JP4010969B2

JP4010969B2 - Fixing device

Info

Publication number: JP4010969B2
Application number: JP2003087018A
Authority: JP
Inventors: 元樹森口; 尚史三宅
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004294766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して、未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
このような熱ローラ定着方式では、定着ローラに内蔵されたハロゲンランプなどの熱源から、ローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間に幾分も要するなどといった問題があった。
【０００４】
これを改善するために、光透過性耐熱樹脂で円筒形状芯材を形成し、その外側に弾性部材層を、さらにその外側に熱線吸収層（光熱変換層）を形成した定着ローラを用いた定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２７３４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の定着装置において、一般的には、発光手段としてはハロゲンランプが用いられる。しかしながら、ハロゲンランプでは、その発光部分であるフィラメントの巻線形状に起因する発光ムラが、定着ローラ表面の温度ムラになってしまうという問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献１記載の定着装置は、光熱変換層で得られた熱が弾性部材層へと熱伝導して逃げてしまい、定着ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間の短縮化において、十分に改善がなされているとは言えない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、定着部材或いは加圧部材の表面に温度ムラを発生させることなく、高い加熱効率が得られる構造を提案し、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、５つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された発泡状光透過性弾性部材層と、この発泡状光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換層と、この光熱変換層の外側に配置された蓄熱層と、この蓄熱層の外側に配置された離型層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備えることとした。
【００１０】
この構成によれば、蓄熱層を備えるので、光熱変換層で得られた熱を逃がさないようにすることができる。また、発光手段を備える定着部材及び／又は加圧部材の表面の温度が均一に保たれる。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材が発泡状であるので、発光手段から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、発光手段の形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、発光手段を備える部材表面の温度ムラを抑制する効果を高めることができる。さらに、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図ることが可能である。
【００１１】
また、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、４つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された発泡状光透過性弾性部材層と、この発泡状光透過性弾性部材層の外側に配置された光透過性蓄熱層と、この光透過性蓄熱層の外側に配置された光熱変換性と離型性を兼備した部材層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備えることとした。
【００１２】
この構成によれば、一番外側の層が光熱変換性を持つことになるので、加熱効率の向上及びウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。また、一つの層が光熱変換性と離型性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置を提供することができる。
【００１３】
また、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、４つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された発泡状光透過性弾性部材層と、この発泡状光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層と、この光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層の外側に配置された離型層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備えることとした。
【００１４】
この構成によれば、一つの層で光熱変換と蓄熱を同時に行うことができるので、加熱効率をさらに高めることできるとともに、ウォームアップ時間をさらに短縮することが可能となる。また、一つの層が光熱変換性と蓄熱性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置を提供することができる。
【００１５】
また、前記蓄熱層或いは前記光透過性蓄熱層の熱伝導率が、前記発泡状光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいこととした。
【００１６】
この構成によれば、光熱変換層で得られた熱が、発泡状光透過性弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００１７】
また、前記光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層の熱伝導率が、前記発泡状光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいこととした。
【００１８】
この構成によれば、光熱変換性を備える層で得られた熱が、発泡状光透過性弾性部材へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００１９】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることとした。
【００２０】
この構成によれば、定着装置を構成する主な部品が定着ローラ及び加圧ローラのみになるので、構造の簡素化を図ることができ、装置をよりコンパクトにすることが可能である。さらに、部品点数の削減によるコストダウンが可能である。
【００２１】
また、前記定着部材及び加圧部材のうち、前記５つの層或いは４つの層と、前記発光手段とを備える方がローラで構成され、それらを備えない方がベルトで構成されることとした。
【００２２】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材の両方がローラである場合と比較して、ベルトを使用することによって低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、定着部１０の定着部材である定着ローラ１１内には、発光手段であるハロゲンランプ３１が配置されている。
【００２５】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１には、光透過性部材からなるベース層１２が設けられている。ベース層１２は、石英やホウケイ酸等のガラス材料、或いはポリイミドやポリアミド等の樹脂材料で構成される。光透過性ではあるが、材料によっては１〜２０％程度の光を吸収する場合があるので、定着ローラ１１の基礎部材としての強度が保持できる範囲でできるだけ肉厚が薄いほうが好ましい。したがって、第１の層１２の厚さｔ１と外径Ｄ１の関係が、０．０５≦ｔ１／Ｄ１≦０．２０、望ましくは０．０７≦ｔ１／Ｄ１≦０．１４となるようにする。
【００２６】
ベース層１２の外面には、発泡状光透過性弾性部材層１３が密着して設けられている。この発泡状光透過性弾性部材は、発泡状のシリコンゴムで構成される。発泡状光透過性弾性部材層１３でできるだけ光が吸収されないようにするためには、肉厚を薄くし、気泡径を大きくするほうか良い。しかしながら、肉厚を薄くし過ぎると、トナーを溶融するのに必要なニップ量が少なくなってしまう。また、気泡径を大きくし過ぎると、シリコンゴムの強度が弱くなり破損したり、気泡形状が用紙に写ってしまったりする恐れがある。したがって、発泡状光透過性弾性部材層１３の厚さは、１〜２０ｍｍ、望ましくは２〜１０ｍｍとする。また、気泡径は、２０〜５００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。そして、この発泡状シリコンゴムの熱伝導率は、発泡状態によっても異なるが、０．０８〜０．１３Ｗ／ｍ・ｋである。
【００２７】
発泡状光透過性弾性部材層１３の外面には、光熱変換層１４が密着して設けられている。この光熱変換層１４で、前記ベース層１２及び発泡状光透過性弾性部材層１３を通過してきたハロゲンランプ３１の光が熱に変換されることにより、定着ローラ１１の表面が発熱し、未定着トナーの定着が可能となる。光熱変換層１４は、カーボンブラックや黒鉛、鉄黒（Ｆｅ₃Ｏ₄）、各種フェライト及びその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ（Ｆｅ₂Ｏ₃）等の粉末を混入した樹脂バインダ（結合材）で構成され、これを焼付けや塗布、或いはチューブ状に成型したものを被覆するなどして設けられている。光熱変換層１４は、光吸収率が略１００％となる厚さあれば良く、肉厚を厚くし過ぎるとローラの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、光熱変換層１４の厚さは、１０〜２００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。
【００２８】
光熱変換層１４の外面には、蓄熱層１５が密着して設けられている。この蓄熱層１５では、前記光熱変換層１４で得られた熱を蓄えることができる。蓄熱層１５は、シリカやアルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末をフィラーとして配合して熱伝導率を高めたシリコンゴムや、アルミ、銅、ニッケル等の熱伝導率の高い金属で構成され、これらをチューブ状に成型したものを被覆する、或いはメッキするなどして設けられている。蓄熱層１５は、シリコンゴムのように弾性がある材料であれば良いが、金属で構成した場合、肉厚を厚くし過ぎるとローラの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、蓄熱層１５の厚さは、１０〜１０００μｍ、望ましくは５０〜５００μｍとする。そして、この蓄熱層１５の熱伝導率は、発泡状光透過性弾性部材層１３の熱伝導率よりも大きい。
【００２９】
蓄熱層１５の外面には、離型層１６を密着して設け、トナーの離型性を高める。離型層１６には、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）等のフッ素系樹脂が用いられ、塗料の塗布やチューブを被せることによって層が設けられている。ＰＦＡチューブであれば３０〜１００μｍ、フッ素樹脂塗料であれば２０〜３０μｍの厚さである。
【００３０】
加圧部２０は、加圧部材である加圧ローラ２１で構成される。定着ローラ１１と当接する加圧ローラ２１は、ステンレス鋼からなる芯金２２の外側に、弾性部材層２３を構成するスポンジシリコンゴムが設けられている。この加圧ローラ２１が定着ローラ１１と当接することで用紙を挿通させるニップを形成する。
【００３１】
定着ローラ１１の外側には、定着ローラ１１の表面に接するようにサーミスタ４１が備えられている。このサーミスタ４１により加熱部の温度を検知し、ハロゲンランプ３１を制御することによって温度制御を行う。
【００３２】
なお、これまでに登場した寸法等の数値は、好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００３３】
上記の構成によれば、蓄熱層１５を備えるので、光熱変換層１４で得られた熱を逃がさないようにすることができる。また、発光手段であるハロゲンランプ３１を備える定着ローラ１１の表面温度が均一に保たれる。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。
【００３４】
また、弾性部材が発泡状であるので、ハロゲンランプ３１から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、ハロゲンランプ３１のフィラメントの巻線形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、定着ローラ１１表面の温度ムラを抑制する効果を高めることができる。
【００３５】
さらに、蓄熱層１５の熱伝導率が、発泡状光透過性弾性部材層１３の熱伝導率よりも大きいので、光熱変換層１４で得られた熱が、発泡状光透過性弾性部材層１３へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。
【００３６】
なお、加圧部２０の構成は、加圧部材である加圧ローラ２１をベルトに代えるといった構成でも良い。この場合、加圧部材がローラである場合と比較して、低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着ローラ１１の表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００３７】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記図１に示す第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。
【００３８】
定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられている。定着部１０の定着部材である定着ローラ１１は４つの層で構成され、これらの層は、光透過性部材からなるベース層１２と、このベース層１２の外面に密着する発泡状光透過性弾性部材層１３と、この発泡状光透過性弾性部材層１３の外面に密着する光透過性蓄熱層１７と、この光透過性蓄熱層１７の外面に密着する光熱変換性と離型性を兼備した部材層１８である。
【００３９】
加圧部２０の加圧部材である加圧ローラ２１は４つの層で構成され、これらの層は、光透過性部材からなるベース層２４と、このベース層２４の外面に密着する発泡状光透過性弾性部材層２５と、この発泡状光透過性弾性部材層２５の外面に密着する光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層２６と、この光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層２６の外面に密着する離型層２７である。
【００４０】
なお、定着ローラ１１においては、光透過性蓄熱層１７の熱伝導率は、発泡状光透過性弾性部材層１３の熱伝導率よりも大きい。また、加圧ローラ２１においては、光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層２６の熱伝導率は、発泡状光透過性弾性部材層２５の熱伝導率よりも大きい。
【００４１】
定着ローラ１１及び加圧ローラ２１の内側には、各々ハロゲンランプ３１、３２が配置されている。また、定着ローラ１１及び加圧ローラ２１の外側には、各々サーミスタ４１、４２が配置されている。
【００４２】
第２の実施形態は、加圧ローラ２１も直接加熱可能な構造であるので、通紙中においても加圧ローラ２１を加熱し続けることができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる加圧ローラ２１の温度低下を低減することが可能となり、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮、消費電力の低減を図ることができる。そして、加圧ローラ２１の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００４３】
定着ローラ１１において、光透過性蓄熱層１７の熱伝導率を、発泡状光透過性弾性部材層１３の熱伝導率よりも大きくすることにより、光熱変換性を備えた層で得られた熱が弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。そして、一番外側の層が光熱変換性を持つことになるので、加熱効率の向上及びウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。また、一つの層が光熱変換性と離型性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置１を提供することができる。
【００４４】
加圧ローラ２１において、光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層２６の熱伝導率を、発泡状光透過性弾性部材層２５の熱伝導率よりも大きくすることにより、光熱変換性を備えた層で得られた熱が弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。そして、一つの層で光熱変換と蓄熱を同時に行うことができるので、加熱効率をさらに高めることできるとともに、ウォームアップ時間をさらに短縮することが可能となる。また、一つの層が光熱変換性と蓄熱性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置１を提供することができる。
【００４５】
図３は、定着ローラ表面が所定温度（１６０°Ｃ）に達するまでの時間を、光透過性弾性部材層を構成する光透過性弾性部材が発泡状である場合と発泡状ではない場合、及び蓄熱層を備える場合と備えない場合とで比較したグラフである。グラフの横軸は、加熱開始からの経過時間を示し、縦軸は定着ローラ１１表面の温度を示す。
【００４６】
ここで、実験は次の条件に基づいて行う。まず、ベース層１２には、外径２５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、全長３３０ｍｍの石英ガラス素管を使用する。その外側の光透過性弾性部材層１３には、光透過性弾性部材が発泡状である部材として厚さ２ｍｍの発泡タイプの透明シリコンゴムを、発泡状ではない部材として厚さ２ｍｍの無発泡タイプの透明シリコンゴムを使用する。蓄熱層を備える場合は、光透過性弾性部材層１３の外側に光透過性蓄熱層１７として、厚さ２００μｍのアルミニウムを蒸着させたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを被せる。その外側には、光熱変換性と離型性を兼備した部材層１８である、カーボンブラックを含有させた導電性ＰＦＡチューブを被せる。
【００４７】
このようにして、次の４種類の構成からなる定着ローラ１１を用意した。
【００４８】
（構成Ａ）石英ガラス＋無発泡タイプシリコンゴム＋ＰＦＡチューブ。
【００４９】
（構成Ｂ）石英ガラス＋無発泡タイプシリコンゴム＋アルミ蒸着ＰＥＴフィルム＋ＰＦＡチューブ。
【００５０】
（構成Ｃ）石英ガラス＋発泡タイプシリコンゴム＋ＰＦＡチューブ。
【００５１】
（構成Ｄ）石英ガラス＋発泡タイプシリコンゴム＋アルミ蒸着ＰＥＴフィルム＋ＰＦＡチューブ。
【００５２】
ハロゲンランプ３１、３２は、１００Ｖ−２５０Ｗの出力である。温度測定には熱電対を使用し、定着ローラ１１の用紙幅方向中央に接触させて測定した。実験環境は、室温２４°Ｃ、湿度５５％である。
【００５３】
上記のようにして実験を行った結果、次のことが分かった。すなわち、光透過性弾性部材層１３が、発泡状である部材のほうが、発泡状ではない部材よりも１０秒以上、定着ローラ１１が所定温度（１６０°Ｃ）に達するまでの時間が短い（構成Ｃ、Ｄ）。さらに、光透過性蓄熱層１７を備えた構成Ｄが、備えない構成Ｃよりも１０秒程度、定着ローラ１１が所定温度に達するまでの時間が短い。このように、光透過性弾性部材層１３を発泡状とし、光透過性蓄熱層１７を備えることによって、高い加熱効率が得られ、ウォームアップ時間の短縮が可能となり、消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００５４】
上記のように本発明の実施形態を示したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の上記構成によれば、蓄熱層を備えるので、光熱変換層で得られた熱を逃がさないようにすることができる。また、発光手段を備える定着部材及び／又は加圧部材の表面の温度が均一に保たれる。その結果、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材が発泡状であるので、発光手段から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、発光手段の形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、発光手段を備える部材表面の温度ムラを抑制する効果を高めることができる。さらに、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図３】定着ローラ表面が所定温度に達するまでの時間を、４種類の構成からなる定着ローラで比較したグラフ
【符号の説明】
１定着装置
１０定着部
１１定着ローラ
１２、２４ベース層
１３、２５発泡状光透過性弾性部材層
１４光熱変換層
１５蓄熱層
１６、２７離型層
１７光透過性蓄熱層
１８光熱変換性と離型性を兼備した部材層
２０加圧部
２１加圧ローラ
２６光熱変換性と蓄熱性を兼備した部材層
３１、３２ハロゲンランプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fixing device that inserts a sheet carrying an unfixed toner image into a nip of a heated roller pair, heats and melts the unfixed toner, and fixes the sheet on the sheet.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus, a heat source is incorporated in at least one roller of a roller pair forming a nip, and a sheet carrying an unfixed toner image is inserted into the nip of the roller pair heated by the heat source. Thus, a heat roller fixing method for fixing toner onto a sheet is widely used.
[0003]
In such a heat roller fixing system, heat transfer efficiency from a heat source such as a halogen lamp built in the fixing roller to the roller surface is low, and heat loss is large. Also, it takes a long time for heat to be transferred to the roller surface. As a result, there is a problem that since the heating efficiency is low, the power consumption is large, and it takes some warm-up time until the roller surface reaches a fixing temperature.
[0004]
In order to improve this, fixing using a fixing roller in which a cylindrical core material is formed of a light-transmitting heat-resistant resin, an elastic member layer is formed on the outer side, and a heat ray absorbing layer (photothermal conversion layer) is further formed on the outer side. An apparatus has been proposed (see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-327342
[Problems to be solved by the invention]
In the fixing device described in Patent Document 1, a halogen lamp is generally used as the light emitting means. However, in the halogen lamp, there arises a problem that light emission unevenness due to the winding shape of the filament that is the light emitting portion becomes temperature unevenness on the surface of the fixing roller.
[0007]
Further, the fixing device described in Patent Document 1 shortens the warm-up time until the heat obtained in the light-to-heat conversion layer escapes due to heat conduction to the elastic member layer and the fixing roller surface reaches a fixable temperature. It cannot be said that the improvement has been made sufficiently.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and proposes a structure capable of obtaining high heating efficiency without causing temperature unevenness on the surface of the fixing member or the pressure member, and shortening the warm-up time and power consumption. It is an object of the present invention to provide a fixing device capable of reducing the above.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough, the fixing member And at least one of the pressure members includes five layers, each of which includes a base layer made of a light transmissive member, a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer, and A light-to-heat conversion layer disposed outside the foamed light-transmissive elastic member layer, a heat storage layer disposed outside the light-heat conversion layer, and a release layer disposed outside the heat storage layer, and The light emitting means is provided inside the base layer.
[0010]
According to this configuration, since the heat storage layer is provided, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer can be prevented from escaping. Further, the surface temperature of the fixing member and / or the pressure member provided with the light emitting means is kept uniform. As a result, high heating efficiency can be obtained, and warm-up time can be shortened and power consumption can be reduced. Further, since the elastic member is foamed, the light incident on the elastic member layer from the light emitting means is irregularly reflected by the bubbles. As a result, it is possible to eliminate the influence of light emission unevenness due to the shape of the light emitting means, and to enhance the effect of suppressing temperature unevenness on the surface of the member including the light emitting means. Furthermore, the material can be reduced as compared with a member without bubbles. Thereby, since it is possible to reduce the light absorption amount in an elastic member, still higher heating efficiency is obtained. And it is possible to reduce the cost by reducing the material.
[0011]
Further, in a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough, at least one of the fixing member and the pressure member. One of the four layers includes a base layer made of a light transmissive member, a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer, and the foamed light transmissive elastic material. A light-transmitting heat storage layer disposed outside the member layer, and a member layer having light-to-heat convertibility and releasability disposed outside the light-transmitting heat storage layer, and emitting light inside the base layer A means was provided.
[0012]
According to this configuration, since the outermost layer has photothermal conversion, it is possible to improve the heating efficiency and shorten the warm-up time. In addition, since one layer has both photothermal conversion property and mold release property, it is possible to reduce the cost for manufacturing each of them separately, and to shorten the time required for assembly. Therefore, it is possible to provide a fixing device that is low in cost and short in manufacturing time.
[0013]
Further, in a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough, at least one of the fixing member and the pressure member. One of the four layers includes a base layer made of a light transmissive member, a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer, and the foamed light transmissive elastic material. A member layer having both photothermal conversion property and heat storage property disposed on the outside of the member layer, and a release layer disposed on the outside of the member layer having both light heat conversion property and heat storage property, and the base layer The light emitting means is provided inside.
[0014]
According to this configuration, since photothermal conversion and heat storage can be performed simultaneously in one layer, the heating efficiency can be further increased and the warm-up time can be further shortened. In addition, since one layer has both photothermal conversion and heat storage properties, it is possible to reduce the cost for manufacturing each of them separately, and to shorten the time required for assembly. Therefore, it is possible to provide a fixing device that is low in cost and short in manufacturing time.
[0015]
Further, the thermal conductivity of the heat storage layer or the light transmissive heat storage layer is greater than the heat conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer.
[0016]
According to this structure, it can suppress that the heat obtained in the photothermal conversion layer escapes by conducting heat to the foamed light-transmitting elastic member layer. As a result, the heating efficiency of the fixing device can be further increased.
[0017]
Moreover, the thermal conductivity of the member layer having both the photothermal conversion property and the thermal storage property is greater than the thermal conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer.
[0018]
According to this structure, it can suppress that the heat obtained with the layer provided with photothermal conversion property escapes by conducting heat to a foaming light transmissive elastic member. As a result, the heating efficiency of the fixing device can be further increased.
[0019]
Further, both the fixing member and the pressure member are constituted by rollers.
[0020]
According to this configuration, since the main components constituting the fixing device are only the fixing roller and the pressure roller, the structure can be simplified and the device can be made more compact. Furthermore, the cost can be reduced by reducing the number of parts.
[0021]
Of the fixing member and the pressure member, the one having the five or four layers and the light emitting means is constituted by a roller, and the one not having them is constituted by a belt.
[0022]
According to this configuration, it is possible to reduce the heat capacity by using the belt as compared with the case where both the fixing member and the pressure member are rollers. In addition, an appropriate nip time can be set. As a result, it is possible to shorten the time until the fixing member surface reaches a temperature at which fixing can be performed. Further, it is possible to obtain a stable fixing property.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a fixing device according to a first embodiment of the present invention. The fixing device 1 includes a fixing unit 10 and a pressure unit 20, and a halogen lamp 31 that is a light emitting unit is disposed in a fixing roller 11 that is a fixing member of the fixing unit 10.
[0025]
The fixing unit 10 includes a fixing roller 11 that is a fixing member. The fixing roller 11 is provided with a base layer 12 made of a light transmissive member. The base layer 12 is made of a glass material such as quartz or borosilicate, or a resin material such as polyimide or polyamide. Although it is light transmissive, it may absorb about 1 to 20% of light depending on the material. Therefore, it is preferable that the wall thickness is as thin as possible as long as the strength of the fixing roller 11 as a basic member can be maintained. Therefore, the relationship between the thickness t1 of the first layer 12 and the outer diameter D1 is 0.05 ≦ t1 / D1 ≦ 0.20, preferably 0.07 ≦ t1 / D1 ≦ 0.14.
[0026]
A foamed light transmissive elastic member layer 13 is provided in close contact with the outer surface of the base layer 12. This foamed light-transmitting elastic member is made of foamed silicon rubber. In order to prevent the foamed light-transmitting elastic member layer 13 from absorbing light as much as possible, it is better to reduce the thickness and increase the bubble diameter. However, if the wall thickness is too thin, the amount of nip required to melt the toner will be reduced. Also, if the bubble diameter is too large, the strength of the silicon rubber may be weakened and damaged, or the bubble shape may appear on the paper. Therefore, the thickness of the foamed light transmissive elastic member layer 13 is 1 to 20 mm, preferably 2 to 10 mm. The bubble diameter is 20 to 500 μm, preferably 20 to 100 μm. The thermal conductivity of the foamed silicon rubber is 0.08 to 0.13 W / m · k, although it varies depending on the foamed state.
[0027]
A photothermal conversion layer 14 is provided in close contact with the outer surface of the foamed light transmissive elastic member layer 13. The light-to-heat conversion layer 14 converts the light of the halogen lamp 31 that has passed through the base layer 12 and the foamed light-transmitting elastic member layer 13 into heat, whereby the surface of the fixing roller 11 generates heat and is not fixed. The toner can be fixed. The photothermal conversion layer 14 is a resin binder (binding material) mixed with powders such as carbon black, graphite, iron black (Fe ₃ O ₄ ), various ferrites and their compounds, copper oxide, cobalt oxide, and bengara (Fe ₂ O ₃ ). And is formed by baking, coating, or coating a tube-shaped product. The light-to-heat conversion layer 14 only needs to have a thickness at which the light absorptance is approximately 100%. If the thickness is increased too much, the hardness of the roller increases, and the nip amount necessary to melt the toner cannot be obtained. . Therefore, the thickness of the photothermal conversion layer 14 is 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.
[0028]
A heat storage layer 15 is provided in close contact with the outer surface of the photothermal conversion layer 14. In the heat storage layer 15, the heat obtained in the light-to-heat conversion layer 14 can be stored. The heat storage layer 15 is made of silicon rubber having a high thermal conductivity such as silica, alumina, or magnesium oxide powder mixed as a filler, and a metal having high thermal conductivity such as aluminum, copper, or nickel. These are formed by covering or plating a tube-shaped product. The heat storage layer 15 may be an elastic material such as silicon rubber. However, when the heat storage layer 15 is made of metal, if the wall thickness is excessively increased, the hardness of the roller increases, and the nip amount necessary to melt the toner is reduced. It can no longer be obtained. Therefore, the thickness of the heat storage layer 15 is 10 to 1000 μm, preferably 50 to 500 μm. The thermal conductivity of the heat storage layer 15 is larger than the thermal conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 13.
[0029]
A release layer 16 is provided in close contact with the outer surface of the heat storage layer 15 to enhance the release property of the toner. The release layer 16 is made of a fluorine-based resin such as PFA (tetrafluoroethylene-per-fluoroalkyl vinyl ether copolymer), and the layer is provided by applying a paint or covering the tube. If it is a PFA tube, it is 30-100 micrometers in thickness, and if it is a fluororesin coating material, it is 20-30 micrometers in thickness.
[0030]
The pressure unit 20 includes a pressure roller 21 that is a pressure member. The pressure roller 21 in contact with the fixing roller 11 is provided with sponge silicon rubber constituting the elastic member layer 23 outside the cored bar 22 made of stainless steel. The pressure roller 21 abuts on the fixing roller 11 to form a nip through which the paper is inserted.
[0031]
A thermistor 41 is provided outside the fixing roller 11 so as to be in contact with the surface of the fixing roller 11. The thermistor 41 detects the temperature of the heating section and controls the halogen lamp 31 to control the temperature.
[0032]
It should be noted that numerical values such as dimensions that have appeared so far are only examples of preferred examples and do not limit the scope of the invention.
[0033]
According to said structure, since the thermal storage layer 15 is provided, it can be made not to let the heat obtained in the photothermal conversion layer 14 escape. Further, the surface temperature of the fixing roller 11 provided with the halogen lamp 31 as the light emitting means is kept uniform. As a result, high heating efficiency can be obtained, and warm-up time can be shortened and power consumption can be reduced.
[0034]
Further, since the elastic member is foamed, the light incident on the elastic member layer from the halogen lamp 31 is irregularly reflected by the bubbles. As a result, it is possible to eliminate the influence of light emission unevenness due to the winding shape of the filament of the halogen lamp 31 and enhance the effect of suppressing temperature unevenness on the surface of the fixing roller 11.
[0035]
Furthermore, since the thermal conductivity of the heat storage layer 15 is larger than the thermal conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 13, the heat obtained by the photothermal conversion layer 14 is transferred to the foamed light transmissive elastic member layer 13. It is possible to suppress escape by heat conduction. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be further increased.
[0036]
The configuration of the pressure unit 20 may be a configuration in which the pressure roller 21 serving as a pressure member is replaced with a belt. In this case, the heat capacity can be reduced as compared with the case where the pressure member is a roller. In addition, an appropriate nip time can be set. As a result, it is possible to shorten the time until the surface of the fixing roller 11 reaches a fixing temperature. Further, it is possible to obtain a stable fixing property.
[0037]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a fixing device according to a second embodiment of the present invention. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as before, and the description thereof will be omitted. Shall be omitted.
[0038]
The fixing device 1 includes a fixing unit 10 and a pressure unit 20. The fixing roller 11 which is a fixing member of the fixing unit 10 is composed of four layers, and these layers are a base layer 12 made of a light transmitting member and a foamed light transmitting elastic material which is in close contact with the outer surface of the base layer 12. The member layer 13, the light-transmissive heat storage layer 17 that is in close contact with the outer surface of the foamed light-transmitting elastic member layer 13, and the light-to-heat conversion property and the releasability that are in close contact with the outer surface of the light-transmissive heat storage layer 17 are combined. This is the member layer 18.
[0039]
The pressure roller 21 which is a pressure member of the pressure unit 20 is composed of four layers. These layers are a base layer 24 made of a light-transmitting member and foamed light that is in close contact with the outer surface of the base layer 24. A transparent elastic member layer 25, a member layer 26 having both photothermal conversion property and heat storage property, which is in close contact with the outer surface of the foamed light transparent elastic member layer 25, and a member layer 26 having both this light heat conversion property and heat storage property This is a release layer 27 that is in close contact with the outer surface.
[0040]
In the fixing roller 11, the heat conductivity of the light transmissive heat storage layer 17 is larger than the heat conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 13. Further, in the pressure roller 21, the thermal conductivity of the member layer 26 having both photothermal conversion property and thermal storage property is larger than the thermal conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 25.
[0041]
Inside the fixing roller 11 and the pressure roller 21, halogen lamps 31 and 32 are arranged, respectively. Further, thermistors 41 and 42 are disposed outside the fixing roller 11 and the pressure roller 21, respectively.
[0042]
In the second embodiment, since the pressure roller 21 can also be directly heated, the pressure roller 21 can continue to be heated even during paper passing. As a result, it is possible to reduce the temperature drop of the pressure roller 21 due to heat deprived of the paper, and higher heating efficiency can be obtained, and the warm-up time can be shortened and the power consumption can be reduced. . Further, since the temperature fluctuation of the pressure roller 21 is small, it is possible to obtain a stable fixing property.
[0043]
In the fixing roller 11, by making the thermal conductivity of the light transmissive heat storage layer 17 larger than the thermal conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 13, the heat obtained in the layer having the light heat conversion property can be obtained. It is possible to suppress escape by heat conduction to the elastic member layer. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be further increased. And since the outermost layer has photothermal conversion property, it is possible to improve the heating efficiency and shorten the warm-up time. In addition, since one layer has both photothermal conversion property and mold release property, it is possible to reduce the cost for manufacturing each of them separately, and to shorten the time required for assembly. Therefore, it is possible to provide the fixing device 1 with a low cost and a short manufacturing time.
[0044]
In the pressure roller 21, the heat conductivity of the member layer 26 having both light heat conversion property and heat storage property is made larger than the heat conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer 25, thereby providing light heat conversion property. It is possible to suppress the heat obtained by the layer from being conducted to the elastic member layer and escaping. As a result, the heating efficiency of the fixing device 1 can be further increased. And since one layer can perform photothermal conversion and heat storage simultaneously, it is possible to further increase the heating efficiency and further shorten the warm-up time. In addition, since one layer has both photothermal conversion and heat storage properties, it is possible to reduce the cost for manufacturing each of them separately, and to shorten the time required for assembly. Therefore, it is possible to provide the fixing device 1 with a low cost and a short manufacturing time.
[0045]
FIG. 3 shows the time required for the surface of the fixing roller to reach a predetermined temperature (160 ° C.) when the light-transmitting elastic member constituting the light-transmitting elastic member layer is foamed and when it is not foamed. It is the graph compared with the case where it does not provide with the case where a thermal storage layer is provided. The horizontal axis of the graph indicates the elapsed time from the start of heating, and the vertical axis indicates the temperature of the surface of the fixing roller 11.
[0046]
Here, the experiment is performed based on the following conditions. First, for the base layer 12, a quartz glass blank having an outer diameter of 25 mm, a thickness of 1.5 mm, and a total length of 330 mm is used. The outer light-transmitting elastic member layer 13 is made of a foam-type transparent silicon rubber having a thickness of 2 mm as a member in which the light-transmitting elastic member is foamed, and a non-foamed type having a thickness of 2 mm as a non-foamed member. Use transparent silicone rubber. When the heat storage layer is provided, a PET (polyethylene terephthalate) film on which aluminum having a thickness of 200 μm is vapor-deposited is placed on the outside of the light transmissive elastic member layer 13 as the light transmissive heat storage layer 17. The outside is covered with a conductive PFA tube containing carbon black, which is a member layer 18 having both photothermal conversion and releasability.
[0047]
In this way, the fixing roller 11 having the following four types of configurations was prepared.
[0048]
(Configuration A) Quartz glass + non-foamed silicone rubber + PFA tube.
[0049]
(Configuration B) Quartz glass + non-foamed silicone rubber + aluminum-deposited PET film + PFA tube.
[0050]
(Configuration C) Quartz glass + foamed silicone rubber + PFA tube.
[0051]
(Configuration D) Quartz glass + foamed silicone rubber + aluminum-deposited PET film + PFA tube.
[0052]
The halogen lamps 31 and 32 have an output of 100V-250W. The temperature was measured by using a thermocouple and contacting the center of the fixing roller 11 in the paper width direction. The experimental environment is a room temperature of 24 ° C. and a humidity of 55%.
[0053]
As a result of experiments as described above, the following was found. That is, the member in which the light-transmitting elastic member layer 13 is foamed is 10 seconds or longer and the time until the fixing roller 11 reaches a predetermined temperature (160 ° C.) is shorter than that of the member that is not foamed (configuration) C, D). Further, the time required for the fixing roller 11 to reach the predetermined temperature is shorter for the configuration D including the light-transmissive heat storage layer 17 than the configuration C not including the configuration C for about 10 seconds. Thus, by making the light-transmitting elastic member layer 13 foam and providing the light-transmitting heat storage layer 17, high heating efficiency can be obtained, warm-up time can be shortened, and power consumption can be reduced. Is possible.
[0054]
Although the embodiment of the present invention has been described above, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
According to the above configuration of the present invention, since the heat storage layer is provided, it is possible to prevent the heat obtained in the photothermal conversion layer from being released. Further, the surface temperature of the fixing member and / or the pressure member provided with the light emitting means is kept uniform. As a result, high heating efficiency can be obtained, and warm-up time can be shortened and power consumption can be reduced. Further, since the elastic member is foamed, the light incident on the elastic member layer from the light emitting means is irregularly reflected by the bubbles. As a result, it is possible to eliminate the influence of light emission unevenness due to the shape of the light emitting means, and to enhance the effect of suppressing temperature unevenness on the surface of the member including the light emitting means. Furthermore, the material can be reduced as compared with a member without bubbles. Thereby, since it is possible to reduce the light absorption amount in an elastic member, still higher heating efficiency is obtained. And it is possible to reduce the cost by reducing the material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a fixing device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional view showing a fixing device according to a second embodiment of the present invention. A graph comparing the time required for the surface to reach a predetermined temperature with four types of fixing rollers.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixing device 10 Fixing part 11 Fixing roller 12, 24 Base layer 13, 25 Foam-like light transmissive elastic member layer 14 Photothermal conversion layer 15 Heat storage layer 16, 27 Release layer 17 Light transmissive heat storage layer 18 Photothermal conversion property and separation Member layer 20 having moldability Pressurizing portion 21 Pressure roller 26 Member layers 31 and 32 having both light-to-heat conversion property and heat storage property Halogen lamp

Claims

In a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet, and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough.
At least one of the fixing member and the pressure member includes five layers. These layers are a base layer made of a light transmissive member, and a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer. A light-to-heat conversion layer disposed outside the foamed light-transmissive elastic member layer, a heat storage layer disposed outside the light-to-heat conversion layer, and a release layer disposed outside the heat storage layer And a fixing device comprising a light emitting means inside the base layer.

In a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet, and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough.
At least one of the fixing member and the pressure member includes four layers, and these layers are a base layer made of a light transmissive member, and a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer. And a light-transmitting heat storage layer disposed outside the foamed light-transmitting elastic member layer, and a member layer having both photothermal conversion properties and releasability disposed outside the light-transmitting heat storage layer. And a fixing device comprising a light emitting means inside the base layer.

In a fixing device including a fixing member that fixes unfixed toner on a sheet, and a pressure member that forms a nip that contacts the fixing member and allows the sheet to pass therethrough.
At least one of the fixing member and the pressure member includes four layers, and these layers are a base layer made of a light transmissive member, and a foamed light transmissive elastic member layer disposed outside the base layer. A member layer having both photothermal conversion properties and heat storage properties disposed on the outside of the foamed light transmissive elastic member layer, and a mold release disposed on the outer sides of the member layers having both the light heat conversion properties and the heat storage properties. And a light emitting means inside the base layer.

The fixing device according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the heat storage layer or the light transmissive heat storage layer is larger than a heat conductivity of the foamed light transmissive elastic member layer.

The fixing device according to claim 3, wherein a thermal conductivity of the member layer having both the photothermal conversion property and the thermal storage property is larger than a thermal conductivity of the foamed light-transmitting elastic member layer.

The fixing device according to claim 1, wherein both the fixing member and the pressure member are configured by rollers.

The fixing member and the pressing member include a roller that includes the five or four layers and the light emitting unit, and a belt that does not include the light emitting unit includes a belt. The fixing device according to claim 1.