JP3813458B2 - Belt fixing device 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、ファクシミリ、各種プリンタ、これらの複合機等の画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関し、ベルト定着装置を構成する定着ローラおよび加圧ローラの好適な形状に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平6−3245886号公報には、加圧ローラを太鼓状に形成するとともに定着ローラを鼓状に形成することにより、転写時に発生しがちな、波打ち、スジ、逆カール、シワといった記録材に対する影響を防止して、大幅な装置改良、コストアップ、生産性の悪化等を生じることなく画像品位を高めた定着装置が提案されている。
特開平6−301306号公報には、回転軸方向に沿って中央部が細く、両端部が太く形成されたローラを、加圧ローラ又は定着ローラとして使用する構成及び、定着ローラを回転軸に沿って同一な太さとし、加圧ローラを回転軸に沿って中央部が細く、かつ両端部が太い形状とした構成の定着装置が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示された技術、特に特開平6−3245886号公報には、提案した技術を、加熱体の熱を耐熱フィルムを介して記録材に付与する構成の加熱定着装置、所謂ベルト定着装置に用いてもよいという記載はあるものの、ベルト定着装置に用いた場合の新たな技術課題が認識されていない。すなわち、ベルト定着装置、特に定着ローラ、加圧ローラにより形成される定着ニップ部の前に定着ベルトを近接もしくは巻きつける方式を用いるものには、従来のローラ定着に対して定着ニップ部の幅が大きく取れ、装置の小型化ができるという長所を持つ反面、記録材が定着ニップ部に到達する手前で定着ベルトに接触して画像が擦れ、画像の破壊を来たしてしまうという由々しき問題がある。特に記録材を下方から上方に向かって搬送する場合、記録材の後端が送リ作用を有するローラを抜けて自由になると、記録材が定着ニップ部にその先端を挟持されて垂れ下がってしまい、斯かる現象が顕著に発生してしまう。
本発明は、記録材の後端側が定着装置への進入前に自由になるような場合でも、記録材が垂れ下がることがなく、定着ベルトに接触せず、画像擦れによる画像破壊が発生しないベルト定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1では、回転自在な定着ローラと加熱ローラに巻き掛けられた定着ベルトと、定着ベルトを介して定着ローラと対向する位置で回転自在に設けられ定着ローラと圧接することで定着ベルトとの間に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、定着ニップ部よりも用紙搬送方向上流側かつ、前記加熱ローラと前記定着ローラの間に配置され、定着ベルトが巻き掛けられた支持ローラを有し、定着ローラを、その回転中心線に対して中央部が太くかつ両端部が細い太鼓形状とし、加圧ローラを、その回転中心線に対して中央部が細くかつ両端部が太い鼓形状としたベルト定着装置を提案している。
【0005】
請求項2では、請求項1に記載の構成を備え、加圧ローラの軸上硬度を、定着ローラの軸上硬度より大きくしたベルト定着装置を提案している。請求項3では、請求項1または2に記載の構成を備え、定着ローラの端部から定着ローラの中央部への突出量が、加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量より大きいベルト定着装置を提案している。請求項4では、請求項1、2または3に記載の構成を備え、定着ローラの端部から中央部への突出量が、加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量の2倍以上であるベルト定着装置を提案している。
【0006】
請求項5では、請求項1乃至4の何れかに記載の構成を備え、加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量を0.06mm乃至0.15mmとしたベルト定着装置を提案している。
【0007】
請求項6では、請求項1乃至5の何れかに記載の構成を備え、定着ローラをスポンジローラで構成したベルト定着装置を提案している。
請求項7では、請求項1乃至6の何れかに記載の構成を備え、定着ベルトの基体材質にポリイミド樹脂を用い、その厚みを150μm以下としたベルト定着装置を提案している。
請求項8では、請求項1乃至7の何れかに記載の構成を備え、定着ベルトが弾性層を有し、この弾性層の厚みを50μm以上したベルト定着装置を提案している。
請求項9では、請求項8に記載の構成を備え、定着ベルトを多層構造とし、その表層もしくは中間層を弾性層で構成したベルト定着装置を提案している。
【0008】
請求項10では、現像剤で形成された画像を定着装置によって記録材に定着する画像形成装置において、定着装置として請求項1乃至9の何れか1つに記載のベルト定着装置を用いた画像形成装置を提案している。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用される画像形成装置の一例である電子写真式のカラープリンタ(以下、カラープリンタという)を図面を用いて説明する。
図1において、符号1で示すカラープリンタは、像担持体としての感光体ベルト11を有する感光体ユニット10、書込み光学ユニット20、現像ユニット30、中間転写ユニット40、2次転写ユニット50、定着ユニット60、両面印刷反転ユニット70等を備えている。カラープリンタでは、Black:黒(以下、Bkという)、Cyan:シアン(以下、Cという)、Magenta:マゼンタ(以下、Mという)、Yellow:イエロー(以下、Yという)のカラー画像を感光体ベルト11上に順次顕像化し、これらを重ね合わせて最終的な4色フルカラー画像を形成し、記録材としての用紙P上に定着ユニット60で定着する。
【0010】
感光体ベルト11は、矢印Aで示す時計方向(以下「A方向」と記す)に回転し、その周りには、感光体クリーニング装置12、帯電部材としての帯電ローラ13、現像ユニット30の選択された現像器、中間転写ユニット40の中間転写ベルト41等が配置されている。感光体ベルト11は、駆動ローラ14、1次転写対向ローラ15、張架ローラ16間に張架されA方向に図示しない駆動モータによって回転移動される。感光体ベルト11につなぎ目のあるベルトを用いる場合には、そのベルトの端部の非画像形成領域につなぎ目マークを設け、図示しないセンサにより検出を行い、つなぎ目を避けて画像形成を行うようにする。
【0011】
書込み光学ユニット20は、カラー画像データを光信号に変換して、各色画像に対応した光書込みを行い、感光体ベルト11に静電潜像を形成する。この書込み光学ユニット20は、光源としての半導体レーザ21、図示しないレーザ発光駆動制御部、ポリゴンミラー22、3つの反射ミラー23a、23b、23c等で構成されている。
【0012】
現像ユニット30は、Bk現像器31K、C現像器31C、M現像器31M、Y現像器31Yと、各現像器を図中左右方向に移動して感光体ベルト11に対し接離動作させる図示しない接離機構等で構成されている。現像器31K、31C、31M、31Yは、感光体ベルト11表面の静電潜像をそれぞれ現像するために現像剤を表面に担持して回転する現像剤担持体としての現像スリーブ32K、32C、32M、32Yと、現像剤を汲み上げて撹拌するために回転する攪拌部材としての現像剤パドル33K、33C、33M、33Yと、現像剤を収容する現像剤収容ケース34K、34C、34M、34Y等で構成されている。
【0013】
これら現像剤収容ケース34K、34C、34M、34Yには、現像剤として各色のトナーからなる一成分現像剤がそれぞれ収容されている。本形態ではプリンタ本体1Aの下側から黒トナーを収容した現像器31K、シアントナーを収容したC現像器31C、マゼンタトナーを収容したM現像器31M、イエロートナーを収容したY現像器31Yの順に配列されている。現像器31K、31C、31M、31Y内のトナーは所定の極性に帯電されている。現像スリーブ32K、32C、32M、32Yには、図示しない現像バイアス電源によって現像バイアスが印加され、これにより現像スリーブ32K、32C、32M、32Yが感光体ベルト11に対して所定電位にバイアスされている。接離機構は、図示しないモータ等の駆動手段から現像器31K、31C、31M、31Yに駆動を伝達するための図示しない電磁クラッチがオンになると、その駆動力で現像剤収容ケース34K、34C、34M、34Yを感光体ベルト11側(図中右側)にそれぞれ移動させるようになっている。現像時には現像器31K、31C、31M、31Yのうち選択された何れか1つが移動し、感光体ベルト11に当接する。この一方で、図示しない電磁クラッチをオフにして駆動伝達を解除すると、感光体ベルト11に当接していた現像器が感光体ベルト11から離間する方向(図中左側)に移動する。
【0014】
カラープリンタの待機状態において、現像ユニット30は何れの現像器31K、31C、31M、31Yも、感光体ベルト11と離間した位置にセットされており、プリント動作が開始されると、カラー画像データに基づきレーザ光による光書込み、静電潜像形成が始まる(以下、Bk画像データによる静電潜像をBk静電潜像という。C、M、Yについても同様)。カラープリンタでは、このBk静電潜像の先端部から現像可能とすべくBk現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、Bk現像スリーブ32Kの回転を開始して、Bk静電潜像をBkトナーで現像する。そして、以後Bk静電潜像領域の現像動作を続けるが、Bk静電潜像後端部がBk現像位置を通過した時点で、Bk現像器31Kが感光体ベルト11から離間し、速やかに次の色の現像器が感光体ベルト11に当接する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が現像位置に到達する前に完了させる。
【0015】
中間転写ユニット40は、中間転写ベルト41、ベルトクリーニング装置42、位置検出用センサ43等で構成されている。中間転写ベルト41は駆動ローラ44、1次転写ローラ45、2次転写対向ローラ46、クリーニング対向ローラ47及びテンションローラ48に張架されており、図示しない駆動モータにより矢印Bで示す反時計周り方向に回転駆動制御される。中間転写ベルト41の端部の非画像形成領域には、図示しない複数の位置検出用マークが設けられており、これら位置検出用マークのうちの何れか1つ(画像形成動作開始時に位置検出用センサ43を最初に通過した位置検出用マーク)を位置出用センサ43で検出し、この検出タイミングで画像形成を開始する。ベルトクリーニング装置42は、クリーニングブラシ42a、図示しないブラシ接離機構等で構成されている。ベルトクリーニング装置42では、1色目のBk画像を中間転写ベルト41に転写している間、及び、2、3、4色目の画像を中間転写ベルト41に転写している間はブラシ接離機構によって中間転写ベルト41の表面からクリーニングブラシ42aを離間させており、クリーニング時に中間転写ベルト41の表面にクリーニングブラシ42aを接触させるように動作する。中間転写ベルト41の表面からクリーニングされたトナーは、中間転写ユニット40の内部に設けられた廃トナータンク49に蓄えられる。
【0016】
プリンタ本体1Aの下部に配置されたカセット80内には、用紙Pが収納されており、給紙コロ81a、81b、81cによってレジストローラ対82方向に給紙、搬送される。カラープリンタ1の右側面には、記録材としてのOHP用紙や厚紙等の手差し給紙用の手差しトレイ83が設けられている。
【0017】
2次転写ユニット50は、2次転写ローラ51、2次転写ローラ51を中間転写ベルト41に対して接離するためのクラッチ等を備えた図示しない揺動機構等で構成されている。2次転写ローラ51は、用紙Pが転写位置に到達するタイミングに合わせて揺動機構によって離間位置から接触位置へと移動する。2次転写ユニット50では、2次転写ローラ51と2次転写対向ローラ46とにより2次転写ローラ51と中間転写ベルト41の間に形成される転写部で用紙Pと中間転写ベルト41とを一定の圧力で接触するようになっている。2次転写ローラ51は、中間転写ユニット40に設けられた図示しない位置決め部材により2次転写対向ローラ46との平行度の位置精度が保たれている。中間転写ベルト41に対する2次転写ローラ51の接触圧は、2次転写ローラ51に設けた図示しない位置決めコロにより一定とされている。2次転写ローラ51を中間転写ベルト41に接触させると同時に、2次転写ローラ51にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されるように構成されていて、このバイアス印可を受けることで中間転写ベルト41上の重ねトナー像は用紙Pに一括転写される。
【0018】
上記の構成においては、上記各ユニットは、プリンタ本体1Aに対して用意に脱着可能に設けられている。例えば、図1において、中間転写ユニット40を外す場合には、図示しない前面カバーを開け、装置奥側から手前側に中間転写ユニット40をスライドさせることで、容易に外すことができる。
【0019】
上記構成のカラープリンタ1において、画像形成サイクルが開始されると、まず感光体ベルト11は矢印A方向に、中間転写ベルト41は矢印B方向に、図示しない駆動モータによって回転される。中間転写ベルト41上に設けられた図示しない位置検出用マークを位置検出用センサ43で検出し、位置検出用マークの検知タイミングに応じて感光体ベルト11上にBkトナー像形成、Cトナー像形成、Mトナー像形成、Yトナー像形成が行われ、最終的にBk、C、M、Yの順に中間転写ベルト41上に重ねてトナー像が形成される。このとき1次転写ローラ45に印加するバイアスは順次電圧を高くすることが一般的であるが、これは中間転写ベルト41の抵抗特性等に応じて変更される。
【0020】
Bkトナー像形成は次のように行なわれる。図示しない電源の印加電圧により帯電ローラ13は感光体ベルト11を一様帯電する。そして、書込みのためのレーザ光LDはBkカラー画像信号に基づいて露光を行う。この露光が行われたとき、当初一様荷電された感光体ベルト11の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。そして、このBk静電潜像にBk現像スリーブ32Kに担持されたBkトナーが接触することにより、感光体ベルト11の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはBkトナーが吸着され、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。そして、感光体ベルト11上に形成されたBkトナー像は、1次転写位置において中間転写ベルト41に接する。1次転写位置では、1次転写ローラ45と1次転写対向ローラ15とにより中間転写ベルト41と感光体ベルト11との間にニップが形成されており、1次転写ローラ45にBkトナー像と逆極性のバイアスを印加することによりBkトナー像を中間転写ベルト41に転写する。
【0021】
感光体ベルト11上の若干の未転写残留トナーは、感光体ベルト11の再使用に備えて感光体クリーニング装置12で清掃される。ここで回収されたトナーは回収パイプを経由して図示しない廃トナータンクに蓄えられる。
【0022】
感光体ベルト11側ではBk画像形成工程の次にC画像形成工程に進み、上記位置検出用センサ43の検知タイミングに応じてC画像データによるレーザ光LDによる書込みが行われ、C静電潜像が形成される。そして、先のBk静電潜像の後端部が通過した後で、かつC静電潜像の先端部が到達する前にBk現像器が現像位置から退避し、C現像器Cが現像位置にセットされてC静電潜像がCトナーで現像される。以後、C静電潜像領域の現像を続けるが、C静電潜像の後端部が通過した時点で、先のBk現像器Bの場合と同様にC現像器Cが現像位置から退避し、次のM現像器Mを現像位置に移動させる。これもやはり次のM静電潜像の先端部が現像位置に到達する前に完了させる。なお、M及びYの画像形成工程については、それぞれの静電潜像形成、現像の動作が上述のBk、Cの工程と同様であるので説明は省略する。中間転写ベルト41には、感光体ベルト11に順次形成するBk、C、M、Yのトナー像を、同一面に順次位置合わせして、4色重ねのトナー像が形成され、次の2次転写工程において、この4色のトナー像が転写紙に一括転写される。
【0023】
画像形成動作が開始される時期に、用紙Pはカセット80または手差しトレイ83の何れかから給送され、レジストローラ82対のニップ部で待機している。そして、2次転写ローラ51に中間転写ベルト41上の4色重ねのトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど用紙Pの先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対82が駆動され、用紙Pとトナー像との位置合わせが行われる。そして、用紙Pが中間転写ベルト41上のトナー像と重ねられて2次転写位置を通過する。このとき2次転写ローラ51による転写バイアスで用紙Pが荷電され、トナー画像のほとんどが用紙P上に転写される。
【0024】
中間転写ベルト41から4色重ねトナー像を一括転写された用紙Pは、定着ユニット60に搬送され、所定温度に制御された定着ベルト61と加圧ローラ62の定着ニップ部69でトナー像が熱と圧力により溶融定着され、プリンタ本体1Aの外に送り出され(矢印C方向)、プリンタ本体1Aの上部に形成された排紙トレイ84に裏向きにスタックされて、フルカラー画像がコピーを得る。
【0025】
両面印刷を行う場合には、定着ユニット60を通過した用紙Pは両面切替爪85により矢印D方向に案内され、両面印刷反転ユニット70に送られる。用紙後端が反転切替爪71を通過した後、反転ローラ対72が停止し、用紙Pも停止する。そして、反転ローラ対72が一定のブランク時間ののち逆転を開始し、用紙Pはスイッチバックを始める。このとき反転切替爪71が切り替わり、用紙Pは矢印E方向に案内され、レジストローラ対82に送られる。レジストローラ対82に送られた用紙Pは表裏反転した状態でレジストローラ対82のニップで待機する。そして、所定のタイミングでレジストローラ対82が駆動され、用紙Pは2次転写位置に送られて中間転写ベルト41から4色重ねトナー像を一括転写された後、定着ユニット60でトナー像が溶融定着され、プリンタ本体1Aの外に送り出される。
【0026】
1次転写後の感光体ベルト11の表面は、感光体クリーニング装置12でクリーニングされ、図示しない除電ランプで均一に除電される。また、用紙Pにトナー像を転写した後の中間転写ベルト41の表面は、ベルトクリーニング装置42のクリーニングブラシ42aを図示しない接離機構で押圧することによってクリーニングされる。中間転写ベルト41からクリーニングされたトナーは、廃トナータンク49に蓄えられる。像を一括転写された後、定着ユニット60でトナー像が溶融定着され、プリンタ本体1Aの外に送り出される。
【0027】
図2に基づき本発明に係る定着ユニット60を詳細に説明する。図2は図1において概略説明した定着ユニット60の内部構成を示す図である。定着ユニット60は、所謂ベルト定着装置であって、定着ベルト61、加圧ローラ62、駆動ロ一ラとなる定着ローラ63、従動ロ−ラとなる加熱ローラ64、支持ローラ65を備えている。定着ベルト61は、それぞれが図示しないフレーム等に回転自在に支持された定着ローラ63、加熱ローラ64および支持ローラ65に巻き掛けられて張架されている。加圧ローラ62は、定着ベルト61を介して定着ローラ63と対向する位置に配置され、図示しないフレーム等に回転自在に支持されている。定着ローラ63と加圧ローラ62とは、定着ベルト61を介して適度な定着ニップ部69が形成されるように圧接している。加圧ローラ62と加熱ローラ64の内部には、熱源としてハロゲンヒータ66、67がそれぞれ設けられている。ハロゲンヒータ66は加圧ローラ62を、ハロゲンヒータ67は定着ベルト61がそれぞれ所定温度となるように加熱制御する。
【0028】
未定着のトナー像Tを有する用紙Pが、定着ニップ部69の手前に配置されたガイド板68に沿って定着ユニット60に図中下方から搬送され、所定温度に制御された定着ベルト61と加圧ローラ62の定着ニップ部69でトナー像が溶融定着され、図1に示すようにプリンタ本体1A外に送り出される。
【0029】
定着ユニット60において、用紙Pが定着ユニット60に搬送され、所定温度に制御された定着ベルト61と加圧ローラ62の間に形成される定着ニップ部69に入り込んで定着が開始した後、用紙Pの後端P1が、用紙Pに搬送力を与えている2次転写ユニット50から外れる。すると、用紙Pの後端P1は、図3に示すように、自重で垂れ下がってしまい、未定着のトナー画像Tが転写されている面P2が、対向側に位置する定着ベルト61に接触し、この未定着のトナー画像Tが擦れてしまい像が破壊してしまう。そこでトナー画像Tを定着ベルト61から離間させておく必要がある。
【0030】
定着ユニット60の特徴部分となる加圧ローラ62と定着ローラ63の形状について、図4を用いて説明する。定着ローラ63は、このローラと一体回転可能に設けられた回転軸630の回転中心線100に対して、その中央部63cが太く、かつ両端部63a、63bが細い太鼓状に形成されている。加圧ローラ62は、このローラと一体回転可能に設けられた回転軸620の回転中心線101に沿って、その中央部62cが細くかつ両端部62a、62bが太い鼓形状に形成されている。このような太鼓状の定着ローラ63と鼓形状の加圧ローラ62とに挟み込まれた用紙Pには、太鼓形状と鼓形状により生み出されるR形状によりカール効果が与えられ、この結果、用紙Pにコシが与えられることになる。よって、用紙Pの後端P1が自由になって垂れ下がるという現象がなくなり、定着ベルト61との接触を回避することができるようになる。
【0031】
(実施例1)
次に、定着ローラ63の軸上硬度を40°(アスカーC)とし、加圧ローラ62の軸上硬度を78°(アスカーC)より大きくして実験を試みた。このようにすることで、定着ニップ部69内での用紙Pの形状がより加圧ローラ62の形状に近接し、カール効果が増して、一層紙面擦れによるトナー画像Tの破壊を防止することができることが判明した。
【0032】
(実施例2)
太鼓形状の定着ローラ63の端部63a、63bから中央部63cへの突出量Yを0.3mmとし、鼓形状の加圧ローラ62の端部62a、62bから中央部62cへの引っ込み量(ツヅミ量)Xを0.12mmとして、引っ込み量Xより大きくして実験を試みた。このようにすることで、小サイズの用紙Pであっても定着ニップ部69内での用紙Pの形状がより加圧ローラ62の形状に近接し、カール効果が増して、一層紙面擦れによるトナー画像Tの破壊を防止することができることが判明した。
【0033】
(実施例3)
定着ローラ63の突出量(タイコ量)Yを、加圧ローラ62の引っ込み量Xの2倍以上に設定して実験を試みた。このようにすることで、小サイズの用紙Pであっても定着ニップ部69内での用紙Pの形状がより加圧ローラ62の形状に近接し、より一層紙面擦れによるトナー画像Tの破壊を防止することができることが判明した。
【0034】
(実施例4)
加圧ローラ62の端部直径からの引っ込み量Xを0.06乃至0.15mmに設定して実験を試みた。このように引っ込み量Xをすることで、より一層紙面擦れによるトナー画像Tの破壊を防止することができることが判明した。
【0035】
(実施例5)
定着ローラ63をスポンジローラで形成した。この結果、定着ニップ部69内での用紙Pの形状がより加圧ローラ62の形状に近接し画像の擦れを防止しつつ、かつ断熱効果により省エネルギー化および立ち上がり時間の短縮化が図られることになった。
【0036】
(実施例6)
図5は、定着ベルト61の部分拡大断面図を示す。この例は、定着ベルト61を多層構造とし、その基体61cの材質としてポリイミド樹脂(以下「PI」と記す)を用い、その厚みを150μm以下とした。この結果、定着ローラ63及び加圧ローラ62に挟まれる定着ベルト61が固いと狙いとする定着ニップ部69の形状を形成できないが、上記の材質、層厚とすることで、定着ベルト61も加圧ローラ62の形状に倣うことになり、ベルトに対する紙面擦れによるトナー画像Tの破壊を防止することができるようになった。
定着ベルト61の表層61aもしくは中間層62bを弾性層で構成し、その層厚を50μm以上に設定した。このように定着ベルト61を構成することにより定着ベルト61の表面が、より加圧ローラ62の形状に沿うことになりより画像の擦れを防止することができる。
【0037】
(実施例7)
本発明における最適な定着ベルト61、加圧ローラ62、定着ローラ63の構成を記載する。
定着ベルト: 多層構造、基材にPI使用、層厚90μm
基材の上部層をシリコン(Si)ゴムで構成、層厚150μm
加圧ローラ: 直径40mm、表層を厚さ1.5mmのソリッドゴムで構成
ツヅミ量X=0.12μm ローラ硬度78°(アスカーC)
定着ローラ: 直径30mm、表層を厚さ6mmのスポンジゴムで構成
タイコ量Y=0.3μm ローラ硬度40°(アスカーC)
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、定着ローラを回転中心線に対して中央部が太くかつ両端部が細い太鼓形状とするとともに、加圧ローラを回転中心線に対して中央部が細くかつ両端部が太い鼓形状に形成したので、定着ベルトと加圧ローラの間に記録材が位置すると、太鼓形状と鼓形状に沿う形状となってコシが与えられる。このため、記録材の後端が自由になっても暴れることや垂れ下がらなくなるので、定着前に記録材が定着ベルトに接触することがなくなり、画像擦れを防止することができる。
【0039】
本発明によれば、定着ローラの硬度を加圧ローラよりも低くすることにより、定着ニップ部内での記録材がより加圧ローラ形状に近くなり、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れ擦れを防止することができる。
【0040】
本発明によれば、定着ローラのタイコ量となる突出量を加圧ローラのツヅミ量となる引っ込み量よりも大きくすることにより、小サイズな記録材を用いる場合でも定着ニップ部内において記録材が加圧ローラ形状に近くなり、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れを防止することができる。
【0041】
本発明によれば、定着ローラにスポンジローラを用いることにより、定着ローラが変形し易くなり、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れを解消しながらも、その断熱効果により省エネルギー化および立ち上がり時間の短縮を図ることができる。
【0042】
定着ローラと加圧ローラに挟まれる定着ベルトが固いと定着ニップ部形状が狙い通りでないが、本発明のように、ベルトの基体を層厚150μm以下のポリイミド樹脂とすることにより、ベルトも加圧ローラの形状に倣うため、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れをより一層確実に防止することができる。
【0043】
本発明によれば、定着ベルトの表面もしくは中間層を厚さは50μm以上の弾性層にすることにより、定着ベルト表面が、より加圧ローラの形状に倣い易くなるので、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れをより一層確実に防止することができる。
【0044】
本発明によれば、加圧ローラの引っ込み量を規定することにより、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れをより確実に防止することができる。
【0045】
本発明によれば、ベルト定着装置において、定着前における記録材の定着ベルトへの接触による画像擦れが防止されるので、画像の高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図2】本発明の要部となるベルト定着装置の構成を示す拡大図である。
【図3】ベルト定着装置における定着動作時の記録材の様子を示す拡大図である。
【図4】定着ローラおよび加圧ローラの形状と定着時の記録材の状態を、記録材排出側から見た拡大図である。
【図5】本発明に係る定着ベルトの構成を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
60 ベルト定着装置
61 定着ベルト
61c 定着ベルトの基体
61a 定着ベルトの表層(弾性層)
61b 定着ベルトの中間層(弾性置)
62 加圧ローラ
62a、62b 両端部
62c 中央部
63 定着ローラ
63a、63b 両端部
63c 中央部
100、101 回転中心線
X 引っ込み量
Y 突出量[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a belt fixing device used in an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, various printers, and a combination of these, and relates to suitable shapes of a fixing roller and a pressure roller constituting the belt fixing device.
[0002]
[Prior art]
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-3245886, a pressure roller is formed in a drum shape and a fixing roller is formed in a drum shape, so that recording materials such as undulations, streaks, reverse curls, and wrinkles that tend to occur during transfer are disclosed. There has been proposed a fixing device that prevents the influence and enhances the image quality without causing significant device improvement, cost increase, and productivity deterioration.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-301306 discloses a configuration in which a roller having a narrow central portion along the rotation axis direction and a thick end portion is used as a pressure roller or a fixing roller, and the fixing roller along the rotation axis. There has been proposed a fixing device having a configuration in which the thickness is the same, and the pressure roller has a shape with a narrow central portion and thick both ends along the rotation axis.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The technology disclosed in the above publication, particularly Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-3245886, applies the proposed technology to a heat fixing apparatus, a so-called belt fixing apparatus, configured to apply heat from a heating element to a recording material through a heat-resistant film. Although there is a description that it may be used, a new technical problem when used in a belt fixing device is not recognized. That is, the width of the fixing nip portion is larger than that of the conventional roller fixing in the belt fixing device, particularly in the case of using a method in which the fixing belt is approached or wound before the fixing nip portion formed by the fixing roller and the pressure roller. While it has the advantage that it can be taken large and the apparatus can be downsized, there is a serious problem that the image is rubbed by contact with the fixing belt before the recording material reaches the fixing nip portion, and the image is destroyed. . In particular, when the recording material is transported from the bottom to the top, if the trailing edge of the recording material passes through the roller having a feeding action and becomes free, the recording material hangs down with its leading edge held by the fixing nip portion, Such a phenomenon occurs remarkably.
The present invention provides belt fixing in which the recording material does not hang down, does not come into contact with the fixing belt, and does not cause image destruction due to image rubbing even when the trailing edge of the recording material becomes free before entering the fixing device. An object is to provide an apparatus and an image forming apparatus.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in claim 1, A fixing belt wrapped around a rotatable fixing roller and a heating roller And a pressure roller that is rotatably provided at a position facing the fixing roller via the fixing belt, and forms a fixing nip portion between the fixing belt by being in pressure contact with the fixing roller, and transports paper more than the fixing nip portion. Direction upstream And between the heating roller and the fixing roller The fixing roller has a support roller around which the fixing belt is wound, and the fixing roller has a drum shape with a thick central portion and thin end portions with respect to the rotation center line, and the pressure roller has a rotation center line. On the other hand, a belt fixing device having a drum shape with a narrow central portion and thick end portions has been proposed.
[0005]
A second aspect of the present invention comprises the configuration according to the first aspect. ,Pressurization The axial hardness of the roller Fixing We have proposed a belt fixing device that is larger than the on-axis hardness of the roller. According to a third aspect of the invention, there is provided a belt having the configuration according to the first or second aspect, wherein a protruding amount from the end portion of the fixing roller to the central portion of the fixing roller is larger than a retracting amount from the end portion of the pressure roller to the central portion. A fixing device is proposed. According to a fourth aspect of the present invention, the amount of protrusion from the end portion of the fixing roller to the central portion is more than twice the amount of retraction from the end portion of the pressure roller to the central portion. A belt fixing device is proposed.
[0006]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a belt fixing device having the configuration according to any one of the first to fourth aspects, wherein the amount of retraction from the end portion of the pressure roller to the central portion is 0.06 mm to 0.15 mm. Yes.
[0007]
According to a sixth aspect of the present invention, there is proposed a belt fixing device having the configuration according to any one of the first to fifth aspects, wherein the fixing roller is a sponge roller.
According to a seventh aspect of the present invention, there is proposed a belt fixing device having the configuration according to any one of the first to sixth aspects, using a polyimide resin as a base material of the fixing belt and having a thickness of 150 μm or less.
According to an eighth aspect of the present invention, there is proposed a belt fixing apparatus having the configuration according to any one of the first to seventh aspects, wherein the fixing belt has an elastic layer, and the thickness of the elastic layer is 50 μm or more.
According to a ninth aspect of the present invention, there is proposed a belt fixing device having the configuration according to the eighth aspect, wherein the fixing belt has a multilayer structure, and the surface layer or intermediate layer thereof is formed of an elastic layer.
[0008]
The image forming apparatus using the belt fixing device according to any one of claims 1 to 9 as a fixing device in an image forming device that fixes an image formed with a developer onto a recording material by a fixing device. A device is proposed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an electrophotographic color printer (hereinafter referred to as a color printer) which is an example of an image forming apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, a color printer denoted by reference numeral 1 includes a
[0010]
The photosensitive belt 11 rotates in a clockwise direction indicated by an arrow A (hereinafter referred to as “A direction”), and around the photosensitive belt cleaning device 12, a
[0011]
The writing
[0012]
The developing
[0013]
In these
[0014]
In the standby state of the color printer, the developing
[0015]
The intermediate transfer unit 40 includes an
[0016]
A sheet P is stored in a
[0017]
The
[0018]
In the above configuration, each unit is provided so as to be detachable from the printer main body 1A. For example, in FIG. 1, when removing the intermediate transfer unit 40, the intermediate transfer unit 40 can be easily removed by opening a front cover (not shown) and sliding the intermediate transfer unit 40 from the back side of the apparatus to the front side.
[0019]
In the color printer 1 configured as described above, when the image forming cycle is started, first, the photosensitive belt 11 is rotated in the direction of arrow A and the
[0020]
Bk toner image formation is performed as follows. The charging
[0021]
Some untransferred residual toner on the photoreceptor belt 11 is cleaned by the photoreceptor cleaning device 12 in preparation for reuse of the photoreceptor belt 11. The toner collected here is stored in a waste toner tank (not shown) via a collection pipe.
[0022]
On the photosensitive belt 11 side, the process proceeds to the C image forming process after the Bk image forming process, and writing with the laser light LD is performed by the C image data in accordance with the detection timing of the position detecting sensor 43, and the C electrostatic latent image is obtained. Is formed. Then, after the rear end portion of the previous Bk electrostatic latent image passes and before the front end portion of the C electrostatic latent image arrives, the Bk developing unit is retracted from the developing position, and the C developing unit C is moved to the developing position. The C electrostatic latent image is developed with C toner. Thereafter, the development of the C electrostatic latent image area is continued, but when the rear end portion of the C electrostatic latent image passes, the C developing device C is retracted from the developing position as in the case of the previous Bk developing device B. Then, the next M developing device M is moved to the developing position. This is also completed before the leading edge of the next M electrostatic latent image reaches the developing position. The M and Y image forming steps are the same as the Bk and C steps described above, and the description thereof is omitted. On the
[0023]
At the time when the image forming operation is started, the paper P is fed from either the
[0024]
The sheet P onto which the four-color superimposed toner images have been collectively transferred from the
[0025]
When performing duplex printing, the paper P that has passed through the fixing
[0026]
The surface of the photoconductor belt 11 after the primary transfer is cleaned by the photoconductor cleaning device 12 and is uniformly discharged by a discharge lamp (not shown). Further, the surface of the
[0027]
The fixing
[0028]
A sheet P having an unfixed toner image T is conveyed from below in the figure along a
[0029]
In the fixing
[0030]
The shapes of the
[0031]
Example 1
Next, the experiment was attempted by setting the axial hardness of the fixing
[0032]
(Example 2)
The amount of protrusion Y from the
[0033]
Example 3
An experiment was attempted by setting the protrusion amount (the amount of the lever) Y of the fixing
[0034]
Example 4
An experiment was attempted with the amount of retraction X from the end diameter of the
[0035]
(Example 5)
The fixing
[0036]
(Example 6)
FIG. 5 is a partial enlarged cross-sectional view of the fixing
The
[0037]
(Example 7)
The optimum configuration of the fixing
Fixing belt: Multi-layer structure, using PI for base material, layer thickness 90μm
The upper layer of the base material is composed of silicon (Si) rubber, layer thickness 150μm
Pressure roller: Consists of solid rubber with a diameter of 40 mm and a surface layer of 1.5 mm
Knob amount X = 0.12 μm Roller hardness 78 ° (Asker C)
Fixing roller: Consist of 30 mm diameter and 6 mm thick sponge rubber
Tyco Y = 0.3μm Roller hardness 40 ° (Asker C)
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, the fixing roller has a drum shape with a thick central portion and thin end portions with respect to the rotation center line, and the pressure roller has a thin drum portion with a thin central portion and both end portions with respect to the rotation center line. Since the recording material is formed in a shape, when the recording material is positioned between the fixing belt and the pressure roller, the drum shape and the shape along the drum shape are provided, and the stiffness is given. For this reason, even if the trailing edge of the recording material becomes free, the recording material does not move or hang down, so that the recording material does not come into contact with the fixing belt before fixing, and image rubbing can be prevented.
[0039]
According to the present invention, the hardness of the fixing roller is made lower than that of the pressure roller, so that the recording material in the fixing nip portion becomes closer to the shape of the pressure roller, and the recording material comes into contact with the fixing belt before fixing. Image rubbing can be prevented.
[0040]
According to the present invention, by increasing the protrusion amount that is the amount of the fixing roller to be larger than the retraction amount that is the amount of the pressing roller, the recording material is added in the fixing nip even when a small size recording material is used. It becomes close to the shape of a pressure roller, and image rubbing due to contact of the recording material with the fixing belt before fixing can be prevented.
[0041]
According to the present invention, by using a sponge roller as the fixing roller, the fixing roller is easily deformed, and while eliminating image rubbing due to contact of the recording material with the fixing belt before fixing, energy saving is achieved by its heat insulating effect. In addition, the rise time can be shortened.
[0042]
If the fixing belt sandwiched between the fixing roller and the pressure roller is hard, the shape of the fixing nip portion is not as intended. However, as in the present invention, by using a polyimide resin with a layer thickness of 150 μm or less, the belt is also pressed. Since it follows the shape of the roller, image rubbing due to contact of the recording material with the fixing belt before fixing can be more reliably prevented.
[0043]
According to the present invention, the surface of the fixing belt or the intermediate layer is made of an elastic layer having a thickness of 50 μm or more, so that the surface of the fixing belt more easily follows the shape of the pressure roller. Image rubbing due to contact with the fixing belt can be more reliably prevented.
[0044]
According to the present invention, it is possible to more reliably prevent image rubbing due to contact of the recording material with the fixing belt before fixing by regulating the retracting amount of the pressure roller.
[0045]
According to the present invention, in the belt fixing device, image rubbing due to contact of the recording material with the fixing belt before fixing is prevented, so that high image quality can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged view showing a configuration of a belt fixing device as a main part of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view showing a state of a recording material during a fixing operation in the belt fixing device.
FIG. 4 is an enlarged view of the shape of the fixing roller and the pressure roller and the state of the recording material at the time of fixing as viewed from the recording material discharge side.
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a configuration of a fixing belt according to the present invention.
[Explanation of symbols]
60 Belt fixing device
61 Fusing belt
61c Base of fixing belt
61a Surface layer (elastic layer) of fixing belt
61b Intermediate layer of fixing belt (elastic placement)
62 Pressure roller
62a, 62b both ends
62c center
63 Fixing roller
63a, 63b both ends
63c center
100, 101 center line of rotation
X Retraction amount
Y protrusion amount
Claims (10)
前記定着ニップ部よりも用紙搬送方向上流側でかつ、前記加熱ローラと前記定着ローラの間に配置され、前記定着ベルトが巻き掛けられた支持ローラを有し、
前記定着ローラは、その回転中心線に対して中央部が太くかつ両端部が細い太鼓形状であり、前記加圧ローラは、その回転中心線に対して中央部が細くかつ両端部が太い鼓形状であることを特徴とするベルト定着装置。 A fixing belt that is rotatable, a fixing belt wound around a heating roller, and a fixing belt that is rotatably provided at a position facing the fixing roller via the fixing belt. In a belt fixing device having a pressure roller that forms a fixing nip portion therebetween,
A support roller that is disposed upstream of the fixing nip portion in the sheet conveying direction and between the heating roller and the fixing roller and around which the fixing belt is wound;
The fixing roller has a drum shape that is thick at the center and thin at both ends with respect to the rotation center line, and the pressure roller has a drum shape that is thin at the center and thick at both ends with respect to the rotation center line. A belt fixing device.
上記加圧ローラの軸上硬度が、前記定着ローラの軸上硬度より大きいことを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to claim 1.
The belt fixing device, wherein the pressure roller has an on-axis hardness larger than that of the fixing roller.
前記定着ローラは、その端部から中央部への突出量が、前記加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量より大きいことを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to claim 1 or 2,
The belt fixing device, wherein the fixing roller has an amount of protrusion from the end portion to the center portion larger than a retraction amount from the end portion of the pressure roller to the center portion.
前記定着ローラは、その端部から中央部への突出量が、前記加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量の2倍以上であることを特徴とするベルト定着装置。In the belt fixing device according to claim 1, 2, or 3,
The belt fixing device according to claim 1, wherein the fixing roller has an amount of protrusion from the end portion to the central portion that is at least twice the amount of retraction from the end portion of the pressure roller to the central portion.
前記加圧ローラの端部から中央部への引っ込み量が0.06mm乃至0.15mmであることを特徴とするベルト定着装置。In the belt fixing device according to any one of claims 1 to 4,
The belt fixing device, wherein the amount of retraction from the end of the pressure roller to the center is 0.06 mm to 0.15 mm.
前記定着ローラはスポンジローラであることを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to any one of claims 1 to 5,
The belt fixing device, wherein the fixing roller is a sponge roller.
前記定着ベルトは基体を有し、この基体の材質がポリイミド樹脂であり、その厚みが150μm以下であることを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to any one of claims 1 to 6,
The fixing belt has a base, the base is made of polyimide resin, and the thickness thereof is 150 μm or less.
前記定着ベルトは弾性層を有し、この弾性層の厚みが50μm以上であることを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to any one of claims 1 to 7,
The fixing belt has an elastic layer, and the thickness of the elastic layer is 50 μm or more.
前記定着ベルトは多層構造であり、前記弾性層が前記ベルトの表層もしくは中間層を構成していることを特徴とするベルト定着装置。The belt fixing device according to claim 8.
The belt fixing apparatus, wherein the fixing belt has a multilayer structure, and the elastic layer constitutes a surface layer or an intermediate layer of the belt.
前記定着装置として請求項1乃至9の何れか1つに記載のベルト定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。In an image forming apparatus for fixing an image formed with a developer to a recording material by a fixing device,
An image forming apparatus using the belt fixing device according to claim 1 as the fixing device.
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