JP2007147905A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関し、より詳しくは回動可能なベルト部材を備えた定着装置等に関する。 The present invention relates to a fixing device used in an image forming apparatus using, for example, an electrophotographic method, and more particularly to a fixing device including a rotatable belt member.
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、一般に、一定速度で回転する感光体ドラムの表面が帯電器によって一様に帯電された後、画像情報に基づいて制御されたレーザ光が走査露光され、静電潜像が形成される。感光体ドラム上に形成された静電潜像は、現像器により現像され、現像されたトナー像は記録紙上に静電転写される。そして、定着装置によってトナー像が記録紙に定着され、画像が形成される。 In an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic method, generally, a surface of a photosensitive drum rotating at a constant speed is uniformly charged by a charger, and then a laser controlled based on image information. Light is scanned and exposed to form an electrostatic latent image. The electrostatic latent image formed on the photosensitive drum is developed by a developing device, and the developed toner image is electrostatically transferred onto the recording paper. Then, the toner image is fixed on the recording paper by the fixing device, and an image is formed.
かかる画像形成装置に用いられる定着装置としては、2ロール方式と呼ばれる構成が従来より広く一般に利用されている。この2ロール方式の定着装置は、内部に加熱源(ヒータ)が配設された円筒状の芯金の表面に、耐熱性弾性層と離型層とが積層されて形成された定着ロールと、芯金に耐熱性弾性層と耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層とが積層されて形成された加圧ロールとが互いに圧接されて構成されている。そして、定着ロールと加圧ロールとの圧接領域(ニップ部)に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させ、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことにより、トナー像を定着している。 As a fixing device used in such an image forming apparatus, a configuration called a two-roll system has been widely used in general. This two-roll type fixing device includes a fixing roll formed by laminating a heat-resistant elastic layer and a release layer on the surface of a cylindrical core bar in which a heating source (heater) is disposed; A pressure roll formed by laminating a heat-resistant elastic layer and a release layer made of a heat-resistant resin film or a heat-resistant rubber film on a metal core is configured to be in pressure contact with each other. Then, the recording paper carrying the unfixed toner image is passed through the pressure contact area (nip portion) between the fixing roll and the pressure roll, and the toner image is heated and pressed against the unfixed toner image. Is firmly established.
ところで、近年、画像形成装置では、高生産性化やカラー化が急速に進展するとともに、両面印刷機構を備えたものも多く開発されている。さらには、今後も画像形成装置の高速化は加速していくものと予想される。そのため、画像形成装置に搭載される定着装置においても、高速化への対応を一段と進める必要性が高まっている。
ところが、従来の2ロール方式の定着装置は、高速で連続して送られてくる多数枚の記録紙に対しては、充分な定着処理を行うことが困難であるという問題を有している。すなわち、2ロール方式の定着装置においては、定着ロールを構成する芯金や芯金に被覆されたシリコーンゴム等からなる弾性層等が熱的抵抗体として作用する。そのため、2ロール方式の定着装置では、記録紙が定着ロールの表面から奪う熱量に対応した熱量を、定着ロールの内部に配置したヒータから即応的に、かつ充分に供給することが構造的に難しい。
その結果、2ロール方式の定着装置に高速で連続して記録紙が送られると、定着ロールの表面温度が漸次低下し、次第に定着性能が低下するという不都合が生じる。また、画像形成装置の立ち上がり時において、定着ロールの表面温度が一時的に落ち込む所謂「温度ドループ現象」が発生し易くなる。特に、記録紙として熱容量の大きい厚紙等が使用される場合には、定着ロールの表面から奪われる熱量が大きくなるので、定着性能の低下や温度ドループが大きくなり、定着不良に基づく画像品質の劣化を生じさせることとなる。
By the way, in recent years, as image forming apparatuses are rapidly increasing in productivity and color, many apparatuses having a double-sided printing mechanism have been developed. Furthermore, it is expected that the speeding up of the image forming apparatus will accelerate in the future. For this reason, there is an increasing need to further cope with higher speeds in the fixing device mounted in the image forming apparatus.
However, the conventional two-roll type fixing device has a problem that it is difficult to perform a sufficient fixing process on a large number of recording sheets continuously fed at a high speed. That is, in the two-roll type fixing device, a core metal constituting the fixing roll, an elastic layer made of silicone rubber coated on the core metal, or the like acts as a thermal resistor. Therefore, in the two-roll type fixing device, it is structurally difficult to supply the heat corresponding to the amount of heat taken by the recording paper from the surface of the fixing roll promptly and sufficiently from the heater arranged inside the fixing roll. .
As a result, when the recording paper is continuously fed to the two-roll type fixing device at a high speed, the surface temperature of the fixing roll gradually decreases and the fixing performance gradually decreases. In addition, when the image forming apparatus starts up, a so-called “temperature droop phenomenon” in which the surface temperature of the fixing roll temporarily drops tends to occur. In particular, when thick paper with a large heat capacity is used as recording paper, the amount of heat taken away from the surface of the fixing roll increases, so that the fixing performance decreases and the temperature droop increases, resulting in image quality deterioration due to poor fixing. Will be generated.
かかる状況から、2ロール方式の定着装置を用いた場合に生じる上記した問題点を解消し、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現する技術が開発されている。例えば、記録紙を加熱する加熱部材が、複数の張架ロールによって張架されたフィルム状のベルト部材(定着ベルト)で構成された定着装置に関する技術が存在する(例えば、特許文献1参照)。
このような定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部に進入する前に予め張架ロール内に配設されたヒータによって定着ベルトを充分に加熱しておき、ニップ部においては加熱された定着ベルトから記録紙およびトナー像に熱を加えることでトナー像を定着している。そのため、定着ベルトが定着処理の間に記録紙によって熱を奪われても、定着ベルト自体の熱容量が小さいことから、定着ベルトは張架ロール内のヒータにより短時間で所定の定着可能温度まで回復させることが可能である。それにより、加熱部材として定着ベルトを用いた定着装置では、ニップ部内に進入する際の定着ベルトの温度を所定値に維持することが容易となり、画像形成装置が高速化されても、ニップ部に充分な熱量を供給することが可能である。
Under such circumstances, a technique has been developed that solves the above-described problems that occur when a two-roll type fixing device is used, and realizes a fixing device that can cope with higher speed of the image forming apparatus. For example, there is a technique related to a fixing device in which a heating member that heats recording paper is configured by a film-like belt member (fixing belt) stretched by a plurality of stretching rolls (see, for example, Patent Document 1).
In such a fixing device using a fixing belt, the fixing belt is sufficiently heated by a heater provided in advance in the stretching roll before entering the nip portion, and the fixing belt heated in the nip portion is heated. The toner image is fixed by applying heat to the recording paper and the toner image. Therefore, even if the fixing belt is deprived of heat by the recording paper during the fixing process, since the heat capacity of the fixing belt itself is small, the fixing belt is recovered to a predetermined fixing temperature in a short time by the heater in the stretching roll. It is possible to make it. Accordingly, in the fixing device using the fixing belt as the heating member, it becomes easy to maintain the temperature of the fixing belt when entering the nip portion at a predetermined value, and even if the image forming apparatus is speeded up, It is possible to supply a sufficient amount of heat.
しかし、定着ベルトを用いた定着装置においても、記録紙の表面にはトナー像が担持されているため、定着ベルトの熱によってトナー像が溶融した際に、トナー像が接着剤となって記録紙と定着ベルトとの間に付着力が作用する。そのため、従来の2ロール方式の定着装置と同様に、定着ベルト表面から記録紙を剥離する機構を設ける必要がある。特に、画像形成装置の高速化が図られた場合には、定着装置において一旦剥離不良が生じて紙詰まり(ジャム)が生じると、その影響を受けて損傷する後続の記録紙の枚数も多くなることから、ニップ部を高速で通過した記録紙を定着ベルト側から安定的かつ確実に剥離する必要がある。 However, even in a fixing device using a fixing belt, since a toner image is carried on the surface of the recording paper, when the toner image is melted by the heat of the fixing belt, the toner image becomes an adhesive and becomes a recording paper. Adhesive force acts between the toner and the fixing belt. Therefore, it is necessary to provide a mechanism for peeling the recording paper from the surface of the fixing belt as in the conventional two-roll type fixing device. In particular, when the speed of the image forming apparatus is increased, if a separation failure occurs once in the fixing device and a paper jam occurs, the number of subsequent recording papers damaged by the influence increases. For this reason, it is necessary to stably and reliably peel the recording paper that has passed through the nip portion at a high speed from the fixing belt side.
記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構としては、上記した特許文献1に記載されたように、従来よりニップ部の下流側に定着ベルトに当接して分離爪を配設する構成が用いられている。また、定着ロールと加熱ロールとに張架された定着ベルトに対して加圧ロールが圧接して配設された構成の定着装置においては、ニップ部の出口部(最下流部)に対応した位置の定着ベルトの内側に、かかる出口部における定着ベルトの曲率を大きく設定するための固定部材を設け、定着ベルトの曲率の変化により記録紙を剥離する構成も用いられる(例えば、特許文献2参照)。 As a mechanism for separating the recording paper from the surface of the fixing belt, as described in Patent Document 1 described above, a structure in which a separation claw is disposed in contact with the fixing belt on the downstream side of the nip portion is conventionally used. Yes. In a fixing device having a configuration in which a pressure roll is disposed in pressure contact with a fixing belt stretched between a fixing roll and a heating roll, a position corresponding to an outlet portion (the most downstream portion) of the nip portion A fixing member for setting a large curvature of the fixing belt at the outlet is provided inside the fixing belt, and the recording paper is peeled off by changing the curvature of the fixing belt (see, for example, Patent Document 2). .
しかしながら、定着ベルトを用いた定着装置において、記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構として分離爪を用いる場合には、記録紙を定着ベルト側から安定的に剥離するために、分離爪を定着ベルトに当接させて配設する必要がある。そのために、定着ベルト表面は分離爪によって磨耗され易くなる。そして、定着ベルト表面に分離爪による磨耗が生じると、定着画像上に定着ベルト表面の磨耗痕に対応した定着ムラが発生して画像品質を低下させる場合がある。また、磨耗痕上にオフセットしたトナーが次第に付着堆積して、定着画像上に汚れを生じさせることもある。さらには、定着ベルト表面の磨耗が進んだ場合には、薄層の定着ベルトは最終的に破断に至り、定着装置の機能が損なわれるおそれもある。 However, in the fixing device using the fixing belt, when the separation claw is used as a mechanism for separating the recording paper from the surface of the fixing belt, the separation claw is used to stably peel the recording paper from the fixing belt side. It is necessary to be disposed in contact with the. Therefore, the surface of the fixing belt is easily worn by the separation claw. If wear due to the separation claw occurs on the surface of the fixing belt, fixing unevenness corresponding to the wear mark on the surface of the fixing belt may occur on the fixed image, which may deteriorate the image quality. Further, the offset toner may gradually adhere to and accumulate on the wear scar, causing stain on the fixed image. Further, when the surface of the fixing belt progresses, the thin-layer fixing belt eventually breaks, and the function of the fixing device may be impaired.
また、記録紙を定着ベルト表面から剥離する機構として、ニップ部の出口部に定着ベルトの曲率を大きく形成するための固定部材を設ける場合には、定着ロールと加圧ロールとが圧接されるニップ部の入口部と、固定部材が配設される出口部との間のニップ中間領域においては、定着ベルトは定着ベルトの張力のみによって加圧ロールに圧接されることとなる。そのために、ニップ中間領域でのニップ圧は、比較的低いものとなる。そして、このような低ニップ圧領域において記録紙やトナーが加熱されると、記録紙中の水分が気化して水蒸気となったり、トナー中の空気が熱膨張するなどして、定着ベルトと加圧ロールとの間にエアーギャップ(気泡)が生じることがある。このようなエアーギャップが生じた場合には、ニップ部内に存在する記録紙上のトナーが未だ完全に定着されていない状態にあることから、気泡が動き回って、未定着トナーが乱され易くなる。その結果、定着画像にムラ等の画像不良が発生し、画像品質の低下を招くという大きな問題が生じる。 Further, as a mechanism for peeling the recording paper from the surface of the fixing belt, when a fixing member for forming a large curvature of the fixing belt is provided at the exit portion of the nip portion, a nip where the fixing roll and the pressure roll are pressed against each other is provided. In the nip intermediate region between the inlet portion of the portion and the outlet portion where the fixing member is disposed, the fixing belt is pressed against the pressure roll only by the tension of the fixing belt. For this reason, the nip pressure in the intermediate nip region is relatively low. When the recording paper or toner is heated in such a low nip pressure region, the water in the recording paper is vaporized to become water vapor, or the air in the toner is thermally expanded. An air gap (bubbles) may be formed between the pressure rolls. When such an air gap occurs, since the toner on the recording paper existing in the nip portion is not completely fixed, the bubbles move around and the unfixed toner is easily disturbed. As a result, an image defect such as unevenness occurs in the fixed image, which causes a serious problem that the image quality is deteriorated.
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ベルト部材を用いた定着装置において、記録紙をベルト部材から安定的に分離することにある。
また、他の目的は、画像形成装置の高速化を図った場合においても、高い定着性能を維持することができる定着装置を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been made to solve the technical problems as described above, and an object of the present invention is to stably separate the recording paper from the belt member in the fixing device using the belt member. There is.
Another object of the present invention is to provide a fixing device that can maintain high fixing performance even when the speed of the image forming apparatus is increased.
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回動可能な定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を介して定着ロールを押圧する加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、剥離部材は、異なるニップ圧を形成可能な複数の押圧部材で構成されたことを特徴としている。 For this purpose, the fixing device of the present invention is a fixing device for fixing a toner image carried on a recording material, and includes a rotatable fixing roll, a belt member stretched around the fixing roll, and a belt. A pressure member that presses the fixing roll through the member; and a peeling member that presses the outer surface of the belt member against the pressure member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member. The member is composed of a plurality of pressing members capable of forming different nip pressures.
ここで、剥離部材は、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する第1押圧部材と、第1押圧部材のベルト部材の移動方向下流側にて、第1押圧部材による押圧力よりも小さな押圧力でベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する第2押圧部材とで構成されたことを特徴とすることができる。
また、剥離部材は、ベルト部材の移動方向最上流部に配置された押圧部材が、定着ロール側に面する側面が定着ロールの表面形状に倣った略円弧状に形成された剛体で構成されたことを特徴とすることもできる。
Here, the peeling member includes a first pressing member that presses the outer surface of the belt member against the pressing member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressing member, and a belt member of the first pressing member. The second pressing member that presses the outer surface of the belt member against the pressing member with a pressing force smaller than the pressing force by the first pressing member on the downstream side in the moving direction can be characterized.
In addition, the peeling member is configured by a rigid body in which the pressing member disposed at the most upstream portion in the moving direction of the belt member is formed in a substantially arc shape whose side surface facing the fixing roll side follows the surface shape of the fixing roll. It can also be characterized.
さらに、剥離部材は、ベルト部材の移動方向最下流部に配置された押圧部材が、定着ロール側とは反対側に位置して定着ベルトの進行方向を屈曲するように変化させる剥離面を備えた弾性体で構成されたことを特徴とすることもできる。特に、加圧ロールは弾性層を備え、ベルト部材の移動方向最下流部に配置された押圧部材の弾性係数は、加圧ロールの弾性係数よりも小さく構成されたことを特徴とすることもできる。加えて、剥離部材は、ベルト部材の移動方向最下流部に配置された押圧部材が、複数の押圧部材のいずれかに固定されるとともに、ベルト部材の移動方向下流側が自由端で形成されたバネ弾性を有する板状部材で構成されたことを特徴とすることもできる。 Further, the peeling member includes a peeling surface that changes the pressing member disposed at the most downstream portion in the moving direction of the belt member so as to bend the moving direction of the fixing belt located on the side opposite to the fixing roll side. It can also be characterized by comprising an elastic body. In particular, the pressure roll includes an elastic layer, and the elastic coefficient of the pressing member disposed at the most downstream portion in the moving direction of the belt member may be configured to be smaller than the elastic coefficient of the pressure roll. . In addition, the peeling member is a spring in which the pressing member disposed at the most downstream portion in the moving direction of the belt member is fixed to one of the plurality of pressing members, and the downstream side in the moving direction of the belt member is formed as a free end. It can also be characterized by comprising a plate-like member having elasticity.
また、剥離部材は、複数の押圧部材が一体的に構成されたことを特徴とすることができる。さらに、剥離部材は、複数の押圧部材がベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する押圧面が、段差の無い連続した平面、または加圧部材の表面形状に倣った段差の無い連続した曲面で形成されたことを特徴とすることもできる。 Further, the peeling member can be characterized in that a plurality of pressing members are integrally formed. Further, the peeling member is a continuous flat surface without a step, or a continuous curved surface without a step following the surface shape of the pressure member, with a plurality of pressing members pressing the outer surface of the belt member against the pressing member. It can also be characterized by being formed.
また、本発明の定着装置は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、回動可能な定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を張架する張架ロールと、ベルト部材を介して定着ロールに押圧するように配置され、弾性を有する加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、剥離部材は、ベルト部材の移動方向上流側にて第1のニップ圧で押圧する第1ニップ圧領域と、ベルト部材の移動方向下流側にて第2のニップ圧で押圧する第2ニップ圧領域とを形成することを特徴としている。 The fixing device of the present invention is a fixing device for fixing a toner image carried on a recording material, and includes a rotatable fixing roll, a belt member stretched around the fixing roll, and a belt member stretched. A tension roll, a pressure member that is pressed against the fixing roll via the belt member, and the belt member near the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member. A peeling member that presses the surface against the pressure member, and the peeling member is provided on the upstream side in the moving direction of the belt member with a first nip pressure area and pressed on the downstream side in the moving direction of the belt member. And a second nip pressure region that is pressed by the second nip pressure.
ここで、第1ニップ圧領域は、第1のニップ圧Pnが、ベルト部材の絶対温度をTn、周辺環境の絶対温度をTo、大気圧をPoとして、Pn≧Po×(Tn/To−1)を満たすように設定されたことを特徴とすることができる。また、第2ニップ圧領域は、第2のニップ圧が加圧ロール表面に変形を生じさせないニップ圧に設定されたことを特徴とすることもできる。加えて、剥離部材は、第1ニップ圧領域から第2ニップ圧領域に至る領域にて、第1のニップ圧および第2のニップ圧をベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定することを特徴とすることができる。
また、加圧部材は、定着ロールとの圧接部での凹み量が定着ロールの凹み量よりも大きいことを特徴とすることができる。さらに、剥離部材は、ベルト部材の進行方向上流側端部が定着ロールと加圧部材とで画成されるくさび状領域内に配置されることを特徴とすることができる。
加えて、定着ロールは内部に加熱部材が配設され、張架ロールは内部に加熱部材が配設されたことを構成することができる。
Here, in the first nip pressure region, the first nip pressure Pn is Pn ≧ Po × (Tn / To−1) where the absolute temperature of the belt member is Tn, the absolute temperature of the surrounding environment is To, and the atmospheric pressure is Po. ). Further, the second nip pressure region may be characterized in that the second nip pressure is set to a nip pressure that does not cause deformation on the pressure roll surface. In addition, the peeling member is set to monotonously decrease the first nip pressure and the second nip pressure in the traveling direction of the belt member in the region from the first nip pressure region to the second nip pressure region. It can be characterized by.
Further, the pressing member can be characterized in that a dent amount at a pressure contact portion with the fixing roll is larger than a dent amount of the fixing roll. Further, the peeling member can be characterized in that the upstream end portion in the traveling direction of the belt member is disposed in a wedge-shaped region defined by the fixing roll and the pressure member.
In addition, it is possible to configure that the fixing roll has a heating member disposed therein, and the stretching roll has a heating member disposed therein.
さらに、本発明を画像形成装置として捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成部と、トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写部と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着部とを含み、定着部は、回動可能な定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を介して定着ロールに押圧する加圧部材と、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、剥離部材は、異なるニップ圧を形成可能な複数の押圧部材で構成されたことを特徴としている。 Further, the present invention is regarded as an image forming apparatus. The image forming apparatus of the present invention includes a toner image forming unit that forms a toner image, and a transfer unit that transfers the toner image formed by the toner image forming unit onto a recording material. A fixing unit that fixes the toner image transferred onto the recording material to the recording material. The fixing unit includes a rotatable fixing roll, a belt member stretched around the fixing roll, and a belt member. A pressure member that presses against the fixing roll; and a peeling member that presses the outer surface of the belt member against the pressure member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member. It is characterized by comprising a plurality of pressing members capable of forming a nip pressure.
ここで、定着部の剥離部材は、定着ロールと加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、ベルト部材の外表面を気泡が生じない第1のニップ圧で加圧部材に押圧する第1押圧部材と、第1押圧部材のベルト部材の移動方向下流側にて、ベルト部材の外表面を加圧部材に変形を生じさせない第2のニップ圧で加圧部材に押圧する第2押圧部材とで構成されたことを特徴とすることができる。
また、定着部は、第1押圧部材の第1のニップ圧Pnが、ベルト部材の絶対温度をTn、周辺環境の絶対温度をTo、大気圧をPoとして、Pn≧Po×(Tn/To−1)を満たすように設定されたことを特徴とすることもできる。さらに、定着部は、定着ロールと加圧部材との圧接部の最下流部から加圧部材と剥離部材との圧接部の最下流部に至る領域のニップ圧が、ベルト部材の進行方向に向けて単調減少するように設定されたことを特徴とすることもできる。
加えて、定着部は、加圧部材が、複数の張架ロールによってベルト部材が張架された加圧ベルトモジュールで形成されたことを特徴とすることができる。
Here, the peeling member of the fixing unit presses the outer surface of the belt member against the pressure member with a first nip pressure that does not generate bubbles near the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member. A first pressing member and a second pressing member that presses the outer surface of the belt member against the pressing member with a second nip pressure that does not cause deformation of the pressing member on the downstream side of the first pressing member in the moving direction of the belt member. It can be characterized by comprising.
In the fixing unit, Pn ≧ Po × (Tn / To−) where the first nip pressure Pn of the first pressing member is Tn, the absolute temperature of the belt member is Ton, the absolute temperature of the surrounding environment is To, and the atmospheric pressure is Po. It can also be characterized by being set to satisfy 1). Further, in the fixing unit, the nip pressure in the region from the most downstream portion of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member to the most downstream portion of the pressure contact portion between the pressure member and the peeling member is directed in the traveling direction of the belt member. It can also be characterized by being set to monotonously decrease.
In addition, the fixing unit may be characterized in that the pressure member is formed of a pressure belt module in which the belt member is stretched by a plurality of tension rolls.
本発明によれば、画像形成装置の高速化を図った場合においても、記録紙をベルト部材から安定的に剥離することが可能となる。また、高い定着性能を安定して維持することができるので、良質な画像を短時間で大量に提供することが可能となる。 According to the present invention, the recording paper can be stably peeled from the belt member even when the speed of the image forming apparatus is increased. Further, since high fixing performance can be stably maintained, it is possible to provide a large amount of high-quality images in a short time.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置の一例としてのデジタルカラープリンタ1を示した概略構成図である。図1に示すデジタルカラープリンタ1は、所謂タンデム型であり、各色の画像データに対応して画像形成を行なう画像形成プロセス部20、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置4に接続され、これらから受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理部(IPS:Image Processing System)22、各装置(各部)の動作を制御する制御部10を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a digital color printer 1 as an example of an image forming apparatus to which the exemplary embodiment is applied. A digital color printer 1 shown in FIG. 1 is a so-called tandem type, and is connected to an image forming
画像形成プロセス部20は、一定の間隔を置いて並列的に配置される4つの画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kを備えている。画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kは、静電潜像を形成してトナー像を担持する感光体ドラム31、感光体ドラム31の表面を所定電位で一様に帯電する帯電ロール32、感光体ドラム31上に形成された静電潜像を現像する現像器33、転写後の感光体ドラム31表面を清掃するドラムクリーナ34を含んで構成されている。また、画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kそれぞれに対応して、感光体ドラム31を露光するレーザ露光装置25Y,25M,25C,25Kが設けられている。
ここで、各画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kは、現像器33に収納されたトナーを除いて、略同様に構成されている。そして、画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kは、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
The image forming
Here, the
また、画像形成プロセス部20は、各画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kの感光体ドラム31にて形成された各色のトナー像が多重転写される中間転写ベルト41、各画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kの各色トナー像を一次転写部T1にて中間転写ベルト41に順次転写(一次転写)させる一次転写ロール42、中間転写ベルト41上に転写された重畳トナー像を二次転写部T2にて記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写ロール50、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。
In addition, the image forming
本実施の形態のデジタルカラープリンタ1では、画像形成プロセス部20は、制御部10から供給される制御信号に基づいて画像形成動作を行なう。その際に、PC3や画像読取装置4から入力された画像データは、IPS22によって画像処理が施され、各レーザ露光装置25Y,25M,25C,25Kに供給される。そして、例えばイエロー(Y)の画像形成ユニット26Yでは、帯電ロール32により所定電位で一様に帯電された感光体ドラム31の表面が、IPS22から得られた画像データに基づいてレーザ露光装置25Yにより走査露光されて、感光体ドラム31上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像器33により現像され、感光体ドラム31上にはYのトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット26M,26C,26Kにおいても、M、C、Kの各色トナー像が形成される。
In the digital color printer 1 of the present embodiment, the image forming
各画像形成ユニット26Y,26M,26C,26Kで形成された各色トナー像は、図1の矢印A方向に回動する中間転写ベルト41上に、一次転写ロール42により順次静電吸引され、中間転写ベルト41上に重畳されたトナー像が形成される。重畳トナー像は、中間転写ベルト41の移動に伴って二次転写ロール50が配設された二次転写部T2に搬送される。重畳トナー像が二次転写部T2に搬送されると、トナー像が二次転写部T2に搬送されるタイミングに合わせて用紙Pが二次転写部T2に供給される。そして、二次転写部T2にて二次転写ロール50により形成される転写電界により、重畳トナー像は搬送されてきた用紙P上に一括して静電転写される。
その後、重畳トナー像が静電転写された用紙Pは、中間転写ベルト41から剥離され、搬送ベルト76,77により定着装置60まで搬送される。定着装置60に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部(不図示)に搬送される。
The color toner images formed by the
Thereafter, the sheet P on which the superimposed toner image has been electrostatically transferred is peeled off from the
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60について説明する。
図2は本実施の形態の定着装置60の概略構成を示す側断面図である。この定着装置60は、加熱部材の一例としての定着ベルトモジュール61と、定着ベルトモジュール61に対して圧接して配置された加圧部材の一例としての加圧ロール62とで主要部が構成されている。
定着ベルトモジュール61は、ベルト部材の一例としての定着ベルト610、定着ベルト610を張架しながら回転駆動する定着ロール611、内側から定着ベルト610を張架する張架ロール612、外側から定着ベルト610を張架する張架ロール613、定着ロール611と張架ロール612との間で定着ベルト610の姿勢を矯正する姿勢矯正ロール614、定着ベルトモジュール61と加圧ロール62とが圧接される領域であるニップ部N内の下流側領域に配置され、用紙Pを定着ベルト610から剥離する剥離部材の一例としての剥離パッド64、ニップ部Nの下流側において定着ベルト610を張架する張架ロール615により主要部が構成されている。
Next, the fixing
FIG. 2 is a side sectional view showing a schematic configuration of the fixing
The fixing
定着ロール611は、外径65mm、長さ360mm、厚さ10mmのアルミニウムからなる円筒状のコアロール(芯金)に、コアロール表面の金属磨耗を防止する保護層として、厚さ200μmのフッ素樹脂が皮膜して形成されたハードロールである。ただし、定着ロール611は、この構成に限られるものではなく、加圧ロール62との間でニップ部Nを形成する際に、加圧ロール62からの押圧力に対して殆ど変形を生じない充分にハードなロールとして機能する構成であればよい。そして定着ロール611は、図示しない駆動モータからの駆動力を受けて、440mm/sの表面速度で矢印C方向に回転する。
また、定着ロール611の内部には、加熱源として定格900Wのハロゲンヒータ616aが配設され、定着ロール611の表面に接触するように配置された温度センサ617aの計測値に基づき、画像形成装置の制御部10(図1参照)が定着ロール611の表面温度を150℃に制御している。
The fixing
In addition, a
定着ベルト610は、周長314mm、幅340mmのフレキシブルなエンドレスベルトである。また、定着ベルト610は多層構造を有しており、厚さ80μmのポリイミド樹脂で形成されたベース層と、ベース層の表面側(外周面側)に積層された厚さ200μmのシリコーンゴムからなる弾性体層と、さらに弾性体層上に被覆された厚さ30μmのテトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂(PFA)チューブからなる離型層とで構成されている。ここでは、弾性体層は、特にカラー画像に対する画質向上のために設けられたものである。なお、定着ベルト610の構成は、使用目的や使用条件等の装置設計条件に応じて、材質・厚さ・硬度等を適宜選択することができる。そして、定着ベルト610は、定着ロール611により矢印D方向に回動する。
The fixing
張架ロール612は、外径30mm、肉厚2mm、長さ360mmのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。そして、張架ロール612の内部には加熱源として定格1500Wのハロゲンヒータ616bが配設されており、温度センサ617bと制御部10(図1参照)とによって、表面温度が190℃に制御されている。したがって、張架ロール612は、定着ベルト610を張架する機能とともに、定着ベルト610を内周面側から加熱する機能をも併せ持っている。
また、張架ロール612の両端部には定着ベルト610を外側に押圧するバネ部材(不図示)が配設され、定着ベルト610全体の張力を15kgfに設定している。
The
In addition, spring members (not shown) that press the fixing
張架ロール613は、外径25mm、肉厚2mm、長さ360mmのアルミニウムで形成された円筒状ロールである。また、張架ロール613の表面には厚さ20μmのPFAからなる離型層が形成されている。この離型層は、定着ベルト610の外周面からの僅かなオフセットトナーや紙粉が張架ロール613に堆積するのを防止するために形成されるものである。
張架ロール613の内部には、加熱源としての定格1000Wのハロゲンヒータ616cが配設されており、温度センサ617cと制御部10(図1参照)とによって、表面温度が190℃に制御されている。したがって、張架ロール613は、定着ベルト610を張架する機能とともに、定着ベルト610を外周面側から加熱する機能をも併せ持っている。したがって、本実施の形態では、定着ロール611と張架ロール612および張架ロール613とによって定着ベルト610が加熱される構成を採用している。
The
Inside the
姿勢矯正ロール614は、外径15mm、長さ360mmのアルミニウムで形成された円柱状ロールである。姿勢矯正ロール614の近傍には、定着ベルト610のエッジ位置を検知するベルトエッジ位置検知機構(不図示)が配置されている。そして、姿勢矯正ロール614は、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて定着ベルト610の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構が配設され、定着ベルト610の蛇行(ベルトウォーク)を制御するように構成されている。
なお、このような定着ベルト610に対する蛇行制御は、姿勢矯正ロール614の代わりに、張架ロール612において行なうように構成することもできる。
The
Such meandering control with respect to the fixing
剥離パッド64は、定着ロール610の周面近傍位置に配置された上流側剥離パッド641と、定着ベルト614の回動方向下流側にて上流側剥離パッド641に密着させて配置された下流側剥離パッド642とで構成されている(後段の図3参照)。上流側剥離パッド641は、例えばSUSやアルミニウムといった金属や樹脂等の剛体で形成された断面が略円弧形状のブロック部材である。また、下流側剥離パッド642は、例えばシリコーンゴム等の弾性体で形成された断面が略円弧形状のブロック部材である。そして、加圧ロール62が定着ベルト610を介して定着ロール611に圧接される領域(「ロールニップ部N1」:後段の図3参照)の下流側近傍位置において、上流側剥離パッド641と下流側剥離パッド642とが一体となって、定着ロール611の軸方向全域に亘って固定配置されている。また剥離パッド64は、定着ベルト610を介して加圧ロール62を所定の幅領域(本実施の形態では、定着ベルト610の進行方向に沿って8mmの幅)に亘って所定の荷重(例えば、40kgf)で均一に押圧するように設置されており、後段で述べる「剥離ニップ部N2」(後段の図3参照)を形成している。
また、張架ロール615は、外径12mm、長さ360mmのステンレスで形成された円柱状ロールである。そして、剥離パッド64を通過した定着ベルト610が定着ロール611に向けて円滑に回動するように、剥離パッド64の定着ベルト610進行方向下流側近傍に配置されている。
The
The
次に、加圧ロール62は、直径45mm、長さ360mmのアルミニウムからなる円柱状ロール621を基体として、基体側から順に、シリコーンゴムからなる厚さ10mmの弾性層622と、膜厚100μmのPFAチューブからなる離型層623とが積層されて構成されたソフトロールである。そして、加圧ロール62は、定着ベルトモジュール61に押圧されるように設置され、定着ベルトモジュール61の定着ロール611が矢印C方向へ回転するのに伴い、定着ロール611に従動して矢印E方向に回動する。その進行速度は、定着ロール611の表面速度と同じ440mm/sである。
Next, the
続いて、定着ベルトモジュール61と加圧ロール62とが圧接されたニップ部Nについて説明する。
図3は、ニップ部Nの近傍領域を表す概略断面図である。図3に示したように、定着ベルトモジュール61と加圧ロール62とが圧接されたニップ部Nには、定着ベルト610が定着ロール611に巻き付けられた(ラップされた)領域(ラップ領域)内において、加圧ロール62が定着ベルト610の外周面に圧接するように配置されることにより、ロールニップ部(第1ニップ部)N1が形成されている。
Next, the nip portion N where the fixing
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the vicinity of the nip N. As shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the nip portion N where the fixing
ここで、本実施の形態の定着装置60では、上述したように、ロールニップ部N1を形成する一方のロールである定着ロール611は、アルミニウムの芯金(コアロール)の表面に耐熱性樹脂(フッ素樹脂)を被覆して構成されたハードロールであって、定着ロール611には弾性層は被覆されていない。また、ロールニップ部N1を形成する他方のロールである加圧ロール62は、弾性層622が被覆されたソフトロールである。
このような定着ロール611と加圧ロール62との構成により、本実施の形態のロールニップ部N1では、加圧ロール62の弾性層622が変形することでロールニップ部N1が形成されており、加圧ロール62側がニップ(ロールニップ部N1)を形成するロール(NFPR:NIP Forming Pressure Roll)として機能している。すなわち、ロールニップ部N1では、定着ロール611には凹みが殆ど生じず、加圧ロール62表面のみが大きく凹んだ状態(加圧ロール62の凹み量>定着ロール611の凹み量)が形成されることで、定着ベルト610の進行方向に所定の幅を持ったニップ領域を作り出している。
このように、本実施の形態の定着装置60では、ロールニップ部N1において定着ベルト610がラップされている側の定着ロール611は殆ど変形せず、円筒形状が維持されている。そのため、定着ベルト610は定着ロール611表面の円周面に沿って回動し、その回動半径に変動が生じることがないので、進行速度を一定に維持しながらロールニップ部N1を通過することができる。それにより、定着ベルト610がロールニップ部N1を通過する際にも、定着ベルト610にはシワや歪みが極めて発生し難い。その結果、定着画像に画像乱れが生じることが抑制され、良質の定着画像を安定的に提供することができる。なお、本実施の形態の定着装置60では、ロールニップ部N1は定着ベルト610の進行方向に沿って15mmの幅に設定されている。
Here, in the fixing
With such a configuration of the fixing
As described above, in the fixing
さらに、ロールニップ部N1の下流側近傍には、上流側剥離パッド(第1押圧部材)641と下流側剥離パッド(第2押圧部材)642とが一体に構成された剥離パッド64が配設されている。そして、剥離パッド64は定着ベルト610を加圧ロール62表面に押圧している。それにより、ロールニップ部N1の下流側には、ロールニップ部N1に連続して、定着ベルト610が加圧ロール62表面にラップされた剥離パッドニップ部(第2ニップ部)N2が形成されている。
図3に示したように、剥離ニップ部N2を形成する剥離パッド64は、断面が略円弧形状に形成され、ロールニップ部N1の下流側近傍にて定着ロール611の軸方向に沿って配置されている。そして、剥離ニップ部N2を通過した後の定着ベルト610は、剥離パッド64の外側面に倣って回動する。それにより、定着ベルト610の進行方向は剥離パッド64によって張架ロール615方向に屈曲するように急激に変化する。そのため、ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2を通過した用紙Pは、剥離ニップ部N2を出た時点で定着ベルト610の進行方向の変化に追随できなくなり、用紙Pは自身の所謂「コシ」によって定着ベルト610から剥離される。このようにして、剥離ニップ部N2の出口部において、用紙Pに対する曲率分離が安定的に行なわれる。なお、本実施の形態の定着装置60では、剥離ニップ部N2は定着ベルト610の進行方向に沿って8.5mmの幅に設定されている。
Further, in the vicinity of the downstream side of the roll nip portion N1, a
As shown in FIG. 3, the
続いて、剥離パッド64の配置位置と、剥離パッド64により形成される剥離ニップ部N2のニップ圧分布(ニップ圧プロファイル)とについて述べる。
剥離パッド64は、上述したようにロールニップ部N1の下流側近傍に配設されている。それにより、ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2からなるニップ部N内においては、ロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置(後段の図5参照)から剥離ニップ部N2の最下流位置に至るまでの領域で、ニップ圧が所定値以下に落ち込んだ谷間の領域が発生することが抑制され、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。そのため、本実施の形態の定着装置60では、後段で詳述する剥離パッド64の構成に基づく作用も加えて、安定的な用紙分離を実現すると同時に、画像ムラ等といった画像不良のない高品質の定着画像を提供することが可能となる。
ここで、まず、ロールニップ部N1の下流側近傍に配設された剥離パッド64により、ニップ圧が所定値以下に落ち込む谷間の領域が発生することが抑制され、ニップ部N内でニップ圧が連続的に単調減少するように設定される点について説明する。
Next, the arrangement position of the
As described above, the
Here, first, the
本実施の形態の定着装置60では、加熱部材として定着ベルト610が定着ロール611を含む複数のロールで張架されて構成された定着ベルトモジュール61を用いている。このような定着ベルトモジュール61を用いた構成は、後段で述べるように、デジタルカラープリンタ1の高速化が図られた場合にも、定着装置60において所定の定着温度を常に維持することができ、また、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む所謂「温度ドループ現象」の発生を抑制することができるという優れた特長を有している。
しかし、かかる定着ベルトモジュール61を用いた定着装置60においても、用紙Pの表面にはトナー像が担持されているため、定着ベルト610の熱によってトナー像が溶融した際に、トナー像が接着剤となって用紙Pと定着ベルト610との間に付着力が働く。そのため、従来の定着装置と同様に、定着ベルト610表面から用紙Pを剥離する機構を設ける必要がある。特に画像形成装置の高速化を図った場合には、定着装置60において一旦剥離不良が生じて紙詰まり(ジャム)が生じると、その影響を受けて損傷する後続の用紙Pの枚数も多くなることから、ニップ部Nを高速で通過した用紙Pを定着ベルト610側から安定的に、かつ確実に剥離する必要がある。
In the fixing
However, also in the fixing
その際に、用紙Pを定着ベルト610表面から剥離する機構として従来からの分離爪を用いるとすると、用紙Pを定着ベルト610側から安定的に剥離するために、分離爪を定着ベルト610に当接させて配設する必要がある。そのために、分離爪を用いた場合には定着ベルト610表面が分離爪によって磨耗され易くなり、次のような問題が発生する可能性が高い。すなわち、定着ベルト610表面に分離爪による磨耗痕が生じ、定着画像上に定着ベルト610表面の磨耗痕に対応した定着ムラが発生して画像品質を低下させる場合がある。また、磨耗痕上にオフセットしたトナーが次第に付着堆積して、定着画像上に汚れを生じさせることもある。さらには、定着ベルト610表面の磨耗が進むと、薄層の定着ベルト610は最終的に破断するに至り、定着装置60の機能が損なわれるおそれもある。そのため、定着ベルト610を用いる定着ベルトモジュール61において用紙分離を行うには、上述したように、分離爪のような当接部材を必要としない、曲率分離による剥離機構が最適である。
そこで、本実施の形態の定着ベルトモジュール61では、ニップ部Nの下流部に定着ベルト610の進行方向を急激に変化させて、用紙Pを定着ベルト610を剥離する剥離部材、すなわち剥離パッド64を配設している。
At this time, if a conventional separation claw is used as a mechanism for separating the paper P from the surface of the fixing
Therefore, in the fixing
ところが、剥離パッド64を配設することにより、ロールニップ部N1に連続して剥離ニップ部N2を形成すると、剥離ニップ部N2内の剥離パッド64が配設された領域(剥離パッド64と加圧ロール62との圧接部)N2Tよりもロールニップ部N1側に位置する境界領域N2S(図3参照)では、定着ベルト610を定着ロール611および加圧ロール62のいずれにも直接押圧する部材が存在しない。そのため、この境界領域N2Sでは定着ベルト610の張力のみによって加圧ロール62に圧接されることとなり、この境界領域N2Sでのニップ圧(以下、境界領域N2Sでのニップ圧をPnとする。)は定着ベルト610の張力のみで形成されることとなる。そのため、剥離パッド64をロールニップ部N1の下流側端部N1E(図3参照)から所定の距離以上に離隔して配設すると、境界領域N2Sのニップ圧Pnは、ロールニップ部N1のニップ圧と剥離パッド64が配設された領域N2Tでのニップ圧との狭間となって、ニップ圧Pnが所定値(これをPn1とする。)よりも低く落ち込んだ谷間の領域として形成される。そして、境界領域N2Sのニップ圧Pnは、ロールニップ部N1のニップ圧および剥離パッド64が配設された領域N2Tのニップ圧よりも相対的に低くなる。
ここで図4は、剥離パッド64をロールニップ部N1の下流側端部N1Eから所定の距離以上に離隔して配設した場合のニップ部N(ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2)のニップ圧プロファイルの概略を示した図である。図4に示したように、この場合には、剥離ニップ部N2において、ロールニップ部N1との境界領域N2Sにニップ圧Pnが所定値Pn1以下に落ち込んだ谷間の領域が形成されている。
However, when the peeling nip portion N2 is formed continuously with the roll nip portion N1 by disposing the
Here, FIG. 4 shows the nip pressure profile of the nip portion N (the roll nip portion N1 and the peeling nip portion N2) when the
ところで、本実施の形態の定着装置60による定着プロセスでは、トナー像を担持した用紙Pは、ロールニップ部N1において加熱および加圧されてトナーが溶融圧着される。その際に、ロールニップ部N1内において熱を受けた用紙Pやトナーからは、用紙P中の水分が気化して水蒸気を発生させたり、トナー中の空気が熱膨張しようとする。ところが、ロールニップ部N1では高いニップ圧が印加されているため、定着ベルト610と加圧ロール62との間に水蒸気や膨張した空気によるエアーギャップ(気泡)が生じることはない。
しかし、剥離ニップ部N2内のロールニップ部N1との境界領域N2Sにおけるニップ圧Pnが所定値Pn1以下の低い状態に形成されていると、ロールニップ部N1で抑え込まれていた気泡が境界領域N2Sにおいては抑止できずに発生することとなる。そして、気泡が発生した状態で、用紙Pが剥離パッド64の配設されたニップ圧の高い領域N2Tに進入すると、境界領域N2Sにおいて発生した気泡がその高いニップ圧によって用紙Pの表面上を動き回ることとなる。そうすると、用紙P上のトナー像は、ロールニップ部N1を通過した直後であって、溶融したトナーが未だ完全に固化されていない状態にあるため、気泡が動き回ることによってトナー像が乱される現象が生じる。その結果、定着画像にムラ等の画像不良が発生するという事態が招来することとなる。
By the way, in the fixing process by the fixing
However, when the nip pressure Pn in the boundary region N2S with the roll nip portion N1 in the peeling nip portion N2 is formed in a low state that is equal to or lower than a predetermined value Pn1, bubbles that have been suppressed in the roll nip portion N1 are generated in the boundary region N2S. Will occur without being suppressed. Then, when the paper P enters the high nip pressure region N2T where the
そこで、本実施の形態の定着装置60では、剥離パッド64は、ロールニップ部N1の下流側近傍に配設している。このように剥離パッド64を設置することで、剥離ニップ部N2内におけるロールニップ部N1と剥離パッド64が配設された領域N2Tとの間の境界領域N2Sの幅を極力狭く設定することが可能となる。それにより、定着ベルト610の張力のみによって加圧ロール62に圧接される領域が狭くなる。そのため、図5(本実施の形態の剥離パッド64を配設した場合のニップ部Nのニップ圧プロファイルの概略を示した図)に示したように、境界領域N2Sにおいてニップ圧Pnが所定値Pn1よりも落ち込む谷間の領域が発生することを抑制することができる。そして、ニップ部N内におけるロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置から剥離ニップ部N2の最下流位置に至る領域において、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
このように、境界領域N2Sのニップ圧Pnを所定のPn1よりも高く設定できるので、境界領域N2Sにおいて気泡の発生を抑止することができる。さらには、ロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置から剥離ニップ部N2の最下流位置に至るまで、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部N1において高いニップ圧により抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気は、剥離ニップ部N2を通過するまでの経路で徐々に開放されることとなり、上記したような気泡が動き回る現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像不良が発生するのを抑制することができる。
Therefore, in the fixing
Thus, since the nip pressure Pn in the boundary region N2S can be set higher than the predetermined Pn1, the generation of bubbles in the boundary region N2S can be suppressed. Furthermore, by setting the nip pressure to continuously decrease monotonically from the position where the nip pressure reaches a peak in the roll nip portion N1 to the most downstream position of the peeling nip portion N2, a high nip is obtained in the roll nip portion N1. The water vapor or air that is about to expand due to the pressure is gradually released along the path until it passes through the peeling nip portion N2, and the occurrence of the phenomenon of bubbles moving around as described above is suppressed. Is possible. Therefore, the toner image that has not been completely solidified is hardly disturbed, and it is possible to suppress the occurrence of image defects such as image unevenness in the fixed image.
ここで、境界領域N2Sにおいて気泡が発生するのを抑止するためには、境界領域N2S内の圧力(ニップ圧)Pnが次の(1)式を満たすことが必要である。
Pn≧Po×(Tn/To−1) ……(1)
すなわち、上記した境界領域N2Sでのニップ圧Pnの所定値Pn1は、
Pn1=Po×(Tn/To−1)
となる。
なお、Tnは定着ベルト610の絶対温度、Toは定着ロール611から充分に離れた位置における空気の絶対温度(環境温度)、Poは大気圧である。
Here, in order to suppress the generation of bubbles in the boundary region N2S, the pressure (nip pressure) Pn in the boundary region N2S needs to satisfy the following expression (1).
Pn ≧ Po × (Tn / To−1) (1)
That is, the predetermined value Pn1 of the nip pressure Pn in the boundary region N2S described above is
Pn1 = Po × (Tn / To−1)
It becomes.
Tn is the absolute temperature of the fixing
(1)式は、次のように導かれる。まず、理想気体の状態方程式は次の(2)式で表される。
PV = nRT ……(2)
なお、Pは圧力、Vは体積、nはモル数、Rは気体定数、Tは絶対温度である。
したがって、次の(3)式および(4)式が導かれる。
(Po+Pn)×Vn = nRTn ……(3)
PoVo = nRTo ……(4)
なお、Vnは境界領域N2S内の気泡の体積、Voは大気圧下での気泡の体積である。 境界領域N2S内で気泡の発生を抑制するには、Vn≦Voなる条件を満たせばよい。そこで、(3)式および(4)式より、次の(5)式が導かれる。
Tn/(Po+Pn)≦To/Po ……(5)
さらに(5)式を変形すると、上記した式(1)が導かれる。
そして、剥離パッド64は、式(1)を満たすニップ圧Pnとなるような充分に狭い境界領域N2Sが形成されるように、ロールニップ部N1の下流側近傍位置に配設されることとなる。
Equation (1) is derived as follows. First, the equation of state of the ideal gas is expressed by the following equation (2).
PV = nRT (2)
In addition, P is a pressure, V is a volume, n is the number of moles, R is a gas constant, and T is an absolute temperature.
Therefore, the following equations (3) and (4) are derived.
(Po + Pn) × Vn = nRTn (3)
PoVo = nRTo (4)
Vn is the volume of bubbles in the boundary region N2S, and Vo is the volume of bubbles under atmospheric pressure. In order to suppress the generation of bubbles in the boundary region N2S, the condition Vn ≦ Vo may be satisfied. Therefore, the following equation (5) is derived from the equations (3) and (4).
Tn / (Po + Pn) ≦ To / Po (5)
Further, when the equation (5) is modified, the above equation (1) is derived.
The
続いて、本実施の形態の剥離パッド64の構成について述べる。
図6は、剥離パッド64の構成を説明する概略断面図である。図6に示したように、剥離パッド64は、定着ロール610の周面近傍位置に配置された上流側剥離パッド641と、定着ベルト610の回動方向下流側にて上流側剥離パッド641に密着させて配置された下流側剥離パッド642とが一体となって構成されている。そして、上流側剥離パッド641は、例えばSUSやアルミニウムといった金属や樹脂等の剛体で形成され、下流側剥離パッド642は、例えばシリコーンゴム等の弾性体で形成されている。それにより、本実施の形態の剥離パッド64では、上流側剥離パッド641による加圧ロール62への押圧力と、下流側剥離パッド642による加圧ロール62への押圧力とが異なるように設定することができる。具体的には、剛体で形成された上流側剥離パッド641による押圧力は、上記した(1)式で示される気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1よりも高い高圧に設定されている。一方、弾性体で形成された下流側剥離パッド642での押圧力は、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じないように、所定のニップ圧以下の低圧に設定されている。
Next, the configuration of the
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the
まず、本実施の形態の剥離パッド64では、上流側剥離パッド641の内側面64aは、上流側剥離パッド641が定着ロール611の周面に近接して配設可能な形状により形成されている。すなわち、上流側剥離パッド641の内側面64aは、上流側剥離パッド641を定着ロール611側に極力近接させて(本実施の形態では、剥離パッド64と定着ロール611とのギャップを0.5mm)配置するために、定着ロール611の周面に倣った湾曲面で形成されている。
図6に示した境界領域N2Sを極力狭く設定するためには、ロールニップ部N1(図3も参照)の下流側近傍であって、定着ロール611と加圧ロール62とで画成されたくさび状領域Qにおいて、上流側剥離パッド641が加圧ロール62表面を押圧するように配置する必要がある。そのため、上流側剥離パッド641の内側面64aの上流側端部(上流側剥離パッド641の押圧面641cの上流側端部)64pをロールニップ部N1の下流側端部N1Eの近傍、すなわち上記したくさび状領域Q内の定着ロール611に近接した位置に設置できるように、内側面64aは定着ロール611の周面に倣った湾曲面に形成されている。本実施の形態の剥離パッド64では、上流側剥離パッド641の内側面64aは曲率半径33mmの略円周面で形成している。なお、定着ロール611の周面に倣う湾曲面であれば、略円周面等の曲面に限らず、複数の平面を段階的に屈曲させて形成することも可能である。
また、上流側剥離パッド641の内側面64aの上流側端部64pをくさび状領域Q内の定着ロール611に近接した位置に設置できるようにすると同時に、上流側端部64p部分の強度および剛性を確保するために、上流側剥離パッド641を剛体で構成するとともに、内側面64aと押圧面641cとのなす角度θ1は、15〜50°に設定するのが好適である。
First, in the
In order to set the boundary region N2S shown in FIG. 6 as narrow as possible, a wedge shape is formed in the vicinity of the downstream side of the roll nip N1 (see also FIG. 3) and defined by the fixing
Further, the
下流側剥離パッド642の外側面64bは、剥離ニップ部N2を通過した定着ベルト610の進行方向を急激に変化させるように形成されている。すなわち、下流側剥離パッド642の外側面64bは、張架ロール615および定着ロール611と協働して定着ベルト610を導き、その進行方向を急激に変化させることで、定着ベルト610から用紙Pを剥離する面である。そのため、用紙Pを定着ベルト610から安定的に剥離できるように、下流側剥離パッド642の外側面64bの上流側端部領域、すなわち定着ベルト610が加圧ロール62から離隔する領域(剥離領域)Rにおいて、加圧ロール62の接線と外側面64bの接線とのなす角θ2(図6参照)が25°以上となるように設定されている。また、急激に屈曲している剥離領域Rにおいて定着ベルト610を円滑に移動することができるように、剥離領域Rでは、下流側剥離パッド642の外側面64bは曲面で形成されている。
さらに、下流側剥離パッド642の外側面64bは、定着ベルト610が加圧ロール62から離隔した後、円滑に張架ロール615および定着ロール611の方向に進行するように、張架ロール615に向けて傾斜した平面で形成されている。この場合に、下流側剥離パッド642の外側面64bは外側(定着ベルト610側)に向けて凸状湾曲した曲面で形成することもできる。なお、下流側剥離パッド642の外側面64bも定着ベルト610と摺擦するので、定着ベルト610の進行をスムーズに行なうため、その表面に、摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れた例えばテフロン(登録商標)等を被覆した構成とすることが好ましい。
The
Further, the
次に、剥離パッド64が定着ベルト610を加圧ロール62に押圧する押圧面について述べる。
剥離パッド64の押圧面は、上流側剥離パッド641の押圧面641cと下流側剥離パッド642の押圧面642cとで形成されている。そして、用紙P上の画像に乱れが生じないように、剥離ニップ部N2において定着ベルト610をスムーズに移動させるため、押圧面641cおよび押圧面642cは段差の無い連続した平面で形成されている。なお、押圧面641cおよび押圧面642cは、加圧ロール62の円周面に倣った段差の無い連続した凹状曲面で形成することもでき、それにより押圧力のさらなる均一化を図ることができる。
また、上流側剥離パッド641の押圧面641cと下流側剥離パッド642の押圧面642cとは、定着ベルト610と摺擦するので、定着ベルト610の移動をスムーズに行なうため、その表面に、摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れた例えばテフロン(登録商標)等を被覆した構成とすることが好ましい。
Next, the pressing surface on which the
The pressing surface of the
Further, the
まず、上流側剥離パッド641の押圧面641cにおいては、加圧ロール62を押圧する押圧力は、気泡の発生を抑止可能な高圧に設定されている。すなわち、上流側剥離パッド641の押圧面641cが加圧ロール62を押圧する領域(上流側パッド部N2T1:第1ニップ圧)でのニップ圧(第1のニップ圧)は、上記した(1)式で示される気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1以上に設定されている。それにより、上流側剥離パッド641の内側面64aを定着ロール611の周面に近接して配置することと併せて、境界領域N2Sのニップ圧をPn1以上に安定して設定することが可能となり、境界領域N2Sでの気泡の発生を抑止することができる。さらに、定着画像に高い光沢性を付与することに寄与することもできる。このように、上流側剥離パッド641の押圧面641cでのニップ圧をニップ圧Pn1以上に設定するため、上流側剥離パッド641は剛体で構成される。
また、上流側剥離パッド641では、ニップ圧Pn1以上に設定されたロールニップ部N1において抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を徐々に開放させるため、ロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置(ピーク位置)からニップ圧が連続的に単調減少するように、ロールニップ部N1のピーク位置でのニップ圧よりは低いニップ圧が設定されている。
First, on the
Further, the
一方、下流側剥離パッド642の押圧面642cにおいても、同様に、ロールニップ部N1において抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を徐々に開放させるため、上流側パッド部N2T1から剥離ニップ部N2の最下流位置に至るまで、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定されている。すなわち、下流側剥離パッド642の押圧面642cが加圧ロール62を押圧する領域(下流側パッド部N2T2:第2ニップ圧領域)でのニップ圧(第2のニップ圧)は、上流側パッド部N2T1でのニップ圧よりも低く設定されている。
加えて、下流側パッド部N2T2でのニップ圧は、定着ベルト610が加圧ロール62から離隔する領域(剥離領域)Rにおいて、加圧ロール62表面に変形(凹部)が生じないように、所定のニップ圧以下の低圧に設定されている。すなわち、剥離パッド64が定着ベルト610を加圧ロール62に押圧する押圧力を必要以上に高くならないように設定することで、加圧ロール62表面に変形(凹部)が生じることを抑制し、用紙Pの定着ベルト610からの安定的な剥離を実現している。
On the other hand, also on the
In addition, the nip pressure at the downstream pad portion N2T2 is predetermined so that deformation (concave portion) does not occur on the surface of the
図7は、下流側パッド部N2T2でのニップ圧が必要以上に高く設定され、下流側剥離パッド642により加圧ロール62表面に変形(凹部)が生じた状態を示した図である。上述したように、剥離パッド64からの押圧力を受ける加圧ロール62は、ニップ(ロールニップ部N1)を形成するロール(NFPR)として機能させるため、シリコーンゴム等からなる弾性層622を備えた弾性ロール(ソフトロール)である。そのため、図7に示したように、剥離パッド64からの押圧力が必要以上に高ければ、剥離領域Rにおいて加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせる。その場合には、剥離ニップ部N2を通過した用紙Pには、剥離領域Rでの加圧ロール62表面の変形(凹部)により、アップカールが形成される。それにより、用紙Pの進行方向に対する定着ベルト610の進行方向の変化は相対的に小さくなり、用紙Pの定着ベルト610からの剥離は不安定なものとなる。
FIG. 7 is a view showing a state in which the nip pressure at the downstream pad portion N2T2 is set higher than necessary, and the
そこで、本実施の形態の剥離パッド64では、剥離領域Rにおいて定着ベルト610を加圧ロール62に押圧する下流側剥離パッド642の押圧面642cは、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない押圧力に設定されている。そのように設定することで、図8(下流側剥離パッド642が加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない押圧力で設定された場合を示す図)に示したように、剥離領域Rにおいて加圧ロール62表面に変形(凹部)は生じない。そのため、剥離ニップ部N2を通過した用紙Pは、直進するか、または剥離ニップ部N2での加圧ロール62の周面に沿って若干のダウンカールが形成された方向に進行する。それにより、用紙Pの進行方向に対する定着ベルト610の進行方向の変化は相対的に大きなものとなり、用紙Pを定着ベルト610から安定して剥離することが可能となる。
また、剥離領域Rにおいて加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない低い押圧力に設定されることで、用紙P上のトナーと定着ベルト610との付着力を低下させるので、剥離をさらに安定化させる効果をも有している。
このように、下流側剥離パッド642の押圧面642cでのニップ圧を加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない低い押圧力に設定するため、下流側剥離パッド642は弾性体で構成されている。
Therefore, in the
In addition, by setting a low pressing force that does not cause deformation (concave portion) on the surface of the
Thus, in order to set the nip pressure at the
ここで、下流側剥離パッド642の押圧面642cに設定される加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない押圧力は、加圧ロール62に形成された弾性層622のゴム硬度や層厚、加圧ロール62表面に被覆された離型層623の硬度や層厚等、および下流側剥離パッド642を構成する弾性体の硬度や形状等により定まるものである。そのため、加圧ロール62および下流側剥離パッド642の構成に対応させて定められることとなる。
Here, the pressing force that does not cause deformation (concave portion) on the surface of the
ただし、用紙Pを安定して剥離するという観点から、剥離ニップ部N2の全域において用紙Pを加圧ロール62表面側に押圧しておく必要がある。そのため、下流側パッド部N2T2でのニップ圧に関しても、加圧ロール62および下流側剥離パッド642の構成に拘わらず、所定値以上は必要である。その場合に、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない押圧力の設定値に余裕を持たせるために、下流側剥離パッド642の弾性係数は、加圧ロール62の弾性係数よりも低く構成することが好ましい。例えば、加圧ロール62の弾性層622を弾性率60Hs(Asker−C)のシリコーンゴムで構成し、下流側剥離パッド642を弾性率22Hs(Asker−C)のシリコーンゴムで構成する。このように構成することで、下流側剥離パッド642の弾性係数を加圧ロール62の弾性係数よりも低く構成することができる。それにより、押圧面642cからの押圧力が高い方向にブレた場合において、その増加した分の押圧力は下流側剥離パッド642側で吸収することが可能となるため、加圧ロール62表面側に変形(凹部)が生じることを抑制することができる。
However, from the viewpoint of stably peeling the paper P, it is necessary to press the paper P to the surface side of the
上述したように、本実施の形態の剥離パッド64では、上流側剥離パッド641は、上流側剥離パッド641の内側面64aが定着ロール611の周面に近接して配置されると同時に、上流側パッド部N2T1でのニップ圧を気泡の発生が抑止されるニップ圧Pn1以上の高圧に設定している。それにより、図5に示したように、境界領域N2Sでのニップ圧を気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1以上に確保して、境界領域N2Sにおいて気泡の発生を抑止可能としている。
また、下流側剥離パッド642は、下流側パッド部N2T2でのニップ圧を、図5に示したように、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせないニップ圧Pn2以下に設定している。それにより、用紙Pを定着ベルト610から安定して剥離することが可能となる。
As described above, in the
Further, in the
本実施の形態の剥離パッド64では、上流側剥離パッド641と下流側剥離パッド642との独立した別個の部材で構成されることにより、上述したように、それぞれ上流側パッド部N2T1でのニップ圧と下流側パッド部N2T2でのニップ圧とを独立に設定することができる。そのため、剥離パッド64を最適に機能させるように、剥離ニップ部N2でのニップ圧プロファイルを設定することができる。それにより、加圧ロール62の熱膨張に対応させたり、使用される用紙Pの紙厚に対応させたニップ圧プロファイルの設定なども可能となる。
なお、本実施の形態では、剥離パッド64を上流側剥離パッド(第1押圧部材)641と下流側剥離パッド(第2押圧部材)642とで構成したが、剥離パッド64を最適に機能させるようなニップ圧プロファイルを設定するために、剥離パッド64を3つ以上の複数の押圧部材で構成することも可能である。
In the
In this embodiment, the
加えて、上流側剥離パッド641および下流側剥離パッド642は、剥離ニップ部N2でのニップ圧を、ロールニップ部N1内でのニップ圧のピーク位置から剥離ニップ部N2の最下流位置(剥離領域R)に至るまで、連続的に単調減少するように設定している。それにより、ロールニップ部N1において高いニップ圧により抑え込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気は、剥離ニップ部N2を通過するまでの経路で徐々に開放されることとなり、気泡が動き回る現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像不良が発生するのを抑制することができる。
In addition, the upstream
ここで、本実施の形態の定着装置60での用紙分離性能に関する評価を行った。本評価試験では、プロセススピードを264mm/sに設定し、50枚の通紙を行った。使用する用紙Pとしては、王子製紙(株)製の比較的薄いOKトップコートN紙(85gsm紙)とOKトップコートN紙(127.9gsm紙)とを用いた。さらに、用紙P上に形成するトナー画像としては、シアン単色で先端余白幅3mmとしたベタ画像(濃度100%)を用いた。このような坪量の小さい薄紙の用紙Pを用い、先端余白幅が狭いベタ画像を形成するといった本評価試験での評価条件は、用紙分離に対して厳しい条件であることから採用したものである。
なお、比較例として、剥離パッド64を配設しない構成、すなわちニップ部Nがロールニップ部N1だけで構成された従来の定着装置を用い、同様の評価試験を行った。
その結果、本実施の形態の定着装置60では、50枚の通紙すべてで剥離に成功し、ジャムの発生は認められなかった。これに対し、従来の定着装置においては、50枚の通紙中5〜10枚の分離不良が発生した。このように、本実施の形態の定着装置60での用紙分離性能の優位性が確認された。
Here, evaluation regarding the sheet separation performance in the fixing
As a comparative example, the same evaluation test was performed using a conventional fixing device in which the
As a result, in the fixing
ところで、剥離パッド64の上流側剥離パッド641においては、押圧面641cの上流側端部64pは、境界領域N2Sの幅を極力狭くするために、定着ロール611に近接した位置に配置されるが、その際に、上流側端部64pを定着ロール611と当接するように配置することも可能である。このように設定すれば、境界領域N2Sを殆ど無くし、剥離ニップ部N2の殆ど全域を剥離パッド64と加圧ロール62との圧接部N2Tで形成することができる。加えて、押圧面641cは、上流側端部64pが定着ロール611からの押圧力も同時に受けることができるので、上流側パッド部N2T1全域において充分なニップ圧を形成することが可能となる。
By the way, in the
図9は、上流側剥離パッド641の押圧面641cの上流側端部64pを定着ロール611に接触するように設定して、定着ロール611からの押圧力も同時に受ける構成を示した図である。図9に示したように、この場合には、押圧面641cの上流側端部64pは、くさび状領域Qの最深部を埋めるように、くさび形状で形成される。このように、押圧面641cの上流側端部64pをくさび形状に形成することで、定着ロール611からの押圧力を安定して受けることができると同時に、定着ロール611と摺擦しても、上流側端部64pの定着ロール611との接触面および定着ロール611表面に磨耗が生じ難くなる。そのため、長期に亘って剥離パッド64の機能を維持することが可能である。
なお、この構成では、上流側剥離パッド641は、定着ベルト610や定着ロール611と摺擦するので、定着ベルト610や定着ベルト610の進行をスムーズに行ない、また、定着ベルト610や定着ロール611との磨耗を低減するため、その表面に、摩擦係数が小さく、かつ耐摩耗性に優れた例えばテフロン(登録商標)等を被覆した構成とすることが好ましい。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration in which the
In this configuration, the
また、上流側パッド部N2T1でのニップ圧と下流側パッド部N2T2でのニップ圧とを独立に設定する剥離パッド64としては、上記した構成のほか、次のような構成を用いることもできる。
図10は、剥離パッド64のその他の構成例を示した図である。図10に示した剥離パッド64は、剥離パッド64全体を例えばSUS、アルミニウム等の金属ブロックで形成して上流側剥離パッド641とし、剥離パッド64の剥離領域Rを含んだ領域に切り欠き部が形成されている。そして、その切り欠き部に例えば硬度22Hs(Asker−C)のシリコーンゴム等の弾性体で形成された下流側剥離パッド642を配設している。この場合、例えば、上流側剥離パッド641による押圧面641cの幅は5mm、下流側剥離パッド642による押圧面642cの幅は3mmに形成される。
さらに、図11も、剥離パッド64のその他の構成例を示した図である。図11に示した剥離パッド64は、剥離パッド64全体を例えばSUS、アルミニウム等の金属ブロックで形成して上流側剥離パッド641とする。そして、上流側剥離パッド641の押圧面641cに、剥離ニップ部N2を通過した定着ベルト610の進行方向を急激に変化させる外側面64bが形成された、例えば厚さ0.1mmのステンレス製のバネ弾性を有する板状部材を固定して、下流側剥離パッド642を構成する。加圧ロール62への押圧力は、上流側剥離パッド641により付与され、板状部材はバネ弾性で加圧ロール62を押圧する。この場合、例えば、上流側剥離パッド641による押圧面641cの幅は5mm、下流側剥離パッド642による押圧面642cの幅は3mmに形成される。
このような図10や図11に示した構成の剥離パッド64によっても、上流側剥離パッド641により境界領域N2Sでのニップ圧を気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1以上に確保して、境界領域N2Sにおいて気泡の発生を抑止可能とすることができる。また、下流側剥離パッド642により、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせないニップ圧Pn2以下に設定して、用紙Pを定着ベルト610から安定して剥離することが可能となる。
In addition to the above-described configuration, the following configuration can also be used as the
FIG. 10 is a diagram showing another configuration example of the
Furthermore, FIG. 11 is also a diagram illustrating another configuration example of the
10 and FIG. 11 also ensures that the nip pressure in the boundary region N2S is equal to or higher than the nip pressure Pn1 at which the generation of bubbles can be suppressed by the upstream
次に、本実施の形態の定着装置60における定着動作について説明する。
画像形成装置の二次転写部T2(図1参照)において未定着トナー像が静電転写された用紙Pは、搬送ベルト76,77により、定着装置60のニップ部Nに向けて(図2参照:矢印F方向)搬送されてくる。そして、ニップ部Nを通過する用紙P表面の未定着トナー像は、主としてロールニップ部N1に作用する圧力と熱とにより用紙Pに定着される。
Next, a fixing operation in the fixing
The sheet P on which the unfixed toner image is electrostatically transferred in the secondary transfer portion T2 (see FIG. 1) of the image forming apparatus is directed toward the nip portion N of the fixing
このとき、本実施の形態の定着装置60では、ニップ部Nに作用する熱は、主として定着ベルト610によって供給される。定着ベルト610は、定着ロール611の内部に配置されたハロゲンヒータ616aから定着ロール611を通じて供給される熱と、張架ロール612の内部に配置されたハロゲンヒータ616bから張架ロール612を通じて供給される熱と、張架ロール613の内部に配置されたハロゲンヒータ616cから張架ロール613を通じて供給される熱とによって加熱されるように構成されている。そのため、主に張架ロール612および張架ロール613から適切かつ速やかに定着ベルト610に熱エネルギーを補給することができるので、ニップ部Nにおいては、プロセススピードが440mm/sという高速であっても充分な熱量を確保することができる。
At this time, in the fixing
すなわち、本実施の形態の定着装置60では、直接的な加熱部材として機能する定着ベルト610は、極めて熱容量を小さく形成することができる。加えて、定着ベルト610は、熱供給部材である定着ロール611と、張架ロール612および張架ロール613とに広いラップ面積(大きなラップ角度)で接触するように構成されている。そのため、定着ベルト610が1回転する短かい期間に、定着ロール611や張架ロール612および張架ロール613から充分な熱量が供給されるので、定着ベルト610を必要な定着温度に短時間で復帰させることが可能となる。それにより、ニップ部Nにおいては、定着装置60が高速化されても、所定の定着温度を常に維持することができる。
その結果、本実施の形態の定着装置60においては、連続通紙時においても定着温度を略一定に維持することが可能となる。また、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となる。特に、熱容量の大きな厚紙等に対する定着においても、定着温度の維持および温度ドループの発生を抑制することができる。さらには、紙種に対応させて定着温度を途中で切り替える(定着温度のアップおよびダウンの双方を含む。)必要がある場合にも、定着ベルト610は熱容量が小さいので、ハロゲンヒータ616a、さらにはハロゲンヒータ616b、ハロゲンヒータ616cの出力調整により、所望の温度への切り替えを容易、かつ速やかに行うことも可能となる。
That is, in the fixing
As a result, in the fixing
また、本実施の形態の定着装置60では、ロールニップ部N1を形成する一方のロールである定着ロール611は、アルミニウムの芯金(コアロール)の表面に耐熱性樹脂(フッ素樹脂)を被覆して構成されたハードロールであって、定着ロール611には弾性層は被覆されていない。また、ロールニップ部N1を形成する他方のロールである加圧ロール62は、弾性層622が被覆されたソフトロールである。
そのため、本実施の形態のロールニップ部N1においては、定着ベルト610がラップされている側の定着ロール611は殆ど変形しない構成が実現されている。それにより、定着ベルト610は、ロールニップ部N1を通過する際に、その進行速度を一定に維持することが可能となり、ロールニップ部N1において定着ベルト610にシワや歪みが生じることを抑制することができる。その結果、ロールニップ部N1を用紙Pが通過する際に、定着ベルト610のシワや歪みに起因するトナー像の乱れの発生が抑えられ、良質の定着画像を安定的に提供することが可能となる。
Further, in the fixing
Therefore, in the roll nip portion N1 of the present embodiment, a configuration is realized in which the fixing
引き続いて、ロールニップ部N1を通過した後には、用紙Pは剥離ニップ部N2に搬送される。剥離ニップ部N2は、加圧ロール62に上流側剥離パッド641と下流側剥離パッド642とが一体的に構成された剥離パッド64が押圧されて、定着ベルト610が加圧ロール62に圧接するように形成されている。したがって、図3に示したように、ロールニップ部N1は定着ロール611の曲率によって下に凸である湾曲した形状を有するのに対し、剥離ニップ部N2は加圧ロール62の曲率によって上に凸である湾曲した形状を有している。
そのため、ロールニップ部N1において定着ロール611の曲率のもとで加熱加圧された用紙Pは、剥離ニップ部N2において加圧ロール62による相反する方向に向いた曲率に進行方向が変化させられる。その際に、用紙P上のトナー像と定着ベルト610表面との間で微小なマイクロスリップが生じる。それによって、トナー像と定着ベルト610との付着力が弱められ、用紙Pは定着ベルト610から剥離され易い状態が形成される。このように、剥離ニップ部N2は、最終の剥離工程で確実に剥離が行なわれるための準備工程にも位置付けられる。
Subsequently, after passing through the roll nip portion N1, the paper P is conveyed to the peeling nip portion N2. In the peeling nip portion N <b> 2, the
Therefore, the paper P heated and pressed under the curvature of the fixing
そして、剥離ニップ部N2の出口(剥離領域R)では、定着ベルト610は剥離パッド64に巻き付くように搬送されるので、定着ベルト610の搬送方向はそこで急激に変化する。すなわち、定着ベルト610は剥離パッド64の外側面64bに沿って移動するため、定着ベルト610の屈曲は大きなものとなる。そのため、剥離ニップ部N2内において定着ベルト610との付着力が予め弱められた用紙Pは、用紙P自身が有している紙のコシによって定着ベルト610からセルフストリップする。
Then, at the exit (peeling region R) of the peeling nip portion N2, the fixing
その際に、上述したように、剥離パッド64は、上記した(1)式で示される気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1よりも高いニップ圧を設定する上流側剥離パッド641と、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない所定圧以下のニップ圧を設定する下流側剥離パッド642とで構成されている。それにより、境界領域N2Sでのニップ圧を気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1以上に確保して、境界領域N2Sにおいて気泡の発生を抑止可能とすることができる。また、剥離領域Rでは、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせないニップ圧Pn2以下に設定して、用紙Pを定着ベルト610から安定して剥離することが可能となる。そのため、剥離パッド64での剥離性能を向上させることが可能となり、用紙Pは剥離ニップ部N2を出た時点で定着ベルト610から安定的に曲率分離される。
At that time, as described above, the
そして、定着ベルト610から分離された用紙Pは、剥離ニップ部N2の下流側に配設された剥離補助部材の一例としての剥離案内板83により、その進行方向が導かれる。剥離案内板83により案内された用紙Pは、その後、排紙ガイド65および排紙ロール66によって機外に排出されて(図2参照)、定着処理が完了する。
The paper P separated from the fixing
以上説明したように、本実施の形態の定着装置60は、加熱部材として定着ベルト610が定着ロール611を含む複数のロールで張架されて構成された定着ベルトモジュール61を用いているので、画像形成装置が高速化されても、定着装置60において所定の定着温度を常に維持することができる。さらには、高速定着動作の開始時に定着温度が落ち込む温度ドループ現象の発生を抑制することが可能となる。そのため、高品質な定着画像を短時間で大量に提供することが可能となる。
As described above, the fixing
それとともに、ニップ部Nは、ロールニップ部N1と、ロールニップ部N1の下流側に、ロールニップ部N1に連続して形成された剥離ニップ部N2とで構成されている。そして、剥離ニップ部N2を形成する剥離パッド64は、上記した(1)式で示される気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1よりも高いニップ圧を設定する上流側剥離パッド641と、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない所定圧以下のニップ圧を設定する下流側剥離パッド642とで構成されている。さらに、上流側剥離パッド641はロールニップ部N1の下流側近傍に配設されている。それにより、境界領域N2Sにおいて、上記した(1)式を満たすニップ圧Pnが設定されるので、ニップ圧が落ち込む谷間の領域が発生することが抑制されて、境界領域N2Sでの気泡の発生を抑止することができる。さらに、ロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置から剥離ニップ部N2の最下流位置に至る領域で、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
このように、本実施の形態の定着装置60では、境界領域N2Sでの気泡の発生を抑止するとともに、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部N1において高いニップ圧により押さえ込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を、剥離ニップ部N2を通過するまでの経路において徐々に開放することが可能となり、水蒸気や熱膨張した空気が気泡となってニップ内で動き回る現象の発生を抑制することができる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像ディフェクトの発生を抑制することが可能となる。
At the same time, the nip portion N is composed of a roll nip portion N1 and a peeling nip portion N2 formed downstream of the roll nip portion N1 and continuously to the roll nip portion N1. The
As described above, in the fixing
加えて、剥離パッド64を構成する下流側剥離パッド642の外側面64bにより、剥離パッドニップN2を通過した定着ベルト610は、その進行方向が屈曲するように急激に変化させられる。そのため、ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2を通過した用紙Pは、剥離ニップ部N2を出た時点で定着ベルト610から剥離され、用紙Pに対する曲率分離を行うことが可能となる。
その際に、剥離領域Rでは、下流側剥離パッド642により加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない所定圧以下のニップ圧が設定されている。それにより、剥離パッド64による剥離性能を向上させることが可能となり、画像形成装置の高速化を図った場合にも、ベタ画像が形成された「コシ」の弱い薄紙に対しても、安定して用紙分離を行うことができる。
In addition, the fixing
At that time, in the peeling region R, a nip pressure equal to or lower than a predetermined pressure that does not cause deformation (concave portion) on the surface of the
[実施の形態2]
実施の形態1では、画像形成装置に搭載される定着装置60において、定着ベルトモジュール61に対して圧接して配置される加圧部材として、加圧ロール62を用いた構成について説明した。実施の形態2では、加圧部材として複数のロールにより加圧ベルト700が張架された加圧ベルトモジュール70を用いた構成について説明する。なお、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the configuration in which the
図12は、本実施の形態に係る定着装置90の構成を示す側断面図である。本実施の形態の定着装置90の構成は、上記した実施の形態1の定着装置60において、加圧ロール62に代え、加圧部材として加圧ベルトモジュール70を配設した点が異なることを除いては、実施の形態1の定着装置60と同様である。
FIG. 12 is a side sectional view showing the configuration of the fixing
本実施の形態の加圧ベルトモジュール70は、加圧ロール701、インレットロール702および張架ロール703の3本のロールにより張架された加圧ベルト700、加圧ベルト700および定着ベルト610を介して定着ロール611に付勢される状態で配置される圧力部材としての圧力パッド704により主要部が構成されている。そして、加圧ベルトモジュール70は定着ベルトモジュール61に押圧されるように設置され、定着ベルトモジュール61の定着ロール611が矢印C方向へ回転するのに伴い、加圧ベルト700は定着ロール611に従動して矢印G方向に回動する。その進行速度は、定着ロール610の表面速度と同じ440mm/sである。
The
加圧ベルトモジュール70と定着ベルトモジュール61とが圧接されたニップ部Nには、定着ベルト610が定着ロール611に巻き付けられたラップ領域内において、加圧ベルト700が定着ベルト610の外周面に圧接するように形成されたベルトニップ部N3が設定されている。
本実施の形態に係る定着装置90では、加圧ベルト700の内側に圧力パッド704が加圧ベルト700を介して定着ロール611側に向けて付勢された状態で配置され、加圧ベルト700を定着ロール611のラップ領域に押圧している。また、ベルトニップ部N3の最下流部では、加圧ロール701が、加圧手段としての圧縮コイルスプリング(不図示)によって、加圧ベルト700および定着ベルト610を介して定着ロール611の中心軸に向けて付勢されており、定着ロール611および定着ベルト610の当接部に局所的な高圧を生じさせている。
そのため、ベルトニップ部N3を幅広く形成することができるので、用紙P上のトナー像に対するさらなる安定した定着性能を実現することが可能となる。また、加圧ロール701による局所的な高圧によって溶融したトナー像に効率的に圧力を加えるので、高い定着性を保持するとともに、トナー像表面を平滑にしてカラー画像に良好な画像光沢を付与することができる。
In the nip portion N where the
In the fixing
Therefore, since the belt nip portion N3 can be formed widely, further stable fixing performance for the toner image on the paper P can be realized. In addition, since the pressure is efficiently applied to the melted toner image by the local high pressure by the
ここで、加圧ベルトモジュール70に配設される加圧ベルト700は、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド等のような耐熱強度の高い樹脂で形成されたベース層で構成されている。ベース層の厚さとしては、例えば50〜125μm程度に形成される。また、加圧ベルト700は、ベース層の定着ロール611側の表面または両面に離型層が被覆された構成を採ることもできる。その場合の離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA等が5〜20μmの厚さでコーティングされたものが好ましい。さらには、必要に応じてベース層と離型層との間に弾性層が形成された積層構造を採ることもできる。その場合、弾性層としては、厚さが100〜200μmのシリコーンゴム等を使用することができる。 本実施の形態の定着装置90においては、加圧ベルト700として、厚さ75μm、幅350mm、周長240mmのポイリミドフィルムのベース層のみにより構成されている。
Here, the
また、加圧ベルト700を張架する3個のロールは、スチールコアに弾性層としてシリコーンゴムが被覆された加圧ロール701と、ステンレス製のインレットロール702と、ステンレス製の張架ロール703とで構成され、10kgfの張力で加圧ベルト700を張架している。それぞれの外径は、加圧ロール701が25mm、インレットロール702が22mm、張架ロール703が20mmであり、長さは360mmである。また、インレットロール702の内部には、加熱源としてハロゲンヒータ705が配設されている。そして、図示しない温度センサおよび制御部10(図1参照)によりその表面温度は120℃に制御され、加圧ベルト700に予熱を与えている。
The three rolls that stretch the
加圧ロール701は、加圧手段としての圧縮コイルスプリング(不図示)によって、加圧ベルト700および定着ベルト610を介して定着ロール611の中心軸に向けて付勢されており、定着ロール611および定着ベルト610の当接部に局所的な高圧を生じさせている。その場合、この定着ロール611および定着ベルト610に対する局所的な高圧を低荷重で効率良く付与するために、加圧ロール701は定着ロール611より小径に形成されている。
なお、加圧ロール701、インレットロール702および張架ロール703のいずれかのロールには、加圧ベルト700のベルトエッジ位置を検知するベルトエッジ位置検知機構と、ベルトエッジ位置検知機構の検知結果に応じて加圧ベルト700の軸方向における当接位置を変位させる軸変位機構とを配設し、加圧ベルト700の蛇行(ベルトウォーク)を制御するように構成することも可能である。
The
Note that any one of the
圧力部材としての圧力パッド704は、幅の広いベルトニップ部N3を確保するための弾性体部材と、弾性体部材が加圧ベルト700の内周面と接触する面に設けられた低摩擦層とで構成され、金属等からなるホルダ(不図示)に保持されている。低摩擦層を表面に有する弾性体部材は、定着ロール611側がほぼ定着ロール610の外周面に倣う凹形状に形成され、定着ロール611に対して押圧されて配置され、定着ロール611のラップ領域に形成されたベルトニップ部N3の入口側領域を形成している。
圧力パッド704の弾性体部材としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性の高い弾性体や、板バネ等を用いることができる。弾性体部材上に形成された低摩擦層は、加圧ベルト700内周面と圧力パッド704との摺動抵抗を小さくするために設けられ、摩擦係数が小さく、耐摩耗性のある材質であることが望ましい。具体的には、テフロン(登録商標)を含浸させたガラス繊維シート、フッ素樹脂シート、フッ素樹脂塗膜等を用いることができる。
The
As the elastic member of the
さらに、本実施の形態の定着装置90においても、ベルトニップ部N3の下流側近傍には剥離パッド64が配設されいる。そして、剥離パッド64は定着ベルト610を加圧ロール701表面に対して押圧するように設置されている。それにより、ベルトニップ部N3に連続して、定着ベルト610が加圧ロール701側にラップされた剥離ニップ部N2が設定されている。
Further, also in the fixing
また、剥離ニップ部N2を形成する剥離パッド64は、実施の形態1の定着装置60と同様に、実施の形態1で説明した(1)式で示される気泡の発生を抑止可能なニップ圧Pn1よりも高いニップ圧を設定する上流側剥離パッド641と、加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない所定圧以下のニップ圧を設定する下流側剥離パッド642とで構成されている。さらに、上流側剥離パッド641はロールニップ部N1の下流側近傍に配設されている。それにより、境界領域N2Sにおいて、上記した(1)式を満たすニップ圧Pnが設定されるので、ニップ圧が落ち込む谷間の領域が発生することが抑制されて、境界領域N2Sでの気泡の発生を抑止することができる。さらに、ロールニップ部N1内でニップ圧がピークとなる位置から剥離ニップ部N2の最下流位置に至る領域で、ニップ圧が連続的に単調減少するように設定することが可能となる。
このように、本実施の形態の定着装置60では、境界領域N2Sでの気泡の発生を抑止するとともに、ニップ圧を連続的に単調減少するように設定することにより、ロールニップ部N1において高いニップ圧により押さえ込まれていた水蒸気や熱膨張しようとする空気を、剥離ニップ部N2を通過するまでの経路において徐々に開放することが可能となり、水蒸気や熱膨張した空気が気泡となってニップ内で動き回る現象の発生を抑制することができる。そのため、未だ完全に固化されていない状態のトナー像が乱されることが殆ど無くなり、定着画像に画像ムラ等の画像ディフェクトの発生を抑制することが可能となる。
Further, as with the fixing
As described above, in the fixing
加えて、剥離パッド64を構成する下流側剥離パッド642の外側面64bにより、剥離パッドニップN2を通過した定着ベルト610は、その進行方向が屈曲するように急激に変化させられる。そのため、ロールニップ部N1および剥離ニップ部N2を通過した用紙Pは、剥離ニップ部N2を出た時点で定着ベルト610から剥離され、用紙Pに対する曲率分離を行うことが可能となる。
その際に、剥離領域Rでは、下流側剥離パッド642により加圧ロール62表面に変形(凹部)を生じさせない所定圧以下のニップ圧が設定されている。それにより、剥離パッド64による剥離性能を向上させることが可能となり、画像形成装置の高速化を図った場合にも、ベタ画像が形成された「コシ」の弱い薄紙に対しても、安定して用紙分離を行うことができる。
In addition, the fixing
At that time, in the peeling region R, a nip pressure equal to or lower than a predetermined pressure that does not cause deformation (concave portion) on the surface of the
26Y,26M,26C,26K…画像形成ユニット、31…感光体ドラム、32…帯電ロール、25Y,25M,25C,25K…レーザ露光装置、33…現像器、34…ドラムクリーナ、41…中間転写ベルト、42…一次転写ロール、50…二次転写ロール、60,90…定着装置、61…定着ベルトモジュール、62,701…加圧ロール、64…剥離パッド、641…上流側剥離パッド、642…下流側剥離パッド、610…定着ベルト、611…定着ロール、70…加圧ベルトモジュール、700…加圧ベルト、702…インレットロール、704…圧力パッド、83…剥離案内板 26Y, 26M, 26C, 26K ... Image forming unit, 31 ... Photoconductor drum, 32 ... Charging roll, 25Y, 25M, 25C, 25K ... Laser exposure device, 33 ... Developer, 34 ... Drum cleaner, 41 ... Intermediate transfer belt 42 ... Primary transfer roll, 50 ... Secondary transfer roll, 60, 90 ... Fixing device, 61 ... Fixing belt module, 62, 701 ... Pressure roll, 64 ... Release pad, 641 ... Upstream release pad, 642 ... Downstream Side peeling pad, 610... Fixing belt, 611 .. fixing roll, 70... Pressure belt module, 700... Pressure belt, 702.
Claims (20)
回動可能な定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記定着ロールを押圧する加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を前記加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、
前記剥離部材は、異なるニップ圧を形成可能な複数の押圧部材で構成されたことを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing a toner image carried on a recording material,
A rotatable fixing roll;
A belt member stretched around the fixing roll;
A pressure member that presses the fixing roll via the belt member;
A peeling member that presses the outer surface of the belt member against the pressure member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member;
The fixing device, wherein the peeling member includes a plurality of pressing members capable of forming different nip pressures.
回動可能な定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を張架する張架ロールと、
前記ベルト部材を介して前記定着ロールに押圧するように配置され、弾性を有する加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を前記加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、
前記剥離部材は、前記ベルト部材の移動方向上流側にて第1のニップ圧で押圧する第1ニップ圧領域と、当該ベルト部材の移動方向下流側にて第2のニップ圧で押圧する第2ニップ圧領域とを形成することを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing a toner image carried on a recording material,
A rotatable fixing roll;
A belt member stretched around the fixing roll;
A tension roll that stretches the belt member;
A pressure member which is arranged to press against the fixing roll via the belt member and has elasticity;
A peeling member that presses the outer surface of the belt member against the pressure member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member;
The peeling member has a first nip pressure region that is pressed with a first nip pressure on the upstream side in the moving direction of the belt member, and a second nip pressure that is pressed with a second nip pressure on the downstream side in the moving direction of the belt member. And a nip pressure region.
Pn≧Po×(Tn/To−1)
を満たすように設定されたことを特徴とする請求項9記載の定着装置。 In the first nip pressure region, the first nip pressure Pn is defined such that the absolute temperature of the belt member is Tn, the absolute temperature of the surrounding environment is To, and the atmospheric pressure is Po.
Pn ≧ Po × (Tn / To−1)
The fixing device according to claim 9, wherein the fixing device is set so as to satisfy.
前記トナー像形成部によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写部と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部とを含み、
前記定着部は、
回動可能な定着ロールと、
前記定着ロールに張架されるベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記定着ロールに押圧する加圧部材と、
前記定着ロールと前記加圧部材との圧接部の下流側近傍にて、前記ベルト部材の外表面を前記加圧部材に押圧する剥離部材とを備え、
前記剥離部材は、異なるニップ圧を形成可能な複数の押圧部材で構成されたことを特徴とする画像形成装置。 A toner image forming unit for forming a toner image;
A transfer unit that transfers the toner image formed by the toner image forming unit onto a recording material;
A fixing unit for fixing the toner image transferred onto the recording material to the recording material,
The fixing unit is
A rotatable fixing roll;
A belt member stretched around the fixing roll;
A pressure member that presses against the fixing roll via the belt member;
A peeling member that presses the outer surface of the belt member against the pressure member in the vicinity of the downstream side of the pressure contact portion between the fixing roll and the pressure member;
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the peeling member includes a plurality of pressing members capable of forming different nip pressures.
Pn≧Po×(Tn/To−1)
を満たすように設定されたことを特徴とする請求項17記載の画像形成装置。 In the fixing unit, the first nip pressure Pn of the first pressing member is Tn, the absolute temperature of the belt member is Ton, the absolute temperature of the surrounding environment is To, and the atmospheric pressure is Po.
Pn ≧ Po × (Tn / To−1)
18. The image forming apparatus according to claim 17, wherein the image forming apparatus is set so as to satisfy the following condition.
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- 2005-11-25 JP JP2005340912A patent/JP2007147905A/en active Pending
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