JP2007079234A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーブリスタを低減させ良好な画像を形成すること。
【解決手段】 定着ベルトは離型層を有し、定着ベルトの離型層の硬度Ｄ１と、支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）が以下の関係にしたことを特徴とするものである。
３５°≦Ｄ１≦７６°
０．５μｍ≦Ｒｙ≦１００μｍ
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の定着装置及び画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式による画像形成装置は、感光体や中間転写体等の像担持体表面からトナー像を記録材上に転写し、転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成している。

現在における画像形成装置は、消費電力の低減、ウォーミングアップ時間の短縮が求められており、その点で消費電力が高く、ウォーミングアップ時間に最も関係する定着装置の改善が重要である。そのような状況下において、熱容量の小さい定着ベルトを使用し、急速に加熱してウォーミングアップ時間を短縮する定着装置が従来より提案されている（特許文献１及び２参照）。

また、電子写真方式による画像形成装置は、多様な記録材に対して画像が形成できるよう求められている。例えば、表面に塗工層をコーティングしている塗工紙（コート紙、アート紙等）を用いて、カラー写真等の画像を高品質で出力するというニーズが高まっている。

電子写真方式による画像形成装置で、塗工紙にカラー画像を形成する状況を図４を用いて説明する。図４は定着装置のニップ領域に塗工紙が介在したときの状態を表す図であり、１０００はトナー（現像剤）、１００１は定着ベルト、１００２は塗工紙である。塗工紙上に転写されたカラー画像は、イエロー、マゼンタ等のトナー像が重なりあっているため、モノクロ画像よりトナー層が厚い。それに伴って、トナーとトナーの隙間に含まれる空気の総量が多くなっている。図４におけるＡの部分（黒丸で示した部分）がトナーとトナーの隙間に含まれる空気である。定着装置は高温になるため、トナーとトナーの隙間に含まれる空気は熱膨張する。塗工紙は通気性が悪いため、この熱膨張した空気の逃げ場がなくなる。その結果、トナー層内に気泡が発生し、塗工紙上のカラー画像が乱れるという現象、いわゆる「トナーブリスタ」が生じてしまう。

また、このトナーブリスタは定着ベルトとトナー層との隙間に含まれる空気（図４におけるＢの部分）が熱膨張することによっても発生してしまう。

さらにトナーブリスタはトナーに含まれる水分や塗工紙中に含まれる水分が影響することが考えられる。これはトナー等に含まれる水分が定着装置によって加熱されて水蒸気となり、この水蒸気の放散が塗工紙の塗工層によって阻害されて逃げ場がなく、トナー層内に気泡が発生するためである。
特開２００４−２２６８１５号公報 特開２００４−２２６８１９号公報

従来において定着ベルトを使用した定着装置、その定着装置を用いた画像形成装置は提案されているが、塗工紙で顕著に発生する上述のトナーブリスタに対して十分な対策がとられていなかった。

従って、本発明の目的は、トナーブリスタを低減させる定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、定着ベルトの離型層の硬度と、定着ベルトを支持する支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）を適正化した。

即ち、本発明の定着装置では、
熱源により加熱されて回動する定着ベルトと、
前記定着ベルトを支持する支持部材と、
前記定着ベルトを介して前記支持部材と対向する加圧部材と、
を有する定着装置であって、
前記定着ベルトは離型層を有し、
前記離型層の硬度Ｄ１（Ａｓｋｅｒ社製のＭｉｃｒｏＤｕｒｏｍｅｔｅｒＭＤ−１により測定した硬度）と、前記支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）が以下の関係にしたことを特徴とするものである。
３５°≦Ｄ１≦７６°
０．５μｍ≦Ｒｙ≦１００μｍ
また、本発明の画像形成装置では、
像担持体上から転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、
請求項１乃至５に記載の何れかの定着装置を有することを特徴とするものである。

本発明に係る定着装置及び画像形成装置によれば、トナーブリスタを低減させ良好な画像を形成することができる。

以下、図１〜図３を用いて、本発明の実施形態を説明する。

図１はデジタルカラー画像形成装置の内部構成を示す図である。

デジタルカラー画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という。）１は、下部に複数の記録材収納部２０を有する。記録材収納部２０の上方には画像形成部４０と中間転写ベルト５０が設置されており、装置本体の上部には原稿読取部３０が設置されている。

記録材収納部２０は、装置前面側（図１における紙面手前側）に引き出し可能となっている。

画像形成部４０は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色毎のトナー像を形成するための４組の画像形成手段４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ及び４００Ｋを有している。画像形成手段４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋは、この順で上から下方向に直線状に配列されており、各々同じ構成となっている。画像形成手段４００Ｙを例にとって構成を説明すると、画像形成手段４００Ｙは反時計方向に回転する感光体４１０、スコロトロン帯電手段４２０、露光手段４３０および現像手段４４０を有する。

クリーニング手段４５０は、感光体４１０の最下部に対向した領域を含んで配置されている。

装置本体の中央部に位置する中間転写ベルト５０は、無端状であり、適宜の体積抵抗率を有する。また、中間転写ベルト５０は、例えば、編成ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した半導電性フィルム基体の外側に、フッ素コーティングを行った２層から構成されている。また、シリコンゴムあるいはウレタンゴム等に導電材料を分散したものもあり得る。

一次転写電極５１０は、中間転写ベルト５０を挟んで感光体４１０と対向する位置に設置されている。

次にカラー画像を形成するプロセスを説明する。

感光体４１０がメインモータ（図示せず）により駆動され、感光体４１０の表面が電源（図示せず）により電圧供給され、スコロトロン帯電手段４２０の放電により正極性に帯電される（本実施例では＋８００Ｖ）。次に、露光手段４３０により画像情報に応じた光書込がなされ、感光体４１０上に静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像手段４４０を通過すると、現像手段内で正極性に帯電されたトナーが正極性現像バイアスの印加により潜像画像の部分に付着し、感光体４１０上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は感光体４１０と圧着する中間転写ベルト５０に転写される。転写後に残留した感光体４１０上のトナーはクリーニング手段４５０により清掃される。画像形成手段４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ及び４００Ｋ各々で形成されたトナー像が中間転写ベルト５０に重複して転写されることにより、中間転写ベルト５０上にカラー画像が形成される。記録材Ｐは記録材収納部２０により１枚ずつ排出され、レジストローラ６０の位置まで搬送される。レジストローラ６０により記録材Ｐの先端が整列された後、中間転写ベルト５０上のトナー像と画像位置が一致するタイミングで記録材Ｐがレジストローラ６０より給送される。レジストローラ６０により給送された記録材Ｐは、ガイド板より案内され、中間転写ベルト５０と転写部７０により形成された転写ニップ部へ送り込まれる。ローラにより構成される転写部７０は記録材Ｐを中間転写ベルト５０側へ押圧している。トナーと逆極性のバイアス（−５００Ｖ）が転写部７０に印可されることにより、静電気力の作用で、中間転写ベルト５０上のトナー像が記録材Ｐへ転写させる。記録材Ｐは、除電針からなる分離手段（図示せず）により除電されて中間転写ベルト５０から分離され、加熱ローラ、加圧ローラのローラ対からなる定着装置８０へ送られる。その結果、トナー像が記録材Ｐへ定着され、画像形成された記録材Ｐが装置外へ排出される。

図２は定着装置８０の詳細図である。

定着装置８０は、加圧部材８０１と定着ベルト８０３により形成されたニップ領域に記録材を通過させトナー像を記録材に定着させている。

加圧部材８０１は、例えば中空のアルミ芯金（肉厚２ｍｍ）の外周にシリコンゴム（肉厚２ｍｍ、硬度１０°（ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）で測定））を被覆し、その上にＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）をコーティング（３０μｍ）したφ５０ｍｍのローラである。ＰＦＡの代わりにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）をコーティングしたものでもよい。図２における加圧部材８０１の内部にはハロゲンヒータ８０２が設けられており、加圧部材８０１の急激な温度低下を防止している。もちろんハロゲンヒータ８０２を内部に設けていない加圧部材８０１であっても構わない。

定着ベルト８０３は支持部材８０４と加熱ローラ８０６により張架されており、図２に示す矢印方向に回動している。定着ベルト８０３は、例えばポリイミド（１１０μｍ）とシリコンゴム（２００μｍ）とＰＴＦＥコーティング（３０μｍ）により構成された３層構造のベルトである。定着ベルト８０３のＰＴＦＥコーティングは離型層であり、記録材が定着ベルトから分離できるように機能している。

定着ベルト８０３を加圧部材８０１の方向へ押圧している支持部材８０４は、例えば中実のＳＵＳ芯金にシリコンゴム（７ｍｍ）を被覆し、その上にＰＦＡ等でコーティングしたφ４０ｍｍのローラである。

加熱ローラ８０６は、例えば中空のアルミ芯金（肉厚２ｍｍ）にＰＦＡ（３０μｍ）をコーティングしたものであり、内部にハロゲンヒータ８０５を有している。

８０７及び８０８は非接触型の温度センサであり、温度センサ８０７は加圧部材８０１の温度を、温度センサ８０８は加熱ローラ８０６の温度を検知している。

塗工紙上にトナー像を定着する際に上述したトナーブリスタが発生しやすい。再度、図４を用いてトナーブリスタの現象を検討してみる。

前述した通り、トナーブリスタは主としてトナーとトナーの隙間に含まれる空気（図４におけるＡの部分）が熱膨張し、その熱膨張した空気の逃げ場がなくなることによって発生するものと考えられる。カラー画像はモノクロ画像よりトナー層が厚いため、トナーとトナーの隙間に含まれる空気の総量が多くなってしまう。

定着ベルトの表面とトナー層との隙間に含まれる空気（図４におけるＢの部分）もトナーブリスタの要因と考えられる。この空気は、トナー層の凹凸に定着ベルトが追従できれば減少し、追従できなければ増加することとなる。トナーブリスタの観点で検討すると、トナー層の凹凸に定着ベルトが追従できるようにすれば、図４におけるＢの部分の空気が減少し、トナーブリスタを低減させることが可能となる。そこで、定着ベルトの離型層の硬度に着目して、トナーブリスタを低減させるためにはどれぐらいの硬度にすれば良いか、硬度の異なる９種類の定着ベルトを使用して検討した（表１参照）。定着ベルトの離型層の硬度Ｄ１はＡｓｋｅｒ社製のＭｉｃｒｏＤｕｒｏｍｅｔｅｒＭＤ−１により測定した硬度である。

また、トナーブリスタに対して、定着ベルトの離型層の硬度のほか、支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）が関係すると考えられる。支持部材がスポンジのような表面の粗いものであると、定着ベルトを背面から加圧部材の方向へ押圧する押圧力にムラが生じ、定着ベルトとトナー層との隙間に含まれる空気（図４におけるＢの部分）を低減させることができない。そこで、支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）に着目して、トナーブリスタを低減させるためにはどれぐらいの表面粗さＲｙ（最大高さ）にすれば良いか、表面粗さＲｙ（最大高さ）の異なる１２種類の支持部材を用いて検討した（表２）。表面粗さＲｙは、ＪＩＳで定義された表面粗さの最大高さを表すものである。

図３は、表１に示す９種類の定着ベルトと表２に示す１２種類の支持部材を用いて実験をした結果を示す。図３において横軸は支持部材の表面粗さＲｙ（μｍ）を示し、縦軸は定着ベルトの離型層の硬度Ｄ１（°）を示す。また、図３において「○」印はトナーブリスタが発生せず画像が良好であったものであり、「△」印はトナーブリスタが多少発生し画像がやや不良であったものであり、「×」印はトナーブリスタが発生し画像が不良であったものを示す。実験の結果、トナーブリスタ低減の観点で、定着ベルトの離型層の硬度は７６°以下、支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）は１００μｍ以下にすることが良好である。

定着ベルトの離型層の硬度等を別の観点で検討すると、定着ベルトの離型層の硬度が低すぎると、定着ベルトの耐久性に問題がある。また、離型性確保のためのオイルを塗布しないオイルレスの定着装置において、定着ベルトの離型層の硬度が低すぎると、塗工紙との密着力が増して分離性が良くない。そこで、硬度の異なる８種類の定着ベルトを用いて、定着ベルトの耐久性及び分離性を検討した（表３参照）。ここでの硬度もＡｓｋｅｒ社製のＭｉｃｒｏＤｕｒｏｍｅｔｅｒＭＤ−１により測定した硬度である。

実験の結果より。定着ベルトの離型層の硬度は３５°以上であることが良好である。

支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）は、定着ベルトの生産上の理由より０．５μｍ以上であることが良好である。

以上より、定着ベルトの離型層の硬度Ｄ１は３５°≦Ｄ１≦７６°、支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）は０．５μｍ≦Ｒｙ≦１００μｍであることが望ましい。

支持部材の表面は研磨処理されたものや、ＰＴＦＥコーティング又はＰＦＡチューブ等の離型層を有するものが好ましい。研磨処理されていなかったり離型層がないものは支持部材と定着ベルトとの密着性が高くなる。その影響で定着ベルトが良好に駆動されなかったり、定着ベルトが回動する際に異音が発生することとなる。従って、支持部材の表面は研磨処理されたり離型層を有するものが好ましい。

支持部材が弾性層を有する場合、弾性層の硬度が低すぎると、支持部材の耐久性に問題がある。一方、硬度が高すぎると、定着装置のニップ領域を十分に確保することができず、定着性が良好な画像を形成することができない。支持部材がローラ形状である場合、支持部材の弾性層の硬度が高くても支持部材のローラ直径を大きくすることによりニップ領域を多く確保でき定着性が良好であるが、支持部材のローラ直径を大きくすると定着ベルトから記録材を良好に分離することができなくなる。また支持部材のローラ直径が小さすぎると支持部材が撓んでしまい、支持部材の長手方向にわたって均一なニップ領域を確保することができず定着性が良好ではないという問題も生じる。

これらの点を考慮し、支持部材の弾性層の硬度Ｄ２と支持部材のローラ直径Ｘとの関係を実験を通じて検討した。実験では支持部材の硬度Ｄ２を３°、５°、８°、１５°、１８°、２０°、２５°、３０°、３２°、３４°、３８°の１１段階、支持部材のローラ直径Ｘを２６ｍｍ、２８ｍｍ、３０ｍｍ、３２ｍｍ、３４ｍｍ、３６ｍｍ、３７ｍｍ、３９ｍｍ、４０ｍｍ、４１ｍｍ、４３ｍｍの１１段階にふって検討した。その実験結果を図５に示す。支持部材の弾性層の硬度Ｄ２はＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）で測定したものである。図５の横軸は支持部材の弾性層の硬度Ｄ２を示し、縦軸は支持部材のローラ直径Ｘを示す。図における「○」印は支持部材の耐久性、定着性、分離性のいずれかの点で良好であったものであり、「△」印は支持部材の耐久性、定着性、分離性のいずれかの点でやや不良であったものであり、「×」印は支持部材の耐久性、定着性、分離性のいずれかの点で不良であったものを示す。実験の結果、支持部材の弾性層の硬度Ｄ２は、支持部材の耐久性の観点で５°以上にすることが良好であり、定着性の観点で３０°以下にすることが良好である。一方、支持部材のローラ直径Ｘは、定着性の観点で３０ｍｍ以上にすることが良好であり、分離性の観点で４０ｍｍ以下であることが好ましい。

以上の結果より、支持部材の弾性層の硬度Ｄ２（ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）で測定）と、支持部材のローラ直径Ｘが以下の関係を有することが好ましいといえる。
５°≦Ｄ２≦３０°
３０ｍｍ≦Ｘ≦４０ｍｍ

本発明の実施の形態の一例を示す画像形成装置の断面構成図である。 定着装置の説明図である。 定着ベルトの離型層の硬度Ｄ１と支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）の関係を表した図である。 定着装置のニップ領域に塗工紙が介在したときの状態を表す図である。 定着ベルトの離型層の硬度Ｄ２と支持部材のローラ直径Ｘの関係を表した図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２０ 記録材収納部
３０ 原稿読取部
４０ 画像形成部
５０ 中間転写ベルト
６０ レジストローラ
７０ 転写部
８０ 定着装置
１０５ 記録材搬送部
４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋ 画像形成手段
４１０ 感光体
４２０ スコロトロン帯電手段
４３０ 露光手段
４４０ 現像手段
４５０ クリーニング手段
８０１ 加圧部材
８０２ ハロゲンヒータ
８０３ 定着ベルト
８０４ 支持部材
８０５ ハロゲンヒータ
８０６ 加熱ローラ
８０７、８０８ 温度センサ

Claims (6)

1. 熱源により加熱されて回動する定着ベルトと、
   前記定着ベルトを支持する支持部材と、
   前記定着ベルトを介して前記支持部材と対向する加圧部材と、
   を有する定着装置であって、
   前記定着ベルトは離型層を有し、
   前記離型層の硬度Ｄ１（Ａｓｋｅｒ社製のＭｉｃｒｏＤｕｒｏｍｅｔｅｒＭＤ−１により測定した硬度）と、前記支持部材の表面粗さＲｙ（最大高さ）が以下の関係を有することを特徴とする定着装置。
   ３５°≦Ｄ１≦７６°
   ０．５μｍ≦Ｒｙ≦１００μｍ
2. 前記支持部材は弾性層を有することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記支持部材はローラ形状であり、
   前記弾性層の硬度Ｄ２（ＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡデュロメータ（Ａ型）で測定）と、前記支持部材のローラ直径Ｘが以下の関係を有することを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
   ５°≦Ｄ２≦３０°
   ３０ｍｍ≦Ｘ≦４０ｍｍ
4. 前記支持部材の表面は研磨処理されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の何れかの定着装置。
5. 前記支持部材は離型層を有することを特徴とする請求項１乃至３に記載の何れかの定着装置。
6. 像担持体上から転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１乃至５に記載の何れか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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