JP2011197388A - 定着ローラ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱を極力抑えて省エネルギーに有効であり、かつ、耐久性を保障できる定着ローラ、定着装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】記録紙上に転写されたトナー画像を加熱定着するための定着ローラ。加熱ローラ５１は芯金５２の周囲に連泡スポンジゴム層５３を設け、該連泡スポンジゴム層５３の周囲に独泡スポンジゴム層５４を設けた。さらに、独泡スポンジゴム層５４の周囲にはニッケル電鋳層５５が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着ローラ、特に、記録紙上に転写されたトナー画像を加熱定着するための定着ローラ、該定着ローラを含む定着装置、該定着装置を含む画像形成装置に関する。

電子写真法によって画像を形成する複写機、プリンタなどの画像形成装置においては、記録紙上に転写されたトナー画像を加熱定着するための定着装置を搭載している。一般に定着装置は記録紙を一対の定着ローラ（一方を加熱ローラと称し、他方を加圧ローラと称する）で挟み込み、加熱ローラの熱によってトナー画像を定着する。特許文献１には、芯金の周囲にシリコンゴム層を設け、その上にシリコンスポンジゴム層を設け、表層に離型層を設けた加圧ローラを用いることが記載されている。特許文献２には、芯金の周囲にシリコンスポンジゴム層を設け、その上に高熱伝導弾性体を設け、表層に離型層を設けた加圧ローラを用いることが記載されている。

ところで、定着ローラ（加熱ローラ、加圧ローラ）について一般的に述べると、近年では省エネルギー対策として定着装置内での放熱を極力抑えることが重要視されている。それゆえ、加熱手段としては誘導加熱方式の採用、定着ローラの構成部材としてシリコンゴムスポンジを採用している。

しかしながら、スポンジ体の構造（連泡、独泡）によって断熱性能と耐久性能に問題点が見出された。連泡構造であると、セルは柔軟性を有するので破壊からは免れるが、セル内の加熱された空気がニップ部での圧力によりスポンジ層から排気されて新たな空気が取り込まれるので熱効率が低下する。一方、独泡構造であると、セル内の加熱された空気の排気はなくなるので熱効率は良好であるが、セルは剛性を有するのでニップ部での圧力で破壊されやすく、スポンジ体の剥離を生じる。

スポンジ体以外のシリコンゴム層を設けることも考えられるが、耐久性は保障できても断熱性能に劣り、省エネルギーではない。また、ニップ幅を広くする必要があるので、ローラの大型化、ニップ部に対する高圧力化が必要で定着装置として大型になり、製造コストも上昇する。

以上の観点から見ると、特許文献１に記載の加圧ローラでは、下層のシリコンゴム層は独泡構造なので、圧接／回転により層間剥離を生じるおそれがあり、シリコンゴム層とシリコンスポンジゴム層との変形度合いが相違することでスポンジゴム層に圧縮歪が生じ、セル破壊につながる。特許文献２に記載の加圧ローラでは、スポンジゴム層上に高熱伝導弾性体を設けているため、加熱ローラからの熱移動が多くなり、省エネルギーではない。

実開平５−５９４７４号公報 特開平８−５４７９８号公報

そこで、本発明の目的は、放熱を極力抑えて省エネルギーに有効であり、かつ、耐久性を保障できる定着ローラ、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の第１の形態である定着ローラは、
記録紙上に転写されたトナー画像を加熱定着するための定着ローラであって、
芯金の周囲に連泡スポンジ層を設け、該連泡スポンジ層の周囲に独泡スポンジ層を設けたこと、
を特徴とする。

本発明の第２の形態である定着装置は、前記定着ローラを備えたことを特徴とする。また、本発明の第３の形態である画像形成装置は、前記定着装置を備えたことを特徴とする。

前記定着ローラにあっては、表面側に断熱性に優れた独泡スポンジ層が設けられているため、熱効率が良好であり、定着温度までの昇温が早く、省エネルギーである。また、内部に柔軟性に優れた連泡スポンジ層が設けられているため、圧接／回転による層剥離がなく、十分な耐久性を発揮する。

本発明によれば、定着ローラの放熱を極力抑えて省エネルギーに有効であり、かつ、耐久性も良好である。

画像形成装置（プリンタ）を示す概略構成図である。 定着ユニットの概略構成を示す断面図である。 加熱ローラの断面図である。

以下、本発明に係る定着ローラ、定着装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置、図１参照）
本発明に係る画像形成装置について、図１を参照して説明する。この画像形成装置は、タンデム方式のカラープリンタであり、概略、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー画像を形成するためのプロセスユニット１０（１０ｙ，１０ｍ，１０ｃ，１０ｋ）と、レーザ走査ユニット２０と、中間転写ユニット３０と、自動給紙ユニット４０と、定着ユニット５０と、を中心として構成されている。

プロセスユニット１０は、それぞれ、図１に点線で示す筺体の内部に、感光体ドラム１２、帯電ローラ１３、現像器１４、残留トナーや残留電荷のクリーニング部材などを配置したものである。このプロセスユニット１０においては、レーザ走査ユニット２０から照射されるレーザによって感光体ドラム１２に描画された静電潜像を現像器１４で現像してトナー像を形成する。

中間転写ユニット３０は、矢印Ｚ方向に無端状に回転駆動される中間転写ベルト３１を備え、各感光体ドラム１２と対向する転写ローラ３２から付与される電界にて、各感光体ドラム１２上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト３１上に１次転写して合成する。なお、このような電子写真法による画像形成プロセスは周知であり、詳細な説明は省略する。

装置本体の下部には記録紙を１枚ずつ給紙する自動給紙ユニット４０が配置され、記録紙は給紙ローラ４１からタイミングローラ４２を経て、前記中間転写ベルト３１と２次転写ローラ３５とのニップ部に搬送され、ここでトナー画像（カラー合成画像）が２次転写される。その後、記録紙は定着ユニット５０に搬送されてトナーの加熱定着を施され、装置本体の上面に配置されたトレイ部４６に排出される。

（定着ユニット、図２及び図３参照）
定着ユニット５０は、図２（簡略化のためハッチングを省略している）に示すように、加熱ローラ５１と加圧ローラ６１とからなる。加熱ローラ５１と加圧ローラ６１とは互いに平行かつ回転可能に配置され、記録紙はトナー転写面を加熱ローラ５１側に向けてローラ５１，６１間のニップ部を搬送され、トナー画像を加熱定着される。加熱ローラ５１の搬送出口側には定着直後の記録紙を加熱ローラ５１から分離するための分離爪８１が配置されている。

加熱ローラ５１には所定の温度に加熱するための誘導加熱装置７０が周辺に配置され、かつ、加熱温度を検出するためのサーモパイル７９がユニット５０の近傍に配置されている。誘導加熱装置７０はコイルからなる磁束発生部７１と磁性体コア７２を備えた周知のもので、加熱ローラ５１の表層に設けたニッケル電鋳層５５に磁束を作用させて発熱させる。

加圧ローラ６１には均熱ローラ６２が圧接している。均熱ローラ６２は熱源として内蔵されたハロゲンランプ６３によって加熱され、加圧ローラ６１の表面を所定の温度に加熱する。均熱ローラ６２の表面に近接してその温度を検出するための非接触式の温度センサ６４が配置されている。また、均熱ローラ６２にはブラシローラ６５が接触して回転可能に配置されている。

回転駆動力は加圧ローラ６１に対して伝達され、加圧ローラ６１に圧接する加熱ローラ５１が従動回転するとともに、均熱ローラ６２も従動回転する。ブラシローラ６５は加圧ローラ６１から駆動力が分岐して伝達される。

次に、加熱ローラ５１の構造について図３を参照して説明する。なお、加圧ローラ６１の構造は従来の同種のものと同様であるが、以下に説明する加熱ローラ５１と同様の構造であってもよい。

加熱ローラ５１は、回転軸である芯金５２と、芯金５２の周囲に設けた連泡スポンジゴム層５３と、スポンジゴム層５３の周囲に設けた独泡スポンジゴム層５４と、スポンジゴム層５４の周囲に設けたニッケル電鋳層５５とで構成されている。

ここで、加熱ローラ５１の製造工程や材料について具体的に説明する。芯金５２は外径２０ｍｍの非磁性の金属製である。連泡スポンジゴム層５３は以下のようにして作製した。芯金５２を第１注型金型にセットし、芯金５２の周囲に連泡シリコンゴムを注入した後、電気炉に投入し、１次加硫を行い、第１注型金型から取り出し、２次加硫を行うことにより連泡スポンジ化した。１次加硫は、６０℃から９０℃の温度で２０分から３０分で行った。２次加硫は、１９０℃から２３０℃の温度で６０分から１２０分で行った。

独泡スポンジゴム層５４は以下のようにして作製した。前記２次加硫終了後に、前記中間製品を第２注型金型にセットし、連泡スポンジゴム層５３の周囲に独泡シリコンゴムを注入した後、電気炉に投入し、１次加硫、２次加硫を連続して行って独泡スポンジゴム層５４を形成した。その後、第２注型金型から取り出し、研削機により規定の外径に研削した。さらに、独泡スポンジゴム層５４の表面に厚さ４０μｍのニッケル電鋳層５５としてのニッケル電鋳スリーブを設けた。

以上のようにして作製された連泡スポンジゴム層５３の熱伝導率は、０．０８９５〜０．１３３４Ｗ／ｍ・℃であった。独泡スポンジゴム層５４の熱伝導率は、０．０７３４〜０．１９３２Ｗ／ｍ・℃であった。

前記加熱ローラ５１の連泡スポンジゴム層５３及び独泡スポンジゴム層５４の厚みを以下の表１の実験例１〜５に示す各種値で作製し、定着ユニット５０に取り付けて性能を評価した。評価した性能は、表１に示すように、昇温性能、耐久性能、温度低下である。比較例１として、芯金５２の周囲に独泡スポンジゴム層を単独で設けたもの、比較例２として、芯金５２の周囲に連泡スポンジゴム層を単独で設けたもの、をそれぞれ作製し、同様に性能を評価した。

性能試験は、図１に示したカラープリンタで行い、坪量６４ｇ／ｍ²のＡ４サイズの普通紙を、温度２３℃、相対湿度６５％の環境下で、画像濃度２０％の文字をプリントした。そのときの昇温速度と連続プリント時の加熱ローラ５１の表面温度の推移を計測した。耐久性能は、定着ユニット５０のみを使用して、ローラ５１，６１間に通常より１０％増加した圧接力を与えつつ回転させ、誘導加熱装置７０によってニッケル電鋳層５５を加熱し、スポンジゴム層５３，５４の破壊時間を計測した。

表１に○印を付した項目は良好な評価が得られた場合であり、△印は良好ではないが実用に耐える場合、×印は実用に耐え得ない場合である。実験例１〜４はいずれの項目においても良好な評価が得られ、独泡スポンジゴム層５４と連泡スポンジゴム層５３との肉厚比は１：４〜１：０．４が好ましい。実験例５は前記肉厚比が１：０．２５であり、耐久性能の点で不満が残るが実用化は可能である。

（他の実施例）
なお、本発明に係る定着ローラ、定着装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。

特に、定着装置の細部の構成は任意であり、加熱ローラの熱源として誘導加熱装置に代えて内蔵型のハロゲンランプを用いてもよい。本発明を加圧ローラに適用する場合は、芯金、連泡スポンジゴム層、独泡スポンジゴム層で構成し、表面に離型層を設ければよい。離型層としてはフッ素樹脂を用いることが好ましく、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）樹脂チューブを用いることができる。また、離型層の厚みは２０〜５０μｍが好ましい。

以上のように、本発明は、定着ローラに有用であり、特に、放熱を極力抑えて省エネルギーに有効であり、かつ、耐久性を保障できる点で優れている。

５０…定着ユニット
５１…加熱ローラ
５２…芯金
５３…連泡スポンジゴム層
５４…独泡スポンジゴム層
５５…ニッケル電鋳層
６１…加圧ローラ
７０…誘導加熱装置

Claims (11)

1. 記録紙上に転写されたトナー画像を加熱定着するための定着ローラであって、
   芯金の周囲に連泡スポンジ層を設け、該連泡スポンジ層の周囲に独泡スポンジ層を設けたこと、
   を特徴とする定着ローラ。
2. 記録紙を加熱するための加熱ローラ、及び／又は、記録紙を該加熱ローラに圧接させる加圧ローラであること、を特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
3. 連泡スポンジ層及び独泡スポンジ層はシリコンゴムからなること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着ローラ。
4. 独泡スポンジ層と連泡スポンジ層との肉厚比が１：４から１：０．２５であること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の定着ローラ。
5. 独泡スポンジ層と連泡スポンジ層との肉厚比が１：４から１：０．４であること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の定着ローラ。
6. 最外層としてフッ素樹脂層を設けたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の定着ローラ。
7. 最外層としてニッケル電鋳層を設けたこと、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の定着ローラ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の定着ローラを備えたこと、を特徴とする定着装置。
9. さらに、表面を加熱するための加熱手段を備えたこと、を特徴とする請求項８に記載の定着装置。
10. 前記加熱手段は誘導加熱方式によるものであること、を特徴とする請求項９に記載の定着装置。
11. 請求項８ないし請求項１０のいずれか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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