JP2005128337A - Fixing device and image forming apparatus equipped therewith - Google Patents
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Description
本発明は、記録媒体上に未定着現像剤を定着させる定着装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a fixing device that fixes an unfixed developer on a recording medium and an image forming apparatus including the fixing device.
一般に、電子写真方式の画像形成装置にて、記録紙上にトナー像を形成する際に用いられるトナー量は、モノクロ印刷に比べてカラー印刷の方が多い。そのため、カラー印刷に際して、記録紙上へのトナー画像の定着を良好に行うために、カラー画像形成装置に用いられる定着装置の定着ローラからのトナーの離型性や記録紙の剥離性を向上する、あるいは、カラートナーの溶融性能を向上することが求められている。 In general, the amount of toner used when forming a toner image on a recording sheet in an electrophotographic image forming apparatus is larger in color printing than in monochrome printing. Therefore, in color printing, in order to satisfactorily fix the toner image on the recording paper, the toner releasability from the fixing roller of the fixing device used in the color image forming apparatus and the releasability of the recording paper are improved. Alternatively, it is required to improve the melting performance of the color toner.
そこで、従来から、定着ローラ(加熱ローラ)と加圧ローラとの内部に弾性部材(ゴム層等)を配置することで、定着ニップを用紙搬送方向に対して平行として、定着ニップ幅が広くなるように設計している。 Therefore, conventionally, by arranging an elastic member (rubber layer or the like) inside the fixing roller (heating roller) and the pressure roller, the fixing nip is made parallel to the paper transport direction and the fixing nip width is widened. Designed to be
さらに、引用文献1では、加熱ローラ(定着ローラ)および剥離ローラを内包する無端ベルトと、当該無端ベルトを介して前記加熱ローラと圧接する加圧ローラとを有する構成により、安定にトナーを熱定着する定着装置が記載されている。また、転写材(記録用紙)が加圧ローラと無端ベルトとの間にはさまれて定着されたあと、空冷ボックスにより冷却されながら無端ベルトに密着された状態で搬送され、剥離ローラのところでベルトから剥離されるという構造が開示されている。これにより、無端ベルトと密着している間にトナーが冷やされ、転写材やトナーがベルトから剥離しやすくなる。
Further, in
また、従来のカラー印刷の定着装置では、外周が比較的大きな、例えば、使用する最大の用紙サイズの長さに略等しい外周を有する定着ローラを使用している。定着ローラは、設定温度に熱せられ、回転して、未定着トナー像が形成された記録用紙を搬送するとともに、記録用紙に接触することで、トナーを溶融して定着するものである。よって、定着ローラの外周が、従来のように使用する最大の用紙サイズの長さに略等しい大きさであれば、定着ローラが1週するのに比較的時間がかかるので、定着時に用紙が定着ローラの熱を奪ったとしても、1週して次の定着を行うまでに、トナーを溶融するのに必要な温度に復帰する。したがって、良好な定着性を保つことができる。
ところで、近年、画像形成装置の省電力化や小型化が求められ、該画像形成装置に備えられる定着装置に対しても、省電力化や小型化が要求されている。そのため、定着装置に対しては、記録紙上へのトナー像の良好な定着性能を確保した上で、さらに、定着装置の省電力化や小型化を達成することが望まれる。特に、近年、定着装置を備えた画像形成装置を用いたフルカラー印刷が盛んに行われており、モノクロ印刷だけでなく、フルカラー印刷を行う画像形成装置に対しても、省電力化や小型化が求められている。このような要求に対応するために、さらなる改良の余地が残されていると考えられる。 Incidentally, in recent years, power saving and downsizing of image forming apparatuses are required, and power saving and downsizing are also required for fixing devices provided in the image forming apparatus. For this reason, it is desirable for the fixing device to achieve power saving and downsizing of the fixing device while ensuring good fixing performance of the toner image on the recording paper. In particular, full-color printing using an image forming apparatus equipped with a fixing device has been actively performed in recent years, and not only monochrome printing but also image forming apparatuses that perform full-color printing have achieved power saving and downsizing. It has been demanded. In order to respond to such a demand, it is considered that there is still room for further improvement.
例えば、従来のカラー印字の定着装置では、上記のように定着ローラ表面を設定温度にするために、伝導性の悪いゴムからなる弾性部材を加熱しており、大容量の熱源を用いなければならなかった。よって、画像形成装置を作動させるための、定着装置のウォームアップに、多大な時間と電力がかかってしまうという問題が生じていた。 For example, in a conventional color printing fixing device, an elastic member made of rubber having poor conductivity is heated to bring the fixing roller surface to a set temperature as described above, and a large-capacity heat source must be used. There wasn't. Therefore, there has been a problem that it takes a lot of time and electric power to warm up the fixing device for operating the image forming apparatus.
また、小型化のために、前記定着ローラとして、外周の短いものを用いる方法が考えられる。しかしながら、この場合、定着により定着ローラが用紙に温度を奪われたあと、設定温度にまで昇温するまでに1週し、次回の定着を行ってしまう。この結果、定着ローラ1週目で定着した部分と2週目で定着した部分では、定着性能に差が生じ、異なった色相になってしまうという問題が生じていた。 In order to reduce the size, a method using a short fixing roller as the fixing roller is conceivable. However, in this case, after the fixing roller is deprived of the temperature by the fixing, one week is required until the temperature is raised to the set temperature, and the next fixing is performed. As a result, there is a problem that the fixing performance is different between the portion fixed in the first week of the fixing roller and the portion fixed in the second week, resulting in different hues.
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ウォームアップ時間の短縮、ウォームアップに要する電力量の低減、定着装置の小型化を達成するとともに、フルカラー印刷やモノクロ印刷の双方に対して、定着処理を好適かつ良好に行い得る定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to shorten the warm-up time, reduce the amount of power required for the warm-up, and reduce the size of the fixing device. An object of the present invention is to provide a fixing device capable of performing the fixing process suitably and satisfactorily for both full-color printing and monochrome printing, and an image forming apparatus including the same.
本発明の定着装置は、上記の課題を解決するために、搬送された記録媒体上の現像剤を定着する定着装置において、熱伝導性材料からなる円筒形状の加熱ローラと、上記加熱ローラの外周に配置される、加熱ローラの外周より長い無端ベルトと、上記加熱ローラに対し記録媒体の搬送方向下流側に配置され、上記無端ベルトが懸架されるテンション部材と、上記無端ベルトを介して加熱ローラに圧接して、無端ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the fixing device of the present invention is a fixing device that fixes a developer on a conveyed recording medium. In the fixing device, a cylindrical heating roller made of a heat conductive material and an outer periphery of the heating roller An endless belt that is longer than the outer periphery of the heating roller, a tension member that is disposed downstream of the heating roller in the recording medium conveyance direction, and on which the endless belt is suspended, and the heating roller via the endless belt And a pressure roller that forms a nip portion with the endless belt.
また、本発明の定着装置は、さらに、上記加熱ローラの肉厚が3mm以下であることを特徴としている。 The fixing device of the present invention is further characterized in that the thickness of the heating roller is 3 mm or less.
本発明の定着装置は、さらに、上記無端ベルトが300μm以下であることを特徴としている。 The fixing device of the present invention is further characterized in that the endless belt is 300 μm or less.
本発明の定着装置は、上記無端ベルトが、弾性を有するベルト弾性層を有していることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the endless belt has an elastic belt elastic layer.
本発明の定着装置は、上記テンション部材が、上記無端ベルトに張力を与えるものであることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the tension member applies tension to the endless belt.
本発明の定着装置は、上記無端ベルトが、加熱ローラの回転に対して従動回転するものであることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the endless belt rotates following the rotation of the heating roller.
本発明の定着装置は、上記加圧ローラが、上記無端ベルトの回転に対して従動回転するものであることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the pressure roller rotates following the rotation of the endless belt.
本発明の定着装置は、上記無端ベルトが、加熱ローラと当接している間に加熱ローラの熱を吸収することによって、上記現像剤を溶融可能な温度になるものであることを特徴としている。 The fixing device of the present invention is characterized in that the endless belt has a temperature at which the developer can be melted by absorbing heat of the heating roller while contacting the heating roller.
本発明の定着装置は、上記無端ベルトが、当該無端ベルトのニップ部からテンション部材に懸架されるまでの部分により、記録媒体上の現像剤を定着させるものであることを特徴としている。 The fixing device of the present invention is characterized in that the developer on the recording medium is fixed by a portion from the nip portion of the endless belt to the tension member.
本発明の定着装置は、上記テンション部材が、上記無端ベルトを冷却させるものであることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the tension member cools the endless belt.
本発明の定着装置は、上記テンション部材が、上記無端ベルトを曲率円の直径が15mm以下となるように曲げることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the tension member bends the endless belt so that the diameter of the curvature circle is 15 mm or less.
本発明の定着装置は、上記無端ベルトのニップ部からテンション部材までの部分が加熱ローラと加圧ローラとの軸を結ぶ線と垂直になるように、上記加圧ローラと上記テンション部材とが配置されていることを特徴としている。 In the fixing device of the present invention, the pressure roller and the tension member are arranged so that a portion from the nip portion of the endless belt to the tension member is perpendicular to a line connecting the axes of the heating roller and the pressure roller. It is characterized by being.
本発明の定着装置は、上記テンション部材が、加圧ローラと当接するように配置されていることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the tension member is disposed so as to contact the pressure roller.
本発明の定着装置は、上記テンション部材がローラ状であり、軸方向における中央部分が太く、両端部が細くなっている形状であることを特徴としている。 The fixing device according to the present invention is characterized in that the tension member has a roller shape, and a central portion in the axial direction is thick and both end portions are narrow.
本発明の画像形成装置は、以上のような定着装置を備えていることを特徴としている。 The image forming apparatus according to the present invention includes the above-described fixing device.
本発明の画像形成装置は、モノクロ印刷モード又はフルカラー印刷モードを選択可能であることを特徴としている。 The image forming apparatus of the present invention is characterized in that a monochrome printing mode or a full color printing mode can be selected.
本発明に係る定着装置は、以上のように、熱伝導性材料からなる円筒状の加熱ローラと、無端ベルトと、テンション部材と、加圧ローラと、を有している。 As described above, the fixing device according to the present invention includes a cylindrical heating roller made of a heat conductive material, an endless belt, a tension member, and a pressure roller.
上記加熱ローラが、熱伝導性材料からなる円筒状であるため、加熱ローラを迅速に昇温させることができる(速熱性を有する)。よって、定着装置のウォームアップの時間を短縮でき、かつ、加熱ローラの昇温のための電力が少なくできる。また、加熱ローラの昇温が迅速に行われると、記録用紙に熱を奪われたあと、すぐに所定の温度まで復帰できる。加熱ローラの径を小さくするためには、加熱ローラが一周する間に設定温度に復帰できる程度に加熱ローラが速熱性を有している必要があるが、この構成により、加熱ローラの径を小さくできる。これによって定着装置の小型化を図れる。 Since the heating roller has a cylindrical shape made of a heat conductive material, the heating roller can be quickly heated (has fast heat properties). Therefore, the warm-up time of the fixing device can be shortened, and the power for heating the heating roller can be reduced. In addition, when the temperature of the heating roller is increased quickly, the recording paper can be quickly recovered to a predetermined temperature after the recording paper is deprived of heat. In order to reduce the diameter of the heating roller, it is necessary for the heating roller to be fast enough to return to the set temperature during one round of the heating roller, but this configuration reduces the diameter of the heating roller. it can. This can reduce the size of the fixing device.
また、本発明に係る定着装置は、テンション部材が上記加熱ローラに対し記録媒体の搬送方向下流側に配置されているため、記録媒体が、上記ニップ部を通過したあと加熱ローラにより暖められた無端ベルトに沿って搬送される。この記録媒体が無端ベルトに沿って搬送される間に定着が行われるため、記録媒体に対する十分な定着時間を確保でき、十分な定着性能を確保できる。さらに、以上のように定着性能を確保することで、円筒状の一層の形状の加圧ローラで十分な定着性が得られるので、加熱ローラのコストを抑えることができる。また、トナーの量にかかわらず良好に定着できるので、モノクロ印刷、カラー印刷の双方において、良好な定着性能を発揮できる。 In the fixing device according to the present invention, since the tension member is disposed downstream of the heating roller in the recording medium conveyance direction, the recording medium is endlessly heated by the heating roller after passing through the nip portion. It is conveyed along the belt. Since the fixing is performed while the recording medium is conveyed along the endless belt, a sufficient fixing time for the recording medium can be secured, and a sufficient fixing performance can be secured. Further, by securing the fixing performance as described above, a sufficient fixing property can be obtained with a single-layer cylindrical pressure roller, so that the cost of the heating roller can be suppressed. In addition, since the toner image can be fixed satisfactorily regardless of the amount of toner, good fixing performance can be exhibited in both monochrome printing and color printing.
したがって、本発明の定着装置では、簡易な構成でコストを抑えながら、良好な定着性能を保て、さらに加熱ローラのウォームアップ時間を短縮、省電力化、小型化を図れる、という効果を奏する。 Therefore, the fixing device of the present invention has the effects of maintaining good fixing performance while reducing costs with a simple configuration, further shortening the warm-up time of the heating roller, saving power, and reducing the size.
また、本発明に係る定着装置は、上記加熱ローラの円筒の肉厚を3mm以下とすることで、上記加熱ローラの速熱性が良好となり、一層加熱ローラのウォームアップ時間の短縮、省電力化、小型化を図れる、という効果を奏する。また、円筒を薄肉化しているので、放熱量を低減することができ、加熱ローラのウォームアップ時間及びウォームアップに要する電力量を低減して、定着装置の低電力化を図ることができるという効果を奏する。 Further, in the fixing device according to the present invention, when the thickness of the cylinder of the heating roller is set to 3 mm or less, the heating roller has good rapid heat performance, further shortening the warm-up time of the heating roller, saving power, There is an effect that the size can be reduced. In addition, since the cylinder is thinned, the amount of heat radiation can be reduced, and the heating roller warm-up time and the amount of power required for warm-up can be reduced, thereby reducing the power consumption of the fixing device. Play.
また、本発明に係る定着装置は、上記無端ベルトの厚さを300μm以下とすることで、上記加熱ローラの熱を迅速に無端ベルトに伝達できる。したがって、無端ベルトの温度を現像剤の溶融が可能な温度に昇温するための加熱ローラの設定温度を低くできるので、省電力化を図れる。さらに、設定温度が低くなれば加熱ローラの速熱性がより向上するので、加熱ローラのウォームアップ時間の短縮、小型化が図れる。 In the fixing device according to the present invention, the heat of the heating roller can be quickly transmitted to the endless belt by setting the thickness of the endless belt to 300 μm or less. Therefore, the temperature setting of the heating roller for raising the temperature of the endless belt to a temperature at which the developer can be melted can be lowered, so that power saving can be achieved. Furthermore, since the rapid heating property of the heating roller is further improved when the set temperature is lowered, the warm-up time of the heating roller can be shortened and the size can be reduced.
また、本発明に係る定着装置は、上記テンション部材により上記無端ベルトに張力を与えられるので、記録媒体の搬送が良好に行える。 Further, the fixing device according to the present invention can convey the recording medium satisfactorily because the tension member gives tension to the endless belt.
さらに、本発明に係る定着装置は、無端ベルトが加熱ローラの回転に対して従動回転するので、無端ベルトが加熱ローラに確実に密着し、加熱ローラの熱が良好に無端ベルトに伝導される。また、無端ベルトを駆動する駆動源が不要となるので、構造の単純化コストの低減ができる。 Furthermore, in the fixing device according to the present invention, the endless belt rotates following the rotation of the heating roller, so that the endless belt is in close contact with the heating roller, and the heat of the heating roller is conducted well to the endless belt. Further, since a driving source for driving the endless belt is not required, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
また、本発明に係る定着装置は、上記加圧ローラが、上記無端ベルトの回転に対して従動回転することで、記録用紙が無端ベルトと等速に搬送されるので、記録用紙のスリップが起こらない。また、加圧ローラを駆動する駆動源が不要となるので、構造の単純化コストの低減ができる。 Further, in the fixing device according to the present invention, since the recording roller is conveyed at the same speed as the endless belt as the pressure roller rotates following the rotation of the endless belt, the recording sheet slips. Absent. Further, since a driving source for driving the pressure roller is not necessary, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
また、本発明に係る定着装置は、上記無端ベルトが、加熱ローラと当接している間に加熱ローラの熱を吸収することによって、上記現像剤を溶融可能な温度になるものであるので、良好に無端ベルトを加熱でき、記録媒体上の現像剤の溶融を行える。 Further, the fixing device according to the present invention is good because the endless belt absorbs the heat of the heating roller while it is in contact with the heating roller to reach a temperature at which the developer can be melted. In addition, the endless belt can be heated, and the developer on the recording medium can be melted.
また、本発明に係る定着装置は、上記無端ベルトにおけるニップ部からテンション部材に懸架されるまでの部分により、記録媒体上の現像剤を定着させるので、ニップ部で完全に定着しなかった現像剤も、その下流側で無端ベルトに密着して搬送される間に完全に定着される、という効果を奏する。 In the fixing device according to the present invention, the developer on the recording medium is fixed by the portion of the endless belt from the nip portion to the tension member, and the developer that has not been completely fixed at the nip portion. This also has the effect of being completely fixed while being conveyed in close contact with the endless belt on the downstream side.
なお、「無端ベルトにおけるニップ部からテンション部材に懸架されるまでの部分」とは、加熱ローラと無端ベルトが接する領域のうちの一番下流側の点から、テンション部材と無端ベルトとが接する領域のうちの一番上流側の点までの部分をいう。 In addition, the “part from the nip portion of the endless belt until it is suspended by the tension member” is an area where the tension member and the endless belt are in contact with each other from the most downstream point in the area where the heating roller and the endless belt are in contact with each other. The part up to the most upstream point.
また、本発明に係る定着装置は、上記テンション部材が、上記無端ベルトを冷却させるものであるため、溶融して無端ベルトに付着したトナーが冷却されて剥離しやすくなり、オフセットが防がれる。なお、テンション部材にて無端ベルトを冷却するためには、テンション部材として、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムを用いればよい。 In the fixing device according to the present invention, since the tension member cools the endless belt, the toner that has melted and adhered to the endless belt is cooled and easily peeled off, and offset is prevented. In order to cool the endless belt with the tension member, a material having high thermal conductivity, such as aluminum, may be used as the tension member.
本発明に係る定着装置は、上記テンション部材が、上記無端ベルトを曲率円の直径が15mm以下となるように曲げるので、無端ベルトに密着した記録用紙がテンション部材を通過したときに、無端ベルトほどの柔軟性を有していない記録用紙が無端ベルトの湾曲に沿うことができず剥離される。よって剥離のための機構を別に設けることなく、自然に記録用紙の剥離が行え、コストを抑えられるとともに、剥離の跡を残さずに定着が行える。 In the fixing device according to the present invention, since the tension member bends the endless belt so that the diameter of the curvature circle is 15 mm or less, when the recording paper that is in close contact with the endless belt passes through the tension member, the endless belt is as large as the endless belt. The recording paper which does not have the flexibility cannot be along the curvature of the endless belt and is peeled off. Therefore, the recording paper can be peeled naturally without providing a separate peeling mechanism, the cost can be reduced, and fixing can be performed without leaving any trace of peeling.
また、本発明に係る定着装置は、上記無端ベルトの、上記ニップ部からテンション部材に懸架されるまでの部分が、加熱ローラと加圧ローラとの軸を結ぶ線と垂直になるように、上記加圧ローラと上記テンション部材とが配置されているので、記録媒体が、ニップ部下流側で無端ベルトにより湾曲されることなく搬送されるので、記録媒体を湾曲させずに定着を行える。 Further, in the fixing device according to the present invention, the portion of the endless belt from the nip portion to the tension member is perpendicular to the line connecting the axes of the heating roller and the pressure roller. Since the pressure roller and the tension member are arranged, the recording medium is conveyed without being bent by the endless belt on the downstream side of the nip portion, so that the fixing can be performed without bending the recording medium.
また、本発明に係る定着装置は、上記テンション部材が、加圧ローラと当接するように配置されている場合には、記録媒体が、ニップ部を通過したあと、テンション部材に至るまで、加圧ローラと無端ベルトとに挟まれて搬送され、さらにテンション部材と無端ベルトとの間で押圧されるので、より確実に記録媒体を無端ベルトに接触させながら搬送でき、記録媒体の定着性能をより向上させることができる。 In the fixing device according to the present invention, when the tension member is disposed so as to contact the pressure roller, the recording medium is pressed until it reaches the tension member after passing through the nip portion. Since it is sandwiched between the roller and the endless belt and is further pressed between the tension member and the endless belt, the recording medium can be transported while being in contact with the endless belt, improving the fixing performance of the recording medium. Can be made.
また、本発明に係る定着装置は、上記テンション部材がローラ状であり、軸方向における中央部分が太く、両端部が細くなっている形状であるので、両端に比べ真ん中でより多く無端ベルトを送ることができ、テンション部材に懸架された無端ベルトが、テンション部材の軸方向中央部分に保たれ、端によることがない。 Further, in the fixing device according to the present invention, the tension member is in the form of a roller, the central portion in the axial direction is thick, and both end portions are narrowed. Therefore, more endless belts are sent in the middle than both ends. The endless belt suspended on the tension member is kept in the axial central portion of the tension member and does not depend on the end.
また、本発明の画像形成装置は、上記定着装置を備えていることで、良好な定着性能を有し、小型で、加熱ローラのウォームアップ時間を短縮され、省電力化された画像形成装置となる。 In addition, the image forming apparatus of the present invention includes the above fixing device, and thus has an excellent fixing performance, a small size, a shortened heating roller warm-up time, and power saving. Become.
また、本発明に係る画像形成装置は、さらに、モノクロ印刷モード又はフルカラー印刷モードを選択することが可能であってもよい。本発明の定着装置は、記録媒体上に定着させる現像剤量の少ない場合、多い場合のいずれの場合にも、好適かつ良好に、現像剤を定着させることができる。従って、使用される現像剤量が少ないモノクロ印刷モードに対しても、使用される現像剤量が多いフルカラー印刷モードに対しても、上記定着装置を好適に用いることができる。従って、モノクロ印刷モード及びフルカラー印刷モードの双方のモードにて画像形成処理を行う画像形成装置に対して、好適に用いることができるという効果を奏する。 Further, the image forming apparatus according to the present invention may be capable of further selecting a monochrome printing mode or a full color printing mode. The fixing device of the present invention can fix the developer suitably and satisfactorily in any case where the amount of developer to be fixed on the recording medium is small or large. Therefore, the fixing device can be suitably used for both the monochrome printing mode in which the amount of developer used is small and the full color printing mode in which the amount of developer used is large. Therefore, there is an effect that it can be suitably used for an image forming apparatus that performs image forming processing in both the monochrome printing mode and the full-color printing mode.
本発明の実施の一形態について図1ないし図3に基づいて説明すれば、以下の通りである。 One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 as follows.
図1に、本実施の形態の定着装置10の概略断面図を示す。定着装置10は、例えば電子写真方式のプリンタ(画像形成装置)に備えられ、記録用紙(記録媒体)上の未定着のトナー(現像剤)からなる未定着トナー像を溶融して、記録用紙上に固着させる。すなわち、上記定着装置10は、加熱ローラ11と、加圧ローラ21と、剥離ローラ(テンション部材)31と、無端ベルト41を備え、加熱ローラ11と加圧ローラ21との間で記録用紙を挟持して搬送することにより、記録用紙上へのトナー像の加熱加圧定着を行っている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a fixing
上記加熱ローラ11は、記録用紙上のトナーを溶融するための熱源であるとともに、加圧ローラ21との加圧力によって、記録用紙上にトナー像を定着させる。加熱ローラ11は、図示しない駆動源からの駆動力を受けて、図1中の矢印方向に回転駆動される。
The
上記加熱ローラ11は、例えば、アルミニウムや鉄等の金属製の円筒(以下金属円筒)12からなる、外径φが例えば約30mmのローラである。上記金属円筒12は中空であり、内部には熱源としてのヒータ14が設けられている。該ヒータ14によって、加熱ローラ11の上記金属円筒12が加熱される。
The
上記加熱ローラ11の上記金属円筒12は、ヒータ14から発生した熱を蓄積するための蓄熱部となる。上記金属円筒12の厚さは、該金属円筒12の熱容量及び放熱量を低減するために、3mm以下にて形成されていることが好ましい。具体的には、金属円筒12がアルミニウムで形成されている場合には、1mm〜3mm程度の薄肉状に形成され、金属円筒12が鉄で形成されている場合には、0.1mm〜0.5mm程度の薄肉状に形成されていることが好ましい。本実施の形態では鉄製の肉厚0.25mmの加熱ローラを用いた。
The
このように、上記加熱ローラ11は、薄肉状の金属円筒12を備えているので、蓄熱部の熱容量及び放熱量を小さくすることができる。これにより、加熱ローラ11を室温から所定の定着温度にまで加熱するために要する加熱ローラ11のウォームアップ時間を短縮するとともに、ウォームアップに必要とされる電力量を低減することができる。また、加熱ローラの温度を一定に保ちやすくすることができる。
Thus, since the said
さらに、上記ヒータ14は、950Wのハロゲンランプを用いている。しかし、ヒータ14は加熱ローラ11の金属円筒12を加熱することができるものであればよく、例えば、ハロゲンランプ、セラミックヒータ、等を用いればよい。
Further, the
また、上記加圧ローラ21は、上記加熱ローラ11に圧接し、該加圧ローラ21と加熱ローラ11との間を通過する、未定着トナー像が形成された記録用紙を加圧して、記録用紙上にトナー像を定着させる。上記加圧ローラ21は、図示しない加圧バネによって所定の押圧力(加圧荷重)、例えば6kgfで加熱ローラ11に圧接し、加熱ローラ11の回転に対して、無端ベルト41を介して従動し、図1中、矢印方向に回転する。なお、加熱ローラ11に圧接する加圧ローラ21の加圧荷重は、6kg・f〜20kg・f程度とすることが好ましい。
The
上記加圧ローラ21は、例えば、ステンレス、鉄等の金属を芯金(円柱状の回転体;以下、加圧側芯金と記載する)22とし、該加圧側芯金22表面にゴムやスポンジ等の加圧側弾性層23を設け、さらに、該加圧側弾性層23の表面を図示しない離型層で覆ってなる。
The
上記弾性層23は、例えば発砲性のスポンジで6mmの厚さにて形成している。しかし、弾性層23の材質はこれに限られるものではなく、硬度が30程度(ASKER-C型硬度計で規定される硬度)の、シリコンゴム、フッ素系ゴム等のゴム材料、シリコンゴムを発泡させてなるシリコン系スポンジ、フッ素系スポンジ等の発泡性のスポンジで形成すればよい。これにより、加熱ローラとの圧接部分の無端ベルト41とのニップ幅を広げることができる。なお、無端ベルト41とのニップ幅は、4mm以上8mm以下とすることが望ましい。
The
また、上記加圧ローラ21の外径は、低荷重で無端ベルト41を介した加熱ローラ11とのニップ幅が十分確保できるように、加熱ローラ11よりも大きくする必要がある。本実施の形態では、弾性層23に上記6mmのスポンジを用いた場合に、加熱ローラ11の外径φを30mm、加圧ローラ21の外径φを40mmとしている。これにより、ニップ幅6mmを確保することができる。
Further, the outer diameter of the
また、無端ベルト41は上記加熱ローラ11の外周に配置される。したがって、加熱ローラ11と加圧ローラ21とが接するニップ部では、間に無端ベルト41が挟まれ、トナーが付着した記録用紙は、ニップ部の無端ベルト41と加圧ローラ21との間で加圧される。ニップ部では、記録用紙は加熱ローラ11により暖められた無端ベルト41により加熱され、反対側から加圧ローラ21によって加圧されて定着される。
The
上記無端ベルト41は、定着性能の観点から、記録用紙と接する側にベルト弾性層を設けることが好ましい。ベルト弾性層は、硬度が15程度(ASKER-C型硬度計で規定される硬度)の、シリコンゴム、フッ素系ゴム等のゴム材料、シリコンゴムを発泡させてなるシリコン系スポンジ、フッ素系スポンジ等の発泡性のスポンジで形成すればよい。本実施の形態では、90μm、または100μmのポリイミド上に10〜30μmのPFA層を形成した無端ベルトを用いている。
From the viewpoint of fixing performance, the
また、無端ベルト41の厚さは300μm以下とすることが好ましい。無端ベルト41が300μmより厚いと定着のための昇温をすばやく行うことができない。無端ベルト41の厚さの上限は、500μm以下とすることが好ましく、300μm以下とすることがさらに好ましく、下限は50μmとすることが好ましい。
The thickness of the
また、無端ベルト41は、記録用紙上のトナーと直接接触する側に、トナーとの離型性を高めて、加熱ローラ11にトナーが付着することを防止するための離型層が設けられていることが好ましい。上記離型層は、離型性及び耐熱性を有する材料で形成することが好ましく、例えば、PFA(パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;シリコン樹脂等を用いればよい。上記離型層の厚さは、離型性、耐久性、熱伝導性を良好にするために、10μm〜50μmであることが好ましい。本実施の形態では、厚さ10μmのPFAにて、上記加熱側弾性層23を覆っている。
Further, the
無端ベルトは41は、加熱ローラ11と当接している間に加熱ローラ11によって加熱され、これによって現像剤を溶融可能な温度にしている。さらに、記録用紙が定着ニップ部よりも用紙搬送方向側に進んだ後も記録用紙に沿うように配されている。これにより、記録用紙がニップ部を通過したあとも、無端ベルト41が記録用紙を加熱しつづけることができ、すなわち、記録用紙の定着領域が、ニップ部だけでなく無端ベルト41のニップ部形成域からテンションローラに懸架されるまでの領域(図1中のLで示す部分)に広がる。よって、記録用紙上のトナーを定着する時間を十分に確保できるので定着性能を向上できる。
The
ここで、カラー印刷のように記録用紙上のトナー量が多い場合には特に、トナーを溶融させるために、広い範囲での熱の受け渡しが必要になるので、上記のような無端ベルト41の配置が重要となる。また、定着温度及び定着時間を十分に確保することにより、トナー画像が定着した記録用紙表面の光沢を向上することができる。
Here, especially when the amount of toner on the recording paper is large as in color printing, since it is necessary to transfer heat over a wide range in order to melt the toner, the arrangement of the
また、剥離ローラ31は上記無端ベルト41に張力を与えるものである。剥離ローラ31は、無端ベルト41を支持できるものであればよく、例えばSUSからなる直径φ8mmのローラを用いることができる。このとき、剥離ローラ31は軸方向における真ん中が太く、両端を細くすることで、真ん中において無端ベルト41を多く送ることができ、無端ベルト41が常に剥離ローラの真ん中に保持される。
The peeling
また、無端ベルト41を、上記のように記録用紙が定着ニップ部よりも用紙搬送方向側に進んだ後も記録用紙に沿うように配するためには、剥離ローラ31をニップ部よりも用紙搬送方向の下流側に配すればよい。このとき、定着時に記録用紙をカールさせないためには、無端ベルト41のニップ部から記録媒体搬送方向下流側の部分(図1のLで示す部分)が、加熱ローラ11と加圧ローラ21との軸を結ぶ線と垂直になるようにすることが好ましい。
Further, in order to arrange the
また、記録用紙の定着をより確実に行うために、図2のように、剥離ローラ31が加圧ローラ21に接するように設けられていてもよい。この場合、無端ベルト41のニップ部から記録用紙搬送方向下流側の部分においても、記録用紙が無端ベルト41と加圧ローラ21の間にて搬送されるので、より確実に無端ベルト41に接する。さらに、剥離ローラ31を加熱ローラ11と加圧ローラ21とによる挟持以外に、もう一度記録用紙に圧力を加えられるので、定着性能が向上する。
In order to more reliably fix the recording paper, the peeling
さらに、記録用紙を無端ベルト41から良好に剥離させるためには、無端ベルト41の剥離ローラ31における曲率円の直径を15mm以下とすることが好ましく、さらに10mm以下とすることが好ましい。このために、剥離ローラ31は、例えば直径8mmを用いればよい
なお、ここでは、無端ベルト41に張力を与えるものとして、剥離ローラ31を例に挙げて説明しているが、ローラ状である必要はなく、無端ベルト41の回転に従動回転しない部材によって張力を与えるものでもよい。例えば、耐熱材料からなる固定曲率部材、すなわち、無端ベルト41に張力を与え、かつ接触部分で無端ベルト41に曲率を与えるように、装置に固定的に設置された部材であってもよい。
Furthermore, in order to peel the recording paper from the
上記構成の定着装置10にて、記録用紙上への未定着トナー像の加熱加圧定着を行う場合には、以下のように行う。すなわち、後述するプリンタの転写ローラを経て、未定着トナー像が形成された記録用紙が、該未定着トナーと無端ベルト41とが接触するようにして搬送されてくると、図示しない駆動源からの駆動力によって、図1中の矢印方向に加熱ローラ11が回転駆動され、これに従動して無端ベルト41、加圧ローラ21が回転し、これに従動して剥離ローラ31も回転する。これにより、記録用紙がニップ部を搬送されて、トナーが溶融され、ニップ部を通過したあと、無端ベルト41により記録用紙が加熱され続け、トナーが完全に記録用紙上に定着される。その後、該記録用紙が無端ベルト41から剥離されて定着装置10から排出されて、定着処理が終了する。以下、該定着処理について、詳細に説明する。
When the fixing
すなわち、未定着トナー像が形成された記録用紙が搬送されてくると、加熱ローラ11が回転駆動し、これに従動して、無端ベルト41、加圧ローラ21、剥離ローラ31が回転駆動する。このとき、加熱ローラ11の回転速度(周速度)は、画像形成装置のプロセス速度に合わせて設定すればよい。
That is, when the recording paper on which the unfixed toner image is formed is conveyed, the
上記の回転速度にて、加熱ローラ11が回転駆動されると、上記転写部から送り出された記録用紙の先端部分が、加熱ローラ11と加圧ローラ21との間のニップ部に到達する。このとき、加圧ローラ21は、20mm〜40mm程度の外径で形成されているので、記録用紙の先端部分がニップ部に好適に捕捉される。
When the
ニップ部に記録用紙が捕捉されると、加熱ローラ11の回転により無端ベルト41が回動し、記録用紙が搬送される。このとき、加熱ローラ11内のヒータ14によって、定着装置10の無端ベルト41は、定着温度にまで加温されている。
When the recording paper is captured in the nip portion, the
また、記録用紙の剥離性は、剥離ローラ31の外径に依存して変化する。上記定着装置10では、剥離ローラ31の表面に沿って渡された無端ベルト41の表面を記録用紙が搬送される。そのため、剥離ローラ31の外径が小さいほど、無端ベルト41が用紙搬送方向から離れる方向に曲がることになるので、ニップ部を通過した記録用紙が無端ベルト41から剥がれやすくなる。つまり、剥離ローラ31の外径は小さいほど、無端ベルト41からの剥離性が高くなる。
Further, the peelability of the recording paper changes depending on the outer diameter of the peeling
このように、剥離ローラ31にて、トナー像が定着された記録用紙を剥離した後、自然冷却によって溶融したトナーが完全に硬化して、後述するプリンタの排紙機構の方向に送り出される。なお、無端ベルト41に付着したトナーは剥離ローラ31にて冷却され、無端ベルト41から剥がれやすくなる。なお、剥離ローラ31にて無端ベルト41を冷却するためには、剥離ローラ31として、熱伝導性の高い材料、例えばアルミニウムを用いればよい。
In this way, after the recording paper on which the toner image is fixed is peeled off by the peeling
以上のように、本実施の形態の定着装置10では、加熱ローラ11の金属円筒12を薄肉化して、加熱ローラ11の熱容量を低減している。また、無端ベルト41をニップ部を通過した記録用紙に沿うように配することで、定着性を高めている。さらに、剥離ローラ31の外径を小さくすることで、十分な剥離性を確保できる。
As described above, in the fixing
次に、上記定着装置10を備えたプリンタ(画像形成装置)40について説明する。図3は、本実施の形態のプリンタ40の概略断面図である。プリンタ40は、例えばネットワーク上の各端末装置から送信される画像データ等に基づいて、所定の記録用紙に対して多色又は単色の画像を形成する。そのため、上記プリンタ40は、フルカラー印刷モード又はモノクロ印刷モードが選択可能となっている。
Next, a printer (image forming apparatus) 40 provided with the fixing
上記プリンタ40は、既に説明した定着装置10とともに、露光ユニット1、画像形成ステーションP(Pa・Pb・Pc・Pd)、中間転写ベルトユニット7、転写ローラ6、給紙トレイ8、排紙トレイ(排紙機構・排出機構)9を備えている。
The
上記プリンタは、フルカラー印刷及びモノクロ印刷に対応可能であるため、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色に対応して、4つの画像ステーションPa・Pb・Pc・Pdが並設されている。つまり、画像形成ステーションPaは、ブラック(K)のトナーを用いて画像形成を行い、画像形成ステーションPbは、シアン(C)のトナーを用いて画像形成を行い、画像形成ステーションPcは、マゼンタ(M)のトナーを用いて画像形成を行い、画像形成ステーションPdは、イエロー(Y)のトナーを用いて画像形成を行う。 Since the printer is capable of full-color printing and monochrome printing, the four image stations Pa, Pb, and Black correspond to each color of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). Pc and Pd are juxtaposed. That is, the image forming station Pa performs image formation using black (K) toner, the image forming station Pb performs image formation using cyan (C) toner, and the image forming station Pc includes magenta ( The image formation is performed using the toner M), and the image formation station Pd performs the image formation using the yellow (Y) toner.
画像形成ステーションPa〜Pdは、実質的に同一の構成を有し、それぞれに、現像器2(2a・2b・2c・2d)、感光体ドラム3(3a・3b・3c・3d)、クリーナユニット4(4a・4b・4c・4d)、帯電器5(5a・5b・5c・5d)が設けられている。なお、上記及び以下にて、各部材番号に付与したa〜dは、各画像形成ステーションPに対して付与したa〜dに対応する。 The image forming stations Pa to Pd have substantially the same configuration, and each includes a developing device 2 (2a, 2b, 2c, and 2d), a photosensitive drum 3 (3a, 3b, 3c, and 3d), and a cleaner unit. 4 (4a, 4b, 4c, 4d) and a charger 5 (5a, 5b, 5c, 5d) are provided. In the above and below, “a” to “d” assigned to each member number correspond to “a” to “d” assigned to each image forming station P.
上記露光ユニット1は、プリンタ40に入力された画像データに応じて、帯電器5によって帯電した感光体ドラム3a〜3d表面を下方から露光して、該感光体ドラム3a〜3d表面に静電潜像を形成する。上記露光ユニット1は、図3に示すように、例えば、レーザ照射部及び反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット(LSU)である。なお、露光ユニット1としては、該LSUに代えて、発光素子をアレイ状に並べた、例えばEL書込みヘッドやLED書込みヘッドを用いることもできる。
The
上記画像形成ステーションPa〜Pdに備えられている帯電器5a〜5dは、感光体ドラム3a〜3d表面を所定の電位に均一に帯電させる。帯電器5a〜5dは、図3に示すように、例えば、接触型のローラ型やブラシ型であり、あるいは、非接触型のチャージャー型であってもよい。また、上記現像器2a〜2dは、感光体ドラム3a〜3d表面に形成された静電潜像を、各色のトナーによって顕像化する。上記クリーナユニット4a〜4dは、現像器2a〜2dでの現像処理、及び、感光体ドラム3a〜3dに形成された画像の転写後に、感光体ドラム3a〜3d表面に残留したトナーを、除去・回収する。
The
中間転写ベルトユニット7は、中間転写ベルト70、中間転写ベルト駆動ローラ71、中間転写ベルト従動ローラ72、中間転写ベルトテンション機構73、中間転写ローラ74(74a、74b、74c、74d)、中間転写ベルトクリーニングユニット75を備えている。
The intermediate
上記中間転写ベルト70は、厚さ100μm〜150μm程度のフィルムにて、無端状に形成されてなる。中間転写ベルト70は、各感光体ドラム3a〜3dに接触するように設けられ、各感光体ドラム3a〜3dに形成された各色のトナー像が順次転写される。上記中間転写ベルト70上に各色のトナー像が重ねられた場合には、カラーのトナー像(多色トナー像)が形成される。中間転写ベルト70上に形成されたトナー像は、後述する転写ローラ6によって、記録用紙上に転写される。
The
上記中間転写ベルト駆動ローラ71、中間転写ベルト従動ローラ72、中間転写ベルトテンション機構73、中間転写ローラ74a〜74dは、中間転写ベルト70を張架し、図3中、矢印A方向に、中間転写ベルト70を回転駆動させる。
The intermediate transfer belt driving roller 71, the intermediate transfer belt driven
また、上記中間転写ローラ74a〜74dは、各画像形成ステーションPa〜Pd毎に設けられ、上記中間転写ベルトテンション機構73の中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されている。上記中間転写ローラ74a〜74dは、感光体ドラム3a〜3dに対して、中間転写ベルト70を介して対向するように設けられ、感光体ドラム3a〜3d表面に形成されたトナー像を、中間転写ベルト7上に転写するための転写バイアスを与える。
The intermediate transfer rollers 74 a to 74 d are provided for each of the image forming stations Pa to Pd, and are rotatably supported by the intermediate transfer roller mounting portion of the intermediate transfer
そのため、上記中間転写ローラ74a〜74dは、直径8〜10mmのステンレス等の金属軸をベースとし、該金属軸の表面を、EPDM(エチレン−プロピレン−メチレン共重合体)や発泡ウレタン等の導電性の弾性材料によって覆ってなる。そして、中間転写ローラ74a〜74dに、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス(トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧)を印加することにより、該転写バイアスが、上記導電性の弾性材料によって、中間転写ベルト70に対して均一に印加される。なお、本実施の形態では、ローラ形状の中間転写ローラ74a〜74dを用いているが、ブラシ状の転写電極を用いても同様の機能が得られる。
Therefore, the intermediate transfer rollers 74a to 74d are based on a metal shaft such as stainless steel having a diameter of 8 to 10 mm, and the surface of the metal shaft is made of conductive material such as EPDM (ethylene-propylene-methylene copolymer) or urethane foam. It is covered with an elastic material. The transfer bias is applied to the intermediate transfer rollers 74a to 74d by applying a high-voltage transfer bias (a high voltage having a polarity (+) opposite to the toner charge polarity (-)) to transfer the toner image. Is uniformly applied to the
さらに、上記中間転写ベルトクリーニングユニット75は、感光体ドラム3a〜3dとの接触によって中間転写ベルト70に付着したトナー、あるいは、記録用紙上に転写されずに中間転写ベルト70上に残存したトナーを除去・回収する。これにより、次の印刷工程におけるトナーの混色を防止している。上記中間転写ベルトクリーニングユニット75には、例えば、中間ベルト70に接触するクリーニングブレードが設けられている。該クリーニングブレードを、中間転写ベルト70を介して、上記中間転写ベルト従動ローラ72に対向する位置に設けることによって、トナーの除去を好適に行うことができる。
Further, the intermediate transfer
上記転写ローラ6は、中間転写ベルト70上に形成されたトナー像を記録用紙に転写する。転写ローラ6は、記録用紙と中間転写ベルト70とが接触する位置にて、中間転写ベルト70に圧接するように配置される。また、転写ローラ6は、中間転写ベルト70を介して、中間転写ベルト駆動ローラ71に対向するように設けられている。そのため、転写ローラ6が中間転写ベルト70に所定の圧力で圧接されるように、該転写ローラ6又は中間転写ベルト駆動ローラ71のうちの一方を金属等の硬質材料で形成し、他方を弾性ゴムや発泡性樹脂等の軟質材料で形成された弾性ローラとすることが好ましい。上記転写ローラ6には、中間転写ベルト70上に形成されたトナー像を記録用紙に転写させるための電圧が印加される(トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧)。
The
上記給紙トレイ8は、画像形成に使用する記録用紙を蓄積しておくためのトレイであり、プリンタ40の画像形成ステーションPa〜Pd及び露光ユニット1の下側に設けられている。
The
また、プリンタ40には、ユーザが少数枚の印刷を行う際等に用いられる手差し給紙トレイ8’が備えられている。手差し給紙トレイ8’は、その一端がプリンタ40の側部に取付けられ、該側部にて回動可能に取付けられている。そのため、手差し給紙トレイ8’を使用しない場合には、図3の破線にて示すように、プリンタ40の側部に、記録用紙の載置面を沿わせて配置することによって、プリンタ40のコンパクト化を実現している。一方、プリンタ40に手差しで記録用紙を供給する場合には、上記載置面をプリンタ40の側部から離れるように、手差し給紙トレイ8’を移動させて、載置面に記録用紙を載置することができるようになっている。
Further, the
上記排紙トレイ9は、プリンタ40の上部に設けられ、印刷済みの記録用紙をフェイスダウンで載置するためのトレイである。
The
上記構成のプリンタ40にて、印刷処理の動作は、以下のようにして行われる。すなわち、プリンタ40に外部から画像データが入力されると、給紙トレイ8の端部に備えられたピックアップローラ81によって、給紙トレイ8に収容されている記録用紙を1枚ずつ分離して、用紙搬送路S(図中、一点鎖線)に送り出す。その後、搬送ローラ91によってレジストローラ99まで搬送されて、記録用紙の先端がレジストローラ99に到達した状態で、記録用紙の搬送を一旦停止する。
In the
一方、手差し給紙トレイ8’に載置された記録用紙を搬送する場合には、ピックアップローラ82によって、記録用紙が1枚ずつ分離されて給紙されて、用紙搬送路Sに送りだされる。その後、複数の搬送ローラ96・95・94によって搬送されて、レジストローラ99まで搬送される。
On the other hand, when the recording paper placed on the manual
上記給紙トレイ8又は手差し給紙トレイ8’からの記録用紙の給紙と並行して、画像形成ステーションPa〜Pdでは、入力された画像データに基づいて、トナー像の形成を開始する。すなわち、プリンタ40に画像データが入力されると、帯電器5a〜5dによって、感光体ドラム3a〜3d表面が帯電する。その後、入力された画像データに応じて、露光ユニット1により、感光体ドラム3a〜3d表面に静電潜像を形成する。該静電潜像を現像するために、現像器2a〜2dからトナーを供給して、トナー像を形成する。続いて、中間転写ローラ74a〜74dによって、感光体ドラム3a〜3dに形成されたトナー像を中間転写ベルト70に順次転写して、各色のトナー像を重ねて、多色トナー像を形成する。なお、モノクロ印刷の場合には、中間転写ベルト70上には、ブラック(K)のトナー像のみが形成される。
In parallel with the feeding of the recording paper from the
このようにして、中間転写ベルト70上にトナー像が形成されると、該トナー像の先端と整合するタイミングで、レジストローラ99から記録用紙の搬送が開始される。該記録用紙が転写ローラ6と中間転写ベルト70との間を通過することにより、記録用紙上にトナー像が転写される。その後、定着装置10にて、記録用紙上のトナー像が溶融・固着されて印刷された後、排紙ローラ(排紙機構・排出機構)92及び排紙ローラ(排紙機構・排出機構)93によって、排紙トレイ9上に排出される。なお、図3の定着装置10は、加熱ローラ11および加圧ローラ21以外の構成は省略してある。
When the toner image is formed on the
また、両面印刷が要求されている場合には、片面を印刷した記録用紙が上記定着装置10を通過した後、記録用紙の後端が排紙ローラ93によってつかまれる。この記録用紙の後端がつかまれた状態で、上記排紙ローラ93が逆回転することにより、搬送ローラ97・98に導かれて、再びレジストローラ99に到達する。その後、上記したように、トナー像が転写された中間転写ベルト70の回転のタイミングに合わせて、記録用紙を搬送して、先に印刷された面とは反対の面への印刷を行えばよい。
When double-sided printing is requested, the recording paper on which one side is printed passes through the fixing
なお、本実施の形態では、プリンタを例に挙げて説明したが、複写機やファックス、あるいは、プリンタ機能やコピー機能、ファックス機能等を備えたデジタル複合機等、電子写真方式で画像形成を行う各種画像形成装置に対しても、上記定着装置10を同様に適用することができる。
In this embodiment, a printer is described as an example. However, an image is formed by an electrophotographic method such as a copier, a fax machine, or a digital multifunction machine having a printer function, a copy function, a fax function, or the like. The fixing
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
また、本発明は、以下の構成とすることもできる。 In addition, the present invention can be configured as follows.
装置が繋がれているネットワーク上の各端末装置から送信される画像情報、若しくは装置の原稿読取り部で読取られた画像情報を印字部の現像剤を用いて搬送される用紙上に転写した後に加熱ローラと加圧ローラで構成される定着機構において、
前記加熱ローラの外周に所定張力を有する状態で前記加熱ローラの外周より長い無端ベルトを配置し、無端ベルトと前記加圧ローラが形成する定着ニップにおいて、前記用紙上の未定着現像剤を溶融固着する事を特徴とする定着装置。
Heating after transferring image information transmitted from each terminal device on the network to which the device is connected or image information read by the document reading unit of the device onto a sheet conveyed using the developer of the printing unit In the fixing mechanism composed of a roller and a pressure roller,
An endless belt longer than the outer periphery of the heating roller is placed on the outer periphery of the heating roller with a predetermined tension, and the unfixed developer on the paper is melted and fixed at a fixing nip formed by the endless belt and the pressure roller. A fixing device characterized by that.
前記無端ベルトの所定張力は、前記加熱ローラの配置位置に対し用紙搬送方向の上流側に配置されるテンションローラによって所定張力が付与される事を特徴とする定着装置。
The fixing device according to
前記無端ベルトの回転は、前記加熱ローラの回転に対し従動回転であることを特徴とする定着装置。
The fixing device according to
前記無端ベルトは、前記加熱ローラと当接するポイントから前記定着ニップに回転移動する間で加熱ローラの表面温度が無端ベルトに熱伝導され、前記用紙上の未定着現像剤を溶融固着するに必要な無端ベルト表面温度となる事を特徴とする定着装置。 The surface temperature of the heating roller is thermally transferred to the endless belt while the endless belt rotates and moves from the point of contact with the heating roller to the fixing nip, and is necessary for melting and fixing the unfixed developer on the paper. Fixing device characterized by endless belt surface temperature.
前記無端ベルトは、前記テンションローラを通過することによって除熱される事を特徴とする定着装置。 The fixing device, wherein the endless belt is heat-removed by passing through the tension roller.
前記無端ベルトの回転は、前記加圧ローラを従動回転する事を特徴とする定着装置。
The fixing device according to
前記無端ベルトを所定張力とする前記テンションローラは、前記搬送される用紙を無端ベルトの搬送方向の方向変曲点近傍で用紙剥離作用をなす事を特徴とする定着装置。 The fixing device, wherein the tension roller having the endless belt as a predetermined tension performs a sheet peeling action in the vicinity of a direction inflection point of the transported sheet in the transport direction of the endless belt.
前記定着ニップと前記テンションローラが形成する無端ベルトの架橋直線は、前記装置の用紙排出方向である事を特徴とする定着装置。 A fixing device, wherein a bridging straight line of an endless belt formed by the fixing nip and the tension roller is a paper discharge direction of the device.
前記テンションローラは、前記加圧ローラに対し前記無端ベルトを介して当接する事を特徴とする定着装置。 The fixing device, wherein the tension roller is in contact with the pressure roller via the endless belt.
前記テンションローラは、前記ローラの全長に対し中央部が太く、両端部が細い正クラウン形状である事を特徴とする定着装置。
The fixing device according to
前記無端ベルトは、速熱性のため少なくともその厚みは300μmより薄く、更に、現像剤の離型性に優れた材質であることを特徴とする定着装置。 The fixing device is characterized in that the endless belt is at least a thickness of less than 300 μm due to its rapid heat property, and is made of a material excellent in developer releasability.
上記の定着装置を用いる事を特徴とするフルカラー印字モードとモノクロ印字モードのモード選択が可能な画像形成装置。 An image forming apparatus capable of mode selection between a full color printing mode and a monochrome printing mode, characterized by using the above-described fixing device.
以下に、本発明の一実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described below.
本実施例に係る定着装置では、加熱ローラとして、直径30mm、厚さ0.25mmの、鉄からなるローラを用いた。加圧ローラとしては、直径11mmの鉄からなる芯金に、シリコンゴムからなる厚さ6mmの弾性層、およびその表層に30μmのPFAを設けた直径φ23mmのローラを用いた。加圧ローラは、バネ圧8.2kgfのバネを2本用いて、加熱ローラに対して押圧されている。このときの、加熱ローラと加圧ローラとの接触幅(ニップ幅)は、5.8mmであった。 In the fixing device according to the present embodiment, a roller made of iron having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.25 mm was used as the heating roller. As a pressure roller, a roller having a diameter of 23 mm in which a core metal made of iron having a diameter of 11 mm, an elastic layer made of silicon rubber having a thickness of 6 mm, and a PFA of 30 μm on the surface layer thereof was used. The pressure roller is pressed against the heating roller using two springs having a spring pressure of 8.2 kgf. At this time, the contact width (nip width) between the heating roller and the pressure roller was 5.8 mm.
また、加熱ローラの外周に配する無端ベルトは、厚さ100μmのPI(ポリイミド)を基体として厚さ10μmのPFA(パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体)を塗布したもの(PI+PFA)、あるいは、NI(ニッケル)を基体としてシリコンゴム(Siゴム)200μmを形成し、さらに厚さ40μmのPFAを塗布したもの(NI+Siゴム+PFA)を用いた。 Further, the endless belt disposed on the outer periphery of the heating roller has a 10 μm thick PFA (perfluoroalkoxytetrafluoroethylene copolymer) coated with PI (polyimide) having a thickness of 100 μm as a base (PI + PFA), or A silicon rubber (Si rubber) of 200 μm was formed using NI (nickel) as a substrate, and a PFA with a thickness of 40 μm was applied (NI + Si rubber + PFA).
無端ベルトは、ニップ部より記録用紙搬送方向の下流側に設けられた剥離ローラによって張力を与えられている。剥離ローラは、加熱ローラとの共通の接線の一方が記録用紙搬送方向と平行になるように配置されており、このため、無端ベルトはニップ部を通過した記録用紙を、搬送方向を変えることなく平行に搬送させる。 The endless belt is tensioned by a peeling roller provided downstream from the nip portion in the recording sheet conveyance direction. The peeling roller is arranged so that one of the tangents common to the heating roller is parallel to the recording paper conveyance direction. For this reason, the endless belt does not change the conveyance direction of the recording paper that has passed through the nip portion. Transport in parallel.
この定着装置にて、定着温度(無端ベルトの表面温度)を変えながら、種々の記録用紙に形成したトナー像を定着させて、定着性能を観察した。記録用紙は、52g/m2(ボイド(用紙搬送方向の先端部における画像情報のない白地領域)があるものとないもの)、64g/m2紙、80g/m2、105g/m2、200g/m2、の記録用紙について実験した。結果を図4、図5に示す。ここで、図4はPI+PFAの無端ベルトを用いた装置の、図5はNI+Siゴム+PFAの無端ベルトを用いた装置の実験結果である。 With this fixing device, the toner images formed on various recording papers were fixed while changing the fixing temperature (surface temperature of the endless belt), and the fixing performance was observed. The recording paper is 52 g / m 2 (with or without voids (white background area without image information at the front end in the paper conveyance direction)), 64 g / m 2 paper, 80 g / m 2 , 105 g / m 2 , 200 g. / M 2 , recording paper was tested. The results are shown in FIGS. Here, FIG. 4 shows an experimental result of an apparatus using an endless belt of PI + PFA, and FIG. 5 shows an experimental result of an apparatus using an endless belt of NI + Si rubber + PFA.
これによると、図4のPI+PFAの無端ベルトを用いた装置では、プロセス速度120mm/sの場合に、記録用紙の種類によって最適な定着温度は異なるが、52g〜110gの記録用紙においては、150℃から180℃でおおむね良好な定着性能が得られ、特に170℃から180℃では定着性が向上した。なお、130℃から160℃でコールドオフセットが起こり、190℃から210℃でホットオフセットが起こるものがあった。しかしながら、定着温度が180℃を超えると先端に定着不良に起因するウロコ状の模様があらわれた。また、200gの記録用紙では、プロセス速度120mm/sの場合、220℃程度に昇温しなければ良好に定着できなかった。そこで、200gの記録用紙に対して、プロセス速度を65mm/s、50mm/sとして実験すると、定着温度170℃から190℃にて定着が可能だった。しかし、この場合も印刷面にウロコ状の模様ができてしまう(図4中「S」で示す)という問題があった。 According to this, in the apparatus using the PI + PFA endless belt of FIG. 4, the optimum fixing temperature differs depending on the type of recording paper at a process speed of 120 mm / s, but 150 ° C. for 52 g to 110 g recording paper. In general, good fixing performance was obtained at a temperature of from 180 to 180 ° C., particularly at a temperature of from 170 to 180 ° C. In some cases, a cold offset occurred from 130 ° C. to 160 ° C., and a hot offset occurred from 190 ° C. to 210 ° C. However, when the fixing temperature exceeded 180 ° C., a scale-like pattern due to poor fixing appeared at the tip. In addition, with a 200 g recording paper, when the process speed was 120 mm / s, fixing was not successful unless the temperature was raised to about 220 ° C. Thus, when 200 g of recording paper was tested at a process speed of 65 mm / s and 50 mm / s, fixing was possible at a fixing temperature of 170 ° C. to 190 ° C. However, even in this case, there is a problem that a scale-like pattern is formed on the printing surface (indicated by “S” in FIG. 4).
また、図5のNI+Siゴム+PFAの無端ベルトを用いた装置でも、定着温度については図4と同様に、52g〜110gの記録用紙において、150℃から180℃でおおむね良好な定着性能が得られた。また、200gの記録用紙でも、プロセス速度120mm/s記録用紙では、220℃程度に昇温しなければならず、プロセス速度を65mm/s、50mm/sとすると、定着温度170℃から190℃にて定着が可能だった。一方、ウロコ状の模様については、記録用紙が無端ベルトのSiゴム部分によって加圧ローラに良好に押圧されるので、ウロコ状の模様があらわれなかった。 In the apparatus using the endless belt of NI + Si rubber + PFA shown in FIG. 5 as well, the fixing temperature was generally good at 150 ° C. to 180 ° C. on the recording paper of 52 g to 110 g as in FIG. . Further, even with 200 g recording paper, the process speed of 120 mm / s recording paper has to be heated to about 220 ° C., and the fixing speed is increased from 170 ° C. to 190 ° C. when the process speed is 65 mm / s and 50 mm / s. It was possible to settle. On the other hand, for the scale-like pattern, the recording paper was satisfactorily pressed against the pressure roller by the Si rubber portion of the endless belt, and therefore the scale-like pattern did not appear.
次に、実施例1の装置において、無端ベルトとしてPI(厚さ100μm)にPFAを塗布したものを使用し、52.3g紙、プロセススピード120mm/sに統一して、定着装置からの記録用紙の剥離性を観察した。なお、定着の条件としては、記録用紙の向き(横目、縦目)、ボイドを有する記録用紙であるか、記録用紙のトナー像形成面を鉛直方向の上向きにするか下向きにするか、を変えて実験を行った。 Next, in the apparatus of Example 1, a PI (thickness: 100 μm) coated with PFA is used as an endless belt, and the recording paper from the fixing device is unified to 52.3 g paper and a process speed of 120 mm / s. The peelability of was observed. As fixing conditions, the orientation of the recording paper (horizontal eyes, vertical eyes), whether the recording paper has voids, or whether the toner image forming surface of the recording paper is vertically upward or downward is changed. The experiment was conducted.
結果を図6に示す。これによると、150℃から170℃付近の定着温度では、巻きつきが生じず良好に定着が行われた。しかし、180℃以上のホットオフセット領域となると、一部で無端ベルトに記録用紙が付着したままはなれず加熱ローラに巻き込まれることがあった(図6中「巻付」として示される)。この記録用紙の巻付は、ボイドのある場合には、用紙先端部にトナー層がなく剥離性が向上するため防がれた。また、記録用紙のトナー像形成面が下向きの場合は、巻きつきが生じやすかった。 The results are shown in FIG. According to this, at a fixing temperature of about 150 ° C. to 170 ° C., no wrapping occurred and good fixing was performed. However, when the hot offset region is 180 ° C. or higher, the recording paper may not remain attached to the endless belt in some cases and may be caught by the heating roller (shown as “wrapping” in FIG. 6). This winding of the recording paper was prevented when there was a void because there was no toner layer at the leading edge of the paper and the peelability was improved. Further, when the toner image forming surface of the recording paper faced downward, the winding was likely to occur.
無端ベルトとして、厚さ100μmのPIにPFA10μmを塗布したものを用いた上記の装置において、各ローラの速熱性を観察した。加熱ローラのヒータの電源を入れてからの時間を横軸として、加熱ローラ、加圧ローラ、剥離ローラの温度を縦軸としている。結果を図7に示す。これによると、定着温度180℃に到達するまでの時間は約40秒と良好であった。 In the above apparatus using a 100 μm thick PI coated with 10 μm PFA as an endless belt, the rapid heat property of each roller was observed. The horizontal axis represents the time since the heater of the heating roller was turned on, and the vertical axis represents the temperatures of the heating roller, the pressure roller, and the peeling roller. The results are shown in FIG. According to this, the time required to reach the fixing temperature of 180 ° C. was as good as about 40 seconds.
本実施例に係る定着装置では、加熱ローラとして、直径φ40mm、厚さ0.25mmの、鉄からなるローラを用いた。加圧ローラとしては、直径11mmのSUSからなる芯金に、厚さ6mmの弾性層を設けた直径φ23mmのローラを用いた。加圧ローラは、バネ圧6.5kgfのバネを2本用いて、加熱ローラに対して押圧されている。このときのニップ幅は4.9mmであった。また、記録用紙としてはMI紙を用い、プロセス速度は125mm/sとした。 In the fixing device according to this embodiment, a roller made of iron having a diameter of 40 mm and a thickness of 0.25 mm was used as the heating roller. As the pressure roller, a roller having a diameter of 23 mm, in which a core metal made of SUS having a diameter of 11 mm and an elastic layer having a thickness of 6 mm was provided. The pressure roller is pressed against the heating roller using two springs having a spring pressure of 6.5 kgf. The nip width at this time was 4.9 mm. Further, MI paper was used as the recording paper, and the process speed was 125 mm / s.
この装置にて、ニップ部における用紙搬送方向と平行な方向に、ニップ部下流部分の無端ベルトが進むような剥離ローラの位置を0として、剥離ローラを加熱ローラと加圧ローラとの軸を結ぶ線と平行な方向において一定距離加圧ローラに近づけ(xmm近づけた場合は、−xmmの位置とする)、定着後の記録用紙の曲がり(カール)を観察した。なお、カールは、排出された用紙を、水平な台の上に置き、記録用紙の浮き(記録用紙端部の台からの距離)を測定した。 In this apparatus, the position of the peeling roller where the endless belt in the downstream portion of the nip advances in the direction parallel to the paper conveyance direction in the nip portion is set to 0, and the peeling roller is connected to the shaft of the heating roller and the pressure roller. In a direction parallel to the line, it was brought close to the pressure roller for a fixed distance (when it was brought closer to xmm, it was set to -xmm), and the bending (curl) of the recording paper after fixing was observed. Curl placed the discharged paper on a horizontal base and measured the floating of the recording paper (distance from the base at the end of the recording paper).
結果を図8に示す。これによると、定着温度にかかわらず、剥離ローラの位置が0、−5mmの場合ではほとんどカールしないが、−10mm〜−20mmでは60mm〜80mmの浮きが生じた。したがって、カールを防ぐためには、できるだけ、ニップ部下流部分の無端ベルトが、ニップ部までの用紙搬送方向と平行な方向に進むような位置に剥離ローラを配することが好ましい。 The results are shown in FIG. According to this, the curling hardly occurred when the position of the peeling roller was 0, -5 mm, regardless of the fixing temperature, but the float of 60 mm-80 mm occurred when the position was -10 mm to -20 mm. Therefore, in order to prevent curling, it is preferable to dispose the peeling roller at a position where the endless belt in the downstream portion of the nip portion advances in a direction parallel to the paper conveyance direction to the nip portion.
実施例4の定着装置で同様の条件にて、無端ベルトにおけるニップ部から剥離ローラまでの距離のみを、30mm〜70mmに変更して、定着後にトナー像上に認められるウロコ模様の長さを計測した。結果を図9に示す。 Under the same conditions as in the fixing device of Example 4, only the distance from the nip portion to the peeling roller in the endless belt was changed to 30 mm to 70 mm, and the length of the scale pattern recognized on the toner image after fixing was measured. did. The results are shown in FIG.
これによると、距離が30mmの場合、用紙先端部のウロコ模様が大きくなることがわかる。つまり、このウロコ模様は剥離ローラまでの距離が短く、定着が不十分である場合に、大きくなっていた。よって、ニップ部から剥離ローラまでの距離は30mmより大きいことが好ましい。 According to this, it can be seen that when the distance is 30 mm, the scale pattern at the front end of the sheet becomes large. That is, this scale pattern is large when the distance to the peeling roller is short and the fixing is insufficient. Therefore, the distance from the nip portion to the peeling roller is preferably larger than 30 mm.
なお、この光沢ムラは、ニップ部から剥離ローラの間で用紙が不均一に剥離されることで起きる現象である。そこで、剥離ローラを加熱ローラに接触させ、ニップ部から剥離ローラの間で用紙が剥がれない構成とすると、無端ベルトと用紙の接触性が向上し、ウロコ模様を防ぐことができた。 Note that this gloss unevenness is a phenomenon that occurs due to non-uniform separation of the paper between the nip portion and the separation roller. Therefore, when the peeling roller is brought into contact with the heating roller so that the paper is not peeled between the nip portion and the peeling roller, the contact property between the endless belt and the paper is improved, and the scale pattern can be prevented.
実施例1の装置において、無端ベルトとしてポリイミド+PFAを用い、加圧ローラのバネ圧、あるいは、加圧ローラの外径を変えることによって、ニップ部の幅を4.0mm、5.8mm、6.0mmとした。なお、ニップ部の幅を4.0mmとするには、加圧ローラのバネ圧を4.7kgf×2本とし、ニップ部の幅を6.0mmとするには、加圧ローラの径を40mmとした。ニップ部の幅5.8mmのものは、実施例1のものと同一である。 In the apparatus of Example 1, polyimide + PFA is used as an endless belt, and the width of the nip portion is changed to 4.0 mm, 5.8 mm, and 6. by changing the spring pressure of the pressure roller or the outer diameter of the pressure roller. It was set to 0 mm. To make the width of the nip portion 4.0 mm, the pressure pressure of the pressure roller is 4.7 kgf × 2, and to make the width of the nip portion 6.0 mm, the diameter of the pressure roller is 40 mm. It was. The nip portion having a width of 5.8 mm is the same as that of the first embodiment.
結果を図10〜12に示す。図10はニップ幅4.0mm、図11はニップ幅5.8mm、図12はニップ幅6.0mmの定着装置の結果である。これによると、ニップ幅が大きくなるにしたがって好適な定着温度が下がっている。よって、ニップ幅を大きくすることで、定着性能が上がり、低温での定着が可能となるので、定着のための熱源の省電力化、ウォームアップの時間短縮ができる。 The results are shown in FIGS. 10 shows the result of the fixing device having a nip width of 4.0 mm, FIG. 11 shows the nip width of 5.8 mm, and FIG. 12 shows the result of the fixing device having a nip width of 6.0 mm. According to this, a suitable fixing temperature is lowered as the nip width is increased. Therefore, by increasing the nip width, the fixing performance is improved and fixing at a low temperature is possible. Therefore, it is possible to reduce the power consumption of the heat source for fixing and shorten the warm-up time.
本発明の定着装置は、電子写真方式等により、トナーを用いて、画像形成を行うプリンタ、複写機、ファックス、これらの機能を備えたデジタル複合機等の画像形成装置に備えられて用いることができる。上記定着装置は、記録用紙上へのトナー像の定着性や記録用紙の剥離性を十分に確保することができるので、モノクロ印刷やカラー印刷のいずれにも対応することができる。また、加熱ローラを薄肉化し、加圧ローラ及び剥離ローラの外径を小さくしているので、定着装置の小型化及び省電力化を達成することができるとともに、該定着装置を備えた画像形成装置の小型化及び省電力化を実現することができる。 The fixing device of the present invention is used in an image forming apparatus such as a printer, a copying machine, a fax machine, or a digital multi-function machine having these functions, which uses toner to form an image by electrophotography. it can. Since the fixing device can sufficiently secure the fixing property of the toner image on the recording paper and the releasability of the recording paper, it can cope with both monochrome printing and color printing. Further, since the heating roller is thinned and the outer diameters of the pressure roller and the peeling roller are reduced, it is possible to achieve downsizing and power saving of the fixing device, and an image forming apparatus including the fixing device. Can be reduced in size and power consumption.
10 定着装置
11 加熱ローラ
12 円筒(金属円筒)
14 ヒータ(熱源)
21 加圧ローラ
22 芯金
31 剥離ローラ(テンション部材)
40 プリンタ(画像形成装置)
41 無端ベルト
10
14 Heater (heat source)
21
40 Printer (image forming device)
41 endless belt
Claims (16)
熱伝導性材料からなる円筒状の加熱ローラと、
上記加熱ローラの外周の少なくとも一部に接するように配置される、加熱ローラの外周より長い無端ベルトと、
上記加熱ローラに対し記録媒体の搬送方向下流側に配置され、上記無端ベルトが懸架されるテンション部材と、
上記無端ベルトを介して加熱ローラに圧接して、無端ベルトとの間にニップ部を形成する加圧ローラと、を有することを特徴とする定着装置。 In a fixing device for fixing a developer on a conveyed recording medium,
A cylindrical heating roller made of a heat conductive material;
An endless belt that is disposed so as to be in contact with at least a part of the outer periphery of the heating roller, and is longer than the outer periphery of the heating roller;
A tension member that is disposed downstream of the heating roller in the conveyance direction of the recording medium, and on which the endless belt is suspended;
And a pressure roller that presses against the heating roller via the endless belt and forms a nip portion with the endless belt.
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- 2003-10-24 JP JP2003364959A patent/JP2005128337A/en active Pending
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