JP5998497B2 - Fixing device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Description
この発明は、定着装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus using the same.
従来、上記画像形成装置では、感光体ドラム上に形成されたトナー像を直接又は中間転写体を介して記録媒体に転写し、当該記録媒体上に転写された未定着トナー像を定着装置によって定着することで永久画像を得るように構成されている。 Conventionally, in the image forming apparatus, a toner image formed on a photosensitive drum is transferred to a recording medium directly or via an intermediate transfer member, and an unfixed toner image transferred onto the recording medium is fixed by a fixing device. By doing so, a permanent image is obtained.
ところで、かかる画像形成装置に用いられる定着装置としては、例えば、特開2005−221719号公報や特開2007−072275号公報、あるいは特開2008−224874号公報、特開2011−059372号公報などに開示されているように、無端状の定着ベルトを用いたものが種々提案されている。 By the way, as a fixing device used in such an image forming apparatus, for example, JP 2005-221719 A, JP 2007-072275 A, JP 2008-224874 A, JP 2011-059372 A, and the like. As disclosed, various types using an endless fixing belt have been proposed.
上記特開2005−221719号公報に係る定着装置は、定着ベルトのスリップを防止して記録媒体を円滑に搬送するとともに、記録媒体を定着ベルトから確実に剥離することを目的として、定着ベルトは、端部駆動部材から周方向の駆動力が伝達されるように構成するとともに、押圧部材の断面形状を、最大サイズの記録媒体使用時の通紙域と非通紙域である両端部とで異ならせ、該両端部では、加圧ロールに押圧されたときの押圧部材の定着ベルトとの接触面が、端部駆動部材と定着ベルトとの接触面とほぼ同じ曲率となるように構成したものである。 In the fixing device according to the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-221719, for the purpose of smoothly transporting the recording medium by preventing the fixing belt from slipping, and for reliably peeling the recording medium from the fixing belt, The driving force in the circumferential direction is transmitted from the end drive member, and the cross-sectional shape of the pressing member is different between the paper passing area when the maximum size recording medium is used and the both ends being the non-paper passing area. At both ends, the contact surface of the pressing member when pressed by the pressure roll has substantially the same curvature as the contact surface of the end driving member and the fixing belt. is there.
また、上記特開2007−072275号公報に係る定着装置は、記録紙をベルト部材から安定的に分離することを目的として、剛体からなる円筒状基体の表面に熱の伝導を妨げる断熱機能層が被覆されて構成された定着ロールと、定着ロールに張架されるベルト部材と、ベルト部材を加熱するとともに、ベルト部材を張架する張架ロールと、定着ロールを押圧するように配置されるとともに、弾性層が被覆された加圧部材とを備えるように構成したものである。 Further, in the fixing device according to the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-072275, for the purpose of stably separating the recording paper from the belt member, a heat insulating functional layer that prevents heat conduction is provided on the surface of the cylindrical body made of rigid body. A fixing roll configured to be coated, a belt member stretched around the fixing roll, a belt member that heats the belt member, a tension roll that stretches the belt member, and a pressure roller that is arranged to press the fixing roll And a pressure member covered with an elastic layer.
さらに、上記特開2008−224874号公報に係る定着装置は、定着部材の揺れやしわを防止することを目的とし、加熱され現像剤を記録媒体に定着する無端状の定着部材と、定着部材の両端部外側に取付けられ、回転力が伝達される駆動伝達部材と、駆動伝達部材と対向して定着部材の両端部内側に取付けられ、定着部材の断面形状を略円形に保持する保持部材と、を備えるように構成したものである。 Further, the fixing device according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-224874 is intended to prevent the fixing member from shaking and wrinkling, and an endless fixing member that fixes the developer on the recording medium by being heated, A drive transmission member that is attached to the outer sides of both ends and to which a rotational force is transmitted; a holding member that is attached to the inner sides of both ends of the fixing member so as to face the drive transmission member and holds the cross-sectional shape of the fixing member in a substantially circular shape; It is comprised so that it may be equipped with.
又、上記特開2011−059372号公報に係る画像形成方法は、従来よりも低い加熱温度で定着が可能となる定着装置と、特定のトナーを組み合わせた画像形成方法を提供することを目的として、定着装置は、加熱源によって加熱される定着部材と、定着部材に圧接して配設された加圧部材を備え、定着部材と加圧部材が互いに圧接して形成された定着ニップに記録媒体を通過させることにより、記録媒体上の未定着画像を記録媒体に定着させる定着装置であり、定着部材と加圧部材の線速度が少なくとも部分的に異なり、トナーは、長径が0.2μm以上の空隙を有し、かつ空隙率が2〜50%であるものを用いるように構成したものである。 In addition, the image forming method according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-059372 has an object to provide an image forming method in which a fixing device capable of fixing at a heating temperature lower than the conventional one and a specific toner are combined. The fixing device includes a fixing member heated by a heating source and a pressure member disposed in pressure contact with the fixing member, and the recording medium is placed in a fixing nip formed by pressure contact between the fixing member and the pressure member. A fixing device for fixing an unfixed image on a recording medium to the recording medium by passing the toner, wherein the linear velocity of the fixing member and the pressure member is at least partially different, and the toner has a gap whose major axis is 0.2 μm or more. And having a porosity of 2 to 50% is used.
ところで、この発明が解決しようとする課題は、定着圧力を増加させた場合でも加圧回転体の弾性体層が損傷するのを回避することが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。 By the way, the problem to be solved by the present invention is a fixing device capable of avoiding damage to the elastic body layer of the pressure rotating body even when the fixing pressure is increased, and an image forming apparatus using the same. It is to provide.
すなわち、請求項1に記載された発明は、 加熱される無端状ベルトと、
表面側に弾性体層を有し、前記無端状ベルトとの間に記録媒体を挟んで回転する回転体であって、前記記録媒体の最大通紙領域の端部を境界として、前記記録媒体の最大通紙領域の端部より外側の外径が端部に行くに従って小径となるように形成され、且つ前記記録媒体の最大通紙領域の端部より内側の外径が端部から中央部に行くに従って小径となるように形成された加圧回転体と、
前記無端状ベルトの内部に配置され、当該無端状ベルトと前記加圧回転体を圧接させる押圧部材を備え、
前記加圧回転体は、前記押圧部材の最大通紙領域及び非通紙領域を含む領域に圧接されることを特徴とする定着装置である。
That is, the invention described in
A rotating body having an elastic layer on the surface side and rotating with the recording medium sandwiched between the endless belt and having an edge of the maximum sheet passing area of the recording medium as a boundary. The outer diameter outside the end of the maximum sheet passing area is formed so as to become smaller toward the end, and the outer diameter inside the end of the maximum sheet passing area of the recording medium is changed from the end to the center. A pressure rotator formed to have a smaller diameter as it goes,
Wherein is arranged inside the endless belt, Bei give a pressing member for pressing the endless belt and the pressure rotating body,
The pressure rotator is a fixing device that is pressed against a region including a maximum sheet passing region and a non-sheet passing region of the pressing member .
請求項2に記載された発明は、前記加圧回転体は、前記記録媒体の最大通紙領域の端部より外側の外径が端部に行くに従って直線的に変化するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置である。
According to a second aspect of the present invention, the pressure rotating body is formed such that the outer diameter outside the end of the maximum sheet passing area of the recording medium changes linearly as it goes to the end. The fixing device according to
請求項3に記載された発明は、前記加圧回転体は、前記記録媒体の最大通紙領域の端部より外側の外径が端部に行くに従って、前記押圧部材が前記加圧回転体と圧接することによって変形する撓み曲線に沿った形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の定着装置である。
According to a third aspect of the present invention, the pressing member is connected to the pressing rotor as the outer diameter outside the end of the maximum sheet passing area of the recording medium goes to the end. The fixing device according to
請求項4に記載された発明は、前記無端状ベルトは、発熱層を有し、電磁誘導加熱されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の定着装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fixing device according to any one of the first to third aspects, the endless belt has a heat generating layer and is heated by electromagnetic induction.
請求項5に記載された発明は、前記無端状ベルトは、その両端部に筒状部材が装着されており、前記筒状部材を介して回転駆動されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の定着装置である。 The invention described in claim 5, wherein the endless belt has its opposite ends the tubular member is mounted to, claims 1 to 4, I characterized in that it is driven to rotate through the tubular member The fixing device according to any one of the above.
請求項6に記載された発明は、トナー像を保持する像保持体と、
前記像保持体に保持されたトナー像を直接又は中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段によって前記記録媒体上に転写されたトナー像を定着する定着手段を備え、
前記定着手段として請求項1乃至5のいずれかに記載された定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
According to a sixth aspect of the present invention, an image holding body for holding a toner image;
Transfer means for transferring the toner image held on the image holding member to a recording medium directly or via an intermediate transfer member;
A fixing means for fixing the toner image transferred onto the recording medium by the transfer means;
An image forming apparatus using the fixing device according to
請求項1に記載された発明によれば、定着圧力を増加させた場合でも加圧回転体の弾性体層が損傷するのを回避することができる。
また、請求項1に記載された発明によれば、記録媒体にしわが発生するのを抑制することができる。
さらに、請求項1に記載された発明によれば、加圧回転体の最大通紙領域から非通紙領域にわたって圧接力が変動するのを抑制することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to avoid damaging the elastic body layer of the pressure rotating body even when the fixing pressure is increased.
In addition, according to the first aspect of the present invention, wrinkles can be prevented from occurring on the recording medium.
Furthermore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress the pressure contact force from fluctuating from the maximum sheet passing area to the non-sheet passing area of the pressure rotating body.
請求項2に記載された発明によれば、加圧回転体の端部の構成を簡略化できる。 According to the second aspect of the invention, the configuration of the end portion of the pressure rotating body can be simplified.
請求項3に記載された発明によれば、加圧回転体の最大通紙領域から非通紙領域にわたって圧接力が変動するのを抑制することができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to suppress the pressure contact force from fluctuating from the maximum sheet passing area to the non-sheet passing area of the pressure rotating body.
請求項4に記載された発明によれば、無端状ベルトを短時間に加熱することができる。 According to the invention described in claim 4 , the endless belt can be heated in a short time.
請求項5に記載された発明によれば、無端状ベルトを確実に回転駆動することができる。 According to the invention described in claim 5 , the endless belt can be reliably rotated.
請求項6に記載された発明によれば、定着装置を長寿命化することができ、長期にわたって良好な画像を形成することができる。 According to the invention described in claim 6 , the life of the fixing device can be extended, and a good image can be formed over a long period of time.
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1
図2はこの発明の実施の形態1に係る定着装置を適用した画像形成装置としてのタンデム方式のフルカラー画像形成装置を示すものである。なお、このタンデム方式のフルカラー画像形成装置は、画像読取装置を備えており、フルカラーの複写機としても機能するように構成されているが、画像読取装置を備えていなくとも勿論良い。また、この発明は、タンデム方式の画像形成装置に限定されるものではないことは勿論であり、感光体ドラムを1つのみ備えたモノクロの画像形成装置や4サイクルのフルカラー画像形成装置であっても適用可能である。
FIG. 2 shows a tandem full-color image forming apparatus as an image forming apparatus to which the fixing device according to
図2において、1は画像形成装置の本体を示すものであり、この画像形成装置本体1の上部の一端(図示例では、左端)には、原稿2の画像を読み取る画像読取装置3が配置されている。この画像読取装置3は、原稿押え部材4によって押さえられた状態でプラテンガラス5上に置かれた原稿2を光源6によって照明し、原稿2からの反射光像をフルレートミラー7及びハーフレートミラー8、9及び結像レンズ10からなる縮小光学系を介してCCD等からなる画像読取素子11上に走査露光することにより、画像読取素子11によって原稿2の画像を予め定められたドット密度で読み取るように構成されている。
In FIG. 2,
上記画像読取装置3によって読み取られた原稿2の画像は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)(例えば、各8bit)の3色の画像データとして画像処理装置12に送られ、この画像処理装置12では、原稿2の画像データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色/移動編集等の予め定められた画像処理が施される。また、上記の如く画像処理装置12で予め定められた画像処理が施された画像データは、同じく画像処理装置12によってシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色の画像データに変換される。なお、画像処理装置12によって変換される画像データの色は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色の画像データに限らず、高彩度シアン(HC)や高彩度マゼンタ(HM)を含む6色等に変換しても良く、その色や彩度は任意である。また、上記画像処理装置12に入力される画像データとしては、図示しない通信回線を介してパーソナルコンピュータ等から送られてくるものであっても勿論良い。
The image of the document 2 read by the image reading device 3 is sent to the
ところで、この実施の形態では、互いに色が異なるか又は同一色であって彩度や濃度が異なるトナーを用いて画像を形成する複数の画像形成手段を備えるように構成されている。 By the way, this embodiment is configured to include a plurality of image forming means for forming an image using toners having different colors or the same color and having different saturation and density.
すなわち、この実施の形態に係る画像形成装置本体1の内部には、図2に示すように、複数の画像形成手段として、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色に対応した4つの画像形成部13Y、13M、13C、13Kが、水平方向に沿って一定の間隔を隔てて並列的に配置されている。
That is, inside the image forming apparatus
これらの4つの画像形成部13Y、13M、13C、13Kは、図2に示すように、使用するトナーの種類を除いて、基本的にすべて同様に構成されており、大別して、矢印A方向に沿って予め定められた回転速度で駆動される像保持体としての感光体ドラム14と、この感光体ドラム14の表面を一様に帯電する一次帯電手段としてのスコロトロン15と、当該感光体ドラム14の表面に各色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段としての画像露光装置16と、感光体ドラム14上に形成された静電潜像を対応する色のトナーで現像する現像手段としての現像装置17と、感光体ドラム14の表面に残った転写残トナーをクリーニングするクリーニング装置18とから構成されている。
These four
上記画像露光装置16では、図2に示すように、半導体レーザ19が画像データに応じて変調され、この半導体レーザ19からは、レーザ光LBが画像データに応じて出射される。この半導体レーザ19から出射されたレーザ光LBは、反射ミラー20、21を介して回転多面鏡22によって偏向走査され、図示しないf−θレンズで走査角度に応じて焦点距離が調整された状態で、複数枚の反射ミラー23、24を介して像保持体としての感光体ドラム14上に走査露光される。なお、上記画像露光装置16としては、レーザ光LBを偏向走査させて画像露光を行う装置に限らず、例えば、LED発光素子を感光体ドラム14の軸方向に沿って多数配列したLEDアイレを用いた装置を使用しても良く、LEDアイレを用いた画像露光装置16の場合には、レーザ光LBを偏向走査させて画像露光を行う画像露光装置16と比較して、画像露光装置16の大幅な小型化が可能となり、画像形成装置全体を小型化することができ望ましい。
In the image exposure apparatus 16, as shown in FIG. 2, the
上記イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像形成部13Y、13M、13C、13Kの感光体ドラム14Y、14M、14C、14Kの表面は、スコロトロン15Y、15M、15C、15Kによって予め定められた電位に一様に帯電される。そして、上記画像処理装置12からは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色の画像形成部13Y、13M、13C、13Kの画像露光装置16Y、16M、16C、16Kに各色に対応した画像データが順次出力される。そして、これらの画像露光装置16Y、16M、16C、16Kから画像データに応じて出射されるレーザ光LB−Y、LB−M、LB−C、LB−Kは、対応する感光体ドラム14Y、14M、14C、14Kの表面に主走査方向(感光体ドラム14の軸方向)に沿って走査露光され、感光体ドラム14Y、14M、14C、14Kの表面には静電潜像が形成される。上記各感光体ドラム14Y、14M、14C、14K上に形成された静電潜像は、対応する現像装置17Y、17M、17C、17Kによって、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像として現像される。
The surface of each of the yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K)
上記各画像形成部13Y、13M、13C、13Kの感光体ドラム14Y、14M、14C、14K上に順次形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像は、図2に示すように、各画像形成部13Y、13M、13C、13Kの下方に配置された中間転写体としての中間転写ベルト25上に、一次転写手段としての一次転写ロール26Y、26M、26C、26Kによって互いに重ね合わせた状態で一次転写される。
Each color of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) sequentially formed on the
上記中間転写ベルト25は、駆動ロール27と、従動ロール28と、張力付与ロール29と、従動ロール30と、二次転写部の背面支持ロール31と、従動ロール32からなる複数のロール間に予め定められた張力で架け渡されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モータによって回転駆動される駆動ロール27により、矢印B方向に沿って感光体ドラム14Y、14M、14C、14Kの回転速度(周速)と略等しい予め定められた速度で循環移動するように駆動される。上記中間転写ベルト25としては、例えば、可撓性を有するポリイミドやポリアミドイミド等の合成樹脂フィルムを無端ベルト状に形成したものが用いられる。
The
上記中間転写ベルト25上に多重に転写されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像は、背面支持ロール31に中間転写ベルト25を介して圧接する二次転写手段としての二次転写ロール33によって記録媒体としての記録用紙34上に一括して二次転写され、これらの各色のトナー像が転写された記録用紙34は、二連の搬送ベルト35、36によって本実施の形態1に係る定着手段としての定着装置37へと搬送される。そして、上記各色の未定着トナー像が転写された記録用紙34は、後述するように、定着装置37によって熱及び圧力で定着処理を受けた後、画像形成装置本体1の外部に設けられた排出トレイ38上に排出される。
The yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) toner images transferred onto the
上記記録用紙34は、図2に示すように、例えば、画像形成装置本体1内の底部に配置された給紙トレイ39から予め定められたサイズや材質のものが、給紙ロール40及び用紙搬送ロール41を備えた用紙搬送経路42を介して1枚ずつ分離された状態で、レジストロール43まで一旦搬送される。上記給紙トレイ39から供給された記録用紙34は、中間転写ベルト25上のトナー像と同期をとって回転駆動されるレジストロール43によって中間転写ベルト25の二次転写位置へと送り出される。
As shown in FIG. 2, for example, the
なお、トナー像の一次転写が終了した後の感光体ドラム14は、その表面がクリーニング装置18によってクリーニングされる。また、トナー像の二次転写が終了した後の中間転写ベルト25は、その表面が従動ロール32と対向する位置に配置されたベルトクリーニング装置44によってクリーニングされる。
The surface of the photosensitive drum 14 after the primary transfer of the toner image is cleaned by the cleaning device 18. Further, the
図1は上記の如く構成される画像形成装置に使用される定着装置を示す断面構成図である。 FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a fixing device used in the image forming apparatus configured as described above.
この定着装置37は、図1に示すように、加熱される無端状ベルトとしての定着ベルト51と、定着ベルト51との間に形成される圧接部(ニップ部)Nに未定着トナー像Tを保持した記録用紙34を挟んで回転する加圧回転体としての加圧ロール52と、定着ベルト51を加圧ロール52に圧接させるための押圧部材としての押圧パッド53と、押圧パッド53を支持する支持部材54とを備えている。
As shown in FIG. 1, the fixing
さらに、上記定着装置37は、定着ベルト51のニップ部Nと反対側に位置する外周面に予め定められた間隙を介して離間した状態で対向配置され、定着ベルト51を電磁誘導加熱する交番磁界を発生させる交番磁界発生装置55と、定着ベルト51を介して交番磁界発生装置55と対向するように当該定着ベルト51の内部に接触状態で配置され、定着ベルト51が発する熱を蓄熱する蓄熱部材56と、定着ベルト51から記録用紙34が剥離されるのを補助する剥離補助部材57とを備えている。
Further, the fixing
上記定着ベルト51は、加圧ロール52に圧接されて変形する前の断面形状が、外径20〜50mm程度の薄肉円筒形状に形成されており、この実施の形態では、定着ベルト51の外径が約30mmに設定されている。この定着ベルト51は、図3に示すように、例えば、基層511と、その外周面に順次積層された発熱層512と弾性層513と表面離型層514とから構成されているが、発熱層512の外周に保護層を設けても良く、その層構成は任意である。
The fixing
上記基層511としては、例えば、耐熱性の高い合成樹脂であるポリイミド樹脂や鉄、ニッケル、銅、ジルコニウム、コバルト等の金属又はこれらの合金からなる金属材料が用いられ、その厚さは、10〜200μm程度に設定されている。この実施の形態では、厚さ80μmのポリイミド樹脂が用いられている。
As the
また、上記発熱層512は、交番磁界発生装置55によって生じる交番磁界の電磁誘導作用により発熱する層である。この発熱層512としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、クロム等の金属又はこれらの合金からなる金属材料が用いられ、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及び厚さが選択される。この実施の形態では、厚さ5μm程度の銅が用いられている。
The
さらに、上記弾性層513は、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体で構成されている。記録媒体としての記録用紙34に保持されるトナー像は、粉体からなる複数色のトナーが積層して形成されており、特にフルカラー画像の場合にはトナーの総量が多い。そのため、定着装置37のニップ部N内でトナー像を均一に加熱して溶融するには、記録用紙34上のトナー像の凹凸に倣って定着ベルト51の表面が弾性変形することが望ましい。この実施の形態では、弾性層513として、厚さが100〜600μm、例えば200μmの厚さで、JIS−A硬度が10〜30°のシリコーンゴムが用いられている。
Further, the
また、上記弾性層513の表面に積層される表面離型層514は、記録用紙34上に保持された未定着トナー像と直接接触する層であるため、離型性の高い材料が使用される。この表面離型層514は、例えば、PFA(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)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコーン共重合体、またはこれらの複合層等が用いられる。この表面離型層514の厚さとしては、薄すぎると、耐摩耗性の点で不十分であり、定着ベルト51の寿命を短くする。その反面、表面離型層514は厚すぎると、定着ベルト51の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、この実施の形態では、表面離型層514の厚さとして、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮して10〜50μm、例えば30μmに設定されている。
Further, the
上記の如く構成される定着ベルト51は、図4及び図5に示すように、その長手方向(軸方向)に沿った両端部に、当該定着ベルト51を回転駆動するために駆動力を伝達する筒状部材としてのフランジ部材58が圧入や接着等の手段によって固定した状態でそれぞれ取り付けられている。これらのフランジ部材58は、図5に示すように、定着ベルト51の端部に挿入される円筒形状の円筒部58aと、定着ベルト51の軸方向外側に円筒部58aよりも厚肉の円筒形状に突出した状態で設けられ、外周面にハスバギア等の歯車の歯面が一体的に形成された駆動部58bと、円筒部58aと駆動部58bとの間に半径方向の外向きの円環状に突出するように設けられたフランジ部58cとを備えるように構成されている。また、上記フランジ部材58は、図5に示すように、その円筒部58aから駆動部58bにわたる内周面に配設された軸受部材59を介して、支持部材54の長手方向に沿った両端部に設けられた円柱形状の支持部60に回転自在に支持されている。この支持部60には、図5(b)に示すように、支持部材56の長手方向に沿った両端部に、外側に向けて突出するように形成された断面矩形状の固定部61が設けられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the fixing
上記フランジ部材58を構成する材質としては、機械的強度や耐熱性の高い、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、PEEK樹脂、PES樹脂、PPS樹脂、LCP樹脂等の所謂エンジニアリングプラスチックスが適している。
As the material constituting the
一方、上記加圧ロール52は、図3に示すように、ステンレスやアルミニウム等の金属によって円柱形状に形成された芯金部材521と、当該芯金部材521の表面に予め定められた厚さに被覆されたシリコーンゴム等からなる耐熱性を有する弾性体層522と、当該弾性体層522の表面に例えば50μm程度の暑さに被覆されたPFA(四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体)等の離型性に優れた材料からなる離型層523とを備えるように構成されている。この加圧ロール52は、例えば、外径が約28mm程度の中実の略円柱形状に形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
さらに、この実施の形態では、加圧ロール52として、弾性率が相対的に小さなシリコーンスポンジ層からなる弾性体層522の内部に、軸方向に沿って貫通した小径の貫通孔524を円周方向に沿って等間隔に複数配置するとともに、弾性体層522の外周にPFA製のチューブからなる離型層523を被覆した所謂SOLTロール(商品名)と呼ばれるものが用いられている。このSOLTロールからなる加圧ロール52は、表面側に弾性率が相対的に小さなシリコーンスポンジ層からなる弾性体層522を有しているため、相対的に外径が小さな小径のロールであっても相対的に広いニップ部N(ニップ幅)を得ることができ、加圧ロール52の小径化を図ることができるため望ましい。
Furthermore, in this embodiment, as the
また、上記加圧ロール52は、弾性体層522が複数の貫通孔524を有しているため熱容量が相対的に小さく、且つ断熱性に優れているため、定着ベルト51からの熱伝導を抑制することができ、加熱開始時には、定着ベルト51の温度上昇に素早く追従するので予熱時間の短縮が可能となる。ただし、上記加圧ロール52としては、SOLTロール(商品名)に限らず、貫通孔524を有していない中実ロールを用いても良いことは勿論である。
Further, since the
上記加圧ロール52は、図6に示すように、当該加圧ロール52と定着ベルト51が圧接するニップ部Nを通過する記録用紙34に紙しわが発生するのを抑制するため、加圧ロール52の最大通紙領域の外径は、軸方向に沿った中央部の外径φAが相対的に小さく、記録用紙34の最大通過領域の端部の外径φBが相対的に大きくなるように設定されている。上記加圧ロール52の中央部の外径φAと記録用紙34の最大通過領域端部の外径φBとの差(φB−φA)は、記録用紙34に紙しわが発生するのを抑制乃至防止するために予め定められた値に設定されており、50μm〜100μm程度、例えば、75μmに設定されている。
As shown in FIG. 6, the
また、定着ベルト51と加圧ロール52を圧接させる押圧パッド53の材料としては、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体で構成され、図3に示すように、支持部材54の加圧ロール52と対向する位置に設けられた凹部62に嵌め込まれた状態で取り付けられている。そして、この押圧パッド53は、定着ベルト51を介して加圧ロール52と圧接されることにより、定着ベルト51と加圧ロール32との間にニップ部Nを形成する部材である。
The material of the
上記押圧パッド53は、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体で構成されるが、押圧パッド53を構成する材料としては、これに限らず、耐熱性を有するとともに、熱伝導性が小さい合成樹脂材料である、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、PES樹脂(ポリエーテルサルフォン)、PPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶ポリマ)など、耐熱性の樹脂を用いても良い。なお、この実施の形態では、押圧パッド53の材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性を有する弾性体が用いられている。
The
上記押圧パッド53は、図4に示すように、定着ベルト51の幅方向における最大サイズの記録用紙34の通紙領域(最大通紙領域)及びその両側の非通紙領域にわたって設けられており、両端面は、フランジ部材58の内側面と小さな間隙をおいて対向している。そして、加圧ロール52の弾性体層522の長さは、押圧パッド53の最大通紙領域及び非通紙領域を含めた長さと同程度に設定されており、押圧パッド53には、その略全長にわたって加圧ロール52が圧接されている。
As shown in FIG. 4, the
上記押圧パッド53の断面形状は、図4及び図7(a)に示すように、最大サイズの記録用紙34の通紙領域は同一形状に形成されており、図7(b)(c)に示すように、最大サイズの記録用紙34の通紙領域から端部に向けて形状が滑らかに変化するように構成されている。押圧パッド53の最大サイズの通紙領域の断面形状は、図7(a)に示すように、記録用紙34の搬送方向上流側に位置するニップ部Nの入口側であるプレニップ領域53aと、記録用紙34の搬送方向下流側に位置するニップ部Nの出口側である剥離ニップ領域53bとで形状が異なるように設定されている。更に説明すると、押圧パッド53のプレニップ領域53aは、加圧ロール52側の面が加圧ロール52の外周面に略倣う定着ベルト51側に凸形状の円弧形状に形成され、均一で幅の広いニップ部Nを形成する。一方、押圧パッド53の剥離ニップ領域53bでは、当該剥離ニップ領域53bを通過する定着ベルト51の曲率半径が小さくなるように、加圧ロール52の表面を加圧ロール52側に向けて凸形状となるよう局所的に大きなニップ圧で押圧するように形成されている。かかる構成により、剥離ニップ領域53bを通過する記録用紙34に定着ベルト51表面から離れる方向のカール(ダウンカール)を形成して、記録用紙34に対する定着ベルト51表面からの剥離を促進させている。その結果、上記記録用紙51は、ニップ部Nを通過した後、ダウンカールを形成するように変形して、自らの剛性によって定着ベルト51の表面から剥離される。
As shown in FIGS. 4 and 7A, the cross-sectional shape of the
なお、上記押圧パッド53は、図7(b)(c)に示すように、その断面形状が軸方向の端部に行くに従ってフランジ部材58の外形に倣った円弧形状に近づくように形成されており、フランジ部材58側の端部は、フランジ部材58の外形と略同一形状の円弧形状に形成されている。
7B and 7C, the
また、上記押圧パッド53は、図7(a)に示すように、その最大通紙領域の長手方向に沿った厚さTが一定であると、当該押圧パッド53に圧接する両端支持梁状の加圧ロール52によって、押圧パッド53並びに当該押圧パッド53を支持する支持部材54が湾曲した形状に変形し、押圧パッド53と加圧ロール52との圧接力は、加圧ロール52の軸方向に沿った両端部の圧力が高く、中央部の圧力が相対的に低くなり、加圧ロール52の軸方向に沿って不均一となる傾向にある。
Further, as shown in FIG. 7A, when the thickness T along the longitudinal direction of the maximum sheet passing region is constant, the
そこで、上記押圧パッド53は、図8に示すように、押圧パッド53及び支持部材54の撓みを予め考慮して、押圧パッド53と加圧ロール52との圧接力が加圧ロール52の最大通紙領域において軸方向に沿って略均一となるように、その中央部が長手方向に沿った両端部よりも相対的に加圧ロール52側に向けて突出するように湾曲した形状に形成されている。
Therefore, as shown in FIG. 8, the
上記支持部材54は、図3に示すように、押圧パッド53を介して加圧ロール52からの圧接力を受けたときの撓み量が予め定められた値以下となるような剛性を有するように断面矩形状に形成されている。この支持部材54は、誘導磁界に影響を与えないか、又は与え難い材料からなり、例えば、ガラス繊維が混入したPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂や、例えばアルミニウム等の非磁性金属材料等が用いられる。
As shown in FIG. 3, the
また、上記定着装置37は、図8に示すように、細長い矩形状に形成された枠体としての装置フレーム62を備えている。この装置フレーム62には、支持部材54の両端部に設けられた固定部61が固定した状態で取り付けられており、当該支持部材54の支持部60の外周には、図6に示すように、定着ベルト51が軸受部材59を介して回転自在に装着されている。
Further, as shown in FIG. 8, the fixing
さらに、上記装置フレーム62には、図9に示すように、支持部材54がその両端部に一体的に設けられた断面矩形状の固定部61を介して固定した状態で取り付けられている。この支持部材54の外周には、図5に示すように、円柱形状に形成された支持部60の外周に介挿された軸受部材59を介して、定着ベルト51のフンラジ部材58が回転自在に支持されている。
Further, as shown in FIG. 9, the
また、上記装置フレーム62には、図9に示すように、定着ベルト51を回転駆動するための駆動軸63の両端部が軸受部材64を介して回転自在に取り付けられている。上記駆動軸63には、装置フレーム62の内側に位置する両端部に、定着ベルト51の両端部に位置するフランジ部材58の駆動部58bと噛み合う従動ギア65がそれぞれ取り付けられている。また、上記駆動軸63には、装置フレーム62の外側に位置する一端部に、当該駆動軸63に駆動力を伝達する伝達ギア66が取り付けられており、この伝達ギア66には、駆動モータ67の回転軸68に固着された駆動ギア69が噛み合わされている。また、上記駆動モータ67の回転軸68は、その基端部が定着装置37の装置フレーム62に回転自在に取り付けられている。そして、上記定着装置37は、駆動モータ67を回転駆動することにより、当該駆動モータ67の回転駆動力を駆動ギア69及び伝達ギア66を介して駆動軸63に伝達し、駆動軸63に取り付けられた従動ギア65、65を回転させ、これらの従動ギア65、65と噛み合う定着ベルト51の両端部に設けられたフランジ部材58の駆動部58b、58bによって、定着ベルト51が予め定められた回転速度で回転駆動される。
Further, as shown in FIG. 9, both end portions of a
なお、上記定着ベルト51は、上述したように、金属材料や合成樹脂材料などからなる基層511、発熱層512、弾性層513及び表面離型層514を積層して構成されているため、柔軟性・フレキシブル性を有しているとともに、機械的強度をも有しており、フランジ部材58の駆動部58b、58bから回転駆動トルクを受けた場合であっても、座屈等が生じることはなく、滑らかに回転駆動される。
As described above, the fixing
また、上記実施の形態では、定着ベルト51のみを回転駆動し、加圧ロール52を定着ベルト51に圧接させて従動回転するように構成した場合について説明したが、駆動モータ67の回転駆動力を図示しないギアを介して加圧ロール52に伝達し、定着ベルト51と加圧ロール52の双方を回転駆動するように構成しても良い。
In the above embodiment, the case where only the fixing
上記加圧ロール52は、図9に示すように、その回転軸525の両端部が装置フレーム62に軸受部材70を介して回転自在に支持されているとともに、その回転軸525の両端部に配置された付勢手段としてのコイルバネ71により定着ベルト51に対して予め定められた圧接力で圧接されている。この実施の形態では、後述するように、定着装置37の生産性を向上させるため、加圧ロール52と押圧パッド53との圧接力が従来に比較して高く設定されており、2つのコイルバネ71の総荷重は、例えば、50〜80kgf程度に設定されている。なお、上記加圧ロール52を回転自在に支持する軸受部材70は、定着装置37の装置フレーム62に対して、定着ベルト51に接離する方向に移動自在に図示しない長孔によって保持されている。
As shown in FIG. 9, both ends of the
なお、上記加圧ロール52は、図示しない接離機構によって、定着ベルト51と圧接又は離間する方向に移動可能に構成し、定着ベルト51の加熱開始時には、加圧ロール52を離間させるように構成しても良い。
The
接離機構72の具体的な構成としては、例えば、図9に示すように、加圧ロール52の回転軸525の両端部を回転自在に支持するアーム部材73を備えており、このアーム部材73の一端部73aは、支点74を中心にして回動自在に支持されているとともに、他端部73bは、コイルスプリング71によって定着ベルト51に圧接する方向に押圧されるように構成される。また、上記アーム部材73の他端部73bの上方には、回転軸75によって回転駆動される偏芯カム76が配置されており、予め定められたタイミングで偏芯カム76が回転駆動されることにより、アーム部材73の他端部73bが押し下げられて、加圧ロール52が定着ベルト51から離間するように構成しても良い。
As a specific configuration of the contact /
また、上記定着ベルト51と加圧ロール52とが圧接するニップ部Nの記録用紙34の搬送方向(矢印方向)に沿った下流側には、図3に示すように、剥離補助部材57が設けられている。この剥離補助部材57は、先端部57aがニップ部Nの出口近傍まで延長されているとともに、その基端部57bは、定着ベルト51から剥離された記録用紙34の搬送路から離間するように折り曲げられた状態で配置されている。そして、この剥離補助部材57は、記録用紙34自身の剛性によって定着ベルト51から剥離されなかった記録用紙34を、当該剥離補助部材57の先端部57aによって強制的に剥離するものである。
Further, as shown in FIG. 3, a
さらに、上記定着ベルト51の加圧ロール52と反対側に配設される交番磁界発生装置53は、図3に示すように、例えば、交番磁界を発生させる励磁コイル80と、励磁コイル80を略円弧状の予め定められた位置に保持する保持部材81と、励磁コイル80にて生成された交番磁界の磁路のうち、定着ベルト51の外周側の磁路を形成する略円弧形状に形成された外部磁路形成部材82と、励磁コイル80に高周波電流を供給して励磁する励磁回路83とを備えている。
Further, as shown in FIG. 3, an alternating
上記保持部材81は、その定着ベルト51側に位置する端面の断面形状が、定着ベルト51の表面形状に沿って湾曲した同心円の円弧形状に形成されており、励磁コイル80を支持する支持面が定着ベルト51との距離が予め定められた値(例えば0.5〜2mm)となるように円弧形状に形成されている。また、この保持部材81を構成する材質としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂、又はこれらにガラス繊維を混合した繊維強化の耐熱性樹脂等の耐熱性を有する非磁性材料が用いられる。
The holding
上記励磁コイル80は、相互に絶縁された例えば直径0.17mmの銅線材を例えば90本束ねたリッツ線が長円形状や楕円形状、長方形状等の中空の閉ループ状に巻かれて構成されている。そして、この励磁コイル80には、励磁回路84から予め定められた周波数の高周波電流が供給され、励磁コイル80の周囲には、閉ループ状に巻かれたリッツ線を中心とする交番磁界が生成される。励磁回路83から励磁コイル80に供給される高周波電流の周波数は、例えば、20〜100kHzに設定される。
The
また、上記外部磁路形成部材82は、例えば、ソフトフェライト、フェライト樹脂、非晶質合金(アモルファス合金)やパーマロイ、感温磁性合金等の高透磁率の酸化物や合金材料で構成される強磁性体が用いられ、定着ベルト51の外側に位置する磁路形成部材として機能する。この外部磁路形成部材82は、励磁コイル80によって発生された交番磁界による磁力線(磁束)が、励磁コイル80から定着ベルト51を横切って発熱制御部材56の方向に向かい、発熱制御部材56の中を通過して励磁コイル80に戻るといった磁力線の通路(磁路)を形成する。このように、外部磁路形成部材82によって磁路を形成することにより、励磁コイル80によって発生された交番磁界(磁力線)が定着ベルト51の外部磁路形成部材82と対向する領域に集中される。この外部磁路形成部材82としては、磁路形成による損失が小さい材料が望ましく、具体的には渦電流損を小さくする形態(凹所等による電流経路遮断や分断化、薄板束ね等)で使用するのが望ましく、しかもヒステリシス損の小さい材料からなるものが望ましい。
In addition, the external magnetic
また、上記定着ベルト51の内部には、図3に示すように、蓄熱部材56が配設されている。この蓄熱部材56は、定着ベルト51を介して交番磁界発生装置55と対向するように配置され、定着ベルト51に対して熱伝導を行って定着ベルト51の温度低下を補う蓄熱機能を有する部材である。また、上記蓄熱部材56は、交番磁界発生装置55が発生する交番磁界の内側の磁路を形成する部材であって、しかも透磁率が温度によって変化する感温磁性材料からなり、定着ベルト51の発熱層512の発熱を制御する機能をも備えている。この蓄熱部材56は、定着ベルト51の内周面に倣った円弧形状に形成されており、その定着ベルト51の内周面に沿った円弧状部分の中心角は、例えば、160度程度に設定される。上記発熱制御部材56は、その両端部に取り付けられた板状部材84を介して支持部材54にネジ85止めされている。
Further, as shown in FIG. 3, a
また、上記定着ベルト51と発熱制御部材56との間には、両者間の摺動抵抗を低減するため、潤滑剤を含浸させた多孔室構造を有するシート状部材からなる摺動部材86を設けるのが望ましい。
Further, a sliding
ところで、上記の如く構成される定着装置37において、単位時間当たりに定着される記録用紙34の枚数で決まる生産性を向上させるための一手段として定着圧力を増加させる、つまり定着ベルト51と加圧ロール52が圧接する圧接力を従来に比較して高く設定することが考えられる。
By the way, in the fixing
しかし、定着ベルト51と加圧ロール52との圧接力を増加させていくと、加圧ロール52の非通紙領域に位置する弾性体層522が許容応力限界を超えて凝集破壊を起こす場合があることが本発明者等の研究によって明らかとなった。
However, when the pressure contact force between the fixing
そこで、この実施の形態では、定着圧力を増加させた場合でも加圧ロール52の弾性体層522が損傷するのを回避するため、加圧ロール52として、記録用紙34の最大通過領域より外側の外径が端部に行くに従って小径となるように構成したものを用いている。
Therefore, in this embodiment, in order to avoid damaging the
すなわち、上記加圧ロール52は、図4に示すように、画像形成装置で使用される最大サイズの記録用紙34の通紙領域よりも、その軸方向に沿った長さが長く設定されており、加圧ロール52の軸方向に沿った両端部は、最大通紙領域の外側である非通紙領域においても押圧パッド53に圧接されている。
That is, as shown in FIG. 4, the
上記加圧ロール52は、図6に示すように、その軸方向に沿った中央部に位置する最大通紙領域の端部526から軸方向の外側に位置する非通紙領域の外径が、最大通紙領域の端部から軸方向の外側に向けて直線状に小径となるように設定されている。このとき、上記加圧ロール52の最大通紙領域の端部の外径φBと、非通紙領域の端部の外径φCとの差(φB−φC)は、非通紙領域の長さにもよるが、例えば、0.5〜2.0mm程度に設定されており、この実施の形態では、φB−φC=1.0mm程度に設定されている。
As shown in FIG. 6, the
ここで、上記加圧ロール52の非通紙領域の端部の外径φCをあまりに小さく設定した場合には、当該加圧ロール52の非通紙領域と押圧パッド53との圧接力が局所的に低くなり、フランジ部材58を介して定着ベルト51を回転駆動する際に、定着ベルト51と加圧ロール52との間に定着ベルト51の変形等が生じる虞れがあり望ましくなく、0.5〜2.0mm程度に設定するのが良い。
Here, when the outer diameter φC of the end of the non-sheet passing area of the
したがって、上記加圧ロール52は、非通紙領域の外径を最大通紙領域の端部から軸方向の外側に向けて小径となるように設定した場合であっても、非通紙領域の端部の外径φCを予め定められた値以上に設定するのが望ましい。
Therefore, even when the
以上の構成において、この実施の形態に係る定着装置を使用した画像形成装置では、次のようにして、定着圧力を増加させた場合でも加圧回転体の弾性体層が損傷するのを回避することが可能となっている。 In the above configuration, in the image forming apparatus using the fixing device according to this embodiment, the elastic layer of the pressure rotating body is prevented from being damaged even when the fixing pressure is increased as follows. It is possible.
上記画像形成装置においては、図2に示すように、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各画像形成部13Y、13M、13C、13Kの感光体ドラム14Y、14M、14C、14K上に画像データに応じて対応する色のトナー像が形成され、これらの感光体ドラム14Y、14M、14C、14K上に形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色のトナー像は、一次転写ロール26Y、26M、26C、26Kによって中間転写ベルト25上に多重に転写された後、中間転写ベルト25から二次転写ロール33によって記録用紙34上に一括して二次転写される。そして、上記の如くイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)等の各色の未定着トナー像が保持された記録用紙34は、定着装置37へと搬送されて定着処理が施される。
In the image forming apparatus, as shown in FIG. 2, the
上記定着装置37では、トナー像を形成する動作が開始されるのと略同時に、図9に示すように、駆動モータ67が起動されて定着ベルト51が回転駆動されるとともに、図3に示すように、交番磁界発生装置55に電力が供給される。そして、上記定着ベルト51は、交番磁界発生装置55と対向する加熱領域を通過する際に、発熱層512に電磁誘導作用によってうず電流が誘導され、うず電流のうず電流損によるジュール熱によって発熱し加熱される。
In the fixing
定着ベルト51が予め定められた定着温度まで加熱されると、図3に示すように、未定着トナー像Tを保持した記録用紙34が定着ベルト51と加圧ロール52が圧接するニップ部Nへと搬送されて、ニップ部Nを通過する間に未定着トナー像Tが加熱・加圧されて溶融されることで記録用紙34上に永久画像として定着される。
When the fixing
未定着トナー像Tが定着された記録用紙34は、定着ベルト51と加圧ロール52が圧接するニップ部Nの出口近傍において、押圧パッド53の曲率が上向きの凸形状から下向きの凸形状へと反転しており、定着ベルト51から記録用紙34自身の腰(剛性)によって剥離される。
In the
ところで、上記定着装置37では、単位時間当たりに定着可能な記録用紙34の枚数で決まる生産性を向上させるため、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力が従来の定着装置と比較して高く設定されている。具体的には、図9に示すように、加圧ロール52を定着ベルト51に圧接させるための付勢手段としての2つのコイルバネ71の総荷重を、従来の約30kgfに対して、約50〜80kgf程度に大幅に高く設定されている。
By the way, in the fixing
このように、上記定着装置37では、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力を従来に比較して高く設定することにより、定着ベルト51と加圧ロール52が圧接するニップ部Nを通過する記録用紙34に対して、定着ベルト51と未定着トナー像Tと記録用紙34との密着圧力を高めるとともに、定着ベルト51の熱を効率良く未定着トナー像T及び記録用紙34に伝達することで、定着性を大幅に向上させることが可能となる。
As described above, in the fixing
一方、上記押圧パッド53を支持する支持部材54は、図9に示すように、その軸方向に沿った両端部が定着装置37の装置フレーム62に固定されているとともに、加圧ロール52は、その軸方向に沿った両端部が定着ベルト51を介して押圧パッド53に圧接されている。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the
ところで、この実施の形態では、加圧ロール52は、図6に示すように、その軸方向に沿った中央部に位置する最大通紙領域の端部526から軸方向の外側に位置する非通紙領域の外径が、最大通紙領域の端部526から軸方向の外側に向けて直線状に小径となるように設定されている。そのため、上記加圧ロール52は、生産性を向上させるため、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力を従来に比較して高く設定した場合であっても、加圧ロール52の非通紙領域における押圧パッド53との圧接力が過大となることが抑制され、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力をその端部にわたって略均一に保持することができる。
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the
そのため、定着ベルト51と加圧ロール52との圧接力を増加させた場合であっても、加圧ロール52の非通紙領域における圧接力が過大となって、加圧ロール52の弾性体層522の許容応力限界を超えるのを回避し、加圧ロール52の弾性体層522に凝集破壊が発生するのを抑制することができ、加圧ロール52の長寿命化が可能となる。
Therefore, even when the pressure contact force between the fixing
また、加圧ロール52の非通紙領域における圧接力が過大となるのを回避することができるため、定着ベルト51の幅方向に沿った端部への熱移動が減少し、定着ベルト51の幅方向に沿った端部の温度上昇を抑制することができ、定着ベルト51の長寿命化も可能となる。
Further, since it is possible to avoid an excessive pressure contact force in the non-sheet passing region of the
さらに、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力をその端部にわたって略均一に保持することができるので、ニップ荷重を加圧ロール52の通紙領域に有効に作用させることで、限定された荷重で良好な定着性能を得ることができる。
Further, since the pressure contact force between the fixing
実験例
本発明者らは、上述した実施の形態1に係る定着装置の効果を確認するため、図3に示すような定着装置37のベンチモデルを試作し、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力(総荷重)を80kgfに設定した場合における定着ニップ部Nの軸方向に沿った圧力分布を計測する実験を行った。定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力の測定は、定着ベルト51と加圧ロール52とのニップ部N間に圧力分布を測定する極薄のセンサであるタクタイルシートを介在させ、当該タクタイルシートによって定着ベルト51と加圧ロール52とのニップ部N間の圧力分布を測定した。
Experimental Example In order to confirm the effect of the fixing device according to the first embodiment, the inventors made a prototype bench model of the fixing
なお、加圧ロール52としては、図6に示すように、最大通紙領域の端部の外径と非通紙領域の外径との差が1mmだけ直線状に小径となるように設定したものを用いた。
As shown in FIG. 6, the
図11は上記実験例の結果を示すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the results of the above experimental example.
図11から明らかなように、本実験例の定着装置37の場合には、定着ベルト51の駆動側の面圧が最大で許容面圧限界と若干高くなっているものの、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接圧力を軸方向の両端部に位置する非通紙部を含めて略一定にすることができることが判り、加圧ロール52を連続して駆動した場合における弾性体層522の端部の損傷も発生しなかった。
As can be seen from FIG. 11, in the fixing
比較例
本発明者らは、比較例として、加圧ロール52の軸方向に沿った両端部の非通紙領域の外径を、最大通紙領域の端部の外径と等しい円柱形状に形成した従来の定着装置において、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接力(総荷重)を30kgf、50kgf、80kgfにそれぞれ設定した場合におけるニップ部Nの軸方向に沿った圧力分布を計測するとともに、定着装置37を連続して駆動した場合に、加圧ロール52端部の弾性体層522に損傷が発生するか否かを確認する実験を行った。
Comparative Example As a comparative example, the inventors formed a cylindrical shape in which the outer diameter of the non-sheet passing region at both ends along the axial direction of the
図12乃至14は上記比較例の結果を示すグラフである。 12 to 14 are graphs showing the results of the comparative example.
図12から明らかなように、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接圧力を80kgfに設定した場合には、非通紙領域の面圧が上昇して許容面圧限界を超えている領域があることが判った。また、定着装置37を連続して駆動した場合に、加圧ロール51の弾性体層522の軸方向に沿った端部に凝集破壊が発生していた。
As is apparent from FIG. 12, when the pressure contact pressure between the fixing
また、図13から明らかなように、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接圧力を50kgfに設定した場合には、一方の非通紙部の面圧が上昇して許容面圧限界を超えている領域があることが判る。また、定着装置を連続して駆動した場合に、加圧ロールの軸方向に沿った端部に破断が発生した。
As is apparent from FIG. 13, when the pressure contact pressure between the fixing
一方、図14から明らかなように、定着ベルト51と加圧ロール52の圧接圧力を30kgfに設定した場合には、非通紙部の面圧が上昇しているが許容面圧限界程度であることが判る。また、定着装置を連続して駆動した場合でも、加圧ロールの軸方向に沿った端部に破断が発生しなかった。
On the other hand, as is apparent from FIG. 14, when the pressure contact pressure between the fixing
実施の形態2
図15はこの発明の実施の形態2を示すものであり、前記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態2では、前記加圧回転体は、前記記録媒体の最大通過領域より外側の外径が端部に行くに従って、前記押圧部材が前記加圧回転体と圧接することによって変形する撓み曲線に沿った形状に形成されるように構成されている。
Embodiment 2
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. In the second embodiment, the pressure rotator is shown in FIG. The pressing member is formed in a shape along a bending curve that is deformed by being pressed against the pressure rotating body as the outer diameter outside the maximum passage region of the recording medium goes to the end. ing.
すなわち、この実施の形態2では、図15に示すように、加圧ロール52を定着ベルト51を介して押圧パッド53に圧接させる際に、加圧ロール52の軸方向に沿った両端部に突出した回転軸にそれぞれ荷重を加えると、押圧パッドの表面は、図16に示すように、加圧ロール52の回転軸に加わる荷重に応じて撓むように変形する。この押圧パッド表面の撓み変形は、両端部が固定された支持部材54と、当該支持部材54に圧接する両端が支持された加圧ロール25とからなる両端支持梁の変形例として、構造力学によって解析され、押圧パッド表面の撓み曲線は、4次曲線として現すことができることが判っている。
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 15, when the
そこで、この実施の形態2では、図16に示すように、加圧ロール52の非通紙領域の外径を、押圧パッド表面の撓み曲線である4次曲線に基づいて端部に行くに従って小径となるように構成されている。
Therefore, in the second embodiment, as shown in FIG. 16, the outer diameter of the non-sheet passing region of the
このように構成することにより、加圧ロール52の非通紙領域の圧接力が過大となるのを回避することができ、加圧ロール52の弾性体層522の軸方向に沿った端部に凝集破壊等が発生するのを抑制乃至防止することができる。
By configuring in this way, it is possible to avoid an excessive pressure contact force in the non-sheet passing region of the
その他の構成及び作用は、前記実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。 Since other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
37:定着装置、51:定着ベルト、52:加圧ロール、53:押圧パッド、54:支持部材。 37: fixing device, 51: fixing belt, 52: pressure roll, 53: pressing pad, 54: support member.
Claims (6)
表面側に弾性体層を有し、前記無端状ベルトとの間に記録媒体を挟んで回転する回転体であって、前記記録媒体の最大通紙領域の端部を境界として、前記記録媒体の最大通紙領域の端部より外側の外径が端部に行くに従って小径となるように形成され、且つ前記記録媒体の最大通紙領域の端部より内側の外径が端部から中央部に行くに従って小径となるように形成された加圧回転体と、
前記無端状ベルトの内部に配置され、当該無端状ベルトと前記加圧回転体を圧接させる押圧部材を備え、
前記加圧回転体は、前記押圧部材の最大通紙領域及び非通紙領域を含む領域に圧接されることを特徴とする定着装置。 A heated endless belt;
A rotating body having an elastic layer on the surface side and rotating with the recording medium sandwiched between the endless belt and having an edge of the maximum sheet passing area of the recording medium as a boundary. The outer diameter outside the end of the maximum sheet passing area is formed so as to become smaller toward the end, and the outer diameter inside the end of the maximum sheet passing area of the recording medium is changed from the end to the center. A pressure rotator formed to have a smaller diameter as it goes,
Wherein is arranged inside the endless belt, Bei give a pressing member for pressing the endless belt and the pressure rotating body,
The fixing device according to claim 1, wherein the pressure rotator is pressed against an area including a maximum sheet passing area and a non-sheet passing area of the pressing member .
前記像保持体に保持されたトナー像を直接又は中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、
前記転写手段によって前記記録媒体上に転写されたトナー像を定着する定着手段を備え、
前記定着手段として請求項1乃至5のいずれかに記載された定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。 An image carrier for holding a toner image;
Transfer means for transferring the toner image held on the image holding member to a recording medium directly or via an intermediate transfer member;
A fixing means for fixing the toner image transferred onto the recording medium by the transfer means;
An image forming apparatus using the fixing device according to claim 1 as the fixing unit.
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