(57)【要約】【課題】  立ち上げ時間の短縮、省エネルギー対応の定着器を提供すること。【解決手段】  定着部材、加熱部材、と定着部材と加熱部材に掛け渡されたベルトと、無端ベルトを介して定着部材に配設され、定着ニップ部を形成する加圧ローラからなり、加熱部材と加圧部材に熱源を有する定着装置において、無端ベルトは基層と離型層からなり、加圧部材は芯金と離型層から構成される。【選択図】  図１
2007233274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着部材、加熱部材と、前記定着部材と前記加熱部材に掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧部材から成り、前記加熱部材と前記加圧部材に加熱源を有する定着装置において、
前記無端ベルトは基体と離型層からなり、かつ前記加圧部材は芯金と離型層から成ることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記無端ベルトの基体厚みAは20μm≦A≦100μmの金属もしくはポリイミドであ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】
前記加圧部材の芯金厚みBは0.5mm≦B≦3mmであることを特徴とする請求項1〜2に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は用紙上に形成されたトナー画像を該用紙上に発熱および／または加圧により定着する定着装置および該定着装置を適用した複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、オフィスにおける複写機のカラー化が急速に進んでいる。オフィスにおけるカラー複写機の導入に際しては、白黒複写機を置き換える場合が多く、白黒複写機と同等の性能がカラー複写機に求められている。その中でも特に立ち上げ時間の短縮と、省エネルギーは白黒複写機とカラー複写機で大きく差があり、これをいかに白黒複写機と同等にできるかが、カラー複写機をオフィスに浸透させるカギとなっている。これを実現するために、様々な構成の定着装置が考案されている。中でも、従来の熱ローラ系と比較して、高速系、カラー対応が可能であり、定着装置全体の熱容量を下げることが可能なベルト定着器装置が提案され、注目を集めている。
【０００３】
ベルト定着装置の一例を図2に示す。図2はトナーと接触する側をベルト化した定着装置である。図2の構成において、ベルトは基層、弾性層、離型層からなっており、発熱体を有した加熱ローラと、芯金層と弾性層から成る定着ローラに掛け渡されている。加圧ローラは芯金層に弾性層、離型層で構成され、発熱体を有しており、ベルトを介して加圧ローラを定着ローラに加圧することで定着ニップを形成する構成になっている。この構成は、加熱部分が少ないため、従来数分かかっていた立ち上げ時間を2分から3分に短縮することが可能となっている。
【０００４】
従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開２０００−３５１４６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２１５２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図2のような構成では、立ち上げ時間を従来のカラー定着装置と比較して短縮することは可能となったが、白黒複写機で用いられている定着装置と比較するとまだまだ劣っている。且つ、立ち上げ時間短縮には有効な構成ではあるが、加熱が部分的であることから、回転開始時に定着装置自体に奪われる熱が多く、これを回避するためにはスタンバイ中の温調温度を高く設定する必要があるため、エネルギー消費に関しては大きな効果は得られなかった、よって、低エネルギー消費を実現するためには、定着装置全体の熱容量を更に小さくし、回転開始時に定着装置自体に奪われる熱量を減らし、スタンバイ温調温度を低く設定することが必要となってくる。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決するために考案されたものであり、未定着トナーを転写材上に定着させる側にベルトを用い、定着ベルト内部および加圧ローラに熱源を有するベルト定着装置において、定着ベルトおよび加圧ローラの中間層に配置されている弾性層を設けず、定着ベルトは基層と離型層、加圧ローラは芯金層と離型層の構成とすることで、定着装置の熱容量を大幅に削減して立ち上げ時間の短縮を実現し、熱応答性をあげてスタンバイ温調温度を低く設定することで、低エネルギー消費を実現するカラー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】
【０００７】
本発明は下記の構成を特徴としたベルト定着装置である。
【０００８】
(1)定着部材、加熱部材と、前記定着部材と前記加熱部材に掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧部材から成り、前記加熱部材と前記加圧部材に加熱源を有する定着装置において、
前記無端ベルトは基体と離型層からなり、かつ前記加圧部材は芯金と離型層から成ることを特徴とする定着装置。
【０００９】
(2)前記無端ベルトの基体厚みAは20μm≦A≦100μmの金属もしくはポリイミドであることを特徴とする(1)に記載の定着装置。
【００１０】
(3)前記加圧部材の芯金厚みBは0.5mm≦B≦3mmであることを特徴とする(1)〜(2)に記載の定着装置。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明してきたように本発明によると、
1  定着部材、加熱部材と、前記定着部材と前記加熱部材に掛け渡された無端ベルトと、前記無端ベルトと前記定着部材に対向して定着ニップを形成する加圧部材から成り、前記加熱部材と前記加圧部材に加熱源を有する定着装置において、
前記無端ベルトは基体と離型層からなり、かつ前記加圧部材は芯金と離型層から成ることを特徴とする定着装置
2  前記無端ベルトの基体厚みAは20μm≦A≦100μmの金属もしくはポリイミドであること
3  前記加圧部材の芯金厚みBは0.5mm≦B≦3mmであること
により、本発明の目的である、立ち上げ時間を短縮し、低エネルギー消費を実現するカラー定着装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施例１）
以下に、本発明に係る実施形態について説明する。
【００１３】
図3に、本発明に係る画像形成装置の概略を図示する。
【００１４】
図3において、11は、静電潜像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、OPC、アモルファスSi等の感光材料層をアルミニウムやニッケルなどのシリンダ上の基板上に形成したものであり、図中矢印A方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。以降、本実施形態において像担持体11を感光体11と称する。感光体11は、1次帯電器21で一様帯電された後、画像信号に対応した画像露光31がなされる。画像露光31は、LEDにより実行される。該LEDにより発せられた画像露光は結像レンズを経た後、感光体11に照射され、その露光部の表面電位を画像信号レベルに応じて減衰させることにより、静電潜像を形成する。なお、本実施形態の露光装置としては、LEDのみでなく半導体レーザ素子等も使用可能である。
【００１５】
以上のようにして形成された潜像は現像器40により現像される。ここで、現像器40は、イエロー現像器41、マゼンタ現像器42、シアン現像器43、ブラック現像器44の4色の現像器からなり、感光体11に対して着脱可能に配置されている。現像の順序は、最初にイエロー現像器41が感光体と接して現像を行い、感光体11上にトナー像が形成される。その間、他の現像器は感光体11から離間している。現像器40においては、交流電圧と直流電圧を重畳したバイアス電圧を印可することにより、感光体11に形成された静電潜像を反転現像する。次いで、不図示の帯電器によってトナー像に対してDC電圧にAC電圧を重畳した電圧が印可されることにより、トナーのトリボが最適化される。そして、該トナー像は図中矢印B方向に回転する転写ドラム51に静電的に付着した転写材61に転写される。
【００１６】
一方、感光体11は、クリーニング器101によって残留トナーを除去された後、次色の現像過程に移り、マゼンタ、シアン、ブラックの順で現像が行われる。
【００１７】
全てのトナーが転写された転写材61は分離帯電器52による帯電、および転写ドラム51の曲率により、転写ドラム51から剥離される。そして、定着器70に搬送されて定着された後、機外へ排出される。
【００１８】
次に、定着装置の構成についての説明を行う。
【００１９】
図1に定着装置の概要を図示する。
【００２０】
図1において、71は直径30mmの定着ローラで、中空の金属芯金に厚さ4mm、硬度25°の発泡スポンジ層を有している。72は直径24mmの加熱ローラで、芯金厚は1.5mm、材質はアルミニウムである。73は定着ローラ71、加熱ローラ72に掛け渡された、直径60mmの無端状の定着ベルトである。定着ベルト73は、40μmの厚みのニッケル基体に、厚さ30μmのPFAチューブ層とを有している。定着ベルトの厚みは、薄すぎるとフィルムしわやフィルムの短寿命化を招くため20μm以上とすることが好ましく、厚すぎると熱容量が大きくなり、またベルトとしての形状を保つことが困難となるため、100μm以下とすることが好ましい。74は定着ローラ71に定着ベルト73を介して当接するように配置された直径40mmの加圧ローラであり、1.5 mmの厚みのFe芯金層に50μmのPFAチューブ層を有している。加圧ローラの芯金厚みは薄すぎると強度がなくなってしまうので0.5mm以上であることが好ましく、厚すぎると熱容量の増加、熱応答性の悪化を招くため、3mm以下とすることが好ましい。加圧ローラ74は定着ベルト73を介して定着ローラ71側に不図示のバネによって押し当てられ、定着ニップを形成している。本実施例では定着ニップ部の長さは10mmとした。加圧ローラ74は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。また定着ローラ71は、不図示のギアによって加圧ローラ74から駆動を受けて回転可能であり、定着ベルト73を回動させて定着ベルト73のスリップ等を防止している。
【００２１】
75は加熱ローラ72内に配置された、加熱ローラ72を介して定着ベルト73を加熱するバロゲンヒーターであり、本実施例ではワッテージが100V入力で800W出力のものを使用した。76は加圧ローラ74内に配置され,加圧ローラ74を加熱するハロゲンヒーターであり、本実施例ではワッテージが100V入力で500W出力のものを用いた。 77は加熱ローラ72表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加熱ローラ72の通紙域中央部に配設されている。78は加熱ローラ72の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。79は加圧ローラ74表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加圧ローラ74の通紙域中央部に配設されている、80は加圧ローラ74の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。81は転写ドラム51から記録材61を定着装置に搬送する入り口ガイドである。
【００２２】
定着装置は、電源投入とともに加熱ヒーター75と加圧ヒーター76が点灯し、加熱ローラ72および加圧ローラ74を加熱する。加熱ローラ72が所定の温度T1に達すると定着ベルト73の回転を開始し、加熱ローラ72が所定の温度調節温度T2に達すると定着ベルト73の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。なお本実施例では、回転開始温度T1を100℃、スタンバイ中の温度調節温度T2を175℃、通紙中の温度調節温度を225℃とした。加圧ヒーター76は、加圧ローラ74の表面温度が常に160℃を保持するように温度調節されている。
【００２３】
転写ドラム51からはく離された転写材61が入り口ガイド81上を移動し,定着ローラ71と加圧ローラ74に定着ベルト73を介して形成される定着ニップ部に進入し、転写材61上のトナー像を圧力および熱によって永久画像として定着する。その後転写材61は、転写材61の自重によって分離され、排紙部に搬送される。
【００２４】
以上のベルト定着装置を用いて立ち上げ時間、スタンバイ温調温度から通紙時温調温度までの復帰時間と温度推移、消費エネルギーの検討を行った。スタンバイ温調温度から通紙時温調温度までの温度推移のグラフを図4に、立ち上げ時間と消費エネルギーの値を表1に示す。なお、表1および図4に記載されている従来例は、図2に示すベルトと加圧ローラの中間層に弾性層を有するベルト定着装置を用いて検討を行った時のものである。消費エネルギーの値は、定着装置を立ち上げて、スタンバイ状態にして1時間放置し、十分に熱が定着装置に行き渡った状態で1時間測定を行ったものである。消費エネルギー測定時のスタンバイ温調温度は従来例が195℃、本実施例が175℃とした。この温度は、10秒（複写機の画像形成がスタートして1枚目の転写材が定着装置に搬送される時間）で、定着性を確保する下限温度165℃まで温度復帰させようとした時に必要なスタンバイ温度である。
【００２５】
【表１】
2007233274.tif 000003
図4において、実線は本実施例の温度推移を、破線は従来例の温度推移を示している。図4より、スタンバイ温度から回転を開始した時の温度低下は本実施例の方が従来例よりも少なく、その後の温度復帰の時間も従来例より本実施例の方が早いことが読み取れる。これは、本発明の構成を用いると、スタンバイ温度を低く設定することが可能なことを意味している。表1より、本発明の構成をもちいることで、従来例と比較して立ち上げ時間を約36％短縮することが可能であり、エネルギー消費を約31％削減することが可能となった。
【００２６】
以上のことより、定着ベルト内部および加圧ローラに熱源を有するベルト定着装置において、定着ベルトおよび加圧ローラの中間層に配置されている弾性層を設けず、定着ベルトは基層と離型層、加圧ローラは芯金層と離型層の構成とすることで、定着装置の熱容量を大幅に削減して立ち上げ時間の短縮を実現し、熱応答性をあげてスタンバイ温調温度を低く設定することで、低エネルギー消費を実現するカラー定着装置を提供することが可能となった。
【００２７】
（実施例２）
以下に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
【００２８】
本実施例で用いた画像形成装置は、実施例1で用いた画像形成装置（図3）を用いたため、詳細な説明は省略する。
【００２９】
次に、本実施例で用いた定着装置の構成についての説明を行う。
【００３０】
図5に定着装置の概要を図示する。
【００３１】
図5において、81は直径30mmの定着ローラで、厚み1.5tのアルミニウムローラである。82は直径24mmの加熱ローラで、芯金厚は1.5mm、材質はアルミニウムである。83は定着ローラ81、加熱ローラ82に掛け渡された、直径60mmの無端状の定着ベルトである。定着ベルト83は、40μmの厚みのニッケル基体に、厚さ30μmのPFAチューブ層を有している。84は圧力付与部材であり、2mmの厚みのゴムパッドである。85は定着ローラ81に定着ベルト83を介して当接するように配置された直径40mmの加圧ローラであり、1.5mmの厚みのFe芯金層に50μmのPFAチューブ層を有している。加圧ローラ85は定着ベルト83を介してゴムパッド84に不図示のバネによって押し当てられ、定着ニップを形成している。本実施例では定着ニップ部の長さは10mmとした。加圧ローラ85は、不図示のモータから駆動を受け、図中矢印方向に回転可能である。また定着ローラ81は、不図示のギアによって加圧ローラ85から駆動を受けて回転可能であり、定着ベルト83を回動させて定着ベルト83のスリップ等を防止している。
【００３２】
86は加熱ローラ82内に配置された、加熱ローラ82を介して定着ベルト83を加熱するバロゲンヒーターであり、本実施例ではワッテージが100V入力で800W出力のものを使用した。87は加圧ローラ85内に配置され,加圧ローラ85を加熱するハロゲンヒーターであり、本実施例ではワッテージが100V入力で500W出力のものを用いた。 88は加熱ローラ82表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加熱ローラ82の通紙域中央部に配設されている。89は加熱ローラ82の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。90は加圧ローラ85表面の温度計測のための接触式サーミスタで、加圧ローラ85の通紙域中央部に配設されている、91は加圧ローラ85の温度が異常値を示したときにヒーターへの通電を強制的に遮断する非接触式サーモスイッチである。92は転写ドラム51から記録材61を定着装置に搬送する入り口ガイドである。
【００３３】
定着装置は、電源投入とともに加熱ヒーター86と加圧ヒーター87が点灯し、加熱ローラ82および加圧ローラ85を加熱する。加熱ローラ82が所定の温度T1に達すると定着ベルト83の回転を開始し、加熱ローラ82が所定の温度調節温度T2に達すると定着ベルト83の回転を止め、スタンバイ状態となり、コピーが可能となる。なお本実施例では、回転開始温度T1を100℃、スタンバイ中の温度調節温度T2を175℃、通紙中の温度調節温度を225℃とした。加圧ヒーター87は、加圧ローラ85の表面温度が常に160℃を保持するように温度調節されている。
【００３４】
以上説明したように、本実施例は実施例1で用いた定着ローラの弾性層を排除し、更に定着装置の低熱容量化を図ったものである。
【００３５】
以上のベルト定着装置を用いて立ち上げ時間、消費エネルギーの検討を行った。立ち上げ時間と消費エネルギーの値を表2に示す。なお、表2に記載されている従来例は、図2に示すベルトと加圧ローラの中間層に弾性層を有するベルト定着装置を用いて検討を行った時のものである。消費エネルギーの値は、定着装置を立ち上げて、スタンバイ状態にして1時間放置し、十分に熱が定着装置に行き渡った状態で1時間測定を行ったものである。消費エネルギー測定時のスタンバイ温調温度は従来例が195℃、本実施例が165℃とした。この温度は、10秒（複写機の画像形成がスタートして1枚目の転写材が定着装置に搬送される時間）で、定着性を確保する下限温度165℃まで温度復帰させようとした時に必要なスタンバイ温度である。
【００３６】
【表２】
2007233274.tif 000004
表2より、本実施例のように定着ローラの弾性層を取り除き、更なる低熱容量化の定着装置を用いることで、従来例と比較して立ち上げ時間を約47％短縮することが可能であり、エネルギー消費を約38％削減することが可能となった。
以上のことより、定着ベルト内部および加圧ローラに熱源を有し、定着ベルトおよび加圧ローラの中間層に弾性層を設けない定着装置において、定着ローラに弾性層を設けず金属ローラのみとすることで、さらに定着装置の熱容量を削減することができ、立ち上げ時間の短縮、低エネルギー消費への効果が上がること確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第1の実施形態における定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図２】2軸系ベルト定着装置の概略構成の従来例を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第1の実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の第1の実施形態におけるスタンバイ温調温度から通紙時温調温度までの温度推移を示す図である。
【図５】本発明の第2の実施形態における定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
11  感光体ドラム
21  一次帯電器
41  現像器
51  転写ドラム
61  転写材
70  定着器
71、81  定着ローラ
72、82  加熱ローラ
73、83  定着ベルト
74  加圧ローラ
75、76、86、87  ヒーター
77、79、88、90  サーミスタ
78、80、89、91  サーモスイッチ
81、92  入り口ガイド
84  ゴムパッド
101  クリーナー
【図１】
2007233274.tif 000005
【図２】
2007233274.tif 000006
【図３】
2007233274.tif 000007
【図４】
2007233274.tif 000008
【図５】
2007233274.tif 000009