(57)【要約】【解決課題】定着速度を低下させることなく、マイクログロスムラの発生を防止することが可能な定着装置を提供することを課題とする。【解決手段】互いに圧接した状態で循環移動する定着ベルトと加圧ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持した状態で搬送しつつ、前記定着ベルト及び加圧ベルトを介して、加熱加圧手段によって加熱加圧ニップ部で記録媒体を加熱加圧した後、前記記録媒体を冷却させて定着ベルト及び加圧ベルトから剥離し、前記記録媒体上にトナー像を定着する定着装置において、前記定着ベルトは、トナー像が接触する表面層と、１層以上の弾性を有する中間層と、基材層とを有し、前記表面層は、１層以上の弾性を有する中間層の総厚よりも薄く、かつ、当該中間層の熱伝導率を表面層の熱伝導率よりも高く設定するように構成して課題を解決した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧接した状態で循環移動する定着ベルトと加圧ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持した状態で搬送しつつ、前記定着ベルト及び加圧ベルトを介して、加熱加圧手段によって加熱加圧ニップ部で記録媒体を加熱加圧した後、前記定着ベルトと加圧ベルトとの間に記録媒体を挟持したままの状態で、当該記録媒体を所定温度以下に冷却するとともに、前記記録媒体を定着ベルト及び加圧ベルトから剥離し、前記記録媒体上にトナー像を定着する定着装置において、
前記定着ベルトは、トナー像が接触する表面層と、１層以上の弾性を有する中間層と、基材層とを有し、前記表面層は、１層以上の弾性を有する中間層の総厚よりも薄く、かつ、当該中間層の熱伝導率を表面層の熱伝導率よりも高く設定したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記定着ベルトの表面層の厚さは、下記の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
表面層の厚さ［μｍ］≦４００００×（表面層熱伝導率）２  
−７８００×（表面層熱伝導率）＋４１０
【請求項３】
前記定着ベルトの表面層は、フッ素系のゴム材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−３１１７３７号公報
【０００３】
【従来の技術】
従来、上記電子写真方式を適用した複写機、プリンタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に用いられる定着装置としては、種々の方式のものが提案されている。かかる定着装置としては、トナー像を用紙上に定着させる定着部材として、無端状ベルトを用いるものとして、例えば、特開２００２−３１１７３７号公報に開示されているものがある。
【０００４】
この特開２００２−３１１７３７号公報に係るベルト定着装置１００は、図６に示すように、回転動作を行なう弾性体層を有する無端ベルト１０１の内側に、弾性体層を備えた第１の回転体１０２と第２の回転体１０３とが配置され、第１の回転体１０２に対して無端ベルト１０１を介して圧接して接触領域を形成するように弾性体層を備えた加圧回転体１０４が配置され、形成された接触領域以外の箇所で加熱手段により無端ベルト１０１を加熱し、記録材１０５上の未定着トナー担持面側は、その弾性体層の厚さが１００μｍ〜３００μｍ程度とされた無端ベルト１０１に接触し、接触領域を通過することによって、未定着トナー像１０６を記録材１０５上に定着するように構成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特開２００２−３１１７３７号公報に係るベルト定着装置１００は、図１１に示すように、接触領域以外の箇所で加熱手段により加熱された無端ベルトと、加圧回転体とを圧接させ、当該圧接領域を通過することによって、未定着トナー像を記録材上に定着するように構成したものである。
【０００６】
ところで、上記定着装置によってトナー画像の微小な光沢ムラ（マイクログロスムラ）のない良好な画像を得るためには、定着過程において、トナー温度を高くするだけではなく、トナーが溶融した状態で加圧する時間を長くする必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記特開２００２−３１１７３７号公報に係るベルト定着装置１００では、一般的に、定着ベルトの表面層として、シリコーンゴムやフッ素ゴム等を用いているが、これらシリコーンゴムやフッ素ゴム等からなる表面層は、トナー離型性を得るために、フィラーの配合量を多くすることができないため、熱伝導率が０．１〜０．２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度と低く、定着ニップ部内でのトナー温度の立ち上がりが悪いという問題点を有している。このような材料を用いて、特開２００２−３１１７３７号公報に開示されているように、定着ベルトの弾性体層の厚さを、１００μｍ〜３００μｍ程度に設定し、高速度の画像定着を行なうと、定着過程において、トナー温度を十分に高くすることができないばかりでなく、トナーが溶融した状態での加圧時間を長くすることができず、上述したマイクログロスムラが発生してしまうという問題点を有していた。
【０００８】
そこで、かかるマイクログロスムラの発生を防止するためには、定着速度を遅く設定することが考えられるが、この場合には、画像形成の高速化を図ることができないという新たな問題点が発生する。
【０００９】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、定着速度を低下させることなく、マイクログロスムラの発生を防止することが可能な定着装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、互いに圧接した状態で循環移動する定着ベルトと加圧ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持した状態で搬送しつつ、前記定着ベルト及び加圧ベルトを介して、加熱加圧手段によって加熱加圧ニップ部で記録媒体を加熱加圧した後、前記定着ベルトと加圧ベルトとの間に記録媒体を挟持したままの状態で、当該記録媒体を所定温度以下に冷却するとともに、前記記録媒体を定着ベルト及び加圧ベルトから剥離し、前記記録媒体上にトナー像を定着する定着装置において、前記定着ベルトは、トナー像が接触する表面層と、１層以上の弾性を有する中間層と、基材層とを有し、前記表面層は、１層以上の弾性を有する中間層の総厚よりも薄く、かつ、当該中間層の熱伝導率を表面層の熱伝導率よりも高く設定したことを特徴とする定着装置である。
【００１１】
また、請求項２に記載された発明は、前記定着ベルトの表面層の厚さは、下記の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着装置である。
2005010534.tif 000003
【００１２】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記定着ベルトの表面層は、フッ素系のゴム材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
実施の形態１
図２はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示すものである。
【００１５】
この定着装置１は、図２に示すように、定着部材としての定着ベルト２と、加圧部材としての加圧ベルト３を有している。上記定着ベルト２は、第１の加熱ローラ４、第２の加熱ローラ５、定着ローラ６、熱循環器７、及び４本のアイドラーローラ８〜１１によって、循環移動可能に張架されている。また、加圧ベルト３は、加圧ローラ１２と、４本のアイドラーローラ１３〜１６により循環移動可能に張架されている。上記定着ローラ６と加圧ローラ１２は、定着ベルト２と加圧ベルト３を介して互いに圧接することにより、記録媒体１７の搬送方向の入口側の端部に、加熱加圧ニップ部１８を形成するように配設されている。
【００１６】
また、上記定着ベルト２と加圧ベルト３は、加熱加圧ニップ部１８から剥離位置１９の近傍まで、互いに圧接した状態で走行し、これら定着ベルト２と加圧ベルト３の間に、未定着トナー画像Ｔを担持した記録媒体としての用紙１７を挟持した状態で搬送しつつ、加熱加圧ニップ部１８の通過後からトナー画像Ｔが冷却されるまでの間、用紙１７と定着ベルト２が密着した状態を維持して、用紙１７上に担持されたトナー画像Ｔを定着するように構成されている。
【００１７】
上記定着ローラ６としては、例えば、図３に示すように、アルミニウムやステンレス等からなる金属製コア２０の表面に、シリコンゴム等からなる弾性体層２１を所定の厚さに被覆して、所定の外径（例えば、５０ｍｍ）に形成したものが用いられる。この定着ローラ６の内部には、加熱源として例えば３００〜３５０Ｗのハロゲンランプ２２が２本配設されており、ウオームアップ時に、当該定着ローラ６の表面温度が所定の温度（例えば、１４０℃〜１５０℃程度）となるように内部から加熱される。
【００１８】
また、上記加圧ローラ１２としては、例えば、図３に示す定着ローラ６と同様に構成したものが用いられ、アルミニウムやステンレス等からなる金属製コア２０の表面に、シリコンゴム等からなる弾性体層２１を所定の厚さに被覆して、所定の外径（例えば、５０ｍｍ）に形成したものが用いられる。この加圧ロール１２の内部には、加熱源として例えば３００〜３５０Ｗのハロゲンランプ２２が２本配設されており、ウオームアップ時に、当該加圧ローラ１２の表面温度が所定の温度（７０℃〜８０℃程度）となるように内部から加熱される。
【００１９】
そして、上記定着ローラ６と加圧ローラ１２は、定着ベルト２と加圧ベルト３を介して、図示しない加圧手段により、７５ｋｇ〜２００ｋｇの荷重で互いに圧接するように構成されている。
【００２０】
さらに、上記定着ベルト２は、上述したように、定着ローラ６と、小径の剥離ローラ１０と、ウオーク制御ロール１１と、第１の加熱ローラ４と、第２の加熱ローラ５と、２本のアイドラーローラ８、９からなる複数のローラにより回動可能に支持されており、図示しない駆動源によって回転駆動される定着ローラ６により、所定の高速度（例えば、３５０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される。この定着ベルト２としては、例えば、厚さ８０μｍのポリイミド製の無端状フィルム上に、厚さ５０μｍのシリコンゴム層を被覆し、必要に応じて、シリコンゴム層の上にフッ素ゴム等からなる離型層を設けたものが用いられる。また、上記定着ベルト２は、定着ローラ６から剥離ローラ１０との間において、略水平に走行するように張架されており、加熱加圧ニップ部１８から剥離位置１９の近傍までの間、加圧ベルト３と密着した状態で走行するようになっている。更に、上記定着ベルト２は、２本のアイドラーローラ８、９によって、定着ローラ６と加圧ローラ１２とで形成される加熱加圧ニップ部１８への突入角度が略水平となり、当該定着ベルト２の走行が安定するように構成されている。
【００２１】
また、上記定着ベルト２は、図２に示すように、走行する間に、第１の加熱ローラ４と第２の加熱ローラ５によって、定着時、所定の高温（１７０℃以上：例えば、１９０℃）に加熱されるようになっている。上記第１の加熱ローラ４は、アルミニウム等からなる金属製コアによって形成されており、当該第１の加熱ローラ４の内部には、加熱源としてハロゲンランプ２３が２本配設されており、定着時に、第１の加熱ローラ４の表面が第２の加熱ローラ５の表面温度よりも５℃程度低く加熱されるように構成されている。また、上記第２の加熱ローラ５は、アルミニウム等からなる金属製コアの表面にテフロン（登録商標）を被覆して形成されており、当該第２の加熱ローラ５の内部には、加熱源としてハロゲンランプ２４が３本配設されており、定着時に、第２の加熱ローラ５の表面が所定の温度（１７０〜２００℃：例えば、１９０℃）に加熱されるようになっている。
【００２２】
なお、上記第２の加熱ローラ５の表面には、クリーニングウエブ等のクリーニング部材を設けるように構成しても良い。
【００２３】
一方、上記加圧ベルト３は、加圧ローラ１２と、小径のアイドラーローラ１５と、直径が比較的大きなアイドラーローラ１６と、２本の小径のアイドラーローラ１３、１４からなる複数のローラにより回動可能に支持されており、図示しない駆動源によって回転駆動される加圧ローラ１２により、所定の高速度（例えば、３５０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動されるか、又は、定着ベルト２に従動回転するように構成されている。この加圧ベルト３としては、例えば、厚さ８０μｍのポリイミド製の無端状フィルム上に、厚さ５０μｍのシリコンゴム層を被覆し、当該シリコンゴム層の上にシリコン樹脂等からなる離型層を被覆したものが用いられている。また、上記加圧ベルト３は、ウオームアップ時に、加圧ローラ１２によって、所定の温度（７０〜８０℃）に加熱されるようになっている。
【００２４】
また、上記定着ベルト２の内面側には、定着ロール６と剥離ロール１０との間に、当該定着ベルト２を強制的に冷却する熱循環器７の冷却域を構成する冷却手段としての冷却用のアルミ板２５が配設されており、この冷却用のアルミ板２５によって定着ベルト２及び記録用紙１７の冷却、並びに記録用紙１７の搬送を行う冷却・用紙搬送部が形成されている。そして、上記定着ベルト２は、剥離ロール１０付近において、約７０℃程度まで冷却される。
【００２５】
さらに、上記熱循環器７の冷却域を構成する冷却用のアルミ板２５は、複数本の側面矩形状のループを形成するヒートパイプ２６を介して、アイドラーローラ１１と第１の加熱ロール４との間に配設された、定着ベルト２を予熱する熱循環器７の熱戻し域を構成する予熱用のアルミ板２７と、熱の授受が可能となるように接続されている。そして、上記熱循環器７では、冷却域を構成する冷却用のアルミ板２５で、定着ベルト２からの熱を吸収するとともに、当該冷却用のアルミ板２５が吸収した熱量を、ヒートパイプ２６を介して、熱循環器７の熱戻し域を構成する予熱用のアルミ板２７に伝達し、当該予熱用のアルミ板２７によって定着ベルト２を予熱するように構成されている。なお、上記ヒートパイプ２６の本数や性能は、適宜設定される。また、ヒートパイプ２６の代わりにヒートシンクを用いても良い。
【００２６】
ところで、この実施の形態に係る定着装置は、互いに圧接した状態で循環移動する定着ベルトと加圧ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体を挟持した状態で搬送しつつ、前記定着ベルト及び加圧ベルトを介して、加熱加圧手段によって加熱加圧ニップ部で記録媒体を加熱加圧した後、前記定着ベルトと加圧ベルトとの間に記録媒体を挟持したままの状態で、当該記録媒体を所定温度以下に冷却するとともに、前記記録媒体を定着ベルト及び加圧ベルトから剥離し、前記記録媒体上にトナー像を定着する定着装置において、前記定着ベルトは、トナー像が接触する表面層と、１層以上の弾性を有する中間層と、基材層とを有し、前記表面層は、１層以上の弾性を有する中間層の総厚よりも薄く、かつ、当該中間層の熱伝導率を表面層の熱伝導率よりも高く設定するように構成されている。
【００２７】
すなわち、この実施の形態に係る定着装置１では、図１に示すように、定着ベルト２が、トナー像が接触する表面層２ａと、１層以上の弾性を有する中間層２ｂと、基材層２ｃとの３層を有するように構成されている。上記基材層２ｃは、耐熱性や剛性が必要であるため、ポリイミド樹脂からなり、その厚さが５０μｍに、熱伝導率が０．１７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］に、熱容量が２．５×１０５  ［Ｊ／（Ｋ・ｍ３  ）］にそれぞれ設定されている。
【００２８】
また、上記中間層２ｂは、表面層２ａとトナー像の密着を促進させるための弾性、及び耐熱性が必要とされることから、シリコーンゴムが用いられる。なお、このシリコーンゴムには、熱伝導性を良くするため、シリカ等のフィラーが配合されている。このシリコーンゴムからなる中間層２ｂは、その厚さが５０μｍに、熱伝導率が０．５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］に、熱容量が１．８×１０６  ［Ｊ／（Ｋ・ｍ３  ）］にそれぞれ設定されている。
【００２９】
さらに、上記表面層２ａは、フッ素系のゴムによって形成されている。定着ベルト２の表面層として、一般的に用いられている材料は、耐熱性とトナー離型性を併せ持つシリコーン系材料やフッ素系材料であるが、これらのうち、シリコーン系材料は、トナーが含有するワックスが表面に蓄積することによって画像欠陥を引き起こすため、ワックス含有トナーの定着に適していない。また、上記表層層２ａは、硬度が高いと、画像の光沢が強くなりすぎ、好ましい画質が得られないため、表面層２ａには、ゴムが用いられる。従って、上記表面層２ａには、フッ素系のゴムが適している。このフッ素系のゴムからなる表面層２ａは、その厚さが２０μｍに、熱伝導率が０．１５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］に、熱容量が２．１×１０６  ［Ｊ／（Ｋ・ｍ３  ）］にそれぞれ設定されている。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、中間層２ｂが１層からなる場合について説明したが、当該中間層２ｂは、２層以上に構成しても良い。
【００３１】
以上の構成において、この実施の形態に係る定着装置では、次のようにして、定着速度を低下させることなく、マイクログロスムラの発生を防止することが可能となっている。
【００３２】
すなわち、この実施の形態に係る定着装置１では、図２に示すように、ウオームアップ時に、定着ベルト２が遅い速度で回転移動しながら、定着ローラ６と加圧ローラ１２によって、所定の温度（７０〜１００℃）に予め加熱されるようになっている。そして、この定着装置１では、定着時に、定着ベルト２が速い速度（例えば、３５０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転移動しながら、第１の加熱ローラ４及び第２の加熱ローラ５によって所定温度（１７０〜２００℃：例えば、１９０℃）に加熱され、定着ローラ６と加圧ローラ１２の加熱加圧ニップ部１８でトナー画像Ｔが転写された記録用紙１７を、定着ベルト２と加圧ベルト３とによって挟持した状態で、記録用紙１７上のトナー像Ｔをトナーの融点以上に加熱・溶融し、トナー画像Ｔを記録用紙１７上に定着する。
【００３３】
更に説明すると、上記定着装置１では、図２に示すように、表面にカラートナー画像Ｔなどが転写・定着された記録用紙１７が、定着ロール６と当該定着ロール６に定着ベルト２と加圧ベルト３を介して圧接する加圧ロール１２との加熱加圧ニップ部１８に、カラートナー画像Ｔが定着ロール６側に位置するようにして導入され、上記定着ロール６と加圧ロール１２との加熱加圧ニップ部１８を通過する間に、カラートナー画像Ｔが記録用紙１７上に加熱溶融されて定着される。その際、上記記録用紙１７の表面に形成されたトナー画像Ｔは、加熱されて軟化し、定着ベルト２の表面に密着した状態となり、当該定着ベルト２の表面が写し取られ（レプリカが形成され）、高い光沢を有する画像となる。
【００３４】
ところで、本発明者らの検討によれば、マイクログロスムラを改善するためには、加熱加圧ニップ部１８におけるトナー温度の立ち上がりを急峻にして、加熱加圧ニップ部１８内での「加圧しながら加熱する時間」を長くする必要がある。
【００３５】
このとき、定着ロール６の直径を大きくしたり、当該定着ロール６の弾性層を厚くすることによって、加熱加圧ニップ部１８における加熱加圧時間を長くする対策では、装置の大型化や定着ロールの熱応答の悪化、あるいは定着ロールの強度低下を招くため、採用することが適切ではない。
【００３６】
したがって、定着ベルトの熱伝導性を向上させ、当該定着ベルトが持っている熱量を効率良くトナーに伝えることにより、加熱加圧ニップ部１８に突入したトナーの温度を急速に上昇させることが効果的である。
【００３７】
そこで、本発明者らは、図１に示すような定着ベルトを用いて、図２に示すような定着装置１を試作し、定着ベルトの厚みと熱伝導率を変化させて、トナー像の定着を行ない、マイクログロスムラの発生状態を評価する実験を行なった。
【００３８】
なお、上記実験の条件は、定着ベルトの温度が１７０〜１８５℃、用紙剥離温度が７０〜９０℃、定着ローラ／加圧ローラのニップ時間が６０ｍｓｅｃ、定着ローラの温度が１３０〜１５０℃、加圧ローラの温度が９０〜１０５℃、用紙として上質コート紙を用いるものであった。また、表面層には、トナーに含有されるワックスの蓄積を防止し、且つ、画像の光沢の好ましい値にするために、フッ素ゴムを用いた。
【００３９】
図４及び図５は上記実験の結果及び条件を示すものである。
【００４０】
この図４から明らかなように、○はマイクログロスムラの発生無し、×はマイクログロスムラのスペックアウトをそれぞれ表している。定着ベルトの表面層の厚みを薄くすることで、又、定着ベルトの表面層の厚みを、中間層の厚みよりも薄くすることで、マイクログロスムラの発生を抑制できることがわかる。
【００４１】
また、定着ベルトの表面層の材料として、より熱伝導率の高いものを使用することによって、表面層の厚みを厚く設定した場合でも、マイクログロスムラの発生を抑制することができることがわかる。
【００４２】
これらの結果を纏めれば、図４のマイクログロスムラの発生が無い○と、マイクログロスムラのスペックアウトの×との境界を通る曲線を近似式で求めると、定着ベルトの表面層の厚さは、
表面層の厚さ［μｍ］≦４００００×（表面層熱伝導率）２  
−７８００×（表面層熱伝導率）＋４１０
なる関係式を満たすものであれば、マイクログロスムラの発生を抑えることができることがわかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、あり、定着速度を低下させることなく、マイクログロスムラの発生を防止することが可能な定着装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係る定着装置の定着ベルトを示す断面構成図及び図表である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１に係る定着装置を示す構成図である。
【図３】図３はこの発明の実施の形態１に係る加熱ローラと加圧ローラを示す構成図である。
【図４】図４は実験結果を示すグラフである。
【図５】図５は実験条件を示す図表である。
【図６】図６は従来の定着装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１：定着装置、２：定着ベルト、２ａ：表面層、２ｂ：中間層、２ｃ：基材層、３：加圧ベルト、６：定着ローラ、１２：加圧ローラ、１８：加熱加圧ニップ部。
【図１】
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【図２】
2005010534.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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