JP2005077847A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着装置等に関し、より詳しくは例えば電子写真方式を利用した画像形成装置に用いられる定着装置等に関する。 The present invention relates to a fixing device and the like, and more particularly to a fixing device used in an image forming apparatus using an electrophotographic system.
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像(トナー像)とし、さらにこのトナー像を記録紙に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。 In an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic method, for example, a photosensitive member formed in a drum shape is uniformly charged, and the photosensitive member is exposed to light controlled based on image information. An electrostatic latent image is formed on the photoreceptor. The electrostatic latent image is converted into a visible image (toner image) with toner, and the toner image is further transferred onto a recording sheet and fixed by a fixing device to form an image.
かかる画像形成装置に用いられる定着装置においては、図19に示したように、円筒状の芯金211の内部に加熱源213を備え、その芯金211の外周面に離型層212が形成された定着ロール210と、この定着ロール210に対して圧接配置され、芯金221の外周面に耐熱性弾性体層222、および耐熱性樹脂被膜あるいは耐熱性ゴム被膜による離型層223が形成された加圧ロール220とで構成されている。そして、定着ロール210と加圧ロール220との間に、未定着トナー像を担持した記録紙を通過させて、未定着トナー像に対して加熱と加圧とを行うことによって、記録紙にトナー像を定着している。このような定着装置は、加熱ロール方式と呼ばれて、一般的に広く利用されている。
In the fixing device used in such an image forming apparatus, as shown in FIG. 19, a
ところで、加熱ロール方式の定着装置において高速化を図ろうとする場合には、トナーと記録紙に充分な熱量を供給するために、ニップ幅を定着速度に比例して広くすることが必要となる。ニップ幅を広くする方法として、定着ロールと加圧ロールとの間の荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法、さらにはロール径を大きくする方法がある。
しかし、荷重を大きくする方法や、弾性体の厚さを厚くする方法では、ロールの撓みに起因するニップ幅の形状がロール軸に沿って不均一になることから、定着むらや紙しわが発生する等の画像品質上の問題が生じる。また、ロール径を大きくする方法では、装置の大型化を招くとともに、ロールを室温から定着可能温度まで上昇させるまでの時間(ウォームアップタイム)が長くなるという問題がある。
By the way, when it is intended to increase the speed of the heating roll type fixing device, it is necessary to widen the nip width in proportion to the fixing speed in order to supply a sufficient amount of heat to the toner and the recording paper. As a method of widening the nip width, there are a method of increasing the load between the fixing roll and the pressure roll, a method of increasing the thickness of the elastic body, and a method of increasing the roll diameter.
However, in the method of increasing the load and the method of increasing the thickness of the elastic body, the uneven nip width and paper wrinkle occur because the shape of the nip width due to the deflection of the roll becomes non-uniform along the roll axis. This causes image quality problems such as Further, the method of increasing the roll diameter has problems that the apparatus is increased in size and that the time until the roll is raised from room temperature to the fixable temperature (warm-up time) becomes longer.
そこで、これらの問題を解消して、画像形成装置の高速化に対応した定着装置を実現するべく、本出願人は、表面が弾性変形する回転可能な加熱ロールと、この加熱ロールに接触したまま走行可能なエンドレスベルトと、このエンドレスベルトの内側に非回転状態で配置された圧力パッドとを具備し、圧力パッドによって、加熱ロールとの接触面が形成されるようにエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させ、エンドレスベルトと加熱ロールとの間にシートを通過させることができるようにベルトニップを設けるとともに、加熱ロールの表面のうち、シートの出口側を局部的に弾性変形させるように構成した定着装置に関する技術を提案している(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to solve these problems and realize a fixing device corresponding to the speedup of the image forming apparatus, the applicant of the present invention has a rotatable heating roll whose surface is elastically deformed and remains in contact with the heating roll. A travelable endless belt and a pressure pad arranged in a non-rotating state inside the endless belt. The pressure pad presses the endless belt against the heating roll so that a contact surface with the heating roll is formed. And a belt nip so that the sheet can pass between the endless belt and the heating roll, and a fixing device configured to locally elastically deform the exit side of the sheet on the surface of the heating roll The technique regarding this is proposed (for example, refer patent document 1).
かかる特許文献1に記載した技術では、従来の加熱ロール方式の定着装置における加圧ロールに代え、圧力パッドを用いてエンドレスベルトを加熱ロールに圧接させている。このような構成を採用することにより、加熱ロールとエンドレスベルトとによって形成されるベルトニップの幅が従来の加熱ロールと加圧ロールとのロールニップの幅よりも容易に大きくすることができるので、高速化対応が可能となり、しかも装置の小型化を図ることも容易である。 In the technique described in Patent Document 1, the endless belt is pressed against the heating roll using a pressure pad in place of the pressure roll in the conventional heating roll type fixing device. By adopting such a configuration, the width of the belt nip formed by the heating roll and the endless belt can be easily made larger than the width of the conventional roll nip between the heating roll and the pressure roll. It is easy to reduce the size of the apparatus.
特に、加熱ロールに圧接させるエンドレスベルトの熱容量が小さく、さらに圧力パッドが非回転状態で配置されているために加熱ロールから伝達される熱も発散され難い。そのため、加熱ロールの回転が開始されても、加熱ロールからエンドレスベルト側に奪われる熱量は少なく、熱をトナーの溶融に利用する効率を高めるとともに、ベルトニップでの温度低下量も小さいことから、トナーの定着性の向上を図ることができるという利点を有している。 In particular, the heat capacity of the endless belt brought into pressure contact with the heating roll is small, and furthermore, the heat transmitted from the heating roll is hardly dissipated because the pressure pad is arranged in a non-rotating state. Therefore, even if rotation of the heating roll is started, the amount of heat taken away from the heating roll to the endless belt side is small, the efficiency of using heat for melting the toner is increased, and the amount of temperature decrease at the belt nip is also small. There is an advantage that the fixing property of the toner can be improved.
ところで、圧力パッドを用いてエンドレスベルトをロールに圧接させる方式の定着装置においては、圧力パッドによりエンドレスベルトをロールに圧接させるに際し、圧力パッドとエンドレスベルトとの間の滑り性を確保するために、両者の間に低摩擦部材を介在させ、さらにはこの低摩擦部材の摺擦面に潤滑剤を塗布している。
しかしながら、圧力パッドとエンドレスベルトとの間は加圧されているために、エンドレスベルトと低摩擦部材との摺動部では、エンドレスベルトが移動するのに伴い、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用して、この摺動部において潤滑剤を安定して保持しておくことが難しい。また、加熱ロールからの熱により潤滑剤の劣化が生じ、そのために潤滑剤の粘度の上昇が発生し易い。さらには、低摩擦部材におけるエンドレスベルトとの摺擦面に摩耗が生じて、低摩擦部材とエンドレスベルトとの滑り性の低下が生じる場合もある。これらが要因となって、圧力パッドとエンドレスベルトとの接触抵抗(摺動抵抗)が増加するという現象が生じる場合がある。その場合には、エンドレスベルトの動きが加熱ロールに対応し難くなり、それに伴って記録紙の搬送が良好でなくなって、紙しわや画像ずれ等の画像不良を生じさせる可能性がある。
By the way, in the fixing device of the type in which the endless belt is pressed against the roll using the pressure pad, in order to ensure the slipperiness between the pressure pad and the endless belt when the endless belt is pressed against the roll by the pressure pad, A low friction member is interposed between the two, and a lubricant is applied to the sliding surface of the low friction member.
However, since pressure is applied between the pressure pad and the endless belt, the applied lubricant is applied to the sliding portion of the sliding portion between the endless belt and the low friction member as the endless belt moves. Therefore, it is difficult to stably hold the lubricant in the sliding portion due to the force of pushing out from the sliding portion. Further, the lubricant is deteriorated by the heat from the heating roll, so that the viscosity of the lubricant is likely to increase. Furthermore, wear may occur on the friction surface of the low friction member with the endless belt, and the slipping property between the low friction member and the endless belt may be reduced. Due to these factors, there may be a phenomenon that the contact resistance (sliding resistance) between the pressure pad and the endless belt increases. In that case, the movement of the endless belt becomes difficult to correspond to the heating roll, and accordingly, the recording paper is not conveyed well, and image defects such as paper wrinkles and image misalignment may occur.
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the technical problems as described above. The object of the present invention is to stabilize the recording paper conveyance capability in the fixing device, and thereby to make the paper wrinkle over a long period of time. In other words, it is possible to form a high quality image while suppressing occurrence of image misalignment and the like.
かかる目的のもと、本発明の定着装置は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに、エンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材を設けたことを特徴としている。 For this purpose, the fixing device of the present invention is provided with a rotatable rotating member, an endless belt that can move while contacting the rotating member, and an inner end of the endless belt. And a pressure member that forms a nip portion through which the recording material passes between the rotating member and the endless belt. Further, the endless belt is rubbed between the endless belt and the pressure member. The present invention is characterized in that a sliding member having an uneven surface is provided.
ここで、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸の高さが5〜30μmであることを特徴とすることができる。また、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸のピッチが0.1〜1mmであることを特徴とすることもできる。
さらに、摺動部材は、凹凸を有するベース層と、少なくともベース層のエンドレスベルトとの摺擦面側に配設された表面層とで構成することができる。特に、ベース層は、ガラスクロスで形成することが好ましい。また、表面層は、厚さ10〜50μmの耐熱性シートで形成することが好ましい。さらに、表面層は、エンドレスベルトとの摺擦面側にアミン変性シリコンオイルとの反応膜を有するポリイミドシートで形成することもできる。
また、摺動部材は、潤滑剤に対する難吸収性を有することを特徴とすることもできる。
Here, the sliding member may be characterized in that the height of the unevenness formed on the rubbing surface is 5 to 30 μm. Further, the sliding member may be characterized in that the pitch of the unevenness formed on the rubbing surface is 0.1 to 1 mm.
Furthermore, the sliding member can be composed of a base layer having irregularities and a surface layer disposed at least on the rubbing surface side of the endless belt of the base layer. In particular, the base layer is preferably formed of glass cloth. The surface layer is preferably formed of a heat resistant sheet having a thickness of 10 to 50 μm. Further, the surface layer can be formed of a polyimide sheet having a reaction film with amine-modified silicone oil on the side of the friction surface with the endless belt.
In addition, the sliding member may be characterized by having a low absorbability with respect to the lubricant.
また、本発明の定着装置は、表面が弾性変形するとともに、駆動源に接続されて回転可能な加圧ロールと、発熱源を有し、加圧ロールに接触しながら従動可能な定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置され、定着ベルトを加圧ロールに圧接させて定着ベルトと加圧ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらに定着ベルトと圧力部材との間に、定着ベルトと局所接触する摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、定着ベルトは、発熱源が電磁誘導加熱体または抵抗発熱体であることを特徴とすることもできる。また、圧力部材は、定着ベルトに配設される発熱源で構成することができる。
The fixing device of the present invention has a pressure roll that is elastically deformed and connected to a driving source and is rotatable, a fixing belt that has a heat source and can be driven while contacting the pressure roll, A pressure member that is disposed inside the fixing belt and that presses the fixing belt against the pressure roll to form a nip portion through which the recording material passes between the fixing belt and the pressure roll. A sliding member that makes local contact with the fixing belt is provided between the pressure member and the pressure member.
Here, the fixing belt may be characterized in that the heat generation source is an electromagnetic induction heating body or a resistance heating body. Further, the pressure member can be constituted by a heat source disposed on the fixing belt.
また、本発明の定着装置は、発熱源を有し、表面が弾性変形する回転可能な定着ロールと、定着ロールに接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを定着ロールに圧接させてエンドレスベルトと定着ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、エンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトと局所接触する摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、圧力部材は、定着ロールの表面のうち、記録材の搬送方向下流側を局部的に弾性変形させることを特徴とすることができる。
In addition, the fixing device of the present invention has a heat generating source, a rotatable fixing roll whose surface is elastically deformed, an endless belt movable while contacting the fixing roll, and an endless belt disposed inside the endless belt. And a pressure member that forms a nip portion through which the recording material passes between the endless belt and the fixing roll, and is in local contact with the endless belt between the endless belt and the pressure member. A sliding member is provided.
Here, the pressure member can be characterized in that it locally elastically deforms the downstream side of the surface of the fixing roll in the recording material conveyance direction.
さらに、本発明を画像形成装置と捉え、本発明の画像形成装置は、トナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、記録材上に転写されたトナー像を記録材に定着する定着手段とを含み、この定着手段は、回動可能な回動部材と、回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、エンドレスベルトの内側に配置され、エンドレスベルトを回動部材に圧接させて回動部材とエンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材とを備えており、さらにエンドレスベルトと圧力部材との間に、エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材を設けたことを特徴としている。
ここで、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸の高さが5〜30μmであることを特徴とすることができる。また、摺動部材は、摺擦面に形成された凹凸のピッチが0.1〜1mmであることを特徴とすることもできる。
Further, the present invention is regarded as an image forming apparatus. The image forming apparatus of the present invention includes a toner image forming unit that forms a toner image, and a transfer unit that transfers the toner image formed by the toner image forming unit onto a recording material. Fixing means for fixing the toner image transferred on the recording material to the recording material, the fixing means comprising: a rotatable rotating member; an endless belt movable while contacting the rotating member; A pressure member that is disposed inside the endless belt, presses the endless belt against the rotating member, and forms a nip portion through which the recording material passes between the rotating member and the endless belt. A sliding member in which irregularities are formed on the rubbing surface with the endless belt is provided between the pressure member and the pressure member.
Here, the sliding member may be characterized in that the height of the unevenness formed on the rubbing surface is 5 to 30 μm. Further, the sliding member may be characterized in that the pitch of the unevenness formed on the rubbing surface is 0.1 to 1 mm.
本発明の効果として、定着装置における記録紙の搬送能力の安定を図ることにより、長期に亘り紙しわや画像ずれ等の発生を抑えて高品質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することが可能となった。 As an effect of the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus capable of forming a high-quality image while suppressing the occurrence of paper wrinkles and image misalignment over a long period of time by stabilizing the recording paper conveyance capability in the fixing device. It became possible to do.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1K、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにて形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部20、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置60を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus to which the exemplary embodiment is applied. The image forming apparatus shown in FIG. 1 is an intermediate transfer type image forming apparatus generally called a tandem type, and includes a plurality of
本実施の形態において、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、矢印A方向に回転する感光体ドラム11の周囲に、これらの感光体ドラム11が帯電される帯電器12、感光体ドラム11上に静電潜像が書込まれるレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム11上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器14、感光体ドラム11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16、感光体ドラム11上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ17、などの電子写真用デバイスが順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の順に、略直線状に配置されている。
In the present embodiment, each of the
中間転写体である中間転写ベルト15は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は106〜1014Ωcmとなるように形成されており、その厚みは例えば0.1mm程度に構成されている。中間転写ベルト15は、各種ロールによって図1に示すB方向に所定の速度で循環駆動(回動)されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ(図示せず)により駆動されて中間転写ベルト15を回動させる駆動ロール31、各感光体ドラム11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を防止する補正ロールとして機能するテンションロール33、二次転写部20に設けられるバックアップロール25、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニングバックアップロール34を有している。
The
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に対向して配置される一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、一次転写ロール16は中間転写ベルト15を挟んで感光体ドラム11に圧接配置され、さらに一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
The
二次転写部20は、中間転写ベルト15のトナー像担持面側に配置される二次転写ロール22と、バックアップロール25とによって構成される。バックアップロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRのブレンドゴムのチューブ、内部はEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が107〜1010Ω/□となるように形成され、硬度は例えば70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同様。)に設定される。このバックアップロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極をなし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が当接配置されている。
The
一方、二次転写ロール22は、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5〜108.5Ωcmのスポンジ状の円筒ロールである。そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んでバックアップロール25に圧接配置され、さらに二次転写ロール22は接地されてバックアップロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙P上にトナー像を二次転写する。
On the other hand, the
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。この基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
Further, on the downstream side of the
さらに、本実施の形態の画像形成装置では、用紙搬送系として、用紙Pを収容する用紙トレイ50、この用紙トレイ50に集積された用紙Pを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール51、ピックアップロール51にて繰り出された用紙Pを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Pを二次転写部20へと送り込む搬送シュート53、二次転写ロール22によって二次転写された後に搬送される用紙Pを定着装置60へと搬送する搬送ベルト55、用紙Pを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
Further, in the image forming apparatus according to the present embodiment, as a paper transport system, a
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。図1に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置(IIT)や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置(IPS)にて所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。IPSでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
Next, a basic image forming process of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. In the image forming apparatus as shown in FIG. 1, image data output from an image reading device (IIT) not shown or a personal computer (PC) not shown is subjected to predetermined image processing by an image processing device (IPS) not shown. Is applied, the image forming operation is executed by the
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体ドラム11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各感光体ドラム11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにて、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。
The
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの感光体ドラム11上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム11と中間転写ベルト15とが当接する一次転写部10にて、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16にて中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
The toner images formed on the
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール51が回転し、用紙トレイ50から所定サイズの用紙Pが供給される。ピックアップロール51により供給された用紙Pは、搬送ロール52により搬送され、搬送シュート53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Pは一旦停止され、トナー像が担持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせてレジストロール(図示せず)が回転することで、用紙Pの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
After the toner images are sequentially primary transferred onto the surface of the
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22がバックアップロール25に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Pは、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22とバックアップロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に担持された未定着トナー像は、二次転写ロール22とバックアップロール25とによって押圧される二次転写部20にて、用紙P上に一括して静電転写される。
In the
その後、トナー像が静電転写された用紙Pは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Pを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱および圧力で定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール34および中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
Thereafter, the sheet P on which the toner image has been electrostatically transferred is transported as it is while being peeled off from the
On the other hand, after the transfer onto the paper P is completed, the residual toner remaining on the
次に、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60について説明する。図2は、本実施の形態における定着装置60の構成を示す側断面図である。図2に示すように、定着装置60は、交流磁界を発生させる磁場発生手段80が外周面に近接して配設された定着ベルト62、定着ベルト62に対向するように配置された回動部材の一例としての加圧ロール61、定着ベルト62を介して加圧ロール61から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド65により主要部が構成されている。
Next, the fixing
まず定着ベルト62は、原形が円筒形状に形成された例えば直径が30mmの無端ベルトである。そして、定着ベルト62の層構造は、図3に示したように、耐熱性の高いシート状部材からなる基材層621、基材層621の上に積層された導電層622、トナー像の定着性を向上させる弾性層623、最も上層となる表面離型層624により構成されている。
定着ベルト62の基材層621は、厚さ10〜150μm、さらに好ましくは50〜100μmの耐熱性の高いシートで形成され、例えばポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等の耐熱性の高い合成樹脂からなるものが使用できる。なお、定着ベルト62の両端部が後述するエッジガイド69に突き当たった場合でも、座屈等が生じない程度の剛性を確保するために、基材層621としては、例えば厚さ80μmのポリイミドシートが使用される。
First, the fixing
The
定着ベルト62の導電層622は、磁場発生手段80によって生じる交流磁界の電磁誘導作用により誘導発熱する電磁誘導発熱体層であり、鉄・コバルト・ニッケル・銅・クロム等の金属を1〜80μm程度の厚みで形成したものが用いられる。ここで、圧力パッド65と加圧ロール61とで形成されるニップ部Nおよびこのニップ部Nの近傍において、定着ベルト62をニップ部Nに倣うように変形させて使用する必要があるため、定着ベルト62全体としてフレキシブル性を必要とすることから、導電層622は可能な限り薄層に形成するのが好ましい。
本実施の形態の定着装置60では、導電層622として導電率の高い銅を、発熱効率が高くなるように厚さが10μm程度となるように形成し、ポリイミドからなる基材層621上にメッキ・蒸着等を用いて形成したものを用いている。
The
In the fixing
定着ベルト62の弾性層623は、シリコンゴム等の弾性体で形成されている。弾性層623においては、用紙Pに担持されるトナー像は粉体であるトナーが積層して形成されているため、ニップ部Nにおいてトナー像の全体にムラなく熱を供給することができるように、用紙P上のトナー像の凹凸に倣うように定着ベルト62が変形できることが好ましい。そのためには、弾性層623は、定着画像のグロスのムラが許容できるレベルを実現できる構成、例えば硬度10°〜30°(JIS−A)程度のシリコンゴムであれば、100〜600μm程度の厚みとした構成が適している。
本実施の形態の定着装置60では、弾性層623として、硬度が15°(JIS−A)のシリコンゴムを厚さ300μmとして、導電層622である銅に積層して形成している。
The
In the fixing
また、定着ベルト62の表面離型層624は、用紙P上に担持された未定着トナー像と直接接触するため、離型性のよい材料を使用することが必要である。この表面離型層624を構成する材料としては、例えば、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重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、シリコン共重合体、またはこれらの複合層等が挙げられる。表面離型層624は、これらの材料のうちから適宜選択されたものを、1〜50μmの厚さで定着ベルト62の最上層に設けたものである。
この表面離型層624の厚さは、薄すぎると、耐摩耗性の面で充分でなく、定着ベルト62の寿命を短くする。一方、厚すぎると、定着ベルト62の熱容量が大きくなりすぎ、ウォームアップタイムが長くなる。そこで、本実施の形態の定着装置60では、耐摩耗性と熱容量とのバランスを考慮して、表面離型層624として、厚さ30μmのPFAを使用している。
Further, since the
If the thickness of the
次に、圧力パッド65は、定着ベルト62を介して加圧ロール61から押圧されてニップ部Nを形成する弾性部材651、この弾性部材651を支持するパッド支持部材652で構成されている(図2参照)。弾性部材651は、シリコンゴム等やフッ素ゴム等の弾性体で形成され、加圧ロール61側の面は、ほぼ加圧ロール61の外周面に倣う円弧状で形成されている。そして弾性部材651は、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)に向かうほど厚みが大きく構成され、剥離ニップ部ほど大きなニップ圧を形成するとともに、剥離ニップ部における定着ベルト62の曲率半径が小さくなるように構成されている。これによって、定着後の用紙Pは、剥離ニップ部を通過する際に、定着ベルト62の小さな曲率半径によって定着ベルト62に巻き付くことなく剥離することが可能である。
パッド支持部材652は、SUS、鉄等の金属や、耐熱性の高い合成樹脂等からなる剛性を有する厚さ1〜2mm程度の板材で構成され、ハンドリング性の向上を図っている。そして、パッド支持部材652を介して圧力パッド65を圧力パッド固定部材64に固定している。
ここで、圧力パッド65による剥離の補助手段として、定着ベルト62のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ベルト62の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ベルト62と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
なお、本実施の形態の定着装置60では、弾性部材651として、ゴム硬度が20°(JIS−A)のシリコンゴムを用い、幅8.5mm、曲率半径14mm、ニップ部Nの入口側のゴム厚2.5mm、出口側のゴム厚5mmに設定している。そして、パッド支持部材652に保持されている。
Next, the
The
Here, as an auxiliary means for peeling by the
In the fixing
圧力パッド65を支持する圧力パッド固定部材64は、圧力パッド65が加圧ロール61からの押圧力を長手方向に亘って均一に受けることができるようにするために、撓み量を一定量以下に抑える必要があり、一定以上の剛性を有する材料が用いられる。さらに、本実施の形態の定着装置60では、電磁誘導を用いて定着ベルト62を加熱する構成を採用していることから、誘導磁界に影響を与えないか、または与え難い材料であり、さらには誘導磁界から影響を受けないか、または受け難い材料である必要がある。そのため、例えば、ガラス混入PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂や、アルミニウム等の非磁性金属等を、磁場発生手段80から可能な限り離して配置している。本実施の形態の定着装置60では、一辺が12mmのアルミニウムの角材を使用している。
The pressure
また、圧力パッド65と定着ベルト62との間には、摺擦部材の一例としての低摩擦シート68が配設されている。低摩擦シート68は、定着ベルト62内周面と圧力パッド65との摺動抵抗を低減するために設けられ、後段で詳細に説明するように、摩擦係数が小さく、耐摩耗性・耐熱性に優れた材質が用いられる。なお、低摩擦シート68は、圧力パッド65と別体に構成しても、圧力パッド65と一体的に構成しても、いずれでもよい。本実施の形態の定着装置60では、低摩擦シート68は圧力パッド65と別体に構成し、一端を圧力パッド固定部材64に固定して、圧力パッド65と定着ベルト62との間に挟持されるように構成している。
A
ここで、定着ベルト62を支持する構成について述べる。図4は、定着ベルト62が支持された状態を説明する長手方向の断面図である。定着ベルト62の両端部はエッジガイド69によって支持されている。エッジガイド69は、ニップ部Nとその近傍以外を定着ベルト62の内径よりも若干小さな外径に形成した円筒状部691、円筒状部691の外側に設けられ、定着ベルト62の内径よりも大きな外径のフランジ部692、さらにフランジ部692の外側に設けられ、エッジガイド69を画像形成装置本体に固定するための保持部693で構成されている。
圧力パッド固定部材64は、両端部が円筒状部691の内側面に固定され支持されている。その際に、ニップ部Nにおいて適当なニップ圧が得られるように、圧力パッド固定部材64の円筒状部691に対する固定位置が決定されている。
なお、圧力パッド固定部材64がエッジガイド69を突き抜けるように圧力パッド固定部材64を延長して設け、圧力パッド固定部材64が保持部693となるように構成することも可能である。
Here, a configuration for supporting the fixing
Both ends of the pressure
It is also possible to extend the pressure
そして、定着ベルト62は、両端部の内周面が円筒状部691の外周面に支持されている。さらに、定着ベルト62の両端部はフランジ部692の内側面に突き当たることで軸方向への移動(ベルトウォーク)が規制されるように設定されている。すなわち、定着ベルト62は、ニップ部N以外の領域においては円筒状部691の外周面によって略円柱状の形状を保ちながら回転可能である。またニップ部N領域においては、円筒状部691は切り欠かれた形状を有しているため、定着ベルト62はニップ部Nに倣って変形可能に移動することができる。さらに、エッジガイド69は、フランジ部692の内側面間の距離が定着ベルト62の軸方向(幅方向)に沿った長さよりも若干長くなるように配設されており、定着ベルト62の軸方向への移動は、自由度を有してはいるが、フランジ部692の内側面により規制されるため、ベルトウォークを抑えることが可能である。
The fixing
次に、加圧ロール61は、定着ベルト62に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印C方向に、例えば140mm/sのプロセススピードで回転し、この回転により定着ベルト62が従動回転するように構成されている。そして、加圧ロール61と圧力パッド65とにより定着ベルト62を挟持した状態で保持してニップ部Nを形成し、このニップ部Nに未定着トナー像を担持した用紙Pを通過させることで、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Pに定着している。
加圧ロール61は、例えば直径18mmの中実の鉄製コア (円柱状芯金)611と、コア611の外周面に被覆した例えば厚さ5mmのシリコンスポンジ等の耐熱性弾性体層612と、さらに例えば厚さ50μmのPFA等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層613とが積層されて構成されている。そして、20kgfの荷重で定着ベルト62を介して圧力パッド65に圧接されている。
Next, the
The
また、加圧ロール61の表面に対して接離自在に、熱伝導性の良好なアルミニウムやステンレス等の金属からなる温度均一化ロール66が配設されている。この温度均一化ロール66は、定着装置60に通電が開始された直後等の定着ベルト62や加圧ロール61の温度が冷えている状態では、加圧ロール61から離れて位置している。そして、例えば小サイズの用紙Pを連続して定着処理した場合等、定着ベルト62や加圧ロール61に軸方向に沿った温度差が生じたときには、温度均一化ロール66を加圧ロール61に当接するように構成している。このように温度均一化ロール66が加圧ロール61に当接することによって、温度均一化ロール66は加圧ロール61に従動しながら、加圧ロール61の軸方向における温度分布を均一化し、さらには定着ベルト62の軸方向における温度分布を均一化する。
本実施の形態の定着装置60では、温度均一化ロール66として直径10mmのアルミニウム製の中実ロールを用いている。なお、温度均一化ロール66の表面には、例えばPFA等の離型層を形成してもよい。さらに、温度均一化ロール66を加圧ロール61に対し常時当接した構成とすることもできる。
Further, a
In the fixing
次に、定着ベルト62の導電層622に交流磁界を作用させて電磁誘導加熱する磁場発生手段80について説明する。磁場発生手段80は、断面が定着ベルト62の形状に沿ったアール形状で形成され、定着ベルト62の外周表面と0.5〜2mm程度の間隙を保持して設置されている(図2参照)。また磁場発生手段80は、定着ベルト62の移動方向と直交する方向を長手方向として、定着ベルト62の全幅に亘って伸びた長方形状で形成されている。なお、磁場発生手段80は、定着ベルト62の内側に設置してもよい。
図5は磁場発生手段80の構成と作用とを説明する概略断面図である。なお図5では、説明を分かり易くするため構成を概略的に表現している。図5に示したように、磁場発生手段80は、磁界を発生させる励磁コイル801と、励磁コイル801を保持するコイル支持部材802と、励磁コイル801に電流を供給する励磁回路803とで構成されている。
Next, a description will be given of the magnetic field generating means 80 for applying an AC magnetic field to the
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration and operation of the magnetic field generating means 80. In FIG. 5, the configuration is schematically expressed for easy understanding. As shown in FIG. 5, the magnetic field generation means 80 includes an
励磁コイル801としては、例えば、相互に絶縁された直径φ0.5mmの銅線材を20本束ねたリッツ線を長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に巻いたものが用いられる。そして、励磁コイル801は接着剤によって固められ、その形状を維持している。
この励磁コイル801には、励磁回路803によって所定の周波数の交流電流が印加される。これによって励磁コイル801の周囲には交流磁界Hが発生する。この交流磁界Hが定着ベルト62の導電層622を横切る際に、導電層622には電磁誘導作用によってその交流磁界Hの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Iが生じる。この励磁コイル801に印加する交流電流の周波数は、例えば、10〜50kHzに設定されるが、本実施の形態では30kHzに設定されている。
このように、渦電流Iが定着ベルト62の導電層622を流れることによって、この導電層622の抵抗値Rに比例した電力W(W=I2R)によるジュール熱が発生し、定着ベルト62を加熱するものである。
As the
An alternating current having a predetermined frequency is applied to the
Thus, when the eddy current I flows through the
また、コイル支持部材802としては、耐熱性のある非磁性材料で構成するのが好ましく、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂が用いられる。なお、励磁コイル801で発生した磁束を効率よく集中させ、定着ベルト62に対する加熱効率を上げるため、コイル支持部材802の中央部にフェライト等の強磁性体を配設してもよい。
The
このように、本実施の形態の定着装置60では、定着ベルト62を磁場発生手段80による電磁誘導によって直接加熱することができるので、ニップ部Nにおいて定着ベルト62からトナー定着のための充分な熱量をインスタントに供給することが可能となる。また、ニップ部Nにおいて定着ベルト62に接触しているのは、定着ベルト62の内側では低摩擦シート68を介した圧力パッド65、定着ベルト62の外側では加圧ロール61だけであり、これらはともに熱伝導率の低いシリコンゴムやシリコンスポンジ等で形成されているので、熱が流出し難く、供給したエネルギーを定着処理に有効に使える利点もある。
このため、例えば、A4サイズのL.E.F.(Long Edge Feed)紙に対し30ppmのプリント能力を有し、起動時の定着温度180℃、定常定着時の定着温度170℃に設定された画像形成装置において、ウォームアップタイムを10秒程度(1200W投入時)に短縮することができ、このクラスの画像形成装置ではウォームアップタイムが3〜7分、最速機でも30〜45秒であることを考慮すると、極めて高いファーストプリント能力を達成することが可能となる。また予熱を与えるスタンバイモードやローパワーモード等の設定も必要ないので、省エネルギーの観点からも極めて優れている。
As described above, in the fixing
For this reason, for example, A4 size L.P. E. F. (Long Edge Feed) In an image forming apparatus having a printing capacity of 30 ppm for paper, a fixing temperature of 180 ° C. at startup, and a fixing temperature of 170 ° C. during steady fixing, a warm-up time of about 10 seconds (1200 W) Considering that the warm-up time is 3 to 7 minutes in this class of image forming apparatus and 30 to 45 seconds even in the fastest machine, it is possible to achieve extremely high first print capability. It becomes possible. In addition, since it is not necessary to set a standby mode or a low power mode for giving preheating, it is extremely excellent from the viewpoint of energy saving.
ここで、本実施の形態の定着装置60においては、低摩擦シート68の少なくとも定着ベルト62との摺擦面に凹凸を形成したことを特徴としている。
具体的には、低摩擦シート68の層構造を説明する図6に示したように、かかる低摩擦シート68では、ニップ部Nにおけるニップ圧によっても凹凸形状を維持することができる程度の硬さを有する耐熱性のベース層681を用い、少なくとも定着ベルト62との潤滑面(摺擦面)側には、このベース層681の凹凸形状を表面に残存させるように耐熱性の表面シート682を接着して構成している。このように凹凸形状を形成することで、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺動部において、両者が規則的または不規則的に配列した例えば斑点状や点状等の局所で接触する状態(「局所接触」という。)を作り出すとともに、ニップ圧の存在にもかかわらず凹部において潤滑剤を保持することができるので、潤滑剤を介した接触状態をも形成することができる。そのため、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺動を円滑にし、定着ベルト62をスムーズに回動させることが可能となる。
Here, the fixing
Specifically, as shown in FIG. 6 for explaining the layer structure of the
上述したように、トナー像が静電転写された用紙Pが定着装置60のニップ部Nを通過することにより、トナー像が用紙Pに定着されるが、用紙Pがニップ部Nを通過する際の搬送力は、駆動側の加圧ロール61から受けている。すなわち、用紙Pは、加圧ロール61の回転に伴い、加圧ロール61から摩擦力を受けることによって搬送されている。
一方、ニップ部Nに用紙Pが搬送されていない状態では、従動側の定着ベルト62も加圧ロール61の回転に伴って加圧ロール61から摩擦力を受けることによって回動している。しかし、ニップ部Nに用紙Pが搬送され、用紙Pがニップ部Nに挟持されている場合には、定着ベルト62は用紙Pを介して加圧ロール61から搬送力を受けている。したがって、用紙P側から捉えると、用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙Pには加圧ロール61からの搬送力を受けるとともに、定着ベルト62側から搬送方向とは逆方向の力(逆搬送力)が作用することとなる。
As described above, the paper P on which the toner image has been electrostatically transferred passes through the nip portion N of the fixing
On the other hand, in a state where the sheet P is not conveyed to the nip portion N, the driven fixing
ところで、定着ベルト62は、ニップ部Nにおいて圧力パッド65が押圧されているために、圧力パッド65からは回動方向とは逆の方向の力が摺動抵抗として作用している。そのため、上述したように、定着ベルト62と圧力パッド65との間には低摩擦シート68を介在させるとともに、低摩擦シート68の摺擦面に予め潤滑剤を塗布して、定着ベルト62と圧力パッド65との摺動抵抗を極力低減するように構成している。
したがって、通常状態では、定着ベルト62が圧力パッド65から受ける摺動抵抗は極めて小さく、円滑に回動可能であることから、定着ベルト62は用紙Pと等速で回動することが可能である。この場合には、用紙Pが受ける逆搬送力は、定着ベルト62を介した圧力パッド65からの摺動抵抗であるから無視できる程度に小さい。そのため、用紙Pは加圧ロール61と等速に安定して搬送される。
By the way, since the
Accordingly, in the normal state, the sliding resistance received by the fixing
ところが、定着ベルト62と圧力パッド65との間には押圧力が作用しているために、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部では、塗布された潤滑剤を摺動部から押し出す力が作用することから、定着ベルト62が移動を重ねるのに伴い、この摺動部からは徐々に潤滑剤量が減少してしまう。そして、摺動部での潤滑剤量が減少すると、後述の様に良好な混合潤滑の形態が保てなくなり、摺動抵抗が高くなってしまう。また、定着ベルト62と圧力パッド65とが面と面とが接触する面接触の状態になると、接触面積が大きいことから摺動抵抗が大きくなり易い。その結果、定着ベルト62と圧力パッド65との間では、両者の摺動抵抗の高くなった状態が発生する場合がある。
定着ベルト62と圧力パッド65との間の摺動抵抗が増加すると、用紙Pがニップ部Nを搬送される際に、用紙Pが定着ベルト62を介して圧力パッド65から受ける逆搬送力も大きくなる。さらに、定着ベルト62と圧力パッド65との間の摺動抵抗が過大になると用紙Pに作用する逆搬送力が無視できない程大きくなり、用紙Pの搬送が加圧ロール61の回動に追随できず、用紙Pと加圧ロール61との間でスリップが発生する。そのため、用紙Pの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや用紙Pにおける紙しわの原因となる。
However, since a pressing force acts between the fixing
When the sliding resistance between the fixing
特に、ニップ部Nにおいては、加圧ロール61の外径を中央部から両端部にかけて大きく形成した、所謂逆クラウン形状としたり、圧力パッド65と加圧ロール61との間の押圧力が中央部から両端部にかけて大きくなるように設定している。このように設定することによって、常に用紙Pには中央部から両端部に向かって幅方向に力が作用するようにして、用紙Pに紙しわが生じるのを防止している。このような用紙Pの幅方向に作用する微妙な力のバランスが、定着ベルト62と圧力パッド65との間の摺動抵抗が増加するために、用紙Pが加圧ロール61の搬送に追随できなくなって崩れ、用紙Pに紙しわを生じさせたり、さらには画像ずれを生じさせることとなる。
In particular, the nip portion N has a so-called reverse crown shape in which the outer diameter of the
そこで、本実施の形態の定着装置60では、低摩擦シート68の少なくとも摺擦面側に凹凸を形成している。このように構成することで、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺動抵抗を長期に亘って安定して低い状態に維持することが可能となるが、この構成において定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部で生じる作用について、以下に詳細に述べる。
まず、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動のような2つの物体が摺擦しながら相対移動する状態としては、大別して固体潤滑、液体潤滑、混合潤滑、境界潤滑の4つの形態が知られている。固体潤滑は、接触する2つの物体間に油膜が存在しない摺動形態であり、通常は2つの物体間にグラファイトや二硫化モリブテン等の固体潤滑剤を介在させる形態である。液体潤滑は、2つの物体の境界面に油膜(潤滑剤膜)を存在させ、油膜間で滑りを生じさせる形態である。この場合には、両者の摩擦抵抗は油膜の粘度によって支配され、物体の材質には依存しないが、滑り面は平滑であることが理想的である。混合潤滑は、2つの物体の境界面に、2つの物体の表面粗さと同等レベルの厚さの油膜(潤滑剤膜)を存在させた形態である。境界潤滑は、混合潤滑において油膜の厚さが限りなくゼロに近づいた摺動形態である。この場合には、2つの物体は局所的に接触状態にあり、摩耗の発生を伴う。両者の摩擦抵抗は油膜の粘度に寄らず、滑り面は凹凸であるのが好ましい。
Therefore, in the fixing
First, the two objects, such as sliding between the fixing
図7は、摩擦現象を表すトライボロジー(摩擦学)の基本となるストリベック曲線を表している。図7では、横軸に油膜パラメータ(油膜厚さ:h、表面粗さ:Rとして、h/R)、縦軸に摩擦係数を表し、油膜を介在させた場合の液体潤滑、混合潤滑、境界潤滑の各形態における摩擦係数の変化を示している。図7に示しているように、摩擦係数は、混合潤滑から流体潤滑に至る領域において低く設定することができることが理解できる。
したがって、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部においても、混合潤滑から流体潤滑に至る領域の形態を実現することによって、定着ベルト62と低摩擦シート68との摩擦係数を小さくすることが可能となる。なお、固体潤滑の形態では、一般的に油膜等の潤滑剤を使用する摺動形態よりも摺動抵抗が大きく、かつ摩耗も生じ易いので適当でない。また、完全な流体潤滑の形態、すなわち摺動抵抗がシートの材質に拠らないレベルの潤滑剤量を摺擦面に介在させる形態は、これを長期に亘って維持することは困難であることから、実際上は困難を伴う。
FIG. 7 shows a Stribeck curve that is the basis of tribology (frictionology) representing the friction phenomenon. In FIG. 7, the horizontal axis represents the oil film parameter (oil film thickness: h, surface roughness: R, h / R), the vertical axis represents the friction coefficient, and liquid lubrication, mixed lubrication, and boundary when an oil film is interposed. The change of the friction coefficient in each form of lubrication is shown. As shown in FIG. 7, it can be understood that the coefficient of friction can be set low in a region from mixed lubrication to fluid lubrication.
Therefore, also in the sliding portion between the fixing
かかる観点に基づき、本実施の形態の定着装置60においては、低摩擦シート68の表面に凹凸を形成することによって、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出すとともに、定着ベルト62と接触する凸部では、定着ベルト62の移動に伴って、定着ベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート68の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出している。このように低摩擦シート68の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となる。
なお、凸部において、仮に局所的に潤滑剤が切れた境界潤滑の形態に陥っても、低摩擦シート68の表面シート682として摩擦係数の小さい材質が選択しておけば、凸部の面積は小さいので、摺動抵抗を低いレベルに抑えることができる。
Based on this point of view, in the fixing
In addition, even if the convex portion falls into the form of boundary lubrication in which the lubricant is locally cut, if a material having a small friction coefficient is selected as the
次に、具体的に、低摩擦シート68を構成するベース層681と表面シート682の材質について述べる。
ベース層681については、低摩擦シート68は定着熱とニップ圧とが加わるニップ部Nに配設されることから、耐熱性を有することに加えて、ニップ圧に抗して凹凸が潰されない程度の強度が求められる。かかる観点から、ベース層681は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の耐熱性・高強度・耐摩耗性の繊維を用い、これを編み込んで凹凸が形成されたシート状としたものが適している。
また、表面シート682は、耐熱性・低摩擦性の観点から、PFA、PTFE等のフッ素樹脂のシートや、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリイミドアミド等のシートが適している。表面シート682の厚さとしては、薄すぎると摩耗による破れが生じ易くなり、厚すぎるとベース層681の凹凸を表面に現出させることができないので、10〜50μmとするのが好ましい。
なお、潤滑剤が低摩擦シート68に浸潤した場合には、摺動部における潤滑剤量の減少を招いたり、潤滑剤がシリコンゴム等で形成された圧力パッド65の弾性部材651と接触して、それによってゲル化することで粘度が高くなり、これが摺動部に混入して摺動抵抗を増加させるという不都合を生じることから、表面シート682は潤滑剤に対する非吸収性を併せ持つことが好ましい。この観点からも、上記材質は優れている。
Next, the material of the
Regarding the
Further, from the viewpoint of heat resistance and low friction, the
When the lubricant infiltrates into the
さらに、表面シート682としては、定着装置60において使用される定着温度、ニップ部における荷重、目標とする製品寿命等によって、適当な潤滑剤と組み合わせることで、最も適した材料を選択することができる。
例えば、潤滑剤としてアミン変性シリコンオイルを用いる場合には、アミン変性シリコンオイルと反応して表面にアミン反応膜を形成し、摺動性が良好となるポリイミドシートを使用することが好ましい。特に、ポリイミドシートは、硬く摩耗に強いので、低摩擦シート68表面の凹凸による局所接触状態と潤滑剤保持性とを長期に亘って維持することができる。また、アミン反応膜による低摺動性とが合わさって、混合潤滑の形態を長期間維持することができ、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動性を長く良好に保つことが可能となる。
また、例えば、定着温度をより高温で使用する場合には、潤滑剤としてシリコン系のオイルを用いるよりも耐熱性の高いフッ素系のオイルを用いるのが好ましい。この場合には、フッ素樹脂であるPTFEシートを組み合わせて使用することが好ましい。PTFEシートは、フッ素オイルとの濡れ性が良好で、かつPTFE自体の摺動性が良好なため、定着ベルト62と低摩擦シート68との良好な摺動性を長期に亘り維持することができる。
Further, as the
For example, when amine-modified silicone oil is used as the lubricant, it is preferable to use a polyimide sheet that reacts with the amine-modified silicone oil to form an amine reaction film on the surface and has good sliding properties. In particular, since the polyimide sheet is hard and resistant to wear, the local contact state and the lubricant retention due to the unevenness on the surface of the
For example, when the fixing temperature is used at a higher temperature, it is preferable to use a fluorine-based oil having higher heat resistance than using a silicon-based oil as the lubricant. In this case, it is preferable to use a PTFE sheet which is a fluororesin in combination. Since the PTFE sheet has good wettability with fluorine oil and the slidability of PTFE itself is good, it is possible to maintain good slidability between the fixing
本実施例の定着装置では、低摩擦シート68として、ベース層681にガラス繊維を編み込んだガラスクロスを用い、表面シート682に厚さ30μmのPTFEシートを用いてガラスクロスの凹凸を表面に残すように接着している。定着装置60の総荷重が20kgfと比較的低荷重に設定することが可能であるため、摩耗が少ないことから、耐摩耗性は比較的強くはないが、摺動性に優れたPTFEシートを選択することができる。
潤滑剤としては、温度による粘度の変化が少なく、かつ定着ベルト62との濡れ性に優れた粘度300csのアミン変性シリコンオイルを用いている。
In the fixing device of the present embodiment, a glass cloth in which glass fibers are woven into the
As the lubricant, an amine-modified silicone oil having a viscosity of 300 cs, which has little change in viscosity due to temperature and excellent wettability with the fixing
そこで、本実施の形態の定着装置60において、かかる低摩擦シート68と潤滑剤とを用い、連続駆動を行った場合の加圧ロール61の駆動トルクの経時変化と、用紙Pにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行った。この実験では、低摩擦シート68にアミン変性シリコンオイルを2cc塗布し、定着ベルト62の定着温度を170℃に制御しながら、140mm/sのプロセススピードで連続駆動させた。そして、経過時間毎の摺動性の変化を加圧ロール61の駆動トルクで評価し、画像不良の発生の有無は実際にイエロー、マゼンタ、シアンの3層の未定着トナー像を全面に担持した坪量64gsmのA3紙をニップ部Nに通して定着することで評価した。また、それぞれの測定では、連続170℃で駆動させているそのままの状態(連続170℃モード)での測定と、連続駆動後定着装置60を一旦室温にまで戻してから、ウォームアップモードと同じ条件で再度起動させた直後の状態(朝一170℃モード)での測定との両方を実施した。
Therefore, in the fixing
これは、上記したように、従動側の定着ベルト62は駆動側の加圧ロール61の回転に伴って加圧ロール61から摩擦力を受けることによって回動していることから、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗を加圧ロール61の駆動トルクとして把握することができること、さらには定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗の上昇により、加圧ロール61による用紙Pの円滑な搬送が妨げられ、画像ずれや紙しわが発生することに基づき行ったものである。
その結果を表したものが図8および図9であり、図8は加圧ロール61の駆動トルクの経時変化を示した図であり、図9は、画像不良の発生の有無について示した図である。図8に示したように、本実施の形態の定着装置60では、連続170℃モードおよび朝一170℃モードの双方において、長時間に亘って低駆動トルクを維持しており、定着ベルト62と低摩擦シート68との良好な摺動性が維持されていることが確認された。また図9に示したように、駆動時間100時間経過の時点でも、紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生も全く認められなかった。
As described above, the driven fixing
FIG. 8 and FIG. 9 show the results, FIG. 8 is a diagram showing a change with time of the driving torque of the
さらに、100時間の実験終了後に定着装置60から定着ベルト62を取り外して内部を観察したところ、低摩擦シート68の摺擦面や定着ベルト62の内周面には充分な量の潤滑剤が残っていた。また、低摩擦シート68の裏面のシリコンゴムからなる圧力パッド65等への潤滑剤の回り込みはなく、初期に低摩擦シート68に塗布したアミン変性シリコンオイルが有効に使用されていることが確認された。さらに潤滑剤のゲル化も発生していなかった。
すなわち、長時間に亘って潤滑剤であるアミン変性シリコンオイルを低摩擦シート68の裏面等の摺動に利用されない無駄な場所に逃がすことなく、室温での起動時から定常状態に至るまで潤滑剤を有効に活用し、低摩擦シート68表面の凸部での局所接触状態と、潤滑剤保持性とを活かした良好な混合潤滑の形態と、凹部での流体潤滑の形態とを維持することができ、長期に亘って安定した定着ベルト62の回動を行うことが可能であることが確認された。さらに、潤滑剤が低摩擦シート68を浸潤することも抑制できるので、圧力パッド65との接触による潤滑剤のゲル化を抑えることができ、摺動性を悪化させることもない。また、凹部において保持された潤滑剤の入れ替わりも生じるので、潤滑剤がニップ部Nに滞留することもないので、熱によるゲル化の発生も抑えられる。
Further, when the fixing
That is, the lubricant from the start-up at the room temperature to the steady state without letting the amine-modified silicone oil that is the lubricant over a long period of time escape to a useless place such as the back surface of the
なお、本実施の形態の定着装置60では、潤滑剤を初期に低摩擦シート68に塗布し、その潤滑剤のみを用いて画像形成装置の寿命まで所定の摺動性の維持を図っているが、例えば、より長い画像形成装置の寿命目標に対しては、低摩擦シート68とは別体として、定着ベルト62の内周面に接触して潤滑剤を塗布する、多孔質であり潤滑剤を含浸できる材質からなる潤滑剤塗布部材を設ける構成としてもよい。この場合には、本実施の形態の定着装置60においては室温でも定着ベルトを回動させる必要があることから、潤滑剤塗布部材としては、低温でも潤滑剤を吐出できる部材であることが望ましい。
In the fixing
一方、比較例として、低摩擦シート68において、テフロン(商標名)樹脂を含浸させたガラス繊維シート(中興化学工業製:FGF400−4)と、潤滑剤(オイル)を保持し易いゴアテックス(商標名)とをそれぞれ用いて、上記の場合と同様の条件で、加圧ロール61の駆動トルクの経時変化と、用紙Pにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行った。その結果として、加圧ロール61の駆動トルクの経時変化を図10に示し、画像不良の発生の有無について図11に示した。図10に示すように、これらの材料で形成された低摩擦シート68では、初期状態では良好な摺動性が得られるものの、駆動時間が経過するにつれて加圧ロール61の駆動トルクが増加していることから、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動性が悪化していることが分かる。その結果、加圧ロール61では加圧ロール61を駆動する伝達ギヤ部での歯飛びの発生までも引き起こすことが確認されている。また図11に示すように、紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生も確認されている。
このように、本実施の形態の定着装置60では、比較例と比べて、格段の優位性を有することを実証することができた。
On the other hand, as a comparative example, in the
As described above, the fixing
次に、低摩擦シート68の表面の凹部の底部から凸部の頂点までの高さ(凹凸の高さ)について述べる。ここでは、低摩擦シート68の凹凸の高さと、定着ベルト62と低摩擦シート68との初期摺動性との関係について調べた。
図12は低摩擦シート68の凹凸の高さと加圧ロール61の初期駆動トルクの関係を示し、図13は低摩擦シート68の凹凸の高さと画像不良の発生の有無との関係を示している。なお、低摩擦シート68として、ベース層681がガラス繊維を編み込んだガラスクロスで形成され、表面シート682には厚さ20μmのポリイミド(PI)シートを用いてガラスクロスの両面を挟むように接着したものを用いた。また、初期駆動トルクとは、定着温度を170℃に制御しながら200mm/sのプロセススピードでの連続駆動を実施し、定着ベルト62や加圧ロール61が充分に温まり、駆動トルクが安定した状態で測定した加圧ロール61の駆動トルクである。さらに、画像不良の発生の有無は、OHPシートにY、M、Cの各色のトナー像のパッチ(5×5cm)を担持させ、これを定着速度50mm/s、定着温度170℃で定着させて評価したものである。なお、この場合の低摩擦シート68の凹凸の凸部の頂点から隣り合う凸部の頂点までの距離(凹凸のピッチ)は0.5mmに設定した。また、表面シート682は事前にアミン変性シリコンオイルを表面に充分に塗布した状態で、170℃の高温環境下に10時間放置し、表面にアミン変性シリコンオイルの反応膜を形成している。
Next, the height from the bottom of the concave portion on the surface of the
12 shows the relationship between the height of the unevenness of the
図12に示したように、低摩擦シート68の凹凸の高さが5μm以上であれば、初期駆動トルクは所望の低いレベルを実現できるという結果が得られた。これは、凹凸の高さが5μmより小さければ、低摩擦シート68の摺擦面は平滑面に近くなり、潤滑剤を保持する凹部が潤滑に介在するだけの潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール61の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。一方、凹凸の高さが5μm以上では、低摩擦シート68と定着ベルト62とは局所接触状態を形成し、またその凹部には流体潤滑に必要な充分な潤滑剤量を保持できるため、初期駆動トルクは所望の低いレベルとなると考えられる。なお、凹凸の高さが5μm以上において初期駆動トルクの変動が少ないのは、実際に摺動に使用されているのは、凹部に保持されている潤滑剤の表層部分だけであることから、凹凸の高さ(深さ)をこれ以上変化させても、摺動には影響がないためと予想することができる。
As shown in FIG. 12, when the height of the unevenness of the
また、画像不良の発生の有無に関しては、図13に示したように、凹凸の高さが40μm以上においてOHPシートに若干のスジが生じる場合がある。これは、定着ベルト62の厚さが400μm程度と薄いために、凹凸の高さが40μm以上である場合には定着ベルト62が低摩擦シート68の凹凸に倣って変形し易いためであると考えられる。すなわち、表面が変形し易い普通紙と違って変形し難いOHPシートでは、定着ベルト62を介して低摩擦シート68の凹凸の影響を受けてしまい、凹部において局所的にOHPシートと定着ベルト62との密着性が悪くなるためである。特に、定着ベルト62の厚みを、例えば100μm程度とさらに薄くした構成では、低摩擦シート68の凹凸による定着ベルト62の変形が生じ易く、OHPシートにおいてかかる不都合が生じ易くなる。
したがって、低摩擦シート68の凹凸の高さに関しては、5〜30μmの範囲に設定するのが好ましい。
Further, regarding the presence or absence of the occurrence of image defects, as shown in FIG. 13, there may be some streaks on the OHP sheet when the height of the unevenness is 40 μm or more. This is considered to be because the fixing
Accordingly, the height of the unevenness of the
次に、低摩擦シート68の表面の凸部の頂点から隣り合う凸部の頂点までの距離(凹凸のピッチ)について述べる。ここでは、低摩擦シート68の凹凸のピッチと、定着ベルト62と低摩擦シート68との初期摺動性との関係について調べた。
図14は低摩擦シート68の凹凸のピッチと加圧ロール61の初期駆動トルクの関係を示し、図15は低摩擦シート68の凹凸のピッチと画像不良の発生の有無との関係を示している。なお、初期駆動トルクの測定および画像の評価に関する条件は、上記した低摩擦シート68の凹凸の高さと、定着ベルト62と低摩擦シート68との初期摺動性との関係の場合と同様である。ただし、低摩擦シート68の凹凸の高さは20μmに設定した。
Next, the distance from the top of the convex portion on the surface of the
FIG. 14 shows the relationship between the uneven pitch of the
図14に示したように、加圧ロール61の初期駆動トルクに関しては、低摩擦シート68の凹凸のピッチが0.1〜1.0mmの範囲において最も低くなるという結果が得られた。これは、ピッチが0.1mmより細かい領域では、低摩擦シート68の摺擦面は平滑面に近くなり、潤滑剤を保持する凹部が潤滑に介在するだけの潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール61の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。一方、ピッチが1.0mmより粗い領域では、ニップ部Nにおけるニップ圧により、定着ベルト61の内周面が低摩擦シート68の凹凸に倣ってしまい、凹部から潤滑剤が押し出されるために充分な潤滑剤量を保持することができず、低摩擦シート68と定着ベルト62との摺擦抵抗が高くなって、加圧ロール61の初期駆動トルクが上昇したものと考えられる。
また、画像不良の発生の有無に関しては、図15に示したように、画像に関しては、問題となる程度の画像不良の発生は認められなかった。
したがって、低摩擦シート68の凹凸のピッチに関しては、0.1〜1.0mmの範囲に設定するのが好ましい。
As shown in FIG. 14, with respect to the initial driving torque of the
Further, regarding the presence / absence of occurrence of an image defect, as shown in FIG. 15, the occurrence of an image defect to the extent of a problem was not recognized for the image.
Therefore, it is preferable to set the uneven pitch of the
以上説明したように、本実施の形態の画像形成装置に用いられる定着装置60においては、低摩擦シート68の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出すとともに、定着ベルト62と接触する凸部では、定着ベルト62の移動に伴って、定着ベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート68の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出している。そのため、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Pは加圧ロール61と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
As described above, in the fixing
[実施の形態2]
実施の形態1では、加熱手段として電磁誘導加熱される定着ベルト62を用い、加圧手段として加圧ロール61を用いた定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態2では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源を有する定着ロールを用い、加圧手段として圧力パッドが押圧されたエンドレスベルトを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment, the image forming apparatus in which the fixing
図16は、本実施の形態における定着装置101の構成を示す側断面図である。図16に示すように、本実施の形態の定着装置101では、回動部材の一例としての定着ロール81、エンドレスベルト92、エンドレスベルト92を介して定着ロール81から押圧される圧力部材の一例としての圧力パッド65により主要部が構成されている。
FIG. 16 is a side sectional view showing a configuration of the fixing
定着ロール81は、金属製のコア(円筒状芯金)811の周囲に耐熱性弾性体層812、および離型層813を積層して構成されたものである。
定着ロール81の内部には、発熱源としてのハロゲンヒータ86が配設されている。一方、定着ロール81の表面には温度センサ89が接触して配置されている。図1に示した画像形成装置の制御部40は、この温度センサ89による温度計測値に基づいてハロゲンヒータ86の点灯を制御し、定着ロール81の表面温度が所定の設定温度(例えば、170℃)を維持するように調整している。
エンドレスベルト92は、圧力パッド65と、ベルト入口ガイド63aおよびベルト出口ガイド63bとによって、エンドレスベルト92が必要以上に変形せず、滑らかな略円形形状を保って回動できるように支持されている。そして、ニップ部Nにおいて定着ロール81に対して圧接されて配置されている。なお、エンドレスベルト92の軸方向の両端部には、エッジガイド(図示せず)が設けられ、エンドレスベルト92の軸方向への移動(ベルトウォーク)が規制されている。
The fixing
Inside the fixing
The
圧力パッド65は、エンドレスベルト92の内側において、エンドレスベルト92を介して定着ロール81に押圧される状態で配置され、定着ロール81との間でニップ部Nを形成している。圧力パッド65は、幅の広いニップ部Nを確保するためのプレニップ部材65aをニップ部Nの入口側に配置し、定着ロール81に歪みを与えるための剥離ニップ部材65bをニップ部Nの出口側に配置している。
さらに、エンドレスベルト92の内周面と圧力パッド65との摺動抵抗を小さくするために、プレニップ部材65aおよび剥離ニップ部材65bのエンドレスベルト92と接する面に摺動部材の一例としての低摩擦シート68が設けられている。そして、圧力パッド65と低摩擦シート68とは、金属製の圧力パッド固定部材64に保持されている。
The
Further, in order to reduce the sliding resistance between the inner peripheral surface of the
また、圧力パッド固定部材64には、ベルト入口ガイド63aおよびベルト出口ガイド63bが取り付けられ、エンドレスベルト92がスムーズに回動することができるように構成されている。すなわち、ベルト入口ガイド63aおよびベルト出口ガイド63bは、エンドレスベルト92内周面と摺擦するため、摩擦係数の小さな材質で形成されている。また、ベルト入口ガイド63aおよびベルト出口ガイド63bは、エンドレスベルト92から熱を奪い難いように熱伝導率の低い材質で形成されている。
In addition, a
定着ロール81は、図示しない駆動モータにより矢印C方向に回転し、この回転によりエンドレスベルト92も従動回転する。図1に示した画像形成装置の二次転写部20においてトナー像が静電転写された用紙Pは、定着入口ガイド56によって導かれて、ニップ部Nに搬送される。そして、用紙Pがニップ部Nを通過する際に、用紙P上のトナー像はニップ部Nに作用する圧力(ニップ圧)と、定着ロール81から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置101では、ほぼ定着ロール81の外周面に倣う凹形状のプレニップ部材65aによりニップ部Nを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。特に、プレニップ部材65aによって高いニップ圧をかけることで、溶融した複数のカラートナー像を混ぜ合わせて発色させたり、用紙Pの繊維内にトナーを埋め込んで、定着性を上げる働きを有している。
The fixing
加えて、本実施の形態の定着装置101では、定着ロール81の外周面に対し突出させて剥離ニップ部材65bを配置することにより、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)において定着ロール81の歪みが局所的に大きくなるように構成することもできる。このように剥離ニップ部材65bを配置すれば、定着後の用紙Pは、剥離ニップ部を通過する際に、局所的に大きく形成された歪みを通過することになるので、定着ロール81に巻き付くことのない用紙Pの剥離をより効果的に行うことができる。
特に、定着ロール81の歪みを局所的に大きくすることによって、ロール全体としては小さい歪み量で高い剥離性能を得ることが可能となる。そのため、定着ロール81の離型層813として、薄膜の耐熱性樹脂を用いた場合でも、耐熱性弾性体層812がニップ部Nを通過する際に圧縮の歪みを受けるのに応じて離型層813が引っ張りの歪みを受け、それが繰り返されることにより生じる、離型層813表面に発生するしわの発生を抑制できる。この離型層813のしわは、そのしわの部分と接触するトナー画像に転移するため、特にベタ画像などでは画像欠陥として、顕著に発生してしまう。かかる点を鑑みても、剥離ニップ部材65bは有効である。また、耐熱性弾性体層812と離型層813との間の剥がれ等も発生し難く、剥離性能の維持と併せて長期に亘る部品性能の信頼性を向上させることができる。
In addition, in the
In particular, by locally increasing the distortion of the fixing
さらには、定着ロール81の歪み量を小さく形成できるので、定着ロール81の耐熱性弾性体層812を薄肉化することができる。そのため、定着ロール81の熱容量を小さく構成できるので、ウォームアップタイムを短くするとともに、消費電力の低減を図ることもできる。また、熱伝導率の低い耐熱性弾性体層812を薄肉化できるため、定着ロール81の内面と外面との間の熱抵抗が小さくなって熱応答性の向上を図れるため、画像形成装置の高速化にも適している。
なお、剥離の補助手段として、定着ロール81のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ロール81の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ロール81と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
Furthermore, since the distortion amount of the fixing
Note that a peeling
次に、定着装置101を構成する各部材について詳細に述べる。まず定着ロール81では、コア811は、機械的強度に優れ、熱伝導率の高い材質で形成された円筒体であり、例えば、鉄、アルミニウム、SUS等の金属や合金、さらにはセラミック等で構成されている。コア811の外形および肉厚は、本実施の形態の定着装置101では、圧力パッド65の押圧力が小さいため、小径化、薄肉化を図ることができる。
耐熱性弾性体層812としては、耐熱性の高い弾性体であればどのような材料を用いることも可能である。特に、ゴム硬度が25〜40°(JIS−A)程度のゴム、エラストマ等の弾性体を用いるのが好ましく、具体的には、シリコンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。
Next, each member constituting the fixing
As the heat resistant
離型層813は、耐熱性の樹脂であればどのような樹脂を用いてもよく、例えばシリコン樹脂、フッ素樹脂等を用いることができるが、離型層813のトナーに対する離型性や耐摩耗性の観点から、フッ素樹脂が適している。フッ素樹脂としては、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重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体)等が使用できる。離型層813の厚みとしては、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜30μmである。離型層813の厚みが5μm未満であると、定着ロール81の歪みに基づき離型層813にしわが生じやすくなり、一方、50μmを超えると、離型層813が硬くなり、画像に光沢ムラ等の欠陥が生じる可能性が増え、ともに好ましくないからである。
本実施の形態の定着装置101では、肉厚0.4mmの鉄製のコア811に、肉厚0.6mmでゴム硬度が30°(JIS−A)のシリコンゴムを耐熱性弾性体層812として形成し、離型層813には、厚さ30μmのPFAを被覆した、外径が26mmの定着ロール81を用いている。
The
In the
エンドレスベルト92は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の定着ロール81側の面または両面に被覆された離型層とから構成されている。ベース層は、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等のポリマーやSUS、ニッケル、銅等の金属により形成され、その厚みは、30〜200μm、好ましくは50〜125μm、より好ましくは75〜100μm程度である。ベース層の表面に被覆される離型層としては、フッ素樹脂、例えばPFA、PTFE、FEPで形成され、その厚みは5〜100μm、好ましくは10〜50μm程度である。
なお、エンドレスベルト92の層構成としてはこれに限らず、ベース層上に弾性層を設けた構成や、内周面にさらに摺動抵抗を低減するための層を設けた構成を採ることもできる。
本実施の形態の定着装置101では、エンドレスベルト92は、ベース層が80μmのポリイミドで形成し、離型層として30μmのPFAをコーティングしている。
The
The layer configuration of the
In the
圧力パッド65は、上述したように、単一の部材で構成しても、機能の異なる複数の部材で構成してもよいが、本実施の形態の定着装置101では、プレニップ部材65a、剥離ニップ部材65bで構成されている。プレニップ部材65aは、シリコンゴムやフッ素ゴム等の弾性体や板バネ等を用いることができ、定着ロール81側の面は、ほぼ定着ロール81の外周面に倣う凹形状で形成されている。
剥離ニップ部材65bは、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の耐熱性を有する樹脂、または鉄、アルミニウム、SUS等の金属、さらにはセラミックで構成されている。剥離ニップ部材65bの形状としては、ニップ部Nにおける外面形状が一定の曲率半径を有する凸曲面状に形成される。
本実施の形態の定着装置101では、圧力パッド65は、平均厚さ3mmのシリコンゴムからなるプレニップ部材65aと、アルミニウムからなる剥離ニップ部材65bとで構成されている。
As described above, the
The peeling
In the
また、ベルト入口ガイド63aおよびベルト出口ガイド63bは、上述したように、エンドレスベルト92の内周面と摺擦するため、摩擦係数が低く、かつ、エンドレスベルト92から熱を奪い難いように熱伝導率が低い材質が適しており、PFAやPPS等の耐熱性樹脂が用いられる。
圧力パッド固定部材64のエンドレスベルト92との当接部には、定着装置101の長手方向に亘って、潤滑剤塗布部材67が配設されている。潤滑剤塗布部材67は、エンドレスベルト92内周面に対し、アミン変性シリコンオイル等の潤滑剤を適量供給することで、低摩擦シート68を介したエンドレスベルト92と圧力パッド65との摺動抵抗をさらに低減し、エンドレスベルト92の円滑な回動を図っている。
Further, as described above, the
A
さらに、本実施の形態の定着装置101においては、実施の形態1と同様に、低摩擦シート68の摺擦面には凹凸を形成している。このように構成することによって、エンドレスベルト92の内周面と低摩擦シート68の摺擦面との接触面積を小さくすることができる。さらに、低摩擦シート68の摺擦面の凹部に潤滑剤を保持できるので、エンドレスベルト92の移動に伴って、エンドレスベルト92の内周面と低摩擦シート68の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート68の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことができ、エンドレスベルト92と圧力パッド65との間の摺動抵抗を小さい状態に維持することができる。これによって、用紙Pを定着ロール81と等速に安定して搬送することが可能となり、画像ずれや用紙Pへの紙しわの発生が抑えられる。
Further, in the
具体的には、低摩擦シート68は、実施の形態1と同様に構成され、耐熱性を有することに加えて、ニップ圧に抗して凹凸が潰されない程度の強度、さらにはエンドレスベルト92との摺擦に耐え得る耐摩耗性といった観点から、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維を用い、これを編み込んで凹凸が形成されたシート状としたベース層681と、耐熱性・低摩擦性の観点から、PFA、PTFE等のフッ素樹脂のシートや、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリイミドアミド等のシートからなる表面シート682とが積層して形成されている。なお、低摩擦シート68は、プレニップ部材65aや剥離ニップ部材65bと別体に構成しても、プレニップ部材65aや剥離ニップ部材65bと一体的に構成しても、いずれでもよい。本実施の形態の定着装置101では、低摩擦シート68はプレニップ部材65aや剥離ニップ部材65bと別体に構成し、一端を圧力パッド固定部材64に固定して、圧力パッド65とエンドレスベルト92との間に挟持されるように構成している。
Specifically, the low-
ところで、本実施の形態の定着装置101では、定着ロール81に対してエンドレスベルト92を介して圧力パッド65を35kgfの荷重で押し当てることで、6mm強のニップ幅を形成し、A4サイズのカラー画像を35ppm、白黒画像を40ppmでプリントする能力を備えている。その際、上記の構成により、ハロゲンヒータ86に1200Wの電力を供給することで、室温から190℃まで約20秒のウォームアップタイムを実現し、優れたオンデマンド性、省エネルギーを達成している。
そして、本実施の形態の定着装置101においては、低摩擦シート68として、ベース層681がガラス繊維を編み込んだシートガラスクロスで形成され、表面シート682には厚さ20μmのポリイミド(PI)シートを用いてガラスクロスの両面を挟むように接着し(PI/ガラスクロス積層シート)、さらに、低摩擦シート68表面の凹凸の高さを20μm、ピッチを0.5mmとしたものを用いている。
By the way, in the
In the
ここで、かかる低摩擦シート68を配設した本実施の形態の定着装置101においても、連続駆動を行った場合の定着ロール81の駆動トルクの経時変化と、用紙Pにおける紙しわや画像ずれ等の画像不良の発生の有無に関する実験を行い、エンドレスベルト92と低摩擦シート68との摺動抵抗の変化を測定した。なお比較例として、ガラスクロスにPTFEを含浸させたシート(中興化学製:FGF400−4)を用いた従来の低摩擦シートについても、同様の条件での実験を行った。
かかる実験では、定着ロール81の定着温度を170℃に制御しながら、白黒モード(40ppm)に相当するプロセススピード200mm/sでの連続駆動を行い、定着ロール81の駆動トルクを測定するとともに、所定の時間終了毎に定着装置101を室温に冷やした状態から通常の起動を行って(朝一モード)、この起動直後に白黒のハーフトーン画像の未定着トナー像を全面に、かつ両面に担持した坪量64gsmのA3紙を10枚通紙して、画像不良の有無を調べた。
なお、ここでは、潤滑剤として300csのアミン変性シリコンオイルを用い、実験開始時に低摩擦シート68上に2cc塗布した。すなわち、本実験では潤滑剤塗布部材67を設けず、イニシャル状態で塗布した2ccの潤滑剤を如何に有効に活用して、低摺動性を維持できるかという観点からの測定を行った。
Here, also in the
In this experiment, while controlling the fixing temperature of the fixing
Here, 300 cs of amine-modified silicone oil was used as a lubricant, and 2 cc was applied onto the
図17は、定着ロール81の駆動トルクの経時変化を、本実施の形態の低摩擦シート(PI/ガラスクロス積層シート)68と従来の低摩擦シート(FGF400−4)とについて示した図である。図17に示すように、従来の低摩擦シートでは、連続駆動10時間の時点で定着ロール81の駆動トルクの上昇が見られるのに対し、本実施の形態の低摩擦シート68である摺擦面の凹凸のピッチが0.5mm、凹凸の高さが20μmであるPI/ガラスクロス積層シートは、100時間の時点でもイニシャル状態と略同様の駆動トルクを示し、駆動トルクの上昇は殆ど生じなかった。
一方、紙しわや画像ずれ等の画像不良に関しては、従来の低摩擦シートでは、10時間の時点では画像不良の発生はなかったが、30時間の時点で10枚中8枚に紙しわが発生した。これに対して、本実施の形態の低摩擦シート68では、100時間の時点でも画像不良は生じなかった。
本実験によっても、本実施の形態の定着装置101における格段の優位性が確認された。
FIG. 17 is a diagram showing the change over time of the driving torque of the fixing
On the other hand, with regard to image defects such as paper wrinkles and image misalignment, the conventional low friction sheet did not generate image defects at 10 hours, but paper wrinkles occurred at 8 out of 10 sheets at 30 hours. did. On the other hand, in the
Also in this experiment, the superiority of the fixing
このように、本実施の形態の定着装置101においても、低摩擦シート68の表面に凹凸を形成することで、エンドレスベルト92と低摩擦シート68との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出し、エンドレスベルト92と接触する凸部では、エンドレスベルト92の移動に伴って、エンドレスベルト92の内周面と低摩擦シート68の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート68の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出すことができる。そのため、エンドレスベルト92と低摩擦シート68との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、エンドレスベルト92と低摩擦シート68との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Pは定着ロール81と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
As described above, also in the
[実施の形態3]
実施の形態1では、加熱手段として電磁誘導により加熱される定着ベルト62を用い、加圧手段として加圧ロール61を用いた定着装置60が搭載された画像形成装置について説明した。実施の形態3では、図1に示した画像形成装置に搭載する定着装置であって、加熱手段として発熱源が押圧された定着ベルトを用いた定着装置について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, the image forming apparatus in which the fixing
図18は、本実施の形態における定着装置102の構成を示す側断面図である。図18に示すように、本実施の形態の定着装置102では、定着ベルト62が用紙Pのトナー像担持面側に配置されている。定着ベルト62の内側に発熱源の一例としての抵抗発熱体であるセラミックヒータ82が配設され、セラミックヒータ82からニップ部Nに熱を供給するように構成している。
セラミックヒータ82は、加圧ロール61側の面がほぼ加圧ロール61の外周面に倣う凹形状で形成され、定着ベルト62を介して加圧ロール61に押圧される状態で配置され、ニップ部Nを形成している。したがって、セラミックヒータ82は圧力部材としても機能している。またセラミックヒータ82は、ニップ部Nの出口領域(剥離ニップ部)に向かうほど厚みが大きく構成され、剥離ニップ部ほど大きなニップ圧を形成するとともに、剥離ニップ部における定着ベルト62の曲率半径が小さくなるように構成されている。これによって、定着後の用紙Pが剥離ニップ部を通過する際に、定着ベルト62の小さな曲率半径によって定着ベルト62に巻き付くことなく用紙Pを剥離することが可能である。
さらに、定着ベルト62内周面とセラミックヒータ82との間には低摩擦シート68が配設されている。この低摩擦シート68は、セラミックヒータ82と別体に構成しても、セラミックヒータ82と一体的に構成しても、いずれでもよい。
FIG. 18 is a side sectional view showing a configuration of the fixing
The ceramic heater 82 is formed in a concave shape in which the surface on the
Further, a
一方、加圧ロール61は定着ベルト62に対向するように配置され、図示しない駆動モータにより矢印D方向に回転し、この回転により定着ベルト62が従動回転するように構成されている。加圧ロール61は、コア (円筒状芯金)611と、コア611の外周面に被覆した耐熱性弾性体層612と、さらに耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層613とが積層されて構成されている。また、本実施の形態の定着装置102では、定着ベルト62は、原形が円筒形状に形成された無端ベルトであり、ベース層と、このベース層の加圧ロール61側の面または両面に被覆された離型層とから構成されている。
また、剥離の補助手段として、定着ベルト62のニップ部Nの下流側に、剥離部材70を配設することも可能である。剥離部材70は、剥離バッフル71が定着ベルト62の回転方向と対向する向き(カウンタ方向)に定着ベルト62と近接する状態でホルダ72によって保持されている。
On the other hand, the
Further, as a peeling auxiliary means, a peeling
そして、図1に示した画像形成装置の二次転写部20においてトナー像が静電転写された用紙Pは、定着入口ガイド56によって定着装置102のニップ部Nに導かれる。用紙Pがニップ部Nを通過する際には、用紙P上のトナー像は、ニップ部Nに作用する圧力と、定着ベルト62側のセラミックヒータ82から供給される熱とによって定着される。本実施の形態の定着装置102でも、ほぼ加圧ロール61の外周面に倣う凹形状のセラミックヒータ82によりニップ部Nを広く構成することができるため、安定した定着性能を確保することができる。
The paper P on which the toner image has been electrostatically transferred in the
ここで、本実施の形態の定着装置102においては、低摩擦シート68の表面に凹凸を形成することで、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において局所接触を実現するとともに、凹部において潤滑剤を保持している。これによって、潤滑剤を保持している凹部では流体潤滑に近い形態を作り出し、定着ベルト62と接触する凸部では、定着ベルト62の移動に伴って、定着ベルト62の内周面と低摩擦シート68の摺擦面の凸部との間に低摩擦シート68の凹部に保持された潤滑剤を送り出すことで、混合潤滑に近い形態を作り出すことができる。そのため、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動部において混合潤滑から流体潤滑に至る領域に近い形態を作り出すことが可能となるので、定着ベルト62と低摩擦シート68との摺動抵抗の低減を長期に亘り安定して維持することが可能となった。その結果、用紙Pは加圧ロール61と等速に安定して搬送することができ、紙しわの発生や画像ずれを抑制することができる。
Here, in the
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置への適用がある。また、インクジェット方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置への適用、例えば記録紙(用紙)上に担持された未乾燥インク像を乾燥する定着装置への適用がある。 As an application example of the present invention, application to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic method, for example, application to a fixing apparatus that fixes an unfixed toner image carried on a recording paper (paper). is there. Further, there is application to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an ink jet method, for example, a fixing device that dries an undried ink image carried on a recording paper (paper).
1Y,1M,1C,1K…画像形成ユニット、11…感光体ドラム、12…帯電器、13…レーザ露光器、14…現像器、15…中間転写ベルト、16…一次転写ロール、17…ドラムクリーナ、20…二次転写部、60,101,102…定着装置、61…加圧ロール、62…定着ベルト、63a…ベルト入口ガイド、63b…ベルト出口ガイド、64…圧力パッド固定部材、65…圧力パッド、65a…プレニップ部材、65b…剥離ニップ部材、66…温度均一化ロール、67…潤滑剤塗布部材、68…低摩擦シート、69…エッジガイド、70…剥離部材、80…磁場発生手段、81…定着ロール、82…セラミックヒータ、86…ハロゲンヒータ、89…温度センサ 1Y, 1M, 1C, 1K ... image forming unit, 11 ... photosensitive drum, 12 ... charger, 13 ... laser exposure device, 14 ... developing device, 15 ... intermediate transfer belt, 16 ... primary transfer roll, 17 ... drum cleaner , 20 ... Secondary transfer section, 60, 101, 102 ... Fixing device, 61 ... Pressure roll, 62 ... Fixing belt, 63a ... Belt inlet guide, 63b ... Belt outlet guide, 64 ... Pressure pad fixing member, 65 ... Pressure Pad, 65a ... Pre-nip member, 65b ... Peeling nip member, 66 ... Temperature equalizing roll, 67 ... Lubricant coating member, 68 ... Low friction sheet, 69 ... Edge guide, 70 ... Peeling member, 80 ... Magnetic field generating means, 81 ... Fixing roll, 82 ... Ceramic heater, 86 ... Halogen heater, 89 ... Temperature sensor
Claims (16)
前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。 A pivotable pivot member;
An endless belt movable while contacting the rotating member;
A pressure member that is disposed inside the endless belt, presses the endless belt against the rotating member, and forms a nip portion through which the recording material passes between the rotating member and the endless belt;
A fixing device comprising: a sliding member provided between the endless belt and the pressure member and having a concavo-convex formed on a friction surface with the endless belt.
発熱源を有し、前記加圧ロールに接触しながら従動可能な定着ベルトと、
前記定着ベルトの内側に配置され、前記定着ベルトを前記加圧ロールに圧接させて当該定着ベルトと当該加圧ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記定着ベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該定着ベルトと局所接触する摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。 A pressure roll that is elastically deformed and is connected to a drive source and rotatable;
A fixing belt that has a heat source and can be driven while in contact with the pressure roll;
A pressure member that is disposed inside the fixing belt and that presses the fixing belt against the pressure roll to form a nip portion through which a recording material passes between the fixing belt and the pressure roll;
A fixing device comprising: a sliding member provided between the fixing belt and the pressure member and in local contact with the fixing belt.
前記定着ロールに接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、前記エンドレスベルトを前記定着ロールに圧接させて当該エンドレスベルトと当該定着ロールとの間に記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトと局所接触する摺動部材と
を備えたことを特徴とする定着装置。 A rotatable fixing roll having a heat source and elastically deforming the surface;
An endless belt movable while contacting the fixing roll;
A pressure member disposed inside the endless belt, and press-contacting the endless belt to the fixing roll to form a nip portion through which a recording material passes between the endless belt and the fixing roll;
A fixing device comprising: a sliding member provided between the endless belt and the pressure member and in local contact with the endless belt.
前記トナー像形成手段によって形成されたトナー像を記録材上に転写する転写手段と、
前記記録材上に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着手段とを含み、
前記定着手段は、
回動可能な回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動可能なエンドレスベルトと、
前記エンドレスベルトの内側に配置され、当該エンドレスベルトを前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該エンドレスベルトとの間に前記記録材が通過するニップ部を形成する圧力部材と、
前記エンドレスベルトと前記圧力部材との間に設けられ、当該エンドレスベルトとの摺擦面に凹凸が形成された摺動部材と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 Toner image forming means for forming a toner image;
Transfer means for transferring the toner image formed by the toner image forming means onto a recording material;
Fixing means for fixing the toner image transferred onto the recording material to the recording material,
The fixing means is
A pivotable pivot member;
An endless belt movable while contacting the rotating member;
A pressure member that is disposed inside the endless belt, presses the endless belt against the rotating member, and forms a nip portion through which the recording material passes between the rotating member and the endless belt;
An image forming apparatus comprising: a sliding member provided between the endless belt and the pressure member and having a concavo-convex formed on a friction surface with the endless belt.
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- 2003-09-01 JP JP2003309154A patent/JP2005077847A/en active Pending
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