(57)【要約】【課題】熱容量を低減した加圧回転体に最適な回転体をするとともに、加圧回転体の熱容量低減により通紙直後の定着温度の落ち込みを防止し、常に良好な定着画像が得られる画像形成装置を提供することである。【解決手段】薄肉シート１１内部の気体圧力により、ロール形状を保持する回転体を、用紙上に担持されたトナー像を定着ローラ１と加圧ローラ２のニップで加熱・溶融する熱定着装置の加圧回転体２に用いる。【選択図】  図３
2004270826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部の気体圧力により、ロール形状を保持することを特徴とする回転体。
【請求項２】
請求項１に記載の回転体において、内部に閉鎖空間が形成されるように、軸に固定された気密性シートを有し、前記軸には前記気密性シートにより形成される前記閉鎖空間に気体を注入するための気体通路が形成されていることを特徴とする回転体。
【請求項３】
請求項２に記載の回転体において、前記気密性シートの厚みが５００μ以下であることを特徴とする回転体。
【請求項４】
請求項３に記載の回転体において、前記気密性シートが弾性体、布材および樹脂の少なくとも１つの材料から作られていることを特徴とする回転体。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載の回転体において、前記気密性シートの表面に離型層が設けられていることを特徴とする回転体。
【請求項６】
用紙上に担持されたトナー像を定着回転体と加圧回転体のニップで加熱・溶融する熱定着装置を有する画像形成装置において、
前記加圧回転体に請求項１ないし５の何れか一項に記載の回転体を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体およびプリンタ、ファックス、複写機およびこれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。
【従来の技術】
昨今、画像形成装置においても、全世界的な環境対応として、省エネルギーが要求されている。この画像形成装置の省エネルギー化する１つの手段として、定着部材の薄肉化することによるウォームアップ短縮化があり、各機種においてその対応が実施されている。
しかし、定着部材の薄肉化した画像形成装置においては、定着部材の熱容量が非常に小さくなっているため、通紙直後の定着部材温度が転写紙・加圧部材に奪われて急激に落ち込む現象が発生する。このような落ち込み現象は、連続通紙時の場合、一時的なものであっても、その間に通紙された転写紙は狙いの定着品質が得られない場合があった。
【特許文献１】特開２００２−２６６８４６号公報
そこで、上記した問題を軽減するため、特許文献１の公報に記載されているように加圧部材をスポンジローラにしたり、また薄肉ベルトにしたりしてその低熱容量化を図ったものや、周辺機器の別電源化して定着ヒート部材の電力アップを図ったものや、定着ヒート部材に誘導過熱等を採用して効率アップを図ったもの等が提案されている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定着以外にも必要な電力が増える高速機に対しては上記提案の方法では自ずと限界があり、対応可能範囲は一般的に定着ヒート部材の電力が「ＰＰＭ（Ａ４）×２０Ｗ」が可能な約５０枚機までである。したがって、１分間に５０枚以上の処理能力を備える高速機では上記した定着品質の悪化が避けられないという問題があった。
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、熱容量を低減した加圧回転体に最適な回転体をするとともに、加圧回転体の熱容量低減により通紙直後の定着温度の落ち込みを防止し、常に良好な定着画像が得られる画像形成装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、内部の気体圧力により、ロール形状を保持することを特徴としている。
なお、本発明の回転体において、内部に閉鎖空間が形成されるように、軸に固定された気密性のシートを有し、前記軸には前記気密性のシートで形成される前記閉鎖空間に気体を注入するための気体通路が形成されていると、効果的である。
さらに、本発明の回転体において、前記気密性のシートの厚みが５００μ以下であると、効果的である。
さらにまた、本発明の回転体において、前記気密性のシートが弾性体、布材および樹脂の少なくとも１つの材料から作られていると、効果的である。
さらにまた、本発明の回転体において、前記気密性のシートの表面に離型層が設けられていると、効果的である。
また、上記課題を解決するため、本発明は、用紙上に担持されたトナー像を定着回転体と加圧回転体のニップで加熱・溶融する熱定着装置を有する画像形成装置において、前記加圧回転体に請求項１ないし５の何れか一項に記載の回転体を用いることを特徴としている。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、熱定着装置の構成を示す図である。
定着装置は、定着回転体としての定着ローラ１と加圧回転体としての加圧ローラ２とを備え、定着ローラ１には中央加熱用のヒータ３（６００Ｗ）と両端部加熱用のヒータ４（６５０Ｗ）が内蔵されている。この定着ローラ１の周囲には、転写紙の巻き付きを防止する分離爪５、表面温度を検知する検知手段としてのサーミスタ６が設けられ、定着ローラ１の表面温度は図示していない制御手段がサーミスタ６の検知温度に基づいて各ヒータ３，４が独立して所定温度に制御される。なお、図中、符号７は入口ガイド、８は出口ガイド、９は定着排紙ローラ、１０は温度ヒューズ、１１はクリーニングローラである。
加圧ローラ２は、図示していない加圧手段によって定着ローラ１に圧接され、これによって所定幅の定着ニップが形成される。そして、定着ローラ１と加圧ローラ２の一方、例えば定着ローラ１が図示していない駆動手段によって矢印方向へ回転すると加圧ローラ２が同方向に従動回転し、そのとき定着ニップに通紙された転写紙は担持しているトナー画像が定着される。
図１に示す定着装置において、定着ローラ１は、外径５０ｍｍ、芯金はアルミ０．５ｍｍの薄肉、表層は３００μのシリコーンゴムがコーティングされている。加圧ローラ２は外径５０ｍｍ、発泡シリコーンに低硬度ローラであり、７０ＣＰＭ機で定着立ち上がり時間２５秒以下を達成する定着装置例である。
この定着装置を搭載し、通紙した場合の定着ローラ温度推移を図２のグラフに示す。また、このときの通紙条件は以下の如くである。
線速：３６０ｍｍ／ｓｅｃ
定着ニップ幅：９ｍｍ
定着ヒータ電力：９００Ｗ（中央／端部ヒータのトータル）
ＰＰＭ：７０枚／Ａ４横
定着ローラ制御温度：１８５℃
転写紙：ＮＢＳリコー９０Ｋ紙（商品名）／Ａ４横
通紙枚数：定着温度立ち上がり直後より１００枚連続
画像比率：約３０％全面均一分布
図２のグラフから明らかなように、通紙開始よりわずか１０枚程度で定着ローラ１の表面温度が１８５℃から１６０℃まで落ち込んでいるのが判る。そして、落ち込み後定着ローラ１の表面温度は徐々に復帰し、最終的には制御温度である１８５℃まで回復していることが判る。
このような定着ローラ表面温度の推移から考察して、通紙開始直後、定着ローラ１が１６０℃まで落ち込む現象は、開始当初、加圧ローラ２は未だ冷えているため、熱が加圧ローラ２に奪われることに起因している。そして、定着ローラ１の表面温度が１６０℃まで落ち込むと、ＮＢＳ９０Ｋ紙の定着下限温度が１６５℃であるので、このときに通紙された転写紙は定着温度の低下により当然定着不良の異常画像となってしまう。また、定着ローラ１の表面温度は上記落ち込み後、制御温度の１８５℃に復帰することから、ヒータ電力は足りている。
したがって、加圧ローラ２の奪熱を低減することができれば、上記した定着不良の発生を抑制することができる。今回評価した加圧ローラは発泡シリコーンゴムであり、その熱容量は従来のソリッドタイプシリコーンゴム重量の半分以下で、現在商品化されている加圧ローラでは最も低熱容量である。
このように、現状では９００Ｗの電力で７０ＰＰＭの高速機とすると、定着不良が起ることがあるため５０ＰＰＭ程度になるが、加圧ローラ２の奪熱を低減できれば、９００Ｗの電力で７０ＰＰＭが可能になる。
そこで、本発明では加圧ローラ２に最適な回転体を提案するものであり、その構成を図３に示す。
図３において、支持体であるローラ軸２０は中空パイプで構成され、このローラ軸には膨らむとロール形状となる薄肉シート２１が固定されている。ローラ軸２０には、薄肉シート２１で形成される内部空間に気体を注入するための孔２２が設けられ、ローラ軸２０の一端側から内部通路２０ａを通して気体を薄肉シート２１で形成される空間内に注入することができる。なお、ローラ軸２０の他端は気体が漏れないように栓２３で閉じられている。また、ローラ軸２０の一端側も気体注入後は栓等で閉じられる。
このように構成される回転体は、薄肉シート２１を５００μシリコーンゴムの弾性体から作り、そのロール表面にトナー等の付着を防止するテフロン（商品名）等の離型層を設けて加圧ローラ２として用いる。
かくして、加圧ローラ２に上記回転体を用いることにより、加圧ローラ２の熱容量は各段に低下し、通紙直後の定着ローラ表面温度の落ち込みを低減することができる。
図４は、図３の回転体を加圧ローラに用いた定着装置による定着ローラ１の表面温度推移を示すグラフである。この場合の使用機種、通紙条件は図２の場合と同一であり、加圧ローラ２だけが異なる。
すなわち、定着ローラ１は、外径５０ｍｍ、芯金はアルミ０．５ｍｍの薄肉、表層は３００μのシリコーンゴムがコーティングされている。加圧ローラ２は５００μのシリコーンゴムの薄肉シートで、空気を注入して外径５０ｍｍとしたローラであり、７０ＣＰＭ機で定着立ち上がり時間２５秒以下を達成する定着装置例である。通紙条件は以下の如く、上記実験と同様である。
線速：３６０ｍｍ／ｓｅｃ
定着ニップ幅：９ｍｍ
定着ヒータ電力：９００Ｗ（中央／端部ヒータのトータル）
ＰＰＭ：７０枚／Ａ４横
定着ローラ制御温度：１８５℃
転写紙：ＮＢＳリコー９０Ｋ紙（商品名）／Ａ４横
通紙枚数：定着温度立ち上がり直後より１００枚連続
画像比率：約３０％全面均一分布
図４のグラフから明らかなように、通紙開始直後は図２と同様に定着ローラ１の表面温度が加圧ローラ２に奪熱されて落ち込むが、１６８℃までであった。これは、加圧ローラ２の熱容量が小さくなっているため、すぐに飽和状態になり、落ち込み温度が１６８℃までであったものである。定着ローラの温度が１６８℃に下がっても定着下限温度１６５℃を下回らないため、定着不良が発生することはない。また、一時的に落ち込んだ定着ローラ１の温度もすぐに制御温度の１８５℃に復帰し、９００Ｗの電力で７０ＰＰＭが可能になる。
なお、薄肉シート２１はガラスクロスにような布状材質や、ポリイミドやテフロン系の樹脂材質も適用することができる。もちろん、熱容量の小さい加圧ローラという点で、その厚さは薄くすればするほど好ましく、概ね厚さが５００μ以下ならば高速機において定着不良が生じにくくなる。
【発明の効果】
請求項１の構成によれば、内部の気体圧力により、ロール形状を保持することので、加圧ローラに適した低熱容量の回転体を提供することができる。
請求項２の構成によれば、内部に閉鎖空間が形成されるように、軸に固定された気密性のシートを有し、前記軸には気密性のシートで形成される閉鎖空間に気体を注入するための気体通路が形成されているので、加圧ローラに適した低熱容量の回転体を提供することができる。
請求項３の構成によれば、気密性のシートの厚みが５００μ以下であるので、非常に低熱容量の回転体を提供することができる。
請求項４の構成によれば、気密性のシートが弾性体、布材および樹脂の少なくとも１つの材料から作られているので、加圧ローラとして使用に耐え得る低熱容量の回転体を提供することができる。
請求項５の構成によれば、気密性シートの表面に離型層が設けられているので、加圧ローラに使用したときに、トナー等の付着を防止することができる。
請求項６の構成によれば、用紙上に担持されたトナー像を定着回転体と加圧回転体のニップで加熱・溶融する熱定着装置を有する画像形成装置において、加圧回転体に請求項１ないし５の何れかに記載の回転体を用いるので、高速機であっても定着温度の落ち込みによる定着不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着装置の概略を示す構成図である。
【図２】図１の定着装置で通紙した場合の定着ローラ温度推移を示すグラフである。
【図３】本発明に係る回転体の断面説明図である。
【図４】図３の回転体を加圧ローラとして用いた場合の定着ローラ温度推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１    定着ローラ
２    加圧ローラ
２０    ローラ軸
２１    薄肉シート
【図１】
2004270826.tif 000003
【図２】
2004270826.tif 000004
【図３】
2004270826.tif 000005
【図４】
2004270826.tif 000006