JP2004287078A

JP2004287078A - 定着装置

Info

Publication number: JP2004287078A
Application number: JP2003078937A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 靖大木; Yutaka Nogami; 豊野上; Yoshio Kanazawa; 祥雄金澤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】定着ベルトと冷却構造体の接触面の摺動による磨耗紛を低減することにより、定着ベルトと冷却構造体の接触面の密着性を維持し、記録シートを均一かつ安定に冷却することで高光沢で高画質の画像が得られる定着装置を提供する。
【解決手段】熱源を備えた加熱ロールと、一以上の支持ロールと、これら加熱ロール及び支持ロールとに張架され回転される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを挟み当該加熱ロールに対して圧接する加圧ロールと、当該加熱ロールよりも定着ベルトの回転方向下流側に当該定着ベルトを冷却する冷却手段とを備え、
当該冷却手段は、当該定着ベルトの内側に接触する冷却構造体を有し、当該冷却構造体の当該定着ベルトに対する接触面には耐磨耗処理が施されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式等を用いた画像形成装置の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００２−０９９１６８号公報
【０００３】
電子写真方式を使用した複写機やプリンター等の画像形成装置の定着装置としては、加熱ロールと加圧ロールを対向して配置し、その挟持部分を所定の温度、所定の荷重で定着させる構成のロール定着装置が広く採用されている。上記ロール定着装置による定着後のカラー画像表面には、トナー層の高低によって、例えば１０〜１００μｍ程度の凹凸が形成され、光沢のムラが発生しがちである。その結果、普通紙や一般の印刷用紙等のコート紙上に形成されたカラー画像は、入射する照明光を乱反射し、肉眼で観察すると、光沢性に劣る画像に見える場合がある。
【０００４】
そこで、光沢性に優れたカラー画像が得られるカラー画像形成方法・装置として、高光沢な表面を有するベルトにトナー画像を重ねて加熱加圧してトナーを溶融させ、その後、ベルトに当接する冷却構造体（ヒートシンクなど）により冷却し、トナーが固化した後にベルトから剥離することで、平滑なベルト表面の形状をレプリカすることにより高光沢な画像を得る冷却剥離方式のベルト定着装置が、本出願人により既に提案されている（特許文献１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、このようなベルト定着装置では以下のような課題が明らかとなった。
【０００６】
つまり、定着ベルト内周面と冷却構造体を接触させて摺動させると、定着ベルト内周面、および冷却構造体の接触面とが磨耗し、接触面上に磨耗紛が付着、堆積する。さらに、プリント枚数が増加するに従い、冷却構造体の接触面上の磨耗紛は塊状または線状に成長し、直径数ｍｍ程度、または幅が数ｍｍ程度になる。これにより、接触面上の磨耗紛が付着した個所では、冷却構造体の接触面と定着ベルトとの密着性が低下し、定着ベルト、および記録紙に対して均一、かつ安定した冷却ができなくなる。よって、記録紙上には冷却構造体の接触面上の塊状磨耗紛が付着した個所に相当する筋状の冷却ムラが発生するため、定着ベルトから剥離した記録紙上には冷却ムラによる光沢ムラが生じる。
【０００７】
本発明は、このような技術的な課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着ベルトと冷却構造体の接触面の摺動による磨耗紛を低減することにより、定着ベルトと冷却構造体の接触面の密着性を維持し、記録紙を均一かつ安定に冷却することで高光沢で高画質の画像が得られる定着装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、熱源を備えた加熱ロールと、一以上の支持ロールと、これら加熱ロール及び支持ロールとに張架され回転される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを挟み当該加熱ロールに対して圧接する加圧ロールと、当該加熱ロールよりも定着ベルトの回転方向下流側に当該定着ベルトを冷却する冷却手段とを備え、当該冷却手段は、当該定着ベルトの内側に接触する冷却構造体を有し、当該冷却構造体の当該定着ベルトに対する接触面には耐磨耗処理が施されている定着装置である。
【０００９】
このように定着装置を構成することにより、定着ベルトと冷却構造体の接触面の摺動によって、接触面上に付着する磨耗粉を減らし、定着対象の記録シートを均一かつ安定に冷却することができる。なお、この定着装置による定着動作は、まず、定着ベルトと加圧ロールとの圧接部に、トナー像を担持する記録シートをそのトナー像担持面が定着ベルト側に位置する姿勢で導入し、通過させる。その後、当該記録シートは冷却手段により冷却され、定着ベルトから剥離させる。
【００１０】
ここで、耐磨耗処理の具体例としては、第一に冷却構造体の定着ベルト接触面の硬質化、第二に、冷却構造体の定着ベルト接触面と定着ベルトの摩擦を低減（高摺動樹脂で被覆、またはオイル予め塗布、あるいは供給手段で適宜供給）、第三に、冷却構造体の定着ベルト接触面の中心線平均粗さを小さくする、ことが挙げられる。
【００１１】
すなわち、前記耐磨耗処理では、耐磨耗層として前記接触面に冷却構造体の他面よりも硬い硬質化層を形成する、耐磨耗層として前記接触面に冷却構造体の他面よりも摺動性の高い高摺動性層を形成する、前記接触面に潤滑剤が供給される、前記接触面を冷却構造体の他面よりも平滑化する、ことができる。また、これらを任意に組み合わせ、より耐磨耗性を向上させることもできる。
【００１２】
なお、前記耐磨耗層の厚みは、５０μｍ以下であるとすることができる。また、前記平滑化処理により前記接触面の中心線平均粗さＲａは、Ｒａ≦１０μｍとすることができる。また、前記潤滑剤を前記定着ベルトの内側面から供給する供給手段を備えることができる。さらに、前記接触面の定着ベルトの回転方向長さをＬ〔ｍｍ〕、定着ベルトの移動速度をＶ〔ｍｍ／ｓｅｃ〕とすると、これらの間にはＬ≧１．５Ｖの関係が成り立つよう構成することもできる。
【００１３】
【発明の実施による形態】
基本構成図１は本発明の実施形態に係る定着装置を備えるタンデム型カラー画像形成装置１００の概略構成図である。
【００１４】
この画像形成装置１００には図示しないパーソナルコンピュータ等から送信されるカラー画像情報や、画像データー入力装置、画像読み取り装置１０２より読み取られたカラー原稿のカラー画像情報等が入力され、入力されたこれらの画像情報に対して画像処理が行われる。
【００１５】
符号１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー画像を形成する電子写真画像形成ユニットであり、複数の張架ロール１０により張架された無端状の中間転写体９の進行方向に対して１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの順で直列に配設されている。また中間転写体９は各電子写真画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの静電潜像担持体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとそれぞれに対向して配設される転写手段６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋとの間を挿通している。
【００１６】
中間転写体９への画像形成の動作を、電子写真画像形成ユニット１Ｙを例に説明する。まず静電潜像担持体２Ｙは、一様帯電器３Ｙによりその表面を一様に帯電される。次に露光器４Ｙによりイエロー画像に対応する像露光がなされ、静電潜像担持体２Ｙの表面にはイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。このイエロー画像に対応する静電潜像は現像装置５Ｙによってイエロートナー像となり、一次転写手段の一部を構成する一次転写ロール６Ｙの圧接力及び静電吸引によって中間転写体９上に転写される。転写後の静電潜像担持体２Ｙ上に残留したイエロートナーは、静電潜像担持体クリーニング装置７Ｙよって掻き取られる。静電潜担持体２Ｙの表面は除電装置８Ｙによって除電された後、次の画像形成サイクルのために一様帯電器３Ｙにより再び帯電される。
【００１７】
多色のカラー画像形成を行なう本画像形成装置１００では、各電子写真画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が電子写真画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいても行われ、中間転写体９上にフルカラートナー像が形成される。
【００１８】
中間転写体９上に形成されたフルカラートナー像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される記録紙上１８に、中間転写体９を支持するバックアップロール１３と、バックアップロール１３に圧接する二次転写手段の一部を構成する二次転写ロール１２の圧接力及び静電吸引によって転写される。
【００１９】
記録紙１８は、図１に示すように、画像形成装置１００内の下部に配置された記録紙収容部としての給紙カセット１７から、所定のサイズのものが給紙ロール１７ａによって給紙される。給紙された記録紙１８は、複数の搬送ロール１９及びレジストロール２０によって、所定のタイミングで中間転写体９の二次転写位置まで搬送される。そして、記録紙１８には、上述したように、二次転写手段としてのバックアップロール１３と二次転写ロール１２とによって、中間転写体９上からフルカラートナー像が一括して転写されるようになっている。
【００２０】
また、中間転写体９上からフルカラートナー像が転写された記録紙１８は、中間転写体９から分離された後、二次転写手段の下流側に配設された定着装置１０１へと搬送される。また、二次転写手段により記録紙１８上に転写できなかった中間転写体９上の残トナーは、そのまま中間転写体９上に付着した状態で中間転写体クリーニング装置１４まで搬送され、クリーニング手段１４により、中間転写体９上から除去され次の画像形成に備える。
【００２１】
図２は、定着装置１０１の断面概略図である。定着装置１０１は、熱源を有する加熱ロール４０、剥離ロール４４、ステアリングロール４５、加熱ロール４０および剥離ロール４４とステアリング４５に巻き回された定着ベルト４７、定着ベルト４７を介して加熱ロール４０に押圧してニップを形成する加圧ロール４２、定着ベルト４７の回転方向のニップ下流側にて定着ベルト４７を冷却する冷却構造体４６を有する。
【００２２】
ここで、記録紙１８としては、図３に示すように基材１８ｂ紙の片面（または表面）に、熱可塑性樹脂を主成分とする透明な受像層（透明樹脂層）１８ａを積層した樹脂コート紙を用いた。そのため、用紙全面で均一な光沢感が得られる。この基材１８ｂとしては、画像形成用の普通紙、コート紙や、印画紙等が挙げられる。また、受像層（透明樹脂層）１８ａを構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂等が挙げられる。なお、受像層（透明樹脂層）１８ａの厚さは定着時の加熱加圧により溶融し、トナー像が埋め込まれる程度の厚さが好ましく、具体的には５〜２０μｍの範囲で、例えば１０μｍの厚さに被覆した樹脂コート紙を用いた。また、トナー画像部分以外の光沢が低下するものの、受像層（透明樹脂層）１８ａが被覆されていない、普通紙やコート紙でもプリント可能である。
【００２３】
トナーＴを担持したこのような記録紙１８は、トナー画像が定着ベルト４７と接するようにニップ部に搬送され、図４に示すように記録紙１８上のトナーＴが加熱加圧定着されることで、記録紙１８表面の受像層（透明樹脂層）１８ａ内部に埋め込まれ、冷却構造体４６で所定の温度に冷却された後に、剥離ロール４４部で定着ベルト４７から記録紙１８が剥離する。
【００２４】
加熱ロール４０は、熱伝導性の高い金属製のコア４０ａの表面に、ＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層４０ｂを形成し、コア４０ａ中に、ハロゲンランプなどの加熱源４１が備えられ、加熱ロール４０の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着ベルト４７とトナー像が形成された記録紙１８を加熱する。
【００２５】
加圧ロール４２は、熱伝導性の高い金属製のコア４２ａの周囲に、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が４０°程度のシリコーンゴム等からなる弾性体層４２ｂを被覆し、さらにその表面ＰＦＡチューブ等のフッ素樹脂層からなる離型層４２ｃを形成し、コア４２ａ中に、ハロゲンランプなどの加熱源４３が備えられ、加圧ロール４２の表面温度が所定の温度になるように加熱し、定着時の記録紙１８に圧力を印加させると同時に、記録紙を裏面から加熱する。
【００２６】
加熱ロール４０と加圧ロール４２の構成は上述した構成に限定される物ではなく、記録紙１８上に形成されたトナー画像を、定着ベルト４７を介して記録紙１８上に定着できる構成であれば良い。
【００２７】
剥離ロール４４は、定着ベルト４７から記録紙１８を記録紙１８自身の剛性により剥離させる原理であり、その外径形状（寸法）は定着ベルト４７と記録紙１８の付着力、及び定着ベルト４７の剥離ロール４４への巻き付け角度によって決定される。
【００２８】
ステアリングロール４５は、定着ベルト４７を回転させることにより発生する片寄りによるベルト端部の破損を防止するためのものであり、一方の軸が固定され、他方の軸を図示しない駆動装置により加熱ロール４０に対して傾かせることで、定着ベルト４７が片寄った場合逆方向にベルトの進行方向を変える役割を果たす。
【００２９】
定着ベルト４７は熱硬化型ポリイミド製の無端状フィルム上に、表面が平滑な厚さ３５μｍのシリコーンゴム層等を被覆したものが用いられる。消費電力の面からはベルトは薄いものが望ましいが、強度的な観点からポリイミド基材は７５μｍ以上、記録紙上のトナー画像に密着して定着させる観点からシリコーンゴム層は３０μｍ以上が必要である。さらに、定着ベルト４７は加熱ロール４０と剥離ロール４４、ステアリングロール４５の間に掛け渡され、加熱ロール４０に従動する。
【００３０】
冷却構造体４６は、定着ベルト４７と密着している記録紙１８を冷却するためのものであり、定着ベルト４７の内周面で、かつ加熱ロール４０の下流側、剥離ロール４４の上流側に配設され、定着ベルト４７の内周面に接触して定着ベルト４７の熱を吸収する。
【００３１】
ここで、冷却構造体４６は定着ベルト４７を接触しながら冷却する（実際には記録紙１８を定着ベルト４７を介して冷却する）ヒートシンク４６ａとヒートシンク４６ａを覆うダクト４６ｂとを備えている。ヒートシンク（放熱部材）４６ａの接触面４６Ａは、平面状に形成され定着ベルト４７に接触している。また、定着ベルト４７の回転とともに搬送される記録紙１８と定着ベルト４７との密着性を高めるために、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａと対峙する位置に接触補助ロール４９ａ、ｂを設けることもできる（図２参照）。
【００３２】
なお、このダクト４６ｂ内には図示しない送風ファンによりエアフローが生じる。このように、記録紙１８（定着ベルト４７）の冷却方式としては、本実施形態のような空冷式をはじめ、冷却媒体を利用した方式（水、冷媒などを循環させる方式）などが適用可能である。
【００３３】
次にヒートシンク４６ａに用いられる材質について説明する。ヒートシンク４６ａとしては熱伝導率も大きいものが好ましく、通常他の物質に比べて熱伝導率が大きい金属が用いられる。熱伝導率の大きいものとしては、銀、銅、金、アルミニウム、およびそれらの合金等が挙げられる。ここで、本実施形態では軽量で加工性に優れ、コスト的にも有利なアルミニウム合金が使用された。より詳細には、押出性に優れ、かつ複雑な断面形状が得られ、耐食性、表面処理性も良好なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のＡ６０６３（ＪＩＳ合金呼称）を用いた。
【００３４】
次に定着ベルト４７とヒートシンク４６ａの接触面４６Ａに施す表面処理について説明する。本発明では、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａの接触面４６Ａの摺動によって接触面上に付着する磨耗粉に対し、以下の４つの手段を用いて接触面上の磨耗粉を低減し、記録紙１８を均一かつ安定に冷却する。以下、各手段を実施形態１〜４として説明する。
【００３５】
［実施形態１］
本実施形態では、耐磨耗処理としてヒートシンク４６ａの接触面４６Ａの耐磨耗性を高くする。本発明者が表面処理層のないアルミニウム合金のヒートシンク４６ａと定着ベルト４７とを摺動させ、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａに付着した磨耗粉を分析したところ、定着ベルト４７の基材であるポリイミドフィルムの磨耗粉の他にアルミニウム合金の磨耗粉が含まれていることを確認した。よって、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａを耐磨耗性を向上させることで磨耗粉を低減することが可能になる。
【００３６】
簡単かつ低コストでアルミニウム表面の耐磨耗性を向上させる方法として、表面に酸化アルミニウム皮膜を形成する陽極参加処理（アルマイト処理）が存在する。アルマイト処理の手順としては、まず酸化アルミニウム皮膜を形成する表面を脱脂、電解研磨などで清浄にし、硫酸やシュウ酸などの電解液中で、アルミニウムを陽極として電圧を加え、電流を流す。その後、アルミニウム表面には数〜数百μｍ、硬度Ｈｖ４００程度の酸化アルミニウム皮膜が形成される。
【００３７】
図５は、接触面４６Ａにアルマイト処理したヒートシンク４６ａ（硬度Ｈｖ３５０）と、アルマイト未処理のヒートシンク４６ａ（硬度Ｈｖ６０）を用いて摺動テストを行なった結果を説明するものである。図５中、縦軸は磨耗紛付着面積を、横軸はプリント枚数をそれぞれ示している。ここで、磨耗紛付着面積は、所定枚数プリント後、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａを透明なテープで写し取り、磨耗粉の付着状態を画像解析した。
【００３８】
これより、定着ベルト接触面４６Ａをアルマイト硬質化していないヒートシンク４６ａはプリント枚数が（２０００枚、４０００枚、６０００枚、８０００枚、１００００枚と）増加するにつれ磨耗粉の付着量が増えていくのに対し、アルマイト処理したヒートシンク４６ａは磨耗粉の付着量の増え方が緩やかであった。よって、定着ベルト接触面４６Ａを硬質化することにより、経時後においても記録紙を均一かつ安定に冷却することが可能であることが分かる。
【００３９】
なお、耐磨耗性を向上させる他の方法としては、窒素ガス雰囲気でのグロー放電を利用し、アルミニウム表面に窒化アルミニウム皮膜を形成するイオン窒化法がある。イオン窒化法では、硬度Ｈｖ１０００以上の表面層を形成する方法などがある。
【００４０】
［実施形態２］
本実施形態は、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａの接触面４６Ａとの摺動性を高くするものである。高摺動性が得られる材料としては、例えば、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂のような樹脂を接触面４６Ａへコーティングすることにより、容易に高摺動性を得ることができる。特にフッ素樹脂は、摺動性、耐磨耗、耐熱性等に優れているのに加え、コーティングの他にも成型品やフィルムでコーティングすることが可能である。また、フッ素樹脂系のコーティング膜は非粘着性があるため、定着ベルト４７の磨耗粉が付着、堆積しにくいという利点もある。フッ素樹脂のコーティング材としては、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等があり、熱に対する硬度やテーバー磨耗値、摩擦係数などから選択して使用する。
【００４１】
図６は、接触面４６ＡにＰＴＦＥを厚さ２０μでコーティングしたヒートシンク４６ａと、コーティングしていないヒートシンク４６ａとを用いて摺動テストを行なった結果を示す。図６中、縦軸は磨耗紛付着面積を、横軸はプリント枚数をそれぞれ示している。磨耗紛付着面積は、実施形態１と同様の方法で計測した。これより、定着ベルト接触面４６ＡをＰＴＦＥでコーティングしていないヒートシンク４６ａはプリント枚数が増加するにつれ磨耗粉の付着量が増えていくのに対し、ＰＴＦＥコーティングしたヒートシンク４６ａは磨耗粉の付着量の増え方が緩やかであった。よって、定着ベルト接触面４６Ａの摺動性を向上することにより、経時後においても記録紙１８を均一かつ安定に冷却することが可能となることが分かる。
【００４２】
［実施形態３］
本実施形態では、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａの接触面４６Ａとの摺動性を向上させるために、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａの接触面４６Ａとの間に潤滑剤を介在させる。潤滑剤の形態は液体、固体、流動体のいずれでもよく、高摺動性が確保できるものであればよい。
【００４３】
液体潤滑剤としては、シリコーンオイル等を利用することができる。具体的には、ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル／アラルキル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、高級脂肪酸変性シリコーンオイル、フルオロシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性・アルコール変性シリコーンオイル等が挙げられる。これら、液体潤滑剤を使用する場合、発泡弾性体または不織布等に液体を含浸させた潤滑剤塗布手段により、定着ベルト内周面に適宜潤滑剤を塗布する。
【００４４】
また、固体（粉体）潤滑剤としては、フッ素系樹脂、窒化物、ファインセラミック、グラファイト、ステアリン酸亜鉛等の粉末が使用できる。これら粉体潤滑剤を使用する場合においても、ブラシやウェブロール等の潤滑剤塗布手段により、定着ベルト内周面に適宜潤滑剤を塗布する。
【００４５】
［実施形態４］
本実施形態は、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａの中心線平均粗さＲａを小さくする。具体的には中心線平均粗さＲａは１０μｍ以下がよく、バフ研磨や電解研磨等で仕上げることができる。なお、中心線平均粗さが大きいと、凹部に磨耗粉が付着、堆積しやすくなり、均一かつ安定に冷却することが困難となる。
【００４６】
図７は、接触面４７Ａの中心線平均粗さＲａを変化させた複数のヒートシンク４６ａを用いて摺動テストを行なった結果を示す。図７中、横軸はヒートシンク４６ａの接触面４６Ａの中心線平均粗さＲａを、縦軸は所定枚数プリント後の磨耗粉の付着量（磨耗粉付着面積）を示している。ここでは、ヒートシンク４６ａの接触面４６Ａの中心線平均粗さＲａを５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍに設定し、所定枚数プリント後の磨耗粉の付着量（磨耗粉付着面積）を測定した。なお、磨耗粉付着面積は実施形態１と同様の方法で計測した。その結果、中心線平均粗さＲａが１０μｍより大きくなると、プリント枚数増加により磨耗粉付着面積が増えていくのに対し、定着ベルト接触面の中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下ではプリント枚数が増加しても、磨耗粉付着面積は殆ど変化しなかった。
【００４７】
よって、定着ベルト接触面４７Ａの中心線平均粗さＲａを１０μｍ以下にすることで、経時後においても記録紙を均一かつ安定に冷却することが可能である。
【００４８】
ところで、実施形態１、実施形態２の手段では、ヒートシンク４６ａの表面処理層（アルマイト処理層等、コーティング層）の厚みを、定着装置の寿命（１０万枚プリント相当）までの磨耗に対して保証する観点、及び定着ベルト４７の冷却性能を確保する観点とを両立するため、５０μｍ以下とした。すなわち、ヒートシンク４６ａの表面処理層の厚さは、表面処理層が１万枚プリント相当で２μｍ程度磨耗すること、及び表面処理層が厚くなるにつれ、冷却性能が低下することから規定される。
【００４９】
図８は、表面処理層の厚さがそれぞれ異なる（３０、５０、７０、９０μｍ）複数の（ここでは４つの）ヒートシンク４６ａを用いて、ヒートシンク４６ａと定着ベルト４７との接触時間（横軸）［秒］と、定着ベルト４７から剥離した記録紙１８の温度（縦軸）［℃］との関係を示すものである。
【００５０】
この図８のグラフから分かるように、表面処理層の厚みが厚くなると、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａとを同一時間接触させても記録紙１８の剥離温度がより高くなり、冷却性能が低下する。よって、記録紙１８の剥離温度を（受像層１８ａが十分に冷えるように）一定温度以下とする場合、表面処理層の厚みがより厚いヒートシンク４６ａで同等の冷却性能を得ようとすると、定着ベルト４７との接触時間を長くしなければならず、ヒートシンク４６ａを大型化する、又は記録紙１８の搬送速度を低下させる必要がある。また、ヒートシンク４６ａの定着ベルト進行方向の長さは、定着ベルト４７の単位時間（１秒）あたりに進む距離に対して、１．５倍以上であることが好ましい。これは、ヒートシンク４６ａの長さが定着ベルト４７の単位時間あたりに進む距離の１．５倍未満であると、定着ベルト４７とヒートシンク４６ａとの接触時間が短く、十分に冷却できないためである。
【００５１】
以上のことから、ヒートシンク４６ａは表面処理層の厚みを５０μｍ以下とし、かつ、定着ベルト進行方向に対するヒートシンク４６ａの長さＬと定着ベルトの単位時間（１秒）あたりに進む距離ＶとがＬ≧１．５Ｖとすることで、定着ベルト４７（記録紙１８）を十分冷却できる。
【００５２】
ヒートシンク（冷却構造体）４６ａの定着ベルト接触面４６Ａに発生する磨耗粉を低減するための各実施形態は、各々単独でも組み合わせても磨耗粉低減に有効である。具体的には、実施形態１、２、３においてもヒートシンク４６ａの定着ベルト接触面４６Ａの中心線平均粗さを１０μｍ以下に処理（実施形態４）と組み合わせると、さらに耐磨耗性、または摺動性が向上し、冷却構造体の定着ベルト接触面４６Ａに付着する磨耗粉を低減し、密着性を上げることにより記録紙１８を均一かつ安定に冷却することができる。
【００５３】
このような耐磨耗処理（表面処理、または中心線平均粗さＲａを規定）を施したヒートシンク４６ａの定着ベルト接触面４６Ａ、およびヒートシンク４６ａの大きさによって、加熱ロール４０と加圧ロール４２により溶融させられた記録紙１８の表面の透明樹脂層１８ａとトナー像を均一かつ安定に冷却し、画像表面全体を定着ベルト４７表面にならった平滑な状態で固化させることで高光沢で品質の高いプリントを得ることが可能になる。
【００５４】
以下、さらに詳細な実施態様を実施例として説明する。
【００５５】
［実施例１］本実施例に係る定着装置１０１の構成をより詳細に説明する。この定着装置１０１の加熱ロール４０と加圧ロール４２とは、いずれもその表面温度が１４０℃となるように制御されている。加熱ロール４０と加圧ロール４２は、いずれも、ロール基材としてアルミニウム製円筒ロール（外径４０ｍｍ、肉厚３ｍｍ）を採用し、そのロール表面に弾性層としてシリコーンゴム（ＪＩＳ−Ａ硬度５０度）層を設け、その弾性層に表面離型層として厚さ２ｍｍのＰＦＡチューブを被覆したものである。
【００５６】
また、定着ベルト４７は、そのベルト基材は厚さ８０μｍの熱可塑性ポリイミドフィルムからなる無端状ベルトであり、その基材上に弾性離型層として４０μｍのシリコーンゴム層を設けている。なお、この定着ベルト４７の搬送速度は５０ｍｍ／ｓに設定した。
【００５７】
さらに、冷却構造体４６は、ヒートシンク４６ａとヒートシンク４６ａを覆うダクト４６ｂにより構成され、ヒートシンク４６ａは、アルミニウム合金（Ａ６０６３）により構成され、その大きさは奥行き（ベルト幅方向）３５０ｍｍ、プロセス方向（ベルト進行方向）１００ｍｍものを採用した。また、ヒートシンク４６ａの定着ベルト４７との接触面４６Ａは中心線平均粗さＲａを６．３に処理後、アルマイト処理（アルマイト処理層の厚み３０μｍ）が施されている。また、ダクト４６ｂ内は軸流ファンにより、風量０．４ｍ^３／ｍｉｎで送風される。その結果、記録紙剥離温度が７０℃になるように設定されている。
【００５８】
この実施例で使用される記録紙１８は、基材１８ｂとして坪量２００ｇｓｍのコート紙を採用し、透明樹脂層１８ａはポリエステル樹脂層を採用している。また、トナーとしては、ワックス入りのスチレンアクリル製の球形トナー（平均粒径５μｍ）を採用している。
【００５９】
［実験］本実施例に係る定着装置１０１の効果を確認するために、２種類のヒートシンク（一方は比較例として表面処理層の存在しないヒートシンク、他方は実施例として中心線平均粗さＲａを６．３に処理後アルマイト処理されたヒートシンク４６ａ）を用意し、各ヒートシンクと定着ベルト４７との摺動テストを実施した。
【００６０】
テスト条件はＡ４サイズの記録紙１８を１，０００枚、および１０，０００枚プリント相当後の摺動状態と同程度になるよう、加速テストを行ない、テスト終了後にヒートシンクの定着ベルト接触面に付着している磨耗粉を透明なテープで写し取り、磨耗粉の付着状態を画像解析した。また、テスト終了時にハーフトーン画像（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色のトナー像（各濃度３０％））をプリントし、ベルト幅方向の光沢度（２０°グロス）を測定した。
【００６１】
図９は、画像の光沢度と記録紙の剥離温度との関係を説明するグラフである。このグラフの縦軸は２０°グロス値を表し、横軸は記録紙１８の定着ベルト４７からの剥離温度［℃］を表している。すなわち、剥離温度が比較的低温の場合には、グロス値は高い値を保ち、剥離温度が７０℃を超えるとグロス値は急速に低下する。本実験では、光沢度の目標値を２０°グロス値で８０以上とし、図９に示す光沢度と剥離温度との関係から、記録紙１８の剥離温度を７０℃以下になるように冷却することとした。
【００６２】
表１、図１０は、それぞれこの実験結果を説明するものである。
【００６３】
【表１】

表１は、１，０００枚および１０，０００枚プリント相当後にヒートシンクの定着ベルト接触面４６Ａに付着した磨耗粉の評価結果をまとめたものである。
【００６４】
磨耗粉は定着ベルト接触面４６Ａの剥離ロール側端部に堆積しやすく、表１に示した磨耗粉の付着状態については、○：定着ベルト接触面４６Ａに付着した磨耗粉が部分的に線状に成長し、定着ベルト接触面４６Ａの端部に付着した磨耗粉の最大幅が１ｍｍ未満のもの（図１１（ａ）参照）、△：定着ベルト接触面４６Ａに付着した磨耗粉が線状に成長し、磨耗粉の最大幅が１ｍｍ以上３ｍｍ未満のもの（図１１（ｂ）参照）、×：定着ベルト接触面４６Ａに付着した磨耗粉が線状に成長し磨耗粉の最大幅が３ｍｍ以上、かつ塊状に磨耗粉が成長しているもの（図１１（ｃ）参照）とした。
【００６５】
その結果、表面処理層がないヒートシンクではプリント枚数が１，０００枚から１０，０００枚へ増加するに従い、磨耗粉の付着状態が定着ベルト接触面４６Ａの剥離ロール側端部に最大幅５ｍｍ程度であった。表面処理層のあるヒートシンク４６ａではプリント枚数が１，０００枚から１０，０００枚へ増加しても、磨耗粉の付着状態にほとんど変化が観察されなかった。
【００６６】
また、１０，０００枚プリント後の光沢度について、目視で光沢ムラの有無が判別できるものを×、できないものを○として評価した。その結果、表面処理層のないヒートシンクではプロセス方向に筋状の光沢ムラを確認できたが、表面処理層のあるヒートシンク４６Ａでは光沢ムラは確認できず、均一かつ高光沢なプリントであった。
【００６７】
図１０は、Ａ４サイズの記録紙１８にハーフトーン画像をプリントし、ベルト幅方向の光沢度を測定した結果を示すものである。１０，０００枚プリント後の表面処理層がないヒートシンクは、グロスが１０％程度低下する箇所が存在する。また、グロス低下に相当する箇所とヒートシンクの定着ベルト接触面とを詳細に観察したところ、グロス低下部分にはヒートシンクの定着ベルト接触面上に塊状の磨耗粉が付着しているのを確認することができた。これより、プリント面のグロス低下はヒートシンクと定着ベルト接触面に磨耗粉が堆積することで密着性が阻害され、均一かつ安定に冷却できなかったことが原因であることがわかった。
【００６８】
それに対し、表面処理層のあるヒートシンク４６Ａは、グロス低下した箇所はなく、均一かつ安定に冷却することが可能であった。さらに、中心線平均粗さＲａを規定し、アルマイト処理をして耐磨耗性を向上させた定着ベルト接触面は、定着ベルトの磨耗粉が付着してはいるものの、ヒートシンクと定着ベルトの密着性を阻害するような塊状には至っておらず、高光沢で高品質のプリントを得ることができる。
【００６９】
［実施例２］本実施例に係る定着装置１０１の構成をより詳細に説明する。このヒートシンク４６ａの定着ベルト４７との接触面４６Ａは中心線平均粗さＲａ１．６に処理後、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を厚み３０μｍでコーティングして、構成されている。なお、他の実施例１に係る定着装置１０１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７０】
［実験］本実施例に係る定着装置１０１の効果を確認するために、２種類のヒートシンク（一方は比較例として表面処理層の存在しないヒートシンク、他方は実施例として中心線平均粗さＲａ１．６に処理後フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）を厚み３０μｍでコーティング処理されたヒートシンク４６ａ）を用意し、各ヒートシンクと定着ベルト４７との摺動テストを実施した。
【００７１】
テスト条件はＡ４サイズの記録紙を１，０００枚、および１０，０００枚プリント相当後の摺動状態と同程度になるような加速テストを行ない、テスト終了後にヒートシンクの定着ベルト接触面に付着している磨耗粉を透明なテープで写し取り、磨耗粉の付着状態を画像解析した。また、テスト終了時にハーフトーン画像（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色のトナー像（各濃度３０％））をプリントし、ベルト幅方向の光沢度（２０°グロス）を測定した。なお、光沢度の目標値は２０°グロス値で８０以上とし、図９に示す光沢度と剥離温度との関係が記録紙剥離温度を７０℃以下になるように冷却した。
【００７２】
表２、図１２は、それぞれこの実験結果を説明するものである。
【００７３】
【表２】

表２は、１，０００枚および１０，０００枚プリント相当後にヒートシンクの定着ベルト接触面４６Ａに付着した磨耗粉の評価結果をまとめたものである。なお、定着ベルト接触面の磨耗粉付着状態、および光沢度は実施例１と同様の評価基準で評価した。
【００７４】
その結果、表面処理層がないヒートシンクではプリント枚数が１，０００枚から１０，０００枚へ増加するに従い、磨耗粉の付着状態がヒートシンクの剥離ロール側端部に最大幅５ｍｍ程度に成長した。表面処理層のあるヒートシンクではプリント枚数が１，０００枚から１０，０００枚へ増加しても、磨耗粉の付着状態にほとんど変化がなかった。また、１０，０００枚プリント後の光沢度について、目視で光沢ムラの有無が判別できるものを×、できないものを○として評価した。その結果、表面処理層のないヒートシンクではプロセス方向に筋状の光沢ムラを確認できたが、表面処理層のあるヒートシンクでは光沢ムラは確認できず、均一かつ高光沢なプリントであった。
【００７５】
図１２は、Ａ４サイズの記録紙にハーフトーン画像をプリントし、ベルト幅方向の光沢度を測定した結果を示すものである。１０，０００枚プリント後の表面処理層がないヒートシンクは、１０％程度グロスが低下する箇所があった。グロス低下に相当する箇所とヒートシンクの定着ベルト接触面とを詳細に観察したところ、グロス低下部分にはヒートシンクの定着ベルト接触面上に塊状の磨耗粉が付着しているのを確認できた。これより、プリント面のグロス低下はヒートシンクと定着ベルト接触面に磨耗粉が堆積することで密着性が阻害され、均一かつ安定に冷却できなかったことが原因であることがわかった。
【００７６】
それに対し、表面処理層のあるヒートシンクは、グロス低下した箇所はなく、均一かつ安定に冷却することが可能であった。さらに、中心線平均粗さＲａを規定し、フッ素樹脂をコーティングし摺動性を向上させた定着ベルト接触面は、定着ベルトの磨耗粉が付着してはいるものの、ヒートシンクと定着ベルトの密着性を阻害するような塊状には至っておらず、高光沢で高品質のプリントを得ることをできた。
【００７７】
［実施例３］本実施例に係る定着装置１０１の構成をより詳細に説明する。ヒートシンク接触面４６Ａと定着ベルト４７との摺動性向上のために、加熱ロール４０とヒートシンク４６ａの間に潤滑剤塗布手段（潤滑剤を含み、定着ベルト４７に対して接離自在な潤滑ロール４００）を設置し、潤滑剤としてジメチルシリコーンオイルを含浸させたスポンジロールを１，０００枚プリント毎に定着ベルト内周面へ接触させる。なお、他の実施例１に係る定着装置１０１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
［実験］本実施例に係る定着装置１０１の効果を確認するために、２種類の定着装置（一方は比較例として潤滑ロール４００を有しない定着装置、他方は本実施例に係る潤滑ロール４００を有する定着装置）を用意し、各定着装置のヒートシンクと定着ベルト４７との摺動テストを実施した。
【００７９】
テスト条件はＡ４サイズの記録紙を１，０００枚、および１０，０００枚プリント相当後の摺動状態と同程度になるような加速テストを行ない、テスト終了後にハーフトーン画像（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ色のトナー像（各濃度３０％））をプリントし、ベルト幅方向の光沢度（２０°グロス）を測定した。なお、光沢度の目標値は２０°グロス値で８０以上とし、図９に示す光沢度と剥離温度との関係から記録紙剥離温度を７０℃以下になるように冷却した。
【００８０】
図１４は、記録紙を１，０００枚プリント相当後、および１０，０００枚プリント相当後に、Ａ４サイズの記録紙にハーフトーン画像をプリントし、ベルト幅方向の光沢度を測定した結果を説明するものである。潤滑ロール（潤滑剤塗布手段）４００がないベルト定着装置のヒートシンクは、１，０００枚プリント相当後に、グロスが低下しはじめる箇所が現れ、１０，０００枚プリント相当後には、グロスの最大値と最小値の差は１５程度となり、目視でも記録紙搬送方向に筋状の光沢ムラが識別できた。また、グロス低下に相当する箇所とヒートシンクの定着ベルト接触面とを詳細に観察したところ、グロス低下部分にはヒートシンクの定着ベルト接触面上に塊状の磨耗粉が付着しているのを確認できた。これより、プリント面のグロス低下はヒートシンクと定着ベルト接触面は磨耗粉が堆積することで密着性が阻害され、均一かつ安定に冷却できなかったことが原因であることがわかった。
【００８１】
それに対し、潤滑ロール（潤滑剤塗布手段）４００を設置し、１，０００枚毎に潤滑剤を塗布することによって摺動性の高い状態を維持したヒートシンクで冷却後剥離したプリントは、グロス低下した箇所はなく、均一かつ安定に冷却することが可能であった。また、潤滑剤塗布手段を設置し摺動性を向上させた定着ベルト接触面は、介在する潤滑剤中に定着ベルトの磨耗粉が混在していたものの、ヒートシンク接触面にほとんど付着、堆積していなかったため、定着ベルトとヒートシンクとの密着性が低下するまでに至らず、高光沢で高品質のプリントを得ることができた。
【００８２】
なお、実施例１〜３に係る定着装置は、感光体ドラム上に順次形成されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）等の各色のトナー像を、一旦中間転写体上に多重に一次転写した後、当該中間転写体上に多重に転写された各色のトナー像を、記録紙上に一括して二次転写し、これらのトナー像を加熱して記録紙上に定着することにより、カラー画像を形成するように構成した画像形成装置や、感光体ドラムを１つのみ備え、当該感光体ドラム上に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）等の各色のトナー像を順次形成し、上記感光体ドラム上に順次形成されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）等の各色のトナー像を、記録紙上に多重に転写した後、これらのトナー像を加熱して記録紙上に定着することにより、カラー画像を形成するように構成した画像形成装置などにも適用することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、定着ベルトと冷却構造体の接触面の摺動による磨耗紛を低減することにより、定着ベルトと冷却構造体の接触面の密着性を維持し、記録紙を均一かつ安定に冷却することで高光沢で高画質の画像が得られる定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置の断面概略図である。
【図２】図２は、実施形態に係る定着装置の断面概略図である。
【図３】図３は、実施形態に係る定着装置で使用される記録紙の断面概略図である。
【図４】図４は、実施形態に係る定着装置の動作を説明する断面概略図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る定着装置の効果を説明するグラフである。
【図６】図６は、実施形態２に係る定着装置の効果を説明するグラフである。
【図７】図７は、実施形態４に係る定着装置の効果を説明するグラフである
【図８】図８は、表面処理層の厚さ、剥離温度、接触時間の関係を説明するグラフである。
【図９】図９は、画像の光沢度と記録紙の剥離温度との関係を説明するグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１に係る定着装置の効果を説明するグラフである。
【図１１】図１１は、定着ベルト接触面に付着した磨耗粉の様子を説明するものである。
【図１２】図１２は、実施例２に係る定着装置の効果を説明するグラフである。
【図１３】図１３は、実施例３に係る定着装置の断面概略図である。
【図１４】図１４は、実施例３に係る定着装置の効果を説明するグラフである。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ…電子写真形成ユニット、２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ…静電線像担持体、３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ…一様帯電器、４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…露光器、５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ…現像装置、６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋ…一次転写ロール、７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋ…静電線像担持体クリーニング装置、８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ…除電装置、９…中間転写体、１０…張架ロール、１１…記録紙搬送路、１２…二次転写ロール、１３…バックアップロール、１４…中間転写体クリーニング装置、１５…定着装置、１６…搬送方向切替ゲート、１７…給紙カセット、１７ａ…給紙ロール、１８…記録紙、１８ａ…受像層、１８ｂ…基材、１９…搬送ロール、２０…レジストロール、４０…加熱定着ロール、４０ａ…加熱定着コア、４０ｂ…加熱定着離型層、４１…加熱定着加熱源、４２…加圧ロール、４２ａ…加圧ロールコア、４２ｂ…加圧ロール弾性体層、４２ｃ…加圧ロール離型層、４３…加圧ロール加熱源、４４…剥離ロール、４５…ステアリングロール、４６…冷却手段、４７…定着ベルト、４８…排出ロール、４９ａ，４９ｂ…接触補助ロール、１００…画像形成装置、１０１…ベルト定着装置、１０２…画像読み取り装置

Claims

熱源を備えた加熱ロールと、一以上の支持ロールと、これら加熱ロール及び支持ロールとに張架され回転される無端状の定着ベルトと、当該定着ベルトを挟み当該加熱ロールに対して圧接する加圧ロールと、当該加熱ロールよりも定着ベルトの回転方向下流側に当該定着ベルトを冷却する冷却手段とを備え、
当該冷却手段は、当該定着ベルトの内側に接触する冷却構造体を有し、当該冷却構造体の当該定着ベルトに対する接触面には耐磨耗処理が施されていることを特徴とする定着装置。
前記耐磨耗処理では、耐磨耗層として前記接触面に冷却構造体の他面よりも硬い硬質化層を形成する請求項１に記載の定着装置。
前記耐磨耗性処理では、耐磨耗層として前記接触面に冷却構造体の他面よりも摺動性の高い高摺動性層を形成する請求項１に記載の定着装置。
前記耐磨耗層の厚みは、５０μｍ以下である請求項２又は３に記載の定着装置。
前記耐磨耗処理では、前記接触面を冷却構造体の他面よりも平滑化する請求項１に記載の定着装置。
前記平滑化処理により前記接触面の中心線平均粗さＲａは、Ｒａ≦１０μｍとなる請求項５に記載の定着装置。
前記耐磨耗処理では、前記接触面に潤滑剤が供給される請求項１に記載の定着装置。
前記潤滑剤を前記定着ベルトの内側面から供給する供給手段を備える請求項７に記載の定着装置。
前記接触面の定着ベルトの回転方向長さをＬ〔ｍｍ〕、定着ベルトの移動速度をＶ〔ｍｍ／ｓｅｃ〕とすると、これらの間にはＬ≧１．５Ｖの関係が成り立つ請求項１〜８のいずれかに記載の定着装置。