JP2002268429A

JP2002268429A - 画像定着装置

Info

Publication number: JP2002268429A
Application number: JP2001066420A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Onodera; 正泰小野寺; Hiroshi Fuma; 宏史夫馬
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱ローラの構成を改善することにより、小
サイズの用紙の連続定着処理を行っても、非通紙領域に
対応した発熱ローラ上において温度が過剰な上昇をしな
いようにした画像定着装置を提供すること。【解決手段】透光性基体と透光性弾性層とを有するロ
ーラであって、前記透光性弾性層中には、当該透光性弾
性層を形成する材料よりも大きな熱伝導率を有する透光
性材料が混入されているローラを発熱ローラとして有す
る事を特徴とする画像定着装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式を利用
した複写機またはプリンタ等の画像形成装置に用いられ
る画像定着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】転写されたトナー像を担持する用紙を画
像定着装置に導き、ハロゲンランプからなる加熱源を内
蔵（内包）した可回転の発熱ローラと、当該発熱ローラ
に圧着しながら回転する対向ローラとの間を通過せし
め、両ローラによる圧力及び加熱作用で前記トナー像を
前記用紙上に定着させるように構成した画像定着装置は
知られている。

【０００３】また、発熱ローラの長手方向ほぼ中央部に
近接、もしくは、接触して温度センサを設け、当該温度
センサの出力情報に基づいて前記発熱ローラの表面温度
を所定の温度幅内に制御する温度制御技術もよく知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の画像定着装
置は、取扱性がよく、コンパクト化ができ、更に、安全
性が高い等、極めて有用なものであり、多くの画像形成
装置に組み込まれて使用されている。

【０００５】加熱ローラ型の定着装置として、発熱ロー
ラの基体（場合により、ローラ芯という）を、例えば、
ガラス等の透光性基体で構成し、当該基体上に透明シリ
コンゴムからなる透光性弾性層および熱線吸収層または
弾性層としての機能を併せ持つ熱線吸収層等を設けて迅
速なウォーミングアップを可能とする構成が考えられる
が、この構成においては次のような問題がある。

【０００６】例えば、定着処理能力を有する発熱ローラ
上の加熱幅寸法（例えば、Ａ３用紙の短辺に相当する寸
法）に対して小さなサイズ（例えば、Ａ４サイズの用紙
の短辺に相当する寸法）の用紙を連続的に処理した場
合、前記発熱ローラの軸方向における熱伝導率が低いた
め、用紙との接触のない領域（以下、非通紙領域あるい
は非定着領域という）において熱が蓄積し、温度が過剰
に上昇してしまい、このような事が度重なると、透明シ
リコンゴム層を破壊して発熱ローラの寿命を短くしてし
まう。

【０００７】また、上記に至るまでにシリコンゴムから
なる透光性弾性層が、熱および酸化により経時的に劣化
して硬くなり、定着処理に支障を来すようになる。

【０００８】換言すれば、対向ローラとの圧接幅（ニッ
プ幅）が初期に比して小さくなり、トナー像の凹凸に対
する追随性が低下するため、特に、未定着トナーを重ね
合わせて形成したカラー画像を用紙上に定着する場合、
画質を損ね易くなる。

【０００９】その他、前述のように小サイズの用紙を連
続定着した後に、大サイズの用紙を定着すると、通紙領
域と非通紙領域との間で定着ムラが生じてしまうという
問題がある。

【００１０】本願発明は上記点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、発熱ローラの構成を改善することによ
り、小サイズの用紙の連続定着処理を行っても、非通紙
領域に対応した発熱ローラ上において温度が過剰な上昇
をしないようにした画像定着装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記の
構成によって達成することができる。

【００１２】（１）透光性基体と透光性弾性層とを有す
るローラであって、前記透光性弾性層中には、当該透光
性弾性層を形成する材料よりも大きな熱伝導率を有する
透光性材料が混入されているローラを発熱ローラとして
有する事を特徴とする画像定着装置。

【００１３】（２）透光性基体と透光性弾性層とを有す
るローラであって、前記透光性弾性層中には、当該透光
性弾性層を形成する材料よりも大きな熱伝導率を有する
針状の透光性材料が混入されているローラを発熱ローラ
として有する事を特徴とする画像定着装置。

【００１４】（３）ガラスからなる基体とシリコンゴム
を含む透光性弾性層とを有するローラであって、前記透
光性弾性層中には、当該透光性弾性層を形成する材料よ
りも大きな熱伝導率を有する透光性材料が混入されてお
り、かつ、当該透光性材料の混入割合は、前記基体に近
い内側の方が外側よりも高いローラを発熱ローラとして
有する事を特徴とする画像定着装置。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係わる画像定着装
置を搭載した画像形成装置につき、図面を用いて説明す
る。

【００１６】図１は、カラープリンタからなる画像形成
装置の構成を示す概略図である。図において、１０は像
形成体である感光体ドラム（以下、単にドラムとい
う）、１１は各色毎の帯電手段であるスコロトロン帯電
器、１２は各色毎の画像書込手段である露光光学系、１
３は各色毎の現像手段である現像器、１４は転写ベルト
である。

【００１７】前記ドラム１０は、例えば、光学ガラスや
透明アクリル樹脂等の透明部材によって形成される円筒
状の基体の外周に、有機感光層（ＯＰＣ）等の感光層を
形成したものであり、導電層を接地した状態で矢印で示
す時計方向に回転される。

【００１８】前記スコロトロン帯電器１１、露光光学系
１２及び現像器１３は、これらを１組として、イエロー
（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色
（Ｋ）の各色の画像形成手段として４組設けられ、ドラ
ム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に配置
してある。

【００１９】前記スコロトロン帯電器１１は、それぞれ
所定の電位に保持された制御グリッドと、放電電極１１
ａとを有し、トナーと同極性のコロナ放電により、ドラ
ム１０に対して一様な電位を与える。

【００２０】前記露光光学系１２は、前述したスコロト
ロン帯電器１１に対してドラム１０の回転方向下流側に
位置するようにドラム１０の内部に配置される。

【００２１】各露光光学系１２は、ドラム軸と平行に主
走査方向に配列された像露光光の発光素子としてのＬＥ
Ｄ（発光ダイオード）を複数個アレイ状に並べた線状の
露光素子１２ａと、結像素子としての光集束性光伝送体
１２ｂと、不図示のレンズホルダとで構成される露光用
ユニットで、保持部材１２０に取付けてある。

【００２２】前記保持部材１２０には各色毎の露光光学
系１２の他に、転写同時露光器１２ｄおよび一様露光器
１２ｅが取付けられている。

【００２３】前記露光光学系１２は、別体の画像読み取
り装置によって読み取られメモリに記憶された各色毎の
画像データに従って前記ドラム１０の感光層を裏面から
像露光し、当該ドラム１０上に静電潜像を形成する。

【００２４】前記現像器１３は、前記ドラム１０の回転
方向と最近接点において順方向に回転する非磁性のステ
ンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１３
１と、現像ケーシング１３８とを有し、現像ケーシング
１３８の内部には、各々イエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色（Ｋ）の一成分或いは
二成分現像剤を収容している。

【００２５】それぞれの現像器１３は前記ドラム１０と
所定の間隙をあけて非接触に保たれており、現像スリー
ブ１３１に対して直流電圧と交流電圧を重畳した現像バ
イアスを印加することにより、非接触の反転現像を行
い、ドラム１０上に重ね合わせのトナー像を形成する。

【００２６】１４ａおよび１４ｂは前記転写ベルト１４
を張架するローラであり、１４ａが図示しない駆動源か
ら動力を受け、前記転写ベルトを矢印方向に回転させる
ように構成してある。

【００２７】１５および１６は、前記転写ベルト１４を
挟んで前記ドラム１０と対向配置させた第１及び第２の
転写手段である転写器および除電器、１７は転写工程終
了後の前記ドラム１０を除電するためのＡＣ除電器、１
８は除電後の前記ドラム表面を清掃するクリーニング装
置で、クリーニングブレード１８０を有する。

【００２８】２０は、前記ドラム１０上に形成されるト
ナー像が転写される用紙Ｐを収納してなるカセット、２
５は給紙ローラである。

【００２９】用紙Ｐの移動路上には、搬送ローラ対Ｒ１
乃至Ｒ５、前記転写ベルト１４および画像定着装置（以
下、単に定着装置という）３０等が付設してある。

【００３０】４４は前記ローラ１４ａと前記転写ベルト
１４を介して対向配置せしめた用紙分離用のＡＣ除電
器、４６は分離爪を示す。

【００３１】前記定着装置３０は、ハロゲンランプから
なる加熱源（照射源）３００を内包し、当該加熱源の周
囲を回転しうる発熱ローラ３０５と、前記発熱ローラ３
０５と圧接しながら回転しうる対向ローラ３１５とを有
する。Ｔはニップ部を示す。

【００３２】前記発熱ローラ３０５のローラ芯は透光性
基体からなり、実施の形態においては、外径２８ｍｍ、
肉厚１．５ｍｍの耐熱性ガラス（パイレックスガラス
（商品名；コーニング社））で構成した。

【００３３】図２に発熱ローラと対向ローラの構成の一
例を側断面図で示す。前記発熱ローラ３０５は、円筒状
の耐熱性ガラスからなるローラ芯（透光性基体）３０７
と、当該ローラ芯３０７の外側（外周面）に設けた透明
シリコンゴム層（ハロゲンランプの発光光を透過できる
弾性層で、実施の形態においては約１ｍｍの厚さとし
た）３０８と、更に、その外側に、カーボンブラックを
混入させて光吸収率（熱線吸収率と同義）を高くしたＰ
ＦＡ（パーフルオロアルコキシ）からなる熱線吸収層
（実施の形態においては、厚さ５０μｍのチューブであ
る）３０９を含んでいる。なお、前記透明シリコンゴム
層には、シリコンゴムの熱伝導率（０．２１Ｗ／（ｍ・
Ｋ））よりも大きな熱伝導率を有する透光性材料、例え
ば、基体と同じ材料（熱伝導率１．２６Ｗ／（ｍ・
Ｋ））を微細に粉砕したものを混入してあり、当該透光
性材料により、発熱ローラ３０５の軸方向の熱伝導率を
高めてある。

【００３４】また、前記対向ローラ３１５は、例えば、
ローラ芯がアルミニウムからなる金属パイプ３１６と、
当該金属パイプ３１６の外周面に、例えば、透明または
不透明のシリコンゴム層３１７を被覆して構成される。

【００３５】前記発熱ローラ３０５を構成する透光性基
体３０７としては、結晶を析出することなく、熔融体が
冷却固化された無機物であると定義されるガラスの他
に、ハロゲンヒータ（ハロゲンランプ）３００等の加熱
源（照射源）よりの熱線（光）を透過するパイレックス
ガラス（商品名；コーニング社）、サファイヤ（Ａｌ₂
Ｏ₃）、ＣａＦ₂等のセラミック材や、ポリイミド、ポリ
アミド等を使用した透光性樹脂等が使用でき、当該ロー
ラ芯の内側に配設されるハロゲンランプやキセノンラン
プ等からの熱線を効率的に吸収するように、前記透明シ
リコンゴム層の外側に、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒
（Ｆｅ₃Ｏ₂）や各種フェライト等の粉末を混入したフッ
素樹脂（ＰＦＡ）チューブを設け、上述の熱線吸収層を
形成している。

【００３６】また、発熱ローラの他の構成として、前記
の如きローラ芯の外側に、フィラーとしてシリカ、アル
ミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物の粉末を混入し
たシリコンゴムからなる熱線透過性のゴム層を形成する
とともに、カーボンブラック、黒鉛、鉄黒や各種フェラ
イト及びその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ
等の粉末を混入した熱線吸収層と、バインダと離型剤と
を兼ねたフッ素樹脂塗料を混入配合した離型層とを一体
とした形の一体型熱線吸収層を形成してもよい等、その
構成に係わる設計の自由度は広い。

【００３７】前記発熱ローラ３０５の表面温度を定着処
理可能温度範囲に保つための温度センサ（図示せず）
は、当該発熱ローラの幅方向中央部の表面に対して、接
触もしくは非接触状態に設けられ、当該温度センサの出
力情報を制御手段Ｓに取り込み、公知の方法により、前
記加熱源３００に対する給電制御がなされる。

【００３８】以上のような構成を有する画像形成装置を
用いた画像形成プロセスは次の通りである。

【００３９】画像形成のスタートにより不図示のドラム
駆動モータが始動し、ドラム１０が図１の矢印で示す時
計方向へ回転され、同時にイエロー（Ｙ）のスコロトロ
ン帯電器１１が作動して前記ドラム１０に所定の電位を
付与する。

【００４０】引き続き、Ｙの露光光学系１２を介して第
１の色信号すなわちＹの画像データに対応する電気信号
による画像書込が開始され、前記ドラム１０の表面に原
稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。

【００４１】前記静電潜像はＹの現像器１３により非接
触の状態で反転現像され、前記ドラム１０上にイエロー
（Ｙ）のトナー像が形成される。

【００４２】次いで、前記ドラム１０に対して、Ｙのト
ナー像の上からマゼンタ（Ｍ）のスコロトロン帯電器１
１の帯電作用により電位が付与され、Ｍの露光光学系１
２によって第２の色信号すなわちＭの画像データに対応
する電気信号による画像書込により、Ｍの画像に対応す
る静電潜像が形成され、Ｍの現像器１３による非接触の
反転現像によって前記イエロー（Ｙ）のトナー像の上に
マゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わせて形成される。

【００４３】同様のプロセスにより、シアン（Ｃ）のス
コロトロン帯電器１１、Ｃの露光光学系１２およびＣの
現像器１３によって、第３の色信号に対応するシアン
（Ｃ）のトナー像が重ね合わせて形成され、更にその上
に黒色（Ｋ）のスコロトロン帯電器１１、Ｋの露光光学
系１２およびＫの現像器１３によって第４の色信号に対
応する黒色（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成さ
れ、感光体ドラム１０の一回転以内にその周面上にイエ
ロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）および黒色
（Ｋ）の４色の重ね合わせカラートナー像が形成され
る。

【００４４】上記の画像形成プロセスによってドラム１
０上に形成された重ね合わせカラートナー像は、前記転
写器１５によって、用紙Ｐ上に一括して転写される。

【００４５】この際、良好な転写がなされるように、前
記ドラム１０の内部に設けた転写同時露光器１２ｄを付
勢させ一様露光を行う。

【００４６】転写工程終了後の前記ドラム１０の周面上
に残ったトナーは前記ＡＣ除電器１７により除電作用を
受けた後、クリーニング装置１８によりクリーニングさ
れ、これにより、前記ドラム表面は、次の画像形成に備
えられる。

【００４７】本実施の形態においては、クリーニング後
であって、次の帯電前に、例えば発光ダイオードを用い
た一様露光器１２ｅを作用させ、前記ドラム表面の先の
画像形成における履歴を解消させる。

【００４８】カラートナー像が転写された用紙Ｐは、Ａ
Ｃ除電器４４による除電作用と分離爪４６とにより転写
ベルト１４から分離され、定着装置３０へと搬送され、
当該定着装置において、前記トナー像は前記用紙Ｐ上に
定着される。

【００４９】この際、発熱ローラ３０５の定着処理可能
な加熱幅に対して、使用されている用紙Ｐのサイズが最
大サイズでない場合、通紙領域の外側に形成される非通
紙領域に対応する発熱ローラ３０５上の熱は通紙領域で
奪われた熱を補充するように軸方向に移動するので、多
数枚の連続定着処理を行っても非通紙領域における過剰
な温度上昇を抑制することができる。

【００５０】上記の熱移動は加熱源３００に対する給電
の間隔を広げ、省エネに寄与する。また、弾性層を破壊
から保護できるので発熱ローラの寿命を長期化でき、か
つ、カラートナー像に対しても安定した定着を施すこと
ができる効果をも奏する。

【００５１】図３は発熱ローラにおける透明シリコンゴ
ムからなる弾性層の構成を説明するための拡大図であ
り、熱線吸収層および加熱源等は省略してある。

【００５２】図中、多数の点３０６で示してあるのは、
透明シリコンゴム層３０８中に混入させた透光性材料で
あり、前記透光性基体３０７と同じ材料を粉砕したもの
である。

【００５３】また、前記透光性材料３０６の混入割合は
透光性基体３０７に近い内側の方が外側よりも高くなる
ように構成してある。

【００５４】これはシリコンゴムの塗布を複数回に分け
て行うことにより達成できる。上記構成により、透光性
基体との境界面における温度が過剰に上昇する問題を回
避でき、前述の如きメリットを享受できる。

【００５５】なお、他の好適な透光性材料３０６として
ガラスファイバがある。前記透光性材料３０６の粉砕サ
イズおよび量等は、種々の実験により適正値を見いだす
ことにより適宜決定できる。

【００５６】なお、前記等光性材料３０６は粒状よりも
針状であることが好ましく、更に、照射源からの光の進
行方向とできる限り平行（発熱ローラの半径方向）に配
置させることが、シリコンゴム層での熱線吸収率の上昇
を最小限に抑えて熱伝導率を向上させることができると
いう点で望ましい。

【００５７】

【発明の効果】最大サイズではない用紙上のトナー像を
連続的に定着処理しても、発熱ローラ上における非通紙
領域の温度が過剰に上昇することを防止でき、また、引
き続いて最大サイズの用紙上のトナー像の定着処理が行
われても、定着ムラのない安定した定着処理を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラープリンタからなる画像形成装置の構成を
示す概略図である。

【図２】発熱ローラと対向ローラの構成の一例を示す側
断面図である。

【図３】発熱ローラにおける透明シリコンゴムからなる
弾性層の構成を説明するための拡大図である。

【符号の説明】

３０画像定着装置３００加熱源３０５発熱ローラ３０６透光性材料３１５対向ローラ

フロントページの続きＦターム(参考） 2H033 AA24 BA24 BB02 BB06 BB08 BB12 BB15 3J103 AA02 AA15 AA24 AA41 BA03 BA17 BA33 BA41 FA01 FA02 FA09 FA12 FA14 FA18 GA02 GA52 GA57 GA58 GA66 HA03 HA04 HA05 HA11 HA12 HA13 HA15 HA19 HA43 HA46 HA51 HA53 HA54 HA60 3K058 AA13 AA86 BA18 CA12 CA23 CA61 CA70 CE17 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基体と透光性弾性層とを有するロ
ーラであって、前記透光性弾性層中には、当該透光性弾
性層を形成する材料よりも大きな熱伝導率を有する透光
性材料が混入されているローラを発熱ローラとして有す
る事を特徴とする画像定着装置。
【請求項２】透光性基体と透光性弾性層とを有するロ
ーラであって、前記透光性弾性層中には、当該透光性弾
性層を形成する材料よりも大きな熱伝導率を有する針状
の透光性材料が混入されているローラを発熱ローラとし
て有する事を特徴とする画像定着装置。
【請求項３】前記透光性基体はガラスであり、前記透
光性材料は前記透光性基体と同じガラスである事を特徴
とする請求項１または請求項２に記載の画像定着装置。
【請求項４】前記透光性材料はガラスファイバである
事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像定
着装置。
【請求項５】ガラスからなる基体とシリコンゴムを含
む透光性弾性層とを有するローラであって、前記透光性
弾性層中には、当該透光性弾性層を形成する材料よりも
大きな熱伝導率を有する透光性材料が混入されており、
かつ、当該透光性材料の混入割合は、前記基体に近い内
側の方が外側よりも高いローラを発熱ローラとして有す
る事を特徴とする画像定着装置。
【請求項６】前記透光性材料はガラスである事を特徴
とする請求項５に記載の画像定着装置。
【請求項７】前記透光性材料はガラスファイバである
事を特徴とする請求項５に記載の画像定着装置。