定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置
【課題】「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置を提供する。
【解決手段】円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有する定着用加圧ローラ４において、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されているものとする。前記第一の芯金４１の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、好ましくは、鏡面に形成されている。図１において、４２は、スペーサであり、４５は、弾性層であり、そして、４６は、離型層である。
【解決手段】円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有する定着用加圧ローラ４において、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されているものとする。前記第一の芯金４１の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、好ましくは、鏡面に形成されている。図１において、４２は、スペーサであり、４５は、弾性層であり、そして、４６は、離型層である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等において、未定着トナー画像を定着させる加圧ローラとして用いられる、定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置では、転写紙、ＯＨＰ等の記録材上で現像された未定着トナー画像を加熱定着する定着装置が備えられている。このような定着装置においては、これまでヒートロール方式が広く用いられてきた。かかるヒートロール方式では、加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、そのニップ部に記録材を通過させて、未定着トナー画像を定着している。
【０００３】
前記ヒートロール方式を用いて未定着トナー画像を加熱定着しようとすると、定着ローラ及び加圧ローラの熱容量が大きくなるので、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間に形成されるニップ部がトナーを溶融させる定着温度までの温度上昇に要する時間、即ち、立ち上がり時間（以下、本明細書においては、「立ち上がり時間」という。）、が長くなる、という問題があった。また、通紙時の温度低下からの復帰に時間がかかるので、定着ローラにおける連続通紙時の温度落低下（以下、本明細書においては、「連続通紙時の温度落ち込み」という。）が生じてしまう。それ故、定着ローラにおける「連続通紙時の温度落ち込み」が生じた際には、定着性を確保するため通紙枚数を減らし、記録紙に奪われる熱量を定着ローラへ与えるように仕向けて、温度復帰を促さなければならないので、生産性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、前記問題を解決するために、加圧ローラの熱容量を低減して、前記「立ち上がり時間」及び前記「通紙時の温度落ち込み」について対策を講じた技術（特許文献１及び特許文献２を参照。）が提案された。
【０００５】
即ち、特許文献１に記載された技術によれば、未定着トナー画像を加熱定着するために発熱効率の高い誘導加熱方式を採用すると共に、定着ローラ及び加圧ローラにおける芯金の軸心に軸方向の中空部を設けた上で該中空部を真空にして、熱容量の低減を試みている。しかしながら、前記加圧ローラにおいては、ニップ部の圧力に加え、真空としたときの大気圧でも変形しないだけの剛性が芯金に求められるので、前記芯金には、これまで考慮が不要であった大気圧への耐力が求められ、そのために、前記芯金を厚肉化せざるを得ず、熱容量を減らす目的からすれば、矛盾したものとなっていた。
【０００６】
また、特許文献２に記載された技術によれば、加圧ローラにおける芯金と表層との間に凹凸のあるフィルムを積層して、前記凹凸のあるフィルム間に空間を形成することにより、断熱層としている。しかしながら、前記加圧ローラにおいては、該加圧ローラの胴部でも、芯金とフィルムの凸部とが接触しているので、熱伝導が生じてしまい、そのために、前記加圧ローラの断熱性を損なうという問題があった。また、前記凹凸のあるフィルム間に形成された空間を構成する空気層は、熱伝導性が高いという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【０００８】
即ち、本発明は、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラにおいて、前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、前記空隙部が、大気圧より低い圧力に保持されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが鏡面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記第二の芯金上に弾性層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記定着ローラとこの定着ローラに平行に設けられた加熱ローラとの間に回転可能に設けられた定着ベルトを有していることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載された発明は、請求項５又は６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載された発明によれば、円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラにおいて、前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、前記空隙部が大気圧より低い圧力に保持されているので、空隙部内での空気の対流を減らして前記第二の芯金から第一の芯金への空気の対流による伝熱を防ぐことができ、そのために、前記第二の芯金を加熱部位に限定してその第二の芯金の低熱容量化を可能にすることができ、よって、「立ち上がり時間」を短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラを提供することができる。また、請求項１に記載された発明によれば、前記定着用加圧ローラにおける芯金が前記第一の芯金と前記第二の芯金との２重構造となるので、芯金を厚肉化することなく、芯金の剛性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載された発明によれば、前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが鏡面に形成されているので、前記第二の芯金から前記第一の芯金側への輻射（放射）による伝熱をいっそう防止することができ、そのために、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」をいっそう防止した定着用加圧ローラを提供することができる。
【００１８】
請求項３に記載された発明によれば、前記第二の芯金上に弾性層が設けられているので、画像むらがなくなり、そのために、良質の画像を得ることができる。
【００１９】
請求項４に記載された発明によれば、前記弾性層上に離型層が設けられているので、記録紙に対する離型性を向上させることができる。
【００２０】
請求項５，６に記載された発明によれば、転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有しているので、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラの「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる定着装置を提供することができる。
【００２１】
請求項７に記載された発明によれば、請求項５又は６に記載の定着装置を有しているので、「立ち上
がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラの「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す定着用加圧ローラの断面図であって、（ａ）は、縦断面図であり、そして、（ｂ）は、横断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す定着装置の説明図であって、（ａ）は、面ヒータを設けたものであり、そして、（ｂ）反射板を設けたものである。
【図３】本発明の一実施の形態を示す定着装置における定着ベルトの説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す画像形成装置の説明図である。
【図５】複写機の電源ＯＮからの時間と定着ベルトニップ前表面温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、１０は、定着用加圧ローラ４である。定着用加圧ローラ４は、円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有している。また、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されている。前記空隙部４３は、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間における前記第二の芯金４４の両端近傍に相当する部分にリング状に形成されたスペーサ４２を設け、それらを溶接することによって、形成される。
【００２５】
前記円筒状に形成された第一の芯金４１は、好ましくは、ステンレス又は炭素鋼で構成され、その厚みは、好ましくは、０．３〜５ｍｍとされる。また、前記円筒状に形成された第二の芯金４４は、好ましくは、ステンレス又は炭素鋼で構成され、その厚みは、好ましくは、０．３〜１ｍｍとされる。前記第二の芯金４４は、前記第一の芯金４１上にリング状のステンレス又は炭素鋼で構成されるスペーサ４２を介して溶接により取り付けられている。前記空隙部４２から空気を抜き、真空、即ち、大気圧より低い圧力とするための空気抜きの穴が、前記スペーサ４２又は前記第二の芯金４４に設けられるている。前記第一の芯金４１に設けるときには、その非通紙部となる端部近傍に設ける必要があるので、前記定着用加圧ローラ４の全長が長くなる欠点がある。前記空隙部４３の厚みは、好ましくは、３〜２０ｍｍである。前記空隙部４３の厚みを薄くすると、前記第一の芯金４１の外径を大きくし肉厚を増すことができるので、前記定着用加圧ローラ４の強度を向上させることができる。前記「大気圧より低い圧力」（真空）は、好ましくは、１０-2Ｐａ以下の圧力である。前記空気抜きの穴は、シリコーンゴムやフッ素ゴムのような耐熱性の高い弾性材料からなる栓で封止される（即ち、塞がれる）。また、前記空気抜きの穴は、その開口部から空気を抜くと同時に、ガラスのような金属より低融点材料を該開口部溶着させることによっても、封止される。前記ガラスのような金属より低融点材料は、前記弾性材料を用いた栓と比較して、より強固な封止が可能となる。
【００２６】
このように、円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有する定着用加圧ローラ４において、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されていると、空隙部４３内での空気の対流を減らして前記第二の芯金４４から第一の芯金４１への空気の対流による伝熱を防ぐことができ、そのために、前記第二の芯金４４を加熱部位に限定してその第二の芯金４４の低熱容量化を可能にすることができ、よって、「立ち上がり時間」を短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラ４を提供することができる。また、請求項１に記載された発明によれば、前記定着用加圧ローラ４における芯金が前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との２重構造となるので、芯金を厚肉化することなく、芯金の剛性を向上させることができる。
【００２７】
本発明においては、前記第一の芯金の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、好ましくは、鏡面に形成されている。前記鏡面に形成された第一の芯金の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、酸化を防止するために表面をニッケルのような光沢を有する金属メッキを施して光沢度の向上を図ることができる。また、前記空隙部４３を形成するために設けられたスペーサ４２の表面についても同様にニッケルのような光沢を有する金属メッキを施して光沢度の向上を図り、断熱性を向上させることができる。
【００２８】
このように、前記第一の芯金４１の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とが鏡面に形成されていると、前記第二の芯金４４から前記第一の芯金４１側への輻射（放射）による伝熱をいっそう防止することができ、そのために、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」をいっそう防止した定着用加圧ローラ４を提供することができる。
【００２９】
本発明においては、前記第二の芯金４４上に弾性層４５が設けられている。このように、前記第二の芯金４４上に弾性層４５が設けられていると、画像むらがなくなり、そのために、良質の画像を得ることができる。また、本発明においては、前記弾性層４５上に離型層４６が設けられている。このように、前記弾性層４５上に離型層４６が設けられていると、記録紙７に対する離型性を向上させることができる。
【００３０】
次に、前記弾性層４５及び前記離型層４６について詳しく説明する。
【００３１】
図１，２に示されているように、前記定着用加圧ローラ４は、前記第２の芯金４４上に弾性層４５が形成され、そして、前記弾性層４５上に離型層４６が形成されたものであるが、前記定着用加圧ローラ４を定着装置４０に装着すると、前記定着用加圧ローラ４が定着ベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成することとなる。前記定着加圧ローラ４の外径は、好ましくは、３０〜４０ｍｍであり、そして、前記弾性層４５の厚み及び硬度は、好ましくは、０．３〜５ｍｍ及び２０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）とされている。また、前記離型層４６の厚みは、好ましくは、１０〜１００μｍである。本発明においては、定着用加圧ローラ４の硬度を定着ローラ２の硬度に比べて硬くすることによって、定着用加圧ローラ４が定着ローラ２（及び定着ベルト３）へ食い込む形となるので、この食い込みにより記録材８はニップ部出口において定着ベルト３の表面に沿うことができない曲率を持つこととなり、そのために、記録材７の定着ベルト３の表面からの離型性を向上させることができる。
【００３２】
図２において、４０は、定着装置である。定着装置４０は、記録紙７が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラ２と、前記定着ローラ２の表面に当接する定着用加圧ローラ４と、を有している。前記定着装置４０は、前記定着用加圧ローラ４として、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラ４を有している。このように、転写紙７が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラ２と、前記定着ローラ２の表面に当接する定着用加圧ローラ４と、を有する定着装置４０において、前記定着用加圧ローラ４０として、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラ４を有していると、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラ４の「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラ４から大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる定着装置４０を提供することができる。
【００３３】
次に、前記定着装置４０について詳しく説明する。
【００３４】
図２に示されているように、本発明の定着装置４０は、ハロゲンヒータ５を内部に備えた加熱ローラ１と、前記加熱ローラ１と並行に配置された定着ローラ２と、前記加熱ローラ１と定着ローラ２とで張り渡されこれらの何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状の定着ベルト３と、前記定着ベルト３を介して前記定着ローラ２に圧接されると共に該定着ベルト３に対して順方向に回転する定着用加圧ローラ４と、で構成されている。前記定着装置４０には、図２（ａ）に示されているように、定着用加圧ローラ４の外周面を加熱する面ヒータ６ａが設けられているが、図２（ｂ）に示されているように、定着用加圧ローラ４の外周面を加熱する、内側にハロゲンヒータを有する、反射板６ｂが設けられていてもかまわない。
【００３５】
前記加熱ローラ１は、その内部のハロゲンヒータ５からの熱を当接する定着ベルトへ伝熱させるために設けられたものであるが、その内面に黒色塗装を施すことで、ハロゲンヒータからの熱を効率良く集光し加熱ローラ１の発熱効率を向上させることができる。前記加熱ローラ１は、アルミニウム、炭素鋼等の金属で構成されているが、前記アルミニウムは、熱伝導率の高い金属であるので、加熱ローラの構成材料に適したものであるといえる。また、前記加熱ローラ１における前記定着ベルト基材３１との摺動面には、フッ素樹脂等の摩擦係数の小さい樹脂で被覆して、磨耗を低減することが好ましい。
【００３６】
前記定着ローラ２は、例えば、ステンレス、炭素鋼等の金属で構成される芯金２１と、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状又は発泡状にして前記芯金２１を被覆した弾性部材２２と、からなる。そして、定着用加圧ローラ４からの押圧力で定着用加圧ローラ４と定着ローラ２の間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。前記定着ローラ２の外径は、好ましくは、３０〜４０ｍｍであり、前記弾性部材の肉厚は、好ましくは、３〜１０ｍｍであり、そして、前記弾性部材の硬度は、好ましくは、１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）である。
【００３７】
図３に示されているように、前記定着ベルト３は、基材３１と、前記基材３１上に設けられた弾性層３２と、前記弾性層３２に設けられた離型層３３と、からなる。前記基材３１に求められる特性としては、前記定着ベルト３を貼り渡した際の機械的強度、柔軟性、及び、定着温度での使用に耐え得る耐熱性、が挙げられる。前記基材３１は、加熱ローラ１を誘導加熱するためには、好ましくは、絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の樹脂で構成される。前記基材３１の厚みは、好ましくは、３０〜２００μｍである。このように、前記基材３１の厚みが３０〜２００μｍであると、十分な熱容量を保持すると共に、十分な強度を保持することができる。
【００３８】
前記定着ベルト３における弾性層３２は、光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成されるが、そのゴム硬度は、好ましくは、５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ硬度）であり、その厚みは、好ましくは、５０〜５００μｍである。また、前記弾性層３２は、定着温度における耐熱性の観点から、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等耐熱性のゴムで構成される。前記離型層３３は、好ましくは、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＥＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、或いは、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたもので構成される。
【００３９】
前記弾性層３２を前記離型層３３が被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくとも、トナー離型性が向上し、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。しかし、これらの離型性を有する樹脂は、一般的には、ゴム材料のような弾性をゆうしていないので、前記弾性層３２上に厚く離型層３３を形成すると、定着ベルト３の表面の柔軟性を損ない、光沢ムラを発生させてしまう。前記定着ベルト３の離型性と柔軟性とを両立させるためには、前記離型層３３の厚みは、好ましくは、５〜５０μｍ、さらに好ましくは、１０〜３０μｍである。また、前記定着ベルト３においては、所望に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、さらに、基材３１の内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けても良い。
【００４０】
図４に示されているように、本発明の画像形成装置は、請求項５又は６に記載の定着装置４０を有している。このように、請求項５又は６に記載の定着装置４０を有していると、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラ（図１における４を参照。）「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる画像形成装置を提供することができる。
【００４１】
次ぎに、前記定着装置４０について詳しく説明する。
【００４２】
図４に示されているように、本発明の画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために、電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。これらの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、前記各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。前記各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置されて、用紙（記録材）は、搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有している。したがって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明して、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては、同一符号を付して、詳細な説明を省略することとする。
【００４３】
前記画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有している。前記感光体ドラム１Ｙの周囲には、該感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ、及び、図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
【００４４】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。搬送ベルト２０の図中左側には、前述した本発明の実施の形態に係る定着装置４０が配設されている（この図中では、励磁コイルなどは省略されている。）。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路に搬送された後に、定着装置４０に通過される。定着装置４０では、搬送された用紙、即ち、表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙、を加熱し、加圧して、前記各色のトナー像を溶融させる。そして、この溶融させた各色のトナー像を用紙に浸透させて定着させる。つぎに、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。
【００４５】
（実施例１）
ステンレスＳＵＳ３０４で構成された直径３０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ及び厚み０．８ｍｍの第一の円筒体、並びに、ステンレスＳＵＳ３０４で構成された直径４０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ及び厚み０．８ｍｍの第二の円筒体、ＳＵＳ３０４で構成される内径２２ｍｍ、外径３９ｍｍのリング状のスペーサを準備した。スペーサと両円筒体は、円筒体端部に施したインロー加工により、軸方向の位置合わせが容易となるようにした。そして、前記第一の円筒体に前記第二の円筒体を外挿し、前記スペーサを第一の円筒体両端から挿入することで、第一の円筒体と第二の円筒体間に空隙を形成すると同時に、第一の円筒体に対して、第二の円筒体の位置決めができた状態に仮組みした。次に、前記スペーサをそれぞれ前記第一の円筒体と前記第二の円筒体とにＴＩＧ溶接により溶接して固定し、続いて、前記スペーサの一方に予め設けられた空気抜き穴から空気を抜いて前記空隙部の圧力を１０-3Ｐａとした後、前記空気穴をシリコーンゴムで封止して芯金とした。次に、このようにして形成された芯金における第二の芯金の表面に耐熱タイプの金属用プライマーを塗装して塗布層を形成し、この塗布層を１５０℃で１０分間焼き付けてプライマー層を形成した後、前記プライマー層の表面上に、シリコーンゴム［東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製、ＤＹ３５−３６３（熱伝導率：０．８×１０-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）］を含有する塗料を塗布して塗布層を形成し、この塗布層を構成するシリコーンゴムを加硫（硬化）させて弾性層とし、その弾性層を０．２ｍｍ厚になるまで円筒研削盤にて研削した。そして、この弾性層上にシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、ＤＹ３９−０６７）をスプレー塗布し、乾燥させてシランカップリング剤による塗布膜を形成した。次に、フッ素樹脂粉体塗料１００重量部に光触媒物質としてアナターゼ型酸化チタン１重量部を加え、これを前記シランカップリング剤による塗布膜上に粉体塗装して２０μｍ厚の粉体塗装層を形成した後、この粉体塗装層に加熱処理を施して、フッ素樹脂粉体を焼成し、溶融させ、冷却硬化させることにより、直径４０ｍｍのローラとした。次に、このローラの離型層に、１８４．９ｎｍの光を発光する低圧水銀灯［セン特殊光源社製、高純度合成石英低圧水銀ランプＥＵＶ２００ＮＳ−７（出力２００Ｗ）］を用いて、短波長紫外線を照射して、定着用加圧ローラを得た。
【００４６】
（実施例２）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施しておいた以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４７】
（実施例３）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施し、そして、前記第一の芯金の肉厚を１．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４８】
（実施例４）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施し、そして、前記第二の芯金の肉厚を１ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４９】
（比較例１）
炭素鋼で構成された直径４０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ及び厚み１ｍｍの芯金を用いた以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００５０】
以上、実施例１，２及び比較例１で得られた定着用加圧ローラを定着装置に組み込み、その定着装置を複写機に搭載して電源をＯＮにした後、定着ベルト表面がトナーを溶融させる定着温度に達するまでの時間（秒）、即ち、「立ち上がり時間」（秒）を測定した。そして、前記「立ち上がり時間」の測定に続いて、連続通紙を行ったときの定着ベルトの表面温度の落ち込み（℃）、即ち、「連続通紙時の温度落ち込み」（℃）を測定した。次に、それらの具体的な測定方法を図４により説明する。
【００５１】
図５において、縦軸は、定着ベルトのニップ前表面温度であり、そして、横軸は、複写機の電源ＯＮからの時間である。まず、複写機電源をＯＮにすると、定着器が立ち上がりモードで昇温を開始し、続いて、ニップ前温度が２００℃に達すが、このニップ前温度が２００℃に達した段階で立ち上がり終了と判定する。次に、通紙モードとなった後、通紙を開始する。通紙の開始と共に、ニップ前温度は低下するが、各定着部材が十分に加熱されるにつれて、ニップ前温度の低下は止まり、ニップ前温度は復帰していく。本実施例及び比較例において「立ち上がり時間」（秒）及び「連続通紙時の温度落ち込み」（℃）を測定するに当たっては、「立ち上がり時間」は、ニップ前温度が２００℃に到達するまでの時間と定義し、そして、「連続通紙時の温度落ち込み」は、５０枚連続通紙したときのニップ前温度の落ち込み下限温度と定義する。
【００５２】
測定結果は、次の表１に示される。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から、実施例１〜４で得た定着用加圧ローラを用いると、「立ち上がり時間」及び「連続通紙時の温度落ち込み」を改善できることがわかる。また、実施例４で得た定着用加圧ローラは、比較例で得た定着用加圧ローラと同等の肉厚を有しているが、「立ち上がり時間」及び「連続通紙時の温度落ち込み」について共に優れており、本発明の断熱効果の高いことが確認できた。また、実施例２で得た定着用加圧ローラと実施例３で得た定着用加圧ローラとの比較からは、前記第一の芯金の肉厚の影響は認められないので、本発明の断熱効果により前記第二の芯金から前記第一の芯金への熱の移動が良好に遮断されていることが分かり、また、ニップ前温度特性への寄与については、前記第二の芯金の肉厚の影響が大きいことが確認できた。
【符号の説明】
【００５５】
１ 加熱ローラ
２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 定着用加圧ローラ
５ ハロゲンヒータ
６ａ 面ヒータ
６ｂ 反射板
７ 記録紙
Ｎ ニップ部
Ｔ トナー画像
４０ 定着装置
４１ 第一の芯金
４２ スペーサ
４３ 空隙部
４４ 第二の芯金
４５ 弾性層
４６ 離型層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特開平１０−７４００７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７３０３号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による複写機、プリンタ、ファクシミリ等において、未定着トナー画像を定着させる加圧ローラとして用いられる、定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置では、転写紙、ＯＨＰ等の記録材上で現像された未定着トナー画像を加熱定着する定着装置が備えられている。このような定着装置においては、これまでヒートロール方式が広く用いられてきた。かかるヒートロール方式では、加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、そのニップ部に記録材を通過させて、未定着トナー画像を定着している。
【０００３】
前記ヒートロール方式を用いて未定着トナー画像を加熱定着しようとすると、定着ローラ及び加圧ローラの熱容量が大きくなるので、前記定着ローラと前記加圧ローラとの間に形成されるニップ部がトナーを溶融させる定着温度までの温度上昇に要する時間、即ち、立ち上がり時間（以下、本明細書においては、「立ち上がり時間」という。）、が長くなる、という問題があった。また、通紙時の温度低下からの復帰に時間がかかるので、定着ローラにおける連続通紙時の温度落低下（以下、本明細書においては、「連続通紙時の温度落ち込み」という。）が生じてしまう。それ故、定着ローラにおける「連続通紙時の温度落ち込み」が生じた際には、定着性を確保するため通紙枚数を減らし、記録紙に奪われる熱量を定着ローラへ与えるように仕向けて、温度復帰を促さなければならないので、生産性が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、前記問題を解決するために、加圧ローラの熱容量を低減して、前記「立ち上がり時間」及び前記「通紙時の温度落ち込み」について対策を講じた技術（特許文献１及び特許文献２を参照。）が提案された。
【０００５】
即ち、特許文献１に記載された技術によれば、未定着トナー画像を加熱定着するために発熱効率の高い誘導加熱方式を採用すると共に、定着ローラ及び加圧ローラにおける芯金の軸心に軸方向の中空部を設けた上で該中空部を真空にして、熱容量の低減を試みている。しかしながら、前記加圧ローラにおいては、ニップ部の圧力に加え、真空としたときの大気圧でも変形しないだけの剛性が芯金に求められるので、前記芯金には、これまで考慮が不要であった大気圧への耐力が求められ、そのために、前記芯金を厚肉化せざるを得ず、熱容量を減らす目的からすれば、矛盾したものとなっていた。
【０００６】
また、特許文献２に記載された技術によれば、加圧ローラにおける芯金と表層との間に凹凸のあるフィルムを積層して、前記凹凸のあるフィルム間に空間を形成することにより、断熱層としている。しかしながら、前記加圧ローラにおいては、該加圧ローラの胴部でも、芯金とフィルムの凸部とが接触しているので、熱伝導が生じてしまい、そのために、前記加圧ローラの断熱性を損なうという問題があった。また、前記凹凸のあるフィルム間に形成された空間を構成する空気層は、熱伝導性が高いという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
【０００８】
即ち、本発明は、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラ及びそれを有する定着装置並びにその定着装置を有する画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラにおいて、前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、前記空隙部が、大気圧より低い圧力に保持されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが鏡面に形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記第二の芯金上に弾性層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載された発明は、請求項３に記載された発明において、前記弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有していることを特徴とする定着装置である。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、請求項５に記載された発明において、前記定着ローラとこの定着ローラに平行に設けられた加熱ローラとの間に回転可能に設けられた定着ベルトを有していることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に記載された発明は、請求項５又は６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載された発明によれば、円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラにおいて、前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、前記空隙部が大気圧より低い圧力に保持されているので、空隙部内での空気の対流を減らして前記第二の芯金から第一の芯金への空気の対流による伝熱を防ぐことができ、そのために、前記第二の芯金を加熱部位に限定してその第二の芯金の低熱容量化を可能にすることができ、よって、「立ち上がり時間」を短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラを提供することができる。また、請求項１に記載された発明によれば、前記定着用加圧ローラにおける芯金が前記第一の芯金と前記第二の芯金との２重構造となるので、芯金を厚肉化することなく、芯金の剛性を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載された発明によれば、前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが鏡面に形成されているので、前記第二の芯金から前記第一の芯金側への輻射（放射）による伝熱をいっそう防止することができ、そのために、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」をいっそう防止した定着用加圧ローラを提供することができる。
【００１８】
請求項３に記載された発明によれば、前記第二の芯金上に弾性層が設けられているので、画像むらがなくなり、そのために、良質の画像を得ることができる。
【００１９】
請求項４に記載された発明によれば、前記弾性層上に離型層が設けられているので、記録紙に対する離型性を向上させることができる。
【００２０】
請求項５，６に記載された発明によれば、転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有しているので、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラの「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる定着装置を提供することができる。
【００２１】
請求項７に記載された発明によれば、請求項５又は６に記載の定着装置を有しているので、「立ち上
がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラの「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す定着用加圧ローラの断面図であって、（ａ）は、縦断面図であり、そして、（ｂ）は、横断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す定着装置の説明図であって、（ａ）は、面ヒータを設けたものであり、そして、（ｂ）反射板を設けたものである。
【図３】本発明の一実施の形態を示す定着装置における定着ベルトの説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態を示す画像形成装置の説明図である。
【図５】複写機の電源ＯＮからの時間と定着ベルトニップ前表面温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、１０は、定着用加圧ローラ４である。定着用加圧ローラ４は、円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有している。また、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されている。前記空隙部４３は、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間における前記第二の芯金４４の両端近傍に相当する部分にリング状に形成されたスペーサ４２を設け、それらを溶接することによって、形成される。
【００２５】
前記円筒状に形成された第一の芯金４１は、好ましくは、ステンレス又は炭素鋼で構成され、その厚みは、好ましくは、０．３〜５ｍｍとされる。また、前記円筒状に形成された第二の芯金４４は、好ましくは、ステンレス又は炭素鋼で構成され、その厚みは、好ましくは、０．３〜１ｍｍとされる。前記第二の芯金４４は、前記第一の芯金４１上にリング状のステンレス又は炭素鋼で構成されるスペーサ４２を介して溶接により取り付けられている。前記空隙部４２から空気を抜き、真空、即ち、大気圧より低い圧力とするための空気抜きの穴が、前記スペーサ４２又は前記第二の芯金４４に設けられるている。前記第一の芯金４１に設けるときには、その非通紙部となる端部近傍に設ける必要があるので、前記定着用加圧ローラ４の全長が長くなる欠点がある。前記空隙部４３の厚みは、好ましくは、３〜２０ｍｍである。前記空隙部４３の厚みを薄くすると、前記第一の芯金４１の外径を大きくし肉厚を増すことができるので、前記定着用加圧ローラ４の強度を向上させることができる。前記「大気圧より低い圧力」（真空）は、好ましくは、１０-2Ｐａ以下の圧力である。前記空気抜きの穴は、シリコーンゴムやフッ素ゴムのような耐熱性の高い弾性材料からなる栓で封止される（即ち、塞がれる）。また、前記空気抜きの穴は、その開口部から空気を抜くと同時に、ガラスのような金属より低融点材料を該開口部溶着させることによっても、封止される。前記ガラスのような金属より低融点材料は、前記弾性材料を用いた栓と比較して、より強固な封止が可能となる。
【００２６】
このように、円筒状に形成された第一の芯金４１と、前記第一の芯金４１上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金４４と、を同軸に有する定着用加圧ローラ４において、前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との間に円筒状に形成された空隙部４３が設けられ、そして、前記空隙部４３が大気圧より低い圧力に保持されていると、空隙部４３内での空気の対流を減らして前記第二の芯金４４から第一の芯金４１への空気の対流による伝熱を防ぐことができ、そのために、前記第二の芯金４４を加熱部位に限定してその第二の芯金４４の低熱容量化を可能にすることができ、よって、「立ち上がり時間」を短くすると共に、「通紙時の温度低下」を防止した定着用加圧ローラ４を提供することができる。また、請求項１に記載された発明によれば、前記定着用加圧ローラ４における芯金が前記第一の芯金４１と前記第二の芯金４４との２重構造となるので、芯金を厚肉化することなく、芯金の剛性を向上させることができる。
【００２７】
本発明においては、前記第一の芯金の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、好ましくは、鏡面に形成されている。前記鏡面に形成された第一の芯金の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とは、酸化を防止するために表面をニッケルのような光沢を有する金属メッキを施して光沢度の向上を図ることができる。また、前記空隙部４３を形成するために設けられたスペーサ４２の表面についても同様にニッケルのような光沢を有する金属メッキを施して光沢度の向上を図り、断熱性を向上させることができる。
【００２８】
このように、前記第一の芯金４１の空隙部４３側の表面と前記第二の芯金４４の前記空隙部４３側の表面とが鏡面に形成されていると、前記第二の芯金４４から前記第一の芯金４１側への輻射（放射）による伝熱をいっそう防止することができ、そのために、「立ち上がり時間」をいっそう短くすると共に、「通紙時の温度低下」をいっそう防止した定着用加圧ローラ４を提供することができる。
【００２９】
本発明においては、前記第二の芯金４４上に弾性層４５が設けられている。このように、前記第二の芯金４４上に弾性層４５が設けられていると、画像むらがなくなり、そのために、良質の画像を得ることができる。また、本発明においては、前記弾性層４５上に離型層４６が設けられている。このように、前記弾性層４５上に離型層４６が設けられていると、記録紙７に対する離型性を向上させることができる。
【００３０】
次に、前記弾性層４５及び前記離型層４６について詳しく説明する。
【００３１】
図１，２に示されているように、前記定着用加圧ローラ４は、前記第２の芯金４４上に弾性層４５が形成され、そして、前記弾性層４５上に離型層４６が形成されたものであるが、前記定着用加圧ローラ４を定着装置４０に装着すると、前記定着用加圧ローラ４が定着ベルト３を介して定着ローラ２を押圧して定着ニップ部Ｎを形成することとなる。前記定着加圧ローラ４の外径は、好ましくは、３０〜４０ｍｍであり、そして、前記弾性層４５の厚み及び硬度は、好ましくは、０．３〜５ｍｍ及び２０〜５０°（Ａｓｋｅｒ硬度）とされている。また、前記離型層４６の厚みは、好ましくは、１０〜１００μｍである。本発明においては、定着用加圧ローラ４の硬度を定着ローラ２の硬度に比べて硬くすることによって、定着用加圧ローラ４が定着ローラ２（及び定着ベルト３）へ食い込む形となるので、この食い込みにより記録材８はニップ部出口において定着ベルト３の表面に沿うことができない曲率を持つこととなり、そのために、記録材７の定着ベルト３の表面からの離型性を向上させることができる。
【００３２】
図２において、４０は、定着装置である。定着装置４０は、記録紙７が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラ２と、前記定着ローラ２の表面に当接する定着用加圧ローラ４と、を有している。前記定着装置４０は、前記定着用加圧ローラ４として、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラ４を有している。このように、転写紙７が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラ２と、前記定着ローラ２の表面に当接する定着用加圧ローラ４と、を有する定着装置４０において、前記定着用加圧ローラ４０として、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラ４を有していると、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラ４の「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラ４から大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる定着装置４０を提供することができる。
【００３３】
次に、前記定着装置４０について詳しく説明する。
【００３４】
図２に示されているように、本発明の定着装置４０は、ハロゲンヒータ５を内部に備えた加熱ローラ１と、前記加熱ローラ１と並行に配置された定着ローラ２と、前記加熱ローラ１と定着ローラ２とで張り渡されこれらの何れかのローラの回転により矢印Ａ方向に回転する無端帯状の定着ベルト３と、前記定着ベルト３を介して前記定着ローラ２に圧接されると共に該定着ベルト３に対して順方向に回転する定着用加圧ローラ４と、で構成されている。前記定着装置４０には、図２（ａ）に示されているように、定着用加圧ローラ４の外周面を加熱する面ヒータ６ａが設けられているが、図２（ｂ）に示されているように、定着用加圧ローラ４の外周面を加熱する、内側にハロゲンヒータを有する、反射板６ｂが設けられていてもかまわない。
【００３５】
前記加熱ローラ１は、その内部のハロゲンヒータ５からの熱を当接する定着ベルトへ伝熱させるために設けられたものであるが、その内面に黒色塗装を施すことで、ハロゲンヒータからの熱を効率良く集光し加熱ローラ１の発熱効率を向上させることができる。前記加熱ローラ１は、アルミニウム、炭素鋼等の金属で構成されているが、前記アルミニウムは、熱伝導率の高い金属であるので、加熱ローラの構成材料に適したものであるといえる。また、前記加熱ローラ１における前記定着ベルト基材３１との摺動面には、フッ素樹脂等の摩擦係数の小さい樹脂で被覆して、磨耗を低減することが好ましい。
【００３６】
前記定着ローラ２は、例えば、ステンレス、炭素鋼等の金属で構成される芯金２１と、耐熱性を有するシリコーンゴム等をソリッド状又は発泡状にして前記芯金２１を被覆した弾性部材２２と、からなる。そして、定着用加圧ローラ４からの押圧力で定着用加圧ローラ４と定着ローラ２の間に所定幅の接触部（定着ニップ部Ｎ）を形成する。前記定着ローラ２の外径は、好ましくは、３０〜４０ｍｍであり、前記弾性部材の肉厚は、好ましくは、３〜１０ｍｍであり、そして、前記弾性部材の硬度は、好ましくは、１０〜５０°（ＪＩＳ−Ａ）である。
【００３７】
図３に示されているように、前記定着ベルト３は、基材３１と、前記基材３１上に設けられた弾性層３２と、前記弾性層３２に設けられた離型層３３と、からなる。前記基材３１に求められる特性としては、前記定着ベルト３を貼り渡した際の機械的強度、柔軟性、及び、定着温度での使用に耐え得る耐熱性、が挙げられる。前記基材３１は、加熱ローラ１を誘導加熱するためには、好ましくは、絶縁性の耐熱樹脂材料、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、フッ素樹脂等の樹脂で構成される。前記基材３１の厚みは、好ましくは、３０〜２００μｍである。このように、前記基材３１の厚みが３０〜２００μｍであると、十分な熱容量を保持すると共に、十分な強度を保持することができる。
【００３８】
前記定着ベルト３における弾性層３２は、光沢ムラのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成されるが、そのゴム硬度は、好ましくは、５〜５０°（ＪＩＳ−Ａ硬度）であり、その厚みは、好ましくは、５０〜５００μｍである。また、前記弾性層３２は、定着温度における耐熱性の観点から、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等耐熱性のゴムで構成される。前記離型層３３は、好ましくは、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＥＥＰ）等のフッ素樹脂、これらの樹脂の混合物、或いは、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたもので構成される。
【００３９】
前記弾性層３２を前記離型層３３が被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくとも、トナー離型性が向上し、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。しかし、これらの離型性を有する樹脂は、一般的には、ゴム材料のような弾性をゆうしていないので、前記弾性層３２上に厚く離型層３３を形成すると、定着ベルト３の表面の柔軟性を損ない、光沢ムラを発生させてしまう。前記定着ベルト３の離型性と柔軟性とを両立させるためには、前記離型層３３の厚みは、好ましくは、５〜５０μｍ、さらに好ましくは、１０〜３０μｍである。また、前記定着ベルト３においては、所望に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、さらに、基材３１の内面に摺動時の耐久性を向上させる層を設けても良い。
【００４０】
図４に示されているように、本発明の画像形成装置は、請求項５又は６に記載の定着装置４０を有している。このように、請求項５又は６に記載の定着装置４０を有していると、「立ち上がり時間」を短くすると共に、前記定着用加圧ローラ（図１における４を参照。）「通紙時の温度低下」を防止し、しかも、前記定着用加圧ローラから大気への放熱を防止し、省エネ効果を向上させる画像形成装置を提供することができる。
【００４１】
次ぎに、前記定着装置４０について詳しく説明する。
【００４２】
図４に示されているように、本発明の画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像をそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために、電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）を備えている。これらの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、前記各画像形成部を通して用紙（記録材）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。前記各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置されて、用紙（記録材）は、搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有している。したがって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明して、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては、同一符号を付して、詳細な説明を省略することとする。
【００４３】
前記画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有している。前記感光体ドラム１Ｙの周囲には、該感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ、帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ、ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ、現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）、転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ、及び、図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプが、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
【００４４】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。搬送ベルト２０の図中左側には、前述した本発明の実施の形態に係る定着装置４０が配設されている（この図中では、励磁コイルなどは省略されている。）。搬送ベルト２０によって搬送された用紙は、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送路に搬送された後に、定着装置４０に通過される。定着装置４０では、搬送された用紙、即ち、表面上に各色のトナー像が転写された状態の用紙、を加熱し、加圧して、前記各色のトナー像を溶融させる。そして、この溶融させた各色のトナー像を用紙に浸透させて定着させる。つぎに、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラを介して排紙する。
【００４５】
（実施例１）
ステンレスＳＵＳ３０４で構成された直径３０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ及び厚み０．８ｍｍの第一の円筒体、並びに、ステンレスＳＵＳ３０４で構成された直径４０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ及び厚み０．８ｍｍの第二の円筒体、ＳＵＳ３０４で構成される内径２２ｍｍ、外径３９ｍｍのリング状のスペーサを準備した。スペーサと両円筒体は、円筒体端部に施したインロー加工により、軸方向の位置合わせが容易となるようにした。そして、前記第一の円筒体に前記第二の円筒体を外挿し、前記スペーサを第一の円筒体両端から挿入することで、第一の円筒体と第二の円筒体間に空隙を形成すると同時に、第一の円筒体に対して、第二の円筒体の位置決めができた状態に仮組みした。次に、前記スペーサをそれぞれ前記第一の円筒体と前記第二の円筒体とにＴＩＧ溶接により溶接して固定し、続いて、前記スペーサの一方に予め設けられた空気抜き穴から空気を抜いて前記空隙部の圧力を１０-3Ｐａとした後、前記空気穴をシリコーンゴムで封止して芯金とした。次に、このようにして形成された芯金における第二の芯金の表面に耐熱タイプの金属用プライマーを塗装して塗布層を形成し、この塗布層を１５０℃で１０分間焼き付けてプライマー層を形成した後、前記プライマー層の表面上に、シリコーンゴム［東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製、ＤＹ３５−３６３（熱伝導率：０．８×１０-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）］を含有する塗料を塗布して塗布層を形成し、この塗布層を構成するシリコーンゴムを加硫（硬化）させて弾性層とし、その弾性層を０．２ｍｍ厚になるまで円筒研削盤にて研削した。そして、この弾性層上にシランカップリング剤（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製、ＤＹ３９−０６７）をスプレー塗布し、乾燥させてシランカップリング剤による塗布膜を形成した。次に、フッ素樹脂粉体塗料１００重量部に光触媒物質としてアナターゼ型酸化チタン１重量部を加え、これを前記シランカップリング剤による塗布膜上に粉体塗装して２０μｍ厚の粉体塗装層を形成した後、この粉体塗装層に加熱処理を施して、フッ素樹脂粉体を焼成し、溶融させ、冷却硬化させることにより、直径４０ｍｍのローラとした。次に、このローラの離型層に、１８４．９ｎｍの光を発光する低圧水銀灯［セン特殊光源社製、高純度合成石英低圧水銀ランプＥＵＶ２００ＮＳ−７（出力２００Ｗ）］を用いて、短波長紫外線を照射して、定着用加圧ローラを得た。
【００４６】
（実施例２）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施しておいた以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４７】
（実施例３）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施し、そして、前記第一の芯金の肉厚を１．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４８】
（実施例４）
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とに予め鏡面加工を施し、そして、前記第二の芯金の肉厚を１ｍｍとした以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００４９】
（比較例１）
炭素鋼で構成された直径４０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ及び厚み１ｍｍの芯金を用いた以外は、実施例１と同様にして定着用加圧ローラを得た。
【００５０】
以上、実施例１，２及び比較例１で得られた定着用加圧ローラを定着装置に組み込み、その定着装置を複写機に搭載して電源をＯＮにした後、定着ベルト表面がトナーを溶融させる定着温度に達するまでの時間（秒）、即ち、「立ち上がり時間」（秒）を測定した。そして、前記「立ち上がり時間」の測定に続いて、連続通紙を行ったときの定着ベルトの表面温度の落ち込み（℃）、即ち、「連続通紙時の温度落ち込み」（℃）を測定した。次に、それらの具体的な測定方法を図４により説明する。
【００５１】
図５において、縦軸は、定着ベルトのニップ前表面温度であり、そして、横軸は、複写機の電源ＯＮからの時間である。まず、複写機電源をＯＮにすると、定着器が立ち上がりモードで昇温を開始し、続いて、ニップ前温度が２００℃に達すが、このニップ前温度が２００℃に達した段階で立ち上がり終了と判定する。次に、通紙モードとなった後、通紙を開始する。通紙の開始と共に、ニップ前温度は低下するが、各定着部材が十分に加熱されるにつれて、ニップ前温度の低下は止まり、ニップ前温度は復帰していく。本実施例及び比較例において「立ち上がり時間」（秒）及び「連続通紙時の温度落ち込み」（℃）を測定するに当たっては、「立ち上がり時間」は、ニップ前温度が２００℃に到達するまでの時間と定義し、そして、「連続通紙時の温度落ち込み」は、５０枚連続通紙したときのニップ前温度の落ち込み下限温度と定義する。
【００５２】
測定結果は、次の表１に示される。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１から、実施例１〜４で得た定着用加圧ローラを用いると、「立ち上がり時間」及び「連続通紙時の温度落ち込み」を改善できることがわかる。また、実施例４で得た定着用加圧ローラは、比較例で得た定着用加圧ローラと同等の肉厚を有しているが、「立ち上がり時間」及び「連続通紙時の温度落ち込み」について共に優れており、本発明の断熱効果の高いことが確認できた。また、実施例２で得た定着用加圧ローラと実施例３で得た定着用加圧ローラとの比較からは、前記第一の芯金の肉厚の影響は認められないので、本発明の断熱効果により前記第二の芯金から前記第一の芯金への熱の移動が良好に遮断されていることが分かり、また、ニップ前温度特性への寄与については、前記第二の芯金の肉厚の影響が大きいことが確認できた。
【符号の説明】
【００５５】
１ 加熱ローラ
２ 定着ローラ
３ 定着ベルト
４ 定着用加圧ローラ
５ ハロゲンヒータ
６ａ 面ヒータ
６ｂ 反射板
７ 記録紙
Ｎ ニップ部
Ｔ トナー画像
４０ 定着装置
４１ 第一の芯金
４２ スペーサ
４３ 空隙部
４４ 第二の芯金
４５ 弾性層
４６ 離型層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特開平１０−７４００７号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７３０３号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラであって、
前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、
前記空隙部が、大気圧より低い圧力に保持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項２】
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが、鏡面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項３】
前記第二の芯金上に弾性層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項４】
前記弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項５】
転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有していることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記定着ローラとこの定着ローラに平行に設けられた加熱ローラとの間に回転可能に設けられた定着ベルトを有していることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
円筒状に形成された第一の芯金と、前記第一の芯金上に設けられた円筒状に形成された第二の芯金と、を同軸に有する定着用加圧ローラであって、
前記第一の芯金と前記第二の芯金との間に円筒状に形成された空隙部が設けられ、そして、
前記空隙部が、大気圧より低い圧力に保持されている
ことを特徴とする請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項２】
前記第一の芯金の空隙部側の表面と前記第二の芯金の前記空隙部側の表面とが、鏡面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項３】
前記第二の芯金上に弾性層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項４】
前記弾性層上に離型層が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の定着用加圧ローラ。
【請求項５】
転写紙が搬送される搬送経路上に配置された定着ローラと、前記定着ローラの表面に当接する定着用加圧ローラと、を有する定着装置において、前記定着用加圧ローラとして、請求項１〜４のいずれか１項に記載された定着用加圧ローラを有していることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
前記定着ローラとこの定着ローラに平行に設けられた加熱ローラとの間に回転可能に設けられた定着ベルトを有していることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２８２０３５（Ｐ２０１０−２８２０３５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３５７１０（Ｐ２００９−１３５７１０）
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月５日（２００９．６．５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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