JP2014119600A - 定着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の長手方向においてシートを均等に加熱加圧する定着装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】実施形態の定着装置は、発熱部を備える第１の回転部と、複数の加圧力により前記第１の回転部との間にニップを形成するエンドレスの対向部と、前記対向部を第１の加圧力で前記第１の回転部方向に加圧する第２の回転部とを備え、前記第１の回転部或いは前記第２の回転部の少なくともいずれか一方の直径を、軸方向の端部から中央部に向けて増加する。
【選択図】図３

Description

実施形態は、プリンタや複合機等に搭載され、シートを均等に加熱加圧する定着装置及び画像形成装置に関する。

プリンタやＭｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ（ＭＦＰ）等の画像形成装置では、エネルギーを節約し、ウォーミングアップ時間の短縮を得るよう、定着温度を低下して、シートを加熱加圧定着する装置がある。他方、エネルギーを加えることにより消えるトナーやインク等の着色剤を用いる画像形成装置では、画像を消色することなく良好な定着を得るために、定着温度の低減を必要とする。定着温度を低く設定する加熱加圧定着装置では温度の低減を補うために加圧力を高めている。しかしながら、加熱加圧定着装置で加圧力を高めると、加圧力により定着部材が変形して、長手方向においてシートを均等の加圧力で加圧できない恐れがある。

特開２００２−２０７３８９号公報 特開平８−２６２９０３号公報

この発明が解決しようとする課題は、定着部材の長手方向において、シートを均等に加熱加圧する定着装置及び画像形成装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の定着装置は、発熱部を備える第１の回転部と、複数の加圧力により前記第１の回転部との間にニップを形成するエンドレスの対向部と、前記対向部を第１の加圧力で前記第１の回転部方向に加圧する第２の回転部とを備え、前記第１の回転部或いは前記第２の回転部の少なくともいずれか一方の直径を、軸方向の端部から中央部に向けて増加する。

第１の実施形態のＭＦＰを示す概略構成図。 第１の実施形態の定着装置を示す概略構成図。 第１の実施形態の出口加圧ローラを示す概略説明図。 第１の実施形態の出口加圧ローラ位置の、長手方向のニップ幅の分布を示すグラフ。 第１の実施形態の出口加圧ローラ位置の、ニップの長手方向の面圧分布を示すグラフ。 第１の実施形態のヒートローラの長手方向の下限定着温度変化を示すグラフ。 第２の実施形態の定着装置を示す概略構成図。 第２の実施形態の出口加圧ローラを示す概略説明図。 第２の実施形態の出口加圧ローラ位置の、長手方向のニップ幅分布を示すグラフ。 第２の実施形態の出口加圧ローラ位置の、ニップの長手方向の面圧分布を示すグラフ。 第２の実施形態のヒートローラの長手方向の下限定着温度変化を示すグラフ。

以下実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の画像形成装置を図１乃至図６を参照して説明する。図１は第１の実施形態の画像形成装置の一例であるMulti Function Peripheral（以下ＭＦＰと略称する。）１０を示す概略構成図である。ＭＦＰ１０は、画像形成部であるプリンタ部１１、スキャナ部１２、給紙部１３、排紙部２２を備える。

給紙部１３は、それぞれ給紙ローラ１５ａ、１５ｂを有する第１及び第２の給紙カセット１３ａ、１３ｂを備える。給紙カセット１３ａ、１３ｂは、記録媒体であるシートＰとして、未使用のシート或いはリユースのシート（画像を消色処理により消去したシート）を共に給紙可能である。

プリンタ部１１は、矢印ｍ方向に回転する感光体ドラム１４を一様に帯電する帯電器１６、スキャナ部１２からの画像データ等に基づいたレーザ光１７ａを、帯電された感光体ドラム１４に照射して、感光体ドラム１４上に静電潜像を形成するレーザ露光器１７を備える。プリンタ部１１は、感光体ドラム１４上の静電潜像にトナーを供給する現像器１８、感光体ドラム１４上に形成されたトナー像を記録媒体であるシートＰに転写する転写器２０、クリーナ２１を備える。

現像器１８は、例えばトナーと磁性キャリアの混合物である二成分現像剤を用いて感光体ドラム１４上の静電潜像にトナーを供給する。二成分現像剤に用いるトナーは、例えば所定の温度で加熱することにより消色可能な消色トナーである。消色トナーは、例えばバインダー樹脂に、色材を含有させてなる。色材は少なくとも呈色性化合物、顕色剤及び消色剤殻構成される。色材は必要に応じて、変色温度調節剤などを適宜組み合わせて、ある一定の温度以上で発色が消えるような構成を選択できる。消色トナーは、例えば特開２０１０−１９１４３０号公報、特開２０１１−１１３０９３号公報等に記載の公知の方法で得ることができる。

色材を構成する呈色性化合物としては、ロイコ染料が一般的によく知られたものとして使われる。ロイコ染料は、後述する顕色剤により発色することが可能な電子共与性の化合物である。ロイコ染料として例えばジフェ二ルメタンフタリド類、フェニルインドリルフタリド類、インドリルフタリド類、ジフェニルメタンアザフタリド類、フェニルインドリルアザフタリド類、フルオラン類、スチリノキノリン類、ジアザローダミンラクトン類等を挙げることができる。

色材を構成する顕色剤は、ロイコ染料にプロトンを与える電子受容性の化合物である。顕色剤としては、例えばフェノール類、フェノール金属塩類、カルボン酸金属塩類、芳香族カルボン酸及び炭素数２〜５の脂肪族カルボン酸、ベンゾフェノン類、スルホン酸、スルホン酸塩、リン酸類、リン酸金属塩類、酸性リン酸エステル、酸性リン酸エステル金属塩類、亜リン酸類、亜リン酸金属塩類、モノフェノール類、ポリフェノール類、１、２、３−トリアゾール及びその誘導体等がある。さらにその置換基としてアルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシ基及びそのエステル又はアミド基、ハロゲン基等を有するもの、ビス型及びトリス型フェノール等、フェノール−アルデヒド縮合樹脂等、さらにこれらの金属塩が挙げられる。これらは、２種以上混合して使用しても良い。

色材を構成する消色剤は、呈色性化合物、顕色剤および消色剤の３成分系において、熱により呈色化合物と顕色剤による発色反応を阻害し、無色にすることができるものであれば公知のものを用いることができる。温度ヒステリシスを利用する消去剤は、発色消色機構として瞬間消去性において優れている。温度ヒステリシスを利用した発色消色機構では、発色した消色トナーを、特定の消色温度以上に加熱して消色することができる。例えば消色トナーは、比較的低い温度でシートに定着でき、定着温度よりも例えば１０℃程度高い温度で消色する。

温度ヒステリシスを引き起こすことが可能な消色剤としては、例えばアルコール類、エステル類、ケトン類、エーテル類、酸アミド類がある。エステル類が特に好ましい。具体的には、例えば置換芳香族環を含むカルボン酸エステル、無置換芳香族環を含むカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル、分子中にシクロヘキシル基を含むカルボン酸エステル、脂肪酸と無置換芳香族アルコール又はフェノールのエステル、脂肪酸と分岐脂肪族アルコールのエステル、ジカルボン酸と芳香族アルコール又は分岐脂肪族アルコールのエステル、ケイ皮酸ジベンジル、ステアリン酸ヘプチル、アジピン酸ジデシル、アジピン酸ジラウリル、アジピン酸ジミリスチル、アジピン酸ジセチル、アジピン酸ジステアリル、トリラウリン、トリミリスチン、トリステアリン、ジミリスチン、ジステアリン等がある。これらは、２種以上混合して使用しても良い。

バインダー樹脂は、配合される色材の消色温度より低い温度で定着できるような低融点あるいはガラス転移点温度Tgが低い樹脂であれば、特に種類を制限されるものではない。バインダー樹脂としては、例えばポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン／アクリレート共重合体樹脂、ポリエステル−スチレン／アクリレートハイブリッド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテル・ポリオール樹脂等がある。これらバインダー樹脂は、配合される色材に合わせて適宜選択可能である。

プリンタ部１１は、感光体ドラム１４から排紙部２２に達する間に、定着装置３１を備える。ＭＦＰ１０は、給紙部１３から感光体ドラム１４、定着装置３１を経て排紙部２２にシートＰを搬送する搬送部である搬送路２７を備える。搬送路２７は、搬送ローラ２８、感光体ドラム１４上のトナー像に同期して、感光体ドラム１４及び転写器２０間にシートＰを搬送するレジストローラ対３０及び定着後にシートＰを排紙部２２に排出する排紙ローラ３２を備える。

これらの構成によってＭＦＰ１０は、給紙部１３から給紙されたシートＰに、プリンタ部１１によって形成された消色トナー画像を転写する。ＭＦＰ１０は、消色トナー画像を有するシートＰを定着装置３１で定着し、プリント完成後排紙部２２に排紙する。画像形成装置はこれに限らない。画像形成装置は、非消色トナーを用いるものであっても良い。画像形成装置は、消色トナーを用いるプリンタ部と非消色トナーを用いるプリンタ部の複数のプリンタ部を備えても良い。画像形成装置は、インクジェット方式のプリンタ部を備えていても良い。インクジェット方式のプリンタ部は、消色可能なインクを用いても良い。

次に定着装置３１について詳述する。定着装置３１は、図２に示すように、例えば第１の回転部であるヒートローラ３３と、加圧ベルト機構３４を備える。定着装置３１は、ヒートローラ３３と加圧ベルト機構３４の間に、ニップ３６を形成し、シートＰをニップ３６に挟んで搬送して、シートＰにトナー像を加熱加圧定着する。

ヒートローラ３３は、例えば第１の直径である直径４５ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの中空のアルミ（Ａｌ）ローラの表面をフッ素コート層で被覆してなる。ヒートローラ３３は中空内部に、発熱部であり発熱量が同じである２本のハロゲンランプ３７ａ、３７ｂを備える。例えば、２本のハロゲンランプ３７ａ、３７ｂのうちの１本の配光エリアを、ヒートローラ３３の軸方向のセンタエリアとし、他の１本の配光エリアを、ヒートローラ３３のセンタエリアの両側のサイドエリアとする。２本のハロゲンランプ３７ａ、３７ｂで、ヒートローラ３３の軸方向の全長のエリアを発熱する。発熱部はヒータランプ方式に限らず、ＩＨヒータ方式であっても良い。

加圧ベルト機構３４は、例えばポリイミド（ＰＩ）あるいはニッケル（Ｎｉ）等の基材にゴム層を積層した表面をフッ素チューブ等で被覆した対向部である加圧ベルト３８を備える。加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８をヒートローラ３３側に加圧する第２の加圧部である例えば幅８．４ｍｍのニップパッド４０を備える。

ニップパッド４０は、例えば肉厚３．５ｍｍのシリコンゴムを補助板金に貼り合わせてなる。ニップパッド４０は、加圧ベルト３８と接触する面を滑りシートで被覆して、加圧ベルト３８との摩擦を低減する。加圧ベルト機構３４は、ニップパッド４０をヒートローラ３３方向に第２の加圧力である例えば２０Ｎの加圧力で加圧する加圧機構４０ａを備える。

加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８の矢印ｑ方向の回転方向において、ニップパッド４０より上流にベルトヒートローラ４１を備える。加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８の矢印ｑ方向の回転方向において、ニップパッド４０より下流に第２の回転部である出口加圧ローラ４２を備える。加圧ベルト機構３４は、加圧ベルトを一定のテンションで引っ張り、ベルトヒートローラ４１と出口加圧ローラ４２間の距離を調整するテンションローラ４３を備える。

ベルトヒートローラ４１は、例えば直径１７ｍｍ、肉厚１．０ｍｍの中空のアルミ（Ａｌ）ローラの表面に離型層を被覆してなる。ベルトヒートローラ４１は中空内部に、ハロゲンランプ４１ａを備える。テンションローラ４３は、例えば直径１０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）に、肉厚５０μｍのＰＦＡ樹脂（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）からなるチューブを被覆してなる。

出口加圧ローラ４２は、図３に示すように、例えば直径１６ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）の芯がね４２ａを備える。出口加圧ローラ４２は、芯がね４２ａの周囲に肉厚２．５ｍｍ、硬度ＪＩＳ−Ａ６０°のソリッドゴム層４２ｂを接着している。出口加圧ローラ４２は、軸４２ｃ方向の、端部から中央部に向けて直径が増加する正クラウン形状となっている。出口加圧ローラ４２は、ソリッドゴム層４２ｂを、端部から中央部に向けて肉厚となるように加工してなる。出口加圧ローラ４２のクラウン量は０．５ｍｍである。第２の直径を備える出口加圧ローラ４２の中央部（Ｃ）の直径は２１ｍｍ、端部（Ｓ）の直径は２０．５ｍｍである。

加圧ベルト機構３４は、ベルトヒートローラ４１、出口加圧ローラ４２及びテンションローラ４３により、加圧ベルト３８を張架する。定着装置３１は、加圧ベルト機構３４のニップパッド４０から出口加圧ローラ４２まで加圧ベルト３８をヒートローラ３３に接触して、ワイドなニップ３６を形成する。加圧ベルト機構３４は、出口加圧ローラ４２をヒートローラ３３方向に第１の加圧力である例えば３００Ｎの加圧力で加圧する加圧機構４６を備える。加圧機構４６の加圧力により、出口加圧ローラ４２は、加圧ベルト３８を介して、ヒートローラ３３との間に加圧力の高いニップ３６ａを形成する。

定着装置３１は、例えばモータ４４により出口加圧ローラ４２を駆動して加圧ベルト３８を矢印ｑ方向に回転し、モータ４５によりヒートローラ３３を矢印ｒ方向に回転する。ヒートローラ３３或いは加圧ベルト３８のいずれかを駆動し、他方を従動させても良い。

プリントの開始により定着装置３１では、ハロゲンランプ３７ａ、３７ｂが、ヒートローラ３３を定着可能温度に加熱し、ハロゲンランプ４１ａが、ベルトヒートローラ４１を所定温度に加熱する。ＭＦＰ１０は、プリンタ部１１で、シートＰにトナー像を形成して、定着装置３１に搬送する。定着装置３１は、矢印ｒ方向に回転するヒートローラ３３と矢印ｑ方向に回転する加圧ベルト３８のニップ３６により、トナー像を有するシートＰを挟持搬送する。定着装置３１は、ニップパッド４０位置では、ヒートローラ３３及び加圧ベルト３８によりシートＰを軽く挟んで加熱する。定着装置３１は、出口加圧ローラ４２位置では、シートＰを高い加圧力で加圧して、シートＰにトナー像を加熱加圧定着する。ＭＦＰ１０は、トナー像を加熱加圧定着後のシートＰを排紙ローラ３２から排紙部２２に排紙する。

定着装置３１は、エネルギーの節約のために熱容量を小さくし、またウォームアップ時間の短縮を図る等から、ヒートローラ３３の肉厚を薄くしている。ヒートローラ３３の肉厚が薄いと、出口加圧ローラ４２による高い加圧力により、ヒートローラ３３は定着中に変形して、中央部が凹む恐れがある。ヒートローラ３３の中央部の凹みを、クラウン量が０．５ｍｍの正クラウン形状の出口加圧ローラ４２で補う。ヒートローラ３３の中央部の凹みにかかわらず、出口加圧ローラ４２による、ニップ３６ａ位置でのニップ３６ａの幅ひいては加圧力は、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等となる。

出口加圧ローラ４２位置におけるヒートローラ３３及び加圧ベルト３８間のニップ３６ａのニップ幅の分布を測定した。クラウン量が０．５ｍｍの出口加圧ローラ４２を用いると、ニップ幅は、図４の点線αに示すように、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等な、約４．５ｍｍとなる。比較例１として、出口加圧ローラ４２に代えてクラウンの無い直管状のローラを用いたところ、鎖線γに示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ幅は中央部の約３．７ｍｍから端部の約５．３ｍｍまで大きく変動する。

比較例２として、出口加圧ローラ４２のクラウン量を０．３ｍｍとしたローラを用いたところ、実線βに示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ幅は中央部の約４．２ｍｍから端部の約４．７ｍｍまで変動する。クラウン量の小さい比較例２のローラではヒートローラ３３の長手方向において、ニップ幅が不均一になるものの、比較例１の直管状のローラに比べて、ニップ幅の変動量が改善される。

出口加圧ローラ４２位置におけるヒートローラ３３及び加圧ベルト３８間のニップ３６ａの長手方向の面圧分布は図５の点線α１に示すようになる。クラウン量が０．５ｍｍの出口加圧ローラ４２を用いると、ニップ３６ａの面圧は、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等な、約０．３（Ｎ／ｍｍ^２）となる。クラウンの無い直管状の比較例１のローラを用いると、鎖線γ１に示すように、ヒートローラ３３の長手方向におけるニップ３６ａ面圧は、中央部の約０．２（Ｎ／ｍｍ^２）から端部の約０．４（Ｎ／ｍｍ^２）まで大きく変動する。

比較例２のクラウン量を０．３ｍｍとするローラを用いると、実線β１に示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ３６ａの面圧は、中央部の約０．２８（Ｎ／ｍｍ^２）から端部の約０．３２（Ｎ／ｍｍ^２）まで変動する。クラウン量の小さい比較例２はヒートローラ３３の長手方向において、ニップ３６ａの面圧が不均一になるものの、比較例１の直管状のローラに比べて、面圧の変動量が改善される。

ヒートローラ３３は、良好な定着性を得るために、長手方向の全長において、下限定着温度（最低限必要な定着温度）の高い領域の温度に合わせて温度設定する。出口加圧ローラの形状を変えて、ヒートローラの長手方向の下限定着温度の変化を測定した。クラウン量が０．５ｍｍの出口加圧ローラ４２を用いると、図６の点線α２に示すように、下限定着温度は、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等の温度ｔ１となる。クラウンの無い比較例１のローラを用いると、鎖線γ２に示すように、ヒートローラ３３の端部に行くに従い、下限定着温度は高くなる。比較例１では、ヒートローラ３３の端部で、下限定着温度は、温度ｔ３となり、温度ｔ１よりかなり高くなる。

比較例２のクラウン量が０．３ｍｍのローラを用いると、実線β２に示すように、ヒートローラ３３の端部に行くに従い、下限定着温度は高くなる。比較例２では、ヒートローラ３３の端部で、下限定着温度は、温度ｔ２となる。クラウン量が０．３ｍｍの比較例２の下限定着温度は、クラウン量が０．５ｍｍの出口加圧ローラ４２を用いる場合よりは高いものの、比較例１の温度ｔ３よりは低くなる。クラウン量が０．５ｍｍの出口加圧ローラ４２を用いると、ヒートローラ３３の下限定着温度を低減できて、定着時のエネルギーの節約を得る。

第１の実施形態によれば、加圧ベルト３８を介してヒートローラ３３を加圧する出口加圧ローラ４２を、クラウン量が０．５ｍｍの正クラウン形状とし、加圧力を３００Ｎとする。ヒートローラ３３に変形を生じた場合でも、出口加圧ローラ４２位置におけるニップ３６ａの幅ひいてはニップ３６ａの面圧を、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等にする、第１の実施形態によればヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等な加熱加圧定着性能を得る。

第１の実施形態によれば肉厚が薄く変形を生じやすいヒートローラ３３を用いても、ニップ３６ａ位置において長手方向にほぼ均等の面圧を得られる。ヒートローラ３３の肉厚を薄くすることが可能となり、エネルギーの節約或いは定着装置３１のウォームアップ時間の短縮を得る。第１の実施形態によれば出口加圧ローラ４２位置のニップ３６ａの幅を長手方向にほぼ均等にできるので、ヒートローラ３３の下限定着温度を低く出来る。ヒートローラ３３の下限定着温度を低くできることから、ヒートローラ３３の設定温度を低く出来、定着時のエネルギーの節約を得る。ヒートローラ３３の設定温度を低く出来ることから、消色トナーを採用するＭＦＰ１０においても、トナー画像を消色するおそれがなく、トナー画像をシートＰに確実に加熱加圧定着出来る。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の画像形成装置を、図７乃至図１１を参照して説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態において、定着装置の出口加圧ローラの構造を変えると共に、ヒートローラに対する出口加圧ローラの加圧力を変えるものである。第２の実施形態にあって、前述の第１の実施形態で説明した構成と同一構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７に示すように、第２の実施形態の定着装置５１の加圧ベルト機構５２は、加圧ベルト３８の矢印ｑ方向の回転方向において、ニップパッド４０より下流に第２の回転部である出口加圧ローラ５３を備える。出口加圧ローラ５３は、図８に示すように、例えば直径１７ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）の芯がね５３ａを備える。出口加圧ローラ５３は、芯がね５３ａの周囲に肉厚２ｍｍ、硬度ＪＩＳ−Ａ６０°のソリッドゴム層５３ｂを接着している。出口加圧ローラ５３は、軸５３ｃ方向の、端部から中央部に向けて直径が増加する正クラウン形状となっている。出口加圧ローラ５３は、ソリッドゴム層５３ｂを、端部から中央部に向けて肉厚となるように加工する。出口加圧ローラ５３のクラウン量は０．３ｍｍである。第２の直径を備える出口加圧ローラ５３の中央部（Ｃ１）の直径は２１ｍｍ、端部（Ｓ１）の直径は２０．７ｍｍである。

定着装置３１は、加圧ベルト機構５２のニップパッド４０から出口加圧ローラ５３までの加圧ベルト３８をヒートローラ３３に接触して、ワイドなニップ５６を形成する。加圧ベルト機構５２は、出口加圧ローラ５３をヒートローラ３３方向に例えば第１の加圧力である２３０Ｎの加圧力で加圧する加圧機構５７を備える。加圧機構５７の加圧力により、出口加圧ローラ５３は、加圧ベルト３８を介して、ヒートローラ３３との間に加圧力の高いニップ５６ａを形成する。

定着装置５１は、プリンタ部１１で形成されるトナー像を有するシートＰをニップパッド４０位置で、ヒートローラ３３及び加圧ベルト３８により軽く挟んで加熱する。定着装置５１は、出口加圧ローラ５３位置で、シートＰを高い加圧力で加圧して、シートＰにトナー像を加熱加圧定着する。

肉厚の薄いヒートローラ３３は、出口加圧ローラ５３の圧力により定着中に変形して、中央部が凹む恐れがある。ヒートローラ３３の中央部の凹みを、クラウン量が０．３ｍｍの正クラウン形状の出口加圧ローラ５３で補う。ヒートローラ３３の中央部の凹みにかかわらず、出口加圧ローラ５３による加圧力の高いニップ５６ａの幅ひいては加圧力を、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等にする。

出口加圧ローラ５３位置におけるヒートローラ３３及び加圧ベルト３８間のニップ５６ａの幅の分布を、図９の実線εに示す。クラウン量が０．３ｍｍの出口加圧ローラ５３を用いると、ニップ５６ａの長手方向のニップ幅は、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等な、約４ｍｍとなる。比較例３として、出口加圧ローラに代えて、クラウンの無い直管状を用いたところ、鎖線ηに示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ幅は中央部の約３．５ｍｍから端部の約４．５ｍｍまで大きく変動する。

比較例４として、出口加圧ローラ５３のクラウン量を０．５ｍｍとしたローラを用いたところ、点線δに示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ幅は中央部の約４．２ｍｍから端部の約３．７ｍｍまで変動する。クラウン量の大きい比較例４はヒートローラ３３の長手方向において、中央部のニップ幅が端部より減少する。但しクラウン量の大きい比較例４のニップ幅の変動量は、比較例３の直管状のローラに比べると改善される。

出口加圧ローラ５３位置におけるヒートローラ３３及び加圧ベルト３８間のニップ５６ａの長手方向の面圧分布は図１０の実線ε１に示すようなる。クラウン量が０．３ｍｍの出口加圧ローラ５３を用いると、ニップ５６ａの面圧は、ヒートローラ３３の長手方向の全長に渡りほぼ均等な、約０．２２（Ｎ／ｍｍ^２）となる。クラウンの無い直管状の比較例３のローラを用いると、鎖線η１に示すように、ヒートローラ３３の長手方向におけるニップ５６ａの面圧は、中央部の約０．１５（Ｎ／ｍｍ^２）から端部の約０．３（Ｎ／ｍｍ^２）まで大きく変動する。

比較例４のクラウン量が０．５ｍｍのローラを用いると、点線δ１に示すように、ヒートローラ３３の長手方向のニップ５６ａの面圧は、中央部の約０．２４（Ｎ／ｍｍ^２）から端部の約０．２（Ｎ／ｍｍ^２）まで変動する。クラウン量の大きい比較例４はヒートローラ３３の長手方向において、中央部の面圧が端部より増加する。但しクラウン量の大きい比較例４の面圧の変動量は、比較例３の直管状のローラに比べて改善される。

出口加圧ローラの形状ごとに、ヒートローラの長手方向の下限定着温度の変化を測定した。クラウン量が０．３ｍｍの出口加圧ローラ５３を用いると、図１１の実線ε２に示すように、下限定着温度は、ヒートローラ３３の長手方向にほぼ均等で温度ｔ４となる。クラウンの無い比較例３の出口加圧ローラを用いると、鎖線η２に示すように、ヒートローラ３３の端部に行くに従い、下限定着温度は高くなる。比較例３では、ヒートローラ３３の端部で、下限定着温度は、温度ｔ６となり、温度ｔ４よりかなり高くなる。

比較例４のクラウン量が０．５ｍｍのローラを用いると、下限定着温度は端部が低く、中央部に行くに従い高くなる。比較例４では、下限定着温度は点線δ２に示すようにヒートローラ３３の中央部で温度ｔ５となる。クラウン量の大きい比較例４の下限定着温度は、クラウン量が０．３ｍｍの出口加圧ローラ５３を用いる場合よりは高いものの、比較例３の温度ｔ６よりは低くなり改善される。クラウン量が０．３ｍｍの出口加圧ローラ５３を用いると、ヒートローラ３３の下限定着温度を低減できて、定着時のエネルギーの節約を得る。

第２の実施形態によれば、加圧ベルト３８を介してヒートローラ３３を加圧する出口加圧ローラ５３を、クラウン量が０．３ｍｍの正クラウン形状とし、加圧力を２３０Ｎとする。第１の実施形態と同様、ヒートローラ３３に変形を生じた場合でも、出口加圧ローラ５３位置のニップ５６ａの幅ひいてはニップ５６ａの面圧を長手方向の全長に渡りほぼ均等にして、長手方向の全長に渡り均等な定着性能を得る。

第２の実施形態によればヒートローラ３３の肉厚を薄くすることが可能となり、エネルギーの節約を得ると共に、定着装置５１のウォームアップ時間の短縮を得る。第２の実施形態によれば、ヒートローラ３３の下限定着温度を低く出来、ヒートローラ３３の設定温度を低く出来るので、定着時のエネルギーの節約を得る。ヒートローラ３３の設定温度を低くして、消色トナーを採用するＭＦＰ１０においても、トナー画像を消色するおそれがなく、トナー画像をシートＰに確実に加熱加圧定着出来る。

以上説明した実施形態では、出口加圧ローラ側を正クラウン形状としたが、ヒートローラ側を正クラウン形状としても良いし、出口加圧ローラとヒートローラの両方を正クラウン形状としても良い。但し、ヒートローラを正クラウン形状とした場合、ヒートローラの長手方向における厚みが不均一となり、ヒートローラの熱容量が不均一になる恐れがある。ヒートローラを正クラウン形状にする場合は、クラウン量を大きくし難い。ヒートローラではなく出口加圧ローラ側を正クラウン形状とすれば、ヒートローラの長手方向における熱容量を均等にしてヒートローラを均等に発熱出来る。出口加圧ローラ側を正クラウン形状とすれば、発熱の均等化を損なうことなく、ヒートローラの長手方向の全長に渡りニップ部の面圧の均等化を得られる。

また出口加圧ローラの芯がねの材質或いは形状等限定されないし、ソリッドゴムの厚みやゴム硬度等も限定されない。出口加圧ローラのサイズや材質或いは加圧力により、クラウン量も変動可能であり、クラウン量は、０．１〜０．６ｍｍ程度であれば良い。但し、クラウン量が小さいと、定着時のヒートローラの変形に対応できない。一方クラウン量が大きいと、ヒートローラの変形以上に作用する恐れがある。より好ましいクラウン量は、０．３〜０．６ｍｍである。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、第１の回転部或いは第２の回転部の少なくともいずれか一方を正クラウン形状とする。定着時に、第２の回転部の加圧力により第２の回転部に変形を生じた場合でも、長手方向の全長にわたり、第２の回転部位置におけるニップの面圧をほぼ均等に出来、長手方向に均等な定着性能を得る。第１の回転部の肉厚を薄く出来、エネルギーの節約及びウォームアップ時間の短縮を得る。第１の回転部の設定温度を低くして、エネルギーの節約を図り、消色可能なトナーやインク等の着色剤からなる画像であっても消色することなく、画像を確実に加熱加圧定着できる。

この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…ＭＦＰ
１１…プリンタ部
３１…定着装置
３３…ヒートローラ
３８…加圧ベルト
４０…ニップパッド
４２…出口加圧ローラ
４６…加圧機構

実施形態は、プリンタや複合機等に搭載され、シートを均等に加熱加圧する定着装置、画像形成装置及び定着方法に関する。

この発明が解決しようとする課題は、定着部材の長手方向において、シートを均等に加熱加圧する定着装置、画像形成装置及び定着方法を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の定着装置は、記録媒体に消色トナーで形成された画像を定着する定着装置であって、発熱部を備える第１の回転部と、複数の加圧力により前記第１の回転部との間にニップを形成するベルトと、内部に発熱体を備え、前記ベルトの内周に接するベルトヒートローラと、前記ベルトを前記複数の加圧力のうち最大となる第１の加圧力で前記第１の回転部方向に加圧し、芯がねの周囲に前記芯がねの軸方向の端部から中央部に向けて肉厚となる形状のソリッドゴム層を備える第２の回転部と、芯がね上に樹脂材料を被覆し、前記ベルトを張架して、前記ベルトヒートローラと前記第２の回転部とを引っ張るテンションローラとを備える。

加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８の矢印ｑ方向の回転方向において、ニップパッド４０より上流にベルトヒートローラ４１を備える。加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８の矢印ｑ方向の回転方向において、ニップパッド４０より下流に第２の回転部である出口加圧ローラ４２を備える。加圧ベルト機構３４は、加圧ベルト３８を一定のテンションで引っ張り、ベルトヒートローラ４１と出口加圧ローラ４２間の距離を調整するテンションローラ４３を備える。

実施形態は、プリンタや複合機等に搭載され、シートを均等に加熱加圧する定着方法に関する。

この発明が解決しようとする課題は、定着部材の長手方向において、シートを均等に加熱加圧する定着方法を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態の定着方法は、記録媒体上の消色トナー像を定着装置にて加熱加圧して定着する定着方法において、
前記消色トナーは、呈色性化合物、顕色剤および、温度ヒステリシスを利用し前記呈色性化合物と顕色剤との反応を阻害する消色剤を有する消色トナーであり、
前記定着装置は、第１の中空金属ローラと、前記第１の中空金属ローラ内部に設けられた第１の発熱部を備え、前記第１の中空金属ローラ表面を離型コート層で被覆してなり、前記消色トナー像を前記消色トナーが消色しない所定の温度にて加熱する第１の回転部と、複数の加圧力により前記第１の回転部との間にニップを形成するベルトと、
第２の中空金属ローラと、前記第２の中空金属ローラ内部に設けられた第２の発熱部を備え、前記第２の中空金属ローラ表面を離型層で被覆してなり、前記ベルトの内周に接するベルトヒートローラと、第１の芯がねと、前記第１の芯がねの周囲に前記第１の芯がねの軸方向の両端部から中央部に向けて肉厚となるクラウン形状のソリッドゴム層を備え、前記ベルトを前記複数の加圧力のうち最大となる加圧力で前記第１の回転部方向に加圧する第２の回転部と、第２の芯がねと、前記第２の芯がね上に樹脂材料を被覆し、前記ベルトを引っ張るテンションローラと前記ベルトを移動させるための駆動源とを備え、前記ベルトを前記ベルトヒートローラにて加熱しつつ移動させ、加熱された前記ベルトと加熱された前記第１の回転体との間で前記消色トナー像を担持した記録媒体を挟持搬送するとともに、前記第１の回転部に変形が生じた場合にはクラウン形状の前記第２の回転部が補い、前記第１の回転部の長手方向に沿ってほぼ均等に加熱加圧することにより、前記消色トナー像を前記記録媒体上に定着する。

Claims (5)

1. 発熱部を備える第１の回転部と、
   複数の加圧力により前記第１の回転部との間にニップを形成するエンドレスの対向部と、
   前記対向部を第１の加圧力で前記第１の回転部方向に加圧する第２の回転部とを備え、
   前記第１の回転部或いは前記第２の回転部の少なくともいずれか一方の直径を、軸方向の端部から中央部に向けて増加することを特徴とする定着装置。
2. 前記第１の回転部は第１の直径を備える直管であり、
   前記第２の回転部は前記第１の直径より小さい第２の直径を備え、前記第２の直径が、前記軸方向の前記端部から前記中央部に向けて増加することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記対向部がベルトであり、
   前記ベルトの内部であって、前記ベルトの回転方向において前記第２の回転部より上流にて前記第１の加圧力より小さい第２の加圧力で、前記ベルトを第１の回転部方向に加圧する第２の加圧部とを更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第１の回転部或いは前記第２の回転部の少なくともいずれか一方の、前記軸方向の端部の直径と前記軸方向の中央部の直径との差が、０．１〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
   前記画像を前記記録媒体に定着する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。

Images