JP6852370B2 - Fixing device and image forming device - Google Patents
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本発明は、定着装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming device.
複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらのうちの少なくとも2つの機能を有する複合機などの画像形成装置に対し、近年、省エネルギー化、高速化についての市場要求が強くなってきている。 In recent years, there has been an increasing market demand for energy saving and high speed for image forming devices such as copiers, printers, facsimiles, and multifunction devices having at least two functions thereof.
画像形成装置のなかでも定着装置は消費電力量が多く、省エネルギー化の余地が大きいため、様々な提案がなされてきたが、省エネルギー化やファーストプリントタイムの向上を実現するために部材の低熱容量化を進めると、更なる問題が発生した。定着装置において、定着ベルトを加熱する熱源(ヒータ)の加熱幅よりも幅の狭い記録材(小サイズ紙)を通紙する際、定着ベルトの幅方向(用紙搬送方向と直交する方向)の温度に関して、通紙範囲外の領域での温度上昇が著しくなる、いわゆる端部温度上昇が発生する。これは定着ベルトの薄肉化によって、定着ベルトの幅方向における熱移動が阻害されるためである。また、加圧ローラ/ベルトのような定着装置を構成する部材が、耐熱温度以上にまで達してしまう場合があり、部材保護するために通紙範囲外領域の温度を抑制しなければならず、通紙の生産性を落とさなければならないといった課題(CPMダウン)があった。更に、端部温度上昇により、記録材の端部付近(幅方向における端部付近)でトナーがホットオフセットするという課題もある。これらの課題に対応するために、例えば特許文献1などで、定着ニップに良熱伝導部材を配置して、定着ニップで軸方向における温度勾配を緩和させる構成が提案されている。
Among the image forming devices, the fixing device consumes a large amount of power and there is a lot of room for energy saving. Therefore, various proposals have been made, but in order to realize energy saving and improvement of the first print time, the heat capacity of the member is reduced. As I proceeded, further problems arose. In the fixing device, when passing a recording material (small size paper) whose width is narrower than the heating width of the heat source (heater) that heats the fixing belt, the temperature in the width direction of the fixing belt (direction orthogonal to the paper conveying direction). With respect to the above, a so-called edge temperature rise occurs in which the temperature rise becomes remarkable in the region outside the paper passing range. This is because the thinning of the fixing belt hinders heat transfer in the width direction of the fixing belt. In addition, the members constituting the fixing device such as the pressure roller / belt may reach the heat resistant temperature or higher, and the temperature in the region outside the paper passing range must be suppressed in order to protect the members. There was a problem (CPM down) that the productivity of paper passing had to be reduced. Further, there is also a problem that the toner is hot-offset near the end of the recording material (near the end in the width direction) due to the temperature rise at the end. In order to deal with these problems, for example,
定着ニップで軸方向温度均一性を高めるためには、銅やアルミニウムなどの良熱伝導部材を熱移動補助部材として用いるのが好ましいが、室温からのウォームアップ時に良熱伝導率であるが故に熱移動補助部材全体に定着ベルトの熱が吸収され、定着ベルトの昇温が遅れ、ウォームアップタイムが遅延する問題があった。前述の端部温度上昇は時間軸としてウォームアップタイムより長いものであるため、熱移動補助部材表面に薄膜の熱抵抗層を備えれば、大幅なウォームアップタイムの遅延を防止できるが、定着ニップでの軸方向温度の均一性確保にはマイナス要因となってしまう。 In order to improve the axial temperature uniformity in the fixing nip, it is preferable to use a good heat transfer member such as copper or aluminum as a heat transfer auxiliary member, but since it has good heat conductivity when warming up from room temperature, it heats. There is a problem that the heat of the fixing belt is absorbed by the entire movement assisting member, the temperature rise of the fixing belt is delayed, and the warm-up time is delayed. Since the above-mentioned end temperature rise is longer than the warm-up time on the time axis, a large delay in warm-up time can be prevented by providing a thin thermal resistance layer on the surface of the heat transfer assisting member. It will be a negative factor to ensure the uniformity of the axial temperature.
また、定着ニップは加圧力により記録材にトナーを固定する部位であり、定着ベルトと熱移動補助部材の間で摺動抵抗が発生するため、低摩擦化する必要がある。その手段として従来は薄膜でフッ素などの素材からなる摺接シートを熱移動補助部材の表面に設けることが行われている。このような手段は、摺動抵抗を下げることができるが、熱移動補助部材との密着性が悪いと温度勾配緩和機能が損なわれる場合があった。更に、薄膜摺接シートとして、多孔質や繊維質の摺接素材に潤滑剤を保持させて長期にわたって低トルクを維持できるものが知られているが、潤滑剤保持性が高い反面、空孔率が高いので熱伝導が悪かった。一方で非多孔質素材は潤滑剤の保持性が悪く、潤滑剤が定着ベルト端面から流出して経時でトルク上昇してしまう問題があった。 Further, the fixing nip is a portion where the toner is fixed to the recording material by the pressing force, and sliding resistance is generated between the fixing belt and the heat transfer assisting member, so that it is necessary to reduce the friction. Conventionally, as a means for this, a sliding contact sheet made of a thin film and a material such as fluorine is provided on the surface of the heat transfer assisting member. Such means can reduce the sliding resistance, but if the adhesion to the heat transfer assisting member is poor, the temperature gradient relaxation function may be impaired. Further, as a thin film sliding contact sheet, a porous or fibrous sliding contact material that holds a lubricant and can maintain a low torque for a long period of time is known. The heat conduction was poor because it was high. On the other hand, the non-porous material has a problem that the retention of the lubricant is poor, and the lubricant flows out from the end face of the fixing belt and the torque increases with time.
これらの問題のうち、密着性の問題は、熱移動補助部材に摺接シートや低摩擦材をコーティングすることで解決できるが、潤滑剤の保持性については、低粘度の潤滑剤は定着ベルト端面から流出し易く、高粘度の潤滑剤は潤滑剤供給手段からの流出が安定しない。また潤滑剤が長期間にわたり高温に晒されることでオイル分が揮発して、潤滑剤粘度が上昇することにより、トルク(摺動抵抗)が上昇してしまうという問題がある。これに対して特許文献2では、定着ベルト内面に潤滑剤供給手段を常接させて、潤滑剤の補給及び調整を行う技術が開示されている。
Of these problems, the problem of adhesion can be solved by coating the heat transfer auxiliary member with a sliding contact sheet or a low friction material, but regarding the retention of the lubricant, the low viscosity lubricant is the end face of the fixing belt. The high-viscosity lubricant tends to flow out from the lubricant, and the outflow from the lubricant supply means is not stable. Further, when the lubricant is exposed to a high temperature for a long period of time, the oil component volatilizes and the viscosity of the lubricant increases, so that the torque (sliding resistance) increases. On the other hand,
しかし、潤滑剤供給手段が余剰の潤滑剤を保持していても、これが常に定着ベルトに接触していては潤滑剤の流出や揮発、磨耗粉混入による定着ベルト劣化を防ぐことはできず、トルク上昇の抑制とそれにより得られる延命効果が小さいという課題があった。 However, even if the lubricant supply means holds the excess lubricant, if it is always in contact with the fixing belt, it is not possible to prevent the fixing belt from being deteriorated due to the outflow and volatilization of the lubricant and the mixing of abrasion powder, and the torque. There was a problem that the increase was suppressed and the life-prolonging effect obtained by the suppression was small.
そこで本発明は、定着部材やニップ形成部材からの潤滑剤の流出や、潤滑剤自身の揮発や磨耗粉混入による粘度上昇のために潤滑機能が損なわれることを抑制し、それにより定着部材を駆動回転させるのに必要なトルクの上昇を長期間抑制できる定着装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention suppresses the lubrication function from being impaired due to the outflow of the lubricant from the fixing member and the nip forming member, the volatilization of the lubricant itself, and the increase in viscosity due to the mixing of wear powder, thereby driving the fixing member. An object of the present invention is to provide a fixing device capable of suppressing an increase in torque required for rotation for a long period of time.
この課題を解決するため、可撓性を有する無端状の定着部材と、前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、前記定着部材の内部に設けられる熱源と、 前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、を有する定着装置において、第1の潤滑剤が前記定着部材の内周面に塗布されており、補給用潤滑剤である第2の潤滑剤が、通常の制御状態における前記定着部材に接触しないように、前記定着部材の内側に設けられ、前記通常の制御状態における回転数より高い回転数で前記定着部材が回転制御される所定の制御により前記定着部材と前記第2の潤滑剤が接触する、ことを特徴とする定着装置を提案する。 In order to solve this problem, a flexible endless fixing member, a pressure member provided outside the fixing member and facing the fixing member, and a heat source provided inside the fixing member are used. In a fixing device having a nip forming member provided inside the fixing member and forming a fixing nip between the fixing member and the pressurizing member, a first lubricant is applied to an inner peripheral surface of the fixing member. The second lubricant, which is applied to and is a replenishing lubricant, is provided inside the fixing member so as not to come into contact with the fixing member in the normal control state, and the number of rotations in the normal control state. We propose a fixing device characterized in that the fixing member and the second lubricant come into contact with each other by a predetermined control in which the fixing member is rotated and controlled at a higher rotation speed.
本発明によれば、補給用潤滑剤である第2の潤滑剤を定着部材の内周面に必要に応じて供給できるので、潤滑剤粘度の上昇を抑制することができる。さらに、第2の潤滑剤は、通常の制御状態では定着部材内周面と非接触であるため、磨耗粉の混入やオイル分の流出を最小限に留め、フレッシュな潤滑剤補給を行うことができるため、長期にわたってトルク上昇を抑制することができる。 According to the present invention, since the second lubricant, which is a replenishing lubricant, can be supplied to the inner peripheral surface of the fixing member as needed, an increase in the viscosity of the lubricant can be suppressed. Further, since the second lubricant is not in contact with the inner peripheral surface of the fixing member under normal control conditions, it is possible to minimize the mixing of wear debris and the outflow of oil and to supply a fresh lubricant. Therefore, the torque increase can be suppressed for a long period of time.
以下、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置1は、カラーレーザープリンタであり、そのプリンタ本体の中央には、中間転写ベルト30の展張方向に沿って4つの作像部4Y、4C、4M、4Kが並置して設けられている。各作像部4Y、4C、4M、4Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容する以外は、同じ構成である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The
具体的に、それぞれ画像ステーションを構成する各作像部4Y、4C、4M、4Kは、潜像担持体としてのドラム状の感光体5と、感光体5の表面を帯電させる帯電装置6と、感光体5の表面にトナーを供給する現像装置7と、感光体5の表面をクリーニングするクリーニング装置8などを備えている。なお、図1では、ブラックの作像部4Kが備える感光体5、帯電装置6、現像装置7、クリーニング装置8のみに符号を付し、その他の作像部4Y、4C、4Mにおいては符号を省略している。
Specifically, each of the
作像部4Y、4C、4M、4Kの下方には、感光体5の表面を露光する露光装置9が配設されている。露光装置9は、光源、ポリゴンミラー、f−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて各感光体5の表面へレーザー光を照射するようになっている。
An
作像部4Y、4C、4M、4Kの上方には、転写装置3が配設されている。転写装置3は、転写体としての中間転写ベルト30のほか、一次転写手段としての4つの一次転写ローラ31と、二次転写手段としての二次転写ローラ36とを備える。更に、転写装置3は二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33、テンションローラ34、及びベルトクリーニング装置35を備えている。
A
中間転写ベルト30は、無端状のベルトであり、二次転写バックアップローラ32、クリーニングバックアップローラ33及びテンションローラ34によって張架されている。ここでは、二次転写バックアップローラ32が回転駆動することによって、中間転写ベルト30は図の矢印で示す方向に周回走行(回転)するようになっている。
The
4つの一次転写ローラ31は、それぞれ、各感光体5との間で中間転写ベルト30を挟み込んで一次転写ニップを形成している。また、各一次転写ローラ31には、プリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が各一次転写ローラ31に印加されるようになっている。
Each of the four
二次転写ローラ36は、二次転写バックアップローラ32との間で中間転写ベルト30を挟み込んで二次転写ニップを形成している。また、一次転写ローラ31と同様に、二次転写ローラ36にもプリンタ本体の電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)及び/又は交流電圧(AC)が二次転写ローラ36に印加されるようになっている。
The
ベルトクリーニング装置35は、中間転写ベルト30に当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードを有する。
プリンタ本体の上部には、ボトル収容部2が設けられており、ボトル収容部2には補給用のトナーを収容した4つのトナーボトル2Y、2C、2M、2Kが着脱可能に装着されている。各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kと各現像装置7との間には、周知のように補給路が設けられ、この補給路を介して各トナーボトル2Y、2C、2M、2Kから各現像装置7へトナーが補給されるようになっている。
The
A
一方、プリンタ本体の下部には、記録材としての用紙Pを収容した給紙トレイ10や、給紙トレイ10から用紙Pを搬出する給紙ローラ11などが設けられている。ここで、記録材には、普通紙以外に、厚紙、はがき、封筒、薄紙、塗工紙(コート紙やアート紙など)、トレーシングペーパ、OHPシートなどが含まれる。また、周知のように、手差し給紙機構が設けられていてもよい。
On the other hand, at the lower part of the printer main body, a
プリンタ本体内には、用紙Pを給紙トレイ10から二次転写ニップを通過させて装置外へ排出するための搬送路Rが配設されている。搬送路Rにおいて、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向上流側には、二次転写ニップへ用紙Pを搬送する搬送手段としての一対のレジストローラ12が配設されている。
A transport path R for passing the paper P from the
また、二次転写ローラ36の位置よりも用紙搬送方向下流側には、用紙Pに転写された未定着画像を定着するための定着装置20が配設されている。更に、定着装置20よりも搬送路Rの用紙搬送方向下流側には、用紙を装置外へ排出するための一対の排紙ローラ13が設けられている。また、プリンタ本体の上面部には、装置外に排出された用紙をストックするための排紙トレイ14が設けられている。
Further, a fixing
本実施形態に係るプリンタの基本的動作は次のようである。作像動作が開始されると、各作像部4Y、4C、4M、4Kにおける各感光体5が図の時計回りに回転駆動され、各感光体5の表面が帯電装置6によって所定の極性に一様に帯電される。帯電された各感光体5の表面には、露光装置9からレーザー光がそれぞれ照射されて、各感光体5の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体5に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように各感光体5上に形成された静電潜像に、各現像装置7によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視像化)される。
The basic operation of the printer according to this embodiment is as follows. When the image-drawing operation is started, each of the photoconductors 5 in each image-forming
また、作像動作が開始されると、二次転写バックアップローラ32が図の反時計回りに回転駆動し、中間転写ベルト30を図の矢印で示す方向に周回走行させる。そして、各一次転写ローラ31に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ31と各感光体5との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。
Further, when the image-drawing operation is started, the secondary transfer backup roller 32 is rotationally driven counterclockwise in the drawing to rotate the
その後、各感光体5の回転に伴い、感光体5上の各色のトナー画像が一次転写ニップに達したときに、一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、各感光体5上のトナー画像が中間転写ベルト30上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト30の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。また、中間転写ベルト30に転写しきれなかった各感光体5上のトナーは、クリーニング装置8によって除去される。各感光体5の表面は、その後、除電され、表面電位が初期化される。
After that, when the toner image of each color on the photoconductor 5 reaches the primary transfer nip with the rotation of each photoconductor 5, the toner image on each photoconductor 5 is generated by the transfer electric field formed in the primary transfer nip. The
画像形成装置の下部では、給紙ローラ11が回転駆動を開始し、給紙トレイ10から用紙Pが搬送路Rに送り出される。搬送路Rに送り出された用紙Pは、レジストローラ12によってタイミングを計られ、二次転写ローラ36と二次転写バックアップローラ32との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ36には、中間転写ベルト30上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。
At the lower part of the image forming apparatus, the paper feed roller 11 starts rotational driving, and the paper P is sent out from the
その後、中間転写ベルト30の周回走行に伴って、中間転写ベルト30上のトナー画像が二次転写ニップに達したときに、そのニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト30上のトナー画像が用紙P上に一括して転写される。また、このとき用紙Pに転写しきれなかった中間転写ベルト30上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置35によって除去され、除去されたトナーはプリンタ本体内に置かれた廃トナー収容器へと搬送され、回収される。
After that, when the toner image on the
その後、用紙Pは定着装置20へと搬送され、定着装置20によって用紙P上のトナー画像が当該用紙Pに定着される。そして、用紙Pは、排紙ローラ13によって装置外へ排出され、排紙トレイ14上にストックされる。
After that, the paper P is conveyed to the fixing
以上の説明は、用紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つの作像部4Y、4C、4M、4Kのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つの作像部を使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
The above description is an image forming operation when forming a full-color image on paper, but a monochromatic image can be formed by using any one of four
図2は、定着装置20の一実施形態を示す概略的な断面構成図である。定着装置20は、薄肉で可撓性を有する筒状の定着部材である無端状の定着ベルト21と、この定着ベルト21の外側に設けられ、これに対向する加圧部材である加圧ローラ22とを有している。定着ベルト21は、その内部(ループ内)に配された複数の熱源としてのハロゲンヒータ23A、23B(以下、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bともいう)の輻射熱によって加熱される。なお、ハロゲンヒータは、定着熱源としての輻射型熱源を代表するものである。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing an embodiment of the fixing
更に定着ベルト21の内部には、定着ベルト21を介して加圧ローラ22とで定着ニップNを形成するニップ形成部材24と、ニップ形成部材24を支持するステー部材25(支持部材)とが配されている。定着ベルト21の幅方向に渡って配されたニップ形成部材24が、ステー部材25によって固定支持されることで、加圧ローラ22からの圧力によってニップ形成部材24に撓みが生じることを防止し、加圧ローラ22の軸方向(長手方向)に渡って均一なニップ幅が得られるようになっている。なお、ニップ形成部材24は、機械的強度が高く耐熱温度200℃以上の耐熱性部材、特に耐熱性樹脂、例えばポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、それらをガラス繊維で強化したもので構成されている。これにより、トナー定着温度域で、熱によるニップ形成部材24の変形を防止し、安定した定着ニップの状態を確保し、出力画質の安定化を図っている。また、ステー部材25やハロゲンヒータ23A、23Bは、その長手方向両端を、定着装置20の側板あるいは別途設けられたホルダに固定保持されている。
Further, inside the fixing
定着ベルトの幅方向(長手方向)における温度勾配を緩和する均熱部材とも称される熱移動補助部材27が、ニップ形成部材24のベルト内周面に対向する面を覆うように配されており、小サイズ紙通紙時に定着ベルト21の端部領域に熱が留まることを防止して、積極的に定着ベルト21の幅方向、即ち、熱移動補助部材27の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させる。そのため、熱移動補助部材27は短時間で熱移動が可能となる熱伝導率の高い材料、例えば銅やアルミニウムなどで形成されている。図2の描写では、熱移動補助部材27の定着ベルト21の内周面に対向する面が定着ベルト21に直接接触する面であり、ニップ形成面となっており、平坦状に形成されているが、凹形状やその他の形状であってもよい。凹形状のニップ形成面であると、用紙先端の排出方向が加圧ローラ寄りになり、分離性が向上してジャムの発生が抑制される。
A heat
周知のように、定着ベルト21の外周側の適切な位置、例えば定着ニップのベルト回転方向上流側には、ベルト温度を検知する温度センサ29が設けられており、定着装置20の用紙搬送方向下流側には、定着ベルト21から用紙Pを分離する分離部材41が配されている。更に、加圧ローラ22を定着ベルト21へ加圧する解除可能な加圧手段も設けられている。
As is well known, a
低熱容量化を図るため、フィルムのように薄肉で小径化した無端状の定着ベルト21は、ニッケルやSUSなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などで形成された外周側の離型層によって構成されている。基材と離型層の間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを100μm程度にすれば、未定着トナーを押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。低熱容量化の観点から、定着ベルト21は、全体として厚さ1mm以下に、直径20〜40mmに設定されている。そして、定着ベルト21を構成する基材、弾性層、離型層のそれぞれの厚さは、20〜50μm、100〜300μm、10〜50μmの範囲に設定されている。更に低熱容量化を図るためには、望ましくは、定着ベルト21全体の厚さを0.2mm以下にするのがよく、更に望ましくは、0.16mm以下の厚さとするのがよく、直径は30mm以下とするのが望ましい。
In order to reduce the heat capacity, the endless fixing
断面が略L型の、第1部材25Aと第2部材25Bとから構成され全体として断面T字状のステー部材25は、定着ニップN側と反対側が起立した起立部25aを有しており、定着熱源としてのハロゲンヒータ23A、23Bが起立部25aによって隔てられるように配置されていて、仕切り部材としても機能している。また、ステー部材25とハロゲンヒータ23A、23Bの間には反射部材28A、28Bが配されている。これにより、ハロゲンヒータ23A、23Bの定着ベルト21に対する加熱効率を上げると共に、ハロゲンヒータ23A、23Bからの輻射熱によりステー部材25が加熱されることによる無駄なエネルギー消費を抑制できる。反射部材28A、28Bを備える代わりに、ステー部材25表面に断熱若しくは鏡面処理を行っても同様の効果を得ることができる。
The
加圧ローラ22は、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたPFAやPTFEなどから成る離型層によって構成されている。周知のように、加圧手段のバネにより加圧ローラ22が定着ベルト21に押し付けられ定着ベルト21と圧接する箇所では、加圧ローラ22の弾性層が押し潰されることで、所定幅の定着ニップNが形成される。加圧ローラ22は、プリンタ本体に設けられたモータなどの駆動源によって回転駆動する。加圧ローラ22が回転駆動すると、その駆動力が定着ニップNで定着ベルト21に伝達され、定着ベルト21が従動回転する。定着ベルト21は定着ニップNで挟み込まれて回転し、定着ニップN以外では両端部に配された側板フランジにガイドされ、走行する。
The
本実施形態では、加圧ローラ22を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。その場合、加圧ローラ22の内部にハロゲンヒータなどの熱源を配設してもよい。弾性層はソリッドゴムでもよいが、加圧ローラの内部に熱源が無い場合は、スポンジゴムを用いてもよい。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルト21の熱が奪われにくくなるのでより望ましい。
In the present embodiment, the
図3は、ニップ形成ユニットの基本的な構成を示す斜視図である(第2の潤滑剤を収容する部分の描写は省略する)。図3に示すように、ニップ形成ユニットは、ニップ形成部材24、ステー部材25、熱移動補助部材27によって構成される。ニップ形成ユニットでは、ニップ形成部材24の、定着ニップN側と反対側の面が、ステー部材25の定着ニップN側の平面と一体化される。この際、それぞれの面にボスとピンのような凹凸形状を形成させて、これらを形状拘束的に嵌め合わせるようにしてもよい。熱移動補助部材27は略直方体状のニップ形成部材24の、定着ベルト21の内周面に対向する面を覆うように嵌め合わされて一体化される。熱移動補助部材27とニップ形成部材24の一体構成は爪などを設けて噛み合わせるようにすればよい。なお、定着ベルト21の内側には、図2に示されるように、第2の潤滑剤241が配置されるが、これについては後述する。
FIG. 3 is a perspective view showing the basic configuration of the nip forming unit (depiction of the portion accommodating the second lubricant is omitted). As shown in FIG. 3, the nip forming unit is composed of a
熱移動補助部材27の定着ベルト21の内周面に対向する面はベルト摺接面27aとして構成されるが、機械的強度上、実質的にニップ形成面となるのはニップ形成部材24の加圧ローラ22に対向する面24cである。
The surface of the heat
図4は、ニップ形成ユニット及びハロゲンヒータの構成を示す斜視図である。図4に示し、また図2に関して既述したように、ステー部材25は、断面が略L型の、第1部材25Aと第2部材25Bとからなり、断面が略T型に構成されている。そのため、剛性が高く、ニップ形成部材24が加圧ローラ22からの応力によって撓むことを防止できる。また、ステー部材25(第1部材25A及び第2部材25B)は、ニップ形成部材24の長手方向に直線的に延在し、ニップ形成部材24に固定されている。したがって、定着ニップNの長手方向全域に亘り、良好なニップ形成面を保つことができる。
FIG. 4 is a perspective view showing the configurations of the nip forming unit and the halogen heater. As shown in FIG. 4 and as described with respect to FIG. 2, the
起立部25aの短手方向両側には、それぞれ第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bが配置されている。即ち、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bは、起立部25aにより相互に遮られている。また、第1のハロゲンヒータ23A、第2のハロゲンヒータ23Bは、ステー部材25に囲まれていない(各ハロゲンヒータ23の中心はステー部材25が囲む空間の外側にある)ため、定着ベルト21に対する照射角α、β(図2参照)が鈍角となり、加熱効率を向上できる。
A
なお、ステー部材25の断面形状は、略T型に限定されない。ハロゲンヒータ23A、23Bを、起立部25aを挟み相互に仕切るような配置であればよく、第1部材25A及び第2部材25Bをハロゲンヒータの長手方向に曲線的に延在してもよい。また、第1部材25A及び第2部材25Bをニップ形成部材24のニップ形成面に対し、斜め方向に起立させてもよい。
The cross-sectional shape of the
また、図4、図5から分かるように、第1のハロゲンヒータ23Aは、長手方向中央部に発熱部(フィラメントを螺旋状に巻いた部分であって配光分布が密)を有し、定着ベルト21の中央範囲を加熱し、例えばA4縦サイズなどの小サイズ紙に対応するものである。一方、第2のハロゲンヒータ23Bは、長手方向両端部に発熱部を有し、定着ベルト21の側部範囲を加熱する。そして、例えばA3縦サイズなどの大サイズ紙を通紙する場合には、第1のハロゲンヒータ23Aだけでなく、第2のハロゲンヒータ23Bも点灯して、大サイズ紙に対応させる。ハロゲンヒータ23A、23Bは、プリンタ本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱するように構成されており、その出力制御は、定着ベルト21の外周に設けられた温度センサ29によるベルト表面の温度検知結果に基づいて行われる。このようなヒータの出力制御によって、定着ベルト21の温度(定着温度)を所望の温度に設定できるようになっている。
Further, as can be seen from FIGS. 4 and 5, the
このように2本のハロゲンヒータ23A、23Bによって異なるサイズの用紙に対応させているが、更に異なるサイズの用紙を用いる場合、通紙領域では用紙により奪熱される一方、非通紙領域では奪熱されずに無駄に加熱されて、過昇温の問題も発生し得る。だが、本実施形態では、熱伝導性の高い材料で形成された熱移動補助部材27によって、積極的に定着ベルト21の幅方向、即ち、熱移動補助部材27の長手方向に熱を移動させて、長手方向の温度不均一を解消させている。
In this way, the two
しかしながら、熱移動補助部材27は定着ベルト21の内周面と摺接しているため、銅やアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料をそのまま定着ベルト21の内周面と摺接させると摩擦係数が大きく、ユニットトルクが大きくなって、装置の寿命が短くなるなどの不具合がある。そのため、熱移動補助部材27の、定着ベルト21に対向する(接する)ベルト摺接面27a(図3参照)を可能な限り平滑とし、低摩擦処理を施すことも望ましい。具体的には、ベルト摺接面27aにPFAやPTFEのようなフッ素系の塗装やコーティングを施す。
However, since the heat
そして、本実施形態では、熱移動補助部材27と定着ベルト21内周面の間に潤滑剤を介在させることで更に摺動抵抗の低減化が図られている。その際、熱移動補助部材27と定着ベルト21内周面の間で経時によって生じる摩耗粉による不具合を抑制するために、後述するように更なる潤滑剤である第2の潤滑剤241が追加されるようになっている。つまり、図2に示すように、まず第1の潤滑剤240が定着ベルト21の内周面に予め塗布されており、定着ベルト21が加圧ローラ22の回転によって連れ回されることで、熱移動補助部材27の表面にも付着する。この潤滑剤として、基油をフッ素オイルやシリコーンオイル、添加剤として、増ちょう剤や、固体潤滑剤としてPTFEなどを含有したグリースを用いることができるが、本例では基油をフッ素オイルとしている。ちょう度が00〜0号程度の半流動状若しくは極めて軟いグリースを用いることで低トルクを維持している。基油としてフッ素オイルを用いた構成であるとシリコーンオイルを用いる場合よりも耐熱性が高く化学的に安定しているため定着ベルト21内に熱源があっても揮発減量、変質を抑制することができる。
In the present embodiment, the sliding resistance is further reduced by interposing a lubricant between the heat
図6は、潤滑剤の見かけ粘度と定着ベルト21の駆動回転トルクの関係を示すグラフである。
ここで、潤滑剤は例えば第1の潤滑剤240を意味する。図示のように、潤滑剤の粘度が上昇すると定着ベルト21の駆動回転トルク(摺動抵抗)が上昇してしまう。これは、潤滑剤中の液状の基油が揮発したり、外部に流出したりすると、固体成分の比率が高まって潤滑剤が増粘するからである。さらには、潤滑剤に磨耗粉が加わることによっても潤滑剤は増粘する。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the apparent viscosity of the lubricant and the drive rotation torque of the fixing
Here, the lubricant means, for example, the
図7は、回転中の定着ベルト21の軌跡の測定方法を示す図である。
図示のように、定着ベルト21の外周に3方向からレーザー変位計51,52,53のレーザーを当てることで、定着ベルト21の変位量を測定した。具体的には、レーザー変位計51は定着ニップNの下流側のベルト、レーザー変位計52は定着ニップNの上流側のベルト、レーザー変位計53は定着ニップNと反対側のベルトの変位量を測定した。レーザー変位計として、キーエンス社製の高速・高精度CCDレーザー変位計LK−G3000を用いた。その結果、制御により定着ベルト21に所定の動作をさせると、ベルトの軌跡を変動させることができることが判明した。この定着ベルトの軌跡の変動を概略的に示しているのが図8である。
FIG. 7 is a diagram showing a method of measuring the locus of the fixing
As shown in the figure, the displacement amount of the fixing
図8において、実線で示す軌跡210は通常のベルト回転時の軌跡、破線で示す軌跡210a、210bは、ベルトの所定の制御時の軌跡を示す。ここで、所定の制御とは、ベルトの制御温度を変更する制御や、ベルトの制御回転数を変更する制御を言う。具体的には、定着ベルト21の制御温度を下げる又は定着ベルト21の回転数を上げることで、定着ニップ上流側又は定着ニップ入り口近傍のベルト部分が内側に凹む(軌跡210a)。逆に、定着ベルト21の制御温度を上げる又は定着ベルト21の回転数を下げることで、定着ニップ上流側又は定着ニップ入り口近傍のベルト部分が外側に膨らむ(軌跡210b)。しかし、定着ニップ下流側又は定着ニップ出口近傍のベルト部分は大きく変位していない。これは、図示のように、定着ニップ上流側のベルト変位量が定着ニップに対向する位置で吸収されるからである。
In FIG. 8, the
図9は、ベルト制御温度を変更したときの実際のベルト変位量を示す図である。
図示のように、100〜200℃の温度範囲では、定着ニップ上流側のベルト変位量は略直線的に挙動する。具体的には、定着ベルト21は、約50℃の変化で0.3mm程度、通常温度でのベルト回転時の軌跡210(図8)に対して内側又は外側に変位する。一方で、定着ニップ下流側のベルト変位量は、温度変化にかかわらず略0である。図9では、定着ベルト21が内側へ変位した場合を正として変位量を表示している。つまり、定着ベルト21が約50℃だけ降温すると0.3mm程度内側に変位し(変位量は+0.3mm)、約50℃だけ昇温すると0.3mm程度外側に変位する(変位量は−0.3mm)。
FIG. 9 is a diagram showing an actual belt displacement amount when the belt control temperature is changed.
As shown in the figure, in the temperature range of 100 to 200 ° C., the amount of belt displacement on the upstream side of the fixing nip behaves substantially linearly. Specifically, the fixing
よって、図10に示す定着ベルト21の通常の制御状態において、定着ベルト21の内周面から例えば0.3mmの間隙を空けて第2の潤滑剤241を保持した補給用潤滑剤保持部材26を配置する。つまり、補給用潤滑剤保持部材26及び第2の潤滑剤241は、通常のベルト温度制御状態及びベルト速度回転時における定着ベルト21に接触しないように、定着ベルトの内側に配置されている。ここで、通常のベルト温度制御状態及び通常のベルト速度回転時を、「通常の制御状態」と言う。なお、「通常の制御状態」は定着ベルトの非回転時を含んでもよく、すなわち、補給用潤滑剤保持部材26及び第2の潤滑剤241は、非回転時における定着ベルト21に接触しないように定着ベルトの内側に配置されてもよい。そして、所定の制御により定着ベルト21と第2の潤滑剤241が接触する。
Therefore, in the normal control state of the fixing
前述したように、潤滑剤は使用するに連れて流出や揮発などによって減少していき、トルク上昇の要因となる。潤滑剤を補給すれば寿命延命に繋がるが、第2の潤滑剤241を定着ベルト21の内周面に常に接触させると第2の潤滑剤241も経時で減少してしまう。そこで、通常の制御状態においては第2の潤滑剤241とベルト内周面との間に間隙を設けておき、必要に応じて所定の制御により第2の潤滑剤241とベルト内周面を接触させて潤滑剤を供給することで、摺動抵抗の上昇と第2の潤滑剤241の減少を抑制できる。
As described above, the lubricant decreases due to outflow and volatilization as it is used, which causes an increase in torque. If the lubricant is replenished, the life is extended, but if the
補給用潤滑剤保持部材26は、幅方向(紙面垂直方向)の両端部において定着装置20の側板に固定されている。第2の潤滑剤241は、定着ベルト21の内周面に向かって補給用潤滑剤保持部材26から突出していると好ましい。さらに、第2の潤滑剤241の補給が必要な場合には、定着ベルト21と第2の潤滑剤241を接触させるために、所定の制御として、定着ベルト21を、通常の制御状態における温度より50℃以上下げ、回転制御する。このような制御により、図11に示すように、通常時(軌跡210)に比べて、特に定着ニップ入り口側の定着ベルト21を内側に変位させて第2の潤滑剤241に接触させることができ(軌跡210a)、ベルト内周面に第2の潤滑剤241を補給することができる。従って、摺動抵抗を減少させることができる。図10は通常のベルト温度制御時、図11は低温のベルト温度制御時でのベルト軌跡を示す。
The replenishing lubricant holding member 26 is fixed to the side plate of the fixing
また、補給用潤滑剤保持部材26及び第2の潤滑剤241は、定着ニップの位置に対して上流側180°以内に配置されると好ましい。これは、定着ニップ上流側での定着ベルト21の変形量が大きいため、第2の潤滑剤241と定着ベルト21を接触させ易いからであり、ベルト変形を利用する接触方式で特に有効である。
Further, it is preferable that the replenishing lubricant holding member 26 and the
補給用潤滑剤としての第2の潤滑剤241の粘度は、定着ベルト21の内周面に当初から塗布されている第1の潤滑剤240の粘度より低いと好ましい。低粘度の潤滑剤を補給することで、増粘してしまった当初の潤滑剤(第1の潤滑剤240)を低粘度の潤滑剤に戻すことができ、回転トルク上昇と摺動摩擦を抑制することができる。
The viscosity of the
また、定着ベルト21と潤滑剤を接触させるために、定着装置20のベルト温度制御に代えて又は加えて、ベルト速度制御を併用してもよい。つまり、所定の制御として、定着ベルト21と潤滑剤が接触していない通常の制御状態におけるベルト回転数よりも高い回転数で定着ベルト21を回転制御してもよい。ベルト回転数を上げると、特に定着ニップ入り口側の定着ベルト21がベルト内面側に変形し、定着ベルトに近接して配置されている補給用潤滑剤保持部材26の潤滑剤に接触し、ベルト内面に潤滑剤が供給され、摺動抵抗を減少させることができる。つまり、通常のベルト回転数よりも高い回転数で定着ベルト21を回転しているときのベルト軌跡は図11で示す軌跡210aと同様である。ベルト速度制御の併用は、ベルト変位量をさらに大きくしたいときや、ベルト温度を大幅に下げたくないときに特に有効である。これらを組み合わせることで、ベルト内周面への潤滑剤の補給に必要なベルト変位量を確実に確保することができる。
Further, in order to bring the fixing
補給用潤滑剤保持部材26及び第2の潤滑剤241としては、多孔質な又は繊維質の摺接素材に潤滑剤を保持させたものが望ましく、摺接素材に潤沢に潤滑剤を含浸させておけばよい。また、図10に示す補給用潤滑剤保持部材26及び第2の潤滑剤241に代えて、円柱状又は円筒状の第2の潤滑剤を、定着ベルト21の内周面から間隙を空けて回転可能に配置してもよい。円柱状又は円筒状の潤滑剤はベルト内周面に接触しても回転するため、ベルト内周面との接触による回転抵抗を最小限に抑えることができる。
As the replenishing lubricant holding member 26 and the
以上のように、定着ベルト21の内周面に付着する第1の潤滑剤240とは別に、第2の潤滑剤241を、定着ベルト21内部の定着ニップ上流域に、ベルト内面に直接接触させずに間隙を空けて配置する。そして、必要に応じてある手段(温度制御、回転数制御又はこれらの両方)を用いてベルト軌跡を内側に引き込み、第2の潤滑剤241と接触させ、ベルト内面に潤滑剤を追加供給することで、定着ベルト内の潤滑剤粘度の上昇を抑制することができる。従って、トルクの上昇を長期間抑制できる。
As described above, apart from the
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。また、本発明の定着装置を備える画像形成装置としては複写機あるいはプリンタに限らず、ファクシミリや複数の機能を備える複合機であってもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることも可能である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments and can be appropriately modified within the scope of the present invention. Further, the image forming apparatus provided with the fixing device of the present invention is not limited to a copying machine or a printer, but may be a facsimile or a multifunction device having a plurality of functions. In addition, various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 画像形成装置
2 ボトル収容部
2C、2K、2M、2Y トナーボトル
3 転写装置
4C、4K、4M、4Y 作像部
5 感光体
6 帯電装置
7 現像装置
8 クリーニング装置
9 露光装置
10 給紙トレイ
11 給紙ローラ
12 レジストローラ
13 排紙ローラ
14 排紙トレイ
20 定着装置
21 定着ベルト
210 通常温度制御時ベルト軌跡
210a 低温制御時軌跡
210b 高温制御時軌跡
22 加圧ローラ
23A、23B ハロゲンヒータ
24 ニップ形成部材
24c 面
25 ステー部材
25A 第1部材
25B 第2部材
25a 起立部
26 補給用潤滑剤保持部材
27 熱移動補助部材
27a ベルト摺接面
28A、28B 反射部材
29 温度センサ
30 中間転写ベルト
31 一次転写ローラ
32 二次転写バックアップローラ
33 クリーニングバックアップローラ
34 テンションローラ
35 ベルトクリーニング装置
36 二次転写ローラ
41 分離部材
N 定着ニップ
P 用紙
α、β 照射角
1 Image forming
Claims (6)
前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、
前記定着部材の内部に設けられる熱源と、
前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、を有する定着装置において、
第1の潤滑剤が前記定着部材の内周面に塗布されており、
補給用潤滑剤である第2の潤滑剤が、通常の制御状態における前記定着部材に接触しないように、前記定着部材の内側に設けられ、
前記通常の制御状態における回転数より高い回転数で前記定着部材が回転制御される所定の制御により前記定着部材と前記第2の潤滑剤が接触する、ことを特徴とする定着装置。 A flexible, endless fixing member and
A pressurizing member provided on the outside of the fixing member and facing the fixing member,
A heat source provided inside the fixing member and
In a fixing device having a nip forming member provided inside the fixing member and forming a fixing nip between the fixing member and the pressure member.
The first lubricant is applied to the inner peripheral surface of the fixing member.
A second lubricant, which is a replenishing lubricant, is provided inside the fixing member so as not to come into contact with the fixing member under normal control conditions.
A fixing device characterized in that the fixing member and the second lubricant come into contact with each other by a predetermined control in which the fixing member is rotated and controlled at a rotation speed higher than the rotation speed in the normal control state.
前記定着部材の外側に設けられ、前記定着部材に対向する加圧部材と、
前記定着部材の内部に設けられる熱源と、
前記定着部材の内側に設けられ、前記定着部材と前記加圧部材との間に定着ニップを形成するニップ形成部材と、を有する定着装置において、
第1の潤滑剤が前記定着部材の内周面に塗布されており、
補給用潤滑剤である第2の潤滑剤が、通常の制御状態における前記定着部材に接触しないように、前記定着部材の内側に設けられ、
前記定着部材が前記通常の制御状態における温度より低い温度に制御され、回転される所定の制御により前記定着部材と前記第2の潤滑剤が接触する、ことを特徴とする定着装置。 A flexible, endless fixing member and
A pressurizing member provided on the outside of the fixing member and facing the fixing member,
A heat source provided inside the fixing member and
In a fixing device having a nip forming member provided inside the fixing member and forming a fixing nip between the fixing member and the pressure member.
The first lubricant is applied to the inner peripheral surface of the fixing member.
A second lubricant, which is a replenishing lubricant, is provided inside the fixing member so as not to come into contact with the fixing member under normal control conditions.
A fixing device characterized in that the fixing member is controlled to a temperature lower than the temperature in the normal control state, and the fixing member and the second lubricant come into contact with each other by a predetermined control of rotation.
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