JP2009276578A - 定着装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着ローラの弾性層として連続気泡を備えた発泡体を適用可能とすると共に定着ローラからの弾性層の剥離を防止し、均一な定着処理のみならず耐久性にも優れた定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】定着装置７は、定着ベルト６０と、定着ベルト６０に内接する加熱ローラ４０及び定着ローラ５０と、加圧ローラ７０とを含む構成である。定着ローラ５０の第１芯金５１の表面には、連続気泡発泡体から形成された弾性層５２が接着されており、弾性層５２の幅方向両端面５２ａは、第１芯金５１の表面に対してテーパ状に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、加熱したローラ対のニップに、未定着トナー画像を担持した用紙を挿入して未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置、及びそれを備えた電子写真方式を用いる画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた従来の画像形成装置においては、ニップを形成する定着ローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させて加熱ローラとし、このローラ対のニップ部に未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。

このような熱ローラ定着方式では、加熱ローラに内蔵されたハロゲンヒータなどの熱源からローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間が長くなるなどといった問題があった。

これを改善するために、用紙を加熱するための加熱部材を、加熱ローラに代えて発熱源からの輻射光を吸収して発熱するベルト又はフィルム状とすることにより、従来の加熱ローラに比べ熱容量を小さくしてウォームアップ時間を短縮するとともに、消費電力を低減するベルト定着方式が開発されている。

このようなベルト定着方式を用いたカラー画像形成装置では、例えば定着ベルトは、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するようになっている。また、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により、断熱材のニップ部下流側直近が円弧状に形成されるようにし、これにより定着ベルトを膨出させて定着処理後の用紙を定着ベルトから剥離し易くしている。

しかし、定着ローラの表層が、独立気泡によってスポンジ状に形成されている場合、定着ローラが定着ベルトを介して加熱されると、独立気泡が膨張して破泡することがある。かかる破泡が増加すると、定着ローラの表層の見かけの体積が減少すると共に定着ベルトの膨出が小さくなるため、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。その結果、定着ベルトから用紙への伝熱状態にバラツキが生じ、用紙に対し均一な定着処理を施すことが困難となり、画像不良等の不都合が生じるおそれがある。

かかる不都合を解消する方法として、特許文献１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。特許文献１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２００４−７０１５９号公報

しかし、特許文献１の方法のように、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が小さくなる。また、特許文献１に示す連続気泡を備えたスポンジ状シリコンゴムは、独立気泡を備えたスポンジ状シリコンゴムよりも引っ張り強度が小さいため、定着ローラの起動及び停止の繰り返しにより、ローラ芯金からの剥離が発生し易くなる。

特に、応力が強く発生する幅方向端部における芯金との接着面において剥離が発生し易くなる。このため、定着ローラのさらなる耐久性の向上を図ることが要求されていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、定着ローラの弾性層として連続気泡を備えた発泡体を適用可能とすると共に定着ローラからの弾性層の剥離を防止し、均一な定着処理のみならず耐久性にも優れた定着装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記定着ベルトに内接する定着ローラと、該定着ローラに前記定着ベルトを介して所定の圧力で当接する加圧ローラと、を備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとにより形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、前記定着ローラは、金属製のローラ体と、該ローラ体表面に接着される弾性層と、を有しており、前記弾性層は、連続気泡が形成されて成る発泡体から形成され、且つ前記弾性層の幅方向両端面は、前記ローラ体表面に対してテーパ状に形成されていることを特徴としている。

また本発明は、前記弾性層における前記ローラ体表面との接着面の幅方向長さは、前記ローラ体表面の幅方向長さよりも短く、且つ前記接着面は、前記ローラ体表面の幅方向両端部よりも内側に配置されることを特徴としている。

また本発明は、前記発泡体は水発泡シリコンゴムであることを特徴としている。

また本発明は、前記発泡体はマイクロバルーンシリコンゴムであることを特徴とている。

また本発明は、前記定着装置を備えた画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、定着ローラのローラ体表面に、連続気泡が形成されて成る発泡体から形成され、且つ幅方向両端面がローラ体表面に対してテーパ状に形成された弾性層を接着することにより、定着ローラの弾性層として連続気泡を備えた発泡体を適用し定着ニップ部を均一に加圧することが可能になると共に、定着ローラからの弾性層の剥離を防止することができるため、均一な定着処理を可能にすると共に耐久性の向上をも図ることができる。

本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の定着装置において、弾性層におけるローラ体表面との接着面の幅方向長さを該表面の幅方向長さよりも短く、且つ接着面を、ローラ体表面の幅方向両端部よりも内側に配置することにより、弾性層の剥離をより効果的に防止することができ、耐久性をより向上させることができる。

本発明の第３の構成によれば、上記第１または第２の構成の定着装置において、発泡体を水発泡シリコンゴムとすることにより、より効果的に破泡を防止し、定着ニップ部をより均一に加圧することができる。

本発明の第４の構成によれば、上記第１または第２の構成の定着装置において、発泡体をマイクロバルーンシリコンゴムとすることにより、より効果的に破泡を防止し、定着ニップ部をより均一に加圧することができる。

本発明の第５の構成によれば、上記第１〜第４の構成の定着装置において、上記定着装置を備えた画像形成装置とすることにより、定着ニップ部の加圧不良による画像不良の発生が防止された画像形成を行うことができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の定着装置を備えた画像形成装置の概略断面図を示す。１００は画像形成装置であり、ここでは一例としてデジタル複合機を示している。画像形成装置１００では、コピー動作を行う場合、複合機本体内の搬送ベルト８の上方に配置された画像形成部Ｐにおいて、帯電、露光、現像及び転写の各工程により画像読取部５で読み取られた原稿画像データに基づく所定の画像を形成する。

この画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１が配設されており、感光体ドラム１上に形成されたトナー像が、画像形成部に隣接して移動する搬送ベルト８によって担持・搬送されるシート（記録媒体）６上に転写され、さらに、定着装置７においてシート６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１を図１において時計回りに回転させながら、感光体ドラム１に対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐについて詳細に説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１の周囲及び上方には、感光体ドラム１を帯電させる帯電器２と、感光体ドラム１に画像情報を露光する露光ユニット３と、感光体ドラム１上にトナー像を形成する現像装置４と、感光体ドラム１上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部９が設けられている。

先ず、帯電器２によって感光体ドラム１の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット３によって光照射し、感光体ドラム１上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置４には、トナーがトナーコンテナ１０によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置４により感光体ドラム１上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット３からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

トナー像が転写されるシート６は、用紙を収納する複数の給紙カセット１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１１ｄから成るシート収容部１１に収容されており、給紙ローラ１２、レジストローラ１３を介して搬送ベルト８上へ供給され、感光体ドラム１の位置へと搬送される。搬送ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

搬送ベルト８は、下流側の駆動ローラ１４と、上流側の従動ローラ１５とに掛け渡されており、搬送ベルト８が図中反時計回りに回転を開始すると、シート６がレジストローラ１３から搬送ベルト８上へ搬送される。このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、所定のタイミングにより感光体ドラム１上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム１と、感光体ドラム１の下部において所定の転写電圧が印加された転写ローラ１６との定着ニップ部で、感光体ドラム１上のトナー像がシート６上に転写される。このシート６は、搬送ベルト８上に静電吸着力で保持されている。

トナー像が転写されたシート６は、搬送ベルト８から離脱し、定着装置７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム１は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーがクリーニング部９により除去される。搬送ベルト８から定着装置７に搬送されたシート６は、加熱及び加圧されてトナー像がシート６の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成されたシート６は、その後搬送ローラ対１８、１９を通過し、排出ローラ２０より排出トレイ２１上に排出される。

図２は、本発明の第１実施形態に係る定着装置を示す側面断面図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、定着装置７は、図中時計回りに回動する無端状の定着ベルト６０と、定着ベルト６０に内接して定着ベルト６０と同方向に回転する加熱ローラ４０及び定着ローラ５０と、図中反時計回りに回転する加圧ローラ７０とを含む構成である。

加圧ローラ７０は定着ベルト６０を介して定着ローラ５０に当接しており、定着ベルト６０と加圧ローラ７０との間には、画像形成部Ｐから搬送された用紙Ｐを下流側に挿通させる定着ニップ部Ｎが形成されている。また、定着ローラ５０の下流側には、用紙Ｐを定着ベルト６０から剥がすための分離板７５が設けられている。また、加圧ローラ７０の表面に接するようにサーミスタ７６が、定着ベルト６０の表面に接するようにサーミスタ（図示せず）が設けられており、これらのサーミスタの検知結果に基づき、後述する第１及び第２ハロゲンヒータ４３、７３のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって定着温度の制御を行う。

加熱ローラ（加熱手段）４０は、定着ベルト６０を介して定着ニップ部Ｎを通過する用紙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（例えば０．５〜１．０ｍｍ）の加熱ローラ本体４１と、この加熱ローラ本体４１の周面に積層された第１コーティング層４２と、加熱ローラ本体４１に内装され、加熱ローラ本体４１と略同一長を有する熱源としての第１ハロゲンヒータ４３とを備えている。

加熱ローラ本体４１は、薄肉に形成されているため、第１ハロゲンヒータ４３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画像形成装置１００（図１参照）が迅速に立ち上がるようになっている。本実施形態においては、第１ハロゲンヒータ４３として１０００Ｗのものを採用した。加熱ローラ本体４１は、良好な熱伝導を有し、長手方向の温度分布が略均一になるように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。

第１コーティング層４２は、定着ベルト６０との摺接で加熱ローラ４０の周面が損傷することを防止するためのものである。かかる第１コーティング層４２として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）等を用いることができる。

定着ローラ５０は、定着ニップ部Ｎ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６０および加圧ローラ７０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、図示しない駆動モータの駆動により定着ローラ５０が駆動回転することで定着ベルト６０を周回可能に支持している。

定着ローラ５０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第１芯金（ローラ体）５１（図２では第１芯金５１が中実品によって形成されている。）と、この第１芯金５１の周面に同心で形成された発泡筒体から成る弾性層５２と、を備えている。また、第１芯金５１は上記駆動モータに連結された回転軸５１ａを有している。本実施形態においては、弾性層５２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（発泡体）が採用されている。

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、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、例えば特許文献１に示されるように、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、及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、及び架橋剤としてのＳｉＨポリマーが混合されてなる第２の組成物を調製する。そして、これら第１及び第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。次いで、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。

かかる水分の蒸発時に、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。

上記液状シリコンゴムベースポリマーは、例えば、ＧＥ東芝シリコーン株式会社製の商品名「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ａ」及び「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」及び「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、上記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コール、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若しくはメタアクリル酸の重合体、ポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコール類をブレンド若しく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上記第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上記第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、このような多数の連続気泡が形成された水発泡シリコンゴムが、本発明に係る定着装置７に用いられる定着ローラ５０に、その構成要素である弾性層５２として採用されている。

定着ベルト６０は、第１ハロゲンヒータ４３によって加熱された加熱ローラ４０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。かかる定着ベルト６０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に供給してこれを溶融させ、トナーＴに定着処理を施すものであり、加熱ローラ４０及び定着ローラ５０間に張設され、上記駆動モータの駆動による定着ローラ５０の軸心回りの回転により加熱ローラ４０および定着ローラ５０間を周回するようになっている。

このような定着ベルト６０は、例えば、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（図示せず）と、この芯ベルトの表面側に積層された第１シリコンゴム層（図示せず）と、この第１シリコンゴム層にさらに積層された第２コーティング層（図示せず）と、から構成することができる。

ここでは、芯ベルトは、例えば、Ｎｉ製の場合、厚み寸法を３０μｍに設定することができる一方、ポリイミド樹脂製の場合、厚み寸法を９０μｍに設定することができる。また、第１シリコンゴム層の厚み寸法は、２００〜３００μｍに設定することができる。しかし、芯ベルトの厚み寸法は、かかる数値に限定されるものではなく、装置構成等状況に応じて適宜最適の厚み寸法を設定することができる。

第２コーティング層は、例えばＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂が第１シリコンゴム層の表面にコーティング処理される、あるいは第１シリコンゴム層にこれらのフッ素樹脂からなるチューブが被せられることによって形成されている。定着ベルト６０は、かかる第２コーティング層の存在により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。

加圧ローラ７０は、周面が定着ベルト６０に圧接した状態で定着ローラ５０に対向配置され、定着ベルト６０との間に、定着ローラ５０の水発泡シリコンゴムからなる弾性体５２が弾性変形することによる弾性力によって用紙Ｐを押圧挟持する定着ニップ部Ｎを形成している。かかる定着ニップ部Ｎにより、用紙Ｐに付与されたトナーＴに定着処理を施すことができる。

かかる加圧ローラ７０は、ＡｌやＦｅ等のメッキを施してなるパイプ状の第２芯金７１と、この第２芯金７１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７２と、第２芯金７１内に設けられた第２ハロゲンヒータ７３と、を備えている。また、弾性筒体７２の外周面には、積層されたＰＦＡやＰＴＦＥなどのフッ素樹脂から成る第３コーティング層（図示せず）が設けられている。なお、かかる第３コーティング層については、弾性筒体７２にフッ素樹脂製のチューブを被せることにより形成することもできる。

パイプ状の第２芯金７１内には、加熱ローラ４０の場合と同様に第２ハロゲンヒータ７３が設けられている。この第２ハロゲンヒータ７３により、定着ニップ部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、これにより効率的な定着処理を実現することができる。本実施形態においては、加圧ローラ７０に採用される第２ハロゲンヒータ７３は、加熱ローラ４０に採用される第１ハロゲンヒータ４３よりもワット数が小さい６００Ｗのものが採用されている。また、加圧ローラ７０は、図示しないバネ等により上向きに付勢されている。

そして、定着ニップ部Ｎにおける用紙Ｐの搬送方向において用紙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筒体７２が第２芯金７１上に形成されている。この弾性筒体７２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６０の周回速度）と、定着ベルト６０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筒体７２の有効ニップ長を設定することができる。

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４０、定着ローラ５０および加圧ローラ７０の相対的な位置関係及び定着ベルト６０の長さを設定することができる。一旦、弾性筒体７２の有効ニップ長が設定されると、定着ローラ５０の弾性層５２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５０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弾性層５２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５２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しても弾性層５２が圧縮変形することがなく、弾性層５２は、常に略同一形状が確保されるため、弾性層５２の変形により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っている。

ここで、装置の作動時には、上記のように定着ニップ部Ｎを形成するため、弾性層５２は加圧ローラ７０に押圧され、幅方向両外側に向かって変形する。一方、作動停止時には定着ニップ部Ｎが解除されるため、弾性層５２は加圧ローラ７０からの押圧が解除されもとの形状に戻ろうとする。しかし、弾性層５２に用いられる連続気泡を有する発泡体（連続気泡発泡体）は、独立気泡が形成された発泡体（独立気泡発泡体）よりも引っ張り強度が小さいため、装置の作動及び作動停止の繰り返しにより負荷がかかると、弾性層５２が第１芯金５１から剥離するおそれがある。特に、応力が強く発生する幅方向両端部においてかかる剥離が発生し易い。

そこで、弾性層５２の両端面５２ａを第１芯金５１に対してテーパ状に形成することとした。図３は、本実施形態に係る定着装置に用いられる定着ローラの側面断面図であり、図４は、本実施形態の定着ローラにおける図３の右側端部周辺を示す部分側面断面図である。なお、定着ローラ５０の構成は、図３の左右側両端部において全く同様の構成であるため、図４では右側端部周辺のみを示した。

図３に示すように、弾性層５２における第１芯金５１との接着面Ｓの幅方向（図の左右方向）長さは、第１芯金５１表面の幅方向長さと略同一となるよう設定されており、接着面Ｓの両端部が第１芯金５１の両端部５１ｂと一致するように接着されている。そして、弾性層５２の幅方向（左右方向）両端面５２ａは、第１芯金５１に対してテーパ状に形成されている。かかる構成により、定着ローラ５０が加圧ローラ７０から押圧されても、弾性層５２の両端部における軸方向外側への応力を緩和し、接着面Ｓの両端部において第１芯金５２からの剥離が発生することを防止することができる。

上記構成により、定着ローラ５０に連続気泡を備えた発泡体を弾性層５２として適用して定着ニップ部Ｎを均一に加圧することが可能になる。また、定着ローラ５０からの弾性層の剥離を防止することができるため、均一な定着処理を可能にすると共に耐久性の向上をも図ることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る定着装置に用いられる定着ローラを示す部分側面断面図であり、図６は、本実施形態の定着ローラにおける図５の右側端部周辺を示す部分側面断面図である。なお、定着ローラ５０の構成は、図５の左右側両端部において全く同様の構成であるため、図６では右側端部周辺のみを示した。

本実施形態では、図５に示すように、弾性層５２の接着面Ｓの幅方向（左右方向）長さを第１芯金５１の幅方向長さよりも短くし、図６に示すように、弾性層５２を、接着面Ｓの幅方向両端部が第１芯金５１の両端部５１ｂよりも所定間隔Ｌだけ内側に配置されるよう接着した。それ以外は第１実施形態と全く同様であるため、説明を省略する。

本実施形態により、弾性層５２の接着面Ｓと第１芯金５１の両端部５１ｂとの間に間隔Ｌの隙間があるため、加圧ローラ７０に押圧されても、弾性層５２の接着面Ｓが第１芯金５１の両端部５１ｂよりも外側に突出することを防止することができる。これにより、弾性層５２の剥離をより効果的に防止することができ、耐久性をより向上させることができる。なお、間隔Ｌは、例えば１ｍｍとすることができるが、かかる間隔Ｌは特に限定されるものではなく、弾性層５２の材質、幅方向における定着ニップ部Ｎの領域や、第１芯金５１との接着性、その他装置構成等に応じて適宜設定することができる。

また、上記実施形態では、定着ローラ５０の弾性層５２を構成する連続気泡発泡体の材料として水発泡シリコンゴムが採用されているが、かかる発泡体は水発泡シリコンゴムに特に限定されるものではなく、その他例えば、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（マイクロカプセル）に対し破泡処理を施すことにより連続気泡を形成させて構成される、いわゆるマイクロバルーンシリコンゴムを採用することもできる。

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成る外殻中に揮発性の溶剤を内包させたものである。かかる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。

マイクロカプセルの市販品としては、例えば市販品として、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、例えば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を製造することができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、加圧ローラ７０に第２ハロゲンヒータ７３を設けたが、加熱ローラ４０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７０に第２ハロゲンヒータ７３を設けなくてもよい。また、加熱ローラ４０の加熱方法も特に限定されるものではなく、その他、例えば誘導加熱コイル等を用いて加熱することもできる。また、上記実施形態では、定着ローラ５０を駆動モータにより回転させたが、加熱ローラ４０を回転させることもできる。

また、弾性層５２における両端面５２ａの第１芯金５１の表面に対する傾斜角度は、弾性層５２の剥離を防止可能であれば特に限定されるものではなく、例えば直角に近づけることもできる。また、本発明の定着装置は、デジタル複写機、タンデム式のカラー複写機やアナログ方式のモノクロ複写機等、種々のタイプの複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に適用できる。

以下、本発明について実施例によりさらに具体的に説明する。

図１に示すような定着装置７を搭載した画像形成装置１００を用い、定着ローラ５０の弾性層５２の剥離状態を調べた。

加熱ローラ４０として肉厚０．７ｍｍのＡｌ製の加熱ローラ本体４１にＰＦＡの第１コーティング層４２を施し、φ２２ｍｍとしたものを用い、第１ハロゲンヒータ４３として１０００Ｗのものを用いた。また、定着ベルト６０として、Ｎｉにシリコンゴム層をコーティングし、φ５５ｍｍとしたものを用いた。

また、定着ローラ５０の弾性層５２として液状シリコンゴム、独立気泡発泡体から形成されたシリコンスポンジ、連続気泡発泡体から形成された水発泡性シリコンゴム及びマイクロバルーンシリコンゴムを用いることとした。そして、定着ローラ５０として、Ａｌ製の第１芯金５１に、これらを肉厚６ｍｍの弾性層５２となるよう接着し、φ３２ｍｍとしたものを用いた。

また、加圧ローラ７０として、Ａｌ製の第２芯金７１の表面に肉厚３．５ｍｍのシリコンゴムから成る弾性筒体７２を接着し、φ３５ｍｍとしたものを用い、第２ハロゲンヒータ７３として６００Ｗのものを用いた。

実験に先立ち、弾性層５２に用いられる材質の引っ張り強度を調べたところ、液状シリコンゴムは１〜３Ｍｐａ、独立気泡シリコンスポンジは０．５〜０．８ＭＰａであった。これに対し、連続気泡発泡体から成る水発泡性シリコンゴム及びマイクロバルーンシリコンゴムの引っ張り強度は、いずれも０．４ＭＰａであった。この結果、連続気泡発泡体の方が、独立気泡発泡体よりも引っ張り強度が小さいことがわかる。

そして、液状シリコンゴム及び独立気泡シリコンスポンジを用い、弾性層５２の両端面５２ａを第１芯金５１表面に対して直角となるよう形成すると共に、第１芯金５１との接着面Ｓを第１芯金５１の両端部５１ｂと同じ長さとなるよう形成した。かかる弾性層５２を、接着面Ｓの幅方向両端部が第１芯金５１の両端部５１ｂと一致するように接着して、比較例の定着装置とした。かかる構成で画像形成を行ったところ、いずれの発泡体においても１０万枚印字したところで弾性層５２の接着面Ｓの両端部において剥離が認められた。

一方、水発泡シリコンゴム及びマイクロバルーンシリコンゴムを用い、上述の第２実施形態に示すように（図５及び図６参照）、弾性層５２の接着面Ｓの軸方向長さを第１芯金５１よりも２ｍｍ短く形成すると共に両端面５２ａをテーパ状に形成し、さらに接着面Ｓが第１芯金５１の両端部５１ｂよりも１ｍｍ（Ｌ＝１ｍｍ）ずつ内側に配置されるよう接着し、実施例の定着装置とした。かかる構成で画像形成を行ったところ、いずれの発泡体においても３０万枚印字しても弾性層５２の接着面Ｓには剥離が認められなかった。

この結果、引っ張り強度が小さい連続気泡発泡体から形成された水発泡シリコンゴム及びマイクロバルーンシリコンゴムを定着ローラ５０の弾性層５２として用いても、第１芯金５１からの剥離を防止することができ、優れた耐久性が得られることがわかった。

本発明は、記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な無端状の定着ベルトと、該定着ベルトを加熱する加熱手段と、前記定着ベルトに内接する定着ローラと、該定着ローラに前記定着ベルトを介して所定の圧力で当接する加圧ローラと、を備え、前記定着ベルトと前記加圧ローラとにより形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、前記定着ローラは、金属製のローラ体と、該ローラ体表面に接着される弾性層と、を有しており、前記弾性層は、連続気泡が形成されて成る発泡体から形成され、且つ前記弾性層の幅方向両端面は、前記ローラ体表面に対してテーパ状に形成されているものである。

これにより、定着ローラの弾性層として連続気泡を備えた発泡体を適用し定着ニップ部を均一に加圧することが可能になると共に、定着ローラからの弾性層の剥離を防止することができるため、均一な定着処理を可能にすると共に耐久性の向上をも図ることができる。

また、弾性層におけるローラ体表面との接着面の幅方向長さを該表面の幅方向長さよりも短く、且つ接着面を、ローラ体表面の幅方向両端部よりも内側に配置することにより、弾性層の剥離をより効果的に防止することができ、耐久性をより向上させることができる。

また、発泡体を水発泡シリコンゴム若しくはマイクロバルーンシリコンゴムとすることにより、より効果的に破泡を防止し、定着ニップ部をより均一な加圧することができる。また、上記定着装置を備えた画像形成装置とすることにより、定着ニップ部の加圧不良による画像不良の発生を防止すると共に耐久性にも優れた画像形成を行うことができる。

は、本発明の定着装置を備えた画像形成装置の概略断面図である。 は、本発明の第１実施形態に係る定着装置を示す側面断面図である。 は、第１実施形態の定着装置に用いられる定着ローラの側面断面図である。 は、第１実施形態の定着装置に用いられる定着ローラにおける図３の右側端部周辺を示す部分側面断面図である。 は、本発明の第２実施形態に係る定着装置に用いられる定着ローラの側面断面図である。 は、第２実施形態の定着装置に用いられる定着ローラにおける図５の右側端部周辺を示す部分側面断面図である。

符号の説明

６ シート（記録媒体）
７ 定着装置
４０ 加熱ローラ（加熱手段）
４１ 加熱ローラ本体
４２ 第１コーティング層
４３ 第１ハロゲンヒータ
５０ 定着ローラ
５１ 第１芯金（ローラ体）
５２ 弾性層
５２ａ 端面
６０ 定着ベルト
７０ 加圧ローラ
７１ 第２芯金
７２ 弾性筒体
７３ 第２ハロゲンヒータ
１００ 画像形成装置
Ｎ 定着ニップ部
Ｐ 用紙
Ｓ 接着面
Ｔ 未定着トナー

Claims (5)

1. 記録媒体の搬送速度と略等速で回動可能な無端状の定着ベルトと、
   該定着ベルトを加熱する加熱手段と、
   前記定着ベルトに内接する定着ローラと、
   該定着ローラに前記定着ベルトを介して所定の圧力で当接する加圧ローラと、を備え、
   前記定着ベルトと前記加圧ローラとにより形成された定着ニップ部に記録媒体を挿通させて記録媒体上に担持された未定着トナー像を定着する定着装置において、
   前記定着ローラは、金属製のローラ体と、該ローラ体表面に接着される弾性層と、を有しており、
   前記弾性層は、連続気泡が形成されて成る発泡体から形成され、且つ
   前記弾性層の幅方向両端面は、前記ローラ体表面に対してテーパ状に形成されていることを特徴とする定着装置。
2. 前記弾性層における前記ローラ体表面との接着面の幅方向長さは、前記ローラ体表面の幅方向長さよりも短く、且つ前記接着面は、前記ローラ体表面の幅方向両端部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記発泡体は、水発泡シリコンゴムである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. 前記発泡体は、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または２に記載の定着装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の定着装置を備えた画像形成装置。

Images