JPH10307492A - 定着装置、画像形成装置およびそれを用いる画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱効率がよく、光沢のある高画質の画像を高
速で得ることが可能な耐磨耗性がよい定着装置、それを
用いた画像形成装置および画像形成方法を提供する。 【解決手段】 定着装置は、記録媒体上の未定着トナー
像を加熱加圧して定着トナー像を形成するものであっ
て、未定着トナー像を保持した状態で記録媒体４を搬送
する無端加熱ベルト１と、該無端加熱ベルトの末端に対
向して設けられた加熱ロール２とを有している。無端加
熱ベルト１は、発熱体、弾性層および耐磨耗層より構成
され、それらが積層されて一体化された構造を有してい
る。この定着装置によれば、無端加熱ベルト上に保持さ
れた記録媒体は定着前に予備加熱され、その後、加熱ロ
ールと接触することによって未定着トナー像が記録媒体
上に定着されるので、高画質の画像が高速で得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録媒体上に形成
されている未定着トナー像を加熱加圧して定着する定着
装置、例えば、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の電
子写真の画像を形成する画像形成装置およびそれを用い
た画像形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の定着装置は、一般に図７で示すよ
うに、金属製の円筒の内側にハロゲンランプ２１を内蔵
し、円筒の外側にはシリコーン等の樹脂で被覆した加熱
ロール２と加圧ロール２２で構成され、両ロールの間に
未定着トナー像を保持する記録媒体４を通過させること
によってトナー５を定着する方式のものが主流である
（特開平１−１８５３１号公報）。しかしながら、この
定着装置は、熱源であるハロゲンランプの熱容量が大き
く、また、円筒の内部には空間があり、所定の温度まで
ロールの表面を加熱するのに時間がかかるため、ハロゲ
ンランプに常に通電しておく必要があった。

【０００３】最近になり、定着の省エネルギー化をはか
るために、シームレスベルト（無端ベルト）ヒータを採
用することが行われるようになり、昇温時間を短縮する
ことが可能になった。例えば、特開平６−２０２５１３
号公報に開示されている定着装置は、図８に示すよう
に、シームレスベルトヒータ８を駆動ロール３１および
従動ロール３２に張架して用いるものであって、シーム
レスベルトヒータ８の一端を加圧ロール２２と対向配置
し、その間を未定着トナー像を保持する記録媒体４を通
過させることによって、記録媒体上のトナー５を加熱加
圧して未定着トナー像を記録媒体上に定着する構成を有
するものである。この定着装置は、シームレスベルトヒ
ータ８全体が持つ熱エネルギーの一部のみが記録媒体に
伝導し、定着に利用されている。また、特開平５−１７
３４３８号公報にも、加熱手段として、加熱ロールの代
わりにシームレスベルトヒータを用いた定着装置が開示
されている。この定着装置においては、シームレスベル
トヒータを記録媒体が搬送される方向に対して平行方向
に移動回転させ、一方、搬送される記録媒体の背面に加
圧ロールを配置し、トナーの定着が行われるようになっ
ている。

【０００４】これらのシームレスベルトヒータ８の発熱
体としては、ポリイミド系、ポリカーボネート系等の熱
硬化性樹脂に、カーボンブラック等の導電性フィラーを
分散し、フィルム状に成型した、厚さ１００μｍ程度の
ものが使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近、電子写真等の複
写機では、４色のカラートナー層を持つ記録媒体に対し
て、高画質化、高速化、省エネルギー化がはかられると
共に、高い耐久性を有する定着装置を備えることが要求
されているのに対して、従来のシームレスベルトヒータ
を備えた定着装置は、記録媒体上のトナーを加熱するま
での昇温時間が短縮されているが、以下の課題を抱えて
いる。

【０００６】従来の定着装置は、シームレスベルトヒー
タと加圧ロールとが対向している部分に記録媒体を搬送
してシームレスベルトヒータと加圧ロールの間を通過さ
せるために、或いは、記録媒体の搬送と同方向に回転す
るために、加圧ロールによって加圧されない部分ではシ
ームレスベルトヒータの熱が大気中に放熱されてしま
い、熱の利用効率が悪いという問題がある。

【０００７】また、従来のシームレスベルトヒータは、
厚さが１００μｍ程度と薄く、それを記録媒体上のトナ
ーに直接接触させて定着を行うので、シームレスベルト
ヒータには定着に必要とする弾性の反発力が不足して、
未定着トナーの一部がシームレスベルトヒータ面に残留
し、オフセット現象が発生しやすい。また、反発力の不
足は界面的な離型性を悪くし、溶融したトナーが記録媒
体上で平滑に定着されなくなるので、光沢性およびＯＨ
Ｐフィルムでの透光性等が低下し、高画質に対する適用
性が悪いという問題がある。

【０００８】例えば、トナーの結着樹脂は、本来１５０
℃付近で数十℃の温度領域をもって溶融し、記録媒体上
で定着するが、カラー画像になると記録媒体上では４色
のカラートナー層が重なっているために、上下層間等で
温度差が生じて定着が可能な温度領域が狭くなり、オフ
セット現象が発生する。

【０００９】また、シームレスベルトヒータは、厚みが
１００μｍ程度であるので、長時間の回転運動をする定
着装置では伸びたり蛇行したりする懸念があり、かつポ
リイミド樹脂に導電性のフィラーを分散して作製した導
電性のフィルムが使用されるために、導電性にも信頼度
が欠けるという問題がある。

【００１０】本発明は、従来の技術における上記の問題
を解決することを目的としてなされたものである。した
がって、本発明の目的は、熱効率がよく、光沢のある高
画質の画像を高速で得ることが可能な耐磨耗性のよい定
着装置、その定着装置を備えた画像形成装置およびそれ
を用いる画像形成方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の定着装置は、記
録媒体上の未定着トナー像を加熱加圧して定着トナー像
を形成するものであって、未定着トナー像を保持した状
態で記録媒体を搬送する無端加熱ベルトと、その無端加
熱ベルトの末端近傍に対向配置された加熱ロールとを有
することを特徴とする。前記の無端加熱ベルトは、金属
性の発熱体をシリコーンゴム層中に配置し、それを耐磨
耗性および離型性を有する樹脂層で被覆した弾力性を有
するものが使用される。また、前記の無端発熱ベルトを
回転させる為の駆動ロールの位置を調整可能に構成し
て、加熱ロールと無端加熱ベルトとのニップを制御可能
にすることが好ましい。

【００１２】また、本発明の画像形成装置は、潜像保持
体上に潜像を形成する潜像形成手段、該潜像を現像剤を
用いて現像する現像手段、形成されたトナー像を記録媒
体上に転写する転写手段、記録媒体上の未定着トナー像
を加熱加圧して定着トナー像を形成する定着手段を有す
るものであって、その定着手段が未定着トナー像を保持
した状態で記録媒体を搬送する無端加熱ベルトと、無端
加熱ベルトの末端近傍に対向配置された加熱ロールとを
有することを特徴とする。

【００１３】さらに本発明の画像形成方法は、潜像保持
体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を現像剤を
用いて現像する現像工程、トナー像を記録媒体上に転写
する転写工程、記録媒体上の未定着トナー像を定着する
定着工程を有するものであって、その定着工程が無端加
熱ベルト上に記録媒体を保持して予備加熱を行ない、次
いで加熱ロールを未定着トナー像に接触させて定着する
ことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の定着装置の概略構
成図であって、定着装置は、記録媒体を載置する無端加
熱ベルトと、加熱ロールとを有し、無端加熱ベルトの末
端近傍に加熱ロールが対向配置されている。無端加熱ベ
ルトに記録媒体を乗せ、記録媒体を進行させる方向に回
転させることによって、記録媒体上のトナーは無端加熱
ベルトで搬送しながら定着する直前まで予備加熱させる
ことができ、無端加熱ベルトの熱を効率良く利用するこ
とができる。

【００１５】さらに、無端加熱ベルトは、発熱体として
金属製のものを用い、その発熱体をシリコーンゴムより
なる弾性層中に配置し、それを耐磨耗性と離型性のある
樹脂層で被覆したものであるから、金属製の発熱体の周
囲が弾性層で囲まれるため、発熱体の厚みから発生する
歪みを吸収しながら加熱ロール並みの弾性力を持たせる
ことができる。発熱体としては、加熱効率と信頼性が高
いＣｒなどの金属製の材料が好ましい。

【００１６】また、無端発熱ベルトの内側にある駆動ロ
ールの軸位置を調節可能に構成することが好ましく、そ
れにより、加熱ロールと無端加熱ベルトとのニップ圧が
制御できるようになる。その結果、トナーに必要とする
弾性力と離型力が十分に得られ、光沢と透光性がよい画
質が得られるようになる。

【００１７】さらに、本発明の無端加熱ベルトの両側面
にはガードを設けることが好ましい。これにより、ベル
トの蛇行を防いで安定な回転が得られるようになる。ま
た、このガードは、ベルトの寿命を長くするだけではな
く、電力を供給する端子として利用することもできる。

【００１８】次に、本発明の画像形成装置および画像形
成方法について説明する。図６は、本発明の画像形成装
置の概略の構成を説明する図である。図において、７１
は、電子写真感光体であって、その周囲に、接触帯電器
７２、露光装置７３、現像器７４、転写器７５、クリー
ニング装置７６、および除電器７７が設けられ、更に定
着装置７８が設けられている。

【００１９】この画像形成装置において、電子写真感光
体７１は、矢印方向に回転して、接触帯電器７２により
一様帯電された後、露光装置７３によって像露光され、
それによって静電潜像が形成される。次いで静電潜像
は、現像器７４により顕像化されてトナー像が形成さ
れ、その後転写器７５によって記録媒体の上に転写され
て、記録媒体上に未定着トナー像が形成される。記録媒
体上の未定着トナー像は、定着装置７８によって定着さ
れるが、定着装置としては、上記図１に示す構造のもの
が使用される。一方、電子写真感光体７１の表面に残留
するトナーは、クリーニング装置７６によりクリーニン
グされ、除電器７７によって除電され、次の複写サイク
ルのために準備される。

【００２０】本発明の画像形成方法は、潜像保持体上に
潜像を形成する潜像形成工程、その潜像保持体上の潜像
を現像装置を用いて現像する工程、潜像保持体上のトナ
ー画像を記録媒体上に転写する工程、および記録媒体上
の未定着トナー像を熱定着する定着工程を有する。潜像
形成工程は、従来公知の方法が適用でき、電子写真法あ
るいは静電記録法によって、感光体あるいは誘電体層等
の潜像保持体の上に静電潜像を形成すればよい。次い
で、形成された潜像は、現像工程においてトナーを有す
る現像剤層を潜像保持体と接触または非接触で、現像バ
イアスを印加させることによって顕像化される。顕像化
されたトナー画像は、転写工程において、常法により紙
等の記録媒体上に転写され、次いで、定着工程において
熱定着される。この定着工程において本発明の上記定着
装置を使用する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の定着装置の概略の構成図を示
す。定着装置は、無端加熱ベルト１とハロゲンランプ２
１を備えた加熱ロール２とより構成されており、無端加
熱ベルトの末端近傍に加熱ロール２が対向配置されてい
る。無端加熱ベルト１は、駆動ロール３１および従動ロ
ール３２に回転可能に張架され、その上にトナー５より
なる未定着トナー像を保持する記録媒体４を載置するよ
うになっている。無端加熱ベルト１は、駆動ロール３１
を駆動させることによって回転し、その上に乗せられた
記録媒体４が矢印方向に進行する。したがって、無端加
熱ベルト１に乗せられた記録媒体４のトナー５は、定着
する直前まで予備加熱され、加熱ロール２と無端加熱ベ
ルト１との間を通ってトナー５が記録媒体４上に定着さ
れる。また、記録媒体上のトナーの昇温にかかる時間
は、無端加熱ベルトの材料、記録媒体、トナー等の熱伝
導率とこれらの厚さによって異なる。記録媒体上にある
トナーの温度は、無端加熱ベルトの表面温度に対して
０．６〜０．７倍まで上昇するので、無端加熱ベルトの
長さを調整することによって、任意の温度までトナーを
予備加熱して定着させることが可能である。

【００２２】図２は、無端加熱ベルトの断面を示す図で
あって、無端加熱ベルトは、発熱体１１、弾性層１２、
耐磨耗層１３より構成され、それらが積層され一体化さ
れた構成を有している。発熱体１１は、無端加熱ベルト
１の搬送方向に直交する方向、すなわち、幅方向に延び
た形態のものを、一定の間隔で並べて配設される。発熱
体１１としては、金属性のもの、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｔｉ等を金属、またはこれら金属の合金等、公知の加熱
材料を用いることができる。この実施例ではＣｒを使用
した。発熱体は、如何なる形態を有していてもよく、そ
の厚さは３ｍｍ以下であるのが好ましい。

【００２３】弾性層１２の材料としては、弾性と耐熱性
がある公知の樹脂が用いられるが、特にシリコーン系ゴ
ムが好ましい。弾性層は、定着の際に十分な弾性が得ら
れるように厚さ２ｍｍ以上であって発熱体１１を完全に
囲みこむように形成される。また、弾性層１２の表面に
設ける耐磨耗層１３の材料としては、加熱ロールとの摩
擦、剥離力等を考慮してＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロ
エチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン
−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＦＥＰ（ヘキサ
フルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合
体）、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビ
ニル等のフッ素系樹脂が使用できる。耐磨耗層１３は、
厚さ０．５ｍｍ以下になるように被覆することによって
形成される。この実施例では、厚さ０．５ｍｍのＰＴＦ
Ｅよりなる被覆層を使用した。

【００２４】図３は、無端加熱ベルトの平面を示す図で
あって、無端加熱ベルトにおける弾性層１２の幅は、用
紙サイズに合わせて設定されるが、発熱体１１の幅は、
弾性層１２よりも２〜５ｍｍ程度長く設定し、弾性層の
両端からはみ出るように設けられる。また、このはみ出
した発熱体の両端を、Ｃｒ、Ｎｉ等でメッキして、無端
加熱ベルトに電流を供給する電極部分１１ａが形成され
るが、必要に応じて、この電極部分の下部に、金属、プ
ラスチック等の補強板１５を当てて、電極部分を補強す
ることも可能である。

【００２５】図１における加熱ロール２は、ハロゲンラ
ンプ２１等の加熱源を内蔵したアルミニウム等の金属製
芯金の周りに弾性体よりなる樹脂層を設け、その表面を
離型性の高い表面樹脂層を被覆した公知の構成のものが
使用でき、それにより、トナーを記録媒体上に定着させ
ることができる。

【００２６】図１に示す定着装置において、無端加熱ベ
ルト１を駆動させるために駆動ロール３１と従動ロール
３２との二つのロールの軸３１１、３２１を動かすこと
によって、無端加熱ベルトの張力を調節することができ
る。また、駆動ロール３１と従動ロール３２の直径を加
熱ロール２の直径よりも小さく設定し、無端加熱ベルト
１を細長くした状態で回転できるようにすることによ
り、装置の小型化をはかることもできる。また、駆動ロ
ールの軸３１１を上下方向に移動させることによって、
ニップ圧およびニップ幅を調節することも可能である。

【００２７】図４は、ベルトの蛇行を防ぐために、無端
加熱ベルトの両側面に設けられるガードの斜視図であ
り、図５は、無端加熱ベルトとガードとの嵌合状態を説
明する図である。図において、ガード６は、その全体の
長さを無端加熱ベルト１の全長に合わせて形成された絶
縁性材料より構成されており、駆動ロールの軸３１１と
従動ロールの軸３２１を挿入するための穴６３、６３が
設けられている。また、ガードの側面には、無端加熱ベ
ルトの電極部分１１ａが１．５〜４．５ｍｍ程度の範囲
の長さで嵌め込まれるように溝状の凹部６１が全周にわ
たって形成されており、そして発熱体に電流を供給する
ための電極６２が溝状の凹部６１の側壁面に付設されて
いる。更に、凹部には、発熱体の電極部分１１ａと電極
６２との間で通電できるようにするために、導電性のベ
アリング６４等の回転性がよいものが内蔵されている。
それにより、図示されない電源から電極６２に供給され
た電流は、ベアリング６４を介して発熱体の電極部分１
１ａに流れ、発熱体１１を発熱させるようになる。

【００２８】上記のような構成の定着装置を用いて定着
を行った。具体的には、ロールの磨耗防止とトナーの剥
離性向上のために使用している離型剤オイルの量を従来
用いている量より減らし、溶融温度１１０℃のトナーに
ワックスを１０％混入したものを用いて形成されたトナ
ー像を有する記録媒体に対して、無端加熱ベルトの設定
温度：１５０℃、無端加熱ベルトの搬送速度：２００ｍ
ｍ／ｓｅｃ、無端加熱ベルトの長さ：３００ｍｍの条件
の下で定着を行った。その結果、記録媒体上のトナー像
のトナーとワックスが加熱ロールを通過する前の１．５
秒の間にトナーが完全に溶融し、ワックスが染みでてい
ることが確認され、そして定着後、良好な光沢性と透光
性の定着トナー画像が得られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明の定着装置は、無端加熱ベルトに
より記録媒体上のトナーを予備加熱することができるの
で、トナーが溶融する温度までの昇温時間が短縮され、
定着のスピードが向上するので、従来の定着装置より熱
効率がよく、耐磨耗性も良好である。したがって、本発
明の定着装置を用いることによって、透光性で光沢ある
高画質の定着トナー像を高速で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の定着装置の概略構成図。

【図２】 本発明の定着装置の無端加熱ベルトの一部の
断面図。

【図３】 本発明の定着装置：無端加熱ベルトの一部の
平面図。

【図４】 本発明の定着装置に用いるガードの斜視図。

【図５】 本発明の無端加熱ベルトとガードとの嵌合状
態を説明する図。

【図６】 本発明の画像形成装置の概略構成図。

【図７】 従来の定着装置の一例の構成図。

【図８】 従来の定着装置の一例の構成図。

【符号の説明】

１…無端加熱ベルト、１１…発熱体、１１ａ…電極部
分、１２…弾性層、１３…耐磨耗層、１５…補強板、２
…加熱ロール、２１…ハロゲンランプ、２２…加圧ロー
ル、３１…駆動ロール、３２…従動ロール、３１１…駆
動ロールの軸、３２１…従動ロールの軸、４…記録媒
体、５…トナー、６…ガード、６１…溝状の凹部、６２
…電極、６３…穴、６４…ベアリング、７１…電子写真
感光体、７２…接触帯電器、７３…露光装置、７４…現
像器、７５…転写器、７６…クリーニング装置、７７…
除電器、７８…定着装置、８…シームレスベルトヒー
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 弘高 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体上の未定着トナー像を加熱加圧
   して定着トナー像を形成する定着装置において、未定着
   トナー像を保持した状態で記録媒体を搬送する無端加熱
   ベルトと、該無端加熱ベルトの末端近傍に対向配置され
   た加熱ロールとを有することを特徴とする定着装置。
2. 【請求項２】 潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成
   手段、該潜像を現像剤を用いて現像する現像手段、形成
   されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段、記録
   媒体上の未定着トナー像を加熱加圧して定着トナー像を
   形成する定着手段を有する画像形成装置において、該定
   着手段が未定着トナー像を保持した状態で記録媒体を搬
   送する無端加熱ベルトと、該無端加熱ベルトの末端近傍
   に対向配置された加熱ロールとを有することを特徴とす
   る画像形成装置。
3. 【請求項３】 潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成
   工程、該潜像を現像剤を用いて現像する現像工程、トナ
   ー像を記録媒体上に転写する転写工程、記録媒体上の未
   定着トナー像を定着する定着工程を有する画像形成方法
   において、該定着工程が無端加熱ベルト上に記録媒体を
   保持して予備加熱を行ない、次いで加熱ロールを未定着
   トナー像に接触させて定着することを特徴とする画像形
   成方法。