JP2005316080A - ローラ及びそのローラを用いる定着装置並びに画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイプの肉厚を厚くすることなく、蛇行防止部材に係止に有効な深さの係止部を形成可能で、しかも強度を保てるローラ及びそのローラを用いる定着装置並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】 定着ベルト２０を張架する中空パイプからなる加熱ローラ２２は、定着ベルト２０の少なくとも一端部分に設けられた蛇行防止部材３０が係止される係止部４２が形成されるとともに、加熱ローラ２２内面における係止部４２に対応する部分に内部側に膨出する膨出部４５が形成されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ベルトを張架するローラ及びそのローラを用いる定着装置並びに画像形成装置に関するものである。

特開２００１−１４２３５０号公報 特開２００２−１４８９８３号公報

電子複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される画像形成装置において、定着ベルト、転写ベルトや中間転写ベルトの像担持体ベルト、記録材や原稿を搬送する搬送ベルトが用いられている。これらの画像形成装置において、ベルトが蛇行するといろいろな支障を来たす恐れのあるものは、特許文献１や２に記載されているように、ベルトの内側の端部近くに突出する蛇行防止部材を設け、これをローラに設けた溝状の係止部に係止させ、ベルトが蛇行しようとしても防止部材が係止部の側壁に溝から抜け出せないことで蛇行を防止する方法が採用されている。

ところで、ベルト張架ローラはその殆どが中実ローラを用いている。しかしながら、定着ベルトを張架するローラは熱応答性を重視し、かつ、ヒータを内蔵する構成上、熱容量の小さいパイプ状のローラが用いられる。さらに、像担持体ベルトや搬送ベルトを張架するローラにおいても重量が軽くなる点からパイプ状のローラを採用したいという要望がある。特に、定着装置の近傍に配置されるベルト張架ローラは中実ローラであると熱が逃げにくく熱による影響を受け易くなるため、パイプローラの採用が有力となっている。

このように、ベルト張架ローラにパイプ状のローラを用いることが提案かつ要望されているが、パイプ状のローラは上記した蛇行防止部材が係止される係止部を形成すると、該溝の部分の肉厚が薄くなりすぎてローラ強度が弱くなるという大きな問題があった。この問題を軽減するため、肉厚の厚いパイプを使用すると、熱容量が大きくなるため、定着ベルトを張架するローラは熱応答性が悪くなって定着性を低下させ、像担持体ベルトや搬送ベルトを張架するローラでも重量が重くなり、パイプを用いる利点が半減してしまった。

また、係止部の深さを浅くすることも考えられるが、蛇行防止部材は係止部から抜け出せないことでベルトの位置を確保するものであるから、浅い係止部ではその役目を十分に果たすことができない。

本発明は、上記した従来の問題を解消し、パイプの肉厚を厚くすることなく、蛇行防止部材に係止に有効な深さの係止部を形成可能で、しかも強度を保てるローラ及びそのローラの製造方法並びにローラを用いる定着装置と画像形成装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、ベルトを張架する中空パイプからなるローラにおいて、前記ベルトの少なくとも一端部分に設けられた蛇行防止部材が係止される係止部が形成されるとともに、ローラ内面における係止部に対応する部分に内部側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴としている。

なお、本発明のローラにおいて、両端部に小径となるジャーナル部が形成され、前記係止部がジャーナル部の段差に沿って形成されていると、効果的である。
さらに、本発明のローラにおいて、前記係止部のローラ軸線方向の幅が前記蛇行防止部材の幅より大きいと、効果的である。

さらにまた、本発明のローラにおいて、前記膨出部は、前記係止部のローラ端部側の一端よりもローラ端部側から、前記係止部のローラ中央部側の一端よりもローラ中央部側にかけて形成されていると、効果的である。

また、上記課題を解決するため、本発明の定着装置において、請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラと、定着ローラと、前記ローラと前記定着ローラに張架されるベルトと、該ベルトを介して定着ローラに押圧する加圧回転体とを有し、前記ベルトと前記加圧回転体の間に形成されるニップ部に記録材を通過させることにより、記録材上に未定着トナーを定着することを特徴としている。

なお、本発明の定着装置において、前記ローラ内部にヒータが設けられていると、効果的である。
さらに、本発明の定着装置において、前記ローラが、肉厚０．８ｍｍ以下の金属性パイプであると、効果的である。

さらにまた、本発明の定着装置において、前記ローラがアルミニウムからなると、効果的である。
また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置において、請求項９ないし１２の何れか１項に記載の定着装置を用いることを特徴としている。

また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置において、請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラに像担持体ベルトが張架されていることを特徴としている。

また、上記課題を解決するため、本発明の画像形成装置において、請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラに記録材搬送ベルトが張架されていることを特徴としている。

なお、本発明の画像形成装置において、前記ローラを、その内部を通り抜ける気流によって冷却すると、効果的である。

請求項１の構成によれば、パイプ状ローラの肉厚を厚くすることなく係止部を形成することができる。
請求項２の構成によれば、溝の浅い係止部で蛇行防止部材を係止することができる。

請求項３の構成によれば、蛇行防止部材が確実に係止部内に収めることができる。
請求項４の構成によれば、係止部を形成しても当該部分のローラ肉厚が薄くならずローラの強度を保つことができる。

請求項５，６の構成によれば、熱応答性の良いベルト定着装置を提供することができる。
請求項７，８の構成によれば、立ち上げ時間の短い定着装置を提供することができる。

請求項９の構成によれば、熱応答性の良く立ち上げ時間の短い定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
請求項１０の構成によれば、軽量の像担持体ベルト装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

請求項１１の構成によれば、軽量の記録材搬送ベルト装置を備えた画像形成装置を提供することができる。
請求項１２の構成によれば、ベルト張架するローラを効率良く冷却することができる。

以下、本発明の実施形態例を図面に従って説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の一例を明らかにする。
図１は画像形成装置の一例であるカラー複写機を示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、記録媒体上にトナー像を形成する作像手段１と、そのトナー像を記録媒体上に定着する定着装置２とを有している。

図１に示した作像手段１は、ドラム状の感光体として構成された第１ないし第４の像担持体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３ＢＫを有し、その各像担持体上にイエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。第１乃至第４の像担持体３Ｙ乃至３ＢＫに対向して中間転写ベルト４が配置され、この中間転写ベルト４は、ローラ５、６に巻き掛けられ、そのローラの１つが図示していない駆動手段によって回転駆動することにより矢印Ａ方向に走行駆動される。

第１ないし第４の各像担持体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３ＢＫ上にトナー像を形成する構成と、その作用は実質的に全て同一であるため、第１の像担持体３Ｙにトナー像を形成する構成だけを説明する。この像担持体３Ｙは図１における時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ８によって像担持体表面が所定の極性に均一に帯電される。次いでその帯電面に、レーザ書き込みユニット９から出射する光変調されたレーザビームＬが照射される。これによって像担持体３Ｙ上に静電潜像が形成され、その静電潜像が現像装置１０によってイエロートナー像として可視像化される。中間転写ベルト４を挟んで、像担持体３Ｙにほぼ対向する位置には転写ローラ１１が配置され、その転写ローラ１１に対し、像担持体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって像担持体３Ｙ上のイエロートナー像が中間転写ベルト４上に転写される。中間転写ベルト４に転写されず、像担持体３Ｙ上に残された転写残トナーは、クリーニング装置１２によって除去される。

全く同様にして、第２ないし第４の像担持体３Ｃ，３Ｍ，３ＢＫ上にシアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像が、イエロートナー像の転写された中間転写ベルト４上に順次重ね合されて転写される。

一方、作像手段１の下方に設けられた給紙部１３から、例えば転写紙又は樹脂シートや樹脂フィルムなどから成る記録媒体Ｐが給送され、その記録媒体Ｐが、矢印Ｂで示すように、中間転写ベルト４のローラ６へ向けて送り込まれる。中間転写ベルト４を挟んで、ローラ６にほぼ対向する位置には２次転写ローラ１４が配置され、記録媒体Ｐは中間転写ベルト４と２次転写ローラ１４間に送り込まれる。その２次転写ローラ１４に対し、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加され、これによって中間転写ベルト４上の重ねトナー像が記録媒体Ｐ上に転写される。記録媒体Ｐに転写されず、中間転写ベルト４上に残された転写残トナーは、中間転写ベルト用クリーニング装置７によって除去される。

このようにして４色の未定着トナー像を担持した記録媒体Ｐは、定着装置２に送り込まれ、このときそのトナー像が記録媒体Ｐ上に定着される。
図２は、本実施形態の定着装置２の概略構成を示す説明図である。定着装置２は定着ローラ２１と加熱ローラ２２に張架された定着ベルト２０と、この定着ベルト２０に圧接される加圧ローラ２３と有している。定着ベルト２０は、テンションローラ２４により張力を与えることで定着ローラ２１と加熱ローラ２２に密着される。このように構成された定着ベルトループを定着ローラ２１に対応する位置で加圧ローラ２３に押し当てることで定着ニップが形成される。

定着ベルト２０は、図３に示すように、そのベルト基材２０ａが耐熱樹脂の無端フィルムであるポリイミドベルト等で構成されている。ベルト基材２０ａの厚みは、ベルトのしなやかさを維持し、且つ、適度な張力でベルト自身がうねらないための必要な強度が得られる５０〜９０μｍ程度が適当である。このベルト基材２０ａの上にはシリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性層２０ｂがあり、この弾性層２０ｂの厚みは１００〜３００μｍが適当である。弾性層２０ｂは、画像のしとやかさを維持することに影響が大きく，ゴム硬度は３０Ｈｓ以下（ＪＩＳ−Ａ）の材料を用いるのが良い。さらに、定着ベルト２０は表層２０ｃにＰＦＡやＰＴＦＥなどの離型層が設けられ、この層厚は２０〜５０μｍである。

定着ベルト２０の内側にはその幅方向の両端にその全周に渡る突起状の蛇行防止部材３０が固定されている。この蛇行防止部材３０は耐熱性に優れ、且つ、ベルト形状定着ローラ２１や加熱ローラ２２に巻き付く過程で変形した際に追従でき、開放されるともとに戻せる程度の反発力を持ったシリコーンゴムやフッ素ゴムなどから作られている。この蛇行防止部材３０の役割は、後述する加熱ローラ２２の係止部４２の側壁４３と対向することでベルトが幅方向に移動することを防止することにある。蛇行防止部材３０は通常、ベルトよりも反発力が高いため、定着ローラ２１や加熱ローラ２２に巻き付け、ループを構成する際に係止部４２の側壁４３の高さに対して、−１〜１ｍｍ程度反り返る傾向があり、さらに蛇行防止部材３０は弾性体の成形で製作する必要から、角は０．５ｍｍ程度の丸みまたはカット面が発生する。したがって、蛇行防止部材３０の高さｈが１．５ｍｍより低いと、係止部４２の側壁４３に対向する部分を取れなくなってしまうため、蛇行防止部材３０の高さｈは、１．５ｍｍ以上であることが望ましい。

記録材Ｐの未定着画像は定着ベルト２０側になるため、定着ベルト２０には記録材やトナーが貼り付きやすく、これを軽減するため、定着ローラ２１は加圧ローラ２３よりも柔らかい、例えば、耐熱性のスポンジゴムで構成し、定着ニップの方向を加圧ローラ２３側に反らせる工夫をしている。

また、加熱ローラ２２は鉄やアルミニウムなどの金属製の中空ローラを用い、内部にハロゲンヒータ、赤外線ヒータ、その他の熱抵抗などの熱源２５が設けられている。その厚みは熱の応答性などから薄いほど好ましいが、ベルトの張力によって曲げ応力を受けるため、アルミニウムの場合０．４ｍｍ以上の厚みが必要である。ローラ強度を高めるには肉の厚いローラを用いれば良いが、加熱ローラ２２の肉厚が厚くするほど定着適正温度までの昇温時間が延びてしまう。一例としてＡ４サイズで図２に示す定着装置の画像形成装置で加熱ローラ２２の肉厚と室温から定着適正温度までの昇温時間について調べた。その結果を表１に示す。なお、加熱ローラ２２の材質はアルミニウムで、長さは２２０ｍｍ、加熱ローラ２２に内蔵する熱源２５として消費電量８５０Ｗのハロゲンヒータを用いた。

実際の画像形成装置において、電源投入してからヒータヘ電力が供給されて加熱ローラ２２が昇温を開始するのに、１から１．５秒程度かかる。また、画像形成装置ユーザーのアンケートなどでは電源投入からプリント可能となる待ち時間は１０秒くらいならば許容できるという調査結果があり、この点から加熱ローラ２２の肉厚は表１に示すように、待ち時間が１０秒を切る０．８ｍｍ以下であることが望ましいと言える。したがって、加熱ローラ２２の肉厚は０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲であることが好適である。

加熱ローラ２２は、図４に示すように、中央部分の大径部４０とその両端のジャーナル部である小径部４１とで構成され、上記定着ベルト１の蛇行防止部材３０と対向した位置に溝状の係止部４２が形成されている。係止部４２は、加熱ローラ２２の大径部４０から小径部４１となる段差に続いて形成され、その段差が係止部４０の大径部４０側の側壁４３となっている。側壁４３の高さは蛇行防止部材３０の高さｈ以上とあればよいが、符号４４で示す係止部４２の根元部分は加工上の制約から、半径０．３ｍｍ程度の丸みを帯びてしまうため、その分を考慮して蛇行防止部材３０の高さｈよりも、大きく設定することになる。また、小径部４１の径は熱源２５を内蔵するためある程度の大きさを必要とし、大きな段差をつけるにはその分だけ大径部４０の大きいもの用いることになる。しかし、大径部４０の径が大きくなると、熱容量が大きくなるため、加熱ローラ２２の温度の追従性が悪くなる。

そこで、係止部４２は段差の根元を加工上発生する丸み分以上に削るようにして形成する。このように係止部４２を切削加工で形成することで、熱容量が大きくならずに蛇行防止部材３０を係止部４２に確保できる側壁４３の高さが得られる。

加熱ローラ２２の小径部４１は通常、大径部４０の径を持つパイプ基材を絞り加工することによって形成する。係止部４２は基材をさらに削り込むため、係止部４２の肉厚が周囲より薄くなってしまう。もともと係止部４２はベルトの蛇行防止を行っていることで、他から力を受けやすく、さらに外径が細くなった角に当たるため、応力集中が起こりやすく、この部分が薄いと加熱ローラ２２は破壊を起こしやすい。

そこで、本実施形態では予め絞り加工時に調整して、係止部４２に対応する位置を内径側に膨らませた膨出部４５を設ける。この膨出部４５は係止部４２から側壁４３の内側までフォローした形状とする。こうすることで、係止部４２を切削により形成しても、当該部分の肉厚自体は薄くならずにすみ、絞った外径の角の応力集中部にも対応できる。

ところで、金属製パイプに膨出部４５を形成する場合、上記加熱ローラ２２は厚みのある金属製パイプを、切削加工することによって形成することができるが、切削により段差と膨出部加工を形成するには多くの時間を要し、コストが嵩むという問題がある。

そこで、上記加熱ローラ２２の好ましい製造方法を図５ないし図８を用いて説明する。
図５は、加熱ローラ２２となる金属製、例えばアルミニウムのパイプを示す図である。このパイプの肉厚はそのまま加熱ローラ２２の肉厚となるため、上記した０．４〜０．８ｍｍもので、例えば０．６ｍｍのパイプを使用する。

最初の工程として、図６に示すように、パンチ５０等によってパイプの両端に絞り加工によって塑性変形させ段差を付けた小径部４１を形成する。このようにして小径部４１を形成すると、図７に示すように、パンチ５１等によりローラを端部側から中央に向かって押し、小径部４１の係止部４２を形成する部分の内側に膨出部４５を形成する。なお、このときダイス５２等を用いて膨出部４５以外の箇所が変形しないようにする。最後に、図８に示すように、係止部４２を切削工具５３により形成することで係止部４２を形成することができる。

なお、かかる加工方法では図６に示す小径部４１を形成する工程と、図７に示す膨出部４５を形成する工程とをほぼ同時に行うことができ、加工時間の短縮につながる。

上記のように、パイプ状の中空ローラにおいてベルト蛇行防止部材３０を係止する係止部４２を切削で形成するとき、その削る部分の内側に膨出部４５を形成することで係止部部分の肉厚を薄くなることがない。よって、係止部部分でのローラ強度が低下することがなく、しかもローラ全体の肉厚を厚くさせて強度を高める必要もない。したがって、上記したローラはできる限り熱容量の小さいローラが要望されるベルト定着装置の加熱ローラ２２に最適なローラと言える。また、パイプ状のローラは中実ローラに比べて軽量であり、重量を軽くしたいベルトローラに使用することも有効である。

例えば、図１に示した中間転写ベルト１のローラ２，３は中間転写ベルト１もベルト蛇行は画像のズレ等発生させるためベルト蛇行防止部材３０を設けて防止することはきわめて有効である。このとき、定着装置に近いローラ３に本発明に係るローラを用いれば中間転写ベルト装置の総重量が軽くなるだけでなく、中実ローラに比べて熱容量が小さいので、定着の熱で温められてもすぐに冷める。よって、中間転写ベルト１が高温に晒されることが軽減でき、中間転写ベルト１の熱の影響をなくすことができる。しかも、パイプローラであれば、その中空部にファン等を用いて風を通すような積極的な冷却を行うことも可能であり、より確実にローラの高熱化を防ぐことができる。

本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略説明図である。 本発明に係る定着装置の一例を示す説明図である。 その定着ベルトの一部を示す拡大説明図である。 加熱ローラの一部を示す拡大説明図である。 加熱ローラの製造方法を説明する図である。 加熱ローラの製造方法の一工程を説明する図である。 加熱ローラの製造方法の一工程を説明する図である。 加熱ローラの製造方法の一工程を説明する図である。

符号の説明

２ 定着装置
２０ 定着ベルト
２１ 定着ローラ
２２ 加熱ローラ
２３ 加圧ローラ
２５ 熱源
３０ 蛇行防止部材
４０ 大径部
４１ 小径部
４２ 係止部

Claims (12)

1. ベルトを張架する中空パイプからなるローラにおいて、
   前記ベルトの少なくとも一端部分に設けられた蛇行防止部材が係止される係止部が形成されるとともに、ローラ内面における係止部に対応する部分に内部側に膨出する膨出部が形成されていることを特徴とするローラ。
2. 両端部に小径となるジャーナル部が形成され、前記係止部がジャーナル部の段差に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載のローラ。
3. 前記係止部のローラ軸線方向の幅が前記蛇行防止部材の幅より大きいことを特徴とする請求項1または２に記載のローラ。
4. 前記膨出部は、前記係止部のローラ端部側の一端よりもローラ端部側から、前記係止部のローラ中央部側の一端よりもローラ中央部側にかけて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のローラ。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラと、定着ローラと、前記ローラと前記定着ローラに張架されるベルトと、該ベルトを介して定着ローラに押圧する加圧回転体とを有し、前記ベルトと前記加圧回転体の間に形成されるニップ部に記録材を通過させることにより、記録材上に未定着トナーを定着することを特徴とする定着装置。
6. 前記ローラ内部にヒータが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記ローラが、肉厚０．８ｍｍ以下の金属性パイプであることを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
8. 前記ローラがアルミニウムからなることを特徴とする請求項５ないし７の何れか１項に記載の定着装置。
9. 請求項５ないし８の何れか１項に記載の定着装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラに像担持体ベルトが張架されていることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１ないし４の何れか１項に記載のローラに記録材搬送ベルトが張架されていることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１０または１１に記載の画像形成装置において、前記ローラを、その内部を通り抜ける気流によって冷却することを特徴とする画像形成装置。

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