JP6080639B2 - 加熱定着装置 - Google Patents
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Description
(1)画像形成装置
図9は本実施例に係る加熱定着装置を搭載する画像形成装置の構成図である。この画像形成装置は電子写真方式のレーザープリンタであって、ホストコンピュータ等の外部装置(不図示)より入力する画像情報に応じた画像を記録材に形成する。
以下の説明において、加熱定着装置72及び加熱定着装置72を構成する部材に関し、長手方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。また長手方向とは後述する加熱用回転体の回転方向に直交する方向でもある。短手方向とは、記録材の面において記録材搬送方向と平行な方向である。幅とは短手方向の寸法である。また、記録材に関し、幅方向とは記録材の面において記録材搬送方向と直交する方向である。
図3に示すように、定着フィルム10は、耐熱性と可撓性を有する材料によりエンドレスのスリーブ状に形成されている基層11と、その基層11の外周面上に設けられている離型性層12と、を有する。また、定着性向上、画質向上のために、その基層11の外周面上で、離型層12の内周面側との間にシリコーンゴムなどの弾性層13を設けても良い。
ヒータホルダー41は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイ(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の耐熱性樹脂により横断面が半円形状の樋型になるように形成されている。このヒータホルダー41は、熱伝導率が低いほどヒータ31により定着フィルム10内面を加熱するときの熱効率が高くなる。よってヒータホルダー41を形成する耐熱性樹脂中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーン等を内包してあっても良い。ヒータホルダー41の下面(加圧ローラ20側の面)には、ヒータホルダー41の長手方向に沿って凹溝が設けられている。そしてこの凹溝からヒータ31の後述する保護摺動層34が露出するように凹溝によりヒータ31の基板31を保持している。そしてそのヒータホルダー41の外周には定着フィルム10がルーズに外嵌されている。定着フィルム10が外嵌されたヒータホルダー41は、ヒータホルダー41の長手方向の両端部が装置フレーム(不図示)に保持されている。
加圧ローラ20は、芯金21と、その芯金21の外周面上に設けられている弾性層22と、その弾性層22の外周面上に設けられている離型層23と、を有する。
図4はヒータ31の構成図である。ヒータ31は、定着フィルム10の内面と接触しながら定着フィルム10を加熱する板状の発熱体である。このヒータ31は長手方向に細長い基板31を有する。基板31は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性のセラミックス基板、或いはポリイミド、PPS、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂基板である。その基板31の表面(加圧ローラ20側の面)には、基板31の長手方向に沿って例えばAg/Pd(銀パラジウム)、RuO2、Ta2N等の発熱抵抗体32がスクリーン印刷等により線状もしくは細帯状に塗工して形成してある。発熱抵抗体32は、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度である。また、基板31の表面には、発熱抵抗体32に給電するための給電電極33が基板31の長手方向両端部の内側に設けられている。また、基板31の表面には、発熱抵抗体32の熱効率を損なわない範囲で発熱抵抗体32を保護する保護摺動層34を設けてあってもよい。ただし、保護摺動層34の厚みは十分薄く、発熱抵抗体32の表面性を良好にする程度が好ましい。保護摺動層34としては、ポリイミドやポリアミドイミドなどの耐熱性樹脂やガラスコートなどが用いられることが多い。
加圧ステー42は剛性を有する金属等の材料により横断面下向きU字形状に形成してある。この加圧ステー42は、定着フィルム10の内側においてヒータホルダー41の上面(加圧ローラ20と反対側の面)の短手方向中央に配置されている。そして装置フレームに保持されている定着フランジ45を介して加圧ステー42の長手方向の両端部をばね等の加圧手段43により加圧ローラ20の軸線に向けて付勢する。これによってヒータ31の基板31の表面を定着フィルム10を介して加圧ローラ20表面に加圧し加圧ローラ20の弾性層22が基板31に沿って弾性変形する。これによって加圧ローラ20表面と定着フィルム10表面との間にトナー像Tの加熱定着に必要な所定幅のニップ部Nが形成される。
本実施例の加熱定着装置72を用いた定着処理動作について説明する。最初に、制御部44は、プリント指令に応じて駆動源してのモータMを駆動して加圧ローラ20の芯金21の長手方向の端部に設けられている駆動ギアGを回転させる。これにより加圧ローラ20は所定の周速度(プロセススピード)で矢印方向へ回転する。その際、ニップ部Nにおける加圧ローラ20の表面と定着フィルム10の表面との間の摩擦力によって定着フィルム10に加圧ローラ20の回転方向とは逆向きの回転力が作用する。これにより、定着フィルム10は、定着フィルム10内面がヒータ31の保護摺動層34に接触しながらヒータホルダー41の外周を加圧ローラ20と略同じ周速度で矢印方向へ従動回転する。
ここで結露スリップについて説明する。記録材Pが高湿環境下で長時間放置された場合、記録材Pには多量の水分が含まれている。この記録材に含まれる水分は、ニップ部N の熱により瞬時に蒸発し、水蒸気となる。そして、この水蒸気は記録材Pの画像形成面側よりも非画像形成面側から発生しやすい、つまり、記録材Pの両面のうち定着フィルム10の側の面よりも加圧ローラ20の側の面から発生しやすいのである。この理由は、記録材Pの画像形成面側の面は記録材上のトナーTが水蒸気の放出を妨げるためである。加圧ローラ20の側に放出された水蒸気は加圧ローラ20の回転で生じる対流によりニップ部Nの加圧ローラ20の回転方向の下流側から上流側に回り込むように広がる。そして、加圧ローラ20が温まっていない状態の場合、加圧ローラ20の近傍の水蒸気が加圧ローラ20の表面上で結露して、加圧ローラ20と定着フィルム10との間で滑りが生じやすくなる。加圧ローラ20と定着フィルム10との間で滑りが生じると、定着フィルム10が加圧ローラ20と同じ回転速度で従動回転しない場合がある。その結果、ニップ部Nでの記録材の搬送速度が転写部での搬送速度よりも大きく低下して、記録材が弛むことで転写部に押し込まれる、又は、記録材が搬送路内で擦ってしまいトナー像が飛び散るなどして画像不良が発生してしまう。このように加圧ローラ20が結露することで定着フィルム10の回転速度が低下し、画像不良に至る現象を結露スリップと呼ぶ。
本実施例の加熱定着装置72の特徴的な構成について図1,5,9を用いて説明する。本実施例では、送風部材としてのファン79を画像形成装置1の側面に設け、機外の外気を機内に取り込むように吸い込み方向に回転させる。加熱定着装置72は、ファン79の風を加圧ローラ20まで誘導するためのダクト50を備える。ダクト50は、加圧ローラ20の軸方向に沿って長い形状であって、加圧ローラ20に対して定着フィルム10と反対側に設けられている。ダクト50は、記録材搬送方向に直交する方向の端部に設けられた開口部であってファン79の風を内部に取り入れるための開口部53と、その開口部53から取り入れた風を加圧ローラ20に向けて排出するための複数の孔52と、を有する。従って、ファン79からの風は、ダクト50の開口部53からダクト内部55に取り入れられた後、加圧ローラ20の軸方向に沿って流れる。その風は、ダクト50の開口部53の反対側の端部54は閉じているため、ダクト50の加圧ローラ20と対向する領域51に設けられた複数の孔52から、加圧ローラ20の表面に向けて吹き出す。
ことで加圧ローラ20の表面温度を大きく下げることなく、非通紙領域への風量を必要十分に確保し結露スリップを抑制することができる。その結果、余分な電力をヒータ31に供給する必要がないのでエネルギー効率が良い。また、加圧ローラ20の非通紙領域の風量は大きくしても通紙領域よりも定着性
に対する影響は小さいのでエネルギー効率が大きく低下ことはない。
次に、ファン79の制御について説明する。結露スリップが発生しやすい条件としては、高湿環境下で且つ加圧ローラ20の温度が比較的低い場合である。そのため、画像形成装置の設置環境と加圧ローラ20の温まり具合からファン79を駆動するか否かを判断する。本実施例では、画像形成装置1を設置する環境を検知する環境検知部材として環境センサ78を、加圧ローラ20の温まり具合を検知する部材として、ヒータ31の裏面側に配置したサーミスタ35の検知温度と、プリント枚数とを用いる。ここでサーミスタ35の検知温度を用いる理由は、ヒータ31は定着フィルム10を介して加圧ローラ20とニップ部Nを形成しているので、ヒータ31の制御をする前であれば、加圧ローラ20の温度を推測できるからである。
本実施例の性能評価として、高温高湿環境(32.5℃/80%)において、結露スリップによる画像不良の有無と定着性を確認し、下記に示す従来例2つの構成と比較する。評価紙は上述した環境に長時間放置したA4サイズ紙(60g/mm2)を用い、印字パターンは全面ベタ黒画像とし、加熱定着装置が室温と同じ温度になっている状態から連続50枚プリントした。また、使用した画像形成装置は、A4サイズ紙対応機でプリントスピードが52枚/分、FPOT7.0秒のものである。また本実施例と比較例の2つでは同じヒータ制御で検討を行う。
画像形成装置は、更なるスループット向上やFPOT短縮が求められ、ますます結露スリップに不利な構成になることが考えられる。
20 加圧ローラ
31 ヒータ
50 ダクト
52 孔
55 ダクト内部
79 ファン
Claims (20)
- 駆動源によって駆動される第1の回転体と、前記第1の回転体との間にニップ部を形成し前記第1の回転体によって駆動される第2の回転体と、前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち未定着トナー像と接触しない側の回転体に送風するための送風部材と、を有し、前記ニップ部で前記未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し前記未定着トナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、
前記送風部材は少なくとも、前記定着装置のウォームアップを開始する時に前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の温度が閾値温度より低い場合に、駆動され、前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の通紙領域に向けての風量は前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の非通紙領域に向けての風量よりも小さいことを特徴とする定着装置。 - 前記定着装置を備える画像形成装置は、画像形成装置が設置された環境の湿度を検知する環境検知部材を有し、前記環境検知部材の検知した湿度が所定値より高い場合に前記送風部材が駆動されることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記通紙領域、及び前記非通紙領域は、前記定着装置で搬送可能な最大幅の記録材の通紙領域及び非通紙領域であることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。
- 前記送風部材の風を内部に取り入れるための開口部と、前記開口部から取り入れた風を前記未定着トナー像と接触しない側の回転体に向けて排出するための孔と、を有するダクトを備え、
前記通紙領域に対向する前記ダクトの領域に設けられた前記回転体の母線方向における前記ダクトの単位長さ当たりの前記孔の数は、前記非通紙領域に対向する領域に設けられた前記回転体の母線方向における前記ダクトの単位長さ当たりの前記孔の数よりも少ないことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記送風部材の風を内部に取り入れるための開口部と、前記開口部から取り入れた風を前記未定着トナー像と接触しない側の回転体に向けて排出するための孔と、を有するダクトを備え、
前記通紙領域に対向する前記ダクトの領域に設けられた前記孔の大きさは、前記非通紙領域に対向する領域に設けられた前記孔の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記孔は、記録材搬送方向において、前記ニップ部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項4又は5に記載の定着装置。
- 前記非通紙領域に対向する前記ダクトの領域に設けられた前記孔は、前記通紙領域に対向する前記ダクトの領域に設けられた前記孔よりも記録材搬送方向に広範囲に設けられていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記第1の回転体及び前記未定着トナー像と接触しない側の回転体は加圧ローラであり、前記第2の回転体は筒状のフィルムであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記フィルムの内面に接触するヒータを有し、前記ヒータは前記フィルムを介して前記加圧ローラと共に前記ニップ部を形成することを特徴とする請求項8に記載の定着装置。
- 駆動源によって駆動される第1の回転体と、前記第1の回転体と接触してニップ部を形成し前記第1の回転体によって駆動される第2の回転体と、前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち未定着トナー像と接触しない側の回転体に送風するための送風部材と、を有し、前記ニップ部で前記未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し前記未定着トナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、
前記送風部材は少なくとも、前記定着装置のウォームアップを開始する時に前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の温度が閾値温度より低い場合に、駆動され、前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の記録材搬送方向に直交する方向の端部のみに送風されることを特徴とする定着装置。 - 前記定着装置を備える画像形成装置は、画像形成装置が設置された環境の湿度を検知する環境検知部材を有し、前記環境検知部材の検知した湿度が所定値より高い場合に前記送風部材が駆動されることを特徴とする請求項10に記載の定着装置。
- 前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の記録材搬送方向に直交する方向の端部であって前記送風部材で送風される端部の領域は、非通紙領域を含むことを特徴とする請求項10又は11に記載の定着装置。
- 前記非通紙領域は、前記定着装置で搬送可能な最大幅の記録材の非通紙領域であることを特徴とする請求項12に記載の定着装置。
- 前記送風部材の風を内部に取り入れるための開口部と、前記開口部から取り入れた風を前記未定着トナー像と接触しない側の回転体に向けて排出するための孔と、を有するダクトを備え、
前記孔は、前記ダクトの前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の記録材搬送方向に直交する方向の端部に対向する領域のみに設けられていることを特徴とする請求項10〜13のいずれか1項に記載の定着装置。 - 前記孔は、記録材搬送方向において、前記ニップ部よりも下流側に設けられていることを特徴とする請求項14に記載の定着装置。
- 前記ダクトの前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の記録材搬送方向に直交する方向の端部に対向する領域に設けられた孔は、記録材搬送方向に広範囲に設けられていることを特徴とする請求項14又は15に記載の定着装置。
- 前記第1の回転体及び前記未定着トナー像と接触しない側の回転体は加圧ローラであり、前記第2の回転体は筒状のフィルムであることを特徴とする請求項10〜16のいずれか1項に記載の定着装置。
- 前記フィルムの内面に接触するヒータを有し、前記ヒータは前記フィルムを介して前記加圧ローラと共に前記ニップ部を形成することを特徴とする請求項17に記載の定着装置。
- 駆動源によって駆動される第1の回転体と、前記第1の回転体との間にニップ部を形成し前記第1の回転体によって駆動される第2の回転体と、前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち未定着トナー像と接触しない側の回転体に送風するための送風部材と、を有し、前記ニップ部で前記未定着トナー像を担持した記録材を搬送しながら加熱し前記未定着トナー像を記録材に定着する定着処理を行う定着装置において、
前記送風部材は少なくとも、前記定着装置のウォームアップを開始する時に前記第1の回転体及び前記第2の回転体のうち前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の温度が閾値温度より低い場合に、駆動され、記録材搬送方向に直交する方向において前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の中央部に向けての風量は前記未定着トナー像と接触しない側の回転体の端部に向けての風量よりも小さいことを特徴とする定着装置。 - 前記定着装置を備える画像形成装置は、画像形成装置が設置された環境の湿度を検知する環境検知部材を有し、前記環境検知部材の検知した湿度が所定値より高い場合に前記送風部材が駆動されることを特徴とする請求項19に記載の定着装置。
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