(57)【要約】【課題】定着性能を確保しつつ省電力化が図れる定着装置を提供すること。【解決手段】内部にヒータを備えた定着ローラ１と，これと圧接して記録紙が通過するニップ部を形成する加圧ローラ２と，記録紙Ｓの通過方向（矢印方向）の上流側において加圧ローラ２の表面を外部から加熱する加熱ローラ３（内部にヒータを備える）とを具備する。加熱ローラ３は，その内部にヒータ備えた円筒状の金属製ローラとする。前記定着ローラ１は，円筒状の芯金１ａの周囲に薄肉（０．５ｍｍ）のゴム層１ｂが形成されたローラとする。加圧ローラ２は，円筒状の芯金２ａの周囲にスポンジ層２ｂ（例えば，シリコンからなる発泡材）が形成されたローラとする。【選択図】図２
2004151214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱手段を備えた円筒状の定着ローラと，これと圧接して記録紙が通過するニップ部を形成する加圧ローラとを具備する定着装置において，
前記記録紙の通過方向の上流側において前記加圧ローラ表面を外部から加熱する加圧ローラ加熱手段を具備し，
前記定着ローラが芯金の周囲に薄肉のゴム層が形成されたローラであり，
前記加圧ローラが芯金の周囲にスポンジ層が形成されたローラであることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧ローラ加熱手段が，内部に加熱手段を備え前記加圧ローラ表面に接触して回転する円筒状ローラである請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着ローラのゴム層の肉厚が略０．５ｍｍである請求項１又は２のいずれかに記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の定着装置を具備してなることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，画像形成装置における記録紙へ転写した画像の加熱定着を行う定着装置及びそれを具備する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや複写機等の画像形成装置は，トナー像（画像）が転写された記録紙を定着装置に通過させることにより，トナー像及び記録紙を加熱して画像（トナー像）を記録紙に定着させるよう構成されている。
このような画像形成装置に設けられる定着装置は，それぞれ内部にヒータ（加熱手段）を備えた円筒状の定着ローラとこれと圧接して記録紙が通過するニップ部を形成する円筒状の加圧ローラとを備えている場合が多い。これら定着ローラや加圧ローラは，円筒状の芯金の周囲にニップを形成させるためにゴム層が形成されたローラ（表層にゴム層が形成されたローラ）である。そして，各ヒータ（ローラ内部のヒータ）により定着ローラ及び加圧ローラそれぞれを所定の定着温度（例えば，約１８０℃）まで昇温させた後に記録紙を通過させて画像を定着させる。このような定着装置は，例えば，特許文献１に示されている。
ところが，特許文献１に示されるように内部加熱方式（ローラ内部のヒータにより加熱する方式）をとる定着ローラ及び加圧ローラを備えた従来の定着装置では，定着ローラ及び加圧ローラの内側からまず芯金を温め，該芯金からゴム層への熱伝達によってさらにゴム層を暖めることにより，ローラ全体を定着温度まで昇温させる必要があるため，これらのローラを定着温度まで昇温させるのに時間がかかり，昇温に大きな電力を要するという問題点があった。
この問題を解決するため，例えば，特許文献２には，図４に示すように，内部にヒータを備えていない定着ローラ５１と内部にヒータを備えた加圧ローラ５２とにより定着装置を構成し，ローラ間に通過させる記録紙Ｓの通過方向（矢印方向）の上流側において定着ローラ５１の表面を外部から加熱する定着ローラ加熱用ローラ５３を設けた定着装置が示されている。この定着ローラ加熱用ローラ５３は，熱伝導性の高い材質の円筒状ローラを定着温度に維持するようにヒータにより内部から加熱するよう構成されている。これにより，熱容量の大きい定着ローラ５１全体を昇温するのではなく，そのニップ部に近い表層（記録紙の通過方向上流側の部分の表層）のみを定着温度まで加熱することになり，定着ローラの昇温時間が短縮され，省電力化が図れる。
【０００３】
【特許文献１】
特許２７５５３２３号公報の第１図
【特許文献２】
特開２００１−２２２１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，特許文献２に示される定着装置では，トナーを直接的に加熱する定着ローラ５１の表面のみを外部加熱するものであるため，定着ローラ５１に与えられる熱量が小さい。このため，ニップ部において定着ローラ５１からトナーや記録紙に急激に熱を奪われて定着ローラ５１の温度が大きく低下し，定着に必要な温度を維持できないために定着性能が悪化するという問題点があった。また，定着ローラ５１の温度を定着温度に維持するように定着ローラ加熱用ローラ５３内のヒータを制御した場合は，定着ローラ加熱用ローラ５３が異常な高温に加熱されてしまう恐れがあるという問題点もあった。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，定着性能を確保しつつ省電力化が図れる定着装置及びそれを具備する画像形成装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，内部に加熱手段を備えた円筒状の定着ローラと，これと圧接して記録紙が通過するニップ部を形成する加圧ローラとを具備する定着装置において，前記記録紙の通過方向の上流側において前記加圧ローラ表面を外部から加熱する加圧ローラ加熱手段を具備し，前記定着ローラが芯金の周囲に薄肉のゴム層が形成されたローラであり，前記加圧ローラが芯金の周囲にスポンジ層が形成されたローラであることを特徴とする定着装置として構成されるものである。
このように，定着性能への影響が大きい前記定着ローラについては，内部加熱によって温度低下が生じないようにするとともに，定着性能への影響が比較的小さい加圧ローラについては，ニップ部に近い表層（記録紙の通過方向上流側の部分の表層）のみを定着温度まで加熱することになり，加圧ローラの昇温時間が短縮されて省電力化が図れる。さらに，定着ローラ表層のゴム層を薄肉することで該定着ローラの熱容量をより小さくして省電力化が図れるとともに，対向する前記加圧ローラ表層をスポンジ層とすることによって，適切なニップ部を形成することができる。さらに，このスポンジ層は熱容量が小さいため，前記加圧ローラが記録紙を介して前記定着ローラから奪う熱量を抑えることにもなり，より省電力化が図れる。
【０００６】
また，前記加圧ローラ加熱手段としては，例えば，内部に加熱手段を備え前記加圧ローラ表面に接触して回転する円筒状ローラであるものが考えられる。
また，前記定着ローラのゴム層の肉厚は，後述する実験結果より，例えば略０．５ｍｍとすれば好適である。
また，本発明は，前記定着装置を具備してなることを特徴とする画像形成装置として捉えたものであってもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘを備えた複写装置の概略断面図，図２は本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘの概略断面図，図３は本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘ及びそれと構成の一部が異なる定着装置それぞれについて記録紙を通過させたときのローラ温度のトレンドグラフ，図４は従来の定着装置の概略断面図である。
【０００８】
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘを備えた画像形成装置の一例である複写装置３０について説明する。
複写装置３０は下方に複数の記録紙収納部３１を有し，その上方に両面ユニット３２が配置され，その上方には画像形成部３３と定着装置Ｘが設けられている。更にその上部には画像読み取り装置３５と自動原稿搬送装置３６が取り付けられている。
画像形成部３３には感光体ドラム４０の周囲に，帯電装置４１，現像装置４２，クリーニング装置４３が配置された作像ユニット４４が設けられており，下方には感光体ドラム４０に対向して転写装置４５が配置されている。感光体ドラム４０は，例えば直径８４ｍｍのアルミ円筒の表面に感光層が形成されており，図１において時計方向に回転駆動される。帯電装置４１は回転する感光体ドラム４０の表面をコロナ放電により数百Ｖに帯電させる。感光ドラム４０表面の帯電装置４１よりも回転方向下流側では，画像読み取り部３５から導かれた原稿画像光が照射されて静電潜像が形成される。現像装置４２では現像ローラが回転して，現像ローラ表面に形成された磁気ブラシが感光体ドラム４０表面に接触し，静電潜像に対して帯電したトナーを付着させてトナー画像を形成する。トナー画像は転写装置４５において，記録紙が感光体ドラムと４０とその周速と同じ速度で移動する転写ベルト４６との間に挟持された状態で搬送されながら帯電されてトナー画像が記録紙上に転写される。転写装置４５の下流側にはクリーニング装置４３が配置されており，感光体ドラム４０の表面上に残留したトナーや他の付着物が除去される。前記複写装置３０の転写装置４５は，転写ベルトを用いたものが採用されているが，これを転写ローラに置き換えることも可能である。
【０００９】
前記転写装置４５によってトナー像が転写された記録紙は，その搬送方向下流側に設けられた定着装置Ｘに運ばれ，定着装置Ｘの定着ローラ１とこれに対向する加圧ローラ２の間を通り，記録紙上のトナーが内部にヒータを備えた定着ローラ１の熱によって溶融定着される。加圧ローラ２は，記録紙の通過方向上流側において，その表面が内部にヒータ（加熱手段）を備えた加熱ローラ３により外部から加熱されており，記録紙を前記定着ローラ１に押し付けて，トナーの定着を確実にするためのものである。
【００１０】
次に本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘの構造を図１を参照して説明する。定着装置Ｘは，内部にヒータ（加熱手段）を備えた円筒状の定着ローラ１と，これと圧接して記録紙が通過するニップ部を形成する加圧ローラ２と，記録紙Ｓの通過方向（矢印方向）の上流側において前記加圧ローラ２の表面を外部から加熱する加熱ローラ（加圧ローラ加熱手段）３とを具備している。
前記加熱ローラ３は，その内部にヒータ（加熱手段）備えた円筒状の金属製ローラであり，前記加圧ローラ１の表面に接触して回転する。
前記定着ローラ１は，円筒状の芯金１ａの周囲に薄肉のゴム層１ｂが形成されたローラである。このゴム層１ｂの肉厚は，熱容量を極力抑えるために，従来であれば１〜２ｍｍ程度とするところを，０．５ｍｍの薄肉構造としている。
また，前記加圧ローラ２は，円筒状の芯金２ａの周囲にスポンジ層２ｂが形成されたローラである。従来，一般的な加圧ローラには前記スポンジ層２ｂではなく，ゴム層が形成されるが，前記定着ローラ１から奪う熱量を抑えること，及び前記定着ローラ１の前記ゴム層１ｂを薄肉にしても十分な幅のニップ部を確保することのために熱容量が小さく，弾力性が高いスポンジ層（例えば，シリコンからなる発泡材）としている。
【００１１】
次に，図３を用いて，定着装置Ｘと定着装置Ｘと構成の一部が異なる定着装置とについて，記録紙を通過させたときのローラ温度（前記定着ローラ１の温度（定着ローラ温度Ｔ１）と前記加圧ローラ２の温度（加圧ローラ温度Ｔ２））の変化を比較した実験結果について説明する。
ここで，図３（ｄ）は定着装置Ｘについてのトレンドグラフ，図３（ａ）〜（ｃ）は定着装置Ｘと構成の一部が異なる定着装置についてのトレンドグラフである。また，図３（ａ）は，前記定着ローラ１のゴム層の肉厚（ゴム厚）を２ｍｍとし，前記加圧ローラ２（図中，バックアップローラと表記）表層をゴム層とした定着装置（その他の構成は，定着装置Ｘと同様，以下同じ），図３（ｂ）は，前記定着ローラ１のゴム層の肉厚（ゴム厚）を２ｍｍとした定着装置（前記バックアップローラの表層はスポンジ層），図３（ｃ）は，前記加圧ローラ２表層をゴム層とした定着装置（前記定着ローラ１のゴム厚は０．５ｍｍ）である。
また，各トレンドグラフにおいて，Ｐで示される時間帯は，記録紙が前記定着ローラ１と前記加圧ローラ２との間のニップ部を通過中の時間帯を表す。
【００１２】
まず，図３（ｄ）（定着装置Ｘ）と図３（ｂ）（前記定着ローラ１のゴム厚が２ｍｍ（厚肉）の定着装置）とを比較すると，図３（ｄ）の方が，記録紙通過による前記加圧ローラ温度Ｔ２の低下量が大きいが，記録紙通過後の前記定着ローラ温度Ｔ１の回復（温度上昇）が早いことがわかる。さらに，前記定着ローラ温度Ｔ１が，常温（室温）状態から定着温度（１８０℃）に到達するまでの時間ｔａ（以下，ウォームアップ時間ｔａという）が，図３（ｂ）の定着装置が７９秒であるのに対し，定着装置Ｘでは３３秒であり，ウォームアップ時間Ｔａが大幅に短縮されている。
ここで，前記加圧ローラ２は，トナー像に直接接触するものではないので，その温度低下による定着品質への影響は比較的小さいが，前記定着ローラ１は，トナー像に直接接触するものであるので，その温度低下による定着品質への影響は大きい。従って，図３（ａ）の定着装置では，十分な定着性能が得られないが，定着装置Ｘ（図３（ｄ））では十分な定着性能を確保できる。
以上のことから，前記定着ローラ１のゴム層１ｂの肉厚を薄肉にして低熱容量化することにより，前記定着ローラ１のウォームアップ時間の大幅な短縮による省電力効果と，前記定着ローラ温度Ｔ１の回復時間短縮による定着性能を確保する効果を奏することがわかる。
このことは，図３（ｃ）（前記定着ローラ１のゴム厚が０．５ｍｍ（薄肉），前記加圧ローラ２がゴム層の定着装置）と図３（ａ）（前記定着ローラ１のゴム厚が２ｍｍ（厚肉），前記加圧ローラがゴム層の定着装置）とを比較しても同様のことがいえる。このとき，図３（ａ）の定着装置におけるウォームアップ時間Ｔａ＝１０６秒，図３（ｃ）の定着装置におけるウォームアップ時間Ｔａ＝４８秒である。
【００１３】
次に，図３（ｄ）（定着装置Ｘ）と図３（ｃ）（前記加圧ローラ２がゴム層の定着装置）とを比較すると，図３（ｄ）の方が，記録紙通過による前記加圧ローラ温度Ｔ２の低下量が若干大きいが，記録紙通過後の前記定着ローラ温度Ｔ１の回復（温度上昇）は同程度に早いことがわかる。一方，ウォームアップ時間ｔａは，図３（ｃ）の定着装置が４８秒であるのに対し，定着装置Ｘでは３３秒であり，ウォームアップ時間Ｔａが大幅に短縮されている。
以上のことから，前記加圧ローラ２の表層（芯金２ａの周囲の層）をスポンジ層２ｂにして低熱容量化することにより，前記定着ローラ１のウォームアップ時間の短縮によるさらなる省電力効果を奏することがわかる。
また，図３（ｂ）（前記定着ローラ１のゴム厚が２ｍｍ（厚肉），前記加圧ローラ２がスポンジ層）の定着装置におけるウォームアップ時間Ｔａ＝７９秒であり，図３（ａ）（前記定着ローラ１のゴム厚が２ｍｍ（厚肉），前記加圧ローラがゴム層）の定着装置におけるウォームアップ時間Ｔａ＝１０６秒であることからも，前記加圧ローラ２にスポンジ層２ｂを形成することにより，ウォームアップ時間短縮効果（即ち，省電力効果）を奏することがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，定着ローラ温度の低下を防止して（温度回復を早めて）定着性能を確保しつつ，定着ローラのウォームアップ時間を短縮して省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘを備えた複写装置の概略断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘの概略断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係る定着装置Ｘ及びそれと構成の一部が異なる定着装置それぞれについて記録紙を通過させたときのローラ温度のトレンドグラフ。
【図４】従来の定着装置の概略断面図。
【符号の説明】
１…定着ローラ
１ａ…芯金
１ｂ…ゴム層
２…加圧ローラ
２ａ…芯金
２ｂ…スポンジ層
３…加熱ローラ（加圧ローラ加熱手段）
３０…複写装置
３１…記録紙収納部
３２…両面ユニット
３３…画像形成部
３５…画像読み取り装置
３６…自動原稿搬送装置
４０…感光ドラム
４１…帯電装置
４２…現像装置
４３…クリーニング装置
４４…作像ユニット
４５…転写装置
４６…転写ベルト
Ｓ…記録紙
【図１】
2004151214.tif 000003
【図２】
2004151214.tif 000004
【図３】
2004151214.tif 000005
【図４】
2004151214.tif 000006