JP3738626B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、及び複合機能を有する画像形成装置に用いられるベルト式定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真式画像形成装置に用いられている定着装置は、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層を有してその加熱ローラに圧接する加圧ローラとによって、未定着のトナー画像が形成された記録材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式が多用されている。
【0003】
しかしながら、この種の装置では、加熱ローラの熱容量が大きくなりウォーミングアップ時間が長くなるとともに、弾性層内側の温度が高くなり、ローラの寿命を短くしていた。
【0004】
また、カラー画像ではベタ面積が大きい画像が多く、そのベタ画像も黒以外ののものが多くて光沢むらなどが目立つ。上記の加熱及び加圧ローラにハードローラを用いる場合は、紙やトナー層の凹凸に応じた光沢のむらが生じるため、画像品位が低下するという問題点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、ゴムローラやゴムベルトを用いた定着方式が提案されている。
【0006】
ゴムローラを用いると良好な画像品位を得ることができるが、ウォーミングアップに時間がかかり、ローラの寿命が短いなどの不具合があり、この不具合は複写機やプリンタの高速化に伴って、ますます顕著になってきている。
【0007】
定着ベルトを用いた定着装置には以下の課題がある。
複数本の支持ローラの外周に巻回して回動する無端状の定着ベルトと、トナー像を担持する転写材とを、重ねた状態で挟持搬送して加圧定着する2本の加圧ローラを有する定着ベルト方式の定着装置においては、定着ベルトを支持する従来の支持ローラは、定着ベルトから余分な熱容量を奪い、ウォーミングアップ時間が長くなるなど、熱効率を低下させるため、連続高速定着処理ができなかった。
【0008】
本発明の目的は、上記の各課題を解決し、長期間にわたって安定した定着性能を発揮し、かつ、加熱源の加熱効率の向上による省電力化を達成する定着装置及び定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の定着装置は、転写材上に形成されたトナー像を、加熱された定着ベルトにより加熱定着する定着装置において、前記定着ベルトを回動可能に支持する複数の支持ローラのうち、少なくとも1本の支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した2個のフランジ部材と、該フランジ部材間に平行架設されてかご型をなす複数本のワイヤと、から構成したことを特徴とするものである(請求項1)。
【0010】
本発明の画像形成装置は、前記支持ローラ、定着ベルトから成る定着装置と、感光体、現像器、転写手段を備えて成ることを特徴とするものである(請求項7)。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の定着装置及び該定着装置を備えた画像形成装置を図面によって説明する。
【0012】
図1は、本発明の定着装置を備えた画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図である。
【0013】
このカラープリンタは、像担持体である可撓性の無端ベルト状の感光体(以下、感光体と称す)1の周囲に、4組のスコロトロン帯電器(以下、帯電器と称す)2Y,2M,2C,2K、4組の像露光装置3Y,3M,3C,3K、4組の現像器4Y,4M,4C,4Kとから成る画像形成ユニット(図示の4組)を縦列に配設したものである。なお、図示の像露光装置3Y,3M,3C,3Kは、レーザビーム走査光学装置を使用したものである。
【0014】
感光体1は、駆動ローラ11及び下ローラ12、上ローラ13に張架され、テンションローラ14の作用により緊張状態にされ、内周面に設けられたバックアップ部材15により局部的に当接しながら、図示の時計方向に回動する。バックアップ部材15は、感光体1の内側に当接して、現像器4Y,4M,4C,4Kの各現像剤担持体41Y,41M,41C,41Kの現像領域及び像露光装置3Y,3M,3C,3Kの結像位置に感光体1を規制している。
【0015】
画像記録のスタートにより、駆動モータ(図示せず)が回動して駆動ローラ11を介して感光体1は図示の時計方向へと回動し、帯電器2Yの帯電作用により感光体1への電位の付与が開始される。感光体1は電位を付与されたあと、像露光装置3Yにおいて第1の色信号すなわちイエロー(Y)の画像信号に対応する電気信号による露光が開始され、感光体1の回動(副走査)によってその表面の感光層に現像画像のイエロー(Y)の画像に対応する静電潜像を形成する。この潜像は現像器4Yにより現像剤担持体41Y上に付着搬送された現像剤が、現像領域において非接触の状態で反転現像され、イエロー(Y)のトナー像となる。
【0016】
次いで感光体1はイエロー(Y)のトナー像の上にさらに帯電器2Mの帯電作用により電位が付与され、像露光装置3Mの第2の色信号すなわちマゼンタ(M)の画像信号に対応する電気信号による露光が行われ、現像器4Mによる非接触の反転現像によって前記のイエロー(Y)のトナー像の上にマゼンタ(M)のトナー像が重ね合わせて形成される。
【0017】
同様のプロセスにより帯電器2C、像露光装置3C及び現像器4Cによってさらに第3の色信号に対応するシアン(C)のトナー像が形成される。さらに帯電器2K、像露光装置3K及び現像器4Kによって第4の色信号に対応する黒色(K)のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体1の一回転以内にその周面上にカラーのトナー像が形成される。
【0018】
感光体1の周面上に形成されたカラーのトナー像は、帯電器2Fによって付着トナーの電位が揃えられたのち転写領域に至る。給紙装置5の給紙カセット51或いは手差し給紙台53から、それぞれ給紙手段52,54により送り出され、レジストローラ55へと搬送された転写材Pは、レジストローラ55の駆動によって感光体1上のトナー像領域通過と同期して給紙され、駆動ローラ11の下部に対向して配置された転写手段6によりトナー像が転写される。
【0019】
トナー像が転写された転写材Pは、感光体1の周面より曲率分離されたのち、搬送ガイド56を経て、定着装置7へ搬送される。定着装置7によりトナー像は熔融され、転写材Pに定着される。定着処理終了後の転写材Pは、排紙ローラ81,82,83により搬送されて、上部に設けられた排紙トレイ84に排出される。
【0020】
一方、転写材Pを分離した感光体1は、クリーニング装置9のクリーニングブレード91によって残留トナーを除去し、清掃される。なお、次の原稿画像のトナー像の形成が続いて行われるときは、帯電前除電器92による感光体1の感光体面への露光が行われて前歴の電荷の除去がなされる。
【0021】
図2は、本発明の定着装置の実施の形態を示す断面図、図3は定着装置の平面図である。
【0022】
これらの図において、71,72は相対的に接離可能な一対の加圧ローラ、73は無端ベルト状の定着ベルトである。支持ローラ74,75は定着ベルト73を架設、支持する一対の支持ローラである。76は加熱源であるハロゲンヒータ、77は反射板、78は定着ベルト73の温度を検知する温度センサである。
【0023】
一対の加圧ローラ71,72は、その少なくとも一方は回転軸位置が可動になっている。非定着時には、図2(a)に示すように、加圧ローラ72は圧接力に抗して矢印方向に移動し、加圧ローラ71から離間して間隙を形成する。定着時には、図2(b)に示すように、定着ベルト73と転写材Pとを挟持圧着して搬送する。
【0024】
定着ベルト73は、中央の金属基体、外周面側の外側層、内周面側の内側層等から構成されている。定着ベルト73の金属基体は、例えば、電鋳加工により形成されたエンドレスベルト状のニッケル金属層から成る。
【0025】
金属基体の外周面上には、シリコーンゴムが塗布された外側層が形成されている。外側層は、加圧ローラ71,72のニップ位置において、トナー像tを担持した転写材Pと重ねた状態で移動して加熱、加圧されるから、耐熱性とトナー離型性を両立させている。
【0026】
転写材P上のトナー像tには、定着ベルト73のシリコーンゴムから成る外側層が当接するが、シリコーンゴムの弾性により転写材Pやトナー像tの凹凸に追随して、均一に接触し、ハロゲンヒータ76によって加熱された定着ベルト73の熱と、加圧ローラ71,72による加圧とにより、光沢むらなどのない均一な定着が行われる。
【0027】
定着ベルト73の金属基体の内周面には、内側層が形成されている。内側層は、カーボンを分散させたシリコーンゴムを、金属基体の内周面上に塗布して形成したもので、ハロゲンヒータ76の照射光を高効率で吸収し、機器周辺に漏出する照射光を最小限に抑えている。即ち、定着ベルト73の内側層は、赤外線吸収材料であるカーボンを分散させたシリコーンゴムによりコーティングされていて、照射光の吸収率が高く、ハロゲンヒータ76による加熱により、短時間で所定温度(例えば190℃)まで温度上昇する。
【0028】
内側層を形成するシリコーンゴムは柔軟性を有しているから、通常の耐熱性塗料と異なり、定着ベルト73の回動時の屈曲により剥離することはない。
【0029】
定着ベルト73は、支持ローラ74と支持ローラ75との間に0.5kg/cm以下、更に好ましくは0.2kg/cm以下のごく弱い張力で張架されている。或いは張力ゼロの緩みをもった状態でも良い。
【0030】
定着ベルト73は、定着処理時以外の時には、支持ローラの回転により回動される。定着処理時の定着ベルト73は、加圧ローラ71,72の圧接駆動により挟持されて回動される。定着ベルト73の回動速度は、転写材Pの搬送速度と同一である。
【0031】
支持ローラ74は、駆動源により駆動回転される回転軸742、回転軸742の両端部付近に固定された固定部材746,747、固定部材746と一体に固定されたフランジ部材743、固定部材747と一体に固定されたフランジ部材744、対向配置されたフランジ部材743,744間に架設されたワイヤ741、回転軸742の一方の軸端に固定され駆動源に接続する歯車745、から構成されている。
【0032】
支持ローラ75は支持ローラ74と同形状をなし、ワイヤ751、回転軸752、フランジ部材753,754等から構成されている。以下、支持ローラ74,75のうち、支持ローラ74を代表として説明する。
【0033】
図4(a)は支持ローラ74の断面図、図4(b)は支持ローラ74のA−A断面図、図4(c)は支持ローラ74のB−B断面図である。図5は支持ローラ74の斜視図である。
【0034】
ワイヤ741は1本の連続するワイヤから成り、前記2個のフランジ部材743,744間を平行した往復状に架設されてかご型形状に形成され、両端部が前記フランジ部材743,744の何れかに固定されている。
【0035】
例えば、ワイヤ741の一端はフランジ部材743の一部に係止、固定されている。ワイヤ741はフランジ部材743,744間を平行に往復状に複数回架設された後、ワイヤ741の他端は回転軸742の外周にきつく巻き付けられた後、ネジ部材748により係止、固定される。
【0036】
回転軸742の両端に対向配置されたフランジ部材743、744間に、複数本のワイヤを張り渡して支持ローラ74を構成することにより、支持ローラ74と定着ベルト73との折衝面積を僅少にするとともに、熱容量も極めて小さくすることができる。
【0037】
ワイヤ741は、鋼線等の金属ワイヤでも、本発明の効果は得られるが、高強度、高耐熱性、低熱伝導率、低比熱、低伸張度の樹脂繊維材を使用すれば、更に高い効果が得られる。これに好適な樹脂繊維材としては、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアリレート等の高分子繊維が好ましく、例えば、芳香族ポリアミド繊維のケブラー(商品名、米国デュポン社製)や、ポリアリレート繊維のベクトラン(商品名、クラレ社製)等があげられる。
【0038】
これら高機能性繊維は、多種開発されており、また、これからも新規に登場されることが予想されるから、本発明のワイヤ741は、これらに限定されるものではない。
【0039】
ワイヤ741の架設本数は、熱的には少ない方が良いが、定着ベルト73の駆動精度を高くするためには、多い方が良い。ワイヤ741の太さは、熱的には細い方が良いが、機械的強度からは太い方が良い。ワイヤ741の張力は、機械的精度を得るためには、大きい方が良いが、大きすぎるとワイヤ741を支持するフランジ部材743の強度を高めなければならず、重量、駆動トルク、製造コスト等が上昇する問題がある。
【0040】
これらの数値は、ワイヤ741の線径、定着ベルト73の張力、支持ローラ74の直径、製造コスト等により適宜選択する。
【0041】
ワイヤ741の架設本数は8〜30本、ワイヤ741の太さは100〜1000デニール、ワイヤ741の張力は10〜50N(ニュートン)が適当である。
【0042】
また、1本のワイヤ741を必要回数往復させて、張り回しても良いし、複数本のワイヤ741を個別にフランジ部材743、744間にそれぞれ張っても良い。
【0043】
ワイヤ741の一実施例を以下に示す。
周長500mm、幅320mm、張力30N以下の定着ベルト73に対して、400デニールの芳香族ポリアミド繊維を用い、架設本数16本のワイヤ741にそれぞれ20〜30Nの張力をかけて固定し、直径50mm相当の支持ローラ74を構成した。
【0044】
支持ローラ74は画像形成装置本体の動力装置によって矢示した時計方向に駆動回転される。支持ローラ74の駆動回転に伴い、定着ベルト73及び支持ローラ75は時計方向に従動回転される。定着ベルト73の駆動速度の設計値は転写材Pの搬送速度と同一である。加圧ローラ71,72の周速度は定着ベルト73の駆動速度と同一になるよう駆動される。
【0045】
加圧ローラ71と、定着ベルト73の搬送方向上流側の支持ローラ74との間の定着ベルト73の内側には、棒状のハロゲンヒータ76が配置されている。ハロゲンヒータ76は加圧ローラ71の上流側の定着ベルト73の閉ループの内側を照射して所定の温度まで加熱する。
【0046】
定着ベルト73の閉ループの内側であって、駆動側の支持ローラ74の近傍に、反射板77を配置した。反射板77は、ハロゲンヒータ76の照射光のうち、支持ローラ74に至る照射光を反射して遮断する。
【0047】
反射板77により反射された照射反射光は、定着ベルト73の内面を照射して定着ベルト73を無駄なく効率的に加熱する。また、反射板77は、ワイヤ741がハロゲンヒータ76の照射光により、過剰に加熱されることも防止する。
【0048】
トナー像tを担持した転写材Pがガイド板701を経て定着領域に搬送されてくるのに合わせて又はこれに先立って、定着ベルト73の外側に配置された加圧ローラ72が上昇して、転写材Pと定着ベルト73を挟んで加圧する。定着ベルト73の熱による加熱と加圧ローラ71,72による挟持と加圧とによって転写材P上のトナー像tは転写材Pに定着される。
【0049】
加圧ローラ72の両端の支持軸には、図示しないバネ部材によって挟持時には加圧ローラ71に向かって所定の荷重が作用し、加圧ローラ71,72の圧着部に一定の圧力が作用するようになっている。
【0050】
加圧ローラ71,72の何れか一方又は両方は、駆動手段に接続して駆動回転するから、転写材Pの搬送及び加圧ローラ71,72の駆動は、定着ベルト73の駆動力を必要とせず、定着ベルト73と転写材Pとを挟持搬送することによる負荷は生じない。
【0051】
即ち、加圧ローラ71もしくは加圧ローラ72は、その周速度が定着ベルト73の移動速度と同一の速度で駆動されるので、定着ベルト73や転写材Pには無理な力が加わらないようになっている。また、定着後は加圧ローラ71,72の圧着を解除し、定着ベルト73と加圧ローラ71,72の微小な速度差による歪や片寄りを解消すると共に、定着ベルト73から加圧ローラ71,72への熱の流出を防止する。
【0052】
定着された転写材Pは、定着ベルト73を支持する支持ローラ75の曲率によって分離される。定着された転写材Pは、定着ベルト73の加圧ローラ71,72によるニップ部から出ると外気により冷却されるため、分離時のオフセットや分離不良が回避される。確実な分離性能を得るために、支持ローラ75の直径を小さくするか、支持ローラ75とは別に小径の分離ローラを定着ベルト73の内側に配置してもよい。
【0053】
図6(a)は、本発明の定着装置による他の実施の形態を示す断面図、図6(b)は支持ローラ74のA−A断面図、図6(c)は支持ローラ74のB−B断面図である。なお、これらの図面に使用されている符号について、前記の図4〜図5に示す実施の形態と同じ機能を有する部分には、同符号を付している。また、前記の実施の形態と異なる点を説明する。
【0054】
支持ローラ75は支持ローラ74と同形状の構成をなすから、以下、支持ローラ74,75のうち、支持ローラ74を代表として説明する。
【0055】
支持ローラ74のフランジ部材744の背面側(図示の右側)には、バネ部材749が押さえ部材749Aを介してネジ部材748により固定されている。
【0056】
バネ部材749は外径部周辺に花びら形状の複数のワイヤ支持部749Bを形成している。バネ部材749は、板状の弾性材料より成る。複数のワイヤ支持部749Bのそれぞれにワイヤ741の一方の端部が係止されている。ワイヤ741の他方の端部は、フランジ部材744に対向配置されたフランジ部材743に係止されている。
【0057】
このように、バネ部材749を花びら状にする事により、ワイヤ741の一本一本に確実に張力が付与される。ワイヤ741が複数本架設された部材をまとめてバネで引っ張る場合には、ワイヤ741の長さのばらつきによって、張力が強すぎたり、逆に張力が不足するものがでてくる可能性がある。
【0058】
複数のワイヤ支持部749Bは、フランジ部材743との間にワイヤ741を張架することにより弾性変形し、ワイヤ741に張力を付与する。なお、複数のワイヤ支持部749Bは、一体に形成されたバネ部材749としても良いし、複数の部材により構成して、フランジ部材744に固定しても良い。
【0059】
複数のワイヤ支持部749Bを有するバネ部材749に平行架設状に支持されたワイヤ741は、それぞれ弛みがなく直線状に張架され、ほぼ円筒形状の外周を形成し、かご型となる。
【0060】
ワイヤ741は、ハロゲンヒータ76により加熱された定着ベルト73に接触して温度上昇し、膨張して長さ方向に延伸する。延伸したワイヤ741は、バネ部材749の複数のワイヤ支持部749Bの弾性により延伸量が吸収される。従って、ワイヤ741は、温度変化に関係なく、常に弛緩なく直線状に張架される。
【0061】
なお、複数のワイヤ支持部749Bを有するバネ部材749と同形状のバネ部材を、対向するフランジ部材743にも取り付けて、ワイヤ741の両端に張力を付与しても良い。また、バネ部材749に代えて、ワイヤ741の端部をコイル状のバネに接続して張力を付与しても良い。
【0062】
【発明の効果】
本発明によるときは、以上説明した構成により、以下の効果が奏せられる。
(1)本発明の定着装置は、複数の支持ローラを巻回して回動する定着ベルトと加圧ローラとから成り、前記支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した2個のフランジ部材と、該フランジ部材間にかご型に平行架設した複数本のワイヤと、から構成したことにより、定着ベルトに接触する面積を最小限となし、低熱容量と低熱伝導率の支持ローラが得られるから、支持ローラに逃げる熱容量が僅少となり、熱効率が向上する。
(2)本発明の加圧ローラ、支持ローラ、定着ベルト、加熱源から成る定着装置を備えた画像形成装置により、高効率の熱供給が実現され、熱効率向上による省電力化と、ウォーミングアップ時間の短縮と、高速定着及び高画質の定着、安定化と、耐用寿命の長いメンテナンス性に優れた画像形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の定着装置を備えた画像形成装置であるカラープリンタを示す構成図。
【図2】本発明の定着装置の断面図。
【図3】上記定着装置の平面図。
【図4】支持ローラの断面図、A−A断面図、B−B断面図。
【図5】支持ローラの斜視図。
【図6】支持ローラの他の実施の形態を示す断面図、A−A断面図、B−B断面図。
【符号の説明】
7 定着装置
71,72 加圧ローラ
73 定着ベルト
74,75 支持ローラ
741,751 ワイヤ
742,752 回転軸
743,744,753,754 フランジ部材
746,747 固定部材
748 ネジ部材
749 バネ部材
749A 押さえ部材
749B ワイヤ支持部
76 ハロゲンヒータ(加熱源)
77 反射板
78 温度センサ
92 帯電前除電器
P 転写材
t トナー像
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, and a belt type fixing device used for an image forming apparatus having a composite function, and an image forming apparatus including the fixing device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus has an unfixed toner by a heating roller maintained at a predetermined temperature and a pressure roller having an elastic layer and being in pressure contact with the heating roller. A heat roller fixing system in which a recording material on which an image is formed is nipped and conveyed while being heated is frequently used.
[0003]
However, in this type of apparatus, the heat capacity of the heating roller is increased, the warm-up time is increased, the temperature inside the elastic layer is increased, and the life of the roller is shortened.
[0004]
Further, many color images have a large solid area, and there are many solid images other than black, and uneven gloss is conspicuous. In the case where a hard roller is used as the heating and pressure roller, there is a problem in that the unevenness of the gloss according to the unevenness of the paper or the toner layer occurs, so that the image quality is deteriorated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problems, a fixing method using a rubber roller or a rubber belt has been proposed.
[0006]
Good image quality can be obtained by using a rubber roller, but it takes time to warm up and there are problems such as a short roller life. This problem becomes more prominent as the speed of copiers and printers increases. It has become to.
[0007]
The fixing device using the fixing belt has the following problems.
Two pressure rollers for pressing and fixing the endless fixing belt that is wound around the outer periphery of a plurality of support rollers and a transfer material carrying a toner image in a stacked state are sandwiched and conveyed. In the conventional fixing belt type fixing device, the conventional support roller that supports the fixing belt takes away an extra heat capacity from the fixing belt and increases the warm-up time. It was.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, exhibit a fixing performance stable over a long period of time, and achieve a power saving by improving the heating efficiency of a heating source, and an image provided with the fixing device An object is to provide a forming apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The fixing device of the present invention that solves the above problems is a fixing device that heats and fixes a toner image formed on a transfer material with a heated fixing belt, and a plurality of support rollers that rotatably support the fixing belt. Among them, at least one support roller, a rotating shaft, two flange members fixed to both end portions of the rotating shaft, and a plurality of wires forming a cage shape in parallel between the flange members, (Claim 1).
[0010]
The image forming apparatus of the present invention comprises a fixing device comprising the support roller and the fixing belt, a photoconductor, a developing device, and a transfer means (claim 7).
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a fixing device of the present invention and an image forming apparatus including the fixing device will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a color printer which is an image forming apparatus provided with a fixing device of the present invention.
[0013]
In this color printer, four sets of scorotron chargers (hereinafter referred to as chargers) 2Y, 2M are disposed around a flexible endless belt-like photoreceptor (hereinafter referred to as a photoreceptor) 1 as an image carrier. , 2C, 2K, 4 sets of image exposure devices 3Y, 3M, 3C, 3K, and 4 sets of developing units 4Y, 4M, 4C, 4K, which are arranged in tandem. It is. The illustrated image exposure apparatuses 3Y, 3M, 3C, and 3K use a laser beam scanning optical apparatus.
[0014]
The photosensitive member 1 is stretched around the driving roller 11, the lower roller 12, and the upper roller 13, is in a tension state by the action of the tension roller 14, and is locally in contact with the backup member 15 provided on the inner peripheral surface. It rotates clockwise as shown. The backup member 15 abuts on the inner side of the photosensitive member 1 to develop the developing regions of the developer carriers 41Y, 41M, 41C, and 41K of the developing devices 4Y, 4M, 4C, and 4K and the image exposure devices 3Y, 3M, 3C, and The photosensitive member 1 is restricted to the 3K imaging position.
[0015]
At the start of image recording, a driving motor (not shown) rotates and the photosensitive member 1 rotates clockwise through the driving roller 11, and the charging device 2 </ b> Y charges the photosensitive member 1. Application of a potential is started. After the photoconductor 1 is applied with a potential, exposure by an electric signal corresponding to the first color signal, that is, the yellow (Y) image signal is started in the image exposure device 3Y, and the photoconductor 1 is rotated (sub-scanning). As a result, an electrostatic latent image corresponding to the yellow (Y) image of the developed image is formed on the photosensitive layer on the surface. The latent image is reversibly developed in a non-contact state in the developing area by the developer adhered and transported on the developer carrier 41Y by the developing device 4Y to form a yellow (Y) toner image.
[0016]
Next, the photosensitive member 1 is further applied with a potential on the yellow (Y) toner image by the charging action of the charger 2M, and an electric signal corresponding to the second color signal of the image exposure device 3M, that is, the magenta (M) image signal. Signal exposure is performed, and a magenta (M) toner image is formed on top of the yellow (Y) toner image by non-contact reversal development by the developing device 4M.
[0017]
By the same process, a cyan (C) toner image corresponding to the third color signal is further formed by the charger 2C, the image exposure device 3C, and the developing device 4C. Further, a black (K) toner image corresponding to the fourth color signal is sequentially superimposed by the charger 2K, the image exposure device 3K, and the developing device 4K, and is formed on the peripheral surface within one rotation of the photoreceptor 1. A color toner image is formed.
[0018]
The color toner image formed on the peripheral surface of the photoreceptor 1 reaches the transfer area after the potential of the adhering toner is made uniform by the charger 2F. The transfer material P fed from the paper feed cassette 51 or the manual paper feed tray 53 of the paper feeding device 5 by the paper feeding means 52 and 54 and conveyed to the registration rollers 55 is driven by the registration rollers 55. The toner image is transferred by the transfer means 6 which is fed in synchronization with the passage of the upper toner image area and is arranged opposite to the lower portion of the driving roller 11.
[0019]
The transfer material P onto which the toner image has been transferred is separated from the circumferential surface of the photoreceptor 1 by the curvature, and is then conveyed to the fixing device 7 via the conveyance guide 56. The toner image is melted by the fixing device 7 and fixed to the transfer material P. After completion of the fixing process, the transfer material P is transported by the paper discharge rollers 81, 82, and 83 and discharged to a paper discharge tray 84 provided at the top.
[0020]
On the other hand, the photosensitive member 1 from which the transfer material P has been separated is cleaned by removing residual toner by the cleaning blade 91 of the cleaning device 9. When the toner image of the next document image is subsequently formed, the pre-charge static eliminator 92 exposes the photoconductor surface of the photoconductor 1 and the previous charge is removed.
[0021]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the fixing device of the present invention, and FIG. 3 is a plan view of the fixing device.
[0022]
In these drawings, reference numerals 71 and 72 denote a pair of pressure rollers that can be moved toward and away from each other, and reference numeral 73 denotes an endless belt-like fixing belt. The support rollers 74 and 75 are a pair of support rollers that support and fix the fixing belt 73. 76 is a halogen heater as a heating source, 77 is a reflector, and 78 is a temperature sensor that detects the temperature of the fixing belt 73.
[0023]
At least one of the pair of pressure rollers 71 and 72 has a movable rotational axis position. At the time of non-fixing, as shown in FIG. 2A, the pressure roller 72 moves in the direction of the arrow against the pressure contact force, and is separated from the pressure roller 71 to form a gap. At the time of fixing, as shown in FIG. 2B, the fixing belt 73 and the transfer material P are clamped and conveyed.
[0024]
The fixing belt 73 includes a central metal base, an outer layer on the outer peripheral surface side, an inner layer on the inner peripheral surface side, and the like. The metal substrate of the fixing belt 73 is made of, for example, an endless belt-like nickel metal layer formed by electroforming.
[0025]
On the outer peripheral surface of the metal substrate, an outer layer coated with silicone rubber is formed. The outer layer is moved and heated and pressed in a state where it overlaps with the transfer material P carrying the toner image t at the nip position between the pressure rollers 71 and 72, so that both heat resistance and toner releasability are achieved. ing.
[0026]
The toner image t on the transfer material P is in contact with the outer layer made of silicone rubber of the fixing belt 73. The elasticity of the silicone rubber follows the unevenness of the transfer material P and the toner image t, and makes uniform contact. By the heat of the fixing belt 73 heated by the halogen heater 76 and the pressure applied by the pressure rollers 71 and 72, uniform fixing without uneven gloss is performed.
[0027]
An inner layer is formed on the inner peripheral surface of the metal substrate of the fixing belt 73. The inner layer is formed by applying a silicone rubber in which carbon is dispersed on the inner peripheral surface of the metal substrate. The inner layer absorbs the irradiation light of the halogen heater 76 with high efficiency and emits the irradiation light leaking around the device. Minimized. That is, the inner layer of the fixing belt 73 is coated with a silicone rubber in which carbon, which is an infrared absorbing material, is dispersed, and has a high absorption rate of irradiation light. The temperature rises to 190 ° C.
[0028]
Since the silicone rubber forming the inner layer has flexibility, it does not peel off due to the bending of the fixing belt 73 when the fixing belt 73 is rotated, unlike a normal heat resistant paint.
[0029]
The fixing belt 73 is stretched between the support roller 74 and the support roller 75 with a very weak tension of 0.5 kg / cm or less, more preferably 0.2 kg / cm or less. Alternatively, it may be in a state where the tension is zero.
[0030]
The fixing belt 73 is rotated by the rotation of the support roller at times other than the fixing process. The fixing belt 73 at the time of the fixing process is nipped and rotated by the pressure contact driving of the pressure rollers 71 and 72. The rotation speed of the fixing belt 73 is the same as the conveyance speed of the transfer material P.
[0031]
The support roller 74 includes a rotating shaft 742 driven and rotated by a driving source, fixing members 746 and 747 fixed near both ends of the rotating shaft 742, a flange member 743 fixed to the fixing member 746 and a fixing member 747, It is composed of a flange member 744 fixed integrally, a wire 741 installed between flange members 743 and 744 arranged to face each other, and a gear 745 fixed to one shaft end of the rotating shaft 742 and connected to a drive source. .
[0032]
The support roller 75 has the same shape as the support roller 74, and includes a wire 751, a rotating shaft 752, flange members 753, 754, and the like. Hereinafter, the support roller 74 of the support rollers 74 and 75 will be described as a representative.
[0033]
4A is a cross-sectional view of the support roller 74, FIG. 4B is a cross-sectional view of the support roller 74 taken along line AA, and FIG. 4C is a cross-sectional view of the support roller 74 taken along line BB. FIG. 5 is a perspective view of the support roller 74.
[0034]
The wire 741 is formed of one continuous wire, and is formed in a cage shape by being reciprocally mounted in parallel between the two flange members 743 and 744, and both ends thereof are either of the flange members 743 and 744. It is fixed to.
[0035]
For example, one end of the wire 741 is locked and fixed to a part of the flange member 743. The wire 741 is reciprocally mounted in parallel between the flange members 743 and 744, and the other end of the wire 741 is tightly wound around the outer periphery of the rotating shaft 742, and then locked and fixed by the screw member 748. .
[0036]
By forming a support roller 74 by extending a plurality of wires between flange members 743 and 744 disposed opposite to both ends of the rotating shaft 742, the area of negotiation between the support roller 74 and the fixing belt 73 is made small. At the same time, the heat capacity can be extremely reduced.
[0037]
Even if the wire 741 is a metal wire such as a steel wire, the effect of the present invention can be obtained. However, if a resin fiber material having high strength, high heat resistance, low thermal conductivity, low specific heat, and low elongation is used, a higher effect can be obtained. Is obtained. As the resin fiber material suitable for this, polymer fibers such as aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide, and polyarylate are preferable. For example, aromatic polyamide fiber Kevlar (trade name, manufactured by DuPont, USA) and polyarylate Examples include fiber Vectran (trade name, manufactured by Kuraray Co., Ltd.).
[0038]
Since these highly functional fibers have been developed in various ways and are expected to appear newly in the future, the wire 741 of the present invention is not limited to these.
[0039]
The number of wires 741 installed is preferably small in terms of heat, but in order to increase the driving accuracy of the fixing belt 73, a larger number is preferable. The wire 741 is preferably thin in terms of heat, but is preferably thick in terms of mechanical strength. The tension of the wire 741 is preferably large in order to obtain mechanical accuracy. However, if the tension is too large, the strength of the flange member 743 supporting the wire 741 must be increased, and the weight, driving torque, manufacturing cost, etc. There is a rising problem.
[0040]
These numerical values are appropriately selected according to the wire diameter of the wire 741, the tension of the fixing belt 73, the diameter of the support roller 74, the manufacturing cost, and the like.
[0041]
It is appropriate that the number of wires 741 installed is 8 to 30, the thickness of the wire 741 is 100 to 1000 denier, and the tension of the wire 741 is 10 to 50 N (Newton).
[0042]
One wire 741 may be reciprocated as many times as necessary, and a plurality of wires 741 may be individually stretched between the flange members 743 and 744, respectively.
[0043]
An example of the wire 741 is shown below.
A fixing belt 73 having a circumference of 500 mm, a width of 320 mm, and a tension of 30 N or less is fixed by applying a tension of 20 to 30 N to each of 16 wires 741 constructed of 400 denier aromatic polyamide fibers and having a diameter of 50 mm. A corresponding support roller 74 was constructed.
[0044]
The support roller 74 is driven and rotated in a clockwise direction indicated by an arrow by a power device of the image forming apparatus main body. As the support roller 74 is driven to rotate, the fixing belt 73 and the support roller 75 are driven to rotate clockwise. The design value of the driving speed of the fixing belt 73 is the same as the transfer speed of the transfer material P. The peripheral speeds of the pressure rollers 71 and 72 are driven to be the same as the driving speed of the fixing belt 73.
[0045]
A rod-shaped halogen heater 76 is disposed inside the fixing belt 73 between the pressure roller 71 and the support roller 74 on the upstream side in the conveyance direction of the fixing belt 73. The halogen heater 76 irradiates the inside of the closed loop of the fixing belt 73 on the upstream side of the pressure roller 71 and heats it to a predetermined temperature.
[0046]
A reflection plate 77 is disposed inside the closed loop of the fixing belt 73 and in the vicinity of the support roller 74 on the driving side. The reflection plate 77 reflects and blocks the irradiation light reaching the support roller 74 among the irradiation light of the halogen heater 76.
[0047]
The irradiation reflected light reflected by the reflecting plate 77 irradiates the inner surface of the fixing belt 73 and efficiently heats the fixing belt 73 without waste. Further, the reflection plate 77 prevents the wire 741 from being excessively heated by the irradiation light of the halogen heater 76.
[0048]
As the transfer material P carrying the toner image t is conveyed to the fixing region via the guide plate 701, or prior to this, the pressure roller 72 disposed outside the fixing belt 73 is raised, Pressure is applied with the transfer material P and the fixing belt 73 interposed therebetween. The toner image t on the transfer material P is fixed to the transfer material P by heating by the heat of the fixing belt 73 and nipping and pressing by the pressure rollers 71 and 72.
[0049]
A predetermined load acts on the support shafts at both ends of the pressure roller 72 toward the pressure roller 71 when sandwiched by spring members (not shown), and a certain pressure acts on the pressure-bonding portions of the pressure rollers 71 and 72. It has become.
[0050]
Since one or both of the pressure rollers 71 and 72 are connected to a driving unit and driven to rotate, the transfer of the transfer material P and the driving of the pressure rollers 71 and 72 require the driving force of the fixing belt 73. In other words, no load is caused by holding and conveying the fixing belt 73 and the transfer material P.
[0051]
That is, the pressure roller 71 or the pressure roller 72 is driven at a peripheral speed that is the same as the moving speed of the fixing belt 73, so that excessive force is not applied to the fixing belt 73 and the transfer material P. It has become. Further, after the fixing, the pressure rollers 71 and 72 are released from the pressure bonding, so that distortions and deviations caused by a minute speed difference between the fixing belt 73 and the pressure rollers 71 and 72 are eliminated, and the pressure roller 71 from the fixing belt 73. , 72 is prevented from flowing out of heat.
[0052]
The fixed transfer material P is separated by the curvature of the support roller 75 that supports the fixing belt 73. Since the fixed transfer material P is cooled by the outside air when it comes out of the nip portion of the fixing belt 73 by the pressure rollers 71 and 72, an offset and a separation failure during separation are avoided. In order to obtain reliable separation performance, the diameter of the support roller 75 may be reduced, or a small-diameter separation roller may be disposed inside the fixing belt 73 separately from the support roller 75.
[0053]
6A is a cross-sectional view showing another embodiment of the fixing device of the present invention, FIG. 6B is a cross-sectional view of the support roller 74 taken along line AA, and FIG. It is -B sectional drawing. In addition, about the code | symbol used in these drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the part which has the same function as embodiment shown in the said FIGS. 4-5. Further, differences from the above embodiment will be described.
[0054]
Since the support roller 75 has the same shape as the support roller 74, the support roller 74 will be described as a representative of the support rollers 74 and 75.
[0055]
A spring member 749 is fixed to the back side (the right side in the figure) of the flange member 744 of the support roller 74 by a screw member 748 via a pressing member 749A.
[0056]
The spring member 749 has a plurality of petal-shaped wire support portions 749B formed around the outer diameter portion. The spring member 749 is made of a plate-like elastic material. One end of the wire 741 is locked to each of the plurality of wire support portions 749B. The other end portion of the wire 741 is locked to a flange member 743 arranged to face the flange member 744.
[0057]
In this way, by making the spring member 749 into a petal shape, tension is reliably applied to each wire 741. When members with a plurality of wires 741 installed are pulled together by a spring, there is a possibility that tension may be too strong or conversely insufficient due to variations in the length of the wire 741.
[0058]
The plurality of wire support portions 749 </ b> B are elastically deformed by stretching the wires 741 between the flange members 743 and apply tension to the wires 741. The plurality of wire support portions 749 </ b> B may be integrally formed spring members 749, or may be configured by a plurality of members and fixed to the flange member 744.
[0059]
The wires 741 that are supported in parallel by a spring member 749 having a plurality of wire support portions 749B are stretched in a straight line without any slack, forming a substantially cylindrical outer periphery, and have a cage shape.
[0060]
The wire 741 comes into contact with the fixing belt 73 heated by the halogen heater 76, rises in temperature, expands, and extends in the length direction. The stretched wire 741 absorbs the stretched amount by the elasticity of the plurality of wire support portions 749B of the spring member 749. Therefore, the wire 741 is always stretched in a straight line without being relaxed regardless of the temperature change.
[0061]
Note that a spring member having the same shape as the spring member 749 having the plurality of wire support portions 749B may be attached to the opposing flange member 743 to apply tension to both ends of the wire 741. Instead of the spring member 749, the end of the wire 741 may be connected to a coiled spring to apply tension.
[0062]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be achieved by the configuration described above.
(1) A fixing device according to the present invention includes a fixing belt and a pressure roller that are rotated by winding a plurality of support rollers. The support roller is fixed to a rotating shaft and both ends of the rotating shaft. Supporting roller having a low heat capacity and low thermal conductivity by minimizing the area in contact with the fixing belt by comprising a plurality of flange members and a plurality of wires laid in parallel in a cage shape between the flange members. Therefore, the heat capacity to escape to the support roller becomes small, and the thermal efficiency is improved.
(2) Highly efficient heat supply is realized by the image forming apparatus provided with the fixing device including the pressure roller, the support roller, the fixing belt, and the heating source according to the present invention. An image forming apparatus excellent in shortening, high-speed fixing, high-quality fixing, stabilization, and long-life maintenance is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a color printer which is an image forming apparatus provided with a fixing device of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device of the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the fixing device.
FIG. 4 is a cross-sectional view, AA cross-sectional view, and BB cross-sectional view of a support roller.
FIG. 5 is a perspective view of a support roller.
FIG. 6 is a cross-sectional view, AA cross-sectional view, and BB cross-sectional view showing another embodiment of the support roller.
[Explanation of symbols]
7 Fixing devices 71, 72 Pressure roller 73 Fixing belts 74, 75 Support rollers 741, 751 Wires 742, 752 Rotating shafts 743, 744, 753, 754 Flange members 746, 747 Fixing members 748 Screw members 749 Spring members 749A Pressing members 749B Wire support 76 Halogen heater (heating source)
77 Reflecting plate 78 Temperature sensor 92 Charger before charging P Transfer material t Toner image

Claims (7)

転写材上に形成されたトナー像を、加熱された定着ベルトにより加熱定着する定着装置において、
前記定着ベルトを回動可能に支持する複数の支持ローラのうち、少なくとも1本の支持ローラを、回転軸と、該回転軸の両端部に固定した2個のフランジ部材と、該フランジ部材間に平行架設されてかご型をなす複数本のワイヤと、から構成したことを特徴とする定着装置。
In a fixing device that heats and fixes a toner image formed on a transfer material with a heated fixing belt,
Among the plurality of support rollers that rotatably support the fixing belt, at least one support roller is provided with a rotation shaft, two flange members fixed to both ends of the rotation shaft, and the flange member. A fixing device comprising a plurality of wires that are installed in parallel to form a cage shape.
前記ワイヤは、1本の連続するワイヤから成り、前記2個のフランジ部材間を往復状に架設されて円筒母線状に形成され、両端部が前記フランジ部材に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。The wire is composed of one continuous wire, is formed in a cylindrical bus bar shape in a reciprocating manner between the two flange members, and both ends are fixed to the flange member. The fixing device according to claim 1. 前記フランジ部材の少なくとも一方にバネ部材を設け、前記ワイヤの端部がバネ部材により付勢されて伸張されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置。The fixing device according to claim 1, wherein a spring member is provided on at least one of the flange members, and an end of the wire is urged and extended by the spring member. 前記ワイヤが、樹脂繊維材であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の定着装置。The fixing device according to claim 1, wherein the wire is a resin fiber material. 前記樹脂繊維材が、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアリレートから選ばれる高分子繊維より成ることを特徴とする請求項4に記載の定着装置。The fixing device according to claim 4, wherein the resin fiber material is made of a polymer fiber selected from aromatic polyamide, polyamideimide, polyimide, and polyarylate. 前記バネ部材が、少なくとも2本のワイヤに独立して張力を与えるように構成されたことを特徴とする請求項1又は3に記載の定着装置。The fixing device according to claim 1, wherein the spring member is configured to independently apply tension to at least two wires. 前記請求項1〜6の何れか1項に記載の支持ローラ、定着ベルトから成る定着装置と、感光体、現像器、転写手段を備えて成ることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: a fixing device comprising the support roller and the fixing belt according to claim 1; and a photosensitive member, a developing device, and a transfer unit.
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