JP2009229494A - Fixing device, and image forming device equipped with fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等に用いられる定着装置に関し、特に無端ベルトを用いた定着装置および当該定着装置を装備した画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device used in an electrophotographic copying machine, a printer, and the like, and more particularly to a fixing device using an endless belt and an image forming apparatus equipped with the fixing device.
無端(エンドレス)ベルトをベルト内周面に設けた固定摺動の押圧部材でベルトを介して回転体に押圧し定着ニップを形成するベルトニップ方式の定着装置は、コンパクトな構成で幅広い定着ニップを形成することができる。 A belt nip type fixing device that forms a fixing nip by pressing an endless belt onto a rotating body via a belt with a fixed sliding pressing member provided on the inner peripheral surface of the belt. Can be formed.
一例として加熱源を内包した加熱ローラ外周を、無端ベルトの内周面に設けられた加圧ローラと固定摺動の押圧部材とにより押圧し、定着ニップを形成する方式(図2(a)参照)や、加熱ローラ外周を、無端ベルトの内周面に設けられた押圧部材のみで、定着ニップを形成する方式(図2(b)参照)や、無端ベルトと無端ベルトとで各々内面に配置した押圧部材と加熱ローラおよび加圧ローラで定着ニップを形成する方式(図2(c)参照)等がある。 As an example, a method of forming a fixing nip by pressing the outer periphery of a heating roller including a heat source with a pressure roller provided on an inner peripheral surface of an endless belt and a pressing member that is fixedly slid (see FIG. 2A). ), A heating roller outer periphery is formed only by a pressing member provided on the inner peripheral surface of the endless belt, and a fixing nip is formed (see FIG. 2B), or an endless belt and an endless belt are arranged on the inner surface. There is a method of forming a fixing nip with the pressed member, a heating roller and a pressure roller (see FIG. 2C).
図2は、ベルトニップ方式の定着装置の公知の形態例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a known embodiment of a belt nip type fixing device.
上記の図2(b)のようなベルトニップ方式の定着装置では、無端ベルトと押圧部材との摺動抵抗を低減するために押圧部材を低摩擦の摺動シートで被覆し、摺動シートと無端ベルトとの間の摩擦抵抗を減少させるため、無端ベルト内周面に潤滑剤を塗布する公知の技術がある。 In the belt nip type fixing device as shown in FIG. 2B, in order to reduce the sliding resistance between the endless belt and the pressing member, the pressing member is covered with a low friction sliding sheet, In order to reduce the frictional resistance with the endless belt, there is a known technique for applying a lubricant to the inner peripheral surface of the endless belt.
また、図3のようなベルトニップ方式の定着装置で、加圧ベルト(以下、無端ベルトともいう。)40と摺動シート441の接触面積を減らして低摩擦摺動化するために、摺動シート441にエンボス加工を施し、大きな凹凸を設ける公知の技術もある(例えば、特許文献1参照)。
Further, in the belt nip type fixing device as shown in FIG. 3, in order to reduce the contact area between the pressure belt (hereinafter also referred to as endless belt) 40 and the
同文献には図5のような摺動シートに左右対称の錐体状のエンボス加工を施す技術が開示されている。 This document discloses a technique for embossing a symmetrical pyramid on a sliding sheet as shown in FIG.
このようなエンボス加工することで無端ベルトの内面との接触面積を減らすことにより低摩擦抵抗の摺動が可能となる。 By performing such embossing, it is possible to slide with low frictional resistance by reducing the contact area with the inner surface of the endless belt.
図3は、エンボス加工が施された摺動シートを採用した定着装置の主要部を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a main part of a fixing device that employs a sliding sheet that has been embossed.
図5は、エンボス加工が施された摺動シートの一例を示す図である。
しかしながら、図5のようなエンボス加工された摺動シートでは、図6に示すように無端ベルトの搬送(図6では用紙垂直方向)時、左右の片寄り(X方向)移動を繰り返す過程で、ほぼ無端ベルトのエッジ部に相当する両端部Eがエンボス面に当たり、寄り力による磨耗が原因で図7に示すようにエンボスに穴が空き、摺動シートが破断する問題が生じた。 However, in the embossed sliding sheet as shown in FIG. 5, as shown in FIG. 6, when the endless belt is conveyed (in the vertical direction of the paper in FIG. 6), the left and right side (X direction) movement is repeated. Both end portions E corresponding to the edge portion of the endless belt hit the embossed surface, and there was a problem that the embossed surface had a hole as shown in FIG.
図6は、摺動シートと無端ベルト端部との接触状態を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a contact state between the sliding sheet and the end portion of the endless belt.
図7は、磨耗によって穴が発生したエンボスの断面を示す図である。 FIG. 7 is a view showing a cross section of an emboss in which a hole is generated by wear.
本発明は、上記のような問題を回避し、摺動シートの耐久寿命を向上させ安定した定着処理が可能な定着装置と当該定着装置を装着した画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fixing device capable of avoiding the above-described problems, improving the durable life of a sliding sheet and performing stable fixing processing, and an image forming apparatus equipped with the fixing device.
上記目的は、下記の構成によって達成される。 The above object is achieved by the following configuration.
(1)回転体と、複数のローラに張架された無端ベルトと、当該無端ベルトの内周面に摺動し、且つ前記無端ベルトを介して前記回転体に押圧し、定着ニップを形成する押圧部材を有する定着装置において、当該押圧部材は、少なくとも前記無端ベルトとの摺動面が複数の凸部を有する摺動シートで被覆されており、前記凸部は、ベルト幅方向の断面で、ベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状であることを特徴とする定着装置。 (1) A rotating body, an endless belt stretched around a plurality of rollers, and slides on the inner peripheral surface of the endless belt, and presses against the rotating body via the endless belt to form a fixing nip. In the fixing device having a pressing member, the pressing member is covered with a sliding sheet having at least a sliding surface with the endless belt, and the protruding portion is a cross section in the belt width direction. A fixing device having an asymmetric shape in which an inclination angle on a belt center side is smaller than an inclination angle on an end side.
(2)(1)に記載の定着装置を装備することを特徴とする画像形成装置。 (2) An image forming apparatus comprising the fixing device according to (1).
無端ベルトと摺動シートとの摺動抵抗を高くせずに、摺動シートの耐久寿命を伸ばすことができ安定した定着処理が可能となる。 Without increasing the sliding resistance between the endless belt and the sliding sheet, the durability life of the sliding sheet can be extended, and a stable fixing process can be performed.
はじめに、本発明に係わる画像形成装置について図1を基に説明する。 First, an image forming apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により本発明の技術範囲が限定されることはない。 In the description of the embodiment of the present invention, the technical scope of the present invention is not limited by the terms used in this specification.
図1は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the overall configuration of the image forming apparatus.
図1において、10は感光体、11は帯電手段であるスコロトロン帯電器(以下、単に帯電器ともいう。)、12は露光手段である書込み装置、13は現像手段である現像装置、14は感光体10の表面を清掃するクリーニング装置、15はクリーニングブレード、16は現像スリーブ、20は転写体である中間転写ベルトを示す。画像形成手段1は感光体10、帯電器11、現像装置13、およびクリーニング装置14等からなっている。
In FIG. 1, 10 is a photoconductor, 11 is a scorotron charger (hereinafter also simply referred to as a charger), 12 is a writing device as exposure means, 13 is a developing device as development means, and 14 is photosensitive. A cleaning device for cleaning the surface of the
なお、各色毎の画像形成手段1の機械的な構成は同じであるので、図1ではY(イエロー)系列のみの構成について参照符号を付けており、M(マゼンタ)、C(シアン)およびK(黒)の構成要素については参照符号を省略した。
Since the mechanical configuration of the
各色毎の画像形成手段1の配置は中間転写ベルト20の走行方向に対して、Y、M、C、Kの順になっており、各感光体10は、中間転写ベルト20の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト20の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
The arrangement of the image forming means 1 for each color is in the order of Y, M, C, and K with respect to the running direction of the
中間転写ベルト20は駆動ローラ21、アースローラ22、テンションローラ23、除電ローラ27、従動ローラ24に張架されている。これらのローラと中間転写ベルト20、転写手段である転写器25、クリーニング装置28等でベルトユニット3を構成する。
The
中間転写ベルト20は、不図示の駆動モータによる駆動ローラ21の時計方向への回転によって走行する。
The
感光体10は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、a−Si層あるいは有機感光体(OPC)等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図1の矢印で示す反時計方向に回転する。
The
読み取り装置80からの画像データに対応する電気信号は画像形成レーザで光信号に変換され、書込み装置12によって感光体10上に投光される。
An electrical signal corresponding to the image data from the
現像装置13は、感光体10の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体10の回転方向と最接近位置において逆方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された不図示の磁石を内包する現像スリーブ16を有し、当該現像スリーブ16によって現像装置13内で現像剤が搬送される。
The developing
中間転写ベルト20は、体積抵抗率106〜1012Ω・cmの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ0.04〜0.10mmの半導電性シームレスベルトである。
The
転写器25には、トナーと逆極性の直流電圧が印加され、感光体10上に形成されたトナー像を中間転写ベルト20上に転写させる機能を有する。
The
26はアースローラ22から当接および当接解除可能な転写ローラで、トナー像の極性と逆極性の電荷が付加され、中間転写ベルト20上に形成されたトナー像をニップ部Sで転写材Pに再転写する。
28はクリーニング装置で、中間転写ベルト20を挟んで従動ローラ24に対向して設けられている。トナー像を用紙Pに転写後、中間転写ベルト20上の残留トナーは、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ27で電荷が弱められ、クリーニングブレード29によって除去される。
A
70は紙送り出しローラ、71はタイミングローラ、72は紙カセット、73は搬送ローラである。 70 is a paper feed roller, 71 is a timing roller, 72 is a paper cassette, and 73 is a transport roller.
4は定着装置で、中間転写ベルト20上のトナー像が転写された用紙Pを、加熱源を内包する回転体である加熱ローラ45と、PI(ポリイミド)を基材とした無端ベルトである加圧ベルト40と、押圧装置44(押圧ゴム442)等で形成される定着ニップ部Tに挟持、加圧してトナー像を定着する。前記加熱ローラ40の表面近傍の温度は、不図示の温度検知センサによって検知され、コントロール部B1によって所定の定着温度範囲に維持されている。当該定着装置4の詳細については後述する。
Reference numeral 4 denotes a fixing device. The sheet P on which the toner image on the
81は排紙ローラで、定着された用紙Pを排紙皿82へ排紙する。B1は、各駆動部、画像形成プロセス、定着温度等の制御手段である制御部である。
A
以下、図3を基に本発明に係わるベルトニップ方式の定着装置について説明する。 The belt nip type fixing device according to the present invention will be described below with reference to FIG.
図3は、エンボス加工が施された摺動シートを採用した定着装置の主要部を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a main part of a fixing device that employs a sliding sheet that has been embossed.
図3において、加圧ベルト40は、不図示の駆動部からの動力で回転する定着駆動ローラ41、ステアリング(テンション)ローラ42,従動ローラ(用紙侵入側)43に張架
され、加熱ローラ45の周速度と同速度で反時計方向に走行する。加圧ベルト40はポリイミドに弾性層としてシリコーンゴムが被覆され、さらに離型層としてPFAチューブが被覆されている(ポリイミド70μm厚、シリコーンゴム0.2mm厚、硬度30°JISA,PFAチューブ30μm厚)。
In FIG. 3, the
加熱ローラ45は、金属製コアに弾性層が被覆され、さらにその上に離型層が被覆されている(例えば、外径:65mm、コア:アルミ管(t=5mm)、弾性層:HTVシリコーンゴム(t=1.5mm)、離型層:PFAチューブ(t=30μm))。
The
押圧装置44は、固定された金属の基体であるステイ443と、当該ステイ443上に貼設された、加熱ローラ45の曲率に近い曲面形状の押圧部材である押圧ゴム442と、当該押圧ゴム442上を被覆する摺動シート441と、不図示の圧着解除機構等から構成されている(例えば、ステイ:ステンレス材、押圧ゴム:シリコーンゴム3mm厚、硬度JIS20°、ニップ幅:20mm)。
The
前記ステイ443は、前記圧着解除機構によって回動する支持体に両端部が固定され、押圧時には、当該支持体が不図示の圧着バネにより矢印G方向に押圧され、押圧ゴム442が前記加圧ベルト40を加熱ローラ45に押圧し、幅広の定着ニップTを形成する(押圧加重60Kgf)。
Both ends of the
すなわち、前記圧着解除機構によって、押圧ゴム442は、定着処理動作以外では加熱ローラ45と接触が解除され、また、給紙タイミングに合わせて前記加熱ローラ45を押圧する。
That is, the
摺動シート441は、前記押圧ゴム442の曲面を包み込むように覆設し、加圧ベルト40との摺動抵抗を低減すると同時に、加圧ベルト40の内周面に潤滑剤塗布部材444によって塗布されたオイルが前記押圧ゴム442に付着しないようにする働きもある。オイルが付着すると、押圧ゴム442が、オイル膨潤により変形し、紙シワが発生する。このため摺動シート441のベルト幅方向端部からオイルが侵入しないように、図4に示すごとく、摺動シート441のベルト幅方向幅は前記加圧ベルト40の幅よりも長くなっている(例えば、加圧ベルト幅350mm、摺動シート幅360mm)。摺動シート441は耐熱性樹脂でオイルを浸透しない材質のものが好ましく、本実施の形態では、ポリイミド製のシート(例えば、t=75μm)を使用し、前述したが、前記加圧ベルト40に当接する面側に凸部を形成するようにエンボス加工を施している。なお、エンボス形状については後述する。
The sliding
図4は、本発明に係わる図3の摺動シート、押圧ゴム、加圧ベルト、加熱ローラの幅(軸)方向の断面(ZーZ)を示す図である。 4 is a view showing a cross section (Z-Z) in the width (axis) direction of the sliding sheet, pressing rubber, pressure belt, and heating roller of FIG. 3 according to the present invention.
図4において、摺動シート441の両端部は、前記ステイ443の上下流側に固定されるが、あらかじめ筒状に形成した摺動シートを上流側のみステイに固定し下流側をフリーにしてもよい。
In FIG. 4, both end portions of the sliding
ステアリングローラ42は、例えば、金属製コアにシリコーンゴムを被覆した材質で、一方の端部が加圧ベルト40の走行方向前後に移動可能になっている。当該ステアリングローラ42の制御によって加圧ベルト40の走行片寄りのバランスが保たれる。すなわち、ステアリング制御は、前記加圧ベルト40のエッジ位置を検出する不図示のアクチュエータが前記加圧ベルト40のエッジに当接されており、前記アクチュエータの変位量によって前記ステアリングローラ42の一方の端部が所定量移動することにより行われる。
The steering
潤滑剤塗布部材444は、耐熱繊維(例えば、アラミド繊維、PTFE(ポリ四フッ化エチレン)繊維)の不織布にオイルが含浸され、従動ローラ43と押圧ゴム442との間に配置される。
The
前述したが、無端ベルト(加圧ベルト40)の両端部のエッジ部がエンボス面を(図6、図7参照)擦り、エンボスに穴が空き、摺動シートが破断する問題がある。 As described above, there is a problem that the edge portions of both ends of the endless belt (pressure belt 40) rub the embossed surface (see FIGS. 6 and 7), the emboss has a hole, and the sliding sheet breaks.
本発明は、上記のような問題を防止するためのものである。 The present invention is to prevent the above problems.
図3、図4、図5において、前記加圧ベルト40は、張架されているローラのアライメントのズレにより走行方向に対して垂直方向(ベルト幅方向)に偏ってしまう。そのため、張架ローラの1本を前述したステアリング制御にて端部に寄った場合、ベルトを中央側に戻すようにしている。
3, 4, and 5, the
図7に示すように従来タイプの摺動シートでは、磨耗穴のあるエンボスの位置はベルトのベルト幅方向の移動に伴うベルトエッジの移動範囲と一致する。押圧ゴム442が当接しない領域でもエンボスが磨耗していることが確認されたが、これはベルトが幅方向に移動するときにベルトの寄り力によってベルトエッジ(端部)がエンボス側面(図6のE部)に引っ掛かり強く擦り磨耗するものと考えられる。
As shown in FIG. 7, in the conventional type of sliding sheet, the position of the embossment with the wear hole coincides with the movement range of the belt edge accompanying the movement of the belt in the belt width direction. It was confirmed that the emboss was worn even in the region where the
以下、本発明の実施の形態に係わる摺動シート441のエンボス形状について説明する。
Hereinafter, the embossed shape of the sliding
図8は、本発明に係わるエンボス成形の摺動シートの平面図とベルト幅方向の断面図である。 FIG. 8 is a plan view of the embossed sliding sheet according to the present invention and a cross-sectional view in the belt width direction.
図9は、図8のエンボス1個のベルト幅方向の断面形状を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape in the belt width direction of one emboss of FIG.
本発明に係わる摺動シート441のエンボスの形状は、上記の断面においてベルト幅方向に対しベルト中央側の傾斜角度が端部側の傾斜角度より小さい非対称形状となっている。
The embossed shape of the sliding
図9に示すエンボス形状は、高さ0.2mm、頂点角90°(80°〜100°が好ましい。)で、端部側傾斜角度70°、中央側傾斜角度20°(15°〜30°が好ましい。)となっており、エンボス中央側の稜線がベルト幅方向となっている。各エンボスは1.0mm間隔(図8のエンボス間隔a、b参照)で配置されている。加圧ベルト40のエッジ部は中央部側から端部側に移動するときに中央部側の側面(稜線)に突き当たるが、図9で示すように傾斜角度が緩いためベルトは矢印(点線)方向上側に逃げ、エンボスを強く擦ることはない。端部側の傾斜をきつくし、頂点角を従来と同じにすることで、摺動抵抗を低く抑えることができる(なお、エンボスが加圧ベルトに押圧されると、両者がいくらか変形し、つぶれるためエンボスと加圧ベルトの接触は点ではなく面になるため頂点角が大きいほど接触面積が増えて、摺動抵抗が高くなる)。
The embossed shape shown in FIG. 9 has a height of 0.2 mm, an apex angle of 90 ° (preferably 80 ° to 100 °), an end side inclination angle of 70 °, and a central side inclination angle of 20 ° (15 ° to 30 °). The ridge line on the emboss center side is the belt width direction. The embosses are arranged at 1.0 mm intervals (see emboss intervals a and b in FIG. 8). The edge portion of the
エンボス成形の摺動シート作成に当たっては、図10(a)に示すように、ポリイミドシートを、シリコーンゴムを表面に敷設した台座に配置し、前記ポリイミドシートを台座とエンボス金型で挟むことによってエンボスが成形される。 When creating an embossed sliding sheet, as shown in FIG. 10 (a), a polyimide sheet is placed on a pedestal laid with silicone rubber on the surface, and the polyimide sheet is sandwiched between the pedestal and an embossing die. Is formed.
金型作成にあたっては、図10(b)に示すように、S45C等の鋼材を所望のエンボス形状になるようA断面形状(非対称)の溝を削った後、これと直角方向にB断面形状の溝に削ることで非対称のエンボス形状となり、図10(c)に示す方向に削ることでエンボス金型が作成される。 In making the mold, as shown in FIG. 10 (b), after cutting a groove having an A cross-sectional shape (asymmetric) so that a steel material such as S45C has a desired embossed shape, the B cross-sectional shape is perpendicular to this. By cutting into the groove, an asymmetrical embossed shape is obtained, and an embossing die is created by cutting in the direction shown in FIG.
図10は、エンボス成形するためのエンボス金型の作成方法とエンボス成形を説明するための略図である。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method of creating an embossing die for embossing and embossing.
次に、本実施の形態と従来例のエンボス成形の摺動シートの耐久性について実験を行った結果を表1に示す。 Next, Table 1 shows the results of experiments on the durability of the embossed sliding sheet of the present embodiment and the conventional example.
実験条件として、図3で説明した装置を使用して、従来例では、高さ0.2mm、頂点角90°、両端部45°で、実施例では、高さ0.2mm、頂点角90°で、端部側70°、中央部側20°とした。エンボス間隔a、b(図5、8参照)は共に1.0mmとした。材質は双方ともポリイミド樹脂(t=75μm)、用紙80g/m2(A4)、通紙速度65枚/分 As an experimental condition, using the apparatus described in FIG. 3, in the conventional example, the height is 0.2 mm, the apex angle is 90 °, and both ends are 45 °, and in the embodiment, the height is 0.2 mm and the apex angle is 90 °. Thus, the end portion side was set to 70 ° and the central portion side was set to 20 °. Both emboss intervals a and b (see FIGS. 5 and 8) were 1.0 mm. Both materials are polyimide resin (t = 75μm), paper 80g / m 2 (A4), paper feeding speed 65 sheets / min
表1において、○は磨耗穴の発生なし、×は磨耗穴の発生ありを示す。 In Table 1, ◯ indicates that no wear hole is generated, and x indicates that a wear hole is generated.
実験からわかるように、従来例では通紙20万枚で磨耗穴が発生したのに対し、実施の形態では通紙30万枚でも発生していないことが確認できた。 As can be seen from the experiment, in the conventional example, wear holes were generated when 200,000 sheets were passed, whereas it was confirmed that the embodiment did not generate even 300,000 sheets.
なお、本実施の形態では、図8に示すように、エンボスを中央側の稜線がベルト幅方向(主走査方向)になるように配置したが、面がベルト幅方向に向いた配置でも同様な効果が得られる。また、エンボス形状に関しては、稜線を持たない曲面で構成された非対称形状でも、平面で構成された非対称形状でも、曲面と平面を組み合わせた非対称形状でも同様な効果が得られる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the embossing is arranged so that the ridge line on the center side is in the belt width direction (main scanning direction). An effect is obtained. As for the embossed shape, the same effect can be obtained with an asymmetrical shape constituted by a curved surface having no ridgeline, an asymmetrical shape constituted by a flat surface, or an asymmetrical shape combining a curved surface and a flat surface.
さらに、本実施の形態では、摺動シートの全幅領域に左右非対称形状のエンボスを施したものを使用したが、加圧ベルトのエッジ部が当接する領域のみに上記エンボスを左右対称に成形したものでもよい。 Further, in the present embodiment, the entire width region of the sliding sheet is used with embossed left and right asymmetric shapes, but the embossed shape is formed symmetrically only in the region where the edge of the pressure belt contacts. But you can.
以上から、無端ベルトと摺動シートとの摺動抵抗を高くせずに、摺動シートの耐久寿命を伸ばすことができ安定した定着処理が可能となる。 As described above, the durability of the sliding sheet can be extended without increasing the sliding resistance between the endless belt and the sliding sheet, and a stable fixing process can be performed.
1 画像形成手段
4 定着装置
40 加圧(無端)ベルト
41 駆動ローラ
42 ステアリング(テンション)ローラ
43 従動ローラ
44 押圧装置
45 加熱ローラ
441 摺動シート
442 押圧ゴム
443 ステイ
444 潤滑剤塗布部材
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