JP2005164931A

JP2005164931A - 定着用加圧ローラ

Info

Publication number: JP2005164931A
Application number: JP2003403097A
Authority: JP
Inventors: Shunji Shirao; 俊二白尾
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】ベルト方式を採用する定着装置において、加圧ローラの熱膨張による外径差を抑え、ベルトの斜行を防止することにより、ベルトの変形防止、安定した画像、さらにはベルト自体の破損防止を図ることにある。
【解決手段】加圧ローラのゴム状弾性体の各端部に複数個の止まり孔を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像定着用の熱定着部に用いられる定着用加圧ローラに関するものである。

従来より、強制駆動される定着用加圧ローラ（以下、“加圧ローラ”と称する。）の表面弾性体には、スポンジゴム層等からなる発泡体が好んで使用されている。これは、該発泡体が、硬度も低く同時に、十分なニップ幅を確保できるからである。
しかし、弾性体がスポンジ層である加圧ローラにおいては、定着時の熱でスポンジ層が膨張し、長手方向に沿って外径差が生じる。この欠点は、加圧ローラの左右で周速の差となって表面化し、特に該ローラに従動回転する定着用エンドレスベルト（以下、“ベルト”と称する）を採用するベルト方式の定着装置においては致命的問題を惹起する。すなわち、周速の速い側にベルトが斜行してしまうことにより、ベルトが変形を起こし、画像に影響を与え、最悪の場合はベルト自体の破損に至る。
加熱後の外径変化対策として、弾性体中に、ローラ芯金の長手方向に平行で、且つ、周方向に多数の貫通孔、あるいは螺旋状の貫通穴を設けるという提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この提案によれば、加熱時の外径はローラ長手方向において、ほぼフラットになり、問題は解決したかに見える。しかしながら、それはあくまでヒートローラ方式での話であり、ベルト方式における斜行の問題に対して根本的な解決に至ってはいないのが現状である。

特許公報第２８７０８７８号

したがって、本発明の課題は、ベルト方式を採用する定着装置において、加圧ローラの熱膨張による外径差の発生を抑え、ベルトの斜行を防止することにより、ベルトの変形防止、安定した画像、さらにはベルト自体の破損防止を図ることにある。

本発明者は、円筒状芯金の外周を被覆するゴム状弾性体の各端部に複数個の止まり孔を配設することにより、上記の課題を一挙に解決するに至った。

本発明によれば、加圧ローラのゴム状弾性体は加熱された際、ローラ長手方向に沿って略太鼓形状に膨張し、これにより、ベルトの斜行が抑制される。その結果、ベルトの変形、画像への影響およびベルト自体の破損が防止される。

以下、本発明の加圧ローラについて図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る加圧ローラを示す縦断面図である。
図２は、本発明に係る加圧ローラの長手方向の周速(図２（ａ）)と位置(図２（ｂ）)との対応関係を示すグラフである。
図３は、本発明に係る加圧ローラの製造に用いる円筒状金型の一例を示す縦断面図である。
図１において、（１）は止まり孔、（２）はゴム状弾性体、そして、（３）は芯金である。ここで、止まり孔（１）はゴム状弾性体（２）の両端部に配設され、ローラ両端面から熱を逃がす役目を担っている。他方、これらの止まり孔（１）はローラ中央部まで貫通していないので、中央部のゴム状弾性体（２）には熱がこもる状態になる。従って、ゴム状弾性体（２）の形状は、中央部は膨張して径が大きくなり、中央が膨らんだ略太鼓形状になる。この略太鼓形状がベルトの斜行を抑える上で極めて有効であることが究明された。この理由は二つある。
その一つ目の理由は、ローラ長手方向における加圧力の均一化により当接圧が均一化されることである。通常、定着装置の加圧態様としては、加圧ローラの芯金両端をバネ等で加圧するのが一般的である。この態様では、程度の差はあるが、ほとんどの場合、ローラ両端の当接圧が中央より高くなるので、ローラは撓んでくる。しかも、装置自体の組み立て精度やローラ両端外径精度を考えると、両端の当接圧を等しくするのは技術的に非常に困難である。このような状況下でも、本発明の構成を採れば、ローラ長手方向における当接圧が均一になり、斜行防止に寄与することになる。
もう一つの理由として、図２に示す加圧ロールの長手方向の周速と位置との関係が挙げられる。Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ（図２（ａ））は、それぞれに加圧ローラ長手方向のａ、ｂ、およびｃの箇所（図２（ｂ））における周速を簡略的に表している。加圧ローラの中央部、すなわちｂの箇所における周速Ｖｂが、該ローラ両端部のａおよびｃの箇所における周速Ｖａ、Ｖｃに比べ、速くなることで、ベルトが中央部に保持されてその斜行が抑制される。
次に、本発明の加圧ローラの製造方法について、図３を参照しながら述べる。
図３において、（３）は図１同様に芯金、（４ａ）、（４ｂ）は金型の蓋、（５ａ）、（５ｂ）はそれぞれの蓋に取り付けられた、止まり孔（１）を形成するためのピン、（６）は金型胴体部である。蓋（４ｂ）は、ゴムの通り道を示す関係上、支持されていないように見えるが、実際は図示しないリブが、蓋（４ｂ）の中央に位置するよう設計されている。なお、この図では、ピン（５ａ）、（５ｂ）はそれぞれ２本で、加圧ローラ中心軸を挟んで対峙する位置（等間隔）に配設されている。
先ず、水平面に置いた蓋（４ａ）の中央の穴に芯金（３）を直立状態で挿入する。その状態で、芯金を覆うように金型胴体部（６）を立てて被せ、蓋（４ａ）の所定の位置にセットする。次に、金型胴体部（６）に蓋（４ｂ）をセットする。その際、蓋（４ｂ）の中央の穴に芯金（３）が入るようにする。組み立てが終了した金型に、注型機によって金型下方（矢印側）からゴム材料を注入し、加硫・発泡することによって、所望の加圧ローラが得られる。

本発明において、止まり孔（１）の形状は、それが細長の孔状で、ローラ中央部まで貫通していない限り、特に制約されることはない。製造上からは、円筒状あるいは柱状にするのが好都合である。この孔の径（面積）および深さは、弾性体の厚みと長さにより適宜決定される。一般には、弾性体の厚みを（Ｄ）、長さを（Ｌ）とするとき、止まり孔（１）の径は、（０．１〜０．６）Ｄ、深さ（Ｌ１）は、（０．０２〜０．４５）Ｌの範囲にあればよい。通常使用されるローラにおいては、径（Ｄ１）が０．５〜２．５ｍｍ、深さ（Ｌ１）が５〜２００ｍｍである。また、止まり孔（１）自体はローラの各端部に少なくとも２本、好ましくは、それらの３〜８本が芯金（３）の周囲の円周方向に等間隔で配設される。

ゴム状弾性体はスポンジ層、ソリッド層のいずれであってもよいが、本発明は、より熱の影響を受けやすいスポンジ層に有利に適用される。該弾性体を構成する材料としては、液状シリコーンゴムが好ましく用いられる。このゴム材は、「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ａ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）、「ＸＥ１５−Ｂ７５０３Ｂ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）、「ＤＹ３９−１１１９Ａ」（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）、さらには、「ＤＹ３９−１１１９Ｂ」（東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製）の商品名で流通しており、容易に入手できる。スポンジ層のセル形成材としては、吸水性ポリマーが好ましく用いられる。このポリマー自体は、高分子の分野では周知のもので、例えばアクリル酸ないしメタアクリル酸のアルカリ金属塩の重合体、ポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコール類をグラフトしたアクリル酸ないしメタアクリル酸の重合体、ポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコール類をブレンドないしは共重合したポリエステルやポリアミド、Ｎ−ビニールカルボン酸アミド系の架橋重合体などが挙げられる。現実には、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および硬化触媒を添加した組成物として、例えば、「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ａ」ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）が、また、液状シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、および架橋剤を添加した組成物として、例えば、「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ｂ」ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）が流通しているので、これらを利用するのが効率的である。

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。サンプル数は実施例、比較例共３０本用意した。
尚、実施例中の「部」は重量部を示す。

[実施例１]
φ１４ｍｍの鉄製芯金（３）の外周に、ゴム状弾性体からなるスポンジ層（長さ（Ｌ）：２５０ｍｍ、厚さ（Ｄ）：３ｍｍ）を以下のようにして形成した。先ず、シリコーンベースポリマーに吸水性ポリマー、水、白金触媒が添加された「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ａ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）１００部と、ベースポリマーに吸水性ポリマー、水、架橋剤が添加された「ＸＥ１５−Ｂ８４００Ｂ」（ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）１００部を用意し、これら２液を混合して攪拌・脱法させた。次に、この配合物を上記芯金（３）が挿入された金型（図３）を直立させた状態で下方(矢印側)から注入し、６０℃×２４時間で型成型して厚さ４ｍｍのシリコーンゴムスポンジ層（弾性体）を形成した。このとき、ピン（５ａ）、（５ｂ）はそれぞれ２本で、それらのサイズは、外径が２ｍｍ、長さが３０ｍｍとした。その後、１５０℃×２時間で気泡中の水分を蒸発させてから、２００℃×４時間で加硫を行った。このようにして得られた加圧ローラを実機プリンター（品名：ｈｐＬａｓｅｒｊｅｔ１２００ｓｅｐｒｉｎｔｅｒ（Ｈｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄＣｏｍｐａｎｙ製））に組み込んだ。このとき、該ロールに従動回転するベルトとしては、ポリイミドからなり、厚さ７０μｍ、幅２２５ｍｍ、周方向の長さが１９ｍｍのエンドレスベルトを用いた。

[比較例１]
上記の実施例１において、図３のピン（５ａ）および（５ｂ）を省略する以外は、同様の操作を繰り返した。

[ベルト斜行の評価方法]
ステップａ．上記の実施例１および比較例１で用意した加圧ローラの各３０本を、順次ベルト式定着装置に組み込み、ローラ毎に評価する。先ず、該装置に電源を入れ、印刷可能状態にて約３０秒、印刷用紙を通過させずにベルトに接した状態の加圧ローラを回転させて、装置全体を均等に暖気する。この時、加圧ローラによってはベルトが斜行して装置の壁に接触することもあるが、３０秒程度では破損にまでは至らない。
ステップｂ．その後、一旦装置を止め、ベルトを、該加圧ローラ弾性体部の中央（初期設定位置）に戻す。
ステップｃ．再度電源を入れて装置を稼動させる。ベルトが、回転する加圧ローラの弾性体部に留まっている時間、もしくは装置の壁に接触するまでの時間（いずれも稼動開始からの時間）を各加圧ローラ３０本について測定する。
この際の評価の判断基準としては、装置の壁に接触するまでの時間が４秒以上であれば合格とする。これは、ベルトが斜行する、すなわちローラ端部に寄ろうとする推力が強い場合、破損に至るわけで、３秒以下で壁に接触してしまうということは、それだけ推力が強いことを意味している。

[結果]
実施例１においては、不良率は０％であった。すなわち、全ての加圧ローラにおいて、壁に接触するまでの時間が４秒以上であった。
これに対して、比較例１では、不良率３４％という結果が得られた。
ここで、不良率は、サンプル数ｎ＝３０の実験において、ベルトが壁に接触するまでの時間が３秒以下のローラ本数をｎ１として、不良率＝（ｎ１／ｎ）×１００（％）から求めた。

本発明の加圧ローラはベルト方式を採用する定着装置に使用される加圧ローラとして特に有用である。

本発明に係る加圧ローラを示す縦断面図である。本発明に係る加圧ローラの長手方向の周速（図２（ａ））と位置（図２（ｂ）)との対応関係を示すグラフである。本発明に係る加圧ローラ製造に用いる円筒状金型の一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１止まり孔
２ゴム状弾性体
３芯金
４ａ金型の蓋
４ｂ金型の蓋
５ａ止まり孔形成用ピン
５ｂ止まり孔形成用ピン
６金型胴体部
ａローラ端部
ｂローラ中央部
ｃローラ端部
Ｖａローラ端部の周速
Ｖｂローラ中央部の周速
Ｖｃローラ端部の周速

Claims

従動回転する定着用ベルトに接して用いられる、ゴム状弾性体が被覆された定着用加圧ローラであって、該ローラの弾性体の各端部に、ローラ芯金と平行、且つ、その周方向に複数個の止まり孔が配設されていることを特徴とする定着用加圧ローラ。
該止まり孔が直径０．５〜２．５ｍｍ、深さが５〜２００ｍｍである請求項１に記載の定着用加圧ローラ。
該止まり孔の２個〜８個がローラの各端部に配設されている請求項１または２に記載の定着用加圧ローラ。
該弾性体がシリコーンゴム発泡体である請求項１〜３のいずれかに記載の定着用加圧ローラ。