JP2008170596A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、ベルト式の定着装置およびこれを用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a belt-type fixing device and an image forming apparatus using the same.
定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置であって、押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成され、ニップ部全域にわたって押圧部材と定着ベルト内面が接触する定着装置が検討された(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。前記押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも大きくなるように形成されていた。そして、前記定着装置は、定着ベルトと加圧ローラの間に滑りを発生させるという問題を有していた。
本発明が解決しようとする課題は、定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成され、定着ベルトと加圧ローラの間に滑りを発生させない定着装置と当該定着装置を備える画像形成装置の提供である。 A problem to be solved by the present invention is to provide a fixing device that includes a fixing belt, a pressing member, and a pressure roller, and that does not cause slippage between the fixing belt and the pressure roller, and an image forming apparatus including the fixing device. is there.
本発明は、定着ベルト、押圧部材及び加圧ローラから構成される定着装置であって、定着ベルトは加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱され、押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成されるとき、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が、非押圧状態での加圧ローラの表面よりも、加圧ローラ中心側に位置し、押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも小さい、定着装置である。
本発明の定着装置の押圧部材と加圧ローラが押圧されて形成されるニップ部の入口及び出口の圧力は、ニップ部の中間部の圧力より高く、そして、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が加圧ローラに食い込むため、定着ベルトの加圧ローラへの摩擦従動性は大きい。更に、ニップ部出口における押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みは、トナー像を担持した記録部材を定着ベルトから剥離しやすくしている。
The present invention is a fixing device including a fixing belt, a pressing member, and a pressure roller. The fixing belt is heated to a temperature necessary for melting the toner by a heating member, and the pressing member is disposed inside the fixing belt. When the pressing member and the pressure roller are pressed via the fixing belt to form the nip portion, the tip of the pressing member at the entrance and exit of the nip portion is more applied than the surface of the pressure roller in the non-pressed state. The fixing device is located on the pressure roller center side and has a radius of curvature of a nip portion forming portion of the pressing member that is smaller than a radius of curvature of the pressure roll in a non-pressed state.
The pressure at the inlet and outlet of the nip portion formed by pressing the pressing member and the pressure roller of the fixing device of the present invention is higher than the pressure at the intermediate portion of the nip portion, and the pressing members at the inlet and outlet of the nip portion Since the leading edge of the belt bites into the pressure roller, the friction followability of the fixing belt to the pressure roller is large. Further, the biting of the front end of the pressing member into the pressure roller at the exit of the nip portion makes it easy to peel the recording member carrying the toner image from the fixing belt.
本発明の好ましい実施態様では、上記定着装置において、ニップ部出口の圧力がニップ部入口の圧力より大きくなるように、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧される。上記構成は、記録部材を定着ベルトから剥離しやすくしている。 In a preferred embodiment of the present invention, in the fixing device, the pressing member and the pressure roller are pressed through the fixing belt so that the pressure at the nip portion outlet becomes larger than the pressure at the nip portion inlet. The above configuration makes it easy to peel the recording member from the fixing belt.
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置において、記録部材先端が定着ベルトに接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置にニップ部前ガイドが設けられている。上記構成は、押圧部材の先端が加圧ローラに食い込んでいるニップ部入口への記録部材の搬送を安定化させている。記録部材先端が加圧ローラに接触させられた後でニップ部入口へ搬送される場合、記録部材先端は押圧部材に直角に近い角度で当接させられ、記録部材の搬送不良が発生する。 In another preferred embodiment of the present invention, in the fixing device, the front guide of the nip portion is provided at a position where the recording member is conveyed to the nip portion after the leading end of the recording member is brought into contact with the fixing belt. The above configuration stabilizes the conveyance of the recording member to the nip portion entrance where the tip of the pressing member bites into the pressure roller. When the leading end of the recording member is brought into contact with the pressure roller and then conveyed to the entrance of the nip portion, the leading end of the recording member is brought into contact with the pressing member at an angle close to a right angle, resulting in a defective conveyance of the recording member.
本発明の別の好ましい実施態様では、上記定着装置において、記録部材が通過しない領域では、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない。上記構成は、記録部材が搬送されない領域におけるニップ部入口及び出口での押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みを、記録部材が搬送される領域におけるニップ部入口及び出口での押圧部材先端の加圧ローラへの食い込みよりも大きくし、定着ベルトの加圧ローラへの摩擦従動性を良好にしている。
本発明は、上記定着装置を備える画像形成装置である。
In another preferred embodiment of the present invention, in the fixing device, in a region where the recording member does not pass, the pressing member and the pressure roller are pressed through the fixing belt at the entrance and exit of the nip portion, and the pressing member is interposed between the nip portions. And the inner surface of the fixing belt do not contact. The above configuration prevents the pressure member tip from biting into the pressure roller at the inlet and outlet of the nip in the area where the recording member is not conveyed, and the pressure member tip at the nip inlet and outlet in the area where the recording member is conveyed. It is larger than the biting into the pressure roller, and the friction followability of the fixing belt to the pressure roller is improved.
The present invention is an image forming apparatus including the fixing device.
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を説明する図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating the overall configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
画像形成部は、像担持体である感光体1、感光体を一様に帯電する帯電ローラ2、一様に帯電した感光体1に対して画像信号により変調されたレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光機3等からなっている。現像部は、現像ロータリー4内に配置されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色現像機5からなり、ロータリーの回転により各色現像機が順次感光体1に当接して感光体1上の静電潜像を現像する。
The image forming unit irradiates the photosensitive member 1 that is an image carrier, the charging roller 2 that uniformly charges the photosensitive member, and the uniformly charged photosensitive member 1 with a laser beam modulated by an image signal. It comprises an
感光体上のトナー像は、1次転写位置において感光体1に当接する中間転写ベルト6に転写される。中間転写ベルト6は、駆動ローラ7、従動ローラ8間に渡って張架されている。1次転写位置において転写された中間転写ベルト6上のトナー像は、駆動ローラ7と対向して2次転写ローラ9が配置された2次転写部10において、記録部材上に2次転写される。記録部材は、給紙カセット11から供給され、搬送経路12を通って2次転写部10に搬送され、2次転写後、定着部13に搬送されてトナー像が定着される。両面印字の場合には、記録部材は定着後に反転して両面印字時搬送経路14を経由して再度2次転写部10へ搬送されて裏面への記録が行われる。
The toner image on the photoconductor is transferred to the intermediate transfer belt 6 that contacts the photoconductor 1 at the primary transfer position. The intermediate transfer belt 6 is stretched between the driving roller 7 and the driven
次に、図1における定着部の詳細について図2により説明する。
図2は定着部の正面断面図である。
定着ベルト20は、加熱部材である発熱体30と押圧部材40との間にテンション力がかかった状態で掛け渡され、発熱体によりトナー溶融に必要な温度まで加熱昇温される。発熱体30の発熱量は、外部の制御装置(図示せず)により、定着ベルト20表面温度が150 〜180 ℃の範囲で一定に保たれるように制御される。定着ベルト20の直径Φは30〜 50mm (周長95〜160mm )である。定着ベルト20は、(1)厚さ30〜50μmのPI(ポリイミド)などの耐熱性樹脂フィルム又は(2)厚さ20〜40μmのSUS、Ni、Feなどの金属製基材の表層に、PFA(パーフルオロアルコキシアルカン)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などのフッ素樹脂の層が設けられている積層体からなる。また、耐熱性樹脂フィルム又は金属製基材とフッ素樹脂層の間に、厚さ150 〜 300μm程度のシリコーンゴム弾性層が設けられ得る。
Next, details of the fixing unit in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a front sectional view of the fixing unit.
The
押圧部材40は、定着ベルト20の内側に配置され、定着ベルト20を横方向に張り出す曲面状の翼部分40a、40bと、加圧ローラ50に向かって円弧状の中間部分40c、長手方向所定間隔毎に設けられた板状部材40dからなっている。押圧部材40は、PPS(ポリフェニルスルファイド)、PAI(ポリアミドイミド)、PIなどの耐熱性樹脂から形成されている。押圧部材40の表面には、定着ベルト6内面との摩擦力を低減するためにPTFEやPFAなどのフッ素樹脂層が設けられ得る。
The pressing
押圧部材40は、長手方向に延びるたわみ防止部材である直径Φ10〜20mm程度の金属製たわみ防止シャフト60に固定され、定着ベルト20を介して加圧ローラ50を荷重15〜40Kgf 程度で押圧し、定着ニップを形成する。押圧部材40の形状はニップ幅を設定する。ニップ幅は8〜12mm程度である。長手方向所定間隔毎に設けられた板状部材40dは、中央部に窪みが形成され、この窪みにたわみ防止シャフト60の突起部61が嵌合し、この嵌合により押圧部材40はたわみ防止シャフト60に固定される。この構造は、押圧部材40が定着ベルト20内面との摩擦でシャフト回りに回転することを防止する。
The pressing
発熱体30は、(1)ハロゲンヒータを内包した加熱ローラもしくは(2)セラミック製又は金属製の基材の上に抵抗発熱体が形成された加熱部材からなっている。発熱体30は、定着ベルト6の内側において、押圧部材40と対向し、加圧ローラ50と反対側に設けられる。発熱体30と押圧部材40との間には、テンション力として1〜3Kgf の荷重がかかっている。このテンション力により発熱体30が定着ベルト20に充分に押し付けられ、発熱体30の熱が定着ベルト20に効率よく伝達され、更に、ニップ部での定着ベルト20のたわみが防止される。
The
加圧ローラ50は、金属製パイプの表層に、1〜5mm程度の弾性層が設けられ、弾性層の表層にPFA、PTFEなどのフッ素樹脂層が設けられているという構造を有している。駆動力が加圧ローラ50に与えられ、定着ベルト20は加圧ローラ50との摩擦力により回転し、加圧ローラ50表面と定着ベルト20表面は等速で回転する。加圧ローラ50の外径Φは30〜40mm程度である。
The
次に、定着装置での印字について説明する。トナーにより画像形成された記録部材は、定着ベルト側を印字面として、定着前ガイド15を経て定着装置に搬送され、外部の駆動装置により駆動されている加圧ローラ50と定着ベルト20との間に挟まれてニップ部を通過する。このとき、加圧ローラ50表面、記録部材、定着ベルト20表面はすべて同じ速度で移動し、それらの移動速度は画像形成装置の印字速度に依存している。
Next, printing with the fixing device will be described. The recording member on which the image is formed with the toner is conveyed to the fixing device through the
押圧部材40の定着ベルト20側の形状は、円弧状曲線であり、ニップ部は、定着ベルト20を介して押圧部材40と加圧ローラ50が押圧されて形成される。押圧部材40のニップ部形成部分の形状を更に詳細に検討した。
非押圧状態での加圧ローラ50の外径Φを30mm(曲率半径=15mm)とし、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径を5、8、12、15、18mmと変化させて、記録部材として厚紙を使用して定着ベルト20と加圧ローラ50の滑りを評価した。図3は、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が8のときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。ニップ部入口及び出口での押圧部材40の先端は、押圧部材40と加圧ローラ50が押圧されていない状態(非押圧状態)での加圧ローラ50の表面(仮想表面51)よりも、加圧ローラ50中心側に位置している。加圧ローラ50の表面の圧力は、入口及び出口付近では高く、入口及び出口からニップ部中央に向かって低下してから再度高くなる。図4は、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が15のときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。ニップ部入口及び出口での押圧部材40の先端は、押圧部材40と加圧ローラ50が押圧されていない状態での加圧ローラ50の表面(仮想表面51)よりも、加圧ローラ50中心側に位置していない。加圧ローラ50の表面の圧力は、入口及び出口からニップ部中央に向かって高くなっていく。押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が5、8又は12のとき、定着ベルト20と加圧ローラ50の滑りは発生せず、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が15又は18のとき、滑りは発生した。押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が18のとき、画像荒れが発生した。従って、(押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径R2)/(非押圧状態での加圧ローラの曲率半径R1)が小さいと定着ベルトと加圧ローラの滑りを防止する効果が高く、R2/R1が大きいと画像荒れが発生すると確認できた。本発明の定着装置のR2/R1の適当な範囲は50〜90%である。
The shape of the
The outer diameter Φ of the
次に、ニップ部入口と出口で圧力が相違する場合の記録部材の剥離性を検討した。非押圧状態での加圧ローラ50の外径Φを40mm(曲率半径=20mm)、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径を10mmとし、ニップ部入口より出口が0.5mm程度加圧ローラ50中心側に位置するように押圧部材40を傾け、定着後の記録部材の定着ベルト20からの剥離性を評価した。図5は、押圧部材40を傾けたときのニップ部の様子と圧力分布を示す図である。加圧ローラ50の表面の圧力は、入口付近よりも出口付近において高くなっている。更に、押圧部材40を傾けずに、定着後の記録部材の定着ベルト20からの剥離性も評価した。押圧部材40を図5に示すごとく傾けた場合、記録部材の先端余白を1mmとしても、記録部材を剥離することができた。一方、押圧部材40を傾斜しなかった場合、記録部材の先端余白を3mmとして記録部材を剥離できたが、記録部材の先端余白を2.5mmとして記録部材を剥離できなかった。従って、ニップ部出口の圧力がニップ部入口の圧力より大きくなるように、定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されると、記録部材の剥離性が向上すると確認できた。
Next, the peelability of the recording member when the pressure at the nip inlet and the outlet is different was examined. The outer diameter Φ of the
更に、非押圧状態での加圧ローラ50の外径Φが30mm(曲率半径=15mm)、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径が8mmの定着装置を使用して、定着前ガイドと記録部材のニップ部への搬送性について検討した。ニップ部前ガイド15が、記録部材先端が定着ベルト20に接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられている場合(図6)、記録部材は定着ベルト20に沿ってニップ部に搬送され、ジャム(記録部材のニップ部への搬送不良)は発生しなかった。しかし、ニップ部前ガイド15が、記録部材先端が加圧ローラ50に接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられている場合、記録部材は定着ベルト20に鉛直に近い角度で突入し、ジャムが発生した。従って、ニップ部前ガイドが、記録部材先端が定着ベルトに接触させられた後で、記録部材がニップ部へ搬送される位置に設けられていると、記録部材のニップ部への搬送性が向上すると確認できた。
Further, using a fixing device in which the outer diameter Φ of the
最後に、非押圧状態での加圧ローラ50の外径Φが35mm(曲率半径=17.5mm)の定着装置を使用して、記録部材が通過しない領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を検討した。図7は、押圧部材40のニップ部形成部分を、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない形状にした定着装置の定着部の正面断面図である。図8は、記録部材通過領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を円弧状とし、記録部材が通過しない領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を図7に示されるように形成した場合の、定着部のニップ部長手方向のニップ部中央における断面図である。図8に示されるごとき定着装置の、記録部材通過領域における押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径を9mm、17mm、20mと設定した場合、定着ベルト20と加圧ローラ50の滑りは発生しなかった。
記録部材通過領域及び記録部材非通過領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を円弧状とした定着装置の押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径を9mm、17mmと設定した場合、定着ベルト20と加圧ローラ50の滑りは発生しなかった。しかし、押圧部材40のニップ部形成部分の曲率半径を20mmと設定した場合、定着ベルト20と加圧ローラ50の滑りは発生した。
図9は、記録部材通過領域及び記録部材非通過領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を図7に示されるように形成した場合の、定着部のニップ部長手方向のニップ部中央における断面図である。図9に示されるごとき定着装置は、画像荒れを発生させた。
従って、記録部材通過領域における押圧部材40のニップ部形成部分の形状を円弧状とし、記録部材が通過しない領域における押圧部材40のニップ部形成部分を、ニップ部入口及び出口で定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧され、ニップ部中間で押圧部材と定着ベルト内面が接触しない形状にした定着装置は、定着ベルトと加圧ローラの滑りを防止し、画質を向上させると確認できた。
Finally, using a fixing device in which the outer diameter Φ of the
When the radius of curvature of the nip portion forming portion of the pressing
FIG. 9 shows the nip portion forming portion of the pressing
Therefore, the shape of the nip portion forming portion of the pressing
1…感光体、2…帯電ローラ、3…露光機、4…現像ロータリー、5…現像機、6…中間転写ベルト、7…駆動ローラ、8…従動ローラ、9…2次転写ローラ、10…2次転写部、11…給紙カセット、12…搬送経路、13…定着部、14…両面印字時搬送経路、15…定着前ガイド、20…定着ベルト、30…発熱体、40…押圧部材、50…加圧ローラ、60…たわみ防止シャフト、61…突起部、70…記録部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoconductor, 2 ... Charging roller, 3 ... Exposure machine, 4 ... Development rotary, 5 ... Developer, 6 ... Intermediate transfer belt, 7 ... Drive roller, 8 ... Driving roller, 9 ... Secondary transfer roller, 10 ... Secondary transfer section, 11 ... feed cassette, 12 ... conveyance path, 13 ... fixing section, 14 ... conveyance path for double-sided printing, 15 ... pre-fixing guide, 20 ... fixing belt, 30 ... heating element, 40 ... pressing member, 50 ... Pressure roller, 60 ... Deflection prevention shaft, 61 ... Projection, 70 ... Recording member
Claims (5)
定着ベルトは加熱部材によりトナー溶融に必要な温度まで加熱され、
押圧部材は定着ベルトの内側に配置され、
定着ベルトを介して押圧部材と加圧ローラが押圧されてニップ部が形成されるとき、ニップ部入口及び出口での押圧部材の先端が、非押圧状態での加圧ローラの表面よりも、加圧ローラ中心側に位置し、
押圧部材のニップ部形成部分の曲率半径は、非押圧状態での加圧ロールの曲率半径よりも小さい、定着装置。 A fixing device including a fixing belt, a pressing member, and a pressure roller,
The fixing belt is heated to a temperature necessary for melting the toner by a heating member,
The pressing member is disposed inside the fixing belt,
When the pressing member and the pressure roller are pressed via the fixing belt to form the nip portion, the tip of the pressing member at the entrance and exit of the nip portion is more applied than the surface of the pressure roller in the non-pressed state. Located on the center side of the pressure roller,
A fixing device in which a radius of curvature of a nip portion forming portion of a pressing member is smaller than a radius of curvature of a pressure roll in a non-pressed state.
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