JP2009098357A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】誘導加熱定着装置において、特に円筒状の定着加熱スリーブの外部に設けた励磁コイルによる加熱を行う系において、定着スリーブの加圧保持及び回転駆動を可能にするとともに駆動時の振動、騒音を防止する。
【解決手段】誘導加熱用インバータ装置、誘導加熱発熱体を有する定着加熱スリーブ101、定着加熱スリーブ101を定着加圧ローラ108に加圧保持する加圧機構、定着加圧ローラ108、サーミスタに代表される温度検知素子、サーモスイッチ106などの安全素子より構成する。定着加熱スリーブ101内部に設けられ、励磁コイル105に対向に配置されたスリーブガイドを配置しても良い。
【選択図】図1In an induction heating fixing device, particularly in a system in which heating is performed by an excitation coil provided outside a cylindrical fixing heating sleeve, the fixing sleeve can be pressed and held and rotated and driven, and vibration and noise are generated. To prevent.
Represented by an induction heating inverter device, a fixing heating sleeve 101 having an induction heating heating element, a pressure mechanism that pressurizes and holds the fixing heating sleeve 101 on a fixing pressure roller 108, a fixing pressure roller 108, and a thermistor. The temperature detecting element and the safety element such as the thermo switch 106 are used. A sleeve guide provided inside the fixing heating sleeve 101 and disposed opposite to the exciting coil 105 may be disposed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ベルト加熱方式の加熱装置、及び前記加熱装置を像加熱装置として備えた電子写真装置・静電記録装置などの画像形成装置に関する。 The present invention relates to a belt heating type heating apparatus and an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus and an electrostatic recording apparatus provided with the heating apparatus as an image heating apparatus.
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を被記録材に加熱定着させる像加熱装置(定着装置)を例にして説明する。 For convenience, an image heating apparatus (fixing apparatus) that is provided in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer and that heats and fixes a toner image onto a recording material will be described as an example.
画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で被記録材(転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・OHPシート・印刷用紙・フォーマット紙など)に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた目的の画像情報の未定着画像(トナー画像)を被記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。近時はクイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の装置が実用化されている。また電磁誘導加熱方式の装置も提案されている。 In an image forming apparatus, a recording material (transfer material sheet, electrofax sheet, electrostatic recording paper, OHP sheet, printing paper, printing paper, electrophotographic process, electrostatic recording process, magnetic recording process, etc. As a fixing device that heats and fixes an unfixed image (toner image) of target image information formed and supported on a recording sheet or the like by a transfer method or a direct method as a permanently fixed image on a recording material surface, a heat roller device Was widely used. Recently, belt heating systems have been put into practical use from the viewpoint of quick start and energy saving. An electromagnetic induction heating type device has also been proposed.
a)熱ローラ方式の定着装置
熱ローラ方式の定着装置は、定着ローラ(加熱ローラ)と加圧ローラとの圧接ローラ対を基本構成とし、該ローラ対を回転させ、該ローラ対の相互圧接部である定着ニップ部を画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入して挟持搬送させて、定着ローラの熱と、定着ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。
a) Heat roller type fixing device The heat roller type fixing device is basically composed of a pressure roller pair of a fixing roller (heating roller) and a pressure roller, and the roller pair is rotated so that a mutual pressure contact portion of the roller pair is obtained. The recording material on which an unfixed toner image to be image-fixed is formed and supported is introduced and conveyed, and the unfixed toner image is formed by the heat of the fixing roller and the pressure of the fixing nip. It is heat-fixed on the surface of the recording material.
定着ローラは、一般に、アルミニウムの中空金属ローラを基体(芯金)とし、その内空に熱源としてのハロゲンランプを挿入配設してあり、ハロゲンランプの発熱で加熱され、外周面が所定の定着温度に維持されるようにハロゲンランプへの通電が制御されて温調される。 In general, the fixing roller has an aluminum hollow metal roller as a base body (core metal), and a halogen lamp as a heat source is inserted and disposed in the inner space thereof. The temperature of the halogen lamp is controlled and controlled so that the temperature is maintained.
特に、最大4層のトナー画像層を十分に加熱溶融させて混色させる能力を要求される、フルカラーの画像形成を行う画像形成装置の定着装置としては、定着ローラの芯金を高い熱容量を有するものにし、またその芯金外周にトナー画像を包み込んで均一に溶融するためのゴム弾性層を具備させ、そのゴム弾性層を介してトナー画像の加熱を行っている。また、加圧ローラ内にも熱源を具備させて加圧ローラも加熱・温調する構成にしたものもある。 In particular, as a fixing device of an image forming apparatus that performs full-color image formation that requires the ability to sufficiently heat-melt and mix colors of up to four toner image layers, a fixing roller core has a high heat capacity In addition, a rubber elastic layer for wrapping and uniformly melting the toner image around the outer periphery of the metal core is provided, and the toner image is heated through the rubber elastic layer. There is also a configuration in which a heat source is also provided in the pressure roller so that the pressure roller is also heated and temperature-controlled.
しかし、熱ローラ方式の定着装置は画像形成装置の電源をオンにして同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ等が冷え切っている状態時から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間(ウエイトタイム)を要し、クイックスタート性に欠ける。また画像形成装置のスタンバイ状態時(非画像出力時)も何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ローラを所定の温調状態に維持させておく必要があり、電力消費量が大きい等の問題があった。 However, even when the heat roller type fixing device is turned on and the energization of the halogen lamp, which is the heat source of the fixing device, is started at the same time, the heat capacity of the fixing roller is large and the fixing roller and the like are cooled down. A considerable waiting time (wait time) is required until the temperature reaches a predetermined fixing temperature from the state, and the quick start property is lacking. In addition, it is necessary to energize the halogen lamp and maintain the fixing roller at a predetermined temperature control state so that an image forming operation can be executed at any time even when the image forming apparatus is in a standby state (non-image output). There was a problem such as a large amount.
また、上述のフルカラーの画像形成装置の定着装置のように特に熱容量の大きな定着ローラを用いるものにおいては、温調と定着ローラ表面の昇温とに遅延が発生するため、定着不良や光沢ムラやオフセット等の問題が発生していた。 Further, in the case of using a fixing roller having a particularly large heat capacity, such as the fixing device of the above-described full-color image forming apparatus, a delay occurs in the temperature control and the temperature increase on the surface of the fixing roller. Problems such as offset occurred.
このような問題点を解決すべく、近年は薄肉ローラを用いて熱時定数を短くし、温度応答性の良い熱ローラ定着装置も実用化されている。 In order to solve such problems, in recent years, a heat roller fixing device having a good temperature responsiveness by using a thin roller to shorten the thermal time constant has been put into practical use.
b)フィルム加熱方式の定着装置
フィルム加熱方式の定着装置は、例えば特開昭63−313182号公報・特開平2−157878号公報・特開平4−44075号公報・特開平4−204980号公報等に提案されている。
b) Film Heating Type Fixing Device Film heating type fixing devices include, for example, JP-A-63-313182, JP-A-2-157878, JP-A-4-44075, JP-A-4-204980, and the like. Has been proposed.
即ち、加熱体としての一般にセラミックヒータと、加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性フィルム(定着フィルム)を挟ませてニップ部を形成させ、該ニップ部のフィルムと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた被記録材を導入してフィルムと一緒に挟持搬送させることでニップ部においてセラミックヒータの熱をフィルムを介して被記録材に与え、またニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させるものである。 That is, a nip portion is formed by sandwiching a heat-resistant film (fixing film) between a ceramic heater as a heating element and a pressure roller as a pressure member, and the film in the nip portion and the pressure roller The recording material on which an unfixed toner image to be image-fixed is formed and supported is introduced and conveyed together with the film so that the heat of the ceramic heater is applied to the recording material through the film at the nip portion. Further, the unfixed toner image is fixed to the surface of the recording material by heat and pressure by the applied pressure of the nip portion.
このフィルム加熱方式の定着装置は、セラミックヒータ及びフィルムとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができ、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く(クイックスタート性)、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい(省電力)等の利点がある。 This film heating type fixing device can be configured as an on-demand type device using a ceramic heater and a film having a low heat capacity as a film, and energizes the ceramic heater as a heat source only when the image forming apparatus performs image formation. It is only necessary to generate heat at a predetermined fixing temperature, and the waiting time from the power-on of the image forming apparatus to the image forming executable state is short (quick start property), and the power consumption during standby is greatly reduced (saving) Power).
ただ、大きな熱量が要求されるフルカラー画像形成装置や高速機種用の定着装置としては熱量的に難点がある。 However, a full-color image forming apparatus requiring a large amount of heat and a fixing device for a high-speed model have a difficulty in heat quantity.
c)電磁誘導加熱方式の定着装置
実開昭51−109739号公報には、磁束により定着ローラに電流を誘導させてジュール熱によって発熱させる誘導加熱定着装置が開示されている。これは、誘導電流の発生を利用することで直接定着ローラを発熱させることができて、ハロゲンランプを熱源として用いた熱ローラ方式の定着装置よりも高効率の定着プロセスを達成している。
c) Electromagnetic induction heating type fixing device Japanese Utility Model Laid-Open No. 51-109739 discloses an induction heating fixing device that induces a current in a fixing roller by magnetic flux and generates heat by Joule heat. This makes it possible to directly heat the fixing roller by utilizing the generation of the induced current, and achieves a fixing process that is more efficient than a heat roller type fixing device using a halogen lamp as a heat source.
又、誘導加熱定着装置の騒音を防止するため、特開平9−80951に示すようなコイルを並列運転してインダクタンスを下げることにより、共振コンデンサとコイルにより共振する共振周波数を可聴周波数帯域外にするような方法が提案されている。 Further, in order to prevent noise of the induction heating fixing device, the resonance frequency resonated by the resonance capacitor and the coil is made out of the audible frequency band by operating the coil as shown in JP-A-9-80951 in parallel and lowering the inductance. Such a method has been proposed.
また、定着に作用するエネルギーを高密度で得るために発熱体である定着ローラに励磁コイルを接近させたり、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップ部近傍に集中させたりした、高効率の定着装置が考案されている。 Also, a high-efficiency fixing device that brings the exciting coil close to the fixing roller, which is a heating element, and concentrates the alternating magnetic flux distribution of the exciting coil in the vicinity of the fixing nip in order to obtain energy that acts on fixing at high density. Has been devised.
更にスリーブ外部に励磁コイルを配置した定着装置の一例が特開平08−129313や特開平08−220912に開示されている。 Furthermore, examples of a fixing device in which an exciting coil is disposed outside the sleeve are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 08-129313 and 08-220912.
図9−bに、励磁コイルの交番磁束分布を定着ニップに集中させて効率を向上させた電磁誘導加熱方式定着装置の一例の概略構成を示した。 FIG. 9B shows a schematic configuration of an example of an electromagnetic induction heating type fixing apparatus in which the alternating magnetic flux distribution of the exciting coil is concentrated on the fixing nip to improve the efficiency.
10は電磁誘導発熱層(導電体層、磁性体層、抵抗体層)を有する、電磁誘導発熱性の回転体としての円筒状の定着フィルムである。
16は横断面略半円弧状樋型のフィルムガイド部材であり、円筒状定着フィルム10はこのフィルムガイド部材16の外側にルーズに外嵌させてある。
Reference numeral 16 denotes a saddle-shaped film guide member having a substantially semicircular arc shape in cross section, and the
15はフィルムガイド部材16の内側に配設した磁場発生手段であり、励磁コイル18とE型の磁性コア(芯材)17とからなる。
Reference numeral 15 denotes a magnetic field generating means disposed inside the film guide member 16, which includes an
30は弾性加圧ローラであり、定着フィルム10を挟ませてフィルムガイド部材16の下面と所定の圧接力をもって所定幅の定着ニップ部Nを形成させて相互圧接させてある。上記磁場発生手段15の磁性コア17は定着ニップ部Nに対応位置させて配設してある。
Reference numeral 30 denotes an elastic pressure roller. The
加圧ローラ30は駆動手段Mにより矢示の反時計方向に回転駆動される。この加圧ローラ30の回転駆動による該加圧ローラ30と定着フィルム10の外面との摩擦力で定着フィルム10に回転力が作用して、該定着フィルム10がその内面が定着ニップ部Nにおいてフィルムガイド部材16の下面に密着して摺動しながら矢示の時計方向に加圧ローラ30の回転周速度にほぼ対応した周速度をもってフィルムガイド部材16の外回りを回転状態になる(加圧ローラ駆動方式)。
The pressure roller 30 is rotationally driven by the driving means M in the counterclockwise direction indicated by the arrow. A rotational force acts on the
フィルムガイド部材16は、定着ニップ部への加圧、磁場発生手段15としての励磁コイル18と磁性コア17の支持、定着フィルム10の支持、該フィルム10の回転時の搬送安定性を図る役目をする。このフィルムガイド部材16は磁束の通過を妨げない非磁性かつ絶縁性の部材であり、高い荷重に耐えられる材料が用いられる。
The film guide member 16 serves to pressurize the fixing nip, support the
励磁コイル18は不図示の励磁回路から供給される交番電流によって交番磁束を発生する。交番磁束は定着ニップ部Nの位置に対応しているE型の磁性コア17により定着ニップ部Nに集中的に分布し、その交番磁束は定着ニップ部Nにおいて定着フィルム10の電磁誘導発熱層に渦電流を発生させる。この渦電流は電磁誘導発熱層の固有抵抗によって電磁誘導発熱層にジュール熱を発生させる。
The
この定着フィルム10の電磁誘導発熱は交番磁束を集中的に分布させた定着ニップ部Nにおいて集中的に生じて定着ニップ部Nが高効率に加熱される。
The electromagnetic induction heat generation of the
定着ニップ部Nの温度は、不図示の温度検知手段を含む温調系により励磁コイル18に対する電流供給が制御されることで所定の温度が維持されるように温調される。
The temperature of the fixing nip portion N is controlled so that a predetermined temperature is maintained by controlling the current supply to the
而して、加圧ローラ30が回転駆動され、それに伴って円筒状の定着フィルム10がフィルムガイド部材16の外回りを回転し、励磁回路から励磁コイル18への給電により上記のように定着フィルム10の電磁誘導発熱がなされて定着ニップ部Nが所定の温度に立ち上がって温調された状態において、不図示の画像形成手段部から搬送された未定着トナー画像tが形成された被記録材Pが定着ニップ部Nの定着フィルム10と加圧ローラ30との間に画像面が上向き、即ち定着フィルム面に対向して導入され、定着ニップ部Nにおいて画像面が定着フィルム10の外面に密着して定着フィルム10と一緒に定着ニップ部Nを挟持搬送されていく。この定着ニップ部Nを定着フィルム10と一緒に被記録材Pが挟持搬送されていく過程において定着フィルム10の電磁誘導発熱で加熱されて被記録材P上の未定着トナー画像tが加熱定着される。被記録材Pは定着ニップ部Nを通過すると回転定着フィルム10の外面から分離して排出搬送されていく。
Thus, the pressure roller 30 is driven to rotate, and the
また、外部に励磁コイルを配置した従来例を図9−aに示す。図9−aに於いて、101は定着スリーブ、108は定着加熱ローラ、108aは定着加熱ローラの芯金部分であり、材料としてはアルミニウムが用いられる。108bは定着加熱ローラのゴム層である。105は定着加熱用電力を定着加熱スリーブに供給する励磁コイル、106はサーモスイッチ、107はサーミスタであり、それぞれ定着加熱スリーブの温度を測定するよう構成されている。104は励磁コイルを保持するコイルホルダである。コイルホルダはユーザ可触部である定着スリーブと、電源である励磁コイルの絶縁を取るために規格上必要な厚みを取る構成としている。定着加熱スリーブ101はその両端でベアリング116により回転摺動性を保ちながら加圧保持されている。
しかしながら従来のような構成では、定着スリーブの自由度が大きいために、定着スリーブを励磁コイルにより加熱したとき、励磁コイルからの磁界とスリーブに発生する渦電流により反力が発生し、スリーブが振動してしまうという問題点があった。さらに定着スリーブの振動により、定着スリーブと励磁コイルとの磁気結合の状態が変動するため、安定した電力供給、安定した加熱が行いにくいという問題点があった。 However, in the conventional configuration, since the fixing sleeve has a large degree of freedom, when the fixing sleeve is heated by the exciting coil, a reaction force is generated by the magnetic field from the exciting coil and the eddy current generated in the sleeve, and the sleeve vibrates. There was a problem of doing. Furthermore, since the state of magnetic coupling between the fixing sleeve and the exciting coil varies due to the vibration of the fixing sleeve, there is a problem that it is difficult to perform stable power supply and stable heating.
また、定着加熱ローラにより、定着スリーブを回転駆動する際にもその軌道が定まらないために安定した紙送りが困難であるといった問題点が存在した。 In addition, there is a problem that stable paper feeding is difficult because the trajectory is not fixed even when the fixing sleeve is rotationally driven by the fixing heating roller.
そこで、定着スリーブの内部に、スリーブの軌道を規制する機構を設けることを提案する。特にコイルがスリーブ外部に配置されている場合、定着スリーブを挟んでコイルに対抗する部分に、耐熱樹脂によるスリーブガイドを設けることと、本スリーブガイドに取り付けて一体のユニットとして定着加圧ローラに定着スリーブを押し付けて定着性を高める、加圧機構を配置することを提案する。 Therefore, it is proposed to provide a mechanism that regulates the orbit of the sleeve inside the fixing sleeve. In particular, when the coil is arranged outside the sleeve, a sleeve guide made of heat-resistant resin is provided on the part facing the coil across the fixing sleeve, and it is attached to the sleeve guide and fixed to the fixing pressure roller as an integral unit. It is proposed to arrange a pressure mechanism that presses the sleeve to improve the fixing property.
安定した加熱を行うことが可能であるとともに低騒音の誘導加熱定着装置を構成することが可能となる。 It is possible to perform stable heating and to construct an induction heating fixing device with low noise.
以上説明したように、定着加熱スリーブを挟んで励磁コイルと対向する位置にスリーブガイドを設ける事により、定着加熱スリーブの励磁コイルからの距離を規制すること、定着加熱スリーブの振動を防止することが可能となる。このために定着加熱スリーブと励磁コイルの磁気結合を安定化させて、安定した加熱を行うことが可能となる。また、定着加熱スリーブの振動を押さえることが出来るために、さらに画質の良い誘導加熱定着装置を提供することが可能となる。 As described above, by providing a sleeve guide at a position facing the excitation coil across the fixing heating sleeve, it is possible to regulate the distance of the fixing heating sleeve from the excitation coil and prevent vibration of the fixing heating sleeve. It becomes possible. For this reason, it is possible to stabilize the magnetic coupling between the fixing heating sleeve and the exciting coil to perform stable heating. Further, since it is possible to suppress the vibration of the fixing heating sleeve, it is possible to provide an induction heating fixing device with better image quality.
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。 Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.
図1に、本件第1の実施例を最も良くあらわす図を示す。図1に於いて、101は定着スリーブであり、図のように中空円筒状の形状となっている。101aは定着スリーブの発熱体である金属層であり、鉄、ニッケル、ステンレスといった磁性金属のほか、非磁性ステンレスやアルミニウムなどが用いられる。スリーブ回転方向が用紙の搬送方向となるようスリーブ軸方向と用紙の搬送方向は直角に配置されており、装置の最大通紙幅よりもスリーブの長さは長くなっている。101bはシリコンゴム層であり、定着性を高めるために用いられる。101cはスリーブ表層をコートしてスリーブからのトナー等記録材の分離を良くする離型層である。101dはスリーブ内面の摺動性を良くするためのコーティング層である。102はスリーブに内接して配置され、スリーブを定着加圧ローラへ加圧して定着ニップ部を形成するとともに定着ローラの回転をスリーブに伝えてスリーブを摩擦駆動するための加圧部材である。103は定着ニップ部における摺動性を向上するための摺動板である。104は定着加熱コイルを支持するとともにスリーブおよびその他のユーザ可触部分と定着加熱コイルとの絶縁を確保するコイルホルダである。105は定着加熱コイルであり、0.1〜0.3mm程度の径をもち、絶縁皮膜でコートされた細線を数十本から200本程度束ねたリッツ線を数回から数十回巻いたコイルを図のようにコイルホルダ内にスリーブ外周に沿うよう湾曲した形に形成したものである。コイルの長手方向はスリーブ軸方向に沿う形で、用紙搬送方向とは直角に配置されており、コイル長手方向は装置の最大通紙幅よりも長く構成されている。励磁コイルをコイルホルダの定着加熱スリーブ対向面側に密着させて固定するために113の樹脂製の押さえ部材を設けている。樹脂製の押さえ部材113は本実施例ではコイルホルダにネジで止める構成となっているがビスを用いずに取り付けられるよう構成しても良い。コイルホルダと樹脂製の押さえ部材により励磁コイルを覆うように構成することで、ユーザが励磁コイルのリッツ線に触らないよう安全を確保できる構成としている。リッツ線の細線に断線が発生してもそれがユーザに触れないよう、例えば定着装置のフレームに覆われていれば押さえ部材に風路を確保するためのくり抜き部分を設けても良い。
FIG. 1 is a diagram that best represents the first embodiment of the present invention. In FIG. 1,
106はサーモスイッチであり、本実施例では非接触式の構成としてコイルホルダの一部に取り付けて定着スリーブの温度を検出し、予め定められた温度に達するとバイメタルにより接点が切れるものを用いている。107はサーミスタであり、定着スリーブの温度を検出すべく定着スリーブ外部よりサーミスタ素子を接触さるよう配置している。108は定着加熱ローラである。108aは定着加熱ローラの芯金部分であり、中空または円柱状の金属からなる。108aの金属の材料としては一般にアルミニウムが用いられることが多い。108bはゴム層であり、シリコンゴムなどにより形成されている。108bのゴム部分は、装置の通紙できる最大通紙幅よりも長くなるよう構成しており、最大幅の紙が搬送されてニップに到達し、紙からの水蒸気により通紙部での摩擦係数が低下しても端部の摩擦力によりスリーブをスリップさせることなく従動駆動するよう構成している。
定着スリーブの金属層は制御性と熱応答性を高める理由から熱容量を小さくするためと、スリーブの耐久性を持たせるために、誘導加熱を行う周波数領域である20kHz〜数100kHzにおける浸み込み深さの1倍〜数百倍程度の厚みとしており、ゴム層や離型層も熱容量を小さくするため、薄くする必要があるため、定着スリーブは剛性が小さく容易に弾性変形してしまう。従って定着スリーブを回転させるために定着スリーブ単独で駆動することは困難であり、上述した定着加熱ローラと定着加熱ローラの駆動機構、及び定着スリーブの定着加熱ローラへの加圧機構により従動駆動を可能としている。 The metal layer of the fixing sleeve has a penetration depth in the frequency range of 20 kHz to several 100 kHz, which is the frequency range where induction heating is performed, in order to reduce heat capacity for the purpose of improving controllability and thermal response and to provide durability of the sleeve. The thickness is about 1 to several hundred times the thickness. Since the heat capacity of the rubber layer and the release layer is also small, the fixing sleeve needs to be thin. Therefore, the fixing sleeve has small rigidity and easily elastically deforms. Therefore, it is difficult to drive the fixing sleeve alone to rotate the fixing sleeve, and the driven mechanism can be driven by the fixing heating roller, the driving mechanism of the fixing heating roller, and the pressing mechanism of the fixing sleeve to the fixing heating roller. It is said.
Mはモータであり、回転伝達機構であるベルトやギヤ列により適切な搬送速度が得られるよう減速させて定着加熱ローラを回転駆動する。 M is a motor, and the fixing heating roller is driven to rotate at a reduced speed so as to obtain an appropriate conveyance speed by a belt or gear train as a rotation transmission mechanism.
図2に定着器要部の横断面図を示す。図2−aにおいて、23a及び23bは定着加熱スリーブの端部を保護するとともに定着スリーブの回転をスムーズに行わせるための回転ガイド、25は定着加熱スリーブを定着ニップ部で加圧するためのコイルばねであり、29の加圧基準面から左右均等に加圧力が配分されるように構成している。29の基準面は、定着装置のフレームの構造により構成しても良い。先述したように本実施例では定着ローラのゴム部108bの、定着ローラ回転軸方向の長さLRが、装置の通紙可能な最大通紙幅よりも大きくなるよう構成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the main part of the fixing device. In FIG. 2A,
図3にこのような構成で加熱を行った際の発熱の状態を示す。励磁コイルにより発生した交番磁界により、定着加熱スリーブの金属層101a部に渦電流(誘導電流)が流れ、金属層自身が発熱する。図3にスリーブ長手方向中心部分の横断面の発熱分布を示す。コイル中央部を0°としてスリーブ中心からの角度を取った時、図3の右図に示したような分布となる。横軸が発熱量Qであり、縦軸が角度である。励磁コイルに沿って2箇所に発熱量の多い部分が存在する。また、参考までに定着加熱スリーブの金属層101a内部の電磁波の分布を図4に示す。図に於いて横軸はスリーブの厚さであり、縦軸は電界強度の強さを示している。金属層のスリーブ外側(励磁コイルに近い側)を厚さ0とし、そこからスリーブ内側への距離を横軸にとっている。
FIG. 3 shows the state of heat generation when heating is performed with such a configuration. Due to the alternating magnetic field generated by the exciting coil, an eddy current (induced current) flows in the
図5に、本件第2の実施例を最も良くあらわす図を示す。 FIG. 5 shows a diagram that best represents the second embodiment of the present invention.
図5−aに於いて、101は定着スリーブであり、図のように中空円筒状の形状となっている。本定着スリーブの構造及び構成は、実施例1で説明したものと同じである。
In FIG. 5A,
102はスリーブに内接して配置され、スリーブを定着加圧ローラへ加圧して定着ニップN部を形成するとともに定着ローラの回転をスリーブに伝えてスリーブを摩擦駆動するための加圧部材である。
A
109は定着加熱コイルに対向する位置にスリーブに内接して配置されたスリーブガイドである。実施例1で述べたように定着スリーブの金属層は熱容量を小さくするためと、耐久性を持たせるために、薄い層となっており、剛性が小さく容易に弾性変形してしまう。
その一方で定着加熱スリーブは、励磁コイルによる磁界とスリーブ自身に流れる誘導電流(渦電流)により、励磁コイルから離れる方向に力を受ける。 On the other hand, the fixing heating sleeve receives a force in a direction away from the exciting coil by a magnetic field generated by the exciting coil and an induced current (eddy current) flowing in the sleeve itself.
反発力はインバータの駆動によって発生するため、振動はインバータ駆動周波数で発生することになる。インバータの動作中にジッタが発生したり、スリーブの共振機構にその分周を発生する要因がある場合、振動はインバータ動作周波数を分周した周波数で振動する。この振動周波数がスリーブの固有振動周波数と重なると、大きな振動または共鳴音が発生することになる。 Since the repulsive force is generated by driving the inverter, the vibration is generated at the inverter driving frequency. When jitter occurs during the operation of the inverter or there is a factor that causes the frequency division in the resonance mechanism of the sleeve, the vibration vibrates at a frequency obtained by dividing the inverter operating frequency. When this vibration frequency overlaps with the natural vibration frequency of the sleeve, a large vibration or resonance sound is generated.
また、定着装置の電源には不図示のインバータ装置を用いており、インバータの周波数を低くすると定着器に投入される電力が大きくなり、インバータの周波数を高くすると定着器に投入される電力は小さくなる。定着加熱スリーブの温度はサーミスタ107により検知しており、定着加熱スリーブの温度が目標温度に近づいてくると、電力を下げるためにインバータ装置はその周波数を上昇させる。このため、定着器に大電力を供給して定着加熱スリーブ温度を定着温度まで上昇させる立ち上げ動作時には振動(共鳴音)が発生しなくとも、温度制御に伴うインバータの駆動周波数の変化により定着加熱スリーブの固有振動数とインバータ駆動周波数が重なり、振動(又は共鳴音)が発生する場合がある。
In addition, an inverter device (not shown) is used as the power source of the fixing device. When the inverter frequency is lowered, the power supplied to the fixing device increases. When the inverter frequency is increased, the power supplied to the fixing device decreases. Become. The temperature of the fixing heating sleeve is detected by the
さらに、定着加熱スリーブが励磁コイルから離れる方向に移動してしまうことにより定着加熱スリーブと励磁コイルの磁気結合が弱くなってしまう。従って振動に伴って磁気結合が強くなったり弱くなったりすることとなる。この結果回路の負荷変動が発生したこととなり、安定した加熱が困難と成ってしまう。 Furthermore, when the fixing heating sleeve moves away from the excitation coil, the magnetic coupling between the fixing heating sleeve and the excitation coil becomes weak. Therefore, the magnetic coupling becomes stronger or weaker with the vibration. As a result, a load fluctuation of the circuit occurs, and stable heating becomes difficult.
従って、定着加熱スリーブに接触して定着加熱スリーブの振動を抑えるとともに励磁コイルからの定着加熱スリーブの逃げを制限する振動防止及び励磁コイルと定着加熱スリーブ間の最大距離規制部材としてスリーブガイド109を配置している。
Accordingly, the
109のスリーブガイドの一例を図6に示す。スリーブガイドは定着加熱スリーブ内径に沿うよう定着加熱スリーブの内径以下の曲率を有する中空円柱の一部を切り出したような蒲鉾状の形状をしており、定着加熱スリーブ温度がトナーを定着させる定着温度に成ることから定着温度以上の耐熱性を有する耐熱樹脂により構成されている。 An example of 109 sleeve guides is shown in FIG. The sleeve guide has a bowl-like shape obtained by cutting out a part of a hollow cylinder having a curvature equal to or smaller than the inner diameter of the fixing heating sleeve so as to follow the inner diameter of the fixing heating sleeve, and the fixing heating sleeve temperature fixes the toner at the fixing temperature. Therefore, it is made of a heat resistant resin having heat resistance equal to or higher than the fixing temperature.
定着加熱スリーブとスリーブガイドの接触面は摺動性を有する必要があることから、定着加熱スリーブ内面にはPI(ポリイミド)やPTFEといった摺動性と耐熱性に優れた材料でコーティングを施しても良い。一方、109のスリーブガイドは、定着加熱スリーブの軸方向にリブを持たせて接触面積を少なくするとともに定着加熱スリーブとの接触面にはシリコングリス等耐熱性の高い潤滑材を塗布して摩擦抵抗を低く抑えるようにしている。
Since the contact surface between the fixing heating sleeve and the sleeve guide must be slidable, the inner surface of the fixing heating sleeve can be coated with a material with excellent slidability and heat resistance such as PI (polyimide) or PTFE. good. On the other hand, the
スリーブガイドの内部には励磁コイルよりの磁界を効率よく定着加熱スリーブに導くために、フェライト等に代表される透磁率が高く損失の少ない部材115を磁路が形成出来るよう配置しても良い。
In order to efficiently guide the magnetic field from the exciting coil to the fixing and heating sleeve, the
110はスリーブガイドと定着装置のフレームを結合し、スリーブガイドを支持するとともにスリーブガイドの位置を規定する支持部材であるとともに、定着加熱スリーブを定着加圧ローラに加圧してニップを形成するための加圧部材である。スリーブガイドと加圧部材は本実施例では図4のように両端の2ヶ所にて111のビスにてビス締めされており、スリーブガイド自身が定着ニップ部N部まで伸びており、ここに摺動板103がはめ込まれるような構成となっている。定着加熱コイルのコイルホルダとスリーブガイドは定着装置のフレームに固定されており、スリーブガイドとコイルホルダの対向面は数十mm程度以下のギャップを有して対向していることになる。コイルホルダは定着加熱スリーブに近接して対向配置されるため、耐熱性を有する非磁性材料や非金属材料であることが望ましく、耐熱樹脂等が用いられている。励磁コイルは実施例1に挙げたようにリッツ線を周回させてコイルとしたものが用いられており、励磁コイルをコイルホルダの定着加熱スリーブ対向面側に密着させて固定するために113の樹脂製の押さえ部材を設けている。樹脂製の押さえ部材113は本実施例ではネジ止めとなっているがビスを用いずに取り付けられるよう構成しても良い。コイルホルダと樹脂製の押さえ部材により励磁コイルを覆うように構成することで、ユーザが励磁コイルのリッツ線に触らないよう安全を確保できる構成としている。リッツ線の細線に断線が発生してもそれがユーザに触れないよう、例えば定着装置のフレーム120に覆われていれば押さえ部材に風路を確保するためのくり抜き部分を設けても良い。
また、コイルホルダの励磁コイルとの接触面は、通気性を確保する目的で112のような溝を設けても良い。この溝の方向は定着加熱スリーブの回転方向でも定着加熱スリーブ軸と平行な方向でも良い。さらに、定着ニップ下流側の定着スリーブ内部にも後端スリーブガイド114を設けて定着加熱スリーブの回転軌道を安定させ、定着ニップを抜けた後、定着加熱スリーブからの記録紙の分離を容易にするよう構成しても良い。このように構成すると定着加熱コイルに近づく方向に関する定着加熱スリーブの位置の自由度が下がるため、さらに定着加熱スリーブを振動し難くすることが可能となる。
Further, the contact surface of the coil holder with the exciting coil may be provided with a
図7に第3の実施例を最も良く表す図を示す。実施例1、実施例2において説明した内容は省略する。図4に於いて、701はサーミスタである。図7のように内接サーミスタとすることで、トナーや紙粉の堆積の影響を受けない、安定した温度検知が可能となる。さらに加熱部分での温度検知を行うことにより、より優れた熱応答性と温度制御性を持った構成とすることが可能であるとともにスリーブが停止した場合の制御性を向上させることが可能となっている。内接したサーミスタの構成の一例を図7−a、図7−b、図7−cにそれぞれ示す。
FIG. 7 shows the best representation of the third embodiment. The contents described in the first and second embodiments are omitted. In FIG. 4,
図7−aに於いて、701はサーミスタチップ、702はサーミスタ取り付け部であり、スリーブガイド同様、非磁性、非金属でかつ、耐熱性の高い材料として耐熱樹脂が用いられている。図7−bは、サーミスタとして内接用のガイドレール部を設けたサーミスタであり、スリーブ内部の系よりも小さい角度でRを有するガイド部702aを有している。703はサーミスタチップから信号を引き出す引き出し線であるジュメット線、704はスリーブにサーミスタチップを適度に当接圧を持たせて当接させるリードフレームであり、薄肉のステンレス板などが用いられている。705はサーミスタチップを保持する耐熱スポンジ、706はサーミスタの取り付けの為のビス穴である。このようなサーミスタを取り付けて装置に組み込んだ図を図7−bに示している。このようにサーミスタチップが加熱域の温度を測定できるよう構成している。また、ガイドレール部はスリーブに滑らかに接触させるよう構成してスリーブの自由度をさらに押える様構成しても良い。図7−cには、サーミスタをスリーブガイド部に取り付けた例を示す。図7−cにおいては、スリーブ長手方向2箇所にサーミスタチップを配置して、中央部温度と端部の温度を測定するよう構成しており、端部のサーミスタチップを装置の通紙できる最小通紙幅Lminの外側で、かつ、装置の通紙できる最大通紙幅Lmax以内に配置して端部温度を検出するよう構成している。
In FIG. 7A,
定着スリーブに充分な厚みがあり、強度がある場合には、図8のようにスリーブ端部での支持機構をベアリング116により支持し、回転を滑らかに行えるように構成しても良い。さらに定着加熱スリーブそのものにギヤを配置し、定着加圧ローラとともにモータの回転を伝達する構造としても勿論構わない。このような系に於いて振動防止部材を取り付けた一例を図8に示している。図に於いて、118は振動防止部材であり、図に示すように中空円筒の一部を切り出した構造をしており、117の支持部材により定着スリーブ内部に当接させるよう構成している。117の支持部材はバネ性を有する、例えばコイルバネによる支持機構としても良い。110は117の支持部材を定着ユニットのフレームに取り付ける取り付け部材である。118の振動防止部材の材料は定着温度よりも高い耐熱性を有する耐熱樹脂等が用いられる。118の振動防止部材は定着スリーブとの摩擦抵抗を押さえるために、109のスリーブガイドで示したような溝を設けても良い。
When the fixing sleeve has a sufficient thickness and strength, a support mechanism at the end of the sleeve may be supported by the bearing 116 as shown in FIG. 8 so that the rotation can be smoothly performed. Further, a gear may be arranged on the fixing heating sleeve itself so that the rotation of the motor is transmitted together with the fixing pressure roller. FIG. 8 shows an example in which a vibration preventing member is attached in such a system. In the figure,
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