JP3967160B2 - 定着ベルトと定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等で記録媒体に転写したトナー像を定着する定着ベルトと定着装置及び画像形成装置、特に離型性の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を使用した複写機等の画像形成装置で記録紙に転写したトナー像を定着する定着装置には熱ローラ方式の定着装置が多く用いられている。この定着装置は内部に熱源を有した定着ローラと加圧ローラを圧接回転させ、両ローラの圧接部をなすニップを通過する記録紙上の未定着トナー像を加熱加圧して定着する。この熱ローラ方式の定着装置ではウォームアッブ時間が長くなることを抑える必要上、定着ローラの表面に設ける弾性体の厚さをある一定値以上に大きくすることはできない。このように定着ローラの表面の弾性体の厚さを十分に確保できないと、ニップ幅をある一定幅以上大きくできず、良好な定着を行える離型温度幅が狭くなる。この離型温度幅とは、定着温度が低く、トナーが定着ローラやベルトへ付着したり、あるいは十分に記録紙に定着されないというコールドオフセットと、定着温度が高すぎてトナー同士の吸着力が弱まり、再びトナーが定着ローラやベルトへ付着するというホットオフセットとの間の定着良好域の定着温度幅をいう。ここで定着ローラ以外の部位に熱源を設け、ウォームアッブ時間を短縮できるようにしたベルト定着装置が例えば特開平８−３３９１３３号公報に開示されている。この定着装置は、トナーに対し離型性を有する材料であるシリコーンゴムやフッ素樹脂で表面を形成したベルトの表面に記録紙のトナー像面を加圧下で接触しながら通過せしめることにより定着を行うものである。
【０００３】
しかしながら、この定着装置ではベルト表面とトナー像とが溶融状態でかつ加圧下で接触するために、長期間使用した場合、トナー像の一部が定着ベルト表面に付着して転移し、次の記録紙を汚すことがある。この定着ベルト表面に対してトナーが付着しないようにすることは、ベルト定着方式の必須条件の一つとされている。
【０００４】
また、フルカラーの場合では、色材の３原色であるイエロー、マゼンタ、シアンの３色のトナー又はそれに黒色トナーを加えた４色のトナーを用いて色再現を行うものであり、多色面像を記録紙に定着したり、オーバーヘッドプロジェクターシート（ＯＨＰ）に定着するが、色再現と透過性を満足しなくてはならない。このためトナー層を充分に溶融し、画像表面を平滑にすることが要求され、オフセットを防止する目的で、定着ベルトに例えばシリコーンオイルの如きオイルを供給しベルト上に均一に被覆する方法が現在の主流となっている。
【０００５】
この方法はトナーのオフセットを防止する点では極めて有効であるが、オフセット防止用液体を供給するための装置が必要なため、定着装置が複雑になるという短所を有しており、小型で安価なシステムを設計する上での阻害因子となっている。さらに、プレゼンテーション用としての必要性が増しているオーバーヘッドプロジェクターを利用するトランスペアレンシーフィルム（ＯＨＰフィルム）においては、紙と異なりオイル吸収能力が低いため、定着後のＯＨＰフィルム表面のべたつきが問題となっている。このような背景からオイルレス又はオイルの塗布量の少ない定着が可能な定着装置が強く求められている。
【０００６】
このため、例えば特開昭５１−１４３３３３号公報や特開昭５７−１４８７５２号公報，特開昭５８−９７０５６号公報,特開昭６０−２４７２５０号公報等では、離型剤として固形シリコーンワニスや高級脂肪酸，高級アルコール各種ワックス等をトナーに添加することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらトナーに、固形シリコーンワニスや高級脂肪酸，高級アルコール各種ワックス等の離型剤をある量以上を添加すると、現像中に離型剤がトナーから遊離して感光体やキャリアに付着するいわゆるフィルミングやスペントが発生するという短所がある。
また、特に破砕系のトナーでは、トナー表面に現れて離型性に寄与する離型剤の量が添加量に比して少ないため、長期にわたって安定して良質の画像を形成することは困難であった。
【０００８】
この発明はかかる短所を改善し、少ない離型剤で離型性を確保するとともに静電オフセットがしにくく、良質な画像を安定して定着することができる定着ベルトと定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る定着ベルトは、加熱ローラと定着ローラに巻き回され、加圧ローラにより定着ローラに押圧され、記録媒体に転写した離型剤を含浸したトナーと接触してトナーを記録媒体に定着する定着ベルトにおいて、前記定着ベルトは親油性のカーボン粉体を分散させ、前記トナーと接触する表面全面に、記録媒体の移動方向に沿った平行な細溝を設け、該細溝の表面にカーボン粉体を露出させたことを特徴とする。
【００１３】
この発明の定着装置は、前記定着ベルトを有することを特徴とする。
【００１４】
この発明の画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。また、離型剤としてワックス含有のトナーを用いて画像を形成することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明のデジタル複写機の構成図である。図に示すように、デジタル複写機１は複写機本体２と原稿自動送り装置（以下、ＡＤＦという）３と自動仕分け装置４とを有する。複写機本体２は原稿読取ユニット５と書込ユニット６とエンジン部７と給紙ユニット８を有する。原稿読取ユニット５は光源と複数のミラーを有するキャリッジ９とレンズ１０とＣＣＤ１１及びバッファ１２を有し、ＡＤＦ３で送られた原稿を走査して読み取る。書込ユニット６はレーザ光源やポリゴンミラー等を有し、画像情報を含むレーザビーム１３をエンジン部７に出射する。エンジン部７は、画像形成ユニット１４と１次転写ユニット１５と２次転写ユニット１６及び定着ユニット１７を有する。画像形成ユニット１４は、感光体１８の周囲に配置された帯電チャージャ１９と書込ユニット５からのレーザビーム１３の照射部とシアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）からなる回転式のカラー現像部２０及びドラムクリーニング部２１を有し、帯電チャージャ１９で帯電した感光体１８上にレーザビーム１３で静電潜像を形成し、形成した静電潜像をカラー現像部２０で可視化してトナー像を形成する。１次転写ユニット１５は中間転写ベルト２２と１次転写部２３とテンションローラ２４と２次転写ローラ２５とクリーニング部２６及び基準位置センサ２７を有し、感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。中間転写ベルト２２は、このデジタル複写機１における最大転写紙サイズであるＡ３よりも大きく形成されており、使用する転写紙がＡ４サイズ以下の場合には、２面分のトナー像を保持することができる。この中間転写ベルト２２は感光体１８上のトナー像を１次転写するとき以外は図示しない接離機構によって感光体１８表面から離れ、中間転写ベルト２２に画像を１次転写するときだけ感光体１８表面に圧接される。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像を記録紙に２次転写する。定着ユニット１７は記録紙に転写されたトナー像を熱と圧力で定着する。給紙ユニット８は複数の給紙カセット２８ａ〜２８ｃと手差トレイ２９を有し、記録紙を２次転写ユニット１６に送る。
【００１６】
ＡＤＦ３は読み取る原稿を原稿読取ユニット５に送り、原稿読取ユニット５で読み取った原稿を回収する。自動仕分け装置４は複数段の仕分けビン３０ａ〜３０ｎを有し、画像が形成された記録紙を仕分けして排出する。
【００１７】
このデジタル複写機１で原稿読取ユニット５で読み取った原稿の画像形成サイクルが始まると、形成する画像が１色の場合は、読み取った原稿の画像データにより感光体１８にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。２次転写ユニット１６は中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写する。トナー像を転写した記録紙は定着ユニット１７に送られ加熱，加圧して定着される。トナー像が定着された記録紙は自動仕分け装置４に排出される。また、中間転写ベルト２２に残留しているトナーはクリーニング部２６で回収する。
【００１８】
形成する画像が２色以上の場合は、中間転写ベルト２２に設けた基準マークを基準位置センサ２７で検出したことを基準にして原稿読取ユニッ５で原稿を読み取り、読み取った画像データを画像メモリに格納し、この画像データにより感光体１８に第１色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。引き続いて画像メモリに格納された画像データにより感光体１８に第２色目のトナー像を形成し、感光体１８に形成したトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写する。この感光体１８に対する画像形成と中間転写ベルト２２に対する１次転写を各色毎に繰り返す。すなわち、２色の画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を２回転し、フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写されたトナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着する。
【００１９】
また、基準サイズ例えばＡ４サイズで縦向きの原稿の画像のトナー像を２面分同時に中間転写ベルト２２に転写する２面取りモードのときは、１面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写してから中間転写ベルト２２の周長と原稿サイズで定まる所定のタイミングをおいて２面目のトナー像を中間転写ベルト２２に転写する。フルカラーの画像を形成する場合には中間転写ベルト２２を４回転して、各回転毎に感光体１８に形成されたトナー像を中間転写ベルト２２に１次転写して各色の画像を位置ずれなしに重ね合わせる。所定の色のトナー像を中間転写ベルト２２に転写したら、中間転写ベルト２２に転写された各トナー像の先端に合わせて給紙された記録紙にトナー像を２次転写し、定着ユニット１７で加熱，加圧して定着して、画像が形成された２枚の記録紙を連続的に排出する。このようにして画像形成効率を高めることができる。
【００２０】
このデジタル複写機１の定着ユニット１７は、図３の構成図に示すように、加熱ローラ３１と、定着ローラ３２と、加熱ローラ３１と定着ローラ３２に巻き回された定着ベルト３３と、定着ベルト３３を定着ローラ３２に押圧する加圧ローラ３４と、入口ガイド板３５及び例えばサーミスターからなる温度検出手段３６を有する。加熱ローラ３１はヒータ３７を内蔵し、テンションスプリング３８により定着ローラ３２と反対側に付勢され、定着ベルト３３に一定の張力を与えている。この加熱ローラ３１の温度は温度検出手段３６で検出されて制御される。加圧ローラ３４もヒータ３９を内蔵し、加圧スプリング４０により定着ローラ３２に押圧されている。そして記録紙４１に転写された離型剤を含有したトナー４２を加熱加圧して記録紙４１に定着する。
【００２１】
定着ベルト３３は、加熱ローラ３１と定着ローラ３２に巻き回される前は円筒形状をし、図３の斜視図に示すように、外周面に、円周方向に沿って設けられた複数の細溝４３を有する。この定着ベルト３３が加熱ローラ３１と定着ローラ３２に巻き回され、記録紙４１に転写されたトナー４２を記録紙４１に定着するとき、図４の部分拡大断面図に示すように、細溝４３を有する外周面がトナー４２に圧接する。この定着ベルト３３に圧接したトナー４２の表面に現れた離型剤は定着ベルト３３の細溝４３内に入り、毛細管現象で広範囲に広がる。したがってトナー４２が定着ベルト３３の表面に貼り付くことを防ぐことができ、安定したトナー像を記録紙４１に定着することができるとともに、定着ベルト３３の表面がトナー４２により汚れることを防ぐことができる。
【００２２】
このように定着ベルト３３の細溝４３内に入り込む離型剤に対して、細溝４３のぬれ性を向上させると、より定着ベルト３３の離型性を高めることができる。そこで、図５の拡大断面図に示すように、定着ベルト３３に親油性のカーボン粉体４４を分散させ、細溝４３を切込みで形成して、細溝４３の表面にカーボン粉体４４を露出させると良い。一般に、母材のポリマーにきれいに分散された粉体は、その表面が母材で覆われている。この表面にコランダムなどの硬質粒子により微小溝形状の切れ込みを入れると、表面の母材を残しながら溝の部分で粉体が局部的に表面に現れて露出する。このようにして定着ベルト３３の細溝４３に親油性のカーボン粉体４４を露出させることにより、細溝４３表面の離型剤に対するぬれ性を高めることができ、トナー４２に含浸した離型剤が細溝４３に入り込んだとき、この離型剤を定着ベルト３３の広い範囲に確実に拡散することができる。
【００２３】
この親油性のカーボン粉体４４を分散した定着ベルト３３を作製する方法としては、カーボンが分散されたフッ素樹脂粉を静電塗装して、焼結後、研磨剤で切れ込みを入れて作製する方法や、液体分散された含カーボンフッ素樹脂用ディスパージョン液のカーボン濃度を減らしたもので多層塗りを行い、これに切れ込みを入れる方法、またはカーボンが分散されたフッ素樹脂のチューブをプライマー層用いて最上層を形成し、切れ込みを入れる方法などがある。
【００２４】
例えば液体分散された含カーボンフッ素樹脂用ディスパージョン液のカーボン濃度を減らしたもので２層塗りを行い、これに切れ込みを入れる方法で４種類の定着ベルト３３を作製した。この２層の塗布層の下層はカーボン５％含有のもので、最終厚さを１５μｍとした。また、上層はカーボン含有量のないものとし最終厚さを２μｍとした。これを粒径の異なるコランダム粒子で研磨を行い、表面粗さＲｚが２μｍと３μｍと５μｍ及び７μＭの４種類を作製した。また、比較例として下層はカーボン５％含有のもので２０μｍの膜を形成した。
【００２５】
この定着ベルト３３を加熱ローラ３１と定着ローラ３２に巻き回し、ワックス含有トナー４２による未定着ベタ画像を10000枚通し、定着ベルト３３の表面のトナー付着量と記録紙４１の巻き付きを確認した結果を下記表に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
この結果、表面粗さＲｚで５μｍ以下であれば、定着ベルト３３の表面にトナー４２が付着せず、記録紙４１の巻き付きもないことが確認できた。
【００２８】
また、液体分散された含カーボンフッ素樹脂用ディスパージョン液のカーボン濃度を減らしたもので２層塗りを行い、２層の塗布層の下層はカーボン５％含有のもので、最終厚さを１５μｍとし、上層はカーボン含有量のないものとし最終厚さを２μｍとし、これに切れ込みを入れて、コランダム粒子で研磨を行い、表面粗さＲｚが２μｍとした定着ベルト３３を作製し、加圧ローラ３４による加圧力を0.3ｋｇｆ/ｃｍ^２と0.5ｋｇｆ/ｃｍ^２と1.0ｋｇｆ/ｃｍ^２と2.0ｋｇｆ/ｃｍ^２及び4.0ｋｇｆ/ｃｍ^２と可変して、ワックス含有トナー４２による未定着ベタ画像を10000枚通し、定着ベルト３３の表面のトナー付着量と記録紙４１の巻き付きを確認した結果を下記表に示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】
上記表に示すように、加圧力が1.0ｋｇｆ／ｃｍ^２以下では、定着ベルト３３の表面にトナー４２が付着せず、記録紙４１の巻き付きもないが、加圧力が0.5ｋｇｆ／ｃｍ^２以下でトナー４２の定着性が悪く、また、加圧力が2.0ｋｇｆ／ｃｍ^２以上では、定着ベルト３３に対するトナー４２の付着が見られた。したがって加圧力を1.0ｋｇｆ／ｃｍ^２程度に設定することにより、安定したトナー像を記録紙４１に定着することができるとともに、定着ベルト３３の表面がトナー４２により汚れることを防ぐことができる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、定着ベルトのトナーと接触する表面全面に、記録媒体の移動方向に沿った平行な細溝を設け、細溝の表面にカーボン粉体を露出させて横溝表面の離型剤に対するぬれ性を高め、定着ベルトに圧接したトナーの表面に現れた離型剤を定着ベルトの細溝内に入り込ませて広範囲に広げ、トナーが定着ベルトの表面に貼り付くことを防ぐことができ、安定したトナー像を記録媒体に定着することができるとともに、定着ベルトの表面がトナーにより汚れることを防ぐことができる。
【００３２】
また、定着ベルトの細溝を記録媒体の移動方向に沿った平行に設けることにより、溶けた離型剤を前後に伸ばして広げることができ、離型性をより高めることができる。
【００３６】
また、この定着ベルトを定着装置に使用することにより、安定したトナー像を記録媒体に定着することができるとともに、定着ベルトの表面がトナーにより汚れることを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、この定着装置を使用して、離型剤としてワックス含有のトナーを用いて画像を形成することにより、良質な画像を安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のデジタル複写機の構成図である。
【図２】定着ユニットの構成図である。
【図３】定着ベルトの構成を示す斜視図である。
【図４】定着ベルトに接触したトナーを示す部分拡大断面図である。
【図５】定着ベルトの細溝部分を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１；デジタル複写機、２；複写機本体、３；ＡＤＦ、４；自動仕分け装置、
５；原稿読取ユニット、６；書込ユニット、７；エンジン部、
８；給紙ユニット、１４；画像形成ユニット、１５；１次転写ユニット、
１６；２次転写ユニット、１７；定着ユニット、３１；加熱ローラ、
３２；定着ローラ、３３；定着ベルト、３４；加圧ローラ、４１；記録紙、
４２；トナー、４３；細溝。

Claims (3)

1. 加熱ローラと定着ローラに巻き回され、加圧ローラにより定着ローラに押圧され、記録媒体に転写した離型剤を含浸したトナーと接触してトナーを記録媒体に定着する定着ベルトにおいて、
   親油性のカーボン粉体を分散させ、前記トナーと接触する表面全面に、記録媒体の移動方向に沿った平行な細溝を設け、該細溝の表面にカーボン粉体を露出させたことを特徴とする定着ベルト。
2. 請求項１に記載の定着ベルトを有することを特徴とする定着装置。
3. 請求項２記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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