(57)【要約】【課題】定着不良の問題を防止する定着装置を提供する。【解決手段】回転駆動される定着ロ−ラと、定着ロ−ラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ロ−ラ１０とを備え、これら回転する２つのロ−ラ間にトナ−像が転写された転写材を挿通することにより、トナ−像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、加圧ロ−ラ１０は芯金１の表面に断熱層２、弾性体基体３、弾性体４、離型層５を順次有する構成になっている。【選択図】　　　図２
2004109953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成になっていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に断熱層、弾性体基体、弾性体を順次有する構成になっていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に弾性体、断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成になっていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に弾性体、断熱層、弾性体基体、弾性体を順次有する構成になっていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
前記定着ローラの芯金肉厚は１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の定着装置。
【請求項６】
前記弾性体基体の厚さを芯金肉厚よりも薄くしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の定着装置。
【請求項７】
前記弾性体基体の厚さを１ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の定着装置。
【請求項８】
前記芯金の内面にリブを設けていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の定着装置。
【請求項９】
前記加圧ローラの近辺に加熱源を有していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加熱源はウォームアップ中のみ加熱される様に制御したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用した機器に使用される定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の画像形成装置においては、用紙上に形成したトナー像を定着する手段として、加熱ローラと加圧ローラから成る定着装置を用い、両ローラのニップ部に用紙を通紙させることによって、加熱しながら加圧することによって用紙上にトナー像を定着させている。
従来技術の定着装置においては、特開２００１−３４９３２４号公報に示されているように、加圧ローラの弾性層はソリッド（充実肉質）状のシリコーンゴムによるものを使用してきたが、ウォームアップタイムを早くしたり、消費電力の低減などを達成する為にスポンジ状シリコーンゴムが使用され始めている。
しかしながら加圧ローラにスポンジを使用する場合、中速機以上になると、定着性を確保し得るよう圧力が大きくなるため、その圧力によりニップされていた部分のスポンジのセルがつぶれて、その部分だけ凹になって戻らなくなり、結果的に、その状態で通紙した際に異音を起こし、中速機以上のスピードの機械には使用出来ないという問題があった。従って、中速機以上の機械には加圧ローラはソリッド状のシリコーンゴムを使用していた。
【特許文献１】特開２００１−３４９３２４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術において中速機にソリッド状のシリコーンゴムを使用する際には、ウォームアップ直後に通紙を行うと、熱容量が大きい加圧ローラに熱が奪われ、直ぐに定着ローラ表面温度が低下し、図１１（ａ）の様に定着保証温度を下回り、すぐに定着不良を起こすといった問題があった。
又、従来技術では上記問題を防ぐ為に定着ローラの芯金肉厚を厚くし熱容量を大きくすることで定着不良を改善したが、肉厚が厚くなった為に図１１（ｂ）の様にＸ秒、ウォームアップタイムが遅くなるという問題が生じた。
更に、上記の各構成にしても高速機になる場合には、やはりウォームアップ直後に通紙を行うと、加圧ローラ側に熱が奪われ、定着ローラ表面温度が低下し、図１１（ｃ）の様に定着保証温度を下回り、すぐに定着不良を起こすという問題が生じた。なお、その為に上記の様に定着ローラの芯金肉厚を厚くする際には、ウォームアップタイムが遅くなるという上記の弊害が発生する。更に又、通紙するのが厚紙用紙である際には図１１（ｄ）の様にほんの少しの定着ローラ表面温度が低くなっただけでも厚紙定着保証温度を下回り、すぐに定着不良が生じるという問題が生じた。又、従来技術では加圧ローラの芯金肉厚が厚い為に装置全体が重くなり、それを支えるフレームの肉厚も厚くなってしまいコストが上昇するという問題が生じる。一方、逆に芯金肉厚を薄くすると、今度は強度が弱くなり、圧力をかける際に撓んで図１２（ａ）の様にニップ幅が狭くなり定着性が悪くなってしまうという問題が生じる。
更に、上記各構成にしても室温が低い場合にウォームアップ直後に通紙を行うと、加圧ローラの熱容量が小さい状態であっても温度が低い為に熱が奪われ、定着ローラ表面温度が低下して図１２（ｂ）の様に定着保証温度を下回りすぐに定着不良を起こすという問題があった。更に又、上記構成の如く国内仕様の１００Ｖ及び１５００Ｗにすると、定着ローラ側の加熱電力と通紙時に使用する電力で限界になり、更に加圧ローラを加熱する加熱源に電力を供給した際にはブレーカが飛んでしまうという問題が発生した。
そこで本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、定着不良の問題を防止する定着装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成になっている定着装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に断熱層、弾性体基体、弾性体を順次有する構成になっている定着装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に弾性体、断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成になっている定着装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、回転駆動される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する定着装置において、前記加圧ローラは芯金の表面に弾性体、断熱層、弾性体基体、弾性体を順次有する構成になっている定着装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記定着ローラの肉厚は１ｍｍ以下である請求項１、２、３又は４記載の定着装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記弾性体基体の厚さを芯金肉厚よりも薄くした請求項１、２、３、４又は５記載の定着装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記弾性体基体の厚さを１ｍｍ以下とした請求項１、２、３、４、５又は６記載の定着装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記芯金は内面にリブを設けている請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の定着装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記加圧ローラの近辺に加熱源を有している請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の定着装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記加熱源はウォームアップ中のみ加熱される様に制御した請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の定着装置を主要な特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明し、その中でも加圧ローラの一例を図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す（断熱材がシートの場合）。
電子写真式の定着装置は、回転駆動される定着ローラ（加熱ローラ）と、該定着ローラに所定圧力をもって当接される回転自在な加圧ローラとを備え、これら回転する２つのローラ間にトナー像が転写された転写材を挿通することにより、トナー像を加熱溶融して転写材上に融着する。
本発明の加圧ローラは、初めに断熱材２を所定の大きさにカットして所定の位置に置き、その状態で、図１（ａ）に示すごとく、カットした断熱材２の所定の位置に芯金１を載せて、断熱層２を形成する断熱材２を芯金１の外周に巻き付ける。巻き付けが終了した場合には図１（ｂ）に示すごとく巻き付けが緩まないよう、断熱材２を巻き付けた芯金を筒状の弾性体基体３の中に挿入し、その後、図１（ｃ）に示すごとくスピニング加工し最後に両端を曲げてスラスト方向に動かないように固定する。固定後、所定の外径に切削し、弾性層と離型層をつけて終了する。
ここでスピニング加工方法について図１（ｄ）をもとに説明する。芯金１を保持し、弾性体基体３の外周面の片側にスピニングローラ２１を押し当て、他側（スピニングローラ２１と対向する側）に、弾性体基体３外周面の変形を防止する為のバックアップローラ２２を接触させる。そして、バックアップローラ２２を回転させると共に、スピニングローラ２１を弾性体基体３外周面に沿って回転させながら移動させることにより、その直径を絞って芯金１と弾性体基体３を固定する。なお、弾性体基体３の両端部は芯金径が細い部分にかかるのでスピニングするとＬ字型に絞られそこがスラスト留めとなる。
【０００６】
図２は第一例の加圧ローラを示す断面概略図である。加圧ローラ１０は、図２に示すごとく、スピニングにより縮径させた弾性体基体３の外面を均等に切削加工し、所定の外径寸法にして加工面に弾性体４を設け、更にその上に離型層５を設けており、中心から順に、芯金１、断熱層２、弾性体基体３、弾性体４、離型層５を有している。
ここで、離型層５は純ＰＦＡ（パーフルオロアルキシ）や前記ＰＦＡにカーボン等を添加して導電化したものであり、その厚さは５０〜１５０μｍになっている。弾性体４は耐熱性のシリコーンゴムが一般的であり、その他にフッソゴム、ＥＰＤＭ等がある。弾性体４の厚さは本発明では０．５〜６ｍｍが好ましくその硬度はＪＩＳ−Ａで５°〜４０°が好ましい。又、離型層５からの直接硬度ではアスカーＣ硬度計で４０〜７０°が好ましい。
弾性体基体３と芯金１には、金属製の材質でアルミニウミ合金、銅合金、鉄、ステンレスなどが用いられる。断熱層２は耐熱性を有するセラミックフェルト、岩綿、ＰＴＦＥ、ガラス、シリコーンゴム等があり、その厚みは本発明では０．５〜１０ｍｍが好ましい。なお、ここで図示していないが、定着ローラとしては、芯金内部にハロゲンランプ等の加熱源を配置したものや、芯金外部に電磁誘導加熱等の加熱源を配置したもの、或いは定着ローラの内面に絶縁層を介して発熱体を配置した面状発熱等があるが本発明では特に限定は無い。
図３は本発明の第二例の加圧ローラを示す断面概略図である。第二例は第一例と略同じであるが、図３に示すごとく、芯金１と断熱層２の間に弾性体４Ａがあるだけで構成されている。なおこの弾性体４Ａの材質は上記と同じ様な耐熱性があるものが良く、その厚みは０．５〜５ｍｍが好ましく更にその硬度はＪＩＳーＡで５°〜４０°が好ましい。
【０００７】
図４は本発明の第三例の加圧ローラを用いた際の制御温度とウォームアップタイムの関係を示すグラフである。第三例は、第一例及び第二例と略同じ構成であるが、定着ローラ芯金肉厚を１ｍｍ以下とした点で相違する。肉厚を１ｍｍ以下とすることにより、図４のごとく、Ｙ秒ウォームアップタイムが早くなる。
図５（ａ）は第四例の加圧ローラを示す断面概略図である。第四例は、第一例〜第三例と略同じ構成であるが、図５（ａ）に示すごとく、弾性体基体３の肉厚を芯金１の肉厚よりも薄くした点が相違する。これにより図５（ｂ）の様に温度低下を防止して定着保証温度を満足する。
図６は第五例の加圧ローラを用いた際の通紙枚数と厚紙定着保証温度の関係を示すグラフである。第五例は、第四例と略同じ構成であるが、弾性体基体３の厚さを１ｍｍ以下とした点で相違する。これにより図６の様に温度低下を防止して厚紙保証温度を満足する。又その厚さは薄ければ薄いほど良いが加工性等を考慮すると０．１〜１ｍｍが良い。
図７（ａ）は第六例の加圧ローラを示す断面概略図である。第六例は、第一例〜第五例と略同じ構成であるが、図７に示すごとく、芯金１の肉厚を薄くして内面にリブ１Ａを設けている点で相違している。従って、この様に肉厚を薄くしても強度を上げているので図７（ｂ）の様にニップ幅が狭くなるということが無い。
【０００８】
ここで、この加工方法を図８（ａ）及び（ｂ）に基づいて説明する。まず、図８（ａ）に示すごとく芯金１の内周にリブ１Ａを設ける部分の外面をスピニングにより縮径し、表面を凹にすると共にその分内側を凸にする。その後、図８（ｂ）に示すごとく、表面をバイト２５等で切削加工して同一外径に仕上げ、内側の凸のみを残すことにより、それを補強リブとする。この様にして加工しているので、芯金肉厚を薄くしてもリブが強度を補強している。
【０００９】
図９は第七例の加圧ローラを示す断面概略図である。第七例は、第一例〜第六例と略同じ構成であるが、図９に示すごとく、加圧ローラ１０の近辺に加熱源７を設けている点が相違する。ここで３０は定着ローラ（加熱ローラ）であり、その表面にＰＦＡや耐熱性のゴム等の離型層を備え、３１はハロゲンランプ等の加熱源である。
なお、この加熱源は前記した様に他の方式でも構わない。一方、加圧ローラ１０の加熱源７は、電磁誘導加熱、ハロゲンランプ、セラミックヒータ等があるが本発明では特に限定しない。又、第七例には加圧ローラ表面温度をコントロールする為のサーミスタと安全防止装置（サーモスタット又は温度ヒューズ）が設けられている（図示せず）。なお、加圧ローラ表面のコントロール温度は定着ローラ表面制御温度より低く、その温度は５０℃〜１５０℃の範囲が好ましい。
図１０は、第八例の加圧ローラ等を制御するブロック図である。第八例は、第一例〜第七例と略同じ構成であるが、加熱源７を加熱するタイミングがウォームアップ中のみとしている点が相違する。図１０のブロック図を説明すると、まず電源４０をＯＮするとその信号ＳをＣＰＵ４１に送り、ＣＰＵ４１は信号Ｓ１、Ｓ２を定着ローラ温度制御部４２、加圧ローラ温度制御部４３に送り、それぞれ温度を制御温度まで上昇させて加圧ローラ等を制御する。この時、定着ローラ温度制御部４２で設定温度になった場合には信号Ｓ３をＣＰＵ４１に送り、一方、ＣＰＵ４１は制御温度になったことを確認し、信号Ｓ４を送り加圧ローラ温度制御部４３の電力供給をＯＦＦにする。なお、加圧ローラの制御温度まで上昇する時間は、必ず定着ローラの制御温度まで上昇する時間よりも常に短くしている。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４の定着装置によれば、加圧ローラの芯金表面に断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成や弾性体層、断熱層、弾性体基体、弾性体、離型層を順次有する構成にしたので、加圧ローラの熱が断熱層より下に行きにくくして熱容量を小さくし、結果的に、従来の様にウォームアップ直後に通紙を行っても加圧ローラに熱が奪われて定着ローラ表面温度が低下するような定着不良の問題を防止することができる。
請求項３及び請求項４の定着装置によれば、断熱層の下に弾性体層を設けるので、定着・加圧ローラ間のニップ幅が低圧力でも大きく取れるといった効果もある。
請求項５によれば、定着ローラの芯金肉厚を１ｍｍ以下としても加圧ローラの熱容量を小さくするので、定着不良の発生を防止することができる。又、定着ローラの芯金肉厚が１ｍｍ以下にするので、ウォームアップも遅くなるといった不具合も防げる。
請求項６によれば、弾性体基体の厚さを芯金肉厚よりも薄くし更に熱容量を小さくしたので、従来の様に高速機に使用してウォームアップ直後に通紙を行う際に加圧ローラ側に熱が奪われることにより定着ローラ表面温度が低下してすぐに定着不良を起こすといった問題を防ぐことができる。又、定着ローラの肉厚も厚くしなくて済むのでウォームアップが遅くなるという不具合も防げる。
請求項７によれば、弾性体基体の厚さを１ｍｍ以下とし更に熱容量を小さくしたので厚紙でも定着不良を防ぐことが出来る。
請求項８によれば、芯金の肉厚を薄くして内面にリブを設けているので、従来に比べ装置全体が軽くなり、結果的にフレームを厚くすることを不要にしてコストを低減することができる。又、リブを設けて強度を上げているので、撓みによりニップ幅が狭くなり定着性が悪くなるという問題を防止することができる。
請求項９によれば、加圧ローラ近辺に加熱源を有して加圧ローラ表面温度を上げているので低温で通紙した場合の定着不良を防止することができる。
請求項１０によれば、加圧ローラ近辺の加熱源の加熱タイミングをウォームアップ中のみにするので、通紙時に使われる電力を回すことができ、結果的に国内仕様でもブレーカが飛ぶという問題を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は加圧ローラの製作方法の一例であって断熱材を芯金に巻き付ける状態を示す斜視図、（ｂ）は加圧ローラの製作方法の一例であって断熱材を巻き付けた芯金を弾性体基体に挿入する状態を示す縦断面図、（ｃ）は加圧ローラの製作方法の一例であってスピニング加工し最後に両端を曲げた状態を示す断面図、（ｄ）はスピニング加工方法を示す断面図である。
【図２】第一例の加圧ローラを示す断面概略図である。
【図３】第二例の加圧ローラを示す断面概略図である。
【図４】第三例の加圧ローラを用いた際の制御温度とウォームアップタイムの関係を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）は第四例の加圧ローラを示す断面概略図、（ｂ）は第四例の加圧ローラを用いた際の通紙枚数と定着保証温度の関係を示すグラフ図である。
【図６】第五例の加圧ローラを用いた際の通紙枚数と厚紙定着保証温度の関係を示すグラフ図である。
【図７】（ａ）は第六例の加圧ローラを示す断面概略図、（ｂ）はニップ幅が狭くなった状態を示す概略図である。
【図８】（ａ）はリブの加工方法においてリブを設ける部分をスピニングにより縮径した状態を示す概略図、（ｂ）はリブの加工方法において表面を同一外径に仕上げる状態を示す概略図である。
【図９】第七例の加圧ローラを示す断面概略図である。
【図１０】第八例の加圧ローラ等を制御するブロック図である。
【図１１】（ａ）は中速機にソリッド状のシリコーンゴムを用いた場合において通紙枚数と定着保証温度の関係を示すグラフ図、（ｂ）は定着ローラの芯金肉厚を厚くした場合においてウォームアップタイムと制御温度の関係を示すグラフ図、（ｃ）は高速器の場合において通紙枚数と定着保証温度の関係を示すグラフ図、（ｄ）は通紙する用紙が厚紙用紙の場合において通紙枚数と厚紙定着保証温度の関係を示すグラフ図である。
【図１２】（ａ）はニップ幅が狭くなった状態を示す概略図、（ｂ）は室温が低い状態で且つウォームアップ直後に通紙を行う場合において通紙枚数と定着保証温度の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　芯金、２　断熱層、３　弾性体基体、４　弾性体、４Ａ　弾性体、５　離型層、７　加熱源、１０　加圧ローラ
【図１】
2004109953.tif 000003
【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】
2004109953.tif 000013
【図１２】
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