JP4482382B2

JP4482382B2 - 定着装置

Info

Publication number: JP4482382B2
Application number: JP2004196627A
Authority: JP
Inventors: 貴志鈴木; 輝章三矢; 啓介窪田; 正人三輪; 善隆藤沼; 努中川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: US20060002749A1; US7324778B2; JP2006018075A

Description

本発明は、レーザプリンタや複写機などの画像形成装置に用いられる定着装置に関するものである。

レーザプリンタや複写機などの画像形成装置において、記録材に転写された未定着現像像を定着させる定着装置として、加熱ローラと加圧ローラとからなる一対のローラを互いに圧接させ、その圧接部で挟持搬送しながら記録材を加熱および加圧し、未定着現像像を記録材に定着させる定着装置が知られている。

以下、図２を参照しながら従来の定着装置を説明する。加熱ローラ４の表面温度は、図示しない温度制御装置により加熱ローラ４内部に内装されたヒータランプ７が制御されることで、所定の温度になるように制御される。

加圧ローラ５は、バネ９を用いて加熱ローラ４に圧接されて、圧接部（ニップ部）６を形成し、ニップ部６にトナー像３を保持した記録材２を通過させることにより、熱と圧力のエネルギーをもって記録材２にトナー像３を定着させる。

加熱ローラ４の直径は７０ｍｍで、芯金１０はアルミ（Ａ５０５２材）で厚さは５ｍｍである。

また、加熱ローラ４の表面にはゴム層１１として、厚さ３０μmのシリコンゴムが被覆されており、表面ゴム硬度はＪＩＳＡ硬度で２０度である。加圧ローラ５は直径７０ｍｍで、鉄材芯金１２の上にゴム層１１としてＪＩＳＡゴム硬度３０度であるシリコンゴムが厚さ７ｍｍで被覆されており、シリコンゴム表面には５０μｍのフッ素樹脂層１３が被覆されている。

加熱ローラ４の上方には、加熱ローラ４の表面を清掃しながら、オフセット防止剤（ジメチルシリコンオイル）を塗布するためのクリーナ８が配設されている。なお、本構成の印刷速度は７０枚／分（３００ｍｍ／ｓ）の印刷速度であり、加熱ローラ４の制御温度は１８０℃である。

本装置の圧接荷重は５０kgfに設定されており、加圧ローラ５の長さが３００ｍｍであり、ニップ部６の幅は８ｍｍ（平均値）である。よって、ニップ部６内の面圧は、２.０８kgf／cm^２となる。ここで、定着システムの経路としては、記録材２上に転写されたトナー像３が、定着入口ガイド８でサポートされたままニップ部６に挿入され、ニップ部６内で加熱加圧されて、記録材２上にトナー像３が定着され、排出される。

本装置は、カラープリンタでの実施例であるが、カラー画像の単層から４層までのトナー像を定着するためには、数十ミクロン以上のゴム層が必要である。ここで使用したトナーは、ポリエステル粉砕型のシャープメルトタイプのトナー（ガラス転移点Ｔｇ＝６５℃）である。また、現像方式は２成分現像方式であり、現像機により現像されたトナー像は転写ローラにより記録材に転写される。

定着装置の実験においては、トナー像の１色当たりの記録材２への転写量（以下、付着量と称する）を０.６mg／cm^２として実験を行った。付着量はフルカラー画像を形成する画像形成装置の付着量としては一般的に知られた値である。実験装置において、記録材２へのトナー像３の定着性を評価する方法として、今回は住友３Ｍ社製スコッチテープを２０ｍｍ角の画像に貼り付けてから一定の速度で剥がして、トナー像３の用紙２への残存量で評価する方法を用いた。評価に使用した記録材は、小林記録紙（株）製ＤＳＫ１３５kgf紙（１６０g／m^２紙）を用いて加熱ローラ４の制御温度をパラメータとして実施した。評価結果を下表に示す。

上記の如く、定着ローラ方式においては、厚紙に印刷を行う場合、トナー像が多層になればなるほど定着性は悪化してしまうことが判る。この場合、定着性を確保するには、印刷速度を遅くしたり、加熱ローラ４の制御温度を高くしたりしなければならないという不具合が生じる。ここで、加熱ローラ４の制御温度を高くすると、それだけ加熱ローラ４の寿命は短くなり、かつ、記録材２のカール量が大きくなるとともに、印刷シワに対する裕度も著しく低下する。

本発明は、定着ローラ方式の定着装置において、印刷速度を落とすことなく、また、定着ローラの制御温度を必要以上に上げることなく、信頼性の高い定着装置を供給することである。

本発明は、芯金と、前記芯金の表面上に設けられた厚さ０．３ｍｍ以上のゴム層と、ゴム層の上に設けられた厚さ０．０３ｍｍ以上のフッ素樹脂層とを備えた加熱ローラと、加熱ローラに圧接して回転するとともに、厚さ１２ｍｍ以上のゴム層を備えた加圧ローラとを有し、未定着現像像を保持した記録材を、加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しながら加熱および加圧し、未定着現像像を記録材に定着させる定着装置において、前記加圧ローラを動かす圧接用アームと、前記圧接用アームを介して前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接させるバネと、回転によって前記圧接用アームを動かすことで前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接および解除を行うニップ解除用カムと、制御部とを有し、印刷速度は３００〜５００ｍｍ／ｓであり、加熱ローラおよび加圧ローラ間に付与する総荷重をＷ（ｋｇｆ）、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部の面積（ニップ面積）をＳ（ｃｍ^２）としたとき、ニップ圧力Ｆ（＝Ｗ／Ｓ）が２．７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であり、且つ、前記圧接部における記録材搬送方向と平行をなす方向の長さは１４ｍｍ以上に規定され、前記加圧ローラと前記加熱ローラとの直径は７０ｍｍであり、前記加熱ローラの前記芯金の厚さは８ｍｍであり、前記バネのバネ定数は５．０ｋｇｆ／ｍｍ以上であり、前記制御部は印刷中に前記圧接部を形成させ、印刷中以外では自動的に前記圧接部の圧接を解除させることを特徴とする。

本発明によれば、多層重ねのフルカラー定着においても、印刷速度を低下させることなく、安定した定着性を確保でき、信頼性の高い定着装置を実現することができる。

図１は本発明の一実施例に基づく定着装置の断面図を示す。図１において、加熱ローラ４と加圧ローラ５とはバネ９にて圧接され、ニップ部６を形成して回転する構造である。加熱ローラ４と加圧ローラ５の直径は７０ｍｍである。加熱ローラ４の芯金１０はアルミ（Ａ５０５２）製で厚さ８ｍｍである。また、芯金１０の表面には、ゴム層１１としてＬＴＶシリコンゴムを厚さ０.８ｍｍ（ＪＩＳＡ硬度５０度）で被覆してなり、その表面にはＰＦＡチューブを０.１５ｍｍ被覆して構成されている。

加熱ローラ４の表面硬度は、アスカーＣ硬度で７０度であるものを使用した。また、ゴム層１１として用いたＬＴＶシリコンゴムは高熱伝導タイプ（０.３５W／m・Ｋ）を使用した。加圧ローラ５においては、鉄製芯金１２の上に、厚さ１６mmのゴム層１１としてシリコンゴム（ＪＩＳＡ硬度３０度）が被覆されており、ゴム層１１の表面には厚さ０.０５mmのＰＦＡチューブが被覆して構成されている。

本実施例においては、印刷速度を３００mm／ｓ〜５００mm／ｓで可変させて、加熱ローラ４の制御温度を可変して実験を行った。なお、本実施例においては、加熱ローラ４と加圧ローラ５とを圧接させる総荷重を７０kgf〜１７０kgfと可変させ、ニップ部６での面圧をパラメータに、テープ剥離方による定着性の確認を実施した。

使用したトナーは、上述の従来例に示したトナーと同一のものであり、現像方式および付着量についても同一条件での比較を行ったものである。また、記録材についても、同様に小林記録紙（株）製ＤＳＫ１３５kgf紙を使用した。

以下に実験結果を示す。表２に加熱ローラ４の制御温度を１８０℃として、加圧ローラ５のゴム層１１のゴム硬度を変えて、ニップ部６のニップ面積Ｓ（長手方向の長さＬ１と短手方向の長さＬ２との積Ｌ１×Ｌ２（cm^２）を一定とした場合の、ニップ圧力Ｆ（kgf／cm^２）とし、印刷速度を３００mm／ｓ〜５００mm／ｓまで可変させた場合の最も悪い定着性を示した場合の評価結果を示す。

上記実験から、印刷速度が大きく可変しても、ニップ部６内で一定圧力以上の面圧を加えれば、実用可能な加熱ローラ４の温度においても定着性が実用範囲となる範囲が存在することが検証できた。本実験においては、加熱ローラ４に高い圧力が加わるため、ゴム層１１の表面は厚さ０.０３ｍｍ以上のＰＦＡチューブで被覆されていることが信頼性を確保する上で重要である。

次に、印刷速度を４００ｍｍ／ｓとし、ニップ圧力Ｆを２.３kgf／cm^２とした場合において、上記と同様にニップ部６の短手方向Ｌ２幅をパラメータとして定着性の評価を行った結果を表３に示す。

上記結果から、多層重ねの定着性を確保するためには、ニップ部６の幅は１４ｍｍ以上あれば実用範囲が確保できることが判った。また、同様に、表２と表３の結果からニップ圧力Ｆが２.７kgf以上であり、ニップ部６における短手方向の長さＬ２が１４ｍｍ以上の領域においては、極めて安定した定着性を確保できることも確認できた。また、本実施例における定着装置での一連の評価結果から、加熱ローラ４においては、ゴム層１１のゴム硬度はＪＩＳＡ硬度において３５度以上であることが必須であり、加熱ローラ４の表面硬度においてはアスカーＣ硬度において６０度以上であることも必須であることが判明した。

また、このような高圧の設定領域においては、加熱ローラ４の表面には厚さ０.０２mm以上のフッ素樹脂層が存在することが定着性を確保する上で望ましい。また、加圧ローラ５においては、前記条件を満たすために実用上、ゴム層１１の厚みは１２ｍｍ以上あることが望ましい。

次に、本実施例の定着装置における圧接解除の機構１４について説明する。加圧ローラ５は、定着フレーム１５にカップリング機構を介して固定され、図示せぬ駆動機構によって回転駆動される。加熱ローラ４に対して、加圧ローラ５は、圧接用アーム１６を介して、バネ９にて圧接される。圧接用アーム１６は、ニップ解除用カム１７の回転によって、加熱ローラ４に対して加圧ローラ５を圧接および解除を図示せぬ駆動系によって実施する機構とした。

本実施例の定着装置においては、印刷時（定着時）のみ、圧接する構成とし、それ以外の場合は、圧接を解除するように図示せぬ制御装置によって制御される構成とした。

仮に、本発明の定着条件において、自動的に圧接解除が実施できない場合においては、加圧ローラ５のゴム層１１に対する圧力が高いために、ゴム層１１における劣化が短時間にて進行し、加圧ローラ５が極めて短い寿命となってしまう不具合が発生する。よって、本発明の定着装置においては、圧接解除を自動的に実施できることが必要となる。

また、圧接用バネ９のバネ定数と定着性については、加圧ローラ５と加熱ローラ４とのニップ部６における大変形との兼ね合いから、バネ定数は５.０kgf／ｍｍ以上であることが必要条件となることが判明した。また、ニップ圧力Ｆとの兼ね合いから、加熱ローラ４の芯金には、熱伝導性の良好なアルミ材を使用した場合に、厚さ６ｍｍ以上であることが安定した定着性を確保できる領域であることも判明した。また、加熱ローラ４のゴム層１１における熱伝導率においては、熱伝導率Ｔは大きければ大きいほど良好であるが、Ｔ≧０.３Ｗ／m・Ｋ以上であるこが望ましい。

本発明の定着装置の構成図である。従来の定着装置の構成図である。

符号の説明

１定着装置
２記録材
３トナー像
４加熱ローラ
５加圧ローラ
６圧接部（ニップ部）
７ヒータランプ
８クリーナ
９バネ
１０芯金
１１ゴム層
１２鉄材芯金
１３フッ素樹脂層
１４圧接解除機構
１５定着フレーム
１６圧接用アーム
１７圧接用カム

Claims

芯金と、前記芯金の表面上に設けられた厚さ０．３ｍｍ以上のゴム層と、ゴム層の上に設けられた厚さ０．０３ｍｍ以上のフッ素樹脂層とを備えた加熱ローラと、加熱ローラに圧接して回転するとともに、厚さ１２ｍｍ以上のゴム層を備えた加圧ローラとを有し、未定着現像像を保持した記録材を、加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しながら加熱および加圧し、未定着現像像を記録材に定着させる定着装置において、
前記加圧ローラを動かす圧接用アームと、前記圧接用アームを介して前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接させるバネと、回転によって前記圧接用アームを動かすことで前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接および解除を行うニップ解除用カムと、制御部とを有し、
印刷速度は３００〜５００ｍｍ／ｓであり、
加熱ローラおよび加圧ローラ間に付与する総荷重をＷ（ｋｇｆ）、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部の面積（ニップ面積）をＳ（ｃｍ^２）としたとき、ニップ圧力Ｆ（＝Ｗ／Ｓ）が２．７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であり、且つ、前記圧接部における記録材搬送方向と平行をなす方向の長さは１４ｍｍ以上に規定され、
前記加圧ローラと前記加熱ローラとの直径は７０ｍｍであり、前記加熱ローラの前記芯金の厚さは８ｍｍであり、
前記バネのバネ定数は５．０ｋｇｆ／ｍｍ以上であり、
前記制御部は印刷中に前記圧接部を形成させ、印刷中以外では自動的に前記圧接部の圧接を解除させることを特徴とする定着装置。
加熱ローラは、ゴム層硬度がＪＩＳＡ硬度で３５度以上であり、且つ表面硬度がアスカーＣ硬度で６０度以上であることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
加熱ローラのゴム層の熱伝導率が、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の定着装置。
芯金と、前記芯金の表面上に設けられた厚さ０．３ｍｍ以上のゴム層と、ゴム層の上に設けられた厚さ０．０３ｍｍ以上のフッ素樹脂層とを備えた加熱ローラと、加熱ローラに圧接して回転するとともに、厚さ１２ｍｍ以上のゴム層を備えた加圧ローラとを有し、複数色の未定着現像像を保持した記録材を、加熱ローラと加圧ローラとで挟持搬送しながら加熱および加圧し、未定着現像像を記録材に定着させる定着装置において、
前記加圧ローラを動かす圧接用アームと、前記圧接用アームを介して前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接させるバネと、回転によって前記圧接用アームを動かすことで前記加熱ローラに対して前記加圧ローラを圧接および解除を行うニップ解除用カムと、制御部とを有し、
印刷速度は３００〜５００ｍｍ／ｓであり、
加熱ローラおよび加圧ローラ間に付与する総荷重をＷ（ｋｇｆ）、加熱ローラと加圧ローラとの圧接部の面積（ニップ面積）をＳ（ｃｍ^２）としたとき、ニップ圧力Ｆ（＝Ｗ／Ｓ）が２．７ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であり、且つ、前記圧接部における記録材搬送方向と平行をなす方向の長さは１４ｍｍ以上に規定され、
前記加圧ローラと前記加熱ローラとの直径は７０ｍｍであり、前記加熱ローラの前記芯金の厚さは８ｍｍであり、
前記バネのバネ定数は５．０ｋｇｆ／ｍｍ以上であり、
前記制御部は印刷中に前記圧接部を形成させ、印刷中以外では自動的に前記圧接部の圧接を解除させることを特徴とする定着装置。
加熱ローラは、ゴム層硬度がＪＩＳＡ硬度で３５度以上であり、且つ表面硬度がアスカーＣ硬度で６０度以上であることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
加熱ローラのゴム層の熱伝導率が、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項４または５記載の定着装置。