JP2021028674A - 定着装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆クラウン形状の加熱ローラーと、加熱ローラーの表面から用紙を分離する分離爪とを用いる構成であっても、定着性と加熱ローラーの耐久性とを確保しつつ、省エネルギー性を向上させる。【解決手段】定着装置は、互いに圧接してニップ部を形成する加熱部材および加圧部材を備える。加熱部材は、逆クラウン形状の加熱ローラーで構成される。定着装置は、用紙を加熱ローラーの表面から分離する分離爪をさらに備える。ニップ部の線圧は、加熱ローラーの回転軸方向の中央部よりも端部のほうが高い。加熱ローラーは、離型性を有する層を少なくとも１層含む被覆層を表層として有している。分離爪は、中央分離爪と、端部分離爪とを含む。加熱ローラーの被覆層の厚みは、中央分離爪が当接する中央部よりも、端部分離爪が当接する端部のほうが厚い。【選択図】図５

Description

本発明は、複写機やプリンターなどの画像形成装置に用いられる定着装置と、それを備えた画像形成装置とに関する。

電子写真方式の一般的な画像形成装置では、感光体などの像担持体の表面を帯電し、露光して像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像することにより、像担持体上にトナー像を形成する。このトナー像を用紙へ転写し、定着装置によって加熱および加圧することで、用紙上にトナー像を定着させる。ここで、定着装置での定着方式には、加熱ローラー（定着ローラー）と加圧ローラーとを用いたローラー定着方式や、加熱ベルト（定着ベルト）を加圧ローラーで駆動する摺動ベルト方式などがある。

ところで、加熱ローラー等においては、回転軸方向の中央部に比べて端部のほうが通紙による摩耗が大きいことが知られている。そこで、例えば特許文献１では、用紙端部に当接する加熱ローラーの離型層の厚みを、それ以外の部分の厚みの１．５〜３．３倍に設定することにより、加熱ローラー端部での通紙による偏摩耗を低減するようにしている。

一方、定着装置においては、加熱ローラーの表面から用紙を分離しにくい場合に、上記表面に分離爪を当接させて用紙を分離しやすくする分離爪方式が知られている。この分離爪方式では、分離爪との接触により加熱ローラーの表層が摩耗するため、加熱ローラーの表面にトナーが付着する画像不良や、紙詰まりなどの搬送不良が生じるおそれがある。この点、例えば特許文献２では、用紙に転写されたトナーを加熱する加熱部材において、分離部材との接触領域の外径（厚み）を、非接触領域の外径（厚み）よりも大きくすることにより、分離部材との接触による加熱部材の摩耗の影響を低減するようにしている。

特開平９−１４６３９７号公報 特開２０１８−１８９８９３号公報

ところが、特許文献１では、加熱ローラーの端部での通紙による偏摩耗を低減することはできるものの、分離爪方式については何ら考慮されていない。このため、分離爪を用いて用紙を分離する際に、分離爪によるローラー表層の摩耗が問題となり、加熱ローラーの耐久性を確保することが困難となる。

また、特許文献２では、加熱部材の回転軸方向の中央部に分離部材を当接させて用紙を分離する構成において、加熱部材の上記中央部の厚みを端部よりも大きくしている。この場合、上記中央部で熱抵抗が高くなるため、加熱部材から用紙への熱伝導速度が遅くなり、定着性が低下する。なお、定着性を向上させるべく、上記中央部において定着温度を上げることは、消費電力の増大（省エネルギー性の低下）につながるため、望ましくはない。

用紙の搬送時にシワが生じるのを抑制するため、加熱部材として逆クラウン形状の加熱ローラーが一般的に用いられている。このような形状の加熱ローラーを用いた場合、加熱ローラーの回転軸方向の中央部では、端部に比べて、加圧部材（加圧ローラー）との圧接領域（ニップ部）の幅が狭くなるが、この部分（中央部）の厚みが増大して熱抵抗が高くなると、熱伝導速度がさらに低下して定着性がさらに低下することが懸念される。したがって、加熱部材として逆クラウン形状の加熱ローラーを用いる場合には、定着性を確保することが益々困難となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、逆クラウン形状の加熱ローラーを用い、分離爪を用いて加熱ローラーの表面から用紙を分離する構成であっても、定着性と加熱ローラーの耐久性とを確保しつつ、省エネルギー性を向上させることができる定着装置と、その定着装置を備えた画像形成装置とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の一側面に係る定着装置は、互いに圧接してニップ部を形成するとともに、用紙上に担持されたトナー像を前記ニップ部で加熱および加圧して前記用紙上に定着させる加熱部材および加圧部材を備えている。前記加熱部材は、逆クラウン形状の加熱ローラーで構成されている。該定着装置は、前記加熱ローラーの表面と当接することにより、前記ニップ部から排出される際に前記加熱ローラーの表面に巻き付く前記用紙を、前記加熱ローラーの表面から分離する分離爪をさらに備えている。前記ニップ部の線圧は、前記加熱ローラーの回転軸方向の中央部よりも端部のほうが高い。前記加熱ローラーは、離型性を有する層を少なくとも１層含む被覆層を表層として有している。前記分離爪は、前記加熱ローラーの前記中央部と当接する中央分離爪と、前記加熱ローラーの前記端部と当接する端部分離爪とを含む。前記加熱ローラーの前記被覆層の厚みは、前記中央分離爪が当接する前記中央部よりも、前記端部分離爪が当接する前記端部のほうが厚い。

逆クラウン形状の加熱ローラーの中央部では、端部よりも相対的に被覆層の厚みが薄いため、加熱ローラーから用紙への熱伝導速度を速めて定着性を確保することができる。これにより、定着温度を低くして省エネルギー性を向上させることができる。一方、加熱ローラーの端部では、通紙による摩耗および端部分離爪との当接による摩耗が起こるが、中央部よりも相対的に被覆層の厚みが厚いため、加熱ローラーの耐久性を確保することができる。したがって、逆クラウン形状の加熱ローラーを用い、分離爪を用いて加熱ローラーの表面から用紙を分離する構成であっても、定着性と加熱ローラーの耐久性とを確保しつつ、省エネルギー性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略の構成を示す説明図である。 上記定着装置の詳細を示す説明図である。 上記定着装置の加熱ローラーと分離爪との位置関係を模式的に示す平面図である。 図２の定着装置の分離爪を拡大して示す説明図である。 実施例１における加熱ローラーの被覆層の膜厚分布と、通紙による上記被覆層の摩耗量と、分離爪との当接による上記被覆層の摩耗量と、上記被覆層の最終膜厚とを示すグラフである。 比較例１における加熱ローラーの被覆層の膜厚分布と、通紙による上記被覆層の摩耗量と、分離爪との当接による上記被覆層の摩耗量と、上記被覆層の最終膜厚とを示すグラフである。 実施例２および３における加熱ローラーの被覆層の膜厚分布と、通紙による上記被覆層の摩耗量と、分離爪との当接による上記被覆層の摩耗量と、上記被覆層の最終膜厚とを示すグラフである。 中央分離爪の上記加熱ローラーに対する圧接位置の一例を示す説明図である。 中間分離爪の上記加熱ローラーに対する圧接位置の一例を示す説明図である。 端部分離爪の上記加熱ローラーに対する圧接位置の一例を示す説明図である。 上記中央分離爪、上記中間分離爪および上記端部分離爪の上記加熱ローラーに対する圧接位置の他の例を示す説明図である。 実施例４における加熱ローラーの被覆層の膜厚分布と、通紙による上記被覆層の摩耗量と、分離爪との当接による上記被覆層の摩耗量と、上記被覆層の最終膜厚とを示すグラフである。

〔画像形成装置の構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の概略の構成を示す説明図である。画像形成装置１は、その下部に配設された給紙部２と、この給紙部２の側方に配設された用紙搬送部３と、この用紙搬送部３の上方に配設された画像形成部４と、この画像形成部４よりも排出側に配設された定着装置５と、画像形成部４および定着装置５の上方に配設された画像読取部６とを備えている。

給紙部２は、用紙９を収容する複数の給紙カセット７を備えており、給紙ローラー８の回転により、複数の給紙カセット７のうち選択された給紙カセット７から用紙９を１枚ずつ用紙搬送部３に送り出す。

用紙搬送部３に送られた用紙９は、用紙搬送経路１０を経由して画像形成部４に向けて搬送される。画像形成部４は、電子写真プロセスによって、用紙９にトナー像を形成するものであり、図１の矢印方向に回転可能である感光体１１と、この感光体１１の周囲にその回転方向に沿って、帯電装置１２、露光部１３、現像器１４、転写装置１５、クリーニング部１６、および除電部１７を備えている。

帯電装置１２は、例えば帯電ローラーを備えている。帯電装置１２によって感光体１１表面に所定電位を与えると、感光体１１表面が一様に帯電させられる。そして、画像読取部６によって読み取られた原稿の画像データに基づく光が、露光部１３により感光体１１に照射されると、感光体１１の表面電位が選択的に減衰され、感光体１１表面に静電潜像が形成される。

次いで、現像器１４が感光体１１表面の静電潜像を現像し、感光体１１表面にトナー像が形成される。このトナー像は、転写ローラー等を有する転写装置１５により、感光体１１と転写装置１５との間に供給された用紙９に転写される。

トナー像が転写された用紙９は、画像形成部４の用紙搬送方向の下流側に配置された定着装置５に向けて搬送される。定着装置５では、加熱ローラー１８および加圧ローラー１９によって、用紙９が加熱加圧され、用紙９上にトナー像が溶融定着される。次いで、トナー像が定着された用紙９は、排出ローラー対２０によって排出トレイ２１上に排出される。

転写装置１５による転写後、感光体１１表面に残留しているトナーは、クリーニング部１６により除去され、また感光体１１表面の残留電荷は除電部１７により除去される。そして、感光体１１は帯電装置１２によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われる。

〔定着装置の詳細について〕
図２は、上記の定着装置５の詳細を示す説明図である。定着装置５は、ローラー定着方式を採用しており、加熱部材である加熱ローラー１８と、加圧部材である加圧ローラー１９と、モーターおよび減速ギアを有する駆動源４２と、熱源であるヒーター４３と、分離爪５１とを備えている。加熱ローラー１８および加圧ローラー１９は、定着装置５の筐体（図示せず）の長手方向に回転可能に軸支され、駆動源４２は上記筐体に固定保持される。加熱ローラー１８および加圧ローラー１９は、互いに圧接してニップ部Ｎを形成するとともに、用紙９上に担持されたトナー像をニップ部Ｎで加熱および加圧して用紙９上に定着させる。

このような加熱ローラー１８は、熱伝導性に優れたアルミや鉄等の金属からなる円筒形状の芯金１８ａを被覆層１８Ｐで被覆して構成される。被覆層１８Ｐは、加熱ローラー１８の表層であり、離型性を有する層を少なくとも１層含む。本実施形態では、被覆層１８Ｐは、芯金１８ａ側から順に、接着層としてのプライマー層１８ｂと、フッ素樹脂のコーティングやチューブからなる表面層１８ｃとを含んで構成されており、プライマー層１８ｂおよび表面層１８ｃの両方が離型性を有している。なお、被覆層１８Ｐは、表面層１８ｃのみが離型性を有する構成であってもよい。ヒーター４３は、ハロゲンランプやキセノンランプ等で構成されており、加熱ローラー１８の芯金１８ａの内部に設けられている。

本実施形態では、加熱ローラー１８は、回転軸方向の中央部よりも端部のほうが外径の大きい、いわゆる逆クラウン形状で構成されている（図３参照）。逆クラウン形状の加熱ローラー１８を用いると、例えば外径が軸方向に一定である加圧ローラー１９との間で用紙９を挟んで搬送する際に、用紙の幅方向の中央部に対して両端部の搬送速度が大きくなるため、用紙９にシワが発生するのを抑制することが可能となる。

加圧ローラー１９は、合成樹脂、金属その他材料から構成される円筒形状の基材上にシリコンゴム等の弾性層が形成され、この弾性層の表面がフッ素樹脂等の離形性に優れた樹脂で覆われて構成される。加圧ローラー１９は、加熱ローラー１８に所定の圧力で圧接され、加圧ローラー１９が回転駆動すると、加熱ローラー１８は従動回転する。また、加熱ローラー１８は上述したように逆クラウン形状であるため、加熱ローラー１８と円筒状の加圧ローラー１９との圧接によって形成されるニップ部Ｎの線圧は、加熱ローラー１８の回転軸方向の中央部よりも端部のほうが高くなる。なお、加圧ローラー１９は、加熱ローラー１８と同様に逆クラウン形状であってもよい。

駆動源４２は、加圧ローラー１９にギア接続され、ギアを介してモーターからの駆動力を加圧ローラー１９に伝達する。モーターが回転駆動すると、加圧ローラー１９が矢印方向に回転し、加圧ローラー１９の回転により、加圧ローラー１９に圧接する加熱ローラー１８が同速で矢印方向に回転する。なお、駆動源４２が加圧ローラー１９にギア接続する構成に替えて、駆動源４２が加熱ローラー１８に接続され、加熱ローラー１８の回転により加圧ローラー１９を従動回転させる構成にしてもよい。

用紙９が搬送ガイド４０に案内されてニップ部Ｎに搬送されると、ニップ部Ｎでは、加熱ローラー１８および加圧ローラー１９による加熱および加圧により、用紙９上の粉体状態のトナーが加圧溶融して用紙９上に定着される。

分離爪５１は、加熱ローラー１８の表面と当接することにより、ニップ部Ｎから排出される際に加熱ローラー１８の表面に巻き付く用紙を、加熱ローラー１８の表面から分離する。分離爪５１は、ニップ部Ｎに対して加熱ローラー１８の回転方向の下流側に配設される。

図３は、加熱ローラー１８と分離爪５１との位置関係を模式的に示す平面図である。本実施形態では、分離爪５１は、加熱ローラー１８の回転軸方向に複数個並べて設けられる。より具体的には、分離爪５１は、中央分離爪５１ａと、中間分離爪５１ｂと、端部分離爪５１ｃとを含んで構成される。

中央分離爪５１ａは、加熱ローラー１８の回転軸方向の中央部１８Ｒ₁と当接する。中央分離爪５１ａは、加熱ローラー１８の回転軸方向に沿って２個設けられている。なお、これらの２個の中央分離爪５１ａを特に区別する場合は、一方の中央分離爪５１ａを中央分離爪５１ａ₁と称し、他方の中央分離爪５１ａを中央分離爪５１ａ₂と称する。

端部分離爪５１ｃは、加熱ローラー１８の回転軸方向の端部１８Ｒ₃と当接する。端部分離爪５１ｃは、加熱ローラー１８の回転軸方向に沿って２個設けられている。なお、これらの２個の端部分離爪５１ｃを特に区別する場合は、一方の端部分離爪５１ｃを端部分離爪５１ｃ₁と称し、他方の端部分離爪５１ｃを端部分離爪５１ｃ₂と称する。端部分離爪５１ｃ₁は、中央分離爪５１ａ₁に対して中央分離爪５１ａ₂とは反対側に位置する分離爪であり、端部分離爪５１ｃ₂は、中央分離爪５１ａ₂に対して中央分離爪５１ａ₁とは反対側に位置する分離爪である。

中間分離爪５１ｂは、中央分離爪５１ａと端部分離爪５１ｃとの間に位置して、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁と端部１８Ｒ₃との間の中間部１８Ｒ₂と当接する。中間分離爪５１ｂは、加熱ローラー１８の回転軸方向に沿って２個設けられている。なお、これらの２個の中間分離爪５１ｂを特に区別する場合は、一方の中間分離爪５１ｂを中間分離爪５１ｂ₁と称し、他方の中間分離爪５１ｂを中間分離爪５１ｂ₂と称する。中間分離爪５１ｂ₁は、中央分離爪５１ａ₁と端部分離爪５１ｃ₁との間に位置する分離爪であり、中間分離爪５１ｂ₂は、中央分離爪５１ａ₂と端部分離爪５１ｃ₂との間に位置する分離爪である。

なお、本実施形態では、分離爪５１は、合計６個設けられているが、画像形成装置１の仕様や加熱ローラー１８の回転軸方向の長さに応じて、分離爪５１の総数を変えることも可能である。例えば、加熱ローラー１８の回転軸方向の長さが短い場合には（幅の狭い用紙への印字を専用とする画像形成装置においては）、２個の中間分離爪５１ｂの設置を省略して分離爪５１の総数を４個とすることができる。また、本実施形態では、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁と当接する中央分離爪５１ａを２個設けているが、１個だけにしてもよい。

図４は、図２の分離爪５１を拡大して示す説明図である。なお、分離爪５１の構成は、中央分離爪５１ａ、端部分離爪５１ｃおよび中間分離爪５１ｂで同じである。分離爪５１は、先端部５１ｅに向かって先細りとなる略三角形型に形成され、軸部５２の周りに回転可能に保持されている。軸部５２に対して分離爪５１の先端部５１ｅの反対側には、コイル状のバネ５３の一端が取り付けられている。バネ５３は、分離爪５１を軸部５２の周りに図３の反時計回り方向に付勢している。このバネ５３の付勢力により、分離爪５１の先端部５１ｅは加熱ローラー１８の表面に押し当てられ、当接している。なお、軸部５２およびバネ５３の他端は、定着装置５の筐体（図示せず）に固定保持される。

このように、分離爪５１が加熱ローラー１８の表面に当接しているため、加熱ローラー１８および加圧ローラー１９（図２参照）によってトナー像が定着された用紙９が、ニップ部Ｎからの排出時に加熱ローラー１８の表面に密着して搬送されても、分離爪５１によって加熱ローラー１８の表面から分離される。分離された用紙９は、図４に示す用紙搬送路Ａを通過し、図１に示す排出ローラー対２０に導かれる。

〔加熱ローラーの被覆層の厚みについて〕
本実施形態では、加熱ローラー１８において、離型性を有する上述した被覆層１８Ｐの厚みを、中央分離爪５１ａが当接する中央部１８Ｒ₁よりも、端部分離爪５１ｃが当接する端部１８Ｒ₃で厚くしている。このような構成は、離型性を有する被覆層１８Ｐの表面層１８ｃの形成時に、表面層１８ｃの厚みを回転軸方向で変化させることによって実現することができる。

例えば、表面層１８ｃをスプレーコート法によって形成する場合には、プライマー層１８ｂを形成した芯金１８ａを回転させながら、プライマー層１８ｂの表面に対して、表面層１８ｃの構成材料をノズルから吐出する。このときに、上記ノズルを芯金１８ａの回転軸方向に移動させるときの移動速度を、回転軸方向の中央部では速くし、端部では遅くし、中央部と端部との間の中間部ではその中間の移動速度とする。これにより、表面層１８ｃの厚みを中央部から端部に向かって厚くして、被覆層１８Ｐの厚みが中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃で厚い加熱ローラー１８を実現することができる。

本実施形態では、ニップ部Ｎの線圧は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃のほうが高いことから、中央部１８Ｒ₁では、ニップ部Ｎの幅およびニップ時間が端部１８Ｒ₃に比べて相対的に短い。しかし、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁では端部１８Ｒ₃よりも相対的に被覆層１８Ｐの厚みが薄いため、加熱ローラー１８から用紙９への熱伝導速度を速めて定着性を確保することができる。これにより、定着温度を低くすることができ、省エネルギー性を向上させることができる。

一方、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、通紙による摩耗および端部分離爪５１ｃとの当接による摩耗によって摩耗レートが高い。しかし、端部１８Ｒ₃では中央部１８Ｒ₁よりも相対的に被覆層１８Ｐの厚みが厚いため、加熱ローラー１８の耐久性を確保することができる。なお、被覆層１８Ｐの厚みが厚いと、加熱ローラー１８から用紙９への熱伝導速度が遅くなるが、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃のほうがニップ部Ｎの線圧が高く、ニップ時間が長いため、定着温度を低くしつつ定着性を確保することが可能となる。

したがって、本実施形態の構成によれば、逆クラウン形状の加熱ローラー１８を用い、分離爪５１を用いて加熱ローラー１８の表面から用紙９を分離する構成であっても、定着性と加熱ローラー１８の耐久性とを確保しつつ、省エネルギー性を向上させることが可能となる。

ここで、定着装置５の具体例を実施例として説明する。なお、実施例との比較のため、比較例についても併せて説明する。

（実施例１）
逆クラウン形状で外径３０ｍｍの加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐを、回転軸方向の中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃で厚くなるように形成するとともに、中間部１８Ｒ₂では中央部１８Ｒ₁よりも厚くし、端部１８Ｒ₃よりも薄くなるように形成した。具体的な被覆層１８Ｐの厚みは、端部１８Ｒ₃で最大１６．５μｍであり、中間部１８Ｒ₂で最大１４．５μｍであり、中央部１８Ｒ₁で最大１４μｍであった（被覆層１８Ｐの膜厚の平均は１５μｍであった）。

そして、この加熱ローラー１８と、外径が３０ｍｍで一定の加圧ローラー１９で構成されるローラー定着ユニットのニップ部Ｎの出口近傍に、分離爪５１を加熱ローラー１８の回転軸方向に６つ設置した。このうち、２つの分離爪５１（中央分離爪５１ａ）は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁と当接するように設置し、他の２つの分離爪（端部分離爪５１ｃ）は、加熱ローラー１８の両側の端部１８Ｒ₃とそれぞれ当接するように設置し、さらに他の２つの分離爪５１（中間分離爪５１ｂ）は、加熱ローラー１８の中間部１８Ｒ₂とそれぞれ当接するように設置して定着装置５を構成した。

なお、加熱ローラー１８に対する分離爪５１の圧接角度α（図４参照）は、全ての分離爪５１について１０°に設定した。ここで、分離爪５１の圧接角度αとは、加熱ローラー１８の回転軸に垂直な面内で、加熱ローラー１８に対して分離爪５１が当接する接点での接線Ｌと、分離爪５１において用紙９が接触する面５１ｆとのなす角度とする。また、バネ５３による分離爪５１の加熱ローラー１８に対する圧接力は、全ての分離爪５１について３ｇｆ（≒０．０３Ｎ）に設定した。

図５は、実施例１における加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの回転軸方向の膜厚分布と、所定枚数（例えば１００００枚）の用紙９を通過させたときの被覆層１８Ｐの摩耗量（通紙による摩耗量）と、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量と、被覆層１８Ｐの最終膜厚とを示している。加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの厚みを中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃で厚くした実施例１では、被覆層１８Ｐの最終膜厚は、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃で最小の３μｍとなり（ｄｍｉｎ＝３μｍ）、被覆層１８Ｐの膜厚を一定とした後述する比較例１（ｄｍｉｎ＝１．５μｍ）と比較して、被覆層１８Ｐのトータルでの摩耗（通紙による摩耗＋分離爪との当接による摩耗）が大幅に低減され、加熱ローラー１８の耐久性が向上していることがわかった。また、実施例１では、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁では被覆層１８Ｐが薄く、熱伝導性が高いため、比較例１より低い定着温度でも定着性を確保でき、また、定着温度を低くすることで比較例１よりも省エネルギー性を確保できることが確認された。

（比較例１）
加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐを回転軸方向に均一な厚み（例えば１５μｍ）で形成した以外は、実施例１と同様の構成である。

図６は、比較例１における加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの回転軸方向の膜厚分布と、所定枚数（例えば１００００枚）の用紙９を通過させたときの被覆層１８Ｐの摩耗量と、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量と、被覆層１８Ｐの最終膜厚とを示している。比較例１では、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁において被覆層１８Ｐが厚いため、熱伝導性が損なわれて、定着性および省エネルギー性が損なわれることがわかった。また、比較例１では、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃において、分離爪５１との当接による摩耗および通紙による摩耗によって耐久性が低下し（最小膜厚ｄｍｉｎ＝１．５μｍ）、その結果、加熱ローラー１８の表面にトナーが付着するオフセットなどの画像不良の問題や、用紙詰まりなどの搬送不良の問題が生じることがわかった。

〔分離爪の圧接力について〕
ところで、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃に対する端部分離爪５１ｃの圧接力は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁に対する中央分離爪５１ａの圧接力よりも小さいことが望ましい。その理由は、以下の通りである。

本実施形態では、ニップ部Ｎの線圧は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃のほうが高いため、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、通紙による摩耗が多い（中央部１８Ｒ₁では相対的に通紙による摩耗が少ない）。このような構成において、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃に対する端部分離爪５１ｃの圧接力を、中央部１８Ｒ₁に対する中央分離爪５１ａの圧接力よりも小さくすると、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、中央部１８Ｒ₁に比べて分離爪５１との当接による摩耗が少なくなる（中央部１８Ｒ₁では相対的に分離爪５１との当接による摩耗が多くなる）。これにより、通紙による摩耗と分離爪との当接による摩耗との合成摩耗を、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃において効果的に減らしつつ、上記合成摩耗を加熱ローラー１８の回転軸方向においてバランスよく減らすことができる。その結果、端部分離爪５１ｃと中央分離爪５１ａとで圧接力を同じにする構成に比べて、加熱ローラー１８の耐久性をさらに向上させることが可能となる。

以下、定着装置５の他の具体例を実施例２として説明する。

（実施例２）
実施例２では、バネ５３の付勢力（バネ定数）を調整して、端部分離爪５１ｃの圧接力を１ｇｆ（≒０．０１Ｎ）とし、中間分離爪５１ｂの圧接力を２ｇｆ（≒０．０２Ｎ）とし、中央分離爪５１ａの圧接力を３ｇｆ（≒０．０３Ｎ）として定着装置５を構成した以外は、実施例１と同様である。

図７は、実施例２における加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの回転軸方向の膜厚分布と、所定枚数の用紙９を通過させたときの被覆層１８Ｐの摩耗量と、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量と、被覆層１８Ｐの最終膜厚とを示している。同図に示すように、被覆層１８Ｐの最終膜厚は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁で最小の３．３μｍとなり（ｄｍｉｎ＝３．３μｍ）、被覆層１８Ｐの膜厚を一定とした比較例１（ｄｍｉｎ＝１．５μｍ）と比較して、被覆層１８Ｐのトータルでの摩耗が大幅に低減され、結果として、実施例１（ｄｍｉｎ＝３μｍ）よりも加熱ローラー１８の耐久性がさらに向上していることがわかった。

〔分離爪の圧接角度について〕
加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃に対する端部分離爪５１ｃの圧接角度は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁に対する中央分離爪５１ａの圧接角度よりも小さいことが望ましい。その理由は、以下の通りである。

本実施形態では、ニップ部Ｎの線圧は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃のほうが高いため、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、通紙による摩耗が多い。このような構成において、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃に対する端部分離爪５１ｃの圧接角度を、中央部１８Ｒ₁に対する中央分離爪５１ａの圧接角度よりも小さくすると、端部１８Ｒ₃では、ニップ部Ｎから排出される用紙９が分離爪５１に当たったときの衝撃で分離爪５１が加熱ローラー１８の表面を押圧する力が、中央部１８Ｒ₁に比べて小さくなる（用紙９が分離爪５１に当たったときの衝撃が外部に逃げやすくなるため）。このため、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、中央部１８Ｒ₁に比べて分離爪５１との当接による摩耗が少なくなる。これにより、通紙による摩耗と分離爪との当接による摩耗との合成摩耗を、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃において効果的に減らしつつ、上記合成摩耗を加熱ローラー１８の回転軸方向においてバランスよく減らすことができる。その結果、端部分離爪５１ｃと中央分離爪５１ａとで圧接角度を同じにする構成に比べて、加熱ローラー１８の耐久性をさらに向上させることが可能となる。

以下、定着装置５のさらに他の具体例を実施例３として説明する。

（実施例３）
図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃはそれぞれ、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃの加熱ローラー１８に対する圧接位置の一例を示す説明図である。実施例３では、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃをそれぞれ軸部５２ａ、５２ｂおよび５２ｃで支持するとともに、各軸部５２ａ〜５２ｃの位置を互いに異ならせることにより、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃの加熱ローラー１８に対する圧接角度を異ならせた。より詳しくは、中央分離爪５１ａの圧接角度α１を１０°に設定し、中間分離爪５１ｂの圧接角度α２を６°に設定し、端部分離爪５１ｃの圧接角度α３を２°に設定した。それ以外は、実施例１の定着装置５と同様の構成である。したがって、実施例３における加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの回転軸方向の膜厚分布も実施例１と同様である。

実施例３において、所定枚数の用紙９を通過させたときの被覆層１８Ｐの摩耗量と、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量とに基づいて、被覆層１８Ｐの最終膜厚を調べた結果、図７で示した実施例２と同様の結果が得られた。つまり、実施例３においても、実施例２と同様に、被覆層１８Ｐの最終膜厚は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁で最小の３．３μｍとなり（ｄｍｉｎ＝３．３μｍ）、被覆層１８Ｐの膜厚を一定とした比較例１（ｄｍｉｎ＝１．５μｍ）と比較して、被覆層１８Ｐのトータルでの摩耗が大幅に低減され、結果として、実施例１（ｄｍｉｎ＝３μｍ）よりも加熱ローラー１８の耐久性がさらに向上していることがわかった。

〔加熱ローラーの回転方向における分離爪の位置について〕
端部分離爪５１ｃは、中央分離爪５１ａに対して、加熱ローラー１８の回転方向の下流側に位置することが望ましい。その理由は、以下の通りである。

端部分離爪５１ｃが中央分離爪５１ａに対して加熱ローラー１８の回転方向の下流側に位置すると、ニップ部Ｎから排出される用紙９は、端部分離爪５１ｃよりも先に中央分離爪５１ａに当たって加熱ローラー１８の表面から分離される。このため、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、端部分離爪５１ｃとの当接による摩耗が中央部１８Ｒ₁に比べて減る（端部分離爪５１ｃに対する用紙９の衝撃が小さくなるため）。一方、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃では、通紙による摩耗が中央部１８Ｒ₁に比べて多いことは上述の通りである。

したがって、通紙による摩耗と分離爪との当接による摩耗との合成摩耗を、加熱ローラー１８の端部１８Ｒ₃において効果的に減らしつつ、上記合成摩耗を加熱ローラー１８の回転軸方向においてバランスよく減らすことができる。その結果、端部分離爪５１ｃおよび中央分離爪５１ａを加熱ローラー１８の回転方向にずらさずに（回転軸方向に揃えて）位置させる構成に比べて、耐久性をさらに向上させることが可能となる。

以下、定着装置５のさらに他の具体例を実施例４として説明する。

（実施例４）
図９は、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃの加熱ローラー１８に対する圧接位置の他の例を示す説明図である。実施例４では、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃをそれぞれ異なる軸部（図示せず）で支持するとともに、各軸部の位置を互いに異ならせることにより、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃの加熱ローラー１８に対する圧接位置を異ならせた。より詳しくは、中央分離爪５１ａの圧接位置を基準として、中間分離爪５１ｂの圧接位置を加熱ローラー１８の回転方向下流側に３°ずらし、さらに中間分離爪５１ｂの圧接位置を基準として、端部分離爪５１ｃの圧接位置を加熱ローラー１８の回転方向下流側に３°ずらした。それ以外は、実施例１の定着装置５と同様の構成である。

図１０は、実施例４における加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの回転軸方向の膜厚分布と、所定枚数の用紙９を通過させたときの被覆層１８Ｐの摩耗量と、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量と、被覆層１８Ｐの最終膜厚とを示している。同図に示すように、実施例４では、中央分離爪５１ａ、中間分離爪５１ｂおよび端部分離爪５１ｃを加熱ローラー１８の回転方向にずらして位置させた結果、分離爪５１との当接による被覆層１８Ｐの摩耗量が加熱ローラー１８の回転軸方向においてほぼ一定となった。また、被覆層１８Ｐの最終膜厚は、加熱ローラー１８の中央部１８Ｒ₁で最小の３．３μｍとなり（ｄｍｉｎ＝３．３μｍ）、被覆層１８Ｐの膜厚を一定とした比較例１（ｄｍｉｎ＝１．５μｍ）と比較して、被覆層１８Ｐのトータルでの摩耗が大幅に低減され、結果として、実施例１（ｄｍｉｎ＝３μｍ）よりも加熱ローラー１８の耐久性がさらに向上していることがわかった。

（補足）
本実施形態では、図２で示したように、加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐは、芯金１８ａ側から順に、プライマー層１８ｂと、表面層１８ｃとを含んでいる。そして、プライマー層１８ｂと表面層１８ｃとのうち、少なくとも表面層１８ｃが離型性を有している。この場合、少なくとも表面層１８ｃの厚みを制御することで、離型性を有する被覆層１９Ｐの厚みを制御することができ、被覆層１８Ｐの厚みが中央部１８Ｒ₁よりも端部１８Ｒ₃で厚い加熱ローラー１８を容易に実現することが可能となる。

また、実施例１等で示したように、加熱ローラー１８の中間部１８Ｒ₂における被覆層１８Ｐの厚みは、中央部１８Ｒ₁よりも大きく、端部１８Ｒ₃よりも小さい。分離爪５１が中央分離爪５１ａおよび端部分離爪５１ｃに加えて中間分離爪５１ｂをさらに有する構成であっても、加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの厚みが中央部１８Ｒ₁から中間部１８Ｒ₂を介して端部１８Ｒ₃に向かうにつれて段階的に増大するため、中間部１８Ｒ₂において、通紙による摩耗と分離爪５１との当接による摩耗との合成摩耗を、中央部１８Ｒ₁での合成摩耗と端部１８Ｒ₃での合成摩耗との間に抑えながら、上述した定着性、耐久性、および省エネルギー性を確保することが可能となる。

なお、本実施形態では、加熱ローラー１８の被覆層１８Ｐの厚みを、中央部１８Ｒ₁から端部１８Ｒ₃に向けて段階的に増大させているが、連続的に増大させる構成であってもよい。

なお、本実施形態の定着装置５は、上述した各実施例１〜４の構成を適宜組み合わせることによって実現することも可能である。例えば、実施例２と実施例３とを組み合わせた構成、つまり、中央分離爪５１ａと端部分離爪５１ｃとで、加熱ローラー１８に対する圧接力および圧接角度を両方変えた定着装置５を実現することも可能である。また、実施例３と実施例４とを組み合わせた構成、つまり、中央分離爪５１ａと端部分離爪５１ｃとで、加熱ローラー１８に対する圧接角度および加熱ローラー１８の回転方向の位置を両方変えた定着装置５を実現することも可能である。その他、実施例２〜４の構成を組み合わせて定着装置５を実現することも勿論可能である。

なお、加熱ローラー１８について述べた被覆層１８Ｐの厚みの制御は、加圧ローラー１９にも勿論適用することが可能である。つまり、加圧ローラー１９が離型性を有する被覆層を表層として有している場合、加圧ローラー１９の被覆層の厚みを中央部で薄く、端部で厚くすることにより、通紙による摩耗および分離爪との当接による摩耗をトータルで抑えて、加圧ローラー１９の耐久性を向上させることができる。

本発明は、複合機などの画像形成装置に利用可能である。

１ 画像形成装置
４ 画像形成部
５ 定着装置
９ 用紙
１８ 加熱ローラー（加熱部材）
１８ａ 芯金
１８ｂ プライマー層
１８ｃ 表面層
１８Ｐ 被覆層
１８Ｒ₁ 中央部
１８Ｒ₂ 中間部
１８Ｒ₃ 端部
１９ 加圧ローラー（加圧部材）
５１ 分離爪
５１ａ 中央分離爪
５１ｂ 中間分離爪
５１ｃ 端部分離爪
Ｎ ニップ部

Claims (7)

1. 互いに圧接してニップ部を形成するとともに、用紙上に担持されたトナー像を前記ニップ部で加熱および加圧して前記用紙上に定着させる加熱部材および加圧部材を備えた定着装置であって、
   前記加熱部材は、逆クラウン形状の加熱ローラーで構成されており、
   該定着装置は、
   前記加熱ローラーの表面と当接することにより、前記ニップ部から排出される際に前記加熱ローラーの表面に巻き付く前記用紙を、前記加熱ローラーの表面から分離する分離爪をさらに備え、
   前記ニップ部の線圧は、前記加熱ローラーの回転軸方向の中央部よりも端部のほうが高く、
   前記加熱ローラーは、離型性を有する層を少なくとも１層含む被覆層を表層として有しており、
   前記分離爪は、
   前記加熱ローラーの前記中央部と当接する中央分離爪と、
   前記加熱ローラーの前記端部と当接する端部分離爪とを含み、
   前記加熱ローラーの前記被覆層の厚みは、前記中央分離爪が当接する前記中央部よりも、前記端部分離爪が当接する前記端部のほうが厚いことを特徴とする定着装置。
2. 前記加熱ローラーの前記端部に対する前記端部分離爪の圧接力は、前記加熱ローラーの前記中央部に対する前記中央分離爪の圧接力よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記加熱ローラーの前記端部に対する前記端部分離爪の圧接角度は、前記加熱ローラーの前記中央部に対する前記中央分離爪の圧接角度よりも小さ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. 前記端部分離爪は、前記中央分離爪に対して、前記加熱ローラーの回転方向の下流側に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の定着装置。
5. 前記加熱ローラーの前記被覆層は、芯金側から順に、プライマー層と、表面層とを含み、
   少なくとも前記表面層が離型性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の定着装置。
6. 前記分離爪は、前記中央分離爪と前記端部分離爪との間に位置して、前記加熱ローラーの前記中央部と前記端部との間の中間部と当接する中間分離爪をさらに含み、
   前記加熱ローラーの前記中間部における前記被覆層の厚みは、前記中央部よりも大きく、前記端部よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の定着装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の定着装置と、
   前記定着装置で定着する前記トナー像を前記用紙上に形成する画像形成部とを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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