(57)【要約】  【課題】ユーザの利便性を損なうことなく低コストで昇温時間の短縮を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。  【解決手段】走行自在な定着ベルト２１と加圧ローラ２２とを有し、定着ベルト２１をハロゲンヒータ２４により直接加熱すると共に定着ベルト２１を加圧部材２３により加圧ローラ２２に圧接させ、定着ベルト２１と加圧部材２３との摺動部に耐熱グリスを配した定着装置２において、定着ベルト２１は金属ベルト２１ａの外面にシリコンゴム層２１ｂを有すると共に最外層にフッ素樹脂層２１ｃを有し、金属ベルト２１ａの内面に透明耐熱樹脂層２１ｄを有する構成とした。【選択図】図３
2011197156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行自在な定着ベルトと加圧ローラとを有し、前記定着ベルトをハロゲンヒータにより直接加熱すると共に前記定着ベルトを加圧部材により前記加圧ローラに圧接させ、前記定着ベルトと前記加圧部材との摺動部に耐熱グリスを配した定着装置において、
前記定着ベルトは金属ベルトの外面にシリコンゴム層を有すると共に最外層にフッ素樹脂層を有し、前記金属ベルトの内面に透明耐熱樹脂層を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、
前記透明耐熱樹脂層がポリイミドまたはポリビベンゾイミダゾールからなることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の定着装置において、
前記透明耐熱樹脂層がスプレーコートにより形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の定着装置において、
前記透明耐熱樹脂層がディッピングにより形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１記載の定着装置において、
前記金属ベルトの内面に耐熱樹脂ベルトを重ね接着したことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、
透明耐熱樹脂層の厚さが２〜２００μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、
前記金属ベルトの厚さが３０〜７０μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置において、
前記シリコンゴム層の厚さが５０〜３００μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着装置において、
前記フッ素樹脂層の厚さが１〜５０μｍであることを特徴とする定着装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用されトナーを用いて画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に関し、特にトナー画像を加熱して定着する定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全のため省資源化及び省エネルギ化の要求が高まっている。これは電子写真方式を採用した画像形成装置においても例外ではなく、特に最もエネルギ消費が多い熱定着工程の分野において研究開発が急務となっている。電子写真方式を採用した画像形成装置では常温に比してはるかに高い温度により熱定着工程が行われており、このため定着工程を行う定着装置が必要な温度に到達するまでに多大な時間を要することから通常は装置不使用時においても定着時温度と冷機時温度との差を埋めるべく定着装置に通電して予熱しておく必要があり、この大量の予熱電力が無駄となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の問題点を解決すべく、冷機時における通電を行うことなく、使用時に定着面を電磁誘導により瞬時に昇温させる技術やキャパシタ等による初期投入電力アップにより昇温時間を短縮させる技術が提案されているが、装置自体が非常にコスト高となりユーザに負担をかけていた。また、昇温の速い低熱容量の加熱体や薄膜の耐熱フィルムを用い省電力化や待機時間の短縮化を図る技術がたとえば「特許文献１」に開示されているが、この技術でも発熱体のコストが高く不十分であった。
【０００４】
本発明は上述の問題点を解決し、ユーザの利便性を損なうことなく低コストで昇温時間の短縮を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、走行自在な定着ベルトと加圧ローラとを有し、前記定着ベルトをハロゲンヒータにより直接加熱すると共に前記定着ベルトを加圧部材により前記加圧ローラに圧接させ、前記定着ベルトと前記加圧部材との摺動部に耐熱グリスを配した定着装置において、前記定着ベルトは金属ベルトの外面にシリコンゴム層を有すると共に最外層にフッ素樹脂層を有し、前記金属ベルトの内面に透明耐熱樹脂層を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、さらに前記透明耐熱樹脂層がポリイミドまたはポリビベンゾイミダゾールからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、さらに前記透明耐熱樹脂層がスプレーコートにより形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の定着装置において、さらに前記透明耐熱樹脂層がディッピングにより形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の定着装置において、さらに前記金属ベルトの内面に耐熱樹脂ベルトを重ね接着したことを特徴とする。
【００１０】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５の何れか１つに記載の定着装置において、さらに透明耐熱樹脂層の厚さが２〜２００μｍであることを特徴とする。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の定着装置において、さらに前記金属ベルトの厚さが３０〜７０μｍであることを特徴とする。
【００１２】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の定着装置において、さらに前記シリコンゴム層の厚さが５０〜３００μｍであることを特徴とする。
【００１３】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の定着装置において、さらに前記フッ素樹脂層の厚さが１〜５０μｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか１つに記載の定着装置を有する画像形成装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、定着ベルトと加圧部材との間に耐熱グリスを配した摺動タイプの定着装置においてハロゲンヒータの使用が可能となり、ユーザの利便性を損なうことなく低コストで昇温時間の短縮を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の概略正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す定着装置の概略正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いられる定着ベルトを説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態を適用した画像形成装置としてのカラー複写装置を示している。このカラー複写装置は、記録媒体上にフルカラートナー像を形成する作像手段１と、このフルカラートナー像を記録媒体上に定着させる定着装置２とを有している。
【００１８】
作像手段１は、像担持体としての感光体ドラム３Ｃ，３Ｍ．３Ｙ，３Ｂｋを有しており、感光体ドラム３Ｃ上にはイエロトナー像が、感光体ドラム３Ｍ上にはマゼンタトナー像が、感光体ドラム３Ｃ上にはシアントナー像が、感光体ドラム３Ｂｋ上にはブラックトナー像がそれぞれ形成される。各感光体ドラム３Ｃ，３Ｍ．３Ｙ，３Ｂｋの上方にはローラ５，６に巻き掛けられた中間転写ベルト４が配設されており、各ローラの何れかが図示しない駆動手段により回転駆動されることにより中間転写ベルト４が矢印Ａ方向に走行駆動される。
【００１９】
感光体ドラム３Ｃは図１において時計回り方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ８によって感光体ドラム３Ｃの表面が所定の極性に均一帯電される。次いでこの帯電面に書き込みユニット９から射出されたレーザビームＬが照射され、これにより感光体ドラム３Ｃの表面に静電潜像が形成される。形成された静電潜像は現像装置１０によって可視像化され、感光体ドラム３Ｃ上にシアントナー像が形成される。中間転写ベルト４を挟んで感光体ドラム３Ｃと対向する位置には１次転写ローラ１１が配設されており、１次転写ローラ１１に対して感光体ドラム３Ｃとは逆極性の電圧が印加されることにより、感光体ドラム３Ｃ上のシアントナー像が中間転写ベルト４上に１次転写される。中間転写ベルト４に転写されずに感光体ドラム３Ｃ上に残存したトナーは、クリーニング装置１２によってクリーニングされる。上述の動作と同様に、各感光体ドラム３Ｍ，３Ｙ，３Ｂｋ上にマゼンタトナー像、イエロトナー像、ブラックトナー像がそれぞれ形成され、形成された各トナー像は中間転写ベルト４上に順次重ねて転写される。これにより中間転写ベルト４上には、フルカラートナー像が形成される。
【００２０】
一方、作像手段１の下方に設けられた給紙部１３から転写紙、樹脂シート、樹脂フィルム等の記録媒体Ｐが給送され、給送された記録媒体Ｐは上方へと搬送される。中間転写ベルト４を介してローラ６と対向する位置には２次転写ローラ１４が配設されており、搬送された記録媒体Ｐは中間転写ベルト４と２次転写ローラ１４との間に送り込まれる。このとき２次転写ローラ１４に対してトナーの帯電極性とは逆極性の電圧が印加され、これにより中間転写ベルト４上のフルカラートナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されず中間転写ベルト４上に残存したトナーは、中間転写ベルトクリーニング装置７によってクリーニングされる。
【００２１】
上述した一連の工程により４色の未定着トナーが担持された記録媒体Ｐは、この後に定着装置２に送り込まれて未定着トナー像を定着される。以下、本発明の特徴部である定着装置２について説明する。本発明の定着装置２は、１０秒以内に立ち上がり昇温時間の短縮を可能とするものであり、図２に示すように定着ベルト２１、定着ベルト２１に圧接する加圧ローラ２２、定着ベルト２１を輻射熱により直接加熱するハロゲンヒータ２４等を有している。
【００２２】
定着ベルト２１と加圧ローラ２２とは、定着ベルト２１の内面に設けられ図示しない定着側板に支持された支持部材２５に取り付けられた加圧部材２３が定着ベルト２１を介して加圧ローラと圧接することによりニップ部を形成している。加圧部材２３と定着ベルト２１の内面との間には耐熱グリスが塗布され、ハロゲンヒータ２４の下方には輻射熱を定着ベルト２１側に向かわせる反射板２６が配設されている。この定着装置２では、加圧ローラ２２が図２において反時計回り方向に回転駆動されることにより定着ベルト２１が時計回り方向に従動回転し、定着ベルト２１と加圧ローラ２２とのニップ部に未定着トナー像を担持した記録媒体Ｐが送り込まれることにより、熱と圧力とによって未定着トナー像が永久画像として記録媒体Ｐ上に定着される。
【００２３】
定着ベルト２１は、その基体である支持体として金属ベルトを採用している。これは、本発明の構成では定着ベルト２１の内面よりハロゲンヒータ２４の輻射熱で定着ベルト２１を直接加熱する構成であるため、ベルト内面の温度がベルト外面の温度よりも非常に高くなり、定着ベルト２１の耐熱温度が少なくとも３００℃以上、好ましくは瞬間的に４００℃以上必要であるためである。定着ベルト２１の耐熱温度が上がれば上がるほど、定着ベルト２１の内面に短時間で加えることが可能な熱量を増大することが可能となり、これによりベルト内面の温度が上昇してベルト外面の温度との熱勾配が大きくなり、ベルト表面が所定温度に達するまでの昇温時間が短縮される。
【００２４】
上述の構成において、定着ベルト２１と加圧ローラ２２とでニップ部を形成してその面圧を高めるためには、ベルト内面に加圧ローラ２２による加圧に対向する保持ローラを設けるか、本発明のような加圧摺動パッドである加圧部材２３を設ける必要がある。ここで保持ローラに対して加圧部材２３が優れる点は、保持ローラは回転するためにローラ全周の低温部分が繰り返しニップ部で定着ベルト２１の内面に接触して熱を奪うのに対し、加圧部材２３では常にニップ部面積と同一の部分のみがベルト内面に接触するので接触面のみ温度が一気に上昇し、ベルト内面との温度勾配が小さくなり熱伝導量が減少して定着ベルト２１の温度上昇速度が上がる点である。
【００２５】
しかし、加圧部材２３のように定着ベルト２１と摺動する部材では耐熱グリス等による摺動面の潤滑が必要となり、熱源が誘導加熱や接触式のセラミックヒータであれば発熱の温度調節は可能であるが、本発明のようなハロゲンヒータでは温度調節ができないため、定着ベルト２１の表面が３００℃以上の温度に達して耐熱グリスが揮発し始め、周囲の環境を汚染する虞がある。しかし、熱源としてのハロゲンヒータ２４のコストは非常に低く、加圧部材２３を用いる構成において熱源として採用可能であればユーザの利益を最大限確保することが可能となる。本発明者等は、定着部材２３を用いる摺動タイプの定着装置２において熱源としてハロゲンヒータ２４を使用し低コストの省エネルギ定着装置を提供すべく鋭意検討した結果、図３に示すように、定着ベルト２１の支持体を金属ベルト２１ａとし、その外面にシリコンゴム層２１ｂを形成してさらに最外層にフッ素樹脂層２１ｃを形成し、内面に透明耐熱樹脂層２１ｄを設けることにより懸案の課題が解決できることを見出した。
【００２６】
すなわち、定着ベルト２１の内面に透明耐熱樹脂層２１ｄがない場合では、ベルト内面の温度が瞬時に３００℃以上に達して耐熱グリスが揮発し始めるが、ベルト内面に透明耐熱樹脂層２１ｄを設けることによりハロゲンヒータ２４からの輻射熱はそのほとんどが透明耐熱樹脂層２１ｄを透過し、透明耐熱樹脂層２１ｄの下層の金属ベルト２１ａの温度は３００℃以上に上昇するものの透明耐熱樹脂層２１ｄの表面温度は２００℃程度で済み、耐熱グリスの揮発を極限まで抑えることが可能となった。これは、透明耐熱樹脂層２１ｄはハロゲンヒータ２４からの輻射熱のほとんどを透過させ、透明耐熱樹脂層２１ｄの温度上昇は下層の金属ベルト２１ａからの熱伝導によるものが支配的であることからと考えられる。
【００２７】
上述の構成により、定着ベルト２１と加圧部材２３との間に耐熱グリスを配した摺動タイプの定着装置２においてハロゲンヒータ２４の使用が可能となり、ユーザの利便性を損なうことなく低コストで昇温時間の短縮を図ることが可能な定着装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【００２８】
上述の構成において用いられる透明耐熱樹脂層２１ｄとして、どのような材質あるいは厚さが適正であるかを調査すべく、主に透明耐熱樹脂層２１ｄを構成する材質及び透明耐熱樹脂層２１ｄの厚さを変化させて定着ベルト２１を作成し、１００時間の空回し試験を行った。試験結果を各実施例として以下に示す。
【００２９】
実施例１
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．００２ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０４ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０２ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは６ｓｅｃであった。
【００３０】
実施例２
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．０１ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０３５ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０３ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは６ｓｅｃであった。
【００３１】
実施例３
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．１５ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０３５ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１０ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０２ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは８ｓｅｃであった。
【００３２】
実施例４
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．１８ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０３５ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１０ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０３ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは８．５ｓｅｃであった。
【００３３】
実施例５
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（セラニーズ社製ポリビベンゾイミダゾール）厚さｔ＝０．００２ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０４ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０２ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは６ｓｅｃであった。
【００３４】
実施例６
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（セラニーズ社製ポリビベンゾイミダゾール）厚さｔ＝０．０１ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０３５ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０２ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは７ｓｅｃであった。
【００３５】
比較例１
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．３ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０４ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０３ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは１５ｓｅｃであった。
【００３６】
比較例２
定着ベルト幅Ｌ＝３３０ｍｍ、定着ベルト直径Ｒ＝４０ｍｍ、透明耐熱樹脂層（宇部興産社製ポリイミド）厚さｔ＝０．００１ｍｍ、金属ベルト厚さｔ＝０．０４ｍｍ、シリコンゴム層厚さｔ＝０．１５ｍｍ、フッ素樹脂層（ＰＦＡ）厚さｔ＝０．０２ｍｍ、耐熱グリス（ＮＯＫ社製フッ素グリス）２ｇｒｗ、ハロゲンヒータ出力１２００ｗ、線速１８０ｍｍ／ｓｅｃ
試験後、内面の透明耐熱樹脂層が一部剥離し、ウォームアップタイムは５．５ｓｅｃであった。
【００３７】
実施例７
実施例１と同じ条件で定着ベルトを作成し、これを（株）リコー製ｉｍａｇｉｏＭＰ  Ｃ３３００に実装して試験を行った。試験後、グリスによる周囲の汚染はなく、ウォームアップタイムは８ｓｅｃであった。ウォームアップタイムはこの製品帯ではトップクラスであり、画像も従来と同等のものが得られた。
【００３８】
上述より、透明耐熱樹脂層２１ｄを構成する材質としては特にポリイミドあるいはポリビベンゾイミダゾールが適しており、樹脂層形成方法としてはスプレーコートでコーティングして１８０〜３５０℃程度で乾燥焼成することにより形成可能である。上記実施例では、代表的な樹脂メーカである宇部興産社製及びセラニーズ社製のものを用いたが、これに制約されるものではない。また、樹脂層形成を行うコーティング方法としてディッピングで形成することも可能である。さらに、既に遠心成型された耐熱樹脂ベルトを金属ベルト２１ａの内側に重ね接着する構成でもよく、接着剤としてはこれら透明耐熱樹脂層２１ｄと同一のものが使用可能である。透明耐熱樹脂層２１ｄの厚さは２〜２００μｍが望ましく、金属ベルト２１ａの厚さは３０〜７０μｍ、シリコンゴム層２１ｂの厚さは５０〜３００μｍ、フッ素樹脂層２１ｃの厚さは１〜５０μｍが望ましい。
【００３９】
上記実施形態では、画像形成装置としてカラーレーザプリンタを用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限定されず、複写装置、プロッタ、ファクシミリ、これらの複合機等の他の画像形成装置にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４０】
２  定着装置
２１  定着ベルト
２１ａ  金属ベルト
２１ｂ  シリコンゴム層
２１ｃ  フッ素樹脂層
２１ｄ  透明耐熱樹脂層
２２  加圧ローラ
２３  加圧部材
２４  ハロゲンヒータ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２００３−３０７９５０号公報
【図１】
2011197156.tif 000003
【図２】
2011197156.tif 000004
【図３】
2011197156.tif 000005