(57)【要約】【課題】高い断熱性により低熱容量を達成しつつ、定着画像の光沢むらやジャミングを起こさない定着ローラ、および、立上り時間の短い定着装置、画像形成装置を提供する。【解決手段】芯金、前記芯金の外周に設けられた内部に多数の気孔が形成されている断熱層と、前記断熱層の外周に設けられたゴムまたはエラストマーで構成された弾性体により形成されている弾性層とを有する加圧ローラにおいて、前記弾性層を構成する弾性体中に、中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されている加圧ローラ。【選択図】図１
2010134172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金、前記芯金の外周に設けられた内部に多数の気孔が形成されている断熱層と、前記断熱層の外周に設けられたゴムまたはエラストマーで構成された弾性体により形成されている弾性層とを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性層を構成する弾性体中に、中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されていることを特徴とする加圧ローラ。
【請求項２】
前記断熱層が、多孔質セラミックスにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
【請求項３】
前記弾性体が、デュロメータ・タイプＡ硬度が７０以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加圧ローラ。
【請求項４】
前記弾性層の外周に、フッ素樹脂により形成されている離型層が設けられてい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１項に記載の加圧ローラ。
【請求項５】
前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の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】
前記請求項５に記載の定着装置を有していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の画像形成装置とそこに設置される定着装置、かかる定着装置で用いられる加圧ローラとに関し、特に、省エネルギー化を目的とした断熱性加圧ローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置において、装置の立ち上がり時間を低減し、省エネルギー化を計ることを目的として、断熱性の加圧ローラを用いた技術が提案されている（特許文献１、２）。
【０００３】
特許文献１記載の技術では、芯軸と、多数の気孔が形成された剛体からなる断熱層と、からなる加圧ローラが提案されている。この構成により定着装置の立上り時間の短縮、および転写紙の巻き付き防止を可能としている。しかしながら、この加圧ローラの構成では、加圧ローラが剛体であるため、定着部材に加圧した際の圧力に微小なむらを生じやすく、それが原因で定着画像の光沢むらを引き起こしたり、紙の搬送が不安定となり、ジャミングが発生するなどの不具合がある。
【０００４】
一方、特許文献２（請求項６）において、多孔質セラミックからなる断熱層の外周にシリコーンゴムからなる被覆層を備えた加圧ローラが開示されている。この加圧ローラの構成ではシリコーンゴムの弾性により圧力むらが低減し、光沢の均一性が向上し、紙の搬送も安定する。しかし、被覆するシリコーンゴムの熱容量が大きく、また断熱性が多孔質セラミックの断熱層よりも劣るため、定着装置の立上り時間が延びてしまうと云う副作用がある。
【特許文献１】特開２００２-０４０８５５公報
【特許文献２】特開２００５-１７３４３３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い断熱性により低熱容量を達成しつつ、定着画像の光沢むらやジャミングを起こさない定着ローラ、および、立上り時間の短い定着装置、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】
【０００６】
本発明の加圧ローラは上記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、芯金、前記芯金の外周に設けられた内部に多数の気孔が形成されている断熱層と、前記断熱層の外周に設けられたゴムまたはエラストマーで構成された弾性体により形成されている弾性層とを有する加圧ローラにおいて、前記弾性層を構成する弾性体中に、中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されていることを特徴とする加圧ローラである。
【０００７】
また、本発明の加圧ローラは、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の加圧ローラにおいて、前記断熱層が、多孔質セラミックスにより構成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の加圧ローラは、請求項３に記載の通り、請求項１または請求項２に記載の加圧ローラにおいて、前記弾性体が、デュロメータ・タイプＡ硬度が７０以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の加圧ローラは、請求項４に記載の通り、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の加圧ローラにおいて、前記弾性層の外周に、フッ素樹脂により形成されている離型層が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の締着装置は、請求項５に記載の通り、前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の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。
【００１１】
本発明の画像形成装置は、請求項６に記載の通り、前記請求項５に記載の定着装置を有していることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の加圧ローラによれば、弾性層を構成する弾性体に中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されているために、定着部材との間の圧力むらが低減し、定着画像の光沢むらの発生を防止することができる。また、弾性層が上記特定のフィラーにより高い断熱性を有し、かつ、熱容量が小さいために、立上り時間が短くて済む。
【００１３】
また、請求項２に記載の加圧ローラは、上記効果に加えて、断熱層が、多孔質セラミックスにより構成されているために、断熱層が高い耐熱性を有するものとなり長期に亘っての使用が可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の加圧ローラは、上記効果に加えて、前記弾性体が、デュロメータ・タイプＡ硬度が７０以下であることにより、定着画像の光沢むらが低減される。
【００１５】
また、請求項４に記載の加圧ローラは、上記効果に加えて、弾性層の外周に、フッ素樹脂により形成されている離型層が設けられているために、トナーの固着が防止され、長期に亘っての使用が可能となる。
【００１６】
また、請求項５に記載の定着装置は、上記加圧ローラを有しているために、定着画像の光沢むらの発生を防止することができ、立上り時間が短くて済む。
【００１７】
また、請求項６に記載の画像形成装置は、上記定着装置を有しているために、定着画像の光沢むらの発生を防止することができ、立上り時間が短くて済む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の加圧ローラは、上記のように、芯金の外周に、内部に多数の気孔が形成されている断熱層、及び、ゴムまたはエラストマーで構成された弾性体により形成されている弾性層が、この順に積層されており、前記弾性層を構成する弾性体中に、中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されている。
【００１９】
ここで芯金としては、芯軸（芯金）４２１は種々公知の軸材、パイプ材が使用できるが、通常、鉄、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属製のものが好適である。
【００２０】
断熱層には内部に多数の気孔が形成されている。このような材料として、多孔質セラミックスがあげられ、このとき、耐久性、耐熱性に優れる。
【００２１】
多孔質セラミックスは、一般的な方法、例えば無機質バインダー、耐熱性無機材料、有機質バインダー、水などを主成分とする混合物を混練したものを成形し、乾燥、焼成結工程を経て焼結される。一般的に嵩密度が低いものが断熱性に優れるが、圧縮強度が低下するので、定着部材への加圧力を考慮して選定される。
【００２２】
弾性層はゴムまたはエラストマーの弾性体により構成されるが、弾性体中には中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されている。
【００２３】
ここで、前記弾性体としてはデュロメータ・タイプＡ硬度が７０以下であるものであると、定着画像の光沢むらが低減される。このような材料としては、各種公知のゴム、エアストマーが使用できるが、耐熱性を考慮し、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴムが好適である。
【００２４】
このような弾性体中に分散させる、中空フィラーや多孔質フィラーとしてはガラスバルーン、シラスバルーンなど中空セラミックなど内部に中空部を有するものや多孔質セラミックなどの内部に気孔を有するフィラーを用いることができ、これらフィラーを弾性体に分散させることで弾性層の断熱性を向上し、熱容量を低減できる。なお、フィラーの大きさとしては弾性層の厚さと分散の均一性を考慮し、０．０１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度のものが好ましい。
【００２５】
弾性体に分散させるフィラーの配合量としては弾性層の熱伝導率、比熱を勘案し決定するが、例えばフィラーとしてガラスバルーンを選択した場合には配合量が２０体積％以上８０体積％以下であると断熱性と弾性との両者が最適な範囲となるために好ましい。
【００２６】
前記弾性層の外周に、すなわち、最外層としてフッ素樹脂により形成されている離型層を有しているとトナーの固着が防止され、長期に亘っての使用が可能となる。
【００２７】
フッ素樹脂としてはポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、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コポリマー（ＰＦＡ）、フルオロエチレン−フルオロプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等が挙げられ、このうち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コポリマーが耐久性が高いので好ましい。
【００２８】
図１には、本発明に係る加圧ローラの一例４２の断面を示した。ステンレス製の芯軸４２１の周囲に、多孔質セラミックスからなる断熱層４２２、デュロメータ・タイプＡ硬度が６０のシリコーンゴムに、直径が０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍの中空フィラーとしてガラスバルーンを５０体積％となるように均一分散させてなるの弾性層４２３、さらに、フッ素樹脂である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コポリマー（ＰＦＡ）からなる離型層４２４が順次積層されている。
【００２９】
図２にはこのような加圧ローラ４２を組み込んだベルト方式の定着装置の例４０を示す。
【００３０】
図２に示されているように、この定着装置４０は、加熱ローラ４４と定着ローラ４１とによって回転可能に設けた定着ベルト４５を備えている。定着ローラ４１は、金属製の芯金の外周に耐熱性のスポンジゴム層を有している。加熱ローラ４４は、金属製の芯金にハロゲンヒータ４６等の加熱手段を内蔵しており、この輻射熱によって定着ベルト４５を内側から加熱している。また、加熱ローラ４４と対向する位置には、温度センサ素子であるサーミスタ４９を配置し、定着ベルト４５の中央部に接触して定着ベルト４５の表面温度を検知する。加熱ローラ４４は制御設定温度が設定されており、サーミスタ４９の温度検知に基づき、その設定温度になるように図示されていない温度制御装置によってハロゲンヒータ４６の点灯を制御する。
【００３１】
また、定着ベルト４５を介して定着ローラ４１に接するように設けた本発明に係る加圧ローラ４２を備えている。加圧ローラ４２は、バネ４３によって定着ローラ４５を加圧している。また、加圧ローラ４２には、図示しない駆動手段によって回転しており、これにより、定着ローラ４１が従動回転するようになっている。定着ベルトの移動方向に対して加圧ローラ４２が接触する定着ニップより上流側に、定着ベルト４５の中央部付近に接触するテンションローラ４７が設けられている。このテンションローラ４７は、バネ４８によって図中左側に付勢され、これにより、定着ベルト４５にテンションが付与されている。なお、この実施形態においては、駆動手段を加圧ローラ４２に設けているが、定着ローラ４１に設け、加圧ローラ４２を従動回転させてもよい。また、加圧ローラ４２と定着ローラをギヤで噛み合わせ、加圧ローラ４２と定着ローラ４１両方に駆動手段の駆動力をギヤを介して伝達するようにして、加圧ローラ４２と定着ローラ４１両方を回転駆動させても良い。
【００３２】
画像の定着時には、定着装置４０は、加熱ローラ４４で加熱された定着ベルト４５と加圧ローラ４２との間、すなわち、ニップ部に転写紙を通過させて、転写紙Ｐの上に付着しているトナーを定着ベルト４５の熱により軟化させつつ加圧ローラ４２で加圧して転写紙上に定着させる。このとき、弾性層４２３の変形により加圧ローラと定着ベルトは転写紙Ｐを介して均一に加圧されるため、光沢ムラのない画像が定着される。
【００３３】
定着装置の立ち上がり時間（室温からニップ部を所望の定着温度まで昇温させる時間）は、ハロゲンヒータ４６の出力、加熱ローラ４４の肉厚、熱容量、熱伝導率、定着ベルト４５の肉厚、熱伝導率などさまざまな因子で左右されるが、加圧ローラ４２の断熱性、熱容量は重要である。定着ベルト４５は加圧ローラ４２と加圧接触しているため、加圧ローラ（特に表面側）の熱伝導率が高いと加熱された定着ベルト４５の熱量が加圧ローラ４２に逃げてしまうためである。
【００３４】
しかしながら、この締着装置４０においては断熱性が高く（熱伝導率が低い）、熱容量が低い、本発明に係る加圧ローラ４２を用いているので定着装置４０の立上り時間は短い。
【００３５】
次いでこのような本発明に係る定着装置４０を組み込んだ画像形成装置の一例を図３に示す。この画像形成装置は、記録媒体としての転写紙Ｐを搬送する搬送ベルト２０に沿って、その移動方向の上流側から順に、複数個の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０ＢＫが配列された所謂タンデム型の画像形成装置である。本発明に係る移動体駆動装置は、このタンデム型の画像形成装置の移動体である搬送ベルト３の駆動装置として用いることができる。
【００３６】
この画像形成装置における各画像形成ユニットは、周知の電子写真プロセスにより、１０Ｙがイエロー、１０Ｍがマゼンタ、１０Ｃがシアン、１０ＢＫが黒の画像を順次形成するように構成されている。なお、これらの各画像形成ユニットは、形成する画像の色が異なるだけで、それぞれ共通した内部構成を有している。そこで、各画像形成ユニットの構成は、図３に示すように、それぞれに共通の構成要素を示す符号の末尾にＹ、Ｍ、Ｃ、ＢＫの文字を付して、各画像形成ユニットを区別することとする。そして、以下の説明では、主に画像形成ユニット１０Ｙの構成について示し、この画像形成ユニット１０Ｙの構成を示すことで、他の画像形成ユニットの構成も示したものとする。
【００３７】
図３において、搬送ベルト２０は、無端状のエンドレスベルトで構成されている。この搬送ベルト２０は、駆動回転される駆動ローラ７と、従動回転される従動ローラ８とによって回転自在に張架されており、駆動ローラ７の回転により矢印の向きに回転する。搬送ベルト２０の下方には、転写紙束が収納された給紙トレイ５０が配設されている。給紙トレイ５０に収納された転写紙束のうち、最上位置にある転写紙Ｐは、画像形成時に送り出され、静電吸着により搬送ベルト２０の外周面に吸着される。この搬送ベルト２０の外周面に吸着された転写紙Ｐは、まず、搬送ベルト２０の回転方向の最上流側に配置された画像形成ユニット１０Ｙに搬送される。
【００３８】
この画像形成ユニット１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙ、感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された帯電器２Ｙ、露光器３Ｙ、現像器４Ｙ、感光体クリーナ６Ｙなどから構成されている。
【００３９】
上記露光器３Ｙは、レーザスキャナからなり、レーザ光源からのレーザ光をポリゴンミラーで反射させ、ｆθレンズや偏向ミラー等を用いた光学系を介してレーザ光を出射するように構成されている。
【００４０】
上記感光体ドラム１Ｙの周面は、画像形成に際し、暗中にて上記帯電器２Ｙにより一様に帯電される。その後、この帯電された感光体ドラム１Ｙの周面に、上記露光器３Ｙからのイエロー画像に対応した画像光からなるレーザ光が露光される。この露光により、感光体ドラム１Ｙの周面に、イエロー画像に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は、上記現像器４Ｙから供給されるイエロートナーにより可視像化される。これにより、感光体ドラム１Ｙ上にイエロートナー像が形成される。
【００４１】
このイエロートナー像は、感光体ドラム１Ｙと搬送ベルト２０上の転写紙Ｐとが接する転写位置で、搬送ベルト２０を挟んで感光体ドラム１Ｙに対向配置された転写器５Ｙにより転写紙Ｐ上に転写される。この転写により、転写紙Ｐ上にイエロートナー像が形成される。この転写を終えた感光体ドラム１Ｙは、その周面に残留した不要なトナーが上記感光体クリーナ６Ｙにより除去されて、次の画像形成に備えられる。
【００４２】
このようにして、画像形成ユニット１０Ｙでイエロー色のトナー像を転写された転写紙Ｐは、搬送ベルト２０によって次の画像形成ユニット１０Ｍに搬送される。この画像形成ユニット１０Ｍでは、画像形成ユニット１０Ｙ場合と同様のプロセスにより感光体ドラム１Ｍ上にマゼンタトナー像が形成される。このマゼンタトナー像は、感光体ドラム１Ｍと搬送ベルト２０上の転写紙Ｐとが接する転写位置で、転写器５Ｍにより転写紙Ｐ上のイエロートナー像に重ね合わせて転写される。
【００４３】
このイエロートナー像及びマゼンタトナー像を転写された転写紙Ｐは、搬送ベルト２０によって次の画像形成ユニット１０Ｃに搬送される。この画像形成ユニット１０Ｃでは、画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍの場合と同様のプロセスにより感光体ドラム１Ｃ上にシアントナー像が形成される。このシアントナー像は、感光体ドラム１Ｃと搬送ベルト２０上の転写紙Ｐとが接する転写位置で、転写器５Ｃにより転写紙Ｐ上のイエロートナー像及びマゼンタトナー像に重ね合わせて転写される。
【００４４】
このイエロー、マゼンタ、及びシアンの各色のトナー像を転写された転写紙Ｐは、搬送ベルト２０によって次の画像形成ユニット１０ＢＫに搬送される。この画像形成ユニット１０ＢＫでは、画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃの場合と同様にして感光体ドラム１ＢＫ上に黒トナー像が形成される。この黒トナー像は、感光体ドラム１ＢＫと搬送ベルト２０上の転写紙Ｐとが接する転写位置で、転写器５ＢＫにより転写紙Ｐ上の各色のトナー像に重ね合わせて転写される。
【００４５】
これにより、転写紙２上に、イエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の各色のトナー像が合成されたフルカラーのカラー画像が形成される。そして、このフルカラーの合成画像が形成された転写紙Ｐは、画像形成ユニット１０ＢＫを通過した後、搬送ベルト２０から剥離されて本発明に係る定着装置４０にて定着された後、排紙される。
【００４６】
このような画像形成装置は、本発明に係る定着装置４０を有しているために立上げ時間が短い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る加圧ローラ４２のモデル断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置４０のモデル図である。
【図３】本発明に係る定着装置４０を備えた画像形成装置用の定着装置の一例を示すモデル図である。
【符号の説明】
【００４８】
４２    加圧ローラ
４２１  芯軸（芯金）
４２２  内部に多数の気孔が形成されている断熱層
４２３  弾性体中に中空フィラー、及び／または、多孔質フィラーが分散されてなる弾性層
４２４  フッ素樹脂からなる離型層
【図１】
2010134172.tif 000003
【図２】
2010134172.tif 000004
【図３】
2010134172.tif 000005