JP2002108126A - 加圧部材及び定着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、簡単な構造にて良好な定着性能を
得ることができる定着装置及びその定着装置に備えられ
た加圧部材を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明の加圧ローラ２は、その表面に形
成された弾性材料層２ｂの内部に相転移材料２ｃを含
み、相転移材料２ｃの弾性材料層２ｂへの分散濃度が、
Ａ４サイズの記録紙Ｐ４の幅に対応する部分よりも、Ａ
３サイズの記録紙Ｐ３の幅に対応する部分の方が、高濃
度とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置内の定着装置及びその定着装置に備えられた
加圧部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電
子写真方式の画像形成装置内の定着装置には、記録紙上
のトナーを溶融する加熱ローラ（加熱部材）と、その加
熱ローラと協働して回転しつつ溶融トナーを加圧して記
録紙上に定着するための加圧ローラ（加圧部材）とが備
えられている。

【０００３】記録紙上にトナーを良好に定着させるため
には、トナーに接する加熱ローラの表面温度が回転軸方
向に渡ってトナー溶融に適した所定の温度（以下、定着
温度という）であり、かつ温度分布が均一であることが
必要とされる。

【０００４】ところが、加熱ローラは記録紙やトナーと
接触することにより熱を奪われるので、記録紙のサイズ
変更等により加熱ローラが記録紙と接触する部分が通紙
毎に異なると、記録紙に接触した部分とそれ以外の部分
とで加熱ローラの表面から奪われる熱量が異なってしま
い、加熱ローラの表面温度分布が均一でなくなる。加熱
ローラの温度低下した部分の温度を上げようとして温度
制御手段が働くと、温度低下していなかった部分の温度
がさらに上昇して過熱状態となって、定着不良を生じる
という問題がある。

【０００５】そのため従来から、加熱ローラを例えば銅
やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成したり、
加熱ローラを複数の部分に分割して各部分に対して温度
制御を行ったりして、加熱ローラの回転軸方向に渡って
の表面温度分布を極力均一とする工夫がなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅やア
ルミニウム等の熱伝導性の高い材質で加熱ローラを形成
しても充分に均一な表面温度分布とならず、良好な定着
性能を得るには至っていない。

【０００７】また、加熱ローラを複数の部分に分割して
各部分に対して温度制御を行う手段では、構造が複雑と
なり温度センサも多数必要となるので、部品点数も増え
コストも高くなってしまうという問題がある。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、簡単な構造にて良好な定着性能を得ることができ
る定着装置及びその定着装置に備えられた加圧部材を提
供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１に記載の加圧部材は、電子写真
方式の画像形成装置内の定着装置に備えられ、回転しつ
つ加熱部材と協働して記録紙上のトナーを溶融して加圧
し、トナーを記録紙上に定着させる加圧部材であって、
加圧部材の表面に形成された弾性材料層の内部に相転移
材料を含むことを特徴とする。

【００１０】請求項１に記載の発明によれば、加圧部材
の表面に形成された弾性材料層内部に含まれた相転移材
料が相転移して、融解熱を吸熱したり凝固熱を放熱した
りすることにより、加熱部材の表面温度分布を均一にす
ることができて、良好な定着性能を得ることができる。

【００１１】請求項２に記載の加圧部材は、請求項１に
記載の加圧部材において、相転移材料が、トナーの定着
温度以上で固相から液相へ相転移することを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、加熱部材
が高温となったときに、高温部分に対応する加圧部材の
弾性材料層内部の相転移材料が固相から液相に相転移し
て融解熱を吸熱するので、加熱部材が過熱するのを抑え
ることができて表面温度を均一にすることができる。

【００１３】請求項３に記載の加圧部材は、請求項１又
は請求項２に記載の加圧部材において、相転移材料が、
トナーの定着温度以下で液相から固相へ相転移すること
を特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、加熱部材
が低温となったときに、低温部分に対応する加圧部材の
弾性材料層内部の相転移材料が液相から固相に相転移し
て凝固熱を放熱するので、加熱部材が過冷却となるのを
抑えることができて表面温度を均一にすることができ
る。また、再通電の際の温度上昇の立ち上がりを速くす
ることもできる。

【００１５】請求項４に記載の加圧部材は、請求項１乃
至請求項３に記載の加圧部材において、相転移材料が粒
子状とされ、弾性材料層中に分散されていることを特徴
とする。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、相転移材
料が粒子状とされて弾性材料層中に分散されているの
で、相転移材料の融点以上の温度となって相転移材料が
相転移して液状となっても、流れ出したりすることはな
い。

【００１７】請求項５に記載の加圧部材は、請求項４に
記載の加圧部材において、相転移材料が、マイクロカプ
セルに封入され弾性材料層中に分散されていることを特
徴とする。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、相転移材
料が粒子状とされかつマイクロカプセルに封入されて弾
性材料層中に分散されているので、相転移材料の融点以
上の温度となって相転移材料が相転移して液状となって
も、流れ出したりすることはない。

【００１９】請求項６に記載の加圧部材は、請求項４又
は請求項５に記載の加圧部材において、相転移材料の弾
性材料層への分散濃度が、幅狭の種類の記録紙幅に対応
する加圧部材の回転軸方向中央付近部分よりも、幅広の
種類の記録紙幅に対応する加圧部材の回転軸方向両端付
近部分の方が、高濃度とされていることを特徴とする。

【００２０】請求項７に記載の加圧部材は、請求項４又
は請求項５に記載の加圧部材において、相転移材料の弾
性材料層への分散濃度が、幅狭の種類の記録紙幅に対応
する加圧部材の回転軸方向一端付近部分よりも、幅広の
種類の記録紙幅に対応する加圧部材の回転軸方向他端付
近部分の方が、高濃度とされていることを特徴とする。

【００２１】請求項６又は請求項７に記載の発明によれ
ば、幅狭の種類の記録紙を頻繁に通紙して定着した後
に、幅広の記録紙を通紙して定着しても、加熱部材の表
面温度分布が均一となっているので、良好に定着を行う
ことができる。

【００２２】請求項８に記載の定着装置は、請求項１乃
至請求項６に記載の加圧部材を備えたことを特徴とす
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る加圧部材を備えた定着装置１の構成を概略的に示す模
式図である。この定着装置は、図示しない画像形成装置
の内部に備えられていて、加圧部材としての加圧ローラ
２、加熱部材としての加熱ローラ３、温度センサ６、制
御回路７、付勢部材８で大略構成される。

【００２４】加熱ローラ３の内部にはヒータ３ａが備え
られ、そのヒータ３ａには温度センサ６及び制御回路７
が接続されていて、加熱ローラ３の表面温度がトナー５
を溶融し定着するのに適した所定の温度（定着温度）を
維持するように制御されている。

【００２５】加圧ローラ２は略円筒形状のローラ部材で
あり、付勢部材７によって、内部にヒータ３ａを備えた
加熱ローラ３に付勢され、回転しつつ加熱ローラ３と協
働して記録紙４上のトナー５を溶融して加圧し、トナー
５を記録紙４上に定着させる。

【００２６】図２（ａ）、（ｂ）は、この定着装置１の
加圧及び加熱ローラ部分にＡ３及びＡ４サイズの記録紙
が通過する様子を示すもので、図２（ａ）は記録紙の進
行方向正面から見た図であり、図２（ｂ）は加圧ローラ
２のある側を、記録紙面に垂直な方向から見た図、すな
わち図２（ａ）を下から見た図である。

【００２７】この定着装置１は、幅の狭いＡ４サイズと
幅の広いＡ３サイズという複数の種類の記録紙を通過さ
せてトナーを定着することができる。図２（ａ）、
（ｂ）において、範囲Ｒ４は幅狭の種類の記録紙として
のＡ４サイズの記録紙Ｐ４が通過する幅範囲を示し、範
囲Ｒ３は幅広の種類の記録紙としてのＡ３サイズの記録
紙Ｐ３が通過する幅範囲を示している。また、範囲Ｒ３
のうち、範囲Ｒ４以外の範囲をＲ５で示している。

【００２８】図３にその回転軸方向の部分拡大断面図を
示すように、加圧ローラ２にはアルミニウム等で形成さ
れた円筒形状の芯金２ａの外周表面に弾性材料層２ｂが
形成されている。この弾性材料層２ｂは、記録紙４を加
圧したときに弾性変形すなわちつぶれを生じて記録紙４
を良好にニップするためのもので、例えばシリコン樹脂
等の材料で形成される。

【００２９】弾性材料層２ｂ中には、トナー５の定着温
度以上で固相から液相へ相転移する相転移材料２ｃが、
粒子状とされて分散されている。この相転移材料２ｃ
は、相転移の際に融解熱を吸熱しつつ固相から液相へ可
逆的に相転移する材料であって、例えば融点１７０℃の
ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等が用いられる。

【００３０】この相転移材料２ｃの弾性材料層２ｂへの
分散濃度は、Ａ４サイズの記録紙Ｐ４の幅に対応する加
圧ローラ２の回転軸方向一端部としての図２中の範囲Ｒ
４に対応する部分よりも、Ａ３サイズの記録紙Ｐ３の幅
に対応する加圧ローラ２の回転軸方向他端部としての図
２中の範囲Ｒ５に対応する部分の方が高濃度とされてい
る。

【００３１】次にこの定着装置の動作について説明す
る。

【００３２】画像形成装置の電源が入れられると加熱ロ
ーラ３内部に備えられたヒータ３ａが発熱を開始する。
加熱ローラ３の表面温度が定着温度にまで上昇したら、
画像形成装置は画像形成可能状態となる。

【００３３】使用者が記録紙のサイズを選択して画像形
成操作を行うと、その表面に形成画像に沿ってトナー５
が塗布された記録紙４が定着装置１内に搬送されて、加
圧ローラ２が回転しつつ加熱ローラ３と協働してトナー
５を溶融加圧し、その記録紙４上に定着する。

【００３４】この定着動作において、加熱ローラ３は記
録紙４及びトナー５に熱を与えるため、加熱ローラ３の
表面は記録紙４及びトナー５に熱を奪われて温度が低下
する。この温度低下は温度センサ６で検出され、制御回
路７は定着温度を維持するためにヒータ３ａの電流制御
を行い発熱を増加させる。

【００３５】使用者がＡ４サイズの記録紙を頻繁に選択
すると、この定着装置１にはＡ４サイズの記録紙Ｐ４が
頻繁に通過する。Ａ４サイズの記録紙Ｐ４が頻繁に通過
し、加熱ローラ３の範囲Ｒ４に対応する部分の熱が奪わ
れて表面温度が低下すると、温度センサ６が加熱ローラ
３の温度低下を検出し、制御回路７がヒータ３ａの電流
制御を行って発熱を増加させて、加熱ローラ３の範囲Ｒ
４に対応する部分の表面温度を再び定着温度にまで昇温
する。

【００３６】このとき、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応
する部分は、記録紙４やトナー５と接触しないため熱を
ほとんど奪われず、範囲Ｒ４に対応する部分ほど表面温
度が低下していないが、ヒータ３ａの発熱増加により範
囲Ｒ４に対応する部分と同様に加熱される。

【００３７】しかし、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応す
る部分の表面温度が定着温度を超えて高温となり、加圧
ローラ２の範囲Ｒ５に対応する部分の温度が伝熱により
その弾性材料層２ｂに分散された相転移材料２ｃの相転
移点となったとき、相転移材料２ｃが固相から液相へ相
転移して融解熱を吸熱する。その吸熱により、加熱ロー
ラ３の範囲Ｒ５に対応する部分の表面から熱が奪われ
て、その部分の表面温度は低下する。その結果、加熱ロ
ーラ３の範囲Ｒ５に対応する部分が過熱するのを抑える
ことができて表面温度を均一にすることができる。

【００３８】さらに本実施の形態においては、この相転
移材料２ｃの弾性材料層２ｂへの分散濃度は、加圧ロー
ラ２の範囲Ｒ４に対応する部分よりも、加圧ローラ２の
範囲Ｒ５に対応する部分の方が高濃度とされているの
で、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応する部分の熱を効率
的に吸熱できて、加熱ローラ３の表面温度分布を効率的
に均一にすることができる。それにより、良好な定着性
能を得ることができる。

【００３９】なお、本実施の形態では、相転移材料２ｃ
として融点１７０℃のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を用
いた例について説明したが、使用するトナーの材料、そ
の溶融点及び設定定着温度に対応して、適切な相転移点
を有する相転移材料を選択して使用すればよい。

【００４０】また、加圧部材として円筒形状の加圧ロー
ラを使用する場合について説明したが、加圧ローラの代
わりに加圧ベルトを使用してもよい。この場合には、芯
金ではなく、ベルト基材の表面に相転移材料を分散した
弾性材料層を形成して使用する。

【００４１】図４に示すように、弾性材料層２ｂの表面
に、保護層としての被膜外層２ｄを設けたり、図５に示
すように、相転移材料２ｃをマイクロカプセル２ｅに封
入して分散したりすることにより、弾性材料層２ｂの表
面に分散された相転移材料２ｃが液相となった場合でも
流れ出すのを防止することができる。

【００４２】これらの場合、もちろん被膜外層２ｄやマ
イクロカプセル２ｅの材料としては、相転移材料２ｃの
相転移点でも液相とならない材料を選択する必要がある
ことは言うまでもない。

【００４３】なお、本実施の形態においては、加圧ロー
ラ２の弾性材料層２ｂに相転移材料２ｃを分散させるこ
とにより、液相となった相転移材料２ｃが弾性材料層２
ｂの弾性をさらに高めて弾性変形すなわちつぶれを生じ
やすくするので、より良好に記録紙４をニップできると
いう効果も得られる。

【００４４】［変形例］加圧ローラの表面に形成された
弾性材料層の内部に、トナーの定着温度以下で液相から
固相へ相転移する相転移材料を分散して使用してもよ
い。

【００４５】それにより、例えばＡ４サイズの記録紙Ｐ
４が連続して通紙されたときに、加熱ローラの範囲Ｒ３
に対応する部分の表面温度が低下しても、対応する加圧
ローラの部分の相転移材料が液相から固相へ相転移し、
凝固熱を放熱するので、加熱ローラの範囲Ｒ３に対応す
る部分が過冷却となるのを抑えることができて加熱ロー
ラの表面温度を均一にすることができる。

【００４６】また、ヒータの通電がオフとなった後、加
熱ローラの表面温度が低下してトナーの定着温度以下と
なったときも、加圧ローラの相転移材料が液相から固相
へ相転移し、凝固熱を放熱するので、加熱ローラの冷却
を抑えることができ、その保温効果により、再通電の際
の温度上昇の立ち上がりを速くすることができる。

【００４７】なお、液相から固相への凝固反応が、固相
から液相への融解反応よりも低い温度で発生するよう
な、いわゆる過冷却状態を生じる物質を相転移材料とし
て用いることにより、トナーの定着温度を超えて過熱状
態となるのを抑える効果と、トナーの定着温度よりも低
い温度となって過冷却状態となるのを抑える効果の両方
の効果を得ることができる。

【００４８】［実施例１］融点１７０℃の相転移材料と
してのポリプロピレンＰＰ樹脂の微粒子を、弾性材料と
してのシリコン樹脂の溶剤希釈液に分散し、その溶液を
芯金の円周表面全面にスプレー塗布して溶剤を乾燥させ
た後に加熱硬化させて加圧ローラを作成した。この加圧
ローラをサンプルＮｏ．１とする。

【００４９】［実施例２］Ａ４サイズの記録紙Ｐ４が通
過する際に接触する部分に対応する芯金の円周表面に相
転移材料を含まないシリコン樹脂の溶剤希釈液を塗布
し、芯金の円周表面のうちそれ以外の部分に、実施例１
と同様のポリプロピレンＰＰ樹脂微粒子を分散したシリ
コン樹脂溶剤希釈液をスプレー塗布して溶剤を乾燥させ
た後に加熱硬化させて加圧ローラを作成した。この加圧
ローラをサンプルＮｏ．２とする。

【００５０】［実施例３］融点１６５℃の相転移材料と
してのポリエチレンテレフタレートＰＥＴ樹脂の微粒子
を、シリコン樹脂を用いてｉｎ−ｓｉｔｕ法にてマイク
ロカプセル化した後、シリコン樹脂の溶剤希釈液に分散
し、その溶液を芯金の円周表面全面にスプレー塗布して
溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加圧ローラを作成
した。この加圧ローラをサンプルＮｏ．３とする。

【００５１】［比較例１］芯金の円周表面前面に、相転
移材料を含まないシリコン樹脂の溶剤希釈液を塗布して
溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加圧ローラを作成
した。この従来型の加圧ローラをサンプルＮｏ．４とす
る。

【００５２】［評価］これらの加圧ローラサンプルＮ
ｏ．１〜Ｎｏ．４を複写機（Ｉｐｓｉｏ：リコー社製）
の定着装置に搭載し、定着温度を１６０℃に設定してト
ナーの定着性の評価を行った。Ａ４サイズの記録紙Ｐ４
を１００枚連続通紙した後にＡ３サイズの記録紙Ｐ３を
通紙し、そのときの加熱ローラ表面の温度分布を測定
し、加熱ローラへのトナー付着を観察し、Ａ３サイズの
記録紙Ｐ３の定着状態を観察することにより評価を行っ
た。

【００５３】なお、通紙方法については、加熱ローラ及
び加圧ローラの回転軸方向中央近傍を基準としてＡ４サ
イズとＡ３サイズの記録紙Ｐ３のセンター位置を一致さ
せて通紙した場合（中央基準）と、回転軸方向端部近傍
を基準としてＡ４サイズとＡ３サイズの記録紙Ｐ３の端
部位置を一致させて通紙した場合（端部基準）との２種
類について評価を行ったので、サンプルＮｏ．２につい
ては、それぞれの通紙方法に対応してサンプルＮｏ．２
（中央基準用）とサンプルＮｏ．２（端部基準用）とを
作成してそれぞれの評価に使用した。

【００５４】中央基準の場合の加熱ローラの表面温度分
布の評価結果を図６に、端部基準の場合の加熱ローラの
表面温度分布の評価結果を図７に示した。

【００５５】サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の加圧ローラ
を用いた場合は、中央基準及び端部基準のいずれの場合
でも、加熱ローラの表面温度分布は回転軸方向に渡って
略均一であった。また、加熱ローラへのトナー付着は見
られず、Ａ３サイズの記録紙Ｐ３へのトナーの定着も良
好であった。

【００５６】一方、サンプルＮｏ．４の加圧ローラを用
いた場合は、中央基準の場合も端部基準の場合も、Ａ４
サイズ記録紙Ｐ４が通紙される部分の加熱ローラの表面
温度に対し、それ以外の部分の表面温度が約１０℃高く
なり、表面の温度分布は均一とならなかった。また、加
熱ローラの表面温度が高くなっている部分においては、
トナーが記録紙から剥離したり加熱ローラへ付着したり
していることが観察され、Ａ３サイズ記録紙Ｐ３には汚
れが発生していた。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、加圧部材の弾性材料層
内部に含まれた相転移材料が相転移して、融解熱を吸熱
したり凝固熱を放熱したりすることにより、加熱部材の
表面温度分布を均一にすることができて、良好な定着性
能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る加圧部材を備えた
定着装置の構成を概略的に示す模式図である。

【図２】 図１に示した定着装置の加圧及び加熱ローラ
部分にＡ３及びＡ４サイズの記録紙が通過する様子を示
すもので、（ａ）は記録紙の進行方向正面から見た図で
あり、（ｂ）は加圧ローラのある側で記録紙の紙面に垂
直な方向から見た図である。

【図３】 本発明の実施の形態に係る加圧ローラの回転
軸方向の部分拡大断面図である。

【図４】 本発明の他の形態に係る加圧ローラの回転軸
方向の部分拡大断面図であり、弾性材料層の表面に被膜
外層を設けたものを示す。

【図５】 本発明の他の形態に係る加圧ローラの回転軸
方向の部分拡大断面図であり、相転移材料をマイクロカ
プセルに封入して弾性材料層に分散したものを示す。

【図６】 実施例１〜３及び比較例の評価結果を示す図
であり、ローラ回転軸中央近傍を基準としてＡ４サイズ
とＡ３サイズの記録紙のセンター位置を一致させて通紙
した場合を示す。

【図７】 実施例１〜３及び比較例の評価結果を示す図
であり、ローラ回転軸端部近傍を基準としてＡ４サイズ
とＡ３サイズの記録紙の端部位置を一致させて通紙した
場合を示す。

【符号の説明】

１…定着装置 ２…加圧ローラ（加圧部材） ２ａ…芯金 ２ｂ…弾性材料層 ２ｃ…相転移材料 ２ｄ…被膜外層 ２ｅ…マイクロカプセル ３…加熱ローラ（加熱部材） ３ａ…ヒータ ４…記録紙 ５…トナー ６…温度センサ ７…制御回路 ８…付勢部材 Ｐ３…Ａ３サイズの記録紙 Ｐ４…Ａ４サイズの記録紙 Ｒ３…Ａ３サイズの記録紙が通過する幅範囲 Ｒ４…Ａ４サイズの記録紙が通過する幅範囲

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真方式の画像形成装置内の定着装
   置に備えられ、回転しつつ加熱部材と協働して記録紙上
   のトナーを溶融して加圧し、該トナーを前記記録紙上に
   定着させる加圧部材であって、 前記加圧部材の表面に形成された弾性材料層の内部に相
   転移材料を含むことを特徴とする加圧部材。
2. 【請求項２】 前記相転移材料が、前記トナーの定着温
   度以上で固相から液相へ相転移することを特徴とする請
   求項１に記載の加圧部材。
3. 【請求項３】 前記相転移材料が、前記トナーの定着温
   度以下で液相から固相へ相転移することを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の加圧部材。
4. 【請求項４】 前記相転移材料が粒子状とされ、前記弾
   性材料層中に分散されていることを特徴とする請求項１
   乃至請求項３に記載の加圧部材。
5. 【請求項５】 前記相転移材料が、マイクロカプセルに
   封入され前記弾性材料層中に分散されていることを特徴
   とする請求項４に記載の加圧部材。
6. 【請求項６】 前記相転移材料の前記弾性材料層への分
   散濃度が、幅狭の種類の記録紙幅に対応する前記加圧部
   材の回転軸方向中央付近部分よりも、幅広の種類の記録
   紙幅に対応する前記加圧部材の回転軸方向両端付近部分
   の方が、高濃度とされていることを特徴とする請求項４
   又は請求項５に記載の加圧部材。
7. 【請求項７】 前記相転移材料の前記弾性材料層への分
   散濃度が、幅狭の種類の記録紙幅に対応する前記加圧部
   材の回転軸方向一端付近部分よりも、幅広の種類の記録
   紙幅に対応する前記加圧部材の回転軸方向他端付近部分
   の方が、高濃度とされていることを特徴とする請求項４
   又は請求項５に記載の加圧部材。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項６に記載の加圧部材
   を備えた定着装置。