JP2007102010A - Heat fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、第一と第二の定着部材で形成されるニップで画像を担持した記録材を挟持搬送させて加熱する加熱定着装置に関するものである。 The present invention relates to a heating and fixing apparatus that heats a recording material that carries an image in a nip formed by first and second fixing members.
さらに詳しくは、電子写真、静電記録、磁気記録等の適時の画像形成プロセス手段により記録材(紙、印刷紙、転写材シート、OHTシート、光沢紙、光沢フィルム等)に形成された画像情報に対応した未定着トナー画像を記録材面上に加熱定着処理する加熱定着装置に関するものである。 More specifically, image information formed on a recording material (paper, printing paper, transfer material sheet, OHT sheet, glossy paper, glossy film, etc.) by timely image forming process means such as electrophotography, electrostatic recording, and magnetic recording. The present invention relates to a heat fixing apparatus that heat-fixes an unfixed toner image corresponding to the above on a recording material surface.
特には、カラー画像形成装置において使用するに好適な、低コストで、定着器の立ち上がり時間(いわゆるウォームアップタイム)の短い、薄肉スリーブを用いたオンデマンド定着装置に関するものである。 In particular, the present invention relates to an on-demand fixing device using a thin sleeve, which is suitable for use in a color image forming apparatus, is low-cost and has a short fixing device rise time (so-called warm-up time).
近年、プリンタや複写機等の画像形成装置におけるカラー化が進んできている。このようなカラー画像形成装置に使用される定着装置としては、定着部材に弾性層を有する熱ローラ定着が良く知られている。このような弾性層を有する定着ローラを使用する定着装置の一例を図16に示す。 In recent years, colorization has progressed in image forming apparatuses such as printers and copiers. As a fixing device used in such a color image forming apparatus, heat roller fixing having an elastic layer on a fixing member is well known. An example of a fixing device using such a fixing roller having an elastic layer is shown in FIG.
この定着装置では、矢印の方向に回転駆動され、所定の定着温度に調整された定着ローラ1601及び加圧ローラ1602からなる二本の加熱ローラの当接ニップ部(定着ニップ)Nで未定着トナー画像tを載せた記録材Pが通過できるように構成されている。
In this fixing device, unfixed toner is rotated at a contact nip portion (fixing nip) N of two heating rollers, which is composed of a
未定着トナー画像tはニップ部Nを通過する際に、定着ローラ1601および加圧ローラ1602により加熱、加圧されて、記録材P上に完成画像(永久固着画像)として定着される。
When the unfixed toner image t passes through the nip portion N, it is heated and pressed by the
各々のローラ1601、1602は、中央にハロゲンヒータHを備えており、該ヒータHから発生する輻射エネルギーを各ローラ内側のアルミ芯金1601a、1602aで吸収して加熱される。各々のローラ1601、1602の表面にはサーミスタ1603、1604を弾性的に接触させて配設してあり、該サーミスタ1603、1604により検知した温度に基づいて各々のローラ1601、1602のハロゲンヒータHに対する給電が制御されて温度調整が行われている。
Each of the
各々のローラ1601、1602のアルミ芯金1601a、1602aの周りには厚さ2mmのシリコーンゴムからなる弾性層1601b、1602bが設けられており、さらにその外側の、各ローラの表面には、トナーや紙紛等が固着することを防ぐためにPFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルエーエテル共重合体/4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体/4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合樹脂)等の、離型性かつ耐熱性の良い樹脂によるコーティング層1601c、1602cが設けられている。
定着ニップ部Nにおいて、未定着トナーtが接する定着部材である定着ローラ1601側に弾性層1601bを設けている理由は、トナー画像表面をできるだけ均一に定着するためである。
The reason why the
定着ローラ1601側に弾性層1601bを設けることにより、トナー画像tが定着ニップ部Nを通過する際に、弾性層1601bがトナー層に沿って変形することで、画像上不均一に載っているトナーが、弾性層1601bによって包み込まれ、均一に熱を与えられることにより、均一な定着が達成される。
By providing the
このように均一に定着された画像は、光沢ムラがなく、特にOHT(オーバーヘッドプロジェクタ用透明シート)を定着した際に、画像の光透過性が優れるという特徴をもつ。 An image fixed uniformly in this way has no gloss unevenness, and has a feature that the light transmittance of the image is excellent particularly when an OHT (transparent sheet for overhead projector) is fixed.
しかし、このような弾性層を有する熱ローラ方式の定着装置においては、熱ローラ自体の熱容量が大きくなってしまい、定着ローラ1601をトナー画像定着に適した温度までに昇温させるまでに必要な時間(ウォームアップタイム)が長いという問題があった。また、定着部材のコストも高価なものとなっていた。
However, in a heat roller type fixing device having such an elastic layer, the heat capacity of the heat roller itself increases, and the time required to raise the temperature of the
一方、ウォームアップタイムが短く、安価な定着装置として、白黒プリンター等に使用されている、フィルム定着方式の定着装置が良く知られている。このようなフィルム定着装置の一例を図17に示す。 On the other hand, as a low-cost fixing device with a short warm-up time, a film fixing type fixing device used in a black and white printer or the like is well known. An example of such a film fixing device is shown in FIG.
この定着装置では、支持部材1715に固定支持させたヒータ1712と弾性加圧ローラ1714との間に薄肉の定着フィルム1711をはさませて定着ニップ部Nを形成させ、定着フィルム1711をヒータ1712の面に摺動移動させ、固定支持させ、定着ニップ部の定着フィルム1711と加圧ローラ1714の間でトナー画像tを担持した記録材Pを挟持搬送して定着フィルム1711を介したヒータ1712からの熱により記録材上のトナー画像を加熱する構成である。記録材P上の未定着トナー画像tは、定着ニップ部Nを通過する際に、熱と圧力を受け、記録材P上に完成定着画像(永久固着画像)として定着される。
In this fixing device, a
定着フィルム1711は、例えば厚さ50μm程度の耐熱樹脂製のエンドレスフィルムを用い、その表面に厚さ10μm程度の離型性層(フッ素樹脂コーティング層など)を形成したものであり、ヒータ1712はセラミック基板上に抵抗発熱体を形成したものである。ヒータ1712に温度検知手段1713が当接され、ヒータ1712の温度が検知され、不図示の制御手段によりヒータ1712の温度が所望の温度になるように温調制御される。
The
また、定着フィルム1711の熱容量を小さくするため、定着フィルム1711には弾性層を設けていない。
Further, in order to reduce the heat capacity of the
このような構成の定着装置では、定着フィルム1711の熱容量が非常に小さくなっているので、ヒータ1712に電力を投入した後、短時間で定着ニップ部Nをトナー画像の定着可能温度まで昇温させることが可能である。
In the fixing device having such a configuration, since the heat capacity of the
特に近年では省エネルギーの観点から、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりも速い方式として、熱容量の小さいフィルムを介して加熱するフィルム加熱方式の定着装置が注目されている。これらは熱容量を極力減らすことで、クイックスタート性、省エネルギー性を向上させるとともに制御性を向上させて高速、高画質のプリント要求に応える技術となっている。 Particularly in recent years, from the viewpoint of energy saving, a film heating type fixing device that heats through a film having a small heat capacity has attracted attention as a method of high heat transfer efficiency and quick start-up of the device. These are technologies that reduce the heat capacity as much as possible to improve quick start and energy savings and improve controllability to meet high-speed, high-quality print requirements.
しかし、このような弾性層を設けていない定着フィルム1711を使用しているフィルム定着装置をカラー画像形成装置の定着装置として使用すると、記録材P表面やトナー層の有無による凹凸やトナー自体の凹凸などに定着フィルム1711表面が追随できず、凸部と凹部で定着フィルムから加えられる熱に差ができてしまう。定着フィルムとよく接する凸部では定着フィルムからよく熱が伝わり、凹部では定着フィルムからの熱が凸部に比べて伝わりにくい。
However, when a film fixing device using the
カラー画像においては、複数色のトナー層を重ねて混色させ使用するので、トナー層の凹凸が白黒画像に比べて大きく、定着部材である定着フィルムに弾性層が無い場合、定着画像の光沢ムラが大きくなって画像品質を劣化させたり、記録材がOHTの場合は、定着画像を投影した際に透過性が悪かったりして、画像品質の低下があった。 In a color image, since a plurality of color toner layers are mixed and used, the unevenness of the toner layer is larger than that of a black and white image, and if the fixing film as a fixing member does not have an elastic layer, uneven glossiness of the fixed image may occur. When the recording material is OHT, the image quality deteriorates due to an increase in image quality, and the transparency is poor when a fixed image is projected, resulting in a decrease in image quality.
そこで、特許文献1に開示されているような、弾性層を有する定着ベルト(定着フィルム)をフィルム定着装置に使用することで、低コストなカラーオンデマンド定着装置を構成する定着装置が提案されている。
Accordingly, a fixing device that constitutes a low-cost color on-demand fixing device by using a fixing belt (fixing film) having an elastic layer as disclosed in
加熱手段であるヒータ5はセラミック等の耐熱性絶縁材からなるヒータ基板6上に発熱体8がパターン形成され、表面には耐熱性ガラスで保護されており、ヒータ基板6の裏面には温度検知素子7が配置され、定着器の温度制御をこの基板裏面の温度検知によって行う構成となっている。また、熱伝導率の高いALN等の基板をヒータ基板として用い、ヒータ面をフィルムと反対側にし、ヒータ基板側をフィルムに当接させるとともに、当接面にPIやPTFEといった高耐熱性樹脂をコーティングして潤滑部材としたものもある。
In the
図18はこのヒータ5の発熱体形成面の正面図であり、発熱体は1本の帯状に形成されている。発熱体8はその材質が銀パラジウム(Ag/Pd)、RuO2、Ta2N等の通電発熱体であり、ヒータ基板6の面上に形成された通電電極11からの通電により発熱する。
FIG. 18 is a front view of the heating element forming surface of the
また、定着フィルムは熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、巻く厚保を100μm以下、より好ましくは40μm以下20μm以上の耐熱性、離形性、耐久性を兼ねたPTFE、PFA、PPSの単層フィルムまたはポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、PEEK、PES等のフィルム面にPTFE、PFA,EEPを離形性層としてコーティングした複合層フィルム、またはNi、ステンレスといった金属層を基材としたものである。 In addition, the fixing film has a heat capacity of 100 μm or less, more preferably 40 μm or less and more than 20 μm, in order to reduce the heat capacity and improve the quick start property. PTFE, PFA, PPS having both heat resistance, releasability and durability Single layer film or composite layer film with polyamide, polyamideimide, polyimide, PEEK, PES, etc. film coated with PTFE, PFA, EEP as a release layer, or a metal layer such as Ni or stainless steel It is.
以上のような定着装置を用いたプリンター等の各種画像形成装置は、上述のとおり、加熱効率の高さや立ち上がりの速さにより待機中の予備加熱の不要化、予備加熱温度の低温度化、待ち時間の解消、コストなど多くの利点を有しており、白黒機はもとよりカラー機でも小型低速機への導入から始まり、今後、大型機や中速機への導入が期待されるようになっている。
しかしながら従来のような定着装置では、異常時の安全性を確保するために定着ニップとヒータの発熱位置を合わせる必要があった。従ってニップ周辺の構造を変更するのが困難であり、また、高画質を追求するために温度、圧力をそれぞれ高くする必要があった。しかしながら温度アップ、圧力アップは定着電力のアップ、モータのトルクアップすなわち消費電力のアップとなり、高画質、高速スループットで省エネルギーかつ安価な画像形成装置の提供を困難にしていた。 However, in the conventional fixing device, it is necessary to match the heat generation positions of the fixing nip and the heater in order to ensure safety in the event of an abnormality. Therefore, it is difficult to change the structure around the nip, and it is necessary to increase the temperature and pressure in order to pursue high image quality. However, increasing the temperature and increasing the pressure increase the fixing power and the torque of the motor, that is, increase the power consumption, making it difficult to provide an image forming apparatus that has high image quality, high-speed throughput, and is energy-saving and inexpensive.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、装置異常時の昇温箇所を制御して安全素子を高速に応答せしめるとともに過昇温を防止して安全性を確保することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to ensure safety by controlling a temperature rising point at the time of an apparatus abnormality to make a safety element respond at a high speed and preventing an excessive temperature rising. And
上述の課題を解決するための本発明は、発熱体が形成されたヒータ基板を有するヒータと、該ヒータを保持するヒータホルダと、該ヒータホルダの周りを内面が前記ヒータと接触しながら回転する耐熱性回転体とを有し、被加熱材を前記耐熱性回転体の前記ヒータ配置側と対向する面に密着させながら前記耐熱性回転体と共に加熱領域を通過させて、前記被加熱材上の未定着画像を永久固着する加熱定着装置において、前記ヒータの前記耐熱性回転体摺擦面とは反対面と前記ヒータホルダの間にヒータに直接接触し、ヒータに加わる荷重を受ける座面と、ヒータ座面より凹型に長手方向にわたってヒータの熱をヒータホルダに伝えないよう構成した空間層または断熱層を有し、空間層または断熱層が多い部分と、少ない部分を設けたことを特徴とする。 The present invention for solving the above-described problems is a heater having a heater substrate on which a heating element is formed, a heater holder that holds the heater, and heat resistance that rotates around the heater holder while an inner surface is in contact with the heater. An unfixed material on the material to be heated by passing the heating region together with the heat resistant rotating body while closely contacting the material to be heated to the surface of the heat resistant rotating body facing the heater arrangement side. In the heat fixing device for permanently fixing an image, a seat surface that directly contacts the heater between the surface opposite to the heat-resistant rotating body rubbing surface of the heater and the heater holder and receives a load applied to the heater, and a heater seat surface It has a space layer or heat insulation layer configured to prevent the heat of the heater from being transmitted to the heater holder in the longitudinal direction in a more concave shape, and is provided with a portion with more space layer or heat insulation layer and a portion with less space. To.
本発明によれば、通常プリント時のヒータ温度に影響を与えることなく異常時には、ヒータの故障に至るまでの時間を長くするとともに、温度保護素子の動作速度を早めることを可能とし、大電力のヒータや定着ニップ内での圧力分布等、高画質、高スループットの定着装置を、従来よりも安価に提供する事が可能となる。 According to the present invention, when an abnormality occurs without affecting the heater temperature during normal printing, it is possible to lengthen the time until failure of the heater and to increase the operating speed of the temperature protection element. It is possible to provide a fixing device with high image quality and high throughput, such as a pressure distribution in a heater and a fixing nip, at a lower cost than before.
(実施例1)
図1に第一の実施例を最もよく表す図を示す。本例では一例として、定着装置Fを、定着ベルト加熱方式、加圧用回転体駆動方式(テンションレスタイプ)の加熱装置として説明する。
Example 1
FIG. 1 shows the best representation of the first embodiment. In this example, as an example, the fixing device F will be described as a heating device of a fixing belt heating method and a pressurizing rotating body driving method (tensionless type).
1)装置Fの全体的構成
101は第一の定着部材としての定着ベルトであり、ベルト状部材に弾性層を設けてなる円筒状(エンドレスベルト状)の部材である。この定着ベルト101は後記3)項で詳述する。
1) Overall configuration of device F
102は第二の定着部材としての加圧ローラであり、102aの芯金部と102bのゴム部よりなる。103は横断面略半円弧状樋型の耐熱性・剛性を有するヒータホルダ、104は熱源としての定着ヒータであり、ヒータホルダ103の下面に該ホルダの長手に沿って配設してある。定着ベルト101はこのヒータホルダ103にルーズに外嵌させてある。定着ヒータ101は本実施例では後記2)項で詳述するようなセラミックヒータである。
ヒータホルダ103は、ヒータ104を保持するとともに定着加熱スリーブの回転保持を行う部材である。ヒータホルダは耐熱性と絶縁性を確保するとともに構造体としての強度も要求され、成形性も重要であることから、ガラス繊維にて補強したエンジニアリングプラスチック、例えば全芳香族系ポリエステル樹脂等からなるLCP材料が用いられる事が多い。本実施例においては、液晶ポリマーとして、デュポン社のゼナイト7755M(商品名)を使用している。ゼナイト7755Mの最大使用可能温度は、約270℃である。
The
加圧ローラ102は、ステンレス製の芯金102aに、射出成形により、厚み約3mmのシリコーンゴム層102bを形成し、その上に厚み約40μmのPFA樹脂チューブを被覆してなる。この加圧ローラ102は芯金の両端部を装置フレーム105の不図示の奥側と手前側の側板間に回転自由に軸受保持させて配設してある。この加圧ローラ102の上側に、前記のヒータ104・ヒータホルダ103・定着ベルト101等から成る加熱アセンブリをヒータ104側を下向きにして加圧ローラ102に並行に配置し、ヒータホルダ103の内部に設けた加圧ステー106と、加圧ステー両端に設けた加圧バネ107からなる加圧機構により片側98N(10kgf)、総圧196N(20kgf)の力で加圧ローラ102の軸線方向に附勢することで、定着ヒータ104の下向き面を定着ベルト101を介して加圧ローラ102の弾性層に該弾性層の弾性に抗して所定の押圧力をもって圧接させ、加熱定着に必要な所定幅の定着ニップ部Nを形成させてある。加圧機構は、圧解除ステー108と加圧解除カム109及びモータM2からなる圧解除機構を有し、ジャム処理時等に、モータM2を回転させ、加圧解除カム109を回転させ、加圧を解除し、転写材Pの除去が容易な構成となっている。
The
定着ベルト101と加圧ローラ102が加圧解除されているか、加圧されているか否かを検出するスイッチが110である。
A switch 110 detects whether the fixing
また、111は定着ヒータ104に接触するよう加圧ステー106とスリーブガイド103の内部に配設され、異常高温と成った場合に定着ヒータ104への給電を停止する温度保護素子である。
A temperature protection element 111 is disposed inside the pressure stay 106 and the
加圧ローラ102は駆動手段Mにより矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ102の回転駆動による該加圧ローラ102の外面と定着ベルト101との、定着ニップ部Nにおける圧接摩擦力により円筒状の定着ベルト101に回転力が作用して該定着ベルト101がその内面側が定着ヒータ104の下向き面に密着して摺動しながらヒータホルダ103の外回りを矢印の時計方向に従動回転状態になる。定着ベルト101内面にはグリスが塗布され、ヒータホルダ103と定着ベルト101内面との摺動性を確保している。
The
加圧ローラ102が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着ベルト101が従動回転状態になり、また定着ヒータ104に通電がなされ、該定着ヒータ104が昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Nの定着ベルト101と加圧ローラ102との間に未定着トナー像を担持した転写材Pが導入され、定着ニップ部Nにおいて転写材Pのトナー像担持面側が定着ベルト101の外面に密着して定着ベルト101と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この挟持搬送過程において、定着ヒータ104の熱が定着ベルト101を介して転写材Pに付与され、転写材P上の未定着トナー像が転写材P上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Nを通過した記録材Pは定着ベルト101から排出される。
The
2)定着ヒータ104
熱源としての定着ヒータ104は、本実施例では、酸化アルミ(アルミナ)または窒化アルミの基板上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な厚さの膜状に塗布することで抵抗発熱体を形成した上に耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータを使用している。
2)
In this embodiment, the fixing
この定着ヒータ104は、
1.通紙方向と直交する方向を長手とする横長のアルミナ基板または窒化アルミ基板a、
2.上記の基板aの表面側に長手に沿ってスクリーン印刷により線状あるいは帯状に塗工した、電流が流れることにより発熱する銀パラジウム(Ag/Pd)合金を含んだ導電ペーストの、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の抵抗発熱体層、
3.上記の抵抗発熱体層に対する給電パターンとして、同じくアルミナ基板aの表面側に銀ペーストのスクリーン印刷等によりパターン形成した、第1と第2の電極部及び延長電路部、
4.抵抗発熱体層と延長電路部の保護と絶縁性を確保するためにそれ等の上に形成した、定着ベルト101との摺擦に耐えることが可能な、厚み10μm程度の薄肉のガラスコートまたはポリイミドコート、
等からなる。
This fixing
1. A horizontally long alumina substrate or aluminum nitride substrate a having a direction perpendicular to the paper passing direction as a longitudinal direction;
2. A conductive paste containing a silver-palladium (Ag / Pd) alloy, which is coated in a linear or strip shape by screen printing along the length on the surface side of the substrate a, and which generates heat when current flows, has a thickness of about 10 μm, A resistance heating element layer having a width of about 1 to 5 mm,
3. As the power supply pattern for the resistance heating element layer, the first and second electrode portions and the extended electric circuit portion, which are similarly patterned by screen printing of silver paste on the surface side of the alumina substrate a,
Four. A thin glass coat or polyimide having a thickness of about 10 μm, which can withstand the rubbing with the fixing
Etc.
本実施例のヒータでは、ヒータ基板外周部以外の部分ではヒータとヒータホルダの間に空気層を挟む構成とし、ヒータにより発生した熱を極力ヒータホルダ側に伝えないよう構成することでより熱効率が高くできるようにしている。 In the heater of the present embodiment, an air layer is sandwiched between the heater and the heater holder in a portion other than the outer peripheral portion of the heater substrate, and the heat efficiency can be further improved by configuring so as not to transmit the heat generated by the heater to the heater holder side as much as possible. I am doing so.
さらにヒータ長手方向の端部通紙位置に相当するヒータパターン幅を中央部比で3%〜10%程度細く絞る端部絞り部を設けている。この理由は端部の抵抗を中央部よりも大きくすることにより定着器立ち上げ時の端部温度低下を防ぐためである。 Further, there is provided an end stop portion that narrows the heater pattern width corresponding to the end sheet passing position in the heater longitudinal direction by about 3% to 10% compared to the center portion. The reason for this is to prevent a temperature drop at the end when the fixing unit is started up by making the resistance at the end larger than that at the center.
3)定着ベルト101
定着ベルト101は、ポリイミド樹脂またはNi、ステンレス等の金属を、厚み50μmの円筒状に形成したエンドレスフィルム上に、弾性層としてシリコーンゴム層を、リングコート法により形成した上に、厚み30μm〜50μm程度のPFA樹脂チューブを被覆してなる。
3) Fixing
The fixing
シリコーンゴム層には、極力熱伝導率の高い材質を用い、定着ベルト101の熱容量を小さくすることが、温度立ち上げの観点からは望ましい。本実施例においては、熱伝導率が約4.19×10−3J/sec・cm・Kと、シリコーンゴムとしては、熱伝導率が高い部類に属する材質を用いた。
For the silicone rubber layer, it is desirable from the viewpoint of temperature rise to use a material having as high a thermal conductivity as possible and to reduce the heat capacity of the fixing
一方、OHT透過性や、画像上の微小なグロスむらといった、画質の観点からは、定着ベルト101のゴム層を極力厚くすることが望ましい。本発明者らの検討によれば、満足のいくレベルの画質を得るためには、200μm以上のゴム厚みが必要であることが分かっている。本実施例におけるシリコーンゴム層は、厚み250μmとした。
On the other hand, it is desirable to make the rubber layer of the fixing
さらに、定着ベルト101の表面にフッ素樹脂層を設けることで、表面の離型性を向上し、定着ベルト101の表面にトナーが一旦付着し、再度転写材Pに移動することで発生するオフセット現象を防止することができる。
Further, by providing a fluororesin layer on the surface of the fixing
また、定着ベルト101の表面のフッ素樹脂層を、PFAチューブとすることで、より簡便に、均一なフッ素樹脂層を形成することが可能となる。
Further, when the fluororesin layer on the surface of the fixing
図2に、従来のヒータ及びヒータホルダの断面図を示す。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a conventional heater and heater holder.
図2は、ヒータ周辺部のヒータホルダ、及びヒータの構成を示している。図2−1は、ヒータ面、定着スリーブ側よりヒータとヒータホルダを見たものである。ヒータパターンは透視図になっている。 FIG. 2 shows the structure of the heater holder and the heater around the heater. FIG. 2A is a view of the heater and the heater holder from the heater surface and the fixing sleeve side. The heater pattern is a perspective view.
図2において、1はヒータ基板、2はヒータ、3は断熱層または空間層、4はヒータホルダである。また、長手方向、ヒータの絞り位置(電極側)中心部をB、ヒータ発熱中心位置をC、ヒータの絞り位置(反電極側)の中心部をDとする。 In FIG. 2, 1 is a heater substrate, 2 is a heater, 3 is a heat insulation layer or space layer, and 4 is a heater holder. In the longitudinal direction, B is the center of the heater throttle position (electrode side), C is the heater heat generation center position, and D is the center of the heater throttle position (counter electrode side).
図2−a〜cは、A−A’の断面ではヒータとヒータホルダを見た断面図である。また、図3−a〜cは、B−B’の断面図である。温度上昇カーブを図4に示す。 2A to 2C are cross-sectional views of the heater and the heater holder in the cross section A-A '. 3A to 3C are cross-sectional views taken along line B-B '. A temperature rise curve is shown in FIG.
装置に電力を投入し、温度制御回路の故障により温度制御不能となった場合を考える。故障した状態ではヒータ2に連続して電力が投入され続ける危険性があるため、ヒータ2に直接接触しているヒータホルダ4の座面部分が軟化する。この場合の温度上昇カーブを図4に示す。図4においてa点がこの状態での温度である。また、a点の温度におけるヒータ2及びヒータホルダ4の位置関係を表したものが図2−a、図3−aである。ヒータ2はヒータ座面以外はヒータホルダ4に触れていない状態となっている。
Consider a case in which power is supplied to the device and temperature control becomes impossible due to a failure in the temperature control circuit. In the failed state, there is a risk that electric power is continuously supplied to the
ヒータ2は不図示である加圧ローラにより図4の上側から加圧されているため、ヒータホルダ4のヒータ座面が軟化することによりヒータ2がヒータホルダ4に埋没していく。また、ヒータ2の温度上昇に伴って抵抗値が上昇するため、ヒータ2への投入電力は低下していく。また、ヒータ2が高温になると、周囲との温度差から、放熱も増えていくため、ヒータ2の温度上昇カーブは立ち上がりは早く、時間とともに傾きが緩やかになっていく。
Since the
この状態の温度が、図4のb点である。b点の温度におけるヒータ2及びヒータホルダ4の位置関係を表したものが図2−b、図3−bである。ヒータ2は先程と同じくヒータ座面以外ではヒータホルダ4に触れていない状態となっている。
The temperature in this state is point b in FIG. FIGS. 2-b and 3-b show the positional relationship between the
ヒータ2の温度上昇の過程を説明する。ヒータ2に電力投入が続くと温度勾配は小さくなりながらも温度上昇を続けていく。ヒータ2の端部は通常時の温度分布を補正すべくヒータ抵抗値を大きくして、(ヒータパターンに絞り部分を設けて)発熱量を大きく取っているために、異常時には周囲よりも早く高い温度に到達する。ヒータは正の抵抗−温度特性を有しているために温度が上昇するとさらに抵抗値が上昇し、端部絞り部の発熱比率が中央部に対してさらに大きくなる。従ってヒータ中央部にある温度保護素子部のヒータ温度上昇よりもさらに早くヒータ端部の温度が上昇する傾向となる。
A process of increasing the temperature of the
この時点でサーモSW等に代表される温度保護素子が働き、ヒータ2への電力投入を遮断する。
At this time, a temperature protection element typified by a thermo switch or the like works to cut off the power supply to the
しかし、サーモSW等の温度保護素子が働いた時には、ヒータ端部絞り部は温度保護素子の近傍部よりも高い温度になっている。より大電力を必要とする高スループットの定着装置を実現するためにヒータの抵抗値を下げると、さらに温度保護素子近傍部と端部の温度差が拡大することとなってしまい、異常時の温度差が大きくなり、熱応力に伴うヒータの反りやホルダの変形を引き起こす可能性が大きくなってしまう。 However, when a temperature protection element such as a thermo SW is activated, the heater end throttle is at a higher temperature than the vicinity of the temperature protection element. If the resistance value of the heater is lowered to achieve a high-throughput fixing device that requires more power, the temperature difference between the temperature protection element vicinity and the end will further increase, and the temperature at the time of abnormality will be increased. The difference becomes large, and the possibility of causing the warpage of the heater and the deformation of the holder due to the thermal stress increases.
すなわち、異常時のヒータ端部の温度と温度保護素子部の温度差を縮小することで、ヒータにはより大きな電力を投入することが可能となり、高スループットの定着装置を実現できる。 That is, by reducing the temperature difference between the heater end portion and the temperature protection element portion at the time of abnormality, it is possible to supply more power to the heater, and a high-throughput fixing device can be realized.
実施例1による動作を、図5〜7を用いて説明する。ヒータには連続して電力が投入され続けるため、ヒータホルダ4のヒータ2に接触している部分が軟化する。図7においてa点がこの状態での温度である。また、a点の温度におけるヒータ及びヒータホルダの位置関係を表したものが図5−a、図6−aである。ヒータはヒータ座面以外はヒータホルダに触れていない状態となっている。図5において、1はヒータ基板、2はヒータ、3は断熱層または空間層、4はヒータホルダ、5は良熱伝導性部材である。
The operation according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. Since power is continuously supplied to the heater, the portion of the
ヒータ2は不図示の加圧ローラにより加圧されているため、ヒータホルダ4のヒータ座面が軟化することによりヒータ2がヒータホルダ4に埋没していく。ヒータ端部がヒータホルダ4の良熱伝導部材5まで埋没すると、ヒータ2の熱を良熱伝導部材5及びヒータホルダ4が奪うため、ヒータ2の温度上昇は緩やかになる。
Since the
この状態の温度が、図7のb点である。b点の温度におけるヒータ2及びヒータホルダ4の位置関係を表したものが図5−b、図6−bである。ヒータ端部ヒータホルダ4に設けられた良熱伝導部材5に触れた状態となっている。
The temperature in this state is point b in FIG. FIGS. 5B and 6B show the positional relationship between the
また、良熱伝導部材5のない部分での温度上昇は、従来例に比べて早くなることが確認されている。
Further, it has been confirmed that the temperature rise in the portion without the good
この理由は以下の様に説明できる。 The reason for this can be explained as follows.
良熱伝導部材によりヒータ端部の温度上昇が緩やかに(=抵抗の上昇が緩やかに)なったことにより、良熱伝導部材が存在しない場合に比較してヒータ全体抵抗の上昇が緩やかになる。その結果、ヒータ全体に投入される電力量は、従来に比べて大きくなる。同時に長手方向の温度分布、すなわちヒータ端部と中央部(温度保護素子近傍部)の温度分布も少なくなる事から、中央部(温度保護素子近傍部)が速やかに温度上昇し、その結果、温度保護素子の動作が早くなる。 Since the temperature rise at the end of the heater is moderated by the good heat conducting member (= the resistance rises gently), the increase in the overall resistance of the heater is moderate as compared with the case where there is no good heat conducting member. As a result, the amount of power input to the entire heater is larger than in the past. At the same time, the temperature distribution in the longitudinal direction, that is, the temperature distribution at the heater end and the center (near the temperature protection element) is also reduced, so that the temperature at the center (near the temperature protection element) rises quickly. The protection element operates faster.
本実施例の構成を立面図として表した図を図8に示す。図5−1のA、A'、B、C、D各点は図8のA、A’、B、C、D各点に対応している。図9に、電気回路のブロック図を示す。図9において、900は商用交流電源、901はヒータへの電源供給を行うトライアック、902はCPUを含む本体制御装置、903はトライアック駆動回路、904はラインフィルタ、905はリレー、906はDC電源電圧であり、装置本体のモータや高圧電源の電源と同じ24V電圧を供給するラインである。910は定着装置、911はヒータ、912はサーミスタ、913は温度保護素子であり、温度フューズまたはサーモスイッチが用いられる。 FIG. 8 shows a diagram representing the configuration of this embodiment as an elevational view. Each point A, A ′, B, C, and D in FIG. 5 corresponds to each point A, A ′, B, C, and D in FIG. 8. FIG. 9 shows a block diagram of an electric circuit. In FIG. 9, 900 is a commercial AC power supply, 901 is a triac that supplies power to the heater, 902 is a main body controller including a CPU, 903 is a triac drive circuit, 904 is a line filter, 905 is a relay, 906 is a DC power supply voltage It is a line that supplies the same 24V voltage as the motor of the apparatus main body and the power source of the high-voltage power source. 910 is a fixing device, 911 is a heater, 912 is a thermistor, 913 is a temperature protection element, and a temperature fuse or a thermo switch is used.
このように異常時には、ヒータ部に設けられた温度保護素子が動作し、ヒータへの通電を停止する安全な構成となっている。 In this way, when an abnormality occurs, the temperature protection element provided in the heater unit operates and has a safe configuration in which energization to the heater is stopped.
以上述べたように、異常時のヒータ端部の温度と温度保護素子部の温度差を縮小することで、ヒータにはより大きな電力を投入することが可能となる。従って高スループットの定着装置を実現できるとともに、より安全性の高い定着装置を実現できる。 As described above, it is possible to apply larger electric power to the heater by reducing the temperature difference between the heater end portion and the temperature protection element portion at the time of abnormality. Accordingly, a high-throughput fixing device can be realized, and a more secure fixing device can be realized.
(実施例2)
実施例2による動作を、図10〜12を用いて説明する。
(Example 2)
The operation according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
図10において、1がヒータ基板、2がヒータ、3が空間層または断熱層、4がヒータホルダである。 In FIG. 10, 1 is a heater substrate, 2 is a heater, 3 is a space layer or heat insulation layer, and 4 is a heater holder.
実施例1では空間層または断熱層3が少ない部分に良熱伝導部材が存在した。本実施例では良熱伝導部材の代わりにヒータホルダ4の材質を盛り上げる形で、一体成型としたものである。
In Example 1, the good heat conductive member was present in a portion where the space layer or the
異常時、ヒータ2には連続して電力が投入され続けるため、ヒータホルダ4のヒータ2に接触している部分が軟化する。図12においてa点がこの状態での温度である。また、a点の温度におけるヒータ2及びヒータホルダ4の断面図での位置関係を表したものが図10−a、図11−aである。ヒータ2はヒータ座面に接触する以外はヒータホルダ4に触れていない状態となっている。ヒータ2は定着スリーブを加圧ローラと挟む形で加圧されているため、ヒータホルダ4に埋没していく。ヒータホルダ4の座面部までヒータ2が埋没すると、ヒータ端部の熱吸収面がヒータホルダ4に接触するため、ヒータ2の熱をヒータホルダ4が奪う。同時にヒータホルダ樹脂の軟化点(ガラス転移点)では、融点と同じく加熱しても温度上昇し難くなるためヒータの温度上昇は軟化点付近でb点のように緩やかになる。さらにヒータ2が埋没していく事により、ヒータ2はヒータホルダ4と密着することになり、ヒータ2の温度上昇はさらに緩やかとなる。
Since power is continuously supplied to the
この結果、特別な部材を取り付けることなく温度保護素子部のヒータ温度とヒータ端部の温度差を縮小する事が可能となる。この結果ヒータにはより大きな電力を投入することが可能となり、高スループットの定着装置を実現できるとともに一体成型であるために精度が出し易いという利点がある。本実施例ではヒータ面から端部熱吸収面までの距離をおよそ100μm程度としている。また、一体成型であるため形状が安定し、ばらつきを抑える事を可能としている。 As a result, it is possible to reduce the temperature difference between the heater temperature of the temperature protection element portion and the heater end portion without attaching a special member. As a result, it is possible to input a larger amount of power to the heater, and it is possible to realize a high-throughput fixing device and to have an advantage that accuracy is easily obtained because of the integral molding. In this embodiment, the distance from the heater surface to the end heat absorption surface is about 100 μm. Moreover, since it is an integral molding, the shape is stable, and variation can be suppressed.
(実施例3)
実施例3を最もよくあらわす図を図13に示す。本件第1及び第2の実施例と重複する説明は省略する。定着器の構成は図1と同じである。
(Example 3)
A diagram that best represents Example 3 is shown in FIG. A duplicate description of the first and second embodiments will be omitted. The configuration of the fixing device is the same as in FIG.
図13において、ヒータと直接接触してヒータを保持するヒータホルダのヒータ座面部を、定着器横断面図と比較した図を図14に示す。 FIG. 14 shows a comparison of the heater seating surface portion of the heater holder that holds the heater in direct contact with the heater in FIG.
図13のように、ヒータ端部に相当する部分のヒータとヒータホルダの接触面(座面)を広く取り、温度保護素子の近傍のヒータ座面面積を極力小さくするようにしている。 As shown in FIG. 13, the contact surface (seat surface) between the heater and the heater holder corresponding to the heater end portion is widened so that the heater seat surface area in the vicinity of the temperature protection element is minimized.
また、図14に示すように通常時のヒータ温度が紙位置に対して左右対称となるように、ヒータホルダの紙中心位置からのヒータ座面を狭くした部分も、紙中心に対して左右対称となるようにしている。図14のdの時点に相当する、定着器長手方向の温度分布を示した図が図14である。 Further, as shown in FIG. 14, the heater seat surface from the paper center position of the heater holder is also symmetrical with respect to the paper center so that the normal heater temperature is symmetric with respect to the paper position. It is trying to become. FIG. 14 shows a temperature distribution in the longitudinal direction of the fixing device corresponding to the time point d in FIG.
このような構成での動作を説明する。 The operation in such a configuration will be described.
異常時の温度分布の一例を図14に示す。異常時の温度分布は、ヒータに直接接触するヒータ座面が中央部の方が狭いためにヒータ端部の温度上昇に比較して、ヒータ中央部(ヒータの温度保護素子近傍部)の温度上昇が大きくなっている。また、抵抗の温度依存性(TCR)から、温度上昇が始まると抵抗値が上昇するため、給電電力は減少するものの抵抗値が周辺部に比して上昇した部分はさらに温度が高まるため、温度保護素子周辺部のヒータの温度がさらに上昇することになり、温度保護素子が早く動作するようになる。このような温度上昇過程を、中央部と端部で比較した図を図15に示す。 An example of the temperature distribution at the time of abnormality is shown in FIG. The temperature distribution at the time of abnormality is that the heater seat surface that is in direct contact with the heater is narrower at the center, so the temperature at the center of the heater (near the temperature protection element of the heater) is higher than that at the heater end. Is getting bigger. Also, because of the temperature dependence (TCR) of the resistance, the resistance value rises when the temperature starts to rise, so although the power supply power decreases, the portion where the resistance value rises compared to the surrounding area further increases the temperature. The temperature of the heater around the protection element further rises, and the temperature protection element operates quickly. FIG. 15 shows a comparison of the temperature rise process between the center and the end.
以上により、定着器の温度保護素子を速やかに動作せしめる事が可能となるため、定着電力の増大、定着ニップ内の構成によりヒータ温度が昇温し易くなっても、安全性を充分に満足し、高画質、高スループットの定着装置を構成する事を可能としている。 As described above, since the temperature protection element of the fixing device can be operated quickly, even if the heater temperature is likely to rise due to the increase in fixing power and the configuration in the fixing nip, safety is sufficiently satisfied. It is possible to construct a fixing device with high image quality and high throughput.
101 定着ベルト
102 加圧ローラ
103 定着ベルト
104 定着ヒータ
105 定着装置フレーム
101 Fusing belt
102 Pressure roller
103 Fusing belt
104 Fixing heater
105 Fusing unit frame
Claims (6)
前記ヒータの前記耐熱性回転体摺擦面とは反対面と前記ヒータホルダの間にヒータに直接接触し、ヒータに加わる荷重を受ける座面と、ヒータ座面より凹型に長手方向にわたってヒータの熱をヒータホルダに伝えないよう構成した空間層または断熱層を有し、空間層または断熱層が多い部分と、少ない部分を設けたことを特徴とする加熱定着装置。 A heater having a heater substrate on which a heating element is formed; a heater holder that holds the heater; and a heat-resistant rotating body that rotates around the heater holder while an inner surface is in contact with the heater. In a heating and fixing apparatus that passes through a heating region together with the heat resistant rotator while closely contacting a surface of the heat resistant rotator facing the heater arrangement side, and permanently fixes an unfixed image on the heated material,
The heater is in direct contact with the heater between the surface opposite to the heat-resistant rotating body rubbing surface of the heater and the heater holder, and the heater receives heat applied to the heater from the heater seat surface to the concave shape in the longitudinal direction. A heat fixing device having a space layer or a heat insulating layer configured not to be transmitted to a heater holder, and having a portion having a large space layer or a heat insulating layer and a portion having a small amount.
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