JP2004272255A - 定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 文字画像の潰れ、また、加熱回転体への被定着材の巻付け、さらに、加熱回転体の導電体層の剥れ等を防止できるようにする。
【解決手段】 圧接する加熱ローラ１と加圧ローラ２との間にトナー像４ａを有した用紙４を通過させることによりトナー像４ａを定着させる定着手段を備え、加熱及び加圧ローラ１，２の少なくとも一方は、ゴム硬度を２０〜５０度とする発泡弾性層１４と、この発泡弾性層１４の表面側に形成された導電層１５とを有して構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば、画像形成装置に適用される定着装置に関する。

この種の定着装置には円筒形の剛体を有し、この剛体の外面側に低熱伝導層、導電体層及び離型層を順次、積層状に形成してなる加熱ローラを備え、この加熱ローラの近傍にその外周面の離型層に近接対向して誘導加熱源を設け、この誘導加熱源により導電体層を誘導加熱するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

加熱ローラの導電体層の厚さは、磁場が導電体層内へ浸透する深さを特徴づける「表皮深さ」以下とされ、低熱伝導性材料からなる層はシリコーンゴム、又は、発泡シリコーンゴムが使用されている。加熱ローラには加圧ローラが圧接され、トナー像が転写された用紙が加熱ローラと加圧ローラとの間を通過することにより、加熱されるとともに加圧されてトナー像が用紙に定着される。
特開２００２−４９２６１号公報

しかしながら、従来においては、加熱ローラの低熱伝導層の硬度（ＡＳＣＲ−Ｃゴム硬度）が４５°以上と硬いものであるため、用紙を低速で搬送して加圧時間が長くなった場合には、文字画像に潰れが発生した。

また、従来においては、加熱ローラと加圧ローラの圧接部から排出される用紙のカール方向がトナー像の積載側になり、加熱ローラヘの用紙の巻きつき、又はホットオフセットが発生してしまうという恐れがあった。

さらに、従来においては、加熱ローラの低熱伝導性材料からなる層とその外側に設けられる導電体層とを耐熱の接着剤により接着するため、耐熱接着剤が劣化すると、加熱ローラの表面に皺が発生したり、導電体層の剥れ等の不具合が発生した。

本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、文字画像の潰れ、また、加熱回転体への被定着材の巻付け、さらに、加熱回転体の導電体層の剥れ等を防止できるようにした定着装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載のものは、圧接する加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を定着させる定着手段を備え、前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、ゴム硬度を２０〜５０度とする発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成される。

請求項２記載のものは、加熱回転体に加圧回転体を圧接させ、これら加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を定着させる定着手段を備え、前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、弾性係数を３．５×１０^‐4以下とする発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成される。

請求項６記載のものは、加熱回転体に加圧回転体を圧接させ、これら加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を定着させる定着手段を備え、前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成されるとともに、外径寸法を軸方向の中央部と両端部とで異にする。

本発明によれば、文字画像の潰れ、また、加熱回転体への被定着材の巻付け、さらに、加熱回転体の導電体層の剥れ等を防止することができる。

以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の第１の実施の形態である定着装置を示す概略的構成図である。

定着装置は加熱回転体としての加熱ローラ（φ４０ｍｍ）１を備え、この加熱ローラ（φ４０ｍｍ）の下部側には加圧回転体としての加圧ローラ（φ４０）２が圧接されている。加熱ローラ１と加圧ローラ２のどちらか一方、もしくは双方には、円筒形弾性材のエンドレス部材が用いられている。

加圧ローラ２は加圧スプリング７によって加熱ローラ１に圧接され、一定のニップ幅を持つように維持されている。

加熱ローラ１は駆動モータ（図示せず）により矢印方向に回転駆動され、この回転に伴なって加圧ローラ２は矢印方向に従動回転するようになっている。加熱ローラ１と加圧ローラ２との圧接部（ニップ部）である定着ポイントを被定着材としての用紙４が通過することで、この用紙４上の現像剤像を融着圧着して定着するようになっている。

加熱ローラ１の周囲部には、その回転方向に沿って剥離爪６、クリーニング部材５、加熱ローラ１の温度検出をするサーミスタ１１、及びサーモスタット１０が順次配設されている。

剥離爪６は、用紙４を加熱ローラ１から剥離させるものであるが、加熱ローラ１が剥離爪６が無くとも用紙４の剥離が可能であれば具備する必要は無く、また、用紙４が剥離出来なければ複数具備しても良い。

クリーニング部材５は、加熱ローラ１上にオフセットされたトナーや紙屑等のごみを除去するもので、サーミスタ１１は加熱ローラ１の長手方向に複数設けられ、加熱ローラ１の温度を検出し温度分布を調節する。

サーモスタット１０は加熱ローラ１に少なくても１つ以上配設され、加熱ローラ１の表面温度の異常を検知して、加熱を遮断するものである。

図３は加熱ローラ１の構成を詳細に示すものである。

加熱ローラ１の中心部には、金属の芯金１３が設けられ、この芯金１３の外側には発泡弾性層１４が形成されている。発泡弾性層１４は目標到達温度以上の耐熱性を有している。また、発泡弾性層１４は伸縮性を有し、硬度（ＡＳＣＡＲ−Ｃゴム硬度）が２０〜５０度で発泡され、弾性係数（ヤング率）が３．５×１０^‐4以下となっている。

図８は発泡弾性層１４のゴム硬度と文字潰れ発生率及び定着率との関係を示すグラフ図で、図９はその関係を表にして示す図である。

図８及び図９からも分かるように、発泡弾性層１４の硬度が２０〜５０度の範囲では、定着率が８０％以上で、文字潰れ発生率が１０％以下となる。ここで、定着率とは、１０Ｋの通紙を行った場合の、高温オフセット、低温オフセットの発生割合を示す。また、文字潰れ発生率とは、１０Ｋ枚の通紙を行った場合、複雑な文字（例えば、「鷹」等）で所定の基準（空白となるべき部分の一部が黒く潰れている等）を満たさない用紙の発生割合を示す。

また、発泡弾性層１４の硬度が２５〜４５度の範囲では、定着率が９５％以上で、文字潰れ発生率が０％となる。

さらに、発泡弾性層１４の硬度が３０〜４５度の範囲では、定着率が１００％で、文字潰れ発生率が０％となり、最適な範囲となる。

なお、発泡弾性層１４の硬度を５５度にした場合には、用紙４上の転写トナー４ａが潰れ、文字潰れ発生率が３１．７％と跳ね上がってしまう。

また、用紙４上の転写トナー４ａがカラートナーによる複数トナーの重ね合わせの場合には、加熱ローラ１の硬度が高すぎて光沢度が劣化する不具合が発生する。

発泡弾性層１４は、加圧が解除された時に元の形状に戻る弾性力も弾性係数３．５×１０^−４であり、定着後の用紙剥離時に、定着トナーが引きずられて画像ずれが発生することもない。

発泡弾性層１４の外側には熱容量が小さい金属の導電層１５が一体形成されている。この導電層１５は薄肉の金属層である。導電層１５は薄肉金属を溶接、または溶着により生成されたものであって、接着による生成では無いため、接着層は無い。

また、導電層１５は析出、メッキ、電気鋳造等による生成も可能である。

ところで、導電層１５は、定着時には、用紙４に転写トナー４ａを定着する過程で必要になる温度まで高温（２００℃前後）になる。発泡弾性層１４と導電層１５とを接着剤によって接着した場合、導電層１５が高温（２００℃前後）になると、接着層が劣化して導電層１５が劣化する。このため、加熱ローラ１の表面層が剥がれたり、しわ等の不具合が発生し、用紙４がニップ部を通過する際、画像のにじみ、ぶれが発生する。

しかしながら、この実施の形態では、接着剤を用いることなく、導電層１５を発泡弾性層１４の外側に溶接等により一体形成するため、導電層１５が高温状態にあっても劣化することがなく、上記したような不都合を解消できる。

加熱ローラ１の導電層１５の外側には用紙４を剥離する離型層１６が形成されている。この離型層１６は本発明では薄膜シリコン層を使用したが、ＰＦＡチューブ、又はＰＦＡ層でも構わない。この離型層１６は、定着した用紙４が該ローラから剥離出来ない場合のみ、必要とされる層であり、無くても構わない。

なお、加圧ローラ２も上記した加熱ローラ１と同様に構成するようにしても良いが、加熱ローラ２の硬度は、加熱ローラの硬度よりも高いことが必要である。本実施例においては、加圧ローラは、鉄等の硬いローラを用いている。

図４は、本発明の第２の実施の形態である定着装置を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施の形態では、加熱ローラ１の加熱源として、誘導加熱装置ではなく、加熱ランプ１７を用いている。加熱ランプ１７の近傍には加熱ランプ１７の熱を加熱ローラ１に向かって反射させるリフレクタ１８が設けられている。

図５は、本発明の第３の実施の形態である定着装置を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で示した部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

この第３の実施の形態では、加熱用の回転体としてローラではなく、加熱ベルト１９を用いている。

加熱ベルト１９は、発泡弾性層２０と、導電層２１と、離型層２２とによって構成され、軸２３，２４間に掛け渡されて回転走行されるようになっている。

図６は、本発明の第４の実施の形態である定着装置を示すものである。

この実施の形態における加熱ローラ３１は上記した加熱ローラ１と同様に芯金１３と、この芯金１３の表面に形成された発泡弾性層１４と、この発泡弾性層１４の表面に形成される導電層１５、この導電層１５の表面に形成される離型層１６とにより構成される。しかしながら、加熱ローラ３１の外径寸法はその軸方向で異なる。

即ち、加熱ローラ３１は中央部の外径寸法Ａが最も小さく、両端部に向かうに従がって外径寸法を増大させ両端部の外径寸法Ｂが最も大きくなっている。

これにより、用紙が加熱ローラ３１と加圧ローラ２の接触部であるニップ部から排紙される際に、用紙両端部が矢印方向に引っ張られ、用紙４の皺、カール等を防ぐ事ができる。

図７は、本発明の第５の実施の形態である定着装置を示すものである。

なお、上記した第４の実施の形態で示した部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

第５の実施の形態における加熱ローラ４１は中央部の外径寸法Ａが最も大きくく、両端部に向かうに従がって外径寸法を減少させて両端部の外径寸法Ｂが最も小さくなっている。

これにより、用紙４が加熱ローラ４１と加圧ローラ２の接触部であるニップ部から排紙される際に、用紙両端部が引っ張られ、用紙の皺、カール等を防ぐ事ができる。

本発明の第1の実施の形態である定着装置を示す正面図。 同定着装置を示す側面図。 同加熱ローラの構成を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態である定着装置を示す正面図。 本発明の第３の実施の形態である定着装置を示す正面図。 本発明の第４の実施の形態である定着装置を示す側断面図。 本発明の第５の実施の形態である定着装置を示す側断面図。 図３の加熱ローラを構成する発泡弾性層の硬度と文字潰れ発生率及び定着率との関係を示すグラフ図。 図８に示す関係を表にして示す図である。

符号の説明

１…加熱ローラ（加熱回転体）、２…加圧回転体、４ａ…転写トナー（現像剤像）、４…用紙（被定着材）、１４…発泡弾性層、１５…導電層（導体層）、１６…離型層。

Claims (8)

1. 圧接する加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を被定着材に定着させる定着手段を備え、
   前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、ゴム硬度を２０〜５０度とする発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成されることを特徴とする定着装置。
2. 圧接する加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を被定着材に定着させる定着手段を備え、
   前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、弾性係数を３．５×１０^‐4以下とする発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成されることを特徴とする定着装置。
3. 前記導体層の表面側に耐熱性の離型層を形成することを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記導体層は薄肉の金属で、溶接、溶着により前記発泡弾性層に一体形成されたことを特徴とする請求項１または２項記載の定着装置。
5. 前記導体層は、析出、メッキ、電気鋳造により前記発泡弾性層に一体形成されたことを特徴とする請求項１または２項記載の定着装置。
6. 圧接する加熱回転体と加圧回転体との間に現像剤像を有した被定着材を通過させることにより前記現像剤像を被定着材に定着させる定着手段を備え、
   前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方は、発泡弾性層と、この発泡弾性層の表面側に形成された導体層とを有して構成されるとともに、外径寸法を軸方向の中央部と両端部とで異にすることを特徴とする定着装置。
7. 前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方の外径寸法は、軸方向の中央部が最も小さく、両端部に向かうに従がって増大させることを特徴とする請求項６記載の定着装置。
8. 前記加熱及び加圧回転体の少なくとも一方の外径寸法は、軸方向の中央部が最も大きく、両端部に向かうに従がって減少させることを特徴とする請求項６記載の定着装置。

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