(57)【要約】【課題】冷間、熱間に関わらず加圧ローラ１０３の鼓量を常に適切な範囲に維持する。【解決手段】記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、定着回転体と、定着回転体に押圧してニップ部を形成する加圧回転体（加圧ローラ１０３）と、を備え、加圧ローラ１０３は、芯金２０１と、芯金２０１外周に形成された弾性層２０４を有し、芯金２０１の一部に凹部２０２を有し、凹部２０２に、弾性層２０４より熱伝導率の低い断熱層２０３が形成され、芯金２０１の少なくとも軸方向一部は、断熱層２０３を介して、弾性層２０４に対向し、断熱層２０３は加圧ローラ１０３の軸方向中央に比較して端部において断面積が大きい。【選択図】図３
2019040009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、
定着回転体と、
前記定着回転体に押圧してニップ部を形成する加圧回転体と、を備え、
前記加圧回転体は、芯金と、前記芯金外周に形成された弾性層を有し、
前記芯金の一部に凹部を有し、該凹部に、前記弾性層より熱伝導率の低い断熱層が形成され、
前記芯金の少なくとも軸方向一部は、前記断熱層を介して、前記弾性層に対向し、
前記断熱層は前記加圧回転体軸方向中央に比較して端部において断面積が大きいことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記断熱層は、前記加圧回転体の周方向に所定の間隔で設けられ、該断熱層の幅は、軸方向中央よりも端部が拡大するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記断熱層は、前記加圧回転体の軸方向中央から端部に向かって連続して厚みを増すことを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
【請求項４】
前記断熱層はシリコーンスポンジであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の定着装置。
【請求項５】
前記断熱層はセラミックであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の定着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか記載の定着装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱手段で加熱される定着部材を有する定着装置、及びこの定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリやこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機等として構成される電子写真方式の画像形成装置には、定着装置が装着されている。 定着装置は、加熱手段により加熱される定着部材と、定着部材と圧接する加圧部材とを備え、トナー画像が転写されている記録媒体を、定着部材と加圧部材とにより形成されるニップ部を通過させることでトナー画像を記録媒体上に定着する方式が一般的に採用されている。
【０００３】
近年、画像形成装置には用紙対応力として、記録媒体として薄紙や封筒への対応が求められている。
【０００４】
一般的に、封筒搬送性を良好にするには、加圧ローラのゴム厚を大きくし、ニップ内の曲率を低減させ、平行ニップに近いニップ形状とする方法がある。しかし、加圧ローラのゴム厚を大きくすると、熱間では中央よりも端部の温度が放熱により低下し、加圧ローラに軸方向温度差が生じる。この軸方向温度差に起因して加圧ローラが太鼓形状となり、記録媒体がシワになりやすい。そのため、冷間での鼓量を大きくし、熱間でも所定の鼓量を維持できるように設計している（例えば、特許文献１）。
【０００５】
加圧ローラの鼓量が大きいと、ニップ入口側では記録媒体に対し軸方向外側への力が働きシワには有利だが、出口側では軸方向内側への力が働き、記録媒体に波打ちが生じる。ニップ出口から分離補助部材位置の間における近接ニップ領域において、用紙の波打ちが生じると、定着ベルトと記録媒体との接触部と非接触部が存在し、リバーマークと呼ばれるスジ状の凹凸が画像に発生する問題があった。
【０００６】
加圧ローラの鼓量はシワ、リバーマークのどちらも発生しない範囲とすればよいが、冷間で適正化しても、加圧ローラの弾性層の軸方向端部ほど放熱するため温度低下して鼓量が低下するため、熱間ではシワが発生しやすくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、その目的は、薄紙分離性や封筒搬送性を確保しながら、シワ、リバーマークの発生を防ぐため、冷間、熱間に関わらず加圧ローラの鼓量を常に適切な範囲に維持することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、記録材に担持されたトナー像を定着する定着装置であって、定着回転体と、前記定着回転体に押圧してニップ部を形成する加圧回転体と、を備え、前記加圧回転体は、芯金と、前記芯金外周に形成された弾性層を有し、前記芯金の一部に凹部を有し、該凹部に、前記弾性層より熱伝導率の低い断熱層が形成され、前記芯金の少なくとも軸方向一部は、前記断熱層を介して、前記弾性層に対向し、前記断熱層は前記加圧回転体軸方向中央に比較して端部において断面積が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷間、熱間に関わらず加圧ローラの鼓量を常に適切な範囲に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】定着装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】加圧ローラの軸方向断面図（１）である。
【図４】加圧ローラと断熱層の位置関係についての説明図である。
【図５】加圧ローラの軸方向の外径変化を示すグラフである。
【図６】加圧ローラの軸方向断面図（２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（画像形成装置）
図１に、画像形成装置の断面の模式図を示す。図１は本発明を適用する画像形成装置の一例を示す概略構成図である。同図において符号１００は画像形成装置としてのタンデム型中間転写式の画像形成装置本体、２００は該画像形成装置本体１００を載せる給紙テーブルをそれぞれ示している。また、画像形成装置本体１００の内部には複数の画像形成手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが並設されたタンデム型中間転写式の画像形成部（以下、タンデム型画像形成部と記する）２０が設けられており、上記の符号に付けた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色をそれぞれ示している。画像形成装置本体１００には、中央付近に、無端ベルト状の中間転写体（以下、中間転写ベルトと記する）１０が設けられている。この中間転写ベルト１０は、複数の支持ローラ１４、１５、１５’、１６等に掛け回して図中時計回りに回転搬送可能とする。
【００１２】
この図示例では、支持ローラ（二次転写対向ローラ）１６の左に、中間転写ベルト用のクリーニング装置１７を設けている。クリーニング装置１７は画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する。
【００１３】
支持ローラ１４と支持ローラ１５間に張り渡した中間転写ベルト１０上には、その搬送方向に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ（以下、１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのように記する）を横に並べて配置してタンデム型画像形成部２０を構成する。このタンデム型画像形成部２０の各画像形成手段１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー画像を担持する像担持体としての感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。
【００１４】
そして、このタンデム型画像形成部２０の上には、図１に示すように２つの露光装置４が設けられている。各露光装置４はそれぞれ２つの画像形成手段（１Ｙと１Ｍ、１Ｃと１Ｋ）に対応しており、例えば２つの光源装置（半導体レーザ、半導体レーザアレイ、あるいはマルチビーム光源等）とカップリング光学系、共通の光偏向器（ポリゴンミラー等）、２系統の走査結像光学系等で構成される光走査方式の露光装置であり、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像情報に応じて各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに露光を行い、静電潜像を形成する。
【００１５】
また、各画像形成手段１Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの周囲には、上記の露光に先立って各感光体ドラムを均一に帯電する帯電装置３Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、上記の露光装置４によって形成された静電潜像を各色のトナーで現像する現像装置５Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、感光体ドラム上の転写残トナーを除去する感光体用クリーニング装置７Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。さらに、各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋから中間転写ベルト１０にトナー画像を転写する一次転写位置には、中間転写ベルト１０を間に挟んで各感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに対向するように一次転写手段の構成要素としての一次転写ローラ６２Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが設けられている。
【００１６】
中間転写ベルト１０を支持する複数の支持ローラのうち、支持ローラ１４は中間転写ベルト１０を回転駆動する駆動ローラであり、図示しない駆動伝達機構（ギヤ、プーリ、ベルト等）を介してモータと接続されている。また、ブラックの単色画像を中間転写ベルト１０上に形成する場合には、図示しない移動機構により、駆動ローラ１４以外の支持ローラ１５、１５’を移動させて、イエロー、シアン、マゼンタの感光体ドラム２Ｙ、Ｍ、Ｃを中間転写ベルト１０から離間させることが可能である。この他、バックアップローラ６３も中間転写ベルト１０を支持するローラとして設けられている。
【００１７】
中間転写ベルト１０を挟んでタンデム型画像形成部２０と反対の側には、二次転写装置２２が備えられている。この二次転写装置２２は、図示の例では、二次転写対向ローラ１６に二次転写ローラ１６’を押し当てて転写電界を印加することで中間転写ベルト１０上の画像を転写媒体としてのシート状の記録媒体Ｐ（記録材）に転写する。
【００１８】
また、二次転写装置２２の横には、記録媒体Ｐ上の転写画像を定着する定着装置２５を設けている。二次転写装置２２で画像が転写された記録媒体Ｐは、２つのローラ２３に支持された搬送ベルト２４により上記定着装置２５へと搬送される。もちろん、搬送ベルト２４の部分は、固定されたガイド部材でも良く、また、搬送ローラや搬送コロ等でも良い。
【００１９】
なお、図示の例では、このような二次転写装置２２および定着装置２５の下方に、上述したタンデム型画像形成部２０と平行に、記録媒体Ｐの両面に画像を記録すべく記録媒体Ｐを反転して搬送するシート反転機構２８を備えている。
【００２０】
また、記録媒体Ｐの搬送は次のように行われる。まず、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つが選択的に回転され、ペーパバンク４３に多段に設けられた給紙トレイ４４の１つから記録媒体Ｐを繰り出す。その繰り出された記録媒体Ｐは、分離ローラ４５で１枚ずつに分離されて給紙路４６に導入され、搬送ローラ対４７で搬送されるとともに、画像形成装置１００内の給紙路４８に導かれた後、位置決めローラ（レジストローラ）対４９に突き当てられて止められる。
【００２１】
また、手差しトレイ５１を用いる場合には、給紙ローラ５０が回転され、手差しトレイ５１上の記録媒体Ｐが繰り出されるとともに、繰り出された記録媒体Ｐは、分離ローラ５２で１枚ずつ分離された後、手差し給紙路５３に導入され、同様にして位置決めローラ対４９に突き当てられて止められる。
【００２２】
その後、中間転写ベルト１０上のフルカラーのトナー画像形成にタイミングを合わせて位置決めローラ対４９が回転され、中間転写ベルト１０と二次転写ローラ１６’との間の二次転写位置に記録媒体Ｐが送り込まれる。そして、中間転写ベルト１０上のフルカラーのトナー画像が記録媒体Ｐ上に一括転写される。
【００２３】
そのトナー画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルト２４によって搬送されて定着装置２５へ送り込まれ、その定着装置２５で熱と圧力とが加えられて転写されたトナー画像が定着された後、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出されてスタックされる。
【００２４】
両面コピーの場合、片面に画像が定着された記録媒体Ｐは、シート反転機構２８に導入されて反転された後、再び二次転写位置へ導かれ、裏面にも画像が転写され、定着装置２５で定着された後、排出ローラ５６によって排紙トレイ５７上に排出される。
【００２５】
（定着装置）
図２は本実施形態の定着装置２５の構成を示す図である。図２に示すように、定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト１０１（定着回転体）に加圧ローラ１０３（加圧回転体）を押し当てて構成する。定着ベルト１０１は、定着ローラ１０２と、加熱ローラ１０４により掛け回されており、加熱ローラ１０４内部には加熱源としてのハロゲンヒータ１０５が設けられている。加熱源は電磁誘導方式でもよい。
【００２６】
定着ベルト１０１は、ＰＩ（ポリイミド）樹脂からなる層厚９０μｍのベース層上に、シリコーンゴムなどの弾性層，離型層が順次積層された多層構造の無端ベルトである。定着ベルト１０１の弾性層は、層厚が２００μｍであって、シリコーンゴム、フッ素ゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料で形成されている。定着ベルト１０１の離型層は、層厚が２０μｍであって、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）、等で形成されている。定着ベルト１０１の表層に離型層を設けることにより、トナー像に対する離型性が確保され、トナー像を有する記録媒体を良好に定着し、且つ用紙を定着ベルト１０１から良好に分離することができる。
【００２７】
定着ローラ１０２は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周に、シリコーンゴム等の耐熱弾性材料からなる弾性層を２０ｍｍの厚みで備える。
【００２８】
加圧ローラ１０３は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周に断熱層、さらにその外周にシリコーンゴム等の耐熱弾性材料からなる弾性層を適度な厚みで備え、さらに表層にフッ素系樹脂等からなる離型層を備える。また、加圧ローラ１０３は、定着ベルト１０１を介して定着ローラ１０２に向けて図示しないバネ等の加圧部材により押圧されており、弾性層を弾性変形させることにより、定着ベルト１０１、定着ローラ１０２との間で一定時間トナーを加圧・加熱できるニップ部を形成する。
【００２９】
定着された記録媒体を剥離するための分離板１０６が定着ベルトに所定のギャップを維持して設置される。分離補助部材１０７もニップ出口側に定着ローラ１０２と定着ベルト１０１との間に設置され、分離時の曲率を大きくすることで、更に分離性を良好にすることができる。
【００３０】
（実施例１）
◆加圧ローラ
ここで本実施例に係る加圧ローラを図３に示す。図３は加圧ローラの軸方向断面図である。本実施例の加圧ローラ１０３は、芯金２０１の周方向に凹部２０２を有し、さらに、該凹部２０２に弾性層２０４より熱伝導率の低い断熱層２０３を有する。凹部２０２は軸方向に複数形成され、軸方向端部ほど軸方向に幅広い構成とした。
【００３１】
断熱層２０３の厚さは、素材にもよるが、５ｍｍあれば十分であり、本実施例では１〜３ｍｍとした。材質はシリコーンスポンジ（信越ポリマー製、シリコーンスポンジシート）、セラミック（ニチアス製、ファインフレックスブランケット）、ケイ酸カルシウム（ニチアス製）等を選択することができる。断熱層２０３の外周には、厚さ１０ｍｍのシリコーンゴムの弾性層２０４が形成され、更に外周には厚さ２０μｍのＰＦＡの離型層２０５が形成されている。
【００３２】
凹部２０２と断熱層２０３の軸方向幅は、端部ほど幅広であって、中央部には断熱層２０３は形成されない、または端部に比べてきわめて幅狭に形成する。端部ほど断熱効果を高める事によって、端部からの放熱を防止し、軸方向での熱分布を一定にすることができるからである。
【００３３】
断熱層２０３を芯金２０１の凹部２０２に形成することで、弾性層２０４は軸方向で等しい厚さＸとして形成する事ができる。これにより、加圧ローラ軸方向で等しいニップ幅を確保する事ができる。
【００３４】
また、弾性層２０４の軸方向の中央部での厚さを端部での厚さよりも小さくした鼓形状としても、断熱層２０３を形成して、軸方向での熱分布を一定にすることで、冷間時と熱間時の加圧ローラ１０３の鼓量を適正な範囲に維持することができる。本実施形態では、加圧ローラ１０３の軸方向中央部の外径はφ８０ｍｍ、端部はφ８０．５ｍｍであって、鼓形状としている。
【００３５】
加圧ローラ１０３と断熱層２０３の位置関係について図４を用いて具体的に説明する。加圧ローラ１０３の長手方向長さ（加圧ローラ幅Ａ）が３５８ｍｍの場合、一般的には加圧ローラ１０３のおよそ９０％に相当する３２０ｍｍが通紙領域Ｂとなる。その場合に、加圧ローラ１０３の端部それぞれ２０〜２５％に相当する８０ｍｍを断熱領域Ｃとすれば満足な断熱効果を得る事ができる。
【００３６】
◆検証実験
検証実験の結果を表１に示す。また、検証実験における加圧ローラの軸方向の外径変化を図５に示す。評価装置として、リコー製Ｐｒｏ  Ｃ９１１０を用い、王子製紙製ＯＫトップコート７３．３ｇ／ｍ２（ＳＲＡ３サイズ）をセットし、検証実験を行った。画像は全面ブラックベタとし、両面印刷を行った。冷間状態から立ち上げて印刷を開始し、１０００ページ印刷して熱間状態になるまで印刷を継続し、シワ、リバーマークの発生の有無を評価した。
【００３７】
【表１】
2019040009.tif 000003
【００３８】
断熱層の無い従来の加圧ローラを使用した場合には、立ち上げ直後ではシワ、リバーマークは発生しなかったが、印刷を開始して５００ページ目からシワが発生し始めた。
【００３９】
一方、実施例１に記載の加圧ローラを使用した場合には、１０００ページ印刷を継続しても、シワ、リバーマークの発生は無かった。
【００４０】
（変形例）
図６に示すように、断熱層２０３の厚さが軸方向中央から端部へ徐々に厚さを増加させる構成にしてもよい。
【００４１】
本発明では、芯金に断熱層を埋め込む構成にすることで芯金の強度を確保しつつ、軸方向での温度偏差を解消する事ができる。
【００４２】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００４３】
２５  定着装置
１０１  定着ベルト
１０３  加圧ローラ
２０１  芯金
２０２  凹部
２０３  断熱層
２０４  弾性層
２０５  離型層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４４】
【特許文献１】特開２０１７−３９４５号公報
【図１】
2019040009.tif 000004
【図２】
2019040009.tif 000005
【図３】
2019040009.tif 000006
【図４】
2019040009.tif 000007
【図５】
2019040009.tif 000008
【図６】
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