JP2015028558A - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録媒体に転写されたトナーに熱を加えて定着させる定着装置、及びこれを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that heats and fixes toner transferred to a recording medium, and an image forming apparatus including the same.
電子写真方式の画像形成装置は、印刷用紙(記録媒体)に転写されたトナー像を印刷用紙に定着させる定着装置を備えている。定着装置は、ヒーター等の加熱装置と、加熱装置によって加熱される熱ローラーと、熱ローラーに圧接されて従動する圧ローラーとを備えている。熱ローラーは定着装置によって回転可能に支持されており、モーターなどの電動機から回転駆動力が伝達されることにより回転される。熱ローラーと圧ローラーとの間に形成されたニップ部に印刷用紙が搬送されると、熱ローラー及び圧ローラーによる印刷用紙の搬送中に熱ローラーから印刷用紙上のトナー像に熱が伝達されて、トナー像を構成するトナーが溶融する。溶融したトナーは、圧ローラーによる加圧によって印刷用紙に定着される。 An electrophotographic image forming apparatus includes a fixing device that fixes a toner image transferred to a printing paper (recording medium) onto the printing paper. The fixing device includes a heating device such as a heater, a heat roller heated by the heating device, and a pressure roller driven by being brought into pressure contact with the heat roller. The heat roller is rotatably supported by the fixing device, and is rotated by a rotational driving force transmitted from an electric motor such as a motor. When printing paper is transported to the nip formed between the heat roller and pressure roller, heat is transferred from the heat roller to the toner image on the printing paper while the printing paper is being transported by the heat roller and pressure roller. The toner constituting the toner image is melted. The melted toner is fixed on the printing paper by the pressure applied by the pressure roller.
この種の定着装置においては、画像形成装置が省電力モード(スリープモードとも言う)になると、加熱装置が停止されるか、或いは、加熱装置による加熱温度が下げられる。また、画像形成装置の電源が切られた場合も当然に加熱装置も停止される。この場合、熱ローラーの温度が、トナーを定着可能な所定の定着温度よりも低くなる。一方、画像形成装置が前記省電力モードから復帰した場合、或いは画像形成装置の電源が投入された場合は、加熱装置による加熱が再開されて、熱ローラーの温度が前記定着温度まで上昇される。このような動作はウォームアップと称されており、ウォームアップに要する時間はウォームアップ時間と称されている。 In this type of fixing device, when the image forming apparatus is in a power saving mode (also referred to as a sleep mode), the heating device is stopped or the heating temperature by the heating device is lowered. In addition, when the power of the image forming apparatus is turned off, the heating device is naturally stopped. In this case, the temperature of the heat roller is lower than a predetermined fixing temperature at which the toner can be fixed. On the other hand, when the image forming apparatus returns from the power saving mode or when the power of the image forming apparatus is turned on, heating by the heating device is resumed and the temperature of the heat roller is raised to the fixing temperature. Such an operation is called warm-up, and the time required for warm-up is called warm-up time.
従来、前記ウォームアップ時間を短縮して、定着動作が可能になるまでの時間を短縮するために、画像形成装置では、熱容量の小さい薄肉の熱ローラーが用いられる。この場合、加熱対象である熱ローラーの外周部の物質量が少ないため、前記加熱装置により加熱されると、熱ローラーは比較的早くに前記定着温度まで上昇される。しかしながら、前記薄肉の熱ローラーは熱容量が小さい。そのため、例えば、多数枚の印刷用紙に対して連続して定着動作が行われると、定着動作のたびに熱が奪われることにより、場合によっては、熱ローラーの外周部が前記定着温度を維持することができなくなる。このような問題に対して、複数の加熱装置で熱ローラーを加熱する装置(特許文献1及び2)や、熱ローラー及び圧ローラーとのニップ部以外への熱伝導を抑える装置(特許文献3)が知られている。 Conventionally, a thin heat roller having a small heat capacity is used in an image forming apparatus in order to shorten the warm-up time and shorten the time until a fixing operation is possible. In this case, since the amount of material on the outer peripheral portion of the heat roller to be heated is small, when heated by the heating device, the heat roller is raised to the fixing temperature relatively quickly. However, the thin heat roller has a small heat capacity. Therefore, for example, when a fixing operation is continuously performed on a large number of printing papers, heat is taken away at each fixing operation, and in some cases, the outer peripheral portion of the heat roller maintains the fixing temperature. I can't do that. With respect to such problems, a device that heats the heat roller with a plurality of heating devices (Patent Documents 1 and 2), and a device that suppresses heat conduction other than the nip portion between the heat roller and the pressure roller (Patent Document 3). It has been known.
しかしながら、特許文献1及び2は、複数の加熱装置で熱ローラーを加熱するため、電力消費量が大きく、省電力効果が著しく低下することになる。また、特許文献3の構成は、熱ローラーの外周部に複数の遮熱孔を形成するものである。そのため、熱ローラーの内部で暖められた空気が遮熱孔から放出されることにより、空気と共に無駄に熱が失われる。 However, since Patent Documents 1 and 2 heat the heat roller with a plurality of heating devices, the power consumption is large and the power saving effect is significantly reduced. Moreover, the structure of patent document 3 forms a some heat shield hole in the outer peripheral part of a heat roller. Therefore, the air warmed inside the heat roller is discharged from the heat shield hole, so that heat is wasted with the air.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄肉の熱ローラーが用いられる場合でもあっても、熱の放出を抑制して、熱ローラーの外周部の温度の低下を抑制することにより、加熱量を上げることなく連続する定着動作を行うことが可能な定着装置およびこの定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to suppress the release of heat and reduce the temperature of the outer peripheral portion of the heat roller even when a thin heat roller is used. An object of the present invention is to provide a fixing device capable of performing a continuous fixing operation without increasing the amount of heating by suppressing it, and an image forming apparatus including the fixing device.
本発明の一の局面に係る定着装置は、熱ローラーと、内部遮断部と、加熱部とを備える。前記熱ローラーは、外部から遮蔽された内部空間を有し、回転しながら記録媒体に接触することにより記録媒体に転写されたトナーに熱を伝達する。前記内部遮断部は、前記熱ローラーの前記内部空間に設けられ、前記熱ローラーの外周部との間に空隙を形成する。前記加熱部は、前記内部遮断部によって支持されており、前記外周部を内部から加熱する。 A fixing device according to one aspect of the present invention includes a heat roller, an internal blocking unit, and a heating unit. The heat roller has an internal space shielded from the outside, and transfers heat to the toner transferred to the recording medium by contacting the recording medium while rotating. The internal blocking part is provided in the internal space of the heat roller, and forms a gap with the outer peripheral part of the heat roller. The heating part is supported by the internal blocking part and heats the outer peripheral part from the inside.
本発明の他の局面に係る画像形成装置は、記録媒体にトナーによる画像を転写する画像形成部と、前述の定着装置を備えている。 An image forming apparatus according to another aspect of the present invention includes an image forming unit that transfers an image of toner onto a recording medium, and the above-described fixing device.
本概要は、添付の図面を適宜参照しつつ、以下の詳細な説明に記載される概念をまとめたものを簡略化した形態で紹介するために設けられる。本概要は、請求項に記載の主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、また、請求項に記載の主題の範囲を限定することを意図したものでもない。さらに、請求項に記載された対象は、本開示のいずれの部分において記載される一部或いは全ての欠点を解決する実施形態に限定されるものではない。 This Summary is provided to introduce a selection of concepts in a simplified form that are appropriate for the following detailed description, with reference where appropriate to the accompanying drawings. This Summary is not intended to identify key features or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to limit the scope of the claimed subject matter. . Furthermore, the claimed subject matter is not limited to embodiments that solve any or all disadvantages noted in any part of this disclosure.
本発明によれば、薄肉の熱ローラーが用いられる場合でもあっても、熱の放出を抑制して、熱ローラーの外周部の温度の低下を抑制することにより、加熱量を上げることなく連続する定着動作を行うことが可能である。 According to the present invention, even if a thin-walled heat roller is used, it suppresses the release of heat and suppresses the decrease in the temperature of the outer peripheral portion of the heat roller, thereby continuing without increasing the heating amount. It is possible to perform a fixing operation.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate.
[画像形成装置10]
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置10(本発明の画像形成装置の一例)の構成を示す模式図である。画像形成装置10は、読み取られた原稿の画像データや外部から入力された画像データに基づいて印刷用紙Sに画像を形成するものである。図1に示されるように、画像形成装置10は、原稿の画像を読み取るスキャナー12と、電子写真方式の画像形成部14とを備えている。スキャナー12は画像形成装置10の上部に設けられており、画像形成部14は画像形成装置10の下部に設けられている。なお、本発明の実施形態に係る画像形成装置10の具体例は、プリンター、複写機、ファクシミリ、又はこれらの各機能を備えた複合機である。
[Image forming apparatus 10]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an image forming apparatus 10 (an example of the image forming apparatus of the present invention) according to an embodiment of the present invention. The
画像形成部14は、スキャナー12で読み取られた画像データや外部から入力された画像データなどの印刷ジョブに基づいて印刷用紙Sに画像を形成する。画像形成部14は、主として、給紙トレイ16と、搬送ローラー19と、転写装置15と、定着装置18(本発明の定着装置の一例)と、操作表示部17と、これらの動作を制御する制御部(不図示)と、を備えている。これらの構成要素は、画像形成部14の筐体を構成するケーシング20の内部に配置されている。給紙トレイ16は、複数枚の印刷用紙Sを保持可能に構成されている。転写装置15は、給紙トレイ16から給送された印刷用紙Sの表面にトナー像を転写する。定着装置18は、印刷用紙Sに転写されたトナー像を印刷用紙Sに定着させる。
The
前記制御部は、画像形成装置10の動作モードを通常モード又は省電力モード(スリープモード)のいずれかに切り替える制御を行う。ここで、前記通常モードとは、画像形成指示が入力された場合に直ぐに画像形成装置10における画像形成動作を実行可能な状態にしておく動作モードである。具体的には、前記制御部は、トナーを定着させることが可能な所定の定着温度となるように、定着装置18における熱ローラー38を加熱制御する。また、前記省電力モードとは、一定の時間内に画像形成指示が入力されなかった場合に、熱ローラー38の温度を前記定着温度よりも低い温度となるように加熱制御したり、或いは定着装置18における加熱を停止させたりする動作モードである。なお、画像形成装置10における動作モードの切り替え、及び各動作モードについては周知であるため、本実施形態では詳細な説明を省略する。
The control unit performs control to switch the operation mode of the
ケーシング20の上部とスキャナー12との間には、前方が開放された排紙スペース21が設けられている。その排紙スペース21の下面に排紙トレイ23が設けられている。給紙トレイ16から給送された印刷用紙Sは、ケーシング20内に設けられた搬送路20Aに沿って、搬送ローラー19によって搬送され、その搬送過程において転写装置15によって印刷用紙Sにトナー像が転写される。印刷用紙Sに転写されたトナー像は、定着装置18を通過する際に加熱溶融されることによって印刷用紙Sに定着される。定着装置18を通過した印刷用紙Sは、排紙スペース21に排出されて、排紙トレイ23に保持される。
Between the upper part of the
[定着装置18]
定着装置18は、フレーム34と、熱ローラー38(本発明の熱ローラーの一例)と、圧ローラー39(本発明の圧ローラーの一例)と、温度センサー44と、を備えている。
[Fixing device 18]
The fixing
図2に示されるように、熱ローラー38及び圧ローラー39は、共に、画像形成装置10の奥行き方向(図2の紙面に垂直な方向)へ長い円筒形状に形成されている。つまり、圧ローラー39は、熱ローラー38に平行に設けられている。熱ローラー38及び圧ローラー39は、フレーム34に回転可能に支持されている。圧ローラー39は、熱ローラー38に圧接された状態で支持されている。そのため、熱ローラー38と圧ローラー39との圧接点に印刷用紙Sを挟持可能なニップ部82が形成される。熱ローラー38の回転軸58(図3参照)に図示しないモーターの回転駆動力が入力される。これにより、熱ローラー38が回転される。また、熱ローラー38の回転に従動して圧ローラー39も回転される。
As shown in FIG. 2, both the
図2に示されるように、熱ローラー38の内側には内部空間51が形成されている。内部空間51は、熱ローラー38のローラー表面を構成する外周部38Aによって、空気の出入りができないように外部から遮蔽されている。つまり、熱ローラー38は、外部から遮蔽された内部空間51を有している。外周部38Aは金属などの硬質な材料であって、かつ、熱に強い耐熱性を有する材料で形成されている。図3に示されるように、外周部38Aの長手方向の両端の側壁38Bの中心には回転軸58が設けられている。この回転軸58がフレーム34に回転可能に支持されている。図示しないモーターからの回転駆動力が回転軸58に入力されると、熱ローラー38は、回転軸58を中心に図2に示される回転方向30(図2において時計回転方向)へ回転する。これにより、熱ローラー38は、圧ローラー39とともに回転しながらニップ部82で印刷用紙Sに接触しつつ、印刷用紙Sを挟持しながら搬送する。この搬送過程において、後述する加熱部55によって加熱された熱ローラー38から印刷用紙S上のトナーに熱が伝達される。これにより、トナーが印刷用紙Sに定着される。なお、回転軸58には、中心軸方向に貫通孔59が形成されている。この貫通孔59に後述の内部遮断部53の支軸63が挿通される。
As shown in FIG. 2, an
図2に示されるように、熱ローラー38の内部空間51には、内部遮断部53(本発明の内部遮断部の一例)と、加熱部55(本発明の加熱部の一例)とが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
内部遮断部53は、熱ローラー38の外周部38Aとの間に空隙60を形成するものである。具体的には、内部遮断部53は、金属製又は樹脂製で形成された筐体62と、筐体62の内部に充填された断熱材64とを備えて構成されている。筐体62の長手方向の両端部には、内部遮断部53を支持するための支軸63が設けられている。支軸63は、熱ローラー38の回転軸63の貫通孔59に挿通されている。支軸63は、貫通孔59から回転軸58の軸方向の外側へ露出されており、その露出された支軸63が画像形成装置10の図示しない内部フレームに固定されている。これにより、内部遮断部53は、熱ローラー38の回転動作に影響して回転することなく、常に定位置で固定されている。なお、支軸63と貫通孔59との隙間にはゴム製のリング状のシール部材が介在されており、内部空間51の空気が貫通孔59から外部へ漏出しないようになっている。
The
断熱材64は、熱の伝達(熱伝導)を抑制するためのものである。後述する加熱部55によって暖められた空隙60の空気の熱が筐体62の内部へ伝導されると空隙60の温度が低下する。これにより、熱ローラー38の外周部38Aの温度変化(温度低下)が大きくなる。そのため、断熱材64が筐体62の内部に設けられている。これによって、空隙60の空気の熱が筐体62の内部へ伝達することが防止される。断熱材64としては、例えば、グラスウールやロックウールなどの繊維系断熱材などを適用できる。また、筐体62の内部を空洞にして断熱効果の高い気体(空気など)が充填された構成や、あるいは内部の空洞が真空にされた構成などを適用することもできる。
The
筐体62は、円弧形状の曲面部66と、凹陥部68とを有する。曲面部66は、熱ローラー38の外周部38Aの内面との間で一定距離を隔てる曲面を有している。この曲面部66は、外周部38Aとの間で一定距離の空隙60を形成している。
The
凹陥部68は、後述の加熱部55を内包するスペースを形成している。具体的には、凹陥部68は、曲面部66から筐体62の内部側へ陥没された構成となっており、概ね円弧形状に形成されている。凹陥部68は、熱ローラー38の回転軸方向に渡って形成されている。この凹陥部68の内部に加熱部55が収容されている。言い換えると、凹陥部68に加熱部55が内包されている。
The recessed
図2に示されるように、凹陥部68は、ニップ部82よりも熱ローラー38の回転方向30の上流側へ所定の角度θだけ隔てられた位置Pに設けられている。ニップ部82は、熱ローラー38と圧ローラー39との圧接点である。そのため、前記位置Pは、前記圧接点よりも角度θだけ隔てられた位置である。このような位置Pに設けられた凹陥部68に加熱部55が収容されている。
As shown in FIG. 2, the recessed
加熱部55は、熱ローラー38の外周部38Aを内部から加熱するものである。加熱部55は、例えば、熱ローラー38の長手方向に長いハロゲンヒーターなどである。もちろん、加熱部55は、ハロゲンヒーター以外のヒーターであってもよい。加熱部55は、外周部38Aの内面に熱を放射して、外周部38Aを加熱する。上述したように、加熱部55は、凹陥部68に収容されている。具体的には、加熱部55は、凹陥部68に収容された状態で、内部遮断部53によって支持されている。本実施形態では、前記位置Pに設けられた凹陥部68に加熱部55が収容されている。そのため、加熱部55は、凹陥部68に対応した外周部38Aの被加熱領域70を加熱する。詳細には、加熱部55は、熱ローラー38の外周部38Aにおいて、ニップ部82よりも熱ローラー38の回転方向30の上流側へ角度θだけ隔てられた被加熱領域70に熱を放射して、その被加熱領域70を加熱する。つまり、加熱部55は、被加熱領域70に対応する位置Pで内部遮断部53によって支持されている。ここで、角度θは、加熱部55によって被加熱領域70が加熱されたときに、ニップ部82がトナーを定着させるに十分な温度を保持しうる角度に設定されている。この角度θは、熱ローラー38の外径寸法や、回転速度、外周部38Aの熱容量、隙間60の容積などの要素に応じた角度に設定される。
The
図4に示されるように、筐体62は、一対のアーム部74を有している。アーム部74は、筐体62の両方の側壁65それぞれに設けられている。なお、図4では、一方側の側壁65に設けられた構成が示されており、他方側のアーム部74の図示は省略されている。また、図4では、説明の便宜上、支軸63の図示が省略されている。アーム部74は、側壁65から凹陥部68側へ延びている。アーム部74は、電気を通すことができるSUSやりん青銅などの電導性材料で構成された板状部材である。アーム部74は、支軸62の付近から凹陥部68へ向けて延びる側壁65に平行な平行部74Aと、平行部74Aの支軸62側の端部から側壁65に垂直な垂直部74Bとにより構成されている。平行部74Aがビスなどの締結具あるいは接着材料などによって側壁65に固定されている。なお、平行部74Aと側壁65との間には、絶縁シートなどが介在されている。
As shown in FIG. 4, the
平行部74Aの凹陥部68側の端部は、加熱部55の長手方向の端部に設けられた電極56に固定されている。これにより、加熱部55は、凹陥部68に収容された状態で一対のアーム部74によって支持される。また、平行部74Aの凹陥部68側の端部は、電極56に電気的に接続されている。また、垂直部74Bの端部には加熱部55へ電力を供給するためのコネクタ76が接続されている。コネクタ76は、不図示の電源回路に接続されている。これにより、加熱部55を加熱するための電力は、前記電源回路からコネクタ76、アーム部74、電極56を経て加熱部55に供給される。
The end of the
このように、定着装置18が構成されているため、加熱部55による被加熱領域70への加熱が行われると、被加熱領域70が加熱されるだけでなく、その輻射熱によって空隙60の空気が加熱される。熱ローラー38の内部空間51は外部から空気が入り込まないように遮蔽されているため、空隙60の暖められた空気は外部へ漏出しない。また、空隙60の空気の熱は、筐体62によって内部遮断部53の内部には伝わらない。このため、空隙60内の温度が無駄に放出されなくなり、大幅に低下しなくなる。これにより、熱ローラー38の外周部38Aの熱が空隙60の空気に奪われにくくなり、また、定着後に外周部38Aの温度が低下する場合でも、空隙60内の高温に維持された空気によって外周部38Aの温度低下が抑えられる。その結果、定着動作のたびに外周部38Aの温度が極端に低下することがなくなるため、複数枚の印刷用紙Sに対して連続して定着動作が行われる場合でも、加熱量を上げることなく、熱ローラー38を定着可能な温度に加熱制御することができる。また、熱ローラー38の外周部38Aの熱の放出が抑制されるため、熱容量の小さい薄肉の熱ローラー38を使用することができ、これにより、画像形成装置10が省電力モードから復帰した場合や電源が投入された場合でも、熱ローラー38を定着可能な温度まで急速に昇温させることができる。
As described above, since the fixing
なお上述の実施形態では、本発明の一実施形態として、定着装置18を備えた画像形成装置10を例示したが、もちろん、本発明は定着装置18のみの単体製品にも適用可能である。
In the above-described embodiment, the
本開示の範囲は、請求項の記載に先行する詳細な説明ではなく、添付の請求項の記載により定義されるので、本明細書に記載の実施形態は、例示に過ぎず、かつ非限定的であると理解されたい。従って、特許請求の範囲から逸脱しない変更の全て、または均等物が、請求の範囲に含まれる。 Since the scope of the present disclosure is defined not by the detailed description preceding the description of the claims but by the description of the appended claims, the embodiments described herein are merely exemplary and non-limiting I want to be understood. Therefore, all the changes which do not deviate from a claim, or an equivalent are included in a claim.
10:画像形成装置
18:定着装置
38:熱ローラー
39:圧ローラー
51:内部空間
53:内部遮断部
55:加熱部
60:空隙
62:筐体
64:断熱材
68:凹陥部
70:被加熱領域
74:アーム部
82:ニップ部
10: Image forming apparatus 18: Fixing apparatus 38: Heat roller 39: Pressure roller 51: Internal space 53: Internal blocking part 55: Heating part 60: Air gap 62: Housing 64: Heat insulating material 68: Recessed part 70: Heated area 74: Arm part 82: Nip part
Claims (5)
前記熱ローラーの前記内部空間に設けられ、前記熱ローラーの外周部との間に空隙を形成する内部遮断部と、
前記内部遮断部によって支持され、前記外周部を内部から加熱する加熱部と、を具備する定着装置。 A heat roller having an internal space shielded from the outside and transferring heat to the toner transferred to the recording medium by contacting the recording medium while rotating;
An internal blocking part that is provided in the internal space of the heat roller and forms a gap with the outer periphery of the heat roller;
And a heating unit that is supported by the internal blocking unit and heats the outer peripheral part from the inside.
前記内部遮断部は、前記熱ローラーの前記外周部において前記熱ローラーと前記圧ローラーとの圧接点よりも前記熱ローラーの回転方向の上流側へ所定角度だけ隔てられた被加熱領域に対応する位置で前記加熱部を支持する請求項1に記載の定着装置。 A pressure roller provided in parallel with the heat roller and rotatable in a state of being pressed against the heat roller;
The internal blocking portion corresponds to a heated region that is separated from the pressure contact point between the heat roller and the pressure roller by a predetermined angle toward the upstream side in the rotation direction of the heat roller at the outer peripheral portion of the heat roller. The fixing device according to claim 1, wherein the fixing unit supports the heating unit.
前記加熱部は、前記凹陥部に収容された状態で前記一対のアーム部によって支持されている請求項3に記載の定着装置。 The housing includes a recessed portion that encloses the heating unit over a rotation axis direction of the heat roller, and a pair of arm portions that extend from both side walls of the housing to the recessed portion side,
The fixing device according to claim 3, wherein the heating unit is supported by the pair of arm units in a state of being accommodated in the recessed portion.
An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1.
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