JP3833689B2 - ベルト定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真複写機、ファクシミリあるいはプリンター等の画像形成装置において、トナー像をベルトを用いて定着するベルト定着装置に関するものである。

画像形成装置に用いられるベルト定着装置においては、定着ベルト内面に発熱部材を配置し、この発熱部材を介してローラを押し当てニップ部を形成し、そのニップ部でトナー像などの未定着画像が転写された転写紙を挾持搬送し定着を行なっている。

とろこで、上記定着ベルトは耐久性等を考慮して、ポリアミド等の耐熱フィルム表層に四弗化エチレン樹脂（テフロン（登録商標））がコーティングされている。そのため、上記ベルト定着装置を用いて転写紙上のトナー像を定着すると、従来から知られているテフロン（登録商標）加工がなされた押圧ローラを用いて画像定着するときに現れる梨地画像と同様の梨地画像が発生してしまう。この梨地画像は、未定着画像（トナー像）側を剛体でつぶしてもトナー層の表面の凹凸を慣らすことができず、部分部分に凹部が残りその凹部で光が乱反射することで発生するものである。
そこで、上記ベルトにテフロン（登録商標）に変わってシリコーンゴム等の弾性材をコーティングすることで、上記梨地画像の発生を防止することができる。

上述した定着ベルトにコーティングするシリコーンゴムは、肉厚（１ｍｍ程度）にコーティングすることで、上記梨地画像の発生防止に効果があるが、シリコーンゴムはコストが高い上に軟らかく、ベルト定着装置のコスト上昇を招くと共に耐久性に問題が発生してしまう。
本発明の目的は、低コストで耐久性に富むベルト定着装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１では、弾性層を有する無端ベルトと、無端ベルトに圧接可能に配設され、ニップ部を形成する加圧回転体と、無端ベルトの内側から無端ベルトを介して加圧回転体に対向配置される対向部材と、無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、無端ベルトの弾性層厚は、１００μｍ以上であり、加圧回転体は弾性層を有し、加圧回転体の表面硬度と対向部材の表面硬度は無端ベルトの弾性層の硬度以上であり、未定着トナー像を担持する記録材の未定着トナー面が無端ベルトと接触する向きでニップ部を通過することで該未定着トナーが該記録材に定着されることを特徴としている。

請求項２では、請求項１記載の無端ベルト定着装置を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、定着ベルトの弾性体層の厚みや表面硬度、対向、加圧の各ローラの表面硬度を調整することにより、上記定着ベルトにコーティングする弾性体層の肉厚が薄くとも良好な転写画像を得ることができ、コストが低く耐久性に富むベルト定着装置を提供することができる。

以下、図を用いて本発明の第１の実施例を詳細に説明する。
符号１０１は複写機の定着装置を示す。この定着装置１０１は、内部に発熱体４を有する正逆回転可能なベルト加熱ロ−ラ２と従動ローラー３に巻き掛けられた無端ベルト１と、このベルト１の内側で上記ローラー２，３の間に位置する対向ローラー６と、ベルト１を挾んで対向ローラー６に圧接する正逆回転可能で発熱体７を内蔵した加圧ロ−ラ５とで、主要部が構成されている。

加圧ローラ５の周面の前後には、現像剤の溶剤が浸透しやすい普通紙からなる転写紙Ｐが搬送される搬送路を構成するガイド１１，１２が配設されるとともに、転写紙Ｐの搬送方向下流側（図において左側）には加圧ローラ５に接した分離爪８と一対の排紙ローラ９，１０が配置されている。

ベルト加熱ローラ２により加熱されるベルト１と発熱体７により加熱する加圧ローラ５との接触部位は、図示しない転写部で転写紙Ｐに転写されたトナー像を加熱溶解定着する定着部（ニップ部）を形成しており、定着温度を所定値に保つためローラ２，５には温度センサ２０，２１がそれぞれ設置されている。

上述したベルト１の表面には、弾性体層であるゴム硬度４５ＨＳ'のシリコ−ンゴムが２００μｍの層厚でコーティングされている。また、対向ローラ６にはゴム材が用いられ、加圧ローラ５にもゴム材が巻装されており、両者に用いられているゴム材は、ベルト１にコーティングしたシリコーンゴムの硬度と同じ硬度４５ＨＳ'のものが用いられている。

本発明者は、弾性体層の表面硬度（Ｂ）と加圧ローラ５及び対向ロ−ラ６の表面硬度（Ａ）,（Ｃ）との関係における梨地画像の発生の有無について、実験を行なった。以下、その実験について図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、ベルト１にコーティングするシリコーンゴムに（ＪＩＳ−Ａ）の規格でゴム硬度４５ＨＳ'のものを層厚１００μｍにして使用し、図２（ｂ）は、同シリコーンゴムの層厚を３００μｍとし、さらに、対向ローラ６と加圧ローラ５に用いるゴム材の硬度をそれぞれ３０，４５，６０ＨＳ'に設定し、各組合せによる梨地の発生状態について５段階の評価をしたものである。

梨地の状態はランク１が梨地の発生が多く、ランク５が梨地の発生がない状態、すなわち転写紙上に定着された画像状態が極めて良い状態を示し、ランク４以上を合格（採用ライン）と定めた。また、固定条件として、画像はフルカラー３色重ねで、トナー付着量は１ｍｇ／ｃｍ²のべた画像、ニップ部の面圧は１ｋｇｆ／ｃｍ²とした。

図２（ａ），（ｂ）によると、シリコーンゴムの層厚が１００μｍｍの場合、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ），（Ａ）が共に４５ＨＳ'以上の時は、ランク４から５を示し、シリコーンゴムの層厚が３００μｍの場合、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ），（Ａ）が共に４５ＨＳ'の時で、最高のランクである５を示している。また、図示はしていないが、シリコーンゴムの層厚が５０μｍの場合には、加圧ローラ５，対向ローラ６の硬度（Ｃ）,（Ａ）が共に６０ＨＳ'の場合のみ、ランク４であり、その他の組合せではランク３以下であった。

従って梨地が発生しない条件としては、
ベルト１のシリコーンゴム層厚１００μｍｍ以上
対向ローラ６のゴム硬度（Ａ）≧ベルト１のシリコーンゴム硬度（Ｂ）
加圧ローラ５のゴム硬度（Ｃ）≧ベルト１のシリコーンゴム硬度（Ｂ）
という条件を満たせば良いことになる。

換言すると、上記条件は、トナー像に直接当たるシリコーンゴム層をつぶすことができれば、梨地は形成されることはなくなる。但し、上記シリコーンゴム層が５０μｍではつぶれる量が少なく、ベルト１が剛体のときと同様の作用が働いてしまうので、梨地画像が発生してしまうことになる。

本実施例では、ベルト１にゴム硬度４５ＨＳ'のシリコ−ンゴムがコーティングされ、対向ローラ６と加圧ローラ５には硬度４５ＨＳ'のゴム材が用いられているので、転写紙Ｐが定着部に搬送されると、発熱体４によって加熱されたローラ２を介して蓄熱されるベルト１に、自身の内部より加熱される加圧ロ−ラ５が押圧すると、対向ローラ６と加圧ローラ５に挾まれるベルト１は十分に弾性変形して転写紙上の未定着画像（トナー像）を挾圧し加熱溶解定着する。そして、定着がなされた転写紙Ｐは、ガイド１２に案内されて排紙ローラー９，１０により図示しない排紙トレー上に排出される。

本発明の第２の実施例について説明する。

第２の実施例は、第１の実施例におけるベルト１にコーティングしたシリコーンゴム層だけをより弾性変形させてつぶすために、対向ローラ６と加圧ローラ５の材質を第１の実施例よりも硬質としたものである。

具体的には、対向ローラー６をステンレス（ＳＵＳ）製にし、加圧ローラ５にテフロン（登録商標）ローラを使用して、更に、このテフロン（登録商標）ローラの外周面を内側に０．０８ｍｍ窪ませた鼓形状とし、ベルト１にコーティングするシリコーンゴムの層厚が１００μｍと３００μｍにおける梨地画像の発生状態の実験を行なところ、シリコーンゴムの層厚１００μｍ，３００μｍ共にランク５を示す結果が得られた。しかし、ここで新たな問題が発生した。

対向ローラ６と加圧ローラ５をある程度硬質にしてもベルト１の弾性体層を厚くすれば梨地の発生を防ぐことはできたが、加圧ローラ５を鼓形状にしたために転写部の中央部に定着不足が発生した。

そこで、加圧ローラ５の鼓量を変化させると共に、対向ローラ６の材質にゴム材とステンレス（ＳＵＳ）材とを用いて、定着性の実験を行なった。その時の実験結果を示すものが図３である。図に示す○×印は定着度の良不を示したもので、○印が定着状態良好で×印が良くない状態を示す。

この図によると、対向ローラ６が（ＳＵＳ）の場合、加圧ローラ５に鼓量がないとき定着状態がよく、対向ローラ６がゴム製であるときは、加圧ローラ５に鼓量があっても満足のいく定着状態を示している。つまり、対向ローラ６が剛体である時、加圧ローラ５は円筒形がよく、対向ローラ６が弾性材であれば加圧ローラ５は円筒形でも鼓形状でもどちらでも良いということである。

対向ローラ６が剛体で加圧ローラ５が円筒形であると、ニップ幅が均一に得られ、良好な定着性を得ることができ、対向ローラ６が弾性体であると、それが加圧ローラ５の表面形状にそって弾性変形するので、加圧ローラ５が円筒形でなく鼓形状であっても所定のニップ幅を得られ、シワのない良好な画像が形成される
ということである。

本発明を実施したベルト定着装置の構成を示す構成図である。 （ａ），（ｂ）は定着ベルト、対向ローラ、加圧ローラの硬度と厚みの関係を示す実験データである。 対向ローラと加圧ローラの材質と形状の関係を示す実験データである。

符号の説明

１ 無端ベルト
５ 加圧ローラ
６ 対向ローラ
Ａ 対向ローラの表面硬度
Ｂ 弾性体層の硬度
Ｃ 加圧ローラの表面硬度
Ｐ 転写紙

Claims (2)

1. 弾性層を有する無端ベルトと、
   前記無端ベルトに圧接可能に配設され、ニップ部を形成する加圧回転体と、
   前記無端ベルトの内側から該無端ベルトを介して前記加圧回転体に対向配置される対向部材と、
   前記無端ベルトを加熱する加熱源とを備え、
   前記無端ベルトの弾性層厚は、１００μｍ以上であり、
   前記加圧回転体は弾性層を有し、
   前記加圧回転体の表面硬度と前記対向部材の表面硬度は、前記無端ベルトの弾性層の硬度以上であり、
   未定着トナー像を担持する記録材の未定着トナー面が前記無端ベルトと接触する向きで前記ニップ部を通過することで該未定着トナーが該記録材に定着されることを特徴とする無端ベルト定着装置。
2. 請求項１記載の無端ベルト定着装置を備えた画像形成装置。

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