JP2004252348A - Image fixing device and image forming apparatus - Google Patents

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JP2004252348A JP2003044807A JP2003044807A JP2004252348A JP 2004252348 A JP2004252348 A JP 2004252348A JP 2003044807 A JP2003044807 A JP 2003044807A JP 2003044807 A JP2003044807 A JP 2003044807A JP 2004252348 A JP2004252348 A JP 2004252348A
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Kunihiko Tomita
邦彦 富田
Naotaka Iwata
尚貴 岩田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent wrinkles when a fixing belt enters a 2nd heating body. <P>SOLUTION: The fixing device is provided with the fixing belt 8 for carrying a recording medium, a heating roller 2 which is positioned in the engagement start position S of the recording medium with reference to the fixing belt 8 and around which the fixing belt 8 is wound, and the heating body 3 positioned inside the fixing belt 8 and for heating the fixing belt 8 at a position opposed to the passing path of the recording medium which is carried by the fixing belt 8, and a distance X between the heating roller 2 and the heating body 3 is set to be ≤20mm in a non-contact state. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられ無端ベルトを有するベルト定着装置及びかかかる定着装置を備えたかかる画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から環境保全の観点から省エネルギーの要求が高まっており、省エネルギーは複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置においても要求されている。画像形成装置は一般に、被定着画像としてのトナー像を形成されたシート状の記録媒体に、トナー像を定着するための定着装置を有しているが、定着装置における電力消費が激しいことから、省エネルギーを達成するため、定着温度の低温化が進んできている。
【0003】
定着温度の低温化を実現する方法として、トナーの軟化点、融点を下げる方法があるが、同一のトナーを用いた場合であっても、定着装置の構成によって定着温度が変わり、消費エネルギーも変わるため、省エネルギーを達成するには、定着温度が低く消費エネルギーの少ない定着装置の構成を提供する必要がある。
【0004】
定着装置としては、〔特許文献1〕、〔特許文献2〕等に記載されているように、内部に加熱手段である熱源としてのヒータを有し図示しない駆動手段により回転駆動される加熱ローラと、加熱ローラに圧接され加熱ローラに従動回転する加圧ローラとを有し、記録媒体を、加熱ローラと加圧ローラとによって形成されるニップ部に、加熱ローラと加圧ローラとの回転により通過させ、加熱すると同時に加圧して搬送することで未定着トナーからなるトナー像を定着するローラ対向式、熱ローラ対タイプなどといわれる定着装置が知られている。
【0005】
一般に、熱定着は、記録媒体上に転写されたトナーを加熱加圧し、これにより溶融状態になったトナーが記録媒体に接着することによって行われる。ここで、ローラ対向式の定着装置について考察すると、加熱時には、加熱ローラからトナー及び記録媒体へ熱の移動が起こるわけであるが、加熱ローラからトナーと記録媒体へ流れる熱量は、加熱ローラの温度が高いほど、即ち、環境温度に対して加熱ローラの設定温度が高く熱勾配が大きいほど、速くしかも多くの熱量を移動できる。しかし、設定温度が高く記録媒体への熱量供給が多いと必然的に消費エネルギーは増大し好ましくない。
【0006】
そこで、ローラ対向式の定着装置では加圧ローラのゴムやスポンジの硬度を下げその変形によって加熱ローラとのニップ幅を確保し加熱時間を長くとっているが、加熱ローラと加圧ローラのニップ幅にはこれらローラの曲率の関係で限界があるために、加熱時間は大幅に制限され、十分な熱量を与えることが難しい。ローラの径を大きくしてニップ幅を確保することが考えられるが、あまり大きな加熱ローラでは熱容量が大きく成り過ぎ、また放熱面積の増大により、やはり消費エネルギーが増大してしまう。
【0007】
したがって、ローラ対向式の定着装置では、狭いニップ幅に対応した短い時間内でトナーを所定温度まで昇温するため、必要以上の温度まで加熱ローラの設定温度をあげ、短時間でトナーの温度を上げて使用せざるを得なかった。しかしこれでは、トナーが溶融し定着可能となる温度まで昇温させる必要があるわけであるから、加熱ローラの温度は非常に高く、加熱する必要のない、記録媒体の表面温度まで上昇させ、更には熱勾配が大きいために紙の内部まで必要以上に昇温させてしまっていた。
【0008】
このように、ニップ幅が必要最小限しかとれないローラ対向式の定着装置は、加熱ローラの設定温度が必要以上に高くなり、環境に対するローラの熱勾配が大きいことによる過剰な放熱を生じ、また、加熱ローラの設定温度が必要以上に高いことにより、記録媒体への必要以上の熱の移動があり、余分なエネルギーの消費が大きく、省エネルギーの要請に十分に応えているとは言い難い状況であった。
【0009】
このようなローラ対向式の定着装置の問題点を解決する手段として、加熱体から定着ベルトを介することにより長時間記録媒体を加熱する方法が考えられる。これはベルト式の定着装置、ベルト定着装置などといわれ、〔特許文献3〕、〔特許文献4〕、〔特許文献5〕等に記載されているように、定着ベルトを駆動ローラと従動ローラとに巻き掛け、定着ベルトの内側に加熱体を配設して定着ベルトを加熱し、定着ベルト及び従動ローラを駆動ローラに従動回転させ、また定着ベルトを介して従動ローラに対向して配置された加圧ローラを従動回転させることで、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されるニップ部に、記録紙を通過させ、上述したローラ対向式の定着装置と同様に加熱すると同時に加圧して搬送することでトナー像を定着する構成が知られている。
【0010】
ベルト式の定着装置では、ローラ対向式の定着装置に比べ、定着ベルトを介して、記録媒体をトナーが所定温度に到達するのに必要なだけ長時間密着して加熱するため、低い温度で定着することが可能である。加熱体の設定温度はローラ対向式の定着装置に比べて低くされているため、熱勾配が小さく、記録媒体上のトナーが所定の温度に到達するのに時間がかかるが、ローラ対向式の定着装置と異なり、設定温度をトナーが定着できる温度より必要以上に上げる必要がなく省エネが達成できる。
【0011】
即ち、加熱温度が低いのでトナーが所定温度に到達するのに時間はかかるが、加熱部を通過する間、保温され続けるので、加熱終了時には、記録媒体上のトナーは、ローラ対向式の定着装置のように高温度、短時間で定着した場合と同様の温度に到達することができ、これにより定着が可能となっており、しかも、加熱体の設定温度が低く、加熱体の環境に対する熱勾配が小さいため、放熱量は小さくなり、また設定温度が低いため記録媒体に対する熱勾配も小さく、結果として記録媒体が受け取る総熱量も小さくなり、記録媒体の過剰な加熱を防止して消費エネルギーを低減できる。
【0012】
しかし、確かにこの方法で定着を行うと省エネルギー化は達成できるが、あらかじめ加熱された定着ベルトに接触することのみによる加熱では、記録媒体上のトナーの昇温スピードが遅く、紙に接触している部分のトナーの温度が充分に上昇せず、したがって記録媒体への接着力が足りず、通紙の過程で記録媒体にかかる応力により画像がずれてしまうという問題があった。
【0013】
また、定着ベルトの加熱は定着ベルトが加熱体に密着している間だけであり、どうしても一周回転する間に定着ベルトの温度が低下してしまうため、均一な温度分布を有するように構成されたはずの加熱体が、冷えた定着ベルトが再突入する先端部分で定着ベルトにより冷却され、加熱体の先端から後端にかけ温度勾配が発生し加熱体の表面温度の均一性を保てないという問題があり、ローラ対向式の定着装置ほどではないがやや温度設定を高めにしなければならず、省エネルギー化が阻害される問題がある。
【0014】
この問題は、記録媒体を加熱することで冷却された定着ベルトが加熱体に進入することで生じるため、この冷えた定着ベルトを加熱体に進入する前にあらかじめ予熱しておけばよい。すなわち、〔特許文献5〕に記載されているように、加熱体を二段階に分け、第1の加熱体で定着ベルトのみ昇温させ、記録媒体が接触する第2の加熱体で加熱するときには、定着ベルト表面を所定の温度まで昇温させておく構成によれば、定着に必要な定着ベルト温度を確保でき、過剰に加熱することなく、省エネルギー化を図りつつ定着性能を安定させることができる。
【0015】
ここで、かかる第1の加熱体が面状の固定発熱体である場合には、冷えた定着ベルトが第1の加熱体へ突入した時、ベルト温度が上昇し熱膨張をはじめるために、第1の加熱体である固定の面状発熱体の表面と定着ベルトとの摩擦により、定着ベルトの膨張が阻害され、定着ベルトにシワが入りやすいという問題があったため、〔特許文献5〕に記載されているように、第1の加熱体をローラ状にして回転させることにより、定着ベルトの膨張で幅方向に広がろうとする力を逃がし、シワが入るのを防止する技術が提案されている。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−51530号公報
【特許文献2】
特開2001−56616号公報
【特許文献3】
特開平9−80969号公報
【特許文献4】
特開平11−133800号公報
【特許文献5】
特開2001−166618号公報
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第1の加熱体をローラ状とすれば、確かに第1の加熱体上での定着ベルトのシワは防止できるが、第2の加熱体が固定の発熱体であるため、今度は第1の加熱体と固定された第2の加熱体との間で定着ベルトに確率的にシワが入り、定着性能が低下することが判明した。
【0018】
本発明は、定着ベルトが第2の加熱体に進入するときに生じるシワを防止する定着装置及びかかる定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、トナーを定着される記録媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、上記定着ベルトに対する記録媒体の係合開始位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けた加熱ローラと、上記定着ベルトに対する記録媒体の係合終了位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けたガイドローラと、上記定着ベルトの内側であって同定着ベルトによって搬送されている記録媒体の通過経路に対向する位置において同定着ベルトを加熱するための加熱体と、上記係合開始位置を占め、上記定着ベルトに向けて付勢された加圧部材とを有する定着装置において、上記加熱ローラと上記加熱体との距離を20mm以下で非接触の範囲としたことを特徴とする。
【0020】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の定着装置において、上記加熱体と上記ガイドローラとの距離を20mm以下で非接触の範囲としたことを特徴とする。
【0021】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の定着装置において、上記定着ベルトの、上記加熱ローラに巻き掛けられた部分の長さが0.2〜200mmであることを特徴とする。
【0022】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトが一回転する間の、同定着ベルトが上記加熱ローラに係合してから上記加熱体への係合が解除されるまでの時間が50msec以上であることを特徴とする。
【0023】
請求項5記載の発明は、請求項1ないし4の何れか1つに記載の定着装置において、上記加圧部材と上記加熱ローラとの対向位置においてプレ定着を行い、上記定着ベルトの、上記加熱体に係合した部分で本定着を行うことを特徴とする。
【0024】
請求項6記載の発明は、請求項1ないし5の何れか1つに記載の定着装置において、上記加熱体が、不動の部材であることを特徴とする。
【0025】
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置において、上記加熱体が、上記定着ベルトへの対向位置において上記定着ベルトの回転方向と同じ方向に回転する無端の加熱ベルトであることを特徴とする。
【0026】
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることを特徴とする。
【0027】
請求項9記載の発明は、請求項1ないし8の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトの厚さが1〜300μmであることを特徴とする。
【0028】
請求項10記載の発明は、請求項1ないし9の何れか1つに記載の定着装置において、上記加圧部材に巻き掛けられ、少なくとも上記係合開始位置から上記係合終了位置までに延在する、記録媒体を搬送するための無端の搬送ベルトを有することを特徴とする。
【0029】
請求項11記載の発明は、請求項10記載の定着装置において、上記搬送ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることを特徴とする。
【0030】
請求項12記載の発明は、請求項1ないし8の何れか1つに記載の定着装置において、上記搬送ベルトの厚さが1〜300μmであることを特徴とする。
【0031】
請求項13記載の発明は、請求項1ないし12の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置にある。
【0032】
【実施例】
図1に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであれば何れでもよいが、本実施例における画像形成装置はプリンタである。本実施例の画像形成装置はカラーの画像を形成するものである。
【0033】
画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙のほか、OHPシートや、カード、ハガキといった90K紙、坪量約100g/m相当以上の厚紙や、封筒等の、普通紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シート等の何れをもシート状の記録媒体として画像形成するものに用いることが可能である。記録媒体の大きさは、A4サイズやA3サイズ等の一般的な規格をなす大きさが一般的であるが、規格外の大きさであっても良い。
【0034】
画像形成装置100は、タンデム型のカラー画像形成装置であって、矢印A方向に回転駆動される円筒状に形成された回転体であり像担持体としての有機半導体(OPC)を用いた感光体ドラム(以下、「感光体」という。)101と、感光体101を帯電する図示しない帯電装置と、帯電後の感光体101に潜像を形成するレーザー光を発して光走査を行う図示しない露光装置と、露光後の感光体101上の潜像を現像する図示しない現像装置とを有している。
【0035】
画像形成装置100はまた、感光体101に対向して配置され現像装置による現像によって得られた感光体101上のトナー像を記録媒体としての記録紙に転写する転写手段としての転写ローラ111を有する転写装置105と、転写後の感光体101上をクリーニングする図示しないクリーニング装置と、帯電装置で帯電を行う前に感光体101の除電を行う図示しない除電装置と、記録紙を積載している給紙トレイ102とを有している。
【0036】
画像形成装置100はまた、給紙トレイ102に積載した記録紙を感光体101と転写装置105との対向領域であり感光体101と転写ローラ111とが当接する部位である転写領域107に向けて所定のタイミングで搬送するレジストローラ109と、転写装置105により感光体101上のトナー像を転写された記録紙に、かかるトナー像の定着を行う定着手段としての定着装置108と、画像形成装置100本体外に位置し定着後の記録紙を積載する排紙トレイ103とを有している。
【0037】
感光体101、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置105、クリーニング装置及び除電装置によって構成される作像系はそれぞれ、例えばシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色毎に、図1中破線で示す記録紙の搬送経路110に沿って設けられているが、図1においてはその1つのみを代表して図示している。
【0038】
感光体101、転写ローラ111はそれぞれ、図示しない駆動源としてのモータによりA方向、B方向に回転駆動される。B方向は感光体101との対向位置においてA方向と同じ方向に移動する方向である。記録紙はこのように回転する感光体101、転写ローラ111によって形成される転写領域107にて感光体101上のトナー像を転写され、担持するようになっている。
【0039】
図2に示すように、定着装置108は、トナー像を構成するトナーを定着される記録紙を搬送するための無端ベルトである無端の定着ベルト8と、定着ベルト8に対する記録紙の係合開始位置Sに位置し定着ベルト8を巻き掛けた第1の加熱体である加熱ローラ2と、定着ベルト8に対する記録紙の係合終了位置Eに位置し定着ベルト8を巻き掛けたガイドローラ9とを有している。
【0040】
定着装置108はまた、定着ベルト8の内側であって定着ベルト8によって搬送されている記録紙の通過経路に対向する位置において定着ベルト8を加熱するための第2の加熱体である加熱体3と、加熱体3に対し定着ベルト8の反対側から一体化され加熱体3を加熱する面状発熱体4と、定着ベルト8に当接し定着ベルト8に所定の張力を与えるテンションローラ5と、係合開始位置Sを占め、図中矢印Cで示すように定着ベルト8と加熱ローラ2とに向けて付勢された加圧部材としての加圧ローラ6と、加圧ローラ6を定着ベルト8と加熱ローラ2とに向けて付勢する付勢手段としてのばね7とを有している。
【0041】
ガイドローラ9は駆動ローラであって図示しない駆動手段としてのモータにより矢印D方向に回転駆動され、定着ベルト8、加熱ローラ2はそれぞれ矢印F、G方向に従動回転する。加熱ローラ2の内部には加熱手段としてのヒータ10が配設されており、加熱ローラ2を加熱する。加熱体3は不動の部材であり定着ベルト8の裏面に摺接する位置に固定されている。加圧ローラ6は、定着ベルト8を介して定着ローラ9に対向して配置され、係合開始位置Sを含む定着ローラ9との対向位置で定着ベルト8に当接し、定着ベルト8との間にニップ部12を形成している。なお係合開始位置Sと、加熱ローラ2から定着ベルト8が離れる位置とはほぼ一致している。
【0042】
定着装置108は、ニップ部12に、定着ベルト8とこれに従動回転する加圧ローラ6との回転により矢印Hで示す記録紙の搬送方向に記録紙を通過させて、加熱すると同時に加圧してプレ定着を行い、定着ベルト8で搬送する過程において定着ベルト8が加熱体3に係合した部分で本定着を行い、トナーを記録紙に定着する、いわゆるベルト式の定着装置である。プレ定着においては、トナーが加熱により軟化するとともに定着ベルト8と加圧ローラ6との間の圧力で記録紙上でつぶされ、本定着においてはトナーがさらに加熱されて溶融し記録紙上に接着される。
【0043】
このように、第1の加熱体を加熱ローラ2のごとくローラ状とすれば、第1の加熱体上での定着ベルト8のシワは防止できるが、すでに述べたように、第2の加熱体である加熱体3が固定であるため、従来においては、加熱ローラ2と加熱体3との間で定着ベルト8に確率的にシワが入り、定着性能が低下することが判明した。そこで発明者らが鋭意検討したところ、かかるシワの原因は、定着ベルト8が第2の加熱体である固定の加熱体3に突入する時に、定着ベルトの確率的ぶれにより、定着ベルト8のぶれに応じた位置によって定着ベルト8が固定の加熱体3に接触するタイミングが変化し、先に触れた部分に早くブレーキがかかることにあることが判明した。
【0044】
発明者らはさらに検討し、加熱ローラ2と加熱体3との距離を20mm以下とすれば、定着ベルト8の確率的なぶれが押さえられ、シワが防止されることを突き止めた。加熱ローラ2と加熱体3との距離は図1において符号Xで示す距離、すなわち、定着ベルト8の回転方向FにおいてS点の下流側で、かつ定着ベルト8と加熱体3との係合開始位置S’よりも上流側の部分の距離で示される。よって本実施例では距離Xを、加熱ローラ2と加熱体3とが非接触となる範囲で、20mm以下とした。
【0045】
ここで更に注意深く観察すると今度は加熱体3とガイドローラ9との間においても加熱ローラ2と加熱体3との間におけると同様のシワが定着ベルト8に確率的に入ることが判明したため、同様に検討した結果、加熱体3とガイドローラ9との間隔を20mm以下とすれば、定着ベルト8の確率的なぶれが押さえられ、シワが防止されることがわかった。
【0046】
加熱体3とガイドローラ9との距離は図2において符号Yで示す距離、すなわち、定着ベルト8の回転方向Fにおいて定着ベルト8とガイドローラ9との係合終了位置E’よりも下流側で、かつE点の上流側の部分の距離で示される。よって本実施例では距離Yを、加熱体3とガイドローラ9とが非接触となる範囲で、20mm以下とした。
【0047】
距離X、Yは何れも短ければ短いほど定着ベルト8のシワの防止に有効であるが、あまり短すぎると加熱ローラ2やガイドローラ9の径のばらつきにより加熱ローラ2やガイドローラ9が加熱体3に当接し、これら加熱ローラ2、ガイドローラ9が傷つき、また、定着ベルト8の回転速度の変動が生じ、良好な定着の妨げとなる。従って、距離X、Yは、より好ましくは1〜10mm、更に好ましくは2〜5mmが良い。
【0048】
また定着装置108のように、ベルト定着装置であって、定着ベルト8を所定温度まであらかじめ上昇させプレ定着を行うための加熱ローラ2と、本定着を行うための加熱体3との、二段階に分かれた加熱手段による加熱を行う構成であれば、加熱ローラ2で定着ベルト8が予熱されるため、定着ベルト8の吸熱による加熱体3の温度低下を生じることがない。かかる予熱を詳細に検討した結果、加熱ローラ2による加熱で定着ベルト8を所定温度に昇温するためには、記録紙が加熱ローラ2に接触する前段階、すなわち定着ベルト8の回転方向FにおけるS点よりも上流側で、定着ベルト8が加熱ローラ2に0.2〜200mmの長さで接していれば良いことがわかった。
【0049】
かかる長さが0.2mm未満であれば定着ベルト8の余熱が間に合わず、また200mmを超えた長さであれば定着装置108が大きくなりすぎ、また放熱面積が大きくなりすぎるので好ましくない。したがって、本実施例においては、定着ベルト8の、加熱ローラ2に巻き掛けられた部分の長さを0.2〜200mmとしている。かかる長さは、1〜100mmが好ましく、2〜50mmがさらに好ましく、5〜40mmがさらにまた好ましい。本実施例において、定着ベルト8の、加熱ローラ2に巻き掛けられた部分の長さは、定着ベルト8が加熱ローラ2に係合を開始する点S”から、S点までの長さである。
【0050】
S点における加圧部材として使用できるのは加圧ローラ6のようにローラ状をなすもののほか固定板が考えられる。また、加圧部材により記録紙の熱を奪うことを防止するために、ヒータ等の加熱手段により加圧部材に熱を印加することが望ましく、また、加圧部材を加熱することは、環境温度が冬場のように低く記録紙が冷えた状態でニップ部12に進入する場合であっても安定した定着が行えるので好ましい。
【0051】
図2に示した実施例は、一般的な定着装置と同様に、記録紙の裏面側から加熱を行い、かつ、記録紙の搬送経路の下側に定着ベルト8が位置するため、定着ベルト8によって加熱と同時に搬送を行うが、図3に示したように、記録紙の裏面すなわちトナーを担持していない面から加熱を行うが記録紙の搬送経路の上側に定着ベルト8が位置する構成においては、定着ベルト8による記録紙の搬送が円滑に行われないため、記録紙の搬送を行うための無端の搬送ベルト13を備えている。
【0052】
搬送ベルト13は加圧ローラ6とともに、駆動ローラ14と補助ローラ15とに巻き掛けられ、定着ベルト8の回転方向FにおけるS点から、E点より下流側の位置まで延在している。駆動ローラ14が図示しない駆動手段により矢印I方向に回転駆動されることで、搬送ベルト13が矢印J方向に従動回転し、加圧ローラ6、補助ローラ15もそれぞれ矢印K方向、矢印L方向に従動回転する。搬送ベルト13により記録紙を支え、定着ベルト8とともに記録紙の搬送を行うことで、記録紙を定着ベルト8に対する記録媒体の浮き上がりが防止され定着ベルト8による定着性が向上する。
【0053】
搬送ベルト13を備えた構成においても、搬送ベルト13は単に記録紙を搬送するための構成であるから、記録紙及びトナーを加圧するのは、加熱ローラ2と加圧ローラ6とが対向しているニップ部12における加圧ローラ6の加圧力であり、この部分で上述と同様にプレ定着を行い、また加熱体3に対向する部分で上述と同様に本定着を行う。なお、図3において図2と同様の構成については符号を付するにとどめ、説明を省略する。
【0054】
図4に示すように、定着ベルト8の内側に配設される加熱体は、その形態が不動で固定の部材でなく、定着ベルト8への対向位置において定着ベルト8の回転方向Fと同じ方向である方向Mに回転する無端の加熱ベルト16であっても良い。加熱ベルト16はローラ17、18に巻き掛けられ、定着ベルト8の回転方向において加熱ローラ2の下流側かつガイドローラ9の上流側の定着ベルト8の内側部分に接触し、この接触した部分により定着ベルト8に従動回転する。加熱ベルト16の内側には複数の加熱手段としてのヒータ4が並設されている。
【0055】
加熱体が図2、図3に示したように不動の加熱体3である場合であっても上述のようにシワの発生は防止されるが、定着ベルト8は加熱体3の表面を擦りながら回転するため、トルクが上昇してしまうが、加熱体が加熱ベルト16であれば、かかるトルクの上昇は生じない。トルクを更に低減するために、ローラ17、18の何れかを駆動ローラとして、加熱ベルト16を定着ベルト8とほぼ同じ速度で回転駆動するようにしても良い。なお、図4において図3と同様の構成については符号を付するにとどめ、説明を省略する。
【0056】
ニップ部12における加圧力はあまり小さすぎるとトナーを記録紙に固定するための効果が期待できず、また大きすぎると記録紙のシワの発生や、また記録紙が圧縮され、記録物の風合いが変わる問題があるので好ましくない。従ってかかる加圧力は総圧で2〜200Nが好ましく、より好ましくは5〜150N、更に好ましくは10〜100N、更にもっと好ましくは20〜80Nであり、この加圧力を与えることでトナーのずれに起因する画像のズレを防止できる。したがって本実施例では、適当な付勢力を有するバネ7を選択することで、かかる加圧力を20〜80Nとしている。
【0057】
定着ベルト8は加熱及び加圧され、熱定着を行うものであるから、定着ベルト8の材質には耐熱性とともに強靭さも要求される。したがって、定着ベルト8は、ニッケルやステンレスなどの金属ベルト、あるいはポリイミド系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂等の樹脂ベルトであることが望ましい。また定着ベルト8の厚さは、熱に対するレスポンスを考えると薄い方がよいが、強度的な耐久性を考えると厚いほうが好ましい。従って、定着ベルト8の厚さは1〜300μmが良いが、好ましくは2〜200μm、更に好ましくは5〜100μm、更にもっと好ましくは10〜60μmが良い。
【0058】
したがって、本実施例において、定着ベルト8は厚さ30μmのニッケル製の金属ベルトとしている。また、図3、図4に示したように搬送ベルト13を用いる構成においては、同様の要求から、搬送ベルト13を厚さ30μmのニッケル製の金属ベルトとしている。さらに、図4に示したように、加熱体として加熱ベルト16を用いる構成においては、同様の要求から、加熱ベルト16を厚さ30μmのニッケル製の金属ベルトとしている。
【0059】
定着ベルト8は、記録紙及びトナーに適当な熱量を与え、良好な定着を行うために備えられているため、加熱ローラ2と、加熱体3または加熱ベルト16とによりかかる良好な定着を行うための所定の熱量を与えられる必要がある。しかし、例えば、定着ベルト8の回転速度が非常に早い場合やS’点からE’点までの長さが短い場合には、定着ベルト8に十分な熱量を供給することができない。
【0060】
発明者らが検討したところ、定着ベルト8が一回転する間の、定着ベルト8が加熱ローラ2に係合してから加熱体3または加熱ベルト16への係合が解除されるまでの時間が50msec以上であれば、定着ベルト8に十分な熱量を供給できることがわかった。そこで、本実施例においては、定着ベルト8が一回転する間の、S”点からE’点に至るまでの時間が50msecとなるよう、定着ベルト8の回転速度と、加熱体3または加熱ベルト16のS’点からE’点までの長さを調整した。例えば、画像形成装置100が高速機である場合には、定着ベルト8の回転速度を高速とすることを要するため、この場合には加熱体3または加熱ベルト16のS’点からE’点までの長さを長くし、定着ベルト8が一回転する間の、S”点からE’点に至るまでの時間50msecを確保する。
【0061】
次に述べるように、上述の図2に示した実施例と、図5ないし図7に示す次の各比較例とを対比するとともに、かかる図2に示した実施例と、図3、図4に示した各実施例とを対比して、さらにはローラ対向式の定着装置を用いた比較例による定着試験を行い、本発明の効果を検証した。なお、図5ないし図7において図2ないし4と同様の構成については符号を付するにとどめ、説明を省略する。
【0062】
・実施例1
実施例1は図2に示した構成を用い、距離Xを10mm、距離Yを10mmとし、次の条件で定着試験を行ったものである。
ニップ時間 10msec
トータルの長時間加熱時間 80msec
加圧力 片側10N(両側加圧で総圧20N)
加熱ローラ2の設定温度 120℃
加熱体3の設定温度 120℃
【0063】
ニップ時間とは、記録紙がニップ部12を通過するのに要する時間である。トータルの長時間加熱時間とは、定着ベルト8が一回転する間の、定着ベルト8が加熱ローラ2に係合してから加熱体3への係合が解除されるまでの時間である。加圧力とは加圧ローラ6による加圧力であり、片側とは、加圧ローラ6に備えられた回転軸の一端側に加える圧力であり、両側加圧とは、回転軸の両端に加える圧力である。
【0064】
試験の結果、描画試験機で描画したが殆どトナーの脱落はなく定着性良好で定着ベルト8にもシワが入らなかった。しかしながら、距離Xを30mm、距離Yを30mmとしたとき、加熱体3上においては稀にシワが入ることが観察された。したがって、距離X、距離Yともに、20mmより大きい場合には従来の不具合があることが確認された。
【0065】
・比較例1
比較例1は図5に示した構成を用いたものである。すなわち、加熱ローラ2を用いてプレ加熱を行うが、加熱ローラ2に向けて加圧されないガイドローラ19を用い、ニップ部を形成していない。他の条件は上記実施例1と同様である。定着ベルト8は加熱ローラ2により充分に加熱されて記録紙に接触し、その後加熱体3により保温加熱して定着を行っている。描画試験機で描画したが殆どトナーの脱落はなく定着性良好であったが、画像ズレが顕著であった。したがって、試験の結果、良好な定着には加圧部材を要し、またプレ定着を行うことを要することが確認された。
【0066】
・比較例2
比較例2は図6に示した構成を用いたものであって、実施例1と比較して、ニップ部12を通過した記録紙を定着ベルト8から強制的に剥離する剥離爪20を有する点で主に相違し、プレ定着以降の保温加熱の効果、すなわち加熱体3による本定着の効果を検証するものである。通紙スピードは実施例1と同じである。
【0067】
ニップ時間 10msec
トータルの長時間加熱時間 10msec
加熱ローラ2の設定温度 120℃、140℃、150℃、160℃
の条件で定着試験を行った。他の条件は上記実施例1と同様である。ニップ部12を通過直後の記録紙を剥離ツメ20で強制的に定着ベルト8より引き剥がしているため、トータルの長時間加熱時間がニップ時間と一致し、短くなっている。加熱ローラ2の設定温度を変化させているのは、加熱体3で加熱を行う代わりに加熱ローラ2によって与える熱量を増やしていき、これに応じた定着状態を調べるためである。
【0068】
加熱ローラ2の温度と定着状態との関係は次の通りとなった。
120℃ 定着せずコールドオフセット
130℃ コールドオフセットは発生していないが指で擦るとトナー脱落
140℃ 描画試験機で擦るとかなり削れトナー脱落
150℃ 描画試験機で略問題なく定着性良好
【0069】
試験の結果、加熱ローラ2の温度を一定として良好な定着を行うためには加熱体3による加熱を要すること、すなわち、本定着を行うべきこと、定着ベルト8が一回転する間の加熱時間を50msec確保して長時間加熱すべきことが確認された。また、加熱ローラ2のみの加熱により良好な定着を行うには、加熱体3とともに加熱を行う場合に比して加熱ローラ2の温度を高くしなければならないことが確認され、消費エネルギーが増大することとなるという従来の問題が確認された。
【0070】
・比較例3
比較例3は図7に示した構成を用いたものであって、実施例1と比較して、加熱体を第1の加熱体2と第2の加熱体3とに分けるのではなく、一個の平面状の加熱体21のみで定着を行う点で主に相違し、プレ定着の効果を検証するものである。また加熱体21による加熱温度を変化させた他は上記実施例1と同様の条件とした。加熱ローラ2の設定温度を変化させているのは、加熱ローラ2で加熱を行う代わりに加熱体21によって与える熱量を増やしていき、これに応じた定着状態を調べるためである。
【0071】
加熱体21の温度と定着状態との関係は次の通りとなった。
120℃ 描画試験機で擦るとかなり削れトナー脱落
130℃ 描画試験機で略問題なく定着性良好
試験の結果、プレ定着を行う実施例1の構成におけると同様の120℃の温度で加熱体21による加熱を行うと、定着性能が低下することがわかった。これは、プレ定着を行うための第1の加熱体としての加熱ローラ2がないので、平面状の加熱体である第2の加熱体としての加熱体21の表面温度に温度勾配が発生したことに起因すると考えられる。
【0072】
また試験の結果、第2の加熱体の温度を一定として良好な定着を行うためには第1の加熱体による加熱を要すること、すなわち、プレ定着を行うべきことが確認された。さらに、一個の加熱体21のみの加熱により良好な定着を行うには、プレ定着を行う場合に比してかかる一個の加熱体21の温度を高くしなければならないことが確認され、消費エネルギーが増大することとなるという従来の問題が確認された。
【0073】
・実施例2
実施例2は図3に示した構成を用い、次のように実施例1と同じ条件で定着試験を行ったものである。既に述べたように、図3に示す構成は、記録紙の搬送が安定するように記録紙の裏面を保持して搬送できるよう支持体としての無端ベルトを備えたものである。
【0074】
ニップ時間 10msec
トータルの長時間加熱時間 80msec
加圧力 片側10N(両側加圧で総圧20N)
加熱ローラ2の設定温度 120℃
加熱体3の設定温度 120℃
【0075】
試験の結果、実施例1と同様に、定着性能に関しては、描画試験機で描画したが殆どトナーの脱落はなく定着性良好であった。記録紙の搬送に関しては、実施例1では稀に定着ベルト8からの記録紙の浮き上がりが発生し、部分的な定着不良が発生することがあったが図3に示した搬送ベルト13により記録紙を搬送する方式ではそのような記録紙が浮き上がるというような問題の発生はなかった。
【0076】
特に、実施例1では記録紙の定着面すなわちトナーを担持し定着が行われる面が上方を向いているのに対し、実施例2では、記録紙の定着面が下方を向いており、実施例2のように搬送ベルト13を備えた構成では、重力の影響を考えずに、定着面の上下を逆にすることが可能であること実証された。
【0077】
また、距離Xを5mm、距離Yを3mmとした場合には、固定された加熱体3上における定着ベルト8のシワは観られなかったが、Aを50mm、Bを30mmとした時、固定された加熱体3上には常にシワが入ることが観察された。したがって、距離X、距離Yともに、20mmより大きい場合には従来の不具合があることが、実施例1よりも明らかに確認された。
【0078】
・実施例3
実施例3は図4に示した構成を用い、次のように実施例1と同じ条件で定着試験を行ったものである。既に述べたように、図4に示す構成は、加熱体が固定ではなく無端のベルト状である加熱ベルト16として構成されているものである。
【0079】
ニップ時間 10msec
トータルの長時間加熱時間 80msec
加圧力 片側10N(両側加圧で総圧20N)
加熱ローラ2の設定温度 120℃
加熱体3の設定温度 120℃
【0080】
試験の結果、実施例1と同様に、定着性能に関しては、実施例2と同等であり、描画試験機で描画したが殆どトナーの脱落はなく定着性良好であった。定着ベルト8のトルクに関しては、実施例2と対比すると駆動トルクが20%低下し駆動に対する負荷の低減が確認された。また、実施例2においては固定の発熱体3と擦れることにより定着ベルト8の背面に傷が入りやすいのに対し、実施例3においては定着ベルト8の背面に傷が入ることもなく、走行の安定性が向上していた。
【0081】
・比較例4
比較例4は、図示を省略する従来より周知のローラ対向式の定着装置、すなわち内部に加熱手段である熱源としてのヒータを有し駆動手段により回転駆動される加熱ローラと、加熱ローラに圧接され加熱ローラに従動回転する加圧ローラとを有し、記録媒体を、加熱ローラと加圧ローラとによって形成されるニップ部に、加熱ローラと加圧ローラとの回転により通過させ、加熱すると同時に加圧して搬送することでトナーを定着する定着装置により、実施例1ないし実施例3の定着装置108に用いるトナーと同一のトナーを用いて、次の条件で、定着性を調べたものである。
【0082】
ニップ時間 10msec
加圧力 片側10N(両側加圧で総圧20N)
ニップ時間とは、記録紙がニップ部を通過するのに要する時間である。加圧力とは加圧ローラによる加圧力であり、片側とは、加圧ローラに備えられた回転軸の一端側に加える圧力であり、両側加圧とは、回転軸の両端に加える圧力である。
【0083】
加熱ローラの温度と定着状態との関係は次の通りとなった。
130℃ 定着せずコールドオフセット
140℃ コールドオフセットは発生していないが指で擦るとトナー脱落
150℃ 描画試験機でこするとかなり削れトナー脱落
160℃ 描画試験機で略問題なく定着性良好
加熱ローラの設定温度を変化させているのは、実施例における加熱ローラ2及び加熱体3または加熱体16で加熱を行う代わりに、加熱体ローラのみによって与える熱量を増やしていき、これに応じた定着状態を調べるためである。
【0084】
試験の結果を実施例と比較して検討したところ、ローラ対向式において加熱ローラのみで加熱・加圧して良好な定着を行うためには、実施例のように2段階で長時間加熱を行う場合に比して加熱ローラの温度を高くしなければならないことが確認され、消費エネルギーが増大することとなるという従来の問題が確認された。また試験の結果から、実施例においては、ローラ対向式に比して、約40℃設定温度を下げるても良好な定着を行うことができることがわかった。したがって、実施例の定着装置108によれば、消費エネルギーを大幅に節減できる。
【0085】
画像形成装置100は以上のような構成であり、実施例1ないし実施例3の何れかの定着装置108を備えていて、操作者による所定の操作により、画像形成装置100の電源が投入され、又は待機状態から動作状態に移行し、操作者が画像形成を開始する周知の操作を行うと、各色の作像系において、帯電装置による帯電工程によって均一に帯電された感光体101は、矢印A方向の回転により、外部から入力されるデータに応じて照射されるレーザ光による露光工程における潜像形成、現像装置による現像によって行われる現像工程、転写装置105による転写工程、クリーニング装置によるクリーニング工程、除電装置による除電工程を経て再び帯電工程に移る。
【0086】
かかる転写工程は、搬送経路110を搬送される記録紙の搬送のタイミングに合わせて行われ、搬送経路110を搬送される過程において全ての転写工程によって記録紙上にトナー像が重ね合わせ転写により転写されると、定着装置108における定着工程によって記録紙上に定着される。トナー像を定着されカラー画像を形成された記録紙は、画像形成装置100の外に排出される。このような画像形成工程において、定着工程においては、定着ベルト8のしわが防止され、記録紙の搬送が安定して行われることにより、定着が良好に行われる。
【0087】
以上、本発明を適用した画像形成装置を説明したが、画像形成装置はカラーの画像形成を行なうものでなく、単色の画像形成を行うものであっても良い。加熱ベルトを用いた構成は、搬送ベルトを用いる場合に限らず、定着ベルト8のみで記録紙を搬送する場合にも適用することができる。搬送ベルトを用いた構成は、定着性が低下しないのであれば、記録紙の定着面が下向きである場合に限らず、上向きの場合に適用しても良い。
【0088】
【発明の効果】
本発明は、トナーを定着される記録媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、上記定着ベルトに対する記録媒体の係合開始位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けた加熱ローラと、上記定着ベルトに対する記録媒体の係合終了位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けたガイドローラと、上記定着ベルトの内側であって同定着ベルトによって搬送されている記録媒体の通過経路に対向する位置において同定着ベルトを加熱するための加熱体と、上記係合開始位置を占め、上記定着ベルトに向けて付勢された加圧部材とを有する定着装置において、上記加熱ローラと上記加熱体との距離を20mm以下で非接触の範囲としたので、定着ベルトが加熱体に進入するときに生じるシワを防止することができ、これにより記録媒体の搬送を安定して良好に行い、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0089】
加熱体とガイドローラとの距離を20mm以下で非接触の範囲とすれば、加熱体とガイドローラとの間で生じる定着ベルトのシワを防止することができ、これにより記録媒体の搬送をより安定して良好に行い、より良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0090】
定着ベルトの、加熱ローラに巻き掛けられた部分の長さが0.2〜200mmであることとすれば、装置の大型化を防止するとともに放熱を抑制して消費エネルギーを低減し、また加熱ローラによる定着ベルトへの熱の供給を十分に行うことができ、記録媒体による定着ベルトの吸熱に起因する加熱体の温度低下を防止して良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0091】
定着ベルトが一回転する間の、同定着ベルトが加熱ローラに係合してから加熱体への係合が解除されるまでの時間が50msec以上であることとすれば、定着ベルトに十分な熱量を供給することで良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0092】
加圧部材と加熱ローラとの対向位置においてプレ定着を行い、定着ベルトの、加熱体に係合した部分で本定着を行うこととすれば、プレ定着と本定着との2段階で定着を行うことにより、加熱ローラによる定着ベルトへの熱の供給を十分に行なって、記録媒体による定着ベルトの吸熱に起因する加熱体の温度低下を防止するとともに、比較的長い距離で定着を行うのでトナーと記録媒体とに十分な熱量を供給することで良好な定着を行うことができ、また加熱ローラ、加熱体の設定温度を比較的低温にすることができ消費エネルギーを節減できる定着装置を提供することができる。
【0093】
加熱体が、不動の部材であることとすれば、比較的簡易な構造の加熱体により良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0094】
加熱体が、定着ベルトへの対向位置において定着ベルトの回転方向と同じ方向に回転する無端の加熱ベルトであることとすれば、加熱ベルトが定着ベルトに係合することによる定着ベルトのトルクを抑制することができるので、定着ベルトの駆動系を低トルクとして消費エネルギーを抑制しつつ良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0095】
定着ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることとすれば、耐熱性及び耐久性が高く長期にわたって使用でき、ユーザーの信頼性が高い定着装置を提供することができる。
【0096】
定着ベルトの厚さが1〜300μmであることとすれば、耐久性が高く長期にわたって使用でき、ユーザーの信頼性が高い定着装置を提供することができる。
【0097】
加圧部材に巻き掛けられ、少なくとも係合開始位置から係合終了位置までに延在する、記録媒体を搬送するための無端の搬送ベルトを有することとすれば、定着ベルトのみならず搬送ベルトによっても記録媒体を搬送することで、記録媒体の浮き上がりを防止して良好に搬送でき、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【0098】
搬送ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることとすれば、耐熱性及び耐久性が高く長期にわたって使用でき、ユーザーの信頼性が高い定着装置を提供することができる。
【0099】
搬送ベルトの厚さが1〜300μmであることとすれば、耐久性が高く長期にわたって使用でき、ユーザーの信頼性が高い定着装置を提供することができる。
【0100】
本発明は、請求項1ないし12の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する定着装置を有し、高品質の画像形成物を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した画像形成装置の概略を示す側面図である。
【図2】図1に示した定着装置の構成例を示す側面図である。
【図3】図1に示した定着装置の別の構成例を示す側面図である。
【図4】図1に示した定着装置のまた別の構成例を示す側面図である。
【図5】本発明にかかる定着装置と対比される比較例としての定着装置の構成を示す側面図である。
【図6】本発明にかかる定着装置と対比される比較例としての定着装置の別の構成を示す側面図である。
【図7】本発明にかかる定着装置と対比される比較例としての定着装置のまた別の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
2 加熱ローラ
3 不動の部材としての加熱体
3、16 加熱体
6 加圧部材
8 定着ベルト
9 ガイドローラ
12 加圧部材と加熱ローラとの対向位置
13 無端の搬送ベルト
16 無端の加熱ベルトとしての加熱体
100 画像形成装置
108 定着装置
F 定着ベルトの回転方向
E 定着ベルトに対する記録媒体の係合終了位置
S 定着ベルトに対する記録媒体の係合開始位置
X 加熱ローラと加熱体との距離
Y 加熱体とガイドローラとの距離
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a belt fixing device having an endless belt provided in an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, a printer, and the like, and to such an image forming apparatus having such a fixing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There has been an increasing demand for energy saving from the viewpoint of environmental protection, and energy saving has also been required for image forming apparatuses such as copying machines, facsimile machines, and printers. An image forming apparatus generally has a fixing device for fixing a toner image on a sheet-shaped recording medium on which a toner image as a fixed image is formed, but since the power consumption in the fixing device is high, In order to achieve energy saving, the fixing temperature has been lowered.
[0003]
As a method of lowering the fixing temperature, there is a method of lowering the softening point and the melting point of the toner. However, even when the same toner is used, the fixing temperature changes depending on the configuration of the fixing device, and the energy consumption also changes. Therefore, in order to achieve energy saving, it is necessary to provide a configuration of a fixing device having a low fixing temperature and low energy consumption.
[0004]
As described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the fixing device includes a heating roller internally having a heater as a heat source as a heating unit and rotationally driven by a driving unit (not shown). A pressure roller pressed against the heating roller and rotated by the heating roller. The recording medium passes through a nip formed by the heating roller and the pressure roller by rotation of the heating roller and the pressure roller. There are known fixing devices of a roller facing type, a heat roller pair type, and the like that fix a toner image formed of unfixed toner by heating and conveying while pressing.
[0005]
Generally, the heat fixing is performed by heating and pressing the toner transferred on the recording medium, and the toner in a molten state thereby being adhered to the recording medium. Here, considering the roller-facing type fixing device, when heating, heat is transferred from the heating roller to the toner and the recording medium. The amount of heat flowing from the heating roller to the toner and the recording medium depends on the temperature of the heating roller. The higher the temperature, that is, the higher the set temperature of the heating roller with respect to the environmental temperature and the larger the thermal gradient, the faster and more heat can be moved. However, if the set temperature is high and the amount of heat supplied to the recording medium is large, energy consumption inevitably increases, which is not preferable.
[0006]
Therefore, in the roller-facing type fixing device, the hardness of the rubber and sponge of the pressure roller is reduced to secure the nip width with the heating roller and thereby increase the heating time, but the nip width between the heating roller and the pressure roller is increased. Since there is a limit in the relationship of the curvature of these rollers, the heating time is greatly limited, and it is difficult to provide a sufficient amount of heat. It is conceivable to secure the nip width by increasing the diameter of the roller. However, an excessively large heating roller has an excessively large heat capacity, and the heat dissipation area also increases the energy consumption.
[0007]
Therefore, in a roller-facing fixing device, the temperature of the toner is raised in a short time corresponding to a narrow nip width. I had to raise it and use it. However, in this case, since it is necessary to raise the temperature to a temperature at which the toner can be melted and fixed, the temperature of the heating roller is extremely high, and the temperature of the heating roller is raised to a surface temperature of the recording medium which does not need to be heated. Because of the large thermal gradient, the temperature inside the paper was increased more than necessary.
[0008]
As described above, in the roller-facing type fixing device in which the nip width can be reduced to a necessary minimum, the set temperature of the heating roller becomes higher than necessary, and excessive heat radiation occurs due to a large thermal gradient of the roller with respect to the environment. However, because the set temperature of the heating roller is higher than necessary, there is more heat transfer to the recording medium than necessary, and the consumption of extra energy is large. there were.
[0009]
As a means for solving the problem of such a roller-facing type fixing device, a method of heating a recording medium for a long time by passing a heating body through a fixing belt can be considered. This is referred to as a belt-type fixing device, a belt fixing device, or the like. As described in [Patent Document 3], [Patent Document 4], [Patent Document 5], and the like, a fixing belt includes a driving roller and a driven roller. , A heating element is disposed inside the fixing belt to heat the fixing belt, the fixing belt and the driven roller are driven to rotate by the driving roller, and are disposed to face the driven roller via the fixing belt. By following rotation of the pressure roller, the recording paper is passed through a nip formed by the fixing belt and the pressure roller, and is heated and pressed at the same time as the roller-facing type fixing device and conveyed. Thus, a configuration for fixing a toner image is known.
[0010]
The belt-type fixing device heats the recording medium through the fixing belt in close contact with the toner for as long as necessary to reach a predetermined temperature, so that the fixing is performed at a lower temperature than the fixing device of the roller facing type. It is possible to do. Since the set temperature of the heating element is lower than that of the roller facing type fixing device, the thermal gradient is small, and it takes time for the toner on the recording medium to reach a predetermined temperature. Unlike the apparatus, there is no need to raise the set temperature more than necessary than the temperature at which the toner can be fixed, and energy saving can be achieved.
[0011]
That is, although the heating temperature is low, it takes time for the toner to reach the predetermined temperature, but since the toner continues to be kept warm while passing through the heating unit, the toner on the recording medium is fixed to the roller facing type fixing device at the end of heating. It is possible to reach the same temperature as in the case of fixing in a high temperature and in a short time as described above, thereby enabling fixing, and furthermore, the set temperature of the heating element is low, and the heat gradient with respect to the environment of the heating element is low. Is small, the amount of heat radiation is small, and the set temperature is low, so the thermal gradient with respect to the recording medium is small.As a result, the total amount of heat received by the recording medium is also small, preventing excessive heating of the recording medium and reducing energy consumption. it can.
[0012]
However, although it is true that energy can be saved by fixing using this method, heating by simply contacting the pre-heated fixing belt slows down the temperature rise of the toner on the recording medium and causes However, there is a problem that the temperature of the toner in the area where the toner does not rise sufficiently does not sufficiently increase the adhesive strength to the recording medium, and the image is displaced by the stress applied to the recording medium during the paper passing process.
[0013]
Further, the heating of the fixing belt is performed only while the fixing belt is in close contact with the heating element, and the temperature of the fixing belt is reduced during one rotation, so that the fixing belt is configured to have a uniform temperature distribution. A problem that the expected heating element is cooled by the fixing belt at the leading edge where the cooled fixing belt re-enters, causing a temperature gradient from the leading edge to the trailing edge of the heating element, preventing the uniformity of the surface temperature of the heating element. However, although the temperature is not as high as that of the roller-facing type fixing device, the temperature setting must be made slightly higher, and there is a problem that energy saving is hindered.
[0014]
Since this problem occurs when the fixing belt cooled by heating the recording medium enters the heating element, the cooled fixing belt may be preheated before entering the heating element. That is, as described in [Patent Document 5], when the heating body is divided into two stages, only the fixing belt is heated by the first heating body, and the heating is performed by the second heating body in contact with the recording medium. According to the configuration in which the surface of the fixing belt is heated to a predetermined temperature, the fixing belt temperature required for fixing can be secured, and the fixing performance can be stabilized while saving energy without excessive heating. .
[0015]
Here, when the first heating element is a planar fixed heating element, when the cooled fixing belt enters the first heating element, the belt temperature rises and thermal expansion begins. The friction between the surface of the fixed planar heating element, which is the first heating element, and the fixing belt hinders the expansion of the fixing belt, and there is a problem that wrinkles easily enter the fixing belt. As described above, a technique has been proposed in which, by rotating the first heating element in a roller shape, a force that tends to spread in the width direction due to expansion of the fixing belt is released, and wrinkles are prevented from entering. .
[0016]
[Patent Document 1]
JP 2001-51530 A
[Patent Document 2]
JP 2001-56616 A
[Patent Document 3]
JP-A-9-80969
[Patent Document 4]
JP-A-11-133800
[Patent Document 5]
JP 2001-166618 A
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the first heating element is formed in a roller shape, wrinkling of the fixing belt on the first heating element can be certainly prevented, but the second heating element is a fixed heating element. It was found that the fixing belt stochastically wrinkled between the first heating element and the fixed second heating element, and the fixing performance was reduced.
[0018]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fixing device that prevents wrinkles generated when a fixing belt enters a second heating element, and an image forming apparatus having the fixing device.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an endless fixing belt for conveying a recording medium on which a toner is fixed, and the fixing belt positioned at a position where the recording medium starts engaging with the fixing belt. A heating roller wound around the fixing belt, a guide roller positioned at a position where the engagement of the recording medium with the fixing belt ends, and a guide roller wound around the fixing belt, and recording inside the fixing belt and being conveyed by the identification attaching belt. In a fixing device having a heating body for heating the identification attachment belt at a position opposed to a medium passage path, and a pressing member occupying the engagement start position and urged toward the fixing belt, The distance between the heating roller and the heating element is not more than 20 mm and is in a non-contact range.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, in the fixing device of the first aspect, a distance between the heating element and the guide roller is set to 20 mm or less and a non-contact range.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the fixing device according to the first or second aspect, a length of the fixing belt wound around the heating roller is 0.2 to 200 mm.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to third aspects, the heating is performed after the identification attaching belt is engaged with the heating roller while the fixing belt makes one rotation. The time required for the engagement with the body to be released is 50 msec or more.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to fourth aspects, pre-fixing is performed at a position where the pressing member and the heating roller face each other, and the heating of the fixing belt is performed. The main fixing is performed at a portion engaged with the body.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to fifth aspects, the heating element is an immovable member.
[0025]
According to a seventh aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to sixth aspects, the heating element rotates in the same direction as the rotation direction of the fixing belt at a position facing the fixing belt. It is an endless heating belt.
[0026]
The invention according to claim 8 is the fixing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the fixing belt is a metal belt or a resin belt.
[0027]
According to a ninth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to eighth aspects, the thickness of the fixing belt is 1 to 300 μm.
[0028]
According to a tenth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to ninth aspects, the fixing device is wound around the pressing member and extends at least from the engagement start position to the engagement end position. And an endless transport belt for transporting the recording medium.
[0029]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the fixing device according to the tenth aspect, the transport belt is a metal belt or a resin belt.
[0030]
According to a twelfth aspect of the invention, in the fixing device according to any one of the first to eighth aspects, the thickness of the transport belt is 1 to 300 μm.
[0031]
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus having the fixing device according to any one of the first to twelfth aspects.
[0032]
【Example】
FIG. 1 schematically shows an image forming apparatus to which the present invention is applied. The image forming apparatus may be any known one such as a copying machine, a facsimile, and a printer, but the image forming apparatus in this embodiment is a printer. The image forming apparatus of the present embodiment forms a color image.
[0033]
The image forming apparatus 100 includes, in addition to plain paper generally used for copying and the like, 90K paper such as an OHP sheet, a card, and a postcard, and a basis weight of about 100 g / m. 2 Any of so-called special sheets having a larger heat capacity than plain paper, such as considerable thick paper and envelopes, can be used for forming an image as a sheet-shaped recording medium. The size of the recording medium is generally a size conforming to a general standard such as A4 size or A3 size, but may be a size outside the standard.
[0034]
The image forming apparatus 100 is a tandem-type color image forming apparatus, and is a cylindrical rotating body that is driven to rotate in the direction of arrow A, and uses a photoconductor using an organic semiconductor (OPC) as an image carrier. A drum (hereinafter, referred to as “photoconductor”) 101, a charging device (not shown) for charging the photoconductor 101, and an exposure (not shown) for emitting a laser beam for forming a latent image on the charged photoconductor 101 and performing optical scanning. It has an apparatus and a developing device (not shown) for developing a latent image on the photoconductor 101 after exposure.
[0035]
The image forming apparatus 100 further includes a transfer roller 111 that is disposed to face the photoconductor 101 and that transfers a toner image on the photoconductor 101 obtained by development by the developing device to a recording sheet as a recording medium. A transfer device 105, a cleaning device (not shown) that cleans the surface of the photoreceptor 101 after the transfer, a charge removal device (not shown) that removes the charge of the photoreceptor 101 before charging by the charging device, And a paper tray 102.
[0036]
The image forming apparatus 100 also moves the recording paper stacked on the paper feed tray 102 toward a transfer area 107, which is a region where the photoconductor 101 and the transfer device 105 face each other and where the photoconductor 101 and the transfer roller 111 abut. A registration roller 109 that conveys the toner image at a predetermined timing, a fixing device 108 as a fixing unit that fixes the toner image on the recording paper onto which the toner image on the photoconductor 101 has been transferred by the transfer device 105, and an image forming apparatus 100 And a discharge tray 103 which is located outside the main body and on which the fixed recording paper is stacked.
[0037]
An image forming system composed of the photoconductor 101, the charging device, the exposure device, the developing device, the transfer device 105, the cleaning device, and the charge removing device is, for example, for each color of cyan, magenta, yellow, and black, respectively. Although shown along the recording paper transport path 110 shown in FIG. 1, only one of them is shown as a representative.
[0038]
The photoreceptor 101 and the transfer roller 111 are respectively driven to rotate in the A and B directions by a motor as a drive source (not shown). The direction B is a direction in which the photosensitive drum 101 moves in the same direction as the direction A at a position facing the photosensitive member 101. The toner image on the photoconductor 101 is transferred and carried on the recording paper in a transfer area 107 formed by the photoconductor 101 and the transfer roller 111 rotating in this manner.
[0039]
As illustrated in FIG. 2, the fixing device 108 includes an endless fixing belt 8 that is an endless belt for conveying a recording sheet on which toner constituting a toner image is fixed, and starts engagement of the recording sheet with the fixing belt 8. A heating roller 2 which is a first heating element which is located at a position S and around which the fixing belt 8 is wound, and a guide roller 9 which is located at a position E where the recording paper is engaged with the fixing belt 8 and at which the fixing belt 8 is wound. have.
[0040]
The fixing device 108 also includes a heating element 3 serving as a second heating element for heating the fixing belt 8 at a position inside the fixing belt 8 and opposed to a passage of the recording sheet conveyed by the fixing belt 8. A planar heating element 4 integrated with the heating element 3 from the opposite side of the fixing belt 8 to heat the heating element 3, a tension roller 5 that contacts the fixing belt 8 and applies a predetermined tension to the fixing belt 8, The pressure roller 6 occupies the engagement start position S and is urged toward the fixing belt 8 and the heating roller 2 as shown by an arrow C in the drawing. And a spring 7 as urging means for urging toward the heating roller 2.
[0041]
The guide roller 9 is a driving roller and is rotationally driven in the direction of arrow D by a motor as driving means (not shown), and the fixing belt 8 and the heating roller 2 are driven to rotate in directions of arrows F and G, respectively. A heater 10 as heating means is disposed inside the heating roller 2 to heat the heating roller 2. The heating element 3 is an immovable member and is fixed at a position where it is in sliding contact with the back surface of the fixing belt 8. The pressure roller 6 is disposed to face the fixing roller 9 with the fixing belt 8 interposed therebetween. The pressure roller 6 comes into contact with the fixing belt 8 at a position facing the fixing roller 9 including the engagement start position S. The nip portion 12 is formed. Note that the engagement start position S substantially coincides with the position where the fixing belt 8 is separated from the heating roller 2.
[0042]
The fixing device 108 causes the nip portion 12 to pass the recording paper in the recording paper conveyance direction indicated by the arrow H by the rotation of the fixing belt 8 and the pressure roller 6 driven and rotated by the fixing belt 8, and heat and pressurize the recording paper at the same time. This is a so-called belt type fixing device in which pre-fixing is performed, main fixing is performed in a portion where the fixing belt 8 is engaged with the heating element 3 in the process of being conveyed by the fixing belt 8, and toner is fixed on recording paper. In the pre-fixing, the toner is softened by heating and is crushed on the recording paper by the pressure between the fixing belt 8 and the pressure roller 6, and in the main fixing, the toner is further heated and melted and adhered on the recording paper. .
[0043]
If the first heating element is formed into a roller shape like the heating roller 2, wrinkling of the fixing belt 8 on the first heating element can be prevented, but as described above, the second heating element Since the heating element 3 is fixed, it has been found that, in the related art, the fixing belt 8 is wrinkled stochastically between the heating roller 2 and the heating element 3 and the fixing performance is reduced. The inventors of the present invention have conducted intensive studies, and found that the cause of such wrinkles is that when the fixing belt 8 enters the fixed heating element 3 serving as the second heating element, the fixing belt 8 moves stably due to stochastic fluctuation of the fixing belt 8. It has been found that the timing at which the fixing belt 8 comes into contact with the fixed heating element 3 changes depending on the position corresponding to the position, and that the previously touched portion is quickly braked.
[0044]
The inventors have further studied and found that if the distance between the heating roller 2 and the heating element 3 is set to 20 mm or less, stochastic blurring of the fixing belt 8 is suppressed and wrinkles are prevented. The distance between the heating roller 2 and the heating element 3 is the distance indicated by the symbol X in FIG. 1, that is, the downstream side of the point S in the rotation direction F of the fixing belt 8 and the start of the engagement between the fixing belt 8 and the heating element 3. It is indicated by the distance of the portion on the upstream side from the position S ′. Therefore, in this embodiment, the distance X is set to 20 mm or less in a range where the heating roller 2 and the heating element 3 are not in contact with each other.
[0045]
Here, further careful observation revealed that the same wrinkles between the heating roller 2 and the heating member 3 as in the heating belt 3 and the guide roller 9 were stochastically entered into the fixing belt 8. As a result, it was found that if the distance between the heating element 3 and the guide roller 9 is set to 20 mm or less, the stabilization of the fixing belt 8 is suppressed and wrinkles are prevented.
[0046]
The distance between the heating element 3 and the guide roller 9 is the distance indicated by the reference character Y in FIG. 2, that is, the distance downstream of the engagement end position E ′ between the fixing belt 8 and the guide roller 9 in the rotation direction F of the fixing belt 8. , And the distance on the upstream side of the point E. Therefore, in this embodiment, the distance Y is set to 20 mm or less in a range where the heating element 3 and the guide roller 9 are not in contact with each other.
[0047]
The shorter the distances X and Y are, the more effective the prevention of wrinkling of the fixing belt 8 is. 3, the heating roller 2 and the guide roller 9 are damaged, and the rotation speed of the fixing belt 8 fluctuates, thereby hindering satisfactory fixing. Therefore, the distances X and Y are more preferably 1 to 10 mm, and further preferably 2 to 5 mm.
[0048]
Further, the fixing device is a belt fixing device like a fixing device 108, and includes a heating roller 2 for performing pre-fixing by raising the fixing belt 8 to a predetermined temperature in advance and a heating element 3 for performing main fixing. If the fixing belt 8 is preheated by the heating roller 2 in a configuration in which the heating is performed by the divided heating means, the temperature of the heater 3 does not decrease due to the heat absorption of the fixing belt 8. As a result of a detailed study of such preheating, as a result of heating the fixing belt 8 to a predetermined temperature by heating by the heating roller 2, a stage before the recording paper contacts the heating roller 2, that is, in the rotation direction F of the fixing belt 8. It was found that the fixing belt 8 should be in contact with the heating roller 2 at a length of 0.2 to 200 mm on the upstream side of the point S.
[0049]
If the length is less than 0.2 mm, the residual heat of the fixing belt 8 is not enough, and if the length exceeds 200 mm, the fixing device 108 becomes too large and the heat radiation area becomes too large, which is not preferable. Therefore, in this embodiment, the length of the portion of the fixing belt 8 wound around the heating roller 2 is set to 0.2 to 200 mm. Such a length is preferably 1 to 100 mm, more preferably 2 to 50 mm, and still more preferably 5 to 40 mm. In this embodiment, the length of the portion of the fixing belt 8 wrapped around the heating roller 2 is the length from the point S ″ at which the fixing belt 8 starts engaging with the heating roller 2 to the point S. .
[0050]
The fixing member may be used as the pressing member at the point S in addition to a roller-shaped member such as the pressing roller 6. In order to prevent the heat of the recording paper from being taken away by the pressing member, it is desirable to apply heat to the pressing member by a heating means such as a heater. However, even when the recording paper enters the nip portion 12 in a low temperature such as in winter, it is preferable because stable fixing can be performed.
[0051]
In the embodiment shown in FIG. 2, the heating is performed from the back side of the recording paper and the fixing belt 8 is located below the recording paper conveyance path, similarly to a general fixing device. As shown in FIG. 3, heating is performed from the back surface of the recording paper, that is, the surface not carrying the toner, but the fixing belt 8 is located above the recording paper transport path. Is provided with an endless transport belt 13 for transporting the recording paper because the transport of the recording paper by the fixing belt 8 is not performed smoothly.
[0052]
The transport belt 13 is wound around the drive roller 14 and the auxiliary roller 15 together with the pressure roller 6, and extends from the point S in the rotation direction F of the fixing belt 8 to a position downstream from the point E. When the driving roller 14 is driven to rotate in the direction of arrow I by a driving means (not shown), the transport belt 13 is driven to rotate in the direction of arrow J, and the pressure roller 6 and the auxiliary roller 15 also move in the directions of arrow K and arrow L, respectively. It is driven and rotated. By supporting the recording paper with the transport belt 13 and transporting the recording paper together with the fixing belt 8, the floating of the recording medium on the recording paper with respect to the fixing belt 8 is prevented, and the fixing property of the fixing belt 8 is improved.
[0053]
Even in the configuration including the transport belt 13, the transport belt 13 is a configuration for simply transporting the recording paper, and therefore, the heating roller 2 and the pressure roller 6 face each other to press the recording paper and the toner. This is the pressing force of the pressure roller 6 in the nip portion 12, where pre-fixing is performed in the same manner as described above, and main fixing is performed in the portion opposed to the heating element 3 as described above. Note that in FIG. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0054]
As shown in FIG. 4, the heating member disposed inside the fixing belt 8 is not a fixed member because of its immovable form, and has the same direction as the rotation direction F of the fixing belt 8 at a position facing the fixing belt 8. The endless heating belt 16 rotating in the direction M may be used. The heating belt 16 is wound around rollers 17 and 18 and contacts the inside of the fixing belt 8 downstream of the heating roller 2 and upstream of the guide roller 9 in the rotation direction of the fixing belt 8, and the contacted portion fixes the fixing belt 8. The belt 8 is driven to rotate. Inside the heating belt 16, a plurality of heaters 4 as heating means are arranged in parallel.
[0055]
Even when the heating body is the immovable heating body 3 as shown in FIGS. 2 and 3, wrinkles are prevented as described above, but the fixing belt 8 is rubbed against the surface of the heating body 3 Although the torque increases due to the rotation, if the heating element is the heating belt 16, such an increase in torque does not occur. To further reduce the torque, the heating belt 16 may be driven to rotate at substantially the same speed as the fixing belt 8 by using one of the rollers 17 and 18 as a driving roller. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.
[0056]
If the pressing force in the nip portion 12 is too small, the effect of fixing the toner to the recording paper cannot be expected, and if it is too large, wrinkling of the recording paper or the recording paper is compressed, and the texture of the recorded matter is reduced. It is not preferable because there is a problem to change. Accordingly, the pressure is preferably 2 to 200 N in total pressure, more preferably 5 to 150 N, further preferably 10 to 100 N, and still more preferably 20 to 80 N. It is possible to prevent the image from shifting. Therefore, in the present embodiment, the applied pressure is set to 20 to 80 N by selecting the spring 7 having an appropriate urging force.
[0057]
Since the fixing belt 8 is heated and pressed to perform heat fixing, the material of the fixing belt 8 is required to have heat resistance and toughness. Therefore, the fixing belt 8 is desirably a metal belt such as nickel or stainless steel, or a resin belt such as a polyimide resin or a polybenzimidazole resin. The thickness of the fixing belt 8 is preferably thinner in consideration of the response to heat, but is preferably thicker in consideration of strength durability. Therefore, the thickness of the fixing belt 8 is preferably 1 to 300 μm, preferably 2 to 200 μm, more preferably 5 to 100 μm, and still more preferably 10 to 60 μm.
[0058]
Therefore, in this embodiment, the fixing belt 8 is a metal belt made of nickel having a thickness of 30 μm. Further, in the configuration using the transport belt 13 as shown in FIGS. 3 and 4, the transport belt 13 is a 30 μm-thick metal belt made of nickel from the same requirement. Further, as shown in FIG. 4, in the configuration using the heating belt 16 as the heating element, the heating belt 16 is a 30 μm thick metal belt made of nickel from the same requirement.
[0059]
Since the fixing belt 8 is provided to give an appropriate amount of heat to the recording paper and the toner and perform good fixing, the fixing belt 8 is used to perform such good fixing by the heating roller 2 and the heating element 3 or the heating belt 16. Needs to be given a predetermined amount of heat. However, for example, when the rotation speed of the fixing belt 8 is very high or when the length from the point S ′ to the point E ′ is short, a sufficient amount of heat cannot be supplied to the fixing belt 8.
[0060]
The inventors have examined that the time from when the fixing belt 8 is engaged with the heating roller 2 until the engagement with the heating element 3 or the heating belt 16 is released during one rotation of the fixing belt 8 is determined. It was found that a sufficient amount of heat could be supplied to the fixing belt 8 if the heating time was 50 msec or more. Therefore, in the present embodiment, the rotation speed of the fixing belt 8 and the heating member 3 or the heating belt are adjusted so that the time from the point S ″ to the point E ′ during one rotation of the fixing belt 8 is 50 msec. The length from point S ′ to point E ′ of 16 was adjusted, for example, when the image forming apparatus 100 is a high-speed machine, it is necessary to increase the rotation speed of the fixing belt 8. Increases the length of the heating member 3 or the heating belt 16 from the point S ′ to the point E ′, and secures a time 50 msec from the point S ″ to the point E ′ during one rotation of the fixing belt 8. .
[0061]
As will be described below, the embodiment shown in FIG. 2 is compared with the following comparative examples shown in FIGS. 5 to 7, and the embodiment shown in FIG. In comparison with each of the examples described above, a fixing test by a comparative example using a roller-facing type fixing device was performed to verify the effects of the present invention. In FIGS. 5 to 7, the same components as those in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description is omitted.
[0062]
-Example 1
In Example 1, the fixing test was performed under the following conditions using the configuration shown in FIG. 2 and setting the distance X to 10 mm and the distance Y to 10 mm.
Nip time 10msec
Total long heating time 80msec
Pressing force 10N on one side (total pressure 20N when pressurized on both sides)
Set temperature of heating roller 2 120 ° C
Set temperature of heating element 3 120 ° C
[0063]
The nip time is a time required for the recording paper to pass through the nip portion 12. The total long heating time is the time from when the fixing belt 8 is engaged with the heating roller 2 to when the engagement with the heating element 3 is released during one rotation of the fixing belt 8. The pressure is the pressure applied by the pressure roller 6, one side is the pressure applied to one end of the rotation shaft provided on the pressure roller 6, and both sides pressure is the pressure applied to both ends of the rotation shaft. It is.
[0064]
As a result of the test, drawing was performed with a drawing tester, but the toner hardly fell off, the fixing property was good, and the fixing belt 8 did not wrinkle. However, when the distance X was 30 mm and the distance Y was 30 mm, rarely wrinkling was observed on the heating element 3. Therefore, when both the distance X and the distance Y were larger than 20 mm, it was confirmed that there was a conventional problem.
[0065]
-Comparative example 1
Comparative Example 1 uses the configuration shown in FIG. That is, the pre-heating is performed using the heating roller 2, but the guide roller 19 that is not pressed toward the heating roller 2 is used, and the nip portion is not formed. Other conditions are the same as in the first embodiment. The fixing belt 8 is sufficiently heated by the heating roller 2 to come into contact with the recording paper, and then is heated and heated by the heating body 3 to perform fixing. The image was drawn by a drawing tester, and the toner was hardly removed and the fixability was good, but the image shift was remarkable. Therefore, as a result of the test, it was confirmed that a pressure member was required for good fixing and that pre-fixing was required.
[0066]
-Comparative example 2
Comparative Example 2 uses the configuration shown in FIG. 6, and has a release claw 20 that forcibly separates the recording paper that has passed through the nip portion 12 from the fixing belt 8 as compared with Example 1. The main purpose is to verify the effect of the heat retention and heating after the pre-fixing, that is, the effect of the main fixing by the heating element 3. The paper passing speed is the same as in the first embodiment.
[0067]
Nip time 10msec
Total long heating time 10msec
Set temperature of heating roller 2 120 ° C, 140 ° C, 150 ° C, 160 ° C
The fixing test was performed under the following conditions. Other conditions are the same as in the first embodiment. Since the recording paper immediately after passing through the nip portion 12 is forcibly peeled off from the fixing belt 8 by the peeling claw 20, the total long heating time matches the nip time and is shortened. The reason why the set temperature of the heating roller 2 is changed is to increase the amount of heat given by the heating roller 2 instead of performing heating by the heating element 3 and to check a fixing state corresponding to this.
[0068]
The relationship between the temperature of the heating roller 2 and the fixing state was as follows.
120 ° C Cold offset without fixing
130 ° C Cold offset does not occur, but toner falls off when rubbed with finger
140 ° C Scratches considerably with a drawing tester.
Good fixability with almost no problem at 150 ℃ drawing tester
[0069]
As a result of the test, it is necessary to perform heating by the heating element 3 in order to perform good fixing while keeping the temperature of the heating roller 2 constant. That is, it is necessary to perform main fixing, and the heating time during one rotation of the fixing belt 8 is reduced. It was confirmed that heating should be performed for a long time while securing 50 msec. Further, it has been confirmed that in order to perform satisfactory fixing by heating only the heating roller 2, it is necessary to increase the temperature of the heating roller 2 as compared with the case where heating is performed together with the heating element 3, and energy consumption increases. The conventional problem that it is different was confirmed.
[0070]
-Comparative example 3
Comparative Example 3 uses the configuration shown in FIG. 7. Compared to Example 1, the heating element is not divided into the first heating element 2 and the second heating element 3, The main difference is that the fixing is performed only by the flat heating element 21 described above, and the effect of the pre-fixing is verified. The conditions were the same as in Example 1 except that the heating temperature by the heating element 21 was changed. The reason why the set temperature of the heating roller 2 is changed is that the amount of heat given by the heating element 21 is increased instead of performing the heating by the heating roller 2, and a fixing state corresponding thereto is examined.
[0071]
The relationship between the temperature of the heating element 21 and the fixing state was as follows.
120 ° C Scratches considerably when rubbed with a drawing tester.
Good fixability with almost no problem at 130 ℃ drawing tester
As a result of the test, it was found that when the heating by the heating body 21 was performed at the same temperature of 120 ° C. as in the configuration of Example 1 in which the pre-fixing was performed, the fixing performance was reduced. This is because there is no heating roller 2 as the first heating element for performing the pre-fixing, so that a temperature gradient is generated in the surface temperature of the heating element 21 as the second heating element which is a planar heating element. It is thought to be caused by
[0072]
In addition, as a result of the test, it was confirmed that heating by the first heating element was required to perform satisfactory fixing while keeping the temperature of the second heating element constant, that is, pre-fixing should be performed. Furthermore, it has been confirmed that in order to perform satisfactory fixing by heating only one heating element 21, the temperature of the one heating element 21 must be increased as compared with the case of performing pre-fixing, and energy consumption is reduced. The conventional problem that it will increase was confirmed.
[0073]
-Example 2
In Example 2, a fixing test was performed using the configuration shown in FIG. 3 under the same conditions as in Example 1 as follows. As described above, the configuration shown in FIG. 3 is provided with an endless belt as a support so as to hold and convey the back surface of the recording paper so that the conveyance of the recording paper is stabilized.
[0074]
Nip time 10msec
Total long heating time 80msec
Pressing force 10N on one side (total pressure 20N when pressurized on both sides)
Set temperature of heating roller 2 120 ° C
Set temperature of heating element 3 120 ° C
[0075]
As a result of the test, as in Example 1, with respect to the fixing performance, the image was drawn with a drawing tester, but the toner hardly dropped off, and the fixing property was good. Regarding the conveyance of the recording paper, in the first embodiment, the recording paper rarely rises from the fixing belt 8 and a partial fixing failure may occur, but the recording paper is conveyed by the conveyance belt 13 shown in FIG. In the method of transporting the recording paper, there was no problem such as the floating of the recording paper.
[0076]
In particular, in the first embodiment, the fixing surface of the recording paper, that is, the surface on which the toner is carried and fixed, faces upward, whereas in the second embodiment, the fixing surface of the recording paper faces downward. In the configuration including the transport belt 13 as in No. 2, it has been demonstrated that the fixing surface can be turned upside down without considering the influence of gravity.
[0077]
When the distance X was 5 mm and the distance Y was 3 mm, wrinkles of the fixing belt 8 on the fixed heating element 3 were not observed, but when A was 50 mm and B was 30 mm, the fixing belt 8 was fixed. It was observed that wrinkles always formed on the heated body 3. Therefore, it was more clearly confirmed than in Example 1 that there was a conventional problem when both the distance X and the distance Y were larger than 20 mm.
[0078]
-Example 3
In Example 3, a fixing test was performed using the configuration shown in FIG. 4 under the same conditions as in Example 1 as follows. As already described, the configuration shown in FIG. 4 is configured as a heating belt 16 in which the heating element is not fixed but has an endless belt shape.
[0079]
Nip time 10msec
Total long heating time 80msec
Pressing force 10N on one side (total pressure 20N when pressurized on both sides)
Set temperature of heating roller 2 120 ° C
Set temperature of heating element 3 120 ° C
[0080]
As a result of the test, similarly to Example 1, the fixing performance was the same as that of Example 2, and the image was drawn with a drawing tester. With respect to the torque of the fixing belt 8, the driving torque was reduced by 20% as compared with Example 2, and it was confirmed that the load on driving was reduced. Further, in the second embodiment, the back surface of the fixing belt 8 is easily scratched by rubbing with the fixed heating element 3, whereas in the third embodiment, the back surface of the fixing belt 8 is not damaged and Stability was improved.
[0081]
-Comparative example 4
Comparative Example 4 is a conventional roller-facing type fixing device not shown in the drawings, that is, a heating roller internally provided with a heater as a heat source serving as a heating unit, which is driven to rotate by a driving unit, and which is pressed against the heating roller. A pressure roller that is driven by the heating roller to rotate. The recording medium is passed through a nip formed by the heating roller and the pressure roller by the rotation of the heating roller and the pressure roller, and is heated and simultaneously heated. The fixing property was examined under the following conditions using the same toner as the toner used in the fixing device 108 of the first to third embodiments by a fixing device that fixes the toner by pressing and conveying the toner.
[0082]
Nip time 10msec
Pressing force 10N on one side (total pressure 20N when pressurized on both sides)
The nip time is the time required for the recording paper to pass through the nip. The pressing force is a pressing force by a pressing roller, one side is a pressure applied to one end of a rotating shaft provided in the pressing roller, and both-side pressing is a pressure applied to both ends of the rotating shaft. .
[0083]
The relationship between the temperature of the heating roller and the fixing state was as follows.
130 ℃ Cold fixing without fixing
140 ° C No cold offset, but toner falls off when rubbed with finger
150 ° C Scratches considerably with a drawing tester.
Good fixability with almost no problem at 160 ° C drawing tester
The reason why the set temperature of the heating roller is changed is that, instead of performing heating with the heating roller 2 and the heating body 3 or the heating body 16 in the embodiment, the amount of heat given only by the heating body roller is increased, and accordingly, This is to check the fixing state.
[0084]
The results of the test were compared with those in the examples. In order to perform good fixing by heating and pressing only with a heating roller in the roller facing type, it is necessary to perform heating in two stages for a long time as in the examples. It was confirmed that the temperature of the heating roller had to be increased as compared with the above, and the conventional problem that the consumed energy was increased was confirmed. From the test results, it was found that excellent fixing can be performed in the examples even when the set temperature is lowered by about 40 ° C., as compared with the roller facing type. Therefore, according to the fixing device 108 of the embodiment, energy consumption can be significantly reduced.
[0085]
The image forming apparatus 100 is configured as described above, and includes the fixing device 108 according to any one of the first to third embodiments. The power of the image forming apparatus 100 is turned on by a predetermined operation by an operator. Alternatively, when the operator shifts from the standby state to the operating state and performs a known operation of starting image formation, in the image forming system of each color, the photoreceptor 101 uniformly charged by the charging process by the charging device is indicated by an arrow A. A latent image formation in an exposure process by a laser beam irradiated according to data input from the outside by a rotation in a direction, a development process performed by development by a development device, a transfer process by a transfer device 105, a cleaning process by a cleaning device, After the charge elimination step by the charge eliminator, the process proceeds to the charging step again.
[0086]
Such a transfer step is performed in synchronization with the timing of conveyance of the recording paper conveyed along the conveyance path 110, and in the course of conveyance along the conveyance path 110, the toner image is transferred onto the recording paper by superposition transfer in all the transfer steps. Then, the image is fixed on the recording paper by a fixing process in the fixing device 108. The recording paper on which the color image is formed by fixing the toner image is discharged out of the image forming apparatus 100. In such an image forming process, in the fixing process, wrinkles of the fixing belt 8 are prevented, and the recording paper is stably transported, so that the fixing is performed satisfactorily.
[0087]
As described above, the image forming apparatus to which the present invention is applied has been described. However, the image forming apparatus is not limited to forming a color image, but may be configured to form a single color image. The configuration using the heating belt can be applied not only to the case where the transport belt is used but also to the case where the recording paper is transported only by the fixing belt 8. The configuration using the transport belt may be applied not only to the case where the fixing surface of the recording paper is facing downward but also to the case where the fixing surface of the recording paper is facing upward, as long as the fixing property is not deteriorated.
[0088]
【The invention's effect】
The present invention provides an endless fixing belt for conveying a recording medium to which toner is fixed, a heating roller positioned at a position where engagement of the recording medium with the fixing belt is started, and a fixing roller wound around the fixing belt, A guide roller around which the fixing belt is wound at a position where the engagement of the recording medium with respect to the recording medium is terminated, and an identification attachment at a position inside the fixing belt and opposed to a passage of the recording medium conveyed by the identification attachment belt. In a fixing device having a heating member for heating a belt and a pressing member occupying the engagement start position and urged toward the fixing belt, a distance between the heating roller and the heating member is set to 20 mm. Since the non-contact range is set below, it is possible to prevent wrinkles generated when the fixing belt enters the heating body, thereby stably improving the conveyance of the recording medium. To perform, it is possible to provide a fixing device capable of performing a good fixing.
[0089]
When the distance between the heating element and the guide roller is set to 20 mm or less and in a non-contact range, it is possible to prevent the fixing belt from wrinkling between the heating element and the guide roller, thereby more stably conveying the recording medium. Thus, it is possible to provide a fixing device that can perform the fixing well and perform the fixing better.
[0090]
When the length of the portion of the fixing belt that is wound around the heating roller is 0.2 to 200 mm, it is possible to prevent the apparatus from being enlarged and suppress heat radiation to reduce energy consumption. To provide a fixing device capable of sufficiently supplying heat to the fixing belt by means of the recording medium and preventing a decrease in the temperature of the heating element due to heat absorption of the fixing belt by the recording medium and performing satisfactory fixing. it can.
[0091]
If the time from the engagement of the identification belt to the heating roller to the release of the engagement to the heating body during one rotation of the fixing belt is assumed to be 50 msec or more, a sufficient amount of heat for the fixing belt is provided. By supplying the fixing device, it is possible to provide a fixing device capable of performing good fixing.
[0092]
If pre-fixing is performed at the position where the pressure member and the heating roller are opposed to each other, and main fixing is performed at the portion of the fixing belt that is engaged with the heating element, fixing is performed in two stages, pre-fixing and main fixing. By doing so, the heating roller sufficiently supplies heat to the fixing belt, preventing the temperature of the heating element from being lowered due to the heat absorption of the fixing belt by the recording medium, and fixing the toner over a relatively long distance. Provided is a fixing device that can perform satisfactory fixing by supplying a sufficient amount of heat to a recording medium, and can set the temperature of a heating roller and a heating element to a relatively low temperature and reduce energy consumption. Can be.
[0093]
If the heating element is an immovable member, it is possible to provide a fixing device that can perform satisfactory fixing with a heating element having a relatively simple structure.
[0094]
If the heating element is an endless heating belt that rotates in the same direction as the rotation direction of the fixing belt at a position facing the fixing belt, the torque of the fixing belt due to the engagement of the heating belt with the fixing belt is suppressed. Therefore, it is possible to provide a fixing device capable of performing satisfactory fixing while suppressing energy consumption by setting the driving system of the fixing belt to low torque.
[0095]
If the fixing belt is a metal belt or a resin belt, it is possible to provide a fixing device that has high heat resistance and durability, can be used for a long time, and has high user reliability.
[0096]
If the thickness of the fixing belt is 1 to 300 μm, it is possible to provide a fixing device that has high durability and can be used for a long period of time and has high user reliability.
[0097]
If an endless transport belt for transporting the recording medium is provided, which is wound around the pressing member and extends at least from the engagement start position to the engagement end position, not only the fixing belt but also the transport belt Also, by conveying the recording medium, it is possible to provide a fixing device capable of preventing the floating of the recording medium, favorably conveying the recording medium, and performing satisfactory fixing.
[0098]
If the transport belt is a metal belt or a resin belt, it is possible to provide a fixing device that has high heat resistance and durability, can be used for a long time, and has high user reliability.
[0099]
If the thickness of the transport belt is 1 to 300 μm, a fixing device having high durability and long-term use and high user reliability can be provided.
[0100]
Since the present invention resides in an image forming apparatus having the fixing device according to any one of claims 1 to 12, it is possible to obtain a high-quality image formed article having a fixing device having the above-described effects. An image forming apparatus that can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing an image forming apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a side view illustrating a configuration example of the fixing device illustrated in FIG. 1;
FIG. 3 is a side view illustrating another example of the configuration of the fixing device illustrated in FIG. 1;
FIG. 4 is a side view showing another example of the configuration of the fixing device shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a side view showing a configuration of a fixing device as a comparative example compared with the fixing device according to the present invention.
FIG. 6 is a side view showing another configuration of a fixing device as a comparative example compared with the fixing device according to the present invention.
FIG. 7 is a side view showing still another configuration of a fixing device as a comparative example compared with the fixing device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Heating roller
3 Heating body as immovable member
3, 16 heating element
6 Pressure member
8 Fixing belt
9 Guide roller
12 Opposing position of pressure member and heating roller
13 Endless transport belt
16 Heating body as endless heating belt
100 Image forming apparatus
108 Fixing device
F Fixing belt rotation direction
E End position of recording medium engagement with fixing belt
S Start position of engagement of recording medium with fixing belt
X Distance between heating roller and heating element
Y Distance between heating element and guide roller

Claims (13)

トナーを定着される記録媒体を搬送するための無端の定着ベルトと、
上記定着ベルトに対する記録媒体の係合開始位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けた加熱ローラと、
上記定着ベルトに対する記録媒体の係合終了位置に位置し上記定着ベルトを巻き掛けたガイドローラと、
上記定着ベルトの内側であって同定着ベルトによって搬送されている記録媒体の通過経路に対向する位置において同定着ベルトを加熱するための加熱体と、
上記係合開始位置を占め、上記定着ベルトに向けて付勢された加圧部材とを有する定着装置において、
上記加熱ローラと上記加熱体との距離を20mm以下で非接触の範囲としたことを特徴とする定着装置。
An endless fixing belt for conveying a recording medium on which the toner is fixed,
A heating roller that is positioned at an engagement start position of the recording medium with respect to the fixing belt and around which the fixing belt is wound;
A guide roller wound around the fixing belt and positioned at an engagement end position of the recording medium with the fixing belt,
A heating element for heating the identification attachment belt at a position inside the fixing belt and opposed to a passage path of the recording medium being conveyed by the identification attachment belt,
A fixing member that occupies the engagement start position and is urged toward the fixing belt.
A fixing device, wherein the distance between the heating roller and the heating element is 20 mm or less and is in a non-contact range.
請求項1記載の定着装置において、上記加熱体と上記ガイドローラとの距離を20mm以下で非接触の範囲としたことを特徴とする定着装置。2. The fixing device according to claim 1, wherein a distance between the heating element and the guide roller is set to 20 mm or less and a non-contact range. 請求項1または2記載の定着装置において、上記定着ベルトの、上記加熱ローラに巻き掛けられた部分の長さが0.2〜200mmであることを特徴とする定着装置。3. The fixing device according to claim 1, wherein a length of the fixing belt wound around the heating roller is 0.2 to 200 mm. 請求項1ないし3の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトが一回転する間の、同定着ベルトが上記加熱ローラに係合してから上記加熱体への係合が解除されるまでの時間が50msec以上であることを特徴とする定着装置。4. The fixing device according to claim 1, wherein the fixing belt is engaged with the heating roller after the fixing belt makes one rotation, and then the engagement with the heating element is released. A time required for the fixing device to be 50 msec or more. 請求項1ないし4の何れか1つに記載の定着装置において、上記加圧部材と上記加熱ローラとの対向位置においてプレ定着を行い、上記定着ベルトの、上記加熱体に係合した部分で本定着を行うことを特徴とする定着装置。5. The fixing device according to claim 1, wherein pre-fixing is performed at a position where the pressing member and the heating roller are opposed to each other, and a fixing portion of the fixing belt is engaged with the heating element. A fixing device for performing fixing. 請求項1ないし5の何れか1つに記載の定着装置において、上記加熱体が、不動の部材であることを特徴とする定着装置。The fixing device according to claim 1, wherein the heating element is an immovable member. 請求項1ないし6の何れか1つに記載の定着装置において、上記加熱体が、上記定着ベルトへの対向位置において上記定着ベルトの回転方向と同じ方向に回転する無端の加熱ベルトであることを特徴とする定着装置。7. The fixing device according to claim 1, wherein the heating element is an endless heating belt that rotates in the same direction as the fixing belt at a position facing the fixing belt. Characteristic fixing device. 請求項1ないし7の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることを特徴とする定着装置。The fixing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the fixing belt is a metal belt or a resin belt. 請求項1ないし8の何れか1つに記載の定着装置において、上記定着ベルトの厚さが1〜300μmであることを特徴とする定着装置。9. The fixing device according to claim 1, wherein the thickness of the fixing belt is 1 to 300 [mu] m. 請求項1ないし9の何れか1つに記載の定着装置において、上記加圧部材に巻き掛けられ、少なくとも上記係合開始位置から上記係合終了位置までに延在する、記録媒体を搬送するための無端の搬送ベルトを有することを特徴とする定着装置。The fixing device according to any one of claims 1 to 9, wherein the fixing device is configured to convey a recording medium wound around the pressing member and extending at least from the engagement start position to the engagement end position. A fixing belt having an endless transport belt. 請求項10記載の定着装置において、上記搬送ベルトが金属製のベルトまたは樹脂製のベルトであることを特徴とする定着装置。11. The fixing device according to claim 10, wherein the transport belt is a metal belt or a resin belt. 請求項1ないし8の何れか1つに記載の定着装置において、上記搬送ベルトの厚さが1〜300μmであることを特徴とする定着装置。The fixing device according to any one of claims 1 to 8, wherein the transport belt has a thickness of 1 to 300 m. 請求項1ないし12の何れか1つに記載の定着装置を有する画像形成装置。An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1.
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