JP7276700B2 - Fixing device and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は定着装置および画像形成装置に関する。 The present invention relates to fixing devices and image forming apparatuses.
近年、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置では、クイックスタート性、省電力化、低コスト化及び小型化のため、低熱容量の薄肉定着ベルトの内面に抵抗発熱体を有する加熱体を摺接させて加熱する型式が使用されている。この型式の定着装置では、従来、定着ベルトと加熱体との間に耐熱性グリス等の潤滑剤を介在させて両者間の摺動摩擦抵抗を低減している。 In recent years, a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus uses a heating element having a resistance heating element on the inner surface of a low heat capacity thin fixing belt for quick start, power saving, cost reduction, and miniaturization. A type that heats by sliding contact is used. Conventionally, in this type of fixing device, a lubricant such as heat-resistant grease is interposed between the fixing belt and the heating member to reduce sliding frictional resistance therebetween.
しかし潤滑剤による摩擦抵抗の低減は以下の課題がある。
1)定着装置の初期状態においては多量の潤滑剤が定着ベルトと加熱体との間に介在し、この状態で加圧ローラが定着ベルトに圧接すると定着ニップの裏側の潤滑剤の一部が定着ベルト端部からはみ出す。そうすると潤滑剤が不足気味になって定着ベルトと加熱体間の摩擦抵抗が増大し、加圧ローラの回転トルクが増加する。
However, the reduction of frictional resistance by lubricant has the following problems.
1) In the initial state of the fixing device, a large amount of lubricant is interposed between the fixing belt and the heating member. protrude from the end of the belt. As a result, the lubricant becomes insufficient, the frictional resistance between the fixing belt and the heating member increases, and the rotational torque of the pressure roller increases.
2)定着ニップの通紙枚数が多くなればなるほど、定着ベルトと加熱体間に介在する多量の潤滑剤の一部が定着ベルト端部から染み出る。そうすると定着ベルトと加熱体間の潤滑剤の量が通紙枚数の増加ともに減少し、両者間の摩擦抵抗が増大し、加圧ローラの回転トルクが増加する。 2) As the number of sheets passing through the fixing nip increases, part of a large amount of the lubricant interposed between the fixing belt and the heating member seeps out from the end of the fixing belt. Then, the amount of lubricant between the fixing belt and the heating member decreases as the number of passing sheets increases, the frictional resistance between the two increases, and the rotational torque of the pressure roller increases.
3)潤滑剤は低温時に粘度が高く高温になるにつれて粘度が低くなる性質を有する。このため、定着装置の駆動初期状態では多量の高粘度潤滑剤が定着ベルトと加熱体間に介在するため加圧ローラの回転トルクが増加する。 3) Lubricants have the property that their viscosity is high at low temperatures and decreases as the temperature rises. For this reason, a large amount of high-viscosity lubricant is interposed between the fixing belt and the heating member in the initial driving state of the fixing device, so that the rotational torque of the pressure roller increases.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、定着ベルトなどの回転部材と加熱体間の摺動摩擦抵抗を潤滑剤を使用することなく、又は、潤滑剤を安定保持することにより、低減して回転部材の寿命を延長することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems . The purpose is to reduce and extend the life of the rotating member.
前記課題を解決するため、本発明の定着装置は、可撓性を有するスリーブ状の回転部材と、前記回転部材の内周と摺動する加熱体と、前記回転部材を挟んで前記加熱体と対向する部分に圧接して前記回転部材と定着ニップを形成する加圧部材とを備え、前記定着ニップで被加熱材を挟持し搬送することで前記加熱体の熱を前記被加熱材に付与する定着装置において、前記加熱体の前記回転部材との摺動面に凹凸部を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the fixing device of the present invention includes a flexible sleeve-shaped rotating member, a heating element sliding on the inner periphery of the rotating member, and the heating element sandwiching the rotating member. A pressurizing member that forms a fixing nip with the rotating member by pressing against the opposing portions, and applies heat of the heating body to the material to be heated by nipping and conveying the material to be heated by the fixing nip. The fixing device is characterized in that an uneven portion is provided on a sliding surface of the heating body with the rotating member.
本発明の定着装置はスリーブ状の回転部材が摺動する加熱体の摺動面に凹凸部を設けたので、回転部材の摺動抵抗を低減して寿命を延ばすことができる。 In the fixing device of the present invention, since the sliding surface of the heating element on which the sleeve-shaped rotating member slides is provided with the uneven portion, the sliding resistance of the rotating member can be reduced and the life can be extended.
以下、本発明の実施形態に係る加熱装置と、当該加熱装置を使用した定着装置及び画像形成装置(レーザプリンタ)について図面を参照して説明する。レーザプリンタは画像形成装置の一例であり、当該画像形成装置はレーザプリンタに限定されないことは勿論である。すなわち、画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機、及びインクジェット記録装置のいずれか一つ、またはこれらの少なくとも2つ以上を組み合わせた複合機として構成することも可能である。 Hereinafter, a heating device according to an embodiment of the present invention, and a fixing device and an image forming apparatus (laser printer) using the heating device will be described with reference to the drawings. A laser printer is an example of an image forming apparatus, and the image forming apparatus is not limited to a laser printer. That is, the image forming apparatus can be configured as a copier, a facsimile machine, a printer, a printing machine, or an inkjet recording apparatus, or a multifunction machine combining at least two of these.
なお、各図中の同一または相当する部分には同一の符号を付し、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。また各構成部品の説明にある寸法、材質、形状、その相対配置などは例示であって、特に特定的な記載がない限りこの発明の範囲をそれらに限定する趣旨ではない。 The same or corresponding parts in each figure are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be appropriately simplified or omitted. Also, the dimensions, materials, shapes, relative positions, and the like in the description of each component are examples, and are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified.
以下の実施形態では「記録媒体」を「用紙」として説明するが、「記録媒体」は紙(用紙)に限定されない。「記録媒体」は紙(用紙)だけでなくOHPシートや布帛、金属シート、プラスチックフィルム、或いは炭素繊維にあらかじめ樹脂を含浸させたプリプレグシートなども含む。 In the following embodiments, the "recording medium" is described as "paper", but the "recording medium" is not limited to paper (paper). The "recording medium" includes not only paper but also OHP sheets, fabrics, metal sheets, plastic films, or prepreg sheets in which carbon fibers are previously impregnated with resin.
現像剤やインクを付着させることができる媒体、記録紙、記録シートと称されるものも、すべて「記録媒体」に含まれる。また「用紙」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等)、トレーシングペーパ等も含まれる。 The term "recording medium" also includes media to which developer and ink can be applied, recording paper, and recording sheets. In addition to plain paper, "paper" includes thick paper, postcards, envelopes, thin paper, coated paper (coated paper, art paper, etc.), tracing paper, and the like.
また、以下の説明で使用する「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することも意味する。 In addition, the term "image formation" used in the following description refers not only to imparting meaningful images, such as characters and figures, to a medium, but also to imparting meaningless images, such as patterns, to a medium. also means
(レーザプリンタの構成)
図1Aは、本発明の加熱装置ないし定着装置300を備えた画像形成装置100の一実施形態としてのカラーレーザプリンタの構成を概略的に示す構成図である。また図1Bは当該カラーレーザプリンタの原理を単純化して図示する。
(Configuration of laser printer)
FIG. 1A is a configuration diagram schematically showing the configuration of a color laser printer as an embodiment of an
画像形成装置100は、画像形成手段としての4つのプロセスユニット1K、1Y、1M、1Cを備える。これらプロセスユニットは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色の現像剤によって画像を形成する。
The
各プロセスユニット1K、1Y、1M、1Cは、互いに異なる色の未使用トナーを収容したトナーボトル6K、6Y、6M、6Cを有する以外は、同様の構成となっている。このため、1つのプロセスユニット1Kの構成を以下に説明し、他のプロセスユニット1Y、1M、1Cの説明を省略する。
Each of the
プロセスユニット1Kは、像担持体2K(例えば感光体ドラム)と、ドラムクリーニング装置3Kと、除電装置を有している。プロセスユニット1Kはさらに、像担持体の表面を一様帯電する帯電手段としての帯電装置4Kと、像担持体上に形成された静電潜像の可視像処理を行う現像手段としての現像装置5K等を有している。そして、プロセスユニット1Kは、画像形成装置100の本体に対して着脱自在に装着され、消耗部品を同時に交換可能となっている。
The
露光器7は、この画像形成装置100に設置された各プロセスユニット1K、1Y、1M、1Cの上方に配設されている。そして、この露光器7は、画像情報に応じた書き込み走査、すなわち、画像データに基づいてレーザダイオードからレーザ光Lをミラー7aで反射して像担持体2Kに照射するように構成されている。
The
転写装置15は、この実施形態では各プロセスユニット1K、1Y、1M、1Cの下方に配設されている。この転写装置15は図1Bの転写手段TMに対応する。一次転写ローラ19K、19Y、19M、19Cは、各像担持体2K、2Y、2M、2Cに対向して中間転写ベルト16に当接して配置されている。
The
中間転写ベルト16は、各一次転写ローラ19K、19Y、19M、19C、駆動ローラ18、従動ローラ17に掛け渡された状態で循環走行するようになっている。二次転写ローラ20は、駆動ローラ18に対向し中間転写ベルト16に当接して配置されている。なお、像担持体2K、2Y、2M、2Cが各色の第1の像担持体とすれば、中間転写ベルト16はそれらの像を合成した第2の像担持体である。
The
ベルトクリーニング装置21は、中間転写ベルト16の走行方向において、二次転写ローラ20より下流側に設置されている。また、クリーニングバックアップローラが中間転写ベルト16に対してベルトクリーニング装置21と反対側に設置されている。
The
用紙Pを積載するトレイを有する用紙給送装置200は、画像形成装置100の下方に設置されている。この用紙給送装置200は記録媒体供給部を構成するもので、記録媒体としての多数枚の用紙Pを束状で収容可能であり、用紙Pの搬送手段としての給紙ローラ60やローラ対210と共にユニット化されている。
A
用紙給送装置200は用紙の補給等のために、画像形成装置100の本体に対して挿脱可能とされている。給紙ローラ60とローラ対210は用紙給送装置200の上方に配置され、用紙給送装置200の最上位の用紙Pを給紙路32に向けて搬送するようになっている。
The
分離搬送手段としてのレジストローラ対250は、二次転写ローラ20の搬送方向直近上流側に配置され、用紙給送装置200から給紙された用紙Pを一旦停止させることができる。この一旦停止により用紙Pの先端側に弛みが形成されて用紙Pの斜行(スキュー)が修正される。
A pair of
レジストローラ対250の搬送方向直近上流側にはレジストセンサ31が配設され、このレジストセンサ31によって用紙先端部分の通過が検知されるようになっている。レジストセンサ31が用紙先端部分の通過を検知した後、所定時間が経過すると、当該用紙はレジストローラ対250に突き当てられて一旦停止する。
A
用紙給送装置200の下流端には、ローラ対210から右側に搬送された用紙を上方に向けて搬送するための搬送ローラ240が配設されている。図1Aに示すように、搬送ローラ240は用紙を上方のレジストローラ対250へ向けて搬送する。
At the downstream end of the
ローラ対210は上下一対のローラで構成されている。当該ローラ対210はFRR分離方式またはFR分離方式とすることができる。
The
FRR分離方式は、駆動軸によりトルクリミッタを介して反給紙方向に一定量のトルクを印加された分離ローラ(戻しローラ)を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。FR分離方式は、トルクリミッタを介して固定軸に支持された分離ローラ(摩擦ローラ)を給送ローラに圧接させてローラ間のニップで用紙を分離する。 In the FRR separation method, a separation roller (return roller) to which a constant amount of torque is applied in the direction opposite to the paper feed direction by a drive shaft via a torque limiter is brought into pressure contact with the feed roller to separate the paper at the nip between the rollers. In the FR separation method, a separation roller (friction roller) supported by a fixed shaft via a torque limiter is brought into pressure contact with a feed roller to separate the paper at the nip between the rollers.
この実施形態ではローラ対210をFRR分離方式で構成している。すなわち、ローラ対210は、用紙をマシン内部に搬送する上側の給送ローラ220と、この給送ローラ220と逆方向にトルクリミッタを介して駆動軸により駆動力を与えられる下側の分離ローラ230で構成されている。
In this embodiment, the
分離ローラ230は給送ローラ220に向けてバネ等の付勢手段で付勢されている。なお、前記給紙ローラ60は、給送ローラ220の駆動力をクラッチ手段を介して伝達することで図1Aで左回転するようになっている。
The separating
レジストローラ対250に突き当てられて先端部に弛みが形成された用紙Pは、中間転写ベルト16上に形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせ、二次転写ローラ20と駆動ローラ18との二次転写ニップ(図1Bでは転写ニップN)に送り出される。そして、送り出された用紙Pは、二次転写ニップにおいて印加されたバイアスによって、中間転写ベルト16上に形成されたトナー像が所望の転写位置に高精度に静電的に転写されるようになっている。
The paper P, which has been bumped against the
転写後搬送路33は、二次転写ローラ20と駆動ローラ18の二次転写ニップの上方に配設されている。定着装置300は、転写後搬送路33の上端近傍に設置されている。
The post-transfer conveying
定着装置300は、加熱装置を内包する定着ベルト310と、この定着ベルト310に対して所定の圧力で当接しながら回転する加圧部材としての加圧ローラ320を備えている。定着装置300は後述する図2A~図2Cのように複数の構成が可能である。
The fixing
定着後搬送路35は、定着装置300の上方に配設され、定着後搬送路35の上端で、排紙路36と反転搬送路41に分岐している。この分岐部に切り替え部材42が配置され、切り替え部材42はその揺動軸42aを軸として揺動するようになっている。また排紙路36の開口端近傍には排紙ローラ対37が配設されている。
The
反転搬送路41は、分岐部と反対側の他端で給紙路32に合流している。そして、反転搬送路41の途中には、反転搬送ローラ対43が配設されている。排紙トレイ44は、画像形成装置100の上部に、画像形成装置100の内側方向に凹形状を形成して、設置されている。
The
粉体収容器10(例えばトナー収容器)は、転写装置15と用紙給送装置200の間に配置されている。そして、粉体収容器10は、画像形成装置100の本体に対して着脱自在に装着されている。
A powder container 10 (for example, a toner container) is arranged between the
本実施形態の画像形成装置100は、転写紙搬送の関係により、給紙ローラ60から二次転写ローラ20までの所定の距離が必要である。そして、この距離に生じたデッドスペースに粉体収容器10を設置し、レーザプリンタ全体の小型化を図っている。
The
転写カバー8は、用紙給送装置200の上部で、用紙給送装置200の引出方向正面に設置されている。そして、この転写カバー8を開くことで、画像形成装置100の内部を点検可能にしている。転写カバー8には、手差し給紙用の手差し給紙ローラ45、及び手差し給紙用の手差しトレイ46が設置されている。
The
(レーザプリンタの作動)
次に、本実施形態に係るレーザプリンタの基本的動作について図1Aを参照して以下に説明する。最初に、片面印刷を行う場合の動作を説明する。
(laser printer operation)
Next, the basic operation of the laser printer according to this embodiment will be described below with reference to FIG. 1A. First, the operation for single-sided printing will be described.
給紙ローラ60は、図1Aに示すように、画像形成装置100の制御部からの給紙信号によって回転する。そして、給紙ローラ60は、用紙給送装置200に積載された束状用紙Pの最上位の用紙のみを分離し、給紙路32へ送り出す。
The
給紙ローラ60およびローラ対210によって送り出された用紙Pは、その先端がレジストローラ対250のニップに到達すると、弛みを形成し、その状態で待機する。そして、中間転写ベルト16上に形成されたトナー画像をこの用紙Pに転写する最適なタイミング(同期)を図ると共に、用紙Pの先端スキューを補正する。
When the leading edge of the paper P sent out by the
手差しによる給紙の場合は、手差しトレイ46に積載された束状用紙が、最上位の用紙から一枚ずつ手差し給紙ローラ45によって反転搬送路41の一部を通り、レジストローラ対250のニップまで搬送される。以後の動作は用紙給送装置200からの給紙と同一である。
In the case of manual paper feeding, the stack of paper stacked on the
ここで、作像動作については、1つのプロセスユニット1Kを説明し、他のプロセスユニット1Y、1M、1Cについてのその説明を省略する。まず、帯電装置4Kは、像担持体2Kの表面を高電位に均一に帯電する。そして、露光器7は、画像データに基づいたレーザ光Lを像担持体2Kの表面に照射する。
Here, as for the image forming operation, one
レーザ光Lが照射された像担持体2Kの表面は、照射された部分の電位が低下して、静電潜像を形成する。現像装置5Kは、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、トナーボトル6Kから供給された未使用のブラックトナーを、現像剤担持体を介して、静電潜像が形成された像担持体2Kの表面部分に転移させる。
On the surface of the
トナーが転移した像担持体2Kは、その表面にブラックトナー画像を形成(現像)する。そして、像担持体2K上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト16に転写する。
The
ドラムクリーニング装置3Kは、中間転写行程を経た後の像担持体2Kの表面に付着している残留トナーを除去する。除去された残留トナーは、廃トナー搬送手段によって、プロセスユニット1K内にある廃トナー収容部へ送られ回収される。また、除電装置は、クリーニング装置3Kによって残留トナーが除去された像担持体2Kの残留電荷を除電する。
The
各色のプロセスユニット1Y、1M、1Cにおいても、同様にして像担持体2Y、2M、2C上にトナー画像を形成し、各色トナー画像が重なり合うように中間転写ベルト16に転写する。
In the
各色トナー画像が重なり合うように転写された中間転写ベルト16は、二次転写ローラ20と駆動ローラ18の二次転写ニップまで走行する。一方、レジストローラ対250は、それに突き当てられた用紙を所定のタイミングで挟み込んで回転し、中間転写ベルト16上に重畳転写して形成されたトナー像が好適に転写されるタイミングに合わせて、二次転写ローラ20の二次転写ニップまで搬送する。このようにして、中間転写ベルト16上のトナー画像をレジストローラ対250によって送り出された用紙Pに転写する。
The
トナー画像が転写された用紙Pは、転写後搬送路33を通って定着装置300へと搬送される。そして、定着装置300に搬送された用紙Pは、定着ベルト310と加圧ローラ320によって挟まれ、加熱・加圧することで未定着トナー画像が用紙Pに定着される。トナー画像が定着された用紙Pは、定着装置300から定着後搬送路35へ送り出される。
The paper P onto which the toner image has been transferred is transported to the
切り替え部材42は、定着装置300から用紙Pが送り出されたタイミングでは、図1Aの実線で示すように定着後搬送路35の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置300から送り出された用紙Pは、定着後搬送路35を経由して排紙路36へ送り出される。排紙ローラ対37は、排紙路36へ送り出された用紙Pを挟み込み、回転駆動することで排紙トレイ44に排出することで片面印刷を終了する。
The switching
次に、両面印刷を行う場合について説明する。片面印刷の場合と同様に、定着装置300は用紙Pを排紙路36へ送り出す。そして、両面印刷を行う場合、排紙ローラ対37は、回転駆動によって用紙Pの一部を画像形成装置100外に搬送する。
Next, the case of double-sided printing will be described. As in the case of single-sided printing, the fixing
そして、用紙Pの後端が、排紙路36を通過すると、切り替え部材42は、図1Aの点線で示すように揺動軸42aを軸として揺動し、定着後搬送路35の上端を閉鎖する。この定着後搬送路35の上端の閉鎖とほぼ同時に、排紙ローラ対37は、用紙Pを画像形成装置100外へ搬送する方向と逆の方向に回転し、反転搬送路41へ用紙Pを送り出す。
Then, when the trailing edge of the paper P passes through the
反転搬送路41へ送り出された用紙Pは、反転搬送ローラ対43を経て、レジストローラ対250に至る。そして、レジストローラ対250は、中間転写ベルト16上に形成されたトナー画像を用紙Pのトナー画像未転写面に転写する最適なタイミング(同期)を図り、用紙Pを二次転写ニップへ送り出す。
The sheet P sent out to the
そして、二次転写ローラ20と駆動ローラ18は、用紙Pが二次転写ニップを通過する際に用紙Pのトナー画像未転写面(裏面)にトナー画像を転写する。そして、トナー画像が転写された用紙Pは、転写後搬送路33を通って定着装置300へと搬送される。
Then, the
定着装置300は、定着ベルト310と加圧ローラ320によって、搬送された用紙Pを挟み、加熱・加圧することで未定着トナー画像を用紙Pの裏面に定着する。このようにして、表裏両面にトナー画像が定着された用紙Pは、定着装置300から定着後搬送路35へ送り出される。
The fixing
切り替え部材42は、定着装置300から用紙Pが送り出されたタイミングでは、図1Aの実線で示すように定着後搬送路35の上端近傍を開放している位置にある。そして、定着装置300から送り出された用紙Pは、定着搬送路を経由して排紙路36へ送り出される。排紙ローラ対37は、排紙路36へ送り出された用紙Pを挟み、回転駆動し排紙トレイ44に排出することで両面印刷を終了する。
The switching
中間転写ベルト16上のトナー画像を用紙Pに転写した後、中間転写ベルト16上には残留トナーが付着している。ベルトクリーニング装置21は、この残留トナーを中間転写ベルト16から除去する。また、中間転写ベルト16から除去されたトナーは、廃トナー搬送手段によって、粉体収容器10へと搬送され、粉体収容器10内に回収される。
After the toner image on the
(定着装置)
次に、本発明の実施形態に係る加熱装置と第1~第3の定着装置300について、以下さらに説明する。本実施形態の加熱装置は、定着装置300の定着ベルト310を加熱するためのものである。
(fixing device)
Next, the heating device and the first to
第1の定着装置は図2Aに示すように、低熱容量の薄肉の定着ベルト310と加圧ローラ320で構成されている。定着ベルト310は、例えば外径が25mmで厚みが40~80μmのポリイミド(PI)製の筒状基体を有している。
The first fixing device, as shown in FIG. 2A, is composed of a
定着ベルト310の最表層には、耐久性を高めて離型性を確保するために、PFAやPTFE等のフッ素系樹脂による厚みが5~50μmの離型層が形成される。基体と離型層の間に厚さ50~500μmのゴム等からなる弾性層を設けてもよい。
As the outermost layer of the fixing
また、定着ベルト310の基体はポリイミドに限らず、PEEKなどの耐熱性樹脂やニッケル(Ni)、SUSなどの金属基体であってもよい。定着ベルト310の内周面に摺動層としてポリイミドやPTFEなどをコートしてもよい。
Further, the substrate of the fixing
加圧ローラ320は、例えば外径が25mmであり、中実の鉄製芯金321と、この芯金321の表面に形成された弾性層322と、弾性層322の外側に形成された離型層323とで構成されている。弾性層322はシリコーンゴムで形成されており、厚みは例えば3.5~4.0mmである。
The
弾性層322の表面は離型性を高めるために、厚みが例えば20~40μm程度のフッ素樹脂層による離型層323を形成するのが望ましい。定着ベルト310に対して加圧ローラ320が付勢手段により圧接している。
In order to enhance the releasability of the
定着ベルト310の内側に、ステー330及びヒータフォルダ340が軸線方向に配設されている。ステー330は金属製のチャンネル材で構成され、その両端部分が加熱装置の両側板に支持されている。ステー330は加圧ローラ320の押圧力を確実に受けとめて定着ニップSNを安定的に形成する。
A
ヒータフォルダ340は加熱装置のヒータ基材350を保持するためのもので、ステー330によって支持されている。ヒータフォルダ340をステー330によって支持することで、加圧ローラ320の押圧力をステー330で受けとめ、定着ニップSNを安定的に形成する。
The
ヒータフォルダ340の形状は、基材350の高温部との接触を回避するために、基材350の短手方向両端部付近の各2箇所のみを支持する形状にしている。これにより、ヒータフォルダ340へ流れる熱量をさらに低減して効率的に定着ベルト310を加熱することができる。
The shape of the
ただし、基材350の定着ベルト310との摺動面とは反対側の温度上昇を抑制する必要がある場合は、基材350の摺動面とは反対側を敢えてヒータフォルダ340に接触させる。これによりヒータフォルダ340へ流れる熱量を増やし、基材350の摺動面とは反対側の温度上昇を抑制する。
However, if it is necessary to suppress the temperature rise on the side of the
(加熱装置)
加熱装置は抵抗発熱体で構成された加熱体としての発熱部材360を有する。この発熱部材360は図3Aに示すように、凹凸部351を有する細長の金属製薄板部材を絶縁材料で被覆した基材350の上に形成されている。
(heating device)
The heating device has a heat-generating
基材350の材料としては低コストなアルミやステンレスなどが好ましい。基材350は金属製に限定されたものではなく、LCP(液晶樹脂)などの耐熱性樹脂で構成することも可能である。
Low-cost aluminum, stainless steel, or the like is preferable as the material of the
金属材料や樹脂材料による基材350は凹凸部351を容易成形可能であり、後述するように凹凸部351による摩擦低減により、或いはそれに加えて凹凸部351に潤滑剤を安定保持することにより、定着ベルト310の回転トルク上昇と摩耗を抑え、寿命を延ばすことが可能となる。
The
加熱装置の均熱性を向上し画像品位を高めるため、基材350を銅、グラファイト、グラフェンなどの高熱伝導率の材料で構成してもよい。これら高熱伝導率の材料を使用すると、加熱装置全体の温度を均一化して画像品位を高められ、また小サイズ紙の連続通紙時における発熱部材360の非通紙部(端部)温度上昇を抑制することができる。本実施形態では、短手幅8mm、長手幅270mm、厚さ1.0mm(より好ましくは0.2~0.5mm)のステンレス基材を使用している。
In order to improve the heat uniformity of the heating device and improve the image quality, the
図3Aの発熱部材360は、詳しくは基材350の長手方向に平行二列で直列線状に形成されている。二列の発熱部材360の一端部は、基材350の一端側で長手方向に形成された小抵抗値の給電線369a、369cを介して、給電用の電極360c、360dにそれぞれ接続されている。この電極360c、360dは交流電源を含む電力供給手段に接続される。
Specifically, the heat-generating
発熱部材360の他端部は、基材350の他端側で短手方向に形成された小抵抗値の給電線369bを介して、基材350の長手方向反対側に向けて折り返す形で接続されている。発熱部材360、電極360c、360dおよび給電線369a~369cは、スクリーン印刷によって所定の線幅・厚みで形成されている。
The other end of the heat-generating
発熱部材360の材料は、銀(Ag)もしくは銀パラジウム(AgPd)やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により塗工し、その後の焼成によって形成することができる。発熱部材360の抵抗値は例えば常温で10Ωとすることができる。発熱部材360の抵抗材料はこの他に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO2)などを使用することもできる。
The material of the heat-generating
発熱部材360と給電線369a~369cの表面は、薄いオーバーコート層ないし絶縁層370で覆われている。当該絶縁層370によって、定着ベルト310の摺動性が確保されると共に、定着ベルト310と発熱部材360、給電線369a~369cとの間の絶縁性が確保される。
A thin overcoat layer or insulating
この絶縁層370の材料は、例えば厚さ75μmの耐熱性ガラスを用いることができる。発熱部材360は絶縁層370側に接触する定着ベルト310を伝熱により加熱してその温度を上昇させ、定着ニップSNに搬送される用紙Pの未定着画像を加熱して定着する。
As the material of the insulating
(ヒータ基材の凹凸部の構成)
前記凹凸部351は、ヒータ基材350の片側すなわちニップ入口側の表面に形成されている。この凹凸部351は、図4Aに示すように細かいリブ状の凸部351aと凹部351bを基材350の表面長手方向(図4Aの左右方向、定着ベルト310の回転方向と直交方向)に規則的に等間隔で繰り返し形成したものである。これにより、基材350ないし発熱部材360と定着ベルト310との接触面積が回転方向と直交方向で均等に小さくなるので、定着ベルト310の回転トルクが当該直交方向で均等に小さくなり、安定した回転が可能になる。
(Structure of Concavo-convex Portion of Heater Base Material)
The
凸部351aと凹部351bは、用紙Pのニップ入口側で搬送方向に一定の長さを有する。凸部351aと凹部351bの幅ないし高さは、定着ベルト310を安定的に支持可能な大きさに適宜設定することができる。
The
凹部351bには耐熱性グリースなどの潤滑剤Gが収容されている。当該潤滑剤Gの一部は凸部351aの表面を覆い、基材350と定着ベルト310との間にほぼ均一厚さの薄い潤滑剤層を形成している。当該潤滑剤層によって定着ベルト310の回転トルクがより低減され、経時に渡って安定した走行が可能となる。
Lubricant G such as heat-resistant grease is accommodated in
凹凸部351の凸部351aと凹部351bは、図4Bに示すように基材350の表面長手方向と平行に形成してもよい。これにより定着ベルト310の幅方向の温度ムラやそれによる光沢ムラを抑制することができると共に、定着ベルト310の回転に伴う潤滑剤Gの流出を抑制して潤滑剤G保持力をさらに高め、定着ベルト310の回転トルクをより低減し安定化することができる。
The
(PTC素子を使用した発熱部材)
前記発熱部材360は、図3B(a)(b)のように線幅を細くして蛇行状に形成した面状発熱体としての複数(図示例では6個)のPTC素子361~366を電気的に並列接続したもので構成することもできる。この場合、発熱部材360の総抵抗値を10Ωとすると、各PTC素子361~366の抵抗値は60Ωと大きくなる。
(Heat generating member using PTC element)
The
この大きな抵抗値を稼ぐために、PTC素子361~366の線幅をできるだけ細くかつ薄厚にして蛇行回数を増やす。この際、PTC素子361~366の線幅・厚みにバラツキがあると発熱量のムラが出るので、当該バラツキが出ないように注意する。
In order to obtain this large resistance value, the line width of the
PTC素子は、正の抵抗温度係数(TCR=Temperature Coefficient of Resistance)を有する材料で構成され、温度Tが上昇すると抵抗値が上昇(電流Iが低下してヒータ出力が低下)する特徴がある。抵抗温度係数は、例えば300~1500PPM(parts per million)とすることができる。当該抵抗温度係数は電力制御部のメモリ(不揮発性メモリ)に格納することができる。 The PTC element is made of a material having a positive temperature coefficient of resistance (TCR), and is characterized by an increase in resistance (current I decreases and heater output decreases) as temperature T rises. The temperature coefficient of resistance can be, for example, 300 to 1500 PPM (parts per million). The temperature coefficient of resistance can be stored in the memory (non-volatile memory) of the power controller.
図3BのPTC素子361~366は、基材350の長手方向で直線状かつ等間隔に配置されている。各PTC素子361~366の短手方向両側には小抵抗値の給電線360a、360bが直線状に互いに平行に配設され、この給電線360a、360bに各PTC素子361~366の両端が接続されている。そして給電線360a、360bの各一端部に形成された電極360c、360dに、交流電源(AC100V)を含む電力供給手段(パワーパック)が接続される。
The PTC elements 361 - 366 of FIG. 3B are arranged linearly and equally spaced in the longitudinal direction of the
基材350は金属製(ステンレス製)の基材本体350aと、その上下に配置された絶縁ガラス350bと、絶縁ガラス350bの上下に配置された絶縁保護層350cで構成されている。PTC素子361~366と給電線360a、360bは、絶縁保護層350cで覆われている。
The
この絶縁保護層350cも例えば厚さ75μmの耐熱性ガラスで構成することができる。絶縁保護層350cによってPTC素子361~366と給電線360a、360bを絶縁・保護すると共に、定着ベルト310との摺動性を維持する。
This insulating
PTC素子361~366は、例えば、銀パラジウム(AgPd)やガラス粉末などを調合したペーストをスクリーン印刷等により基材350に塗工し、その後、当該基材350を焼成することによって形成することができる。本実施形態では各PTC素子361~366の抵抗値を常温で60Ωとした(総抵抗値は10Ω)。
The
PTC素子361~366の材料は、前述したもの以外に、銀合金(AgPt)や酸化ルテニウム(RuO2)の抵抗材料を用いてもよい。給電線360a、360bや電極360c、360dの材料は、銀(Ag)もしくは銀パラジウム(AgPd)をスクリーン印刷等で形成することができる。
As the material of the
PTC素子361~366の絶縁保護層350c側が定着ベルト310と接触して加熱し、伝熱により定着ベルト310の温度を上昇させ、定着ニップSNに搬送される未定着画像を加熱して定着する。
The insulating
PTC素子361~366を使用することで、小サイズ通紙などで非通紙領域のPTC素子の温度が上昇した際に、抵抗発熱体の温度抵抗依存性により当該PTC素子の発熱量が低下し、温度上昇を抑制することができる。この特徴により、例えばPTC素子361~366の全幅よりも狭い紙(例えばPTC素子362~365の幅内)を印刷した場合、紙幅より外側のPTC素子361、366は紙に熱を奪われないため温度が上昇する。するとそれらPTC素子361、366の抵抗値が上昇する。
By using the
PTC素子361~366にかかる電圧は一定なので、用紙幅より外側のPTC素子361、366の出力が相対的に低下し、端部温度上昇が抑制される。PTC素子361~366を電気的に直列に接続した場合、連続印刷において紙幅よりも外側の抵抗発熱体の温度上昇を抑制するには、印刷スピードを低下させる以外に方法がない。PTC素子361~366を電気的に並列接続することで、印刷スピードを維持したまま非通紙部温度上昇を抑制することができる。
Since the voltage applied to the
PTC素子361~366は図3B(a)に示すように端部同士が長手方向で互いにオーバーラップしている。これにより長手方向の温度ムラ発生を抑制することができる。このようなオーバーラップは、図3B(a)のようにPTC素子361~366の端部を斜めにする他に、端部同士を階段状に突き合わせることでも可能である。
The ends of the
また電極360c、360dはPTC素子361~368の両端に配置する他、図3A(a)のようにPTC素子361~368の片側に配置することも可能である。このように電極360c、360dを片側配置にすることで長手方向の省スペース化を図ることができる。
The
なお、図3B(a)のL1:定着ベルト310の幅、L2:発熱体パターンの幅、L3:最大通紙幅は、L3<L2<L1の大小関係である。また、両端のPTC素子361、366の折り返し部の配線幅w2は、温度センサによる早期過熱検知のために蛇行部の配線幅w1よりも幅狭に形成されている。
In FIG. 3B(a), L1: the width of the fixing
(定着装置の他の実施形態)
定着装置300は図2Aの第1の定着装置に限定されない。以下、図2B~図2Cを参照して第2、第3の定着装置について説明する。第2の定着装置は、図2Bに示すように、加圧ローラ320と反対側に押圧ローラ390を有し、当該押圧ローラ390と加熱装置との間で定着ベルト310を挟んで加熱する。
(Another Embodiment of Fixing Device)
The fixing
定着ベルト310の内側に前述した加熱装置が配設されている。ステー330の片側に補助ステー331が取り付けられ、反対側にニップ形成部材332が取り付けられている。
The above-described heating device is arranged inside the fixing
加熱装置はこの補助ステー331に保持されている。ニップ形成部材332は定着ベルト310を介して加圧ローラ320と当接して定着ニップSNを形成している。
The heating device is held by this
第3の定着装置は、図2Cに示すように、加熱ニップHNと定着ニップSNに分けて構成している。すなわち、加圧ローラ320の定着ベルト310とは反対側に、ニップ形成部材332と、金属製のチャンネル材で構成されたステー333を配置し、これらニップ形成部材332とステー333を内包するように加圧ベルト334を周回可能に配設している。
The third fixing device, as shown in FIG. 2C, is divided into a heating nip HN and a fixing nip SN. That is, a
そして当該加圧ベルト334と加圧ローラ320との間の定着ニップSNに用紙Pを通紙して加熱・定着する。その他は図2Aの第1の定着装置と同じである。
Then, the paper P is passed through the fixing nip SN between the
図2A~図2Cにおいて、定着ニップSNに向けて矢印方向から用紙Pを通紙すると、定着ベルト310と加圧ローラ320との間(図2Cは加圧ローラ320と加圧ベルト334との間)で用紙Pが加熱されてトナー像が用紙Pに定着される。この際、定着ベルト310は発熱部材360の絶縁層370(又は絶縁保護層350c)と摺動しつつ発熱部材360からの熱で加熱される。
In FIGS. 2A to 2C, when the paper P is passed from the arrow direction toward the fixing nip SN, there is a gap between the fixing
発熱部材360の温度は温度検知手段としてのサーミスタで検知され、当該検知温度に応じて発熱部材360に供給する電力が加熱制御手段によって制御される。加熱制御手段はCPU,ROM,RAM,I/Oインターフェース等を包含するマイクロコンピュータで構成することができる。
The temperature of the
通紙時などでは前記検知温度とは別に通紙による抜熱分も考慮して追加電力を適切に投入する。これにより定着ベルト310の温度が所望の温度に制御される。
When paper is passed, additional electric power is appropriately applied in consideration of the heat removal due to the passage of paper, in addition to the detected temperature. Thereby, the temperature of the fixing
(ヒータ基材の入口側回転ガイド)
次に、図5により曲率部352を有する入口側回転ガイド353をヒータ基材350に一体的に設けた実施形態を説明する。従来の加熱装置のヒータ基材は一般に平面状の長方形で構成され、定着ベルト310のための入口側及び出口側の回転ガイドは、後述する図6のようにヒータフォルダ340に一体形成するのが普通であった(入口側回転ガイド340a、出口側回転ガイド340b)。この実施形態ではヒータ基材350の凹凸部351の上流側に、曲率部352を有する円弧状の入口側回転ガイド353を一体形成する。
(Inlet-side rotation guide for heater base material)
Next, an embodiment in which an entrance-
基材350は前述した金属材料又は耐熱性樹脂材料を用いることにより、プレス加工等で曲率を持った形状を簡易に形成することが可能である。図5のように入口側回転ガイド353を円弧状に形成することで、図6の回転ガイド340a、340bを有する加熱装置と同等の加熱性能や摺動性、および絶縁性を確保することができる。
By using the aforementioned metal material or heat-resistant resin material for the
加熱装置を定着装置300へ搭載するために、ヒータフォルダとして図6のヒータフォルダ340から回転ガイド340aを省略したものを使用する。回転ガイド340aに代わる曲率部352があるので、定着ベルト310の回転安定性が損なわれることはない。
In order to mount the heating device on the
ここで加熱装置を所定の目標温度に加熱制御した後のベルト表面温度の分布を図5中の温度グラフに示す。後述の図7と同様に、ベルト表面温度はベルト回転方向のニップ入口近傍をサーモビュアーで測定した。 Here, the temperature graph in FIG. 5 shows the distribution of the belt surface temperature after the heating device is heated and controlled to a predetermined target temperature. As in FIG. 7, which will be described later, the belt surface temperature was measured with a thermoviewer in the vicinity of the nip inlet in the belt rotation direction.
ヒータフォルダは従来の入口側回転ガイド340aが削除されているので、このヒータフォルダに図5の加熱装置を組み付けた場合、図7に示すような入口側回転ガイド340aによる局部的なベルト表面温度の低下が発生しなくなる。したがって、定着ベルト310と出口側回転ガイド340bとの接触があっても、その接触箇所で温度が特に低下することはない。
Since the conventional entrance-
ここで曲率部352の材質が金属の場合、加熱装置の長手方向に均熱効果を有する。定着ベルト310が定着ニップSN出口から曲率部352に戻ってくるまでの回転中に、出口側回転ガイド340bとの接触や気流等によって定着ベルト310の幅方向の温度ムラが生じたとしても、上述した均熱効果により当該温度ムラを効果的に解消できる。
Here, when the material of the
また基材350と曲率部352が互いに連続する金属のため、発熱部材360で生じた熱量が曲率部352へ効率的に伝熱し、この曲率部352に定着ベルト310が接触することにより定着ニップSN入口前で定着ベルト310が予備加熱され、定着装置300の定着性を向上させることが可能となる。
In addition, since the
基材350が金属材料で構成されていることにより、プレス加工等で簡易に曲率を持った形状に成形することが可能であること、加熱装置の長手方向に均熱効果を有すること等のメリットは前述したとおりである。
Since the
なお、曲率部352の定着ベルト回転方向上流側に、定着ベルト310内周側に温度ムラを生じない程度で凸となるリブ形状を設けても良い。当該リブ形状は、定着ベルト310の回転方向と平行にしたり、或いは直角にしたりすることで、定着ベルト310の回転安定性を向上することができる。
A convex rib shape may be provided on the upstream side of the
リブの具体的な形状、すなわち長手方向の幅や定着ベルト310の回転方向での接触距離は、定着ニップSN入口での定着ベルト310の温度ムラが発生しないように設定する。リブの下流側において定着ベルト310の内周面が曲率部352に対して確実に面接触することで、定着ベルト310の温度ムラを平滑化することができる。
The specific shape of the ribs, that is, the width in the longitudinal direction and the contact distance in the rotation direction of the fixing
基材350は成形性のよい金属材料が望ましいが、耐熱性且つ絶縁性の樹脂材料を用いることも可能である。樹脂材料には例えばポリイミド(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等を用いることにより耐熱性を確保することができる。
The
また、樹脂材料を用いると金属材料にした場合に必要な絶縁層が不要になることや、金属に比べて成型性がさらによく、形状の自由度が高くなる等のメリットがある。この場合、図6の回転ガイド340aのような形状を有すると長手方向の部分的な温度ムラの原因となるため、曲率部352は凹凸なく連続する面形状とすることが望ましい。
In addition, the use of a resin material has the advantage of eliminating the need for an insulating layer, which is required in the case of using a metal material, and that it has better moldability than a metal material, resulting in a higher degree of freedom in shape. In this case, if it has a shape like the
曲率部352の幅は、作像可能な通紙媒体の最大幅以上であることが望ましい。通常、定着ベルト310の幅は作像可能な通紙媒体の最大幅以上に構成されている。
It is desirable that the width of the
曲率部352を定着ベルト310のニップ入口側(且つ)内周方向に設けた場合、曲率部352が定着ベルト310内周をガイドすることになる。この場合、曲率部352の幅を通紙媒体の最大幅以下で構成すると、曲率部352の幅方向端部が定着ベルト310の内周と接触する。そうすると、通紙媒体が通紙に伴い接触方向で定着ベルト310を加圧することで、曲率部352の幅方向端部で定着ベルト310の内周にキズができたり、経時的に定着ベルト310が破損したりする恐れがある。
When the
定着ベルト310の幅方向両端部に定着ベルト310を回転可能に保持するフランジ部材を備える構成も考えられるが、当該フランジ部材が曲率部352と接触すると、フランジ部材に定着ニップSNの熱が伝熱して省エネ性が低下したり、フランジ部材が高熱になることで熱変形したりする恐れがある。このため当該フランジ部材を備えた構成ではフランジ部材を曲率部352に接触させない構成が望ましい。
A configuration is also conceivable in which flange members that rotatably hold the fixing
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば前記実施形態では凹凸部351をリブ状の凸部351aと凹部351bで構成したが、当該凹凸部351はその他に半球状の細かい凸部を散点状又はマトリックス状に配置することで構成してもよい。また前記実施形態の抵抗発熱体はPTC素子のほかセラミックヒータなど他の抵抗発熱体も使用可能である。またPTC素子の数は6個未満または7個以上としてもよい。さらにPTC素子を基材350の短手方向に複数列で配置する構成も可能である。
Although the present invention has been described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified within the scope of the technical idea described in the claims. . For example, in the above-described embodiment, the
HN:加熱ニップ N:転写ニップ
SN:定着ニップ L:レーザ光
P:用紙 TM:転写手段
G:潤滑剤 P:用紙
1K,1Y,1M,1C:プロセスユニット 2K,2Y,2M,2C:像担持体
3K,3Y,3M,3C:ドラムクリーニング装置 4K,4Y,4M,4C:帯電装置
5K,5Y,5M,5C:現像装置(作像部) 6K,6Y,6M,6C:トナーボトル
7:露光器 7a:ミラー
8:転写カバー 10:粉体収容器
15:転写装置 16:中間転写ベルト
17:従動ローラ 18:駆動ローラ
19K,19Y,19M,19C:一次転写ローラ 20:二次転写ローラ
21:ベルトクリーニング装置 31:レジストセンサ
32:給紙路 33:転写後搬送路
35:定着後搬送路 36:排紙路
37:排紙ローラ対 41:反転搬送路
42:切り替え部材 42a:揺動軸
43:反転搬送ローラ対 44:排紙トレイ
45:給紙ローラ 46:トレイ
60:給紙ローラ 100:画像形成装置
200:用紙給送装置 210:ローラ対
220:給送ローラ 230:分離ローラ
240:搬送ローラ 250:レジストローラ対
300:定着装置 310:定着ベルト
320:加圧ローラ 321:鉄製芯金
322:弾性層 323:離型層
330,333:ステー 331:補助ステー
332:ニップ形成部材 334:加圧ベルト
340:ヒータフォルダ 340a,340b:回転ガイド
350:ヒータ基材 350a:基材本体
350b:絶縁ガラス 350c:絶縁保護層
351:凹凸部 351a:凸部
351b:凹部 352:曲率部
353:入口側回転ガイド 360:発熱部材
360a,360b:給電線 360c,360d:電極
361~366:PTC素子 369a~369c:給電線
370:絶縁層 390:押圧ローラ
HN: Heating nip N: Transfer nip SN: Fixing nip L: Laser light P: Paper TM: Transfer means G: Lubricant P: Paper
1K, 1Y, 1M, 1C:
3K, 3Y, 3M, 3C:
5K, 5Y, 5M, 5C: Developing device (image forming unit) 6K, 6Y, 6M, 6C: Toner bottle 7:
19K, 19Y, 19M, 19C: primary transfer roller 20: secondary transfer roller 21: belt cleaning device 31: registration sensor 32: paper feed path 33: post-transfer transport path 35: post-fixing transport path 36: paper discharge path 37: Discharge roller pair 41: Reverse transport path 42: Switching
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