(57)【要約】【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高画質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)のゴム層(13b)の厚さをＴｇ、樹脂層(13c)の厚さをＴｊ、熱良導剤を含んだ状態でのゴム層のゴム硬度をＨｇとしたとき、２００μｍ≦Ｔｇ≦６００μｍ、８０μｍ≦Ｔｊ≦３００μｍ、２Ｔｊ≦Ｔｇ≦１０Ｔｊ、及び４０°≦Ｈｇ≦８０°の関係を満たした定着装置とする。【選択図】  図２
2008107770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、熱良導剤を含んでなる熱良導性ゴム層と、
該ゴム層の上に設けられたフッ素樹脂層とからなり、
前記ゴム層の厚さをＴｇ、前記樹脂層の厚さをＴｊ、前記熱良導剤を含んだ状態でのゴム層のゴム硬度をＨｇとしたとき、２００μｍ≦Ｔｇ≦６００μｍ、８０μｍ≦Ｔｊ≦３００μｍ、２Ｔｊ≦Ｔｇ≦１０Ｔｊ、及び４０°≦Ｈｇ≦８０°の関係を満たすことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱ローラは、７０ｍｍ以上の外径を有し、前記熱良導剤を含んだ状態でのゴム層の熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋであり、熱伝導率のばらつきが０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以内に規定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】
請求項１または２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（４フッ化））、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（４．６フッ化）等）からなるローラとに大別される。
【０００３】
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。
【０００４】
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（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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印刷装置においては、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、中速域のプリンタ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、熱良導剤を含んでなる熱良導性ゴム層と、該ゴム層の上に設けられたフッ素樹脂層とからなり、前記ゴム層の厚さをＴｇ、前記樹脂層の厚さをＴｊ、前記熱良導剤を含んだ状態でのゴム層のゴム硬度をＨｇとしたとき、２００μｍ≦Ｔｇ≦６００μｍ、８０μｍ≦Ｔｊ≦３００μｍ、２Ｔｊ≦Ｔｇ≦１０Ｔｊ、及び４０°≦Ｈｇ≦８０°の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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高画質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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に図２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。
【００２１】
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。
【００２２】
１３ｂは芯材１３ａ上に設けられたゴム層、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。
【００２３】
ゴム層１３ｂは、芯材１３ａ上に厚さ２００μｍ〜６００μｍで形成される。また、ゴム層にはシリコンゴム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。なお、ゴム層１３ｂのゴム硬度は上記熱良導剤を含んだ状態において４０°〜８０°（ＪＩＳ Ａ硬度）の範囲に規定されている。
【００２４】
フッ素樹脂層１３ｃは、ゴム層１３ｂ上に厚さ８０μｍ〜３００μｍ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。
【００２５】
本発明において芯材１３ａの厚さは、熱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。
【００２６】
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定着ニップ幅を広くし、単位面積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。
【００２７】
ローラ定着方式において広い定着ニップ幅を得る場合、ゴム層を厚めに設け、定着ローラの圧接力によりゴム層を変形させてニップ幅を稼ぐことが考えられるが、ゴム層が厚くなるほど熱の伝達は悪くなるため、高速定着に対応させるには限界がある。
【００２８】
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。
【００２９】
また、ゴム層１３ｂの厚さを２００μｍ〜６００μｍとする理由について、厚さ２００μｍ未満では、定着ニップにおいてゴム層１３ｂの十分な弾性作用が得られず、高画質を確保できない。また、厚さ６００μｍを超えると、熱量が不足し、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２００μｍ〜６００μｍ、好ましくは３００μｍ〜５００μｍで設定される。
【００３０】
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、ゴム層１３ｂの、熱良導剤を含んだ状態でのゴム硬度は４０°〜８０°の範囲で規定される。
【００３１】
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の弾性機能が失われ、画質に問題が生じる。
【００３２】
また、ゴム硬度に関しては、熱良導剤を混入させた場合、必然的に４０°以上となり、８０°を超えると、伸び、引張り強度、引裂き強度等の機械的物性値が極端に低下し、ざらついた感じの画像が作られてしまう。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、樹脂層１３ｃの厚さを８０μｍ〜３００μｍとする理由について、厚さ８０μｍ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３００μｍを超えると、下地のゴム層の弾性効果が画質に活かし切れず、高画質印刷が実現できない。なお、樹脂層１３ｃは、耐久性の面からＰＦＡとするのが好ましい。
【００３５】
また、製造上のばらつきにより、熱伝導率が０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上上がってしまうと、加熱ローラの表面制御温度が１０°Ｃ上がり、樹脂層１３ｃの膜剥れが発生してしまうことがある。そこで、本発明では熱伝導率のばらつきが０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以内となるようにゴム層１３ｂ中の熱良導剤の分散を管理している。
【００３６】
さらに、ゴム層１３ｂと樹脂層１３ｃの厚さ関係においては、ゴム層１３ｂを樹脂層１３ｃの２倍〜１０倍の厚さで設定している。２倍に満たない厚さではゴム層１３ｂの弾性効果が十分に得られず、画質が悪くなり、１０倍を超える厚さでは熱の伝導性が悪くなり、定着強度不足が生じてしまう。
【００３７】
以上より、熱良導性ゴム層１３ｂの厚さ（Ｔｇ）を２００μｍ〜６００μｍ、熱良導性ゴム層１３ｂの熱伝導率を０．６Ｗ／ｍ・Ｋ〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋ、熱伝導率のばらつきを０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以内、樹脂層１３ｃの厚さ（Ｔｊ）を８０μｍ〜３００μｍとして評価した結果、２Ｔｊ≦Ｔｇ≦１０Ｔｊの関係を満たし、かつ熱良導性ゴム層１３ｂのゴム硬度（Ｈｇ）が４０°≦Ｈｇ≦８０°のとき、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図３には、本発明の定着装置に用いられる加圧ローラの構成を示している。
【００４０】
ローラの層構成は、加熱ローラ１３と同様、芯材、ゴム層、及びフッ素樹脂層から構成されており、１４ａは芯材となる金属製ローラ（アルミニウム製のローラ）であり、１４ｂは芯材１４ａ上に設けられたゴム層、１４ｃはゴム層１４ｂ上に設けられたフッ素樹脂層である。
【００４１】
加圧ローラ１４のゴム層１４ｂは、加熱ローラ１３のゴム層１３ｂよりも厚く設けられ、芯材１４ａ上に厚さ４ｍｍ〜８ｍｍで形成される。このように厚く設けることによって、加熱ローラ１３との圧接時に十分なニップ幅が得られるようになる。
【００４２】
また、加熱ロール１３のゴム層１３ｂには熱良導剤を含ませたが、加圧ローラ１４のゴム層１４ｂには必ずしも熱良導剤を添加する必要はない。
【００４３】
なお、フッ素樹脂層１４ｃは、ゴム層１４ｂ上に厚さ８０μｍ〜３００μｍで形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】レーザビームプリンタの全体構成図である。
【図２】加熱ローラの概略断面図である。
【図３】加圧ローラの概略断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１３  加熱ローラ
１３ａ  芯材
１３ｂ  熱良導性ゴム層
１３ｃ  フッ素樹脂層
【図１】
2008107770.tif 000003
【図２】
2008107770.tif 000004
【図３】
2008107770.tif 000005