JP2020187290A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電オフセットを防止するための除電機構を有し、弾性層に高熱伝導率フィラーを多量に添加した省エネ構成において、電流リークによる画像ノイズの発生を防止することができる定着装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ベルト２００が、外周側から順に絶縁性の離型層３０１、導電性の弾性層３０２、絶縁性の中間層３０３および導電性の内層３０４を備えるので、内層３０４を接地して静電オフセットを防止するための除電機構を設けた場合に、離型層３０１の層厚が薄くても、あるいは離型層３０１が摩耗したり破損したりした場合であっても、内層３０４と記録シートとの導通を中間層３０３によって防止することができる。従って、電流リークによる画像ノイズの発生を防止することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、特に、パッド定着方式の定着装置における電流リークを防止する技術に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置が備える定着装置のうち、パッド定着方式の定着装置は、定着ベルトを挟んで、加圧ローラーを定着パッドに向かって付勢することによって定着ニップを形成し、当該定着ニップに記録シートを通紙することによって、トナー像を熱定着する（例えば、特許文献１を参照）。定着ベルトとの摩擦を抑制することを目的として、定着パッドにはフッ素樹脂材料を用いるのが一般的である。

しかしながら、フッ素樹脂は摩擦帯電列における最もマイナス帯電し易い材料であるため、図４（ａ）に示すように、定着ニップにおける定着ベルト４０１との摩擦によって定着パッド４０２表面はマイナス帯電し、定着ベルト４０１はプラス帯電する。記録シートＳ表面に担持されているトナーＴがマイナス帯電している場合には、定着ニップに突入する直前にトナーＴが定着ベルト４０１に静電吸着されてしまい、このトナーＴが更に後続の記録シートＳに転写される静電オフセットが発生する。

このような問題に対して、例えば、定着ベルトの内周面側の表層に導電性材料を適用することによって除電機構を設ける構成が知られている。詳述すると、パッド定着方式の定着装置では、図４（ｂ）に示すように、定着パッド４０２とともに加熱ローラー４０３に定着ベルト４０１を張架して、定着ベルト４０１を加熱する。加熱ローラー４０３は高い熱伝導性を得るために金属製であり、導電性を有している。

定着ベルト４０１の内周面を導電性にするとともに、加熱ローラー４０３の回転軸を接地回路４０５にて電気的に接地すれば、定着ベルト４０１は内周面が加熱ローラー４０３に密着しているので、定着ベルト４０１を除電して、静電オフセットを防止することができる。

特開２００８−０５５７７１号公報

定着ベルトは、定着性を向上させるために弾性層を有している。定着装置の省エネ性能を向上させることを狙って、この弾性層に高熱伝導率フィラーを多く含有させる構成が求められている。高熱伝導率フィラーは導電性のものが多いため、高熱伝導率フィラーを多くすると弾性層全体として導通し易くなる。

このような構成において、定着ベルト表面の硬度を下げて定着画質を向上させるために表層を薄くすると、弾性層と記録シートとが導通し易くなる。また、表層が厚くても、定着ベルトの耐久末期に至って表層の絶縁層が摩滅したり、ジャム処理や異物の混入によって表層に傷がついたりすると、やはり弾性層と記録シートとが導通し易くなってしまう。定着ベルトの内周面を接地した状態で弾性層と記録シートが導通すると、図４（ｃ）に示すように、記録シートＳが定着ベルト４０１および加熱ローラー４０３を経由して接地されることにより、記録シートＳの表面電荷が失われる電流リークが発生する。

記録シートＳにトナー像を転写する転写ニップ４１１から定着ニップ４１２までの距離は、記録シートのＦＤ（Feeding Direction）長よりも短いのが一般的であるため、１枚の記録シートＳが転写ニップ４１１と定着ニップ４１２との両方に噛み込んだ状態は珍しくない。このため、電流リークが発生すると、転写ニップ４１１において転写バイアスが発生しなくなり、記録シートＳにトナー像を転写することができなくなって、画像ノイズが発生する。

本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、静電オフセットを防止するための除電機構を有し、弾性層に高熱伝導率フィラーを多量に添加した省エネ構成において、電流リークによる画像ノイズの発生を防止することができる定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る定着装置は、無端環状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周側に配設された定着パッドと、前記定着パッドとともに前記定着ベルトを挟んで定着ニップを形成する加圧部材と、を備え、前記定着ニップに記録シートを通紙してトナー像を定着する定着装置であって、前記定着ベルトが、外周側から順に離型層、導電性の弾性層、絶縁性の中間層および導電性の内層を備え、前記内層が電気的に接地されていることを特徴とする。

この場合において、前記中間層の表面抵抗率は、１０¹¹［Ω／□］以上であるのが望ましい。

また、前記定着ベルトの内周面に接触する前記定着パッドの表面はフッ素樹脂からなるのが好適である。

また、前記弾性層の熱伝導率は、２［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるのが望ましい。

また、前記離型層は絶縁性であってもよい。

また、本発明の一形態に係る画像形成装置は、トナー像を形成する形成手段と、前記トナー像を記録シート上に転写する転写手段と、請求項１から５の何れかに記載の定着装置と、を備え、前記転写手段による転写位置から、前記定着装置による定着位置に至る前記記録シートの搬送経路の長さよりも、前記記録シートの搬送方向における長さの方が長いことを特徴とする。

このようにすれば、定着温度を低温化して省エネ性を向上させるために、高熱伝導率フィラーを添加して定着ベルトの熱移動性を高めた定着装置であっても、定着ベルトに絶縁性の中間層を設けるので、絶縁性の離型層が薄い場合や、厚い離型層が摩滅、破損した場合であっても画像ノイズの発生を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 定着装置１００の主要な構成を示す図である。 定着ベルト２００の層構成を示す図である。 （ａ）は静電オフセットの発生メカニズムを説明する図であり、（ｂ）は静電オフセットを防止するための除電機構を示す図であり、（ｃ）は電流リークの発生メカニズムを説明する図である。

以下、本発明に係る定着装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。

図１に示すように、画像形成装置１は、所謂タンデム方式のカラー複合機（MFP: Multi-Function Peripheral）であって、画像読み取り部１１０、画像形成部１２０および給紙部１３０を備えている。

画像読み取り部１１０は、自動原稿搬送装置（ADF: Automatic Document Feeder）１１１とスキャナー装置１１２とを備えている。自動原稿搬送装置１１１は、原稿トレイ１１３に載置されている原稿束から原稿を１枚ずつ送り出して搬送しながら、スキャナー装置１１２に読み取らせて画像データを生成させる。その後、原稿は排紙トレイ１１４上に排出される。

画像形成部１２０は、画像読み取り部１１０が生成した画像データや他の装置から受け付けた画像データを用いて画像を形成する。本実施の形態においては、作像部１２１Ｙ、１２１Ｍ、１２１Ｃおよび１２１Ｋはそれぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）のトナー像を形成する。

作像部１２１Ｙ、１２１Ｍ、１２１Ｃおよび１２１Ｋが形成したＹＭＣＫ各色のトナー像は、中間転写ベルト１２２で互いに重なり合うように順次、静電転写され（一次転写）、これによってカラートナー像が形成される。中間転写ベルト１２２は、無端状のベルトであって、回転走行することによって、カラートナー像を二次転写ローラー対１２３まで搬送する。

これと並行して、ユーザーが指定した紙種の記録シートＳを収容した給紙カセット１３１から給紙ローラー１３２が記録シートＳを送り出す。送り出された記録シートＳは、その先端をレジストローラー対１２４に当接させることによってスキューを補正する。その後、二次転写タイミングに合わせてレジストローラー対１２４の回転駆動を開始し、二次転写ローラー対１２３へ記録シートＳを搬送する。

二次転写ローラー対１２３においては、中間転写ベルト１２２を挟んで、２つのローラーを互いに圧接することによって二次転写ニップ１２５が形成される。また、二次転写ローラー対１２３には、２つのローラー間に二次転写バイアスが印加されており、二次転写ニップ１２５において、中間転写ベルト１２２が担持するカラートナー像を記録シートＳへ静電転写する（二次転写）。このとき、記録シートＳが電気的に接地されるとプラス電荷が流出して、マイナス帯電しているトナーを静電吸着することができなくなってしまう。

カラートナー像を二次転写された記録シートＳは定着装置１００へ搬送され、カラートナー像を熱定着された後、排紙ローラー対１２６によって排紙トレイ１２７上に排出される。
［２］定着装置１００の構成
次に、定着装置１００の構成について説明する。

定着装置１００は、いわゆる上２軸ベルト定着システムであって、図２に示すように、定着ベルト２００、定着パッド２０１、加圧ローラー２０２および加熱ローラー２０３等をハウジング２０４にて外装した構成を備え、定着ベルト２００は定着パッド２０１、加熱ローラー２０３およびベルト支持部材２０５に掛け回されている。

加熱ローラー２０３は、中空円筒状で、アルミニウム（Al）、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）、鉄（Fe）などの金属材料からなっており、導電性を有している。加熱ローラー２０３の内部にはハロゲンヒーター２０７が配設されている。ハロゲンヒーター２０７を点灯すると、加熱ローラー２０３が加熱されるので、定着ベルト２００のうち加熱ローラー２０３に接触する部分が加熱される。

加圧ローラー２０２が矢印Ｃ方向に回転駆動されると、定着ベルト２００は加圧ローラー２０２に従動して、矢印Ｂ方向に回転走行する。この回転走行に従って、定着ベルト２００のうち加熱ローラー２０３に接触する範囲が変動するので、定着ベルト２００全体が満遍なく加熱される。

定着パッド２０１は、定着ベルト２００が摺接する表面にフッ素層が設けられている。フッ素層は、定着ベルト２００と定着パッド２０１とが摺動する際の摩擦抵抗を低減する。フッ素層としては、フッ素シートやガラス繊維の織布にフッ素を含浸したシート等を用いることができる。耐摩耗性を考慮すると、フッ素層にカーボン等のフィラーを添加して導電性にすると寿命が短くなることから、絶縁性のフッ素樹脂を用いるのが望ましい。

定着パッド２０１には、定着ベルト２００を挟んで加圧ローラー２０２が圧接されており、これによって定着ニップ２０６が形成される。また、加熱ローラー２０３は、定着ベルト２００が矢印Ｂ方向に回転走行するのに従動して、矢印Ａ方向に回転する。

搬送経路２０８に沿って定着装置１００に進入する記録シートＳは、搬送ガイド２０９、２１０によって定着ニップ２０６まで案内される。搬送経路２０８における二次転写ニップ１２５から定着ニップ２０６までの距離は記録シートＳのＦＤ（Feeding Direction）長よりも短くなっている。このため、記録シートＳの先端が定着ニップ２０６に進入してから、記録シートＳの後端が二次転写ニップ１２５から離脱するまでの間、記録シートＳは定着ニップ２０６と二次転写ニップ１２５との両方に噛み込んだ状態になる。

定着ニップ２０６のシート搬送方向下流側には剥離爪２１２が配設されており、定着ニップ２０６を通過した記録シートＳが加圧ローラー２０２に巻き付くのを防止する。定着ニップ２０６を通過後、搬送経路２１３に沿って定着装置１００から離脱する記録シートＳは、搬送ガイド２１４、２１５によって定着装置１００の外部へ案内される。

なお、静電オフセットを防止するために、定着ベルト２００の内周面は導電性になっており、定着ベルト２００の内周面に当接する導電性の加熱ローラー２０３は電気的に接地されている。具体的には、加熱ローラー２０３の円筒状部分と回転軸とはいずれも導電性の材料からなり、互いに電気的に接続されている。加熱ローラー２０３の回転軸は接地回路２１６に電気的に接続されているので、定着ベルト２００の内周面は加熱ローラー２０３の円筒状部分、回転軸および接地回路２１６を経由して接地されていることになる。
［３］定着ベルト２００の構成
次に、定着ベルト２００の構成について説明する。

定着ベルト２００は、図３に示すように、外周側から離型層３０１、弾性層３０２、中間層３０３および内層３０４を順次積層した構成を備えている。

離型層３０１は、フッ素樹脂（ＰＦＡ（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）等）、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂などの樹脂からなっており、例えば、フッ素樹脂は離型性のよさより絶縁性を選定するのがよい。離型層３０１の層厚は１０［μｍ］以上、５０［μｍ］以下の範囲内であるのが望ましい。本実施の形態に係る離型層３０１は絶縁性であるが、必要に応じて導電性フィラーを添加することによって導電性を付与してもよい。

弾性層３０２は、シリコーンゴム又はフッ素ゴムからなっている。弾性層３０２は、熱伝導率を向上させるために、高熱伝導率フィラーを含有している。高熱伝導率フィラーとしては、カーボンナノチューブ（CNT: Carbon Nano Tube）、酸化マグネシウム（MgO）、アルミナ（Al₂O₃）、六方晶窒化ホウ素（BN）、窒化アルミ（AIN）、炭化ケイ素（SiC）、ダイヤモンド（C）、シリカ（SiO₂）等が一例として挙げられる。弾性層３０２の熱伝導率は、２［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であるのが望ましい。また、弾性層３２０の層厚は５０［μｍ］以上、５００［μｍ］以下の範囲内であるのが望ましい。

中間層３０３は、絶縁性を有する層である。電流リークを確実に防止するためには、中間層３０３の表面抵抗率が１０¹¹［Ω／□］以上であるのが望ましい。中間層３０３の材料としては、例えば、絶縁性のポリイミド樹脂を用いることができる。

内層３０４は、定着ベルト２００が帯電して静電オフセットが発生するのを防止するために導電性を有している。

中間層３０３と内層３０４とは、いずれも層厚が１０［μｍ］以上である。定着ベルト２００の形状保持性を考慮すれば、中間層３０３と内層３０４との層厚の合計が５０［μｍ］以上であるのが望ましく、省エネ性の観点から定着ベルト２００の熱容量を小さくするためには１５０［μｍ］以下であるのが望ましい。すなわち、層厚の合計が５０［μｍ］以上、１５０［μｍ］以下の範囲内であるのが好適である。

具体例を挙げると、内層３０４の材料に導電性のポリイミド樹脂を用いる場合には、中間層３０３と内層３０４との一方の層厚を３０［μｍ］とし、他方の層厚を４０［μｍ］としてもよい。また、内層３０４の材料に導電性のフッ素コートを用いる場合には、中間層３０３の層厚を６０［μｍ］とし、内層３０４の層厚を１０［μｍ］としてもよい。いずれの場合も、層厚の合計は７０［μｍ］となり、上記の範囲内になる。

なお、内層３０４の材料としては、上記のポリイミド樹脂の他に、フッ素樹脂やシリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂などを用い、導電性フィラーを添加することによって導電性を与えることができる。
［４］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（４−１）上記実施の形態においては、ハロゲンヒーターを用いて定着ベルト２００を加熱する場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしてもよい。

例えば、電磁誘導コイルを用いて交番磁場を形成し、定着ベルトの金属発熱層に渦電流を発生させてジュール発熱させる電磁誘導加熱方式を用いる場合には、金属発熱層として、弾性層３０２と中間層３０３との間にニッケル電鋳スリーブを設けてもよいし、中間層３０３と内層３０４との間に金属発熱層を設けてもよい。金属発熱層の材料としては、上記のニッケル（Ni）の他に、銅（Cu）、鉄、アルミニウム、チタン（Ti）、コバルト（Co）、錫（Sn）、鉛（Pb）、銀（Ag）、ＳＵＳまたはこれらの合金を用いてもよい。

また、定着ベルトの抵抗発熱層に通電することによってジュール発熱させる抵抗発熱方式を用いる場合には、抵抗発熱層を弾性層３０２と中間層３０３との間に設けてもよいし、中間層３０３と内層３０４との間に金属発熱層を設けてもよい。抵抗発熱体層５１２は、ベースとなる樹脂材料に導電性フィラーを分散させることにより所定の電気抵抗率に調整される。

樹脂材料としては、ポリイミド樹脂の他、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）、ＰＥＥＫ（Polyether Ether Ketone）等の耐熱樹脂を用いることができる。また、導電性フィラーとしては、銀、銅、アルミニウム、マグネシウム（Mg）、ニッケル等の金属や、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンマイクロコイル等のカーボン系材料を用いればよく、これらのうち２種類以上混合して分散させても良い。

導電性フィラーの形状としては同一含有量でフィラーどうしの接触する確率を高くするため、繊維状が望ましい。導電性フィラーの太さは、５〜１００［μｍ］程度が望ましい。更に、導電性フィラーの電気抵抗率は、印加する電圧、電流や抵抗発熱体層５１２の厚さ、定着ベルト５１の径や長さに応じて決定されるべきであるのは言うまでもないが、例えば、１．０×１０^-6〜９．９×１０^-3［Ωｍ］の範囲内とすれば良く、１．０×１０^-5〜５．０×１０^-3［Ωｍ］の範囲内とすれば更に好適である。
（４−２）上記実施の形態の層構成によっては定着ベルト２００の強度を十分に確保することができない場合には、補強層を追加してもよい。補強層は、例えば、ポリイミド樹脂などの材料を用いればよく、弾性層３０２と中間層３０３との間に設けたり、中間層３０３と内層３０４との間に設けたりすることができる。
（４−３）上記実施の形態においては、加熱ローラー２０３を接地回路に接続することによって、定着ベルト２００の内周面を間接的に接地する場合を例にとって説明したが本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて定着ベルト２００の内周面に接地回路を直接接続してもよい。例えば、定着ベルト２００の内周面に導電性のローラーやブラシ、或いはパッドを接続し、当該ローラーやブラシ、或いはパッドを接地することによって、定着ベルト２００の内周面を接地してもよい。
（４−４）上記実施の形態においては、加圧ローラー２０２を用いて定着ニップ２０６を形成する場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、加圧ローラー２０２に代えて加圧パッドを用いて定着ニップ２０６を形成しても、上と同様の効果を得ることができる。
（４−５）上記実施の形態においては、画像形成装置がタンデム方式のカラー複合機である場合を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて、タンデム方式以外の方式のカラー複合機であってもよいし、モノクロ複合機であってもよい。また、プリンター装置やコピー装置、或いはファクシミリ装置といった単機能機に本発明を適用しても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る定着装置および画像形成装置は、パッド定着方式の定着装置における電流リークを防止する装置として有用である。

１………画像形成装置
１００…定着装置
２００…定着ベルト
３０１…離型層
３０２…弾性層
３０３…中間層
３０４…内層

Claims (6)

1. 無端環状の定着ベルトと、前記定着ベルトの内周側に配設された定着パッドと、前記定着パッドとともに前記定着ベルトを挟んで定着ニップを形成する加圧部材と、を備え、前記定着ニップに記録シートを通紙してトナー像を定着する定着装置であって、
   前記定着ベルトが、外周側から順に離型層、導電性の弾性層、絶縁性の中間層および導電性の内層を備え、
   前記内層が電気的に接地されている
   ことを特徴とする定着装置。
2. 前記中間層の表面抵抗率は、１０¹¹［Ω／□］以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記定着ベルトの内周面に接触する前記定着パッドの表面はフッ素樹脂からなる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記弾性層の熱伝導率は、２［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記離型層は絶縁性である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. トナー像を形成する形成手段と、
   前記トナー像を記録シート上に転写する転写手段と、
   請求項１から５の何れかに記載の定着装置と、を備え、
   前記転写手段による転写位置から、前記定着装置による定着位置に至る前記記録シートの搬送経路の長さよりも、前記記録シートの搬送方向における長さの方が長い
   ことを特徴とする画像形成装置。

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