JP2011059387A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着部材と加圧部材間のニップ部において記録媒体を加熱加圧することによって記録媒体上の形成画像に対する定着を行う定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that fixes a formed image on a recording medium by heating and pressing the recording medium at a nip portion between the fixing member and the pressure member, and an image forming apparatus including the fixing device.
複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置において、記録媒体である記録紙上に転写された未定着画像を加熱定着することにより、複写物や記録物を得る構成になっている。 In an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, a printer, or a printing machine, a copy or a recorded material is obtained by heat-fixing an unfixed image transferred onto a recording sheet as a recording medium.
定着に際しては、未定着画像を担持している記録紙を搬送しながら未定着画像に対して加熱加圧することにより、未定着画像中に含まれる現像剤、特にトナーに対する溶融軟化、および記録媒体である記録紙への浸透を行わせることによって、記録紙へのトナーの定着が行われる。 At the time of fixing, the recording paper carrying the unfixed image is heated and pressed against the unfixed image while being conveyed, so that the developer contained in the unfixed image, in particular, the toner is melted and softened, and the recording medium is used. The toner is fixed onto the recording paper by allowing the recording paper to penetrate.
定着装置の種類には種々のものがあり、特許文献1に記載されているフィルム加熱方式の定着装置は、発熱体としてのセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム(定着フィルム)を挟ませて定着ニップを形成し、この定着ニップに画像定着すべき未定着トナー画像が形成されている記録媒体を導入して、この記録媒体を定着フィルムと共に搬送させることにより、定着ニップにおいてセラミックヒータの熱を定着フィルムを介して記録媒体に与え、かつ加圧することにより未定着トナー画像を記録媒体面に熱圧定着させるものである。 There are various types of fixing devices, and the film heating type fixing device described in Patent Document 1 has a heat resistance between a ceramic heater as a heating element and a pressure roller as a pressure member. A fixing nip is formed by sandwiching a film (fixing film), a recording medium on which an unfixed toner image to be fixed is formed is introduced into the fixing nip, and the recording medium is conveyed together with the fixing film. In the fixing nip, the heat of the ceramic heater is applied to the recording medium through the fixing film and is pressed to fix the unfixed toner image on the recording medium surface by heat and pressure.
前記フィルム加熱方式の定着装置によれば、セラミックヒータおよび定着フィルムとして低熱容量の部材を用い、オンデマンドタイプの装置を構成することができるため、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して、所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く(クイックスタート性)、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい(省電力)などの利点がある。 According to the film heating type fixing device, an on-demand type device can be configured by using a low-heat capacity member as a ceramic heater and a fixing film. Therefore, ceramic as a heat source only when image forming of the image forming device is performed. It is only necessary to energize the heater so that it generates heat at a predetermined fixing temperature. The waiting time from power-on of the image forming apparatus to an image forming executable state is short (quick start property), and power consumption during standby is also low. There are advantages such as significantly smaller (power saving).
また、特許文献2には、定着ベルトあるいは定着フィルムなどの無端状の定着部材の内周面に対向するようにパイプ状の金属熱伝導部材を設置して、この金属熱伝導部材を直接的または間接的に加熱し、定着部材の全体を充分かつ均一に加熱する構成が提案されている。この構成によれば、定着部材と金属熱伝導部材を薄肉化することで、ウォームアップ時間を短くすることができる。
Further, in
しかしながら、前記従来技術において、定着フィルムなどの薄肉の定着部材を用いているために、定着部材の幅方向(軸方向)の熱伝導性が悪くなってしまう。 However, in the prior art, since a thin fixing member such as a fixing film is used, the thermal conductivity in the width direction (axial direction) of the fixing member is deteriorated.
すなわち、封筒などの小サイズ紙を通紙した場合には、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまい、封筒連続通紙直後に封筒よりも幅の広い被記録材の未定着トナー像を定着した場合に、封筒通紙時の非通紙部に相当する部分のトナーが定着部材にオフセットしてしまう。 That is, when a small-size paper such as an envelope is passed, the temperature of the non-sheet passing portion rises and enters the toner offset region, and a recording material having a width wider than that of the envelope immediately after the continuous envelope feeding passes. When the unfixed toner image is fixed, the toner corresponding to the non-sheet passing portion at the time of envelope feeding is offset to the fixing member.
また、過度に定着部材の非通紙部の温度が上昇することによって、定着部材自体を損傷させてしまうことがあり、従来では非通紙部の過度の温度上昇を避けるために、定着装置のスループットを落とさなければならなかった。 Further, the temperature of the non-sheet passing portion of the fixing member excessively increases, which may damage the fixing member itself. Conventionally, in order to avoid an excessive temperature rise of the non-sheet passing portion, The throughput had to be reduced.
そこで、特許文献3では、前記加熱上の問題を解決するため、定着部材に対して、幅方向の加熱温度の均一化(熱均化)を目的として、定着部材よりも熱伝導率の大きな良熱伝導部材を当接する構成が提案されている。
Therefore, in
しかしながら、前記従来技術では、前述したように、定着部材は薄肉化されているため熱容量が小さく、良熱伝導部材と接触することにより大幅に温度が低下してしまう。これは良熱伝導部材と定着部材の温度差が大きいときには不可避である。 However, in the prior art, as described above, since the fixing member is thinned, the heat capacity is small, and the temperature is greatly lowered by contact with the good heat conducting member. This is unavoidable when the temperature difference between the good heat conducting member and the fixing member is large.
このため、良熱伝導部材の温度をある程度高く保つ必要となる。特に、待機(スタンバイ)状態では、ユーザーはすぐに印刷できることを期待しており、良熱伝導部材は高い温度である必要がある。 For this reason, it is necessary to keep the temperature of the good heat conducting member high to some extent. In particular, in the standby state, the user expects to be able to print immediately, and the good heat conducting member needs to be at a high temperature.
しかし、熱源により加熱可能な位置に良熱伝導部材を配置することは、熱供給量の一部が良熱伝導部材に伝わり、ウォームアップ中に定着部材への熱供給量を減少させることになる。このため、定着部材に対するウォームアップ時間を大幅に長くする必要が生じる。 However, disposing the good heat conduction member at a position where it can be heated by the heat source causes a part of the heat supply amount to be transmitted to the good heat conduction member, thereby reducing the heat supply amount to the fixing member during warm-up. . For this reason, it is necessary to significantly increase the warm-up time for the fixing member.
そこで本発明は、前記従来技術の課題を解決し、定着ベルトにおける加熱温度の均一化と共に熱エネルギーの有効利用を図ることを可能にした定着装置、および該定着装置を備える画像形成装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a fixing device that solves the above-described problems of the prior art and makes it possible to make the heating temperature uniform in the fixing belt and effectively use heat energy, and an image forming apparatus including the fixing device. For the purpose.
前記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、定着部材と、前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接して設けられる熱均化部材とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is directed to a fixing member, a heat conducting member provided inside the fixing member, and heating for heating the heat conducting member provided inside the heat conducting member. A member, a nip forming member disposed opposite to the pressure member via the fixing member to form a fixing nip between the fixing member and the pressure member, and the nip forming member provided inside the heat conducting member The heat provided in contact with the inner surface of the heat conducting member in a region different from the region where the heating member is disposed in the region divided by the supporting member inside the heat conducting member and the supporting member And an equalizing member.
本発明に係る定着装置によれば、定着ベルトにおける加熱温度の均一化と共に熱エネルギーの有効利用を図ることが可能になる。 According to the fixing device according to the present invention, it is possible to make the heating temperature uniform in the fixing belt and to effectively use the heat energy.
また、本発明に係る定着装置を搭載した画像形成装置によれば、良好な定着処理による高品位な画像形成が実現する。 In addition, according to the image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention, high-quality image formation by a good fixing process is realized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態を説明するための画像形成装置全体の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire image forming apparatus for explaining an embodiment of the present invention.
図1において、1は画像形成装置としての電子写真方式の複写機の装置本体、2は原稿Dの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、3は原稿読込部2において読み込んだ画像情報に基いた露光光Lを感光体ドラム5上に照射して潜像を形成する露光部、4は感光体ドラム5上にトナー像を現像して顕像化する現像部、7は感光体ドラム5上に形成されたトナー像を記録媒体Pに転写する転写部、10は原稿セット台11に積載された原稿Dを原稿読込部2に搬送する原稿搬送部、12〜14は転写紙などの記録媒体Pが収納された給紙部である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an apparatus body of an electrophotographic copying machine as an image forming apparatus, 2 an original reading unit that optically reads image information of an original D, and 3 an image information read by the
また、20は記録媒体P上の未定着トナー像に対する定着を行う定着装置、21は定着装置20に設けられた定着部材としての定着ベルト、31は定着装置20に設けられた加圧部材としての加圧ローラである。
次に、前記構成の画像形成装置における通常の画像形成時の動作について説明する。 Next, an operation during normal image formation in the image forming apparatus having the above configuration will be described.
まず、原稿Dは、原稿搬送部10の搬送ローラによって、原稿セット台11から図中の矢印方向に搬送されて原稿読込部2上を通過する。このとき、原稿読込部2において上方を通過する原稿Dの画像情報が光学的に読み取られる。
First, the document D is conveyed from the document setting table 11 in the direction of the arrow in the drawing by the conveyance roller of the
原稿読込部2において読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部3に送信される。露光部3は、送信された電気信号の画像情報に基づいて変調されたレーザの露光光Lを、感光体ドラム5に向けて出射することにより、感光体ドラム5表面に潜像を形成する。
The optical image information read by the
感光体ドラム5は、図中の時計方向に回転しており、現像部4において表面の潜像が現像されてトナー像として顕像化される。その後、感光体ドラム5上のトナー像は、転写部7において、レジストローラ9によりタイミングが取られて搬送される記録媒体P上に転写される。 The photosensitive drum 5 rotates in the clockwise direction in the figure, and the latent image on the surface is developed in the developing unit 4 and is visualized as a toner image. Thereafter, the toner image on the photosensitive drum 5 is transferred onto the recording medium P conveyed by the registration roller 9 at a timing in the transfer unit 7.
前記記録媒体Pに対する搬送動作について説明する。まず、装置本体1の複数の給紙部12,13,14のうち、1つの給紙部が自動または手動で選択される。
A conveying operation for the recording medium P will be described. First, one of the plurality of
例えば、給紙部12が選択されたとすると、給紙部12に収納された記録媒体Pの最上位の1枚が、搬送経路Kの位置に向けて搬送ローラにより搬送される。搬送された記録媒体Pが搬送経路Kを通過してレジストローラ9の位置に達すると、記録媒体Pは、レジストローラ9において、感光体ドラム5上に形成された画像と位置合わせをするために、一旦停止した後、タイミングを合わせて転写部7に向けて搬送される。
For example, if the
トナー像が転写された後の記録媒体Pは、転写部7を通過した後に定着装置20へ送られる。定着装置20に達した記録媒体Pは、定着ベルト21と加圧ローラ31間の定着ニップNに送入されて、定着ニップNにおいて、内部に加熱部材を有する定着ベルト21から受ける熱と、定着ベルト21と加圧ローラ31から受ける圧力とによって加熱加圧されてトナー像が定着される。
The recording medium P after the toner image has been transferred passes through the transfer unit 7 and is then sent to the
定着処理を受けた記録媒体Pは、定着ニップNから送り出された後に、装置本体1から排出される。 The recording medium P that has undergone the fixing process is sent out from the fixing nip N and then discharged from the apparatus main body 1.
このようにして、一連の画像形成プロセスが完了する。 In this way, a series of image forming processes is completed.
次に、本発明に係る画像形成装置に設置される定着装置の実施形態1の構成・動作について詳述する。 Next, the configuration and operation of Embodiment 1 of the fixing device installed in the image forming apparatus according to the present invention will be described in detail.
図2は定着装置の実施形態1における要部を示す正面断面図、図3は定着装置の実施形態1における支持構造を示す側面図である。 FIG. 2 is a front cross-sectional view showing the main part of the first embodiment of the fixing device, and FIG. 3 is a side view showing the support structure in the first embodiment of the fixing device.
図2に示すように、定着装置20は、定着部材としての定着ベルト21と、熱伝導部材22と、ニップ形成部材23と、熱遮蔽部材を兼ねる補強部材24と、加熱部材であるヒータ25と、熱均化部材26と、加圧部材としての加圧ローラ31と、記録媒体Pのガイド板35,37と、温度センサ40などにより構成されている。
As shown in FIG. 2, the fixing
定着ベルト21は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトであって、図2中の矢印方向(時計方向)に回転移動する。定着ベルト21は、基材上に弾性層と離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが1mm以下に設定されている。
The fixing
定着ベルト21の基材は、層厚が30〜50μmであって、ニッケル,ステンレスなどの金属材料やポリイミド樹脂などの樹脂材料で形成されている。
The base material of the fixing
定着ベルト21の弾性層は、層厚が100〜300μmであって、シリコーンゴム,発泡性シリコーンゴム,フッ素ゴムなどのゴム材料で形成されている。この弾性層を設けることによって、定着ニップNにおける定着ベルト21の表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体P上のトナー像Tに均一に熱が伝わり、所謂、ユズ肌画像の発生が抑止される。
The elastic layer of the fixing
定着ベルト21の離型層は、層厚が10〜50μmであって、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂),ポリイミド,ポリエーテルイミド,PES(ポリエーテルサルファイド)などの樹脂材料で形成されている。この離型層を設けることによって、記録媒体P上のトナー(トナー像T)に対する離型性(剥離性)が担保される。
The release layer of the fixing
また、定着ベルト21の直径は15〜120mmになるように設定され、本実施形態1では、定着ベルト21の直径を30mmに設定している。定着ベルト21の内部(内周面側)には、熱伝導部材22と、ニップ形成部材23と、補強部材24と、ヒータ25とが設置されている。
Further, the diameter of the fixing
ニップ形成部材23は、定着ベルト21の内周面側に接するように設けられ、定着ベルト21を介して加圧ローラ31に当接して定着ニップNを形成する。図3に示すように、ニップ形成部材23は、その幅方向(長手方向)の両端部が、定着装置20を構成する側板43に支持部材41を介して固定支持されている。
The
図2に示すように、ニップ形成部材23は、加圧ローラ31との対向面の曲率が、加圧ローラ31の曲率に倣うように形成されている。これにより、記録媒体Pは加圧ローラ31の曲率に倣うように定着ニップNから送り出されるために、定着処理後の記録媒体Pが定着ベルト21に吸着されて、分離しないという不具合を抑止することができる。
As shown in FIG. 2, the
なお、ニップ形成部材23と定着ベルト21とが摺接しても、定着ベルト21の磨耗が軽減されるように、ニップ形成部23の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することが好ましい。
Note that it is preferable to form the sliding contact surface of the
補強部材24は、定着ニップNにおけるニップ形成部材23を支持することで当該ニップ形成部材23の強度を補強する支持部材としての機能と、ヒータ25の熱を吸収かつ遮蔽する熱遮蔽部材としての機能を有し、端部がニップ形成部材23に接し、かつ定着ベルト21の内部中央部に延在するように設置されている。
The reinforcing
図3に示すように、補強部材24は、幅方向の長さがニップ形成部材23と略同じに形成されていて、その幅方向両端部が定着装置20の側板43に支持部材41を介して固定支持されている。
As shown in FIG. 3, the reinforcing
そして、補強部材24がニップ形成部材23、および定着ベルト21を介して加圧ローラ31に当接することにより、定着ニップNにおいてニップ形成部材23が加圧ローラ31の加圧力を受けて変形する(撓む)ことを抑止している。
The reinforcing
なお、補強部材24は、上述した機能を満足するために、ステンレスや鉄などの機械的強度が高い金属材料で形成することが好ましい。さらには、加圧ローラ31による加圧方向に沿って横長の断面を有するように、補強部材24を形成することによって、断面係数を大きくすることにより、補強部材24の機械的強度を高めることができる。
The reinforcing
ヒータ25は、ハロゲンヒータやカーボンヒータからなり、その両端部が定着装置20の側板43に固定されている。
The
そして、装置本体1に設置されている電源部により出力制御されたヒータ25の輻射熱によって熱伝導部材22が加熱される。熱伝導部材22によって定着ベルト21が全体的に加熱され、定着ニップNにおいて、加熱された定着ベルト21の表面から記録媒体P上のトナー像Tに熱が加えられる。
Then, the
なお、ヒータ25の出力制御は、定着ベルト21の表面に対向するサーミスタなどの温度センサ40によるベルト表面温度の検知結果に基いて行われる。また、このようなヒータ25の出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度に設定することができる。
The output control of the
熱伝導部材22は、本例では、定着ニップNを除く位置で定着ベルト21の内周面に対向するように設置され、ヒータ25の輻射熱により加熱されて定着ベルト21を加熱(熱伝達)する。金属熱伝導体22の材料としては、アルミニウム,鉄,ステンレスなどの熱伝導性を有する金属製のパイプ材を用いることができる。図3に示すように、熱伝導部材22は、その幅方向の両端部が定着装置20の側板43に支持部材41を介して固定支持されている。
In this example, the
熱伝導部材22によって、定着ベルト21の一部のみが局所的に加熱されることなく、定着ベルト21が周方向広範囲にわたって加熱されることになるために、装置を高速化した場合であっても、定着ベルト21が充分に加熱され、定着不良の発生を抑止することができる。
Even if the apparatus is speeded up because the fixing
さらに、定着ベルト21の加熱効率を向上させるために、熱伝導部材22を薄肉化した場合であっても、熱伝導部材22は加圧ローラ31から加圧力を受けるニップ形成部材23とは別に設けられているために、熱伝導部材22が撓んで定着ベルト21の内周面が強く擦れるような不具合や、熱伝導部材22が撓んで定着ベルト21の駆動トルクが増加するような不具合などが抑止される。
Further, in order to improve the heating efficiency of the fixing
このように、実施形態1の定着装置20によれば、定着ベルト21が内周の広範囲にわたって加熱されるため、装置を高速化した場合であっても、定着ベルト21が充分に加熱されて定着不良の発生を抑止することができる。よって、比較的簡易な構成で、効率よく定着ベルト21を加熱できるために、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短縮化されると共に、装置の小型化が達成される。
As described above, according to the fixing
なお、定着ベルト21と熱伝導部材22との外径差は、1mm以内とすることが好ましい。これにより、熱伝導部材22と定着ベルト21とが摺接する面積が大きくなって、定着ベルト21の磨耗が増大するような不具合を抑止すると共に、熱伝導部材22と定着ベルト21とが離れ過ぎて定着ベルト21の加熱効率が低下する不具合を抑止することができる。
The difference in outer diameter between the fixing
さらに、熱伝導部材22が定着ベルト21に近接して配設されることにより、可撓性を有する定着ベルト21の円形姿勢がある程度維持されるため、定着ベルト21の変形による劣化・破損を軽減することができる。
Furthermore, since the
また、熱伝導部材22と定着ベルト21とが摺接しても、定着ベルト21の磨耗が軽減されるように、熱伝導部材22の摺接面を摩擦係数の低い材料で形成することも考えられる。
It is also conceivable that the sliding surface of the
加圧ローラ31は、本例では直径が30mmであって、定着ベルト21に圧接して、加圧ローラ31と定着ベルト21間に所望の定着ニップNを形成する。
The
また、加圧ローラ31は、中空構造の芯金32上に弾性層33を形成した構成になっている。加圧ローラ31の弾性層33は、発泡性シリコーンゴム,シリコーンゴム,フッ素ゴムなどの材料で形成されている。なお、弾性層33の表層にPFA,PTFEなどの樹脂材からなる薄肉の離型層を設けることもできる。
The
また、加圧ローラ31の弾性層33を発泡性シリコーンゴムなどのスポンジ状の材料で形成した場合には、定着ニップNに作用する加圧力を減ずることができるために、熱伝導部材22に生じる撓みをさらに軽減することができる。
Further, when the
加圧ローラ31は、図3に示すように、その幅方向の両端部が定着装置20の側板43に軸受42を介して回転自在に支持され、加圧ローラ31の端部には図示しない駆動機構の駆動ギアに噛合するギア45が設けられて、図2中の矢印方向(反時計方向)に回転駆動される。
As shown in FIG. 3, both ends of the
また、加圧ローラ31の内部にハロゲンヒータなどの熱源を設けることもできる。
Further, a heat source such as a halogen heater can be provided inside the
なお、実施形態1では、定着ベルト21の直径を加圧ローラ31の直径と同等になるようにしたが、定着ベルト21の直径が加圧ローラ31の直径よりも小さくなるようにすることもできる。その場合、定着ニップNにおける定着ベルト21の曲率が加圧ローラ31の曲率よりも小さくなるために、定着ニップNから送り出される記録媒体Pが定着ベルト21から分離され易くなる。
In the first embodiment, the diameter of the fixing
熱均化部材26は、熱伝導部材22の内周面で、かつ補強部材24が介在するようにしてヒータ25と対向する位置に設置され、図3に示すように、その両端部が定着装置20の側板43に固定されている。
The
実施形態1では、蒸発・凝縮の潜熱を利用して僅かな温度差にもかかわらず大量の熱エネルギの輸送を急速に行うことができるヒートパイプを、熱均化部材26として用いている。ヒートパイプは、パイプの中に作動液を封入した熱伝導素子であって、熱伝導率が高い銅と比して、数百倍の熱伝導率を有する良熱伝導体である。
In the first embodiment, a heat pipe capable of rapidly transporting a large amount of heat energy using a latent heat of evaporation / condensation despite a slight temperature difference is used as the thermal leveling
熱均化部材26が熱伝導部材22に対向設置される面の形状は、熱伝導部材22の側面に沿う形状になっており、熱伝導部材22と熱均化部材26との接触面積を大きくすることによって、良好な熱伝導性を得ている。
The shape of the surface on which the
図2において、定着ニップNの記録媒体搬送方向の上流側と下流側には、ガイド板35,37が設けられている。上流側には、定着ニップNに向けて搬送される記録媒体Pを案内するガイド板35(入口ガイド板)が配設され、下流側には、定着ニップNから送り出される記録媒体Pを案内するガイド板37(出口ガイド板)が配設されている。両ガイド板35,37は、いずれも定着装置20の側板43に固設されている。
In FIG. 2, guide
次に、前記構成の定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device having the above configuration will be described.
装置本体1の電源スイッチが投入されると、ヒータ25に電力が供給されると共に、加圧ローラ31の図2中の矢印方向の回転駆動が開始される。これにより、加圧ローラ31との摩擦力によって、定着ベルト21が図2中の矢印方向に従動(回転)する。
When the power switch of the apparatus main body 1 is turned on, electric power is supplied to the
その後、前述したように給紙部12〜14から記録媒体Pが給送されて、現像部4にて記録媒体P上にトナー像が現像される。トナー像Tが形成された記録媒体Pは、ガイド板35に案内されて図2の矢印Y10方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト21と加圧ローラ31間の定着ニップNに送入される。
Thereafter, as described above, the recording medium P is fed from the
定着ニップNでは、熱伝導部材22によって加熱された定着ベルト21による加熱と、補強部材24によって支持補強されたニップ形成部材23と加圧ローラ31との加圧とによって、記録媒体Pの表面にトナー像Tが定着される。その後、記録媒体Pは、定着ニップNから送り出されて、矢印Y11方向に搬送される。
At the fixing nip N, the surface of the recording medium P is heated by the fixing
従来の定着装置では、前述した定着動作時において、記録媒体として、特に、封筒やA4縦,レター縦サイズの被記録材が連続で通紙された場合、定着ベルト21の非通紙部における温度が過度に上昇し、記録媒体P上のトナー像Tが定着ベルト21にオフセットしてしまい良好な定着画像を得られない。さらに、定着ベルト21の非通紙部温度が過度に上昇すると、定着ベルト21の温度分布に局所的に大きな温度勾配が発生して、定着ベルト21を破損させてしまうという問題が発生するため、定着装置のスループットを低下させる必要があった。
In the conventional fixing device, the temperature at the non-sheet passing portion of the fixing
そこで、実施形態1では、前記問題を解決するために、記録媒体として小サイズ被記録材の連続通紙時における定着ベルト21における非通紙部の温度が過度に上昇することを抑える目的で、図2に示すように、熱均化部材26を熱伝導部材22に対向設置するようにしている。
Therefore, in the first embodiment, in order to solve the above-described problem, for the purpose of suppressing an excessive increase in the temperature of the non-sheet passing portion of the fixing
図4は実施形態1において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向(軸方向)の温度分布を示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the temperature distribution in the longitudinal direction (axial direction) of the fixing belt when the envelope is continuously fed in the first embodiment.
図4において、熱伝導を補助するための熱均化部材26を設けていない場合、定着ベルト21の温度分布は図4の曲線Aに示すようになり、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまい、封筒連続通紙の直後に封筒よりも幅の広い被記録材、例えばA3サイズやレターサイズの用紙上の未定着トナー像を定着した場合に、封筒通紙時の非通紙部に相当する部分のトナーが定着ベルト21にオフセットしてしまう。
In FIG. 4, when the
また、過度に定着ベルト21の非通紙部の温度が上昇することによって、定着ベルト21自体を損傷させてしまうことがある。
Further, the temperature of the non-sheet passing portion of the fixing
このため、従来の定着装置では、非通紙部の過度の温度上昇を避けるために、定着装置のスループットを落とさなければならなかった。 For this reason, in the conventional fixing device, in order to avoid an excessive temperature rise in the non-sheet passing portion, it is necessary to reduce the throughput of the fixing device.
一方、本実施形態の定着装置のように、熱均化部材26を熱伝導部材22の内面に対向設置した場合には、封筒の連続通紙により定着ベルト21の非通紙部温度が上昇し始めても、熱均化部材26によって非通紙部の温度上昇による熱を、通紙域へ伝熱させることができることにより、図4の曲線Bに示す温度分布のように、非通紙部の温度がトナーオフセット領域にまで達することを防止することができる。
On the other hand, when the thermal leveling
このため、封筒連続通紙直後にA3サイズやレターサイズなどの大サイズ紙を通紙しても、トナーオフセットは発生せず、同時に過度の温度上昇による定着装置の損傷を防ぐことができる。 For this reason, even if a large size paper such as A3 size or letter size is passed immediately after continuous envelope feeding, toner offset does not occur, and at the same time, damage to the fixing device due to excessive temperature rise can be prevented.
ところで、熱均化部材26が低い温度になっていると、熱伝導部材22を通して定着ベルト21から熱を奪うことになるため、定着ベルト21の昇温が遅くなってしまう。このため、画像形成装置においては、待機状態から速やかに画像形成(印刷)を行う必要がある場合にも、熱均化部材26の温度が低くなっているときには、定着ベルト21の温度が下がってしまい、画像不良もしくは定着ベルト21の温度が上がるまでの待ち時間が発生してしまうことになる。
By the way, when the
ここで待機状態(スタンバイ状態)とは、ユーザーが速やかに印刷できるように定着装置を部分的に暖めて保持している状態を意味する。 Here, the standby state (standby state) means a state in which the fixing device is partially warmed and held so that the user can print quickly.
一般的に、待機状態中の定着ベルト21を回転させたままでいると、定着ベルト21の寿命を大きく損ねるため、定着ベルト21を回転停止状態で保持される。よって、待機状態すなわち定着ベルト21を回転させていない状態であっても、熱均化部材26を高い温度に保つ必要がある。
In general, if the fixing
図2に示すように、熱均化部材26は、熱伝導部材22の内周面に対向接触するように設置されており、熱伝導部材22との間に空隙,別部材がないため熱抵抗が少なく、熱伝導部材22からの熱伝導により熱均化部材26の温度が上昇する。
As shown in FIG. 2, the
また、補強部材24はヒータ25の熱を吸収して温度が上昇するため、補強部材24からの輻射熱、および補強部材24によって暖められた空気の対流伝熱によっても熱均化部材26の温度は上昇する。
Further, since the reinforcing
また、熱伝導部材22は、定着ベルト21の内側に微少な空隙を持って設置されており、熱伝導部材22と定着ベルト21との間に挟まれた空気の対流は制限されるため、熱伝導部材22の外周面の放熱量は少なく保たれる。よって、熱伝導部材22の全周の温度を高く保つことができる。以上のことにより、待機状態でも熱均化部材26の温度を高く保つことができる。
Further, since the
ここで、熱均化部材26を、熱伝導部材22の内周面で、かつヒータ25から直接加熱される位置に設置した場合には、ウォームアップ時間が大幅に長くなってしまう。すなわち、ヒータ25から発生した熱が熱均化部材26の温度上昇にそのまま使用されるため、熱伝導部材22の被加熱面の昇温が遅くなる。
Here, when the
よって、熱均化部材26を設置することによるウォームアップ時間の遅延を最小限に止めるためには、熱伝導部材22の内周面で、かつヒータ25から直接加熱されない位置に熱均化部材26を設置する必要がある。ヒータ25から直接加熱されない位置であっても、熱伝導部材22からの熱伝導と補強部材24からの輻射熱と対流伝熱とにより、前述したように、待機状態時にはゆっくりと温度が上昇する。
Therefore, in order to minimize the delay of the warm-up time due to the installation of the
また、前述したように、定着ベルト21は、記録媒体P上のトナー像Tに均一に熱を伝えユズ肌画像の発生を抑止するために弾性層を形成する必要がある。この弾性層はゴム材料で形成され、熱伝導性が金属に比べ大幅に悪い。また、熱伝導性を高めるために厚くすると、定着ベルト21の熱容量が増えてウォームアップ時間が長くなってしまうため厚くできない。さらに、定着ベルト21の外周面は空気への放熱量が大きく、加熱源から離れるごとに大幅に温度が低下する。よって、待機状態に、定着ベルト21からの熱伝導によって熱均化部材26を暖める効果は期待できない。
Further, as described above, the fixing
図5に定着装置のウォームアップが終了して待機状態に移行してからの時間と熱均化部材の温度の変化について示す。 FIG. 5 shows a change in time after the warm-up of the fixing device is completed and a transition to the standby state and a temperature of the heat leveling member.
熱均化部材26を定着ベルト21に当接した場合には、図5の曲線Aに示すように、待機状態に移行してからの時間に伴い熱均化部材26の温度は低下してしまう。熱均化部材26を熱伝導部材22の内周面に固設した場合には、図5の曲線Bに示すように、待機状態に移行してからの時間に伴い熱均化部材26の温度は上昇し、定着ベルト21の温度を低下させないために必要な温度を保つことができる。
When the thermal leveling
以上のことより、熱均化部材26を備えながら、待機状態(スタンバイ状態)からでも速やかに良好な定着可能状態にして、印刷することが可能になる。
As described above, it is possible to perform printing in a state in which a good fixing can be promptly performed even from the standby state (standby state) while the thermal leveling
また、実施形態1では、補強部材24はステンレス,鉄などの金属熱伝導体で形成されているために、補強部材24がプリント動作時にヒータ25による熱を蓄熱することになる。これにより、プリント動作が終了してヒータ25がオフされたときでも、熱伝導部材22および熱均化部材26は、補強部材24に蓄熱された熱を受けて、熱伝導部材22および熱均化部材26の温度低下が鈍化するために、プリント動作を再開したときのウォームアップ時間を短縮化することができる。
In the first embodiment, since the reinforcing
より具体的には、本実施形態では、熱伝導部材22の内部に、ヒータ25からの熱を遮蔽してヒータ25の加熱方向に指向性を持たせる補強部材24と、ヒータ25から直接加熱されない領域に設けられて、熱伝導部材22よりも熱伝導率が大きな材質からなる熱均化部材26とを備えたことによって、熱均化部材26をヒータ25から直接加熱されない領域に設けることにより、熱均化部材26にてヒータ25からの熱が過剰に奪われることを防止できると共に、熱均化部材26による熱伝導部材22に対する加熱状態の均一化が良好に行われ、ウォームアップ時間が短く、かつスタンバイ状態からの定着処理を早く実行することが可能となる。
More specifically, in this embodiment, the reinforcing
図6は定着装置の実施形態2における要部を示す正面断面図である。 FIG. 6 is a front cross-sectional view illustrating a main part of the fixing device according to the second exemplary embodiment.
なお、以下の説明において、図2にて説明した実施形態1における部材に対応する部材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。 In the following description, members corresponding to those in the first embodiment described with reference to FIG.
実施形態2における定着装置では、熱均化部材26としてシート状部材27と硬磁性部材28の複合体を用いている点が実施形態1の構成と異なる。
The fixing device according to the second embodiment is different from the configuration according to the first embodiment in that a composite of a sheet-
本例では、シート状部材27としてグラファイトシートを用いている。グラファイトシートは、黒鉛をシート状に加工したものであって、面内の熱伝導率が極めて高く、また比重が軽く熱容量が小さいため、熱均化部材として適している。さらに、柔軟性があるため、熱伝導部材22の内周面に沿う形で貼り付けることが可能であって、接触面積を大きくとることができる。
In this example, a graphite sheet is used as the sheet-
また、硬磁性部材28としては安価で成型の容易なフェライト磁石を用い、硬磁性部材28に対向する定着ベルト21の基材には軟磁性材料であるニッケルを用いている。
Further, as the hard
図6に示すように、硬磁性材料28から発生する磁力が、定着ベルト21を構成する軟磁性材料に作用することによりって定着ベルト21は熱伝導部材22の方へ引き寄せられる。よって、定着ベルト21と熱伝導部材22が常に安定して接触する状態が得られ、定着ベルト21の熱が熱伝導部材22を通してシート状部材27に伝わりやすくなり、熱均化の効果を高めることができる。
As shown in FIG. 6, the magnetic force generated from the hard
図7は実施形態2において封筒を連続通紙した場合の定着ベルトの長手方向温度分布を示す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing the temperature distribution in the longitudinal direction of the fixing belt when the envelope is continuously fed in the second embodiment.
実施形態2の硬磁性材料28を設けていない場合、定着ベルト21の温度分布は、図7に示す曲線Aのようになり、非通紙部分の温度が上昇してトナーオフセット領域に入ってしまう。
When the hard
一方、硬磁性材料28を設けた場合には、シート状部材27による熱均化の効果が高まり、図7に示す曲線Bのようになって、非通紙部の温度がトナーオフセット領域にまで達することを防止できる。
On the other hand, when the hard
図8は定着装置の実施形態3における要部を示す正面断面図である。 FIG. 8 is a front cross-sectional view showing the main part of the fixing device according to the third embodiment.
実施形態3における定着装置は、定着ニップN部分における熱伝導部材22に内側に凹状になる凹部22aを形成し、凹部22a内に断熱部材29を介してニップ形成部材23を設置した点と、補強部材24の端部を、凹部22aと断熱部材29を介してニップ形成部材23を押圧し、かつ定着ベルト21の内部中央部に延在するように設置した点が実施形態1の構成と異なる。
In the fixing device according to the third embodiment, the
実施形態3の構成の定着装置においても、前記実施形態の熱均化部材26を設置することにより、同様の作用効果を得ることができる。
Also in the fixing device having the configuration of the third embodiment, the same operation and effect can be obtained by installing the thermal leveling
なお、実施形態3において、定着ベルト21の内周面に接触あるいは対向し、定着ベルト21を保持すると共に加熱する熱伝導部材22を、薄肉の金属板を曲げ加工してパイプ状に形成している。これにより、製造コストが比較的安価であって、定着ベルト21の加熱効率が高くなり、ウォームアップ時間やファーストプリント時間が短く、装置を高速化した場合であっても定着不良などが生じることを抑止することができる。
In the third embodiment, the
しかし、前記熱伝導部材22において、図8に示すように、曲げ加工後の凹部22a部分における側端部分22bを開放したままであると、図9の説明図のように、スプリングバックが生じて側端部分22bが開き傾向になり、定着ベルト21との間に接触ムラや接触圧のムラを生じさせてしまう。
However, in the
そこで、熱伝導部材22の側端部分22bについては、熱伝導部材22の幅方向(軸方向)の少なくとも一部を接合状態にしてスプリングバックにより側端部分22bが開くことがないようにする必要がある。例えば、側端部分22bに溶接を施して接合することが考えられる。
Therefore, for the
また、図8に示す熱伝導部材22では、凹部22aにおける角部22cおよびその近傍が、定着ベルト21を介して加圧ローラ31に接触すると、熱伝導部材22に変形が生じ(特に加圧ローラ31との圧接状態にて生じやすい)、定着ベルト21と熱伝導部材22との間に接触ムラを生じさせてしまう。
Further, in the
そこで、本例では、熱伝導部材22を、その角部22cを含めて定着ベルト21を介して加圧ローラ31には接触しない構成にしている。具体的には、加圧ローラ31に対して、ニップ部N近傍より離れて熱伝導部材22の角部22cが位置するように設定されている。
Therefore, in this example, the
なお、本実施形態において、加圧部材として加圧ローラ31を用いた定着装置に対して本発明を適用したが、加圧部材として加圧ベルトや加圧パッドを用いた定着装置に対しても本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the present invention is applied to a fixing device using the
なお、本実施形態では、熱伝導部材22の断面形状が略円形になるように形成したが、熱伝導部材22の断面形状が多角形になるように形成することもできるし、熱伝導部材22の周面にスリットを設けることもできる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、定着部材として複層構造の定着ベルト21を用いたが、定着部材としてポリイミド樹脂,ポリアミド樹脂,フッ素樹脂,金属などからなる無端状の定着フィルムを用いることもできる。そして、その場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the fixing
本発明は、トナー像の定着を行う定着装置、および該定着装置を備える複写機,プリンタ,ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの画像形成装置における定着部に適用可能である。 The present invention can be applied to a fixing device for fixing a toner image, and a fixing unit in an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, and a multi-function machine including the fixing device.
1 画像形成装置本体
20 定着装置
21 定着ベルト(定着部材)
22 熱伝導部材
23 ニップ形成部材
24 補強部材(支持部材)
25 ヒータ(加熱部材)
26 熱均化部材
31 加圧ローラ(加圧部材)
N 定着ニップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus
22
25 Heater (heating member)
26
N fixing nip
Claims (10)
前記定着部材の内側に設けられる熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の内部に設けられ前記熱伝導部材を加熱する加熱部材と、
前記定着部材を介して加圧部材に対向設置されて前記定着部材と前記加圧部材間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、
前記熱伝導部材の内部に設けられ前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
前記熱伝導部材の内部における前記支持部材によって分けられた領域のうち前記加熱部材が配置される領域とは異なる領域にて前記熱伝導部材の内面に接して設けられる熱均化部材と、
を備えたことを特徴とする定着装置。 A fixing member;
A heat conducting member provided inside the fixing member;
A heating member that is provided inside the heat conducting member and heats the heat conducting member;
A nip forming member that is installed opposite to the pressure member via the fixing member and forms a fixing nip between the fixing member and the pressure member;
A support member provided inside the heat conducting member and supporting the nip forming member;
A thermal leveling member provided in contact with an inner surface of the heat conducting member in a region different from a region where the heating member is disposed among regions divided by the support member in the heat conducting member;
A fixing device comprising:
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