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JP2004205814A - 定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置 - Google Patents

定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置 Download PDF

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JP2004205814A
JP2004205814A JP2002374879A JP2002374879A JP2004205814A JP 2004205814 A JP2004205814 A JP 2004205814A JP 2002374879 A JP2002374879 A JP 2002374879A JP 2002374879 A JP2002374879 A JP 2002374879A JP 2004205814 A JP2004205814 A JP 2004205814A
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sleeve
roller
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sponge layer
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JP2002374879A
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Jun Ogawa
潤 小川
Jun Sugiyama
純 杉山
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Nitto Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nitto Kogyo Co Ltd
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Abstract

【目的】実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置を提供することである。
【構成】この発明に係わる定着用ローラは、芯金16と、この芯金16の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層22と、このスポンジ層22の外周に被覆された金属製薄肉スリーブ26とを具備し、金属製薄肉スリーブ26の端部が、スポンジ層22の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴としている。
【選択図】 図3

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、芯金の外周をスポンジで覆い、更に、このスポンジの外周を金属製薄肉スリーブで覆った構成の定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置において、電子写真方式・静電記録方式・磁気記録方式等の適宜の作像プロセス機構により被記録材(転写材・感光紙・静電記録紙・印刷紙等)に転写方式(間接方式)或いは直接方式で目的の画像情報に対応させて形成担持させた未定着トナー像を、被記録材面に加熱・加圧定着させるための定着装置としては、定着ローラ及び加圧ローラを備えた所謂2ローラ方式の装置構成が広く用いられている。
【0003】
図13に、従来の2ローラ方式の定着装置の概略構成を示す。参照符号80は、加熱用回転体としての定着ローラを示している。この定着ローラ80のアルミニウム製の中空芯金82の内部には、加熱手段としてのハロゲンランプ81が配設されている。このハロゲンランプ81に対して、不図示の電源から通電して発熱させて、定着ローラ80を、中空芯金82の内部から、被加熱材としての被記録材P(以下、転写材と記す)上のトナー画像のトナーを融解させるのに十分な温度に加熱する。
【0004】
また、転写材P上のトナーをオフセットすることなく、転写材上に定着するために、該定着ローラ80の中空芯金82の外側には離型性に優れた性能を示すポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシテトラフルオロエチレン共重合体(PFA)などの離型性層83が形成されている。また、定着ローラ80の表面にはサーミスタ84が接触しており、定着ローラ表面の温度を検知し、適度な温度で転写材上のトナー像を加熱するようにハロゲンランプ81への給電をon/off制御するように構成されている。
【0005】
また、参照符号90は、定着ローラ80に対する加圧部材としての加圧ローラを示しており、定着ローラ80に対して略並行に配列され、ローラ長手両端部において不図示の加圧バネにより付勢されて定着ローラ80に対して圧接した状態に保持されている。この加圧ローラ90は、芯金91の外部にシリコーンゴムを形成した弾性層あるいはシリコーンゴムを発泡して成るスポンジ弾性層92、さらにその外層に定着ローラ80と同様のPTFEあるいはPFAの離型性層93を形成して構成されている。
【0006】
このように2ローラ方式の定着装置を構成することにより、この加圧ローラ90の弾性により定着ローラ80と加圧ローラ90の両ローラ間の圧接ニップ部Nに十分なニップ幅を形成することができることになる。
【0007】
そして、回転させた定着ローラ80と加圧ローラ90のニップ部Nに、未定着トナー像を担持させた転写材Pを画像面を定着ローラ80側にして導入して挟持搬送させることで、定着ローラ80の熱及びニップ部Nで作用される圧力により、トナー像が転写材P面に永久画像として加熱・加圧定着されることになる。
【0008】
ここで、定着ローラ80の中空芯金82は、熱容量をできるだけ小さく抑え、かつより高い熱伝導性を有しながらも機械的強度を満足させるために、20〜30mmの外径で、肉厚1.5〜3mmを必要としていた。更に、最外層を成す離型性層83は熱伝導性が小さいため厚く形成することができず、通常30〜50μmの厚みで形成されていた。
【0009】
また、加圧ローラ90は、転写材Pの搬送中にトナーが融解するのに十分なニップ幅を得るために15〜60度(ASKER−C、300g荷重時)程度のローラ表面硬度が必要となっていた。
【0010】
しかしながら、上記従来例のような2ローラ方式の定着装置の場合、定着ローラ80の中空芯金82の肉厚をできるだけ小さくすることにより熱伝導性を高めることができる反面、熱容量が小さくなるために転写材Pを通紙した場合には、転写材Pへの放熱により定着ローラ80の表面の温度変動(リップル)が大きくなり、よって転写材P上のトナー像の定着性にムラが生じてしまう等の問題が指摘されていた。
【0011】
このため定着ローラ80および加圧ローラ90を使用した2ローラ方式の定着装置においては、昨今求められているウォームアップ時間短縮の実現が容易に達成されていない問題点が発生している。即ち、画像形成装置が動作していない状態であっても、定着ローラ80の表面をある程度加熱状態にしておく必要があり、消費電力が多大となっていた。
【0012】
また、定着ローラ80が剛体であり、加圧ローラ90の弾性のみによってニップ部Nを形成するため、定着ローラ80の形状に沿って転写材Pが搬送される。これにより転写材Pには加熱状態で屈曲するような外圧がかかることになるため、定着装置から排出される転写材Pにはニップ部Nの曲率形状に沿った湾曲のカールが生じる。特に程度が悪いときには定着ローラ80からの分離性能にも悪影響を与える等の問題があった。
【0013】
更に、封筒を通紙した場合においては、封筒の湾曲もしくは変形によりシワが生じ、印刷した宛名がシワにより分断され、極端な場合には解読不可能になる等の問題がある。これは近年の装置の小型化に伴って定着ローラ80の外径が小さくなるほど顕在化する問題であった。
【0014】
更にまた、加圧ローラ90の長手方向両端部の加圧手段で定着ローラ80側に加圧ローラ90を圧接する場合には、小径の加圧ローラ90は軸の撓みにより長手方向中央部に比べ、両端部に向かうにつれ加圧力が増大する。このためニップ部Nの幅はニップ部長手方向で異なり、ニップ部長手方向の中央部に比べ両端部へ向かうにつれ大きくなる。これによりニップ部Nに挟持搬送される転写材Pに及ぶ加圧状態が中央と両端部で異なり、転写材端部は過剰に加圧されるため紙繊維が伸び、波打ちが発生する問題点も指摘されていた。
【0015】
このような問題点を解決するために、例えば、特開平8−129313号公報に示されるような、「内部に弾性体層を含み、その外部に厚さ10〜150μmの金属スリーブを設けた加熱用回転体」を備える技術が提案されている。このような加熱用回転体によれば、上述した問題点を解決することが出来るものである。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような「内部に弾性体層を含み、その外部に厚さ10〜150μmの金属スリーブを設けた加熱用回転体」により形成された定着用ローラとこれに所定の圧力で転接する加圧ローラとから所謂2ローラ方式の定着装置を構成して、実際に耐久試験を行ってみると、耐久性を担保する時間内に金属製スリーブの端部に、連続運転時間100時間程度で割れが発生して、耐久性が十分でない場合があることが判明した。
【0017】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、この発明の目的は、実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置を提供することである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決し、目的を達成するため、この発明に係わる定着用ローラは、請求項1の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、このスポンジ層の外周に被覆された金属製薄肉スリーブとを具備し、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴としている。
【0019】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項2の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴としている。
【0020】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項3の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って内方に偏倚して位置していることを特徴としている。
【0021】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項4の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部に一致した状態で位置していることを特徴としている。
【0022】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項5の記載によれば、芯金と、この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、このスポンジ層の外周にこれを覆うように配設された金属製薄肉スリーブとを具備し、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部と一致又はこれより軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置していることを特徴としている。
【0023】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項6の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴としている。
【0024】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項7の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、厚さ10〜100μmの肉厚を有することを特徴としている。
【0025】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項8の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブは、ニッケル電鋳製であること特徴としている。
【0026】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項9の記載によれば、前記スポンジ層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴としている。
【0027】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項10の記載によれば、前記スポンジ層は、300g荷重のアスカ−C硬度で、15〜60度の範囲に設定されていることを特徴としている。
【0028】
また、この発明に係わる定着用ローラは、請求項11の記載によれば、前記接着剤層は、全周に渡り形成されていることを特徴としている。
【0029】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項12の記載によれば、請求項1乃至11の何れか1項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴としている。
【0030】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項13の記載によれば、前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【0031】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項14の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【0032】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項15の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【0033】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項16の記載によれば、前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致又は軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴としている。
【0034】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項17の記載によれば、前記金属製薄肉スリーブを加熱する加熱手段を更に具備することを特徴としている。
【0035】
また、この発明に係わる定着装置は、請求項18の記載によれば、前記加熱手段は、前記金属製薄肉スリーブを外部から加熱する外部加熱手段であることを特徴としている。
【0036】
【好適する実施例の説明】
以下に、この発明に係わる定着用ローラを、2ローラ方式の定着装置の定着ローラに適用した場合の種々の実施例につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0037】
(第1の実施例の説明)
先ず、図1を参照して、この発明に係わる第1の実施例の定着装置10の概略構成を説明する。参照符号12は、この発明に係わる一実施例の定着用ローラが適用されるところの、加熱用回転体としての定着ローラを示しており、参照符号14は、この定着ローラ12に所定の圧力で転接する加圧部材としての加圧ローラを示している。尚、この定着ローラ12の外周面には、この表面温度を測定するためのサーミスタ38が接触配置されている。
【0038】
この定着ローラ12は、鉄等の金属製芯金16の駆動軸の長手方向端部にある不図示の駆動ギアを介して、不図示の駆動系により、矢印で示す方向に回転駆動される。一方、加圧ローラ14は、鉄製の芯金18の長手方向両端部にある不図示の軸受を介して、不図示の加圧バネにより、定着ローラ12側へ圧接された状態で、定着ローラ12の回転に従動して矢印で示す方向に回転する。参照符号Nは、この両ローラ12、14が互いに転接する圧接ニップ部を示している。
【0039】
この一実施例の定着ローラ12は、図2に取り出して示すように、芯金16と、この芯金16の外周に、プライマー20を介してこれを取り巻くように配設されたスポンジ層22と、このスポンジ層22の外周に、接着剤層24を介して接着された金属製薄肉スリーブ26と、この金属製薄肉スリーブ26の外周にこれを覆うように配設された離型層28とを備えて構成されている。
【0040】
ここで、上述したスポンジ層22は、シリコーンゴムを発泡して形成されたところの、少なくとも独立気泡を含むスポンジ体から構成されている。このスポンジ層22は、金属製薄肉スリーブ26内に嵌入されたスポンジ体から形成されており、嵌入前の状態において、その外径が、スリーブ26の内径よりも径大になるように、図示しない外径研磨装置により、加工されている。具体的には、金属製薄肉スリーブ26の内径は、30.0mmに設定されているが、嵌入前のスポンジ体の外径は、30.5mmになるように、加工されている。
【0041】
また、金属製薄肉スリーブ26は、高い熱伝導を有する金属材料、例えば、鉄・SUS・ニッケル等、具体的には、この実施例においては、ニッケル電鋳製のスリーブから形成されていて、内径が30.0mm、肉厚が10〜100μm、好ましくは30〜50μm、具体的には、この実施例においては、肉厚35μmの薄肉スリーブとして形成されている。
【0042】
また、上述したスポンジ層22と金属製薄肉スリーブ26とを接着するために、スポンジ層22の外周面及び金属製薄肉スリーブ26の内周面の少なくとも一方、具体的には、この一実施例では、スポンジ層22の外周面には、これの外周への金属製薄肉スリーブ26の嵌入に先立ち、接着剤が全面に渡り塗布されていて接着剤層24が構成されている。
【0043】
ここで、この接着剤層24を構成する接着剤としては、この一実施例においては、シリコーンゴム系接着剤が用いられており、特に、2液付加LTV(商品名:SE1700、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)が用いられている。また、RTV(商品名:KE45、信越化学工業社製)の接着剤も、用いられ得るものである。
【0044】
ここで、この接着剤層24の層厚としては、5〜100μmの範囲が適切であり、特に、この一実施例においては、塗布量からの換算として、約50μmに設定されている。尚、接着剤層24の層厚が5μmより薄いと、接着強度が担保されず、一方で、100μmより厚いと、スポンジ層22の断熱効果を損なうこととなり好ましくない。従って、上記したように、接着剤層24の層厚としては、5〜100μmが最適な範囲となるものである。
【0045】
このように、スポンジ層22と金属製薄肉スリーブ26とを互いに接着しているために、定着ローラ12の回転状態において、金属製薄肉スリーブ26と加圧ローラ14との間の摩擦係合力が強くなったとしても、スポンジ層22と金属製薄肉スリーブ26との間で相対回転が発生せず、短時間のうちにスポンジ層の外表面がぼろぼろになって、使用不能状態となることが、確実に防止されることになり、その効果は絶大である。
【0046】
また、このような定着ローラ12の回転状態において、金属製薄肉スリーブ26はスポンジ層22に接着固定されているので、金属製薄肉スリーブ26がスポンジ層22に対して軸方向に沿って変位する状態が確実に防止されることとなる。この結果、金属製薄肉スリーブ26がスポンジ層22に対して軸方向に沿って変位する事により発生していた所の、応力集中による割れの発生が、確実に防止されることになる。
【0047】
一方、この発明の特徴となる点であるが、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26の両端部は、図3に示すように、スポンジ層22の対応する端部よりも夫々内側に偏倚した状態で位置している。換言すれば、この一実施例においては、金属製薄肉スリーブ26の両端部は、スポンジ層22の対応する端部から夫々軸方向に沿って外方に突出しないように、内方に引き込まれた状態で配設されている。
【0048】
これは、本願発明者が従来の技術の欄に記載した問題点(スリーブの端部割れ)を解決すべく、種々の構成を検証することにより、該問題点を解決するに最適の構成を発明するに至ったものである。即ち、本願発明者は、金属製薄肉スリーブ26がスポンジ層22から軸方向外方に突出している場合に、その突出している側の端部に割れが発生する傾向があることに着目し、後に種々の変形例として説明するが、要は、金属製薄肉スリーブ26の端部がスポンジ層22の端部から外方に突出している場合に、そのスポンジ層22の端部を構成する角部が、金属製薄肉スリーブ26の内周面に当たり、この当たっている部位において応力集中が発生して、割れが発生する原因であることに気が付いたものである。
【0049】
そこで、このような割れの発生に対する対応策として、金属製薄肉スリーブ26の端部が、スポンジ層22の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態、即ち、軸方向に沿って内方に偏倚して位置させる技術を発明するに至ったものである。
【0050】
このように、この一実施例においては、金属製薄肉スリーブ26の端部が、スポンジ層22の端部より内側に偏倚して位置させることにより、連続駆動時間として400時間を経過しても、尚、割れが発生しない状態となり、十分な耐久性が達成される効果が奏せられることになる。
【0051】
また、この一実施例においては、接着剤層24を構成する接着剤として、シリコーンゴム系の接着剤を採用することにより、この接着剤自身に所定の柔らかさ及び弾性を発揮し得ることとなる。この結果、柔らかなスポンジ層22と硬い金属製薄肉スリーブ26とを接着するに際して、両者の間の硬度の違いを効果的に吸収して、ストレスを与えない点で、顕著な効果を奏することが出来るものである。
【0052】
また、この接着剤層24は、上述したように所定の弾性を有しているために、硬い金属製薄肉スリーブ26からの力を、直に、スポンジ層22に伝達することを防止して、所謂保護層としての機能を発揮することが出来るものである。
【0053】
また、離型層28は、PTFEあるいはPFA等のフッ素樹脂から形成されている。例えば、金属製薄肉スリーブ26の外周面にPFAを塗布する事により形成しても良いし、PFA製のチューブを被覆する事により形成しても良いものである。
【0054】
一方、加圧ローラ14は芯金18の外周に、シリコーンゴム製の弾性層30、そして、PTFEあるいはPFA等の離型層32を順次形成して構成されている。
【0055】
そして、この第1の実施例に係わる定着装置10においては、定着ローラ12に加圧ローラ14が所定の圧力で転接している状態において、金属製薄肉スリーブ26の端部割れの発生を防止する目的で、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26の端部が、加圧ローラ14の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態、即ち、内方に偏倚して位置するように、加圧ローラ14は定着ローラ12に転接している。
【0056】
即ち、既に上述したように、金属製薄肉スリーブ26の内周面にスポンジ層22の端部を構成する角部が当たることにより、金属製薄肉スリーブ26に応力集中が発生し、これが割れの原因となると同様に、金属製薄肉スリーブ26の外周面に加圧ローラ14の端部を構成する角部が当たることにより、金属製薄肉スリーブ26に応力集中が同様に発生し、これが割れの原因となることも判明した。
【0057】
従って、この加圧ローラ14の当たり具合を起因とする割れの発生を防止する目的から、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26の端部は、加圧ローラ14の端部の内側に偏倚して位置する状態で、加圧ローラ14は定着ローラ12に転接するように構成されている。
【0058】
尚、このように加圧ローラ14を定着ローラ12に転接させることにより、加圧ローラ14の外周面に、定着ローラ12のスポンジ層22の外部に露出している外周面の部分(即ち、金属製薄肉スリーブ26の両端からはみ出しているスポンジ層22の部分の外周面)が、直接的に転接することになる。この結果、定着ローラ12と加圧ローラ14との互いの摩擦係合力は増大し、駆動側の定着ローラ12の回転に伴って、加圧ローラ14はスリップ無く従動回転される(勿論、加圧ローラ14が駆動側である場合には、加圧ローラ14の回転に伴って、定着ローラ12はスリップ無く従動回転される)ことになる効果が、特有に奏せられるものである。
【0059】
また、参照符号34は定着ローラ12の表面を外部より加熱する外部加熱手段としてのハロゲンヒータを示している。このハロゲンヒータ34は、定着ローラ12と加圧ローラ14との圧接ニップ部Nの転写材入口近傍において定着ローラ12に対向させて配設してあり、このハロゲンヒータ34の輻射熱により定着ローラ12の表面が加熱されるようになされている。
【0060】
ここで、ハロゲンヒータ34による定着ローラ12の輻射加熱を効率的に行うために、ハロゲンヒータ34を中にして定着ローラ12と反対側には反射率の高い湾曲した反射板36が配置されており、ハロゲンヒータ34からの輻射熱を発散させずに定着ローラ12側へ反射させるように構成されている。
【0061】
上述した定着ローラ12に対しては、この定着ローラの表面温度を検知するためのサーミスタ38が当接されており、これにより検知された定着ローラ12の表面温度情報は、A/D変換器(不図示)を介してCPU(不図示)へと送られ、これに基づきCPU(不図示)は、ACドライバ(不図示)を介してハロゲンヒータ34のON/OFFを制御することにより、定着ローラ12の表面温度を所定値に制御するように構成されている。
【0062】
この定着ローラ12の他の外部加熱方法としては、図4に第1の実施例の第1の変形例として示すように加熱用コイル40を用いた誘導加熱等がある。これは上記金属製薄肉スリーブ26として鉄・ニッケル・コバルト等の強磁性体を使用した場合に特に有効である。加熱用コイル40は定着ローラ12の表面より一定間隔を隔てて配設されている。
【0063】
図5は、図4に示す加熱用コイル40の一端部側の拡大斜視図である。該加熱用コイル40は定着ローラ12の長さ寸法に略対応した横長部材であり、定着ローラ12に対して略並行に配列させてある。図中参照符号42は、フェライト等の強磁性体よりなる横長コアを示しており、一般にスイッチング電源用として用いられている代表的な形状としてI型・E型・U型等がある。本実施例ではE型のコアを用いているが、他の形状のコアとすることもできる。このコア42には導線44が巻かれており、長手方向端部より不図示の電源により通電される。
【0064】
以上の構成により、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26は、加熱用コイル40の導線44に高周波の交流を通電することで、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26内に渦電流が発生し、そのジュール熱で誘導加熱される。この場合も、定着ローラ12の表面温度がサーミスタ38で検知され、その検知情報により、定着ローラ12の表面が所定の定着温度になるように加熱用コイル40への通電が制御される。この加熱方法はエネルギー効率の高い加熱が可能となり、効率的な定着方法となる。
【0065】
このように、第1の実施例の定着装置10では、定着ローラ12の構成が、内部にスポンジ層22、外部に金属製薄肉スリーブ26を形成しており、熱容量が小さく熱伝導性に優れた金属製薄肉スリーブ26は外部からの加熱手段(ハロゲンヒータ)34によって急激に加熱することができることになる。
【0066】
ここで、金属製薄肉スリーブ26の肉厚を薄くしすぎると、加工上の観点から問題であるが、加工上の観点を満足するために金属製薄肉スリーブ26の厚みをあまり厚くすると、剛性が強くなり、ニップ部Nのニップ幅を十分に得られなくなる問題点が発生する。以上の観点から、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26は10〜100μmの肉厚で形成することが望ましいことがわかる。
【0067】
この一実施例では、内部に断熱効果の高い弾性体層としてのスポンジ層22を形成し、その外側に10〜100μmの金属製薄肉スリーブ26を形成した定着ローラ12の表面を、外部の加熱手段34により定着可能な温度に加熱することによって、ウォームアップ時間を短縮することができる。よって画像形成装置が動作していない状態においては従来例のごとく定着ローラ表面を加熱する必要がなく、消費電力を大幅に削減できることになる。
【0068】
また、この一実施例によれば、定着ローラ内部の弾性により小径の加圧ローラ14の芯金18が撓むことによる圧接ニップ部Nの不均一性を解消でき、圧接ニップ部長手方向のニップ幅を均一化することで転写材に同様の負荷を与えるため波打ち等の転写材の不具合を防止できることになる。
【0069】
更に、定着ローラ12にも弾性を持たせてあることから、ニップ幅を広く設定することが容易になり、画像形成装置の高速化をも可能とする定着装置となるものである。
【0070】
この発明に係わる定着用ローラ及び定着装置は、夫々、上述した一実施例及び第1の実施例の構成に限定される事なく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は、言うまでもない。以下に、この発明に係わる定着用ローラの他の実施例、及び、定着装置の種々の実施例を、添付図面を参照して説明する。尚、以下の説明において、上述した一実施例及び第1の実施例と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【0071】
(他の実施例の説明)
例えば、上述した一実施例の定着ローラ12においては、金属製薄肉スリーブ26の端部は、スポンジ層22の端部から軸方向に沿って内方に偏倚した状態で配設されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図6に他の実施例として示すように、金属製薄肉スリーブ26の端部は、スポンジ層22の端部と一致した状態で配設しても良いものである。要は、金属製薄肉スリーブ26の端部が、スポンジ層22の端部から軸方向に沿って外方に突出しないようにして配設すれば、良いものである。
【0072】
この図6に示す状態において、加圧ローラ14は、これの端部より金属製薄肉スリーブ26の端部が軸方向に沿って内方に偏倚した状態で、定着ローラ12に転接しているが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図7に変形例として示すように、加圧ローラ14は、これの端部と金属製薄肉スリーブ26の端部が一致する状態で、定着ローラ12に転接するようにしても良いことは、言うまでもない。即ち、この図7に示す変形例においては、スポンジ層22の端部と、金属製薄肉スリーブ26の端部と、加圧ローラ14の端部とが一致した状態で構成されている。
【0073】
(第2の実施例の説明)
また、上述した第1の実施例の定着装置10においては、金属製薄肉スリーブ26の端部は、加圧ローラ14の端部より、軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、加圧ローラ14は定着ローラ12に転接するように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、図8に第2の実施例として示すように、金属製薄肉スリーブ26の端部と加圧ローラ14の端部と一致するように、加圧ローラ14を定着ローラ12に転接させても良い。要は、金属製薄肉スリーブ26の端部が、加圧ローラ14の端部から軸方向に沿って外方に突出しないような状態で、加圧ローラ14が定着ローラ12に転接すればよいものである。
【0074】
以上の点をまとめると、図9に示すようになる。この図9において、符号Niは金属製薄肉スリーブ26の端部位置を示しており、符号P/Rは加圧ローラ14の端部位置を示しており、符号スポンジは、スポンジ層22の端部位置を示している。そして、横欄の「Ni<P/R」は、金属製薄肉スリーブ26の端部が加圧ローラ14の端部より軸方向内方に偏倚している状態を表し、「Ni=P/R」は、金属製薄肉スリーブ26の端部と加圧ローラ14の端部が一致している状態を表し、「Ni>P/R」は、金属製薄肉スリーブ26の端部が加圧ローラ14の端部より軸方向に沿って外方に突出している状態を表している。
【0075】
一方、図9の縦欄の「スポンジ<Ni」は、金属製薄肉スリーブ26の端部がスポンジ層22の端部より軸方向に沿って外方に突出している状態を示し、「スポンジ=Ni」は、金属製薄肉スリーブ26の端部とスポンジ層22の端部が一致している状態を示し、「スポンジ>Ni」は、金属製薄肉スリーブ26の端部がスポンジ層22の端部より軸方向に沿って内方に偏倚している状態を示している。
【0076】
そして、この図9に示す表において、縦欄と横欄との交差する部位に描かれた構成が、縦欄で対応する条件と横欄で対応する条件とが組み合わされた条件による構成として規定されるものである。この図9に示す個々の構成において、評価の「○」は、金属製薄肉スリーブ26の端部に割れが発生するまでの連続運転で、400時間が経過しても尚、割れが発生しない状態を示しており、「×」は、100時間程度以下で割れが発生したことを示している。
【0077】
この図9から明らかなように、金属製薄肉スリーブ26の端部が、スポンジ層22の端部からも、加圧ローラ14の端部からも軸方向に沿って外方に突出しない状態において、評価「○」が得られているものであり、これにより、本願発明の効果が明らかに実証されるものである。
【0078】
(第3の実施例の説明)
また、上述した一実施例においては、定着ローラ12においては、離型層28は、金属製薄肉スリーブ26の外周面に直接的に配設されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定される事なく、例えば図10に第3の実施例として示すように、一旦、金属製薄肉スリーブ26の外周面に、シリコーンゴム等の弾性層46を形成し、この弾性層46の外周面に離型層28を形成するように構成してよい事は、言うまでもない。
【0079】
(第4の実施例の説明)
次に、図11を参照して、この発明に係わる定着装置の第4の実施例の構成を説明する。この第4の実施例の定着装置10全体の構成は、上述した第1の実施例で図1を参照して説明した構成と同様であり、定着装置10内に配設された定着ローラ12の構成も、上述した一実施例で図2及び図3を参照して示した構成と同様であるため、ここでの説明を省く。
【0080】
この第4の実施例では、第1の実施例における外部加熱手段が、定着ローラの外周面に対して非接触な状態で配設されていたのに対して、定着ローラ表面を加熱するための外部加熱手段50を、直接に定着ローラ12の外周面に接触させた構成が採用されている。
【0081】
この外部加熱手段50は、細長いセラミック等の絶縁基板52の表面にその長手に沿って銀・パラジウム合金粉末等のペーストを線状もしくは帯状に塗布焼成して低熱容量の通電発熱抵抗体54を形成した加熱板(セラミックヒータ)を示しており、熱伝導性や熱応答性に優れ、定着ローラ表面を急激に加熱することができる。またこの加熱板50の表面には、PTFE・PFA等の耐熱性・離型性のよい部材56がコーティングされており、定着ローラ12との摺擦にも耐久できる構成となっている。尚、加熱板50を、その背面を不図示の加圧部材により押圧することで定着ローラ12に対して適度な加圧力で加圧接触させてある。
【0082】
以上説明した第4の実施例では、定着ローラ表面の適切な位置を直接加熱することができるため、エネルギー効率の良い加熱定着が実現できる効果が、特有に奏せられることになる。
【0083】
(第5の実施例の説明)
更に、図12を参照して、この発明に係わる定着装置の第5の実施例の構成を説明する。この第5の実施例では、定着ローラ12の外部加熱手段として交流磁場形成による誘導加熱を利用しており、転写材上のトナー像を定着するニップ部Nの下方に該加熱手段を配設してある。なお、定着装置10内の定着ローラ12の構成は、一実施例として図2及び図3に示した構成と同様であるため説明を省く。
【0084】
この第5の実施例においては、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26は鉄・コバルト・ニッケル等の強磁性体を用いた方がよい。図12において、参照符号60は、上述した第1の実施例で示したものと同様であり、フェライト等の磁性体コアに導線が巻かれた加熱コイルを示している。これと定着ローラ12の間には、熱可塑性があり、耐熱性に優れたポリイミド・芳香族ポリアミド・ポリベンゾイミダゾール等の円筒状のフィルム62が介設されている。
【0085】
このフィルム62は加熱用コイル60と定着ローラ12の間にバネ等の加圧手段(不図示)により一定の加圧力で挟持され、定着ローラ12の回転に従動して回転する。この時、加熱用コイル60とフィルム62とは摺動するため、耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系樹脂をフィルム62の内面にコーティングしてあってもよい。またオフセット防止や転写材との離型性を保つために、フィルム62の外側に同様にフッ素系樹脂をコーティングしてあってもよい。また加熱用コイル60の定着ローラ12側に耐摩耗性・離型性に優れたフッ素系樹脂部材が被せてあっても同様に耐久性に優れた構成となる。
【0086】
加熱用コイル60の構成は、上述した第1の実施例で図5において示した構成と同様であり、フェライト等の強磁性体よりなるコアに導線が巻かれており、長手方向端部より不図示の電源により通電される。
【0087】
以上の構成により、定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26は、加熱用コイル60の導線に高周波の交流を通電することで、ニップ部Nの下方から定着ローラ12の金属製薄肉スリーブ26に交流磁場を作用させて金属製薄肉スリーブ26内に渦電流を発生させ、そのジュール熱で金属製薄肉スリーブ26を誘導加熱する。これによりニップ部Nにおける定着ローラ表面を急激に加熱して搬送された転写材上のトナー像を熱融解し定着する。
【0088】
以上、この第5の実施例では、エネルギー効率の良い誘導加熱によってニップ部Nを直接加熱するために、定着ローラ表面を転写材上のトナー像が融解可能な温度まで急激に加熱することができ、効率的な定着が可能となる。さらに交流磁場発生による誘導加熱であるため、転写材が搬送されている間も安定した加熱を行うことができる。
【0089】
また定着ローラ内部は適度に弾性を有しており、定着ローラ12と加熱コイル60の間には変形自在のフィルム62を用いているために、ニップ部Nの幅は加熱コイル40のコアの幅を選択することで容易に変更することができる。
【0090】
また、上述した実施例においては、金属製薄肉スリーブ26は、スポンジ層22の外周に接着剤層24を介して被覆されるように説明したが、この発明は、このような構成に限定されること無く、スポンジ層22の外周に圧入されることにより被覆されるようにして取り付けるようにしても良いことは言うまでもない。要は、金属製薄肉スリーブ26は、スポンジ層22の外周に、これから脱落不能な状態でこれを覆うように設けられていればよいものである。
【0091】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、実際に回転駆動させた状態でも、端部に割れが発生せずに長期間に渡り使用可能な状態を継続させることの出来る定着用ローラ、及び、この定着用ローラを備えた定着装置が提供されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わる定着用ローラを備えた定着装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。
【図2】この発明に係わる定着用ローラを定着ローラに適用した場合の第1の実施例の構成を示す横断面図である。
【図3】図2に示す定着ローラを正面から見た状態で示す一部断面図である。
【図4】外部加熱手段を加熱コイルとした定着装置の概略の側面図である。
【図5】加熱コイルの一端部側の拡大斜視図である。
【図6】定着ローラの他の実施例の構成を示す正面一部断面図である。
【図7】図6に示す定着ローラと加圧ローラとの関係を変更して、金属製薄肉スリーブとスポンジ層と加圧ローラとの夫々の端部を一致させた変形例を示す正面一部断面図である。
【図8】加圧ローラと金属製薄肉スリーブとの端部を一致させた第2の実施例に係わる定着装置の構成を示す正面図である。
【図9】定着ローラにおける金属製薄肉スリーブの端部とスポンジ層の端部との関係、及び、金属製薄肉スリーブの端部と加圧ローラの端部との関係を分類して示す図である。
【図10】この発明に係わる定着用ローラを、加圧ローラに適用した場合の第3の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図11】この発明に係わる定着装置の第4の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図12】この発明に係わる定着装置の第5の実施例の構成を概略的に示す図である。
【図13】従来の2ローラ式の定着装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
10 定着装置
12 定着ローラ
14 加圧ローラ
16 芯金(定着ローラの)
18 芯金(加圧ローラの)
20 プライマー層
22 スポンジ層
24 接着剤層
26 金属製薄肉スリーブ
28 離形層
30 弾性層
32 離型層
34 ハロゲンヒータ(外部加熱手段)
36 反射板
38 サーミスタ
40 加熱用コイル
42 コア
44 導線
46 弾性層
50 加熱板
52 絶縁基板
54 通電発熱抵抗体
56 コーティング部材
60 加熱用コイル
62 フィルム
N ニップ部
P 転写材(被加熱材)

Claims (18)

  1. 芯金と、
    この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、
    このスポンジ層の外周に被覆された金属製薄肉スリーブと、
    を具備し、
    前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置していることを特徴とする定着用ローラ。
  2. 前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴とする請求項1に記載の定着用ローラ。
  3. 前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部より軸方向に沿って内方に偏倚して位置していることを特徴とする請求項1に記載の定着用ローラ。
  4. 前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部に一致した状態で位置していることを特徴とする請求項1に記載の定着用ローラ。
  5. 芯金と、
    この芯金の外周にこれを取り巻くように配設されたスポンジ層と、
    このスポンジ層の外周にこれを覆うように配設された金属製薄肉スリーブと、
    を具備し、
    前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記スポンジ層の端部と一致又はこれより軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置していることを特徴とする定着用ローラ。
  6. 前記金属製薄肉スリーブは、前記スポンジ層の外周に、接着剤層を介して接着されていることを特徴とする請求項5に記載の定着用ローラ。
  7. 前記金属製薄肉スリーブは、厚さ10〜100μmの肉厚を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の定着用ローラ。
  8. 前記金属製薄肉スリーブは、ニッケル電鋳製であること特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の定着用ローラ。
  9. 前記スポンジ層は、シリコーンゴムから形成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の定着用ローラ。
  10. 前記スポンジ層は、300g荷重のアスカ−C硬度で、15〜60度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の定着用ローラ。
  11. 前記接着剤層は、全周に渡り形成されていることを特徴とする請求項2又は6に記載の定着用ローラ。
  12. 請求項1乃至11の何れか1項に記載の定着用ローラを、未定着画像を担持した被記録材を加熱・加圧して画像定着させる画像定着装置の定着ローラとして備えることを特徴とする定着装置。
  13. 前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、
    該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って外方に突出しない状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項12に記載の定着装置。
  14. 前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項13に記載の定着装置。
  15. 前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部より軸方向に沿って内方に偏倚した状態で位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項13に記載の定着装置。
  16. 前記定着ローラに所定の圧力で転接する加圧ローラを更に具備し、
    該定着ローラの前記金属製薄肉スリーブの端部が、前記加圧ローラの端部と一致又は軸方向に沿って内方に偏倚して位置するように、該加圧ローラは該定着ローラに転接していることを特徴とする請求項12に記載の定着装置。
  17. 前記金属製薄肉スリーブを加熱する加熱手段を更に具備することを特徴とする請求項12乃至16の何れか1項に記載の定着装置。
  18. 前記加熱手段は、前記金属製薄肉スリーブを外部から加熱する外部加熱手段であることを特徴とする請求項17に記載の定着装置。
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