JP2007212614A - 定着装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計上の自由度を大きくし、状況に応じた最適の仕様を選択するのに役立つようにする。
【解決手段】加熱部材がハロゲンヒータ３３の内装された加熱ローラ３０と、加熱ローラ３０と対向配置された対向部材としての定着ローラ４０と、加熱ローラ３０および定着ローラ４０に張設された定着ベルト５０とから構成され、加圧部材は、対向部材に対向配置された加圧ローラ６０によって構成され、ニップ部Ｎにおける定着ローラ４０の発泡筒体４２には、用紙Ｐの移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層４３が設けられ、発泡筒体４２は、内部に連続気泡が形成されてなる発泡体によって形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置において転写材に転写されたトナー像を当該転写材へ定着させるべく所定の定着処理を施すように構成された定着装置およびこの定着装置を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、特許文献１に記載されているような定着装置が知られている。この定着装置は、画像形成装置における画像形成部の直下流側に設けられ、画像形成部で用紙（転写材）に転写されたトナー像を当該用紙に対し加熱により定着させる、いわゆる定着処理を施すようになされている。かかる定着装置は、内部に熱源を備えた加熱ローラと、この加熱ローラに対向配置された定着ローラと、これら定着ローラおよび加熱ローラ間に張設された定着ベルトとを備えているとともに、当該定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧当接された加圧ローラが設けられている。

そして、軸心回りに回転している加圧ローラと、加熱ローラおよび定着ローラ間で周回している定着ベルトとの間に形成されたニップ部に向けて転写処理済みの用紙を供給することにより、ニップ部を通過する用紙に対し定着ベルトから熱を供給することによってトナーを溶融させ、溶融トナーの用紙表面への固着によって定着処理が施されるようになっている。

前記定着ベルトは、薄いニッケル製の芯材の表面側にシリコンゴム製の剥離層が積層されることにより形成され、これによって定着処理後の転写材を定着ベルトから良好に剥離し得るようになされている。また、前記定着ローラは、表層がスポンジ状の断熱材によって形成され、このスポンジ状の断熱材のニップ部における弾性変形でニップ部下流直後位置に小円弧形成部が形成されるようにし、これによる定着ベルトの膨出で定着処理後の用紙の定着ベルトからの剥離性がさらに良好になるようになされている。

ところで、定着ローラの表層が、独立気泡によってスポンジ状になっている場合には、定着ローラが定着ベルトからの伝熱により加熱されることにより独立気泡が膨張して破泡することがあり、かかる破泡が各独立気泡に広がると、定着ローラの表層は減容変形してしまうため、この減容変形が定着ベルトを介してニップ部に影響を与え、用紙に対して均一かつ適正なニップが行われなくなる。そして、用紙が適正にニップされなくなくなると、用紙に対する定着ベルトからの伝熱状態にバラツキが生じ、これによって用紙に対し均一な定着処理を施すことができなくなり、画像不良が生じる等の不都合が起こる。

かかる不都合を解消するものとして、特許文献２には、円筒状芯材の外周に連続気泡を有するスポンジ状のシリコンゴムを同心で積層してなる定着処理用の加圧ローラが記載されている。使用されるスポンジ状シリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに水と所定の添加剤と触媒とを混入し、加熱することによる水の蒸発で連続気泡を形成させることによって得られる、いわゆる水発泡シリコンゴムである。

また、特許文献３にも、円筒状芯金の外周に連続気泡を有するスポンジ状シリコンゴムを同心で積層してなる定着処理用の加圧ローラが記載されている。但し、特許文献３のスポンジ状シリコンゴムは、液状シリコンゴム原料にマイクロバルーン（直径が１〜５０μｍの熱可塑性樹脂製の外殻内に揮発性物質を密封した微小中空球体。マイクロカプセルともいう。）と所定の添加剤とを混入し、加熱することによるマイクロバルーン内の揮発性物質の揮発で外殻を破壊させることによって得られる連続気泡を備えた、いわゆるマイクロバルーンシリコンゴムが使用されている。

そして、特許文献２および３のスポンジ状シリコンゴムは、いずれも連続気泡を備えているため、定着処理中の加熱で加圧ローラが昇温することにより連続気泡中の空気が膨張しても外部に導出され、従って、気泡が破裂して加圧ローラが変形するような不都合は生じない。
特開平１１−２８２２９３号公報 特開２００４−７０１５９号公報 特開２００２−７０８３８号公報

しかしながら、特許文献２および３に記載の定着装置にあっては、定着ローラに対向配置された加圧ローラ側にのみ連続気泡を備えたスポンジ状シリコンゴムが採用されているが、熱変形を起こさない優れた特性を有する連続気泡を備えたスポンジ状シリコンゴムを加圧ローラにのみ適用していたのでは適用範囲が狭く、定着装置の設計上の自由度を小さくしてしまうという問題点が存在した。

そこで、本発明は、加圧ローラ以外の部材に連続気泡を備えたスポンジ状シリコンゴムを適用可能とし、これにより定着処理におけるスポンジ状シリコンゴムの適用範囲の拡大を図ることを可能として設計上の自由度を大きくし、状況に応じた最適の仕様を選択するのに役立つ定着装置およびこれを備えた画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明（定着装置）は、トナー像が転写された転写材に対して定着処理を施す定着装置であって、所定の加熱部材および加圧部材により形成されトナー像が転写された転写材が通過されるニップ部と、該ニップ部において前記転写材の移動方向で所定のニップ長を確保させるための弾性層とを有し、前記弾性層は、内部に連続気泡が形成されてなる発泡体によって形成されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、トナー像が転写された転写材を、加熱部材と加圧部材との間のニップ部を通過させることにより、転写材上のトナー像を構成するトナーが加熱されて溶融し、転写材の表面に固着することで転写材へのトナー像の定着処理が行われる。

そして、ニップ部には、転写材の移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層が設けられているため、転写材上のトナーは、ニップ部を通過するに際して熱源からの熱を必要かつ十分に受け、これによってトナー像の転写材への確実な定着処理が実現する。

しかも、弾性層は、内部に連続気泡が形成されてなる発泡体によって形成されているため、弾性層が加熱されることによりその構成要素である発泡体が有する連続気泡内の空気が加熱されて膨張しても、膨張した空気は連続気泡内から外部に通じる通路を通って放出され、気泡が膨張した加熱空気によって破壊される、いわゆる破泡が生じることはない。従って、破泡に起因した弾性層の変形が生じることがないため、弾性層の変形に起因した定着処理後のトナー像の画像不良が確実に防止される。

そして、加熱による定着処理に寄与する連続気泡を備えた部材を、転写材の移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層としたため、従来のように連続気泡を備えた部材が加圧ローラのみであった場合に比較し、弾性層として各種の部材を設定することが可能となり、定着装置を設計する際の自由度が向上する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記加熱部材は、熱源が内装された加熱ローラと、加熱ローラと対向配置された対向部材と、前記加熱ローラおよび対向部材に張設された定着ベルトとから構成され、前記加圧部材は、前記対向部材に対向配置された加圧ローラにて構成され、前記ニップ部は、前記加圧ローラと前記対向部材により支持された定着ベルトとの間に形成されてなり、前記対向部材が、前記発泡体からなる前記弾性層を具備していることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、定着ベルトを熱源からの熱により加熱された軸心回りに回転している加熱ローラと、この加熱ローラと対向配置された対向部材との間で定着ベルトを周回させた状態で、当該定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部へ向けてトナー像が転写された転写材を送り込むことにより、転写材は、ニップ部で高温の定着ベルトと加圧ローラとにより押圧挟持された状態で定着ベルトからの熱を得てトナー像の転写材に対する定着処理が施される。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記対向部材は、前記定着ベルトが掛け回される軸心回りに回転可能な定着ローラであることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、定着ローラが軸心回りに回転することにより当該定着ローラに掛け回された定着ベルトは加熱ローラとの間で円滑に周回する。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記対向部材は、前記定着ベルトが掛け回される非回転の定着パッドであることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、定着ベルトが掛け回される定着パッドは非回転のものであるため、回転する場合には必要な軸や軸受け部材等が不要になり、その分装置コストの低減化に貢献する。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記加熱部材は、熱源が内装された加熱定着ローラであり、前記加圧部材は、前記加熱定着ローラに対向配置された加圧パッドにより押圧支持された無端の加圧ベルトであって、前記ニップ部は、前記加熱定着ローラと前記加圧パッドにより支持された加圧ベルトとの間に形成されてなり、前記加圧パッドが、前記発泡体からなる前記弾性層を具備していることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、熱源からの熱により加熱された軸心回りに回転している加熱定着ローラと、この加熱定着ローラと対向配置され、かつ、加圧パッドにより加熱定着ローラに向けて加圧された加圧ベルトとの間のニップ部へ向けてトナー像が転写された転写材を送り込むことにより、転写材は、ニップ部で高温の加熱定着ローラと加圧ベルトとによって押圧挟持された状態で加熱定着ローラからの熱を得てトナー像の転写材に対する定着処理が施される。

そして、加圧ベルトは、加熱定着ローラと対向した部分が加圧パッドによって当該加熱定着ローラに向けて押圧されている以外はローラ等によって支持されておらず、加熱定着ローラに従動して周回するようになされているため、部品点数が少なく、その分装置コストの低減化に貢献する。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記発泡体は、シリコンゴムを製造する原料中に混入された水に対し蒸発処理を施すことで連続気泡を形成させてなる水発泡シリコンゴムであることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、連続気泡を有する水発泡シリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに水と所定の添加剤と触媒とを混入し、最高でも２００℃前後で加熱処理することによって容易に得られるため、発泡体が容易かつ安価に製造される。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記発泡体は、シリコンゴムを製造する原料中に混入された合成樹脂製の微小中空体に対し破泡処理を施すことで連続気泡を形成させてなるマイクロバルーンシリコンゴムであることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、連続気泡を有するマクロバルーンシリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに、内部に揮発性物質を密封した微小中空球体と所定の添加剤とを混入し、最高でも３００℃前後で加熱処理することによって容易に得られるため、発泡体が容易かつ安価に製造される。

請求項８記載の発明（画像形成装置）は、所定の画像情報に基づく画像形成処理によって形成されたトナー像を転写材上に転写し、このトナー像の転写された転写材を請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置に供給することにより当該転写材にトナー像の定着処理を施すように構成されていることを特徴とするものである。

かかる構成によれば、画像形成装置が請求項１乃至７のいずれかに記載の優れた性能を有する定着装置を備えたものになる。

請求項１記載の発明によれば、加熱による定着処理に寄与する連続気泡を備えた部材を、転写材の移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層としたため、従来のように連続気泡を備えた部材が加圧ローラのみであった場合に比較し、弾性層として各種の部材を設定することが可能となり、定着装置を設計する際の設計自由度を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、定着ベルトを熱源からの熱により加熱された軸心回りに回転している加熱ローラと、この加熱ローラと対向配置された対向部材との間で定着ベルトを周回させた状態で、定着ベルトと加圧ローラとの間に形成されたニップ部へ向けてトナー像が転写された転写材を送り込むことにより、転写材は、ニップ部で高温の定着ベルトと加圧ローラとにより押圧挟持された状態で定着ベルトからの熱を得るため、これによってトナー像の転写材に対する定着処理を施すことができる。

請求項３記載の発明によれば、対向部材として定着ベルトが掛け回される軸心回りに回転可能な定着ローラが採用されているため、定着ローラが軸心回りに回転することにより当該定着ローラに掛け回された定着ベルトを加熱ローラとの間で円滑に周回させることができる。

請求項４記載の発明によれば、対向部材は、定着ベルトが掛け回される非回転の定着パッドが採用されているため、回転する場合には必要な軸や軸受け部材等が不要になり、その分装置コストの低減化に貢献することができる。

請求項５記載の発明によれば、加圧ベルトは、加熱定着ローラと対向した部分が加圧パッドによって当該加熱定着ローラに向けて押圧されている以外はローラ等によって支持されておらず、加熱定着ローラに従動して周回するようになされているため、部品点数が少なく、その分装置コストの低減化に貢献することができる。

請求項６記載の発明によれば、発泡体としてシリコンゴムを製造する原料中に混入された水に対し蒸発処理を施すことで連続気泡を形成させてなる水発泡シリコンゴムが採用されているため、連続気泡を有する水発泡シリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに水と所定の添加剤と触媒とを混入し、最高でも２００℃前後で加熱処理することによって容易に得られ、発泡体を容易かつ安価に製造することができる。

請求項７記載発明によれば、発泡体としてシリコンゴムを製造する原料中に混入された合成樹脂製の微小中空体に対し破泡処理を施すことで連続気泡を形成させてなるマイクロバルーンシリコンゴムが採用されているため、連続気泡を有するマクロバルーンシリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに、内部に揮発性物質を密封した微小中空球体と所定の添加剤とを混入し、最高でも３００℃前後で加熱処理することによって容易に得られ、発泡体を容易かつ安価に製造することができる。

請求項８記載の発明によれば、画像形成装置を請求項１乃至７のいずれかに記載の優れた性能を有する定着装置を備えたものにすることができる。

以下、本発明に係る定着装置および画像形成装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る定着装置が適用された画像形成装置の内部構成を概略的に示す断面視の説明図である。本発明に係る画像形成装置は、未定着トナー像を溶融定着することで画像形成を行う複写機、複合機、プリンタ或いはファクシミリ等が対象となる。本実施形態では、この画像形成装置としてプリンタ１を例に挙げて説明する。

プリンタ１は、プリンタ本体１０に内装された画像形成部２を有している。画像形成部２は、外部の機器から伝送されてきた画像情報に基づき画像形成して用紙（転写材）Ｐに当該画像の転写処理（印刷）を施すものであり、ドラム心回りに回転可能に構成された例えばアモルファスシリコン層が周面に積層されてなる像担持体としての感光体ドラム３と、この感光体ドラム３の周囲に配設された帯電部４、露光部５、現像部６およびクリーニング部７とを備えて構成されている。

帯電部４は、感光体ドラム３の表面を所定電位に均一に帯電させるものである。露光部５は所謂レーザ走査ユニット（レーザスキャナ）であり、所定の画像データ記憶部から伝送されてきた画像データに基づき生成されたレーザービームを感光体ドラム３の表面に照射し、感光体ドラム３上に静電潜像を形成するものである。現像部６は、トナー（現像剤）を収納するトナーカートリッジ６０１、および現像ローラ６０３等を備えた現像ユニット６２から構成され、感光体ドラム３に形成された静電潜像に対して、トナーカートリッジ６０１から供給されるトナーを付着させることで、トナー像として静電潜像を顕在化させるものである。クリーニング部７は、後述の転写部９によるトナー転写が終了した後、感光体ドラム３の表面に残留しているトナーを清掃するものである。

また、プリンタ１は、画像形成部２（感光体ドラム３）へ向けて給紙を行う給紙部８と、感光体ドラム３上のトナー像を用紙Ｐに転写する転写部９と、用紙Ｐに転写されたトナー像に対し定着処理を施す定着部１１を備えている。

前記給紙部８は、複数枚の用紙Ｐからなる用紙束を収納可能な給紙カセット８０１と、収納されている用紙束から用紙Ｐを１枚ずつ取り出すためのピックアップローラ８０２と、用紙Ｐが搬送される経路である搬送路８０３と、搬送路８０３中の用紙Ｐの搬送を行う搬送ローラ８０４とを備え、給紙カセット８０１から１枚ずつ繰り出された用紙Ｐを後述の転写ローラ９０１と感光体ドラム３とのニップ部へ向けて搬送する。なお、給紙部８はトナー像が転写された用紙Ｐを搬送路８０５を経て定着部１１へ搬送し、さらに、定着部１１で定着処理された用紙Ｐを、搬送ローラ８０６や排出ローラ８０７によってプリンタ本体１０上部に設けられた用紙排出トレイ１２まで搬送するようになっている。

前記転写部９は、転写ローラ９０１を備え、搬送されてきた用紙Ｐを介して該転写ローラ９０１を感光体ドラム３に押し付けた状態で、感光体ドラム３上に顕在化されたトナー像を、当該トナー像と逆極性の静電気によって感光体ドラム３から引き剥がし、用紙Ｐに転写させるものである。

前記定着部１１は、前記転写部９において感光体ドラム３周面のトナー像が転写された用紙Ｐに対しトナー像の定着処理を施すものであり、搬送路８０５における転写部９より下流側（図１の左側）の適所に設けられている。かかる定着部１１は、外観視で直方体状を呈する定着装置２０を備えて構成されている。図２は、本発明に係る定着装置の第１実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。

図２に示すように、定着装置２０は、箱形の筐体２１内に加熱ローラ３０と、下部でこの加熱ローラ３０に対向配置された定着ローラ（対向部材）４０と、この定着ローラ４０および前記加熱ローラ３０間に張設された定着ベルト（加熱部材）５０と、この定着ベルト５０を介して前記定着ローラ４０に当接される加圧ローラ（加圧部材）６０とが装着されることによって構成されている。定着ベルト５０と加圧ローラ６０との間には、画像形成部２から送り込まれた用紙Ｐをニップしながら搬送するニップ部Ｎが形成されている。

因みに、第１実施形態においては、本発明に係る加熱部材は、加熱ローラ３０と定着ローラ４０と定着ベルト５０とによって構成されている。

前記加熱ローラ３０は、定着ベルト５０を介してニップ部Ｎを通過中の用紙Ｐへ熱を供給するためのものであり、円筒状を呈した薄肉（本実施形態においては０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ。なお、図面では厚み寸法を誇張して示している。）の加熱ローラ本体３１と、この加熱ローラ本体３１の周面に積層されたコーティング層３２と、前記加熱ローラ本体３１に内装された当該加熱ローラ本体３１と略同一長を有する熱源としてのハロゲンヒータ３３とを備えて構成されている。加熱ローラ本体３１は、薄肉に形成されていることにより、ハロゲンヒータ３３に通電されると速やかに昇温し、これによって運転初期にプリンタ１が迅速に立ち上がるようになされている。本実施形態においては、ハロゲンヒータ３３として１０００Ｗのものが採用されている。

かかる加熱ローラ本体３１は、良好な熱伝導で長手方向の温度分布が均一になるようにＡｌ（アルミニウム）やＦｅ（鉄）等の金属材料によって形成されている。

前記コーティング層３２は、定着ベルト５０との摺接で加熱ローラ３０の周面が損傷することを防止するためのものである。かかるコーティング層３２として本実施形態においてはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが採用されている。

定着ローラ４０は、ニップ部へ搬送されてきた、トナーＴが付与されている用紙Ｐに対し定着ベルト５０および加圧ローラ６０と協動して該トナーＴを用紙Ｐに定着させるものであり、図略の駆動モータの駆動により定着ローラ４０が駆動回転することで定着ベルト５０を周回可能に支持するようになっている。

かかる定着ローラ４０は、表面にメッキ処理が施されたＡｌやＦｅ等の金属材料からなる筒状または中実状の芯金４１（因みに図２に示す例では芯金４１が中実品によって形成されている。）と、この芯金４１の周面に同心で形成された発泡筒体４２とを備えて構成されている。前記発泡筒体４２は、本実施形態においては、その材料として多数の連続気泡が形成された水発泡シリコンゴムが採用されている。

前記水発泡シリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに水と所定の添加剤と触媒とを混入し、加熱することによる水の蒸発で連続気泡を形成させることによって製造される。具体的には、特許文献２に記載があるように、液状シリコーンベースポリマーの１００重量部に対して、吸水性ポリマーの０．１〜２０重量部、水の１０〜２００重量部、および例えば白金化合物等からなる硬化触媒の若干量が混合されてなる第１の組成物を調製する。同時に液状シリコーンベースポリマーの１００重量部、吸水性ポリマーの０．１〜２０重量部、水の１０〜２００重量部、および架橋剤としてのＳｉＨポリマーが混合されてなる第２の組成物を調製する。これら第１および第２の組成物の等量ずつを十分に攪拌して脱泡させることによって配合物を得る。

このようにして得られた前記配合物を所定の型に装填し、まず、シリコーンベースポリマーが実質的に硬化せず、かつ、水分が蒸発しない１００℃以下、好ましくは５０〜８０℃の温度条件で１０〜３０時間加熱し所定の形状に成型する。ついで、この成形物を１２０〜２５０℃、好ましくは１２０〜１８０℃で１〜５時間加熱して含まれている水を蒸発させる。この水分の蒸発時に、独立した各気泡が互いに連通し、かつ、外部に向けて開口した連続気泡が形成されてなる発泡体が得られる。そして、最後にこの発泡体を１８０〜３００℃、好ましくは２００℃〜２５０℃で２〜８時間加熱して硬化させることにより、水発泡シリコンゴムが形成される。

前記液状シリコンゴムベースポリマーは、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製の商品名「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ａ」および「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ｂ」、並びに東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製の商品面「ＤＹ３９−１１１９Ａ」および「ＤＹ３９−１１１９Ｂ」として市場で流通しており、容易に入手することができる。

また、吸水性ポリマーとしては、例えばアクリル酸あるいはメタアクリル酸のアルカリ金属塩の重合体、ポリアルキレングリキール、特にポリエチレングリコール類をグラフトしたアクリル酸ないしメタアクリル酸の重合体、ポリアルキレングリキール、特にポリエチレングリコール類をブレンドないしは共重合したポリエステルやポリアミド、Ｎ−ビニールカルボン酸アミド系の架橋重合体などを挙げることができる。

また、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および硬化触媒を添加して得られた前記第１の組成物としては、例えば、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製の「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ａ」を挙げることができ、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および架橋剤を添加して得られた前記第２の組成物として、例えば、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製の「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ｂ」を挙げることができ、これら第１および第２の組成物は市場で流通しているため、これらを入手して利用すれば水発泡シリコンゴムを容易に、かつ、効率的に製造することができる。

そして、本発明に係る定着ローラ４０は、その構成要素である発泡筒体４２に多数の連続気泡が形成された上記のような水発泡シリコンゴムが採用されているのである。

前記定着ベルト５０は、ハロゲンヒータ３３によって加熱された加熱ローラ３０の周面に掛け回され、その周面からの伝熱によって加熱されるものである。かかる定着ベルト５０は、この伝熱加熱により得られた熱を用紙Ｐ上のトナーＴに供給して溶融させ、トナーＴに定着処理を施すものであり、加熱ローラ３０および定着ローラ４０間に張設され、図略の駆動モータの駆動による定着ローラ４０の軸心回りの回転で加熱ローラ３０および定着ローラ４０間を周回するようになっている。

このような定着ベルト５０は、図２の円内の拡大図で示すように、薄く展伸されたＮｉ（ニッケル）あるいは耐熱性のポリイミド樹脂等からなる芯ベルト５１と、この芯ベルト５１の表面側に積層されたシリコンゴム層５２と、このシリコンゴム層５２にさらに積層されたコーティング層５３とからなっている。

前記芯ベルト５１は、Ｎｉ製の場合厚み寸法が３０μｍに設定される一方、ポリイミド樹脂製の場合、厚み寸法が９０μｍに設定される。また、前記シリコンゴム層５２は、厚み寸法が２００〜３００μｍに設定されている。しかしながら、本発明は、芯ベルト５１の厚み寸法が前記のように３０μｍあるいは９０μｍに設定され、また、シリコンゴム層５２の厚み寸法が２００〜３００μｍに設定されることに限定されるものではなく、状況に応じて適宜最適の厚み寸法が設定される。

前記コーティング層５３は、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂がシリコンゴム層５２の表面にコーティング処理されたり、あるいはシリコンゴム層５２にこれらのフッ素樹脂からなるチューブが被せられたりすることによって形成されている。定着ベルト５０は、かかるコーティング層５３の存在で剥離性が良好になり、定着処理済みの用紙Ｐが剥がれやすくなる。

前記加圧ローラ６０は、周面が定着ベルト５０に押圧当接した状態で前記定着ローラ４０に対向配置され、定着ベルト５０との間に、定着ローラ４０の水発泡シリコンゴムからなる発泡筒体４２が弾性変形することによる弾性力で用紙Ｐを押圧挟持するニップ部Ｎを形成し、これによって用紙Ｐに付与されたトナーに定着処理を施し得るようにするものである。

かかる加圧ローラ６０は、ＡｌやＦｅ等のメッキを施してなるパイプ状の芯金６１と、この芯金６１に外嵌されたソリッドの（すなわち、発泡体ではない）シリコンゴム等からなる弾性筒体６２と、この弾性筒体６２の外周面にコーティング処理が施されることによって形成された、積層されたＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂からなるコーティング層６３と、前記筒状の芯金６１内に設けられたハロゲンヒータ６４とを備えて構成されている。なお、前記コーティング層６３については、弾性筒体６２にフッ素樹脂製のチューブを被せることで形成してもよい。

パイプ状の芯金６１内には、前記加熱ローラ３０の場合と同様にハロゲンヒータ６４が設けられている。このハロゲンヒータ６４により、ニップ部Ｎに位置した用紙Ｐは、その裏面側が補助的に加熱処理され、これによって効率的な定着処理が実現するようになっている。本実施形態においては、加圧ローラ６０に採用されるハロゲンヒータ６４は、加熱ローラ３０に採用されるハロゲンヒータ３３よりワット数が小さい６００Ｗのものが採用されている。

そして、本発明においては、ニップ部Ｎにおいて用紙Ｐの搬送方向で用紙Ｐ上のトナーに対し必要かつ十分な定着処理を施すことができる有効ニップ長を確保するための弾性層４３が定着ローラ４０側に形成されている。この弾性層４３の有効ニップ長は、用紙Ｐの搬送速度（すなわち定着ベルト５０の周回速度）と、定着ベルト５０の温度と、トナーＴの用紙Ｐに対する定着状態との間の関係を、種々の確認試験を実施することにより導き出し、この導出された関係から弾性層４３の有効ニップ長を設定している。

そして、導き出された有効ニップ長が確保されるように、加熱ローラ３０，定着ローラ４０および加圧ローラ６０の相対的な位置関係および定着ベルト５０の長さを設定するようにしている。一旦、弾性層４３の有効ニップ長が設定されると、定着ローラ４０の発泡筒体４２は、多数の連続気泡を有する水発泡シリコンゴムで形成されているため、たとえ定着ローラ４０が加熱され、これによって気泡中の空気が膨張しても、気泡が連続気泡であることから膨張した空気は発泡筒体４２から外部に排出される。

従って、気泡内で膨張した空気によって弾性層４３が膨張変形したり、膨張した空気により気泡が破壊したりすることで弾性層４３が圧縮変形したりすることがなく、弾性層４３は、常に同一形状が確保されるため、弾性層４３の変形で有効ニップ長が確保し得なくなるような不都合が生じないようになされている。

図３は、本発明に係る定着装置の第２実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。図３に示すように、第２実施形態の定着装置２０′にあっては、本発明に係る対向部材として、第１実施形態の定着ローラ４０に代えて定着パッド（対向部材）４４が採用されている。この定着パッド４４は、第１実施形態の発泡筒体４２と同一の材料によって非回転の半円形に形成され、筐体２１に固定されている。かかる定着パッド４４は、定着ベルト５０を介して加圧ローラ６０に押圧当接されることによって下部が側面視で円弧状に弾性変形して凹没した弾性層４３が形成されている。

かかる第２実施形態の定着装置２０′において、定着パッド４４以外の構成は、加熱ローラ３０側が駆動回転されることを除いて第１実施形態のものと同様である。

第２実施形態の定着装置２０′によれば、加熱ローラ３０が駆動回転されることにより、加熱ローラ３０および定着パッド４４間に張設された定着ベルト５０は、加熱ローラ３０および定着パッド４４間を周回し、加圧ローラ６０と当接している部分に形成されたニップ部Ｎにおいて用紙Ｐ上のトナーＴに定着処理を施すことになる。

そして、第２実施形態においても、有効ニップ長を確保するべく定着パッド４４の設置位置を適正に設定することにより、用紙Ｐ上のトナーＴに対して適正な定着処理を施すことができる。

図４は、本発明に係る定着装置の第３実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。図４に示すように、第３実施形態の定着装置２０″は、定着ベルト５０が採用されていない点が先の実施形態と顕著に相違している。すなわち、第３実施形態の定着装置２０″は、先の実施形態の加熱ローラ３０と同様に構成された加熱定着ローラ３０′と、この加熱定着ローラ３０′の下部で当該加熱定着ローラ３０′と対向配置された加圧ベルト７０と、この加圧ベルト７０を介して前記加熱定着ローラ３０′と対向配置された加圧パッド８０とを備えて構成されている。

前記加圧ベルト７０は、加熱定着ローラ３０′と加圧パッド８０とに挟持された状態で、加熱定着ローラ３０′の駆動回転に従動して周回し、これによってニップ部Ｎに位置した用紙Ｐを円滑に搬送するためのものであり、上部が加圧パッド８０によって支持されている以外はフリーとされている。かかる加圧ベルト７０は、図４の円内の拡大図で示すように、定着ベルト５０の芯ベルト５１と同一の材料で形成された芯ベルト７１と、この芯ベルト７１の表面側に積層されたシリコンゴム層７２と、このシリコンゴム層７２にさらに積層されたコーティング層７３とからなっている。

また、前記芯ベルト７１の材質および寸法的な要素は、前記定着ベルト５０の芯ベルト５１のそれらと同様に設定されている。また、シリコンゴム層７２およびコーティング層７３の材質については、定着ベルト５０のシリコンゴム層５２およびコーティング層５３のそれと同様である。

前記加圧パッド８０は、前記と同様の水発泡シリコンゴムによって形成されている。かかる加圧パッド８０は、加熱定着ローラ３０′の軸心方向に長尺の直方体状に形状設定され、加圧ベルト７０を介して加熱定着ローラ３０′の周面に押し付けられることによって上面が下に凹に凹没している。この凹没した部分に弾性層８１が形成されている。そして、加熱定着ローラ３０′の周面と加圧ベルト７０の表面との当接位置に用紙Ｐを押圧挟持するニップ部Ｎが形成されている。

第３実施形態の定着装置２０″によれば、加熱定着ローラ３０′を駆動回転することにより、ニップ部Ｎにおいて加熱定着ローラ３０′の周面と当接している加圧ベルト７０が周回するため、この状態で用紙Ｐをニップ部Ｎに給紙すると、用紙Ｐは、加圧パッド８０の弾性力でこれら加熱定着ローラ３０′と加圧パッド８０とに押圧挟持されつつ搬送され、この搬送中に加熱定着ローラ３０′からの熱を得てトナーＴの用紙Ｐに対する定着処理が施されることになる。

そして、第３実施形態においても、加圧パッド８０が連続気泡を有する水発泡シリコンゴムによって形成されているため、加圧パッド８０が加熱されることによって立体形状が変化することはなく、用紙ＰのトナーＴに対して安定した状態で定着処理を施すことができる。

以上詳述したように、本発明に係る第１実施形態の定着装置２０は、加熱部材がハロゲンヒータ３３の内装された加熱ローラ３０と、加熱ローラ３０と対向配置された対向部材としての定着ローラ４０と、加熱ローラ３０および定着ローラ４０に張設された定着ベルト５０とから構成され、加圧部材は、対向部材に対向配置された加圧ローラ６０によって構成されているため、トナー像が転写された用紙Ｐを、加圧ローラ６０と定着ベルト５０を介して定着ローラ４０との間に形成されニップ部Ｎに供給し当該ニップ部Ｎを通過させることにより、用紙Ｐ上のトナー像を構成するトナーが定着ベルト５０からの熱で加熱されて溶融し、用紙Ｐの表面に固着することで用紙Ｐへのトナー像の定着処理が行われる。

そして、ニップ部Ｎにおける定着ローラ４０の発泡筒体４２には、用紙Ｐの移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層４３が設けられているため、用紙Ｐ上のトナーは、ニップ部Ｎを通過するに際してハロゲンヒータ３３からの熱を必要かつ十分に受け、これによってトナー像の用紙Ｐへの確実な定着処理が実現する。

しかも、弾性層４３を構成する定着ローラ４０の発泡筒体４２は、内部に連続気泡が形成されてなる発泡体によって形成されているため、弾性層４３が加熱されることによりその構成要素である発泡体が有する連続気泡内の空気が加熱されて膨張しても、膨張した空気は連続気泡内から外部に通じる通路を通って放出され、気泡が膨張した加熱空気によって破壊される、いわゆる破泡が生じることはない。従って、破泡に起因した弾性層４３の変形が生じることがないため、弾性層４３の変形に起因した定着処理後のトナー像の画像不良が確実に防止される。

そして、加熱による定着処理に寄与する連続気泡を備えた部材を、用紙Ｐの移動方向で所定のニップ長を確保するための弾性層４３としたため、従来のように連続気泡を備えた部材が加圧ローラのみであった場合に比較し、弾性層４３として各種の部材を設定することが可能となり、定着装置を設計する際の設計自由度を向上させることができる。

また、第１実施形態においては、本発明に係る対向部材として定着ベルト５０が掛け回される軸心回りに回転可能な定着ローラ４０が採用されているため、定着ローラ４０が軸心回りに回転することにより当該定着ローラ４０に掛け回された定着ベルト５０を加熱ローラ３０との間で円滑に周回させることができる。

上記第２実施形態に係る定着装置２０′によれば、本発明にかかる対向部材として定着ベルト５０が掛け回される非回転の定着パッド４４が採用されているため、回転する場合には必要な軸や軸受け部材等が不要になり、その分装置コストの低減化に貢献することができる。

上記第３実施形態に係る定着装置２０″によれば、本発明に係る加熱部材としてハロゲンヒータ３３が内装された加熱定着ローラ３０′が採用され、加圧部材として加熱定着ローラ３０′に対向配置され、かつ、当該加熱定着ローラ３０′との間でニップ部Ｎを形成する無端の加圧ベルト７０が採用され、弾性層８１は、加圧ベルト７０を加熱定着ローラ３０′に向けて押圧支持する水発泡シリコンゴム製の加圧パッド８０により形成されている。

かかる構成によれば、ハロゲンヒータ３３からの熱により加熱された軸心回りに回転している加熱定着ローラ３０′と、この加熱定着ローラ３０′と対向配置され、かつ、加圧パッド８０により加熱定着ローラ３０′に向けて加圧された加圧ベルト７０との間のニップ部Ｎへ向けてトナー像が転写された用紙Ｐを送り込むことにより、用紙Ｐは、ニップ部Ｎで高温の加熱定着ローラ３０′と加圧ベルト７０とによって押圧挟持された状態で加熱定着ローラ３０′からの熱を得てトナー像の用紙Ｐに対する定着処理が施される。

そして、加圧ベルト７０は、加熱定着ローラ３０′と対向した部分が加圧パッド８０によって当該加熱定着ローラ３０′に向けて押圧されている以外はローラ等によって支持されておらず、加熱定着ローラ３０′に従動して周回するようになされているため、部品点数が少なく、その分装置コストの低減化に貢献することができる。

そして、上記の各実施形態においては、定着ローラ４０、定着パッド４４および加圧パッド８０を構成する構成要素としての発泡体は、シリコンゴムを製造する原料中に混入された水に対し蒸発処理を施すことで連続気泡を形成させてなる水発泡シリコンゴムが採用されているため、連続気泡を有する水発泡シリコンゴムは、液状シリコンゴムベースポリマーに水と所定の添加剤と触媒とを混入し、最高でも２００℃前後で加熱処理することによって容易に得られ、発泡体を容易かつ安価に製造することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。

（１）上記の実施形態においては、本発明に係る定着装置２０が画像形成装置の一種であるプリンタ１に適用されているが、本発明は、画像形成装置がプリンタ１であることに限定されるものではなく、複写機やファクシミリ装置等であってもよい。

（２）上記の第１実施形態においては、定着ベルト５０が張設されるローラとして互いに対向した一対のローラ（加熱ローラ３０と定着ローラ４０）が採用されているが、本発明は、ローラが一対であることに限定されるものではなく、定着ベルト５０が３つ以上のローラに張設されていてもよい。

（３）上記の実施形態においては、加熱ローラ３０を加熱する通電発熱体としてハロゲンヒータ３３が採用されているが、本発明は、通電発熱体がハロゲンヒータ３３であることに限定されるものではなく、ニクロム線などの他の種類の通電発熱体であってもよい。

（４）上記の第１および第２実施形態においては、加圧ローラ６０のパイプ状の芯金６１内にハロゲンヒータ６４が設けられているが、本発明は、加圧ローラ６０にハロゲンヒータ６４を設けることに限定されるものではなく、加熱ローラ３０のハロゲンヒータ３３によって必要かつ十分な熱量が確保されるのであれば、特に加圧ローラ６０にハロゲンヒータ６４を設けなくてもよい。

（５）上記の実施形態においては、定着ローラ４０の発泡筒体４２、定着パッド４４および加圧パッド８０を構成する発泡他の材料として水発泡シリコンゴムが採用されているが、本発明は、これらの発泡対が水発泡シリコンゴムであることに限定されるものではなく、発泡体としてシリコンゴムを製造する原料中に混入された合成樹脂製の微小中空体（マイクロカプセル）に対し破泡処理を施すことで連続気泡を形成させてなる、いわゆるマイクロバルーンシリコンゴムを採用してもよい。

マイクロカプセルは、直径が５〜３０μｍの熱可塑性合成樹脂からなる外殻中に揮発性の溶剤を内包させたものである。前記熱可塑性合成樹脂としては、エチレン、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、ブタジエン、クロロプレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等を挙げることができる。また、揮発性の溶剤としては、ブタン、イソブタン等の炭化水素を挙げることができる。

因みに、市販されているマイクロカプセルとしては、例えば、エクスパンセル社製の商品名「ＷＵ＃６４２」や松本樹脂製薬社製の商品名「マツモトマイクロスフェア−Ｆ−３０Ｄ」等を挙げることができ、これらは市場で流通しているため、容易に入手することができる。

かかるマイクロカプセルを液状シリコンゴムベースポリマーに混入し、所定の処理を施しつつ最高でも３００℃前後で加熱処理することによってマイクロカプセル中の揮発性物質が揮発して外殻を破り、外部に漏れ出ることで連続気泡が形成されたマクロバルーンシリコンゴムが製造される。

本発明に係る定着装置が適用された画像形成装置の内部構成を概略的に示す断面視の説明図である。 本発明に係る定着装置の第１実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。 本発明に係る定着装置の第２実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。 本発明に係る定着装置の第３実施形態を説明するために側面断面視で模式的に示した説明図である。

符号の説明

１ プリンタ（画像形成装置）
２ 画像形成部 ３ 感光体ドラム
４ 帯電部 ５ 露光部
６ 現像部 ６０１ トナーカートリッジ
６０２ 現像ユニット ６０３ 現像ローラ
７ クリーニング部 ８ 給紙部
８０１ 給紙カセット ８０２ ピックアップローラ
８０３ 搬送路 ８０４ 搬送ローラ
８０５ 搬送路 ８０６ 搬送ローラ
８０７ 排出ローラ ９ 転写部
９０１ 転写ローラ １０ プリンタ本体
１１ 定着部 １２ 用紙排出トレイ
２０，２０′，２０″ 定着装置
２１ 筐体 ３０ 加熱ローラ（加熱部材）
３０′ 加熱定着ローラ（加熱部材）
３１ 加熱ローラ本体 ３２ コーティング層
３３ ハロゲンヒータ ４０ 定着ローラ（加熱部材、対向部材）
４１ 芯金 ４２ 発泡筒体
４３ 弾性層 ４４ 定着パッド（加熱部材、対向部材）
５０ 定着ベルト（加熱部材）
５１ 芯ベルト ５２ シリコンゴム層
５３ コーティング層 ６０ 加圧ローラ（加圧部材）
６１ 芯金 ６２ 弾性筒体
６３ コーティング層 ６４ ハロゲンヒータ
７０ 加圧ベルト（加圧部材）
７１ 芯ベルト ７２ シリコンゴム層
７３ コーティング層 ８０ 加圧パッド
８１ 弾性層 Ｎ ニップ部
Ｐ 用紙（転写材） Ｔ トナー

Claims (8)

1. トナー像が転写された転写材に対して定着処理を施す定着装置であって、
   所定の加熱部材および加圧部材により形成されトナー像が転写された転写材が通過されるニップ部と、該ニップ部において前記転写材の移動方向で所定のニップ長を確保させるための弾性層とを有し、
   前記弾性層は、内部に連続気泡が形成されてなる発泡体によって形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱部材は、熱源が内装された加熱ローラと、加熱ローラと対向配置された対向部材と、前記加熱ローラおよび対向部材に張設された定着ベルトとから構成され、
   前記加圧部材は、前記対向部材に対向配置された加圧ローラにて構成され、
   前記ニップ部は、前記加圧ローラと前記対向部材により支持された定着ベルトとの間に形成されてなり、
   前記対向部材が、前記発泡体からなる前記弾性層を具備していることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
3. 前記対向部材は、前記定着ベルトが掛け回される軸心回りに回転可能な定着ローラであることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
4. 前記対向部材は、前記定着ベルトが掛け回される非回転の定着パッドであることを特徴とする請求項２記載の定着装置。
5. 前記加熱部材は、熱源が内装された加熱定着ローラであり、
   前記加圧部材は、前記加熱定着ローラに対向配置された加圧パッドにより押圧支持された無端の加圧ベルトであって、
   前記ニップ部は、前記加熱定着ローラと前記加圧パッドにより支持された加圧ベルトとの間に形成されてなり、
   前記加圧パッドが、前記発泡体からなる前記弾性層を具備していることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
6. 前記発泡体は、シリコンゴムを製造する原料中に混入された水に対し蒸発処理を施すことで連続気泡を形成させてなる水発泡シリコンゴムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
7. 前記発泡体は、シリコンゴムを製造する原料中に混入された合成樹脂製の微小中空体に対し破泡処理を施すことで連続気泡を形成させてなるマイクロバルーンシリコンゴムであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着装置。
8. 所定の画像情報に基づく画像形成処理によって形成されたトナー像を転写材上に転写し、このトナー像の転写された転写材を請求項１乃至７のいずれかに記載の定着装置に供給することにより当該転写材にトナー像の定着処理を施すように構成されていることを特徴とする画像形成装置。

Images