JP2009205017A - 定着装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速定着の過酷な条件下においても、所望の定着強度および耐久性を確保することが可能な定着装置を提供する。
【解決手段】加熱ローラ13のフッ素樹脂層13cの厚さTg、ゴム層13bの厚さTjを100μm≦Tg≦180μm、50μm≦Tj≦150μmとし、ゴム層13bの熱伝導率を0.6W/m・K〜1.5W/m・Kとした定着装置とする。
【選択図】図2
【解決手段】加熱ローラ13のフッ素樹脂層13cの厚さTg、ゴム層13bの厚さTjを100μm≦Tg≦180μm、50μm≦Tj≦150μmとし、ゴム層13bの熱伝導率を0.6W/m・K〜1.5W/m・Kとした定着装置とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、電子写真方式を用いて記録材に転写されたトナー像を、当該記録材上に定着させる定着装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものである。
トナー像を記録材上に定着させる定着装置の定着ローラにおいては、最外層がシリコーンゴムからなるローラと、最外層がフッ素樹脂(例えばPFA(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)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体等)からなるローラとに大別される。
前者の場合、記録材に転写されたトナー像に対してゴム層が接し、ゴム層がトナー像の凸凹に追従して弾性変形しながら加熱する構成となるので、トナー像の潰し過ぎがなく、高画質化の面で後者よりも有利と考えられているが、その反面、前者は後者よりも耐久性、耐熱性、耐油性の面で劣るという欠点がある。
そこで、1分間あたり数十頁程度の出力を行う低速域のプリンタや、1分間あたり100頁程度の出力を行う中速域のプリンタなどでは、シリコーンゴム層上にフッ素樹脂層を設け、両者の利点を兼ね備えた定着ローラが実用化されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、1分間あたり200頁以上もの出力を行う高速あるいは超高速域の画像形成装置においては、上記のシリコーンゴム層上にフッ素樹脂層を備えた定着ローラを用いたとしても、シリコーンゴム層上のフッ素樹脂層が早期磨耗してしまい、実用化のレベルには至っていない。また、低速、中速域の画像形成装置に使われている定着ローラでは、そもそも径が小さ過ぎであり、加熱ローラと加圧ローラのニップ幅を十分に取れず、そのままでは使えない状況に直面している。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、高速定着の過酷な条件下においても、所望の定着強度および耐久性を確保することが可能な定着装置および画像形成装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接した加圧ローラとを備え、前記加熱ローラと加圧ローラにより、トナー像を保持した記録材を加熱加圧しながら挟持搬送し、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置において、前記加熱ローラは、中空円筒状の芯材と、該芯材上に設けられ、芯材と、接着剤機能を含んだゴム層と該ゴム層の上に設けられたフッ素樹脂層とからなり、前記フッ素樹脂層の厚さをTg、前記接着機能を含んだゴム層の厚さTjとしたとき、100μm≦Tg≦180μm、50μm≦Tj≦150μmの関係を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、高速定着の過酷な条件下においても、所望の定着強度および耐久性を確保することが可能な定着装置および画像形成装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。はじめに本発明が適用される電子写真方式を用いたレーザビームプリンタの全体構成を図1を参照しながら説明する。
図1において、レーザビームプリンタPの感光体ドラム1は、コントローラCからの印刷動作開始信号に基づいて矢印方向に回転を始める。感光体ドラム1は、プリンタPの印刷速度に相当する速度で回転し、印刷動作が終了するまで回転を続ける。感光体ドラム1が回転を開始すると、コロナ帯電器2に高電圧が印加され、感光体ドラム1表面に例えば正の電荷が均一に帯電される。
コロナ帯電器2によって帯電された感光体領域は、露光装置3からのビームによって像露光され、感光体ドラム1表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を保持した感光体領域が現像装置4と対向する位置に達すると、静電潜像にトナーが供給され、ビーム照射により感光体ドラム1上の電荷が消失した部分に例えば正電荷に帯電したトナーが静電気力により吸引されて、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。
用紙ホッパ5にセットされたウェブ紙Wは、ウェブ搬送ローラ6によって、感光体ドラム1上に形成されたトナー像が転写位置に到達するタイミングと同期させて、感光体ドラム1と転写器7の間に向けて搬送される。
感光体ドラム1上に形成されたトナー像は、ウェブ紙Wの背面側にトナー像と逆極性の電荷を付与する転写器7の作用によってウェブ紙W上に転写される。
このようにして、用紙ホッパ5にセットされていたウェブ紙Wは、ウェブ搬送ローラ6、転写器7、ウェブ搬送吸引ベルト8およびバッファプレート9を経て定着装置10に搬送される。定着装置10に達したウェブ紙Wは、ヒータ(図示せず)を内蔵した予熱板11によって背面側から予熱された後、ヒータランプ12を内蔵した加熱ローラ13と加圧ローラ14によって形成されるニップ部にて加熱加圧されながら挟持搬送され、トナー像がウェブ紙Wに溶融定着される。
加熱ローラ13と加圧ローラ14によって送り出されたウェブ紙Wは、ウェブ紙送りローラ15によって機外へ送り出され、図示しない後処理装置にて裁断等の処理が施される。
一方、転写位置を通過した感光体領域は、除電器16、除電ランプ17、清掃装置18、前帯電器19、除電ランプ20を経て、次の印刷動作に備えられる。ここで、除電器16は、転写器7の作用によって感光体の表面電位極性が正から負へ反転してしまった部位を正極性に引き戻すために用いられ、正極性に引き戻された感光体は、除電ランプ17によって一旦除電され、清掃装置18で清掃される。
清掃装置18を通過した感光体領域は、コロナ帯電器2での帯電工程に先立ち、前帯電器19と除電ランプ20により再度、帯電および除電が行われ、感光体表面のコンディションが整えられる。
なお、図1において、21は印刷動作中のプリンタPの状態に基づく情報を表示したり、印刷条件の設定を行う操作パネルである。また、上述のバッファプレート9は、ウェブ搬送吸引ベルト8と定着ローラ13,14との間でウェブ紙Wに搬送速度差が生じた場合に、ウェブ紙Wに発生する弛みや張りを吸収するためのものである。また、22は加熱ローラ13表面に接触可能に、且つ巻取り可能に設けられたクリーニングウェブを示しており、加熱ローラ13表面の清掃ならびに加熱ローラ13表面への離型剤の塗布を行うためのものである。
次に図2、図3に基づき、本発明の定着装置に用いられる加熱ローラの構成を説明する。
図2において、13aは芯材となる金属製ローラであり、本実施例では厚さ4mm〜8mmの中空円筒状のアルミニウム製のローラを用いている。13bは芯材13a上に設けられた接着機能を有したゴム層、13cはゴム層13b上に設けられたフッ素樹脂層であり、芯材13aの中空部に図1に示したヒータランプ12が挿通され、加熱ローラ13が構成される。ゴム層13bは、芯材13a上に厚さ50μm〜150μmで形成される。
また、図3に示す様にゴム層は、高熱伝導材部13b1と液状ジメチル系接着剤部13b2にわかれ、高熱伝導材部は、シリコンゴム100重量部に対し熱良導剤(アルミナ微粉末、シリカ、金属ケイ素等)100〜500重量部を加え、白金等の触媒によりシリコーンゴムの熱伝導率を2倍〜4倍に上げた熱良導性シリコーンゴム組成物が用いられる。また、本構成は、図2に示す様に接着剤の機能を有した高熱伝導材部13bのみであっても良い。フッ素樹脂層13cは、ゴム層13b上に厚さ100μm〜150μmで形成され、本実施例において樹脂層13cは、ゴム層13b上を被覆するフッ素樹脂チューブで構成されている。
本発明において芯材13aの厚さは、伝導性は勿論のこと、加熱ローラの大口径化に伴う強度面も考慮して設定されている。印刷速度が200頁/分を超える高速域での印刷を実現させるには、低速印刷の定着に比べて加熱ロールの温度を上げて、単位時間あたりのトナー像に供給されるトータルの熱量を確保しなければならない。
ローラ定着方式において加熱ロールの温度を上げて熱量を確保する場合、加熱ロールの表面層を出来るだけ薄くして、熱レスポンスを良くし、高耐熱性で高耐久性のある材料を選択することが考えられる。
そこで、本発明においては、定着ローラを直径70mm以上、好ましくは100mm以上の大口径ローラとし、ローラ外周の曲率を小さくすることにより広いニップ幅を得るようにしている。芯材13aの厚さを4mm〜8mmに設定した理由として、厚さ4mm未満では、加圧ローラを圧接させた状態での高速連続回転に耐えられず、耐久性に問題が生じるからである。また、厚さ8mmを超えると熱伝達が悪く、印刷開始までの待ち時間が長くなるなどの問題が発生する。以上により、芯材13aの厚さは4mm〜8mm、好ましくは5mm〜7mmで設定される。
また、ゴム層13bの厚さを50μm〜150μmとし、高熱伝導材部と液状ジメチル系接着剤部にわけたり、高熱伝導材部のみにする理由について、加熱ロールは200℃程度の高温環境下で使用されるため、芯材とフッ素樹脂層との接着強度が不十分な場合、剥離が問題となるため、接着工程において空気が内在させずに密着性を確保するためであり、厚さ50μm未満では、薄過ぎて芯材とフッ素樹脂層との接着強度が確保できない。また、厚さ150μmを超えると熱容量が増えるため高速レスポンスが困難となり、印刷起動時に定着強度不足が発生する。また、シリコーンゴムの耐熱性の観点から、芯材13aとゴム層13bとの界面温度は200°C以下に抑える必要がある。以上により、ゴム層13bの厚さは50μm〜150μm、好ましくは80μm程度〜100μmで設定される。
なお、上述したように、ゴム層13bには、白金等の触媒からシリコーンゴムの熱伝導率を2倍〜4倍に上げた熱良導性シリコーンゴム組成物が用いられる。
ここで、熱伝導率の上げ幅が2倍未満では熱量が不足し、所望の定着強度が得られず、また、熱伝導率を5倍近くまで上げてしまうと、ゴム層13bの接着機能が失われ、接着剥がれの問題が生じる。
熱良導剤を含んだ状態でのゴム層13bの熱伝導率は、0.6W/m・K〜1.5W/m・Kの範囲になるように規定され、0.6W/m・K未満では熱量不足により所望の定着強度が得られず、1.5W/m・Kを超えるとゴム層13b中の熱良導剤の量が過剰状態となり、成形上の問題が生じる。
次に、樹脂層13cの厚さを100μm〜180μmとする理由について、厚さ100μm未満では、高速連続回転させて使用される高速定着環境に対応できるだけの耐久性が得られず、厚さ180μmを超えると、下地のゴム層の耐熱温度が限界温度を超えるため、定着するのに必要な所定の加熱ロール温度に設定できず、定着強度の確保が実現できない。なお、樹脂層13cは、耐久性の面からPFAとするのが好ましい。
以上より、前記樹脂層の厚さ(Tg)を100μm〜180μm、接着剤機能を含んだゴム層を含んだゴム層の厚さ(Tj)を50μm〜150μm、ゴム層の熱伝導率は0.6W/m・K〜1.5W/m・Kとして、ゴム層のついては、高熱伝導材のゴム層の厚さ(Tk)50μm〜150μm品、及び、高熱伝導材のゴム層の厚さ(Tk)50μm〜150μm、ジメチル系の接着機能を含んだゴム層の厚さ(Tl)20μm〜60μmの2種類の加熱ロールを評価した結果、印刷速度が200頁/分を超えるプリンタにおいても500万頁以上の連続印刷において定着強度、耐久性とも問題なく高品質画像が得られた。
なお、上記実施例においては、ゴム層にシリコーンゴム、樹脂層にPFAチューブを用いた加熱ローラを例示したが、ゴム層を耐熱性の高いフッ素ゴムとし、樹脂層をFEPあるいはPTFEで構成してもよい。
13は加熱ローラ、13aは芯材、13bは熱良導性ゴム層、13cはフッ素樹脂層である。
Claims (4)
- 熱源を備えた加熱ローラと、該加熱ローラに圧接した加圧ローラとを備え、前記加熱ローラと加圧ローラによりトナー像を保持した記録材を加熱加圧しながら挟持搬送し、前記トナー像を前記記録材に定着させる定着装置において、
前記加熱ローラは、中空円筒状の芯材と、該芯材上に設けられたゴム層と該ゴム層の上に設けられたフッ素樹脂層とからなり、前記フッ素樹脂層の厚さをTg、前記ゴム層の厚さTjとしたとき、100μm≦Tg≦180μm、50μm≦Tj≦150μmの関係を満たすことを特徴とする定着装置。 - 前記加熱ローラは、70mm以上の外径を有し、前記ゴム層の熱伝導率は0.6W/m・K〜1.5W/m・Kであることを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 前記ゴム層は、熱良導剤を含んだゴム層の厚さTkとジメチル系の接着機能を含んだゴム層の厚さTlとに分れ、50μm≦Tk≦150μm、20μm≦Tl≦60μmの関係を満たすことを特徴とする請求項1記載の定着装置。
- 請求項1乃至3のいずれか1項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。
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JP2008048935A JP2009205017A (ja) | 2008-02-29 | 2008-02-29 | 定着装置およびそれを用いた画像形成装置 |
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JP2011100736A (ja) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Lg Innotek Co Ltd | 照明装置 |
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- 2008-02-29 JP JP2008048935A patent/JP2009205017A/ja active Pending
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