JP4038967B2 - Image fixing device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等に使用できる画像定着装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
転写されたトナー像を担持する転写材を、加熱ローラ型定着装置として呼称される画像定着装置に導き、加熱源を内蔵した可回転の定着ローラと、当該定着ローラに圧着しながら回転する圧着ローラとの間を通過せしめ、前記両ローラにより付与される圧力及び加熱作用で前記トナー像を前記転写材上に定着させるように構成した画像定着装置は公知である。
【０００３】
また、上記画像定着装置において、定着ローラ表面の温度が所定の温度幅内にあるように制御する温度制御技術も公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の画像定着装置は、取扱性がよく、また、コンパクト化ができ、更に、安全性が高い等、極めて有用なものであり、多くの画像形成装置に組み込まれ、現在でも便利に使用されている。
【０００５】
しかしながら、定着ローラのローラ芯を、例えば、ガラスで構成し、迅速なウォーミングアップを可能とする構成とした場合、次のような不都合が生ずる。
【０００６】
即ち、加熱幅に対して小さなサイズの転写材を連続的に処理しなければならない場合、前記ローラ芯が金属芯を用いたローラに比して熱伝導率が低いため、転写材に対して良好な定着処理ができても、転写材との接触領域よりも外側の領域、換言すれば、定着ローラ上の加熱幅の両端部における温度が過剰に上昇してしまい、この状態で大きなサイズの転写材を処理すると、温度の境界部に対応する転写材上に光沢ムラができてしまうという問題がそれである。
【０００７】
本願発明は上記点に鑑みてなされたもので、主たる目的は、簡単な構成により、定着ローラ上の加熱幅に対して小さなサイズの転写材を連続的に処理している場合でも、定着ローラ上の両端部における温度の過剰な上昇を抑制する事ができるように構成した画像定着装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の目的は、下記の構成によって達成することができる。
【００１０】
（１）第１の温度制御用ローラと第２の温度制御用ローラを定着ローラに対して圧着および圧着解除可能に設けるとともに、両温度制御用ローラを常時接触状態に保ち、かつ、定着処理される転写材が前記定着ローラの加熱領域に対して小さい場合には、当該転写材の幅方向外側領域にのみローラ部を有する前記第１の温度制御用ローラを前記定着ローラの表面に圧着させるとともに、前記第１の温度制御用ローラまたは第２の温度制御用ローラが所定温度に達すると、前記第１の温度制御用ローラの圧着を解除するとともに前記第２の温度制御用ローラを前記定着ローラの表面に圧着させるように構成した事を特徴とする画像定着装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる実施の形態の一例を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、カラープリンタからなる画像形成装置の構成を示す概略図である。
図において、１０は像形成体である感光体ドラム（以下、単にドラムという）、１１は各色毎の帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２は各色毎の画像書込手段である露光光学系、１３は各色毎の現像手段である現像器、１４は転写ベルトである。
【００１３】
前記ドラム１０は、例えば、光学ガラスや透明アクリル樹脂等の透明部材によって形成される円筒状の基体の外周に、透明の導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光層（ＯＰＣ）等の感光層（光導電層ともいう）を形成したものであり、導電層を接地した状態で矢印で示す時計方向に回転される。
【００１４】
前記スコロトロン帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３は、これらを１組として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の各色の画像形成手段として４組設けられ、感光体ドラム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置してある。
【００１５】
前記スコロトロン帯電器１１は、それぞれ所定の電位に保持された制御グリッドと、例えば、鋸歯状電極からなる放電電極１１ａとを有し、トナーと同極性のコロナ放電（本実施形態においてはマイナス帯電）により、感光体ドラム１０に対して一様な電位を与える。
【００１６】
前記露光光学系１２は、前述したスコロトロン帯電器１１に対して感光体ドラム１０の回転方向下流側に位置するようにドラム１０の内部に配置される。
【００１７】
それぞれの露光光学系１２は、ドラム軸と平行に主走査方向に配列された像露光光の発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を複数個アレイ状に並べた線状の露光素子１２ａと、結像素子としての光集束性光伝送体（商品名：セルフォックレンズアレイ）１２ｂと、不図示のレンズホルダとで構成される露光用ユニットであり、保持部材１２０に取付けてある。
【００１８】
前記保持部材１２０には各色毎の露光光学系１２の他に、転写同時露光器１２ｄおよび一様露光器１２ｅが取付けられ、一体となって前記ドラム１０の基体内部に収容される。
【００１９】
前記露光光学系１２は、別体の画像読み取り装置によって読み取られメモリに記憶された各色毎の画像データに従って前記ドラム１０の感光層を裏面から像露光し、当該ドラム１０上に静電潜像を形成する。
【００２０】
露光素子１２ａとしては、ＬＥＤの他、ＦＬ（蛍光体発光）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＰＬ（プラズマ放電）等の複数の発光素子をアレイ状に並べたものを用いることも可能である。
【００２１】
前記露光素子の発光波長は、通常Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーに対して透過性の高い７８０〜９００ｎｍの範囲のものが用いられるが、本実施形態においては裏面から像露光を行う方式であるため、カラートナーに対して透過性を十分に有しないこれより短い４００〜７８０ｎｍの波長でもよい。
【００２２】
前記現像器１３は、前記ドラム１０の回転方向と最近接点において順方向に回転する非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１３１と、現像ケーシング１３８とを有し、現像ケーシング１３８の内部には、各々イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の一成分或いは二成分現像剤を収容している。
【００２３】
それぞれの現像器１３は前記ドラム１０と所定の間隙をあけて非接触に保たれており、現像スリーブ１３１に対して直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加することにより、非接触の反転現像を行い、ドラム１０上に重ね合わせのトナー像を形成する。
【００２４】
１４ａおよび１４ｂは前記転写ベルト１４を張架するローラであり、１４ａが図示しない駆動源から動力を受け、前記転写ベルトを矢印方向に回転させるように構成してある。
【００２５】
１５および１６は、前記転写ベルト１４を挟んで前記ドラム１０と対向配置させた第１及び第２の転写手段である転写器および除電器、１７は転写工程終了後の前記ドラム１０を除電するためのＡＣ除電器、１８は除電後の前記ドラム表面を清掃するクリーニング装置で、クリーニングブレード１８０を有する。
【００２６】
２０は、前記ドラム１０上に形成されるトナー像が転写される転写材（以下、用紙という）Ｐを収納してなるカセット、２５は給紙ローラである。
【００２７】
用紙Ｐの移動路上には、搬送ローラ対Ｒ１乃至Ｒ５、前記転写ベルト１４および画像定着装置（以下、単に定着装置という）３０等が付設してある。
【００２８】
４４は前記ローラ１４ａと前記転写ベルト１４を介して対向配置せしめた用紙分離用のＡＣ除電器を示す。
【００２９】
前記定着装置３０は、ハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）３００を内蔵し、当該ハロゲンヒータの周囲を回転しうる定着ローラ（以下、第１ローラという）３０５と、前記第１ローラ３０５と圧接しながら回転しうる圧着ローラ（以下、第２ローラという）３１５とを有する。Ｔはニップ部を示す。
【００３０】
前記第１ローラ３０５のローラ芯は透光性基体からなり、実施の形態においては、外径２７ｍｍ、肉厚１．６ｍｍのガラスで構成した。
【００３１】
なお、前記ローラ芯の外側（外周）には、透明なシリコンゴム層を形成してあり、更に、その外側にカーボンブラックなどを混入させて光吸収率を高くしたＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）からなる耐熱性のチューブを被せてある。
【００３２】
前記第２ローラ３１５は適宜のローラ芯上に設けたシリコンゴム表面を有している。
【００３３】
なお、図において４６は、前記転写ベルト１４と一体的に送られる転写後の用紙Ｐを確実に分離せしめるための分離爪で、前記ローラ１４ａ上の転写ベルト１４表面に対して先端を近接して位置づけてある。
【００３４】
以上のような構成を有する画像形成装置における、画像形成プロセスは次の通りである。
【００３５】
画像形成のスタートにより不図示のドラム駆動モータが始動し、ドラム１０が図１の矢印で示す時計方向へ回転され、同時にイエロー（Ｙ）のスコロトロン帯電器１１が作動して前記ドラム１０に所定の電位を付与する。
【００３６】
引き続き、Ｙの露光光学系１２を介して第１の色信号すなわちＹの画像データに対応する電気信号による画像書込が開始され、前記ドラム１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。
【００３７】
前記静電潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、前記ドラム１０上にイエロー（Ｙ）のトナー像が形成される。
【００３８】
次いで、前記ドラム１０に対して、Ｙのトナー像の上からマゼンタ（Ｍ）のスコロトロン帯電器１１の帯電作用により電位が付与され、Ｍの露光光学系１２によって第２の色信号すなわちＭの画像データに対応する電気信号による画像書込により、Ｍの画像に対応する静電潜像が形成され、Ｍの現像器１３による非接触の反転現像によって前記イエロー（Ｙ）のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。
【００３９】
同様のプロセスにより、シアン（Ｃ）のスコロトロン帯電器１１、Ｃの露光光学系１２およびＣの現像器１３によって、第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像が重ね合わせて形成され、更にその上に黒色（Ｋ）のスコロトロン帯電器１１、Ｋの露光光学系１２およびＫの現像器１３によって第４の色信号に対応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体ドラム１０の一回転以内にその周面上にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の４色の重ね合わせカラートナー像が形成される。
【００４０】
これらＹ、Ｍ、ＣおよびＫの露光光学系１２による前記ドラム１０の感光層に対する画像書込は、当該ドラム１０の内部より、前述した透光性の基体を通して行われる。
【００４１】
従って第２、第３および第４の色信号に対応する画像の書込は何れも先に形成されたトナー像の影響を全く受けることなく行われ、第１の色信号に対応する画像と同等の静電潜像を形成することが可能となる。
【００４２】
上記の画像形成プロセスによってドラム１０上に形成された重ね合わせカラートナー像は、前記転写器１５によって、用紙Ｐ上に一括して転写される。
【００４３】
この際、良好な転写がなされるように、前記ドラム１０の内部に設けた転写同時露光器１２ｄを付勢させ一様露光を行う。
【００４４】
転写工程終了後の前記ドラム１０の周面上に残ったトナーは前記ＡＣ除電器１７により除電作用を受けた後、クリーニング装置１８によりクリーニングされ、これにより、前記ドラム表面は、次の画像形成に備えられる。
【００４５】
実施の形態においては、クリーニング後であって、次の帯電前に、例えば発光ダイオードを用いた一様露光器１２ｅを作用させ、前記ドラム表面の先の画像形成における履歴を解消させる。
【００４６】
カラートナー像が形成（転写）された用紙Ｐは、ＡＣ除電器４４による除電作用と、分離爪４６とにより、転写ベルト１４から分離され、定着装置３０へと搬送され、当該定着装置において、前記トナー像は前記用紙Ｐ上に定着される。
【００４７】
画像記録がなされた用紙Ｐは表裏を反転されて送られ、搬送ローラＲ３、Ｒ４、Ｒ５を介して装置上部のトレイへ排出される。
【００４８】
図２は定着装置３０の主要素である第１ローラ３０５および第２ローラ３１５の構成を説明するための模式的側断面図である。
【００４９】
図中、前記した部材と同一部材については同じ参照記号を付してある。
図において、本発明に係わる第１ローラ３０５は、用紙Ｐ上の未定着トナー像と接触する側に設けてある。
【００５０】
第１ローラ３０５および第２ローラ３１５は所定の圧力を以て圧接（密着）され、作動時には圧接状態を保ちながら、接触部（ニップ部Ｔ）において同方向に回転し、加熱・押圧により未定着トナーを溶融し、定着させる。
【００５１】
前記第１ローラ３０５は、円筒状のガラスからなるローラ芯３０７と、当該ローラ芯３０７の外側（外周面）に設けた透明シリコンゴム層３０８と、更に、その外側に設けた熱線吸収層（トナーに対する離型層でもある）３０９とを有している。
【００５２】
前記第２ローラ３１５は、例えば、アルミ材を用いた円筒状の金属パイプ３１６と、当該金属パイプ３１６の外周面に、例えば、シリコンゴム層３１７を被覆したことからなり、前記金属パイプ３１６の内部にヒータ３１０を配したソフトローラとして構成される。
【００５３】
前記第１ローラ３０５を構成する透光性基体３０７としては、結晶を析出することなく、熔融体が冷却固化された無機物であると定義されるガラスの他に、ハロゲンヒータ３００（ハロゲンランプ）等の照射部材よりの光を透過するパイレックスガラス、サファイヤ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ＣａＦ₂等のセラミック材や、ポリイミド、ポリアミド等を使用した透光性樹脂等が使用でき、当該ローラ芯の内側に配設されるハロゲンランプやキセノンランプの如き熱線を効率的に吸収するように、前記透明シリコンゴム層の外側に、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒（Ｆｅ₃Ｏ₂）や各種フェライト等の粉末を混入したフッ素樹脂（ＰＦＡ）チューブを設け、上述の熱線吸収層を形成することができる。
【００５４】
また、第１ローラの他の構成として、前記の如きローラ芯の外側に、フィラーとしてシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末を混入したシリコンゴムからなる熱線透過性のゴム層を形成するとともに、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒や各種フェライト及びその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ等の粉末を混入した熱線吸収層と、バインダと離型剤とを兼ねたフッ素樹脂塗料を混入配合した離型層とを一体とした形の一体型熱線吸収層を形成してもよい等、第１ローラ（定着ローラ）の構成に係わる設計の自由度は広い。
【００５５】
図３は本発明に係わる温度制御用ローラの構成を説明するための模式図、図４は第１ローラ（定着ローラ）に対して温度制御用ローラが圧着解除位置に待避している状態を示す模式図、図５は第１ローラに対して第１の温度制御用ローラが圧着している状態を示す模式図、図６は第１ローラに対して第２の温度制御用ローラが圧着している状態を示す模式図である。
【００５６】
図中、３０５は第１ローラ（定着ローラ）、３１５は第２ローラである。
３３０は第１の温度制御用ローラ、３５０は第２の温度制御用ローラであり、両ローラは、常時、接触状態を保つように構成してあり、当該接触状態は、例えば、両ローラの軸間にバネを介在させる等、公知の適宜の方法により達成することができる。
【００５７】
また、前記第１および第２の温度制御用ローラのそれぞれは、前記第１ローラ３０５の表面に対して所定の圧力を以て接触出来るようになっており、第１ローラに従動して回転しうるように構成してある。
【００５８】
所定の圧着は、両ローラの軸を保持するための両側板（図示せず）に支点を設けるとともに、可逆回転可能なモータにより前記側板を回動せしめることにより達成することができる。
【００５９】
その駆動制御、例えば、第１の温度制御用ローラ３３０を圧着解除位置（図４参照）から前記第１ローラ３０５に圧着させる（図５参照）駆動、前記圧着位置から前記第１の温度制御用ローラを解除位置に持ち来す（図４参照）駆動および前記第２の温度制御用ローラ３５０を前記第１ローラ表面に対して圧着する（図６参照）ための駆動は、前記第１の温度制御用ローラ３３０の圧着解除位置を基準として、前記モータを正転または逆転させればよく、モータの通電時間等は適宜の駆動制御部で制御すればよい。
【００６０】
当然のことながら、前記駆動制御部は、ローラの位置を記憶し、また、後述する条件により、モータの回転を正逆いずれにするかの演算手段を備えている。
【００６１】
なお、第１ローラ３０５に対して一定の圧力で温度制御用ローラが接触するように、定着装置の固定部にストッパを設けておき、当該ストッパに前記側板の一部が衝突したことを検知し、モータの通電を遮断する等、駆動制御は公知の方法により容易に達成できる。
【００６２】
それぞれの温度制御用ローラの構成は次のとおりである。
前記第１の温度制御用ローラ３３０は、軸３３１と、当該軸３３１上に移動可能に設けた２つのローラ部３３３を主要素とする。
【００６３】
前記ローラ部３３３の左右端部は、第１ローラ３０５に対して機械的損傷を与えないようになだらかな曲面で構成してある。
【００６４】
本実施の形態においては、直径８ｍｍのステンレスからなる軸３３１に、外径１６ｍｍのアルミ材からなるパイプ状基体の上に約０．５ｍｍ厚のシリコンゴム層を設けて構成したローラ部３３３をはめ込むことにより第１の温度制御用ローラ３３０を形成した。
【００６５】
なお、第２の温度制御用ローラ３５０は、肉厚３ｍｍ、外径１８ｍｍのアルミ材からなるパイプの表面にフッ素コーティングを施して形成した。
【００６６】
前記第２の温度制御用ローラ３５０は、後述するように、特に良好な熱伝導が必要とされるので、アルミニウムや銅などの高熱伝導率を持つ材料を用いることが望ましい。
【００６７】
図中、参照符号Ｒで示す範囲は、第１ローラ３０５の定着処理可能な加熱領域（使用できる用紙の搬送方向における最大サイズに対応可）である。
【００６８】
Ｓは前記加熱領域Ｒに対して充分に小さい用紙の搬送方向におけるサイズとほぼ同じ寸法の加熱領域を示し、当該寸法は、前記ローラ部３３３の内側端部間で作られる幅寸法に略等しい。
【００６９】
換言すれば、第１ローラ３０５のプレヒート時に圧着解除位置にあり、使用される用紙のサイズが前記第１ローラの定着処理可能な加熱領域に対して小さい場合、前記第１ローラ３０５表面（図３おいて、前記加熱領域Ｓの左右外側部分に対応する第１ローラ上の領域：非通紙領域）に対して前記第１の温度制御用ローラ３３０（実質的にはローラ部３３３）が圧着される。
【００７０】
このように構成したのは、第１ローラ３０５の非通紙領域における余分な熱を奪い、当該領域での過剰な温度上昇を防止または極力抑制するためである。
【００７１】
なお、前記ローラ部３３３の熱は、当該ローラと常時接触している第２温度制御用ローラ３５０に伝わり放熱される。
【００７２】
上記の如く小サイズの用紙に対する定着処理数が少ない場合、定着処理終了後、前記第１の温度制御用ローラ３３０を圧着解除位置に待避させ、当該ローラと前記第２の温度制御用ローラ３５０とに蓄積された熱は自然放熱される。
【００７３】
但し、連続的あるいは間欠的定着に多数の小サイズの定着処理を行わなければならない場合、前記第１および第２の温度制御用ローラの温度が徐々に上昇し、第１ローラ３０５上の非通紙領域の余分な熱を奪う効率が低下するので、このような場合、第１または第２の温度制御用ローラの温度が所定温度までに上昇した時点で、第１の温度制御用ローラ３３０を圧着解除位置に待避せしめるとともに、第２の温度制御用ローラ３５０を、前記第１ローラ３０５の表面に対して所定の力で圧着させるように構成してある。
【００７４】
この構成は、第１ローラ３０５上の非通紙領域の余分な熱を、前記第２の温度制御用ローラを介して、通紙領域に熱輸送し、加熱領域全体の温度を出来る限り均一にさせるためである。
【００７５】
これら構成により、第１ローラ表面上の通紙領域と非通紙領域おける境界で従来起こっていた急峻な温度差を温度制御用ローラにより制御できるので、多数の小サイズの用紙に対する定着処理に引き続いて大きなサイズの用紙の定着処理を行っても、前記境界で光沢度差が生じることを極力抑制できる。
【００７６】
このように、温度制御用ローラの第１ローラ３０５に対する圧着モードは、実施の形態において２つある。
【００７７】
なお、実施の形態においては、最大サイズの用紙が定着処理されるとき、前記温度制御用ローラはプレヒート時と同様に、圧着解除位置に待避している。
【００７８】
説明を簡単にするために、第１ローラ３０５の定着処理可能な加熱領域に対して、使用される最大サイズの用紙と、サイズの小さい用紙の２種類の用紙を例としたが、例えば、第１の温度制御用ローラの軸３３１を長く構成し、ローラ部３３３の移動範囲を広くすることにより、使用用紙のサイズに応じて３段階あるいは４段階に制御することができ、一方、使用用紙サイズが限定されている場合は、前記ローラ部３３３を軸３３１上に固設することができる。
【００７９】
また、第１ローラ３０５に対する用紙の通過領域を中央基準で設定してある例で説明したが、第１ローラの一方の端部を基準とする片側基準で用紙が通る形態でもよく、この場合、ローラ部３３３は基準位置と反対側の片側にのみ設ければよいことになる。
【００８０】
更に、第１ローラのローラ芯をガラス等の透光性基体に代えて薄肉の金属パイプで構成しても同様の効果を得ることができる。
【００８１】
いずれにせよ、第１ローラ（定着ローラ）や温度制御用ローラ３３０、３５０の構成は実施の形態に拘束されるものではなく、材質、寸法等も仕様に応じて適宜決定できる。
【００８２】
なお、温度制御については触れなかったが、第１ローラの温度制御は、小サイズの用紙の通過領域に対応する第１ローラの表面近傍に温度検知素子を配設し、当該温度検知素子の出力情報により加熱源への電力供給をオン／オフする公知の方法が適用できる。
【００８３】
また、第１の温度制御用ローラ３３０の温度検知は、軸３３１を介して行ってもよく、また、第２温度制御用ローラ３５０の軸またはローラ表面を利用して行ってもよい。
【００８４】
【発明の効果】
極めて簡単な構成により、小サイズの転写材を多数枚、連続的に定着処理しても、定着ローラ上の通紙領域と非通紙領域との間の温度差を抑制しうるので、上記に引き続き大きなサイズの用紙が使用されても、前記両領域の境界部におけるトナー像の光沢度差が殆どない安定した定着処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラープリンタからなる画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】熱ローラ型定着装置の主要素である第１ローラおよび第２ローラの構成を説明するための模式的側断面図である。
【図３】温度制御用ローラの構成を説明するための模式図である。
【図４】第１ローラ（定着ローラ）に対して温度制御用ローラが圧着解除位置に待避している状態を示す模式図である。
【図５】第１ローラに対して第１の温度制御用ローラが圧着している状態を示す模式図である。
【図６】第１ローラに対して第２の温度制御用ローラが圧着している状態を示す模式図である。
【符号の説明】
３０ 熱ローラ型定着装置
３００ ハロゲンヒータ
３０５ 第１ローラ（定着ローラ）
３１５ 第２ローラ（圧着ローラ）
３３０ 第１の温度制御用ローラ
３３１ 軸
３３３ ローラ部
３５０ 第２の温度制御用ローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image fixing apparatus that can be used in a copying machine, a printer, and the like.
[0002]
[Prior art]
A transfer material carrying the transferred toner image is guided to an image fixing device called a heating roller type fixing device, a rotatable fixing roller having a built-in heating source, and a pressure roller that rotates while being pressed against the fixing roller. And an image fixing apparatus configured to fix the toner image on the transfer material by the pressure and heating applied by the two rollers.
[0003]
In addition, a temperature control technique for controlling the temperature of the surface of the fixing roller within a predetermined temperature range in the image fixing device is also known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described image fixing device is extremely useful because it is easy to handle, can be made compact, and has high safety, and is incorporated in many image forming apparatuses and is still used conveniently. Yes.
[0005]
However, when the roller core of the fixing roller is made of, for example, glass and can be quickly warmed up, the following inconvenience occurs.
[0006]
That is, when a transfer material having a small size with respect to the heating width must be continuously processed, the roller core has a lower thermal conductivity than a roller using a metal core, so that it is good for the transfer material. Even if the fixing process can be carried out, the temperature outside the contact area with the transfer material, in other words, the temperature at both ends of the heating width on the fixing roller will rise excessively, and in this state a large size transfer When the material is processed, there is a problem that gloss unevenness is formed on the transfer material corresponding to the temperature boundary.
[0007]
The present invention has been made in view of the above points. The main object of the present invention is to provide a simple configuration on the fixing roller even when a transfer material having a small size with respect to the heating width on the fixing roller is continuously processed. It is an object of the present invention to provide an image fixing apparatus configured to be able to suppress an excessive increase in temperature at both ends of the image forming apparatus.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention can be achieved by the following constitution.
[0010]
( 1 ) The first temperature control roller and the second temperature control roller are provided so as to be capable of being pressed and released from the fixing roller, and both the temperature control rollers are always kept in contact with each other and are subjected to the fixing process. When the transfer material to be transferred is smaller than the heating area of the fixing roller, the first temperature control roller having a roller portion only on the outer side in the width direction of the transfer material is pressed against the surface of the fixing roller. When the first temperature control roller or the second temperature control roller reaches a predetermined temperature, the pressure bonding of the first temperature control roller is released and the second temperature control roller is moved to the fixing roller. An image fixing device characterized by being configured to be pressure-bonded to the surface.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example of an embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an image forming apparatus including a color printer.
In the figure, 10 is a photosensitive drum (hereinafter simply referred to as a drum) as an image forming body, 11 is a scorotron charger as charging means for each color, 12 is an exposure optical system as image writing means for each color, 13 Is a developing device as developing means for each color, and 14 is a transfer belt.
[0013]
The drum 10 has, for example, a photosensitive layer (such as a transparent conductive layer, an a-Si layer, or an organic photosensitive layer (OPC)) on the outer periphery of a cylindrical substrate formed of a transparent member such as optical glass or transparent acrylic resin. This is also referred to as a photoconductive layer, and is rotated clockwise as indicated by an arrow while the conductive layer is grounded.
[0014]
The scorotron charger 11, the exposure optical system 12, and the developing unit 13 are set as four sets as image forming means for each color of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K). And arranged in the order of Y, M, C, and K with respect to the rotation direction of the photosensitive drum 10.
[0015]
The scorotron charger 11 has a control grid each maintained at a predetermined potential, and a discharge electrode 11a made of, for example, a sawtooth electrode, and corona discharge having the same polarity as the toner (negative charging in the present embodiment). Thus, a uniform potential is applied to the photosensitive drum 10.
[0016]
The exposure optical system 12 is disposed inside the drum 10 so as to be positioned downstream of the aforementioned scorotron charger 11 in the rotation direction of the photosensitive drum 10.
[0017]
Each exposure optical system 12 is connected to a linear exposure element 12a in which a plurality of LEDs (light emitting diodes) as light emitting elements for image exposure light arranged in parallel to the drum axis in the main scanning direction are arranged in an array. An exposure unit composed of a light converging optical transmission body (trade name: Selfoc lens array) 12b as an image element and a lens holder (not shown), which is attached to a holding member 120.
[0018]
In addition to the exposure optical system 12 for each color, a transfer simultaneous exposure device 12d and a uniform exposure device 12e are attached to the holding member 120, and are integrally accommodated in the base of the drum 10.
[0019]
The exposure optical system 12 exposes the photosensitive layer of the drum 10 from the back according to the image data for each color read by a separate image reading device and stored in the memory, and forms an electrostatic latent image on the drum 10. Form.
[0020]
As the exposure element 12a, a plurality of light emitting elements such as FL (phosphor light emission), EL (electroluminescence), and PL (plasma discharge) arranged in an array can be used in addition to the LED.
[0021]
The light emission wavelength of the exposure element is usually in the range of 780 to 900 nm, which is highly transmissive to Y, M, and C toners, but in this embodiment, image exposure is performed from the back side. The wavelength of 400 to 780 nm, which is not sufficiently transparent to the color toner, may be used.
[0022]
The developing unit 13 includes a developing sleeve 131 formed of a nonmagnetic stainless steel or aluminum material that rotates in the forward direction at the closest point of rotation with respect to the rotation direction of the drum 10, and a developing casing 138. Each contains a one-component or two-component developer of yellow (Y), magenta (M), cyan (C) and black (K).
[0023]
Each developing device 13 is kept in non-contact with the drum 10 with a predetermined gap. By applying a developing bias in which a DC voltage and an AC voltage are superimposed on the developing sleeve 131, non-contact inversion is performed. Development is performed to form a superimposed toner image on the drum 10.
[0024]
14a and 14b are rollers for stretching the transfer belt 14, and 14a receives power from a drive source (not shown) so as to rotate the transfer belt in the direction of the arrow.
[0025]
Reference numerals 15 and 16 denote transfer devices and charge eliminators, which are first and second transfer means arranged opposite to the drum 10 with the transfer belt 14 interposed therebetween. Reference numeral 17 denotes a charge remover for the drum 10 after completion of the transfer process. The AC neutralizer 18 is a cleaning device that cleans the surface of the drum after neutralization, and has a cleaning blade 180.
[0026]
Reference numeral 20 denotes a cassette containing transfer material (hereinafter referred to as paper) P onto which a toner image formed on the drum 10 is transferred, and 25 denotes a paper feed roller.
[0027]
On the moving path of the paper P, conveyance roller pairs R1 to R5, the transfer belt 14, an image fixing device (hereinafter simply referred to as a fixing device) 30, and the like are attached.
[0028]
Reference numeral 44 denotes an AC static eliminator for paper separation which is disposed so as to face the roller 14a with the transfer belt 14 therebetween.
[0029]
The fixing device 30 includes a halogen heater (halogen lamp) 300 and rotates while being in pressure contact with a fixing roller (hereinafter referred to as a first roller) 305 that can rotate around the halogen heater. A pressure-bonding roller (hereinafter referred to as a second roller) 315. T indicates a nip portion.
[0030]
The roller core of the first roller 305 is made of a translucent substrate, and in the embodiment, it is made of glass having an outer diameter of 27 mm and a wall thickness of 1.6 mm.
[0031]
In addition, a transparent silicon rubber layer is formed on the outer side (outer periphery) of the roller core, and further, PFA (perfluoroalkoxy) whose light absorption rate is increased by mixing carbon black or the like on the outer side. It is covered with a heat-resistant tube.
[0032]
The second roller 315 has a silicon rubber surface provided on an appropriate roller core.
[0033]
In the figure, reference numeral 46 denotes a separation claw for reliably separating the transferred paper P that is fed integrally with the transfer belt 14, and having its tip close to the surface of the transfer belt 14 on the roller 14a. It is positioned.
[0034]
The image forming process in the image forming apparatus having the above-described configuration is as follows.
[0035]
When the image formation is started, a drum drive motor (not shown) is started, and the drum 10 is rotated clockwise as indicated by an arrow in FIG. 1, and at the same time, the yellow (Y) scorotron charger 11 is operated to cause the drum 10 to have a predetermined value. Apply potential.
[0036]
Subsequently, image writing by an electric signal corresponding to the first color signal, that is, the Y image data is started via the Y exposure optical system 12, and the static image corresponding to the Y image of the original image is formed on the surface of the drum 10. An electrostatic latent image is formed.
[0037]
The electrostatic latent image is reversely developed in a non-contact state by a Y developing unit 13 to form a yellow (Y) toner image on the drum 10.
[0038]
Next, a potential is applied to the drum 10 from above the Y toner image by the charging action of the magenta (M) scorotron charger 11, and the second exposure signal 12, that is, the M image by the M exposure optical system 12. An electrostatic latent image corresponding to the M image is formed by image writing using an electrical signal corresponding to the data, and magenta is formed on the yellow (Y) toner image by non-contact reversal development by the M developing unit 13. The toner image (M) is formed in an overlapping manner.
[0039]
By a similar process, a cyan (C) toner image corresponding to the third color signal is formed by superimposing the cyan (C) scorotron charger 11, the C exposure optical system 12 and the C developing unit 13 together. Further, a black (K) toner image corresponding to the fourth color signal is successively superimposed on the black (K) scorotron charger 11, the K exposure optical system 12, and the K developing device 13. Then, within one rotation of the photosensitive drum 10, a superimposed color toner image of four colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C) and black (K) is formed on the peripheral surface.
[0040]
Image writing on the photosensitive layer of the drum 10 by the Y, M, C, and K exposure optical systems 12 is performed from the inside of the drum 10 through the above-described translucent substrate.
[0041]
Therefore, writing of images corresponding to the second, third, and fourth color signals is performed without any influence from the previously formed toner image, and is equivalent to the image corresponding to the first color signal. It is possible to form an electrostatic latent image.
[0042]
The superimposed color toner images formed on the drum 10 by the image forming process are collectively transferred onto the paper P by the transfer device 15.
[0043]
At this time, the uniform exposure is performed by energizing the simultaneous transfer exposure device 12d provided in the drum 10 so as to achieve good transfer.
[0044]
The toner remaining on the peripheral surface of the drum 10 after completion of the transfer process is subjected to a static elimination action by the AC static eliminator 17, and then cleaned by a cleaning device 18, whereby the drum surface is used for the next image formation. Provided.
[0045]
In the embodiment, after the cleaning and before the next charging, for example, the uniform exposure device 12e using a light emitting diode is operated to eliminate the history in the previous image formation on the drum surface.
[0046]
The sheet P on which the color toner image has been formed (transferred) is separated from the transfer belt 14 by the charge eliminating action by the AC charge remover 44 and the separation claw 46, and is conveyed to the fixing device 30. The toner image is fixed on the paper P.
[0047]
The sheet P on which the image has been recorded is fed with its front and back reversed, and is discharged to a tray at the top of the apparatus via the transport rollers R3, R4, and R5.
[0048]
FIG. 2 is a schematic sectional side view for explaining the configuration of the first roller 305 and the second roller 315 which are main elements of the fixing device 30.
[0049]
In the figure, the same reference numerals are assigned to the same members as those described above.
In the figure, the first roller 305 according to the present invention is provided on the side in contact with the unfixed toner image on the paper P.
[0050]
The first roller 305 and the second roller 315 are brought into pressure contact (contact) with a predetermined pressure, rotate in the same direction at the contact portion (nip portion T) while maintaining the pressure contact state during operation, and unfixed toner is removed by heating and pressing. Melt and fix.
[0051]
The first roller 305 includes a roller core 307 made of cylindrical glass, a transparent silicon rubber layer 308 provided on the outer side (outer peripheral surface) of the roller core 307, and a heat ray absorbing layer (toner) provided on the outer side. 309), which is also a release layer.
[0052]
The second roller 315 includes, for example, a cylindrical metal pipe 316 made of aluminum, and an outer peripheral surface of the metal pipe 316 covered with, for example, a silicon rubber layer 317. It is configured as a soft roller provided with a heater 310.
[0053]
The translucent substrate 307 constituting the first roller 305 includes a halogen heater 300 (halogen lamp), etc., in addition to glass that is defined as an inorganic substance in which a melt is cooled and solidified without precipitating crystals. Pyrex glass, sapphire (Al ₂ O ₃ ), ceramic materials such as CaF ₂ , translucent resin using polyimide, polyamide, etc. can be used, and the inner side of the roller core Powders such as carbon black, graphite, iron black (Fe ₃ O ₂ ), and various ferrites are placed on the outside of the transparent silicon rubber layer so as to efficiently absorb heat rays such as halogen lamps and xenon lamps. A mixed fluororesin (PFA) tube can be provided to form the heat ray absorbing layer described above.
[0054]
As another configuration of the first roller, a heat ray permeable rubber layer made of silicon rubber mixed with a metal oxide powder such as silica, alumina, magnesium oxide as a filler is formed outside the roller core as described above. In addition, a heat ray absorbing layer containing powders of carbon black, graphite, iron black, various ferrites and their compounds, copper oxide, cobalt oxide, bengara, etc., and a fluorine resin paint that serves as a binder and release agent are mixed. The degree of freedom of design related to the configuration of the first roller (fixing roller) is wide, for example, an integrated heat ray absorbing layer formed integrally with the released release layer may be formed.
[0055]
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the configuration of the temperature control roller according to the present invention, and FIG. 4 shows a state in which the temperature control roller is retracted to the pressure release position with respect to the first roller (fixing roller). FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which the first temperature control roller is pressure-bonded to the first roller, and FIG. 6 is a diagram in which the second temperature control roller is pressure-bonded to the first roller. It is a schematic diagram which shows the state which exists.
[0056]
In the figure, 305 is a first roller (fixing roller), and 315 is a second roller.
Reference numeral 330 denotes a first temperature control roller, and 350 denotes a second temperature control roller. Both rollers are configured to always maintain a contact state, and the contact state is, for example, the shaft of both rollers. This can be achieved by a known appropriate method such as interposing a spring between them.
[0057]
Each of the first and second temperature control rollers can be brought into contact with the surface of the first roller 305 with a predetermined pressure, and can be rotated by being driven by the first roller. It is configured.
[0058]
Predetermined pressure bonding can be achieved by providing fulcrum points on both side plates (not shown) for holding the shafts of both rollers and rotating the side plates by a reversible motor.
[0059]
The drive control, for example, the first temperature control roller 330 is pressed from the pressure release position (see FIG. 4) to the first roller 305 (see FIG. 5), and the first temperature control is started from the pressure position. The driving for bringing the roller to the release position (see FIG. 4) and the driving for pressing the second temperature control roller 350 against the surface of the first roller (see FIG. 6) are performed at the first temperature. The motor may be rotated forward or backward with reference to the pressure release position of the control roller 330, and the energization time of the motor may be controlled by an appropriate drive control unit.
[0060]
As a matter of course, the drive control unit stores the position of the roller, and includes a calculation unit that determines whether the rotation of the motor is forward or reverse depending on conditions described later.
[0061]
A stopper is provided in the fixing portion of the fixing device so that the temperature control roller contacts the first roller 305 with a constant pressure, and it is detected that a part of the side plate has collided with the stopper. The drive control such as turning off the energization of the motor can be easily achieved by a known method.
[0062]
The configuration of each temperature control roller is as follows.
The first temperature control roller 330 includes a shaft 331 and two roller portions 333 provided on the shaft 331 so as to be movable.
[0063]
The left and right end portions of the roller portion 333 are configured with gentle curved surfaces so as not to cause mechanical damage to the first roller 305.
[0064]
In the present embodiment, a roller portion 333 configured by providing a silicon rubber layer having a thickness of about 0.5 mm on a pipe-shaped substrate made of an aluminum material having an outer diameter of 16 mm is fitted into a shaft 331 made of stainless steel having a diameter of 8 mm. Thus, the first temperature control roller 330 was formed.
[0065]
The second temperature control roller 350 was formed by applying fluorine coating on the surface of a pipe made of an aluminum material having a wall thickness of 3 mm and an outer diameter of 18 mm.
[0066]
As will be described later, the second temperature control roller 350 requires a particularly good heat conduction, and therefore, it is desirable to use a material having a high heat conductivity such as aluminum or copper.
[0067]
In the drawing, a range indicated by reference symbol R is a heating area where the first roller 305 can perform fixing processing (corresponding to the maximum size in the conveyance direction of usable paper).
[0068]
S indicates a heating area having a size that is substantially the same as the size in the sheet conveyance direction, which is sufficiently smaller than the heating area R, and the dimension is substantially equal to the width dimension formed between the inner ends of the roller portion 333.
[0069]
In other words, when the first roller 305 is in the pressure release position during preheating and the size of the paper used is smaller than the heating area where the fixing process of the first roller is possible, the surface of the first roller 305 (FIG. 3). In this case, the first temperature control roller 330 (substantially the roller portion 333) is pressure-bonded to a region on the first roller corresponding to the left and right outer portions of the heating region S: a non-sheet passing region). The
[0070]
The reason for this is to take away excessive heat in the non-sheet passing area of the first roller 305 and prevent or suppress excessive temperature rise in the area.
[0071]
The heat of the roller portion 333 is transferred to the second temperature control roller 350 that is always in contact with the roller and is radiated.
[0072]
As described above, when the number of fixing processes for a small size sheet is small, after the fixing process is finished, the first temperature control roller 330 is retracted to the pressure release position, and the roller and the second temperature control roller 350 The heat accumulated in is naturally dissipated.
[0073]
However, when a large number of small-size fixing processes must be performed for continuous or intermittent fixing, the temperature of the first and second temperature control rollers gradually increases, and the non-passage on the first roller 305 is not performed. Since the efficiency of removing excess heat from the paper region is reduced, in such a case, when the temperature of the first or second temperature control roller rises to a predetermined temperature, the first temperature control roller 330 is The second temperature control roller 350 is retracted to the pressure release position and is pressed against the surface of the first roller 305 with a predetermined force.
[0074]
In this configuration, excess heat in the non-sheet passing area on the first roller 305 is heat transported to the sheet passing area via the second temperature control roller, and the temperature of the entire heating area is made as uniform as possible. This is to make it happen.
[0075]
With these configurations, the steep temperature difference that has conventionally occurred at the boundary between the sheet passing area and the non-sheet passing area on the surface of the first roller can be controlled by the temperature control roller, so that the fixing process for a large number of small-sized sheets can be continued. Even when a large-size sheet is fixed, it is possible to suppress the difference in glossiness at the boundary as much as possible.
[0076]
Thus, in the embodiment, there are two pressure-bonding modes for the temperature control roller to the first roller 305.
[0077]
In the embodiment, when the maximum size sheet is subjected to the fixing process, the temperature control roller is retracted to the pressure release position as in the preheating.
[0078]
In order to simplify the explanation, two types of paper, that is, the maximum size paper to be used and the small size paper are used as an example for the heating area where the fixing process of the first roller 305 can be performed. One temperature control roller shaft 331 is made long and the moving range of the roller section 333 is widened, so that it can be controlled in three steps or four steps depending on the size of the paper used. Is limited, the roller portion 333 can be fixed on the shaft 331.
[0079]
Further, although an example in which the paper passage area with respect to the first roller 305 is set based on the central reference has been described, the paper may be passed on a one-side reference with one end of the first roller as a reference. The roller portion 333 may be provided only on one side opposite to the reference position.
[0080]
Further, the same effect can be obtained even if the roller core of the first roller is constituted by a thin metal pipe instead of a translucent substrate such as glass.
[0081]
In any case, the configuration of the first roller (fixing roller) and the temperature control rollers 330 and 350 is not restricted by the embodiment, and the material, dimensions, and the like can be appropriately determined according to the specifications.
[0082]
Although temperature control was not mentioned, the temperature control of the first roller is performed by arranging a temperature detection element in the vicinity of the surface of the first roller corresponding to the passage area of the small size paper and outputting the temperature detection element. A known method of turning on / off the power supply to the heating source according to information can be applied.
[0083]
Further, the temperature detection of the first temperature control roller 330 may be performed through the shaft 331, or may be performed using the shaft of the second temperature control roller 350 or the roller surface.
[0084]
【The invention's effect】
Due to the extremely simple configuration, even if a large number of small-size transfer materials are continuously fixed, the temperature difference between the paper passing area and the non-paper passing area on the fixing roller can be suppressed. Even when a large-size sheet is continuously used, it is possible to perform a stable fixing process with almost no difference in glossiness of the toner image at the boundary between the two areas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus including a color printer.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view for explaining a configuration of a first roller and a second roller that are main elements of a heat roller type fixing device.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a configuration of a temperature control roller;
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which a temperature control roller is retracted to a pressure-release release position with respect to a first roller (fixing roller).
FIG. 5 is a schematic view showing a state in which a first temperature control roller is pressure-bonded to the first roller.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state where a second temperature control roller is pressure-bonded to the first roller.
[Explanation of symbols]
30 Heat roller type fixing device 300 Halogen heater 305 First roller (fixing roller)
315 Second roller (pressure roller)
330 First temperature control roller 331 Shaft 333 Roller unit 350 Second temperature control roller

Claims (3)

第１の温度制御用ローラと第２の温度制御用ローラを定着ローラに対して圧着および圧着解除可能に設けるとともに、両温度制御用ローラを常時接触状態に保ち、かつ、定着処理される転写材が前記定着ローラの加熱領域に対して小さい場合には、当該転写材の幅方向外側領域にのみローラ部を有する前記第１の温度制御用ローラを前記定着ローラの表面に圧着させるとともに、前記第１の温度制御用ローラまたは第２の温度制御用ローラが所定温度に達すると、前記第１の温度制御用ローラの圧着を解除するとともに前記第２の温度制御用ローラを前記定着ローラの表面に圧着させるように構成した事を特徴とする画像定着装置。With crimp and crimp releasably provided to the first temperature controlling roller and the second fixing roller temperature control for low-La, keeping the constant contact condition both for temperature control roller, and is fixing the transfer When the material is smaller than the heating region of the fixing roller, the first temperature control roller having a roller portion only in the width direction outer region of the transfer material is pressed against the surface of the fixing roller, and When the first temperature control roller or the second temperature control roller reaches a predetermined temperature, the pressure bonding of the first temperature control roller is released and the second temperature control roller is moved to the surface of the fixing roller. An image fixing device characterized by being configured to be pressure-bonded to . 定着ローラのプレヒート時および前記定着ローラの加熱領域の幅に近似しているサイズの転写材を処理する場合、前記第１の温度制御用ローラと第２の温度制御用ローラとを、前記定着ローラの表面から離間して保持するように構成した事を特徴とする請求項１に記載の画像定着装置。 When pre-heating the fixing roller and processing a transfer material having a size approximate to the width of the heating area of the fixing roller, the first temperature control roller and the second temperature control roller are used as the fixing roller. The image fixing device according to claim 1, wherein the image fixing device is configured to be held apart from the surface of the image fixing device. 前記第１の温度制御用ローラのローラ部は、軸方向に対して移動可能に構成してある事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像定着装置。 The roller portion of the first temperature controlling roller, image fixing apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that that is movably configured with respect to the axial direction.

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