JP2011123182A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導加熱により定着ベルトを加熱して記録シート上の未定着画像を熱定着させる定着装置および画像形成装置に関し、特に、その定着品質を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus that heat-fix an unfixed image on a recording sheet by heating a fixing belt by induction heating, and particularly relates to a technique for improving the fixing quality.
近年、複写機などの画像形成装置の定着装置として、節電のため短時間で昇温可能な電磁誘導加熱方式の定着装置が主流となりつつある。
図4(a)、(b)は、従来の電磁誘導加熱方式の定着装置の構成の一例を示す図である。図4(a)は、当該定着装置のローラ軸を含む断面図であり、図4(b)は、図4(a)のP−P’における断面図である。
In recent years, as a fixing device for an image forming apparatus such as a copying machine, an electromagnetic induction heating type fixing device capable of raising the temperature in a short time for power saving is becoming mainstream.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of the configuration of a conventional electromagnetic induction heating type fixing device. 4A is a cross-sectional view including the roller shaft of the fixing device, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a line PP ′ in FIG. 4A.
両図に示すように、この定着装置は、誘導発熱層を有する無端状の定着ベルト1154の内側に、これの内径よりも外径が小さな定着ローラ1150を遊挿すると共に、定着ベルト1154と定着ローラ1150との間であって、磁束発生部170と対向する位置に、磁束発生部170と定着ベルト1154との距離L0を一定に保つ板状の固定プレート1155が配設される。
As shown in both figures, this fixing device includes a
定着ローラ1150が、円柱状のローラ軸1151の両端部を除く周面に弾性層1152が形成されており、定着ベルト1154の外側から加圧ローラ1160で圧接して定着ニップNが形成される(このように定着ベルト内に定着ローラが遊挿される構成の定着装置を、以下「ゆる嵌め方式の定着装置」という。)。
上記ゆる嵌め方式の定着装置によれば、定着ベルト1154が定着ローラ1150に密着していないため、定着ベルト1154の熱を定着ローラに奪われにくく、短時間での昇温が可能となり、画像形成開始までの時間を短縮できるという利点がある。
An
According to the loose-fitting type fixing device, since the
ところが、上記のような構成の定着装置1005の構成では、定着ベルト1154と固定プレート1155とが接触する面積が大きいため、定着ベルト1154の摩耗が比較的大きく、耐久性の点で問題があるとされている。
そこで、同図4(a)、(b)の二点鎖線に示すように、定着ローラ1150の両端部にそれぞれフランジ状の1対のベルト規制部材1157を設け、当該ベルト規制部材1157の内周に定着ベルト1154の両端部の外周のみを接触させてその周回経路を規制する構成を採用することが考えられる。
However, in the configuration of the
Therefore, as shown by two-dot chain lines in FIGS. 4A and 4B, a pair of flange-shaped
なお、ここで言うフランジ状とは、中心に孔を有する円盤状の部材の外周にリング状の縁部を有する形状を言う。
なお、同図4(a)は、定着装置1005の一方の端部のみを示しているが、他方の端部もこれと同様の構成を有している。
In addition, the flange shape said here means the shape which has a ring-shaped edge part on the outer periphery of the disk-shaped member which has a hole in the center.
4A shows only one end portion of the
しかしながら、上記フランジ状のベルト規制部材1157を設けた定着装置1005を実際に駆動させたところ、加圧ローラを押し込んで定着ニップNを形成すると当該定着ベルト自身の剛性により定着ニップNの周方向端部において外側に広がろうとする力が生じ、図4(c)に示すように定着ベルト1154がやや楕円状に変形してしまう。
そのため定着ベルト1154と磁束発生部170の互いに対向する部分においてベルト規制部材1157による案内を受けることができず、距離L1が大きく変動して加熱ムラが生じ定着品質が劣化する場合があることが判明した。
However, when the
For this reason, it is found that the
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、定着ベルトの耐久性を確保しつつ、定着品質の劣化を抑制することが可能な、ゆる嵌め方式の定着装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and uses a loose-fitting type fixing device capable of suppressing deterioration in fixing quality while ensuring the durability of the fixing belt, and the same. An object is to provide an image forming apparatus.
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、無端状のベルトの内側に遊挿されている第1ローラを、前記ベルトの周回経路外側から当該ベルトを介して第2ローラで押圧して、当該ベルト表面と当該第2ローラの間に定着ニップを確保すると共に、前記ベルトを周回させつつ誘導コイルで発生させた高周波磁界により誘導加熱し、未定着画像の形成されたシートを前記定着ニップに通して、前記未定着画像の熱定着を行う定着装置であって、第1ローラの軸方向の両端部には、それぞれリング状の縁を有するフランジ形状であって、前記リング状の部分の内側表面に前記ベルトの両端部の外周が接触して、前記ベルトの外径を規制する1対のベルト規制部材が配設されており、前記ベルトが所定温度まで加熱され、かつ、前記第2ローラによる押圧が行われていない状態において、前記内側表面の内径と前記ベルトの両端部の外径との差が、両者の径寸法の公差の和の最大値以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention presses a first roller loosely inserted inside an endless belt with a second roller from the outer circumference of the belt through the belt. A fixing nip is secured between the belt surface and the second roller, and induction heating is performed by a high-frequency magnetic field generated by an induction coil while the belt is circulated, so that the sheet on which an unfixed image is formed is fixed. A fixing device for thermally fixing the unfixed image through a nip, wherein the first roller has a flange shape having ring-shaped edges at both ends in the axial direction, and the ring-shaped portion. A pair of belt regulating members for regulating the outer diameter of the belt are disposed on the inner surface of the belt, the outer circumferences of both ends of the belt being in contact with each other, the belt is heated to a predetermined temperature, and the first 2 b In a state in which pressing by La is not performed, the difference between the outer diameter of both ends of an inner diameter and said belt of said inner surface, characterized in that is less than or equal to the maximum value of the sum of the tolerances of both diameter.
上記構成により、ゆる嵌め方式の定着装置において、ベルトの両端部のみを、フランジ状のベルト規制部材の内側表面に接触させてその周回経路を規制することにより、摩擦部分の面積が、従来の固定プレートを使用した場合よりも飛躍的に小さくなり、ベルトの耐久性が向上する。
また、ニップ部を形成してもベルト規制部材の内側表面にベルトの両端部の外周を略隙間なく接触させることができるように、ベルト規制部材の内径とベルトの外径が決定されているため、ベルトの周回経路が安定し、電磁誘導発生部とベルトとの位置関係の変動が少なくなって加熱ムラがなくなり定着品質が向上する。
With the above configuration, in the loose-fitting type fixing device, only the both end portions of the belt are brought into contact with the inner surface of the flange-shaped belt regulating member to regulate the circulation path, so that the area of the friction portion is fixed as in the conventional case. The belt becomes much smaller than when a plate is used, and the durability of the belt is improved.
In addition, the inner diameter of the belt regulating member and the outer diameter of the belt are determined so that the outer circumferences of both ends of the belt can be brought into contact with the inner surface of the belt regulating member without any gap even if the nip portion is formed. The belt circulation path is stabilized, the positional relationship between the electromagnetic induction generator and the belt is less changed, and heating unevenness is eliminated to improve the fixing quality.
また、定着動作の実行中において、前記定着ニップの形成範囲外に位置する前記ベルトの外周面と前記内側表面との径方向における距離が、0.7mm以下の範囲内となるように、第1ローラの外径が決定されていることが望ましい。
これにより、ベルトの周回経路の変動がより制限されるため、ベルトの周回経路をより安定させることができ、定着品質の向上に資する。
Further, during execution of the fixing operation, the first distance is set such that the radial distance between the outer peripheral surface of the belt and the inner surface located outside the fixing nip formation range is within a range of 0.7 mm or less. It is desirable that the outer diameter of the roller be determined.
Thereby, since the fluctuation | variation of the circumference path of a belt is restrict | limited more, the circumference path of a belt can be stabilized more and it contributes to the improvement of fixing quality.
なお、本発明は、上記定着装置を備えた画像形成装置としてもよい。 Note that the present invention may be an image forming apparatus including the fixing device.
以下、本発明の実施の形態に係る画像形成装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態にかかるタンデム型のフルカラープリンタの概略構成を示す図である。
同図に示すように、このプリンタ1は、画像プロセス部3、給紙部4、定着部5および制御部60を備えており、ネットワーク(例えばLAN)に接続されて、外部の端末装置(不図示)からのプリントジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色からなるトナー像を形成し、これらを多重転写してフルカラーの画像形成を実行する。以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をY、M、C、Kと表し、各再現色に関連する構成部分の番号にこのY、M、C、Kを添字として付加する。
Hereinafter, an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a tandem type full-color printer according to the present embodiment.
As shown in the figure, the
<画像プロセス部>
画像プロセス部3は、Y〜K色のそれぞれに対応する作像部3Y,3M,3C,3K、光学部10、中間転写ベルト11などを備えている。
作像部3Yは、感光体ドラム31Y、その周囲に配設された帯電器32Y、現像器33Y、一次転写ローラ34Y、感光体ドラム31Yを清掃するためのクリーナ35Yなどを備えており、感光体ドラム31Y上にY色のトナー像を作像する。
<Image process part>
The
The
他の作像部3M〜3Kについても、作像部3Yと同様の構成になっており、同図では符号を省略している。
中間転写ベルト11は、無端状のベルトであり、駆動ローラ12と従動ローラ13に張架されて矢印A方向に回転駆動される。
光学部10は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、制御部60からの駆動信号によりY〜K色の画像形成のためのレーザ光Lを発し、感光体ドラム31Y〜31Kを露光走査させる。
The other
The
The
この露光走査により、帯電器32Y〜32Kにより帯電された感光体ドラム31Y〜31K上に静電潜像が形成される。
各静電潜像は、現像器33Y〜33Kにより現像されて感光体ドラム31Y〜31K上にY〜K色のトナー像が、中間転写ベルト11上の同じ位置に重ね合わせて一次転写されるようにタイミングをずらして実行される。
By this exposure scanning, electrostatic latent images are formed on the
The electrostatic latent images are developed by developing
一次転写ローラ34Y〜34Kにより作用する静電力により中間転写ベルト11上に各色のトナー像が順次転写されフルカラーのトナー像が形成され、さらに二次転写位置46方向に移動する。
一方、給紙部4は、記録シートSを収容する給紙カセット41と、給紙カセット41内の記録シートSを搬送路43上に1枚ずつ繰り出す繰り出しローラ42と、繰り出された記録シートSを二次転写位置46に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対44などを備えており、中間転写ベルト11上のトナー像の移動タイミングに合わせて給紙部4から記録シートSを二次転写位置に給送し、二次転写ローラ45の作用により中間転写ベルト11上のトナー像が一括して記録シートS上に二次転写される。
The toner images of the respective colors are sequentially transferred onto the
On the other hand, the paper feed unit 4 includes a
二次転写位置46を通過した記録シートSは、定着部5に搬送され、記録シートS上のトナー像(未定着画像)が、定着部5における加熱・加圧により記録シートSに定着された後、排出ローラ対71を介して排出トレイ72上に排出される。
<定着部>
図2は、定着部5の部分断面斜視図である。
The recording sheet S that has passed the
<Fixing part>
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the
同図に示すように、定着部5は、定着ローラ150、定着ベルト154、ベルト規制部材157、加圧ローラ160および磁束発生部170などを備える。
なお、同図では、紙面右方向が、図1における上方向となるように定着部5が描かれている。
定着ローラ150と加圧ローラ160は平行に配され、加圧ローラ160を不図示の付勢機構で定着ローラ150側に付勢することにより、両ローラ間に定着ニップNが形成され、この定着ニップNを記録シートSが通過することにより記録シートS上に形成されたトナー像Tが溶融・加圧されて定着するようになっている。
As shown in the figure, the fixing
In the figure, the fixing
The fixing
以下、各部の詳細について説明する。
<磁束発生部>
図3(a)は、本実施の形態における定着部5の要部の横断面図(定着ローラ150の軸方向(以下、単に「ローラ軸方向」という。)に直交する断面)である。
なお、同図は、定着部5のローラ軸方向における一方の端部のみを描いているが、他方の端部もこれと同様の構成である。
Details of each part will be described below.
<Magnetic flux generator>
FIG. 3A is a cross-sectional view (a cross section orthogonal to the axial direction of the fixing roller 150 (hereinafter simply referred to as “roller axial direction”)) of the main part of the fixing
In the drawing, only one end portion of the fixing
また、図3(b)は、本実施の形態における定着部5の加圧ローラ160による付勢が行われておらず、定着ベルト154が誘導加熱されることに起因する温度上昇および熱膨張が生じている定着ローラ150の状態を示す図であり、さらに、図3(c)は、本実施の形態における定着部5の駆動状態における断面Q−Q’における断面図である。
磁束発生部170は、図3(c)に示すように、誘導コイル171を有し、定着ベルト154の周回経路外側であり、定着ベルト154を挟んで加圧ローラ160と対向する位置に、ベルト幅方向に沿うように配置される。
Further, FIG. 3B shows that the urging by the
As shown in FIG. 3C, the
誘導コイル171は、高周波インバータを含む駆動回路(不図示)に接続され、その駆動回路からの高周波電力の供給により、定着ベルト154の発熱層を加熱するための磁束を発生させる。
この磁束が定着ベルト154の発熱層の、主に誘導コイル171と対向している部分を貫き、この部分に渦電流を発生させて発熱させる。
The
This magnetic flux passes through a portion of the heat generating layer of the fixing
この発熱層の熱が定着ベルト154の周回により定着ニップNに伝わることにより定着ニップNの領域(ニップ領域)が昇温される。
なお、図示していないが定着ベルト154の温度を検出するためのセンサが別途配置されており、このセンサの検出信号により定着ベルト154の現在の温度を検出し、この検出温度に基づきニップ領域の温度が目標温度、例えば180〔℃〕に維持されるように誘導コイル171への電力供給が制御される。
The heat of the heat generating layer is transmitted to the fixing nip N by the rotation of the fixing
Although not shown, a sensor for detecting the temperature of the fixing
定着ニップNの温度が目標温度に維持された状態でシートSが定着ニップNを通過する際に、シートS上の未定着のトナー像が加熱、加圧されて当該シートS上に熱定着される。
<加圧ローラ>
加圧ローラ160は、同図3(c)に示すように、ローラ軸161および弾性層162を備え、不図示の駆動機構により回転駆動される。
When the sheet S passes through the fixing nip N while the temperature of the fixing nip N is maintained at the target temperature, an unfixed toner image on the sheet S is heated and pressed to be thermally fixed on the sheet S. The
<Pressure roller>
As shown in FIG. 3C, the
ローラ軸161は、例えば、アルミニウムなどからなる外径が20mmの円柱状のシャフトである。
弾性層162は、例えば、シリコーンゴムなどからなり、外径が定着ローラ150の外径と同径となっており、内径が20mmの円筒体である。
弾性層162の硬度としては、アスカー硬度55°〜62°程度が望ましい。
The
The
The hardness of the
<定着ベルト>
定着ベルト154は、内側から順に、発熱層(不図示)、ベルト弾性層(不図示)、離型層(不図示)が積層され、全体の厚みtが0.3mmであって、内径が定着ローラ150の外径よりも大きい無端ベルトである。
この定着ベルト154の外径は、ベルト規制部材157の後述するリング部157aの内径との関係で決定される。詳しくは後述する。
<Fixing belt>
In the fixing
The outer diameter of the fixing
発熱層は、磁束発生部170から発せられた磁束により誘導加熱される金属層であり、例えば、ニッケルなどからなる。
定着ベルト154の周回に伴い、発熱層の誘導加熱された部分が定着ニップNに達し、ここで押圧力が作用している記録シートSに熱伝導することによって、記録シートS上のトナーが熱定着される。
The heat generating layer is a metal layer that is induction-heated by the magnetic flux generated from the
As the fixing
ベルト弾性層は、例えば、弾性を有する層であって、例えば、シリコーンゴムからなる。
離型層は、例えば、PFAからなり、定着ベルト154表面の離型性を高めている。
<定着ローラ>
定着ローラ150は、ローラ軸151の両端部を除く周面に弾性層152が形成されたものである。
The belt elastic layer is, for example, an elastic layer and is made of, for example, silicone rubber.
The release layer is made of, for example, PFA and enhances the release property on the surface of the fixing
<Fixing roller>
In the fixing
弾性層152は、外径がDR1mm、内径が20mmの円筒体であって、加圧ローラ160の弾性層162よりも硬度が低く、高弾性および高断熱性を有する材料、例えば、シリコーンゴムのスポンジ体からなる。
この弾性層152の硬度としては、アスカー硬度18°〜24°程度が望ましい。
ここで、弾性層152の軸方向における端部の径が中央部分よりも小さくなっており、当該端部において弾性層152と定着ベルト154の間に所定の空間が形成されている。
The
The hardness of the
Here, the diameter of the end portion in the axial direction of the
これは、弾性層152の定着ニップNが形成される領域において、加圧ローラ160の押圧により変形が生じ、ローラ軸151の軸方向の両端側へと押しやられる部分の逃げ場を確保するためである。
ローラ軸151は、例えば、アルミニウムなどからなる外径が20mmの円柱状のシャフトである。
This is because in the region where the fixing nip N of the
The
ローラ軸151は、より具体的には、同図3(a)に示すように、両端部に、それぞれ中央部151eよりも外径の小さな縮径部151aを有している。
また、縮径部151aには周方向に延びる溝151dが設けられている。
この縮径部151aには、中心に孔を有するベルト規制部材157が外挿し、Cリング159を上記溝151dに装着することにより、ベルト規制部材157のローラ軸方向における移動を規制する。
More specifically, as shown in FIG. 3A, the
The reduced
A
定着ローラ150のローラ軸151は、その両端部において定着装置本体のフレーム(不図示)に軸支される。
なお、本実施の形態では、ベルト規制部材157は、ローラ軸151と共回りするように構成されるが、ベルト規制部材157をローラ軸151に回転可能に保持するようにしてもよい。この場合には、さらにベルト規制部材157が、ボールベアリングなどを介してローラ軸151に軸支させる構成としてもよい。
The
In the present embodiment, the
<ベルト規制部材>
続いて、ベルト規制部材157について説明する。
ベルト規制部材157は、同図3(a)、(b)、(c)に示すように、フランジ状の金属性の部材であって、例えば、SUS304などからなる。
ここで、上記フランジ状とは、中心に孔を有する円盤状の部材の外周にリング状の縁部を有する形状を言い、いわゆるキャップ状のことを言う。
<Belt regulating member>
Next, the
As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the
Here, the said flange shape means the shape which has a ring-shaped edge part on the outer periphery of the disk-shaped member which has a hole in the center, and says what is called a cap shape.
ベルト規制部材157の、上記円盤状の部材に相当する部分(以下、「円盤部」という。)157bに定着ベルト154の縁部を接触させ、定着ベルト154の蛇行を抑制すると共に、上記リング状の部に相当する部分(以下、「リング部」という。)157aの内周面に定着ベルト154の端部の外周面を接触させて、ベルト周回時における定着ベルト154の周回経路を安定させるようになっている。
An edge portion of the fixing
ベルト規制部材157は、そのリング部157aがローラ軸151と同軸上になるようにしてローラ軸151に装着される。
<各部の寸法>
以下、定着装置における各部の寸法について説明する。
(1)定着ベルト154の外径とリング部157aの内径
先ず、加圧ローラ160による定着ローラ150への押圧がなく、定着ベルト154が、所定の定着温度に誘導加熱された状態(以下、「加熱非加圧状態」という。)であって、当該定着ベルト154から伝わる熱によって、定着ベルト154だけでなくベルト規制部材157も同程度に加熱されて、両者に熱膨張が生じている状態、すなわち実際の定着動作を実行している条件とほぼ同じ温度状態となっているときにおける寸法関係について着目する。
The
<Dimensions of each part>
Hereinafter, the dimensions of each part in the fixing device will be described.
(1) The outer diameter of the fixing
理想的には、このときに定着ベルト154の端部における外周面が、ベルト規制部材157のリング部157aの内周に全周に渡って接触した状態となることが望ましい。
これにより、実際に加圧ローラ160を定着ベルト154に圧接させて定着ニップ部Nを形成したとき、定着ベルト154の端部は、もともとリング部157aの内周に全周にわたって接触していたのであるから、定着ニップ部Nの周方向端部においてこれを広げるように力が発生しても、図4(c)のように楕円形に変形する余地はなく、定着ベルト154の端部外周面の、定着ニップ部Nに相当する部分を除くほとんどの部分が、リング部157aの内周に接触して案内されるので、定着ベルト154の周回経路が安定し、磁束発生部170との距離が変動しにくくなり、定着品質に大きく影響するような加熱ムラが発生しない。
Ideally, at this time, it is desirable that the outer peripheral surface of the end portion of the fixing
As a result, when the
但し、実際の寸法設計においては、製造段階における公差を考慮する必要がある。
図3(b)に示すように、上記加熱非加圧状態のリング部157aの内径値をDH4とし、加熱非加圧状態の定着ベルト154の外径値をDH3とするとき、DH4およびDH3が、以下の関係を満足するように設定されている。
ここで、製造上、リング部157aの内径値DR4は、±βの寸法公差を有し、また、定着ベルト154の外径DH3は、±γの寸法公差を有するものとする。
However, in actual dimensional design, it is necessary to consider tolerances in the manufacturing stage.
As shown in FIG. 3 (b), the inner diameter value of the
Here, the manufacturing, the inside diameter value D R4 of the
この公差の上記加熱非加圧状態における値を±β’、±γ’とすると、DH4とDH3の差分の最大値は、公差の和の最大値であるβ’+γ’になる。
このため、DH4−DH3=β’+γ’(式1)となるように設計寸法DH3とDH4を設定しておけば、リング部157aの内周と定着ベルト154の外周との隙間の距離をd1とするとき、加熱非加圧状態において、全周に亘って 0≦d1≦(β’+γ’)/2の範囲内とすることができる。
If the values of this tolerance in the heating non-pressurized state are ± β ′ and ± γ ′, the maximum difference between DH4 and DH3 is β ′ + γ ′ which is the maximum value of the sum of the tolerances.
Therefore, the gap between the outer periphery of the D H4 -D H3 = β '+ γ' by setting the design dimension D H3 and D H4 so that (Equation 1), fixing the inner circumference of the
なお、量産する場合でも、現在の生産技術によれば、上記βおよび上記γの数値は、それぞれ、0.2mmおよび0.1mmと微小な値に抑えることができるので、熱膨張による増加を考慮しても、β’、γ’はβ、γとそれぞれほぼ等しいと考えることができる。
そうすると、隙間d1の最大値は、(0.1+0.2)/2=0.15mmに押さえることができる。
Even in mass production, according to the current production technology, the numerical values of β and γ can be suppressed to very small values of 0.2 mm and 0.1 mm, respectively. Even so, it can be considered that β ′ and γ ′ are approximately equal to β and γ, respectively.
Then, the maximum value of the gap d 1 can be suppressed to (0.1 + 0.2) /2=0.15mm.
つまり、大量生産を想定してコスト面などを考慮に入れると、隙間d1の現実的な値は、0mm以上、0.15mm以下の範囲となり、このような微小な隙間であれば、定着品質にほとんど影響を及ぼさなくすることができる。
また、上記のような設計寸法とすることにより、定着ベルト154の外周がリング部157aの内周よりも大きくなることがなくなるため、部品組み付け時において、定着ベルト154の両端をベルト規制部材157のリング部157aに挿入できる。
In other words, taking into consideration of the cost assumed mass production, the realistic value of the gap d 1, 0 mm or more, and the range of 0.15 mm, if such a small gap, fixing quality Can hardly be affected.
In addition, since the outer circumference of the fixing
上記加熱非加圧時におけるDH4、DH3の値と、定着ベルト154、ベルト規制部材157の各材料の熱膨張係数より、例えば、以下に示す式2を用いることにより、それらの製造・加工時の温度における寸法(設計寸法)DR3およびDR4が容易に求まる。
(式2) DR=DH/(K×(TH−TR)+1)
K:部材の線膨張係数
TH(℃):加熱状態における部材の温度
DH:加熱状態における部材の径
TR:常温(23℃)
DR:常温における部材の径
もっとも、ベルト規制部材157を熱膨張係数Kgとし、定着ベルト154の熱膨張係数をKbとするとき、KgがKbよりも大きい場合には、組立時において、定着ベルト154が、ベルト規制部材157のリング部157aに入らない可能性があるので、KgがKbとほぼ等しいか、もしくは、両者に差があっても、組立時においてDR3≦DR4の関係(組み立ての容易性の観点からは、DR3<DR4であることがより望ましい)を満たし、かつ、加熱非加圧時において、DH3≦DH4の関係を満足するような範囲内である必要がある。
The value of D H4, D H3 in the heated non-pressurized, than the thermal expansion coefficient of each material of the fixing
(Formula 2) D R = D H / (K × (T H −T R ) +1)
K: coefficient of linear expansion of member T H (° C.): Temperature D H of the member in the heated state: diameter of the member in heated condition T R: room temperature (23 ° C.)
D R: diameter of member at normal temperature although the
これらの具体的な値は、実際のベルト規制部材157のリング部157aなどのサイズや必要な強度、コスト面での検討などにより当業者であれば、容易に決定できるものである。
なお、定着ローラ150および加圧ローラ160の外径は、ほぼ同径にすることが望ましい。これにより、軸方向から見たときに、定着ベルト154が加圧ローラ160による加圧により、変形前の円弧を内側に反転したときとほぼ同じような形状で窪むことになるので、ニップ部の形成前後において、この領域に存する定着ベルト154の周方向の長さにはほとんど変化がなく、当該ニップ部Nを除いた他の大部分におけるリング部157a内周面と定着ベルト154外周面との接触状態をニップ部形成前と同様に維持することができると考えられるからである。
These specific values can be easily determined by those skilled in the art based on the actual size of the
The outer diameters of the fixing
もっとも、定着ベルトの励磁コイルとの距離の変動量が許容範囲を超えない範囲で、定着ローラ150と加圧ローラ160の外径に多少の差、より具体的に、最大±5mmの差があっても構わない。
以上の構成により、本実施の形態における定着部5は、ゆる嵌め方式において固定プレートを廃止した構成であっても、定着ベルト154の周回経路を安定させることができるため、加熱ムラが生じることがなく、定着品質を良好に保つことが可能となる。
However, there is a slight difference in the outer diameters of the fixing
With the above configuration, the fixing
(2)定着ローラの外径とリング部157aの内径との関係
上述のように、ベルト規制部材157は、同図3(a)、(c)に示すように、定着ベルト154の両端部の周回経路を規制している。
定着ベルト154は、定着ニップ部Nに相当する部分を除くほとんどの部分が、リング部157aの内周に接触して案内されるので、これにより、定着ベルト154の周回経路は、リング部157aの内径よりも外側にずれることがない。
(2) Relationship between the outer diameter of the fixing roller and the inner diameter of the
Since most of the fixing
しかしながら、振動等により、定着ベルト154の周回経路が、一時的に中心寄りに変動しようとする可能性が全くないとは言えない。
そこで、本発明者は、試験等を実施し、定着動作実行中において、定着ベルト154の磁束発生部170と対向している部分が、定着ローラ150の径方向(以下、「ローラ径方向」という。)に変動し、加熱量が変化しても、定着品質の劣化を招くほど大きな定着ムラが生じない上記変動の許容範囲を確認しようと試みた。
However, it cannot be said that there is no possibility that the circulation path of the fixing
Therefore, the inventor conducted a test and the like, and during the fixing operation, the portion of the fixing
その結果、定着ベルト154のローラ径方向における変動量が0.7mm以下であれば、定着ムラが生じず、定着品質に問題が生じないことを確認した。
ここで、定着動作実行中と同様の温度となっており、かつ、加圧ローラ160からの押圧力による影響を無視した(加圧されていないとした)状態において、ベルト規制部材157のリング部157aの内径DH4と定着ローラ150の弾性層152の外径DH1との差(DH4−DH1)を2で除した値をd2とすると、定着ベルト154は、振動等が加えられ、その位置がいくら変化したとしても、ローラ径方向において、d2−t(定着ベルト154の厚み)の範囲内でしか変動が許容されない。
As a result, it was confirmed that if the fluctuation amount of the fixing
Here, in a state where the temperature is the same as that during execution of the fixing operation and the influence of the pressing force from the
また、これと同様のことが、実際の定着動作実行中において、ニップ部N以外を通過している定着ベルト154の部分についても言える。
したがって、d2の値が、d2−t≦0.7mm(式3)の関係を満足すれば、定着ムラは生じないことになる。
本実施の形態では、定着ベルト154の厚みtは、0.3mmとなっているので、d2の値は1mmとなる。
The same can be said for the portion of the fixing
Therefore, the value of d 2 is, to satisfy the relationship d 2 -t ≦ 0.7 mm (Equation 3), fixing unevenness will not occur.
In this embodiment, since the thickness t of the fixing
さらに、発明者は、本実施の形態の定着部5において、加熱非加圧状態における定着ベルト154の外径DH3と定着ローラ150の弾性層152の外径DH1とを以下のように規定した。
d3≦(DH3−2×t−DH1)/2 (式4)
ここで、「t」は、上述したように定着ベルト154の厚みであり、本実施の形態ではtの値が非常に小さいため、加熱による厚みの熱膨張は無視できる範囲となる。
Furthermore, provisions inventors have, in the fixing
d 3 ≦ (D H3 −2 × t−D H1 ) / 2 (Formula 4)
Here, “t” is the thickness of the fixing
また、d3は、定着ベルト154の内周と定着ローラ150の外周(弾性層152の外周)との間で熱伝導を抑制して、定着ベルト154の昇温時間を短縮するのに必要な両者の隙間の下限値である。
但し、実際の寸法設計においては、製造段階における公差を考慮する必要があるため、このような公差が生じたとしても、(DH3−2×t−DH1)/2の値がd3の値を下回らないようにしなければならないが、d2の値と同様に、このような寸法公差を考慮に入れた設計は、当業者であれば、容易に実施可能である。
Also, d 3 is to suppress thermal conduction between the outer periphery of the inner periphery and the fixing roller 150 (outer circumference of the elastic layer 152) of the fixing
However, in the actual dimensional design, it is necessary to consider the tolerance in the manufacturing stage. Therefore, even if such a tolerance occurs, the value of (D H3 −2 × t−D H1 ) / 2 is d 3 . A design that takes into account such dimensional tolerances, as well as the value of d 2 , can be easily implemented by those skilled in the art.
なお、発明者の鋭意検討の末、d3の値として0.1mmを導きだした。
ここで、(DH3−2×t−DH1)=0.1mmとなるようにDH1を設定したとき、定着部5の駆動状態において、加熱開始から定着温度180℃に達するまでの昇温時間が、定着ベルトと定着ローラとが密着している従来定着部に比べて約1/2に短縮された。
Incidentally, the end of intensive studies of the inventors, began lead to 0.1mm as the value of d 3.
Here, when DH1 is set so that ( DH3-2 × t- DH1 ) = 0.1 mm, the temperature rise from the start of heating until the fixing temperature reaches 180 ° C. in the driving state of the fixing
以上のように設定されたDH1は、加熱非加圧状態における定着ローラ150の弾性層152の外径であるが、式2を用いて、製造・加工時の温度における寸法(設計寸法)DR1を求めることができる。
<変形例>
本発明は、上述のような実施の形態に限られるものではなく、次のような変形例も実施することができる。
DH1 set as described above is the outer diameter of the
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications can be implemented.
(1)上記実施の形態では、ベルト規制部材157をフランジ状としたが、必ずしもフランジ状でなくてもよく、例えば、定着ベルト154の蛇行の抑制を他の機構で実現する場合には、円盤部157bは必要ない。
その場合、リング部157aをローラ軸151に固定するために、例えば、ローラ軸151を挿嵌可能な環状の部材を設け、さらに、当該環状の部材とリング部157aとを繋ぐ腕部を設ければよい。
(1) In the above embodiment, the
In that case, in order to fix the
(2)上記実施の形態では、定着ベルト154は、内側から発熱層、ベルト弾性層、離型層がこの順で積層されるとしたが、これに限るものではなく、少なくとも発熱層が含まれているベルトでありさえすればよい。
(3)上記実施の形態では、寸法公差βおよびγ、もしくはδの値を具体的に示したが、これらの値はあくまで例示であって、製造技術の進歩に応じて、適宜決定される。
(2) In the above embodiment, the fixing
(3) In the above embodiment, the values of the dimensional tolerances β and γ, or δ are specifically shown. However, these values are merely examples, and are appropriately determined according to the progress of manufacturing technology.
(4)上記実施の形態では、磁束発生部170は、誘導コイル171を有し、定着ベルト154の周回経路外側であり、定着ベルト154を挟んで加圧ローラ160と対向する位置に配置されるとしたが、これに限るものではなく、この位置からずれた場所に配設されてもよい。
(5)なお、上記実施の形態では、本発明に係る定着装置および画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合の例を説明したが、これに限られない。
(4) In the above embodiment, the
(5) In the above embodiment, the example in which the fixing device and the image forming apparatus according to the present invention are applied to a tandem color digital printer has been described. However, the present invention is not limited to this.
カラーやモノクロの画像形成に関らず、無端状の定着ベルトの周回経路の内側に遊挿された定着ローラをその周回経路の外側から定着ベルトを介して加圧ローラで押圧して定着ニップを確保して、定着ベルトを誘導加熱する構成の電磁誘導加熱方式の定着装置およびこれを備える画像形成装置であれば、例えば複写機、FAX、MFP(Multiple Function Peripheral)等に適用できる。 Regardless of color or monochrome image formation, the fixing roller inserted loosely inside the loop path of the endless fixing belt is pressed from the outside of the loop path with the pressure roller through the fixing belt, thereby fixing the fixing nip. Any electromagnetic induction heating type fixing device configured to inductively heat the fixing belt and an image forming apparatus including the same can be applied to, for example, a copying machine, a FAX, an MFP (Multiple Function Peripheral), and the like.
また、上記実施の形態および上記変形例の内容をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。 Further, the contents of the above embodiment and the above modification may be combined.
本発明は、誘導加熱により定着ベルトを加熱して記録シート上の未定着画像を熱定着させる定着装置および画像形成装置に広く適用することができる。 The present invention can be widely applied to a fixing device and an image forming apparatus that heat-fix an unfixed image on a recording sheet by heating a fixing belt by induction heating.
1 プリンタ
3 画像プロセス部
3Y,3M,3C,3K 作像部
4 給紙部
5 定着部
10 光学部
11 中間転写ベルト
12 駆動ローラ
13 従動ローラ
18 ベルト規制部材
31 感光体ドラム
32 帯電器
33 現像器
34 一次転写ローラ
35 クリーナ
41 給紙カセット
42 繰り出しローラ
43 搬送路
44 タイミングローラ対
45 二次転写ローラ
46 二次転写位置
60 制御部
71 排出ローラ対
72 排出トレイ
150 定着ローラ
151 ローラ軸
151a 縮径部
151d 溝
151e 中央部
152 弾性層
154 定着ベルト
154a 発熱層
154c 離型層
157 ベルト規制部材
157a リング部
157b 円盤部
159 Cリング
160 加圧ローラ
161 ローラ軸
162 弾性層
170 磁束発生部
171 誘導コイル
181 リング部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
第1ローラの軸方向の両端部には、それぞれリング状の縁を有するフランジ形状であって、前記リング状の部分の内側表面に前記ベルトの両端部の外周が接触して、前記ベルトの外径を規制する1対のベルト規制部材が配設されており、
前記ベルトが所定温度まで加熱され、かつ、前記第2ローラによる押圧が行われていない状態において、前記内側表面の内径と前記ベルトの両端部の外径との差が、両者の径寸法の公差の和の最大値以下である
ことを特徴とする定着装置。 The first roller loosely inserted inside the endless belt is pressed by the second roller through the belt from the outer periphery of the belt, and a fixing nip is formed between the belt surface and the second roller. And fixing the unfixed image by fixing the unfixed image by passing the sheet on which the unfixed image is formed through the fixing nip by induction heating with a high frequency magnetic field generated by an induction coil while circling the belt. A device,
The both ends of the first roller in the axial direction have flange shapes each having a ring-shaped edge, and the outer periphery of both ends of the belt is in contact with the inner surface of the ring-shaped portion, so that the outside of the belt A pair of belt regulating members that regulate the diameter are arranged,
In a state where the belt is heated to a predetermined temperature and is not pressed by the second roller, the difference between the inner diameter of the inner surface and the outer diameters of both end portions of the belt is the tolerance of the radial dimensions of both. A fixing device having a value equal to or less than a maximum value of the sum of the two.
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