JP6521355B2 - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、定着装置、およびこれを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming apparatus provided with the same.
電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着装置として、加熱ローラに代えて無端状の定着ベルトを使用するベルト定着装置が実用化されている。このベルト定着装置は、定着ベルトを加熱源で加熱すると共に、定着ベルトの内側に配置されたニップ形成部材を定着ベルトに押し付けて定着ベルトと加圧ローラとの間に定着ニップを形成するものであり、定着ベルトが熱容量の小さいフィルム材で形成されるため、省エネルギー性やクイックスタート性に優れるという特徴を有する{特許文献1(特開2014−134701号公報)参照}。 As a fixing device mounted on an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or a printer, a belt fixing device using an endless fixing belt in place of a heating roller has been put to practical use. The belt fixing apparatus heats the fixing belt with a heat source and presses a nip forming member disposed inside the fixing belt against the fixing belt to form a fixing nip between the fixing belt and the pressure roller. Because the fixing belt is formed of a film material having a small heat capacity, it is characterized by being excellent in energy saving property and quick start property {see Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-134701)}.
上記のように、定着装置は、定着ベルトや加圧ローラをはじめとして種々の部材で構成されるが、中でも、ニップ形成部材は、画像の定着性や用紙の搬送性などに大きく起因する重要な部材のひとつである。そこで、発明者らは新たなニップ形成部材の開発を行った。しかしながら、新しく開発したニップ形成部材を定着装置に搭載して印刷を試みたところ、所望の定着性が得られない不具合が生じた。 As described above, the fixing device is composed of various members including the fixing belt and the pressure roller. Among them, the nip forming member is important because it largely depends on the fixing property of the image and the sheet conveying property. It is one of the members. Therefore, the inventors have developed a new nip forming member. However, when a newly developed nip forming member is mounted on a fixing device and printing is attempted, a problem occurs that a desired fixing property can not be obtained.
このような問題に対して発明者らは鋭意検討を重ねた結果、所望の定着性が得られなかったのは、ニップ形成部材の段差部において定着ベルトとの間に隙間が生じることが原因であるとの知見に至った。すなわち、ニップ形成部材の定着ニップを形成する領域に段差部があると、その段差部の形状に対して加圧ローラや定着ベルトが十分に追従して変形できないことで、ニップ形成部材と定着ベルトとの間に隙間が生じる。その結果、定着ニップにおいて部分的に圧抜けが生じ、圧抜けした箇所で定着性が低下するという課題が生じることが新たに分かった。 As a result of intensive investigations by the inventors for these problems, the desired fixing property was not obtained because a gap was formed between the nip forming member and the fixing belt at the step portion. We came to the knowledge that there is. That is, if there is a step portion in the area forming the fixing nip of the nip forming member, the pressure roller and the fixing belt can not sufficiently deform following the shape of the step portion, whereby the nip forming member and the fixing belt There is a gap between the As a result, it was newly found that a pressure drop was partially generated at the fixing nip, and a problem that the fixing property was lowered at the pressure dropped portion was generated.
上記課題を解決するため、本発明は、可撓性を有し、回転可能な第一の定着部材と、弾性層を有し、前記第一の定着部材との間に定着ニップを形成する回転可能な第二の定着部材と、前記第一の定着部材を加熱する加熱源と、前記第一の定着部材の内周面と前記加熱源との間に配置されると共に前記第一の定着部材を介して第二の定着部材と対向し、前記定着ニップを形成するニップ形成部材と、を備える定着装置において、前記加熱源は、前記第一の定着部材における前記定着ニップ以外の少なくとも一部を直接加熱するように、前記第一の定着部材の内周側に配置され、前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に段差部が設けられ、前記段差部において前記ニップ形成部材と前記第一の定着部材との間に生じる隙間を埋める隙間埋め部材を、前記ニップ形成部材と前記第一の定着部材との間に介在させ、前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に、第一の平坦面と、前記第一の平坦面よりも定着ニップの出口側で、かつ第二の定着部材への接近側に配置される第二の平坦面と、前記第一の平坦面と前記第二の平坦面とを繋ぐ前記段差部としての接続面とを設け、前記第一の平坦面と前記第二の平坦面は互いに平行に配置されることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a rotation having a flexible first rotatable fixing member and an elastic layer to form a fixing nip between the first fixing member. A second fixing member, a heating source for heating the first fixing member, an inner circumferential surface of the first fixing member and the heating source, and the first fixing member And a nip forming member facing the second fixing member via the first fixing member to form the fixing nip, wherein the heat source is at least a portion of the first fixing member other than the fixing nip. A step is provided on the inner periphery of the first fixing member so as to heat directly, and a step is formed in a region forming the fixing nip of the nip forming member, and the nip forming member and the Fill the gap that occurs with one fixing member Between filling member, is interposed between said nip forming member first fixing member, the region for forming the fixing nip of the nip forming member, a first flat surface, said first flat surface A second flat surface disposed closer to the second fixing member at the exit side of the fixing nip than the fixing nip, and the step portion connecting the first flat surface and the second flat surface And the first flat surface and the second flat surface are disposed parallel to each other .
本発明によれば、段差部におけるニップ形成部材と第一の定着部材との間の隙間を埋めることができ、定着ニップにおける部分的な圧抜けが高度に抑制され、良好な画像を得ることが可能となる。 According to the present invention, the gap between the nip forming member and the first fixing member in the stepped portion can be filled, and partial pressure loss in the fixing nip can be highly suppressed, and a good image can be obtained. It becomes possible.
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。なお、本発明の実施の形態を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the attached drawings. In each of the drawings for describing the embodiments of the present invention, components such as members having the same function or shape and components such as components are described once by attaching the same reference numerals as much as possible. So I will omit the explanation.
まず、図1を参照して、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の全体構成および動作について説明する。
図1に示す画像形成装置1は、カラーレーザープリンタであり、その装置本体の中央には、4つの作像部4Y,4M,4C,4Kが設けられている。各作像部4Y,4M,4C,4Kは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の異なる色の現像剤を収容している以外は同様の構成となっている。
First, with reference to FIG. 1, an entire configuration and an operation of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
The
具体的に、各作像部4Y,4M,4C,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のみに符号を付しており、その他の作像部4Y,4M,4Cにおいては符号を省略している。
Specifically, each of the
各作像部4Y,4M,4C,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、反射ミラー等を有し、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。
Below each
また、各作像部4Y,4M,4C,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、中間転写体としての中間転写ベルト30と、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、二次転写バックアップローラ32と、クリーニングバックアップローラ33と、テンションローラ34と、ベルトクリーニング装置35とを備える。
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およ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を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、電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)および/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。
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、上記一次転写ローラ31と同様に、二次転写ローラ36にも電源が接続されており、所定の直流電圧(DC)および/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。このベルトクリーニング装置35で回収された廃トナーは、廃トナー移送ホースを介して廃トナー収容器に収容される。
The
画像形成装置本体の上部には、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する4つのトナーボトル2Y,2M,2C,2Kが着脱可能に装着されている。各トナーボトル2Y,2M,2C,2Kと上記各現像装置7との間に設けた補給路を介して、各トナーボトル2Y,2M,2C,2Kから各現像装置7にトナーが補給される。
In the upper part of the image forming apparatus main body, a
一方、画像形成装置本体の下部には、記録媒体としての用紙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等が設けられている。なお、記録媒体には、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等)、トレーシングペーパ、OHPシート等が含まれる。また、手差し給紙機構が設けてあってもよい。
On the other hand, at the lower part of the image forming apparatus main body, a sheet feeding tray 10 accommodating sheets P as a recording medium, a
画像形成装置本体内には、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、搬送タイミングを計って用紙Pを二次転写ニップへ搬送するタイミングローラとしての一対のレジストローラ12が配設されている。
In the image forming apparatus main body, a conveyance path R for discharging the sheet 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。さらに、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、装置本体の上面部には、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が設けてある。
Further, a
続いて、図1を参照して、本実施形態に係るプリンタの基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各作像部4Y,4M,4C,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、マゼンタ、シアンおよ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。
Subsequently, the basic operation of the printer according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
When the image forming operation is started, each photosensitive member 5 in each
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。また、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とによって、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 forming operation is started, the secondary
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、上記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。そして、各感光体5の表面が除電装置によって除電され、表面電位が初期化される。
Thereafter, when the toner image of each color on the photosensitive member 5 reaches the primary transfer nip as the photosensitive member 5 rotates, the toner image on each photosensitive member 5 is generated by the transfer electric field formed in the primary transfer nip. Are sequentially superimposed and transferred onto the
プリンタの下部では、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によって搬送が一旦停止される。
At the lower part of the printer, the
その後、所定のタイミングでレジストローラ12の回転駆動を開始し、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するタイミングに合わせて、用紙Pを二次転写ニップへ搬送する。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。そして、この転写電界によって、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、廃トナー収容器へと搬送される。
Thereafter, rotational driving of 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。
Thereafter, the sheet 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,4M,4C,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 for forming a full color image on a sheet, but a monochrome image can be formed using any one of the four
図2は、本実施形態の定着装置の断面図である。
以下、図2に基づき、定着装置20の構成について説明する。
図2に示すように、定着装置20は、第一の定着部材としての定着ベルト21と、定着ベルト21の外周面に当接する第二の定着部材としての加圧ローラ22と、定着ベルト21を加熱する加熱源としてのハロゲンヒータ23と、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を支持する支持部材としてのステー25と、ハロゲンヒータ23からの熱を定着ベルト21へ反射する反射部材26と、ハロゲンヒータ23からの熱を遮蔽する遮蔽部材27と、定着ベルト21の温度を検知する温度検知手段としての温度センサ28とを備える。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fixing device of the present embodiment.
The configuration of the fixing
As shown in FIG. 2, the fixing
上記定着ベルト21は、可撓性を有するフィルム状の無端ベルトで形成される。詳しくは、定着ベルト21は、ニッケルもしくはSUS等の金属材料又はポリイミド(PI)などの樹脂材料で形成された内周側の基材と、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(PFA)又はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)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。基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、又はフッ素ゴム等のゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。
The fixing
弾性層が無い場合は、熱容量が小さくなり定着性の向上を達成できるが、未定着トナーを押しつぶ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光沢ムラを生じる可能性がある。これを防止するには、厚さ100μm以上の弾性層を設けることが望ましい。厚さ100μm以上の弾性層を設けることで、弾性層の弾性変形により微小な凹凸を吸収することができるので、光沢ムラの発生を回避することができるようになる。 When the elastic layer is not present, the heat capacity is reduced and the fixing property can be improved. However, when the unfixed toner is crushed and fixed, the minute unevenness on the belt surface is transferred to the image, and the uneven portion of the image is uneven in gloss. It may occur. In order to prevent this, it is desirable to provide an elastic layer having a thickness of 100 μm or more. By providing the elastic layer having a thickness of 100 μm or more, fine irregularities can be absorbed by the elastic deformation of the elastic layer, so that occurrence of gloss unevenness can be avoided.
本実施形態では、定着ベルト21の低熱容量化を図るために、定着ベルト21を薄くかつ小径化している。具体的には、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を、20〜50μm、100〜300μm、10〜50μmの範囲に設定し、全体としての厚さを1mm以下に設定している。また、定着ベルト21の直径は、20〜40mmに設定している。さら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、さらに望ましくは、0.16mm以下の厚さとするのがよい。また、定着ベルト21の直径は、30mm以下とするのが望ましい。
In the present embodiment, in order to reduce the heat capacity of the fixing
なお、本実施形態では、加圧ローラ22の直径を20〜40mmに設定しており、定着ベルト21の直径と加圧ローラ22の直径を同等となるように構成している。ただし、この構成に限定されるものではなく、例えば定着ベルト21の直径が加圧ローラ22の直径よりも小さくなるように構成してもよい。
In the present embodiment, the diameter of the
図3に示すように、定着ベルト21の両端部の内周には、ベルト保持部材40が挿入されている。定着ベルト21は、両端部のベルト保持部材40で回転自在に支持されており、基本的にベルト保持部材40以外に定着ベルト21を支持する部材は存在しない。つまり、定着ベルト21は、ローラ等に架け渡されていない無張架の状態にある。ベルト保持部材40は、ハロゲンヒータ23、およびステー25と共に、定着装置20の軸方向両側に設けられた一対の側板に固定されている。
As shown in FIG. 3, a
図2に示すように、加圧ローラ22は、芯金22aと、芯金22aの表面に設けられた発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、又はフッ素ゴムといったゴム材料等から成る弾性層22bと、弾性層22bの表面に設けられたPFA又はPTFE等から成る離型層22cとによって構成されている。加圧ローラ22は、切り替え機構によって定着ベルト21側へ加圧され、定着ベルト21を介してニップ形成部材24に当接している。この加圧ローラ22と定着ベルト21とが圧接する箇所では、加圧ローラ22の弾性層22bが押しつぶされることで、所定の幅の定着ニップNが形成されている。
As shown in FIG. 2, the
また、加圧ローラ22は、装置本体に設けられた定着モータ等の駆動源によって回転駆動するように構成されている。加圧ローラ22が回転すると、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が従動回転するようになっている。
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等の加熱源を配設してもよい。また、弾性層22bはソリッドゴムでもよいが、加圧ローラ22の内部に加熱源が無い場合は、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
ハロゲンヒータ23は、定着ベルト21の定着ニップN以外の箇所を加熱できるように、定着ベルト21の内周側で、かつ、定着ニップNの用紙搬送方向の上流側に配設されている。ハロゲンヒータ23は、装置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、温度センサ28による定着ベルト21の表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ23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。なお、定着ベルト21の温度を検知する温度センサの代わりに、加圧ローラ22の温度を検知する温度センサを設け、その温度センサで検知した温度により、定着ベルト21の温度を予測するようにしてもよい。
The
本実施形態では、ハロゲンヒータ23は2本設けられているが、プリンタで使用する用紙のサイズ等に応じて、ハロゲンヒータ23の本数を1本又は3本以上としてもよい。また、定着ベルト21を加熱する加熱源として、ハロゲンヒータ以外に、IH、抵抗発熱体、又はカーボンヒータ等を用いることも可能である。
Although two
反射部材26は、ハロゲンヒータ23と対向するようにステー25に固定支持されている。この反射部材26によって、ハロゲンヒータ23からの輻射熱を定着ベルト21へ反射することで、熱がステー25等に伝達されるのを抑制し、定着ベルト21を効率良く加熱できるようにして省エネルギー化を図っている。反射部材26の材料としては、アルミニウムやステンレス等が用いられる。特に、アルミニウム製の基材に輻射率の低い(反射率の高い)銀を蒸着したものを用いた場合、定着ベルト21の加熱効率を向上させることが可能である。
The reflecting
遮蔽部材27は、厚さ0.1mm〜1.0mmの金属板を、定着ベルト21の内周面に沿った円弧状の断面形状に形成して構成されている。また、遮蔽部材27は、定着ベルト21とハロゲンヒータ23の間を周方向に移動可能となっている。本実施形態では、図2に示すように、定着ベルト21の周方向領域に、ハロゲンヒータ23と対向し、ハロゲンヒータ23に直接加熱される被加熱領域αと、ハロゲンヒータ23との間に、側板等に固定された他部材(反射部材26、ステー25、ニップ形成部材24等)が介在し、ハロゲンヒータ23に直接加熱されない非加熱領域βとが形成される。熱遮蔽の必要がない場合は、図2に示すように、遮蔽部材27を非加熱領域β側に移動させ、熱遮蔽する必要がある場合は、遮蔽部材27を被加熱領域α側に移動させることが可能となっている。
The shielding
このように遮蔽部材27を回転させることで、定着ベルト21の被加熱領域αの面積を変更して、ハロゲンヒータ23から定着ベルト21に照射される輻射熱の熱量を調整するようになっている。これにより、連続通紙時の定着ベルト21の非通紙領域における過剰な温度上昇を抑制することができ、定着ベルト21の熱による劣化や損傷を防止することができる。遮蔽部材27は耐熱性を要するため、その素材には、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属材料、又はセラミックを用いることが好ましい。
By rotating the shielding
ニップ形成部材24は、定着ベルト21の内側でかつ定着ベルト21を介して加圧ローラ22と対向する位置に配置されている。このニップ形成部材24は、ベース241と、ベース241の定着ベルト21側に固定した薄板状のニップ形成部242とを有する。ベース241とニップ形成部242は何れも耐熱性に富む樹脂材料、例えばポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等で形成されている。この他、金属やセラミックでベース241およびニップ形成部242を形成することもできる。ベース241とニップ形成部242は、別材料で形成する他、同種の材料で形成することもできる。後者の場合には、ベース241とニップ形成部242とを一体化して一部品にすることも可能である。
The
ニップ形成部材24のベース241はステー25で支持される。これにより、加圧ローラ22による加圧力でニップ形成部242に撓みが生じるのを防止し、定着ベルト21と加圧ローラ22の対向領域の軸方向全体で均一なニップ幅を形成することができる。ステー25は、ニップ形成部材24の撓み防止機能を満足するために、ステンレス等の鋼材をはじめとする金属材料で形成されるが、撓み防止に十分な効果があれば樹脂材料でステー25を形成することもできる。
The
ニップ形成部242の定着ベルト21と摺動する面には、低摩擦シート243が取り付けられている。定着ベルト21が回転すると、この低摩擦シート243に対して定着ベルト21の内面が摺動することで、定着ベルト21に作用する摩擦抵抗の低減が図られる。
A
図4に、ニップ形成部242の断面を拡大して表す。
図4に示すように、ニップ形成部242の加圧ローラ22と対向する面242a(前面)は、用紙搬送方向で定着ニップNよりも大きい幅寸法を有する。この前面242aには、定着ニップNの入口側(図面下方)から、第一の平坦面A、接続面B、第二の平坦面C、およびガイド面Dが形成されている。
In FIG. 4, the cross section of the
As shown in FIG. 4, the
このうちの二つの平坦面A,Cは、互いに平行となるように形成されている。一方の平坦面A(第一の平坦面)は定着ニップNの入口側に配置され、他方の平坦面C(第二の平坦面)は、第一の平坦面Aよりも定着ニップNの出口側に配置されている。また、第二の平坦面Cは、第一の平坦面Aよりも加圧ローラ22への接近側(図面右方)に位置している。第一および第二の平坦面A,Cは、定着ニップNの入口部N1に対する用紙Pの突入方向と平行となるように形成するのが好ましい。具体的に、本実施形態では、定着ベルト21の回転中心O1(図3に示すベルト保持部材40の中心)と加圧ローラ22の回転中心O2とを結ぶ仮想線m(図4参照)に対してほぼ直交する方向に沿って第一の平坦面Aおよび第二の平坦面Cを配置している。
Two flat surfaces A and C of these are formed parallel to each other. One flat surface A (first flat surface) is disposed on the inlet side of the fixing nip N, and the other flat surface C (second flat surface) is an outlet of the fixing nip N than the first flat surface A. It is arranged on the side. The second flat surface C is located closer to the
第一の平坦面Aと第二の平坦面Cは、接続面Bを介して滑らかに接続される。接続面Bの形状は任意であり、平面や曲面、あるいはこれらを組み合わせた複合面で形成することができる。図4は、接続面Bを定着ニップNの入口側の第一曲面部B1と、定着ニップNの出口側の第二曲面部B2とからなる複合曲面で形成した場合を例示している。 The first flat surface A and the second flat surface C are smoothly connected via the connection surface B. The shape of the connection surface B is arbitrary, and can be formed of a flat surface, a curved surface, or a combined surface combining them. FIG. 4 exemplifies a case where the connecting surface B is formed by a compound curved surface including a first curved surface portion B1 on the inlet side of the fixing nip N and a second curved surface portion B2 on the outlet side of the fixing nip N.
この実施形態において、第一曲面部B1および第二曲面部B2は、曲率の向きを逆としている。具体的には、第一曲面部B1は単一の曲率半径R1を有する加圧ローラ22側から見て凹状の円筒面であり、第二曲面部B2は単一の曲率半径R2を有する加圧ローラ22側から見て凸状の円筒面である。
In this embodiment, the first curved surface portion B1 and the second curved surface portion B2 reverse the direction of the curvature. Specifically, the first curved surface portion B1 is a concave cylindrical surface viewed from the
ガイド面Dの形状は任意であり、例えば平面や曲面、あるいはこれらを組み合わせた複合面で形成することができる。本実施形態のガイド面Dは、単一の曲率半径R3を有する、加圧ローラ22側から見て凹状の円筒面である。ガイド面Dと第二の平坦面Cは、境界部に共通接線を持つようにして接続されている。
なお、ここでは、第一曲面部B1、第二曲面部B2、およびガイド面Dを、それぞれ単一の曲率半径R1,R2,R3を有するものとして説明したが、第一曲面部B1、第二曲面部B2、およびガイド面Dの各々を、曲率の異なる複数の曲面で構成してもよい。
The shape of the guide surface D is arbitrary, and can be formed of, for example, a flat surface, a curved surface, or a combined surface combining them. The guide surface D in the present embodiment is a concave cylindrical surface having a single radius of curvature R3 and viewed from the
Here, although the first curved surface portion B1, the second curved surface portion B2, and the guide surface D have been described as having a single curvature radius R1, R2 and R3, respectively, the first curved surface portion B1 and the second curved surface portion B2 are described. Each of the curved surface portion B2 and the guide surface D may be configured by a plurality of curved surfaces having different curvatures.
以上に述べたニップ形成部242に定着ベルト21を介して加圧ローラ22を押し当てると、加圧ローラ22の弾性層22bが弾性変形して、定着ベルト21と加圧ローラ22の間に定着ニップNが形成される。この時、定着ベルト21はニップ形成部242の前面242aの形状に倣って変形する。
When the
定着ニップNのうち、ニップ形成部242の第一の平坦面Aおよび第二の平坦面Cで形成される部分は、何れも両平坦面A,Cの形状に対応する平面形状となる。また、ニップ形成部242の接続面Bで形成される部分は、接続面Bの形状に対応する形状(本実施形態では曲面形状)となる。以下の説明では、定着ニップNのうち、ニップ形成部242の第一の平坦面Aで形成される領域を第一の平坦部Naと称し、接続面Bで形成される領域を接続部Nbと称し、第二の平坦面Cで形成される領域を第二の平坦部Ncと称する。
In the fixing nip N, the portions formed by the first flat surface A and the second flat surface C of the
この定着ニップNにおいて、入口部N1は第一の平坦部Naで構成され(ニップ形成部242の第一の平坦面Aが入口部N1を形成する)、出口部N2は第二の平坦部Ncで構成されている(ニップ形成部242の第二の平坦面Cが出口部N2を形成する)。また、第二の平坦部Ncの長さは、第一の平坦部Naの長さよりも短い。
In the fixing nip N, the inlet N1 is formed of the first flat portion Na (the first flat surface A of the
図5は、以上に述べたニップ形成部242で形成される定着ニップNを概略図示した断面図である。
なお、図5では、定着ニップNの形状を明確に表すため、ニップ形成部材24の第一の平坦面Aと第二の平坦面Cの間の段差を誇張して描いている。そのため、ニップ形成部242の前面242aや定着ニップNの形状は実際とは異なる。また、図5では、図面を簡略化するために定着ベルト21の図示を省略している。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating the fixing nip N formed by the
In FIG. 5, in order to clearly show the shape of the fixing nip N, the step between the first flat surface A and the second flat surface C of the
用紙Pは、トナーTを定着ベルト21側に向けた状態で定着ニップNの入口部N1に到達し、第一の平坦部Naに進入する。この第一の平坦部Naでは、その下流側ほど加圧ローラ22の弾性層22bの圧縮率Xaが大きくなり、これに伴って用紙Pに作用する面圧が徐々に増加する。次いで、用紙Pは接続部Nbに進入する。接続部Nbでは、弾性層22bの圧縮率Xbが急激に増大して最大値をとり、用紙Pに作用する面圧が最大となる。その後、用紙Pが接続部Nbを経て第二の平坦部Ncを移動する間は、下流側ほど弾性層22bの圧縮率Xbが小さくなるため、用紙Pに作用する面圧も徐々に小さくなる。従って、トナーの定着プロセス(溶融・流動・合体・浸透・固化)は、主として接続部Nbから第二の平坦部Ncに至るまでの領域で進行する。
The sheet P reaches the entrance N1 of the fixing nip N with the toner T directed to the fixing
定着ニップNの出口部N2に達した用紙Pは、ニップ形成部材24のガイド面Dにより、第二の平坦部Ncの延長方向に対して僅かに加圧ローラ22側に傾いた方向Fに排出され、さらに分離爪と当接して定着ベルト21から分離される。ニップ形成部242の前面242aの搬送方向下流側の端部には、曲率半径の小さい曲面部242bが設けられており、定着ベルト21は、この曲面部242bに沿って大きな曲率で加圧ローラ22から離反する方向に曲げられる。そのため、定着ニップNから排出された用紙Pの分離性が良好なものとなる。
The sheet P that has reached the outlet portion N2 of the fixing nip N is discharged by the guide surface D of the
このように本発明では、定着ニップNにおける高面圧領域を定着ニップNの出口側に設けている。この面圧分布を実現するため、定着ニップNのうち、弾性層22bの圧縮率が最大となる部分(本実施形態では接続部Nb)は、加圧ローラ22の回転中心O2よりも定着ニップNの出口側、つまり加圧ローラ22の回転中心O2からニップ形成部242の第一の平坦面A(もしくはその延長線)に垂線を降ろした時の交点よりも定着ニップNの出口側に設ける。本実施形態では、図4に示すように、定着ベルト21の回転中心O1と加圧ローラ22の回転中心O2を結ぶ仮想線m付近に第一の平坦部Naと接続部Nbの境界部を配置しているため、弾性層22bの最大圧縮部分を確実に上記の条件下に配置することができる。
As described above, in the present invention, the high surface pressure area in the fixing nip N is provided on the exit side of the fixing nip N. In order to realize this surface pressure distribution, in the fixing nip N, the portion (the connecting portion Nb in the present embodiment) where the compression ratio of the
以下、以上のように定着ニップNを構成したことによる作用効果について説明する。
定着ニップNの第一の平坦部Naでは、これを加圧ローラ22側から見て凹曲面形状にする場合に比べて、定着ベルト21の表面にしわが生じにくい。また、第一の平坦部Naでは、加圧ローラ22の弾性層22bの圧縮量Xaが小さいため、定着ベルト21と加圧ローラ22の間の線速差も小さくなる。さらに、未定着トナーに作用するずれ力を考えても、第一の平坦部Naが低面圧領域であるため、当該ずれ力の影響は小さい。以上の理由から、定着ニップNの上流側での未定着トナーのずれを抑制し、定着に伴う画像品質の劣化を防止することが可能となる。
Hereinafter, the operation and effect of the fixing nip N configured as described above will be described.
In the first flat portion Na of the fixing nip N, wrinkles are less likely to occur on the surface of the fixing
その一方で、ニップ形成部材24の第二の平坦面Cが第一の平坦面Aよりも加圧ローラ22への接近側に配置されているため、第一の平坦部Naよりも下流側の少なくとも接続部Nb(あるいは接続部Nbと第二の平坦部Ncの双方)で、第一の平坦部Naにおける弾性層22bの圧縮量Xaよりも大きな圧縮量を得ることができる。これにより、定着ニップNの出口側を高面圧領域にすることができ、トナーに十分な熱と圧力を与えて未定着画像を確実に定着させることができる。また、このように定着ニップの接触面圧を局所的に高めることで、ハロゲンヒータ23による加熱量を抑えて省エネルギー化を図ることも可能となる。また、本実施形態では、局所的な面圧上昇による定着ベルト21や低摩擦シート243、ニップ形成部材24の破損を防ぐため、第二の平坦面Cが接続面Bの円弧面の接線状に連続するように形成されている。
On the other hand, since the second flat surface C of the
このように、本発明は、定着ニップのうち、トナーTが十分に加熱されておらず、未定着画像のずれが生じやすい領域では、定着ニップNを加圧ローラ22の弾性層22bに対する食い込み量の小さい平坦面状にして未定着画像のずれを抑える一方で、トナーTが十分に加熱された際に、ニップ形成部材24を弾性層22bに深く食い込ませて確実にトナーの定着を行うものである。これにより、定着に伴う画像劣化の防止と安定した定着性の確保とを両立することが可能となる。
Thus, according to the present invention, the amount of biting of the fixing nip N into the
ところで、ローラ同士を圧接させて定着ニップNを形成する既存の定着装置では、定着ニップが凹状曲面もしくは凸状曲面であるため、用紙Pとして封筒を用いると、表裏面の線速差から封筒にしわを生じることが多い。これに対し、本発明の定着装置では、定着ニップNの入口側と出口側を互いに平行な段違いの平坦部Na,Ncで形成しているため、第一の平坦部Naから接続部Nbに至るまでの封筒の湾曲方向と、接続部Nbから第二の平坦部Ncに至るまでの封筒の湾曲方向が逆となり、両方向の湾曲が相殺される。また、定着ニップN中には、これ以外に封筒を湾曲させるような領域が存在しない。従って、封筒しわの発生を防止することができる。 By the way, in the existing fixing device in which the fixing nip N is formed by bringing the rollers into pressure contact with each other, the fixing nip is a concave curved surface or a convex curved surface. Often causes wrinkles. On the other hand, in the fixing device of the present invention, since the inlet side and the outlet side of the fixing nip N are formed by the flat portions Na and Nc in parallel with each other, they extend from the first flat portion Na to the connecting portion Nb. The bending direction of the envelope up to and the bending direction of the envelope from the connecting portion Nb to the second flat portion Nc are reversed, and the bending in both directions is offset. Further, in the fixing nip N, there is no other area for curving the envelope. Therefore, the occurrence of envelope wrinkles can be prevented.
また、上記のように定着ニップNの出口部N2をニップ形成部材24の第二の平坦面Cで形成することにより、定着ニップNの幅が僅かに変動した場合でも、用紙の排出方向を一定にすることができる。すなわち、図6に示すように、出口部N2が第二の平坦部Ncに対して傾斜している場合(例えば出口部N2がニップ形成部242のガイド面Dで形成されている場合)には、定着ニップNの幅変動に伴って、用紙の排出方向F’にばらつきを生じ、デカール効果が低下する、等の不具合を招くが、図5に示すように、出口部N2を第二の平坦部Ncで構成することで、用紙Pが第二の平坦部Ncの方向に真っ直ぐ排出されるようになるので、かかる不具合を防止することができる。
Further, by forming the outlet portion N2 of the fixing nip N by the second flat surface C of the
図4に示す実施形態では、第二の平坦面Cの下流端で定着ニップの出口部N2を形成しているが、上述した定着ニップNの幅変動による排出方向F’のばらつきの防止を重視する場合には、第二の平坦面Cの下流端を出口部N2よりも下流側(定着ニップNの外部)に配置するのが好ましい。 In the embodiment shown in FIG. 4, the outlet N2 of the fixing nip is formed at the downstream end of the second flat surface C, but emphasis is placed on the prevention of the variation in the discharge direction F 'due to the width variation of the fixing nip N described above. In this case, it is preferable to dispose the downstream end of the second flat surface C downstream of the outlet N2 (outside of the fixing nip N).
図7に本発明の他の実施形態を示す。以上に述べた実施形態(図2、図4、図5)では、ニップ形成部材24のガイド面Dを加圧ローラ22側から見て凹となる円筒面状に形成した場合を例示したが、図7に示す実施形態では、ガイド面Dを第二の平坦面Cと面一の平坦面状に形成している。かかる構成であれば、定着ニップNの幅の変動範囲が大きく、ガイド面Dが定着ニップNに入り込むことが予想される状況下でも、用紙Pの排出方向を安定させることが可能となる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In the embodiments described above (FIG. 2, FIG. 4, FIG. 5), the guide surface D of the
以上のように、本発明にかかる定着装置の各実施形態によれば、ニップ形成部材24の第二の平坦面Cが第一の平坦面Aよりも加圧ローラ22への接近側に配置されているため、定着ニップNの出口側を高面圧領域にすることができ、トナーに十分な熱と圧力を与えて未定着画像を確実に定着させることができる。しかしながら、一方で、第一の平坦面Aと第二の平坦面Cの間に段差部(接続面B)があると、この段差部の形状に対して加圧ローラ22や定着ベルト21が十分に追従して変形できないことで、ニップ形成部材24と定着ベルト21との間、又は定着ベルト21と加圧ローラ22との間、あるいはこれらの両方で隙間が生じやすい。その結果、定着ニップNにおいて部分的に圧抜けが生じ、圧抜けした箇所で定着性が低下するという問題が発生する。
As described above, according to each embodiment of the fixing device according to the present invention, the second flat surface C of the
特に、上述の各実施形態では、段差部を構成する接続面Bが、加圧ローラ22側から見て凸状の第二曲面部B2を有しており、これに倣って加圧ローラ22の弾性層22bが大きく圧縮されるので、反対に加圧ローラ22側から見て凹状の第一曲面部B1には加圧ローラ22の弾性層22bが入り込みにくく、隙間が生じやすい。このような隙間が生じる問題に対して、段差部をなるべくなだらかにするなど、ニップ形成部材24の形状に関する対処で改善することはできるが、完全に隙間を無くすことは困難である。
In particular, in each of the above-described embodiments, the connection surface B constituting the stepped portion has the convex second curved surface portion B2 as viewed from the
そこで、本実施形態では、図8に示すように、ニップ形成部材24と定着ベルト21との間に、両部材間の段差部における隙間を埋める隙間埋め部材として、上記低摩擦シート243を介在させている。低摩擦シート243は、低剛性の(柔軟性を有する)シート状の部材であるので、加圧ローラ22の弾性層22bが追従しきれない定着ニップNの形状にも追従して変形することができる。これにより、定着ニップNの段差部(接続面B)におけるニップ形成部材24と定着ベルト21との間の隙間を埋めることができ、定着ベルト21と加圧ローラ22との密着性も向上する。その結果、定着ニップNにおける部分的な圧抜けが高度に抑制され、良好な画像を得ることが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
また、低摩擦シート243をニップ形成部材24に貼り付けるために両面粘着テープを用いている場合は、この両面粘着テープもニップ形成部材24と定着ベルト21との間に介在することで両部材間の隙間を埋める隙間埋め部材として寄与することができる。また、両面粘着テープを用いた場合は、低摩擦シート243の取付作業性が向上する上、両面粘着テープが潤滑剤保持部材としても機能できる。
When a double-sided adhesive tape is used to affix the
また、本実施形態では、隙間埋め部材として低摩擦シート243を用いているため、上述のように、定着ベルト21に作用する摩擦抵抗の低減が図られる。低摩擦シート243が複数層で構成されている場合は、少なくとも定着ベルト21と接触する面側を、低摩擦性の部材で構成すればよい。また、隙間埋め部材として、低摩擦性に加えて耐摩耗性に優れたPTFE繊維などを用いてもよい。
Further, in the present embodiment, since the
また、隙間埋め部材として、銅等の高熱伝導性の薄板金(厚さ9μm〜0.5mm)を用いてもよい。予め薄板金を定着ニップNの形状に近い形状に形成しておくことで、加圧ローラ22をニップ形成部材24に当接させた際、薄板金は加圧ローラ22の加圧力により定着ニップNの形状に倣って変形し、上記隙間を埋めることができる。特に、薄板金等の高熱伝導性の部材を用いた場合は、定着ニップNの熱を用紙幅方向に分散させることができるので、連続通紙時に生じる通紙領域端部側での局所的な温度上昇を抑制することができる。
Moreover, you may use highly heat-conductive thin plate metals (9 micrometers in thickness-0.5 mm), such as copper, as a clearance gap filling member. When the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限らない。
本発明に係る定着装置を搭載する画像形成装置は、図1に示すようなカラープリンタに限らず、モノクロプリンタとすることもできる。また、プリンタに限らず、複写機、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等とすることが可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
The image forming apparatus equipped with the fixing device according to the present invention is not limited to the color printer as shown in FIG. 1, but can be a monochrome printer. Further, not limited to the printer, a copier, a facsimile, or a complex machine of these may be used.
20 定着装置
21 定着ベルト(第一の定着部材)
22 加圧ローラ(第二の定着部材)
22b 弾性層
23 ハロゲンヒータ(加熱源)
24 ニップ形成部材
243 低摩擦シート(隙間埋め部材)
A 第一の平坦面
B 接続面(段差部)
C 第二の平坦面
D ガイド面
N 定着ニップ
P 用紙(記録媒体)
T トナー(現像剤)
20
22 Pressure roller (second fixing member)
22b
24 nip forming
A 1st flat surface B connection surface (step)
C Second flat surface D Guide surface N Fixing nip P Paper (recording medium)
T Toner (Developer)
Claims (8)
前記加熱源は、前記第一の定着部材における前記定着ニップ以外の少なくとも一部を直接加熱するように、前記第一の定着部材の内周側に配置され、
前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に段差部が設けられ、
前記段差部において前記ニップ形成部材と前記第一の定着部材との間に生じる隙間を埋める隙間埋め部材を、前記ニップ形成部材と前記第一の定着部材との間に介在させ、
前記ニップ形成部材の前記定着ニップを形成する領域に、第一の平坦面と、前記第一の平坦面よりも定着ニップの出口側で、かつ第二の定着部材への接近側に配置される第二の平坦面と、前記第一の平坦面と前記第二の平坦面とを繋ぐ前記段差部としての接続面とを設け、
前記第一の平坦面と前記第二の平坦面は互いに平行に配置されることを特徴とする定着装置。 A rotatable second fixing member having a flexible and rotatable first fixing member, an elastic layer and forming a fixing nip with the first fixing member; A heating source for heating one fixing member, and an inner circumferential surface of the first fixing member and the heating source, and facing the second fixing member via the first fixing member A fixing device including a nip forming member forming the fixing nip;
The heat source is disposed on the inner peripheral side of the first fixing member so as to directly heat at least a portion of the first fixing member other than the fixing nip.
A stepped portion is provided in a region forming the fixing nip of the nip forming member,
A gap filling member is interposed between the nip forming member and the first fixing member so as to fill the gap generated between the nip forming member and the first fixing member at the stepped portion ;
A first flat surface, an exit side of the fixing nip with respect to the first flat surface, and an approach side to a second fixing member in a region forming the fixing nip of the nip forming member A second flat surface and a connecting surface as the step portion connecting the first flat surface and the second flat surface are provided.
The fixing device according to claim 1, wherein the first flat surface and the second flat surface are disposed parallel to each other .
前記第二の平坦面が前記段差部の円弧面の接線状に連続する請求項1から5のいずれか1項に記載の定着装置。 The stepped portion is composed of one or more arc surfaces,
The fixing device according to any one of claims 1 to 5, wherein the second flat surface continues in a tangent of the arc surface of the stepped portion .
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