JP2008070738A - Fixing device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録紙上の未定着トナーを、その通過中に融着し、かつこれを記録紙側に押圧し定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a fixing device that fuses unfixed toner on a recording paper while it is passing, and presses and fixes the toner to the recording paper side, and an image forming apparatus using the same.
複写機やプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に搭載され記録紙上の未定着トナー像を接触加熱定着する定着装置として、従来、円弧ヒータとニップ部材とに張架したベルト、加圧ローラとから構成されるものが知られている。このような定着装置としては、例えば、特許文献１（特開２００３−２８７９６９号公報）には、加熱電力を供給することにより発熱する面状の抵抗発熱体部と定着ベルトの裏側が摺接するための曲面を備えた加熱パネル、定着ベルトの裏側が摺接する弾性部を有する加圧パッド、上記加熱パネルと上記加圧パッドとの間に張力をかけて掛け渡された定着ベルト、及び、上記定着ベルトを挟んで上記加圧パッドとの間で相互に向かい合う加圧力が付与され、一定方向に回転駆動される加圧ローラを備えており、上記定着ベルトと上記加圧ローラとで形成されるニップ部にトナーが吸着された記録紙が導かれることを特徴とするベルト式定着装置が記載されている。
従来技術においては、円弧ヒータとニップ部材とでベルトを張架するようにして構成されているが、円弧ヒータからベルトへと熱を効率的に伝達させるべく円弧ヒータとベルトの接触圧をかせぐために、ベルトにある程度の張力を持たせるようにしなければならなかった。ところが、このようにベルトに上記のようなある程度の張力をかけると、円弧ヒータもしくはニップ部材の角、縁におけるベルトの曲率が大きく変化する箇所において、ベルトに大きな負担がかかってしまう。すなわち、ベルト回転に伴い、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が擦られ磨耗劣化、ベルト破断、もしくは、弾性変形を超えたせん断力がベルトにかかり、機械的疲労によりベルトに亀裂が入る、などの現象が発生し、定着装置自体としての寿命が短くなってしまう、という問題があった。 In the prior art, the belt is stretched between the arc heater and the nip member. However, in order to efficiently transfer heat from the arc heater to the belt, the contact pressure between the arc heater and the belt is increased. The belt had to have a certain amount of tension. However, when a certain amount of tension as described above is applied to the belt in this way, a large burden is placed on the belt at a location where the curvature of the belt at the corner or edge of the arc heater or nip member changes greatly. In other words, as the belt rotates, the inner surface of the belt is rubbed at the corners and edges of the arc heater or nip member, and wear degradation, belt breakage, or shear force exceeding elastic deformation is applied to the belt. There is a problem that a phenomenon such as a crack occurs and the life of the fixing device itself is shortened.
上記のような問題の一方で次のような問題も従来技術は内包している。すなわち、従来技術においてはベルトを安定回転駆動させるために、（ベルト内面と円弧ヒータ表面の摩擦力）＋（ベルト内面とニップ部材表面の摩擦力）＜（ベルト外面と加圧ローラ表面の摩擦力）になるように設計されているが、ベルト外面と加圧ローラ表面との摩擦力が過大となるとベルト外面や加圧ローラ表面の摩耗が激しくなってしまう関係から、摩擦力をある程度制限しなくてはならない。ところが、この摩擦力を制限すると、今度は円弧ヒータのベルトとの当接力が弱くなってしまい、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が悪くなってしまう。その結果、定着装置としての消費電力が大きくなってしまう、という問題があった。 In addition to the above problems, the following problems are also included in the prior art. That is, in the prior art, in order to drive the belt stably, (friction force between the belt inner surface and the arc heater surface) + (friction force between the belt inner surface and the nip member surface) <(friction force between the belt outer surface and the pressure roller surface). However, if the frictional force between the belt outer surface and the pressure roller surface becomes excessive, the belt outer surface and the pressure roller surface will become heavily worn. must not. However, if this frictional force is limited, the contact force of the arc heater with the belt is weakened, and the heat transfer efficiency from the arc heater to the belt is deteriorated. As a result, there is a problem that power consumption as the fixing device increases.
本発明は上記の各課題を解決するために、請求項１に係る発明は、円弧形状の基板上に設けられる抵抗発熱体と該抵抗発熱体上に形成される保護層とからなるヒータと、該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、該ヒータに対向し該ベルトを介して該ベルトを押圧する対向ローラと、を具備し、該対向ローラを回転駆動することを特徴とする定着装置である。 In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a heater comprising a resistance heating element provided on an arc-shaped substrate and a protective layer formed on the resistance heating element, A belt stretched between the heater and the nip member, a pressure roller that is rotationally driven to face the nip member via the belt, and a face that faces the heater and presses the belt via the belt A fixing device that rotates the counter roller.
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、該対向ローラが分割ローラであることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fixing device according to the first aspect, the facing roller is a divided roller.
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の定着装置において、該対向ローラを紙搬送領域外に配置することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fixing device according to the second aspect, the opposing roller is disposed outside the paper conveyance area.
また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、該対向ローラが逆クラウン形状のローラであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing device according to the first aspect, the opposing roller is a reverse crown-shaped roller.
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置において、該対向ローラは該ヒータ上流側に配置することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to fourth aspects, the opposing roller is disposed upstream of the heater.
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の定着装置において、該対向ローラは該ヒータ下流側に配置することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to fourth aspects, the opposing roller is disposed on the downstream side of the heater.
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の定着装置において、該ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the invention, in the fixing device according to any one of the first to sixth aspects, a heat-resistant lubricant is applied to the inner surface of the belt.
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。 An invention according to an eighth aspect is an image forming apparatus using the fixing device according to any one of the first to seventh aspects.
このような本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとニップ部材でベルトを張架するときにおいて過大な張力をベルトに負担させることなく、円弧ヒータとベルトとの当接力をかせぐことができるようになるので、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁におけるベルト変形は弾性変形にとどまり、ベルト破壊に結びつくような塑性変形をなくすことができる。また、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が強く擦られることがなくなる。そして、その結果、ベルトの寿命、ひいては定着装置としての寿命を延ばすことができる。 According to the present invention, by providing the pressing member, when the belt is stretched between the arc heater and the nip member, the contact force between the arc heater and the belt is increased without causing excessive tension on the belt. Therefore, the belt deformation at the corners and edges of the arc heater or the nip member is limited to elastic deformation, and plastic deformation that leads to belt breakage can be eliminated. Further, the inner surface of the belt is not rubbed strongly by the corners or edges of the arc heater or the nip member. As a result, the life of the belt, and hence the life of the fixing device can be extended.
また、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとベルトとの当接力が増大するので、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が向上し、定着装置としてのエネルギー効率を高めることができる。 In addition, according to the present invention, since the contact force between the arc heater and the belt is increased by providing the pressing member, the heat transfer efficiency from the arc heater to the belt is improved, and the energy efficiency as the fixing device is increased. it can.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る定着装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る定着装置の断面を示す図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る定着装置の斜視図であり、図３は、本発明の実施の形態に係る定着装置の画像形成装置本体に対する取り付け部の構造を示す図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a fixing device according to an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a cross section of a fixing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the fixing device according to the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a structure of a mounting portion of the fixing device according to the embodiment with respect to the image forming apparatus main body.
図１乃至図３において、１００は加圧ローラ、１０１は芯金、１０２はシリコーンゴム中間層、１０３はＰＦＡ表層、１２０は未定着画像、１２１は記録紙、１２２は未定着トナー、１３０はベルト、１３３はベルト温度センサー、１５１は円弧ヒータ温度センサー、１６０はたわみ防止シャフト、１７０はニップ部材、１７１はリブ、２００はベルトユニット、３００は円弧ヒータ、４００は支持部材（胴当て部材）、５０１はベルトユニット取り付け側板、５０２は加圧ローラ取り付け側板、５０３は対向ローラ取り付け側板、５０４は対向ローラ軸受け、６００は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。
1 to 3, 100 is a pressure roller, 101 is a core, 102 is a silicone rubber intermediate layer, 103 is a PFA surface layer, 120 is an unfixed image, 121 is recording paper, 122 is unfixed toner, and 130 is a belt.
本発明の実施の形態に係る定着装置は、矢印ｂ方向から進入する記録紙１２１上の未定着トナー１２２を、その通過中に融着し、かつこれを記録紙１２１側に押圧し定着させることによって、記録紙１２１上の未定着画像１２０を永久可視像へと変換する画像形成装置の一工程を担うものである。
The fixing device according to the embodiment of the present invention fuses the
図１乃至図３において、矢印ａは加圧ローラ１００の回転駆動方向、矢印ｂは未定着画像１２０進入方向、矢印ｃはベルト１３０の回転方向をそれぞれ示しており、各部がこのよう方向に動作することによって、上述するように未定着画像１２０が矢印ｂ方向で定着装置を通過する。また、図１乃至図３において、矢印ｄは対向ローラ６００回転方向、矢印ｅは円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接方向、矢印ｆはニップ部材１７０のベルト１３０当接方向をそれぞれ示している。
1 to 3, the arrow a indicates the rotational driving direction of the
加圧ローラ１００は、ステンレス製の芯金１０１の周囲にシリコーンゴムからなるシリコーンゴム中間層１０２を配し、さらに表面に熱可塑性フッ素樹脂からなるＰＦＡ表層１０３を施したものである。この加圧ローラ１００は、不図示の動力機構によって矢印ａ方向に回転することによって、ベルト１３０とのニップ部における摩擦でベルト１３０を回動させる。
The
ベルト１３０は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０に張架されて、矢印ｃ方向に回動することによって、記録紙１２１をベルト１３０−加圧ローラ１００間のニップ部を通過させると共に、円弧ヒータ３００からの熱を伝達して当該ニップ部を通過する未定着トナー１２２を加熱する。
The
ベルト温度センサー１４１はベルト１３０の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段であり、また、円弧ヒータ温度センサー１５１は円弧ヒータ３００の温度を不図示の制御部がモニターするために設けられた温度検出手段である。
The belt temperature sensor 141 is a temperature detecting means provided for the control unit (not shown) to monitor the temperature of the
ニップ部材１７０は、ベルト１３０を張架する部材の一つであると共に、加圧ローラ１００との間に未定着画像１２０を通過させるニップ部を形成する部材であり、材料としては耐熱性に優れたエンジニアリングプラスチックであるポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)が用いられる。
The
なお、ニップ部材１７０はエンジニアリングプラスチック製であり、比較的強度にも優れてはいるが、ベルト１３０を介して、加圧ローラ１００に押しつけられるとたわむ可能性があるために、それを防止するためリブ１７１を介して、たわみ防止用シャフト１６０が設けられている。そして、たわみ防止用シャフト１６０両端と加圧ローラ１００両端の間に不図示の加圧バネを設け、ニップ部材１７０をベルト１３０を介して加圧ローラ１００に加圧する。
The nip
円弧ヒータ３００は概略剛性基板３０１上に印刷された抵抗発熱体３２０とそれを保護する保護層３３０からなる。抵抗発熱体３２０は通電されることによって発熱し、当該円弧ヒータ３００が熱せられ、この熱がベルト１３０へと伝達する。
The
支持部材（胴当て部材）４００には、斜視図に示すように円弧ヒータ３００を支持する凹部（溝）が形成されており、不図示の圧接バネにより円弧ヒータ３００をベルト１３０に押し付けるように構成される。また、支持部材（胴当て部材）４００は、ベルト１３０が軸方向一方端への寄りを規制する寄り止めとしても機能する。
A recess (groove) for supporting the
対向ローラ６００は対向ローラ芯金６０１に２０ｍｍφのステンレスシャフトからなり、まわりに厚さ７ｍｍ発泡シリコーンゴム層を対向ローラ弾性層６０２として設けている。斜視図にも示すように、この対向ローラ６００は、円弧ヒータ３００の長手方向の両端に設けられる分割ローラであり、ベルト１３０の紙搬送領域外を円弧ヒータ３００側に押圧するようになっている。また、この対向ローラ６００は、ベルト１３０を介した円弧ヒータ３００下流に配置する。なお、本明細書においては、「上流」や「下流」とはベルト１３０の回動する方向（ベルト１３０が流れる方向）からみての「上流」、「下流」であると定義する。
The
対向ローラ芯金６０１は図示していないモータにギアで結合され、矢印ｄ方向に回転駆動される。
The
一方、ニップ部材１７０は樹脂製で、背面のたわみ防止用シャフト１６０両端に荷重をかけ、ベルト１３０を介し、加圧ローラ１００に矢印ｆ方向に圧接する。以上、説明したベルト１３０、円弧ヒータ３００、たわみ防止用シャフト１６０、ニップ部材１７０、リブ１７１でベルトユニット２００を形成する。ベルトユニット２００は、図示するようにベルトユニット取り付け側板５０１で支持されている。このとき、たわみ防止シャフト１６０をベルトユニット取り付け側板５０１に固定支持し、円弧ヒータ３００は上方向に移動可能なように支持される。
On the other hand, the
対向ローラ６００は対向ローラ軸受け５０４を介して、対向ローラ取り付け側板５０３に回転可能に固定支持される。また、支持部材４００と対向ローラ取り付け側板５０３間に図示していない圧接バネを設け、円弧ヒータ３００はベルト１３０を介し、上方向側に押し付けられている。よって、圧接バネ荷重の何割かが円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力になる（図１の矢印ｅ方向）。
The
加圧ローラ１００は回転可能に加圧ローラ取り付け側板５０２に固定支持される。そして、たわみ防止シャフト１６０はベルトユニット取り付け側板５０１を介して、図示していない加圧バネにより、加圧ローラ取り付け側板５０２に押し付けられている。
したがって、たわみ防止シャフト１６０がニップ部材１７０、ベルト１３０を介して加圧ローラ１００に押し付けられる形になる。
The
Accordingly, the
よって、加圧バネ荷重がニップ部材１７０のベルト１３０を介した加圧ローラ１００への加圧荷重になる（図１の矢印ｆ方向）。
Therefore, the pressure spring load becomes the pressure load applied to the
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置における円弧ヒータ３００についてより詳しく説明する。まず円弧ヒータ３００の構造について詳しく説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いる円弧ヒータ３００の電気的な配線構造を斜視的に示す図であり、図５は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として金属製基板を用いた場合の断面構造を示す図であり、図６は、本発明の定着装置に用いる円弧ヒータ３００に剛性基板として絶縁性基板を用いた場合の断面構造を示す図である。
Next, the
図４において、３０１は剛性基板、３１０は電極、３１１は板バネ電極、３１２は円弧ヒータ用電源コード、３２０は抵抗発熱体をそれぞれ示している。
また、図５において、１３０はベルト、３０２は金属製剛性基板、３４０は絶縁層、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６００は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図６において、１３０はベルト、３０３は絶縁性剛性基板、３２０は抵抗発熱体、３３０は保護層、６０は対向ローラ、６０１は対向ローラ芯金、６０２は対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。
In FIG. 4, 301 is a rigid substrate, 310 is an electrode, 311 is a leaf spring electrode, 312 is a power cord for an arc heater, and 320 is a resistance heating element.
5, 130 is a belt, 302 is a metal rigid substrate, 340 is an insulating layer, 320 is a resistance heating element, 330 is a protective layer, 600 is a counter roller, 601 is a counter roller core, and 602 is a counter roller elastic. Each layer is shown. In FIG. 6, 130 is a belt, 303 is an insulating rigid substrate, 320 is a resistance heating element, 330 is a protective layer, 60 is a counter roller, 601 is a counter roller core, and 602 is a counter roller elastic layer. Yes.
円弧ヒータ３００の構造における基礎となる剛性基板３０１には金属製の基板と、絶縁性の基板との２種類の材料の基板を用いることができる。図５及び図６に円弧ヒータ３００の層構成がわかるように概略断面図が示されている。図５は剛性基板として金属製剛性基板３０２が用いられる場合であり、この場合、抵抗発熱体３２０と、金属製剛性基板３０２の間に絶縁層３４０を設ける。図６に示すものは剛性基板として絶縁性剛性基板３０３が用いられる場合であり、この場合は、抵抗発熱体３２０を絶縁性剛性基板３０３上に直接形成している。本実施形態では、この絶縁性剛性基板３０３には、アルミナセラミックを用い、厚みは１ｍｍとしている。
As the
抵抗発熱体３２０は銀タングステン、銀パラジウムなどを用い、幅３ｍｍ、長さ３００ｍｍで円弧ヒータ３００の頂点付近に間隔１．４ｍｍをとって２本設けた。抵抗発熱体３２０の両端には銀電極３１０を設け、その部分は保護層３３０を被覆しないようにして、板バネ電極３１１を圧接し、導通をとるように構成している。板バネ電極３１１には円弧ヒータ用電源コード３１２が接続され、電力が供給される。円弧ヒータ３００消費電力はＡＣ１００Ｖ印加時に１０００Ｗとなるように構成する。なお、図５のように、剛性基板として金属製剛性基板３０２を用いる場合は、絶縁層３４０として、ガラスまたはポリイミド樹脂などの耐熱性のある絶縁材料が適している。
The
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置におけるベルト１３０の構造についてより詳しく説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る定着装置に用いるベルト１３０の断面構造を示す図である。図７において、１３４はベルト基材、１３５は弾性層、１３６は剥離層をそれぞれ示している。
Next, the structure of the
弾性層１３５は紙の繊維凹凸にベルト１３０表面を倣わせ、トナー層に均一圧力がかかるようにして、光沢ムラの発生を防止するために設けられている。また、剥離層１３６は加熱溶融トナーが粘着し、紙がベルト１３０に張り付くのを防止するための層である。弾性層１３５には２００μｍ厚シリコーンゴム、剥離層１３６には２０μｍ厚ＰＦＡ樹脂を用いた。また、ベルト基材１３４は、ベルト周長伸縮を抑える他に、円弧ヒータ３００表面、及び、ニップ部材１７０との摺擦に対してベルト強度を保つためにニッケルが用いられる。なお、ベルト基材１３４としてはニッケルの他に、ステンレスなども用い得るし、弾性層１３５、剥離層１３６の材質も上記のような目的にかなうものであれば他の材料を用いても構わない。
The
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置と比較例に係る定着装置について説明する。本発明の実施の形態に係る定着装置の構成部品の条件一覧を表１に示す。なお、耐熱潤滑剤には協同油脂株式会社製の商品名「マルテンプ」フッ素グリースを用いた。 Next, a fixing device according to an embodiment of the present invention and a fixing device according to a comparative example will be described. Table 1 shows a list of conditions of components of the fixing device according to the embodiment of the present invention. As the heat-resistant lubricant, trade name “Multemp” fluorine grease manufactured by Kyodo Yushi Co., Ltd. was used.
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の性能評価方法について説明する。
＜円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力の設定方法＞
本実施形態・比較例において、圧接バネ荷重を両端２本合わせて、５〜２５ｋｇの範囲、１ｋｇ刻みで変化させる。そのときのベルト１３０がすべらない、最大圧接バネ荷重を円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への上限当接力とする。なお、ベルト１３０すべりは、非通紙時、上質紙通紙時、厚紙通紙時、未定着トナー画像のある上質紙、未定着トナー画像のある厚紙の５水準の状態で調べた。
＜定着装置搭載画像形成装置の消費電力の評価方法＞
本実施形態・比較例において、各々の円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への上限当接力における定着の消費電力を比較した。消費電力は、本実施形態及び比較例の定着装置を画像形成装置に搭載し、画像形成装置のＡＣ１００Ｖ電源部に積算電力計（日置電機株式会社製、モデル３３３２）を接続し測定した。１時間毎に連続４０枚の印字を行い、電源投入から８時間経過までにおける１時間当たりの平均エネルギー消費量（Ｗｈ／ｈ）を消費電力とした。
＜定着装置の寿命評価方法＞
本実施形態・比較例の定着装置を搭載した画像形成装置で洋型４号封筒の連続通紙を行い、洋型４号封筒の連続通紙を行い、寿命を評価した。１００枚通紙毎に画像形成装置の扉を開け、定着装置の外観を目視観察し、ベルト１３０に亀裂が入った時点で寿命と判断した。封筒のような厚紙で段差のあるものを通紙することが最もベルト１３０に損傷を与え、寿命判定の加速試験になる。
Next, a performance evaluation method for the fixing device according to this embodiment and the fixing device according to the comparative example will be described.
<Method of Setting Contact Force of
In this embodiment / comparative example, the two pressure contact spring loads are combined and changed in the range of 5 to 25 kg in increments of 1 kg. The maximum pressure contact spring load at which the
<Method for Evaluating Power Consumption of Image Forming Apparatus with Fixing Device>
In this embodiment / comparative example, the power consumption of fixing at the upper limit contact force of the
<Fusing device life evaluation method>
The image forming apparatus equipped with the fixing device of the present embodiment / comparative example was used to continuously pass the Western No. 4 envelope, and the Western No. 4 envelope was continuously passed to evaluate the life. Every 100 sheets passed, the door of the image forming apparatus was opened, the appearance of the fixing device was visually observed, and when the
次に、本実施形態に係る定着装置・比較例に係る定着装置の比較について説明する。
（対向ローラ６００の有無について）
比較例１の定着装置の概略断面図を図８示す。比較例１の定着装置が、本実施形態に係る定着装置と異なる点は、対向ローラ６００を有さない点である
比較例１の定着装置は、円弧ヒータ３００に対向する対向ローラが存在しないため、円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を矢印ｇ方向に張架することにより、円弧ヒータ３００のベルト１３０への当接力を得ている。
Next, a comparison between the fixing device according to this embodiment and the fixing device according to the comparative example will be described.
(With or without the opposing roller 600)
FIG. 8 is a schematic sectional view of the fixing device of Comparative Example 1. The difference between the fixing device of Comparative Example 1 and the fixing device according to the present embodiment is that the fixing roller of Comparative Example 1 does not have the opposing
表２に比較例１の定着装置の性能評価結果を示す。比較例１の定着装置では圧接力６ｋｇ、実施例は圧接力１９ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。これは、本実施形態の定着装置では対向ローラ６００を矢印ｄ方向に回転駆動させているため、円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が増加しても安定にベルト回転が行えるからである。
Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing device of Comparative Example 1. In the fixing device of Comparative Example 1, the
したがって、円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力は本実施形態の定着装置のほうが大きく、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が向上し、消費電力を低減することが出来た。
Therefore, the pressure contact force of the
さらに、本実施形態の定着装置の方が比較例１よりも寿命封筒通紙枚数が増加した。
これは、比較例１の定着装置は円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を張架しているため、図８の範囲ＥＤにおいて、ベルト回転に伴い、円弧ヒータの角、縁でベルト内面が強く擦られ磨耗劣化、もしくは、弾性変形を超えたせん断力がベルトにかかり、その結果、早期に機械的疲労によりベルトに亀裂が入ったためである。
In addition, the fixing device of this embodiment has an increased number of envelopes that have a life span longer than that of Comparative Example 1.
This is because, in the fixing device of Comparative Example 1, the
さらに、比較例２として、対向ローラ６００を回動ローラから従動ローラに変更したものをテストした。このために、対向ローラ芯金６０１に結合されているギア、モータを取り外し、ベルト１３０の回転に応じて連れ回りするようにした。
Further, as Comparative Example 2, a test was performed in which the facing
表２に、比較例２の定着装置の性能評価結果を示す。比較例２の定着装置では圧接力６ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。これは、対向ローラ６００がベルト１３０に連れ回る構造なので、円弧ヒータ３００とベルト１３０の摩擦力が図８で示す従来技術（比較例１）と同程度になるためである。したがって、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力は従来技術（比較例１）と同程度となった。しかし、円弧ヒータ３００とニップ部材１７０でベルト１３０を張架しないため、従来技術（比較例１）よりは寿命封筒通紙枚数が延びた。
（分割ローラに係る構成について）
比較例３の定着装置を図９に示す。比較例３の定着装置は、本実施形態の定着装置の対向ローラ６００を、紙搬送領域全体を覆う非分割対向ローラ６１０に変更したものである。図９は、比較例３の定着装置を横から長手方向をみるように描かれている。図１０には、これに対応するような視点から見た本実施形態の定着装置を示す。図９において、６１０は非分割対向ローラ、６１１は非分割対向ローラ芯金、６１２は非分割対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図９において、本実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。図９及び図１０において、ＲＬは最大サイズ紙幅以上の長さを示している。
Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing device of Comparative Example 2. In the fixing device of Comparative Example 2, the
(About the configuration related to the split roller)
A fixing device of Comparative Example 3 is shown in FIG. In the fixing device of Comparative Example 3, the
表２に実施例、比較例３の定着装置の性能評価結果を示す。比較例３の定着装置では圧接力２１ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。したがって、円弧ヒータ３００のベルト１３０への圧接力は比較例３の定着装置のほうが大きく、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は向上する。しかし、非分割対向ローラ６１０とベルト１３０の接触面積、圧接力が増加し、非分割対向ローラ６１０への熱の逃げが増加する。その結果、比較例３の定着装置では、かえって消費電力は増加した。
（逆クラウン形状の対向ローラについて）
本発明の第２実施形態に係る定着装置について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態に係る定着装置に用いる対向ローラを示す図である。本発明の第２実施形態に係る定着装置においては、先の実施形態に用いた分割ローラに代えて、逆クラウン形状のローラを用いる。図１１において、６２０は逆クラウン対向ローラ、６２１は逆クラウン対向ローラ芯金、６２２は逆クラウン対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図１１において、ＲＬは最大サイズ紙幅以上の長さを示している。
Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing devices of Example and Comparative Example 3. In the fixing device of Comparative Example 3, the
(Reverse crown-shaped counter roller)
A fixing device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating the facing roller used in the fixing device according to the second embodiment of the present invention. In the fixing device according to the second embodiment of the present invention, instead of the split roller used in the previous embodiment, a reverse crown-shaped roller is used. In FIG. 11,
第２実施形態の定着装置の性能評価は以下のように行った。
（１）比較例３の定着装置と第２実施形態の定着装置各々搭載した画像形成装置をＨＨ環境（３５℃６５％ＲＨ）に設置する。
（２）すでに片面印字のあるＡ４サイズ再生紙古紙の裏面白紙部分に黒べた画像を印字する。
（３）給紙カセット満杯分、２５０枚の印字を行い、そのうち何枚に紙しわが発生するかを調査する。
The performance evaluation of the fixing device of the second embodiment was performed as follows.
(1) The image forming apparatus equipped with the fixing device of Comparative Example 3 and the fixing device of the second embodiment is installed in an HH environment (35 ° C. and 65% RH).
(2) A solid black image is printed on the back side blank portion of the A4 size recycled paper that has already been printed on one side.
(3) Print 250 sheets for the full paper cassette, and check how many sheets of paper wrinkles occur.
上質紙に比較して紙繊維長さが短い再生紙を高温高湿度環境下に置くとやわらかくなり、かつ、裏面に印字があると定着装置通過時の紙伸縮率が不均一となり、紙しわが発生しやすくなるので以上のような試験形態とした。 Recycled paper with a shorter fiber length than high-quality paper is softer when placed in a high-temperature, high-humidity environment, and if there is printing on the reverse side, the paper expansion / contraction rate is uneven when passing through the fixing device, and paper wrinkles occur. Since it becomes easy to generate | occur | produce, it was set as the above test forms.
以上のような性能評価試験の結果を表３に示す。 Table 3 shows the results of the performance evaluation test as described above.
表３によれば、比較例３の定着装置では紙しわ発生枚数が２７枚であるのに対して、第２実施形態の定着装置では紙しわ発生枚数が０枚である。これは、対向ローラを逆クラウン対向ローラ６２０に変更することにより、ベルト１３０を両端方向に引っ張る力が働き、ベルト１３０のしわ発生が防止でき、その結果、紙しわが発生しにくくなるためであると考えられる。
（紙搬送領域と対向ローラのレイアウトについて）
比較例４の定着装置として、本実施形態における対向ローラ６００を、図１２に示すような紙搬送領域内にはみ出す、はみ出し対向ローラ６３０に変更した。図１２において、６３０ははみ出し対向ローラ、６３１ははみ出し対向ローラ芯金、６３２ははみ出し対向ローラ弾性層をそれぞれ示している。また、図１２において、ＬＥは対向ローラ紙搬送領域内はみだし長さを示すものである。なお、図１２において、本発明の実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。比較例４の定着装置において、対向ローラ紙搬送領域内はみだし長さＬＥは５ｍｍに設定した。
According to Table 3, the number of paper wrinkles generated in the fixing device of Comparative Example 3 is 27, whereas the number of paper wrinkles generated in the fixing device of the second embodiment is 0. This is because by changing the opposed roller to the reverse crown opposed
(Regarding the layout of the paper transport area and counter roller)
As the fixing device of Comparative Example 4, the facing
比較例４の定着装置を画像形成装置に組み込み印字を行ったところ、Ａ３サイズ黒べた画像の１枚目印字両端部に低光沢部分が出現することがあった。これは、はみ出し対向ローラ６３０がベルト１３０に接触している部分では、はみ出し対向ローラ６３０に熱が逃げるためである。特に、定着装置立ち上げ時にその効果が顕著に現れ、立ち上げ終了、印字開始時は、はみ出し対向ローラ６３０が接触しているベルト１３０端部温度が低くなっている。
（対向ローラの配置について）
比較例５の定着装置の概略断面図を図１３に示す。この比較例５の定着装置では、 対向ローラ６００はベルト１３０を介して円弧ヒータ３００頭頂部に設けられている。円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への圧接方向は矢印ｈ方向である。
When the fixing device of Comparative Example 4 was incorporated into an image forming apparatus and printing was performed, low gloss portions sometimes appeared at both ends of the first print of an A3 size black solid image. This is because heat escapes to the protruding
(About the arrangement of the opposing roller)
A schematic cross-sectional view of the fixing device of Comparative Example 5 is shown in FIG. In the fixing device of Comparative Example 5, the facing
表２に比較例５の定着装置の性能評価結果を示す。比較例５の定着装置は実施例と同様に圧接力１９ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。しかし、本実施形態の定着装置の方が比較例５の定着装置よりも消費電力が小さい。これは、本実施形態の定着装置では、対向ローラ６００はベルト１３０を介した円弧ヒータ３００下流に配置され、回転駆動しているので、ベルト１３０を摩擦力で引っ張る力が、ベルト１３０を円弧ヒータ３００に捲着させる力として働くためである。その結果、円弧ヒータ３００とベルト１３０の密着性が高まり、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率が増加する。
（対向ローラの上流側配置について）
本発明の第３実施形態に係る定着装置について説明する。図１４は、本発明の第３実施形態に係る定着装置に用いる対向ローラを示す図である。先の実施形態においては対向ローラ６００は下流側に配置されていたが、本発明の第３実施形態に係る定着装置においては、対向ローラ６００は上流側に配置している。図１４において、先の実施形態に係る定着装置と同一の部材には同一の番号を付している。
Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing device of Comparative Example 5. In the fixing device of Comparative Example 5, the
(Regarding upstream arrangement of opposed roller)
A fixing device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a view showing the facing roller used in the fixing device according to the third embodiment of the present invention. In the previous embodiment, the facing
対向ローラ６００はベルト１３０を介して円弧ヒータ３００上流部に設けられた第３実施形態に係る定着装置では、円弧ヒータ３００のベルト１３０を介した対向ローラ６００への圧接方向は矢印ｊ方向である。
In the fixing device according to the third embodiment in which the
表２に本発明の第３実施形態に係る定着装置、比較例５の定着装置性能評価結果を示す。 本発明の第３実施形態に係る定着装置の方が比較例５の定着装置よりも消費電力が小さい。これは、定着動作により温度低下したベルト１３０は円弧ヒータ３００を通過するときに熱が補充され温度が上昇するため、ベルト１３０温度が円弧ヒータ上流＜円弧ヒータ下流になっているためである。その結果、本発明の第３実施形態に係る定着装置では、対向ローラ６００を円弧ヒータ上流に設置すると、ベルト１３０から対向ローラ６００への熱の逃げが低減し消費電力が小さくなる。
（ベルト内面に耐熱潤滑剤を塗布する作用について）
比較例６として、表１の本実施形態の条件のうち耐熱潤滑剤ベルト内面塗布なしを評価した。表２に比較例７の定着装置の性能評価結果を示す。
Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing device according to the third embodiment of the present invention and the fixing device of Comparative Example 5. The fixing device according to the third embodiment of the present invention consumes less power than the fixing device of Comparative Example 5. This is because the
(Regarding the action of applying a heat-resistant lubricant to the belt inner surface)
As Comparative Example 6, no heat-resistant lubricant belt inner surface application was evaluated among the conditions of this embodiment in Table 1. Table 2 shows the performance evaluation results of the fixing device of Comparative Example 7.
耐熱潤滑剤をベルト内面に塗布しないと、円弧ヒータ３００とベルト基材１３４の摩擦力が増加するため、圧接力１８ｋｇでベルト１３０すべりが発生した。よって、比較例７の定着装置では、円弧ヒータ３００からベルト１３０への伝熱効率は小さく、消費電力が増加した。また、ベルト内面の磨耗劣化が増加するために、若干、寿命封筒通紙枚数が小さくなる。
If the heat-resistant lubricant is not applied to the inner surface of the belt, the frictional force between the
次に、本発明の実施の形態に係る定着装置の動作について説明する。定着装置の動作は、図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して加圧ローラ１００に伝達され、矢印ａ方向に回転駆動を開始する。
Next, the operation of the fixing device according to the embodiment of the present invention will be described. In the operation of the fixing device, the rotational driving force of a stepping motor (not shown) is transmitted to the
同時に、別の図示していないステッピングモータの回転駆動力が図示していないギアを介して対向ローラ６００に伝達され、矢印ｄ方向に回転駆動を開始する。加圧ローラ１００、及び、対向ローラ６００とベルト１３０の摩擦力により、ベルト１３０が矢印ｃ方向に回転する。
At the same time, the rotational driving force of another stepping motor (not shown) is transmitted to the opposing
円弧ヒータ３００に電力が供給され、ベルト１３０が加熱される。ベルト１３０上にベルト温度センサー１３３が設置され、ベルト温度が定着温度になるように円弧ヒータ３００への供給電力が制御される。
Electric power is supplied to the
さらに、円弧ヒータ３００背面に円弧ヒータ温度センサー１５１が設置され、円弧ヒータ３００がある上限温度を超えた場合は強制的に円弧ヒータ３００への電力供給が中止される。
Furthermore, an arc
図１５は、本発明の実施の形態に係る定着装置の温度制御フローチャートを示す図である。なお、図１５のフローチャートに示す定着装置の温度制御は、種々考えられる温度制御のあくまで一例を示すものである。また、図１５において、
（定着温度）＜（円弧ヒータ下限温度）＜（円弧ヒータ上限温度）
である。定着温度に制御された定着装置に矢印ｂ方向に未定着画像１２０が進入し、定着が行われる。
FIG. 15 is a diagram illustrating a temperature control flowchart of the fixing device according to the embodiment of the present invention. Note that the temperature control of the fixing device shown in the flowchart of FIG. 15 is merely an example of various possible temperature controls. In FIG.
(Fixing temperature) <(arc heater lower limit temperature) <(arc heater upper limit temperature)
It is. The
次に、以上のような定着装置が搭載される画像形成装置について説明する。図１６は、本実施形態に係る定着装置を搭載した画像形成装置の構成を示す図である。図１６において、１１は露光装置、１２は定着装置、１３は感光体、１４は帯電装置、１５は現像装置、１６は一次転写装置、１７は中間転写ベルト、１８は現像ロータリー、１９は清掃装置、２０は給紙カセット、２１は二次転写装置をそれぞれ示している。 Next, an image forming apparatus equipped with the above fixing device will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present embodiment. In FIG. 16, 11 is an exposure device, 12 is a fixing device, 13 is a photoreceptor, 14 is a charging device, 15 is a developing device, 16 is a primary transfer device, 17 is an intermediate transfer belt, 18 is a developing rotary, and 19 is a cleaning device. , 20 is a paper feed cassette, and 21 is a secondary transfer device.
以上のように構成される画像形成装置の動作の概要について説明する。まず、不図示のパーソナルコンピュータなどから、画像形成装置に対して印字命令が出されると、立ち上がりに時間を要する露光装置１１、定着装置１２が最初に立ち上がり開始される。次に、感光体１３が矢印Ｐ方向に回転を開始すると共に、同時に中間転写ベルト１７が矢印Ｍ方向に回転開始する。次に、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち上がりが始まる。
An outline of the operation of the image forming apparatus configured as described above will be described. First, when a print command is issued from an unillustrated personal computer to the image forming apparatus, the
帯電装置１４で感光体１３を帯電し、露光装置１１からレーザー光を矢印Ｌ方向に照射され、感光体１３上に静電潜像が形成される。次に、現像装置１５で静電潜像をトナー画像に顕像化し、一次転写装置１６でこれらトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７に転写する。清掃装置１９では、感光体１３上の転写残りトナーを清掃回収する
現像ロータリー１８が矢印Ｒ方向に回転、別色現像装置１５を感光体１３に対向させる。なお、現像ロータリー１８には現像装置１５と同様の現像装置が４台設置されているが、現像装置１５以外は図示していない。そして、各々、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの色トナーを内包している。
The charging
シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック各色について、帯電装置１４での感光体１３を帯電、感光体１３上の静電潜像の形成、現像装置１５による静電潜像のトナー画像の顕像化、一次転写装置１６でのトナー画像を感光体１３から中間転写ベルト１７への転写を繰り返し、中間転写ベルト１７上にフルカラートナー画像を形成
給紙カセット２０からは、記録紙が給紙され、二次転写装置２１により、フルカラートナー画像が中間転写ベルト１７から記録紙へ転写される。この記録紙上のフルカラートナー画像は、本実施形態の定着装置１２を通過して定着される。なお、記録紙は矢印Ｋで示す搬送経路を通る。また、所定印字枚数の印字終了まで、上記の工程が繰り返し行われる
印字終了後、現像ロータリー１８の動作停止、感光体１３の回転停止、露光装置１１、定着装置１２、帯電装置１４、現像装置１５、一次転写装置１６、二次転写装置２１が立ち下がる。
For each color of cyan, magenta, yellow, and black, the
以上、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとニップ部材でベルトを張架するときにおいて過大な張力をベルトに負担させることなく、円弧ヒータとベルトとの当接力をかせぐことができるようになるので、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁におけるベルト変形は弾性変形にとどまり、ベルト破壊に結びつくような塑性変形をなくすことができる。また、円弧ヒータ、もしくは、ニップ部材の角、縁でベルト内面が強く擦られることがなくなる。そして、その結果、ベルトの寿命、ひいては定着装置としての寿命を延ばすことができる。 As described above, according to the present invention, by providing the pressing member, when the belt is stretched between the arc heater and the nip member, the contact force between the arc heater and the belt can be increased without imposing excessive tension on the belt. Therefore, the belt deformation at the corners and edges of the arc heater or the nip member is limited to elastic deformation, and plastic deformation that leads to belt breakage can be eliminated. Further, the inner surface of the belt is not rubbed strongly by the corners or edges of the arc heater or the nip member. As a result, the life of the belt, and hence the life of the fixing device can be extended.
また、本発明によれば、押圧部材を設けることによって、円弧ヒータとベルトとの当接力が増大するので、円弧ヒータからベルトへの伝熱効率が向上し、定着装置としてのエネルギー効率を高めることができる。 In addition, according to the present invention, since the contact force between the arc heater and the belt is increased by providing the pressing member, the heat transfer efficiency from the arc heater to the belt is improved, and the energy efficiency as the fixing device is increased. it can.
１１・・・露光装置、１２・・・定着装置、１３・・・感光体、１４・・・帯電装置、１５・・・現像装置、１６・・・一次転写装置、１７・・・中間転写ベルト、１８・・・現像ロータリー、１９・・・清掃装置、２０・・・給紙カセット、２１・・・二次転写装置、１００・・・加圧ローラ、１０１・・・芯金、１０２・・・シリコーンゴム中間層、１０３・・・ＰＦＡ表層、１２０・・・未定着画像、１２１・・・記録紙、１２２・・・未定着トナー、１３０・・・ベルト、１３４・・・ベルト基材、１３５・・・弾性層、１３６・・・剥離層、１３３・・・ベルト温度センサー、１５１・・・円弧ヒータ温度センサー、１６０・・・たわみ防止シャフト、１７０・・・ニップ部材、１７１・・・リブ、２００・・・ベルトユニット、３００・・・円弧ヒータ、３０１・・・剛性基板、３０２・・・金属製剛性基板、３０３・・・絶縁性剛性基板、３１０・・・電極、３１１・・・板バネ電極、３１２・・・円弧ヒータ用電源コード、３２０・・・抵抗発熱体、３３０・・・保護層、３４０・・・絶縁層、４００・・・支持部材（胴当て部材）、５０１・・・ベルトユニット取り付け側板、５０２・・・加圧ローラ取り付け側板、５０３・・・対向ローラ取り付け側板、５０４・・・対向ローラ軸受け、６００・・・対向ローラ、６０１・・・対向ローラ芯金、６０２・・・対向ローラ弾性層、６１０・・・非分割対向ローラ、６１１・・・非分割対向ローラ芯金、６１２・・・非分割対向ローラ弾性層、６２０・・・逆クラウン対向ローラ、６２１・・・逆クラウン対向ローラ芯金、６２２・・・逆クラウン対向ローラ弾性層、６３０・・・はみ出し対向ローラ、６３１・・・はみ出し対向ローラ芯金、６３２・・・はみ出し対向ローラ弾性層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該ヒータとニップ部材とに張架されるベルトと、
該ベルトを介して該ニップ部材と対向し回転駆動される加圧ローラと、
該ヒータに対向し該ベルトを介して該ベルトを押圧する対向ローラと、
を具備し、
該対向ローラを回転駆動することを特徴とする定着装置。 A heater comprising a resistance heating element provided on an arc-shaped substrate and a protective layer formed on the resistance heating element;
A belt stretched between the heater and the nip member;
A pressure roller that is rotationally driven to face the nip member via the belt;
A counter roller facing the heater and pressing the belt through the belt;
Comprising
A fixing device that rotates the counter roller.
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