(57)【要約】【課題】  離型性を確保しつつ，弾性層の疲労蓄積を抑制し，弾性層と離型層との剥離を防止する定着装置用ローラとそれを用いた定着装置および画像形成装置を提供すること。【解決手段】  芯金１１と，弾性層１２と，離型層１３とを有する加圧ローラ１０と，芯金２１と，弾性層２２と，離型層２３と，ヒータ２５とを有する加熱ローラ２０とからなるローラ対において，離型層１３，２３の外周面全体にわたって穴１４，２４を形成する。穴１４，２４の直径は，トナーの目詰まりを起こさないように４μｍ以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラ対を有し，未定着のトナー像を担持するシートを前記ローラ対のニップに通すことでトナー像をシートに定着する定着装置において，
前記ローラ対の少なくとも一方のローラが，
硬質芯部材と，
前記硬質芯部材の外部に位置する弾性層と，
前記弾性層の外部に位置するとともに，穴が形成されている離型層とを有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において，
前記一方のローラは，
前記穴の直径が１μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあり，かつ，
前記穴の総面積の，前記一方のローラの外周面の面積に対する比が，１０％以上５０％以下の範囲内にあるものであることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の定着装置において，
前記穴が前記離型層の外周面から内周面へ貫通している貫通孔であることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
硬質芯部材と，
前記硬質芯部材の外部に位置する弾性層と，
前記弾性層の外部に位置するとともに，穴が形成されている離型層とを有することを特徴とする定着装置用ローラ。
【請求項５】
ローラ対を有し，未定着のトナー像を担持するシートを前記ローラ対のニップに通すことでトナー像をシートに定着する定着装置と，シート上に未定着のトナー像を形成して前記定着装置へ出力する画像形成部とを有する画像形成装置において，
前記ローラ対の少なくとも一方のローラが，
硬質芯部材と，
前記硬質芯部材の外部に位置する弾性層と，
前記弾性層の外部に位置するとともに，穴が形成されている離型層とを有す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，一対のローラを有し，それらのニップ部にトナー像を担持するシートを通過させることにより，トナー像をシート上に定着する定着装置用ローラと，定着装置と，画像形成装置に関する。さらに詳細には，ローラの弾性層と離型層との剛性の差を小さくしてローラの疲労の軽減と長寿命化とを図った定着装置用ローラおよび定着装置，および，それらを有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，電子写真方式の画像形成装置では，シート上に担持されているトナー像を定着装置によって定着することにより，シートに画像が定着される。この定着装置として，定着ローラと加圧ローラとの２つのローラの間に形成されるニップにシートを通し，通過中のシートを加熱するとともに加圧するものが知られている。
【０００３】
この種の定着装置における２つのローラには，加圧のための荷重が掛けられている。このためローラの弾性層は，回転とともにニップ部にて変形し，ニップ部を脱出すると変形した状態から回復する。このようにローラの弾性層は，加熱された状態で変形を反復するのである。このため，ローラの弾性層のゴム材は，熱負荷と応力負荷の反復とに常時さらされているのである。これにより，ゴムの弾性が低下して永久歪みを生じたり，疲労の蓄積により脆化して破損に至ることがある。これが，定着装置の耐久性の問題である。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−０９４１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで，定着装置におけるローラとして，芯金，弾性層，離型層の３層からなるローラが用いられることがある（例えば特許文献１）。ローラ最外部の離型層には，定着後のシート上のトナーがローラに付着したままとならないように，離型性に優れたフッ素樹脂等が用いられる。フッ素樹脂の剛性は，弾性層に用いられるゴム材の剛性よりも一般に高い。このように剛性に差があるため，離型層と弾性層との接触面に平行な向きの応力により離型層と弾性層とが剥離するおそれがある。
【０００６】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，離型性を確保しつつ，弾性層の疲労蓄積を抑制し，弾性層と離型層との剥離を防止する定着装置用ローラとそれを用いた定着装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の定着装置は，ローラ対を有し，未定着のトナー像を担持するシートをローラ対のニップに通すことでトナー像をシートに定着する定着装置において，ローラ対の少なくとも一方のローラが，硬質芯部材と，硬質芯部材の外部に位置する弾性層と，弾性層の外部に位置するとともに，穴が形成されている離型層とを有するものである。かかる定着装置においては，弾性層と離型層とにおける剛性の差は小さい。このため，弾性層と離型層とが剥離するおそれが少ない。
【０００８】
上記に記載の定着装置において，穴の直径を１μｍ以上４μｍ以下の範囲内とするとよい。トナーが穴に目詰まりすることを防ぐことができるからである。さらに，穴の総面積の，ローラの外周面の面積に対する比が１０％以上５０％以下の範囲内とするとよい。離型層の剛性が低くなるからである。そして，穴が離型層の外周面から内周面へ貫通している貫通孔であるとよい。加工が容易であるためである。
【０００９】
また，本発明は，上記定着装置に用いられる定着装置用ローラにも及ぶ。さらに，本発明の定着装置と，シート上に未定着のトナー像を形成して定着装置へ出力する画像形成部とを有する画像形成装置にも及ぶ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，離型性を確保しつつ，弾性層の疲労蓄積を抑制し，弾性層と離型層との剥離を防止する定着装置用ローラとそれを用いた定着装置および画像形成装置が提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，定着装置用ローラおよび定着装置および画像形成装置について，本発明を具体化したものである。
【００１２】
本形態の画像形成装置１００は，図１に概略構成を示すように，中間転写ベルト１０１を有する，いわゆるタンデム方式のカラープリンタである。中間転写ベルト１０１は，無端状ベルト部材であり，その図中両端部がローラ１０２，１０３によって支持され，図中矢印Ａの向きに回転するようになっている。中間転写ベルト１０１の図中下部に沿って，イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋが配置されている。
【００１３】
各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋはいずれも同様の構成である。それぞれ，感光体ドラム１０６とその周囲に配置された帯電装置１０７，露光装置１０８，現像装置１０９，クリーナ装置１１０を有している。また，中間転写ベルト１０１を挟んで感光体ドラム１０６に対向する位置に，１次転写装置１１１が配置されている。図１中では画像形成部１０４Ｙによって代表して示している。
【００１４】
図１中で下方に示すのは，用紙Ｐを収容する給紙装置１１２である。給紙装置１１２の上部には，用紙Ｐを送り出す給紙ローラ１１３が設けられている。用紙Ｐは，給紙装置１１２から搬送経路１１４に沿って上方へ送られる。搬送経路１１４を挟んで，ローラ１０３と対面する位置に，２次転写装置１１５が配置されている。さらにその下流側（図中上方）には，定着装置１が配置されている。定着装置１は，加熱ローラ２０，加圧ローラ１０のローラ対を有している。定着装置１については，後に詳述する。定着装置１より搬送経路１１４のさらに下流側には，排紙ローラ１１６および排紙トレイ１１７が配置されている。
【００１５】
次に，本形態の画像形成装置１００の基本的な動作を簡単に説明する。この画像形成装置１００は，画像形成の指示を受けると，その画像信号から各色の画像データを生成する。生成された各色の画像データは，対応する画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋにそれぞれ送出される。各色の画像形成部１０４Ｙ，１０４Ｍ，１０４Ｃ，１０４Ｋは，画像データに基づいて，それぞれの感光体ドラム１０６を帯電・露光して静電潜像を形成する。さらに，形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
【００１６】
形成されたトナー像は，順次，１次転写装置１１１によって中間転写ベルト１０１に転写され，重ね合わせられる。中間転写ベルト１０１に重ね合わせられたトナー像は，２次転写装置１１５によって用紙Ｐに転写される。トナー像を担持した用紙Ｐは，さらに搬送されて定着装置１に至り，定着装置１によって加熱されるとともに加圧される。これによりトナー像が用紙Ｐに定着される。トナー像が定着された用紙Ｐは，排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１７に排出される。以上が，画像形成装置１００の基本的な動作である。
【００１７】
ここで，本形態の定着装置１について図２により説明する。前述したように，定着装置１は，加熱ローラ２０，加圧ローラ１０のローラ対を有している。加熱ローラ２０は，ヒータ２５と，芯金２１と，弾性層２２と，離型層２３とを有している。ヒータ２５及び芯金２１は，加熱ローラ２０の内部に位置している。弾性層２２は，芯金２１の外部に位置するとともに，芯金２１を外側から覆っている。離型層２３は，弾性層２２の外部に位置するとともに，弾性層２２を外側から覆っている。加熱ローラ２０の外径は，３０ｍｍである。弾性層２２の厚みは，４ｍｍである。離型層２３の厚みは，３０μｍである。また，離型層２３の外周面には，穴２４が多数形成されている。穴２４は，離型層２３を外周面から内周面へ貫通する貫通孔である。穴２４は，貫通孔でなく，凹部であってもよい。その場合，当該凹部は，加熱ローラ２０の外側（外周面）にあってもよいし，弾性層２２との接触面側（内周面）にあってもよい。
【００１８】
加圧ローラ１０は，芯金１１と，弾性層１２と，離型層１３とを有している。芯金１１は，加圧ローラ１０の内部に位置している。弾性層１２は，芯金１１の外部に位置するとともに，芯金１１を外側から覆っている。離型層１３は，弾性層１２の外部に位置するとともに，弾性層１２を外側から覆っている。加圧ローラ１０の外径は，３０ｍｍである。弾性層１２の厚みは，４ｍｍである。離型層１３の厚みは，３０μｍである。また，離型層１３の外周面には，穴１４が多数形成されている。穴１４は，離型層１３を外周面から内周面へ貫通する貫通孔である。穴１４は，貫通孔でなく，凹部であってもよい。その場合，当該凹部は，加圧ローラ１０の外側（外周面）にあってもよいし，弾性層１２との接触面側（内周面）にあってもよい。
【００１９】
芯金１１，２１は，金属製である。弾性層１２，２２は，ゴム等の弾性体である。この弾性層１２，２２が適度に変形することにより，ローラ対はニップ部を形成する。離型層１３，２３には，定着後のトナーが離れやすくするために，ＰＦＡに代表されるフッ素樹脂などが用いられる。このように，芯金１１，２１，弾性層１２，２２，離型層１３，２３には，従来の定着装置と同様の材質を使用してよい。
【００２０】
図３に，加圧ローラ１０の離型層１３の外周面を示す。離型層１３の外周面には，格子状に配置された穴１４が表面全体にわたって形成されている。図３中では，左右方向を離型層１３の幅方向とし，上下方向を離型層１３の周方向として描いてある。穴１４は直径４μｍ以下の貫通孔である。トナーによる目詰まりを起こさないよう，トナーの直径よりも小さくする必要があるためである。また，小さすぎると，加工が困難である。よって，穴１４の直径は１μｍ以上４μｍ以下の範囲内にあるとよい。
【００２１】
このように穴１４が形成されているため，離型層１３は，穴１４のない従来の離型層に比べて剛性が低い。つまり，離型層１３の剛性と弾性層１２の剛性との差は小さい。よって，本形態の加圧ローラ１０は，従来の加圧ローラに比べて離型層１３と弾性層１２との剥離を生じにくいのである。それは，ローラ対の停止時においても，回転時においても同様である。
【００２２】
また，本形態において，これらの穴１４の離型層１３の外周面に占める面積比は，離型層１３の外周面の面積の５０％である。そして，穴１４の離型層１３の外周面に占める面積が大きいほど，離型層の剛性は小さい。しかし，面積が大きくなりすぎると，離型層１３の強度が低下しすぎるおそれがある。一方，穴１４の離型層１３の外周面に占める面積が小さいと，離型層の剛性を低減させる効果が不充分である。よって，穴１４の総面積の，加圧ローラ１０の外周面の面積に対する比は，１０％以上５０％以下の範囲内にあるとよい。
【００２３】
なお，穴１４があることにより，離型層１３の離型性にほとんど影響を与えることはない。離型層１３の材質は，従来のものと変わらないからである。また，穴１４は，レーザ加工により形成することができる。その他公知の加工により形成してもよい。そして，加熱ローラ２０の離型層２３の表面にも，同様に配置された穴２４が多数形成されている。よって，加熱ローラ２０においても，穴２４が穴１４と同様の効果を奏する。
【００２４】
また，穴１４の配列として別の配列を用いてもよい。例えば，図４に示すように，格子状の配列の真ん中にさらに穴１４を設けることもできる。図４中においても，左右方向を離型層１３の幅方向とし，上下方向を離型層１３の周方向として描いてある。このように穴１４の配置を変えても同様の効果を奏する。つまり，本発明においては，穴１４の配置によらず，離型層１３の剛性が下がっていればよいのである。そして，離型層１３の剛性は，主に穴１４の，離型層１３の外周面に占める面積に依存して変化する。また，穴１４の形状は円形に限らず，長穴であってもよい。また，その他の多角形であってもよい。離型層１３の剛性を低減することに変わりないからである。また，穴１４は貫通孔でなくともよい。すなわち，凹部であってもよい。そして，離型層１３の内側，すなわち弾性層１２と接している面に凹部を設けてもよい。
【００２５】
ここで，本形態の定着装置１と従来の定着装置とを比較したシミュレーションの結果について説明する。比較項目は，加熱ローラ２０及び加圧ローラ１０の各地点における最大主応力，すなわち，各地点にかかる主応力のうち最大となる方向の主応力である。
【００２６】
図５は，本形態の定着装置１における最大主応力の分布についてシミュレーションを行った結果を示す図である。ここで，穴１４，２４の離型層１３，２３の外周面に占める面積の面積比は，５０％である。ハッチングした領域５１，５２，５３，５４は，本形態の定着装置１の加熱ローラ２０及び加圧ローラ１０において，その他の領域に比べて最大主応力の大きい領域である。ハッチング領域５１は，加圧ローラ１０の弾性層１２の内部であって，芯金１１との接触面付近にある。ハッチング領域５２は，加熱ローラ２０の弾性層２２の内部であって，芯金２１との接触面付近にある。ハッチング領域５３は，加圧ローラ１０の内部であって，加熱ローラ２０との接触箇所付近にある。ハッチング領域５４は，加熱ローラ２０の内部であって，加圧ローラ１０との接触箇所付近にある。
【００２７】
また，図５中，Ｂで示した箇所は，加熱ローラ２０と加圧ローラ１０との接触面のうち，最も回転上流側の位置である。Ｃで示した箇所は，加熱ローラ２０と加圧ローラ１０との接触面の中心の位置である。Ｄで示した箇所は，加熱ローラ２０と加圧ローラ１０との接触面のうち，最も回転下流側の位置である。そして，接触面ＢＣ近傍においては，応力は図中下向き，すなわちＣからＢへと向かう向きに働く。接触面ＣＤ近傍においては，応力は図中上向き，すなわちＣからＤへと向かう向きに働く。本形態の定着装置１は，ローラの離型層１３と弾性層１２とで剛性の差が小さい。よって，後述する従来の定着装置に比べて離型層と弾性層とが剥離しにくい。
【００２８】
図６は，従来の定着装置における最大主応力の分布についてシミュレーションを行った結果を示す図である。ハッチングした領域６１，６２，６３，６４は，図５と同様に，従来の加熱ローラ４０及び従来の加圧ローラ３０において，その他の領域に比べて最大主応力の大きい領域である。ハッチング領域６１，６２，６３，６４は，それぞれ図５に示したハッチング領域５１，５２，５３，５４と対応する位置にある。
【００２９】
また，図６中，Ｂで示した箇所は，加熱ローラ４０と加圧ローラ３０との接触面のうち最も回転上流側の位置である。Ｃで示した箇所は，加熱ローラ４０と加圧ローラ３０との接触面の中心の位置である。Ｄで示した箇所は，加熱ローラ４０と加圧ローラ３０との接触面のうち最も回転下流側の位置である。そして，接触面ＢＣにおいては，応力は図中下向き，すなわちＣからＢへと向かう向きに働く。接触面ＣＤにおいては，応力は図中上向き，すなわちＣからＤへと向かう向きに働く。従来の定着装置における離型層と弾性層とでの剛性の差は大きい。よって，離型層と弾性層との境目においては，弾性層のほうがより大きく変形しようとして，その接触面で剥離するおそれが本形態の定着装置１に比べて大きい。
【００３０】
図５と図６とを比較すると，図５に示したハッチング領域５３，５４は，図６に示したハッチング領域６３，６４よりも狭い。すなわち，本発明の定着装置１のほうが，従来の定着装置に比べて最大主応力の高い領域が狭くなっている。しかし，剥離を抑制するために問題となるのは，最大主応力の値が最も大きい値をとる箇所における最大主応力の値である。よって，以下にローラ対の接触面ＢＣＤ（図５及び図６参照）の位置における最大主応力について説明する。
【００３１】
図７に，ローラ対の接触面ＢＣＤの位置における最大主応力の値を示す。横軸は，ローラ対の接触面ＢＣＤ上の位置であり，縦軸はその箇所に働く最大主応力である。最大主応力が正の値の箇所には引張応力がかかっており，負の値の箇所には圧縮応力がかかっている。なお，本形態の定着装置１における最大主応力を実線で，従来の定着装置における最大主応力を破線で示した。
【００３２】
図７中，本形態の定着装置１において，最大主応力が最大となる箇所をＰ，Ｑで表した。また，従来の定着装置において，最大主応力が最大となる箇所をＲ，Ｓで表した。本形態の定着装置１における最大主応力の最大値（Ｐ，Ｑの箇所）は，従来の定着装置における最大主応力の最大値（Ｒ，Ｓの箇所）に比べて３３％小さい。
【００３３】
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係る定着装置１は，ローラ対の離型層１３，２３の表面にわたって穴１４，２４を設けたものである。このため，離型層１３，２３と弾性層１２，２２との間の剛性の差が小さくなった。よって，ニップ部を形成するための応力の負荷により，離型層１３，２３と弾性層１２，２２との剥離を起こしにくくなった。また，これによる離型性の低下はほとんどない。これにより，弾性層の応力変形を低減し，耐久寿命の長い定着装置１および画像形成装置１００が実現されている。
【００３４】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，ローラ対として加熱ローラ２０，加圧ローラ１０の組み合わせを用いたが，離型層を有するローラであれば，他の組み合わせの定着装置であっても構わない。また，ローラ対の双方の離型層１３，２３に穴１４，２４を形成したが，穴１４のみ，もしくは穴２４のみを形成しても構わない。一方のローラだけでもその分の効果はあるからである。そして，穴は，離型層全体に形成するとしたが，一部であってもよい。その分の効果を奏するからである。ローラ対の外径，弾性層，離型層の厚みの値は例示であり，その他の値のものを用いてもよい。そして，芯金，弾性層，離型層は，複数の素材または複数層からなるものであってもよい。さらに，芯金と弾性層との間，または弾性層と離型層との間に，第４の層があってもよい。また，芯金は金属製のものに限らない。また，中実ローラであっても，中空ローラであっても構わない。また，本発明はトナーの種類によらない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る画像形成装置を説明するための概略図である。
【図２】本発明に係る定着装置を説明するための断面図である。
【図３】本発明に係る定着装置のローラ対の離型層の表面を説明する図（その１）である。
【図４】本発明に係る定着装置のローラ対の離型層の表面を説明する図（その２）である。
【図５】本発明の定着装置のローラ対における最大主応力の分布についてシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図６】従来の定着装置のローラ対における最大主応力の分布についてシミュレーションを行った結果を示す図である。
【図７】本発明の定着装置のローラ対の接触面における最大主応力の分布について本発明と従来とで比較を行ったグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１…定着装置
１０…加圧ローラ
１１…芯金
１２…弾性層
１３…離型層
１４…穴
２０…加熱ローラ
２１…芯金
２２…弾性層
２３…離型層
２４…穴
１００…画像形成装置
【図１】
2010117416.tif 000003
【図２】
2010117416.tif 000004
【図３】
2010117416.tif 000005
【図４】
2010117416.tif 000006
【図５】
2010117416.tif 000007
【図６】
2010117416.tif 000008
【図７】
2010117416.tif 000009