JP6816484B2 - Fixing device and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、定着装置及び定着装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus including a fixing device and a fixing device.
複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも2つの機能を有する複合機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。 In recent years, there has been an increasing market demand for energy saving and high speed for image forming devices such as copiers, printers, facsimiles, or multifunction devices having at least two functions thereof.
画像形成装置のなかでも定着装置は消費電力量が多く、省エネルギー化の余地が大きいため、様々な提案がなされており、例えば特許文献1において、低熱容量でフィルム状に薄肉で可撓性を有する無端状のベルトの内部(ループ内)に、ニップ形成ユニットを固定配置させ、ベルトと加圧回転体との間に、ニップ形成ユニットと加圧回転体との当接圧によって定着ニップを形成する定着装置が知られている。
Among the image forming devices, the fixing device consumes a large amount of power and has a lot of room for energy saving. Therefore, various proposals have been made. For example, in
このような構成の定着装置において、様々なサイズの記録材に対応しながら、小サイズ紙を通紙する場合のベルト端部の過昇温を防止するために、ベルトの幅方向(用紙幅方向)で配光分布が異なる複数のハロゲンヒータ(輻射型熱源)をベルト内部に設けると共に、ニップ形成ユニットを構成するニップ形成部材の、ベルトに対向する面を、ベルトの長手方向に熱を移動する熱移動補助部材で覆うことが、特許文献2に開示されている。
In a fixing device having such a configuration, in order to prevent excessive temperature rise at the end of the belt when passing small size paper while supporting recording materials of various sizes, the width direction of the belt (paper width direction). ), A plurality of halogen heaters (radiant heat sources) having different light distributions are provided inside the belt, and heat is transferred to the surface of the nip forming member constituting the nip forming unit facing the belt in the longitudinal direction of the belt. It is disclosed in
薄肉の無端状ベルトを備えた上記構成の定着装置では、該定着ベルトをハロゲンヒータなどの輻射型熱源で直接加熱するため、むやみに加熱すると定着ベルトの、ヒータとの対向箇所は、ヒータによって直接加熱され、急速に温度が上昇する。一方、定着ベルトのヒータと対向していない箇所は、ヒータによって直接加熱されないため温度が相対的に低いままである。このように薄肉のベルトを部分的、局所的に加熱すると、定着ベルトの周方向や長手方向に温度差が発生することがある。このような温度差は定着ベルト周方向の「温度斑」となり、温度差の大きな温度斑が生じてしまうと、定着ベルトの局所的な熱膨張(他の箇所との膨張量の差)によって定着ベルトの表面に歪みが発生するおそれがある。更に、その歪みが定着ベルトの降伏応力を超えると、定着ベルトに座屈破壊(キンク)が生じる場合がある。特にフィルム状の定着ベルトでは、昇温が急であるため、ベルト温度の検知にしたがって加熱制御しても実際のベルト温度が必要以上に上がってしまうおそれがある。そして、定着ベルト表面に歪みが発生すると、良好な定着ニップが形成されず、品質の劣化した画像が形成されてしまうという課題がある。 In the fixing device having the above configuration equipped with a thin-walled endless belt, the fixing belt is directly heated by a radiant heat source such as a halogen heater. Therefore, when the fixing belt is heated unnecessarily, the portion of the fixing belt facing the heater is directly heated by the heater. It is heated and the temperature rises rapidly. On the other hand, the temperature of the portion of the fixing belt that does not face the heater remains relatively low because it is not directly heated by the heater. When the thin belt is partially or locally heated in this way, a temperature difference may occur in the circumferential direction or the longitudinal direction of the fixing belt. Such a temperature difference becomes "temperature spots" in the circumferential direction of the fixing belt, and when a temperature spot having a large temperature difference occurs, the fixing belt is fixed by local thermal expansion (difference in the amount of expansion from other parts). The surface of the belt may be distorted. Further, if the strain exceeds the yield stress of the fixing belt, buckling fracture (kink) may occur in the fixing belt. In particular, in a film-shaped fixing belt, the temperature rises rapidly, so even if the heating is controlled according to the detection of the belt temperature, the actual belt temperature may rise more than necessary. Then, when the surface of the fixing belt is distorted, there is a problem that a good fixing nip is not formed and an image with deteriorated quality is formed.
また上記構成の定着装置では、ベルトが定着ニップで加圧回転体とニップ形成ユニットに挟み込まれて回転し、定着ニップ以外では両端部に配されたフランジにガイドされ、走行するようになっているため、ベルトの安定した走行性の確保も問題である。特に、定着装置の小型化のためにベルトを小径化すると、回転時にニップ形成ユニットの周方向入口及び出口でベルト内周と摺擦して、ベルトの耐久性を低下させる事態が発生する。そして、低温状態で定着ベルトを回転させようとすると定着ニップでの摺擦抵抗が大きく、走行するベルトの軌跡の変動が大きくなる。 Further, in the fixing device having the above configuration, the belt is sandwiched between the pressurized rotating body and the nip forming unit by the fixing nip and rotates, and the belt is guided by the flanges arranged at both ends to run except for the fixing nip. Therefore, ensuring stable running performance of the belt is also a problem. In particular, if the diameter of the belt is reduced in order to reduce the size of the fixing device, the durability of the belt may be lowered by rubbing against the inner circumference of the belt at the circumferential inlet and outlet of the nip forming unit during rotation. Then, when the fixing belt is rotated in a low temperature state, the rubbing resistance at the fixing nip becomes large, and the fluctuation of the trajectory of the traveling belt becomes large.
本発明は、定着ベルトに温度斑や座屈破壊が発生することがなく、定着ベルトとニップ形成ユニットとが摺擦することもない定着装置を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a fixing device in which temperature spots and buckling fracture do not occur in the fixing belt and the fixing belt and the nip forming unit do not rub against each other.
前記課題は、可撓性を有する無端状のベルトと、前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成ユニットと、前記ベルトを加熱する熱源と、前記ベルトの温度を検知する温度検知部とを有し、前記温度検知部により検知される温度が第一の所定温度に達しない点灯条件で前記熱源が発熱し、前記検知される温度が第二の所定温度に達した時点で前記ベルトの回転を開始し、前記ニップ形成ユニットが、ニップ形成部材と、該ニップ形成部材の、前記ベルトの内周面に対向する面を覆うように配された熱移動補助部材とを有していて、更に前記ニップ形成部材の、前記熱移動補助部材に対向する面の長手方向両端部に設けられ、前記ベルトの幅方向の端部をそれぞれ加熱する複数の接触伝熱型熱源を備え、前記複数の接触伝熱型熱源の点灯条件が、輻射型熱源である前記熱源の点灯制御開始時での前記ベルトの温度により決定され前記輻射型熱源による前記ベルトの第二の所定温度に達するタイミングに合わせて、前記接触伝熱型熱源も前記第二の所定温度に達するように点灯条件を制御される、定着装置によって解決される。 The subject is a flexible endless belt, a pressure member provided on the outside of the belt and facing the belt, and a pressure member provided on the inside of the belt and the belt and the pressure member. It has a nip forming unit that forms a fixing nip between them, a heat source that heats the belt, and a temperature detection unit that detects the temperature of the belt, and the temperature detected by the temperature detection unit is the first predetermined temperature. When the heat source generates heat under lighting conditions that do not reach the above temperature and the detected temperature reaches the second predetermined temperature, the belt starts to rotate, and the nip forming unit forms the nip forming member and the nip. The member has a heat transfer assisting member arranged so as to cover the surface of the member facing the inner peripheral surface of the belt, and further, the longitudinal direction of the surface of the nip forming member facing the heat transfer assisting member. A plurality of contact heat transfer type heat sources provided at both ends and heating the end portions in the width direction of the belt are provided, and the lighting conditions of the plurality of contact heat transfer type heat sources are lighting of the heat source which is a radiation type heat source. The contact heat transfer type heat source is also lit so as to reach the second predetermined temperature at the timing when the second predetermined temperature of the belt is reached by the radiation type heat source, which is determined by the temperature of the belt at the start of control. that are controlled conditions, it is solved by a fixing device.
本発明では、温度斑やキンクを引き起こすほどベルトの周方向や長手方向において温度差を生じない第一の所定温度を目標温度とする点灯条件として熱源を発熱させ、ベルトが第二の所定温度に達した時点でベルト回転を開始するので、ベルトとニップ形成ユニットとが摺擦することもない。 In the present invention, the heat source is heated with the first predetermined temperature as the target temperature, which does not cause a temperature difference in the circumferential direction and the longitudinal direction of the belt so as to cause temperature spots and kinks, and the belt reaches the second predetermined temperature. Since the belt rotation starts when the temperature is reached, the belt and the nip forming unit do not rub against each other.
以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る定着装置20を示す概略的な断面構成図である。定着装置20は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト21と、この定着ベルト21の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ22とを有している。定着ベルト21は、その内部(ループ内)に配された複数の定着熱源としてのハロゲンヒータ23A、23B(以下、第1ハロゲンヒータ23A、第2ハロゲンヒータ23Bともいう)の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、主たる熱源である定着熱源としての、輻射型熱源を代表するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a
更に定着ベルト21の内部には、定着ベルト21を介して加圧ローラ22とで定着ニップNを形成するニップ形成部材24と、ニップ形成部材24を支持するステー部材25(支持部材)とが配されている。定着ベルト21の幅方向に渡って配されたニップ形成部材24が、ステー部材25によって固定支持されることで、加圧ローラ22からの圧力によってニップ形成部材24に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ22の軸方向(長手方向)に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ニップ形成部材24は、機械的強度が高く耐熱温度200℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材24の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー部材25やハロゲンヒータ23A、23Bは、その長手方向両端を、定着装置20の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。
Further, inside the
定着ベルトの長手方向における熱移動を容易にする均熱部材とも称される熱移動補助部材27が、ニップ形成部材24の、定着ベルト21の内周面に対向する面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時に定着ベルト21の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト21の幅方向、即ち、熱移動補助部材27の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材27は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料、例えば銅(398W/mk)やアルミニウム(236W/mk)などで形成されている。図2の描写では、熱移動補助部材27の、定着ベルト21の内周面に対向する面が定着ベルト21に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、記録材たる用紙の先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙など)、トレーシングペーパ、OHPシートなどが含まれる。
A heat
定着ベルト21の外周側の適切な位置、例えばハロゲンヒータ23A、23Bに対向する位置には、ベルト温度を検知する温度検知部である温度センサ29A、29Bが設けられており、定着装置20の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト21から用紙Pを分離する分離部材41が配されている。更に、周知のように、加圧ローラ22を定着ベルト21へ加圧する解除可能な加圧手段が設けられている。
低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト21は、ニッケルやSUSなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを100μm程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。低熱容量化の観点から、定着ベルト21は、全体として厚さ1mm以下に、直径20〜40mmに設定されている。そして、定着ベルト21を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、20〜50μm、100〜300μm、10〜50μmの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト21全体の厚さを0.2mm以下にするのがよく、更に望ましくは、0.16mm以下の厚さとするのがよく、直径は30mm以下とするのが望ましい。
In order to reduce the heat capacity, the endless fixing
断面T字状のステー部材25は定着ニップN側と反対側が起立した起立部25aを有しており、主たる熱源としてのハロゲンヒータ23A、23Bが起立部25aによって隔てられるように配置されている。ハロゲンヒータ23A、23Bは、一方が小サイズ紙に対応した長手方向中央部に発熱部を有するものであり、他方が大サイズ紙に対応して長手方向両端部に発熱部を有するものである。断面T字状のステー部材25により2本のハロゲンヒータ23A、23Bを互いに隔てて配置することで、複数のハロゲンヒータを並置する従来の定着装置に比べて、ヒータの相互加熱の問題を回避でき、加熱効率を上げることができる。ハロゲンヒータ23A、23Bは、後述する画像形成装置のプリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト21の外周に設けられた温度センサ29A、29Bによるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータの出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度に設定できるようになっている。
The
また、ステー部材25とハロゲンヒータ23A、23Bの間には反射部材28A、28Bが配されている。これにより、ハロゲンヒータ23A、23Bの定着ベルト21に対する加熱効率を上げると共に、ハロゲンヒータ23A、23Bからの輻射熱によりステー部材25が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材28A、28Bを備える代わりに、ステー部材25表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。
Further,
加圧ローラ22は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたPFAやPTFEなどから成る離型層によって構成されている。バネなどの加圧手段により加圧ローラ22が定着ベルト21に押し付けられ定着ベルト21と圧接する箇所では、加圧ローラ22の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップNが形成される。加圧ローラ22は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。加圧ローラ22が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップNで定着ベルト21に伝達され、定着ベルト21が従動回転する。定着ベルト21は定着ニップNで挟み込まれて回転し、定着ニップN以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。
The
本実施形態では、加圧ローラ22を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ22の内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト21の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。
In the present embodiment, the
図2は、ニップ形成ユニットの基本構成を示す斜視図である。図2に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ形成部材24、ステー部材25、熱移動補助部材27によって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ形成部材24の、定着ニップN側と反対側の面が、ステー部材25の定着ニップN側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。熱移動補助部材27は略直方体状のニップ形成部材24の、定着ベルト21の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材27とニップ形成部材24の一体構成は爪などを設けて噛み合わせればよいが、接着などを用いてもよい。
FIG. 2 is a perspective view showing a basic configuration of the nip forming unit. As shown in FIG. 2, the nip forming unit is composed of a
ニップ形成部材24の長手方向の両端部には、段差部としての凹部24a、24bが形成され、これらの箇所には、主たる熱源(定着熱源)とは別の端部熱源としての端部ヒータ26a、26bが収容され、一体に取り付けられ、最大定形サイズより大きいノビサイズ紙幅の両端部を加熱するのに用いられる。端部ヒータとしては、一般的に、セラミックヒータのような抵抗発熱体である接触伝熱型熱源が用いられる。
熱移動補助部材27の、定着ベルト21の内周面に対向する面は、ベルト摺接面27aとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材24の、加圧ローラ22に対向する面24cである。
The surface of the heat
このように、本実施形態では、端部ヒータ26a、26bを、定着ニップを形成するために必要なニップ形成部材24に一体に設ける構成としたので、端部ヒータ26a、26bを定着ベルト21の内側に省スペースで配置できる。また端部ヒータ26a、26bの、定着ベルト21の内面に対向する面は、ニップ形成部材24の、定着ベルト21に対向する面と同一の高さ(同一平面上)に位置するように構成され、加圧ローラ22による十分な加圧力が熱移動補助部材27を介して与えることが可能である。これにより、定着ベルト21は、端部ヒータ26a、26bと間接的に密着した状態となり、安定したベルト走行ができる。また、定着ベルト21と端部ヒータ26a、26bは、十分な接触圧で接しており、良好な加熱が維持される。
As described above, in the present embodiment, the
ところで、本実施形態の定着装置20では、既述のように、定着ベルト21が定着ニップNで挟み込まれて回転し、定着ニップN以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行するようになっており、定着ベルト21の温度が変わると、ベルトの走行軌道が変化することが確認された。図3に、回転中のベルト軌跡を測定した際の測定器のレイアウトを概略的に示す。測定器としては、キーエンス製の高速・高精度レーザー変位計L-KG3000を用い、定着ベルトの温度に対するベルト外周の変位量を測定した。レーザー変位計による測定結果から得られたベルト軌跡を図4に示す。図中、21a(実線)は狙いの制御温度で通紙した場合のベルト軌跡であり、21bはベルト温度が低い場合のベルト軌跡、21cはベルト温度が高い場合のベルト軌跡である。ベルト温度が変化しても、定着ニップNの出口近傍では大きな変位はなく、定着ニップNを進むうちに定着ニップNの入口近郷の変位量が吸収されているのが分かった。
By the way, in the fixing
図5は、定着ニップN付近の拡大図である。狙いの定着温度で通紙した場合のベルト軌跡21aでは、定着ベルト内周とニップ形成ユニット(図では熱移動補助部材27)はニップ幅以外では摺擦しない関係となっている。しかしながら、ベルト温度が低い場合のベルト軌跡21bでは、ベルト温度が低いことでベルト自体の剛性が高くなり、真円に近くなろうとすることから、図5から分かるように、定着ニップNの入口側では、ベルトの内周がニップ形成ユニットと摺擦する場合がある。
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the fixing nip N. In the
図6は定着ベルトのベルト温度とベルト変位量の関係を示すものである。ここで変位量の「+(プラス)」側は、図5から分かるように、熱移動補助部材27側(ベルト内周側)への変位であり、「−(マイナス)」側はベルト外周側への変位である。定着プロセスに実用的な定着ベルトの温度範囲では、ほぼ線形に変位しており、50deg当たり0.3mm程度の変位をしていることが分かる。
FIG. 6 shows the relationship between the belt temperature of the fixing belt and the amount of belt displacement. Here, as can be seen from FIG. 5, the "+ (plus)" side of the displacement amount is the displacement toward the heat
熱移動補助部材27表面と定着ベルト21の内周面の間にはフッ素グリスなどの潤滑剤を介在させて摺動性を向上させているが、ニップ入口などの定着ニップN以外の領域では潤滑剤を積極的に保持する機構を有していないため、定着ベルト21が低温状態で回転すると熱移動補助部材27と接触して磨耗を発生することとなり、定着装置の寿命を短くする原因となっている。そこで、そのような事態を回避するために、定着ベルト21の加熱や回転を制御する。定着ベルト21の内周と熱移動補助部材27が定着ニップN以外の部分で接触することがなければ定着装置の高寿命化が実現可能となる。
A lubricant such as fluorine grease is interposed between the surface of the heat
まず、本実施形態に係る定着装置の構成では、定着ベルト21を輻射型熱源であるハロゲンヒータ23A、23Bにより直接加熱するため、むやみに加熱すると定着ベルト21の、ハロゲンヒータ23A、23Bとの対向面(内周面)が、ヒータによって部分的に非常に高温となる。これにより、定着ベルト21の周方向や長手方向(幅方向)に温度差が発生し、このような温度差は定着ベルト周方向の「温度斑」の原因となり、温度差が大きな状態で温度斑が生じると、定着ベルトの局所的な熱膨張量の差によって定着ベルト表面に歪みが発生するおそれがある。更に、その歪みが定着ベルトの降伏応力を超えると、定着ベルトに座屈破壊(キンク)が生じる場合がある。定着ベルト表面に歪みが発生すると、良好な定着ニップが形成されず、品質の劣化した画像を形成することになる。
First, in the configuration of the fixing device according to the present embodiment, the fixing
本実施形態では、ハロゲンヒータ23A、23Bを低い点灯率で点灯して、「温度斑やキンクを引き起こすほど定着ベルト21の周方向や長手方向において温度差を生じない温度」(「第一の所定温度」という)以下に制御しながら昇温することで、温度斑や座屈破壊(キンク)の発生を回避することが可能となる。
In the present embodiment, the
図7において、定着ベルトが第一の所定温度に達しない点灯条件のもと、低い点灯率でハロゲンヒータ23A(小サイズ紙)、あるいはハロゲンヒータ23A、23B(大サイズ紙)を発熱させて定着ベルト21を加熱する(ステップ1)。定着ベルト21が第一の所定温度に近づくまで加温される途上で、「定着ベルト21の内周と熱移動補助部材27が定着ニップN以外の部分で接触することがない(ベルトの剛度が所定以下になる)」第二の所定温度となる(第二の所定温度<第一の所定温度)ので、温度センサ29A、29Bにより検知される温度が第二の所定温度より高いか否かを判断して(ステップ2)、定着ベルト21が第二の所定温度に到達した後は、定着ベルト21を所定の回転速度で回転させる(ステップ3)。定着ベルト21の回転開始後は、より高い点灯率(所定の点灯率)で定着ベルト21を加熱する(ステップ4)。定着ベルト21が第一の所定温度に達すれば、作像準備が完了し、あるいはウォームアップ動作が完了したこととなる。
In FIG. 7, under a lighting condition in which the fixing belt does not reach the first predetermined temperature, the
図8は、ヒータの点灯率と点灯時間、定着ベルト温度の関係の一例を示したグラフである。50[msec]ごとに点灯率10%で点灯した場合には緩やかな昇温カーブ(実線)を示し、温度斑が発生しないような制御を行うことができる。一方、点灯率を30%とすると急激な昇温カーブ(点線)となり、温度コントロールが難しくなり、温度斑や座屈破壊(キンク)が発生する可能性がある。そこで、図7のフローでの「低い点灯率での加熱」段階での昇温制御では、非常に低い点灯率を短時間に繰り返す方法が有効である。 FIG. 8 is a graph showing an example of the relationship between the lighting rate of the heater, the lighting time, and the fixing belt temperature. When the light is turned on at a lighting rate of 10% every 50 [msec], a gentle temperature rise curve (solid line) is shown, and control can be performed so that temperature spots do not occur. On the other hand, when the lighting rate is set to 30%, a sharp temperature rise curve (dotted line) is formed, temperature control becomes difficult, and temperature spots and buckling fracture (kink) may occur. Therefore, in the temperature rise control at the stage of "heating at a low lighting rate" in the flow of FIG. 7, a method of repeating a very low lighting rate in a short time is effective.
なお既述のとおり、定着ベルト21全体が均一な温度であるほど温度斑や座屈破壊(キンク)が発生し難いので、大サイズ紙を通紙する際、各ハロゲンヒータ23A、23Bをそれぞれ低点灯率で点灯するに当たり、それぞれに対応する温度センサ29A、29Bでベルト温度を検知して、個別に各ハロゲンヒータ23A、23Bの点灯率を制御することで、定着ベルト21全体の温度が均一な状態で第二の所定温度まで昇温することが望ましい。但し、この場合でも温度斑や座屈破壊(キンク)を発生させない第一の所定温度以下で温度制御することが必要である。
As described above, the more uniform the temperature of the entire fixing
また本実施形態では、最大定形サイズより大きいノビサイズ紙幅の両端部を加熱するために接触伝熱型熱源である端部ヒータ26a、26bが設けられている。接触伝熱型熱源であるセラミックヒータは、印加電圧に対してほぼリニアな昇温特性を有しており、ハロゲンヒータのようなオーバーシュートをほとんど生じない。図9に100[V]、80[V]、60[V]をそれぞれ印加した場合のセラミックヒータの昇温特性を示す。発熱量は印加電圧の二乗に比例したものであることが分かる。ハロゲンヒータ23A、23Bにより定着ベルトを緩やかに温度上昇させるには図8に示したように低い点灯率を短時間で繰り返す必要があるが、セラミックヒータである端部ヒータ26a、26bは印加電圧で温度上昇率を制御可能である。
Further, in the present embodiment,
そこで、端部ヒータ26a、26bへの印加電圧を決定することで、定着ベルト21が第二の所定温度に達するタイミングに合わせて端部ヒータ26a、26bを第二の所定温度に到達させることが可能となる。したがって、ノビサイズ紙を定着する場合、第二の所定温度までの昇温時にハロゲンヒータ23A、23Bに加え、端部ヒータ26a、26bも同時点灯することで、ハロゲンヒータ23A、23Bで加熱し難い、定着ベルト21の定着ニップN近傍、特にベルト端部も、加熱することができ、定着ベルト21の全周で均一な温度となるように制御が可能である。但し、この場合でも温度斑や座屈破壊(キンク)を発生させない第一の所定温度以下で温度制御することが必要である。
Therefore, by determining the voltage applied to the
なお、印加電圧に対するセラミックヒータのリニアな昇温特性のため、ハロゲンヒータ23A、23Bの点灯開始時における温度センサ29A、29Bによりベルト温度を検知する結果から、端部ヒータ26a、26bに対する最適な印加電圧が推定できる。図10aに、定着装置が冷間時から動作開始する場合(したがってハロゲンヒータの点灯制御開始時)の定着ベルトの昇温カーブを、図10bに、通紙後などで冷間時よりも温度が高い状態から定着装置が動作開始する場合の昇温カーブを示す。動作開始時の定着ベルト21の温度が第二の所定温度以下である場合には端部ヒータ26a、26bも同時点灯することでハロゲンヒータ23A、23Bで加熱し難い、定着ベルト21の定着ニップN近傍も、加熱することができる。ここで、動作開始時のベルト温度に応じて端部ヒータ26a、26bへの印加電圧を決定することにより、決定された電圧を、ハロゲンヒータ23A、23Bに対向する温度センサ29A、29Bの検知温度が第二の所定温度に昇温するまで、端部ヒータ26a、26bに印加すれば、定着ベルト21の全周、全幅を第二の所定温度まで均一に昇温することが可能となる。
Due to the linear temperature rise characteristic of the ceramic heater with respect to the applied voltage, the optimum application to the
既述のように、定着ベルト21の温度によりベルト軌道が変動するが、図3に示すレーザー変位計のレイアウトで回転中のベルト軌跡を測定する際、ベルトの回転線速が速いとベルト軌道の変位量も相対的に増大することも明らかになった(図11)。そのため、定着ベルト21のベルト軌道の変動量を少なくするためには、第二の所定温度に到達した後、リロード温度(定着可能な所定の温度)に達するまでは、ベルト線速を低く設定することも有効である。
As described above, the belt trajectory fluctuates depending on the temperature of the fixing
なお、本実施形態では複数の温度センサによって定着ベルトの温度が検知されるが、両センサによる検知温度にズレがある場合には、先に第二の所定温度に到達したベルト部分に対応するハロゲンヒータへの印加電圧の点灯率を更に下げるか、オフすることで該ベルト部分の温度を第二の所定温度近傍に保ちながら、他方のハロゲンヒータに対応するベルト部分が第二の所定温度に到達するのを待つ。そして、各温度センサの検知温度がいずれも第二の所定温度になった時点で定着ベルトの回転を開始する。この際、端部ヒータについては、画像形成装置から作像開始の指令が出た時点で、いずれか高いほうの検知温度を基準に印加電圧を制御される。 In the present embodiment, the temperature of the fixing belt is detected by a plurality of temperature sensors, but if there is a difference in the detected temperatures by both sensors, the halogen corresponding to the belt portion that has reached the second predetermined temperature first. By further lowering or turning off the lighting rate of the voltage applied to the heater, the temperature of the belt portion is kept near the second predetermined temperature, and the belt portion corresponding to the other halogen heater reaches the second predetermined temperature. Wait to do. Then, when the detection temperature of each temperature sensor reaches the second predetermined temperature, the rotation of the fixing belt is started. At this time, the applied voltage of the end heater is controlled based on the higher detection temperature when the image forming apparatus issues a command to start image formation.
最後に本発明の一実施形態に係る画像形成装置を説明する。図12は、上記した定着装置を装着する、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置1は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト30の展張方向に沿って4つの作像部4Y、4C、4M、4Kが並置して設けられている。各作像部4Y、4C、4M、4Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。
Finally, the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a schematic view showing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention, which is equipped with the above-mentioned fixing device. The
具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部4Y、4C、4M、4Kは、潜像担持体としてのドラム状の感光体5と、感光体5の表面を帯電させる帯電装置6と、感光体5の表面にトナーを供給する現像装置7と、感光体5の表面をクリーニングするクリーニング装置8などを備えている。なお、図12では、ブラックの作像部4Kが備える感光体5、帯電装置6、現像装置7、クリーニング装置8のみに色用符号を付し、その他の作像部4Y、4C、4Mにおいては符号を省略している。
Specifically, each
作像部4Y、4C、4M、4Kの下方には、感光体5の表面を露光する露光装置9が配設されている。露光装置9は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体5の表面へレーザー光を照射するようになっている。
An
作像部4Y、4C、4M、4Kの上方には、転写装置3が配設されている。転写装置3は、転写体としての中間転写ベルト30と、一次転写手段としての4つの一次転写ローラ31と、二次転写手段としての二次転写ローラ36とを備える。更に、転写装置3は二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33、テンションローラ34、及びベルトクリーニング装置35を備えている。
A
中間転写ベルト30は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33及びテンションローラ34によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ32が回転駆動することによって、中間転写ベルト30は図の矢印で示す方向に周回走行(回転)するようになっている。
The
4つの一次転写ローラ31は、それぞれ、各感光体5との間で中間転写ベルト30を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ31には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が各一次転写ローラ31に印加されるようになっている。
Each of the four
二次転写ローラ36は、二次転写バックアップローラ32との間で中間転写ベルト30を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ31と同様に、二次転写ローラ36にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が二次転写ローラ36に印加されるようになっている。
The
ベルトクリーニング装置35は、中間転写ベルト30に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。
The
プリンタ本体の上部には、ボトル収容部2が設けられており、ボトル収容部2には補給用のトナーを収容した4つのトナーボトル2Y、2C、2M、2Kが着脱可能に装着されている。各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kと各現像装置7との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kから各現像装置7へトナーが補給されるようになっている。
A
一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Pを収容した給紙トレイ10や、給紙トレイ10から用紙Pを搬出する給紙ローラ11などが設けられている。周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。
On the other hand, at the lower part of the printer main body, a
プリンタ本体内には、用紙Pを給紙トレイ10から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Rが配設されている。搬送路Rにおいて、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Pを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ12が配設されている。
A transport path R for passing the paper P from the
また、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向下流側には、既に詳述した定着装置20が配設され、用紙Pに転写された未定着画像を定着する。更に、定着装置20よりも搬送路Rの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ13が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ14が設けられている。
Further, the fixing
本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部4Y、4C、4M、4Kにおける各感光体5が図の時計回りに回転駆動され、各感光体5の表面が帯電装置6によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体5の表面には、露光装置9からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体5の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体5に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体5上に形成された静電潜像に、各現像装置7によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視像化)される。
The basic operation of the printer according to this embodiment is as follows. When the image-drawing operation is started, each of the photoconductors 5 in each image-forming
また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ32が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト30を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ31に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ31と各感光体5との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。
Further, when the image-drawing operation is started, the secondary transfer backup roller 32 is rotationally driven counterclockwise in the drawing to rotate the
その後、各感光体5の回転に伴い、感光体5上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体5上のトナー画像が中間転写ベルト30上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト30の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト30に転写しきれなかった各感光体5上のトナーは、クリーニング装置8によって除去される。各感光体5の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。
After that, when the toner image of each color on the photoconductor 5 reaches the primary transfer nip with the rotation of each photoconductor 5, the toner image on each photoconductor 5 is generated by the transfer electric field formed in the primary transfer nip. The
画像形成装置の下部では、給紙ローラ11が回転駆動を開始し、給紙トレイ10から用紙Pが搬送路Rに送り出される。搬送路Rに送り出された用紙Pは、レジストローラ12によってタイミングを計られ、二次転写ローラ36と二次転写バックアップローラ32との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ36には、中間転写ベルト30上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。
At the lower part of the image forming apparatus, the paper feed roller 11 starts rotational driving, and the paper P is sent out from the
その後、中間転写ベルト30の周回走行に伴って、中間転写ベルト30上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト30上のトナー画像が用紙P上に一括して転写される。また、このとき用紙Pに転写しきれなかった中間転写ベルト30上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置35によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。
After that, when the toner image on the
その後、用紙Pは定着装置20へと搬送され、定着装置20によって用紙P上のトナー画像が当該用紙Pに定着される。そして、用紙Pは、排紙ローラ13によって装置外へ排出され、排紙トレイ14上にストックされる。
After that, the paper P is conveyed to the fixing
以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つの作像部4Y、4C、4M、4Kのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つの作像部を使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
The above description is an image forming operation when forming a full-color image on paper, but a monochromatic image can be formed by using any one of four
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。 The present invention has been described above based on the embodiments. The present invention is not limited to the embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the present invention. Further, the image forming apparatus provided with the fixing apparatus of the present invention is not limited to a copying machine or a printer, but may be a facsimile or a multifunction device having a plurality of functions.
1 画像形成装置
2 ボトル収容部
2C、2K、2M、2Y トナーボトル
3 転写装置
4C、4K、4M、4Y 作像部
5 感光体
6 帯電装置
7 現像装置
8 クリーニング装置
9 露光装置
10 給紙トレイ
11 給紙ローラ
12 レジストローラ
13 排紙ローラ
14 排紙トレイ
20 定着装置
21 定着ベルト
22 加圧ローラ
23A、23B ハロゲンヒータ
24 ニップ形成部材
24a、24b 凹部
24c 面
25 ステー部材
25A 第1部材
25B 第2部材
25a 起立部
26a、26b 端部ヒータ
27 熱移動補助部材
27a ニップ形成面
28A、28B 反射部材
29A、29B 温度センサ(温度検知部)
30 中間転写ベルト
31 一次転写ローラ
32 二次転写バックアップローラ
33 クリーニングバックアップローラ
34 テンションローラ
35 ベルトクリーニング装置
36 二次転写ローラ
41 分離部材
N 定着ニップ
P 用紙
α β 照射角
1 Image forming
30
Claims (4)
前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、
前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成ユニットと、
前記ベルトを加熱する熱源と、
前記ベルトの温度を検知する温度検知部と
を有し、前記温度検知部により検知される温度が第一の所定温度に達しない点灯条件で前記熱源が発熱し、前記検知される温度が第二の所定温度に達した時点で前記ベルトの回転を開始し、前記ニップ形成ユニットが、ニップ形成部材と、該ニップ形成部材の、前記ベルトの内周面に対向する面を覆うように配された熱移動補助部材とを有していて、更に前記ニップ形成部材の、前記熱移動補助部材に対向する面の長手方向両端部に設けられ、前記ベルトの幅方向の端部をそれぞれ加熱する複数の接触伝熱型熱源を備え、前記複数の接触伝熱型熱源の点灯条件が、輻射型熱源である前記熱源の点灯制御開始時での前記ベルトの温度により決定され、前記輻射型熱源による前記ベルトの第二の所定温度に達するタイミングに合わせて、前記接触伝熱型熱源も前記第二の所定温度に達するように点灯条件を制御されることを特徴とする、定着装置。 With a flexible, endless belt,
A pressure member provided on the outside of the belt and facing the belt,
A nip forming unit provided inside the belt and forming a fixing nip between the belt and the pressurizing member, and a nip forming unit.
A heat source for heating the belt and
It has a temperature detection unit that detects the temperature of the belt, the heat source generates heat under lighting conditions where the temperature detected by the temperature detection unit does not reach the first predetermined temperature, and the detected temperature is the second. When the predetermined temperature is reached, the rotation of the belt is started, and the nip forming unit is arranged so as to cover the nip forming member and the surface of the nip forming member facing the inner peripheral surface of the belt. A plurality of heat transfer assisting members provided at both ends in the longitudinal direction of the surface of the nip forming member facing the heat transfer assisting member to heat the widthwise ends of the belt. A contact heat transfer type heat source is provided, and the lighting conditions of the plurality of contact heat transfer type heat sources are determined by the temperature of the belt at the start of lighting control of the heat source, which is a radiation type heat source, and the belt by the radiation type heat source. the second at the timing reaches a predetermined temperature, the contact heat transfer-type heat source is also controlled lighting conditions to reach the second predetermined temperature, characterized in Rukoto, fixing device.
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