JP2005157303A - 定着用部材、定着用ローラ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 断熱性に優れた定着用部材または定着用ローラを提供する。
【解決手段】 定着用ローラである加圧ローラの芯金１６と表層１９の間に設けられた断熱層１７Ａは、凹凸フィルム２０を積層して形成されている。積層フィルム間には空間Ｋが形成される。この空隙率は、従来の断熱材である発泡シリコーンゴムよりも大きく、断熱性に優れる。このため、定着ローラ（加熱ローラ）からの熱が加圧ローラの芯金１６に伝わりにくくなり、立ち上がり時間の短縮及び温度低下の抑制を図ることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、未定着トナーの定着に用いる定着用部材、定着用ローラ、定着装置及び画像形成装置に関する。

特開２００２−４０８５５号公報 特開２０００−２０６８１５号公報 特開２０００−２７５９９６号公報 特開２００１−６５５４４号公報 特開２００１−３４３８５０号公報

電子写真方式の画像形成装置においては、記録媒体上に転写した未定着トナー像を定着するための定着装置を備えている。その定着装置として、従来はヒートロール方式の定着装置が広く用いられてきた。

ヒートロール方式の定着装置は、内部にハロゲンヒータ等の熱源を有する定着ローラに加圧ローラを圧接させてニップを形成し、該ニップに記録材を通過させて未定着トナー像を定着する。金属等の芯金上に弾性層（断熱層）及び離型層を積層したローラは熱容量が比較的大きいため、該ローラを室温から設定温度まで加熱するのに必要な立ち上がり時間は長くなる。

立ち上がり時間を短縮することは省エネルギーのために重要である。定着ローラ等においては芯金や弾性層を薄肉化することで低熱容量にすることができ、立ち上がり時間の短縮が可能である。しかし、従来の加熱ローラでは、ローラ内部に熱源を配置しているためローラ表面まで熱が伝わるのに時間的なロスがあり、特に、充分な厚さの弾性層を必要とするカラー画像定着用の加熱ローラにおいてはこの時間的なロスは大きくなる。そのため、立ち上がり時間の遅れや、通紙時の温度低下からの復帰に時間が掛かり、連続通紙時に定着部材の温度が下がることにより定着性が低下するなどの課題があった。

そこで、ローラの外部に熱源を配置し、定着部材表面を直接加熱する外部加熱方式が、例えば上記特許文献１に提案されている。この外部加熱方式では、加熱が必要な表層のみを加熱しているので、立ち上がり時間は非常に速くなり、また、通紙時の温度低下からの復帰のレスポンスも良くなっている。しかし、実際は、表層の熱が加熱を必要としないローラ内部や加圧ローラなどに逃げて行くため、表層のみを加熱する場合の理論値よりも立ち上がり時間は遅くなる。

その対策として、表層の下に断熱層を設けて断熱性を向上させることにより、立ち上がり時間を短縮することが可能である。断熱性の良い部材としては、熱伝導率の低い空気などの気体を内部に含んだ部材が一般的で、上記特許文献２に記載されているように、発泡シリコーンゴムが良く使用されている。発泡シリコーンは空気を含むため熱伝導率が低く断熱性に優れるが、ニップ内では圧縮されて空気含有率が小さくなり、熱伝導率が大きくなってしまう。また圧縮変形するので高面圧が掛けられない、変形の繰り返しで経時で劣化するなどの問題がある。更に圧縮により回転半径が変化するので記録材等を一定速度で搬送する駆動ローラとしては不向きであるという欠点がある。

上記特許文献１には、剛性が高く変形の小さい断熱材として多孔質セラミックスや多孔質樹脂が挙げられ、また、特許文献３あるいは特許文献４には、中空粒子をバインダーに混合したものが記載されている。しかし、これらは断熱性が充分ではなかった。

他にも、例えば特許文献５には、穴のあいた樹脂フィルムを多層に重ねた断熱材が提案されているが、この構成では、上下の層の穴の配置をムラなく位置決めするのは難しく、また空隙率もあまり大きくすることができないという問題がある。

本発明は、従来の定着ローラ等における上述の問題を解決し、断熱性に優れた定着用部材または定着用ローラを提供することを課題とする。
また、断熱性に優れた定着部材または定着用ローラを備えた定着装置及び画像形成装置を提供することも本発明の課題である。

前記の課題は、本発明により、基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、前記断熱層は積層されたフィルム間に分散配置される充填部材を有し、フィルム間に空間が形成されていることにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、前記断熱層は凹凸を有するフィルムを積層して形成され、フィルム間に空間が形成されていることにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、前記断熱層は積層されたフィルム間に分散配置される充填部材を有し、フィルム間に空間が形成されていることにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、前記断熱層は凹凸を有するフィルムを積層して形成され、フィルム間に空間が形成されていることにより解決される。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記積層された凹凸を有するフィルム間に分散配置される充填部材を有することを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記凹凸を有するフィルム間に平面フィルムが配置されることを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記充填部材が粒子状部材であることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記粒子状部材が中空粒子であることを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記充填部材が繊維状部材であることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記繊維状部材が中空繊維であることを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記積層されたフィルム同士あるいは前記フィルムと充填部材とが接着されていることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記フィルムが前記基体ローラ上に巻回して積層され、該フィルムの巻き始めから巻き終わりへの巻回方向がローラ回転方向と逆方向であることを提案する。

また、前記の課題は、本発明により、基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、前記断熱層は積層した熱可塑性樹脂フィルム間に中空物質を分散させ、加熱により前記中空物質を樹脂で溶着固定したことにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、前記断熱層は積層した熱可塑性樹脂フィルム間に中空物質を分散させ、加熱により前記中空物質を樹脂で溶着固定したことにより解決される。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の定着用部材または定着用ローラを備える定着装置により解決される。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記定着用ローラとして誘導加熱ローラを有し、該誘導加熱ローラの発熱層の内側に前記断熱層を有することを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記定着用ローラとして加熱ローラを有し、該加熱ローラを外部から加熱する熱源を備えることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、熱源により加熱される定着ベルトを有し、前記定着用部材として前記定着ベルトを加圧部材に押圧するための押圧部材を備えることを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記定着用ローラを外部から加熱する熱源を有し、前記定着用ローラ表面に転写させた未定着トナーを前記熱源により直接加熱した後に記録材上に定着させることを提案する。

また、前記の課題は、本発明により、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。

本発明の定着用部材、定着用ローラ、定着装置及び画像形成装置によれば、断熱層のフィルム間に空間が有ることから断熱性に優れており、定着立ち上がり時間の短縮、温度低下の抑制を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る定着装置を装着可能な画像形成装置の一例を示す断面構成図である。まず、この画像形成装置の概略構成と動作について簡単に説明する。

図１に示す画像形成装置はプリンタであり、このプリンタ本体のほぼ中央部には感光体ドラム１を中心とする作像部が配設されている。感光体ドラム１の周囲には、帯電手段２，現像装置３，転写手段４，クリーニング手段５及び除電手段６等が配設されている。作像部の上方には公知の光書込み装置８が設けられている。作像部の下方には、給紙カセット９が配置されている。また、作像部の図において左方には定着装置１０が配設されている。転写手段４と定着装置１０の間は搬送ベルト７により連絡されている。なお、定着装置１０に代えて後述する各実施形態の定着装置を用いることもできる。

このように構成されたプリンタにおいて、書き込みのための信号は図示しないホストマシーン、例えばコンピュータから送られてくる。受信した画像信号に基づいて露光装置８が駆動され、露光装置のレーザ光源からの光は、モータにより回転駆動されるポリゴンミラーによって走査され、ミラー等を経て、帯電手段２により一様に帯電された感光体ドラム１に照射され、感光体１上に書き込み情報に対応した潜像を形成する。感光体ドラム１上に形成された潜像は、現像装置３で現像され、トナー像となって該感光体ドラム１の表面に形成・保持される。

一方、給紙カセット９内に収納された用紙束の最上位の用紙が給紙ローラ２６により給送され、レジストローラ２７により感光体ドラム１のトナー像とのタイミングを取って送出される。

感光体ドラム１上のトナー像は、転写手段４により、用紙上に転写される。トナー像転写後の感光体ドラム１の表面に残留するトナーは、クリーニング手段５によってクリーニングされ、その後感光体ドラム１は除電手段６で除電され次の作像サイクルに備える。

トナー像転写後の用紙は搬送ベルト７により定着装置１０に送られ、熱と圧力とによりトナー像が用紙上に定着される。トナー像定着後の用紙は、排紙ローラ２８によりトレイ２９上に排出されスタックされる。

次に、定着装置の実施形態について説明する。
図２に示す定着装置１０は、定着ローラ１１，加圧ローラ１２，加熱手段としてのハロゲンヒータ１３等からなり、これらが図示しない定着ケーシングに収められている。定着ローラ１１と加圧ローラ１２が圧接されて定着ニップを形成しており、それぞれ図示矢印の方向に回転する両ローラ間に記録材（例えば転写紙）Ｐを通過させ、熱と圧力とにより記録材上のトナー画像Ｔが記録材に定着される。

定着ローラ１１には図示しない温度検知手段が付設され、その温度検知手段の出力に基づいて、定着ローラが設定温度になるように、ハロゲンヒータへの通電が制御される。定着ローラ１１は、本例では直径３０ｍｍの金属芯金１４の表面に離型層として厚さ１０μｍのテフロン（登録商標）層１５をコーティングしている。加圧ローラ（定着用ローラ）１２は外経３０ｍｍの断熱ローラであり、芯金１６上に厚さ１ｍｍの断熱層１７を有している。この断熱層１７の上には弾性層として厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴム層１８が形成され、表層は厚さ１５μｍのＰＦＡチューブを被覆して離型層１９となっている。上記弾性層１８は硬い定着ローラ１１との圧接でニップを形成するために設けてあるが、定着ローラが弾性層を有する場合や、断熱ローラを定着ベルトの支持ローラとして使用する場合は弾性層１８はなくても良い。

図３〜６は、上記断熱層１７の構成例を説明するための、加圧ローラ１２の断面図である。なお、図３〜６の各図では、芯金１６上に断熱層１７及び離型層１９を積層し、弾性層１８を有さない構成で示してある。

図３において、芯金１６と離型層１９の間に設けられる断熱層１７Ａは、凹凸フィルム２０を積層したものである。本例では、図に示すように、凹凸フィルム２０の山と谷が、隣接する層で互い違いとなるように積層配置され、断熱層１７Ａ中に空間Ｋを形成している。

凹凸フィルム２０は、平面フィルムをエンボス（型押し）加工することにより形成可能で、例えば図７に示すように、平行して延びる長溝２４をフィルムの上下に互い違いに並設させた形状とすることもできるし、図８に示すように、多数の台形状断面の凹部（あるいは凸部）２５を形成した形状とすることもできる。図７の構成の場合、長溝２４がローラ軸方向に延びるようにフィルム２０を配置しても良いし、長溝２４がローラ周方向に延びるようにフィルム２０を配置しても良い。長溝２４あるいは凹部２５の形状は台形断面に限らず、三角断面の波型溝や多角断面の溝、円錐あるいは多角錐等の凹部など、任意の形状とすることができる。三角断面の場合は強度面で有利である。

図４に示す例は、芯金１６と離型層１９の間に設けられる断熱層１７Ｂは、鋸歯状フィルム２１と平面フィルム２２を交互に積層し、空間Ｋを設けた構成となっている。鋸歯状フィルム２１はエンボス加工あるいは折曲加工で形成することができる。本例の構成では、間に平面フィルム２２を挟むことにより、鋸歯状フィルム２１の山と谷が重なって空間Ｋが形成されなくなることが防止される。

図５に示す例は、平面フィルム２２の間に充填部材としての粒子２３を分散配置することにより、空間Ｋを設けた構成となっている。本例の構成では、粒子径、粒子数により断熱層の空隙率を設定することが容易である。粒子２３として中空粒子あるいは真空粒子を用いると断熱効果を高めることができる。粒子２３とフィルム２２を接着などにより固定してやれば、使用時の圧力などによって粒子が移動して粒子のムラができることがなく、好適である。なお、フィルム２２間に配置する充填材は粒子に限定されるものではなく、例えば繊維状部材でも可能であり、特に、中空繊維や多数の空隙を有する繊維などは断熱性の観点から有効である。

図６に示す例は、凹凸フィルム２０の間に充填部材としての粒子２３を配置した構成となっている。すなわち図３の例におけるフィルム２０間の空間Ｋに適度な割合で粒子２３を分散配置したものである。図３の例と比べると粒子２３の分だけ空隙率が小さくなるが、強度的には有利である。また、粒子として中空粒子あるいは真空粒子を用いることで、空隙率の低下を抑制することができる。

図９〜１２は、弾性層１８を有する場合のローラ構成例で、芯金１６上に断熱層１７、弾性層１８及び離型層１９を積層したものである。図９〜１２に示した断熱層１７Ａ〜Ｄは図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同構成である。カラー画像を定着する場合は弾性層がないと画質が低下するので、カラー画像用の定着装置の場合は図９〜１２に示すように断熱層１７と離型層１９の間にシリコーンゴム等の弾性層１８を設けるのが好適である。

また、上記断熱層１７Ａ〜Ｄにおける空間Ｋは開放された空間として形成されている。断熱層の空間が閉じている場合は、加熱により内部の空気が膨張してローラ径が大きくなり、搬送速度が変動する恐れがある。そこで、断熱層のローラ軸方向の端部をシールせずに開放しておくことにより、断熱層内部の空気は連続した空間を通ってローラ端部から逃げることができるため、加熱により断熱層内の空気が膨張した場合でもローラ径の変動を防止することができる。

そして、上記断熱層１７Ａ〜Ｄを形成するためのフィルム材としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリフェニレンスルフィドなど薄いフィルム状に加工できるものであれば材料を限定するものではないが、本実施の形態では耐熱性、材料自体の熱伝導率、強度を考慮してをポリイミドおよびポリフェニレンスルフィド採用している。また、フィルムの厚さや、凹凸形状の寸法（空間Ｋの大きさ）により、断熱性及び強度を設定することができる。本実施の形態では、ポリフェニレンスルフィドのフィルムの場合、厚さ１５μｍ、凹凸の高さ７０μｍのものを用いている。フィルムの層数としては１０層程度あれば充分に断熱効果があり、断熱層１７全体の厚さとしては０．５ｍｍ、好ましくは１ｍｍ程度あれば立ち上がり時間を短縮することができる。一例として、図７の凹凸フィルム２０により構成した断熱層を図１３に示す。

図５，６及び図１１，１２の構成例で用いる粒子２３としての中空粒子は、フェノール粒子などの樹脂バルーン、無機系のガラスバルーン、シリカバルーンを用いることができる。中空粒子の壁の厚さは薄いほど空隙率を高くすることができるので、強度面で許すことができる範囲で薄いほうが良い。

ところで、断熱層１７を形成するためのフィルムを芯金１６上に巻回して積層する場合、図１４に示すように、断熱ローラ１２の回転方向（図中時計回り）と逆回りに（巻き始めから巻き終わりに向かって）巻くことによって、巻回したフィルム２０（２１，２２）が緩むことがない。さらに、フィルム間で適度に接着したり、粒子２３を配置する場合はフィルムと粒子の間で接着することより、より確実にフィルムの緩みを防止することができ、信頼性を高めることができる。上記接着には耐熱性のあるシリコーンゴムなどを塗布しても良いし、接着層を形成したフィルム、例えばユーピレックスフィルム（宇部興産株式会社製）やカプトンフィルム（東レ・デュポン株式会社製）を用いても良い。また、断熱層として熱可塑性樹脂のフィルムを使用することも可能であり、その場合はフィルムを巻き付けた後に、樹脂の融点付近で熱処理を行うことで熱溶着でフィルム間およびフィルムと粒子の固定をすることができる。

図１４（ａ）は弾性層を有さないローラ構成例であり、図１４（ｂ）は断熱層１７と離型層１９の間に弾性層１８を設けたローラ構成例である。断熱層を構成するフィルムの巻き終わりにはフィルム１層分の段差が生ずるが、弾性層１８を設けることでこの段差を吸収することができる。

上記のような図３〜６及び図９〜１２に示した断熱層１７Ａ〜Ｄの構成では、従来の断熱材、例えば発泡シリコーンゴムと比較すると、空隙率が高いので断熱性に優れている。このため、図２の構成では定着ローラ１１の熱が加圧ローラの芯金１６に伝わりにくくなり、立ち上がり時間の短縮及び連続通紙時等の温度低下の抑制を図ることができる。また、フィルムとして樹脂フィルムを用いることで剛性にも優れている。剛性に優れることから、定着ニップにおける圧縮変形により空隙率が低下して熱伝導率が大きくなってしまうことがなく、断熱性の低下を防ぐことができる。上記のような構成の定着ローラ１１と加圧ローラ（断熱ローラ）１２を面圧３ｋｇ／ｃｍ^２で圧接させたところ、断熱層１７（１７Ａ〜Ｄ）はほとんど変形せず、均一な定着ニップを形成することができた。断熱層１７を芯金１６と表層（離型層）１９間で密閉し、断熱層を減圧処理しても良い。これにより、断熱効果を高めることができる。なお、定着ニップにおける断熱性の低下や搬送速度の変化を許容できる圧縮変形の範囲として、ローラ表面硬度（アスカーＣ）が６０度以上であればよく、好ましくは８０度以上であればより高荷重の範囲まで使用することができる。

次に、定着装置の第２の実施形態を図１５を参照して説明する。
図１５に示す定着装置３０は、定着ローラ３１の外部に熱源であるハロゲンヒータ３３を配置した外部加熱式の定着装置である。ハロゲンヒータ３３の輻射熱が定着ローラ３１側に反射するよう、反射板４０が設けられている。加圧ローラ（断熱ローラ）３２の構成は、図２の加圧ローラ１２と同様であり、芯金３６上に断熱層３７，弾性層３８，離型層３９を順に積層している。また、定着ローラ３１の構成も加圧ローラ３２と同じであり、芯金３４上に断熱層４１，弾性層４２，離型層３５を順に積層した断熱ローラである。定着ローラ３１の断熱層４１及び加圧ローラ３２の断熱層３７は、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。本例では、断熱層４１及び３７の層厚は２ｍｍである。また、弾性層４２及び３８は厚さ０．３ｍｍのシリコーンゴム層である。表層の離型層３５及び３９として、厚さ１５μｍのＰＦＡチューブを被覆してある。

本例の定着装置３０では、ハロゲンヒータ３３の輻射熱は定着ローラ３１の表面に供給され、断熱層４１の効果により定着ローラ内部（芯金３４）にはあまり伝わらず、トナー及び記録材を効率良く加熱することができる。定着ローラ３１は加圧ローラ３２（及び図２の加圧ローラ１２）と同様に剛性にも優れており、均一な定着ニップの形成が可能である。

次に、定着装置の第３の実施形態を図１６を参照して説明する。
図１６に示す定着装置５０は、定着ベルトを用いた定着装置である。加圧ローラ３２，ハロゲンヒータ３３及び反射板４０は、図１５の定着装置３０と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。定着ベルト（加熱ベルト）５３は、そのループ内部に配置された定着ローラ５１，ニップ構成部材５２及び支持ローラ５８に掛け渡されている。定着ベルト５３の一辺（ニップ構成部材５２と支持ローラ５８で規定された辺）に対向してハロゲンヒータ３３が配置され、定着ベルト５３を加熱する。定着ベルト５３は、図示しない駆動手段により駆動される定着ローラ５１を駆動ローラとして、図中時計回りに回動される。

本例の定着装置５０における定着ニップは、定着ベルト５３を間に挟んでニップ構成部材５２及び定着ローラ５１に対して加圧ローラ３２が圧接されて構成される。定着ニップ内の上流側に位置するニップ構成部材５２は第１定着部材であり、下流側に位置する定着ローラ５１は第２定着部材である。第１定着部材であるニップ構成部材５２と第２定着部材である定着ローラ５１により、定着ベルト５３を加圧ローラ３２に巻き付けるようにして定着ニップを形成している。記録材Ｐは図中の右から左方向に定着ニップ内を搬送され、定着ベルト５３からの熱を受け、トナーＴが記録材Ｐ上に定着される。本例における定着ベルト５３はポリイミドを基体として用い、その上に弾性層としてシリコーンゴム層（厚さ０．２ｍｍ）を、離型層としてＰＦＡコート層（厚さ１０μｍ）を形成している。

第２定着部材である定着ローラ５１は、ローラ径が加圧ローラ３２より小径となっていること以外は図１５の定着ローラ３１と同様であり、芯金５４上に断熱層５７，弾性層５６及び離型層５５を積層した断熱ローラとして構成され、定着ベルト５３の熱がローラ内部に伝わりにくい構造となっており、定着ベルト５３の温度低下を防いでいる。また、第１定着部材であるニップ構成部材５２は、支持部材５２ａに断熱部材５２ｂを装着支持させることで、定着ベルト５３の熱が支持部材５２ａに伝わりにくい構造とし、定着ベルト５３の温度低下を防いでいる。支持部材５２ａとしては剛性が必要なので鉄、ＳＵＳ、アルミなどの金属が好適に使われる。

図１７は、ニップ構成部材５２の構成例を示す断面図である。ニップ構成部材５２は定着ベルトと摺動するので、ベルト摺動面の摩擦抵抗を小さくする必要がある。図１７（ａ）に示すものは、表層として摩擦係数の低いフッ素樹脂で摺動層を形成し、摩擦抵抗を小さくしたものであり、支持部材５２ａに断熱層５２ｂ，弾性層５２ｃ，摺動層５２ｄを積層している。図１７（ｂ）に示すものは、摩擦抵抗を小さくする手段としてオイルやグリスなどの潤滑剤を使用したものである。この場合、摺動層（及び弾性層）は不要で図示のように断熱層５２ｂの表面に潤滑剤を塗布している。断熱層５２ｂの表面はフィルムの凹凸があり、凹凸が潤滑剤を保持するので潤滑剤切れが起きにくくなっている。

定着ローラ５１の断熱層５７及びニップ構成部材５２の断熱部材５２ｂは、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。さらに、加圧ローラ３２も断熱層３７（図１５参照）を有しており、定着ベルト５３の熱がローラ内部に伝わりにくい構造となっており、定着ベルト５３の温度低下を防いでいる。

本例の定着装置５０においては、定着ニップの直上流位置に熱源（ハロゲンヒータ３３）を配置して定着ベルト５３を表面側（未定着トナーと接する側）から加熱するとともに、定着ニップの形成に関わる部材である第１，第２定着部材（ニップ構成部材５２，定着ローラ５１）及び加圧ローラ３２がいずれも断熱層を有する構造であるため、定着ベルト５３が保持している熱が定着ニップの形成に関わる部材の基材（ローラ芯金５４，３６や支持部材５２ａ）に伝わりにくく、効率良くトナー及び記録材を加熱することができる。また、定着ニップの形成に関わる部材の断熱層は剛性にも優れており、均一な定着ニップの形成が可能である。

本実施形態においては、定着用部材としてのニップ構成部材５２と、定着用ローラとしての定着ローラ５１及び加圧ローラ３２のそれぞれに断熱層を設けてあり、その断熱層に図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することにより、定着用部材および定着用ローラの断熱性を向上させている。

次に、定着装置の第４の実施形態を図１８及び図１９に示す２例について説明する。
図１８に示す定着装置６０Ａは、誘導加熱方式の定着装置である。加圧ローラ３２は、図１５の定着装置３０と同一であるため、同じ符号を付して説明を省略する。定着ローラ６１は、基体ローラ６２の上に断熱層６３，導電層（発熱層）６４，弾性層６５，離型層６６を積層した構成となっている。基体ローラ６２は、本ローラが誘導発熱方式のため、樹脂ローラを用いている。基体ローラとしては樹脂製に限らず、ガラスも耐熱性と剛性の点から適している。断熱層６３は、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。導電層６４は厚さ４０μｍのニッケルスリーブである。弾性層６５は厚さ０．５ｍｍのシリコーンゴム層である。表層には離型層６６として厚さ１５μｍのＰＦＡチューブが被覆してある。この定着ローラ６１の内部には誘導加熱手段６７が配設されている。誘導加熱手段６７は、ボビン６８に誘導コイル６９を巻装したものである。

本例の定着装置６０においては、誘導加熱方式により素早い立ち上がりが実現でき、しかも、誘導加熱手段６７が断熱層６３の中に配置されることから、導電層（発熱層）６４の熱が有効に遮断され、加熱効率を低下させることがない。すなわち、誘導コイルは温度上昇により効率が低下するが、断熱層６３が有ることにより導電層６４の熱が伝わりにくく、効率低下を防いでいる。なお、導電層（発熱層）６４はニッケルスリーブに限らず、断熱層の積層されたフィルムの最外層に導電性ポリマーを形成したもの、メッキしたもの、カーボンを含有したもの、これらを組み合わせたものなどを用いることが可能で、これらのいずれも素早い立ち上がり特性を示した。

図１９に示す定着装置６０Ｂは、誘導加熱手段６７を定着ローラ６１の外部に配置したこと以外は、図１８の６０Ａと同様である。この定着装置６０Ｂの場合、定着ローラの断熱層６３には誘導コイル６９に熱を伝えにくくするという効果はないが、断熱層６３により発熱層６４内側の基体ローラ６２への熱を遮断することができるので加熱効率の低下を防ぐことができる。また、誘導加熱手段６７をローラの外側に設置することで、ローラの交換、組み付けなどのメンテナンス性を向上させることができる。

本実施形態においては、定着用ローラとしての定着ローラ６１及び加圧ローラ３２のそれぞれに断熱層を設けてあり、その断熱層に図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することにより、定着用部材および定着用ローラの断熱性を向上させている。

次に、定着装置の第５の実施形態を図２０を参照して説明する。
図２０に示す定着装置７０は定着ベルトを用いた定着装置であり、定着ベルト７１の内部に熱源としてのハロゲンヒータ７２を配置している。定着ベルト７１のループ内には、加圧ローラ３２と対向する位置にニップを形成する部材である定着部材７４（定着用部材）が配置され、この定着部材７４が定着ベルト７１を挟んで加圧ローラ３２に圧接されている。定着部材７４は、支持部材７５に断熱材７６を装着支持させたものである。ハロゲンヒータ７２と定着部材７４の間には、反射板７３が設けられ、ハロゲンヒータ７２の熱を効率良く定着ベルト７１に供給するようになっている。加圧ローラ３２は、図１５の定着装置３０と同一であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

なお、定着部材７４は定着ベルト７１と摺動するので、図１６の定着装置５０におけるニップ構成部材５２と同じ構成とすることができる。すなわち、図１７（ａ）に示されるように、断熱材７６（断熱層５２ｂ）に弾性層（５２ｃ）及び摺動層（５２ｄ）を積層した構成、または、図１７（ｂ）に示されるように、摺動層及び弾性層を設けず、断熱材７６（断熱層５２ｂ）の表面にオイルやグリスなどの潤滑剤を塗布した構成とすることができる。

本例の定着装置７０では、定着ベルト７１の内部に固定配置した定着部材７４と加圧ローラ３２とを圧接させて定着ニップを形成しているが、撓みがなく均一にニップを形成するためには、定着部材７４の支持部材７５としては、剛性の高い金属（または同等の剛性を有するもの）である必要がある。支持部材７５を金属フレーム等にした場合、熱容量は大きく、定着に関与しない支持部材７５が加熱されることは加熱効率を低下させることになる。そのため、定着部材７４とハロゲンヒータ７２の間に反射板７３を設けているが、定着部材７４は定着ニップ側からの熱も受けてしまう。しかし、本例の場合、定着部材７４のニップを直接形成する部材として断熱材７６を用いることにより、定着ベルト７１からの熱が支持部材７５に伝わりにくくなり、熱効率の低下を防いでいる。定着部材７４の断熱材７６としては、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することが可能である。

本実施形態においては、定着用部材としての定着部材７４と、定着用ローラとしての加圧ローラ３２のそれぞれに断熱層を設けてあり、その断熱層に図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することにより、定着用部材および定着用ローラの断熱性を向上させている。

次に、定着装置の第６の実施形態を図２１を参照して説明する。
図２１に示す定着装置９０は、定着ベルトを用いた定着装置で、加熱ローラ９２により定着ベルト９３を内側から加熱する方式である。加熱ローラ９２はアルミ製でハロゲンヒータ３３を内蔵している。定着ベルト９３は定着ローラ９１と加熱ローラ９２に張架され、その定着ベルト９３を挟んで加圧ローラ３２が定着ローラ９１に圧接され、定着ニップを形成している。

定着ローラ９１は、芯金９４上に断熱層９７，弾性層９６及び離型層９５を積層した断熱ローラとして構成され、定着ベルト９３の熱がローラ内部に伝わりにくい構造となっており、定着ベルト９３の温度低下を防いでいる。断熱層９７として、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。加圧ローラ３２及びハロゲンヒータ３３は、図１５の定着装置３０と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本例の定着装置９０では、加熱ローラ９２により加熱された定着ベルト９３の熱は、定着ローラ９１及び加熱ローラ９２が共に断熱層９７，３７（図１５）を有することからローラ内部の芯金に伝わりにくくなっている。そのため、本例の定着装置９０は加熱効率が良く、立ち上がり時間を短くすることができる。図１６の定着装置５０と比べると構成部材の数が少なく低コストである。また定着ベルト９３と摺動する部材がないので、定着ベルトの耐久性を高めることができる。

ところで、定着装置における課題として、立ち上がり時や連続通紙時の温度低下のほかに、トナーのオフセットという課題がある。これは記録材上のトナーが記録材に定着せず、一部のトナーが定着ローラ側に移ってしまう現象で、オフセットしたトナーがローラ上に蓄積したり、再度記録材に戻って画像を汚したりするという問題が起こる。その対策として、定着ローラ又は加圧ローラに、あるいは両方のローラに接するクリーニングローラを設けた定着装置がある。一般的なクリーニングローラは、表面の離型性が定着ローラあるいは加圧ローラより悪く、離型性の差を利用して定着ローラまたは加圧ローラ表面に付着したトナーを掻き取ってクリーニングしている。しかし、クリーニングローラが定着ローラあるいは加圧ローラ接していると、クリーニングローラに熱が奪われるため、立ち上がりが遅くなってしまう。

そこで、クリーニングローラ表層の内側に図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用した断熱層を設けることで、クリーニングローラに奪われる熱を最小限にとどめることができる。したがって、定着装置における立ち上がりが遅くなるのを抑えることができる。同時に、クリーニングローラを設けることでオフセットトナーをクリーニングすることができる。

図２２は、図１５で説明した定着装置３０の定着ローラ３１及び加圧ローラ３２のそれぞれに、クリーニングローラ１００を接触させて設けたものである。この図に示すクリーニングローラ１００は、表層１０１と芯金１０２の間に、断熱層１０３を設けている。その断熱層１０３として、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。これにより、定着ローラ３１及び加圧ローラ３２から奪われる熱を少なくすることができ、定着装置における立ち上がりが遅くなるのを抑制できる。また、同時に、クリーニングローラ１００，１００を設けたことで、定着ローラ３１または加圧ローラ３２にオフセットしたトナーをクリーニングすることができる。

なお、クリーニングローラの表層は定着ローラまたは加圧ローラの表層より離型性が悪い材質であればよく、アルミなどの金属、あるいは不織布の様な物を使うことができる。また、ここで例示したクリーニングローラ１００は、図１５で説明した定着装置３０以外の各実施形態の定着装置の定着ローラまたは加圧ローラに対して設けることが可能であり、その場合にもここで説明したと同様の効果を得ることができる。

上記各実施形態の定着装置を図１の画像形成装置に搭載して（図１では第１実施形態の定着装置１０で示してある）画像を作成・定着したところ、朝一番での立ち上がり時や、連続通紙時の温度低下による定着不良は全く発生しなかった。また、定着装置が定着可能温度に達するまでの立ち上がり時間も非常に短いものであった。

次に、画像形成装置の別例を図２３を参照して説明する。なお、図２３は、画像形成装置の作像部付近のみを模式的に示したものである。
この図に示す画像形成装置は、４つ（４色分）の作像ユニットを並設した４連タンデム型の画像形成装置である。各色作像ユニットの構成は同一であり、感光体ドラム１（１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ）を中心に、その周囲に帯電手段，現像装置，転写手段，クリーニング手段，除電手段等の電子写真プロセスに必要な機器を配置したものである。各色作像ユニットは中間転写ベルト８５の一辺に沿って並設されている。中間転写ベルト８５は駆動ローラ８６，支持ローラ８７及び二次転写ローラ８８に張架されている。中間転写ベルト８５の内部で各色感光体ドラム１に対向する位置には一次転写手段である転写ローラ４が設けられている。

本例の画像形成装置に装着された定着装置８０は、図１５で説明した定着装置３０と同構成であり、基本的に定着ローラ８１，加圧ローラ８２，ハロゲンヒータ８３，反射板８４等から構成される。定着ローラ８１及び加圧ローラ８２の構成は図１５の定着ローラ３１及び加圧ローラ３２と同様であり、それぞれ図３〜６で説明したような構成の断熱層（１７）を有するものである。そして、その定着ローラ８１が、二次転写ローラ８８の位置で中間転写ベルト８５に圧接するように配置されている。

このように構成された画像形成装置において、各色感光体１から中間転写ベルト８５上に重ね転写された未定着トナー像（モノクロプリントの場合は感光体１Ｋから転写されたトナー像）は、二次転写ローラ８８の作用により定着ローラ８１上に転写される。定着ローラ８１に担持された未定着トナー像は、ローラの回転に伴って定着ローラ８１と加圧ローラ８２が圧接する定着ニップに搬送され、熱と圧力とにより記録材Ｐ上に定着される。

定着ローラ８１は、金属芯金上に厚さ０．５ｍｍのフィルムを積層した断熱層を有している。その断熱層の上には離型層として厚さ１５μｍのＰＦＡチューブが被覆してある。本例の定着装置８０では、定着ローラ８１上に転写された未定着トナーを加熱手段であるハロゲンヒータ８３が直接加熱するために、定着部材（ここでは定着ローラ８１）を加熱する必要がなく、定着装置の瞬時立ち上がりが可能である。また、加熱されたトナーの熱は断熱層の効果で定着ローラ芯金にはあまり逃げずに、効率よく熱を伝えることができる。

本実施形態においては、定着用ローラとしての定着ローラ８１及び加圧ローラ８２のそれぞれに断熱層を設けてあり、その断熱層に図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することにより、定着用ローラの断熱性を向上させている。

図２４は、定着ベルトを用いた定着装置を備える画像形成装置の別例である。図２３の画像形成装置と同一または同等の部分には同じ符号を付して説明を省略する。

図２４において、定着装置１００は、定着ローラ８１と２次転写ローラ１０１とに張架された定着ベルト１０２を有しており、定着ローラ８１と加圧ローラ８２のニップ手前に配置したハロゲンヒータ８３により定着ベルト１０２を加熱している。また、２次転写部は中間転写ベルト８５の外側に２次転写ローラ１０１を設けた構成となっており、中間転写ベルト８５を挟んで２次転写ローラ１０１に圧接される対向ローラ８９を、中間転写ベルト８５の内側に配置している。

本例においても、定着ローラ８１及び加圧ローラ８２のそれぞれに断熱層を設けてあり、両ローラの芯金に伝達する熱量を抑制し、定着ベルト１０２を効率良く加熱することができる。その断熱層としては、図３〜６で説明した断熱層１７Ａ〜Ｄと同一の構成を採用することができる。また、本例においては、定着ローラ８１が２次転写部に位置しない（図２３の場合のように定着ローラ８１が２次転写ローラ８８や中間転写ベルト８５に圧接されない）ことから、定着部から作像部側に伝わる熱ロスを少なくすることができ、この点でも加熱効率を向上させている。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜の変更が可能である。例えば、適宜な構成の定着装置において、定着ローラ，加圧ローラ，押圧部材等の定着ニップ形成に関わる部材に図３〜６で説明したような断熱層を設けることにより、本発明の効果を奏することができる。なお、画像形成装置としてはプリンタ以外の複写機やファクシミリ、あるいはそれらの複合機であっても良いことは言うまでもない。

本発明に係る定着装置を装着可能な画像形成装置の一例を示す断面構成図である。 定着装置の第１実施形態を示す断面図である。 定着用ローラの断熱層の構成例を示す部分断面図である。 断熱層の他の構成例を示す部分断面図である。 断熱層のさらに他の構成例を示す部分断面図である。 断熱層のさらに他の構成例を示す部分断面図である。 凹凸フィルムの一例を示す斜視図である。 凹凸フィルムの別例を示す斜視図である。 弾性層を有する定着用ローラの断熱層の構成例を示す部分断面図である。 弾性層を有する定着用ローラの断熱層の他の構成例を示す部分断面図である。 弾性層を有する定着用ローラの断熱層のさらに他の構成例を示す部分断面図である。 弾性層を有する定着用ローラの断熱層のさらに他の構成例を示す部分断面図である。 図３，７に示す凹凸フィルムにより構成した断熱層の一例を示す部分断面図である。 断熱層のフィルムの巻回方向を示す定着用ローラの断面図で、（ａ）は弾性層を有さないもの、（ｂ）は弾性層を有するものである。 定着装置の第２実施形態を示す断面図である。 定着装置の第３実施形態を示す断面図である。 その定着装置におけるニップ構成部材の構成例を示す断面図で、（ａ）は摺動層及び弾性層を有するもの、（ｂ）は断熱層の表面に潤滑剤を塗布したものである。 定着装置の第４実施形態を示す断面図である。 誘導加熱手段を定着ローラの外部に配置した例を示す断面図である。 定着装置の第５実施形態を示す断面図である。 定着装置の第６の実施形態を示す断面図である。 図１５の定着装置の定着用ローラにクリーニングローラを接触させて設けた例を示す断面図である。 画像形成装置の別例を示す作像部付近の模式図である。 定着ベルトを用いた定着装置を備える画像形成装置の別例を示す模式図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
１０，３０，５０，６０，７０，８０ 定着装置
１１ 定着ローラ
１２，３２，８２ 加圧ローラ（定着用ローラ）
１３，３３，７２，８３ ハロゲンヒータ
１４，１６，３４，３６，５４ 芯金（基体ローラ）
１７，３７，４１，５７，６３ 断熱層
１９ 離型層
１８ 弾性層
２０ 凹凸フィルム
２１ 鋸歯状フィルム
２２ 平面フィルム
２３ 粒子（充填部材）
５３ 定着ベルト
５２，７４ ニップ構成部材（定着用部材）
５２ｂ，７６ 断熱部材
６２ 基体ローラ
６４ 導電層（発熱層）
６７ 誘導加熱手段
７１ 定着ベルト
Ｋ 空間

Claims (20)

1. 基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、
   前記断熱層は積層されたフィルム間に分散配置される充填部材を有し、フィルム間に空間が形成されていることを特徴とする定着用部材。
2. 基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、
   前記断熱層は凹凸を有するフィルムを積層して形成され、フィルム間に空間が形成されていることを特徴とする定着用部材。
3. 基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、
   前記断熱層は積層されたフィルム間に分散配置される充填部材を有し、フィルム間に空間が形成されていることを特徴とする定着用ローラ。
4. 基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、
   前記断熱層は凹凸を有するフィルムを積層して形成され、フィルム間に空間が形成されていることを特徴とする定着用ローラ。
5. 前記積層された凹凸を有するフィルム間に分散配置される充填部材を有することを特徴とする、請求項２に記載の定着用部材または請求項４に記載の定着用ローラ。
6. 前記凹凸を有するフィルム間に平面フィルムが配置されることを特徴とする、請求項２に記載の定着用部材または請求項４に記載の定着用ローラ。
7. 前記充填部材が粒子状部材であることを特徴とする、請求項１又は５に記載の定着用部材あるいは請求項３又は５に記載の定着用ローラ。
8. 前記粒子状部材が中空粒子であることを特徴とする、請求項７記載の定着用部材又は定着用ローラ。
9. 前記充填部材が繊維状部材であることを特徴とする、請求項１又は５に記載の定着用部材あるいは請求項３又は５に記載の定着用ローラ。
10. 前記繊維状部材が中空繊維であることを特徴とする、請求項７記載の定着用部材又は定着用ローラ。
11. 前記積層されたフィルム同士あるいは前記フィルムと充填部材とが接着されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の定着用部材または定着用ローラ。
12. 前記フィルムが前記基体ローラ上に巻回して積層され、該フィルムの巻き始めから巻き終わりへの巻回方向がローラ回転方向と逆方向であることを特徴とする、請求項３，４，５，６，１１のいずれか１項に記載の定着用ローラ。
13. 基材上に断熱層を有し、被圧接部材に圧接される定着用部材において、
    前記断熱層は積層した熱可塑性樹脂フィルム間に中空物質を分散させ、加熱により前記中空物質を樹脂で溶着固定したことを特徴とする定着用部材。
14. 基体ローラと表層の間に断熱層を有する定着用ローラにおいて、
    前記断熱層は積層した熱可塑性樹脂フィルム間に中空物質を分散させ、加熱により前記中空物質を樹脂で溶着固定したことを特徴とする定着用ローラ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の定着用部材または定着用ローラを備えることを特徴とする定着装置。
16. 前記定着用ローラとして誘導加熱ローラを有し、該誘導加熱ローラの発熱層の内側に前記断熱層を有することを特徴とする、請求項１５に記載の定着装置。
17. 前記定着用ローラとして加熱ローラを有し、該加熱ローラを外部から加熱する熱源を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の定着装置。
18. 熱源により加熱される定着ベルトを有し、前記定着用部材として前記定着ベルトを加圧部材に押圧するための押圧部材を備えることを特徴とする、請求項１５に記載の定着装置。
19. 前記定着用ローラを外部から加熱する熱源を有し、前記定着用ローラ表面に転写させた未定着トナーを前記熱源により直接加熱した後に記録材上に定着させることを特徴とする、請求項１５に記載の定着装置。
20. 請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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