説明

定着ローラ、定着装置及び画像形成装置

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】実開平5−59474号公報
【特許文献2】特開平8−54798号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【発明の効果】
【0012】
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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】画像形成装置(プリンタ)を示す概略構成図である。
【図2】定着ユニットの概略構成を示す断面図である。
【図3】加熱ローラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
(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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
(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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
【表1】

【0031】
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。
【0032】
(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。
【0033】
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。
【産業上の利用可能性】
【0034】
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。
【符号の説明】
【0035】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate


【公開番号】特開2011−197388(P2011−197388A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−63935(P2010−63935)
【出願日】平成22年3月19日(2010.3.19)
【出願人】(303000372)コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Fターム(参考)】