(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ローラとローラ又はベルトからなる熱圧部材とこれらを加熱する手段とを備えてなる乾式トナー用の電子写真画像定着装置であって、該加圧ローラが、芯金を囲んでシリコーンゴムからなるスポンジ層とフッ素樹脂からなる非粘着層とを順次設けてなり、該非粘着層の少なくも通紙部位を含む範囲に針を刺して、該加圧ローラのスポンジ層の呼吸のための複数の穿孔を分布して設けたものであることを特徴とする電子写真画像定着装置。
【請求項２】
非粘着層における穿孔の分布密度が、周方向に一様である請求項１に記載の電子写真画像定着装置。
【請求項３】
狭幅の画像支持シートと広幅の画像支持シートとの双方が接触する通紙部位における穿孔の分布密度が、広幅の画像支持シートのみが接触する通紙部位における穿孔の分布密度より小である請求項１又は２に記載の電子写真画像定着装置。
【請求項４】
非粘着層における穿孔の分布密度の大と小との境界が、狭幅の画像支持シートと広幅の画像支持シートとの双方が接触する通紙部位に設けられている請求項３に記載の電子写真画像定着装置。
【請求項５】
ローラがストレート形状を有している請求項１乃至４のいずれかに記載の電子写真画像定着装置。
【請求項６】
ローラが逆クラウン形状を有している請求項１乃至４のいずれかに記載の電子写真画像定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真画像定着装置に関し、特に加熱ローラに対し画像支持シートを圧着する加圧ローラを組み合わせて、乾式トナー画像を融着するための定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真複写機等における定着装置には、紙等の画像支持シート上に転写された未定着の粉末トナー画像を、加熱されたローラやベルト等の熱圧部材と表面に弾性層を設けた加圧用ローラとの間で熱圧して、融着させるようにした乾式トナー用の電子写真画像定着装置が多く用いられている。かかる定着装置における加熱ローラは、芯金の内部にヒータを設けると共に、表面には溶融トナーの粘着を防止するための、フッ素樹脂などの非粘着性層を設けたものが用いられ、また加圧ローラとしては、通常金属性の芯金の周囲に、例えばシリコーンゴムスポンジなどの耐熱性の弾性層を設けて形成されており、またその外面に、トナーの粘着を防止するために、フッ素樹脂などの非粘着層を設けたものが一般的である。
【０００３】
このような定着装置はしばしば間欠的に運転されることが多いため、起動時には加熱ローラが急速に昇温して短時間に定着運転ができることが望まれている。そして加圧ローラも、運転開始後にその表面温度が短時間に加熱ローラの表面温度に接近することが望ましいとされているため、加圧ローラの弾性層は比較的に熱容量が小さく、また熱伝導性も小さいスポンジ層で構成されることが多い。しかしこうした定着装置は、起動後に運転時間が経過するにつれて紙皺が発生し易くなるために、高画質の画像を連続して多数定着することが困難であるという問題があった。
【０００４】
また、こうした起動後の紙皺発生の問題は、時間が経過して加熱ローラの温度が一定の値に達すると、運転状態が安定して自然に消滅するものであった。しかし、安定した運転状態となった後でも、たとえば幅が小さい複写用紙を用いて画像の定着を継続した後に、時間を置かずに幅が大きい複写用紙を通紙すると紙皺が発生し易くて、一時的に画質のよい画像が得られなくなる問題があった。そこで複写用紙を切り換える場合には、暫く空運転をして、高画質の画像を安定して定着するまで待機することが望ましいとされていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の加熱ローラと加圧ローラを備えたトナー画像の定着装置において、運転開始後に発生する初期紙皺は、起動後に所定の待機時間を設定することで防止するようにしていた。しかし、画像定着を継続して実施している間に、寸法の異なる複写用紙に切り換えて定着を継続しようとする場合、紙皺の発生を予測することは困難である。しかも、紙皺の防止のために、更に待機時間を取ることを操作者すべてに要求するのは困難であり、また待機時間を設けること自体が非能率でもある。
【０００６】
そこで、加熱ローラと加圧ローラとを対設してなる定着装置において、紙皺の発生を防止する手段について装置の面から種々研究した結果、加圧ローラとして特定の構造を有する弾性ローラを用いることが有効であることを見出した。
すなわち本発明は、定着装置の起動後に画像の定着枚数の増えると共に発生する紙皺と、寸法が異なる複写用紙を通紙したときに発生する紙皺とを抑制して画質の劣化を防ぎ、いつでも高画質の画像を安定して作成することができる改良された電子写真画像定着装置、並びにかかる定着装置に用いるに適した加圧ローラを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の目的は、加圧ローラとローラ又はベルトからなる熱圧部材とこれらを加熱する手段とを備えてなる乾式トナー用の電子写真画像定着装置であって、該加圧ローラが、芯金を囲んでシリコーンゴムからなるスポンジ層とフッ素樹脂からなる非粘着層とを順次設けてなり、該非粘着層の少なくも通紙部位を含む範囲に針を刺して、該加圧ローラのスポンジ層の呼吸のための複数の穿孔を分布して設けたものであることを特徴とする電子写真画像定着装置によって達成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電子写真画像定着装置は、複写用紙上に転写された乾式トナーの電子写真画像を、加熱ローラと加圧ローラとによって形成される通紙ニップに通して、熱圧することにより定着するものである。かかる定着装置に用いられる加熱ローラは、芯金の内部にヒータを設けたもので、通常はオフセット現象の発生を防止するために、溶融トナーに対する剥離性が優れた樹脂、例えばフッ素樹脂などの非粘着層を周面に設けてある。
【０００９】
このような定着用の加熱ローラの表面は、トナーの融着に適した温度に加熱されることが必要であるため、芯金の内部に設けられるヒータとしては温度制御の容易なハロゲンランプなどが用いられることが多い。こうしたヒータは、通常、ローラの端部からの放熱が中央部からの放熱より大きいことを考慮して、中央部より端部の発熱量が多くなるように調整されているが、連続して大量の画像定着を行うと複写用紙によって持ち去られる熱量が多くなるため、加熱ローラ表面の温度分布が不均一となりやすい。
【００１０】
更にかかる加熱ローラと圧接した状態で従動する加圧ローラは、周面に耐熱ゴム等からなるスポンジ層などが設けられるのが普通であり、また溶融トナーの粘着を防止するために、表面にフッ素樹脂などの非粘着層が設けられている。そのため、表面層部分は比較的に熱伝導性が低く且つ熱容量も小さく、加熱ローラより熱の供給を受けることにより、容易に高温状態に到達する。しかし、上記のように連続して大量の画像定着を行った場合には、加圧ローラの表面から多くの熱量が複写用紙により持ち去られるばかりでなく、加熱ローラよりの熱の供給も減少するため、加圧ローラの表面温度は加熱ローラに比較して大きく変化する。
【００１１】
本発明者は、定着装置の始動直後、及び定常運転中にそれまで使用していた複写用紙と異なった寸法の複写用紙に替えたときの紙皺の発生が、加圧ローラの熱的変形に原因するものではないかと考えた。そして研究を進めた結果、定着装置の運転条件や、加熱ローラ及び加圧ローラの構造などが、上記の紙皺の発生と相関関係を持つことを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の電子写真画像定着装置に用いるに適した定着用の加圧ローラは、芯金を囲んで耐熱ゴムからなるスポンジ層を設け、更にその表面に耐油性及び耐熱性、並びに剥離性に優れたフッ素樹脂からなる非粘着層とを順次設けてなるものである。かかる加圧ローラにおけるスポンジ層は、発泡剤を配合したシリコーンゴム、或いはフッ素ゴム等を芯金の周りに押出成形などによって被覆し、型に入れて加硫と同時に発泡させることにより形成することができる。
【００１３】
こうして得られたスポンジ層の表面は、研磨或いは研削することによって所望の寸法、形状となるよう整形し、次いでその表面に、例えば架橋型の接着剤などを塗布したのち、例えばＰＴＦＥやＰＦＡなどのフッ素樹脂チューブ等を被着し、加熱して接着させるなどの方法により、耐久性に優れた非粘着層を設ける。こうして得られた加圧ローラの非粘着層には、更に複数の穿孔を分布して設けるが、かかる穿孔は、例えば多数の針を並べて植設した加工具を加圧ローラの軸と平行にして接触させる方法などを利用して設けることができる。この場合、穿孔の分布は加工具に設ける針の分布を変えることにより、所望に応じて格子状、千鳥状、あるいは不規則状などの適宜の配置を選択し、穿孔密度も適宜に選択することができる。
【００１４】
定着装置に組み込まれた加圧ローラにおいて、穿孔の分布密度は周方向に一様であることが好ましいが、更に軸方向及び周方向に一様な分布密度で穿孔が設けられていると、定着装置の始動後における初期紙皺が効果的に抑制される。このことは、加圧ローラが加熱ローラと圧接しながら回転するとき、加圧ローラのスポンジ層が穿孔を通じて呼吸することによって、層からの放熱と層内の熱移動とが促進され、加圧ローラの温度分布の平均化が進むためと考えられる。
【００１５】
しかし穿孔の分布密度が軸方向に一様であることは必ずしも必須ではなく、多少の変化があっても始動直後における紙皺の発生を抑制する効果があり、それと同時に加圧ローラをストレート形状に代えて逆クラウン形状とすることも、始動直後における紙皺発生に抑制に有効である。従って、加圧ローラの表面層に穿孔を分布して設けることによって、定着装置が始動した後に、加熱ローラや加圧ローラの温度が画像定着に適した範囲に入るまでの待機時間を、最小限まで短縮することができる。
【００１６】
また一般的に、定着装置が安定な運転状態に入った後は、画像支持シート、即ち複写用紙によって持ち去られる熱は加熱ローラのヒータによって補給され、加熱ローラ及び加圧ローラの温度は、画像定着に適した範囲内に制御される。このような状態で、例えばＡ３サイズ用の定着装置において、Ａ４サイズの複写用紙を用いて画像定着を連続して行っていると、これらのローラの通紙範囲より外側の部位は、複写用紙によって熱を持ち去られることがないので次第に温度が上昇するものである。
【００１７】
そして従来のＡ３サイズ用の定着装置においては、例えばＡ４サイズの複写用紙を用いて定常運転を行っているときに、Ａ４サイズより狭幅の、例えばＢ５サイズなどの複写用紙に切り換えても、何等の異状も起こらずに画像定着を継続することができる。ところがＡ４サイズの複写用紙を用いて定常運転を行っているときに、これより広幅の、例えばＡ３サイズなどの複写用紙に切り換えて、継続して画像定着を行おうとすると、複写用紙の端部に紙皺が発生してしまい、画質の良好な定着画像は得られない。しかし、より広幅の複写用紙に切り換える場合でも、暫時の空運転を継続した後に画像定着を再開すれば、紙皺が発生することはなく、画質の低下は起こらない。
【００１８】
これに対して本発明の定着装置においては、表面の非粘着層には複数の穿孔を分布して設けた加圧ローラ、特に、例えば狭幅のＡ４サイズの複写用紙と例えば広幅のＡ３サイズの複写用紙とのいずれもが接触する通紙部位では穿孔の分布密度が小さく、例えば広幅のＡ３サイズの複写用紙しか接触しない通紙部位では穿孔の分布密度が大きく構成されている加圧ローラが組み込まれている。このような加圧ローラは、一定の寸法の複写用紙を用いて定着運転を連続実施した場合、従来の加圧ローラに比べて、通紙されていなかった部位の温度の上昇が抑制され、通紙されていた部位との温度の差が小さくなるうえ、両部位間の温度傾斜が緩やかとなる。そしてこのような温度差の緩和効果は、穿孔の分布密度が大きい部位と分布密度が小さい部位との境界が、狭幅の複写用紙と広幅の複写用紙との双方が接触する通紙部位に片寄って設けられていると更に顕著である。
【００１９】
このような加圧ローラが設けてある本発明の定着装置において、狭幅の複写用紙を用いて画像の定着を連続して多数回実施した後に、より広幅の複写用紙に切り換えて画像の定着を続いて行っても紙皺は発生せず、良質の定着画像が得られる。従って本発明の定着装置では、異なった寸法を有する多種の複写用紙をランダムな順序で供給した場合でも、紙皺の発生が抑制されるので、複写用紙切り換えの間に空運転を行うことなく、直ちに複写用紙を切り換えて画像の定着を継続することができる。
【００２０】
上記のような本発明の定着装置に設けられる加圧ローラの穿孔の密度分布は、加熱ローラの構造や熱的特性、特に内蔵されているヒータの発熱分布、温度制御特性等によって、また通紙部位がローラの中央部であるか、右寄りか左寄りかによって、更に使用される複写用紙の寸法の種類が何種あるか、そのうち常用される複写用紙の寸法はどれか等によって、更にまた、定着装置の使用状況、即ち運転のために起動する頻度や間隔、連続して定着する回数、複写用紙の切り換えの頻度等によって、それぞれ最適な形態が異なるものである。従って、本発明における加圧ローラの穿孔の密度分布は、上記のような多くの条件を考慮した上で予備的な試験を行い、決定することが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の思想から逸脱しない範囲で種々の形態を取ることができる。
【００２２】
（比較例１）
図４に示すように、径１４mmの鉄製の芯金１に、プライマーを塗布したのち発泡性シリコーンゴム組成物を押出被覆して加熱発泡させると共に加硫し、発泡倍率１７０％でアスカーＣ型硬度（荷重３００ｇ）が３６度、厚さ約７mmのシリコーンゴムスポンジ層２を形成した。次いでスポンジ層２の表面を円柱状に研磨整形して架橋型接着剤を塗布し、厚さ５０μｍの内面接着処理ＰＦＡ樹脂チューブを被覆して加熱接着することにより、最外層としてフッ素樹脂の非粘着層３を有し、アスカーＣ型硬度（荷重１．０kg）が５３度で、外径が２５mm、長さが３２２mmの加圧ローラａを作成した。
【００２３】
（比較例２）
比較例１と同様にしてシリコーンゴムスポンジ層を形成したのち、その表面形状が逆クラウン状となるように研削整形した他は比較例１と全く同様の、最外層としてフッ素樹脂の非粘着層を有する加圧ローラｂを作成した。
【００２４】
（実施例１）
比較例１の加圧ローラの表面に、軸を中心として４５°間隔となる軸と平行な８本の直線に沿って、長さ３mm、径０．６mmの針を刺し、端面より１４．０mmの位置から１０．５mm毎に、１列に２９個、合計２３２個の穿孔Ａと、上記の平行な８本の直線の中間の同様な８本の直線に沿って、端面より８．７５mmの位置から１０．５mm毎に１列に３０個、合計２４０個の穿孔Ｂとを形成して、合計４７２個の穿孔が非粘着層全面にわたり一様に分布している、図１に示すような本発明の加圧ローラＡを作成した。
【００２５】
（実施例２）
実施例１と同様の方法で、加圧ローラＡにおける穿孔Ｂの列をローラの全長に設ける代わりに、両側端面より７mmの位置から１０．５mm毎にそれぞれ長さ６３mmまで針を刺して、表面に１列に両側から各７個ずつ、合計１１２個の穿孔Ｂを形成した以外は加圧ローラＡと同様な、２３２個の穿孔Ａと合わせて合計３４４個の穿孔を有する、図２に示すような本発明の加圧ローラＢを得た。すなわち、この加圧ローラＢは、非粘着層の中央部の長さ１８２mmの部分に穿孔Ａだけを設け、両側の長さ各７０mmの部分に穿孔Ａと穿孔Ｂとを設けたものである。
【００２６】
（実施例３）
実施例１と同様の方法で、加圧ローラＡにおける穿孔Ｂの列をローラの全長に設ける代わりに、一方端面より６mmの位置から１０．５mm毎にそれぞれ長さ１０５mmまで針を刺して、表面の一方側に１列に１１個ずつ、合計８８個の穿孔Ｂを形成した以外は加圧ローラＡと同様な、２３２個の穿孔Ａと合わせて合計３２０個の穿孔を有する、図３に示すような本発明の加圧ローラＣを得た。すなわち、この加圧ローラＣは、非粘着層の一方側の長さ２１１mmの部分に穿孔Ａだけを設け、他方側の長さ１１１mmの部分に穿孔Ａと穿孔Ｂとを設けたものである。
【００２７】
（実施例４）
比較例２の加圧ローラの表面に、実施例２と全く同様にして針を刺し、表面形状が逆クラウン状である以外は実施例２と全く同様な、本発明の加圧ローラＤを得た。すなわち、この加圧ローラＤは、非粘着層の中央部の長さ１８２mmの部分に穿孔Ａだけを設け、両側の長さ各７０mmの部分に穿孔Ａと穿孔Ｂとを設けたものである。
【００２８】
（実施例５）
比較例２の加圧ローラの表面に、実施例３と全く同様にして針を刺し、表面形状が逆クラウン状である以外は実施例３と全く同様な、本発明の加圧ローラＥを得た。すなわち、この加圧ローラＥは、非粘着層の一方側の長さ２１１mmの部分に穿孔Ａだけを設け、他方側の長さ１１１mmの部分に穿孔Ａと穿孔Ｂとを設けたものである。
【００２９】
（試験例１）
上記の加圧ローラａ、ｂ、Ａ、Ｂ、及びＤをＡ３サイズ用で中央通紙型の電子写真用定着装置に組み込み、スイッチを入れて起動すると同時に、次の順序に従って毎分３２枚の速度で、Ａ３サイズの複写用紙に連続して２枚の黒ベタ画像と９０枚の文字画像と２枚の黒ベタ画像の複写を行った。そして９４枚の画像定着を済ませたのち、Ａ４サイズの複写用紙に切り換えて連続して画像の複写を行ない、９０枚の画像定着を済ませたのち、直ちにＡ３サイズの複写用紙で２枚の黒ベタ画像の定着を行なう操作を、連続して３回反復した。
【００３０】
ａ：Ａ３複写用紙に対し黒ベタ画像２枚
ｂ：Ａ３複写用紙に対し文字画像９０枚
ｃ：Ａ３複写用紙に対し黒ベタ画像２枚
ｄ：Ａ４複写用紙に対し文字画像９０枚
ｅ：Ａ３複写用紙に対し黒ベタ画像２枚
ｆ：Ａ４複写用紙に対し文字画像９０枚
ｇ：Ａ３複写用紙に対し黒ベタ画像２枚
ｈ：Ａ４複写用紙に対し文字画像９０枚
ｉ：Ａ３複写用紙に対し黒ベタ画像２枚
【００３１】
このようにして比較例及び各実施例の加圧ローラのそれぞれ５本について作成した黒ベタ画像（ａで作成した画像の１枚目をａ1 、２枚目をａ2 とする。またｃ、ｅ、ｇ、ｉで作成した画像についても同様である。）における紙皺の発生の有無を評価し、紙皺発生なしを２、紙皺発生を０として各５本の合計点数を算出し、表１に示した。
【００３２】
【表１】
0003808926.tif 000002
【００３３】
（試験例２）
上記の加圧ローラａ、ｂ、Ｃ、及びＥをＡ３サイズ用で片側通紙型の電子写真用定着装置に組み込み、試験例１と全く同様の試験条件で、Ａ３サイズの複写用紙を用いて連続して２枚の黒ベタ画像と９０枚の文字画像と２枚の黒ベタ画像の複写を行った。そして更にＡ４サイズの複写用紙で９０枚の文字画像とＡ３サイズの複写用紙で２枚の黒ベタ画像の複写定着を反復して行った。
これらの加圧ローラについての、試験例１と同様な紙皺発生の評価を行った結果を、表２に示した。
【００３４】
【表２】
0003808926.tif 000003
【００３５】
【発明の効果】
本発明の定着用加圧ローラは、定着装置の起動後に連続して多数枚の画像定着を行っても紙皺の発生が少なく、長時間の運転後も画質の良い定着画像を安定して作成することができるほか、寸法の異なる複写用紙に切り換えて連続して画像定着を行っても、紙皺の発生が起こり憎い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着用加圧ローラＡの穿孔パターンを示す正面図正面図（Ｉ）及び側面図（II）である。
【図２】本発明の定着用加圧ローラＢ、及びＤの穿孔パターンを示す正面図である。
【図３】本発明の定着用加圧ローラＣ、及びＥの穿孔パターンを示す正面図である。
【図４】比較例の定着用加圧ローラａの正面図（Ｉ）及び側面図（II）である。
【符号の説明】
１        芯金
２        スポンジ層
３        非粘着層
Ａ、Ｂ    穿孔
【図１】
0003808926.tif 000004
【図２】
0003808926.tif 000005
【図３】
0003808926.tif 000006
【図４】
0003808926.tif 000007