JP2001117393A - 多層定着ベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱圧力定着ニップにおいて融着されたトナ
ーが定着ベルトに粘着する問題を解決する。 【解決手段】本発明は、改善された剥離特性をもつ定着
ベルト１１２を提供する。本発明の定着ベルト１１２
は、織地層１４２と、高い順応性と低い表面エネルギー
をもつ弾性層１４０を有する。織地層１４２は、ベルト
の外周に対し鋭角に織り合わされた高弾性率の耐熱性繊
維１４６、１４８から作られる。織地層１４２は、定着
ベルト１１２の外周に沿って優先伸張する基層を形成し
ている。弾性層１４０は織地層１４２に接着されてお
り、低い表面張力をもつ高い順応性をもつ低デュロメー
タ硬度の材料から作られる。定着ベルト１１２を被駆動
ローラ１１４に部分的に巻きつけて、圧力ローラ１２２
と共にニップ１２０を形成すると、定着ベルト１１２
は、ベルトの動く方向１１３に伸張する。定着ベルト１
１２がニップ１２０を通過すると、定着ベルトが緩み、
その結果定着ベルト１１２と融着されたトナー１２６間
の粘着力が低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定着装置のベルト
に関する。

【従来の技術】

【０００２】

【従来の技術】電子写真式マーキング（像形成）は周知
であり、原稿書類を複写または印刷する方法において広
く使われている。電子写真式マーキングは要求された原
稿書類の光像をほぼ一様に帯電した感光体の上にさらす
ことによって行われる。その光像に対応して、感光体が
放電し、その表面に要求された原稿書類の静電潜像が生
成される。次に、その静電潜像の上にトナー粒子を堆積
させて、トナー像が形成される。トナー像は、次に感光
体から像受容支持体たとえばコピー用紙へ転写される。
転写されたトナー像は、次に像受容支持体へ融着すなわ
ち定着される。そのあと、感光体の表面は、別の像の生
成に備えて、残留現像剤が清掃され、再び帯電される。

【０００３】上に述べた種々の電子写真式印刷工程のう
ち、本発明はトナーを受容支持体へ最も一般的に加熱定
着すなわち融着させることに関するものである。融着は
幾つかの方法で行われているが、最も一般的な方法はト
ナーが付着している受容支持体を加熱された圧力ニップ
に通すことである。熱と圧力の組合せによって、トナー
は受容支持体に融着される。加熱された圧力ニップは、
加熱された定着ローラと、圧力ローラと、定着ローラと
部分的に重なり且つ定着ローラと圧力ローラの間に配置
された順応性のある定着ベルトを使用して作られること
が多い。トナーが付着している受容支持体が定着ベルト
と圧力ローラの間を通過すると、トナーが定着ベルトに
接触するので、トナーが受容支持体へ融着すなわち定着
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】加熱された圧力ニップ
はうまくいくが、問題がある。１つの共通する問題は、
融着したトナーと受容支持体が定着ベルトに粘着する傾
向があることである。この粘着問題を解決するための従
来の手法は、小さい直径の定着ローラ、または定着ベル
トの急旋回、またはその両方を用いる方法である。得ら
れた急旋回は融着したトナーと受容支持体を定着装置か
ら分離する傾向がある。もう１つの手法は、定着ベルト
の表面を剥離剤で被覆し、それによって定着ベルトの表
面張力を低下させ、粘着作用を弱める方法である。粘着
問題を解決するさらに別の方法は、弾性ベルトを使用す
る方法である。都合の悪いことに、これらの方法はある
種の用途においては不適当である。したがって、この粘
着問題を解決する新規なやり方は有益であろう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の原理は、改善さ
れた剥離特性を定着ベルトに提供する。本発明の原理に
係る定着ベルトは、少なくとも２つの層、すなわち定着
ベルトの外周に沿って優先的に伸張する織地から成る基
層と弾性層とを有している。この織地は、電気的に、熱
的に、および磁気的に伝導性にすることができる耐熱材
料で構成することができる。好ましい材料は商標名 Nom
exとして知られている。基層は、ベルトの外周に対し鋭
角に織り合わされた高弾性率の耐熱性繊維から成るもの
が好ましい。弾性層は、低い表面張力を有し、高順応性
の低デュロメータ硬度の材料たとえばシリコンから成る
ものが好ましい。弾性層材料は高い融着温度に耐えなけ
ればならない。使用に適した弾性層材料としては、シリ
コン、フルオロポリマー、またはシリコンとフルオロポ
リマーのハイブリッドがある。

【０００６】本発明の原理は、そのほかに、印刷装置に
改善された剥離特性をもつ定着ベルトを提供する。本発
明の原理に係る印刷装置は、光導電性表面をもつ感光
体、感光体の表面を所定の電位に帯電させる帯電部、光
導電性表面を露光してその上に静電潜像を生成する少な
くとも１個の露光部、潜像の上にトナー層を堆積させる
少なくとも１個の現像部、およびトナー層を受容支持体
の上に融着させる定着装置を備えている。定着装置は、
少なくとも２つの層、すなわち定着ベルトの外周に沿っ
て優先伸張する織地から成る基層と弾性接触層とから成
る定着ベルトを有している。基層は、ベルトの外周に対
し鋭角に織り合わされた高弾性率の耐熱性繊維から成る
ものが好ましい。弾性接触層は低い表面張力を有し、高
順応性の低デュロメータ硬度の材料たとえばシリコンか
ら成るものが好ましい。弾性層材料は高い融着温度に耐
えなければならない。

【０００７】本発明のその他の特徴は、添付図面を参照
し、以下の詳細な説明を読み進むにつれて明かになるで
あろう。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、原稿書類を複製する電子
写真式印刷装置８を示す。本発明の原理はそのような印
刷装置に使用するのに十分適しているが、他のマーキン
グ装置に使用するのにも十分適している。したがって、
本発明は図１に示した特定の実施例、すなわち図示した
特定の用途に限定されないことを理解すべきである。

【０００９】電子写真式プリンタ８は、カラー電子写
真、マルチパス、再帯電・露光・現像、イメージオンイ
メージ方式のプリンタである。プリンタ８は、矢印１２
の方向に動くアクティブ・マトリックス感光体ベルト１
０を有している。ベルトの移動は、感光体ベルトを被駆
動ローラ１４とテンションローラ１６、１８のまわりに
取り付け、モータ２０で被駆動ローラ１４を駆動するこ
とによって生じる。

【００１０】感光体ベルトが移動すると、ベルトの各部
分が次に説明する各処理部を通過する。便宜上、「像区
域」と呼ばれる感光体ベルトの単一部分を取り上げて説
明する。像区域は、種々の作用を受け、最終的な複合カ
ラー像を生成するトナー層を受け取る感光体ベルトの部
分である。感光体ベルトは多数の像区域をもつかもしれ
ないが、各像区域は同じやり方で処理されるので、プリ
ンタ８の動作を明らかにするには、１像区域の処理を説
明すれば十分である。

【００１１】像形成処理は、像区域が「帯電前」消去ラ
ンプ２１を通過することによって始まる。消去ランプ２
１は像区域を照明して像区域に存在するすべての残留電
荷を放電させる。そのような消去ランプは高品質システ
ムにおいては普通であり、初期電荷消去のために消去ラ
ンプを使用することは周知である。

【００１２】感光体ベルトが移動を続けると、像区域は
ＤＣコロトロン２２から成る帯電部を通過する。ＤＣコ
ロトロンは、ブラックトナーのための潜像を生成する露
光に備えて、像区域を帯電させる。たとえば、ＤＣコロ
トロンは像区域を約−５００ボルトのほぼ一様な電位に
帯電させることができる。感光体の上に置かれる実際の
電荷は、多くの変数、たとえば現像しなければならない
ブラックトナーの質量や、ブラック現像部（以下参照）
のセッティングによって決まることを理解すべきであ
る。

【００１３】帯電部を通過した後、像区域は露光部２４
Ａへ進む。露光部では、帯電した像区域が、ラスタ出力
スキャナ２７Ａからの変調レーザービーム２６Ａにさら
される。スキャナ２７Ａは像区域をラスタ走査してブラ
ック像の静電潜像表現を生成する。

【００１４】露光部２４Ａを通過した後、ブラック静電
潜像をもつ像区域はブラック現像部３２を通過する。現
像部３２はブラックトナー３４を像区域の上に運んで、
ブラックトナー像を現像する。バイアスの印加は、像区
域上の２つの電圧レベルのより低い（より小さい負の）
電圧レベルの放電区域現像（ＤＡＤ; discharged area
development ）をもたらすように行われる。帯電したブ
ラックトナー３４は像区域の露光された区域に付着す
る。それにより像区域の照明された部分の電圧は約−２
００ボルトになる。像区域の照明されなかった部分は約
−５００ボルトのままである。

【００１５】ブラック現像部３２を通過した後、像区域
はＤＣコロトロン３８とＡＣスコロトロン４０から成る
再帯電部３６へ進む。再帯電部３６は「スプリット再帯
電」として知られる技法を用いて像区域とブラックトナ
ー層を再帯電させる。簡単に述べると、ＤＣコロトロン
３８は、像区域を再帯電させるとき、要求電圧レベルよ
り大きな電圧レベルに過帯電させるが、ＡＣスコロトロ
ン４０は前記電圧レベルを要求電圧レベルまで減少させ
る。スプリット再帯電は、トナー付着区域とトナー非付
着区域間の電圧差を実質上除去し、トナー付着区域に残
っている残留電荷のレベルを減少させる作用をする。

【００１６】ブラックトナー層をもつ再帯電された像区
域は、次に露光部２４Ｂへ進む。そこで、ラスタ出力ス
キャナ２７Ｂからのレーザービーム２６Ｂが像区域を露
光させて、イエロー像の静電潜像表現を生成する。再露
光された像区域は、そのあとイエロー現像部４６へ進
み、そこで像区域の上にイエロートナー４８が堆積され
る。イエロー現像部４６を通過した後、像区域は再帯電
部５０へ進み、そこで、ＤＣスコロトロン５２とＡＣス
コロトロン５４が像区域をスプリット再帯電させる。

【００１７】次に、露光部２４Ｃが再帯電された像区域
を露光させる。ラスタ出力スキャナ２７Ｃからの変調レ
ーザービーム２６Ｃは像区域を露光させ、マゼンタ像の
静電潜像表現を生成する。マゼンタ露光部を通過した
後、再露光された像区域はマゼンタ現像部５６へ進み、
そこで像区域の上にマゼンタトナー５８が堆積される。
マゼンタ現像部を通過後、像区域はもう１つの再帯電部
６０へ進み、そこでＤＣコロトロン６２とＡＣスコロト
ロン６４が像区域をスプリット再帯電させる。

【００１８】再帯電された像区域とトナー層は、そのあ
と露光部２４Ｄへ進む。そこで、ラスタ出力スキャナ２
７Ｄからのレーザービーム２６Ｄが像区域を露光させ
て、シアン像の静電潜像表現を生成する。シアン露光部
２４Ｄを通過した後、再露光された像区域はシアン現像
部６６へ進み、そこで像区域の上にシアントナー６８が
堆積される。この時点で、像区域の上には４色のトナー
があるので、複合カラートナー像が生じる。しかし、複
合カラートナー像は大きく異なる電荷電位をもつ個別ト
ナー粒子から成っている。そのような複合トナー像をそ
のまま受容支持体の上に転写すれば、質の悪い最終画像
が生じるであろう。したがって、転写のため複合カラー
トナー像を調整することが好ましい。

【００１９】転写のため複合カラートナー像を調整する
ために、転写前消去ランプ７２は像区域を放電させて、
像区域上に比較的低い電荷レベルを生成する。そのあ
と、像区域は転写前帯電作用を行う転写前ＤＣスコロト
ロン８０を通過する。像区域は矢印１２の方向に動き続
けて、被駆動ローラ１４を通過する。そのとき、給紙装
置（図示せず）によって像区域の上に受容支持体８２す
なわちコピー用紙が置かれる。像区域と受容支持体は動
き続けて、転写用スコロトロン８４を通過する。転写用
スコロトロン８４は受容支持体８２の背面に正イオンを
塗布する。それらの正イオンは負に帯電したトナー粒子
を受容支持体へ引き付ける。受容支持体８２は動き続け
て、分離用コロトロン８６を通過する。このコロトロン
８６は、受容支持体上の電荷の一部を中和することによ
って、感光体１０からの受容支持体の分離を助ける。受
容支持体８２の縁がテンションローラ１８を回ると、縁
は感光体から離れる。

【００２０】そのあと、受容支持体は定着装置９０に送
り込まれる。そこでは加熱された定着ローラと定着ベル
トと圧力ローラがニップを形成しており、受容支持体８
２はそのニップを通過する。ニップにおける圧力と熱の
組合せによって、複合カラートナー像は受容支持体８２
に融着される。定着後、受容支持体はシュート（図示せ
ず）によって受トレー（図示せず）へ案内され、そこか
らオペレータによって取り出される。本発明の動作原理
は定着装置９０と密接に関連しているので、定着装置と
その定着ベルトは、あとでより詳細に説明する。

【００２１】受容支持体８２が感光体ベルト１０から離
れた後、像区域は動き続けて、清掃前消去ランプ９８を
通過する。このランプは感光体ベルト上に残っているほ
とんどの電荷を中和する。清掃前消去ランプ９８を通過
した後、感光体上の残留トナーおよび／または塵は清掃
部９９において除去される。そのあと、像区域はもう一
度帯電前消去ランプ２１を通過し、別の印刷サイクルが
スタートする。

【００２２】上に説明した諸要素のほかに、プリンタ８
はその全体的な動作を制御し、かつビデオ情報を露光部
へ提供するシステム・コントローラ１０１（図１では４
箇所に示してある）を備えている。

【００２３】図２に、定着装置９０をより詳細に示す。
定着装置９０は、被駆動ローラ１１４とアイドラローラ
１１６によって外周に沿って支持された、少し伸張可能
な２層定着ベルト１１２を有している。モータ１１８が
被駆動ローラ１１４を回転させると、定着ベルトは矢印
１１３の方向に移動する。定着ベルト１１２は被駆動ロ
ーラ１１４のまわりを通るとき、圧力ローラ１２２と共
に定着ニップ１２０を形成する。受容支持体８２がトナ
ー１２６と共に矢印１２８の方向に定着ニップを通過す
ると、トナー１２６がベルト１１２の外面１３０と接触
する。ベルト１１２の被駆動ローラ１１４と接触する部
分はベルトの圧力ローラ１２２と接触する反対側部分と
同じ広がりをもつので、定着ニップ１２０は単一ニップ
から成ることが好ましい。単一ニップはニップ全体を通
じて１つのニップ速度を保証する。図２に示すように、
被駆動ローラ１１４は内部の石英ランプ１４４によって
加熱される。被駆動ローラ１１４は高熱伝導性材料たと
えばアルミニウムから成ることが好ましい。したがっ
て、受容支持体８２が定着ニップ１２０を通過すると
き、トナーが加熱され、受容支持体に押し付けられる結
果、トナーは受容支持体に融着される。

【００２４】前述のように、定着ベルト１１２は２層ベ
ルトである。図３に定着ベルト１１２の破断図を示す。
図示のように、定着ベルトは弾性層１４０と織地層１４
２を有している。弾性層１４０はシリコンゴム、フルオ
ロポリマー、または定着ベルトに慣用される形式の他の
材料から成ることが好ましい。弾性層自体は、トナー１
２６（図２参照）が容易にベルトの外面１３０に粘着し
ないように、低い表面張力を有している。そのほかに、
弾性層１４０は順応性（conformability）を有するの
で、張力の下で少し変形する（伸張する）。弾性層１４
０の厚さは０．００６〜０．１２５インチ程度である。

【００２５】図４は、織地層１４２の略平面図である。
織地層１４２は、定着ベルトの移動方向１１３に対し鋭
角で織られた高弾性率の耐熱性繊維１４６と１４８とか
ら成る。繊維、繊維密度、および織り角は、織地層が矢
印１１３の方向に少し伸張できるように選定される。普
通は、決められた定着ベルト張力に対し矢印１１３の方
向に１〜１０％の伸張が適当である。図３に戻って、弾
性層１４０は強力耐熱性接着剤を使用して織地層１４２
に接着されている。弾性層が液体エラストマーから作ら
れ、その液体エラストマーが織地組織の中に十分に浸透
している場合には、接着剤は不要であるかもしれない。
いずれにせよ、弾性層を構成するエラストマーを織地層
に埋め込むことによって、複合ベルトの密着性が改善さ
れる。これにより、ベルトは、急激な方向変化を受けて
も、離層することはない。ある種の用途においては、ト
ナーの剥離すなわち転写を容易にするために、織地層を
熱的に、電気的に、または磁気的に伝導性にすることが
できる。

【００２６】この弾性層と織地層の組合せはトナーの剥
離を改善するためニップの動力学を大きく変える。動作
中、定着ベルト１１２がアイドラローラ１１６のまわり
を回っているとき、被駆動ローラ１１４が定着ベルト１
１２を引張るので、定着ベルトは少し伸張する。この伸
張は弾性層１４０と織地層１４２の両方が伸縮可能であ
るためである。その結果は定着ベルトの外面１３０の歪
エネルギーである。定着ベルトがニップ１２０を通過し
た後は、定着ベルトにかかる引張力が減少するので、歪
んだ織地層１４２が緩む。これにより、定着ベルトが収
縮し、その結果定着ベルトの外面３０と融着トナー間の
付着力が減少する。

【００２７】図３に２層ベルトを示したが、本発明の原
理はより多くの層を持つベルトにも使用できる。たとえ
ば、図５に３層定着ベルト１５８の破断図を示す。図示
のように、定着ベルト１５８は、弾性層１４０と硬質基
層１４２のほかに、下部弾性層１６０を有している。弾
性層１４０と同様に、下部弾性層１６０は高温下で繰返
し動作させても強度と寿命を維持するであろう弾性材料
から成ることが好ましい。しかし、下部弾性層１６０
は、被駆動ローラと接触するので、比較的高い摩擦面を
有していなければならない。

【００２８】以上、一形式の定着ベルトについて本発明
を説明したが、本発明の原理は、他の形式の定着ベル
ト、たとえばトランスフィックス（転写定着）型ベルト
にも使用することができる。トランスフックス型ベルト
の場合は、最初に感光体上のトナーがトランスフィック
ス型ベルトへ転写され、その転写されたトナーの上に受
容支持体が置かれる。そのあと、トランスフィックス型
ベルトがトナーを受容支持体に融着させる。図６は、ト
ランスフィックス型ベルト２０２を使用しているプリン
タ２００の単純化した略図を示す。感光体２０６は、被
駆動ローラ２０８とアイドラローラ２１０、２１２と転
写ローラ２１４とによって所定の位置に保持されてい
る。感光体は、被駆動ローラ２０８によって矢印２１３
の方向に回転する。トランスフィックス型ベルト２０２
は、アイドラローラ２１６及び２１８と、加熱ローラ２
２０とによって転写ローラ２１４の隣に保持されてい
る。加熱されたローラ２２０の反対側に圧力ローラ２２
２がある。トランスフィックス型ベルトは、感光体の移
動によって矢印２２６の方向に駆動される。トナー像が
トランスフィックス型ベルトに接触すると、感光体上の
トナー像がトランスフィックス型ベルトへ転写される
（転写には、電源（図示せず）によって生成された静電
気力を使用してもよい）。転写された像は、次に、加熱
されたローラ２２０と圧力ローラ２２２間のニップに送
り込まれた受容支持体２３０へ転写される。受容支持体
がニップを通過するとき、トナーは受容支持体へ同時に
転写され、融着される。

【００２９】明確にするため図面には示してないが、一
般に、定着ベルト１１２の外面１３０に剥離液を塗布す
ることが行われている。この剥離液は、通例、隔離制御
装置によって塗布される。剥離液はそのほかに粘着力を
減少させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を組み入れた電子写真式プリンタ
の略図である。

【図２】図１のプリンタに使用されている定着装置の略
図である。

【図３】図２の定着装置に使用されている定着ベルトの
破断図である。

【図４】定着ベルトの基層の平面図である。

【図５】３つの層をもつ代替定着ベルトの破断図であ
る。

【図６】トランスフィックス型ベルトをもつプリンタの
単純化した略図である。

【符号の説明】

８ カラー電子写真式プリンタ １０ 感光体ベルト、 １２ 移動方向 １４ 被駆動ローラ １６、１８ テンション・ローラ ２０ モータ ２１ 帯電前消去ランプ ２２ ＤＣコロトロン ２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 露光部 ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ 変調されたレーザー
ビーム ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ ラスタ出力スキャナ ３２ ブラック現像部 ３４ ブラックトナー ３６ 再帯電部 ３８ ＤＣコロトロン ４０ ＡＣスコロトロン ４６ イエロー現像部 ４８ イエロートナー ５０ 再帯電部 ５２ ＤＣスコロトロン ５４ ＡＣスコロトロン ５６ マゼンタ現像部 ５８ マゼンタトナー ６０ 再帯電部 ６２ ＤＣコロトロン ６４ ＡＣスコロトロン ６６ シアン現像部 ６８ シアントナー ７２ 転写前消去ランプ ８０ 転写前ＤＣスコロトロン ８２ 受容支持体（コピー用紙） ８４ 転写用コロトロン ８６ 分離用コロトロン ９０ 定着装置 ９８ 清掃前消去ランプ ９９ 清掃部 １０１ システム・コントローラ １１２ 定着ベルト １１３ 移動方向 １１４ 被駆動ローラ １１６ アイドラローラ １１８ モータ １２０ 定着ニップ １２２ 圧力ローラ １２６ トナー １２８ 用紙の移動方向 １３０ 定着ベルトの外面 １４０ 弾性層 １４２ 織地層 １４４ 内部石英ランプ １４６、１４８ 高弾性率の耐熱性繊維 １５８ ３層定着ベルト １６０ 下部弾性層 ２００ プリンタ ２０２ トランスフィックス型定着ベルト ２０６ 感光体 ２０８ 被駆動ローラ ２１０、２１２ アイドラローラ ２１３ ベルトの回転方向 ２１４ 転写ローラ ２１６、２１８ アイドラローラ ２２０ 加熱ローラ ２２２ 圧力ローラ ２２６ 駆動方向 ２３０ 受容支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディヴィッド バタット アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14618 ロチェスター パーマーストーン ロー ド 85 (72)発明者 エドワード エフ ボウラー ジュニア アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート ファイルドストン グロ ーヴ ５ (72)発明者 ジェイ ロバート ブラスザック アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド オールド プレストウ ィック ウェイ １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周をもつ多層定着ベルトであって、 第１面と第２面をもつ織地層と、前記第１面上の弾性層
   とから成り、 前記織地層は繊維で前記外周に対し鋭角に織られてお
   り、前記弾性層は低い表面張力をもつ順応性材料から成
   ることを特徴とする定着ベルト。