JP3558939B2 - ベルト定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ベルトを用いてトナー像を定着するベルト定着装置、このベルト定着装置を備えた電子写真複写機、ファクシミリあるいはプリンター等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置に用いられるベルト定着装置においては、定着ベルト内面に発熱部材を配置し、この発熱部材を介してローラを押し当てニップ部を形成し、そのニップ部でトナー像などの未定着画像が転写された転写紙を挾持搬送して定着を行っている。
【０００３】
上記定着ベルトは耐久性等を考慮して、ポリアミド等の耐熱フィルム表層に四弗化エチレン樹脂（テフロン「商品名」）がコーティングされている。そのため、ベルト定着装置を用いて転写紙上のトナー像を定着すると、従来から知られているテフロン加工がなされた押圧ローラを用いて画像定着するときに現れる梨地画像と同様の梨地画像が発生してしまう。この梨地画像は、未定着画像（トナー像）側を剛体でつぶしてもトナー層の表面の凹凸を慣らすことができず、部分部分に凹部が残りその凹部で光が乱反射することで発生するものである。そこで、上記ベルトにテフロンに変わってシリコーンゴム等の弾性材をコーティングすることで、上記梨地画像の発生を防止することが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した定着ベルトにコーティングするシリコーンゴムは、肉厚（１ｍｍ程度）にコーティングすることで、上記梨地画像の発生防止に効果があるが、シリコーンゴムはコストが高い上に軟らかく、ベルト定着装置のコスト上昇を招くと共に耐久性に問題が発生してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるベルト定着装置は、回転動作を行う無端ベルトの内側に接触する、弾性層を備えた第１の回転体と、第２の回転体と、第１の回転体に対して無端ベルトを介して圧接し接触領域を形成するように配置される弾性層を備えた加圧回転体と、接触領域よりも上流側で第２の回転体に設けられていて、無端ベルトの内側からこの無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、記録材上の未定着トナー担持面側が無端ベルトに接触し、無端ベルトの回転動作に伴って接触領域を通過することで定着が行われることを特徴としている。
【０００６】
本発明にかかる画像形成装置は、回転動作を行う無端ベルトの内側に接触する、弾性層を備えた第１の回転体と、第２の回転体と、第１の回転体に対して無端ベルトを介して圧接し接触領域を形成するように配置される弾性層を備えた加圧回転体と、接触領域よりも上流側で第２の回転体に設けられていて、無端ベルトの内側からこの無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、記録材上の未定着トナー担持面側が無端ベルトに接触し、無端ベルトの回転動作に伴って前記接触領域を通過することで定着が行われるベルト定着装置を備えたことを特徴としている。
【０００７】
【作用】
本発明によると、弾性層を備えた第１の回転体と、第１の回転体に対して無端ベルトを介して圧接する弾性層を備えた加圧回転体とで接触領域が形成されるので、双方が剛体、あるいは一方が弾性体で他方が剛体で形成される場合に比べて接触領域が広く確保され、記録材が接触領域を通過する際に、未定着トナーと無端ベルトとが接触する時間が長くなる。第１の回転体と加圧回転体の双方が剛体や一方が剛体の場合のように、トナー画像に対して瞬発的に圧力が加わるものではなく、比較的弱い力で長い時間圧力付与が行われる。また、無端ベルトを境にして、弾性層を備えて第１の回転体と加圧回転体とが配置されるので、双方が金属の場合と比較して接触領域に熱伝導性の良くない部材が配置されることになり、無端ベルト(特に接触領域)の温度変動が少なくて済む。
本発明によると、接触領域を構成しない第２の回転体が発熱源を有するので、無端ベルトへの熱供給が接触領域以外で行われる。
【０００８】
【実施例】
以下、図を用いて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。
符号１０１は複写機の定着装置を示す。この定着装置１０１は、内部に発熱体４を有する正逆回転可能な第２の回転体としてのベルト加熱ローラ２と従動ローラ３に巻き掛けられた無端ベルト１と、このベルト１の内側で上記ローラ２，３の間に位置する第１の回転体としての対向ローラ６と、ベルト１を挾んで対向ローラ６に圧接する正逆回転可能で発熱体７を内蔵した加圧回転体としての加圧ローラ５とで、主要部が構成されている。
【０００９】
加圧ローラ５の周面の前後には、現像剤の溶剤が浸透しやすい普通紙からなる転写紙Ｐが搬送される搬送路を構成するガイド１１，１２が配設されるとともに、転写紙Ｐの搬送方向下流側（図において左側）には加圧ローラ５に接した分離爪８と一対の排紙ローラ９，１０が配置されている。
【００１０】
ベルト加熱ローラ２により加熱されるベルト１と発熱体７により加熱する加圧ローラ５との接触部位は、図示しない転写部で転写紙Ｐに転写されたトナー像を加熱溶解定着する定着部を形成している。ベルト１は、加圧ローラ５の外周面と対向ローラ６の外周面とに挟まれて加圧ローラ５の外周面と接触する第１の接触領域Ｎ１と、第１の接触領域Ｎ１の搬送方向の最上流端における、加圧ローラ５とベルト１との接線よりも下方に延設され、第１の接触領域Ｎ１と連続して加圧ローラ５の外周面と接触する第２の接触領域Ｎ２とにより接触領域を構成している。ローラ２，５には定着温度を所定値に保つために、温度センサ２０，２１がそれぞれ設置されている。
【００１１】
一方、上述したベルト１の表面には、弾性体層であるゴム硬度４５ＨＳ’のシリコ−ンゴムが２００μｍの層厚でコーティングされている。また、対向ローラ６にはゴム材が用いられ、加圧ローラ５にもゴム材が巻装されており、両者に用いられているゴム材は、ベルト１にコーティングしたシリコーンゴムの硬度と同じ硬度４５ＨＳ’のものが用いられている。
【００１２】
ここで、本発明者は、弾性体層の表面硬度（Ｂ）と加圧ローラ５及び対向ローラ６の表面硬度（Ａ），（Ｃ）との関係における梨地画像の発生の有無について、実験を行った。以下、その実験について図２を用いて説明する。
【００１３】
図２（ａ）は、ベルト１にコーティングするシリコーンゴムに（ＪＩＳ−Ａ）の規格でゴム硬度４５ＨＳ’のものを層厚１００μｍにして使用し、図２（ｂ）は、同シリコーンゴムの層厚を３００μｍとし、さらに、対向ローラ６と加圧ローラ５に用いるゴム材の硬度をそれぞれ３０，４５，６０ＨＳ’に設定し、各組合せによる梨地の発生状態について５段階の評価をしたものである。
【００１４】
梨地の状態はランク１が梨地の発生が多く、ランク５が梨地の発生がない状態、すなわち転写紙上に定着された画像状態が極めて良い状態を示し、ランク４以上を合格（採用ライン）と定めた。また、固定条件として、画像はフルカラー３色重ねで、トナー付着量は１ｍｇ／ｃｍ^２のべた画像、ニップ部の面圧は１ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。
【００１５】
図２（ａ），（ｂ）によると、シリコーンゴムの層厚が１００μｍｍの場合、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ），（Ａ）が共に４５ＨＳ’以上の時は、ランク４から５を示し、シリコーンゴムの層厚が３００μｍの場合、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ），（Ａ）が共に４５ＨＳ’の時で、最高のランクである５を示している。また、図示はしていないが、シリコーンゴムの層厚が５０μｍの場合には、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ），（Ａ）が共に６０ＨＳ’の場合のみ、ランク４であり、その他の組合せではランク３以下であった。
【００１６】
従って梨地が発生しない条件としては、
ベルト１のシリコーンゴム層厚１００μｍｍ以上
対向ローラ６のゴム硬度（Ａ）≧ベルト１のシリコーンゴム硬度（Ｂ）
加圧ローラ５のゴム硬度（Ｃ）≧ベルト１のシリコーンゴム硬度（Ｂ）
という条件を満たせば良いことになる。
【００１７】
換言すると、上記条件は、トナー像に直接当たるシリコーンゴム層をつぶすことができれば、梨地は形成されることはなくなる。但し、上記シリコーンゴム層が５０μｍではつぶれる量が少なく、ベルト１が剛体のときと同様の作用が働いてしまうので、梨地画像が発生してしまうことになる。
【００１８】
従って、本実施例では、ベルト１にゴム硬度４５ＨＳ’のシリコ−ンゴムがコーティングされ、対向ローラ６と加圧ローラ５には硬度４５ＨＳ’のゴム材が用いられているので、転写紙Ｐが定着部に搬送されると、発熱体４によって加熱されたローラ２を介して蓄熱されるベルト１に、自身の内部より加熱される加圧ローラ５が押圧すると、対向ローラ６と加圧ローラ５に挾まれるベルト１は十分に弾性変形して転写紙上の未定着画像（トナー像）を挾圧し加熱溶解定着する。そして、定着がなされた転写紙Ｐは、ガイド１２に案内されて排紙ローラ９，１０により図示しない排紙トレー上に排出される。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
第２の実施例は、上記第１の実施例におけるベルト１にコーティングしたシリコーンゴム層だけをより弾性変形させる（つぶす）ために、対向ローラ６と加圧ローラ５の材質を第１の実施例よりも硬質としたものである。
【００２０】
具体的には、対向ローラ６をステンレス（ＳＵＳ）製にし、加圧ローラ５にテフロンローラを使用して、更に、このテフロンローラの外周面を内側に０．０８ｍｍ窪ませた鼓形状とし、ベルト１にコーティングするシリコーンゴムの層厚が１００μｍと３００μｍにおける梨地画像の発生状態の実験を行なところ、シリコーンゴムの層厚１００μｍ，３００μｍ共にランク５を示す結果が得られた。しかし、ここで新たな問題が発生した。
【００２１】
つまり、対向ローラ６と加圧ローラ５をある程度硬質にしてもベルト１の弾性体層を厚くすれば梨地の発生を防ぐことはできたが、加圧ローラ５を鼓形状にしたために転写部の中央部に定着不足が発生した。
【００２２】
そこで、加圧ローラ５の鼓量を変化させると共に、対向ローラ６の材質にゴム材とステンレス（ＳＵＳ）材とを用いて、定着性の実験を行った。その時の実験結果を示すものが図３である。図に示す○×印は定着度の良不を示したもので、○印が定着状態良好で×印が良くない状態を示す。
【００２３】
この図によると、対向ローラ６が（ＳＵＳ）の場合、加圧ローラ５に鼓量がないとき定着状態がよく、対向ローラ６がゴム製であるときは、加圧ローラ５に鼓量があっても満足のいく定着状態を示している。つまり、対向ローラ６が剛体である時、加圧ローラ５は円筒形がよく、対向ローラ６が弾性材であれば加圧ローラ５は円筒形でも鼓形状でもどちらでも良いということである。
【００２４】
対向ローラ６が剛体で加圧ローラ５が円筒形であると、ニップ幅が均一に得られ、良好な定着性を得ることができ、対向ローラ６が弾性体であると、それが加圧ローラ５の表面形状にそって弾性変形するので、加圧ローラ５が円筒形でなく鼓形状であっても所定のニップ幅を得られ、シワのない良好な画像が形成されるということである。
接触領域よりもベルト移動方向の上流に配置されたベルト加熱ローラ２が発熱体４を有するので、発熱体４で加熱されるベルト１によって、転写紙Ｐの未定着トナー像が加圧部分に至るまでに暖められる。この暖められたトナーを有する転写紙Ｐは、加圧ローラ５の外周面とベルト１の間に形成される第２の接触領域Ｎ２で加圧され、加圧ローラ５の対向ローラ６の外周面とで挟まれて加圧ローラ５の外周面とベルト１との間に形成された第１の接触領域Ｎ１でさらに加圧される。また、接触領域を構成するベルト１、対向ローラ６、加圧ローラ５がその表面に弾性体層を有しているので、接触領域を広く確保しながら、連続して形成される第１の接触領域Ｎ１と第２の接触領域Ｎ２との境目近傍においても、なだらかに加圧力が増大する。このため、転写紙Ｐに対して余計なストレスが与えられなくなり、シワのない良好な画像を形成することができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、弾性層を備えた第１の回転体と、第１の回転体に対して無端ベルトを介して圧接する弾性層を備えた加圧回転体とで接触領域が形成されるので、双方が剛体、あるいは一方が弾性体で他方が剛体で形成される場合に比べて接触領域が広く確保され、記録材が接触領域を通過する際に、未定着トナーと無端ベルトとが接触する時間が長くなる。また、第１の回転体と加圧回転体の双方が剛体や一方が剛体の場合のように、トナー画像に対して瞬発的に圧力が加わるものではなく、比較的弱い力で長い時間圧力付与が行われるので、記録材上の未定着トナーの凹凸が慣らされ品質の良い定着が行えるとともに良好な画像を得られる。無端ベルトを境にして、弾性層を備えて第１の回転体と加圧回転体とが配置されるので、双方が金属の場合と比較して接触領域に熱伝導性の良くない部材が配置されることになり、無端ベルト(特に接触領域)の温度変動が少なくて済み、未定着トナーに対して長時間安定した熱を与えられ、より良い定着が行えるとともに良好な画像を得られる。
本発明によれば、接触領域を構成しない第２の回転体が発熱源を有するので、無端ベルトへの熱供給が接触領域以外で行われるので、接触領域を形成する第１の回転体に弾性層を形成したとしても、ベルト自体への加熱は接触領域以外の部位で行えるので、短時間で昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したベルト定着装置の構成を示す構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は定着ベルト、対向ローラ、加圧ローラの硬度と厚みの関係を示す実験データである。
【図３】対向ローラと加圧ローラの材質と形状の関係を示す実験データである。
【符号の説明】
１ 無端ベルト
２ 第２の回転体（ベルト加熱ローラ）
５ 加圧回転体（加圧ローラ）
６ 第１の回転体（対向ローラ）
Ｎ１ 第１の接触領域
Ｎ２ 第２の接触領域
Ｎ１，Ｎ２ 接触領域
Ｓ 接線

Claims (2)

1. 回転動作を行う無端ベルトの内側に接触する、弾性層を備えた第１の回転体と、第２の回転体と、第１の回転体に対して前記無端ベルトを介して圧接し接触領域を形成するように配置される弾性層を備えた加圧回転体と、前記接触領域よりも上流側で第２の回転体に設けられていて、無端ベルトの内側からこの無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、
   記録材上の未定着トナー担持面側が前記無端ベルトに接触し、前記無端ベルトの回転動作に伴って前記接触領域を通過することで定着が行われることを特徴とするベルト定着装置。
2. 回転動作を行う無端ベルトの内側に接触する、弾性層を備えた第１の回転体及び第２の回転体と、第１の回転体に対して前記無端ベルトを介して圧接し接触領域を形成するように配置される弾性層を備えた加圧回転体と、前記接触領域よりも上流側で第２の回転体に設けられていて、前記無端ベルトの内側からこの無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、
   記録材上の未定着トナー担持面側が前記無端ベルトに接触し、前記無端ベルトの回転動作に伴って前記接触領域を通過することで定着が行われるベルト定着装置を備えた画像形成装置。

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