JP4123113B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像記録装置において用いられ、記録媒体上に担持された未定着トナー像を加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that is used in an image recording apparatus such as a printer, a copying machine, and a facsimile machine and heats and melts an unfixed toner image carried on a recording medium and fixes the image on the recording medium.
一般に、粉状のトナーを用いる画像形成装置においてトナー像を定着する工程は、トナー像を記録媒体上に静電的に転写した後、定着装置によってトナー像を記録媒体上に溶融圧着する方法が広く採用されている。この定着装置は、例えば、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体を有する加熱ロールと、この加熱ロールに押圧される加圧ロールとで構成されており、加熱ロールと加圧ロールとの間に未定着トナー像を担持した記録媒体を挟み込んで加熱加圧し、トナー像を記録媒体に融着させて定着画像を形成する。 In general, the step of fixing a toner image in an image forming apparatus using powdered toner is a method in which a toner image is electrostatically transferred onto a recording medium and then the toner image is melt-pressed onto the recording medium by a fixing device. Widely adopted. The fixing device includes, for example, a heating roll having a heating element such as a halogen lamp inside a cylindrical metal core, and a pressure roll pressed against the heating roll. A recording medium carrying an unfixed toner image is sandwiched between and heated and pressurized, and the toner image is fused to the recording medium to form a fixed image.
しかし、ハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合、発熱体に電力を投入後、発熱体の輻射熱又は接触熱が加熱ロールの芯金や各層に伝達して、加熱ロールの表面が所定の温度に加熱されるのに時間を要する。このため、装置が起動する時や待機状態から復帰する時、加熱ロールのウォーミングアップに時間を要するとともに消費電力が大きくなってしまう。また、加熱ロールは加圧ロールの押圧力に対して過度の変形が生じないようにある程度の厚みを有する芯金からなるため、熱容量を低減することが難しく、これによりウォーミングアップ時間が長くなってしまう。さらに、ハロゲンランプは通常ガラス管を有しているため、ハロゲンランプ自身の熱容量も大きく、ハロゲンランプ自身を加熱するまでにも時間がかかってしまう。 However, when a heating element such as a halogen lamp is used, after the power is applied to the heating element, the radiant heat or contact heat of the heating element is transmitted to the core metal or each layer of the heating roll, and the surface of the heating roll is heated to a predetermined temperature. It takes time to be done. For this reason, when the apparatus starts up or returns from the standby state, it takes time to warm up the heating roll and power consumption increases. In addition, since the heating roll is made of a core metal having a certain thickness so as not to cause excessive deformation with respect to the pressing force of the pressure roll, it is difficult to reduce the heat capacity, thereby increasing the warm-up time. . Further, since the halogen lamp usually has a glass tube, the heat capacity of the halogen lamp itself is large, and it takes time to heat the halogen lamp itself.
このような事情から、加熱ロール等の定着部材を加熱する手段として、定着部材に導電性層を設け、電磁誘導加熱によって該導電性層を発熱させるものが知られている。 Under such circumstances, as a means for heating a fixing member such as a heating roll, a method in which a conductive layer is provided on the fixing member and the conductive layer is heated by electromagnetic induction heating is known.
電磁誘導加熱は、変動磁界を発生する励磁コイルを導電性層に対向配置し、導電性層を貫通する磁束を発生させることにより、導電性層に渦電流が生じ発熱するものである。電磁誘導加熱によれば、極めて短い時間で導電性層を発熱させることができ、定着部材を直接加熱することができる。このため、加熱源としてハロゲンランプ等の発熱体を用いる場合に比べ、装置のウォーミングアップ時間を短縮することができる。又、励磁コイルは導電性層と対向するように定着部材の内側又は外側のいずれに配置することも可能であり、定着装置の構成に応じて任意の位置に配置することができる。 In the electromagnetic induction heating, an exciting coil that generates a variable magnetic field is disposed opposite to a conductive layer, and a magnetic flux penetrating the conductive layer is generated, thereby generating an eddy current in the conductive layer and generating heat. According to the electromagnetic induction heating, the conductive layer can generate heat in a very short time, and the fixing member can be directly heated. For this reason, compared with the case where a heating element such as a halogen lamp is used as a heat source, the warm-up time of the apparatus can be shortened. In addition, the exciting coil can be arranged either inside or outside the fixing member so as to face the conductive layer, and can be arranged at an arbitrary position according to the configuration of the fixing device.
一方、定着部材は加熱ロールの他、無端状の定着ベルトが一般に用いられており、該無端状ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧部材を有し無張架の状態で周回駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層とし、加熱ロールに比べ熱容量が小さいため、加熱ロールより短時間でウォーミングアップを行なうことができる。さらに、無張架タイプの定着ベルトは、他の部材との接触する面積を小さくすることができ、他の部材への熱移動が低減される。このため、一層効率の良いウォーミングアップを行なうことができる。 On the other hand, an endless fixing belt is generally used as the fixing member in addition to a heating roll. The endless belt is a type stretched by a plurality of support rolls, and has a pressing member inside, and is not stretched. There is a type that is driven around in the state. The fixing belt has a thin heat resistant resin or the like as a base layer and has a smaller heat capacity than the heating roll, so that it can warm up in a shorter time than the heating roll. Furthermore, the non-stretching type fixing belt can reduce the contact area with other members, and heat transfer to the other members is reduced. For this reason, more efficient warming up can be performed.
上記のような定着装置として、例えば特許文献１には次のような装置が記載されている。 As a fixing device as described above, for example, Patent Document 1 describes the following device.
この装置は、無張架タイプの定着ベルトを介して押圧部材が加圧ロールに押圧されており、定着ベルトの外周面と対向するように電磁誘導加熱装置が設けられている。押圧部材は加圧ロールの周面に沿った形状となっており、定着ベルトは押圧部材と加圧ロールとの圧接部であるニップ部内で凹状に湾曲し、ニップ部の出口付近で大きく曲げ回される。そして、記録媒体は自身の剛性によって定着べルトから離れる方向に排出され、定着ベルトから剥離される。
しかしながら、特許文献１に記載されているような定着装置には次のような問題点がある。 However, the fixing device described in Patent Document 1 has the following problems.
この定着装置で用いられている電磁誘導加熱装置は、励磁コイルと、励磁コイルを背後から保持するコイル支持部材とを有している。この装置では、励磁コイルと定着ベルトとが近接しているため、定着ベルトが電磁誘導加熱装置によって加熱されると、この熱が輻射によって励磁コイルに伝達し、該励磁コイルの温度が上昇する。このように定着ベルトの熱が奪われるため、定着ベルトを所定の温度に加熱するまでに時間がかかるとともに、必要な電力量が多くなってしまう。一方、励磁コイルが高温になると、該励磁コイルを被覆している絶縁性の被覆材が劣化し、励磁コイルの絶縁性が損なわれるおそれがある。また、励磁コイルの絶縁性を維持するために被覆材の耐熱性を上げるとコストが高くなってしまう。 The electromagnetic induction heating device used in this fixing device has an exciting coil and a coil support member that holds the exciting coil from behind. In this apparatus, since the exciting coil and the fixing belt are close to each other, when the fixing belt is heated by the electromagnetic induction heating device, this heat is transmitted to the exciting coil by radiation, and the temperature of the exciting coil rises. Since the fixing belt is deprived of heat in this way, it takes time to heat the fixing belt to a predetermined temperature, and the required amount of power increases. On the other hand, when the exciting coil becomes high temperature, the insulating covering material covering the exciting coil may deteriorate, and the insulating property of the exciting coil may be impaired. Further, if the heat resistance of the covering material is increased in order to maintain the insulation of the exciting coil, the cost becomes high.
また、上記定着装置では、電磁誘導加熱装置は定着ベルトの外周面と対向するように、該定着ベルトの停止時の断面形状、すなわち自身の剛性によって維持される断面形状に沿って配置されている。ところが、定着ベルトは自身の剛性によって形状が維持されているため、加圧ロールの回転に従動して圧接部分に引き込まれ、該圧接部分の下流側へ送り出されると、定着ベルトの断面形状は静止時とは異なり、圧接部分の下流側で静止時より張り出した形状で周回駆動される。このため、周回駆動される定着ベルトがニップ部の下流側に張り出している部分で電磁誘導加熱装置と接触するおそれがある。電磁誘導加熱装置との接触によって定着ベルトの表面が傷付くと、この傷が実際の定着画像上に現れ、画像傷として見えてしまう。 In the fixing device, the electromagnetic induction heating device is disposed along the cross-sectional shape when the fixing belt is stopped, that is, the cross-sectional shape maintained by its own rigidity, so as to face the outer peripheral surface of the fixing belt. . However, since the shape of the fixing belt is maintained by its own rigidity, the cross-sectional shape of the fixing belt is stationary when it is drawn into the pressure contact portion following the rotation of the pressure roll and sent to the downstream side of the pressure contact portion. Unlike the time, it is driven around in a shape protruding from the stationary state on the downstream side of the pressure contact portion. For this reason, there is a possibility that the fixing belt that is driven to circulate may come into contact with the electromagnetic induction heating device at a portion that protrudes downstream of the nip portion. If the surface of the fixing belt is damaged due to contact with the electromagnetic induction heating device, the scratch appears on the actual fixed image and appears as an image scratch.
一方、定着動作が終了して定着装置への電力供給がオフになると、定着ベルトは熱容量が小さいためにすぐに温度が低下して硬化し、ニップ部内において押圧部材と加圧ロールとの間で圧接された状態のまま硬化する。したがって、定着ベルトに押圧部材の形状に沿った痕、いわゆるニップ痕が残ってしまう。そして、再び定着動作が開始された時、定着ベルトは温度が上昇するまでニップ痕が残った状態で、すなわち略円形の断面形状より凹凸がある状態で周回駆動され、特にニップ部の下流側に大きく張り出し、この部分で電磁誘導加熱装置と接触しやすくなる。 On the other hand, when the fixing operation is completed and the power supply to the fixing device is turned off, the fixing belt has a small heat capacity, so the temperature immediately decreases and hardens, and the nip portion is pressed between the pressing member and the pressure roll. It cures in the pressed state. Therefore, a mark along the shape of the pressing member, that is, a so-called nip mark remains on the fixing belt. When the fixing operation is started again, the fixing belt is driven around in a state where the nip mark remains until the temperature rises, that is, in a state where there is unevenness from a substantially circular cross-sectional shape, particularly on the downstream side of the nip portion. It protrudes greatly and it becomes easy to come into contact with the electromagnetic induction heating device in this part.
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、記録媒体上に担持された未定着トナー像を、電磁誘導加熱された無端状の定着ベルトに当接させ、加熱溶融して記録媒体に定着させる定着装置において、励磁コイルを温度上昇等に対して防護するとともに、定着ベルトを効率よく加熱すること、及び定着ベルトと電磁誘導加熱装置との接触を防いで良好な定着画像を得ることである。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its purpose is to bring an unfixed toner image carried on a recording medium into contact with an endless fixing belt heated by electromagnetic induction, In a fixing device for fixing to a recording medium by heating and melting, the exciting coil is protected against temperature rise, etc., and the fixing belt is efficiently heated, and the contact between the fixing belt and the electromagnetic induction heating device is prevented. Is to obtain a fixed image.
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 周方向に無張架状態で周回が可能に支持された無端状の定着ベルトと、 前記定着ベルトの外周面が押圧され、周回駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧ロールと、 前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロールに押しつける押圧部材と、 前記定着ベルトが有する金属層に渦電流を誘導して発熱させる電磁誘導加熱装置と、を有し、 前記電磁誘導加熱装置は、 曲面を有する板状部材からなり、内側の曲面が前記定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材と、 前記コイル支持部材の外側の曲面上に支持され、励磁回路によって交流電流が供給される励磁コイルと、を有するものであり、 前記押圧部材は、前記定着ベルトの内周面に接触する弾性体を有するものであり、 該弾性体は、前記押圧部材の圧接によって、前記定着ベルトの周回方向の上流側より下流側へ大きく突き出すように変形し、 前記定着ベルトは前記弾性体が上流側及び下流側に突き出した部分の先端に沿って案内されて、下流側の曲率が上流側より大きくなっており、 前記コイル支持部材は、周回駆動されて定着動作を行う温度まで加熱されているときの前記定着ベルトの外周面との間隔が周方向に一定となるように湾曲した形状となっていることを特徴とする定着装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to an endless fixing belt supported so as to be able to circulate in a circumferentially stretched state, an outer peripheral surface of the fixing belt being pressed, and A pressure roll that circulates and drives the fixing belt by being driven; a pressing member that is in contact with an inner peripheral surface of the fixing belt and presses the fixing belt against the pressure roll; and a metal layer that the fixing belt has An electromagnetic induction heating device that induces eddy currents to generate heat, and the electromagnetic induction heating device comprises a plate-like member having a curved surface, and the inner curved surface is spaced from the outer peripheral surface of the fixing belt. a coil support member disposed so as to face, being supported on the outer side of the curved surface of the coil supporting member, those having a an exciting coil an alternating current supplied by the excitation circuit, the pressing member, the front The elastic body has an elastic body in contact with the inner peripheral surface of the fixing belt, and the elastic body is deformed so as to largely protrude from the upstream side in the circumferential direction of the fixing belt to the downstream side by the pressure contact of the pressing member, The fixing belt is guided along the tip of the portion where the elastic body protrudes to the upstream side and the downstream side, and the curvature on the downstream side is larger than that on the upstream side, and the coil support member is driven around and fixed. There is provided a fixing device having a curved shape so that a distance from an outer peripheral surface of the fixing belt when heated to an operation temperature is constant in a circumferential direction.
上記電磁誘導加熱装置では、励磁コイルと定着ベルトとの間にコイル支持部材が配置されているため、定着ベルトが電磁誘導によって加熱されたとき、定着ベルトからの輻射熱がコイル支持部材によって遮断され、励磁コイルに伝達されにくい。これにより、励磁コイルの温度が上昇するのを抑えることができ、励磁コイルの絶縁被覆が熱によって劣化して、該励磁コイルの絶縁性が損なわれるのを防止することができる。また、コイル支持部材が定着ベルトと対向しており、定着ベルトの曲面に沿って対向する曲面を容易に形成することができる。 In the electromagnetic induction heating device, since the coil support member is disposed between the excitation coil and the fixing belt, when the fixing belt is heated by electromagnetic induction, radiant heat from the fixing belt is blocked by the coil support member, Not easily transmitted to the excitation coil. Thereby, it can suppress that the temperature of an exciting coil rises, and it can prevent that the insulation coating of an exciting coil deteriorates with a heat | fever, and the insulation of this exciting coil is impaired. In addition, the coil support member faces the fixing belt, and a curved surface facing the curved surface of the fixing belt can be easily formed.
また、上記定着装置では、コイル支持部材と定着ベルトとの間隔を周方向に一定とし、励磁コイルの周囲に発生する磁界によって、定着ベルトの導電性層に有効な渦電流を発生し、効率良く加熱することができる。そして、コイル支持部材と定着ベルトとの間隔を適切に設定することによって、これらの部材の接触を防止し、定着ベルトの表面が傷付くのを防いで、良好な定着画像を得ることができる。 Further, in the above fixing device, the distance between the coil support member and the fixing belt is constant in the circumferential direction, and an effective eddy current is generated in the conductive layer of the fixing belt by the magnetic field generated around the exciting coil. Can be heated. By appropriately setting the distance between the coil support member and the fixing belt, contact between these members can be prevented, the surface of the fixing belt can be prevented from being damaged, and a good fixed image can be obtained.
さらに、上記押圧部材の弾性体は、定着ベルトの内周面に押圧され、この定着ベルトが周回移動することによって、周回方向の下流側へ突き出すように変形する。このため、定着ベルトは押圧部材の当接位置の下流側で加圧ロール側に押し出され、弾性体が突き出した部分に沿って大きな曲率で案内される。この部分で記録媒体はそれ自身の剛性により、ニップ出口における加圧ロールの接線方向へ排出される。これにより、定着ベルトは記録媒体から離れる方向に移動し、該定着ベルトから記録媒体が良好に剥離される。そして、上記電磁誘導加熱装置が有するコイル支持部材は、このように大きな曲率で案内される定着ベルトと周方向に一定の間隔を保持するため、定着ベルトが弾性体によって変形された状態で周回駆動されてもコイル支持部材等に接触するのが防止される。つまり、このように駆動時の定着ベルトの形状が複雑なものとなっても、コイル支持部材の形状は定着ベルトの形状に倣って容易に加工することができ、定着ベルトとの接触を防止するとともに、コイルを適切な位置に配置して効率の良い加熱を行うことができる。 Further, the elastic body of the pressing member is pressed against the inner peripheral surface of the fixing belt, and is deformed so as to protrude toward the downstream side in the rotating direction when the fixing belt rotates. For this reason, the fixing belt is pushed to the pressure roll side downstream of the contact position of the pressing member, and is guided with a large curvature along the portion where the elastic body protrudes. At this portion, the recording medium is discharged in the tangential direction of the pressure roll at the nip outlet due to its own rigidity. As a result, the fixing belt moves away from the recording medium, and the recording medium is favorably peeled from the fixing belt. The coil support member of the electromagnetic induction heating device keeps a constant distance in the circumferential direction from the fixing belt guided with such a large curvature, so that the fixing belt is deformed by an elastic body and driven around. Even if it is done, contact with the coil support member or the like is prevented. In other words, even if the shape of the fixing belt during driving becomes complicated as described above, the shape of the coil support member can be easily processed following the shape of the fixing belt, thereby preventing contact with the fixing belt. In addition, efficient heating can be performed by arranging the coil at an appropriate position.
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の定着装置において、前記コイル支持部材は、耐熱性及び断熱性を有する材料からなるものとする。 The invention according to claim 2 is the fixing device according to claim 1, wherein the coil supporting member, and made of a material having heat resistance and insulation properties.
上記コイル支持部材は耐熱性及び断熱性を有する材料からなるため、電磁誘導によって加熱された定着ベルトからの輻射熱によって、該コイル支持部材が変形しにくく、定着ベルトととの間隔を維持することができるとともに、このコイル支持部材によって定着ベルトからの輻射熱が励磁コイルに伝達されるのを防ぐことができる。そして、励磁コイルの絶縁被覆が熱によって劣化し、励磁コイルの絶縁性が損なわれるのを防止することができる。また、定着ベルトからの放熱量が減少するため、該定着ベルトを所定の温度に加熱するまでの時間を短縮し、消費電力を低減することができる。 Since the coil support member is made of a material having heat resistance and heat insulation, the coil support member is not easily deformed by the radiant heat from the fixing belt heated by electromagnetic induction, and the distance from the fixing belt can be maintained. In addition, the coil support member can prevent the radiant heat from the fixing belt from being transmitted to the exciting coil. And it can prevent that the insulation coating of an exciting coil deteriorates with a heat | fever, and the insulation of an exciting coil is impaired. Further, since the amount of heat released from the fixing belt is reduced, the time until the fixing belt is heated to a predetermined temperature can be shortened, and the power consumption can be reduced.
以上説明したように、本願発明によれば、コイル支持部材が定着ベルトの外周面と対向するように配置され、その外側に励磁コイルが支持されているため、定着ベルトが電磁誘導によって加熱されたとき、定着ベルトからの輻射熱がコイル支持部材によって遮断され、励磁コイルに伝達されにくく、励磁コイルの温度が上昇するのを抑えることができる。また、コイル支持部材を、定着ベルトの外周面と所定の間隔で対向する形状とすることによって、定着ベルトと接触するのが容易に防止される。 As described above, according to the present invention, the coil support member is disposed so as to face the outer peripheral surface of the fixing belt, and the excitation coil is supported on the outside thereof, so that the fixing belt is heated by electromagnetic induction. At this time, the radiant heat from the fixing belt is blocked by the coil support member and is not easily transmitted to the exciting coil, and the temperature of the exciting coil can be prevented from rising. Further, by making the coil support member have a shape facing the outer peripheral surface of the fixing belt at a predetermined interval, contact with the fixing belt can be easily prevented.
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention according to the present application will be described with reference to the drawings.
図１及び図２は、本願に係る発明の一実施形態である定着装置の概略断面図及び概略正面図である。なお、図２において、一部の部材は断面で示している。 1 and 2 are a schematic sectional view and a schematic front view of a fixing device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, some members are shown in cross section.
この定着装置は、無端状の周面を有する定着ベルト１と、この定着ベルト１の外周面に当接される加圧ロール２と、定着ベルト１の内周面に当接され、定着ベルト１を加圧ロール２に押圧する押圧パッド３と、該押圧パッドを支持するパッド支持部材４と、押圧パッド３と定着ベルト１との間に設けられており、摺動性が良く、耐摩耗性が高い摺動シート７と、定着ベルト１の外周面に沿って設けられ、該定着ベルト１を加熱する電磁誘導加熱装置５と、定着ベルト１の両側縁部の内周面に当接されているガイド部材６ａ、６ｂと、で構成されている。 The fixing device includes a fixing belt 1 having an endless peripheral surface, a pressure roll 2 that is in contact with the outer peripheral surface of the fixing belt 1, and an inner peripheral surface of the fixing belt 1. Is provided between the pressing pad 3 that presses the pressing roll 2, the pad support member 4 that supports the pressing pad, and the pressing pad 3 and the fixing belt 1, and has good slidability and wear resistance. Is provided along the outer peripheral surface of the fixing belt 1, the electromagnetic induction heating device 5 for heating the fixing belt 1, and the inner peripheral surfaces of both side edges of the fixing belt 1. Guide members 6a and 6b.
次に、上記定着装置が有する構成の詳細について説明する。 Next, details of the configuration of the fixing device will be described.
この定着ベルト１は、薄肉の導電性層を有する無端状の柔軟なベルトであり、周方向（図中、矢印方向）への周回移動が可能かつ、幅方向の両端部と定着ニップ部以外では基本的には他の部材と接触することがないように無張架で支持されている。上記定着ベルト１は、図３に示すように、その内側から、耐熱性の高いシート状部材からなる基層１ａと、当該基層１ａの上に積層された導電性層１ｂと、最も上層となる表面離型層１ｃとから構成されている。 The fixing belt 1 is an endless flexible belt having a thin conductive layer, and can be moved in the circumferential direction (in the direction of the arrow in the figure). Basically, it is supported by a non-tensioned rack so as not to come into contact with other members. As shown in FIG. 3, the fixing belt 1 includes, from the inside, a base layer 1a made of a sheet member having high heat resistance, a conductive layer 1b laminated on the base layer 1a, and the uppermost surface. And a release layer 1c.
上記基層１ａは、例えば、厚さ１０〜１００μｍ、更に好ましくは厚さ５０〜１００μｍの耐熱性の高いシートであり、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタラート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが挙げられる。 The base layer 1a is, for example, a sheet with high heat resistance having a thickness of 10 to 100 μm, more preferably 50 to 100 μm. For example, polyester, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, polyetherketone, polysulfone, polyimide, Examples thereof include those made of a synthetic resin having high heat resistance such as polyimide amide and polyamide.
上記導電性層１ｂは、電磁誘導加熱装置５によって生じる磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・アルミニウム・クロム等の金属層を１〜５０μｍ程度の厚みで形成したものが用いられ、電磁誘導で十分な発熱が得られるような固有抵抗値となるように材質が選択される。 The conductive layer 1b is a layer that generates heat by electromagnetic induction action of a magnetic field generated by the electromagnetic induction heating device 5, and a metal layer of iron, cobalt, nickel, copper, aluminum, chrome, etc. with a thickness of about 1 to 50 μm. The formed material is used, and the material is selected so as to have a specific resistance value that allows sufficient heat generation by electromagnetic induction.
上記表面離型層１ｃは、記録紙上に転写された未定着トナー像と、直接接する層であるため、離型性の良い材料を使用する必要がある。この表面離型層１ｃを構成する材料としては、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。上記表面離型層１ｃは、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、１０〜５０μｍの厚さでベルトの最上層に設けたものである。この表面離型層１ｃの厚さは、薄すぎると、耐磨耗性の面で耐久性が悪く、定着ベルト１の寿命が短くなってしまい、逆に、厚すぎると、ベルトの熱容量が大きくなり、ウォームアップに要する時間が長くなってしまう。 The surface release layer 1c is a layer that is in direct contact with the unfixed toner image transferred onto the recording paper, and therefore, it is necessary to use a material having good release properties. Examples of the material constituting the surface release layer 1c include perfluoroalkoxy fluororesin (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), silicon copolymer, or a composite layer thereof. The surface release layer 1c is one that is appropriately selected from these materials and is provided on the uppermost layer of the belt with a thickness of 10 to 50 μm. If the thickness of the surface release layer 1c is too thin, the durability is poor in terms of wear resistance, and the life of the fixing belt 1 is shortened. Conversely, if the thickness is too thick, the heat capacity of the belt increases. Therefore, the time required for warm-up becomes longer.
なお、この実施の形態では定着ベルトは３層構造となっているが、導電性層１ｂと表面離型層１ｃとの間に、トナー像の定着性・画質を向上させるために弾性層を設けたり、接着層や各層の保護層などを設けてもよい。また、耐熱性の樹脂層を導電性層の上にも積層し、二つの耐熱性樹脂層の間に導電性層を挟み込むものであってもよい。 In this embodiment, the fixing belt has a three-layer structure, but an elastic layer is provided between the conductive layer 1b and the surface release layer 1c in order to improve the fixability and image quality of the toner image. Alternatively, an adhesive layer or a protective layer for each layer may be provided. Alternatively, a heat resistant resin layer may be laminated on the conductive layer, and the conductive layer may be sandwiched between the two heat resistant resin layers.
本実施例では、上記定着ベルト１は、無拘束状態で内径約３０ｍｍの円形断面となるものであり、基層１ａは幅方向に座屈等が生じない程度の剛性を有するように７５μｍのポリイミドが用いられている。また、導電性層１ｂは、定着ベルト１の曲率が大きい場合でも永久変形やクラックが生じないように薄層であることが望ましく、基層１ａ上に蒸着又はメッキ等の手段によって１０μｍの銅の層が形成されている。さらに、導電性層１ｂ上には表面離型層１ｃとして、厚さ１０μｍのＰＦＡが積層されている。 In this embodiment, the fixing belt 1 has a circular cross section with an inner diameter of about 30 mm in an unconstrained state, and the base layer 1a is made of 75 μm polyimide so as to have a rigidity that does not cause buckling or the like in the width direction. It is used. The conductive layer 1b is desirably a thin layer so that permanent deformation and cracks do not occur even when the curvature of the fixing belt 1 is large. A 10 μm copper layer is formed on the base layer 1a by means of vapor deposition or plating. Is formed. Further, PFA having a thickness of 10 μm is laminated on the conductive layer 1b as the surface release layer 1c.
上記加圧ロール２は、金属製の円筒状芯金２ａを芯材とし、該芯金２ａの表面に表面離型層２ｂを備えており、該加圧ロール２と押圧パッド３とで定着ベルト１を挟持した状態に保持して定着ニップを形成している。そして、当該定着ニップに未定着トナー像が転写された記録紙を通過させることにより、熱及び圧力で未定着トナー像を記録紙上に定着して、定着画像を形成するようになっている。 The pressure roll 2 has a metal cylindrical cored bar 2a as a core material, and has a surface release layer 2b on the surface of the cored bar 2a. A fixing belt is formed by the pressure roll 2 and the pressing pad 3. The fixing nip is formed by holding 1 in a sandwiched state. Then, by passing the recording paper on which the unfixed toner image is transferred to the fixing nip, the unfixed toner image is fixed on the recording paper with heat and pressure to form a fixed image.
本実施例では、加圧ロール２は、直径φ２６ｍｍの中実の円筒状芯金２ａの表面に、表面離型層２ｂとして厚さ３０μｍのパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）を被覆したものが使用されている。この加圧ロール２は、２０ｋｇｆの荷重で定着ベルト１を介して押圧パッド３に圧接されており、駆動モータ（図示しない）によって周回駆動され、これにともなって定着ベルト１が従動回転する。 In this embodiment, the pressure roll 2 is a surface of a solid cylindrical cored bar 2a having a diameter of 26 mm and coated with a 30 μm thick perfluoroalkoxy fluororesin (PFA) as the surface release layer 2b. Has been. The pressure roll 2 is pressed against the pressing pad 3 via the fixing belt 1 with a load of 20 kgf, and is driven by a driving motor (not shown) so that the fixing belt 1 is driven to rotate.
上記押圧パッド３は、図４に示すように、台座３ａに接着された弾性部材３ｂを備え、定着ベルト１を加圧ロール２に押し付けるものであり、弾性部材３ｂと加圧ロール２との間にニップ部が形成される。弾性部材３ｂは、図４に示すように、ニップ部の上流側から下流側にかけて厚さが増大しており、弾性部材３ｂの摺動シート７を介して定着ベルト１と当接される面１１が、加圧ロール２とほぼ同じ曲率を有する形状に湾曲している。この弾性部材３ｂが定着ベルト１の内面に押圧されると、弾性部材３ｂの厚さが増大している下流部１２が下流側に膨らみだすように変形し、さらに、定着ベルト１の周回移動にともなって、図１に示すように、定着ベルト１の移動方向の下流側へ摩擦力が作用して突き出すように変形する。 As shown in FIG. 4, the pressing pad 3 includes an elastic member 3 b bonded to a pedestal 3 a and presses the fixing belt 1 against the pressure roll 2. Between the elastic member 3 b and the pressure roll 2, A nip portion is formed on the surface. As shown in FIG. 4, the elastic member 3 b increases in thickness from the upstream side to the downstream side of the nip portion, and the surface 11 that comes into contact with the fixing belt 1 via the sliding sheet 7 of the elastic member 3 b. However, it is curved into a shape having substantially the same curvature as the pressure roll 2. When the elastic member 3b is pressed against the inner surface of the fixing belt 1, the downstream portion 12 in which the thickness of the elastic member 3b increases is deformed so as to bulge to the downstream side. At the same time, as shown in FIG. 1, the fixing belt 1 is deformed so that it protrudes due to the frictional force acting downstream in the moving direction.
本実施例では、上記押圧パッド３は、ＳＵＳ、鉄等の金属又は耐熱性を有する樹脂等からなる台座３ａ上に、弾性部材３ｂとしてゴム硬度３５°（ＪＩＳ Ｋ ６３０１、ＪＩＳ Ａ又はＪＩＳ Ｋ ６２５３、デュロメータタイプＡスプリング式）、のシリコーンゴムが積層されている。このシリコーンゴムは周方向の水平長さが８．５ｍｍ、上流側の厚みが２．５ｍｍ、下流側の厚みが５ｍｍであり、曲率半径が１２ｍｍとなっている。 In this embodiment, the pressing pad 3 has a rubber hardness of 35 ° (JIS K 6301, JIS A or JIS K 6253) as an elastic member 3b on a pedestal 3a made of a metal such as SUS or iron or a resin having heat resistance. , Durometer type A spring type) silicone rubber is laminated. This silicone rubber has a horizontal horizontal length of 8.5 mm, an upstream thickness of 2.5 mm, a downstream thickness of 5 mm, and a curvature radius of 12 mm.
上記摺動シート７は、摺動性が良く、耐摩耗性に優れ、かつ熱に強い材料である必要があり、例えば、フッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート（中興化成工業：ＦＧＦ４００−４等）、オイルを保持しやすいゴアテックス（登録商標）のシートなどが用いられている。さらに定着ベルト１の内面には、シリコンオイル、フッ素オイル等の潤滑剤を塗布してもよい。これにより、定着ベルト１は加圧ロール２に従動して加圧ロール２とほぼ同じ速度で周回し、加圧ロール２の駆動負荷を低減することができるものとなっている。 The sliding sheet 7 needs to be a material having good slidability, excellent wear resistance and heat resistance. For example, a glass fiber sheet impregnated with a fluororesin (Chuko Chemical Industries: FGF400-4, etc.) ), GORE-TEX (registered trademark) sheets that are easy to hold oil are used. Further, a lubricant such as silicon oil or fluorine oil may be applied to the inner surface of the fixing belt 1. As a result, the fixing belt 1 is driven by the pressure roll 2 and circulates at substantially the same speed as the pressure roll 2, and the driving load of the pressure roll 2 can be reduced.
上記パッド支持部材４は、図５に示すように、定着ベルト１の幅方向に軸線を有する棒状部材であり、この棒状部材の両端部４ａは切り欠かれて中央部付近より断面が小さくなっており、ガイド部材６が嵌め合わされる。この棒状部材の加圧ロール２と対向する部分には切り欠きが形成されており、この切り欠きに摺動シート７を挟み込むとともに押圧パッド３を嵌め合わせ、定着ベルト１を介して加圧ロール２から押圧パッド３に作用する圧接力を、この棒状部材によって負担する。パッド支持部材４の材料としては、たわみを一定量以下に抑えるためにある程度の剛性を有するとともに、電磁誘導加熱装置５による磁束の影響によって加熱されないものが望ましく、本実施例では、ガラス入りＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を使用している。この他、ガラス入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、液晶ポリマー等の耐熱性の樹脂や耐熱ガラスを用いることもできる。 As shown in FIG. 5, the pad support member 4 is a rod-shaped member having an axis in the width direction of the fixing belt 1, and both end portions 4a of the rod-shaped member are notched so that the cross-section is smaller than the vicinity of the central portion. And the guide member 6 is fitted. A notch is formed in a portion of the rod-like member facing the pressure roll 2, the sliding sheet 7 is sandwiched in the notch and the pressing pad 3 is fitted, and the pressure roll 2 is interposed via the fixing belt 1. A pressure contact force acting on the pressing pad 3 is borne by the rod-shaped member. The material of the pad support member 4 is preferably a material having a certain degree of rigidity so as to suppress the deflection to a certain amount or less and not heated by the influence of the magnetic flux by the electromagnetic induction heating device 5. In this embodiment, the PPS (with glass) Polyphenylene sulfide) is used. In addition, a heat-resistant resin such as glass-filled PET (polyethylene terephthalate) or a liquid crystal polymer, or heat-resistant glass can be used.
上記ガイド部材６は耐熱性樹脂からなり、図５に示すように、エッジガイド部２１と、内面ガイド部２２と、支持部２３とを備えるものである。エッジガイド部２１及び内面ガイド部２２の中央部付近には、パッド支持部材４の両端部４ａとほぼ同じ形状の切り欠き部２４が設けられており、この切り欠き部２４をパッド支持部材４の両端部４ａに嵌め合わせる。そして、内面ガイド部２２の端面２２ａがパッド支持部材４の断面が拡大している位置の垂直面に当接される。 The guide member 6 is made of a heat-resistant resin, and includes an edge guide portion 21, an inner surface guide portion 22, and a support portion 23 as shown in FIG. In the vicinity of the center portion of the edge guide portion 21 and the inner surface guide portion 22, a notch portion 24 having substantially the same shape as both end portions 4 a of the pad support member 4 is provided, and this notch portion 24 is formed on the pad support member 4. Fit to both ends 4a. And the end surface 22a of the inner surface guide part 22 is contact | abutted to the vertical surface of the position where the cross section of the pad support member 4 is expanded.
内面ガイド部２２は、ほぼ円筒曲面を有する部材であり、周方向の一部が切り欠かれ、この部分に押圧パッド３が配置される。内面ガイド部２２の曲面は、定着ベルト１の内周面の両側縁付近に当接され、定着ベルト１は内面ガイド部２２の外周面及び押圧パッド３の表面に沿った形状に拘束される。そして、定着ベルト１の両側縁付近は無張力状態もしくは所定の張力が導入された状態で内面ガイド部２２の曲面上を摺動する。これにともない、定着ベルト１の幅方向における中央部は、図１又は図２に示すように、押圧パッド３以外には内面に当接されるものがなくても自身の剛性によってほぼ一定の形状を維持し、パッド支持部材４から離れた位置に保持される。 The inner surface guide part 22 is a member having a substantially cylindrical curved surface, a part in the circumferential direction is cut away, and the pressing pad 3 is disposed in this part. The curved surface of the inner surface guide portion 22 is in contact with the vicinity of both side edges of the inner peripheral surface of the fixing belt 1, and the fixing belt 1 is constrained to a shape along the outer peripheral surface of the inner surface guide portion 22 and the surface of the pressing pad 3. The vicinity of both side edges of the fixing belt 1 slides on the curved surface of the inner surface guide portion 22 with no tension or with a predetermined tension introduced. Accordingly, as shown in FIG. 1 or FIG. 2, the central portion in the width direction of the fixing belt 1 has a substantially constant shape depending on its own rigidity even if there is nothing to contact the inner surface other than the pressing pad 3. And is held at a position away from the pad support member 4.
エッジガイド部２１は、内面ガイド部２２より径が拡大されて張り出しており、パッド支持部材４の両端部４ａに嵌め合わされると、エッジガイド部２１は定着ベルト１の両縁部に近接又は当接される。これにより、定着ベルト１は、エッジガイド部２１によって幅方向の動きが規制されるため、安定した状態で周回駆動される。 The edge guide portion 21 has a diameter larger than that of the inner surface guide portion 22 and protrudes. When the edge guide portion 21 is fitted to both end portions 4 a of the pad support member 4, the edge guide portion 21 is close to or close to both edge portions of the fixing belt 1. Touched. As a result, the fixing belt 1 is rotationally driven in a stable state because movement in the width direction is restricted by the edge guide portion 21.
上記電磁誘導加熱装置５は、曲面を有する板状部材からなり内側の曲面が定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材５ａと、コイル支持部材５ａの外側の曲面上に支持され、励磁回路５ｄによって交流電流が供給される励磁コイル５ｂと、励磁コイルの外側に設けられた磁場遮蔽部材５ｃと、で主要部が構成されている。この電磁誘導加熱装置５は、コイル支持部材５ａの周方向における中心部が、ニップ部から上下流側へほぼ等距離となる位置に、定着ベルト１の外周面と所定の間隙をおいて配置されている。そして、コイル支持部材５ａが定着ベルト１の外周面に沿って約１８０°の領域を覆い、励磁コイル５ｂが約１５０°の領域を覆っている。 The electromagnetic induction heating device 5 includes a coil support member 5a which is formed of a plate-like member having a curved surface and is arranged so that the inner curved surface faces the outer peripheral surface of the fixing belt with a gap therebetween, and the outer side of the coil support member 5a. The main part is composed of an excitation coil 5b supported on a curved surface and supplied with an alternating current by an excitation circuit 5d, and a magnetic shielding member 5c provided outside the excitation coil. The electromagnetic induction heating device 5 is disposed at a position where the central portion in the circumferential direction of the coil support member 5a is substantially equidistant from the nip portion to the upstream and downstream sides with a predetermined gap from the outer peripheral surface of the fixing belt 1. ing. The coil support member 5a covers a region of about 180 ° along the outer peripheral surface of the fixing belt 1, and the excitation coil 5b covers a region of about 150 °.
上記コイル支持部材５ａは、励磁コイル５ｂの形状を維持するものであり、加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１の表面に沿って湾曲した形状となっている。本実施例では、コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなっている。これにより、励磁コイル５ｂも、周回駆動される定着ベルト１に対して所定の間隔に保持される。このコイル支持部材５ａとしては、断熱性、耐熱性、絶縁性を有する非磁性材料を用いることができ、本実施例では、厚さ１ｍｍの発泡ポリプロピレンを用いている。これにより、コイル支持部材５ａは熱によって変形しにくいものとなり、コイル支持部材５ａと定着ベルト１との間隙が保持されるとともに、定着ベルト１からコイル支持部材５ａへ伝達される熱量が低減される。また、励磁コイル５ｂと定着ベルト１間の電気的絶縁が確保され、励磁コイル５ｂからの電流のリークを防ぐことができる。 The coil support member 5a maintains the shape of the exciting coil 5b and has a curved shape along the surface of the fixing belt 1 that is driven to rotate in a heated state. In this embodiment, the distance between the coil support member 5a and the fixing belt 1 that is driven to rotate in a heated state is 1.5 mm at each position in the circumferential direction. As a result, the exciting coil 5b is also held at a predetermined interval with respect to the fixing belt 1 that is driven to rotate. As the coil support member 5a, a nonmagnetic material having heat insulation, heat resistance, and insulation can be used. In this embodiment, foamed polypropylene having a thickness of 1 mm is used. As a result, the coil support member 5a is not easily deformed by heat, the gap between the coil support member 5a and the fixing belt 1 is maintained, and the amount of heat transmitted from the fixing belt 1 to the coil support member 5a is reduced. . Further, electrical insulation between the exciting coil 5b and the fixing belt 1 is ensured, and current leakage from the exciting coil 5b can be prevented.
上記励磁コイル５ｂは、本実施例では、互いに絶縁された直径０．５ｍｍの銅線材を１６本束ねたリッツ線が用いられている。そして、連続したリッツ線が定着ベルト１の幅方向に平行に配置され、平行部分の両端部で折り返して巻き回された状態で、コイル支持部材５ａの外周面上に保持されている。 In this embodiment, the exciting coil 5b is a litz wire in which 16 copper wires having a diameter of 0.5 mm that are insulated from each other are bundled. And the continuous litz wire is arrange | positioned in parallel with the width direction of the fixing belt 1, and is hold | maintained on the outer peripheral surface of the coil support member 5a in the state folded and wound by the both ends of the parallel part.
上記磁束遮蔽部材５ｃは、鉄、コバルト、ニッケル、フェライト等の磁性材料が用いられる。この磁束遮蔽部材５ｃは、励磁コイル５ｂで発生した磁束を集めて磁路を形成するものであり、効率の良い加熱を可能とすると同時に、磁束が定着装置外に漏れて、周辺部材が加熱されるのを防止するためのものである。 The magnetic flux shielding member 5c is made of a magnetic material such as iron, cobalt, nickel, or ferrite. The magnetic flux shielding member 5c collects the magnetic flux generated by the exciting coil 5b to form a magnetic path. The magnetic flux can be efficiently heated, and at the same time, the magnetic flux leaks out of the fixing device and the peripheral members are heated. This is to prevent the problem.
上記励磁回路５ｄから励磁コイル５ｂに交流電流が供給されると、励磁コイル５ｂの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。交流電流の周波数は、例えば、１０〜５０ｋＨｚに設定されるが、本実施例では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚに設定されている。そして、この磁束が定着ベルト１の導電性層１ｂを横切るとき、その磁界の変化を妨げる磁界を生じるように導電性層中に渦電流が発生し、導電性層１ｂの表皮抵抗に比例した電力（Ｗ＝Ｉ2Ｒ）でジュール熱が発生する。これにより、定着ベルト１が所定の温度まで加熱される。 When an alternating current is supplied from the excitation circuit 5d to the excitation coil 5b, the magnetic flux repeatedly generates and disappears around the excitation coil 5b. The frequency of the alternating current is set to, for example, 10 to 50 kHz. In this embodiment, the frequency of the alternating current is set to 30 kHz. When this magnetic flux crosses the conductive layer 1b of the fixing belt 1, an eddy current is generated in the conductive layer so as to generate a magnetic field that hinders the change of the magnetic field, and power proportional to the skin resistance of the conductive layer 1b. Joule heat is generated at (W = I 2 R). Thereby, the fixing belt 1 is heated to a predetermined temperature.
この電磁誘導加熱装置５では、交流電流の周波数が３０ｋＨｚのとき、電磁誘導によって適切な発熱量を得るためには、励磁コイル５ｂと定着ベルト１の表面との距離を２．５ｍｍ以下にする必要がある。この距離が３ｍｍ以上になると、定着ベルト１への磁気的な影響が弱くなり、所定の有効電力を得るためには、コイルを流れる電流が増えて、コイルが自己発熱したり、電源のスイッチング素子に流れる電流が定格電流値を超えて素子が発熱して、電力効率が落ちてしまう。また、そのような状態のまま連続で装置を使用すると、電源のスイッチング素子の破損にもつながる。 In this electromagnetic induction heating device 5, when the frequency of the alternating current is 30 kHz, the distance between the exciting coil 5b and the surface of the fixing belt 1 needs to be 2.5 mm or less in order to obtain an appropriate amount of heat generation by electromagnetic induction. There is. When this distance is 3 mm or more, the magnetic influence on the fixing belt 1 is weakened, and in order to obtain a predetermined effective power, the current flowing through the coil increases, the coil self-heats, or the switching element of the power source The current flowing in the current exceeds the rated current value, the element generates heat, and the power efficiency falls. Further, if the device is continuously used in such a state, the switching element of the power supply is also damaged.
本実施例では、厚さ１ｍｍのコイル支持部材５ａが設けられているため、コイル支持部材５ａと定着ベルト１の表面との距離を１．５ｍｍ以下とすることによって、励磁コイル５ｂと定着ベルト１の表面との距離を２．５ｍｍ以下とすることができる。 In this embodiment, since the coil support member 5a having a thickness of 1 mm is provided, the excitation coil 5b and the fixing belt 1 are set by setting the distance between the coil support member 5a and the surface of the fixing belt 1 to 1.5 mm or less. The distance from the surface can be 2.5 mm or less.
次に、上記定着装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fixing device will be described.
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーによるトナー像Ｔが画像信号に基づいて形成され、図示しない転写装置により記録紙Ｐに転写される。これらのトナーは、熱可塑性樹脂性のバインダに着色顔料を含有させることによって構成されている。 A toner image T of four color toners of yellow, magenta, cyan, and black is formed based on the image signal, and transferred to the recording paper P by a transfer device (not shown). These toners are constituted by containing a color pigment in a thermoplastic resin binder.
一方、トナー像を形成する動作が開始されるのとほぼ同時に、加圧ロール２の駆動モータ（図示しない）及び電磁誘導加熱装置５に電力が供給される。そして、加圧ロール２が回転すると、これに従動して定着ベルト１が回転を開始し、電磁誘導加熱装置５と対向する加熱領域を通過する際に、トナー像Ｔを加熱溶融するのに適当な温度まで加熱される。このとき、定着ベルト１は、両側縁付近は内面ガイド部２２に接触して摺動するが、中央部は押圧パッド３以外の部材に接触することなく周回移動している。したがって、他の部材に熱を奪われることが少なく、効率の良い加熱が行われる。 On the other hand, almost simultaneously with the start of the operation for forming the toner image, power is supplied to the drive motor (not shown) of the pressure roll 2 and the electromagnetic induction heating device 5. Then, when the pressure roll 2 rotates, the fixing belt 1 starts to rotate following this, and is suitable for heating and melting the toner image T when passing through the heating area facing the electromagnetic induction heating device 5. Heated to a certain temperature. At this time, the fixing belt 1 slides in contact with the inner surface guide portion 22 in the vicinity of both side edges, but the central portion moves around without contacting any member other than the pressing pad 3. Therefore, heat is not taken away by other members, and efficient heating is performed.
定着ベルト１が所定の温度まで加熱されると、未定着トナー像を担持した記録紙Ｐが、定着ベルト１と加圧ロール２とが接するニップ部に送り込まれる。ニップ部内では、定着ベルト１は加圧ロール２の周面に沿って湾曲しており、記録紙Ｐは定着ベルトに密接して搬送され、トナー像は定着ベルト１によって加熱溶融されると同時に、加圧ロール２と押圧パッド３との圧接力によって記録紙Ｐに圧着される。 When the fixing belt 1 is heated to a predetermined temperature, the recording paper P carrying an unfixed toner image is fed into a nip portion where the fixing belt 1 and the pressure roll 2 are in contact with each other. In the nip portion, the fixing belt 1 is curved along the peripheral surface of the pressure roll 2, the recording paper P is conveyed in close contact with the fixing belt, and the toner image is heated and melted by the fixing belt 1. It is pressed against the recording paper P by the pressure contact force between the pressure roll 2 and the pressing pad 3.
一方、ニップ部出口付近では、押圧パッド３が有する弾性部材３ｂの下流部１２が、定着ベルトの移動方向の下流側へ突き出すように変形している。また、定着ベルト１の中央部は、押圧パッド３以外の部材には拘束されず、張力が作用しない状態で周回している。このため、定着ベルト１は、弾性部材３ｂが下流側に突き出した部分に拘束され、加圧ロール２の周面に沿って移動する。そして、突き出した部分の先端からは、ガイド部材６による拘束の影響を受けて大きな曲率で曲げ回される。 On the other hand, in the vicinity of the exit of the nip portion, the downstream portion 12 of the elastic member 3b of the pressing pad 3 is deformed so as to protrude downstream in the moving direction of the fixing belt. Further, the central portion of the fixing belt 1 is not constrained by any member other than the pressing pad 3 and circulates in a state where no tension is applied. For this reason, the fixing belt 1 is restrained by the portion where the elastic member 3 b protrudes downstream, and moves along the peripheral surface of the pressure roll 2. And from the front-end | tip of the protruded part, it is bent with a big curvature under the influence of restraint by the guide member 6. FIG.
これに対し、定着ベルト１と加圧ロール２との間で搬送される記録紙Ｐは、弾性部材３ｂが下流側に突き出した部分で加圧ロール２の周面に沿って移動し、弾性部材３ｂが突き出した部分の先端より下流側では、記録紙自身の剛性によって加圧ロール２のほぼ接線方向（図１中に一点鎖線で示す方向）へ進行しようとする。したがって、大きく曲げ回される定着ベルト１は記録紙Ｐから引き離される。 On the other hand, the recording paper P conveyed between the fixing belt 1 and the pressure roll 2 moves along the peripheral surface of the pressure roll 2 at a portion where the elastic member 3b protrudes downstream, and the elastic member On the downstream side of the tip of the protruding portion of 3b, the recording paper itself tends to advance in a substantially tangential direction (direction indicated by a one-dot chain line in FIG. 1) due to the rigidity of the recording paper itself. Accordingly, the fixing belt 1 bent largely is pulled away from the recording paper P.
定着動作が終了すると、電磁誘導加熱装置５への電力供給がオフになり、定着ベルト１の周回が停止し、熱容量の小さい定着ベルト１は急激に温度が低下して硬化する。これにより、ニップ部出口付近において弾性部材３ｂの先端から大きな曲率で曲げ回される形状、及びニップ部内では該ニップ部に沿った形状が定着ベルトに残留し、いわゆるニップ痕が生じる。そして、再び定着動作が開始されたとき、定着ベルト１が温度上昇して軟化するまでは、該定着ベルト１は、ニップ痕が生じた部分が周面と直角方向に張り出した状態で周回駆動される。このため、図６に示すように、従来のように電磁誘導加熱装置５´が停止状態の定着ベルト１と所定の間隙をおいて配置されている場合には、定着動作開始直後、特にニップ部の下流側において電磁誘導加熱装置５´と周回駆動される定着ベルト１´とが接触するおそれがある。 When the fixing operation is completed, the power supply to the electromagnetic induction heating device 5 is turned off, the rotation of the fixing belt 1 is stopped, and the fixing belt 1 having a small heat capacity is rapidly lowered in temperature and cured. As a result, a shape that is bent with a large curvature from the tip of the elastic member 3b near the exit of the nip portion, and a shape along the nip portion in the nip portion remains on the fixing belt, and so-called nip marks are generated. When the fixing operation is started again, until the temperature of the fixing belt 1 is increased and the fixing belt 1 is softened, the fixing belt 1 is driven in a state where a portion where the nip mark is generated projects in a direction perpendicular to the peripheral surface. The Therefore, as shown in FIG. 6, when the electromagnetic induction heating device 5 'is arranged with a predetermined gap from the stationary fixing belt 1 as in the prior art, immediately after the start of the fixing operation, particularly in the nip portion. There is a possibility that the electromagnetic induction heating device 5 ′ and the fixing belt 1 ′ that is driven to rotate come into contact with each other on the downstream side.
図７は、本実施例におけるコイル支持部材５ａと定着ベルト１とが対向する部分の拡大断面図である。この図において、符号１は停止時であって真円状態の定着ベルトの位置、符号１´はコイル支持部材５ａに最も接近するとき、すなわち非加熱空回転時であってニップ痕が付いているときの定着ベルトが振れる最も外側の位置、符号１″は所定の温度まで加熱されて定着動作を行なっているときの定着ベルトの位置を示すものである。なお、定着動作時には、定着ベルト１は１７０℃となるようにコントロールされる。そして、表１は、非加熱空回転時の定着ベルト１´又は定着動作時の定着ベルト１″の、停止時の定着ベルト１からの膨らみ量について、周方向の各位置において測定した結果である。なお、ベルトが凹んでいる場所（位置ｅ）についてはマイナスで表記した。具体的な実験条件としては、加圧ロール２による押圧荷重は２０ｋｇｆであり、加圧ロール２の回転周速度、すなわち定着ベルト１の周面の移動速度は１０４ｍｍ／ｓである。 FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion where the coil support member 5a and the fixing belt 1 face each other in this embodiment. In this figure, reference numeral 1 is the position of the fixing belt in a completely circular state when it is stopped, and reference numeral 1 'is the closest to the coil support member 5a, that is, during non-heated idling and has a nip mark. The outermost position at which the fixing belt swings, reference numeral 1 ″, indicates the position of the fixing belt when it is heated to a predetermined temperature and the fixing operation is performed. The temperature is controlled to be 170 ° C. Table 1 shows the amount of swelling of the fixing belt 1 ′ during non-heating idling or the fixing belt 1 ″ during fixing operation from the fixing belt 1 when stopped. It is the result measured at each position in the direction. The place where the belt is recessed (position e) is indicated by a minus sign. As specific experimental conditions, the pressing load by the pressure roll 2 is 20 kgf, and the rotational peripheral speed of the pressure roll 2, that is, the moving speed of the peripheral surface of the fixing belt 1 is 104 mm / s.
表１によると、定着ベルト１がコイル支持部材５ａと対向する部分において最も外側へ膨らむのはニップ部の下流側の位置（位置ａ）であり、非加熱空回転時に真円状態よりも２．４ｍｍ膨らむことが解かる。本実施例では、コイル支持部材５ａは、該コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなるように湾曲した形状となっている。この位置ａでは、加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″は真円状態よりも１．４ｍｍ膨らんでおり、コイル支持部材５ａと真円状態の定着ベルト１との距離は２．９ｍｍとなっている。すなわち、定着ベルト１は、コイル支持部材５ａに最接近したときでもコイル支持部材５ａとの距離が０．５ｍｍ確保されているため、コイル支持部材５ａと接触するのが防止される。そして、この接触によって定着ベルト１の表面が傷付くのを防いで、良好な定着画像を得ることができる。
According to Table 1, it is the position (position a) on the downstream side of the nip portion where the fixing belt 1 swells outward at the portion facing the coil support member 5a. It can be seen that it expands by 4 mm. In this embodiment, the coil support member 5a is curved so that the distance between the coil support member 5a and the fixing belt 1 ″ that is driven to rotate in a heated state is 1.5 mm at each position in the circumferential direction. At this position a, the fixing belt 1 ″ which is driven to rotate in a heated state swells by 1.4 mm from the perfect circle state, and the coil support member 5 a and the perfect fixing belt 1 in the perfect circle state The distance is 2.9 mm. That is, even when the fixing belt 1 is closest to the coil support member 5a, the distance from the coil support member 5a is ensured to be 0.5 mm, so that contact with the coil support member 5a is prevented. The contact prevents the surface of the fixing belt 1 from being damaged, and a good fixed image can be obtained.
次に、コイル支持部材５ａの材料として、本実施例の発泡ポリプロピレンと、従来例のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）とを用いた場合について、連続して定着動作を行なった時の励磁コイル５ｂの温度変化を図８に示す。この実験では、加圧ロール２による押圧荷重を２０ｋｇｆとし、加圧ロール２の回転周速度、すなわち定着ベルト１の周面の移動速度を１０４ｍｍ／ｓとし、定着ベルト１を定着が可能となる所定の温度（ここでは１８０℃）まで加熱する時の電力（ウォームアップ電力）を１２００Ｗとした。また、ウォームアップ後には、定着ベルト１は１７０℃となるようにコントロールされる。そして、Ａ４用紙（坪量７０ｇ／ｍ2：富士ゼロックス社製 Ｃ2紙）１００枚を、ロングエッジを加圧ロール２の軸線と平行にして毎分２２枚のスピードで通紙し、このときの励磁コイル５ｂの定着ベルト側の面における温度を測定した。 Next, regarding the case where the foamed polypropylene of this embodiment and the conventional PPS (polyphenylene sulfide) are used as the material of the coil support member 5a, the temperature change of the exciting coil 5b when the fixing operation is continuously performed. Is shown in FIG. In this experiment, the pressure load by the pressure roll 2 is 20 kgf, the rotational peripheral speed of the pressure roll 2, that is, the moving speed of the peripheral surface of the fixing belt 1 is 104 mm / s, and the fixing belt 1 can be fixed. The power (warm-up power) when heating to a temperature of 180 ° C. (here, 180 ° C.) was 1200 W. Further, after the warm-up, the fixing belt 1 is controlled to be 170 ° C. Then, A4 paper (basis weight 70 g / m 2: manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd. C 2 paper) 100 sheets, and the sheet passing per minute 22 sheets speed and long edges parallel to the axis of the pressure roll 2, this time The temperature on the fixing belt side surface of the exciting coil 5b was measured.
図８より、ＰＰＳからなるコイル支持部材を用いた場合には、励磁コイル５ｂの温度は通紙枚数が約８０枚となるまでほぼ直線的に上がり、約１６０℃に達したとき平衡状態となっている。一方、本実施例のように、発泡ポリプロピレンからなるコイル支持部材を用いて励磁コイル５ｂと定着ベルト１との間を断熱した場合には、通紙枚数が約７０枚のとき励磁コイル５ｂの温度が約１３０℃に達し、平衡状態となっている。すなわち、コイル支持部材５ａとして断熱性を有する材料を使用することによって、定着ベルト１の熱が励磁コイル５ｂに伝達しにくくなり、励磁コイル５ｂの絶縁被覆が高温まで加熱されて破損してしまうのを防止することができる。 As shown in FIG. 8, when a coil support member made of PPS is used, the temperature of the exciting coil 5b rises almost linearly until the number of sheets passed reaches about 80, and reaches an equilibrium state when it reaches about 160 ° C. ing. On the other hand, when the coil support member made of foamed polypropylene is used to insulate between the excitation coil 5b and the fixing belt 1 as in this embodiment, the temperature of the excitation coil 5b is approximately 70 sheets. Reaches about 130 ° C. and is in an equilibrium state. That is, by using a heat-insulating material as the coil support member 5a, the heat of the fixing belt 1 becomes difficult to be transmitted to the exciting coil 5b, and the insulating coating of the exciting coil 5b is heated to a high temperature and is damaged. Can be prevented.
また、表２は、上記の実験において、定着ベルト１を室温（２５℃）から定着可能な温度（１８０℃）まで加熱する時間（ウォームアップタイム）及び、通紙時に定着ベルト１の温度を１７０℃に保つために必要な電力（ランニング電力）を、本実施例と従来例とで比較した結果である。本実施例では定着ベルト１からの輻射熱がコイル支持部材５ａに伝達しにくく、定着ベルトからの放熱量が低減されるとともに、コイル支持部材５ａと加熱された状態で周回駆動される定着ベルト１″との間隔が、周方向の各位置において１．５ｍｍとなっている。このため、電磁誘導によって定着ベルト１を効率良くかつ周方向にほぼ均一に加熱することができ、従来例よりウォームアップタイムを短縮し、ランニング電力を低減することができる。 Table 2 also shows that in the above experiment, the fixing belt 1 is heated from room temperature (25 ° C.) to a temperature at which fixing can be performed (180 ° C.) (warm up time), and the temperature of the fixing belt 1 is set to 170 when paper is passed. It is the result of comparing the power (running power) necessary for maintaining the temperature in this example and the conventional example. In this embodiment, the radiant heat from the fixing belt 1 is difficult to be transmitted to the coil support member 5a, the amount of heat released from the fixing belt is reduced, and the fixing belt 1 ″ that is driven to rotate around the coil support member 5a is heated. Thus, the fixing belt 1 can be heated efficiently and substantially uniformly in the circumferential direction by electromagnetic induction, and the warm-up time is higher than that of the conventional example. And running power can be reduced.
１：定着ベルト、 ２：加圧ロール、 ３：押圧パッド、 ４：パッド支持部材、 ５：電磁誘導加熱装置、 ５ａ：コイル支持部材、 ５ｂ：励磁コイル、 ５ｃ：磁場遮蔽部材、 ５ｄ：励磁回路、 ６：ガイド部材、 ７：摺動シート、 ２１：エッジガイド部、 ２２：内面ガイド部、 ２３：支持部、 ２４：切り欠き部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Fixing belt, 2: Pressure roll, 3: Press pad, 4: Pad support member, 5: Electromagnetic induction heating apparatus, 5a: Coil support member, 5b: Excitation coil, 5c: Magnetic field shielding member, 5d: Excitation circuit 6: guide member, 7: sliding sheet, 21: edge guide part, 22: inner surface guide part, 23: support part, 24: notch part
Claims (2)
前記定着ベルトの外周面が押圧され、周回駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧ロールと、
前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧ロールに押しつける押圧部材と、
前記定着ベルトが有する金属層に渦電流を誘導して発熱させる電磁誘導加熱装置と、を有し、
前記電磁誘導加熱装置は、
曲面を有する板状部材からなり、内側の曲面が前記定着ベルトの外周面と間隙をおいて対向するように配置されたコイル支持部材と、
前記コイル支持部材の外側の曲面上に支持され、励磁回路によって交流電流が供給される励磁コイルと、を有するものであり、
前記押圧部材は、前記定着ベルトの内周面に接触する弾性体を有するものであり、
該弾性体は、前記押圧部材の圧接によって、前記定着ベルトの周回方向の上流側より下流側へ大きく突き出すように変形し、
前記定着ベルトは前記弾性体が上流側及び下流側に突き出した部分の先端に沿って案内されて、下流側の曲率が上流側より大きくなっており、
前記コイル支持部材は、周回駆動されて定着動作を行う温度まで加熱されているときの前記定着ベルトの外周面との間隔が周方向に一定となるように湾曲した形状となっていることを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt supported so as to be able to circulate in a stretched state in the circumferential direction;
A pressure roll for driving the fixing belt in a circular manner by pressing and rotating the outer peripheral surface of the fixing belt;
A pressing member that is in contact with the inner peripheral surface of the fixing belt and presses the fixing belt against the pressure roll;
An electromagnetic induction heating device that induces eddy currents to generate heat in the metal layer of the fixing belt, and
The electromagnetic induction heating device is
A coil support member made of a plate-like member having a curved surface, and arranged so that the inner curved surface faces the outer peripheral surface of the fixing belt with a gap therebetween;
An excitation coil supported on the outer curved surface of the coil support member and supplied with an alternating current by an excitation circuit,
The pressing member has an elastic body that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt,
The elastic body is deformed so as to largely protrude from the upstream side in the circumferential direction of the fixing belt to the downstream side by the pressure contact of the pressing member,
The fixing belt is guided along the tip of the portion where the elastic body protrudes upstream and downstream, and the curvature on the downstream side is larger than that on the upstream side,
The coil support member has a curved shape so that a distance from the outer peripheral surface of the fixing belt is constant in the circumferential direction when the coil support member is driven to a temperature that is driven to rotate and perform a fixing operation. A fixing device.
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