JP2007086134A

JP2007086134A - 定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2007086134A
Application number: JP2005271694A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Onodera; 正泰小野寺
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】定着性が良好であって、記録紙の分離性を確保し、記録紙にトナーブリスタが発生することがなく、且つ耐久性に優れたベルト定着方式の定着装置。
【解決手段】無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラを押圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置において、定着ローラ９３３は、金属より形成された芯金９３３Ａの上に、発泡したシリコンゴムから形成された発泡層９３３Ｂ、及びソリッドゴムから形成された第１弾性層９３３Ｃが順に積層されていること。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録紙上の未定着トナー像を加熱・加圧して定着するベルト定着方式の定着装置に関し、詳しくは記録紙の分離性を確保し、記録紙にトナーブリスタが発生することがなく、且つ耐久性に優れた定着装置に関し、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の画像形成装置に好適である。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの諸機能を備えた複合機等の電子写真方式の画像形成装置においては、原稿に対応した潜像を感光体に形成し、この潜像にトナーを付与することによって顕像化し、この顕像化されたトナー像を記録紙上に転写し、この後、記録紙上に転写されたトナー像を定着して排紙している。

このようにトナー像を定着する定着装置としては、無端状の定着ベルトをハロゲンヒータ等を内蔵した加熱ローラと定着ローラとに張架し、定着ベルトを介して定着ローラを加圧する加圧ローラを有し、定着ベルトと加圧ローラとによって形成されたニップ部で、トナー像が転写された記録紙を挟持・搬送しながら、加熱・加圧するベルト定着方式の定着装置があり、このような定着装置においては定着ベルトの熱容量が小さいので、ウオーミングアップタイムが短縮し、省エネになる。

以上の如き定着装置において、高速化を実現し記録紙の分離性を確保した上で、良好な定着性能を得るためには、ニップ幅を広くする必要がある。ニップ幅を広くするためには、定着ローラの硬度を低くすればよく、例えばシリコンゴムを発泡させた発泡層（スポンジ）を金属製の芯金の上に積層して定着ローラを構成することが考えられる。しかし、表面に発泡層を有する定着ローラで未定着のトナー像を有する記録紙を定着すると、定着ローラの表面には微細な凹凸があるので圧力ムラとなり、圧力の低い部分に気泡が集中して大きな気泡になり、トナー表面が荒れるトナーブリスターが発生し、画像品質が劣化する虞がある。

また、定着ローラに硬度の低いシリコンゴムを用いることも考えられるが、硬度の低いシリコンゴムは粘着性が高いため定着ベルトに付着し易く、定着ベルトによる異音が発生したり、定着ベルトが蛇行して定着ベルトが破損したりする虞がある。

そこで、定着ローラの芯金に硬度の低いシリコンゴムを積層し、更にその外表面を薄いフッソ樹脂層で被覆することが考えられる。しかし、この場合は定着ローラがニップ部で大きく変形すると、シリコンゴム層とフッソ樹脂層との境界面での動的な作用により双方の層が互いに追随できなくなって、フッソ樹脂層の表面に皺が発生する虞がある。皺が発生すると、良好な画像が得られず、定着ローラの耐久性も低下する。

なお、広いニップ幅を得るため、芯金にシリコンスポンジを積層した定着装置がある（例えば、特許文献１参照）。

また、芯金にシリコンゴムで構成された弾性層を積層し、更にシリコンスポンジゴム層を積層した定着ローラを備えた定着装置がある（例えば、特許文献２参照）。

また、芯金にシリコンゴムで構成された弾性層を積層し、更に弾性層を弾性層より硬度の高いシリコンゴムで構成された緩衝層を積層し、最外層に薄いフッ素樹脂層を形成した定着ローラを備えた定着装置がある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−２２６８１５号公報特開２００３−２６３０５４号公報特開平１０−１４１３５６号公報

前述の特許文献１，２においては、定着ローラの外表面にシリコンスポンジを設けているので、定着ローラの表面には微細な凹凸が生じて定着時の圧力ムラとなり、圧力の低い部分に気泡が集中して大きな気泡になり、トナー表面が荒れるトナーブリスターが発生して画像品質が劣化する虞がある。

特許文献３においては、熱ローラ定着装置における定着ローラに関するものであり、このために定着ローラが直にトナー像を有する記録紙に圧着するので、記録紙の離型性を向上させるために最外層にフッ素樹脂層を形成している。しかし、フッ素樹脂層を形成した定着ローラはフッ素樹脂層を形成しない定着ローラと比較して表面の硬度を低くすることはできない。一方、ベルト定着方式の定着装置であれば、フッ素樹脂層を形成する必要がなく、表面の硬度をより低くすることができるので、広いニップ幅を確保したまま、より小型にすることができ、記録紙の分離性を更に向上させることができる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、定着性が良好であって、記録紙の分離性を確保し、記録紙にトナーブリスタが発生することがなく、且つ耐久性に優れたベルト定着方式の定着装置を提案することを目的とする。

上記目的は下記の何れかの構成によって達成される。
（１）無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラを押圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置において、前記定着ローラは、金属より形成された芯金の上に、発泡したシリコンゴムから形成された発泡層、及びソリッドゴムから形成された第１弾性層が順に積層されていることを特徴とする定着装置。
（２）無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラを押圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置において、前記定着ローラは、金属より形成された芯金の上に、ソリッドゴムから形成された第２弾性層、発泡したシリコンゴムから形成された発泡層、及びソリッドゴムから形成された第１弾性層が順に積層されていることを特徴とする定着装置。

本発明によれば、ベルト定着方式の定着ローラにおいて、表層にソリッドゴムから形成された弾性層を配置し、その内側に発泡したシリコンゴムから形成された発泡層を配置したので、定着ローラの硬度が低くなってニップ幅が広がって記録紙の分離性が向上し、また、表層に発泡層を配置しないので、ニップ部内の圧力分布が均一になってトナーブリスターが発生することがなく、更に、定着ローラがニップ部で押圧されて変形するときにはより硬度の低い発泡層が変形するので、弾性層と発泡層との境界面で剥離が生ずることがなく耐久性が向上する。

その上、定着ローラの表面にフッ素樹脂層を形成しないので、表面の硬度をより低くすることができ、広いニップ幅を確保したままより小型にすることができて、記録紙の分離性を更に向上させることができる。

また、芯金と発泡層との間に新たな弾性層を追加して３層にすることにより、芯金と発泡層との境界面で剥離が発生する虞がなくなり、更に耐久性を向上させることができる。

以下に本発明に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一例を図１の構成図に基づいて説明する。

本画像形成装置は画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。

画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ、ベルト状の中間転写体６、給紙搬送手段及び定着装置９等からなる。

画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。

ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されて形成された信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等が行われた後、露光手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに送られる。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体ドラム１Ｙの周囲に帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを配置している。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体ドラム１Ｍの周囲に帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを配置している。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体ドラム１Ｃの周囲に帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを配置している。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体ドラム１Ｋの周囲に帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを配置している。そして、帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ、及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋは、潜像形成手段を構成する。

なお、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

定着装置９は、無端状の定着ベルト９１を加熱ローラ９２と定着ローラ９３とに張架し、定着ベルト９１を介して定着ローラ９３を押圧する加圧ローラ９４を有し、定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録紙（転写材）Ｐ上のトナー像を加熱・加圧して定着する。

かくして、画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、カラー画像合成されたトナー像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録紙Ｐ上のカラートナー像が定着される。その後、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。

一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。

なお、以上はカラー画像を形成する画像形成装置であったが、モノクロ画像を形成する画像形成装置であってもよい。

以上の如き画像形成装置における定着装置９において、定着ローラ９３の形態を変えて、分離性、トナーブリスター及び耐久性について実験を行ったので、以下に説明する。

先ず、定着装置９の詳細について、図２の断面図に基づいて説明する。

定着ベルト９１は、無端状に形成され、例えば、基体として厚さ１１０μｍのＰＩ（ポリイミド）等からなる耐熱性の樹脂ベルトを用い、基体の外周面を厚さ２００μｍの耐熱性のシリコンゴムで積層し、更に、離型層として厚さ３０μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）をコーティングしている。なお、外径寸法は例えば８０ｍｍである。

加熱ローラ９２は、定着ベルト９１を加熱する加熱手段としてのハロゲンランプＨ１を内蔵し、例えば、アルミニュウム等から形成された肉厚２ｍｍの円筒状の中空回転体９２Ａの外周面を、耐熱性のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ９２Ｂで被覆している。なお、外径寸法は例えば４７ｍｍである。

定着ローラ９３については後述するが、外径寸法は全て４０ｍｍである。

加圧ローラ９４は、ハロゲンランプＨ２を内蔵し、例えば、アルミニュウム等から形成された肉厚３ｍｍの円筒状の中空回転体９４Ａの外周面に、厚さ２ｍｍの耐熱性のシリコンゴム９４Ｂを積層し、更に、離型層９４Ｃとして厚さ３０μｍのＰＦＡチューブで被覆するか、ＰＴＦＥをコーティングしている。なお、外径寸法は例えば５０ｍｍである。

ここで、定着ベルト９１を加熱する加熱手段として、どのような加熱手段を用いてもよく、例えば励磁コイルを用いた誘導加熱発熱体を用いてもよい。また、加熱手段は、必ずしも加熱ローラ９２等の中に配置されていなくてもよく、どこに配置されていてもよい。

また、定着ベルト９１を介して加熱ローラ９２の温度を検知する温度センサＳ１、及び加圧ローラ９４の温度を検知する温度センサＳ２が設けられている。

以上の構成において、不図示の駆動手段によって定着ローラ９３を時計方向に回転させると、定着ベルト９１及び加熱ローラ９２は時計方向に回転し、加圧ローラ９４は反時計方向に回転する。また、加熱ローラ９２に当接する定着ベルト９１はハロゲンランプＨ１により加熱され、加圧ローラ９４もハロゲンランプＨ２によって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって加圧ローラ９４が定着ローラ９３の方向に付勢されているので、定着ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部Ｎで、給紙された記録紙Ｐが加熱・加圧されて、記録紙Ｐ上のトナー像が定着される。

次に、本実験に用いた定着ローラ９３について、表１及び図３に基づいて説明する。

表１におけるＮｏ１の定着ローラ９３１の断面図を図３（ａ）に示す。

定着ローラ９３１は鉄等の金属で形成された芯金９３１Ａにシリコンゴムを発泡させた発泡層９３１Ｂ（ＪＩＳＡ硬度２０°）を積層したものである。なお、発泡層９３１Ｂの肉厚は５ｍｍ、定着ローラ９３１の外表面のアスカーＣ硬度は２９°である。

表１におけるＮｏ２，３の定着ローラ９３２の断面図を図３（ｂ）に示す。

定着ローラ９３２は芯金９３２Ａにシリコンソリッドゴムからなる弾性層９３２Ｂ（ＪＩＳＡ硬度１０°）を積層し、その外表面に離型層９３２ＣとししてＮｏ２においてはＰＴＦＥをコーティングし、Ｎｏ３においてはＰＦＡのチューブを被覆したものである。なお、弾性層９３２Ｂの肉厚は共に５ｍｍ、離型層９３２Ｃの厚みは共に３０μｍ、定着ローラ９３１の外表面のアスカーＣ硬度はＮｏ２においては４５°、Ｎｏ３においては５５°である。

表１におけるＮｏ４，５の定着ローラ９３３の断面図を図３（ｃ）に示す。

定着ローラ９３３は芯金９３３Ａにシリコンゴムを発泡させた発泡層９３３Ｂ（ＪＩＳＡ硬度２０°）を積層し、更に、シリコンソリッドゴムからなる薄い弾性層９３３Ｃ（ＪＩＳＡ硬度２０°）を積層したものである。なお、発泡層９３３Ｂの肉厚はＮｏ４においては４．５ｍｍ、Ｎｏ５においては８．０ｍｍであり、弾性層９３３Ｃの肉厚は共に０．５ｍｍ、定着ローラ９３３の外表面のアスカーＣ硬度はＮｏ４においては３１°、Ｎｏ５においては１９°である。また、特許請求の範囲における第１弾性層は弾性層９３３Ｃに想相当する。

表１におけるＮｏ６，７の定着ローラ９３４の断面図を図３（ｄ）に示す。

定着ローラ９３４は芯金９３４Ａにシリコンソリッドゴムからなる弾性層９３４Ｂ（ＪＩＳＡ硬度１５°）を積層し、その外表面にシリコンゴムを発泡させた発泡層９３４Ｃ（ＪＩＳＡ硬度２０°）を積層し、更に、シリコンソリッドゴムからなる薄い弾性層９３４Ｄ（ＪＩＳＡ硬度２０°）を積層したものである。なお、弾性層９３４Ｂの肉厚はＮｏ６においては３．６ｍｍ、Ｎｏ７においては２．６ｍｍであり、発泡層９３４Ｃの肉厚はＮｏ６においては３．６ｍｍ、Ｎｏ７においては７．８ｍｍであり、弾性層９３４Ｄの肉厚は共に０．５ｍｍ、定着ローラ９３４の外表面のアスカーＣ硬度はＮｏ６においては３８°、Ｎｏ７においては２５°である。また、特許請求の範囲における第１弾性層は弾性層９３４Ｄに相当し、第２弾性層は弾性層９３４Ｂに相当する。

次に、以上の７種の定着ローラ９３を用いて、分離性、トナーブリスター及び耐久性について実験した。この実験条件を以下の通りである。
（１）分離性
・定着ベルトの温度：１７０〜２１０℃
・加圧ローラの温度：１２０℃
・システム速度：３００ｍｍ／ｓ
・定着荷重：９００Ｎ
・記録紙：坪量８５ｇ／ｍ²の印刷用コート紙
・トナー：オイルレス重合トナー
・トナー付着量：マゼンタ及びシアンの２層重ね合わせで、８．０ｇ／ｍ²
（２）トナーブリスター
・定着ベルトの温度：１９０℃
・加圧ローラの温度：１６０℃
・システム速度：３００ｍｍ／ｓ
・定着荷重：９００Ｎ
・記録紙：坪量１０４ｇ／ｍ²の印刷用コート紙
・トナー：オイルレス重合トナー
・トナー付着量：イエロー、マゼンタ及びシアンの３層重ね合わせで、１２．０ｇ／ｍ²
（３）耐久性
・定着ベルトの温度：２１０℃
・加圧ローラの温度：１６０℃
・システム速度：３００ｍｍ／ｓ
・定着荷重：９００Ｎ
・コピー枚数：２０万枚
続いて、実験結果を表２に示す。

なお、表２において、記録紙が分離したときは○、分離しないときは×、トナーブリスターが発生しないときは○、発生したときは×、２０万枚の耐久試験に耐えられたときは◎及び○、耐えられないときは×で示してある。

表２に示す実験結果によれば、分離性、トナーブリスター及び耐久性について全てが良好であったのは、Ｎｏ４〜７である。これらは、外表面にシリコンソリッドゴムからなる弾性層を有し、その内側にシリコンゴムを発泡させた発泡層を有している。

従って、弾性層の内側に発泡層を有することで、定着ローラの硬度が低くなり、記録紙の分離性が向上した。特に、弾性層の肉厚より発泡層の肉厚の方が厚く形成されているので、弾性層より発泡層の方が確実に硬度が低く、定着ローラとしては発泡層により硬度が低くなる。

また、外表面に弾性層を有することにより、ニップ部内の圧力分布が均一になり、トナーブリスターが発生しなかった。

更に、ニップ部にて定着ローラが押圧されたときに、弾性層が変形しても、その変形に追随してより硬度の低い発泡層が変形するので、弾性層と発泡層との境界面で剥離が生ずることがなく、耐久性が向上した。

なお、耐久試験によりＮｏ４，５の如き２層の定着ローラの場合には芯金と発泡層との境界面で剥離が発生する虞があったが、Ｎｏ６，７の如く芯金と発泡層との間に新たな弾性層を追加して３層とし、芯金と弾性層とを密着させることにより剥離が発生することがなくなって、更に耐久性を向上させることができた。

なお、Ｎｏ４，５に相当する２層の定着ローラ９３３及びＮｏ６，７に相当する３層の定着ローラ９３４の特性は前述の値に限定されるものではなく、表３に示す値を用いることができる。

また、弾性層を形成するのは必ずしもシリコンゴムに限定されるものではなく、フッソゴムであってもよい。

画像形成装置の構成図である。定着装置の断面図である。各種の定着ローラの断面図である。

符号の説明

９定着装置
９１定着ベルト
９２加熱ローラ
９３、９３１，９３２，９３３，９３４定着ローラ
９４加圧ローラ
９３１Ａ，９３２Ａ，９３３Ａ，９３４Ａ芯金
９３１Ｂ，９３３Ｂ，９３４Ｃ発泡層
９３２Ｂ，９３３Ｃ，９３４Ｂ，９３４Ｄ弾性層
９３２Ｃ離型層

Claims

無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラを押圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置において、
前記定着ローラは、金属より形成された芯金の上に、発泡したシリコンゴムから形成された発泡層、及びソリッドゴムから形成された第１弾性層が順に積層されていることを特徴とする定着装置。
前記第１弾性層はシリコンソリッドゴムから形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
無端状の定着ベルトを少なくとも二つのローラに張架し、一方のローラである定着ローラを押圧する加圧ローラを有し、所定の加熱手段によって加熱された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間に形成されたニップ部で記録紙上のトナー像を加熱・加圧して定着する定着装置において、
前記定着ローラは、金属より形成された芯金の上に、ソリッドゴムから形成された第２弾性層、発泡したシリコンゴムから形成された発泡層、及びソリッドゴムから形成された第１弾性層が順に積層されていることを特徴とする定着装置。
前記第１弾性層及び前記第２弾性層はシリコンソリッドゴムから形成されていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
前記発泡層の肉厚は前記第１弾性層の肉厚より大なることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の定着装置。
請求項１〜５の何れか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。