JP4725018B2 - 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形成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 forming 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直接転写した後、あるいは、トナー像を中間転写体に一次転写してから記録媒体に二次転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱して記録媒体に圧着する方法が広く採用されている。 In general, the process of fixing a toner image in an image forming apparatus using powdered toner is performed after the toner image is electrostatically directly transferred onto a recording medium or after the toner image is primarily transferred to an intermediate transfer member. A method is widely employed in which after a secondary transfer to a recording medium, the recording medium is sandwiched between a heating member and a pressure member, and the toner image is heated and pressure-bonded to the recording medium.
定着装置としては、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定着ロールと、この定着ロールに押圧される加圧ロールとで構成されるものがあり、定着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する。 Examples of the fixing device include a fixing roll having a heating element such as a halogen lamp inside a cylindrical metal core and a pressure roll pressed against the fixing roll. A recording medium carrying an unfixed toner image is sandwiched between the rolls and heated and pressurized.
上記のような定着装置は、定着ロールの熱容量を低減することが難しいため、画像形成装置の電源をオン状態とすると同時に定着装置の熱源であるハロゲンランプに通電を開始しても、定着ロール等が冷え切っている状態から所定の定着可能温度に立ち上がるまでにはかなりの待ち時間を要し、クイックスタート性に欠ける。また、画像形成装置の待機状態(非画像出力時)では、何時でも画像形成動作が実行できるようにハロゲンランプに通電して定着ロールを所定の温度に維持しておく必要があり、電力消費量が大きい。 Since it is difficult for the fixing device as described above to reduce the heat capacity of the fixing roll, even if the image forming apparatus is turned on and energized to the halogen lamp that is the heat source of the fixing apparatus, It takes a considerable waiting time until the temperature rises to a predetermined fixing temperature from a cold state, and lacks quick start performance. Further, in the standby state of the image forming apparatus (during non-image output), it is necessary to energize the halogen lamp and maintain the fixing roll at a predetermined temperature so that the image forming operation can be executed at any time. Is big.
一方、上記定着ロールに代えて、定着部材として無端状の定着ベルトを用いるものがあり、該定着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加圧ロールに押圧して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ており、ロール状部材に比べ熱容量が小さいため、ロール状部材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, instead of the fixing roll, there is a type in which an endless fixing belt is used as a fixing member. The fixing belt is of a type stretched by a plurality of support rolls, and has a pressing member inside and is not stretched. In this state, there is a type in which it is driven around by pressing against a pressure roll. Since the fixing belt has a thin heat-resistant resin as a base layer and has a smaller heat capacity than the roll-shaped member, it can warm up in a shorter time than the roll-shaped member. 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.
定着ベルトを無張架の状態で周回駆動する定着装置としては、特許文献1に開示されるものがある。この定着装置は、定着ベルトが電磁誘導加熱装置によって加熱されるものであり、周面に沿って誘導電流で発熱する導電性層を備えている。そして、無端状となった定着ベルトの内側に弾性材料からなる押圧部材が配設され、支持部材によって定着ベルトの内周面に圧接して定着ベルトを加圧ロールに強く押し付けるものとなっている。未定着トナー像を担持した記録媒体は上記定着ベルトに当接され、重ね合わされて押圧部材と加圧ロールの間に挟み込まれる。記録媒体上のトナー像は定着ベルトからの熱伝導によって加熱され、加圧されて記録媒体上に定着される。
しかしながら、上記無張架状態の定着ベルトを用いる定着装置では、次のような改良が望まれる課題がある。
一般に、未定着トナー像を担持した記録媒体が加熱された定着部材と加圧部材との圧接部に送り込まれ、加熱押圧されて排出されるときに、記録媒体が定着部材から剥離しにくくなるという問題点がある。特に、厚みの薄い記録媒体、高湿度下で放置され通常より含水量の多い記録媒体、進行方向の先端から数ミリの部分に多量のトナーが担持されている記録媒体等では、加熱され溶融したトナーと定着部材との間に大きな付着力が生じ、ニップ部を通過した記録媒体が定着部材から剥離しにくくなってしまう。さらに、カラー画像を形成する場合には、記録媒体上に複数色のトナーが多量に担持されているため、記録媒体は定着部材から、より剥離しにくくなる。
However, in the fixing device using the above-described fixing belt in the non-tensioned state, there is a problem that the following improvement is desired.
Generally, when a recording medium carrying an unfixed toner image is sent to a pressure contact portion between a heated fixing member and a pressure member and is heated and pressed and discharged, the recording medium is hardly separated from the fixing member. There is a problem. In particular, a thin recording medium, a recording medium which is left under high humidity and has a higher water content than usual, and a recording medium in which a large amount of toner is carried on a portion of several millimeters from the leading edge in the traveling direction are heated and melted. A large adhesion force is generated between the toner and the fixing member, and the recording medium that has passed through the nip portion is difficult to peel from the fixing member. Further, when a color image is formed, since a large amount of toners of a plurality of colors are carried on the recording medium, the recording medium is more difficult to peel from the fixing member.
このような問題点に対し、定着ベルトを複数の支持ロールによって張架したタイプの定着装置では、支持ロールの径及びその配置により、定着ベルトを支持ロールの周面に沿って大きな曲率で曲げ回し、それ自体の剛性によって直進しようとする記録媒体から剥離することができる。しかし、定着ベルトを無張架の状態で周回駆動するタイプでは、定着ベルトに他の部材を極力接触させないことに利点があり、周回駆動時の形状を拘束して大きな曲率で曲げ回すことが難しい。 To solve this problem, in a fixing device of a type in which the fixing belt is stretched by a plurality of support rolls, the fixing belt is bent with a large curvature along the peripheral surface of the support roll depending on the diameter of the support roll and its arrangement. It can be peeled off from the recording medium which is going straight ahead by its own rigidity. However, the type in which the fixing belt is driven in a state of being stretched without tension has an advantage in that other members are not brought into contact with the fixing belt as much as possible, and it is difficult to bend with a large curvature by constraining the shape during the rotation driving. .
一方、無張架状態の定着ベルトを固定支持された押圧部材によって加圧ロールに強く圧接すると、装置が長期にわたって使用されたときに、弾性材料からなる押圧部材が繰り返し加熱及び加圧され、圧縮永久歪みが生じて経時的に形状が変化してしまう。これにより、定着ベルトを加圧ロールへ圧接する力、及び定着ニップ近傍でのベルトの変形形状が変動し、ニップ部において適切な圧接力及びベルトの変形を得ることができなくなって、定着不良及び剥離不良を引き起こすおそれがある。 On the other hand, if the fixing belt in a non-tensioned state is strongly pressed against the pressure roll by a pressing member fixedly supported, the pressing member made of an elastic material is repeatedly heated and pressed and compressed when the apparatus is used over a long period of time. Permanent distortion occurs and the shape changes over time. As a result, the pressing force of the fixing belt to the pressure roll and the deformation shape of the belt near the fixing nip fluctuate, and it becomes impossible to obtain an appropriate pressing force and deformation of the belt at the nip portion. May cause peeling failure.
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無端状の定着ベルトに当接させて加熱溶融し、記録媒体に定着させる定着装置において、長期間にわたって良好な定着を行うとともに、記録媒体を定着ベルトから確実に剥離することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to bring an unfixed toner image carried on a recording medium into contact with an endless fixing belt to heat and melt the recording medium. In the fixing device for fixing the recording medium, good fixing is performed over a long period of time, and the recording medium is surely peeled off from the fixing belt.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、 周回移動が可能に支持された無張架状態の無端状定着ベルトと、 該定着ベルトを加熱する加熱装置と、 前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、 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側に押しつける押圧部材とを有し、 前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、 前記押圧部材の前記加圧ロールに対して押圧する部分は、前記加圧ロールの弾性層に押圧したときに該弾性層に変形を生じさせ、該押圧部材の形状が維持されるような弾性係数の材料からなる単一の部材で形成され、 前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面との接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向で上流部より大きな曲率を有す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, an invention according to
押圧部材と加圧ロールとの圧接部において、定着ベルトの移動方向における上流部では、定着ベルトは加圧ロールの周面と同方向の曲率で、上流側から下流側にかけて接触圧が増大するように、押圧部材によって加圧ロールの弾性層に押圧されている。これにより、定着ベルトと加圧ロールとの間に送り込まれた記録媒体に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させ、良好な定着を行うことができる。定着ベルトの移動方向における下流部では、定着ベルトは押圧部材に押圧されてなめらかに連続して曲率が反転する。そして、この位置で最も強い圧接力で加圧ロールの弾性層に押し付けられ、圧接部の出口でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。一方、記録媒体はそれ自身の剛性によって圧接部から排出されたときの方向へ移動しようとするため、定着ベルトから良好に剥離される。 In the pressure contact portion between the pressing member and the pressure roll, at the upstream portion in the moving direction of the fixing belt, the fixing belt has a curvature in the same direction as the circumferential surface of the pressure roll, and the contact pressure increases from the upstream side to the downstream side. Further, it is pressed against the elastic layer of the pressure roll by the pressing member. As a result, a large contact pressure is applied to the recording medium fed between the fixing belt and the pressure roll as the heating progresses, so that good fixing can be performed. At the downstream portion in the moving direction of the fixing belt, the fixing belt is pressed by the pressing member, and the curvature is smoothly reversed continuously. Then, it is pressed against the elastic layer of the pressure roll with the strongest pressing force at this position, and is released from this state at the outlet of the pressing part, so that it moves with a large curvature in the circumferential direction. On the other hand, the recording medium tends to move in the direction when it is ejected from the pressure contact portion due to its own rigidity, and thus is favorably peeled from the fixing belt.
また、上記押圧部材は、加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるため、加圧ロールに強く押し付けられていても圧縮永久歪みが生じにくく、定着ベルトの移動方向への変形もほとんど生じない。このため、長期にわたって押圧部材と加圧ロールとの圧接部の形状が適切に維持され、定着及び記録媒体の剥離を良好に行うことができる。
なお、押圧部材が加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなるということは、押圧部材が加圧ロールに圧接されたときに、弾性層に変形が生じ、押圧部材には無視できる程度の変形しか生じないことを意味するものである。
In addition, since the pressing member is made of a material having a sufficiently higher elastic modulus than the elastic layer of the pressure roll, even if it is strongly pressed against the pressure roll, compression set hardly occurs, and the fixing belt is deformed in the moving direction. Hardly occur. For this reason, the shape of the press contact portion between the pressing member and the pressure roll is appropriately maintained over a long period of time, and fixing and peeling of the recording medium can be performed satisfactorily.
The fact that the pressing member is made of a material having a sufficiently higher elastic coefficient than the elastic layer of the pressure roll means that the elastic layer is deformed when the pressing member is pressed against the pressure roll, and the pressure member is ignored. This means that only as much deformation as possible can occur.
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、前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における下流部では、上流部より大きい曲率を有するものとする。 According to a second aspect of the present invention, in the fixing device according to the first aspect, the surface of the pressing member that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt is larger in the downstream portion in the moving direction of the fixing belt than in the upstream portion. It shall have curvature.
上記定着ベルトは、該定着ベルトの移動方向における下流部では、上流部より大きい曲率で押圧部材によって加圧ロールの弾性層に押し付けられている。このため、定着ベルトは大きな曲率で加圧ロールから離れる方向に曲げ回され、押圧部材の下流側端部付近では、定着ベルトは押圧部材によって拘束されずに周回方向に大きな曲率で移動し、記録媒体は定着ベルトから離れる方向に排出される。 The fixing belt is pressed against the elastic layer of the pressure roll by the pressing member at a downstream portion in the moving direction of the fixing belt with a larger curvature than the upstream portion. For this reason, the fixing belt is bent in a direction away from the pressure roll with a large curvature, and in the vicinity of the downstream end of the pressing member, the fixing belt moves with a large curvature in the circumferential direction without being restrained by the pressing member. The medium is discharged in a direction away from the fixing belt.
請求項3に係る発明は、 請求項1又は請求項2に記載の定着装置において、前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面と接触する面は、該定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より下流側で曲率が反転しているものとする。 According to a third aspect of the present invention, in the fixing device according to the first or second aspect, the surface of the pressing member that contacts the inner peripheral surface of the fixing belt is the center of the contact range in the moving direction of the fixing belt. It is assumed that the curvature is inverted further downstream.
上記のような構成によって、押圧部材による加圧ロールに対する接触圧が大きい部分を小さい範囲にとどめる。これによって、加圧ロールの弾性層が横方向に流動変形する量が低減され、押圧部材の圧接部分近傍の弾性層の盛り上がりが小さくなる。したがって、圧接部の下流側で、記録媒体が弾性層の盛り上がった部分によって定着ベルトに押し付けられるのを防ぐことができ、記録媒体を定着ベルトから良好に剥離することができる。これに対して、押圧部材と定着ベルトとの接触面の曲率が、定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より上流側で曲率が反転している場合には、加圧ロールの弾性層が横方向に流動変形することによって、押圧部材の圧接部分近傍の弾性層が大きく盛り上がってしまう。そして、この部分によって記録媒体を定着ベルト側に押し付けてしまう。 With the configuration as described above, a portion where the contact pressure of the pressing member against the pressure roll is large is limited to a small range. As a result, the amount of elastic deformation of the elastic layer of the pressure roll is reduced, and the rise of the elastic layer in the vicinity of the press contact portion of the pressing member is reduced. Therefore, it is possible to prevent the recording medium from being pressed against the fixing belt by the raised portion of the elastic layer on the downstream side of the press contact portion, and it is possible to peel the recording medium from the fixing belt satisfactorily. On the other hand, when the curvature of the contact surface between the pressing member and the fixing belt is reversed upstream from the center of the contact range in the moving direction of the fixing belt, the elastic layer of the pressure roll is By elastically deforming in the direction, the elastic layer in the vicinity of the pressure contact portion of the pressing member is greatly raised. Then, the recording medium is pressed against the fixing belt by this portion.
また、上記のような構成では、定着ベルトの移動方向における接触範囲の中心より下流側で押圧部材による加圧ロールに対する接触圧が最大となる。このため、この位置より上流側で記録媒体及びトナー像を徐々に加熱・加圧し、接触圧が最大となる位置でトナー像を記録媒体に強く圧着して、良好な画像を得ることができる。 Further, in the configuration as described above, the contact pressure with respect to the pressure roll by the pressing member is maximized downstream of the center of the contact range in the moving direction of the fixing belt. For this reason, the recording medium and the toner image are gradually heated and pressurized on the upstream side from this position, and the toner image is strongly pressed against the recording medium at the position where the contact pressure is maximized, whereby a good image can be obtained.
請求項4に係る発明は、 請求項1、請求項2又は請求項3に記載の定着装置において、前記押圧部材を形成する材料中に、熱伝導率の低い粒子が分散されているものとする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing device according to the first, second, or third aspect, particles having low thermal conductivity are dispersed in the material forming the pressing member. .
上記押圧部材は、熱伝導率の低い粒子が分散されることによって、材料全体としての熱伝導率が低くなっているため、定着ベルトから押圧部材へと伝達される熱量が低減される。このため、定着ベルトを所定の温度まで加熱するウォームアップタイムを短縮することができる。また、連続して定着動作を行なうときに、定着ベルトの温度が低下するのを低減することができ、温度補償を頻繁に行う必要がないため生産効率を向上させることができる。
一方、押圧部材が弾性部材である場合には、このような粒子を分散させると、加圧ロールとの圧接力によって圧縮永久歪みが大きくなって、経時的に剥離性能が悪化するおそれがある。上記押圧部材は、十分に弾性係数の高い材料からなるため、粒子を分散させても圧縮永久歪みが生じにくく、長期にわたって良好な剥離性能を維持することができる。
In the pressing member, since the thermal conductivity of the entire material is low due to the dispersion of particles having low thermal conductivity, the amount of heat transferred from the fixing belt to the pressing member is reduced. For this reason, the warm-up time for heating the fixing belt to a predetermined temperature can be shortened. Further, when the fixing operation is continuously performed, it is possible to reduce the temperature of the fixing belt from being lowered, and it is not necessary to frequently perform temperature compensation, so that the production efficiency can be improved.
On the other hand, when the pressing member is an elastic member, if such particles are dispersed, the compression set becomes large due to the pressure contact force with the pressure roll, and the peeling performance may deteriorate over time. Since the pressing member is made of a material having a sufficiently high elastic modulus, even if the particles are dispersed, compression set hardly occurs, and good peeling performance can be maintained over a long period of time.
請求項5に係る発明は、 請求項1、請求項2又は請求項3に記載の定着装置において、前記熱伝導率の低い粒子の分散量は、前記定着ベルトの幅方向で、小サイズの記録媒体使用時の通紙域に多く、非通紙域で少なく設定されているものとする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fixing device according to the first, second, or third aspect, the dispersion amount of the particles having low thermal conductivity is small size recording in the width direction of the fixing belt. It is assumed that the number is set to be large in the paper passing area when the medium is used and small in the non-paper passing area.
一般に小サイズの記録媒体使用時には通紙域で記録媒体やトナーに多くの熱量が奪われる。このため、通紙域で定着ベルトの温度が適切となるように制御すると、非通紙域では定着ベルトの温度が通紙域より過度に高温となってしまうおそれがある。しかし、上記定着装置では、押圧部材の非通紙域は通紙域に比べて熱伝導率が大きくなっており、放熱量や押圧部材を支持する部材に伝達され散逸する熱量が多くなっている。したがって、非通紙域の温度上昇が抑えられ、通紙域との温度差が低減される。 In general, when a small-size recording medium is used, a large amount of heat is taken away by the recording medium and toner in the sheet passing area. For this reason, if the temperature of the fixing belt is controlled to be appropriate in the paper passing area, the temperature of the fixing belt may be excessively higher than that in the paper passing area in the non-paper passing area. However, in the fixing device, the non-sheet passing area of the pressing member has a higher thermal conductivity than the sheet passing area, and the amount of heat dissipated and the amount of heat transmitted to and dissipated by the member supporting the pressing member is increased. . Therefore, the temperature rise in the non-sheet passing area is suppressed, and the temperature difference from the sheet passing area is reduced.
以上説明したように、本願発明によれば、定着ベルトを介して加圧ロールに押しつけられる押圧部材は、加圧ロールの弾性層より十分に弾性係数の高い材料からなり、加圧ロールに強く押し付けられていても圧縮永久歪みが生じにくく、定着ベルトの移動方向への変形もほとんど生じない。そして、押圧部材の定着ベルトの内周面との接触面は、定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定されている。これにより、定着ベルトと加圧ロールとの間に送り込まれた記録媒体に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させ、良好な定着を行うことができる。接触面は下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向の曲率を有しており、定着ベルトはこの位置で最も強い圧接力で加圧ロールの弾性層に押し付けられ、圧接部の出口でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。一方、記録媒体はそれ自身の剛性によって圧接部から排出されたときの方向へ移動し、定着ベルトから良好に剥離される。 As described above, according to the present invention, the pressing member pressed against the pressure roll via the fixing belt is made of a material having a sufficiently higher elastic coefficient than the elastic layer of the pressure roll, and strongly pressed against the pressure roll. Even if it is applied, compression set hardly occurs, and deformation of the fixing belt in the moving direction hardly occurs. The contact surface of the pressing member with the inner peripheral surface of the fixing belt has a curvature in the same direction as the peripheral surface of the pressure roll at the upstream portion in the moving direction of the fixing belt, and this portion is downstream from the upstream side. It is set so that the contact pressure increases toward. As a result, a large contact pressure is applied to the recording medium fed between the fixing belt and the pressure roll as the heating progresses, so that good fixing can be performed. The contact surface smoothly and continuously reverses in the downstream portion, and has a curvature in the direction opposite to the circumferential surface of the pressure roll. By being pressed against the layer and released from this state at the outlet of the press contact portion, the layer moves with a large curvature in the circumferential direction. On the other hand, the recording medium moves in the direction when it is discharged from the press contact portion due to its own rigidity, and is favorably peeled off from the fixing belt.
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。
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。
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、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、加圧ロール2と加圧パッド3との圧接部の下流側で、加圧ロール2の周面に当接されている金属ロール7と、この圧接部の出口近傍に設けられている剥離補助部材8とで構成されている。
Hereinafter, embodiments of the invention according to the present application will be described with reference to the drawings.
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.
The fixing device includes a fixing
上記定着ベルト1は、加圧ロール2と押圧パッド3とに挟持されるとともに、両側縁部でガイド部材6a、6bで案内されるものであり、中央部では、周方向にほぼ無張力状態で支持されている。この定着ベルト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、その上に積層された導電性層1bと、さらにその上に積層された弾性層1cと、最も上層となる表面離型層1dとから構成されている。また、各層の間には接着のためにプライマー層を設けてもよい。
The fixing
基材層1としては、例えば厚さ10〜150μm、更に好ましくは厚さ50〜100μm(例えば75μm)の耐熱性の高い樹脂が用いられ、本実施例では、厚さ80μmのポリイミド樹脂が使用されている。
As the
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1〜80μm程度の厚みで形成したものが用いられ、電磁誘導による渦電流で十分な発熱が得られるように固有抵抗値を考慮して材質が選択される。本実施例による渦電流では、厚さ5μm程度の銅が使用されている。
The
弾性層1cは、厚さは10〜500μm、更に好ましくは50〜500μmの、耐熱性、熱伝導性が良いシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が用いられる。本実施例では、ゴム強度15°(JIS−A)、厚さ300μmのシリコーンゴムが使用されている。
The
上記表面離型層1d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、厚さ10μm〜50μmの、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。本実施例では、厚さ30μmのPFAが使用されている。
The
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の表面にシリコーンゴム・フッ素ゴムなどの耐熱性を有する弾性層2bと、最表面に表面離型層2cとを備えており、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。本実施例では、加圧ロール2は、直径Φ18の鉄のロールの上に厚さ5mmのスポンジ層が形成され、さらにその外側には、最上層の表面離型層として厚さ50μmのPFAが形成され、直径Φ28.1、表面硬度が60°(Asker−C 9.8N)となっている。
The
この加圧ロール2は、30kgf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。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、定着ベルト1から供給される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
上記押圧パッド3は、加圧ロール2の弾性層2bより十分に弾性係数の高い材料からなり、定着ベルト1を加圧ロール2に押し付けるものであり、加圧ロール2の弾性層2bが変形して、押圧パッド3と加圧ロール2との間にニップ部が形成される。
押圧パッド3の定着ベルト1の内周面との接触面3aは、図4に示すように、定着ベルト1の移動方向における上流部Aでは加圧ロール2の周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定されている。そして、この部分で定着ベルト1と加圧ロール2との間に送り込まれた記録紙に、加熱の進行とともに大きな接触圧を作用させる。
The
As shown in FIG. 4, the
そして、接触面3aは、定着ベルト1の移動方向における接触範囲の中心より下流側の位置Cで、上流部Aからなめらかに連続するように曲率が反転し、下流部Bでは加圧ロール2の周面と逆方向であって、上流部Aより大きい曲率を有する。本実施例では、接触面3aの上流部Aの曲率半径RAは60mm、下流部Bの曲率半径RBは2mmとなっている。また、幅は9mm、曲率が反転するのはニップ入口側から約8mmの位置となっている。定着ベルト1は、位置Cの下流側で最も強い圧接力で加圧ロール2の弾性層に押し付けられ、圧接部の出口付近でこの状態から解放されるものとなっている。このとき押圧パッド3の下流部Bの曲率が十分大きいため、定着ベルト1は押圧パッドによって拘束されずに周方向に大きな曲率で移動する。
The curvature of the
また、接触面3aの曲率が下流部Bで反転しているため、押圧パッド3による加圧ロール2に対する接触圧が大きい部分を小さい範囲にとどめることができる。これによって、加圧ロール2の弾性層2bが横方向に流動変形する量が低減され、押圧パッド3の圧接部分近傍の弾性層2bの盛り上がりが小さくなる。したがって、記録紙がニップ部から排出されるとき、弾性層2bの盛り上がった部分によって定着ベルト1に押し付けられるのを防ぐことができ、記録紙は自身の剛性によって定着ベルト1から良好に剥離される。
Moreover, since the curvature of the
上記押圧パッド3の材料としては、弾性係数が大きいことからアルミや鉄などの金属を用いることができるが、熱伝導率が小さいものが望ましく、PES(ポリエーテルサルフォン)、ガラス入りPPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマー)などを好適に用いることができる。このように弾性係数の高い材料を用いることによって、加圧ロール2に押圧したときにほとんど変形せず、繰り返し加圧ロール2の回転によって周回方向に摩擦力が作用しても材料に永久歪みが生じにくくなっている。このため、長期にわたって押圧パッド3と加圧ロール2との圧接部の形状及び圧接力が適切に維持されるものである。本実施例では、押圧パッド3の材料としてPESを使用しており、曲げ弾性率(ASTM D 790)は2600MPaである。
As the material of the
また、押圧パッド3を形成する材料には、この材料よりさらに熱伝導率が小さい粒子が分散されており、該粒子によって材料全体としての熱伝導率が小さくなる。これにより、定着ベルト1から伝達される熱量を低減することができる。この粒子としては、外殻がシリカ、ガラス、アルミナなどの無機化合物からなり、内部に空気を含んでいるものが好ましく、その粒径は小さすぎると効果が得られなくなり、大きすぎると分散性が悪くなるため、1μm〜200μm程度が好ましい。本実施例では、直径が10〜50μm程度の中空ガラス粒子が、重量比で20%、押圧パッド3の軸方向にわたってほぼ均一に分散されている。粒子は材料となる樹脂のペレットにあらかじめ混ぜ込んでも良いし、射出成型時や押し出し成型時に混ぜるようにしても良い。
In addition, particles having a lower thermal conductivity than the material are dispersed in the material forming the
また、押圧パッド3と定着ベルト1との間には摺動性が良く、耐摩耗性が高いフッ素樹脂を含浸させたガラス繊維シート等を介在させてもよく、さらに定着ベルトの内面にはシリコーンオイル等の離型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。
Further, a glass fiber sheet or the like impregnated with a fluororesin having good slidability and high wear resistance may be interposed between the
上記パッド支持部材4は、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と対向する部分に押圧パッド3が取り付けられており、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、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ように、ガラス入りPPS(ポリフェニレンサルファイド)、フェノール、ポリイミド、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ができる。また、非磁性で固有抵抗値が2.7×10-8Ωm以下の金属であれば、磁束の分布に大きな影響を与えず、それ自体もほとんど発熱しないため、パッド支持部材として使用することができる。これらの金属としてはアルミニウム、銅、銀などが挙げられ、これらを使用することで、定着ニップに大きな荷重を加えた時のたわみを小さく抑えることができる。
The
上記ガイド部材6は耐熱性樹脂からなり、パッド支持部材4を支持し、画像形成装置本体フレームに固定支持される支持部21と、内面ガイド部22と、エッジガイド部23とを備えるものである。
The
上記電磁誘導加熱装置5は、定着ベルト1の外周面に沿って、この外周面とのギャップが2mm程度となるよう配置されており、定着ベルト1の導電性層を発熱させるものである。この電磁誘導加熱装置5は、定着ベルト1に沿った曲面を有する台座5aと、台座5aに支持された励磁コイル5bと、この励磁コイル5bに交流電流を供給する励磁回路5cとで主要部が構成されている。
The electromagnetic
上記励磁回路5c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
上記金属ロール7は、熱伝導性の良好な金属からなり、本実施例では、アルミニウムからなる直径10mmの中実のロールが用いられている。また、金属ロール7の表面にトナー等が付着しにくいように、該金属ロール7の表面にPFA等の離型層を設けてもよい。連続して幅方向に短い記録紙の通紙を行うと、定着ベルトの非通紙領域の温度が上昇してしまう。それにより加圧ロール2の非通紙領域の温度が上昇するため、この金属ロール7を加圧ロール2の周面に接触させ、加圧ロール2との間で熱交換することによって、加圧ロール2の幅方向に大きな温度差が生じるのを防ぎ、定着ベルトの非通紙領域の温度上昇を防止する。
The
上記剥離補助部材8は、ステンレス等の薄い板状部材を基板8aとし、この基板8aの先端部にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性部材8bが設けられている。この先端部がニップ部の出口で定着ベルト1と近接対向するように配置されている。この剥離補助部材8は、ニップ部を通過して定着ベルト1から剥離した記録紙の先端をすくい取り、記録紙が再び定着ベルト1に巻き付くのを防ぐものである。この剥離補助部材8の先端部には弾性部材8bが設けられているため、先端部が定着ベルト1に接触しても定着ベルトに傷がつきにくい。本実施例では、0.2mmのステンレスからなる基板の先端部にフッ素ゴムの被覆層が設けられており、基板の方向と35°の角度に傾斜面を設けて先端が尖った形状となっている。そして、ニップ部出口から先端部までの水平距離が5mm、定着ベルト1の回転停止時における該定着ベルトとの距離が0.5mmとなるように設置されている。
In the
次に、上記定着装置の動作について説明する。
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。
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、導電性層1bに渦電流が誘導され、発熱する。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。
Next, the operation of the fixing device will be described.
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.
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
定着ベルト1が周回して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、ニップ部入口から接触面の曲率が反転する位置Cにかけて、押圧パッド3による接触圧が増大しており、記録紙及びトナー像は徐々に加熱・加圧され、位置Cの下流側で強く押し付けられてトナー像が圧着される。
When the fixing
そして、定着ベルト1は、ニップ部の出口付近でこの状態から解放されることによって周回方向に大きな曲率で移動する。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は、ニップ部の出口付近で圧接力が低減され、記録紙自身の剛性によって曲率が小さくなる方向へ進行しようとし、定着ベルト1から引き離される。また、記録紙の先端が定着ベルト1から剥離されると、該記録紙は剥離補助部材8に接触し、この剥離補助部材8に案内されて確実に定着ベルト1から引き離される。
The fixing
本実施例では、60gsm程度の薄い記録紙を用い、3mmの先端余白の後方に複数色の多量のトナーが担持されている場合にも、記録紙を定着ベルトから良好に剥離することができる。 In this embodiment, even when a thin recording paper of about 60 gsm is used and a large amount of toners of a plurality of colors are carried behind the 3 mm leading edge margin, the recording paper can be peeled off from the fixing belt satisfactorily.
ここで、本実施例のPESからなる押圧パッド3を使用した場合と、比較対象として、従来の弾性部材であるSiゴムからなる押圧パッドを使用した場合とにおける、記録紙の剥離性能の経時的な変化を調べた実験の結果を表1に示す。
この実験では、200kpvサイクルの定着装置駆動中に、20kpvサイクル毎に、60gsmのA4記録紙の先端余白3mmより後方の全域にベタ画像を乗せて定着を行なった。そして、剥離不良による記録紙詰まりの発生や画像の欠陥が無く、剥離が可能であった記録紙のベタ画像部のトナー量(g/m2)を測定した。つまり、ベタ画像のトナー量を変えて複数枚の定着を行なうと、トナー量の多いもので剥離不良が生じやすくなるが、良好な剥離が可能なトナー量の上限値を測定したものである。なお、20kpvサイクルが経過する間の画像としては一般的な文字チャートを使用した。
In this experiment, during driving of the fixing device of 200 kpv cycle, fixing was performed by placing a solid image on the entire area behind 3 mm of the leading edge margin of 60 gsm A4 recording paper every 20 kpv cycle. Then, the toner amount (g / m 2 ) of the solid image portion of the recording paper that could be peeled off without occurrence of recording paper jam or image defect due to peeling failure was measured. That is, when fixing a plurality of sheets by changing the amount of toner of a solid image, a toner with a large amount of toner tends to cause a peeling failure, but the upper limit of the amount of toner that can be satisfactorily peeled is measured. In addition, a general character chart was used as an image while 20 kpv cycle passed.
表1より、本実施例の押圧パッド3では、装置の駆動初期から200kpvサイクルの駆動が終了するまで、剥離可能な記録紙上のトナー量が15g/m2と変化せず、200kpvサイクルの駆動中に、押圧パッドによる記録紙の剥離性能が維持されていることがわかる。これに対し、従来の押圧パッドでは、駆動初期には剥離可能な記録紙上のトナー量が本実施例の押圧パッド3と同じ15g/m2であるが、定着動作の経過にともなって剥離可能な記録紙上のトナー量が減少し、200kpvサイクルの駆動後には10g/m2であった。また、200kpvサイクルの駆動後、押圧パッドであるゴムに圧縮永久歪みが生じているのが確認された。すなわち従来の押圧パッドでは、ゴムが経時的に変形するため、長期にわたって安定した剥離性能を維持することが難しい。
From Table 1, in the
一方、本実施例の定着装置は、ニップ入口の温度が電源投入後の予備加熱終了時は180℃、通常定着時は170℃に制御されており、1分間にA4記録紙30枚の良好なカラー定着画像を形成することができる。
この定着装置では、起動時に定着ベルトのウォーミングアップに要する時間、すなわち180℃に到達するまでの時間は、図5に示すように、1200Wの電力投入時に8.5秒である。これに対し、従来の押圧パッドを用いた場合には9.8秒を要している。本実施例では押圧パッドに熱伝導率の小さい粒子が分散しているため、従来の押圧パッドを用いた場合に比べて1.3秒ウォームアップタイムが短縮され、非常に短い待ち時間で装置が使用可能な状態となる。このため、使用する時だけ電力を供給すればよく、スタンバイモードやローパワーモードを必要としないため、消費電力を低減することができる。
On the other hand, in the fixing device of this embodiment, the temperature at the nip entrance is controlled to 180 ° C. at the end of preheating after power-on, and 170 ° C. at the time of normal fixing. A color fixed image can be formed.
In this fixing device, the time required for warming up the fixing belt at the time of startup, that is, the time required to reach 180 ° C. is 8.5 seconds when the power of 1200 W is turned on as shown in FIG. On the other hand, when a conventional pressing pad is used, 9.8 seconds are required. In this embodiment, particles with low thermal conductivity are dispersed in the pressure pad, so that the warm-up time is reduced by 1.3 seconds compared to the case where a conventional pressure pad is used, and the apparatus can be operated with a very short waiting time. It will be ready for use. For this reason, it is sufficient to supply power only when it is used, and it is not necessary to use a standby mode or a low power mode, so that power consumption can be reduced.
次に、上記押圧パッド3に代えて用いることのできる押圧パッドについて、図6に基づいて説明する。なお、この押圧パッドは、請求項5の一実施形態である定着装置において用いられるものである。
この押圧パッド31は、上記押圧パッド3と同様に加圧ロール2の弾性層2bより十分に弾性係数の高いPESからなり、形状も同じものである。この押圧パッド31には、上記押圧パッド3と同様の熱伝導率の低い粒子32が、定着ベルト1の幅方向で、小サイズの記録紙を使用した時の通紙域に多く分散され、非通紙域で少なく分散されている。つまり、この定着装置は、紙送りが軸方向の中心位置を基準に行なわれるもの(センターレジスト)であるため、軸方向の中心位置から両側の210mmの領域に重量比で20%、この領域以外の両端部に重量比で10%の中空ガラス粒子が分散されている。このように熱伝導率の低い粒子を分散させることによって、小サイズの記録紙を連続通紙した場合に、非通紙域で押圧パッドを介して散逸される熱量が多く、通紙域からの熱散逸量が少なくなる。したがって、定着ベルト1の幅方向で温度分布が生じにくい。
Next, a pressing pad that can be used in place of the
The
上記押圧パッド31の効果を検証するために、A4記録紙(210mm×297mm)を1分間に21枚の速度で、短縁を先端にして500枚連続で通紙し、定着ベルト1の非通紙域における温度が最大となった時の、押圧パッド31の軸方向の温度分布を測定した。この結果を、図1に示す押圧パッド3を用いた場合と比較して図7に示す。
In order to verify the effect of the
図7より、粒子の混合量を幅方向に変化させた押圧パッド31を使用した場合には、定着ベルト1の非通紙域の最大温度は約215℃であり、図1に示す押圧パッド3を用いた場合の約225℃と比べて約10℃低くなっている。これは、押圧パッド31では、定着ベルト1の非通紙域からの熱伝達量が多く、通紙域からの熱伝達量が少ないため、通紙域の温度低下が抑制され、定着ベルト1の通紙域を所定の温度に維持するための加熱時間(温度補償を行なう頻度)が少なくなるためである。定着ベルト1の加熱時間が減少することによって、定着ベルト1の非通紙域が過度に加熱されてしまうのが防止されるとともに、連続通紙が可能となるため生産効率を向上させることができる。
From FIG. 7, when the
以上に説明した定着装置では、上記押圧パッド3、31に代えて、例えば図8、図9、図10に示す形状の押圧パッド41、42、43を用いることもできる。表2に、押圧パッド41、42、43の加圧ロール2との接触面41a、42a、43aの、上流部Anの曲率半径RAnと、下流部Bnの曲率半径RBnと、曲率が反転する位置Cnと、押圧パッドの幅Dnとを示す。
このような形状の押圧パッドを用いた場合にも、加圧ロール2との圧接部内でトナー像を記録紙に十分に溶融圧着するとともに、記録紙を定着ベルト1から良好に剥離することができる。上記定着装置で用いられる押圧パッドの形状は、図8、図9、図10に示すものに限られるものではなく、本実施例に示した押圧パッドの形状の条件を満たすものであれば、定着装置の他の部材との取合いや求められる剥離性能及び生産性等によって適宜選択することができる。
Even when a pressing pad having such a shape is used, the toner image can be sufficiently melt-bonded to the recording paper in the pressure contact portion with the
1:定着ベルト、 2:加圧ロール、 3、31、41、42、43:押圧パッド、 4:パッド支持部材、 5:電磁誘導加熱装置、 5a:台座、 5b:励磁コイル、 5c:励磁回路、 6:ガイド部材、 7:金属ロール、 8:剥離補助部材、 21:支持部、 22:内面ガイド部、 23:エッジガイド部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Fixing belt, 2: Pressure roll, 3, 31, 41, 42, 43: Press pad, 4: Pad support member, 5: Electromagnetic induction heating apparatus, 5a: Base, 5b: Excitation coil, 5c: Excitation circuit 6: Guide member, 7: Metal roll, 8: Peeling auxiliary member, 21: Support part, 22: Inner surface guide part, 23: Edge guide part
Claims (5)
該定着ベルトを加熱する加熱装置と、
前記定着ベルトの外周面と対向するように配置され、周面付近に弾性層を備える加圧ロールと、
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側に押しつける押圧部材とを有し、
前記定着ベルトと前記加圧ロールとの間を通過する記録媒体上の未定着トナー像を加圧・加熱して定着像とする定着装置であって、
前記押圧部材の前記加圧ロールに対して押圧する部分は、前記加圧ロールの弾性層に押圧したときに該弾性層に変形を生じさせ、該押圧部材の形状が維持されるような弾性係数の材料からなる単一の部材で形成され、
前記押圧部材の前記定着ベルトの内周面との接触面は、該定着ベルトの移動方向における上流部では前記加圧ロールの周面と同方向の曲率を有し、この部分は上流側から下流側に向って接触圧が増大するように設定され、下流部ではなめらかに連続して曲率が反転し、該加圧ロールの周面と逆方向で上流部より大きな曲率を有することを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt in an unstretched state supported so as to be capable of circular movement;
A heating device for heating the fixing belt;
A pressure roll that is arranged to face the outer peripheral surface of the fixing belt and includes an elastic layer in the vicinity of the peripheral surface;
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 side;
A fixing device that pressurizes and heats an unfixed toner image on a recording medium passing between the fixing belt and the pressure roll to form a fixed image;
The portion of the pressing member that presses against the pressure roll causes the elastic layer to be deformed when pressed against the elastic layer of the pressure roll, so that the shape of the pressing member is maintained. Formed of a single member made of
The contact surface of the pressing member with the inner peripheral surface of the fixing belt has a curvature in the same direction as the peripheral surface of the pressure roll at the upstream portion in the moving direction of the fixing belt, and this portion is downstream from the upstream side. It is set so that the contact pressure increases toward the side, the curvature is smoothly and continuously reversed in the downstream portion, and has a larger curvature than the upstream portion in the direction opposite to the peripheral surface of the pressure roll. Fixing device.
The dispersion amount of the particles having low thermal conductivity is set to be large in a width direction of the fixing belt in a sheet passing area when a small-size recording medium is used and small in a non-sheet passing area. The fixing device according to claim 1, claim 2 or claim 3.
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