JP2005258109A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置および画像形成装置に関する。 The present invention includes a heating roller, a pressure roller that presses against the heating roller, a heat-resistant belt that is attached to an outer periphery of the pressure roller and moves while being sandwiched between the heating roller, and the heat-resistant belt is stretched. The present invention relates to a fixing device that fixes a non-fixed toner image formed on a sheet material, and an image forming apparatus.
熱ローラ方式の定着装置では、一般に軸受け等の部材を介して加熱ローラおよび加圧ローラの両端部を支持し、いずれか一方のローラを揺動可能な構造としてその両端部にバネなどを用い、あるいは両方のローラを固定する構造としてローラの表面に設けた弾性層の弾力を利用するなどにより荷重をかけ、ニップ部を通過するシート材およびトナーに熱と圧力を加えることにより、トナーを溶融して定着が行われる。 In a heat roller type fixing device, generally, both ends of a heating roller and a pressure roller are supported via a member such as a bearing, and a spring or the like is used at both ends as a structure that can swing one of the rollers. Alternatively, as a structure for fixing both rollers, the toner is melted by applying a load by utilizing the elasticity of the elastic layer provided on the surface of the rollers and applying heat and pressure to the sheet material and the toner passing through the nip portion. Fixing.
ところが、このような構造では、加熱ローラと加圧ローラとの間に荷重が加わることによってローラが撓み、その結果、ニップの形状は軸方向中央部が端部に比べて狭い、いわゆる逆クラウン形状となりやすい。近年では、省エネの観点からローラなどの部材を薄肉・軽量化して熱容量を小さくすることでウォームアップ時間の短縮を図ることが一般的に行われている。しかし、このような小熱容量のローラは、剛性が低いため、ローラの撓みによってニップ形状の逆クラウン形状化がより顕著になる傾向にある。 However, in such a structure, when a load is applied between the heating roller and the pressure roller, the roller bends, and as a result, the nip has a so-called inverted crown shape in which the central portion in the axial direction is narrower than the end portion. It is easy to become. In recent years, from the viewpoint of energy saving, it is generally performed to shorten the warm-up time by reducing the heat capacity by reducing the thickness and weight of members such as rollers. However, since such a small heat capacity roller has low rigidity, the nip-shaped reverse crown shape tends to become more prominent due to the deflection of the roller.
一方では、ローラまたは加圧部材によるニップ形状を積極的に逆クラウン形状にすることもある(例えば、特許文献1参照)。ニップ形状を積極的に逆クラウン形状にすると、シート材がニップ部を通過する際に、シート材を両端方向に引っ張る力が働くため、しわの発生を防止することができる。 On the other hand, the nip shape by the roller or the pressure member may be positively changed to an inverted crown shape (see, for example, Patent Document 1). If the nip shape is positively inverted crown shape, when the sheet material passes through the nip portion, a force that pulls the sheet material in both directions acts, so that generation of wrinkles can be prevented.
また、ローラ方式に比べてニップ幅を大きくでき、トナーへの伝熱量が増加し、高速化や多層トナーを定着させるカラー画像の定着に有利である等の理由から、ベルトニップ方式の定着装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このような定着装置においても、特にウォームアップ時間の短縮のために小熱容量のローラあるいは押圧部材を用いる場合には、剛性が低下し撓みによってニップ形状は逆クラウン形状になりやすい。 In addition, the belt nip type fixing device is advantageous in that the nip width can be increased compared to the roller method, the amount of heat transfer to the toner is increased, the speed is increased, and it is advantageous for fixing a color image for fixing a multilayer toner. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2). Even in such a fixing device, particularly when a small heat capacity roller or a pressing member is used for shortening the warm-up time, the rigidity is lowered and the nip shape tends to be an inverted crown shape due to the bending.
また、従来のベルトニップ方式の定着装置では、加圧ローラの軸方向中央部の外径が端部に比べて大きい、いわゆるクラウン形状ローラにする場合がある。加圧ローラをクラウン形状にすると、ベルトの張力が軸方向中央で高くなるので、ベルトには中央に寄ろうとする力が働き、蛇行を抑制できる。その結果、ベルト端部の座屈や破れなどの損傷による定着装置の寿命の低下を防ぐことができるという効果がある。このようなクラウン形状ローラを用いた場合には、ニップの形状も、ローラの形状にならって軸方向端部が中央に比べて狭い、クラウン形状となりやすい。
図8はメインニップと補助ニップ及びニップ間ギャップの形成例を説明する図である。従来のベルトニップ方式の定着装置(例えば、特許文献2参照)には、さらに、加圧ローラに加えて圧力補助ローラを設け、例えば図8に示すようなメインニップと補助ニップでニップを形成した例もある。しかし、このようなニップを形成する場合、メインニップと補助ニップ(図8に示すローラニップと張架部材ニップ)の中間部分の、バックアップがない状態でベルトが定着ローラに接触している部分は、押圧力が非常に小さいため、シート材の姿勢が変化しやすく、トナーへの伝熱が不安定になりやすい。しかも、このようなニップ構成において、ローラによるメインニップの形状が上記のようなクラウン形状あるいは逆クラウン形状である場合には、トナーへの伝熱が不安定なメインニップと補助ニップの中間部分(ニップ間のギャップ部)の長さが軸方向中央部と端部で異なり、その結果、軸方向でトナーへの伝熱にムラが生じて、グロスや定着性が不均一になって画像品質が低下するという問題が生じる。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of forming the main nip, the auxiliary nip, and the gap between the nips. A conventional belt nip type fixing device (for example, see Patent Document 2) is further provided with a pressure auxiliary roller in addition to the pressure roller, and the nip is formed by a main nip and an auxiliary nip as shown in FIG. There are also examples. However, when such a nip is formed, a portion of the intermediate portion between the main nip and the auxiliary nip (the roller nip and the stretch member nip shown in FIG. 8) where the belt is in contact with the fixing roller without backup is Since the pressing force is very small, the posture of the sheet material is likely to change, and heat transfer to the toner tends to be unstable. Moreover, in such a nip configuration, when the shape of the main nip by the roller is the crown shape or the reverse crown shape as described above, the intermediate portion between the main nip and the auxiliary nip where heat transfer to the toner is unstable ( The length of the gap between the nips is different between the central part and the end part in the axial direction. As a result, uneven heat transfer to the toner occurs in the axial direction, resulting in non-uniform gloss and fixing properties and image quality. The problem of deteriorating arises.
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、定着ニップ部におけるシート材の姿勢を安定化し、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量の差をなくして軸方向でグロスや定着性を均一にし安定した印字を得られるようにするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and stabilizes the posture of the sheet material in the fixing nip portion, eliminates the difference in the amount of heat transfer to the toner at the central portion and the end portion in the axial direction, and glosses in the axial direction. In addition, the fixing property is made uniform so that stable printing can be obtained.
そのために本発明に係る定着装置および画像形成装置は、加熱ローラと、該加熱ローラに押圧する加圧ローラと、該加圧ローラの外周に捲着され前記加熱ローラとの間に挟持されて移動する耐熱ベルトと、該耐熱ベルトを張架するベルト張架部材とを備え、シート材上に形成した未定着トナー像を定着する定着装置において、前記加熱ローラとの間で形成されるニップ部の前記加圧ローラと前記ベルト張架部材との間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にしたことを特徴とする。 Therefore, the fixing device and the image forming apparatus according to the present invention are moved by being sandwiched between a heating roller, a pressure roller that presses against the heating roller, and an outer periphery of the pressure roller. A nip portion formed between the heat roller and the heat roller in a fixing device that fixes an unfixed toner image formed on the sheet material. The length of the gap between the pressure roller and the belt stretching member is substantially the same at the center and the end in the axial direction.
前記加圧ローラは、端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状のものであり、所定の押圧力により前記加熱ローラを押圧し、前記ベルト張架部材は、前記加圧ローラより小さい押圧力により前記加熱ローラを軽押圧してニップを形成することを特徴とし、前記ベルト張架部材は、前記耐熱ベルトが回転駆動されると前記耐熱ベルトとの摩擦力により前記加熱ローラを軽押圧するように構成したことを特徴とする。 The pressure roller has a reverse crown shape with the outer diameter of the end portion being larger than the central portion, presses the heating roller with a predetermined pressing force, and the belt stretching member has a smaller pressing force than the pressure roller. The heating roller is lightly pressed by pressure to form a nip, and the belt stretching member lightly presses the heating roller by frictional force with the heat-resistant belt when the heat-resistant belt is driven to rotate. It is configured as described above.
前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラの回転中心方向に揺動可能に回動支点を設定して前記耐熱ベルトに前記加熱ローラとのニップ部接線方向の張力を付与して前記耐熱ベルトを張架し、通紙時に揺動して前記加熱ローラを押圧するように構成し、前記加圧ローラに対してシート材搬送方向上流側に配置し、前記加圧ローラとの間で前記加熱ローラに前記耐熱ベルトを巻き付けてニップを形成し、前記加熱ローラとの間で形成されるニップに沿って前記加熱ローラとの当接面の軸方向の両端部に対し中央部が高い凸形状となるように形成したことを特徴とする。 The belt stretching member is configured to set a rotation fulcrum so as to be swingable in the rotation center direction of the heating roller, and to apply a tension in a tangential direction to a nip portion of the heating roller to tension the heating belt. It is constructed so as to swing and press the heating roller while passing the paper, and is arranged on the upstream side in the sheet material conveying direction with respect to the pressure roller, and between the pressure roller and the heating roller A nip is formed by wrapping the heat-resistant belt, and a central portion is formed to have a high convex shape along the nip formed between the heat roller and the axial end portions of the contact surface with the heat roller. It is characterized by being formed.
さらに、前記ベルト張架部材は、前記加熱ローラとの間で形成されるニップが前記加熱ローラと加圧ローラとの間で形成されるニップを合わせた全ニップ幅が軸方向中央部と端部で略同一になるように形成し、略半月状のベルト摺動部材であることを特徴とする。 Further, the belt stretching member has a nip formed between the heating roller and a nip formed between the heating roller and the pressure roller. It is formed so that it may become substantially the same, and it is a substantially half-moon shaped belt sliding member.
本発明によれば、ベルト張架部材と加圧ローラとの間のギャップを軸方向中央部と端部で略同一にすることで定着ニップにおけるシート材の姿勢が安定化し、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラがなくなり、グロスや定着性が均一となって安定した印字が得られる。さらに、ニップ形状を逆クラウン形状とすることで中央に比べて端部の周速を速くしシート材がローラニップを通過する際にシート材を両端方向へ引っ張る力を働かせ、しわの発生を防止することができる。また、非通紙時には耐熱ベルトとベルト張架部材との間にギャップを形成させるようにし、ギャップの空隙を断熱層としてウォーミングアップ時に加熱ローラから耐熱ベルトを介して奪いとる熱量を小さくすることができ、熱ロスの減少、ウォーミングアップ時間の短縮を図ることができる。一方、シート材が定着ニップを通過する時は、耐熱ベルトとベルト張架部材との間のギャップがなくなって、シート材は定着ニップにおいて耐熱ベルトに押圧され、加熱ローラに押圧されるので、安定した定着が可能となる。このとき、押圧力を所望の圧力に調節すれば、適正な定着を達成することができる。 According to the present invention, the gap between the belt stretching member and the pressure roller is made substantially the same at the axial center and the end so that the posture of the sheet material at the fixing nip is stabilized, and the axial center The unevenness of heat transfer to the toner is eliminated at the end portion, and gloss and fixing properties are uniform and stable printing can be obtained. Furthermore, the reverse nip shape of the nip increases the peripheral speed of the edge compared to the center, and when the sheet material passes through the roller nip, it exerts a force that pulls the sheet material in both directions to prevent wrinkling. be able to. In addition, a gap is formed between the heat-resistant belt and the belt stretching member when the paper is not passed, and the amount of heat taken away from the heating roller via the heat-resistant belt at the time of warming can be reduced by using the gap gap as a heat insulating layer. It is possible to reduce heat loss and warm-up time. On the other hand, when the sheet material passes through the fixing nip, the gap between the heat-resistant belt and the belt stretching member disappears, and the sheet material is pressed against the heat-resistant belt at the fixing nip and pressed against the heating roller, so that the stability is maintained. Fixing is possible. At this time, proper fixing can be achieved by adjusting the pressing force to a desired pressure.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の定着装置の1実施形態を説明する図、図2はベルト張架部材の当接面の形状及び張架部材ニップとローラニップの形状を説明する図である。図中、1は加熱ローラ、1aはハロゲンランプ、1bはローラ芯金、1cは弾性層、2は加圧ローラ、2bはローラ芯金、2cは弾性層、3は耐熱ベルト、4はベルト張架部材、4aは突壁、4−Nは加熱ローラ当接面、5はシート材、5aは未定着トナー像、Lは押圧部接線を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a fixing device according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating the shape of a contact surface of a belt stretching member and the shapes of a stretching member nip and a roller nip. In the figure, 1 is a heating roller, 1a is a halogen lamp, 1b is a roller core, 1c is an elastic layer, 2 is a pressure roller, 2b is a roller core, 2c is an elastic layer, 3 is a heat resistant belt, 4 is a belt tension A support member, 4a is a protruding wall, 4-N is a heating roller contact surface, 5 is a sheet material, 5a is an unfixed toner image, and L is a pressing portion tangent.
図1において、加熱ローラ1は、例えば加熱源として1050W、2本の柱状ハロゲンランプ1aを内蔵して回転可能にした加熱部材であり、外径25mm程度、肉厚0.7mm程度のパイプ材をローラ芯金1bとして内部に加熱源を配置し、その外周に厚み0.4mm程度の弾性層1cを被覆して形成した加熱側の回転移動体である。
In FIG. 1, a
加圧ローラ2は、加熱ローラ1に対向配置し押圧付勢して定着ニップを形成する加圧部材であり、例えば外径25mm程度、あるいは24.8mmと加熱ローラ1のローラ芯金1bより外径を小さくし、肉厚0.7mm程度のパイプ材をローラ芯金2bとして、その外周に加熱ローラ1の弾性層より薄く、厚み0.2〜0.3mm程度の弾性層2cを被覆して弾性層を形成することにより、加熱ローラ1の弾性層より硬質な表面とした他方側の回転移動体である。硬質な表面を有する加圧ローラ2として、その表面が加熱ローラ1の弾性層より硬質のものは、ローラ芯金のままでも、またローラ芯金のままでなく表面に弾性層を有するものであってもよい。
The
耐熱ベルト3は、加熱ローラ1と加圧ローラ2との間に挟持されて加圧ローラ2とベルト張架部材4の外周に張架され移動可能になったエンドレスのベルトであり、0.03mm以上の厚みを有する。材質は、ポリイミドチューブやシリコン等の耐熱樹脂やゴム等でもよいが、熱伝導性に優れたステンレス基材やニッケル電鋳管等からなる金属ベルトが好ましい。
The heat-resistant belt 3 is an endless belt which is sandwiched between the
ベルト張架部材4は、耐熱ベルト3を加熱ローラ1と加圧ローラ2との押圧部接線Lより加熱ローラ1側に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。加熱ローラ1と加圧ローラ2との間で形成される逆クラウン形状のローラニップの形状に対し、ベルト張架部材4を加熱ローラ1への接触面側から見た図1(B)に示す加熱ローラ当接面において、図2(A)の当接面4−Nに示すようにベルト張架部材4では、加熱ローラ1との間で形成するニップの終了端、つまりベルト張架部材4のエッジ部の形状が凸形状になるように形成している。
The
加熱ローラ1とベルト張架部材4との間で形成されるニップ(加熱ローラ当接面)の幅は、図2(A)、(B)に示すように軸方向端部の幅WNEに対し中央部の幅WNCを大きくし、シート材5の搬送方向下流となるベルト張架部材4のエッジは、加熱ローラ当接面4−Nにおいて軸方向中央部が両端部より膨らんで凸形状に形成する。さらに、図2(C)に示すように加熱ローラ1とベルト張架部材4との間で形成される張架部材ニップから加熱ローラ1と加圧ローラ2との間で形成されるローラニップまでのギャップ部の長さを軸方向中央部と端部で略同一にする。このギャップ部は、加圧ローラ2やベルト張架部材4によるバックアップがない状態でベルトが加熱ローラに接触しており、押圧力が非常に小さいため、シート材5の姿勢が変化しやすくトナーへの伝熱が不安定になりやすいが、軸方向中央部と端部で略同一の長さにすることで、シート材5の搬送姿勢が安定化され、しかも、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラがなくなり、グロスや定着性が均一となって安定した印字が得られる。
The width of the nip (heating roller contact surface) formed between the
すなわち、加熱ローラ1と加圧ローラ2との間に形成されるローラニップでは、逆クラウン形状になりやすく、その場合、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱量に差が生じるが、上記のように加熱ローラ1とベルト張架部材4との間で形成される張架部材ニップを加熱ローラ当接面4−Nにおいて軸方向の両端部に対し中央部が膨らんだ凸形状となるように形成することで、ベルト張架部材4によるニップの形状は中央部が端部に比べてニップ幅の広い、所謂クラウン形状になる。その結果、ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さが軸方向中央部と端部で略同一となり、さらには、軸方向中央部でのトナーへの伝熱量が増加し、加熱ローラ1と加圧ローラ2との間で形成されるニップ及び加熱ローラ1とベルト張架部材4との間で形成されるニップを合わせた全体としての、中央部と端部でのトナーへの伝熱量の差を小さくし、ギャップ部でのシート材の姿勢が安定し、軸方向中央部と端部でグロスや定着性が均一となって、安定した印字が得られるようにすることができる。
That is, the roller nip formed between the
本実施形態の定着装置では、加圧ローラ2とベルト張架部材4との協動により耐熱ベルト3に張力を付与して耐熱ベルト3を張架すると共に、耐熱ベルト3を加熱ローラ1に巻き付け定着ニップを形成して、この定着ニップに未定着トナー像5aを形成したシート材5を通過させて定着する構造になっている。加熱ローラ1と加圧ローラ2の圧接力は10kg以下、ニップ幅は全体として10mm程度で構成すると共に、図示矢印方向に回転可能にしている。
In the fixing device according to this embodiment, the heat-resistant belt 3 is tensioned by the cooperation of the
本実施形態においては、加熱ローラ1の内部に2本の加熱源1aを内蔵しており、このハロゲンランプの発熱エレメントを異なった配置に構成して選択的に点灯すると、後述する耐熱ベルト3が加熱ローラ1に巻き付いた定着ニップ部位とベルト張架部材4が加熱ローラ1に摺動する部位のような、また、幅の広いシート材と幅の狭いシート材とのように異なった条件下での温度コントロールを容易に行うことができる。
In this embodiment, two heating sources 1a are built in the
本来、定着ニップに未定着トナー像5aを形成したシート材5を通過させて定着すると、シート材5は、加熱ローラ1の外周に沿って変形するカール習性が付与されて加熱ローラ1側に巻き付きやすくなるものである。本実施形態によれば、加熱ローラ1および加圧ローラ2の外径を25mm程度の小径に構成しているため、定着後のシート材5が加熱ローラ1または耐熱ベルト3に巻き付くこともなく、シート材5を強制的に剥がすための剥離爪や剥離板などの手段を不要にしている。
Originally, when the sheet material 5 on which the
また、加圧ローラ2において、軸方向端部の外径が中央部より大きい逆クラウン形状になっていると、中央に比べて端部の周速が速くなるため、シート材5が加熱ローラ1と加圧ローラ2との間に形成されるニップ部を通過する際に、両端方向に引っ張る力が作用し、しわの発生を防止することができる。
Further, in the
さらに、加熱ローラ1の表面に被覆した弾性層に比べて硬質な表面を有する加圧ローラ2を加熱ローラ1に対向配置して押圧付勢すると、加熱ローラ1の弾性層が弾性変形して凹み凹状の定着ニップが形成される。加熱ローラ1が凹状の定着ニップが形成されると、シート材上に形成した未定着トナー像を定着し定着ニップを通過したシート材5に対し、自らの復帰力(通称これをシート材の腰と称す)と、加熱ローラ1の表面に被覆した弾性層よりも硬質な加圧ローラ2の押圧によって、加熱ローラ1の弾性層をシート材5を加熱ローラ1から離れる方向に弾性変形させ、定着ニップの出口で加熱ローラ1とは反対側にカール習性を付与することができる。
Furthermore, when the
しかも、加圧ローラ2と加熱ローラ1の硬質度バランスと押圧力によって、耐熱ベルト3の移動方向に関して、シート材5に付与されるカール習性の程度を、加熱ローラ1に巻き付くことなく加熱ローラ1から離れる方向に容易に調整可能である。これらにより、定着後のシート材5は、加熱ローラ1、耐熱ベルト3に巻き付くことなく、強制的に剥がすための剥離手段をなくすことができ、極めて安定した画像定着が可能となる。さらに、加熱ローラ1の弾性層1cの表層に約30μmのPFA(ペルオキシ−アルコキシ−フッソ樹脂)層を設ければ、その分だけ剛性が向上すると共に、シート材5、トナーの剥離性をよくすることができる。
In addition, the degree of curl behavior imparted to the sheet material 5 with respect to the moving direction of the heat-resistant belt 3 due to the hardness balance and pressing force of the
耐熱ベルト3は、対向する加熱ローラ1の表層に対する影響やシート材5への両面定着時にトナー像面と接触する影響などを考慮すると、例えばPFAやシリコンなどのゴム質材を表層とするのもよい。ウォーミングアップにより加熱ローラ1が所定の温度まで加熱されると、それに伴って耐熱ベルト3、加圧ローラ2、ベルト張架部材4も所定の温度に上昇して蓄熱される。熱伝導率の高い部材を耐熱ベルト3、加圧ローラ2、ベルト張架部材4に用いると、シート材5上のトナー像の定着により、耐熱ベルト3が定着ニップでシート材5に奪われた熱を加圧ローラ2、ベルト張架部材4から耐熱ベルト3に効率よく戻すことができるので、特に、連続して複数枚のシート材5を通し定着を行う場合に耐熱ベルト3の温度低下を抑えることができる。
The heat-resistant belt 3 may be made of a rubber material such as PFA or silicon, for example, in consideration of the influence on the surface layer of the
ベルト張架部材4は、加熱ローラ1と加圧ローラ2のニップ部よりもシート材5の搬送方向上流側に配設されるとともに、例えば加圧ローラ2の回転軸を中心として加熱ローラ1の回転中心方向に揺動可能に配設されている。ベルト張架部材4は、シート材5が定着ニップを非通過の状態においてシート材5が定着ニップに進入する初期位置で耐熱ベルト3を加熱ローラ1の接線方向に張架する構成にしている。
The
シート材5が定着ニップに進入する初期位置で定着圧力が大きいとシート材5の進入がスムーズに行われなくて、シート材先端が折れた状態で定着される場合があるが、耐熱ベルト3をベルト張架部材4によりシート材5の搬送方向上流側で加熱ローラ1の接線方向に張架する構成にすると、シート材5の進入がスムーズに成される導入口部が形成でき、安定したシート材5の進入を可能にする。また、シート材5が定着ニップから排出する終了位置で定着圧力が大きいと、シート材5が進入して定着ニップで加熱されてから終了位置で最後に大きい定着圧力が加えられるので、安定した定着が実現できると共に、加熱ローラ1側が凹状になり曲率が大きくなるため、シート材5が加熱ローラ1に巻き付きにくく、加熱ローラ1から剥離しやすくなる。
If the fixing pressure is large at the initial position where the sheet material 5 enters the fixing nip, the sheet material 5 may not enter smoothly and may be fixed with the leading edge of the sheet material broken. When the
ベルト張架部材4が、非通紙時には加熱ローラ1を押圧せず、通紙時にのみ加熱ローラ1を押圧する構造にすると、非通紙時にはベルト3とベルト張架部材4との間にギャップが形成され、そのギャップが断熱層となって加熱ローラ1からベルト3を介して奪い取る熱量を小さくすることができるため、ウォーミングアップ時間を短縮することができる。そして、シート材5が定着ニップを通過する時、ベルト3とベルト張架部材4との間のギャップがなくなり、シート材5が定着ニップ部においてベルト3に押圧され、加熱ローラ1に押圧されることにより、安定した定着が可能になる。このとき、押圧力を所望の圧力に調整すると、適正な定着を達成することができる。
If the
ベルト張架部材4はまた、両端に突設され一体的に形成された突壁4aを有する。突壁4aは、通紙領域外において加熱ローラ1の外周面に当接する当接部を有し、加熱ローラ1の両端部から熱を逃がして端部温度上昇を防ぐ温度ならし部材として働き、また、耐熱ベルト3が摺動するベルト張架部材4の摺動面と加熱ローラ1との間のギャップを調整するギャップ調整部材として働き、あるいは、耐熱ベルト3が一方に寄った場合にこの突壁4aに当接して耐熱ベルト3の寄り規制を行い蛇行を防止するベルト蛇行防止手段として働くものである。ベルト張架部材4は、突壁4aの加熱ローラ1と反対側端部のフレームとの間にスプリング9が配設され、スプリング9により加熱ローラ1に軽押圧され、加熱ローラ1に摺接して位置決めされる。
The
さらに、ベルト張架部材4は、耐熱ベルト3の内周に嵌挿して加圧ローラ2と協働して耐熱ベルト3に張力を付与すると共に、耐熱ベルト3を加熱ローラ1に巻き付けてニップを形成する位置に配置した、略半月状のベルト摺動部材(耐熱ベルト3はベルト張架部材4上を摺動する)としている。ベルト摺動部材4の構成は、熱伝導性に優れたアルミニューム合金などの金属製であっても良いが、好ましくはウォーミングアップ時間の短縮の観点から熱伝導性に優れたプラスチック製で構成するのがよく、さらに好ましい条件としては、このプラスチック製のベルト摺動部材の表面に熱伝導性を向上させる目的で銅メッキやニッケルメッキあるいは蒸着などの金属被覆処理を施し、また、軸方向長さを加熱ローラ1の弾性層被覆部の軸方向長さより短くすると、小さな熱容量のもとで熱応答性に優れた特性をさらに発揮させることができる。
Further, the
図3はクラウン形状のローラニップに適用される本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図、図4は全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にした本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図、図5は逆クラウン形状のローラニップに適用して全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にした本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図、図6はストレート形状のローラニップに適用して全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にした本発明に係る定着装置の他の実施の形態を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the fixing device according to the present invention applied to a crown-shaped roller nip. FIG. 4 is a diagram illustrating the present invention in which the entire nip width is substantially the same at the central portion and the end portion in the axial direction. FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the fixing device according to the present invention. FIG. 5 shows another embodiment of the fixing device according to the present invention which is applied to a reverse crown-shaped roller nip so that the entire nip width is substantially the same at the central portion and the end portion in the axial direction. FIG. 6 illustrates another embodiment of the fixing device according to the present invention, which is applied to a straight roller nip, and the entire nip width is substantially the same at the central portion and the end portion in the axial direction. It is a figure to do.
上記実施形態は、加熱ローラ1と加圧ローラ2との間で形成されるローラニップが逆クラウン形状の場合であるが、ローラニップがクラウン形状の場合には、図3に示すようにローラニップとのギャップ部が軸方向中央部と端部で略同一となるように、加熱ローラ1とベルト張架部材4との間で形成される張架部材ニップを端部に対し中央部が凹む形状にベルト張架部材4の加熱ローラ1への接触面におけるエッジが形成される。
In the above embodiment, the roller nip formed between the
ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一とすることにより、ギャップ部で搬送されるシート材の姿勢が不安定になることもなく、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラがなくなるが、ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にすると共に、さらに全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にすると、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラをよりなくすことができ、グロスや定着性が均一となって安定した印字が得られる。 By making the length of the gap between the roller nip and the stretch member nip substantially the same at the center and the end in the axial direction, the orientation of the sheet material conveyed in the gap does not become unstable, and the shaft Although the unevenness of heat transfer to the toner is eliminated at the center and end in the direction, the length of the gap between the roller nip and the stretch member nip is substantially the same at the center and end in the axial direction. If the width is substantially the same at the center and end in the axial direction, unevenness in heat transfer to the toner can be eliminated at the center and end in the axial direction, and gloss and fixing properties are uniform and stable printing can be achieved. can get.
クラウン形状のローラニップに対応してベルト張架部材4を加熱ローラ当接面が逆クラウン形状になるように形成し、ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にすると共に、さらに全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にする実施形態を示したのが図4であり、逆クラウン形状のローラニップに対応してベルト張架部材4を加熱ローラ当接面がクラウン形状になるように形成し、ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にすると共に、さらに全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にする実施形態を示したのが図5、ストレート形状のローラニップに対応してベルト張架部材4を加熱ローラ当接面もストレート形状になるように形成し、ローラニップと張架部材ニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にすると共に、さらに全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にする実施形態を示したのが図6である。
Corresponding to the crown-shaped roller nip, the
上記実施形態によれば、張架部材ニップとローラニップとの間のギャップの長さを軸方向中央部と端部で略同一にしたことにより、シート材5の搬送姿勢が安定化され、さらに、張架部材ニップとローラニップからなる全ニップ幅を軸方向中央部と端部で略同一にしたことにより、軸方向中央部と端部でトナーへの伝熱のムラがなくなり、グロスや定着性が均一となって安定した印字が得られる。 According to the above embodiment, the length of the gap between the stretching member nip and the roller nip is made substantially the same at the center and the end in the axial direction, whereby the conveying posture of the sheet material 5 is stabilized, By making the entire nip width consisting of the tension member nip and roller nip substantially the same at the axial center and end, there is no unevenness in heat transfer to the toner at the axial center and end, and gloss and fixability are improved. Uniform and stable printing can be obtained.
図7は本発明に係る画像形成装置の1実施形態を示す全体構成の模式的断面図である。図中、10は画像形成装置、10aはハウジング、10bは扉体、11は紙搬送ユニット、15はクリーニング手段、17は像担持体、18は画像転写搬送手段、20は現像手段、21はスキャナ手段、30は給紙ユニット、40は定着手段、Wは露光ユニット、Dは画像形成ユニットを示す。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the overall configuration showing an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. In the figure, 10 is an image forming apparatus, 10a is a housing, 10b is a door, 11 is a paper transport unit, 15 is a cleaning means, 17 is an image carrier, 18 is an image transfer transport means, 20 is a developing means, and 21 is a scanner. Means, 30 is a paper feeding unit, 40 is fixing means, W is an exposure unit, and D is an image forming unit.
図7において、画像形成装置10は、ハウジング10aと、ハウジング10aの上部に形成された排紙トレイ10cと、ハウジング10aの前面に開閉自在に装着された扉体10bを有し、ハウジング10a内には、露光ユニット(露光手段)W、画像形成ユニットD、画像転写搬送手段18を有する転写ベルトユニット29、給紙ユニット30が配設され、扉体10b内には紙搬送ユニット11が配設されている。各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。
In FIG. 7, the
画像形成ユニットDは、複数(本実施形態では4つ)の異なる色の画像を形成する画像形成ステーションY(イエロー用),M(マゼンタ用),C(シアン用),K(ブラック用)を備えている。そして、各画像形成ステーションY,M,C,Kには、それぞれ、感光ドラムからなる像担持体17と、像担持体17の周囲に配設された、コロナ帯電手段からなる帯電手段19および現像手段20を有する。これら各画像形成ステーションY,M,C,Kは、転写ベルトユニット29の下側に斜めアーチ状のラインに沿って像担持体17が上向きになるように並列配置されている。なお、各画像形成ステーションY,M,C,Kの配置順序は任意である。
The image forming unit D includes image forming stations Y (for yellow), M (for magenta), C (for cyan), and K (for black) that form a plurality (four in this embodiment) of different color images. I have. In each of the image forming stations Y, M, C, and K, an image carrier 17 that is a photosensitive drum, a charging unit 19 that is a corona charging unit and a developing unit that are disposed around the image carrier 17 are provided. Means 20 are included. These image forming stations Y, M, C, and K are arranged in parallel on the lower side of the
転写ベルトユニット29は、ハウジング10aの下側に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ12と、駆動ローラ12の斜め上方に配設される従動ローラ13と、テンションローラ14と、これら3本、少なくとも2本のローラ間に張架されて図示矢印方向へ循環駆動される中間転写ベルトからなる画像転写搬送手段18と、画像転写搬送手段18の表面に当接するクリーニング手段15とを備えている。従動ローラ13、テンションローラ14および画像転写搬送手段18は、駆動ローラ12に対して図で左側に傾斜する方向に配設され、これにより画像転写搬送手段18駆動時のベルト搬送方向が下向きになるベルト面18aが下方に位置し、搬送方向が上向きになるベルト面18bが上方に位置するようにされている。
The
したがって、各画像形成ステーションY,M,C,Kも駆動ローラ12に対して図で左側に傾斜する方向に配設されることになる。そして、像担持体17は、アーチ状のラインに沿って画像転写搬送手段18の搬送方向下向きのベルト面18aに接触され、図示矢印に示すように画像転写搬送手段18の搬送方向に回転駆動される。可撓性を有する無端スリーブ状の画像転写搬送手段18は、像担持体17に対して上側から被せるように略同一の巻き付け角度で接触させるため、像担持体17と画像転写搬送手段18との間の接触圧やニップ幅は、テンションローラ14により画像転写搬送手段18に付与される張力、像担持体17の配置間隔、巻き付け角度(アーチの曲率)などを制御することにより調整することができる。
Accordingly, the image forming stations Y, M, C, and K are also arranged in a direction inclined to the left in the drawing with respect to the driving
駆動ローラ12は、2次転写ローラ39のバックアップローラを兼ねている。駆動ローラ12の周面には、例えば厚さ3mm程度、体積抵抗率が105 Ω・cm以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、2次転写ローラ39を介して供給される2次転写バイアスの導電経路としている。このように駆動ローラ12に高摩擦かつ衝撃吸収性を有するゴム層を設けることにより、2次転写部へシート材が進入する際の衝撃が画像転写搬送手段18に伝達しにくく、画質の劣化を防止することができる。また、駆動ローラ12は、その径を従動ローラ13、バックアップローラ14の径より小さくすることにより、2次転写後のシート材がシート材自身の弾性力で剥離し易くすることができる。また、従動ローラ13を後述するクリーニング手段15のバックアップローラとして兼用させている。
The
なお、画像転写搬送手段18を駆動ローラ12に対して図で右側に傾斜する方向に配設し、これに対応して各画像形成ステーションY,M,C,Kも駆動ローラ12に対して図で右側に傾斜する方向に斜めアーチ状に沿って配設してもよい。
Note that the image
クリーニング手段15は、搬送方向下向きのベルト面18a側に設けられ、二次転写後に画像転写搬送手段18の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード15aと、回収したトナーを搬送するトナー搬送部材15bを備えている。クリーニングブレード15aは、従動ローラ13への画像転写搬送手段18の巻きかけ部において画像転写搬送手段18に当接されている。また、画像転写搬送手段18の裏面には、後述する各画像形成ステーションY,M,C,Kの像担持体17に対向して1次転写部材16が当接され、1次転写部材16には転写バイアスが印加されている。
The
露光手段Wは、斜め方向に配設された画像形成ユニットDの斜め下方に形成された空間に配設されている。また、露光手段Wの下部でハウジング10aの底部には給紙ユニット30が配設されている。露光手段Wは、全体がケースに収納され、ケースは、搬送方向下向きのベルト面の斜め下方に形成される空間に配設されている。ケースの底部には、ポリゴンミラーモータ21a、ポリゴンミラー(回転多面鏡)21bからなる単一のスキャナ手段21を水平に配設されるとともに、各色の画像信号により変調される複数のレーザ光源23からのレーザビームをポリゴンミラー21bで反射させ各像担持体上に偏向走査する光学系Bには、単一のf−θレンズ22および各色の走査光路が像担持体17にそれぞれ非平行になって折り返すように複数の反射ミラー24が配設されている。
The exposure means W is disposed in a space formed obliquely below the image forming unit D disposed in the oblique direction. A
上記構成からなる露光手段Wにおいては、ポリゴンミラー21bから各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、f−θレンズ22、反射ミラー24を経て、各画像形成ステーションY,M,C,Kの像担持体17に照射され、潜像が形成される。反射ミラー24を設けることにより走査光路を屈曲させ、ケースの高さを低くすることが可能となり光学系のコンパクト化が可能となる。しかも、各画像形成ステーションY,M,C,Kの像担持体17への走査光路長は同一の長さになるように反射ミラー24が配置されている。このように各画像形成ユニットDに対する露光手段Wのポリゴンミラー21bから像担持体17までの光路の長さ(光路長)が略同一の長さになるように構成することにより、各光路で走査された光ビームの走査幅も略同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。したがって、レーザ光源は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なった色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるため副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成できる。
In the exposure means W configured as described above, an image signal corresponding to each color is emitted from the
また、本実施形態においては、装置下方に走査光学系を配置することにより、画像形成手段の駆動系が装置を支持するフレームへ与える振動による走査光学系の振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。とくに、スキャナ手段21をケースの底部に配置することにより、ポリゴンモータ21a自身がケース全体に与える振動を最小限にすることができ、画質の劣化を防止することができる。また、振動源であるポリゴンモータ21aの数を一つにすることによりケース全体に与える振動を最小限にすることができる。
Further, in this embodiment, by arranging the scanning optical system below the apparatus, the vibration of the scanning optical system due to the vibration that the drive system of the image forming means gives to the frame that supports the apparatus can be minimized. Degradation of image quality can be prevented. In particular, by arranging the scanner means 21 at the bottom of the case, the vibration that the
給紙ユニット30は、シート材が積層保持されている給紙カセット35と、給紙カセット35からシート材を一枚ずつ給送するピックアップローラ36を備えている。紙搬送ユニット11は、二次転写部へのシート材の給紙タイミングを規定するゲートローラ対37(一方のローラはハウジング10a側に設けられている)と、駆動ローラ12および画像転写搬送手段18に圧接される二次転写手段としての二次転写ローラ39と、主記録媒体搬送路38と、定着手段40と、排紙ローラ対41と、両面プリント用搬送路42を備えている。
The
シート材に2次転写された2次画像(未定着トナー像)は、定着手段40の形成するニップ部で所定の温度で定着される。本例においては、転写ベルトの搬送方向上向きのベルト面18bの斜め上方に形成される空間、換言すれば、転写ベルトに対して画像形成ステーションと反対側の空間に定着手段40を配設することが可能になり、露光手段W、画像転写搬送手段18、画像形成手段への熱伝達を低減することができ、各色の色ずれ補正動作を行う頻度を少なくすることができる。特に、露光手段Wは、定着手段40から最も離れた位置にあり、走査光学系部品の熱による変位を最小限にすることができ、色ズレを防ぐことができる。 本実施形態においては、画像転写搬送手段18を駆動ローラ12に対して傾斜する方向に配設しているため、図で右側空間に広いスペースが生じその空間に定着手段40を配設することができ、コンパクト化を実現することができると共に、定着手段40で発生する熱が、左側に位置する露光ユニットW、画像転写搬送手段18および各画像形成ステーションY,M,C,Kへ伝達されるのを防止することができる。また、画像形成ユニットDの左側下部の空間に露光ユニットWを配置することができるため、画像形成手段の駆動系がハウジング10aへ与える振動による、露光ユニットWの走査光学系の振動を最小限に抑えることができ、画質の劣化を防止することができる。
The secondary image (unfixed toner image) secondarily transferred to the sheet material is fixed at a predetermined temperature at the nip portion formed by the fixing
また、クリーニング手段を設置しないことに伴い、帯電手段としてはコロナ帯電手段19を採用している。帯電手段がローラである場合は、微量ではあるが像担持体17上に存在する1次転写残りトナーがローラ上に堆積して帯電不良が発生するが、非接触帯電手段であるコロナ帯電手段19はトナーが付着しにくく、帯電不良の発生を防ぐことができる。 Further, the corona charging means 19 is adopted as the charging means in accordance with the absence of the cleaning means. When the charging unit is a roller, a small amount of primary transfer residual toner existing on the image carrier 17 accumulates on the roller to cause a charging failure, but the corona charging unit 19 which is a non-contact charging unit. Can prevent toner from adhering and can prevent charging failure.
また、本実施形態では、中間転写ベルトを画像転写搬送手段18として像担持体17に接触させる構成としたが、表面にシート材を吸着して搬送移動し、該シート材の表面にトナー像を順次重ねて転写して画像を形成搬送するシート材搬送ベルトを画像転写搬送手段18として像担持体17に接触させる構成としてもよい。この場合、画像転写搬送手段18であるシート材搬送ベルトのベルト搬送方向が像担持体17に接触する下面で逆方向の上向きになる。
Further, in this embodiment, the intermediate transfer belt is configured to contact the image carrier 17 as the image
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施形態において、耐熱ベルト3が摺動するベルト張架部材4のベルト摺動面4hと加熱ローラ1との間のギャップGをベルト摺動面4hに対し、突壁4aの加熱ローラ摺接面4gを耐熱ベルト3の厚みより高く、かつ耐熱ベルト3の厚みにシート材5の最小厚みを加えた厚みより低くして形成したが、ベルト摺動面4hに対し、突壁4aの加熱ローラ摺接面4gを耐熱ベルト3の厚みにシート材5の最大厚みを加えた厚みより高くして形成してもよい。また、突壁4aによりギャップGを形成するように構成したが、ギャップコロを用いて構成してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, the gap G between the belt sliding surface 4h of the
1…加熱ローラ、1a…ハロゲンランプ、1b…ローラ芯金、1c…弾性層、2…加圧ローラ、2b…ローラ芯金、2c…弾性層、3…耐熱ベルト、4…ベルト張架部材、4a…突壁、4−N…加熱ローラ当接面、5…シート材、5a…未定着トナー像、L…押圧部接線
DESCRIPTION OF
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2004
- 2004-03-12 JP JP2004070082A patent/JP2005258109A/en active Pending
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