JP4379638B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、記録媒体上の未定着トナーを溶融圧着し、記録媒体に定着させるために使用する定着装置、特に、電子画像形成装置用の定着装置に関する。
背景技術
従来、電子画像形成装置用の定着装置においては、従前のヒートローラ定着方式ではなく、例えば図13に特開平6−318001号公報に記載の技術として示されるように、定着ローラR1と加熱ローラR3との間に定着ベルトBを張設し、この定着ベルトBを介して下方より定着ローラR1を押圧する加圧ローラR2を設けたベルト定着方式により、記録媒体Dを予熱することを組み合わせた技術が開発されている。
このような記録媒体Dへの予熱により、加圧ローラR2と定着ベルトBとのニップ部の温度を低く設定することができ、熱容量の小さい定着ベルトBを用いることで、記録媒体Dのニップ部の通過時に、定着ベルトBの温度を急速に冷却させることが可能となる。また、この冷却により、ニップ部の出口での定着ベルトBと分離するトナーの凝集力を高めることができ、この凝集力の高まりにより、定着ベルトBとトナーの離型性を高めて、オイルレス或いは微量のオイルしか塗布しない状態でも、オフセットのない、鮮明な定着画像が得られることになる。このように、ベルト定着方式は、従来の加熱ローラ方式では解決できなかった離型性とオイル塗布との両方の問題が一挙に解決した定着装置を提供するものである。
ここで、図13に示す従来構成のベルト定着方式の定着装置の構成を概略的に説明すると、定着ローラR1と、加圧ローラR2と、加熱兼テンションローラR3とを備え、定着ローラR1と加熱兼テンションローラR3との間には、定着ベルトBが張設されている。この定着ベルトBの上部には、オイル塗布ローラR4が配設されており、定着ベルトBの下部には、隙間をあけてガイド板Gが配設されている。この定着ベルトBの下部とガイド板Gとの間の空間から、記録媒体Dの予熱通路が規定されている。
一方、加熱兼テンションローラR3の内部には、加熱源Hが備えられており、更に、補助的に定着ローラR1や加圧ローラR2の内部に加熱源を設ける場合もありえる。また、定着ベルトBの温度を制御するために、定着ベルトBの非通紙部に接触する状態で、サーミスタSが設けられている。
しかしながら、上述した構成を有する従来構成のベルト定着式の定着装置においては、記録媒体Dの搬送速度を上昇させて単位時間当たり(例えば、1分間当たり)の処理枚数を増やそうとすると、加熱源Hの発熱量を増大せざるをえず、また、ニップ部におけるニップ幅を大きくとらざるをえない状況にある。
一方、記録媒体Dを予熱するとの観点から見れば、ガイド板G自身も、定着ベルトBからの放熱(輻射熱)を受けて温度上昇し、記録媒体Dを下面から加熱する状態にはあり、これによる予熱の効果が期待される。しかしながら、このガイド板Gの加熱は、記録媒体Dがガイド板Gに搬送されはじめた初期段階だけの現象であって、記録媒体Dがガイド板G上を通過しはじめると、この記録媒体D自身がガイド板Gからの熱を奪うと共に、定着ベルトBからの輻射熱を遮断することとなり、実質的にガイド板Gによる記録媒体Dの継続的な予熱は期待できない状況にある。
また、定着ベルトBによる記録媒体Dの予熱効果を高めるために、ガイド板Gと定着ベルトBの下部との間の隙間を狭めて、ガイド板G上を通過する記録媒体Dを定着ベルトBの下部に近接させることが考えられる。しかしながら、あまり記録媒体Dを定着ベルトBの下部に近接させると、トナー像が形成された記録媒体Dの上面が定着ベルトBの下部に擦れ、トナー像が乱れる虞があり、ある程度の隙間が必要となる状況にある。
更に、ガイド板Gは固定された状態で配置されているため、これの上をスライド(摩擦接触)する状態で搬送される記録媒体Dにとっては、搬送時の負荷として作用することになり、上述したような記録媒体Dの搬送速度の上昇時には、特に、この搬送負荷が良好な搬送状態を達成する観点で、悪影響として強く作用する状況にある。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、この発明の主たる目的は、記録媒体の予熱をより効果的に達成して、記録媒体の搬送速度の上昇を達成することのできる定着装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、記録媒体が予熱を受けている最中に、定着ベルトに擦れてトナー像が乱れる虞を解消することのできる定着装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、記録媒体が予熱を受けている最中に、これの搬送負荷を極力低減して、確実な搬送状態を達成することのできる定着装置を提供することである。
発明の開示
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着装置は、定着ローラと、この定着ローラに転接するように付勢される加圧ローラとを備え、未定着トナーが表面上に担持されたシートが、前記定着ローラ及び加圧ローラの転接部を一方向に沿って通過することにより、前記未定着トナーを前記シート上に定着させる定着装置において、前記定着ローラから離間して配設された第1の発熱手段と、前記第1の発熱手段からの熱伝達を受けて前記転接部を通過する前記シートを加熱する熱伝達手段と、前記加圧ローラの前記一方向に関して上流側に位置し、前記第1の発熱手段からの熱伝達を前記熱伝達手段を介して受けて加熱され、前記転接部を通過する前の前記シートを、前記未定着トナーが担持されていない裏面から予熱すると共に、該シートを前記転接部に向けて搬送する予熱・搬送手段とを具備し、前記熱伝達手段は、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと前記定着ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有して前記発熱手段の熱を前記定着ローラに熱伝達する第1の熱伝達ベルトとを備え、前記予熱・搬送手段は、前記定着ローラの下方に位置する前記加圧ローラの前記一方向に関して上流側に配設された支持ローラと、この支持ローラと前記加圧ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有すると共に前記シートを上側辺上に密着させて前記転接部に搬送する第2の熱伝達ベルトとを備え、前記第1の熱伝達ベルトと第2の熱伝達ベルトとの間は、該第2の熱伝達ベルト上を搬送される前記シートが前記転接部以前に該第1の熱伝達ベルトに接触しないように離間されていることを特徴としている。
また、この発明は、前記加圧ローラが、前記定着ローラの直下方よりも前記一方向に関して下流側に偏倚した位置に配設され、一方、前記第2の熱伝達ベルトの上側辺が前記転接部に向かって上り傾斜状態で向かうように設定されている。
また、この発明は、前記熱伝達手段が、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと前記定着ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有して前記発熱手段の熱を前記定着ローラに熱伝達する第1の熱伝達ベルトとを備え、前記搬送・予熱手段は、前記加圧ローラの前記一方向に関して上流側に配設された支持ローラと、この支持ローラと前記加圧ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有する第2の熱伝達ベルトとを備えるように構成されている。
また、この発明は、前記第2の熱伝達ベルトが、これの走行に応じて前記シートを前記転接部に向けて搬送すると共に、前記加圧ローラよりの熱伝達を受けて加熱されて放熱し、前記シートを裏面から予熱するように構成されている。
また、この発明は、前記第2の熱伝達ベルトを加熱するための第2の発熱手段を更に具備するように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記加熱ローラに内蔵されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段がハロゲンランプを備えるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記加熱ローラの内周面に取り付けられた面状発熱体を備えるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記加熱ローラ外で、前記第1の熱伝達ベルトに対向する状態で配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記加熱ローラの外周面に取り付けられた面状発熱体を備えてるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記第1の熱伝達ベルトを誘導加熱により発熱させる誘導加熱手段であるように構成されている。
また、この発明は、前記誘導加熱手段が前記定着ローラと加熱ローラとの間に位置すると共に、前記第1の熱伝達ベルトの走行方向に関して前記転接部の上流側に位置する前記第1の熱伝達ベルトの部分を誘導加熱するように配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の熱伝達ベルトが、エンドレス状の金属製基材と、この金属製基材の外周面に被覆された離型層とを備えて形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記金属製基材がニッケル電鋳ベルトから形成されるこように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記第1の熱伝達ベルトに対向して配設されたハロゲンランプを備えるように構成されている。
また、この発明は、前記第2の発熱手段が前記加圧ローラに内蔵されるこように構成されている。
また、この発明は、前記第2の発熱手段が前記支持ローラに内蔵されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記定着ローラの前記一方向に関して上流側に離間して配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が前記一方向と交差する方向に沿って前記定着ローラから離間して配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の発熱手段が、前記定着ローラに前記加圧ローラが転接する側とは反対側に、該定着ローラから離間して配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記加熱ローラが、前記第1の熱伝達ベルトから放熱される熱が、前記定着部を通過する前の前記シートを予熱することが出来る予熱影響範囲内に配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記加熱ローラが、前記第1の熱伝達ベルトから放熱される熱が、前記定着部を通過する前の前記シートを予熱することが出来る予熱影響範囲外に配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の熱伝達ベルトと第2の熱伝達ベルトとの間が、該第2の熱伝達ベルト上を搬送される前記シートが前記転接部以前に該第1の熱伝達ベルトに接触しないように離間されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の熱伝達ベルトが、前記第2の熱伝達ベルト上を搬送される前記シートが通過する可能性のある領域を外れた位置に配設されるように構成されている。
また、この発明は、前記加圧ローラを回転駆動する駆動手段を更に具備し、前記第1の熱伝達ベルトは、該加圧ローラと前記第2の熱伝達ベルトを介して摩擦係合することにより、走行駆動され、前記定着ローラは、該第1の熱伝達ベルトを介して、該加圧ローラの回転により連れ回りにより回転駆動されるように構成されている。
また、この発明は、前記第1の熱伝達ベルトが、エンドレス状の基材と、この基材の外周面に被覆された離型層とを備えて形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記エンドレス状の基材が金属製であるように構成されている。
また、この発明は、前記金属製の基材が、ニッケル電鋳ベルトから形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記エンドレス状の基材が、合成樹脂製であるように構成されている。
また、この発明は、前記合成樹脂製の基材がポリイミド樹脂製ベルトから形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記第2の熱伝達ベルトが、エンドレス状の基材と、この基材の外周面に被覆された離型層とを備えて形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記エンドレス状の基材は、合成樹脂製であるように構成されている。
また、この発明は、前記合成樹脂製の基材がポリイミド樹脂製ベルトから形成されるように構成されている。
また、この発明は、前記第2の熱伝達ベルトが、エンドレス状の基材と、この基材の外周面に被覆され、帯電可能な材料から形成された表面層とを備えるように構成されている。
また、この発明は、前記第2の熱伝達ベルトに対向する状態で配設され、該第2の熱伝達ベルトを帯電させて、前記シートを該第2の熱伝達ベルトに吸着する帯電手段を更に具備するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
図1は、この発明に係わる定着装置の一実施例の構成を示す正面図であり、
図2は、図1に示す定着装置に備えられる加熱ローラへのカラーの取付け状態を示す正面図であり、
図3は、図1に示す定着装置に備えられるオイル塗布ローラの構成を単独に取り出した状態で示す側面図であり、
図4は、図1に示す一実施例の構成の定着装置の第1の変形例を示す正面図であり、
図5は、図1に示す一実施例の構成の定着装置の第2の変形例を示す正面図であり、
図6は、図1に示す一実施例の構成の定着装置の第3の変形例を示す正面図であり、
図7は、この発明に係わる定着装置の他の実施例の構成を示す正面断面図でり、
図8は、図7に示す定着装置における定着ローラと加圧ローラとの転接状態を示す図であり、
図9は、図7に示す定着装置における駆動機構の構成を取り出して示す正面図であり、
図10は、図7に示す定着装置における定着ローラに対する加熱ローラの配設位置の許容範囲を調べるために行われた実験例における構成角度を示す図であり、
図11Aは、この発明に係わる定着装置に備えられる第1の発熱手段の第1の変形例の構成を取り出して示す正面図であり、
図11Bは、この発明に係わる定着装置に備えられる第1の発熱手段の第2の変形例の構成を取り出して示す正面図であり、
図11Cは、この発明に係わる定着装置に備えられる第1の発熱手段の第3の変形例の構成を取り出して示す正面図であり、
図11Dは、この発明に係わる定着装置に備えられる第1の発熱手段の第4の変形例の構成を取り出して示す正面図であり、
図12Aは、この発明に係わる定着装置に備えられる第2の発熱手段の第1の変形例の構成を示す正面図であり、
図12Bは、この発明に係わる定着装置に備えられる第2の発熱手段の第2の変形例の構成を示す正面図であり、
図13は、従来技術に係わる定着装置の構成を概略的に示す正面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に、この発明に係わる定着装置の一実施例の構成を、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。尚、この一実施例においては、この定着装置は、電子画像形成装置として、例えば、ゼオグラフィーを利用した電子複写装置に適用した場合につき説明するが、電子画像形成装置としてはこの電子複写装置に限定されることなく、電子ファクシミリ装置、電子プリンタ装置等にも適用することができることは言うまでもない。
{定着装置10の概略説明}
先ず、図1に示すように、この実施例の定着装置10は、ハウジング構造として、図示しない電子画像形成装置のフレームに固定されるハウジング12を備えており、このハウジング12は、装置フレーム上に直接的に固定される基台14と、この基台14上に起立する状態で固設された左右一対の主取り付けスティ16と、両主取り付けスティ16の上部を互いに連結する天板部18と、この基台14上に、主取り付けスティ16に対して図中右側(即ち、記録媒体としての未定着トナーが上面に担持された記録紙(以下、未定着シートSと呼ぶ。)の搬送方向に関して上流側)に起立した状態で、この未定着シートSの搬送方向に沿って移動可能に取り付けられた副取り付けスティ20とを備えて構成されている。
ここで、図中矢印で示す左方向が、未定着シートSが搬送される一方向としての搬送方向として規定されている。即ち、上述した主取り付けスティ16及び副取り付けスティ20は、一方向に沿って搬送される未定着シートSの左右の両側に位置し、この一方向に沿って夫々延出する状態で配設されている。
また、この定着装置10は、ローラ構成として、両主取り付けスティ16に自身の中心軸線回りに回転自在に軸支された定着ローラ22と、両主取り付けスティ16に、定着ローラ22の下方でこれに圧接可能な状態で略上下方向に沿って移動可能に、且つ、自身の中心軸線回りに回転自在に支持された加圧ローラ24と、両主取り付けスティ16に、未定着シートSの搬送方向に関して定着ローラ22の上流側に配設され、該搬送方向に沿って移動可能に取り付けられると共に、自身の中心軸線回りに回動自在に支持され、内部に例えばハロゲンランプ等の発熱源26を内蔵した加熱兼テンションローラ(以下、単に加熱ローラと呼ぶ。)28と、両副取り付けスティ20に自身の中心軸線回りに回転自在に支持された支持ローラ30とを備えて構成されている。
更に、この定着装置10は、ベルト構成として、定着ローラ22と加熱ローラ28とに渡り巻回されたエンドレスの定着ベルト(第1の熱伝達ベルト)32と、加圧ローラ24と支持ローラ30とに渡り巻回されたエンドレスの搬送・予熱ベルト(第2の熱伝達ベルト)34とを備えて構成されている。ここで、両ベルト32、34の間は、未定着シートSが両ベルト32、34により予熱されつつ搬送される予熱通路Pとして規定されている。
また、この定着装置10は、定着ベルト32のテンションを一定に保持し、定着ベルト32の外表面にシリコーンオイルを塗布すると共に、この定着ベルト32の外表面をクリーニングするためのオイル塗布ローラ36と、加熱ローラ28を定着ローラ22から離間する方向に偏倚させて、オイル塗布ロローラ6と協同して定着ベルト32に所定のテンションを付与させるテンションレバー38と、加圧ローラ24を定着ローラ22に近接する方向に偏倚させて、加圧ローラ24を定着ローラ22に圧接させる加圧レバー40とを更に備えている。
このように概略構成される定着装置10においては、搬送・予熱ベルト34の図中反時計方向回りの走行に応じて、これの上に搬送されてきた未定着シートSは、定着ベルト32と搬送・予熱ベルト34との転接部(ニップ部)に向けて搬送され、両ベルト32、34の間を圧接された状態で挿通されることにより、トナーが熱圧着されてシート上に定着されるように設定されている。
{定着ローラ22の説明}
上述した定着ローラ22は、主取り付けスティ16に形成された円形状の第1の支軸穴16Aにベアリングを介して回転自在に軸支される芯金部22Aと、この芯金部22Aの外周に同軸に配設され、定着ベルト32が巻回されるローラ本体22Bとを備えて構成され、ローラ外径を20mmに設定されている。ここで、この実施例において、芯金部22Aは、直径12mmの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体22Bは、芯金部22Aの外周に厚さ4mmで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体(具体的には、シリコーンゴムスポンジ;アスカーC硬度30度品)から形成されている。
尚、芯金部22Aの一端には、第1の従動ギヤ42が同軸に固定されており、この第1の従動ギヤ42には、詳細は図示していないが駆動機構を構成する駆動ギヤ44が噛合しており、この駆動ギヤ44を介して駆動機構からの駆動力が第1の従動ギヤ42に伝達されて、定着ローラ22が回転駆動されるように構成されている。
{加圧ローラ24の説明}
上述した加圧ローラ24は、主取り付けスティ16に形成され、略上下方向に沿って延出する長穴状の第2の支軸穴16Bにベアリングを介して回転自在に軸支されると共に、これの延出方向に沿って移動可能に支持された芯金部24Aと、この芯金部24Aの外周に同軸に配設され、搬送・予熱ベルト34が巻回されるローラ本体24Bとを備えて構成され、ローラ外径を20mmに設定されている。ここで、この実施例において、芯金部24Aは、直径14mmの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体24Bは、芯金部24Aの外周に厚さ3mmで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体(具体的には、上述した定着ローラ22よりも硬めのシリコーンゴム;JIS A硬度40度品)から形成されている。
尚、芯金部24Aの一端には、第2の従動ギヤ46が同軸に固定されており、この第2の従動ギヤ46には、上述した第1の従動ギヤ42が噛合しており、この第1の従動ギヤ42を介してこれからの駆動力が第2の従動ギヤ46に伝達されて、加圧ローラ24が定着ローラ22とは反対方向に、且つ、同速で回転駆動されるように構成されている。
ここで、この定着装置10においては、未定着シートSの通紙速度を10mm/秒〜500mm/秒に設定され、予熱空間Pの隙間を0.5mm〜20mmに設定されており、定着ローラ22と加熱ローラ28との互いの中心を結んだ距離分だけを通過する予熱時間として、0.1秒〜4秒の条件を満足するように、種々の設定値が規定されている。
{加熱ローラ28の説明}
上述した加熱ローラ28の内部には、発熱源26として、この一実施例においては、両端の配光を中央より50%大きく設定した600Wのハロゲンランプが備えられている。この加熱ローラ28は、この実施例においては、直径20mmで、肉厚1.75mmのアルミパイプ芯金をアルマイト処理したもので、両端部には、図2に示すように、耐熱樹脂のポリエーテルエーテルケトン(PEEK)製の直径24mmのカラー48が固定されており、これにより、定着ベルト32の蛇行や片寄りを防止している。
{支持ローラ30の説明}
この支持ローラ30は、上述した加熱ローラ28よりも、図中右方、換言すれば、未定着シートの搬送方向に関して上流側に位置する状態で、副取り付けスティ20に回転自在に支持されている。即ち、この支持ローラ30は、副取り付けスティ20に形成され、上向きの略斜め方向に沿って延出する長溝50にベアリングを介して回転自在に軸支されると共に、これの延出方向に沿って移動可能に支持された芯金部30Aと、この芯金部30Aの外周に同軸に配設され、搬送・予熱ベルト34が巻回されるローラ本体30Bとを備えて構成されている。ここで、この実施例において、芯金部30Aは、直径14mmの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体30Bは、芯金部30Aの外周に厚さ3mmで取り付けられたシリコーンゴム製の耐熱弾性体から上述した加圧ローラ24と実質的に同様に形成されている。尚、この支持ローラ30は、後述する取り付け機構を介して、長溝50の任意の位置に固定された状態で取り付けられるようになされている。
{定着ベルト32及び搬送・予熱ベルト34の説明}
上述した定着ベルト32は、未定着シートS上の未定着トナーを放熱により予熱して定着できるように、その定着ベルト32の1平方cm当たりの熱容量が、0.002cal/℃〜0.025cal/℃のものが好ましいものである。このため、この実施例においては、定着ベルト32は、内径が50mm、厚さが40μmのニッケル電鋳等の無端状のベルト本体と、このベルト本体の外周面に厚さ150μmで添着されたシリコーンゴムの耐熱弾性離型層とを備えて構成されている。
一方、搬送・予熱ベルト34は、シリコーンゴム製のエンドレスベルトから形成されており、待機状態においては、定着ベルト32からの放熱と、定着ベルト32とのニップ部からの熱伝達とを受けて加熱され、一方、定着動作時には、未定着シートが搬送・予熱ベルト34上を搬送中においては、上述したニップ部からの熱伝達を受け、また、未定着シートがニップ部を通過している最中においては、定着ベルト32からの放熱を受けて、夫々加熱され、未定着トナーを下面から予熱するように設定されている。
尚、搬送・予熱ベルト34は、上述したように定着ベルト32と転接する状態において摩擦帯電し、その帯電量は、1〜5KV(30秒間のアイドリング状態における帯電量)との測定結果を得ているが、このような搬送・予熱ベルト34の摩擦帯電により、ここに搬送されてきた未定着シートSは、搬送・予熱ベルト34の表面に密着した状態となり、この搬送・予熱ベルト34の走行に応じて、定着ベルト32との転接部(ニップ部)に向けて搬送されることになる。このように未定着シートSが搬送・予熱ベルト34の表面に密着した状態で搬送されることにより、この搬送・予熱ベルト34から未定着シートSへの熱伝達は均一に実行されることとなり、未定着シートSの温度むらは、極力抑制されたものとなる。このように搬送・予熱ベルト34の摩擦帯電量に基づき未定着シートSの温度の均一性が担保されることにより、上述したベタ画像における画像ムラの発生に関して「良好」となる試験結果が得られている。
ここで、搬送・予熱ベルト34は、上述したようにシリコーンゴム製に限定されることなく、表層のみが導電性ゴムで形成される構成も可能であり、この場合、30秒間のアイドリング状態における帯電量が、500V〜1KVとの測定結果が得られ、このような搬送・予熱ベルト34の摩擦帯電量に基づき未定着シートSの温度の均一性が上述したと同様にして担保されることにより、上述したベタ画像における画像ムラの発生に関して「良好」となる試験結果が得られている。
{定着ベルト32へのテンション付与機構の説明}
上述した定着ベルト32へテンションを付与するための機構として、この定着装置10は、上述したオイル塗布ローラ36及びテンションレバー38を備えている。オイル塗布ローラ36は、図3に示すように、主取り付けスティ16に図示しないベアリングを介して回転自在に軸支された支軸36Aと、この支軸36Aの外周にシリコーンオイルを含浸させた耐熱紙層36Bとを備えて構成されており、支軸36Aは、この一実施例においては、直径8mmの鉄製シャフトから形成され、耐熱紙層36Bは、その外周に100μmの多孔質フッ素樹脂フィルム36Cが装着された状態で、直径14mmのローラ外径を有するように形成されている。
一方、定着ベルト32へテンションを付与するための機構を構成する部材としてのテンションレバー38は、その下端を主取り付けスティ16に揺動自在に軸支され、その上端をテンションスプリング52を介して、主取り付けスティ16の一端に接続されている。このテンションスプリング52の付勢力により、テンションレバー38は、その中間部で加熱ローラ28の外周に所定の圧接力F2で当接するように、回動付勢されている。
即ち、このテンションスプリング52の付勢力によりテンションレバー38を介して加熱ローラ28は、定着ローラ22から離間する方向に偏倚させられ、これにより、加熱ローラ28と定着ローラ22とにエンドレスに掛け渡された定着ベルト32は、その上側部をオイル塗布ローラ36に規制された状態で、所定のテンションに緊張された状態で張られることになる。これにより、定着ベルト32は、定着ローラ22の回転に伴い、スリップや緩みの無い安定した状態でエンドレスに走行駆動されることになる。
{搬送・予熱ベルト34へのテンション付与機構の説明}
上述した搬送・予熱ベルト34へテンションを付与するための機構として、この定着装置10は、詳細は図示していないが、副取り付けスティ20を基台14に対して上述した搬送方向に沿って移動可能に支持する可動機構と、副取り付けスティ20を任意の位置で基台14に対して固定する固定機構とを備えている。ここで、主取り付けスティ16に取り付けられた加圧ローラ24と、副取り付けスティ20に取り付けられた支持ローラ30との間に、搬送・予熱ベルト34を巻き付けた状態で、副取り付けスティ20を、主取り付けスティ16から離間する方向に偏倚させ、両ローラ24、30の間で搬送・予熱ベルト34が所定のテンションに緊張された状態で、副取り付けスティ20を基台14に対して固定することにより、搬送・予熱ベルト34に所定のテンションが付与されることになる。これにより、搬送・予熱ベルト34は、加圧ローラ24の回転に伴い、スリップや緩みの無い安定した状態でエンドレスに走行駆動されることになる。
{定着及び搬送・予熱ベルト32、34の圧接機構の説明}
次に、両ベルト32、34を、定着ローラ22及び加圧ローラ24への夫々の巻き付け位置において互いに所定の圧接力で圧接させるための圧接機構54を説明する。この圧接機構54は、主取り付けスティ16に一端部で揺動自在に支軸56を介して軸支され、中間部で加圧ローラ24の芯金部24Aに下方から当接可能になされた加圧レバー40と、この加圧レバー40の他端に下端を連結され、その上端を主取り付けスティ16の上部に連結された加圧スプリング58とを備えて構成されている。この加圧スプリング58の付勢力により、加圧レバー40は、その中間部で加圧ローラ24の芯金部24Aの外周に所定の圧接力F1で当接し、この結果、定着ローラ22と加圧ローラ24とは、この所定の圧接力で互いに圧接することになる。即ち、両ベルト32、34は、定着ローラ2及び加圧ローラ24への夫々の巻き付け位置において、所定のニップ幅で互いに転接することになる。
ここで、この実施例においては、定着ローラ22と加圧ローラ24との取り付け位置は、互いの中心位置を結ぶ線分が、定着ローラ22の中心位置を通る垂線から時計方向に所定の鋭角だけ傾いた状態となるように設定されている。これにより、両ベルト32、34のニップ位置(即ち、上述したニップ幅の中心位置)は、定着ローラ22の中心位置の直下よりも、僅かに、未定着シートSの搬送方向に沿って前方(換言すれば、図中左方)に偏倚した位置となるように規定されることになる。
{両ベルト32、34の配設状態の説明}
一方、この実施例においては、定着ローラ22と加熱ローラ28との取り付け位置関係は、両ローラ22、28に巻き付けられた定着ベルト32の下側辺が略水平状態で図中左方に向けて走行するように設定されている。また、加圧ローラ24と支持ローラ30との取り付け位置関係は、両ローラ24、30に巻き付けられた搬送・予熱ベルト34と、定着ベルト32との間の距離が、加熱ローラ28の直下において、約5乃至20mmの範囲となるように、設定されている。即ち、搬送・予熱ベルト34の上側辺は、上述したニップ位置に対して上り傾斜状態で向かうように、定着ベルト32の水平な下側辺に対して斜めに設定されている。
即ち、定着ベルト32の下側辺と、搬送・予熱ベルト34の上側辺とは、ニップ位置を頂点とした所謂くさび状の搬送空間を規定しており、このようにして、未定着シートSは、搬送・予熱ベルト34の走行に伴い、両ベルト32、34のニップ位置に確実にもたらされ、ここで所定の圧接力F1に基づき圧接され、また、両ベルト32、34からの予熱を受けてあらかじめ加熱された状態で、未定着のトナーがシート上に定着されることになる。
{サーミスタの説明}
また、この定着装置10は、定着ベルト32の温度を制御するために、サーミスタ60を備えている。このサーミスタ60は、この実施例においては、図示するように、定着ベルト32の非通紙部、即ち、加熱ローラ28に直接的に巻回される定着ベルト32のうちの、図中右側部分に接触し、これの表面温度を検出することができるように構成されている。即ち、このサーミスタ60は、図示しない制御ユニットに電気的に接続され、この制御ユニットに定着ベルト32の温度情報を伝達するように構成されている。
{定着装置10における定着動作の説明}
以上のように構成される定着装置10における、未定着シートSへの定着動作を次に説明する。
先ず、図示しない電子画像形成装置のプロセス機器において未定着シートSが、この実施例の定着装置10まで搬送されてくるまでの時間(即ち、アイドリング時間)において、図示しない駆動機構の駆動ギヤ44が回転駆動されて、これに順次噛合する第1及び第2の従動ギヤ42、46が互いに反対方向に回転駆動されることにより、定着ローラ22及び加圧ローラ24が互いに反対方向に回転駆動されることになる。そして、両ローラ22、24の回転に伴い、夫々に巻き付けられている定着ベルト32及び搬送・予熱ベルト34が互いに反対方向に走行駆動されることになる。
この結果、定着ベルト32は発熱源26により加熱されると共に、搬送・予熱ベルト34は、この加熱された定着ベルト32からの放熱、及び、圧接力F1を介して形成された定着ベルト32との間のニップ部を介しての接触熱伝達を受け、加熱されている状態となる。
このように両ベルト32、34が共に加熱されているアイドリング状態から、図示しないプロセス機器が起動して所定の画像形成プロセスが実行されてシート上に未定着トナーが担持されると、この未定着トナーが担持されたシート、即ち、未定着シートSは、図示しない搬送機構により、定着装置10の搬送・予熱ベルト34上まで搬送され、搬送・予熱ベルト34の上述した帯電量に基づき、この上に密着する状態で載置されることになる。これにより、未定着シートSは、この後、この搬送・予熱ベルト34の走行に伴い、搬送・予熱ベルト34と定着ベルト32とのニップ部に向けて搬送され続けられることになる。
このように搬送・予熱ベルト34の走行に伴いニップ部に向けて搬送されている途中において、未定着シートSは、定着ベルト32からの放熱を受けて、その未定着トナーが予熱されると共に、搬送・予熱ベルト34からの接触熱伝達を受けて、未定着シートS自身が下面から予熱されることになる。このようにして、未定着シートSの先端がニップ部にもたらされる時点で、この上に担持された未定着トナーは、充分に加熱された状態にもたらされることになる。
即ち、このように予め加熱(予熱)された未定着トナーは、ニップ部で圧接されて通過することにより、シート上に熱融着して定着させられることになるが、このニップ部を通過する際に、未定着シートSに与える熱量は、ここにいたるまでに未定着シートSが既に予熱されているので少なくて済むことになる。従って、この実施例によれば、ニップ部において必要とされる定着温度の下限温度を低めることが可能となり、これにより、発熱源26における発熱量の低下を図ることが可能となり、従って、ランニングコストの低廉化を達成することが可能となる利点がある。
一方、このニップ部における熱量の付与に余力があるので、未定着シートSの搬送速度を上げたとしても必要最低限の定着温度を確保することが可能となるものであり、これにより、1分間当たりの定着処理枚数の増大、即ち、プロセス速度の高速化を達成することが可能となる利点がある。
また、既に説明した点であるが、この未定着シートSが搬送・予熱ベルト34により搬送されている途中において、この未定着シートSは、搬送・予熱ベルト34にその帯電量に基づきこれに密着した状態で搬送されることになる。このため、搬送・予熱ベルト34から接触により熱伝達される熱量は、未定着シートSに均一に行き渡り、加熱むらが極力排除された状態で、良好な定着状態(画像むらの無い良好な画像形成状態)が達成される効果が奏せられることになる。
更に、このように未定着シートSが搬送・予熱ベルト34に密着した状態で搬送されることにより、上述した予熱空間Pのギャップを極力狭く設定すること(具体的には、搬送・予熱ベルト34と、定着ベルト32との間の距離が、加熱ローラ28の直下において、約5乃至20mmの範囲となるように、設定されている。)ができ、装置の小型化を図ることが可能となると共に、定着ベルト32からの放熱をより効果的に未定着シートSに受けさせることが可能となり、上述したようなニップ部における熱伝達量の低減をより効率的に図ることが可能となる。
尚、連続動作中、即ち、未定着シートSが順次定着装置10まで搬送されてくる動作状態においては、搬送されてくる未定着シートSにより、定着ベルト32の放熱は、搬送・予熱ベルト34にはもたらされないことになるが、連続する2枚の未定着シートSの間には、必ず所定のインターバルが存在し、このインターバルの間では、定着ベルト32はニップ部において搬送・予熱ベルト34に直接接触する状態が達成されることになる。即ち、このニップ部における直接接触状態において、定着ベルト32から搬送・予熱ベルト34への直接熱伝達が実行され、これにより、搬送・予熱ベルト34の温度は必要な温度まで加熱されて、予熱効果が維持され得ることになる。
{実施例の説明}
次に、図1に示すように構成の定着装置10を用いて実際に定着動作を実施した場合の、未定着シートSの搬送速度をパラメータとした場合の測定結果(実施例1)と、図13に示すように本願出願人と同一出願人による先願公開公報(特開平6−318001号公報)に記載された従来構成(即ち、未定着シートが固定されたガイド板上を搬送されていく構成)の定着装置を用いて定着動作を実施した場合の測定結果(比較例)とを、以下に説明する。
{定着性の検討}
先ず、サーミスタ60における制御温度を160度に設定し、ニップ幅を4〜5mmに設定し、アイドリング状態を30秒間として未定着シートの通紙試験を実施し、その定着性を測定した。この測定結果を、表1に示す。
ここで、表1における比較例に示すガイド板温度は、図13においてガイド板Gに符号「X]で示す位置、即ち、ガイド板Gの搬送方向に沿う長さにおける略中間地点における温度の測定結果を示している。また、実施例に示す搬送・予熱ベルト34の温度は、図1に符号「Y]で示すように、支持ローラ30に巻き付けられた搬送・予熱ベルト34がこれからニップ部に向けて繰り出される位置、換言すれば、搬送・予熱ベルト34が支持ローラ30から離れ始める位置における温度の測定結果を示している。
一方、表1において、定着性の測定評価を示す記号「○」は、定着性が良好であることを示し、記号「△」は、定着性を良好と判断する限度一杯の状態であることを示し、記号「×」は、定着性が悪く、コールドオフセットが発生している状態であることを示している。
この表1から明白なように、比較例(従来技術)において未定着シートSの搬送速度を上昇させると、この上昇に従ってガイド板Gの温度が例え定着ベルトBからの放熱を受けて上昇するものの、その温度上昇が搬送速度の上昇に見合うほどのものでなく、結果として、定着性が徐々に悪くなり、この未定着シートSの搬送速度に上限の制限があることが解る。
一方、この実施例においては、搬送・予熱ベルト34は、定着ベルト32からの熱放射及び熱伝達を受けて十分に加熱されており、未定着シートSがこの搬送・予熱ベルト34に接触しはじめる、符号「Y]で示す位置における温度が十分に高く維持され、未定着シートSの下面を十分に加熱することが出来、この結果、ニップ部における定着温度を下げることが出来、従って、未定着シートSの搬送速度を上昇させたとしても、それに見合う十分な定着温度を達成することが出来ることになる。換言すれば、この実施例の構成によれば、未定着シートSの搬送速度を上昇させたとしても、確実に定着動作を実施することが出来ることになる効果が達成されることになる。
{搬送性の検討}
また、上記した未定着シートの通紙試験において、その搬送性を測定した。この測定結果を、表2に示す。
この表2において、比較例で示すデータは、ガイド板Gの下方から、エアーで吸引して、未定着シートをガイド板G上に強制的に密着させた状態での搬送性を試験した。尚、本実施例及び比較例におけるデータを分数により表示しているが、分母が通紙枚数を示し、分子がその通紙枚数の中のジャムした枚数を示している。
この表2から明白なように、比較例においては、搬送速度を上昇させるにつれて、ジャムする確立が高くなり、搬送性が悪化していることが解る。一方、本実施例においては、図示しない搬送機構により、この定着装置10に搬送されてきて搬送・予熱ベルト34に吸着された未定着シートSが、この搬送・予熱ベルト34の走行に伴い、ニップ部に向けて搬送されることになるので、従来のように、ガイド板との接触が摩擦抵抗として機能して、所謂搬送抵抗として作用することも無く、良好な未定着シートSの搬送状態が達成されることになる効果があわせて達成されることになる。
{変形例の説明}
この発明は、上述した実施例の構成に限定されることなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施例においては、定着装置10は電子式複写装置に適用される場合につき説明したが、この発明は、このような適用に限定されることなく、電子式ファクシミリ装置、電子式プリンタ等の電子画像形成装置に適用され得ることは言うまでもない。
以下に、種々の変形例について、図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、上述した実施例と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
{第1の変形例の説明}
図4に示すように、第1の変形例に係わる定着装置10Aは、上述した一実施例の場合と同様に加熱ローラ28に加熱源26を内蔵するほかに、加圧ローラ24の芯金部24A内に補助加熱源62を内蔵し、この補助加熱源62により加熱される搬送・予熱ベルト34の温度を制御するために、補助サーミスタ64を備えている。この補助加熱源62は、上述した加熱源26と同様に形成されている。また、加圧ローラ24のローラ本体24Bを構成するゴムは、耐熱性ゴムから形成されている。
一方、この補助サーミスタ64は、この第1の変形例においては、図示するように、搬送・予熱ベルト34の非通紙部、即ち、加圧ローラ24に直接的に巻回される搬送・予熱ベルト34のうちの、図中下側部分に接触し、これの表面温度を検出することができるように構成されている。即ち、この補助サーミスタ64は、上述したサーミスタ60と共に図示しない制御ユニットに電気的に接続され、この制御ユニットに搬送・予熱ベルト34の温度情報を伝達するように構成されている。
このように第1の変形例を構成することにより、より確実に搬送・予熱ベルト34を加熱することができ、未定着シートSを下面から確実に予熱することが出来ることになる。これにより、未定着シートSの搬送速度をより効果的に向上させ、定着処理速度を高速化させることが出来ることになる。
{第2の変形例の説明}
図5に示すように、第2の変形例に係わる定着装置10Bは、上述した一実施例の場合と同様に加熱ローラ28に加熱源26を内蔵するほかに、支持ローラ30の芯金部30A内に第2の補助加熱源66を内蔵し、この補助加熱源66により加熱される搬送・予熱ベルト34の温度を制御するために、第2の補助サーミスタ68を備えている。この補助加熱源66は、上述した加熱源26と同様に形成されている。また、支持ローラ30のローラ本体30Bを構成するゴムは、耐熱性ゴムから形成されている。
一方、この第2の補助サーミスタ68は、この第2の変形例においては、図示するように、搬送・予熱ベルト34の非通紙部、即ち、支持ローラ30に直接的に巻回される搬送・予熱ベルト34のうちの、図中右側部分に接触し、これの表面温度を検出することができるように構成されている。即ち、この第2の補助サーミスタ68は、上述したサーミスタ60と共に図示しない制御ユニットに電気的に接続され、この制御ユニットに搬送・予熱ベルト34の温度情報を伝達するように構成されている。
このように第2の変形例を構成することにより、より確実に搬送・予熱ベルト34を加熱することができ、未定着シートSを下面から確実に予熱することが出来ることになる。これにより、未定着シートSの搬送速度をより効果的に向上させ、定着処理速度を高速化させることが出来ることになる。
{第3の変形例の説明}
図6に示すように、第3の変形例に係わる定着装置10Cは、上述した一実施例の構成に付加した状態で、搬送・予熱ベルト34を強制的に帯電させる帯電器70を備えている。この帯電器70は、この第3の変形例においては、コロナチャージャから構成されている。
このように、この第3の変形例においては帯電器70を備えることにより、搬送・予熱ベルト34を確実に帯電させることが出来、この搬送・予熱ベルト34に搬送されてきた未定着シートSを確実に吸着して、搬送・予熱ベルト34の走行に伴い、これに吸着された未定着シートSをニップ部に向けて搬送させることが出来るように構成されている。
更に、この第3の変形例においては、上述した帯電状態に基づき、未定着シートSが搬送・予熱ベルト34の表面に密着した状態で、吸着されることになる。この結果、例え未定着シートSがカールした状態で搬送・予熱ベルト34上に搬送されてきたとしても、上述した帯電量に基づきカールした未定着シートSは搬送・予熱ベルト34上に密着した状態で吸着されることになる。従って、未定着シートSが予熱通路Pにおいて予熱を受けている最中に、未定着シートS上の未定着のトナー像が定着ベルト32に擦れて、トナー像が乱れる虞が確実に解消されることになる。
また、このように例えカールした未定着シートSであったとしても、搬送・予熱ベルト34上に密着した状態で吸着されることになるので、予熱通路Pの高さを極力低く設定することが出来、これにより、定着装置10Cの全体高さを低減して、小型化を図ることが出来ることになる。
また、上述した一実施例の構成においては、未定着シートSの搬送方向は、実質的に横方向となるように説明したが、即ち、加熱ローラ28は定着ローラ22の側方に配設されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、図示していないが、未定着シートSの搬送方向を縦方向、即ち、加熱ローラ28を定着ローラ22の下方に配設するようにしてもよい。特に、後者の構成、即ち、搬送方向が縦方向となる縦形構成では、未定着シートSが確実に搬送・予熱ベルト34に密着する必要があるので、上述した第3の変形例に示す帯電器70を備える構成において、特に効果を発揮することが出来るものである。
また、上述した一実施例においては、加熱ローラ28を定着ローラ22の側方(即ち、未定着シートSの搬送方向に沿う上流側)に配設するように説明したが、この発明はこのような構成に限定されることなく、定着ローラ22の上方に配設するように構成してもよい。
{他の実施例の説明}
また、上述した一実施例においては、加熱ローラ28を定着ローラ22の側方(即ち、未定着シートSの搬送方向に沿う上流側)に配設するように、即ち、機能的には、定着ベルト32とガイド板30との間が予熱通路Pとして機能するように、換言すれば、加熱ローラ28は、予熱通路Pを通過中の未定着シートSが定着ベルト32から放熱される熱により予熱される予熱影響範囲内にあるように説明したが、この発明はこのような構成に限定されることなく、定着ローラ22の加圧ローラ24に対して相対的に上方に位置するように配設、換言すれば、加熱ローラ28が予熱影響範囲外にあるように配設しても良いものである。
以下に、加熱ローラ28を定着ローラ22の上方に(即ち、未定着シートSの搬送方向に対して交差する方向に離間するように)配設する構成を採用する他の実施例に係わる定着装置10Dの構成を、添付図面の図7乃至図10を参照して以下に詳細に説明する。尚、上述した一実施例の構成と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
{定着装置10の概略説明}
先ず、図7に示すように、この実施例の定着装置10Dは、ハウジング構造として、上述した一実施例と同様にハウジング12を備えており、このハウジング12は、装置フレーム上に直接的に固定される基台14と、この基台14の左右両側縁から夫々起立した側板(主取付けスティ)16と、上述した一実施例と同様の副取付けスティ20と、この側板16にこれの図中略右上部を覆うように取付けられた上カバー部72と、側板16にこれの略左側部を覆うように取付けられた左カバー部74とを備えている。
ここで、上カバー部72は、側板16に対して固定された状態で取付けられ、これの右上部には、揺動レバー76が図中右方に位置する第1の支軸78回りに図中左方が開放されるように、揺動自在に軸支されている。一方、左カバー部74は、下部に位置する第2の支軸80回りに上方が開放されるように、揺動自在に側板16に取付けられている。
また、この定着装置10Dは、ローラ構成として、側板16に固定軸線回りに回転自在に軸支された定着ローラ22と、定着ローラ22の略下方(具体的には、斜め下方)でこれに転接する状態で、且つ、定着ローラ22の固定軸線と平行に設定された固定軸線回りに側板16に回転自在に支持された加圧ローラ24と、定着ローラ22の略上方(具体的には、斜め上方)に位置する状態で揺動レバー76に取付けられ、自身の中心軸線回りに回動自在に支持され、内部に例えばハロゲンランプ等の発熱源26を内蔵した加熱ローラ28と、両副取付けスティ20に自身の中心軸線回りに回転自在に支持された支持ローラ30とを備えて構成されている。
また、この定着装置10Dは、ベルト構成として、定着ローラ22と加熱ロローラ8とに渡りエンドレスに巻回された定着ベルト(熱伝達ベルト)32と、上述した一実施例と同様に加圧ローラ24と支持ローラ30とに渡り巻回されたエンドレスの予熱・搬送ベルト34とを備えて構成されている。
ここで、詳細は後述するが、定着ローラ22は弾性ローラから構成され、一方、加圧ローラ24は定着ローラ22より硬いローラ上硬度を有するローラから構成されている。一方、定着ローラ22と加圧ローラ24との互いの回転中心O1,O2間の距離Dは、図8に示すように、定着ローラ22の半径R1及び加圧ローラ24のR2の半径の和(R1+R2)より、僅かであるが短く設定されている。この結果、定着ローラ22と加圧ローラ24との互いの転接部(ニップ部)においては、両者は互いに所定の圧接力P1で転接し、これにより、定着ローラ22が転接部で凹んだ状態にもたらされることになる。即ち、ニップ幅が十分に確保されることになる。
また、この定着装置10Dは、定着ベルト32の外表面にシリコーンオイルを塗布すると共に、この定着ベルト32の外表面をクリーニングするためのオイル塗布ローラ36を定着ベルト32に直交する状態で圧接させて、定着ベルト32に所定のテンションを付与させる第1のコイルバネ82と、加熱ローラ28を定着ローラ22から離間する方向に付勢して、第1のコイルバネ82と協同して定着ベルト32に所定のテンションを付与させる第2のコイルスプリング84とを更に備えている。
一方、上述した左カバー部74の上部には、転接部を通過して定着ローラ22と加圧ローラ24とにより熱圧着により未定着トナーを定着されたシート(以下、定着済みシートと呼ぶ。)が排出される排紙通路86が形成されており、この実施例においては、この排紙通路86は、定着済みシートを略直立した状態で上方に向けて排出するように設定されている。
この排紙通路86と転接部との間に位置した状態で、下排紙ローラ88が左カバー部74に回転自在に軸支されており、この下排紙ローラ88は、後述する駆動機構90からの駆動力を得て、加圧ローラ24より同速以上の速さ(例えば、加圧ローラ24の速度より5%早く設定された回転速度)で回転駆動されるように構成されている。そして、この下排紙ローラ88には、斜め上方から転接する状態で、上排紙ローラ92が板バネ94を介して所定の弾性力で圧接した状態で転接している。尚、この上排紙ローラ92の配設位置は、これと下排紙ローラ88との互いの中心位置を結ぶ線分が、定着済みシートの排紙パスに対して、略直交する状態に設定されている。
このように概略構成される定着装置10Dにおいては、図示しない搬送機構により、予熱・搬送ベルト34上に搬送されてきた未定着シートSは、未定着トナーが付着していない下面を予熱・搬送ベルト34に接触・支持されると共に、この予熱・搬送ベルト34のエンドレス走行に伴って定着ベルト32が巻かれた定着ロローラ2と加圧ローラ24との転接部(ニップ部)に向けて案内され、両者22、24の間を圧接された状態で挿通されることにより、トナーが熱圧着されてシート上に定着されるように設定されている。
{定着ローラ22の説明}
上述した定着ローラ22は、側板16に図示しないベアリングを介して回転自在に軸支される芯金部22Aと、この芯金部22Aの外周に同軸に配設され、定着ベルト32が巻回されるローラ本体22Bとを備えて構成され、ローラ外径をこの実施例では38.5mmに設定されている。ここで、この実施例において、芯金部22Aは、直径25mmの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体22Bは、芯金部22Aの外周に厚さ6.75mmで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体(具体的には、アスカーC硬度で35度のシリコーンゴムスポンジ)から弾性ローラとして形成されている。
尚、図9に示されるように、芯金部22Aの一端に配設された軸部には、第1の従動ギヤ96がこれと同軸に、詳細を後述するワンウエイクラッチ98を介して取付けられており、この第1の従動ギヤ96には、詳細は後述する駆動機構90の一部を構成する伝達ギヤ100が噛合している。このようにして、この伝達ギヤ100を介して駆動機構90からの駆動力が第1の従動ギヤ96に図中時計方向の回転力として伝達されて、ワンウェイクラッチ98を介して定着ローラ22にこの回転力が伝達される構成されている。
{加圧ローラ24の説明}
上述した加圧ローラ24は、側板16に図示しないベアリングを介して回転自在に軸支される芯金部24Aと、この芯金部24Aの外周に同軸に配設されたローラ本体24Bとを備えて構成され、ローラ外径を35mmに設定されている。ここで、この実施例において、芯金部24Aは、直径32mmの鉄製シャフトから形成され、ローラ本体24Bは、芯金部24Aの外周に厚さ1.5mmで取り付けられたシリコーンゴム耐熱弾性体(具体的には、上述した定着ローラ22よりも硬めのJIS A硬度で15度のシリコーンゴム)からハードローラとして形成されている。尚、このローラ本体24Bの外周には、厚さ50μmのフッ素樹脂製チューブが被覆されている。
尚、図9に示すように、芯金部24Aの一端に配設された軸部は、第2の従動ギヤ102が同軸に固定されており、この第2の従動ギヤ102には、上述した第1の従動ギヤ96が噛合しており、この第1の従動ギヤ96を介してこれからの駆動力が第2の従動ギヤ102に伝達されて、加圧ローラ24が定着ローラ22とは反対の反時計方向に沿って回転駆動されるように構成されている。
ここで、この実施例においては、未定着シートの搬送用の主駆動としては、予熱・搬送ベルト34が巻回されこれをエンドレス走行させるための加圧ローラ24が設定されており、定着ローラ22はこれの熱膨張時においても周速が加圧ローラ24の周速よりも早くならないように、第1及び第2の従動ギヤ96、102のギヤ比が設定されている。即ち、定着ローラ22が第2の従動ギヤ102により回転される際の回転速度は、定着ベルト32及び予熱・搬送ベルト34を介して、加圧ローラ24と摩擦係合して回転される際の回転速度よりも、僅かに遅くなるように設定されている。
一方、この実施例においては、加圧ローラ24は、定着ローラ22の直下方に位置しているのではなく、定着ローラ22の直下方位置よりも、未定着シートの搬送方向に沿って偏倚した位置に配設されており、定着ローラ22の中心点を通る垂線を基線とした場合に、この基線と、定着ローラ22及び加圧ローラ24の両中心点を通る線分とのなす角度が、所定の鋭角となるような位置に配設されている。尚、この加圧ローラ24の中心点を規定する前記線分は、未定着シートの搬送方向と略直交するように設定されているものである。
{ワンウェイクラッチ98の説明}
ここで、このワンウェイクラッチ98は、定着ローラ22の第1の従動ギヤ96に対する図中時計方向の相対的な回転を許容するが、図中反時計方向の相対的な回転を係止するように、換言すれば、両者が一体回転するように構成されている。詳細には、冷機状態では、即ち、定着ベルト32が加圧ローラ24と摩擦係合して、また、定着ローラ22が定着ベルト32と摩擦係合して、プレスロローラ4により定着ローラ22及び定着ベルト32が従動(連れ回り)する状態では、定着ローラ22の図中時計方向に回転する周速は、加圧ローラ24の周速と同一となり、第1の従動ギヤ96の周速よりも僅かに速くなされることになるが、この速度差は、ワンウェイクラッチ98により吸収されることになる。
尚、加熱ローラ28の発熱により定着ローラ22が定着ベルト32を介して加熱され暖機状態となり、定着ローラ22の外径が熱膨張により大きくなって定着ローラ22の周速が早くなったとしても、加圧ローラ24の周速より早くはならないように設定されているので、この場合でも、この速度差は、ワンウェイクラッチ98により確実に吸収されることになる。
一方、このようなワンウェイクラッチ98を設けているため、以下のような効果が付随的に達成されることになる。即ち、仮に、このようなワンウェイクラッチ98を設けていないとすると、転接部に未定着シートとして例えばコート紙のような表面に光沢のある用紙が予熱・搬送ベルト34により搬送されてきた場合に、予熱・搬送ベルト34上の未定着シートと定着ベルト32との間に滑りが発生し、加圧ローラ24の駆動力が定着ベルト32及び定着ローラ22に伝達されずに、これらが従動(連れ回り)されない事態が発生することとなる。このような事態が発生すると、未定着シートが転接部で止まってジャムすることになるか、又は、例え転接部を通過出来たとしても、未定着シート上の未定着トナーは、停止中の定着ベルト32により擦られて、画像が乱されてしまうことになる。
しかしながら、この実施例では、ワンウェイクラッチ98を定着ローラ22と第1の従動ギヤ96との間に設けているため、仮に、加圧ローラ24の駆動力が定着ベルト32に伝達されない事態が発生したとしても、定着ローラ22の周速が第1の従動ギヤ96の周速よりも遅く成りはじめた時点で、この第1の従動ギヤ96により図中時計方向に回転駆動されることになる。このようにして、未定着シートは転接部を確実に通過させられ、ここでジャムする虞が効果的に防止されることになると共に、転接部を通過時の未定着トナーの画像の乱れが抑制されることになる。
{定着ベルト32の説明}
上述した定着ベルト32は、この実施例においては、内径が60mm、厚さが100μmのポリイミド製の無端状のベルト本体と、このベルト本体の外周面に厚さ200μmでコーティングされたシリコーンゴムの耐熱弾性離型層とを備えて構成されている。
尚、この定着ベルト32は、ポリイミドとシリコンゴムとから形成されることに限定されることなく、上述した一実施例のようにニッケル電鋳等の無端状のベルト本体と、このベルト本体の外周面にコーティングされたシリコーンゴムの耐熱弾性離型層とを備えるように構成してもよい。
{定着ベルト32へのテンション付与機構の説明}
上述したように、この実施例では、定着ベルト32へテンションを付与するための機構として、このオイル塗布ローラ36を定着ベルト32に直交する状態で圧接させて、定着ベルト32に所定のテンションを付与させる第1のコイルバネ82と、加熱ローラ28を定着ローラ22から離間する方向に付勢して、第1のコイルバネ82と協同して定着ベルト32に所定のテンションを付与させる第2のコイルスプリング84とを備えている。
ここで、第1のコイルバネ82は、オイル塗布ローラ36を回転自在に支持するケーシング104を、定着ベルト32に向けて付勢するように、左カバー部74に取付けられている。即ち、ケーシング104は、側板16に取り付けられたガイドリブ106により、定着ベルト32に対して接離自在に支持されている。このようにして、左カバー部74が図中左方に開かれた際に、ケーシング104を押圧していた第1のコイルバネ82がケーシング104から取り外され、これにより、オイル塗布ローラ36の定着ベルト32への押圧状態が解除されることになる。また、左カバー部74が図中右方に回動されて閉じられることにより、第1のコイルバネ82がケーシング104を押圧力P2で押圧して、オイル塗布ローラ36が定着ベルト32を所定のテンションで押圧することになる。
一方、第2のコイルバネ84は、揺動レバー76の図中左端と側板16との間に介設され、揺動レバー76を図中時計方向に沿って回動するように、換言すれば、この揺動レバー76に支持された加熱ローラ28が定着ローラ22から離間する方向に第3の押圧力P3で押圧するように取付けられている。これにより、定着ベルト32には、所定のテンションが付与されることになる。
即ち、この第2のコイルバネ84の付勢力により揺動レバー76を介して加熱ローラ28は、定着ローラ22から離間する方向に偏倚させられ、これにより、加熱ローラ28と定着ローラ22とにエンドレスに掛け渡された定着ベルト32は、所定のテンションに緊張された状態で張られることになる。
このように第1及び第2のコイルバネ82、84の作用により、定着ベルト32は、加圧ローラ24と摩擦係合して連れ回りし、且つ、この定着ベルト32の連れ回りに応じて、定着ローラ22は定着ベルト32に対してスリップや緩みの無い安定した状態で従動されることになる。
{駆動機構90の説明}
上述した加圧ローラ24等を回転駆動するための駆動機構90は、図9に示すように、電子複写装置にこの定着装置10Dが装着された状態で、電子複写装置側の駆動源に図示しないギヤトレインを介して接続された出力ギヤGEに噛合し、これからの駆動力を受けて回転駆動される伝達ギヤ100と、この伝達ギヤ100に常時噛合すると共に、ワンウェイクラッチ98を介して定着ローラ22に連結される第1の従動ギヤ96と、この第1の従動ギヤに常時噛合すると共に、プ加圧ローラ24に同軸に固定される第2の従動ギヤ102とを備えている。
また、この駆動機構90は、上述した伝達ギヤ100に常時噛合するアイドルギヤ108を更に備え、このアイドルギヤ108は、下排紙ローラ88に同軸に固定された第3の従動ギヤ110と常時噛合し、加圧ローラ24の回転と同速以上の速さで下排紙ローラ88を回転駆動するように構成されている。
{その他の構成}
この実施例の定着レスローラ24の外周面に付着した定着済みシートを引き剥がすための剥離爪112と、上述した下排紙ローラ88と上排紙ローラ92との間(転接部)に定着済みシートの先端が搬送されてきたことを検出する排紙センサ114とを備えている。
また、加熱ローラ28に内蔵された発熱源26の温度制御のために、加熱ローラ28の外周面に巻き付いた定着ベルト32の部分の温度を検出するサーミスタ60と共に、定着ローラ22の外周に巻き付いた定着ベルト32の部分の外周面の温度を検出する第2のサーミスタ116と、加圧ローラ24の外周面の温度を検出する第3のサーミスタ118と、図示していないが、これら第1乃至第3のサーミスタ60、116、118からの検出結果に基づき、発熱源26を発熱制御する制御回路とを更に備えている。
{加熱ローラ28の上方配置の説明}
上述したように、この実施例においては、加熱ローラ28は定着ローラ22の略上方に配設されており、これにより、加熱ローラ28と定着ローラ22との間にエンドレスに巻回された定着ベルト32と予熱・搬送ベルト34との間は、この予熱・搬送ベルト34上を搬送される未定着シートが定着ベルト32に接触しないように離間されることになる。換言すれば、この定着ベルト32は、予熱・搬送ベルト34上を搬送される未定着シートが通過する可能性のある領域を外れた位置に配設されていることを意味している。
このように加熱ローラ28を定着ローラ22の上方に配置することにより、搬送途中の未定着シートがどのような湾曲姿勢(カール状態)にあろうとも、このシートの上面に担持された未定着トナーが定着ベルト32に接触することから確実に防止され、未定着トナーを乱すことなく定着ローラ22と加圧ローラ24との転接部(即ち、定着ベルト32と予熱・搬送ベルト34との転接部)に導いて、これを定着させることが可能となる。
{加熱ローラ28の構成角度の説明}
上述した構成の定着装置10Dにおいて、上述したように加熱ローラ28を定着ローラ22の略上方に配設することにより、特有の効果を達成することが出来るものである。ここで、「略上方」の範囲を明確に規定するために、図10に示すように、加熱ローラ28の構成角度を種々変更して、その最適範囲を求めた実験例を説明する。
先ず、この実験例では、定着ローラ22の中心点を通る垂線を基線Bとして定義し、この基線Bと、定着ローラ22及び加熱ローラ28の両中心点を結ぶ線分Lとのなす構成角度をθと定義した場合、加熱ローラ28の位置を変更して、この構成角度θが90°〜180°となるようにして、定着ローラ22と加圧ローラ24との転接部の入口での画像の擦れの発生頻度、及び、転接部の出口での異常の発生頻度を、片面コピー時と両面コピー時とで、夫々測定した。
ここで、構成角度θの±は、基線Bから反時計方向に測定した値を「+」とし、基線Bから図中時計方向に測定した値を「−」と定義した。従って、+180°にある加熱ローラ28と、−180°にある加熱ローラ28とは、同一位置を示すことになり、また、+105°にある加熱ローラ28と、−255°にある加熱ローラ28とは、同一位置を示すことになる。一方、転接部の出口における異常とは、この実施例では、転接部の出口におけるオフセットの発生又はジャムの発生を意味するものとする。
尚、測定条件は、以下の通りである。
即ち、転接部におけるニップ幅を8mmに設定し、このための圧接力P1を24kgf/片側に設定した。一方、定着ローラ22に巻回されている定着ベルト32の部分の温度を160℃に、また、加圧ローラ24の表面温度を140℃に設定した。更に、未定着シートの搬送速度を180mm/secに設定し、これに同期した状態で、加圧ローラ24を回転駆動した。そして、トナーとしては、富士ゼロックス社製のAカラートナーを用い、
【0150】
このようにして、構成角度θを90°、105°、120°、150°、180°、−150°、−120°、−105°、−90°の9種類に分けて、上述した測定条件で測定した。
その測定結果を表3に示す。
この表3から明白なように、構成角度θが105°より大きい場合、及び、−105°よりも小さい場合、即ち、構成角度θを反時計方向のみに測定した場合に、これが105°乃至255°の範囲内にある場合には、転接部の入口での画像の擦れの発生、及び、転接部の出口での異常の発生がなく、良好な定着動作が実行されていることが判明した。一方、構成角度θが105°以下の場合には、転接部の入口での画像の擦れ又は転接部の出口での異常の何れかが発生し、良好な定着動作が実行されないことが判明した。
以上詳述したように、この実施例においては、加熱ローラ28を定着ローラ22の略上方に配置し、具体的には、加熱ローラ28を、これの中心点と定着ローラ22の中心点とを結ぶ線分Lが、定着ローラ22と加圧ローラ24との互いの中心点を結ぶ線分を基線Bとした状態で、該基線Bから計測した角度が約105度乃至約255度の範囲となる位置に配設しているので、加熱ローラ28と定着ローラ22との間にエンドレスに巻回された定着ベルト32と、加圧ローラ24と支持ローラ30との間にエンドレスに巻回された予熱・搬送ベルト34との間は、この予熱・搬送ベルト34上を搬送される未定着シートが定着ベルト32に接触しないように離間されることになる。換言すれば、この定着ベルト32は、予熱・搬送ベルト34上を搬送される未定着シートが通過する可能性のある領域を外れた位置に配設されていることを意味している。
この結果、この実施例によれば、上述した一実施例の場合とは異なり熱伝達ベルト32からの予熱の効果は期待できないものの、予熱・搬送ベルト34上を搬送途中の未定着シートが、この予熱・搬送ベルト34からの予熱を下面から受けると共に、跳ね上がりや転写部との搬送速度差に基づくたるみ等により、どのような湾曲姿勢(カール状態)にあろうとも、このシートの上面に担持された未定着トナーが定着ベルト32に接触することから確実に防止され、未定着トナーを乱すことなく定着ローラ22と加圧ローラ24との転接部、即ち、定着ベルト32と予熱・搬送ベルト34との転接部に導いて、これを確実に定着させることが可能となる。
また、この実施例においては、上方の定着ローラ22を弾性ローラから、また、下方の加圧ローラ24を弾性ローラよりも硬いローラ上硬度を有するように形成しているので、転接部におけるニップの形状が、定着ローラをハードローラから形成する従来構成と比較して、下向きに凹んだ状態から、上方に凹んだ状態を容易に達成することが出来ることになる。この結果、この実施例によれば、転接部におけるニップ形状自身から、定着済みシートが定着ベルト32から離間する方向の力を得ることとなり、定着ベルト32に接触する側の表面にトナーが担持されていたとしても、定着ベルト32へのオフセット防止用のオイル塗布ローラ36によるオイル塗布量を微量に押さえることができると共に、オイルレスとしても、定着ベルト32側へのオフセットや、ジャムの無い定着動作が達成されることになる。
また、この実施例においては、熱伝達ベルトとしての定着ベルト32として、小熱容量の材質を採用すると共に、加熱ローラ28への定着ベルト32の巻き付け角度が大きく、且つ、加熱ローラ28へ定着ベルト32が密着していることになる。また、転接部に未定着シートSがもたらされる前の段階で、予熱・搬送ベルト34により未定着シートSは下面から予熱されることになる。この結果、この実施例によれば、未定着シートSを高速で、即ち、単位時間当たりの通紙枚数を多数枚としても、両ベルト32、34の転接部において、定着動作に必要な温度を確実に維持することが出来ることになる。
また、この実施例においては、弾性ローラとして構成される定着ローラ22に発熱源を内蔵させずに、定着ローラ22から離間した位置に配設された加熱ローラ28に発熱源26を内蔵するようにしたので、定着ローラ22のシリコーンゴム耐熱弾性体22Bの厚さを十分に厚くすることが可能となり、この結果、この実施例によれば、転接部におけるニップ幅を、定着ローラ22を小径に維持しながら、十分に広く取ることが可能となる。
また、この実施例においては、第1の従動ギヤ96と定着ローラ22との間にワンウェイクラッチ98を介設することにより、シートの搬送のための主駆動(即ち、シートの搬送速度を規定する駆動ローラ)として、定着ローラ22ではなく、加圧ローラ24を設定している。この為、例え、定着ローラ22が定着動作に伴い加熱され、この結果、熱膨張により定着ローラ22の外径が熱膨張したとしても、この定着ローラ22でシートの搬送速度を規定していないので、この熱膨張によりシートの搬送速度が変化することなく、常に、一定に保持することが出来ることになる。この結果、この実施例によれば、線速を一定に維持して、転写ずれや画像の擦れ等を確実に防止することが可能になる。
{他の実施例の変形例の説明}
上述した他の実施例においては、未定着シートは横方向から定着装置10Dに搬送されてくるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、未定着シートは上下方向、例えば、下から上に向けて搬送されるように構成してもよい。この場合、加圧ローラ24は定着ローラ22の下方ではなく、側方に配設されることとなり、一方、加熱ローラ28は定着ローラ22の、加圧ローラ24が配設された側とは反対側の側方に配設されることになることは言うまでもない。
また、上述した他の実施例においては、加圧ローラ24の外周面の温度を検出する第3のサーミスタ118を設けるように説明したが、これを省略して構成することが出来ることは言うまでもない。
また、上述した他の実施例においては、発熱源26は加熱ローラ28の内部に配設されるたハロゲンランプから構成されるように説明したが、この発明はこのような構成に限定されることなく、図11Aに第1の変形例として示すように、加熱ローラ28の内周面に密着した状態で取り付けられた面状ヒータ26Aから構成しても良いものである。
また、発熱源26は、加熱ローラ28に内蔵される構成に限定されることなく、図11Bに第2の変形例として示すように、加熱ローラ28の外部に配設する状態、具体的には、加熱ローラ28の外周面に密着した状態で取り付けられた面状ヒータ26Bから構成されるようにしても良いものである。
また、このように発熱源26を加熱ローラ28外に配設する構成において、図11Cに第3の変形例として示すように、定着ベルト32を直接に誘導加熱により発熱させる誘導加熱機構120を備えるように構成しても良いし、また、図11Dに第4の変形例として示すように、定着ベルト32の外周面に対向して配設され、これを直接に加熱するハロゲンランプ122と、このハロゲンランプ122からの熱を定着ベルト32に向けて集熱(集光)させる反射板124とを備えるように構成しても良い。
これら図11C及び図11Dに示す第3及び第4の変形例においては、誘導加熱機構120及びハロゲンランプ122の配設位置は、定着ローラ22とヒー加熱ローラ8との間に位置すると共に、定着ベルト32の走行方向に関して転接部の上流側に位置する定着ベルト32の部分を加熱するように配設されている。
尚、図11Cに示す第3の変形例においては、定着ベルト32は、基材としてポリイミド等の合成樹脂を用いることは出来ずに、上述した一実施例のように、電鋳ベルト等の金属製であることに限定されることは言うまでもない。
また、上述した一実施例及び他の実施例においては、予熱・搬送ベルト34は発熱源26からの熱を定着ベルト32を介して転接部で熱伝達されて加熱されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されることなく、図12Aに第2の発熱手段の第1の変形例として示すように、加圧ローラ24の内部に補助発熱源126として配設するように構成してもよい。この場合、上述した他の実施例とは異なり、加圧ローラ24の外周面の温度を検出する第3のサーミスタ118は必須の構成となることは言うまでもない。
また、図12Bに第2の発熱手段の第2の変形例として示すように、支持ローラ30の内部に、補助発熱源126を配設するように構成しても良いし、また、図示していないが、加圧ローラ24及び支持ローラ30内に夫々補助発熱源を配設するように構成しても良いことは言うまでもない。
産業上の利用可能性
以上詳述したように、この発明によれば、記録媒体の予熱をより効果的に達成して、記録媒体の搬送速度の上昇を達成することのできる定着装置が提供されることになる。また、この発明によれば、記録媒体が予熱を受けている最中に、定着ベルトに擦れて、トナー像が乱れる虞を解消することのできる定着装置が提されることになる。また、この発明によれば、記録媒体が予熱を受けている最中に、これの搬送負荷を極力低減して、確実な搬送状態を達成することのできる定着装置が提供されることになる。このようにして、この発明に係わる定着装置は、電子複写装置や、電子プリンタ装置や、電子ファクシミリ装置等の画像形成装置に用いるのに適している。Technical field
The present invention relates to a fixing device used for melt-pressing unfixed toner on a recording medium and fixing it to the recording medium, and more particularly to a fixing device for an electronic image forming apparatus.
Background art
Conventionally, a fixing device for an electronic image forming apparatus is not a conventional heat roller fixing method, but a fixing roller R1 and a heating roller R3, for example, as shown in FIG. 13 as a technique described in JP-A-6-31801. A technique in which the recording medium D is preheated by a belt fixing system in which a fixing belt B is stretched between the belt and a pressure roller R2 that presses the fixing roller R1 from below through the fixing belt B. Has been developed.
By such preheating of the recording medium D, the temperature of the nip portion between the pressure roller R2 and the fixing belt B can be set low. By using the fixing belt B having a small heat capacity, the nip portion of the recording medium D can be set. It is possible to rapidly cool the temperature of the fixing belt B during the passage of. In addition, this cooling can increase the cohesive force of the toner separated from the fixing belt B at the exit of the nip portion, and the increase of the cohesive force enhances the releasability between the fixing belt B and the toner, thereby preventing oillessness. Or, even when only a small amount of oil is applied, a clear fixed image with no offset can be obtained. As described above, the belt fixing method provides a fixing device in which both problems of releasability and oil application, which cannot be solved by the conventional heating roller method, are solved at once.
Here, the configuration of the conventional belt fixing type fixing device shown in FIG. 13 will be schematically described. The fixing device includes a fixing roller R1, a pressure roller R2, and a heating and tension roller R3. A fixing belt B is stretched between the cum tension roller R3. An oil application roller R4 is disposed above the fixing belt B, and a guide plate G is disposed below the fixing belt B with a gap. A space between the lower portion of the fixing belt B and the guide plate G defines a preheating path for the recording medium D.
On the other hand, a heating source H is provided inside the heating and tension roller R3, and a heating source may be additionally provided inside the fixing roller R1 and the pressure roller R2. In order to control the temperature of the fixing belt B, the thermistor S is provided in contact with the non-sheet passing portion of the fixing belt B.
However, in the conventional belt-fixing type fixing device having the above-described configuration, when the conveyance speed of the recording medium D is increased to increase the number of processed sheets per unit time (for example, per minute), the heating source H The heat generation amount of the nip must be increased, and the nip width at the nip portion must be increased.
On the other hand, from the viewpoint of preheating the recording medium D, the guide plate G itself is in a state in which the temperature rises due to heat radiation (radiant heat) from the fixing belt B, and the recording medium D is heated from the lower surface. The effect of preheating by is expected. However, the heating of the guide plate G is a phenomenon only in the initial stage when the recording medium D starts to be conveyed to the guide plate G. When the recording medium D starts to pass over the guide plate G, the recording medium D itself This removes the heat from the guide plate G and cuts off the radiant heat from the fixing belt B, so that the continuous preheating of the recording medium D by the guide plate G cannot be expected.
Further, in order to enhance the preheating effect of the recording medium D by the fixing belt B, the gap between the guide plate G and the lower portion of the fixing belt B is narrowed, and the recording medium D passing over the guide plate G is moved to the fixing belt B. It can be considered to be close to the bottom. However, if the recording medium D is too close to the lower part of the fixing belt B, the upper surface of the recording medium D on which the toner image is formed may be rubbed against the lower part of the fixing belt B, and the toner image may be disturbed. It is in the situation to become.
Further, since the guide plate G is arranged in a fixed state, it acts as a load during transport for the recording medium D transported in a state of sliding (friction contact) on the guide plate G. When the conveyance speed of the recording medium D is increased, the conveyance load is particularly strongly acting as an adverse effect from the viewpoint of achieving a good conveyance state.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a main object of the present invention is to achieve an increase in the recording medium conveyance speed by more effectively achieving preheating of the recording medium. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a fixing device that can eliminate the risk of the toner image being rubbed against the fixing belt while the recording medium is preheated.
Another object of the present invention is to provide a fixing device capable of achieving a reliable conveyance state by reducing the conveyance load of the recording medium as much as possible while the recording medium is preheated. .
Disclosure of the invention
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a fixing device according to the present invention includes a fixing roller and a pressure roller urged so as to make rolling contact with the fixing roller. In the fixing device for fixing the unfixed toner on the sheet by passing the rolling contact portion of the fixing roller and the pressure roller along one direction, the sheet carried on the sheet is separated from the fixing roller. The first heat generating means disposed in the direction, the heat transfer means for receiving the heat transfer from the first heat generating means and heating the sheet passing through the rolling contact portion, and the one direction of the pressure roller. The sheet before being passed through the rolling contact portion is loaded with the unfixed toner, heated upstream of the first heat generating means and receiving heat transfer through the heat transferring means. Not from the back And a preheating / conveying means for conveying the sheet toward the rolling contact portion, the heat transfer means comprising a heating roller disposed away from the fixing roller, the heating roller and the heating roller A first heat transfer belt that is endlessly stretched between the fixing roller and has a predetermined heat capacity and transfers heat of the heating means to the fixing roller; Preheating / conveying means Is supported endlessly between a support roller disposed on the upstream side with respect to the one direction of the pressure roller located below the fixing roller, and between the support roller and the pressure roller. A second heat transfer belt having a heat capacity and closely contacting the sheet on the upper side and transporting the sheet to the rolling contact portion, and between the first heat transfer belt and the second heat transfer belt, The sheet conveyed on the second heat transfer belt is separated so as not to come into contact with the first heat transfer belt before the rolling contact portion.
Further, according to the present invention, the pressure roller is disposed at a position biased to the downstream side with respect to the one direction from directly below the fixing roller, while the upper side of the second heat transfer belt is the roller. It is set so as to face in an upward inclined state toward the contact portion.
Further, according to the present invention, the heat transfer means has a predetermined heat capacity that is endlessly stretched between a heating roller disposed apart from the fixing roller and the heating roller and the fixing roller. A first heat transfer belt for transferring the heat of the heat generating means to the fixing roller, and the conveying / preheating means includes a support roller disposed upstream of the one direction of the pressure roller. And a second heat transfer belt which is stretched endlessly between the support roller and the pressure roller and has a predetermined heat capacity.
Further, according to the present invention, the second heat transfer belt conveys the sheet toward the rolling contact portion according to the running of the belt, and is also heated by receiving heat transfer from the pressure roller. The sheet is preheated from the back side.
Moreover, this invention is comprised so that the 2nd heat-emitting means for heating the said 2nd heat transfer belt may further be provided.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means is built in the heating roller.
In the present invention, the first heat generating means includes a halogen lamp.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means includes a planar heating element attached to the inner peripheral surface of the heating roller.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means is disposed outside the heating roller and facing the first heat transfer belt.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means includes a planar heating element attached to the outer peripheral surface of the heating roller.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means is induction heating means for generating heat by induction heating of the first heat transfer belt.
Further, according to the present invention, the induction heating means is located between the fixing roller and the heating roller, and the first heating means is located upstream of the rolling contact portion with respect to the traveling direction of the first heat transfer belt. A portion of the heat transfer belt is arranged to be induction heated.
Further, the present invention is configured such that the first heat transfer belt includes an endless metal base material and a release layer coated on the outer peripheral surface of the metal base material. ing.
Moreover, this invention is comprised so that the said metal base material may be formed from a nickel electroforming belt.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means includes a halogen lamp disposed to face the first heat transfer belt.
Further, the present invention is configured such that the second heat generating means is built in the pressure roller.
Further, the present invention is configured such that the second heat generating means is built in the support roller.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating unit is disposed to be spaced upstream from the one direction of the fixing roller.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means is disposed away from the fixing roller along a direction intersecting the one direction.
Further, the present invention is configured such that the first heat generating means is disposed on the side opposite to the side where the pressure roller is brought into rolling contact with the fixing roller and spaced from the fixing roller.
Further, according to the present invention, the heating roller is disposed within a preheating influence range in which heat radiated from the first heat transfer belt can preheat the sheet before passing through the fixing unit. It is configured as follows.
Further, according to the present invention, the heating roller is disposed outside a preheating influence range in which heat radiated from the first heat transfer belt can preheat the sheet before passing through the fixing unit. It is configured as follows.
Further, according to the present invention, the sheet conveyed on the second heat transfer belt between the first heat transfer belt and the second heat transfer belt is moved before the rolling contact portion. The heat transfer belt is configured to be separated so as not to contact the heat transfer belt.
Further, the present invention is configured such that the first heat transfer belt is disposed at a position outside a region where the sheet conveyed on the second heat transfer belt may pass. ing.
The present invention further includes drive means for rotationally driving the pressure roller, and the first heat transfer belt is frictionally engaged with the pressure roller via the second heat transfer belt. Thus, the fixing roller is driven to rotate by the rotation of the pressure roller via the first heat transfer belt.
Further, the present invention is configured such that the first heat transfer belt includes an endless base material and a release layer coated on the outer peripheral surface of the base material.
Moreover, this invention is comprised so that the said endless base material may be metal.
Moreover, this invention is comprised so that the said metal base material may be formed from a nickel electroforming belt.
Moreover, this invention is comprised so that the said endless base material may be made from a synthetic resin.
Moreover, this invention is comprised so that the said base material made from a synthetic resin may be formed from a belt made from a polyimide resin.
In the present invention, the second heat transfer belt is configured to include an endless base material and a release layer coated on the outer peripheral surface of the base material.
Moreover, this invention is comprised so that the said endless base material may be made from a synthetic resin.
Moreover, this invention is comprised so that the said base material made from a synthetic resin may be formed from a belt made from a polyimide resin.
Further, the present invention is configured such that the second heat transfer belt includes an endless base material, and a surface layer formed on the outer peripheral surface of the base material and formed from a chargeable material. Yes.
Further, the present invention provides a charging means that is disposed in a state of facing the second heat transfer belt, charges the second heat transfer belt, and adsorbs the sheet to the second heat transfer belt. Furthermore, it comprises so that it may comprise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of an embodiment of a fixing device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view showing a state in which a collar is attached to a heating roller provided in the fixing device shown in FIG.
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the oil application roller provided in the fixing device shown in FIG.
FIG. 4 is a front view showing a first modification of the fixing device having the configuration of the embodiment shown in FIG.
FIG. 5 is a front view showing a second modification of the fixing device having the configuration of the embodiment shown in FIG.
FIG. 6 is a front view showing a third modification of the fixing device having the configuration of the embodiment shown in FIG.
FIG. 7 is a front sectional view showing the structure of another embodiment of the fixing device according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing a rolling contact state between the fixing roller and the pressure roller in the fixing device shown in FIG.
FIG. 9 is a front view showing the configuration of the drive mechanism in the fixing device shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration angle in an experimental example performed in order to examine an allowable range of the arrangement position of the heating roller with respect to the fixing roller in the fixing device illustrated in FIG.
FIG. 11A is a front view showing a configuration of a first modification of the first heat generating unit provided in the fixing device according to the present invention.
FIG. 11B is a front view showing a configuration of a second modification of the first heat generating unit provided in the fixing device according to the present invention.
FIG. 11C is a front view showing a configuration of a third modification of the first heat generating means provided in the fixing device according to the present invention.
FIG. 11D is a front view showing a configuration of a fourth modification of the first heat generating unit provided in the fixing device according to the present invention.
FIG. 12A is a front view showing a configuration of a first modification of the second heat generating means provided in the fixing device according to the present invention;
FIG. 12B is a front view showing a configuration of a second modification of the second heat generating means provided in the fixing device according to the present invention;
FIG. 13 is a front view schematically showing the configuration of a fixing device according to the prior art.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a configuration of an embodiment of a fixing device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the fixing device will be described as an electronic image forming apparatus, for example, an electronic copying apparatus using zeography. The electronic image forming apparatus is an electronic image forming apparatus. Needless to say, the present invention can also be applied to an electronic facsimile apparatus, an electronic printer apparatus, and the like.
{General description of fixing device 10}
First, as shown in FIG. 1, the fixing
Here, the left direction indicated by the arrow in the figure is defined as the conveyance direction as one direction in which the unfixed sheet S is conveyed. That is, the
Further, the fixing
Further, the fixing
In addition, the fixing
In the fixing
{Description of Fixing Roller 22}
The fixing
A first driven
{Description of pressure roller 24}
The
Note that a second driven
Here, in the fixing
{Description of heating roller 28}
In the
{Description of support roller 30}
The
{Description of
The above-described
On the other hand, the conveyance / preheating
The conveyance / preheating
Here, the conveyance / preheating
{Description of Mechanism for Applying Tension to Fixing Belt 32}
As a mechanism for applying tension to the fixing
On the other hand, the
In other words, the
{Description of the mechanism for applying tension to the conveying / preheating belt 34}
As a mechanism for applying tension to the conveyance / preheating
{Description of fixing and conveying / preheating
Next, a description will be given of a
Here, in this embodiment, the fixing
{Description of arrangement of both
On the other hand, in this embodiment, the attachment position relationship between the fixing
That is, the lower side of the fixing
{Description of thermistor}
In addition, the fixing
{Description of Fixing Operation in Fixing Device 10}
Next, the fixing operation to the unfixed sheet S in the fixing
First, in the process equipment of the electronic image forming apparatus (not shown), the
As a result, the fixing
In this idling state in which both the
In this way, the unfixed sheet S receives heat from the fixing
That is, the unfixed toner that has been preheated (preheated) in this manner is pressed and passed through the nip portion to be thermally fused and fixed on the sheet, but passes through the nip portion. At this time, the amount of heat applied to the unfixed sheet S is small because the unfixed sheet S has already been preheated up to this point. Therefore, according to this embodiment, it is possible to lower the lower limit temperature of the fixing temperature required at the nip portion, and thereby it is possible to reduce the amount of heat generated in the
On the other hand, since there is a surplus power in the application of the heat amount in the nip portion, it is possible to ensure the minimum fixing temperature even if the conveyance speed of the unfixed sheet S is increased. There is an advantage that it is possible to increase the number of fixing processes per hit, that is, to increase the process speed.
In addition, as already described, while the unfixed sheet S is being conveyed by the conveyance / preheating
Furthermore, the unfixed sheet S is conveyed in a state of being in close contact with the conveyance / preheating
During continuous operation, that is, in an operation state in which the unfixed sheets S are sequentially conveyed to the fixing
{Description of Examples}
Next, a measurement result (Example 1) when the conveyance speed of the unfixed sheet S is used as a parameter when the fixing operation is actually performed using the fixing
{Examination of fixability}
First, the control temperature in the
Here, the guide plate temperature shown in the comparative example in Table 1 is a measurement of the temperature at a substantially intermediate point in the position indicated by the symbol “X” on the guide plate G in FIG. Further, the temperature of the conveyance / preheating
On the other hand, in Table 1, the symbol “◯” indicating the measurement evaluation of the fixability indicates that the fixability is good, and the symbol “Δ” indicates that the limit is determined to be satisfactory. The symbol “x” indicates that the fixing property is poor and a cold offset is occurring.
As is apparent from Table 1, when the conveyance speed of the unfixed sheet S is increased in the comparative example (prior art), the temperature of the guide plate G rises by receiving heat from the fixing belt B according to this increase. It can be seen that the temperature rise is not enough to meet the increase in the conveyance speed, and as a result, the fixability gradually deteriorates, and there is an upper limit on the conveyance speed of the unfixed sheet S.
On the other hand, in this embodiment, the conveyance / preheating
{Examination of transportability}
Further, the transportability of the unfixed sheet was measured in the paper passing test. The measurement results are shown in Table 2.
In Table 2, the data shown in the comparative example was tested for transportability in a state where the unfixed sheet was forcibly adhered onto the guide plate G by being sucked with air from below the guide plate G. The data in this example and the comparative example are displayed in fractions. The denominator indicates the number of sheets to be passed, and the numerator indicates the number of jammed sheets within the number of sheets to be passed.
As is apparent from Table 2, in the comparative example, as the conveyance speed is increased, it is understood that the probability of jamming increases and the conveyance performance deteriorates. On the other hand, in this embodiment, the unfixed sheet S conveyed to the fixing
{Description of modification}
It goes without saying that the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above-described embodiments, the case where the fixing
Hereinafter, various modified examples will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
{Description of First Modification}
As shown in FIG. 4, the fixing
On the other hand, the
By configuring the first modification in this manner, the conveyance / preheating
{Description of Second Modification}
As shown in FIG. 5, in the
On the other hand, in the second modification, the second
By configuring the second modification in this manner, the conveyance / preheating
{Description of the third modification}
As shown in FIG. 6, the fixing
As described above, in the third modified example, the
Further, in the third modification, the unfixed sheet S is adsorbed in a state of being in close contact with the surface of the conveyance / preheating
Further, even if the curled unfixed sheet S is adsorbed in close contact with the conveying / preheating
Further, in the configuration of the above-described embodiment, it has been described that the conveyance direction of the unfixed sheet S is substantially the lateral direction, that is, the
In the above-described embodiment, the
{Description of other embodiments}
Further, in the above-described embodiment, the
Hereinafter, a fixing device according to another embodiment adopting a configuration in which the
{General description of fixing device 10}
First, as shown in FIG. 7, the fixing
Here, the
In addition, the fixing
In addition, the fixing
Here, although the details will be described later, the fixing
The fixing
On the other hand, on the upper part of the
A lower
In the
{Description of Fixing Roller 22}
The fixing
As shown in FIG. 9, a first driven gear 96 is coaxially attached to a shaft portion disposed at one end of the
{Description of pressure roller 24}
The
As shown in FIG. 9, the second driven
Here, in this embodiment, as the main drive for conveying the unfixed sheet, a preheating / conveying
On the other hand, in this embodiment, the
{Description of one-way clutch 98}
Here, the one-way clutch 98 allows relative rotation in the clockwise direction in the figure with respect to the first driven gear 96 of the fixing
Even if the fixing
On the other hand, since such a one-way clutch 98 is provided, the following effects are achieved incidentally. That is, if such a one-way clutch 98 is not provided, a glossy sheet such as a coated sheet is conveyed by the preheating / conveying
However, in this embodiment, since the one-way clutch 98 is provided between the fixing
{Description of fixing belt 32}
In this embodiment, the fixing
The fixing
{Description of Mechanism for Applying Tension to Fixing Belt 32}
As described above, in this embodiment, as a mechanism for applying tension to the fixing
Here, the first coil spring 82 is attached to the
On the other hand, the
That is, the
As described above, the fixing
{Description of drive mechanism 90}
As shown in FIG. 9, the
The
{Other configurations}
In this embodiment, the fixing
Further, in order to control the temperature of the
{Description of the arrangement above the heating roller 28}
As described above, in this embodiment, the
By disposing the
{Description of Configuration Angle of Heating Roller 28}
In the fixing
First, in this experimental example, a perpendicular line passing through the center point of the fixing
Here, ± of the configuration angle θ is defined as “+” as a value measured in the counterclockwise direction from the base line B, and “−” as a value measured in the clockwise direction in the figure from the base line B. Therefore, the
The measurement conditions are as follows.
That is, the nip width at the rolling contact portion was set to 8 mm, and the pressure contact force P1 for this was set to 24 kgf / one side. On the other hand, the temperature of the fixing
[0150]
In this way, the configuration angle θ is divided into nine types of 90 °, 105 °, 120 °, 150 °, 180 °, −150 °, −120 °, −105 °, and −90 °, and the measurement conditions described above. Measured with
The measurement results are shown in Table 3.
As apparent from Table 3, when the component angle θ is larger than 105 ° and smaller than −105 °, that is, when the component angle θ is measured only in the counterclockwise direction, this is 105 ° to 255 °. If it is within the range of °, it was found that there was no occurrence of image rubbing at the entrance of the rolling contact portion and no abnormality at the exit of the rolling contact portion, and that a good fixing operation was performed. did. On the other hand, when the configuration angle θ is 105 ° or less, it has been found that either an image rubbing at the entrance of the rolling contact portion or an abnormality at the exit of the rolling contact portion occurs, and a good fixing operation is not performed. did.
As described above in detail, in this embodiment, the
As a result, according to this embodiment, unlike the case of the above-described one embodiment, although the effect of preheating from the
In this embodiment, the upper fixing
In this embodiment, a material having a small heat capacity is used as the fixing
In this embodiment, the heat source is not built in the fixing
In this embodiment, a one-way clutch 98 is interposed between the first driven gear 96 and the fixing
{Description of Modifications of Other Embodiments}
In the other embodiments described above, it has been described that the unfixed sheet is conveyed to the
In the other embodiments described above, the
In the other embodiments described above, it has been described that the
Further, the
In addition, in the configuration in which the
In the third and fourth modified examples shown in FIGS. 11C and 11D, the
In the third modified example shown in FIG. 11C, the fixing
In the above-described embodiment and other embodiments, the preheating / conveying
Further, as shown in FIG. 12B as a second modification of the second heat generating means, an
Industrial applicability
As described in detail above, according to the present invention, there is provided a fixing device that can achieve preheating of the recording medium more effectively and increase the conveyance speed of the recording medium. In addition, according to the present invention, there is provided a fixing device that can eliminate the possibility that the toner image is disturbed by rubbing against the fixing belt while the recording medium is preheated. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a fixing device that can reduce the conveyance load of the recording medium as much as possible while the recording medium is preheated to achieve a reliable conveyance state. As described above, the fixing device according to the present invention is suitable for use in an image forming apparatus such as an electronic copying apparatus, an electronic printer apparatus, and an electronic facsimile apparatus.
Claims (31)
前記定着ローラから離間して配設された第1の発熱手段と、
前記第1の発熱手段からの熱伝達を受けて前記転接部を通過する前記シートを加熱する熱伝達手段と、
前記加圧ローラの前記一方向に関して上流側に位置し、前記第1の発熱手段からの熱伝達を前記熱伝達手段を介して受けて加熱され、前記転接部を通過する前の前記シートを、前記未定着トナーが担持されていない裏面から予熱すると共に、該シートを前記転接部に向けて搬送する予熱・搬送手段とを具備し、
前記熱伝達手段は、前記定着ローラから離間して配設された加熱ローラと、この加熱ローラと前記定着ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有して前記発熱手段の熱を前記定着ローラに熱伝達する第1の熱伝達ベルトとを備え、
前記予熱・搬送手段は、前記定着ローラの下方に位置する前記加圧ローラの前記一方向に関して上流側に配設された支持ローラと、この支持ローラと前記加圧ローラとの間にエンドレスに掛け渡され、所定の熱容量を有すると共に前記シートを上側辺上に密着させて前記転接部に搬送する第2の熱伝達ベルトとを備え、
前記第1の熱伝達ベルトと第2の熱伝達ベルトとの間は、該第2の熱伝達ベルト上を搬送される前記シートが前記転接部以前に該第1の熱伝達ベルトに接触しないように離間されていることを特徴とする定着装置。A fixing roller and a pressure roller biased so as to be in rolling contact with the fixing roller, and a sheet carrying unfixed toner on the surface of the fixing roller and the pressure roller in one direction. In the fixing device for fixing the unfixed toner on the sheet by passing along
First heat generating means disposed apart from the fixing roller;
Heat transfer means for receiving heat transfer from the first heat generating means and heating the sheet passing through the rolling contact portion;
The sheet is positioned upstream of the one direction of the pressure roller, is heated by receiving heat transfer from the first heat generating means via the heat transfer means, and the sheet before passing through the rolling contact portion. And preheating from the back surface on which the unfixed toner is not carried, and preheating / conveying means for conveying the sheet toward the rolling contact portion,
The heat transfer means is disposed endlessly between a heating roller disposed away from the fixing roller and between the heating roller and the fixing roller, and has a predetermined heat capacity and heat of the heating means. A first heat transfer belt for transferring heat to the fixing roller,
The preheating / conveying means is endlessly hung between a support roller disposed upstream of the one direction of the pressure roller located below the fixing roller, and the support roller and the pressure roller. A second heat transfer belt that is passed and has a predetermined heat capacity and conveys the sheet to the rolling contact portion in close contact with the upper side;
Between the first heat transfer belt and the second heat transfer belt, the sheet conveyed on the second heat transfer belt does not contact the first heat transfer belt before the rolling contact portion. The fixing device is characterized by being spaced apart from each other.
前記第1の熱伝達ベルトは、該加圧ローラと前記第2の熱伝達ベルトを介して摩擦係合することにより、走行駆動され、
前記定着ローラは、該第1の熱伝達ベルトを介して、該加圧ローラの回転により連れ回りにより回転駆動されることを特徴とする請求の範囲第1〜19の何れか1項記載の定着装置。Further comprising a driving means for rotationally driving the pressure roller;
The first heat transfer belt is driven to travel by frictional engagement with the pressure roller via the second heat transfer belt,
20. The fixing device according to claim 1, wherein the fixing roller is rotationally driven by the rotation of the pressure roller via the first heat transfer belt. apparatus.
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