JP5161140B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus having the same - Google Patents
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本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に係り、より詳細には、記録紙上に形成された未定着画像を、レーザー光照射手段により定着する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile, and more specifically, a fixing device that fixes an unfixed image formed on a recording paper by means of laser light irradiation means, and the same The present invention relates to an image forming apparatus including
電子写真方式の画像形成装置(例えばプリンタ)には、記録部材(記録紙または、用紙)上に形成されたトナー像を熱溶融することによって用紙上に定着させる定着装置が備えられている。この定着装置の一例として、特許文献1に示されるように、定着ローラと加圧ローラとから構成されるローラ対方式の定着装置が知られている。
An electrophotographic image forming apparatus (for example, a printer) includes a fixing device that fixes a toner image formed on a recording member (recording paper or paper) onto the paper by heat melting. As an example of this fixing device, as disclosed in
定着ローラは、アルミなどの金属製中空芯金の表面に弾性層が形成されたローラ部材であり、この芯金の内部に熱源としてハロゲンランプが配置された構成である。そして、温度制御装置が、定着ローラ表面に設けられた温度センサから出力される信号に基づいてハロゲンランプをオン/オフ制御することによって、定着ローラ表面の温度を制御する。
加圧ローラは、芯金上に被覆層としてシリコンゴムなどの耐熱性弾性層を設けたローラ部材である。この加圧ローラは、定着ローラ周面に対して圧接され、加圧ローラの上記弾性層の弾性変形によって、定着ローラと加圧ローラとの間にニップ領域が形成される。
上記の構成において、定着装置では、未定着のトナー像が形成された用紙を定着ローラと加圧ローラとの間のニップ領域に挟み込み、これら両ローラを回転させることによって上記用紙を搬送するとともに、定着ローラ周面の熱により用紙上のトナー像を溶融させて用紙に定着させる。
The fixing roller is a roller member in which an elastic layer is formed on the surface of a hollow metal core made of metal such as aluminum, and a halogen lamp is arranged as a heat source inside the core metal. Then, the temperature control device controls the temperature of the fixing roller surface by controlling the halogen lamp on / off based on a signal output from a temperature sensor provided on the surface of the fixing roller.
The pressure roller is a roller member in which a heat-resistant elastic layer such as silicon rubber is provided as a coating layer on a cored bar. The pressure roller is pressed against the peripheral surface of the fixing roller, and a nip region is formed between the fixing roller and the pressure roller by elastic deformation of the elastic layer of the pressure roller.
In the above configuration, the fixing device sandwiches the paper on which the unfixed toner image is formed in the nip region between the fixing roller and the pressure roller, and conveys the paper by rotating both the rollers, The toner image on the sheet is melted and fixed on the sheet by the heat of the peripheral surface of the fixing roller.
しかし、従来のローラ対方式は、朝一電源投入直後は、定着ローラ及び加圧ローラは、室温状態にあるため、電源ON後、所定温度にまで上昇させる必要があるため、ウォームアップ時間を要する。また、コピー動作が行われていない待機状態では、ローラ表面を所定温度に保持する必要があるため、コピー動作が行われていない時も常に加熱していなければならない。これらコピー動作以外に、無駄なエネルギーを消費する。 However, in the conventional roller pair system, immediately after the power is turned on in the morning, the fixing roller and the pressure roller are at room temperature. Further, in the standby state in which the copying operation is not performed, the roller surface needs to be maintained at a predetermined temperature. Therefore, the heating must always be performed even when the copying operation is not performed. In addition to these copying operations, useless energy is consumed.
そこで、無駄なエネルギーを消費せず効率よくトナーのみを定着させる方法として、特許文献2にあるようなレーザーパワーを利用してトナーを定着させる定着装置が提案されている。特許文献2によれば、複数のレーザーを用いてトナーを加熱することで、一つの弱いレーザーだけでは不十分な定着性を複数個のレーザーを用いることで定着性を向上させている。これにより、低出力で安価なレーザーを使うことが可能なため、装置全体も簡単なものにできると記載されている。 Accordingly, as a method for efficiently fixing only toner without consuming wasteful energy, a fixing device for fixing toner using laser power as disclosed in Patent Document 2 has been proposed. According to Patent Document 2, the toner is heated by using a plurality of lasers, so that the fixing ability is insufficient by using only one weak laser, and the fixing ability is improved by using a plurality of lasers. It is described that this makes it possible to use a low-power and inexpensive laser, so that the entire apparatus can be simplified.
しかし、特許文献2の定着装置では、複数のレーザーを用いたとしても、レーザー素子の光エネルギー変換効率(レーザー素子に投入される電力に対して、レーザー光として光出力できる電力の割合)が低く、通常用いられるレーザー素子は、光変換効率が50%以下である。つまり、投入電力に対して50%以上が変換ロスであり、変換ロスがレーザー光源から発生する熱となり、その発熱を冷却する手段が必要になる。また冷却するために別途電力が必要になるためトータルとしてのエネルギー変換効率(レーザー素子に投入する電力、冷却に必要な投入電力等を含めたレーザーを動作させるのに必要な全投入電力に対する光照射できる電力の割合)が悪くなる。 However, in the fixing device of Patent Document 2, even if a plurality of lasers are used, the light energy conversion efficiency of the laser element (the ratio of the power that can be output as laser light to the power input to the laser element) is low. The usually used laser element has a light conversion efficiency of 50% or less. That is, 50% or more of the input power is conversion loss, and the conversion loss becomes heat generated from the laser light source, and means for cooling the heat generation is required. In addition, since separate power is required for cooling, the total energy conversion efficiency (light irradiation for all the input power required to operate the laser including the power input to the laser element and the input power required for cooling, etc.) The proportion of electric power that can be produced is worse.
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、定着用レーザー光源部の熱を利用することにより、未定着トナー画像を定着させるのに必要な光エネルギーを少なくすると同時に、通紙される記録紙をレーザー光源部の冷却手段とすることにより、冷却に必要な電力を削減する低消費電力を実現する定着装置及びそれを備えた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 problems, and by using the heat of the laser light source unit for fixing, the light energy required for fixing an unfixed toner image is reduced, and at the same time, the paper is passed. An object of the present invention is to provide a fixing device that realizes low power consumption by reducing recording power by using recording paper as a cooling means of a laser light source unit, and an image forming apparatus including the fixing device.
本発明は、レーザー光を照射して未定着のトナー画像を定着する定着装置において、
レーザー光源とレーザー照射部とを分離して光ファイバーで接続し、前記レーザー光源で発生した熱により記録紙搬送ベルトや記録紙を加温して、前記記録紙搬送ベルトで搬送する未定着トナー画像を記録した前記記録紙を予熱し、予熱した前記記録紙に前記レーザー光を照射して未定着トナー画像を定着させ、前記レーザー光源は、前記記録紙搬送ベルトの内周面側に設けられ、前記記録紙搬送ベルトの内周上下2面に当接し、前記レーザー光源の発生熱により加温することを特徴とするものである。
The present invention relates to a fixing device for fixing an unfixed toner image by irradiating a laser beam.
A laser light source and a laser irradiation unit are separated and connected by an optical fiber, and a recording paper transport belt and a recording paper are heated by heat generated by the laser light source, and an unfixed toner image transported by the recording paper transport belt is formed. Preheating the recorded recording paper, irradiating the laser beam to the preheated recording paper to fix an unfixed toner image, and the laser light source is provided on the inner peripheral surface side of the recording paper transport belt, It is in contact with the upper and lower surfaces of the inner circumference of the recording paper transport belt and is heated by the heat generated by the laser light source .
これにより、レーザー光源で発熱する排熱を再利用できると伴に、未定着トナー画像を記録した記録紙を予備加熱できる為、記録紙の定着に必要なレーザー光の光エネルギーを削減でき、消費電力を抑制しつつ定着することができる。また、記録紙がレーザー光源を冷却するので、レーザー光源の冷却装置を設ける必要がなく、冷却に必要な電力が不要となる。 As a result, the waste heat generated by the laser light source can be reused and the recording paper on which the unfixed toner image is recorded can be preheated, so the light energy of the laser beam required for fixing the recording paper can be reduced and consumed. Fixing can be performed while suppressing electric power. Further, since the recording paper cools the laser light source, it is not necessary to provide a cooling device for the laser light source, and electric power necessary for cooling becomes unnecessary.
また、レーザー光源を記録紙搬送ベルトの内周面側配置することで、無駄なスペースが不要となる。また、記録紙搬送ベルトの内周面側に配置すると、外側に配置するよりもレーザー光源の少なくとも上下に記録紙搬送ベルトが存在して熱が伝わり易いため、効率よく記録紙搬送ベルトを加温でき、延いては記録紙を効率良く予備加熱することができる。
また、レーザー光源が記録紙搬送ベルトに当接していることにより、直接に記録紙搬送ベルトに熱を供給でき、効率良く予備加熱することができる。
Further , by disposing the laser light source on the inner peripheral surface side of the recording paper conveyance belt, useless space is not required. Also, if the recording paper transport belt is arranged on the inner peripheral surface side, the recording paper transport belt is present at least above and below the laser light source and heat is more easily transferred than the outside, so that the recording paper transport belt can be efficiently heated. As a result, the recording paper can be efficiently preheated.
Further, since the laser light source is in contact with the recording paper conveyance belt, heat can be directly supplied to the recording paper conveyance belt, and efficient preheating can be performed.
また、本発明の前記レーザー光源は、高熱伝導材を介して前記記録紙搬送ベルトに当接することを特徴とする。 Further, the laser light source of the present invention is in contact with the recording paper conveyance belt through a high thermal conductive material .
これにより、高熱伝導材を介して前記記録紙搬送ベルトに当接させると、記録紙搬送ベルトに当接する接触面積を拡大することも可能となり、より効率良く予備加熱することができる。 Thus, when brought into contact with the recording paper conveying belt through a high thermally conductive material, it becomes possible to enlarge the contact area in contact with the recording paper conveying belt, it can be more efficiently preheated.
また、本発明の前記搬送ベルトは、2つのローラに架張されており、前記高熱伝導材は、片側側面部を円柱状として前記搬送ベルトに当接させて一方のローラを兼ねることを特徴とする。 In addition, the conveyance belt of the present invention is stretched around two rollers, and the high heat conductive material has a side surface portion in a columnar shape and abuts against the conveyance belt to serve as one roller. To do.
これにより、高熱伝導材は、架張している記録紙搬送ベルトを摺動させることにより、上下面に加え側面の円柱部分も記録紙搬送ベルトに当接させることができ、高熱伝導材に比較して広い面積を当接でき、伝熱性を高めることができる。 As a result, the high thermal conductivity material can contact the recording paper conveyance belt in addition to the top and bottom surfaces by sliding the stretched recording paper conveyance belt, compared to the high thermal conductivity material. Thus, a wide area can be contacted, and heat transfer can be improved.
本発明の定着処置は、さらに前記記録紙搬送ベルトの温度を検知する温度センサを備え、前記温度センサが検出した検出結果に基づいて、前記レーザー光源の照射量を制御するレーザー照射制御手段を有することを特徴とする。 The fixing treatment of the present invention further includes a temperature sensor for detecting the temperature of the recording paper conveyance belt, and has laser irradiation control means for controlling the irradiation amount of the laser light source based on the detection result detected by the temperature sensor. It is characterized by that.
これにより、記録紙搬送ベルトによる記録紙を予備加熱する為、記録紙搬送ベルトの温度によって、記録紙の温度が左右される。従って、記録紙搬送ベルトの温度によってレーザー光源が出力する光エネルギー(消費電力)を制御することにより、無駄な光エネルギーを記録紙に照射することなく、効率の良いレーザー光の光エネルギーを制御することができ、低消費電力の定着装置が得られる。 Accordingly, since the recording paper is preheated by the recording paper conveyance belt, the temperature of the recording paper depends on the temperature of the recording paper conveyance belt. Therefore, by controlling the light energy (power consumption) output from the laser light source according to the temperature of the recording paper transport belt, the light energy of the laser light can be controlled efficiently without irradiating the recording paper with unnecessary light energy. And a fixing device with low power consumption can be obtained.
本発明の前記レーザー照射制御手段は、前記記録紙への印字位置情報に基づいて、前記レーザー光源の光照射のタイミングを制御することを特徴とする。 The laser irradiation control means of the present invention controls the light irradiation timing of the laser light source based on the printing position information on the recording paper.
これにより、画像形成装置に入力された画像情報から記録紙への印字位置情報(印刷ジョブに対して、1ページ毎のどの位置に印字するかといった信号を指す)に基づいて、未定着トナー画像を定着するのに必要なタイミングにのみレーザー光を照射するので、無駄なレーザー光の照射を無くし、低消費電力を達成することができる。また、記録紙搬送ベルトを直接レーザー照射しないので、記録紙搬送ベルトの熱劣化を抑制することができる。 As a result, the unfixed toner image is based on the print position information on the recording paper from the image information input to the image forming apparatus (refers to a signal indicating which position is printed for each page with respect to the print job). Since the laser beam is irradiated only at the timing necessary for fixing the laser beam, unnecessary laser beam irradiation can be eliminated and low power consumption can be achieved. Further, since the recording paper transport belt is not directly irradiated with laser, thermal deterioration of the recording paper transport belt can be suppressed.
本発明の定着装置は、前記記録紙搬送ベルトにバイアス電圧を印加することを特徴とする。また、本発明の定着装置は、前記記録紙搬送ベルトを導電性材料で構成することを特徴とする。 The fixing device according to the present invention is characterized in that a bias voltage is applied to the recording paper conveyance belt. The fixing device of the present invention is characterized in that the recording paper transport belt is made of a conductive material.
これにより、記録紙搬送ベルトにバイアス電圧を印加することで、記録紙を記録紙搬送ベルトに静電吸着させ、記録紙搬送ベルトと記録紙との密着性を向上し、記録紙搬送ベルトからの記録紙の浮きを抑制して、記録紙全体を均一に予備加熱することができる。また、レーザー光の光エネルギーを未定着トナー画像に均一に照射することができるので、効率良く定着することができる。 Thereby, by applying a bias voltage to the recording paper transport belt, the recording paper is electrostatically adsorbed to the recording paper transport belt, and the adhesion between the recording paper transport belt and the recording paper is improved. It is possible to uniformly preheat the entire recording paper while suppressing the floating of the recording paper. Further, since the unfixed toner image can be uniformly irradiated with the light energy of the laser beam, it can be fixed efficiently.
本発明の前記レーザー照射部は、前記記録紙搬送ベルトの搬送方向に対して垂直方向に複数並べられていることを特徴とする。 A plurality of the laser irradiation sections of the present invention are arranged in a direction perpendicular to the conveyance direction of the recording paper conveyance belt.
これにより、例えば一つのレーザー光照射手段で、紙全面を光照射する場合、紙の搬送方向以外に、紙搬送方向と垂直方向にレーザー光をスキャンさせる必要がある為、定着に時間がかかる。従って、高速機等の記録紙搬送速度が早くなると、定着が不十分になる。
また、レーザーをスキャンさせるには、装置の複雑化、コストアップになる。
よって、レーザー照射部を紙搬送方向と垂直方向(幅方向)に並べることで、レーザー光をスキャンさせる必要がなく、高速機にも対応したレーザー光源が得られる。また、スキャンさせる部品も不要なことからスキャンさせる部品のスペースが不要となり、コンパクトなレーザー定着装置が得られる。
Thus, for example, when the entire surface of the paper is irradiated with a single laser beam irradiation means, it is necessary to scan the laser beam in a direction perpendicular to the paper conveyance direction in addition to the paper conveyance direction, and thus fixing takes time. Accordingly, when the recording paper conveyance speed of a high-speed machine or the like is increased, fixing becomes insufficient.
In addition, scanning the laser increases the complexity and cost of the apparatus.
Therefore, by arranging the laser irradiation units in the direction perpendicular to the paper conveyance direction (width direction), it is not necessary to scan the laser light, and a laser light source compatible with a high-speed machine can be obtained. In addition, since the parts to be scanned are unnecessary, the space for the parts to be scanned becomes unnecessary, and a compact laser fixing device can be obtained.
また、本発明は、表面に静電潜像が形成される感光体ドラムと、感光体ドラム表面を帯電させる帯電装置と、感光体ドラム表面に静電潜像を形成する露光装置と、感光体ドラム表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、感光体ドラム表面のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写されたトナー像を記録媒体に定着させる定着装置とを備え、電子写真方式によりトナーを用いて画像を形成する画像形成装置において、前記定着装置として、前述の本発明の定着装置を備えたことを特徴とする。 The present invention also provides a photosensitive drum on which an electrostatic latent image is formed, a charging device that charges the surface of the photosensitive drum, an exposure device that forms an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum, and a photosensitive member. A developing device for supplying toner to the electrostatic latent image on the drum surface to form a toner image, a transfer device for transferring the toner image on the surface of the photosensitive drum to a recording medium, and fixing the transferred toner image on the recording medium An image forming apparatus for forming an image using toner by an electrophotographic method includes the above-described fixing device of the present invention as the fixing device.
これにより、画像形成装置のウォームアップ時間が短縮でき、待機時の消費電力も必要がない為、低消費電力の画像形成装置を得ることができる。 As a result, the warm-up time of the image forming apparatus can be shortened, and power consumption during standby is not necessary, so that an image forming apparatus with low power consumption can be obtained.
本発明によれば、レーザー光源で発熱する排熱を再利用できると伴に、未定着トナー画像を記録した記録紙を予備加熱できる為、記録紙の定着に必要なレーザー光の光エネルギーを削減でき、消費電力を抑制しつつ定着することができる。また、記録紙がレーザー光源を冷却するので、レーザー光源の冷却装置を設ける必要がなく、冷却に必要な電力が不要となる。 According to the present invention, the waste heat generated by the laser light source can be reused, and the recording paper on which the unfixed toner image is recorded can be preheated, thereby reducing the light energy of the laser beam necessary for fixing the recording paper. And can be fixed while suppressing power consumption. Further, since the recording paper cools the laser light source, it is not necessary to provide a cooling device for the laser light source, and electric power necessary for cooling becomes unnecessary.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
本発明の一実施形態について図1に基づいて説明すると以下の通りである。
図1は、乾式電子写真方式のカラー画像形成装置の内部構造を示している。画像形成装置は、例えばネットワーク上の各端末装置から送信される画像データ等に基づいて、所定の記録紙に対して多色又は単色の画像を形成する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows the internal structure of a dry electrophotographic color image forming apparatus. The image forming apparatus forms a multi-color or single-color image on a predetermined recording sheet based on, for example, image data transmitted from each terminal device on the network.
上記画像形成装置は、可視像形成ユニット50(50Y・50M・50C・50B)、記録紙搬送手段30、定着装置40、供給トレイ20を備えている。
上記画像形成装置は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(B)の各色に対応して、4つの可視像形成ユニット50Y・50M・50C・50Bが並設されている。つまり、可視像形成ユニット50Yは、イエロー(Y)のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット50Mは、マゼンダ(M)のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット50Cは、シアン(C)のトナーを用いて画像形成を行い、可視像形成ユニット50Bは、ブラック(B)のトナーを用いて画像形成を行う。具体的な配置としては、記録紙Pの供給トレイ20と定着装置40とを繋ぐ記録紙の搬送路に沿って4組の可視像形成ユニット50を配設した、所謂タンデム式である。
The image forming apparatus includes a visible image forming unit 50 (50Y, 50M, 50C, and 50B), a recording
In the image forming apparatus, four visible
可視像形成ユニット50は、それぞれ実質的に同一の構成を有し、すなわち、それぞれに、感光体ドラム51、帯電器52、レーザ光照射手段53(ここでは、感光体ドラムへ潜像を書き込むためのレーザー光照射手段のこと)、現像器54、転写ローラ55、クリーナユニット56、が設けられており、搬送される記録紙Pに各色トナーを多重転写する。
Each of the visible
ここで、上記感光体ドラム51は、形成される画像を担持するものである。上記帯電器52は、感光体ドラム51表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。レーザ光照射手段53は、画像形成装置に入力された画像データに応じて、帯電器5によって帯電した感光体ドラム51表面を露光して、該感光体ドラム51表面に静電潜像を形成する。上記現像器54は、感光体ドラム51表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。転写ローラ55は、トナーとは逆極性のバイアスが印加されており、後述する記録紙搬送手段30により搬送された記録紙Pに、形成されたトナー像を転写させている。ドラムクリーナユニット56は、現像器54での現像処理、及び、感光体ドラム51に形成された画像の転写後に、感光体ドラム51表面に残留したトナーを、除去・回収する。以上のような、記録紙Pに対するトナー像の転写は、4色について4回繰り返される。
Here, the
上記記録紙搬送手段30は、駆動ローラ31、アイドリングローラ32、搬送ベルト33からなり、記録紙Pに可視像形成ユニット50にてトナー像が形成されるように、記録紙Pを搬送するものである。駆動ローラ31およびアイドリングローラ32は、無端状の搬送ベルト33を架張するものであり、駆動ローラ31が所定の周速度に制御されて回転することで、無端状の搬送ベルト33を回転させている。搬送ベルト33は、外側表面に静電気を発生させており、記録紙Pを静電吸着させながら、上記記録紙Pを搬送している。
The recording
上記記録紙Pは、このようにして、搬送ベルト33に搬送されながらトナー像を転写されたあと、駆動ローラ31の曲率により搬送ベルト33から剥離され、定着装置40に搬送される。定着装置40は、記録紙Pに適度な熱を与えて、トナーを溶解して記録紙に固定することで、堅牢な画像を形成する。
In this way, the recording paper P is transferred to the conveying
ここで、上記定着装置について、図2を用いて詳細に説明する。
定着装置40aは、レーザー光源104、レーザー照射部105、レーザー光源104とレーザー照射部105との間を結ぶ光ファイバー106、及び記録紙Pを搬送する記録紙搬送装置107で構成されている。
Here, the fixing device will be described in detail with reference to FIG.
The fixing device 40 a includes a
記録紙搬送装置107は、2本のテンションローラ101、及び102と、耐熱性の無端ベルトを有する記録紙搬送ベルト103から構成されている。テンションローラ101とテンションローラ102は、記録紙搬送ベルト103を架張している。テンションローラ101には図示しない駆動手段が接続されており、駆動手段により回転を行う。未定着トナー画像(トナー110)を有する記録紙Pは、記録紙搬送ベルト103上で搬送される。
The recording
レーザー光源104は、半導体レーザーである。半導体レーザーは、炭酸ガスレーザー等の他のレーザーに比べ、安価で小型化できるメリットがある。また、半導体素子の配合や材料の組成で400nm〜1000nmの領域で、任意で広範囲の波長のレーザー光を発生させることができる。レーザー光源104は、記録紙搬送ベルト103の内周面側に設置され、レーザー光源104全体が柱状の高熱伝導材108aで覆われている。高熱伝導材108aの上下2面は、記録紙搬送ベルト103と当接している。
The
高熱伝導材108aは、アルミ、銀、銅等、熱伝導率の大きい材料を用いる。また、高熱伝導材108aの表面は、図示しない非導電材料から構成している。非導電材料としては、PFAで薄く(10μm程度)コーティングされており、記録紙搬送ベルト103との接触面での摩擦抵抗を極力減らすようにしている。また、記録紙搬送ベルト103との接触面での絶縁性を維持する役割もある。上記PFA以外でもPTFE、FEP等の材料を使用してもよい。つまり絶縁性を有し摩擦抵抗が低いコーティング材料であれば、これに限らない。
As the high thermal conductive material 108a, a material having a high thermal conductivity such as aluminum, silver, or copper is used. The surface of the high thermal conductive material 108a is made of a non-conductive material (not shown). The non-conductive material is thinly coated with PFA (about 10 μm), and the frictional resistance at the contact surface with the recording
レーザー光源104で発生した熱は高熱伝導材108aを介して記録紙搬送ベルト103に伝熱する。図2では、高熱伝導材108aは記録紙搬送ベルト103に上下2面で接しているが、レーザー光源104で発生した熱を記録紙搬送ベルト103に効率よく(熱損失を少なく)伝熱できる。また、レーザー光源104から発生する熱を高熱伝導材108aを通じて記録紙搬送ベルト103に伝熱させたが、レーザー光源104を直接記録紙搬送ベルト103に当接して伝熱させてもよい。ただしレーザー光源104が小型の場合は、記録紙搬送ベルト103との接触面積が十分確保できないため、レーザー光源104の放熱が不十分になる場合もある。従って、高熱伝導材108a等で記録紙搬送ベルト103との接触面積を大きくすることが好ましい。
The heat generated by the
また記録紙搬送ベルト103は、2本のテンションローラ101及び102を用いているが、これに限定されるわけではない。例えば、図3に示す定着装置40bでは、テンションローラ102に代わって記録紙搬送ベルト103を架張できるように、柱状の高熱伝導材108bの片側側面部を円柱状とする。こうして、高熱伝導材108bは、架張している記録紙搬送ベルト103を摺動させることにより、上下面に加え側面の円柱部分も記録紙搬送ベルト103に当接させることができ、高熱伝導材108aに比較して広い面積を当接でき、伝熱性を高めることができる。
The recording
また、図4の定着装置40cに示すように、レーザー光源104を記録紙搬送ベルト103の表面(外周面)側に配置し、レーザー光源104を柱状の高熱伝導材108cで覆い、高熱伝導材108cを介してレーザー光源104が記録紙搬送ベルト103の表面に当接する構成でもよい。高熱伝導材108cは、レーザー光源104の記録紙搬送ベルト103側の面と、接触面積を拡大するために記録紙搬送ベルト103に沿って延ばした方向の側面を覆う。なお、高熱伝導材108cは、後述する図5のような、レーザー光源104の記録紙搬送ベルト103側の面と当接する板状のものでもよい。
高熱伝導材について、その形状、レーザー光源の覆い方、記録紙搬送ベルトとの接触面積は、予備加熱の状態とレーザー光源の冷却状態を加味して決定する。
Further, as shown in the fixing device 40c of FIG. 4, the
For the high thermal conductivity material, its shape, how to cover the laser light source, and the contact area with the recording paper transport belt are determined in consideration of the preheating state and the cooling state of the laser light source.
また、図5の定着装置108dに示すように、高熱伝導材がレーザー光源を覆うものではなく、柱状の高熱伝導材108cの上面にレーザー光源104の下面を当接させてもよい。この場合は、高熱伝導材108cの面(レーザー光源104が当接していない下面)を、レーザー照射部105に搬送される手前の位置に記録紙の近傍(非接触)に配置する。こうして未定着トナー画像を有する記録紙表面に非接触で近接させ、記録紙Pへ伝熱させる。当然、高熱伝導材108を介さずに直接レーザー照射部105を記録紙表面近傍に配置してもよい。また、レーザー照射部105の回りを高熱伝導材108で覆ってもよい。
Further, as shown in the fixing device 108d of FIG. 5, the high heat conductive material does not cover the laser light source, and the lower surface of the
このような非接触タイプは、接触タイプに比較して加温性が高くないため、記録紙自体を予熱しているが、記録紙搬送ベルトの予熱に用いても構わない。また、高熱伝導材について、その形状、レーザー光源の覆い方、記録紙搬送ベルトとの接触面積は、予備加熱の状態とレーザー光源の冷却状態を加味して決定する。 Such a non-contact type is not heated as compared with the contact type and thus preheats the recording paper itself, but may be used for preheating the recording paper conveyance belt. Further, the shape, the method of covering the laser light source, and the contact area with the recording paper conveyance belt of the high heat conductive material are determined in consideration of the preheating state and the laser light source cooling state.
図2〜図5は、本実施形態の一例であり、これ以外にもレーザー光源104から発生した熱で記録紙Pを予備加熱できる位置に配置するものであれば良い。
2 to 5 are examples of the present embodiment, and any other arrangement may be used as long as the recording paper P can be preheated by the heat generated from the
上記のような構成にすることで、レーザー光源104は、エネルギー変換ロスによって自己発熱するものの、記録紙搬送ベルト103を介して記録紙に放熱(記録紙で冷却)するので、レーザー光源104の温度上昇を抑制できる。
With the above configuration, the
レーザー光源104で出力したレーザー光は、光ファイバー106によってレーザー照射部105で発光する。レーザー照射部105は、未定着トナー画像を有する記録紙の表面をレーザー照射する。
The laser light output from the
図2に示すように、記録紙搬送ベルト103は、ポリカーボネート、フッ化ビニリデン、ポリアミドイミド、ポリイミド(PI)などの樹脂にカーボンなどの導電性部材を分散させた素材から構成されており、記録紙搬送ベルト103の内面に接続された電源111によってバイアス電圧を印加することで、記録紙搬送ベルト103の表面(外周面)は、記録紙Pを静電吸着させる構成となっている。記録紙Pを記録紙搬送ベルト103に静電吸着させることによって、記録紙搬送ベルト103と記録紙Pが密着し、記録紙搬送ベルト上の熱を効率よく記録紙Pに伝熱することができる。
As shown in FIG. 2, the recording
図6は、図2におけるレーザー光照射装置の紙搬送方向に対して垂直方向から見たときの図を示す。
図6は、レーザー光源104及びレーザー照射部105を紙搬送方向に対して垂直方向(記録紙搬送ベルト103の幅方向)に複数並べている。例えば、一つのレーザー照射部で、記録紙全面を光照射する場合、記録紙Pの搬送方向以外に記録紙搬送方向と垂直方向(記録紙搬送ベルト103の幅方向)にレーザー光をスキャンさせる必要があり、定着プロセスに時間がかかるため、高速機等の定着速度が速い場合には定着不良が発生する場合がある。また、レーザー光をスキャンさせるには、定着装置の複雑化、コストアップになる。これに対し、本実施形態では、紙搬送方向と垂直方向(記録紙搬送ベルト103の幅方向)にレーザー照射部105をライン状に並べることで、紙搬送方向と垂直方向にレーザーをスキャンさせる必要がなく、必要最低限のスペースで定着装置を構成することができ、更に、高速で定着させることが可能になる。
FIG. 6 shows a view of the laser light irradiation apparatus in FIG. 2 when viewed from the direction perpendicular to the paper conveyance direction.
In FIG. 6, a plurality of laser
図2に示すように、記録紙搬送ベルト103の内周面側には、記録紙搬送ベルト103の温度を検知するための温度検知手段(温度センサ)としてサーミスタ109を設置している。サーミスタ109による検知温度に基づいて、レーザー照射部105は、光照射量を制御(後述する図11の定着制御部602において制御)される。サーミスタ109は、記録紙搬送ベルト103の温度もしくは、記録紙Pの温度が適正に温度検知する位置であればこの位置に限定されない。また、サーミスタ109以外の温度検知手段を使用してもよい。
As shown in FIG. 2, a
レーザー光源104から発熱する熱により、未定着トナー画像有する記録紙Pが予備加熱されると、レーザー照射部105でレーザー光を照射する前に記録紙P、及びトナー110が加温される。したがって、レーザー照射部105が照射するレーザー光で、トナー110を加熱定着する際には、レーザー照射部105のレーザー照射量を抑えることができる。
When the recording paper P having an unfixed toner image is preheated by heat generated from the
例えば、室温(20℃)において、従来のレーザー定着装置がウォームアップ直後に定着動作を行った場合、レーザー光源104による発熱がほとんどないため、記録紙Pの裏面は加熱されない。従って、記録紙Pの表面に存在するトナー110も、ほぼ室温であり、このトナー110を定着させるのに必要なエネルギーは、理論値0.000795J/mm2である。具体的には、例えば、一般的なポリエステルトナーを用いた場合を説明する。トナー110の比熱1.42J/g・℃、比重0.000817g/mm3、トナーの厚み0.016mm、トナー110の充填率0.476(単位体積あたりにトナーの存在する体積)、室温(20℃)のトナー110を110℃(トナーが溶融するのに必要なトナー温度)で溶融する場合、定着に必要な光照射エネルギーは、0.000795J/mm2(=比熱×比重×充填率×(110℃−20℃)である。
For example, when a conventional laser fixing device performs a fixing operation immediately after warming up at room temperature (20 ° C.), the back surface of the recording paper P is not heated because the
一方、図2に示す本実施形態のレーザー定着装置においては、記録紙Pを連続通紙し、レーザー光源104でエネルギー変換ロスで生じた熱が高熱伝導材108を通じて記録紙搬送ベルト103に伝熱され、サーミスタ検知温度が40℃(このとき未定着トナー画像が40℃)まで予熱された時、トナー110を溶融するのに必要な光照射エネルギーは、0.000618J/mm2(=比熱×比重×充填率×(110℃−40℃)であり、室温に対して78%(=0.000593/0.000795)の光照射量でよいことになる。
On the other hand, in the laser fixing apparatus of this embodiment shown in FIG. 2, the recording paper P is continuously passed, and the heat generated by the energy conversion loss by the
ところで、サーミスタ検知温度と未定着トナー画像の温度(ここでは、トナー最下層と紙の界面温度とする。)の関係は、例えば、図7に示す構成(図7(a))と初期条件(図7(b))で1次元熱解析を行い、その結果(図8及び図9)から事前にサーミスタ検知温度とトナー温度の関係を予測することができる。例えば、図8及び図9では、サーミスタの検知温度(つまり記録紙搬送ベルトの初期温度が30℃または40℃)と、トナー温度との関係は、予備加熱時間0.2秒(予備加熱時間とは、未定着画像を載せた記録紙が、記録紙搬送ベルトに接触してからレーザー照射部に到達するまでの時間)でほぼ同じになるので、サーミスタ検知温度がトナー温度とみなしてよい。一方、高熱伝導材108と記録紙搬送ベルト103との接触時間が小さい場合、高熱伝導材108の熱が十分に記録紙搬送ベルト103に伝熱しないこともあるので、サーミスタ109が検知する温度とトナー110の温度とが異なる場合もある。その場合は、上記(図8及び図9)の計算結果から温度差を考慮した適正な温度変換テーブルを作成すればよい。
By the way, the relationship between the thermistor detection temperature and the temperature of the unfixed toner image (here, the interface temperature between the lowermost toner layer and the paper) is, for example, the configuration shown in FIG. 7 (FIG. 7A) and the initial condition ( A one-dimensional thermal analysis is performed in FIG. 7B, and the relationship between the thermistor detection temperature and the toner temperature can be predicted in advance from the results (FIGS. 8 and 9). For example, in FIGS. 8 and 9, the relationship between the temperature detected by the thermistor (that is, the initial temperature of the recording paper transport belt is 30 ° C. or 40 ° C.) and the toner temperature is as follows. The recording paper on which the unfixed image is placed becomes substantially the same in the time from the time when the recording paper comes into contact with the recording paper conveyance belt to the time when the recording paper reaches the laser irradiation section, and thus the thermistor detection temperature may be regarded as the toner temperature. On the other hand, when the contact time between the high
上記、理論値を基に、サーミスタ109の検知温度に対するレーザー照射部105の光照射量の関係を計算した温度変換テーブルを作成し、このテーブルを用いてサーミスタ109の検知温度に基づいて、上記温度変換テーブルを読み出し、光照射量を決定すれば、必要最低限の光照射量で定着させることができる。尚、上記温度変換テーブルは、後述する図11の記憶部609に記憶されている。
Based on the above theoretical values, a temperature conversion table that calculates the relationship of the light irradiation amount of the
上記、計算で求めた温度変換テーブルは、ほんの一例であるので、別の方法で、温度変換テーブルを作成してもよい。例えば、あらかじめ実験によりサーミスタ109の検知温度と光照射量とを変化させて最適な定着条件を決めた温度変換テーブルを用いても良い。具体的には、以下の実験条件にてサーミスタの検知温度に対するレーザー光照射によるトナー定着実験を行い、トナーを定着させるのに必要なエネルギーを計算した。実験による必要なエネルギーの算出方法は、画像パターンに対し、十分な定着強度を得るために必要なレーザー出力から単位面積当たりのエネルギー密度を算出したものである。
The above-described temperature conversion table obtained by calculation is only an example, and the temperature conversion table may be created by another method. For example, a temperature conversion table in which optimum fixing conditions are determined by changing the detected temperature of the
例えば、用紙搬送速度がV(mm/s)、画像領域幅がL(mm)、必要なレーザー出力がP(W)としたとき、必要エネルギー密度E(J/mm2)は、E=P/(V・L)となる。実験条件としては、サーミスタの検知温度20℃、30℃、40℃、用紙搬送速度200mm/s、半導体レーザー780nm、一つのレーザー素子におけるレーザースポット直径0.3mm、レーザー素子を0.3mm間隔で1000個配置とする(つまり画像領域幅300mm)。一つのレーザー素子の出力を0.16W〜0.26Wまで0.02Wずつ変化させ、定着するのに必要なレーザー素子への投入する最低出力を測定した。その結果を図10に示す。 For example, when the paper conveyance speed is V (mm / s), the image area width is L (mm), and the necessary laser output is P (W), the required energy density E (J / mm 2) is E = P / (V · L). The experimental conditions are: thermistor detection temperatures of 20 ° C., 30 ° C., 40 ° C., paper conveyance speed of 200 mm / s, semiconductor laser of 780 nm, laser spot diameter of 0.3 mm in one laser element, and laser elements at intervals of 0.3 mm. Individual arrangement (that is, an image area width of 300 mm). The output of one laser element was changed by 0.02 W from 0.16 W to 0.26 W, and the minimum output to be applied to the laser element necessary for fixing was measured. The result is shown in FIG.
図10の結果から、素子一つ当たりの出力として、検知温度が20℃では、0.24W以上の出力で定着することが可能であることを確認した。上記実験により室温のトナーを定着させるのに必要なエネルギーを計算したところ、0.004J/mm2であった。(上記実験による計算値と上記の理論値0.000795J/mm2との差は、理論値はトナーのみが加熱された場合を計算しており、実際は、トナーが加熱されている間に周辺の空気、紙等に熱が逃げたり、トナー自身がレーザー光を100%吸収せず、反射等によるエネルギー吸収ロスが発生するため実験では、上記理論値より大きい値になる。)同様に検知温度が30℃のとき、0.22W、40℃のとき、0.20Wで定着可能であるので、これらの値を元に、各サーミスタ検知温度に対するレーザー出力を制御ずるテーブルを作成してもよい。
ところで、上記例は、ほんの一例であり、使用する部材、厚み等の構成が異なることにより値は、異なるので、最適な実験条件は、適宜計算してもよい。
From the results shown in FIG. 10, it was confirmed that fixing can be performed with an output of 0.24 W or more at a detected temperature of 20 ° C. as an output per element. The energy required to fix the toner at room temperature was calculated by the above experiment and found to be 0.004 J / mm 2. (The difference between the calculated value from the above experiment and the above theoretical value 0.000795 J / mm 2 is that the theoretical value is calculated when only the toner is heated. Actually, the ambient air is heated while the toner is heated. In the experiment, since the heat escapes to paper or the like, the toner itself does not absorb 100% of the laser light, and an energy absorption loss due to reflection or the like occurs, the value becomes larger than the theoretical value in the experiment. Since fixing is possible at 0.22 W at 0.2 ° C. and 0.20 W at 40 ° C., a table for controlling the laser output with respect to each thermistor detection temperature may be created based on these values.
By the way, the above example is only an example, and the value varies depending on the configuration of the member to be used, the thickness, and the like. Therefore, the optimum experimental condition may be calculated as appropriate.
図11は、本実施例に係る画像形成装置の制御ブロック図である。
画像形成装置1は、たとえば、スキャナとプリンタと周辺機器とを備えた複合機であり、原稿画像を読み取る読取部605、読み取った原稿画像を適正な電気信号に変換して画像データを生成する画像処理部606、生成された画像データを印刷出力する画像形成部607、図示しない定着部のレーザー光照射を制御する定着制御部(レーザー照射制御手段)602、プロセス速度と紙搬送開始信号を検出するアクチュエータの信号を元に印字開始信号を受信してから記録部材が定着装置内のレーザー照射部までの到達時間を記憶している記憶部609、後処理装置であるフィニッシャーやソーターなどの周辺機器を制御する周辺機器制御部608、画像形成装置1の操作部である入力部603と表示部604を備えている。
FIG. 11 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the present embodiment.
The
制御部601は、画像処理部606から受信した画像情報の印字位置情報(印刷ジョブに対して、1ページ毎のどの位置に印字するかといった信号を指す)をもとに記憶部609に予め記憶されたデータの照合を行い、印字位置情報と、サーミスタ検知温度情報とを元に温度変換テーブルにて算出したレーザー光出力値を定着制御部602へ送信し、定着制御部602は、受信した印字位置情報と算出したレーザー光の出力値に基づいて、記録紙搬送ベルト103を駆動してレーザー光を照射する制御を行う。
The
また、定着制御部602は、記録紙Pの搬送を検出する図示しないアクチュエータの信号を監視し、この信号に基づいて記録紙搬送ベルト103に対してバイアス電圧を印加する制御を行う。
Further, the fixing
図12は、本発明に係る画像形成装置のコピー操作に係るフローチャートを示す。
尚、画像形成装置1の図示しないプリンタドライバの画面からユーザーが印刷指示を行った場合でも、ユーザーの印刷指示信号に基づいて本フローチャートに基づいた制御を適応できることはいうまでもない。
FIG. 12 shows a flowchart relating to a copy operation of the image forming apparatus according to the present invention.
Note that it is needless to say that the control based on this flowchart can be applied based on the print instruction signal of the user even when the user issues a print instruction from the printer driver screen (not shown) of the
制御部601は、入力部603の図示しないコピーボタンをユーザーが押下した場合、(ユーザーがコピーしたい原稿は、スキャナに載置済み、若しくは原稿台に載置済みとする)ユーザーが押下した信号(印刷指示信号のこと)を受信した際、例えば、スキャナの読取部605で原稿画像を読み取り、読み取った信号を画像処理部606が画像処理し、前述の印字位置情報を受信する。
When the user presses a copy button (not shown) of the input unit 603, the
また、制御部601は、画像処理部から受信した印字位置情報に基づいて、まず印字位置情報が含まれているか否かを判断し(ステップS1)、印字位置情報が含まれているなら(ステップS1;Yes)、制御部601は、記憶部609とデータを照合し印字開始時間がどのタイミングで出力したらよいかを決定する(ステップS2)。また制御部601はサーミスタ109の検知温度を受信する(ステップS3)。次に受信したサーミスタ109からの検知温度をあらかじめ上記のように作成した温度変換テーブルと照合する(ステップS4)。次に温度変換テーブルにて検知温度データに対応するレーザー照射量の出力値を決定する(ステップS5)。次に定着制御部602へレーザー光源104のレーザー出力信号及び出力値を送信する(ステップS6)。
The
定着制御部602は、記録紙搬送ベルト103へ電源111からバイアス電圧を印加する制御を行い(ステップS7)、レーザー光源104の制御によりレーザー照射部105による照射を行う(ステップS8)。印刷ジョブが完了(印字位置情報が完了)すると(ステップS9)、定着制御部602は、レーザー照射部105へレーザー光の出力を停止し(ステップS10)、次に、記録紙搬送ベルト103へのバイアス電圧の印加をも停止する(ステップS11)。
The fixing
尚、定着制御部602は、図示しない記録紙Pの搬送を検出するアクチュエータの信号を監視して、この信号に基づいて紙が搬送されてきたことを認識した時、レーザー照射部105やバイアス電圧の制御を行っても良い。例えば、記録紙Pが供給トレイ20から図示しない給紙ローラから給紙された時間から記録紙Pの移動時間を計測してレーザー光源104までの到達時間を算出して、レーザー照射部105や記録紙搬送ベルト103、バイアス電圧印加及び停止を制御しても良い。
The fixing
以上のように、記録紙搬送ベルト103(図2)により搬送されてきた未定着トナー画像を有する記録紙Pは、記録紙搬送ベルト103と密着し、かつ、印字位置情報に基づいてレーザー光を照射することや、通紙動作中に画像情報から得られた印字位置情報に基づいてレーザー光を照射するので、画像形成装置の通紙動作以外では、すなわち定着装置、及び画像形成装置のウォームアップ時、及び待機時は、電力を必要とせず、低消費電力の定着装置、及び画像形成装置が実現できる。
As described above, the recording paper P having an unfixed toner image conveyed by the recording paper conveyance belt 103 (FIG. 2) is in close contact with the recording
尚、図12のフローチャートでは、レーザー光源104の照射を停止する為の制御を定着制御部602が制御するものとしたが、特に定着制御部602が制御しなくとも、制御部601からのレーザー光源104を照射する指示信号のみに基づいて、レーザー光源104の照射を制御しても良い。
In the flowchart of FIG. 12, the fixing
1 画像形成装置
5 帯電器
20 供給トレイ
30 記録紙搬送手段
31 駆動ローラ
32 アイドリングローラ
33 搬送ベルト
40(40a,40b,40c,40d) 定着装置
50(50B,50C,50M,50Y) 可視像形成ユニット
51 感光体ドラム
52 帯電器
53 レーザ光照射手段
54 現像器
55 転写ローラ
56 クリーナユニット
101 テンションローラ
102 テンションローラ
103 記録紙搬送ベルト
104 レーザー光源
105 レーザー照射部
106 光ファイバー
107 記録紙搬送装置
108(108a,108b,108c,108d) 高熱伝導材
109 サーミスタ
110 トナー
111 電源
601 制御部
602 定着制御部
603 入力部
604 表示部
605 読取部
606 画像処理部
607 画像形成部
608 周辺機器制御部
609 記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
レーザー光源とレーザー照射部とを分離して光ファイバーで接続し、前記レーザー光源で発生した熱により記録紙搬送ベルトや記録紙を加温して、前記記録紙搬送ベルトで搬送する未定着トナー画像を記録した前記記録紙を予熱し、予熱した前記記録紙に前記レーザー光を照射して未定着トナー画像を定着させ、
前記レーザー光源は、
前記記録紙搬送ベルトの内周面側に設けられ、前記記録紙搬送ベルトの内周上下2面に当接し、前記レーザー光源の発生熱により加温することを特徴とする定着装置。 In a fixing device that fixes an unfixed toner image by irradiating a laser beam,
A laser light source and a laser irradiation unit are separated and connected by an optical fiber, and a recording paper transport belt and a recording paper are heated by heat generated by the laser light source, and an unfixed toner image transported by the recording paper transport belt is formed. Preheating the recorded recording paper, irradiating the preheated recording paper with the laser beam to fix an unfixed toner image ;
The laser light source is
A fixing device , which is provided on an inner peripheral surface side of the recording paper transport belt, contacts the upper and lower surfaces of the inner periphery of the recording paper transport belt, and is heated by heat generated by the laser light source .
前記高熱伝導材は、片側側面部を円柱状として前記搬送ベルトに当接させて一方のローラを兼ねることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。 The conveyor belt is stretched around two rollers,
The fixing device according to claim 2, wherein the high thermal conductive material has a side surface portion in a columnar shape and is brought into contact with the conveyance belt to serve as one roller .
前記定着装置として、請求項1乃至8のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。 A photosensitive drum on which an electrostatic latent image is formed, a charging device for charging the surface of the photosensitive drum, an exposure device for forming an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum, and an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum A developing device that supplies toner to the image to form a toner image, a transfer device that transfers the toner image on the surface of the photosensitive drum to a recording medium, and a fixing device that fixes the transferred toner image to the recording medium. In an image forming apparatus for forming an image using toner by electrophotography,
Examples fixing device, an image forming apparatus comprising the fixing device according to any one of claims 1 to 8.
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