JP2004286928A

JP2004286928A - Belt fixing device

Info

Publication number: JP2004286928A
Application number: JP2003077076A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Otsuka; 豊大塚; Shigeo Nakamura; 繁夫中村; Satoru Yoneda; 哲米田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a belt fixing device capable of attaining a wide fixation nip with a low nip load. <P>SOLUTION: The belt fixing device 10 is provided with a nip forming member 20 fixedly arranged so as not to be rotated at the inside of an endless sheet-like fixing belt 12 to be heated, and a rotating pressure roller 50 which is brought in press contact with the nip forming member 20 across the fixing belt 12, and a contact part between the fixing belt 12 and the pressure roller 50 functions as a fixation nip 40, and the surface 22 facing the pressure roller 50 of the nip forming member 20 is formed to a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller 50 so that the pressure distribution in the fixation nip 40 may become nearly flat in a paper passing direction, and provided that the curvature radius of the curved surface of the member 20 is expressed by r1 and the curvature radius of the pressure roller 50 is expressed by r2, r2≤r1≤r2×coef. (1≤coef.<1.13) is established. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平１０−２２８１９５号公報
【０００３】
従来、図４に示すように、熱源であるヒータランプ７２を内部に有する回転可能な加熱ローラ７４と、この加熱ローラ７４から離れた位置に回転可能に配置され、外周部にスポンジまたはゴムからなる弾性層７６を有する定着ローラ７８と、加熱ローラ７４と定着ローラ７８とに巻き掛けられたエンドレスシート状の定着ベルト８０と、定着ローラ７８に対して定着ベルト８０を挟んで圧接された加圧ローラ８２とからなるベルト定着装置７０が知られている。
【０００４】
このベルト定着装置７０では、定着ベルト８０と加圧ローラ８２との接触部が定着ニップ８４になっている。定着ベルト８０は、加圧ローラ８２が矢印Ｃ方向に回転駆動されることにより、矢印Ｄ方向に回転するようになっている。このように回転するうちに定着ベルト８０は、加熱ローラ７４によって加熱されることにより所定の定着温度（例えば１８０℃）に昇温する。そして、ベルト定着装置７０では、定着ベルト８０が所定温度まで昇温した後に、未定着トナー画像が形成された記録媒体が定着ニップ８４に導入され、この定着ニップ８４を通過する際にトナー画像が記録媒体に加熱定着されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、システム速度（すなわち定着ベルト８０の回転速度）を高速化した場合でも良好な定着性能を得るためには、定着ニップ８４の周方向の幅（以下、ニップ幅という。）を広くして、記録媒体上の任意の一点が定着ニップ８４内に位置するニップ時間を長くする必要がある。前記ベルト定着装置７０において定着ニップ８４のニップ幅を広げるには、定着ローラ７８および加圧ローラ８２を大径化する、定着ローラ７８の弾性層７６を厚くかつ柔らかくする、加圧ローラ８２の圧接力を大きくするなどの方法がある。
【０００６】
しかし、定着ローラ７８および加圧ローラ８２を大径化すると、定着装置が大型化するという問題がある。また、定着ローラ７８の弾性層７６を厚くすると、それだけ熱容量が大きくなって定着ベルト８０から奪われる熱量も大きくなり、これにより定着ベルト８０の昇温速度が遅くなってウォームアップ時間が長くなるという問題がある。さらに、加圧ローラ８２の圧接力を大きくするには、加圧ローラ８２の圧接機構を強力なものにしなければならず、かつ、加圧ローラ８２や定着ローラ７８を支持する部材も頑丈なものにしなければならいことから、定着装置の大型化やコスト高を招くという問題もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記問題を解決するために本発明の定着装置は、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面とし、前記湾曲面の曲率半径をｒ１、前記加圧ローラの曲率半径をｒ２としたとき、下記の式１の関係が成り立つことを特徴とするものである。
ｒ２≦ｒ１≦ｒ２×係数 …（式１）
ここで、１≦係数＜１．１３
【０００８】
また、本発明の別のベルト定着装置は、加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面とし、前記湾曲面の平均曲率半径をｒ１、前記加圧ローラの曲率半径をｒ２としたとき、下記の式２の関係が成り立つことを特徴とするものである。
ｒ２≦ｒ１≦ｒ２×係数 …（式２）
ここで、１≦係数≦１．３
【０００９】
本発明のベルト定着装置では、前記加圧ローラは外周部に弾性層を有し、前記弾性層はＪＩＳ−Ａ硬度で５〜４０度の範囲であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のベルト定着装置では、前記定着ニップ内の平均圧力は５０ｋＰａ以上２５０ｋＰａ以下であることが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記定着ベルトは、熱源を有する回転可能な加熱ローラと、前記加熱ローラから離れて配置された前記ニップ形成部材とに巻き掛けられていてもよい。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のベルト定着装置によれば、回転不能に固定配置された前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面が前記式１または式２を満たすような曲率半径または平均曲率半径を有するようにすることで前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面として、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。これにより、定着ニップ内の全域において用紙搬送速度が一定になり、その結果、定着ニップを通過する用紙にストレスが生じることがなく、画像にじみ等の画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００１３】
また、本発明のベルト定着装置によれば、ニップ形成部材の幅を任意に設定することで、所望の幅の定着ニップを得ることができる。したがって、２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置では例えば９ｍｍ幅の定着ニップを得るためには例えば４８０Ｎという大きな圧接荷重が必要であるのに対し、例えば１６０〜２４０Ｎという比較的小さい圧接荷重で幅広の定着ニップを容易に実現できる。このように幅広の定着ニップとすることで、定着に必要なニップ時間を稼ぐことができ、その結果、装置のシステム速度の高速化に対応することができる。
【００１４】
また、本発明のベルト定着装置によれば、従来型のベルト定着装置に用いられていた外周部に弾性層を有する定着ローラに代えてニップ形成部材を用いたことで、定着装置を小型化できるとともに定着ベルトの周長を短くできる。このように定着ベルトを短くできることで定着ベルトの熱容量が小さくなるとともに定着ベルトからの放熱量も少なくなり、しかも、熱容量の大きい弾性層を有する定着ローラに代えて熱容量の小さい例えば樹脂製のニップ形成部材を用いていることで、加熱ローラから伝熱されることによって定着ベルトが昇温する速度が速くなり、その結果、始動時のウォームアップ時間および印刷待機時からの回復時間を短くすることができる。
【００１５】
さらに、本発明のベルト定着装置によれば、用紙の種類に応じて加圧ローラの圧接荷重を可変とした場合でも、定着ニップの入口および出口の位置が２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置のように大きく変動することがないため、定着ニップへの用紙の突入性能、および、定着ニップから出る用紙の分離性能を悪化させることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態のベルト定着装置１０を示す。ベルト定着装置１０は、エンドレスシート状の定着ベルト１２を備えている。定着ベルト１２は、例えば、円筒状にしたときの外径が６５ｍｍで、厚さ７０μｍのポリイミドからなる基材、厚さ２００μｍのシリコンゴムからなる弾性層、および、厚さ３０μｍの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）からなる離型層を内側から順に積層して構成されている。
【００１７】
定着ベルト１２は、回転可能に両端が支持された加熱ローラ１４と、この加熱ローラ１４から離れた位置に回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０とに巻き掛けられている。加熱ローラ１４は、例えば外径３５ｍｍの金属円筒管からなり、内部に熱源であるヒータランプ１６を有している。また、加熱ローラ１４が図示しないスプリングによって前記ニップ形成部材２０から離れる方向へ付勢されることより、定着ベルト１２に所定のテンションが付与されている。
【００１８】
ヒータランプ１６で内部から加熱された加熱ローラ１４によって定着ベルト１２が加熱されるようになっている。また、加熱ローラ１４にはサーミスタ１８が接触配置されており、このサーミスタ１８によって検出された温度に応じてヒータランプ１６のオン・オフを制御することにより加熱ローラ１４および定着ベルト１２を所定温度に設定できるようになっている。
【００１９】
前記ニップ形成部材２０は定着ベルト１２の内側に配置されており、このニップ形成部材２０に対して定着ベルト１２を挟んだ状態で加圧ローラ５０が圧接されている。これにより、定着ベルト１２と加圧ローラ５０との接触部が定着ニップ４０になっている。
【００２０】
加圧ローラ５０は、例えば、外径が３０ｍｍであり、金属円筒状の芯金５２の外周部に厚さ４ｍｍのゴムまたはスポンジからなる弾性層５４を有しており、弾性層５４の表面には厚さ４０μｍの離型層（図示せず）が形成されている。ここで、加圧ローラ５０の弾性層５４はＪＩＳ−Ａ硬度で５〜４０度の範囲であることが好ましい。その理由は、５度より小さいと弾性層５４の永久変形が問題になり、一方、４０度より大きいと圧接時の歪が小さくなって用紙分離性能が悪化するからである。また、加圧ローラ５０は、図示しないモータにより矢印Ａ方向に回転駆動されるようになっている。なお、加圧ローラ５０の内部に補助ヒータを配置してもよい。
【００２１】
加圧ローラ５０の弾性層５４は、軸方向（図１の奥行き方向）に例えば２４０ｍｍの長さを有している。定着ベルト１２は加圧ローラ５０の弾性層５４が全長にわたって圧接されるようにそれ以上の幅を有している。さらに、ニップ形成部材２０は、定着ベルト１２を全幅にわたって支持するように延在している。
【００２２】
定着ニップ４０におけるニップ荷重（すなわち加圧ローラ５０の圧接荷重）は、１６０〜２４０Ｎの範囲に設定されており、このときの定着ニップ４０内の平均圧力は５０ｋＰａ以上２５０ｋＰａ以下の範囲になっている。５０ｋＰａより小さくなると加圧ローラ５０の駆動力が定着ベルト１２へ安定して伝達することができなくなり、一方、２５０ｋＰａより大きくなると定着ベルト１２の駆動負荷が大きくなるばかりで、より大きな消費電力のモータが必要になってくるからである。
【００２３】
ニップ形成部材２０は、熱伝導度が低く、かつ、加圧ローラ５０の弾性層５４よりも硬い材料（例えば樹脂、セラミックなど）で形成されており、定着ベルト１２の内面と接触する表面には例えばＰＦＡやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる低摩擦層（図示せず）が形成されている。なお、ニップ形成部材２０と定着ベルト１２の摩擦抵抗を低減するために、定着ベルト１２の内面に耐熱性のある例えばフッ素系グリース等の潤滑剤を塗布してもよい。
【００２４】
また、ニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２は、加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面としてある。具体的には、ニップ形成部材２０の対向面２２の曲率半径ｒ１は、加圧ローラ５０の外周面の曲率半径ｒ２（本実施形態では１５ｍｍ）に関して次式１を満たすように設定されており、前記曲率半径ｒ１を１５．５ｍｍとしたとき１２ｍｍのニップ幅（定着ニップ４０の周方向長さをいう、以下に同じ。）を得ることができる。このようにニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２を加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面とすることで、定着ニップ４０内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。
【数１】
ｒ２≦ｒ１≦ｒ２×係数 …（式１）
ここで、１≦係数＜１．１３
【００２５】
ニップ形成部材２０の背面には、断面Ｓ字状に折り曲げた板金製の補強部材３０がニップ形成部材２０の長手方向に沿って設けてある。この補強部材３０は、ニップ形成部材２０が加圧ローラ５０で押圧されることにより長手方向と直交する方向へ撓むのをできるだけ抑えるためのものである。また、ニップ形成部材２０と補強部材３０との間には、断熱を目的とした空間３２が設けられいる。なお、補強部材は、板金製のものに限らず、例えば中実の金属棒であってもよい。
【００２６】
定着ニップ４０の下方には突入ガイド６０が配置されており、この突入ガイド６０によって、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙Ｐが定着ニップ４０へと導入されるようになっている。また、定着ニップ４０の上方には一対の排出ガイド６２が配置されている。これらの排出ガイド６２は、定着ニップ４０から出てきた用紙Ｐを補助的にガイドするとともに、定着ベルト１２または加圧ローラ５０に巻き付こうとする用紙Ｐを分離させる役割を果たしている。
【００２７】
上記構成からなるベルト定着装置１０では、加圧ローラ５０が矢印Ａ方向に回転駆動されると、これに伴って定着ベルト１２がニップ形成部材２０の表面を摺動しながら移動して矢印Ｂ方向に回転する。定着ベルト１２は、このように回転されるうちに加熱ローラ１４によって全周が加熱されて所定の定着温度（例えば１８０℃）まで昇温する。
【００２８】
定着ベルト１２が所定の定着温度に加熱された後、表面に未定着トナー画像Ｔが形成された用紙Ｐが下方から定着ニップ４０に導入される。これにより、定着ニップ４０を通過する間にトナー画像Ｔが用紙Ｐに定着される。そして、定着ニップ４０を通過した用紙Ｐは、排出ガイド６２によって補助的にガイドされながら上方に搬送され、画像形成装置の外部に排出される。
【００２９】
このように本実施形態のベルト定着装置１０によれば、回転不能に固定配置されたニップ形成部材２０の加圧ローラ５０との対向面２２が前記式１を満たすような曲率半径ｒ１を有するようにすることで加圧ローラ５０の外周面に沿った湾曲面として、定着ニップ４０内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるようにしてある。これにより、定着ニップ４０内の全域において用紙搬送速度が一定になり、その結果、定着ニップ４０を通過する用紙にストレスが生じることがなく、画像にじみ等の画像ノイズや紙しわの発生を防止できる。
【００３０】
また、ニップ形成部材２０の幅を任意に設定することで、例えば１２ｍｍという所望の幅の定着ニップ４０を得ることができる。したがって、２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置では例えば９ｍｍ幅の定着ニップを得るためには例えば４８０Ｎという大きな圧接力が必要であるのに対し、例えば１６０〜２４０Ｎという比較的小さい圧接力で幅広の定着ニップ４０を容易に実現できる。このように幅広の定着ニップ４０とすることで、定着に必要なニップ時間を稼ぐことができ、その結果、装置のシステム速度の高速化に対応することができる。
【００３１】
また、従来型のベルト定着装置に用いられていた外周部に弾性層を有する定着ローラに代えてニップ形成部材２０を用いたことで、定着装置を小型化できるとともに定着ベルト１２の周長を短くできる。このように定着ベルト１２を短くできることで定着ベルト１２の熱容量が小さくなるとともに定着ベルト１２からの放熱量も少なくなり、しかも、熱容量の大きい弾性層を有する定着ローラに代えて熱容量の小さい例えば樹脂製のニップ形成部材２０を用いていることで、加熱ローラ１４から伝熱されることによって定着ベルト１２が昇温する速度が速くなり、その結果、始動時のウォームアップ時間および印刷待機時からの回復時間を短くすることができる。
【００３２】
さらに、用紙の種類に応じて加圧ローラ５０の圧接荷重を可変とした場合でも、定着ニップ４０の入口および出口の位置が２つのローラ間に定着ニップを形成する従来の定着装置のように大きく変動することがないため、定着ニップ４０への用紙の突入性能、および、定着ニップ４０から出る用紙の分離性能を悪化させることがない。
【００３３】
次に、本実施形態のベルト定着装置１０で行った実験について説明する。加圧ローラ５０の外周面の曲率半径ｒ２が１５ｍｍであるのに対し、図２に示すようにニップ形成部材２０の湾曲面２２の曲率半径ｒ１を変化させて、そのときのニップ幅、搬送速度、および、加圧ローラ５０のトルクについて調べた。その結果を下記の表１に示す。この表１において、ニップ幅は１０．５ｍｍ以上となる場合を○、１０．５ｍｍ未満となる場合を△とした。また、搬送速度については、所望の搬送速度（例えば１５０ｍｍ／ｓｅｃ）に対して−３％以上遅くなる場合を×とした。さらに、トルクについては、トルクアップとなる場合を×、スリップ発生によりトルクが減少するために測定を行っても意味がないことからデータを採らなかった場合を−で示してある。さらにまた、係数は、ニップ形成部材２０の曲率半径ｒ１を加圧ローラ５０の曲率半径１５ｍｍで除したものである。
【表１】

【００３４】
表１に示すように、係数が１より小さい場合（ニップ形成部材２０の曲率半径ｒ１が加圧ローラ５０の曲率半径１５ｍｍより小さい場合）には、定着ニップ４０の入口側と出口側においてニップ形成部材２０が加圧ローラ５０の弾性層５４に食い込むことになって加圧ローラ５０のトルクアップにつながることから好ましくない。一方、係数が１．１３以上になると、ニップ幅が１０．５ｍｍ未満となって所望の幅広の定着ニップ４０が得られなくなるとともに、定着ニップ４０においてスリップが発生することにより搬送速度が遅くなるため好ましくない。したがって、係数は１以上で１．１３未満が好ましいことが確認できた。
【００３５】
なお、この実験においては、ニップ形成部材２０の曲率半径ｒ１が１５．５ｍｍのときにニップ幅１２ｍｍを確保できた。また、参考としてニップ形成部材２０がフラットな場合（すなわち曲率半径ｒ１は∞）についても実験したが、この場合にはニップ幅は６ｍｍとなり、これではシステム速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃと高速化した場合にニップ時間が短くなって定着性能を確保することができない。
【００３６】
続いて、前記ベルト定着装置１０で行なったもう１つの実験では、図３（ａ）に示すようにニップ形成部材２０の湾曲面２２のうちのニップ形成範囲４５°を１５°づつの３等分し、その中央の１５°の範囲の曲率半径ｒ１を両側の１５°の範囲の曲率半径ｒ１（１５．４ｍｍ）とは異ならせた場合と、図３（ｂ）に示すようにニップ形成部材２０の湾曲面２２（曲率半径１５．４ｍｍ）の中央部２２ａに１ｍｍ幅、２ｍｍ幅および３ｍｍ幅のフラット部を設けた場合とについて、前記実験の場合と同様に、ニップ幅、搬送速度、および、加圧ローラ５０のトルクについて調べた。その結果を下記の表２に示す。この表２においても、ニップ幅は１０．５ｍｍ以上となる場合を○とした。また、搬送速度については、所望の搬送速度（例えば１５０ｍｍ／ｓｅｃ）に対して−３％以上遅くなる場合を×とした。さらに、トルクについては、トルクアップとなる場合を×とした。さらにまた、係数はニップ形成部材２０の平均曲率半径ｒ１を加圧ローラ５０の曲率半径１５ｍｍで除したものであるが、ここでの曲率半径ｒ１は一律でないことから図３（ａ），（ｂ）に示す湾曲面２２上において多数の点をプロットしてそれらの点を通ることとなる近似円を求めてその近似円の半径を平均曲率半径ｒ１としたものである。
【表２】

【００３７】
表２に示すように、係数１．３１の場合には、定着ニップ４０内でスリップが発生することにより搬送速度が低下すること、および、加圧ローラ５０の駆動トルクがアップすることから好ましくない。したがって、この場合の係数は１以上で１．３以下が好ましいことが確認できた。
【００３８】
なお、前記ベルト定着装置１０では、ヒータランプ１６を内蔵した加熱ローラ１４によって定着ベルト１２を加熱するようにしたが、加熱ローラとは別の位置で定着ベルト１２に対して接触または近接して配置された熱源によって定着ベルト１２を加熱するようにしてもよい。
【００３９】
また、前記加熱ローラ１４に代えて、回転不能なシート状ヒータで定着ベルト１２を加熱するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト定着装置の構成図。
【図２】ニップ形成部材の湾曲面の曲率半径を示す図。
【図３】実験に用いたニップ形成部材の湾曲面の曲率半径を説明するための図。
【図４】従来のベルト定着装置の一例を示す構成図。
【符号の説明】
１０…ベルト定着装置、１２…定着ベルト、１４…加熱ローラ、１６…ヒータランプ、１８…サーミスタ、２０…ニップ形成部材、２２…対向面、３０…補強部材、４０…定着ニップ、５０…加圧ローラ、５４…弾性層、６０…突入ガイド、６２…排出ガイド、Ｐ…用紙、Ｔ…トナー。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a belt fixing device used in an electrophotographic image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-10-228195
Conventionally, as shown in FIG. 4, a rotatable heating roller 74 having a heater lamp 72 as a heat source therein, and a rotatable heating roller 74 at a position distant from the heating roller 74, and a sponge or rubber on the outer peripheral portion A fixing roller 78 having an elastic layer 76; an endless sheet-shaped fixing belt 80 wound around a heating roller 74 and a fixing roller 78; and a pressure roller pressed against the fixing roller 78 with the fixing belt 80 interposed therebetween. 82, a belt fixing device 70 is known.
[0004]
In the belt fixing device 70, a contact portion between the fixing belt 80 and the pressure roller 82 forms a fixing nip 84. The fixing belt 80 is configured to rotate in the direction of arrow D when the pressure roller 82 is driven to rotate in the direction of arrow C. During this rotation, the fixing belt 80 is heated by the heating roller 74 to be heated to a predetermined fixing temperature (for example, 180 ° C.). Then, in the belt fixing device 70, after the fixing belt 80 is heated to a predetermined temperature, the recording medium on which the unfixed toner image is formed is introduced into the fixing nip 84, and when the toner image passes through the fixing nip 84, the toner image is removed. The recording medium is heat-fixed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to obtain good fixing performance even when the system speed (that is, the rotation speed of the fixing belt 80) is increased, the circumferential width of the fixing nip 84 (hereinafter referred to as nip width) is increased. It is necessary to increase the nip time in which any one point on the recording medium is located in the fixing nip 84. To widen the nip width of the fixing nip 84 in the belt fixing device 70, the diameter of the fixing roller 78 and the pressure roller 82 is increased, the thickness of the elastic layer 76 of the fixing roller 78 is made thick and soft, and the pressure contact of the pressure roller 82 is performed. There are methods such as increasing the power.
[0006]
However, when the diameters of the fixing roller 78 and the pressure roller 82 are increased, there is a problem that the size of the fixing device is increased. Also, when the elastic layer 76 of the fixing roller 78 is thickened, the heat capacity is increased and the amount of heat taken from the fixing belt 80 is also increased, whereby the heating speed of the fixing belt 80 is reduced and the warm-up time is lengthened. There's a problem. Further, in order to increase the pressure contact force of the pressure roller 82, the pressure contact mechanism of the pressure roller 82 must be strong, and the members supporting the pressure roller 82 and the fixing roller 78 must be strong. Therefore, there is also a problem that the fixing device is increased in size and cost is increased.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above problem, the fixing device of the present invention includes a nip forming member fixedly and non-rotatably disposed inside a heated endless sheet-shaped fixing belt, and the fixing belt with respect to the nip forming member. A rotatable pressure roller pressed in contact with the fixing belt, wherein a contact portion between the fixing belt and the pressure roller forms a fixing nip, and a pressure distribution in the fixing nip is approximately flat with respect to a paper passing direction. The surface of the nip forming member facing the pressure roller is a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller, the radius of curvature of the curved surface is r1, and the radius of curvature of the pressure roller is r2. , The following equation 1 is satisfied.
r2 ≦ r1 ≦ r2 × coefficient (Equation 1)
Here, 1 ≦ coefficient <1.13
[0008]
Further, another belt fixing device of the present invention includes a nip forming member fixedly and non-rotatably disposed inside a heated endless sheet-shaped fixing belt, and press-contacted the nip forming member with the fixing belt interposed therebetween. A rotatable pressure roller, wherein a contact portion between the fixing belt and the pressure roller is a fixing nip, and a pressure distribution in the fixing nip is substantially flat with respect to a sheet passing direction. When the surface of the nip forming member facing the pressure roller is a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller, and the average radius of curvature of the curved surface is r1, and the radius of curvature of the pressure roller is r2. , The following equation 2 is established.
r2 ≦ r1 ≦ r2 × coefficient (2)
Here, 1 ≦ coefficient ≦ 1.3
[0009]
In the belt fixing device of the present invention, it is preferable that the pressure roller has an elastic layer on an outer peripheral portion, and the elastic layer has a JIS-A hardness of 5 to 40 degrees.
[0010]
Further, in the belt fixing device of the present invention, it is preferable that the average pressure in the fixing nip is not less than 50 kPa and not more than 250 kPa.
[0011]
Further, in the belt fixing device of the present invention, the fixing belt may be wound around a rotatable heating roller having a heat source and the nip forming member disposed apart from the heating roller.
[0012]
【The invention's effect】
According to the belt fixing device of the present invention, the surface of the nip forming member, which is fixedly arranged so as not to rotate, and faces the pressure roller has a radius of curvature or an average radius of curvature that satisfies the expression (1) or (2). As a result, the pressure distribution in the fixing nip is made approximately flat in the paper passing direction as a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller. As a result, the sheet conveyance speed becomes constant in the entire area within the fixing nip, and as a result, stress does not occur on the sheet passing through the fixing nip, and image noise such as image bleeding and paper wrinkling can be prevented.
[0013]
Further, according to the belt fixing device of the present invention, a fixing nip having a desired width can be obtained by arbitrarily setting the width of the nip forming member. Therefore, in a conventional fixing device in which a fixing nip is formed between two rollers, a large pressing load of, for example, 480 N is required to obtain a fixing nip having a width of, for example, 9 mm, whereas a relatively small pressing load of, for example, 160 to 240 N is required. A wide fixing nip can be easily realized by the pressing load. With such a wide fixing nip, a nip time required for fixing can be obtained, and as a result, the system speed of the apparatus can be increased.
[0014]
Further, according to the belt fixing device of the present invention, the fixing device can be downsized by using the nip forming member instead of the fixing roller having the elastic layer on the outer peripheral portion used in the conventional belt fixing device. At the same time, the circumference of the fixing belt can be shortened. Since the fixing belt can be shortened in this manner, the heat capacity of the fixing belt is reduced, and the amount of heat radiated from the fixing belt is also reduced. By using the member, the speed at which the fixing belt heats up due to the heat transfer from the heating roller is increased, and as a result, the warm-up time at start-up and the recovery time from printing standby can be shortened. .
[0015]
Further, according to the belt fixing device of the present invention, even when the pressure contact load of the pressure roller is made variable according to the type of paper, the positions of the entrance and exit of the fixing nip form the fixing nip between the two rollers. Since there is no large variation unlike the conventional fixing device, the performance of the sheet entering the fixing nip and the performance of separating the sheet exiting the fixing nip are not deteriorated.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a belt fixing device 10 according to an embodiment of the present invention. The belt fixing device 10 includes an endless sheet-shaped fixing belt 12. The fixing belt 12 has, for example, a cylindrical shape having an outer diameter of 65 mm, a base material made of polyimide having a thickness of 70 μm, an elastic layer made of silicon rubber having a thickness of 200 μm, and a PFA (tetrafluorofluoroethylene) having a thickness of 30 μm. A release layer made of ethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) is sequentially laminated from the inside.
[0017]
The fixing belt 12 is wound around a heating roller 14 whose both ends are rotatably supported, and a nip forming member 20 fixedly and non-rotatably disposed at a position distant from the heating roller 14. The heating roller 14 is formed of, for example, a metal cylindrical tube having an outer diameter of 35 mm, and has a heater lamp 16 as a heat source inside. Further, a predetermined tension is applied to the fixing belt 12 by urging the heating roller 14 in a direction away from the nip forming member 20 by a spring (not shown).
[0018]
The fixing belt 12 is heated by a heating roller 14 heated from the inside by a heater lamp 16. Further, a thermistor 18 is disposed in contact with the heating roller 14, and the on / off of the heater lamp 16 is controlled in accordance with the temperature detected by the thermistor 18, so that the heating roller 14 and the fixing belt 12 are maintained at a predetermined temperature. It can be set.
[0019]
The nip forming member 20 is disposed inside the fixing belt 12, and a pressure roller 50 is pressed against the nip forming member 20 with the fixing belt 12 interposed therebetween. Thus, the contact portion between the fixing belt 12 and the pressure roller 50 forms the fixing nip 40.
[0020]
The pressure roller 50 has, for example, an outer diameter of 30 mm, an elastic layer 54 made of rubber or sponge having a thickness of 4 mm on the outer peripheral portion of a metal core 52 having a cylindrical shape, and a surface of the elastic layer 54. Has a release layer (not shown) having a thickness of 40 μm. Here, the elastic layer 54 of the pressure roller 50 preferably has a JIS-A hardness of 5 to 40 degrees. The reason is that if it is less than 5 degrees, permanent deformation of the elastic layer 54 becomes a problem, while if it is more than 40 degrees, distortion at the time of pressing becomes small, and the paper separating performance deteriorates. The pressure roller 50 is driven to rotate in the direction of arrow A by a motor (not shown). Note that an auxiliary heater may be arranged inside the pressure roller 50.
[0021]
The elastic layer 54 of the pressure roller 50 has a length of, for example, 240 mm in the axial direction (the depth direction in FIG. 1). The fixing belt 12 has a greater width so that the elastic layer 54 of the pressure roller 50 is pressed against the entire length. Further, the nip forming member 20 extends so as to support the fixing belt 12 over the entire width.
[0022]
The nip load in the fixing nip 40 (that is, the pressure contact load of the pressure roller 50) is set in the range of 160 to 240 N, and the average pressure in the fixing nip 40 at this time is in the range of 50 kPa to 250 kPa. . When the pressure is lower than 50 kPa, the driving force of the pressure roller 50 cannot be stably transmitted to the fixing belt 12. On the other hand, when the pressure is higher than 250 kPa, the driving load of the fixing belt 12 increases only, Is necessary.
[0023]
The nip forming member 20 is formed of a material (for example, resin, ceramic, or the like) having low thermal conductivity and harder than the elastic layer 54 of the pressure roller 50, and has a surface in contact with the inner surface of the fixing belt 12. For example, a low friction layer (not shown) made of PFA or PTFE (polytetrafluoroethylene) is formed. In order to reduce the frictional resistance between the nip forming member 20 and the fixing belt 12, a heat-resistant lubricant such as fluorine-based grease may be applied to the inner surface of the fixing belt 12.
[0024]
The surface 22 of the nip forming member 20 facing the pressure roller 50 is a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller 50. Specifically, the radius of curvature r1 of the facing surface 22 of the nip forming member 20 is set so as to satisfy the following expression 1 with respect to the radius of curvature r2 (15 mm in the present embodiment) of the outer peripheral surface of the pressure roller 50. When the radius of curvature r1 is 15.5 mm, a nip width of 12 mm (meaning the circumferential length of the fixing nip 40, the same applies hereinafter) can be obtained. In this manner, by forming the surface 22 of the nip forming member 20 facing the pressure roller 50 as a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller 50, the pressure distribution in the fixing nip 40 becomes substantially flat in the paper passing direction. It has become.
(Equation 1)
r2 ≦ r1 ≦ r2 × coefficient (Equation 1)
Here, 1 ≦ coefficient <1.13
[0025]
On the back surface of the nip forming member 20, a sheet metal reinforcing member 30 bent in an S-shaped cross section is provided along the longitudinal direction of the nip forming member 20. The reinforcing member 30 is for minimizing bending of the nip forming member 20 in a direction orthogonal to the longitudinal direction due to being pressed by the pressure roller 50. Further, a space 32 for heat insulation is provided between the nip forming member 20 and the reinforcing member 30. The reinforcing member is not limited to a sheet metal member, and may be, for example, a solid metal rod.
[0026]
A plunging guide 60 is arranged below the fixing nip 40, and the paper P on which the unfixed toner image T is formed is introduced into the fixing nip 40 by the plunging guide 60. Further, a pair of discharge guides 62 are disposed above the fixing nip 40. These discharge guides 62 serve to assist the paper P coming out of the fixing nip 40 and to separate the paper P to be wound around the fixing belt 12 or the pressure roller 50.
[0027]
In the belt fixing device 10 having the above configuration, when the pressure roller 50 is driven to rotate in the direction of arrow A, the fixing belt 12 moves while sliding on the surface of the nip forming member 20 and moves in the direction of arrow B. To rotate. While the fixing belt 12 is rotated in this way, the entire circumference thereof is heated by the heating roller 14 and the temperature is raised to a predetermined fixing temperature (for example, 180 ° C.).
[0028]
After the fixing belt 12 is heated to a predetermined fixing temperature, the paper P on which the unfixed toner image T is formed is introduced into the fixing nip 40 from below. Thus, the toner image T is fixed on the sheet P while passing through the fixing nip 40. Then, the sheet P having passed through the fixing nip 40 is transported upward while being assisted by a discharge guide 62, and is discharged outside the image forming apparatus.
[0029]
As described above, according to the belt fixing device 10 of the present embodiment, the facing surface 22 of the nip forming member 20 that is fixed and non-rotatably fixed to the pressure roller 50 has the radius of curvature r1 that satisfies the expression (1). As a result, the pressure distribution in the fixing nip 40 is made approximately flat in the paper passing direction as a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller 50. As a result, the paper conveyance speed becomes constant in the entire area inside the fixing nip 40, and as a result, stress does not occur on the paper passing through the fixing nip 40, and image noise such as image bleeding and paper wrinkles can be prevented. .
[0030]
In addition, by arbitrarily setting the width of the nip forming member 20, a fixing nip 40 having a desired width of, for example, 12 mm can be obtained. Therefore, in a conventional fixing device in which a fixing nip is formed between two rollers, a large pressing force of, for example, 480 N is required to obtain a fixing nip having a width of, for example, 9 mm. A wide fixing nip 40 can be easily realized by the pressing force. By setting the fixing nip 40 wide as described above, a nip time required for fixing can be obtained, and as a result, it is possible to cope with an increase in the system speed of the apparatus.
[0031]
Further, by using the nip forming member 20 instead of the fixing roller having an elastic layer on the outer peripheral portion used in the conventional belt fixing device, the fixing device can be downsized and the circumference of the fixing belt 12 can be shortened. it can. Since the fixing belt 12 can be shortened in this way, the heat capacity of the fixing belt 12 is reduced, and the amount of heat radiated from the fixing belt 12 is also reduced. In addition, instead of a fixing roller having an elastic layer having a large heat capacity, for example, resin By using the nip forming member 20, the speed at which the temperature of the fixing belt 12 rises due to the heat transfer from the heating roller 14 is increased, and as a result, the warm-up time at the start and the recovery time from the printing standby time Can be shortened.
[0032]
Further, even when the pressing load of the pressure roller 50 is made variable according to the type of paper, the positions of the entrance and the exit of the fixing nip 40 are large as in a conventional fixing device in which a fixing nip is formed between two rollers. Since it does not fluctuate, the performance of the sheet entering the fixing nip 40 and the performance of separating the sheet exiting the fixing nip 40 do not deteriorate.
[0033]
Next, an experiment performed with the belt fixing device 10 of the present embodiment will be described. While the radius of curvature r2 of the outer peripheral surface of the pressure roller 50 is 15 mm, the radius of curvature r1 of the curved surface 22 of the nip forming member 20 is changed as shown in FIG. And the torque of the pressure roller 50 were examined. The results are shown in Table 1 below. In Table 1, ○ indicates that the nip width was 10.5 mm or more, and △ indicates that the nip width was less than 10.5 mm. Regarding the transfer speed, a case where the transfer speed was -3% or more lower than a desired transfer speed (for example, 150 mm / sec) was evaluated as x. Further, regarding the torque, the case where the torque is increased is indicated by x, and the case where the data is not taken because it is meaningless to measure because the torque decreases due to the occurrence of slip is indicated by-. Furthermore, the coefficient is obtained by dividing the radius of curvature r1 of the nip forming member 20 by the radius of curvature 15 mm of the pressure roller 50.
[Table 1]

[0034]
As shown in Table 1, when the coefficient is smaller than 1 (when the radius of curvature r1 of the nip forming member 20 is smaller than the radius of curvature of the pressure roller 50 of 15 mm), the nip is formed on the entrance side and the exit side of the fixing nip 40. It is not preferable because the member 20 bites into the elastic layer 54 of the pressure roller 50 and leads to an increase in the torque of the pressure roller 50. On the other hand, if the coefficient is 1.13 or more, the nip width is less than 10.5 mm, and a desired wide fixing nip 40 cannot be obtained, and the slippage occurs in the fixing nip 40, so that the conveyance speed is reduced. Not preferred. Therefore, it was confirmed that the coefficient is preferably 1 or more and less than 1.13.
[0035]
In this experiment, a nip width of 12 mm was secured when the radius of curvature r1 of the nip forming member 20 was 15.5 mm. For reference, an experiment was also performed on the case where the nip forming member 20 was flat (that is, the radius of curvature r1 was ∞). In this case, the nip width was 6 mm, and when the system speed was increased to 150 mm / sec. The nip time becomes short and the fixing performance cannot be secured.
[0036]
Subsequently, in another experiment performed with the belt fixing device 10, as shown in FIG. 3A, the nip forming range 45 ° of the curved surface 22 of the nip forming member 20 is divided into three equal portions of 15 °. Then, the radius of curvature r1 in the central 15 ° range is different from the radius of curvature r1 (15.4 mm) in the 15 ° range on both sides, and as shown in FIG. As in the case of the above experiment, the nip width, the conveying speed, and the case where a flat portion having a width of 1 mm, 2 mm, and 3 mm is provided in the central portion 22a of the curved surface 22 (radius of curvature 15.4 mm) of The torque of the pressure roller 50 was examined. The results are shown in Table 2 below. In Table 2 as well, the case where the nip width is 10.5 mm or more was evaluated as ○. Regarding the transfer speed, a case where the transfer speed was -3% or more lower than a desired transfer speed (for example, 150 mm / sec) was evaluated as x. Further, regarding the torque, a case where the torque increased was evaluated as x. Furthermore, the coefficient is obtained by dividing the average radius of curvature r1 of the nip forming member 20 by the radius of curvature 15 mm of the pressure roller 50. Since the radius of curvature r1 is not uniform, FIGS. 3 (a) and 3 (b) ), A number of points are plotted on the curved surface 22 to obtain an approximate circle passing through those points, and the radius of the approximate circle is set to an average radius of curvature r1.
[Table 2]

[0037]
As shown in Table 2, when the coefficient is 1.31, the slippage occurs in the fixing nip 40, so that the conveyance speed decreases and the driving torque of the pressure roller 50 increases, which is not preferable. . Therefore, it was confirmed that the coefficient in this case is preferably 1 or more and 1.3 or less.
[0038]
In the belt fixing device 10, the fixing belt 12 is heated by the heating roller 14 having the built-in heater lamp 16. However, the fixing belt 12 is disposed at a position different from the heating roller in contact with or close to the fixing belt 12. The fixing belt 12 may be heated by the heat source.
[0039]
Further, instead of the heating roller 14, the fixing belt 12 may be heated by a non-rotatable sheet heater.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a belt fixing device.
FIG. 2 is a diagram showing a radius of curvature of a curved surface of a nip forming member.
FIG. 3 is a diagram for explaining a radius of curvature of a curved surface of a nip forming member used in an experiment.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a conventional belt fixing device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: belt fixing device, 12: fixing belt, 14: heating roller, 16: heater lamp, 18: thermistor, 20: nip forming member, 22: facing surface, 30: reinforcing member, 40: fixing nip, 50: pressure Roller, 54: elastic layer, 60: rush guide, 62: discharge guide, P: paper, T: toner.

Claims

加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面とし、前記湾曲面の曲率半径をｒ１、前記加圧ローラの曲率半径をｒ２としたとき、下記の式１の関係が成り立つことを特徴とするベルト定着装置。
ｒ２≦ｒ１≦ｒ２×係数 …（式１）
ここで、１≦係数＜１．１３A nip forming member fixedly and non-rotatably disposed inside an endless sheet-shaped fixing belt to be heated, and a rotatable pressure roller pressed against the nip forming member with the fixing belt interposed therebetween, The contact portion between the fixing belt and the pressure roller forms a fixing nip, and the nip forming member faces the pressure roller such that the pressure distribution in the fixing nip is substantially flat in the paper passing direction. When the surface is a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller, the radius of curvature of the curved surface is r1, and the radius of curvature of the pressure roller is r2, a relationship represented by the following equation 1 is satisfied. Belt fixing device.
r2 ≦ r1 ≦ r2 × coefficient (Equation 1)
Here, 1 ≦ coefficient <1.13

加熱されるエンドレスシート状の定着ベルトの内側に回転不能に固定配置されたニップ形成部材と、前記ニップ形成部材に対して前記定着ベルトを挟んで圧接された回転可能な加圧ローラとを備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの接触部が定着ニップになっており、前記定着ニップ内の圧力分布が通紙方向に関しておおよそフラットになるように前記ニップ形成部材の前記加圧ローラとの対向面を前記加圧ローラの外周面に沿った湾曲面とし、前記湾曲面の平均曲率半径をｒ１、前記加圧ローラの曲率半径をｒ２としたとき、下記の式２の関係が成り立つことを特徴とするベルト定着装置。
ｒ２≦ｒ１≦ｒ２×係数 …（式２）
ここで、１≦係数≦１．３A nip forming member fixedly and non-rotatably disposed inside an endless sheet-shaped fixing belt to be heated, and a rotatable pressure roller pressed against the nip forming member with the fixing belt interposed therebetween, The contact portion between the fixing belt and the pressure roller forms a fixing nip, and the nip forming member faces the pressure roller such that the pressure distribution in the fixing nip is substantially flat in the paper passing direction. When the surface is a curved surface along the outer peripheral surface of the pressure roller, and the average radius of curvature of the curved surface is r1 and the radius of curvature of the pressure roller is r2, a relationship represented by the following expression 2 is satisfied. Belt fixing device.
r2 ≦ r1 ≦ r2 × coefficient (2)
Here, 1 ≦ coefficient ≦ 1.3

前記加圧ローラは外周部に弾性層を有し、前記弾性層はＪＩＳ−Ａ硬度で５〜４０度の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のベルト定着装置。The belt fixing device according to claim 1, wherein the pressure roller has an elastic layer on an outer peripheral portion, and the elastic layer has a JIS-A hardness in a range of 5 to 40 degrees.

前記定着ニップ内の平均圧力は５０ｋＰａ以上２５０ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のベルト定着装置。The belt fixing device according to claim 1, wherein an average pressure in the fixing nip is not less than 50 kPa and not more than 250 kPa.

前記定着ベルトは、熱源を有する回転可能な加熱ローラと、前記加熱ローラから離れて配置された前記ニップ形成部材とに巻き掛けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のベルト定着装置。5. The fixing belt according to claim 1, wherein the fixing belt is wound around a rotatable heating roller having a heat source and the nip forming member disposed apart from the heating roller. Belt fixing device.