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JP2010145665A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents

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JP2010145665A
JP2010145665A JP2008321670A JP2008321670A JP2010145665A JP 2010145665 A JP2010145665 A JP 2010145665A JP 2008321670 A JP2008321670 A JP 2008321670A JP 2008321670 A JP2008321670 A JP 2008321670A JP 2010145665 A JP2010145665 A JP 2010145665A
Authority
JP
Japan
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heat
fixing
heater
fixing roller
heating
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Pending
Application number
JP2008321670A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuharu Uchiyama
康治 内山
Tokuyoshi Abe
篤義 阿部
Kenichi Ogawa
賢一 小川
Satoshi Nishida
聡 西田
Naoki Yoshikawa
直紀 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2008321670A priority Critical patent/JP2010145665A/en
Publication of JP2010145665A publication Critical patent/JP2010145665A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fixing device of an external heating system, which can efficiently transmit heat to a fixing member from an external heating device and is high in heat efficiency, and to provide an image forming apparatus having the fixing device. <P>SOLUTION: In the area 35 of the surface of the fixing member 20, to which heat is transmitted by the external heating device 70, a quantity of heat generated by the external heating device 70 is made larger on the downstream side than that on the upstream side in the moving direction of the surface of the fixing member 20. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子写真技術や静電記録技術を用いたプリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され、記録材上の未定着画像を加熱定着する定着装置、及び、斯かる定着装置を使用した画像形成装置に関する。特に、定着部材と、定着部材表面と当接する加圧部材と、定着部材表面を外部から加熱する外部加熱装置とを有し、定着部材と加圧部材との圧接部に、未定着トナー像を担持した記録材を導入し、加熱定着を行う定着装置及び画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to a fixing device that is mounted on an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, or a facsimile using electrophotographic technology or electrostatic recording technology, and heat-fixes an unfixed image on a recording material, and such a fixing device. The present invention relates to an image forming apparatus using the. In particular, the image forming apparatus includes a fixing member, a pressure member that comes into contact with the surface of the fixing member, and an external heating device that heats the surface of the fixing member from the outside. An unfixed toner image is formed on the pressure contact portion between the fixing member and the pressure member. The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus that introduce a carried recording material and perform heat fixing.

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置において、転写紙、OHP等の記録材上に転写された未定着トナー像を記録材上に定着させる定着装置には加熱定着装置が広く利用されている。加熱定着装置としては加熱された定着ローラ(定着部材)に加圧ローラ(加圧部材)を圧接させ、記録材を両ローラで挟持搬送しながら未定着トナー像を加熱溶融して未定着トナー像の定着を行う熱ローラ方式のものが広く用いられてきた。本願添付の図9に、その熱ローラ方式の定着装置の概略図を示す。   In an image forming apparatus that employs an electrophotographic system such as a copying machine, a printer, or a facsimile, a heat fixing device is used as a fixing device that fixes an unfixed toner image transferred onto a recording material such as transfer paper or OHP onto the recording material. Is widely used. As a heat-fixing device, a pressure roller (pressure member) is pressed against a heated fixing roller (fixing member), and an unfixed toner image is heated and melted while the recording material is nipped and conveyed by both rollers. A heat roller type for fixing is widely used. FIG. 9 attached to the present application shows a schematic diagram of the heat roller type fixing device.

本例にて、定着ローラ50は、アルミニウムやステンレス製の中空芯金51の中にハロゲンランプなどの加熱体(熱源)53を設け、外表面にはトナーのオフセットを防止するためのフッ素樹脂などの離型層52を備えたものである。また、加圧ローラ60は、芯金61の外部にシリコーンゴムなどを形成した弾性層62或いはシリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層62を形成し、更にその外層には定着ローラ50と同様のフッ素樹脂などの離型層63が形成されている。   In this example, the fixing roller 50 is provided with a heating body (heat source) 53 such as a halogen lamp in a hollow cored bar 51 made of aluminum or stainless steel, and a fluororesin or the like for preventing toner offset on the outer surface. The release layer 52 is provided. Further, the pressure roller 60 is formed with an elastic layer 62 formed of silicone rubber or the like on the outside of the cored bar 61 or a sponge elastic layer 62 formed by foaming silicone rubber, and the outer layer is similar to the fixing roller 50. A release layer 63 such as a fluororesin is formed.

また、高速機或いはカラートナーを用いた画像形成装置の場合、定着ローラ50は、トナーの定着性を十分に満足させるために、中空芯金の51の外表面に、離型層52の代わりにシリコーンゴム等の厚み2mm程度の弾性層を設ける。この構成により、軟らかくなった定着ローラ表面でトナーを包み込むことで、記録材及びトナーへの熱の伝播効率を向上させている。   In the case of an image forming apparatus using a high-speed machine or color toner, the fixing roller 50 is provided on the outer surface of the hollow cored bar 51 in place of the release layer 52 in order to sufficiently satisfy the toner fixing property. An elastic layer having a thickness of about 2 mm such as silicone rubber is provided. With this configuration, the efficiency of heat transfer to the recording material and the toner is improved by wrapping the toner on the surface of the fixing roller that has become soft.

しかしながら、この熱ローラ定着方式では、定着ローラ50の加熱開始後、定着ローラ表面が定着温度に達するまでの時間(ウォームアップ時間)が長かった。これは、定着ローラ50の内面に配置した熱源53からの熱が定着ローラ表面まで伝達されるまで時間がかかってしまうからである。   However, in this heat roller fixing method, it takes a long time (warm-up time) until the fixing roller surface reaches the fixing temperature after the heating of the fixing roller 50 is started. This is because it takes time until the heat from the heat source 53 disposed on the inner surface of the fixing roller 50 is transmitted to the surface of the fixing roller.

従って、使い勝手の点から、待機時も定着ローラ50を予熱する必要があり、ウォームアップ時及び待機時において、大きな電力を消費してしまうという問題がある。   Therefore, from the viewpoint of ease of use, it is necessary to preheat the fixing roller 50 during standby, and there is a problem that large power is consumed during warm-up and standby.

そこで、このような問題を解決するものとして、外部から定着ローラ50を加熱する構成の定着装置(以下、「外部加熱定着装置」と称する。)が提案されている。   In order to solve such problems, a fixing device configured to heat the fixing roller 50 from the outside (hereinafter referred to as “external heating fixing device”) has been proposed.

定着ローラ50を外部から加熱する方式は、種々の形態が提案されており、例えば、特許文献1、2、3等には、本願添付の図10に示すように、外部加熱装置70を備え、定着ローラ外周面に小径の加熱ローラ71を接触させるものが提案されている。   Various methods have been proposed for heating the fixing roller 50 from the outside. For example, Patent Documents 1, 2, 3 and the like include an external heating device 70 as shown in FIG. There has been proposed one in which a small-diameter heating roller 71 is brought into contact with the outer peripheral surface of the fixing roller.

この場合には、外部加熱装置70の小径の加熱ローラ71は、内蔵したハロゲンヒータ等の熱源72により短い時間で昇温される。それによって、中空芯金51の外面にシリコーンゴムや発泡シリコーンゴム等より形成された弾性層52を有する定着ローラ50の表面は、加圧ローラ60とは反対側に配置された加熱ローラ71で直接加熱される。そのために定着ローラ50の表面の昇温スピードを速くすることができる。   In this case, the small-diameter heating roller 71 of the external heating device 70 is heated in a short time by a heat source 72 such as a built-in halogen heater. As a result, the surface of the fixing roller 50 having the elastic layer 52 formed of silicone rubber, foamed silicone rubber or the like on the outer surface of the hollow metal core 51 is directly applied by the heating roller 71 disposed on the side opposite to the pressure roller 60. Heated. Therefore, the temperature raising speed on the surface of the fixing roller 50 can be increased.

さらに、熱効率を向上させられる外部加熱定着装置の例が特許文献4に提案されている。   Furthermore, Patent Document 4 proposes an example of an external heat fixing device that can improve thermal efficiency.

特許文献4の外部加熱定着装置では、本願添付の図11に示すように、外部加熱装置70の熱源として熱容量の小さいプレート状のヒータ73を用いる。断熱ステイホルダー74に担持されたプレート状のヒータ73が定着ローラ50に摺動接触し、定着ローラ50を加熱する。ヒータ73の発熱量は、温度検知素子75を介して行われる。   In the external heating and fixing device of Patent Document 4, as shown in FIG. 11 attached to the present application, a plate-like heater 73 having a small heat capacity is used as a heat source of the external heating device 70. A plate-like heater 73 carried by the heat insulating stay holder 74 is in sliding contact with the fixing roller 50 to heat the fixing roller 50. The amount of heat generated by the heater 73 is performed via the temperature detection element 75.

又、本例では、加圧部材60は、可撓性の回転体64を、ホルダー65に保持された摺動部材66を介して定着ローラ50に当接させる構造とされている。   Further, in this example, the pressure member 60 has a structure in which a flexible rotating body 64 is brought into contact with the fixing roller 50 via a sliding member 66 held by a holder 65.

この構成においては、ヒータ73そのものの熱容量が小さいために迅速にヒータ73が立ち上がる。更には、図10に示す上述の小径の熱ローラ71で加熱するタイプとは異なり、定着ローラ50との接触面が摺動状態で固定されているために、ヒータ73からの熱が、接触部から持ち去られることがない。そのため、より効率的に熱を伝達することが可能となる。   In this configuration, since the heat capacity of the heater 73 itself is small, the heater 73 starts up quickly. Furthermore, unlike the type of heating with the small-diameter heat roller 71 shown in FIG. 10, the contact surface with the fixing roller 50 is fixed in a sliding state, so that the heat from the heater 73 is transferred to the contact portion. Never be taken away from. Therefore, it becomes possible to transfer heat more efficiently.

また、上述のような接触タイプの熱源ではなく、輻射熱源を用いた非接触タイプの外部加熱定着装置が特許文献5、6等に提案されている。   Further, Patent Documents 5 and 6 propose non-contact type external heat fixing devices using a radiant heat source instead of the contact type heat source as described above.

この非接触タイプの外部加熱定着装置は、本願添付の図12に示すように、外部加熱装置70として、ハロゲンランプ等の加熱体(熱源)76を湾曲した反射板77で内包した構造のものとされる。また、反射板77の開口切り欠き部78に位置して、中空芯金51の外面にシリコーンゴムや発泡シリコーンゴム等より形成された弾性層52を有する定着ローラ50を配置させ、加熱体76により外表面のみを加熱する。定着ローラ50の表面温度が、温度検知手段58により検知される。また、本例で、加圧ローラ60は、図9と同様の構成とされている。   This non-contact type external heating and fixing apparatus has a structure in which a heating body (heat source) 76 such as a halogen lamp is included in a curved reflecting plate 77 as an external heating apparatus 70 as shown in FIG. Is done. Further, a fixing roller 50 having an elastic layer 52 formed of silicone rubber, foamed silicone rubber, or the like is disposed on the outer surface of the hollow metal core 51 at the opening notch 78 of the reflection plate 77, and is heated by the heating body 76. Only the outer surface is heated. The surface temperature of the fixing roller 50 is detected by the temperature detection unit 58. In this example, the pressure roller 60 has the same configuration as that shown in FIG.

この加熱定着装置の場合でも、外部から定着ローラ50を加熱するため定着ローラ50の表面を急激に昇温させることが可能となり、ウォームアップ時間が、図9に示した熱ローラ定着装置に比べ短縮される。定着ローラ50の昇温時間を短縮することで消費電力を小さくすることができる。   Even in the case of this heat fixing device, the surface of the fixing roller 50 can be rapidly heated to heat the fixing roller 50 from the outside, and the warm-up time is shortened compared to the heat roller fixing device shown in FIG. Is done. The power consumption can be reduced by shortening the temperature raising time of the fixing roller 50.

これらのように、外部から定着ローラ表面を急加熱する方法は、内部に熱源がある熱ローラ方式と比較して、立ち上り時間を短くでき、待機時に消費する電力も低減できるという効果を有している。   As described above, the method of rapidly heating the surface of the fixing roller from the outside has an effect that the rise time can be shortened and the power consumed during standby can be reduced as compared with the heat roller method having a heat source inside. Yes.

しかしながら、上述の定着方式には次のような課題がある。   However, the above-described fixing method has the following problems.

ウォームアップタイムを短縮するために、定着ローラ50の弾性層を発泡シリコーンゴム等のスポンジ状に形成し、表面に離型層としてPFAチューブを被覆したようなローラを用いた場合には、確かにウォームアップタイムは短縮される。しかしながら、定着ローラ50と加圧ローラ60との圧接部、即ち、定着ニップ部Nにおいて記録材上のトナー画像を定着可能となる定着ローラ表面温度は、高く設定する必要がある。   In order to shorten the warm-up time, the elastic layer of the fixing roller 50 is formed in a sponge shape such as foamed silicone rubber, and when a roller with a PFA tube covered as a release layer on the surface is used, Warm-up time is reduced. However, it is necessary to set the surface temperature of the fixing roller at which the toner image on the recording material can be fixed at the pressure contact portion between the fixing roller 50 and the pressure roller 60, that is, the fixing nip N.

これは、定着ローラ50が断熱性を優先するあまり、熱容量が小さくなり、定着ニップ部Nで加熱定着に必要な熱量を十分に確保することが困難になることによる。   This is because the heat capacity becomes small because the fixing roller 50 gives priority to heat insulation, and it becomes difficult to secure a sufficient amount of heat necessary for heat fixing at the fixing nip portion N.

また、定着ローラ表面が断熱性を有するため、外部加熱装置70からの熱量の受渡しが積極的に行われないことから、外部加熱ヒータ温度を定着ローラ表面温度に比べて十分に高い温度に維持する必要があった。このため、外部加熱ヒータ保持部材や外部加熱ヒータ周囲の部材においては、高い耐熱性能が要求されていた。特に、ヒータ裏面に配置する、安全素子などはより高温で作動する素子を選択する必要があり、より高価な素子を使用しなければならなくなっていた。   In addition, since the surface of the fixing roller has a heat insulating property, the amount of heat from the external heating device 70 is not positively transferred. Therefore, the temperature of the external heater is maintained sufficiently higher than the surface temperature of the fixing roller. There was a need. For this reason, high heat resistance is required for the external heater holding member and members around the external heater. In particular, it is necessary to select an element that operates at a higher temperature, such as a safety element disposed on the back surface of the heater, and a more expensive element has to be used.

また、図12に示すような非接触タイプの熱源を使用した外部加熱装置70に限っていえば、輻射熱源76に大きな電力を投入しなければならなかった。これにより、輻射熱源及び輻射熱源周辺の温度が非常に高温になり、例えば、ジャムなどにより記録材が定着ローラ50に巻きついてしまったり、定着装置の回転が何らかの問題で停止してしまったりした場合に、記録材が非常な高温に曝されてしまう虞があった。   Further, if it is limited to the external heating device 70 using a non-contact type heat source as shown in FIG. 12, a large electric power has to be supplied to the radiant heat source 76. As a result, the radiant heat source and the temperature around the radiant heat source become extremely high. For example, the recording material is wound around the fixing roller 50 due to a jam or the like, or the rotation of the fixing device is stopped due to some problem. In addition, the recording material may be exposed to a very high temperature.

これを回避する方法として、特許文献7では、定着ローラの弾性層を2層に分け、下層を断熱層、最上層を高熱伝導シリコーンゴム層とすることを提案しており、高熱伝導シリコーンゴム層で蓄熱することで、上記の課題を解決せんとしている。   As a method for avoiding this, Patent Document 7 proposes that the elastic layer of the fixing roller is divided into two layers, the lower layer is a heat insulating layer, and the uppermost layer is a high thermal conductive silicone rubber layer. It is trying to solve the above problems by storing heat in

しかし、トナーへの離型性を確保するためには、更に、定着ローラ表層に離型層としてフッ素樹脂層を形成する必要がある。   However, in order to ensure the releasability to the toner, it is necessary to further form a fluororesin layer as a release layer on the surface of the fixing roller.

通常、フッ素樹脂層は熱伝導率が低く、本発明者らの研究によれば、該フッ素樹脂層が例え10μm〜20μm程度の薄い層で形成されていたとしても、該フッ素樹脂層が熱のバリア層となってしまい、次のような課題が発生することが分かった。   Usually, the fluororesin layer has a low thermal conductivity. According to the study by the present inventors, even if the fluororesin layer is formed of a thin layer of about 10 μm to 20 μm, the fluororesin layer is It turned out that it became a barrier layer and the following problems occurred.

すなわち、外部加熱装置からの熱を定着ローラの蓄熱層である高熱伝導弾性層まで拡散するのに時間がかかる。そのため、定着ローラの蓄熱層である高熱伝導弾性層に十分な熱量を拡散するためには、外部加熱ヒータの温度を高く設定し、定着ローラ表面の温度もそれに従い、結局のところ高い温度に維持しなくてはならなくなってしまう。   That is, it takes time to diffuse the heat from the external heating device to the high thermal conductive elastic layer that is the heat storage layer of the fixing roller. Therefore, in order to spread a sufficient amount of heat to the high thermal conductivity elastic layer that is the heat storage layer of the fixing roller, the temperature of the external heater is set high, and the temperature of the surface of the fixing roller is accordingly maintained, and eventually maintained at a high temperature. I have to do it.

これを解決する方法の一つとして、熱のバリア層となっているフッ素樹脂層の高熱伝導化が考えられる。フッ素樹脂層の熱伝導率を高くすることで外部加熱装置からの熱が定着ローラに移動しやすくしてやれば、外部加熱ヒータの温度を低く設定しても、効率的に定着ローラに熱を伝えることが出来るようになる。樹脂の高熱伝導化は主に熱伝導フィラーの混入という方法が考えられ、種々のフィラー混入によって熱伝導率が改善されるのを本発明者らも又確認している。   As one method for solving this problem, it is conceivable to increase the thermal conductivity of the fluororesin layer serving as a thermal barrier layer. If heat from the external heating device is easily transferred to the fixing roller by increasing the thermal conductivity of the fluororesin layer, heat can be efficiently transferred to the fixing roller even if the temperature of the external heater is set low. Will be able to. In order to increase the thermal conductivity of the resin, a method of mixing a heat conductive filler is conceivable mainly, and the present inventors have also confirmed that the heat conductivity is improved by mixing various fillers.

しかし、弊害も大きく、その最大のものは、離型性の低下である。また、フィラーの混入によって樹脂の柔軟性や表面性にも影響が与えられ、耐久性や接着性の低下などにもつながる。また、柔軟性が損なわれるということは、製造後のハンドリングのしにくさにもつながり、製造方法や、製造の歩留まりなどにも影響が及んでしまう。   However, the harmful effect is also great, and the biggest one is a decrease in releasability. In addition, mixing of the filler affects the flexibility and surface properties of the resin, leading to a decrease in durability and adhesiveness. Further, the loss of flexibility leads to difficulty in handling after manufacturing, and affects the manufacturing method and the manufacturing yield.

従って、これらの弊害と、熱伝導率を両立するような混入量でフィラーの設計することが求められるため、上記問題に対して、フィラーの混入という方法のみで解決することは出来ない。
特開平04−159585号公報 特開平09−204114号公報 特開平10−301434号公報 特開2003−186327号公報 特開平7−152271号公報 特開平9−54510号公報 特開2002−123117号公報
Therefore, since it is required to design the filler with an amount of mixing that satisfies both of these adverse effects and the thermal conductivity, the above problem cannot be solved only by the method of mixing the filler.
Japanese Patent Laid-Open No. 04-159585 JP 09-204114 A JP-A-10-301434 JP 2003-186327 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-152271 Japanese Patent Laid-Open No. 9-54510 JP 2002-123117 A

そこで、本発明の目的は、外部加熱装置からの熱を効率的に定着部材に伝達し、より熱効率の高い外部加熱方式の定着装置及び斯かる定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an external heating type fixing device with higher thermal efficiency and an image forming apparatus including such a fixing device, which efficiently transfers heat from the external heating device to the fixing member. is there.

上記目的は本発明に係る定着装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の第一の態様によると、定着部材と、前記定着部材の表面と当接して圧接部を形成する加圧部材と、前記定着部材の表面を外部から加熱する加熱体を備えた外部加熱装置と、を有し、
前記定着部材と前記加圧部材との圧接部に、未定着トナー画像を担持した記録材を導入して加熱定着を行う定着装置において、
前記定着部材の表面における前記外部加熱装置による熱伝達領域において、前記外部加熱装置の発熱量が前記定着部材の表面の移動方向の上流側よりも下流側において大きいことを特徴とする定着装置が提供される。
The above object is achieved by a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention. In summary, according to the first aspect of the present invention, there are provided a fixing member, a pressure member that forms a pressure contact portion in contact with the surface of the fixing member, and a heating body that heats the surface of the fixing member from the outside. An external heating device with
In a fixing device for performing heat fixing by introducing a recording material carrying an unfixed toner image into a pressure contact portion between the fixing member and the pressure member,
In the heat transfer region by the external heating device on the surface of the fixing member, a heat generation amount of the external heating device is larger on the downstream side than on the upstream side in the moving direction of the surface of the fixing member. Is done.

本発明の第二の態様によると、記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、この未定着トナー画像を記録材に熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、上記構成の定着装置であることを特徴とする画像形成装置が提供される。
According to a second aspect of the present invention, in an image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material; and a fixing device that thermally fixes the unfixed toner image on the recording material.
An image forming apparatus is provided in which the fixing device is a fixing device having the above-described configuration.

本発明によれば、定着部材の表面における外部加熱装置による熱伝達領域において、外部加熱装置の発熱量が定着部材の表面の移動方向の上流側よりも下流側において大きくされる。これにより、熱伝達領域内において温度上昇する定着部材表面に対して、外部加熱装置表面との温度差を大きくしつづけることができ、加熱伝達領域内において、定着部材表面に効率的に熱を伝えることができる。   According to the present invention, in the heat transfer region by the external heating device on the surface of the fixing member, the amount of heat generated by the external heating device is made larger on the downstream side than on the upstream side in the moving direction of the surface of the fixing member. As a result, the temperature difference between the surface of the fixing member that rises in the heat transfer region and the surface of the external heating device can be continuously increased, and heat is efficiently transferred to the surface of the fixing member in the heat transfer region. be able to.

従って、本発明の外部加熱方式の定着装置は、外部加熱ヒータによる定着ローラの加熱効率を向上させ、ウォームアップタイムが短く、オンデマンド性に優れている。   Therefore, the external heating type fixing device of the present invention improves the heating efficiency of the fixing roller by the external heater, has a short warm-up time, and is excellent in on-demand characteristics.

以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。   Hereinafter, a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

実施例1
(画像形成装置の全体構成)
図1に、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置100の一実施例の概略構成を示す。
Example 1
(Overall configuration of image forming apparatus)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of an image forming apparatus 100 to which a fixing device according to the present invention is applied.

本実施例において、画像形成装置100は、給紙トレイ1、シート積載台2、給紙ローラ3からなるシート給送装置を備えている。給紙トレイ1内のシート積載台2に積載された記録材37は、給紙ローラ3により最上位の記録材から一枚ずつピックアップされ、搬送ローラ4、搬送コロ5によってレジスト部へと送られる。記録材37はレジストローラ6とレジストコロ7からなるレジスト部で搬送方向を揃えられた後、画像形成プロセス手段にて構成される画像形成部へと給送される。   In this embodiment, the image forming apparatus 100 includes a sheet feeding device including a sheet feeding tray 1, a sheet stacking table 2, and a sheet feeding roller 3. The recording material 37 stacked on the sheet stacking table 2 in the sheet feeding tray 1 is picked up one by one from the uppermost recording material by the sheet feeding roller 3 and sent to the registration unit by the conveying roller 4 and the conveying roller 5. . The recording material 37 is fed to the image forming unit constituted by the image forming process means after the conveying direction is aligned by a resist unit composed of the registration roller 6 and the registration roller 7.

画像形成部は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という。)80を備えている。感光ドラム80の回りには、画像形成プロセス手段としての感光ドラム80を帯電させる帯電器81、感光ドラム上の潜像をトナーで現像する現像器82、感光ドラム上の残留トナーを除去し、収容するクリーナー83等が配置されている。これら画像形成プロセス手段は、トナーカートリッジ9としてユニット化して構成されている。露光手段としてのレーザスキャナユニット10は、多面体ミラー、多面体ミラー回転用モータ、レーザユニット等がユニット化されて構成されている。   The image forming unit includes a drum-shaped electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as “photosensitive drum”) 80 as an image carrier. Around the photosensitive drum 80, a charger 81 for charging the photosensitive drum 80 as an image forming process means, a developing unit 82 for developing the latent image on the photosensitive drum with toner, and residual toner on the photosensitive drum are removed and stored. A cleaner 83 or the like is disposed. These image forming process means are configured as a unit as a toner cartridge 9. The laser scanner unit 10 as an exposure unit is configured by unitizing a polyhedral mirror, a polyhedral mirror rotating motor, a laser unit, and the like.

レーザスキャナユニット10から画像情報に基づくレーザ光Lが照射され、帯電器81にて一様に帯電された感光ドラム80を露光し、感光ドラム80には画像情報に基づいた潜像画像が電子写真方式で形成される。この潜像は現像器81により現像剤としてのトナーにより現像され、この現像されたトナー像は転写ローラ12により、感光ドラム80上から搬送される記録材37に転写される。   The laser beam L based on the image information is irradiated from the laser scanner unit 10 and the photosensitive drum 80 uniformly charged by the charger 81 is exposed. A latent image based on the image information is electrophotographic on the photosensitive drum 80. Formed by the method. The latent image is developed with toner as a developer by a developing device 81, and the developed toner image is transferred onto the recording material 37 conveyed from the photosensitive drum 80 by the transfer roller 12.

トナー像の転写を終えた記録材37は、定着装置20に搬送され、ここで転写されたトナー像が加熱定着される。定着装置20は、定着ローラ50と、加圧部材60と、外部加熱装置70とを備えている。その後、記録材Pは、中間排紙ローラ15、排紙ローラ16等からなる排紙ユニットにより排紙トレイ17上に排紙される。   After the transfer of the toner image, the recording material 37 is conveyed to the fixing device 20, where the transferred toner image is heated and fixed. The fixing device 20 includes a fixing roller 50, a pressure member 60, and an external heating device 70. Thereafter, the recording material P is discharged onto a discharge tray 17 by a discharge unit including an intermediate discharge roller 15 and a discharge roller 16.

また、画像形成装置本体100Aの側面には、機内の画像形成部、電装基板等の昇温箇所を冷却するための冷却ファン18が取り付けられており、適宜ファン18を回転することで外気を機内に取り込むことで冷却する。また、冷却ファン18の近傍には、サーミスタ等の温度検知手段19が取り付けられている。温度検知手段19は、冷却ファン18によって機外の空気を取り込んだ際に、画像形成装置100が設置されている環境の温度を検知し、その検知結果に基づいて加熱定着装置20の温度制御シーケンスにフィードバックする。   A cooling fan 18 is attached to the side surface of the image forming apparatus main body 100A for cooling a temperature rising portion such as an image forming unit and an electrical board in the apparatus. Cool by taking in. Further, a temperature detection means 19 such as a thermistor is attached in the vicinity of the cooling fan 18. The temperature detection means 19 detects the temperature of the environment in which the image forming apparatus 100 is installed when air outside the apparatus is taken in by the cooling fan 18, and the temperature control sequence of the heating and fixing apparatus 20 based on the detection result. To give feedback.

以上の画像形成装置100において、記録材上の未定着トナー画像を永久画像として記録材上に加熱定着する定着装置の構成を次に説明する。   In the image forming apparatus 100 described above, the configuration of a fixing device that heat-fixes an unfixed toner image on a recording material as a permanent image on the recording material will be described below.

(定着装置)
図2に、本実施例1における定着装置20の構造を示す。本実施例の定着装置20は、互いに圧接させて圧接部、即ち、定着ニップ部28を形成させた定着部材としての定着ローラ50と、加圧部材としての加圧ローラ60を有している。更に、定着装置20は、定着ローラ50を加熱する外部加熱手段である外部加熱装置70を備えている。即ち、本実施例の定着装置20は、定着部材外部加熱方式の定着装置である。斯かる構成にて、ニップ部28に未定着トナー画像36を担持した記録材37を導入し、挟持搬送してこの未定着トナー画像を記録材37に定着させる。
(Fixing device)
FIG. 2 shows the structure of the fixing device 20 in the first embodiment. The fixing device 20 according to the present exemplary embodiment includes a fixing roller 50 as a fixing member in which a pressure contact portion, that is, a fixing nip portion 28 is formed by being pressed against each other, and a pressure roller 60 as a pressure member. Further, the fixing device 20 includes an external heating device 70 that is an external heating unit that heats the fixing roller 50. That is, the fixing device 20 of this embodiment is a fixing device of a fixing member external heating type. With such a configuration, the recording material 37 carrying the unfixed toner image 36 is introduced into the nip portion 28, and is nipped and conveyed to fix the unfixed toner image on the recording material 37.

本実施例にて、ローラ形状とされる定着部材、即ち、定着ローラ50は、外径約18mmである。詳しくは、直径12mmのステンレス製の芯金21の外側に厚みおよそ3mmの低熱伝導性シリコーンゴムで形成された弾性層22を設け、更にその外側に厚さ30μmのフッ素樹脂からなる離型層23を順次設けた構成とされる。   In this embodiment, the fixing member having a roller shape, that is, the fixing roller 50 has an outer diameter of about 18 mm. Specifically, an elastic layer 22 made of low thermal conductive silicone rubber having a thickness of about 3 mm is provided on the outer side of a stainless steel core 21 having a diameter of 12 mm, and a release layer 23 made of a fluororesin having a thickness of 30 μm is further provided on the outer side. Are sequentially provided.

低熱伝導性の弾性層22は、シリコーンゴム層内に中空のフィラーを分散させ、硬化物内に気体部分を持たせ、断熱作用を高めた弾性層(気泡ゴム層)からなる。   The low thermal conductivity elastic layer 22 is formed of an elastic layer (a foam rubber layer) in which a hollow filler is dispersed in a silicone rubber layer, a gas portion is provided in a cured product, and a heat insulating action is enhanced.

この中空フィラーにはマイクロバルーン材等があり、このような材料としては、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、フェノールバルーン、アクリロニトリルバルーン、塩化ビニリデンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンなど、如何なるものでも構わない。   These hollow fillers include micro-balloon materials, such as glass balloons, silica balloons, carbon balloons, phenol balloons, acrylonitrile balloons, vinylidene chloride balloons, alumina balloons, zirconia balloons, shirasu balloons, etc. It doesn't matter.

本実施例におけるシリコーンゴム層は、その硬化物(シリコーンゴム)の熱伝導度が0.15W/mK以下、好ましくは0.13W/mK以下であることが望ましく、かかる熱伝導度を達成するように調整することが好ましい。熱伝導度が高いと、外部加熱装置70からの熱を内部に吸収しやすく、定着ローラ表面の温度が上昇しにくくなるため、出来るだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果が高い方が定着ローラ50の立上りに有利である。   In the silicone rubber layer in this example, it is desirable that the cured product (silicone rubber) has a thermal conductivity of 0.15 W / mK or less, preferably 0.13 W / mK or less, so that the thermal conductivity is achieved. It is preferable to adjust to. If the thermal conductivity is high, the heat from the external heating device 70 is easily absorbed inside, and the temperature on the surface of the fixing roller is difficult to rise. Therefore, the heat conductivity is as low as possible, the thermal conductivity is low, and the heat insulation effect is high. This is advantageous for the rise of the fixing roller 50.

ローラ形状とされる加圧部材、即ち、加圧ローラ60は、前述した定着ローラ50と同じ構成となっており、外径約18mmとされる。詳しくは、直径12mmのステンレス製の芯金25の外側に厚みおよそ3mmの低熱伝導性シリコーンゴムで形成された弾性層26を設け、更にその外側に厚さ30μmのフッ素樹脂からなる離型層27を順次設けた構成とされる。   The pressure member having a roller shape, that is, the pressure roller 60 has the same configuration as the fixing roller 50 described above, and has an outer diameter of about 18 mm. Specifically, an elastic layer 26 made of low thermal conductive silicone rubber having a thickness of about 3 mm is provided on the outside of a stainless steel core 25 having a diameter of 12 mm, and a release layer 27 made of a fluororesin having a thickness of 30 μm is further provided on the outside. Are sequentially provided.

本実施例では、以上に述べたように、定着部材50においても、加圧部材60においてもローラ形状の部材を例に説明を行うが、その形状はローラのみに限定されるものではない。   In the present embodiment, as described above, both the fixing member 50 and the pressure member 60 will be described by taking a roller-shaped member as an example, but the shape is not limited to the roller.

本実施例において、加圧ローラ60は、定着ローラ50と軸方向において並列になるように配列され、総圧98Nで定着ローラ50に圧接されている。このときに定着ローラ50と加圧ローラ60の間には定着ニップ部28が形成されるが、このニップ幅W1はおよそ5mmであった。   In this embodiment, the pressure roller 60 is arranged in parallel with the fixing roller 50 in the axial direction, and is in pressure contact with the fixing roller 50 with a total pressure of 98N. At this time, a fixing nip portion 28 is formed between the fixing roller 50 and the pressure roller 60, and the nip width W1 is about 5 mm.

外部加熱装置70は、定着ローラ50を定着ローラ50の表面側から加熱する手段であり、従来公知のフィルム加熱方式のセラミックヒータユニットの一部を使用している。   The external heating device 70 is means for heating the fixing roller 50 from the surface side of the fixing roller 50, and uses a part of a conventionally known film heating type ceramic heater unit.

すなわち、本実施例にて、外部加熱装置70は、加熱体としてのセラミックヒータ30と、このヒータ30を断熱支持する支持体である断熱ステイホルダー31、及び、断熱ステイホルダーをバックアップする金属ステー32を備えている。又、セラミックヒータ30の定着ローラ側の面の反対面には、サーミスタなどの温度検知素子33及び温度ヒューズなどの安全素子(不図示)などが設置されている。   That is, in the present embodiment, the external heating device 70 includes a ceramic heater 30 as a heating body, a heat insulating stay holder 31 that is a support body that supports the heat insulation of the heater 30, and a metal stay 32 that backs up the heat insulating stay holder. It has. Further, a temperature detection element 33 such as a thermistor and a safety element (not shown) such as a temperature fuse are installed on the surface opposite to the surface on the fixing roller side of the ceramic heater 30.

図3(a)及び図3(b)にセラミックヒータ30の概略図を示す。図3(a)に示すのは、セラミックヒータ30の断面概略図であり、図3(b)に示されるC−Dの線で切った断面図を示している。図3(b)には、図3(a)に示すセラミックヒータ30のB面を示している。   3A and 3B are schematic views of the ceramic heater 30. FIG. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the ceramic heater 30 and shows a cross-sectional view taken along the line CD shown in FIG. 3B. FIG. 3B shows a B surface of the ceramic heater 30 shown in FIG.

セラミックヒータ30は、アルミナや窒化アルミ等の絶縁性セラミックスを基板38にもつ板状加熱用ヒータである。ヒータ30は、その表面に、長手方向に沿って、例えばAg/Pd(銀パラジウム)等の発熱体である通電発熱抵抗層39をスクリーン印刷等により、厚み10μm程度、幅1〜5mm程度の線状若しくは細帯状に塗工して形成してある。本実施例では、これに限定されるものではないが、長手方向に沿って平行に2本のパターンとされる通電発熱抵抗層39が形成されている。   The ceramic heater 30 is a plate-shaped heater having an insulating ceramic such as alumina or aluminum nitride on a substrate 38. The heater 30 has, on the surface thereof, a line having a thickness of about 10 μm and a width of about 1 to 5 mm by screen printing or the like along the longitudinal direction with an energization heating resistance layer 39 which is a heating element such as Ag / Pd (silver palladium). It is formed by coating in the shape of a strip or strip. In the present embodiment, although not limited to this, the energization heating resistor layer 39 having two patterns in parallel along the longitudinal direction is formed.

加熱体であるヒータ30の定着ローラ側(表面側)には、熱効率を損なわない範囲で発熱体の通電発熱抵抗層39を保護する保護摺動層40が設けてある。この保護摺動層40の材質としては主にガラスコートが挙げられるが、ポリイミドやフッ素樹脂、などの材質を用いても良い。本実施例においては、基板38にアルミナ、通電発熱抵抗層39の材料として銀パラジウム、保護摺動層40としてガラスコートを用いた。   On the fixing roller side (surface side) of the heater 30 which is a heating body, a protective sliding layer 40 is provided to protect the energization heating resistance layer 39 of the heating body within a range that does not impair the thermal efficiency. The material of the protective sliding layer 40 is mainly a glass coat, but a material such as polyimide or fluororesin may be used. In this embodiment, alumina is used for the substrate 38, silver palladium is used as the material for the energization heating resistance layer 39, and glass coat is used as the protective sliding layer 40.

基板38のある一方の長手方向端部付近には、3.7mm×3.7mm程度の大きさのAg/Pt電極41が2つ形成されている。本実施例で2本パターンとされる通電発熱抵抗層39の一端と電極41は、各々、電極18と同じ材料でなる導電層42aで接続されており、導通状態となっている。2本パターンとされる通電発熱抵抗層39の他端は互いに導電層42bで接続されている。   Two Ag / Pt electrodes 41 having a size of about 3.7 mm × 3.7 mm are formed in the vicinity of one longitudinal end of the substrate 38. In the present embodiment, one end of the energization heating resistor layer 39, which has two patterns, and the electrode 41 are connected by a conductive layer 42a made of the same material as that of the electrode 18 and are in a conductive state. The other ends of the energization heat generating resistance layer 39 having two patterns are connected to each other by a conductive layer 42b.

セラミックヒータ30においては、その通電発熱抵抗層39のパターンを種々変更することで、定着部材の移動方向、即ち、定着ローラ50の回転方向にて上流側と下流側の発熱量に変化を持たせることが出来る。すなわち、基板内において、下流側のみに通電発熱抵抗層39を形成すれば、下流側の発熱量を大きくすることが出来るし、逆に上流側のみに通電発熱抵抗層39を形成すれば、上流側の発熱量を大きくすることが出来る。これ以外にも、上流側に幅の広い通電発熱抵抗層39、下流側に幅の狭い通電発熱抵抗層39を設ければその比抵抗の違いにより、下流側の発熱量の多い2本パターンを形成することが出来る。また、その逆では上流側の発熱量の多い2本パターンを形成することも可能である。   In the ceramic heater 30, the heat generation amount on the upstream side and the downstream side is changed in the moving direction of the fixing member, that is, the rotation direction of the fixing roller 50, by changing the pattern of the energization heat generation resistance layer 39. I can do it. That is, if the energization heating resistor layer 39 is formed only on the downstream side in the substrate, the amount of heat generation on the downstream side can be increased. Conversely, if the energization heating resistor layer 39 is formed only on the upstream side, the upstream side The calorific value on the side can be increased. In addition to this, if a wide energization heating resistor layer 39 is provided on the upstream side and a narrow energization heating resistance layer 39 is provided on the downstream side, two patterns having a large amount of heat generation on the downstream side can be formed due to the difference in specific resistance. Can be formed. On the other hand, it is also possible to form two patterns with a large amount of heat generation on the upstream side.

本実施例においては、これらのパターンを変更することで上流側と下流側の発熱量に変化を与え、そのときの定着ローラ昇温速度の違いを比較する。これについては残りの部材の説明を終えた後に記述する。   In this embodiment, by changing these patterns, the amount of heat generation on the upstream side and the downstream side is changed, and the difference in the temperature increase rate of the fixing roller at that time is compared. This will be described after the description of the remaining members.

セラミックヒータ30を保持する断熱ステイホルダー31は、液晶ポリマー、フェノール樹脂、PPS、PEEKなどの耐熱性樹脂によって形成され、熱伝導率が低いほど定着ローラ表面の加熱に際する熱効率が高くなる。よって樹脂層の中に中空のフィラー、例えばガラスバルーン、シリカバルーンなどを内包してあっても良い。   The heat insulating stay holder 31 that holds the ceramic heater 30 is formed of a heat resistant resin such as liquid crystal polymer, phenol resin, PPS, or PEEK, and the lower the thermal conductivity, the higher the heat efficiency when heating the surface of the fixing roller. Therefore, a hollow filler such as a glass balloon or a silica balloon may be included in the resin layer.

セラミックヒータ30の定着ローラ50の反対面には、上述したように、通電発熱抵抗層39の発熱に応じて昇温したセラミックス基板38の温度を検知するためのサーミスタ33が配置されており、セラミックヒータ30の温度制御をする。   As described above, the thermistor 33 for detecting the temperature of the ceramic substrate 38 raised in response to the heat generated by the energized heat generating resistor layer 39 is disposed on the opposite surface of the fixing roller 50 of the ceramic heater 30. The temperature of the heater 30 is controlled.

また、上記サーミスタ33と同様の位置に配置された安全素子(不図示)は、所定の温度で作動する温度ヒューズであり、ヒータの異常昇温時にヒータに供給される電力をカットし、ヒータが非常な高温になる危険な状態を予防する目的で配置されている。   A safety element (not shown) arranged at the same position as the thermistor 33 is a temperature fuse that operates at a predetermined temperature, cuts off the electric power supplied to the heater when the heater is abnormally heated, It is arranged for the purpose of preventing dangerous conditions that become extremely hot.

以上の部材から構成される外部加熱装置70は、セラミックヒータ30を定着ローラ50側にして、不図示の加圧手段によって定着ローラ50に対して耐熱性を有するシート状の摺動部材、即ち、耐熱性摺動シート34を介して加圧される。これにより、セラミックヒータ30と定着ローラ50の間に熱伝達領域、即ち、加熱領域35を形成している。本実施例において、外部加熱装置70は、定着ローラ50に対し、総圧98Nで圧接されており、加熱領域35の幅W2はおよそ5.0mmである。   The external heating device 70 composed of the above members is a sheet-like sliding member having heat resistance with respect to the fixing roller 50 by a pressing means (not shown) with the ceramic heater 30 on the fixing roller 50 side, that is, Pressure is applied through the heat-resistant sliding sheet 34. Thereby, a heat transfer region, that is, a heating region 35 is formed between the ceramic heater 30 and the fixing roller 50. In this embodiment, the external heating device 70 is in pressure contact with the fixing roller 50 with a total pressure of 98 N, and the width W2 of the heating region 35 is approximately 5.0 mm.

本実施例で使用している耐熱性摺動シート34は、厚み30μmのポリイミドシートで形成されている。熱伝導改善を目的としたフィラーが混入されており、セラミックヒータ30からの熱を定着ローラ50に効率よく伝達するように構成されている。   The heat-resistant sliding sheet 34 used in this example is formed of a polyimide sheet having a thickness of 30 μm. A filler for the purpose of improving heat conduction is mixed, and the heat from the ceramic heater 30 is efficiently transmitted to the fixing roller 50.

本実施例における耐熱性摺動シート34の材質は、上記のポリイミドに限定されることはなく、他の樹脂材料、例えば、PEEK、PES、PPS、等を使用しても良い。また、樹脂材料以外でも、アルミニウムやステンレス、リン青銅等の金属材料で構成することも好ましい。   The material of the heat-resistant sliding sheet 34 in the present embodiment is not limited to the above polyimide, and other resin materials such as PEEK, PES, PPS, etc. may be used. In addition to the resin material, it is also preferable to use a metal material such as aluminum, stainless steel, or phosphor bronze.

樹脂材料を使用する場合には前述のように熱伝導率改善のためのフィラーを混入することが望ましい。その材料としては、例えば、BNやアルミ、アルミナ、窒化アルミなどが考えられるが、もちろんその他の材料であっても構わない。   When using a resin material, it is desirable to mix a filler for improving thermal conductivity as described above. Examples of the material include BN, aluminum, alumina, and aluminum nitride, but other materials may be used.

耐熱性摺動シート34が当接する定着ローラ50側には摺動性の良好なPFA、PTFE、FEP等が薄くコートされていることが望ましい。本実施例においては厚み6〜8μmのPFA樹脂をコートしている。   It is desirable that PFA, PTFE, FEP or the like having good slidability is thinly coated on the fixing roller 50 side on which the heat resistant sliding sheet 34 abuts. In this embodiment, PFA resin having a thickness of 6 to 8 μm is coated.

また、熱を効率に伝えるために耐熱性摺動シート34のセラミックヒータ30との接触面及び定着ローラ50との接触面の表面粗さは小さい方が好ましい。また、セラミックヒータ30と耐熱性摺動シート34の間には熱伝達の改善のために熱伝導性に優れた耐熱性グリスを介在させるのも好ましい。   Further, in order to efficiently transmit heat, it is preferable that the surface roughness of the contact surface of the heat-resistant sliding sheet 34 with the ceramic heater 30 and the contact surface with the fixing roller 50 is small. Moreover, it is also preferable to interpose heat resistant grease excellent in thermal conductivity between the ceramic heater 30 and the heat resistant sliding sheet 34 in order to improve heat transfer.

本実施例における耐熱性摺動シート34は、その両方の端部が断熱ステイホルダー31に巻き付けられ、断熱ステイホルダー31をバックアップする金属ステー32との間に挟み込まれることで固定されている。   The heat-resistant sliding sheet 34 in the present embodiment is fixed by being wound around the heat-insulating stay holder 31 and sandwiching it between the metal stays 32 that back up the heat-insulating stay holder 31.

これらの耐熱性摺動シート34の固定部材は、プリント中、非プリント中問わず同じ位置で耐熱性摺動シート34を固定しており、定着ローラ50の回転中には耐熱性摺動シート34は定着ローラ50と摺擦された状態で固定されている。   These fixing members for the heat-resistant sliding sheet 34 fix the heat-resistant sliding sheet 34 at the same position during printing and non-printing, and the heat-resistant sliding sheet 34 is rotated during the rotation of the fixing roller 50. Is fixed while being rubbed against the fixing roller 50.

以上のような構成において、定着ローラ50が回転駆動されると、定着ローラ50は外部加熱装置70のヒータ30と耐熱性摺動シート34を介して摺動摩擦しながら回転状態となる。加圧ローラ60は、それに伴い従動回転する。その後、セラミックヒータ30に通電がなされて発熱し、定着ローラ50の表面が加熱される。セラミックヒータ30の定着ローラ50の反対面に設けられたサーミスタ33により温度検知情報が不図示の制御回路に入力する。制御回路はサーミスタ33から入力するセラミックヒータ30の検知温度が所定の温度(定着温度)に維持されるように外部加熱装置70の、ヒータ30に対する電力供給を制御する。これにより定着ローラ50の表面温度は所定の温度に温調される。   In the configuration as described above, when the fixing roller 50 is driven to rotate, the fixing roller 50 is rotated while being rubbed and rubbed via the heater 30 of the external heating device 70 and the heat-resistant sliding sheet 34. Accordingly, the pressure roller 60 is driven to rotate. Thereafter, the ceramic heater 30 is energized to generate heat, and the surface of the fixing roller 50 is heated. Temperature detection information is input to a control circuit (not shown) by the thermistor 33 provided on the opposite surface of the fixing roller 50 of the ceramic heater 30. The control circuit controls the power supply of the external heating device 70 to the heater 30 so that the detected temperature of the ceramic heater 30 input from the thermistor 33 is maintained at a predetermined temperature (fixing temperature). As a result, the surface temperature of the fixing roller 50 is adjusted to a predetermined temperature.

次に、本実施例における定着装置20の、所定の時間における定着ローラ50の昇温能力を確認した。詳しくは、上述したセラミックヒータ30の発熱層パターンを種々変更し、そのときの定着ローラ50の温度変化を測定し、比較を行った。   Next, the heating capability of the fixing roller 50 in a predetermined time of the fixing device 20 in this embodiment was confirmed. In detail, the heat generating layer pattern of the ceramic heater 30 described above was variously changed, and the temperature change of the fixing roller 50 at that time was measured and compared.

先ず、表1を参照して、実験に用いたセラミックヒータ30の通電発熱抵抗層39のパターンについて説明する。   First, with reference to Table 1, the pattern of the energization heating resistor layer 39 of the ceramic heater 30 used in the experiment will be described.

使用したセラミックス基板38は、アルミナであり、図3(b)にて、長手方向長さLが270mm、記録材の通紙方向の幅(以下、「基板幅」と称する。)Wは6.0mmのものを使用した。通電発熱抵抗層39のパターンを変更し、実施例1のヒータ30として(1)、(2)のヒータを、比較例として、(3)、(4)、(5)のヒータを作製した。表1にヒータ一覧を示す。   The used ceramic substrate 38 is alumina, and in FIG. 3B, the length L in the longitudinal direction is 270 mm, and the width in the sheet passing direction of the recording material (hereinafter referred to as “substrate width”) W is 6. A 0 mm one was used. By changing the pattern of the energization heating resistor layer 39, the heaters (1) and (2) were produced as the heater 30 of Example 1, and the heaters (3), (4) and (5) were produced as comparative examples. Table 1 shows a list of heaters.

Figure 2010145665
Figure 2010145665

先ず、(1)〜(5)のヒータに共通する項目から説明する。   First, items common to the heaters (1) to (5) will be described.

全てのヒータ30の保護摺動層34にはガラスコートを用い、その厚みは約50μmである。複数のパターンを配置している場合には直列に接続し、抵抗は全てのヒータで25Ωになるように調整している。材料は銀パラジウムを使用し、その配合比を変更することで抵抗値を調整した。また、セラミックヒータ30の温度を検知するサーミスタ33は全てセラミックス基板38の基板幅方向の中心位置に配置した。   A glass coat is used for the protective sliding layer 34 of all the heaters 30 and the thickness thereof is about 50 μm. When a plurality of patterns are arranged, they are connected in series, and the resistance is adjusted to be 25Ω for all the heaters. The material was silver palladium, and the resistance value was adjusted by changing the blending ratio. Further, all the thermistors 33 for detecting the temperature of the ceramic heater 30 are arranged at the center position of the ceramic substrate 38 in the substrate width direction.

ヒータ(1)では、1.0mm幅の通電発熱抵抗層(発熱体)39が1本、基板38の基板幅方向の中心から見て、下流側の領域に配置されている。本実施例においては、定着ローラ50と、セラミックヒータ30が形成する加熱領域35の幅W2が5.0mmであり、下流側に配置された発熱体39も加熱領域内に含まれるようになっている。加熱領域内におけるヒータ表面温度分布は若干、発熱パターンが存在するところにピークを有するものの、発熱体39が存在する下流側から上流側に向かって温度が低減するような温度勾配が得られる。加熱領域内において、上流側と下流側の発熱比率が0:1となる。   In the heater (1), one energization heating resistance layer (heating element) 39 having a width of 1.0 mm is disposed in a downstream region as viewed from the center of the substrate 38 in the substrate width direction. In the present embodiment, the width W2 of the heating region 35 formed by the fixing roller 50 and the ceramic heater 30 is 5.0 mm, and the heating element 39 disposed on the downstream side is also included in the heating region. Yes. Although the heater surface temperature distribution in the heating region has a peak where the heat generation pattern exists, a temperature gradient is obtained such that the temperature decreases from the downstream side where the heating element 39 exists toward the upstream side. In the heating region, the heat generation ratio between the upstream side and the downstream side is 0: 1.

ヒータ(2)では、通電発熱抵抗層(発熱体)39を2本配置し、上流側と下流側の発熱体39の幅を変えて、発熱量に変化を与えている。発熱体39の幅は、上流側の発熱体の幅を1.5mm、下流側の発熱体の幅を0.75mmとしている。これにより、上流側と下流側の発熱体の発熱比率が1:2となるように調整している。   In the heater (2), two energization heating resistance layers (heating elements) 39 are disposed, and the width of the heating elements 39 on the upstream side and the downstream side is changed to change the amount of generated heat. The width of the heating element 39 is 1.5 mm for the upstream heating element and 0.75 mm for the downstream heating element. As a result, the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements is adjusted to be 1: 2.

ヒータ(3)では、6.0mmの基板幅に対して、1.0mmの幅を持つ通電発熱抵抗層(発熱体)39を2本配置している。加熱領域内におけるヒータ表面温度分布は若干、発熱パターンが存在するところにピークを有するものの、ほぼ全域に渡って大きな温度勾配の無い、均一な発熱がなされる状態となる。   In the heater (3), two energization heating resistance layers (heating elements) 39 having a width of 1.0 mm are arranged for a substrate width of 6.0 mm. Although the heater surface temperature distribution in the heating region slightly has a peak where the heat generation pattern exists, there is no large temperature gradient over the entire region and uniform heat generation is achieved.

ヒータ(4)では、ヒータ(1)と同じように通電発熱抵抗層(発熱体)39を2本配置しているが、上流側の発熱体と下流側の発熱体の幅をそれぞれ0.75mmと1.5mmとしている。これにより、発熱量に変化を持たせ、上流側と下流側の発熱体の発熱比率が2:1となるように調整している。   In the heater (4), two energization heating resistance layers (heating elements) 39 are arranged in the same manner as the heater (1), but the width of the upstream heating element and the downstream heating element is 0.75 mm, respectively. And 1.5 mm. Thus, the amount of heat generation is changed, and the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements is adjusted to be 2: 1.

ヒータ(5)では、6.0mmの基板幅に対して1.0mmの通電発熱抵抗層(発熱体)39を1本配置している。それは、基板38の基板幅方向の中心から見て、上流側の領域に位置しており、加熱領域が形成されたときには、その上流側の部分にしか発熱体39が存在しない状態となる。下流側には発熱体39が存在しないため、上流と下流の発熱比率は1:0である。   In the heater (5), one energization heating resistor layer (heating element) 39 of 1.0 mm is disposed for a substrate width of 6.0 mm. It is located in the upstream region as viewed from the center in the substrate width direction of the substrate 38. When the heating region is formed, the heating element 39 is present only in the upstream portion. Since the heating element 39 does not exist on the downstream side, the heating ratio between the upstream and the downstream is 1: 0.

以上、上流側及び下流側の発熱量を変化させた5種類のヒータ30を作製した。これらのヒータ30を本実施例の定着装置20に組み込み、実験を行った。定着ローラ50を室温から立ち上げたとき、150℃まで達する時間をモニターした。セラミックヒータ30には500Wの電力を投入し、定着ローラ50及びそれに従動回転する加圧ローラ60の回転速度を115mm/secで回転させた。定着ローラ50の表面温度は非接触温度センサ−(型番:IT550S、堀場製作所製)にてモニターした。また、ヒータの裏面に配置した温度検知素子33が、200℃に達すると、サーミスタ33からの温度情報により、そのままの温度で温調するように、制御回路を組み立てた。結果を表2にまとめる。   As described above, five types of heaters 30 with different amounts of heat generation on the upstream side and the downstream side were produced. These heaters 30 were incorporated into the fixing device 20 of the present embodiment and experiments were conducted. When the fixing roller 50 was raised from room temperature, the time to reach 150 ° C. was monitored. The ceramic heater 30 was supplied with electric power of 500 W, and the rotation speed of the fixing roller 50 and the pressure roller 60 rotated in accordance with the fixing roller 50 was rotated at 115 mm / sec. The surface temperature of the fixing roller 50 was monitored by a non-contact temperature sensor (model number: IT550S, manufactured by HORIBA, Ltd.). In addition, when the temperature detection element 33 arranged on the back surface of the heater reached 200 ° C., a control circuit was assembled so as to adjust the temperature at the same temperature based on the temperature information from the thermistor 33. The results are summarized in Table 2.

Figure 2010145665
Figure 2010145665

ヒータ(1)は、通電発熱抵抗層39を下流側のみに配置し、上流側と下流側の発熱比率を0:1にしたものであった。このとき定着ローラ表面温度が150℃に達する時間は5.6secであった。   In the heater (1), the energization heat generation resistance layer 39 is disposed only on the downstream side, and the heat generation ratio between the upstream side and the downstream side is set to 0: 1. At this time, the time for the fixing roller surface temperature to reach 150 ° C. was 5.6 sec.

ヒータ(2)は、上流側及び下流側の通電発熱抵抗層39の幅を変化させ、下流側の発熱量を大きくしたものであった。そのときの上流及び下流の発熱体39の発熱比率は1:2であった。このとき、定着ローラ温度が150℃に達する時間は5.8secで、ヒータ(1)よりも0.2sec遅い結果となった。   In the heater (2), the width of the energization heat generating resistance layer 39 on the upstream side and the downstream side is changed, and the heat generation amount on the downstream side is increased. At that time, the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements 39 was 1: 2. At this time, the time for the fixing roller temperature to reach 150 ° C. was 5.8 sec, which was 0.2 sec later than that of the heater (1).

ヒータ(3)は、通電発熱抵抗層39を上流側及び下流側の両方に配置し、その発熱比率は1:1であった。このときの定着ローラ温度が150℃に達する時間は6.0secで、本実施例1におけるヒータ構成(1)及び(2)よりも遅い結果となった。   In the heater (3), the energization heat generation resistance layer 39 was arranged on both the upstream side and the downstream side, and the heat generation ratio was 1: 1. At this time, the time for the fixing roller temperature to reach 150 ° C. was 6.0 sec, which was slower than the heater configurations (1) and (2) in the first embodiment.

ヒータ(4)は、上流側及び下流側の通電発熱抵抗層39の幅を変化させ、上流側の発熱量を大きくしたものであった。そのときの上流及び下流の発熱体39の発熱比率は2:1であった。このとき、定着ローラ温度が150℃に達する時間は6.2secで、実施例1のヒータ(1)及び(2)、比較例のヒータ(3)よりも遅い結果となった。   In the heater (4), the width of the heating heating resistance layer 39 on the upstream side and the downstream side is changed to increase the heat generation amount on the upstream side. At that time, the heat generation ratio of the upstream and downstream heating elements 39 was 2: 1. At this time, the time for the fixing roller temperature to reach 150 ° C. was 6.2 sec, which was slower than the heaters (1) and (2) of Example 1 and the heater (3) of the comparative example.

ヒータ(5)は、通電発熱抵抗層を上流側のみに配置し、上流側の発熱量をさらに大きくしたものであった。このとき定着ローラが150℃に達する時間は6.4secで、本実験で用いたヒータの中で定着ローラの表面温度上昇が一番遅い結果となった。   In the heater (5), the energization heat generation resistance layer was disposed only on the upstream side, and the heat generation amount on the upstream side was further increased. At this time, the time for the fixing roller to reach 150 ° C. was 6.4 sec, and the rise in the surface temperature of the fixing roller was the slowest among the heaters used in this experiment.

以上、定着ローラ温度150℃を指標にしてみると、上流及び下流に発熱体39を有し、ほぼ均一に発熱していると考えられるヒータよりも、上流側のみに発熱体39を有し、上流側の発熱量が大きいヒータは、ローラ昇温速度が劣ることが分かった。また、その逆に、下流側のみに発熱体39を有し、下流側の発熱量が大きいヒータは、ローラ昇温速度が速くなることが分かった。   As described above, when the fixing roller temperature is 150 ° C., the heating element 39 is provided upstream and downstream, and the heating element 39 is provided only on the upstream side of the heater that is considered to generate heat substantially uniformly. It was found that a heater with a large upstream heat generation rate is inferior in roller heating rate. Conversely, it has been found that a heater having a heating element 39 only on the downstream side and having a large amount of heat generation on the downstream side has a higher roller heating rate.

次に、ヒータ表面の温度分布を、有限要素法を用いた伝熱シミュレーションを使用して検証した。ヒータ(1)、(3)、(5)において、通電開始から6秒後の、ヒータ表面温度分布のシミュレーションを行った結果を図4に示す。グラフ中、左側が、加熱領域35の上流側、右側が、加熱領域35の下流側となっている。   Next, the temperature distribution on the heater surface was verified using a heat transfer simulation using a finite element method. In heaters (1), (3), and (5), the results of simulation of the heater surface temperature distribution after 6 seconds from the start of energization are shown in FIG. In the graph, the left side is the upstream side of the heating region 35, and the right side is the downstream side of the heating region 35.

ヒータ(1)は、下流のみに発熱体39を配置することで、上流と下流の発熱体比率が0:1となったヒータである。上流側から下流側にいくほど、温度が上昇していく傾向を確認できる。   The heater (1) is a heater in which the ratio of upstream and downstream heating elements is 0: 1 by disposing the heating element 39 only downstream. It can be confirmed that the temperature rises from the upstream side to the downstream side.

ヒータ(3)は、上流と下流の発熱比率が1:1のヒータである。全体的には下流側の方が温度が高くなっていること、また発熱体位置付近に温度ピークが見られることを除けば、おおむね均一な温度となっている。   The heater (3) is a heater having an upstream and downstream heat generation ratio of 1: 1. Overall, the temperature is generally uniform except that the temperature on the downstream side is higher and that a temperature peak is observed near the position of the heating element.

ヒータ(5)は、上流側のみに発熱体39を配置することで、上流と下流の発熱比率が1:0となったヒータである。上流側の発熱体39が位置する部分に温度ピークをもち、下流側にいくほど温度が下がっていく傾向を確認することができる。   The heater (5) is a heater in which the heating element 39 is disposed only on the upstream side, so that the upstream and downstream heating ratio becomes 1: 0. It can be confirmed that there is a temperature peak at the portion where the upstream heating element 39 is located, and the temperature tends to decrease toward the downstream side.

シミュレーションにより、発熱比率を変えることで、ヒータの表面温度を、発熱比率の高い部分において、より高くすることができることが確認できた。従って、発熱比率を加熱領域35の下流側において大きくすることで、定着ローラ表面温度との差を大きく保つことが出来、より定着ローラ50を効率的に加熱することができることが分かった。   It was confirmed by simulation that the surface temperature of the heater can be made higher in the portion where the heat generation ratio is high by changing the heat generation ratio. Accordingly, it has been found that by increasing the heat generation ratio on the downstream side of the heating region 35, the difference from the surface temperature of the fixing roller can be kept large, and the fixing roller 50 can be heated more efficiently.

ヒータ(2)及び(4)については結果を示していないが、ヒータ(2)についてはヒータ(1)とヒータ(3)の中間的な温度分布が得られ、ヒータ(4)についてはヒータ(1)とヒータ(5)の中間的な温度分布が得られる。   Although the results are not shown for the heaters (2) and (4), an intermediate temperature distribution between the heater (1) and the heater (3) is obtained for the heater (2), and the heater (4) An intermediate temperature distribution between 1) and heater (5) is obtained.

以上の実験及びシミュレーション結果を概念的に示した図5を用いて説明すると、以下の通りになる。   The above experiment and simulation results will be described with reference to FIG.

図5に示しているのは、ヒータにある電力Wが投入され、回転する定着ローラ50の表面が加熱されているときの、定着ローラ表面上のある一点が加熱ニップ部35を通過する際の温度上昇を模式的に示したものである。図5中、右方向に、定着ローラ表面が移動しているものとする。すなわち、左側が上流であり、右側が下流である。   FIG. 5 shows that a certain point on the surface of the fixing roller passes through the heating nip portion 35 when the electric power W is applied to the heater and the surface of the rotating fixing roller 50 is heated. The temperature rise is schematically shown. In FIG. 5, it is assumed that the surface of the fixing roller moves in the right direction. That is, the left side is upstream and the right side is downstream.

先ず、均一発熱をしている状態を考える。発熱体39の配置にもよるが、発熱体39を配置できない端部において温度が若干下がり、中央で若干高くなるという温度分布がおおむね一般的である。図5に示しているのは、発熱体39が2本存在するヒータについて考えている。均一発熱であるため、ヒータ表面は平均すればほぼA℃一定になっているものと考える。そこに、温度がB℃である、定着ローラ表面上の一点が、加熱ニップ部35
内に突入してきたとする。突入直後のヒータ30と定着ローラ50の温度差は△T1で、このとき、Q1という大きさの熱量がヒータ30から定着ローラ50に供給される。これにより定着ローラ表面が昇温してゆく。ヒータがA℃一定であるのに対し、加熱ニップ内で定着ローラ温度が上昇していくため、ヒータ30と定着ローラ50の温度差は小さくなってゆき、ニップ出口では入口での温度差△T1よりも小さい、△t1となる。このときにヒータ30から定着ローラ50に供給される熱量は初期のQ1よりも小さいq1である。
First, consider a state where uniform heat is generated. Although it depends on the arrangement of the heating element 39, a temperature distribution is generally common in that the temperature slightly decreases at the end where the heating element 39 cannot be arranged and slightly increases in the center. FIG. 5 shows a heater having two heating elements 39. Because of the uniform heat generation, the heater surface is considered to be substantially constant at A ° C. on average. There, one point on the surface of the fixing roller having a temperature of B ° C. is a heating nip portion 35.
Suppose that you have entered. The temperature difference between the heater 30 and the fixing roller 50 immediately after the entry is ΔT 1 , and at this time, a heat amount of Q 1 is supplied from the heater 30 to the fixing roller 50. As a result, the surface of the fixing roller is heated. While the temperature of the heater is constant at A ° C., the temperature of the fixing roller rises in the heating nip, so the temperature difference between the heater 30 and the fixing roller 50 becomes smaller, and the temperature difference ΔT at the inlet at the nip outlet. Δt 1 which is smaller than 1 . At this time, the amount of heat supplied from the heater 30 to the fixing roller 50 is q 1 which is smaller than the initial Q 1 .

すなわち、定着ローラ表面温度は、加熱ニップの初期において大きく昇温するものの、定着ローラ表面温度が上昇していくに従ってヒータとの温度差が小さくなり、移動する熱量が小さくなるため、定着ローラ表面の温度上昇速度が鈍る。そのため、図5に示すように、ヒータ30の上流側から下流側に移動するに従い、温度上昇の傾きが小さくなってゆくのである。   That is, although the fixing roller surface temperature is greatly increased in the initial stage of the heating nip, the temperature difference with the heater is reduced as the fixing roller surface temperature is increased, and the amount of heat transferred is reduced. Temperature rise rate is slow. Therefore, as shown in FIG. 5, as the heater 30 moves from the upstream side to the downstream side, the gradient of the temperature rise becomes smaller.

一方、下流発熱量が上流発熱量よりも大きいヒータ30を使用した場合を考える。このとき、ヒータの表面温度は均一でなく、勾配が生じており、仮に、下流側が(A+a)℃、上流側が(A−a)℃になっているとする。同じ電力Wが投入されているため、上流から下流まで平均すればA℃である。   On the other hand, the case where the heater 30 whose downstream heat generation amount is larger than the upstream heat generation amount is considered. At this time, the surface temperature of the heater is not uniform and has a gradient, and it is assumed that the downstream side is (A + a) ° C. and the upstream side is (A−a) ° C. Since the same electric power W is input, if it is averaged from upstream to downstream, it is A ° C.

均一発熱時に考えたときと同じように、温度がB℃である、定着ローラ表面上の一点が、加熱ニップ内に突入してきたとする。上流側のヒータ温度は(A−a)℃で、突入直後のヒータ30と定着ローラ50の温度差は△T2である。このときのヒータ30から定着ローラ50へ移動する熱量はQ2である。均一発熱時と比較してヒータ温度が低いため、△T2は△T1よりも小さい。従って、Q2もQ1より小さいため、加熱ニップ35の上流側での定着ローラ昇温速度は、均一発熱時と比較して、遅くなる。 As in the case of uniform heat generation, it is assumed that one point on the surface of the fixing roller having a temperature of B ° C. has entered the heating nip. The upstream heater temperature is (A−a) ° C., and the temperature difference between the heater 30 and the fixing roller 50 immediately after entering is ΔT 2 . Amount of heat transferred from the heater 30 to the fixing roller 50 at this time is Q 2. ΔT 2 is smaller than ΔT 1 because the heater temperature is lower than that during uniform heat generation. Accordingly, since Q 2 is also smaller than Q 1 , the fixing roller temperature rising speed on the upstream side of the heating nip 35 is slower than that during uniform heat generation.

定着ローラ50の回転により、定着ローラ表面の一点が加熱ニップ内を上流から下流に移動するにしたがい、定着ローラ温度が上昇してゆく。ヒータ温度と定着ローラ温度との差は小さくなってゆき、定着ローラ50の温度上昇の傾きは徐々に小さくなってゆく。   As the fixing roller 50 rotates, the fixing roller temperature rises as one point on the surface of the fixing roller moves from the upstream side to the downstream side in the heating nip. The difference between the heater temperature and the fixing roller temperature becomes smaller, and the inclination of the temperature rise of the fixing roller 50 gradually becomes smaller.

しかし、下流発熱量が上流発熱量よりも大きいヒータ30では、ヒータ表面温度に傾きが生じている。これにより、ヒータ全域で均一に発熱されている場合と比較して、下流側においても、ヒータ30と定着ローラ50の温度差を大きく保つことが出来る。特に下流端でのヒータ30と定着ローラ50の温度差を△t2としたとき、もし△t1=△t2ならば、ヒータ温度が高い分、均一発熱と比較して定着ローラ温度を高く出来るということになる。また、△t1<△t2であっても、このときの熱の流れq2はq1よりも大きいことになり、均一発熱の場合よりも大きい熱量がヒータから定着ローラに流れることになる。よって、少なくとも均一発熱時よりも、定着ローラ温度を高くすることが出来る。 However, in the heater 30 in which the downstream heat generation amount is larger than the upstream heat generation amount, the heater surface temperature is inclined. As a result, the temperature difference between the heater 30 and the fixing roller 50 can be kept large on the downstream side as compared with the case where heat is uniformly generated throughout the heater. In particular, when the temperature difference between the heater 30 and the fixing roller 50 at the downstream end is Δt 2 , if Δt 1 = Δt 2 , the fixing roller temperature is higher than the uniform heat generation because the heater temperature is higher. It will be possible. Even if Δt 1 <Δt 2 , the heat flow q 2 at this time is larger than q 1 , and a larger amount of heat flows from the heater to the fixing roller than in the case of uniform heat generation. . Therefore, the fixing roller temperature can be made higher than at least during uniform heat generation.

以上の熱移動が立ち上げ動作時に繰り返され、結果的には同じ電力、同じ時間を立ち上げに要しても、下流発熱量を大きくした方が効果的に定着ローラを温めることができ、定着ローラ温度をより高くすることが出来る。   The above heat transfer is repeated during the start-up operation. As a result, even if the same power and the same time are required for start-up, the fixing roller can be warmed more effectively by increasing the downstream heat generation amount. The roller temperature can be increased.

以上、本実施例1において、ヒータ30の発熱量を上流側よりも下流側において大きくすることで、定着ローラ50の昇温速度を速められることが分かった。これにより、より立ち上がりの速い、外部加熱方式の定着装置を構成することが可能となる。   As described above, in Example 1, it was found that the heating rate of the fixing roller 50 can be increased by increasing the heat generation amount of the heater 30 on the downstream side of the upstream side. As a result, it is possible to configure an external heating type fixing device that rises faster.

つまり、本実施例の外部加熱方式の定着装置は、外部加熱ヒータによる定着ローラの加熱効率を向上させ、ウォームアップタイムが短く、オンデマンド性に優れている。   That is, the external heating type fixing device of this embodiment improves the heating efficiency of the fixing roller by the external heater, has a short warm-up time, and has excellent on-demand characteristics.

実施例2
次に、本発明に係る定着装置の他の実施例について説明する。
Example 2
Next, another embodiment of the fixing device according to the present invention will be described.

図6に示す本実施例2における定着装置20の全体構成は、図2、図3を参照して説明した実施例1における定着装置20と同様であるため、同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、実施例1の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。   The entire configuration of the fixing device 20 in the second embodiment shown in FIG. 6 is the same as that of the fixing device 20 in the first embodiment described with reference to FIG. 2 and FIG. The same reference numerals are assigned, the description of the first embodiment is used, and the description thereof is omitted here.

本実施例2においては、外部加熱装置であるヒータユニット70の位置を、ヒータユニット70と定着ローラ50で形成する加熱領域35の上流方向又は下流方向にずらす構成とする。このようにすることで、加熱領域内の発熱分布に変化を与えることができる。   In the second embodiment, the position of the heater unit 70 as an external heating device is shifted in the upstream direction or the downstream direction of the heating region 35 formed by the heater unit 70 and the fixing roller 50. By doing so, it is possible to change the heat generation distribution in the heating region.

すなわち、図6に示すように、ヒータユニット70を加熱領域35の上流側にずらせば、加熱領域35の上流側に発熱ピークを移動させることができるし、図示してはいないが、ヒータユニット70を加熱領域35の下流側にずらせば、加熱領域35の下流側に発熱ピークをずらすことができる。   That is, as shown in FIG. 6, if the heater unit 70 is shifted to the upstream side of the heating region 35, the heat generation peak can be moved to the upstream side of the heating region 35. Is shifted to the downstream side of the heating region 35, the exothermic peak can be shifted to the downstream side of the heating region 35.

その発熱ピークは、ヒータユニット70のずらし量を大きくするほど大きく移動する。しかし、余りヒータユニット70を大きくずらすと、ヒータ30の発熱体39が加熱領域35から外れてしまう可能性もでてくる。ヒータ30の発熱体39が加熱領域35から外れてしまうと、発熱体39の熱が定着ローラ50に奪われにくくなり、その部分が異常に昇温してしまう可能性がある。それを軽減するために、例えばヒータ30と定着ローラ50の間に挟む摺動部材34の材質を熱伝導率の高い金属などで構成することも考えられるが、やはり、発熱体39が加熱領域35から外れる状態は好ましくない。   The exothermic peak moves larger as the shift amount of the heater unit 70 is increased. However, if the heater unit 70 is excessively shifted, the heating element 39 of the heater 30 may be detached from the heating region 35. If the heating element 39 of the heater 30 is removed from the heating region 35, the heat of the heating element 39 becomes difficult to be taken away by the fixing roller 50, and there is a possibility that the temperature of that part will rise abnormally. In order to reduce this, for example, the material of the sliding member 34 sandwiched between the heater 30 and the fixing roller 50 may be made of a metal having a high thermal conductivity. A state that deviates from the above is not preferable.

従って、ヒータユニット70のずらし量は、ヒータ上の発熱体パターンの寸法によっても決まってくる。   Therefore, the shift amount of the heater unit 70 is also determined by the size of the heating element pattern on the heater.

上記の構成は、外部加熱装置、即ち、ヒータユニット70を定着ローラ50に圧接させ、定着ローラ50の弾性層を圧縮することで、ヒータ30の形状に合った形状の加熱ニップ(熱伝達領域)35を形成する構成について記述した。   In the above configuration, an external heating device, that is, the heater unit 70 is brought into pressure contact with the fixing roller 50 and the elastic layer of the fixing roller 50 is compressed, so that a heating nip (heat transfer region) having a shape matching the shape of the heater 30 is obtained. The configuration forming 35 has been described.

一方、熱伝達領域、即ち、加熱領域35を定着ローラ50の曲率に沿わせた形状となるように構成することも好ましい。   On the other hand, it is also preferable to configure the heat transfer area, that is, the heating area 35 to have a shape that follows the curvature of the fixing roller 50.

例えば、ヒータ30と定着ローラ50の間に介在させる、実施例1で説明した耐熱性摺動シートとされる摺動部材34の代わりに、図7に示すように、定着ローラ50の曲率に合った曲率を有する曲面板金などで構成する摺動部材43とすることもできる。その曲面板金43の定着ローラ50と接する反対側の面にヒータ30を配置する。このようにすることで定着ローラ50の弾性層を圧縮して、ヒータ30の形状に沿った加熱領域35を形成する場合と比較して、定着ローラ50の回転方向に沿った加熱領域長をより長く形成することが可能となる。   For example, instead of the sliding member 34, which is the heat-resistant sliding sheet described in the first embodiment and is interposed between the heater 30 and the fixing roller 50, as shown in FIG. Alternatively, the sliding member 43 may be formed of a curved sheet metal having a curvature. The heater 30 is disposed on the opposite surface of the curved sheet metal 43 that contacts the fixing roller 50. In this way, the heating layer length along the rotation direction of the fixing roller 50 is further increased as compared with the case where the elastic layer of the fixing roller 50 is compressed to form the heating region 35 along the shape of the heater 30. It can be formed longer.

曲面板金43をヒータ30と定着ローラ50の間に介在させることによって、ヒータ幅Wよりも大きい加熱領域35を形成することが可能となった。例えば、長い加熱領域35を構成することができれば、より発熱ピークの位置を加熱領域35の中心から大きくずらすことが出来るようになる。例えば、図8に示すように、加熱領域35が下流側に長い構成とすることにより、加熱領域35の上流側と下流側の発熱量の比率を大きく変化させることができる。   By interposing the curved sheet metal 43 between the heater 30 and the fixing roller 50, it becomes possible to form a heating region 35 larger than the heater width W. For example, if the long heating region 35 can be formed, the position of the heat generation peak can be greatly shifted from the center of the heating region 35. For example, as shown in FIG. 8, the ratio of the heat generation amount on the upstream side and the downstream side of the heating region 35 can be greatly changed by adopting a configuration in which the heating region 35 is long on the downstream side.

図8では、上述のように、曲面板金43の形状を、定着ローラ50の回転方向の上流側に張り出した形状とした。このことにより、ヒータ30の位置を不図示の支持部材の変更などにより変更するのではなく、曲面板金43と定着ローラ50で形成する加熱領域35をヒータ30よりも定着ローラ50の上流側に広げることで、相対的にヒータ30を加熱領域35の下流側に位置させる構成となった。   In FIG. 8, as described above, the curved sheet metal 43 has a shape projecting upstream in the rotation direction of the fixing roller 50. As a result, the position of the heater 30 is not changed by changing a support member (not shown), but the heating region 35 formed by the curved sheet metal 43 and the fixing roller 50 is expanded to the upstream side of the fixing roller 50 from the heater 30. Thus, the heater 30 is relatively positioned on the downstream side of the heating region 35.

加熱領域35の上流側の領域は、ヒータ30からの熱を曲面板金43で伝熱することで、定着ローラ50に熱を付与する。一方、加熱領域35の下流側の領域ではヒータ30との距離が近くなるために、より優先的に熱が定着ローラ50に付与される。従って、加熱領域35の上流側の領域よりも、下流側の領域の方が、定着ローラ50に与える熱量が大きい構成となる。   The upstream area of the heating area 35 transfers heat from the heater 30 by the curved sheet metal 43 to apply heat to the fixing roller 50. On the other hand, in the area downstream of the heating area 35, the distance from the heater 30 is close, so that heat is more preferentially applied to the fixing roller 50. Accordingly, the downstream area has a larger amount of heat applied to the fixing roller 50 than the upstream area of the heating area 35.

この曲面板金43の形状は種々考えられ、必要な回転速度や定着器立上り速度によって変化させることが好ましい。また、形状は曲面に限定されるものではなく、定着ローラ50の外表面に沿った形状の部材とされる。例えば、その他に、複数の平面を組み合わせた多角形形状であってもよい。また平面と曲面で構成される形状であっても良いし、平面形状の部材を湾曲させた形状であっても良い。また、材質はなるべく熱伝導性に優れたものが好ましいが、金属に限定されるものではない。例えばアルミナや窒化アルミなどの良熱伝導性を有するセラミックス材料であっても良いし、ポリイミドなどの樹脂材料であっても構わない。   Various shapes of the curved sheet metal 43 are conceivable, and it is preferable that the curved sheet metal 43 is changed according to a necessary rotation speed and a fixing device rising speed. Further, the shape is not limited to a curved surface, and is a member having a shape along the outer surface of the fixing roller 50. For example, a polygonal shape combining a plurality of planes may be used. Moreover, the shape comprised by a plane and a curved surface may be sufficient, and the shape which curved the planar member may be sufficient. Further, the material is preferably as excellent in thermal conductivity as possible, but is not limited to metal. For example, it may be a ceramic material having good thermal conductivity such as alumina or aluminum nitride, or may be a resin material such as polyimide.

以上、本実施例2のように、ヒータユニット70の位置を変更するか、若しくは、ヒータ30と定着ローラ50の間に介在する摺動部材43の形状等を変更することができる。この構成によって、ヒータ30と定着ローラ50で形成する加熱領域35の下流側の発熱量を、上流側の発熱量と比較して大きくすることが出来る。このことにより、より定着ローラ50に熱を効率的に伝えることができる。   As described above, as in the second embodiment, the position of the heater unit 70 can be changed, or the shape of the sliding member 43 interposed between the heater 30 and the fixing roller 50 can be changed. With this configuration, the heat generation amount on the downstream side of the heating region 35 formed by the heater 30 and the fixing roller 50 can be made larger than the heat generation amount on the upstream side. As a result, heat can be more efficiently transmitted to the fixing roller 50.

つまり、本実施例の外部加熱方式の定着装置は、実施例1と同様に、外部加熱ヒータによる定着ローラの加熱効率を向上させ、ウォームアップタイムが短く、オンデマンド性に優れている。   That is, the external heating type fixing device of the present embodiment improves the heating efficiency of the fixing roller by the external heater as in the first embodiment, has a short warm-up time, and has excellent on-demand characteristics.

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. 本発明に係る外部加熱式定着装置の一実施例の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an external heating type fixing device according to the present invention. セラミックヒータの概略図であり、図3(a)は図3(b)のC−D断面図、図3(b)は図3(a)のB面を示す平面図である。3A and 3B are schematic views of a ceramic heater, in which FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line C-D in FIG. 3B, and FIG. 3B is a plan view illustrating a B surface in FIG. 実施例1におけるヒータ表面温度のシミュレーション結果を示すグラフである。6 is a graph showing a simulation result of a heater surface temperature in Example 1. 実施例1の効果の説明図である。It is explanatory drawing of the effect of Example 1. FIG. 本発明に係る外部加熱式定着装置の他の実施例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other Example of the external heating type fixing device which concerns on this invention. 本発明に係る外部加熱式定着装置の他の実施例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the other Example of the external heating type fixing device which concerns on this invention. 本発明に係る外部加熱式定着装置の他の実施例における熱伝達領域近傍の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the heat transfer area | region vicinity in the other Example of the external heating type fixing device which concerns on this invention. 従来例である外部加熱方式の熱ローラ定着装置の概略図である。It is the schematic of the heat roller fixing device of the external heating system which is a prior art example. 従来例である加熱ローラを用いた外部加熱方式の熱ローラ定着装置の概略図である。It is the schematic of the heat roller fixing device of the external heating system using the heat roller which is a prior art example. 従来例であるプレート状のヒータを用いた外部加熱方式の熱ローラ定着装置の概略図である。It is the schematic of the heat roller fixing device of the external heating system using the plate-shaped heater which is a prior art example. 従来例である輻射熱源を用いた外部加熱方式の定着装置の概略図である。It is the schematic of the fixing device of the external heating system using the radiant heat source which is a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

20 定着装置
28 定着ニップ部(圧接部)
30 セラミックヒータ(加熱体)
33 サーミスタ(温度検知素子)
34 耐熱摺動シート(摺動部材)
35 加熱領域(熱伝達領域)
37 記録材
38 基板
39 通電発熱抵抗層(発熱体)
43 曲面板金(摺動部材)
50 定着ローラ(定着部材)
60 加圧ローラ(加圧部材)
70 外部加熱装置(ヒータユニット)
80 感光ドラム(像担持体)
81 帯電器
82 現像器
83 クリーナー
100 画像形成装置
100A 画像形成装置本体
20 Fixing device 28 Fixing nip (pressure contact)
30 Ceramic heater (heating body)
33 Thermistor (Temperature sensing element)
34 Heat-resistant sliding sheet (sliding member)
35 Heating area (heat transfer area)
37 Recording material 38 Substrate 39 Current-generating heating resistance layer (heating element)
43 Curved sheet metal (sliding member)
50 Fixing roller (fixing member)
60 Pressure roller (Pressure member)
70 External heating device (heater unit)
80 Photosensitive drum (image carrier)
81 Charging device 82 Developing device 83 Cleaner 100 Image forming apparatus 100A Image forming apparatus main body

Claims (5)

定着部材と、前記定着部材の表面と当接して圧接部を形成する加圧部材と、前記定着部材の表面を外部から加熱する加熱体を備えた外部加熱装置と、を有し、
前記定着部材と前記加圧部材との圧接部に、未定着トナー画像を担持した記録材を導入して加熱定着を行う定着装置において、
前記定着部材の表面における前記外部加熱装置による熱伝達領域において、前記外部加熱装置の発熱量が前記定着部材の表面の移動方向の上流側よりも下流側において大きいことを特徴とする定着装置。
A fixing member, a pressure member that forms a pressure contact portion in contact with the surface of the fixing member, and an external heating device that includes a heating body that heats the surface of the fixing member from the outside.
In a fixing device for performing heat fixing by introducing a recording material carrying an unfixed toner image into a pressure contact portion between the fixing member and the pressure member,
In the heat transfer region by the external heating device on the surface of the fixing member, the heat generation amount of the external heating device is larger on the downstream side than on the upstream side in the moving direction of the surface of the fixing member.
前記外部加熱装置の前記加熱体は、耐熱性の摺動部材を介して前記定着部材の表面に当接し、前記定着部材の表面を加熱することを特徴とする請求項1に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 1, wherein the heating body of the external heating device is in contact with the surface of the fixing member via a heat-resistant sliding member to heat the surface of the fixing member. 前記摺動部材は、耐熱性を有するシート状の部材であることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 2, wherein the sliding member is a sheet-like member having heat resistance. 前記摺動部材は、前記定着部材の表面に沿った形状の熱伝導性の部材であることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。   The fixing device according to claim 2, wherein the sliding member is a heat conductive member having a shape along a surface of the fixing member. 記録材に未定着トナー画像を形成する画像形成手段と、この未定着トナー画像を記録材に熱定着させる定着装置とを備えた画像形成装置において、
前記定着装置は、請求項1〜4のいずれかの項に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
In an image forming apparatus comprising: an image forming unit that forms an unfixed toner image on a recording material; and a fixing device that thermally fixes the unfixed toner image on the recording material.
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the fixing device is a fixing device according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016133673A (en) * 2015-01-20 2016-07-25 住友電気工業株式会社 Self-heating fuser roller
JP2017116571A (en) * 2015-12-21 2017-06-29 株式会社リコー Fixing apparatus and image forming apparatus

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