JP5150816B2 - Heat roller, fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラの構成に関する。更には、上記のヒートローラを用いる定着装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a configuration of a heat roller used in a fixing device for fixing toner on a recording medium. Furthermore, the present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using the heat roller.
特許文献1は、電子写真式の画像形成装置に用いられる熱ローラ定着式の定着装置を開示する。この特許文献1の定着装置はヒートローラとプレスローラとを圧接してニップ部を形成し、このニップ部を通過する用紙を加熱及び加圧することで、トナーを用紙に定着させる構成になっている。特許文献1の構成では、ヒートローラは円筒状に構成されるとともに、その内部には熱源としてのハロゲンランプが配置されている。
しかし、上記特許文献1に開示されるようなハロゲンランプ内蔵型のヒートローラは、ローラを内部から加熱する構成であるため、加熱を開始してからローラ表面が必要な温度に上昇するまでの時間が長くなってしまい、ウォームアップタイムの短縮という観点で改善の余地があった。また、熱源が円筒状のローラの内周側に配置されているためにローラ表面の効率的な加熱ができず、省エネルギーの観点からも改善の余地が残されていた。 However, the halogen lamp built-in heat roller disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which the roller is heated from the inside, and therefore, the time from the start of heating until the roller surface rises to the required temperature. There is room for improvement in terms of shortening the warm-up time. Further, since the heat source is arranged on the inner peripheral side of the cylindrical roller, the roller surface cannot be efficiently heated, and there is room for improvement from the viewpoint of energy saving.
本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ウォームアップタイムを短縮でき、省電力化が可能なヒートローラ、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a heat roller, a fixing device, and an image forming apparatus capable of reducing the warm-up time and saving power.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、トナーを記録媒体上に定着させるための定着装置に用いられるヒートローラの以下の構成が提供される。即ち、円柱形状又は円筒形状を有し、少なくともその外周面が電気絶縁性を有するベース体と、電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、前記ベース体の軸方向端部に同一軸線上に固定的に取り付けられる軸部と、この軸部に設けられる第1電極と、この第1電極の外周側に配置される環状の第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に介在され、電気絶縁性を有する環状体と、を含む。前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。前記発熱層は、第1領域と、この第1領域に対しヒートローラの軸方向で隣り合う第2領域と、を少なくとも含む。前記第1領域と前記第2領域とが電気的に非接触である。前記第1電極は前記発熱層の前記第1領域に電気的に接続される。前記第2電極は前記発熱層の前記第2領域に電気的に接続される。前記面状発熱体は、前記電気絶縁層の前記他側の面に前記伝熱層を形成し、その後に、前記電気絶縁層の前記一側の面に前記発熱層を形成する方法により形成される。これにより得られた前記面状発熱体が銭ベース体に巻き付けられる。 According to a first aspect of the present invention, there is provided the following configuration of a heat roller used in a fixing device for fixing toner on a recording medium. That is, it has a columnar shape or a cylindrical shape, and at least one outer peripheral surface thereof has a base body having an electrical insulating property, an electrical insulating layer, and a pattern shape composed of a plurality of lines. A sheet heating element including a heating layer formed on the surface and generating heat upon application of a voltage; and a heat transfer layer formed in a sheet shape on the other surface of the electrical insulating layer; A release layer having high releasability, a shaft portion fixedly attached to the axial end portion of the base body on the same axis, a first electrode provided on the shaft portion, and an outer periphery of the first electrode And an annular second electrode disposed on the side, and an annular body interposed between the first electrode and the second electrode and having electrical insulation. The planar heating element is interposed between the outer peripheral surface of the base body and the release layer, and the base body, the heating layer, the electrical insulating layer, the heat transfer layer, and the separation layer. The mold layers are laminated in this order outward in the radial direction. The heat generating layer includes at least a first region and a second region adjacent to the first region in the axial direction of the heat roller. The first region and the second region are not in electrical contact. The first electrode is electrically connected to the first region of the heat generating layer. The second electrode is electrically connected to the second region of the heat generating layer. The planar heating element is formed by a method in which the heat transfer layer is formed on the other surface of the electrical insulating layer, and then the heat generating layer is formed on the one surface of the electrical insulating layer. The The planar heating element thus obtained is wound around the money base body.
これにより、ローラ表面の近くに熱源即ち面状発熱体が配置されるので、ローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮できる。また、ベース体の外方に面状発熱体が配置されるので、ヒートローラの中心部の無駄な加熱を防止でき、省電力性に優れる。更には、面状発熱体の発熱層は複数の線からなるパターン形状を有しているので、発熱ムラを軽減できる。また、発熱層よりも外方に面状の伝熱層が配置されていることにより、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現できる。また、必要な領域の発熱層だけを発熱させることもできるので、一層の省電力化を実現できる。加えて、ヒートローラの軸方向端部の軸部の周囲に2つの領域に対する給電部をコンパクトに配置することができる。従って、給電のための構成を簡素化でき、定着装置及び画像形成装置のコンパクト化を図ることができる。 Thereby, since a heat source, that is, a planar heating element is arranged near the roller surface, the temperature of the roller surface can be rapidly increased, and the warm-up time can be remarkably shortened. In addition, since the planar heating element is disposed outside the base body, useless heating of the center portion of the heat roller can be prevented, and power saving is excellent. Furthermore, since the heat generating layer of the planar heat generating element has a pattern shape composed of a plurality of lines, uneven heat generation can be reduced. Further, since the planar heat transfer layer is disposed outside the heat generating layer, the recording medium in contact with the surface of the heat roller can be heated uniformly, and uniform toner fixing can be realized. In addition, since only the heat generating layer in a necessary region can generate heat, further power saving can be realized. In addition, the power feeding portions for the two regions can be compactly arranged around the shaft portion at the axial end portion of the heat roller. Accordingly, the configuration for supplying power can be simplified, and the fixing device and the image forming apparatus can be made compact.
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体は前記伝熱層よりも熱伝導率が小さくなるように構成されていることが好ましい。 In the heat roller, the base body is preferably configured to have a thermal conductivity smaller than that of the heat transfer layer.
これにより、発熱層で発生した熱が内周側のベース体に逃げることを抑制できるので、ヒートローラの表面に接触する記録媒体を効率良く加熱でき、省電力を実現できる。 Thereby, it is possible to suppress the heat generated in the heat generating layer from escaping to the base body on the inner peripheral side, so that the recording medium in contact with the surface of the heat roller can be efficiently heated and power saving can be realized.
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体は合成樹脂製であることが好ましい。 In the heat roller, the base body is preferably made of a synthetic resin.
これにより、上記のような熱特性を有するベース体を容易に成形して製造することができる。また、電気絶縁性を持たせることも容易である。 Thereby, the base body which has the above thermal characteristics can be shape | molded easily and manufactured. It is also easy to provide electrical insulation.
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される弾性体層を更に含むことが好ましい。 The heat roller preferably further includes an elastic layer interposed between the outer peripheral surface of the base body and the planar heating element.
これにより、発熱層のパターンが有る部分と無い部分との段差を弾性体層がその弾性によって吸収するので、ヒートローラの表面に凹凸ができるのを防止できる。従って、トナーの定着ムラを回避できる。 As a result, the elastic layer absorbs the step between the portion having the pattern of the heat generating layer and the portion having no pattern by the elasticity, so that the surface of the heat roller can be prevented from being uneven. Accordingly, toner fixing unevenness can be avoided.
前記のヒートローラにおいては、前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される断熱層を更に含むことが好ましい。 The heat roller preferably further includes a heat insulating layer interposed between the outer peripheral surface of the base body and the planar heating element.
これにより、発熱層の発生する熱がベース体側に逃げるのを断熱層によって防止でき、記録媒体を一層効率良く加熱できる。この結果、省電力性を向上させることができる。 Thereby, the heat generated by the heat generation layer can be prevented from escaping to the base body side by the heat insulating layer, and the recording medium can be heated more efficiently. As a result, power saving can be improved.
前記のヒートローラにおいては、前記面状発熱体は細長いシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に螺旋状に巻かれていることが好ましい。 In the heat roller, it is preferable that the planar heating element is formed in an elongated sheet shape, and the planar heating element is spirally wound around the base body.
これにより、面状発熱体の縁部同士の継ぎ目の凹凸を小さくできる。従って、表面の凹凸が小さく定着ムラの少ないヒートローラを提供できる。 Thereby, the unevenness | corrugation of the joint of the edge parts of a planar heating element can be made small. Accordingly, it is possible to provide a heat roller having a small surface unevenness and little fixing unevenness.
前記のヒートローラにおいては、前記面状発熱体はシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に巻かれるとともに縁部同士が互いに半田によって溶融接合されていることが好ましい。 In the heat roller, the planar heating element is configured in a sheet shape, the planar heating element is wound around the outside of the base body, and the edges are melt-bonded to each other by solder. preferable.
これにより、継ぎ目の部分で面状発熱体の縁部同士を確実に接合することができる。 Thereby, the edge parts of a planar heating element can be reliably joined at the joint.
本発明の第2の観点によれば、前記ヒートローラと、このヒートローラの外周面に弾接するプレスローラと、を含む定着装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a fixing device including the heat roller and a press roller that elastically contacts the outer peripheral surface of the heat roller.
これにより、ウォームアップタイムが短く、省電力で、形成画像の画質に優れる画像形成装置を提供できる。 Thereby, it is possible to provide an image forming apparatus having a short warm-up time, power saving, and excellent image quality of the formed image.
前記の定着装置においては、前記プレスローラがスポンジのプレスローラであることが好ましい。 In the fixing device, the press roller is preferably a sponge press roller.
これにより、ヒートローラの熱が逃げるのをスポンジの断熱効果によって防止できるので、一層の省電力化を図ることができる。また、ヒートローラとプレスローラとの間のニップ部の面積を広く確保できるので、記録媒体に対してトナーを確実に定着させることができる。 Thereby, it is possible to prevent the heat of the heat roller from escaping by the heat insulating effect of the sponge, so that further power saving can be achieved. In addition, since a large area of the nip portion between the heat roller and the press roller can be ensured, the toner can be reliably fixed to the recording medium.
本発明の第3の観点によれば、電子写真方式により記録媒体上に未定着のトナー画像を形成するための画像形成部と、前記定着装置と、を含む画像形成装置が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including an image forming unit for forming an unfixed toner image on a recording medium by electrophotography and the fixing device.
これにより、ファーストプリントタイムを短縮できるとともに、省電力性に優れ、画質の良好な画像形成装置を提供できる。 As a result, the first print time can be shortened, and an image forming apparatus with excellent power saving and good image quality can be provided.
次に、発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係るコピーファクシミリ複合機の外観斜視図、図2は複合機の本体内部の様子を示す正面断面図である。 Next, embodiments of the invention will be described. FIG. 1 is an external perspective view of a copy facsimile multifunction peripheral according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front sectional view showing the inside of the main body of the multifunction peripheral.
図1の外観斜視図に示すように、画像形成装置としてのコピーファクシミリ複合機75は、フラットベッドスキャナ及びオートドキュメントフィードスキャナとして機能する画像読取部76と、コピー部数やファクシミリ送信先等を指示するための操作パネル77と、記録媒体としての用紙に画像を形成する画像形成部等を内蔵した本体78と、前記用紙を順次供給する給紙カセット79と、を備えている。この本体78は、通信回線を介して画像データを伝送するための図略の送受信部等を備える。
As shown in the external perspective view of FIG. 1, a copy
コピーファクシミリ複合機75の内部の様子が図2に示される。この図2に示すように、本体78の上面には、読み取るべき原稿を載置するプラテンガラス82が設けられる。本体78の上方には原稿台カバー83が設けられており、この原稿台カバー83によって、原稿をプラテンガラス82上に押圧して固定できるようになっている。
The inside of the copy
前記原稿台カバー83には自動原稿供給装置(オートドキュメントフィーダ、ADF)84が配設されている。このADF84は、原稿台カバー83の上部に設けられた原稿トレイ85と、この原稿トレイの下方に設けられた排出トレイ86と、を備える。
The
図2に示すように、前記原稿台カバー83の内部には、原稿トレイ85と排出トレイ86とを繋ぐ湾曲状の原稿搬送経路87が構成されている。この原稿搬送経路87には、分離ローラ88及び複数の搬送ローラ89が配置されている。この構成で、原稿トレイ85に重ねてセットされた原稿は、1枚ずつ分離されて湾曲状の前記原稿搬送経路87に沿って搬送され、原稿読取位置を通過した後、排出トレイ86へ排出される。
As shown in FIG. 2, a curved
図2に示すように、本体78の上部にはスキャナユニット90が備えられる。このスキャナユニット90は、前記プラテンガラス82又は前記ADF84の原稿読取位置に対して光を照射する光源91と、原稿からの反射光を反射させる反射ミラー92,93,94と、反射光を収束させる集光レンズ95と、この収束光を電気信号に変換して出力する電荷結合素子(CCD)96と、を備えている。
As shown in FIG. 2, a
スキャナユニット90の光源91及び反射ミラー92等は適宜移動可能に構成しており、プラテンガラス82に載置された原稿を移動しつつ走査したり、あるいはADF84の前記原稿読取位置まで移動させて、原稿搬送経路87を搬送される原稿を走査したりすることができる。
The
この原稿からの反射光はCCD96へ導かれて結像し、CCD96は原稿に応じた電気信号を出力する。この信号は適宜の変換処理後に後述の画像形成部11に送られて印刷されたり、前記送受信部によって他のファクシミリ装置へ通信回線を介して送信されたりする。
The reflected light from the original is guided to the
図2に示すように、本体78の下部には、用紙100を供給する給紙カセット79が備えられる。この給紙カセット79は装置正面側(図2の紙面手前側)に引出可能に構成されている。給紙カセット79の上方には、画像形成部11、定着装置51、及び排紙トレイ80が備えられている。
As shown in FIG. 2, a
本体78の内部には、給紙カセット79から排紙トレイ80へ用紙100を搬送するための搬送路24が形成されている。この搬送路24は、給紙カセット79の一端側から上方に向かって延びた後、水平方向に湾曲して画像形成部11に至り、更に水平方向へ延びて定着装置51を通過した後、排紙トレイ80上に至るように構成されている。
Inside the
給紙カセット79の上方には給紙ローラ21が配置されており、給紙カセット79内に積層された最上層の用紙100に前記給紙ローラ21が接触するように構成されている。この状態で給紙ローラ21が駆動されることで、最上層の用紙100が分離されてピックアップされ、前記搬送路24に向けて送り出される。
A paper feed roller 21 is disposed above the
搬送路24において前記給紙ローラ21のすぐ下流側には、搬送ローラ22,23が配置されている。この搬送ローラ22,23は、それに対向配置されるローラとの間に用紙100をニップしつつ駆動されることで、用紙100を下流側の画像形成部11へ搬送する。
Conveying
画像形成部11は、図2に示すように、感光ドラム12の周囲に、帯電器13と、LEDヘッド14と、現像器15と、転写ローラ16と、を配置した構成になっている。
As shown in FIG. 2, the image forming unit 11 has a configuration in which a
感光ドラム12は、表面に有機感光体による光導電膜が形成されるとともに、図示しない電動モータによって回転駆動されるように構成されている。帯電器13はブラシ帯電方式に構成され、この帯電器13によって感光ドラム12の表面が均一に、例えば負に帯電されるようになっている。
The photosensitive drum 12 is configured such that a photoconductive film made of an organic photoreceptor is formed on the surface and is rotated by an electric motor (not shown). The
露光器としてのLEDヘッド14は、前記帯電器13より下流側(感光ドラム12の回転方向の下流側をいう。以下、現像器15、及び転写ローラ16の説明において同じ。)に配置されており、発光ダイオード(LED)を用紙幅方向に多数並べて備えた構成となっている。そしてLEDヘッド14は、電話回線を介して受信したファクシミリ原稿の画像データや、画像読取部76で読み取った画像データに対応して選択的に発光する。この結果、感光ドラム12の表面が選択的に露光され、露光部分の電荷エネルギーが消失することで静電潜像が形成される。
The LED head 14 as an exposure device is disposed downstream of the charger 13 (refers to the downstream side in the rotation direction of the photosensitive drum 12; hereinafter, the same applies to the description of the developing
現像器15は前記LEDヘッド14の下流側に配置されている。この現像器15は、非磁性一成分トナーを収容するトナー容器26を備えるとともに、トナーの撹拌のためにトナー容器26の内部で回転駆動される撹拌ブレード27を備えている。更に、現像器15は、トナー容器26の内部に配置される供給ローラ28と、この供給ローラ28に接触して配置される現像ローラ29と、この現像ローラ29の外周面に接触するように配置される規制ブレード30と、を備えている。
The developing
この構成で、供給ローラ28と現像ローラ29とは、互いに周面を逆方向に擦るように回転駆動される。また、規制ブレード30の先端は、回転駆動される現像ローラ29の周面を擦ることになる。この結果、トナー容器26内のトナーは摩擦帯電され、現像ローラ29の表面に電位差によって付着する。現像ローラ29の表面のトナーは、規制ブレード30によって付着厚さが均一になるよう調整されるとともに、当該現像ローラ29の回転によって感光ドラム12側へ送られる。その後、感光ドラム12と現像ローラ29との近接部分において、感光ドラム12の前記LEDヘッド14による露光部に相当する部分においてのみ、現像ローラ29の表面のトナーが選択的に感光ドラム12の表面へ移動する。この結果、感光ドラム12の表面上にトナー像が形成される。
With this configuration, the
転写ローラ16は、前記現像器15の下流側に配置されるとともに、感光ドラム12から搬送路24を挟んで反対側に配置されている。また、この転写ローラ16には電源からの所定の電圧が印加されている。従って、感光ドラム12の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム12の回転によって転写ローラ16側へ近づくように移動し、その電界吸引力によって用紙100に転写される。トナー像が転写された用紙100は、感光ドラム12の回転によって、搬送路24の下流側の定着装置51へ送られる。
The
定着装置51は、回転駆動されるヒートローラ52と、このヒートローラ52に対向して配置されるプレスローラ53と、を備えている。このプレスローラ53は付勢バネによってヒートローラ52に対して押し付けられている。なお、前記ヒートローラ52及びプレスローラ53の詳細な構成については後述する。
The fixing
この構成で、用紙100がヒートローラ52とプレスローラ53との間を通過すると、高温のヒートローラ52の熱及びプレスローラ53による圧力によって、トナー像のトナーが融解して用紙100に定着する。なお、定着装置51には、用紙100がヒートローラ52に貼り付いたまま周囲に巻き付くことを防止するための分離爪54が設けられている。
With this configuration, when the
図2に示すように、定着装置51より下流側には排紙ローラ25が設けられる。この構成で、定着装置51から送られてきた用紙100は、排紙ローラ25とそれに対向配置される従動ローラとの間でニップされて、前記排紙トレイ80上に排出される。
As shown in FIG. 2, a
次に、前記定着装置51の詳細な構成を説明する。定着装置51の拡大断面図が図3に示され、この図3に示すように、この定着装置51は、前記ヒートローラ52及びプレスローラ53を収容するハウジング55を備える。このハウジング55には、ベアリング56を介してヒートローラ52が回転自在に支持されるとともに、プレスローラ53が軸受体57を介して回転自在に支持される。
Next, a detailed configuration of the fixing
軸受体57はハウジング55に対してスライド自在に設けられており、軸受体57とハウジング55との間には付勢バネ58が介在される。この付勢バネ58のバネ力によってプレスローラ53がヒートローラ52に対して押し付けられ、両者が弾接する構成になっている。
The bearing
次に、ヒートローラ52及びプレスローラ53の詳細な構成を図4を参照して説明する。図4は図3のAで示した領域(ニップ部)の拡大断面図である。ヒートローラ52は、ベース体(耐熱担持体)31と、耐熱断熱層32と、フィルム状ヒータ(面状発熱体)33と、離型層37と、を主要な構成として備えている。
Next, detailed configurations of the
ベース体31は円筒形状を有しており、このベース体31の外側にフィルム状ヒータ33が配置されている。このベース体31の熱伝導率は、フィルム状ヒータ33の熱伝導率(後述の伝熱層36の熱伝導率)より小さく、また、ベース体31の熱容量はフィルム状ヒータ33の熱容量(伝熱層36の熱容量)よりも大きくなっている。
The
ベース体31の外側に配置されるフィルム状ヒータ33は、耐熱絶縁層34と、発熱体(発熱層)35と、伝熱層(均熱層)36と、を備えて構成されている。
The
フィルム状ヒータ33の発熱体35は、例えばステンレスや、ニッケルクロム等のニッケル合金や、ニッケル等で構成することができる。この発熱体35は、幅の細い複数の線を平行に等間隔で並べたパターン形状に構成されている(ヒータパターン)。発熱体35の厚みは、例えば0.1μm以上100μm以下とするのが好ましく、30μm程度となるように形成することが更に好ましい。ヒータパターンを作成する方法としては、具体的には、スパッタリング、蒸着、金属箔のエッチング、パターン印刷、ブラスト等を使用することができる。
The
フィルム状ヒータ33の耐熱絶縁層34の厚みは、例えば1μm以上200μm以下、好ましくは10μm以上70μm以下とするのが良い。耐熱絶縁層34の材料としては、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等が好ましいが、これらに限定されない。
The thickness of the heat-resistant insulating
フィルム状ヒータ33の伝熱層36は、例えば1μm以上50μm以下、好ましくは10μm以上30μm以下の厚みを有するように構成する。この伝熱層36は、ベース体31、発熱体35、耐熱絶縁層34、及び後述の耐熱断熱層32の何れよりも高い熱伝導率を有するものを用いて形成することが好ましい。また、伝熱層36の熱伝導率は、例えば10W/m・K以上とするのが好ましい。伝熱層36の材料としては、例えば銅やアルミニウム等の金属、窒化アルミニウム(AlN)や炭化ケイ素(SiC)等のセラミックスが考えられる。
The
ヒートローラ52の最外周には離型層37が配置される。この離型層37は、トナーに対して離型性の高い材料(表面エネルギーが低く分子間凝集力の小さい材料)、例えば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樹脂よりなり、厚みとしては例えば30μm程度となるように形成する。
A
また、前記フィルム状ヒータ33とベース体31との間には耐熱断熱層32が介在される。この耐熱断熱層32は、例えば0.1mm以上0.5mm以下の厚みを有するように構成する。耐熱断熱層32の材料としては、前記発熱体35、耐熱絶縁層34、伝熱層36及びベース体31の何れよりも低い熱伝導率を有するものが好ましく、例えばセラミックファイバーを主成分とするマット、ガラスファイバー、発泡樹脂、多孔質セラミックス等を用いることが考えられる。
A heat-resistant and heat-insulating
フィルム状ヒータ33は、例えば以下の方法で形成することができる。即ち、基材としてのポリイミドフィルムの一側の面に銅箔を貼り合わせたものを用意する。このポリイミドフィルムは耐熱絶縁層34に相当し、銅箔が伝熱層36に相当する。そして、ポリイミドフィルムの銅箔と反対側の面に、厚み25μmのステンレス箔を、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。この耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。次に、上記ステンレス箔を、ウェットエッチング等の公知の方法で、複数の線を有するパターン形状に加工する。この結果、ステンレス箔からなるヒータパターン形状の発熱体(発熱層)35が形成され、良好な可撓性を備えたフィルム状ヒータ33が得られる。
The
なお、伝熱層36の形成方法としては、単独のポリイミドフィルムに銅箔を別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で貼り付けても良い。また、前記発熱体35の形成方法としては、当該箔状の材料をウェットエッチング、ドライエッチング、ブラスト等の方法で予め所定のヒータパターン形状に加工してから、ポリイミドフィルムに貼り付けてもよい。また、ワイヤ状の材料を予めヒータパターン形状に加工したものを別途ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤でポリイミドフィルムに貼り付けても良い。更に、スパッタリングや蒸着等の薄膜プロセスを用いて箔体を形成しても良いし、薄膜プロセスによってヒータパターンを直接形成しても良い。
As a method for forming the
次に、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂を円筒状に成形したベース体31を用意する。そして、図5に示すように、ベース体31の軸方向両端の開口に、それぞれ軸部品41を装着する。この軸部品41は、円板状のフランジ部42と、このフランジ部42の一側の面から突設されたリング状の挿入部43と、このフランジ部42の一側の面から突設された円柱状の軸部44と、を備えている。
Next, a
この軸部品41は電気導電性を有する材料で一体的に構成されており、例えば、真鍮、銅、亜鉛、ステンレス、あるいはこれらの合金等を用いて構成することができる。そして、前記挿入部43をベース体31の筒孔に挿入して嵌着することで、ベース体31の両軸端に軸部品41を固定することができる。
The
次に、アルミナ−シリカを主成分とするセラミック質のマットを、ポリイミド、シリコーン等の耐熱接着剤で、ベース体31の外周面に加熱圧着させる。これにより、ベース体31の表面に耐熱断熱層32が形成される。前記耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。
Next, a ceramic mat mainly composed of alumina-silica is heat-pressed to the outer peripheral surface of the
その後、前記の手順によって得られたフィルム状ヒータ33を、その発熱体35側の面がベース体31の外周面(前記耐熱断熱層32)に対向するように配置し、シリコーン、ポリイミド等の耐熱接着剤で加熱圧着させる。前記耐熱接着剤は、スクリーン印刷等の公知の方法で付与することができる。この結果、前記フィルム状ヒータ33とベース体31との間(フィルム状ヒータ33と耐熱断熱層32との間)に接着層38が介在される。
Thereafter, the
なお本実施形態では、図5に示すように、前記フィルム状ヒータ33を細長いシート状に形成するとともに、その長手方向がベース体31の周方向に対して斜めとなるように螺旋状に巻いて配置している。このように螺旋巻きに構成することで、フィルム状ヒータ33の継ぎ目39の部分の段差を目立たなくでき、ヒートローラ52の表面の凹凸を防止して均一なトナー定着を実現できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
また、螺旋巻きにすることで、フィルム状ヒータ33内部の発熱体35のパターン(ヒータパターン)を、継ぎ目39を跨いで綺麗に配置することが容易である。従って、この点でも均熱性に優れ、トナーの定着ムラが少ないヒートローラ52を提供できる。
In addition, the spiral winding makes it easy to neatly arrange the pattern (heater pattern) of the
ただし、図6のような巻き方に限定されず、フィルム状ヒータ33をベース体31の周方向に平行となるように巻くこともできる(いわゆる平行巻き)。
However, the method is not limited to the winding method as shown in FIG. 6, and the
なお、図6に示すように前記発熱体35のパターンの端部には接触部40が設けられており、フィルム状ヒータ33を前記ベース体31の外周に巻き付けたときに、この接触部40が前記軸部品41のフランジ部42の外周面に接触するように構成している。このため、フィルム状ヒータ33をベース体31の周囲に巻き付けると、軸部品41(軸部44)と発熱体35とが電気的に接続されることになる。
In addition, as shown in FIG. 6, the
上記のようにフィルム状ヒータ33を巻き付けた後、フィルム状ヒータ33の縁部同士(継ぎ目39の部分)を、例えば半田接合等の方法を用いて溶融接合する。これにより、フィルム状ヒータ33がベース体31上で位置ズレしないように確実に固定できる。なお、図7に示すように、フィルム状ヒータ33の縁部をその断面形状が斜めとなるように加工し、縁部同士が斜めに合わさるように溶融接合すると、接合部分の強度を増すことができ、継ぎ目39の部分の凹凸(段差)も小さくできる点で好ましい。
After the film-
更に、前記フィルム状ヒータ33の外周面に、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体等のフッ素樹脂層を形成し、離型層37とする。以上の工程によりヒートローラ52を製造することができる。
Further, a fluororesin layer such as a tetrafluoroethylene / perfluoroalkylvinyl copolymer is formed on the outer peripheral surface of the
こうして製造されたヒートローラ52は、図8に示すように軸部44の部分を前記ベアリング56で軸支するとともに、当該軸部44の外周面に適宜の端子を弾接させて接触給電を行う。また、ヒートローラ52の一側の軸端に位置する軸部44には図示しない歯車を固定し、この歯車と図略の電動モータの出力軸とを、適宜の駆動伝達機構を介して連結する。この構成において、フィルム状ヒータ33の発熱体35に所定の電圧を印加しつつ電動モータを駆動させることで、プレスローラ53とヒートローラ52との間のニップ部において用紙100を前記排紙トレイ80側へ搬送しつつ加熱及び加圧することができる。
As shown in FIG. 8, the
以上に示すように、本実施形態のヒートローラ52は、円筒形状を有し電気絶縁性を有するベース体31と、フィルム状ヒータ33と、トナーに対して高い離型性を有する離型層37と、を備える。前記フィルム状ヒータ33は、耐熱絶縁層34と、複数本の線からなるパターン形状を有するように耐熱絶縁層34の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱体35と、前記耐熱絶縁層34の他側の面に面状に形成される伝熱層36と、を含む。そして、ベース体31の外周面と離型層37との間にフィルム状ヒータ33が介在されるとともに、ベース体31と、発熱体35と、耐熱絶縁層34と、伝熱層36と、離型層37とが、半径方向外方にこの順番で積層されている。
As described above, the
以上の構成により、ローラ表面の近くに熱源即ちフィルム状ヒータ33が配置されるので、特許文献1のハロゲンランプ内蔵型のヒートローラに比べてローラ表面の温度を急速に上昇させることができ、ウォームアップタイムを顕著に短縮できる。また、ベース体31の外方にフィルム状ヒータ33が配置されるので、ヒートローラ52の中心部の無駄な加熱を防いで電力を節約することができる。更に、発熱体35よりも半径方向外方に伝熱層36が配置されていることにより、ヒートローラ52の表面に接触する用紙100を均一に加熱でき、均一なトナー定着を実現して画質の向上に寄与できる。
With the above configuration, since the heat source, that is, the
また、前記ベース体31は伝熱層36よりも熱伝導率が小さくなるように構成されているので、発熱体35の熱が内周側のベース体31へ逃げることを抑制でき、ヒートローラ52の表面を効率良く加熱できる。更には、ベース体31は合成樹脂製であるので、上記のような熱特性及び電気絶縁性を有するベース体31を容易に成形して製造することができる。
Further, since the
また、本実施形態のヒートローラ52においては、ベース体31の外周とフィルム状ヒータ33との間に接着層38が介在されている。そして、この接着層38はシリコーンあるいはポリイミドからなり、適度の弾性を有するように構成されている。言い換えれば、前記接着層38が弾性体層としての役割を果たしている。
In the
これにより、発熱体35のパターンが有る部分と無い部分でのフィルム状ヒータ33の厚みの差を、接着層38の弾性によって吸収でき、ヒートローラ52の表面に凹凸ができることを防止できる。この結果、用紙100がヒートローラ52の表面に均一に接触するので、トナーを均一に定着することができる。
Thus, the difference in thickness of the
また、前記フィルム状ヒータ33は図6に示すように細長い形状に構成されるとともに、このフィルム状ヒータ33がベース体31の外側に螺旋状に巻かれるようにして取り付けられている。
Further, the
これにより、継ぎ目39の部分の凹凸(段差)を小さくすることができ、ローラ表面の凹凸が小さく定着ムラの少ないヒートローラ52を提供することができる。
Thereby, the unevenness | corrugation (step) of the part of the
また、前記フィルム状ヒータ33の縁部同士が互いに半田によって溶融接合されている。
Further, the edges of the
これにより、継ぎ目39の部分でフィルム状ヒータ33の縁部同士を確実に接合することができる。
Thereby, the edges of the
なお、上記のヒートローラ52の構成の効果は、本願の発明者が行った次の実験によって裏付けられている。
The effect of the configuration of the
即ち、ポリフェニレンサルファイド樹脂を使用して円筒状に成形したベース体31の外周面に、耐熱断熱層32としてガラスファイバーからなる不織布を積層し、その周囲にフィルム状ヒータ33を螺旋状に巻き付けた構成のヒートローラ52を用意した。前記フィルム状ヒータ33においては、発熱体35としてニッケルクロム合金を用い、耐熱絶縁層34としてポリイミドフィルムを用い、伝熱層36として銅箔を用いた。
That is, a configuration in which a non-woven fabric made of glass fiber is laminated as a heat-resistant and heat-insulating
この構成のヒートローラ52に所定の電圧を印加し、ウォームアップ時間として、ヒートローラの表面が室温から180℃に上昇するまでの時間を計測した。すると、特許文献1のハロゲンヒータ内蔵型のヒートローラに比べて、本実施形態のヒートローラ52はウォームアップ時間が約1/7に短縮されることが判った。具体的には、従来型のヒートローラのウォームアップ時間が30秒程度だったのに対し、上記の構成のヒートローラ52のウォームアップ時間は4秒弱であった。なお、発熱体35としてステンレスを用いた場合でも、上記と概ね同様の良好な結果が得られた。
A predetermined voltage was applied to the
次に、定着装置51において前記ヒートローラ52に弾接されるプレスローラ53の構成を説明する。図4に示すように、このプレスローラ53は、ステンレス等の金属で形成したローラ軸61と、このローラ軸61の周囲に固定された円柱状のスポンジ体62と、このスポンジ体62の外周面に配置された離型層63と、を備える。
Next, the configuration of the
このようにスポンジのプレスローラ53とすることで、前記スポンジ体62の内部に含まれる空気の断熱作用により、ヒートローラ52の熱がプレスローラ53側に逃げることを抑制できる。特に本実施形態では、熱容量の小さなフィルム状ヒータ33によって用紙100を加熱することとしており、ヒートローラ52の表面の温度が低下しやすいので、上記のような断熱効果が有用である。更には、ヒートローラ52とのニップ部においてプレスローラ53のスポンジ体62が弾性変形するので、当該ニップ部における用紙100とヒートローラ52との接触面積を広く確保できる。従って、定着装置51を通過する用紙100にトナーを良好に定着させることができる。
By using the
次に、第1変形例のヒートローラ52aについて図9を参照して説明する。この第1変形例では、前記の実施形態と同一又は類似する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。これは、後述の第2変形例においても同様である。
Next, the
この変形例では、ベース体131は、その軸方向両端が閉鎖された円筒状に形成されている。そして、このベース体131の両軸端には軸部44がそれぞれ固定され、この軸部44は導電性材料から構成されるとともに、前記ベース体131と同一軸線上に配置される。そして、軸部44と、前記フィルム状ヒータ33の前記接触部40とが、導電体45によって電気的に接続されている。
In this modification, the
この第1変形例のヒートローラ52aは、前述の実施形態の軸部品41のような大きな一体物(熱容量の大きなもの)を軸端に有さない構成となっている。従って、フィルム状ヒータ33の熱が軸端側に逃げることを抑制できるので、効率的な加熱による均一な定着及び省電力化を実現できる。
The
また、第2変形例のヒートローラ52bが図10に示され、このヒートローラ52bは、フィルム状ヒータ133において、発熱体35のヒータパターンをローラ軸方向に分割した構成となっている。具体的には、軸方向中央側の所定の幅の領域(第1領域)A1と、残りの領域(第2領域)A2とで、発熱体35のヒータパターンを2分割している。分割されたそれぞれの領域A1,A2のヒータパターン同士は、電気的に非接触となるよう配置される。
Further, a
また、ベース体131の両軸端には軸部44が固定され、この軸部44はベース体131と同一軸線上に配置される。この第2変形例においては、軸部44は電気絶縁性の材料、例えば合成樹脂により構成される。
In addition,
この軸部44の外側(外周面上)には、環状の第1電極46が設けられている。更に、この第1電極46の外側には同じく環状の第2電極47が設けられ、第1電極46の環状部と第2電極47の環状部との間には環状の絶縁筒体(環状体)48が介在される。この絶縁筒体48は電気絶縁性を有する材料から構成されている。
An annular
更に、前記第1領域A1における発熱体35のヒータパターンと第1電極46とが導電体49を介して電気的に接続され、また、第2領域A2におけるヒータパターンと第2電極47とが導電体50を介して電気的に接続される。
Further, the heater pattern of the
この第2変形例のヒートローラ52bは、第1電極46と第2電極47のそれぞれへの給電の有無を切り換えることで、フィルム状ヒータ133が発熱する領域を制御することができる。具体例としては、用紙100の幅が第1領域A1の幅を上回るときは、第1電極46と第2電極47の両方に給電して、フィルム状ヒータ133の2つの領域A1,A2の両方を発熱させる。一方、用紙100の幅が第1領域A1の幅と同じかそれを下回るときは、第1電極46だけに給電して第1領域A1だけを発熱させ、省電力を実現することができる。
The
以上に説明したように、第2変形例のヒートローラ52bは、前記フィルム状ヒータ133の発熱体35において、第1領域A1と、この第1領域A1に対しヒートローラ52bの軸方向で隣り合う第2領域A2と、を含んでいる。そして、第1領域A1と第2領域A2とが電気的に非接触となるように構成されている。
As described above, the
これにより、ヒートローラ52bの発熱領域を状況に応じて切り換えることができる。従って、用紙100が通過しない領域を発熱させないような制御により、省電力を実現することができる。
Thereby, the heat_generation | fever area | region of the
また、このヒートローラ52bは、ベース体131の軸方向端部に同一軸線上に軸部44を固定的に取り付け、この軸部44に第1電極46を設けるとともに、この第1電極46を前記発熱体35の第1領域A1と電気的に接続している。また、第1電極46の外周側に環状の第2電極47を配置して、この第2電極47を前記発熱体35の第2領域A2と電気的に接続している。更に、第1電極46と第2電極47との間には、電気絶縁性を有する絶縁筒体48が配置される。
The
これにより、発熱体35の2つの領域に対する給電のための電極を、軸部44の周囲のコンパクトな領域に配置することができる。従って、給電のための構造を簡素化でき、定着装置51及びコピーファクシミリ複合機75を小型化できる。
Thereby, the electrodes for supplying power to the two regions of the
以上に本発明の好適な実施形態及び変形例を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。 Although the preferred embodiments and modifications of the present invention have been described above, the above configuration can be further modified as follows.
ベース体31は、中空の円筒状に形成することに代えて、円柱状に形成することができる。また、ベース体31の材料としては、PPSに限定されず、ガラスエポキシ等の耐熱樹脂や、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ガラスセラミックス等の無機材料を採用することができる。
The
また、ベース体31を熱伝導率が高い材料で構成することも可能で、例えば、AlN、SiC等の材料や、アルミニウム等の金属を用いることもできる。ただし、省電力の観点からは、熱伝導率の低い材料でベース体31を構成することが好ましい。また、上記のような熱伝導率が高い材料でベース体31を構成する場合は、その外周面に耐熱断熱層32を形成することが極めて好ましい。
In addition, the
また、ベース体31は全体が電気絶縁性を有する場合に限定されず、その外周面だけが電気絶縁性を有していても良い。例えば、ベース体31をアルミニウムで構成する場合、その外周面に適宜の電気絶縁層を形成して、当該電気絶縁層の外側に前記フィルム状ヒータ33を配置することが考えられる。
Moreover, the
発熱体(発熱層)35のパターンは、図6に図示したパターンに代えて、他の任意のパターンに変更することができる。 The pattern of the heating element (heating layer) 35 can be changed to another arbitrary pattern instead of the pattern shown in FIG.
図10の第2変形例において、軸部44を導電性を有する材料で構成し、この軸部44と第1領域A1とを導電体49で電気的に接続する構成に変更することができる。この場合、軸部44自体が第1電極となるので、環状の第1電極46を省略して構成を簡素化することができる。
In the second modification of FIG. 10, the
また、図10の第2変形例において、第1領域A1及び第2領域A2の配置は、幅の小さい用紙がヒートローラ52bのどの部分を通過するかに応じて任意に変更することができる。また、ヒータパターンを3つ以上に分割することもできる。
In the second modification of FIG. 10, the arrangement of the first area A1 and the second area A2 can be arbitrarily changed according to which part of the
本発明のヒートローラ及び定着装置は、コピーファクシミリ複合機に限らず、コピー、ファクシミリ、プリンタ等、様々な電子写真式の画像形成装置に適用することができる。 The heat roller and the fixing device of the present invention can be applied to various electrophotographic image forming apparatuses such as a copying machine, a facsimile machine, and a printer, as well as a copying facsimile multifunction machine.
31 ベース体
32 耐熱断熱層(断熱層)
33 フィルム状ヒータ(面状発熱体)
34 耐熱絶縁層(電気絶縁層)
35 発熱体(発熱層)
36 伝熱層
37 離型層
38 接着層(弾性体層)
51 定着装置
52 ヒートローラ
53 プレスローラ
75 コピーファクシミリ複合機(画像形成装置)
100 用紙(記録媒体)
31
33 Film heater (planar heating element)
34 Heat-resistant insulation layer (electrical insulation layer)
35 Heating element (heating layer)
36
51
100 paper (recording medium)
Claims (10)
円柱形状又は円筒形状を有し、少なくともその外周面が電気絶縁性を有するベース体と、
電気絶縁層と、複数本の線からなるパターン形状を有するように前記電気絶縁層の一側の面に形成されるとともに電圧の印加により発熱する発熱層と、前記電気絶縁層の他側の面に面状に形成される伝熱層と、を含む面状発熱体と、
前記トナーに対して高い離型性を有する離型層と、
前記ベース体の軸方向端部に同一軸線上に固定的に取り付けられる軸部と、
この軸部に設けられる第1電極と、
この第1電極の外周側に配置される環状の第2電極と、
前記第1電極と第2電極との間に介在され、電気絶縁性を有する環状体と、
を含み、
前記ベース体の外周面と前記離型層との間に前記面状発熱体が介在されるとともに、前記ベース体と、前記発熱層と、前記電気絶縁層と、前記伝熱層と、前記離型層とが、半径方向外方にこの順番で積層されており、
前記発熱層は、第1領域と、この第1領域に対しヒートローラの軸方向で隣り合う第2領域と、を少なくとも含んでおり、
前記第1領域と前記第2領域とが電気的に非接触であり、
前記第1電極は前記発熱層の前記第1領域に電気的に接続され、
前記第2電極は前記発熱層の前記第2領域に電気的に接続され、
前記面状発熱体は、前記電気絶縁層の前記他側の面に前記伝熱層を形成し、その後に、前記電気絶縁層の前記一側の面に前記発熱層を形成する方法により形成され、これにより得られた前記面状発熱体が前記ベース体に巻き付けられることを特徴とするヒートローラ。 In a heat roller used in a fixing device for fixing toner on a recording medium,
A base body having a columnar shape or a cylindrical shape, at least an outer peripheral surface of which is electrically insulating;
An electric insulating layer, a heat generating layer formed on one surface of the electric insulating layer so as to have a pattern shape composed of a plurality of lines and generating heat upon application of a voltage, and the other surface of the electric insulating layer A sheet heating element including a heat transfer layer formed in a sheet shape;
A release layer having high releasability to the toner;
A shaft portion fixedly attached on the same axis to the axial end of the base body;
A first electrode provided on the shaft,
An annular second electrode disposed on the outer peripheral side of the first electrode;
An annular body interposed between the first electrode and the second electrode and having electrical insulation;
Including
The planar heating element is interposed between the outer peripheral surface of the base body and the release layer, and the base body, the heating layer, the electrical insulating layer, the heat transfer layer, and the separation layer. The mold layers are laminated in this order outward in the radial direction,
The heat generating layer includes at least a first region and a second region adjacent to the first region in the axial direction of the heat roller,
The first region and the second region are electrically non-contacting;
The first electrode is electrically connected to the first region of the heat generating layer;
The second electrode is electrically connected to the second region of the heat generating layer ;
The planar heating element is formed by a method in which the heat transfer layer is formed on the other surface of the electrical insulating layer, and then the heat generating layer is formed on the one surface of the electrical insulating layer. a heat roller in which the planar heating element thereby obtained is characterized Rukoto wound on the base body.
前記ベース体は前記伝熱層よりも熱伝導率が小さくなるように構成されていることを特徴とするヒートローラ。 The heat roller according to claim 1,
The heat roller, wherein the base body is configured to have a lower thermal conductivity than the heat transfer layer.
前記ベース体は合成樹脂製であることを特徴とするヒートローラ。 The heat roller according to claim 2,
The heat roller, wherein the base body is made of synthetic resin.
前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される弾性体層を更に含むことを特徴とするヒートローラ。The heat roller further comprising an elastic layer interposed between an outer peripheral surface of the base body and the planar heating element.
前記ベース体の外周面と前記面状発熱体との間に介在される断熱層を更に含むことを特徴とするヒートローラ。The heat roller further comprising a heat insulating layer interposed between the outer peripheral surface of the base body and the planar heating element.
前記面状発熱体は細長いシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に螺旋状に巻かれていることを特徴とするヒートローラ。The sheet heating element is formed in an elongated sheet shape, and the sheet heating element is spirally wound around the outside of the base body.
前記面状発熱体はシート状に構成されるとともに、この面状発熱体が前記ベース体の外側に巻かれるとともに縁部同士が互いに半田によって溶融接合されていることを特徴とするヒートローラ。 The heat roller according to any one of claims 1 to 6,
The sheet heating element is formed in a sheet shape, the sheet heating element is wound around the outside of the base body, and the edges are melt-bonded to each other by solder .
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