JPH0962127A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒部材上に高熱変換層を形成したヒートロ
ーラにおいて、熱膨張率の違いにより光熱変換層が円筒
部材から脱落することのない画像形成装置を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 ヒートローラ２６を、石英、ホウケイ酸等の
耐熱性の高いガラス材料で形成された円筒部材としての
素管２６ａと、カーボンからなる光熱変換部材をガラス
の粒子とともに４５０℃程度の温度で１５〜５０ミクロ
ンの厚さに素管２６ａ上に形成した光熱変換層２６ｂ
と、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（ＰＦＡ）あるいはポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の層を３６０〜３８０℃程
度の温度で光熱変換層２６ｂ上にこれを被覆するように
焼成した表面離型層２６ｃから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トナーを用いて画像を
形成する画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、複写機やプリンタ等の画像形成装
置においては、その定着方式として、熱効率あるいは定
着性に優れているという点からヒートローラ定着方式が
広く採用されている。この方式は、ヒートローラの内部
に設けられたハロゲンランプの発する光エネルギーを熱
エネルギーに変換することにより加熱されるヒートロー
ラと、このヒートローラと共に記録紙等の転写材を一定
圧力で押圧する加圧ローラとから成る挟持部に未定着画
像を保持した転写材を通過させることで、熱によりトナ
ーを溶融軟化させ、転写材上に定着させている。

【０００３】しかしながら、ヒートローラの内部熱源と
してハロゲンランプを用い、その輻射熱を利用してヒー
トローラを加熱する方式では、所定の定着温度まで加熱
するのに費やすウォーミングアップ時間が長く、消費電
力も大きいなどの問題があった。

【０００４】上記問題点を解決する一つの方法として、
光透過性の物質で構成された円筒部材の外周に、光を熱
に変換する光熱変換層を設けたヒートローラを用いるこ
とにより、円筒部材を透過したハロゲンランプからの光
を直接光熱変換層に照射させる方法が提案された。この
方法においては、発光手段としてのハロゲンランプから
の光が円筒部材の厚みに関係なくヒートローラの最外周
付近で熱に効率よく変換されるためにヒートローラ表面
をすばやく加熱することでウォーミングアップ時間の短
縮が図られ、省電力化も可能になる。

【０００５】以下に、上述した光透過性円筒部材および
光熱変換層を用いたヒートローラを有する従来の画像形
成装置について説明する。図３は、従来の画像形成装置
のヒートローラを有する定着器の断面図である。図３に
おいて、１は内部に配設した熱源により加熱されるヒー
トローラであり、石英、ホウケイ酸等の耐熱性の高いガ
ラス材で形成された円筒部材としての素管１ａから成っ
ている。１ｂは素管１ａ上に焼成された光熱変換層であ
り、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ
素樹脂にカーボンの微粒子を３〜５％の重量割合で含有
することにより、内部に有した熱源からの赤外線が効率
よく吸収され熱に変換されるようにし、なおかつフッ素
樹脂のもつ非粘着性による表面離型性をも兼ね備えてい
る。このように構成することで、素管表面へ焼成による
１回の工程で光熱変換層と離型層が形成できる。

【０００６】２はステンレス鋼等から成る芯金の上にシ
リコンゴム等の弾性層を設け、ヒートローラ１に対して
圧接回転する加圧ローラ、３はヒートローラ１の内部に
設けられ、赤外光線を発光するハロゲンランプ、４はヒ
ートローラ１表面に接触してヒートローラ１の温度を検
知するサーミスタ素子、５はヒートローラ表面をクリー
ニングするクリーニングパッド、６は構成要素１〜５か
ら成る定着器、７は記録紙等の転写材、８はトナーであ
る。

【０００７】次に、図３の定着器６の動作について説明
する。定着器６においては、ヒートローラ１の表面温度
が所定の定着温度になるように、サーミスタ素子４から
の温度検出信号に基づいて温度制御用電源（図示せず）
と協調してハロゲンランプ３を発光させ、ヒートローラ
１と加圧ローラ２とから成る挟持部に導かれた転写材７
上のトナー８を熱と圧力によって固着する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ヒートローラ１の構成では、光熱変換層１ｂがヒートロ
ーラ１の加熱使用時にガラスの素管１ａから脱落し、印
字面を汚したりヒートローラへのトナーの付着が起きる
などの現象がしばしば起こった。

【０００９】この原因は、素管１ａを構成するガラスと
光熱変換層１ｂを構成するフッ素樹脂の線膨張係数の差
が大きいために（ホウケイ酸ガラスの線膨張係数：３
２．５×１０^-7／℃、フッ素樹脂の線膨張係数：１．０
×１０^-4／℃）、ヒートローラ１を加熱して使用する際
に、素管１ａに比べて光熱変換層１ｂの熱膨張率が大き
く、繰り返しのヒートサイクルによりガラスとフッ素樹
脂の間にエアギャップが生じ、加圧ローラとの圧設回転
等によりエアギャップが発生した部分から亀裂が生じ、
光熱変換層１ｂが素管１ａから脱落するためである。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、光熱
変換層の構成を変更することで、安定したヒートローラ
を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の画像形成装置は、円筒部材と、この円筒
部材上に形成される光透過性の物質から成る光熱変換層
と、この光熱変換層を被覆する表面離型層から構成され
るヒートローラと、このヒートローラの内部に配設した
熱源としての発光部と、このヒートローラに圧接する加
圧ローラを有する定着器を備え、前記表面離型層の幅が
最大サイズの記録紙の幅よりも大きく、かつ前記表面離
型層の幅よりも前記光熱変換層の幅が大きくなるように
した。

【００１２】また前記円筒部材を耐熱性のあるガラス材
で構成し、また前記表面離型層をフッ素樹脂で構成し、
また前記光熱変換層をカーボンで構成した。

【００１３】

【作用】上記の画像形成装置によれば、表面離型層の幅
が最大サイズの記録紙の幅よりも大きく、かつ表面離型
層の幅よりも光熱変換層の幅が大きくなるような構成と
することで、ヒートローラを構成する要素間に接合力の
弱い箇所を無くして光熱変換層と表面離型層の円筒部材
からの脱落を防止することができ、安定したヒートロー
ラを実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図を用いて
説明する。まず、画像形成装置全体の機構について説明
する。図１は本発明の一実施例における画像形成装置の
断面図である。図１において、９は光により加熱される
ヒートローラ、２はヒートローラ９と圧接する加圧ロー
ラ、１０はヒートローラ９、加圧ローラ２を有する定着
器、７は記録紙等の転写材、１３はプロセスユニット、
１４はプロセスユニット１３の側壁に設けた固定軸によ
り回転自在に軸支されている感光体、１５は感光体１４
を一様に帯電する帯電器、１６は感光体１４に露光を照
射する露光光学系、１７は感光体１４上の静電潜像にト
ナーを付着させる現像ローラ、１８はプロセスユニット
１３の側壁に回転自在に軸支され、転写材７に感光体１
４上の静電潜像を転写する転写ローラ、１９は感光体１
４上の残留トナーを除去するクリーニングブレード、２
０は現像ローラ１７の上方位置のプロセスユニット１３
の側壁に固定され、現像ローラ１７の表面にトナーを介
して接触する現像ブレード、２１はプロセスユニット１
３の側壁に回転自在に軸支され、現像ローラ１７の表面
にトナーを供給する補給ローラ、２２は転写材７を収納
している転写材カセット、２３は転写材７を搬送するた
めの給紙ローラ、２４は転写材７が搬送される転写材搬
送路、２５は印字後の転写材７を積載する排紙トレイで
ある。

【００１５】以上のように構成された画像形成装置につ
いて、その動作について説明する。まず、高圧電源に接
続された帯電器１５に高電圧を印加し、感光体１４を矢
印Ａ方向に回転させ、その表面を一様に帯電させ、反時
計方向に回転させることにより一様に帯電された感光体
１４の表面上に、露光光学系１６により画像データに応
じたレーザビームの露光光線を照射し、感光体１４上に
静電潜像を形成する。次に、補給ローラ２１により供給
された現像ローラ１７上のトナーは、現像ブレード２０
の押圧力により均一な薄層状態に摩擦帯電され、感光体
１４上へ搬送される。さらに、トナーを表面に有した現
像ローラ１７に負電荷を印加し、トナーに予め負電荷を
与えておくことにより、感光体１４上の露光光線が照射
されて電荷がなくなった部分にのみトナーが付着され、
いわゆるネガポジプロセスによる現像が行われる。

【００１６】感光体１４に付着して現像されたトナー
は、転写ローラ１８に高電圧を印加することにより、給
紙ローラ２３により給紙され、転写材搬送路２４より搬
送されてきた転写材７の表面上に転写ローラ１８によっ
て転写される。

【００１７】感光体１４から転写材７の表面上へ転写さ
れなかった残留トナーはクリーニングブレード１９によ
り感光体１４から除去される。続いて、トナー像の転写
された転写材７は定着器１０に送られ、ここでヒートロ
ーラ９の熱と加圧ローラ２との挟持部によって定着され
る。トナー像が定着された転写材７は、装置の背面もし
くは側面に設けられている排紙トレイ２５上へ排紙され
る。

【００１８】図２は本発明の一実施例における画像形成
装置のヒートローラの断面図である。ヒートローラ２６
は、石英、ホウケイ酸等の耐熱性の高いガラス材料で形
成された円筒部材としての素管２６ａと、カーボンから
なる光熱変換層をガラスの粒子とともに４５０℃程度の
温度で１５〜５０ミクロンの厚さに素管２６ａ上に形成
した光熱変換層２６ｂと、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（ＰＦＡ）
あるいはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の層
を３６０〜３８０℃程度の温度で光熱変換層２６ｂ上に
これを被覆するように焼成した表面離型層２６ｃから構
成される。

【００１９】次にヒートローラ２６の構成要素の軸方向
の幅について説明する。ＰＴＦＥの表面離型層２６ｃの
被覆幅は、最大サイズの記録紙の印字幅よりも広くす
る。カーボンの光熱変換層２６ｂの被覆幅は、ＰＴＦＥ
の表面離型層２６ｃの被覆幅よりも広くする。これは、
カーボンとフッ素樹脂の間には熱融着により、結合力の
高い−ＣＦ結合が形成されるが、ガラスとフッ素樹脂の
間には十分に結合力が生じないために、表面離型層２６
ｃの幅を光熱変換層２６ｂよりも広くし、素管２６ａと
離型層が接する構成とすると、その部分で離型層の脱落
が生じ、ローラや印字画面に付着するなどの問題が起こ
るためである。

【００２０】以上のような構成を有するヒートローラ２
６を以下のような仕様と寸法で実際に製作し、連続運転
による表面層の剥離がないかを調べた。直径２０ｍｍ、
肉厚１ｍｍ、軸方向長さ２６０ｍｍのホウケイ酸ガラス
の素管２６ａに、素管２６ａの両端から１５ｍｍずつ内
側に、最大サイズの用紙幅よりも広い２３０ｍｍのカー
ボンの光熱変換層２６ｂを焼成する。その上面に、ＰＴ
ＦＥの表面離型層２６ｃを、カーボン層の両端から１．
５ｍｍずつ内側に、幅２２７ｍｍコーティングしたもの
と、カーボン層の両端から１．５ｍｍずつ外側に、幅２
３３ｍｍコーティングしたものの２種類のローラを製作
した。

【００２１】そして、プロセススピード８４．５ｍｍ／
ｓでヒートローラ２６を加圧ローラと圧設させ１６０〜
１８０℃で数万回転、駆動させる試験を行った。その結
果、カーボン層の両端から１．５ｍｍずつ外側に、幅２
３３ｍｍコーティングしたものは、表面離型層２６ｃが
両端付近の素管２６ａとの接合部で素管２６ａから剥離
する現象がおこったが、ＰＴＦＥをカーボン層の両端か
ら１．５ｍｍずつ内側に、幅２２７ｍｍコーティングし
たものは、数万回の回転試験の後でも素管２６ａからの
ＰＴＦＥの表面離型層２６ｃやカーボンの光熱変換層２
６ｂの剥離が生じなかった。

【００２２】以上の結果から、表面離型層と光熱変換層
の２層構造にするだけでなく、カーボンからなる光熱変
換層２６ｂの幅は、フッ素樹脂からなる表面離型層２６
ｃの幅よりも広くなければならないことがわかった。上
記の様にヒートローラ２６の各要素の幅を構成にするこ
とにより、ガラスとフッ素樹脂の線膨張係数の違いや結
合力不足による表面離型層の脱落を回避でき、かつ光熱
変換層の機能と離型層の機能を持たせた信頼性の高いヒ
ートローラを実現できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明は、光熱変換部と表
面離型層を２層構造とし、両者の幅構成を調整すること
で、円筒部材からの表面離型層および光熱変換層の脱落
が無くなり、耐久性と信頼性の高いヒートローラを備え
た画像形成装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における画像形成装置の断面
図

【図２】本発明の一実施例における画像形成装置のヒー
トローラの断面図

【図３】従来の画像形成装置のヒートローラを有する定
着器の断面図

【符号の説明】

２ 加圧ローラ ６ 定着器 ２６ ヒートローラ ２６ａ 素管（円筒部材） ２６ｂ 光熱変換層 ２６ｃ 表面離型層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーにより記録紙上にトナー像を形成
   し、このトナー像を熱により記録紙上へ溶着させる画像
   形成装置であって、円筒部材と、この円筒部材上に形成
   される光透過性の物質から成る光熱変換層と、この光熱
   変換層を被覆する表面離型層から構成されるヒートロー
   ラと、このヒートローラの内部に配設した熱源としての
   発光部と、このヒートローラに圧接する加圧ローラを有
   する定着器を備え、前記表面離型層の幅が最大サイズの
   記録紙の幅よりも大きく、かつ前記表面離型層の幅より
   も前記光熱変換層の幅が大きくなるようにしたことを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】前記円筒部材が耐熱性のあるガラス材で構
   成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装
   置。
3. 【請求項３】前記表面離型層がフッ素樹脂で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】前記光熱変換層がカーボンで構成されるこ
   とを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。