JP2016004161A - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に備えられる定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device provided in an image forming apparatus using an electrophotographic system.
電子写真方式、静電記録方式等を採用するプリンタ、複写機等の画像形成装置には、記録材に形成された未定着トナー像を記録材に定着させるための加熱定着装置（以下、定着装置）が具備されている。定着装置としては、加熱された定着ローラと加圧ローラが互いに圧接し回転することで形成されるニップ部で、未定着トナー像を担持した記録材を挟持搬送し、トナー像を記録材上に永久画像として定着させる、いわゆる熱ローラ方式が広く知られている。一方で、クイックスタートや、スタンバイ時に定着装置に電力を供給せず消費電力を極力低く抑えたフィルム（可撓性を有する筒状の回転体）加熱方式の定着装置が実用化されている。フィルム加熱方式の定着装置は、例えば、特許文献１等に提案され実用化されている。 2. Description of the Related Art Image forming apparatuses such as printers and copiers that employ an electrophotographic method, an electrostatic recording method, and the like include a heat fixing device (hereinafter, a fixing device) for fixing an unfixed toner image formed on a recording material to the recording material. ). As a fixing device, a recording material carrying an unfixed toner image is nipped and conveyed at a nip portion formed by rotating a heated fixing roller and a pressure roller against each other, and the toner image is placed on the recording material. A so-called heat roller system for fixing as a permanent image is widely known. On the other hand, a film (flexible cylindrical rotating body) heating type fixing device in which power consumption is suppressed as much as possible without supplying power to the fixing device during a quick start or standby has been put into practical use. A film heating type fixing device has been proposed and put to practical use, for example, in Patent Document 1.
図３〜図５を参照して、代表的なフィルム加熱方式の定着装置の概略構成を説明する。定着ニップ部Ｎは、支持部材１２に保持された加熱体１１と加圧ローラ２０との間に樹脂性や金属性の可撓性部材である高熱伝導フィルム１３（以下、定着フィルム）を挟んで形成される。この定着ニップ部Ｎに導入された未定着トナー画像を形成担持させた記録材Ｐは、所定の定着温度に制御された加熱体１１の熱により加熱されるとともに、定着フィルム１３と加圧ローラ２０との間で加圧されることで、トナー画像が加熱定着される。良好な定着画像を得る為の十分な定着ニップ部Ｎの幅を形成すべく、加熱体１１を保持する支持部材１２は、軸支された加圧ローラ２０に対してその弾性に抗するように、ステー１４を介して加圧バネ１５等によって押圧される。ステー１４は、長手方向に渡って略均一な幅の定着ニップ部Ｎを安定して形成しえるように、逆Ｕの字形状に成型した金属製の部材であり、加圧１５の加圧によって支持部材１２に対して長手方向に略均一な加圧力を与える。加圧ローラ２０としては、一般に耐熱弾性ローラが用いられ、加熱体１１としては、一般に所謂セラミックヒータと呼ばれるもので、図４（ａ）に示すような表面加熱方式や、図４（ｂ）に示すような裏面加熱方式のヒータが用いられる。支持部材１２としては、液晶ポリマー等をベースにした耐熱断熱支持部材、定着フィルム１３としては、一般に円筒体やエンドレスベルト体の形態で薄肉の耐熱性樹脂フィルムや金属フィルムが用いられる。
A schematic configuration of a typical film heating type fixing device will be described with reference to FIGS. 3 to 5. The fixing nip portion N sandwiches a high thermal conductive film 13 (hereinafter referred to as a fixing film), which is a resinous or metallic flexible member, between the
定着ニップ部Ｎの温度は、加熱体１１の発熱を制御することにより、所望の定着設定温度に保たれる。加熱体１１の発熱制御は、加熱体１１の背面に設けた不図示のサーミスタ等温度検知素子の信号に応じて、ＣＰＵが通電発熱抵抗層１１ｂに印加する電圧のデューティー比や波数等を決定し適切に制御することでなされる。この発熱制御によって加熱体１１において発生せしめた熱エネルギは、定着フィルム１３を介し記録材Ｐへ伝えられ、未定着トナー画像の加熱定着に供される。
The temperature of the fixing nip portion N is maintained at a desired fixing set temperature by controlling the heat generation of the
加熱体１１から記録材Ｐへ伝えられる熱エネルギが不足すると、定着不良に代表される問題が起こる。逆に、供給する熱エネルギが過剰であると、省エネ性が損なわれるうえ、
記録材Ｐがカールすることによって紙搬送性に関する問題や排紙後の積載性に関する問題が起こる。従って、良好な定着性と省エネを実現し、カールの発生を抑えられる画像形成装置を実現する為には、加熱体１１が記録材Ｐに供給する熱エネルギを適切な一定値に収める必要がある。これまでの最適な温度制御の追及、すなわち、定着性とカール抑制の両立が成り立つ適切な熱エネルギ供給の実現は、上述の温度検知に基づく温調制御をいかに精度高く行うか、いかに狙いの温調値に適切に設定できるか、に重きを置かれていた。しかし、現実には定着装置を構成する部品のバラつきに起因し、特定の温調値に設定しても、記録材Ｐへ伝えられる熱エネルギにバラつきが生じることがある。その結果、各画像形成装置の個体差として、定着性の劣るものや、使用環境によってはカールの発生により搬送性や排紙積載性において更なる改善が望まれる場合が発生することがあり、その防止・高品位の製品を安定提供することが課題として挙げられている。
If the heat energy transmitted from the
When the recording material P is curled, problems relating to paper conveyance and problems relating to stackability after paper discharge occur. Therefore, in order to realize an image forming apparatus that can achieve good fixing performance and energy saving and suppress the occurrence of curling, it is necessary to keep the thermal energy supplied to the recording material P by the
本出願の発明者らによる検討の結果、加熱体１１から記録材Ｐに供給される熱エネルギのバラつく要因は、図５に示す内面ニップＮｉｎのバラつきに関係することが判明した。定着ニップ部Ｎが加圧ローラ２０と定着フィルム１３の接触する領域であるのに対して、内面ニップＮｉｎは加熱体１１と定着フィルム１３が接触している領域である。内面ニップＮｉｎが狭ければ加熱体１１から記録材Ｐへ供給される熱エネルギは小さく、逆に内面ニップＮｉｎが広ければ供給される熱エネルギは大きくなる訳である。従って、内面ニップＮｉｎを一定に維持する必要がある。しかしながら、内面ニップＮｉｎは、加圧ローラ２０の硬度や外径、定着フィルム１３の厚みや剛性、加圧バネ１５の強さ等の影響を複雑に受けて形成される。これらの物理特性は応用上、所定の公差を設け管理するが、公差をゼロに設定することは現実的ではない。そのため、各部品の公差によるバラつき、および、それらの組み合わせによって、内面ニップＮｉｎは不可避的にバラつきを持つこととなる。その結果として、個々の定着装置ごとに、加熱体１１から記録材Ｐへ伝えられる熱エネルギにおいてもバラつきが生じることとなる。
As a result of examination by the inventors of the present application, it has been found that the factor of variation in the thermal energy supplied from the
本発明の目的は、定着装置において、加熱体から記録材へ供給される熱エネルギのバラつきを抑制することができる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing variation in thermal energy supplied from a heating body to a recording material in a fixing device.
上記目的を達成するため、本発明の定着装置は、
記録材に形成された未定着トナー像を記録材に定着させる定着装置であって、
可撓性を有する筒状のフィルム部材と、
前記フィルム部材の内周面に接触するように配置される加熱体と、
前記フィルム部材を介して前記加熱体に圧接されかつ回転することにより、前記フィルム部材との間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する回転体と、
を備える定着装置において、
前記加熱体は、前記フィルム部材の内周面に対向する対向面における、前記回転体の回転にともなって前記フィルム部材が回転することにより前記フィルム部材と摺動する摺動領域において、熱伝導率が相対的に高い第１領域と、熱伝導率が相対的に低い第２領域であって前記第１領域の記録材の搬送方向における両側にそれぞれ形成される第２領域と、を有す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 device for fixing an unfixed toner image formed on a recording material to the recording material,
A tubular film member having flexibility;
A heating element arranged to contact the inner peripheral surface of the film member;
A rotating body that forms a fixing nip portion that sandwiches and conveys a recording material between the film member and the film member by pressing and rotating the heating body through the film member; and
In a fixing device comprising:
The heating body has a thermal conductivity in a sliding area where the film member slides with the rotation of the rotating body on a facing surface facing the inner peripheral surface of the film member, and the film member slides. A first region having a relatively high thermal conductivity and a second region having a relatively low thermal conductivity and formed on both sides of the first region in the conveyance direction of the recording material. Features.
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に未定着トナー像を形成する画像形成部と、
上記定着装置と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the image forming apparatus of the present invention includes:
An image forming unit for forming an unfixed toner image on a recording material;
The fixing device;
It is characterized by providing.
本発明によれば、定着装置において、加熱体から記録材へ供給される熱エネルギのバラ
つきを抑制することができる。
According to the present invention, in the fixing device, variations in thermal energy supplied from the heating body to the recording material can be suppressed.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in this embodiment should be appropriately changed according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
＜実施例１＞
本発明の実施例に係る加熱定着装置（定着装置）は、電子写真方式を採用するプリンタ、複写機等の画像形成装置に備えられるものであり、加熱体の特徴的な構成により、加熱体から記録材へ供給される熱エネルギを安定化させることができることを特徴とする。
<Example 1>
A heat fixing device (fixing device) according to an embodiment of the present invention is provided in an image forming apparatus such as a printer or a copying machine that employs an electrophotographic system. The thermal energy supplied to the recording material can be stabilized.
（１）画像形成装置例
図２は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。１は、感光ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光ドラム１は、矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に、レーザースキャナ３より、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビームＬによる走査露光が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、１成分系の非接触ジャンピング現像法が用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。
(1) Image Forming Apparatus Example FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a photosensitive drum, in which a photosensitive material such as OPC, amorphous Se, or amorphous Si is formed on a cylindrical substrate such as aluminum or nickel. The photosensitive drum 1 is rotationally driven in the direction of the arrow. First, the surface thereof is uniformly charged by a charging
可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録材Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するように８のセンサにて記録材の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録材Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。このトナー像が転写された記録材Ｐは定着部としての加熱定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。 The visualized toner image is transferred from the photosensitive drum 1 onto the recording material P conveyed at a predetermined timing by a transfer roller 5 as a transfer device. Here, the leading edge of the recording material is detected by eight sensors so that the image forming position of the toner image on the photosensitive drum 1 matches the writing position of the leading edge of the recording material, and the timing is adjusted. The recording material P conveyed at a predetermined timing is nipped and conveyed between the photosensitive drum 1 and the transfer roller 5 with a constant pressure. The recording material P onto which the toner image has been transferred is conveyed to a heat fixing device 6 as a fixing unit and fixed as a permanent image.
一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。また、９は加熱定着装置６内に設けられた排紙センサであり、紙がトップセンサ８と排紙センサの間で紙詰まりなどを起こした際に、それを検知する為のセンサである。なお、上記構成において、記録材Ｐ上への未定着トナー像の形
成にかかわる構成が、本発明における画像形成部を構成する。
On the other hand, the residual toner remaining on the photosensitive drum 1 is removed from the surface of the photosensitive drum 1 by the cleaning device 7.
（２）加熱定着装置６
図３は、本発明の実施例に係る加熱定着装置６の概略構成を示す模式図であり、図３（ａ）は、加熱定着装置６の模式的断面図、図３（ｂ）は、加熱定着装置６の分解斜視図である。この加熱定着装置６は基本的には互いに圧接してニップ部Ｎを形成する定着アセンブリ１０と加圧ローラ２０よりなるフィルム加熱方式の加熱定着装置である。図３に示すように、定着アセンブリ１０は、主に、定着フィルム１３、加熱体（ヒータ）１１、加熱体１１を保持する支持部材１２、加圧バネ１５より加圧力を受けて支持部材１２を加圧ローラ２０に抗して押圧する金属ステー１４から構成される。
(2) Heat fixing device 6
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the heat fixing device 6 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the heat fixing device 6, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the fixing device 6. FIG. The heat fixing device 6 is basically a film heating type heat fixing device comprising a fixing
ａ）定着フィルム（フィルム部材）１３
定着フィルム１３は、クイックスタートを可能にするために総厚２００μｍ以下の厚みに構成された可撓性を有する筒状の耐熱性フィルムである。ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂やステンレス、ニッケル等の金属ベルトを基層として形成されている。このうち、前者の耐熱性樹脂に関しては熱伝導性を向上させるために、ＢＮ、アルミナ、Ａｌ等の高熱伝導性粉末を混入してあってもよい。また、長寿命の加熱定着装置を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた定着フィルム１３として、総厚２０μｍ以上の厚みが必要である。よって定着フィルム１３の総厚としては２０μｍ以上２００μｍ以下が最適である。
a) Fixing film (film member) 13
The fixing
さらにオフセット防止や記録材の分離性を確保するために表層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン テトラフルオロエチレン共重合体）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合ないし単独で被覆して離型性層を形成してある。被覆の方法としては、定着フィルム１３の外面をエッチング処理した後に離型性層をディッピングするか、粉体スプレー等の塗布であってもよい。あるいは、チューブ状に形成された樹脂を定着フィルム１３の表面に被せる方式であってもよい。または、定着フィルム１３の外面をブラスト処理した後に、接着剤であるプライマ層を塗布し、離型性層を被覆する方法であってもよいし、離型性に優れた材料から成型した単層構成であってもよい。本実施例では、基層ポリイミド製で厚み５５μｍ、その上に接着層を設け、表層は導電材を付与したＰＦＡを厚み１０μｍでコーティングし、総厚は７０μｍ、直径は１８ｍｍとし、基層には高熱伝導性粉末を混入することにより高熱伝導化を図っている。
Furthermore, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer) are used on the surface layer to prevent offset and ensure separation of the recording material. ), ETFE (ethylene tetrafluoroethylene copolymer), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), and other heat-resistant resins with good releasability such as silicone resin are mixed or used alone A release layer is formed by coating with. As a coating method, the outer surface of the fixing
ｂ）加圧ローラ（回転体）２０
加圧ローラ２０は、ＳＵＳ、ＳＵＭ、Ａｌ等の金属製芯金２１の外側に弾性層２２を形成した弾性ローラである。弾性層２２としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムで形成した弾性ソリッドゴム層、より断熱効果を持たせるためにシリコーンゴムを発泡して形成した弾性スポンジゴム層などが挙げられる。また、弾性層２２としては、シリコーンゴム層内に中空のフィラー（マイクロバルーン等）を分散させ、硬化物内に気体部分を持たせて断熱効果を高めた弾性気泡ゴム層なども挙げられる。このような弾性層２２の上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性層を形成してあってもよい。本実施例では、シリコーンバルーンゴム層を厚み３．５ｍｍ、直径１８ｍｍ、表層はＰＦＡ製で厚み３０μｍ、製品硬度はアスカーＣ硬度で４０度となっている。
b) Pressure roller (rotating body) 20
The
ｃ）加熱体（ヒータ）１１
加熱手段としての加熱体（ヒータ）１１は、定着フィルム１３の内面に接触・伝熱する
ことによりニップ部Ｎの加熱を行う。本実施例においては表面加熱方式のヒータを用いた。詳細は別途後述する。
c) Heating body (heater) 11
A heating body (heater) 11 as a heating means heats the nip portion N by contacting and transferring heat to the inner surface of the fixing
ｄ）支持部材（断熱性ホルダー）１２
支持部材（断熱性ホルダー）１２は、加熱体１１等を支持する部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂により形成される。熱伝導率が低いほど加圧ローラ２０への熱伝導が良くなるので、樹脂層中にガラスバルーンやシリカバルーン等のフィラーを内包してあっても良い。支持部材１２は、定着フィルム１３の回転を案内する役目も持つ。支持部材１２は、溝穴が設けられており、その溝穴に加熱体１１を嵌合させることにより加熱体１１を保持する構成である。１４は金属ステーであり、支持部材１２と接触し、定着アセンブリ１０全体の撓みや捩れを抑制する。
d) Support member (heat insulating holder) 12
The support member (heat insulating holder) 12 is a member that supports the
ｅ）加熱定着装置６の駆動及び制御方法
定着アセンブリ１０は、次のような構成により定着フィルム１３が加圧ローラ２０の弾性に抗して押圧され、所定の定着ニップ部Ｎを形成する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、金属ステー１４は、その長手方向の両端が支持部材１２から突き出ており、ステー両端部にあるバネ受け部１４ａがバネ受け部材を介して加圧バネ（コイルバネ）１５によって加圧される。荷重は、ステー足部１４ｂを介して支持部材１２の長手方向に渡って均一に伝達される。定着ニップ部Ｎでは、加圧力によって定着フィルム１３が加熱体１１と加圧ローラ２０の間に挟まれることで撓み、加熱体１１の加熱面に密着した状態になる。
e) Driving and Control Method of Heat Fixing Device 6 In the fixing
加圧ローラ２０は、芯金２１の端部に設けられた不図示の駆動ギアにより、図３（ａ）の矢印の方向に回転する駆動力を得る。駆動力は、制御手段を統制する不図示のＣＰＵからの指令に従い、装置本体の不図示のモータ等の駆動源より伝達される。この加圧ローラ２０の回転駆動に伴って、定着フィルム１３は、加圧ローラ２０との摩擦力により従動回転する。定着フィルム１３は、加熱ヒータ１１との間にフッ素系やシリコーン系の耐熱性グリース等の潤滑材を介在させることにより摩擦抵抗が低く抑えられ、滑らかに回転可能となっている。また、定着フィルム１３の電位は、図３（ｂ）に示すように、導電ゴム輪１６を介し不図示のバイアス印加回路により適正値に制御される。
The
加熱体１１の温度は、定着ニップ部Ｎ内の温度を所望の定着設定温度に保つべく、ＣＰＵにより制御される。ＣＰＵは、セラミック基板１１ａの背面に設けた不図示のサーミスタ等温度検知素子の信号に応じて、通電発熱抵抗層１１ｂに印加する電圧のデューティー比や波数等を決定し適切に制御する。未定着トナー画像を保持した記録材Ｐは、所定のタイミングに不図示の供給手段によって定着ニップ部Ｎに供給され、定着ニップ部Ｎ内を搬送されることで加熱定着が行われる。定着ニップ部Ｎより排出された記録材Ｐは、不図示の排紙ガイドに案内されて排出される。
The temperature of the
（３）内面ニップ及びその把握方法
図５は、加熱定着装置６の定着ニップ部Ｎ周辺の構成を示す模式的断面図である。加圧ローラ２０と定着フィルム１３が圧接されることで形成される接触領域が定着ニップ部Ｎであるのに対し、加熱体１１と定着フィルム１３が圧接されることで形成される接触領域を内面ニップＮｉｎと定義する。定着ニップ部Ｎと同様に、内面ニップＮｉｎも加熱定着装置６を構成する各部品の影響を受けバラつきを生じる。しかしながら、内面ニップＮｉｎは定着フィルム１３の内部において形成されることから直接観察することはできない。そのため、内面ニップＮｉｎは、構造計算による算出、摺擦痕を利用した実験的測定などによって求めることになる。本実施例における内面ニップＮｉｎは摺擦痕を利用した実験的測定によって定義する。
(3) Inner surface nip and its grasping method FIG. 5 is a schematic sectional view showing a configuration around the fixing nip portion N of the heat fixing device 6. The contact area formed by press-contacting the
ａ）摺擦痕を利用した内面ニップの測定方法
フィルム加熱方式の加熱定着装置６において、加熱体１１と定着フィルム１３は駆動時に摺擦を伴う。この摺擦領域が内面ニップ領域である。従って、図６（ａ）に示すように加熱体１１に適当な潤滑被膜３０を形成させた後に駆動せしめ、その結果観察される摺擦痕を測定することで内面ニップＮｉｎを実験的に把握することが可能である。すなわち、加熱体１１の定着フィルム１３の内周面との対向面に潤滑被膜３０を形成し、加熱体１１と定着フィルム１３とを摺動させたときに、潤滑被膜３０において定着フィルム１３との摺擦によって摩滅する領域が摺動領域となる。加熱体１１に施す潤滑被膜３０は、定着温度よりも十分高い耐熱性、適度な摺動性、接着性と適度な削れやすさの両立が要求される。本発明者らの検討の結果、グラファイト（ブラックルブ：オーデック社製）を塗工することで潤滑被膜３０を形成し、摺擦痕を観察することで内面ニップＮｉｎを良好に観察できることがわかった。
a) Measuring method of inner surface nip using rubbing trace In the heating and fixing apparatus 6 of the film heating type, the
ｂ）摺擦痕を利用した内面ニップの測定結果
本実施例においては、従来の加熱体に先述のグラファイトを塗工し、加熱定着装置を構成する部品において公差限度品を組み合わせ、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎから最大内面ニップＮｉｎ−ｍａｘに至るまで各構成における内面ニップＮｉｎを予め実験的に求めた。図６（ａ）は、潤滑被膜３０を形成した加熱体断面の模式図であり、図６（ｂ）は、通紙回転駆動に伴い引き起こされる摺擦痕の模式図である。摺擦部はグラファイトが剥落または光沢が高くなることから区別され、この変化が見られる領域を測定することで内面ニップＮｉｎを求めた。プロセススピードを１１５ｍｍ／ｓｅｃ、定着温調１８０℃に設定し、記録材Ｐが狭持搬送される場合の内面ニップを正確に測るため、紙間を最小限に抑えるため給紙装置を調整した。Ａ４サイズ坪量８０ｇの普通紙を１００枚通紙することで摺擦痕を観察した結果、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎは３．６ｍｍ、最大内面ニップＮｉｎ−ｍａｘは５．１ｍｍであった。なお、構造計算においても同等の結果が得られた。
b) Measurement result of inner surface nip using rubbing marks In this example, the above-mentioned graphite was applied to a conventional heating body, and the components constituting the heat fixing device were combined with tolerance limit products, and the minimum inner surface nip N The inner surface nip N in in each configuration from in-min to the maximum inner surface nip N in-max was experimentally determined in advance. FIG. 6A is a schematic diagram of a cross section of the heating body on which the lubricating
（４）加熱定着装置における熱エネルギ伝達と内面ニップ
先に述べた通り、加熱定着装置６において、加熱体１１を適切に通電制御することで定着ニップ部Ｎ内の温度を所望の定着設定温度に保ち、記録材Ｐおよび未定着トナー像が定着ニップ部Ｎへ搬送されるに際して適時熱エネルギを供給することで加熱定着を行う。より正確には、加熱体１１を所定の設定温度を維持するよう通電制御することで適時熱エネルギを発生せしめ、記録材Ｐおよび未定着トナー像に適時適切な熱エネルギの供給を行っている。加熱体１１において発生せしめた熱エネルギは、定着フィルム１３を伝わり記録材Ｐおよび未定着トナー像へと伝達されることで供給される。厳密には、加熱体１１から支持部材１２、定着フィルム１３を経て伝わる熱エネルギも存在するが、該熱エネルギの大きさは支持部材１２の熱伝導率が低いことから無視できるほど小さい。従って、加熱体１１で発生せしめた熱エネルギは、まず、加熱体１１内部における熱伝導の後、加熱体１１と定着フィルム１３の接触領域たる内面ニップＮｉｎを通じて熱伝達する。そして、定着フィルム１３内部における熱伝導を経て、最終的に記録材Ｐおよび未定着トナー像へ熱伝達されることとなる。
(4) Heat energy transmission and inner surface nip in the heat fixing device As described above, in the heat fixing device 6, the temperature in the fixing nip portion N is set to a desired fixing set temperature by appropriately controlling the energization of the
一般に、伝達される熱エネルギは温度勾配と面積に依存する。加熱定着装置６において同一の温調設定に従った通電制御実行時において、記録材Ｐおよび未定着トナー像に供給される熱エネルギにバラつきを生じる原因としては面積のバラつきが挙げられる。構成部品のバラつきにより、加熱体１１と定着フィルム１３の内面ニップＮｉｎ、つまり面積がバラつくことで伝達される熱エネルギに影響が生じる。フィルム加熱方式の加熱定着装置においては内面ニップＮｉｎの変動による影響が大きく、加熱定着工程においてバラつきの少ない安定した熱供給を達成するためには加熱体１１と定着フィルム１３の間における熱伝達のバラつきを解決する必要がある。製品の量産において、各構成部品は所定の公差を許容する必要があり、その結果として内面ニップＮｉｎが特定の値域内においてバラつきを生じることは応用上避けがたい。従って、内面ニップＮｉｎが特定の値域内において
バラつく構成においても熱伝達のバラつきを抑える構成を開発する必要がある。
In general, the thermal energy transferred depends on the temperature gradient and area. When the energization control according to the same temperature control setting is performed in the heat fixing device 6, the cause of the variation in the thermal energy supplied to the recording material P and the unfixed toner image is the variation in the area. Due to the variation in the components, the inner nip N in of the
（５）本実施例における熱伝導率の異なる物質を組み合わせた加熱体
本実施例を代表する加熱体１１の構成特徴を図１に示す。図１は、本実施例における加熱体１１の構成を示す模式的断面図である。内面ニップＮｉｎは、各構成部品の公差限度の組み合わせから最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎから最大内面ニップＮｉｎ−ｍａｘまで値域を持つ。加熱体１１において、耐熱摺動層１１ｃは高熱伝導率の物質により形成し、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外には低熱伝導率の物質を被覆する構成とする。これにより、定着フィルム１３と接触伝熱する耐熱摺動層１１ｃは、最終的に、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては高熱伝導率の物質により形成される。また、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外においては低熱伝導率の物質によって形成される。
(5) Heating body combining materials having different thermal conductivities in the present embodiment FIG. 1 shows the structural features of the
すなわち、本実施例における加熱体１１は、定着フィルム１３の内周面に対向する対向面における定着フィルム１３と摺動する摺動領域において、熱伝導率が相対的に高い第１領域と、熱伝導率が相対的に低い第２領域と、を有している。第２領域は、第１領域の記録材Ｐの搬送方向における両側にそれぞれ形成される。摺動領域の第１領域は、加熱体１１において熱伝導率が相対的に高い第１材料層である耐熱摺動層１１Ｈの表面の領域である。耐熱摺動層１１Ｈは、基板１１ａにおける通電発熱抵抗層１１ｂが形成された面上に通電発熱抵抗層１１ｂを覆うように形成される。摺動領域の第２領域は、耐熱摺動層１１Ｈの表面に被覆された、熱伝導率が相対的に低い第２材料層である耐熱摺動層１１Ｌの表面の領域である。摺動領域の第１領域は、搬送方向における幅の公差範囲における最小幅のときの摺動領域に包含されるように形成される。第２領域は、上記最小幅のときの摺動領域と、該摺動領域の記録材Ｐの搬送方向における両側においてそれぞれ重なるように形成される。なお、第２領域及び第２材料層は、第１領域及び第１材料層との間で、加熱体１１におけるそれらの熱伝導が支配的となるような熱伝導率の差が形成されればよいので、記録材Ｐの搬送方向の一方側と他方側とにおいて、それぞれ異なる材料で構成されてもよい。かかる構成によれば、加熱体１１における熱の伝達において支配的となる第１領域が、摺動領域の寸法公差にかかわらず一定の広さで形成される。摺動領域において第１領域を外れた領域は、第１領域よりも熱が伝達し難い第２領域となっている。したがって、加熱体１１で発生した熱エネルギは、摺動領域の寸法公差による大きさの変動の影響を受けずに、一定の量が定着フィルム１３へ供給されることになる。
That is, the
本実施例では、加熱体１１の基板１１ａには幅５．８３ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ板を用いた。アルミナの熱伝導率は、２．５６Ｅ−０２［Ｗ／（ｍｍ・Ｋ）］である。本実施例における加熱体１１は、基板１１ａの表面（フィルム摺動面）側の長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）からなる通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷により形成させ、その表面に耐熱摺動層１１ｃを形成させた表面発熱方式の構造をとる。
In this example, an alumina plate having a width of 5.83 mm, a length of 270 mm, and a thickness of 1 mm was used for the
耐熱摺動層１１ｃにおいて、高熱伝導率の耐熱摺動層１１Ｈにはアルミナを３０％添加した高熱伝導ガラスを採用、低熱伝導率の耐熱摺動層１１Ｌにはポリイミド樹脂によるコーティング（ＰＩコート）を施した。高熱伝導ガラスの熱伝導率は２．５０Ｅ−０３［Ｗ／（ｍｍ・Ｋ）］、ＰＩコートの熱伝導率は、１．５９Ｅ−０４［Ｗ／（ｍｍ・Ｋ）］である。先に述べたように、本実施例において用いた加熱定着装置６においては、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎは３．６ｍｍ、最大内面ニップＮｉｎ−ｍａｘは５．１ｍｍであることが構造計算結果および実験結果からわかっている。本実施例において加熱体１１の耐熱摺動層１１ｃは、高熱伝導ガラスを膜厚６０μｍで全域に形成し、その上から、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される加熱体中央３．６ｍｍ幅の領域以外においてはＰＩコートを膜厚１０μｍで施した。
In the heat-resistant sliding
通電発熱抵抗層１１ｂにおいて発生せしめた熱エネルギは、基板１１ａ、耐熱摺動層１１ｃを伝わり、内面ニップＮｉｎを通じて定着フィルム１３を経て記録材Ｐへと供給される。従来であれば、内面ニップＮｉｎのバラつきによって記録材Ｐへ供給される熱エネルギにもバラつきが生じていた。本実施例においては、熱エネルギは常に内面ニップＮｉｎの領域である高熱伝導率の耐熱摺動層１１Ｈにおいて支配的に伝熱される。最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外においては低熱伝導率の摺動層１１Ｌが配置されていることから、内面ニップＮｉｎがバラついた場合においても過剰な熱エネルギ供給を抑制することが可能である。従って、本実施例においては、構成部品の公差により内面ニップＮｉｎがバラつく場合においても加熱体１１から記録材Ｐへ供給する熱エネルギのバラつきを抑えることが可能である。これにより、良好な定着性と安定した紙搬送性および排紙積載性の両立を実現し、省エネに優れた高品位な定着装置が実現できる。
Thermal energy allowed generated at heat-generating
本実施例の効果を確認するために、実験による検証を行った。実験は、モノクロレーザービームプリンタを用い、Ａ４プリントスピード２１枚／分、プロセススピード１１５ｍｍ／ｓｅｃ、温調温度１８０℃の動作条件で行った。装置構成としては、製造工程上の公差を含み、加圧力１３．５ｋｇｆ±３ｋｇｆ、加圧ローラ２０は外径φ１８ｍｍアスカーＣ硬度４０°±５°、定着フィルム１３には外径φ１８ｍｍ総厚７０μｍ±１０μｍの高熱伝導樹脂フィルムを具備した構成とした。加熱体１１は、前述の耐熱摺動層に熱伝導率の異なる材質を用いた構成とし、比較のため、加熱体表面全域に耐熱摺動層として高熱伝導ガラスを被覆した従来例を用意した。支持部材１２は、液晶ポリマーを母材にガラス繊維・ガラスバルーンを添加した耐熱断熱性部材を用いた。加圧バネ、加圧ローラ２０、定着フィルム１３は、各物性値や寸法において前述の公差を有しており、それらの組み合わせによって内面ニップＮｉｎは最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎである３．６ｍｍから最大内面ニップＮｉｎ−ｍａｘである５．１ｍｍの間で変わる。
In order to confirm the effect of this example, verification by experiment was performed. The experiment was performed using a monochrome laser beam printer under operating conditions of A4 printing speed of 21 sheets / min, process speed of 115 mm / sec, and temperature control temperature of 180 ° C. The apparatus configuration includes tolerances in the manufacturing process, the applied pressure is 13.5 kgf ± 3 kgf, the
本実施例と従来例とで、内面ニップＮｉｎが変化した場合における記録材Ｐへ供給される熱エネルギの変化を比較した。実験結果を表１および図７に示す。部品構成により内面ニップを３．６ｍｍから５．１ｍｍまで変化させ、各構成条件において積算消費電力の測定を行った。室温１５℃、湿度１０％の低温低湿環境において、Ａ４サイズ坪量８０ｇの普通紙を１００枚印刷する間に投入される積算消費電力を測定比較している。同じ環境条件下において同じ温調温度制御を行っていることから積算消費電力の違いは記録材Ｐへ供給される熱エネルギの違いとして観測される。
表１．実施例１における内面ニップ変化と積算消費電力の関係
従来例においては内面ニップの大きさに比例し、積算消費電力が増加している。一方、本実施例においては内面ニップの大きさが変化した場合においても積算消費電力の変化は小さく抑えられていることが見て取れる。このことから、内面ニップ変化を伴う状況における記録材Ｐへの供給熱エネルギ安定化の観点から、本実施例の有効性が実験的に確認できた。
In this example and the conventional example, the change in thermal energy supplied to the recording material P when the inner surface nip N in was changed was compared. The experimental results are shown in Table 1 and FIG. The internal power nip was changed from 3.6 mm to 5.1 mm depending on the component configuration, and the accumulated power consumption was measured under each configuration condition. In a low-temperature and low-humidity environment with a room temperature of 15 ° C. and a humidity of 10%, the integrated power consumption that is input while printing 100 sheets of plain paper with an A4 size basis weight of 80 g is measured and compared. Since the same temperature control is performed under the same environmental conditions, the difference in accumulated power consumption is observed as the difference in thermal energy supplied to the recording material P.
Table 1. Relationship between inner surface nip change and integrated power consumption in Example 1
In the conventional example, the integrated power consumption increases in proportion to the size of the inner surface nip. On the other hand, in this embodiment, it can be seen that even when the size of the inner surface nip changes, the change in the integrated power consumption is kept small. From this, the effectiveness of the present embodiment could be experimentally confirmed from the viewpoint of stabilizing the heat energy supplied to the recording material P in the situation involving the inner surface nip change.
次に、本実施例と従来例とで、内面ニップＮｉｎが変化した場合における定着性の変化を比較した。評価結果を表２および図８に記す。部品構成により内面ニップＮｉｎを３．６ｍｍから５．１ｍｍまで変化させ、各構成条件において定着性評価を行った。定着性評価は記録材Ｐに印字率５０％のハーフトーンパターンを印字した後、規定部材によって規定加圧を付与し、規定回数擦ることによる濃度低下率によって定める。擦り前と擦り後の
ハーフトーン濃度をＭａｃｂｅｔｈ社製反射濃度計にて測定し、その濃度の低下率によって定着性を評価するものである。従って、濃度低下率が低いほど定着性は良いと言える。室温１５℃、湿度１０％の低温低湿環境において、Ａ４サイズ坪量８０ｇの普通紙を１００枚印刷し、１００枚の平均濃度低下率の推移を測定した。
表２．実施例１における内面ニップ変化と平均濃度低下率の関係
従来例においては内面ニップＮｉｎの大きさに比例し、平均濃度低下率が下がっている。一方、本実施例においては内面ニップＮｉｎの大きさが変化した場合においても平均濃度低下率の変化は小さく抑えられていることが見て取れる。濃度低下率が低いほど定着性は良くなるが、極端に濃度低下率が低い状態は過定着状態であり省エネ性に欠けるうえ、記録材のカールなど別の問題も引き起こされる。従って、必要十分な安定した定着性を実現することが製品品質の観点から重要である。このことから、内面ニップ変化を伴う状況における定着性安定化の観点から、本実施例の有効性が実験的に確認できた。
Next, the change in the fixing property when the inner surface nip N in was changed was compared between the present example and the conventional example. The evaluation results are shown in Table 2 and FIG. The inner surface nip N in was changed from 3.6 mm to 5.1 mm depending on the component configuration, and the fixing property was evaluated under each configuration condition. The fixability evaluation is determined by a density reduction rate by printing a halftone pattern with a printing rate of 50% on the recording material P, applying a specified pressure by a specified member, and rubbing a specified number of times. The halftone density before rubbing and after rubbing is measured with a reflection densitometer manufactured by Macbeth, and the fixing property is evaluated based on the reduction rate of the density. Therefore, it can be said that the lower the density reduction rate, the better the fixability. In a low-temperature and low-humidity environment with a room temperature of 15 ° C. and a humidity of 10%, 100 sheets of plain paper with A4 size basis weight of 80 g were printed, and the transition of the average density reduction rate of 100 sheets was measured.
Table 2. Relationship between inner surface nip change and average density reduction rate in Example 1
Proportional to the magnitude of the inner surface nip N in in the conventional example, the lowered average density decrease rate. On the other hand, in the present embodiment, it can be seen that even when the size of the inner surface nip N in changes, the change in the average density reduction rate is kept small. The lower the density reduction rate, the better the fixability. However, when the density reduction rate is extremely low, it is an overfixed state and lacks energy savings, and causes other problems such as curling of the recording material. Therefore, it is important from the viewpoint of product quality to realize a necessary and sufficient stable fixing property. From this, the effectiveness of the present embodiment could be experimentally confirmed from the viewpoint of stabilizing the fixability in a situation involving an inner surface nip change.
本実施例と従来例とで、内面ニップＮｉｎが変化した場合における排紙積載性の変化を比較した。結果を表３および図９に記す。部品構成により内面ニップを３．６ｍｍから５．１ｍｍまで変化させ、各構成条件において排紙積載性評価を行った。高湿度環境下における薄紙印刷時では記録材の表面と裏面における水分量の違いからカールが起こるが、加熱定着装置において供給される熱エネルギが過剰であるほどカールは大きくなる。連続印刷時においてカールが発生すると、印刷後に記録材が排紙トレイへ排出・積載される工程において問題が起こる。カールにより、排紙トレイ上で正常に積載されず、後続紙に押し出されるかたちで崩れ落ちる問題が発生し、排紙積載性問題と呼ばれる。排紙積載性評価は、規定の高温高湿環境において規定の薄紙を規定枚数連続印刷し、すべて排紙トレイに積載されるか、または何枚目まで排紙トレイに積載出来たかを評価する。本実施例では室温３３℃、湿度８０％の高温高湿環境において、同環境下に４８時間放置したＡ４サイズ坪量６８ｇの普通紙を１００枚印刷し、排紙トレイへの積載性を評価した。
表３．実施例１における内面ニップ変化と排紙積載性の関係
従来例においては内面ニップＮｉｎの大きさに比例し、排紙積載性は悪化している。一方、本実施例においては内面ニップＮｉｎの大きさが変化した場合においても排紙積載性の変化は良好な結果を維持できていることが見て取れる。このことから、内面ニップ変化を伴う状況における排紙積載性の観点から、本実施例の有効性が実験的に確認できた。
In this example and the conventional example, the change in the paper discharge stackability when the inner surface nip N in was changed was compared. The results are shown in Table 3 and FIG. The inner surface nip was changed from 3.6 mm to 5.1 mm depending on the component configuration, and the paper discharge stackability was evaluated under each configuration condition. When printing on thin paper in a high humidity environment, curling occurs due to the difference in moisture content between the front and back surfaces of the recording material, but the curling increases as the thermal energy supplied in the heat fixing device is excessive. If curling occurs during continuous printing, a problem occurs in the process in which the recording material is discharged and stacked on the paper discharge tray after printing. The curl causes a problem that the paper is not normally stacked on the paper discharge tray and collapses in the form of being pushed out to the succeeding paper, which is called a paper discharge stackability problem. In the discharge stackability evaluation, a specified number of thin sheets are continuously printed in a specified high-temperature and high-humidity environment, and it is evaluated whether all sheets are stacked on the discharge tray or how many sheets can be stacked on the discharge tray. In this example, 100 sheets of A4 size basis weight 68 g of plain paper left in the same environment for 48 hours in a high-temperature and high-humidity environment at a room temperature of 33 ° C. and a humidity of 80% were printed, and the stackability on the discharge tray was evaluated. .
Table 3. Relationship between inner surface nip change and paper discharge stackability in Example 1
Proportional to the magnitude of the inner surface nip N in the in the conventional example, the sheet discharge stacking property is deteriorated. On the other hand, in this embodiment, it can be seen that even when the size of the inner surface nip N in changes, the change in the paper discharge stackability can maintain a good result. From this, the effectiveness of the present embodiment could be experimentally confirmed from the viewpoint of sheet discharge stackability in a situation involving an inner surface nip change.
以上の実験結果から分かるように、本実施例は構成部品のバラつきにより内面ニップもバラつきを持つ加熱定着装置において、記録材へ供給する熱エネルギおよび定着性を安定させ、優れた排紙積載性を達成させることが可能である。従来はバラつきを考慮して各種設定・仕様を決めていたことから、製品の量産段階においては設計範囲内において品質にバラつきを内在していたが、本実施例ではそのバラつきを抑えることでより高品位な製品を量産することが可能となる。 As can be seen from the above experimental results, this embodiment stabilizes the heat energy and the fixing property supplied to the recording material in the heat fixing device in which the inner surface nip also varies due to the variation of the component parts, and the excellent discharge stackability. Can be achieved. In the past, various settings and specifications were determined in consideration of variations, so in the mass production stage of products, there was variation in quality within the design range. It becomes possible to mass-produce quality products.
以上説明したように、本実施例によれば、加熱体を構成する部材において熱伝導率の異なる材質を使い分けることで、記録材への供給熱エネルギを安定化させることが可能とな
る。部品構成により内面ニップ幅は変動するが、最小内面ニップ幅以下の接触伝熱領域においては高熱伝導率の摺動部材を配置することで熱エネルギを効率的に記録材へ伝える。一方、最小内面ニップ以上の領域においては低熱伝導率の摺動部材を配置することで熱エネルギの伝達を抑える。すなわち、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては熱エネルギを積極的に伝えるため、高熱伝導率・低熱抵抗な構成に、それ以外の領域は熱エネルギの伝達を抑制するため、低熱伝導率・高熱抵抗な構成にする。これにより、内面ニップ幅が変動する構成においても、記録材への供給熱エネルギは変動が少なくすることが可能となる。その結果として、良好な定着性と安定した紙搬送性および排紙積載性の両立を実現し、省エネに優れた高品位な加熱定着装置が実現できる。
As described above, according to the present embodiment, the heat energy supplied to the recording material can be stabilized by properly using materials having different thermal conductivities in the members constituting the heating element. Although the inner surface nip width varies depending on the component configuration, thermal energy is efficiently transmitted to the recording material by arranging a sliding member having a high thermal conductivity in a contact heat transfer region that is smaller than the minimum inner surface nip width. On the other hand, in the region above the minimum inner nip, the transmission of thermal energy is suppressed by arranging a sliding member with low thermal conductivity. That is, in order to positively transmit thermal energy in the region where the minimum inner surface nip N in-min is formed, the configuration has a high thermal conductivity and low thermal resistance, and other regions suppress the transmission of thermal energy. Use a structure with low thermal conductivity and high thermal resistance. As a result, even in a configuration in which the inner surface nip width varies, the supply heat energy to the recording material can be less varied. As a result, it is possible to realize both a good fixing property, a stable paper conveyance property and a paper discharge stacking property, and a high-quality heat fixing device excellent in energy saving.
＜実施例２＞
図１０及び図１１を参照して、本発明の実施例２に係る定着装置について説明する。ここでは、主として実施例２において実施例１と異なる事項について説明し、共通する構成については同じ符号を付して説明を省略する。図１０は、本発明の実施例２における加熱体１１の構成を示す模式的断面図である。図１０に示すように、実施例２の加熱体１１において、定着フィルム１３と接触伝熱する耐熱摺動層１１ｃは、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては高熱伝導率の物質により高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈが形成されている。そして、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外においては低熱伝導率の物質によって低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが形成されている。すなわち、基板１１ａ上において、高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈの記録材Ｐの搬送方向における両側に低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが形成されている。
<Example 2>
A fixing device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, the differences in the second embodiment from the first embodiment will be mainly described, and the same reference numerals are given to the common configurations, and the description will be omitted. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the
実施例１においては低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌを部分的に表面被覆していたのに対し、実施例２においては最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域との位置関係に応じて基板１１ａ上に形成する耐熱摺動層１１ｃの材質を下層から上層にわたって変える。これにより、内面ニップＮｉｎが変動した場合においても熱エネルギの供給変化は実施例１よりも低く抑えられる。また、使用に伴い低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが剥げ落ちることもないため、耐久性を含め、より安定した熱エネルギの供給が可能となる。
In Example 1, the surface of the low heat conductive heat-resistant sliding
実施例２では加熱体１１の基板１１ａには幅５．８３ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミナ板を用いた。基板１１ａの表面（フィルム摺動面）側の長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）からなる通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷により形成させ、その表面に耐熱摺動層１１ｃを被覆する。ここで、耐熱摺動層１１ｃは最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては熱伝導率の高い高値熱伝導ガラスを用いた高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈを形成した。また、それ以外の領域においては熱伝導率の低いＰＩコートを施すことで低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌを形成した。高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈ、低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌの膜厚は共に６０μｍとした。
In Example 2, an alumina plate having a width of 5.83 mm, a length of 270 mm, and a thickness of 1 mm was used for the
本実施例の効果を確認するために、実験による比較検証を行った。加熱体１１に、従来例の加熱体、実施例１に記載の加熱体、実施例２による加熱体の３種類を用意し、内面ニップＮｉｎを変化させた場合の挙動を比較した。実施例１と同様の手順で、内面ニップ変化に伴う積算消費電力の関係における実験結果を表４および図１１（ａ）に、内面ニップ変化に伴う平均濃度低下率の関係における実験結果を表５および図１１（ｂ）に示す。
表４．実施例２における内面ニップ変化と積算消費電力の関係
表５．実施例２における内面ニップ変化と平均濃度低下率の関係
従来例においては内面ニップＮｉｎの変化に伴い積算消費電力・平均濃度低下率ともに変化しているのに対し、実施例２においては変化が大幅に抑制されているのが見て取れる。また、実施例１における加熱体の場合と比べても、実施例２はより変化を抑えられていることが確認できた。最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎが形成される領域以外においては低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが基板１１ａより厚み方向全域に設けられていることから、余剰熱エネルギの伝達をより確実に防ぐことができるためである。内面ニップＮｉｎが大きい構成においては、低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌは定着フィルム１３と摺擦することになり、耐久に伴う摩耗や剥落の可能性が予想される。しかしながら、実施例２は基板１１ａ上から形成することで十分な厚みが確保できることから耐久性においても向上が見込まれる。従って、実施例２は内面ニップ変化を伴う状況においても、熱エネルギ供給のバラつきを抑え、耐久を通じてその効果を維持することが可能であることから、加圧定着装置の品質バラつきを、耐久を通じて抑えることでより高品位な製品を量産することができる。
In order to confirm the effect of this example, comparative verification by experiment was performed. Three types of the
Table 4. Relationship between inner surface nip change and integrated power consumption in Example 2
Table 5. Relationship between inner surface nip change and average density reduction rate in Example 2
In the conventional example, both the integrated power consumption and the average density decrease rate change with the change of the inner surface nip N in , whereas in Example 2, it can be seen that the change is greatly suppressed. Moreover, even if compared with the case of the heating body in Example 1, it has confirmed that Example 2 was suppressing the change more. Except for the region where the minimum inner surface nip N in-min is formed, the low heat conductive heat-resistant sliding
＜実施例３＞
図１２を参照して、本発明の実施例３に係る定着装置について説明する。実施例１、２は、表面加熱方式のヒータに本発明を適用した場合の実施例であるが、実施例３は、裏面加熱方式のヒータに本発明を適用した場合の実施例である。ここでは、主として実施例３において実施例１、２と異なる事項について説明し、共通する構成については同じ符号を付して説明を省略する。図１２は、本発明の実施例３における加熱体１１の構成を示す模式的断面図である。
<Example 3>
With reference to FIG. 12, a fixing device according to
図１２に示すように、実施例３の加熱体１１は裏面加熱方式のヒータであり、定着フィルム１３と接触伝熱する耐熱摺動層１１ｃは、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては高熱伝導率の物質により高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈが形成されている。また、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外においては低熱伝導率の物質によって低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが形成されている。すなわち、基板１１ａにおいて通電発熱抵抗層１１ｂが形成された側とは反対側の面に、高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈと低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌが形成されている。
As shown in FIG. 12, the
表面加熱方式のヒータは、耐熱摺動層１１ｃに関して通電発熱抵抗層１１ｂに対する絶縁保護層を兼ねており電気安全性の観点から、ある程度の膜厚（例えば５０μｍ程度）を要求される。これに対し、裏面加熱方式のヒータにおいては耐熱摺動層１１ｃに関して絶縁保護機能は要求されないことから膜厚を薄くすることが可能である。熱伝導性は材質の熱伝導率と厚みによって決まることから、基材１１ａの熱伝導率が十分高い場合には裏面加熱方式のヒータは表面加熱方式のヒータに比べ、より良好な熱伝導性を得ることが可能である。このことから、従来からクイックスタートや高速印刷を要求される画像形成装置においては、裏面加熱方式のヒータが主に用いられてきた。
The surface heating type heater also serves as an insulating protective layer for the energized
本実施例では加熱体１１の基板１１ａには幅５．８３ｍｍ、長さ２７０ｍｍ、厚み１ｍｍの窒化アルミ板を用いた。窒化アルミの熱伝導率は、６．５７Ｅ−０２［Ｗ／（ｍｍ・Ｋ）］である。基板１１ａの裏面（非フィルム摺動面）側の長手方向に沿ってＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）からなる通電発熱抵抗層１１ｂをスクリーン印刷により形成させ、その上に絶縁ガラスにより膜厚５０μｍの保護層１１ｄを被覆する。基板１１ａの表面（フィ
ルム摺動面）側には耐熱摺動層１１ｃを被覆する。ここで、耐熱摺動層１１ｃは最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては熱伝導率の高い高熱伝導ガラスを用いた高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈを形成した。また、それ以外の領域においては熱伝導率の低いＰＩコートを施すことで低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌを形成した。高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈ、低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌの膜厚は共に２０μｍとした。
In this embodiment, an aluminum nitride plate having a width of 5.83 mm, a length of 270 mm, and a thickness of 1 mm was used as the
内面ニップＮｉｎの変動による記録材Ｐへの供給熱エネルギのバラつき抑制効果に関しては、実施例２において詳述した表面加熱方式のヒータにおける場合と同様であることから実験結果は省略する。本実施例においては、裏面加熱方式のヒータの特徴であるクイックスタートおよび高速印刷対応可能な熱伝導性を備え、内面ニップ変化を伴う状況においても、熱エネルギ供給のバラつきを抑え、耐久を通じてその効果を維持することが可能となる。このことから高性能な加圧定着装置の品質バラつきを、耐久を通じて抑えることでより高品位な製品を量産することができる。 Since the effect of suppressing the variation in the heat energy supplied to the recording material P due to the variation of the inner surface nip N in is the same as that in the surface heating type heater described in detail in Example 2, the experimental results are omitted. In this embodiment, it has the thermal conductivity that can be used for quick start and high-speed printing, which are the characteristics of the heater of the back surface heating method, and suppresses the variation in thermal energy supply even in the situation with the internal nip change, and the effect through durability Can be maintained. For this reason, high-quality products can be mass-produced by suppressing the quality variation of the high-performance pressure fixing device through durability.
＜変形例＞
耐熱摺動層１１ｃの構成については、実施例３の裏面加熱方式のヒータにおいても、実施例１、２の表面加熱方式のヒータの場合と同様の構成を採用することができる。図１３は、裏面加熱方式のヒータの他の適用例を説明する模式的断面図であり、（ａ）は適用例２、（ｂ）は適用例３をそれぞれ示す。すなわち、図１３（ａ）に示すように、耐熱摺動層１１ｃを高熱伝導耐熱摺動層１１Ｈで形成した後に、一部を低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌで被覆する構成にしても良い。また、基材１１ａと定着フィルム１３の摺動性が十分であれば、図１３（ｂ）に示す構成でもよい。すなわち、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域内においては耐熱摺動層１１ｃを被覆せず、最小内面ニップＮｉｎ−ｍｉｎの形成される領域外においては低熱伝導率の物質によって低熱伝導耐熱摺動層１１Ｌを形成する構成である。
<Modification>
About the structure of the heat resistant sliding
６…加熱定着装置、１０…定着アセンブリ、１１…加熱体（ヒータ）、１１ａ…ヒータ基板、１１ｂ…通電発熱抵抗層、１１ｃ…耐熱摺動層、１１Ｈ…高熱伝導耐熱摺動層、１１Ｌ…低熱伝導耐熱摺動層、１１ｄ…保護層、１２…支持部材（断熱性ホルダー）、１３…定着フィルム（フィルム部材）、１４…金属ステー、２０…加圧ローラ（回転体）、２１…芯金、２２…弾性層、３０…潤滑被膜、Ｎ…定着ニップ部、Ｎｉｎ…内面ニップ、Ｎｉｎ−ｍｉｎ…最小内面ニップ、Ｐ…記録材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 6 ... Heat-fixing apparatus, 10 ... Fixing assembly, 11 ... Heating body (heater), 11a ... Heater board | substrate, 11b ... Current heating resistance layer, 11c ... Heat-resistant sliding layer, 11H ... High heat conduction heat-resistant sliding layer, 11L ... Low heat Conductive heat-resistant sliding layer, 11d ... protective layer, 12 ... support member (heat insulating holder), 13 ... fixing film (film member), 14 ... metal stay, 20 ... pressure roller (rotating body), 21 ... cored bar, 22 ... elastic layer, 30 ... lubricant film, N ... fixing nip, N in ... inner surface nip, N in-min ... minimum inner surface nip, P ... recording material
Claims (10)
可撓性を有する筒状のフィルム部材と、
前記フィルム部材の内周面に接触するように配置される加熱体と、
前記フィルム部材を介して前記加熱体に圧接されかつ回転することにより、前記フィルム部材との間に記録材を挟持搬送する定着ニップ部を形成する回転体と、
を備える定着装置において、
前記加熱体は、前記フィルム部材の内周面に対向する対向面における、前記回転体の回転にともなって前記フィルム部材が回転することにより前記フィルム部材と摺動する摺動領域において、熱伝導率が相対的に高い第１領域と、熱伝導率が相対的に低い第２領域であって前記第１領域の記録材の搬送方向における両側にそれぞれ形成される第２領域と、を有することを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing an unfixed toner image formed on a recording material to the recording material,
A tubular film member having flexibility;
A heating element arranged to contact the inner peripheral surface of the film member;
A rotating body that forms a fixing nip portion that sandwiches and conveys a recording material between the film member and the film member by pressing and rotating the heating body through the film member; and
In a fixing device comprising:
The heating body has a thermal conductivity in a sliding area where the film member slides with the rotation of the rotating body on a facing surface facing the inner peripheral surface of the film member, and the film member slides. A first region having a relatively high thermal conductivity and a second region having a relatively low thermal conductivity and formed on both sides of the first region in the conveyance direction of the recording material. A fixing device characterized.
前記第２領域は、前記最小幅のときの前記摺動領域と、該摺動領域の前記搬送方向における両側においてそれぞれ重なることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。 The first region is included in the sliding region when the minimum width in the tolerance range of the width in the transport direction of the sliding region,
The fixing device according to claim 1, wherein the second area overlaps the sliding area at the minimum width on both sides of the sliding area in the transport direction.
前記第２領域は、前記第１材料層の表面に被覆された、熱伝導率が相対的に低い第２材料層の表面の領域であ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 first region is a region of the surface of the first material layer having a relatively high thermal conductivity in the heating body,
3. The fixing according to claim 1, wherein the second region is a region of the surface of the second material layer that is coated on the surface of the first material layer and has a relatively low thermal conductivity. apparatus.
前記第２領域は、前記第１材料層の前記搬送方向における両側の形成された、熱伝導率が相対的に低い第２材料層の表面の領域であ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 first region is a region of the surface of the first material layer having a relatively high thermal conductivity in the heating body,
The said 2nd area | region is an area | region of the surface of the 2nd material layer in which both sides in the said conveyance direction of the said 1st material layer were formed, and a heat conductivity is comparatively low. The fixing device according to 1.
前記発熱抵抗層は、前記第１材料層に被覆されていることを特徴とする請求項３または４に記載の定着装置。 The heating body has a heating resistance layer that generates heat when energized,
The fixing device according to claim 3, wherein the heat generation resistance layer is covered with the first material layer.
前記第１材料層は、前記基板の前記発熱抵抗層が形成された側とは反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。 The heating body has a substrate on which a heating resistance layer that generates heat when energized is formed,
4. The fixing device according to claim 3, wherein the first material layer is formed on a surface of the substrate opposite to a side on which the heating resistance layer is formed.
前記第１材料層及び前記第２材料層は、前記基板の前記発熱抵抗層が形成された側とは反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。 The heating body has a substrate on which a heating resistance layer that generates heat when energized is formed,
5. The fixing device according to claim 4, wherein the first material layer and the second material layer are formed on a surface of the substrate opposite to the side on which the heating resistance layer is formed.
前記第１領域は、前記基板の前記発熱抵抗層が形成された側とは反対側の面の領域であり、
前記第２領域は、前記基板の前記反対側の面に被覆された、熱伝導率が相対的に低い第２材料層の表面の領域であ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 heating body has a substrate on which a heating resistance layer that generates heat when energized is formed,
The first region is a region on the surface of the substrate opposite to the side on which the heating resistor layer is formed,
The said 2nd area | region is an area | region of the surface of the 2nd material layer with which heat conductivity is comparatively low covered by the said other surface of the said board | substrate, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Fixing device.
て摩滅する領域であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の定着装置。 The sliding region is worn away by rubbing with the film member in the lubricating coating when a lubricating coating is formed on the facing surface of the heating member and the heating member and the film member are slid. The fixing device according to claim 1, wherein the fixing device is a region.
請求項１〜９のいずれか１項に記載の定着装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming unit for forming an unfixed toner image on a recording material;
A fixing device according to any one of claims 1 to 9,
An image forming apparatus comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014124436A JP2016004161A (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014124436A JP2016004161A (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016004161A true JP2016004161A (en) | 2016-01-12 |
Family
ID=55223475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014124436A Pending JP2016004161A (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Fixing apparatus and image forming apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2016004161A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110928161A (en) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 富士施乐株式会社 | Fixing device and image forming apparatus |
| JP2020140111A (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 株式会社リコー | Fixing device and image forming apparatus |
-
2014
- 2014-06-17 JP JP2014124436A patent/JP2016004161A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110928161A (en) * | 2018-09-20 | 2020-03-27 | 富士施乐株式会社 | Fixing device and image forming apparatus |
| CN110928161B (en) * | 2018-09-20 | 2024-02-06 | 富士胶片商业创新有限公司 | Fixing device and image forming apparatus |
| JP2020140111A (en) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 株式会社リコー | Fixing device and image forming apparatus |
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