(57)【要約】【課題】ウオームアップタイムが大幅に短縮されると共に安定した通紙性能を発揮するヒートロール定着装置を実現する。【解決手段】本発明によるヒートロール定着装置は、ヒートローラ（１０）と加圧ローラ（１１）とを同一のローラで構成する。ヒートローラ及び加圧ローラは、金属製のシャフト（１）と、シャフトの外周側に設けた弾性ゴム層（３）と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブ（４）とを有する。ヒートローラ（１０）は、加熱源（１２，１３）により外周面側から加熱される。ヒートローラ及び加圧ローラの弾性ゴム層は、内部に多数の気泡を含む単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより内部の気泡が互いに連通すると共に外気とも連通する連泡性のシリコンゴムに変成されたシリコンゴムで構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートロール定着装置に用いられるヒートローラであって、金属のシャフトと、当該シャフトの外周に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有し、
前記弾性ゴム層は、内部に多数の気泡を有する単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより、内部の気泡が相互に連通すると共に外部とも連通する連泡性シリコンゴムに変成された連泡性シリコンゴム層で構成されていることを特徴とするヒートローラ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートローラにおいて、前記金属のシャフトと弾性ゴム層との間に、紙管、並びに、耐熱性フェルト、石膏又は珪藻土の円筒体のいずれから構成される断熱材が配置され、当該断熱材により、弾性ゴム層に蓄積された熱が金属製のシャフトに伝達されるのが防止されることを特徴とするヒートローラ。
【請求項３】
金属製のシャフトと、シャフトの外周側に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有するヒートローラと、
同じく、金属製のシャフトと、シャフトの外周側に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有する加圧ローラと、及び、
前記ヒートローラを、その外周面側から加熱する加熱源とを具え、
前記ヒートローラ及び加圧ローラの弾性ゴム層を連泡性のシリコンゴムで構成したことを特徴とするヒートロール定着装置。
【請求項４】
請求項３に記載のヒートロール定着装置において、前記ヒートローラ及び加圧ローラの弾性ゴム層は、内部に多数の気泡を含む単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより内部の気泡が互いに連通すると共に外気とも連通する連泡性のシリコンゴムに変成された連泡性シリコンゴムで構成されていることを特徴とするヒートロール定着装置。
【請求項５】
請求項３に記載の定着装置において、前記ヒートローラ又は加圧ローラの少なくとも一方のローラは、金属製のシャフトと弾性ゴム層との間に断熱材が配置され、当該断熱材を紙管、又は、耐熱性フェルト、珪藻土又は石膏の円筒体で構成し、当該断熱材により、弾性ゴム層に蓄積された熱が金属製のシャフトに伝達されるのが防止されることを特徴とするヒートロール定着装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載のヒートローラ定着装置において、前記加熱源として、薄肉のアルミパイプとその内周側に配置したハロゲンランプとを有する１本又は複数本の加熱ローラ、又は１個又は複数個の面状発熱体を用い、前記加熱ローラ又は面状発熱体を前記ヒートローラに当接させてヒートローラを加熱することを特徴とするヒートロール定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載のヒートロール定着装置において、前記加圧ローラをその外周側から加熱する加熱源を設け、当該加熱源として、薄肉のアルミパイプとその内周側に配置したハロゲンランプとを有する１本又は複数本の加熱ローラ、又は１個又は複数個の面状発熱体を用いることを特徴とするヒートロール定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇温速度が極めて速いヒートローラ及び当該ヒートローラを用いたヒートロール定着装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタにおいては、記録紙上に転写されたトナー像を定着するため、ヒートロール定着装置が広く利用されている。ヒートロール定着装置は、ヒートローラと加圧ローラとを有し、これらのローラは圧着機構により圧着されてニップが形成されている。ヒートローラは所定の温度に昇温され、トナー像を保持した記録紙がニップを通過する間にトナーが記録紙に加熱融着され、定着が行われる。このヒートロール定着装置は、安定した定着性能及び通紙性能を有するため、広く実用化されている。
【０００３】
一方、定着装置におけるウオームアップタイムを短縮することが要請されており、特に低速機においては昇温特性に優れウオームアップタイムが短縮された定着装置の開発が強く要請されている。ウオームアップタイムが短縮された定着装置として、ベルト定着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このベルト定着装置は、定着ローラと加熱ローラとの間に例えばフッ素樹脂皮膜とポリイミドフィルムを有する定着ベルトを走行させ、加熱された定着ベルトにより記録紙上のトナー像を加熱融着させている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３４９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ベルト定着装置は、定着ベルトを所定の温度まで昇温させ、定着ベルトの熱によりトナーを融着している。よって、定着ベルトの熱容量が小さいため、ウオームアップタイムを短縮することができる。しかしながら、定着ベルトを安定して走行させるには種々の工夫が必要であり、僅かな応力の変化により蛇行が発生してしまう。一方、蛇行防止装置を作動させることにより、比較的安定して走行させることが可能であるが、定着装置の製造コストが大幅に高価になってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、ウオームアップタイムが大幅に短縮されると共に安定した通紙性能を発揮するヒートロール定着装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、製造コストが安価であると共に比較的低温で定着できるヒートロール定着装置を実現することにある。
本発明の別の目的は、上記ヒートロール定着装置に好適なヒートローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるヒートローラは、ヒートロール定着装置に用いられるヒートローラであって、金属のシャフトと、当該シャフトの外周に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有し、
前記弾性ゴム層は、内部に多数の気泡を有する単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより、内部の気泡が相互に連通すると共に外部とも連通する連泡性シリコンゴムに変成された連泡性シリコンゴム層で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
単泡性シリコンゴムは、ヒートローラの温度が昇温すると、気泡が体積膨張するため、ローラ径が増大してしまい、通紙性能が大幅に低下する。そこで、本発明では、単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより、気泡の隔壁に孔ないし亀裂を形成して連泡性のシリコンゴムに変成する。連泡性のシリコンゴムの場合、内部の気泡が外気と連通するため、ヒートローラの温度が昇温しても気泡が体積膨張せず、通紙性能を良好な状態に維持することができる。さらに、連泡性のシリコンゴムの外周面には多数の孔ないし凹部が形成されているから、最外層の離型性チューブであるフッ素樹脂チューブと連泡性シリコンゴム層との間に空気の断熱層が形成される。このため、ヒートローラの外周側からフッ素樹脂チューブを加熱した場合、フッ素樹脂チューブから連泡性シリコンゴム層側へ熱伝導しにくく、フッ素樹脂チューブに熱量が蓄積され、フッ素樹脂チューブが急速に昇温する。この結果、ウォームアップタイムが短縮されたヒートローラが実現される。
【０００９】
本発明によるヒートロール定着装置は、金属製のシャフトと、シャフトの外周側に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有するヒートローラと、
同じく、金属製のシャフトと、シャフトの外周側に設けた弾性ゴム層と、弾性ゴム層上に設けた離型材層又は離型性チューブとを有する加圧ローラと、及び、
前記ヒートローラを、その外周面側から加熱する加熱源とを具え、
前記ヒートローラ及び加圧ローラの弾性ゴム層は、内部に多数の気泡を含む単泡性のシリコンゴムについて加圧処理と急速減圧処理とを交互に繰り返すことにより内部の気泡が互いに連通すると共に外気とも連通する連泡性のシリコンゴムに変成された連泡性シリコンゴムで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
連泡性のシリコンゴムの硬度は相当低いため、比較的弱い圧着力であってもニップ幅を大きく設定することができる。この結果、実質的な定着時間が長くなり、低温定着が可能になる。さらに、本発明では、ヒートローラと加圧ローラとを同一のローラで構成しているので、大きなニップ幅が形成されると共にフラットなニップ面が形成されるので、分離性能も格段に向上し、分離爪が不要になる。さらに、ヒートローラ及び加圧ローラ共に外周側に設けた加熱源から昇温させているので、ヒートローラ及び加圧ローラの記録紙と接触する表面の温度を急速に昇温させることが可能である。
【００１１】
本発明によるヒートロール定着装置の好適実施例は、ヒートローラ又は加圧ローラの少なくとも一方のローラは、金属製のシャフトと弾性ゴム層との間に断熱材として機能する紙管を有し、当該紙管により、弾性ゴム層に蓄積された熱が金属製のシャフトに伝達されるのが防止されることを特徴とする。
【００１２】
本発明のヒートロール定着装置の好適実施例は、加熱源として、薄肉のアルミパイプとその内周側に配置したハロゲンランプとを有する１本又は複数本の加熱ローラ、又は１個又は複数個の面状発熱体を用い、前記加熱ローラ又は面状発熱体を前記ヒートローラに当接させてヒートローラを加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるヒートロール定着装置は、ヒートローラ及び加圧ローラが共に連泡性のシリコンゴムにより構成されているので、ウォームアップタイムが短縮され、しかも大きなニップ幅が形成されるので低温定着が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明によるヒートローラの一例を示す線図であり、図１（ａ）はローラ軸線と直交する面で切った線図的断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。本発明によるヒートローラは、アルミニウム製のシャフト１を有し、その外周に紙管２を配置する。紙管は、セルロース繊維で構成され、熱伝導率が極めて小さいため、断熱材料として作用する。尚、紙管２は、必要に応じて設けられ、紙管を省略してシャフト１の外周に弾性ゴム層を直接形成することも可能である。紙管２の外周に連泡性のシリコンゴムから成る弾性ゴム層３を形成する。弾性ゴム層３の外周に離型材層又は離型性チューブ４を設ける。この離型材層４は、種々の不活性材料で構成することができ、例えばフッ素樹脂チューブで構成する。
【００１５】
従来、発泡性シリコンゴムは、内部に存在する各気泡が独立した単泡性のシリコンゴムとして製造され、連泡性のシリコンゴムを製造することは困難であった。単泡性シリコンゴムは、ソリッドのシリコンゴムと比較的して熱容量が大幅に小さくなる利点がある。しかし、単泡性シリコンゴムの場合、ヒートローラの温度が上昇すると、各気泡が熱膨張するため、ローラ径が大きくなり、記録紙の搬送速度が大幅に変化してしまう。一方、連泡性のシリコンゴムの場合、ヒートローラの温度が上昇しても、各気泡が外気と連通するため、ローラ径はフッ素樹脂チューブの径により規定されるため、各気泡の体積は増加しない。この結果、ヒートローラの温度が変動しても、ヒートローラ径は一定の値に維持される。
【００１６】
上述した点を考慮し、本発明では、単泡性のシリコンゴムを連泡性のシリコンゴムに変換する。本発明では、単泡性のシリコンゴムを加減圧処理チャンバ内に配置し、加圧処理と急速減圧処理を交互に１回又は複数回行い、気泡の隔壁に孔ないし亀裂を形成して連泡性のシリコンゴムに変換する。チューブ状に整形した単泡性のシリコンゴムスポンジ又はシャフトの外周に形成された単泡性のシリコンスポンジをチャンバ内に配置し、例えば１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２  の加圧雰囲気内に配置し、その後チャンバ内の圧力を急速に減圧すると、各気泡内に蓄積された膨張エネルギーが急速に放出され、この際膨張エネルギーにより気泡を分離する隔壁に孔ないし亀裂が形成され、各気泡が相互に連通する連泡性シリコンゴムに変成される。この結果、気泡内の気体が昇温しても体積膨張せず、ローラ径が所定のローラ径に維持される。
【００１７】
シリコンゴム層３は、多孔性のゴム層であるから、その外周表面には多数の孔がないし凹部が存在する。よって、シリコンゴム層の外周面に設けたフッ素樹脂チューブ４とシリコンゴム層との間の接触面積は、ソリッドのシリコンゴム層に比べて大幅に小さくなり、フッ素樹脂チューブ４からシリコンゴム層３に伝導する熱量は大幅に低減される。すなわち、フッ素樹脂チューブ４が外部から加熱された場合、当該フッ素樹脂チューブに伝達された熱は、内側のシリコンゴム層との間の接触面積が小さいため、内側のシリコンゴム層３側に伝導されにくく、フッ素樹脂チューブ内部に蓄積されることになる。しかも、シリコンゴム層内部にも多数の空孔が存在するため、シリコンゴム層の熱容量自体も小さい。この結果、ヒートローラの外側からフッ素樹脂チューブを加熱した場合、ベルト加熱方式と同様に、フッ素樹脂チューブに伝導した熱がフッ素樹脂チューブに蓄積され、この結果、熱容量の小さいフッ素樹脂チューブを急速に昇温させることが可能になる。従って、本発明では、ヒートローラの外側からヒートローラを加熱することが必須の要件である。
【００１８】
図２は本発明によるヒートロール定着装置の第１実施例を示す線図である。本例のヒートロール定着装置は、ヒートローラ１０と加圧ローラ１１とを有し、これら両方のローラは図１に示すヒートローラで構成する。ヒートローラ１０及び加圧ローラ１１は、圧着機構（図示せず）により相互圧着する。本発明では、ヒートローラの内部から加熱するのではなく、ヒートローラ１０の外周に加熱ローラ１２及び１３を従動可能に接触配置し、加熱ローラ１２及び１３の熱をヒートローラ１０側に伝導させる。加熱ローラ１３及び１４は、アルミのパイプ１３ａ，１４ａとその内側に配置したハロゲンランプ１３ｂ，１４ｂとで構成される。尚、加熱ローラの本数は、必要に応じて１本又は複数本とすることができる。また、加圧ローラ１１にも加熱ローラ１５を接触配置し、加熱ローラにより加圧ローラ１１を所望の温度に加熱することができる。また、加圧ローラ側に設けた加熱ローラの本数も必要に応じて１本又は複数本とすることができる。尚、アルミパイプの外周面にフッ素樹脂等の離型材層を設けることも可能である。
【００１９】
前述したように、本発明によるヒートローラ及び加圧ローラは、加熱ローラからフッ素樹脂チューブに伝導した熱が内部に伝導しにくい構造であるため、ベルト定着と同様に、フッ素樹脂チューブは急速に昇温し、この結果ウォームアップタイムが大幅に短縮する。特に、ヒートローラが１回転する間に所望の定着温度まで昇温するため、コピースイッチをオンした後直ちに定着動作を行うこと可能である。
【００２０】
本発明のヒートローラ及び加圧ローラはソリッドのシリコンゴムのヒートローラに比べて大幅に低硬度であるため、広いニップ幅を形成することが可能である。この結果、定着時間が実質的に長くなり、定着温度を比較的低い温度に設定することができる利点が達成される。また、ヒートローラ及び加圧ローラのゴム硬度が同一であるため、フラットなニップが形成され、記録紙に対する分離性能が格段に向上し、分離爪を用いてヒートローラから記録紙を分離することが不要になる。
【００２１】
定着動作に際し、加熱ローラ１２及び／又は１３にサーミスタ等の温度測定素子を配置し、温調装置により加熱ローラの表面を所定の温度に設定する。コピースイッチがオンすると、ヒートローラ及び加熱ローラが回転し、記録紙１５が定着装置に到達する前に加熱ローラによりヒートローラの表面が所定の温度に急速に昇温する。この際、ヒートローラ１１の最外周のフッ素樹脂チューブから内側の弾性ゴム層側に熱伝導しにくく、しかもフッ素樹脂チューブの熱容量が小さいため、フッ素樹脂チューブが急速に昇温する。そして、記録紙上のトナーが加熱融着される。  
【００２２】
図３は本発明によるヒートロール定着装置の第２実施例を示す線図である。
図２で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、加熱源として、加熱ローラではなく、例えば面状抵抗発熱体のような発熱体を内部に有する面状発熱体２０，２１を用いる。面状発熱体２０，２１は、耐熱性樹脂であるポリイミドフィルム上に設けた面状抵抗発熱体を有し、面状発熱体の外周をシリコンゴム等で被覆する。面状発熱体２０，２１の外周面は、ヒートローラ及び加圧ローラの曲率と整合するように湾曲させる。よって、面状発熱体とヒートローラ及び加圧ローラとは、面接触するので、面状発熱体２０，２１からヒートローラ及び加圧ローラに対してそれぞれ熱伝導により熱エネルギーを供給することができる。尚、面状発熱体に温度測定素子を配置し、温調装置により面状発熱体の表面温度を所定の温度に維持することができる。
【００２３】
図４は、本発明によるヒートロール定着装置の第３実施例を示す線図である。本例では、ヒートローラ１１及び加圧ローラ１２に対して近接するように面状発熱体３０及び３１をそれぞれ配置する。この場合、面状発熱体３０及び３１は、それぞれヒートローラ１１及び加圧ローラ１２の曲率半径よりも若干大きい曲率を有するように湾曲させる。そして、ヒートローラ及び加圧ローラの外周面と面状発熱体との間に僅かな空気層を形成し、ヒートローラ及び加圧ローラと面状発熱体とは非接触とする。このように、非接触状態に維持しても、面状発熱体からヒートローラ及び加圧ローラへ熱伝導が起こりヒートローラ及び加圧ローラを昇温させることが可能である。
【００２４】
図５は本発明によるヒートロール定着装置の第４実施例を示す線図である。本例では、ヒートローラ１１の加熱源としてハロゲンランプ４０と反射鏡４１とを用いる。ハロゲンランプと反射鏡の組み合わせもヒートローラを昇温させる加熱源として用いることができる。
【００２５】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、加圧ローラとしてヒートローラと同一のローラを用いたが、加圧ローラとしてヒートローラとは異なるローラを用いることも可能である。さらに、上述した実施例では、金属のシャフトと弾性ゴム層との間に断熱材として紙管を配置したが、紙管以外に耐熱性フェルトや、珪藻土及び石膏等の断熱材の管又は円筒体を配置することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるヒートローラの一例を示す線図的断面図である。
【図２】本発明によるヒートロール定着装置の第１実施例を示す線図である。
【図３】本発明によるヒートロール定着装置の第２実施例を示す線図である。
【図４】本発明によるヒートロール定着装置の第３実施例を示す線図である。
【図５】本発明によるヒートロール定着装置の第４実施例を示す線図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  シャフト
２  紙管
３  弾性ゴム層
４  フッ素樹脂チューブ
１１  ヒートローラ
１２  加圧ローラ
１３〜１５  加熱ローラ
２０，２１  面状発熱体
３０，３１  面状発熱体
４０  ハロゲンランプ
４１  反射鏡
【図１】
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【図２】
2007226024.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007226024.tif 000006
【図５】
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