JPH09166927A - 加熱定着ベルト及びそれを用いた加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、定着温度までの昇温時間が短く、
クイックスタートの加熱定着装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 本発明は、交番磁場により渦電流を生じ
て発熱する導電層および表面にトナー離型層を有する加
熱定着ベルトにおいて、導電層が膜厚３５μｍ以下のア
ルミ層であり、アルミ層とトナー離型層の間にゴム弾性
層を有することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱定着ベルト及
びそれを用いた加熱定着装置に関する。特に、電子写真
装置や静電記録装置などの画像形成装置に好適な定着ベ
ルト及びそれを用いた加熱定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱定着装置の中でも、シアン、マゼン
タ、イエローおよびブラックの最大４層のトナー層を有
するカラー像の定着を行う装置では、芯金表面にゴム弾
性層を有し、芯金の内部に加熱用ハロゲンランプを有す
る定着ローラを用いている。

【０００３】特公平５−９０２７号公報では、磁束によ
り定着ローラに渦電流を導電層に発生させジュール熱に
よって発熱させることが提案されている。このように渦
電流の発生を利用することで発熱位置をトナーに近くす
ることができ、ハロゲンランプを用いた熱ローラ方式よ
りも消費エネルギーの効率アップが期待できる。また、
特開平７−１１４２７６号公報には、渦電流を発生させ
る導電層としてアルミ層を用いることが記載されてい
る。

【０００４】しかし乍ら、電子写真装置のクイックスタ
ートの点からは、定着装置の加熱部が、スイッチオンし
てから定着温度までに急速に上昇することが必要とされ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、渦電
流を生じさせて発熱する加熱定着ベルト（以下、定着ベ
ルトとも云う）について、スイッチオンしてから定着温
度まで急速に上昇可能な定着ベルトを提供することを目
的とする。

【０００６】また、本発明の他の目的はクイックスター
ト及び省エネルギーを達成し、被記録材の曲率分離が容
易に行われ、良好な画像を形成する加熱定着装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、外部から付与
された交番磁場により渦電流を生じて発熱する導電層お
よび表面にトナー離型層を有する定着ベルトにおいて、
導電層が膜厚３５μｍ以下のアルミ層であり、アルミ層
とトナー離型層の間にゴム弾性層を有することを特徴と
する定着ベルトである。

【０００８】また、本発明は、外部から付与された交番
磁場により渦電流を生じて発熱する導電層および表面に
トナー離型層を有する定着ベルト、該導電層に渦電流を
生じさせる交番磁場を発生するコイル、および、加熱定
着ベルトとの間で圧接部を形成する加圧手段を有し、該
圧接部に未定着トナー像が形成された被記録材を挟持搬
送させることでトナー像の定着を行う加熱定着装置にお
いて、定着ベルトの導電層の導電層が膜厚３５μｍ以下
のアルミ層であり、アルミ層とトナー離型層の間にゴム
弾性層を有することを特徴とする加熱定着装置である。

【０００９】本発明による定着ベルトは、アルミ層とト
ナー離型層との間にゴム弾性層を設けたことを特徴とす
る。アルミは非磁性金属であり、薄い程、渦電流による
発熱量は大きく、定着ベルトを構成する導電層としては
３５μｍ以下の厚さに設定する。またこの厚さ範囲で
は、定着ベルトの屈曲性も十分保たれる。このようなア
ルミ層とトナー離型層の間に弾性層を設けることによっ
て、スイッチオンしてから定着ベルトが定着に必要な所
定の温度まで上昇するに要する時間を非常に短縮するこ
とができ、クイックスタートの加熱定着装置を提供でき
るものである。ゴム弾性層によるこのような作用は、次
のように考えられる。３５μｍ以下の薄いアルミ層は、
熱容量が小さく、また熱伝導性が高い。このため、渦電
流によって生ずる熱が、散逸して、定着ベルトが定着温
度に至るに長い時間を要してしまう。ところが、アルミ
層とトナー離型層との間にゴム弾性層を設けると、ゴム
弾性層が蓄熱層として作用し、アルミ層からの放熱現象
を抑え、定着ベルトが定着温度に到達する時間を短くで
きるものである。

【００１０】アルミ層は、アルミ箔または、アルミ蒸着
により形成される。アルミ蒸着の場合には、ゴム弾性層
又は耐熱性樹脂層上にアルミ蒸着することによって容易
に形成できる。ゴム弾性層を形成するゴム材としては、
耐熱性を有するシリコーンゴム、フッ素ゴムなどが用い
られる。ゴム弾性層が蓄熱層として作用する点から、ゴ
ム材の比熱は、０．３ｃａｌ／ｇ・℃以上が、また厚さ
は１００μｍ以上が好適である。また、アルミ層から発
生した熱が効率よく被記録材のトナーに伝達させる点で
ゴム弾性層の厚さは１ｍｍ以下が好適である。また、カ
ラートナー画像を定着する場合、特に写真画像などで
は、被記録材上に大きな面積にわたってベタ画像が形成
される。この場合、被記録材の凹凸あるいはトナー層の
凹凸に加熱面が追従できないと加熱ムラが発生し、伝熱
量が多い部分と少ない部分で画像に光沢ムラが発生する
（伝熱量の多い部分は光沢度が高く、伝熱量の少ない部
分は光沢度が低い）。このような画像光沢ムラを防止す
る点からもゴム弾性層は１００μｍ以上の厚さが好適で
ある。また、トナー像の凹凸に定着ベルトが追従する点
から、また、比記録材を曲率分離させること、即ち、定
着ベルトと比記録材の分離位置において定着ベルトを大
きく曲げることにより比記録材自体の剛性を利用して比
記録材を定着ベルトから分離させる点から、ゴム弾性層
の硬度は６０°（ＪＩＳ−Ａ）以下であることが望まし
い。特にカラー画像を印刷する場合には、ゴム弾性層の
硬度は３０°（ＪＩＳ−Ａ）以下がより好ましい。

【００１１】また、アルミ層から発生した熱を効率よく
トナーに伝達するために、ゴム弾性層の熱伝導率（λ）
は、６×１０^-4〜１．５×１０^-3〔ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃〕であることが望ましい。このために、ゴム弾性
層には、必要に応じて熱伝導性フィラーが添加される。
トナー離型層とは、定着時に、被記録材上の熱溶融され
たトナーが定着ベルト表面に付着するのを防止するため
の層であり、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレ
ン）、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）、ＦＥＰ（テトラフ
ルオロエチレン／フキサフルオロプロピレン共重合体）
といった離型性に優れた樹脂から形成される。

【００１２】トナー離型層は、通常、硬度９０°以上
（ＪＩＳ−Ａ）と硬いので、厚く形成すると、トナーの
凹凸面への定着ベルトの追従性が低下するので３５μｍ
以下、特には、２０μｍ以下の厚さが好適である。

【００１３】また、平滑で薄い膜が容易に形成できる点
から、トナー離型層は、ＦＥＰ系樹脂の水性ディスパー
ジョンを塗布し、加熱焼成することにより形成するのが
好適である。

【００１４】ゴム弾性層とは反対側のアルミ層の表面に
耐熱性樹脂層を設けることも、加熱定着ベルトの耐久性
向上の点で有効である。

【００１５】また、耐熱性樹脂層の厚みは、定着ベルト
の強度・耐久性を維持しつつ定着ベルトの可撓性を失わ
ないように、１０〜１００μｍ程度が好適である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の定着ベルトを備
えた加熱定着装置の模式的断面図を示す。

【００１７】図１の定着ベルト（５）は、耐熱性樹脂層
（１）・アルミ層（２）・ゴム弾性層（３）・トナー離
型層（４）からなり、矢印方向に回転する。定着ベルト
の構成は、これに限定するものではない。例えば、アル
ミ層とゴム弾性層との間に耐熱性樹脂層を設けたりする
こともできる。あるいは各層間にプライマー層を介して
もよい。

【００１８】このような定着ベルト（５）はベルトガイ
ド（６）によってニップ部への加圧とフィルムの安定化
が図られている。また、ベルトガイド（６）は、励磁コ
イル（７）と高透磁率コア（８）を支持する働きも持
つ。

【００１９】高透磁率コア（８）の材料としては、フェ
ライトやパーマロイ等といったトランスのコアに用いら
れる材料が良く、好ましくは１００ｋＨｚ以上でも損失
の少ないフェライトを用いるのが良い。

【００２０】励磁コイル（７）には励磁回路（不図示）
が接続されており、この回路は２０〜５００ｋＨｚの高
周波をスイッチング電源で発生できるようになってい
る。

【００２１】上記の定着ベルト（５）、ベルトガイド
（６）、励磁コイル（７）及び高透磁率コア（８）で定
着手段（９）を構成する。

【００２２】加圧ローラ（１０）は、芯金外周にシリコ
ーンゴムやフッ素ゴムといった耐熱性に優れた弾性層を
被覆したものを用いるのが一般的である。また、それら
の弾性層上にフッ素樹脂やシリコーン樹脂等の離型性に
優れた樹脂をコーティングしてもよい。後述の実施例で
は、芯金外周にシリコーンゴムを被覆したシリコーンゴ
ムローラにＰＦＡチューブを接着被覆したものを用い
た。

【００２３】加圧ローラを矢印方向に駆動させ、定着ベ
ルト（５）と加圧ローラ（１０）とで形成されたニップ
部に未定着トナー（Ｔ₁）をのせた被記録材（Ｐ）を通
すことで加熱定着を行う。

【００２４】ニップ部における加熱原理は、図１に示す
ように、励磁回路（不図示）により励磁コイル（７）に
印加される電流で発生する磁束は、高透磁率コア（８）
に導かれ、ニップ部で定着ベルト（５）のアルミ層
（２）に磁束（１１）と渦電流（１２）を発生させる。
この渦電流（１２）とアルミ層（２）の固有抵抗によっ
て熱が発生する。

【００２５】発生した熱により、ニップ部に搬送される
被記録材（Ｐ）と、この被記録材（Ｐ）上のトナー（Ｔ
₁）がトナー離型層（４）を介して加熱される。ニップ
部ではトナー（Ｔ₁）が溶融し、ニップ部を通過後被記
録材は曲率分離され、さらに冷却され永久固着像が形成
される。

【００２６】図２は、被記録材Ｐの曲率分離を可能とす
る加熱定着機の模式的断面図である。定着ベルトの剛性
を低くし、定着ベルトを図２のような形状で加圧ローラ
（１０）に当接することにより、被記録材Ｐの曲率分離
が可能になる。

【００２７】図３は、本発明の定着ベルトを有する加熱
定着装置を備えた電子写真カラープリンターの模式的断
面図である。３０１は有機感光体やアモルファスシリコ
ン感光体でできた感光体ドラム、３０２はこの感光体ド
ラム（３０１）に一様な帯電を行うための帯電ローラ、
３１０は不図示の画像信号発生装置からの信号をレーザ
光のオン／オフに変換し、感光体ドラム（３０１）に静
電潜像を形成するレーザ光学箱である。３０３はレーザ
光、３０９はミラーである。

【００２８】感光体ドラム（３０１）の静電潜像は、現
像機（３０４）によってトナーを選択的に付着させるこ
とで顕像化される。現像機（３０４）は、イエロー
（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）のカラー現像機
と黒色用の現像機（Ｂｋ）から構成され、一色づつ感光
体ドラム（３０１）上の潜像を現像し、このトナー像を
中間転写体ドラム（３０５）上に順次重ねてカラー画像
を形成する。

【００２９】中間転写体ドラム（３０５）は金属ドラム
上に中抵抗の弾性層と高抵抗の表層を有するもので、金
属ドラムにバイアス電位を与えて感光体ドラム（３０
１）との電位差でトナー像の転写を行うものである。

【００３０】一方、給紙カセットから給紙ローラによっ
て送り出された被記録材（Ｐ）は、感光体ドラム（３０
１）の静電潜像と同期するように転写ローラ（３０６）
と中間転写体ドラム（３０５）との間に送り込まれる。
転写ローラ（３０６）は被記録材（Ｐ）の背面からトナ
ーと逆極性の電荷を供給することで、中間転写体ドラム
（３０５）上のトナー像を被記録材上に転写する。こう
して、未定着トナー像を載せた被記録材（Ｐ）は加熱定
着装置（３１１）において熱と圧力が加えられ、トナー
層が被記録材（Ｐ）上に永久固着させられて、排紙トレ
ー（不図示）へと排出される。

【００３１】感光体ドラム（３０１）や中間転写体ドラ
ム（３０５）上に残ったトナーや紙粉は、クリーナ（３
０７、３０８）によって除去され、上記の帯電以降の工
程を繰り返す。

【００３２】

【実施例】以下に示す様に、定着ベルトの加熱昇温性能
テストを行なった。

【００３３】各層構成のベルトにおいて、磁場がトナー
離型層の反対側からアルミ層に垂直に入る様に配置し、
それぞれのトナー離型層表面の昇温比較テストを下記条
件で行なった。

【００３４】・高透磁率コアの大きさ：巾５ｍｍ×高さ
１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ ・投入電力：３０Ｗ ・周波数：２６０ｋＨｚ ・定着ベルトの大きさ：１００ｍｍ×１２５ｍｍ 結果は表１に示す通りであった。

【００３５】

【表１】 ここで、耐熱樹脂層：ポリイミド樹脂 ゴム弾性層：シリコーンゴム（比熱：０．３２ｃａｌ／ｇ／℃） （硬度：３０°（ＪＩＳ Ａ）） （熱伝導率：1.0×10^-3cal/cm・sec・℃) トナー離型層：ＦＥＰフッ素樹脂

【００３６】表１に示す通り、アルミ層に直接トナー離
型層を設けた構成では表面温度が１００℃までは急激に
上がるものの、それ以上では放置効果の為、昇温速度が
にぶっている。一方１００μｍ以上のゴム弾性層を介し
たものは、明らかに１５０℃まではスムーズに昇温して
いる。

【００３７】実施例１〜７の定着ベルトを加熱定着装置
に装着し、図３に説明したカラープリンターを用いて＜
画出しテスト＞を行なった。

【００３８】この時、実施例１〜６の定着ベルトは図２
の加熱定着装置、実施例７の定着ベルトは図１の加熱定
着装置を用いた。

【００３９】いずれも定着可能温度（１９０℃）まで短
時間で立上り、定着画像も定着ムラの発生なく良好なも
のであった。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、アルミ層
とトナー離型層の間にゴム弾性層を設けることにより、
本発明の加熱定着ベルトは、定着温度までの昇温時間が
短く、クイックスタートの加熱定着装置を構成できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の定着ベルトを備えた加熱定着装置の模
式的断面図である。

【図２】本発明の定着ベルトを備えた曲率分離を可能と
する加熱定着装置の模式的断面図である。

【図３】本発明の定着ベルトを有する加熱定着装置を備
えた電子写真カラープリンターの模式的断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川元 英雄 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 熊谷 裕昭 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から付与された交番磁場により渦電
   流を生じて発熱する導電層および表面にトナー離型層を
   有する加熱定着ベルトにおいて、導電層が膜厚３５μｍ
   以下のアルミ層であり、アルミ層とトナー離型層の間に
   ゴム弾性層を有することを特徴とする加熱定着ベルト。
2. 【請求項２】 ゴム弾性層が１００μｍ〜１ｍｍの厚さ
   を有することを特徴とする請求項１記載の加熱定着ベル
   ト。
3. 【請求項３】 ゴム弾性層を形成するゴム材が０．３ｃ
   ａｌ／ｇ℃以上の比熱を有することを特徴とする請求項
   １記載の加熱定着ベルト。
4. 【請求項４】 トナー離型層が３５μｍ以下の厚さを有
   することを特徴とする請求項１記載の加熱定着ベルト。
5. 【請求項５】 トナー離型層の厚さが２０μｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項４記載の加熱定着ベルト。
6. 【請求項６】 トナー離型層が水性ディスパージョンを
   塗布して形成されたことを特徴とする請求項１記載の加
   熱定着ベルト。
7. 【請求項７】 ゴム弾性層とは反対側のアルミ層の表面
   に耐熱性樹脂層を有することを特徴とする請求項１記載
   の加熱定着ベルト。
8. 【請求項８】 外部から付与された交番磁場により渦電
   流を生じて発熱する導電層および表面にトナー離型層を
   有する加熱定着ベルト、該導電層に渦電流を生じさせる
   交番磁場を発生するコイル、および、加熱定着ベルトと
   の間で圧接部を形成する加圧手段を有し、該圧接部に未
   定着トナー像が形成された被記録材を挟持搬送させるこ
   とでトナー像の定着を行う加熱定着装置において、加熱
   定着ベルトの導電層の導電層が膜厚３５μｍ以下のアル
   ミ層であり、アルミ層とトナー離型層の間にゴム弾性層
   を有することを特徴とする加熱定着装置。
9. 【請求項９】 ゴム弾性層が１００μｍ〜１ｍｍの厚さ
   を有することを特徴とする請求項８記載の加熱定着装
   置。
10. 【請求項１０】 ゴム弾性層を形成するゴム材が０．３
    ｃａｌ／ｇ℃以上の比熱を有することを特徴とする請求
    項８記載の加熱定着装置。