JP5071019B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
本発明は,電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置に関する。さらに詳細には,電磁誘導加熱方式の定着装置に関するものである。 The present invention relates to a fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus. More specifically, the present invention relates to an electromagnetic induction heating type fixing device.
電子写真方式の画像形成装置は一般に,用紙等の記録材に転写されたトナー像を加熱加圧して定着させるための定着装置を有している。この定着装置として,例えば,特許文献1に記載されているような電磁誘導加熱方式によるものがある。この文献の装置では,回転可能に設けられた金属スリーブに対向して,高周波磁界を生じるコイル・アセンブリが配置されている。これは,高周波磁界により金属スリーブに誘導渦電流を誘起させることにより,金属スリーブを発熱させるものである。本文献では,この方式により,熱変換効率が良好で摩耗や変形の少ない定着装置が得られるとされている。 An electrophotographic image forming apparatus generally has a fixing device for fixing a toner image transferred onto a recording material such as paper by heating and pressing. As this fixing device, for example, there is one using an electromagnetic induction heating method as described in Patent Document 1. In the device of this document, a coil assembly that generates a high-frequency magnetic field is disposed opposite to a metal sleeve that is rotatably provided. This is to heat the metal sleeve by inducing an induced eddy current in the metal sleeve by a high frequency magnetic field. In this document, it is said that this method can provide a fixing device with good heat conversion efficiency and less wear and deformation.
上記の文献の装置では,金属スリーブは,その内面に当接する内部加圧部材とその内部加圧部材に対向する外部加圧部材とに挟持され,従動回転されている。そのため,金属スリーブの外面とコイル・アセンブリとの距離は,必ずしも安定しているとは言い難い。これに対し,渦電流が誘起される誘導発熱層を含む定着ベルトが,その内周に配置される定着ローラに接着されているものがある。またあるいは,少なくとも使用時にはたるみがない程度に,定着ベルト内に定着ローラが挿入されているものもある(例えば,特許文献2参照。)。このようにすれば,定着ローラを回転駆動させることにより,定着ベルトは安定して回転される。
しかしながら,前記した特許文献2に記載の定着装置では,定着ベルトと定着ローラとが接触している。そのため,定着ベルトの誘導発熱層で発生した熱が,定着ローラへ逃げるという問題点があった。定着ローラには,その最外層として,断熱層を兼ねたスポンジ層が設けられているものがある。そのような定着ローラを使用しても,熱の逃げを完全には防止できなかった。これに対し,熱の逃げを防いで,より昇温性を向上させたいという要望があった。そのようにできれば,予熱時間を短縮するとともに,定着装置における消費電力を低減させることができるからである。
However, in the fixing device described in
本発明は,前記した従来の定着装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,定着ベルトの誘電発熱層で発生した熱が定着ローラへと逃げることを防止し,短時間で昇温させることのできる定着装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional fixing device described above. That is, an object of the present invention is to provide a fixing device capable of preventing the heat generated in the dielectric heating layer of the fixing belt from escaping to the fixing roller and raising the temperature in a short time.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は,電磁誘導発熱層を有する無端状の定着ベルトと,定着ベルト内側に配置された定着ローラと,定着ベルトおよび定着ローラとともにニップ部を形成する加圧ローラと,定着ベルトの電磁誘導発熱層に印加する磁束を発生する磁束発生部とを有し,トナー像を担持するシートをニップ部に通してそのトナー像をシートに定着させる定着装置であって,定着ローラの外径が定着ベルトの内径より小さく,定着ローラの外面と定着ベルトの内面とが,ニップ部の箇所では接触するとともに,それ以外の箇所では接触しておらず,磁束発生部が,定着ベルトを挟んで加圧ローラの反対側に位置しており,磁束発生部における定着ベルトに対面する面には,定着ローラの軸方向の2箇所以上の箇所に,定着ベルトに接触するリブが設けられており,磁束発生部におけるリブ以外の部分は,定着ベルトに接触していないものである。 In order to solve this problem, the fixing device of the present invention includes an endless fixing belt having an electromagnetic induction heating layer, a fixing roller disposed inside the fixing belt, and a nip portion formed with the fixing belt and the fixing roller. And a fixing device that includes a pressure roller that generates a magnetic flux to be applied to an electromagnetic induction heating layer of a fixing belt, and passes a sheet carrying a toner image through a nip portion to fix the toner image to the sheet However, the outer diameter of the fixing roller is smaller than the inner diameter of the fixing belt, and the outer surface of the fixing roller and the inner surface of the fixing belt are in contact with each other at the nip portion and not at other portions. The generator is located on the opposite side of the pressure roller across the fixing belt, and the surface of the magnetic flux generator facing the fixing belt has two or more locations in the axial direction of the fixing roller. Where, and ribs are provided in contact with the fixing belt, a portion other than the rib in the magnetic flux generating unit is one that is not in contact with the fixing belt.
本発明の定着装置によれば,定着ローラの外径がその外側の定着ベルトの内径より小さい。すなわち,定着ローラの外周長が定着ベルトの内周長より小さく,適切に配置すれば,これらが互いに接触しないようにできる。そして,定着ローラの外面と定着ベルトの内面とが,ニップ部の箇所では接触するとともに,それ以外の箇所では接触していないようにすることができる。従って,定着ローラと定着ベルトとの間に空気の層ができる。この空気の層が,断熱作用をすることができる。さらに,ニップ部の反対側に配置された磁束発生部にリブが設けられている。従って,定着ローラと接触していない部分の定着ベルトが,リブによって安定して配置される。これにより,空気の層が安定して形成される。よって,定着ベルトの誘電発熱層で発生した熱が定着ローラへと逃げることを防止し,短時間で昇温させることのできる定着装置となっている。 According to the fixing device of the present invention, the outer diameter of the fixing roller is smaller than the inner diameter of the outer fixing belt. In other words, the outer peripheral length of the fixing roller is smaller than the inner peripheral length of the fixing belt, and if properly arranged, they can be prevented from contacting each other. The outer surface of the fixing roller and the inner surface of the fixing belt can be in contact with each other at the nip portion and not at other portions. Therefore, an air layer is formed between the fixing roller and the fixing belt. This layer of air can provide thermal insulation. Furthermore, a rib is provided in the magnetic flux generation part arranged on the opposite side of the nip part. Accordingly, the fixing belt in a portion not in contact with the fixing roller is stably disposed by the rib. Thereby, the air layer is stably formed. Therefore, the fixing device can prevent the heat generated in the dielectric heating layer of the fixing belt from escaping to the fixing roller and can raise the temperature in a short time.
さらに本発明では,リブは,ローラ軸方向における画像形成領域より外部の両側に設けられている。
そのため,リブが画像形成の障害となることはない。
Further, in the present invention, the ribs, that provided from the image forming region in the roller axis direction on both sides of the outside.
Therefore, the rib does not become an obstacle to image formation.
さらに本発明では,定着ベルトが,電磁誘導発熱層の外面側に弾性層と離型層とを有するものであり,定着ベルトのローラ軸方向における画像形成領域より外部に,電磁誘導発熱層が定着ベルトの外面側に露出する露出部が形成されており,リブが,露出部に接触するものである。
そのため,リブは電磁誘導発熱層に接触する。この電磁誘導発熱層は金属製であり,摺動しても摩耗粉等の発生はない。従って,良好な画質での画像形成が可能である。
Further, in the present invention, the fixing belt has an elastic layer and a release layer on the outer surface side of the electromagnetic induction heating layer, and the electromagnetic induction heating layer is fixed outside the image forming area in the roller axial direction of the fixing belt. An exposed portion is formed on the outer surface side of the belt, and the rib contacts the exposed portion .
Therefore, the rib contacts the electromagnetic induction heating layer. This electromagnetic induction heat generating layer is made of metal, and no abrasion powder is generated even if it slides. Therefore, it is possible to form an image with good image quality.
さらに本発明における別の態様では,定着ベルトが,電磁誘導発熱層の外面側に弾性層と離型層とを有するものであり,定着ベルトのローラ軸方向における画像形成領域より外部に,弾性層と離型層とに代えて滑り層が設けられた領域があり,リブが,滑り層に接触するものである。
そのため,リブは滑り層に接触する。従って,良好な摺動性が得られる。
Further, in another aspect of the present invention, the fixing belt has an elastic layer and a release layer on the outer surface side of the electromagnetic induction heat generating layer, and the elastic layer is disposed outside the image forming area in the roller axial direction of the fixing belt. There is the sliding layer in place of the release layer is provided region, in which the ribs are in contact with the sliding layer.
Therefore, the rib contacts the sliding layer. Therefore, good slidability can be obtained.
さらに本発明では,リブはフッ素樹脂で形成されていることが望ましい。
このようになっていれば,リブ自体が摺動性に優れたものである。
Furthermore, in the present invention, it is desirable that the rib be made of a fluororesin.
If this is the case, the rib itself is excellent in slidability.
さらに本発明では,定着ローラのローラ軸方向の両端部に,定着ベルトの内径より大きい径の蓋部材を有することが望ましい。
このようになっていれば,定着ローラの外面と定着ベルトの内面との間にできた空気の層が,軸方向の両端部の蓋部材によって閉じこめられる。従って,良好な断熱性を保持できる。
Further, in the present invention, it is desirable to have lid members having a diameter larger than the inner diameter of the fixing belt at both ends of the fixing roller in the roller axial direction.
In this case, an air layer formed between the outer surface of the fixing roller and the inner surface of the fixing belt is confined by the lid members at both end portions in the axial direction. Therefore, good heat insulation can be maintained.
本発明の定着装置によれば,定着ベルトの誘電発熱層で発生した熱が定着ローラへと逃げることを防止し,短時間で昇温させることができる。 According to the fixing device of the present invention, the heat generated in the dielectric heating layer of the fixing belt can be prevented from escaping to the fixing roller, and the temperature can be raised in a short time.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,誘導加熱方式の定着装置に本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an induction heating type fixing device.
本形態の定着装置1は,図1に示すように,加熱ローラ11,加圧ローラ12,磁束発生部13を有している。加熱ローラ11と加圧ローラ12とは互いに平行に配置され,いずれも回転可能に支持されている。加圧ローラ12は,加熱ローラ11へ向けて軸と垂直の方向に付勢されている。これにより,図示のように,どちらかというと加熱ローラ11のほうがより変形して,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間にニップが形成される。定着処理時には,この加熱ローラ11と加圧ローラ12との間のニップを,図中下から上へ用紙が通される。そして,ニップの出口の近傍には,用紙を加熱ローラ11から分離するための分離爪14が備えられている。また,磁束発生部13には,過熱防止のためのサーモスタット15が設けられている。
As shown in FIG. 1, the fixing device 1 of the present embodiment includes a
加熱ローラ11は,図2に示すように,内側から芯金21,断熱層22,発熱体層23,弾性層24,離型層25の5層構成になっている。このうち,芯金21と断熱層22とは互いに接着されており,合わせて定着ローラ27という。また,発熱体層23と弾性層24と離型層25とは互いに接着されており,合わせて定着ベルト28という。定着ローラ27と定着ベルト28とは接着されていない。無端状の定着ベルト28の内部に定着ローラ27が挿入されている。なお,この加熱ローラ11全体としてのローラ硬度は,アスカーC硬度で30〜90度程度が好ましい。
As shown in FIG. 2, the
本形態では,図1に示すように,定着ベルト28の内周の径は定着ローラ27の外周の径と比較して大きく形成されている。そのため,加圧ローラ12とのニップ部分を除いて,定着ローラ27と定着ベルト28との間には空間Sがある。定着ベルト28の内周の径と定着ローラ27の外周の径との差は,この定着装置1が定着動作のために加熱され,定着ローラ27が熱膨張された状態でも,空間Sがなくならない程度に設定されている。これにより,定着動作中においても定着ローラ27と定着ベルト28との間は,空間Sの空気によって断熱されている。従って,定着ベルト28で発生した熱が,定着ローラ27へ逃げることがかなり防止される。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the inner peripheral diameter of the fixing
芯金21は,加熱ローラ11の全体を支持する支持体であり,十分な耐熱性と強度を有することが必要である。例えば,壁厚4mm程度で,径15〜25mmφのアルミ製パイプとすればよい。あるいは,PPS(ポリフェニレンサルファイド)のような耐熱性のモールドのパイプ,または鉄パイプ等を使用することもできる。できれば,電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものが好ましい。
The cored
断熱層22は,発熱体層23によって発生した熱を芯金21へ逃がさないためのものである。そのために,熱伝導率が低く,耐熱性および弾性を有する,ゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)のものが好ましい。このようにすれば,芯金21と発熱体層23との間を断熱して保持できる。また,定着ベルト28のたわみを許容し,ニップ幅を大きく保つことができる。また,加熱ローラ11全体としての硬度を小さくして,変形しやすくできる。これにより,排紙性や用紙の分離性を向上させることができる。
The
また,例えば,断熱層22として,シリコンスポンジ材を用いる場合は,厚さ2〜15mmさらに望ましくは3〜10mmのものを使用する。また,この断熱層22の硬度は,アスカーC硬度で20〜60度,さらに望ましくは30〜50度の範囲内とする。あるいは,断熱層22は,ゴム材と樹脂材との2層構造としたものでもよい。
For example, when a silicon sponge material is used as the
発熱体層23は,磁束発生部13によって発生される磁束を受けて誘導電流が誘起され,それによって発熱する層である。例えば,無端状のニッケル電鋳ベルトによって形成されている。この場合は,厚さ10〜100μmさらに望ましくは20〜50μmのものを使用することが望ましい。
The
あるいは,発熱体層23の材料としては,以下のものでもよい。例えば,磁性ステンレスのようなその他の磁性材料(磁性金属)でもよい。比較的透磁率μが高く,適切な範囲内の抵抗率ρを持つ材料であれば使用できる。また,非磁性材料であっても,金属などの導電性のある材料であれば,薄膜にする等の工夫により使用可能である。また,樹脂に金属粒子等の発熱粒子を分散させたものでもよい。また,この発熱体層23に樹脂ベースのものを用いれば,用紙の分離性を向上させることができる。
Or as a material of the heat generating
弾性層24は,加熱ローラ11の表面と用紙との密着性を高めるためのものである。これは,耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材の層である。その材料としては,例えば,定着温度での使用に耐えられるシリコンゴム,フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。また,上記の材料に,熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入したものでもよい。熱伝導性の向上のために充填される粒子の例としては,ダイヤモンド,銀,銅,アルミニウム,大理石,ガラス等が挙げられる。実用的には,シリカ,アルミナ,酸化マグネシウム,窒化ホウ素,酸化ベリリウム等が好ましい。
The
この弾性層24としては,厚さ10〜800μm,さらに望ましくは100〜300μmのものとする。弾性層24の厚さが10μm未満では厚さ方向の十分な弾力性を得ることが難しい。また,この厚さが800μmを超えると,発熱体層23で発生した熱を加熱ローラ11の外周面まで到達させることが難しく,熱効率が悪化するので好ましくない。
The
弾性層24の硬度は,JIS硬度で1〜80度,さらに望ましくは5〜30度のものとする。この範囲内の硬度であれば,弾性層24の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ,安定した定着性を確保できる。硬度がこの範囲内となるシリコンゴムとして,例えば,1成分系,2成分系,または3成分系以上のシリコンゴム,LTV(Low Temperature Vulcanizable:低温加硫)型,RTV(Room Temperature Vulcanizable:常温加硫)型,またはHTV(High Temperature Vulcanizable:高温加硫)型のシリコンゴム,縮合型または付加型のシリコンゴム等が使用できる。ここでは,JIS硬度10度で厚さ200μmのシリコンゴムを使用している。
The
離型層25は,加熱ローラ11の最外層をなし,加熱ローラ11と用紙との離型性を高めるためのものである。この離型層25としては,定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れたものを使用する。例えば,シリコンゴムやフッ素ゴム,あるいはPFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体),PTFE(四フッ化エチレン),FEP(四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体),PFEP(四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)等のフッ素樹脂が好ましい。離型層25の厚さは5〜100μm,さらに望ましくは10〜50μmとする。また,この離型層25と弾性層24との接着力を向上させるために,プライマー等による接着処理を行ってもよい。また,離型層25の中に,必要に応じて,導電材,耐摩耗材,良熱伝導材をフィラーとして添加してもよい。
The
次に,加圧ローラ12について説明する。加圧ローラ12は,図3に示すように,芯金31,断熱層32,離型層33を有している。芯金31は,壁厚3mmのアルミ製パイプである。強度が確保できれば,芯金3として,PPSのような耐熱性のモールドのパイプや鉄パイプを使用することもできる。しかし,この芯金31の材質としても,加熱ローラ11の芯金21と同様に,電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。
Next, the
芯金31の外周には,断熱層32が設けられている。断熱層32は,厚さ3〜10mmの範囲内のシリコンスポンジゴムの層である。1層の断熱層32に代えて,シリコンゴムとシリコンスポンジとの2層構造としてもよい。
A
加圧ローラ12の最外周の離型層33は,加熱ローラ11の離型層25と同様に,用紙に対するローラ表面の離型性を向上させるためのものである。この離型層33は,PTFEまたはPFA等のフッ素系樹脂による厚さ5〜100μm,さらに望ましくは10〜50μmの層である。なお本形態では,この加圧ローラ12は,加熱ローラ11に対して300〜500Nの荷重で加圧されており,ニップ幅は約5〜15mmである。ニップ幅を変更して使用したい場合には荷重を異なる大きさとすればよい。
The
次に,磁束発生部13について説明する。磁束発生部13は,加熱ローラ11の外周に対面するとともに,加熱ローラ11の長手方向に沿って,加熱ローラ11に平行に配置されている。磁束発生部13は,図1に示すように,励磁コイル41と磁性体コア42とがコイルボビン43に覆われているものである。
Next, the
励磁コイル41は,加熱ローラ11の長手方向に沿って巻かれたコイルである。その横断面(図1参照)は,加熱ローラ11の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。この励磁コイル41には,高周波インバータ44が接続され,10〜100kHz,100〜2000Wの高周波電力が供給される。そのため,本形態では,励磁コイル41の巻き線として,細い線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。さらには,巻き線に伝熱した場合を想定して,本形態では,巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。
The
励磁コイル41は,メインコイル51と消磁コイル52とを有している。メインコイル51は,加熱ローラ11の軸方向に少なくとも画像形成可能な最大幅以上の長さで設けられている。それに対し,消磁コイル52は,メインコイル51の長手方向両端部に設けられている短いコイルである。これらにより,幅の広い用紙に画像形成する場合では,メインコイル51のみを使用して,加熱ローラ11の幅の広い範囲を加熱する。幅の狭い用紙に画像形成する場合では,メインコイル51による磁束のうち両端部のものを消磁コイル52で打ち消すことにより,加熱ローラ11のうち,中央部の幅の狭い範囲のみを加熱する。
The
磁性体コア42は,磁気回路の効率を上げるためと,磁気遮蔽のためのものである。この磁性体コア42は,メインコア53,端部コア54,裾コア55を有している。メインコア53は,その横断面が図1に示すような湾曲した形状であり,励磁コイル41を覆うように配置されている。メインコア53の両裾に裾コア55が配置されている。メインコア53の軸方向の両端部には端部コア54が配置されている。なお,メインコア53として,断面が略「E」字の形状で,中央部に加熱ローラ11側へ突出した部分のあるコアを使用しても良い。このようにすれば,さらに発熱効率を高めることができる。
The magnetic core 42 is for increasing the efficiency of the magnetic circuit and for magnetic shielding. The magnetic core 42 has a
磁性体コア42はいずれも,高透磁率かつ低損失の材質で形成されている。本形態では高周波を用いるため,パーマロイのような合金によるコアでは,コア内の渦電流損失が大きくなりがちである。そこで,このような材質を使用する場合は積層構造のコアとすることが望ましい。なお,励磁コイル41と磁性体コア42とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が,他の手段によって十分にできる場合には,コアなし(空芯)にしてもよい。さらに,磁性体コア42として,樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもできる。この素材は,透磁率はやや低いが,形状を自由に設定できるという利点がある。
Each of the magnetic cores 42 is made of a material with high magnetic permeability and low loss. Since this embodiment uses high frequency, cores made of alloys such as permalloy tend to have large eddy current losses in the core. Therefore, when such a material is used, it is desirable to use a laminated core. In addition, when the magnetic shielding of the magnetic circuit part by the
コイルボビン43は,磁性体コア42と励磁コイル41との全体を覆っているボビン本体56と,ボビン本体56の外部に設けられたリブ57とを有している。リブ57は,ボビン本体56の軸方向両端部に設けられた,略円弧状の凸部である。リブ57は,ボビン本体56と一体的に成型されている。そして,定着装置1として組み立てられたときには,リブ57は,定着ベルト28の軸方向の両端部の通紙領域外の範囲58(図4参照)にそれぞれ接触する位置に設けられている。定着ベルト28は,リブ57に接触することにより,回転時にも安定した配置が保持される。従って,定着ベルト28と定着ローラ27との間の空間Sも安定して保持される。従って,リブ57により,精度や耐久性に優れた定着ベルト28の位置決めが可能となっている。
The
なお,本形態では,図4に示すように,定着ベルト28の軸方向の両端部の通紙領域外に,弾性層24と離型層25とが設けられていない範囲58がある。すなわち,この範囲58では,発熱体層23が露出している。そして,リブ57は,この範囲58にそれぞれ接触する位置に設けられている。すなわち,リブ57は,発熱体層23に直接接触している。発熱体層23は,離型層25や弾性層24と異なり,金属であり樹脂ではない。従って,リブ57が発熱体層23に対して摺動し続けたとしても,摩耗は起こりにくい。もし,リブ57が離型層25に直接接触していると,樹脂の摩耗による摩耗粉等が出ることにより,画質劣化の原因となるおそれがある。本形態では,リブ57が範囲58に接触しているのでそのようなことはない。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, there is a
また,リブ57として,耐熱性,摺動性に優れたフッ素樹脂等の材質のものを用いてもよい。この場合には,ボビン本体56とは別に形成し,はめ込み等によって取り付けるとよい。このようにすれば,リブ57と定着ベルト28との摺動性がさらに向上する。また,この場合,リブ57は必要に応じて交換可能である。さらには,図5に示すように,リブ57が接触する定着ベルト28の範囲58にも,フッ素樹脂等の滑り層59を設けるようにしても良い。このようにすれば,リブ57と定着ベルト28との間の摺動性がさらに向上する。
The
さらに,加熱ローラ11の軸方向両端部には,図6と図7に示すように,封止板61が設けられている。この封止板61は,その中央部に加熱ローラ11の回転軸(芯金21)を通すための貫通穴62が設けられた円板状の部材である。封止板61の外径は,加熱ローラ11の外径より大きい。従って,両端側の封止板61によって,定着ローラ27と定着ベルト28との間の空間S内の空気がある程度封止される。つまり,この空間Sにある空気は,あまり外部と入れ替わらない。これにより,空間Sの空気層の気密性をある程度保つことができるので,この空気層による断熱効果が向上される。
Further, sealing
さらに,封止板61は,加熱ローラ11の両端部を覆っているので,加熱ローラ11のうち,定着ベルト28だけが定着ローラ27から軸方向へずれて,片側へよることが防止されている。すなわち,この封止板61は,ベルトの寄り防止機能をも有している。なお,図6と図7に示しているのは,加圧ローラ12による加圧を受けていない状態の加熱ローラ11である。加圧ローラ12は,加熱ローラ11のうち,両側の封止板61より軸方向の内側のみに圧接される。封止板61は,加圧ローラによってその一部が加圧された状態の加熱ローラ11においても,空間Sの両端部を覆うような大きさに形成される。なお,ベルトの寄り防止機能は他の部材によって行うこととし,封止板61に代えて,空気の封止のみを目的とした封止板を設けてもよい。
Further, since the sealing
次に,本形態の定着装置1の動作を説明する。本形態の定着装置1では,図1に示すように,加圧ローラ12が加熱ローラ11に押し付けられ,これらの間にニップが形成される。さらに,加圧ローラ12が図中時計回り方向に回転駆動される。これにより,加熱ローラ11は,加圧ローラ12との摩擦力によって,図中反時計回り方向に従動回転される。なお,この駆動と従動との関係は,逆でもよい。
Next, the operation of the fixing device 1 of this embodiment will be described. In the fixing device 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
磁束発生部13においては,高周波インバータ44によって,励磁コイル41に高周波電力が供給される。これにより誘導された磁束は,磁性体コア42の内部を外部に漏れることなく通る。そして,その磁束は,磁性体コア42の突起部間で外部に出て,加熱ローラ11の発熱体層23を貫く。これにより,発熱体層23に渦電流が流れ,発熱体層23がジュール発熱する。そして,適切な定着温度(例えば,100〜200℃程度)となるように,高周波インバータ44が制御される。そのために,別にサーミスタを設けておくと良い。
In the
この発生した熱は,発熱体層23に接着されている弾性層24を介して,加熱ローラ11の表面へ伝達される。トナー像を担持する用紙は,トナー像の載っている面を加熱ローラ11の側に向けた状態で,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間のニップに挿入される。そして,加熱ローラ11と加圧ローラ12との間のニップを通過する間に,トナーが溶融されて用紙に定着される。ニップを通過した用紙は,加熱ローラ11から分離されて後段へと搬送される。用紙が,ニップを通過した後も加熱ローラ11に張り付いたままであれば,分離爪14によって加熱ローラ11から強制的に分離される。これにより,用紙が定着装置1でジャムになることが防止されている。なお,分離爪14の先端部は,加熱ローラ11の表面に接触していてもしていなくてもよい。
The generated heat is transmitted to the surface of the
本形態の定着装置1では,定着ベルト28の発熱体層23の内周側の面と定着ローラ27の外周の断熱層22との間に,空間Sがある。定着ベルト28と定着ローラ27とが接触しているのは,加圧ローラ12とのニップの部分のみである。従って,この空間Sの空気層によって,発熱体層23と定着ローラ27との間が断熱されている。
In the fixing device 1 of this embodiment, there is a space S between the inner peripheral surface of the
これにより,図8に示すように,定着ベルト28を短時間で昇温させることができる。この図では,本形態の定着装置1による昇温特性を実線で,定着ベルトと定着ローラとの間に空間のない従来の定着装置による昇温特性を破線で示している。いずれも,磁束発生部13に同じ一定の電力を投入した際の,加熱ローラの表面の温度の推移をグラフ化したものである。この図から分かるように,本形態の実施例によれば,目標値の185℃に到達するまでの時間を,従来のものに比較して約30%短くすることができた。
Thereby, as shown in FIG. 8, the fixing
なお,本形態の定着装置1には,この他に分離性能が向上するという効果もある。加熱ローラ11では,加圧ローラ12によって加圧された際に定着ローラ27の外周がややつぶれたように変形する。そのため,定着ベルト28の内径と定着ローラ27の外径との差が大きいほど,ニップ出口の前後における定着ベルト28のなす角度が大きくなるのである。例えば,図9に示すように,定着ベルト28の内径に対して定着ローラ27の外径が小さいものでは,ニップ出口における定着ベルト28のなす角度αが大きい。これに対し,定着ベルト28と定着ローラ27’との間に空間のない従来の加熱ローラでは,ニップ出口における定着ベルト28のなす角度βがやや小さい。本形態では,定着ベルト28のなす角度αが大きいので,用紙はニップの出口で分離されやすいものとできた。
In addition, the fixing device 1 of the present embodiment also has an effect of improving the separation performance. In the
この分離性能について,同一の定着ベルトと径の異なる3種類の定着ローラとを組み合わせた3種類の定着装置を用いて,試験を行った。ここでは,定着ベルト28として,その内径が約40mmφのものを使用した。本実施例の定着ローラは,その外径が34mmφであり,十分な空間Sがある。比較例として,定着ローラ27の外径が38,40mmφの2種類のものを試験した。定着ローラの外径が40mmφの比較例2では,定着ローラと定着ベルトとの間にほとんど隙間がない。
This separation performance was tested using three types of fixing devices in which the same fixing belt and three types of fixing rollers having different diameters were combined. Here, the fixing
さらに,本試験では,分離不良の起きやすい比較的薄い用紙を用い,先端に僅かな余白を残したほぼ全面ベタ画像を形成した。分離性の評価基準は,以下の通りとした。
光沢ムラの発生がない場合に○
分離不良によって若干の光沢ムラが発生している場合に△
なお,この試験は気温23℃湿度65%の通常環境で行った。
Furthermore, in this test, a relatively thin sheet, which is prone to separation failure, was used, and an almost full-color image was formed with a slight margin at the tip. The evaluation criteria for separability were as follows.
○ when there is no uneven gloss
△ when slight gloss unevenness occurs due to poor separation
This test was conducted in a normal environment with an air temperature of 23 ° C. and a humidity of 65%.
試験の結果は表1に示す通りとなった。実施例ではいずれの画像についても光沢ムラは発生しなかった。先端余白が1.5mmの画像では,比較例1,2のいずれも光沢ムラが発生した。先端余白が3mmの画像では,比較例2で光沢ムラが発生した。この結果から,定着ローラの外径が小さく,定着ベルトの内径との差が大きい本実施例では,用紙分離性能が向上していることが分かった。 The test results are shown in Table 1. In the examples, no gloss unevenness occurred in any image. In an image having a tip margin of 1.5 mm, gloss unevenness occurred in both Comparative Examples 1 and 2. In an image having a tip margin of 3 mm, gloss unevenness occurred in Comparative Example 2. From this result, it was found that the sheet separation performance was improved in the present embodiment in which the outer diameter of the fixing roller is small and the difference from the inner diameter of the fixing belt is large.
以上詳細に説明したように,本形態の定着装置1によれば,加熱ローラ11の定着ローラ27の外径が,定着ベルト28の内径に比較してかなり小さくされている。従って,定着ローラ27と定着ベルト28との間に,空間Sが形成されている。この空間Sの内部の空気が断熱層として機能するので,定着ベルト28で発生した熱は,定着ローラ27へは逃げにくい。これにより,本形態は,短時間で昇温させることができる定着装置1となっている。
As described above in detail, according to the fixing device 1 of the present embodiment, the outer diameter of the fixing
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,磁束発生部13のボビンの形状やコアの配置等は一例であり,これに限るものではない。また,リブは,定着ベルト28に接触して適切な位置に保持できればよく,その形状や配置は上記の実施例に限るものではない。また,本形態は,カラーあるいはモノクロの,プリンタ,FAX,コピー機等の画像形成装置に適用可能である。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, the shape of the bobbin of the magnetic
1 定着装置
12 加圧ローラ
13 磁束発生部
27 定着ローラ
28 定着ベルト
57 リブ
59 滑り層
61 封止板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記定着ローラの外径が前記定着ベルトの内径より小さく,
前記定着ローラの外面と前記定着ベルトの内面とが,前記ニップ部の箇所では接触するとともに,それ以外の箇所では接触しておらず,
前記磁束発生部が,前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラの反対側に位置しており, 前記磁束発生部における前記定着ベルトに対面する面には,前記定着ローラの軸方向(以下,「ローラ軸方向」という)における画像形成領域より外部の両側に,前記定着ベルトに接触するリブが設けられており,
前記磁束発生部における前記リブ以外の部分は,前記定着ベルトに接触しておらず,
前記定着ベルトが,前記電磁誘導発熱層の外面側に弾性層と離型層とを有するものであり,
前記定着ベルトのローラ軸方向における画像形成領域より外部に,前記電磁誘導発熱層が前記定着ベルトの外面側に露出する露出部が形成されており,
前記リブは,前記露出部に接触することを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt having an electromagnetic induction heat generating layer, a fixing roller disposed inside the fixing belt, a pressure roller forming a nip portion with the fixing belt and the fixing roller, and an electromagnetic induction heat generating layer of the fixing belt A fixing device for fixing a toner image on a sheet by passing a sheet carrying a toner image through the nip portion,
An outer diameter of the fixing roller is smaller than an inner diameter of the fixing belt;
The outer surface of the fixing roller and the inner surface of the fixing belt are in contact with each other at the nip portion and are not in contact with other portions.
The magnetic flux generation part is located on the opposite side of the pressure roller with the fixing belt in between, and the surface of the magnetic flux generation part facing the fixing belt has an axial direction of the fixing roller (hereinafter, “ Ribs that contact the fixing belt are provided on both sides outside the image forming area in the “roller axial direction”,
Portions other than the ribs in the magnetic flux generating portion are not in contact with the fixing belt,
The fixing belt has an elastic layer and a release layer on the outer surface side of the electromagnetic induction heating layer;
An exposed portion is formed outside the image forming area in the roller axial direction of the fixing belt, and the electromagnetic induction heating layer is exposed to the outer surface side of the fixing belt,
The fixing device according to claim 1, wherein the rib contacts the exposed portion.
前記定着ローラの外径が前記定着ベルトの内径より小さく,
前記定着ローラの外面と前記定着ベルトの内面とが,前記ニップ部の箇所では接触するとともに,それ以外の箇所では接触しておらず,
前記磁束発生部が,前記定着ベルトを挟んで前記加圧ローラの反対側に位置しており, 前記磁束発生部における前記定着ベルトに対面する面には,前記定着ローラの軸方向(以下,「ローラ軸方向」という)における画像形成領域より外部の両側に,前記定着ベルトに接触するリブが設けられており,
前記磁束発生部における前記リブ以外の部分は,前記定着ベルトに接触しておらず,
前記定着ベルトが,前記電磁誘導発熱層の外面側に弾性層と離型層とを有するものであり,
前記定着ベルトのローラ軸方向における画像形成領域より外部に,前記弾性層と離型層とに代えて滑り層が設けられた領域があり,
前記リブは,前記滑り層に接触することを特徴とする定着装置。 An endless fixing belt having an electromagnetic induction heat generating layer, a fixing roller disposed inside the fixing belt, a pressure roller forming a nip portion with the fixing belt and the fixing roller, and an electromagnetic induction heat generating layer of the fixing belt A fixing device for fixing a toner image on a sheet by passing a sheet carrying a toner image through the nip portion,
An outer diameter of the fixing roller is smaller than an inner diameter of the fixing belt;
The outer surface of the fixing roller and the inner surface of the fixing belt are in contact with each other at the nip portion and are not in contact with other portions.
The magnetic flux generation part is located on the opposite side of the pressure roller with the fixing belt in between, and the surface of the magnetic flux generation part facing the fixing belt has an axial direction of the fixing roller (hereinafter, “ Ribs that contact the fixing belt are provided on both sides outside the image forming area in the “roller axial direction”,
Portions other than the ribs in the magnetic flux generating portion are not in contact with the fixing belt,
The fixing belt has an elastic layer and a release layer on the outer surface side of the electromagnetic induction heating layer;
Outside the image forming area in the roller axial direction of the fixing belt, there is an area where a sliding layer is provided instead of the elastic layer and the release layer,
The fixing device according to claim 1, wherein the rib contacts the sliding layer.
前記リブはフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする定着装置。 The fixing device according to claim 1 or 2,
The fixing device according to claim 1, wherein the rib is made of a fluororesin.
前記定着ローラのローラ軸方向の両端部に,前記定着ベルトの内径より大きい径の蓋部材を有することを特徴とする定着装置。 In the fixing device according to any one of claims 1 to 3,
A fixing device having a lid member having a diameter larger than the inner diameter of the fixing belt at both ends of the fixing roller in the roller axial direction.
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