(57)【要約】【課題】  加熱ローラ等の定着ローラの弾性層が歪むことに起因して、記録シートに伸びや波打ち等が発生するのを防止することができ、ニップ領域を長尺化した場合であっても、用紙の伸びが悪化するのを回避することができ、高画質な定着画像を得ることが可能な新規な定着ローラ及びこれを用いた定着装置を提供することを課題とする。【解決手段】  定着装置に用いられる定着ローラにおいて、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される弾性層よりも弾性の高い中間層を備えるように構成して課題を解決した。【選択図】  図１
2006084981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置に用いられる定着ローラにおいて、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される弾性層よりも弾性の高い中間層を備えたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
定着装置に用いられる定着ローラにおいて、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される弾性層よりも弾性の高い中間層と、表面に被覆される離型層を備えたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
上記中間層は、弾性層よりも弾性の高い合成樹脂、又は金属製の薄層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着ローラ。
【請求項４】
上記中間層は、ポリイミドによって形成された薄層からなることを特徴とする請求項３に記載の定着ローラ。
【請求項５】
上記中間層は、ステンレス又はニッケルによって形成された金属製の薄層からなることを特徴とする請求項３に記載の定着ローラ。
【請求項６】
上記弾性層は、所定の厚さを有するシリコンゴムの層からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着ローラ。
【請求項７】
弾性層を有すると共に発熱手段を有し、所定の角速度で回転駆動される加熱ローラと、加熱ローラの周面の一部に対して巻き付くように配設され、搬送されてきた記録シートを該加熱ローラと相俟って挟み込むためのニップ領域を形成する無端状の定着ベルトと、かかるニップ領域の終端部で該定着ベルトを介して加熱ローラに圧接し、該加熱ローラの弾性層を変形させる加圧部材と、この加圧部材よりも該ニップ領域の始端部側で定着ベルトを介して加熱ローラに圧接する補助加圧部材とから構成された定着装置において、
前記加熱ローラが、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラからなることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
少なくとも一方が発熱手段を有し、回転可能に配設された一対の定着ローラを互いに圧接させることにより、搬送されてきた記録シートを挟み込むためのニップ領域を形成するように構成された定着装置において、
前記一対の定着ローラのうち、少なくとも一方の定着ローラが、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラからなることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子写真方式や静電記録方式などを採用したプリンターや複写機等の画像形成装置に好適に使用される定着ローラ及びこれを用いた定着装置に関し、特に記録用紙等の記録シート上に転写された未定着トナー像を加熱及び加圧することによって、トナー像を記録シートに定着させるために使用される新規な低歪みの定着ローラ及びこれを用いた定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特許第３０８４６９２号公報
【特許文献２】特開平９−３４２９１号公報
【特許文献３】特許第３１５９１２５号公報
【０００３】
従来、この種の電子写真方式や静電記録方式などを採用したプリンターや複写機等の画像形成装置では、更なる高画質化及び高生産性（高速化）が求められており、スクリーン印刷やオフセット印刷などによって印刷されたカラー画像と同等の高画質な画像（以下、「グラフィックアーツ」という。）を、高い生産性で形成することが可能な装置が、印刷に代替する市場として必要とされている。
【０００４】
かかるグラフィックアーツ市場に対応した画像形成装置において、最終的に高画質化及び高生産性の要求を実現するのは、フルカラーのトナー像を記録用紙等の記録シート上に定着する定着装置であり、このグラフィックアーツ市場に対応した高速のカラー対応型の定着装置としては、次に示すような、いわゆる“ベルトニップ方式" の定着装置に関する技術が既に種々提案されている。
【０００５】
このいわゆるベルトニップ定着装置では、表面が弾性層からなる加熱ローラに、定着ベルトを所定のニップ幅にわたって巻き付けることにより、加熱ローラの外周に長いニップ領域を形成し、更にニップ領域の出口部でのみ小径の加圧ローラを加熱ローラに圧接して、弾性層からなる加熱ローラの表面に局所的な加圧を加えることにより、充分な定着性能と剥離性能を両立するように構成した技術が、特許第３０８４６９２号公報に開示されているように既に提案されている。
【０００６】
この特許第３０８４６９２号公報に係る定着装置は、転写材上の未定着トナー像を定着する熱定着ロール型定着装置において、表面に弾性体が被覆された熱定着ロールと、複数の支持ロールによって張架された耐熱ベルトとを設け、該耐熱ベルトと前記熱定着ロールとの間にニップ領域を形成するよう前記耐熱ベルトを前記熱定着ロールの廻りに所定角度だけ巻付け、前記ニップ領域の出口に該ニップ領域の他の部分よりも大きな圧力を局部的に加えて前記熱定着ロール表面の弾性体に歪みを生じさせる手段を設け、それにより、予め表面歪みを有している熱定着ロールの表面にトナーが接触している状態で、その表面歪みを瞬間的に開放してトナーと熱定着ロールとの付着力を減少させるように構成したものである。
【０００７】
しかしながら、上記特許第３０８４６９２号公報に係るベルトニップ方式の定着装置の場合には、熱定着ローラと耐熱ベルトのニップ領域の入口から、加圧ローラが圧接するニップ領域の出口までのベルトラップ部分は、熱定着ローラが加熱ローラの表面に接触する圧力が弱いため、記録用紙から発生する水蒸気によって定着中のトナー画像が乱されてしまい、画像乱れが発生するという問題点を有していた。
【０００８】
そこで、かかる画像乱れが発生するのを防止するためには、特開平９−３４２９１号公報に開示されているように、固定パッド等の広い面積を持つ圧力付与部材によって、ベルトラップの圧力が低い部分を加圧する技術が既に提案されている。
【０００９】
この特開平９−３４２９１号公報に係る画像定着装置は、表面付近に弾性体層を有し、回転可能に支持された加熱定着ロールと、外周面が前記加熱定着ロールに押圧され、トナー像を担持した記録シートが前記加熱定着ロールとの間に挟み込まれるニップを形成するエンドレスベルトと、前記エンドレスベルトの内面側に当接され、前記加熱定着ロールの表面に沿って前記エンドレスベルトを押圧する圧接面を備えた圧力付与部材とを有し、前記圧力付与部材の圧接面に作用する圧力は、前記加熱定着ロールと前記エンドレスベルトとの間に取り込まれた気体の温度上昇による体積膨張を抑止する圧力以上に設定されるように構成したものである。
【００１０】
しかし、上記特開平９−３４２９１号公報に係るベルトニップ方式の定着装置では、加熱ローラのニップ領域の出口部に小径の加圧ローラを圧接させるように構成すると、加圧ローラが圧接する加熱ローラの歪み量と、その手前の圧力付与部材が圧接する加熱ローラの歪み量との間に差が生じ、当該加熱ローラの外周における歪み量の差によって、加熱ローラの表面にはスピード差が生じてしまい、ニップ領域中で均一なスピードを持つ用紙と加熱ローラ表面との間にずれが生じて、画像ずれが発生するという問題点を有していた。
【００１１】
そこで、かかる問題点を回避し得る技術としては、特許第３１５９１２５号公報に開示されているように、圧力付与部材としての固定パッドの荷重を調整して用紙スピードと加熱ローラ表面のスピードを合わせるように構成したものが既に提案されている。
【００１２】
この特許第３１５９１２５号公報に係る画像定着装置は、弾性体層を有すると共に発熱手段を有し、所定の角速度で回転駆動される加熱ロールと、複数のロールによって張架されると共に該加熱ロールの周面の一部に対して巻き付くように配設され、搬送されてきた記録シートを該加熱ロールと相俟って挟み込むためのニップ領域を形成する無端状の定着ベルトと、かかるニップ領域の終端部で該定着ベルトを介して加熱ロールに圧接し、該加熱ロールの弾性体層を変形させる加圧ロールと、この加圧ロールよりも該ニップ領域の始端部側で定着ベルトを介して加熱ロールに圧接する補助加圧部材とから構成され、該加圧ロールの回転に対して所定の負荷トルクを与えることにより、該加熱ロールと定着ベルトとの間に挟み込まれた記録シートの搬送速度が、該加圧ロールと補助加圧部材との間の位置における加熱ロールの表面速度と略同一の速度に制御されるように構成したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記特許第３１５９１２５号公報に係る定着装置の場合には、加熱ローラの表面側にゴム等からなる弾性層が被覆されているため、当該加熱ローラの表面に加圧ローラや固定パッドが圧接されると、加熱ローラの弾性層に歪みが発生することになる。この加熱ローラの弾性層に発生する歪みの量は、図１２に示すように、加熱ローラの表面に対する加圧ローラや固定パッドの圧接力に依存して変化し、加圧ローラが圧接する部分では、幅が狭く急激に高さが高くなるピークを示すのに対し、固定パッドが圧接する部分では、幅が広く高さが低いブロードなピークを示している。したがって、上記加熱ローラの表面に圧接した状態で搬送される用紙は、加圧ローラが圧接する部分において、加熱ローラの弾性層に発生する歪み量が大きく、この大きな歪み量を吸収するために、加熱ローラの弾性層が速い速度で下流側に移動し、下流方向に引張られることになる。これに対して、固定パッドが圧接する部分では、加熱ローラの弾性層に発生する歪み量が小さいので、この小さな歪み量を吸収するために、加熱ローラの弾性層が移動する速度も遅く、結果的に用紙が上流方向に引張られることになる。そのため、上記加熱ローラの表面に圧接した状態で搬送される用紙には、加圧ローラが圧接する部分と、固定パッドが圧接する部分とで、互いに反対方向に引っ張る力が作用し、用紙に伸びが発生するという問題点を有していた。この用紙の伸びは、当該用紙上に定着された画像を変形させることになり、画質の低下を将来するという問題点を有していた。
【００１４】
また、上記用紙に発生する伸びは、当該用紙上に均一に発生する訳ではなく、例えば、加熱ローラの軸方向に沿っても不均一に発生する場合があり、用紙の波打ち等の原因となったり、用紙の両面に画像を形成する場合には、表裏の画像のずれとなって現れるいう問題点をも有していた。
。
【００１５】
さらに、上記特許第３１５９１２５号公報に係る定着装置の場合には、定着温度の低下を目的として、加圧領域であるニップ領域の長さを長くするために、固定パッドが圧接するニップ領域の幅を延長する傾向があるが、この固定パッドが圧接するニップ領域幅の延長に伴って、固定パッドの総荷重も増加するため、加圧ローラが圧接する部分との引っ張り力が増大し、用紙の伸びが更に悪化してしまい、ニップ領域の長尺化を妨げる要因となるという問題点をも有していた。
【００１６】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、本発明者らが加熱ローラ等の定着ローラの弾性層に歪みが発生し、その結果として用紙等の記録シートに伸びが発生するメカニズムを鋭意研究することによって、加熱ローラ等の定着ローラの弾性層が歪むことに起因して、記録シートに伸びや波打ち等が発生するのを防止することができ、ニップ領域を長尺化した場合であっても、用紙の伸びが悪化するのを回避することができ、高画質な定着画像を得ることが可能な新規な定着ローラ及びこれを用いた定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明は、定着装置に用いられる定着ローラにおいて、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される弾性層よりも弾性の高い中間層を備えたことを特徴とする定着ローラである。
【００１８】
ここで、「芯金部材の表面側に被覆される弾性層」とは、必ずしも、芯金部材の表面に弾性層が直接被覆されず、間に接着層や他の層を介在しても良い趣旨である。また、「弾性層の表面側に被覆される湾曲可能な非弾性層」についても同様である。
【００１９】
また、「弾性の高い中間層」とは、フレキシブルに湾曲可能なことを意味し、当該「弾性の高い」とは、弾性層の変形に追随して湾曲（変形）するが変形量が少なく、荷重を加えた際に「伸びる」性質が少ないことを意味している。といっても、上記「弾性の高い」ことが要件であって、完全に荷重を加えた際に「伸びる」性質を有していないものである必要はなく、「弾性層」と比較してその「伸び」（変形）が大幅に小さいものであれば良い。
【００２０】
また、請求項２に記載された発明は、定着装置に用いられる定着ローラにおいて、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される弾性層よりも弾性の高い中間層と、表面に被覆される離型層を備えたことを特徴とする定着ローラである。
【００２１】
この請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明に対して、「表面に被覆される離型層」を備えている点のみが相違するものである。
【００２２】
さらに、請求項３に記載された発明は、上記中間層は、弾性層よりも弾性の高い合成樹脂、又は金属製の薄層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着ローラである。
【００２３】
又、請求項４に記載された発明は、上記中間層は、ポリイミドによって形成された薄層からなることを特徴とする請求項３に記載の定着ローラである。
【００２４】
更に、請求項５に記載された発明は、上記中間層は、ステンレス又はニッケルによって形成された金属製の薄層からなることを特徴とする請求項３に記載の定着ローラである。
【００２５】
また、請求項６に記載された発明は、上記弾性層は、所定の厚さを有するシリコンゴムの層からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の定着ローラである。
【００２６】
さらに、請求項７に記載された発明は、弾性層を有すると共に発熱手段を有し、所定の角速度で回転駆動される加熱ローラと、加熱ローラの周面の一部に対して巻き付くように配設され、搬送されてきた記録シートを該加熱ローラと相俟って挟み込むためのニップ領域を形成する無端状の定着ベルトと、かかるニップ領域の終端部で該定着ベルトを介して加熱ローラに圧接し、該加熱ローラの弾性層を変形させる加圧部材と、この加圧部材よりも該ニップ領域の始端部側で定着ベルトを介して加熱ローラに圧接する補助加圧部材とから構成された定着装置において、
前記加熱ローラが、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラからなることを特徴とする定着装置である。
【００２７】
又、請求項８に記載された発明は、少なくとも一方が発熱手段を有し、回転可能に配設された一対の定着ローラを互いに圧接させることにより、搬送されてきた記録シートを挟み込むためのニップ領域を形成するように構成された定着装置において、
前記一対の定着ローラのうち、少なくとも一方の定着ローラが、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の定着ローラからなることを特徴とする定着装置である。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、加熱ローラ等の定着ローラの弾性層が歪むことに起因して、記録シートに伸びや波打ち等が発生するのを防止することができ、ニップ領域を長尺化した場合であっても、用紙の伸びが悪化するのを回避することができ、高画質な定着画像を得ることが可能な新規な定着ローラ及びこれを用いた定着装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
実施の形態１
図１はこの発明の実施の形態１に係る定着ローラを適用した定着装置を示すものである。
【００３１】
この定着装置１は、図１に示すように、発熱手段としてのハロゲンランプ３を内蔵した定着ローラとしての加熱ローラ２と、この加熱ローラ２の周面の一部に巻き付くようにして圧接され、かかる加熱ローラ２と相俟って記録シートとしての記録用紙４のニップ領域５を形成する無端状の定着ベルト６と、かかるニップ領域５の終端部において上記定着ベルト６の内側から加熱ローラ２に圧接する加圧ロール７と、やはり上記ニップ領域５内において加熱ローラ２に圧接し、未定着トナー像８の記録用紙４に対する定着を促進する補助加圧パッド９とから構成されている。そして、上記定着装置１では、未定着トナー像８を担持した記録用紙４が上記加熱ローラ２と定着ベルト６の間に形成されたニップ領域５を挿通するようになっている。
【００３２】
ところで、この実施の形態では、定着装置に用いられる定着ローラにおいて、この定着ローラは、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される湾曲可能な中間層と、表面に被覆される離型層を備えるように構成されている。
【００３３】
また、この実施の形態では、上記中間層は、弾性を有しない合成樹脂、又は金属製の薄層からなるように構成されており、当該中間層は、例えば、ポリイミドによって形成された薄層からなるか、あるいはステンレス又はニッケルによって形成された金属製の薄層からなるように構成されている。
【００３４】
さらに、この実施の形態では、上記弾性層は、所定の厚さを有するシリコーンゴムの層からなるように構成されている。
【００３５】
又、この実施の形態では、弾性層を有すると共に発熱手段を有し、所定の角速度で回転駆動される加熱ローラと、複数のローラによって張架されると共に該加熱ローラの周面の一部に対して巻き付くように配設され、搬送されてきた記録シートを該加熱ローラと相俟って挟み込むためのニップ領域を形成する無端状の定着ベルトと、かかるニップ領域の終端部で該定着ベルトを介して加熱ローラに圧接し、該加熱ローラの弾性層を変形させる加圧ローラと、この加圧ローラよりも該ニップ領域の始端部側で定着ベルトを介して加熱ローラに圧接する補助加圧部材とから構成された定着装置において、前記加熱ローラが、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される湾曲可能な中間層と、表面に被覆される離型層を備えるように構成されている。
【００３６】
先ず、上記加熱ローラ２は、図１に示すように、芯金部材としての金属製コア１０の周囲を弾性層１１で被覆すると共に、かかるコア１０の内部に出力８５０Ｗのハロゲンランプ３を収容したもので、外径が９５ｍｍ、軸長が４００ｍｍに形成されており、上記コア１０としては、外径８７ｍｍ、内径８１ｍｍのアルミニウム製円筒体が用いられている。なお、上記金属製コア１０としては、ステンレス製など他の材質からなるものを使用しても勿論良い。上記弾性層１１は、耐熱性を備えた弾性材料からなり、当該弾性層１１としては、ゴム硬度１７°（ＪＩＳ−Ａ）で、厚さ３．９ｍｍのＨＴＶシリコーンゴムが用いられている。
【００３７】
また、上記弾性層１１の表面には、湾曲可能な中間層１２が被覆されており、当該中間層１２は、弾性層１１の変形に伴ってフレキシブルに湾曲可能であるとともに、弾性を有しない（荷重を加えた際にほとんど伸張しない）非弾性体からなる層である。この中間層１２としては、厚さ７０μｍのポリイミド樹脂からなる層が用いられているが、当該中間層１２は、厚さが薄い方がフレキシブルに湾曲可能であるため望ましい。さらに、上記中間層１２としては、厚さが５０〜１００μｍ程度のステンレスやニッケル等の金属からなる薄層を用いても良い。
【００３８】
さらに、上記中間層１２の表面には、溶融したトナーの付着を防止するための離型層として、厚さ３０μｍのＰＦＡ層１３が被覆されており、加熱ローラ２の周面は、ＰＦＡ層１３によって鏡面に近い表面状態に保たれている。また、この加熱ローラ２には、図示外の駆動モータが接続されており、所定の回転速度（例えば、約４５０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動されるようになっている。
【００３９】
なお、上記中間層１２とＰＦＡ層１３との間には、画質を向上させるため、図２に示すように、第２の弾性層１１ｂとして、厚さ１００μｍ程度のシリコーンゴム層を被覆しても良い。
【００４０】
この加熱ローラ２の表面温度は、常に温度センサ１４によって検出されており、かかる検出温度に基づいて上記ハロゲンランプ３の点灯を制御することで、加熱ローラ２の表面温度を常に比較的低い定着温度である約１３０℃に維持し得るようになっている。また、加熱ローラ２の周面には、オイル供給装置１５によって粘度３００ｃｓｔのジメチルシリコンオイル１６が均一に塗布されるようになっており、上記ニップ領域５において加熱され溶融したトナー８が加熱ローラ２の表面に付着するのを可及的に防止するように構成されている。
【００４１】
一方、上記定着ベルト６は、厚さ７０μｍ、幅３００ｍｍ、周長１８８ｍｍのポリイミドフィルムの表面に、離型層として厚さ３０μｍのＰＦＡ層を被覆したものであり、上記加圧ローラ７を含む外径１０ｍｍの３本のアルミニウム製ローラ７，２１，２２に対して４０Ｎの張力で架け回されると共に、加熱ローラ２の回動に連れ回されて自在に回転するように構成されている。各ローラ７，２１，２２は、中央部の外径が両端部の外径よりも僅かに大きな樽型に形成されている。このように各ローラ７，２１，２２を樽型に形成すると、定着ベルト６の張力によって各ローラに撓みが生じても、かかる定着ベルト６の周面は波打つことなく平坦となり、該定着ベルト６を円滑に走行させることが可能となる。
【００４２】
なお、上記３本のアルミニウム製ローラ７，２１，２２のうち、例えば、ニップ領域５の上流側に位置するローラ２１には、図示しない発熱手段としてのハロゲンランプが内蔵されており、定着ベルト６の温度が約１００℃に加熱されるように構成されている。
【００４３】
この定着ベルト６は、加熱ローラ２の中心角度４５°に相当する長さだけ該加熱ローラ２に対して巻き付いており、このときの記録用紙４の搬送方向に沿ったニップ領域５の長さを実測したところ、比較的長い約５０ｍｍであって、定着温度を低目に設定した場合であっても、フルカラーのトナー像８に対して、良好な定着性を得ることが可能となっている。
【００４４】
また、上記定着ベルト６が架け回された加圧ローラ７は、コイルスプリング７１によって加熱ローラ２の中心へ向け付勢されている。上記コイルスプリング７１の付勢力は約５０ｋｇｆ（５００Ｎ）に設定されており、これによって加圧ローラ２が当接した加熱ローラ２の弾性層１１にはその内径に向かう歪みが生じている。このとき、上記加圧ローラ７が形成するニップ幅は、約５ｍｍ、ニップ圧力は、約２．５ｋｇｆ／ｃｍ2 に設定されている。
【００４５】
一方、上記補助加圧パッド９は、加圧ロール７よりもニップ領域５の始端部側に隣接して配設され、定着ベルト６の加熱ローラ２に対する圧接力を向上させるべく、かかる定着ベルト６の裏面側から加熱ローラ２に圧接している。この補助加圧パッド９は、ステンレス製の基材９１の上に厚さ３ｍｍ、ゴム硬度２０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムからなる弾性層９２を設けたものであり、やはりコイルスプリング９３によって加熱ローラ２の中心に向け約１２０ｋｇｆ（１２００Ｎ）の力で付勢されている。また、補助加圧パッド９の弾性層９２が定着ベルト６との摺接によって摩耗するのを防止するため、かかる補助加圧パッド９の摺接面は、テフロン（登録商標）シート等の摩擦係数の低い樹脂シート９４によって被覆されている。上記補助加圧パッド９が形成するニップ幅は、ニップ領域５の４／５程度を占めるように、実測約４０ｍｍと十分なニップ領域５が確保されており、ニップ圧力は、約０．０７５Ｎ／ｍｍ2 と低く設定されている。
【００４６】
また、この補助加圧パッド９は、その側面が隣接する加圧ローラ７に対して摺接するように配置されている。尚、加圧ロール７と摺接する補助加圧パッド９の側面も摩擦係数の低い樹脂シート９４によって被覆されている。
【００４７】
そして、以上のように構成された本実施の形態に係る定着装置１においては、上記加熱ローラ２と定着ベルト６との圧接によって形成されたニップ領域５に対して記録用紙４を挿通させると、かかる記録用紙４に担持されていたフルカラーの未定着トナー像８が加熱・加圧されて記録用紙４に定着され、更にかかるニップ領域５の終端部で上記加圧ロール７を加熱ローラ２に圧接させたことによる十分な定着作用によって、良好な定着性能を得ることが可能となっている。なお、上記定着装置１では、良好な剥離性能が得られ、記録用紙４の剥離不良が問題となることはないが、剥離爪等の強制的な剥離手段を補助的に用いても良い。
【００４８】
ところで、上記定着装置１のように、表面側にシリコーンゴムなどからなる弾性層１１を持った加熱ローラ２に、加圧ローラ７や補助加圧パッド９を圧接させると、図３に示すように、当該加圧ローラ７等の圧力によって弾性層１１が変形し、当該弾性層１１に歪みが発生する。このとき、上記加熱ローラ２を一定の角速度で回転駆動し、図１に示すように、その間に記録用紙４などを通紙すると、図３に示すように、その歪みの大きさに比例して記録用紙４のスピードが速くなる。これは、加熱ローラ２の弾性層１１が加圧ローラ７や補助加圧パッド９の加圧により変形して、その部分の断面積が小さくなり、一定の角速度で移動しているゴム（弾性層１１）の体積が、この断面積の小さくなった狭い部分を一定時間内に通り抜けるために、その部分での移動スピードが速くなるためであり、記録用紙４は、この弾性層１１の表面のスピードとほぼ同じスピードで搬送され、スピードの増加が起こる。
【００４９】
上記のような表面側に弾性層１１を持つ加熱ローラ２が、図１に示すように、ベルトニップタイプの定着装置１に使用されると、図５に示すようなニップ領域５の出口部での加圧ローラ７による圧力によって、加熱ローラ２の弾性層１１は歪み、記録用紙４のスピードが速くなる。このスピードが補助加圧パッド９の部分でも同様なスピードであると、記録用紙４と加熱ローラ２表面のスピードとが異なり、背景技術において既に説明したように、記録用紙３上のトナー画像８が擦れて画像ずれが発生することになる。
【００５０】
そこで、これを防止するためには、補助加圧パッド９の部分における記録用紙４のスピードを、加熱ローラ２表面のスピードと一致させる必要がある。これを実現するには、約０．０７５Ｎ／ｍｍ2 程度の低い圧力で加圧される補助加圧パッド９によって、加熱ローラ２の弾性層１１を歪ませること無く加圧し、記録用紙４と加熱ローラ２の表面とを密着させることにより、加圧ローラ７の部分で速くなった記録用紙４のスピードを遅くし、補助加圧パッド９の部分での記録用紙４のスピードを、加熱ローラ２表面と一致させることができる。
【００５１】
しかしながら、そのままでは、背景技術において既に説明したように、記録用紙４は、加圧ローラ７の部分と補助加圧パッド９の部分とのスピードの差によって引っ張られるために、伸びが発生してしまう。この記録用紙４の伸びは、図６に示すように、加圧ローラ７の荷重を一定とすると、補助加圧パッド９の荷重が増加するに従って増加する傾向にある。
【００５２】
さらに、上記定着装置１において、そのままでは、定着温度を低下させるために、補助加圧パッド９のニップ領域５の幅を、約４０ｍｍと増加させた場合も、定着不良を防ぐためには、所定以上の圧力が必要となるため、圧力を低下させることができず、補助加圧パッド９の荷重が増加し、記録用紙４の伸びが悪化するために、パッドニップ幅を増加させることができないことになる。
【００５３】
そこで、本実施の形態に係る定着ローラとしての加熱ローラでは、加圧されて下層の弾性層１１であるシリコーンゴム層が変形しても、その上部に被覆されている中間層１２としてのポリイミドが非弾性体であるために、弾性変形歪みが発生せず、これによってニップ領域５の内部で、図７に示すように、加熱ローラ２表面のスピード変動が起こらず、記録用紙４に伸びが発生するのを防止することが可能となる。
【００５４】
このように、上記実施の形態に係る定着ローラを用いた定着装置１では、加熱ローラ２の弾性層１１が歪むことに起因して、記録用紙４に伸びや波打ち等が発生するのを防止することができ、ニップ領域５を長尺化した場合であっても、記録用紙４の伸びが悪化するのを回避することができ、高画質な定着画像を得ることが可能となっている。
【００５５】
実施の形態２
図９はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、少なくとも一方が発熱手段を有し、回転可能に配設された一対の定着ローラを互いに圧接させることにより、搬送されてきた記録シートを挟み込むためのニップ領域を形成するように構成された定着装置において、前記一対の定着ローラのうち、少なくとも一方の定着ローラが、芯金部材の表面側に被覆される弾性層と、当該弾性層の表面側に被覆される湾曲可能な中間層と、表面に被覆される離型層を備えるように構成されている。
【００５６】
すなわち、この実施の形態２に係る定着装置１は、図９に示すように、回転可能に配設された一対の加熱ローラ２と加圧ローラ３０を互いに圧接させることにより、搬送されてきた記録シート４を挟み込むためのニップ領域５を形成するように構成されており、加熱ローラ２と加圧ローラ３０の内部には、双方とも、発熱手段としてのハロゲンランプ３、３１とが配設されている。なお、上記加熱ローラ２の内部にのみ発熱手段を設けるように構成しても良い。また、加熱ローラ２と加圧ローラ３０とは、その表面の設定温度に差を設け、加熱ローラ２を加圧ローラ３０よりも高く設定しても良い。
【００５７】
ところで、この実施の形態２に係る加熱ローラ２は、図９に示すように、芯金部材としての金属製コア１０と、弾性層１１と、中間層１２と、離型層１３とを備えるように構成されている。また、加圧ローラ３０は、芯金部材としての金属製コア３２と、弾性層３３と、離型層３４とを備えるように構成されている。
【００５８】
従来の表面に中間層のない定着ローラを２本使用して、これら２本の定着ローラを互いに圧接して回転し、その間に記録用紙を通紙した場合には、図４に示したものと同様に、その圧接荷重に比例して定着ローラの歪みは増加する。ただし、このときニップ領域内の歪みは、ニップ領域５の出口からニップ領域５の入口まで均一でなく、図１０に示すように、ニップ領域５の中央部が最も大きな歪み量を示すようになっている。
【００５９】
これは、ニップ領域５の入口から中央部にかけて圧接されるために、弾性層１２を構成するゴムの断面積が減少し、それに伴い弾性層１２を構成するゴムが移動するスピードが図１１に示すように増すためである。つまり、加熱ローラ２のニップ領域５の入口から中央部のかけて、記録用紙４は、徐々に加熱ローラ２表面の歪みに従ってスピードが増加し、ニップ領域５の入口部と中央部でスピードに差が発生し、記録用紙４が伸びることになる。また、ニップ領域５の中央部から出口部にかけて記録用紙４は、加熱ローラ２表面の歪みが減少するためにスピードが減少するが、一度伸びた記録用紙４は、再度縮めても繊維自体が伸びているため、元の状態にはもどらず伸びたままの状態となる。
【００６０】
これに対して、本発明の定着ローラとしての加熱ローラ２では、表面側に中間層１２があるため、加熱ローラ２を定着ローラ３０に圧接させ加圧しても、図１０に示すような歪みが発生せず、記録用紙４に伸びが発生するのを防止することができる。
【００６１】
このように、上記実施の形態２に係る定着ローラを用いた定着装置１でも、加熱ローラ２の弾性層１１が歪むことに起因して、記録用紙４に伸びや波打ち等が発生するのを防止することができ、高画質な定着画像を得ることが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係る定着ローラを適用した定着装置を示す構成図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１に係る定着ローラの他の態様を示す構成図である。
【図３】図３は加熱ローラの圧力と歪みとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は加熱ローラの歪みと用紙スピードの関係を示すグラフである。
【図５】図５は加熱ローラの圧力分布と用紙スピードの関係を示すグラフである。
【図６】図６はパッド荷重と用紙の伸びの関係を示すグラフである。
【図７】図７は加熱ローラの歪みと用紙スピードの関係を示すグラフである。
【図８】図８はニップ入口からの距離と加熱ローラの歪みの関係を示すグラフである。
【図９】図９はこの発明の実施の形態２に係る定着ローラを適用した定着装置を示す構成図である。
【図１０】図１０はニップ入口からの距離と加熱ローラの歪みの関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は従来の定着ローラの歪みを示す模式図である。
【図１２】図１２は従来の定着ローラにおけるニップ入口からの距離と歪みを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
２：加熱ローラ、１０：金属製コア、１１：弾性層、１２：中間層、１３：離型層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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