JP4650038B2 - 定着装置、ゴムロール及びロール部材 - Google Patents
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例えば、図7は、従来のベルトニップ方式の定着装置を説明するための図である。図7に示されたベルトニップ方式の定着装置200は、内部にハロゲンランプ107が設けられた定着ロール101と、支持ロール104、105及び加圧ロール103に張架された加圧ベルト102と、から主要部が構成されている。定着ロール101は、金属製の円筒状のコア112と、その表面に形成された下地層113及びトップコート層114からなる弾性体層を有している。
このようなベルトニップ方式の定着装置200は、加圧ベルト102を使用しない定着装置に比べ、記録シートの搬送速度を大きくすることができ、また、特に多層のトナーを所望の色に発色させるカラー複写機の定着に適している。
例えば、図8(b)は、定着装置200において大径化した圧力補助ロールを用いた場合の加圧力分布を説明する図である。図8(b)に示すように、大径化した圧力補助ロール106を用いることにより、定着装置200におけるニップ部の押圧部を、周方向に幅広く形成することが可能となり、ニップ部内で圧力Pが小さくなる部分を少なくすることができる。その結果、記録シート115やトナー粒子間に含まれる空気や水蒸気の熱膨張による画像ズレを抑制することができる。
即ち、圧力補助ロール106は、芯金両端を支持されて定着ロール101に当接される際に、弾性層内の応力分布は、芯金付近に集中した状態となる。この場合、最大応力が弾性層のゴム強度よりも大きいとゴムは破断し、ロールが破壊する。また、一般に、ゴム強度はゴム硬度が低いほど小さくなるため、低硬度のゴムを使用すると、圧力補助ロール106が容易に破壊されるおそれがある。また、この応力集中は、芯金の外径が小さいほど顕著になるため、圧力補助ロール106を大きく変形させるために弾性層の厚みを大きくし、芯金の径を小さくするほど、圧力補助ロール106は容易に破壊されるおそれがある。
しかし、圧力補助ロール106の表面が軟らかい場合は、Nip荷重が十分に大きい場合であっても、部分的に発生する空気や水蒸気の圧力に圧力補助ロール106の表面が耐えられず変形する。従って、Nip荷重が大きい場合であっても、画像欠陥の防止が困難となる。
即ち、本発明の目的は、トナー像の乱れを防止するとともに、長期にわたりトナー像を良好に定着させることができる定着装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、トナー像の乱れを防止し、トナー像を良好に定着させるゴムロールを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、広いニップ幅を確保できるロール部材を提供することにある。
即ち、本発明によれば、被押圧部材と、被押圧部材を押圧して記録媒体が通過するニップ部を形成するロール部材と、を備える定着装置であって、ロール部材は、被押圧部材と接触する表面層と、金属製芯金の周囲に形成された硬弾性層と、表面層及び硬弾性層より低硬度の軟弾性層と、を有することを特徴とする定着装置が提供される。
ここで、本発明が適用される定着装置において使用されるロール部材は、軟弾性層が、表面層と硬弾性層との間に設けられている3層構造を有することが好ましい。ロール部材の構造を、このような硬度が異なる3層の積層構造とすることにより、ロール部材の長寿命化が図れるとともに画像欠陥を防止することが可能となる。
また、ロール部材は、軸方向に対して複数の軟弾性層が所定の間隔で配置された構造を有することもできる。複数の軟弾性層が軸方向に延在することにより、軸方向全体にわたり広いニップ幅を確保することができる。
また、被押圧部材として、加熱源により加熱される被加熱部材と、被加熱部材に接触しながら移動するベルト部材と、を有する構成の場合は、未定着のトナー像の上側に配置された定着ベルトを有する定着装置に適用することができる。
ここで、ロール部材の表面層と硬弾性層との間に設けられている軟弾性層の硬度が、ASKER C 5〜50(SRIS 0101)の範囲であることが好ましい。
また、定着装置としては、被押圧部材として、回動する定着ロールと、定着ロールを含む複数個のロールにより張架された定着ベルトと、定着ベルト部材と接触しつつ移動し、定着ベルトとの間に記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ベルトと、を有する構成の定着装置に適用することができる。
この場合、回動部材が、金属製芯金の外周面を覆う硬弾性層と、ベルト部材と接触する表面層と、を有する層構造とすることにより、長期にわたりトナー像を良好に定着させることができる。
さらに、回動部材の構造は、金属製芯金の表面に形成された硬弾性層と、硬弾性層上に形成された軟弾性層と、軟弾性層上に形成され、ベルト部材と接触する表面層と、が順番に積層された3層構造を有することが好ましい。
また、圧力部材は、ニップ部に熱を供給する発熱源を有することが好ましい。
ここで、軟弾性層は、硬弾性層の周囲に積層されることが好ましい。
また、ゴムロールの構造として、軟弾性層が、硬弾性層中に配置される構造とすることも可能である。
さらに、軟弾性層は、シリコーンゴムの多孔質体により構成されることが好ましい。また、表面層上に、フッ素ゴム又はフッ素樹脂からなる被覆層を有することが好ましい。
この場合、硬弾性層中に複数の軟弾性層が軸方向に延在することにより、ニップ部を形成するための変形が確保されるとともに軸方向全体にわたり広いニップ幅を確保することができる。
ここで、軟弾性層は、多孔質体から構成されることが好ましい。また、軟弾性層は、ASKER C 5〜20(SRIS 0101)の範囲の硬度を有することが好ましい。さらに、被押圧部材と接触する表面層は、フッ素ゴムまたはフッ素樹脂から構成されることが好ましい。
(画像形成装置)
初めに、画像形成装置について説明する。
図1は、画像形成装置100を説明するための概略構成図である。図1には、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置100が示されている。図1に示された画像形成装置100は、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト145に順次転写(一次転写)させる一次転写部110と、中間転写ベルト145上に転写された重畳トナー画像を記録材(記録紙)である用紙Pに一括転写(二次転写)させる二次転写部120と、二次転写された画像を用紙P上に定着させる定着装置160と、を備えている。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部140を有している。
図1に示す画像形成装置100では、画像読取装置(IIT)(図示せず)やパーソナルコンピュータ(PC)(図示せず)等から出力される画像データは、画像処理装置(IPS)(図示せず)により所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kによって作像作業が実行される。IPSでは、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器141に出力される。
一方、用紙Pへの転写が終了した後、中間転写ベルト145上に残った残留トナーは、中間転写ベルト145の回動に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニングバックアップロール134および中間転写ベルトクリーナ135によって中間転写ベルト145上から除去される。
次に、定着装置160について説明する。
(第1の実施形態)
図2は、定着装置の第1の実施形態を説明するための概略構成図である。図2に示されたベルトニップ方式の定着装置160は、内部にハロゲンランプ45が設けられた第1の部材としての定着ロール401と、張架ロール53、リードロール54及び加圧ロール52に張架されたベルト部材としての加圧ベルト55と、定着ロール401と加圧ベルト55とが接触する部分の上流部に設けられ、加圧ベルト55を介して定着ロール401に押圧してニップ部Nを形成する第2の部材としての圧力補助ロール56と、から主要部が構成されている。加圧ロール52は加圧ベルト55を定着ロール401に圧接している。
本実施の形態が適用される定着装置160において、第2の部材である圧力補助ロール51は、定着ベルト55を介して、コイルスプリング56によって定着ロール401に接触荷重60kgfで押圧されている。圧力補助ロール51の長軸方向の長さは330mmである。接触面の幅は17mmであり、平均接触圧力は約1kgf/cm2である。
本実施の形態では、圧力補助ロール51が、硬度が異なる3種類のゴム層により構成されていることにより、ニップ部Nにおける充分なニップ幅を確保できるとともに、ニップ部Nにおける空気の膨張や水蒸気の発生によるトナー像の乱れを防止し、長期にわたりトナー像を良好に定着させることができる。
硬弾性層である内層512は、芯金511周辺の応力集中に耐えうる硬度を有し、定着ロール401に押圧される圧力補助ロール51が変形により破壊されることを防止する。内層512を構成するゴム材料の種類は、芯金511周辺の応力集中に耐え、且つ耐熱性を有するものであれば特に限定されないが、本実施の形態では、内層512はHTVシリコーンゴムにより構成されている。内層512の硬度は、芯金511周辺の応力集中に耐えうる硬度であれば特に限定されないが、本実施の形態では、内層512の硬度は、35Hs JIS A(JIS K 6301)である。内層512の厚さは、特に限定されないが、本実施の形態では、厚さ2mmである。
図4は、圧力補助ロールの他の実施形態について説明するための図である。図4(a)は、長軸方向の構造を示す概略断面図であり、図4(b)は、長軸方向に直行する方向の構造を示す概略断面図である。図4(a)に示すように、圧力補助ロール61は、芯金611と、芯金611の表面に形成された硬弾性層である内層612と、所定の径を有する複数の軟弾性層から形成され、内層612中を長軸方向に延在する中間層613と、最外層を形成する表面層614と、から主要部が構成されている。本実施の形態では、圧力補助ロール61の長軸方向の長さは330mmである。また、図4(b)に示すように、硬弾性層である内層612中に16個の軟弾性層からなる中間層613が形成され、芯金611外周を取り囲むように配置されている。
本実施の形態では、圧力補助ロール61の長軸方向の長さが330mmである。また、圧力補助ロール61の接触荷重は60kgfに設定されており、接触面の幅が17mmであることから、平均接触圧力は、約1kgf/cm2である。
硬弾性層である内層612は、圧力補助ロール61が変形による応力集中に耐え得る強度を有し、且つ耐熱性を有するゴム材料を用いて形成される。本実施の形態では、内層612はHTVシリコーンゴムにより構成されている。内層612の硬度は、本実施の形態では、ASKER C 30(SRIS 0101)である。内層612の厚さは、本実施の形態では、厚さ17.5mmである。
中間層613を構成するゴム材料の種類は特に限定されないが、本実施の形態では、発泡シリコーンゴムにより構成されている。中間層613の硬度は、本実施の形態では、ASKER C 10(SRIS 0101)である。また、中間層613の径は、特に限定されないが、本実施の形態では、径φ3mmである。
次に、定着装置の第2の実施形態について説明する。
図5は、定着装置の第2の実施形態を説明するための概略構成図である。図5に示された定着装置170は、定着ベルトモジュール171と加圧ベルトモジュール172とで主要部が構成されている。定着ベルトモジュール171は、第1の部材として、内部に加熱部材としてのハロゲンランプ45aが配設され矢印A方向に回転する定着ロール501、内部にハロゲンランプ45bが配設された張架ロール59、同様に内部にハロゲンランプ45cが配設された張架ロール58、定着ロール501と張架ロール59と張架ロール58とに張架されて矢印D方向に従動回転する定着ベルト60を有している。
張架ロール58,59の内部には、それぞれ、加熱源として出力1000wのハロゲンランプ45b,45cが配置されている。また、張架ロール58,59の表面には、それぞれ、温度センサ50b,50cが配置され、表面温度を計測する。尚、温度センサ50b,50cの計測信号に基づき温度コントローラ(図示せず)によってハロゲンランプ45b,45cがフィードバック制御されて、温度センサ50b,50cの表面は170℃に調節されている。
定着ロール501は、モータ46により周速度(V)300mm/secで回転し、定着ロール501の回転により定着ベルト60は、速度300mm/secで従動回転する。
加圧ロール62は、直径46mmのステンレス製芯金の外周に、厚さ2mmのシリコーンゴム弾性層(硬度:45Hs JIS A)が被覆されている。
即ち、圧力補助ロール601は、長軸方向の長さ390mmであり、ステンレス製の芯金は直径φ16mmである。圧力補助ロール601は、芯金の外周に形成された厚さ4mmの硬弾性層、硬弾性層の外周に設けられた厚さ22mmの軟弾性体層、最外周を被覆する厚さ1.5mmの表面層、から主要部が構成されている。
図5に示すように、圧力補助ロール601は、コイルスプリング66により加圧ベルト65及び定着ベルト60を介して、定着ロール501に約80kgfの荷重で押圧されている。接触面の幅が20mmであり、平均接触圧力は、約1kgf/cm2である。
次に、定着装置の第3の実施形態について説明する。
図6は、定着装置の第3の実施形態を説明するための概略構成図である。図6に示した定着装置190は、加熱手段として発熱源が押圧された定着ベルトを用い、加圧手段として加圧ロールを用いている。
図6に示すように、定着装置190は、記録用紙47のトナー像48担持面側に配置されたベルト部材としての定着ベルト92と、定着ベルト92の内側にホルダ85に保持されたセラミックヒータ82と、が配設され、セラミックヒータ82からニップ部Nに熱を供給するように構成している。セラミックヒータ82は、加圧ロール91側の面がほぼフラットに形成され、定着ベルト92を介して加圧ロール91に押圧される状態で配置され、ニップ部Nを形成している。したがって、セラミックヒータ82は圧力部材としても機能している。尚、定着ベルト92内周面とセラミックヒータ82との間には、定着ベルト92の内周面とセラミックヒータ82との摺動抵抗を小さくするため、摺擦部材の一例としての低摩擦シート88が配設されている。
尚、定着ベルト92内周面とセラミックヒータ82との間には、定着ベルト92の内周面とセラミックヒータ82との摺動抵抗を小さくするため低摩擦シート88が配設されている。
本実施の形態では、加圧ロール91が、硬度が異なる3種類のゴム層により構成されていることにより、ニップ部Nにおける充分なニップ幅を確保できるとともに、ニップ部Nにおける空気の膨張や水蒸気の発生によるトナー像の乱れを防止し、長期にわたりトナー像を良好に定着させることができる。
(実施例1)
前述した第1の実施形態が適用される定着装置160を用いて画像出力を行い、画像ズレの発生を確認した。画像出力条件は、像ズレが起こりやすいストレス条件とした。具体的には、A4サイズの記録紙(王子製紙株式会社製OKトップコートN(127.9gsm)を高温高湿条件(30℃×85%)で調湿し、この記録紙に、画像ズレの目視検知が最も容易なサイアン単色(濃度100%)のベタ画像トナーを転写した。転写したベタ画像トナーを定着装置160により定着したときの像ズレの有無を、目視/ルーペで判断した。
その結果、記録紙50枚を通紙した場合の像ズレの発生頻度は0枚であり、像ズレの発生が防止された。
その結果、圧力補助ロール51は、60時間の空回しにおいて破壊しなかった。これに対し、比較のため、芯金(直径:φ13)の周囲に弾性層である内層を設けずに、2層構造とした圧力補助ロール(軟弾性層(厚さ:13mm)/表面層(厚さ:1mm))を、同様な条件で空回しを行ったところ、約5時間で破壊した。
これにより、圧力補助ロール51の構造を、硬度が異なる3種類のゴム層から構成することにより、定着装置160の長寿命化が図れることが分かる。
前述した第2の実施形態が適用される定着装置170を用いて、実施例1と同様な条件で画像出力を行い、画像ズレの発生を確認した。
その結果、記録紙50枚を通紙した場合の像ズレの発生頻度は0枚であり、像ズレの発生が防止されることがわかる。
また、実施例1と同様に圧力補助ロール601の維持性テストを行い、実施例1と同様に、圧力補助ロール601は、60時間の空回しにおいて破壊しなかった。
尚、内層を設けずに2層構造とした圧力補助ロールを同様な条件で空回しを行ったところ、約3時間で破壊した。
尚、本実施の形態においては、定着ロールとエンドレスベルトの組み合わせからなる定着装置160、170について説明したが、対向する部材の形態によらずに適用することができる。例えば、定着ロールに張架されたエンドレスベルトと、そのエンドレスベルトとニップを形成するエンドレスベルトとを有する、いわゆる2ベルト構成の定着装置であっても、同様の効果が発揮される。
Claims (17)
- 被押圧部材と、前記被押圧部材を押圧して記録媒体が通過するニップ部を形成するロール部材と、を備える定着装置であって、
前記ロール部材は、
前記被押圧部材と接触する表面層と、
金属製芯金の周囲に形成された硬弾性層と、
前記硬弾性層を軸方向に貫通するように所定の間隔で配置され、且つ前記表面層及び当該硬弾性層より低硬度の複数の軟弾性層と、を有し、
前記軟弾性層が多孔質体により構成されることを特徴とする定着装置。 - 前記被押圧部材は、
回動部材と、
前記回動部材に接触しながら移動するベルト部材と、
を有することを特徴とする請求項1記載の定着装置。 - 前記被押圧部材は、
加熱源により加熱される被加熱部材と、
前記被加熱部材に接触しながら移動するベルト部材と、
を有することを特徴とする請求項1記載の定着装置。 - 記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着装置であって、
加熱源を備えた被押圧部材と、
前記被押圧部材に接触しながら移動するベルト部材と、
前記ベルト部材を介して前記被押圧部材を押圧しつつ回転し、前記記録媒体が通過するニップ部を形成するロール部材と、を備え、
前記ロール部材は、
前記ベルト部材と接触する表面層としての第1のゴム層と、
金属製芯金の周囲に形成された硬弾性層としての第2のゴム層と、
前記表面層及び前記硬弾性層の硬度より低硬度を有する軟弾性層としての第3のゴム層と、
を有することを特徴とする定着装置。 - 前記軟弾性層が、前記表面層と前記硬弾性層との間に設けられていることを特徴とする請求項4記載の定着装置。
- 前記軟弾性層は、ASKER C 5〜50(SRIS 0101)の範囲の硬度を有することを特徴とする請求項4記載の定着装置。
- 前記被押圧部材が、当該被押圧部材と前記ベルト部材との間に前記記録媒体が通過するニップ部を形成する定着ロールであり、
前記ロール部材が、前記ベルト部材の内側に配置され、前記ニップ部の上流側に設けられた圧力補助ロールであることを特徴とする請求項4記載の定着装置。 - 前記被押圧部材は、
回動する定着ロールと、
前記定着ロールを含む複数個のロールにより張架された定着ベルトと、
前記定着ベルトと接触しつつ移動し、当該定着ベルトとの間に前記記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ベルトと、
を有することを特徴とする請求項4記載の定着装置。 - 画像形成装置に用いられる定着装置であって、
回動部材と、
前記回動部材に接触しながら従動回転するベルト部材と、
前記ベルト部材の内側に配置され、当該ベルト部材を前記回動部材に圧接させて当該回動部材と当該ベルト部材との間に記録媒体が通過するニップ部を形成する圧力部材と、を備え、
前記回動部材は、
金属製芯金の周囲に形成された硬度が異なる少なくとも3個のゴム層を有し、
3個の前記ゴム層が、前記金属製芯金の外周面を覆う硬弾性層と、前記ベルト部材と接触する表面層と、当該表面層と当該金属製芯金との間に形成され且つ当該硬弾性層及び当該表面層より低硬度である軟弾性層とを有することを特徴とする定着装置。 - 前記回動部材は、
前記金属製芯金の表面に形成された前記硬弾性層と、
前記硬弾性層上に形成された前記軟弾性層と、
前記軟弾性層上に形成され、前記ベルト部材と接触する前記表面層と、が
順番に積層された3層構造を有することを特徴とする請求項9記載の定着装置。 - 前記圧力部材は、前記ニップ部に熱を供給する発熱源を有することを特徴とする請求項9記載の定着装置。
- 定着回転体を押圧してニップ部を形成するゴムロールであって、
長尺状の金属製芯金と、
前記金属製芯金の周囲に形成されたシリコーンゴムからなる硬弾性層と、
前記定着回転体と接触するフッ素ゴムからなる表面層と、
前記表面層及び前記硬弾性層より低硬度であり且つシリコーンゴムの多孔質体により構成される軟弾性層と、
を有することを特徴とするゴムロール。 - 前記軟弾性層は、前記硬弾性層の周囲に積層されることを特徴とする請求項12記載のゴムロール。
- 前記軟弾性層は、前記硬弾性層中に配置されることを特徴とする請求項12記載のゴムロール。
- 表面層と、
金属製芯金の周囲に形成された硬弾性層と、
前記硬弾性層を軸方向に貫通するように所定の間隔で配置された複数の軟弾性層と、を有し、
前記軟弾性層は、前記表面層及び前記硬弾性層より低硬度であり、且つ多孔質体から構成されることを特徴とするロール部材。 - 前記軟弾性層は、ASKER C 5〜20(SRIS 0101)の範囲の硬度を有することを特徴とする請求項15記載のロール部材。
- 前記表面層は、フッ素ゴムまたはフッ素樹脂から構成されることを特徴とする請求項15記載のロール部材。
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