(57)【要約】【課題】定着ローラ及び加圧ローラの寿命が長く、ニップが極端な凸状にならず、また効率の良い外部加熱を行うことができる画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ５１にはヒータ５５を内蔵した定着側加熱ローラ５３が当接する。加圧ローラ５２にはヒータ５６を内蔵した加圧側加熱ローラ５４が当接する。定着ローラ５１は芯金５７ａ及びその周囲に形成された第１の弾性体層５８ａを有し、加圧ローラ５２は芯金５７ａ及びその周囲に形成された第２の弾性体層５８ｂを有する。第１の弾性体層５８ａ及び第２の弾性体層５８ｂのアスカーＣ硬度はいずれも２０度乃至７０度の範囲内である。第１の弾性体層５８ａと第２の弾性体層５８ｂのアスカーＣ硬度の差は２０度以内である。弾性体層の層厚がローラ直径に占める比率は７％以上４０％以下である。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、
定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、
定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、
加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
定着ローラは芯金及びその周囲に形成された第１の弾性体層を有し、
加圧ローラは芯金及びその周囲に形成された第２の弾性体層を有し、
第１の弾性体層及び第２の弾性体層のアスカーＣ硬度がいずれも２０度乃至７０度の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層のアスカーＣ硬度の差が２０度以内であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１の弾性体層の層厚が前記定着ローラの直径に占める比率と、前記第２の弾性体層の層厚が前記加圧ローラの直径に占める比率を、いずれも７％以上４０％以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第１の外部加熱手段は内部に熱源を有し、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、
前記第２の外部加熱手段は内部に熱源を有し、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通して用紙上の未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
特にフルカラー画像形成装置では、多量のトナーを高画質で定着させる必要があり、定着ローラ、加圧ローラ共、柔軟性を持った表面構造が必要である。そこで、各ローラ共に芯金の周囲に一定の厚みを持った弾性ゴム層を巻きつけた構成となっている。
【０００４】
このような熱ローラ定着方式では、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラに内蔵されたハロゲンランプなどの熱源からローラ表面まで熱が伝播するのに長時間が必要である。その結果、画像形成装置本体に電源を入れてからローラ表面が定着可能な定着温度に達するまでのウォームアップ時間に数分もの時間を要することになり、画像出力動作を速やかに実行できないといった問題があった。
【０００５】
また、画像出力後に省エネモードに移行して定着ローラ表面の温度を低めに制御した場合、再び定着温度に復帰させる時間が長いといった問題や、画像出力を短時間で再開できるように上記省エネモード時の温度を定着温度からそれほど下げないとすれば、省エネ効果が多く望めないなどの問題があり、これらの点の改良が望まれていた。
【０００６】
熱ローラ定着方式でのウォームアップ時間の短縮、消費電力の低減などを目的として、近年ではさまざまな工夫がなされている。例えば特開平４−１１６６７７号に記載された定着装置では、図７に示すように、同一構成とした１対のローラ２０７の間にトナーを転写した用紙を通して定着を行う。ローラ２０７は内部に熱源を持たず、その代わり、ローラ２０７の外周面に接して従動回転する加熱ローラ２０１が設けられている。ローラ２０７は、芯金２１１の周囲にシリコンスポンジなどの耐熱性及び断熱性を有する発泡弾性体層２１０が設けられ、その上に良熱伝導性弾性体、例えばゴムの中にアルミナやシリカなどの高熱伝導フィラーを充填した材料の薄層２０９を設け、表層にＰＦＡ（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）チューブなどの離型性樹脂層２０８を設けて構成されている。
【０００７】
各ローラ２０７に圧接する加熱ローラ２０１は中心にヒータ２０６が設けられた金属ローラ２０５からなる。ヒータ２０６に通電して発熱させれば、金属ローラ２０５の温度は上昇し、金属ローラ２０５が当接するローラ２０７の表面の良熱伝導性弾性層２０９に熱が伝達され、ローラ２０７は昇温する。しかしその内側の発泡弾性体層２１０は断熱性を有するから奥の方、すなわち芯金２１１までは熱が伝わらない。これにより熱効率が向上し、定着可能となるまでの立ち上がり時間が短くなるのみならず、芯金２１１及び発泡弾性体層２１０の境界部分の温度差が小さくなり、両者の接着が剥離し、ローラ２０７が破損するおそれもなくなる。またローラ２０７は芯金２１１の上に発泡弾性体層２１０、良熱伝導性弾性体層２０９、離型性樹脂層２０８を積層して構成されているので小さな圧接力でも弾性変形して大きいニップを得ることができる。
【０００８】
ところが、この定着装置においては、一対のローラ２０７の発泡弾性体層の硬度と層厚が適切に設定されていなかったために、一対のローラ２０７のうちの一方に向けて必要以上に凸状のニップが形成されるという問題、また発泡弾性体層の層厚が薄い場合にはローラ２０７の表面と芯金２１１の距離が短くなって芯金２１１まで熱が逃げ、効率の良い外部加熱が困難になるという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来装置の問題を解決するためになされたものであって、定着ローラ及び加圧ローラのローラ寿命を延ばすことができ、しかも、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができ、また各ローラの芯金まで熱せられることを防いで効率の良い外部加熱を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置であって、定着ローラは芯金及びその周囲に形成された第１の弾性体層を有し、加圧ローラは芯金及びその周囲に形成された第２の弾性体層を有し、第１の弾性体層及び第２の弾性体層のアスカーＣ硬度がいずれも２０度乃至７０度の範囲内であることを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、定着ローラ及び加圧ローラの弾性体層のアスカーＣ硬度を２０度以上とすることによって、弾性体層と芯金との間に必要な接着強度が得られ、ローラの寿命を伸ばすことが可能である。また定着ローラ及び加圧ローラの弾性体層のアスカーＣ硬度を７０度以下とすることにより、ニップ圧力を適切に設定し、必要なニップ形状を得ることが充分に可能になる。すなわち定着ローラ及び加圧ローラのローラ寿命を延ばすことができ、しかも、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができる。
【００１２】
なお、本明細書に登場するアスカーＣ硬度は、ＳＲＩＳ０１０１（日本ゴム協会標準規格）に基づき製品ローラにおける弾性体層の硬度を測定して求めたものである。具体的には５００ｇの荷重を３０秒かけたときの値である。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層のアスカーＣ硬度の差が２０度以内であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記第１の弾性体層の層厚が前記定着ローラの直径に占める比率と、前期第２の弾性体層の層厚が前記加圧ローラの直径に占める比率を、いずれも７％以上４０％以下としたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、弾性体層の層厚がローラ直径に占める比率を７％以上とすることにより、ローラ表面に供給された熱が弾性体層を通じて芯金から逸散することが効果的に防止され、効率的な外部加熱が行われる。さらに、弾性体層の層厚がローラ直径に占める比率を４０％以下とすることにより、芯金直径がローラ直径に占める比率をみだりに低下させることがなく、ローラ直径に対し釣り合いのとれた芯金直径とすることができ、ローラ長手方向の強度を確保し、ローラのたわみによるニップ幅の変動を効果的に防止することが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置において、第１の外部加熱手段は内部に熱源を有し、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、第２の外部加熱手段は内部に熱源を有し、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明によれば、第１、第２の加熱ローラから定着ローラ表面と加圧ローラ表面に熱を直接且つ均一に供給できるので、ウォームアップ時間を効果的に短縮することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図３に基づき説明する。
【００２０】
図１に示すのはゼログラフィー方式画像形成装置の一例であるタンデム方式カラープリンタ１の模型的断面である。図２に示すのはその画像形成部の模型的断面である。
【００２１】
プリンタ１においては、外部コンピュータからの原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択される。画像出力速度はフルカラーの場合でもモノクロの場合でもＡ４サイズで２０枚／分とされている。なお本明細書には画像出力速度以外にも寸法、比率、速度、電圧、温度などの具体的な数値が登場するが、これらの数値は一つの好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００２２】
プリンタ１のハウジング２の内部には用紙搬送ベルト８が配置されている。用紙搬送ベルト８はプーリ１０、１１に巻き掛けられ、用紙を図１において右方から左方へ、水平方向に搬送する。用紙搬送ベルト８の用紙受入側には給紙装置１２と用紙搬送路１３が配置される。用紙搬送ベルト８の用紙排出側には定着装置５０、用紙搬送路１５、及び排出部１６が配置される。排出部１６はハウジング２の上面に設けられる。
【００２３】
用紙搬送ベルト８の上には計４台の画像形成部が用紙搬送方向の上流側から下流側に向けて直列に配置される。４台の画像形成部とは、上流側から順に、ブラック用の画像形成部３０Ｂ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、及びマゼンタ用の画像形成部３０Ｍである。
【００２４】
画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍの構造を図２に示す。各画像形成部とも構造は共通なので、「Ｂ」「Ｙ」「Ｃ」「Ｍ」の識別記号を省き、「３０」の符号のみ置いている。
【００２５】
画像形成部３０の中核をなすのはアモルファスシリコンを感光体とする感光体ドラム４であり、その周囲に主帯電器５、ＬＥＤプリントヘッドユニット６、現像装置３、及びクリーニング装置２０が配置されている。また図１に見られるように、転写ローラ９が用紙搬送ベルト８を隔てて感光体ドラム４に対峙する。転写ローラ９は用紙搬送ベルト８を支持し、感光体ドラム４に当接させる役割も担う。転写ローラ９には−１．５ｋＶの電圧が印加されている。
【００２６】
現像装置３はブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色のトナーとフェライトキャリアを５：９５の重量比で混合した現像剤を収容する。トナーはコールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍ、フェライトキャリアは平均粒径が７０μｍとなっている。現像装置３には固定磁石（図示せず）を内蔵した現像スリーブ３ａが設けられている。
【００２７】
感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは０．５ｍｍの隙間を隔てて対峙し、対向する表面同士が同方向に移動する向きに回転する。感光体ドラム４の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ３ａの表面には現像剤により磁気ブラシが形成される。またトナーはキャリアとの摩擦により正に帯電する。現像スリーブ３ａに対しては図示しない穂切板が設けられる。穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。
【００２８】
現像により、現像装置３の中の現像剤が消費される。消費した現像剤を補うため、画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍに対応してトナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍを設け、図示しない搬送手段により現像剤を補給する。これにより、現像装置３は常に適量の現像剤を内部に保有することになる。
【００２９】
クリーニング装置２０は感光体ドラム４に接触するゴム製のクリーニングローラ２１、用紙に転写されなかったトナーを感光体ドラム４からかき落とすクリーニングブレード２２、及びトナーを図示しない回収容器に排出する排出スパイラル２３を有する。なおクリーニング装置２０のカバーは図１においては図示を省略してある。
【００３０】
プリンタ１は次のように画像出力動作を行う。
【００３１】
感光体ドラム４の表面は主帯電器５により一様に＋４００Ｖに帯電せしめられている。外部コンピュータなどから原稿画像データが入力されると、ＬＥＤプリントヘッド６が原稿画像データに対応するＬＥＤ光を感光体ドラム４の表面に照射する。感光体ドラム４の表面は、ＬＥＤ光の照射された露光部の電圧が＋２５Ｖにまで減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブ３ａに印加された＋３００Ｖの現像バイアス電圧により、現像剤中の正帯電トナーが前記露光部に付着し、静電潜像がトナーで可視化される。
【００３２】
用紙搬送ベルト８は、給紙装置１２から供給された用紙を載せ、感光体ドラム４の表面の移動方向と同じ方向に、感光体ドラム４の周速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃで走行している。用紙上の所定位置からトナーの転写が開始されるよう、ＬＥＤプリントヘッド６による感光体ドラム４の露光タイミングが設定される。
【００３３】
用紙搬送ベルト８上の用紙が感光体ドラム４の下を通過する際、転写ローラ９に印加された−１．５ＫＶの電圧により、感光体ドラム４に付着したトナーが用紙に引きつけられる。これにより、トナーが用紙に転写される。
【００３４】
用紙に転写されなかったトナーはクリーニングブレード２２によりかき落とされ、排出スパイラル２３により図示しない回収容器に排出される。クリーニングローラ２１はトナー転写後の感光体ドラム４の表面を整える。
【００３５】
画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍでブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色のトナーを順次転写され、未定着ではあるもののトナーによりカラー画像を形成された用紙は用紙搬送ベルト８を出て定着装置５０に引き込まれる。そして定着装置５０の内部で熱ローラによりトナーを定着された後、用紙搬送路１５を経て排出部１６に排出される。
【００３６】
図３は定着装置５０のローラ構成を示す模型的断面図である。定着ローラ５１、加圧ローラ５２、定着ローラ５１に接触する第１の加熱ローラ５３、及び加圧ローラ５２に接触する第２の加熱ローラ５４の計４本のローラが配置されている。
【００３７】
定着ローラ５１及び加圧ローラ５２はそれぞれ外層部が弾性体層とされる。定着ローラ５１と加圧ローラ５２は互いに圧接され、定着のためのニップを形成する。
【００３８】
第１の加熱ローラ５２及び第２の加熱ローラ５４は中空金属シャフトの内部に熱源である加熱用ヒータ５５及び５６を配設した構成である。熱伝導性と強度確保の面からアルミ又は鋼鉄製の中空金属シャフトを使用する。第１の加熱ローラ５５及び第２の加熱ローラ５６の表面にそれぞれＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの耐熱離型材の被覆を施しても良い。
【００３９】
定着ローラ５１と第１の加熱ローラ５３は一方が回転すれば他方もこれに従って回転し、第１の加熱ローラ５３の熱で定着ローラ５１の外周部分は均一に加熱される。同様に加圧ローラ５２と第２の加熱ローラ５４は一方が回転すれば他方もこれに従って回転し、第２の加熱ローラ５４の熱で加圧ローラ５２の外周部分は均一に加熱される。
【００４０】
定着ローラ５１は中心に芯金５７ａを有し、加圧ローラ５２は中心に芯金５７ｂを有する。芯金５７ａの周囲には第１の弾性体層である弾性体層５８ａが形成され、弾性体層５８ａの表面には離型層５９ａが被覆形成される。芯金５７ｂの周囲には第２の弾性体層である弾性体層５８ｂが形成され、弾性体層５８ｂの表面には離型層５９ｂが被覆形成される。弾性体層５８ａ、５８ｂはシリコンスポンジなど耐熱性及び断熱性を有する発泡体からなり、離型層５９ａ、５９ｂはＰＦＡ（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）チューブなどからなる。
【００４１】
定着ローラ５１と加圧ローラ５２の間に形成されるニップを通る用紙上の未定着トナーは定着ローラ５１の熱により、又は定着ローラ５１と加圧ローラ５２両方の熱により、加熱され、溶融し、用紙に定着する。モノクロ画像の場合は定着ローラ５１のみを用いて未定着トナーの加熱を行い、カラー画像の場合は定着ローラ５１と加圧ローラ５２の両方を用いて未定着トナーの加熱を行う。
【００４２】
本実施形態では、定着ローラ５１と加圧ローラ５２のそれぞれにおいて、離型層５９ａ、５９ｂを含む弾性体層５８ａ、５８ｂのアスカーＣ硬度を、２０度乃至７０度（好ましくは３０度乃至６０度）の範囲内に設定している。定着ローラ５１と加圧５２の両方が弾性体構造なので、一方が弾性体ローラ、他方が金属ローラである構成では達成できない、幅広い硬度の構成を得ることが可能である。
【００４３】
アスカーＣ硬度を２０度乃至７０度に設定した理由は次のとおりである。アスカーＣ硬度が７０度を超える場合には、必要なニップ形状を得るために定着ローラ５１と加圧ローラ５２を互いに強い力で押しつける必要があり、定着装置ユニットの機械的強度を高めねばならない。アスカーＣ硬度が２０度以下の場合には、弾性体層５８ａ、５８ｂと芯金５７ａ、５７ｂとの接着強度を高くすることができず、ローラ自体の強度が弱くなってローラ寿命が短くなるという問題がある。
【００４４】
さらに、アスカーＣ硬度を２０度乃至７０度に設定したうえで、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の硬度差を２０度以内（好ましくは１０度以内）に設定する。このようにすることにより、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができる。
【００４５】
また本実施形態では、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の直径に占める弾性体層５８ａ、５８ｂの層厚の比率を７％以上４０％以下（好ましくは１０％乃至４０％）としている。このようにした理由は次のとおりである。
【００４６】
定着ローラ５１と加圧ローラ５２の直径に占める弾性体層５８ａ、５８ｂの層厚の比率が７％よりも低い場合は、結果的にローラ表面と芯金５７ａ、５７ｂとの間の距離が短くなり、芯金５７ａ、５７ｂまで熱が逃げ、効率の良い外部加熱が困難となる。効率の良い外部加熱を行なうにはローラ直径に占める弾性体層５８ａ、５８ｂの層厚の比率が高い方が有利であるが、比率が高すぎると芯金５７ａ、５７ｂが限界を超えて細くなり、ローラ自体の強度不足を招いてしまう。層厚の比率が７％以上４０％以下であれば上記のような問題はいずれも発生しない。
【００４７】
定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は、その表面に用紙上のトナーを定着させるだけの熱量を保持できる熱容量を有していることが必要である。この条件を満足するものとして、芯金５７ａ、５７ｂの外側にシリコンスポンジなど耐熱性及び断熱性を有する発泡体からなる弾性体層５８ａ、５８ｂを設け、さらにその外側に耐熱性の離型層５９ａ、５９ｂを設けるという構成の他、次のような構成が採用可能である。
【００４８】
まず、芯金５７ａ、５７ｂの外側に低熱容量ゴムを配設し、更にその外側に離型層５９ａ、５９ｂを設ける構成とすることができる。あるいは芯金５７ａ、５７ｂの外側に発泡スポンジ層を配設し、その外側に高熱伝導薄肉層を配設し、更にその外側に離型層５９ａ、５９ｂを設ける構成とすることができる。高熱伝導薄肉層としては、例えば、高熱伝導シリコンゴム、金属、シリコンゴムに熱伝導性フィラー（金属など）を分散させたものなどを使用できる。
【００４９】
【実施例】
以下本発明の実施例につき説明する。
【００５０】
画像形成装置１の用紙送り速度（プロセススピード）を１５０ｍｍ／ｓｅｃに定した。第１の加熱ローラ５３及び第２の加熱ローラ５４には直径２５ｍｍ、層厚０．５ｍｍの中空アルミ円筒シャフトを使用した。定着ローラ５１及び加圧ローラ５２は芯金５７ａ、５７ｂの外側に弾性体層として発泡シリコンゴムの層を形成し、その表面に厚さ５０μｍのＰＦＡチューブを被覆し、ローラ全体の直径を４０ｍｍに仕上げた（実施例１１乃至１３についてはローラ直径を２５ｍｍとした）。第１の加熱ローラ５３と定着ローラ５１とのニップの幅は約７ｍｍとなるように圧力を設定した。定着ローラ５１と加圧ローラ５２とのニップの幅は６乃至７ｍｍとなるように圧力を設定した。以下の説明でニップ圧として提示する圧力は、対をなすローラに対し、各々の両端に均等にかける圧力のうち、片方のローラ分の圧力である。
【００５１】
図４は実施例１乃至４及び比較例１、２をまとめた表である。この表は弾性体層である発泡シリコンゴム層の硬度（アスカーＣ硬度）がユニット強度（定着装置ユニットの機械的強度）とローラの耐久性に与える影響につき調べた結果を示す。
【００５２】
ユニット強度を評価するにあたっては、ニップ圧が１３ｋｇｆ未満であれば定着装置ユニットは長期使用に充分耐えられるので「○」と評価した。ニップ圧が１４ｋｇｆ以上になると、定着装置ユニットを長期間使用した場合、破損などのトラブルが発生するので「×」と評価した。その中間のニップ圧１３乃至１４ｋｇｆの領域は、定着装置ユニットを長期間使用した場合トラブルに発展する可能性があるので「△」と評価した。
【００５３】
ローラ耐久性を評価するにあたっては、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなければ「○」と評価した。Ａ４用紙を１５万枚コピーした段階ではよじれは生じていないが、２０万枚コピーした段階で多少よじれが生じていれば「△」と評価した。Ａ４用紙を７万枚コピーした段階でローラがよじれたり、あるいはローラ構成要素の層間にはがれが生じていたりしていた場合は「×」と評価した。
【００５４】
図４の実施例１では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも２０度とした。ニップ圧５ｋｇｆとすることにより、７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００５５】
実施例１の場合、ニップ圧が５ｋｇｆなのでユニット強度は「○」と評価される。ローラ耐久性に関しては、Ａ４用紙を１６万枚コピーした段階でローラによじれが発生したので「△」と評価される。
【００５６】
図４の実施例２では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも３０度とした。今度はニップ圧６．５ｋｇｆとすることにより７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００５７】
実施例２の場合、ニップ圧が６．５ｋｇｆなのでユニット強度は「○」と評価される。ローラ耐久性に関しても、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなかったので「○」と評価される。
【００５８】
図４の実施例３では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも４０度とした。今度はニップ圧８ｋｇｆとすることにより７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００５９】
実施例３の場合、ニップ圧が８ｋｇｆなのでユニット強度は「○」と評価される。ローラ耐久性に関しても、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなかったので「○」と評価される。
【００６０】
図４の実施例４では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも６０度とした。今度はニップ圧１１ｋｇｆとすることにより７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００６１】
実施例４の場合、ニップ圧が１１ｋｇｆなのでユニット強度は「○」と評価される。ローラ耐久性に関しても、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなかったので「○」と評価される。
【００６２】
図４の実施例５では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも７０度とした。今度はニップ圧１３ｋｇｆとすることにより７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００６３】
実施例５の場合、ニップ圧が１３ｋｇｆなのでユニット強度は「△」と評価される。ローラ耐久性に関しては、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなかったので「○」と評価される。
【００６４】
図４の比較例１では定着ローラ及び加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも１０度とした。今度はニップ圧４ｋｇｆとすることにより７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００６５】
比較例１の場合、ニップ圧が４ｋｇｆなのでユニット強度は「○」と評価される。ローラ耐久性に関しては、Ａ４用紙を９万枚コピーした段階でローラによじれ、はがれが生じたので「×」と評価される。
【００６６】
図４の比較例２では定着ローラ及び加圧５２の発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度をいずれも８０度とした。今度はニップ圧１４ｋｇｆとしなければ７ｍｍのニップ幅を得ることができなかった。
【００６７】
比較例２の場合、ニップ圧が１４ｋｇｆなのでユニット強度は「×」と評価される。ローラ耐久性に関しては、Ａ４用紙を２０万枚コピーした段階でローラによじれが生じていなかったので「○」と評価される。
【００６８】
上記実施例１乃至５及び比較例１、２より、次の結論が導き出される。すなわち定着装置ユニットを強度的に問題のない範囲で使用するためには、またＡ４用紙２０万枚のコピー、又はそれに近いレベルの使用度数までローラの耐久性を保障するためには、定着ローラの芯金の周囲に形成された第１の弾性体層及び加圧ローラの芯金の周囲に形成された第２の弾性体層を、いずれもアスカーＣ硬度２０度乃至７０度の硬度とすることが必要である。
【００６９】
図５は実施例６乃至１０及び比較例３、４をまとめた表である。この表は定着ローラ側の発泡シリコンゴム層と加圧ローラ側の発泡シリコンゴム層との間の硬度（アスカーＣ硬度）の差がニップの曲率、ひいては用紙のカールに与える影響につき実験を行った結果を示す。
【００７０】
実験は、上向きのカールを調べる実験１と、下向きのカールを調べる実験２を実施した。実験１ではＡ４用紙にて黒色の全面ベタ焼きコピーを行い、用紙中央に対する用紙先端の浮きを確認した。実験２ではＡ４用紙にて黒色の全面ベタ焼きコピーを行い、用紙を裏返しにして、用紙中央に対する用紙先端の浮きを確認した。
【００７１】
実験１、２ともに、浮きが５ｍｍ以内であれば問題のない用紙カール範囲であるということで「○」と評価した。浮きが１０ｍｍ以上になると用紙ジャムなどのトラブルが発生するので「×」と評価した。浮きが５乃至１０ｍｍの範囲であれば、トラブルに発展する可能性があるので「△」と評価した。
【００７２】
図５の実施例６では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を３０度とした。その差は２０度である。ニップ圧５ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００７３】
実施例６では定着ローラの方が加圧ローラよりも硬度が高いため、両者間のニップは下向きに凸となる。そのため、上向きのカールについて調べる実験１を実施した。実験１による評価は「△」であった。
【００７４】
図５の実施例７では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を４０度とした。その差は１０度である。ニップ圧５ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００７５】
実施例７では定着ローラの方が加圧ローラよりも硬度が高いため、両者間のニップは下向きに凸となる。そのため、上向きのカールについて調べる実験１を実施した。実験１による評価は「○」であった。
【００７６】
図５の実施例８では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度も５０度とした。その差は０度である。ニップ圧１０ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００７７】
実施例８では上向きのカールについて調べる実験１を実施した。実験１による評価は「○」であった。
【００７８】
図５の実施例９では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を４０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度とした。その差は−１０度である。ニップ圧９ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００７９】
実施例９では加圧ローラの方が定着ローラよりも硬度が高いため、両者間のニップは上向きに凸となる。そのため、下向きのカールについて調べる実験２を実施した。実験２による評価は「○」であった。
【００８０】
図５の実施例１０では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を３０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度とした。その差は−２０度である。ニップ圧６ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００８１】
実施例１０では加圧ローラの方が定着ローラよりも硬度が高いため、両者間のニップは上向きに凸となる。そのため、下向きのカールについて調べる実験２を実施した。実験２による評価は「△」であった。
【００８２】
図５の比較例３では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を２０度とした。その差は３０度である。ニップ圧５ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００８３】
比較例３では定着ローラの方が加圧よりも硬度が高いため、両者間のニップは下向きに凸となる。そのため、上向きのカールについて調べる実験１を実施した。実験１による評価は「×」であった。
【００８４】
図５の比較例４では定着ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を２０度、加圧ローラの発泡シリコンゴム層のアスカーＣ硬度を５０度とした。その差は−３０度である。ニップ圧５ｋｇｆとすることにより、約７ｍｍのニップ幅を得ることができた。
【００８５】
比較例４では加圧ローラの方が定着ローラよりも硬度が高いため、両者間のニップは上向きに凸となる。そのため、下向きのカールについて調べる実験２を実施した。実験２による評価は「×」であった。
【００８６】
上記実施例６乃至１０及び比較例３、４より、次の結論が導き出される。すなわち用紙がカールし過ぎないようにするためには、定着ローラの芯金の周囲に形成された第１の弾性体層及び加圧ローラの芯金の周囲に形成された第２の弾性体層を、いずれもアスカーＣ硬度が２０度乃至７０度であるように設定したうえで、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層のアスカーＣ硬度の差を２０度以内にする必要がある。
【００８７】
図６は実施例１１乃至１３及び比較例５、６をまとめた表である。この表は定着ローラ及び加圧ローラの直径に占める弾性体層の層厚の比率がローラ強度と芯金への熱の逸散に与える影響につき調べた結果を示す。
【００８８】
ローラ強度を評価するにあたっては、芯金のたわみを尺度にした。芯金のたわみはニップ幅により間接的に判定した。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率を高くすれ芯金は細くなり、強度不足によってたわみが生じ、ローラ中央部のニップ幅が減少する。そこで、ローラ中央部と端部のニップ幅の差が０以上１ｍｍ未満であれば強度的には問題がないので「○」と評価した。上記ニップ幅の差が２ｍｍ以上であればローラは強度不足なので「×」と評価した。その中間のニップ幅の差１ｍｍ以上２ｍｍ未満の領域は、強度的に問題を含むので「△」と評価した。
【００８９】
芯金への熱の逸散を評価するにあたっては、ウォームアップ時間を尺度にした。発泡シリコンゴム層を通じ芯金に熱が多く逸散すればウォームアップ時間は長くなる。そこで、ウォームアップ時間が３５秒未満であれば芯金への熱の逸散は問題のないレベルなので「○」と評価した。ウォームアップ時間が３５秒以上のときは芯金への熱の逸散が多すぎるので「×」と評価した。
【００９０】
図６の実施例１１ではローラ直径２５ｍｍに対し芯金の直径を２１．５ｍｍ、発泡シリコンゴム層の層厚を１．７５ｍｍとした。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率は７％となった。ニップ圧７ｋｇｆで、ローラ中央部におけるニップ幅は７ｍｍであった。ローラ端部におけるニップ幅も７ｍｍであった。ウォームアップ時間は３３秒であった。
【００９１】
実施例１１の場合、ニップ幅の差が０なのでローラ強度は「○」と評価される。またウォームアップ時間が３３秒なので芯金への熱の逸散も「○」と評価される。
【００９２】
図６の実施例１２ではローラ直径２５ｍｍに対し芯金の直径を２０ｍｍ、発泡シリコンゴム層の層厚を２．５ｍｍとした。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率は１０％となった。ニップ圧７ｋｇｆで、ローラ中央部におけるニップ幅は７ｍｍであった。ローラ端部におけるニップ幅も７ｍｍであった。ウォームアップ時間は３０秒であった。
【００９３】
実施例１２の場合、ニップ幅の差が０なのでローラ強度は「○」と評価される。またウォームアップ時間が３０秒なので芯金への熱の逸散も「○」と評価される。
【００９４】
図６の実施例１３ではローラ直径２５ｍｍに対し芯金の直径を５ｍｍ、発泡シリコンゴム層の層厚を１０ｍｍとした。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率は４０％となった。ニップ圧７ｋｇｆで、ローラ中央部におけるニップ幅は６ｍｍとなった。ローラ端部におけるニップ幅は７ｍｍとなった。ウォームアップ時間は３０秒であった。
【００９５】
実施例１３の場合、ニップ幅の差が１ｍｍなのでローラ強度は「△」と評価される。ウォームアップ時間が３０秒なので芯金への熱の逸散は「○」と評価される。
【００９６】
図６の比較例５ではローラ直径２５ｍｍに対し芯金の直径を２３．２ｍｍ、発泡シリコンゴム層の層厚を０．９ｍｍとした。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率は３．５％となった。ニップ圧７ｋｇｆで、ローラ中央部におけるニップ幅は７ｍｍとなった。ローラ端部におけるニップ幅も７ｍｍとなった。ウォームアップ時間は４５秒であった。
【００９７】
比較例５の場合、ニップ幅の差が０なのでローラ強度は「○」と評価される。しかしながらウォームアップ時間が４５秒なので芯金への熱の逸散は「×」と評価される。
【００９８】
図６の比較例６ではローラ直径２５ｍｍに対し芯金の直径を２．４ｍｍ、発泡シリコンゴム層の層厚を１１．３ｍｍとした。ローラ直径に占める発泡シリコンゴム層の層厚の比率は４５％となった。ニップ圧７ｋｇｆで、ローラ中央部におけるニップ幅は４ｍｍとなった。ローラ端部におけるニップ幅は７ｍｍとなった。ウォームアップ時間は３０秒であった。
【００９９】
比較例６の場合、ニップ幅の差が３ｍｍなのでローラ強度は「×」と評価される。ウォームアップ時間が３０秒なので芯金への熱の逸散は「○」と評価される。
【０１００】
上記の実施例１１乃至１３及び比較例５、６より、次の結論が導き出される。すなわち必要なローラ強度を得るためには、また芯金への熱の逸散を許容範囲にとどめるためには、ローラ直径に占める弾性体層の比率を７％以上４０％以下の範囲とする必要がある。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明により、次に掲げるような効果が奏される。
【０１０２】
請求項１に記載の発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置であって、定着ローラは芯金及びその周囲に形成された第１の弾性体層を有し、加圧ローラは芯金及びその周囲に形成された第２の弾性体層を有し、第１の弾性体層及び第２の弾性体層のアスカーＣ硬度がいずれも２０度乃至７０度の範囲内であることとしたものであり、定着ローラ及び加圧ローラの弾性体層のアスカーＣ硬度を２０度以上とすることによって、弾性体と芯金との間に必要な接着強度が得られ、ローラの寿命を伸ばすことが可能である。
【０１０３】
また定着ローラ及び加圧ローラの弾性体層のアスカーＣ硬度を７０度以下とすることにより、ニップ圧力を適切に設定し、必要なニップ形状を得ることが充分に可能になる。すなわち定着ローラ及び加圧ローラのローラ寿命を延ばすことができ、しかも、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができる。定着装置ユニットも強度的に問題のない範囲で使用することができる。
【０１０４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記第１の弾性体層と前記第２の弾性体層のアスカーＣ硬度の差が２０度以内であることとしたものであり、ニップ部分がどちらかのローラ側に向けて著しく凸状になることを防ぐことができる。そのため用紙に極端なカールを生じさせずに済む。
【０１０５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、第１の弾性体層の層厚が前記定着ローラの直径に占める比率と、第２の弾性体層の層厚が前記加圧ローラの直径に占める比率をいずれも７％以上４０％以下としたものであり、弾性体層の層厚がローラ直径に占める比率を７％以上とすることにより、ローラ表面に供給された熱が弾性体層を通じて芯金から逸散することが有効に防止され、効率的な外部加熱が行われる。
【０１０６】
さらに、弾性体層の層厚がローラ直径に占める比率を４０％以下とすることにより、芯金直径がローラ直径に占める比率をみだりに低下させることがなく、ローラ直径に対し釣り合いのとれた芯金直径とすることができ、ローラ長手方向の強度を確保し、ローラのたわみによるニップ幅の変動を効果的に防止することが可能となる。
【０１０７】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置において、第１の外部加熱手段は内部に熱源を有し、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、第２の外部加熱手段は内部に熱源を有し、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることとしたものであり、第１、第２の加熱ローラから定着ローラ表面と加圧ローラ表面に熱を直接且つ均一に供給できるので、ウォームアップ時間を効果的に短縮することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプリンタの模型的断面図
【図２】上記プリンタの画像形成部の模型的断面図
【図３】上記プリンタの定着装置のローラ構成を示す模型的断面図
【図４】実施例の条件と結果を示す第１の表
【図５】実施例の条件と結果を示す第２の表
【図６】実施例の条件と結果を示す第３の表
【図７】従来の定着装置のローラ構成を示す模型的断面図
【符号の説明】
５０　定着装置
５１　定着ローラ
５２　加圧ローラ
５３　第１の加熱ローラ（第１の外部加熱手段）
５４　第２の加熱ローラ（第２の外部加熱手段）
５７ａ、５７ｂ　芯金
５８ａ　第１の弾性体層
５８ｂ　第２の弾性体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004037917.tif 000006
【図５】
2004037917.tif 000007
【図６】
2004037917.tif 000008
【図７】
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