(57)【要約】  【課題】  気泡が分散混入した弾性層を有する加熱ローラを用いた定着装置において、弾性層の表面に凹凸が生じないようにして、凹凸に起因する光沢ムラや部分的な定着不良を防止する。  【解決手段】  加熱ローラ１として、円筒状で透光性の基材１１上に、基材１１側から順に透光性の弾性層１２と熱線吸収層１３が形成され、基材１１の内側にハロゲンランプ１５が設けられたものを用いる。そして、弾性層１２として樹脂製又はガラス製のマイクロバルーン１２１より形成された空隙部を含有するものを用いる。ここで熱線吸収層１３の上に離型層１４をさらに形成すると、定着性能を一層向上させることができる。また熱線吸収層１３の熱伝導率を、弾性層１２の熱伝達率よりも大きくすると、ウォーミングアップ時間の一層の短縮化が図れるようになる。【選択図】      図２
2007064995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置において、
前記加熱部材が、円筒状で透光性の基材と、基材上に形成された、樹脂製又はガラス製のマイクロバルーンにより形成された空隙部を有する透光性の弾性層と、弾性層上に形成された熱線吸収層と、前記基材の内側に配置された熱線発生部材とを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記熱線吸収層の上に離型層がさらに形成された請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記熱線吸収層の熱伝導率が、前記弾性層の熱伝達率よりも大きい請求項１又は２記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は定着装置に関し、より詳細には加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では定着装置として熱定着ローラ方式のものがこれまで広く使用されてきた。この熱定着ローラ方式の定着装置は、ハロゲンランプを内蔵した加熱ローラに加圧ローラを圧接させ、両ローラのニップ部分に、トナー画像が載った転写紙を通すことによって、トナー画像を転写紙上に溶融定着させるものである。
【０００３】
このような熱定着ローラ方式の定着装置は、画像形成装置全体の約７０％もの電力を消費していた。このため、近年の環境問題の意識の高まりを受けて、定着装置の省エネルギー化が市場から強く要請さている。この定着装置の省エネルギー化を図るためには、電源を入れてから定着可能温度になるまでの時間、いわゆるウォーミングアップ時間の短縮が効果的である。
【０００４】
そこで特許文献１では、加熱部材及び加圧部材の少なくとも一方として、内側に発光手段を備えた、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発泡状の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とを備えるものを用い、定着処理に必要なニップ量を確保しながらウォームアップ時間を短縮することが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２９４５８８号公報（特許請求の範囲、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、弾性層としてスポンジゴムなどの発泡弾性体を用いると、弾性層の表面に発泡による気泡が露出し凹凸ができる。表面に凹凸のあるこのような弾性層を使用すると、弾性層上に離型層を形成した場合であっても、離型層の層厚が薄いので弾性層表面の凹凸が離型層表面に現れる。このため、このような加熱部材又は加圧部材を用いて定着を行うと、凹部と凸部とで定着性に差が生じ光沢ムラ、最悪の場合には部分的な定着不良が生じるおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、気泡を有する弾性層を備えた加熱部材を用いた定着装置において、光沢ムラや部分的な定着不良が生じないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、加熱部材と、この加熱部材に圧接する加圧部材とを備え、加熱部材と加圧部材とのニップ部で被転写部材を挟持搬送することによって、被転写部材上のトナー像を被転写部材に溶融定着させる定着装置において、前記加熱部材が、円筒状で透光性の基材と、基材上に形成された、樹脂製又はガラス製のマイクロバルーンにより形成された空隙部を有する透光性の弾性層と、弾性層上に形成された熱線吸収層と、前記基材の内側に配置された熱線発生部材とを備えたことを特徴とする定着装置が提供される。
【０００８】
ここで定着性を一層向上させる観点から、前記熱線吸収層の上に離型層をさらに形成するのが好ましい。
【０００９】
またウォーミングアップ時間の一層の短縮を図る観点から、前記熱線吸収層の熱伝導率を、前記弾性層の熱伝達率よりも大きくするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の定着装置では、加熱部材として、円筒状で透光性の基材上に、基材側から順に透光性の弾性層と熱線吸収層が形成され、前記基材の内側に熱線発生部材が設けられたものを用い、前記弾性層として樹脂製又はガラス製のマイクロバルーンにより形成された空隙部を含有するものを用いるので、従来の発泡させた弾性層と異なって、弾性層の表面に凹凸が生じなくなる。これにより、加熱部材の全面にわたって均一な定着性能を得ることができ、光沢ムラや部分的な定着不良の発生が防止される。
【００１１】
ここで前記熱線吸収層の上に離型層をさらに形成すると、定着性能を一層向上させることができる。
【００１２】
また前記熱線吸収層の熱伝導率を、前記弾性層の熱伝達率よりも大きくすると、ウォーミングアップ時間の一層の短縮化が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の定着装置について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係る定着装置が適用される複写機の一実施形態を示す概説図である。図１の複写機の画像形成機構についてまず説明すると、感光体ドラム７０は帯電装置７１によってその表面が正又は負に一様に帯電される。他方、原稿載置台９０に原稿（不図示）が載置され、その画像データが読取装置９１によって読みとられる。読み取られた画像データはレーザスキャナ（露光装置）７２によって感光体ドラム７０の表面に書き込まれ、感光体ドラム７０の表面に静電潜像が形成される。具体的には反転現像方式の場合には画像に相当する部分の帯電が除去され、正規現像方式の場合は背景に相当する部分の帯電が除去されて、それぞれ静電潜像が形成される。次に現像装置７３によって感光体ドラム７０上の静電潜像をトナーで可視像化する。このときトナーの帯電極性は、反転現像方式の場合には感光体ドラム７０の帯電極性と同極性であり、正規現像の場合は感光体ドラム７０の帯電極性と逆極性である。
【００１５】
一方、給紙カセット８１に収納されている用紙Ｐは、ピックアップローラ８２により引き出され、給紙ローラ８３とさばきローラ８４とで挟持されて搬送路へ送られる。そしてレジストローラ対８０によって、感光体ドラム７０上のトナー画像が転写部に到達するのにタイミングを合わせて、用紙Ｐは転写部へ送り出される。転写部では、感光体ドラム７０と転写ローラ７４との間で用紙Ｐが挟持されている状態で、トナー帯電極性と逆極性の電荷が転写ローラ７４に印加されることにより、感光体ドラム７０上のトナー像が用紙Ｐ上に移動する。一方、用紙Ｐ上に移動せず感光体ドラム７０上に残留したトナーはクリーニング装置７５によって除去回収される。そして、トナー像を載置した用紙Ｐは定着装置Ｄへ搬送される。ここでトナー像は定着装置１によって加熱・加圧されて用紙Ｐに定着する。そして用紙Ｐは排出ローラ対８６に送られ、トレイ８７へ排出される。
【００１６】
図２に示すように定着装置Ｄは、加熱ローラ（加熱部材）１と加圧ローラ（加圧部材）２を備える。加熱ローラ１は、ハロゲンランプ（熱線発生部材）１５が内部に設けられた、円筒状で透光性の基材１１上に、透光性の弾性層１２と熱線吸収層１３、離型層１４とが積層されてなる。一方、加圧ローラ２は、芯金２１の周囲に弾性層２２が形成されてなる。搬送されてきた用紙（被転写部材）Ｐは、加熱ローラ１と加圧ローラ２のニップ部において加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー像が溶融し用紙Ｐに定着する。
【００１７】
加熱ローラ１の基材１１に用いる材料は透光性のものであれば特に限定はなく、例えば石英やホウケイ酸などのガラス材料やポリイミドやポリアミド等の透光性の樹脂材料が挙げられる。また基材１１の厚みに特に限定はないが、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、加熱ローラ１の基礎部材としての強度が保持できる範囲においてできるだけ薄い方が望ましい。したがって、基材１１の厚さｔと加熱ローラ１の外径Ｄの関係が、０．０５≦ｔ／Ｄ≦０．２０、望ましくは０．０７≦ｔ／Ｄ≦０．１４となるようにするのが望ましい。
【００１８】
加熱ローラ１の弾性層１２は、樹脂製又はガラス製のマイクロバルーン１２１により形成された空隙部を分散含有する弾性部材で構成される。弾性部材としてはシリコーンゴムやフッ素ゴムなどが使用できる。また樹脂製のマイクロバルーンを用いる場合はマイクロバルーンの外殻を成型時に壊し、ガラス製のマイクロバルーンの場合はマイクロバルーンの外殻をそのまま残すのが望ましい。マイクロバルーンが樹脂製の場合には、熱履歴を受けて殻が破壊されたり、熱分解・炭化することによって弾性層の弾性が変化し、定着性能が劣化するおそれがあるからである。
【００１９】
弾性層１２における光吸収を抑えるためには、弾性層１２の層厚を薄くし、マイクロバルーン１２１の径を大きくするのが好ましい。しかし、弾性層１２の層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、マイクロバルーン１２１の径を大きくし過ぎると、弾性層１２の強度が弱くなり破損するおそれがある。したがって、弾性層１２の厚さは１〜２０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは２〜１０ｍｍの範囲である。また、マイクロバルーン１２１の径は２０〜５００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍの範囲である。弾性層１２の熱伝導率は、マイクロバルーン１２１の含有量などによっても異なるが、０．０８〜０．１３Ｗ／ｍ・ｋが好ましい。
【００２０】
加熱ローラ１の熱線吸収層１３は、基材１１及び弾性層１２を透過したハロゲンランプ１５からの光を吸収して発熱する層である。熱線吸収層１３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る。熱線吸収層１３の層厚は、熱線吸収率が略１００％となる厚さであればよく、層厚を厚くし過ぎると加熱ローラ１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る。したがって、熱線吸収層１３の層厚は１０〜２００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍの範囲である。また、この熱線吸収層１３の熱伝導率は弾性層の熱伝導率より大きいのが好ましい。ウォーミングアップ時間の一層の短縮化が図れるからである。
【００２１】
本発明で使用する熱線発生部材１５はハロゲンランプに限定されるものではなく、熱線を放射する従来公知の部材を使用できる。
【００２２】
図２の加熱ローラ１では、トナーの離型性を高めるために、熱線吸収層１３の外側に離型層１４をさらに設けている。離型層１４の材料としては、例えば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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂が挙げられる。離型層１４の形成は、チューブ状に成形した離型層を弾性層の上に被せる、あるいは塗料でコーティングすることにより行える。離型層１４の層厚は、チューブ状であれば３０〜１００μｍの範囲、塗料コーティングであれば２０〜３０μｍの範囲が好ましい。
【００２３】
また、図２の定着装置で用いる加圧ローラ２は、ステンレス鋼などからなる芯金２１と、その外側に形成された弾性層２２とを備える。なお本発明で使用する加圧部材は、ローラ形状に限定されるものではなく、従来公知のものを使用できる。例えば２つのローラ間に掛架させたベルトを加熱ローラに圧接させるベルト加圧、あるいは無張力状態のベルトを介してパッド部材を加熱ローラに圧接させるパッド加圧などであっても構わない。この場合、加圧部材がローラ形状である場合と比較して、低熱容量化を図ることができると共に、適切なニップ幅を設定することができる。その結果、加熱ローラの表面が定着温度に達するまでの時間を、より短くすることが可能となる。また、安定した定着性を得ることも可能となる。
【００２４】
加熱ローラ１の外周面にはサーミスタＳが取り付けられている。このサーミスタＳによって加熱ローラ１の表面温度を検知し、ハロゲンランプ１５の点灯を制御して温度制御を行う。
【００２５】
このような構成の定着装置によれば、弾性層として、樹脂製又はガラス製のマイクロバルーンより形成された空隙部を含有するものを用いるので、弾性層の表面に凹凸が生じなくなる。これにより熱線吸収層および離型層の表面にも凹凸が生じなくなり、加熱ローラの全面にわたって均一な定着性能を得ることができ、光沢ムラや部分的な定着不良が防止される。
【００２６】
図３に、本発明に係る定着装置の他の実施形態を示す概略構成図を示す。図３の定着装置Ｄ’の大きな特徴は、加圧部材４として加熱部材３と同じものを用いる点にある。これにより、搬送されてくる用紙Ｐを加圧ローラ４でも加熱できるようになり、用紙Ｐに熱が奪われることによる加圧ローラ４の温度低下が効果的に抑えられる。また高い加熱効率が得られるので、ウォームアップ時間の短縮が図れる。さらに加圧ローラ４の温度変動が少ないので、安定した定着性能が得られる。
【００２７】
加熱ローラ３及び加圧ローラ４は、ハロゲンランプ３５，４５が内部に設けられた、円筒状で透光性の基材３１，４１上に、透光性の弾性層３２，４２と熱線吸収層３３，４３が積層されてなる。これら基材３１，４１と弾性層３２，４２、熱線吸収層３３，４３の具体的材料および構成は前述のものがここでも例示される。なお、前記の実施形態と異なって、この加熱ローラ３及び加圧ローラ４では熱線吸収層３３，４３の上に離型層は形成されていない。したがって、熱線吸収層３３，４３の表面は離型性を有している必要があり、熱線吸収層３３，４３の材料としてはフッ素系樹脂が好ましい。
【００２８】
また前記実施形態と同様に、熱線吸収性と離型性を兼備した熱線吸収層３３，４３の熱伝導率は、弾性層３２，４２の熱伝導率よりも大きくするのが好ましく、例えば弾性層３２，４２の熱伝導率を０．１Ｗ／ｍ・ｋとし、熱線吸収層３３，４３の熱伝導率を０．４Ｗ／ｍ・ｋとする。これにより、熱線吸収層３３，４３で得られた熱が弾性層３２，４２へ伝わって放散するのを抑えることができる。その結果、定着装置の加熱効率を高めることができる。
【００２９】
加熱ローラ３と加圧ローラ４の中心部には、ハロゲンランプ３５，４５が配置され、加熱ローラ３と加圧ローラ４の外側に取り付けられたサーミスタＳ1，Ｓ2によって、加熱ローラ３及び加圧ローラ４の表面が所定温度となるようにハロゲンランプ３５，４５の点灯が制御される。
【００３０】
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。
【実施例】
【００３１】
図３に示した構成の定着装置を用いて、加熱ローラ３及び加圧ローラ４の弾性層３２，４２をスポンジとマイクロバルーン含有のものとに変えてそれぞれ画像評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、定着条件は、ニップ幅：８ｍｍ、線速度：１３４ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度：１６０℃である。また加熱ローラ及び加圧ローラの具体的構造は次の通りである。外径４０ｍｍ、厚さ３ｍｍのガラス製の基材上に、厚さ３．５ｍｍの弾性層、厚さ３０μｍの導電性ＰＴＦチューブ（熱線吸収層）を形成し、基材の軸中心に５００Ｗのハロゲンランプを取り付けた。
【００３２】
【表１】
2007064995.tif 000003
【００３３】
表１から明らかなように、弾性層としてマイクロバルーンを含有したものを用いた場合には良好な画質が得られた。これに対し弾性層としてスポンジを用いた場合には、スポンジ目での光沢ムラが見られた。なお、弾性層としてマイクロバルーンを含有したものとスポンジを用いたものとで、室温から定着温度（１６０℃）に達する時間に差はなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の定着装置を用いた画像形成装置の一例を示す概説図である。
【図２】本発明の定着装置の一例を示す概説図である。
【図３】本発明の定着装置の他の例を示す概説図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    加熱ローラ（加熱部材）
２    加圧ローラ（加圧部材）
３    加熱ローラ
４    加圧ローラ
Ｄ，Ｄ’    定着装置
Ｐ    用紙（被転写部材）
１１    基材
１２    弾性層
１３    熱線吸収層
１４    離型層
１５    ハロゲンランプ（熱線発生部材）
３１，４１    基材
３２，４２    弾性層
３３，４３    熱線吸収層
３５，４５    ハロゲンランプ（熱線発生部材）
１２１，３２１，４２１    マイクロバルーン
【図１】
2007064995.tif 000004
【図２】
2007064995.tif 000005
【図３】
2007064995.tif 000006