(57)【要約】【課題】  分離性、高画質を維持しつつ、立ち上がり時間の短縮を実現することが可能な定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  未定着トナーＴを坦持した記録媒体Ｐは、第１ベルト８及び第２ベルト３０を介した加熱ローラ６と加圧ローラ３１とのニップ部３２で加熱、加圧され、未定着トナーＴが記録媒体Ｐに定着される。この場合、薄肉の第２ベルト３０の弾性力及び加圧ローラ３１の加圧力により高面圧が得られるので高画質画像を得ることが可能であるとともに、第１ベルト８の低熱容量の効果で通紙時の温度低下が軽減でき、初期の立ち上がり設定温度の低下が図れるので立ち上がり時間を短縮することが可能になる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニップ部を形成し、このニップ部を通過する記録媒体上のトナー画像を定着させる一対の回転体を備える定着装置において、
第１の前記回転体は、加熱源を内在する加熱ローラと、分離ローラと、これら加熱ローラ及び分離ローラに掛け回された第１ベルトとを有しており、
第２の前記回転体は、第２ベルトと、この第２ベルトの内側に配設されており前記加熱ローラを押圧する複数の加圧ローラとを有している、
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第１ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆している、
ことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記第２ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆している、
ことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
【請求項４】
電子写真方式でトナー像を形成し、形成したトナー像を記録媒体上に転写する画像形成部と、
記録媒体上に転写されたトナー像を定着する請求項１ないし３のいずれか一記載の定着装置と、
を備え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、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機やプリンタ等の画像形成装置の定着装置においては、装置のウォームアップ時間の短縮や省エネルギー化の要求がより強くなってきている。すなわち、装置電源を入れてから、画像形成が完了するまでの時間が短いほど良い訳である。
【０００３】
複写機やプリンタ等の画像形成装置における画像形成プロセスは、記録媒体上に形成されたトナー像を記録媒体とともに定着ローラと加圧ローラの間を通過させ、その間にトナーに熱を与え、溶融を起こさせ、同時にローラ間の圧力によってトナー像を記録媒体上に定着させている。これまでは、画像定着を早めるため、定着ローラを予熱しておいたり、加熱源であるハロゲンヒータ等の能力を高めるなどの手段でウォームアップ時間短縮を図ることができたが、現在では予熱による電力消費０をめざしつつ、待ち時間のない画像定着が望まれている。
【０００４】
その対策の一つとして、図５に示すように、定着ローラ１００の肉厚を薄くして、定着ローラ１００の内部の熱源１０１からの表層への熱伝達を早めることが考えられる。この場合には、トナーに充分な熱量と圧力を与えるために加圧ローラ１０２の表層１０３を発泡体にすることでニップ幅を確保している。しかしながら、図５に示す構成によれば、ニップ部からの排紙の向きが上向きになり記録媒体１０４の定着ローラ１００からの分離性が悪くなるという問題がある。
【０００５】
これらの分離不良に対する解決策の１つとして、分離爪を配置することによって定着ローラ１００から記録媒体を強制的に分離させる手段が実用化されている。しかしながら、このような分離爪を用いて記録媒体を強制分離する方法によれば、分離爪を当接させることにより、画像形成装置稼動時の定着ローラ１００の回転により分離爪が当たる表面が経時で削られ、定着ローラ１００表面に傷（爪跡）が生じるという新たな問題が発生する。このような傷（爪跡）は、画像不良を引き起こす原因となる。特に、カラー画像ではトナー層が厚くなるために密着性が強固になるので、顕著である。そこで、離型剤として低粘度のシリコンオイルを定着ベルトの表面に多量に塗布することも行われているが、これが記録媒体に付着したり、シリコンオイルがこぼれてしまうなどの問題がある。
【０００６】
特許文献１には、図６に示すように、加熱ローラ２００と分離ローラ２０１に掛け回した定着ベルト２０２と加熱ローラ２００に対して下方から押圧する加圧ローラ２０３とを設け、トナーを定着した後の記録媒体２０４を定着ベルト２０２に密着したまま搬送するようにした定着装置が開示されている。図６に示す構成によれば、搬送過程での定着ベルト２０２自体の温度低下により、トナーは冷却されて粘度が大きくなり、ガラス転移状態になる。そして、ガラス転移状態になった後に記録媒体２０４を定着ベルト２０２から分離するのでシリコンオイル等の離型剤を使用することなく分離できるとともに、立ち上がり時間も短縮することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５１０９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された定着装置によれば、立ち上がり時間を３０秒以下とすることは困難で、待機時のヒータをＯＦＦにすることは出来ない。すなわち、省エネ効果は少なく、更なる立ち上がり時間の短縮が望まれている。
【０００９】
本発明は、分離性、高画質を維持しつつ、立ち上がり時間の短縮を実現することが可能な定着装置及び画像形成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】
【００１０】
請求項１記載の発明の定着装置は、ニップ部を形成し、このニップ部を通過する記録媒体上のトナー画像を定着させる一対の回転体を備える定着装置において、第１の前記回転体は、加熱源を内在する加熱ローラと、分離ローラと、これら加熱ローラ及び分離ローラに張架された第１ベルトとを有しており、第２の前記回転体は、第２ベルトと、この第２ベルトの内側に配設されており前記加熱ローラを押圧する複数の加圧ローラとを有している。
【００１１】
したがって、未定着トナーを坦持した記録媒体は、第１ベルト及び第２ベルトを介した加熱ローラと加圧ローラとのニップ部で加熱、加圧され、未定着トナーが記録媒体に定着される。この場合、薄肉の第２ベルトの弾性力及び加圧ローラの加圧力により高面圧が得られるので高画質画像を得ることが可能であるとともに、第１ベルトの低熱容量の効果で通紙時の温度低下が軽減でき、初期の立ち上がり設定温度の低下が図れるので立ち上がり時間を短縮することが可能になる。
【００１２】
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、前記第１ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆している。
【００１３】
したがって、第１ベルトに弾性層が施されていることにより、ニップ部内で記録媒体上の未定着トナーの凸凹面に対しても柔軟に圧接し均一に加圧されるので、光沢ムラの無い高画質が得られる。
【００１４】
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、前記第２ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆している。
【００１５】
したがって、第２ベルトに弾性層が施されていることにより、ニップ部内の加圧力の片寄りが軽減され、記録媒体に均一に加圧されるので、安定した定着性を確保することが可能になる。
【００１６】
請求項４記載の発明の画像形成装置は、電子写真方式でトナー像を形成し、形成したトナー像を記録媒体上に転写する画像形成部と、記録媒体上に転写されたトナー像を定着する請求項１ないし３のいずれか一記載の定着装置と、を備える。
【００１７】
したがって、この画像形成装置では、請求項１ないし３のいずれか一記載の発明と同様の作用を奏する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明の定着装置によれば、ニップ部を形成し、このニップ部を通過する記録媒体上のトナー画像を定着させる一対の回転体を備える定着装置において、第１の前記回転体は、加熱源を内在する加熱ローラと、分離ローラと、これら加熱ローラ及び分離ローラに張架された第１ベルトとを有しており、第２の前記回転体は、第２ベルトと、この第２ベルトの内側に配設されており前記加熱ローラを押圧する複数の加圧ローラとを有していることにより、未定着トナーを坦持した記録媒体は、第１ベルト及び第２ベルトを介した加熱ローラと加圧ローラとのニップ部で加熱、加圧され、未定着トナーが記録媒体に定着することにより、薄肉の第２ベルトの弾性力及び加圧ローラの加圧力により高面圧が得られるので高画質画像を得ることができるとともに、第１ベルトの低熱容量の効果で通紙時の温度低下が軽減でき、初期の立ち上がり設定温度の低下が図れるので立ち上がり時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の定着装置において、前記第１ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆していることにより、ニップ部内で記録媒体上の未定着トナーの凸凹面に対しても柔軟に圧接し均一に加圧されるので、光沢ムラの無い高画質を得ることができる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の定着装置において、前記第２ベルトは、基体の上に弾性層を有しており、この弾性層上に離型性材料を被覆していることにより、ニップ部内の加圧力の片寄りが軽減され、記録媒体に均一に加圧されるので、安定した定着性を確保することができる。
【００２１】
請求項４記載の発明の画像形成装置によれば、電子写真方式でトナー像を形成し、形成したトナー像を記録媒体上に転写する画像形成部と、記録媒体上に転写されたトナー像を定着する請求項１ないし３のいずれか一記載の定着装置と、を備えることにより、この画像形成装置では、請求項１ないし３のいずれか一記載の発明と同様の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の一形態を図１ないし図４に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態の画像形成装置の全体構成を示す断面図である。図中１は感光体で、図中矢印方向に回転する。この感光体１の周りには、帯電手段２、クリーニング装置３、レーザ光学系によるレーザビームＬ、トナーを供給して感光体１上の潜像を顕像化する現像ローラ４ａを含む現像装置４、及び転写手段５が配置されている。現像装置４の近傍にはトナー補給部１４が設けてある。また、記録媒体Ｐは下側に配置された着脱可能な給紙カセット１７内にセットされ、図示せぬスプリング力によって給紙ローラ１９に押し付けられる。
【００２４】
図示しない制御部から指令が発せられて給紙ローラ１９が回転することにより、給紙カセット１７内の最上紙は、分離パッド等で重送を防止されながら下流側のレジストローラ２０まで搬送される。そして、感光体１上の画像と同期するようにタイミングが取られ、さらに用紙は転写手段５に向かって送り出される。転写手段５によって感光体１から画像を得た記録媒体Ｐは、さらにベルト定着装置１１に搬送され、未定着トナーＴ（図２参照）の加熱処理を受けてトナー像を定着させられる。その後、画像形成済みの記録媒体Ｐは、排紙ローラ２１によって排紙口２２から排紙トレイ部１０５上に排出、載置される。なお図中１００は自動原稿給紙装置、１０１はスキャナ部であり、１０２は上述した画像形成部を示す。
【００２５】
トナー画像転写後の感光体１上の転写残トナーは、クリーニング装置３により回収される。回収されたトナーは現像装置４に戻され、繰り返し画像形成に用いられる。
【００２６】
次に、ベルト定着装置１１について詳述する。図２は、ベルト定着装置１１の概略断面図である。ベルト定着装置１１は、加熱ローラ６と分離ローラ９とこれらに掛け回した第１ベルトである定着ベルト８と、加熱ローラ６に対して下方から押圧する第２ベルトである加圧ベルト３０とその加圧ベルト３０を内部で支持する２本の加圧ローラ３１とにより構成されている。すなわち、加熱ローラ６と分離ローラ９と定着ベルト８とにより第１の回転体が形成されており、加圧ベルト３０と加圧ローラ３１とにより第２の回転体が形成されている。
【００２７】
加圧ローラ３１は、定着ベルト８及び加圧ベルト３０を介して、加熱ローラ６と所定の圧力で転接する。本実施の形態においては、まず、分離ローラ９に駆動回転を与え、この分離ローラ９の回転によって定着ベルト８が回転することにより加熱ローラ６が従動回転することになる。また、加熱ローラ６の回転によって加圧ベルト３０も従動回転する。ただし、分離ローラ９に駆動回転を与える場合、加熱ローラ６と加圧ローラ３１の加圧力が大きいと、定着ベルト８を駆動するのに大きな力が必要となり、分離ローラ９と定着ベルト８がスリップしてしまい、定着ベルト８を安定走行できない。また、定着ベルト８に大きな張力がかかるため、定着ベルト８が切れたり、定着ベルト８の寿命が縮まってしまう。そこで、分離ローラ９の駆動トルクが、ある設定値以上になったら、加熱ローラ６あるいは加圧ローラ３１に回転駆動を与えるようにしても良い。
【００２８】
このような構成により、未定着トナーＴを担持した記録媒体Ｐは、定着ベルト８を介して加熱ローラ６と加圧ローラ３１のニップ部３２で加熱、加圧され、未定着トナーＴが定着される。
【００２９】
次に、ベルト定着装置１１を構成する各部について説明する。
【００３０】
加熱ローラ６は、中空金属円筒の薄肉ローラである。例えば、芯金材料には、アルミ合金、ＳｉＣ粉含有のアルミ系複合材又は鉄を用いている。アルミ合金の場合は、その表面にアルマイト処理を施すかPFA,PTFE,PEEK等の耐熱樹脂を被覆することで定着ベルト８との接触部の耐久性を確保している。また、芯金がＳｉＣ粉含有のアルミ系複合材の場合は、上記処理は必ずしも行わなくても良い。芯金が鉄芯金の場合は、防錆処理後PFA,PTFE,PEEK等の耐熱樹脂を被覆する。なお、熱容量を低減するために、加熱ローラ６の外径はφ３０ｍｍ〜φ５０ｍｍであり、加熱ローラ６の肉厚は０．３ｍｍ〜０．８ｍｍとする。また、つぶれ対策として、加熱ローラ６の内面に円周方向のリブを設けても良い。さらに、加熱ローラ６の内面には、熱の吸収効率を上げる為に黒色の耐熱塗装が施されている。このような加熱ローラ６の中には、加熱源のヒータ７を備えている。本実施の形態においては、加熱源のヒータ７にハロゲンヒータを用いている。なお、ハロゲンヒータは、Ａ４機では１本、Ａ３機では２本以上配置して温度分布の制御を行う。
【００３１】
定着ベルト８は、基体８ａ（図３参照）に耐熱性樹脂や金属から形成されたエンドレスのベルト状基体が用いられている。耐熱性樹脂の材料としては、ポリイミド、ポリアミドイド等を使用し、金属ベルトの材料としてはニッケル、ステンレス鋼等を使用する。厚さは、定着ベルト８の基体８ａは、１００μｍ以下の薄肉のものが望ましい。図３に示すように、定着ベルト８の基体８ａと離型性材料を被覆したものである離型層８ｂの間には、耐熱弾性層８ｃが設けられている。このように耐熱弾性層８ｃを設けることにより、屈曲耐久性を確保することが可能になる。耐熱弾性層８ｃには、シリコンゴムが用いられている。このような耐熱弾性層８ｃは、熱容量の増加を最小限にして屈曲耐久性を確保する為に、厚さを１００μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。このように定着ベルト８に耐熱弾性層８ｃを設けることにより、ニップ部３２内で記録媒体Ｐ上の未定着トナーの凸凹面に対しても柔軟に圧接して均一に加圧されるので、光沢ムラの無い高画質が得られる。
【００３２】
加圧ベルト３０は、基体３０ａ（図３参照）に金属から形成されたエンドレスのベルト状基体が用いられている。その材料としては、ニッケル、ステンレス鋼等を使用する。厚さは、ニップ部３２の加圧面圧及びニップ幅を決定する条件として設定される。具体的には、加圧ベルト３０の基体３０ａは、３０μｍ〜８０μｍ程度の厚さである。図３に示すように、加圧ベルト３０の基体３０ａと離型性材料を被覆したものである離型層３０ｂの間には、耐熱弾性層３０ｃが設けられている。このように耐熱弾性層３０ｃを設けることにより、屈曲耐久性を確保することが可能になる。耐熱弾性層３０ｃには、シリコンゴムが用いられている。このような耐熱弾性層３０ｃは、熱容量の増加を最小限にして屈曲耐久性を確保する為に、厚さを１００μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。このように加圧ベルト３０に耐熱弾性層３０ｃを設けることにより、ニップ部３２内の加圧力の片寄りが軽減され、記録媒体Ｐに均一に加圧されるので、安定した定着性が確保できる。
【００３３】
加圧ローラ３１は、薄肉の加圧ベルト３０でもニップ部３２に高面圧を発生させる為に、２本のピッチを約１０ｍｍ前後とする。また、加圧ローラ３１は、一定の強度を確保する為には、φ８ｍｍ〜φ１０ｍｍ程度の外径が必要となる。
【００３４】
ここで、加熱ローラ６の径がφ３０ｍｍ、加圧ベルト３０の材質がステンレス鋼で外径がφ３０ｍｍ、加圧ローラ３１のピッチ１０ｍｍの場合における、ニップ部３２の加圧面圧、ニップ幅、片側荷重、加圧ベルト３０の基体３０ａの厚さの一例を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
分離ローラ９は、アルミニウム、ステンレスもしくは炭素鋼等からなる芯金９ａの周りに、耐熱多孔質の弾性体層９ｂを設けている。本実施の形態では、耐熱多孔質の弾性体層９ｂを発泡シリコンとする。このように、耐熱多孔質の弾性体層９ｂを設けることにより、分離ローラ９を断熱化できる。その結果、分離ローラ９に余分な熱をとられないので、立上げ時間の短縮、及び省エネルギー化を図ることができる。また、発泡シリコンは摩擦係数が大きいので、分離ローラ９に回転駆動を与えた時、定着ベルト８をスリップすることなく安定走行させることができる。
【００３７】
ここに、未定着トナーＴを坦持した記録媒体Ｐは、定着ベルト８及び加圧ベルト３０を介した加熱ローラ６と加圧ローラ３１とのニップ部３２で加熱、加圧され、未定着トナーＴが記録媒体Ｐに定着される。この場合、薄肉の加圧ベルト３０の弾性力及び加圧ローラ３１の加圧力により高面圧が得られるので高画質画像を得ることが可能であるとともに、定着ベルト８の低熱容量の効果で通紙時の温度低下が軽減でき、初期の立ち上がり設定温度の低下が図れるので立ち上がり時間を短縮することが可能になる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、２本の加圧ローラ３１により加熱ローラ６を押圧するようにしたが、図４に示すように、２本の加圧ローラ３１の間にもう１本の加圧ローラ３３を追加し、３本で加熱ローラ６を押圧するようにしても良い。この場合、加圧ローラ３１，３３が３本あるので、薄肉の加圧ベルト３０の弾性力だけでなく加圧ローラ３１，３３の加圧力が直接ニップ部３２の面圧に働き、より高い面圧が得られるので線速の速い高速機に対しても高画質が得られ、低熱容量の効果で通紙時の温度低下が軽減でき、初期の立ち上がり設定温度の低下が図れるので、立ち上がり時間が短縮できる。
【００３９】
また、本実施の形態においては、画像形成装置としてモノクロ機に適用したが、カラー機に適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の一形態の画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】ベルト定着装置を示す概略断面図である。
【図３】定着ベルトと加圧ベルトとの構成を示す説明図である。
【図４】ベルト定着装置の変形例を示す概略断面図である。
【図５】従来の定着装置を示す概略断面図である。
【図６】従来のベルト定着装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
６      加熱ローラ
７      加熱源
８      第１ベルト
８ａ    第１ベルトの基体
８ｂ    離型性材料
８ｃ    弾性層
９      分離ローラ
１１    定着装置
３０    第２ベルト
３０ａ  第２ベルトの基体
３０ｂ  離型性材料
３０ｃ  弾性層
３１    加圧ローラ
３２    ニップ部
１０２    画像形成部
Ｐ      記録媒体
【図１】
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【図２】
2005173448.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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