JP3920733B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置およびこれを用いる画像形成装置に関し、さらに詳しくは、熱交換機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体をなす感光体から転写された現像後のトナー像が転写媒体上から剥落するのを防止するために定着工程が実行される。
定着工程では、例えば、現像処理に用いられるトナーを加熱・加圧により溶融させた状態で画像担持体であるシートなどにトナーを浸透させて融着する作業が採用される。
【0003】
定着方式の一つに熱源を内蔵したローラを含む複数のローラに掛け回されたベルトを用いた構成がある。この構成は、ローラ同士を対峙させた熱ローラ定着方式を用いる構成と比べて熱容量の小さいベルトを用いることにより所定の定着温度までの立ち上げに要する時間を短縮することができる利点がある。
【0004】
ベルト定着方式においては、熱源により加熱されたベルトがトナーと接触することにより上述した定着行程を実行するようになっており、ベルト加熱のための熱源の方式としては比較的制御や構成を簡略化しやすい抵抗加熱方式が用いられることが多い。
【0005】
熱源として用いられる抵抗加熱方式では、消費電力が極めて高く、近年要望が高まってきている省エネルギーの面からいうと好ましくない構成ということになる。
一方、定着行程を実行されるトナーは、加熱により溶融軟化した状態で転写媒体に浸透するとなるべく早く冷却硬化させることがオフセット現象の発生を防止する意味で重要となる。そこで、省エネルギーの面からすると、熱源での消費電力を低く抑えて定着温度を低くすることが考えられる。
定着温度を下げるということをトナーの材料面でいうと、この場合にはトナーの軟化点あるいは融点が必然的に低いものが選択されることになるが、トナーに使用されている熱可塑性の樹脂の特性として軟化点あるいは融点が下がると必然的に溶融粘度が下がるという性質がある。この性質は熱可塑性の樹脂の軟化点あるいは融点は樹脂の分子量、分子量分布、結晶化度、架橋度、分子間力等によって決まり、同一構造の樹脂の軟化点あるいは融点を下げるためにはこのうち分子量、架橋度を下げるか分子量分布を狭くせざるを得ない。このうち、分子量分布は樹脂の保存性の限界から下限が決まってくるので、分子量自体を下げると必然的に狭くなってしまう。
【0006】
一般に分子量を下げると分子鎖は短くなるために絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。また、分子量分布が狭くなってもやはり分子鎖の絡み合いが緩くなり溶融粘度は下がる。更に分子間の架橋度を下げるとそれぞれの分子が動きやすくなるために溶融粘度は下がる。このため、定着温度を下げた場合には、トナーの特性からすると、オフセット現象が発生しやすくなるので、その解消を図る構成が提案されている(例えば、特公51−29835号公報)。この公報では、フィルムシートを利用した定着部で被定着物に熱を印加した後、フィルムシートと被定着物の密着を保ったまま冷却をかけトナーが固化した後引き剥がすようにした構成が開示されており、さらに、トナーの冷却効果を早めるために強制冷却を行う構成が開示されている。後者のトナーの冷却効果を促進する方法としては、特開平5−273876号公報や特開2001−22198号公報に挙げられている構成がある。
【0007】
特開平5−273876号公報や特開2001−22198号公報では、ベルトにおける展張領域のうちで、定着ニップ部を通過した後に相当する位置に冷却手段を設けたり、ベルトの移動方向で定着ニップ部を通過したベルトが周回されるローラを冷却手段として用いる等の構成が開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
送風による強制冷却を用いる場合には、送風時に周辺の空気を流動させることで冷却箇所以外も冷却されてしまったり、送風による熱気の放散により温度上昇を嫌う装置、例えば、熱による溶融が生じた後に凝固が起こることでブロッキングを引き起こしやすいトナーを収容している装置などに悪影響を及ぼすことになる。また、送風ではなく、水あるいは他の液体を熱媒体として用いた場合には、循環路をはじめとして設備が大がかりとなり、装置の大型化を招く虞がある。
【0009】
定着装置で発生した熱が周辺部に影響するのを押さえる構成としては、定着装置に用いられる部材を冷却する代わり定着装置を周辺部から熱的に遮断する構成がある。具体的には、定着装置における定着ニップ部を除く全範囲あるいは一部を囲繞する遮熱壁を設ける。この構成においては、定着装置からの輻射熱あるいは対流熱の放散を抑えることができる。しかし、このような構成を採用した場合でも遮熱壁そのものの蓄熱により温度上昇を来すとその周辺部の雰囲気温度を上昇させてしまい、結果として、上述した冷却構成の場合と同様に、機内の温度上昇を招き、トナーのブロッキング現象などを引き起こしやすくなる。
【0010】
上述したように、定着装置での冷却あるいは遮熱構造においては、発生した熱の放散を防止することを主眼としており、発生した熱の一部が利用されないままとなることでエネルギーの消費効率が悪くなり、省エネルギー化を達成することは難しいことになる。
【0011】
定着装置で発生した熱を有効利用する構成として、ベルト定着方式の場合を対象とすると、熱源により加熱された展張部分の熱を冷却部を通過した再加熱領域の展張部分に伝達することで、いわゆる、熱交換を行う構成が提案されている(例えば、特開2001−22198号公報)。
【0012】
上記公報には、ベルトの展張部両側にそれぞれ接触する熱交換体を設け、加熱後に定着ニップ部を通過した展張部分を冷却により吸熱し、その熱をこの展張部分と対向して熱源に対向する前の展張部分に伝達するようになっている。また、熱交換体として、電力供給による加熱・冷却切換が可能なペルチェ素子を用いて冷却側および加熱側の各展張部分での温度変化を効率よく行わせるようにした構成が開示されている。
【0013】
しかし、この構成では、次のような問題がある。
各展張部分での温度変化を効率よく行うために用いられるペルチェ素子は外部からの電力供給を必要とすることから、この素子専用の電源を必要とすることになり、結果として、定着装置に用いられる熱源とは別に電力消費部分を加えた構成となり、省エネルギー化とは逆行してしまう。
ペルチェ素子は、その構造において、表層部がに設けられているセラミックスによりサンドウィッチ構造とされたインゴット状あるいはディスク状に形成されており、セラミックスにより剛体化された構造となっている。このため、屈曲させると破損してしまうことがある。このため、上記公報においても示されているように、ペルチェ素子は、定着ベルトに接触する面を有する今一つのベルトの平坦面に対して接触させる配置あるいは定着ベルトの平坦な展張面に接触させる配置が採用されることとなる。
【0014】
ペルチェ素子を用いた場合には、補助加熱および冷却ができることでベルトを対象とした熱交換が行えるものの、定着装置に用いられるベルトには上記公報に挙げられているようにペルチェ素子の構造に合わせて平坦面の展張部を構成したものに限らず、曲面を呈する展張面を有する場合もある。このような場合には、補助加熱および冷却が行える熱交換体も用いることができなくなる虞がある。しかも、上記公報には、ベルトが掛け回されているローラの一方が熱源を備えた加熱部材として設けられ、ローラの他方が冷却部材として設けられていることから加熱部および冷却部をそれぞれ複数設置することになり、これによる構成の複雑化を招く虞がある。
【0015】
また、ペルチェ素子は表層部に位置するセラミックスの熱伝導性が悪く、急峻な温度変化を期待することができない。このため、急峻な温度変化を選るにはその電力を高めることが必要となり、結果として消費電力が増加しやすくなることで省エネルギーを果たすことができない虞がある。
【0016】
本発明の目的は、上記従来の定着装置、特に、定着部材の表面形態が平坦面でない場合の定着装置における問題に鑑み、定着部材の表面形態に関係なく簡単な構成により省エネルギー化が確保できる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、熱源により加熱される定着部材と、該定着部材に当接する加圧部材とで定着ニップ部を構成し、上記熱源が上記定着ニップ部を構成する上記定着部材に内蔵されて未定着トナー像を担持した記録材を通過させる定着装置において、上記定着ニップ部を上記記録材が通過した位置で定着後の残熱を回収できる位置には熱回収部材が設けられ、上記定着ニップ部と異なる位置には熱供給部材が設けられ、上記熱回収部材と熱供給部材とは一体化され、該熱回収部材には熱電効果による電力供給を介した冷却および加熱の両作用が得られて上記定着ニップ部の形態に倣う変形が可能なフリジスタ素子が用いられ、該フリジスタ素子の一面に上記熱供給部材が位置していることを特徴としている。
【0018】
請求項2記載の発明は、上記定着部材として、上記熱源を内蔵した回転可能なローラに掛け回されているベルトが用いられ、上記加圧部材として、上記熱源を内蔵した回転可能なローラに対向するローラに掛け回されて上記定着部材としてのベルトに対して上記記録材を加圧するベルトが用いられ、上記熱回収部材は、上記ローラ同士の対向位置を上記シートが通過した位置で接触させて設けられ、該熱回収部材に一体化されている熱供給部材は、上記ローラ同士の対向位置に向け上記ベルトが移動する位置で接触させて設けられていることを特徴としている。
【0019】
請求項3記載の発明は、上記定着部材として、熱源を内蔵した定着ローラが用いられ、上記加圧部材として定着ローラに対向当接して、定着ニップ部を形成可能な加圧ローラが用いられ、上記定着ローラの上記定着ニップ部を除く位置には熱回収部材が配置され、該定着ローラの周方向で上記定着ニップ部を通過した位置には熱供給部材が配置され、上記熱回収部材には熱電効果を利用できる部材が用いられ、該熱回収部材と該熱供給部材とは電圧安定化装置に電気的接続され、上記電圧安定化装置は、上記熱回収部材での熱電効果により生起される起電力を利用して上記定着ローラの表面温度が所定温度となるように上記熱供給部材の温度管理を行うことを特徴としている。
【0020】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置を画像形成装置に用いることを特徴としている。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置が適用される画像形成装置の実施例を示す模式図である。
図1に示す画像形成装置は、原稿読み取りによる画像情報およびホストコンピュータなどからの画像情報に基づき潜像担持体である感光体に対して静電潜像を形成することができる複写機能を兼備したプリンタであり、しかも、静電潜像の可視像処理が複数の色を用いて行えるフルカラープリンタである。
【0038】
図1において、画像形成装置1の内部にはドラム状をなす潜像担持体である感光体2が配置されている。
感光体2の周辺には、感光体2の回転方向に沿って画像形成処理を実行する帯電装置3,書き込み装置4,現像装置5,転写装置6,クリーニング装置7がそれぞれ配置されている。
【0039】
本実施形態における画像形成装置1に用いられる書き込み装置4には、図示しない制御部からの画像信号に応じてレーザ光を出射可能なレーザ光源が設けられており、このレーザ光源からは、図示しないが、コンピュータからの出力信号だけでなく、画像形成装置1に装備されているスキャナ8によって読み取られた原稿画像に基づく画像信号によって書き込み光が出射されるようになっている。つまり、画像形成装置1には筐体の上面に原稿載置台1Aが設けられて原稿を載置できるようになっており、原稿載置台1Aの下方には、原稿画像を読み取るためのスキャナ8が設けられている。
スキャナ8は、周知構造からなる読み取り光学系と読み取り素子とを備え、読み取り素子によって得られた画像情報が制御部に出力されるようになっている。
【0040】
書き込み装置4には、符号は付けないが、図示しないレーザ光源に加えてポリゴンミラー4A、fθレンズ4B、BTLレンズ4Cおよび書き込みミラー4Dが装備され、スキャナー8には、走査光源および反射鏡を備えて原稿載置台に平行して移動可能な第1スキャナユニット8Aと、光路変換用である一対のミラーを備えて移動可能な第2スキャナユニット8Bと、レンズ8Cおよび光学読み取り素子であるCD素子を備えた基板8Dが装備されている。
【0041】
本実施例における転写装置6は、感光体2からの可視像を1次転写する1次転写装置6Aと、1次転写装置6Aから記録用紙などのシートに対して2次転写する2次転写装置6Bとが装備されている。
1次転写装置6Aは、複数のローラに掛け回された中間転写ベルト6A1を備え、中間転写ベルト6A1と感光体2との対峙位置に配置されている1次転写用チャージャ6A2によって感光体2上の可視像を中間転写ベルト6A1に転写できるようになっている。
中間転写ベルト6A1に対しては、後述する現像装置5によって色分解と補色関係にある色の画像が重畳転写できるようになっており、重畳転写された画像は2次転写装置6Bによって記録用紙などのシート(以下、シートと称して説明する)に一括転写されるようになっている。
【0042】
2次転写装置6Bは、シートの搬送路を挟んで1次転写装置6Aにおける中間転写ベルト6A1に対向して接離可能な帯電ローラで構成されており、移動するシートを挟持搬送しながら中間転写ベルト6A1上の重畳画像を静電的にシートへ転写できるようになっている。
2次帯電装置6Bは、単一色の転写時および重畳画像の一括転写時のみに中間転写ベルト6A1に当接することができ、各色の画像が中間転写ベルト6A1に転写される際には中間転写ベルト6A1に当接しないで画像の乱れを生じないようにされている。
【0043】
中間転写ベルト6A1と2次転写装置6Bとの対峙位置が相当する2次転写位置に対しては、給紙装置9によりシートが給送される。
給紙装置9は、記録用紙を収容可能な給紙カセット9Aと、給紙カセット9A内のシートを繰り出す繰り出しローラ9Bと、分離ローラ対9Cと、搬送ローラ9Dおよびレジストローラ9E備えており、2次転写位置に向けて給紙カセット9A内から一枚分離されたシートがレジストローラ9Eによってレジストタイミングを設定されたうえで給送される。
【0044】
本実施形態では、給紙カセット内からのシートのサイズ以外あるいは異種のシートを給送できるようにもなっている。このため、画像形成装置本体の筐体にはその一部が起倒可能な手差しトレイ9Fが設けられ、手差しトレイ9Fとレジストローラ9Eとの間で給紙トレイ9Aから給送されたシートの移動路が合流する位置に搬送ローラ9Dが、また手差しトレイ9F近傍には繰り出しローラ9Bがそれぞれ配置されている。
【0045】
上記構成において、感光体2に形成された静電潜像は現像装置5により可視像処理されて1次転写装置6Aにより中間転写ベルト6A1に転写される。
画像が単一色の場合には中間転写ベルト6A1上の転写画像がそのまま2次転写装置6Bによって給紙装置9から給送されたシートに2次転写され、画像が複数色の場合には中間転写ベルト6A1上への重畳転写が行われた上でシートに対して2次転写装置6Bにより一括転写される。
2次転写後のシートは2次転写位置から分離されて搬送装置10を介して定着装置11に搬送され、画像を定着されて排出される。
【0046】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る定着装置の原理構成を説明するための図であり、同図に示す定着装置11は、シートSを挟持搬送しながらシートS上に担持されているトナーTを加熱・加圧することができる定着ニップ部に相当する定着位置で互いに対向する第1,第2定着部材11A、11Bを備え、その一方にベルト(以下、定着ベルト11Aと称する)が用いられている。
他方の定着部材としては、定着ベルト11Aに対してシートを加圧する加圧ベルト11Bが用いられて定着装置11がベルト定着方式を採用した構成とされている。
定着ベルト11Aは、一対のローラ12,13に掛け回され、これらローラ間で形成される展張部の一方が加圧ベルト11Bと当接しながら同じ方向に移動するようになっている。
定着ベルト11Aは、これが掛け回されているローラの一方12に内蔵されている抵抗加熱方式を用いた熱源12Aにより加熱されることにより定着温度を維持されるようになっている。
熱源12Aは、定着ベルトの表面温度を検知する図示しない温度センサによってフィードバック制御されるようになっている。
【0047】
定着ベルト11Aには、定着ニップ部の領域で内側面に接触する熱回収部材13が配置されている。
熱回収部材13は、定着ニップ部において定着後の残熱を回収できる位置で定着ベルト11Aに接触させてあり、その接触面と反対側の面には定着ニップ部側と反対側に位置する定着ベルト11Aの展張面に接触する熱供給部材14と一体化されている。
【0048】
熱供給部材14は、金、銀および銅などの貴金属あるいはアルミニウムなどの熱良導体で構成されており、熱回収部材との一体化面と反対側である定着ベルト11Aの展張面と接触する側の面が熱源12Aにより再加熱前の位置に位置決めされている。
【0049】
熱回収部材13は、熱電効果の一つである電力供給によって吸熱による冷却および発熱による加熱の両作用が表裏各面で得られる部材が用いられ、図1に示す構成では、フリジスタ素子13Aが用いられている。
【0050】
フリジスタ素子13Aは、定着ベルト11Aの表面形態に対応して接触できる構成とされており、図3に示すように所定面積内で隣接するもの同士の配置間隔が0.01〜5mm程度に設定された状態で連続して繰り返し折り返されて行き渡らせることによりシート状とした構成、あるいは、表裏両面が薄いフィルムではさまれてサンドウィッチ構造とした構成が用いられ、いずれの場合にも柔軟性を持たせて屈曲等の撓み変形できる状態とされている。
【0051】
熱回収部材13は、フリジスタ素子13Aに通電することにより定着ベルト11Aと接触する側の面が冷却面として機能し、これと反対側の面が発熱面として機能する。このため、反対側に一体化されている熱供給部材14は加熱されて定着ベルト11Aを熱源12Aにより再加熱前に予備加熱することになる。
【0052】
本実施形態は以上のような構成により、熱回収部材13が定着ベルト11Aの表面形態に対応して接触できるので、図4に示すように、定着ベルト11Aの一部が曲面を呈している状態にあっても、その表面形態に対応して撓み変形させることができる。これにより、定着ベルト11Aの表面形態に関係なく均一接触することができるので、定着ベルト11Aからの吸熱、つまり冷却ムラをなくして定着ベルト11Aの冷却効果を高めることができる。
【0053】
図4に示した構成は、図2に示した原理構成を踏襲した構成であり、この構成においては、定着ベルト1Aが一対のローラではなく熱源12Aを内蔵しているローラ12のみに掛け回され、図2に示したローラ13に代えて定着ベルト11Aをガイドすることができる支持部材11A1に対して展張方向の端部がガイドされるようになっている。
支持部材11A1は、定着ベルト11Aを加圧ベルト11B側に押し付けることができる曲面を備えており、この曲面により定着ニップ部を拡大させると共にトナーTに対する接触圧力を均一化して加熱ムラによる定着ムラの発生を防ぐようになっている。このため、定着ベルト11Aの曲面に対応させて熱回収部材13が接触する状態に形成されている。
【0054】
一方、フリジスタ素子13Aへの通電により、冷却面と反対側の面では発熱し、その熱が熱供給部材14に伝達され、熱供給部材14に接触している定着ベルト11Aが再加熱前に予備加熱されることになる。これにより、定着ベルト11Aの冷却が促進されることにより定着されるトナーの冷却硬化を促進する一方で定着ベルト11Aの予備加熱により熱源12Aでの電力消費を抑えることができる。
【0055】
熱回収部材13に用いられるフリジスタ素子13Aは、図2に示したように、連続して折り返されることにより所定面積内で行き渡らせる構成の他に、図5に示すように、複数のフリジスタ素子13Aを並設させることもできる。この場合においても、上述した構成と同様に、隣接するもの同士の配置間隔が0.01〜5mmに設定されている。この間隔は、所定面積内での温度ムラをなくすために設定されている。
【0056】
図2および図5に示したフリジスタ素子13への通電制御、つまりオン・オフ設定は、定着ベルト11Aにおける被冷却面側あるいは発熱面側での温度を基準として行われる。つまり、オン・オフ設定に関しては、所定温度において作動状態が切り換えられる熱電対13Bが用いられる。
【0057】
図5に示した構成を対象としたフリジスタ素子13Aの通電制御は、各フリジスタ素子13A毎に行えるようにすることで定着ベルト11Aの表面温度に対応してきめ細かな温度管理が行える。つまり、定着ベルト11Aの表面温度が所定温度よりも高い場合にはフリジスタ素子13Aのいずれかへの通電を停止することになる。
これにより、フリジスタ素子13Aによる定着ベルト11Aの温度管理が自動化されることになる。このように、冷却による放熱が定着ベルト11Aへの加熱に用いられることで熱の環流が行われることになる。
【0058】
上記実施形態においては、定着部材としての定着ベルト11Aに対してフリジスタ素子13が撓み変形することにより定着ベルト11Aの表面形態に対応して均一な接触ができる構成であるので、定着ベルト11Aを熱回収部材13により押圧することができる。これにより、定着ベルト11Aは、シートSに対する接触圧力が高められることになり、トナーTとの接触を向上させることができ、トナーTに対する熱供与効率を高めることができる。しかも、定着後の定着ベルト11Aと熱回収部材13との接触状態も向上しているので、残熱の回収効率も高められてトナーの冷却効果を促進して溶融トナーが転写ベルト11Aに逆転移するのを確実に防止することができる。
【0059】
次に、本発明に係る定着装置の別の実施形態について説明する。
本実施形態は、熱回収部材によって回収された熱に対応して起電力を生起させ、この起電力を用いて熱供給部材による定着部材の予備加熱を行うことを特徴としている。
図6に示す定着装置20は、第1の定着部材が熱源21Aを内蔵した定着ローラ21で構成され、第2の定着部材が定着ローラ21に対向当接して定着ニップ部を形成可能な加圧ローラ22により構成されている。
【0060】
熱回収部材23は、図2に示した構成と違って、定着ローラ21の外周近傍に配置されており、少なくとも定着ローラ21の上方を含む範囲に配置されている。図6に示す構成では、加圧ローラ22と対向当接する定着ニップ部を除く3方に配置されている。これにより、定着ローラ21から放散される熱を効率よく吸収することができるようになっている。
【0061】
熱回収部材23としては、回収熱量に基づく温度差により起電力を生起する熱電効果であるゼーベック効果若しくはペルチェ効果を利用できる部材が用いられ、図6に示す構成では熱電対あるいはペルチェ素子が用いられる。
熱電対やペルチェ素子を熱回収部材23として用いる場合、特にペルチェ素子を用いる場合には、その素材がインゴット状あるいはディスク状であることを踏まえて、図7に示すように、定着ローラ21からの熱を吸収しやすい位置に相当する定着ローラ21の上方にのみ配置することも可能である。
【0062】
熱回収部材23は、熱電効果が得られるので、上述したペルチェ素子に代えて、図8に示すように、定着ローラ21の外周面に倣った形状に撓み変形が可能な柔軟部材として用いることができるフリジスタ素子(便宜上、符号23’で示す)を採用することも可能である。この場合のフリジスタ素子23’は、図3あるいは図5に示した構成が採用されている。
【0063】
熱回収部材23,23’は、電圧安定化装置24の入力側に接続されており、電圧安定化装置24の出力側には、定着ローラ21の周面に当接する熱供給部材25が接続されている。
電圧安定化装置24は、熱供給部材25の温度管理を行う装置であり、定着ローラ21の表面温度が所定温度に達するように熱供給部材25にオン・オフ制御を含めた印加電圧が制御できるようになっている。なお、図8において破線で示す矢印は熱供給部材25の温度管理を行うためのフィードバック信号の信号経路を示している。
【0064】
熱供給部材25は、電圧安定化装置24から印加される電力により発熱が可能なローラ部材で構成され、この構成では抵抗発熱体あるいはランプなどが用いられるが、構造上、柔軟性があり撓み変形が可能な熱電素子であるフリジスタ素子をローラ周面に貼付することも可能である。
【0065】
本実施形態は以上のような構成において、定着ローラ21からの放散熱が熱回収部材23により吸収されると熱回収部材23での定着ローラ21側とその反対側との温度差により起電力が生起され、その起電力が電圧安定化装置24に取り込まれる。
【0066】
電圧安定化装置24では、定着ローラ21の表面温度に対応して熱供給部材25に対する印加電圧を制御し、熱供給部材25を用いた定着ローラ21の予備加熱を実行させる。これにより、定着ローラ21は、熱源21A以外の熱源となる熱供給部材25からの加熱により表面温度を所定温度に維持されることになるので、熱源21Aでの電力消費を軽減させることができる。このように、定着ローラ21で残っている排熱を定着ローラ21の加熱のための熱エネルギーに変換することで熱源21Aでの負荷を軽減して省エネルギー化を図ることができる。
【0067】
本発明者は、上記構成を対象として、この構成を備えた内場合とを電力消費に関して比較したところ、図6に示した構成では約10%の省エネルギー化を確認でき、図7に示した構成および図8に示した構成では熱回収部材23,23’の配置領域が狭いことが原因して約10〜15パーセントのロスは出るものの、熱源21Aでの負荷軽減が明らかであり、この構成を用いない場合に比べて省エネルギー化を確認することができた。
【0068】
熱回収部材23,23’で生起される起電力を効率よく、特に多く取り出すための構成としては、熱回収部材23,23’での温度差を大きくすることが必要である。以下、この構成に関して請求項19記載の発明の実施形態について説明する。
図9には、図7に示した熱回収部材23を対象として定着ローラ21に対向する側と反対側の面との温度差を大きくするための強制冷却手段として放熱フィン26を設け、この放熱フィン26に対して図示しない送風手段により気流Fを接触させる構成が示されている。これにより、放熱面積を拡大することができ、定着ローラ21と接触する吸熱面とこれと反対側の方滅面との温度差を拡大することができる。
【0069】
図10には、図7に示した構成の熱回収部材23を対象として定着ローラ23と対向する側と反対側の面に強制冷却手段として熱媒体を循環可能な熱交換器27を設けた構成が示されている。この構成においては、熱媒体として水あるいはオイルなどが用いられ、図示しない冷却部を循環する熱媒体により熱交換が行われ、熱回収部材23での吸熱面と放熱面での温度差を大きくすることができる。
【0070】
本発明者は、図9および図10に示した構成による省エネルギー効果を実験したところ、図9に示す構成では、図7に示した構成の場合に比べて約20%以上のエネルギー変換効率の上昇による省エネルギー化が確認でき、図10に示す構成では、図に示した構成の場合に比べて上記と同様に20%以上の省エネルギー化が確認できた。しかも、定着装置周辺部での温度も40℃以内に止められることが確認できた。このような構成とすることにより、回収熱による熱のリサイクルができることで熱源での負荷増加を抑えて省エネルギー化が実現できると共に、定着部材での温度の立ち上がりを迅速化でき、さらには装置内部での温度上昇も熱交換により抑制することができるので、定着装置周辺に配置されている装置に熱的な悪影響が及ぶのを未然に防止することが可能となる。
【0071】
特に、定着ロータ21の外周面に倣った形状で設けたフリジスタ素子23’を用いた場合には、通常構造であるインゴット状あるいはディスク状の部材を用いた場合に比べて定着ローラ21の周面に沿わせて配置できることから、図6,7に示した構成に比べてさらに10パーセント程度の省エネルギー化ができることが確認できた。これにより、定着部材の形態あるいは形状に関係なく省エネルギー効率を向上させることになる。
【0072】
【発明の効果】
請求項1乃至3記載の発明によれば、熱回収部材に用いられるフリジスタ素子への通電により、冷却面と反対側の面では発熱し、その熱が熱供給部材に伝達され、熱供給部材に接触している定着部材、特に請求項2記載の発明においては定着ベルト、また請求項3記載の発明においては定着ローラが再加熱前に予備加熱されることになる。これにより、定着部材の冷却が促進されることにより定着されるトナーの冷却硬化を促進する一方で定着ベルト11Aの予備加熱により熱源での電力消費を抑えることができる
【0073】
請求項記載の発明によれば、熱源を有する定着部材において発生する残熱を回収して再加熱前の定着部材を加熱することができ、その加熱の際には回収熱に対応して生起される起電力を用いているので、定着部材に蓄積される熱を循環させることができ、これにより既存の熱源に対する負荷を軽減して省エネルギー化を可能にできる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による定着装置を適用した画像形成装置の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る定着装置の原理構成を説明するための模式図である。
【図3】図2に示した定着装置に用いられる熱回収部材の構成を説明するための図である。
【図4】図2に示した原理構造における作用を説明するための図である。
【図5】図2に示した熱回収部材の別の構成を説明するための図である。
【図6】本発明の実施形態による定着装置の別の構成を説明するための図である。
【図7】図6に示した構成の一部変形例を示す図である。
【図8】図7に示した構成のさらに他の変形例を示す図である。
【図9】本発明の実施形態による定着装置の他の構成を説明するための図である。
【図10】図9に示した構成の一部変形例を示す図である。
【符号の説明】
1 画像形成装置
11 定着装置
11A 第1定着部材
11B 第2定着部材
12A 熱源
13,23,23’ 熱回収部材
13A フリジスタ素子
14,25 熱供給部材
24 電圧安定化装置
26 強制冷却手段としての放熱フィン
27 強制冷却手段としての熱交換器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using the same, and more particularly to a heat exchange mechanism.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a printing machine, a fixing process is performed to prevent a developed toner image transferred from a photosensitive member forming a latent image carrier from peeling off from a transfer medium. Is executed.
In the fixing step, for example, an operation is adopted in which the toner used in the development processing is melted by heating and pressurizing, and the toner is infiltrated into a sheet or the like as an image carrier.
[0003]
One fixing method uses a belt wound around a plurality of rollers including a roller having a built-in heat source. This configuration has an advantage that the time required for starting up to a predetermined fixing temperature can be shortened by using a belt having a small heat capacity as compared with a configuration using a heat roller fixing system in which rollers are opposed to each other.
[0004]
In the belt fixing system, the above-described fixing process is performed when the belt heated by the heat source comes into contact with the toner. As a heat source system for heating the belt, the control and configuration are relatively simplified. An easy resistance heating method is often used.
[0005]
In the resistance heating method used as a heat source, the power consumption is extremely high, which is an undesirable configuration from the viewpoint of energy saving that has been increasingly demanded in recent years.
On the other hand, it is important in terms of preventing the occurrence of the offset phenomenon that the toner subjected to the fixing process is cooled and hardened as soon as it penetrates into the transfer medium in a state of being melted and softened by heating. From the viewpoint of energy saving, it is conceivable to reduce the fixing temperature by reducing the power consumption in the heat source.
In terms of the toner material in terms of lowering the fixing temperature, in this case, a toner whose softening point or melting point is inevitably low is selected, but the thermoplastic resin used in the toner is used. As a characteristic of the above, there is a property that the melt viscosity is inevitably lowered when the softening point or the melting point is lowered. This property is determined by the softening point or melting point of a thermoplastic resin depending on the molecular weight, molecular weight distribution, crystallinity, crosslinking degree, intermolecular force, etc. of the resin. The molecular weight and the degree of crosslinking must be lowered or the molecular weight distribution must be narrowed. Among these, since the lower limit of the molecular weight distribution is determined from the limit of the storage stability of the resin, lowering the molecular weight itself inevitably becomes narrower.
[0006]
Generally, when the molecular weight is lowered, the molecular chain is shortened, so that the entanglement is loosened and the melt viscosity is lowered. Further, even when the molecular weight distribution is narrowed, the entanglement of the molecular chains is loosened and the melt viscosity is lowered. Further, when the degree of cross-linking between molecules is lowered, each molecule is easy to move, so the melt viscosity is lowered. Therefore, if the fixing temperature is lowered, the toner characteristics Then Since the offset phenomenon is likely to occur, a configuration to eliminate the offset phenomenon has been proposed (for example, Japanese Patent Akira 51-29835). This publication discloses a configuration in which heat is applied to an object to be fixed in a fixing unit using a film sheet, and then the toner is solidified and then peeled off after the film sheet and the object to be fixed are kept in close contact with each other. In order to further accelerate the cooling effect of the toner Forced A configuration for cooling is disclosed. As a method for promoting the latter toner cooling effect, there are configurations described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-273766 and 2001-22198.
[0007]
In Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-273766 and 2001-22198, a cooling means is provided at a corresponding position after passing through the fixing nip portion in the extension region of the belt, or the fixing nip portion in the moving direction of the belt. A configuration is disclosed in which a roller around which the belt that has passed is used as a cooling means.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When forced cooling by air blowing is used, the surrounding air is cooled by flowing the surrounding air at the time of air blowing, or a device that dislikes temperature rise due to the diffusion of hot air by air blowing, for example, melting due to heat has occurred. Later, coagulation occurs, which adversely affects a device containing toner that is likely to cause blocking. In addition, when water or other liquid is used as the heat medium instead of air blowing, the equipment including the circulation path becomes large, which may increase the size of the apparatus.
[0009]
As a configuration for suppressing the heat generated in the fixing device from affecting the peripheral portion, there is a configuration in which the fixing device is thermally blocked from the peripheral portion instead of cooling a member used in the fixing device. Specifically, a heat shield wall is provided that surrounds the entire range or a part of the fixing device excluding the fixing nip portion. In this configuration, it is possible to suppress the radiation heat or convection heat from the fixing device. However, even when such a configuration is adopted, if the temperature rises due to the heat storage of the heat shield wall itself, the ambient temperature of the peripheral portion increases, and as a result, as in the case of the cooling configuration described above, The temperature rises, and the toner blocking phenomenon tends to occur.
[0010]
As described above, in the cooling or heat shielding structure in the fixing device, the main purpose is to prevent the dissipation of the generated heat, and energy consumption efficiency is improved by leaving a part of the generated heat unused. It will get worse and it will be difficult to achieve energy savings.
[0011]
As a configuration that effectively uses the heat generated in the fixing device, if the belt fixing method is targeted, the heat of the stretched portion heated by the heat source is transferred to the stretched portion of the reheating region that has passed through the cooling unit, A so-called configuration for performing heat exchange has been proposed (for example, JP-A-2001-22198).
[0012]
In the above publication, heat exchangers that are in contact with both sides of the belt extension part are provided, the extension part that has passed through the fixing nip after heating is absorbed by cooling, and the heat is opposed to the extension part and the heat source. It is transmitted to the previous extension part. In addition, a configuration is disclosed in which a Peltier element capable of switching between heating and cooling by supplying electric power is used as a heat exchanger so that temperature changes are efficiently performed at each extended portion on the cooling side and the heating side.
[0013]
However, this configuration has the following problems.
Since the Peltier element used to efficiently change the temperature at each stretched part requires an external power supply, a power supply dedicated to this element is required, and as a result, it is used for the fixing device. In addition to the heat source to be used, the power consumption part is added, which is contrary to energy saving.
The Peltier element is formed in an ingot shape or a disk shape having a sandwich structure with ceramics provided on a surface layer portion, and has a structure made rigid by ceramics. For this reason, it may be damaged if bent. For this reason, as shown in the above publication, the Peltier element is disposed so as to contact a flat surface of another belt having a surface that contacts the fixing belt, or disposed so as to contact the flat extending surface of the fixing belt. Will be adopted.
[0014]
When a Peltier element is used, heat can be exchanged for the belt by being able to perform auxiliary heating and cooling, but the belt used in the fixing device is matched to the structure of the Peltier element as described in the above publication. In addition, there is a case where a flat surface is formed, and there is a case where the surface has a curved surface. In such a case, there is a possibility that a heat exchanger that can perform auxiliary heating and cooling cannot be used. In addition, in the above publication, one of the rollers around which the belt is wound is provided as a heating member having a heat source, and the other of the rollers is provided as a cooling member. As a result, there is a risk of complication of the configuration.
[0015]
Further, in the Peltier element, the thermal conductivity of the ceramic located in the surface layer portion is poor, and a sudden temperature change cannot be expected. For this reason, in order to select a steep temperature change, it is necessary to increase the power. As a result, the power consumption tends to increase, and there is a possibility that energy saving cannot be achieved.
[0016]
An object of the present invention is to provide a structure that can ensure energy saving with a simple configuration regardless of the surface form of the fixing member, in view of the problems in the above-described conventional fixing apparatus, in particular, the fixing apparatus when the surface form of the fixing member is not a flat surface. A fixing device and an image forming apparatus.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 The fixing member heated by the heat source and the pressure member in contact with the fixing member constitute a fixing nip portion, and the heat source is incorporated in the fixing member constituting the fixing nip portion. Recording material carrying an unfixed toner image Pass through In the fixing device, A heat recovery member is provided at a position where the remaining heat after fixing can be recovered at a position where the recording material has passed through the fixing nip portion, and a heat supply member is provided at a position different from the fixing nip portion. The member and the heat supply member are integrated, and the heat recovery member has both a cooling and heating action through electric power supply by a thermoelectric effect, and a frigister element that can be deformed in accordance with the form of the fixing nip portion. And that the heat supply member is located on one side of the transistor element. It is a feature.
[0018]
The invention according to claim 2 As the fixing member, a belt wound around a rotatable roller incorporating the heat source is used, and as the pressure member, the belt is wound around a roller facing the rotatable roller incorporating the heat source. A belt that presses the recording material against a belt as a fixing member is used, and the heat recovery member is provided in contact with the opposing position of the rollers at a position where the sheet passes, and the heat recovery member The integrated heat supply member is provided in contact with a position where the belt moves toward a position where the rollers face each other. It is a feature.
[0019]
The invention according to claim 3 As the fixing member, a fixing roller having a built-in heat source is used, and as the pressure member, a pressure roller capable of forming a fixing nip portion in contact with the fixing roller is formed, and the fixing nip portion of the fixing roller is used. A heat recovery member is disposed at a position excluding the heat transfer member, a heat supply member is disposed at a position passing through the fixing nip portion in the circumferential direction of the fixing roller, and a member capable of utilizing a thermoelectric effect is used as the heat recovery member. The heat recovery member and the heat supply member are electrically connected to a voltage stabilization device, and the voltage stabilization device utilizes the electromotive force generated by the thermoelectric effect in the heat recovery member. The surface temperature of the roller As described above, the temperature of the heat supply member is controlled.
[0020]
The invention according to claim 4 The fixing device according to claim 1 is used in an image forming apparatus. It is characterized by that.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an image forming apparatus to which a fixing device according to an embodiment of the present invention is applied.
The image forming apparatus shown in FIG. 1 also has a copying function capable of forming an electrostatic latent image on a photoconductor as a latent image carrier based on image information obtained by reading a document and image information from a host computer. It is a full-color printer that can perform visible image processing of an electrostatic latent image using a plurality of colors.
[0038]
In FIG. 1, a photoconductor 2 that is a drum-shaped latent image carrier is disposed inside an image forming apparatus 1.
A charging device 3, a writing device 4, a developing device 5, a transfer device 6, and a cleaning device 7 that perform image forming processing along the rotation direction of the photosensitive member 2 are disposed around the photosensitive member 2.
[0039]
The writing device 4 used in the image forming apparatus 1 in this embodiment is provided with a laser light source that can emit laser light in accordance with an image signal from a control unit (not shown). However, the writing light is emitted not only by the output signal from the computer but also by the image signal based on the original image read by the scanner 8 provided in the image forming apparatus 1. That is, the image forming apparatus 1 is provided with a document placing table 1A on the upper surface of the housing so that a document can be placed. Below the document placing table 1A, a scanner 8 for reading a document image is provided. Is provided.
The scanner 8 includes a reading optical system having a known structure and a reading element, and image information obtained by the reading element is output to the control unit.
[0040]
The writing device 4 is not provided with a reference numeral, but includes a polygon mirror 4A, an fθ lens 4B, a BTL lens 4C, and a writing mirror 4D in addition to a laser light source (not shown). The scanner 8 includes a scanning light source and a reflecting mirror. A first scanner unit 8A movable in parallel with the document table, a second scanner unit 8B movable with a pair of mirrors for optical path conversion, a lens 8C, and a CD element as an optical reading element. The provided board 8D is equipped.
[0041]
The transfer device 6 in this embodiment includes a primary transfer device 6A that primarily transfers a visible image from the photoreceptor 2, and a secondary transfer that performs secondary transfer from the primary transfer device 6A to a sheet such as a recording sheet. The apparatus 6B is equipped.
The primary transfer device 6A includes an intermediate transfer belt 6A1 wound around a plurality of rollers. The primary transfer device 6A is mounted on the photoreceptor 2 by a primary transfer charger 6A2 disposed at a position opposite to the intermediate transfer belt 6A1 and the photoreceptor 2. These visible images can be transferred to the intermediate transfer belt 6A1.
On the intermediate transfer belt 6A1, an image of a color complementary to the color separation can be superimposed and transferred by a developing device 5 described later, and the superimposed transfer image is recorded on a recording sheet or the like by a secondary transfer device 6B. The sheet is transferred onto a sheet (hereinafter referred to as a sheet).
[0042]
The secondary transfer device 6B is composed of a charging roller that can be brought into contact with and separated from the intermediate transfer belt 6A1 in the primary transfer device 6A across the sheet conveyance path, and performs intermediate transfer while nipping and conveying the moving sheet. The superimposed image on the belt 6A1 can be electrostatically transferred to the sheet.
The secondary charging device 6B can be brought into contact with the intermediate transfer belt 6A1 only at the time of transferring a single color and at the time of batch transfer of superimposed images, and when the images of the respective colors are transferred to the intermediate transfer belt 6A1, the intermediate transfer belt. The image is not disturbed without coming into contact with 6A1.
[0043]
A sheet is fed by a sheet feeding device 9 to a secondary transfer position corresponding to a position where the intermediate transfer belt 6A1 and the secondary transfer device 6B face each other.
The paper feeding device 9 includes a paper feeding cassette 9A that can store recording paper, a feeding roller 9B that feeds out the sheets in the paper feeding cassette 9A, a separation roller pair 9C, a conveying roller 9D, and a registration roller 9E. A sheet separated from the sheet feeding cassette 9A toward the next transfer position is fed with registration timing set by a registration roller 9E.
[0044]
In this embodiment, it is also possible to feed sheets other than the sheet size from the inside of the sheet feeding cassette or different types of sheets. Therefore, a manual feed tray 9F, a part of which can be tilted, is provided in the casing of the main body of the image forming apparatus, and the sheet fed from the paper feed tray 9A is moved between the manual feed tray 9F and the registration roller 9E. A conveying roller 9D is disposed at a position where the paths meet, and a feeding roller 9B is disposed in the vicinity of the manual feed tray 9F.
[0045]
In the above configuration, the electrostatic latent image formed on the photoreceptor 2 is subjected to visible image processing by the developing device 5 and transferred to the intermediate transfer belt 6A1 by the primary transfer device 6A.
When the image is a single color, the transferred image on the intermediate transfer belt 6A1 is secondarily transferred as it is to the sheet fed from the paper feeding device 9 by the secondary transfer device 6B, and when the image is a plurality of colors, the intermediate transfer is performed. After the superimposed transfer onto the belt 6A1, the sheet is collectively transferred to the sheet by the secondary transfer device 6B.
The sheet after the secondary transfer is separated from the secondary transfer position, conveyed to the fixing device 11 via the conveying device 10, and the image is fixed and discharged.
[0046]
Less than, Of the present invention Embodiment about explain.
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle configuration of the fixing device according to the embodiment of the present invention. The fixing device 11 shown in FIG. 2 is a toner carried on the sheet S while nipping and conveying the sheet S. First and second fixing members 11A and 11B that face each other at a fixing position corresponding to a fixing nip portion that can heat and press T are provided, and a belt (hereinafter, referred to as a fixing belt 11A) is used on one of them. ing.
As the other fixing member, a pressure belt 11B that presses a sheet against the fixing belt 11A is used, and the fixing device 11 adopts a belt fixing method.
The fixing belt 11A is wound around a pair of rollers 12 and 13, and one of the extending portions formed between these rollers moves in the same direction while coming into contact with the pressure belt 11B.
The fixing belt 11A is maintained at a fixing temperature by being heated by a heat source 12A using a resistance heating system built in one of the rollers 12 around which the belt is wound.
The heat source 12A is feedback-controlled by a temperature sensor (not shown) that detects the surface temperature of the fixing belt.
[0047]
In the fixing belt 11A, a heat recovery member 13 that is in contact with the inner surface in the region of the fixing nip portion is disposed.
The heat recovery member 13 is brought into contact with the fixing belt 11A at a position where the residual heat after fixing can be recovered in the fixing nip portion, and the fixing on the surface opposite to the contact surface is on the side opposite to the fixing nip portion side. It is integrated with the heat supply member 14 that contacts the extended surface of the belt 11A.
[0048]
The heat supply member 14 is made of a noble metal such as gold, silver and copper, or a good heat conductor such as aluminum. The heat supply member 14 is on the side in contact with the expansion surface of the fixing belt 11 </ b> A that is opposite to the surface integrated with the heat recovery member. The surface is positioned at a position before reheating by the heat source 12A.
[0049]
As the heat recovery member 13, a member that can obtain both the cooling by heat absorption and the heating by heat generation on the front and back surfaces by power supply, which is one of the thermoelectric effects, is used. In the configuration shown in FIG. It has been.
[0050]
The transistor elements 13A are configured to be in contact with the surface form of the fixing belt 11A. As shown in FIG. 3, the arrangement interval between adjacent elements within a predetermined area is set to about 0.01 to 5 mm. In either case, a sheet-like structure is used by repeatedly folding back and spreading continuously, or a sandwich structure with a thin film on both sides is used. Thus, it can be bent and deformed.
[0051]
The surface of the heat recovery member 13 that comes into contact with the fixing belt 11A by energizing the transistor element 13A functions as a cooling surface, and the opposite surface functions as a heat generation surface. For this reason, the heat supply member 14 integrated on the opposite side is heated and the fixing belt 11A is preheated by the heat source 12A before being reheated.
[0052]
In the present embodiment, the heat recovery member 13 can be brought into contact with the surface form of the fixing belt 11A with the above-described configuration, so that a part of the fixing belt 11A has a curved surface as shown in FIG. Even if it exists, it can be bent and deform | transformed corresponding to the surface form. Accordingly, since the contact can be made uniformly regardless of the surface form of the fixing belt 11A, heat absorption from the fixing belt 11A, that is, cooling unevenness can be eliminated, and the cooling effect of the fixing belt 11A can be enhanced.
[0053]
The configuration shown in FIG. 4 is a configuration that follows the principle configuration shown in FIG. 2, and in this configuration, the fixing belt 1A is wound around only the roller 12 including the heat source 12A, not a pair of rollers. The end in the extending direction is guided with respect to the support member 11A1 that can guide the fixing belt 11A instead of the roller 13 shown in FIG.
The support member 11A1 has a curved surface that can press the fixing belt 11A toward the pressure belt 11B. The curved surface enlarges the fixing nip portion and uniformizes the contact pressure with the toner T, thereby preventing uneven fixing due to uneven heating. It is designed to prevent the occurrence. Therefore, the heat recovery member 13 is formed in contact with the curved surface of the fixing belt 11A.
[0054]
On the other hand, the energization of the transistor element 13A generates heat on the surface opposite to the cooling surface, the heat is transmitted to the heat supply member 14, and the fixing belt 11A in contact with the heat supply member 14 is spared before reheating. It will be heated. Accordingly, the cooling of the fixing belt 11A is promoted to promote the cooling and hardening of the toner to be fixed, while the power consumption in the heat source 12A can be suppressed by the preliminary heating of the fixing belt 11A.
[0055]
As shown in FIG. 5, the transistor elements 13 </ b> A used for the heat recovery member 13 have a plurality of transistor elements 13 </ b> A as shown in FIG. Can also be juxtaposed. Also in this case, similarly to the above-described configuration, the arrangement interval between adjacent ones is set to 0.01 to 5 mm. This interval is set in order to eliminate temperature unevenness within a predetermined area.
[0056]
The energization control to the transistor element 13 shown in FIGS. 2 and 5, that is, the on / off setting, is performed based on the temperature on the cooled surface side or the heat generating surface side of the fixing belt 11A. That is, for the on / off setting, the thermocouple 13B whose operation state is switched at a predetermined temperature is used.
[0057]
The energization control of the transistor elements 13A targeted for the configuration shown in FIG. 5 can be performed for each of the transistor elements 13A, whereby fine temperature management corresponding to the surface temperature of the fixing belt 11A can be performed. In other words, when the surface temperature of the fixing belt 11A is higher than the predetermined temperature, the energization to any of the transistor elements 13A is stopped.
As a result, the temperature management of the fixing belt 11A by the transistor element 13A is automated. In this way, heat is circulated by using the heat radiation by cooling to heat the fixing belt 11A.
[0058]
In the above-described embodiment, the fuser element 13 is configured to be able to uniformly contact the fixing belt 11A as a fixing member in accordance with the surface form of the fixing belt 11A by bending and deforming, so that the fixing belt 11A is heated. It can be pressed by the recovery member 13. As a result, the contact pressure of the fixing belt 11A with the sheet S is increased, the contact with the toner T can be improved, and the heat supply efficiency with respect to the toner T can be increased. In addition, since the contact state between the fixing belt 11A after fixing and the heat recovery member 13 is also improved, the recovery efficiency of the residual heat is enhanced, the toner cooling effect is promoted, and the molten toner is reversely transferred to the transfer belt 11A. Can be surely prevented.
[0059]
next, In the present invention Of the fixing device another Embodiments will be described.
The present embodiment is characterized in that an electromotive force is generated corresponding to the heat recovered by the heat recovery member, and the fixing member is preheated by the heat supply member using this electromotive force.
In the fixing device 20 shown in FIG. 6, the first fixing member is composed of a fixing roller 21 including a heat source 21 </ b> A, and the second fixing member is in contact with the fixing roller 21 so as to form a fixing nip portion. A roller 22 is used.
[0060]
Unlike the configuration shown in FIG. 2, the heat recovery member 23 is disposed in the vicinity of the outer periphery of the fixing roller 21, and is disposed in a range including at least the upper portion of the fixing roller 21. In the configuration shown in FIG. 6, it is arranged in three directions excluding the fixing nip portion that faces and contacts the pressure roller 22. Thereby, the heat dissipated from the fixing roller 21 can be efficiently absorbed.
[0061]
As the heat recovery member 23, a member that can use the Seebeck effect or the Peltier effect, which is a thermoelectric effect that generates an electromotive force due to a temperature difference based on the amount of recovered heat, is used. In the configuration shown in FIG. 6, a thermocouple or a Peltier element is used. .
When a thermocouple or Peltier element is used as the heat recovery member 23, particularly when a Peltier element is used, the material from the fixing roller 21 as shown in FIG. It is also possible to dispose only above the fixing roller 21 corresponding to a position where heat is easily absorbed.
[0062]
Since the heat recovery member 23 has a thermoelectric effect, the heat recovery member 23 is used as a flexible member that can be flexibly deformed into a shape following the outer peripheral surface of the fixing roller 21 as shown in FIG. It is also possible to employ a possible transistor element (denoted by reference numeral 23 'for convenience). In this case, the configuration shown in FIG. 3 or FIG.
[0063]
The heat recovery members 23 and 23 ′ are connected to the input side of the voltage stabilization device 24, and the heat supply member 25 that is in contact with the peripheral surface of the fixing roller 21 is connected to the output side of the voltage stabilization device 24. ing.
The voltage stabilizing device 24 is a device for managing the temperature of the heat supply member 25, and can control the applied voltage including on / off control to the heat supply member 25 so that the surface temperature of the fixing roller 21 reaches a predetermined temperature. It is like that. In addition, the arrow shown with a broken line in FIG. 8 has shown the signal path | route of the feedback signal for performing the temperature management of the heat supply member 25. FIG.
[0064]
The heat supply member 25 is composed of a roller member capable of generating heat by the electric power applied from the voltage stabilizing device 24. In this configuration, a resistance heating element or a lamp is used. However, the structure is flexible and flexibly deformed. It is also possible to attach a frigister element, which is a thermoelectric element that can be used, to the roller peripheral surface.
[0065]
In this embodiment, in the configuration as described above, when the heat dissipated from the fixing roller 21 is absorbed by the heat recovery member 23, the electromotive force is generated due to the temperature difference between the fixing roller 21 side and the opposite side of the heat recovery member 23. The generated electromotive force is taken into the voltage stabilizing device 24.
[0066]
In the voltage stabilizing device 24, the voltage applied to the heat supply member 25 is controlled in accordance with the surface temperature of the fixing roller 21, and the preheating of the fixing roller 21 using the heat supply member 25 is executed. As a result, the fixing roller 21 maintains the surface temperature at a predetermined temperature by heating from the heat supply member 25 serving as a heat source other than the heat source 21A, so that power consumption at the heat source 21A can be reduced. Thus, by converting the exhaust heat remaining in the fixing roller 21 into heat energy for heating the fixing roller 21, it is possible to reduce the load on the heat source 21A and save energy.
[0067]
The inventor compared the power consumption of the above configuration with the internal configuration, and as a result, the configuration shown in FIG. 6 can confirm about 10% energy saving, and the configuration shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 8, although the loss of about 10 to 15 percent occurs due to the narrow arrangement area of the heat recovery members 23 and 23 ′, the load reduction at the heat source 21 </ b> A is obvious. Energy saving was confirmed compared with the case of not using.
[0068]
In order to efficiently and particularly extract a large amount of electromotive force generated in the heat recovery members 23 and 23 ′, it is necessary to increase the temperature difference between the heat recovery members 23 and 23 ′. Hereinafter, an embodiment of the invention described in claim 19 will be described with respect to this configuration.
In FIG. 9, a heat radiating fin 26 is provided as a forced cooling means for increasing the temperature difference between the surface facing the fixing roller 21 and the surface opposite to the heat recovery member 23 shown in FIG. 7. The structure which contacts the airflow F with the ventilation means which is not shown in figure with respect to the fin 26 is shown. As a result, the heat radiation area can be expanded, and the temperature difference between the heat absorbing surface in contact with the fixing roller 21 and the decaying surface on the opposite side can be expanded.
[0069]
FIG. 10 shows a configuration in which a heat exchanger 27 capable of circulating a heat medium as a forced cooling means is provided on the surface opposite to the side facing the fixing roller 23 for the heat recovery member 23 having the configuration shown in FIG. It is shown. In this configuration, water or oil is used as a heat medium, heat exchange is performed by a heat medium circulating through a cooling unit (not shown), and the temperature difference between the heat absorption surface and the heat radiation surface of the heat recovery member 23 is increased. be able to.
[0070]
The inventor conducted an experiment on the energy saving effect of the configuration shown in FIGS. 9 and 10. The configuration shown in FIG. 9 increased the energy conversion efficiency by about 20% or more compared to the configuration shown in FIG. 7. In the configuration shown in FIG. 10, energy saving of 20% or more was confirmed in the same manner as described above in the configuration shown in FIG. Moreover, it was confirmed that the temperature at the periphery of the fixing device could be stopped within 40 ° C. By adopting such a configuration, it is possible to recycle the heat by the recovered heat, thereby suppressing the increase in the load on the heat source and realizing energy saving, speeding up the temperature rise at the fixing member, and further, inside the apparatus. Therefore, it is possible to prevent thermal adverse effects on the devices arranged around the fixing device.
[0071]
In particular, when a transistor element 23 ′ provided in a shape following the outer peripheral surface of the fixing rotor 21 is used, the peripheral surface of the fixing roller 21 is compared with a case where an ingot-shaped or disk-shaped member having a normal structure is used. Therefore, it has been confirmed that the energy can be further reduced by about 10% as compared with the configuration shown in FIGS. Thereby, energy saving efficiency is improved regardless of the form or shape of the fixing member.
[0072]
【The invention's effect】
Claim 1 to 3 According to the invention described, 3. A fixing member that generates heat on a surface opposite to the cooling surface by energization of a transistor element used for a heat recovery member, and that heat is transmitted to the heat supply member and is in contact with the heat supply member. In the present invention, the fixing belt, and in the third aspect of the present invention, the fixing roller is preheated before reheating. Accordingly, the cooling of the fixing member is promoted to promote the cooling and hardening of the toner to be fixed, while the preheating of the fixing belt 11A can suppress the power consumption at the heat source. .
[0073]
Claim 4 According to the described invention, Residual heat generated in the fixing member having a heat source can be recovered and the fixing member before reheating can be heated, and an electromotive force generated corresponding to the recovered heat is used during the heating, The heat accumulated in the fixing member can be circulated, thereby reducing the load on the existing heat source and enabling energy saving. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an image forming apparatus to which a fixing device according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a principle configuration of a fixing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining the configuration of a heat recovery member used in the fixing device shown in FIG. 2;
4 is a diagram for explaining an operation in the principle structure shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining another configuration of the heat recovery member shown in FIG. 2;
FIG. 6 is a diagram illustrating another configuration of the fixing device according to the embodiment of the invention.
7 is a diagram showing a partial modification of the configuration shown in FIG. 6. FIG.
8 is a diagram showing still another modification of the configuration shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating another configuration of the fixing device according to the embodiment of the invention.
10 is a diagram showing a partial modification of the configuration shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Image forming device
11 Fixing device
11A First fixing member
11B Second fixing member
12A heat source
13, 23, 23 'heat recovery member
13A Frigister element
14,25 Heat supply member
24 Voltage stabilizer
26 Radiation fins as forced cooling means
27 Heat exchanger as forced cooling means

Claims (4)

熱源により加熱される定着部材と、該定着部材に当接する加圧部材とで定着ニップ部を構成し、上記熱源が上記定着ニップ部を構成する上記定着部材に内蔵されて未定着トナー像を担持した記録材を通過させる定着装置において、
上記定着ニップ部を上記記録材が通過した位置で定着後の残熱を回収できる位置には熱回収部材が設けられ、上記定着ニップ部と異なる位置には熱供給部材が設けられ、
上記熱回収部材と熱供給部材とは一体化され、該熱回収部材には熱電効果による電力供給を介した冷却および加熱の両作用が得られて上記定着ニップ部の形態に倣う変形が可能なフリジスタ素子が用いられ、該フリジスタ素子の一面に上記熱供給部材が位置していることを特徴とする定着装置。
The fixing member heated by the heat source and the pressure member in contact with the fixing member constitute a fixing nip portion, and the heat source is incorporated in the fixing member constituting the fixing nip portion and carries an unfixed toner image. In the fixing device that passes the recorded material,
A heat recovery member is provided at a position where the residual heat after fixing is recovered at a position where the recording material has passed through the fixing nip portion, and a heat supply member is provided at a position different from the fixing nip portion,
The heat recovery member and the heat supply member are integrated, and the heat recovery member can have both cooling and heating effects through power supply by the thermoelectric effect, and can be deformed following the form of the fixing nip portion. A fixing device using a frigister element, wherein the heat supply member is located on one surface of the fristister element .
上記定着部材として、上記熱源を内蔵した回転可能なローラに掛け回されているベルトが用いられ、上記加圧部材として、上記熱源を内蔵した回転可能なローラに対向するローラに掛け回されて上記定着部材としてのベルトに対して上記記録材を加圧するベルトが用いられ、
上記熱回収部材は、上記ローラ同士の対向位置を上記シートが通過した位置で接触させて設けられ、該熱回収部材に一体化されている熱供給部材は、上記ローラ同士の対向位置に向け上記ベルトが移動する位置で接触させて設けられていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
As the fixing member, a belt wound around a rotatable roller incorporating the heat source is used, and as the pressure member, the belt is wound around a roller facing the rotatable roller incorporating the heat source. A belt that presses the recording material against a belt as a fixing member is used,
The heat recovery member is provided in contact with the opposing position of the rollers at the position where the sheet passes, and the heat supply member integrated with the heat recovery member is directed toward the opposing position of the rollers. The fixing device according to claim 1, wherein the fixing device is provided in contact with a position where the belt moves .
記定着部材として、熱源を内蔵した定着ローラが用いられ、上記加圧部材として定着ローラに対向当接して、定着ニップ部を形成可能な加圧ローラが用いられ、
上記定着ローラの上記定着ニップ部を除く位置には熱回収部材が配置され、該定着ローラの周方向で上記定着ニップ部を通過した位置には熱供給部材が配置され、
上記熱回収部材には熱電効果を利用できる部材が用いられ、該熱回収部材と該熱供給部材とは電圧安定化装置に電気的接続され、
上記電圧安定化装置は、上記熱回収部材での熱電効果により生起される起電力を利用して上記定着ローラの表面温度が所定温度となるように上記熱供給部材の温度管理を行うことを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
As upper Symbol fixing member, the fixing roller with a built-in heat source is used in contact opposite to the fixing roller person as the pressure member, the fixing nip portion is capable of forming a pressure roller is used,
A heat recovery member is disposed at a position excluding the fixing nip portion of the fixing roller, and a heat supply member is disposed at a position passing through the fixing nip portion in the circumferential direction of the fixing roller.
A member that can use a thermoelectric effect is used as the heat recovery member, and the heat recovery member and the heat supply member are electrically connected to a voltage stabilizing device,
The voltage stabilizing device performs temperature management of the heat supply member so that the surface temperature of the fixing roller becomes a predetermined temperature using an electromotive force generated by a thermoelectric effect in the heat recovery member. The fixing device according to claim 1.
請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus using the fixing device according to claim 1.
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