JP2008310224A - ベルト定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ部での加圧によって樹脂層や弾性層に亀裂が生ずることのないベルト定着装置。
【解決手段】無端状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内側に配置された加圧ローラと、前記定着ベルトを前記加圧ローラに圧接させる加圧部材と、を有し、前記定着ベルトと前記加圧部材との間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着するベルト定着装置において、前記加圧ローラはソリッドゴムから形成された弾性層を有すると共に、該弾性層は樹脂層にて被覆され、複数の切れ目が前記樹脂層の周方向に並設されて形成されていること。
【選択図】図３

Description

本発明は、記録材上のトナー像を加熱・加圧して定着するベルト定着装置、及び該ベルト定着装置を備えた画像形成装置に関する。

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。

また、カラー画像を形成する場合には、原稿色に対応したＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの潜像を４個の感光体ドラムに形成し、顕像化された４色のトナー像を無端状ベルトからなる中間転写体に一次転写した後、記録紙上に二次転写して、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、ハロゲンヒータ等の加熱手段を内蔵した加熱ローラと加圧ローラとに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルトと、定着ベルトを介して加圧ローラを加圧する外部加圧ローラを有し、定着ベルトと外部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、このようなベルト定着装置は定着ベルトの加熱ローラ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、省エネになるという利点を有している。

このようなベルト定着装置において、より高速での定着を可能にするためには、ニップ部の幅を大きく取ることが必要である。また、定着ベルトからの分離性能を向上させるためには、定着ベルトにおける分離部の曲率を大きく取ることが必要である。そのいずれに対しても、加圧ローラの弾性層をより低硬度にすることが有効である。

スポンジは低硬度を容易に得られるが、加圧ローラの弾性層に用いると、粗密があるためニップ部内での圧力が不均一になり、画像に微小な光沢むらが生じ、画質が低下する。また、スポンジを用いたローラは耐久性能が劣る。

ソリッドゴムは均一な圧力が得られ、このような画質低下や耐久性能不足はないが、低硬度のゴムを用いると、タック性という問題が生じ、密着性が高くて粘着に類似した状態になる。ニップ部内では、高い荷重によってソリッドゴム層が押しつぶされ、ソリッドゴム表面はニップ侵入前に一旦縮み、ニップ部内での圧力増大と共に次第に伸ばされ、最大圧力領域経過後に逆の経過をたどる。

一方、ベルト基体はニッケル電鋳等の金属やポリイミド等の高強度耐熱樹脂から形成され、ゴムと比較して弾性率が大きく、殆ど伸縮しない。従って、ニップ部内で定着ベルト内面と加圧ローラ表面は滑る必要があるが、タック性が高いと容易に滑ることができず、両者が無理矢理滑って大きな異音が発生したり、定着ベルトが負けて定着ベルトに皺が生ずる等の不具合が起きる。

これを回避するために、加圧ローラのソリッドゴム表面を研磨して適度な粗さにし、滑りやすくすることも可能である。しかし、低硬度ゴムではゴムが砥石により引きちぎられるときに大きな塊になり易く、適度な粗さにするためには研磨条件の管理を非常に厳しくしなくてはならず、また研磨粉や引きちぎられる寸前の部分が表面に残り易い。定着装置に組み込まれた後に、これらの研磨粉やちぎれた破片によりニップ部で不均一な圧力分布が生ずる。また、研磨粉等が定着ベルトや加熱ローラに転移して、加熱ローラからの熱伝導が不均一になり、この結果、定着ベルトの温度が不均一になる。これらの圧力や温度の不均一は光沢むらのような画像欠陥になる。また、表面が低硬度ゴムであることは変わりがないため、ある程度のタック性が残り、定着ベルトや加圧ローラの駆動はできても、定着装置の組み立て時に定着ベルト内面に加圧ローラが貼り付いたような状態になって、組み立て性が著しく損なわれる。また、無理に組み立てようとすると、定着ベルトが直ぐに破損してしまう。

そこで、加圧ローラの表面のタック性を防止するため、加圧ローラに設けたソリッドゴムの表面を低摩擦の樹脂であるＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のチューブで被覆したり、コーティングしたりすることが考えられる。このように構成すると、樹脂層により定着ベルトとの滑り性は向上する。

なお、加圧ローラのシリコーンゴム層にＰＦＡチューブ等で被覆した定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、複写機等に用いる弾性ローラの表面には、記録紙との摩擦を確保するために、用途に応じた表面粗さが要求される。しかし、弾性ローラを小径化した場合、弾性層の厚さも小さくなるため、弾性層の硬度を低くする必要がある。このような弾性ローラを形成する際に、従来の研削加工や放電加工等では表面に微細な凹凸を均一に形成することはできないため、弾性層に複数の微細な溝を軸方向に形成した弾性ローラが特許公報に開示されている。なお、微細な溝の形成は、砥石の研削加工により製作した母型より金型を形成し、この金型を用いた射出成型によって行う（特許文献２参照）。
特開２００４−９４０７９号公報 特開平１０−１５６８４１号公報

加圧ローラの表面にＰＦＡやＰＴＦＥからなる樹脂層を形成すると、定着ベルトとの滑り性が向上し、定着ベルトの回転に異常が生じないので、記録紙に皺が発生したり、異常音が発生したりすることがなく、定着装置の組立の作業効率が低下するという問題も生じない。

しかし、前述の如く、ニップ部内で圧力が掛かると、加圧ローラの低硬度ソリッドゴムは押しつぶされ、表面は伸縮しようとする。幅広いニップ部や高い分離曲率を得るため、ソリッドゴムは大きく変形し、樹脂層がなければ１０％前後の伸縮率になる。初期状態では樹脂層がこの変形を妨げ、支えるような状態になるが、加圧ローラの柔らかさを損なわないように、樹脂層は１０〜５０μｍと非常に薄く形成されているので、いつまでも支えることはできない。樹脂層はゴムのような伸縮性がないため、ニップ部の通過を繰り返すうちに次第に伸ばされ、やがて伸ばされたときに亀裂が発生する。亀裂の部分では樹脂層による支えがないため、その部分のゴム層に変形が集中し、樹脂層だけでなくゴム層にも亀裂が進行する。こうなると、亀裂の部分では定着圧力が充分に掛からなくなり、光沢むらや定着不良が生ずる。そして、最悪の場合には加圧ローラのゴム層の破断に至る。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、ベルト定着装置における加圧ローラの弾性層をＰＦＡやＰＴＦＥからなる樹脂層で被覆しても、ニップ部での加圧によって樹脂層や弾性層に亀裂が生ずることのないベルト定着装置、及び該ベルト定着装置を備えた画像形成装置を提案することを目的とする。

なお、特許文献１においては、ＰＦＡチューブやシリコーンゴム層が裂けるといった問題は記載されておらず、ましてこのような問題への対応策については全く記載されていない。

また、特許文献２においては、弾性ローラは芯材の外周に弾性層が形成されるのみであって、弾性層の表面粗さを均一にするために微細な溝を形成するものである。従って、弾性層を更に樹脂層で被覆する構成は記載されておらず、弾性層に亀裂が生ずるといった問題やこれへの対策については全く記載されていない。

前記目的は、下記に記載した発明により達成される。
１．無端状の定着ベルトと、
前記定着ベルトの内側に配置された加圧ローラと、
前記定着ベルトを前記加圧ローラに圧接させる加圧部材と、を有し、
前記定着ベルトと前記加圧部材との間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着するベルト定着装置において、
前記加圧ローラはソリッドゴムから形成された弾性層を有すると共に、該弾性層は樹脂層にて被覆され、複数の切れ目が前記樹脂層の周方向に並設されて形成されていることを特徴とするベルト定着装置。
２．前記定着ベルトは加熱手段によって加熱される加熱ローラと前記加圧ローラとに巻回されていることを特徴とする１に記載のベルト定着装置。
３．前記定着ベルトは少なくとも耐熱樹脂層を有することを特徴とする１又は２に記載のベルト定着装置。
４．前記定着ベルトは少なくとも金属層を有することを特徴とする１〜３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
５．複数の前記切れ目は前記樹脂層の周方向に概ね等間隔で形成されていることを特徴とする１〜４の何れか１項に記載のベルト定着装置。
６．前記切れ目は、前記樹脂層の外表面に間隙がある溝に形成されていることを特徴とする１〜５の何れか１項に記載のベルト定着装置。
７．前記切れ目は、前記加圧ローラが変形していないときは前記樹脂層の外表面に間隙がなく密着していることを特徴とする１〜５の何れか１項に記載のベルト定着装置。
８．前記切れ目は、前記加圧ローラの軸方向の一端から他端まで連続して形成されていることを特徴とする１〜７の何れか１項に記載のベルト定着装置。
９．前記切れ目は、前記加圧ローラの未使用時には軸方向の一端から他端まで不連続に形成されており、前記加圧ローラの使用時には連続した切れ目になることを特徴とする１〜７の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１０．前記切れ目は、前記加圧ローラの軸方向と概ね平行に形成されていることを特徴とする１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１１．前記切れ目は、軸方向の中央部の一方の側と他方の側に、前記定着ベルトの回転方向に沿って前記中央部の方向に向かって旋回する複数の螺旋により形成されていることを特徴とする１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１２．前記樹脂層に、回転方向に沿った複数の切れ目が更に形成されていることを特徴とする１０又は１１に記載の記載のベルト定着装置。
１３．前記樹脂層に形成された複数の切れ目は、一方の方向に旋回する複数の螺旋と他方の方向に旋回する複数の螺旋により形成されていることを特徴とする１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１４．前記樹脂層は、耐熱性樹脂のチューブの被覆によって形成されていることを特徴とする１〜１３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１５．前記樹脂層は、耐熱性樹脂のコーティングによって形成されていることを特徴とする１〜１３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
１６．１〜１５の何れか１項に記載のベルト定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

本発明のベルト定着装置及び画像形成装置によれば、定着ベルトの破損や皺、定着ベルトの駆動時の異常音、定着装置の組み立て性の低下、光沢むら、加圧ローラ表面の亀裂やそれに起因する画像不良、加圧ローラの破断等の不具合を何れも防止しながら、高速定着に対応する広いニップ幅や高い分離性能を実現することができるという効果を奏する。

以下に本発明の画像形成装置に関する実施の形態を図を参照して説明する。

先ず、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、循環駆動される。

定着装置９は、加熱ローラ９２と加圧ローラ９３とに張架されて循環駆動される無端状の定着ベルト９１と、定着ベルト９１を介して加圧ローラ９３を押圧する外部加圧ローラ９４とを有し、定着ベルト９１と外部加圧ローラ９４との間に形成されたニップ部で記録材（記録紙）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材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、記録材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材Ｐは定着装置９において加熱・加圧され、記録材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により記録材Ｐにカラー画像を転写した後、記録材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るが、本発明はモノクロ画像を形成する画像形成装置にも適用可能である。

次に、本発明に係わるベルト定着装置について、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７０μｍのＰＩ（ポリイミド）や厚さ４０μｍのニッケル電鋳を用い、基体の外周面を弾性層として厚さ２００μｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ３０°）で被覆し、更に、厚さ３０μｍのＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブの樹脂層で被覆している。なお、内径寸法は例えば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９２Ａ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の円筒状の芯金９２Ｂの外周面を、厚さ３０μｍの耐熱性樹脂であるＰＦＡでコーティングした樹脂層９２ｃで被覆している。なお、外径寸法は例えば５２ｍｍである。

また、ハロゲンランプ９２Ａとしては、異なる幅の記録材Ｐに対応するため、軸方向に例えば９３０Ｗと６００Ｗの部分を設けて異なる発熱分布にしてある。

加圧ローラ９３は、鉄等の金属から形成された中実の芯金９３Ａを、弾性層９３Ｂとして厚さ７ｍｍの耐熱性のソリッドゴムであるシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ１０°）で被覆し、更に、厚さ３０μｍの低摩擦で耐熱性樹脂であるＰＦＡでコーティングした樹脂層９３Ｃで被覆している。なお、外径寸法は例えば４０ｍｍである。

外部加圧ローラ（加圧部材）９４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９４Ａを内蔵し、アルミニュウム等から形成された肉厚２ｍｍの円筒状の芯金９４Ｂの外周面を、弾性層９４Ｃとして厚さ２ｍｍの耐熱性のシリコンゴム（硬度ＪＩＳ−Ａ２０°）で被覆し、更に、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブの樹脂層９４Ｄで被覆している。なお、外径寸法は例えば５０ｍｍである。

そして、不図示の付勢手段により、外部加圧ローラ９４が定着ベルト９１を加圧ローラ９３に圧接させている。

また、ハロゲンランプ９４Ａとしては、例えば５３０Ｗで軸方向に均一な発熱分布である。

更に、定着ベルト９１の巻き掛け部での温度を検知する温度センサＳ１、ニップ部直前での定着ベルト９１の温度を検知する温度センサＳ２、及び外部加圧ローラ９４の温度を検知する温度センサＳ３が設けられている。

なお、樹脂層９２Ｃ，９３Ｃ，９４ＤをＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の耐熱性、高離型性樹脂のチューブの被覆やコーティング加工によって形成してもよい。

また、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、定着ベルトを押圧するテンションローラを設けた定着装置であってもよい。

以上の構成において、不図示の駆動手段によって加圧ローラ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も時計方向に回転し、外部加圧ローラ９４は反時計方向に回転する。なお、外部加圧ローラ９４を駆動してもよい。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９２Ａにより加熱され、外部加圧ローラ９４もハロゲンランプ９４Ａによって加熱される。そして、不図示の付勢手段によって外部加圧ローラ９４が加圧ローラ９３の方向に付勢されているので、加圧ローラ９３に巻回された定着ベルト９１と外部加圧ローラ９４との間のニップ部Ｎで、給紙された記録材Ｐが加熱・加圧されて、記録材Ｐ上のトナー像が定着される。

なお、図２に示した定着装置においては、加熱ローラ９２が加圧ローラ９３の真上にあって互いの中心を通る直線上にニップ部Ｎが形成されているが、これに限定されるものではなく、加熱ローラ９２が加圧ローラ９３の横方向にあって、前記直線上ではない部分にニップ部Ｎが形成されていてもよい。

以上のベルト定着装置において、加圧ローラ９３の弾性層９３ＢにＰＦＡやＰＴＦＥからなる樹脂層９３Ｃを被覆した際に、ニップ部Ｎでの加圧によって樹脂層９３Ｃや弾性層９３Ｂが変形し亀裂が生ずる虞がある。

そこで、図３に示す如く、加圧ローラ９３の少なくとも樹脂層９３Ｃに軸方向に沿った複数の切れ目９３Ｃ１を設ける。これにより、ニップ部Ｎで加圧された際に切れ目９３Ｃ１が周方向に広がる。

本実施の形態においては、ニップ部Ｎの幅は１２ｍｍ程度であり、周方向に０．５ｍｍ間隔で切れ目９３Ｃ１を設けているので、ニップ部Ｎでの切れ目９３Ｃ１は２０本以上になる。切れ目９３Ｃ１はニップ部Ｎで加圧ローラ９３の弾性層９３Ｂが変形するのに伴って広がる。切れ目９３Ｃ１がない場合には、樹脂層９３Ｃに意図しない亀裂が生ずると、最初に生じたその１本の亀裂に周囲の変形が集中するが、この構成では２０本以上の切れ目９３Ｃ１に分散することになる。このため、切れ目９３Ｃ１の１本毎の広がりは小さく、ニップ部Ｎを繰り返して通過しても切れ目９３Ｃ１が拡大することはない。また、切れ目９３Ｃ１の深さは樹脂層の厚さ程度で極く小さく、定着ベルト９１を介して未定着画像を加圧しても画像に影響を及ぼさない。

なお、加圧ローラ９３の切れ目９３Ｃ１はＶ字形やＵ字形の樹脂層９３Ｃの外表面に間隙がある溝であってもよいし、加圧ローラ９３が変形していないときは切れ目９３Ｃ１が樹脂層９３Ｃの外表面に間隙がないように密着していてもよい。

このように、加圧ローラ９３に多数の切れ目９３Ｃ１を設ける加工方法の一例として、図４に示すような治具を用いる加工方法がある。

図４において、図４（ａ）は加圧ローラ９３を挿脱する方向から見た治具Ｊの図、図４（ｂ）は治具Ｊの内周面の拡大展開図である。

治具Ｊは円筒状の支持部材Ｊ１の内周面に複数の刃Ｊ２を有している。支持部材Ｊ１の内周面の内径は、加圧ローラ９３の外径より僅かに小さく形成されていて、例えば−５０μｍ〜−３００μｍに形成されている。

支持部材Ｊ１の内周面から複数の刃Ｊ２が円周方向に所定の間隔で突出しており、加圧ローラ９３を治具Ｊの一方の側から挿入し、他方の側から抜脱すると、加圧ローラ９３の樹脂層９３Ｃには図３に示す如く軸方向に沿った複数の切れ目９３Ｃ１が形成される。

切れ目９３Ｃ１が円周方向に例えば０．５ｍｍ間隔で形成されるようにした場合、各々の刃Ｊ２を支持部材Ｊ１の内周面に０．５ｍｍ間隔で配置することは困難である。そこで、図４（ｂ）に示す如く、刃Ｊ２を軸方向に４群に分けて配置し、第１群の刃Ｊ２１、第２群の刃Ｊ２２、第３群の刃Ｊ２３、第４群の刃Ｊ２４をそれぞれ円周方向に２ｍｍの等間隔で配置する。また、第１群の刃Ｊ２１に対して第２群の刃Ｊ２２を円周方向に０．５ｍｍの値で位相をずらして配置する。第２群の刃Ｊ２２に対する第３群の刃Ｊ２３、及び第３群の刃Ｊ２３に対する第４群の刃Ｊ２４に関しても全く同様である。このように刃Ｊ２を各々配置することにより、各々の切れ目９３Ｃ１は円周方向に０．５ｍｍの等間隔で形成される。

なお、切れ目９３Ｃ１の円周方向の間隔は、０．１ｍｍ〜２ｍｍが望ましく、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍが更に望ましい。即ち、間隔が狭いと、刃Ｊ２の配置が困難になると共に、加工も困難になる。また、間隔が広いと、切れ目９３Ｃ１で応力集中し、切れ目９３Ｃ１が拡大する虞がある。

また、切れ目９３Ｃ１の間隔があまり不均一だと応力集中が生じたり、弾性層９３Ｂが強度不足になる虞があり、概ね等間隔であることが望ましい。

また、図５（ａ）に示す如く、切れ目９３Ｃ１は樹脂層９３Ｃを完全に切断していなくてもよく、加圧ローラ９３がニップ部Ｎで加圧されたときに樹脂層９３Ｃが分割されれば、充分である。一方、図５（ｂ）に示す如く、切れ目９３Ｃ１が樹脂層９３Ｃを突き抜けて、弾性層９３Ｂも切断されていても、浅い量ならば問題ない。しかし、弾性層９３Ｂが深く切断されていると、ニップ部Ｎでの加圧による変形によって切れ目９３Ｃ１が成長し、弾性層９３Ｂが破断する虞がある。

これにより、切れ目９３Ｃ１の深さは、樹脂層９３Ｃと弾性層９３Ｂの境界面９３Ｄを基準として、−１０μｍ〜＋１００μｍが望ましく、０μｍ〜３０μｍが更に望ましい。なお、「−」の数値は切れ目９３Ｃ１が境界面９３Ｄまで達していない状態に相当し、「＋」の数値は切れ目９３Ｃ１が境界面９３Ｄより深い位置まで達している状態に相当する。

また、樹脂層９３Ｃとしては、低摩擦樹脂であることが望ましいが、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱性樹脂でもよい。また、チューブの被覆でなく、コーティングで形成してもよい。一方、弾性層９３Ｂとしてはシリコンゴム以外にフッ素ゴムも用いることができる。

付言すれば、樹脂層９３Ｃとしてチューブを用いたときに、チューブを弾性層９３Ｂに接着しているので、樹脂層９３Ｃを切れ目９３Ｃ１で完全に切断しても、樹脂層９３Ｃが剥離することはない。

更に、図２により説明した定着装置９を用い、以上の如く樹脂層に切れ目９３Ｃ１を設けて、連続給紙を行った。

定着装置９２の実験条件は下記の通りである。
・定着荷重：７００Ｎ
・定着ベルト張力：４２Ｎ
・給紙速度：１５０〜３００ｍｍ／ｓ
・定着ベルト制御温度：１５０〜２１０℃
・外部加圧ローラ制御温度：１２０〜１６０℃
・通紙枚数：６０万枚
この実験の結果、問題は全く生じなかった。

以上の如く、加圧ローラ９３に切れ目９３Ｃ１を設けることにより、ニップ部Ｎで加圧ローラ９３の樹脂層９３Ｃが定着ベルト９１に接触する際に微小な滑りが可能になり、定着ベルト９１を損傷させることがなく、異常音が発生することもない。また、切れ目９３Ｃ１は極く小さく、しかも多数あるので、切れ目９３Ｃ１の拡大が分散する。従って、従来の如く生じた切れ目が成長して、弾性層９３Ｂの破壊につながるようなことは生じない。

また、定着装置の組み立て時には、低硬度の弾性層９３Ｂではなく、樹脂層９３Ｃが定着ベルト９１と接触する。従って、加圧ローラ９３は定着ベルト９１の内部でよく滑り、容易に組立を行うことができる。

また、加圧ローラ９３に設ける切れ目に関しては、図３に示した如く軸方向に平行に設けた切れ目に限定されるものではなく、各種の変形例が考えられる。これを図６に示す。図６はいずれも加圧ローラ９３の外周面を展開した図であり、横方向が軸方向である。

図６（ａ）においては、切れ目が加圧ローラ９３の軸方向の両端部より中央部に向かって傾斜して、円周上では螺旋状に形成されている。そして、本図においては矢印方向に定着ベルト９１が回転する。従って、前述の効果に加えて、加圧ローラ９３の長手方向の偏りも是正することができる。

図６（ｂ）においては、軸方向に設けた切れ目に対して直交する複数の切れ目が形成されている。実際には、ニップ部Ｎでの押圧によって加圧ローラ９３の樹脂層９３Ｃや弾性層９３Ｂは軸方向にも変形する。この際に、軸方向中央部では何ら問題はないが、軸方向端部では端部側に弾性層９３Ｂが逃げる変形が大きくなる。従って、上記効果に加えて軸方向端部の変形による樹脂層９３Ｃ等の亀裂の発生を防止することができる。

図６（ｃ）においては、複数の傾斜方向の異なる切れ目が螺旋状に形成されている。従って、軸方向に平行な切れ目を設けた場合と比較して、切れ目の間隔が粗くても切れ目の間隔を狭めた場合と同様の効果が生ずる。

なお、螺旋状の切れ目を形成する加工方法としては、加圧ローラ９３若しくは治具Ｊを回転させながら軸方向に移動させればよい。この場合、図４（ｂ）に示した第１〜４群の刃の位置を治具を回転させるために補正し、周方向に等間隔になるようにする。また、軸方向と直交する切れ目を形成する加工方法としては、軸方向に複数の刃を有する治具を配置し、加圧ローラ９３を当接させて回転させればよい。

更に、加圧ローラ９３に切れ目を形成する加工方法として、レーザー加工が挙げられ、これについて詳述する。

この場合は、加圧ローラ９３の樹脂層９３Ｃにレーザー光を照射すればよい。但し、樹脂層９３Ｃを通過したレーザー光が弾性層９３Ｂに過剰な損傷を加えないように、樹脂層９３Ｃとして例えばＰＦＡチューブにカーボンブラックを含有させ、樹脂層９３Ｃにレーザー光が効率的に吸収されるようにすることが望ましい。なお、１〜１５％のカーボンブラックを含有させることが好ましい。また、吸収率向上のための添加物して、カーボンブラックに代えて各種の顔料を用いてもよい。なお、加圧ローラ９３はトナー画像と接触する外部加圧ローラ９４よりは離型性が要求されないので、上記の添加物を加えても問題は生じない。

レーザーによる加工方法としては、先ず加圧ローラ９３を軸方向に移動させながら、加圧ローラ９３の全長に渡って外周面にレーザー光を照射する。続いて、加圧ローラ９３を中心軸を中心に例えば０．５ｍｍ〜２ｍｍ回転させ、前述と同様にレーザー光を照射する。これを繰り返せば、図３に示す如く加圧ローラ９３の軸方向に沿った複数の切れ目９３Ｃ１が形成される。

また、加圧ローラ９３を軸方向には移動させずに、ポリゴンミラーやガルバノミラーでレーザー光を走査するようにしてもよい。

レーザー出力、照射ビーム径、走査速度は、ＰＦＡチューブ等の樹脂層９３Ｃが溶融し、ニップ部への加圧時に切れ目９３Ｃ１に沿って樹脂層９３Ｃが広がり、且つ弾性層９３Ｂへの損傷が最小になるように設定する。なお、弾性層９３Ｂに形成される切れ目９３Ｃ１の深さは２００μｍ以下となることが望ましい。また、レーザー光を照射した場合は、樹脂の樹脂層９３Ｃが一旦熱で溶融するため、切れ目９３Ｃ１に樹脂層９３Ｃと弾性層９３Ｂとが剥離する原因となるめくれが生じ難く、前述の如き治具Ｊを用いて切削加工した場合と比較して耐久性に勝る。

この場合も、樹脂層９３Ｃとしては、低摩擦樹脂であることが滑り性の点で望ましいが、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＴＦＥ等の一般的な耐熱性樹脂でもよい。また、チューブの被覆でなく、コーティングで形成してもよい。

一方、弾性層９３Ｂとしてはシリコンゴム以外にフッ素ゴムも好適である。樹脂層９３Ｃにフッ素樹脂を用いる場合は、樹脂層９３Ｃと弾性層９３Ｂとの接着性の点でフッ素ゴムがより好ましい。また、熱伝導性を向上させる等の目的で、金属酸化物等を添加したゴムが多く用いられているが、本構成の加圧ローラ９３には熱伝導性は必須ではなく、むしろ熱の流失を抑制するためには低熱伝導の方が好ましい。

そこで、レーザー光による弾性層９３Ｂの損傷を最低限に抑えるために、ゴムへの添加物を減らすか添加物をなくして透明若しくは半透明のゴムにし、ゴムによるレーザー光の吸収を分散させると、弾性層９３Ｂの損傷を最低限に抑えることができる。

更に、レーザー加工により樹脂層９３Ｃに切れ目９３Ｃ１を形成し、治具Ｊにて切れ目９３Ｃ１を形成したときと同一実験条件で６０万枚の連続給紙を行った。この実験の結果、問題は全く生じなかった。そして、治具Ｊにて切れ目９３Ｃ１を形成したときと同様の効果が得られた。

また、レーザー加工により樹脂層９３Ｃに切れ目９３Ｃ１を形成する場合も、ニップ部Ｎでの周方向への変形の吸収以外に他の機能を満足させるために、図６（ａ）〜（ｃ）の如く加工してもよい。

更に、レーザー加工の場合は任意の加工が可能であるので、軸方向に連続した波形の切れ目や連続した山形の切れ目等の任意のパターンの切れ目を形成してもよい。

なお、本発明の効果を得るための切れ目の分布パターンは、以上の如く例示したものに限定されるものではない。軸方向の任意の位置で、加圧ローラ表面を周方向に走査したとき、適切な間隔で適当な深さの切れ目が存在すればいよい。また、切れ目は一方の軸方向端部から他方の軸方向端部まで連続していなくて不連続に形成されていても、加圧ローラの使用時に連続した切れ目になればよい。

また、加工時に切れ目やその分布パターンが上記要件を満たしていなくても、ニップ部で変形したときに即座に上記要件を満たすものであれば、同様の効果を得ることができる。例えば、加圧ローラの弾性層に被覆する前の樹脂層に適切なパターンの溝やミシン目を設けておき、加圧ローラがニップ部で荷重を受けて変形したときに、その溝やミシン目に沿って樹脂層が裂けるようにしてもよい。また、これらの溝やミシン目は樹脂層を弾性層に被覆した後で加工してもよい。

以上の図２に示したベルト定着装置は、画像面側に定着ベルトを用いる上ベルト方式であり、熱効率の観点から定着ベルトからの供給量を増すため、定着ベルトの設定温度を高くする必要がある。必然的に定着ベルトの内側に配置する加圧ローラの温度が高くなって、弾性層の弾性率が低下する。このため、ニップ部での変形率が大きくなって、本発明の課題がより大きなものとなって、効果が特に顕著となる。

しかし、加圧ローラに上述の如き複数の切れ目を形成すべきベルト定着装置としては、図２に示した構成のベルト定着装置に限定されるものではなく、他の形態のベルト定着装置であっても同様な効果が得られる。そこで、図７乃至図１０に他の形態のベルト定着装置を示す。

図７に示すベルト定着装置は、定着ベルト１９１が加熱ローラ１９２と、所定の厚みの弾性層と樹脂層を有する加圧ローラ１９３以外に案内部材１９５にも張架され、不図示の支持部材に支持されて、外部加圧ローラ（加圧部材）１９４に対して荷重が付与されている。また、加圧ローラ１９３と案内部材１９５の間に配置されたシリコーンゴム製の押圧パッド１９６により定着ベルトベルト１９１の内側から定着ベルトベルト１９１を外部加圧ローラ１９４に圧接している。これにより、ニップ部Ｎの幅がより増している。そして、加圧ローラ１９３に前述の如き複数の切れ目が形成されている。なお、押圧パッド１９６に代えてローラを用いてもよい。

図８に示すベルト定着装置は、定着ベルト２９１が所定の厚みの弾性層と樹脂層を有する加圧ローラ２９３と二つのローラ２９４，２９５に巻回され、定着ベルト２９１の外周面を加熱ローラ２９２（加圧部材）が圧接している。また、定着ベルト２９１の内周面を押圧パッド２９６が保持している。これにより、ニップ部Ｎの幅がより増している。そして、加圧ローラ２９３に前述の如き複数の切れ目が形成されている。また、加圧ローラ２９３は記録材を分離する分離ローラとして作用し、分離ローラは荷重が高く、弾性層の変形率も大きいので、前述の如く複数の切れ目を形成した場合の効果が大きい。

図９に示すベルト定着装置は、定着ベルト３９１が加熱ローラ３９２と一方の加圧ローラ３９３に張架され、他方の加圧ローラ３９４には二つのローラ３９５と共に圧着ベルト３９６が張架されている。なお、加圧ローラ３９３，３９４はそれぞれ所定の厚みの弾性層と樹脂層を有する。そして、加圧ローラ３９４が圧着ベルト３９６及び定着ベルト３９１を介して加圧ローラ３９３を押圧している。記録材Ｐの未定着画像はニップ部Ｎの前で圧着ベルト３６９上に保持され予熱されることにより、高い定着性が得られると共に、ニップ部Ｎを通過した後も記録材Ｐは圧着ベルト３６９により安定して搬送される。この場合は、加圧ローラ３９４が加圧ローラ３９３に対する加圧部材に相当するが、加圧ローラ３９３が加圧ローラ３９４に対する加圧部材としてもよく、加圧ローラ３９３及び加圧ローラ３９４の双方に前述の如く複数の切れ目を形成することが望ましい。

また、加圧ローラ３９４に代えて押圧パッドを加圧部材として用いてもよい。

図１０に示すベルト定着装置は、定着ベルト４９１が加熱ローラ４９２と二つの加圧ローラ４９３，４９４に張架され、圧着ベルト４９５が他の加熱ローラ４９６と他の二つの加圧ローラ４９７，４９８に張架されている。なお、加圧ローラ４９３，４９４，４９７，４９８はそれぞれ所定の厚みの弾性層と樹脂層を有する。そして、加圧ローラ４９７が加圧ローラ４９３に、加圧ローラ４９８が加圧ローラ４９４に、それぞれ圧着ベルト４９５及び定着ベルト４９１を介して圧接している。これにより、ニップ部Ｎの幅が広く確保できる。また、このニップ部Ｎで高い定着性と高い分離性能を両立させている。この場合は、加圧ローラ４９７が加圧ローラ４９３に対する加圧部材に相当し、加圧ローラ４９８が加圧ローラ４９４に対する加圧部材に相当するが、これを逆にしてもよく、加圧ローラ４９３，４９４，４９７，４９８に前述の如く複数の切れ目を形成することが望ましい。

なお、本発明において、加圧ローラと称したローラ群は記録紙等の転写材上の画像に対し圧力を付与するための部材を意味し、実際にどの部材を固定し、どの部材をバネ等で付勢して対向する部材に荷重を加えるか、或いは、接離を伴う構成でどちらを移動させるか等は限定されるものでない。

例えば、図２の定着装置において、加圧ローラ９３を固定して外部加圧ローラ９４をバネで付勢するか、或いは、外部加圧ローラ９４を固定して加圧ローラ９３、若しくは加圧ローラ９３、定着ベルト９１、加熱ローラ９２等を一体化してバネで付勢するかは、本発明の効果を得る上でどちらかに限定されるものではない。

画像形成装置の構成図である。 定着装置の断面図である。 切れ目が形成された加圧ローラの斜視図である。 切れ目を形成する治具の図である。 切れ目の深さを示す図である。 切れ目の変形例を示す図である。 他の形態のベルト定着装置の断面図である。 他の形態のベルト定着装置の断面図である。 他の形態のベルト定着装置の断面図である。 他の形態のベルト定着装置の断面図である。

符号の説明

９１，１９１，２９１，３９１，４９１ 定着ベルト
９２，１９２，２９２，３９２，４９２ 加熱ローラ
９３，１９３，２９３，３９３，３９４，４９３，４９４，４９７，４９８ 加圧ローラ
９３Ｂ 弾性層
９３Ｃ 樹脂層
９３Ｃ１ 切れ目
９４ 外部加圧ローラ
Ｐ 記録材
Ｎ ニップ部
Ｊ 治具

Claims (16)

1. 無端状の定着ベルトと、
   前記定着ベルトの内側に配置された加圧ローラと、
   前記定着ベルトを前記加圧ローラに圧接させる加圧部材と、を有し、
   前記定着ベルトと前記加圧部材との間に形成されたニップ部で記録材上のトナー像を定着するベルト定着装置において、
   前記加圧ローラはソリッドゴムから形成された弾性層を有すると共に、該弾性層は樹脂層にて被覆され、複数の切れ目が前記樹脂層の周方向に並設されて形成されていることを特徴とするベルト定着装置。
2. 前記定着ベルトは加熱手段によって加熱される加熱ローラと前記加圧ローラとに巻回されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
3. 前記定着ベルトは少なくとも耐熱樹脂層を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベルト定着装置。
4. 前記定着ベルトは少なくとも金属層を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
5. 複数の前記切れ目は前記樹脂層の周方向に概ね等間隔で形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のベルト定着装置。
6. 前記切れ目は、前記樹脂層の外表面に間隙がある溝に形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のベルト定着装置。
7. 前記切れ目は、前記加圧ローラが変形していないときは前記樹脂層の外表面に間隙がなく密着していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のベルト定着装置。
8. 前記切れ目は、前記加圧ローラの軸方向の一端から他端まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のベルト定着装置。
9. 前記切れ目は、前記加圧ローラの未使用時には軸方向の一端から他端まで不連続に形成されており、前記加圧ローラの使用時には連続した切れ目になることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のベルト定着装置。
10. 前記切れ目は、前記加圧ローラの軸方向と概ね平行に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
11. 前記切れ目は、軸方向の中央部の一方の側と他方の側に、前記定着ベルトの回転方向に沿って前記中央部の方向に向かって旋回する複数の螺旋により形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
12. 前記樹脂層に、回転方向に沿った複数の切れ目が更に形成されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の記載のベルト定着装置。
13. 前記樹脂層に形成された複数の切れ目は、一方の方向に旋回する複数の螺旋と他方の方向に旋回する複数の螺旋により形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のベルト定着装置。
14. 前記樹脂層は、耐熱性樹脂のチューブの被覆によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
15. 前記樹脂層は、耐熱性樹脂のコーティングによって形成されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載のベルト定着装置。
16. 請求項１〜１５の何れか１項に記載のベルト定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images