JP4048361B2 - Oven fixing device of printing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙もしくはシート状のプラスチックフィルム等の連続した被記録体の片面もしくは両面の未定着トナー像を非接触で定着するプリンタ等の印刷装置のオーブン定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ウェブ上に画像を形成する印刷装置において、画像をウェブ上に永久的に定着させる手段は一般的に熱源を有したローラ定着が知られている。ローラ定着方式の場合、一般的に低速から高速の領域まで、対応可能であり、画質という点では加熱ロール表面に弾性体を被覆することにより、トナーの押し潰しという状態を低減出来るため、高画質化にもある程度対応可能であった。また、連続したウェブを使用した場合の両面印刷に対しては、装置を2台並べることによるタンデム印刷にて対応可能となっている。しかしながら、前述したロール定着方式やロール定着方式を用いたタンデム印刷にはいくつか問題点がある。ロール定着は熱源を有した加熱ロールとウェブの反対側から加圧する加圧ロールによりウェブを挟持、搬送するために、ロール自体の摩耗等による画質の経時的変化や部品寿命の問題を招く。特に高画質化に対応するため、ロール表面に弾性体を有したロール定着の場合、寿命は更に顕著になる。また、ロール定着の場合、ロール表面とトナーとの離形性を確保するためにシリコーン等のオイルを塗布する必要があり、ロールを含め、オイル等の消耗品が多くなり、ランニングコストを増大させる要因となっている。更にロール定着は連続紙における一筐体両面印刷が容易でない。一対の加熱加圧ローラの両方に加熱源を持たせ、離型性に優れた弾性体を被覆するのであるが、弾性体の厚みは弾性体と芯金の境界の熱劣化を防止するため、厚み1mm以下となっている。しかしながら、上記構成はニップ幅が大きくとれないため、定着不良等の問題が生じる。
【0003】
従って、上記の問題を解決するにはオーブンやフラッシュ定着のような被加熱体と接触させない非接触定着方式の手段が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェブと加熱源が接触しない非接触定着の場合、ローラ定着のような熱以外に圧力による機械的なトナーのウェブへの固着がなく、ウェブへの固着はトナーを溶融させる熱のみであるため、定着強度はウェブの温度に大きく影響される。また、非接触のため、熱効率は一般的に20〜30%程度である。従って、熱源の温度は印刷速度や用紙坪量にもよるが、概略250℃以上の高温にする必要がある。
【0005】
前述したような高温条件下で使用される加熱板の構成としては、大きくは熱源となるヒータとアルミやSUS、セラミックス等の材料からなるベースからなり、加熱面からの輻射熱と空気を介した熱伝達によりウェブとトナーを加熱して定着される。加熱板がアルミでヒータにシーズヒータを用いた場合、シーズヒータのパイプ材はSUSのため、熱膨脹率の差から同じように熱膨張しないため、シーズヒータとアルミの界面部にストレスがかかり、加熱板自体が熱変形する。通常、加熱板の長手方向に反り返るため、ウェブとの隙間が中央部と端部で変わり、ウェブの受熱量に温度勾配が生じる。従って、端部の定着不良を招く結果となる。上記を回避するために、中央部の隙間を狭く設定すると、用紙等は定着内部を通過する時、高温のため、水分量の不均一さからくる収縮率の差や紙本来の不均一性(地合や繊維配合)が熱を与えられることにより、顕在化して紙面全体が波打ち状態となり、平坦性を失う現象が発生するため、加熱板との接触による画像乱れが生じる。
【0006】
上記の加熱板の変形を抑えるには、ベースのアルミとシーズヒータの位置を対称に配置することに可能となるが、加熱板の重量大や熱容量大となり、レスポンスや消費電力UPの問題を招くことになる。一方、ベース材料にSUSやセラミックスを用いれば、熱変形の問題はなくなるものの、それ以上に重要な熱レスポンスや消費電力の面で問題となる。
【0007】
また、今回の非接触定着の場合、ウェブへの受熱は輻射によるところが大きいが、加熱板端部(長手方向)は上記輻射熱が外部に逃げてしまうため、ウェブの受熱量は長手方向で温度差が生じ、この点においても、端部の定着不良を招く結果となる。上記を回避するために、加熱板の長手方向を長くして、ヒータの発熱領域をウェブに対してオーバーラップさせたり、ヒータに粗密を設け加熱板端部の落ち込みを低減させる方法があるが、いずれも、加熱板の重量大や熱容量大、コストUP等の問題が生じる。
【0008】
従って、本発明の第一の目的は加熱板の重量を軽く、かつ熱容量を小さくすることにより消費電力を抑え、効率の良い加熱板を提供することにある。
【0009】
また、第二の目的はウェブ端部の温度低下を低減させ、均一な温度分布を得ることによりウェブの全域で安定した定着性を確保する両面同時定着装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、連続したウェブを搬送するウェブ搬送手段と、トナー担持体を有し、該トナー担持体表面に形成されたトナー像を前記ウェブの片面もしくは両面に転写する画像記録手段と、前記ウェブに転写された前記トナー像を定着する定着装置とを有し、該定着装置は前記ウェブの両面に非接触で対向配置した加熱源を有する加熱板を備えたプリンタ等の印刷装置において、前記加熱板の加熱面の形状が常温時にはウェブ幅方向に沿って凹状であり、印刷時には熱変形によりウェブ幅方向に沿ってフラットになるように形成するとともに、前記加熱板の両側端部に近接した位置に熱遮蔽部材を設けることにより達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明のウェブ温度測定手段を備えたオーブン定着方式を用いた電子写真方式の両面印刷装置の概略構成を示す。先ず、図1を用いて、本発明を適用した両面印刷装置の全体構成について説明する。
【0012】
ロール状に巻かれた紙もしくはシート状のプラスチックフィルム等の連続したウェブ3は、給紙装置1から搬送ローラ2に送られる。搬送ローラ2から送り出されたウェブ3は、ウェブ3に張力を作用させる張力制御部4、ウェブ3の幅方向の送行位置を規制する規制手段5、従動ローラ6を介した後、トナー画像形成部8a、8bに送られる。画像形成部前段に設けられた従動ローラ6には実際のウェブの搬送速度を検出するエンコーダ等の検出手段7が設けられており、排出ローラ33の速度コントロールを行い、定着部通過後のウェブ収縮の影響を考慮して一定速度でウェブ3を搬送する。トナー画像9を形成するトナー画像形成部8a、8bはウェブ3の両面に画像を形成するよう配置している。トナー画像9を形成するトナー画像形成部8a、8bは金属製のドラム表面に感光体層を塗布したトナー担持体10を回動可能に設け、トナー担持体10の外周にトナー担持体10の表面を一様に帯電させる帯電器11、トナー担持体10上に静電潜像を形成する光学部12、静電潜像をトナーにより顕像化して、トナー像を形成するための現像機13、トナー像を被記録体3に転写する転写器14、トナー担持体10上の転写後の残留トナーを除去する清掃機15が設けられている。ウェブ3はトナー画像記録8a、8bを通過し、両面にトナー画像9が形成され、トナー画像9が形成されたウェブ3はウェブ3に対向配置されたヒータ17や温度検出センサ18を内装する加熱板16の間を適正な隙間で非接触で通過し、両面に永久画像が形成される。なお、図1では対向配置された加熱板16が2対記載されているが、ウェブ搬送速度やウェブ坪量により、複数個配列されることは容易に考えられる。
【0013】
本発明では、対向配置された加熱板16の側面に熱遮蔽板19を定着入り口から出口にかけて配備する。また、加熱板16の加熱面の長手方向の形状を凹状にした加熱板16を配備する。永久画像が形成されたウェブ3従動ローラ6を介し、排出ローラ20によって、図示しない後処理装置に送られ、印刷工程が完了する。
【0014】
なお、図1はウェブの搬送方式にローラ方式を用いているが、搬送方式にトラクタ方式を用いた電子写真方式の印刷装置においても同様の効果が得られる。また、画像形成部のトナー担持体がベルト状であっても、複数個あった場合においても同様の効果が得られる。
【0015】
図2、図3、図4を用いて、本発明の定着装置の構成を詳細に説明する。
【0016】
図2は定着装置の側面図を示す。ウェブ3に対向配置された加熱板16は表面温度を250℃以上に制御され、加熱板16からウェブ3への熱移動は、熱板表面をウェブ3の吸収波長に合わせた放射率とすることによる輻射熱と加熱板16をウェブ3に近接させることによる空気層を介した熱伝達により行われる。従って前述した加熱板表面は黒体色とすることが望ましい。加熱板16の構成はアルミ等の熱伝導率の高い部材にシーズヒータ等のヒータ17を内装し、加熱板の温度を検出するサーミスタ等の温度検出センサ18を内装し、更には図示しない加熱板の背面からの放熱を遮断する断熱材や断熱カバ、加熱板への給電線や信号線が具備されている。ヒータ17の発熱部はウェブの幅方向で2分割の構成とし、加熱板の温度を検出する温度検出センサ18も図に示すように2ヶ所に配備する。上記の構成とすることにより、加熱板16の温度は図の左右で独立にコントロールが可能となり、ウェブのサイズが変わっても、幅方向で均一な温度分布を達成することが可能となる。
【0017】
上記のように構成された加熱板16の側面に加熱板16に近接して熱遮蔽板19を加熱板16の両側に設ける。また、図3に示すように加熱板16の加熱面をウェブ3に対して凹状の形状とする。上記形状は対向配置された反対側の加熱板も同様の形状とする。
【0018】
ここで、図3、図4を用いて、本発明の効果について説明する。図3、図4は定着装置を上からみた図である。図3は常温状態の加熱板の形状である。常温時においては加熱板の形状は凹状になっており、ウェブ3との隙間は中央部で広く、端部で狭くなっている。ここで、隙間の設定値は端部の位置で合わせておく。ヒータをONして、印刷時の状態が図4の状態である。250℃以上の高温のため、加熱板16は、中央部が突き出し、長手方向で反り返る熱変形が生じる。このとき、常温状態で凹状になっていた加熱面はフラットに近い形状となり、ウェブ3との隙間が長手方向で同じに確保することが可能となる。
【0019】
また、加熱板16の側面に熱遮蔽板19を設けることにより、図4に示すように加熱面から放射される輻射熱が熱遮蔽板19に反射して加熱板に戻るため、ウェブ3の端部の受熱量は減らずに、端部の温度低下の落ち込みを低減することが可能となる。ここで、熱遮蔽板の表面はより鏡面状態に近いことが望ましい。
【0020】
図5は熱遮蔽板がない場合の上記輻射熱の逃げの状態を示す上から見た図である。端部のある1点からでた輻射熱は放射状に広がるが加熱板の外側に向かう熱はそのまま、外部に逃げるため、ウェブの受熱量は中央と比較し減少する。よって、幅方向で中央と端部で温度差Δtが生じる。前述した温度差Δtを低減するため、図6に示すようにウェブ3に対して発熱部を長くして温度落ち込みの小さい範囲を使用する方法があるが、これでは装置の大型化や加熱板の重量や熱容量UPの弊害を招く。
【0021】
一方、加熱板の形状に対しては、重量や熱容量を抑えるために図7に示すように斜線部分を減肉しているが、ヒータ位置がアルミベースに対して非対称の位置になるために、図8のように中央部と端部の隙間δ1>δ2と反り返る熱変形が生じてしまう。熱変形を回避するためには図9に示すように減肉せず、対称に(A=B)ヒータ位置を配備すればよいが、これでは熱容量が大きくレスポンスの鈍化や消費電力の増大により、効率の悪い定着装置となってしまう。
【0022】
なお、上記においては、両面モノクロの構成に基づき説明したが、ウェブの両面にカラー画像を形成する印刷装置に適用する場合には、更に画像形成部を追加させればよい。また、印写部は電子写真プロセスに限らず、インクジェット記録方式を用いた印写部であってもよいし、インクを乾燥させるための乾燥手段として用いられてもよい。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱板を軽量にでき、かつ熱容量を小さくできることにより消費電力の低減がはかれ、かつ効率の良い定着装置を提供することができる。また、ウェブ端部の温度低下を低減させて均一な温度分布を得ることができるので、ウェブの全域で安定した定着性を確保する両面同時定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の印刷装置のオーブン定着装置を適用した両面印刷装置全体の概略構成図。
【図2】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の構成を示す側面図。
【図3】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の常温状態を示す上面図。
【図4】本発明に係る印刷装置のオーブン定着装置の印刷状態を示す上面図。
【図5】熱の授受の状態を示す模式図。
【図6】従来の温度分布均一化方法の一例を示すオーブン定着装置の側面図とグラフ。
【図7】従来の加熱板形状を示す断面図。
【図8】加熱時の熱変形状態を示す模式図
【図9】従来の熱変形を防止する一例を示す模式図。
【符号の説明】
3はウェブ、16は加熱板、17はヒータ、18は加熱板温度検出センサ、19は熱遮蔽板である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oven fixing device of a printing apparatus such as a printer for fixing a non-fixed toner image on one or both sides of a continuous recording medium such as paper or sheet-like plastic film in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
In a printing apparatus for forming an image on a web, roller fixing with a heat source is generally known as a means for permanently fixing the image on the web. In the case of the roller fixing method, it is generally possible to cope with a range from low speed to high speed, and in terms of image quality, the state of toner crushing can be reduced by covering the surface of the heating roll with an elastic body. To some extent. Further, double-sided printing using a continuous web can be handled by tandem printing by arranging two apparatuses. However, there are some problems in the tandem printing using the roll fixing method and the roll fixing method described above. In roll fixing, a web is sandwiched and conveyed by a heating roll having a heat source and a pressure roll that pressurizes from the opposite side of the web, and this causes a change in image quality over time due to wear of the roll itself and a problem of component life. In particular, in order to cope with high image quality, in the case of roll fixing having an elastic body on the roll surface, the life becomes even more remarkable. In the case of roll fixing, it is necessary to apply oil such as silicone in order to secure the releasability between the roll surface and the toner, so that consumables such as oil increase including the roll, which increases running costs. It is a factor. Furthermore, roll fixing is not easy for double-sided printing in a single case on continuous paper. Both the pair of heat and pressure rollers have a heat source and cover an elastic body excellent in releasability, but the thickness of the elastic body prevents thermal deterioration at the boundary between the elastic body and the core metal. The thickness is 1 mm or less. However, since the nip width cannot be increased in the above configuration, problems such as poor fixing occur.
[0003]
Therefore, in order to solve the above-mentioned problem, a non-contact fixing method means such as an oven or flash fixing that does not contact with a heated object is known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of non-contact fixing in which the web and the heat source are not in contact, there is no mechanical toner fixing to the web due to pressure other than heat like roller fixing, and the fixing to the web is only heat for melting the toner. Therefore, the fixing strength is greatly affected by the web temperature. Moreover, since it is non-contact, thermal efficiency is generally about 20 to 30%. Therefore, although the temperature of the heat source depends on the printing speed and the paper basis weight, it is necessary to set the temperature to approximately 250 ° C. or higher.
[0005]
The structure of the heating plate used under the high temperature condition as described above is mainly composed of a heater as a heat source and a base made of a material such as aluminum, SUS, ceramics, etc., and radiant heat from the heating surface and heat via air. The web and toner are heated and fixed by transmission. If the heating plate is aluminum and a sheathed heater is used as the heater, the sheathed heater pipe material is SUS, so it does not expand in the same way due to the difference in the coefficient of thermal expansion. The plate itself is thermally deformed. Usually, since it warps in the longitudinal direction of the heating plate, the gap with the web changes between the central portion and the end portion, and a temperature gradient occurs in the amount of heat received by the web. This results in poor fixing at the end. In order to avoid the above, if the gap in the central part is set narrow, when the paper passes through the inside of the fixing, because of the high temperature, the difference in shrinkage due to the non-uniformity of the moisture content and the non-uniformity of the original paper ( When heat is applied to the formation or fiber composition, the entire surface of the paper becomes undulated and a phenomenon of losing flatness occurs, resulting in image disturbance due to contact with the heating plate.
[0006]
In order to suppress the deformation of the heating plate, it is possible to arrange the base aluminum and the sheathed heater symmetrically. However, the heating plate has a large weight and a large heat capacity, resulting in problems of response and power consumption increase. It will be. On the other hand, if SUS or ceramics is used as the base material, the problem of thermal deformation is eliminated, but it becomes a problem in terms of more important thermal response and power consumption.
[0007]
In the case of this non-contact fixing, the heat received by the web is largely due to radiation, but the heat radiation at the end of the heating plate (longitudinal direction) escapes to the outside. This also results in poor fixing of the edges. In order to avoid the above, there is a method of lengthening the longitudinal direction of the heating plate to overlap the heat generation area of the heater with the web or reducing the falling of the end of the heating plate by providing a coarse and dense heater. In any case, problems such as large weight of the heating plate, large heat capacity, and increased cost arise.
[0008]
Accordingly, a first object of the present invention is to provide an efficient heating plate by reducing the power consumption by reducing the weight of the heating plate and reducing the heat capacity.
[0009]
A second object is to provide a double-sided simultaneous fixing device that secures stable fixing properties over the entire area of the web by reducing the temperature drop at the edge of the web and obtaining a uniform temperature distribution.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a web conveying means for conveying a continuous web, an image recording means having a toner carrier, and transferring a toner image formed on the surface of the toner carrier to one or both sides of the web, and the web A fixing device for fixing the toner image transferred to the web, wherein the fixing device is a printing device such as a printer having a heating plate having a heating source disposed in a non-contact manner on both surfaces of the web. The shape of the heating surface of the plate is concave along the web width direction at normal temperature, and is formed so as to be flat along the web width direction by thermal deformation during printing, and at a position close to both side edges of the heating plate This is achieved by providing a heat shielding member on the surface.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an electrophotographic double-sided printing apparatus using an oven fixing system equipped with a web temperature measuring means of the present invention. First, the overall configuration of a double-sided printing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
[0012]
A
[0013]
In the present invention, a
[0014]
In FIG. 1, a roller method is used for the web conveyance method, but the same effect can be obtained in an electrophotographic printing apparatus using a tractor method for the conveyance method. The same effect can be obtained even when the toner carrying member of the image forming unit is in the form of a belt or there are a plurality of toner carrying members.
[0015]
The configuration of the fixing device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2, 3, and 4.
[0016]
FIG. 2 shows a side view of the fixing device. The surface temperature of the
[0017]
[0018]
Here, the effects of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are views of the fixing device as viewed from above. FIG. 3 shows the shape of the heating plate at room temperature. At room temperature, the shape of the heating plate is concave, and the gap with the
[0019]
Further, by providing the
[0020]
FIG. 5 is a top view showing a state of escape of the radiant heat when there is no heat shielding plate. Although the radiant heat from one point at the end spreads radially, the heat toward the outside of the heating plate escapes to the outside as it is, so the amount of heat received by the web decreases compared to the center. Therefore, a temperature difference Δt occurs between the center and the end in the width direction. In order to reduce the temperature difference Δt described above, there is a method of using a range in which the heat generating part is made longer with respect to the
[0021]
On the other hand, for the shape of the heating plate, the shaded portion is reduced as shown in FIG. 7 in order to reduce the weight and heat capacity, but the heater position is asymmetric with respect to the aluminum base. As shown in FIG. 8, the thermal deformation that warps and the gap δ1> δ2 between the central portion and the end portion occurs. In order to avoid thermal deformation, as shown in FIG. 9, it is only necessary to arrange the heater position symmetrically (A = B) without reducing the thickness, but with this, the heat capacity is large and the response is slowed and the power consumption is increased. This results in an inefficient fixing device.
[0022]
In the above description, the double-sided monochrome configuration has been described. However, when applied to a printing apparatus that forms color images on both sides of the web, an image forming unit may be further added. Further, the printing unit is not limited to the electrophotographic process, and may be a printing unit using an ink jet recording method, or may be used as a drying unit for drying ink.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, the heating plate can be reduced in weight and the heat capacity can be reduced, so that power consumption can be reduced and an efficient fixing device can be provided. Further, since the temperature drop at the edge of the web can be reduced and a uniform temperature distribution can be obtained, it is possible to provide a double-sided simultaneous fixing device that ensures stable fixing properties over the entire area of the web.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire duplex printing apparatus to which an oven fixing device of a printing apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view showing a configuration of an oven fixing device of the printing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a top view showing a normal temperature state of the oven fixing device of the printing apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a top view showing a printing state of the oven fixing device of the printing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a heat transfer state.
FIG. 6 is a side view and a graph of an oven fixing device showing an example of a conventional temperature distribution uniformizing method.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional heating plate shape.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state of thermal deformation during heating. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of preventing conventional thermal deformation.
[Explanation of symbols]
3 is a web, 16 is a heating plate, 17 is a heater, 18 is a heating plate temperature detection sensor, and 19 is a heat shielding plate.
Claims (2)
前記加熱板の加熱面の形状が常温時にはウェブ幅方向に沿って凹状であり、印刷時には熱変形によりウェブ幅方向に沿ってフラットになるように形成するとともに、前記加熱板の両側端部に近接した位置に熱遮蔽部材を設けたことを特徴とする印刷装置のオーブン定着装置。A web conveying means for conveying a continuous web, an image recording means having a toner carrier, and transferring a toner image formed on the surface of the toner carrier to one or both sides of the web, and transferred to the web A fixing device for fixing the toner image, and the fixing device is a printing device such as a printer including a heating plate having a heating source disposed in a non-contact manner on both surfaces of the web.
The shape of the heating surface of the heating plate is concave along the web width direction at normal temperature, and is formed so as to be flat along the web width direction by thermal deformation at the time of printing, and close to both side edges of the heating plate An oven fixing device for a printing apparatus, wherein a heat shielding member is provided at the position.
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