JP2013054163A - Fixation device and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給電によりジュール熱を発生する抵抗発熱体層を利用して未定着画像の熱定着を行う定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that performs thermal fixing of an unfixed image using a resistance heating element layer that generates Joule heat by power feeding.
プリンター、複写機等の電子写真方式の画像形成装置では、画像データに対応したトナー画像を普通紙、OHPシート等の記録シートに転写した後に、定着装置で定着するようになっている。定着装置では、記録シート上のトナー画像を加熱して記録シートに対して加圧することにより記録シートに定着する。
画像形成装置の定着装置として、通電によって発熱する抵抗発熱体層を備えた加熱ベルトを用いる構成が知られている。このような定着装置では、加熱ベルトの熱容量が小さいために、ウォーミングアップ時間を短くすることができ、発熱加熱ベルトを短時間で定着温度にまで昇温することができる。しかも、加熱ベルトの熱容量が小さいために、低電力量で所定の定着温度に維持することができ、消費電力を低減することができる。
In an electrophotographic image forming apparatus such as a printer or a copying machine, a toner image corresponding to image data is transferred to a recording sheet such as plain paper or an OHP sheet, and then fixed by a fixing device. In the fixing device, the toner image on the recording sheet is heated and pressed against the recording sheet to be fixed on the recording sheet.
As a fixing device of an image forming apparatus, a configuration using a heating belt provided with a resistance heating element layer that generates heat when energized is known. In such a fixing device, since the heat capacity of the heating belt is small, the warm-up time can be shortened, and the heat generating heating belt can be raised to the fixing temperature in a short time. In addition, since the heat capacity of the heating belt is small, it can be maintained at a predetermined fixing temperature with a low amount of power, and power consumption can be reduced.
特許文献1および2には、抵抗発熱体層を内蔵した円筒形状の定着フィルムの軸方向の両側の各端部に、抵抗発熱体層とは導電状態になった受電層を定着フィルムの周方向に沿って設けるとともに、それぞれの受電層に対して導電部ブラシが摺接するように設けられた定着装置が開示されている。
特許文献1および2に開示された定着装置では、それぞれの導電部ブラシに電力が供給されており、導電部ブラシに供給される電力が、摺接状態になったそれぞれの受電層を介して抵抗発熱層に供給される。これにより、抵抗発熱体層が発熱する。
In
In the fixing devices disclosed in
前述した特許文献1および2に開示された定着装置では、導電部ブラシは、各受電層の周回移動方向に沿った円弧形状に構成されており、その円弧形状の中心角は、180°よりも小さな角度になっている。周回移動する定着フィルムは柔軟性を有しており、駆動源からの動力がギア等を介して伝達される場合におけるギアの振動等によって、周回移動する定着フィルムが、円弧形状の導電部ブラシから離れる方向に変位または変形するおそれがある。
In the fixing devices disclosed in
定着フィルムの変位または変形によっては、導電部ブラシが受電層に接触しない状態になり、導電部ブラシと受電層との間の電位差が生じ、スパークが発生するおそれがある。スパークが発生すると、スパークの熱によって受電層の表面の一部が破損し、受電層と導電状態になった抵抗発熱体層が破損するおそれがある。
本発明は、このような問題に鑑みて為されたものであり、その目的は、抵抗発熱体層に設けられた受電層と給電部材との間でスパークが発生することを防止して、抵抗発熱体層が破損することを防止する定着装置及び当該定着装置を備える画像形成装置を提供することにある。
Depending on the displacement or deformation of the fixing film, the conductive portion brush may not come into contact with the power receiving layer, and a potential difference between the conductive portion brush and the power receiving layer may occur, and spark may occur. When the spark is generated, a part of the surface of the power receiving layer is damaged by the heat of the spark, and the resistance heating element layer in a conductive state with the power receiving layer may be damaged.
The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to prevent the occurrence of sparks between the power receiving layer provided in the resistance heating element layer and the power feeding member, and to prevent resistance. An object of the present invention is to provide a fixing device that prevents the heating element layer from being damaged and an image forming apparatus including the fixing device.
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、全周に抵抗発熱体層が設けられた加熱回転体に対して加圧部材が圧接されて定着ニップが形成されており、未定着画像が形成された記録シートを前記定着ニップに通紙させて熱定着する定着装置であって、前記加熱回転体の軸方向の両側の端部に、前記抵抗発熱体層とは導電状態で周方向に沿って設けられた一対の受電層と、前記各受電層の外周面にそれぞれ摺接する状態で配置された給電部材と、を備え、前記給電部材は、前記受電層との摺接面が、前記加熱回転体が非押圧状態にあるときの前記受電層の外径と同じかそれよりも小径の円弧形状に形成されて、当該円弧形状の中心角が180°よりも大きくなっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fixing device according to the present invention has a fixing nip formed by pressing a pressure member against a heating rotator provided with a resistance heating element layer on the entire periphery, and an unfixed image. A fixing device that heat-fixes the recording sheet on which the recording sheet is formed by passing the recording sheet through the fixing nip, in a circumferential direction in a conductive state with the resistance heating element layer at both ends in the axial direction of the heating rotator. A pair of power receiving layers provided along the power supply member disposed in sliding contact with the outer peripheral surface of each power receiving layer, and the power supply member has a sliding contact surface with the power receiving layer. The heating rotator is formed in an arc shape having a diameter equal to or smaller than the outer diameter of the power receiving layer when in a non-pressed state, and the central angle of the arc shape is larger than 180 °. Features.
本発明に係る画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。 An image forming apparatus according to the present invention includes the fixing device.
本発明に係る定着装置では、抵抗発熱体層が設けられた加熱回転体の周回移動によって、抵抗発熱体層における回転軸方向の両側の端部に設けられた受電層が給電部材に対して変形あるいは変位した場合にも、受電層の外周面は、給電部材の円弧形状になった摺接面に対して周方向のいずれかの位置において接した状態が維持される。これにより、給電部材と受電層との間でスパークが発生するおそれがなく、従って、抵抗発熱体層が破損することを防止することができる。 In the fixing device according to the present invention, the power receiving layer provided at both ends of the resistance heating element layer in the rotational axis direction of the resistance heating element layer is deformed with respect to the power supply member by the circumferential movement of the heating rotation element provided with the resistance heating element layer. Alternatively, even when the power receiving layer is displaced, the outer peripheral surface of the power receiving layer is kept in contact with the arc-shaped sliding contact surface of the power supply member at any position in the circumferential direction. Thereby, there is no possibility that a spark occurs between the power supply member and the power receiving layer, and therefore it is possible to prevent the resistance heating element layer from being damaged.
好ましくは、前記給電部材の軸方向の幅が、全体にわたって一定になっていることを特徴とする。
好ましくは、前記給電部材の軸方向の幅が、いずれか一方の端部において周方向の中央部よりも短くなっていることを特徴とする。
好ましくは、前記給電部材の軸方向の中央位置が、前記受電層の軸方向の中央位置に一致するように配置されていることを特徴とする。
Preferably, the width of the power feeding member in the axial direction is constant throughout.
Preferably, the width in the axial direction of the power supply member is shorter than the central portion in the circumferential direction at any one end.
Preferably, the power supply member is disposed so that a central position in the axial direction of the power feeding member coincides with a central position in the axial direction of the power receiving layer.
以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置の実施の形態について説明する。
<画像形成装置の概略構成>
図1は、本発明の実施の形態に係る定着装置が備えられた画像形成装置の一例であるプリンターの構成を示す概略図である。このプリンターは、普通紙、OHPシート等の記録シート上にモノクロのトナー画像を形成する。
Hereinafter, embodiments of a fixing device and an image forming apparatus according to the present invention will be described.
<Schematic configuration of image forming apparatus>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a printer which is an example of an image forming apparatus provided with a fixing device according to an embodiment of the present invention. This printer forms a monochrome toner image on a recording sheet such as plain paper or an OHP sheet.
図1に示すプリンターは、矢印Aで示す方向に回転駆動される感光体ドラム11を備えており、感光体ドラム11の周囲には、電子写真方式によってトナー画像を記録シートS上に形成するための帯電装置12、露光装置13、現像装置14、転写ローラー15が、感光体ドラム11の回転方向に沿って、その順番で設けられている。
回転状態になった感光体ドラム11の表面は、帯電装置12よりも上流側に配置された除電器18によって残留電荷が除去された後に、帯電装置12によって所定電位に帯電される。その後、感光体ドラム11の表面は、露光装置13から照射されるレーザー光Lによって露光される。露光装置13には、レーザー光Lを照射するレーザーダイオードが設けられており、レーザーダイオードが、図示しない制御部によって、外部機器から入力される画像データに基づいて駆動されてレーザー光Lを照射する。
The printer shown in FIG. 1 includes a
The surface of the
感光体ドラム11の表面上には、露光装置13から照射されるレーザー光Lの露光により静電潜像が形成される。感光体ドラム11におけるレーザー光Lが照射される位置よりも回転方向下流側には、感光体ドラム11の表面上の静電潜像を現像する現像装置14が、感光体ドラム11の表面に対向して設けられている。感光体ドラム11の表面上に形成された静電潜像は、現像装置14によってトナー現像されてトナー画像として可視化される。
On the surface of the
感光体ドラム11の下方には、普通紙、OHPシート等の記録シートSを複数枚収容できる記録シートカセット21が設けられており、記録シートカセット21内に収容された記録シートSが、給紙ローラー22によって1枚ずつ繰り出される。記録シートカセット21から繰り出された記録シートSは、タイミングローラー対23によって感光体ドラム11に向けて搬送される。
Below the
感光体ドラム11の側方には、矢印B方向に回転する転写ローラー15が、感光体ドラム11に圧接した状態で設けられており、転写ローラー15と感光体ドラム11との間に転写ニップ部が形成されている。記録シートカセット21から繰り出された記録シートSは、タイミングローラー対23によって転写ニップ部へ搬送されて、転写ニップ部を通過する。
A
記録シートSが転写ニップ部を通過する間に、転写ローラー15に印加された転写電圧にて発生する転写電界の作用により、感光体ドラム11上に形成されたトナー画像が記録シートS上に転写される。トナー画像が転写された記録シートSは、剥離爪16によって感光体ドラム11から剥離されて、転写ローラー15の上方に設けられた定着装置30へ搬送される。なお、感光体ドラム11上に残った残留トナーは、クリーニング部材17によって感光体ドラム11の表面から除去される。
While the recording sheet S passes through the transfer nip portion, the toner image formed on the
<定着装置の構成>
図2は、定着装置30における主要部の構成を説明するための模式的な斜視図、図3は、定着装置30の横断面図である。なお、定着装置30では、図1に示すように、記録シートは、下方から上方に向って通過するが、図2においては、記録シートの通過方向が、紙面に対して直交する方向になるように定着装置30を示している。
<Configuration of fixing device>
FIG. 2 is a schematic perspective view for explaining the configuration of the main part of the fixing
図2および図3に示すように、定着装置30は、加圧部材としての加圧ローラー32と、加圧ローラー32に圧接された状態で回転(周回移動)可能に配置された円筒形状の加熱ベルト31と、加熱ベルト31の内周面に圧接されるように加熱ベルト31の回転域(周回移動域)の内部に配置された押圧ローラー33とを備えている。
加熱ベルト31は、加圧ローラー32に圧接されて回転する加熱回転体であり、給電されることによって発熱する抵抗発熱体層31a(図4参照)を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the fixing
The
加熱ベルト31は、例えば、周回移動方向と直交する方向(軸方向)の長さが、加圧ローラー32の外周面における軸方向長さよりも若干長くなっている。加熱ベルト31および加圧ローラー32のそれぞれの軸心は平行になっている。加熱ベルト31の具体的な構成については後述する。
加熱ベルト31の周回移動域内に設けられた押圧ローラー33は、軸心部に設けられた芯金33bと、芯金33bの外周面に全周にわたって積層された円筒状の押圧ローラー本体部33aとを有している。芯金33bは、押圧ローラー本体部33aにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出する軸部33cを有している。
For example, the length of the
The
押圧ローラー33の芯金33bは、厚さが1.0〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって構成されている。押圧ローラー本体部33aは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性に優れた弾性材料によって構成された弾性層を有している。押圧ローラー本体部33aの軸方向長さは、加熱ベルト31の軸方向長さにほぼ等しくなっている。
The
加熱ベルト31の外周面に圧接される加圧ローラー32は、パイプ形状の芯金32cの外周面に、弾性層32aおよび離型層32bが順番に積層されて、離型層32bの外周面の直径(加圧ローラー32の外径)が20〜100mm程度になっている。芯金32cは、加圧ローラー本体部32aにおける軸方向の両側の各端面からそれぞれ両外側に突出した軸部32dを有している。
The
加圧ローラー32の芯金32cは、厚さが1.0〜10mm程度のアルミニウム、鉄等の金属パイプによって形成されている。加圧ローラー32の弾性層32bは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、1〜20mm程度の厚さに構成されている。
加圧ローラー32の離型層32bは離型性を有しており、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、5〜100μm程度の厚さに構成されている。なお、離型層32bは、導電性であってもよい。
The
The
加圧ローラー32は、図示しない付勢手段(例えば引っ張りバネ)によって、加熱ベルト31に向って付勢されており、加圧ローラー32の離型層32bが、加熱ベルト31を介して、押圧ローラー33における押圧ローラー本体部33aの外周面に押し付けられている。これにより、加熱ベルト31と加圧ローラー32とが相互に圧接された状態になっている。加熱ベルト31と加圧ローラー32との圧接部には、記録シートSが通過する定着ニップNが形成されている。
The
加圧ローラー32は、図示しないモータによって、図2に矢印Bで示す方向に回転される。加熱ベルト31は、押圧ローラー33が内周面に圧接されて、加圧ローラー32が外周面に圧接されていることにより、加圧ローラー32の回転に追従して、図2に矢印Aで示す方向に回転(周回移動)する。また、押圧ローラー33は、加熱ベルト31の回転に追従して同方向に回転する。
The
定着ニップNに搬送された記録シートS上の未定着のトナー画像は、当該記録シートSが定着ニップNを通過する間に、加圧ローラー32と加熱ベルト31とによって、加熱および加圧されることにより記録シートS上に定着される。定着ニップNを通過した記録シートSは、分離爪35(図1参照)によって加熱ベルト31から剥離される。加熱ベルト31から剥離された記録シートSは、排紙ローラー対24(図1参照)によって排紙トレイ19(図1参照)上に排出される。
The unfixed toner image on the recording sheet S conveyed to the fixing nip N is heated and pressed by the
なお、上記の説明では、加圧ローラー32を回転駆動させる構成であったが、このような構成に代えて、押圧ローラー33を回転駆動させる構成として、加熱ベルト31および加圧ローラー32を押圧ローラー33の回転に追従させて回転させる構成としてもよい。あるいは、加圧ローラー32および押圧ローラー33の両方を回転駆動させる構成として、加熱ベルト31を加圧ローラー32および押圧ローラー33の両方に追従させて回転させる構成としてもよい。
In the above description, the
図4は、加熱ベルト31における周回移動方向とは直交する方向である軸方向に沿った断面図であり、図2のY−Y線に沿った断面に相当する。図4に示すように、加熱ベルト31は、抵抗発熱体層31aと、抵抗発熱体層31a上に積層された弾性層31bと、弾性層31b上に積層された離型層31cと、を有している。抵抗発熱体層31a、弾性層31b、離型層31cは、それぞれ一定の厚さになっている。
4 is a cross-sectional view along an axial direction that is a direction orthogonal to the circumferential movement direction of the
抵抗発熱体層31aは、電流が流れることによってジュール熱を発生し、発生したジュール熱によって定着ニップNを通過する記録シートSが加熱される。
抵抗発熱体層31aを構成する材料は、電流が流れることによってジュール熱を発生するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させて形成された成形体、金属等によって抵抗発熱体層31aが構成される。
The resistance
The material constituting the resistance
抵抗発熱体層31aとして、耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって構成する場合、耐熱性樹脂としては、PI(ポリイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)等が使用される。特に、PIが耐熱性に優れているために好ましい。導電性フィラーとしては、Ag、Cu、Al、Mg、Ni等の金属、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等の炭素化合物が好適である。
When the resistance
導電性フィラーは、繊維状になっていることが好ましい。導電性フィラーが繊維状になっている場合には、繊維状以外の形状になっている場合に比較して、同じ含有量であれば、導電性フィラー同士が接触する確率が高くなるために、全体をより均一な導電状態とすることが可能になる。
耐熱性樹脂に導電性フィラーを一様に分散させた成形体によって抵抗発熱体層31aを構成する場合、抵抗発熱体層31aの厚さを調整することによって電気抵抗率を調整することができる。この場合の電気抵抗率は、通常、1.0×10−6〜9.9×10−3Ω・m程度、好ましくは、1.0×10−5〜5.0×10−3Ω・m程度である。
The conductive filler is preferably fibrous. When the conductive filler is in a fibrous form, compared to the case where the conductive filler is in a shape other than the fibrous form, if the content is the same, the probability that the conductive fillers are in contact with each other increases. It becomes possible to make the whole into a more uniform conductive state.
When the resistance
また、抵抗発熱体層31aを金属によって構成する場合には、SUS、Ni−Cr、Ti、Cr、Ti−Al等が好適である。この場合も、抵抗発熱体層31aの電気抵抗率は、抵抗発熱体層31aの厚さを調整することによって調整することができ、通常、1.0×10−8〜9.9×10−5Ω・m程度、好ましくは、1.0×10−7〜5.0×10−6Ω・m程度とされる。
Further, when the resistance
また、例えば、抵抗発熱体層31aが、導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合、導電性フィラーの含有率が、電流の流れる方向に沿って順次変化していてもよい。さらに、抵抗発熱体層31aが金属であって数%程度の添加物が含まれる場合には、電流の流れる方向に沿って添加物の割合が若干異なっていてもよい。
抵抗発熱体層31aの製造方法は任意であり、特に限定されるものではない。例えば、抵抗発熱体層31aが導電性フィラーを一様に分散させた耐熱性樹脂の成形体で構成される場合には、通常の樹脂成形体と同様に、所定形状の金型を用いて成形することができる。また、導電性フィラーを含む耐熱性樹脂を、一定の厚さの円筒形に成形することによって、抵抗発熱体層31aを製造してもよい。
For example, when the resistance
The manufacturing method of the resistance
弾性層31bは、抵抗発熱体層31aにおける軸方向の両側のそれぞれの端部を除いた領域上に積層されており、弾性層31bの外周面における全域に離型層31cが積層されている。弾性層31b上に積層された離型層31cの外周面には、定着ニップNを通過する記録シートSが圧接される。
弾性層31bは、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の高耐熱性の弾性体によって、1〜20mm程度の厚さに構成されている。
The
The
抵抗発熱体層31aの軸方向の両側のそれぞれの端部上には、抵抗発熱体層31aに供給される電流を、後述する給電部材37から受電する受電層31dが全周にわたって積層されている。
離型層31cは離型性を有しており、PFA(ポリテトラフルオロエチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン(4フッ化)樹脂)、ETFE(4フッ化エチレン・エチレン共重合樹脂)等のフッ素系チューブ、フッ素系コーティング等によって、例えば、5〜100μm程度の厚さに構成されている。
A
The
加熱ベルト31は、加圧ローラー32が圧接されていない状態で、所定の直径の円筒形状を維持するように所定の剛性を有するとともに、加圧ローラー32が圧接されることによって変形可能な柔軟性を有している。弾性層を有する押圧ローラー33も、加熱ベルト31を介して加圧ローラー32が圧接されることにより変形可能になっている。加熱ベルト31は、加圧ローラー32が圧接されることによる押圧ローラー33の変形に追従して、加圧ローラー32の外周面に沿った状態に変形する。
The
なお、加熱ベルト31は、抵抗発熱体層31aと、弾性層31bと、離型層31cとの3層構造に限るものではなく、少なくとも抵抗発熱体層31aを有していればよい。このために、加熱ベルト31を、抵抗発熱体層31aと離型層31cとの2層構造としてもよい。また、絶縁のためのPI、PPS等の樹脂層をさらに積層して、3層以上の構成としてもよい。
The
抵抗発熱体層31aにおける軸方向の両側の端部上においてそれぞれ全周にわたって積層された各受電層31dは、抵抗発熱体層31aとは全周にわたって導電状態になっている。なお、各受電層31dは、抵抗発熱体層31aとは全周にわたって導電状態になっている必要はなく、周方向の一部において抵抗発熱体層31aと導電状態になった構成であってもよい。しかし、抵抗発熱体層31aの全周にわたって電流が均一に流れることが好ましいために、各受電層31dは、抵抗発熱体層31aとは全周にわたって導電状態になっていることが好ましい。
Each of the power receiving layers 31d stacked over the entire circumference on both ends in the axial direction of the resistance
各受電層31dは、それぞれが導電性の材料によって、一定の厚さおよび軸方向(幅方向)長さに構成されている。受電層31dとしては、例えば、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、ステンレス(SUS)、真鍮、リン青銅等の金属を用いることができるが、電気抵抗率が低く、耐熱性、対酸化性に優れたニッケル、ステンレス、アルミニウム等を使用することが望ましい。
Each
各受電層31dは、厚くなるほど剛性が高くなるために、破断等の損傷が生じにくくなるが、剛性が高くなると変形しにくくなるために、定着ニップNを形成する弾性層31b等の変形に影響を及ぼす可能性がある。このために、受電層31dの厚さは、10〜100μm程度が好ましく、より好ましくは30〜70μm程度である。
なお、各受電層31dにおける加熱ベルト31の軸方向に沿った長さは、加熱ベルト31の外周面の半径(受電層31dの外周面の半径)によって異なるが、通常、5〜30mm程度である。
Since each of the
The length of each
各受電層31dは、電鋳加工、へら絞り加工、プレス絞り加工等でリング形状に予め形成して、抵抗発熱体層31aの成形時に一体的に形成する方法、帯板状の金属シートをレーザー溶接等で抵抗発熱体層31aの両側の端部外周面に接着して形成する方法等によって製造される。なお、抵抗発熱体層31aとの接着性を向上させるために、エッチング加工、レーザーによる孔開け加工等によって、抵抗発熱体層31aとの接触部分に孔を設けてもよい。
Each
また、所定形状に成形された抵抗発熱体層31aに対して、各受電層31dを、Niメッキ、Cuメッキ等によって形成してもよい。さらには、抵抗発熱体層31aの外周面に導電性ペーストを塗布することによって各受電層31dを形成してもよい。
図2〜図4に示すように、各受電層31dにおける加圧ローラー32とは反対側の周囲には、各受電層31dに電流を供給する給電部材37がそれぞれ設けられている。各給電部材37は、受電層31dの周方向に沿った円弧形状になっている。各給電部材37には、商用の交流電源34(図2参照)から供給される交流電流が、ハーネスを介して供給されるようになっており、それぞれの受電層31dに対向する内周面が、受電層31dの外周面に摺接することによって、それぞれの給電部材37に供給される交流電流が、受電層31dに流れる。
Further, each
As shown in FIGS. 2 to 4, a
各給電部材37は、例えば、カーボン粉と、銅粉等の粉体を混合して焼成した導電ブラシによって、それぞれ同様の形状に構成されている。なお、導電ブラシとしては、銅黒鉛質、炭素黒鉛質等が用いられる。
図3に示すように、各給電部材37は、それぞれの受電層31dに対向する内周面(受電層31dの外周面に摺接する摺接面)が、180°よりも大きな中心角度θであって、周方向の一部に開口を有する円弧形状に形成されている。本実施形態では、中心角度θが190°になっている。
Each
As shown in FIG. 3, each
給電部材37の内周面および外周面は、それぞれ一定の半径になっている。本実施形態では、給電部材37の内周面の曲率半径Rkは、加熱ベルト31が加圧ローラー32によって押圧されていない状態の受電層31dの外周面の半径Rjに等しく、それぞれ20mmになっている。
図5は給電部材37の斜視図である。図5に示すように、給電部材37の軸方向長さは全体にわたって、受電層31dよりも若干短い一定の長さ(5〜30mm程度)になっている。
The inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the
FIG. 5 is a perspective view of the
各給電部材37は、周方向の両側の端部が加圧ローラー32側に位置した状態で、加圧ローラー32および押圧ローラー33のそれぞれの軸心を結ぶ直線を含む平面に対して面対称状態になるように配置されて、全体が半径方向に沿って加圧ローラー32側に付勢されている。この場合、受電層31dは、給電部材37の内部空間内に位置しており、受電層31dの軸心位置が、給電部材37の円弧形状になった内周面の軸心位置にほぼ一致した状態(同軸状態)になっている。
Each
受電層31dの外周面の半径Rjに等しい半径Rkの内周面を有する給電部材37は、受電層31dに対して同軸状態になっていると、給電部材37の内周面の全域が、受電層31dの外周面に接した状態になり、給電部材37と受電層31dとが導電状態になる。この場合、給電部材37の周方向の両側の各端部は、加熱ベルト31(受電層31d)の軸心に対して加圧ローラー32側の位置において各受電層31dの外周面に接している。
When the
給電部材37の周方向の両側の端部は、図4に示すように、軸方向の中央部(幅方向)が、受電層31dの外周面における軸方向(幅方向)の中央部と一致するように、受電層31dの外周面に圧接されている。これにより、給電部材37の周方向の各端部から受電層31dの外周面に加えられる圧力の分布が、幅方向の中央位置からいずれか一方に片寄ることを抑制することができる。その結果、給電部材37の各端部の内周面と受電層31dの外周面とを安定的に摺接させることができ、両者を安定的に導電状態とすることができる。
As shown in FIG. 4, the end portions on both sides in the circumferential direction of the
このような構成の定着装置30では、一方の給電部材37に電流が供給されると、当該給電部材37に摺接する一方の受電層31dから抵抗発熱体層31aへ電流が供給される。抵抗発熱体層31aへ供給された電流は、抵抗発熱体層31aを軸方向に沿って流れて、他方の受電層31dから、その受電層31dに摺接した他方の給電部材37へ流れる。このようにして抵抗発熱体層31aに電流が流れることによって、抵抗発熱体層31aは発熱する。
In the fixing
抵抗発熱体層31aにおいて発生した熱は、弾性層31bを介して離型層31cに伝達される。離型層31cに伝達された熱は、定着ニップNを通過する記録シートSに伝達されて、記録シートS上のトナー画像を溶融する。溶融状態になったトナー画像は、加圧ローラー32によって記録シートS上に押し付けられることにより、記録シートS上に定着される。
The heat generated in the resistance
なお、抵抗発熱体層31aの電気抵抗率は、抵抗発熱体層31aに供給される電力、印加される電圧、抵抗発熱体層31aの厚さ、加熱ベルト31の外径および周方向長さ、押圧ローラー33の直径および軸方向長さ等に基づいて任意に設定される。例えば、記録シートSに対するトナー画像の定着性、耐久性等により、加熱ベルト31の外径および周方向長さを設定して、外径および周方向長さが設定された加熱ベルト31における抵抗発熱体層31aによって所定の発熱量が得られるように、抵抗発熱体層31aの厚さ、電気抵抗率等を設定すればよい。
The electrical resistivity of the resistance
周回移動される加熱ベルト31は、記録シートが定着ニップNを通過する場合における加熱ベルト31に加わる圧力の変動、加熱ベルト31を周回移動させるための回転力を伝達するギアの振動等によって、加熱ベルト31(抵抗発熱体層31a、弾性層31b、離型層31cの全て)の周回移動域が、定着ニップNに位置する部分を除いて変形するおそれがある。抵抗発熱体層31aが変形すると、抵抗発熱体層31aにそれぞれ積層された各受電層31dは、加圧ローラー32に圧接されていないために(図2参照)、抵抗発熱体層31aの周回移動域の変形に追従して変形しようとする。
The
しかしながら、受電層31dの周回移動域が変形しようとしても、受電層31dは、給電部材37の内周面によって拘束された状態で周回移動しているために、受電層31dは、給電部材37との接触状態を維持することになる。
従って、受電層31dの周回移動域がいずれの方向に変位しようとしても、給電部材37と受電層31dとの間の導電状態が確実に維持される。これにより、給電部材37と受電層31dとが非接触状態になることによるスパークの発生を防止することができる。その結果、スパークによって受電層31dが損傷するおそれがなく、従って、受電層31dが積層された抵抗発熱体層31aが損傷するおそれもない。
However, even if the orbital movement area of the
Therefore, the conductive state between the
給電部材37の中心角は、180°よりもわずかに大きくなっていれば、受電層31dが周方向の両側の端部が受電層31dの外周面に圧接されるために、給電部材37による受電層31dを拘束した状態で周回移動させることができる。従って、給電部材37の中心角は、180°よりもわずかでも大きくなっていればよい。
しかし、給電部材37の中心角が大きくなりすぎると、給電部材37の内周面と受電層31dの外周面との摺動抵抗が増加するために、給電部材37の摩耗が促進されて耐久性が低下するおそれがある。
If the central angle of the
However, if the central angle of the
また、給電部材37の内周面の半径Rkは、受電層31dの外周面の半径Rjに等しい構成に限らず、受電層31dの外周面の半径Rjよりも若干小さくなっていてもよい。給電部材37の内周面の半径Rkが受電層31dの外周面の半径Rjよりも若干小さくなっている場合には、受電層31dの外周面は、給電部材37の内周面の全周に沿った状態になるが、給電部材37の周方向の両側の端部同士の間隙から、受電層31dの一部が外側に突出した状態に受電層31dは変形して周回移動する。
The radius Rk of the inner peripheral surface of the
しかし、受電層31dの外周面の半径Rjに対して、給電部材37の内周面の半径Rkが小さくなりすぎた場合(Rk<<Rj)にも、給電部材37の内周面に対する受電層31dの外周面の摺動抵抗が増加し、給電部材37の耐久性が低下するおそれがある。このために、受電層31dの外周面の半径Rjと給電部材37の内周面の半径Rkとの差(Rj−Rk)は小さいことが好ましい。
However, even when the radius Rk of the inner peripheral surface of the
以上のことから、給電部材37の耐久性を考慮して、給電部材37の中心角θ、受電層31dの外周面の半径Rjと給電部材37の内周面の半径Rkとの差(Rj−Rk)のそれぞれを設定することができる。
給電部材37の中心角はとして、270°以下が好ましく、225°以下がより好ましい。
From the above, considering the durability of the
The central angle of the
また、受電層31dの外周面の半径Rjと給電部材37の内周面の半径Rkとの差(Rj−Rk)は、加熱ベルト31の半径にもよるが、5mm(受電層31dの半径の25%)以下が好ましく、2mm(受電層31dの半径の10%)以下がより好ましい。
給電部材37の幅(軸方向に沿った長さ)は、特に限定されるものではないが、受電層31dとの接触位置において、給電部材37の幅が短くなっていると、給電部材37から受電層31dに供給される電流密度が増加するために、給電部材37が劣化する。給電部材37として導電ブラシを用いる場合には、供給される電流、電圧等によって異なるが、20A/cm2以下の電流密度とすることが好ましい。このような電流密度とするためには、給電部材37の幅は、5〜30mm程度が好ましく、10〜20mm程度がより好ましい。
Further, the difference (Rj−Rk) between the radius Rj of the outer peripheral surface of the
The width of the power supply member 37 (the length along the axial direction) is not particularly limited, but if the width of the
なお、給電部材37の幅が全体にわたって一定になっている場合、受電層31dが給電部材37に対して変形するような力が加わることによって、受電層31dの外周面との摺接位置が変化しても、給電部材37から受電層31dに供給される電流の電流密度が変化しないために、給電部材37の摩耗が均一となり、耐久による接触ムラを抑制することができる。
When the width of the
次に、本発明の定着装置における効果を検証するために行った実験について説明する。
図2〜図5に示す実施形態の定着装置30において、記録シートSに対する定着動作を5回(5枚の記録シートに対する定着動作)実施して、給電部材37と受電層31dとの間で発生するスパークによって抵抗発熱体層31aが破損するかを検証した。
この場合、前述したように、受電層31dの外周面の半径Rjは20mmであり、給電部材37の内周面の半径Rkも20mmである。また、給電部材37の内周面(受電層31dの外周面との摺接面)は、中心角度が190°の円弧形状)になっている。
Next, an experiment conducted for verifying the effect of the fixing device of the present invention will be described.
2 to 5, the fixing operation for the recording sheet S is performed five times (fixing operation for five recording sheets), and is generated between the
In this case, as described above, the radius Rj of the outer peripheral surface of the
このような定着装置30において、定着動作を5回実行しても、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損は1回も生じなかった(このことを「0/5」と表す。以下同様)。この場合の条件および結果を、図6の表において実験番号4(No.4)として示している。
なお、給電部材37の内周面の半径Rkだけを、受電層31dの外周面の半径Rjよりも短い18mm、19mmにそれぞれ変更した場合にも、5回の定着動作の実行によっては、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損は1回も生じなかった(「0/5」)。これらの場合の条件および結果を、図6の表において実験番号5(No.5)および実験番号6(No.6)として示している。
In such a
Even when only the radius Rk of the inner peripheral surface of the
比較のために、円弧形状になった給電部材37の中心角度だけを、90°、145°、180°にそれぞれ変更した。この場合、給電部材37は、受電層31dに対して付勢されており、受電層31dの外周面は、給電部材37の周方向の中央位置において接している。このような条件で、5回の定着動作を実行した。
給電部材37の中心角度が90°の場合には、5回の定着動作のそれぞれにおいて、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が生じた(「5/5」)。また、給電部材37の中心角度が145°の場合には、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が3回生じた(「3/5」)。さらに、給電部材37の中心角度が180°の場合には、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が1回生じた(「1/5」)。それぞれの条件および結果を、図6の表において実験番号1(No.1)、実験番号2(No.2)、実験番号3(No.3)として示している。
For comparison, only the center angle of the
When the central angle of the
さらに比較のために、給電部材37の内周面の半径だけを、受電層31dの半径(20mm)よりも大きな21mm、22mmにそれぞれ変更して、5回の定着動作を実行した。この場合、受電層31dに対して給電部材37が付勢されているために、受電層31dの外周面は、給電部材37の周方向の中央位置において接している。
給電部材37の内周面の半径が21mmの場合には、5回の定着動作の実行によって、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が1回生じ(「1/5」)、22mmの場合には、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が2回生じた(「2/5」)。それぞれの条件および結果を、図6の表において実験番号7(No.7)および実験番号8(No.8)として示している。
Further, for comparison, only the radius of the inner peripheral surface of the
When the radius of the inner peripheral surface of the
以上のように、給電部材37の内周面の曲率半径が、受電層31dの半径よりも大きくなると、受電層31dの外周面が給電部材37の内周面に接触しない状態が出現し、抵抗発熱体層31aがスパークによって破損したと考えられる(No.7およびNo.8)。また、円弧形状の給電部材37の中心角が180°以下であっても、受電層31dの外周面が給電部材37の内周面に接触しない状態が出現し、抵抗発熱体層31aがスパークによって破損したと考えられる(No.1〜No.3)。
As described above, when the radius of curvature of the inner peripheral surface of the
これに対して、給電部材37の内周面の半径Rkが、受電層31dの半径Rj以下であって、円弧形状の給電部材37の中心角が190°という条件を満たした場合には(No.4〜No.6)、上記のように、加熱ベルト31の周回移動中に、給電部材37と受電層31dとが非接触状態になることがなく、スパークによる抵抗発熱体層31aの破損が発生しなかったと考えられる。このように、上記の条件を満たせば、定着動作の間、給電部材37と受電層31dとの導電状態を維持して、抵抗発熱体層31aがスパークによって破損することを防止できることが実証された。
On the other hand, when the radius Rk of the inner peripheral surface of the
<変形例>
なお、給電部材37は、全体にわたって一定の幅になっている必要はなく、例えば、図7(a)に示すように、周方向の中央部から一方の端部に接近するにつれて、順次、幅が小さくなる構成としてもよい。また、周方向の中央部から一方端部の全体にわたって順次、幅が小さくなる構成に限らず、図7(b)に示すように、周方向の中央部においては一定の幅として、周方向の一方の端部においてのみ、当該端部に接近するに従って、順次、幅が小さくなる構成としてもよい。
<Modification>
Note that the
いずれの場合にも、給電部材37から受電層31dに供給される電流密度が20A/cm2以下になっていることが好ましい。
このような構成では、給電部材37の周方向の一方の端部における幅が小さくなっていることより、受動層31dとの摺動抵抗を低減することができる。
また、幅が小さくなっている給電部材37の周方向の一方の端部を、定着ニップNにおける記録シートSの搬送方向の下流側に配置することにより、定着ニップNの下流側において給電部材37の端部と受電層31dとの摺動抵抗を小さくすることができる。これにより、受電層31dは、記録シートSの搬送方向の下流側に位置する給電部材37の端部と円滑に接触するために、受電層31dが給電部材37の端部と接触する際に両者の摩擦抵抗が増加して受電層31dが変形することを抑制できる。
In any case, the current density supplied from the
In such a configuration, the sliding resistance with the
In addition, by disposing one end in the circumferential direction of the
また、幅が周方向の中央部よりも小さくなった給電部材37の一方の端部の周囲におけるスペースを広くすることができ、給電部材37を加熱ベルト31の周囲の他の部材と干渉しないように配置することが容易になる。さらには、給電部材37の体積が減少するために、給電部材37を構成する材料の量が減少し、材料費を軽減することも可能である。
また、給電部材37の配置位置についても、周方向の両側の端部を定着ニップN側に位置させて、両端部同士の間隔が定着ニップNに対向するように配置する構成に限らず、加熱ベルト31の軸方向の両側の周囲におけるスペースの状態等に合わせて変更してもよい。
In addition, the space around one end of the
Further, the arrangement position of the
例えば、図8に示すように、給電部材37における周方向の中央と加熱ベルト31の軸心とを結ぶ直線が、加圧ローラー32および押圧ローラー33のそれぞれの軸心を結ぶ直線に対して45°程度傾斜した状態で配置する構成としてもよい。また、図9に示すように、給電部材37のそれぞれを、定着ニップNに対して軸方向の両側に、定着ニップNを挟んで配置する構成としてもよい。いずれの場合にも、加熱ベルト31の軸方向の両側の周囲における無駄なスペースを減少させることができ、定着装置が大型化することを抑制できる。
For example, as shown in FIG. 8, a straight line connecting the center in the circumferential direction of the
また、受電層31dは、抵抗発熱体層31a上に積層状態で配置する構成に限るものではなく、抵抗発熱体層31aに対して導電状態になっていればよい。このために、抵抗発熱体層31aの軸方向の両側の各端部の外側に受電層31dをそれぞれ配置する構成としてもよい。
さらに、給電部材37は、内周面が円弧形状になっていればよいために、外周面が円弧形状になっている必要はなく、平坦面に構成されていてもよい。
Further, the
Further, since the
さらに、上記の説明では、定着装置30の電源として、商用の交流電源を用いる構成であったが、直流電源を用いる構成であってもよい。
さらにまた、加熱ベルト31あるいは押圧ローラー33に加圧ローラー32を圧接して定着ニップNを形成する構成であったが、定着ニップNを形成するための加圧手段は、加圧ローラー32に限らず、例えば、加圧ベルトを用いてもよく、さらには、加圧ローラー32、加圧ベルト等のように回転している必要がなく、固定的に設けられた加圧部材等を用いてもよい。
Furthermore, in the above description, a commercial AC power source is used as the power source of the fixing
Furthermore, the
また、本発明に係る画像形成装置は、モノクロ画像を形成するプリンターに限るものではなく、カラープリンターであってもよい。さらには、プリンターに限らず、複写機、MFP(Multiple Function Peripheral)、FAX等(いずれの場合にも、カラー画像用、モノクロ画像用のいずれであってもよい)にも適用できる。 The image forming apparatus according to the present invention is not limited to a printer that forms a monochrome image, and may be a color printer. Furthermore, the present invention is not limited to a printer, and can also be applied to a copying machine, an MFP (Multiple Function Peripheral), a FAX, and the like (in either case, either a color image or a monochrome image).
本発明は、電流が流れることによって発熱する抵抗発熱体層を有する加熱回転体を用いた定着装置において、受電層と給電部材との間でスパークが発生することを防止する技術として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a technique for preventing a spark from being generated between a power receiving layer and a power supply member in a fixing device using a heating rotator having a resistance heating element layer that generates heat when a current flows.
30 定着装置
31 加熱ベルト
31a 抵抗発熱体層
31b 弾性層
31c 離型層
31d 受電層
32 加圧ローラー
33 押圧ローラー
34 交流電源
37 給電部材
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記加熱回転体の軸方向の両側の端部に、前記抵抗発熱体層とは導電状態で周方向に沿って設けられた一対の受電層と、
前記各受電層の外周面にそれぞれ摺接する状態で配置された給電部材と、を備え、
前記給電部材は、前記受電層との摺接面が、前記加熱回転体が非押圧状態にあるときの前記受電層の外径と同じかそれよりも小径の円弧形状に形成されて、当該円弧形状の中心角が180°よりも大きくなっていることを特徴とする定着装置。 A pressure member is pressed against a heating rotator provided with a resistance heating element layer on the entire circumference to form a fixing nip, and a recording sheet on which an unfixed image is formed is passed through the fixing nip. A fixing device for heat fixing,
A pair of power receiving layers provided along the circumferential direction in a conductive state with the resistance heating element layer at both ends in the axial direction of the heating rotator,
A power supply member disposed in sliding contact with the outer peripheral surface of each power receiving layer, and
The power feeding member is formed in an arc shape whose sliding contact surface with the power receiving layer is the same as or smaller than the outer diameter of the power receiving layer when the heating rotating body is in a non-pressed state. A fixing device characterized in that the central angle of the shape is larger than 180 °.
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-
2011
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