(57)【要約】    【課題】  低温定着トナーを用いて省エネルギーを達成し、長い加熱幅を有し、低トルクで、且つブレのない画像が得られる定着装置を提供する。    【解決手段】  一対の無端状ベルト(13、15)を備え、これら無端状ベルトの間に記録材(18)を挟持搬送して、その際、一方のベルトに記録材を静電的に密着させつつ、記録材上のトナー像を他方のベルトに密着させて加熱する。引き続いて密着状態を維持して搬送し放熱させた後、トナー面をベルトから分離する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の無端状ベルトを備え、これら一対の無端状ベルトの間に記録材を挟持搬送して、その際、一方のベルトに記録材を静電的に密着させつつ、記録材上のトナー像を他方のベルトに密着させて加熱する、定着装置。
【請求項２】
定着装置が、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを熱作用によって記録材上で溶融、定着する態様のものであり、上記一対の無端状ベルトが定着ベルトと加圧ベルトであって、これら無端状ベルトの間に記録材を挟持搬送して、その際、加圧ベルトに記録材を静電的に密着させつつ、記録材上のトナー像を定着ベルトに密着させて加熱することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
上記ベルトが記録材に接触する前に当該ベルトを帯電させる帯電部を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
ベルトにおける記録紙と接触する面を帯電させる帯電部を備えることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
上記ベルトが、記録材に接触する前に、帯電チャージャにより帯電されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
上記ベルトが、記録材に接触する前に、接触している帯電ローラにより帯電されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項７】
上記ベルトが、記録材に接触する前に、接触している帯電ブラシにより帯電されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
上記ベルトが、記録材に接触する前に、正負両極に周期的に帯電されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項９】
上記ベルトの表面が絶縁性材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項１０】
記録材とベルトの分離時に、これら記録材及びベルトを除電することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の定着装置。
【請求項１１】
記録材とベルトの分離時に、除電チャージャにより記録材面上に交流電界を印加して除電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１２】
記録材とベルトの分離時に、除電ブラシにより記録材面上に交流電界を印加して除電を行うことを特徴とする請求項１０に記載の定着装置。
【請求項１３】
一対の無端状ベルトが記録材を挟持する範囲よりも記録材搬送方向下流側で、一方のベルトのみが更に延在していることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項１４】
記録材搬送方向下流側に延在するベルトが、記録材を密着させるベルトであることを特徴とする請求項１３に記載の定着装置。
【請求項１５】
上記一対の無端状ベルトが、トナーと接触するベルトと、トナーと接触しないベルトからなり、記録材が後者のベルトに吸着することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項１６】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に用いられる電子写真を用いた画像形成方法であり、特に省エネルギーと、カラー画像を高品質化するための技術に関わる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から地球環境の保全のために省資源及び省エネルギーの要求が高まっている。電子写真においても省エネルギーのために消費電力を押さえる動きが活発化しており、特に電力消費の激しい定着の分野で低温度定着化が研究されている。現状では２００℃〜１５０℃程度の定着温度が一般的であり、定着装置の室温からの立ち上げ時間も１分〜５分程度かかっている。これを１５０℃以下、好ましくは１００℃近辺で定着できることが省エネルギー化と定着立ち上げ時間低減のために望まれるところである。
【０００３】
このような温度での定着を実現するためには当然トナーの軟化点あるいは融点を１００℃以下に下げざるをえないが、一般的に、同一種の有機高分子物質においては、融点が下がると溶融粘度の低下が避けられない。これは樹脂の融点が分子量に依存していることに依っており、当然分子量が低ければ分子鎖のからみ合いが緩くなり、相互作用が弱くなることで溶融粘度が下がると考えられる。したがって超低融点トナーを使って定着を行った場合、融点以降に急激な粘度の低下が起こる。このために有効なゴム域幅が狭く、記録紙上のトナーを定着加熱体側にオフセットしないようにすることが困難である。
【０００４】
このような問題を解決するために定着ベルトを用い、溶融したトナーを密着したまま放熱させて固化した後、ベルトから分離させることでオフセットを防止することが考えられる。
【０００５】
しかしながら加熱、放熱の工程を安定的に行うためには、トナー面をベルトに密着させて、その密着期間は加圧を行っている必要がある。そして長い加熱・放熱幅で加圧を行っているとユニットの駆動トルクが上がってしまい、定着装置を駆動するのが難しくなるという問題がある。また加圧力を緩めると密着が弱まり、定着熱が伝わりにくくなり定着不良が起きたり、搬送中の記録紙のブレ等で画像にブレが発生してしまうという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、定着ローラに掛けられた無端ベルトの表面にフレッシュエアを供給するダクトを連結した冷却ファンを設け、溶融状態にあるトナーを転写紙（記録紙）上に凝縮することで、オフセットを防止している。この場合、加圧ローラの圧力によるユニットトルクの上昇と、冷却時までベルトと記録紙の密着を維持するのが困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献２では、複数のローラにかけられた定着ベルトと、加熱手段と、記録紙の搬送路の先端、後端とその間に各ガイドローラを備えて、記録紙を押さえて画像面を定着ベルトに密着させて搬送するようにしている。この場合、各ガイドローラの加圧力によるユニットトルクの増加と、ガイドローラの当たっていない部分での記録紙の浮きや画像ブレが問題である。
【０００８】
特許文献３では、加熱ローラと定着ローラの間に架橋された無端状定着ベルトと、下方から圧接する加圧ローラを備え、定着ローラと加熱ローラは上記加圧ローラに当接し、当接部間でニップを形成するようになっている。この場合、定着ローラと加熱ローラが加圧ローラに当接することに起因したトルクの上昇と、定着ニップ内で曲率を有して記録紙を搬送することに起因した画像のブレが問題である。
【０００９】
記録紙上の画像のブレは、特許文献４や特許文献５などに開示された一対のベルトを備えた構成によれば解決できると考えられていたが、本出願人が実験を行ったところ、一対のベルトを用いた場合でも画像のズレが生じることが判明した。そして、一対のベルトの表面うねりが原因であることを究明した。即ち、一方のベルト表面にうねりがあると、記録紙は、このうねりに起因して、一対のベルト間で上側及び下側ベルトに繰り返し突き当たる。これにより、記録紙は継続的に衝撃を受けて画像のぶれが生じると考えられる。
【００１０】
なお、特許文献６には、記録紙をベルトに静電吸着する構成が開示されている。このような構成によって、ベルトの熱を記録紙に均一且つ効率的に伝えることができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平５-１９６４６号公報
【特許文献２】特開平１０-２２１９８２号公報
【特許文献３】特開２０００-８９５９３号公報
【特許文献４】特開平５-１２７５５１号公報
【特許文献５】特開２００２-３６５９４８号公報
【特許文献６】特開２０００-１９８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、低温定着トナーを用いて省エネルギーを達成し、長い加熱幅を有し、低トルクで、且つブレのない画像が得られる定着装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、本発明により、一対の無端状ベルトを備え、これら無端状ベルトの間に記録材を挟持搬送して、その際、一方のベルトに記録材を静電的に密着させつつ、記録材上のトナー像を他方のベルトに密着させて加熱することにより解決される。
【００１４】
本発明の一つの実施態様では、結着剤の主成分が樹脂であるトナーを熱作用によって記録材上で溶融、定着する装置にして、無端状の定着ベルト／加圧ベルトの間に記録材を挟んで搬送し、その際、加圧ベルトに記録材を静電的に密着させつつ、記録材上のトナー像を定着ベルトに密着させて加熱する。そして引き続き密着常態を維持して搬送し、放熱させた後に定着ベルトからトナー面を分離する。このような構成を用いると定着ベルトからの分離時にトナー像は凝固しているため、１００℃程度で溶融する低粘度のトナーを用いても定着ベルト側にオフセットすることが防止され、低温度定着が容易になる。このため良好な省エネルギー定着システムが得られることになる。
【００１５】
また記録材を静電的に密着させるベルト（請求項２の例では加圧ベルト）に対して予め帯電させる手段を設けておき、記録材が搬送されてきた時に加圧ベルトに静電的に密着させた状態にし、その後に加熱された一対のベルトに記録材を挟みこんで搬送し、記録紙上のトナーを加熱、放熱させる。このように加圧ベルトと記録材が静電的に密着していると、加圧ベルトのテンションだけで記録材上のトナー像と定着ベルト面が密着し、加圧ベルト背面からの押圧機構が無くても安定した記録紙の密着搬送を行うことができるので、定着装置の駆動トルクを大幅に低減することができる。また記録材がベルトに貼り付いている期間で安定して加熱することができ、定着ベルトの加熱温度としては１００℃程度の低温度でもトナー中に十分に熱が伝わり、安定した低温度定着が可能になる。そして放熱工程まで一貫し密着したまま搬送することで、画像のブレを防止することができるので、画像品質の良好な省エネ定着が可能になる。
【００１６】
記録材を静電的に密着させるベルトに対向して帯電チャージャを備え、このベルトが記録材に接触する前に、帯電チャージャにより帯電されるのが好ましい。この時の帯電極性はプラスでもマイナスでも良いが、マイナス極性のトナーを使っている場合、記録材への転写時に記録材はプラスの電流を受けるため、ベルトはマイナスに帯電させるのが好ましい。またプラス極性のトナーを使っている場合は、ベルトはプラスに帯電させるのが良い。このようにするとで必要な加熱、放熱期間でベルトと記録材の間で十分な静電的密着が得られ、ベルト背面からの押圧手段が不要となり、ユニットの駆動トルクを大幅に低減することができる。また長い加熱ニップ、放熱ニップを実現できるので、画像のブレを防止した良好な低温定着が可能になる。
【００１７】
記録材を静電的に密着させるベルトに対向して接触している帯電ローラを備え、そのベルトが記録材に接触する前に、帯電ローラにより帯電されることも好ましい。このような接触帯電方式では、オゾンの発生をごく僅かに抑えることができ、オゾン臭を防止するフィルター等が不要となる。この時の帯電極性はプラスでもマイナスでも良いが、トナーの極性に対応させるのがよい。そのようにすることで必要な加熱、放熱期間で他方のベルトと記録材の間で十分な静電的密着が得られ、ベルト背面からの押圧手段が不要となる。また長い加熱ニップ、放熱ニップも実現できる。記録材を静電的に密着させるベルトに対向して接触している帯電ブラシを備え、そのベルトが記録材に接触する前に、帯電ブラシにより帯電されることも好ましい。このような接触帯電方式でも、帯電ローラの場合と同じ効果を得ることができる。
【００１８】
帯電手段（例えば帯電チャージャ）を用いて、記録材を静電的に密着させるベルトは記録材に接触する前に、交流電界により正負両極に周期的に帯電され、記録材と密着するようになっているのが好適である。このようにするとベルト上で閉電界（マイクロフィールド）が形成される。この閉電界はプラス電荷部からマイナス電荷へ強い電界を形成しており、記録材がわずかな電荷しか保持していなくとも吸着して搬送でき、更に紙厚、紙種に拘わらず安定した吸着搬送が可能になる。このようにして、必要な加熱、放熱期間でベルトと記録材の間で十分な静電的密着が得られ、ベルト背面からの押圧手段が不要となる。長い加熱ニップ、放熱ニップを実現できることも上記構成と同じである。
【００１９】
記録材を静電的に密着させるベルトの表層を絶縁性部材で構成し、静電荷を保持するようにしている。そしてベルト裏面を導電層で構成してアースに落とすか、もしくはベルト裏面に電極を設けてアースに落とすことで所定の帯電電位を有するようにして、記録材を吸着、搬送するようにしてもよい。このようにしても、必要な加熱、放熱期間でベルトと記録材の間で十分な静電的密着が得られ、ベルト背面からの押圧手段が不要となる。長い加熱ニップ、放熱ニップも実現できる。記録材とベルトの分離時に記録材及びベルトを除電することも想定される。このようにすることで静電的に吸着している記録材とベルトをベルト屈曲部の曲率で自然に分離することができ、分離爪等の巻き付き防止機構が不要になり、安定した吸着、搬送、分離が可能になる。このようにして静電力を用いた搬送機構を有する定着装置において、安定した記録紙の分離性が得られる。また記録材とベルトの分離後、除電手段により記録材背面より交流電界を印加して記録材及びベルトを除電すれば、効果的である。このようにするとトナー像面とベルト面の分離時には、記録材が静電的に当該ベルト側に貼り付いているために、他方のベルト（定着ベルト）側への巻き付きが防止され良好な分離性が得られ、分離爪等の機械的な分離機構が不要である。その後、記録紙面上から記録紙及びベルトを除電することで、ベルト屈曲部の曲率により自然に記録材とベルトが分離して排出でき、安定した吸着、搬送、分離が可能になる。除電手段は帯電チャージャや除電ブラシが考えられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る装置にあっては、定着ユニットのトルクを低下させてスムーズな搬送が可能になり、且つトナーのオフセットを防止でき、またブレの防止された良好な画像が得られる省エネルギー定着システムである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す。感光体ドラム１の表面を帯電装置２により均一に帯電させ、画像データに応じて半導体レーザー発光装置３からのレーザー光により感光体表面を露光して潜像を形成する。現像装置４では摩擦帯電させたトナーにより感光体上の潜像を現像する。給紙部５より搬送された記録紙に、転写搬送ベルト６上で感光体１からトナー像が転写される。この際、マイナストナーを使用していれば、転写電極６-２よりプラスの電流が導電性転写ベルト６-１を通して記録紙に印加される。このため記録紙はプラスの帯電を帯びた状態で定着装置８へ搬送される。転写されずに感光体表面に残ったトナーはクリーニング装置７により除去される。
【００２２】
図２に、上記定着装置８の概略を示す。加熱ローラ１１と上ガイドローラ１２の間に無端状定着ベルト（導電処理ポリイミドフィルム、厚み５０μｍ）１３が掛けられている。加熱ローラ１１内にはヒーター１４が内蔵され、定着ベルト１３を所定の温度まで加熱する。加圧ベルト（絶縁性ポリイミドフィルム、厚み８０μｍ）１５は下ガイドローラ１６，１７の間に掛けられ、定着ベルト１３と接触しながら駆動されている。搬送されてきた記録紙１８は定着ベルト１３と加圧ベルト１５に挟まれて搬送される。記録紙がベルト間に挟持される直前に、加圧ベルト表面は帯電チャージャ１９によってマイナスの電荷を受け、下ガイドローラ１６がアースに落とされていることで−５００〜−１０００Ｖの電位を有する。記録紙１８は転写工程でプラスの電流を受けていることから、マイナスの電荷を有した加圧ベルト１５に吸着されつつ、この吸着側のベルトに沿ってベルト間を記録紙が搬送される。これにより、記録紙が一対のベルト間で上側及び下側ベルトに繰り返し突き当たることが低減し、画像のブレが低減する。そして加圧ベルト１５は定着ベルト１３に密着されるように張力をかけて張られているので、記録紙上のトナー像は定着ベルト１３に密着して加熱され溶融状態になる。その後、吸着搬送部２０で溶融トナーは放熱して固まり、低融点トナーが分離時に定着ベルト１３へオフセットしてしまう事態が防止される。また記録紙１８は加圧ベルト側に吸着しているので、定着ベルト側への巻き付きは起きない。なお図２に示すように加圧ベルトの表面に帯電させる代わりに、記録紙と接触しない加圧ベルトの裏面を帯電させるようにしてもよい。加圧ベルトにおける記録紙と接触する面が導電体の場合には、この形態が好ましい。
【００２３】
そして分離部の除電チャージャ２１が記録紙面上から交流電界を印加することで、加圧ベルト上のマイナス電荷及び記録紙のプラス電荷を除電する。このようにすると下流側下ガイドローラ１７の曲率によって安定的に記録紙が分離されて排紙トレイ２２上へ排紙される。図２から認識できるように、両ベルト１５，１３が記録紙を挟持している範囲よりも記録紙搬送方向下流側、即ち、除電チャージャ２１が配された側では、加圧ベルト１５のみが更に延在し、定着ベルト１３は記録紙搬送方向から離れていく。このような構成により、記録紙は一対のベルトから段階的に分離することになり、記録紙を一対のベルトから同時に分離させる場合に比べて、記録紙のベルトからの分離が行い易い。そして、加圧ベルト、即ち、吸着ベルトを下流側に位置させたことで、除電チャージャ（除電部）を配置するレイアウトに制約が少ない（吸着ベルトの表面側から除電できる）。このように一対のベルトにおいて、ニップ出口側でずれる構成をとらない場合、重なっている一対のベルトに対して除電することになり、除電部を配置するレイアウトに制約を受け易い（吸着ベルトの裏面側からしか除電できない）。
【００２４】
以上のような構成で加熱ローラ１１の制御温度を１０５℃に設定し２００ｍｍ／secのスピードで搬送させたところ、低トルクでスムーズな搬送が可能になり、ブレの防止された良好な画像が得られた。つまり、１０５℃という低温度での省エネルギー定着が可能になった。その際の使用トナーの組成は以下の通りである；
環化イソプレン        ７０ｗｔ％
カルナウバワックス    ３０ｗｔ％
カーボンブラック      １０重量部
負帯電性の荷電制御剤    １重量部
このトナーの軟化点は８０℃であり、定着下限温度は８５℃であった。
【００２５】
上記の例では帯電チャージャ１９で加圧ベルトに一貫して同極性をかけているが、図３に示すように、帯電チャージャ１９により加圧ベルト１５に周波数２００Ｈｚの交流電圧を印加するようにしてもよい。加圧ベルト面は線速度２００ｍｍ／secで移動することで、１ｍｍピッチで図のようにプラス帯電部分とマイナス帯電部分が作られ、閉電界２６が形成される。このような閉電界により、ハガキ等の厚紙も通常の紙と同様に安定した吸着、搬送が可能になる。加熱ローラ１１の制御温度を１０５℃に設定し２００ｍｍ／secのスピードで搬送させることで、低トルクでスムーズな搬送が可能になり、上記の例と同様に、ブレの防止された良好な画像が得られた。
【００２６】
定着装置として別の構成を説明する。図２の例と異なり、帯電チャージャ１９に代えて、図４に示すような帯電ローラ３１を加圧ベルト１５に当てて加圧ベルト表面を帯電させるようになっている。この帯電ローラ３１はカーボン分散により半導電処理を行ったウレタンゴムローラとし、軸部分３２に−２Ｋ〜−３ＫＶのバイアスを印加することで加圧ベルト面が−５００〜−１０００Ｖの電位を有するようになっている。このような接触方式の帯電によってオゾンの発生を微小に抑えることができ、オゾンフィルター等の設備が不要になる。加熱ローラの制御温度を１０５℃に設定して２００ｍｍ／secのスピードで搬送させたところ、低トルクでスムーズな搬送が可能になり、ブレの防止された良好な画像が得られた。
【００２７】
定着装置として更に別の構成を説明する。図２の例と異なり、帯電チャージャ１９に代えて、図５に示すような帯電ブラシ４１を加圧ベルト１５に当てて加圧ベルト表面を帯電させるようになっている。この帯電ブラシはカーボン分散により半導電処理を行ったナイロン繊維から構成され、軸部分に−２Ｋ〜−３ＫＶのバイアスを印加することで加圧ベルト面が−５００〜−１０００Ｖの電位を有するようになっている。このような接触方式の帯電によってもオゾンの発生を微小に抑えることができ、オゾンフィルター等の設備が不要になる。そして加熱ローラの制御温度を１０５℃に設定して２００ｍｍ／secのスピードで搬送させ、低トルクでスムーズな搬送が実現し、ブレの防止された良好な画像が得られた。
【００２８】
定着装置としてまた別の構成を説明する。図６に示すように、分離部に除電ブラシ５１を備え、記録紙１８の面上から交流電界を印加することで、加圧ベルト上のマイナス電荷及び記録紙のプラス電荷を除電する。このようにすると分離ローラ１２の曲率及び記録紙の自重によって安定的に記録紙が分離されて排紙トレイ２２上に排紙される。このような接触方式の除電によってもオゾンの発生を微小に抑えることができ、オゾンフィルター等の設備が不要である。上記各例と同じく、低トルクでスムーズな搬送が可能であり、良好な画像が得られ、低温度での省エネルギー定着が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る定着装置の概略図である。
【図３】図２の定着装置の変形例を示す部分拡大図である。
【図４】本発明に係る別の定着装置の概略図である。
【図５】本発明に係る更に別の定着装置の概略図である。
【図６】本発明に係るまた別の定着装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１    加熱ローラ
１２    上ガイドローラ
１３    定着ベルト
１４    ヒーター
１５    加圧ベルト
１６．１７    下ガイドローラ
１８    記録紙
１９    帯電チャージャ
２０    吸着搬送部
２１    除電チャージャ
２２    排紙トレイ
【図１】
2004206079.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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