように、画像形成装置1は、イメージングユニット100Y〜100K、露光器101、中間転写ベルト102、2次転写ローラ103、クリーナ104、給紙カセット105、ピックアップローラ106、定着装置107、排紙ローラ108及び排紙トレイ109を備え、トナーボトル110Y〜110Kが装着されている。
Hereinafter, embodiments of a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking an induction heating type image forming apparatus as an example.
[1] Configuration of Image Forming Apparatus First, the configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
イメージングユニット100Y〜100Kは、露光器101が形成した静電潜像を現像してイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の各色のトナー像を形成し、中間転写ベルト102上へ一次転写する。中間転写ベルト102上の残留トナーはクリーナ104にて除去される。
給紙カセット105は内部に記録シートPを格納する。記録シートPはピックアップローラ106によって1枚ずつ取り出され、搬送路へと送り出される。2次転写ローラ103は中間転写ベルト102上のトナー像を記録シート上へ静電転写する。
The
The
定着装置107はトナー像を溶融し、記録シートに圧着する。その後、記録シートは排紙ローラ107にて排紙トレイ108上に排出される。トナーボトル110Y〜110Kは着脱可能に装着されており、それぞれイメージングユニット100Y〜100Kへ各色のトナーを供給する。
[2]定着装置107の構成
次に、定着装置107の構成について説明する。
The
[2] Configuration of
図2に示されるように、定着装置107は、いわゆる誘導加熱方式の定着装置であって、定着スリーブ201、定着ローラ202、加圧ローラ203、コイルボビン210、裾コア211、メインコア212、励磁コイル213及び端部コア214を備えている。
コイルボビン210に巻回された励磁コイル213が発生させる交流磁束は、裾コア211、メインコア212及び端部コア214にて定着スリーブ201に導かれる。
As shown in FIG. 2, the
The AC magnetic flux generated by the
定着スリーブ201は、内径46.4mmで厚さ40μmのニッケル基材外周面上に厚さ200μmのシリコンゴム製弾性層、厚さ20μmのPFA(Tetra fluoro ethylene-perfluoro alkylvinyl ether copolymer)製の離型層が順次積層されてなる。定着スリーブ201はニッケル基材にて交流磁束を受け、ジュール熱を発生させる。
定着ローラ202はφ20mmの芯金の周面上にシリコン製の発泡ゴム層が形成されてなり、常温(15℃)における外径が45.0mmとなっている。このため、常温においては定着スリーブ201と定着ローラ202との間に隙間(断熱空気層)が生じる(図2(a))。断熱空気層の最大層厚は1.4mmである。このため、ウォームアップ時には、定着スリーブ201から定着ローラ202へ熱が逃げるのが防止されるので、ウォームアップ時間を短縮することができる。
The
The
また、定着ローラ202は温度上昇に伴って膨張し、定着スリーブ201外に取り出された状態では、200℃で外径が47.2mmまで拡径する。このため、定着時にはこの膨張圧によって定着スリーブ201が定着ローラ202に密嵌する(図2(b))。従って、定着ローラ202と定着スリーブ201との間の摩擦力が大きくなるので、定着スリーブ201の蛇行が低減され、抑制される。
Further, the
なお、図2(b)において破線202aは常温における定着ローラ202の外径を膨張時の外径と比較するために示すものである。定着ローラ202が膨張するに従って、加圧ローラ203との接触箇所であるNIP幅が大きくなるのが分かる。逆に、定着ローラ202の温度が低い場合にはNIP幅が小さくなり、従って、定着スリーブ201と定着ローラ202の接触面積も小さくなるので、ウォームアップ時間が短縮される。
In FIG. 2B, a
図3は、定着ローラ202の端部を示す斜視図である。定着ローラ202の温度が低い場合には、定着ローラ202と定着スリーブ201との間の接触面積が小さく、摩擦力が小さくなるので、定着スリーブ201が蛇行するおそれがある。このため、定着ローラ202の端部においては発泡ゴム層202bから突出する芯金202aに蛇行規制カラー301が嵌装されている。
FIG. 3 is a perspective view showing an end portion of the fixing
蛇行規制カラー301は、PPS(polyphenylene sulfide)等の耐熱性樹脂材料からなり、止め輪302にて芯金202aに固定されている。これにより、ウォーミングアップ時など、定着ローラ202に定着スリーブ201に嵌着していない場合でも、定着スリーブ201が蛇行規制カラー301を越えて蛇行するのが防止される。
[3]実験
本発明の有効性を確認するために幾つかの実験を行ったので、その結果について説明する。
The
[3] Experiments Several experiments were conducted to confirm the effectiveness of the present invention, and the results will be described.
(1)断熱空気層とウォームアップ時間
まず、定着スリーブと定着ローラとの間の隙間(断熱空気層)の大きさとウォームアップ時間の長さとの関係について説明する。
図4は、定着スリーブを20℃から定着温度(目標温度170℃)まで昇温するためのウォームアップ時間と断熱空気層の大きさとの関係を示すグラフである。
(1) Insulating Air Layer and Warm-up Time First, the relationship between the size of the gap (insulating air layer) between the fixing sleeve and the fixing roller and the length of the warm-up time will be described.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the warm-up time for raising the temperature of the fixing sleeve from 20 ° C. to the fixing temperature (target temperature 170 ° C.) and the size of the heat insulating air layer.
図4において、グラフ401は定着スリーブ201のウォームアップ時の温度変化を示す。一方、グラフ402は定着スリーブと定着ローラとを密着させた場合におけるウォームアップ時の温度変化を示す。
図4に示されるように、断熱空気層を設けた場合には、定着スリーブが170℃に達するのに約31.5秒で済むのに対して、断熱空気層を設けない場合には約48.2秒かかる。したがって、断熱空気層を設けることによってウォームアップ時間を約35%短縮することができる。
In FIG. 4, a
As shown in FIG. 4, when the insulating air layer is provided, it takes about 31.5 seconds for the fixing sleeve to reach 170 ° C., whereas when the insulating air layer is not provided, it is about 48. It takes 2 seconds. Therefore, the warm-up time can be shortened by about 35% by providing the insulating air layer.
ウォームアップ時間が短縮されると、次のように省エネルギー化を図ることができる。図5は、定着温度の推移を示すグラフである。従来は昇温速度があまり速くないので、例えば、待機中には予備加熱温度を120℃とし、スリープ中の予備加熱温度を50℃とすることによって、ウォームアップ時間の短縮を図っている(図5(a))。
これに対して、本発明の場合には、昇温速度を速めることができるので、待機中やスリープ中に予備加熱を行わなくても、ウォームアップ時間を十分短縮することができる(図5(b))。
When the warm-up time is shortened, energy saving can be achieved as follows. FIG. 5 is a graph showing the transition of the fixing temperature. Conventionally, since the rate of temperature rise is not so fast, for example, the warm-up time is shortened by setting the preheating temperature to 120 ° C. during standby and the preheating temperature during sleep to 50 ° C. (FIG. 5 (a)).
On the other hand, in the case of the present invention, the rate of temperature rise can be increased, so that the warm-up time can be sufficiently shortened without performing preheating during standby or sleep (FIG. 5 ( b)).
すなわち、本発明によれば、常温時に定着ローラを収縮させて断熱空気層を設けることによってウォームアップ時間を十分短縮することができるので、予備加熱が不要になり、省エネルギー化を図ることができる。
(2)定着ローラの寸法
次に、定着ローラの寸法について説明する。
That is, according to the present invention, since the warm-up time can be sufficiently shortened by contracting the fixing roller and providing the heat insulating air layer at room temperature, preheating is not required and energy saving can be achieved.
(2) Fixing Roller Size Next, the fixing roller size will be described.
(a)定着時の外径
本発明に係る定着ローラは、定着時に膨張、拡径して定着スリーブに嵌着することによって、定着スリーブの蛇行を防止する。そこで、本発明に係る定着ローラを定着スリーブから取り出された状態で定着温度まで昇温して、その外径(以下、「自由膨張外径」という。)がどの程度まで大きくなれば定着スリーブの蛇行を防止することができるかについて実験を行った。
(A) Outer diameter during fixing The fixing roller according to the present invention expands and expands during fixing and is fitted to the fixing sleeve to prevent meandering of the fixing sleeve. Accordingly, the temperature of the fixing roller according to the present invention is raised to the fixing temperature in a state where the fixing roller is taken out from the fixing sleeve, and when the outer diameter (hereinafter referred to as “free expansion outer diameter”) becomes large, An experiment was conducted to see if meandering can be prevented.
本実験に用いた定着スリーブの内径は常温時でも定着時でもほぼ40mmである。また、定着ローラは常温時における外径が39.8mmのものを用い、温度を調節することによって自由膨張外径を変化させた。後述のように、定着ローラの自由膨張外径は温度に比例する(図8)。
また、システム速度を300m/秒とした。従って、定着スリーブも当該速度で送られる。ニップ荷重は475Nである。ニップ幅は温調温度によって異なるが、180℃で10.5mmとなるようにした。
The inner diameter of the fixing sleeve used in this experiment is approximately 40 mm at both normal temperature and fixing time. A fixing roller having an outer diameter of 39.8 mm at room temperature was used, and the free expansion outer diameter was changed by adjusting the temperature. As will be described later, the free expansion outer diameter of the fixing roller is proportional to the temperature (FIG. 8).
The system speed was 300 m / sec. Accordingly, the fixing sleeve is also fed at this speed. The nip load is 475N. Although the nip width differs depending on the temperature control temperature, it was set to 10.5 mm at 180 ° C.
また、定着ローラの回転軸と加圧ローラの回転軸とをねじれの位置関係とした。このねじれの位置関係は、すべての部品の公差が最悪の状態で組み付けられた場合に得られる位置関係である。これによって、定着スリーブに加わる軸方向の力(以下、「蛇行力」という。)が公差の範囲内で最も大きい場合を実験した。
このような条件の下、蛇行の程度を目視によって判定した。すなわち、目視により定着スリーブの移動が確認できる場合を「蛇行あり」と判定した。また、「蛇行あり」と判定されない場合でも定着スリーブ、定着ローラ及び加圧ローラを30分回し続けた後に目視により蛇行が確認できる場合には「わずかに蛇行あり」と判定した。さもなければ、「蛇行なし」と判定した。
Further, the rotational axis of the fixing roller and the rotational axis of the pressure roller are in a twisted positional relationship. This positional relationship of torsion is a positional relationship obtained when the tolerances of all parts are assembled in the worst state. Thus, an experiment was conducted in which the axial force applied to the fixing sleeve (hereinafter referred to as “meandering force”) was the largest within the tolerance range.
Under such conditions, the degree of meandering was determined visually. That is, the case where the movement of the fixing sleeve can be confirmed visually is determined as “meandering”. Further, even when it was not judged as “meandering”, it was judged as “slightly meandering” when the fixing sleeve, the fixing roller and the pressure roller were continuously rotated for 30 minutes and the meandering could be visually confirmed. Otherwise, it was determined as “no meandering”.
図6は、当該実験結果を示す表である。図6に示されるように、定着ローラの自由膨張外径と定着スリーブの内径の差(以下、「径差」という。)が0.2mm以下の場合には定着スリーブが蛇行し、また、0.4mmの場合もわずかに蛇行するのに対して、0.8mm以上ならば蛇行しないことが分かった。
(b)ウォーミングアップ時の外径
本発明に係る定着ローラは、常温時には収縮し、定着スリーブとの間に断熱空気層をもつことによってウォーミングアップ時間を短縮する。そこで、常温時における外径が相異なる定着ローラを用いて、25℃から100℃まで昇オンするのに要した時間から平均昇温速度を求め、ウォーミングアップ時間を短縮するのに適する定着ローラの外径を調べた。
FIG. 6 is a table showing the experimental results. As shown in FIG. 6, when the difference between the free expansion outer diameter of the fixing roller and the inner diameter of the fixing sleeve (hereinafter referred to as “diameter difference”) is 0.2 mm or less, the fixing sleeve meanders. It was found that the meandering was slightly in the case of .4 mm, but not meandering in the case of 0.8 mm or more.
(B) Outer diameter during warm-up The fixing roller according to the present invention contracts at room temperature and has a heat insulating air layer between the fixing sleeve and the warm-up time. Therefore, using fixing rollers having different outer diameters at normal temperature, the average temperature increase rate is obtained from the time required for the temperature to rise from 25 ° C. to 100 ° C., and the outside of the fixing roller suitable for shortening the warm-up time is obtained. The diameter was examined.
実験に用いた定着スリーブの内径は常温時で40mmであり、温調温度に依らずほぼ一定の内径が保たれる。定着ローラは外径が37mmから40mmまで0.2mmずつ異なるものを用いた。
なお、誘導加熱(IH: induction heating)装置の投入電力は1050W、システム速度は300mm/秒、ニップ荷重は475Nとした。ニップ幅は、定着ローラの外径によって異なるが、定着ローラの外径が40mmならば10.5mmである。
The inner diameter of the fixing sleeve used in the experiment is 40 mm at room temperature, and a substantially constant inner diameter is maintained regardless of the temperature control temperature. Fixing rollers having different outer diameters from 37 mm to 40 mm by 0.2 mm were used.
The input power of the induction heating (IH) apparatus was 1050 W, the system speed was 300 mm / second, and the nip load was 475 N. The nip width varies depending on the outer diameter of the fixing roller, but is 10.5 mm if the outer diameter of the fixing roller is 40 mm.
図7は、常温における定着スリーブと定着ローラの径差と昇温速度との関係を示すグラフである。図7に示されるように、径差が1.4mmを越えると昇温速度が高くなるのに対して、径差が1.4mmに満たない場合には昇温速度が低くなる。
(c)定着ローラの膨張量
上述のように、定着ローラの外径は、常温では定着スリーブの内径よりも1.4mm以上小さく、定着時には当該内径よりも0.8mm以上大きくなければならない。すなわち、室温における外径から定着時における外径まで、定着ローラの外径を2.2mm以上膨張させなければならない。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the diameter difference between the fixing sleeve and the fixing roller at normal temperature and the heating rate. As shown in FIG. 7, when the diameter difference exceeds 1.4 mm, the rate of temperature increase increases, whereas when the diameter difference is less than 1.4 mm, the rate of temperature increase decreases.
(C) Expansion amount of fixing roller As described above, the outer diameter of the fixing roller must be 1.4 mm or more smaller than the inner diameter of the fixing sleeve at room temperature, and 0.8 mm or more larger than the inner diameter at the time of fixing. That is, the outer diameter of the fixing roller must be expanded by 2.2 mm or more from the outer diameter at room temperature to the outer diameter at the time of fixing.
図8は、芯金径が20mmで発泡ゴム層の層厚が相異なる定着ローラについて温調温度と外径との関係を示すグラフである。図8において、グラフ801〜805はそれぞれ常温時の外径が46.0mm、45.0mm、44.0mm、39.8mm及び36.0mmの定着ローラの膨張の程度を常温時からの外径の増加量Δφによって示す。
図8に示されるように、定着ローラの外径は温調温度に正比例し、発泡ゴム層の層厚が大きいほどΔφが大きくなる。また、図8を用いれば、定着ローラの必要な寸法を見積もることができる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature adjustment temperature and the outer diameter of the fixing roller having a core metal diameter of 20 mm and different foam rubber layer thicknesses. In FIG. 8,
As shown in FIG. 8, the outer diameter of the fixing roller is directly proportional to the temperature adjustment temperature, and Δφ increases as the thickness of the foam rubber layer increases. Moreover, if FIG. 8 is used, the required dimension of a fixing roller can be estimated.
例えば、定着時の温調温度を200℃とする場合には、図8より、常温時の外径が45mm以上でなければならないことが分かる。芯金径を20mmとしたので、発泡ゴム層の層厚を12.5mm以上にすれば良いことになる。
(d)まとめ
以上、考察から、本実施の形態においては、定着ローラの芯金径20mm、外径φ45mm、定着スリーブ内径46.4mmとし、ウォームアップ中は断熱空気層を設けて昇温速度を高くし、定着時には定着スリーブに定着ローラを嵌着して定着スリーブの蛇行を抑えている。
For example, when the temperature adjustment temperature at the time of fixing is 200 ° C., it can be seen from FIG. 8 that the outside diameter at normal temperature must be 45 mm or more. Since the core metal diameter is 20 mm, the thickness of the foam rubber layer may be 12.5 mm or more.
(D) Summary From the above discussion, in the present embodiment, the fixing roller has a core metal diameter of 20 mm, an outer diameter of 45 mm, and an inner diameter of the fixing sleeve of 46.4 mm. The fixing roller is fitted to the fixing sleeve at the time of fixing to suppress meandering of the fixing sleeve.
[4]変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
(1)上記実施の形態においては、ウォーミングアップ時など、定着スリーブ201に定着ローラ202が嵌着していない状態における蛇行を防止するために蛇行防止カラー301を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、蛇行防止カラー301に代えて以下のようにしても良い。
[4] Modifications As described above, the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be implemented. .
(1) In the above embodiment, the case where the
図9は、本変形例に係る定着ローラ202の端部を示す斜視図である。定着ローラ202の端部において発泡ゴム層202bから突出する芯金202aには、蛇行規制カラー901が嵌装されている。蛇行規制カラー901は止め輪902にて芯金202aに固定されており、定着スリーブ201が蛇行規制カラー901を越えて蛇行するのが防止される(図9(a))。
FIG. 9 is a perspective view showing an end portion of the fixing
蛇行規制カラー901は、熱膨張性の材料、例えば、シリコンゴムからなる環状の部材であって、その周縁部901aに沿って溝部901bを有する(図9(b))。常温時やウォーミングアップ時など、定着ローラ202が定着スリーブ201に嵌着していない場合には、蛇行する定着スリーブ201を周縁部901aに当接させて、更なる蛇行を防止する。
The
また、定着時など、定着ローラ202が定着スリーブ201に嵌着することによって、定着スリーブ201の蛇行が抑制されている場合には、蛇行防止カラー901も膨張して、定着スリーブ201の位置に溝部901bを配する。これによって、定着スリーブ201と蛇行防止カラー901とが必要以上に擦れ合うことが無くなるので、定着スリーブ201の消耗を抑えることができ、長寿命化を図ることができる。
In addition, when the fixing
なお、蛇行規制カラー901の材料は熱膨張性のものに限られず、形状記憶合金など他の材料を用いても良い。
(2)上記実施の形態においては、定着ローラ202の発泡ゴム層を熱膨張させることによって、定着ローラ202の外径を変動させる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、形状記憶合金など他の材料を用いても良い。
Note that the material of the
(2) In the above embodiment, the case where the outer diameter of the fixing
発泡ゴムは内部に含む多数の気泡を熱膨張させることによって、ゴム部分を弾性伸張させて膨張するが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、内部に大きな空気室を備えた構成の弾性体など、内部に密封された気体を熱膨張させることによって、当該気体を密封する弾性部材を伸張させる部材を芯金の外周面上に周設しても良い。
また、定着スリーブの温度を温度センサにて検出し、定着温度になり、或いは、定着温度に近づいたら、定着ローラを機械的手段にて拡径しても良い。機械的手段とは、例えば、定着ローラの芯金の外周面上に周設された弾性部材の内部に気体や液体を流し込んで膨張させる等である。
Foamed rubber expands by elastically expanding the rubber part by thermally expanding a large number of bubbles contained in the inside, but the present invention is not limited to this. A member that expands an elastic member that seals the gas by thermally expanding the gas sealed inside such as a body may be provided on the outer peripheral surface of the cored bar.
Further, the temperature of the fixing sleeve may be detected by a temperature sensor, and the fixing roller may be enlarged by mechanical means when the temperature reaches the fixing temperature or approaches the fixing temperature. The mechanical means is, for example, injecting a gas or a liquid into an elastic member provided on the outer peripheral surface of the core metal of the fixing roller and expanding the elastic member.
定着後、常温まで降温した定着スリーブを再度、昇温する際には、予め当該気体や液体を当該弾性部材内部から排出すれば、定着ローラを縮径してウォーミングアップ時間を短縮することができる。
[5]その他
(1)上記実施の形態においては、特に言及しなかったが、定着ローラの外径が定着スリーブの内径に達しない場合には、定着ローラが膨張するほど、定着ローラと加圧ローラとが形成するニップ幅が大きくなる。
When the temperature of the fixing sleeve, which has been lowered to room temperature after fixing, is raised again, if the gas or liquid is discharged from the elastic member in advance, the fixing roller can be reduced in diameter to shorten the warm-up time.
[5] Others (1) Although not particularly mentioned in the above embodiment, when the outer diameter of the fixing roller does not reach the inner diameter of the fixing sleeve, the fixing roller and the pressure are increased as the fixing roller expands. The nip width formed by the roller is increased.
定着ローラの回転軸と加圧ローラの回転軸とがねじれの位置関係にある場合、ニップ幅が大きくなるほど定着スリーブに加わる回転軸方向の力が大きくなる。これは蛇行を助長する要因となる。
一方、定着ローラが膨張するほど、定着ローラと定着スリーブとの接触面積も大きくなるので、定着ローラと定着スリーブとの間の摩擦力が大きくなる。これは蛇行を抑制する要因となる。
When the rotation axis of the fixing roller and the rotation axis of the pressure roller are in a torsional positional relationship, the force in the rotation axis direction applied to the fixing sleeve increases as the nip width increases. This is a factor that promotes meandering.
On the other hand, as the fixing roller expands, the contact area between the fixing roller and the fixing sleeve increases, so that the frictional force between the fixing roller and the fixing sleeve increases. This is a factor that suppresses meandering.
定着ローラの外径が定着スリーブの内径に達して、定着ローラが定着スリーブに嵌着すると、ニップ幅はそれ以上大きくならないが、温度が上昇するほど、定着ローラによる定着スリーブへの押圧力が大きくなる。このため、ニップ圧が高まるので、定着スリーブと加圧ローラとの摩擦力が大きくなる。これは蛇行を助長する要因となる。
一方、定着ローラによる定着スリーブへの押圧力が大きくなれば、定着ローラと定着スリーブとの間の摩擦力も大きくなる。これは蛇行を抑制する要因である。
When the outer diameter of the fixing roller reaches the inner diameter of the fixing sleeve and the fixing roller is fitted to the fixing sleeve, the nip width does not increase any more, but the pressing force on the fixing sleeve by the fixing roller increases as the temperature rises. Become. For this reason, since the nip pressure increases, the frictional force between the fixing sleeve and the pressure roller increases. This is a factor that promotes meandering.
On the other hand, if the pressing force to the fixing sleeve by the fixing roller increases, the frictional force between the fixing roller and the fixing sleeve also increases. This is a factor that suppresses meandering.
(2)蛇行に影響する要因には温度のほかに、定着スリーブの内径がある。
一般的に、ニップ幅は定着ローラの半径の1/3に比例する。従って、蛇行力は定着ローラの外径の1/3に比例する。また、定着ローラと定着スリーブとの接触箇所の周長は定着スリーブの周長に比例するので、蛇行を抑制する力は定着スリーブの内径に比例する。したがって、定着スリーブの内径が大きいほど蛇行が抑制される。
(2) Factors affecting meandering include the inner diameter of the fixing sleeve in addition to temperature.
Generally, the nip width is proportional to 1/3 of the radius of the fixing roller. Therefore, the meandering force is proportional to 1/3 of the outer diameter of the fixing roller. Further, since the circumferential length of the contact portion between the fixing roller and the fixing sleeve is proportional to the circumferential length of the fixing sleeve, the force for suppressing meandering is proportional to the inner diameter of the fixing sleeve. Therefore, meandering is suppressed as the inner diameter of the fixing sleeve increases.
(3)定着ローラの外径が定着スリーブの内径よりも小さい場合、定着スリーブが加圧ローラに当接する領域であるニップ領域には、定着スリーブが定着ローラに接しない擬似ニップ領域が含まれる。
すなわち、図10に示されるように、定着スリーブ1001が定着ローラ1002と加圧ローラ1003に挟まれた構成において、定着スリーブ1001が加圧ローラ1003に当接する領域であるニップ領域には、定着スリーブ1001が定着ローラ1002に接しない擬似ニップ領域1010が含まれる。
(3) When the outer diameter of the fixing roller is smaller than the inner diameter of the fixing sleeve, the nip area where the fixing sleeve contacts the pressure roller includes a pseudo nip area where the fixing sleeve does not contact the fixing roller.
That is, as shown in FIG. 10, in the configuration in which the
擬似ニップ領域1010においては、定着スリーブ1001が定着ローラ1002に接しないので、定着スリーブ1001から定着ローラ1002への熱移動が少ないと考えられる。特に、定着ローラ1002の外径が小さいほど、定着スリーブ1001から定着ローラ1002への熱移動が少なくなるので、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。
In the pseudo nip
本発明に係る定着装置及び画像形成装置は、定着ローラに遊嵌する定着スリーブの蛇行を防止する技術として有用である。 The fixing device and the image forming apparatus according to the present invention are useful as a technique for preventing meandering of a fixing sleeve that is loosely fitted to a fixing roller.
1……………………画像形成装置
107………………定着装置
201、1001…定着スリーブ
202、1002…定着ローラ
203、1003…加圧ローラ
210………………コイルボビン
211………………裾コア
212………………メインコア
213………………励磁コイル
214………………端部コア
202b……………発泡ゴム層
202a……………芯金
301、901……蛇行規制カラー
302、902……止め輪
901a……………周縁部
901b……………溝部
1010……………擬似ニップ領域
1.
Claims (11)
定着スリーブへ内挿され、定着スリーブの温度が高いほど拡径する定着ローラと、
定着スリーブの外周面に接し、定着ローラとの間に定着スリーブを挟み込む加圧ローラと、
定着スリーブを昇温させる昇温手段と、を備え、
常温のときには、定着ローラに対し定着スリーブが遊嵌された状態となる一方、
定着スリーブが定着温度のときには、定着スリーブが定着ローラに密嵌する状態に遷移している
ことを特徴とする定着装置。 A fixing device that heats an endless belt-shaped fixing sleeve, melts a toner image, and fuses it to a recording sheet,
A fixing roller that is inserted into the fixing sleeve and expands as the temperature of the fixing sleeve increases;
A pressure roller that contacts the outer peripheral surface of the fixing sleeve and sandwiches the fixing sleeve with the fixing roller;
A temperature raising means for raising the temperature of the fixing sleeve,
At room temperature, while the fixing sleeve is loosely fitted to the fixing roller,
A fixing device, wherein when the fixing sleeve is at a fixing temperature, the fixing sleeve is in a state of being closely fitted to the fixing roller.
当該熱膨張性部材は、定着スリーブからの熱によって膨張する
ことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。 The fixing roller is formed by coating the outer peripheral surface of the core metal with a thermally expandable member.
The fixing device according to claim 1, wherein the thermally expandable member is expanded by heat from the fixing sleeve.
ことを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 The fixing device according to claim 2, wherein the thermally expandable member is a porous elastic member in which a gas is sealed.
ことを特徴とする請求項3に記載の定着装置。 The fixing device according to claim 3, wherein the thermally expandable member is foamed rubber.
前記発泡ゴムは前記外周面を厚さ12.5mm以上となるように被覆している
ことを特徴とする請求項4に記載の定着装置。 The metal core has a substantially cylindrical outer peripheral surface,
The fixing device according to claim 4, wherein the foamed rubber covers the outer peripheral surface to have a thickness of 12.5 mm or more.
ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の定着装置。 6. The fixing roller according to claim 1, wherein when the fixing roller is heated to a fixing temperature with the fixing sleeve removed, the fixing roller is selected such that the outer diameter becomes larger than the inner diameter of the fixing sleeve. A fixing device according to claim 1.
定着温度における定着ローラの外径が、定着スリーブから抜き出した状態で、定着温度における定着スリーブの内径よりも0.8mm以上大きい、関係を有している定着ローラと定着スリーブとを用いている
ことを特徴とする請求項6に記載の定着装置 The outer diameter of the fixing roller at room temperature is 1.4 mm or more smaller than the inner diameter of the fixing sleeve at room temperature,
The fixing roller and the fixing sleeve having a relationship in which the outer diameter of the fixing roller at the fixing temperature is 0.8 mm or more larger than the inner diameter of the fixing sleeve at the fixing temperature in a state of being extracted from the fixing sleeve. The fixing device according to claim 6.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。 The image fixing device according to claim 1, further comprising a regulating member that is disposed at both ends of the fixing roller in the rotational axis direction and regulates a displacement of the fixing sleeve in the rotational axis direction beyond a predetermined amount.
定着ローラが常温であるときは、当該回転軸方向への定着スリーブの所定以上の変位を規制し、
定着時には、当該規制を解除する規制部材を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の画像定着装置。 Disposed at both ends of the fixing roller in the rotation axis direction;
When the fixing roller is at room temperature, restrict the displacement of the fixing sleeve beyond the predetermined direction in the direction of the rotation axis,
The image fixing device according to claim 1, further comprising a regulating member that cancels the regulation at the time of fixing.
ことを特徴とする請求項9記載の定着装置。 The fixing device according to claim 9, wherein the restriction member performs the restriction and the release thereof by reversibly thermally deforming.
ことを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1.
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