(57)【要約】【課題】  記録媒体の分離性及び耐久性を改良したベルト定着装置を提供する。【解決手段】  定着ベルトを支持する支持ローラとして、基体上にソリッドゴム層を形成し、該ソリッドゴム層上にスポンジ層を形成する。【選択図】        図２
2006220798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材、
支持ローラ、
前記加熱部材と前記支持ローラとに掛け渡された定着ベルト及び、
前記定着ベルトに圧接する加圧ローラを有し、
前記支持ローラにより支持された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間のニップに未定着のトナー像を担持する記録媒体を通すことにより、トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記支持ローラは、ローラ基体、該ローラ基体上に形成されたソリッドゴム層及び該ソリッドゴム層上に形成されたスポンジ層を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記支持ローラの外径をＤ、前記ソリッドゴム層の厚さをｔｏ、前記スポンジ層の厚さをｔｐとしたとき、次の条件１〜３を満足することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
０．１７≦（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ≦０．２６・・・・・条件１
０．５≦ｔｐ／（ｔｏ＋ｔｐ）≦０．７５・・・・・条件２
前記スポンジ層の硬度が３０°以下・・・・・条件３
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置の定着装置に関し、特に、未定着のトナー像を熱と圧力とにより記録媒体に定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱と圧力とにより、未定着のトナー像を定着する定着装置は主として、電子写真方式の画像形成装置において用いられる。而して、かかる定着装置として、定着ベルトを用いたものがある。定着ベルトを用いた定着装置は、現在広く用いられているローラ定着装置に比較して、記録媒体を加熱／加圧するニップの幅を広く取ることができる、トナー像を加熱する加熱部材の熱容量を小さくすることができる等の利点を有することから、像を形成するトナー量の多いカラー画像形成装置等に有用であるとして研究・開発されている。
【０００３】
ベルト定着装置及びローラ定着装置を含む、所謂接触方式の定着装置においては、定着処理後の記録媒体を加熱部材及び加圧部材から確実に分離する必要があり、記録媒体の分離のために従来から種々の提案がある。
【０００４】
ベルト定着における記録媒体の分離に関しては、例えば、下記のような発明がある。
【０００５】
特許文献１・・・・・定着ベルトを支持する定着ローラの表面硬度を低いものとし、定着ローラに支持された定着ベルトに対する加圧ローラの食い込み量を大きくすることによって、記録媒体の出口における定着ベルトを曲率半径を小さくして記録媒体の分離性を良くしている。
【０００６】
特許文献２・・・・・記録媒体の出口部の定着ベルトの内側に定着ベルトの曲率を大きくする固定部材を設けて分離性を良くしている。
【０００７】
特許文献３・・・・・記録媒体の出口部に分離回転体を設けて分離性を良くする。
【０００８】
特許文献４・・・・・分離爪の先端の設置角度を定着ベルトを支持するローラの回転中心に対して、定着ベルトと加圧ローラとにより形成されるニップの中心から２０度以下とする。
【特許文献１】特開２００２−２６８４３６号公報
【特許文献２】特開２００３−５５６６号公報
【特許文献３】特開２００３−１２２１７２号公報
【特許文献４】特開２００３−３３０３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２〜４のように、分離のための付加部材を設けるものでは、定着ベルト又は加圧部材からの分離性自体を向上するものではなく、付加部材により分離性を上げるものであるために分離性の向上に限界がある。また、分離部の構造が複雑になるために、分離不良が起こった場合に、記録媒体が分離部に詰まって、除去が困難になるという問題があり、構造が複雑になるために、材料コスト、組み立てコストが上がるという問題がある。
【００１０】
更に、特許文献２のものでは、定着ベルトの耐久性が低下するという問題がある。更に、特許文献４のものでは、分離爪が定着ベルト表面を傷つけるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献１のものでは、分離性を向上すると支持ローラの耐久性が低下し、支持ローラの耐久性を向上すると分離性が低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、定着ベルトを用いた定着装置において、記録媒体の分離性を向上し、且つ、耐久性を向上した定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的は、下記の発明により達成される。
（請求項１）
加熱部材、
支持ローラ、
前記加熱部材と前記支持ローラとに掛け渡された定着ベルト及び、
前記定着ベルトに圧接する加圧ローラを有し、
前記支持ローラにより支持された前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間のニップに未定着のトナー像を担持する記録媒体を通すことにより、トナー像を記録媒体に定着する定着装置において、
前記支持ローラは、ローラ基体、該ローラ基体上に形成されたソリッドゴム層及び該ソリッドゴム層上に形成されたスポンジ層を有することを特徴とする定着装置。
（請求項２）
前記支持ローラの外径をＤ、前記ソリッドゴム層の厚さをｔｏ、前記スポンジ層の厚さをｔｐとしたとき、次の条件１〜３を満足することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
０．１７≦（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ≦０．２６・・・・・条件１
０．５≦ｔｐ／（ｔｏ＋ｔｐ）≦０．７５・・・・・条件２
前記スポンジ層の硬度が３０°以下・・・・・条件３
【発明の効果】
【００１４】
請求項１又は請求項２の発明により、構造が簡単で、しかも、分離性のがよく、定着により発生しやすい皺、カール等が十分に低減され、また、定着ジャムの発生率が十分に低い定着装置が実現される。
【００１５】
請求項２の発明により、分離性が特に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施の形態を用いて説明するが、本発明は実施の形態に限られない。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係る定着装置を有するカラー画像形成装置を示す図である。
【００１８】
カラー画像形成装置は原稿の画像を読み取って画像信号を生成する画像読取装置１、画像を形成する画像形成部２、記録媒体Ｐを収納する記録媒体収納部３、記録媒体収納部３から記録媒体Ｐを送り出し、画像形成部２に記録媒体Ｐを供給し、定着装置５を経て排紙部６に記録媒体Ｐを搬送する搬送部４、記録媒体Ｐにトナー像を定着する定着装置５及び排紙部６からなる。
【００１９】
図１において、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは感光体、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは帯電装置、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋは露光装置、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは現像装置、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋは感光体の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは１次転写装置、２０は無端ベルトからなる中間転写体を示す。
【００２０】
イエロートナー像を形成する画像形成ユニットＹは感光体１０Ｙ、帯電装置１１Ｙ、露光装置１２Ｙ、現像装置１３Ｙ、クリーニング装置１４Ｙ及び１次転写装置１５Ｙで構成され、
マゼンタトナー像を形成する画像形成ユニットＭは感光体１０Ｍ、帯電装置１１Ｍ、露光装置１２Ｍ、現像装置１３Ｍ、クリーニング装置１４Ｍ及び１次転写装置１５Ｍで構成され、
シアントナー像を形成する画像形成ユニットＣは感光体１０Ｃ、帯電装置１１Ｃ、露光装置１２Ｃ、現像装置１３Ｃ、クリーニング装置１４Ｃ及び１次転写装置１５Ｃで構成され、
黒トナー像を形成する画像形成ユニットＫは感光体１０Ｋ、帯電装置１１Ｋ、露光装置１２Ｋ、現像装置１３Ｋ、クリーニング装置１４Ｋ及び１次転写装置１５Ｋで構成され、帯電装置１１Ｙと露光装置１２Ｙ、帯電装置１１Ｍと露光装置１２Ｍ、帯電装置１１Ｃと露光装置１２Ｃ、帯電装置１１Ｋと露光装置１２Ｋはそれぞれ、感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に静電潜像を形成する潜像形成手段を構成する。
【００２１】
画像形成ユニットＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは中間転写体２０上にトナー像を形成する像形成手段を構成し、これらユニットは中間転写体２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置されており、感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは中間転写体２０の張設面に接触し、接触点で中間転写体２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。
【００２２】
中間転写体２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写体２０、１次転写装置２５、クリーニング装置２８等でベルトユニットＢＵを構成する。
【００２３】
中間転写体２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。
【００２４】
感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋには、例えば、外径６０φアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周にフタロシアニン顔料をポリカーボネートに分散させた塗布液を塗布することにより形成した有機半導体が用いられ、感光体１０の帯電電位は、−２５０Ｖ〜−９００Ｖの範囲内で制御可能であり、最高濃度部の電位は−４５Ｖ〜−１５０Ｖの範囲で制御可能である。
【００２５】
帯電装置１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、放電電極及び制御グリッドを有するスコロトロン帯電器からなる。
【００２６】
画像読取装置１又は外部機器からの画像データに対応する電気信号は半導体レーザで光信号に変換され、露光装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋによる像露光が行われる。露光装置としては、半導体レーザを光源とする走査露光装置が用いられる。
【００２７】
現像装置１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは各々、トナーとキャリアを主成分とする２成分現像剤を用いて反転現像を行う。
【００２８】
中間転写体２０は、体積抵抗率１０6Ω・ｃｍ、表面抵抗１０11Ω／□程度の半導電性無端ベルトからなり、例えば変性ポリイミド、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、厚さ０．０１５〜０．０５ｍｍの半導電性シームレスベルトである。中間転写体２０のベルトテンション＝５０Ｎ程度である。
【００２９】
１次転写装置、１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋは、トナーと反対極性の直流電圧が印加され、感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に形成されたトナー画像を中間転写体２０上に転写する。１次転写装置１５は、半導電性の発泡ローラからなる転写ローラを有する。
【００３０】
２次転写装置２５は半導電性の発泡ローラからなり、中間転写体２０上のトナー像を記録媒体Ｐに転写する。
【００３１】
画像形成ユニットＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおいて、単色トナー像が形成され、１次転写装置１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋにより中間転写体２０に転写され、中間転写体上で重ね合わされてカラートナー像が形成される。中間転写体２０上のカラートナー像は２次転写装置２６により記録媒体Ｐに転写される。記録媒体Ｐに転写されたカラートナー像は定着装置２８により定着され、定着処理された記録媒体Ｐは排紙部６に排紙される。
【００３２】
転写後の感光体１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋはそれぞれ、クリーニング装置１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋによりクリーニングされる。また、転写後の中間転写体２０はクリーニング装置２９によりクリーニングされる。
【００３３】
図２は定着装置装置５の構造を示す。
【００３４】
定着ベルト５３は加熱部材としての加熱ローラ５１と支持ローラ５２とに掛け渡され、支持ローラ５２により支持された定着ベルト５３は加圧ローラ５４と対向して、所定の圧力で加圧ローラ５４に接触する。加熱ローラ５１内及び加圧ローラ５４内にはハロゲンランプからなるヒータ５５、５６がそれぞれ設けられ、ヒータ５５は加熱ローラ５１を介して定着ベルト５３を加熱し、ヒータ５６は加圧ローラ５６を加熱する。
【００３５】
ヒータ５５は定着ベルト５３の温度を検知する温度センサ５７の検知温度に応じて制御され、ヒータ５６は加圧ローラ５４の表面温度を検知する温度センサ５８の検知に応じて制御される。
【００３６】
図示しないモータにより支持ローラ５２が回転駆動されて定着ベルト５３が矢印Ｗ１のように循環移動し、記録媒体Ｐは矢印Ｗ２のように移動し、定着ベルト５３と加圧ローラ５４間のニップＮＰを通過して、トナー像Ｔが記録媒体Ｐに定着される。
【００３７】
加熱ローラ５１はアルミ、ステンレス鋼等の金属パイプからなる。
【００３８】
支持ローラ５２はアルミ、ステンレス鋼等の金属パイプからなる基体５２ａ、ソリッドゴム層５２ｂ、スポンジ層５２ｃからなる。
【００３９】
ソリッドゴム層５２ｂは、シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性ゴムからなり、発泡処理が施されず、従って、発泡処理による空隙が形成されないゴムの層である。
【００４０】
スポンジ層５２ｃはシリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性ゴム又は耐熱性樹脂からなり、発泡処理により層中に微細な空隙を形成した弾性層である。
【００４１】
定着ベルト５３は、耐熱性樹脂製又は金属製のベルトであり、耐熱性樹脂としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等が用いられ、金属としてはニッケル、アルミ、鉄等が用いられる。定着ベルト５３の表面には弾性層及び／又は離型層を設けることができる。
【００４２】
加圧ローラ５４はアルミ、ステンレス鋼等の金属パイプからなる基体５４ａ及びシリコンゴム、フッ素ゴム、或いはこれらの発泡体からなる耐熱弾性層５４ｂからなる。なお、耐熱弾性層５４ｂの表面に離型層を設けることもできる。
【００４３】
図２に示すように、定着ベルト５３を支持する支持ローラ５２をソリッドゴム層５２ｂ及びスポンジ層５２ｃを有する構造とすることにより、加圧ローラ５４は支持ローラ５２に食い込んで、記録媒体ＰのニップＮＰにおける出口において、記録媒体Ｐの直進する性質が作用して、記録媒体Ｐの分離性が向上する。しかも、食い込みを形成する弾性層であるスポンジ層５２ｃはソリッドゴム層５２ｂを介して基体５２ａに支持されているので、ソリッドゴム層５２ｂの耐久性が高く、定着装置全体としての耐久性が向上する。支持ローラとして、基体上にソリッドゴム層のみを設けたものでは、分離性が良くなく、基体上にスポンジ層のみを設けたものでは、耐久性が良くないが、基体５２ａ上にソリッドゴム層５２ｂを設け、ソリッドゴム層５２ｂの上にスポンジ層を設けることにより、十分な分離性と十分な耐久性とが得られる。
【００４４】
図３は支持ローラ５２の拡大図である。
【００４５】
図３において、Ｄは支持ローラ５２の外径、ｔｏはソリッドゴム層５２ｂの厚さ、ｔｐはスポンジ層５２ｃの厚さである。
【００４６】
加圧ローラ５４の外径、支持ローラ５２の外径、弾性外径比｛（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ｝、ＳＰ弾性層比｛ｔｐ／（ｔｏ＋ｔｐ）｝、ソリッドゴム硬度（ソリッドゴム層５２ｂのゴム硬度）、スポンジ硬度（スポンジ層５２ｃのゴム硬度）、定着ベルト５３のテンションの各パラメータについて表１のような割付で、分離性を調べた。
【００４７】
分離性を最も悪い分離ポイント０．０から最も良い６．０までの段階に分けて評価した。この分離ポイントは、定着温度等の各種条件を変化させたときに、分離不良が全く発生せず、きわめて良好な分離性を示した例について、分離ポイント６．０とし、全く分離しないものを分離ポイント０．０とし、条件の如何により分離する場合と、分離しない場合とがあったり、記録媒体に皺やカールが発生するなど、中間的なレベルを加味した評価を表している。なお、ソリッドゴム硬度及びスポンジ硬度はＪＩＳＡによる硬度であり、また、ベルトテンションは、幅３４０ｍｍの定着ベルトを用いたときの、Ｎ（ニュートン）単位で表したものである。
【００４８】
【表１】
2006220798.tif 000003
【００４９】
図４は前記に説明した分離性試験の結果を示す。
【００５０】
図４から、弾性層外径比、ＳＰ弾性層比及びスポンジ硬度を調整することにより、分離ポイントが顕著に上昇し、分離性の向上には、これらのパラメータを制御することが有効であることが判明した。
【００５１】
このような試験による知見から、次の３条件を設定した。そして、これらの条件により実用上、十分な分離性を示す定着装置が実現された。
０．１７≦（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ≦０．２６・・・・・条件１
０．５≦ｔｐ／（ｔｏ＋ｔｐ）≦０．７５・・・・・条件２
スポンジ層の硬度が３０°以下・・・・・・・・・・条件３
（スポンジ層の硬度はＪＩＳＡ硬度）
条件１、２及び３のいずれにおいても、弾性外径比｛（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ｝、ＳＰ弾性層比｛ｔｐ／（ｔｏ＋）｝、スポンジ硬度（スポンジ層５２ｃのゴム硬度）が前記条件の下限を下回ると、分離性が低下する。また、上限を超えると、耐久性が低下する。
【実施例】
【００５２】
加圧ローラ５４の外径、支持ローラ５２の外径、弾性外径比｛（ｔｏ＋ｔｐ）／Ｄ｝、ＳＰ弾性層比｛ｔｐ／（ｔｏ＋ｔｐ）｝、ソリッドゴム硬度（ソリッドゴム層５２ｂのゴム硬度）、スポンジ硬度（スポンジ層５２ｃのゴム硬度）、定着ベルト５３のテンションの各パラメータについて条件を変え、１７０℃〜２２０℃の定着温度範囲における分離性を調べた結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2006220798.tif 000004
【００５４】
表２においても、ベルトテンションは幅３４０ｍｍの定着ベルトを用いた場合のテンシャン（単位Ｎ）である。表２から明らかなように、実験Ｎｏ．２、８、１３及び１４の実施例が良好な分離性を示した。なお、分離ポイント５．０以上が実用上十分な分離性に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置を有するカラー画像形成装置を示す図である。
【図２】定着装置装置５の構造を示す図である。
【図３】支持ローラの拡大図である。
【図４】分離性試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
５  定着装置
５１  加熱ローラ
５２  支持ローラ
５２ａ  基体
５２ｂ  ソリッドゴム層
５２ｂ  スポンジ層
５３  定着ベルト
５４  加圧ローラ
【図１】
2006220798.tif 000005
【図２】
2006220798.tif 000006
【図３】
2006220798.tif 000007
【図４】
2006220798.tif 000008