(57)【要約】【課題】分離爪との接触部のみソフト定着ローラの形成層の厚みを変化させ、ニップ幅に影響を与えない範囲で選択的に硬度を向上させ、定着ローラさらに高寿命化を図ることができる定着ローラを提供すること。【解決手段】電子写真式の画像形成装置に使用される、芯金と、この芯金上の弾性層と、この弾性層上の離型層とを有する定着ローラにおいて、前記弾性層３または前記離型層４にそれ自体の他の部分と厚みの異なる部分９、１１を有する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真式の画像形成装置に使用される、芯金と、この芯金上の弾性層と、この弾性層上の離型層とを有する定着ローラにおいて、前記弾性層または前記離型層にそれ自体の他の部分と厚みの異なる部分を有することを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
画像形成装置内の定着ユニットの分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みが前記分離爪に当接しない部分と比較して薄くなっていることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みが前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くなっていることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して薄くするために、前記分離爪に当接する部分の下の前記芯金の外径を前記分離爪に当接しない部分よりも大径化することを特徴とする請求項２記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くするために、前記分離爪に当接する部分の下の前記弾性層の外径を前記分離爪に当接しない部分よりも小径化することを特徴とする請求項３記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して薄く、そして前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くしていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項７】
前記芯金を弾性塗料付着直後に回転させ、前記分離爪に当接する領域に相当する部分が凸形状になっているブレードによって、前記弾性塗料を掻き除き、凸部を形成しながら前記弾性層を形成し塗装して段差を設けることを特徴とする請求項５記載の定着ローラ。
【請求項８】
前記芯金と前記弾性層間、そして前記弾性層と前記離型層間にプライマ層を有することを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
【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、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機などの電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラは、そのローラ内にハロゲンヒータなどの熱発生装置を内装し、加圧ローラと圧接してニップ部を形成している。そしてこのような定着ローラは、ニップ部での圧力と熱発生装置からの輻射熱により上記ニップ部に送りこまれた転写紙上のトナー像を溶融定着させるものである。
定着ローラは、トナー像に接触して熱を加えるために、その表層部分に弾性層を有する場合が多い。転写紙は、微小な凹凸を有するシートであることが多く、凹凸のある転写紙上のトナーとの密着性は弾性層を有している方が優れており、したがって定着ローラの表層に弾性層を設けると、トナーへ効率的に熱が伝達され、粒状度が低下し、高画質化が図られる。
定着ローラの構成は、アルミニウム合金材を中空円筒状の長尺のローラに成形し、これを所定の長さに切断して短尺のローラ芯金とし、さらにその外周面に弾性層を密着させるため、切削または研削などによりローラ芯金の表面を粗面化した後、シリコンなどの弾性層を形成する。
そして弾性層の最上位面には、トナーや転写紙との離型性を向上させるために、フッ素系の離型層を形成し、表面の仕上げ処理を行って完成品の定着ローラ（後述：ソフト定着ローラ）を得る。
【０００３】
上記定着ローラにおいては、複写機などの電子写真式の画像形成装置内において、トナーを転写紙に溶融定着させる機能と転写紙を定着ローラから分離する機能が必要である。後者においては定着ユニット内の構成品である先端が鋭利な分離爪などによって、その機能を確保している。
とくに弾性層を有する定着ローラにおいては、分離爪の接触によってソフト定着ローラの弾性層が収縮し、離型層が沈み込む現象が生じる。この状態で使用すると先端が鋭利な分離爪の磨耗によって、離型層が破損することがあり、ソフト定着ローラの寿命が短くなるという問題がある。
最近では、定着ローラの短期交換等によるランニングコスト増、定着ローラ廃棄による環境への影響等が問題となり、定着ローラの長寿命化の要求が高まっている。
従来、定着ローラの長寿命化を図るための技術としては、離型層材料および弾性層材料の硬度を向上させて、分離爪接触による離型層の沈み込みを低減し、長寿命化を図ってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、とくに分離爪と定着ローラの離型層の接触部は、絶えず接触回転をしているため他の部分と比較すると、摩耗による破損が激しいという問題がある。本発明の目的は、上記課題を解決するために、分離爪との接触部のみソフト定着ローラの形成層の厚みを変化させ、ニップ幅に影響を与えない範囲で選択的に硬度を向上させ、さらに高寿命化を図ることができる定着ローラを提供することにある。
【０００５】
【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、電子写真式の画像形成装置に使用される、芯金と、この芯金上の弾性層と、この弾性層上の離型層とを有する定着ローラにおいて、前記弾性層または前記離型層にそれ自体の他の部分と厚みの異なる部分を有する定着ローラを最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、画像形成装置内の定着ユニットの分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みが前記分離爪に当接しない部分と比較して薄くなっている請求項１記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みが前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くなっている請求項１記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して薄くするために、前記分離爪に当接する部分の下の前記芯金の外径を前記分離爪に当接しない部分よりも大径化する請求項２記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くするために、前記分離爪に当接する部分の下の前記弾性層の外径を前記分離爪に当接しない部分よりも小径化する請求項３記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記分離爪に当接する部分の下において前記弾性層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して薄く、そして前記分離爪に当接する部分の下において前記離型層の厚みを前記分離爪に当接しない部分と比較して厚くしている請求項２ないし５のいずれか１項に記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記芯金を弾性塗料付着直後に回転させ、前記分離爪に当接する領域に相当する部分が凸形状になっているブレードによって、前記弾性塗料を掻き除き、凸部を形成しながら前記弾性層を形成し塗装して段差を設ける請求項５記載の定着ローラを主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記芯金と前記弾性層間、そして前記弾性層と前記離型層間にプライマ層を有する請求項１記載の定着ローラを主要な特徴とする。
【０００６】
【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する。図１は複写機等の電子写真式画像形成装置の定着装置に使用される定着ローラの全体構成を示す側面縦断面図である。図２は図１に示した定着ローラの正面縦断面図である。
図１および図２において、定着ローラ（ソフト定着ローラ）１は、円筒形のローラ芯金２の外表面にシリコンゴム系の弾性層３（肉厚１００〜２００μｍ）を形成し、更にその表面にトナーのオフセットを防止するための離型層４（肉厚１０〜２０μｍ）を形成している。
また、弾性層３および離型層４間には密着性を向上させるために、プライマ層５を有している。さらに、ローラ芯金２および弾性層３間にはゴム用プライマ層６を配置している。
【０００７】
図３は本発明による定着ローラの第１の実施の形態を示す断面図である。図３において、分離爪７は、図示してない画像形成装置の定着ユニットに設けられて定着ローラ１と連係する部材である。分離爪７との接触部の弾性層３の厚みを薄くするために、分離爪７との接触部に相当するローラ芯金２の外径を他の領域と比較して大径化し、段差８を設ける。
ローラ芯金２の外径に段差８を設けることによって、分離爪７との接触部の弾性層３の厚みは薄肉（符号９）となる。ここで、ローラ芯金２および弾性層３に関して分離爪７との接触部という表現を用いるが、ローラ芯金２および弾性層３との分離爪７の接触は直接的には離型層４を介してであり、便宜上、接触部あるいは接触部に相当するという表現を使用する。
分離爪７との接触部に相当するローラ芯金２の外径に段差８を設けることによって、弾性層３の収縮量が低減し、分離爪７の接触による弾性層３の沈み込み量が低減する。ローラ芯金２の外径に設ける段差８は、切削などの機械加工によって形成される。
【０００８】
図４は本発明による定着ローラの第１の実施の形態を示す断面図である。図４において、分離爪７は、図示してない画像形成装置の定着ユニットに設けられて定着ローラ１と連係する部材である。
分離爪７との接触部の離型層４の厚みを厚くするために、分離爪７の接触部に相当する弾性層３の外径を他の領域と比較して小径化し、段差１０を設ける。これにより、離型層４の面圧が向上するため分離爪７の接触による離型層４の沈み込みが低減する。弾性層３の外径に段差１０を設けることによって、分離爪７との接触部の離型層４の厚みは厚肉（符号１１）となる。
上記弾性層３に段差１０を設ける方法として、弾性塗料塗装時に段差を設ける方法と、加硫後に段差を設ける方法がある。ここでは、シリコンゴムなどの弾性塗料塗装時に段差を設ける方法について説明する。
図５は弾性塗料塗装前の芯金とブレードを示す概略側面図である。図６は図５の概略正面図である。芯金２に対して軸方向に水平に分離爪に相当する部分が凸状部を形成しているブレード１２を弾性層３の肉厚＋加硫による弾性塗料収縮分を加味し、クリアランスｄを設けて固定する。
図７は弾性塗料塗装中の芯金とブレードを示す概略側面図である。図８は図７の概略正面図である。弾性塗料１４を塗料ノズル１３から芯金２に軸方向への吐出量がほぼ均一になるように付着させる。弾性塗料１４の付着直後に、芯金２を回転させるとクリアランスｄ以上の弾性塗料１４は、ブレード１２にて掻き除かれ、凸部を形成しながら弾性層３を形成し塗装する。
図９は弾性塗料塗装後の芯金とブレードを示す概略側面図である。図１０は図９の概略正面図である。その後加硫を行うことによって、段差１０を設けた弾性層３を有するローラを製造できる。
詳しくは、加硫後に離型層４を塗装して仕上げる。離型層４は、フッ素樹脂などを粉体化し、例えば静電粉体塗装にて表面に付着させ、焼成して形成する。最終的には離型層４のウネリや凸を低減させるために表面を研磨し、ソフト定着ローラとして仕上げる。
弾性層３に加硫後に段差１０を設ける方法としては、切削や研削のような機械加工にて分離爪の接触域に段差を設けている。その他の工程は上記と同じであるので説明は省略する。
【０００９】
以下に、本発明による定着ローラ（ソフト定着ローラ）を加圧ローラとの関係で長寿命化する方法について説明する。一般的に、定着装置は熱圧力ローラとして、転写紙上のトナーと接触する定着ローラ或いはソフト定着ローラと、その定着ローラ或いはソフト定着ローラに対し、圧力を加える加圧ローラとで構成されている。
加圧ローラは、定着ローラとの接触面積を増加させることを目的に芯金に弾性体を１〜１０ｍｍ程度被覆し、その上に耐久性、離型性を向上させるために定着ローラと同様なフッ素系樹脂を被覆している。
加圧ローラとの接触面積（後述：ニップ幅）を大きくすることで、凹凸のある転写紙上のトナーとの密着性を向上し、熱の伝達効率が上がり高画質化できるために、弾性層を有する定着ローラ（ソフト定着ローラ）を採用している。
図１１はソフト定着ローラのニップ幅と粒状度の関係を示す特性図である。ソフト定着ローラのニップ幅と粒状度の間には、図１１に示すように、ニップ幅を広げると粒状度も低下（高画質化）するという傾向がある。
図１２はソフト定着ローラを構成している弾性層の厚みとニップ幅の関係を示す特性図である。図１３はソフト定着ローラを構成している離型層とニップ幅の関係を示す特性図である。両図から、ソフト定着ローラを構成している弾性層の厚みを厚くし、離型層の厚みを薄くするとニップ幅が広がる傾向があることが解る。
【００１０】
図１４は弾性層の厚みおよび離型層の厚みと熱伝導度の関係を示す特性図である。図から明らかなように、弾性層を厚くすると定着ローラの特性の一つである熱伝導性が低下するという関係がある。
また、分離爪との接触による離型層の沈み込みは、逆に弾性層が薄く、離型層が厚いほうがソフト定着ローラ表面の沈み込みは少なくなるという傾向が得られる。つまり、粒状度の目標値以下でかつ熱伝導度が確保可能なニップ幅の許容領域を設定することによって、ソフト定着ローラの弾性層や離型層の許容幅が得られる。
そのため分離爪との接触による離型層の沈み込みを低減させるために、分離爪と接触する領域の弾性層または離型層を分離爪の沈み込みが少なくなるように、厚みをソフト定着ローラ内で変化させる。
つまり、ソフト定着ローラの表面において分離爪と接触する領域は、他の領域よりも弾性層は薄く、また離型層は厚くすることで硬度を上げることにより、分離爪の沈み込みが防止できるために、回転による分離爪先端との摩擦による表層の破損やハガレを低減し、長寿命化が図れ、粒状度を確保可能なニップ幅を持たせることによって、高画質化が可能な定着ローラが提供できる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、定着ローラにおいて弾性層或いは離型層の厚みを分離爪に相当する部分の下のみ変化させることによって、分離爪当接時の面圧が変化し、分離爪の沈み込み量を小さくすることが可能となるため、分離爪の摩耗による離型層の破損を低減することができ、長寿命化が可能となる。
請求項２、３、６によれば、粒状度が確保可能なニップ幅が形成できるような範囲内で、分離爪の当接部分下の弾性層の厚みを薄くし、この当接部分の離型層の厚みを厚くする。これにより高画質化を保ちつつ、分離爪の当接部分の面圧が向上し、分離爪の沈み込み量を小さくすることが可能となるため、分離爪の摩耗による離型層の破損を低減し、長寿命化を図ることができる。
請求項４によれば、分離爪に当接する部分の下の弾性層の厚みを当接しない部分の厚みよりも薄くするための手段として、分離爪に当接する部分の下の芯金の外径切削時にＮＣ加工により分離爪の当接部の下の芯金を大径化することによって、別工程で製作することなく、同様な生産タクトで生産可能となる。
請求項５によれば、分離爪に当接する部分の下の離型層の厚みを当接しない部分の厚みよりも厚くするための手段として、分離爪に当接する部分の下の弾性層に段差を設けて薄くし、その後フッ素樹脂を静電粉体塗装する。これにより、弾性層の段差にフッ素樹脂が入り込み、離型層が厚くなることで、離型面の硬度が向上し、分離爪の沈み込み量を小さくすることができるため、分離爪の摩耗による離型層の破損を低減し、長寿命化を図ることができる。
請求項７によれば、分離爪に当接する部分の下に相当する部分が凸形状になっているブレードを使用し、弾性塗料付着直後に芯金を回転させ、弾性塗料が凸形状を有するブレードにて掻き除かれ、凸部を形成しながら弾性層を形成し塗装することによって、工程が増えることなく、同様な生産タクトで生産可能となる。請求項８によれば、芯金と弾性層間、弾性層と離型層間にプライマ層を有することで、各層間の密着強度が向上し、ソフト定着ローラとしての高寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複写機等の電子写真式画像形成装置の定着装置に使用される定着ローラの全体構成を示す側面断面図である。
【図２】図２は図１に示した定着ローラの正面断面図である。
【図３】本発明による定着ローラの第１の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明による定着ローラの第２の実施の形態を示す断面図である。
【図５】弾性塗料塗装前の芯金とブレードを示す概略側面図である。
【図６】図５の概略正面図である。
【図７】弾性塗料塗装中の芯金とブレードを示す概略側面図である。
【図８】図７の概略正面図である。
【図９】弾性塗料塗装後の芯金とブレードを示す概略側面図である。
【図１０】図９の概略正面図である。
【図１１】ソフト定着ローラのニップ幅と粒状度の関係を示す特性図である。
【図１２】ソフト定着ローラを構成している弾性層の厚みとニップ幅の関係を示す特性図である。
【図１３】ソフト定着ローラを構成している離型層とニップ幅の関係を示す特性図である。
【図１４】弾性層の厚みおよび離型層の厚みと熱伝導度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１　定着ローラ（ソフト定着ローラ）
２　芯金
３　弾性層
４　離型層
５　プライマ層
６　プライマ層
７　分離爪
８　芯金の段差
９　弾性層の薄肉部分
１０　弾性層の段差
１１　離型層の厚肉部分
１２　ブレード
【図１】
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【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】
2004077834.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004077834.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004077834.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004077834.tif 000015
【図１４】
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