JP2005283927A - Fixing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置に関し、特に、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することで熱伝達効率を向上させ、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる定着装置に関する。 The present invention relates to a belt-type fixing device mounted on an image forming apparatus, and in particular, by directly heating a fixing belt with a heater, heat transfer efficiency is improved and a warm-up time of the image forming apparatus is greatly shortened. The present invention relates to a fixing device that can perform the above operation.
従来からトナーを用いて画像を形成する電子写真式の画像形成装置がある。このような画像形成装置には、転写したトナ−像を用紙上に定着させるための定着装置が搭載されている。定着装置には2ロール式とベルト式のものがあるが、2ロール式と比較してニップ幅を広く設定することができるとともに、消費電力が少ないというメリットからベルト式の定着装置が注目されている。 Conventionally, there is an electrophotographic image forming apparatus that forms an image using toner. Such an image forming apparatus is equipped with a fixing device for fixing the transferred toner image on a sheet. There are two types of fixing devices, a two-roll type and a belt type, but the belt-type fixing device has attracted attention because of its merit that the nip width can be set wider than the two-roll type and the power consumption is low. Yes.
従来のベルト式の定着装置として、例えば、特開平5−165357号では、図7に示すように、ヒートローラ101と支持ロ−ラ102により回動自在に支持された無端状の定着ベルト103を備え、該定着ベルト103とプレスローラ104との間を転写紙が通過することにより、転写紙上にトナ−像を加熱定着する定着装置において、使用する転写紙の種類に応じて支持ローラ102の位置を移動させ、定着ベルト103とプレスローラ104の接触幅を変化させる構成の定着装置100が提案されている。
As a conventional belt-type fixing device, for example, in JP-A-5-165357, an
このような構成によれば、様々な厚さの紙に対応した最適なニップ幅を選択することができ、転写紙の種類に応じて定着条件が選択できる。 According to such a configuration, it is possible to select an optimum nip width corresponding to paper having various thicknesses, and it is possible to select fixing conditions according to the type of transfer paper.
また、特開2003−5266号では、図8に示すように、定着ローラ201と、ヒートローラ202と、両ローラに張架された定着ベルト203と、該定着ベルト203の外周面に接触してニップを形成するプレスローラ204を備えたベルト定着装置において、定着ベルト203を介して定着ローラ201とプレスローラ204により形成されるニップの出口分離部に対応した位置であって定着ベルト203の内側に、出口分離部面を曲率の大きな形状部とした固定部材205を備えた構成の定着装置200が提案されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-5266, as shown in FIG. 8, the
このような構成によれば、分離部の曲率半径を小さくして分離性能の向上を図り、オイル塗布や分離爪、分離ガイド板等の分離手段を用いることなく、定着後の記録紙の自己分離、即ちセルフストリッピングが可能となる。
しかし、上述した従来の定着装置100,200では、いずれもヒートローラ101,202の内部にヒータ101a,202aを配設した構成となっており、該ヒータ101a,202aによってヒートローラ101,202を加熱することにより、該ヒートローラ101,202に巻装した定着ベルト103,203を熱伝導で間接的に加熱する構成になっていた。
However, in the
このため、上述した従来の定着装置100,200では、ヒータ101a,202aの熱が、定着ベルト103,203を加熱する過程でヒートローラ101,202に奪われてしまい、熱伝達効率が悪く、画像形成装置を電源ONにしてからのウォームアップ時間が長いという問題があった。
For this reason, in the
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することで熱伝達効率を向上させ、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる定着装置の提供を目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a fixing device capable of improving the heat transfer efficiency by directly heating the fixing belt with a heater and greatly shortening the warm-up time of the image forming apparatus. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、画像形成装置に搭載されるベルト式の定着装置において、両端側を保持した筒状の定着ベルトの筒内にヒータを配設し、該ヒータからの放射熱により前記定着ベルトを直接加熱する構成としてある。 In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention is a belt-type fixing device mounted on an image forming apparatus, in which a heater is provided in a cylinder of a cylindrical fixing belt that holds both ends, The fixing belt is directly heated by radiant heat from the heater.
好ましくは、前記定着ベルト及びヒータの保持手段として、前記定着ベルトとの当接面を有する長尺状のニップ形成部材と、該ニップ形成部材の両端に取り付けられ、前記ヒータの端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部に、前記定着ベルトの端側を保持するための環状リブを突設した一対のベルトカラーとを備えた構成とする。 Preferably, the holding means for the fixing belt and the heater is a long nip forming member having a contact surface with the fixing belt, attached to both ends of the nip forming member, and holds the end side of the heater. And a pair of belt collars provided with annular ribs for projecting the end side of the fixing belt.
好ましくは、前記定着ベルトを、筒状のNi電鋳ベルトにより形成するとともに、該Ni電鋳ベルトの筒内面を黒色塗装した構成、又は、前記定着ベルトの筒内に前記ヒータの放射熱を反射する鏡面部材を設けた構成とする。 Preferably, the fixing belt is formed of a cylindrical Ni electroformed belt, and the inner surface of the Ni electroformed belt is painted black, or the radiant heat of the heater is reflected in the cylinder of the fixing belt. It is set as the structure which provided the mirror surface member to perform.
より好ましくは、駆動手段によって回転し、前記定着ベルトに圧接して該定着ベルトを従動させる無端状のプレスベルトと、該プレスベルトの内側に配設され、該プレスベルトとの当接面を有する他のニップ形成部材とを備えた構成とする。 More preferably, an endless press belt that is rotated by a driving unit and presses the fixing belt to follow the fixing belt, and is disposed inside the press belt, and has a contact surface with the press belt. It is set as the structure provided with the other nip formation member.
上記構成からなる本発明の定着装置によれば、従来のようなヒートローラを介在させることなく、ヒータによって定着ベルトを直接加熱することができるので、該定着ベルトへの熱伝達効率が向上し、画像形成装置のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる。 According to the fixing device of the present invention having the above configuration, since the fixing belt can be directly heated by the heater without interposing a conventional heat roller, the heat transfer efficiency to the fixing belt is improved, The warm-up time of the image forming apparatus can be greatly shortened.
定着ベルト及びヒータの保持手段として、上記のようなニップ形成部材とベルトカラーとを用いた場合は、極めて簡単な構成によって、前記定着ベルトのヒータによる直接加熱を実現することができる。 When the nip forming member and belt collar as described above are used as the fixing belt and heater holding means, direct heating by the heater of the fixing belt can be realized with a very simple configuration.
定着ベルトを、筒状のNi電鋳ベルトの筒内面を黒色塗装した構成とした場合は、ヒータの放射熱を該定着ベルトに効率よく吸収させることができ、該定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上して、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。 When the fixing belt has a configuration in which the cylindrical inner surface of the cylindrical Ni electroformed belt is painted black, the radiant heat of the heater can be efficiently absorbed by the fixing belt, and the heat transfer efficiency of the fixing belt can be further increased. As a result, the warm-up time of the image forming apparatus can be further shortened.
定着ベルトの筒内にヒータの放射熱を反射する鏡面部材を設けた場合は、該ヒータの放射熱を前記定着ベルトの筒内面に無駄なく伝達させることができ、上記黒色塗装と相まって、前記定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。 When a mirror member that reflects the radiant heat of the heater is provided in the cylinder of the fixing belt, the radiant heat of the heater can be transmitted to the inner surface of the cylinder of the fixing belt without waste. The heat transfer efficiency of the belt is further improved, and the warm-up time of the image forming apparatus can be further shortened.
前記定着ベルトに圧接してニップを形成するプレス側をプレスベルトとした場合は、従来のプレスローラと比較して、プレス側に奪われる熱を大幅に低減させることができ、前記定着ベルトの熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。 When the press side that presses against the fixing belt to form a nip is a press belt, compared to a conventional press roller, the heat deprived to the press side can be greatly reduced, and the heat of the fixing belt can be reduced. The transmission efficiency is further improved, and the warm-up time of the image forming apparatus can be further shortened.
以下、本発明の実施形態に係る定着装置について説明する。まず、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置(プリンタ)について図1を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の内部構成を説明する断面図である。同図において、画像形成装置1は、電子写真式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部2、中間転写ベルトユニット3、給紙部4、及び両面印刷用搬送ユニット5で構成してある。
Hereinafter, a fixing device according to an embodiment of the present invention will be described. First, an image forming apparatus (printer) equipped with a fixing device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the internal configuration of an image forming apparatus equipped with a fixing device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an image forming apparatus 1 is an electrophotographic tandem color image forming apparatus, and includes an
画像形成部2は、同図の右から左へ4個の画像形成ユニット2M,2C,2Y,2Kを多段式に並設した構成からなっている。これら画像形成ユニット2M,2C,2Y,2Kのうち上流側(図の右側)の3個の画像形成ユニット2M、2C及び2Yは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット2Kは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック(K)トナーによるモノクロ画像を形成する。
The
上記の各画像形成ユニット2M,2C,2Y,2Kは、トナー容器に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成となっている。したがって、以下ブラック(K)用の画像形成ユニット2Kを例にしてその構成を説明する。
Each of the
画像形成ユニット2Kは、最下部に感光体ドラム21を備えている。この感光体ドラム21の周面は、例えば、有機光導電性材料で構成してある。該感光体ドラム21の周面近傍を取り巻いて、クリーナ22、帯電器23、光書込ヘッド24、及び現像器25の現像ローラ26が配置してある。なお、光書込ヘッド24は画像形成ユニット2Kと別体としてある。また、画像形成ユニット2Kは、プリンタ1の正面(図面手前)にある図示しない前扉を開けて図面奥行き方向に挿抜可能な構成となっている。
The
現像器25は、上部のトナー容器に同図にはM、C、Y、Kで示すようにマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)、ブラック(K)のいずれかのトナーを収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備え、下部には側面開口部に上述した現像ローラ26を備え、内部にトナー撹拌部材、現像ローラ26にトナーを供給するトナー供給ローラ、現像ローラ13上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。
The developing
中間転写ベルトユニット3は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する転写ベルト31と、該転写ベルト31を図の反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ32と従動ローラ33を備えている。
The intermediate transfer belt unit 3 includes a
上記の転写ベルト31は、トナー像を直接ベルト面に転写(一次転写)されて、そのトナー像を更に用紙に転写(二次転写)すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットと呼んでいる。
The
該中間転写ベルトユニット3は、上記扁平なループ状の転写ベルト31のループ内にベルト位置制御機構34を備えている。ベルト位置制御機構34は、転写ベルト31を介して感光体ドラム21の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ35を備えている。
The intermediate transfer belt unit 3 includes a belt
ベルト位置制御機構34は、マゼンタ(M)、シアン(C)及びイエロー(Y)の3個の画像形成ユニット2M、2C及び2Yに対応する3個の一次転写ローラ35を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させ、ブラック(K)の画像形成ユニット2Kに対応する1個の一次転写ローラ35を上記3個の一次転写ローラ35の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて転写ベルト31を感光体ドラム21から離接させ、フルカラーモード(4個全部の一次転写ローラ35が転写ベルト31に当接)、モノクロモード(画像形成ユニット2Kに対応する一次転写ローラ35のみが転写ベルト31に当接)、及び全非転写モード(4個全部の一次転写ローラ35が転写ベルト31から離れる)に切換える。
The belt
上記の中間転写ベルトユニット3には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット2Mの更に上流側に、ベルトクリーナユニット36を配置し、下面部のほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器37が着脱自在に配置されている。
In the intermediate transfer belt unit 3, a
給紙部4は、上下2段に配置された2個の給紙カセット41を備え、これら給紙カセット41の給紙口(図の右方)近傍には、それぞれ用紙取出ローラ42、給送ローラ43,捌きローラ44,搬送ローラ対45が配置してある。搬送ローラ対45の用紙搬送方向(図の上鉛直方向)には、転写ベルト31を介して従動ローラ33に圧接する二次転写ローラ46が配設してあり、用紙への二次転写部を形成している。
The paper feed unit 4 includes two
この二次転写部の下流(図では上方)側には、本実施形態に係る定着装置60が配設してあり、これについては後に詳述する。該定着装置60のさらに下流側には、定着後の用紙を定着装置60から搬出する搬出ローラ対47、及び搬出された用紙を装置上面に形成した排紙トレー48に排紙する排紙ローラ対49が配設してある。
A fixing
両面印刷用搬送ユニット5は、上記搬出ローラ対47と排紙ローラ対49との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路51a、これから下方に曲がる中間返送路51b、さらに上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路51c、及びこれらの返送路の途中に配置された3組の返送ローラ対52a,52b,52cを備えている。上記終端返送路51cの出口には、本体装置内部側に搬入ローラ対53が配設してある。
The duplex printing conveyance unit 5 includes a
次に、上記画像形成装置に搭載した本発明の第1実施形態に係る定着装置について図2〜図4を参照しつつ説明する。図2は本発明の第1実施形態に係る定着装置を示す斜視図であり、図3は図2の本定着装置から定着ベルトを取り除いた状態を示す斜視図である。図4は図2の本定着装置の断面図である。 Next, the fixing device according to the first embodiment of the present invention mounted on the image forming apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing the fixing device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a state where the fixing belt is removed from the fixing device of FIG. 4 is a cross-sectional view of the fixing device of FIG.
これら図面において、本実施形態の定着装置60は、主として、定着ベルト61と、ハロゲンヒータ(ヒータ)62と、ニップ形成部材63と、一対のベルトカラー64,64及びプレスローラ65とで構成してある。
In these drawings, the fixing
定着ベルト61は、円筒状にした厚さ0.2mmの電鋳ベルトの表層にシリコンゴムを200μコーティングした構成となっている。また、該定着ベルト61の筒内面には、黒色塗装61aが施してあり、ハロゲンヒータ62の放射熱の吸収を良好としている。
The fixing
ハロゲンヒータ62は、定着ベルト61の横幅よりも若干長い円管状のハロゲンランプからなり、投入電力のほとんどを赤外線(熱)に変換して放射するクリーンで安全、小型軽量な熱源である。該ハロゲンヒータ62は、熱容量の小さいフィラメントを熱源としているので、電源ONとほぼ同時に熱の放射を開始することができる。
The
ニップ形成部材63は、熱の吸収が極めて少ない耐熱性の合成樹脂により形成した長尺の板状体であり、その両端に取り付けた各ベルトカラー64とともに、定着ベルト61及びハロゲンヒータ62の保持手段を構成している。該ニップ形成部材63は、定着ベルト61の筒内に配設したときに、該筒内面に当接する当接面63aを有しており、該当接面63aは、プレスローラ65の外周面と同一曲率半径の凹状円弧面となっている。このようなニップ形成部材63は、定着ベルト61を介してプレスローラ65に圧接し、所定幅のニップを形成する。
The
各ベルトカラー64は、ニップ形成部材63と同様、熱の吸収が極めて少ない耐熱性の合成樹脂により形成してあり、ハロゲンヒータ62の端側を保持するための挿通孔を形成したプレート部46aに、定着ベルト61の端側を巻挿保持するための環状リブ64bを突設した構成としてある。
Each
プレスローラ65は、図示しないスプリングにより定着ベルト61側に付勢された円柱状のゴムローラであり、定着ベルト61を介してニップ形成部材63に圧接し、用紙Pに対する所定幅のニップを形成する。また、該プレスローラ65は、図示しないモータ等の駆動手段により回転駆動して定着ベルト61をニップ形成部材63及び各ベルトカラー64に沿って従動させる。
The
このような構成からなる本実施形態の定着装置60によれば、従来のようなヒートローラ101,202(図7及び図8参照)を介在させることなく、ハロゲンヒータ62によって定着ベルト61を直接加熱することができるので、該定着ベルト61への熱伝達効率が向上し、画像形成装置1のウォームアップ時間の大幅な短縮を図ることができる。
According to the fixing
また、定着ベルト61及びヒータ62の保持手段として、上記のようなニップ形成部材63と一対のベルトカラー64,64とを用いることにより、極めて簡単な構成によって前記定着ベルトのヒータによる直接加熱を実現することができる。
Further, by using the
さらに、筒状のNi電鋳ベルトである定着ベルト61の筒内面に黒色塗装61aを施したことにより、ハロゲンヒータ62の放射熱を該定着ベルト61に効率よく吸収させることができ、該定着ベルト61の熱伝達効率がさらに向上して、画像形成装置1のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
Further, the
次に、本発明の第2実施形態に係る定着装置について図5を参照しつつ説明する。図5は本発明の第2実施形態に係る定着装置を示す断面図である。なお、本実施形態の定着装置において、上記第1実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Next, a fixing device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a fixing device according to the second embodiment of the present invention. Note that, in the fixing device of this embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の定着装置60では、定着ベルト61の筒内におけるニップ形成部材63の背面(当接面63aと反対の面)に、ハロゲンヒータ62の放射熱を反射する鏡面部材66を設けた構成としてある。鏡面部材66として、例えば、アルミニウム箔や銀メッキなどの光・熱の反射に優れた金属により、ニップ形成部材63の背面に凸面鏡又は凹面鏡を形成することが考えられる。
In the fixing
このような構成によれば、ハロゲンヒータ62の放射熱を鏡面部材66に反射させることによって、該放射熱を定着ベルト61の筒内面に無駄なく伝達させることができ、該筒内面の黒色塗装61aと相まって、定着ベルト61の熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置1のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
According to such a configuration, by reflecting the radiant heat of the
次に、本発明の第3実施形態に係る定着装置について図6を参照しつつ説明する。図6は本発明の第3実施形態に係る定着装置を示す断面図である。なお、本実施形態の定着装置において、上記第1実施形態と同一箇所については、同一符号を付して詳細な説明は省略する。 Next, a fixing device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view showing a fixing device according to a third embodiment of the present invention. Note that, in the fixing device of this embodiment, the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施形態の定着装置60では、第1及び第2実施形態におけるプレスローラ65の代わりにプレスベルト71を採用した構成としてある。該プレスベルト71は、定着ベルト61の横幅とほぼ同じ寸法の無端状ベルトであり、その裏面両端縁には、タイミングベルト類似の駆動力伝達用の噛合部71aが一体成形により突設してある。このようなプレスベルト71の材料としては、断熱性,耐熱性,摺動性,高強度,高靭性等に優れたポリイミドが好ましい。
The fixing
また、プレスベルト71の内側には、上部にニップ形成部材72を配設するとともに、下部前後にそれぞれ一対のベルトプーリ73,73を対向配置してあり、プレスベルト71のループは、ニップ形成部材72を頂点とする略三角形状を呈している。
Further, inside the
ニップ形成部材72は、定着ベルト61内に配設したニップ形成部材63の当接面63aと同一曲率半径の凸状円弧面の当接面72aを有しており、定着ベルト61を介してニップ形成部材63と圧接することにより、用紙Pに対する所定幅のニップを形成する。
The
各ベルトプーリ73には、プレスベルト71の噛合部71aに対応する噛合部73aがそれぞれ形成してあり、図示しない駆動手段の駆動力を伝達して、プレスベルト71をニップ形成部材72の当接面72aに摺動させつつ回転駆動させる。また、用紙Pの排紙側(図中矢印参照)に配置したベルトプーリ73のみを該排紙側に付勢することにより、プレスベルト71が撓まないようにしてある。
Each
このような構成によれば、定着ベルト61に圧接してニップを形成するプレス側を薄肉のプレスベルト71としたことにより、第1及び第2実施形態のプレスローラ65(図4及び図5参照)と比較して、プレス側に奪われる熱を大幅に低減させることができ、定着ベルト61の熱伝達効率がさらに向上し、画像形成装置1のウォームアップ時間をより短縮することが可能となる。
According to such a configuration, the press roller 65 (see FIGS. 4 and 5) according to the first and second embodiments is formed by using the
なお、本発明の定着装置は上述した第1〜第3実施形態に限定されるものではない。例えば、定着ベルト61の保持手段は、上述したニップ形成部材63と一対のベルトカラー64,64とに限らず、定着ベルト61を回転可能に保持することができるとともに、該定着ベルト61の筒内にハロゲンヒータ62を保持することができ、かつ、プレス側とのニップ形成が可能であれば、他の構成に変更してもよい。
The fixing device of the present invention is not limited to the above-described first to third embodiments. For example, the fixing means of the fixing
1 画像形成装置(プリンタ)
2 画像形成部
2M,2C,2Y,2K 画像形成ユニット
21 感光体ドラム
22 クリーナ
23 帯電器
24 光書込ヘッド
25 現像器
26 現像ローラ
3 中間転写ベルトユニット
31 転写ベルト
32 駆動ローラ
33 従動ローラ
34 ベルト位置制御機構
35 一次転写ローラ
36 ベルトクリーナユニット
37 廃トナー回収容器
4 給紙部
41 給紙カセット
42 用紙取出ローラ
43 給送ローラ
44 捌きローラ
45 搬送ローラ対
46 二次転写ローラ
47 搬出ローラ対
48 排紙トレー
49 排紙ローラ対
5 両面印刷用搬送ユニット
51a 開始返送路
51b 中間返送路
51c 終端返送路
52a,52b,52c 返送ローラ対
53 搬入ローラ対
60 定着装置
61 定着ベルト(Ni電鋳ベルト)
61a 黒色塗装
62 ハロゲンヒータ(ヒータ)
63 ニップ形成部材
63a 当接面
64 ベルトカラー
64a プレート部
64b 環状リブ
65 プレスローラ
66 鏡面部材
71 プレスベルト
72 ニップ形成部材
72a 当接面
73 ベルトプーリ
73a 噛合部
1 Image forming device (printer)
2
63
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