JP2004170739A

JP2004170739A - ローラユニット

Info

Publication number: JP2004170739A
Application number: JP2002337450A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 毅志井上
Original assignee: Canon Finetech Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】定着ローラのような円筒状ローラの肉厚を薄くして線材の線径を小さくしても強度を高められるローラユニットを提供する。
【解決手段】コイルばね６０の巻きピッチは、その長手方向（矢印Ｅ方向）両端部と長手方向中央部とでは異なっている。コイルばね６０の長手方向中央部における巻きピッチＰ１は、コイルばね６０の長手方向両端部における巻きピッチＰ２よりも密になっている。ここでは、全長３６０ｍｍの定着ローラ管５２の長手方向両端からその全長の３分の１の部分におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ２が、Ｌ１及びＬ３で示す長さの部分以外の部分よりも粗になるようにした。即ち、定着ローラ管５２のうち長手方向両端から１２０ｍｍの部分におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ２は、定着ローラ管５２のうち長手方向中央部１２０ｍｍの部分におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ１よりも長い。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、他のローラとの間に記録媒体などを挟持しながら搬送するローラユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータやワークステーションの出力装置として、粉体の現像剤（トナー）を用いて記録媒体に画像を形成する電子写真方式の画像形成装置が知られている。このような画像形成装置では、例えば、画像情報を担持する光（例えばレーザ光）を感光ドラムなどの像担持体に照射して静電潜像を形成し、この静電潜像に現像ローラを用いてトナーを供給して現像像を形成し、転写ローラなどを使用してこの現像像を記録媒体に転写して転写像（現像像）を形成する。転写像が形成された記録媒体は定着装置に搬送され、定着装置では転写像が記録媒体に定着される。定着装置には、通常、ヒータを内蔵した定着ローラとこの定着ローラに圧接する加圧ローラとが備えられている。転写像を記録媒体に定着する際は、定着ローラと加圧ローラとで記録媒体を挟持して搬送しながら転写像を所定の定着温度で加熱すると同時に加圧する。この加熱と加圧で転写像が記録媒体に定着される。転写像が定着された記録媒体は排紙ローラなどに挟持されながら排出される。
【０００３】
図６と図７を参照して、従来の定着装置について説明する。
【０００４】
図６は、従来の定着装置の概略構成を示す模式図である。図７は、コイルばねが挿入された定着ローラを模式的に示す断面図である。
【０００５】
定着装置１００は、トナー（像）１０２を記録媒体１０４に永久可視像化するためのものである。搬送部（図示せず）によって矢印Ａ方向に搬送された記録媒体１０４は定着入口ガイド１０６に案内されて、定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０の間のニップ部１０８に進入する。
【０００６】
定着ローラ１２０はトナーを加熱して溶融するためのものである。定着ローラ１２０の外周面（表面）にはサーミスタ１４０が接触しており、このサーミスタ１４０は定着ローラ１２０の外周面の温度を測定するように構成されている。また、定着ローラ１２０にはハロゲンヒータ１２２などの熱源（発熱体）が内蔵されている。サーミスタ１４０で測定された外周面温度に基づいて制御器（図示せず）がハロゲンヒータ１２２を制御し、これにより定着ローラ１２０の外周面温度が所定の定着温度に保持される。
【０００７】
定着ローラ１２０としては、例えば鉄製やアルミニウム製のパイプ状部材からなる芯金１２４の外周面に、離型性の良いフッ素樹脂層１２６を被覆したものが一般的に用いられる。定着ローラ１２０は駆動源（図示せず）によって矢印Ｂ方向に回転する。
【０００８】
加圧ローラ１３０は、定着ローラ１２０に記録媒体１０４を所定圧力で押し付けるためのものである。加圧ローラ１３０としては、例えば金属製の芯金１３２の外周面に、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体層１３４を所定の厚み被覆したものが一般的に用いられる。加圧ローラ１３０を定着ローラ１２０に所定圧力で押し付けて矢印Ｃ方向に回転させながら、記録媒体１０４にトナー１０２を定着させるための荷重を付与する。
【０００９】
記録媒体１０４がニップ部１０８に進入すると、記録媒体１０４上のトナー１０２が上記の定着温度で溶融すると共にこの溶融しているトナー１０２が上記の荷重で記録媒体１０４に押さえ付けられてこの記録媒体１０４に定着される。トナー１０２が定着された記録媒体１０４は分離爪１４２によって定着ローラ１２０から分離されて排紙ローラ（図示せず）に到達し、この排紙ローラによって機外に排出される。
【００１０】
上記した定着ローラ１２０には、待ち時間短縮の観点から素早い立ち上がりが求められている。このため、画像形成装置本体が完全に冷え切った状態からメインスイッチを入れて最初のコピーが排出されるまでの時間（立上り時間）が３０秒間以下の画像形成装置がある。この立上り時間は年々短くなっている。
【００１１】
また、省エネルギの観点から画像形成装置本体のメインスイッチが入っている待機状態において定着装置１００を暖めておくための消費電力を極力少なくすることが求められている。このため、上記の待機状態では、定着装置１００のヒータ１２２を完全に切っておく必要に迫られている。このように待機状態で定着装置１００のヒータ１２２を完全に切っておく場合、ヒータ１２２をオンにするとほぼ同時に定着ローラ１２０の表面を所定温度にするためには、定着ローラ１２０の肉厚を薄くしてその熱容量を小さくしておく必要がある。このために、熱伝導率の良い薄肉のアルミニウム合金製の定着ローラ１２０が使用されることが多い。
【００１２】
上記した立上り時間を短くするために、最近ではアルミニウム製の定着ローラ１２０の肉厚は０．８ｍｍ程度まで薄くなっている。定着ローラ１２０の肉厚をこれ以上薄くした場合、定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０との間（ニップ部１０８）に記録媒体１０４を挟持して現像像を熱と圧力で定着するときに、定着ローラ１２０が変形するおそれがある。
【００１３】
上記のような問題を解決するために、定着ローラ１２０の内部（芯金１２４の内部）に螺旋状のコイルばね１５０を差し込んで定着ローラ１２０を補強する技術が提案されている（特開平１０−１１６６７５号公報参照）。この技術では、図７に示すように、芯金１２４の内部空間には、螺旋状に巻かれたコイルばね１５０が差し込まれている。このコイルばね１５０は芯金１２４の長手方向に延びており、芯金１２４の内周面に接触してこの内周面を押圧している。このようにコイルばね１５０を用いることにより、アルミニウム製であっても高い剛性の薄肉ローラが得られる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、定着ローラ１２０の変形（撓み）を完全に無くすことは物理的に不可能であると、本発明者は考えて各種の実験を行った。この実験結果について、図８から図１１までを参照して説明する。
【００１５】
図８は、定着ローラの長手方向における変形量を示すグラフであり、肉厚０．３ｍｍの定着ローラに線径０．８ｍｍのコイルばねを挿入してこの定着ローラに加圧ローラを荷重１０ｋｇｆで押し付けたときのものである。図９は、定着ローラの真円度変化量とコイルばねの線径との関係を示すグラフであり、肉厚０．３ｍｍの定着ローラに色々な線径のコイルばねを挿入してこの定着ローラに加圧ローラを荷重１０ｋｇｆで押し付けたときのものである。図１０は、肉厚０．３ｍｍの定着ローラの昇温時間とコイルばねの線径との関係を示すグラフである。図１１は、定着ローラのニップ部を示す模式図である。
【００１６】
定着ローラの長手方向における撓みは、図８に示すように、長手方向中央部で最大であり約５５μｍ撓んでいる。また、定着ローラの真円度変化量は、図９に示すように、コイルばねの線径が大きいほど少ない。また、定着ローラの昇温時間は、図１０に示すように、コイルばねの線径が大きいほど長くなる。従って、コイルばねの線径を小さくするほど定着ローラの温度上昇は早くなるが、その強度は低下する。
【００１７】
ところで、定着ローラには逆クラウン形状（例えば、長手方向中央部の外径が長手方向両端部外径よりも約０．１ｍｍ小さい）のものがある。この逆クラウン形状の定着ローラでは、通常、その長手方向中央部の肉厚が長手方向両端部の肉厚よりも薄い。このため、定着ローラの長手方向中央部の撓みが助長されるので、図１１に示すように、この長手方向中央部におけるニップ部の幅が長手方向両端部よりも狭く（例えば２．５ｍｍに）なる。この結果、定着ローラの長手方向中央部においては定着性が不良になるおそれがある。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑み、定着ローラのような円筒状ローラの肉厚を薄くすると同時にローラ内部に挿入するコイルばね等の線材の線径を小さくしても強度を高められるローラユニットを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のローラユニットは、
（１）中空の円筒状ローラと、
（２）該円筒状ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該円筒状ローラの長手方向に延びると共に該円筒状ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧する線材とを備え、
（３）該線材は、その長手方向中央部の巻きピッチが、その長手方向両端部の巻きピッチよりも密になっているものであることを特徴とするものである。
【００２０】
ここで、
（４）前記線材は、前記円筒状ローラのうちその長手方向両端それぞれからその全長の３分の１の部分における前記線材の巻きピッチが、前記３分の１の部分以外の部分における前記線材の巻きピッチよりも粗になっているものであってもよい。
【００２１】
また、
（５）前記線材は、その長手方向両端部からその長手方向中央部に向かうほど巻きピッチが密になっているものであってもよい。
【００２２】
さらに、
（６）前記円筒状ローラは、その長手方向両端部の直径が長手方向中央部の直径よりも大きい逆クラウン形状であってもよい。
【００２３】
なお、巻きピッチとは、螺旋状に巻かれた線材のうち長手方向において互いに向き合う部分同士の距離をいう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１を参照して本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の概略構造を説明する。
【００２５】
図１は、本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の一例であるデジタル複写機を示す模式図である。
【００２６】
複写機１０の頂面には開閉自在な直方体状の原稿圧着板１２が配置されている。原稿圧着板１２の下には、原稿に記録された画像を読み取る画像読取装置１４が配置されている。画像読取装置１４の上面（上壁）は、原稿が載置される原稿台ガラス（図示せず）である。
【００２７】
原稿圧着板１２よりも手前側（正面側）には、複写枚数などが入力される操作パネル（図示せず）が配置されている。また複写機１０の下部には、複数枚のカット紙が収容されるカセット１６が複写機１０に出し入れ自在に備えられている。また、複写機１０の左側部分には空間が形成されており、排出された記録紙が積載される排紙トレイ１８が形成されている。
【００２８】
複写機１０で画像を形成する手順等を説明する。
【００２９】
原稿に記録された画像を記録媒体に形成するためには、先ず、原稿圧着板１２を開き、画像面を下にした原稿を原稿台ガラス（図示せず）の上面に載置して、この原稿を原稿圧着板１２で押さえて固定する。次に、所定の操作ボタン等を押すことにより、原稿に記録された画像は、画像読取装置１４で読み取られる。読み取られた画像はデジタル信号に変換され、このデジタル信号は、レーザスキャナ２０に送信される。
【００３０】
レーザスキャナ２０に送信された信号はレーザ光に変換されて、このレーザ光は、高速で回転するスキャナミラー２０ａ、折り返しミラー２０ｂを経由して感光ドラム２２に照射される。感光ドラム２２は帯電器２４によって一様に帯電されており、レーザ光が照射された感光ドラム２２には静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ２６から供給された現像剤で現像されて現像像が形成される。
【００３１】
一方、カセット１６からは記録紙などの記録媒体が給紙ローラ２８によって矢印Ｄ方向（給紙方向）に給紙され、搬送ローラ３０とレジストローラ３２によって転写ローラ３４に搬送される。転写ローラ３４は感光ドラム２２と共に記録媒体を挟持しながら、この記録媒体に感光ドラム２２の現像像を転写する。現像像が転写された記録媒体は搬送ガイド３６によって定着装置４０に案内される。定着装置４０には定着ローラ５０（本発明にいうローラユニットの一例である）と加圧ローラ７０が配置されており、これら２つのローラ５０，７０に記録媒体が挟持されながら搬送されて、現像像が記録媒体に定着される。このようにして現像像が定着された記録媒体は排紙ローラ８０によって排出されて排紙トレイ１８に積載される。
【００３２】
上記した定着装置４０の基本的な構成は、図６に示した従来の定着装置１００の構成と同様である。定着装置４０が定着装置１００と異なる点は定着ローラ５０にある。定着ローラの構造について、図２を参照して説明する。
【００３３】
図２は、定着ローラ管とこの定着ローラ管に挿入されたコイルばねを示す断面図である。
【００３４】
定着ローラ５０は、アルミニウムとマグネシウムの合金からなるパイプ状（中空円筒状）の定着ローラ管５２（本発明にいう円筒状ローラの一例である）を備えている。定着ローラ管５２は、その肉厚が全域に渡って約０．３〜０．４ｍｍになるように切削加工されている。また、定着ローラ管５２の長手方向両端部の直径は長手方向中央部の直径よりも０．０７ｍｍ〜０．１３ｍｍ程度大きい。このため、定着ローラ管５２は逆クラウン形状になっている。従って、定着ローラ５０と加圧ローラ７０とのニップ部のうち定着ローラ５０の長手方向両端部における圧接力は、長手方向中央部における圧接力よりも強くなる。この結果、このニップ部で挟持されながら搬送されている記録媒体にヨレや皺が発生しない。
【００３５】
また、定着ローラ管５２の外周面には離型層５４が形成されている。この離型層５４は、高い離型性を有するフッ素樹脂、オイル含浸シリコーンゴム、又はシリコーンゴム層の表面にフッ素樹脂層が形成されたものである。
【００３６】
定着ローラ管５２の中空部（定着ローラ５０の内部）には、螺旋状に巻かれたコイルばね６０（本発明にいう線材の一例であり、ステンレス製である）が配置されている。コイルばね６０の外径は、定着ローラ管５２の内径よりも０．１ｍｍ〜０．５ｍｍほど大きい。このため、コイルばね６０は、定着ローラ管５２の中空部分を囲む内壁面（本発明にいう内周面の一例である）５２ａに接触してこの内壁面５２ａを外側に押している（押圧している）。このように定着ローラ管５２がコイルばね６０によって補強されるので、加圧ローラ７０（図１参照）が定着ローラ５０を押圧しても定着ローラ管５２は変形しない。なお、コイルばね６０の長手方向一端部６０ａは定着ローラ管５２の長手方向一端部に固定されている。
【００３７】
コイルばね６０の巻きピッチについて説明する。
【００３８】
コイルばね６０の巻きピッチは、図２に示すように、その長手方向（矢印Ｅ方向）両端部と長手方向中央部とでは異なっている。コイルばね６０の長手方向中央部における巻きピッチＰ１は、コイルばね６０の長手方向両端部における巻きピッチＰ２よりも密になっている（Ｐ１はＰ２よりも短い）。ここでは、全長３６０ｍｍの定着ローラ管５２の長手方向両端からその全長の３分の１の部分（図２においてＬ１及びＬ３で示す長さに相当する部分）におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ２が、Ｌ１及びＬ３で示す長さの部分以外の部分（図２においてＬ２で示す長さに相当する部分）における巻きピッチＰ１よりも粗になる（長くなる）ようにした。即ち、定着ローラ管５２のうち長手方向両端から１２０ｍｍの部分におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ２は、定着ローラ管５２のうち長手方向中央部１２０ｍｍの部分におけるコイルばね６０の巻きピッチＰ１よりも長い。巻きピッチＰ２は、巻きピッチＰ１の２倍の長さになっており、巻きピッチＰ１は、３ｍｍから６ｍｍまでの範囲内である。
【００３９】
このようにコイルばね６０の長手方向中央部における巻きピッチＰ１を、コイルばね６０の長手方向両端部における巻きピッチＰ２よりも密にすることにより、定着ローラ管５２の長手方向中央部における撓み量を低減させられる。ここで、上記した定着ローラ管５２の撓み量を、従来の定着ローラ管の撓み量と比較して、図３に示す。
【００４０】
図３は、定着ローラ管の長手方向における撓み量を比較して示すグラフである。
【００４１】
図３の実線は、上記した定着ローラ管５２の長手方向における撓み量を示す。図３の点線は、肉厚が０．８５ｍｍの従来の定着ローラ管の長手方向における撓み量を示す。上記の定着ローラ管５２に挿入されたコイルばね６０の線径は０．８ｍｍであり、従来の定着ローラ管に挿入されたコイルばねも線径が０．８ｍｍである。しかし、従来の定着ローラ管に挿入されたコイルばねの巻きピッチは、どの部分においてもＰ２である。
【００４２】
定着ローラ管５２の肉厚は薄くて（約０．３〜０．４ｍｍ）、従来の定着ローラ管の肉厚は厚い（０．８５ｍｍ）が、図３に示すように、定着ローラ管５２の撓み量の方が少なくなった。この結果、図４に示すように、定着ローラ管５２の長手方向中央部におけるニップ部の幅は３．５ｍｍとなり、十分な定着性を確保できる。
【００４３】
ここで、コイルばね６０の変形例について、図５を参照して説明する。
【００４４】
図５は、コイルばねの変形例を示す断面図である。
【００４５】
図２に示すコイルばね６０では、ピッチＰ１とピッチＰ２が不連続的に変化している。しかし、変形例のコイルばね６２では、その長手方向両端部から長手方向中央部に向かうほど巻きピッチを連続的（徐々に）に短くした（密にした）。このようなコイルばね６２を定着ローラ管５２に挿入した場合は、定着ローラ管５２の長手方向における撓み量をほぼ均一にできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のローラユニットでは、円筒状ローラの長手方向中央部は変形し易いがこの長手方向中央部では線材の巻きピッチが密であるので、円筒状ローラの肉厚を薄くして線材の線径（太さ）を小さくしても円筒状ローラの強度が高められる。
【００４７】
ここで、前記線材は、前記円筒状ローラのうちその長手方向両端それぞれからその全長の３分の１の部分における前記線材の巻きピッチが、前記３分の１の部分以外の部分における前記線材の巻きピッチよりも粗になっているものである場合は、簡易な構造で強度の高い円筒状ローラが得られる。
【００４８】
また、前記線材は、その長手方向両端部からその長手方向中央部に向かうほど巻きピッチが密になっているものである場合は、円筒状ローラの長手方向における撓み量をほぼ均一にできる。
【００４９】
さらに、前記円筒状ローラは、その長手方向両端部の直径が長手方向中央部の直径よりも大きい逆クラウン形状である場合は、円筒状ローラの長手方向両端部における圧接力が長手方向中央部における圧接力よりも強くなるので、搬送されている記録媒体のよれや皺などの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の一例であるデジタル複写機を示す模式図である。
【図２】定着ローラ管とこの定着ローラ管に挿入されたコイルばねを示す断面図である。
【図３】定着ローラ管の長手方向における撓み量を比較して示すグラフである。
【図４】実施形態の定着ローラのニップ部を示す模式図である。
【図５】コイルばねの変形例を示す断面図である。
【図６】従来の定着装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】コイルばねが挿入された定着ローラを模式的に示す断面図である。
【図８】定着ローラの長手方向における変形量を示すグラフである。
【図９】定着ローラの真円度変化量とコイルばねの線径との関係を示すグラフである。
【図１０】肉厚０．３ｍｍの定着ローラの昇温時間とコイルばねの線径との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の定着ローラのニップ部を示す模式図である。
【符号の説明】
５０定着ローラ
５２定着ローラ管
６０，６２コイルばね
Ｐ１，Ｐ２巻きピッチ

Claims

中空の円筒状ローラと、
該円筒状ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該円筒状ローラの長手方向に延びると共に該円筒状ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧する線材とを備え、
該線材は、
その長手方向中央部の巻きピッチが、その長手方向両端部の巻きピッチよりも密になっているものであることを特徴とするローラユニット。
前記線材は、
前記円筒状ローラのうちその長手方向両端それぞれからその全長の３分の１の部分における前記線材の巻きピッチが、前記３分の１の部分以外の部分における前記線材の巻きピッチよりも粗になっているものであることを特徴とする請求項１に記載のローラユニット。
前記線材は、
その長手方向両端部からその長手方向中央部に向かうほど巻きピッチが密になっているものであることを特徴とする請求項１に記載のローラユニット。
前記円筒状ローラは、
その長手方向両端部の直径が長手方向中央部の直径よりも大きい逆クラウン形状であることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載のローラユニット。