JP6536379B2 - 定着ベルト、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着ベルト、定着装置および画像形成装置に関する。

複写機やレーザービームプリンターなどの画像形成装置で採用される定着装置は、通常、加熱された定着ベルトを、未定着のトナー画像を担持している記録媒体に当接させて、トナー画像を記録媒体に定着させる。次いで、トナー画像が定着された記録媒体は、定着ベルトから分離される。上記定着ベルトは、例えば、基層、弾性層および離型層がこの順で積層されている無端状のベルトである。

上記定着ベルトとして、反発弾性率が５％以上かつ２０％以下である定着ベルトが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の定着ベルトでは、弾性層の材料としてシリコーンゴムが使用されている。

特開２００９−１３９６１９号公報

定着装置における定着性および分離性には、定着ベルトの反発性が寄与している。また、弾性層に使用されるシリコーンゴムは、常温時と高温時とでゴム物性が異なるため、常温時のゴム物性を考慮したベルト設計では、所期の定着性および分離性を得ることができないことがある。このため、従来の定着装置を有する電子写真方式の画像形成装置においては、紙詰まりが発生してしまうことがある。また、特許文献１からも明らかなように、定着性および分離性を高める観点から、常温時の反発弾性率に着目されている定着ベルトは知られているが、高温時における反発性に着目されている定着ベルトは知られていない。

本発明の第１の課題は、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる定着ベルトを提供することである。また、本発明の第２の課題は、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することである。

本発明者らは、上記の定着性および分離性の課題に対して、定着ベルトの高温時における反発性による解決を図り、鋭意検討を重ね、本発明を完成させた。

本発明に係る定着ベルトは、耐熱性樹脂製の基層と、弾性材料製の弾性層と、離型層とがこの順で積層されている無端状の定着ベルトであって、１８０℃における反発性は、０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満である。

本発明に係る定着装置は、無端状の定着ベルト、前記定着ベルトを軸支する二以上のローラ、および前記定着ベルトを加熱するための加熱装置を含む定着部材と、前記定着ベルトを介して前記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラと、を有し、前記定着ベルトは、本発明に係る定着ベルトであり、前記ローラのうちの、前記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、５０ｍｍ以上である。

本発明に係る画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置であって、前記定着装置は、本発明に係る定着装置である。

本発明によれば、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる定着ベルトを提供することができ、この定着ベルトを用いることにより、電子写真方式の画像形成装置において、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することができる。

図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る定着ベルトの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ部を拡大して示す図である。 図２は、本発明の一実施の形態に係る定着装置の一例を模式的に示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置の一例を模式的に示す図である。

［定着ベルト］
（定着ベルトの構成）
本実施の形態に係る定着ベルトは、耐熱性樹脂製の基層と、弾性材料製の弾性層と、離型層とがこの順で積層されている。当該定着ベルトの形状は無端状である。

上記基層は、耐熱性樹脂製である。上記耐熱性樹脂は、定着ベルトの使用温度において変性および変形を生じない樹脂から適宜に選ばれ、一種でもそれ以上でもよい。上記耐熱性樹脂の例には、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリアミドイミドおよびポリエーテルエーテルケトンが含まれる。中でも、耐熱性の観点から、ポリイミドが好ましい。

ポリイミドは、その前駆体であるポリアミド酸の、２００℃以上の加熱による、または触媒を用いることによる、脱水・環化（イミド化）反応によって得ることができる。ポリアミド酸は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを溶媒に溶解し、混合・加熱による重縮合反応によって製造してもよいし、市販品を用いてもよい。上記ジアミン化合物およびテトラカルボン酸二無水物の例には、特開２０１３−２５１２０号公報の段落０１２３〜０１３０に記載の化合物が含まれる。

上記基層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、耐熱性樹脂以外の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記基層の材料は、他の樹脂成分をさらに含んでいてもよい。上記基層の材料における上記耐熱性樹脂の含有量は、成形性などの観点から、４０〜１００体積％であることが好ましい。

上記弾性層は、弾性材料製である。当該弾性層の材料（弾性材料）の例には、シリコーンゴムや熱可塑性エラストマー、ゴム材料などの弾性樹脂材料が含まれる。上記弾性材料は、耐熱性および弾性の観点から、シリコーンゴムであることが好ましい。

上記シリコーンゴムは、一種でもそれ以上でもよい。上記シリコーンゴムの例には、ポリオルガノシロキサンまたはその加熱硬化物が含まれる。たとえば、シリコーンゴムは、１００質量部のジメチルポリシロキサン（ビニル基量０．７２ｍｏｌ％）と、２．３質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量０．６ｍｏｌ％）と、１質量部のシリカとの加熱硬化物（特開２００６−３３６６６８号公報）、１００質量部のジメチルポリシロキサン（ビニル基量０．００９ｍｏｌ％）と、１．２質量部のアルケニル基含有メチルハイドロジェンポリシロキサンおよび１．１質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量／アルケニル基＝１．５）と、２質量部のシリカとの加熱硬化物（特開２００８−２５５２８３号公報）、７０質量部のビニル基含有ジメチルポリシロキサン（ビニル基量０．００８ｍｏｌ％）および３０質量部のビニル基非含有ジメチルポリシロキサンと、０．５質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量／アルケニル基＝１．０）と、２５０質量部のアルミナとの加熱硬化物（特開２００８−２５５２８３号公報）、または１００質量部のジメチルポリシロキサン（ビニル基量０．７２ｍｏｌ％）と、１．０質量部のＳｉＨ基含有メチルハイドロジェンポリシロキサン（Ｓｉ−Ｈ基量０．６ｍｏｌ％）と、２５０質量部のアルミナとの加熱硬化物（特開２００５−７０４０９号公報）である。

当該弾性層の厚さは、例えば、伝熱性および弾性を十分に発現させる観点から、５〜３００μｍであることが好ましく、５０〜２５０μｍであることがより好ましく１００〜２００μｍであることがさらに好ましい。

上記弾性層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記の弾性樹脂材料以外の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記弾性材料は、弾性層の伝熱性を高めるための伝熱性のフィラーをさらに含んでいてもよい。当該フィラーの材料の例には、シリカ、金属シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、カーボンおよび黒鉛が含まれる。上記フィラーの形態は、限定されず、例えば、球状粉末、不定形粉末、扁平粉末または繊維である。

上記弾性材料において、上記フィラーの含有量が多くなるほど、伝熱性が高くなるものの、上記弾性樹脂材料の含有比率が低下し、高温反発性が低下する傾向にある。上記弾性材料における上記弾性樹脂材料の含有量は、例えば、６０〜１００体積％であることが好ましく、７５〜１００体積％であることがより好ましく、８０〜１００体積％であることがさらに好ましい。

上記離型層は、トナー成分に対する適度な離型性を有する。上記離型層は、定着時に記録媒体に当接する定着ベルトの外表面を構成する。当該離型層の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン、および、これらの混合物または共重合体、が含まれる。上記離型層の材料は、上記の離型性および耐熱性の観点から、フッ素樹脂であることが好ましく、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）であることがより好ましい。

上記離型層の厚さは、例えば、熱の伝達、弾性層の変形への追従および離型性の発現の観点から、５〜４０μｍであることが好ましく、１０〜３５μｍであることがより好ましく、２０〜３０μｍであることがさらに好ましい。

上記離型層は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記の樹脂マトリクス材料以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記離型層は、潤滑材粒子をさらに含んでいてもよい。当該潤滑材粒子の例には、フッ素樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子およびシリカ粒子が含まれる。

上記離型層の材料における上記樹脂マトリクス材料の含有量は、伝熱性、および、弾性層の変形に十分に追従する柔軟性、の観点から、７０〜１００体積％であることが好ましい。

上記定着ベルトは、本実施形態の効果を奏する範囲において、前述した基層、弾性層および離型層以外の他の層をさらに有していてもよい。当該他の層の例には、補強層が含まれる。

上記補強層は、定着ベルトの機械的強度を高めるための層であり、例えば、定着ベルトにおける弾性層および離型層とは反対側の表面（基層の内周面）に配置される。当該補強層は、前述した耐熱性樹脂で構成することができ、その厚さは、適宜に決めることが可能である。

（定着ベルトの高温反発性）
記録媒体の分離性を高める観点から、本実施形態に係る定着ベルトの高温反発性は、０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満である。本明細書中、高温反発性とは、定着ベルトの温度が１８０℃のとき、トナー画像の定着時に加圧ローラにより押し込まれて歪んだ定着ベルトが元の状態に戻るときの平均速度をいう。高温反発性が高すぎたり、低すぎたりすると、定着時に歪んだ定着ベルトが元の状態に戻るときの速度が速すぎたり、遅すぎたりして、記録媒体の分離性が悪くなるおそれがある。また、記録媒体と定着ベルトとの張り付き防止の観点から、高温反発性は、０．４５ｍｍ／ｍｓ以上であることが好ましい。また、トナー画像にかかる圧力を均一化して、所期の定着性を発現させる観点から、高温反発性は、０．５ｍｍ／ｍｓ以下であることが好ましい。

定着ベルトの高温反発性は、弾性層の弾性材料やフィラーの添加（前述）などにより調整することが可能である。たとえば、高温反発性は、弾性材料のゴム硬度、引っ張り強度および反発弾性率が大きくなるほど大きくなる傾向にあり、弾性材料の伸びおよび圧縮永久歪が大きくなるほど小さくなる傾向にある。また、前述のとおり、高温反発性は、フィラーの添加により弾性層における弾性材料の含有比率が小さくなるほど、小さくなる傾向にある。

高温反発性は、公知の工業用粘弾性測定装置（例えば、Ｗａｖｅｓｙｂｅｒ社製のＥ−２００ＤＴ）を用いて測定することができる。たとえば、まず、２０ｍｍ×２０ｍｍの小型セラミックヒータ（ミスミ社製のＭＭＣＰＨ）上に２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．３ｍｍの大きさのベルトサンプルを載せ、当該サンプルを上記ヒータにより昇温速度１０℃／分で加熱する。次いで、サンプル温度が１８０℃に達したときに、上記測定装置により上記サンプルに、高さ２．５０ｍｍ、先端Ｒ０．１、３０°の円錐形状の圧子で４４５００ｍＮの負荷を加え（ＪＩＳ Ｋ６２５３準拠、タイプＤ）、上記サンプルに負荷が加えられてから２秒後に加重を０にする。圧子の押し込み深さと、上記サンプルに負荷が加えられた状態から、負荷が加えられていない状態に戻るまでの時間とに基づいて、高温反発性（押し込み深さ／時間）を測定することができる。高温反発性は、例えば、上記測定を三回行ったときの平均値である。

なお、本実施形態に係る定着ベルトにおいて、離型層の厚さは、弾性層の厚さと比較して薄いため、定着ベルトの高温反発性に与える離型層の影響は小さい。したがって、定着ベルトの高温反発性は、離型層がない状態、例えば、離型層を剥がした状態で測定してもよいし、離型層が積層されている状態で測定してもよい。

上記定着ベルトは、積層型の定着ベルトを作製する公知の方法を利用して作製することが可能である。たとえば、上記定着ベルトは、基層となる上記耐熱性樹脂製の無端状の成形体の外表面に、離型層となるチューブを被せる工程と、当該成形体と当該チューブとの間に弾性材料またはその前駆体を注入する工程と、必要に応じて当該弾性材料または等体前駆体を加熱硬化させる工程と、を含む方法によって作製することができる。

上記定着ベルトの一例を図１に示す。図１Ａは、本発明の一実施の形態に係る定着ベルトの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、図１Ａ中のＢ部を拡大して示す図である。

定着ベルト１０は、図１Ａに示されるように、無端状の形状を有し、図１Ｂに示されるように、基層１２と、基層１２の外周面上に配置された弾性層１６と、弾性層１６の外周面上に配置された離型層１８とを有する。基層１２は、例えばポリイミド製であり、弾性層１６は、例えばシリコーンゴム製であり、離型層１８は、例えばＰＦＡ製である。

弾性層１６は、例えば、両末端にトリメチルシロキサン基を有し、側鎖にビニル基を有するジメチルポリシロキサンの二種以上を混合し、加熱によりビニル基を架橋（硬化）させてなるシリコーンゴムにより構成されている。

上記のような定着ベルト１０は、下記の二軸ベルト式の定着装置における定着ベルトに好適に採用され、特に高速（例えば、後述の定着速度で６０枚／分以上）の画像形成装置において顕著な効果を奏する。

［定着装置］
本実施形態に係る定着装置は、前述の無端状の定着ベルト、当該定着ベルトを軸支する二以上のローラ、および上記定着ベルトを加熱するための加熱装置を含む定着部材と、上記定着ベルトを介して上記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラと、を有する。上記定着装置は、上記ローラのうちの、加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、５０ｍｍ以上である。また、上記定着装置は、前述の定着ベルトを有する以外は、公知のいわゆる二軸ベルト式定着装置と同様に構成することができる。

上記定着ベルトを軸支する上記ローラは、二以上であり、当該定着ベルトを加熱するための加熱装置を含む。加熱装置は、例えば、アルミニウム製などの伝熱性のスリーブと、当該スリーブの内側に配置されるハロゲンヒータなどの加熱源とを有する加熱ローラであってもよいし、定着ベルトに対向するように配置されるハロゲンヒータなどの加熱源であってもよい。また、当該スリーブの外周面は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂製の層によって被覆されていてもよい。

上記定着ベルトを軸支するローラ以外のローラは、一以上あればよく、所望の他の機能に応じて適宜に構成することが可能である。

上記の二以上のローラに軸支されている上記定着ベルトの張力は、より高速の画像形成に適用させる観点から、４５Ｎ以下であることが好ましく、４３Ｎ以下であることがより好ましい。当該張力は、例えば、上記ローラの軸間距離を拡げる方向に上記ローラを付勢するばねなどの弾性部材の弾性力（付勢力）や、上記定着ベルトを軸支するローラの軸間距離などによって調整することが可能である。

上記加圧ローラは、定着時に定着ベルトとの当接部（定着ニップ部）を構成する。加圧ローラの例には、外周面に弾性を有するローラ、および、その回転軸が上記定着ベルトに対して接近、離間自在なローラ、が含まれる。

上記ローラのうちの、上記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、より高速の画像形成に適用させる観点から、５０ｍｍ以上であり、６０ｍｍ以上であることが好ましい。上記ローラのローラ径の上限は、例えば、定着装置の許容される大きさによって適宜に決めることができる。

また、上記定着装置において、定着に供された記録媒体の分離角は、６７〜８５°であることが、より高速の画像形成に適用させる観点から好ましい。当該分離角とは、定着ニップ部を構成する二つのローラの軸を結ぶ直線に平行な直線（図２中のＬ１）に対して、上記定着ニップ部における記録媒体の搬送方向の下流端において、定着ベルトの接線（図２中のＬ２）がなす角度（図２中のθ）である。

一般に、分離角が大きいと、画像形成の高速化には有利となり、定着ベルトに対する記録媒体の分離性の観点からは不利となる傾向がある。しかしながら、上記の定着ベルトは、前述した高温反発性の条件を満足する。したがって、画像形成の高速化には不利とされてきた比較的大きな分離角においても、十分な上記分離性を発現する。画像形成の高速化と上記分離性とを両立させる観点から、上記分離角は、７０〜８１°であることがより好ましく、７３〜７７°であることがさらに好ましい。

上記分離角は、例えば、上記定着ニップ部を構成する上記ローラのローラ径や、画像形成速度、上記加圧ローラの付勢力（ニップ圧）などによって調整することが可能である。

上記定着装置は、本実施形態の効果が得られる範囲において、上記以外の他の構成をさらに有していてもよい。当該他の構成の例には、加熱装置で加熱された定着ベルトの温度を検出するための第１の温度センサー、上記加圧ローラの軸移動機構、上記加圧ローラ内に配置される第２のヒータ、上記加圧ローラの温度を検出するための第２の温度センサー、および記録媒体を上記定着ニップ部に、あるいは当該定着ニップ部から案内するためのガイド部材、が含まれる。これらの他の構成には、公知の定着装置で採用されている公知の部材などを採用することができる。

上記定着装置は、前述の定着ベルトを有するため、高い分離性で記録媒体を分離させることができる。このため、上記定着装置は、分離用の装置（例えば、記録媒体を剥がすための気流を生じさせる気流分離装置など）を別途、有していなくてもよい。

以下、上記定着装置の一例をより詳しく説明する。図２は、本発明の一実施の形態に係る定着装置の一例を模式的に示す図である。

定着装置７０は、例えば、図２に示されるように、定着ベルト１０、加熱ローラ７１、第１加圧ローラ７２、第２加圧ローラ７３、ヒータ７４、７５、第１温度センサー７６、第２温度センサー７７、案内板７９および案内ローラ８０を有している。

定着ベルト１０は、前述した本実施形態に係る定着ベルトである。定着ベルト１０は加熱ローラ７１と第１加圧ローラ７２とによって軸支され、張設されている。定着ベルト１０の張力は、例えば４３Ｎである。

加熱ローラ７１は、回転自在なアルミニウム製のスリーブと、その内部に配置されたヒータ７４とを有する。第１加圧ローラ７２は、例えば、回転自在な芯金と、その外周面上に配置された弾性層とを有している。

第２加圧ローラ７３は、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７２に対向して配置されている。第２加圧ローラ７３は、例えば、回転自在なアルミニウム製のスリーブと、当該スリーブ内に配置されているヒータ７５とを有する。第２加圧ローラ７３は、第１加圧ローラ７２に対して接近、離間自在に配置されており、第１加圧ローラ７２に対して接近したときに、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７２の弾性層を押圧し、定着ベルト１０との接触部である定着ニップ部を形成する。

第１温度センサー７６は、加熱ローラ７１によって加熱された定着ベルト１０の温度を検出するための装置であり、第２温度センサー７７は、第２加圧ローラ７３の外周面の温度を検出するための装置である。

案内板７９は、未定着のトナー画像を有する記録媒体を上記定着ニップ部に案内するための部材であり、案内ローラ８０は、トナー画像が定着された記録媒体を上記定着ニップ部から画像形成装置外へ案内するための部材である。

定着装置７０において、第１加圧ローラ７２のローラ径は、例えば６０ｍｍであり、定着ベルト１０の回転移動速度は、３１５ｍ／秒であり、分離角θは７３°である。上記定着ベルト１０の回転移動速度は、Ａ４版の記録媒体への画像形成速度（「定着速度」または「印刷速度」）に換算すると、６０枚／分である。

分離角θは、図２中、第１加圧ローラ７２の回転軸と第２加圧ローラ７３の回転軸とを結ぶ直線に平行な直線Ｌ１に対して、記録媒体の搬送方向における定着ニップ部の下流端での定着ベルト１０の接線がなす角度のうち、第２加圧ローラ７３側の角度である。当該分離角θは、第２加圧ローラ７３のローラ径などによって調整することが可能である。

たとえば、第２加圧ローラ７３のローラ径が５０ｍｍであるときの分離角をθ_５０（例えば７９°）とすると、第２加圧ローラ７３のローラ径が６０ｍｍである場合には、そのときの分離角θ_６０は、（θ_５０＋４）°となる。

定着ベルト１０は、上記の速度で回転駆動し、例えば、第１温度センサー７６によるフィードバック制御によりヒータ７４によって所望の温度（例えば１９０℃）に加熱される。第２加圧ローラ７３は、例えば第２温度センサー７７によるフィードバック制御によりヒータ７５によって所望の温度（例えば１８０℃）に加熱される。そして、第２加圧ローラ７３は、記録媒体の到着に合わせて、定着ベルト１０を介して第１加圧ローラ７２の外周面を付勢し、定着ニップ部を形成する。

未定着のトナー画像を担持する記録媒体は、案内板７９に案内されながら上記ニップ部に案内される。十分に加熱された定着ベルト１０は、記録媒体に十分に密着し、未定着のトナー画像が速やかに記録媒体に定着される。

定着ニップ部の下流端において、トナー画像が定着された記録媒体には、定着ベルト１０に付着する力と、定着ベルト１０の接線方向に進もうとする力とがかかる。前述した高温反発性の条件を満たす定着ベルト１０は、上記定着ニップ部の下流端で、記録媒体に対して適度な反発性を発現すると考えられ、その結果、記録媒体は、定着ベルト１０から離れて、定着ベルト１０の接線方向に移動する。

定着ベルト１０から分離した記録媒体は、案内ローラ８０により、画像形成装置外に向けて案内される。

なお、定着ニップ部は、前述のように第１加圧ローラ７２の周面および定着ベルト１０が窪むことで形成されてもよいし、あるいは第２加圧ローラ７３の周面が窪むことによって形成されてもよい。

このように、上記定着装置は、電子写真方式の画像形成装置の定着装置に好適に採用され、特に、高速の画像形成装置に採用されることにより、顕著な効果を発現する。

［画像形成装置］
画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって記録媒体に定着させるための上記の定着装置を有する。上記画像形成装置は、上記定着装置が定着装置として採用される以外は、公知の画像形成装置と同様に構成され得る。以下、画像形成装置の一例を、図３に基づいて説明する。

画像形成装置５０は、図３に示されるように、画像形成部、中間転写部、定着装置７０、画像読み取り部および記録媒体搬送部を有する。

上記画像形成部は、例えば、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの各色に対応する四つの画像形成ユニットを含む。画像形成ユニットは、図３に示されるように、感光体ドラム５１、感光体ドラム５１を帯電させる帯電装置５２、帯電した感光体ドラム５１に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５３、静電潜像が形成された感光体ドラム５１にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置５４、および、感光体ドラム５１の残留トナーを除去するクリーニング装置５５、を有する。

感光体ドラム５１は、例えば、光導電性を有する負帯電型の有機感光体である。帯電装置５２は、例えば、コロナ帯電器である。帯電装置５２は、帯電ローラや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム５１に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置５３は、例えば、半導体レーザーで構成される。現像装置５４は、例えば、電子写真方式の画像形成装置における公知の現像装置である。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。

上記中間転写部は、一次転写ユニットと二次転写ユニットを含む。当該一次転写ユニットは、中間転写ベルト６１、一次転写ローラ６２、バックアップローラ６３、複数の支持ローラ６４およびクリーニング装置６５を有する。中間転写ベルト６１は、無端状のベルトである。中間転写ベルト６１は、バックアップローラ６３および支持ローラ６４によって、ループ状に張架される。バックアップローラ６３および支持ローラ６４の少なくとも一つのローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト６１は、無端軌道上を一方向に一定速度で走行する。

上記二次転写ユニットは、二次転写ベルト６６、二次転写ローラ６７および複数の支持ローラ６８を有する。二次転写ベルト６６も、無端状のベルトである。二次転写ベルト６６は、二次転写ローラ６７および支持ローラ６８によってループ状に張架される。

定着装置７０は、例えば、図２に示される定着装置７０である。紙Ｓは、記録媒体に相当する。

上記画像読み取り部は、給紙装置８１、スキャナー８２、ＣＣＤセンサー８３および画像処理部８４を有する。上記記録媒体搬送部は、三つの給紙トレイユニット９１および複数のレジストローラ対９２を有する。給紙トレイユニット９１には、坪量やサイズなどに基づいて識別された紙Ｓ（規格紙、特殊紙）が予め設定された種類ごとに収容される。レジストローラ対９２は、所期の搬送経路を形成するように配置されている。

［画像形成方法］
画像形成方法は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を、上記の定着装置を用いて加熱および加圧によって記録媒体に定着させる工程を含む。上記画像形成方法は、上記の画像形成装置５０によって行うことが可能である。当該画像形成方法の一例として、画像形成装置５０による画像の形成を以下に説明する。

スキャナー８２は、給紙装置８１から送られたコンタクトガラス上の原稿Ｄを光学的に走査して読み取る。原稿Ｄからの反射光がＣＣＤセンサー８３により読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部８４において所定の画像処理が施され、露光装置５３に送られる。

一方で、感光体ドラム５１は、Ａ４版の記録媒体で６０枚／分以上の印刷速度に相当する一定の周速度で回転する。

帯電装置５２は、感光体ドラム５１の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置５３は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光で感光体ドラム５１を照射する。こうして感光体ドラム５１の表面には、静電潜像が形成される。現像装置５４は、感光体ドラム５１の表面にトナーを付着させることにより静電潜像を可視化する。こうして感光体ドラム５１の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。感光体ドラム５１の表面のトナー画像は、中間転写ベルト６１に転写される。感光体ドラム５１の転写残トナーは、クリーニング装置５５によって除去される。中間転写ベルト６１には、各感光体ドラム５１で形成された各色のトナー画像が順次重なるように転写される。

一方、二次転写ローラ６７は、二次転写ベルト６６をバックアップローラ６３に向けて押圧し、中間転写ベルト６１に圧接させる。それにより、二次転写ニップ部が形成される。他方、給紙トレイユニット９１からレジストローラ対９２を介して上記二次転写ニップ部に紙Ｓが搬送される。レジストローラ対９２は、紙Ｓの傾きを補正し、また搬送のタイミングを調整する。

二次転写ニップ部に紙Ｓが搬送されると、二次転写ローラ６７に転写電圧が印加され、中間転写ベルト６１上のトナー画像が紙Ｓに転写される。トナー画像が転写された紙Ｓは、二次転写ベルト６６によって、定着装置７０に搬送される。中間転写ベルト６１上の転写残トナーは、クリーニング装置６５によって除去される。

定着装置７０では、定着ベルト１０がＡ４版の記録媒体で６０枚／分以上の印刷速度に相当する一定の速度で回転し、紙Ｓの搬送に際して、前述したように、第２加圧ローラ７４が定着ベルト１０と定着ニップ部を形成する。紙Ｓは、当該定着ニップ部で加熱、加圧され、前述したように定着ベルト１０の反発力によって画像形成装置５０の外に向けて案内され、排出される。こうして、紙Ｓ上のトナー画像が形成され、当該紙Ｓは、機外に排出される。

以上の説明から明らかなように、上記定着ベルトは、耐熱性樹脂製の基層と、弾性材料製の弾性層と、離型層とがこの順で積層されている無端状の定着ベルトであって、１８０℃における反発性は、０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満であることから、トナー画像の定着性と記録媒体の分離性の両方に優れる。

また、上記１８０℃における反発性が０．４５ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．５ｍｍ／ｍｓ以下であることは、より良好な分離性を実現させる観点から、より一層効果的である。

また、上記耐熱性樹脂がポリイミドであり、上記弾性材料がシリコーンゴムであり、上記離型層の材料がペルフルオロアルコキシフッ素樹脂であることは、定着性および分離性の両方に優れる定着ベルトを容易に生産する観点からより一層効果的である。

また、上記定着装置は、無端状の定着ベルト、上記定着ベルトを軸支する二以上のローラ、および上記定着ベルトを加熱するための加熱装置を含む定着部材と、上記定着ベルトを介して上記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラと、を有し、上記ローラのうちの、上記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、５０ｍｍ以上である。よって、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することができる。このため、上記定着装置では、記録媒体の分離のための装置を別途設ける必要がない。

また、高速のトナー画像の定着に適用する観点から、上記ローラに軸支されている上記定着ベルトの張力が４５Ｎ以下であることは、より一層効果的である。より具体的には、前述の定着速度で６０枚／分以上（例えば、６０〜１００枚／分）の画像形成に適用することができる。

また、上記画像形成装置は、記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって上記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置であって、上記定着装置は、本実施形態に係る定着装置であることから、トナー画像の定着と記録媒体の分離のいずれもが良好な定着を実現することができる。これにより、トナー画像の定着時の紙詰まりを抑制することができる。

本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例などに限定されない。

［実施例１］
内径９９ｍｍ、長さ３６０ｍｍ、厚み７０μｍの熱硬化性ポリイミド樹脂からなるベルト基材の内側に、外径６０ｍｍのステンレス製の円筒状の芯金を密着させた。次いで、当該ベルト基材の外側に、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを内周面上に保持する円筒金型を被せ、このようにして上記芯金と上記円筒金型を同軸で保持するとともに、両者の間にキャビティを形成した。次いで、当該キャビティにシリコーンゴム材料Ａを注入し、加熱硬化して、厚さ２００μｍのシリコーンゴムＡによる弾性層を形成した。こうして、ベルト基材、シリコーンゴムＡの弾性層およびＰＦＡ製の離型層をこの順で積層されている定着ベルト１を作製した。

なお、シリコーンゴム材料Ａとしては、ゴムメーカーが調製した試供品を使用した。シリコーンゴムＡのゴム硬度は４０であり、引張強度は２．０ＭＰａであり、伸びは２００％であり、熱伝導率は０．３Ｗ／ｍ・Ｋであり、圧縮永久歪は５％であり、反発弾性率は８０％であった。

シリコーンゴムＡのゴム硬度は、厚さ２．０ｍｍの測定用のゴムシートを用いて、ＪＩＳ Ｋ６３０１に従い、デュロメータＡにより測定した。上記ゴムシートは、上記弾性層の製造条件と同じ条件で作製した。

シリコーンゴムＡの引張強度は、上記ゴムシートを用いて、テンシロン万能引張試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）により測定した。

シリコーンゴムＡの伸びは、上記ゴムシートを用いて、テンシロン万能引張試験機（株式会社エー・アンド・デイ製）により測定した。

シリコーンゴムＡの熱伝導率は、上記ゴムシートを用いて、ＱＴＭ迅速熱伝導率計（京都電子工業株式会社製）により測定した。

シリコーンゴムＡの圧縮永久歪は、上記ゴムシートを用いて、ＪＩＳ Ｋ６２４９に従って測定した。

シリコーンゴムＡの反発弾性率は、上記ゴムシートを用いて、ＪＩＳ Ｋ６２５５に従って測定した。

また、定着ベルト１の硬度は８０°であり、高温反発性は０．６ｍｍ／ｍｓであった。

定着ベルト１の硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に従い、アスカーゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）により測定した。

定着ベルト１の高温反発性は、２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．３ｍｍの測定用サンプルを用いて、前述した方法と同様の方法により測定した。上記測定用サンプルは、弾性ベルト１の製造条件と同じ条件で作製した。まず、２０ｍｍ×２０ｍｍの小型セラミックヒータ（ミスミ社製のＭＭＣＰＨ）上に、上記測定用サンプルを載せ、上記測定用サンプルを上記ヒータにより昇温速度１０℃／分で加熱した。次いで、上記測定用サンプルの温度が１８０℃に達したときに、工業用粘弾性測定装置（Ｗａｖｅｓｙｂｅｒ社製のＥ−２００ＤＴ）により、上記測定用サンプルに高さ２．５０ｍｍ、先端Ｒ０．１、３０°の円錐形状の圧子で４４５００ｍＮの負荷を加え（ＪＩＳ Ｋ６２５３準拠、タイプＤ）、上記測定用サンプルに負荷が加えられてから２秒後に加重を０にした。圧子の押し込み深さと、上記測定用サンプルに負荷が加えられた状態から、負荷が加えられていない状態に戻るまでの時間とに基づいて、高温反発性（押し込み深さ／時間）を測定した。本実施例では、高温反発性は、上記測定を三回行ったときの平均値である。

［評価］
定着ベルト１を、図２に示されるような二軸ベルト式定着装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の定着ベルトとして設置した。定着ニップ部を構成するローラであって、定着ベルト１を軸支する側のローラのローラ径は６０ｍｍであり、Ａ４普通紙で６０枚／分の印刷速度のときの上記定着装置における分離角は７３°である。また、トナーには、コニカミノルタ株式会社製「デジタルトナーＨＤ＋」を用いた。

（１）定着性
６０枚／分の印刷速度で、搬送方向に対して垂直方向に５ｃｍ幅のベタ黒帯状画像をＡ４サイズの普通紙に形成し、得られた画像を目視にて観察し、定着性を以下の基準により評価した。ベタ画像に定着不要による欠陥が若干見られる程度であれば、実用上問題ない。
○：ベタ画像に定着不良による欠陥が見られない
△：ベタ画像に定着不良による欠陥が若干見られる
×：ベタ画像に定着不良による欠陥が見られる

（２）分離性
定着ベルト１の表面温度を１８０℃とし、上記ベタ画像を有するＡ４サイズの普通紙を６０枚／分の速度で縦方向に搬送する。このときの画像側における定着ベルト１と上記普通紙との分離性を下記の基準により評価した。普通紙が若干カールする程度であれば、実用上問題ない。
○：普通紙がカールすることなく定着ベルトと分離する
△：普通紙が定着ベルトと分離するが、若干カールする
×：普通紙が定着ベルトに巻き付き定着ベルトと分離できない

［実施例２〜４および比較例１〜３］
シリコーンゴムＡの代わりにシリコーンゴムＢ〜Ｇを用いた以外は、定着ベルト１と同様にして、定着ベルト２〜４、Ｃ１〜Ｃ３を作製した。シリコーンゴムＢ〜Ｇも、ゴムメーカーが調製した試供品を使用した。また、シリコーンゴムＡと同様にして、シリコーンゴムＢ〜Ｇの各種物性を測定した。また、定着ベルト１と同様にして、定着ベルト２〜４、Ｃ１〜Ｃ３の各種物性を測定した。さらに、定着ベルト１に代えて定着ベルト２〜４、Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれを用いた以外は実施例１と同様にして、定着性および分離性を評価した。

シリコーンゴムＡ〜Ｇの各種物性、定着ベルト１〜４、Ｃ１〜Ｃ３の各種物性および定着ベルト１〜４、Ｃ１〜Ｃ３の評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、定着ベルト１〜４では、いずれも、画像形成装置において、分離性および定着性のいずれにも十分な性能を示していた。これは、高温反発性が０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満であるため、と考えられる。

これに対して、定着ベルトＣ１〜Ｃ３では、いずれも、画像形成装置において、分離性および定着性のいずれか一方、またはいずれもが不十分であった。これは、高温反発性が０．４ｍｍ／ｍｓ未満または０．７ｍｍ／ｍｓ以上であったため、と考えられる。

以上の説明から明らかなように、耐熱性樹脂製の基層と、弾性材料製の弾性層と、離型層とがこの順で積層されている無端状の定着ベルトであって、１８０℃における反発性が０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満である定着ベルトは、上記の高速機において分離性および定着性の両方を十分に発現することがわかる。

また、定着ベルト２、３では、いずれも、画像形成装置において、分離性および定着性のいずれにも、より優れた性能を示していた。この結果から、上記１８０℃における反発性が０．４５ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．５ｍｍ／ｍｓ以下であることは、分離性および定着性を両立する観点からより一層効果的であることがわかる。

本発明によれば、電子写真方式の画像形成装置におけるさらなる高速化、高性能化および省力化が期待され、当該画像形成装置のさらなる普及が期待される。

１０ 定着ベルト
１２ 基層
１６ 弾性層
１８ 離型層
５０ 画像形成装置
５１ 感光体ドラム
５２ 帯電装置
５３ 露光装置
５４ 現像装置
５５、６５ クリーニング装置
６１ 中間転写ベルト
６２ 一次転写ローラ
６３ バックアップローラ
６４、６８ 支持ローラ
６６ 二次転写ベルト
６７ 二次転写ローラ
７０ 定着装置
７１ 加熱ローラ
７２ 第１加圧ローラ
７３ 第２加圧ローラ
７４、７５ ヒータ
７６ 第１温度センサー
７７ 第２温度センサー
７９ 案内板
８０ 案内ローラ
８１ 給紙装置
８２ スキャナー
８３ ＣＣＤセンサー
８４ 画像処理部
９１ 給紙トレイユニット
９２ レジストローラ対
Ｄ 原稿
Ｓ 紙

Claims (6)

1. 耐熱性樹脂製の基層と、弾性材料製の弾性層と、離型層とがこの順で積層されている無端状の定着ベルトであって、
   １８０℃における反発性は、０．４ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．７ｍｍ／ｍｓ未満である、定着ベルト。
2. 前記１８０℃における反発性は、０．４５ｍｍ／ｍｓ以上かつ０．５ｍｍ／ｍｓ以下である、請求項１に記載の定着ベルト。
3. 前記耐熱性樹脂はポリイミドであり、前記弾性材料はシリコーンゴムであり、前記離型層の材料はペルフルオロアルコキシフッ素樹脂である、請求項１または２に記載の定着ベルト。
4. 無端状の定着ベルト、前記定着ベルトを軸支する二以上のローラ、および前記定着ベルトを加熱するための加熱装置を含む定着部材と、
   前記定着ベルトを介して前記ローラのうちの一つに対して相対的に付勢されるように配置される加圧ローラと、
   を有し、
   前記定着ベルトは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の定着ベルトであり、
   前記ローラのうちの、前記加圧ローラに付勢されるローラのローラ径は、５０ｍｍ以上である、
   定着装置。
5. 前記ローラに軸支されている前記定着ベルトの張力は、４５Ｎ以下である、請求項４に記載の定着装置。
6. 記録媒体上に電子写真方式によって形成された未定着のトナー画像を加熱および加圧によって前記記録媒体に定着させる定着装置を有する画像形成装置であって、
   前記定着装置は、請求項４または５に記載の定着装置である、画像形成装置。

Images