JP4947066B2 - Fixing apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、記録シート上に形成された未定着画像を記録シートに熱定着させる定着装置およびこれを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device that thermally fixes an unfixed image formed on a recording sheet to a recording sheet, and an image forming apparatus including the fixing device.
複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置では、通常、画像データに対応したトナー画像を形成して記録シートに転写し、転写されたトナー画像を定着装置によって記録シートに定着させる構成になっている。定着装置としては、一対のベルトを用いて定着ニップを形成するベルト定着方式が実用化されている。ベルト定着方式は熱容量が小さいために、ウォーミングアップを短時間で行うことができ、省電力化が可能である。 In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a complex machine of these, usually, a toner image corresponding to image data is formed and transferred to a recording sheet, and the transferred toner image is fixed on the recording sheet by a fixing device. It has a configuration to let you. As a fixing device, a belt fixing method in which a fixing nip is formed using a pair of belts has been put into practical use. Since the belt fixing method has a small heat capacity, warm-up can be performed in a short time, and power saving can be achieved.
しかしながら、ベルト定着方式では、一対のベルト同士を相互に圧接させて定着ニップを形成しているために、定着ニップにおいて十分なニップ圧を得ることが容易でないという問題がある。特許文献1には、面状発熱体を含むベルト支持部材と支持ローラとに周回移動可能に巻き掛けられた加熱ベルトに、外力を受けていない状態で薄肉円筒形状になる無端状の加圧ベルトを、圧縮バネ等の押圧手段によって圧接させた定着装置が開示されている。このように、押圧手段によって加圧ベルトが圧接された加熱ベルトが、固定的に配置されたベルト支持部材に押圧されることによって、ニップ圧を増加させることができる。
However, the belt fixing method has a problem that it is not easy to obtain a sufficient nip pressure in the fixing nip because the fixing nip is formed by pressing the pair of belts together.
特許文献1に開示された定着装置では、固定的に配置されたベルト支持部材に対して加熱ベルトが摺接しつつ周回移動するために、加熱ベルトはベルト支持部材との摩擦力によって円滑に周回移動せず、このために、記録シートが定着ニップを円滑に通過できなくなるおそれがある。また、ベルト支持部材に対して摺接する加熱ベルトを円滑に周回移動させるために大きなトルクが必要になり、このために消費電力が増加し、エネルギー効率が低下するおそれもある。さらには、ベルト支持部材との摺接によって加熱ベルトが摩耗するために、加熱ベルトを長期にわたって安定的に使用することができなくなるおそれもある。
In the fixing device disclosed in
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、相互に対向する一対のベルトを用いたベルト定着方式において、大きなトルクを必要とせず、また、ベルトの摩耗を抑制して、ベルト間に形成されたニップ部の全域において高いニップ圧を安定的に確保することができる定着装置およびこれを備える画像形成装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to suppress the belt wear without requiring a large torque in the belt fixing system using a pair of mutually opposed belts. An object of the present invention is to provide a fixing device capable of stably ensuring a high nip pressure in the entire nip portion formed between belts, and an image forming apparatus including the same.
上記目的を達成するため、本発明に係る定着装置は、一対の第1ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第1ベルトと、一対の第2ローラに周回移動可能に巻き掛けられた第2ベルトとが相互に圧接することによって形成された定着ニップを記録シートが通過する間に、該記録シート上に形成された未定着画像を加熱および加圧することによって熱定着させる定着装置であって、前記第1ベルトは、前記第2ベルトと離間状態にしたとき、前記一対の第1ローラの間における相互に対向するそれぞれのベルト部分が外側に突出した湾曲状態で走行可能な剛性を有し、前記第2ベルトは、前記一対の第2ローラの間の一方の走行部分が、前記第1ベルトの外側に突出した一方の走行部分と相互に圧接することによって、当該第1ベルトの一方の走行部分に沿って凹状に湾曲した状態になり、前記第2ベルトに圧接された前記第1ベルトの走行部分においてニップ圧が増加するように、当該第1ベルトを変形させる第1ベルト変形手段が設けられていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fixing device according to the present invention includes a first belt wound around a pair of first rollers so as to be able to move around and a second belt wound around the pair of second rollers so as to be turned around. A fixing device that heat-fixes an unfixed image formed on a recording sheet by heating and pressurizing while the recording sheet passes through a fixing nip formed by pressure contact with the belt, When the first belt is separated from the second belt, each belt portion facing each other between the pair of first rollers has rigidity capable of running in a curved state protruding outward, In the second belt, one traveling portion between the pair of second rollers is in pressure contact with one traveling portion protruding outside the first belt, whereby one of the first belts First belt deforming means for deforming the first belt so that the nip pressure is increased in a traveling portion of the first belt pressed into contact with the second belt; It is provided.
また、本発明に係る画像形成装置は、記録シート上に形成された未定着画像を定着部により熱定着する画像形成装置であって、前記定着部として、前記定着装置を備えることを特徴とする。 An image forming apparatus according to the present invention is an image forming apparatus that thermally fixes an unfixed image formed on a recording sheet by a fixing unit, and includes the fixing device as the fixing unit. .
本発明の定着装置では、第1ベルトの剛性によって、第1ベルトのベルト部分に圧接された第2ベルトのベルト部分が凹状に湾曲した状態で走行しており、第1ベルトおよび第2ベルトにおけるそれぞれの湾曲状態になったベルト部分同士が相互に圧接されて定着ニップが形成されているために、定着ニップを形成するための加圧パッド等の特別な部材が不要になり、定着ニップにおいて高いニップ圧を長期にわたって安定的に確保することができる。しかも、第1ベルト変形手段によって第1ベルトを変形させることにより、第1ベルトと第2ベルトとの圧接部分の全域においてニップ圧を増加させることができる。これにより、記録シートに定着されたトナー画像に光沢を付与することができ、トナー画像の画質を向上させることができる。しかも、第1ベルトに対して摺接するような部材を設ける必要がないために、第1ベルトを周回移動させるために大きなトルクを必要とせず、さらには、第1ベルトが摩耗することを抑制できることから、定着装置を長期にわたって安定的に使用することができる。 In the fixing device of the present invention, the belt portion of the second belt pressed against the belt portion of the first belt travels in a concavely curved state due to the rigidity of the first belt, and the first belt and the second belt Since the curved belt portions are pressed against each other to form a fixing nip, a special member such as a pressure pad for forming the fixing nip becomes unnecessary, and the fixing nip is high. The nip pressure can be secured stably over a long period of time. In addition, the first belt is deformed by the first belt deforming means, whereby the nip pressure can be increased in the entire area of the pressure contact portion between the first belt and the second belt. Thereby, gloss can be imparted to the toner image fixed on the recording sheet, and the image quality of the toner image can be improved. In addition, since it is not necessary to provide a member that is in sliding contact with the first belt, a large torque is not required to rotate the first belt, and it is possible to suppress wear of the first belt. Therefore, the fixing device can be used stably over a long period of time.
好ましくは、前記第1ベルト変形手段は、前記第2ベルトに対して遠方側に位置する前記第1ベルトの他方の走行部分を外側から押圧する押圧ローラであることを特徴とする。
好ましくは、前記第1ベルト変形手段は、前記一対の第1ローラにおける記録シートの通過方向の上流側に配置された第1上流側ローラの周速を、下流側に配置された第1下流側ローラの周速よりも速くするローラ周速変更手段であることを特徴とする。
Preferably, the first belt deforming means is a pressing roller that presses the other traveling portion of the first belt located on the far side with respect to the second belt from the outside.
Preferably, the first belt deforming means has a first downstream side disposed on the downstream side with a peripheral speed of a first upstream roller disposed on the upstream side in the recording sheet passing direction of the pair of first rollers. It is a roller peripheral speed changing means for making it faster than the peripheral speed of the roller.
好ましくは、前記一対の第1ローラのそれぞれと、前記一対の第2ローラのそれぞれとが、前記第1ベルトおよび第2ベルトを介して相互に押圧されることによって、それぞれの押圧部分に、当該第1ベルトおよび第2ベルトが相互に圧接された上流側ニップ部および下流側ニップ部が形成されており、前記上流側ニップ部のニップ圧が前記下流側ニップ部のニップ圧よりも低くなっていることを特徴とする。 Preferably, each of the pair of first rollers and each of the pair of second rollers are pressed against each other via the first belt and the second belt, so that An upstream nip portion and a downstream nip portion are formed in which the first belt and the second belt are pressed against each other, and the nip pressure of the upstream nip portion is lower than the nip pressure of the downstream nip portion. It is characterized by being.
好ましくは、前記記録シートの未定着画像が、前記第1ベルトの周回移動域の内部であって前記一対の第1ローラの間に設けられた加熱手段によって加熱されることを特徴とする。
好ましくは、前記加熱手段は、ヒータランプまたは電熱線ヒータであることを特徴とする。
Preferably, the unfixed image on the recording sheet is heated by a heating unit provided between the pair of first rollers inside the circumferential movement area of the first belt.
Preferably, the heating means is a heater lamp or a heating wire heater.
好ましくは、前記記録シートの未定着画像が、電磁誘導加熱方式の加熱手段によって加熱されることを特徴とする。 Preferably, the unfixed image on the recording sheet is heated by an electromagnetic induction heating type heating unit.
図1は、本発明の実施形態に係る定着装置を定着部として使用したタンデム型カラーデジタルプリンタ(以下、単に「プリンタ」という。)の構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態におけるプリンタ1は、トナー画像を形成する画像プロセス部30と、トナー画像が転写される記録シートSを画像プロセス部30に搬送するシート搬送部40と、記録シートS上に転写されたトナー画像を記録シートSに定着させる定着部を構成する定着装置50とを備えている。プリンタ1は、ネットワーク(例えば社内LAN)等に接続された端末装置からプリントの実行指示(プリントジョブ)を受け付けると、その指示に従って、記録シートS上にトナー画像を形成する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a tandem color digital printer (hereinafter simply referred to as “printer”) using a fixing device according to an embodiment of the present invention as a fixing unit. As shown in FIG. 1, the
画像プロセス部30は、矢印Aで示す方向に周回移動する中間転写ベルト36と、中間転写ベルト36の下方において、中間転写ベルト36の周回移動方向に沿ってそれぞれが上流側から順番に配置された画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kと、各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kにレーザ光Lをそれぞれ照射する露光装置21とを備えている。中間転写ベルト36は、画像形成ユニット39Yに近接して配置された従動ローラ37と、画像形成ユニット39Kに近接して配置された駆動ローラ38とに巻き掛けられており、駆動ローラ38が図示しないモータによって回転駆動されることにより、矢印Aで示す方向に周回移動する。中間転写ベルト36は半導電性を有している。
The
中間転写ベルト36の移動方向上流側に配置された画像形成ユニット39Yは、感光体ドラム31Yを備えており、公知の帯電、露光、現像の各工程を順番に経て感光体ドラム31Y上にイエロー(Y)の色のトナー画像を形成する。このために、画像形成ユニット39Yには、感光体ドラム31Yの外周面を帯電するローラ式の帯電器32Yと、帯電された感光体ドラム31Yの外周面に露光装置21から照射されるレーザ光Lによって形成された静電潜像をY色のトナーによって現像する現像器33Yと、感光体ドラム31Yの外周面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト36に転写する1次転写ローラ34Yと、トナー画像が転写された後に感光体ドラム31Yの表面を清掃するクリーナ35Yとが感光体ドラム31Yの回転方向に沿って順番に設けられている。
The
他の画像形成ユニット39M、39C、39Kも、画像形成ユニット39Yと同じ構成になっており、感光体ドラム表面を帯電する帯電器と、露光装置21から照射されるレーザ光Lにより形成された静電潜像をトナー現像する現像器と、トナー画像を中間転写ベルト36に転写する1次転写ローラと、感光体ドラム表面を清掃するクリーナとがそれぞれ設けられており、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の色のそれぞれのトナーによってトナー画像を形成して中間転写ベルト36に転写する。
The other
各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kに設けられた帯電器としては、ローラ状の帯電部材を用いているが、このような構成に限らず、コロナ放電方式の帯電チャージャ、ブレード状の帯電部材、ブラシ状の帯電部材等も使用することができる。露光装置21には、Y、M、C、Kの各色の画像データに対応した駆動信号によって駆動されるレーザダイオード等の発光素子がそれぞれ設けられており、各発光素子から各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kの感光体ドラム(31Y等)にレーザ光Lをそれぞれ照射する。
As the charger provided in each of the
本実施形態のプリンタ1では、1色(例えばK色)のトナーを用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、Y、M、C、Kの4色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能になっている。カラーモードによる画像形成動作の場合には、各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kにおいて、所定の周速度で回転駆動されている感光体ドラム(31Y等)の外周面に形成されたY、M、C、Kの各色のトナー画像が、各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kの1次転写ローラ(34Y等)によって、中間転写ベルト36における同一領域上にそれぞれ重ねて転写される。モノクロモードによる画像形成動作の場合には、選択された1つの画像形成ユニットにて形成されたトナー画像が中間転写ベルト36における所定領域上に転写される。
In the
なお、中間転写ベルト36上に転写されることなく、感光体ドラム(31Y等)の外周面に残留しているトナーは、感光体ドラム(31Y等)の回転によってクリーナ(35Y等)との接触部に達すると、クリーナ(35Y等)によって感光体ドラムの外周面から除去される。クリーナ(35Y等)としては、板状のブレード、固定ブラシ、回転ブラシ、ローラ、またはそれら複数の部材を組み合わせたものを使用することができる。また、このようなクリーナを設けることなく、感光体ドラム(31Y等)の外周面に残留するトナーを現像器(33Y等)によって回収するクリーナレス方式を採用することもできる。
The toner remaining on the outer peripheral surface of the photosensitive drum (31Y, etc.) without being transferred onto the
中間転写ベルト36の上方には、各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kの現像器(33Y等)に供給されるY、M、C、Kの各色のトナーが収容されたホッパー22Y、22M、22C、22Kがそれぞれ設けられており、各ホッパー22Y、22M、22C、22Kに収容された各色のトナーが各画像形成ユニット39Y、39M、39C、39Kの現像器(33Y等)に補給される。
Above the
記録シートSを搬送するシート搬送部40は、露光装置21の下側に着脱可能に設けられた給紙カセット41と、給紙カセット41から繰り出される記録シートSを、中間転写ベルト36の側方およびその上方の定着装置50に向けて搬送するシート搬送経路42とを備えている。給紙カセット41内には、記録シートSとして記録用紙等が積載状態で収容されており、最上部の1枚の記録シートSが給紙ローラ43の回転によってシート搬送経路42内に繰り出される。
A
シート搬送経路42には、中間転写ベルト36を周回移動させる駆動ローラ38に中間転写ベルト36を介して対向する2次転写ローラ45が設けられていて、駆動ローラ38の周面に沿った中間転写ベルト36の周回移動域と2次転写ローラ45との間に転写ニップが形成されており、この転写ニップが記録シートS上にトナー画像を転写する2次転写部46になっている。中間転写ベルト36上に転写されたトナー画像は、2次転写ローラ45によって、シート搬送経路42内を上方に向って搬送される記録シートSに2次転写される。
In the
シート搬送経路42内における2次転写部46の下方には、給紙カセット41から繰り出された記録シートSを2次転写部46に所定のタイミングで搬送するレジストローラ対44が設けられている。レジストローラ対44は、記録シートSを2次転写部46に搬送するタイミングを、中間転写ベルト36上に転写されたトナー像が、2次転写部46に搬送されるタイミングに一致するように制御する。レジストローラ対44によって所定のタイミングで2次転写部46に搬送される記録シートSは、2次転写部46において中間転写ベルト36上に形成されたトナー画像が転写されて、2次転写部46の上方に配置された定着装置50へと搬送される。なお、2次転写後の中間転写ベルト36は、中間転写ベルト36を介して従動ローラ37に対向配置されたクリーニングブレード23によって清掃される。
A
定着装置50は、相互に圧接されることによって定着ニップを形成する第1ベルト51および第2ベルト52と、第1ベルト51の外周面を押圧する押圧ローラ59と、第1ベルト51の周回移動域の内部に配置されたヒータランプ57とを備えており、下方の2次転写部46において記録シートSに2次転写されたトナー画像は、当該記録シートSが上方に向って搬送されて第1ベルト51および第2ベルト52における相互に圧接された定着ニップを通過する間に加熱及び加圧されることによって当該記録シートSに熱定着される。定着装置50を通過した記録シートSは、排紙ローラ61によって、ホッパー22Y、22M、22C、22Kの上方に設けられた排紙トレイ62上へ排出される。
The fixing
図2は、定着装置50の構成を説明するための模式図、図3は、第1ベルト51に対して第2ベルト52および押圧ローラ59を、それぞれ離間させた状態で示す模式図である。第1ベルト51は、自然状態で横断面円形の円筒状を維持する所定の剛性を有する無端ベルトであり、図3に示すように、記録シートSの搬送方向上流側(下側)に配置された第1上流側ローラ53と、この第1上流側ローラ53に平行な状態で記録シートSの搬送方向下流側(上側)に配置された第1下流側ローラ54とに、所定の引っ張り力(ベルトテンション)が加えられて巻き掛けられることによって、略楕円形状を維持して周回移動可能な剛性を有している。第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54は、相互に等しい半径rをそれぞれ有しており、同じX軸座標位置(水平方向位置)になるようにY軸方向(垂直方向)に並んだ状態で、所定の軸間距離Dをあけて配置されている。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the fixing
第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54に、ベルト自体の剛性によるテンションで巻き掛けられた第1ベルト51は、第2ベルト52および押圧ローラ59のそれぞれと離間した状態では、第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54との間における相互に対向するベルト走行部分は、ベルトテンションが加えられる前の円筒状態に戻ろうとする力(復元力)により、第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54の共通接線L1よりもそれぞれ同じ突出量(撓み量)δで外側に突出した湾曲状態になる。第1ベルト51は、記録シートSのトナー画像が転写された面に対向するように配置されており、例えば、第1下流側ローラ54が駆動モータによって回転駆動されることによって、図3に矢印Mで示す方向に周回移動する。
The
第1ベルト51の周回移動域の内部における第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54との中間位置には、直線状に形成された円柱状のヒータランプ57が、第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54に平行な状態で配置されている。ヒータランプ57としては、ハロゲンヒータ、カーボンヒータ、キセノンランプヒータ等を用いることができる。また、このようなヒータランプ57に限らず、直線状に形成された電熱線ヒータも用いることができる。
A
第2ベルト52は、第1ベルト51よりも低い剛性であって第1ベルト51が押し付けられることによって撓む剛性(可撓性)を有する無端ベルトであり、記録シートSの搬送方向上流側(下側)に配置された第2上流側ローラ55と、この第2上流側ローラ55に平行な状態で記録シートSの搬送方向下流側(上側)に配置された第2下流側ローラ56とに、例えば第2上流側ローラ55によって所定の引っ張り力によってベルトテンションが加えられた状態で巻き掛けられて、第1ベルト51とは離間した状態では、第2上流側ローラ55と第2下流側ローラ56との間の相互に対向するベルト走行部分同士が平行な状態で周回移動するようになっている。第2上流側ローラ55および第2下流側ローラ56も、第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54の半径に等しい半径rをそれぞれ有しており、同じX座標位置になるようにY軸方向に並んだ状態で、第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54との軸間距離Dと同じ軸間距離Dをあけて配置されている。第2上流側ローラ55は、第2ベルト52に、記録シートSの搬送方向に沿ったベルトテンション(引っ張り力)Fが加わるように、第2上流側ローラ55がテンションばね(図示せず)によって下方に付勢されている。
The
第2上流側ローラ55は、第1上流側ローラ53と同じY座標位置になるようにX軸方向(水平方向)に並んで配置されて、第1上流側ローラ53に、所定のローラ荷重P1ので、第2ベルト52および第1ベルト51を介して押し付けられている。第2上流側ローラ55が第1上流側ローラ53に押し付けられることによって、第1ベルト51と第2ベルト52との間に、X軸方向に沿った上流側ニップ部が形成されている。第2下流側ローラ56も、第1下流側ローラ54と同じY座標位置になるようにX軸方向(水平方向)に並んで配置されて、第1下流側ローラ54に、所定のローラ荷重P2で、第2ベルト52および第1ベルト51を介して押し付けられている。第2下流側ローラ56が第1下流側ローラ54に押し付けられることによって、第1ベルト51と第2ベルト52との間に、X軸方向に沿った所定のニップ圧の下流側ニップ部が形成される。
The second
このような構成の第1ベルト51および第2ベルト52は、図2に示すように、外側に突出した湾曲状態で走行する第1ベルト51のベルト部分が、このベルト部分に対向する第2ベルト52のベルト部分に圧接され、第1ベルト51よりも低い剛性の第2ベルト52のベルト部分が、第1ベルト51のベルト部分に沿って凹状に湾曲した状態とされて、例えば、第1下流側ローラ54が回転駆動されることによって、第1ベルト51が周回移動されると、第2ベルト52は、第1ベルト51に圧接されていることによって、第1ベルト51に追従して、図2に矢印Nで示す方向に走行する。
As shown in FIG. 2, the
この場合、第2ベルト52が第1ベルト51よりも低い剛性であって可撓性を有することから、図4に示すように、第1ベルト51の外側に突出する湾曲状態のベルト部分が第2ベルト52のベルト部分を押圧荷重Wで押圧すると、第2ベルト52のベルト走行部分が、第2ベルト52自体の復元力(反力)Wによって、第1ベルト51の湾曲形状に沿うように凹状に湾曲し、その湾曲した第2ベルト52のベルト走行部分は、第1ベルト51のベルト走行部分を押圧する。このような状態は、第1ベルト51および第2ベルトが周回移動する場合にも維持される。これにより、上流側ニップ部から下流側ニップ部までの全域において、第1ベルト51および第2ベルト52の外周面同士が相互に圧接された中間ニップ部が形成されることになる。
In this case, since the
このような状態で、図2に示すように、第2ベルト52に対して遠方側の第1ベルト51の走行部分に押圧ローラ59が圧接されて、圧接されたベルト走行部分が凹状に窪んだ状態になるように押圧されている。これにより、剛性を有する第1ベルト51は、第2ベルトに圧接された中間ニップ部を形成するベルト走行部分が外側への突出量がさらに大きくなるように変形して、中間ニップ部における第2ベルト52のベルト走行部分を強く押圧する。その結果、中間ニップ部において、第2ベルト52のベルト走行部分は、押圧ローラ59が圧接されていない場合よりもさらに大きく凹状に湾曲した状態になり、曲げ応力によって、中間ニップ部の全域にわたって、第1ベルト51の外周面に対して強く圧接された状態になる。従って、中間ニップ部の全域において、高いニップ圧が得られる。
In this state, as shown in FIG. 2, the pressing
第1ベルト51は、例えば、弾性率(ヤング率)の大きいNi(ニッケル)、鉄、SUS(ステンレス)、W(タングステン)、PI(ポリイミド)等の材料によって所定の厚さに構成された基材を備えており、横断面が所定の外径を有する円形の円筒状に無端化されている。基材の厚さは、例えば、50〜200μmとされ、基材の表面(外周面)に、PFA、PTFA、ETFA等のフッ素系の樹脂、シリコン系のゴム等の弾性層と、弾性層の表面に、PFAチューブ、PFAコート等によって構成された離型層とが設けられている。弾性層の厚みは、例えば200μmとされ、離型層の厚みは例えば30μmとされる。
The
第2ベルト52は、第1ベルト51が圧接されるベルト部分が凹状に湾曲するように、第1ベルト51よりも低い所定の剛性を有しており、例えば、ポリイミド樹脂等の耐熱性を有する耐熱層と、この耐熱層の表面(外周面)に積層された離型層との積層構造を有している。離型層は、トナーとの離型性に優れた材料によって構成されており、例えば、フッ素樹脂が使用される。耐熱層の厚みは、例えば30〜100μmとされ、離型層の厚みは例えば30μm程度とされる。なお、第2ベルト52としては、このような2層構造に限定されるものではなく、耐熱層と離型層との間に1または複数の層が設けられていてもよい。
The
このような構成の定着装置50では、2次転写部46にてトナー画像が転写された記録シートSが搬送されると、記録シートSは、第1上流側ローラ53と第2上流側ローラ55とによって所定のニップ圧P1になった第1ベルト51と第2ベルト52との間の上流側ニップ部に進入し、押圧ローラ59によって押圧されることにより、大きく外側に突出する湾曲状態になった第1ベルト51のベルト走行部分と、凹状に湾曲した第2ベルト52のベルト走行部分との間において強く圧接された状態の中間ニップ部を通過した後に、第1下流側ローラ54と第2下流側ローラ56とによって所定のニップ圧P2になった第1ベルト51と第2ベルト52との間の下流側ニップ部を通って排出される。記録シートS上のトナー像は、上流側ニップ部、中間ニップ部、下流側ニップ部のそれぞれを通過する間に、ヒータランプ57によって加熱されて溶融状態とされ、記録シートSに加圧されることによって熱定着される。
In the fixing
この場合、中間ニップ部では、押圧ローラ59によって第1ベルト51が押圧されていることにより、その全域にわたって、第1ベルト51と第2ベルト52とが強い圧力によって相互に圧接された状態になって高いニップ圧が確保されているために、記録シートSが中間ニップ部の全域において、記録シートS上のトナー画像が確実に加圧されて熱定着される。記録シートS上のトナー画像は、中間ニップ部を通過する間に、トナーが溶融されるとともに、中間ニップ部の全域にわたって強い圧力にて記録シートSに押し付けられることにより、トナー画像が記録シートSに対して画像ずれを起こすことなく、しかも、トナー画像が全体にわたって平滑化されることにより光沢が付与された高画質状態とされる。さらに、中間ニップ部の全域において高いニップ圧が得られることから、記録シートSが振動することも確実に抑制することができ、下流側ニップ部を通過する際に記録シートSにしわが発生することも確実に抑制される。
In this case, in the intermediate nip portion, the
なお、上流側ニップ部のニップ圧P1と下流側ニップ部のニップ圧P2とは、相互に等しくなっていてもよいが、下流側ニップ部のニップ圧P2を上流側ニップ部のニップ圧P1よりも大きくなるようにすることが好ましい。このように、下流側ニップ部のニップ圧を上流側ニップ部のニップ圧よりも大きくすることによって、中間ニップ部の全域において加熱溶融されたトナーが、下流側ニップ部において高いニップ圧によって加圧されるために、トナー画像がより一層平坦化される。これにより、トナー画像に一層光沢が付与され、画質が一層向上する。 The nip pressure P1 at the upstream nip portion and the nip pressure P2 at the downstream nip portion may be equal to each other, but the nip pressure P2 at the downstream nip portion is greater than the nip pressure P1 at the upstream nip portion. It is preferable to increase the value. Thus, by making the nip pressure of the downstream nip portion larger than the nip pressure of the upstream nip portion, the toner heated and melted in the entire intermediate nip portion is pressurized by the high nip pressure in the downstream nip portion. Thus, the toner image is further flattened. As a result, the toner image is further glossed and the image quality is further improved.
図2に示す本実施形態の定着装置50における定着ニップのニップ圧について、以下の条件で測定した。第1ベルト51は、厚さ120μm、幅350mm、直径34mmの円筒状ニッケル(Ni)ベルトを基材として、表面に弾性層および離型層を積層して構成されており、軸間距離25.8mmとなるように固定状態で配置された第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54とに巻き掛けられることによって、所定の楕円形状を維持して周回移動させた。第2ベルト52としては、従来の定着装置において一般的に使用されているものと同様に、ポリイミド樹脂製の耐熱層を有するものを使用しており、第2上流側ローラ55と第2下流側ローラ56とに巻き掛けて、20Nのベルトテンションになるように、第2上流側ローラ55にテンションを加えている。第1上流側ローラ53と第2上流側ローラ55とのローラ荷重(上流側ニップ部のニップ圧P1)を50N、第1下流側ローラ54と第2下流側ローラ56とのローラ荷重(下流側ニップ部のニップ圧P2)を300Nとし、押圧ローラ59による押圧ローラ荷重を150Nとし、第1下流側ローラ54を一定の回転速度になるように駆動して第1ベルト51を周回移動させた。この場合、第1ベルト51が周回移動することによって、第1上流側ローラ53が回転されることから、第1上流側ローラ53の回転速度が、第1下流側ローラ54の回転速度に等しくなっている。また、第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54は、同一の半径rを有していることから、それぞれの周速度が等しくなっており、第1下流側ローラ54の周速度に対する第1上流側ローラ53の周速度の割合は100%になっている。定着ニップの全域におけるニップ圧(単位面積当たりの圧力)を圧力センサ(ニッタ株式会社製、商品名「タクタイルセンサ」)によって測定したところ、図5に実線で示すように、中間ニップの全域にわたって比較的高いニップ圧が得られた。この場合の中間ニップ部における最小のニップ圧(単位面積当たり圧力)は9kPaと高くなっていた。このような条件の定着装置50によって記録シートSにトナー画像を定着させたところ、記録シートSに定着されたトナー画像は画像ずれが生じることがなく、しかも、光沢が付与された高画質になっていた。
The nip pressure of the fixing nip in the fixing
比較のために、押圧ローラ59によって第1ベルト51を押圧しないこと、および、上流側ニップ部のニップ圧と下流側ニップ部のニップ圧とを等しくしたこと以外は同様の条件で、第1ベルト51を周回移動させて定着ニップの全域におけるニップ圧を測定したところ、図5に破線で示すように、中間ニップ部では、全域にわたって、本実施形態におけるニップ圧よりも低いニップ圧になっていた。この場合の中間ニップ部における最少のニップ圧(単位面積当たり圧力)は2kPaであり、画像形成条件によっては、画像ずれが生じる場合があった。それぞれの結果を図6の表に示す。
For comparison, the
以上のように、本実施形態における定着装置50では、定着ニップにおける中間ニップのニップ圧を中間ニップの全域において高めることができ、定着ニップにおいて画像ずれが生じることを確実に防止することができるとともに、光沢を有する高画質なトナー画像を形成することができる。
なお、上記の実施形態では、第1下流側ローラ54を回転駆動することによって第1ベルト51を周回移動させて、その周回移動に追従させて第2ベルト52を周回移動させる構成としたが、このような構成に限らず、第2下流側ローラ56を駆動モータによって回転させることによって第2ベルト52を周回移動させて、この第2ベルト52の周回移動に追従させて第1ベルト51を周回移動させるようにしてもよい。あるいは、第1上流側ローラ53または第2上流側ローラ55を回転駆動させる構成、第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54、または、第2上流側ローラ55と第2下流側ローラ56を、それぞれ回転駆動させる構成、4つのローラ53〜56の全てを回転駆動させる構成としてもよい。
As described above, in the fixing
In the above embodiment, the first
図7は、本発明の他の実施形態における定着装置50の概略構成を示す模式図である。この定着装置50では、第1ベルト51が巻き掛けられた第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54のそれぞれが、独立した別々の第1モータ64および第2モータ65によって回転駆動される構成になっており、第1モータ64および第2モータ65の回転速度が、制御部66によって制御されるようになっている。制御部66は、第1上流側ローラ53の周速度が、第1下流側ローラ54の周速よりも高速になるように、第1モータ64および第2モータ65の回転速度を制御するローラ周速変更手段として機能する。その他の構成は、図2に示す定着装置50と押圧ローラ59によって第1ベルト51が押圧されないこと以外、同様の構成になっている。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fixing
このような構成の定着装置50では、第1上流側ローラ53の周速が第1下流側ローラ54の周速よりも高速になっていることによって、第1ベルト51における中間ニップ部を通過するベルト走行部分は、上流側ニップ部近傍における搬送速度が上流側ニップ部近傍における搬送速度よりも増加し、外側にさらに突出するように大きな湾曲状態に変形される。これによって、中間ニップ部の全域においてニップ圧を高めることができる。
In the fixing
押圧ローラ59を用いない本実施形態2の定着装置50において、第1下流側ローラ54の周速度に対する第1上流側ローラ53の周速度の割合が105%になるように、第1上流側ローラ53の回転速度を第1下流側ローラ54の回転速度よりも高速にしたこと以外は、前記実施形態1における定着条件と同様の条件として、定着ニップの全域におけるニップ圧を圧力センサ(ニッタ株式会社製、商品名「タクタイルセンサ」)によって測定したところ、図8に実線で示すように、中間ニップの全域にわたって比較的高いニップ圧が得られた。この場合の中間ニップ部における最小のニップ圧(単位面積当たり圧力)は9kPaであった。このような条件の定着装置50によって記録シートS上の未定着トナー画像を熱定着させたところ、記録シートSに定着されたトナー画像は画像ずれが生じることがなく、しかも、光沢が付与された高画質のトナー画像とすることができた。なお、図8における破線は、図5において破線で示した比較例におけるニップ圧である。結果を図6の表に併記する。
In the fixing
本実施形態における定着装置50でも、定着ニップにおける中間ニップのニップ圧を中間ニップの全域において高めることができ、定着ニップにおいて画像ずれが生じることを確実に防止することができるとともに、光沢を有する高画質なトナー画像を得ることができる。
なお、本発明の定着装置は、上記の各実施形態に限るものではない。例えば、第1上流側ローラ53と第1下流側ローラ54との間にヒータランプ57を設ける構成に限らず、ヒータランプ57とともに別の加熱手段を設けるようにしてもよい。例えば、第1上流側ローラ53および第2上流側ローラ55が、それぞれ中空の芯金を有する構成において、それぞれの芯金内にヒータランプを、ヒータランプ57とともに配置してもよい。あるいは、第1上流側ローラ53および第2上流側ローラ55のいずれか一方の芯金内にのみヒータランプを配置する構成としてもよい。さらには、ヒータランプ57とともに、第2上流側ローラ55と第2下流側ローラ56との間にもヒータランプを設ける構成としてもよい。いずれの構成においても、定着ニップ部の加熱効率を向上させることができるために、ウォーミングアップ時間をより一層短縮することができる。また、ヒータランプに限らず、直線状の電熱線ヒータも用いることができる。
Also in the fixing
The fixing device of the present invention is not limited to each of the above embodiments. For example, the
加熱手段としては、ヒータランプ57、電熱線ヒータ等に限るものではなく、例えば、第1ベルト51に誘導発熱体を設けるとともに、図9に示すように、第1ベルト51における第2ベルト52の遠方側に位置するベルト部分に対向して、一対の励磁コイル65を周回移動方向に並べて設けた電磁誘導加熱方式の加熱手段によって第1ベルト51を加熱してもよい。
The heating means is not limited to the
さらには、上記実施の形態では、記録シートSにおけるトナー画像が定着された面に対向させて第1ベルト51を配置する構成であったが、第2ベルト52を記録シートSにおけるトナー画像が定着された面に対向させて配置するようにしてもよい。また、第1上流側ローラ53および第1下流側ローラ54のそれぞれと第2上流側ローラ55および第2下流側ローラ55のそれぞれとが同一の半径を有する構成であったが、このような構成に限らず、それぞれのローラの半径は任意に設定することができる。さらに、下流側ニップ部のニップ圧を上流側ニップ部のニップ圧よりも高く設定しているが、それぞれのニップ圧を等しくしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
また、本発明に係る定着装置が適用される画像形成装置は、タンデム型カラーデジタルプリンタに限るものではなく、例えば、回転軸の周囲に4つの現像装置を配置し、これら4つの現像装置を、順次、静電潜像担持体に対向させてフルカラー画像を形成する、いわゆる4サイクル方式の画像形成装置、1つの現像装置しか備えていないモノクロ画像形成装置等であってもよい。また、本発明の定着装置は、プリンタに限らず、複写機、FAX、MFP(Multiple Function Peripheral)等にも適用できる。 The image forming apparatus to which the fixing device according to the present invention is applied is not limited to a tandem color digital printer. For example, four developing devices are arranged around a rotation shaft, and these four developing devices are The image forming apparatus may be a so-called four-cycle image forming apparatus that forms a full-color image sequentially facing the electrostatic latent image carrier, or a monochrome image forming apparatus that includes only one developing device. Further, the fixing device of the present invention is not limited to a printer but can be applied to a copying machine, a FAX, an MFP (Multiple Function Peripheral), and the like.
本発明は、一対のベルトを用いて未定着画像を加熱および加圧して熱定着させる定着装置において、ベルト内周面に摺接する部材を設けることなく、ベルト同士が相互に圧接された定着ニップの全域において高いニップ圧を長期にわたって安定的に確保することができる。 The present invention provides a fixing device that heats and pressurizes an unfixed image using a pair of belts and thermally fixes the fixing nip in which the belts are pressed against each other without providing a member that slides on the inner peripheral surface of the belt. A high nip pressure can be ensured stably over a long period in the entire region.
30 画像プロセス部
36 中間転写ベルト
39Y、39M、39C、39K 画像形成ユニット
40 シート搬送部
50 定着装置
51 第1ベルト
52 第2ベルト
53 第1上流側ローラ
54 第1下流側ローラ
55 第2上流側ローラ
56 第2下流側ローラ
57 ヒータランプ
59 押圧ローラ
65 励磁コイル
30
Claims (8)
前記第1ベルトは、前記第2ベルトと離間状態にしたとき、前記一対の第1ローラの間における相互に対向するそれぞれのベルト部分が外側に突出した湾曲状態で走行可能な剛性を有し、
前記第2ベルトは、前記一対の第2ローラの間の一方の走行部分が、前記第1ベルトの外側に突出した一方の走行部分と相互に圧接することによって、当該第1ベルトの一方の走行部分に沿って凹状に湾曲した状態になり、
前記第2ベルトに圧接された前記第1ベルトの走行部分においてニップ圧が増加するように、当該第1ベルトを変形させる第1ベルト変形手段が設けられていることを特徴とする定着装置。 A fixing nip formed by press-contacting a first belt wound around a pair of first rollers so as to be able to move around and a second belt wrapped around a pair of second rollers so as to be able to move around. A fixing device that heat-fixes an unfixed image formed on the recording sheet by heating and pressing while the recording sheet passes,
When the first belt is separated from the second belt, each belt portion facing each other between the pair of first rollers has rigidity capable of running in a curved state protruding outward,
In the second belt, one running portion between the pair of second rollers is in pressure contact with one running portion protruding outside the first belt, whereby one running of the first belt is performed. It becomes in a state curved in a concave shape along the part,
A fixing device, comprising: a first belt deforming unit configured to deform the first belt so that a nip pressure increases in a traveling portion of the first belt pressed against the second belt.
前記上流側ニップ部のニップ圧が前記下流側ニップ部のニップ圧よりも低くなっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定着装置。 Each of the pair of first rollers and each of the pair of second rollers are pressed against each other via the first belt and the second belt, so that the first belt is applied to each pressing portion. And an upstream nip portion and a downstream nip portion where the second belt is pressed against each other are formed,
The fixing device according to claim 1, wherein a nip pressure of the upstream nip portion is lower than a nip pressure of the downstream nip portion.
前記定着部として、請求項1〜7のいずれか一項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus for thermally fixing an unfixed image formed on a recording sheet by a fixing unit,
An image forming apparatus comprising the fixing device according to claim 1 as the fixing unit.
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