(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着ローラと内部に加熱源を備えた加熱ローラとの間に架設された定着ベルトを備え、定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧された加圧ローラと定着ベルトとの間を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着のトナー像を加熱加圧して定着処理する画像形成装置の定着装置において、
前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層であること
を特徴とする画像形成装置の定着装置。
【請求項２】
前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、低温加硫シリコーンソリッドゴムからなることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置の定着装置。
【請求項３】
前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、ＪＩＳ−Ａ材料硬度１０度以下のシリコーンソリッドゴムからな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の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンター等の電子写真方式の画像形成装置の定着装置に関し、特にその定着装置に使用される定着用回転体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンターなど、従来の電子写真方式の画像形成装置は公知である。このような画像形成装置では、感光体の上に形成された画像潜像をトナーで現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写する。そして、トナー像が転写された記録媒体を定着装置で定着処理して画像を記録媒体上に固定し、画像記録が完了する。
【０００３】
定着装置には、内部に熱源を備えた定着ローラと加圧ローラから構成されるものや定着ベルトを使用するものがある。定着ベルトを使用する構成では、定着ベルトとなる無端ベルトや無端フイルムを、単一組成・単層のシリコーンスポンジ層を設けた定着ローラの上に巻き掛ける構成のものがあり、この構成では定着ベルトの上から定着ローラに向けて加圧ローラを圧接する。加圧ローラには、単一組成・単層のシリコーンゴムローラの表面をＰＦＡ等の合成樹脂チューブで被覆したもの等が使用される。
【０００４】
定着ベルトを使用する定着装置において、定着ローラにスポンジローラを使用するメリットとしては、断熱性が高く、熱を芯金に伝えにくくエネルギーロスが少ないこと、ソリッドゴムに比較して低硬度にできるため、定着ベルトと加圧ローラとを接触させるとき、低い接触圧で広いニップ幅（２本のローラが接触したときの接触幅）が得られる点が挙げられる。
【０００５】
しかし、スポンジローラはその構造上から機械的強度が低く、高圧条件や高速条件での使用には適していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
定着ベルトを使用する定着装置において、高速条件での使用を可能にするには定着部での伝熱量を増加させることが求められる。これを達成するためには、定着ベルトを巻き掛ける定着ローラに加える圧力を増加し、定着ローラの弾性層の変形率を増加して、広幅のニップを形成することにより、ニップ部を通過する時間を長くすることで解決できる。
【０００７】
しかし、定着ローラに加える圧力を増加すると、定着ローラを構成するスポンジ層が加圧により変形し、また、駆動時の歪み応力によりスポンジ内部の気泡が破れる破泡現象が発生して硬度が低下し、ローラ外径が縮小してしまう。このため定着ローラの回転による記録媒体の搬送速度が低下し、最終的に芯金とスポンジ層とが剥離する等の不都合が発生する。
【０００８】
前記した破泡現象は芯金とスポンジ層との接着境界面ではなく、接着境界面よりも少し奥のスポンジ層内部で優先的に発生する。
【０００９】
また、押し出し成形での発泡でなく、成形型による発泡でもスポンジの複数層化は行えるが、成形型での発泡では芯金とスポンジ層との境界面付近の温度上昇の遅れが発生してスポンジの発泡セルの径が大きくなり、強度が弱くなって破壊が起こり易いという不都合が生じる。この発明は上記課題を解決することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、定着ローラと内部に加熱源を備えた加熱ローラとの間に架設された定着ベルトを備え、定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧された加圧ローラと定着ベルトとの間を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着のトナー像を加熱加圧して定着処理する画像形成装置の定着装置において、前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層であることを特徴とする画像形成装置の定着装置である。
【００１２】
また、前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、低温加硫シリコーンソリッドゴムを使用するとよい。
【００１３】
さらに、前記芯金の上の下層のシリコーンゴム層は、ＪＩＳ−Ａ材料硬度１０度以下のシリコーンソリッドゴムを使用するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を説明する。画像形成装置そのものは公知の構成であるから説明を省略し、まず、この発明の定着ローラを適用するに適した定着ベルトを使用する定着装置の構成の概略を説明する。
【００１６】
図１は、定着装置１０の構成の概略を説明する図で、定着装置１０は、内部にヒータランプ１１ａを備えた加熱ローラ１１と、表面に物理的特性の異なる２層のシリコーンゴム層が形成された定着ローラ１３と、加熱ローラ１１と定着ローラ１３との間に架設された定着ベルト１２、及び定着ベルト１２の上から定着ローラ１３に向けて圧接される、内部にヒータランプ１４ａを備えた加圧ローラ１４とから構成される。
【００１７】
図２は、定着用回転体を構成する定着ローラ１３の構成を説明する断面図で、定着ローラ１３は芯金１３ａの上にシリコーンゴム層が２層構成で形成されている。即ち、下層はシリコーンソリッドゴム層１３ｂで形成され、その上に表層としてシリコーンスポンジゴム層１３ｃが形成される。
【００１８】
下層のソリッドゴム層１３ｂは低温加硫（ＬＴＶ）シリコーンゴムなど、表層のシリコーンスポンジゴム層１３ｃとは物理的特性の異なるシリコーンゴムで構成し、下層のシリコーンソリッドゴム層１３ｂは表層のシリコーンスポンジゴム層１３ｃよりも高い強度とする。そして、下層のシリコーンソリッドゴム層１３ｂは、ＪＩＳ−Ａ材料硬度で１０度以下の硬度とする。
【００１９】
また、下層のシリコーンソリッドゴム層１３ｂを、シリコーンソリッドゴムに換えてシリコーンスポンジゴムで構成することもできるが、この場合は下層のシリコーンスポンジゴム層１３ｂは表層のシリコーンスポンジゴム層１３ｃよりも高い硬度とする。なお、加圧ローラ１４は、芯金の上にソリッドゴム層を形成して構成される。
【００２０】
上記したとおり、定着ローラ１３は、芯金１３ａの上にシリコーンゴム層を２層構造に構成するが、このとき、表層となるシリコーンスポンジゴム筒状体を、押し出し成形により作成し、予め成形された下層部分のシリコーンソリッドゴムローラの上に成形された表層シリコーンスポンジゴム筒状体を被せて構成する。これは、型による発泡でスポンジを形成するよりも、押し出し成形によりスポンジを形成するほうが強度が高く、耐久性に優れ、物性変化の少ないシリコーンスポンジゴムのローラを得ることができるからである。
【００２１】
シリコーンゴム層を２層構成とし、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層との間にシリコーンソリッドゴム層を設けることで、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層との間に生じる歪みを下層のシリコーンソリッドゴム層で緩衝することができ、また、表層シリコーンゴム層と下層シリコーンゴム層との接着面積を大きくすることで、表層の歪みを低減することができる。
【００２２】
次に、この発明の実施の形態の２層構成とした定着ローラの物理的特性を、従来の単層構成の定着ローラとの比較で説明する。この比較実験では、この発明の実施の形態の定着ローラは、表層をシリコーンスポンジゴム、下層をシリコーンソリッドゴムで構成した２層構成のものを使用した。
【００２３】
図３は、定着ローラの硬度変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数（単位１０００枚）を、縦軸に定着ローラの硬度（アスカーＣ２：４．９Ｎ荷重）をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた硬度変化を示している。図から明らかなように、この実施の形態の２層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても硬度変化は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは硬度が大きく低下することが分る。
【００２４】
図４は、定着ローラの外径の縮小変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数（単位１０００枚）を、縦軸に定着ローラの外径の縮小変化量（単位ｍｍ）をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた外径の縮小変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の２層構成とした定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても外径の縮小変化は小さいのに対し、単層構成とした定着ローラでは外径が大きく縮小することが分る。
【００２５】
図５は、定着ローラの搬送速度の耐久変化率の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数（単位１０００枚）を、縦軸に定着ローラの搬送速度の変化率（％）をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた搬送速度の変化率を示している。図から明らかなように、この実施の形態の２層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても搬送速度の変化率は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは搬送速度が大きく低下することが分る。
【００２６】
図６は、定着ローラのニップ幅の変化量の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数（単位１０００枚）を、縦軸に定着ローラのニップ幅の変化量（単位ｍｍ）をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じたニップ幅の変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の２層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加してもニップ幅の変化量は小さいのに対し、単層構成の定着ローラではニップ幅が大きく減することが分る。
【００２７】
図７は、定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化の実験結果を示す図で、横軸に定着処理した記録媒体の枚数（単位１０００枚）を、縦軸に定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化量（単位ニュートン（Ｎ））をとり、定着処理した記録媒体の枚数に応じた圧接力の変化量を示している。図から明らかなように、この実施の形態の２層構成の定着ローラでは、定着処理した記録媒体の枚数が増加しても圧接力の変化量は小さいのに対し、単層構成の定着ローラでは圧接力が大きく減少していくことが分る。
【００２８】
以上説明したこの発明の実施の形態には、以下に記載する発明も含まれる。即ち、請求項１の発明において、前記芯金の上に形成される複数層のシリコーンスポンジ層は、押し出し成形した物理的特性が異なるシリコーンスポンジからなる複数の筒状体を複数層に積層して構成されることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置の定着装置。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の画像形成装置の定着装置は、定着ローラと内部に加熱源を備えた加熱ローラとの間に架設された定着ベルトを備え、定着ベルトを介して前記定着ローラに押圧された加圧ローラと定着ベルトとの間を通過させることにより記録媒体上に形成された未定着のトナー像を加熱加圧して定着処理する画像形成装置の定着装置において、前記定着ローラは、回転駆動される芯金の上に形成された物理的特性が異なるシリコーンゴムで構成された複数層の弾性層を備え、該弾性層は上層よりも下層のシリコーンゴム層のほうが高い硬度を有するとともに上層はシリコーンスポンジゴム層で構成されている。
【００３０】
この構成により、定着ローラの弾性層の変形率が増加し、広幅のニップ部が形成されてニップ部を通過する時間を長くすることができるから、定着部で記録媒体への伝熱量を増加させることができ、高速での定着処理が可能となる。
【００３１】
また、シリコーンゴムからなる弾性層を複数層に構成し、上層よりも下層の硬度を高くすることにより、定着ローラに加える圧力を高くしてもスポンジ内部の気泡が破れるおそれがなく、長期間使用しても定着ローラの硬度低下、外径の縮小、記録媒体の搬送速度の低下、ニップ部の幅の変化、圧接力の変化等がなく、芯金と表層との間に物理的特性が異なるシリコーンゴム層が介在するから、芯金と表層のシリコーンスポンジゴム層とが剥離する等のおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】定着装置の構成の概略を説明する図。
【図２】定着ローラの構成を説明する断面図。
【図３】定着ローラの硬度変化の実験結果を示す図。
【図４】定着ローラの外径の縮小変化の実験結果を示す図。
【図５】定着ローラの搬送速度の耐久変化率の実験結果を示す図。
【図６】定着ローラのニップ幅の変化量の実験結果を示す図。
【図７】定着ローラと加圧ローラとの間の圧接力の変化の実験結果を示す図。
【符号の説明】
１０  定着装置
１１  加熱ローラ
１１ａ  ヒータランプ
１２  定着ベルト
１３  定着ローラ（定着用回転体）
１３ａ  芯金
１３ｂ  シリコーンソリッドゴム層
１３ｃ  シリコーンスポンジゴム層
１４  加圧ローラ
１４ａ  ヒータランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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