JP2007163794A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー像が担持された記録媒体を定着ベルトと加圧部材との圧接部に送り込み、加熱及び加圧して定着する定着装置において、インスタントスタート性を向上させるとともに潤滑剤の漏れに起因する定着ベルトの駆動性の悪化や画像欠陥を防止する。
【解決手段】 定着ベルト２１の基層２１ｂの内面、及び定着ベルト２１を支持する押圧支持体２３が定着ベルト２１と摺擦する領域にオイル反応膜２１ｃ，２３ｄを形成し、ニップ部１０ａでの摺動抵抗を低減する。また、潤滑剤の漏れや垂れに起因する画像欠陥、発煙、発火等を防止する。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、粉状のトナーの付着よって形成されたトナー像を加熱及び加圧して記録媒体上に定着する定着装置、及び静電電位の差による潜像にトナーを選択的に付着させてトナー像を形成し、これを記録媒体上に転写した後、上記定着装置によって定着画像とする画像形成装置に関する。

粉状のトナーを用いる画像形成装置では、像担持体上に形成された静電電位の差による潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する。このトナー像を記録媒体上に静電的に直接転写した後、あるいは中間転写体に一次転写してから記録媒体に二次転写した後、加熱部材と加圧部材との間に記録媒体を挟み込み、トナー像を加熱及び加圧して記録媒体上に圧着する。

このようにトナー像を記録媒体上に定着する装置として、円筒状芯金の内部にハロゲンランプ等の発熱体を有する定着ロールと、この定着ロールに押圧される加圧ロールとで構成されるものが広く知られている。この定着装置では、定着ロールと加圧ロールとが互いに圧接されるニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体が送り込まれ、回転駆動される定着ロールと加圧ロールとの間を通過するときにトナー像が加熱及び加圧される。

このような定着装置では、定着ロールが加圧ロールとの圧接力に対して十分な剛性を有するものとなっており、定着ロールにある程度の部材厚を有する芯金が用いられる。このため、装置の起動時に発熱体に電力を投入した後、又は待機状態から復帰する時に、発熱体の輻射熱又は接触部から伝導する熱が定着ロールの芯金や各層に達して、定着ロールの表面が所定の温度に加熱されるのに時間を要する。
また、装置の小型化のために定着ロール及び加圧ロールの径を小さくすると、ニップ部が短くなり、トナー像を十分に加熱するのが難しくなったり、ニップ部内における記録媒体の搬送経路を自由な形状に設定するのが難しくなり、ニップ部に挿通される記録媒体にしわやカールを生じさせることがある。

上記のような事情から、定着ロールに代えて無端状のベルトを定着部材として用いる定着装置が提案されている。定着ベルトには複数の支持ロールによって張架されたタイプと、内部に押圧支持体を有し、無張架の状態で加圧ロールと圧接され回転駆動されるタイプとがある。定着ベルトは薄肉の耐熱性樹脂等を基層としており、ロール状部材に比べ熱容量が小さいため、短時間でウォーミングアップを行なうことができる。さらに、定着ベルトはニップ部の形状を自由に形成することもできる。

定着ベルトを無張架の状態で回転駆動する定着装置としては、例えば、特許文献１に開示されるものがある。この定着装置（加熱装置）は、無端状となった定着ベルト（加熱部材）の内側に保持部材と発熱体（輻射発熱源）を備えており、定着ベルトを回転可能に支持するとともに、定着ベルトを内側から加熱するものとなっている。
定着ベルトの外周面には加圧ロールが当接されており、この加圧ロールを保持部材に対して押し付けることによりニップ部が形成されている。そして、加圧ロールが回転駆動されることにより、ニップ部における摩擦力によって定着ベルトが従動回転し、内周面に圧接される保持部材との間で摺動する。したがって、定着ベルトの内面に潤滑剤を介在させることにより、定着ベルトと保持部材との間の摺動性を向上させ、加圧ロールと定着ベルトとの間でスリップが生じるのを防止している。
特開２００４−６２０５３号公報

しかしながら、上記無張架状態の定着ベルトを用いる定着装置では、次のような改良が望まれる課題がある。
定着ベルトの摺動性向上のために内周面と保持部材との間に供給される潤滑剤は、液体状又は半液体状であり、定着ベルトの回転にともなって定着ベルトの側縁部から漏れ出すことがある。この漏れた潤滑剤が定着ベルトや加圧ロール表面に付着し、記録媒体を汚したり、画像欠陥を発生じさせる。また、潤滑剤が漏れると、定着ベルトの内部に介在しなければならない潤滑剤の量が不足し、摺動抵抗が大きくなって回転駆動される加圧ロールと定着ベルトとの間でスリップが発生する。さらに、潤滑剤が定着ベルト内面から垂れることもあり、定着ベルトの内部に備えられた発熱体に付着した場合には、発煙又は発火を誘引することもある。

本願発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、定着ベルトとこれに摺擦される部材との間に介在された潤滑剤の漏れに起因する定着ベルトのスリップや画像欠陥を防止し、安全性にすぐれた定着装置及びこの定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 周方向に無張力状態で周回が可能に支持された無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの外周面に押圧され、回転駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧部材と、 前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧部材に押しつける押圧支持体と、を有し、 前記定着ベルトの内周面には、オイルを塗布した後に加熱処理が施されることによってオイル反応膜が形成されていることを特徴とする定着装置を提供する。

この定着装置では、押圧支持体に当接して摺動する定着ベルトの内周面にオイル反応膜を形成するので、定着ベルトと押圧支持体との間の摺動性が向上し、加圧ロールと定着ベルトとの間のスリップを防止することができる。また、潤滑剤を使用しないか、若しくは潤滑剤の使用量を大幅に低減することができるので潤滑剤の漏れや垂れが生じない。これにより、記録媒体を汚すことがなく潤滑剤の付着による画像欠陥を誘引することもない。
さらに、オイル反応膜は、ごく薄い膜となるように形成できるので、定着ベルトの熱効率を低下させることもない。

また、この定着装置では、定着ベルトと摺擦される押圧支持体の表面にもオイル反応膜を形成することができる。これにより、定着ベルトの摺動性をさらに向上させ、ニップ部の摺動抵抗を小さくすることができる。

オイル反応膜が形成される定着ベルトの内周面又は押圧支持体の表面には、凹凸を形成するなどの粗面化処理を施すことが望ましい。これにより、定着ベルトの内周面又は押圧支持体の表面に強く付着したオイル反応膜を形成することができ、定着ベルトの摺動性を長期間にわたり、安定した状態で維持することができる。

一方、この定着装置では押圧支持体のニップ部に対応する部分、すなわち定着ベルトを介して加圧ロールが押圧される領域を平面状に形成することができるので、ニップ部を通過する記録媒体の形状も平面状とすることができる。したがって、ニップ部に挿通された記録媒体の搬送性を向上させ、しわやカールの発生を防止することができる。
例えば、記録媒体が封筒などの２層以上の構造である場合、ニップ部の形状が曲率を有する形状であると、多層構造の記録媒体の各層間で搬送速度に差が生じ、各層間にずれが生じる。これにより、記録媒体にしわやカールが発生することとなる。これに対し、本願に係る定着装置では、ニップ部の形状がほぼ平面となるので記録媒体の上下層で搬送速度が同一となりしわやカールの発生を防止することができる。

また、本発明に係る画像形成装置では、定着ベルトの押圧支持体と摺擦される内周面にオイル反応膜が形成されているので、摺擦部に潤滑剤を介在させないか、又は介在させる潤滑剤の量を大幅に低減した状態で、定着ベルトを円滑に周回駆動することができる。したがって、潤滑剤の漏れや垂れが発生せず、画像形成装置内や記録媒体を汚すことがなく、良好な定着を安定して実現することができるとともに、メインテナンスが容易となる。

以上説明したように、本願発明に係る定着装置又は画像形成装置では、定着ベルトの押圧支持体と摺擦される内周面にオイル反応膜が形成されているので、定着ベルトの良好な摺動性を確保するとともに、潤滑剤の漏れや垂れを防止することができる。したがって、記録媒体や発熱体へ潤滑剤が付着するのを防止でき、画像欠陥、発煙又は発火を誘引することもなくなる。

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、一様帯電後に像光を照射することにより表面に潜像が形成される円筒状の感光体ドラム１（像担持体）を備えており、この感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる帯電装置２と、感光体ドラム１に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置３と、感光体ドラム１上の静電潜像をトナーの選択的な付着によって可視化する現像装置４と、感光体ドラム１との間に転写バイアス電圧が印加され、形成される電界によって感光体ドラム上のトナー像を記録媒体に転写する転写ローラ５と、トナー像を転写した後の感光体ドラム１上に残留するトナーを除去するクリーニング装置６とを備えている。

また、トナー像が転写される記録媒体を収容する給紙トレイ７と、この給紙トレイ７から一枚ずつ送り出された記録媒体を感光体ドラム１と転写ローラ５とが対向する転写部５ａに搬送する搬送路８と、搬送される記録媒体を所定のタイミングで転写部５ａに送り込むレジストローラ９と、記録媒体に転写されたトナー像を定着ベルト２１と加圧ロール２２とが圧接される定着ニップ部１０ａに挟持して加熱・圧着する定着装置１０と、記録媒体を排紙トレイ１２へ送り出す排紙ロール１１と、が設けられている。

上記感光体ドラム１は、金属製ドラムの表面にSe、a-Si、a-SiC、Cds等の各種無機感光材料、有機感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層を形成したものを用いることができる。

上記帯電装置２は、ステンレススチール、アルミニウム等の導電性を有する金属のロールに高抵抗材料のコーティングを施したものであり、感光体ドラム１に当接され、従動回転するようになっている。そして、所定の電圧が印加されることにより、該ロールと感光体ドラム１との接触部近傍における微小間隙内で継続的な放電を生じ、感光体ドラム１の表面をほぼ一様に帯電するものである。

上記露光装置３は、画像信号に基づいて画素毎に点滅するレーザーを出力するものであり、ポリゴンミラーによって感光体ドラム１の周面を露光走査するものである。これにより感光体ドラム１の周面上で露光部の電位が減衰し、静電電位の差による潜像が形成される。

上記現像装置４は、感光体ドラム1と近接・対向する位置に現像ローラ４ａを有し、この現像ローラ４ａと感光体ドラム１との間に現像バイアス電圧が印加されるものである。そして、現像ローラ４ａの周面上にトナーを担持して感光体ドラム１との対向部に搬送し、電界内で周面上に担持するトナーを潜像に転移して可視像を形成するものである。

上記転写ローラ５は、金属シャフトの外周部に厚さが数ミリメートル程度の半導電性ゴム層を形成したものであり、感光体ドラム１の周面に当接され、従動回転するものとなっている。この転写ローラ５と感光体ドラム１との間に送り込まれた記録媒体は、感光体ドラム１上のトナー像に当接され、転写ローラ５と感光体ドラム１との間に形成された電界の作用によって、電荷を有するトナーが記録媒体上に転移する。

上記定着装置１０は、図２に示すように、無端状の周面を有する定着ベルト２１と、この定着ベルト２１の外周面に当接され、回転駆動される加圧ロール２２と、定着ベルト２１の内周面に当接され、定着ベルト２１を加圧ロール２２との間に挟み込むとともに定着ベルト２１を支持する押圧支持体２３と、定着ベルト２１の内側に配置され定着ベルト２１を加熱するハロゲンランプ２４と、を備えている。

上記定着ベルト２１は、図３に示すように、耐熱性の高いシート状部材からなる基層２１ｂと、その無端状となった外周面上に積層された離型層２１ａと、基層２１ｂの内側に形成されたオイル反応膜２１ｃとで構成されている。
基層２１ｂは、厚さが８０μｍのシート状の部材であり、ポリイミド樹脂にカーボンブラックを混ぜ合わせ黒色に着色することにより熱吸収性を向上させた材料で形成されている。なお、この基層２１ｂの厚さは、４０μｍ〜８０μｍの範囲とすることができ、上記ポリイミド樹脂の他、フッ素樹脂等の耐熱性を有する材料を用いることができる。
離型層２１ａは、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体）で形成されており、厚さが３０μｍとなっている。この離型層２１ａには、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂等の離型性及び耐久性の良好な材料が用いられ、厚さは１〜３０μｍ程度とすることができる。
また、基層が離型層を兼ねる単層構造とすることもできる。

前記オイル反応膜２１ｃは、基層２１ｂの内周面にブラスト処理を施して凹凸を形成し、その上に液体の変性シリコーンオイルを塗布した後、オーブンにより２００度〜３００度の温度で加熱して形成されたものである。その厚さは数μｍ程度であり、非常に薄い膜状となっている。
上記変性シリコーンオイルは、シラノール変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイルおよびアミノ変性シリコーンオイル等を用いることができる。
なお、基層２１ｂの内周面に設けられた上記凹凸は、オイル反応膜の基層２１ｂへの付着性を大きくするとともに、オイル反応膜が形成された後には表面が平滑となる程度の粗さに形成されるものである。

熱源としてのハロゲンランプ２４は、円筒状のガラス製ランプ管にフィラメントが配置されており５００Ｗ〜１０００Ｗの出力が可能となっている。そして、定着ベルト２１を輻射熱により加熱するものであり、定着ベルト２１の軸中心位置からニップ部１０ａ側に約７ｍｍ近接して配置され、押圧支持体２３を介してニップ部１０ａを効率よく迅速に加熱するようになっている。
また、ガラス製ランプ管の表面にセラミックスを被覆して、加熱する温度や領域を調整してもよい。例えば、定着ベルト２１を直接加熱する箇所にはセラミックスを被覆し、押圧支持体２３を介して定着ベルト２１を加熱する領域にはセラミックスを被覆しないようにしてもよい。さらに、被覆するセラミックスの層厚を変化させて加熱する温度を調整してもよい。

前記押圧支持体２３は、鉄又はアルミなどの耐久性、耐熱性の高い材料からなり、図４に示すように、定着ベルト２１を加圧ロール２２との間で押圧する領域、つまりニップ部１０ａを形成する領域に平面部２３ａを有している。そして、平面部２３ａから定着ベルト２１の移動方向の上流側に第１の曲面部２３ｂが、下流側に第２の曲面部２３ｃが定着ベルト２１の内周面に沿って湾曲するように形成されている。また、この押圧支持体２３の湾曲する内側は、ハロゲンランプ２４のニップ部側を囲むように配置され、ハロゲンランプ２４からの輻射熱が効率よく伝達される形状となっている。なお、押圧支持体２３は、定着ベルト２１の幅方向における両端部で支持され、ニップ部１０ａで加圧ロール２２からの押圧力が作用する。このため、押圧支持体２３の軸線方向（定着ベルトの幅方向）に過度の変形が生じない十分な剛性を有するように、部材厚及び第１の曲面部２３ｂ、第２の曲面部２３ｃの形状が設定されている。

上記押圧支持体２３の内側表面（ハロゲンランプ２４と対向する表面）には、黒色の被覆層２３ｅを形成する等の熱吸収処理が施され、ハロゲンランプ２４からの輻射熱を吸収し易くなっている。なお、この被覆層２３ｅは、押圧支持体２３の平面部２３ａの内側表面だけに形成してもよい。さらに、定着ベルト２１と当接する平面部２３ａには、ブラスト処理により微細な凹凸が形成され、この凹凸を有した面上に液体状の変性シリコーンオイルを塗布し、オーブンによって２００度〜３００度の温度で加熱して厚さが数μｍのオイル反応膜２３ｄが形成されている。

上記のように、本実施の形態では、定着ベルト２１と押圧支持体２３の定着ベルト２１と摺擦される領域とのそれぞれにオイル反応膜２１ｃ、２３ｄが形成されているが、さらに摺動性を向上させるために微量の潤滑剤を介在させてもよい。このように潤滑剤を介在させても、オイル反応膜が形成されていることにより少量を塗布すればよく、潤滑剤の漏れや垂れが生じるおそれはない。

上記加圧ロール２２は、図２に示すように、金属製の円筒状部材である芯金２２ａと、この芯金２２ａに積層されたウレタンフォームからなる弾性層２２ｂと、最表層である表面離型層２２ｃとを備えている。そして、定着ベルト２１を介して押圧支持体２３と対向する位置に支持され、両端部がバネ（図示せず）によって定着ベルト２１側に付勢されている。この加圧ロール２２の弾性層２２ｂは定着ベルト２１に押圧されることによって押圧支持体の平面部２３ａの形状に倣って変形し、ニップ部１０ａの形状はほぼ平面状となる。この状態で加圧ロール２２は、モータ（図示しない）によって回転駆動され、ニップ部１０ａにおける定着ベルト２１との間の摩擦力によって定着ベルト２１を周回駆動するものとなっている。

上記のような画像形成装置は、次のように動作する。
感光体ドラム１は、帯電装置２によってほぼ一様な負極性に帯電され、露光装置３は画像データに基づき、帯電された感光体ドラム１の周面に像光を照射する。感光体ドラム１の表面の露光された部分は帯電電位が減衰し、非露光部との電位差による潜像が形成される。現像装置４は、負の電荷を有するトナーを現像ローラ４ａの周面上に薄層化して担持し、感光体ドラム１の周面と対向する位置に搬送する。感光体ドラム１と現像ローラ４ａとの間には、双方間に印加された現像バイアス電圧による電界が形成されており、負電荷を有するトナーが露光部に転移する。このようにして形成されたトナー像は、感光体ドラム１の回転により、転写ローラ５が圧接される転写ニップ５ａへと搬送される。

一方、用紙トレイ７から一枚ずつ送り出された記録媒体は、レジストローラ９で一旦保持され、感光体ドラム１上のトナー像と当接されるタイミングで転写部５ａへ送り込まれる。記録媒体は転写部５ａの上流側で感光体ドラム１の表面に接触し、密着した状態で転写部５ａを通過する際にトナー像は記録媒体に転写される。

トナー像を担持した記録媒体は、定着装置１０へと送られる。定着装置１０では、定着ベルト２１と加圧ロール２２とのニップ部１０ａにトナー像を担持した記録媒体Ｐが挟み込まれ、加圧ロール２２及び定着ベルト２１の周回駆動によって記録媒体Ｐが搬送される。このとき定着ベルト２１に圧接されたトナーＴが加熱・溶融されて記録媒体Ｐ上に圧着される。ニップ部１０ａを通過した記録媒体Ｐは定着ベルト２１又は加圧ロール２２から剥離され、排紙ローラ１１へと送られる。

上記のようにトナー像が定着される工程で、加圧ロール２２は弾性層２２ｂを有するソフトロールであるため、定着ベルト２１へ押圧されることによって押圧支持体２３の平面部２３ａに倣い、ニップ部１０ａがほぼ平面状となる。この平面部２３ａにおいて記録媒体Ｐと定着ベルト２１との間に十分な加圧力が加えられる。このとき、ニップ部１０ａの形状がほぼ平面であるので、ニップ部１０ａに挟持される記録媒体が多層構造となっていても搬送速度が同一となり、しわやカールの発生が防止される。

また、定着ベルト２１と押圧支持体２３とが摺擦されるそれぞれの領域にオイル反応膜２１ｃ、２３ｄが形成されているので、ニップ部１０ａで発生する摺動抵抗が低減される。これにより、熱容量の小さい定着ベルトを定着部材として用いても、定着ベルトの摺動性を確保でき、安定した定着を実現できる。

本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。 図１に示す画像形成装置で用いられる定着装置の概略構成図である。 図２に示す定着装置の定着ベルトの概略断面図である。 図２に示す定着装置で用いられる押圧支持体の断面図である。

符号の説明

１：感光体ドラム、 ２：帯電装置、 ３：露光装置、 ４：現像装置、 ５：転写ローラ、 ５ａ：転写部、 ６：クリーニング装置、 ７：用紙トレイ、 ８：搬送路、 ９：レジストローラ、 １０：定着装置、 １０ａ：ニップ部、 １１：排紙ローラ、 １２：排紙トレイ、
２１：定着ベルト、 ２１ａ：離型層、 ２１ｂ：基層、 ２１ｃ：オイル反応膜、 ２２：加圧ロール、 ２２ａ：芯金、 ２２ｂ：弾性層、 ２２ｃ：表面離型層、 ２３：押圧支持体、 ２４：ハロゲンランプ、

Claims (5)

1. 周方向に無張力状態で周回が可能に支持された無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外周面に押圧され、回転駆動されることによって前記定着ベルトを周回駆動する加圧部材と、
   前記定着ベルトの内周面に当接され、該定着ベルトを前記加圧部材に押しつける押圧支持体と、を有し、
   前記定着ベルトの内周面には、オイルを塗布した後に加熱処理が施されることによってオイル反応膜が形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記押圧支持体の前記定着ベルトと摺擦される領域には、オイルを塗布した後に加熱処理が施されることによってオイル反応膜が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。
3. 前記オイル反応膜が形成される前記定着ベルトの内周面又は前記押圧支持体の表面には、粗面化処理が施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
4. 前記押圧支持体の前記定着ベルトを介して前記加圧部材と圧接される領域が、ほぼ平面状に形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着装置。
5. 静電電位の差による潜像に粉状のトナーを選択的に付着させてトナー像を形成する像形成手段と、
   前記トナー像を直接に記録媒体に、又は中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、
   前記記録媒体上に転写された前記トナー像を加熱及び加圧して該記録媒体上に定着する定着手段と、を有し、
   前記定着手段は、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
   
   
   

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