JP2012118318A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録シート上に形成された未定着画像を加熱して記録シートに定着させる定着装置、当該定着装置を備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that heats and fixes an unfixed image formed on a recording sheet to the recording sheet, and an image forming apparatus including the fixing device.
プリンタ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を記録紙、OHPシート等の記録シートに転写した後に、記録シートに転写されたトナー画像を、定着装置で定着するようになっている。定着装置では、記録シート上のトナー画像を加熱して、記録シートに対して加圧することによって記録シートに定着する。 In an electrophotographic image forming apparatus such as a printer or a copying machine, a toner image corresponding to image data is usually transferred to a recording sheet such as recording paper or an OHP sheet, and then the toner image transferred to the recording sheet is fixed. It is fixed by the device. In the fixing device, the toner image on the recording sheet is heated and pressed against the recording sheet to be fixed on the recording sheet.
このような定着装置として、通電によって発熱する抵抗発熱層を備えた発熱定着ベルトを用いる構成が提案されている。発熱定着ベルトを用いた定着装置では、発熱定着ベルトの熱容量が小さいために、ウォーミングアップ時間を短くすることができ、しかも、消費電力も低減することができる。従って、発熱定着ベルトを短時間で定着温度にまで昇温することができ、また、低電力量で所定の定着温度に維持することができる。その結果、高速かつ低電力量でトナー画像を記録シートに熱定着することが可能になる。 As such a fixing device, a configuration using a heat generating fixing belt provided with a resistance heat generating layer that generates heat upon energization has been proposed. In the fixing device using the heat generating fixing belt, since the heat capacity of the heat generating fixing belt is small, the warm-up time can be shortened, and the power consumption can also be reduced. Therefore, the heat-generating fixing belt can be raised to the fixing temperature in a short time, and can be maintained at a predetermined fixing temperature with a low amount of electric power. As a result, the toner image can be heat-fixed on the recording sheet at high speed and with low power.
特許文献1には、抵抗発熱層における両端部上に電極層が設けられた加熱ローラ(定着ローラ)または定着ベルトを有する定着装置が開示されている。加熱ローラまたは定着ベルトの抵抗発熱層は、Ni−Cr、Fe−Cr等によって構成されており、電極層は、Al、Cu、Ag、Pt等の金属またはこれらの合金をスパッタ法によって抵抗発熱層上に積層することによって形成されている。 Patent Document 1 discloses a fixing device having a heating roller (fixing roller) or a fixing belt in which electrode layers are provided on both ends of a resistance heating layer. The resistance heating layer of the heating roller or fixing belt is made of Ni—Cr, Fe—Cr or the like, and the electrode layer is a resistance heating layer made of a metal such as Al, Cu, Ag, Pt or an alloy thereof by sputtering. It is formed by stacking on top.
特許文献1に開示された定着装置では、Ni−Cr、Fe−Cr等の金属によって構成された抵抗発熱層に対して、Al、Cu、Ag、Pt等の金属またはこれらの合金をスパッタ法によって積層されて電極層が形成されているために、抵抗発熱層と電極層とが比較的高強度で接合されている。これにより、電極層が抵抗発熱層から剥がれることが抑制されて、加熱ローラまたは定着ベルのト耐久性を向上させることができる。 In the fixing device disclosed in Patent Document 1, a metal such as Al, Cu, Ag, or Pt or an alloy thereof is sputtered on a resistance heating layer composed of a metal such as Ni—Cr or Fe—Cr. Since the electrode layer is formed by being laminated, the resistance heating layer and the electrode layer are joined with a relatively high strength. Thereby, peeling of the electrode layer from the resistance heating layer is suppressed, and the durability of the heating roller or the fixing bell can be improved.
しかしながら、抵抗発熱層と電極層とは、それぞれが異なる材料であるために、両者の線膨張率が異なっている。このために、抵抗発熱層が加熱および冷却される際には、両者の界面においてずれが生じて間隙が発生するおそれがある。さらに、抵抗発熱層と電極層との間の間隙が広がると、電極層が抵抗発熱層から剥がれることになる。このように、引用文献1の構成では、加熱ローラおよび定着ベルトとして十分に満足できる耐久性を得られないという問題がある。 However, since the resistance heating layer and the electrode layer are made of different materials, their linear expansion coefficients are different. For this reason, when the resistance heating layer is heated and cooled, there is a possibility that a gap is generated due to a deviation at the interface between the two. Further, when the gap between the resistance heating layer and the electrode layer is widened, the electrode layer is peeled off from the resistance heating layer. As described above, the configuration of the cited document 1 has a problem that it is impossible to obtain a sufficiently satisfactory durability as a heating roller and a fixing belt.
また、抵抗発熱層と電極層との界面に間隙が生じると、その間隙によって、電極層と抵抗発熱層との間において通電不良が生じ、間隙が生じた部分において、電極層と抵抗発熱層との間を流れる電流量が低下するおそれがある。電極層と抵抗発熱層との間を流れる電流量が部分的に低下すると、抵抗発熱層を全体にわたって均一に発熱させることができなくなる。 In addition, when a gap is generated at the interface between the resistance heating layer and the electrode layer, a conduction failure occurs between the electrode layer and the resistance heating layer due to the gap, and the electrode layer and the resistance heating layer are There is a risk that the amount of current flowing between the two will decrease. If the amount of current flowing between the electrode layer and the resistance heating layer is partially reduced, the resistance heating layer cannot be uniformly heated throughout.
この場合には、抵抗発熱層に発熱ムラが生じ、抵抗発熱層に生じた低温部分において、記録シート上のトナーを確実に溶融させることはできない。このため、定着装置を通過した記録シート上のトナー画像に、定着不良、光沢ムラ等が発生するおそれがある。
また、抵抗発熱層上に電極層を設けないことにより、抵抗発熱層と電極層との界面が形成されない構成として、抵抗発熱層に対して外部から直接電流を流す構成(図5(c)参照)とすることも考えられる。しかし、この場合も、電流が定着ベルトの軸方向に並行に流れず、その結果として、抵抗発熱層を全体にわたって均一に発熱させることができないおそれがある。従って、この場合にも発熱ムラが生じ、定着不良や光沢ムラなど、画質に大きな影響を与えることになる。
In this case, uneven heat generation occurs in the resistance heating layer, and the toner on the recording sheet cannot be reliably melted at a low temperature portion generated in the resistance heating layer. For this reason, there is a possibility that fixing failure, uneven gloss, etc. may occur in the toner image on the recording sheet that has passed through the fixing device.
Further, by not providing an electrode layer on the resistance heating layer, a configuration in which the interface between the resistance heating layer and the electrode layer is not formed is configured such that current flows directly from the outside to the resistance heating layer (see FIG. 5C). ). However, also in this case, the current does not flow in parallel with the axial direction of the fixing belt, and as a result, the resistance heating layer may not be able to generate heat uniformly throughout. Accordingly, even in this case, heat generation unevenness occurs, which greatly affects image quality such as fixing failure and gloss unevenness.
このように、抵抗発熱層と電極層との界面の問題を生じさせることなく、電流を定着ベルトの軸方向に並行に均一に流すことは困難であった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗発熱層に発熱ムラが生じることを防止し、しかも耐久性が向上した定着回転体を有する定着装置を提供することにある。本発明の他の目的は、そのような定着装置を有する画像形成装置を提供することにある。
As described above, it is difficult to flow the current uniformly in parallel to the axial direction of the fixing belt without causing the problem of the interface between the resistance heating layer and the electrode layer.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a fixing device having a fixing rotator that prevents generation of uneven heat generation in the resistance heating layer and has improved durability. There is. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus having such a fixing device.
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、抵抗発熱層が回転方向の全周にわたって設けられた定着回転体と、当該定着回転体の外周面に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、前記抵抗発熱層は、前記定着回転体における軸方向に沿って一定の厚さであって、電流が流れることによって発熱して前記定着ニップにおける記録シートが通過する領域を加熱する加熱部と、当該加熱部における軸方向の少なくとも一方の端部の軸方向の外側において、電流の供給が可能な状態で当該加熱部よりも厚く形成された受電部とを有し、前記加熱部と前記受電部とが、同一の材料によって一体に構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fixing device of the present invention includes a fixing rotator in which a resistance heating layer is provided over the entire circumference in the rotation direction, and a pressure that is pressed against the outer peripheral surface of the fixing rotator to form a fixing nip. The resistance heating layer has a constant thickness along the axial direction of the fixing rotator, and generates heat when an electric current flows to pass through a region through which the recording sheet passes in the fixing nip. A heating unit that heats, and a power receiving unit that is formed thicker than the heating unit in a state in which current can be supplied on the outer side in the axial direction of at least one end in the axial direction of the heating unit, The heating unit and the power receiving unit are integrally formed of the same material.
本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。 An image forming apparatus according to the present invention includes the fixing device.
本発明の定着装置では、抵抗発熱層に設けられた加熱部が一定の厚さになっており、加熱部の端部に設けられた受電部が、加熱部と同一の材料によって、加熱部よりも厚く構成されているために、抵抗発熱層の内部に界面が形成されない。従って、界面において間隙が形成されるおそれがなく、受電部から加熱部に流れる電流の一部が減少することを抑制することができる。 In the fixing device of the present invention, the heating unit provided in the resistance heating layer has a constant thickness, and the power receiving unit provided at the end of the heating unit is made of the same material as the heating unit from the heating unit. Further, the interface is not formed inside the resistance heating layer. Therefore, there is no possibility that a gap is formed at the interface, and a reduction in part of the current flowing from the power receiving unit to the heating unit can be suppressed.
また、受電部が加熱部よりも厚くなっていることによって周方向に電流が流れやすくなり、加熱部において回転方向とは直交する方向に沿って流れる電流を周方向に均一化することができる。これにより、加熱部において発熱ムラが生じることを抑制することができる。しかも、受電部が破損することも抑制されるために、抵抗発熱層の耐久性を向上させることができる。 In addition, since the power receiving unit is thicker than the heating unit, current flows easily in the circumferential direction, and the current flowing along the direction perpendicular to the rotation direction in the heating unit can be made uniform in the circumferential direction. Thereby, it can suppress that the heat_generation | fever nonuniformity arises in a heating part. In addition, since the power receiving unit is also prevented from being damaged, the durability of the resistance heating layer can be improved.
好ましくは、前記定着回転体には、前記加熱部上における最も外周側に離型層が積層されていることを特徴とする。
好ましくは、前記受電部が、前記加熱部における軸方向の各端部外側に設けられており、前記各受電部のそれぞれに対して給電する一対の給電部材が前記各受電部に接した状態で設けられていることを特徴とする。
Preferably, the fixing rotator has a release layer laminated on the outermost side on the heating unit.
Preferably, the power reception unit is provided outside each end of the heating unit in the axial direction, and a pair of power supply members that supply power to each of the power reception units are in contact with the power reception units. It is provided.
好ましくは、前記定着回転体が定着ベルトであり、当該定着ベルトの周回移動域の内部に配置された押圧部材によって当該定着ベルトが前記加圧部材に圧接されていることを特徴とする。
好ましくは、前記定着回転体が定着ローラであり、当該定着ローラが前記加圧部材に圧接されていることを特徴とする。
Preferably, the fixing rotator is a fixing belt, and the fixing belt is in pressure contact with the pressure member by a pressing member disposed inside a circumferential movement region of the fixing belt.
Preferably, the fixing rotator is a fixing roller, and the fixing roller is pressed against the pressure member.
好ましくは、前記抵抗発熱層が、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体によって構成されていることを特徴とする。
好ましくは、前記抵抗発熱層が、所定の電気抵抗率を有する金属によって構成されていることを特徴とする。
Preferably, the resistance heating layer is constituted by a molded body formed by uniformly dispersing a conductive filler in a heat resistant resin.
Preferably, the resistance heating layer is made of a metal having a predetermined electrical resistivity.
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
<画像形成装置の概略構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置が備えられた画像形成装置の一例であるプリンタの構成を示す概略図である。このプリンタは、記録用紙、OHPシート等の記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。
Hereinafter, embodiments of a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention will be described.
<Schematic configuration of image forming apparatus>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a printer which is an example of an image forming apparatus provided with a fixing device according to an embodiment of the present invention. This printer forms a monochrome toner image on a recording sheet such as a recording sheet or an OHP sheet.
図1に示す画像形成装置は、矢印Aで示す方向に回転駆動される感光体ドラム11を備えており、感光体ドラム11の周囲には、電子写真方式によってトナー画像を記録シートS上に形成するための帯電装置12、露光装置13、現像装置14、転写ローラ15が、感光体ドラム11の回転方向に沿って、その順番で設けられている。
回転状態になった感光体ドラム11の表面は、帯電装置12よりも上流側に配置された除電器18によって残留電荷が除去された後に、帯電装置12によって所定電位に帯電される。感光体ドラム11の表面は、その後、露光装置13から照射されるレーザ光Lによって露光される。露光装置13には、レーザ光Lを照射するレーザダイオードが設けられており、レーザダイオードが、図示しない制御部によって、外部機器から入力される画像データに基づいて駆動されてレーザ光Lを照射する。
The image forming apparatus shown in FIG. 1 includes a
The surface of the
感光体ドラム11の表面上には、露光装置13から照射されるレーザ光Lによって露光されることにより、静電潜像が形成される。感光体ドラム11におけるレーザ光Lが照射される位置よりも回転方向下流側には、感光体ドラム11の表面上の静電潜像を現像する現像装置14が、感光体ドラム11の表面に対向して設けられている。感光体ドラム11の表面上に形成された静電潜像は、現像装置14でトナーにより現像されてトナー画像として可視化される。
An electrostatic latent image is formed on the surface of the
感光体ドラム11の下方には、記録用紙、OHPシート等の記録シートSを複数枚収容できる記録シートカセット21が設けられており、記録シートカセット21内に収容された記録シートSが、給紙ローラ22によって1枚ずつ繰り出される。記録シートカセット21から繰り出された記録シートSは、タイミングローラ対23によって感光体ドラム11に向けて搬送される。
Below the
感光体ドラム11の側方には、矢印B方向に回転する転写ローラ15が、感光体ドラム11に圧接した状態で設けられており、転写ローラ15と感光体ドラム11との圧接によって転写ニップ部が形成されている。記録シートカセット21から繰り出された記録シートSは、タイミングローラ対23によって転写ニップ部へ搬送されて、転写ニップ部を通過する。
A
記録シートSが転写ニップ部を通過する間に、転写ローラ15に印加された転写電圧にて発生する転写電界の作用により、感光体ドラム11上に形成されたトナー画像が記録シートS上に転写される。トナー画像が転写された記録シートSは、剥離爪16によって感光体ドラム11から剥離されて、転写ローラ15の上方に設けられた定着装置30へ搬送される。なお、感光体ドラム11上に残った残留トナーは、クリーニング部材17によって感光体ドラム11の表面から除去される。
While the recording sheet S passes through the transfer nip portion, the toner image formed on the
<定着装置の構成>
図2は、定着装置30における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図である。なお、定着装置30では、図1に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図2においては、記録シートの通過方向が、紙面に対して直交する方向になるように、定着装置30を示している。
<Configuration of fixing device>
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the configuration of the main part of the fixing
図2に示すように、定着装置30は、加圧部材としての加圧ローラ32と、加圧ローラ32に圧接された状態で回転(周回移動)可能に配置された円筒形状の定着ベルト31と、定着ベルト31の内周面に圧接されるように定着ベルト31の回転域(周回移動域)の内部に配置された押圧ローラ33とを備えている。定着ベルト31は、加圧ローラ32に圧接されて回転する定着回転体であり、給電されることによって発熱する抵抗発熱層31b(図3参照)を備えている。
As shown in FIG. 2, the fixing
定着ベルト31は、例えば、周回移動方向と直交する方向(軸方向)の長さが、加圧ローラ32の外周面における軸方向長さよりも若干長くなっており、また、加圧ローラ32の直径よりも若干大きな直径になっている。定着ベルト31と加圧ローラ32とは、それぞれの軸心が平行な状態で、定着ベルト31の外周面と加圧ローラ32の外周面とが相互に圧接されるように配置されている。定着ベルト31の具体的な構成については後述する。
For example, the length of the fixing
定着ベルト31の周回移動域内に設けられた押圧ローラ33は、軸心部に設けられた芯金33cと、芯金33cの外周面に弾性層が全周にわたって積層された円筒状の押圧ローラ本体部33aとを有している。芯金33cは、押圧ローラ本体部33aにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出している。
押圧ローラ本体部33aの芯金33cは、厚さが1.0〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって構成されている。押圧ローラ本体部33aの弾性層は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性に優れた弾性材料によって構成されている。弾性層の軸方向長さは、定着ベルト31の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
The
The cored
定着ベルト31に圧接される加圧ローラ32は、パイプ形状の芯金32bの外周面に、弾性層および離型層が順番に積層されて外径が20〜100mm程度の円筒形状に構成された加圧ローラ本体部32aを有している。芯金32bは、加圧ローラ本体部32aにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出している。
加圧ローラ本体部32aの芯金32bは、厚さが1.0〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって形成されている。加圧ローラ本体部32aの弾性層は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、1〜20mm程度の厚さに構成されている。
The
The cored
加圧ローラ本体部32aの離型層は離型性を有しており、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、5〜100μm程度の厚さに構成されている。なお、離型層は、導電性であってもよい。
The release layer of the pressure roller
加圧ローラ32は、図示しない付勢手段(例えば引っ張りバネ)によって、定着ベルト31に向って付勢されており、加圧ローラ32の加圧ローラ本体部32aが、定着ベルト31を介して、押圧ローラ33における押圧ローラ本体部33aの外周面に押し付けられている。これにより、定着ベルト31と加圧ローラ32とが相互に圧接された状態になっている。定着ベルト31と加圧ローラ32との圧接部には、記録シートSが通過する定着ニップNが形成されている。
The
加圧ローラ32は、図示しないモータによって、図2に矢印Zで示す方向に回転される。定着ベルト31は、加圧ローラ32が外周面に圧接されて、押圧ローラ33が内周面に圧接されていることにより、加圧ローラ32の回転に追従して、図2に矢印Yで示す方向に回転(周回移動)する。また、押圧ローラ33は、定着ベルト31の回転に追従して同方向に回転する。
The
定着ニップNに搬送された記録シートSは、定着ニップNを通過する間に、加圧ローラ32と、加圧ローラ32の回転に追従して回転する定着ベルト31とによって、当該記録シートS上の未定着のトナー画像が、加熱および加圧されることにより記録シート上に定着される。定着ニップNを通過した記録シートSは、分離爪35(図1参照)によって定着ベルト31から剥離される。定着ベルト31から剥離された記録シートSは、排紙ローラ対24(図1参照)によって排紙トレイ19(図1参照)上に排出される。
The recording sheet S conveyed to the fixing nip N is transferred onto the recording sheet S by the
なお、上記の説明では、加圧ローラ32を回転駆動させる構成であったが、このような構成に代えて、押圧ローラ33を回転駆動させる構成として、定着ベルト31および加圧ローラ32を押圧ローラ33の回転に追従させて回転させる構成としてもよい。あるいは、加圧ローラ32および押圧ローラ33の両方を回転駆動させる構成として、定着ベルト31を加圧ローラ32および押圧ローラ33の両方に追従させて回転させる構成としてもよい。
In the above description, the
図3は、定着ベルト31における周回移動方向とは直交する方向である軸方向に沿った断面図である。定着ベルト31は、例えば、ポリイミド(PI)によって一定の厚さの円筒形状に構成された基材31aと、基材31aの外周面上に全周にわたって積層された抵抗発熱層31bとを有している。抵抗発熱層31bは、全体が同一の材料によって構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view along an axial direction that is a direction orthogonal to the circumferential movement direction of the fixing
抵抗発熱層31bは、軸方向(図3の左右方向に相当)の両側の端部を除く中央部が一定の厚さになった加熱部31hになっており、定着ニップNを通過する記録シートSを加熱するために、電流が流れることによってジュール熱を発熱する構成になっている。この抵抗発熱層31bにおける軸方向の両側の端部のそれぞれの外側に、加熱部31hよりも厚くなるように全周にわたって直径方向の外側(外周側)に突出した受電部31gが設けられている。加熱部31hおよび各受電部31gは同一の材料によって一体に形成されている。
The
加熱部31hにおける軸方向に沿った長さは、記録シートSが通過する領域(通紙領域)よりも長くなっており、受電部31gのそれぞれが、通紙領域の軸方向の両外側にそれぞれ位置している。受電部31gのそれぞれは、抵抗発熱層31bの軸方向に沿って10〜15mm程度の長さであって、それぞれが一定の厚さになっている。従って、各受電部31gは、軸方向に沿った縦断面が長方形状になっている。両側の各受電部31gの厚さは等しくなっている。
The length of the
図2に示すように、各受電部31gには、導電性を有する給電部材37が、それぞれ導電状態で圧接している。各給電部材37は、例えば、カーボン粉と、銅粉等の粉体を混合して焼成した導電ブラシによって構成されている。各給電部材37は、定着ベルト31が回転することによって、それぞれが圧接された各受電部31gに摺接する。これにより、相互に圧接された給電部材37および受電部31gが導電状態を維持する。
As shown in FIG. 2, a
各給電部材37には、商用の交流電源34から供給される交流電流が、ハーネスを介して供給されるようになっている。一方の給電部材37に供給される電流は、当該給電部材37に圧接された一方の受電部31gから加熱部31hを通って、他方の受電部31gへと流れ、この他方の受電部31gから当該受電部31gに圧接された他方の給電部材37へ流れる。これにより、加熱部31hが発熱する。
An AC current supplied from a commercial
なお、各給電部材37としては、導電ブラシに限らず、金属等の導電体を用いる構成であってもよい。あるいは、絶縁体の表面に、Cu、Ni等の導電材料をメッキした部材を用いることも可能である。また、各給電部材37は、周回移動する各受電部31gに接触した状態で回転するローラ等のような回転体としてもよい。
定着ベルト31の抵抗発熱層31bに供給される電力は、定着ベルト31おける軸方向の中央部外周面に対向して配置された温度センサ36(図2参照)の検出結果に基づいて制御される。
Each
The electric power supplied to the
加熱部31hおよび受電部31gは、同一の材料によって一体に構成されているために、各受電部31gと加熱部31hとの間には界面が存在しない。また、各受電部31gも、それぞれ、同一の材料によって全体が一体に構成されていることから、その内部には界面が存在しない。
さらに、各受電部31gが加熱部31hよりも厚くなっているために、各受電部31gにおいて周方向の抵抗が小さく、周方向に電流が流れやすくなる。従って、各受電部31gにおいて周方向の電位差が小さくなり、一方の受電部31gの全周から他方の受電部31gの全周にわたって、加熱部31h内を軸方向に沿って電流が流れやすくなっている。これにより、加熱部31hにおける軸方向に沿って発熱ムラが発生することを抑制することができる。
Since the
Furthermore, since each
また、各受電部31gおよび加熱部31hの全体が強固に一体化されており、抵抗発熱層31b全体が、剥離、破損等のおそれがなく、耐久性に優れた構成になっている。
しかも、抵抗発熱層31bの内部に界面が存在しないために、抵抗発熱層31b内において界面を挟んだ部分同士がずれるということが生じるおそれがなく、従って、抵抗発熱層31bの内部に間隙が生じて通電不良が発生するおそれがない。
In addition, each of the
In addition, since there is no interface inside the
抵抗発熱層31bにおける加熱部31hの厚さは、特に限定されるものではないが、5〜100μm程度が好ましく、通常、40μm程度とされる。
各受電部31gの厚さは、加熱部31hの厚さの2倍以上になっていればよいが、加熱部31h内における周方向の各位置において電流が軸方向に沿って均一に流れるためには、加熱部31hの厚さの5倍以上になっていることが好ましく、さらに、10倍以上になっていることがより好ましい。
The thickness of the
The thickness of each
図3に示すように、抵抗発熱層31bにおける加熱部31h上には、それぞれが一定の厚さになった弾性層31cおよび離型層31dが順番に積層されている。弾性層31cは、両側の受電部31gの間に嵌合された状態になっており、各受電部31gの外周面よりも外周側に突出した状態になっている。弾性層31c上に積層された離型層31dの外周面には、定着ニップNを通過する記録シートSが圧接される。
As shown in FIG. 3, an
弾性層31cは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、1〜20mm程度の厚さに構成されている。
なお、弾性層31cが、両側の受電部31gの間に嵌合される場合には、各受電部31gが加熱部31hに対して垂直に突出していると、各受電部31gが加熱部31hとによってそれぞれ形成される角部が直角になるために、各角部において弾性層31cに応力が集中して弾性層31cが破損するおそれがある。このために、図4に示すように、各角部31mをそれぞれ円弧状に湾曲させることが好ましい。
The
In addition, when the
離型層31dは離型性を有しており、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、5〜100μm程度の厚さに構成されている。
加熱部31hにおいて発生した熱は、弾性層31cを介して離型層31dに伝達される。離型層31dに伝達された熱は、定着ニップNを通過する際に離型層31dの外周面に圧接される記録シートSに伝達されて、記録シートS上のトナー画像を溶融する。溶融状態になったトナー画像は、加圧ローラ32によって記録シートS上に押し付けられることにより、記録シートS上に定着される。
The
The heat generated in the
抵抗発熱層31bの電気抵抗率は、抵抗発熱層31bに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱層31bの厚さ、定着ベルト31の外径および周方向長さ、押圧ローラ33の直径および軸方向長さ等に基づいて任意に設定される。例えば、記録シートSに対するトナー画像の定着性、耐久性等により、定着ベルト31の外径および周方向長さを設定して、外径および周方向長さが設定された定着ベルト31における抵抗発熱層31bによって所定の発熱量が得られるように、抵抗発熱層31bの厚さ、電気抵抗率等を設定すればよい。
The electrical resistivity of the
抵抗発熱層31bを構成する材料は、電流が流れることによってジュール熱を発熱し、しかも、加熱部31hおよび受電部31gが一体的に形成できるものであれば、特に限定されるものではない。
例えば、抵抗発熱層31bは、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体、金属等によって形成される。
The material forming the
For example, the
抵抗発熱層31bとして、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって形成する場合、耐熱性樹脂としては、PI(ポリイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等が使用される。特に、PIが耐熱性に優れているために好ましい。導電性フィラーとしては、Ag、Cu、Al、Mg、Ni等の金属、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物が好適である。
When the
導電性フィラーは、繊維状になっていることが好ましい。導電性フィラーが繊維状になっていると、繊維状以外の形状になっている場合と比較して、同じ含有量であれば、導電性フィラー同士が接触する確率が高くなるために、全体を均一に導電状態とすることが可能になる。
抵抗発熱層31bを、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって構成する場合、電気抵抗率は、抵抗発熱層31b(発熱層31hおよび受電部31g)の厚さを調整することによって調整される。この場合の電気抵抗率は、所定の電気抵抗率、通常、1.0×10−6〜9.9×10−3Ω・m程度、好ましくは、1.0×10−5〜5.0×10−3Ω・m程度である。
The conductive filler is preferably fibrous. When the conductive filler is in a fibrous form, the probability that the conductive fillers will be in contact with each other is increased if the content is the same as compared to the case where the conductive filler has a shape other than the fibrous form. The conductive state can be made uniform.
When the
また、抵抗発熱層31bを金属によって形成する場合には、SUS、Ni−Cr、Ti、Cr、Ti−Al等が好適である。この場合も、抵抗発熱層31bの電気抵抗率は、抵抗発熱層31bの厚さを調整することによって調整され、通常、1.0×10−8〜9.9×10−5Ω・m程度、好ましくは、1.0×10−7〜5.0×10−6Ω・m程度とされる。
When the
加熱部31hおよび各受電部31gを有する抵抗発熱層31bは、全体が同一の材料によって構成されるが、全体にわたって均質になっている必要はなく、材料を構成する組成物の割合等が、加熱部31hと各受電部31gとによって若干異なっていてもよい。また、各受電部31gが、加熱部31hよりも外周側に突出した部分と、その他の部分とで、材料を構成する組成物の割合等が若干異なっていてもよい。
Although the
例えば、抵抗発熱層31bが、導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合、導電性フィラーの含有率が、電流の流れる方向に沿って順次変化していてもよい。また、抵抗発熱層31bが金属であって数%程度の添加物が含まれる場合には、添加物の割合が若干異なっていてもよい。
抵抗発熱層31bの製造方法は任意であり、特に限定されるものではない。例えば、抵抗発熱層31bが導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合には、通常の樹脂成形体と同様に、所定形状の金型を用いて成形することができる。また、導電性フィラーを含む耐熱性樹脂を、各受電部31gの厚さに等しい一定の厚さの円筒形に成形した後に、軸方向の両側の端部が残るように、軸方向の中央部における外周側部分を除去することによって、加熱部31hおよび各受電部31gを有する抵抗発熱層31bを製造してもよい。いずれの場合にも、抵抗発熱層31bは、全体にわたって同一の材料によって構成されるために、抵抗発熱層31bの内部には界面が存在しない。
For example, when the
The manufacturing method of the
さらには、導電性フィラーを含む耐熱性樹脂、金属等によって、加熱部31hと同じ厚さの円筒形状のベルト体を形成して、このベルト体における軸方向の両側の端部外周面上に、同じ材料層を所定の厚さで全周にわたってそれぞれ積層して溶着等により一体化することによっても、加熱部31hおよび各受電部31gを有する抵抗発熱層31bを製造することができる。
Furthermore, a cylindrical belt body having the same thickness as the
このような製造方法において、抵抗発熱層31bを、導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成する場合には、ベルト体と、ベルト体の両側端部上に設けられる層とは、耐熱性樹脂および導電性フィラーのそれぞれの材料、導電性フィラーの形状、含有量等について全て同一であることが好ましいが、導電性フィラーの添加量、形状等が若干異なっていても問題はない。
In such a manufacturing method, when the
抵抗発熱層31bを金属によって構成する場合も、金属材料を、ポリイミド(PI)等の基材31a上に、メッキ、スパッタリング、真空蒸着等によって、加熱部31hと同じ厚さで積層して、この積層体における軸方向の両側の端部外周面上に、同じ金属の材料を、メッキ、スパッタリング、真空蒸着等によって積層することによって、加熱部31hおよび各受電部31gを有する抵抗発熱層31bを製造することができる。
Even when the
この場合、基材31a上に金属材料を積層する方法と、受電部31gを形成するために金属材料を積層する方法とが同一であることが、効率的に製造することができ、好ましい。
また、基材31a上に積層された金属材料と、受電部31gを形成するために積層される金属材料とが、完全に同一になっていることが好ましいが、数%程度の範囲で含有される添加材の量が異なっていても、製造された抵抗発熱層31bの各受電部31g内に界面が存在するおそれがなく、特に問題はない。
In this case, it is preferable that the method of laminating the metal material on the
Moreover, it is preferable that the metal material laminated | stacked on the
定着ベルト31は、加圧ローラ32が圧接されていない状態で、所定の直径の円筒形状を維持するように所定の剛性を有しているが、加圧ローラ32が圧接されることにより、変形可能になっている。押圧ローラ33も、定着ベルト31を介して加圧ローラ32が圧接されることにより変形可能になっている。定着ベルト31は、加圧ローラ32が圧接されることによる押圧ローラ33の変形に追従して、加圧ローラ32の外周面に沿った状態に変形する。
The fixing
なお、定着ベルト31は、基材31aと、抵抗発熱層31bと、弾性層31cと、離型層31dとの4層構造に限るものではなく、少なくとも抵抗発熱層31bを有していればよい。例えば、定着ベルト31は、抵抗発熱層31bと離型層31dとの2層構造であってもよい。また、絶縁のために、PI、PPS等の樹脂層がさらに積層された構成であってもよい。
The fixing
このような構成の定着装置30では、定着ベルト31の抵抗発熱層31bが、所定の定着温度になるように、各給電部材37に対して交流電流が供給される。これにより、一方の受電部31gを介して加熱部31hに電流が流れ、加熱部31hが発熱状態になる。
この場合、抵抗発熱層31bにおける各受電部31gは、加熱部31hよりも厚くなっているために、各受電部31gにおいて周方向に電流が流れやすくなっている。これにより、各受電部31gでは、全周にわたってほぼ一定の電位になる。その結果、図5(a)に示すように、加熱部31hでは、一方の受電部31gの全周から、他方の受電部31gの全周まで、軸方向に沿って均一に電流が流れる。これにより、加熱部31hは、図5(b)に示すように、軸方向に沿って一定の温度になり、温度ムラが生じることが防止される。
In the fixing
In this case, since each
なお、比較のために、抵抗発熱層31bに受電部31gを設けない構成の定着ベルト31における電流の流れおよび発熱温度について、図5(c)および(d)に基づいて説明する。抵抗発熱層31bは、両側に受電部31gを設けない構成であることから、一定の厚さの加熱部31hのみが設けられており、加熱部31hにおける軸方向の両側の端部に給電部材37がそれぞれ摺接されることによって、加熱部31hに電流を供給している。
For comparison, a current flow and a heat generation temperature in the fixing
このような構成の場合には、加熱部31hでは、一方の給電部材37から他方の給電部材37までは最短距離を電流が流れようとするために、一方の給電部材37によって、加熱部31hにおける軸方向の一方の端部に供給される電流は、周方向にほとんど流れることなく、軸方向に沿って流れ易くなる。
このため、加熱部31hでは、図5(c)に示すように、軸方向の一方の端部における給電部材37が摺接した部分で電流密度が高くなり、その摺接部分から軸方向に沿うように電流が流れて、軸方向の中央部では電流密度が低くなり、軸方向の他方の端部では、他方の給電部材37が摺接する部分に電流が集中する。その結果、図5(d)に示すように、加熱部31hにおける軸方向の両側の端部では、各給電部材37の摺接部分の近傍において温度が上昇し、記録シートSの通過領域を加熱する加熱部31hの軸方向中央部において温度が低下する。その結果、加熱部31hには軸方向に沿って温度が均一にならず、温度ムラが生じることになる。この場合には、記録シートSにおけるトナー画像の定着性の低下、光沢ムラ等が生じることになる。
In the case of such a configuration, in the
For this reason, in the
なお、加熱部31hの軸方向中央部における温度低下を抑制するために、一方の給電部材37によって供給される電流量を増加させると、加熱部31hの軸方向の両側端部における各給電部材37の近傍で、過度に温度が上昇することになり、温度ムラが生じることになる。その結果、この場合も、記録シートSにおけるトナー画像の定着性の低下、光沢ムラ等が生じることになる。
In addition, in order to suppress the temperature fall in the axial direction center part of the
このように、抵抗発熱層31bの加熱部31hおよび受電部31gは、同一の材料によって一体に構成されているために、加熱部31hと受電部31gとが相互に分離することが抑制される。しかも、各受電部31gにおける加熱部31hから突出した部分が分離(剥離)することも抑制される。これらのことから、定着ベルト31の耐久性が向上し、定着ベルト31を長期にわたって安定的に使用することができる。
Thus, since the
なお、抵抗発熱層31bにおける各受電部31gは、断面が長方形状になっている必要はない。例えば、図6(a)に示すように、各受電部31gそれぞれにおける抵抗発熱層31bの軸方向に沿った厚さが、加熱部31h側になるほど順次薄くなった断面三角形状になっていてもよい。この場合にも、各受電部31gにおける傾斜した外周面に給電部材37がそれぞれ摺接されるが、各給電部材37は、定着ベルト31の回転に支障がないような形状とされる。
In addition, each
さらには、図6(b)および(c)に示すように、抵抗発熱層31bの軸方向に沿った厚さが、当該軸方向に沿った中央部において最も厚くなるように、抵抗発熱層31bの軸方向に沿った断面が、それぞれ、半円形状および台形状に突出する構成であってもよい。
いずれの場合にも、各受電部31gの軸方向長さは、10〜15mm程度とされる。
<定着装置の他の例>
上記の説明では、定着装置30として、抵抗発熱層31bが設けられた定着ベルト31と、加圧ローラとによって定着ニップを形成する構成であったが、定着ベルト31に代えて、抵抗発熱層を有する定着ローラを用いる構成としてもよい。この場合には、定着ローラと、加圧ローラ32とによって定着ニップNが形成される。図7は、このような定着装置において、定着ベルト31に代えて用いられる定着ローラ38の構成を説明するために、軸方向に沿った断面図における半体部分を示している。図8においても同様である。
Further, as shown in FIGS. 6B and 6C, the
In any case, the axial length of each
<Other examples of fixing device>
In the above description, the fixing
図7に示すように、定着ローラ38は、パイプ形状の芯金38aと、芯金38aの外周面上に全周にわたって積載された基材38bと、基材38bの外周面上に全周にわたって積載された抵抗発熱層38cとを有している。抵抗発熱層38cは、前述の定着ベルト31に設けられた抵抗発熱層31bと同様の構成になっており、軸方向の両側の端部を除く中央部において一定の厚さで形成された加熱部38hと、抵抗発熱層38cの軸方向の両側の端部のそれぞれに設けられた受電部38gとを有している。各受電部38gは、加熱部38hよりも厚くなるように外周側に全周にわたって一定の厚さで突出している。
As shown in FIG. 7, the fixing
このような構成の定着ローラ38が、図2に示す定着装置30における定着ベルト31および押圧ローラ33に代えて使用され、図2に示す定着装置30と同様に、抵抗発熱層38cの各受電部38gに、給電部材37がそれぞれ圧接され、各給電部材37によって供給される電流によって加熱部38hが発熱する。
抵抗発熱層38cにおける加熱部38h上には、それぞれが一定の厚さになった弾性層38dおよび離型層38eが、その順番で積層されている。弾性層38dは、両側の受電部38g間に嵌合されており、各受電部38gの外周面よりも外周側に突出している。弾性層38d上に積層された離型層38eの外周面には、定着ニップNを通過する記録シートSが圧接される。
The fixing
On the
このような構成の定着ローラ38も、図2に示す定着ベルト31と同様に、加熱部38hにおいて抵抗発熱層38cの軸方向に沿ってほぼ一定の温度とすることができ、また、抵抗発熱層38cにおける破損等が抑制されるために耐久性が著しく向上している。従って、定着ローラ38は、長期にわたって安定的に使用することができる。
なお、定着ローラ38は、図7に示す構成に限らず、例えば、図8に示すように、芯金38aの外周面上に全周にわたって弾性層38dを積層し、弾性層38dの外周面上に、加熱部38hおよび一対の受電部38gを有する抵抗発熱層38cを全周にわたって積層して、抵抗発熱層38cにおける加熱部38h上に、一定の厚さになった離型層38eを積層する構成としてもよい。この場合には、図7に示された基材38bが設けられていないことにより経済的である。
Similarly to the fixing
The fixing
<変形例>
なお、定着ベルト31において、各受電部31gが加熱部31hに対して回転軸の直径方向の外側(外周側)に突出する形状に限らず、例えば、内側(内周側)に突出する形状としてもよい。この場合、基材31aの軸方向の両端の外側に各受電部31gが位置した状態になって、両受電部31g間に基材31aが挟まれた状態になる。また、一対の給電部材37のそれぞれが、各受電部31gの内周面に摺接するように、調整される。
<Modification>
The fixing
さらに、上記の説明では、定着装置30の電源として、商用の交流電源を用いる構成であったが、直流電源を用いる構成であってもよい。
さらにまた、本発明に係る画像形成装置は、モノクロ画像を形成するプリンタに限るものではなく、タンデム型カラーデジタルプリンタであってもよい。さらには、プリンタに限らず、複写機、MFP(Multiple Function Peripheral)、FAX等(いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい)にも適用できる。カラー画像用の画像形成装置の場合には、図2および図3に示す定着ベルト31が好適に使用される。
Furthermore, in the above description, a commercial AC power source is used as the power source of the fixing
Furthermore, the image forming apparatus according to the present invention is not limited to a printer that forms a monochrome image, and may be a tandem color digital printer. Furthermore, the present invention can be applied not only to a printer but also to a copying machine, an MFP (Multiple Function Peripheral), a FAX, and the like (in either case, either a color image or a monochrome image). In the case of an image forming apparatus for color images, the fixing
さらにまた、定着ベルト31あるいは定着ローラ38に加圧ローラ32を圧接して定着ニップNを形成する構成であったが、定着ニップNを形成するための加圧手段は、加圧ローラ32に限らず、加圧ベルトを用いてもよく、さらには、加圧手段としては、加圧ローラ32、加圧ベルト等のように回転している必要がなく、固定的に設けられた加圧部材等を用いてもよい。
Furthermore, the fixing nip N is formed by pressing the
本発明は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱層が設けられた定着回転体の耐久性を高める技術として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a technique for improving the durability of a fixing rotator provided with a resistance heating layer that generates heat when a current flows.
30 定着装置
31 定着ベルト
31a 基材
31b 抵抗発熱層
31c 弾性層
31d 離型層
31g 受電部
31h 加熱部
32 加圧ローラ
33 押圧ローラ
34 交流電源
36 温度センサ
37 給電部材
38 定着ローラ
38a 芯金
38b 基材
38c 抵抗発熱層
38d 弾性層
38e 離型層
38g 受電部
38h 加熱部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
当該定着回転体の外周面に圧接されて定着ニップを形成する加圧部材と、を有し、
前記抵抗発熱層は、前記定着回転体における軸方向に沿って一定の厚さであって、電流が流れることによって発熱して前記定着ニップにおける記録シートが通過する領域を加熱する加熱部と、当該加熱部における軸方向の少なくとも一方の端部の軸方向の外側において、電流の供給が可能な状態で当該加熱部よりも厚く形成された受電部とを有し、前記加熱部と前記受電部とが、同一の材料によって一体に構成されていることを特徴とする定着装置。 A fixing rotating body in which a resistance heating layer is provided over the entire circumference in the rotation direction;
A pressure member that is pressed against the outer peripheral surface of the fixing rotator to form a fixing nip, and
The resistance heating layer has a constant thickness along the axial direction of the fixing rotator, and heats a region where the recording sheet passes through the fixing nip by generating heat when an electric current flows; A power receiving section formed thicker than the heating section in a state in which current can be supplied on the outer side in the axial direction of at least one end of the heating section in the axial direction, and the heating section and the power receiving section Are integrally formed of the same material.
前記各受電部のそれぞれに対して給電する一対の給電部材が前記各受電部に接した状態で設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の定着装置。 The power receiving unit is provided outside each end in the axial direction of the heating unit,
The fixing device according to claim 1, wherein a pair of power supply members that supply power to each of the power reception units are provided in contact with the power reception units.
当該定着ベルトの周回移動域の内部に配置された押圧部材によって当該定着ベルトが前記加圧部材に圧接されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置。 The fixing rotator is a fixing belt;
The fixing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the fixing belt is pressed against the pressure member by a pressing member disposed inside a circumferential movement area of the fixing belt.
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