JP2003215968A

JP2003215968A - ベルト定着装置

Info

Publication number: JP2003215968A
Application number: JP2002018663A
Authority: JP
Inventors: Oichi Sano; 央一佐野; Masaru Yano; 賢谷野; Yasuhiro Ono; 泰寛大野; Shozo Miyazaki; 正三宮崎; Toshiya Natsuhara; 敏哉夏原
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】回転駆動される無端状の定着用ベルトを加熱
装置により加熱し、この定着用ベルトと押圧部材との間
でトナーが供給された記録媒体を押圧してトナーを記録
媒体に定着させるベルト定着装置において、記録媒体に
トナーが適切に定着されるようにする。【解決手段】回転駆動される無端状の定着用ベルト10
と、定着用ベルトを加熱する加熱装置11と、加熱装置に
より加熱された定着用ベルトにトナーｔが供給された記
録媒体１に押し付けてトナーを定着させる押圧部材14と
を有するベルト定着装置において、定着用ベルトにおけ
る単位面積当たりの熱容量ηがη≧2.0×10^-4Ｊ／Ｋ・
ｍｍ²であると共に、この熱容量η（Ｊ／Ｋ・ｍｍ²）と
押圧部材において記録媒体を定着用ベルトに押し付ける
加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とがη／λ≧２．５
の関係を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は複写機やプリンタ
ー等の画像形成装置において、記録媒体に供給されたト
ナーを記録媒体に定着させるのに使用する定着装置に係
り、特に、回転駆動される無端状の定着用ベルトを加熱
装置により加熱し、このように加熱された定着用ベルト
と押圧部材との間でトナーが供給された記録媒体を押圧
し、トナーを記録媒体に定着させるようにしたベルト定
着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、複写機やプリンター等の画像
形成装置においては、記録媒体上にトナーを供給し、こ
のトナーを定着装置によって記録媒体に定着させること
が行われていた。

【０００３】ここで、このような定着装置として、従来
においては、一般に図１に示すように、トナーｔが供給
された記録媒体１を一対の定着用ローラ２，３間に導
き、この一対の定着用ローラ２，３間においてトナーｔ
を記録媒体１に定着させるようにしていた。

【０００４】また、このように一対の定着用ローラ２，
３間においてトナーｔを記録媒体１に定着させるにあた
り、トナーｔが記録媒体１に十分に定着されるように、
各定着用ローラ２，３内に加熱装置４，５を設けると共
に、上記の各定着用ローラ２，３として、金属で構成さ
れた芯金２ａ，３ａの外周面にゴム等の弾性材料で構成
された弾性層２ｂ，３ｂを設けたものを用い、上記の加
熱装置４，５によって各定着用ローラ２，３を加熱させ
ると共に、定着用ローラ２，３を圧接させて、各定着用
ローラ２，３の外周部に設けられた弾性層２ｂ，３ｂ間
におけるニップ部分の長さを長くし、トナーｔが十分に
加熱，加圧されて記録媒体１に定着されるようにしてい
た。

【０００５】一方、近年においては、上記のような画像
形成装置の高速化が図られ、トナーｔを速い速度で十分
に記録媒体１に定着させることが必要になり、またフル
カラー画像形成装置においては、記録媒体１上に複数色
のトナーｔが供給されてトナーｔの層が厚くなり、この
ように層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定
着させることが必要になった。

【０００６】ここで、上記のような定着装置において、
トナーｔを速い速度で十分に記録媒体１に定着させた
り、層が厚くなったトナーｔを記録媒体１に十分に定着
させるためには、上記の定着用ローラ２，３間におい
て、トナーｔを加熱，加圧するニップ部分の長さをさら
に長くすることが必要になった。

【０００７】そして、このように定着用ローラ２，３間
におけるニップ部分の長さを長くするためには、上記の
各定着用ローラ２，３の径を大きくしたり、各定着用ロ
ーラ２，３の外周部に設ける弾性層２ｂ，３ｂを厚くす
る等の方法が考えられる。

【０００８】しかし、上記の定着用ローラ２，３の径を
大きくした場合には、定着装置が大型化したり、記録媒
体１がトナーｔと接触する定着用ローラ２に巻き付きや
すくなるという問題があり、また定着用ローラ２，３の
外周部に設ける弾性層２ｂ，３ｂを厚くした場合には、
各定着用ローラ２，３の外周面まで熱が伝わりにくくな
り、連続通紙時にトナーｔを十分に加熱することができ
なくなって、記録媒体１にトナーｔが十分に定着されな
くなったり、また各定着用ローラ２，３の外周面を十分
に加熱するために、大きな電力が必要になり、ランニン
グコストが高く付く等の問題があった。

【０００９】また、近年においては、特開平９−１１４
２８３号公報に示されるように、無端状になった定着用
ベルトを加熱ローラを含む複数の支持ローラに掛け渡
し、加熱ローラによってこの定着用ベルトを加熱すると
共に、この定着用ベルトを加圧ローラの周面に沿って接
触させて、定着用ベルトと加圧ローラとのニップ部分を
大きくし、このニップ部分においてトナーが供給された
記録媒体を加熱押圧して、トナーを記録媒体に定着させ
るようにしたベルト定着装置を用いることが提案されて
いる。

【００１０】ここで、上記のように加熱ローラによって
加熱された定着用ベルトを加圧ローラの周面に沿って接
触させ、定着用ベルトと加圧ローラとのニップ部分にお
いてトナーが供給された記録媒体を加熱押圧して、トナ
ーを記録媒体に定着させるようにした場合、この定着用
ベルトの温度が急激に低下してしまい、トナーを記録媒
体に充分に定着させることができなくなるという問題が
あった。

【００１１】このため、定着用ベルトと加圧ローラとの
ニップ部分に別個に加熱装置を設けて、定着用ベルトを
加熱するようにしたり、加圧ローラの内部に加熱装置を
設けて、定着用ベルトと反対側からトナーが供給された
記録媒体を加熱することが考えられた。

【００１２】しかし、定着用ベルトと加圧ローラとのニ
ップ部分に別個に加熱装置を設けて定着用ベルトを加熱
したり、加圧ローラの内部に加熱装置を設けて、定着用
ベルトと反対側からトナーが供給された記録媒体を加熱
する場合、コストが高くつくという問題があり、また定
着用ベルトと反対側からトナーが供給された記録媒体を
加熱する場合には、記録媒体に含まれる水分が蒸発して
定着用ベルトと加圧ローラとのニップ部分に閉じ込めら
れ、ブリスターと呼ばれる定着不良が発生しやすくなる
という問題もあった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、回転駆動
される無端状の定着用ベルトを加熱装置により加熱し、
このように加熱された定着用ベルトと押圧部材との間で
トナーが供給された記録媒体を押圧して、トナーを記録
媒体に定着させるようにしたベルト定着装置における上
記のような問題を解決することを課題とするものであ
る。

【００１４】すなわち、この発明においては、上記のよ
うなベルト定着装置において、定着用ベルトと押圧部材
との間でトナーが供給された記録媒体を押圧する部分に
別個に加熱装置を設けたり、押圧部材に加熱装置を設け
たりしなくとも、記録媒体上におけるトナーが充分に加
熱されて、記録媒体にトナーが適切に定着されるように
することを課題とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明においては、上
記のような課題を解決するため、回転駆動される無端状
の定着用ベルトと、この定着用ベルトを加熱する加熱装
置と、この加熱装置により加熱された定着用ベルトにト
ナーが供給された記録媒体を押し付けてトナーを記録媒
体に定着させる押圧部材とを有するベルト定着装置にお
いて、上記の定着用ベルトにおける単位面積当たりの熱
容量ηがη≧２．０×１０^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²であると共
に、この定着用ベルトの単位面積当たりの熱容量η（Ｊ
／Ｋ・ｍｍ²）と上記の押圧部材において記録媒体を定
着用ベルトに押し付ける加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・
Ｋ）とが、η／λ≧２．５の関係を満たすようにしたの
である。

【００１６】そして、この発明におけるベルト定着装置
のように、単位面積当たりの熱容量ηがη≧２．０×１
０^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²である定着用ベルトを用いると、加
熱装置により加熱された定着用ベルトの熱が逃げにくく
なって、定着用ベルトの温度が低下するのが抑制され
る。また、定着用ベルトの単位面積当たりの熱容量η
（Ｊ／Ｋ・ｍｍ²）と上記の押圧部材において記録媒体
を定着用ベルトに押し付ける加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／
ｍ・Ｋ）とが、η／λ≧２．５の関係を満たすようにす
ると、押圧部材によりトナーが供給された記録媒体を定
着用ベルトに押し付ける部分において、記録媒体を通し
て定着用ベルトの熱が押圧部材に伝わって放出されるの
が抑制される。

【００１７】このため、この発明におけるベルト定着装
置においては、定着用ベルトと押圧部材との間でトナー
が供給された記録媒体が充分に加熱されて、記録媒体に
トナーが適切に定着されるようになる。

【００１８】ここで、上記の押圧部材は、トナーが供給
された記録媒体を定着用ベルトに押し付けるものであっ
て、記録媒体を定着用ベルトに押し付ける加圧面の熱伝
導率λが上記のような条件を満たすものであれば特に限
定されないが、外周側に耐熱性で熱伝導率が小さな発泡
シリコーンゴム等の発泡弾性材料からなる弾性層が設け
られた加圧ローラを用いるようにすることが好ましい。
そして、このような加圧ローラを用いると、記録媒体を
通して伝わった定着用ベルトの熱が放出されるのが抑制
されると共に、上記の弾性層の変形が大きくなって、ト
ナーが供給された記録媒体を定着用ベルトに適切に密着
させて広い範囲で押し付けることができるようになり、
トナーが記録媒体により一層充分に定着されるようにな
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態に係る
ベルト定着装置を添付図面に基づいて具体的に説明す
る。

【００２０】この実施形態におけるベルト定着装置にお
いては、単位面積当たりの熱容量ηがη≧２．０×１０
^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²である無端状になった定着用ベルト１
０を用い、この定着用ベルト１０を、図２に示すよう
に、内部にヒーターランプからなる加熱装置１１が設け
られた加熱ローラ１２と支持ローラ１３との外周に掛け
渡すようにしている。なお、上記の加熱ローラ１２とし
ては、円筒状になった金属製のローラを用いるようにし
ている。

【００２１】そして、押圧部材として円筒状になった芯
金１４ａの外周に弾性層１４ｂが設けられた加圧ローラ
１４を用い、この加圧ローラ１４を上記の加熱ローラ１
２に定着用ベルト１０を介して押し付けると共に、この
加圧ローラ１４を加熱ローラ１２と支持ローラ１３との
間における定着用ベルト１０の部分にも押し付けるよう
にしている。なお、この実施形態においては、芯金１４
ａの外周に弾性層１４ｂが設けられた加圧ローラ１４を
用いるようにしたが、さらにこの弾性層１４ｂの上に離
型層（図示せず）を設けるようにしてもよい。

【００２２】ここで、上記の加圧ローラ１４において、
芯金１４ａの外周に弾性層１４ｂを設けるにあたって
は、弾性層１４ｂに耐熱性で熱伝導率が小さな発泡シリ
コーンゴム等の発泡弾性材料を用いるようにし、上記の
定着用ベルト１０の単位面積当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ
・ｍｍ²）と、この加圧ローラ１４において定着用ベル
ト１０に押し付ける加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）
とが、η／λ≧２．５の関係を満たすようにする。

【００２３】そして、上記の加熱ローラ１２の回転によ
り、上記の定着用ベルト１０を加熱ローラ１２と支持ロ
ーラ１３との間で回転駆動させると共に、上記の加熱装
置１１により加熱ローラ１２を介して上記の定着用ベル
ト１０を加熱し、記録媒体１に供給されたトナーｔが定
着用ベルト１０と接触するようにして、トナーｔが供給
された記録媒体１を定着用ベルト１０と加圧ローラ１４
との間に導き、記録媒体１に供給されたトナーｔを、定
着用ベルト１０と加圧ローラ１４との間で加熱，加圧し
て、記録媒体１に定着させるようにする。

【００２４】ここで、この実施形態におけるベルト定着
装置においては、上記のように単位面積当たりの熱容量
ηがη≧２．０×１０^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²である定着用ベ
ルト１０を用いると共に、定着用ベルト１０の単位面積
当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ・ｍｍ²）と上記の加圧ロー
ラ１４において記録媒体１を定着用ベルト１０に押し付
ける加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とが、η／λ≧
２．５の関係を満たすようにしたため、加熱装置１１に
より加熱された定着用ベルト１０の熱が逃げにくくなっ
て、定着用ベルトの温度が低下するのが抑制され、定着
用ベルト１０と加圧ローラ１４との間で記録媒体１に供
給されたトナーｔが充分に加熱されて、記録媒体１にト
ナーｔが適切に定着されるようになる。

【００２５】なお、この実施形態におけるベルト定着装
置においては、上記の加圧ローラ１４において、芯金１
４ａの外周に設ける弾性層１４ｂの厚みが薄くなってお
り、この加圧ローラ１４を定着用ベルト１０を介して加
熱ローラ１２に押し付けた場合に、加圧ローラ１４にお
ける弾性層１４ｂの変形が少なくなっているが、図３に
示すように、加圧ローラ１４における弾性層１４ｂを厚
くし、加圧ローラ１４を定着用ベルト１０を介して加熱
ローラ１２に押し付けた場合に、加圧ローラ１４におけ
る弾性層１４ｂが大きく変形して、定着用ベルト１０を
介して加熱ローラ１２と加圧ローラ１４とが広い範囲で
接触されるようにすることもできる。そして、このよう
に定着用ベルト１０を介して加熱ローラ１２と加圧ロー
ラ１４とを広い範囲で接触させると、この部分において
記録媒体１に供給されたトナーｔが充分に加熱されるよ
うになると共に、記録媒体１が加圧ローラ１４の外周面
に沿って加熱ローラ１２と支持ローラ１３との間におけ
る定着用ベルト１０と接触する部分に適切に導かれ、こ
の部分においても適切に加熱されるようになる。

【００２６】また、この実施形態に示すベルト定着装置
においては、加圧ローラ１４を定着用ベルト１０を介し
て加熱ローラ１２に押し付けるようにしたが、図４に示
すように、加圧ローラ１４を加熱ローラ１２と支持ロー
ラ１３との間における定着用ベルト１０にだけ接触させ
るようにすることも可能である。

【００２７】また、この実施形態に示すベルト定着装置
においては、定着用ベルト１０にトナーｔが供給された
記録媒体１を押し付ける押圧部材として、円筒状になっ
た芯金１４ａの外周に弾性層１４ｂが設けられた加圧ロ
ーラ１４を用いるようにしたが、図５に示すように、基
材１５ａの上に弾性材１５ｂを設けた加圧パッド１５を
用いることも可能である。

【００２８】次に、前記の図２に示すベルト定着装置に
おいて、上記の定着用ベルト１０及び加圧ローラ１４の
種類を変更させた実験を行い、この発明の条件を満たす
実施例のベルト定着装置においては、記録媒体１にトナ
ーｔが適切に定着されるようになることを明らかにす
る。

【００２９】ここで、この実験においては、内部にヒー
ターランプからなる加熱装置１１が設けられ外径が４０
ｍｍの円筒状になった鉄製の加熱ローラ１２と、外径が
１０ｍｍになった鉄製の支持ローラ１３とを使用し、ま
た定着用ベルト１０としては、径が５０ｍｍであって、
下記の表１に示すように、ポリイミド又はＳＵＳからな
る基材の外周に、シリコーンゴムからなる弾性層やペル
フルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）からなる離型
層が設けられた６種類の定着用ベルトＡ１〜Ａ６を用い
るようにした。そして、上記の各定着用ベルトＡ１〜Ａ
６における単位面積当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ・ｍ
ｍ²）を求め、その結果を表１に合わせて示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】また、加圧ローラ１４としては、外径が４
０ｍｍで厚みが２ｍｍの円筒状になった芯金１４ａの外
周に、下記の表２に示すような各種の弾性層１４ｂが設
けられた４種類の加圧ローラＢ１〜Ｂ４を用いるように
した。そして、上記の各加圧ローラＢ１〜Ｂ４における
加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）を、熱伝導率計（京
都電子工業社製：ＱＴＭ−５００）を用いて測定し、そ
の結果を表２に合わせて示した。

【００３２】

【表２】

【００３３】そして、上記の６種類の定着用ベルトＡ１
〜Ａ６と４種類の加圧ローラＢ１〜Ｂ４とを表３に示す
ように組み合わせて使用し、上記の支持ローラによって
定着用ベルトに７０Ｎの引張力を作用させると共に、加
圧ローラを上記の加熱ローラに３００Ｎの力で押圧さ
せ、加熱ローラと支持ローラとの間における定着用ベル
トと加圧ローラとが接触する幅が約１２ｍｍになった７
種類のベルト定着装置Ｃ１〜Ｃ７を作製した。

【００３４】次いで、このように作製した７種類のベル
ト定着装置Ｃ１〜Ｃ７を、市販のカラープリンタ（ミノ
ルタ社製：ＣｏｌｏｒＰａｇｅＰｒｏＬ）に使用すると
共に、この市販のカラープリンタに用いられているイエ
ロートナーとマゼンダトナーとにそれぞれポリエチレン
ワックスを添加させて得たイエロートナーとマゼンダト
ナーとを用い、このイエロートナーとマゼンダトナーと
を合わせて１．２ｍｇ／ｃｍ² の量になるようにして、
Ａ４サイズの普通紙の全面に赤色のベタ画像を形成し
た。そして、これを上記の各ベルト定着装置Ｃ１〜Ｃ７
において、加熱ローラによって加熱された当初における
定着用ベルトの表面温度が１７０℃になるようにすると
共に、通紙速度を１４０ｍｍ／ｓにして定着を行い、定
着された各画像における定着強度を調べ、その結果を表
３に示した。また、各ベルト定着装置Ｃ１〜Ｃ７に用い
た各定着用ベルトの単位面積当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ
・ｍｍ²）と各加圧ローラにおける加圧面の熱伝導率λ
（Ｗ／ｍ・Ｋ）との関係η／λを求め、その値を表３に
示した。

【００３５】ここで、定着強度については、画像が定着
された画像面を上にして各用紙を２つに折り、その後、
これを広げてトナーの剥離状態を観察し、トナーの剥離
が全く存在しなかった場合を◎、トナーの剥離が少しあ
るが白筋状に剥離するということがない場合を○、トナ
ーが剥離して白筋状になった場合を×で示した。

【００３６】

【表３】

【００３７】この結果、定着用ベルトにおける単位面積
当たりの熱容量ηがη≧２．０×１０^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²
であると共に、定着用ベルトの単位面積当たりの熱容量
η（Ｊ／Ｋ・ｍｍ²）と加圧ローラにおける加圧面の熱
伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）との関係η／λが、η／λ≧
２．５の条件を満たす実施例のベルト定着装置Ｃ１〜Ｃ
３を用いた場合には、これらの条件を満たさない比較例
のベルト定着装置Ｃ４〜Ｃ７を用いた場合に比べて、定
着強度が著しく向上していた。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明において
は、回転駆動される無端状の定着用ベルトと、この定着
用ベルトを加熱する加熱装置と、この加熱装置により加
熱された定着用ベルトにトナーが供給された記録媒体を
押し付けてトナーを記録媒体に定着させる押圧部材とを
有するベルト定着装置において、上記の定着用ベルトに
おける単位面積当たりの熱容量ηがη≧２．０×１０^-4
Ｊ／Ｋ・ｍｍ²であると共に、この定着用ベルトの単位
面積当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ・ｍｍ²）と上記の押圧
部材において記録媒体を定着用ベルトに押し付ける加圧
面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とが、η／λ≧２．５の
関係を満たすようにしたため、加熱装置により加熱され
た定着用ベルトの熱が逃げにくくなって、定着用ベルト
の温度が低下するのが抑制されると共に、押圧部材によ
りトナーが供給された記録媒体を定着用ベルトに押し付
ける部分において、記録媒体を通して定着用ベルトの熱
が押圧部材に伝わって放出されるのが抑制されるように
なった。

【００３９】この結果、この発明におけるベルト定着装
置においては、定着用ベルトと押圧部材との間でトナー
が供給された記録媒体が充分に加熱されて、記録媒体に
トナーが適切に定着されるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】トナーが供給された記録媒体を一対の定着用ロ
ーラ間に導いて、トナーを記録媒体に定着させるように
した従来の定着装置の概略説明図である。

【図２】この発明の第１の実施形態に係るベルト定着装
置の概略説明図である。

【図３】同実施形態のベルト定着装置において、加圧ロ
ーラにおける弾性層を厚くした変更例に係るベルト定着
装置の概略説明図である。

【図４】この発明の第２の実施形態に係るベルト定着装
置の概略説明図である。

【図５】この発明の第３の実施形態に係るベルト定着装
置の概略説明図である。

【符号の説明】

１記録媒体１０定着用ベルト１１加熱装置１２加熱ローラ１４加圧ローラ（押圧部材）１４ａ芯金１４ｂ弾性層１５加圧パッド（押圧部材）１５ａ基材１５ｂ弾性層ｔトナー

フロントページの続き (72)発明者大野泰寛大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者宮崎正三大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者夏原敏哉大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2H033 AA02 BA11 BA12 BA26 BB29 BB30 BB39 3K058 AA71 AA87 BA18 DA25 DA26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される無端状の定着用ベルト
と、この定着用ベルトを加熱する加熱装置と、この加熱
装置により加熱された定着用ベルトにトナーが供給され
た記録媒体を押し付けてトナーを記録媒体に定着させる
押圧部材とを有するベルト定着装置において、上記の定
着用ベルトにおける単位面積当たりの熱容量ηがη≧
２．０×１０^-4Ｊ／Ｋ・ｍｍ²であると共に、この定着
用ベルトの単位面積当たりの熱容量η（Ｊ／Ｋ・ｍ
ｍ²）と上記の押圧部材において記録媒体を定着用ベル
トに押し付ける加圧面の熱伝導率λ（Ｗ／ｍ・Ｋ）と
が、η／λ≧２．５の関係を満たすことを特徴とするベ
ルト定着装置。
【請求項２】請求項１に記載したベルト定着装置にお
いて、上記の押圧部材が、外周側に耐熱性の発泡弾性材
料からなる弾性層が設けられた加圧ローラからなること
を特徴とするベルト定着装置。