JP2020148850A - Fixing device and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、定着装置、及びこれを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing device and an image forming device including the fixing device.
複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置において、未定着画像が形成された用紙などの記録媒体を、互いに対向するローラやベルトなどの部材の間(ニップ部)に搬送し、記録媒体に熱を付与して未定着画像を定着する定着装置が知られている。 In an electrophotographic image forming apparatus such as a copier or a printer, a recording medium such as paper on which an unfixed image is formed is conveyed between members such as rollers and belts facing each other (nip portion), and the recording medium. There is known a fixing device that applies heat to a fixed image to fix an unfixed image.
このような定着装置として、例えば、下記特許文献1(特許第6164014号公報)には、無端状の定着ベルトと、定着ベルトの内側に配置される発熱体と、定着ベルトの内面に接触するニップ部材と、ニップ部材との間に定着ベルトを挟むことで定着ベルトとの間にニップ部を形成するバックアップ部材(加圧ローラ)と、ニップ部材を支持するステーなどを備える定着装置が開示されている。 As such a fixing device, for example, in the following Patent Document 1 (Patent No. 6164014), an endless fixing belt, a heating element arranged inside the fixing belt, and a nip that contacts the inner surface of the fixing belt. A fixing device including a backup member (pressurizing roller) that forms a nip portion between the member and the fixing belt by sandwiching the fixing belt between the member and the nip member, a stay that supports the nip member, and the like is disclosed. There is.
ところで、ステーなどの支持部材が加熱部材(発熱体)の周囲に配置されている構成においては、加熱部材周辺の放熱が支持部材によって妨げられる。このため、加熱部材を続けて発熱させた場合に、加熱部材周辺の雰囲気温度が高くなって、加熱部材が過剰に温度上昇する虞がある。 By the way, in a configuration in which a support member such as a stay is arranged around a heating member (heating element), heat dissipation around the heating member is hindered by the support member. Therefore, when the heating member is continuously generated to generate heat, the ambient temperature around the heating member may increase, and the temperature of the heating member may rise excessively.
上記課題を解決するため、本発明は、筒状の定着部材と、前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、を備え、前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有する定着装置であって、前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a tubular fixing member, an opposing member arranged so as to face the outer peripheral surface of the fixing member, and a heating member arranged inside the fixing member. A nip forming member arranged inside the fixing member and forming a nip portion with the fixing member sandwiched between the fixing member and a support member arranged inside the fixing member and supporting the nip forming member. The heating member is a fixing device having a tube in which a heating element is housed and a sealing portion is formed, and at least a part of the sealing portion is exposed from the support member. It is a feature.
本発明によれば、加熱部材の過剰な温度上昇を抑制できるようになる。 According to the present invention, it becomes possible to suppress an excessive temperature rise of the heating member.
以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each drawing for explaining the present invention, components such as members and components having the same function or shape will be described once by giving the same reference numerals as much as possible. Omit.
図1は、本発明の実施の一形態に係る画像形成装置の概略構成図である。まず、図1を参照して、画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. First, the overall configuration and operation of the image forming apparatus will be described with reference to FIG.
図1に示す画像形成装置1は、電子写真方式のモノクロレーザプリンタである。なお、本発明は、プリンタのほか、複写機、ファクシミリ、あるいは、これらのいずれか2つ又は3つの機能を備える複合機であってもよい。また、モノクロ画像形成装置に限らず、カラー画像形成装置であってもよい。 The image forming apparatus 1 shown in FIG. 1 is an electrophotographic monochrome laser printer. In addition to the printer, the present invention may be a copier, a facsimile, or a multifunction device having any two or three functions thereof. Further, the device is not limited to the monochrome image forming apparatus, and may be a color image forming apparatus.
図1に示すように、画像形成装置1には、画像を形成する画像形成部2と、記録媒体としての用紙Pを供給する記録媒体供給部3と、供給された用紙Pに画像を転写する転写部4と、用紙Pに転写された画像を定着する定着装置5と、画像が定着された用紙Pを装置外に排出する排出部6と、が設けられている。
As shown in FIG. 1, the image forming apparatus 1 transfers an image to an
画像形成部2は、ドラム状の感光体7と、感光体7の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ8と、感光体7の表面を露光して潜像を形成する潜像形成手段としての露光装置9と、感光体7の表面にトナー(現像剤)を供給して潜像を可視画像化する現像手段としての現像ローラ10と、感光体7の表面をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード11と、を備えている。
The
印刷動作開始の指示があると、画像形成部2において、感光体7が回転を開始し、帯電ローラ8によって感光体7の表面が均一な高電位に帯電される。次いで、原稿読取装置によって読み取られた原稿の画像情報、あるいは端末からプリント指示されたプリント情報に基づいて、露光装置9が感光体7の表面を露光することで、露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。そして、この静電潜像に対して現像ローラ10からトナーが供給され、感光体7上にトナー画像が形成される。
When instructed to start the printing operation, the photoconductor 7 starts rotating in the
感光体7上に形成されたトナー画像は、転写部4に配置された転写ローラ15と感光体7との間の転写ニップにおいて用紙Pに転写される。この用紙Pは、記録媒体供給部3から供給されたものである。記録媒体供給部3では、給紙カセット12に収容されている用紙Pが給紙ローラ13によって1枚ずつ送り出される。送り出された用紙Pは、タイミングローラ対14によって感光体7上のトナー画像とタイミングを合わせて転写ニップへ搬送される。そして、転写ニップにおいて、感光体7上のトナー画像が用紙Pに転写される。また、トナー画像の転写が行われた後、感光体7上に残留するトナーは、クリーニングブレード11によって除去される。
The toner image formed on the photoconductor 7 is transferred to the paper P at the transfer nip between the
トナー画像が転写された用紙Pは、定着装置5へ搬送される。そして、定着装置5において、用紙Pが定着ベルト21と加圧ローラ22との間を通過する際に加熱及び加圧されることで、トナー画像が用紙Pに定着される。その後、用紙Pは、排出部6に搬送され、排紙ローラ対16によって装置外に排出されて、一連の印刷動作が完了する。
The paper P on which the toner image is transferred is conveyed to the
次に、図2〜図6に基づき、本発明の実施形態に係る定着装置の構成について詳しく説明する。 Next, the configuration of the fixing device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6.
図2は、定着装置の側面断面図、図3は、定着装置の斜視断面図、図4は、定着装置の正面断面図である。また、図5は、定着ベルトを支持するベルト支持部材の斜視図、図6は、ベルト支持部材の変形例を示す斜視図である。 FIG. 2 is a side sectional view of the fixing device, FIG. 3 is a perspective sectional view of the fixing device, and FIG. 4 is a front sectional view of the fixing device. Further, FIG. 5 is a perspective view of a belt support member that supports the fixing belt, and FIG. 6 is a perspective view showing a modified example of the belt support member.
図2に示すように、定着装置5は、定着ベルト21と、加圧ローラ22と、ハロゲンヒータ23と、ニップ形成部材24と、ステー25と、反射部材26と、ガイド部材27と、温度センサ28と、を備えている。
As shown in FIG. 2, the fixing
定着ベルト21は、用紙Pに未定着画像Tを定着させる筒状の定着部材であり、用紙Pの未定着画像担持面側に配置される。本実施形態では、定着ベルト21が、ニッケルやSUS等の金属材料やポリイミドなどの樹脂材料で形成された内周側の基材と、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などで形成された外周側の離型層と、を有する無端状のベルト(フィルムも含む。)で構成されている。また、基材と離型層との間に、シリコーンゴム、発泡シリコーンゴム、あるいはフッ素ゴムなどのゴム材料で形成された弾性層を介在させてもよい。この弾性層の厚さを100μm程度にすれば、未定着画像(未定着トナー)を押し潰して定着させるときに弾性層の弾性変形により、ベルト表面の微小な凹凸を吸収でき、光沢ムラの発生を回避できる。また、本実施形態では、定着ベルト21の低熱容量化の観点から、定着ベルト21として、薄肉で小径のベルトを採用している。具体的には、定着ベルト21を構成する基材、離型層のそれぞれの厚さを、20〜50μm、10〜50μmの範囲に設定し、定着ベルト21全体としての厚さを1mm以下に設定している。また、定着ベルト21が弾性層を有する場合は、弾性層の厚さを、100〜300μmに設定するとよい。さらに低熱容量化を図るには、定着ベルト21全体としての厚さが0.2mm以下であることが望ましく、0.16mm以下がより望ましい。また、本実施形態では、定着ベルト21の直径が、20〜40mmに設定されている。定着ベルト21の直径は、30mm以下であることが望ましい。
The fixing
加圧ローラ22は、定着ベルト21の外周面に対向するように配置された対向部材である。本実施形態では、加圧ローラ22が、芯金と、芯金の表面に設けられた発泡性シリコーンゴムやフッ素ゴムなどから成る弾性層と、弾性層の表面に設けられたPFAやPTFEなどから成る離型層と、で構成されている。また、本実施形態では、加圧ローラ22を中実のローラとしているが、中空のローラであってもよい。中空ローラの場合、加圧ローラ22の内部にハロゲンヒータなどの加熱部材を配置することも可能である。また、加圧ローラ22の弾性層は、ソリッドゴムでもよいが、内部に加熱部材が配置されていない場合は、弾性層にスポンジゴムを用いて加圧ローラ22の断熱性を高めることが望ましい。これにより、定着ベルト21の熱が加圧ローラ22に奪われにくくなり、定着ベルト21の熱効率が向上する。
The pressurizing
また、加圧ローラ22は、画像形成装置本体に設けられた駆動源によって図2中の矢印Aで示す方向に回転駆動するように構成されている。一方、定着ベルト21は、加圧ローラ22が回転駆動することにより、これに伴って図2中の矢印B方向に従動回転する。定着ベルト21と加圧ローラ22との間(ニップ部N)に未定着画像Tが転写された用紙Pが搬送されると、回転する定着ベルト21と加圧ローラ22とによって用紙Pが搬送されニップ部Nを通過する。このとき、用紙Pに対して熱と圧力が付与されることで、未定着画像Tが用紙Pに定着される。
Further, the pressurizing
また、加圧ローラ22と定着ベルト21は、互いに接近離間するように構成されている。万が一、ニップ部Nに用紙が詰まった場合は、加圧ローラ22と定着ベルト21を互いに離間させ、ニップ部Nを開放することで、詰まった用紙のジャム処理などのメンテナンス作業を行うことが可能である。加圧ローラ22と定着ベルト21とは、いずれか一方に対して他方を動かして接近離間させるように構成されていてもよいし、両方を動かすことで接近離間させる構成であってもよい。
Further, the
ハロゲンヒータ23は、定着ベルト21の内側に配置され、赤外線光を放射することで、輻射熱によりニップ形成部材24を介して定着ベルト21を加熱する加熱部材である。加熱部材として、ハロゲンヒータ23以外に、カーボンヒータやセラミックヒータなどを用いることも可能である。
The
ニップ形成部材24は、加圧ローラ22との間で定着ベルト21を挟んでニップ部Nを形成するものである。詳しくは、ニップ形成部材24は、定着ベルト21の内側でその回転軸方向でもある長手方向(以下、「ベルト長手方向」という。)に渡って長手状に配置されており、定着ベルト21の内周面に接触する平板状のニップ形成部24aと、ニップ形成部24aのベルト回転方向Bの両端部から加圧ローラ22側とは反対側に屈曲する一対の屈曲部24bと、を有している。加圧ローラ22がバネなどの加圧手段によってニップ形成部材24側に加圧されることで、加圧ローラ22と定着ベルト21とが接触し、これらの間にニップ部Nが形成される。
The
ニップ形成部24aは、定着ベルト21が回転したときの耐摩耗性や摺動性を向上させるために、その定着ベルト21側の面(ニップ形成面24c)にアルマイト処理やフッ素樹脂系材料が塗布されていてもよい。さらに、経時的な摺動性の確保のため、ニップ形成部24aの定着ベルト21側の面に、フッ素系グリース等の潤滑剤を塗布してもよい。本実施形態では、ニップ形成部材24が平板状となっているが、その他の形状であってもよい。例えば、ニップ形成部材24を加圧ローラ22側とは反対側へ凹んだ凹形状とすることで、ニップ部Nの出口部が加圧ローラ22寄りになり、定着ベルト21に対する用紙の分離性が向上する。
The
また、ニップ形成部材24は、ステー25よりも熱伝導率が大きい材料で形成されている。例えば、ニップ形成部材24の材料として、銅(熱伝導率:398W/mk)やアルミニウム(熱伝導率:236W/mk)などが好ましい。このように、ニップ形成部材24が熱伝導率の大きい材料で形成されていることで、ハロゲンヒータ23からの輻射熱はニップ形成部材24によって吸収され定着ベルト21へ効率良く伝達される。例えば、ニップ形成部材24の厚みを1mm以下に設定することで、ニップ形成部材24から定着ベルト21への熱伝達時間を短くすることができ、定着装置5の立ち上がり速度を速めることができる。反対に、ニップ形成部材24の厚みを1mmより大きく5mm以下に設定した場合は、ニップ形成部材24の蓄熱性を高めることが可能である。
Further, the
ステー25は、加圧ローラ22の加圧力に抗してニップ形成部材24を支持する支持部材である。本実施形態では、ステー25が、加圧ローラ22の加圧方向(図2における上下方向)に伸びて互いに平行に配置された一対の側壁部25aと、各側壁部25aと交差して各側壁部25aの加圧ローラ22側とは反対側の端部同士を繋ぐ底壁部25bと、で構成されている。ステー25の各側壁部25aが、反射部材26を介してニップ形成部材24のベルト回転方向Bの両端部側に接触していることで、ニップ形成部材24がステー25によって支持されている。また、各側壁部25aは、加圧ローラ22の加圧方向に延在しているため、加圧方向の剛性が高まり、加圧ローラ22の加圧力によるニップ形成部24の撓みが抑制される。これにより、長手方向に渡って均一な幅及び圧力のニップ部Nを形成することが可能である。ステー25は、その剛性を確保するため、SUSやSECCなどの鉄系金属材料によって形成されることが好ましい。
The
反射部材26は、定着ベルト21の内側でハロゲンヒータ23と対向するように配置されており、ハロゲンヒータ23から放射される赤外線光又は輻射熱をニップ形成部材24側へ反射するものである。本実施形態では、反射部材26が、楕円状の断面に形成された反射部26aと、反射部26aのベルト回転方向Bの両端部から互いに離れる方向に屈曲する一対の屈曲部26bと、を有している。反射部材26は、各屈曲部26bがステー25の各側壁部25aとニップ形成部材24のニップ形成部24aとの間に挟まれることで保持されている。
The reflecting
反射部材26によって反射された赤外線光は、ニップ形成部材24に照射されることで、ニップ形成部材24が加熱される。このように、ニップ形成部材24に対しては、ハロゲンヒータ23から直接照射される赤外線光に加えて、反射部材26によって反射された赤外線光も照射されるため、ニップ形成部材24は効果的に加熱される。また、反射部材26は、ハロゲンヒータ23とステー25との間に介在し、ステー25への赤外線光の照射を遮断する機能も兼ねる。これにより、ステー25が加熱されることによる無駄な熱エネルギーの消費が抑制される。さらに、本実施形態では、ステー25と反射部材26との間に空気層(隙間)が介在していることで、この空気層の断熱効果によってステー25への熱伝達がより一層抑制される。
The infrared light reflected by the reflecting
反射部材26のハロゲンヒータ23側の面は、反射率を高くするような鏡面処理や表面処理がなされている。本実施形態では、反射率を分光光度計(日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視赤外分光光度計UH4150)を用いて測定し、測定時の入射角は5°である。一般的に、ハロゲンヒータは用途により色温度が異なるが、定着装置の加熱用としては色温度が2500K程度のものが用いられている。反射部材26の反射率は、発光強度の高いハロゲンヒータ23の波長、具体的には900〜1600nmの波長、より好ましくは1000〜1300nmの波長に対して70%以上であるのがよい。
The surface of the
また、反射部材26の反射と断熱の機能を、ステー25に持たせてもよい。例えば、ステー25の内面(ハロゲンヒータ23側の面)に断熱処理又は鏡面処理を施すことで、ステー25が反射部材26の機能を兼ねるように構成することができる。この場合、ステー25とは別体の反射部材26を省略することが可能である。また、ステー25を鏡面処理した場合のステー25の反射率は、上記反射部材26の反射率と同等であることが望ましい。
Further, the
ガイド部材27は、回転する定着ベルト21の内周面に対して接触し、定着ベルト21をガイドするものである。本実施形態では、ガイド部材27が、ニップ部Nに対してベルト回転方向Bの上流側と下流側の両方に設けられている。ガイド部材27は、ステー25などに固定される取付部27aと、定着ベルト21の内周面に接触する曲面状のガイド部27bと、を有している。図3に示すように、ガイド部27bの定着ベルト21側の面(ガイド面)には、ベルト長手方向に渡って複数のリブ(突起)27cが等間隔に設けられている。この複数のリブ27cを有するガイド面に沿って定着ベルト21がガイドされることで、定着ベルト21は大きな変形を伴うことなく円滑に回転することができる。
The
温度センサ28は、定着ベルト21の外周面に対向して配置され、定着ベルト21の温度を検知する温度検知部材である。本実施形態では、温度センサ28を、定着ベルト21に対してベルト長手方向の中央部と一端部側との2箇所に配置している。温度センサ28によって定着ベルト21の表面温度が検知され、その検知結果に基づいてハロゲンヒータ23の出力制御が行われることで、定着ベルト21の温度が所望の温度(定着温度)となるように制御される。また、温度センサ28は、接触型又は非接触型のいずれでもよい。温度センサ28としては、例えばサーモパイル、サーモスタット、サーミスタ、NCセンサなど、公知の温度センサを適用可能である。
The
図4に示すように、定着ベルト21の両端部側には、それぞれ定着ベルト21の端部側を支持する定着部材支持部材としての筒状のベルト支持部材30が挿入されている。このように、定着ベルト21の両端部にベルト支持部材30が挿入されていることで、定着ベルト21は、非回転時においては基本的に定着ベルト21に対して周方向の張力は生じない、いわゆるフリーベルト方式で支持されている。
As shown in FIG. 4, tubular
図3〜図5に示すように、ベルト支持部材30は、定着ベルト21の内側に挿入されて定着ベルト21を支持するC字状の支持部30aと、定着ベルト21の端面に接触して定着ベルト21の長手方向への移動(片寄り)を規制するフランジ状の規制部30bと、を有している。また、支持部30aは、図6に示す例のように、全周に渡って連続する筒状であってもよい。各ベルト支持部材30は、定着装置5を構成するフレーム部材である一対の側板31(図4参照)に固定されている。また、ベルト支持部材30には、開口部30c(図5参照)が設けられており、この開口部30cを通してハロゲンヒータ23やステー25の両端部が各側板31に支持されている。ハロゲンヒータ23やステー25は、ベルト支持部材30に支持されてもよい。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
続いて、図7に基づき、本発明の実施形態に係るハロゲンヒータの構成について説明する。 Subsequently, the configuration of the halogen heater according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7.
図7に示すように、ハロゲンヒータ23は、石英ガラスなどで形成された円筒状の管であるバルブ40と、バルブ40内に収容された発熱体としてのフィラメント41と、モリブデンなどから成る薄い金属箔42と、内部リード線43及び外部リード線44と、を有する。
As shown in FIG. 7, the
フィラメント41は、タングステンなどの金属線をコイル状に形成されており、バルブ40内にその長手方向に渡って収容されている。また、バルブ40内には、ハロゲン物質及び不活性ガスが封入されている。バルブ40の長手方向の両端部には、内部のガスが漏れ出ないように、扁平状に潰された封止部40aが形成されている。各封止部40a内には、金属箔42が配置され、各金属箔42は、内部リード線43を介してフィラメント41の両端部に接続されている。また、金属箔42の内部リード線43が接続されている側とは反対側には、外部リード線44が接続されている。外部リード線44の一部は、封止部40aから外部に露出しており、外部に露出する外部リード線44の端部は、ハーネス又は口金などの端子を介して電源と接続されている。このように、フィラメント41が、外部リード線44や金属箔42、内部リード線43を介して電源に接続されていることで、電源から給電された際に、フィラメント41は赤外線光を放出して発熱する。なお、金属箔42、内部リード線43及び外部リード線44においては、通電してもほとんど発熱することはない。
The
ところで、ハロゲンヒータ23に用いられるバルブ40は、一般的に耐熱性を有する材料で構成されているが、特に封止部40aにおいてはその構造上、高温になった場合に亀裂(マイクロクラック)が発生する虞がある。すなわち、フィラメント41の発熱によって封止部40aが高温になると、金属箔42が酸化して体積膨張し、この金属箔42の体積膨張により封止部40aが内部から押し広げられる力が発生するため、この力に対して封止部40aが耐えられなくなった場合に、封止部40に亀裂が発生する。ハロゲンヒータ23の構成や仕様によって差異はあるが、例えば、封止部40aの温度が350℃を超えた場合に、封止部40aに亀裂が発生する虞がある。
By the way, the
さらに、封止部40aの周囲にステー25や反射部材26などが配置されている場合は、これらによって封止部40aからの放熱が妨げられるため、封止部40aが高温環境に曝されやすくなる。特に、図25に示す例のように、ステー25や反射部材26が長手方向に渡って連続して断面略U字状に形成されている場合は、図26に示すように、ステー25や反射部材26の内側にハロゲンヒータ23が配置されると、封止部40aの周囲三方向(図26における上方向と紙面に直交する二方向)がステー25と反射部材26とによって囲まれた状態となる。このため、封止部40aの周囲の熱気がステー25及び反射部材26に遮られて外部に放出されにくくなり、封止部40aは高温環境に曝されやすい状況となる。
Further, when the
そこで、本発明に係る実施形態においては、ハロゲンヒータ23の長手方向端部側、特に封止部40aの過剰な温度上昇を抑制するため、以下のような構成を採用している。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the following configuration is adopted in order to suppress an excessive temperature rise of the
図8は、本発明の実施形態に係るステー25及び反射部材26の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of the
図8に示すように、本発明の実施形態においては、ステー25の長手方向(ベルト長手方向E)の両端部側に、図の上方に開口する開口部25eを設けている。また、ステー25と同様、反射部材26においても、その長手方向(ベルト長手方向E)の両端部側で図の上方に開口する開口部26eを設けている。
As shown in FIG. 8, in the embodiment of the present invention,
図9に示すように、本実施形態に係るステー25及び反射部材26を定着ベルト21内に配置した状態では、ステー25及び反射部材26の各開口部25e,26eは、ベルト幅方向の端部側でハロゲンヒータ23に対してニップ形成部材24側とは反対側に配置される。このように各開口部25e,26eが配置されることで、封止部40aの上方(ニップ形成部材24側とは反対側)及びその近傍の上方が開放される。なお、図9では、定着装置の一端部側の構成を示しているが、これとは反対側の端部も同様に構成されている。
As shown in FIG. 9, when the
このように、本発明の実施形態においては、ステー25及び反射部材26の長手方向の両端部側に開口部25e,26eが設けられていることで、封止部40aの周囲の一方向(ハロゲンヒータ23に対してニップ形成部材24側とは反対側)が開放される。詳しくは、封止部40aの少なくとも一部(ベルト長手方向の外側端部401側の部分)が、ステー25を構成する一対の側壁部25a及び底壁部25bにおけるそれぞれの長手方向の端部のうち、その一部である底壁部25bの長手方向の端部250よりもベルト長手方向Eの外側(図9における左側)に配置されていることで、封止部40aの周方向のうちステー25の底壁部25a側が開放されている。また、反射部材26においては、U字状の反射部26aの長手方向の端部のうち、その一部の端部260が他の部分に比べて長手方向の内側に切り欠かれていることで、封止部40aの少なくとも一部が、反射部材26の切り欠かれた長手方向の端部260よりもベルト長手方向Eの外側に配置されている。このように構成されていることで、封止部40aの周囲の空気が各開口部25e,26eを通して外部に放出されやすくなる。すなわち、封止部40aの少なくとも一部が、ステー25や反射部材26から露出していることで、ハロゲンヒータ23の封止部40a側での放熱がステー25や反射部材26によって妨げられにくくなり、上述の図25及び図26に示す比較例に比べて、封止部40aにおける放熱が促進されるので、封止部40aの温度上昇を抑制することができるようになる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the
具体的に、図25及び図26に示す比較例の定着装置を用いて、用紙を500枚連続通紙して定着処理を行った場合は、封止部40aの温度が、封止部40aに亀裂が生じる可能性のある350℃を超え、用紙を1000枚連続通紙して定着処理した場合は、封止部40aの温度が380℃まで達した。これに対して、本発明の実施形態に係る定着装置を用いて同様に定着処理した場合は、連続通紙枚数が500枚であっても1000枚であっても封止部40aの温度は約320℃に維持され、封止部40aに亀裂が生じる可能性のある350℃には達しなかった。
Specifically, when the fixing process is performed by continuously passing 500 sheets of paper using the fixing device of the comparative example shown in FIGS. 25 and 26, the temperature of the sealing
このように、本発明の実施形態に係る構成によれば、封止部40aにおける過剰な温度上昇を抑制することができるので、封止部40aの温度上昇に起因する亀裂や断線の発生を防止できるようになり、ハロゲンヒータ23の信頼性を向上させることができる。特に、本発明の実施形態に係る構成は、オフィスなどで使用される小型の画像形成装置に搭載される定着装置に好適である。一般的に、オフィスなどで使用される小型の画像形成装置は、1回の印刷ジョブあたりの出力枚数が少ないことを想定して設計されているため、出力枚数が大量となった場合の装置内の温度上昇を抑制する送風ファンなどは搭載されていない場合がほとんどである。そのため、このような定着装置に対して本発明の実施形態に係る構成を適用することで、送風ファンなどを設けなくても、ハロゲンヒータ23の温度上昇を抑制することができるようになり、小型で信頼性の高い定着装置を提供することができるようになる。
As described above, according to the configuration according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress an excessive temperature rise in the sealing
また、開口部25e,26eを有しない比較例においては、封止部40aの温度上昇を抑制するために、封止部40aを、ベルト支持部材30のベルト長手方向Eの外側端部301(図26参照)よりもベルト長手方向Eの外側の、放熱されやすい箇所に配置しなければならない場合も考えられるが、本発明の実施形態によれば、このような対策をしなくても封止部40aの温度上昇を抑制することが可能である。すなわち、本発明の実施形態によれば、封止部40aを、ベルト支持部材30のベルト長手方向Eの外側端部301(図9参照)よりもベルト長手方向Eの外側に配置しなくても、開口部25e,26eを通して封止部40a周辺の放熱が行われやすくすることができる。このため、本発明の実施形態においては、図9に示すように、封止部40aをベルト支持部材30の外側端部301よりもベルト長手方向Eの内側に配置することができるようになり、定着装置の小型化を図れるようになる。また、このような小型化を図るには、少なくとも封止部40aのベルト長手方向Eの外側端部401が、ベルト支持部材30の外側端部301よりもベルト長手方向Eの内側に配置されればよい。なお、図9では、封止部40aの一部が、ベルト長手方向Eにおいて、ベルト支持部材30内側端部302よりも内側に配置されているが、定着装置の構成や仕様によっては、封止部40aの全体を、ベルト支持部材30の内側端部302よりも内側に配置してより一層の小型化を図ることも可能である。
Further, in the comparative example having no
図9に示すように、開口部25e,26eの少なくとも一部は、ベルト長手方向Eにおいて、ベルト支持部材30に対して重ならないように、ベルト支持部材30よりも内側に配置されていることが望ましい。すなわち、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260は、ベルト支持部材30のベルト長手方向Eの内側端部302よりもベルト長手方向Eの内側に配置されていることが望ましい。このように、開口部25e,26eの少なくとも一部が、ベルト長手方向Eにおいて、ベルト支持部材30に対して重ならないように配置されていることで、開口部25e,26eからの放熱がベルト支持部材30によって妨げられるのを回避することができ、開口部25e,26eを介しての放熱が行われやすくなる。
As shown in FIG. 9, at least a part of the
要するに、開口部25e,26eからの放熱を行いやすくし、封止部40aの温度上昇を効果的に抑制するには、開口部25e,26eが、封止部40aに対応し、かつ、ベルト支持部材30を重ならない領域(図9中の符号Cで示す領域)を有することが望ましい。また、反射部材26は、ステー25の開口部25eからの放熱を妨げないように、ステー25の開口部25eに対応する箇所で開口していることが望ましい。図8及び図9に示す実施形態では、反射部材26の開口部26eが、ステー25の開口部25e全体に渡って重ならないように形成されているため、封止部40aの温度上昇を効果的に抑制することが可能である。
In short, in order to facilitate heat dissipation from the
また、熱効率の観点から、開口部25e,26eを介して放出される熱は、なるべく定着ベルト21に付与される方が好ましい。そのため、図9に示すように、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260は、定着ベルト21のその長手方向Eにおける範囲内に位置することが好ましい。このように開口部25e,26eを配置することで、開口部25e,26eを介して放出される熱が定着ベルト21に付与されやすくなり、他の部材に熱が付与されることによる無駄な熱エネルギーの消費を低減することができる。
Further, from the viewpoint of thermal efficiency, it is preferable that the heat released through the
図10は、図9に示す例よりも、開口部25e,26eをベルト長手方向Eの内側(図の右側)へ広げた例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which the
図10に示す例では、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260が、封止部40aのベルト長手方向Eの内側端部402に対応して配置されている。この場合、各開口部25e,26eが、封止部40a全体に対応するように配置されるので、封止部40a周辺の熱気が開口部25e,26eを介してより一層放出されやすくなり、封止部40aの温度上昇をより効果的に抑制できるようになる。
In the example shown in FIG. 10, the inner ends 250 and 260 of the
図11は、開口部25e,26eをさらにベルト長手方向Eの内側へ広げた例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example in which the
図11に示す例では、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260が、フィラメント41の端部410(内側端部と外側端部とがある場合は、外側端部)に対応して配置されている。フィラメント41から発せられる赤外線光はベルト長手方向Eにも広がるので、フィラメント41の端部410から発せられた赤外線光は、開口部25e,26eを通過して定着ベルト21の内周面に直接照射される。このように、赤外線光が開口部25e,26eを通して定着ベルト21の内周面に直接照射されることで、特に定着ベルト21の長手方向Eの端部側において昇温速度を速くすることができるようになる。これにより、加熱待機時から定着可能な状態となるまでの加熱時間(ファーストプリントタイム)の短縮や、高速回転時の熱量不足も解消することができるようになる。
In the example shown in FIG. 11, the inner ends 250 and 260 of the
ここで、ハロゲンヒータにおいては、フィラメントの発熱量を長手方向に渡って均一にせず、例えば、長手方向の中央部側と端部側とで発熱量が異なるように設定されている場合がある。図12に示す例は、フィラメントの長手方向の端部側よりも中央部側で発熱量を大きくしたタイプであり、反対に、図13に示す例は、フィラメントの長手方向の中央部側よりも端部側で発熱量を大きくしたタイプである。図12及び図13において、符号Dで示す範囲は、フィラメントの最も発熱量の大きい最大発熱領域を示し、符号Wで示す範囲は、画像形成装置で用いられる用紙のうち、最大幅の用紙がニップ部を通過する際の最大通過幅を示す。 Here, in the halogen heater, the heat generation amount of the filament is not made uniform over the longitudinal direction, and for example, the heat generation amount may be set to be different between the central portion side and the end portion side in the longitudinal direction. The example shown in FIG. 12 is a type in which the amount of heat generated is larger on the central portion side than the end side in the longitudinal direction of the filament, and conversely, the example shown in FIG. 13 is larger than the central portion side in the longitudinal direction of the filament. This type has a larger amount of heat generated on the end side. In FIGS. 12 and 13, the range indicated by reference numeral D indicates the maximum heat generation region having the largest heat generation amount of the filament, and the range indicated by reference numeral W indicates that the paper having the maximum width among the papers used in the image forming apparatus is a nip. Indicates the maximum passage width when passing through the section.
多くの画像を連続して定着処理すると、用紙によって熱が奪われにくい通紙範囲外においては、熱が蓄積し、過剰に温度上昇する可能性がある。その場合は、図12に示す例のように、端部側の発熱量の小さいハロゲンヒータを用いることで、通紙範囲外における熱の蓄積を低減し、過剰な温度上昇を抑制することが可能である。一方、図13に示す例は、通紙範囲の端部側で熱量が不足しがちな場合に適用することで、端部側の温度低下を防止することが可能である。 When many images are continuously fixed, heat may be accumulated and the temperature may rise excessively outside the paper passing range where heat is not easily taken away by the paper. In that case, as shown in the example shown in FIG. 12, by using a halogen heater with a small heat generation amount on the end side, it is possible to reduce heat accumulation outside the paper passing range and suppress an excessive temperature rise. Is. On the other hand, the example shown in FIG. 13 can be applied when the amount of heat tends to be insufficient on the edge side of the paper passing range to prevent the temperature drop on the edge side.
上記のような発熱量の分布が長手方向に渡って異なるハロゲンヒータを用いる場合は、それぞれの発熱量の分布に応じて、開口部25e,26eの範囲を決定してもよい。例えば、図13に示すような端部側での発熱量の大きいハロゲンヒータを用いる場合は、図14に示すように、開口部25e,26eを、フィラメント41の端部側の最大発熱領域Dに対応する位置まで広げるとよい。すなわち、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260を、最大発熱領域Dのベルト長手方向Eの外側端部d1よりもベルト長手方向Eの内側に配置する。これにより、定着ベルト21の長手方向Eの端部側で定着ベルト21に対して赤外線光が直接照射される範囲を広く確保することができるようになり、定着ベルト21の長手方向Eの端部側での温度低下を効果的に防止できるようになる。また、開口部25e,26eがフィラメント41の最大発熱領域Dに対応する位置まで広げられていることで、フィラメント41の端部側での発熱量が大きくても、開口部25e,26eを介してその周囲の熱気を放出しやすくなり、封止部40aへの熱の影響を低減することができる。なお、図14では、ベルト長手方向Eにおいて、開口部25e,26eが、フィラメント41の最大発熱領域D全体に対応するように配置されているが(開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260が、最大発熱領域Dのベルト長手方向Eの内側端部d2と同じ位置かそれよりもベルト長手方向Eの内側に配置されているが)、開口部25e,26eは、フィラメント41の最大発熱領域Dの一部に対応して配置されていてもよい。
When halogen heaters having different heat generation distributions in the longitudinal direction are used as described above, the ranges of the
また、図15に示す例のように、開口部25e,26eの範囲を、用紙の最大通過幅Wに基づいて決定してもよい。図15に示す例では、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260が、最大の用紙がニップ部Nを通過する最大通過領域Wのベルト長手方向Eの端部に対応するように配置されている。この場合、開口部25e,26eが用紙の最大通過領域Wの端部に達する位置まで広がっていることで、通紙範囲外における放熱が効果的に行われるようになり、通紙範囲外でのハロゲンヒータ23や定着ベルト21などの温度上昇を効果的に抑制できるようになる。
Further, as in the example shown in FIG. 15, the range of the
従って、図15に示す本発明の実施形態の場合は、図16に示す温度Hのように、通紙範囲外での温度上昇を抑制でき、制御温度近傍で温度を維持することができるようになる。一方、開口部25e,26eを有しない比較例の場合は、図16に示す温度Gのように、通紙範囲外での温度が連続通紙開始後に目標とする制御温度を越えて徐々に上昇しやすい。このように、開口部25e,26eの範囲を、用紙の最大通過領域Wに基づいて決定することで、通紙範囲外での温度上昇を抑制することができるようになり、ひいては、通紙範囲外の温度上昇に伴う封止部40aの温度上昇も抑制でき、封止部40aの亀裂や断線の発生を防止できるようになる。
Therefore, in the case of the embodiment of the present invention shown in FIG. 15, the temperature rise outside the paper passing range can be suppressed and the temperature can be maintained in the vicinity of the control temperature, as in the temperature H shown in FIG. Become. On the other hand, in the case of the comparative example having no
また、上記温度センサ28の配置は、開口部25e,26eの位置を考慮して決定することが望ましい。図17に示すTx及びTyは、それぞれ異なる位置で温度センサ28によって検知された定着ベルト21の温度を示す。具体的に、温度Txは、図18に示す開口部25e,26eに対応しない端部側の位置Xで検知された温度であり、温度Tyは、開口部25e,26eに対応する位置Yで検知された温度である。図17に示すように、開口部25e,26eに対応しない位置Xで検知された温度Txは、目標とする制御温度付近で安定して推移するのに対して、開口部25e,26eに対応する位置Yで検知された温度Tyは、制御温度から大きくずれて変動する結果となった。これは、薄く熱容量の小さい定着ベルト21は、そもそも温度変化しやすいことに加え、開口部25e,26eに対応する箇所では、定着ベルト21に対して赤外線光が開口部25e,26eを通して直接照射されるため、ハロゲンヒータ23のONとOFFのタイミングに伴って温度変化が大きくなったものと考えられる。この結果からすれば、定着ベルト21の温度制御を行うために用いる温度センサ28は、誤検知を防止するため、温度変化の大きい開口部25e,26eに対応する部分よりは、比較的温度が安定する開口部25e,26eに対応しない部分の温度を検知するように配置されることが望ましい。さらに言えば、温度センサ28によって温度が検知される定着ベルト21の部分は、定着ベルト21に対して赤外線光が直接照射されない箇所であることが望ましい。従って、温度センサ28よって温度検知される部分は、開口部25e,26eのベルト長手方向Eの内側端部250,260よりも定着ベルト21のその長手方向Eの内側の部分であることが望ましい。また、温度センサ28は、ニップ入口側又はニップ出口側に配置することができるが、ニップ出口側では用紙によって定着ベルト21の熱が奪われた後の温度を検知することになるため、好ましくは、用紙に熱が奪われる前の温度を検知できるニップ入口側に温度センサ28を配置するのがよい。
Further, it is desirable that the arrangement of the
また、開口部25e,26eを通して定着ベルト21に赤外線光が直接照射される場合は、定着ベルト21を回転させている状態で、ハロゲンヒータ23を発熱させることが望ましい。定着ベルト21の回転を停止した状態でハロゲンヒータ23を発熱させると、赤外線光が直接照射される部分とそれ以外の部分とで温度差が大きくなり、定着ベルト21に熱膨張による歪が発生する可能性がある。そのため、ハロゲンヒータ23の発熱を定着ベルト21の回転動作中にのみ行うようにすることで、赤外線光の直接照射による加熱部位をベルト回転方向に分散させることができるようになり、定着ベルト21の熱膨張による歪が抑制され、定着ベルト21の変形や座屈破壊(キンク)などが生じにくくなる。
When the fixing
また、図19に示す例のように、ハロゲンヒータ23の両端部に接続されるハーネス等の配線45は、ハロゲンヒータ23の熱による劣化や損傷を回避するため、ステー25や反射部材26の図の上方に向かって開口する開口部25e,26eを通らずに、ベルト長手方向Eに向かって開口する開口部25f,26fを通るように配置されることが望ましい。なお、各配線45のハロゲンヒータ23に接続される端部とは反対側の端部は、それぞれAC電源に接続される。また、ステー25の側壁部25aの外側を通る配線45は、高温になるステー25の熱の影響を抑制するため、ステー25から離れた位置(非接触の位置)、具体的には、例えば図20中の符号45A又は45Bに示す位置に配置されていることが望ましい。反対に、反射部材26の内側の位置は、ハロゲンヒータ23及び反射部材26による熱の影響を受けるので、このような位置(図20中の符号45Cに示す位置)には配線45を配置しない方が望ましい。また、図21に示す例のように、ステー25の外側に樹脂製のカバー(あるいはガイド部材)50が設けられている場合は、配線45をカバー50の外側に配置することで、ステー25から配線45への熱の影響を抑制できる。また、この例のように、カバー50に段差部50aがある場合は、段差部50aに配線45を配置するとよい。さらに望ましくは、カバー50の熱の影響も抑制できるように、配線45を段差部50a近傍の平面部50bに接触させて配置するよりは、カバー50に設けられた複数のリブ(突起)50cに配線45を接触させ、配線45とカバー50との接触面積を少なくする方がよい。
Further, as in the example shown in FIG. 19, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
上述の実施形態では、封止部40aの放熱を促進するための開口部25e,26eを、ステー25の底壁部25bやこれに対応する反射部材26の部分に設けているが(図8参照)、図22に示すように、上述と同様の効果を奏する開口部25e,26eを、ステー25の側壁部25aやこれに対応する反射部材26の部分に設けてもよい。
In the above-described embodiment,
また、図23に示す例のように、ステー25の側壁部25aや底壁部25bをベルト長手方向Eに短くして、封止部40aの少なくとも一部がステー25や反射部材26のベルト長手方向Eの端部251,261全体よりもベルト長手方向Eの外側へ露出するようにしてもよい。このようにすることで、封止部40aの放熱がより一層促進され、封止部40aの過剰な温度上昇を効果的防止できるようになる。
Further, as in the example shown in FIG. 23, the
上述の実施形態では、定着ベルト21内にハロゲンヒータ23が1本だけ配置されているが、複数のヒータを用いてもよい。複数のヒータを用いる構成においては、特にベルト長手方向Eにおいて最も内側に封止部40aを有するヒータに対して、上述のように開口部25e,26eを配置することが望ましい。また、ステー25や反射部材26の形状は、上述の実施形態に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
In the above-described embodiment, only one
また、本発明は、反射部材26を備えない構成においても適用可能である。さらに、本発明に係る定着装置は、図1に示すような用紙を水平方向に搬送する定着装置5に限らない。定着装置5の設置方向は、適宜変更可能であり、本発明は、図24に示すような用紙を垂直方向に搬送する定着装置5にも適用可能である。
The present invention can also be applied to a configuration that does not include the
また、本発明は、封止部を有するハロゲンヒータに適用する場合に限らない。例えば、封止部を有するカーボンヒータにも本発明は適用可能である。 Further, the present invention is not limited to the case where it is applied to a halogen heater having a sealing portion. For example, the present invention can be applied to a carbon heater having a sealing portion.
1 画像形成装置
2 画像形成部
5 定着装置
21 定着ベルト(定着部材)
22 加圧ローラ(対向部材)
23 ハロゲンヒータ(加熱部材)
24 ニップ形成部材
25 ステー(支持部材)
25e 開口部
26 反射部材
26e 開口部
28 温度センサ(温度検知部材)
30 ベルト支持部材(定着部材支持部材)
40 バルブ(管)
40a 封止部
41 フィラメント(発熱体)
D 最大発熱領域
E ベルト長手方向
P 用紙(記録媒体)
W 最大通過領域
1 Image forming
22 Pressurizing roller (opposing member)
23 Halogen heater (heating member)
24
30 Belt support member (fixing member support member)
40 valve (tube)
D Maximum heat generation area E Belt longitudinal direction P Paper (recording medium)
W maximum passage area
Claims (9)
前記定着部材の外周面に対向するように配置された対向部材と、
前記定着部材の内側に配置された加熱部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記対向部材との間で前記定着部材を挟んでニップ部を形成するニップ形成部材と、
前記定着部材の内側に配置され前記ニップ形成部材を支持する支持部材と、
を備え、
前記加熱部材は、内部に発熱体が収容され封止部が形成された管を有する定着装置であって、
前記封止部の少なくとも一部が、前記支持部材から露出していることを特徴とする定着装置。 With a tubular fixing member
An opposing member arranged so as to face the outer peripheral surface of the fixing member,
A heating member arranged inside the fixing member and
A nip forming member arranged inside the fixing member and forming a nip portion with the fixing member sandwiched between the fixing member and the facing member.
A support member arranged inside the fixing member and supporting the nip forming member,
With
The heating member is a fixing device having a tube in which a heating element is housed and a sealing portion is formed.
A fixing device characterized in that at least a part of the sealing portion is exposed from the support member.
前記封止部の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置される前記支持部材の定着部材長手方向の端部は、前記定着部材支持部材の定着部材長手方向の内側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されている請求項1に記載の定着装置。 A fixing member supporting member for supporting the fixing member is provided.
The end portion of the support member in the longitudinal direction of the fixing member, which is arranged inside in the longitudinal direction of the fixing member with respect to the outer end portion of the sealing portion in the longitudinal direction of the fixing member, is inside the fixing member in the longitudinal direction of the fixing member. The fixing device according to claim 1, which is arranged inside the fixing member in the longitudinal direction with respect to the end portion.
前記封止部の少なくとも一部は、前記定着部材支持部材の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されている請求項1又は2に記載の定着装置。 A fixing member supporting member for supporting the fixing member is provided.
The fixing device according to claim 1 or 2, wherein at least a part of the sealing portion is arranged inside the fixing member longitudinal direction with respect to the outer end portion of the fixing member support member in the fixing member longitudinal direction.
前記封止部の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置される前記支持部材の定着部材長手方向の端部は、前記最大発熱領域の定着部材長手方向の外側端部よりも定着部材長手方向の内側に配置されている請求項1から4のいずれか1項に記載の定着装置。 The heating element of the heating member has a maximum heat generation region having the largest heat generation amount on the outer end side in the longitudinal direction of the fixing member.
The end portion of the support member in the longitudinal direction of the fixing member, which is arranged inside the fixing member in the longitudinal direction of the sealing portion in the longitudinal direction of the fixing member, is the outer end of the maximum heat generation region in the longitudinal direction of the fixing member. The fixing device according to any one of claims 1 to 4, which is arranged inside the fixing member in the longitudinal direction of the portion.
前記封止部の少なくとも一部が、前記反射部材から露出している請求項1から6のいずれか1項に記載の定着装置。 A reflective member that is arranged between the support member and the heating member and reflects light or heat from the heating member is provided.
The fixing device according to any one of claims 1 to 6, wherein at least a part of the sealing portion is exposed from the reflective member.
前記温度検知部材は、前記定着部材に対して前記加熱部材からの光が直接照射されない部分の温度を検知する請求項1から7のいずれか1項に記載の定着装置。 A temperature detecting member for detecting the temperature of the fixing member is provided.
The fixing device according to any one of claims 1 to 7, wherein the temperature detecting member detects the temperature of a portion where the fixing member is not directly irradiated with light from the heating member.
前記画像形成部によって形成された画像を前記記録媒体に定着させる定着装置と、
を備える画像形成装置において、
前記定着装置として、請求項1から8のいずれか1項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。 An image forming unit that forms an image on a recording medium,
A fixing device for fixing the image formed by the image forming unit on the recording medium,
In an image forming apparatus including
An image forming apparatus comprising the fixing apparatus according to any one of claims 1 to 8 as the fixing apparatus.
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