(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真方式の画像形成装置内の定着装置に備えられ、回転しつつ加熱部材と協働して記録紙上のトナーを溶融して加圧し、該トナーを前記記録紙上に定着させる加圧部材であって、
前記加圧部材の表面に形成された弾性材料層の内部に相転移材料を含み、前記相転移材料が、前記トナーの定着温度以下で液相から固相へ相転移することを特徴とする加圧部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置内の定着装置に備えられた加圧部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置内の定着装置には、記録紙上のトナーを溶融する加熱ローラ（加熱部材）と、その加熱ローラと協働して回転しつつ溶融トナーを加圧して記録紙上に定着するための加圧ローラ（加圧部材）とが備えられている。
【０００３】
記録紙上にトナーを良好に定着させるためには、トナーに接する加熱ローラの表面温度が回転軸方向に渡ってトナー溶融に適した所定の温度（以下、定着温度という）であり、かつ温度分布が均一であることが必要とされる。
【０００４】
ところが、加熱ローラは記録紙やトナーと接触することにより熱を奪われるので、記録紙のサイズ変更等により加熱ローラが記録紙と接触する部分が通紙毎に異なると、記録紙に接触した部分とそれ以外の部分とで加熱ローラの表面から奪われる熱量が異なってしまい、加熱ローラの表面温度分布が均一でなくなる。加熱ローラの温度低下した部分の温度を上げようとして温度制御手段が働くと、温度低下していなかった部分の温度がさらに上昇して過熱状態となって、定着不良を生じるという問題がある。
【０００５】
そのため従来から、加熱ローラを例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で形成したり、加熱ローラを複数の部分に分割して各部分に対して温度制御を行ったりして、加熱ローラの回転軸方向に渡っての表面温度分布を極力均一とする工夫がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い材質で加熱ローラを形成しても充分に均一な表面温度分布とならず、良好な定着性能を得るには至っていない。
【０００７】
また、加熱ローラを複数の部分に分割して各部分に対して温度制御を行う手段では、構造が複雑となり温度センサも多数必要となるので、部品点数も増えコストも高くなってしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、簡単な構造にて良好な定着性能を得ることができる定着装置に備えられた加圧部材を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る加圧部材は、電子写真方式の画像形成装置内の定着装置に備えられ、回転しつつ加熱部材と協働して記録紙上のトナーを溶融して加圧し、トナーを記録紙上に定着させる加圧部材であって、加圧部材の表面に形成された弾性材料層の内部に相転移材料を含み、相転移材料が、トナーの定着温度以下で液相から固相へ相転移することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る加圧部材によれば、加熱部材が低温となったときに、低温部分に対応する加圧部材の弾性材料層内部の相転移材料が液相から固相に相転移して凝固熱を放熱するので、加熱部材が過冷却となるのを抑えることができて表面温度を均一にすることができる。また、再通電の際の温度上昇の立ち上がりを早くすることもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の参考例に係る加圧部材を備えた定着装置１の構成を概略的に示す模式図である。この定着装置は、図示しない画像形成装置の内部に備えられていて、加圧部材としての加圧ローラ２、加熱部材としての加熱ローラ３、温度センサ６、制御回路７、付勢部材８で大略構成される。
【００２４】
加熱ローラ３の内部にはヒータ３ａが備えられ、そのヒータ３ａには温度センサ６及び制御回路７が接続されていて、加熱ローラ３の表面温度がトナー５を溶融し定着するのに適した所定の温度（定着温度）を維持するように制御されている。
【００２５】
加圧ローラ２は略円筒形状のローラ部材であり、付勢部材７によって、内部にヒータ３ａを備えた加熱ローラ３に付勢され、回転しつつ加熱ローラ３と協働して記録紙４上のトナー５を溶融して加圧し、トナー５を記録紙４上に定着させる。
【００２６】
図２（ａ）、（ｂ）は、この定着装置１の加圧及び加熱ローラ部分にＡ３及びＡ４サイズの記録紙が通過する様子を示すもので、図２（ａ）は記録紙の進行方向正面から見た図であり、図２（ｂ）は加圧ローラ２のある側を、記録紙面に垂直な方向から見た図、すなわち図２（ａ）を下から見た図である。
【００２７】
この定着装置１は、幅の狭いＡ４サイズと幅の広いＡ３サイズという複数の種類の記録紙を通過させてトナーを定着することができる。図２（ａ）、（ｂ）において、範囲Ｒ４は幅狭の種類の記録紙としてのＡ４サイズの記録紙Ｐ４が通過する幅範囲を示し、範囲Ｒ３は幅広の種類の記録紙としてのＡ３サイズの記録紙Ｐ３が通過する幅範囲を示している。また、範囲Ｒ３のうち、範囲Ｒ４以外の範囲をＲ５で示している。
【００２８】
図３にその回転軸方向の部分拡大断面図を示すように、加圧ローラ２にはアルミニウム等で形成された円筒形状の芯金２ａの外周表面に弾性材料層２ｂが形成されている。この弾性材料層２ｂは、記録紙４を加圧したときに弾性変形すなわちつぶれを生じて記録紙４を良好にニップするためのもので、例えばシリコン樹脂等の材料で形成される。
【００２９】
弾性材料層２ｂ中には、トナー５の定着温度以上で固相から液相へ相転移する相転移材料２ｃが、粒子状とされて分散されている。この相転移材料２ｃは、相転移の際に融解熱を吸熱しつつ固相から液相へ可逆的に相転移する材料であって、例えば融点１７０℃のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等が用いられる。
【００３０】
この相転移材料２ｃの弾性材料層２ｂへの分散濃度は、Ａ４サイズの記録紙Ｐ４の幅に対応する加圧ローラ２の回転軸方向一端部としての図２中の範囲Ｒ４に対応する部分よりも、Ａ３サイズの記録紙Ｐ３の幅に対応する加圧ローラ２の回転軸方向他端部としての図２中の範囲Ｒ５に対応する部分の方が高濃度とされている。
【００３１】
次にこの定着装置の動作について説明する。
【００３２】
画像形成装置の電源が入れられると加熱ローラ３内部に備えられたヒータ３ａが発熱を開始する。加熱ローラ３の表面温度が定着温度にまで上昇したら、画像形成装置は画像形成可能状態となる。
【００３３】
使用者が記録紙のサイズを選択して画像形成操作を行うと、その表面に形成画像に沿ってトナー５が塗布された記録紙４が定着装置１内に搬送されて、加圧ローラ２が回転しつつ加熱ローラ３と協働してトナー５を溶融加圧し、その記録紙４上に定着する。
【００３４】
この定着動作において、加熱ローラ３は記録紙４及びトナー５に熱を与えるため、加熱ローラ３の表面は記録紙４及びトナー５に熱を奪われて温度が低下する。この温度低下は温度センサ６で検出され、制御回路７は定着温度を維持するためにヒータ３ａの電流制御を行い発熱を増加させる。
【００３５】
使用者がＡ４サイズの記録紙を頻繁に選択すると、この定着装置１にはＡ４サイズの記録紙Ｐ４が頻繁に通過する。Ａ４サイズの記録紙Ｐ４が頻繁に通過し、加熱ローラ３の範囲Ｒ４に対応する部分の熱が奪われて表面温度が低下すると、温度センサ６が加熱ローラ３の温度低下を検出し、制御回路７がヒータ３ａの電流制御を行って発熱を増加させて、加熱ローラ３の範囲Ｒ４に対応する部分の表面温度を再び定着温度にまで昇温する。
【００３６】
このとき、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応する部分は、記録紙４やトナー５と接触しないため熱をほとんど奪われず、範囲Ｒ４に対応する部分ほど表面温度が低下していないが、ヒータ３ａの発熱増加により範囲Ｒ４に対応する部分と同様に加熱される。
【００３７】
しかし、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応する部分の表面温度が定着温度を超えて高温となり、加圧ローラ２の範囲Ｒ５に対応する部分の温度が伝熱によりその弾性材料層２ｂに分散された相転移材料２ｃの相転移点となったとき、相転移材料２ｃが固相から液相へ相転移して融解熱を吸熱する。その吸熱により、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応する部分の表面から熱が奪われて、その部分の表面温度は低下する。その結果、加熱ローラ３の範囲Ｒ５に対応する部分が過熱するのを抑えることができて表面温度を均一にすることができる。
【００３８】
さらに本参考例においては、この相転移材料２ｃの弾性材料層２ｂへの分散濃度は、加圧ローラ２の範囲Ｒ４に対応する部分よりも、加圧ローラ２の範囲Ｒ５に対応する部分の方が高濃度とされているので、加圧ローラ２の範囲Ｒ５に対応する部分の熱を効率的に吸熱できて、加熱ローラ３の表面温度分布を効率的に均一にすることができる。それにより、良好な定着性能を得ることができる。
【００３９】
なお、本参考例では、相転移材料２ｃとして融点１７０℃のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を用いた例について説明したが、使用するトナーの材料、その溶融点及び設定定着温度に対応して、適切な相転移点を有する相転移材料を選択して使用すればよい。
【００４０】
また、加圧部材として円筒形状の加圧ローラを使用する場合について説明したが、加圧ローラの代わりに加圧ベルトを使用してもよい。この場合には、芯金ではなく、ベルト基材の表面に相転移材料を分散した弾性材料層を形成して使用する。
【００４１】
図４に示すように、弾性材料層２ｂの表面に、保護層としての被膜外層２ｄを設けたり、図５に示すように、相転移材料２ｃをマイクロカプセル２ｅに封入して分散したりすることにより、弾性材料層２ｂの表面に分散された相転移材料２ｃが液相となった場合でも流れ出すのを防止することができる。
【００４２】
これらの場合、もちろん被膜外層２ｄやマイクロカプセル２ｅの材料としては、相転移材料２ｃの相転移点でも液相とならない材料を選択する必要があることは言うまでもない。
【００４３】
なお、本参考例においては、加圧ローラ２の弾性材料層２ｂに相転移材料２ｃを分散させることにより、液相となった相転移材料２ｃが弾性材料層２ｂの弾性をさらに高めて弾性変形すなわちつぶれを生じやすくするので、より良好に記録紙４をニップできるという効果も得られる。
【００４４】
［本発明の実施の形態］
上記した参考例に対して本発明の実施の形態においては、加圧部材としての加圧ローラの表面に形成された弾性材料層の内部に、トナーの定着温度以下で液相から固相へ相転移する相転移材料が分散されている構造とした。
【００４５】
それにより、本実施形態では、例えばＡ４サイズの記録紙Ｐ４（図２（ａ）、（ｂ）参照）が連続して通紙されたときに、加熱ローラの範囲Ｒ３（図２（ａ）、（ｂ）参照）に対応する部分の表面温度が低下しても、加熱ローラの範囲Ｒ３に対応する部分の相転移材料が液相から固相へ相転移し、凝固熱を放熱するので、加熱ローラの範囲Ｒ３に対応する部分が過冷却となるのを抑えることができて加熱ローラの表面温度を均一にすることができる。
【００４６】
また、ヒータの通電がオフとなった後、加熱ローラの表面温度が低下してトナーの定着温度以下となったときも、加熱ローラの相転移材料が液相から固相へ相転移し、凝固熱を放熱するので、加熱ローラの冷却を抑えることができ、その保温効果により、再通電の際の温度上昇の立ち上がりを早くすることができる。
【００４７】
なお、液相から固相への凝固反応が、固相から液相への融解反応よりも低い温度で発生するような、いわゆる過冷却状態を生じる物質を相転移材料として用いることにより、トナーの定着温度を超えて過熱状態となるのを抑える効果と、トナーの定着温度よりも低い温度となって過冷却状態となるのを抑える効果の両方の効果を得ることができる。
【００４８】
［参考例１］
融点１７０℃の相転移材料としてのポリプロピレンＰＰ樹脂の微粒子を、弾性材料としてのシリコン樹脂の溶剤希釈液に分散し、その溶液を芯金の円周表面全面にスプレー塗布して溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加熱ローラを作成した。この加熱ローラをサンプルＮｏ．１とする。
【００４９】
［参考例２］
Ａ４サイズの記録紙Ｐ４が通過する際に接触する部分に対応する芯金の円周表面に相転移材料を含まないシリコン樹脂の溶剤希釈液を塗布し、芯金の円周表面のうちそれ以外の部分に、参考例１と同様のポリプロピレンＰＰ樹脂微粒子を分散したシリコン樹脂溶剤希釈液をスプレー塗布して溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加熱ローラを作成した。この加熱ローラをサンプルＮｏ．２とする。
【００５０】
［参考例３］
融点１６５℃の相転移材料としてのポリエチレンテレフタレートＰＥＴ樹脂の微粒子を、シリコン樹脂を用いてｉｎ−ｓｉｔｕ法にてマイクロカプセル化した後、シリコン樹脂の溶剤希釈液に分散し、その溶液を芯金の円周表面全面にスプレー塗布して溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加熱ローラを作成した。この加熱ローラをサンプルＮｏ．３とする。
【００５１】
［比較例１］
芯金の円周表面前面に、相転移材料を含まないシリコン樹脂の溶剤希釈液を塗布して溶剤を乾燥させた後に加熱硬化させて加圧ローラを作成した。この従来型の加圧ローラをサンプルＮｏ．４とする。
【００５２】
［評価］
これらの加圧ローラサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４を複写機（Ｉｐｓｉｏ：リコー社製）の定着装置に搭載し、定着温度を１６０℃に設定してトナーの定着性の評価を行った。Ａ４サイズの記録紙Ｐ４を１００枚連続通紙した後にＡ３サイズの記録紙Ｐ３を通紙し、そのときの加熱ローラ表面の温度分布を測定し、加熱ローラへのトナー付着を観察し、Ａ３サイズの記録紙Ｐ３の定着状態を観察することにより評価を行った。
【００５３】
なお、通紙方法については、加熱ローラ及び加圧ローラの回転軸方向中央近傍を基準としてＡ４サイズとＡ３サイズの記録紙Ｐ３のセンター位置を一致させて通紙した場合（中央基準）と、回転軸方向端部近傍を基準としてＡ４サイズとＡ３サイズの記録紙Ｐ３の端部位置を一致させて通紙した場合（端部基準）との２種類について評価を行ったので、サンプルＮｏ．２については、それぞれの通紙方法に対応してサンプルＮｏ．２（中央基準用）とサンプルＮｏ．２（端部基準用）とを作成してそれぞれの評価に使用した。
【００５４】
中央基準の場合の加熱ローラの表面温度分布の評価結果を図６に、端部基準の場合の加熱ローラの表面温度分布の評価結果を図７に示した。
【００５５】
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３の加圧ローラを用いた場合は、中央基準及び端部基準のいずれの場合でも、加熱ローラの表面温度分布は回転軸方向に渡って略均一であった。また、加熱ローラへのトナー付着は見られず、Ａ３サイズの記録紙Ｐ３へのトナーの定着も良好であった。
【００５６】
一方、サンプルＮｏ．４の加圧ローラを用いた場合は、中央基準の場合も端部基準の場合も、Ａ４サイズ記録紙Ｐ４が通紙される部分の加熱ローラの表面温度に対し、それ以外の部分の表面温度が約１０℃高くなり、表面の温度分布は均一とならなかった。また、加熱ローラの表面温度が高くなっている部分においては、トナーが記録紙から剥離したり加熱ローラへ付着したりしていることが観察され、Ａ３サイズ記録紙Ｐ３には汚れが発生していた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱部材が低温となったときに、低温部分に対応する加圧部材の弾性材料層内部の相転移材料が液相から固相に相転移して凝固熱を放熱することにより、加熱部材の表面温度を均一にすることができて、良好な定着性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例に係る加圧部材を備えた定着装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】  図１に示した定着装置の加圧及び加熱ローラ部分にＡ３及びＡ４サイズの記録紙が通過する様子を示すもので、（ａ）は記録紙の進行方向正面から見た図であり、（ｂ）は加圧ローラのある側で記録紙の紙面に垂直な方向から見た図である。
【図３】  本発明の参考例に係る加圧ローラの回転軸方向の部分拡大断面図である。
【図４】  本発明の他の参考例に係る加圧ローラの回転軸方向の部分拡大断面図であり、弾性材料層の表面に被膜外層を設けたものを示す。
【図５】  本発明の他の参考例に係る加圧ローラの回転軸方向の部分拡大断面図であり、相転移材料をマイクロカプセルに封入して弾性材料層に分散したものを示す。
【図６】  参考例１〜３及び比較例の評価結果を示す図であり、ローラ回転軸中央近傍を基準としてＡ４サイズとＡ３サイズの記録紙のセンター位置を一致させて通紙した場合を示す。
【図７】  参考例１〜３及び比較例の評価結果を示す図であり、ローラ回転軸端部近傍を基準としてＡ４サイズとＡ３サイズの記録紙の端部位置を一致させて通紙した場合を示す。
【図１】
0003850208.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003850208.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003850208.tif 000007
【図７】
0003850208.tif 000008