(57)【要約】【課題】高い加熱効率が得られ、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１１は、光透過性部材からなるベース層１２と、この外面に密着する発泡状光透過性弾性部材層１３と、この外面に密着する光熱変換層１４と、この外面に密着する離型層１５とを備える。ベース層１２の内側にハロゲンランプ３１を備え、ベース層１２及び発泡状光透過性弾性部材層１３を通過した光が、光熱変換層１４で熱に変換されることにより、定着ローラ１１の表面が発熱し、未定着トナーの定着が可能となる。光透過性弾性部材層１３の光透過性弾性部材を発泡状にすることにより、定着ローラ１１表面を均一に加熱することができるので、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。【選択図】      図１
2004294588.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部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、
前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、４つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された光透過性弾性部材層と、この光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換層と、この光熱変換層の外側に配置された離型層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備え、前記光透過性弾性部材が発泡状であることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、
前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、３つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された光透過性弾性部材層と、この光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換性と離型性を兼備した部材層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備え、前記光透過性弾性部材が発泡状であることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記光熱変換層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記光熱変換性と離型性を兼備した部材層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【請求項５】
前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記定着部材及び加圧部材のうち、前記４つの層或いは３つの層と、前記発光手段とを備える方がローラで構成され、それらを備えない方がベルトで構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいず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、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入して、未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置に関する。
【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】
このような熱ローラ定着方式では、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、ローラ表面までの熱伝達の効率が低く、熱の損失が大きい。また、ローラ表面まで熱が伝達するのに長い時間が必要である。その結果、加熱効率が悪いために消費電力が多く、ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間に幾分も要するなどといった問題があった。
【０００４】
これを改善するために、光透過性耐熱樹脂で円筒形状芯材を形成し、その外側に弾性部材層を、さらにその外側に熱線吸収層（光熱変換層）を形成した定着ローラを用いた定着装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２７３４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の定着装置において、一般的には、発光手段としてはハロゲンランプが用いられる。しかしながら、ハロゲンランプでは、その発光部分であるフィラメントの巻線形状に起因する発光ムラが、定着ローラ表面の温度ムラになってしまうという問題が生じる。
【０００７】
また、特許文献１記載の定着装置は、光熱変換層で得られた熱が弾性部材層へと熱伝導して逃げてしまい、定着ローラ表面が定着可能な温度に達するまでのウォームアップ時間の短縮化において、十分に改善がなされているとは言えない。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、定着部材或いは加圧部材の表面に温度ムラを発生させることなく、高い加熱効率が得られる構造を提案し、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能な定着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、４つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された光透過性弾性部材層と、この光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換層と、この光熱変換層の外側に配置された離型層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備え、前記光透過性弾性部材が発泡状であることとした。
【００１０】
この構成によれば、弾性部材が発泡状であるので、弾性部材の内部に多数の気泡が入ることになる。これにより、発光手段から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、発光手段の形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、発光手段を備える部材の表面の温度ムラを抑制することができる。したがって、発光手段を備える部材表面を均一に加熱することができるので、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材を発泡状にすることで、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図ることが可能である。
【００１１】
また、用紙上の未定着トナーを定着する定着部材と、この定着部材に当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧部材とを備えた定着装置において、前記定着部材及び加圧部材の少なくとも一方が、３つの層を備え、これらの層が、光透過性部材からなるベース層と、このベース層の外側に配置された光透過性弾性部材層と、この光透過性弾性部材層の外側に配置された光熱変換性と離型性を兼備した部材層であるとともに、前記ベース層の内側に発光手段を備え、前記光透過性弾性部材が発泡状であることとした。
【００１２】
この構成によれば、一番外側の層が光熱変換性を持つことになるので、加熱効率の向上及びウォームアップ時間の短縮化を図ることができる。また、一つの層が光熱変換性と離型性とを兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置を提供することができる。
【００１３】
また、前記光熱変換層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいこととした。
【００１４】
この構成によれば、光熱変換層で得られた熱が、光透過性弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００１５】
また、前記光熱変換性と離型性を兼備した部材層の熱伝導率が、前記光透過性弾性部材層の熱伝導率よりも大きいこととした。
【００１６】
この構成によれば、光熱変換性を備える層で得られた熱が、光透過性弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置の加熱効率をさらに高めることができる。
【００１７】
また、前記定着部材及び加圧部材の両方がローラで構成されることとした。
【００１８】
この構成によれば、定着装置を構成する主な部品が定着ローラ及び加圧ローラのみになるので、構造の簡素化を図ることができ、装置をよりコンパクトにすることが可能である。さらに、部品点数の削減によるコストダウンが可能である。
【００１９】
また、前記定着部材及び加圧部材のうち、前記４つの層或いは３つの層と、前記発光手段とを備える方がローラで構成され、それらを備えない方がベルトで構成されることとした。
【００２０】
この構成によれば、定着部材及び加圧部材の両方がローラである場合と比較して、ベルトを使用することによって低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着部材表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられ、定着部１０の定着部材である定着ローラ１１内には、発光手段であるハロゲンランプ３１が配置されている。
【００２３】
定着部１０は、定着部材である定着ローラ１１で構成される。定着ローラ１１には、光透過性部材からなるベース層１２が設けられている。ベース層１２は、石英やホウケイ酸等のガラス材料、或いはポリイミドやポリアミド等の樹脂材料で構成される。光透過性ではあるが、材料によっては１〜２０％程度の光を吸収する場合があるので、定着ローラ１１の基礎部材としての強度が保持できる範囲でできるだけ肉厚が薄いほうが好ましい。したがって、第１の層１２の厚さｔ１と外径Ｄ１の関係が、０．０５≦ｔ１／Ｄ１≦０．２０、望ましくは０．０７≦ｔ１／Ｄ１≦０．１４となるようにする。
【００２４】
ベース層１２の外面には、光透過性弾性部材層１３が密着して設けられている。この光透過性弾性部材は、発泡状のシリコンゴムで構成される。光透過性弾性部材層１３でできるだけ光が吸収されないようにするためには、肉厚を薄くし、気泡径を大きくするほうか良い。しかしながら、肉厚を薄くし過ぎると、トナーを溶融するのに必要なニップ量が少なくなってしまう。また、気泡径を大きくし過ぎると、シリコンゴムの強度が弱くなり破損したり、気泡形状が用紙に写ってしまったりする恐れがある。したがって、光透過性弾性部材層１３の厚さは、１〜２０ｍｍ、望ましくは２〜１０ｍｍとする。また、気泡径は、２０〜５００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。そして、この発泡状シリコンゴムの熱伝導率は、発泡状態によっても異なるが、０．０８〜０．１３Ｗ／ｍ・ｋである。
【００２５】
光透過性弾性部材層１３の外面には、光熱変換層１４が密着して設けられている。この光熱変換層１４で、前記ベース層１２及び光透過性弾性部材層１３を通過してきたハロゲンランプ３１の光が熱に変換されることにより、定着ローラ１１の表面が発熱し、未定着トナーの定着が可能となる。光熱変換層１４は、カーボンブラックや黒鉛、鉄黒（Ｆｅ３Ｏ４）、各種フェライト及びその化合物、酸化銅、酸化コバルト、ベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３）等の粉末を混入した樹脂バインダ（結合材）で構成され、これを焼付けや塗布、或いはチューブ状に成型したものを被覆するなどして設けられている。光熱変換層１４は、光吸収率が略１００％となる厚さあれば良く、肉厚を厚くし過ぎるとローラの硬度が上がり、トナーを溶融するのに必要なニップ量が得られなくなってしまう。したがって、光熱変換層１４の厚さは、１０〜２００μｍ、望ましくは２０〜１００μｍとする。そして、この光熱変換層１４の熱伝導率は、光透過性弾性部材層１３の熱伝導率よりも大きい。
【００２６】
光熱変換層１４の外面には、離型層１５を密着して設け、トナーの離型性を高める。離型層１５には、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）等のフッ素系樹脂が用いられ、塗料の塗布やチューブを被せることによって層が設けられている。ＰＦＡチューブであれば３０〜１００μｍ、フッ素樹脂塗料であれば２０〜３０μｍの厚さである。
【００２７】
光熱変換層１４と離型層１５は、これらを兼備した部材によって一つの層で構成しても構わない。
【００２８】
加圧部２０は、加圧部材である加圧ローラ２１で構成される。定着ローラ１１と当接する加圧ローラ２１は、ステンレス鋼からなる芯金２２の外側に、弾性部材層２３を構成するスポンジシリコンゴムが設けられている。この加圧ローラ２１が定着ローラ１１と当接することで用紙を挿通させるニップを形成する。
【００２９】
定着ローラ１１の外側には、定着ローラ１１の表面に接するようにサーミスタ４１が備えられている。このサーミスタ４１により加熱部の温度を検知し、ハロゲンランプ３１を制御することによって温度制御を行う。
【００３０】
なお、これまでに登場した寸法等の数値は、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。
【００３１】
図２は、定着ローラ表面が所定温度（１６０°Ｃ）に達するまでの時間を、光透過性弾性部材層を構成する光透過性弾性部材が発泡状である部材と発泡状ではない部材とで比較したグラフである。グラフの横軸は、加熱開始からの経過時間を示し、縦軸は定着ローラ１１表面の温度を示す。
【００３２】
ここで、実験は次の条件に基づいて行う。まず、ベース層１２には、外径２５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、全長３３０ｍｍの石英ガラス素管を使用する。その外側の光透過性弾性部材層１３には、光透過性弾性部材が発泡状である部材として厚さ２ｍｍの発泡タイプの透明シリコンゴムを、発泡状ではない部材として厚さ２ｍｍの無発泡タイプの透明シリコンゴムを使用する。その外側には、光熱変換性と離型性を兼備した部材である、カーボンブラックを含有させた導電性ＰＦＡチューブを被せる。ハロゲンランプ３１は、１００Ｖ−５００Ｗの出力である。温度測定には熱電対を使用し、定着ローラ１１の用紙幅方向中央に接触させて測定した。実験環境は、室温２４°Ｃ、湿度５５％である。
【００３３】
上記のようにして実験を行った結果、次のことが分かった。すなわち、光透過性弾性部材層１３が、発泡状である部材のほうが、発泡状ではない部材よりも１０秒以上、定着ローラ１１が所定温度（１６０°Ｃ）に達するまでの時間が短い。このように、光透過性弾性部材層１３を発泡状とすることによって、高い加熱効率が得られ、ウォームアップ時間の短縮が可能となり、消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００３４】
なお、加圧部２０の構成は、加圧部材である加圧ローラ２１をベルトに代えるといった構成でも良い。この場合、加圧部材がローラである場合と比較して、低熱容量化を図ることができる。また、適切なニップ時間を設定することができる。その結果、定着ローラ１１の表面が定着可能な温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能である。また、安定した定着性を得ることが可能である。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記図１に示す第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、説明は省略するものとする。
【００３６】
定着装置１には、定着部１０と加圧部２０が備えられている。定着部１０の定着部材である定着ローラ１１は３つの層で構成され、これらの層は、光透過性部材からなるベース層１２と、このベース層１２の外面に密着する発泡状の光透過性弾性部材層１３と、この光透過性弾性部材層１３の外面に密着する光熱変換性と離型性を兼備した部材層１６である。
【００３７】
加圧部２０の加圧部材である加圧ローラ２１も、定着ローラ１１と同様に、光透過性部材からなるベース層２４と、このベース層２４の外面に密着する発泡状の光透過性弾性部材層２５と、この光透過性弾性部材層２５の外面に密着する光熱変換性と離型性を兼備した部材層２６とで構成される。
【００３８】
なお、光熱変換性と離型性を兼備した部材層１６及び２６の熱伝導率は、光透過性弾性部材層１３及び２５の熱伝導率よりも大きい。例えば、発泡状光透過性弾性部材の熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・ｋであって、光熱変換性能と離型性能とを兼備した部材の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・ｋである。
【００３９】
定着ローラ１１及び加圧ローラ２１の内側には、各々ハロゲンランプ３１、３２が配置されている。また、定着ローラ１１及び加圧ローラ２１の外側には、各々サーミスタ４１、４２が配置されている。
【００４０】
第２の実施形態は、加圧ローラ２１も直接加熱可能な構造であるので、通紙中においても加圧ローラ２１を加熱し続けることができる。その結果、用紙に熱が奪われることによる加圧ローラ２１の温度低下を低減することが可能となり、さらに高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮、消費電力の低減を図ることができる。そして、加圧ローラ２１の温度変動が少ないので、安定した定着性を得ることが可能である。
【００４１】
また、光熱変換層１４、或いは光熱変換性と離型性を兼備した部材層１６及び２６の熱伝導率を、発泡状光透過性弾性部材層１３及び２５の熱伝導率よりも大きくすることにより、光熱変換性を備えた層で得られた熱が弾性部材層へ熱伝導して逃げるのを抑制することができる。その結果、定着装置１の加熱効率をさらに高めることができる。
【００４２】
さらに、光熱変換性と離型性を兼備した部材層１６及び２６は、一つの層が光熱変換性と離型性を兼ね備えているので、これらを各々別個に製作するためのコストを削減できるとともに、組み立てに掛かる時間も短縮することが可能である。したがって、低コストで製作時間の短い定着装置１を提供することができる。
【００４３】
上記のように本発明の実施形態を示したが、この他、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の上記構成によれば、弾性部材が発泡状であるので、弾性部材の内部に多数の気泡が入ることになる。これにより、発光手段から弾性部材層へと入射した光が、気泡により乱反射する。その結果、発光手段の形状に起因する発光ムラの影響をなくすことができ、発光手段を備える部材の表面の温度ムラを抑制することができる。したがって、発光手段を備える部材表面を均一に加熱することができるので、高い加熱効率が得られるとともに、ウォームアップ時間の短縮及び消費電力の低減が可能となる。また、弾性部材を発泡状にすることで、気泡がない部材と比較して材料を少なくすることができる。これにより、弾性部材中への光吸収量を少なくすることが可能であるので、さらに高い加熱効率が得られる。そして、材料削減によるコストダウンを図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の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【図２】定着ローラ表面が所定温度に達するまでの時間を、光透過性弾性部材が発泡状である部材と発泡状ではない部材とで比較したグラフ
【図３】本発明の第２の実施形態に係る定着装置を示す模型的断面図
【符号の説明】
１    定着装置
１０  定着部
１１  定着ローラ
１２、２４  ベース層
１３、２５  発泡状光透過性弾性部材層
１４  光熱変換層
１５  離型層
１６、２６  光熱変換性と離型性を兼備した部材層
２０  加圧部
２１  加圧ローラ
３１、３２  ハロゲンランプ
【図１】
2004294588.tif 000003
【図２】
2004294588.tif 000004
【図３】
2004294588.tif 000005