JP2018066834A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録材に画像を定着する定着装置、及び定着装置を備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that fixes an image on a recording material, and an image forming apparatus including the fixing device.
複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも2つの機能を有する複合機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。 In recent years, there has been a strong market demand for energy saving and high speed for image forming apparatuses such as copiers, printers, facsimiles, and multifunction machines having at least two of these functions.
画像形成装置のなかでも定着装置は消費電力量が多く、省エネルギー化の余地が大きいため、様々な提案がなされてきたが、省エネルギー化やファーストプリントタイムの向上を実現するために部材の低熱容量化を進めると、更なる問題が発生した。定着装置において、定着ベルトを加熱する熱源(ヒータ)の加熱幅よりも幅の狭い記録材(小サイズ紙)を通紙する際、定着ベルトの幅方向(用紙搬送方向と直交する方向)の温度に関して、通紙範囲外の領域での温度上昇が著しくなる、いわゆる端部温度上昇が発生する。これは定着ベルトの薄肉化によって、定着ベルトの幅方向における熱移動が阻害されるためである。また、加圧ローラ/ベルトのような定着装置を構成する部材が、耐熱温度以上にまで達してしまう場合があり、部材保護するために通紙範囲外領域の温度を抑制しなければならず、通紙の生産性を落とさなければならないといった課題(CPMダウン)があった。更に、端部温度上昇により、記録材の端部付近(幅方向における端部付近)でトナーがホットオフセットするという課題もある。これらの課題に対応するために、例えば特許文献1などで、定着ニップに良熱伝導部材を配置して、定着ニップで軸方向における温度勾配を緩和させる構成が提案されている。 Among the image forming devices, the fixing device consumes a lot of power and has a lot of room for energy saving, so various proposals have been made. However, in order to save energy and improve the first print time, lower the heat capacity of the members. As we proceeded, further problems occurred. In the fixing device, when a recording material (small size paper) having a width smaller than the heating width of a heat source (heater) for heating the fixing belt is passed, the temperature in the width direction of the fixing belt (direction perpendicular to the paper conveyance direction) , A so-called edge temperature rise occurs in which the temperature rise in a region outside the sheet passing range becomes significant. This is because the heat transfer in the width direction of the fixing belt is hindered by the thinning of the fixing belt. In addition, a member constituting the fixing device such as a pressure roller / belt may reach a temperature higher than the heat resistance temperature, and the temperature outside the sheet passing range must be suppressed to protect the member. There was a problem (CPM down) that the productivity of passing paper had to be reduced. Furthermore, there is another problem that the toner is hot-offset near the end of the recording material (near the end in the width direction) due to the rise in the end temperature. In order to deal with these problems, for example, Patent Document 1 proposes a configuration in which a good heat conducting member is arranged in the fixing nip so as to reduce the temperature gradient in the axial direction at the fixing nip.
定着ニップで軸方向温度均一性を高めるためには、銅やアルミニウムなどの良熱伝導部材を熱移動補助部材として用いるのが好ましいが、室温からのウォームアップ時に良熱伝導率であるが故に熱移動補助部材全体に定着ベルトの熱が吸収され、定着ベルトの昇温が遅れ、ウォームアップタイムが遅延する問題があった。前述の端部温度上昇は時間軸としてウォームアップタイムより長いものであるため、熱移動補助部材表面に薄膜の熱抵抗層を備えれば、大幅なウォームアップタイムの遅延を防止できるが、定着ニップでの軸方向温度の均一性確保にはマイナス要因となってしまう。 In order to increase the axial temperature uniformity at the fixing nip, it is preferable to use a good heat conduction member such as copper or aluminum as a heat transfer auxiliary member. However, because of the good heat conductivity when warming up from room temperature, There is a problem that the heat of the fixing belt is absorbed by the entire moving auxiliary member, the temperature rise of the fixing belt is delayed, and the warm-up time is delayed. Since the above-mentioned temperature rise at the end is longer than the warm-up time as a time axis, if a thin thermal resistance layer is provided on the surface of the heat transfer assisting member, a significant delay in the warm-up time can be prevented. This is a negative factor in ensuring the uniformity of the axial temperature.
また、定着ニップは加圧力により記録材にトナーを固定する部位であり、定着ベルトと熱移動補助部材の間で摺動抵抗が発生するため、低摩擦化する必要がある。その手段として従来は薄膜でフッ素などの素材からなる摺接シートを熱移動補助部材の表面に設けることが行われている。このような手段は、摺動抵抗を下げることができるが、熱移動補助部材との密着性が悪いと温度勾配緩和機能が損なわれる場合があった。更に、薄膜摺接シートとして、多孔質や繊維質の摺接素材に潤滑剤を保持させて長期にわたって低トルクを維持できるものが知られているが、潤滑剤保持性が高い反面、空孔率が高いので熱伝導が悪かった。一方で非多孔質素材は潤滑剤の保持性が悪く、潤滑剤が定着ベルト端面から流出して経時でトルク上昇してしまう問題があった。 The fixing nip is a part for fixing the toner to the recording material by the applied pressure, and a sliding resistance is generated between the fixing belt and the heat transfer assisting member, so it is necessary to reduce the friction. Conventionally, a sliding contact sheet made of a material such as fluorine is provided on the surface of the heat transfer auxiliary member. Such means can lower the sliding resistance, but if the adhesion to the heat transfer auxiliary member is poor, the temperature gradient relaxation function may be impaired. Furthermore, as a thin-film sliding contact sheet, it is known that a low-torque can be maintained over a long period of time by holding a lubricant in a porous or fibrous sliding contact material. Because of the high heat conductivity. On the other hand, the non-porous material has a problem that the retention of the lubricant is poor and the lubricant flows out from the end face of the fixing belt and the torque increases with time.
これらの問題のうち、密着性の問題は、熱移動補助部材に低摩擦材をコーティングすることで解決できるが、潤滑剤の保持性については別途、潤滑剤供給部材を備えるなどが必要であり、更に、低粘度の潤滑剤では定着ベルト端面から流出し易く、高粘度の潤滑剤では潤滑剤供給部材から流出が安定しない問題もある。また、定着ニップでの摺接面は経時で摩耗粉が発生し易く、潤滑剤と摩耗粉が混合することにより、その粘度が上昇しトルク上昇を招いてしまう問題があった。 Among these problems, the adhesion problem can be solved by coating the heat transfer auxiliary member with a low friction material, but for the retention of the lubricant, it is necessary to provide a lubricant supply member separately, Further, there is a problem that a low-viscosity lubricant tends to flow out from the end face of the fixing belt, and a high-viscosity lubricant does not stabilize the outflow from the lubricant supply member. Also, the sliding contact surface at the fixing nip tends to generate wear powder over time, and there is a problem in that the viscosity increases and the torque increases when the lubricant and the wear powder are mixed.
本発明は、以上のような従来の問題に鑑み、定着ベルトと該定着ベルトの内部(ループ内)に固定配置されたニップ形成部材の摺擦により発生する摩耗粉の混入による粘度上昇のために潤滑機能が損なわれ、定着ベルトを駆動回転させる際に発生するトルクが上昇する現象を抑制することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention is to increase the viscosity due to mixing of wear powder generated by rubbing between the fixing belt and a nip forming member fixedly disposed inside the fixing belt (in the loop). An object of the present invention is to suppress the phenomenon that the lubrication function is impaired and the torque generated when the fixing belt is driven to rotate is increased.
上記目的を達成するため、本発明では、可撓性を有する無端状のベルトと、前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、前記ベルトを加熱する熱源と、前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、前記ニップ形成部材の、前記ベルトに対向する面を覆う熱移動補助部材とを有する、定着装置において、前記ベルトの内周面に付着する第1の潤滑剤と少なくとも基油種類を合わせた第2の潤滑剤を、前記ニップ形成部材と前記熱移動補助部材の間に配して、前記第2の潤滑剤の基油が加熱により前記ベルトに滴下する構成を有する。 To achieve the above object, according to the present invention, an endless belt having flexibility, a pressure member provided outside the belt and facing the belt, a heat source for heating the belt, and the belt A nip forming member that forms a fixing nip between the belt and the pressure member, and a heat transfer auxiliary member that covers a surface of the nip forming member that faces the belt. In the apparatus, a first lubricant adhering to the inner peripheral surface of the belt and a second lubricant having at least a base oil type are arranged between the nip forming member and the heat transfer assisting member, The base oil of the second lubricant is configured to drop onto the belt by heating.
本発明によれば、ベルトの内周面に付着する第1の潤滑剤と少なくとも基油種類を合わせた第2の潤滑剤を、ニップ形成部材と熱移動補助部材の間に配して、第2の潤滑剤の基油が加熱によりベルトに滴下する構成を有するので、第2の潤滑剤に含まれる基油分を熱源による加熱により離油させ、ベルトの内周面に補充滴下でき、ベルトとニップ形成部材の摺擦により発生する摩耗粉の混入による粘度上昇を抑制し、ベルトを駆動回転させる際に発生するトルクを低く維持できる。 According to the present invention, the first lubricant adhering to the inner peripheral surface of the belt and the second lubricant at least of the base oil type are arranged between the nip forming member and the heat transfer assisting member, Since the base oil of the second lubricant is dripped onto the belt by heating, the base oil contained in the second lubricant can be removed by heating with a heat source and replenished onto the inner peripheral surface of the belt. It is possible to suppress an increase in viscosity due to the mixing of wear powder generated by rubbing the nip forming member, and to maintain a low torque generated when the belt is driven and rotated.
以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置1は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト30の展張方向に沿って4つの作像部4Y、4C、4M、4Kが並置して設けられている。各作像部4Y、4C、4M、4Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The image forming apparatus 1 is a color laser printer. In the center of the printer body, four
具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部4Y、4C、4M、4Kは、潜像担持体としてのドラム状の感光体5と、感光体5の表面を帯電させる帯電装置6と、感光体5の表面にトナーを供給する現像装置7と、感光体5の表面をクリーニングするクリーニング装置8などを備えている。なお、図1では、ブラックの作像部4Kが備える感光体5、帯電装置6、現像装置7、クリーニング装置8のみに符号を付し、その他の作像部4Y、4C、4Mにおいては符号を省略している。
Specifically, each of the
作像部4Y、4C、4M、4Kの下方には、感光体5の表面を露光する露光装置9が配設されている。露光装置9は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体5の表面へレーザー光を照射するようになっている。
Below the
作像部4Y、4C、4M、4Kの上方には、転写装置3が配設されている。転写装置3は、転写体としての中間転写ベルト30のほか、一次転写手段としての4つの一次転写ローラ31と、二次転写手段としての二次転写ローラ36とを備える。更に、転写装置3は二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33、テンションローラ34、及びベルトクリーニング装置35を備えている。
A transfer device 3 is disposed above the
中間転写ベルト30は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33及びテンションローラ34によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ32が回転駆動することによって、中間転写ベルト30は図の矢印で示す方向に周回走行(回転)するようになっている。
The
4つの一次転写ローラ31は、それぞれ、各感光体5との間で中間転写ベルト30を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ31には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が各一次転写ローラ31に印加されるようになっている。
Each of the four
二次転写ローラ36は、二次転写バックアップローラ32との間で中間転写ベルト30を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ31と同様に、二次転写ローラ36にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が二次転写ローラ36に印加されるようになっている。
The
ベルトクリーニング装置35は、中間転写ベルト30に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。
プリンタ本体の上部には、ボトル収容部2が設けられており、ボトル収容部2には補給用のトナーを収容した4つのトナーボトル2Y、2C、2M、2Kが着脱可能に装着されている。各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kと各現像装置7との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kから各現像装置7へトナーが補給されるようになっている。
The
A bottle container 2 is provided in the upper part of the printer main body, and four
一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Pを収容した給紙トレイ10や、給紙トレイ10から用紙Pを搬出する給紙ローラ11などが設けられている。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙など)、トレーシングペーパ、OHPシートなどが含まれる。また、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。
On the other hand, a lower portion of the printer main body is provided with a
プリンタ本体内には、用紙Pを給紙トレイ10から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Rが配設されている。搬送路Rにおいて、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Pを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ12が配設されている。
In the printer main body, a transport path R is provided for discharging the paper P from the
また、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Pに転写された未定着画像を定着するための定着装置20が配設されている。更に、定着装置20よりも搬送路Rの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ13が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ14が設けられている。
Further, a fixing
本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部4Y、4C、4M、4Kにおける各感光体5が図の時計回りに回転駆動され、各感光体5の表面が帯電装置6によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体5の表面には、露光装置9からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体5の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体5に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体5上に形成された静電潜像に、各現像装置7によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視像化)される。
The basic operation of the printer according to this embodiment is as follows. When the image forming operation is started, the
また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ32が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト30を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ31に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ31と各感光体5との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。
When the image forming operation is started, the secondary
その後、各感光体5の回転に伴い、感光体5上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体5上のトナー画像が中間転写ベルト30上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト30の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト30に転写しきれなかった各感光体5上のトナーは、クリーニング装置8によって除去される。各感光体5の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。
Thereafter, when each color toner image on the
画像形成装置の下部では、給紙ローラ11が回転駆動を開始し、給紙トレイ10から用紙Pが搬送路Rに送り出される。搬送路Rに送り出された用紙Pは、レジストローラ12によってタイミングを計られ、二次転写ローラ36と二次転写バックアップローラ32との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ36には、中間転写ベルト30上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。
In the lower part of the image forming apparatus, the paper feed roller 11 starts to rotate, and the paper P is sent out from the
その後、中間転写ベルト30の周回走行に伴って、中間転写ベルト30上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト30上のトナー画像が用紙P上に一括して転写される。また、このとき用紙Pに転写しきれなかった中間転写ベルト30上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置35によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。
Thereafter, when the toner image on the
その後、用紙Pは定着装置20へと搬送され、定着装置20によって用紙P上のトナー画像が当該用紙Pに定着される。そして、用紙Pは、排紙ローラ13によって装置外へ排出され、排紙トレイ14上にストックされる。
Thereafter, the paper P is conveyed to the fixing
以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つの作像部4Y、4C、4M、4Kのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つの作像部を使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
The above description is an image forming operation when a full-color image is formed on a sheet. A single color image can be formed using any one of the four
図2は、定着装置20の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。定着装置20は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト21と、この定着ベルト21の外周側から当接する加圧部材である加圧ローラ22とを有している。定着ベルト21は、その内部(ループ内)に配された複数の定着熱源としてのハロゲンヒータ23A、23B(以下、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bともいう)の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、定着熱源としての輻射型熱源を代表するものである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an embodiment of the fixing
更に定着ベルト21の内部には、定着ベルト21を介して加圧ローラ22とで定着ニップNを形成するニップ形成部材24と、ニップ形成部材24を支持するステー部材25(支持部材)とが配されている。定着ベルト21の幅方向に渡って配されたニップ形成部材24が、ステー部材25によって固定支持されることで、加圧ローラ22からの圧力によってニップ形成部材24に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ22の軸方向(長手方向)に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ニップ形成部材24は、機械的強度が高く耐熱温度200℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材24の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー部材25やハロゲンヒータ23A、23Bは、その長手方向両端を、定着装置20の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。
Further, a
定着ベルトの幅方向(長手方向)における温度勾配を緩和する均熱部材とも称される熱移動補助部材27が、ニップ形成部材24のベルト内周面に対向する面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時に定着ベルト21の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト21の幅方向、即ち、熱移動補助部材27の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材27は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料、例えば銅やアルミニウムなどで形成されている。図2の描写では、熱移動補助部材27の定着ベルト21の内周面に対向する面が定着ベルト21に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。
A heat
周知のように、定着ベルト21の外周側の適切な位置、例えば定着ニップのベルト回転方向上流側には、ベルト温度を検知する温度センサ29が設けられており、定着装置20の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト21から用紙Pを分離する分離部材41が配されている。更に、加圧ローラ22を定着ベルト21へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。
As is well known, a
低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト21は、ニッケルやSUSなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを100μm程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。低熱容量化の観点から、定着ベルト21は、全体として厚さ1mm以下に、直径20〜40mmに設定されている。そして、定着ベルト21を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、20〜50μm、100〜300μm、10〜50μmの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト21全体の厚さを0.2mm以下にするのがよく、更に望ましくは、0.16mm以下の厚さとするのがよく、直径は30mm以下とするのが望ましい。
In order to achieve a low heat capacity, the endless fixing
断面が略L型の、第1部材25Aと第2部材25Bとから構成され全体として断面T字状のステー部材25は、定着ニップN側と反対側が起立した起立部25aを有しており、定着熱源としてのハロゲンヒータ23A、23Bが起立部25aによって隔てられるように配置されていて、仕切り部材としても機能している。また、ステー部材25とハロゲンヒータ23A、23Bの間には反射部材28A、28Bが配されている。これにより、ハロゲンヒータ23A、23Bの定着ベルト21に対する加熱効率を上げると共に、ハロゲンヒータ23A、23Bからの輻射熱によりステー部材25が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材28A、28Bを備える代わりに、ステー部材25表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。
The
加圧ローラ22は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたPFAやPTFEなどから成る離型層によって構成されている。周知のように、加圧手段のバネにより加圧ローラ22が定着ベルト21に押し付けられ定着ベルト21と圧接する箇所では、加圧ローラ22の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップNが形成される。加圧ローラ22は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。加圧ローラ22が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップNで定着ベルト21に伝達され、定着ベルト21が従動回転する。定着ベルト21は定着ニップNで挟み込まれて回転し、定着ニップN以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。
The
本実施形態では、加圧ローラ22を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ22の内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト21の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。
In the present embodiment, the
図3は、ニップ形成ユニットの基本的な構成を示す斜視図である(第2の潤滑剤を収容する部分の描写は省略する)。図3に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ形成部材24、ステー部材25、熱移動補助部材27によって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ形成部材24の、定着ニップN側と反対側の面が、ステー部材25の定着ニップN側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。熱移動補助部材27は略直方体状のニップ形成部材24の、定着ベルト21の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材27とニップ形成部材24の一体構成は爪などを設けて噛み合わせるようにすればよい。なお、ニップ形成部材24と熱移動補助部材27の間には、図2に示されるように、第2の潤滑剤241が配置されるが、これについては後述する。
FIG. 3 is a perspective view showing a basic configuration of the nip forming unit (illustration of a portion accommodating the second lubricant is omitted). As shown in FIG. 3, the nip forming unit includes a nip forming
熱移動補助部材27の定着ベルト21の内周面に対向する面はベルト摺接面27aとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材24の加圧ローラ22に対向する面24cである。
The surface of the heat
図4は、ニップ形成ユニット及びハロゲンヒータの構成を示す斜視図である。図4に示し、また図2に関して既述したように、ステー部材25は、断面が略L型の、第1部材25Aと第2部材25Bとからなり、断面が略T型に構成されている。そのため、剛性が高く、ニップ形成部材24が加圧ローラ22からの応力によって撓むことを防止できる。また、ステー部材25(第1部材25A及び第2部材25B)は、ニップ形成部材24の長手方向に直線的に延在し、ニップ形成部材24に固定されている。したがって、定着ニップNの長手方向全域に亘り、良好なニップ形成面を保つことができる。
FIG. 4 is a perspective view showing configurations of the nip forming unit and the halogen heater. As shown in FIG. 4 and as described above with reference to FIG. 2, the
起立部25aの短手方向両側には、それぞれ第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bが配置されている。即ち、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bは、起立部25aにより相互に遮られている。また、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bは、ステー部材25に囲まれていない(各ハロゲンヒータ23の中心はステー部材25が囲む空間の外側にある)ため、定着ベルト21に対する照射角α、β(図2参照)が鈍角となり、加熱効率を向上できる。
A
なお、ステー部材25の断面形状は、略T型に限定されない。ハロゲンヒータ23A、23Bを、起立部25aを挟み相互に仕切るような配置であればよく、第1部材25A及び第2部材25Bをハロゲンヒータの長手方向に曲線的に延在してもよい。また、第1部材25A及び第2部材25Bをニップ形成部材24のニップ形成面に対し、斜め方向に起立させてもよい。
The cross-sectional shape of the
また、図4、図5から分かるように、第1のハロゲンヒータ23Aは、長手方向中央部に発熱部(フィラメントを螺旋状に巻いた部分であって配光分布が密)を有し、定着ベルト21の中央範囲を加熱し、例えばA4縦サイズなどの小サイズ紙に対応するものである。一方、第2のハロゲンヒータ23Bは、長手方向両端部に発熱部を有し、定着ベルト21の側部範囲を加熱する。そして、例えばA3縦サイズなどの大サイズ紙を通紙する場合には、第1のハロゲンヒータ23Aだけでなく、第2のハロゲンヒータ23Bも点灯して、大サイズ紙に対応させる。ハロゲンヒータ23A、23Bは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト21の外周に設けられた温度センサ29によるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータの出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度に設定できるようになっている。
As can be seen from FIGS. 4 and 5, the
このように2本のハロゲンヒータ23A、23Bによって異なるサイズの用紙に対応させているが、更に異なるサイズの用紙を用いる場合、通紙領域では用紙により奪熱される一方、非通紙領域では奪熱されずに無駄に加熱されて、過昇温の問題も発生し得るところ、本実施形態では、熱伝導性の高い材料で形成された熱移動補助部材27によって、積極的に定着ベルト21の幅方向、即ち、熱移動補助部材27の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させている。
In this way, the two
しかしながら、熱移動補助部材27は定着ベルト21の内周面と摺接しているため、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料をそのまま定着ベルト21の内周面と摺接させると摩擦係数が大きく、ユニットトルクが大きくなって、装置の寿命が短くなるなどの不具合がある。そのため、熱移動補助部材27の、定着ベルト21に対向する(接する)ベルト摺接面27a(図3参照)を可能な限り平滑とし(第2の潤滑剤241を収容するスペースを除く)、低摩擦処理を施すことも望ましい。具体的には、PFAやPTFEのようなフッ素系の塗装やコーティングを施す。
However, since the heat
そして、本実施形態では、熱移動補助部材27と定着ベルト21内周面の間に潤滑剤を介在させることで更に摺動抵抗の低減化が図られている。その際、熱移動補助部材27と定着ベルト21内周面の間で経時によって生じる摩耗粉による不具合を抑制するために、更なる潤滑剤である第2の潤滑剤241が追加されるようになっている。つまり、図2に示すように、まず第1の潤滑剤240が定着ベルト21の内周面に付着しており、定着ベルト21が加圧ローラ22の回転によって連れ回されることで、熱移動補助部材27の表面にも付着する。この潤滑剤として、基油をフッ素オイルやシリコーンオイル、添加剤として、増ちょう剤や、固体潤滑剤としてPTFEなどを含有したグリースを用いることができるが、本例では基油をフッ素オイルとしている。ちょう度が00〜0号程度の半流動状若しくは極めて軟いグリースを用いることで低トルクを維持している。基油としてフッ素オイルを用いた構成であるとシリコーンオイルを用いる場合よりも耐熱性が高く化学的に安定しているため定着ベルト21内に熱源があっても揮発減量、変質を抑制することができる。
In this embodiment, the sliding resistance is further reduced by interposing a lubricant between the heat
一方、第1の潤滑剤240の基油種類に合わせ、本実施形態では基油をフッ素オイルとする第2の潤滑剤241が、熱移動補助部材27とニップ形成部材24の間に予め付着するように配されている。第2の潤滑剤241は、定着ニップNの圧力が低下しない範囲でニップ形成部材24に備えられた少なくとも1ケ所の凹部に収容される。ニップ形成部材24の凹部の深さを大きくすることで第2の潤滑剤241の保持体積を増やすようにしてもよい。また熱移動補助部材27の側に凹部を形成してもよく、ニップ形成部材24と熱移動補助部材27の両方に凹部を形成することで第2の潤滑剤241の保持体積を増やしてもよい。定着ニップNは、その機能上、温度が所定範囲内に維持されるよう温度制御されているが、それによって、加熱された定着ベルト21からの伝熱によって、保持された第2の潤滑剤241から安定して離油が促進され、グリース内のフッ素オイルのみが定着ベルト21に移る構成となっている。更に、温度制御された定着ニップNに位置する熱移動補助部材27に第2の潤滑剤241を配設することで、過度に潤滑剤が加熱されて基油が異常に蒸発損失して減少したり、TVOC(総揮発性有機化合物)、UFP(超微粒子粉塵)といった環境性能を損なう恐れのある物質が発生したりすることを抑制することも可能である。
On the other hand, in accordance with the type of the base oil of the
この第2の潤滑剤241の基油であるフッ素オイルは、第1の潤滑剤240のフッ素オイルよりも低粘度化するようにしてもよい。第1の潤滑剤240は長時間、直接ハロゲンヒータ23A、23Bにより照射されるために低分子分から蒸発して高粘度化してしまう。ハロゲンヒータ23A、23Bに直接照射されない第2の潤滑剤241を低粘度化することによって、第1の潤滑剤240と混合する際に定着ベルト21の内周面に付着する潤滑剤全体として粘度上昇を抑制することができる。
The fluorine oil that is the base oil of the
図6は、第2の潤滑剤内に含まれる摩耗粉の重量割合(wt%)と定着ベルト21駆動回転トルクの関係を示したものである。摩耗粉混入割合が高くなるほど粘度が上昇し駆動回転トルクが上昇してしまう。液状である基油と固体の増ちょう成分に加えて摩耗粉が加わることにより増粘するためである。
FIG. 6 shows the relationship between the weight ratio (wt%) of wear powder contained in the second lubricant and the driving torque of the fixing
また、この第2の潤滑剤241からフッ素オイルを定着ベルト21へ移すに当たっては、印刷動作時の高温加熱回転モードでなく、更に熱源を高温にして離油を促進する離油促進モードに切り替えて実行することが考えられる。離油促進モードにおいては、経時で第1の潤滑剤240が劣化、減量して増粘によってトルク上昇するような場合でも、強制的に第2の潤滑剤241からの基油移動が促進され、低トルクが維持される。離油促進モードへの切り替え制御は、定期枚数毎に行ってもよいし、定期時間間隔で行ってもよい。一般的に通紙枚数を重ねると定着ベルト21から発生する摩耗粉、熱移動補助部材27にコーティングされた部分からの摩耗粉が潤滑剤に混入して増粘することでトルク上昇してしまう。定期的に離油促進モードを実施することで、低トルクを維持できる。
Further, when transferring the fluorine oil from the
定着ニップNでの熱移動補助部材27とニップ形成部材24の間に第2の潤滑剤241を配置する具体的な構成を図7に示す。図7の定着装置では、ニップ形成部材24の、熱移動補助部材27に面する側に複数の溝242が長手方向に形成され、第2の潤滑剤用の凹部を構成している。一方、図2に示す定着装置では、1本の溝に第2の潤滑剤が収容されると理解されるべきである。このように収容された第2の潤滑剤は、装置稼働時には熱移動補助部材27とニップ形成部材24が加圧ローラ22からの圧力によって密着することで密封され、溝間での潤滑剤の流れが遮断されている。しかしながら、装置非稼働時においては、加圧ローラはゴムの圧縮永久歪を防止するために圧力を解除するようになっており、そのための周知機構を備えている。この圧力解除状態では熱移動補助部材27とニップ形成部材24間の圧力も低減し、潤滑剤の流路が生じて、鉛直方向上方の溝から徐々に基油が下方へ移動して、熱移動補助部材27とニップ形成部材24の間から流出して定着ベルト21の内周面へ滴下する。圧力解除時においては熱源による加熱はされない構成となっているため、時間経過と共に温度低下して潤滑剤の流出は徐々に抑制されて流出し続けることはない。このような構成とすることで第2の潤滑剤241が短時間に定着ベルト21へ流出することを防止できる。
FIG. 7 shows a specific configuration in which the
第2の潤滑剤241を熱移動補助部材27とニップ形成部材24の間に配置する構成に関する変形例を図8に示す。この構成例では、潤滑剤収容のためにニップ形成部材に形成された複数の溝242を貫くように貫通溝243を設けている。既述のように、加圧ローラ22からの圧力が解除されると、熱移動補助部材27とニップ形成部材24間の圧力も低減して、潤滑剤の基油が鉛直方向上方から下方に向けて流れる。ところが、ニップ形成部材24や熱移動補助部材27を支持するステー部材25は、長手方向両端において定着装置20の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されているので、加圧ローラ22による加圧時(装置稼働時)に、荷重を受けて撓みが発生するために、これに対処すべく、図9に示すように、ニップ形成部材24は、その長手中央部付近のステー当接部244が予め撓み量を想定した分だけ高く構成されている場合がある。このような構成では、装置非稼働時に加圧ローラ22が脱圧されてステー部材25の撓みが解消されても、長手中央部分の圧力は解消され難い。つまり、長手方向中央部分では、熱移動補助部材27とニップ形成部24間で圧力が高く、第2の潤滑剤241の流れが阻害され易い。そこで長手方向中央部分に鉛直方向の貫通溝243を設けて第2の潤滑剤241の流れを促進させる。本例では1本の溝を描写したが、複数本であってもよいし、鉛直方向下側へ第2の潤滑剤241が滴下される構成であれば形状は問わない。
FIG. 8 shows a modification regarding the configuration in which the
更に別の変形例を図10に示す。この構成例では、図7や図8に係る例と同じく、複数の溝242’を潤滑剤用の凹部としてニップ形成部材24に備えているが、定着ニップNの領域でベルト回転方向上流側が鉛直方向下側である場合において、溝の幅が鉛直方向下側ほど狭くなっている。定着ニップ内の温度はニップ上流側ほど高く、用紙やトナーへの伝熱により下流側ほど温度が低下する。ニップ形成部材24に備えられた溝の幅を上流側ほど狭くすることにより、低粘度化した基油を毛細管現象によってベルト幅方向に均一に拡散させることができることとなり、定着ベルト21に滴下する第2の潤滑剤の量にバラツキが生じ難くなる。
Yet another modification is shown in FIG. In this configuration example, the plurality of
更に、定着ベルト21に滴下させる部分については、鉛直方向に切られた複数の溝をニップ形成部材24の長手方向に分布して形成することで、定着ベルトへの潤滑剤の滴下を安定させてもよい。
Further, the portion to be dripped onto the fixing
第2の潤滑剤241を定着ベルト21の内周面に滴下するにあたり、定着ベルト21の幅方向にわたって潤滑剤をより適切に滴下するための構成を図11に示す(描写の簡略化のため、ニップ形成部材の描写を省略する)。図11に示すように、熱移動補助部材127は、その鉛直方向下端面全域に、先端が鋭利な凸形状の突起部127bを備えている。定着ベルト21から熱移動補助部材127のニップ形成面127aに付着した第1の潤滑剤240が、そのニップ形成面127aを伝わって鉛直方向に移動すると同時に、第2の潤滑剤241と融合する。流動性の高い基油分は凸形状突起部127bに集約して、再度定着ベルト21に滴下される。
FIG. 11 shows a configuration for more appropriately dropping the lubricant across the width direction of the fixing
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。 The present invention has been described based on the embodiments. The present invention is not limited to the embodiments, and can be appropriately changed within the scope of the present invention. The image forming apparatus provided with the fixing device of the present invention is not limited to a copying machine or a printer, but may be a facsimile machine or a multifunction machine having a plurality of functions. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 画像形成装置
2 ボトル収容部
2C、2K、2M、2Y トナーボトル
3 転写装置
4C、4K、4M、4Y 作像部
5 感光体
6 帯電装置
7 現像装置
8 クリーニング装置
9 露光装置
10 給紙トレイ
11 給紙ローラ
12 レジストローラ
13 排紙ローラ
14 排紙トレイ
20 定着装置
21、60 定着ベルト
22 加圧ローラ
23A、23B、50A、50B ハロゲンヒータ
24 ニップ形成部材
24a、24b 凹部
24c 面
25 ステー部材
25A 第1部材
25B 第2部材
25a 起立部
27 熱移動補助部材
27a ニップ形成面
28A、28B、70 反射部材
29 温度センサ
30 中間転写ベルト
31 一次転写ローラ
32 二次転写バックアップローラ
33 クリーニングバックアップローラ
34 テンションローラ
35 ベルトクリーニング装置
36 二次転写ローラ
37 発熱パターン
40A、40B、42a、42b 発熱部
41 分離部材
45a、45b 温度検知部
240 第1の潤滑剤
241 第2の潤滑剤
N 定着ニップ
P 用紙
α、β 照射角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image forming apparatus 2
Claims (6)
前記ベルトの外側に設けられ、前記ベルトに対向する加圧部材と、
前記ベルトを加熱する熱源と、
前記ベルトの内側に設けられ、前記ベルトと前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、
前記ニップ形成部材の、前記ベルトに対向する面を覆う熱移動補助部材と
を有する、定着装置において、
前記ベルトの内周面に付着する第1の潤滑剤と少なくとも基油種類を合わせた第2の潤滑剤を、前記ニップ形成部材と前記熱移動補助部材の間に配して、前記第2の潤滑剤の基油が加熱により前記ベルトに滴下する構成を有することを特徴とする定着装置。 An endless belt having flexibility;
A pressure member provided outside the belt and facing the belt;
A heat source for heating the belt;
A nip forming member provided inside the belt and forming a fixing nip between the belt and the pressure member;
A fixing device having a heat transfer auxiliary member that covers a surface of the nip forming member facing the belt;
A first lubricant adhering to the inner peripheral surface of the belt and a second lubricant at least of a base oil type are arranged between the nip forming member and the heat transfer assisting member, and the second lubricant A fixing device having a configuration in which a base oil of a lubricant is dropped onto the belt by heating.
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