(57)【要約】【課題】  定着装置に使用する加圧ローラにおいて、ウォームアップ時間の短縮と表面温度の安定性を図る。【解決手段】  内側の第１層４１として低熱容量ゴムを使用することにより、加圧ローラ３１全体としての熱容量を下げることができ、ウォームアップ時に定着ローラ３１から加圧ローラ３２に移動する熱量について、少ない熱量の移動で、加圧ローラ３２を所定の定着温度に加熱することができる。すなわち、ウォームアップ時間を短縮することができる。一方、外側の第２層４２として高熱容量ゴムを使用することにより、記録材Ｐ上にトナー像を定着する際に、記録材Ｐやトナー像に熱が奪われても温度が低下しにくい。つまり表面温度が安定する。【選択図】      図２ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他部材に当接される弾性回転体によって構成された加圧ローラにおいて、
芯金と、
前記芯金の外周面を円筒状に囲繞する低熱容量ゴムによって構成された第１層と、
前記第１層の外周面を円筒状に囲繞する高熱容量ゴムによって構成された第２層とを備える、
ことを特徴とする加圧ローラ。
【請求項２】
前記第１層は、熱容量が１．００〜１．５０Ｊ（ジュール）であり、前記第２層は、熱容量が１．７０〜２．１０Ｊ（ジュール）以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
【請求項３】
前記第１層を構成する前記低熱容量ゴム及び前記高熱容量ゴムが、シリコーンゴムである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加圧ローラ。
【請求項４】
前記第１層と前記第２層は、硬度がほぼ同じである、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
【請求項５】
前記第１層の層厚に対する前記第２層の層厚が１／５〜１／２である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
【請求項６】
前記第２層の外周面を覆うＰＦＡチューブを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加圧ローラ。
【請求項７】
加熱手段によって加熱される定着部材と、前記定着部材に当接されて前記定着部材との間に定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、表面に未定着トナー像を担持した状態で前記定着ニップ部に挿通される記録材を加熱・加圧して前記トナー像を定着するた定着装置において、
前記加圧部材が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加圧ローラである、
ことを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性回転体によって構成された加圧ローラ、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に使用される定着装置の加圧ローラ、及びこれを備えた定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機，プリンタ，ファクシミリ等の定着装置に使用される加圧ローラとして、例えば、特許文献１〜３には以下のようなものが記載されている。
【０００３】
特許文献１の加圧ローラは、ローラ中心部の芯金から外層に向かって順次、シリコーンスポンジ層、シリコーンゴム層、フッ素樹脂チューブ層を設けた多層構造である。
【０００４】
また、特許文献２の加圧ローラは、芯金の外周に、第１の弾性層（耐熱性のゴムからなるスポンジ層）、第２の弾性層（導電層）、第３の弾性層（フッ素系界面活性剤を含有するシリコーンゴム層）を設けている。
【０００５】
さらに、特許文献３の加圧ローラは、芯金の外周に第１の弾性層と第２の弾性層とを設けたものであり、第１の弾性層は硬度５〜１５°で厚みが２ｍｍ以上ゴムによって形成され、第２の弾性層は硬度が３０〜５０°で厚みが０．２〜２ｍｍのゴムによって形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３５３５６号公報
【特許文献２】特開平１−２２７１７９号公報
【特許文献３】特開平１−１９７７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１によると、用紙の紙しわ、封筒しわ等を防止し、またトナーの離型性、トナーの定着性を向上させることができるようになっている。
【０００８】
また、特許文献２によると、紙しわやトナーオフセットを抑制することができるようになっている。
【０００９】
また、特許文献３によると、紙しわを抑制し、安価で小型に構成することができる。
【００１０】
しかしながら、上述の実施の形態１〜３によると、紙しわの抑制やトナー離型性の向上は図ることができるものの、ウォームアップ時間の短縮、及び加圧ローラ表面の温度安定性、といった観点からは、必ずしも加圧ローラの層構成は好適なものではなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、ウォームアップ時間の短縮及び表面の温度安定性とを両立させることのできる加圧ローラ、及びこれを備えた定着装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、他部材に当接される弾性回転体によって構成された加圧ローラにおいて、芯金と、前記芯金の外周面を円筒状に囲繞する低熱容量ゴムによって構成された第１層と、前記第１層の外周面を円筒状に囲繞する高熱容量ゴムによって構成された第２層とを備える、ことを特徴としている。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の加圧ローラにおいて、前記第１層は、熱容量が１．００〜１．５０Ｊ（ジュール）であり、前記第２層は、熱容量が１．７０〜２．１０Ｊ（ジュール）以上である、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の加圧ローラにおいて、前記第１層を構成する前記低熱容量ゴム及び前記高熱容量ゴムが、シリコーンゴムである、ことを特徴としている。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加圧ローラにおいて、前記第１層と前記第２層は、硬度がほぼ同じである、ことを特徴としている。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加圧ローラにおいて、前記第１層の層厚に対する前記第２層の層厚が１／５〜１／２である、ことを特徴としている。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の加圧ローラにおいて、前記第２層の外周面を覆うＰＦＡチューブを備える、ことを特徴としている。
【００１８】
請求項７に係る発明は、加熱手段によって加熱される定着部材と、前記定着部材に当接されて前記定着部材との間に定着ニップ部を形成する加圧部材とを備え、表面に未定着トナー像を担持した状態で前記定着ニップ部に挿通される記録材を加熱・加圧して前記トナー像を定着するた定着装置において、前記加圧部材が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加圧ローラである、ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の加圧ローラによると、内側の第１層として低熱容量ゴムが使用されているので、加圧ローラ全体としての熱容量を下げることができ、例えば他部材としての定着ローラから加圧ローラに移動する熱量について、少ない熱量で加圧ローラが所定の温度に加熱される。つまりウォームアップ時間が短縮される。一方、外側の第２層として高熱容量ゴムが使用されているので、例えば、記録材上のトナー像を定着する際に、記録材やトナー像に熱が奪われても温度が低下しにくい。つまり表面温度が安定する。このように、ウォームアップ時間の短縮と加圧ローラ表面の温度安定性とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る加圧ローラ及び定着装置が適用される画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ）の一例の概略構成を模式的に示す図である。
【００２２】
同図に示す画像形成装置は、記録材（例えば、普通紙、封筒、シート状の透明フィルム）Ｐに画像（トナー像）を形成する画像形成部１と、記録材Ｐを給搬送する給搬送部２と、記録材Ｐ上にトナー像を定着する定着部（以下「定着装置」という。）３とを備えている。以下、順に説明する。
【００２３】
画像形成部１は、矢印Ｒ１方向に回転駆動される感光ドラム１１と、この感光ドラム１１の周囲にその回転方向に沿ってほぼ順に配設された各プロセス機器とを備えている。プロセス機器としては、感光ドラム１１表面を帯電する帯電ローラ１２、帯電後の感光ドラム１１表面に静電潜像を形成する露光装置１３、静電潜像を現像する現像装置１４、現像によって感光ドラム１１表面に形成されたトナー像を記録材Ｐに転写する転写ローラ１５、トナー像転写後に感光ドラム１１表面を清掃するクリーニング装置１６等がある。
【００２４】
給搬送部２は、記録材Ｐを収納する給紙カセット２１と、この給紙カセット２１から記録材Ｐを給紙する給紙ローラ２２と、記録材Ｐを搬送する搬送ローラ２３と、記録材Ｐを所定のタイミングで、感光ドラム１１と転写ローラ１５との間の転写ニップ部Ｔに供給するレジストローラ２４とを備えている。
【００２５】
定着装置３は、定着ローラ３１と、この定着ローラ３１に下方から当接されて定着ローラ３１との間に定着ニップ部Ｎを形成する加圧ローラ３２と、定着ローラ３１の内側に配設されて定着ローラ３１を加熱するヒータ３３とを備えている。なお、定着装置３については、後に詳述する。
【００２６】
上述構成の画像形成装置は、以下のようにして記録材Ｐ上にトナー像を形成する。
【００２７】
感光ドラム１１は駆動手段（不図示）によって所定のプロセススピード（周速度）で矢印Ｒ１１方向に回転駆動され、その表面が帯電ローラ１２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。帯電後の感光ドラム１１表面は、露光装置１３によって画像情報に応じた走査露光が行われ、露光部分の電荷が除去されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置１４に収納されている現像剤中の粉体のトナーが付着されて、トナー像として現像される。このトナー像は、感光ドラム１１表面に担持され、感光ドラム１１の矢印Ｒ１１方向の回転に伴って転写ニップ部Ｔに搬送される。
【００２８】
一方、給紙カセット２１に収納されていた記録材Ｐは、給紙ローラ２１によって１枚給紙され、搬送ローラ２３によってレジストローラ２４に搬送される。レジストローラ２４に搬送された記録材Ｐは、一旦停止された後、感光ドラム１１上のトナー像が転写ニップ部Ｔに搬送されるのとタイミングを合わせるようにしてレジストローラ２４により転写ニップ部Ｔに供給される。供給された記録材Ｐは、転写ローラ１５により表面にトナー像が転写される。
【００２９】
トナー像転写後の感光ドラム１１は、表面に残った残留トナーがクリーニング装置１６によって除去されて次の画像形成に供される。
【００３０】
一方、トナー像転写後の記録材Ｐは、定着装置３に搬送され、定着ニップ部Ｎを通過する際に、定着ローラ３１及び加圧ローラ３２によって加熱され、加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、排紙トレイ３４上に排出され、これにより、１枚の記録材Ｐに対する画像形成が終了する。
【００３１】
つづいて定着装置３について詳述する。
【００３２】
定着装置３は、上述のように、定着ローラ３１、加圧ローラ３２、ヒータ３３を備えており、他に定着ローラ３１の表面に対向するように配置されたサーミスタ（温度検出手段）３５を備えている。サーミスタ３５が検出した定着ローラ３１の温度データは、制御手段３６に送られ、制御手段３６はその検出温度に基づいて、ヒータ３３に供給する電力を調整し、これにより定着ローラ３１を所定の定着温度（例えば１７０〜１９０℃）に保持している。なお、以下では、画像形成装置の電源を投入してから、定着ローラ３１の温度が所定の定着温度（本実施の形態では、１７５℃）に達するまでの時間をウォームアップ時間というものとする。
【００３３】
上述の加圧ローラ２３は、中心に配設された芯金４０と、その外周面を円筒状に覆う第１層４１と、さらにこの第１層４１の外周面を円筒状に覆う第２層４２と、この第２層４２の外周面を被覆する表面層４３とを有している。
【００３４】
芯金４０は、例えば、鉄製又はアルミニウム（Ａｌ）製の、直径１４ｍｍの丸棒によって形成されていて、長手方向の両端部が、軸受部材（不図示）によって回転自在に支持されている。軸受部材は、付勢部材（例えば圧縮ばね：不図示）によって定着ローラ３１に向けて付勢されており、これにより加圧ローラ３２の表面は、定着ローラ３１の表面に所定の押圧力をもって当接されている。この当接により、定着ローラ３１表面と加圧ローラ３２表面との間には、芯金４０の長手方向に沿って帯状の定着ニップ部Ｎが形成されている。この定着ニップ部Ｎのニップ幅（記録材Ｐの搬送方向に沿った方向の寸法）は、例えば４〜５ｍｍに設定されている。本実施の形態では、４ｍｍとなるようにした。
【００３５】
第１層４１は、低熱容量ゴム、さらに具体的には低熱容量のシリコーンゴムによって形成されている。図３に、本実施の形態で使用した低熱容量ゴム（図３中の低熱容量材料Ａ）の物性値を示す。同図に示すように、この低熱容量ゴムは、その熱容量が１．２０Ｊ（ジュール）である。第１層４１として使用する低熱容量ゴムの熱容量としては、１．００〜１．５０Ｊの範囲のものを好適に使用することができる。この低熱容量ゴムの硬度は、２８°（ＡＳＫＥＲ  Ｃ）である。
【００３６】
第２層４２は、高熱容量ゴム、さらに具体的には高熱容量のシリコーンゴムによって形成されている。図３に、本実施の形態で使用した高熱容量ゴム（図３中の高熱伝導材料Ｂ）の物性値を示す。同図に示すように、この高熱容量ゴムは、その熱容量が１．９４Ｊである。第２層４２として使用する高熱容量ゴムの熱容量としては、１．７０〜２．１０Ｊの範囲のものを好適に使用することができる。この高熱容量ゴムの硬度は、３１°（ＡＳＫＥＲ  Ｃ）であり、上述の低熱容量ゴムの硬度とほぼ同じである。
【００３７】
ここで、第１層４１を構成する低熱容量ゴム、また第２層４２を構成する高熱容量ゴムとして、いずれもシリコーンゴムを使用している。加圧ローラ３２に使用するシリコーンゴムは、特に高温に長時間耐える必要があり、耐熱性を向上させるためには、純度を上げる（特にイオン性の不純物を除去する）こと、他の合成ゴムと同様、抗酸化剤を添加すること、架橋構造を均一化すること、等の処理が必要となる。有機過酸化物で加硫するシリコーンゴムには、通常の酸化防止剤は適当ではなく、希土類、チタン、ジルコン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル等の金属酸化物、炭酸塩、脂肪酸塩が好適に用いられる。シリコーンゴムは、上述の処理を適宜に組み合わせることにより、一般グレードに比べて耐熱性を大幅に向上させることが可能である。さらに、第２層４２の高熱容量のシリコーンを作製するには、液状のシリコン樹脂の中に、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ等の高熱伝導性及び高絶縁性のフィラーを練り込ませる。
【００３８】
なお、第１層４１及び第２層４２についての、「低熱容量」、「高熱容量」は、絶対的な値ではなく、相互に比較したときの相対的な値をいうものとする。すなわち、第１層４１（第２層４２）は、第２層４２（第１層４１）と比較して熱容量が低い（高い）という意味である。
【００３９】
本実施の形態においては、第１層４１の層厚をＳ１、また第２層の層厚をＳ２としたときに、これらの比、Ｓ２／Ｓ１が１／５〜１／２となるように、それぞれの層厚を設定している。
【００４０】
表面層４３としては、本実施の形態では、厚さ５０μｍの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）チューブを使用した。
【００４１】
以上説明した加圧ローラ３２は、全体として直径（外径）２５ｍｍに仕上げられ、上述の定着ローラ３１に当接させて、両者の間に、上述のようにニップ幅が４ｍｍの定着ニップ部Ｎを構成した。
【００４２】
また、定着ローラ３１は、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ３１方向に所定の定着スピード（９０〜１２０ｍｍ／ｓｅｃ、本実施の形態では９４ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動され、加圧ローラ３２は定着ニップ部Ｎを介して矢印Ｒ３２方向に従動回転する。定着温度は、上述のように、１７５℃に設定されている。
【００４３】
上述の定着装置３は、画像形成装置の電源の投入によって、ウォームアップが開始され、定着ローラ３１の温度が定着温度１７５℃になるまで、ウォームアップが続けられる。そして、定着ローラ３１が定着温度にまで達すると、ウォームアップが終了する。そして、画像形成装置の操作パネル（不図示）のスタートボタンが押されると、画像形成が開始される。前述のようにして、記録材Ｐ上にトナー像が転写され、未定着トナー像ｔを担持した記録材Ｐが定着装置３に搬送されてくる。定着装置３は、定着ローラ３１が１７５℃に維持された状態で矢印Ｒ３１方向に回転し、また加圧ローラ３２が矢印Ｒ３２方向に回転する。記録材Ｐは、定着ニップ部Ｎを通過する際に、定着ローラ３１及び加圧ローラ３２によって加熱され、また加圧されて、トナー像が溶融固着される。これによりトナー像の定着が終了する。
【００４４】
以上説明した加圧ローラ３２によると、内側の第１層４１として低熱容量ゴムを使用している。これにより、加圧ローラ３２全体としての熱容量を下げることができ、ウォームアップ時に定着ローラ３１から加圧ローラ３２に移動する熱量について、少ない熱量の移動で、加圧ローラ３２を所定の定着温度に加熱することができる。すなわち、ウォームアップ時間を短縮することができる。一方、外側の第２層４２として高熱容量ゴムを使用している。これにより、記録材Ｐ上にトナー像を定着する際に、記録材Ｐやトナー像に熱が奪われても温度が低下しにくい。つまり表面温度が安定する。このように、本実施の形態に係る加圧ローラ３２によると、ウォームアップ時間の短縮と加圧ローラ表面の温度安定性とを両立させることができる。
【００４５】
また、第１層４１と第２層の硬度がほぼ同じに設定されているので、定着ローラ３１に当接された際に、それぞれの層で偏りがなく均一に変形する。これにより、定着ニップ部Ｎの形状が安定し、定着ニップ部Ｎを通過する記録材Ｐを均等に加圧することが可能となり、良好な定着性を実現することができる。なお、本実施の形態のような構成を採用することにより、低温時（印刷可能な温度範囲内における低温時）の一枚目の定着性を改善することが可能になる。
【００４６】
また、第１層４１の層厚Ｓ１に対する第２層４２の層厚Ｓ２を１／５〜１／２に設定することにより、つまり第２層４２に対して第１層４１の体積を比較的大きくとることにより、全体としての熱容量の低下を、実効あるものとしている。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上の実施の形態においては、加圧ローラ３２を、画像形成装置の定着装置３に使用する場合を例に説明したが、本発明に係る加圧ローラは、これに限定されるものではなく、加熱処理を伴う場合の加圧ローラとして、広く一般に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る加圧ローラが適用される定着装置、及び画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】定着装置、特に加圧ローラの層構成を模式的に示す図である。
【図３】加圧ローラの第１層及び第２層を構成する材料の物性値を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
３……定着装置（定着部）、３１……他部材（定着部材：定着ローラ）、３２……加圧ローラ（加圧部材）、３３……加熱手段（ヒータ）、４０……芯金、４１……第１層（低熱容量ゴム）、４２……第２層（高熱容量ゴム）、４３……表面層（ＰＦＡチューブ）、Ｎ……定着ニップ部、Ｐ……記録材
【図１】
2005106895.tif 000003
【図２】
2005106895.tif 000004
【図３】
2005106895.tif 000005