JP2011053411A - Heat fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は被加熱体を加熱するための加熱装置、例えば電子写真におけるトナー像を被加熱体に固着させるために使用される加熱定着装置に関するものである。 The present invention relates to a heating apparatus for heating a heated body, for example, a heat fixing apparatus used for fixing a toner image in electrophotography to the heated body.
従来、電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファックス等の画像形成装置における記録材上の未定着画像を定着する定着装置としては、熱効率、安全性が良好な接触加熱方式の定着装置が広く知られており、特に近年では省エネルギー推進の観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも早い方式(オンデマンド)として、熱容量の小さなベルト(フィルム)を介して加熱するベルト加熱方式の定着装置が注目されている。 Conventionally, as a fixing device for fixing an unfixed image on a recording material in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer, or a fax machine, a contact heating type fixing device having excellent thermal efficiency and safety is widely used. A belt heating type fixing device that heats through a belt (film) with a small heat capacity as a method (on-demand) that has high heat transfer efficiency and a quick start-up of the device from the viewpoint of promoting energy saving, especially in recent years. Is attracting attention.
このベルト加熱方式の定着装置は、例えば特開平2−157878、4−44075、4−204980号公報等に記載されているように、加熱体(加熱ヒータ)に加熱用回転体である耐熱性樹脂ベルト(定着ベルト)を加圧用回転体(弾性ローラ)で密着させて摺動搬送させ、該ベルトを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した被加熱材としての記録材を導入して該耐熱性樹脂ベルトと一緒に搬送させて該ベルトを介して付与される加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像を記録材上に画像として定着させる装置である。 This belt heating type fixing device is disclosed in, for example, JP-A-2-157878, 4-44075, 4-204980 and the like, and a heat-resistant resin which is a heating rotator as a heating body (heater). A belt (fixing belt) is brought into close contact with a pressure rotating body (elastic roller) and is slid and conveyed, and a non-fixed image is carried on a pressure nip formed by a heating body and a pressure member with the belt interposed therebetween. A recording material as a heating material is introduced and conveyed together with the heat-resistant resin belt, and an unfixed image is formed on the recording material by heat from the heating body applied through the belt and pressure applied at the pressure nip portion. It is a device for fixing as an image.
図3は、ベルト加熱方式の定着装置例の概略断面図である。図3において、1は無端状のベルト部材、2は加熱体、3は加熱体2を支持すると共にベルト1の移動をガイドするベルトガイド部材である。ベルト1は加熱体2や支持部材3の組立体に、余裕を持たせた形で外嵌している。ベルト1は内部の加熱体2及び支持部材3に摺擦しながら回転するため加熱体2及び支持部材3とベルト1との間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱体2及び支持部材3とベルト1との間には耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。
FIG. 3 is a schematic sectional view of an example of a belt heating type fixing device. In FIG. 3, 1 is an endless belt member, 2 is a heating body, 3 is a belt guide member that supports the
ベルト1はポリイミドなどの耐熱性樹脂、あるいはニッケルなどの金属基層を有する無端状のベルト部材であり、最表層はトナーの離型性を確保するためフッ素樹脂等の離型性層が形成されている。またカラートナー等の定着性を確保するためにシリコーンゴム或いはフッ素ゴム等を成分に含む耐熱弾性層が形成されることがある。
The
加熱体2はアルミナや窒化アルミニウム等の高絶縁性のセラミックス、又はSUS等の金属により形成された基板上に長手方向(被加熱材の移動方向に直行する方向)に沿って、例えばAg/Pd(銀パラジウム)、RuO2、Ta2N等の発熱体をスクリーン印刷などにより、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の線状もしくは細帯状に塗工して形成した通電発熱用部材である。
The
4は回転可能に支持され、ベルト1を介し加熱体2に対して圧接する加圧部材としての加圧ローラであり、不図示の駆動手段によって回転駆動させられており、ベルト1を駆動する駆動ローラとしての機能も兼ねている。加圧ローラ4はアルミ等の芯金4aの上にシリコーンゴムやフッ素ゴム等あるいはシリコーンゴムを発泡させるなどして成型された耐熱弾性層4bを設け、ゴム層4bの外周に離型層としてフッ素樹脂等の層4cを設けてある。
ベルト1は少なくとも画像定着時には加圧ローラ4の反時計方向の回転により、時計方向に加熱体2の下面と摺動しながら所定の周速度、即ち未定着トナー画像6を担持した被加熱材である記録材5の搬送速度と略同一速度で回転駆動される。
The
また、加熱体温度は加熱体裏面中心部に押圧された温度検知素子8で検知され、その検知温度が温度制御回路(不図示)へフィードバックされて、加熱体裏面温度が所定の温度に維持されるように通電が制御される。
The heating body temperature is detected by the
そしてベルト1が回転駆動されている状態において、ベルト1及び加圧ローラ4の変形によって形成される圧接ニップ部7のベルト1と加圧ローラ4との間に記録材5が導入され、該記録材5をベルト1の外周面に密着させてベルトと一緒の重なり状態で該圧接ニップ部7を通過させ、加熱体2で発生した熱がベルト1を介して記録材5に付与され、それと共に圧力が加わることによって記録材5上の未定着トナー画像6が加熱溶融定着される。定着処理された記録材5は圧接ニップ部7を通過後ベルト1から分離して装置外に排出される。
In a state where the
最近では電子写真プロセスの高速化が進む中において、定着器に関する要求として高速定着性が求められている。高速条件下では圧接ニップ部内に被加熱材が存在する時間(ニップ内滞留時間)が短いため加熱体からの熱がトナー及び被加熱材に十分伝わらず、満足のいく定着性を得ることが難しくなる。そのため特開2001−356625号公報等のように圧接ニップ部を広く設け、ニップ内滞留時間を長くする方法が提案されている。 Recently, as the speed of the electrophotographic process is increasing, high-speed fixability is required as a requirement for the fixing device. Under high-speed conditions, the time during which the heated material is present in the pressure nip (short time in the nip) is short, so the heat from the heated body is not sufficiently transferred to the toner and heated material, making it difficult to obtain satisfactory fixing properties. Become. For this reason, a method has been proposed in which a wide pressure nip portion is provided to increase the residence time in the nip as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-356625.
一方、近年の省エネルギー化の観点から、このベルト加熱方式の加熱定着装置においてベルトの基層として耐熱性樹脂の代わりにニッケルやSUS等の金属を用いてベルト基層の熱伝導率を高くすることで、加熱体の消費電力を低減する方法が特開平9−16004号公報等に記載されている。 On the other hand, from the viewpoint of energy saving in recent years, by using a metal such as nickel or SUS instead of a heat-resistant resin as a base layer of the belt in this belt heating type heat fixing device, by increasing the thermal conductivity of the belt base layer, A method for reducing the power consumption of the heating element is described in JP-A-9-16004.
しかしながら、上記従来例のような圧接ニップ部を広く設けたような構成では、ローラ全体を加熱するため装置が定着可能になるまでに多くのエネルギーと時間がかかってしまう(オンデマンド性の低下)恐れがある。 However, in the configuration in which the pressure nip portion is widely provided as in the above-described conventional example, it takes a lot of energy and time until the apparatus can be fixed because the entire roller is heated (decrease in on-demand property). There is a fear.
また、金属基層を用いた場合にはベルトの剛性が大きくなるため、圧接ニップ部を広く設けようとすると装置が大きくなるといった問題が生じる。 In addition, when the metal base layer is used, the rigidity of the belt is increased, and therefore, there is a problem that the apparatus becomes larger when a wide pressure nip portion is provided.
本発明はベルト加熱方式の加熱定着装置における上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは定着装置のオンデマンド性を確保しつつも良好な定着性を確保することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems in the belt heating type heat fixing device, and the object of the present invention is to ensure good fixability while ensuring the on-demand property of the fixing device. It is to be.
本発明は上記目的を達成するための手段として下記の構成を特徴とする加熱定着装置である。 The present invention is a heat fixing apparatus characterized by the following constitution as means for achieving the above object.
(1)耐熱性の無端状ベルトを加熱体に加圧部材で密着させて摺動搬送させ、ベルトと加圧部材とで形成される圧接ニップ部におけるベルトと加圧部材との間に被加熱材を導入して、ベルトと一緒に圧接ニップ部位を狭持搬送させることにより、加熱体の熱がベルトを介して被加熱材に付与される加熱定着装置において、圧接ニップ部内の後半部における圧力の平均値が前半部の圧力の平均値よりも高いことを特徴とする加熱定着装置。 (1) A heat-resistant endless belt is brought into close contact with a heating body with a pressure member and slid and conveyed, and heated between the belt and the pressure member in a pressure nip formed by the belt and the pressure member. In the heat fixing device in which the heat of the heating body is applied to the heated material through the belt by introducing the material and causing the pressure nip portion to be nipped and conveyed together with the belt, the pressure in the latter half of the pressure nip portion The heating fixing device is characterized in that the average value of is higher than the average value of the pressure in the first half.
(2)耐熱性の無端状ベルトを加熱体に加圧部材で密着させて摺動搬送させ、ベルトと加圧部材とで形成される圧接ニップ部におけるベルトと加圧部材との間に被加熱材を導入して、ベルトと一緒に圧接ニップ部位を狭持搬送させることにより、加熱体の熱がベルトを介して被加熱材に付与される加熱定着装置において、該加圧部材の圧力方向に対し加熱体のベルト接触側面の垂直方向が傾きを有することを特徴とする加熱定着装置。 (2) A heat-resistant endless belt is brought into close contact with a heating member with a pressure member and slid and conveyed, and heated between the belt and the pressure member in a pressure nip formed by the belt and the pressure member. In the heat fixing device in which the heat of the heating body is applied to the heated material through the belt by introducing the material and causing the pressure nip portion to be nipped and conveyed together with the belt, in the pressure direction of the pressure member On the other hand, a heating fixing device characterized in that the vertical direction of the belt contact side surface of the heating body has an inclination.
(3)加熱体のベルト接触面が、被加熱材の搬送方向上流側に比べ下流側のほうが加圧部材に近いことを特徴とする(1)乃至(2)に記載の加熱定着装置。 (3) The heat fixing apparatus according to any one of (1) to (2), wherein the belt contact surface of the heating body is closer to the pressure member on the downstream side than the upstream side in the conveyance direction of the heated material.
(4)該熱体のベルト接触面の垂直方向と該加圧部材の圧力方向のなす角度が0.5度以上20度未満であることを特徴とする(1)〜(3)に記載の加熱定着装置。 (4) The angle formed by the perpendicular direction of the belt contact surface of the thermal body and the pressure direction of the pressure member is 0.5 degrees or more and less than 20 degrees, (1) to (3), Heat fixing device.
(5)該加熱体における被加熱材搬送方向下流側端部が前記圧接ニップ部内にあり、上流側端部が圧接ニップ外にある事を特徴とする(1)〜(4)に記載の加熱定着装置。 (5) The heating according to any one of (1) to (4), characterized in that the downstream end of the heating body in the conveying direction of the heated material is in the pressure nip, and the upstream end is outside the pressure nip. Fixing device.
(6)上記耐熱性ベルトが少なくとも金属層を有する構成であることを特徴とする(1)〜(5)に記載の加熱定着装置。 (6) The heat-fixing apparatus according to any one of (1) to (5), wherein the heat-resistant belt has at least a metal layer.
本発明によれば、加熱体のベルト接触側面の角度を調整することで圧接ニップ部内の圧力分布を制御する事ができ、ニップ前半部よりも後半部の圧力平均値が高い構成とすることで、高スピード条件でも十分な定着性能を確保したベルト加熱方式の加熱定着装置を提供できる。 According to the present invention, the pressure distribution in the pressure nip can be controlled by adjusting the angle of the belt contact side surface of the heating body, and the pressure average value in the latter half is higher than that in the first nip. In addition, it is possible to provide a belt-heating-type heat fixing device that ensures sufficient fixing performance even under high speed conditions.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
加熱体のベルト接触側面の垂直方向が加圧ローラの圧力方向に対し傾きを有することで圧接ニップ部内に圧力分布を制御することができ、その結果ニップ内滞留時間が短い条件でも十分な定着性を確保できる。 Since the vertical direction of the belt contact side of the heating element is inclined with respect to the pressure direction of the pressure roller, the pressure distribution in the pressure nip can be controlled. As a result, sufficient fixing performance can be achieved even when the residence time in the nip is short. Can be secured.
図1は本発明における加熱定着装置例の横断面模式図である。加熱体のベルト接触側面の垂直方向は支持部材の形状や加熱体自身の形状により所望の角度に調整されており、加熱体を支持する支持部材と加圧ローラの軸との間に荷重をかけた際に、ベルトと加圧ローラの接触によって形成されるニップ内部の被加熱材搬送方向上流側の圧力平均値と下流側の圧力平均値が異なる。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a heat fixing apparatus according to the present invention. The vertical direction of the belt contact side surface of the heating element is adjusted to a desired angle depending on the shape of the support member and the shape of the heating element itself, and a load is applied between the support member supporting the heating element and the shaft of the pressure roller. In this case, the pressure average value on the upstream side in the conveyance direction of the heated material inside the nip formed by the contact between the belt and the pressure roller is different from the pressure average value on the downstream side.
圧力平均値はニッタ株式会社製の「ローラー間圧力測定システム」を用いて静止状態で測定を行った。圧力値の算出方法は、圧接ニップ部内の被加熱材搬送方向の測定点が奇数個の場合には中心点を除く上流側の圧力値の平均及び下流側の圧力値の平均を採用する。また、測定点が偶数個の場合には上流側の平均値と下流側の平均値を取り、10回の測定の平均値を算出することで圧力平均値とした。また、圧力分布については有限要素法等を用いた静的応力解析によっても予測・算出が可能である。 The pressure average value was measured in a stationary state using a “roller pressure measurement system” manufactured by Nitta Corporation. The pressure value calculation method employs the average of the upstream pressure value and the average of the downstream pressure value excluding the center point when there are an odd number of measurement points in the heated material conveyance direction in the pressure nip. When the number of measurement points is an even number, the average value on the upstream side and the average value on the downstream side are taken, and the average value of 10 measurements is calculated to obtain the pressure average value. The pressure distribution can also be predicted and calculated by static stress analysis using a finite element method or the like.
加熱体のベルト接触面垂直方向の荷重方向に対する角度は定着性の観点から0.5度以上とされる。一方、加熱体強度及びベルト強度の観点から20度未満が好ましく、摺動抵抗などの観点から現実的には15度未満が好ましい。 The angle of the heating body with respect to the load direction perpendicular to the belt contact surface is set to 0.5 ° or more from the viewpoint of fixability. On the other hand, it is preferably less than 20 degrees from the viewpoint of the heating element strength and belt strength, and practically less than 15 degrees is preferred from the viewpoint of sliding resistance.
圧接ニップ部前半部をトナーが担持された被加熱材が通過する間は比較的低圧の状態であり、ベルトから供給される熱がトナー並びに被加熱材に付与されるため固体状態のトナーは溶融し、半液体状態に変化する。このようにして溶融されたトナーは更に圧接ニップ内を搬送されることにより高圧力の後半部に突入し、ここで被加熱材に押し込まれ定着する。 While the heated material carrying the toner passes through the first half of the pressure nip, it is in a relatively low pressure state, and the heat supplied from the belt is applied to the toner and the heated material, so the solid toner melts. And changes to a semi-liquid state. The toner melted in this manner is further conveyed through the pressure nip and enters the latter half of the high pressure, where it is pushed into the material to be heated and fixed.
また、加熱定着装置には加熱体に加え加熱体に摺動され現像材を被加熱材に圧着するためのベルトが配設されるが、ベルトの熱伝導性を向上でき、定着装置の立ち上がりが早くなる(オンデマンド性の確保)の観点から少なくとも金属層を有する積層構造のベルトが望ましい。 In addition to the heating member, the heating and fixing device is provided with a belt that slides on the heating member and presses the developer onto the material to be heated. However, the heat conductivity of the belt can be improved and the fixing device can be started up. A laminated belt having at least a metal layer is desirable from the viewpoint of speed (ensuring on-demand performance).
幅12.3mmの窒化アルミニウム焼結体の長手方向にAg/Pd(銀パラジウム)によって発熱体を形成し表面に薄層のガラスコートを設けて形成された加熱体1を加圧部材の荷重方向に対し5度の角度を設ける形で支持部材に接着した。また、ポリイミド(厚み50μm・ベルト内径24mm)を主成分としたベルト基層の上にフッ素樹脂離型層を設けることで加熱定着装置用ベルト1を作成した。このベルト1を支持部材に外嵌させて、加圧部材の両端部を総圧120Nの力で加熱体中心部に向けて加圧し、圧接ニップ部内の圧力を測定したところ前半部(被加熱材搬送方向上流側)の圧力平均値は52KPaであったのに対し、後半部(下流側)の圧力平均値は64KPaとなり後半部の圧力値の方が高く設定できた。ニップ部近傍の状態を図2‐aに示す。この状態で加圧ローラを150mm/secのスピードで回転させると同時に加熱体に電力(900W)を投入し、加熱体裏面の温度検知素子の温度が230℃を越えないように制御しながらベルト表面温度が180℃に到達した時点でブラックトナーの未定着画像が形成された紙を通し、下流側から排出されたトナー定着画像の定着性評価を行った。定着性の評価は所定の荷重で所定の回数転写紙をこすりつけ、その時の濃度低下により判断した。本例では実用十分レベル(○)の定着性を示した。また、本例では定着可能温度に達するまでの時間(起動時間)は9.3秒であり実用十分レベル(○)であった。結果を表1に示す。
The
幅9.6mmの窒化アルミニウム焼結体の長手方向に実施例1と同様に発熱体を形成しガラスコート層を設けて加熱体2を作成し、図2‐bに示すように上流側はニップ外に下流側はニップ内に来るように加熱体を配し、同様に5度の角度を設けて支持部材に接着した。これにベルト1を外嵌させて実施例1と同様に12kgfで加圧し、圧力を測定したところ前半部の圧力の平均値は52KPaであり、後半部の圧力平均値は78KPaとなった。そこで実施例1と同様にブラックトナーの未定着画像が形成された紙を通し、下流側から排出されたトナー定着画像の定着性評価を行った。結果、定着性については実施例1の状態よりも良くなり、特に良好なレベル(◎)となった。また、起動時間に関しては9.5秒となり実施例1と同様、実用十分レベル(○)であった。結果を表1に示す。
In the longitudinal direction of the aluminum nitride sintered body having a width of 9.6 mm, a heating element is formed in the same manner as in Example 1 and a glass coat layer is provided to prepare a
電気鋳造法によって円筒状に形成されたニッケル(Ni)を主成分とした金属基層(厚み30μm・内径24mm)の上にフッ素樹脂離型層を設けることで加熱定着装置用ベルト2作成し、ベルト以外は実施例2と同様の条件で圧力を測定したところ、前半部の圧力の平均値は54KPaとなり、後半部の圧力平均値は82KPaとなった。本例でも同様に定着性評価を行った結果、良好なレベル(◎)であった。また、起動時間に関しては6.8秒となり特に良好なレベル(◎)となった。結果を表1に示す。
A
〔比較例1〕
実施例1で使用した加熱体1を加圧部材の荷重方向に対して傾けずに接着し、ベルト1を外嵌させて加圧した(図2‐c)。圧力を測定したところ前半部の圧力の平均値と後半部の圧力平均値はほぼ等しく、共に57KPaであった。起動時間に関しては9.6秒となり実用十分レベル(○)が確保できたものの、実施例1と同様の条件で定着性の評価を行ったところ濃度低下が激しく実用的には不可レベル(×)となった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
The
1 ベルト
2 加熱体
3 支持部材
4 加圧ローラ
5 被加熱材(記録材)
6 未定着トナー画像
7 圧接ニップ部
8 温度検知素子
DESCRIPTION OF
6
Claims (6)
圧接ニップ部内の後半部における圧力の平均値が前半部の圧力の平均値よりも高いことを特徴とする加熱定着装置。 A heat-resistant endless belt is brought into close contact with a heated body with a pressure member and slid and conveyed, and a material to be heated is introduced between the belt and the pressure member in a pressure nip formed by the belt and the pressure member. In the heating and fixing apparatus in which the heat of the heating body is applied to the material to be heated via the belt by nipping and conveying the pressure nip portion together with the belt,
A heating and fixing apparatus, wherein an average value of pressure in the latter half in the press nip is higher than an average value of pressure in the first half.
該加圧部材の圧力方向に対し加熱体のベルト接触側面の垂直方向が傾きを有することを特徴とする加熱定着装置。 A heat-resistant endless belt is brought into close contact with a heated body with a pressure member and slid and conveyed, and a material to be heated is introduced between the belt and the pressure member in a pressure nip formed by the belt and the pressure member. In the heating and fixing apparatus in which the heat of the heating body is applied to the material to be heated via the belt by nipping and conveying the pressure nip portion together with the belt,
A heating and fixing apparatus, wherein a vertical direction of a belt contact side surface of a heating body is inclined with respect to a pressure direction of the pressure member.
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