JP2009205017A - 定着装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

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

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）。

特開２００６−１８０７５号公報

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。

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図である。 本発明の定着装置に用いられる加熱ローラの断面図である。 本発明の定着装置に用いられる加熱ローラの断面図である。

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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