JP3763369B2 - Fixing device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真複写機、同プリンタ、同ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した機器に使用する定着装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真複写機、同プリンタ、同ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した機器に使用する定着装置は、定着ローラと、定着ローラに圧接する加圧ローラとからなり、そのどちらか一方、あるいは両方を加熱し、このローラ対の間に記録材を搬送して定着を行うローラ方式が一般的に用いられている。
【0003】
しかしながら、上記ローラ方式においては、一対のローラを同期させて回転させなければならない。また、ローラをそれぞれ回転自在に支持する必要があるため構造が複雑になり、コストアップになると共に、装置が大型化するという問題があった。
【0004】
この問題を解決するために、加圧ローラの代わりに非回転の押圧部材を定着ローラに圧接させて、定着ローラと押圧部材の間に記録材を搬入させて定着を行う加圧パッド方式が、特公昭55−36996号公報に開示されている。
【0005】
また、加圧ローラの代わりに圧力ウエブ部材を定着ローラに所定の巻付け角度で圧接させて、定着ローラと圧力ウエブ部材との間に記録材を搬入させて定着を行う加圧シート方式が特開平1−304481号公報に開示されている。
【0006】
また、同一出願人により提案された、加圧パッド方式で定着ローラと加圧部材の間に耐熱性シートを設け定着ローラと耐熱性シートの間に記録材を搬入させて定着を行う方式、更には、その耐熱性シートの外側にアルミ箔等で形成された放熱部材が特願平7−44647号に開示されている。
【0007】
加圧パッド方式による定着装置の例を図17を用いて説明する。定着ローラ112は、アルミからなる中空ローラ112aの周辺面にシリコンゴム等の大きい摩擦係数を持つ被覆層112bを設けて構成されている。定着ローラ112の下面には、押圧部材111が設けられている。
【0008】
また、定着ローラ112と対面する面、即ち、押圧面は4フッ化エチレン樹脂等の摩擦係数の小さい物質からなる被覆層114によって構成されている。押圧部材111は軸117支持された加圧板116の上面に固定されており、加圧スプリング118により所定の圧力で定着ローラ112に押圧されている。そして、定着ローラ112と押圧部材111との間に未定着トナー像102を有する用紙101が搬送され定着が行われる。
【0009】
また、加圧シート方式による定着装置の例を図18を用いて説明する。定着ローラ122はアルミからなる中空ローラ122aの周辺面にシリコンゴム等の大きい摩擦係数を持つ被覆層122bを設けて構成されている。圧力ウエブ部材121の一端部はフレーム123に係止されており、反対端部はコイルスプリング128により所定の張力で張り渡され、定着ローラ122に所定の巻付角度αで圧接されている。そして、定着ローラ122と圧力ウエブ121との間に未定着トナー像102を有する用紙101が搬送され定着が行われる。
【0010】
加圧パッド方式に耐熱性シートを用いた定着装置の例を図19を用いて説明する。定着ローラ112は、肉薄アルミ製円筒体の外周面全周に離型性、紙搬送性、及び耐熱性が良好である合成樹脂材料、例えばシリコンゴム等の摩擦係数の大きな耐熱ゴムが被覆されている。定着ローラ112の下面には、加圧部材111が設けられている。
【0011】
また、定着ローラ112と加圧部材111との間には、下フレーム113に耐熱性両面テープで固定された耐熱性シート114が挿入されている。耐熱性シート114はガラス繊維(100μm)の基材に離型性及び耐熱性の良好な合成樹脂材料、例えばPFA(四フッソ化エチレン=パーフロロアルクルビニールエーテル共重合樹脂)、PTFE(四フッソ化エチレン樹脂)等のフッソ樹脂等の被覆あるいは含浸したもの(厚さ100μm)を使用している。そして、定着ローラ112と耐熱性シート114との間に未定着トナー像を有する用紙101が搬送され定着が行われる。さらには、その耐熱性シート114の下側にアルミ等の金属箔を設け、金属箔はフレームに接着されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記加圧パッド方式による定着装置においては、
▲1▼押圧部材111に対する被覆層114の接着強度が弱いため、定着ローラ112との摺動により、すぐに磨耗、剥離してしまう。
【0013】
▲2▼用紙101を搬入する前の前回転や連続通紙時の紙間等の非通紙時には、定着ローラ112の回転により、押圧部材111にせん断力が作用し、押圧部材111が変形してしまう。
【0014】
▲3▼押圧部材111と加圧板116との接着強度を増大させるために両者の接着面積を大きくした場合、押圧部材111が大型化し、コスト高になる。
【0015】
▲4▼押圧部材111の硬度が高すぎると十分にニップ幅が得られず、定着ローラ112の長手方向に定着ムラが生じやすい。逆に、押圧部材111の硬度が低すぎると永久歪みが生じやすい。
【0016】
▲5▼押圧部材111及び被覆層114は、加圧板116に固定されているため、紙搬送は定着ローラ112の搬送力に頼らざるを得ず、紙搬送が行いにくく、通紙不良が起こりやすい。
【0017】
▲6▼定着ローラ112に被覆された被覆層112bのみで離型性と紙搬送性との両方の相反する性能を満足させるためには、大きな搬送力が必要となり、搬送力の最適化が要求される。
【0018】
という問題を有している。
【0019】
また、上記加圧シート方式による定着装置においては、
▲1▼十分な定着力(定着強度)を得るためには、定着ローラ122に対する圧力ウエブ部材121の巻付け角度αを大きくする必要があり、定着後の用紙101のカールが大きくなってしまう。
【0020】
▲2▼定着ローラ122に対する圧力ウエブ部材121のローラ長手方向の圧力分布が不均一になりやすく、定着ムラが発生しやすい。
【0021】
という問題を有している。
【0022】
また、加圧パッドに耐熱性シートを用いた方式による定着装置は、
▲1▼ガラス繊維上に耐熱性の合成樹脂を形成するために厚みが増し、適度なニップが確保できず良好な定着が得られない。
【0023】
▲2▼上記構成により、ガラス繊維と合成樹脂の温度による膨張係数が異なるため、加熱時には、反りが発生する(金属泊等の放熱装置が必要)。
【0024】
▲3▼用紙101を搬入する前の前回転や連続通紙時の紙間等の非通紙時には、定着ローラ112の回転により、押圧部材111にせん断力が作用し、押圧部材111が変形してしまう。
【0025】
▲4▼押圧部材111の硬度が高すぎると十分にニップ幅が得られず、定着ローラ112の長手方向に定着ムラが生じやすい。逆に、押圧部材111の硬度が低すぎると永久歪みが生じやすい。
【0026】
▲5▼定着ローラ112に被覆された被覆層112bのみで離型性と紙搬送性との両方の相反する性能を満足させるためには、大きな搬送力が必要となり、搬送力の最適化が要求される。
【0027】
という問題を有している。
【0028】
また、加圧パッド方式及び加圧シート方式等に共通したものとして、
▲1▼両面プリント時等の裏面にトナー像が記録されている用紙(以後、裏紙と称する)の定着を行った場合、用紙の裏面と押圧部材111、若しくは圧力ウエブ121との摺動により用紙裏面のトナー像が流れたり(以後、像流れと称する)、用紙裏面のトナーと押圧部材111、若しくは圧力ウエブ121とが溶着して、ジャムの原因となる。
【0029】
という問題点を有している。
【0030】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の定着装置は、定着ローラと、該定着ローラの外周面に圧接して配置された加圧部材とを備え、前記定着ローラと前記加圧部材との間に未定着トナー像を有する記録材を搬送することにより、前記記録材に未定着トナー像を定着させる定着装置において、前記定着ローラと前記加圧部材との間に位置し、定着ローラに圧接される耐熱性シートを備え、この耐熱性シートの定着ローラへの当接部に、スリット幅を有しない切り目を、耐熱性シートと定着ローラとの接触幅であって前記記録材の搬送方向の接触幅の2倍以上の長さで、前記耐熱性シートの端部に達しないように、耐熱性シートの厚さに対して2倍以上10倍未満の所定ピッチで形成し、前記定着ローラと前記耐熱性シートとの間に前記記録材を搬送させるようにしたことを特徴とする定着装置である。
【0031】
請求項2記載の定着装置は、前記定着ローラに圧接される耐熱性シートの定着ローラへの当接部に、所定の温度の前記定着ローラにより加熱されると耐熱性シートの膨張によりスリット幅がゼロになる複数のスリットを、前記切り目と平行に形成したことを特徴とする請求項1記載の定着装置である。
【0032】
請求項3記載の定着装置は、前記定着ローラは前記耐熱性シートに設けられたスリットの長手方向に対し、中央部に当接することを特徴とする請求項2記載の定着装置である。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態ついて図1〜図12および図20に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の実施形態に係る定着装置は、レーザープリンターに適用した場合について説明する。
【0037】
上記レーザープリンターは、図2に示すように、給紙部10、画像形成装置20、レーザー走査部30、及び本発明の定着装置50を有している。給紙部10はプリンタ内部にある画像形成装置20に用紙1を搬送し、画像形成装置20は搬送された用紙1上にトナー像を転写する。用紙1はさらに搬送され用紙1、定着装置50によりトナーは用紙上に固定される。その後、用紙搬送ローラ41、42よってプリンタ外部に排出される。即ち、用紙1は図中の太線で示される矢印Aの経路を辿る。
【0038】
上記給紙部10は、給紙トレイ11、給紙ローラ12、用紙分離摩擦板13、加圧バネ14、用紙検知アクチュエータ15、用紙検知センサー16、及び制御回路17を有している。
【0039】
給紙トレイ11に装着された用紙1は、外部に接続された図示しないホストコンピュータよりプリント命令を受け、給紙ローラ12、用紙分離摩擦板13、加圧バネ14の作用により、一枚ずつ給紙され、プリンタ内部に順次給送される。給紙された用紙1は、用紙検知アクチュエータ15を倒し、用紙検知光学センサー16に電気信号として出力させ、画像印刷の開始を指示する。用紙検知アクチュエータ15の動作により起動された制御回路17は、画像信号をレーザー走査部30のレーザーダイオード発光ユニット31に送り、発光ダイオードの点灯・非点灯を制御する。
【0040】
上記レーザー走査部30は、上記レーザーダイオード発光ユニット31、走査ミラー32、走査ミラーモータ33、及び反射ミラー35・36・37を備えている。
【0041】
走査ミラー32は、走査ミラーモータ33により高速かつ定速に回転する。即ち、図2において、レーザー光34は紙面に対して垂直方向に走査することになる。レーザーダイオード発光ユニット31から照射されたレーザー光34は、反射ミラー35・36・37を介して後述する感光体21へ照射される。この時、レーザー光34は、上記制御回路17からの点灯・非点灯の情報を基に、感光体21上に選択的に露光する。
【0042】
上記画像形成装置20は、感光体21、転写ローラ22、帯電部材23、現像ローラ24、現像ユニット25、及びクリーニングユニット26を備えている。上記レーザー光34により予め帯電部材23により所定電位に帯電された感光体表面に露光することにより、感光体表面電位を選択的に放電させ静電潜像が形成される。現像に共されるトナーは現像ユニット25に蓄積されている。現像ユニット25内で適度な攪拌により電荷が付与されたトナーは現像ローラ24の表面に付着し、現像ローラ24に与えられた現像バイアス電圧及び感光体表面電位の作り出す電界の作用により、静電潜像に応じたトナー像を感光体21上に形成することができる。
【0043】
上記給紙部10より搬送された用紙1は、感光体21と転写ローラ22とに挟まれ送られる。そして、転写ローラ22に印加された転写電圧の与える電界の作用により、感光体21上のトナーは電気的に吸引され用紙1に転写される。この時、感光体21上のトナーは転写ローラ22により用紙1に転写されると共に、未転写トナーはクリーニングユニット26により回収される。
【0044】
その後、用紙1は定着装置50に搬送される。そこで、加圧部材51及び170℃に保たれた定着ローラ52により温度と加圧力が与えられる。そして、トナーは用紙1上に溶解し、用紙1に固定化され壁牢な画像となる。用紙1は用紙搬送ローラ41、42により搬送され、機外に排出される。上記定着装置50については、次に詳しく述べる。
【0045】
上記定着装置50は、図1に示すように、加圧部材51、定着ローラ52、及び下フレーム53を備えている。定着ローラ52は薄肉アルミ製の円筒体の外周面全面に離型性、紙搬送性、及び耐熱性が良好である合成樹脂材料例えばシリコンゴム等の紙搬送性の良好な耐熱性ゴムが被覆されたものである。定着ローラ52の軸芯部にはヒーターランプ55が挿入されている。
【0046】
定着ローラ52の両端部付近には半円弧状の軸受け60(エスベアSS745:スターライト工業(株)社製)が定着ローラ軸に対して垂直に配置されている。軸受け60は、耐熱性樹脂で構成されている定着カバー59(レマペット:三菱油化(株)社製)にはめ込まれている。定着カバー59は、加圧力1200gfの加圧スプリングを介して、上フレーム61から加圧された構成となっている。
【0047】
加圧部材51は、厚さ2mmのシリコンスポンジゴム(シリコンスポンジゴムTL4400:イノアック(株)社製)であり、アスカーC硬度で約30度である。この加圧部材51は、L曲げ板金56(SECC:厚さt1)と定着ローラ52の外周面との間に位置しており、加圧スプリング58の作用により圧接されている。また、加圧部材51は、L曲げ板金56上に耐熱性両面テープ(両面テープ5302A:日東工業(株)社製)により固定されている。さらに、加圧部材51は、L曲げ板金56の両端部付近で下フレーム53から突出したボスに嵌め込まれ、下フレーム53に固定されている。
【0048】
上記加圧部材51と定着ローラ52との間には、下フレーム53に耐熱性両面テープで上流側を固定された耐熱性シート54が挿入されている。耐熱性シート54は離型性及び耐熱性の良好な合成樹脂材料、例えばPFA(四フッ化エチレン=バーフロロアルクルビニールエーテル共重樹脂)、PTFE(四フッ化エチレン樹脂)等のフッソ樹脂等の被覆あるいは含浸したもの(厚さ300μm)である。本実施例では耐熱性シート54としてPTAシート(一般的な対アルミの摩擦係数0.04〜0.1)にスリット54aを設けたものを採用している。
【0049】
上記下フレーム53は、定着ローラ52より上流側(用紙1が挿入される側)が下流側に比べて、ほぼ加圧部材51と耐熱性シート54との厚み分だけ高くなっている。その高さの境界部分にL曲げ板金56が嵌め込まれている。また、上記上流側は用紙1の搬入をガイドする定着前ガイド57となっており、下流側は定着が終了した用紙1の排出のガイドをする定着ガイド62となっている。
【0050】
上記構成によれば以下のようになる。未定着トナー像2がのった用紙1は通紙方向(矢印B方向)に移動し、定着前ガイド57により定着ローラ52と耐熱性シート54との間のニップ部を通過する。この時、定着ローラ52の熱及び圧力により、用紙1上に静電付着している未定着トナー像2が用紙1に固定され、所望の文字及び図面が形成される。その後、定着ガイド62の上を通過し排出される。このような構成により電子写真プロセスの最終定着を行う。
【0051】
次に、図5から図12を用いて、耐熱性シートの説明を行う。
【0052】
耐熱性シート54は上記した合成樹脂材料、例えばPFA、PTFEが用いられ、本実施例においては、厚さ300μm、図5に示すようにスリット幅ΔLを1.2mm、スリット間隔Lを80mmのものを採用している。この厚さは定着ローラ52とのニップ幅により決定され、加圧部材51の強度、耐熱シート54の硬度及び、定着ローラ54との摩擦による磨耗量により、本定着装置のライフ60Kを維持できるように設定されている。また、スリット幅及び、スリット間隔は、定着ローラの設定温度及び、その温度による樹脂特有の熱膨張係数によって設定されている。
【0053】
従来の方式の耐熱性シートであれば、定着ローラからの加熱により耐熱性シートが膨張し表面に撓みや歪みが生じて、定着ローラ54と加圧部材51との間では加圧力が不均一になり、良好な定着が行われず、像流れ等の定着不良の問題があった(図20(a),(b)参照)。また長期間の使用においては、熱により耐熱性シートの撓みや歪みが固定化され永久歪になる問題があった。
【0054】
本発明によると、設定された耐熱性シート54は、定着ローラ52の温度上昇T(定着ローラの表面温度−外気温度)と共に耐熱性シート54は徐々に膨張し始める。さらに、温度上昇が続くと耐熱性シートは54は膨張と共に表面がたわむ。そして、定着ローラ52の設定温度に達すると、図6で示すように、膨張した耐熱性シート54の膨張部分や表面の撓みは圧力差によりスリット部54aに吸収され、スリット幅:ΔL=0となり、耐熱性シート54の膨張部分及び撓みはスリット54aに全て吸収される。従って、放熱装置を用いたり、耐熱性シート54の厚みを増すことなく、加圧部材の加圧力を維持したまま、最適なニップ幅を確保することができる。よって、良好な定着を行うことができる。
【0055】
図7は耐熱性シート54に設けられたスリット54aを用紙の搬送方向に対し、傾斜させたものである。スリット部54aに傾斜を設けることで、ライフ以上の使用や、その他の何らかの理由で定着不良が発生しても、用紙の搬送方向に対して同一線上でないため、定着不良が目立たない。従って、スリット幅54a、スリット間隔及び、定着ローラの設定が容易に行える。また、スリットを傾斜させることで、耐熱性シート54のスリット54a端部の反り等が防止でき、搬送トルク増大などの防止をすることが可能となる。
【0056】
図8はスリット54の長手方向の中央部に定着ローラ52を当接させたものである。定着ローラ52の当接部を一点鎖線で示す。定着ローラ52をスリット54の中央部に設けることにより、耐熱性シート54の端部の反り等の搬送トルクの増大を招く問題が生じることがない。また、図9は定着ローラ52を加熱した状態である。耐熱性シート54全体の熱伝導(表面温度)が均一となりスリット54aが熱による膨張や撓みを確実に吸収することが可能になり、スリット幅、スリット間隔の設定も容易である。従って、用紙搬送トルクを増大させることなく、安定した定着温度を維持することが可能となる。
【0057】
図10、図11は耐熱性スリット54のスリット54aの形状を略三角形状または、四角形状にしたものである。スリット54aの形状を上記のように歪めることにより、耐熱性シート54の熱による膨張部分を確実に吸収することが可能となる。また、耐熱性シートの膨張や収縮による耐熱性シート54の疲労を軽減することが可能になる。また、スリット部の切断端部等の疲労が軽減でき、永久歪みなどの問題が解消できる。従って、ライフに渡る安定した定着を行うことが可能である。
【0058】
図12は耐熱性シート54のスリット54aの各間に、複数の切り目54bを設けたものである。切り目54bのない耐熱性シートの場合、封筒やはがき等の厚手の用紙を通紙すると用紙の端部が接触するシート部分が歪み、その部分に定着不良が発生していた。そのために、スリット間に複数の切り目54bを設けると、耐熱性シートの僅かな撓みや歪みであれば、複数の切り目54bで吸収を行うことが可能になる。したがって、厚手の紙を通紙した場合でもシートの撓み防止が行え、確実な定着が行える。
【0059】
そして、耐熱性シートのスリット間に設けた切り目は記録材搬送方向の中央部だけに設けることにより、切り目による耐熱性シートの反りや折れ曲がりが防止できる。また、耐熱性シートの表面温度が安定する。それゆえ、定着ローラの負荷変動を生じさせることなく、また、耐熱性シートの表面温度を均一に維持することが可能であり、耐熱性シートの反りを防止することができ、用紙搬送トルクを増大させることなく、耐熱性シートの確実な歪み補正が行え、良好な定着を行うことができる。
【0060】
次に、スリット幅と、スリット間隔の変化による定着性の実験を行った。
【0061】
本実施例では、PTFEの膨張係数は10×10-5、外気温度20℃、定着ローラの表面温度170℃で設定を行うと、常温でのスリット幅;ΔLを1.2mm、スリット間隔;Lを80mmに設定した。上記スリット幅及びスリット間隔は次の式より求められる。
【0062】
ΔL=α・L・T
ΔL:常温でのスリット幅(mm)
α:材質による膨張係数(1/℃)
L:常温でのスリット間隔(mm)
T:耐熱性シートの温度上昇(℃)
(定着ローラの表面温度−外気温度)
上記により、常温では1.2mmのスリット幅;ΔLが表面温度170度の定着ローラ52により加熱されると、スリット幅;ΔLはゼロになり、定着が可能な状態となる。さらに、上記数式によりスリット幅;ΔLと、スリット間隔;Lをそれぞれ変化させて実験を行った。
【0063】
【表1】
【0064】
上記表1の結果により、スリット間隔;Lは110mm以下が最適であることが分かる。スリット間隔;Lを120mm以上に設定すると、理論上はスリット部でシートの膨張や撓みを吸収することが可能であるが、実際には膨張が一部分に集中し、スリット幅;ΔLが広い場合、上述したスリット間隔;Lではシートの撓みを吸収できないことが理解できる。
【0065】
すなわち、耐熱性シートのスリット間隔を110mm以下にすることにより、耐熱性シートの撓みを確実に防止することができる。それゆえ、安定した定着につながる。
【0066】
次に、定着ローラ52は紙を通紙方向に搬送するために紙搬送力が必要である。これについて、(a)白紙通紙、(b)100%黒ベタ印字紙通紙の2種類の場合に必要な紙搬送力を図4に基づいて説明する。図3は図4の紙搬送力の測定方法を示す斜視図である。但し、100%黒ベタ印字紙とは、定着ローラ52側は未定着トナー像2による黒ベタであり、耐熱性シート54側は定着が終了した定着像3による黒ベタとする。
【0067】
定着ローラ52と耐熱性シート54との間に白紙(128g)を挿入する。定着ローラ52を回転させ、定着ローラ温度を140度に温度調節し、用紙1を搬送する。このとき、用紙1に取り付けたバネばかり63を引っ張ると、定着ローラ52が回転中に用紙1の搬送が停止する。その後、徐々にバネばかり63の引っ張り力を弱めると、再び用紙1が搬送され始める。用紙1が再搬送され始めた時点でのバネばかり63の値を紙搬送力とした。
【0068】
(a)白紙通紙の場合、紙搬送を行うためには、
μ1(t1・m)・p>(t2・m)・p+Mp ・・・(1)
μ1 :定着ローラ52のコート材と用紙1との間の摩擦係数
μ2 :耐熱性シート54材と用紙1との間の摩擦係数
p:用紙1に加えられた加圧力
Mp:用紙1の抵抗力と搬送力
の関係が満足されていなければならない。即ち、μ1>μ2の関係を満たしていなければならない。但し、摩擦係数μ1はコート材の温度及び材料に依存する係数である。同様に、摩擦係数μ2はシート材の温度及び材料に依存する係数である。つまり、耐熱性シート54と用紙1との摩擦係数μ2より、定着ローラ52と用紙1との摩擦係数μ1を大きくすることによって、安定した紙搬送を行うことができ、通紙不良が少なくなる。
【0069】
本実施例では摩擦係数μ2が0.1、加圧力pが1400gf、搬送力Mpが100gfであり、このとき摩擦係数μ1は0.17以上必要となる。また、摩擦係数μ2が0.1、加圧力pが1000gf、搬送力Mpが100gfであり、このとき摩擦係数μ1は0.2以上必要となる。さらに、摩擦係数μ2が0.1の場合は、摩擦係数μ1は0.25以上必要となる。従って、耐熱性シート材54は摩擦係数μ2が小さい材料が良く、加圧力pは大きいほうが良いことになる。しかし、加圧力pが大きすぎると、摩擦トルクが大きくなり、装置全体としてコストアップにつながる。
【0070】
次に、(b)100%黒ベタ印字紙通紙の場合は、
μC(t1・m)・p>μs(t2・m)・p+Mp ・・・(2)
F2・F2′>F3>F1 ・・・(3)
μC:定着ローラ52のコート材と用紙1との間の摩擦係数
μS:耐熱性シート54材と用紙1との間の摩擦係数
p:用紙1に加えられる加圧力
Mp:用紙1の抵抗力と搬送力
F1:コート材と表面張力(耐離型性)
F2:定着ローラ52側の用紙1とトナーとの表面張力(耐離型性)
F2′:耐熱性シート54側の用紙1とトナーとの表面張力(耐離型性)
F3:シート材とトナーとの表面張力(耐離型性)
上記(2)、(3)の関係を同時に満足していなければならない。但し、上記白紙通紙の場合と同様に、摩擦係数μC・μS、表面張力F1・F2・F2′・F3は、それぞれ温度及び材料によって決まる。
【0071】
ところで、トナーの流動性は温度によって変化し、温度が高いと他物質との表面張力及び摩擦係数は大きくなる。従って、100%黒ベタ印字紙通紙の場合は、白紙の場合より条件が厳しくなる。つまり、μS>μ2となり、白紙の場合より摩擦係数μS、即ち、紙搬送力Mpの大きいコート材が必要となる。
【0072】
次に、上記構成により通紙試験を行ったときの通紙状態の評価を行った。このとき、黒トナー濃度1.4の両面黒ベタ紙(定着面:未定着黒ベタ、シート面:定着黒ベタ)を用いた。定着ローラ52の離型性、耐熱性及び搬送性を兼ねたものであり、その搬送力が170gf、250gf、300gf、500gf、1500gfの5種類のものを使用した。また、通紙は通紙間隔が3秒であるマルチプリント(非通紙状態の3秒間は140度の温度調節)と通紙間隔が60秒であるシングルマルチプリント(非通紙状態の60秒間は温調オフ)とで行い、それぞれ通紙速度25mm/secで行った。この結果を表2に示す。
【0073】
【表2】
【0074】
この結果、紙搬送力が300gf、500gf、1500gfのとき、マルチプリント及びシングルマルチプリントの通紙性は良好であった。さらに、本定着装置のライフである60K相当時間を定着ローラ温度140度で空回転(耐熱性シートとは摩擦)を行った。即ち、本実施例に用いたレーザービームプリンタは4枚/minプリントであるので、1500min(250hour)を、通紙なしでローラ表面温度140度で回転続けたところ、紙搬送力が約10%低下した。この理由は、定着ローラ52と耐熱性シート54(本実施例ではPTFE)との摩擦及びPTFEシート54から定着ローラ52のコート層側にPTFEが移行するという2つの大きな理由が考えられる。
【0075】
これにより、定着ローラ52に持たせる紙搬送力として300gf以上が望ましい。この結果、最低紙搬送力を決定することでどのような種類の用紙に対しても通紙不良を起こすことなく、安定した通紙を行うことができる。また、上記最低紙搬送力に近い値を紙搬送力とすることで、トナーとの離型性が良好な定着ローラ52を得ることができる。従って、紙搬送力は約350gfが最適値である。
【0076】
以上の説明においては、定着ローラ52の長手方向、つまり回転軸方向においてほぼ均一に加熱されている場合において耐熱性シート54が膨張し、耐熱性シート54に設けたスリット幅;ΔLがゼロになることで、耐熱性シート54の歪み等による波打ちや、反り等を緩和(吸収)し、これらの影響をなくしている。これにより、定着ローラ52に圧接される耐熱性シート54とのニップ幅を所定の値に維持でき、定着状態を良好に行える。
【0077】
しかし、耐熱性シート54の材質や、その製法において、定着ローラ52の回転軸方向での温度分布が均一であっても、スリット54a等を設けても、熱膨張によりスリット幅;ΔLがゼロにならない場合や、部分的な波打ちや反り等が発生し、定着ローラ52に耐熱性シート54が均一なニップ幅にて圧接しなくなることがある。
【0078】
また、定着ローラ52においても、回転軸方向に全域において均一な温度分布になることはなく、多少の温度差が生じており、これにより上述したような耐熱性シート54による部分的な波打ちや反りが生じることとなる。
【0079】
耐熱性シート54の製法の一例を示せば、耐熱性に優れた合成樹脂材料、例えばポリイミド(PI)をベースに離型性及び耐熱性の良好な合成樹脂、例えばPFA(四フッ素化エチレン=パーフロロアルクルビニールエーテル共重合樹脂)や、RTFE(四フッ素化エチレン樹脂)等のフッ素樹脂を混ぜた合成樹脂にて作成している。
【0080】
そこで、上述した合成樹脂材料をまず円柱形状に形成した後、桂剥きにしてロール状態にシート形状に形成する。この場合、桂剥きにしたロール形状のシートはどうしても巻癖が生じるため、そのままでは耐熱性シート54として利用できない。
【0081】
そのため、巻癖が生じたロール形状のシートをフラット形状にするために加熱ローラで均一に張力を加えながら圧延させる。そしてシート材の内部の残留応力を除去するために熱処理される。例えば、300℃以上の雰囲気中で5時間放置される。
【0082】
こうしてフラット形状になった源反シートに対して耐熱性シート54を作成するために金型等で打ち抜き所定の形状の耐熱性シート54が作成される。例えば本実施形態においては、図13に示すとおり長さ231mm、幅14mm、厚さ0.3mmの耐熱性シート54を作成し、スリットを設けることなく切り目54bを、ピッチ;Pを1.41mm、切り目の長さ;dを8mmに形成した。ここで、本発明による切れ目54bは、スリット54aとは別に、そのスリット幅を有しないものであり、単に切り筋が形成されるものである。
【0083】
上述のように作成した耐熱性シート54の場合、温度膨張係数が安定しない。そのため、定着ローラ52の回転軸方向の温度分布が一定であっても、シート54の熱膨張が一定しなくなり、部分的に波打ち等が生じる。また、定着時にシート54に加えられる熱は均一ではなくスリットをもうけた場合のスリット幅;ΔL、スリット間隔;Lは材料の製造ロットによってその最適値が変動する場合がある。そのため、スリットを設ける場合に定着時(高温時)にスリット幅;ΔLが完全なゼロにならない場合がある。そのため、その部分で定着ムラが発生する。
【0084】
この点、図13の上述した切れ目54bを所定のピッチで形成した耐熱性シート54では高温時、つまり、定着ローラ52にて定着を行える状態において、図14に示すように耐熱性シート54が長手方向、つまり定着ローラ52の回転軸方向に膨張するが、それと直交する方向への熱膨張はなく、部分的な波打ちや反り等がなく、当初のニップ幅;n(本実施形態においては1.5mm)の変化がみられなかった。つまり、上述した耐熱性シート54においては、切れ目54bを所定のピッチで形成した場合に、定着ローラ52が加熱され定着状態においても最適なニップ幅;nを確保でき、定着を常時安定させることができる。
【0085】
下記表3には耐熱性シート54に形成する切り目54bのピッチ;Pを変えて加工した結果を示している。つまり、切り目54bのピッチ;Pを短くすると、熱膨張等を緩和する効果が高まる一方、加工ムラが生じる。これはシート54の厚さにより変化する。この加工ムラは切り目54bを形成する時に、隣接して形成された切り目54bに影響され歪んだり、一定幅のピッチにならないムラ等である。また、切り目54bのピッチ;Pが長くなると、熱膨張等を緩和できずにピッチに応じて定着ムラが発生する。
【0086】
【表3】
【0087】
また、耐熱性シート54の厚さが0.3mmにおいて、切り目54bを加工した場合において、シート厚さの2倍以下のピッチでは均一な切り目54bの加工が困難となる。また、10倍を越える場合では切り目54bのピッチ;Pで定着の光沢ムラが生じ定着後には見苦しい画像となる。
【0088】
以上のことから、切り目54bは、そのピッチ;Pを短くすることで、定着ローラ52による熱にて耐熱性シート54が膨張する時に、シートの波打ちやうねり、あるいは反り等の影響を受けることなく、定着ローラ52に所定のニップ幅を維持して、安定した定着を行える。
【0089】
一方、切り目54bのピッチ;Pにおいては、短くすると切れ目の加工ムラが発生し、これによる定着ムラが発生する。そのため、耐熱性シート54の厚さの2倍以上に設定することで、加工ムラをなくし、安定した定着を可能にしている。しかも、耐熱性シート54の厚さの10倍以下のピッチ;Pによる切り目54bを形成することで、定着ムラを解消できる。
【0090】
よって、耐熱性シート54の温度膨張係数が安定しない場合においては、上述したように定着装置を構成する耐熱性シート54にスリットを設けずに切り目54bを所定ピッチで設けることで、熱膨張等による耐熱性シート54の波打ち等をなくし、安定した定着を可能にしている。
【0091】
続いて、耐熱性シート54は、上述したロール形状に形成した後、フラット形状のシートにする源反の製造工程で、シートの長手方向に張力が加えられる。例えば図15に示すように矢印方向に張力を加えられたシートは、その両端部には中央部とは異なる図示する残留応力を残す。この残留応力を除去するための熱処理が施されても完全に除去できるものではない。そのため、定着装置を構成する耐熱性シート54をその部分において作成すれば、定着加熱や定着加圧時に、その耐熱性シート54はその応力を緩和する方向に形状を変形しようとする。そのため、耐熱性シート54が大きく変形し、定着不良が生じることになる。
【0092】
特に図15に示すシート源反に対し、図16(a)に示すように横方向に打ち抜き耐熱性シート54を作成した場合、長手方向の両端部は定着ローラ52による定着加熱、定着加圧により伸びることによって応力を緩和できる。中央部はそのようなことはなく伸びない。この差はスリット54aや切り目54bを形成した耐熱性シートに対し、その幅やピッチの寸法不安定の原因となる。
【0093】
常温で打ち抜き加工された耐熱性シート54のスリット幅;ΔLや切り目は、定着加熱、定着加圧により中央と両端部でその寸法が変化してしまう。これにより波打ちやうねり、さらに反り等として部分的に生じ、定着ローラ52への耐熱性シート54の接触状態が安定せず、ニップ幅等が不安定になり、定着不良を生じる。
【0094】
これを解決するためには製品寸法に対し十分に長い幅の源反シートを作成し、その両端部を使用しないという方法がある。例えば、長手方向において231mmの耐熱性シート54を作成する場合、図16(a)に示すように約300mm幅のシートを作成する必要がある。そのためには、まず高さ300mmの円柱状の上述した合成樹脂材料を作成する必要があり、これが製造上かなり困難となる。また、両端部約35mm、合計で約70mmの部分は、製品化されず廃棄となるため耐熱性シートを作成する時のコストアップの要因ともなる。
【0095】
そこで、シート源反に対し、図16(b)に示すように縦方向に打ち抜いて耐熱性シート54を作成した場合、定着加熱、定着加圧により耐熱性シートは縮むことにより残留応力を緩和する。その縮みは、耐熱性シートの長手方向に均一でありスリット54a、切り目54bの寸法変化が出たとしてもそれは均等になる。また、高さ150mmの円柱の合成樹脂材料であっても、十分に240mmを越える耐熱性シート54を作成することができる。これにより、定着装置を構成する耐熱性シート54の作成するコストが低減する。
【0096】
このようにして作成された耐熱性シート54を用いて定着装置を構成した場合、500枚〜1000枚の連続印刷を行うと耐熱性シート54は、長時間定着ローラ52による熱にて高温状態にさらされる。しかもその温度は一定ではなく、定着を行う通紙中には用紙1を介して定着ローラ52の熱を受け紙間では定着ローラ52から直に熱を受ける。また加圧部、いわゆる定着ローラ52と耐熱性シート54とが接触するニップ部は、紙間で直に定着ローラ52に加圧されるが、ニップ部以外は定着ローラ52からの熱が伝わりにくい。
【0097】
この熱ストレスの不均一さが耐熱性シート54の反りや歪み、波打ちの発生原因となる。耐熱性シート54の通紙上流側は、フレームに粘着性材料で固定されており、シートの反り、歪み、波打ちは発生しにくい。シートの通紙下流側は不均一な熱ストレスの影響を受けやすくシートの波打ちが発生しやすい。波打ちが発生した場合、その波打ち形状がニップ部まで達していると定着圧が不均一となり定着不良が生じる。
【0098】
このような不具合をなくすために、本発明においては耐熱性シート54に切り目54bを形成し、この切り目54bにて緩和するようにしている。そこで、この切り目54bの長さ、つまり用紙1を搬送する方向の長さについての実験結果を下記表4に示した。特に、切り目54bは、短いと熱等による膨張による影響を十分に緩和できずに、定着不良が生じる結果となった。
【0099】
【表4】
【0100】
これに対して、切り目54bを十分に長く形成すれば、熱による膨張を吸収して、耐熱性シート54の波打ち等による症状が解消され、安定した定着が可能となる。
【0101】
そこで、耐熱性シート54に形成される切り目54bと、該耐熱性シート54が定着ローラ52に接触するニップ幅(=約1.5mm)との関係について示した結果が上記表4である。この結果から切り目54bの中央部に定着ローラ54を当接させた場合において、切り目54bの長さは、ニップ幅の2倍以上の時に良好な定着結果が得られた。
【0102】
なお、耐熱性シート54は、用紙1の搬送方向の長さ(幅)が、本実施例においては14mmであれば、それ以上の長さにはならない。しかも、耐熱性シート54の一端がフレーム等に固着されるため、切れ目54bは少なくとも10mm以下に設定する必要がある。これは、耐熱性シート54の幅に応じて決めればよいことである。
【0103】
また、上述した耐熱性シート54に設ける切り目54bについては、用紙1の搬送方向に平行に形成しているが、多少傾斜するように形成してもよい。さらに、上述した切り目54bの長さは図12に示した切り目54bにおいても適用すれば、好適な結果を得ることができる。
【0104】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、定着ローラと加圧部材との間にスリットを有した耐熱性シートを設け、前記定着ローラと耐熱性シートとの間に前記記録材を搬送させる構成である。
【0105】
これにより、定着ローラによって、高温に加熱されても耐熱性シートの膨張による撓みや歪みを吸収することができるので、用紙搬送トルクを増大させることなく、耐熱性シートの確実な歪み補正が行え、良好な定着を行うことができる。また、加圧部材には定着ローラの回転によるせん断力は作用しない。それゆえ、加圧部材は変形することがなく、耐久性が向上する。さらに加圧部材にはせん断力が働かないので、加圧部材を固定するための接着面積を考慮する必要がない。従って、加圧部材は必要最低限の大きさにすることができるので、装置の小型化が可能となり、コストの低減につながる。
【0106】
請求項2記載の発明によれば、耐熱性シートのスリットは記録材の搬送方向に対し傾斜しているので、加圧部材によって加圧されても、加圧効果を損なうことなく、トナーの定着性を向上させることができる。
【0107】
また、スリットと用紙搬送の摩擦力を分散することができる。それゆえ、加圧部材は変形することがなく、耐久性が向上し、用紙搬送に大きなトルクを必要としない。従って、モータや電源の小型化が可能となりコスト及び消費電力の低減につながる。
【0108】
結局、耐熱性シートの反りを防止することができ、用紙搬送トルクを増大させることなく、耐熱性シートの確実な歪み補正が行え、良好な定着を行うことができる。
【0109】
請求項3記載の発明によれば、耐熱性シートに設けられたスリットの長手方向に対し、中央部に定着ローラを当接することによって、温度の安定性が良くなり、スリット幅、スリット間隔の設定が確実に行える。
【0110】
すなわち、耐熱性シートの疲労を軽減でき、耐熱性シートの表面温度を均一に維持することが可能であり、耐熱性シートの反りを防止することができ、用紙搬送トルクを増大させることなく、耐熱性シートの確実な歪み補正が行え、良好な定着を行うことができる。
【0111】
請求項4記載の発明によれば、耐熱性シートのスリット間にスリットと平行に切り目を設けたことにより、切り目が耐熱性シートの撓みや歪みを吸収することによって、スリット幅、スリットの間隔設定が容易に行える。
【0112】
すなわち、耐熱性シートの疲労を軽減でき、耐熱性シートの表面温度を均一に維持することが可能であり、良好な定着を行うことができる。
【0113】
また本発明の定着装置によれば、特に耐熱性シートに所定のピッチで切り目を設けることでも十分に耐熱性シートの熱による膨張を緩和し、安定した定着を行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る定着装置の説明図である。
【図2】上記定着装置が適用されるレーザービームプリンタの概略構成図である。
【図3】紙搬送力の測定方法を示す斜視図である。
【図4】(a)上記定着装置における定着ローラの紙搬送力の測定状態で、用紙が白紙の場合を示す説明図である。
(b)上記定着装置における定着ローラの紙搬送力の測定状態で、用紙が100%黒ベタ印字の場合を示す説明図である。
【図5】本発明の耐熱性シートの正面図である。
【図6】上記耐熱性シートを定着の設定温度に加熱した状態の正面図である。
【図7】上記耐熱性シートの設けたスリットを傾斜させたものである。
【図8】上記耐熱性シートに当接する定着ローラの当接部を示したものである。
【図9】上記耐熱性シートに当接する定着ローラの当接部とニップを示したものである。
【図10】上記耐熱性シートのスリットの形状を略三角形状にしたものである。
【図11】上記耐熱性シートのスリットの形状を略三角形状にしたものである。
【図12】上記耐熱性シートのスリット間に切り目を設けたものである。
【図13】本発明の他の実施形態による耐熱性シートを示す平面図である。
【図14】図13による耐熱性シートの熱等による膨張状態を示す平面図である。
【図15】本発明にかかる耐熱性シートを作成する過程において残留する応力状態を示す図である。
【図16】形成したフラット状態の源反シートに対して、耐熱性シートを作成する状態を示すものであって、(a)は源反シートに対して横抜きに打ち抜く状態を示した平面図、(b)は本発明による源反シートに対して縦抜きに打ち抜く状態を示した平面図である。
【図17】従来の加圧パッド方式の定着装置の構造図である。
【図18】従来の加圧シート方式の定着装置の構造図である。
【図19】従来の加圧パッド方式に耐熱シートを用いた定着装置の構造図である。
【図20】(a)像ながれのない画像を表す図である。
(b)像ながれのある画像を表す図である。
【符号の説明】
1 用紙
2 未定着トナー像
3 定着像
10 給紙部
11 給紙トレイ
12 給紙ローラ
13 用紙分離摩擦板
14 加圧バネ
15 用紙検知アクチュエータ
16 用紙検知センサー
17 制御回路
20 画像形成装置
21 感光体
22 転写ローラ
23 帯電部材
24 現像ローラ
25 現像ユニット
26 クリーニングユニット
30 レーザー走査部
31 レーザーダイオード発光ユニット
32 走査ミラー
33 走査ミラーモータ
34 レーザー光
35・36・37 反射ミラー
41・42 用紙搬送ローラ
50 定着装置
51 加圧部材
52 定着ローラ
53 下フレーム
54 耐熱シート
54a スリット
54b 切れ目
55 ヒーターランプ
56 L曲げ板金
57 定着前ガイド
60 軸受け
61 上フレーム
62 定着ガイド
63 バネばかり
101 用紙
102 未定着トナー像
111 押圧部材
112 定着ローラ
112a 中空ローラ
112b 被覆層
113 下フレーム
114 被覆層
116 加圧板
117 軸
118 加圧スプリング
121 圧力ウエブ部材
122 定着ローラ
122a 中空ローラ
122b 被覆層
123 フレーム
128 コイルスプリング[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a fixing device used in an apparatus using an electrophotographic process, such as an electrophotographic copying machine, the same printer, and the same facsimile.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a fixing device used in an apparatus using an electrophotographic process, such as an electrophotographic copying machine, the same printer, and the same facsimile, includes a fixing roller and a pressure roller that is in pressure contact with the fixing roller. A roller system is generally used in which both are heated and a recording material is conveyed and fixed between the pair of rollers.
[0003]
However, in the above roller system, the pair of rollers must be rotated in synchronization. Further, since it is necessary to support the rollers in a freely rotatable manner, the structure becomes complicated, the cost is increased, and the apparatus is increased in size.
[0004]
In order to solve this problem, a pressure pad system is used in which a non-rotating pressing member is pressed against the fixing roller instead of the pressing roller, and a recording material is carried between the fixing roller and the pressing member to perform fixing. This is disclosed in Japanese Patent Publication No. 55-36996.
[0005]
In addition, a pressure sheet system is used in which a pressure web member is brought into pressure contact with the fixing roller at a predetermined winding angle instead of the pressure roller, and a recording material is carried between the fixing roller and the pressure web member for fixing. It is disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 1-344481.
[0006]
Also, a method proposed by the same applicant, in which a heat-resistant sheet is provided between the fixing roller and the pressure member by a pressure pad method, and a recording material is carried between the fixing roller and the heat-resistant sheet for fixing. Japanese Patent Application No. 7-44647 discloses a heat radiating member formed of aluminum foil or the like on the outside of the heat-resistant sheet.
[0007]
An example of a pressure pad type fixing device will be described with reference to FIG. The
[0008]
Further, the surface facing the
[0009]
An example of a fixing device using a pressure sheet system will be described with reference to FIG. The
[0010]
An example of a fixing device using a heat-resistant sheet for the pressure pad method will be described with reference to FIG. The
[0011]
Further, a heat
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the fixing device using the pressure pad method,
(1) Since the adhesive strength of the covering
[0013]
(2) At the time of pre-rotation before carrying in the
[0014]
(3) If the bonding area between the
[0015]
(4) If the hardness of the
[0016]
(5) Since the
[0017]
(6) In order to satisfy both the releasability and the paper conveyance performance which are opposite to each other only with the
[0018]
Has the problem.
[0019]
In the fixing device using the pressure sheet method,
(1) In order to obtain a sufficient fixing force (fixing strength), it is necessary to increase the winding angle α of the
[0020]
{Circle around (2)} The pressure distribution in the longitudinal direction of the
[0021]
Has the problem.
[0022]
In addition, a fixing device using a heat-resistant sheet as a pressure pad is
(1) Since the heat-resistant synthetic resin is formed on the glass fiber, the thickness is increased, so that an appropriate nip cannot be secured and good fixing cannot be obtained.
[0023]
(2) Due to the above configuration, the glass fiber and the synthetic resin have different expansion coefficients depending on the temperature, so that warping occurs during heating (a heat dissipation device such as a metal stay is required).
[0024]
(3) At the time of pre-rotation before carrying the
[0025]
(4) If the hardness of the
[0026]
(5) In order to satisfy both the releasability and the paper conveyance performance which are opposite to each other only with the
[0027]
Has the problem.
[0028]
In addition, as common to the pressure pad method and the pressure sheet method,
(1) When a sheet on which a toner image is recorded on the back side (hereinafter referred to as a back sheet) is fixed during double-sided printing or the like, sliding between the back side of the sheet and the
[0029]
Has the problem.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
The fixing device according to
[0031]
The fixing device according to claim 2, A plurality of slits whose slit width becomes zero due to expansion of the heat-resistant sheet when heated by the fixing roller at a predetermined temperature are in contact with the fixing roller of the heat-resistant sheet pressed against the fixing roller, Formed parallel to the cut The fixing device according to
[0032]
The fixing device according to claim 3, wherein the fixing roller is in contact with a central portion with respect to a longitudinal direction of a slit provided in the heat resistant sheet. 2 The fixing device described.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12 and FIG. 20 as follows. The fixing device according to the embodiment of the present invention will be described when applied to a laser printer.
[0037]
As shown in FIG. 2, the laser printer includes a
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
The
[0041]
The
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
Thereafter, the
[0045]
As shown in FIG. 1, the fixing
[0046]
Near both ends of the fixing
[0047]
The
[0048]
Between the
[0049]
In the
[0050]
The above configuration is as follows. The
[0051]
Next, the heat resistant sheet will be described with reference to FIGS.
[0052]
The heat-
[0053]
In the case of a conventional heat-resistant sheet, the heat-resistant sheet expands due to heating from the fixing roller and the surface is bent or distorted, so that the pressure is not uniform between the fixing
[0054]
According to the present invention, the set heat-
[0055]
FIG. 7 shows the
[0056]
FIG. 8 shows the fixing
[0057]
10 and 11, the shape of the
[0058]
In FIG. 12, a plurality of
[0059]
And the cut provided between the slits of the heat-resistant sheet is provided only in the central portion in the recording material conveyance direction, so that the heat-resistant sheet can be prevented from warping or bending due to the cut. In addition, the surface temperature of the heat resistant sheet is stabilized. Therefore, it is possible to maintain a uniform surface temperature of the heat-resistant sheet without causing a load fluctuation of the fixing roller, and it is possible to prevent the heat-resistant sheet from warping and increase the paper conveyance torque. Therefore, it is possible to surely correct the distortion of the heat-resistant sheet and to perform good fixing.
[0060]
Next, an experiment of fixing property by changing the slit width and the slit interval was performed.
[0061]
In this example, the expansion coefficient of PTFE is 10 × 10. -Five When setting was performed at an outside air temperature of 20 ° C. and a fixing roller surface temperature of 170 ° C., the slit width at normal temperature; ΔL was set to 1.2 mm, and the slit interval; L was set to 80 mm. The slit width and slit interval are obtained from the following equations.
[0062]
Δ L = α ・ L ・ T
Δ L: Slit width at room temperature (mm)
α: Expansion coefficient by material (1 / ° C)
L: Slit spacing at room temperature (mm)
T: Temperature rise of heat resistant sheet (° C)
(Fixing roller surface temperature-outside air temperature)
As described above, when the slit width; ΔL is heated by the fixing
[0063]
[Table 1]
[0064]
From the results in Table 1 above, it can be seen that the optimum slit interval; L is 110 mm or less. If the slit interval; L is set to 120 mm or more, it is theoretically possible to absorb the expansion and deflection of the sheet at the slit portion, but in reality, the expansion is concentrated in a part, and the slit width; It can be understood that the above-described slit interval; L cannot absorb sheet deflection.
[0065]
That is, by making the slit interval of the heat resistant sheet 110 mm or less, it is possible to reliably prevent the heat resistant sheet from being bent. Therefore, it leads to stable fixing.
[0066]
Next, the fixing
[0067]
A blank paper (128 g) is inserted between the fixing
[0068]
(A) In the case of blank paper passing, in order to carry paper,
μ1 (t1 · m) · p> (t2 · m) · p + Mp (1)
μ1: Coefficient of friction between the coating material of the fixing
μ2: Coefficient of friction between the heat-
p: Pressure applied to
Mp: Resistance and transport force of
The relationship must be satisfied. That is, the relationship of μ1> μ2 must be satisfied. However, the friction coefficient μ1 is a coefficient depending on the temperature and material of the coating material. Similarly, the friction coefficient μ2 is a coefficient depending on the temperature and material of the sheet material. That is, by increasing the friction coefficient μ1 between the fixing
[0069]
In this embodiment, the friction coefficient μ2 is 0.1, the applied pressure p is 1400 gf, and the conveying force Mp is 100 gf. At this time, the friction coefficient μ1 needs to be 0.17 or more. Further, the friction coefficient μ2 is 0.1, the applied pressure p is 1000 gf, and the conveying force Mp is 100 gf. At this time, the friction coefficient μ1 needs to be 0.2 or more. Further, when the friction coefficient μ2 is 0.1, the friction coefficient μ1 needs to be 0.25 or more. Therefore, the heat-
[0070]
Next, in the case of (b) 100% black solid printing paper passing,
μC (t1 · m) · p> μs (t2 · m) · p + Mp (2)
F2 / F2 ′>F3> F1 (3)
μC: Coefficient of friction between the coating material of the fixing
μS: Coefficient of friction between the heat-
p: Pressure applied to
Mp: Resistance and transport force of
F1: Coating material and surface tension (Release resistance)
F2: Surface tension between the
F2 ′: surface tension between the
F3: Surface tension between sheet material and toner (release resistance)
The above relationships (2) and (3) must be satisfied at the same time. However, the friction coefficient μC · μS and the surface tensions F1, F2, F2 ′, and F3 are determined by the temperature and the material, respectively, as in the case of the above-mentioned blank paper passing.
[0071]
By the way, the fluidity of the toner varies depending on the temperature. When the temperature is high, the surface tension and the coefficient of friction with other substances increase. Therefore, the condition is more severe in the case of passing 100% black solid printing paper than in the case of blank paper. That is, μS> μ2, and a coating material having a larger coefficient of friction μS, that is, a paper conveying force Mp than that of blank paper is required.
[0072]
Next, the paper passing state when the paper passing test was performed with the above-described configuration was evaluated. At this time, double-sided black solid paper having a black toner density of 1.4 (fixed surface: unfixed black solid, sheet surface: fixed black solid) was used. The fixing
[0073]
[Table 2]
[0074]
As a result, when the paper conveying force was 300 gf, 500 gf, and 1500 gf, the multi-printing and single multi-printing properties were good. Further, idling rotation (friction with the heat-resistant sheet) was performed at a fixing roller temperature of 140 degrees for a time corresponding to 60K, which is the life of the fixing device. That is, since the laser beam printer used in this example is printing at 4 sheets / min, when the roller surface temperature continues to rotate for 1500 min (250 hours) at a roller surface temperature of 140 degrees, the paper conveying force is reduced by about 10%. did. There are two main reasons for this: friction between the fixing
[0075]
Accordingly, it is desirable that the paper conveyance force provided to the fixing
[0076]
In the above description, when the fixing
[0077]
However, in the material of the heat-
[0078]
Also, the fixing
[0079]
If an example of the manufacturing method of the heat
[0080]
Therefore, the above-described synthetic resin material is first formed into a cylindrical shape, and then peeled off from the katsura to form a sheet in a roll state. In this case, the roll-shaped sheet stripped with katsura cannot be used as the heat-
[0081]
Therefore, in order to make a roll-shaped sheet with curled wrinkles into a flat shape, it is rolled while uniformly applying tension with a heating roller. And it heat-processes in order to remove the residual stress inside a sheet | seat material. For example, it is left for 5 hours in an atmosphere of 300 ° C. or higher.
[0082]
A heat-
[0083]
In the case of the heat
[0084]
This point, FIG. In the heat-
[0085]
Table 3 below shows the results of processing by changing the pitch P of the
[0086]
[Table 3]
[0087]
When the heat-
[0088]
From the above, turn off R By reducing the pitch P, the
[0089]
On the other hand R If the pitch of the
[0090]
Therefore, when the thermal expansion coefficient of the heat
[0091]
Subsequently, the heat-
[0092]
In particular, when the heat
[0093]
The slit width; ΔL and cuts of the heat-
[0094]
In order to solve this, there is a method in which a source sheet having a sufficiently long width with respect to the product dimensions is prepared and both end portions thereof are not used. For example, when creating a heat
[0095]
Therefore, when the heat
[0096]
When the fixing device is configured using the heat-
[0097]
This non-uniformity of thermal stress causes warpage, distortion, and undulation of the heat-
[0098]
In order to eliminate such problems, in the present invention, the heat-
[0099]
[Table 4]
[0100]
In contrast, R If the
[0101]
Therefore, the cut formed on the heat-resistant sheet 54 R Table 4 shows the results of the relationship between the
[0102]
Note that the heat-
[0103]
Also, the cut provided on the heat-
[0104]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a heat resistant sheet having a slit is provided between the fixing roller and the pressure member, and the recording material is conveyed between the fixing roller and the heat resistant sheet. .
[0105]
As a result, the fixing roller can absorb the bending and distortion caused by the expansion of the heat-resistant sheet even when heated to a high temperature, so that the distortion of the heat-resistant sheet can be reliably corrected without increasing the paper conveyance torque. Good fixing can be performed. Further, a shearing force due to the rotation of the fixing roller does not act on the pressure member. Therefore, the pressure member is not deformed and the durability is improved. Further, since the shearing force does not act on the pressure member, it is not necessary to consider the bonding area for fixing the pressure member. Therefore, since the pressure member can be made to the minimum necessary size, the apparatus can be miniaturized and the cost can be reduced.
[0106]
According to the second aspect of the present invention, since the slit of the heat resistant sheet is inclined with respect to the recording material conveyance direction, the toner can be fixed without impairing the pressurizing effect even when the pressurizing member is pressed. Can be improved.
[0107]
Further, the frictional force between the slit and the sheet conveyance can be dispersed. Therefore, the pressure member is not deformed, the durability is improved, and a large torque is not required for paper conveyance. Therefore, it is possible to reduce the size of the motor and the power supply, leading to reduction in cost and power consumption.
[0108]
Eventually, the heat-resistant sheet can be prevented from warping, and the distortion of the heat-resistant sheet can be surely corrected without increasing the sheet conveying torque, and good fixing can be performed.
[0109]
According to the third aspect of the invention, the stability of the temperature is improved by contacting the fixing roller at the center with respect to the longitudinal direction of the slit provided in the heat resistant sheet, and the slit width and the slit interval are set. Can be done reliably.
[0110]
That is, the fatigue of the heat-resistant sheet can be reduced, the surface temperature of the heat-resistant sheet can be kept uniform, the warp of the heat-resistant sheet can be prevented, and heat resistance can be increased without increasing the paper conveyance torque. The sheet can be reliably corrected for distortion and can be fixed satisfactorily.
[0111]
According to the invention described in
[0112]
That is, fatigue of the heat-resistant sheet can be reduced, the surface temperature of the heat-resistant sheet can be kept uniform, and good fixing can be performed.
[0113]
Further, according to the fixing device of the present invention, the heat-resistant sheet is cut at a predetermined pitch. R Providing the eyes sufficiently relaxes the expansion of the heat-resistant sheet due to heat, and enables stable fixing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a fixing device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser beam printer to which the fixing device is applied.
FIG. 3 is a perspective view illustrating a method for measuring a paper conveying force.
FIG. 4A is an explanatory diagram illustrating a case where a sheet is a blank sheet in a measurement state of a sheet conveying force of a fixing roller in the fixing device.
FIG. 6B is an explanatory diagram illustrating a case where the paper is 100% black solid printing in a measurement state of the paper conveyance force of the fixing roller in the fixing device.
FIG. 5 is a front view of the heat-resistant sheet of the present invention.
FIG. 6 is a front view showing a state in which the heat-resistant sheet is heated to a preset fixing temperature.
FIG. 7 shows an inclined slit provided with the heat-resistant sheet.
FIG. 8 illustrates a contact portion of a fixing roller that contacts the heat resistant sheet.
FIG. 9 illustrates a contact portion and a nip of a fixing roller that contacts the heat resistant sheet.
FIG. 10 is a diagram in which the slit shape of the heat-resistant sheet is formed into a substantially triangular shape.
FIG. 11 is a view in which the slit shape of the heat-resistant sheet is substantially triangular.
FIG. 12 is a view in which cuts are provided between the slits of the heat-resistant sheet.
FIG. 13 is a plan view showing a heat resistant sheet according to another embodiment of the present invention.
14 is a plan view showing an expanded state of the heat-resistant sheet according to FIG. 13 due to heat or the like. FIG.
FIG. 15 is a diagram showing a residual stress state in the process of producing a heat resistant sheet according to the present invention.
FIG. 16 is a plan view showing a state in which a heat-resistant sheet is prepared with respect to a formed source sheet in a flat state, and FIG. (B) is the top view which showed the state punched out vertically with respect to the source fabric sheet | seat by this invention.
FIG. 17 is a structural diagram of a conventional pressure pad type fixing device.
FIG. 18 is a structural diagram of a conventional pressure sheet type fixing device.
FIG. 19 is a structural diagram of a fixing device using a heat-resistant sheet in a conventional pressure pad method.
FIG. 20A is a diagram illustrating an image without image drift.
(B) It is a figure showing the image with image drift.
[Explanation of symbols]
1 paper
2 Unfixed toner image
3 Fixed image
10 Paper feeder
11 Paper tray
12 Paper feed roller
13 Paper separation friction plate
14 Pressure spring
15 Paper detection actuator
16 Paper detection sensor
17 Control circuit
20 Image forming apparatus
21 photoconductor
22 Transfer roller
23 Charging member
24 Development roller
25 Development unit
26 Cleaning unit
30 Laser scanning unit
31 Laser diode light emitting unit
32 Scanning mirror
33 Scanning mirror motor
34 Laser light
35 ・ 36 ・ 37 Reflection mirror
41.42 Paper transport rollers
50 Fixing device
51 Pressure member
52 Fixing roller
53 Lower frame
54 Heat-resistant sheet
54a slit
54b cut
55 Heater lamp
56 L bent sheet metal
57 Pre-fixing guide
60 bearings
61 Upper frame
62 Fixing Guide
63 Spring only
101 paper
102 Unfixed toner image
111 Pressing member
112 Fixing roller
112a Hollow roller
112b Coating layer
113 Lower frame
114 Coating layer
116 Pressure plate
117 axis
118 Pressure spring
121 Pressure web member
122 Fixing roller
122a Hollow roller
122b coating layer
123 frames
128 coil spring
Claims (3)
前記定着ローラと前記加圧部材との間に位置し、定着ローラに圧接される耐熱性シートを備え、この耐熱性シートの定着ローラへの当接部に、スリット幅を有しない切り目を、耐熱性シートと定着ローラとの接触幅であって前記記録材の搬送方向の接触幅の2倍以上の長さで、前記耐熱性シートの端部に達しないように、耐熱性シートの厚さに対して2倍以上10倍未満の所定ピッチで形成し、前記定着ローラと前記耐熱性シートとの間に前記記録材を搬送させるようにしたことを特徴とする定着装置。A fixing roller and a pressure member disposed in pressure contact with the outer peripheral surface of the fixing roller, and conveying a recording material having an unfixed toner image between the fixing roller and the pressure member; In a fixing device for fixing an unfixed toner image on the recording material,
A heat-resistant sheet positioned between the fixing roller and the pressure member and pressed against the fixing roller is provided, and a cut having no slit width is formed at a contact portion of the heat-resistant sheet with the fixing roller. The contact width between the heat-resistant sheet and the fixing roller is not less than twice the contact width in the conveyance direction of the recording material, and the thickness of the heat-resistant sheet is set so as not to reach the end of the heat-resistant sheet. On the other hand, the fixing device is formed at a predetermined pitch of 2 times or more and less than 10 times, and the recording material is conveyed between the fixing roller and the heat resistant sheet .
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