JP7512615B2 - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
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.
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、電子写真記録・静電記録・磁気記録等の画像形成プロセスにより画像が形成され、画像転写方式又は直接方式により未定着トナー画像が記録媒体に形成される。未定着トナー画像を定着させるための定着装置としては、記録媒体に形成されたトナー像を、無端ベルト状の定着部材(定着ベルト)と加圧ローラとの間のニップ部において加熱及び加圧し、定着処理を実行するものが知られている。 In recent years, in image forming devices such as copiers, printers, and facsimiles, images are formed by image forming processes such as electrophotographic recording, electrostatic recording, and magnetic recording, and an unfixed toner image is formed on a recording medium by an image transfer method or a direct method. As a fixing device for fixing an unfixed toner image, a fixing process is known in which the toner image formed on the recording medium is heated and pressurized in a nip between an endless belt-like fixing member (fixing belt) and a pressure roller to perform the fixing process.
定着部材は内部にハロゲンランプなどの加熱部材やニップ形成部材などの内蔵物が配置される。定着部材の外径が小さい場合や内蔵物が大きい場合、定着部材と内蔵物とが接触することがある。この接触を避けるために定着部材の幅方向両端部に定着部材の走行範囲を規制する規制部材が配置され、定着部材は規制部材によって吊り上げられることにより安定して走行することができる。 The fixing member has built-in components such as a heating component such as a halogen lamp and a nip forming component. If the outer diameter of the fixing member is small or the built-in components are large, the fixing member and the built-in components may come into contact with each other. To prevent this contact, regulating members that regulate the travel range of the fixing member are arranged at both ends of the fixing member in the width direction, and the fixing member can travel stably by being lifted up by the regulating members.
しかし、従来の規制部材は定着部材を吊り上げることにより定着部材と強く接触する部分があり、この部分との摩擦によって定着部材の内面が摩耗し、最終的には定着部材の端部が破断してしまうという問題があった。 However, conventional restricting members have a portion that comes into strong contact with the fixing member when the fixing member is lifted, and friction with this portion causes wear on the inner surface of the fixing member, ultimately causing the end of the fixing member to break.
この点に関し、規制部材の定着部材の内面に接触して径方向の軌道を規制するフランジ部を、定着部材の軸方向に対して傾斜させる技術が提案されている(例えば、特許文献1。)。 In this regard, a technique has been proposed in which the flange portion of the regulating member, which contacts the inner surface of the fixing member to regulate the radial trajectory, is inclined with respect to the axial direction of the fixing member (for example, Patent Document 1).
より具体的には、この技術は定着部材の長手方向の軸に対してニップ部位に対抗する部位である天面側の方を、天面側よりニップ部位に近い側面側よりも傾斜角度を大きくすることにより、走行する定着部材の軌跡にフランジ部の形状を合わせ、力が局部的にかかることを回避して摩耗を抑制する。 More specifically, this technology makes the angle of inclination of the top surface side, which is the part facing the nip part with respect to the longitudinal axis of the fixing member, larger than that of the side surface side, which is closer to the nip part than the top surface side, thereby matching the shape of the flange part to the trajectory of the running fixing member, avoiding the application of force locally and suppressing wear.
しかしながら、NiやSUSなどの、ポリイミド等の樹脂材料に比べて剛性の高い、つまりヤング率の大きい定着部材を用いると、従来の技術では定着部材の摩耗を効果的に抑制できない事を発明者は見出した。 However, the inventors discovered that when using fixing members made of materials such as Ni or SUS, which have higher rigidity (i.e., a larger Young's modulus) than resin materials such as polyimide, the wear of the fixing members cannot be effectively suppressed using conventional techniques.
ヤング率の大きい定着部材の走行軌跡は、この定着部材よりヤング率の小さい定着部材の走行軌跡は異なり、側面側においてフランジ部と強く接触する。 The running path of a fixing member with a large Young's modulus is different from that of a fixing member with a smaller Young's modulus, and the fixing member comes into strong contact with the flange portion on the side.
従って、従来の技術の規制部材を用いると、ヤング率の大きい定着部材は局所的に摩耗し、破断してしまうことが避けられなかった。 Therefore, when using the restricting member of the conventional technology, it was unavoidable that the fixing member, which has a large Young's modulus, would wear locally and break.
よって、ヤング率の比較的大きい定着部材を用いた場合であっても、定着部材の摩耗による損傷を抑制する定着装置が求められている。 Therefore, there is a need for a fixing device that can suppress damage caused by wear of the fixing member, even when a fixing member with a relatively large Young's modulus is used.
上記課題を解決するために、本発明は、ヤング率が70~300Gpaである、回転可能な無端状の定着部材と、前記定着部材の外周面に当接してニップ部を形成する加圧部材と、前記定着部材の両端部に配置され、前記定着部材の内面に接触し、前記ニップ部から最も離れた第1の領域に対して、前記ニップ部近傍の第2の領域が前記定着部材の内面から離れる方向により大きく傾斜するフランジ部を有する規制部材と、を備え、前記フランジ部は、円筒形状をニップ部にそって切り欠いた形状とする部分を有し、前記切り欠いた形状の前記切り欠いた形状の、前記定着部材の回転の下流側を下流側下端部、上流側を上流側下端部とすると、前記下流側下端部を前記第2の領域に、前記円筒形状の一部分を前記第1の領域に、前記円筒形状の他の部分を前記第2の領域に配置し、前記第2の領域が、前記フランジ部の円弧中心を通り前記加圧部材の回転軸と平行な軸に向けて傾斜し、
前記軸に向けて傾斜する傾斜角が、前記第1の領域において0°であり、前記第2の領域の最大傾斜角が1°~3°であり、前記軸と、前記下流側下端部とを通る直線を直線J、前記軸と前記上流側下端部とを通る直線を直線Kとするとき、前記直線Kと前記フランジ部との交点から前記軸に向けて傾斜し始め、前記直線Kを前記軸を中心として前記下流側に30°回転させた位置において前記傾斜角が最大傾斜角となり、前記フランジ部の下端方向に向かって前記最大傾斜角が維持される定着装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a fixing device comprising: a rotatable endless fixing member having a Young's modulus of 70 to 300 GPa; a pressure member that contacts an outer peripheral surface of the fixing member to form a nip portion; and a regulating member that is disposed at both ends of the fixing member, contacts an inner surface of the fixing member, and has a flange portion that is inclined more in a direction away from the inner surface of the fixing member than in a first region that is farthest from the nip portion, and a second region near the nip portion is inclined more in a direction away from the inner surface of the fixing member, the flange portion having a cylindrical shape cut out along the nip portion, and when the downstream side of the cut-out shape with respect to the rotation of the fixing member is defined as a downstream lower end and the upstream side of the cut-out shape is defined as an upstream lower end, the downstream lower end is disposed in the second region, a part of the cylindrical shape is disposed in the first region, and another part of the cylindrical shape is disposed in the second region, and the second region is inclined toward an axis that passes through the center of the arc of the flange portion and is parallel to the rotation axis of the pressure member,
The fixing device provides a fixing member in which an inclination angle toward the axis is 0° in the first region and a maximum inclination angle is 1° to 3° in the second region, and when a straight line passing through the axis and the downstream lower end is called a line J and a straight line passing through the axis and the upstream lower end is called a line K, the inclination angle begins to incline toward the axis from the intersection of the line K and the flange portion, and the inclination angle reaches its maximum inclination angle at a position where the line K is rotated 30° downstream around the axis, and the maximum inclination angle is maintained toward the lower end of the flange portion.
本発明によれば、ヤング率の比較的大きい定着部材を用いた場合であっても、定着部材の摩耗による損傷を抑制する定着装置を提供することができる。 The present invention provides a fixing device that suppresses damage caused by wear of the fixing member, even when a fixing member with a relatively large Young's modulus is used.
以下、本発明に係る定着装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 The fixing device and image forming device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment shown below, and can be modified within the scope of what a person skilled in the art can imagine, including other embodiments, additions, modifications, deletions, etc., and any aspect is within the scope of the present invention as long as it achieves the functions and effects of the present invention.
[画像形成装置]
図1は、本発明の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を説明する図である。
[Image forming apparatus]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示した画像形成装置100は、複数の色画像を形成する作像部がベルトの展張方向に沿って並置されたタンデム方式のカラープリンタある。なお、本発明はこの方式に限られず、またプリンタだけではなく複写機やファクシミリ装置などを対象とすることも可能である。
The
画像形成装置100は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色に分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkを並設したタンデム構造が採用されている。
The
画像形成装置100では、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、各感光体ドラムに対峙しながら矢印A1方向に移動可能な無端ベルトである中間転写体(以下、転写ベルト11という。)に対して1次転写される。この1次転写工程の実行によってそれぞれの色の画像が重畳転写され、その後、記録媒体(例えば、記録シート等)Sに対して2次転写工程を実行することで一括転写される。
In the
各感光体ドラムの周囲には、感光体ドラムの回転に従い画像形成処理するための装置が配置されている。ブラック画像形成を行う感光体ドラム20Bkを代表として説明すると、感光体ドラム20Bkの回転方向に沿って画像形成処理を行う帯電装置30Bk、現像装置40Bk、1次転写ローラ12Bkおよびクリーニング装置50Bkが配置されている。帯電後に行われる書き込み光Lbを用いた書き込みには、光書き込み装置8が用いられる。
Around each photoconductor drum, devices are arranged to perform image formation processing in accordance with the rotation of the photoconductor drum. Taking photoconductor drum 20Bk, which forms black images, as an example, charging device 30Bk, developing device 40Bk, primary transfer roller 12Bk, and cleaning device 50Bk, which perform image formation processing, are arranged along the direction of rotation of photoconductor drum 20Bk. An
転写ベルト11に対する重畳転写では、転写ベルト11がA1方向に移動する過程において、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに形成された可視像が、転写ベルト11の同じ位置に重ねて転写される。このために、転写は、転写ベルト11を挟んで各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対向して配設された1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkによる電圧印加によって、A1方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
In the overlapping transfer onto the
各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、A1方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像をそれぞれ形成するための画像ステーションに備えられている。
The
画像形成装置100は、色毎の画像形成処理を行う4つの画像ステーションと、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkの上方に対向して配設され、転写ベルト11及び1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkを備えた転写ベルトユニット10と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11に従動し、連れ回りする2次転写ローラ5と、転写ベルト11に対向して配設され転写ベルト11をクリーニングするベルトクリーニング装置13と、これら4つの画像ステーションの下方に対向して配設された光書き込み装置8とを有している。
The
光書き込み装置8は、光源としての半導体レーザ、カップリングレンズ、fθレンズ、トロイダルレンズ、折り返しミラーおよび偏向手段としての回転多面鏡などを装備している。光書き込み装置8は、各感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに対して色毎に対応した書き込み光Lbを出射して感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkに静電潜像を形成するよう構成されている。書き込み光Lbは、図1では、便宜上、ブラック画像の画像ステーションのみを対象として符号が付けてあるが、その他の画像ステーションも同様である。
The
画像形成装置100には、感光体ドラム20Y、20C、20M、20Bkと転写ベルト11との間に向けて搬送される記録媒体Sを積載した給紙カセットとしてのシート給送装置61が設けられている。また、シート給送装置61から搬送されてきた記録媒体Sを、画像ステーションによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、各感光体ドラムと転写ベルト11との間の転写部に向けて繰り出すレジストローラ対4が設けられている。また、記録媒体Sの先端がレジストローラ対4に到達したことを検知するセンサが設けられている。
The
また、画像形成装置100には、トナー像が転写された記録媒体Sにトナー像を定着させるためのローラ定着方式の定着ユニットとしての定着装置200と、定着済みの記録媒体Sを画像形成装置100の本体外部に排出する排出ローラ7が備えられている。また、画像形成装置100の本体上部には、排出ローラ7により画像形成装置100の本体外部に排出された記録媒体Sを積載する排紙トレイ17が備えられている。また、排紙トレイ17の下側には、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを充填されたトナーボトル9Y、9C、9M、9Bkが備えられている。
The
転写ベルトユニット10は、転写ベルト11、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkの他に、転写ベルト11が掛け回されている駆動ローラ72及び従動ローラ73を有している。
The
従動ローラ73は、転写ベルト11に対する張力付勢手段としての機能も備えており、このため、従動ローラ73には、バネなどを用いた付勢手段が設けられている。このような転写ベルトユニット10と、1次転写ローラ12Y、12C、12M、12Bkと、2次転写ローラ5と、ベルトクリーニング装置13とで転写装置71が構成されている。
The driven
シート給送装置61は、画像形成装置100の本体下部に配設されており、最上位の記録媒体Sの上面に当接する給送ローラ3を有している。給送ローラ3が図中反時計回りに回転駆動されることにより、最上位の記録媒体Sをレジストローラ対4に向けて給送するようになっている。
The
転写装置71に装備されているベルトクリーニング装置13は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト11に対向、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とを有している。ベルトクリーニング装置13は、転写ベルト11上の残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト11をクリーニングするようになっている。
The
ベルトクリーニング装置13はまた、転写ベルト11から除去した残留トナーを搬出し廃棄するための排出手段を有している。
The
[定着装置] [Fixing device]
図2は、一般的な規制部材210を示す図である。図3は、一般的な定着装置200の規制部材210付近の軸方向に沿った縦断面図である。図4は、図3に示す定着装置200のAA線断面図に定着部材211の走行軌跡を示した図である。
Figure 2 is a diagram showing a typical regulating
図2から図4に示すように、定着装置200は、回転可能な無端ベルト状の定着部材211と、定着部材211を加熱する熱源221と、定着部材211の内側に配置される非回転のニップ形成部材223と、定着部材211の熱移動を補助する熱移動補助部材222と、定着部材211の外周面に当接し、ニップ形成部材223と対向して配置され、この定着部材211との間にニップ部Nを形成する加圧ローラ203(以下、対抗回転体ともいう。)と、を備え、未定着画像を担持した記録媒体Sをニップ部Nに通して定着を行う。
As shown in Figures 2 to 4, the
定着部材211は、ハロゲンヒータなどの複数の熱源221により内周側から輻射熱で直接加熱される。この定着部材211との間にニップ部Nを形成する加圧部材としての加圧ローラ203(以下、対抗回転体ともいう。)と、を備え、未定着画像を担持した記録媒体Sをニップ部Nに通して定着を行う。
The fixing member 211 is directly heated by radiant heat from the inner circumference side by multiple heat sources 221 such as halogen heaters. A pressure roller 203 (hereinafter also referred to as a counter rotating body) is provided as a pressure member that forms a nip portion N between the fixing member 211 and the
定着部材211は内部に、加圧ローラ203に対向して配置されたニップ形成部材223と、ニップ形成部材223の定着部材211の内面に対向する面を覆う熱移動補助部材222と、ニップ形成部材223を加圧ローラ203からの加圧力に対抗して保持するステー部材224と、を有している。
The fixing member 211 has inside thereof a nip forming member 223 arranged opposite the
ニップ形成部材223は、定着部材211を介して加圧ローラ203との間でニップ部Nを形成し、定着部材211の内面と熱移動補助部材222を介して間接的に摺動する。
The nip forming member 223 forms a nip N between the
定着装置200は、ニップ部Nにトナー像が担持された記録媒体Sを通過させることにより記録媒体上のトナーを熱により溶融させ加圧により記録媒体に定着させる。
The fixing
熱移動補助部材222の定着部材211との接触面には、摩擦係数の低い摺動コーティングが施されている。摺動コーティングとしては、例えば、フッ素コーティングや、耐摩耗性の高いDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等のガラスコーティング等が挙げられる。 The contact surface of the heat transfer assisting member 222 with the fixing member 211 is coated with a sliding coating having a low coefficient of friction. Examples of the sliding coating include a fluorine coating and a glass coating such as diamond-like carbon (DLC) that has high wear resistance.
また、熱移動補助部材222の定着部材211との接触面には潤滑剤が塗布される。潤滑剤としては、耐熱温度の高いフッ素グリスもしくはシリコーンオイルが適当である。フッ素グリスは基油となるフッ素オイルに増ちょう剤を分散させてゲル状にした潤滑剤であり、粘度がオイルより高いため摺動部からの流出対策として有効である。 A lubricant is applied to the contact surface of the heat transfer auxiliary member 222 with the fixing member 211. Suitable lubricants are fluorine grease or silicone oil, which have a high heat resistance. Fluorine grease is a gel-like lubricant made by dispersing a thickener in fluorine oil, which serves as a base oil, and because it has a higher viscosity than oil, it is effective in preventing leakage from sliding parts.
熱移動補助部材222は、熱が局所的に留まることを防止し、積極的に長手方向に熱を移動させて長手方向の温度不均一性を低減するために設けられている。 The heat transfer assistance member 222 is provided to prevent heat from accumulating locally and to actively transfer heat in the longitudinal direction to reduce temperature non-uniformity in the longitudinal direction.
このため、熱移動補助部材222の材料としては、短時間で熱移動が可能な材料が好ましく、例えば、熱伝導率の高い銅、アルミニウム、銀等が挙げられる。これらのうち、コスト面、入手性、熱伝導率特性、加工性を総合的に考慮すると、銅が最も好ましい。 For this reason, the material for the heat transfer assistance member 222 is preferably one that allows heat transfer in a short time, such as copper, aluminum, or silver, which have high thermal conductivity. Of these, copper is the most preferable when considering the overall cost, availability, thermal conductivity characteristics, and workability.
本実施形態では、熱移動補助部材222の定着部材211に直接接触する面がニップ形成面となる。 In this embodiment, the surface of the heat transfer assistant member 222 that directly contacts the fixing member 211 becomes the nip forming surface.
定着部材211は、ニッケルやSUSなどの金属ベルトやポリイミドなどの樹脂材料を用いて、無端状のベルトまたはフィルムに形成される。定着部材211の表層はPFAまたはPTFE層などの離型層を有し、トナーが付着しないように離型性を持たせている。定着部材211の基材とPFAまたはPTFE層の間にはシリコーンゴムの層などで形成された弾性層があっても良い。シリコーンゴム層がない場合は熱容量が小さくなり、定着性が向上するが、未定着画像を押し潰して定着させるときにベルト表面の微小な凹凸が画像に転写されて画像のベタ部にユズ肌状の光沢ムラ(ユズ肌画像)が残るという不具合が生じ得る。これを改善するにはシリコーンゴム層を100[μm]以上設ける必要がある。シリコーンゴム層の変形により、微小な凹凸が吸収されユズ肌画像が改善する。 The fixing member 211 is formed as an endless belt or film using a metal belt such as nickel or SUS or a resin material such as polyimide. The surface layer of the fixing member 211 has a release layer such as a PFA or PTFE layer, which provides release properties so that toner does not adhere to it. An elastic layer formed of a silicone rubber layer or the like may be provided between the base material of the fixing member 211 and the PFA or PTFE layer. If there is no silicone rubber layer, the heat capacity is reduced and the fixing property is improved, but when the unfixed image is crushed and fixed, the minute irregularities on the belt surface are transferred to the image, and a problem may occur in which an citrus peel-like uneven gloss (citrus peel image) remains in the solid part of the image. To improve this, it is necessary to provide a silicone rubber layer of 100 [μm] or more. The deformation of the silicone rubber layer absorbs the minute irregularities and improves the citrus peel image.
定着部材211の熱移動補助部材222と摺動する面には、上述のように摺動コーティングを施すことができるが、この場合耐熱性や耐摩耗性を考慮し、ポリイミドやポリアミドイミドなどの材料を選択することができる。 As described above, a sliding coating can be applied to the surface of the fixing member 211 that slides against the heat transfer auxiliary member 222. In this case, a material such as polyimide or polyamide-imide can be selected taking into consideration heat resistance and abrasion resistance.
定着部材211は熱源221によりニップ部N以外の領域で内面側から輻射熱で直接加熱される。 The fixing member 211 is heated directly by radiant heat from the inner surface of the heat source 221 in areas other than the nip portion N.
加圧ローラ203は芯金に弾性ゴム層があり、離型性を得るために表面に離型層(PFAまたはPTFE層)が設けてある。加圧ローラ203は、画像形成装置に設けられたモータなどの駆動源からギヤを介して駆動力が伝達され回転する。また、加圧ローラ203は、スプリングなどにより定着部材211側に付勢されており、弾性ゴム層が押し潰されて変形することにより、所定のニップ幅を有している。
The
加圧ローラ203は中空のローラであっても良く、加圧ローラ203にハロゲンヒータなどの加熱源を有していても良い。弾性ゴム層はソリッドゴムでも良いが、加圧ローラ203内部にヒータが無い場合は、スポンジゴムを用いても良い。スポンジゴムの方が、断熱性が高まり定着ベルトの熱が奪われにくくなるので、より望ましい。
The
定着部材211は加圧ローラ203により連れ回り回転する。図3の場合は加圧ローラ203が駆動源により回転し、ニップ部Nでベルトに駆動力が伝達されることにより定着部材211が回転する。定着部材211はニップ部Nで挟み込まれて回転し、ニップ部以外では両端部で規制部材210によってガイドされ、走行する。
The fixing member 211 rotates together with the
規制部材210は、スリーブ状に形成される定着部材211の軸方向両端部に一つずつ配置され、定着部材211の走行軌跡を規制する。
The regulating
図2(A)は、規制部材210の正面図、図2(B)は規制部材210のX1矢視図、図2(C)は規制部材210のX2矢視図である。
Figure 2 (A) is a front view of the regulating
図2に示すように、規制部材210は、正面視においてニップ面Nに沿って円盤を切り欠いた形状を為す軸方向規制部210Aと、軸方向規制部210Aの平坦面に設けられ、円筒形状をニップ面Nにそって切り欠いた形状を為すフランジ部210Bと、を備える。
As shown in FIG. 2, the regulating
図3に示すように、規制部材210は定着部材211の軸方向端部に配置され、フランジ部210Bに定着部材211の内面が接触し、軸方向規制部210Aに定着部材211の軸方向端部が接触するように定着部材211に嵌め込まれる。
As shown in FIG. 3, the regulating
図4に示す走行軌跡Ca、Cb、Ccは、図3に示すニップ部位Lnより内側の部位La、ニップ部位Lnとフランジ部210Bの中間の部位Lb、フランジ部210B上の部位Lcのそれぞれの部位における走行軌跡を示す。
The travel trajectories Ca, Cb, and Cc shown in FIG. 4 indicate the travel trajectories in the area La inside the nip area Ln shown in FIG. 3, the area Lb intermediate between the nip area Ln and the
これらの走行軌跡は、従来の一般的な樹脂製定着部材、例えばポリイミド製定着部材よりヤング率が大きい定着部材211を用いた場合の走行軌跡を示す。 These running trajectories show the running trajectories when using a fixing member 211 that has a larger Young's modulus than a conventional fixing member made of a general resin, such as a fixing member made of polyimide.
従来の一般的な樹脂製定着部材のヤング率はおおよそ3~10Gpa程度である。この樹脂製定着部材は、部位La~Lcに至る変形の割合は、天面方向の変化σ1の方が側面方向の変化σ2よりも大きい。 The Young's modulus of a conventional resin fixing member is approximately 3 to 10 GPa. In this resin fixing member, the rate of deformation from area La to area Lc is greater for change σ1 in the top surface direction than for change σ2 in the side surface direction.
この一般的な樹脂製定着部材よりもヤング率の大きい定着部材211には、例えばNi製、SUS(Stainless Used Steel)製などがあり、これらの定着部材211のヤング率は200Gpa程度である。 Fixing members 211 that have a larger Young's modulus than typical resin fixing members include those made of, for example, Ni or SUS (Stainless Used Steel), and the Young's modulus of these fixing members 211 is approximately 200 GPa.
このようにヤング率の大きな定着部材211の走行軌跡は、図4に示すように、定着部材211の外側に行くにしたがって大きく変形するが、その変形の度合いは天面方向の変化σ1より側面方向の変化σ2の方が大きくなる。この点について、以下説明する。 As shown in FIG. 4, the travel path of the fixing member 211, which has a large Young's modulus, is greatly deformed toward the outside of the fixing member 211, but the degree of deformation is greater for the change σ2 in the side direction than for the change σ1 in the top direction. This point will be explained below.
定着部材211はハロゲンヒータなどの熱源221により加熱され、加圧ローラ203と不図示の側板に固定されたステー部材224に保持された熱移動補助部材222とによって加圧され、加圧ローラ203の駆動力を受けて従動回転する。
The fixing member 211 is heated by a heat source 221 such as a halogen heater, and is pressurized by the
定着部材211の長手端部の内面が、フランジ部210Bの内面規制面、つまり定着部材211に接触する面により吊り上げられるため、定着部材211と内蔵物である熱源221やステー部材224などが接触することなく、定着部材211の走行は安定化する。
The inner surface of the longitudinal end of the fixing member 211 is lifted by the inner surface regulating surface of the
定着部材211の基層としてSUSやNiなどの剛性の高い材料を用いた場合、樹脂材料を用いた場合に比べて同じ荷重を与えた時の撓みが小さい。尚、本実施例ではヤング率204GpaのNiを基層として用いた。よって、フランジ部210Bによって定着部材211を吊った場合であっても、天面付近における長手方向の定着部材211の軌跡は、フランジ部210Bの内面規制面と接触する軌跡Ccと、内面規制面と接触していない、より長手内側の軌跡Ca、Cbとの軌跡の差である変位量δ1は小さい。
When a highly rigid material such as SUS or Ni is used as the base layer of the fixing member 211, the deflection when the same load is applied is smaller than when a resin material is used. In this embodiment, Ni with a Young's modulus of 204 GPa was used as the base layer. Therefore, even when the fixing member 211 is suspended by the
一方、定着部材211の上下流付近では、長手方向のニップ境界の内側の軌跡Caから、ニップ境界の外側の軌跡Cb、Ccの順に、上下流方向の曲率半径が次第に小さくなりながら外側に軌跡が膨らむ。なぜなら、ニップ面近傍のスリーブ軌跡が、ニップ境界よりも内側の軌跡であるCaの場合はニップに拘束され歪んでいるが、ニップ境界の外側にあるCb、Ccの軌跡の場合は、Cb、Ccの順にニップ面の拘束が次第に弱くなる為、歪みが小さくなり、より歪みエネルギーの低い真円形状に復元しようとするからである。その結果、上下流付近の変位量δ2は変位量δ1に対して大きくなる。 Meanwhile, near the upstream and downstream sides of the fixing member 211, the trajectories bulge outward while the radius of curvature in the upstream and downstream directions gradually decreases from trajectory Ca on the inside of the longitudinal nip boundary to trajectories Cb and Cc on the outside of the nip boundary. This is because, in the case of Ca, the sleeve trajectory near the nip surface is constrained by the nip and distorted, but in the case of trajectories Cb and Cc on the outside of the nip boundary, the constraint of the nip surface gradually weakens in the order of Cb and Cc, so the distortion decreases and the sleeve tries to restore to a perfect circular shape with lower distortion energy. As a result, the displacement amount δ2 near the upstream and downstream sides is larger than the displacement amount δ1.
よって、定着部材211は、上下流付近において、フランジ部210Bの内面規制面と平行にならず、フランジ部210Bの内面規制面の長手中央側において強く摺擦してしまい、定着部材211の内面の摩耗が促進されることにより、最終的に定着部材211の端部が裂けて使用不可能になってしまう場合があった。
As a result, the fixing member 211 is not parallel to the inner regulating surface of the
なお、ヤング率の測定方法は特に問わないが、例えばJIS規格の板状試験片の引張試験によって測定、ないし比較することができる。 There is no particular limit to the method for measuring Young's modulus, but it can be measured or compared, for example, by a tensile test on a plate-shaped test piece according to the JIS standard.
以下に述べる各実施形態の規制部材210を含む定着装置200は、定着部材211が内側から内面コート層、基層、弾性層、離型層の順に構成されるとき、基層がNI、SUSなどのヤング率が比較的高い材料に好適である。
The fixing
より具体的には、各規制部材210はヤング率が70~300Gpa、厚みが30~50μmの定着部材211に対して好適である。
More specifically, each regulating
[第1の実施形態]
図5は、本実施形態に係る定着装置200の規制部材210を示す図である。図5(A)は規制部材210の正面図、図5(B)は規制部材210の平面図、つまりX1矢視図、図5(C)は規制部材210の下流方向側面図、つまりX2矢視図、図5(D)はフランジ部210Bの下流側の法線Mの軸G方向への傾斜角θ1を示すグラフである。
[First embodiment]
Fig. 5 is a diagram showing the regulating
図5に示すように、規制部材210は、正面視におけるフランジ部210Bの円弧中心を通る軸Gに向けて傾斜するフランジ部210Bの法線Mの傾斜角θ1が、第1の領域である天面部から第2の領域である下流側側面部下端に向かうに従って大きくなる。
As shown in FIG. 5, the inclination angle θ1 of the normal line M of the
より具体的には、規制部材210は、ニップ部から最も離れた第1の領域からニップ部近傍の第2の領域に近づくにつれて定着部材211の内面から離れる方向により大きな角度により傾斜するフランジ部210Bを備える。
More specifically, the regulating
より好ましくは、正面視において、フランジ部210Bの下流側下端部と軸Gを通る直線を直線J、直線Jを軸Gを中心として反時計回りに120°回転させた直線を直線Kとするとき、法線Mは直線Kとフランジ部210Bとの交点(この交点を0°とする。)付近から軸Gに向けて傾斜し始め、最も下流方向に位置する部位(この部位は、反時計回りを正とすると、-φ1=30°となる。)付近において傾斜角θ1が最大傾斜角θ1MAXとなり、フランジ部210Bの下端方向に向かって最大傾斜角θ1MAXが維持される。
More preferably, in a front view, when a straight line passing through the downstream lower end of
図6は、フランジ部210Bの法線Mの傾斜角θ1の最大傾斜角θ1MAXと定着部材211のフランジ部210Bに接触する内面の摩耗量の関係を示すグラフである。
Figure 6 is a graph showing the relationship between the maximum inclination angle θ1MAX of the inclination angle θ1 of the normal line M of the
図6において、縦軸は製品寿命を想定して、300,000枚記録媒体をプリントさせた後の定着部材211の削れ量(μm)及び定着部材211とフランジ部210Bとの接触幅(mm)を、横軸は最大傾斜角θ1MAXの値(角度)を示す。
In FIG. 6, the vertical axis indicates the amount of wear (μm) of the fixing member 211 and the contact width (mm) between the fixing member 211 and the
定着部材211とフランジ部210Bとの接触幅は、フランジ部210Bの表面にグリスを塗り、このグリスの剥離形状から計測した。
The contact width between the fixing member 211 and the
図6に示すように、最大傾斜角θ1MAXを大きくするほど図5(C)のA付近に対応する定着部材211の内面の位置の削れ量は小さくなる傾向にある。また、最大傾斜角θ1MAXを大きくするほど図5(C)のA付近を起点とした接触幅が広くなる。 As shown in FIG. 6, the larger the maximum inclination angle θ1MAX, the smaller the amount of scraping at the position on the inner surface of the fixing member 211 corresponding to the vicinity of A in FIG. 5(C) tends to be. Also, the larger the maximum inclination angle θ1MAX, the wider the contact width starting from the vicinity of A in FIG. 5(C).
このことは、最大傾斜角θ1MAXを大きくするほど、接触幅が広がることから面圧の最大値を下げることが可能となり、定着部材211の摩耗量を低減させることが可能となることを意味する。 This means that the larger the maximum inclination angle θ1MAX, the wider the contact width becomes, making it possible to lower the maximum surface pressure and reduce the amount of wear on the fixing member 211.
一方、最大傾斜角θ1MAXが2.5°を超えると、定着部材211の内面の削れ量が上昇に転じる。これは、定着部材211とフランジ部210Bとの接触の起点が図5(C)のB付近となり、この部分に対応する定着部材211の部分の摩耗が大きくなるためである。
On the other hand, when the maximum inclination angle θ1MAX exceeds 2.5°, the amount of wear on the inner surface of the fixing member 211 starts to increase. This is because the starting point of contact between the fixing member 211 and the
従って、最大傾斜角θ1MAXは1°~3°が好適であり、より好ましくいは2.5°である。 Therefore, the maximum inclination angle θ1MAX is preferably 1° to 3°, and more preferably 2.5°.
以上述べたように、本実施形態の定着装置200は、少なくとも下流側においてフランジ部210Bの法線Mの傾斜角θ1が第1の領域よりも第2の領域の方が大きい。
As described above, in the
従って、ヤング率の比較的大きな定着部材211を用いたときであっても、定着部材211の摩耗を抑制することができるという効果がある。 Therefore, even when a fixing member 211 with a relatively large Young's modulus is used, it is possible to suppress wear of the fixing member 211.
[第2の実施形態]
図7は、本実施形態に係る定着装置200の規制部材210を示す図である。図7(A)は規制部材210の正面図、図7(B)は規制部材210の平面図、つまりX1矢視図、図7(C)は規制部材210の上流方向側面図、つまりX3矢視図、図7(D)はフランジ部210Bの上流側の法線M2の軸G方向への傾斜角θ2を示すグラフである。
Second Embodiment
Fig. 7 is a diagram showing the regulating
本実施形態においては、フランジ部210Bの下流側の法線M1は、第1の実施形態のフランジ部210Bの法線Mと同様である。
In this embodiment, the normal line M1 on the downstream side of the
図7に示すように、規制部材210は、正面視におけるフランジ部210Bの円弧中心を通る軸Gに向けて傾斜するフランジ部210Bの法線M2の傾斜角θ2が、第1の領域である天面部から第2の領域である上流側側面部下端に向かうに従って大きくなる。
As shown in FIG. 7, the inclination angle θ2 of the normal M2 of the
より具体的には、規制部材210は、ニップ部から最も離れた第1の領域からニップ部近傍の第2の領域に近づくにつれて定着部材211の内面から離れる方向により大きな角度により傾斜するフランジ部210Bを備える。
More specifically, the regulating
より好ましくは、正面視において、フランジ部210Bの下流側下端部と軸Gを通る直線を直線J、直線Jを軸Gを中心として反時計回りに120°回転させた直線を直線Kとするとき、法線M2は直線Jとフランジ部210Bとの交点(この交点を0°とする。)付近から軸Gに向けて傾斜し始め、最も上流方向に位置する部位(この部位は、反時計回りを正とすると、φ2=30°となる。)付近において傾斜角θ2が最大傾斜角θ2MAXとなり、フランジ部210Bの下端方向に向かって最大傾斜角θ2MAXが維持される。
More preferably, in a front view, when a straight line passing through the downstream lower end of
図8は、フランジ部210Bの法線M2の傾斜角θ2の最大傾斜角θ2MAXと定着部材211のフランジ部210Bに接触する内面の摩耗量の関係を示すグラフである。
Figure 8 is a graph showing the relationship between the maximum inclination angle θ2MAX of the inclination angle θ2 of the normal line M2 of the
図8において、縦軸は製品寿命を想定して、300,000枚記録媒体をプリントさせた後の定着部材211の削れ量(μm)及び定着部材211とフランジ部210Bとの接触幅(mm)を、横軸は最大傾斜角θ2MAXの値(角度)を示す。
In FIG. 8, the vertical axis indicates the amount of wear (μm) of the fixing member 211 and the contact width (mm) between the fixing member 211 and the
また、フランジ部210Bの法線M1については、最大傾斜角θ1MAXは2.5°である。
Furthermore, the maximum inclination angle θ1MAX of the normal M1 of the
定着部材211とフランジ部210Bとの接触幅は、フランジ部210Bの表面にグリスを塗り、このグリスの剥離形状から計測した。
The contact width between the fixing member 211 and the
図8に示すように、最大傾斜角θ2MAXを大きくするほど図7(C)のA付近に対応する定着部材211の内面の位置の削れ量は小さくなる傾向にある。また、最大傾斜角θ2MAXを大きくするほど図7(C)のA付近を起点とした接触幅が広くなる。 As shown in FIG. 8, the larger the maximum inclination angle θ2MAX, the smaller the amount of scraping at the position on the inner surface of the fixing member 211 corresponding to the vicinity of A in FIG. 7(C) tends to be. Also, the larger the maximum inclination angle θ2MAX, the wider the contact width starting from the vicinity of A in FIG. 7(C).
このことは、最大傾斜角θ2MAXを大きくするほど、接触幅が広がることから面圧の最大値を下げることが可能となり、定着部材211の摩耗量を低減させることが可能となることを意味する。 This means that the larger the maximum inclination angle θ2MAX, the wider the contact width becomes, making it possible to lower the maximum surface pressure and reduce the amount of wear on the fixing member 211.
一方、最大傾斜角θ2MAXが2.5°を超えると、定着部材211の内面の削れ量が上昇に転じる。これは、定着部材211とフランジ部210Bとの接触の起点が図7(C)のB付近となり、この部分に対応する定着部材211の部分の摩耗が大きくなるためである。
On the other hand, when the maximum inclination angle θ2MAX exceeds 2.5°, the amount of wear on the inner surface of the fixing member 211 starts to increase. This is because the starting point of contact between the fixing member 211 and the
従って、最大傾斜角θ2MAXは1°~3°が好適であり、より好ましくいは2.5°である。 Therefore, the maximum inclination angle θ2MAX is preferably 1° to 3°, and more preferably 2.5°.
以上述べたように、本実施形態の定着装置200は、上流側及び下流側においてフランジ部210Bの下流側の法線M1の傾斜角θ1及び上流側の法線M2の傾斜角θ2が第1の領域よりも上流側の第2の領域及び下流側の第2の領域の方が大きい。
As described above, in the
従って、ヤング率の比較的大きな定着部材211を用いたときであっても、より効率よく定着部材211の摩耗を抑制することができるという効果がある。 Therefore, even when a fixing member 211 with a relatively large Young's modulus is used, it is possible to more efficiently suppress wear of the fixing member 211.
[第3の実施形態]
図9は、本実施形態に係る定着装置200の規制部材210を示す図である。図9(A)は規制部材210の正面図、図9(B)は規制部材210の平面図、つまりX1矢視図、図9(C)はフランジ部210Bの下流側の法線M1の曲率1/R1を示すグラフ、図9(D)はフランジ部210Bの上流側の法線M2の曲率1/R2を示すグラフ、図9(E)は規制部材210の上流方向側面図である。
[Third embodiment]
9A and 9B are diagrams showing the regulating
図9に示すように、規制部材210は、フランジ部210Bの法線M1の曲率1/R1及び法線M1の曲率1/R1が、第1の領域である天面部から第2の領域である下流側側面下端及び上流側側面部下端に向かうに従って大きくなる。
As shown in FIG. 9, the
より具体的には、規制部材210は、ニップ部から最も離れた第1の領域からニップ部近傍の第2の領域に近づくにつれて定着部材211の内面から離れる方向により大きな曲率により傾斜するフランジ部210Bを備える。
More specifically, the regulating
より好ましくは、正面視において、フランジ部210Bの下流側下端部と軸Gを通る直線を直線J、直線Jを軸Gを中心として反時計回りに120°回転させた直線を直線Kとするとき、法線M1は直線Kとフランジ部210Bとの交点(この交点を0°とする。)付近から曲率1/R1が増加し始め、最も下流方向に位置する部位(この部位は、反時計回りを正とすると、-φ1=30°となる。)付近において曲率1/R1が最大曲率1/R1MAXとなり、フランジ部210Bの下端方向に向かって最大曲率1/R1MAXが維持される。
More preferably, when viewed from the front, the straight line passing through the downstream lower end of
また、法線M2は直線Jとフランジ部210Bとの交点(この交点を0°とする。)付近から曲率1/R2が増加し始め、最も上流方向に位置する部位(この部位は、反時計回りを正とすると、φ2=30°となる。)付近において曲率1/R2が最大曲率1/R2MAXとなり、フランジ部210Bの下端方向に向かって最大曲率1/R2MAXが維持される。
The
図10は、フランジ部210Bの法線M1及び法線M2の曲率x=1/R1=1/R2の最大曲率xMAXと定着部材211のフランジ部210Bに接触する内面の摩耗量の関係を示すグラフである。
Figure 10 is a graph showing the relationship between the maximum curvature xMAX of the curvature x = 1/R1 = 1/R2 of the normal line M1 and normal line M2 of the
図10において、縦軸は製品寿命を想定して、300,000枚記録媒体をプリントさせた後の定着部材211の削れ量(μm)を、横軸は最大曲率xMAXの値を示す。 In FIG. 10, the vertical axis indicates the amount of wear (μm) of the fixing member 211 after printing 300,000 sheets of recording media over the expected product life, and the horizontal axis indicates the maximum curvature xMAX.
図10に示すように、最大曲率xMAXを大きくするほど図9(E)のA付近に対応する定着部材211の内面の位置の削れ量は小さくなる傾向にある。 As shown in FIG. 10, the larger the maximum curvature xMAX, the smaller the amount of wear at the position on the inner surface of the fixing member 211 corresponding to the vicinity of A in FIG. 9(E) tends to be.
一方、最大曲率xMAXが0.01を超えると、定着部材211の内面の削れ量が上昇に転じる。これは、定着部材211とフランジ部210Bとの接触面積がx=0.01付近において最も大きく、さらにxを大きくすると逆に接触面積が狭くなり、摩耗が促進されるためである。
On the other hand, when the maximum curvature xMAX exceeds 0.01, the amount of wear on the inner surface of the fixing member 211 begins to increase. This is because the contact area between the fixing member 211 and the
従って、最大曲率xMAXは、第1の領域において0であり、下流及び上流の第2の領域において0.005~0.02が好適であり、より好ましくはxMAX=0.01である。 Therefore, the maximum curvature xMAX is 0 in the first region, and is preferably 0.005 to 0.02 in the downstream and upstream second regions, and more preferably xMAX = 0.01.
なお、本実施形態においては第2の領域のうち、下流側側面、上流側側面の両方に曲率を持たせたが、いずれか一方のみに曲率を持たせてもよい。 In this embodiment, both the downstream side and the upstream side of the second region have a curvature, but it is also possible to have a curvature on only one of them.
以上述べたように、本実施形態の定着装置200は、上流側及び下流側においてフランジ部210Bの下流側の法線M1の曲率1/R1及び上流側の法線M2の曲率1/R2が第1の領域よりも上流側の第2の領域及び下流側の第2の領域の方が大きい。
As described above, in the
従って、ヤング率の比較的大きな定着部材211を用いたときであっても、より効率よく定着部材211の摩耗を抑制することができるという効果がある。 Therefore, even when a fixing member 211 with a relatively large Young's modulus is used, it is possible to more efficiently suppress wear of the fixing member 211.
なお、上記各実施形態中の直線K、直線Jの設定方法は、各実施形態中の条件に限定されない。 The method for setting the straight lines K and J in each of the above embodiments is not limited to the conditions in each embodiment.
3 給送ローラ
4 レジストローラ対
7 排出ローラ
8 装置
9Bk トナーボトル
9C トナーボトル
9M トナーボトル
9Y トナーボトル
10 転写ベルトユニット
11 転写ベルト
13 ベルトクリーニング装置
17 排紙トレイ
20Bk 感光体ドラム
20C 感光体ドラム
20M 感光体ドラム
20Y 感光体ドラム
30Bk 帯電装置
40Bk 現像装置
50Bk クリーニング装置
61 シート給送装置
71 転写装置
72 駆動ローラ
73 従動ローラ
100 画像形成装置
200 定着装置
203 加圧ローラ
210 規制部材
210A 軸方向規制部
210B フランジ部
211 定着部材
221 熱源
222 熱移動補助部材
223 ニップ形成部材
224 ステー部材
3 Feeding roller 4 Registration roller pair 7
Claims (2)
前記定着部材の外周面に当接してニップ部を形成する加圧部材と、
前記定着部材の両端部に配置され、前記定着部材の内面に接触し、前記ニップ部から最も離れた第1の領域に対して、前記ニップ部の近傍の第2の領域が前記定着部材の内面から離れる方向により大きく傾斜するフランジ部を有する規制部材と、
を備え、
前記フランジ部は、
円筒形状をニップ部にそって切り欠いた形状とする部分を有し、前記切り欠いた形状の、前記定着部材の回転の下流側を下流側下端部、上流側を上流側下端部とすると、前記下流側下端部を前記第2の領域に、前記円筒形状の一部分を前記第1の領域に、前記円筒形状の他の部分を前記第2の領域に配置し、前記第2の領域が、前記フランジ部の円弧中心を通り前記加圧部材の回転軸と平行な軸に向けて傾斜し、
前記軸に向けて傾斜する傾斜角が、前記第1の領域において0°であり、前記第2の領域の最大傾斜角が1°~3°であり、
前記軸と、前記下流側下端部とを通る直線を直線J、前記軸と前記上流側下端部とを通る直線を直線Kとするとき、
前記直線Kと前記フランジ部との交点から前記軸に向けて傾斜し始め、前記直線Kを前記軸を中心として前記下流側に30°回転させた位置において前記傾斜角が最大傾斜角となり、前記フランジ部の下端方向に向かって前記最大傾斜角が維持される
定着装置。 a rotatable, endless fixing member having a Young's modulus of 70 to 300 Gpa;
a pressure member that contacts an outer peripheral surface of the fixing member to form a nip portion;
a regulating member disposed at each end of the fixing member, in contact with an inner surface of the fixing member, the regulating member having a flange portion inclined more in a direction away from the inner surface of the fixing member in a second region adjacent to the nip portion than in a first region farthest from the nip portion;
Equipped with
The flange portion is
a cylindrical shape has a portion cut out along a nip portion, and when the downstream side of the cut-out shape with respect to the rotation of the fixing member is defined as a downstream lower end portion and the upstream side of the cut-out shape is defined as an upstream lower end portion, the downstream lower end portion is disposed in the second region, a part of the cylindrical shape is disposed in the first region, and another part of the cylindrical shape is disposed in the second region, and the second region is inclined toward an axis that passes through an arc center of the flange portion and is parallel to the rotation axis of the pressure member,
The tilt angle inclined toward the axis is 0° in the first region, and the maximum tilt angle in the second region is 1° to 3°;
When a straight line passing through the shaft and the downstream lower end is a straight line J, and a straight line passing through the shaft and the upstream lower end is a straight line K,
The fixing device begins to incline toward the axis from the intersection of the straight line K and the flange portion, and the inclination angle reaches its maximum at a position where the straight line K is rotated 30° downstream around the axis, and the maximum inclination angle is maintained toward the lower end of the flange portion.
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