(57)【要約】【課題】定着ローラの温度ムラや転写材のシワの発生が有効に防止され、外部加熱により定着ローラを短いウォーミングアップ時間で所定の定着温度領域まで加熱することが可能な定着装置を提供すること。【解決手段】加圧ローラ及び加熱ローラによる加熱によって定着ローラ表面を所定の定着温度領域まで上昇せしめ、この状態で、定着ローラと加圧ローラとのニップ域にトナー像が表面に転写された転写材を通過させることにより、該トナー像を転写材表面に定着させる定着装置において、前記定着ローラは、含フッ素樹脂層を表面に有する弾性体ローラからなり、前記加圧ローラは、前記加熱ローラよりも大きな熱容量を有していることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと、該定着ローラに対してそれぞれ所定のニップ幅で対向して設けられた加圧ローラ及び加熱ローラとからなり、加圧ローラ及び加熱ローラの内部には熱源が設けられており、加圧ローラ及び加熱ローラによる加熱によって定着ローラ表面を所定の定着温度領域まで上昇せしめ、この状態で、定着ローラと加圧ローラとのニップ域にトナー像が表面に転写された転写材を通過させることにより、該トナー像を転写材表面に定着させる定着装置において、
前記定着ローラは、含フッ素樹脂層を表面に有する弾性体ローラからなり、
前記加圧ローラは、前記加熱ローラよりも大きな熱容量を有していることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
ローラ厚み及び／またはローラ径の調整により、加圧ローラの熱容量が加熱ローラよりも大きく設定されている請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記定着ローラは、含フッ素樹脂層を表面に有するスポンジローラである請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記スポンジローラはシリコンゴムの発泡体により形成されている請求項１乃至３の何れかに記載の定着装置。
【請求項５】
フルカラー画像形成装置に使用される請求項１乃至４の何れかに記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンターなどの電子写真による画像形成装置に使用される定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真による画像形成装置においては、概説すると、以下のようにして画像形成が行われる。
即ち、感光体を所定極性に一様に主帯電し、所定の画像情報に基づいての光照射により画像露光して静電潜像を形成する。次いで、現像剤を感光体表面に供給して静電潜像を現像して感光体表面にトナー像を形成し、このトナー像を、転写ローラや転写用のコロナ帯電器を用いて所定の用紙（転写材）に転写する。トナー像が転写された転写紙は、定着装置に導入され、熱、圧力により、トナー像が転写紙表面に定着される。一方、転写終了後においては、感光体表面に残存するトナーがクリーニングされ、さらに必要により除電が行われ、これにより、画像形成行程の１サイクルが完了し、次の画像形成が行われる。
【０００３】
上記のような画像形成装置に用いられる定着装置は、所定のニップ幅で互いに対向して設けられている定着ローラと加圧ローラとのローラ対から成っており、定着ローラを所定の定着温度に加熱した状態で、このローラ対のニップ域にトナー像が形成された転写材を通過させることにより、トナー像を加熱された定着ローラで転写材表面に圧着させて、トナー像の定着を行う構造となっている。
【０００４】
上記のような定着装置において、定着ローラの加熱手段として、内部加熱による方法が知られている。具体的には、定着ローラの内部にハロゲンランプ等の熱源を設け、内部からの伝熱により、定着ローラ表面を所定の定着温度まで上昇させるというものである。
しかしながら、内部加熱による場合には、定着ローラ表面が所定の定着温度に到達するまでの時間が長いという問題がある。即ち、トナー像の定着を均一に且つ確実に行うために、定着ローラと加圧ローラとの間に十分なニップ幅を確保し、且つ定着ローラとトナー像が形成されている転写材表面との間に十分な接触面積を確保する必要がある。このため、定着ローラとしては、一般に金属円筒の外周にゴム層を施したローラが使用され、且つその表面には、トナー付着を防止するためにトナー離型性に優れた含フッ素樹脂の層が形成されている。従って、内部加熱では、定着ローラ表面までの伝熱に時間がかかり、例えば画像形成装置に電源を入れてから所定の定着温度に到達するまでのウォームアップ時間に数分間もの長時間を要するという不都合を生じてしまうのである。
【０００５】
このような内部加熱による不都合を回避するために、定着ローラとは別個に加熱ローラを設け、この加熱ローラを定着ローラに接触させて定着ローラの加熱を行う、所謂外部加熱による方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開１９９９−２４４６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されているような外部加熱によると、加熱ローラとして熱容量の小さい剛性の金属ローラ等を使用することができるため、迅速に定着ローラ表面を所定の定着温度まで加熱することができ、ウォームアップ時間を短縮することができる。しかしながら、未だ満足し得る程度にウォームアップ時間を短縮するには至っておらず、一層の短縮が求められている。
【０００８】
ウォームアップ時間をさらに短縮するためには、加熱ローラを使用すると同時に、加圧ローラにも熱源を設け、加熱ローラと加圧ローラとの両方で定着ローラの加熱を行えばよく、さらに、加熱ローラ及び加圧ローラの熱容量を小さくすればよい。
【０００９】
しかしながら、このような手段では、定着ローラの表面温度を所定の定着温度領域に速く昇温させようとするほど、定着ローラの表面温度が軸方向で不均一となったり、或いは紙等の転写材にシワが発生するという問題を生じた。
加熱ローラや加圧ローラによる加熱速度（昇温速度）を高めるために、これらローラの径若しくは厚みは可及的に小さく設定され、その熱容量が可及的に小さくされるが、特に加圧ローラは、転写材を搬送し且つ均一に押圧して定着を行うために、所定のニップ幅が確保されるように加圧され、定着ローラ表面に圧接されている。即ち、加圧ローラを肉薄としたり或いは小径とすることが必要となるため、加圧ローラの撓みを生じてしまい、ニップ域で加圧ローラと定着ローラとの接触状態が不均一となってしまい、この結果、該ニップ域での熱の移動がローラの軸方向で不均一となってしまい、定着ローラ表面の温度ムラが発生し、また定着ローラと加圧ローラとのニップ領域を通過する転写材にはシワが発生してしまうのである。
特に温度ムラは、通常のモノクロ画像ではあまり目立たないが、フルカラー画像では、各色のトナー像を重ね合わせて定着が行われるため、色ムラとなって現れ、フルカラー画像の商品価値が著しく損なわれてしまう。
【００１０】
従って、本発明の目的は、定着ローラの温度ムラや転写材のシワの発生が有効に防止され、外部加熱により定着ローラを短いウォーミングアップ時間で所定の定着温度領域まで加熱することが可能な定着装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、定着ローラと、該定着ローラに対してそれぞれ所定のニップ幅で対向して設けられた加圧ローラ及び加熱ローラとからなり、加圧ローラ及び加熱ローラの内部には熱源が設けられており、加圧ローラ及び加熱ローラによる加熱によって定着ローラ表面を所定の定着温度領域まで上昇せしめ、この状態で、定着ローラと加圧ローラとのニップ域にトナー像が表面に転写された転写材を通過させることにより、該トナー像を転写材表面に定着させる定着装置において、
前記定着ローラは、含フッ素樹脂層を表面に有する弾性体ローラからなり、
前記加圧ローラは、前記加熱ローラよりも大きな熱容量を有していることを特徴とする定着装置が提供される。
【００１２】
即ち、本発明では、所定のニップ幅を確保するために、定着ローラとして弾性体ローラが使用されるが、加圧ローラの熱容量は加熱ローラの熱容量よりも大きい。従って、例えば加熱ローラの肉厚や径を小さくして、その加熱効率を最大限とすると同時に、加圧ローラに関しては、肉厚や径を大きくして熱容量を高くすることにより、加圧による撓みを抑制し、定着ローラとの接触状態を均一にすることができ、定着ローラ表面の温度ムラや転写材のシワの発生を有効に防止することができるのである。
【００１３】
本発明においては、
１．ローラ厚み及び／またはローラ径の調整により、加圧ローラの熱容量が加熱ローラよりも大きく設定されていること、
２．前記定着ローラは、含フッ素樹脂層を表面に有するスポンジローラであること、
３．前記スポンジローラはシリコンゴムの発泡体により形成されていること、
４．フルカラー画像形成装置に使用されること、
が好適である。
【００１４】
【発明の実施形態】
本発明の定着装置の概略構造を示す図１において、この定着装置は、定着ローラ１と、加圧ローラ２と、加熱ローラ３とから形成されている。加圧ローラ２及び加熱ローラ３は、それぞれ定着ローラ１に対して加圧するように設けられており（加圧機構は省略）、定着ローラ１と加圧ローラ２とは所定のニップ幅ｗ１で当接し、また定着ローラ１と加熱ローラ３とは所定のニップ幅ｗ２で当接しており、加圧ローラ２及び加熱ローラ３は、定着ローラ１の回転に従動して回転するように構成されている。
この定着装置では、加圧ローラ２及び加熱ローラ３により、定着ローラ１の表面が所定の定着温度（一般的に、１３０〜１８０℃）に加熱され、この状態で、表面にトナー像５を有する転写材（通常は紙）６が定着ローラ１と加圧ローラ２とのニップ域を通過し、この時に加えられる熱及び圧力によって、トナー像５が転写材６の表面に定着される。
【００１５】
本発明において、定着ローラ１は、剛性の芯軸１０上に弾性体層１２を有するスポンジ弾性体ローラであり、弾性体層１２上には、含フッ素樹脂層１４が設けられている。
【００１６】
上記定着ローラ１において、芯軸１０は、例えば鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属乃至合金材料で形成されるが、定着ローラ１を歪み無く回転し得る限り、省略することもでき、例えば、含フッ素樹脂層１２を除き、弾性体層１２で形成された構造となっていてもよい。
【００１７】
弾性体層１２は、定着ローラ１と加圧ローラ２或いは加熱ローラ３との間に十分なニップ幅ｗ１、ｗ２を確保するためのものであり、さらには、所定の定着温度領域まで加熱された定着ローラ１表面の温度降下を抑制するためのものでもある。
【００１８】
このような弾性体層１２は、各種ゴム、例えばシリコンゴム、ポリブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ポリオレフィンゴム、ポリウレタンゴム、アクリルゴム、或いはＥＰＤＭなどの共重合ゴム等により形成されるが、定着の省エネルギー化を実現するためには，昇温時間を短くし、定着に必要な熱量を保持できるような弾性材で形成されていることが好ましい。具体的には、上記ゴムの発泡体、特にシリコンゴムの発泡体で形成されていることが好ましい。また、このようなゴムの発泡体で弾性体層１２を形成する場合には、そのセルの平均径は、一般に、５０乃至３００μｍの範囲にあり、且つ発泡倍率は、１．３乃至３．５の範囲にあることが好適である。即ち、セル径が必要以上に大きく、或いは発泡倍率が不必要に大きいと、定着ローラ１に適度な強度を確保することができず、加圧ローラ２や加熱ローラ３とのニップ幅が不均一となったり、定着に際して、トナー像５を均一に加圧することが困難となってしまうおそれがある。また、セル径が小さすぎたり、発泡倍率が小さすぎたりすると、加圧ローラ２や加熱ローラ３とのニップ幅ｗ１、ｗ２を十分な大きさとすることが困難となってしまうおそれがある。
【００１９】
定着ローラ１の表面に形成される含フッ素樹脂層１４は、定着に際して表面へのトナー付着を防止するためのものである。このような含フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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（ＰＦＡ）、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（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン／クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などを例示することができ、これらの中でも、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）や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（ＰＦＡ）が好適であり、ＰＦＡが最も好適である。
【００２０】
また、含フッ素樹脂層１４を形成後のローラ全体のアスカＣ硬度は、一般に、２０乃至７０度の範囲にあることが、加圧ローラ２や加熱ローラ３と十分なニップ幅で密着させる上で好適である。
【００２１】
さらに含フッ素樹脂層１４は、１０乃至１００μｍの厚みを有していることが好ましい。含フッ素樹脂層１４があまり厚いと、弾性体層１２の弾性が損なわれ、ニップ幅ｗ１、ｗ２を十分な大きさとすることが困難となってしまう。また、含フッ素樹脂層１４の厚みが必要以上に薄いと、該層の強度等の機械的性質が不満足となってしまい、定着ローラ１の耐久性が低下するおそれがある。また成形も困難となる。
【００２２】
上記のような定着ローラ１は、例えば弾性体層１２を有するローラに、含フッ素樹脂のフィルムを巻き付けることにより安価に製造することができる。
【００２３】
上述した定着ローラ１に対して所定のニップ幅ｗ１、ｗ２で設けられる加圧ローラ２及び加熱ローラ３としては、それぞれ、ハロゲンランプ等の熱源２ａ，３ａを内蔵する中空ローラが使用され、何れも、熱伝導性の高い金属乃至合金、例えば鉄、ステンレス、銅、アルミ、ニッケルなどから形成されている。
【００２４】
かかる本発明において、加熱ローラ３は、伝熱効果を高めるために、できるだけ小径で且つローラ厚を薄くして、その熱容量を小さくするのがよい。また、加熱ローラ３は、熱の移動が均一に行われる程度に定着ローラ１表面に接触していればよく、したがって、その径やローラ厚に応じて、撓みが生じない程度の圧力で定着ローラ１表面に加圧されていればよい。
【００２５】
一方、本発明において、加圧ローラ２は、上述したように熱源２ａを内蔵しており、加圧ローラ２によっても定着ローラ１表面の加熱が行われる。即ち、加圧ローラ２においても、できるだけ小径で且つローラ厚を薄くして、伝熱効果を高めることが好ましいのであるが、加圧ローラ２は、加熱ローラ３とは異なり、比較的高い圧力で定着ローラ１に圧接され、定着ローラ１との間に比較的大きなニップ幅ｗ１を確保する必要がある（一般に、ｗ１＞ｗ２）。このため、必要以上に径を小さくしたり或いはローラ厚を薄くすると、加圧力によって撓んでしまい、ニップ域での定着ローラ１と加圧ローラ２との接触状態が不均一となってしまう。例えば、加圧力が直接作用する軸方向両端では圧接されているものの、軸方向中央部分では、場合によっては空隙が生じてしまう。この結果、ニップ域での加圧ローラ２から定着ローラ１表面への熱の移動が不均一になってしまい、定着ローラ１表面で温度ムラが発生したり、ニップ域を通過する紙等の転写材６にはシワが発生してしまう。
【００２６】
このような不都合を回避するために、本発明では、加圧ローラ２の熱容量を加熱ローラ３よりも高く設定する。具体的には、ローラ径やローラ厚を調整して、熱容量の調整を行う。例えば、加圧ローラ２と加熱ローラ３とが同じ金属ないし合金材料で形成すれば、両者の径を同一とし、加圧ローラ２のローラ厚を加熱ローラ３よりも厚くし、或いは両者のローラ厚を同一とし、加圧ローラ２の径を加熱ローラ３よりも大きくするなどの手段により、加圧ローラ２の熱容量を加熱ローラ３よりも高く設定することができる。
尚、加圧ローラ３の表面には、必要により、定着ローラ１の表面と同様の含フッ素樹脂層を形成することにより、その表面へのトナー付着を有効に防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
従って、本発明では、ニップ域を通過する紙等の転写材６にシワが発生しない程度に加圧ローラ２の熱容量を高め（即ち、その径或いはローラ厚を大きくする）、加圧ローラによって加熱ローラ３の補足的加熱を行うことにより、定着ローラ１の表面温度を定着温度領域まで迅速に昇温させることができ、ウォームアップ時間の著しく短縮できる。また、加圧ローラ２の径やローラ厚も適度に大きく設定されるため、加圧による撓みが有功に抑制され、ウォームアップ時間の著しい短縮と同時に、転写材のシワの発生や定着ローラ１表面の温度ムラも有効に防止できるのである。
本発明の定着装置は、定着ローラ１表面の温度ムラを有効に抑制することができるため、定着ローラ１表面の温度ムラによって画質の劣化が明瞭となってしまうフルカラー画像形成装置に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着装置の概略構造を示す図。
【符号の説明】
１：定着ローラ
２：加圧ローラ
２ａ：熱源
３：加熱ローラ
３ａ：熱源
１２：弾性体層
１４：含フッ素樹脂層
１６：伝熱調整層
【図１】
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