JP2005114888A - 定着装置、及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱ローラのゴム弾性層の熱劣化による耐久性の悪化や、弾性層と芯金との間の剥がれ等のない、定着装置、及びそれを備えた画像記録装置を提供すること。
【解決手段】 芯金の表面に弾性層を形成し、内部に熱源を有していない加熱ローラと、当該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを備え、トナー像を搭載した記録材を前記加熱ローラと前記加圧ローラとによる加熱及び圧接により定着する定着装置において、
内部に熱源を有し前記加熱ローラの外周表面に圧接するように配設された外部加熱ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、トナー像を搭載した記録材を加熱ローラと加圧ローラとによる加熱及び圧接により定着する定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関するもので、詳しくは加熱ローラの表面に圧接するように配設された外部加熱ローラを備えた定着装置、及びそれを備えた画像形成装置に関する。

複写機、ファクシミリ、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像記録装置では、感光体上にトナー像を形成し、該トナー像を記録紙に転写した後、芯金の内部に熱源を有し芯金外周に形成した弾性層を介して発熱する加熱ローラとそれに圧接する加圧ローラとの間に該記録紙を通過させることによって、熱と圧力により前記トナー像を記録紙に永久固着させる定着装置を有するものが汎用されている。

近年、画像記録装置の高速化により記録紙の搬送速度が速くなると共に、カラー化、高画質化により加熱ローラの弾性層として通常用いられる熱伝導率の低いゴムの厚みを増さざるを得ないこともあって、芯金内部の熱源からの熱供給を増大する必要が生じている。

然るに、芯金内部の熱源の温度を過度に上昇させると、ゴム弾性層の熱劣化により、耐久性が悪化したり、弾性層と芯金との間に剥がれを生じたりするという問題があった。

これらの問題点の対策として、加熱ローラに対し外部から表面を加熱する補助加熱ローラを接触して配設した定着装置（例えば、特許文献１）、或いは、加圧ローラに対し外部から表面を加熱する補助加熱ローラを配設した定着装置、及びそれを備えた画像記録装置（例えば、特許文献２）が提案されている。
特開２００２−３４１６８３号公報（第５頁、第２図） 特開２０００−１８１２７７号公報（第３〜４頁、第１図）

しかしながら、いずれの技術においても、構成及び制御が複雑になり、コスト高に繋がるという問題があった。

本発明の目的は、上記のような問題を解決し、内部に熱源を有していない加熱ローラの外周表面に外部加熱ローラを圧接する構成の定着装置、及びそれを備えた画像形成装置を用いることにより、簡単な構成でありながら、加熱ローラのゴム弾性層の熱劣化による耐久性の悪化や、弾性層と芯金との間の剥がれ等といった問題のない、安定した品質の定着装置、及びそれを備えた画像記録装置を提供することにある。

本発明の目的は、下記の構成により達成することが出来る。
（請求項１）
芯金の表面に弾性層を形成し、内部に熱源を有していない加熱ローラと、当該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを備え、トナー像を担持した記録材を前記加熱ローラと前記加圧ローラとによる加熱及び圧接により定着する定着装置において、
内部に熱源を有し前記加熱ローラの外周表面に圧接するように配設された外部加熱ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
（請求項２）
前記加圧ローラは前記記録材の非通紙時に前記加熱ローラに対し圧接を解除しうるように構成されてい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）
前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層の硬度は前記加圧ローラの弾性層の硬度より低いことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
（請求項４）
前記外部加熱ローラの外周を構成するローラ部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項５）
前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層は前記加圧ローラの弾性層より熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項６）
前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、前記加圧ローラの弾性層の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項７）
前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加圧ローラの芯金の内部に熱源を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項８）
前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの芯金は前記加圧ローラの芯金より熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
（請求項９）
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

請求項１の発明によれば、加熱ローラの内部に熱源を配設する必要がないため芯金を過度に加熱することが無く、加熱ローラのゴム弾性層の熱劣化による耐久性の悪化や、弾性層と芯金との間の剥がれ等といった問題が防止できる。また、加熱ローラの芯金や弾性層を介して加熱しないため熱効率が良く、消費電力の少ない定着装置が提供できる。

請求項２の発明によれば、記録材の非通紙時に加圧ローラを加熱ローラとの圧接から解除することにより、加熱ローラの弾性層及び加圧ローラの弾性層が永久変形してしまうことを防止できる。

請求項３の発明によれば、加熱ローラと加圧ローラとの圧接時に加熱ローラ側の弾性層がより変形（凹み）することにより、二つのローラ間に挟持された記録材の先端が加熱ローラから離間する方向にカールされ、記録材が加熱ローラから分離し易くなる。

請求項４の発明によれば、外部加熱ローラのローラ部材の材料であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の熱伝導率が高いため、外部加熱ローラ内部の熱源の熱を効率よく加熱ローラの弾性層表面に供給することができる。

請求項５または６の発明によれば、加熱ローラの弾性層を加圧ローラの弾性層より熱伝導率の低い材料で形成したため、外部加熱ローラから加熱ローラの弾性層表面に供給された熱が加熱ローラ内部へ流出する割合を減少させ、加圧ローラの弾性層へより多くの熱を供給し、未定着の記録材を両面から暖めることにより、記録材の定着性を向上させ、カールを少なくすることができる。

請求項７の発明によれば、加圧ローラの芯金の内部に熱源を有することにより、外部加熱ローラの製造条件のバラツキ等による定着ムラを緩和し、外部加熱ローラ内部の熱源の温度設定を高過ぎない適度な設定値に抑えることができる。

請求項８の発明によれば、加熱ローラの芯金を前記加圧ローラの芯金より熱伝導率の低い材料で形成したため、加圧ローラ内部の熱源から供給される熱が、加圧ローラの芯金及び弾性層を経由して、加熱ローラと加圧ローラとに挟持された記録材に供給され易くなると共に、加圧ローラ内部の熱源からの熱と、外部加熱ローラ内部の熱源からの熱とが、加熱ローラの弾性層を介して加熱ローラの芯金に流出し難くすることができる。

図１は、本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の実施の形態を示す概略の構成図である。

図１に示す画像形成装置は、回転する感光体１の周囲に、帯電極２、露光手段３、現像器４、転写極５、除電極５Ａ、分離極６、およびクリーニング装置７を配設している。帯電極２によって感光体１の表面に一様帯電を行った後に、露光手段３のレーザによって、原稿から読み取られた画像データに基づく光照射を行うことによって潜像を形成し、該潜像をバイアスを印加した現像器４により反転現像して感光体１の表面にトナー像を形成する。

一方、記録材収納手段８から給紙された記録材Ｐは転写位置へと送られ、転写位置において転写極５により前記トナー像が記録材Ｐ上に転写される。その後に、記録材Ｐは除電極５Ａにより裏面の電荷が消去され、分離極６により感光体１から分離される。分離極６の下流には中間搬送部９及び定着装置１０が配設されており、分離極６により分離された記録材Ｐは、中間搬送部９により搬送され、定着装置１０により加熱定着されて図示しない排紙皿へ排紙される。一方、感光体１の表面は、分離極６の下流においてクリーニング装置７により表面に残留しているトナーが除去され、次の画像形成に備える。

図２は、本発明に係る定着装置の第１の実施の形態の構成について説明するための概略断面図である。

図２において、定着装置１０は、内部に熱源を有しない加熱ローラ１１、加熱ローラ１１に圧接する加圧ローラ１２、及び加熱ローラ１１に圧接する外部加熱ローラ等からなる。

加熱ローラ１１は、金属や硬質の樹脂で形成されたパイプ状の芯金１１１と、芯金１１１の表面にゴム等で形成された弾性層１１２と、弾性層１１２の表面に形成されたフッ素樹脂層１１３とを有する。加圧ローラ１２は、金属や硬質の樹脂で形成されたパイプ状の芯金１２１と、芯金１２１の表面にゴム等で形成された弾性層１２２と、弾性層１２２の表面に形成されたフッ素樹脂層１２３とを有する。

外部加熱ローラ１３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されるローラ部材１３１、及び、ローラ部材１３１の内部に配設したハロゲンランプ等の熱源１３２等からなる。

トナーを転写された記録材Ｐが定着装置１０に近づく前に、予め加熱点灯された熱源１３２から供給された熱は、反時計方向に回転するローラ部材１３１を介して加熱ローラ１１のフッ素樹脂層１１３に到達し、フッ素樹脂層１１３を経て弾性層１１２を加熱する。加熱ローラ１１には加圧ローラ１２が圧接しているため、熱源１３２から供給された熱は、フッ素樹脂層１１３から加圧ローラ１２のフッ素樹脂層１２３を介して弾性層１２２にも伝達されるが、加熱ローラ１１の弾性層１１２より加圧ローラ１２の弾性層１２２の方が熱伝導率の高い材料で形成しているため、より多くの熱が加圧ローラ１２の弾性層１２２に供給される。弾性層１１２及び１２２の熱伝導率は、カーボンブラック等の吸収剤の添加量を変えることにより適宜な値に設定できる。

加圧ローラ１２は、画像形成装置本体が通常運転の状態にある時には加熱ローラ１１に図示しないばね部材等により圧接されているが、画像形成装置本体が電源をオフされているときや長時間未使用の状態にあるときには、図示しないモータやカム機構等を用いた公知の手段により、加熱ローラ１１との圧接が解除される。この解除により、加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２の永久変形が防止されている。

図３は、圧接する加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間に記録材Ｐが進入した状態を示す模式的断面図である。加熱ローラ１１の弾性層１１２の硬度は、加圧ローラ１２の弾性層１２２の硬度より低く設定してあり、図３に示すように、加熱ローラ１１の弾性層１１２が凹状に変形するため、記録材Ｐの先端が加熱ローラ１１から離れ易くなる。弾性層１１２及び１２２の硬度は、無機フィラー等の充填剤や加硫剤の添加量を変えることにより適宜な値に設定できる。

図４は、本発明に係る定着装置の第２の実施の形態の構成について説明するための概略断面図である。

図４において、第１の実施の形態と同一の構成を有する部材については同一の符番を付しており、構成及び動作についての説明は省略する。第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、加圧ローラ１２の芯金１２１の内部にハロゲンランプ等の熱源１２４を有する点である。

第２の実施の形態の定着装置１０において、第１の実施の形態と同様に、熱源１３２が加熱点灯されるが、加圧ローラ１２の内部の熱源１２４も加熱点灯される。熱源１２４から供給された熱は、加熱ローラ１１の芯金１１１よりも熱伝導率を高く設定された加圧ローラ１２の芯金１２１を経由して、加圧ローラ１２の弾性層１２２に供給される。加圧ローラ１２の弾性層１２２の熱伝導率は加熱ローラ１１の弾性層１１２より高く設定してあるため、熱源１２４から供給された熱は弾性層１２２を速やかに通過して加圧ローラ１２のフッ素樹脂層１２３を加熱し、進入してくる記録材Ｐの下面を加熱する。一方、熱源１３２から供給された熱は、ローラ部材１３１を介して加熱ローラ１１のフッ素樹脂層１１３に到達し、フッ素樹脂層１１３を介して記録材Ｐの上面を加熱する。記録材Ｐが加熱ローラ１１及び加圧ローラ１２の圧接位置に到達する以前及び圧接位置を通過した後では、加熱ローラ１１と加圧ローラ１２とが直接圧接し、加熱ローラ１２のフッ素樹脂層１１３は、外部加熱ローラ１３のローラ部材１３１と加圧ローラ１２のフッ素樹脂層１２３の双方から熱を受けることになるが、加熱ローラ１１の弾性層１１２の熱伝導率が低いため、弾性層１１２から芯金１１１へ流出する熱は少ない。

以下に、本発明の実施例について記載する。

１．図２に示した定着装置内における記録材Ｐの線速度：２２０ｍｍ／ｓ、定着圧７００Ｎ
２．加熱ローラ：外径６５ｍｍ、硬度７８（アスカーＣ）
（１）弾性層：シリコンゴム、厚さ１．５ｍｍ、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、硬度２５Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）
（２）芯金：鉄パイプ、厚さ３．０ｍｍ、熱伝導率４５Ｗ／ｍ・Ｋ
（３）フッ素系樹脂層：ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）、厚さ３０μｍ
（４）中間層：厚さ３０μｍ
（５）温度検知センサ：中央部には非接触（放射型）センサ、端部には接触型センサ（サーミスタ）を設置
３．加圧ローラ：外径５５ｍｍ、硬度８３（アスカーＣ）
（１）弾性層：酸化チタン粒子フィラー含有シリコンゴム、厚さ１．０ｍｍ、熱伝導率０．４Ｗ／ｍ・Ｋ、硬度４５Ｈｓ（ＪＩＳ、Ａゴム硬度）
（２）芯金：アルミニウム合金製パイプ、厚さ７．５ｍｍ、熱伝導率２２０Ｗ／ｍ・Ｋ
（３）フッ素系樹脂層：ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）、厚さ３０μｍ
（４）中間層：厚さ３０μｍ
（５）温度検知センサ：中央部には非接触（放射型）センサ、端部には接触型センサ（サーミスタ）を設置
４．外部加熱ローラ：外径５０ｍｍ、加熱ローラへの圧接力：１５Ｎ／ｃｍ
（１）芯金：アルミニウム製パイプ、厚さ１．０ｍｍ
（２）ヒータ：ハロゲンヒータ２本を芯金内に内蔵
（３）フッ素系樹脂層：ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ、厚さ３０ｍｍ
本発明者が上記実施例により実験を行った結果、記録材上に搭載されたトナー像の定着後の画像の光沢が一定で、長時間の連続運転後においても、弾性層であるシリコンゴムの熱による劣化や芯金からの剥がれが無い、良い結果を得ている。

本発明に係る定着装置を備えた画像形成装置の実施の形態を示す概略の構成図である。 本発明に係る定着装置の第１の実施の形態の構成について説明するための概略断面図である。 圧接する加熱ローラ１１と加圧ローラ１２との間に記録材Ｐが進入した状態を示す模式的断面図である。 本発明に係る定着装置の第２の実施の形態の構成について説明するための概略断面図である。

符号の説明

１０ 定着装置
１１ 加熱ローラ
１１１ 芯金
１１２ 弾性層
１１３ フッ素樹脂層
１２ 加圧ローラ
１２１ 芯金
１２２ 弾性層
１２３ フッ素樹脂層
１２４ 熱源
１３ 外部加熱ローラ
１３１ ローラ部材
１３２ 熱源
Ｐ 記録材

Claims (9)

1. 芯金の表面に弾性層を形成し、内部に熱源を有していない加熱ローラと、当該加熱ローラに圧接する加圧ローラとを備え、トナー像を担持した記録材を前記加熱ローラと前記加圧ローラとによる加熱及び圧接により定着する定着装置において、
   内部に熱源を有し前記加熱ローラの外周表面に圧接するように配設された外部加熱ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
2. 前記加圧ローラは前記記録材の非通紙時に前記加熱ローラに対し圧接を解除しうるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層の硬度は前記加圧ローラの弾性層の硬度より低いことを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記外部加熱ローラの外周を構成するローラ部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層は前記加圧ローラの弾性層より熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの弾性層の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、前記加圧ローラの弾性層の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加圧ローラの芯金の内部に熱源を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着装置。
8. 前記加圧ローラは芯金上に弾性層を形成した構成からなり、前記加熱ローラの芯金は前記加圧ローラの芯金より熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の定着装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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