JP2006349703A - 定着装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 密着搬送を用いた定着器において紙搬送時の密着性を維持して省エネルギーを達成しながら、なおかつ端部の温度上昇を防止することが可能な定着装置と、これを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 無端状の定着ベルト２３と加圧ベルト２５の間に記録媒体２８を挟んで搬送し、記録媒体表面のトナー像を定着ベルト２３に密着させて加熱、放熱させた後に、定着ベルトから記録媒体を分離するようにして、１００℃程度で溶融するトナーを用いても定着ベルト２３側に低粘度トナーがオフセットすることを防止し、低温度定着を容易にする。一対の無端ベルトである定着ベルト２３と加圧ベルト２５に掛ける張力が弱すぎると密着面に浮き上がりが発生し易く好ましくなく、逆に張力が強すぎるとベルトが伸びたり破断したりしやすくなるので好ましくない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真を用いた画像形成方法を採用した画像形成装置とそれに用いるベルト定着を用いた定着装置に関し、詳細には省エネルギー化と定着器の幅方向で温度ムラが生じることの防止を図ったものに関する。

地球環境の保全のために省資源及び省エネルギーの要求が高まっている。電子写真の分野においても、省エネルギーのために消費電力を抑える動きが活発化しており、特に電力消費の激しい定着分野で低温度定着化が研究されている。

電子写真方式の画像形成装置では、現状では２００℃〜１５０℃程度の定着温度が一般的であり、定着装置の室温からの立ち上げ時間も１分〜５分程度は掛かっている。そして、これを１５０℃以下、好ましくは１００℃近辺で定着できるようにすることが、省エネルギー化と定着立ち上げ時間低減のため望まれている。

このような温度での定着を実現するためには、当然トナーの軟化点あるいは融点を１００℃以下に下げざるをえないが、一般に同一種有機高分子物質は、融点が下がると溶融粘度の低下が避けられない。これは樹脂の融点が分子量に依存していることに起因するものであり、当然に分子量が低ければ分子鎖のからみ合いが緩くなり、相互作用が弱くなることにより溶融粘度は下がると考えられる。従って、超低融点トナーを使って定着を行った場合、融点以降急激な粘度の低下が起こり、そのために有効なゴム域幅が狭く、紙上のトナーを定着加熱体側にオフセットしないようにすることが困難となる。

このような問題を解決するために、定着ベルトを用い、溶融したトナーを密着したまま放熱させて固化した後に、ベルトから分離させることでトナー像のオフセットを防止することが考えられている。

この対策としては、特開文献１に開示されているように、定着ローラにかけられた無端ベルトの表面にフレッシュエヤーを供給するダクトを連結した冷却ファンを設け、溶融状態にあるトナーが転写紙上に凝縮することで、オフセットを防止している。特許文献１

特開平１０−２２１９８２では複数のローラにかけられた定着ベルトと、加熱手段と、記録紙の搬送路の先端、後端とその間に各ガイドローラを備えて、紙を押さえて画像面を定着ベルトに密着させて搬送するようにしている。この場合ガイドローラの当たっていない部分での紙の浮きや画像ブレが問題である。
特許文献１
特開平２０００−８９５９３では加熱ローラと定着ローラの間に架橋された無端状定着ベルトと、下方より圧接する加圧ローラを備え、定着ローラと加熱ローラは該加圧ローラに当接し、該当接部間でニップを形成するようにしている。この場合、定着ニップ内で高い曲率を持って記録紙を搬送することによる画像のブレが問題である。
特開平５−０１９６４６号公報 特開平１０−２２１９８２号公報 特開平２０００−８９５９３号公報

ところが、定着ベルトからの熱を紙とトナーに与えて定着を行う場合、小サイズの紙が通紙された場合にはベルト中央部から熱が奪われ、中央部の温度を規定値に戻そうとヒータが点灯する。すると定着ベルトの端部では、過剰に温度が上昇し、その後に大サイズの紙を通紙した際に、画像端部でトナーがオフセットしてしまうという問題がある。

本発明は密着搬送を用いた定着器において紙搬送時の密着性を維持して省エネルギーを達成しながら、なおかつ端部の温度上昇を防止することが可能な定着装置と、これを備えた画像形成装置を提供するものである。

定着装置クリーニング装置は、記録媒体をベルト張力を０．００１〜５．４Ｎ／ｍｍとした一対の無端ベルトで５０〜１０００ミリ秒にわたって挟み、前記記録媒体を、前記一対の無端ベルトの一方である定着ベルトに画像面が密着した状態で搬送する定着装置において、前記定着ベルトの前記記録媒体の画像面に当接する表面が樹脂で形成した部分を有するとともに、該定着ベルトの周動方向と垂直方向に、熱伝導性部材を一体に設けてなることを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１に記載の定着装置において、前記熱伝導性部材がテープ状の銅箔であり、前記定着ベルトの裏面に貼り付けて一体にしてあることを特徴とする。

同請求項３に係るものは、請求項１に記載の定着装置において、前記定着ベルトが、前記無端ベルトとしての周動方向と垂直交差方向に銅線を混合してあることを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項１または２に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの他方である加圧ベルトも裏面に銅箔テープを貼り付けて一体にしてあり、前記定着ベルトとは前記銅箔テープ貼り付け部分同士が当たらないように組み合わせてなることを特徴とする。

同請求項５に係るものは、請求項１または３に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの他方である加圧ベルトも前記無端ベルトとしての周動方向と垂直交差方向に銅線を混合してあり、前記定着ベルトとは前記銅線混合部分同士が当たらないように組み合わせてなることを特徴とする。

同請求項６に係るものは、請求項１から５のいずれかに記載の定着装置において、該定着ベルトがポリイミド混合の樹脂からなることを特徴とする。

同請求項７に係るものは、請求項４または５に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトが弾性層を含むことを特徴とする。

同請求項８に係るものは、請求項７に記載の定着装置において、前記弾性層が基体樹脂層上にシリコンゴム層を形成してなることを特徴とする。

同請求項９に係るものは、請求項７または８に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの表層面を高離型樹脂で被覆してなることを特徴とする。

同請求項１０に係るものは、請求項９に記載の定着装置において、前記ベルト表層面の高離型樹脂にポリフッ化エチレンを混合してあることを特徴とする。

同請求項１１に係る画像形成装置は、請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置を用いてなることを特徴とする。

本発明は、低融点のトナーを用いた加熱−密着搬送による省エネルギー定着システムを構成できるとともに、定着に用いる無端ベルトの幅方向の温度ムラを防止して、良好なカラー画像形成を可能とする。

以下本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す断面図である。コピー機として動作する場合は、読み取り部１において原稿Gを読み取った後、画像形成部２でデジタルデータとして書き込み信号に変え、プリンタとして動作する場合は、コンピュータからの画像信号を書き込み信号に変換する。書き込み信号はイエロー、マゼンタ、シアンの３原色に黒を加えたものになり、ポリゴンミラー３より各色の感光体ユニット４〜７に光書き込みを行う。各色の感光体ユニット４〜７ではそれぞれの色に応じて帯電、書き込み、現像のプロセスにより感光体上にトナー像を形成し、このトナー像を中間転写ベルト８上に重ね合わせ、２次転写ローラ１１によって記録紙上に一括転写する。トナー像が乗った記録紙を搬送ベルト１２によって定着装置１３に搬送し、トナーを加熱、定着後、排紙部１７に排出する。図中９はレジストローラ対、１０は呼び出しローラ対、１４は給紙トレイ、１５は給紙トレイ中の記録紙、１６は搬送中の記録紙である。

図２には図１に示した定着装置の概略を示す断面図である。加熱ローラ２１、上張架ローラ２２の間に無端状の定着ベルト２３を掛け回して構成してあり、加熱ローラ２１内にはヒータ２４を入れ、定着ベルト２３を所定の温度まで加熱するようになっている。加圧ベルト２５は、加圧ローラ２６、下張架ローラ２７の間に掛け回し、定着ベルト２３と接触しながら駆動されるようにしてある。加熱ローラ２１と加圧ローラ２６は片側５０N程度のバネによって加圧し、搬送されてきた記録紙２８を用紙進入部で加圧しながら熱を受けるようにする。そしてトナー像を形成しているトナーＴが溶融し、記録紙２８は定着ベルトに密着しながら搬送される。そして密着搬送部においては上下のベルト２３、２５に１Ｎ／ｍｍ程度の張力を与えて用紙を搬送し、記録紙２８上のトナーを放熱、固化させる。この定着装置１３の加熱ローラ２１の制御温度は、例えば１３０℃、紙送りスピードは３００ｍｍ／秒とし、上下ベルト２３、２５のニップ幅を例えば９０ｍｍとすれば、記録媒体である記録紙２８が挟持される時間は３００ミリ秒となる。

本発明では無端状の定着ベルトと加圧ベルトの間に記録媒体を挟んで搬送し、記録媒体表面のトナー像を定着ベルトに密着させて加熱、放熱させた後に、定着ベルトからトナー面を、すなわちトナーを担持した用紙等の記録媒体を分離するようにしている。このような構成を用いると、定着ベルトからの分離時にトナー像は凝固しているため、１００℃程度で溶融するトナーを用いても定着ベルト側に低粘度トナーがオフセットすることが防止され、低温度定着が容易になる。このため良好な省エネルギー定着システムが得られることになる。このようなシステムにおいて懸架された一対の無端ベルトに一定の張力をかける必要は上記のように記録媒体を一対のベルトで挟持し密着状態を保つためであり、張力が弱すぎると密着面に浮き上がりが発生し易く好ましくなく、逆に張力が強すぎるとベルトが伸びたり破断したりしやすくなるので好ましくない。好ましい張力は０．０１〜５Ｎ／ｍｍ、より好ましくは０．０５〜４Ｎ／ｍｍ、更に好ましくは０．１〜２Ｎ／ｍｍである。

本発明においては、加熱ローラと加圧ローラによるニップ後、一対の無端ベルトで挟持された記録媒体を５０〜１０００ミリ秒にわたって密着状態に保つことによって、トナーを保温してトナーに充分熱が伝わるようにしており、この挟んで保持している時間が短いと、トナーが必要な熱を受けず、定着性能が下がってしまう。また挟持する時間が長すぎると、全体のベルト表面積が増えるので放熱が多くなり、これも好ましくない。好ましい挟持時間は６０〜８００ミリ秒、より好ましくは８０〜７００ミリ秒、更に好ましくは１００〜５００ミリ秒、更にもっと好ましくは２００〜４００ミリ秒である。

一対の無端ベルトのうち、記録媒体に当接して加熱する定着ベルトが樹脂で形成された部分を有し、このベルトの周動方向と垂直交差方向に、熱伝導性部材が一体形成されているようにしている。このようにするとで、小サイズ紙が通紙されて樹脂ベルト中央部で温度が低下しても、熱伝導性部材によって幅方向で速やかに温度が均一化し、ベルト中央部で温度制御しても、ベルト端部での過剰な温度上昇が防止され、良好な加熱定着搬送が可能になる。すなわち、低融点のトナーを用いた加熱−密着搬送による省エネ定着システムが実現でき、良好なカラープリントが得られる。

また上述の熱伝導性部材をテープ状の銅箔とし、定着ベルトの裏面から貼り付けて一体としてもよい。この定着ベルトの概略構成を図３に示す。図示のように、定着ベルト２３の耐熱樹脂層３２の裏面に銅箔テープ３１を幅方向（図の紙面の上下方向：すなわち周動方向と垂直交差方向）に埋め込んで貼り付けてある。このようにすると、定着ベルト２３の周動（図の紙面の左右方向になる）に対して影響を与えることなく幅方向の熱伝導性を高めることができ、良好な加熱定着搬送が可能になる。図中３３は耐熱樹脂層３２の表層の離型樹脂である。なお銅箔テープ３１を貼る方向は周動方向と完全に垂直交差する方向だけでなく、若干角度をなすようであってもかまわない。

また定着ベルトの周動方向と垂直交差する幅方向に、銅線が混合させてもよい。この定着ベルトの概略構成を図４に示す。図示のように、定着ベルト２３の耐熱樹脂層４２内部に、幅方向に銅より線４１が混合させてある。このようにすると、定着ベルト２３の周動に対して影響を与えることなく幅方向の熱伝導性を高めることができ、良好な加熱定着搬送が可能になる。

図示は省略するが、加圧ベルト２５も定着ベルト２３と同様に裏面より銅箔テープを貼り付けられて一体に形成するが、上下のベルト２３、２５の銅箔テープ貼り付け部分同士が当たらないように組み合わせる。この時の用紙２８の密着搬送部の概略図を図６に示す。このようにすることで小サイズ紙を通紙した際の加圧ベルト側の温度ムラも良好に均一化することができ、更に密着搬送部の上下ベルトからの当接力が均一化されることで、用紙の浮き上がりによる密着不良が防止でき、良好な加熱定着搬送が可能になる。特に、密着搬送時の記録紙に対する当接力が均一化し、より良好なカラープリントが得られる。

またこれも図示は省略するが、加圧ベルト２５も定着ベルト２３と同様に耐熱樹脂層の内部に銅線を混合させて一体に形成することもできるが、この場合も上下のベルトの銅線混合部分同士が当たらないように組み合わせる。この時の用紙２８の密着搬送部の概略図を図７に示す。このようにすることで小サイズ紙を通紙した際の加圧ベルト２５側の温度ムラも良好に均一化することができ、更に密着搬送部の上下ベルトからの当接力が均一化されることで、用紙２８の浮き上がりによる密着不良が防止される。

なお定着ベルト２３の耐熱樹脂層３２はポリイミド混合の樹脂を用い得る。このようにすることでベルト裏面に熱伝導性部材を一体に形成しても耐熱性と機械強度が確保でき、良好な加熱定着搬送が可能になり、定着ベルトの強度が高く耐久性の高い定着装置が得られる。

また一対のベルトが弾性層を含んでいるように構成できる。図６、図７に示すように、記録紙２８を一対のベルト２３、２５に挟んで搬送する際に弾性層を含むことで、より上下のベルト２３、２５からの当接力が均一化し、用紙の浮き上がりによる密着不良が防止され、良好な加熱定着搬送が可能になり、より良好なカラープリントが得られる。

弾性層は基体樹脂層上にシリコンゴム層を設けて形成できる。このような成型が容易で変形し易いシリコンゴム層を介することでより上下のベルト２３、２５からの当接力が均一化され、用紙の浮き上がりによる密着不良が防止され、良好な加熱定着搬送が可能になる。

さらに図３、図５の断面図に示すように、ベルト２３、２５の表層面に高離型樹脂層によって被覆すると、例えば図５では、弾性体５１上がチューブ状の樹脂表層５２によって被覆されることで、熱伝導性部材３１を含有したベルトを裏面からローラによって加圧した場合にも表面張力を安定的に発生させて、用紙の浮き上がりによる密着不良を防止する。またトナーのベルト面からの分離も良好になる。このようにして良好な加熱定着搬送が可能になる。

また上述のように、ベルト表層面の高離型樹脂層は、ポリフッ化エチレンが混合されているチューブのようなものによって被覆することで形成できる。このようにすると表層の耐久性、離型性が向上すると共に表面張力が均一化し、用紙の浮き上がりによる密着不良が防止でき、非常に良好な加熱定着搬送が可能になる。

定着ベルトとしては図３に示すように、絶縁性ポリイミドフィルム３２の裏面に銅箔テープ３１が埋め込まれた構成のものを用い、表層には離型樹脂３３として、ポリフッ化エチレン樹脂をコーティングしている。この時のポリイミドフィルム厚みは１００μｍ、銅箔テープ部は３０μｍ、コーティング層は３０μｍである。このような構成にしたところ、ベルト中央部を１３０℃に制御しながらハガキサイズ用紙を２０枚通紙した後、全面画像のＡ３サイズ用紙を通紙しても、端部のオフセットが防止されて、全幅で高品質のカラープリントが得られた。

また使用トナー等は以下のようなものであった。
使用トナー：環化イソプレン ３０ｗｔ％
ポリエステル：６０ｗｔ％
カルナウバワックス：１０ｗｔ％
カーボンブラック：１０重量部
負帯電性の荷電制御剤：１重量部
このトナーの軟化点は８０℃であり、定着下限温度は８５℃である。

実施例１と同様な装置を用いたが、定着ベルトとしては、図４に示すようなポリイミドフィルム４２内に銅細線のより線４１を混合させて成形したものを用いた。この時のポリイミドフィルム厚みは１００μｍ、銅線は５μｍ×１０線、コーティング層４３は３０μｍである。このような構成にしたところ、ベルト中央部を１３０℃に制御しながらハガキサイズ用紙を２０枚通紙した後、全面画像のＡ３サイズ用紙を通紙しても、端部のオフセットが防止されて、全幅で高品質のカラープリントが得られた。

実施例１と同様な装置を用いたが、定着ベルトおよび加圧ベルトとしては図５に示すように、ポリイミドフィルム３２上に厚み１００μｍのシリコンゴム層５１、ポリフッ化エチレンチューブ層５２を積層し、裏面より３０μｍ厚の銅箔テープ３１を貼り付けた構成のものを用いた。そして図６に示すように、定着ベルトと加圧ベルトの銅箔貼り付け部分が交互に組み合わさるようにベルトで挟まれた密着搬送部を形成した。このような構成にしたところ、ベルト中央部を１３０℃に制御しながらハガキサイズ用紙を１００枚通紙した後、全面画像のＡ３サイズ用紙を通紙しても、端部のオフセットが防止されて、また全幅で高品質のカラープリントが得られた。

実施例１と同様な装置を用いたが、定着ベルトおよび加圧ベルトとしてはポリイミドフィルム上にシリコンゴム層１００μｍ、ポリフッ化エチレンチューブ層を積層し、ポリイミド基体内部に５μｍ×１０線の銅より線を一体に形成した構成のものを用いた。そして図７に示すように、定着ベルトと加圧ベルトの銅箔貼り付け部分が交互に組み合わさるようにベルトで挟まれた密着搬送部を形成した。このような構成にしたところ、ベルト中央部を１３０℃に制御しながらハガキサイズ用紙を１００枚通紙した後、全面画像のＡ３サイズ用紙を通紙しても、端部のオフセットが防止されて、また全幅で高品質のカラープリントが得られた。

定着装置を備えた画像形成装置の概略構成を示す断面図 図１に示した定着装置の概略を示す断面図 本発明に係る定着装置に用いるベルトの一例の概略構成例を示す断面図 本発明に係る定着装置に用いるベルトの他の例の概略構成例を示す断面図 本発明に係る定着装置に用いるベルトのさらに他の例の概略構成例を示す断面図 本発明に係る定着装置の一実施例の断面図 本発明に係る定着装置の他の実施例の断面図

符号の説明

１：読み取り部１
２：画像形成部
３：ポリゴンミラー
４〜７：感光体ユニット
８：中間転写ベルト
９：レジストローラ対
１０：呼び出しローラ対
１１：２次転写ローラ
１２：搬送ベルト
１３：定着装置
１４：給紙トレイ
１５：記録紙、記録紙
１７：排紙部
２１：加熱ローラ
２２：上張架ローラ
２３：定着ベルト
２４：ヒータ
２５：加圧ベルト
２６：加圧ローラ
２７：下張架ローラ
２８：記録紙
３１：銅箔テープ
３２：耐熱樹脂層
３３：離型樹脂
４１：銅より線
４２：耐熱樹脂層
５１：弾性体
５２：チューブ状の樹脂表層
Ｔ：トナー

Claims (11)

1. 記録媒体をベルト張力を０．００１〜５．４Ｎ／ｍｍとした一対の無端ベルトで５０〜１０００ミリ秒にわたって挟み、前記記録媒体を、前記一対の無端ベルトの一方である定着ベルトに画像面が密着した状態で搬送する定着装置において、前記定着ベルトの前記記録媒体の画像面に当接する表面が樹脂で形成した部分を有するとともに、該定着ベルトの周動方向と垂直方向に、熱伝導性部材を一体に設けてなることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１に記載の定着装置において、前記熱伝導性部材がテープ状の銅箔であり、前記定着ベルトの裏面に貼り付けて一体にしてあることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１に記載の定着装置において、前記定着ベルトが、前記無端ベルトとしての周動方向と垂直交差方向に銅線を混合してあることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１または２に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの他方である加圧ベルトも裏面に銅箔テープを貼り付けて一体にしてあり、前記定着ベルトとは前記銅箔テープ貼り付け部分同士が当たらないように組み合わせてなることを特徴とする定着装置。
5. 請求項１または３に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの他方である加圧ベルトも前記無端ベルトとしての周動方向と垂直交差方向に銅線を混合してあり、前記定着ベルトとは前記銅線混合部分同士が当たらないように組み合わせてなることを特徴とする定着装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の定着装置において、該定着ベルトがポリイミド混合の樹脂からなることを特徴とする定着装置。
7. 請求項４または５に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトが弾性層を含むことを特徴とする定着装置。
8. 請求項７に記載の定着装置において、前記弾性層が基体樹脂層上にシリコンゴム層を形成してなることを特徴とする定着装置。
9. 請求項７または８に記載の定着装置において、前記一対の無端ベルトの表層面を高離型樹脂で被覆してなることを特徴とする定着装置。
10. 請求項９に記載の定着装置において、前記ベルト表層面の高離型樹脂にポリフッ化エチレンを混合してあることを特徴とする定着装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の定着装置を用いてなることを特徴とする画像形成装置。