JP2010032625A - Fixing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紙等の被記録材上のトナー像を定着する定着装置に関するものである。 The present invention relates to a fixing device that fixes a toner image on a recording material such as paper.
従来より、電子写真装置等に設けられて、被記録材上のトナー像を定着する定着装置が知られている。この定着装置は、近年、省電力化やウォームアップ時間の短縮の要求が高まっていると共に、画像のカラー化への適合が望まれており、様々な形態の定着装置が提案、実用化されている。 Conventionally, a fixing device that is provided in an electrophotographic apparatus or the like and fixes a toner image on a recording material is known. In recent years, there has been an increasing demand for power saving and shortening of warm-up time for this fixing device, and it is desired to adapt to colorization of images. Various types of fixing devices have been proposed and put into practical use. Yes.
例えば、特許文献1に係る定着装置は、円筒状に形成された、定着ベルトとしての加熱フィルムと、加熱フィルムに外周側から押し付けられて該加熱フィルムとの間に定着ニップを形成する加圧ローラと、加圧ローラの加圧力を加熱フィルムの内周面から受け止めて該加熱フィルムを支持する、支持体としての支持部材と、加熱フィルム内をその軸方向に延びて配設されると共に、その加熱フィルムを内周側から輻射熱によって加熱する、加熱源としてのハロゲンヒータとを備えている。
For example, a fixing device according to
この定着装置は、起動すると、加圧ローラの回転駆動を開始し、それと同時に加熱源を作動させる。すると、定着ベルトは、加圧ローラの回転につられて従動回転すると共に、加熱源からの熱エネルギーをその内周面で受けて加熱される。この時、加熱源によって支持体も加熱されて、その加熱された支持体によっても定着ベルトは加熱される。つまり、定着ベルトは、加熱源から直接的に加熱されると共に、支持体を介して間接的にも加熱される。定着ベルトの温度が所定の温度に達すると、被記録材としての記録用紙が定着ニップへ搬送され、定着ニップを通過する。その際に、記録用紙上のトナー像は、加熱されると共に加圧されて、記録用紙上に定着される。 When the fixing device is activated, it starts to rotate the pressure roller, and at the same time, the heating source is operated. Then, the fixing belt is driven and rotated by the rotation of the pressure roller, and is heated by receiving heat energy from the heating source on its inner peripheral surface. At this time, the support is also heated by the heating source, and the fixing belt is also heated by the heated support. That is, the fixing belt is directly heated from the heating source and is also indirectly heated through the support. When the temperature of the fixing belt reaches a predetermined temperature, a recording sheet as a recording material is conveyed to the fixing nip and passes through the fixing nip. At that time, the toner image on the recording paper is heated and pressurized and fixed on the recording paper.
ここで、特許文献1に開示された定着装置では、支持体におけるニップ形成面を含む部分(ニップ形成部材)を、アルミニウムや銅等の熱伝導率の高い材質で構成することによって、そのニップ形成面の軸方向に対する温度分布を平滑にするようにしている。
一般に、定着装置に対し、定着可能な最大幅(以下、最大通過領域ともいう)よりも小さい幅の記録用紙を連続的に通紙した時に、定着ベルトの温度は、記録用紙が通過する領域外の部分(以下、非通過領域ともいう)において過剰に上昇する。このことは、記録用紙が通過した領域(以下、通過領域ともいう)では、定着ベルトの熱が記録用紙により奪われる一方、非通過領域では、定着ベルトの熱が記録用紙に奪われずに熱が蓄積されることによって起きる。これによって、定着ベルトにおける通過領域では相対的に温度が低くなる一方、非通過領域では相対的に温度が高くなり、その結果、定着ベルトが、軸方向に温度勾配を持つようになる。こうして、定着ニップにおける定着ベルトの温度分布が不均一になってしまうと、次に、最大幅の記録用紙を通過させたときに、その記録用紙の幅方向にトナーが均一に溶融しなくなり、その結果、記録品質が低下してしまうこととなる。 Generally, when a recording paper having a width smaller than the maximum width that can be fixed (hereinafter also referred to as a maximum passage area) is continuously passed through the fixing device, the temperature of the fixing belt is outside the area through which the recording paper passes. In the portion (hereinafter also referred to as a non-passing region). This is because the heat of the fixing belt is taken away by the recording paper in the area through which the recording paper has passed (hereinafter also referred to as the passage area), while the heat of the fixing belt is not taken away by the recording paper in the non-passing area. It happens by accumulating. As a result, the temperature is relatively low in the passing region of the fixing belt, while the temperature is relatively high in the non-passing region. As a result, the fixing belt has a temperature gradient in the axial direction. Thus, if the temperature distribution of the fixing belt in the fixing nip becomes non-uniform, then when the recording paper of the maximum width is passed next, the toner does not melt uniformly in the width direction of the recording paper. As a result, the recording quality is degraded.
ところが、前記の特許文献1に開示された定着装置では、前述したように、加熱源によって支持体が加熱されているため、支持体(ニップ形成部材)の温度は、定着ベルトの温度と同じか、それよりも高くなっている。そのため、定着ベルトからニップ形成部材に熱が移動することはない。
However, in the fixing device disclosed in
そうすると、前述したように、幅の小さい記録用紙を連続的に通紙することによって、定着ベルトにおける非通過領域の温度が過剰に上昇したとしても、その定着ベルトからニップ形成部材に熱が移動することはなく、ニップ形成部材自体の温度分布は軸方向に均一化されているものの、定着ベルトは、非通過領域の過剰な熱が、相対的に温度が低い通過領域へニップ形成部材を経ては移動せず、従って、非通過領域の温度は、過剰に上昇したままである。 Then, as described above, even when the recording paper having a small width is continuously passed, even if the temperature of the non-passing area in the fixing belt is excessively increased, heat is transferred from the fixing belt to the nip forming member. However, although the temperature distribution of the nip forming member itself is made uniform in the axial direction, the fixing belt does not allow excessive heat in the non-passing area to pass through the nip forming member to the passing area where the temperature is relatively low. It does not move, so the temperature in the non-passing region remains excessively increased.
そのため、特許文献1の定着装置では、定着ベルトがその耐熱温度を超えて溶融したり、破損したりする虞がある。
Therefore, in the fixing device of
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒状の定着ベルトと、該定着ベルトを内周側から輻射熱によって加熱する加熱源とを備えた定着装置において、定着ベルトの非通過領域が過剰に加熱されることを防止しつつ、定着ベルトの軸方向の温度分布を所定の定着温度で略均一にすることにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a fixing device including a cylindrical fixing belt and a heating source that heats the fixing belt from the inner peripheral side by radiant heat. An object is to make the temperature distribution in the axial direction of the fixing belt substantially uniform at a predetermined fixing temperature while preventing the non-passing area of the fixing belt from being excessively heated.
本発明の定着装置は、定着ベルト内に加熱源を備えた定着装置において、定着ベルト内でその軸方向に延びる熱拡散体を配設して、ニップ形成面の軸方向の温度分布を略均一にすると共に、加熱源と熱拡散体との間に遮蔽体を配設することにより、加熱源によって熱拡散体が直接加熱されないようにして、熱拡散体の温度を定着ベルトの温度と同じか、それよりも低く保つことによって、定着ベルトから熱拡散体への熱伝導を可能にして、ニップ形成面、ひいては定着ベルトの温度を所定の定着温度で略均一となるようにしたものである。 In the fixing device of the present invention, in the fixing device having a heating source in the fixing belt, a thermal diffusion body extending in the axial direction is provided in the fixing belt, and the temperature distribution in the axial direction of the nip forming surface is substantially uniform. In addition, by arranging a shield between the heating source and the heat diffusing body, the heat diffusing body is not directly heated by the heating source so that the temperature of the heat diffusing body is equal to the temperature of the fixing belt. By keeping the temperature lower than that, heat conduction from the fixing belt to the heat diffusing body is made possible so that the temperature of the nip forming surface and hence the fixing belt is substantially uniform at a predetermined fixing temperature.
具体的には、所定の軸方向に延びる筒状に形成された定着ベルトと、前記定着ベルト内で前記軸方向に延びて配設されると共に、輻射発熱により該定着ベルトを内周面から加熱する加熱源と、前記定着ベルトの外周面に対して当接した状態で加圧して、前記定着ベルトとの間に前記軸方向に延びる定着ニップを形成すると共に、その状態で回転駆動することによって該定着ベルトを従動回転させる加圧ローラと、前記定着ベルト内に配設されて、前記加圧ローラからの加圧力を前記定着ベルトの内周側から受け止めて該定着ベルトを支持すると共に、前記定着ニップにおいて前記定着ベルトに対し直接的又は間接的に当接することで前記定着ベルトの案内をするニップ形成面を有する支持体とを備えた定着装置を対象とする。そして、前記定着ベルト内で前記軸方向に延びて配設されると共に、前記ニップ形成面の前記軸方向の温度分布が略均一になるように、前記軸方向に熱の移動を行う熱拡散体と、前記加熱源と前記熱拡散体との間に配設されて、前記加熱源から前記熱拡散体への輻射熱を遮蔽する遮蔽体とを備え、前記熱拡散体は、前記定着ベルトとの間で熱伝導を行うと共に、その軸方向に熱の移動を行うことによって、前記ニップ形成面の温度分布を所定の定着温度で略均一にする。 Specifically, the fixing belt is formed in a cylindrical shape extending in a predetermined axial direction, and is disposed in the fixing belt so as to extend in the axial direction, and the fixing belt is heated from the inner peripheral surface by radiant heat generation. By applying pressure in a state where the heat source is in contact with the outer peripheral surface of the fixing belt to form a fixing nip extending in the axial direction between the fixing belt and rotating in that state. A pressure roller for driving and rotating the fixing belt; and a pressure roller disposed in the fixing belt for supporting the fixing belt by receiving pressure from the pressure roller from an inner peripheral side of the fixing belt; A fixing device including a support having a nip forming surface that guides the fixing belt by directly or indirectly contacting the fixing belt at the fixing nip. A heat diffusing body that extends in the axial direction in the fixing belt and moves heat in the axial direction so that the temperature distribution in the axial direction of the nip forming surface is substantially uniform. And a shield that is disposed between the heating source and the thermal diffuser and shields radiant heat from the heating source to the thermal diffuser, the thermal diffuser being connected to the fixing belt. Conducting heat conduction between them, and transferring heat in the axial direction thereof, makes the temperature distribution of the nip forming surface substantially uniform at a predetermined fixing temperature.
本定着装置では、定着ベルト内に軸方向に熱を移動させる熱拡散体を配設すると共に、定着ベルトを加熱する加熱源と熱拡散体との間には遮蔽体を配設して、熱拡散体の温度を定着ベルトの温度と同じかそれよりも低く保つことにより、定着ベルトから熱拡散体への熱伝導を可能にした。これによって、定着ベルトの非通過領域の温度が熱拡散体の温度よりも高くなった場合には、非通過領域の熱エネルギーが熱拡散体へ移動することにより非通過領域の温度が下がると共に、熱拡散体内を軸方向に熱が移動して、ニップ形成面の軸方向の温度分布が略均一になる。一方、定着ベルトの通過領域の温度が熱拡散体の温度よりも低くなった場合には、熱拡散体の熱エネルギーが通過領域に移動することにより通過領域の温度が上がると共に、熱拡散体内を軸方向に熱が移動して、ニップ形成面の軸方向の温度分布が略均一になる。このように、熱拡散体と定着ベルトとの間で相互に熱伝達を可能にすることによって、ニップ形成面、ひいては定着ベルトの温度分布を所定の定着温度で略均一にすることができる。 In this fixing device, a heat diffusing body that moves heat in the axial direction is disposed in the fixing belt, and a shielding body is disposed between a heat source that heats the fixing belt and the heat diffusing body. By keeping the temperature of the diffuser equal to or lower than the temperature of the fixing belt, heat conduction from the fixing belt to the heat diffusion body was made possible. As a result, when the temperature of the non-passing area of the fixing belt becomes higher than the temperature of the thermal diffusion body, the thermal energy of the non-passing area moves to the thermal diffusion body, thereby lowering the temperature of the non-passing area. The heat moves in the axial direction in the heat diffusion body, and the temperature distribution in the axial direction of the nip forming surface becomes substantially uniform. On the other hand, when the temperature of the passing region of the fixing belt becomes lower than the temperature of the heat diffusing body, the thermal energy of the heat diffusing body moves to the passing region, so that the temperature of the passing region increases and The heat moves in the axial direction, and the temperature distribution in the axial direction of the nip forming surface becomes substantially uniform. As described above, by enabling mutual heat transfer between the thermal diffuser and the fixing belt, the temperature distribution of the nip forming surface and thus the fixing belt can be made substantially uniform at a predetermined fixing temperature.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
《発明の実施形態1》
図1は、本発明の実施形態1に係る定着装置1の横断面図であり、図2は、定着装置1の分解斜視図である。以下、本明細書において、横断面とは、長手方向に直交する断面を意味し、縦断面とは、長手方向に沿った断面を意味する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
定着装置1は、図1,2に示すように、所定の軸方向に延びる筒状に形成された可撓性を有する定着ベルト2と、該定着ベルト2が所定の回転経路に沿って回転するように該定着ベルト2をその両端部において支持する経路形成部材3と、該定着ベルト2の外周面に押し当てられて該定着ベルト2との間で定着ニップNを形成し且つ該定着ニップNを通過する被記録材19を加圧する加圧ローラ4と、定着ベルト2の内部に配設されて、加圧ローラ4に加圧される定着ベルト2を内側から支持する支持体5と、定着ベルト2の内部に配設されて該定着ベルト2を内周面から加熱するハロゲンランプ6と、ハロゲンランプ6から支持体5を遮蔽する遮蔽板7とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
この定着装置1においては、加圧ローラ4を支持体5に対応する位置において定着ベルト2の外周面に押し当てることによって、定着ベルト2が加圧ローラ4と支持体5とで挟持された状態となり、定着ベルト2と加圧ローラ4との間の定着ニップNが形成される。この状態で加圧ローラ4が回転駆動されると、定着ベルト2は加圧ローラ4との摩擦力によって従動回転する。このとき、定着ベルト2は、経路形成部材3によって規制されて、所定の回転経路に沿って回転する。また、定着ベルト2は、ハロゲンランプ6からの輻射により内周側から加熱されている。このとき、支持体5は、遮蔽板7によって遮蔽されているため、ハロゲンランプ6からの熱線によって加熱されることはない。こうして、定着装置1は、定着ニップNに搬送されてくる被記録材19を、定着ベルト2によって加熱すると共に加圧ローラ4によって加圧して、該被記録材19上に形成されたトナー像を定着する。尚、本実施形態に係る定着装置1は、定着できる最大幅がA3サイズの用紙の幅に設定されている。
In this
以下、定着装置1の各構成について詳しく説明する。
Hereinafter, each configuration of the fixing
(定着ベルト)
図3は、定着ベルト2の断面構造を示す図である。
(Fixing belt)
FIG. 3 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the fixing
前記定着ベルト2は、無端ベルトであって、内側から順に基材2a、弾性層2bおよび離型層2cの3層構造となっている。
The fixing
前記基材2aは、厚さが90μmのフィルム状の部材であって、耐熱性のポリイミド樹脂からなる。尚、この基材2aの厚さは、40μm〜150μm程度の範囲とすることが好ましく、上記ポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アラミド樹脂等の耐熱性を有する材料を用いることができる。
The
ここで、ハロゲンランプ6からの熱線の吸収を良くするためには、基材2aは、熱放射率が0.9以上あるものが好ましく、ポリイミド樹脂にカーボンブラック、グラファイト、酸化鉄等を分散させて着色すると有効である。
Here, in order to improve the absorption of heat rays from the
尚、基材2aとしては、必ずしも耐熱性樹脂を用いる必要はなく、30〜50μm程度の厚みからなるステンレスやニッケルの金属チューブを用いてもよい。ただし、金属表面は、熱放射率が小さく、熱線の吸収が悪いので、内周面に熱線の吸収性と耐磨耗性とを兼ね備えた薄い耐熱性の樹脂層を設けることが好ましい。例えば、ポリイミド樹脂にフィラーを含有させたものを10〜50μm設けるとよい。
In addition, as the
前記弾性層2bは、カーボンブラックを分散させた柔軟性のある厚さ150μmのシリコーンゴムからなる。この弾性層2bは、特にトナー付着量の多いカラー画像を定着する場合に、定着ベルト2表面が未定着画像の表面の凹凸に倣い易くするためのものである。この弾性層2bを設けることによって、定着されたカラー画像のグロスの均一化を図ることができる。尚、モノクロ画像を形成するために用いられる定着装置においては、弾性層2bは必ずしも必要ではない。
The elastic layer 2b is made of a flexible silicone rubber having a thickness of 150 μm in which carbon black is dispersed. The elastic layer 2b is provided to make it easier for the surface of the fixing
弾性層2bの材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの耐熱性を有する弾性材料が好ましく、基材2aと同様に、カーボンブラック等を混ぜ合わせて黒色に着色すると、熱線の吸収性が良く、有効である。その厚さは、必要に応じて適宜調整してよいが、好ましくは50μm〜300μmである。
As the material of the elastic layer 2b, an elastic material having heat resistance such as silicone rubber or fluororubber is preferable. Like the
前記離型層2cは、溶融したトナーとの分離性を良くするために、厚さが30μmのPFAで形成されている。 The release layer 2c is formed of PFA having a thickness of 30 μm in order to improve the separability from the melted toner.
離型層2cの材料としては、離型性及び耐久性の良好な材料が好ましく、一般にはフッ素樹脂やシリコーン樹脂が適している。フッ素樹脂としては、PFA、PTFE、FEPなどが用いられる。離型層2cの厚さは、トナー像への倣いやすさと耐久性の観点から適宜決められるが、好ましくは5μm〜40μm程度である。尚、この離型層2cも、用いるトナーやその他の条件により必要としない場合もある。 As the material of the release layer 2c, a material having good release properties and durability is preferable, and generally a fluororesin or a silicone resin is suitable. PFA, PTFE, FEP, etc. are used as the fluororesin. The thickness of the release layer 2c is appropriately determined from the viewpoint of easy copying of the toner image and durability, but is preferably about 5 μm to 40 μm. The release layer 2c may not be required depending on the toner used and other conditions.
このように構成された定着ベルト2は、内径を34mmとし、全長(即ち、軸方向の長さ)をA3サイズの用紙の定着を可能とすべく340mmとした。また、その内面には、摺動摩擦を低減し且つ耐久性を確保するために、耐熱性のグリースを付与している。
The fixing
また、定着ベルト2は、ハロゲンランプ6により加熱されると熱膨張する。このように熱膨張すると、定着ベルト2の寸法が変化することになるため、熱膨張は小さい方が好ましい。定着ベルト2の熱膨張率を小さくするためには、例えば、定着ベルト2の基材2aにポリイミド樹脂を用い、そのポリイミド樹脂にカーボン系樹脂などの熱膨張防止剤を分散させることが好ましい。こうして、熱膨張率が小さい材料であるほうが、後述する経路形成部材3の座繰り部36の座繰り量が少なくてすむ点でも好ましい。
The fixing
(経路形成部材)
図4は、支持体5、ハロゲンランプ6及び遮蔽板7と経路形成部材3との関係を模式的に示す経路形成部材の正面図であり、図5は、経路形成部材3の斜視図であり、図6は、図1に示した定着装置のVI−VI線における縦断面図であり、図7は、定着ベルト2の回転経路の形状を模式的に示した横断面図である。
(Path forming member)
FIG. 4 is a front view of the path forming member schematically showing the relationship between the
前記経路形成部材3は、図4,5に示すように、定着ベルト内に嵌め込まれる経路形成部材31と、該経路形成部材31に対して鍔状に接合されて定着ベルト2の軸方向端部からはみ出して該定着ベルト2の軸方向端面と対向するフランジ部33とを有しており、その中央部分には、ハロンゲンランプ6や支持体5等が貫通して配置される挿通孔が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
経路形成部材3は、図6に示すように、経路形成部31が定着ベルト2の端部に嵌め込まれると共に、フランジ部33が定着装置1のフレーム11(一部のみ図示)に取り付けられる。こうして、定着ベルト2は、経路形成部材3を介してフレーム11に対して回転自在に取り付けられる。
As shown in FIG. 6, in the
前記経路形成部31は、概略筒状に湾曲させた板状の部材で形成されていて、その外周面に経路形成面32を有している。
The
経路形成面32は、曲率半径が相対的に大きい大径部32aと、曲率半径が相対的に小さい小径部32bと、平面又は曲面で形成され、これら大径部32aと小径部32bとを滑らかに接続する接続部32cとを有している。さらに詳しくは、小径部32bに対向する位置に大径部32aが設けられている。こうして、経路形成面32の横断面(即ち、定着ベルト2の軸方向に直交する断面)は、小径部32bよりも大径部32a側に膨らんでいる。換言すれば、経路形成面32の横断面は、非円形であって、鶏卵状に形成されている。本実施形態では、大径部32aの(経路形成面32の)曲率半径を約16mmとし、小径部32bの(経路形成面32の)曲率半径を約9mmとしている。ここで、小径部32bよりも大径部32a側に膨らんでいるとは、小径部32bの曲率半径を有する円(即ち、小径部32bによって円周の一部が構成される円)よりも、大径部32aが外側に位置する形状を意味する。
The
また、経路形成部31には切欠部31aが形成されていて、経路形成部31は、筒の一部を軸方向の全長に亘って切り取った形状をしている。詳しくは、切欠部31aを挟んで、経路形成面32の大径部32aと小径部32bとが配置されている。つまり、切欠部31aによって形成される経路形成部31の一端部には大径部32aが位置し、経路形成部31の他端部には小径部32bが位置する。また、経路形成部材3が定着装置1に組み込まれた際には、切欠部31aの位置は定着ニップNが形成される位置に相当し、定着ニップNの入口側(被記録材の入ってくる側)に大径部32aが位置する一方、定着ニップNの出口側(被記録材の出てくる側)に小径部32bが位置する。
In addition, a
前記フランジ部33は、概略筒状に形成された経路形成部31の軸方向の一端部において、鍔状に拡がるように設けられた平板状の部材である。フランジ部33は、経路形成部31のような切欠部を有さず、切欠部31aに相当する部分にも設けられている。このフランジ部33は、取り付け穴33a,33a,…を介してネジによりフレーム11に固定されている。フランジ部33における、経路形成部31が立設された面が、フレーム11に取り付けられる取付面33bとなる。
The
また、フランジ部33には(詳しくは、経路形成部材31とフランジ部33との隅部には)、経路形成部31の外周を覆って環状に形成され、該経路形成部31と同じ方向に突出する環状突出部34が設けられている。この環状突出部34は、経路形成部31の切欠部31a近傍の片寄り規制部35と、該片寄り規制部35よりもフランジ部33側に陥没した座繰り部36とで構成されている。本実施形態では、片寄り規制部35と座繰り部36との軸方向距離(即ち、段差)を1mmとしている。
Further, the flange portion 33 (specifically, at the corner between the
本実施形態において、片寄り規制部35は、ハロゲンランプ6からの熱線が遮蔽板7に遮られる陰領域K(即ち、遮蔽板7の陰となる領域)に設けられている。換言すれば、片寄り規制部35は、ハロゲンランプ6からの熱線が遮蔽板7に遮られずに照射される照射領域Lには設けられていない。
In the present embodiment, the offset restricting
このように構成された経路形成部材3によってフレーム11に対して回転自在に支持された定着ベルト2は、その内周面が経路形成面32に摺接しながら回転するため、全周に亘って経路形成面32と略同様の形状の経路に沿って回転する。その結果、定着ベルト2の回転経路は、図7に示すように、経路形成面32と同様に非円形であって、詳しくは、曲率半径が相対的に大きい大径部と曲率半径が相対的に小さい小径部とを有した鶏卵状となる。
The fixing
尚、前述の如く、定着ニップNに相当する部分には経路形成面32が存在しないため、定着ベルト2のうち定着ニップNが形成される部分の経路は経路形成部31によって規制されない。すなわち、経路形成部31は、定着ベルト2のうち定着ニップN以外の部分の回転経路を形成する。詳しくは後述するが、定着ベルト2のうち定着ニップNが形成される部分の経路は、加圧ローラ4及び支持体5の形状、並びに、加圧ローラ4の加圧力等に起因して形成される。
As described above, since the
このように定着ベルト2の回転経路が経路形成面32によって形成された結果、定着ベルト2のうち、定着ニップNの出口近傍の部分は、経路形成面32の小径部32bに沿って、曲率半径が小さくなっている。こうすることで、被記録材19が定着ニップNを通過して出て行くときに、被記録材19はそれ自身の復元力(こしの強さ)によって定着ベルト2から分離する。被記録材19が分離できるかどうかは、使用するトナーの種類や付着量、被記録材19の厚みやこわさ、定着ベルト2の表層の付着力の大小など様々な条件で決まる。本実施形態では、実験の結果(実験条件としては、薄紙(64g/m2紙)を用いてカラー3色重ね全面べた画像を定着した場合の結果)、出口側の曲率半径が約10mm以下であれば確実に分離できることがわかった。
As a result of the rotation path of the fixing
一方、定着ベルト2のうち、定着ニップNの出口部分の遮蔽板7を挟んで反対側の部分は、経路形成面32の大径部32aに沿って曲率半径が大きくなっていて、該定着ニップNの出口部分よりも膨らんだ形状となっている。こうすることで、定着ベルト2にできるだけ曲げのストレスを与えることなく、摺動負荷を低減することができる。また、詳しくは後述するが、定着ニップNの入口近傍に大径部32aを設けることによって、定着ベルト2内において、遮蔽体7を挟んで、定着ニップNの出口部分と対向する部分にハロゲンランプ6を配置するための広い空間を確保することができる。ここで、定着ニップNの出口部分の反対側部分が定着ニップNの出口部分よりも膨らんだ形状とは、定着ニップNの出口部分の曲率半径を有する円(即ち、定着ニップNの出口部分によって円周の一部が構成される円)よりも、該定着ニップNの出口部分の反対側部分が外側に位置する形状を意味する。
On the other hand, the portion of the fixing
また、経路形成部31は、定着ベルト2に対して内周側から当接しているため、定着ベルト2は内側への変形が規制される。そのため、定着ベルト2は、ハロゲンランプ6との距離が確保され、ハロゲンランプ6に近接し過ぎて破損してしまうことが防止される。
Further, since the
また、定着ベルト2の軸方向両端部が経路形成部材3,3によって支持された状態において、定着ベルト2の各軸方向端面は、図6に示すように、該経路形成部材3の環状突出部34と対向している。定着ベルト2の両端部に設けられた片寄り規制部35,35間の軸方向の距離は、定着ベルト2の全長よりも長くなっている。詳しくは、定着ベルト2の端面は、片寄り規制部35と所定の第1間隔を有して対向している。この第1間隔は、定着装置1の運転中において、定着ベルト2の熱膨張を考慮しつつ、定着ベルト2の軸方向への移動が許容される距離に設定されている。つまり、回転する定着ベルト2は、片寄り規制部35,35によって軸方向への移動が所定の許容範囲内に規制される。
Further, in a state where both axial end portions of the fixing
このとき、定着ベルト2の端面は、座繰り部36とも対向しており、座繰り部36との間の間隔は所定の第2間隔となっている。第2間隔は、第1間隔に片寄り規制部35と座繰り部36との段差を加えた距離である。この第2間隔は、停電時などで定着ベルト2の回転が停止した際に、定着ベルト2がハロゲンランプ6の余熱によって熱膨張したとしても、定着ベルト2の軸方向端面が座繰り部36に当接しないだけの距離に設定されている。すなわち、第2間隔は、異常昇温時に熱膨張により定着ベルト2が伸びる余地を最低限確保できる距離に設定されている。こうして、定着ベルト2の端面の外方には、座繰り部36との間に逃げ空間37が形成されている。
At this time, the end surface of the fixing
つまり、定着ベルト2のうち陰領域Kに位置する部分は、ハロゲンランプ6からの熱線を受け難いので、停電などで定着ベルト2の回転が停止したときでも、ハロゲンランプ6の余熱による熱膨張をほとんど起こさない。逆に、定着ベルト2のうち照射領域Lに位置する部分は、ハロゲンランプ6の余熱によって熱膨張を起こす。そこで、通常運転中の定着ベルト2の軸方向移動を規制する片寄り規制部35を陰領域Kだけに設ける一方、停電時等に定着ベルト2が熱膨張する可能性がある照射領域Lには片寄り規制部35が設けられていない逃げ空間37を形成している。
That is, the portion of the fixing
尚、前記片寄り規制部35は、経路形成部31とフランジ部33との隅部に設けられているが、定着ベルト2の軸方向端面と対向するように位置する限りにおいては、任意の場所に設けることができる。例えば、片寄り規制部35を、経路形成部31の外周面との間に間隔をあけた状態でフランジ部33に設けてもよく、又はフランジ部33との間に間隔をあけた状態で経路形成部31の外周面のうち定着ベルト2から外側に出ている部分に設けてもよい。
The offset regulating
また、経路形成面32は、この形状に限定されるものではない。ただし、定着ニップNの出口側の曲率半径を10mm以下となるように設定することが好ましい。さらには、その曲率部分を90度以上確保した上で、その他の部分をできるだけ大きく膨らませた形状にすることが好ましい。このように、定着ニップNの出口側の曲率半径を10mm以下とし、さらには、その曲率部分を90度以上確保することによって、被記録材19の分離がより確実となる。また、定着ニップNの出口側以外の部分を大きく膨らませることによって、ハロゲンランプ6を配置するための広い空間を確保することができる。
The
また、経路形成面32は、必ずしも全面が連続した形状である必要はなく、経路形成面32は部分的に切り欠かれた形状であってもよいことは言うまでもない。
The
さらに、片寄り規制部35は、前述の如く陰領域Kの全域に設けられていてもよいし、陰領域Kの一部だけに設けられていてもよい。また、片寄り規制部35は、停電などで定着ベルト2の回転が停止したときに、定着ベルト2がハロゲンランプ6の余熱により熱膨張をほとんど起こさない範囲であれば、陰領域Kから照射領域Lにはみ出して設けられていてもよい。
Further, the
さらにまた、本実施形態では、環状突出部34が、片寄り規制部35と座繰り部36との2段構成になっているが、座繰り部36がフランジ部33と面一に形成される、即ち、フランジ部33に片寄り規制部35だけが設けられる構成であっても構わない。
Furthermore, in the present embodiment, the annular projecting
尚、本実施形態に係る経路形成部材3は、経路形成部31とフランジ部33とを有しているが、これに限られるものではない。例えば、経路形成部材3は、図8,9に示すように、前記経路形成面32を有すると共に前記定着ベルト2の端部に嵌め込まれる経路形成部31を有し、フランジ部を有さない構造であってもよい。経路形成部31の軸方向端面にはネジ孔が形成されており、経路形成部材3は、フレーム11に対してネジによって取り付けられる。かかる構成の場合、片寄り規制部35は、図8に示すように、フレーム11に設けられていてもよく、あるいは、図9に示すように、経路形成部31のうち定着ベルト2の軸方向端部から外側に出ている部分に設けられていてもよい。ただし、そのような場合であっても、片寄り規制部35は、定着ベルト2のうちの陰領域Kに位置する部分の軸方向端面に対向する位置にのみ設けられている。そして、逃げ空間37は、定着ベルト2のうちの照射領域Lに位置する部分の軸方向端面とフレーム11との間に形成される。
In addition, although the path |
また、経路形成部材3の表面には、熱放射率の低い金属膜が形成されている。この金属膜は、経路形成面32とフランジ部33の取付面33bとを電気的に導通させる導電性被膜として機能すると共に、経路形成部31の内周面(経路形成面32と反対側の面)において、ハロゲンランプ6からの熱線を反射する反射膜として機能する。
A metal film having a low thermal emissivity is formed on the surface of the
すなわち、経路形成部材3の表面に金属膜を形成することに加えて、定着ベルト2の基材2aに導電性を持たせ且つフレーム11を金属製とすることによって、定着ベルト2を経路形成部材3を介してフレーム11と導通させることができるため、定着ベルト2が帯電することを防止することができる。こうすることで、定着ベルト2が経路形成面32と摺擦したときに該定着ベルト2が帯電し、それが原因で定着ニップNの入口側で被記録材19上の潜像を乱すということを防止することができる。また、経路形成部31の内周面に金属膜を形成することによって、ハロゲンランプ6の輻射によって経路形成部材3が経路形成部31の内周面側から加熱されることを防止することができる。
That is, in addition to forming a metal film on the surface of the
本実施形態では、経路形成部材3全体を、一般的な無電解ニッケルめっき層の中に入れることで、経路形成部材3のほぼ全面にニッケルめっきを施した。こうすることで、めっきする際に手間のかかるマスキングなどの工程を省くことができる。尚、金属膜としては、無電解ニッケルめっき以外に、薄肉のアルミ箔で形成してもよい。
In the present embodiment, the entire
尚、本実施形態では、取付面33bに金属膜を形成しているが、これに限られるものではなく、経路形成面32とフレーム11とを電気的に導通させる構成であれば任意の構成を採用することができる。例えば、取付面33bに金属膜を形成せず、フランジ部33の経路形成面32からフレーム11まで、フランジ部33の経路形成部31が取り付けられている側の面及びネジを介して電気的に導通させる構成であってもよい。図8,9に示す、フランジ部を有さない経路形成部材3の場合には、フレーム11に当接する経路形成部31の軸方向端面と、経路形成面32とに金属膜を連続的に形成すればよい。
In the present embodiment, the metal film is formed on the mounting
(加圧ローラ)
加圧ローラ4は、直径18mmのSUS製の芯金4aと、該芯金4aの外周面上に形成されたシリコーンゴム4bと、シリコーンゴム4bの外周面に形成された厚さ50μmのPFA層(図示省略)とを有している。加圧ローラ4全体としての外径は、24mmである。シリコーンゴム4bは、厚みを約3mm、硬度を10度(JIS−A)、熱伝導率を0.4W/m・Kとしている。加圧ローラ4の全長(即ち、外径24mm部分の軸方向の長さ)は、定着ベルト2よりも若干短い332mmとした。
(Pressure roller)
The
この加圧ローラ4は、その軸心が定着ベルト2の軸方向と平行となった状態で、該定着ベルト2に対して外周側から当接し且つ押し付けられている。詳しくは、加圧ローラ4の両端には、図2,6に示すように、芯金4aを小径化した軸4cが伸び出ており、この軸4cはベアリング41を介して保持レバー42に回動自在に取り付けられている。この保持レバー42は、図示を省略するが、定着ベルト2の方向へ移動可能な状態でフレーム11に対して取り付けられ、保持レバー42がバネ(図示省略)で定着ベルト2側へ付勢されている。こうして、加圧ローラ4は、フレーム11に対して回転自在に支持されると共に、定着ベルト2側に押し付けられる。定着ベルト2の内周側には、詳しくは後述する支持体5が設けられており、加圧ローラ4の押圧力(即ち、加圧力)は該支持体5によって受け止められる。その結果、定着ベルト2の一部は、加圧ローラ4と支持体5とに挟持された状態となり、定着ベルト2と加圧ローラ4の間に定着ニップNが形成される。
The
本実施形態では、加圧ローラ4全体の加圧力を294N(30kgf)に設定した。このとき、定着ニップNの幅は約8mmとなった。
In the present embodiment, the pressure applied to the
また、加圧ローラ4は、図示は省略するが、軸に取り付けられたギアやプーリを介して駆動装置によって回転駆動される。すなわち、加圧ローラ4は、定着ベルト2との間に定着ニップNを形成した状態で回転駆動される。
Although not shown, the
尚、定着ニップNに加圧ローラ4の全長(軸方向の最大長さ)よりも短い幅の被記録材を連続して通過させた場合、加圧ローラ4における、被記録材の幅よりも外側の領域では、被記録材に熱を吸収されないため、温度が上昇する。そこで、シリコーンゴム4bとして、熱伝導性の良い材料を用いることによって、この被記録材の外側の領域の温度上昇を効果的に防止できる。
When a recording material having a width shorter than the entire length of the pressure roller 4 (the maximum length in the axial direction) is continuously passed through the fixing nip N, the width of the recording material in the
(支持体)
図10は、支持体5の斜視図である。
(Support)
FIG. 10 is a perspective view of the
前記支持体5は、図1,10に示すように、断面形状がT字形状をし、定着ベルト2の軸方向に延びる棒状の部材である。支持体5は、平板状の平板部51aと平板部51aの幅方向中央に立設されたリブ部51bとで構成された断面T字形状の支持体本体51と、該支持体本体51の平板部51aの、リブ部51bとは反対側に設けられた耐熱性樹脂製の断熱部材52と、定着ニップNを形成しやすくするために、断熱部材52よりも弾性のある耐熱性ゴムからなるニップ形成部材53とを有している。支持体本体51は、定着ベルト2及び経路形成部材3の外側まで伸びており、経路形成部材3の外側でフレーム11に固定されている(図示省略)。
As shown in FIGS. 1 and 10, the
支持体本体51の材料としては、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム、またこれらの金属の合金等を用いることができる。
As a material of the
断熱部材52の材料としては、PPS、液晶ポリマー、PEEK等を用いることができ、好ましくは熱伝導率が低く、支持体5と定着ベルト2の間を断熱するものがよい。
As a material of the
ニップ形成部材53の材料としては、シリコーンゴムや、フッ素ゴム等を用いることができる。
As a material of the
本実施形態においては、断熱部材52としてPPSを用い、ニップ形成部材53として硬度50度のシリコーンゴム、厚さ1.5mmのものを使用している。
In this embodiment, PPS is used as the
また、ニップ形成部材53のうち加圧ローラ4と対向する部分にはニップ形成面53aが形成されている。このニップ形成面53aには、低摩擦係数の摺動シート54が設けられている。こうして、ニップ形成部材53は、摺動シート54を介して定着ベルト2の内周面に当接している。尚、この摺動シート54は必ずしも必要ではなく、ニップ形成部材53のニップ形成面53aにフッ素樹脂等の低摩擦材をコーティングしたものを用いてもよい。この摺動シート54としては、薄くて摩擦係数が小さく、耐摩耗性の高い材料を用いることが好ましい。
A
このように構成された支持体5は、定着ベルト2内において定着ベルト2に対して外周側から当接し且つ加圧された加圧ローラ4の加圧力を受け止めて、定着ベルト2と加圧ローラ4との間に定着ニップNを形成させる。このとき、定着ベルト2が可撓性を有すると共に、加圧ローラ4及び支持体5のニップ形成部材53はそれぞれ弾性を有しているため、これらの材質及び加圧力に応じて、適宜変形し、定着ベルト2と加圧ローラ4との間に所定の幅(被記録材通過方向への寸法であって、以下ニップ幅ともいう)を有する定着ニップNが形成される。
The
さらに、本実施形態では、定着ベルト2の定着ニップNの入口側と出口側とに変形防止リブ8a,8bを軸方向に複数設けている。この変形防止リブ8a,8bは、通常時においては定着ベルト2に接触していない。しかし、定着ベルト2が何らかの原因で内方に変形した場合には、定着ベルト2の内周面に当接して、定着ベルト2が所定の回転経路を逸脱することがないよう、定着ベルト2の全長に亘ってその回転経路を一定の形状に規制するものである。
Further, in the present embodiment, a plurality of
尚、支持体本体51は加圧ローラ4からの強い加圧力を受け止めるため、支持体5の軸方向中央部は、加圧ローラ4から逃げる方向にたわみを生じる。たわみが大きいと、定着ニップNの幅が軸方向の端部と中央で大きく異なり、定着の不均一や被記録材19の走行不安定を引き起こすため、支持体5は、軸の曲げ方向へのたわみに対する剛性が高いことが好ましい。そのため、支持体本体51の材料としてはヤング率の大きなステンレスや鉄材を用いるのが好ましい。また、軸の曲げ方向へのたわみに対する剛性を高めるべく、許容できる範囲で加圧ローラ4の加圧力が作用する方向への寸法を大きくした形状であることが好ましい。さらには、支持体本体51を予め、たわみ曲線に応じて加圧ローラ4側に凸状に湾曲させた形状として、加圧ローラ4からの加圧力を受けることによって、平坦に変形するように構成してもよい。例えば、支持体本体51を鉄製とし、加圧ローラ4の加圧力を294N(30kgf)とした場合、中央部で約0.7mmのたわみを発生するので、そのたわみ曲線に沿って中央部を凸の形状とすればよい。こうすることで、軸方向の全域に亘って均一なニップ幅と加圧力を確保することができる。尚、必ずしも支持体本体51を中央部凸形状に形成する必要はなく、断熱部材52やニップ形成部材53等を中央部凸形状としてもよい。すなわち、支持体5として中央部凸形状となっていれば、同様の効果を得られることは言うまでもない。
Since the
また、断熱部材52とニップ形成部材53とは、本実施形態では、別々に構成しているが、図11に示すように、ニップ形成部材53を耐熱性樹脂で形成することによって、両者を一体に構成してもよい。断熱部材52及びニップ形成部材53を耐熱性樹脂で一体に構成すれば、部品点数も少なくでき、コスト削減が容易となることは言うまでもない。さらには、支持体本体51を耐熱性樹脂等の断熱部材で形成することで、支持体5を全体として一体に構成してもよい。
Further, in this embodiment, the
さらに、摺動シート54は、図12に示すように、それ自体の周方向における両端を、支持体本体51及び断熱部材52で確実に固定してもよい。これにより、被記録材19が詰まって、その処理のために定着ベルト2を通常と逆回転させても、摺動シート54が正常な位置からずれることがない。尚、定着ベルト2を逆回転しても摺動シート54が正常な位置からずれなければ、必ずしも、かかる構成でなくてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 12, the sliding
さらにまた、図13に示すように、断熱部材52の一部を切り欠き、そこにサーミスタ12を配設してもよい。サーミスタ12は、定着ニップNの入口側近傍に配置されて、定着前の定着ベルト2の内周面の温度を検出している。このサーミスタ12の検出結果に基づいて、定着ベルト2の温度が一定に保たれるように、ハロゲンランプ6がON/OFF制御される。尚、サーミスタ12は、定着ベルト2の軸方向に複数配置することが好ましい。こうすることで、より細かな温度制御を行うことができる。
Furthermore, as shown in FIG. 13, a part of the
サーミスタ12のリード線13は、遮蔽板7と支持体5との間の空間を通って、定着装置1の外側へ導かれ、図示しない温度制御装置と接続される。サーミスタ12及びそのリード線13は、遮蔽板7によりハロゲンランプ6の光が直接照射されることがなく、また、遮蔽板7とは空間を設けて配置されているため、過剰に加熱されて破損することがない。さらに、遮蔽板7と支持体5と間に断熱部材55を配設することによって、サーミスタ12及びリード線13の加熱による破損をより確実に防止することができる。断熱部材55としては、例えばヒュームドシリカ(5〜30nm)の形成体であるPorextherm WDS(黒崎播磨株式会社製。200℃における熱伝導率0.021W/m・K)などが有効である。
The
また、定着ベルト2の温度を測定するためのサーミスタ12を、断熱部材52に配設しているが、これに限られるものではない。サーミスタ12は、定着ベルト2の温度を測定できる限りにおいては、任意の場所に配置することができる。
Further, although the
(ハロゲンランプ)
前記ハロゲンランプ6は、定着装置1の加熱源であって、円筒状のガラス管内にタングステン製のフィラメント63が配置されると共に、そのガラス管の両端それぞれにコネクタ64が取り付けられて構成されている。ハロゲンランプ6は、点灯されると、フィラメント63から定着ベルト2へ向かって熱線が照射される。こうして、ハロゲンランプ6は、輻射によって定着ベルト2を非接触で加熱する。このハロゲンランプ6が加熱源を構成する。
(Halogen lamp)
The
本実施形態に係るハロゲンランプ6は、100V用で約900Wの出力が可能となっている。このハロゲンランプ6の出力は、用いるトナーや被記録材19、定着の速度、要求されるウォームアップ時間などによって適宜選択される。このハロゲンランプ6は、定着ベルト2内において、その軸心が定着ベルト2の軸方向と平行となるように配設され、その端部が定着ベルト2及び経路形成部材3の外側まで伸びており、経路形成部材3の外側で、各コネクタ64がフレーム11に固定されている(図示省略)。
The
ハロゲンランプ6は、図1に示すように、定着ベルト2の内部空間において、加圧ローラ4と定着ニップNの中心を結んだZ線よりも定着ニップNの入口側の広い空間、即ち、図7に示すように、断面形状が大径部と小径部とを有する略鶏卵形状をした定着ベルト2の内部空間において、大径部に相当する位置に配置されている。この大径部は、定着ベルト2が大きく膨らんで、内周面が拡大された部分である。また、定着ベルト2の内周面のうち、遮蔽板7よりもハロゲンランプ6側の空間に位置する部分の方が、遮蔽板7よりも支持体5側の空間に位置する部分よりも広くなっている。こうすることによって、定着ベルト2の断面形状を円形に形成する場合と比較して、ハロゲンランプ6からの熱線を定着ベルト2の内周面における広い範囲で吸収するようにしていると共に、ハロゲンランプ6と定着ベルト2との径方向の距離が、局所的に短くなってしまうことを防止するようにしている。こうして、詳しくは後述するが、経路形成部材3がハロゲンランプ6によって過剰に加熱されることを防止している。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、定着ベルト2とハロゲンランプ6との距離を6.5mm以上確保している。尚、定着ベルト2とハロゲンランプ6との最低距離は、使用する熱源の種類や、定着ベルトの材質や厚さなどによって適宜選択する必要がある。
In the present embodiment, the distance between the fixing
また、ハロゲンランプ6は、前述したように、コネクタ64によって挟まれる前記ガラス管の部分が、本体部に相当する部分であり、この本体部は、図6に示すように、フィラメント63のコイルが略均一に巻かれた、両端部以外の大部分を占める発熱部61と、両端部に設けられた、ほとんど発熱しない非発熱部62とを有する。発熱部61においては、フィラメント63のコイルが、定着装置1が想定している被記録材19の最大幅(本実施形態の場合、A3サイズの約300mm)内でほぼ均一に巻かれており、最大幅内ではできるだけ均一な発光分布が得られるようにしている。尚、定着ベルト2の厚みが極めて薄いため、一般のヒートローラ定着器で用いられるように両端部での発光量を多くして両端部の温度低下を防ぐ必要が無く、発光部の端部もほぼ均一な光量分布としている。一方、非発熱部62においては、発熱部61においてコイル状に巻かれたフィラメント63の端部を解いた状態で前記のコネクタ64まで延ばしている。こうすることで、非発熱部62は、ハロゲンランプ6を点灯しても、発熱しない又は、発熱部61に比べて発熱量が著しく抑えられている。尚、非発熱部62の構成としては、前記に限定されず、例えばフィラメント63の電気抵抗値を、部分的に低下させる構成を採用する等して、非発熱部62においては発熱しない又は発熱量を著しく抑えるようにしてもよい。
Further, as described above, in the
本実施形態では、ハロゲンランプ6の発熱部61を320mmとし、両端の経路形成部材3,3の間(詳しくは、経路形成部31,31,の先端間)の最短距離(330mm)より短くなるように設定した。こうすることで、ハロゲンランプ6の端部は経路形成部材3の外側まで伸びているが、経路形成部材3と重なる部分ではハロゲンランプ6が発熱しないようにして、経路形成部材3を積極的に加熱することを防止している。詳細に述べると、図6に示すように、ハロゲンランプ6の本体部における非発熱部62が、経路形成部材3における経路形成部31及びフランジ部33に対し軸方向に重なる位置に配置されると共に、コネクタ64が経路形成部材3の挿通孔を貫通して、経路形成部材3よりも軸方向の外方位置に位置するようにされている。これによって、ハロゲンランプ6のコネクタ64は、その耐熱性が比較的低いものの、コネクタ64を定着ベルト2の外側に配置することによって、コネクタ64の熱的条件を満足させることが可能になる。
In the present embodiment, the
尚、経路形成部材3がフランジ部を有さない構造であって、フレーム11に対してネジによって取り付けられる時には、図8,9に示すように、ハロゲンランプ6の本体部における非発熱部62が、経路形成部材3における経路形成部31及びフレーム11に対し軸方向に重なる位置に配置されると共に、コネクタ64が経路形成部材3の挿通孔を貫通して、フレーム11よりも軸方向の外方位置に位置するようにすればよい。
When the
また、本実施形態では加熱源としてハロゲンランプ6を用いたが、加熱源としてはハロゲンランプに限定されるものではなく、立ち上がりが早くかつ赤外線を効率よく発光するものであれば任意の加熱源を採用することができる。たとえば、石英ガラス管内に発熱源として炭素系発熱材料を用いたカーボンランプヒーターは赤外線を効率よく発光し、立ち上がりも比較的早いので好適である。
In the present embodiment, the
また、ハロゲンランプ6が局所的に加熱することがないように、ハロゲンランプ6の周方向全体に熱線を放射する、指向性を有さない特性を持ったハロゲンランプ6を使用しているが、図14に示すように、ハロゲンランプ6の一部に反射膜65を設け遮蔽板7に対して熱線を照射しないような指向性を持ったハロゲンランプ6であれば、定着ベルト2を照射する範囲を狭めることがないので使用してもよい。
Further, in order to prevent the
(遮蔽板)
遮蔽板7は、ハロゲンランプ6に対して支持体5を遮蔽して、ハロゲンランプ6からの熱線が支持体5に直接吸収されることがないようにするものであって、定着ベルト2のみを効率よく加熱するためのものである。この遮蔽板7が遮蔽体を構成する。
(Shield)
The shielding
この遮蔽板7は、図1に示すように、定着ベルト2の内部においてハロゲンランプ6と支持体5との間で、定着ベルト2の軸方向に延びて設けられている。こうすることで、定着ベルト2の内周面は、その周方向において、ハロゲンランプ6からの熱線が照射される部分(照射領域Lに位置する部分。以下、照射部分ともいう。)と、遮蔽板7の陰となってハロゲンランプ6からの熱線が照射されない部分(陰領域Kに位置する部分。以下、非照射部分ともいう)とに分割される。
As shown in FIG. 1, the shielding
遮蔽板7は、断面山型の板状の部材であって、定着ベルト2の軸方向に直交する断面形状がハロゲンランプ6側に凸状に形成されている。遮蔽板7の材料としては熱放射率が0.1以下のものがよく、銅、アルミニウム、ステンレス等の表面光沢のある金属材料が好ましい。このように、遮蔽板7は、ハロゲンランプ6からの熱線をできる限り吸収しないように、少なくともハロゲンランプ6側の表面が光を反射するように形成されている。
The shielding
この遮蔽板7は、その一部に接続部(図示省略)を設けて、該接続部を介して断熱部材52に固定している。そして、遮蔽板7と支持体5との間には断熱空間が形成されている。こうして、遮蔽体7は、支持体5との間が断熱されており、遮蔽板7が熱線を吸収して加熱されたとしても、その熱が支持体5に伝導しないように構成されている。
The shielding
さらに、遮蔽板7の端部は、経路形成部材3の挿通孔を通じて外側まで延びている。こうすることによって、ハロゲンランプ6から受けた熱を定着ベルト2外へ放熱することができ、遮蔽板7が変形したり、変色したりすることを防止することができる。尚、遮蔽板7の材料として銅やアルミニウムなど熱伝導性の良い金属を用いることによって、遮蔽板7の熱をより効率良く放熱することができる。遮蔽板7の熱をさらに効率良く放熱させるために、例えば、遮蔽板7のうち、経路形成部材3より外側の部分の面積を広くする構成にしたり、遮蔽板7の端部をフレーム11に接触させたりしてもよい。
Furthermore, the end of the
また、遮蔽板7をハロゲンランプ6側に凸状に形成することによって、遮蔽板7を平坦な部材で形成する構成と比較して、定着ベルト2の内周面のうち照射部分の面積を拡大することができる。すなわち、同じ構成の支持体5を遮蔽する場合、遮蔽板7を平板で構成すると、定着ベルト2内における遮蔽板7よりも支持体5側の空間の横断面は、略半円状又は略弓形状になる。それに対し、遮蔽板7をハロゲンランプ6側に凸状に形成すると、定着ベルト2内における遮蔽板7よりも支持体5側の空間の横断面は、中心角が180°未満の略扇形状となり、定着ベルト2の内周面のうち支持体5側の空間に位置する部分を可及的に低減することができる。その結果、定着ベルト2の照射部分の面積を可及的に拡大することができる。
Further, by forming the
別の見方をすると、仮に、定着ベルト2の内周面のうち、遮蔽板7に覆われた部分の面積を同じとすると、遮蔽板7を平板で構成する場合、支持体5を収容する空間が略半円状又は略弓形状となるのに対し、遮蔽板7をハロゲンランプ6側に凸状に形成する場合、支持体5を収容する空間が略扇形状となり、前述の略半円状又は略弓形状よりも拡大することができる。
From another viewpoint, assuming that the area of the inner peripheral surface of the fixing
さらに、仮に遮蔽板7を支持体5側に凸状に形成すると、遮蔽板7はハロゲンランプ6から見て凹面となり、ハロゲンランプ6から放射されて遮蔽板7で反射する熱線が、定着ベルト2の内周面の所定の箇所に集中する可能性がある。それに対し、遮蔽板7をハロゲンランプ6側に凸状に形成することによって、ハロゲンランプ6から照射されて遮蔽板7で反射する熱線は、様々な方向に散乱し、定着ベルト2の内周面の所定の箇所に集中することを防止することができる。
Further, if the
本実施形態では、図1のように、遮蔽板7を板金曲げにて加工して、遮蔽板7の支持体5側に、ハロゲンランプ6に向けて凸状の空間を形成し、該凸状の空間内に支持体本体51のリブ部51bが位置するようにしている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the shielding
尚、遮蔽板7は、その一部に接続部を設け、該接続部を介して断熱部材52に固定しているが、より完全に断熱するには他の断熱部材を介して固定してもよいことはいうまでも無い。
The shielding
さらに、本実施形態では、遮蔽体として遮蔽板7を採用しているが、これに限られるものではない。例えば、図15に示すように、ハロゲンランプ6側に凸状であれば、耐熱性樹脂製の部材の表面にメッキ加工をしたブロック状の遮蔽体71であったり、アルミなどの金属を引抜き加工で形成したものであってもよい。
Furthermore, in this embodiment, although the shielding
また、本実施形態においては遮蔽板7と支持体5との間に一定の空間を設け、遮蔽板7と支持体5とを断熱したが、この空間に積極的に断熱部材55を配置して遮蔽板7の熱を伝えないようにすることも有効である(図13参照)。例えば、定着装置1が、図1と上下逆になるように配設された場合には、遮蔽板7と支持体5との間に断熱部材を配置して空気の対流を抑えることが特に効果的である。断熱部材としては、例えばヒュームドシリカ(5〜30nm)の形成体であるPorextherm WDS(黒崎播磨株式会社製。200℃における熱伝導率0.021W/m・K)などが有効である。さらには、断熱部材は図11に示すような配置に限られず、断熱部材が遮蔽板7と支持体5との間に充填される構成であってもよい。
In the present embodiment, a certain space is provided between the shielding
さらに、ハロゲンランプ6と遮蔽板7の位置関係は図示したものに限定されるものではなく、ハロゲンランプ6と遮蔽板7の位置関係や形状により陰領域Kの位置や範囲が変わり、それに伴い、前記経路形成部材3の片寄り規制部35の位置や寸法も変わることは言うまでもない。
Further, the positional relationship between the
また、図16,17に示すように、経路形成部材3の経路形成部31の先端面と対向する位置に第2の遮蔽体として端部遮蔽板9を設けてもよい。この端部遮蔽板9は、ハロゲンランプ6の発熱部61から経路形成部材3へ斜め方向に発せられた熱線を遮蔽する。これによって、ハロンゲンランプ6からの熱線を経路形成部材3に直接吸収されないことをより確実にすることができる。さらに、端部遮蔽板9は、ハロゲンランプ6からの熱線を反射することによって、定着ベルト2のみを効率よく加熱することができる。端部遮蔽板9の材料としては、熱放射率が0.1以下のものがよく、銅やアルミニウム、ステンレスなどの表面光沢のある金属材料が好ましい。また、端部遮蔽板9を板状に形成することによって容易に形成することができる。
Further, as shown in FIGS. 16 and 17, an
端部遮蔽板9の、経路形成部31の先端面と対向する端部とは反対側の端部91は、経路形成部材3の外側まで延びている。こうすることによって、ハロゲンランプ6からの輻射熱を定着ベルト2外へ放熱することができ、その結果、端部遮蔽板9が変形したり、変色したりすることを防止することができる。端部遮蔽板9を銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属を使うと、ハロゲンランプ6より受けた熱を効率良く放熱することができる。尚、端部遮蔽板9のうち、経路形成部材3よりも外側の部分の面積を広くしたり、フレーム11に接触させたりすることによって、端部遮蔽板9の熱をさらに効率良く放熱することができる。
An
(動作説明)
このように構成された定着装置1の動作を詳しく説明する。
(Description of operation)
The operation of the fixing
前記加圧ローラ4が、支持体5に対応する位置において、定着ベルト2の外周面に所定の加圧力で押し付けられると、定着ベルト2が加圧ローラ4と支持体5とで挟み込まれた状態となり、定着ベルト2と加圧ローラ4との当接部に定着ニップNが形成される。この状態で、駆動手段(図示省略)により加圧ローラ4が回転駆動されると、定着ベルト2は、加圧ローラ4との摩擦力により従動回転する。尚、定着ベルト2の内周面は摺動シート54を介して支持体5と接触しているため、定着ベルト2と支持体5との間の摩擦力は小さく、定着ベルト2は摺動シート54に対して滑りながら移動していく。このとき、定着ベルト2は、その両端部に経路形成部材3の経路形成部31が嵌め込まれているため、経路形成面32に沿った形状をほぼ保ったまま回転する。このとき、定着ベルト2は、その両端部の経路形成部31のフランジ部33に設けられた片寄り規制部35によって、軸方向への移動が所定の範囲内に規制されている。
When the
定着ベルト2が従動回転し始めると、ほぼ同時にハロゲンランプ6が点灯されて、定着ベルト2の内面を照射する。このとき、定着ベルト2は回転しており、定着ベルト2の内周面のうち、遮蔽板7に覆われていない照射領域Lに位置する部分が、ハロゲンランプ6からの熱線を順次吸収していく。こうして、定着ベルト2は急速に昇温する。尚、このときハロゲンランプ6から出て遮蔽板7に当たった熱線もほとんどが反射されて、照射領域Lに位置する定着ベルト2に吸収される。
When the fixing
定着ベルト2がやがて所定の温度に達すると、トナー像を担持した被記録材19が定着ニップNに搬送されてくる。被記録材19上のトナー像は、定着ニップNにおいて、高温となった定着ベルト2によって加熱溶融されると共に、加圧ローラ4によって加圧されて、被記録材19上に順次定着される。尚、定着ベルト2の温度は、サーミスタで検知され、温度制御装置によりハロゲンランプ6が適宜ON、OFFされることで、定着に必要な一定の温度に制御される。
When the fixing
トナー像が定着された被記録材19は、定着ニップNから排出される。定着ニップNの出口側では、定着ベルト2の曲率半径が小さくなっているため、被記録材19はそれ自身の復元力によって定着ベルト2から順次分離していく。被記録材19の後端が定着ニップNを通過することで、定着装置1の定着処理が終了する。
The
《発明の実施形態2》
次に、本発明の実施形態2に係る定着装置201について説明する。
<<
Next, the fixing
この実施形態2に係る定着装置201は、ニップ形成部材の構成が実施形態1と異なる。そこで、実施形態1と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、実施形態1と異なる構成について中心に説明する。
The fixing
図18は、実施形態2に係る定着装置201の横断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of the fixing
定着装置201は、定着ベルト2と、加圧ローラ4と、ハロゲンランプ6と、定着ベルト2の内部に配設されて、加圧ローラ4に加圧される定着ベルト2を内側から支持する支持体205と、ハロゲンランプ6から支持体205を遮蔽する遮蔽体としての遮蔽板7とを備えている。
The fixing
支持体205は、平板状の平板部51aと平板部51aの幅方向中央に立設されたリブ部51bとで構成された断面T字形状の支持体本体51と、該支持体本体51の平板部51aの、リブ部51bとは反対側に設けられた耐熱性樹脂製の断熱部材52と、該断熱部材52と定着ベルト2との間に設けられた熱拡散体としてのニップ形成部材253とを有している。
The
ここで、定着装置201は、支持体205のニップ形成部材253を、金属材料で形成している。このように、ニップ形成部材253を金属材料で形成することによって、詳細には後述するが、定着ベルト2の軸方向に対する温度分布を平滑にすることができる。具体的には、ニップ形成部材253は、熱伝導性の良い銅やアルミニウムなどで形成されている。
Here, in the
定着ベルト2は、熱容量が小さいため、ハロゲンランプ6の発熱が軸方向に不均一であると、定着ベルト2の軸方向の温度分布も同様に不均一となる。
Since the fixing
また、定着ベルト2の温度分布の不均一は、ハロゲンランプ6の発熱の不均一以外によっても発生する。定着装置201に対し、予め設定されている最大幅(つまり、最大通過領域)よりも小さい幅の被記録材19を連続的に通紙した時には、定着ベルト2の温度は、その被記録材19が通過しない部分、(つまり、非通過領域)において過剰に上昇する。このことは、定着ベルト2の被記録材19が通過した部分(つまり、通過領域)では、定着ベルト2の熱が被記録材19により奪われる一方、非通過領域では、定着ベルト2の熱が被記録材19により奪われないことによって起きる。これによって、定着ベルト2は、非通過領域の領域が相対的に高くなり、そこから軸方向中央(通過領域)に向かって温度が徐々に低下していくような温度分布となる。
Further, the non-uniformity of the temperature distribution of the fixing
そこで、本実施形態では、ニップ形成部材253を金属材料で形成することによって、定着ベルト2の温度分布の平滑化を図っている。すなわち、定着ニップNに対応する箇所おいて、定着ベルト2の熱が、場合によってはニップ形成部材253に伝導することを可能にすることによって実現している。つまり、ハロゲンランプ6と支持体205との間に遮蔽板7を設けることにより、ハロゲンランプ6の輻射熱によってニップ形成部材253が直接加熱されることを防止し、こうすることで、ニップ形成部材253の温度を、定着ベルト2と同じかそれよりも低温となり、定着ベルト2からニップ形成部材253へ熱を伝導することができる。ここで、前述したように、定着ベルト2の非通過領域が高温になったときには、相対的に多くの熱がニップ形成部材253に伝導する一方、相対的に低温である通過領域からは熱がほとんどニップ形成部材253に伝導しない。そうして、定着ベルト2の温度分布と同様の分布でニップ形成部材253へ熱が伝導するが、ニップ形成部材253は、熱伝導性が比較的良好な金属材料で形成されているため、ニップ形成部材253に伝導した熱はニップ形成部材253内で即座に伝導して、ニップ形成部材253の温度分布は迅速に平滑化される。つまり、定着ベルト2の非通過領域からニップ形成部材253に伝導した熱は、相対的に低温のニップ形成部材253の軸方向中央に向かって伝導する。その結果、軸方向中央部などの通過領域において、ニップ形成部材253の方が定着ベルト2よりも高温になることがある。この場合には、ニップ形成部材253から定着ベルト2へ熱が伝導する。すなわち、ニップ形成部材253は、定着ベルト2の非通過領域から吸熱するだけでなく、場合によっては、吸熱した熱を軸方向内方に伝導させて定着ベルト2へ再び伝導させる。このように、定着ベルト2とニップ形成部材253との間で相互に熱伝導することは、定着ベルト2の熱エネルギーを再利用することになり、省エネルギーの観点から有用である。そうして、定着ベルト2の温度を、所定の定着温度以上に上昇させることなく、その温度分布を軸方向に平滑にする。そして、本実施形態では、ニップ形成部材253を金属材料の中でも熱伝導率の高い銅やアルミニウムで形成することによって、定着ベルト2の温度分布をより迅速に平滑にすることができる。尚、ニップ形成面253aには、低摩擦係数の摺動シート54が設けられているが、この摺動シート54は必ずしも必要ではない。例えば、ニップ形成部材253のニップ形成面253aにフッ素樹脂等の低摩擦材をコーティングしたものを用いてもよい。
Therefore, in this embodiment, the temperature distribution of the fixing
したがって、本実施形態によれば、ニップ形成部材253を金属材料で形成することと、そのニップ形成部材253の温度を定着ベルト2の温度よりも高くしないこととによって、定着ベルト2の非通過領域から熱を奪うことができ、定着ニップNにおける定着ベルト2の温度分布を、所定の定着温度で軸方向に略均一にすることができる。その結果、定着ベルト2の非通過領域が過剰に加熱されて、その耐熱温度を超えて溶融したり、破損したりすることを防止しながら、記録品質を向上させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the non-passage region of the fixing
ここで、本実施形態では、ニップ形成部材253と支持体本体51とは、断熱部材52を間に配設することによって断熱されている。これによって、ニップ形成部材253を金属材料で構成すると、定着ベルト2の熱がニップ形成部材253へ伝導し易くなるが、ニップ形成部材253から熱容量が大きい支持体本体51への熱の流れを断つことができる。その結果、ウォームアップ時間が長期化することを防止することができる。従って、ニップ形成部材253を金属材料で形成すると共に、ニップ形成部材253と支持体本体51との間に断熱部材52を介在させることによって、ウォームアップ時間をほとんど遅くすることなく、定着ベルト2の温度を平滑化することができる。
Here, in this embodiment, the
本実施形態では、ニップ形成部材253に、熱伝導率の良い銅板を厚さ1.5mmにして用いている。
In this embodiment, a copper plate having a good thermal conductivity is used as the
また、図19に示すように、ニップ形成部材253は、最大通過幅よりも外側に位置する部分253cの肉厚を薄く形成している。こうすることによって、定着ベルト2からニップ形成部材253に伝導した熱が、最大通過幅よりも外側へ伝導していくことを防止することができる。この定着ベルト2のうち、最大通過幅外の部分253cは、トナー像の定着に寄与しないため、加熱する必要がない。つまり、ニップ形成部材253のうち、最大通過幅外の部分253cの断面積を小さくすることによって、熱抵抗を大きくすることができる。それに加えて、本実施形態のように、最大通過幅外の部分253c全体の断面積を小さくすることによって、該最大通過幅外の部分253cの体積を減少させて熱容量を小さくすることができる。これらによって、該最大通過幅外の部分253cへ熱が伝導し難くすることができるため、ウォームアップ時間が長期化してしまうことを防止することができる。
Further, as shown in FIG. 19, the
ここで、ニップ形成部材253を最大通過幅だけでなく、定着ベルト2の全長に亘って設けると共に、ニップ形成部材253の最大通過幅外の部分253cの断面積を小さくすべく、ニップ形成部材253のうち断熱部材52側の部分を切削することによって、加圧ローラ4と対向するニップ形成面253aを、定着ベルト2の全長に亘って一様にすることができる。
Here, the
すなわち、ニップ形成部材253の最大通過幅外の部分253cを設けない構成も考えられるが、ニップ形成部材253を最大通過幅だけに設けると、定着ベルト2は最大通過幅よりも長く形成されているため、ニップ形成部材253の軸方向端縁が定着ベルト2の内周面と摺接することになり、該定着ベルト2の内周面を傷つけてしまう虞がある。同様に、最大通過幅外の部分253cの断面積を小さくすべく、ニップ形成部材253のニップ形成面253a側を切削すると、該切削によってニップ形成部材253の対向面に端縁が形成され、この端縁で定着ベルト2の内周面を傷つけてしまう虞がある。それに対し、本実施形態では、定着ベルト2の内周面と摺接する、ニップ形成面253aを、定着ベルト2の全長に亘って一様に形成することができるため、ニップ形成部材253で定着ベルト2の内周面を傷つけることを防止することができる。つまり、ニップ形成面253aを軸方向において一様にしたままで、最大通過幅外の部分253cの断面積を小さくすることによって、定着ベルト2を傷つけることを防止しつつ、ウォームアップ時間の長期化を防止することができる。
That is, a configuration in which a
尚、ニップ形成部材253のうち最大通過幅外の部分253cに、熱が伝導し難い構成であれば、任意の構成を採用することができる。例えば、図20に示すように、ニップ形成部材253のうち、最大通過幅外の部分253cの断面積を徐々に小さくする構成であってもよい。また、図21に示すように、ニップ形成部材253のうち、最大通過幅内の部分253bと最大通過幅外の部分253cとの間に切欠部253dを構成してもよい。このような構成であっても、定着ベルト2と摺接するニップ形成面253aは、軸方向において一様に形成することが好ましい。
Any configuration can be adopted as long as heat does not easily conduct to the
《発明の実施形態3》
次に、本発明の実施形態3に係る定着装置301について説明する。
<<
Next, the fixing
この実施形態3に係る定着装置301は、ニップ形成部材353の構成が実施形態1と異なる。そこで、実施形態1と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略し、実施形態1と異なる構成について中心に説明する。
The fixing
図22は、実施形態3に係る定着装置301の横断面図である。
FIG. 22 is a cross-sectional view of the fixing
定着装置301に係る支持体305のニップ形成面353aは、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する前の状態において、加圧ローラ4の外周面に沿うように、定着ベルト2の軸方向に直交する断面の形状が定着ベルト2の内方へ(即ち、加圧ローラ4とは反対側へ)凹むように湾曲している。定着ニップNは、被記録材19上のトナー像を適切に加熱及び加圧するために或る程度の幅が必要である。しかし、ニップ幅を拡大すべく、定着ベルト2の周長や加圧ローラ4の外径を大きくすると定着装置1の大型化を招いてしまい好ましくない。また、加圧ローラ4は円柱状であるため、定着ニップNが平坦である限り、ニップ幅を拡大するには限界がある。そこで、ニップ形成面53aを凹曲面とすることによって、定着ニップNを加圧ローラ4の外周面に沿って湾曲させて、定着ベルト2や加圧ローラ4の外径を大きくすることなく、ニップ幅を拡大している。
The
ここで、ニップ形成面353aの曲率半径は、図23の二点鎖線で示すように、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する前の状態において、加圧ローラ4の外周面の半径よりも大きくなっている。こうすることによって、定着ニップNの入口側及び出口側において、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの幅方向縁部(以下、単に縁部ともいう)が定着ベルト2を介して加圧ローラ4の外周面に食い込んでしまうことを防止している。
Here, the radius of curvature of the
すなわち、ニップ形成面353aを加圧ローラ4の外周面に沿うような凹曲面に形成することによって、定着ベルト2のうち定着ニップNの部分が、該定着ベルト2の内方に凹んだ形状となる一方で、定着ベルト2のうち定着ニップNの入口及び出口の部分は、ニップ形成部353のニップ形成面353aの縁部によって、加圧ローラ4側に突出した稜状に形成される。この稜状の部分は、ニップ形成面が平面である場合でも形成されるが、ニップ形成面353aを凹曲面とすることによって、より尖鋭な形状となる。
That is, by forming the
ところで、加圧ローラ4は、定着ベルト2に対して設置される際に定着ベルト2側へ加圧されると、図23の実線で示すように、押し潰されるように変形し、変形した部分の曲率半径が大きくなる。
By the way, when the
ここで、仮に、ニップ形成面353aの曲率半径と加圧ローラ4の外周面の半径とが同一であるとすると、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する際に、加圧ローラ4が変形し、定着ニップNの出入口において、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が変形した加圧ローラ4の外周面に定着ベルト2を介して食い込むことになる。
If the radius of curvature of the
それに対し、本実施形態では、ニップ形成面353aの曲率半径が加圧前の状態における加圧ローラ4の外周面の半径よりも大きくなっているため、加圧ローラ4とニップ形成部材353とで定着ベルト2を挟持しただけで、加圧力が作用していない状態では、定着ニップNの幅方向中央においては加圧ローラ4の外周面と定着ベルト2とニップ形成面353aとが互いに重なり合っているが、定着ニップNの縁部及びその近傍においては加圧ローラ4の外周面と定着ベルト2とニップ形成面353aとの間に互いに隙間が形成される(図23では、定着ベルト2と加圧ローラ4の外周面との間にのみ隙間が形成されている)。この隙間は、ニップ形成面353aの縁部に近付くほど広くなっている。つまり、この状態から、加圧ローラ4で定着ベルト2を加圧したとしても、図23に示すように、加圧ローラ4の変形を該隙間で吸収することができ、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面へ食い込むことを防止することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the radius of curvature of the
尚、ニップ形成面353aの曲率半径は、加圧ローラ4の寸法、材質及び加圧力、定着ベルト2の材質、並びにニップ形成部材353の材質等に基づいて、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する際に変形した場合であっても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込まない程度の値に設定されることが好ましい。こうすることで、加圧ローラ4の加圧時の変形に起因する、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部の加圧ローラ4への食い込みを防止することができる。
The radius of curvature of the
また、ニップ形成面353aの曲率半径を加圧前の状態における加圧ローラ4の外周面の半径よりも大きくすることによって、加圧ローラ4が定着ベルト2の外周面に当接する際に、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とがずれた場合においても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に定着ベルト2を介して食い込むことを防止することができる。
Further, by making the radius of curvature of the
つまり、ニップ形成面353aの曲率半径と加圧ローラ4の外周面の半径とが同一であれば、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とがずれた場合には、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面へ食い込んでしまう。
That is, if the radius of curvature of the
それに対して、本実施形態では、ニップ形成面353aの曲率半径が加圧前の状態における加圧ローラ4の外周面の半径よりも大きくなっている。そして、加圧ローラ4の形状は定着ベルト2を加圧しない限り変形しない。つまり、加圧ローラ4がニップ形成面353aに当接した状態においても、前述の如く、ニップ形成面353aの縁部及びその近傍において加圧ローラ4の外周面とニップ形成面353aとの間に隙間が形成される。その結果、加圧ローラ4を定着ベルト2に当接させる際に、加圧ローラ4の軸とニップ形成面353aの軸とがずれても、そのずれをニップ形成面353aの縁部及びその近傍の隙間で吸収することができ、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込むことを防止することができる。
On the other hand, in this embodiment, the radius of curvature of the
尚、ニップ形成面353aの曲率半径は、前述の、加圧ローラ4の寸法、材質及び加圧力、定着ベルト2の材質、並びにニップ形成部材353の材質等に加えて、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とのずれ量(例えば、組立公差)も考慮して、設定することが好ましい。つまり、ニップ形成面353aの曲率半径は、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とが想定される範囲内で最大限ずれると共に、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する際に変形した場合であっても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込まない程度の値に設定されることが好ましい。こうすることで、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とのずれ及び加圧ローラ4の加圧時の変形に起因する、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部の加圧ローラ4への食い込みを防止することができる。
The radius of curvature of the
さらに、ニップ形成面353aの曲率半径を、図23に示すように、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧した状態における該加圧ローラ4のうち定着ニップNを形成する部分の外周面の半径よりも大きくすることによって、加圧ローラ4が熱膨張した場合においても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に定着ベルト2を介して食い込むことを防止することができる。
Further, as shown in FIG. 23, the radius of curvature of the
つまり、本実施形態の加圧ローラ4は、定着装置1の運転中においては、加熱された定着ベルト2の熱が伝導するため、熱膨張して外径が大きくなる。つまり、加圧した状態において、ニップ形成面353aの曲率半径と加圧ローラ4のうち定着ニップNを形成する部分の外周面の半径とが同一であれば、加圧ローラ4が熱膨張した際には、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面へ食い込むことになる。
That is, the
それに対して、ニップ形成面353aの曲率半径を、加圧した状態における加圧ローラ4の、定着ニップNを形成する部分の外周面の半径よりも大きくすることによって、加圧した状態であっても、図23に示すように、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部及びその近傍においては加圧ローラ4の外周面とニップ形成面353aとの間に隙間が形成されているため、この隙間で、加圧ローラ4の熱膨張を吸収することができる。その結果、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込むことを防止することができる。
On the other hand, the radius of curvature of the
尚、ニップ形成面353aの曲率半径は、前述の、加圧ローラ4の寸法、材質及び加圧力、定着ベルト2の材質、ニップ形成部材353の材質、並びに加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とのずれ量等に加えて、加圧ローラ4の熱膨張も考慮して、設定することがより好ましい。つまり、ニップ形成面353aの曲率半径は、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とが想定される範囲内で最大限ずれ、加圧ローラ4が定着ベルト2側に加圧されて変形し、さらには、加圧ローラ4が熱膨張した場合であっても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込まない程度の値に設定されることが好ましい。こうすることで、加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸のずれ、加圧ローラ4の加圧時の変形、加圧ローラ4の熱膨張に起因する、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部の加圧ローラ4への食い込みを防止することができる。
Note that the radius of curvature of the
本実施形態では、加圧ローラ4は、前述の如く、直径18mmのSUS製の芯金外周面上に、シリコーンゴムを形成し、表層には厚さ50μmのPFA層を設けて、加圧ローラ4全体としての外径を24mm(半径で12mm)とし、シリコーンゴムは厚み約3mm、硬度は10度(JIS−A)としている。それに対して、ニップ形成部材353の対向面353aの曲率半径を21mmとしている。
In the present embodiment, as described above, the
したがって、本実施形態によれば、ニップ形成面353aの曲率半径を当接及び加圧前の加圧ローラ4の外周面の半径よりも大きくすることによって、加圧ローラ4を定着ベルト2に当接させる際に加圧ローラ4の軸とニップ形成部材353の軸とがずれた場合であっても、又その当接後、加圧ローラ4が定着ベルト2を加圧する際に加圧ローラ4が変形しても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込むことを防止することができる。
Therefore, according to this embodiment, the radius of curvature of the
さらに、ニップ形成面353aの曲率半径を加圧後における加圧ローラ4のうち定着ニップNの部分の外周面の半径よりも大きくすることによって、加圧ローラ4が熱膨張しても、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込むことを防止することができる。
Further, by making the radius of curvature of the
このように、ニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部が加圧ローラ4の外周面に食い込むことを防止することで、定着ニップNにおける圧力がニップ形成部材353のニップ形成面353aの縁部では強く、ニップ形成面353aの幅方向中央部では弱いというような、定着ニップNにおける圧力の不均一を防止することができる。その結果、定着ニップNにおける圧力分布を可及的に均一にすることができ、トナー像を安定して定着することができる。それに加えて、定着ベルト2の表面や加圧ローラ4の表面に傷が付くことを防止することができるため、定着ベルト2や加圧ローラ4等の寿命が短くなることを防止することができると共に、それらの傷による定着性の悪化も防止することができる。
In this way, the edge of the
尚、ニップ形成部材353の対向面353aの形状は、加圧ローラ4が熱膨張したり、ニップ形成部材353に対してずれた場合であっても加圧ローラ4の表面を傷つけない形状であれば、必ずしも前述の形状でなくてもよい。
The shape of the opposing
また、支持体305は、図24に示すように、ニップ形成部材353を耐熱性樹脂で形成することによって、ニップ形成部材353と断熱部材52とを一体に構成してもよい。さらには、支持体305全てを一体に形成してもよい。このような場合であっても、加圧ローラ4と対向する対向面をニップ形成面として前述の形状に形成すればよい。
24, the
さらに、加圧ローラ4は、ニップ形成部材353へ押し付けられることによっても、変形して外径が大きくなるため、この点においても、ニップ形成部材353の対向面353aの曲率半径を加圧ローラ4の半径よりも大きくすることは有効である。
Further, the
尚、前述の実施形態1〜3は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 The above-described first to third embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
以上説明したように、本発明は、被記録材上のトナー像を定着する定着装置について有用である。 As described above, the present invention is useful for a fixing device that fixes a toner image on a recording material.
1,201,301 定着装置
19 被記録材
2 定着ベルト
3 経路形成部材
31 経路形成部
32 経路形成面
32a 大径部
32b 小径部
33 フランジ部
4 加圧ローラ
5,205 支持体
51 支持体本体
52,55 断熱部材
53 ニップ形成部材
253 ニップ形成部材(熱拡散体)
253a ニップ形成面
6 ハロゲンランプ(加熱源)
7 遮蔽板(遮蔽体)
N 定着ニップ
1, 201, 301
253a
7 Shield plate (shield)
N fixing nip
Claims (14)
所定の軸方向に延びる筒状に形成された定着ベルトと、
前記定着ベルト内で前記軸方向に延びて配設されると共に、輻射発熱により該定着ベルトを内周面から加熱する加熱源と、
前記定着ベルトの外周面に対して当接した状態で加圧して、前記定着ベルトとの間に前記軸方向に延びる定着ニップを形成すると共に、その状態で回転駆動することによって該定着ベルトを従動回転させる加圧ローラと、
前記定着ベルト内に配設されて、前記加圧ローラからの加圧力を前記定着ベルトの内周側から受け止めて該定着ベルトを支持すると共に、前記定着ニップにおいて前記定着ベルトの内周面に対し直接的又は間接的に当接することで前記定着ベルトの案内をするニップ形成面を有する支持体と、
前記定着ベルト内で前記軸方向に延びて配設されると共に、前記ニップ形成面の前記軸方向の温度分布が略均一になるように、前記軸方向に熱の移動を行う熱拡散体と、
前記加熱源と前記熱拡散体との間に配設されて、前記加熱源から前記熱拡散体への輻射熱を遮蔽する遮蔽体とを備え、
前記熱拡散体は、前記定着ベルトとの間で熱伝導を行うと共に、その軸方向に熱の移動を行うことによって、前記ニップ形成面の温度分布を所定の定着温度で略均一にすることを特徴とする定着装置。 A fixing device for fixing a toner image on a recording material,
A fixing belt formed in a cylindrical shape extending in a predetermined axial direction;
A heating source disposed in the fixing belt so as to extend in the axial direction, and for heating the fixing belt from an inner peripheral surface by radiant heat generation;
The pressure is applied while being in contact with the outer peripheral surface of the fixing belt to form a fixing nip extending in the axial direction between the fixing belt and the rotation of the fixing belt to drive the fixing belt. A pressure roller to rotate;
The fixing belt is disposed in the fixing belt and receives the pressure from the pressure roller from the inner peripheral side of the fixing belt to support the fixing belt, and at the fixing nip with respect to the inner peripheral surface of the fixing belt. A support having a nip forming surface that guides the fixing belt by direct or indirect contact;
A heat diffusing body that extends in the axial direction in the fixing belt and moves heat in the axial direction so that the temperature distribution in the axial direction of the nip forming surface is substantially uniform;
A shield that is disposed between the heating source and the thermal diffuser and shields radiant heat from the heating source to the thermal diffuser;
The thermal diffuser conducts heat with the fixing belt and moves heat in the axial direction thereof to make the temperature distribution of the nip forming surface substantially uniform at a predetermined fixing temperature. A fixing device characterized.
前記支持体の少なくとも一部は、該凸状の空間に収容されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の定着装置。 On the support side of the shield, a convex space is formed on the heating source side,
The fixing device according to claim 5, wherein at least a part of the support is accommodated in the convex space.
前記経路形成部材によって形成される前記定着ベルトの回転経路は、曲率半径が相対的に大きい大径部と、曲率半径が相対的に小さい小径部とを有する鶏卵形状をしていることを特徴とする請求項1ないし請求項12の何れか1項に記載の定着装置。 A path forming member that forms a rotation path of the fixing belt;
The rotation path of the fixing belt formed by the path forming member has an egg shape having a large diameter portion having a relatively large curvature radius and a small diameter portion having a relatively small curvature radius. The fixing device according to any one of claims 1 to 12.
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