(57)【要約】【課題】部分的に強い圧力がかかったときにこの圧力を吸収することができて、トナー画像が潰されることを防止でき、且つ用紙に紙シワが発生することをなくすことができ、しかも、定着ローラと加圧ローラの断熱効果を向上できてウオームアップ時間を短くすることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラ５１と、定着ローラ５１に当接し用紙を挿通するニップを形成する加圧ローラ５２と、定着ローラ５１と加圧ローラ５２のうち、少なくとも定着ローラ５１の表面に当接しローラを加熱する外部加熱手段とを有する定着装置５０を備えた画像形成装置で、定着ローラ５１及び／又は加圧ローラ５２に、単層のスポンジローラ部５７、５８を設け、スポンジローラ部５７、５８の肉厚部の中央部付近又は外周部付近にローラの軸線方向に向けて貫通する穴５９、６０を周方向に向けて複数開設している。【選択図】　　　図３
2004038099.tif 000002
【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、前記定着ローラと加圧ローラのうち、少なくとも定着ローラの表面に当接してそのローラを加熱する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、前記定着ローラ及び／又は前記加圧ローラに、単層のスポンジローラ部分を設け、このスポンジローラ部分の肉厚部の中央部付近又は外周部付近に、ローラの軸線方向に向けて貫通する穴を周方向に向けて複数開設していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記外部加熱手段は内部に熱源を備え、少なくとも前記定着ローラ表面に当接することによってそのローラを加熱する加熱ローラで構成されてい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】
前記穴は、前記定着ローラ及び／又は前記加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部に１つの同心円状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記穴は、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部に、その径方向に向けて複数段の同心円状に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記穴は、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部のほぼ全体に渡り、その肉厚部の径方向に向けてランダムに複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２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間を未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させて用紙上未定着トナーを加熱、溶融させて用紙に定着させる定着装置を用いた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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内部に内蔵された熱源によって加熱されたローラ対のニップ間を、未定着トナー画像を担持した用紙を挿通させることによって用紙上のトナーを定着させる熱ローラ定着方式が用いられている。この様な熱ローラ定着方式では、定着ローラの熱容量が大きく、定着ローラ内部に内臓されたハロゲンランプなどの熱源からのローラ表面への熱の伝播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が必要であるため、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。また、画像出力後に定着ローラ表面の制御温度を低めに推移させる省エネモードにおいても再び定着温度に復帰させる為の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制御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って、改良が望まれていた。
【０００３】
さらに、フルカラー画像形成装置では、フルカラー画像のグロス性を所望の範囲内に安定的に維持させる為に、定着ローラの表面温度だけでなく加圧ローラの表面温度をも一定範囲内に安定的に制御することが必要であることから、定着ローラと加圧ローラの両方にハロゲンランプなどを内蔵させている場合が多く見られる。この場合、画像形成装置全体の消費電力には限界があるので、定着ローラのみに熱源を内蔵させる構成に比較すると、フルカラー機では定着ローラ内部の熱源の消費電力を削減せざるを得ない。その結果、フルカラー画像形成装置でのウォームアップ時間、省エネモードからの復帰時間はさらに長時間化しており、短縮が要求されてきた。
【０００４】
このような、従来からの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において例えば特開２００１−３４３８６０公報に記載されているような外部加熱方式が提案されている。この公報には定着ローラを外部から加熱する為の加熱ローラが用いられており、定着ローラ表面への熱の伝播を行なわせるには好適ではあるが、加熱ローラから定着ローラへのより良好な熱伝播の為の手段が開示されておらず、ウォームアップ時間の更なる短縮に向けての改良が望まれている。
【０００５】
また、特開平４−１１６６７７号には定着装置が記載されている。これは、図５に示すように、転写紙を挟持搬送して定着を行なう１対のローラの両ローラ２０７は同一の構成となっている。ローラ２０７の内部には熱源を持たず、ローラ２０７の外周面に接して従動する加熱ローラ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等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チューブ等の離型性樹脂層２０８を設けて構成されている。
【０００６】
各ローラ２０７に圧接する加熱ローラ２０１はヒータ２０６が中心に設けられた金属ローラ２０５として構成されている。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、これが圧接する両ローラ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体層２１０は断熱性を有するから奥の方までは熱が伝わらず、芯金２１１には熱が伝達されず熱効率が向上し定着立上がり時間が短くなるのみならず、芯金２１１とこれに接する部分の発泡体層２１０との温度差が少なく、両者の接着が剥離したり破損するおそれもなくなる。又、１対のローラ２０７の構造が同一であるから、これらが互いに圧接するとニップは概ね平坦になる。また、ローラは芯金２１１の上に発泡体層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ようになっている。
【０００７】
ところが、これにおいては、両ローラ２０７が接している部分に、部分的に圧力が強くかかると、トナー画像が潰れてしまうことがあり、また、部分的に圧力が強くなる部分と弱い部分とがあると用紙に紙シワが発生しやすいという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解消し、定着ローラ及び／又は加圧ローラの表面に部分的に強い圧力がかかったときにこの圧力を吸収することができて、トナー画像が潰されることを防止でき、且つ用紙に紙シワが発生することをなくすことができ、しかも、定着ローラと加圧ローラの断熱効果を向上できてウオームアップ時間を短くすることができる画像形成装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、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、前記定着ローラと加圧ローラのうち、少なくとも定着ローラの表面に当接してそのローラを加熱する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、前記定着ローラ及び／又は前記加圧ローラに、単層のスポンジローラ部分を設け、このスポンジローラ部分の肉厚部の中央部付近又は外周部付近に、ローラの軸線方向に向けて貫通する穴を周方向に向けて複数開設していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記外部加熱手段は内部に熱源を備え、少なくとも前記定着ローラ表面に当接することによってそのローラを加熱する加熱ローラで構成されていることを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、前記穴は、前記定着ローラ及び／又は前記加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部に１つの同心円状に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記穴は、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部に、その径方向に向けて複数段の同心円状に設けられていることを特徴としている。
請求項５に記載の発明は、前記穴は、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの前記スポンジローラ部分の肉厚部のほぼ全体に渡り、その肉厚部の径方向に向けてランダムに複数設けられていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、図を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す正面図である。ここで図１ではクリーニング装置２０のハウジングは図略している。図２は、各色画像形成部を模式的に示す正面図である。図１に示すように、プリンタ１（画像形成装置の１例）はタンデム方式のフルカラー画像形成装置であってプリンタ本体ハウジング２の内部において用紙搬送ベルト８の上方にはその搬送方向の上流から下流方向に向かって（図１では右方から左方にかけて）、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色画像形成部が設けられている。外部のＰＣ装置（パーソナルコンピュータ）からの出力画像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、画像出力速度はフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れもＡ４サイズにおいて２０枚／分である。各々の画像形成部には、アモルファスシリコン感光体ドラム４と、その周囲には主帯電器５と、ＬＥＤ露光部６と、現像装置３と、転写ローラ９と、クリーニング装置２０が備えられている。
【００１３】
図２に示すように、現像装置３には内部に図示しない固定磁石を配した現像スリーブ３ａが設けられている。コールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍのブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色トナー５重量部と平均粒径７０μｍのフェライトキャリア９５重量部とを混合してなされる各色現像剤が現像装置３内に収納されており、現像スリーブ３ａ表面に各色現像剤による磁気ブラシが形成されている。ここで、トナーはキャリアとの摩擦帯電によって正に帯電する。各色画像形成部の各々のアモルファスシリコン感光体ドラム４と現像スリーブ３ａは互いが対向した現像領域で図示する同じ方向に同転しており、感光体ドラム４の周速度は１２０ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとの隙間と、図示しない穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は何れも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ている。
【００１４】
図１、図２において最初に感光体ドラム４が帯電部５によって一様に＋４００ｖに帯電され、外部ＰＣ等から入力された原稿画像データに基づくＬＥＤ光がＬＥＤプリントヘッドユニット６からドラム表面上に照射される。光照射された露光部が＋２５ｖにまで光減衰し、非露光部の＋４００ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブに印加された＋３００ｖの現像バイアス電圧によって現像剤中の正帯電トナーが感光体表面の露光部に反転現像される。画像形成を繰り返して現像剤中のトナーが消費されてもトナー濃度を一定値に維持する為に、トナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍから図示しない搬送手段によって各色現像装置３に対してトナー補給がそれぞれ行われる。感光体ドラム４の下方に設置された用紙搬送ベルト８は、転写領域において感光体４と同方向に駆動されるとともに、その搬送速度が感光体ドラム４と等速の１２０ｍｍ／ｓｅｃとなる様にローラ１０、１１によって搬送されるとともに、感光体ドラム４と当接する様に転写ローラ９によって用紙搬送ベルト８の裏側から付勢されている。転写ローラ９には−１．５ＫＶの電圧が印加されている。
【００１５】
そして感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間に、給紙機器１２から用紙搬送路１３を経由して用紙が搬送され、その用紙が各感光体ドラム４と用紙搬送ベルト８との間を搬送されていく間に、−１．５ＫＶが印加された転写ローラ９によって各感光体ドラム４表面の正帯電の各色のトナー像が次々に用紙側に転写される。全ての感光体ドラム４によってトナー像が転写された用紙は定着装置５０に搬送されてトナー像が定着され、カラー画像が形成される。定着装置５０を通過した用紙は用紙搬送路１５に送られ、排出部１６から排出される。
【００１６】
次に、図３によって第１実施形態の画像形成装置における定着装置５０の内部構造を詳述する。定着ローラ５１と加圧ローラ５２とが互いに圧接して定着のニップ部を形成しており、定着ローラ５１にはその外部から定着ローラ５１を加熱する定着側加熱ローラ５３が圧接しているとともに加圧ローラ５２にもその外部から加圧ローラ５２を加熱する加圧側加熱ローラ５４が圧接している。ここで、定着側加熱ローラ５３と加圧側加熱ローラ５４の内部中心部分には、加熱用ヒータ５５、５６が配設されている。そして、定着側加熱ローラ５３の回転でこれに接触している定着ローラ５１が回転されながら定着側加熱ローラ５３の加熱用ヒータ５５からの熱によって定着ローラ５１の外周部分が均一に加熱されるとともに、加圧側加熱ローラ５４の回転でこれに接触している加圧ローラ５２が回転されながら加圧側加熱ローラ５４の加熱ヒータ５６からの熱で加圧ローラ５２の外周部分が均一に加熱される。
【００１７】
この第１実施形態では、定着ローラ５１と加圧ローラ５２とに、肉厚のスポンジローラ部５７、５８を設けていて、これらのスポンジローラ部５７、５８の外周部付近に、各ローラの軸線方向に向けて貫通する１つの同心円状の穴５９、６０を周方向に向けて複数開設している。そして、定着ローラ５１と加圧ローラ５２との接触部分に部分的に強い圧力がかかったときに、これらスポンジローラ部５７、５８の複数の穴５９、６０でこの圧力が吸収されることとなる。したがって、トナー画像が潰されることを防止でき、且つ定着ローラ５１と加圧ローラ５２の接触部分を通る用紙に紙シワが発生することをなくすことができ、しかも、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の断熱効果を向上できる。
【００１８】
尚、上記した第１実施形態では、穴５９、６０を定着ローラ５１と加圧ローラ５２のスポンジローラ部５７、５８の外周部付近に開設したものについて説明したが、これらの穴５９、６０をスポンジローラ部５７、５８の中央部付近に開設してもよいことは勿論である。
【００１９】
次に、図４によって第２実施形態の画像形成装置における定着装置５０の定着ローラ５１の形状を詳述する。尚、定着装置５０の構造は、上記した第２実施形態とほぼ同様の構造なので、図示とその説明を省略する。この第２実施形態の画像形成装置では、定着装置５０の定着ローラ５１のスポンジローラ部５７の肉厚部に、その径方向に向けて中心部付近と外周部付近の２段に同心円状の複数の穴５９が開設されている。尚、図示しないが、加圧ローラ５２にも同様な穴６０が複数開設されている。
【００２０】
そして、定着ローラ５１と加圧ローラ５２との接触部分に部分的に強い圧力がかかったときに、これらスポンジローラ部５７、５８の複数の２段の同心円状の穴５９、６０でこの圧力がより効果的に吸収されることとなる。従って、トナー画像が潰されることを防止でき、且つ定着ローラ５１と加圧ローラ５２の接触部分を通る用紙に紙シワが発生することをなくすことができ、しかも、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の断熱効果をより一層向上できる。
【００２１】
尚、この第２実施形態では、定着ローラ５１と加圧ローラ５２とのスポンジローラ部５７、５８に、その径方向に向けて中心部付近と外周部付近の２段に同心円状の複数の穴５９、６０が開設されているものについて説明したが、これに限らず、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の各スポンジローラ部５７、５８の全体に渡り、その肉厚部の径方向に向けて穴５９、６０をランダムに複数開設してもよいことは勿論である。また、上記した各実施形態では、定着ローラ５１と加圧ローラ５２のスポンジローラ部５７、５８に穴５９、６０を複数開設したものについて説明したが、定着ローラ５１と加圧ローラ５２のどちらか一方だけに、穴５９又は６０を開設してもよいことは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、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、定着ローラと加圧ローラのうち、少なくとも定着ローラの表面に当接してそのローラを加熱する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、定着ローラ及び／又は加圧ローラに、単層のスポンジローラ部分を設け、このスポンジローラ部分の肉厚部の中央部付近又は外周部付近に、ローラの軸線方向に向けて貫通する穴を周方向に向けて複数開設しているので、以下に述べる効果を奏する。
【００２３】
即ち、定着ローラ及び／又は加圧ローラの表面に、部分的に強い圧力がかかったときに、各ローラのスポンジローラ部に開設された穴によって、この強い圧力が吸収されて、トナー画像が潰されることを防止でき、且つ用紙に紙シワが発生することをなくすことができる。しかも、穴が開設されているので、定着ローラと加圧ローラの断熱効果を向上できてウォームアップ時間を短くすることができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、外部加熱手段は内部に熱源を備え、少なくとも定着ローラ表面に当接することによってそのローラを加熱する加熱ローラで構成されているので、この加熱ローラの表面の熱を少なくとも定着ローラの表面に均一に伝えることができる。したがって、ウオームアップ時間をより一層短くすることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、穴は、定着ローラ及び／又は加圧ローラのスポンジローラ部分の肉厚部に１つの同心円状に設けられているので、この穴を開設する作業を簡単に行なえ、この同心円状の穴によって、定着ローラ及び／又は加圧ローラの表面の周方向どの部分に強い圧力がかかっても、この強い圧力を吸収することができ、用紙のどの部分でもトナー画像が潰されることを防止でき、用紙のどの部分でも紙シワが発生することを防止できる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、穴は、定着ローラ及び／又は加圧ローラのスポンジローラ部分の肉厚部に、その径方向に向けて複数段の同心円状に設けられているので、定着ローラ及び／又は加圧ローラの表面に強い圧力がかかったときに、この強い圧力をより一層効果的に吸収することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、穴は、定着ローラ及び／又は加圧ローラのスポンジローラ部分の肉厚部のほぼ全体に渡り、その肉厚部の径方向に向けてランダムに複数設けられているので、定着ローラ及び／又は加圧ローラに穴を開設するときに、その開設箇所を限定する必要がなくて、穴の開設を容易に行なうことができる。更に、定着ローラ及び／又は加圧ローラの表面にかかった強い圧力をそのスポンジローラ部にランダムに設けられたどの穴でも吸収することができて、この強い圧力をより一層効果的に吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成の１例を模式的に示す正面図である。
【図２】各画像形成部を模式的に示す正面図である。
【図３】第１実施形態の画像形成装置における定着装置を模式的に示す正面図である。
【図４】第２実施形態の画像形成装置における定着装置の定着ローラを模式的に示す正面図である。
【図５】従来の定着装置を模式的に示す正面図である。
【符号の説明】
５０　　定着装置
５１　　定着ローラ
５２　　加圧ローラ
５３　　定着側加熱ローラ
５４　　加圧側加熱ローラ
５５、５６　加熱用ヒータ
５７、５８　スポンジローラ部
５９、６０　穴
【図１】
2004038099.tif 000003
【図２】
2004038099.tif 000004
【図３】
2004038099.tif 000005
【図４】
2004038099.tif 000006
【図５】
2004038099.tif 000007