JPH09281824A - ベルト定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】用紙の搬送を安定化し、オフセットを防止し、
常に安定した高画質を実現し、長寿命な定着機を提供す
る。 【解決手段】熱源と、表面が離型剤で被覆された無端ベ
ルトと、ベルトを回転支持する複数本のローラと、ロー
ラの１本と対向して配置される弾性ローラと、弾性ロー
ラと対向するローラ間にベルトを介して圧力を与える手
段とを備え、弾性ローラと対向するローラ間にニップ部
を設け、弾性ローラと対向するローラの軸芯を結ぶ線と
対向ローラと対向ローラに対し搬送方向上流側及び下流
側のベルト回転支持ローラ間に架け渡されたベルト表面
とのなす角度を鈍角とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真技術を利
用した複写機やプリンタなどの画像形成装置に用いられ
る定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラープリンタやカラー複写機に
用いられている定着装置は、内部にヒータを有し、表面
が弾性層で被覆された二つのローラを加圧接触させ、そ
こに形成された接触部で未定着のトナー画像が形成され
た用紙等の転写材を挟持搬送することでトナー画像を用
紙等の転写材上に定着する熱定着方式が広く採用されて
いる。

【０００３】ところが、カラー電子写真装置ではトナー
の発色性をよくするためにトナーに十分に熱を与えて溶
融しなければならない。

【０００４】このため、この種のローラ定着方式では、
ローラ間の接触部においてトナーに十分に熱を与えるた
めに熱源の温度を上げたり、ローラ表面に弾性層を被覆
し接触部を大きくしたりするなどの方法でトナーに十分
に熱を与えるように構成している。

【０００５】ところが、熱源の温度を上げた場合、トナ
ーは急激に加熱されるため液状に溶融したままでローラ
と分離される。このためトナーが用紙に十分に定着でき
ずにトナーの一部が分断しローラ表面に付着する、いわ
ゆるオフセット現象が生じたり、あるいはトナーの粘性
によってローラ表面に巻付くなどの問題がある。また、
熱源の温度を上げる場合、被覆された弾性層表面の温度
を上げようとするためローラの芯金の温度はさらに高く
なりローラ芯金と弾性被覆層間の接着強度が低下し弾性
被覆層が剥離し易いという問題があった。

【０００６】一方、ローラ間の接触面積を大きくするこ
とで対応した場合、ローラ接触面積を大きくするために
ローラ表面の弾性被覆層を柔らかくし、ローラ間の加圧
力を大きくするため表面の弾性被覆層には機械的に大き
なひずみが生じる。これがローラの回転の度に繰り返さ
れるため表面の弾性被覆層が寿命に達するまでの時間が
短くなっていた。

【０００７】また、表面の弾性被覆層は熱伝導性が低く
ローラ表面、及びトナーへの熱伝達効率が低く、トナー
が十分に溶融しにくい。このためオフセットといってト
ナーが完全に用紙に付着せずにローラ表面に付着する汚
れが発生しやすい。そこでトナーとローラの離型性を上
げるためローラの表面にシリコーンオイルを十分に塗布
しなければならなかった。

【０００８】一方、画質の面では一旦用紙と接触し定着
に寄与したローラ表面は熱が奪われ温度が低下して熱源
を加熱してもすぐには回復しないため、ローラ１回転毎
にローラの表面温度が微小に異なり画像むらとなって現
れてしまうといった問題があった。

【０００９】このため、例えば、特開平4−273279号、
あるいは特開平6−318001号公報にあるようにベルトを
用いた定着装置が提案されている。

【００１０】特開平4−273279 号公報ではベルトを架け
渡した２本のローラとその一方のローラとベルトを介し
て圧接状態にある加圧ローラとから構成し、ベルトを架
け渡したローラのうち圧接されないもう一方のローラを
加圧ローラにベルトが巻き付くように配置し、ベルトを
架け渡したローラと加圧ローラ、及びベルトと加圧ロー
ラで接触面を大きく採ることにより低温度で、かつ十分
にトナー層に熱を供給するようになっている。

【００１１】また、特開平6−318001 号公報では定着ロ
ーラと加熱ローラの２本でベルトを架け渡し、定着ロー
ラとベルトを介して圧接状態にある加圧ローラとを設け
てベルトと加圧ローラ間にニップ部を構成し、加熱ロー
ラとニップ部間のベルト下方にベルトに近接して搬送ガ
イドを設け、未定着の用紙がベルトとガイド間を通過し
ベルトから微小に熱量を受けた後ニップ部を通過するこ
とでを十分にトナー層に熱を供給するようになってい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平4−273
279 号公報では用紙はベルトを加圧ローラに巻き掛けて
形成した接触部に挟持されて搬送されるためローラの曲
率にならってカールという曲げ癖がつくと同時に接触部
の入口，出口における搬送方向が異なってしまう。この
ため、搬送ガイドを湾曲させるなど搬送経路が複雑にな
り用紙についたカールによってジャム等が発生しやすい
構成であった。特に、出口付近では用紙上のトナーはま
だ完全には固まらない状態、すなわち半溶融状態にあ
り、このとき用紙がカールした状態で湾曲した搬送ガイ
ドを通過するためトナーと搬送ガイドが接触し、温度の
低い搬送ガイド面でトナーが急冷されトナーが凝固して
ガイド面と接着し、ジャムになりやすくなっていた。

【００１３】このような障害を避けるためには搬送ガイ
ドの形状を十分に考慮しなければならなず、また、搬送
経路も複雑化するため装置が大型化していた。

【００１４】一方、特開平6−318001 号公報では、定着
ベルトの加圧ローラへの巻き掛けを小さくし加熱ローラ
と一対のローラの接触部との間の定着ベルト下方近接位
置に搬送ガイド間を設け、前記定着ベルトと搬送ガイド
間に未定着の用紙を通過させることで予熱を与え、加圧
ローラと駆動ローラの接触部で加熱，加圧する構成とな
っているため定着前の定着ベルトと搬送ガイドの隙間を
高精度に管理しなければならなかった。用紙の搬送姿勢
は非常に不安定で使用環境，用紙の種類によって変動し
ばたつき等が生じやすい。したがって、用紙が加圧ロー
ラと駆動ローラの接触部に挟持される前に未定着のトナ
ー面が定着ベルトに接し画像を乱す危険性が大きかっ
た。

【００１５】本発明の目的は、用紙の搬送を安定化する
と同時に、高効率でトナー層内部に均一に熱を与えオイ
ルレスまたはオイル微小塗布でオフセットを防止し、常
に安定して高画質を実現し、さらに、長寿命が可能な定
着機を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱源と、表面
が離型剤で被覆された無端ベルトと、前記ベルトを回転
支持する複数本の懸架ローラと、前記懸架ローラの１本
と対向して配置される弾性を有するローラと、前記懸架
ローラと前記弾性を有するローラ間に前記ベルトを介し
て圧力を与える加圧手段とを備え、前記懸架ローラと前
記弾性を有するローラ間に接触部を設けると同時に、前
記懸架ローラと前記弾性を有するローラの軸芯を結ぶ線
と前記懸架ローラと前記懸架ローラに対し搬送方向上流
側及び下流側のベルト回転支持ローラ間に架け渡された
ベルト表面とのなす角度が鈍角とすることにより達成さ
れる。

【００１７】本発明では、一対のローラ間にベルトを介
してできた接触部に用紙の未定着のトナーが載った面を
定着ベルト側にして挟持し、定着ベルト表面から熱を供
給してトナーを溶融する。定着ベルトは薄く熱伝導率が
高いためトナー層内部まで均一に熱を与えることがで
き、また、定着ベルト表面の温度復帰も速い。したがっ
て、オイルレスあるいはオイル微小塗布にてオフセット
を防止できると同時に安定した高画質が可能である。さ
らに、接触部はほぼ平坦であるため用紙をほぼストレー
トに搬送することができ搬送ガイドの形状も比較的簡素
化できるので搬送信頼性が向上できる。また用紙の入口
部で用紙搬送面と定着ベルトが近接していないため画像
面を定着前に乱すことがない。さらには、高効率熱伝達
ができるため熱源の温度を低く設定でき長寿命化も可能
となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は本実施例によるカラー電子写真装置
１の概略構成を示している。

【００２０】矢印方向に一定速度で回転するベルト状の
感光体１４と、感光体１４と一部分で接触して配置され
る転写ドラム４０と、感光体１４の表面を一様に帯電す
る帯電器１８と、一様に帯電された感光体１４表面を露
光して表面に静電潜像を形成する露光装置２と、静電潜
像を現像してトナー像を形成する四つの現像装置５０，
５２，５４，５６と、トナー像を用紙等の転写材に転写
する転写ローラ７６と、定着ベルト８１，加熱ローラ８
２，駆動ローラ８３，加圧ローラ８４，オイル塗布ロー
ラ８５から構成されヒータ８６と温度センサ８７により
一定の温度に維持される定着装置８０と、給紙ローラ７
２，レジストローラ７４，排紙ローラ７８からなる用紙
搬送系と、それらを制御する図示されない制御部とを備
える。

【００２１】露光装置２は図示されない情報処理装置か
ら送られるトナー像に該当するビデオデータにしたがっ
てレーザ光を感光体１４に照射するようになっている。

【００２２】現像装置５０はイエロー色のトナーを現像
剤として使用する現像装置、現像装置５２はマゼンタ色
のトナーを現像剤として使用する現像装置、現像装置５
４はシアン色のトナーを現像剤として使用する現像装
置、現像装置５６はブラック色のトナーを現像剤として
使用する現像装置であり、各現像装置にはバイアス電圧
を制御することにより現像機能が付与または消失される
ようになっている。

【００２３】まず、感光体１４上に露光装置２によりイ
エロー色のトナー像に対応する静電潜像を形成し、イエ
ロー現像器５０により現像したトナー像は中間転写ドラ
ム４０と接触するときに表面に転写され、表面に保持さ
れる。

【００２４】次に、マゼンタ色のトナー像を同様に形成
し、転写ドラム４０表面上の前記イエロー色のトナー像
に重ね合わせて転写して転写ドラム４０上に保持する。

【００２５】同様の工程でシアン，ブラック色のトナー
像を前記イエロー，マゼンタ色のトナー像に重ね合わて
転写して転写ドラム４０上に保持する。

【００２６】このようにして転写ドラム４０の表面上に
形成したトナー像を用紙７０に転写するために、カセッ
トに収納された用紙７０が給紙ローラ７２により１枚ず
つに分離されてレジストローラ７４まで搬送され、用紙
の斜行を矯正した後、停止し、次いで、トナー像と整合
するようなタイミングで転写ドラム４０と接触するよう
にレジストローラ７４の回転を始動する。搬送される用
紙の先端が転写ドラム４０と接触する状態になるタイミ
ングで転写ローラ７６を用紙背面より押し付け、転写ド
ラム４０の表面上のトナー像を用紙上に静電転写する。

【００２７】トナー像が転写された用紙７０は定着器８
０の定着ベルト８１と加圧ローラ８４間を通過し、熱と
圧力を受けてトナー像が用紙上に定着される。その後用
紙７３は排出ガイド７９に案内されて排紙ローラ７８に
より機外に排出される。

【００２８】次に定着装置について詳述する。

【００２９】図２，図３は本発明の定着装置の実施例で
ある。定着装置は内部にヒータ８６を有する加熱ローラ
８２と駆動ローラ８３によって回転支持された定着ベル
ト８１と駆動ローラ８３に対向し定着ベルトを介して駆
動ローラ８３に圧接される加圧ローラ８４から構成され
る。駆動ローラ８３と加圧ローラ８４の表面にはそれぞ
れシリーコーンゴムが被覆されており、その接触部には
シリコーンゴムの弾性変形により定着ベルトを介してニ
ップＬが形成されるようになっている。駆動ローラ８３
には図示されない駆動源が接続されており、その駆動力
によって矢印方向に回転する。定着ベルト８１の表面に
は加熱ローラ８２に巻付く位置に温度センサ８７が設け
られ、検出した値から定着ベルト８１の表面温度が一定
になるようヒータ８６の発熱を制御している。本実施例
では定着ベルト８１は図５に示すようにニッケルの電鋳
ベルト８１ａの表面にプライマー層８１ｂを介してシリ
コーンゴム８１ｃを被覆したシームレスベルトを用いて
いるが、ニッケル電鋳ベルトの代わりにポリイミドフィ
ルムやポリエーテルイミドなどの耐熱樹脂を用いても良
いし、シリコーンゴムの代わりにＰＴＦＥ（ポリ４フッ
化エチレン樹脂）あるいはＰＦＡ（４フッ化エチレン−
パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの
フッ素樹脂を用いても良い。

【００３０】未定着のトナー像が形成された用紙７０は
侵入ガイド７７に沿って搬送されニップＬに侵入する。
そこでトナー７１は一定温度に加熱された定着ベルト８
１と加圧ローラ８４から熱量，圧力を受けて溶融され、
ニップＬ出口に運ばれる。ニップＬ出口部をミクロな見
方をすると、そこは加熱源がないため定着ベルト８１の
表面、定着ベルト８１と接するトナー７１表面は温度が
低下しており、トナー表面は半溶融状態にある。このよ
うな状態でニップＬ出口から急激に解放されるとトナー
は定着ベルト８１に付着せずに用紙上に付着する。すな
わち、オフセットなしで定着ができる。

【００３１】このように定着ベルト８１にトナーを付着
させずに定着させるにはニップＬを大きくとってトナー
を十分に加熱することが効果的であるが、本構成でも達
成することができる。また、オイル塗布ローラ８５を用
いて定着ベルト８１の表面に微小にオイルを塗布すると
定着ベルト８１とトナー７１の離型性が向上しさらに効
果的である。

【００３２】ニップＬで定着ベルト８１からトナー７１
に与えられる熱量は定着ベルト８１の厚さが薄く熱伝達
率が高いためトナー層全体に均一にかつ十分に与えられ
るし、また、加熱ローラ８２から定着ベルト８１への熱
伝達効率も高いため定着に寄与して定着ベルト８１の表
面から奪われた熱量も定着ベルト８１が加熱ローラ８２
に再接触することで熱量が十分に供給され、再び一定の
温度に保持される。したがって、定着ベルト８１には定
着に寄与する前に十分に熱量が維持されることになり常
に安定した画質が期待できる。

【００３３】ところで、定着した用紙の搬送を考えた場
合、定着ベルトを用いた定着器でも図５に示すように定
着ベルト８１を加圧ローラ８４に巻き掛けると、用紙７
０は侵入ガイドに沿ってニップＬに侵入するが、用紙７
０はニップＬにおいて加圧ローラ８４に巻き掛けられて
加熱及び加圧されるためカールという曲げ癖ができる。
カールを持った用紙は排出ガイド７９に沿って搬送する
ことは非常に困難で、ジャム等の障害を引き起こす要因
となる。特に、定着直後の用紙７０はトナー７１が完全
には固まっていない状態、つまり半溶融状態にありカー
ルした部分のトナー７１が排出ガイド７９１に接しやす
い。半溶融状態のトナーが排出ガイド７９１のような温
度が低いものに接するとトナーは急冷され凝固し、接着
してしまうため用紙７０は搬送できずにジャムとなって
しまう。

【００３４】つまり、図５に示すように定着ベルトを加
圧ローラに巻き掛けて用紙を搬送するような構成、すな
わち駆動ローラ８３と加圧ローラ８４の軸芯を結ぶ線と
加熱ローラ８２と駆動ローラ８３の用紙侵入口側の共通
接線とのなす角度が９０゜以下の場合、上述のようなジ
ャムが発生しやすく、用紙搬送を安定化しにくい構成と
なってしまう。

【００３５】そこで、図６に示すように駆動ローラ８３
と加圧ローラ８４の軸芯を結ぶ線と加熱ローラ８２と駆
動ローラ８３の用紙侵入口側の共通接線とのなす角度を
ほぼ９０゜にして定着ベルト８１の加圧ローラ８４への
巻き掛けを行わず加圧ローラ８４と駆動ローラ８３の接
触部分だけでニップＬを形成した構成を考ると、侵入ガ
イド７７と用紙侵入側の定着ベルト８１の隙間が小さく
用紙７０が定着器に侵入する際にトナー７１が載った面
が定着ベルト８１に接しやすく、接触した場合未定着の
画像を定着ベルト８１でこすってしまい画像を乱してし
まう。これを防止するために図７に示すように侵入ガイ
ド７７を定着ベルト８１に対しθｉだけ傾けたとしても
用紙７０はニップＬで駆動ローラ８３と加圧ローラ８４
の軸芯を結ぶ線と直角方向に搬送されるようになるため
侵入時には定着ベルト８１との接触が避けられるが一旦
ニップＬに挟持されると用紙７０の姿勢は次第に定着ベ
ルト８１に接近してしまう。

【００３６】この構成で用紙７０が定着ベルト８１と接
触しないようにするには、例えば、用紙７０が定着器の
ニップＬにほぼ直線的に侵入するように給紙７２，レジ
ストローラ７４，転写ローラ位置７６を一直線上に配置
することにより用紙７０が変形せずにニップＬに侵入で
きるようにすればよい。しかし、このような構成は用紙
搬送系が直線的に延びるため装置が大型化するといった
問題が残る。また、多種類の用紙を全ての使用環境で常
に同じ姿勢で搬送するということは不可能であり、用紙
毎、あるいは使用環境により搬送ガイドの構成を変える
ことが必要になるといった問題もある。

【００３７】そこで図２では定着ベルト８１を架け渡し
た加熱ローラ８２と駆動ローラ８３の外径がほぼ同径の
場合を示しており、駆動ローラ８３と加圧ローラ８４の
軸芯を結ぶ線と定着ベルト８４を架け渡した加熱ローラ
８２と駆動ローラ８３の軸芯を結ぶ線のなす角度θａを
鈍角とすることにより駆動ローラ８３と加圧ローラ８４
の軸芯を結ぶ線と駆動ローラ搬送方向上流側の定着ベル
ト８１のなす角度θを鈍角とした。これにより用紙７０
の搬送面と定着ベルト８１の隙間を大きくとり、用紙７
０がニップＬに挟持されても定着ベルト８１に接触する
ことがないようにした。

【００３８】さらには、図３に示すように駆動ローラ８
３と加圧ローラ８４の軸芯を結ぶ線と定着ベルト８１を
架け渡した加熱ローラ８２と駆動ローラ８３の軸芯を結
ぶ線が平行になる、すなわち加熱ローラ８２，駆動ロー
ラ８３，加圧ローラ８４が一直線上に並ぶように構成す
れば用紙７０の搬送面とニップＬ入口の定着ベルト８１
のなす角度を直角にすることができるので用紙７０と定
着ベルト８１の接触を完全に防止することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、一対のローラ間にベルトを介
してできた接触部に用紙の未定着のトナーが載った面を
定着ベルト側にして挟持し、定着ベルト表面から熱を供
給してトナーを溶融する。定着ベルトは薄く熱伝導率が
高いためトナー層内部まで均一に熱を与えることがで
き、また、定着ベルト表面の温度復帰も速い。したがっ
て、オイルレスあるいはオイル微小塗布にてオフセット
を防止できると同時に安定した高画質が可能である。さ
らに、接触部はほぼ平坦であるため用紙をほぼストレー
トに搬送することができ搬送ガイドの形状も比較的簡素
化できるので搬送信頼性が向上できる。また用紙の入口
部で用紙搬送面と定着ベルトが近接していないため画像
面を定着前に乱すことがない。さらには、高効率熱伝達
ができるため熱源の温度を低く設定でき長寿命化も可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー電子写真装置の要部の断面図。

【図２】本発明の定着装置の一実施例の説明図。

【図３】本発明の定着装置の一実施例の説明図。

【図４】本発明に用いた定着ベルトの断面図。

【図５】従来方式の定着装置の定着ベルトの部分断面
図。

【図６】従来方式の定着装置の説明図。

【図７】従来方式の定着装置の説明図。

【符号の説明】

７１…トナー、７７…侵入ガイド、７９…排紙ガイド、
８０…定着器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野瀬 勝義 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源と、表面が離型剤で被覆された無端ベ
   ルトと、前記無端ベルトを回転支持する複数本の懸架ロ
   ーラと、前記懸架ローラの１本と対向して配置される弾
   性を有するローラとを備えたベルト定着装置において、 前記弾性ローラと前記弾性ローラと対向する懸架ローラ
   の軸芯を結ぶ線と、前記懸架ローラと前記懸架ローラに
   対し搬送方向上流側及び下流側のベルト回転支持ローラ
   の間に架け渡されたベルト表面とのなす角度が鈍角とな
   ることを特徴とするベルト定着装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記懸架ローラと前記
   弾性を有するローラの軸芯を結ぶ線と前記懸架ローラと
   前記懸架ローラに対し搬送方向上流側及び下流側のベル
   ト回転支持ローラの軸芯を結ぶ線が同一直線上にあるベ
   ルト定着装置。
3. 【請求項３】請求項１において、前記懸架ローラと前記
   懸架ローラに対し搬送方向上流側のベルト回転支持ロー
   ラは内部に熱源を有する加熱ローラであるベルト定着装
   置。