JP2005345697A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コスト低減を図りつつ、定着回転体の強度を上昇させ、定着回転体に十分な加圧を行うことができる定着装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】 中空状の厚みの薄い芯金で形成された定着ローラ１と、定着ローラ１に圧接して定着ローラ１との圧接部にシートを通過させる加圧ローラ２体と、定着ローラ１の長手方向端部に配設されて定着ローラ１に駆動を伝達する駆動伝達部材８と、を備え、駆動伝達部材８は、芯金の中空内部に差し込まれる小径部８ａを有し、小径部８ａの外周が芯金の内周と嵌合する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置における定着装置に関するものである。

画像形成装置の定着装置においては、加熱および加圧のための定着ローラと加圧ローラからなるローラ対で、搬送されてくるシート上の未定着トナーの定着を行う方式が採用されている。従来、定着ローラは、肉厚の厚い中空ローラが用いられており、定着ローラの内部の発熱源からの熱を蓄熱するような構成となっていた。しかし、肉厚の厚い定着ローラでは、シート上の未定着トナーを定着させるための所定の温度まで、定着ローラ表面温度を上げるのに時間がかかるという問題点があった。また、肉厚の厚い定着ローラでは、部品のコストアップや、重量のある定着ローラを保持するために保持部材に強度が必要になる等のコストアップの問題があった。

そこで、定着ローラの肉厚を薄くして、シート上の未定着トナーを定着させるための所定の温度まで、定着ローラ表面温度を上げるのに時間がかからないようにし、かつ、部品や保持方法にかかるコストを削減することを行っていた。このような肉厚の薄い定着ローラでは、駆動手段から回転駆動を伝達するために、肉厚の薄い定着ローラの長手方向端部に切り欠き形状を設け、ギア等の駆動伝達手段に設けた凸形状を切り欠き部分に係合する位置に設け、回転駆動を伝達するようにしていた。しかし、回転駆動を伝達する時、定着ローラの肉厚が薄いために強度不足が発生していた。その強度不足対策のために特許文献１に開示しているように、切り欠き部分をバーリング加工して強度アップを図るような提案がされている。

しかしながら、特許文献１に提案された対策でも、バーリング加工等の加工費がアップするという問題があった。また、肉厚の薄い定着ローラは加圧ローラからの加圧力を変形し難い長手方向両端部で受けるので、バーリング加工でも強度不足となってしまい、加圧力を大きく与えられないという問題があった。
特許３４１２３８８号公報

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コスト低減を図りつつ、定着回転体の強度を上昇させ、定着回転体に十分な加圧を行うことができる定着装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
中空状の厚みの薄い芯金で形成された定着回転体と、
前記定着回転体に圧接して前記定着回転体との圧接部にシートを通過させる加圧回転体と、
前記定着回転体の長手方向端部に配設されて前記定着回転体に駆動を伝達する駆動伝達部材と、
を備え、
前記駆動伝達部材は、前記芯金の中空内部に差し込まれる小径部を有し、該小径部の外周が前記芯金の内周と嵌合することを特徴とする定着装置である。

また、その他の構成としては、
シートに未定着のトナー画像を形成する画像形成部と、
上記の定着装置と、
を備え、
前記画像形成部で画像形成されたシート上の画像を、前記定着装置でシートに定着することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によって、余計な加工費等が必要なく、コストの低減を図ることができる。また、定着回転体の強度が向上し、加圧回転体から定着回転体に対して十分な加圧力を付与することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（画像形成装置全体構成）
まず、図１を参照して本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の模式的断面図である。

図１において、１００は原稿１０１を載せる原稿台ガラスであり、１０２は原稿１０１の画像情報を読み取るリーダーユニットである。

また、１０３は、像担持体としての感光ドラム１０４表面上の所定位置に、原稿１０１の画像情報、あるいはその他の画像情報を有する光を照射する光学ユニットである。この光学ユニット１０３は、リーダーユニット１０２によって得られた画像情報、あるいはその他の画像情報を、不図示の画像処理装置を介して処理、制御された電気信号により明滅するレーザー光源を備えており、また、このレーザー光源から感光ドラム１０４までレーザー光を導く光路上には、複数の光学部品、すなわち、レーザー光を反射するための複数のミラーや、光学的に拡大や補正を行うための複数の光学部材（各種レンズ等）などが備えられている。

また、感光ドラム１０４の周辺には、感光ドラム１０４上の静電潜像を可視化するためにトナーを感光ドラム１０４に供給するための現像器１０５や、トナー像をシートＰに転写してシートＰが感光ドラム１０４に静電吸着しているのを剥がすための分離部を有する転写・分離帯装置１０６、感光ドラム１０４上におけるシートＰに転写されずに残ったトナーを除去するためのクリーニング装置１０７、感光ドラム１０４上の残留潜像を消すための前露光装置１０８が配置されている。これら感光ドラム１０４と感光ドラム１０４の周辺装置とがシート上にトナー像を形成する画像形成部を構成する。

また、感光ドラム１０４から、トナー像を転写したシートＰを定着装置１１０に搬送するための搬送装置１０９が配置されている。

また、定着装置１１０から出てきたシートＰを、機外の排紙トレー１１２に排紙ローラ１１３で排紙するか、両面・多重のコピーを取るときに感光ドラム１０４に再度、シートＰを再給紙する再給紙装置１１４に搬送するかを制御するための、排紙反転装置１１１も設けられている。

更に、シートＰを複数積載してストックしておくための給紙カセット１１５も設けられている。

次に、上記構成における画像形成装置の動作について順をおって説明する。まず、不示図のコピースタートボタンをユーザーが押すと、給紙カセット１１５から給紙装置１１６より、給紙カセット１１５に積載されているシートＰが一枚ずつ縦パス搬送部１１７に搬送され、レジストローラ１１８まで送られる。

次に、リーダーユニット１０２によって、原稿１０１の画像情報を電気信号に変換すべくスキャンを開始し、不図示の画像処理装置を介して光学ユニット１０３により感光ドラム１０４の表面に原稿画像の情報を有する光が照射され、その画像が記録される。なお、外部装置から入力された画像情報に基づいてこの動作を行うことも可能である。

また、この動作と同期するように、レジストローラ１１８がシートＰの搬送を開始する。

この時、感光ドラム１０４上に記録された原稿１０１の画像情報である静電潜像は、現像器１０５によりトナー像とされ、このトナー像を転写・分離装置１０６によりシートＰに転写して、シートＰは搬送装置１０９によって搬送され、定着装置１１０によりトナー像をシートＰに定着したあと、シートＰは片面のコピーなら排紙反転装置１１１により排紙ローラ１１３へと搬送され、排紙トレー１１２へと機外に排出される。また、両面または多重コピーの場合には、定着装置１１０によってトナー像が定着されたシートＰは、排紙反転装置１１１により再給紙装置１１４により、再度、感光ドラム１０４に搬送され、再びトナー像が転写され、順次、搬送装置１０９，定着装置１１０，排紙反転装置１１１，排紙ローラ１１３を経て、排紙トレー１１２上に機外排出される。

（定着装置全体構成）
次に、図２を参照して定着装置１１０について説明する。図２は定着装置の概略構成断面図である。１は定着回転体の一例である定着ローラ、２は加圧回転体の一例である加圧ローラであり、互いに圧接させて定着ニップ部（圧接部）Ｎを形成する。

定着ローラ１は、中空の芯金で構成され、加熱用部材としてのヒータ３、断熱ステイホルダー４を内包する。定着ローラ１は熱容量の小さな芯金であり、クイックスタートを可能にするために厚１ｍｍ以下の厚みで耐熱性、高熱伝導性を有するＳＵＳ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属部材を単独あるいは合金部材を基層とした金属製スリーブ（フィルム）である。また、長寿命の定着装置１１０を構成するために充分な強度を持ち、耐久性に優れた金属製スリーブとして、厚さ０．２ｍｍ以上の厚みが必要である。よって定着ローラ１の芯金の厚みとしては０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下が良く、最適なのは０．５〜０．８ｍｍである。

さらに、オフセット防止やシートの分離性を確保するために、定着ローラ１表層にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）、ＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂等の離型性の良好な耐熱樹脂を混合または単独で被覆している。被覆の方法としては、芯金基材の外面に接着層としてのプライマー層を塗布した後に上記離型性層をディッピング、粉体スプレー等の塗布によるものや、あるいはチューブ状に形成されたものを芯金表面に被せる方式のもの等が用いられる。

加熱用ヒータ３は、定着ローラ１の中空内部に具備され、これによりシートＰ上のトナー像を溶融、定着させる定着ニップ部Ｎの加熱を行う。加熱用ヒータ３は、アルミナ、ＡｌＮ（チッ化アルミ）等の高絶縁性のセラミックスやポリイミド、ＰＰＳ、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂からなる基板の表面に長手方向に沿って、例えばＡｇ／Ｐｄ（銀パラジウム）、ＲｕＯ₂、Ｔａ₂Ｎ等の通電発熱抵抗層をスクリーン印刷等により、厚み１０μｍ程度、幅１〜５ｍｍ程度の線状もしくは細帯状に塗工して形成し、通電発熱抵抗層の表面には、定着ローラ１との摺擦に耐えることが可能な薄層のフッ素樹脂層、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ等の耐熱性樹脂層からなる摺動層を設けた通電加熱用部材である。

上記基板の背面（定着ニップ部Ｎと反対側）には通電発熱抵抗層の発熱に応じて昇温した加熱用ヒータ３の温度を検知するためのサーミスタ等の温度検知素子５が配設されている。この温度検知素子５の信号に応じて、不図示の長手方向端部にある電極部から通電発熱抵抗層に印加される電圧のデューティー比や波数等を適切に制御することで、定着ニップ部Ｎ内での温調温度を略一定に保ち、シートＰ上のトナー像を定着するのに必要な加熱を行う。温度検知素子５から不図示の温度制御部へのＤＣ通電は不図示のＤＣ通電部およびＤＣ電極部を介して不図示のコネクターにより達成している。

また、上記定着ローラ１の内面において、加熱用ヒータ３の定着ニップ部Ｎ側の形状を曲面とすることで、定着ローラ１に屈曲負荷を与えないようにした方が長寿命の定着回転体が形成される。あるいは、ヒータの金属製基板上の定着ニップ部Ｎとは反対側に絶縁層、通電発熱抵抗層を順次積層してなる金属製加熱用ヒータであり、該金属製基板は定着ニップ部Ｎ側が金属製スリーブと同方向に湾曲した形状であっても良い。

断熱ステイホルダー４は、加熱用ヒータ３を保持し、定着ニップ部Ｎと反対方向への放熱を防ぐための断熱部材であり、液晶ポリマー、フェノール樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等により形成されており、定着ローラ１が余裕をもってルーズに外嵌されていて、矢印の方向に回転自在に配置されている。また、定着ローラ１は内部の加熱用ヒータ３および断熱ステイホルダー４に摺擦しながら回転するため、加熱用ヒータ３および断熱ステイホルダー４と定着ローラ１の間の摩擦抵抗を小さく抑える必要がある。このため加熱用ヒータ３および断熱ステイホルダー４の表面に耐熱性グリース等の潤滑剤を少量介在させてある。これにより定着ローラ１はスムーズに回転することが可能となる。

加圧ローラ２は、耐熱性弾性加圧ローラである。加圧ローラ２は、芯金６の外側に、シリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴムあるいはシリコンゴムを発泡して形成された弾性層７からなり、この上にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等の離型性層を形成してあってもよい。

定着ローラ１は、上記の加圧ローラ２の方向に断熱ステイホルダー４の一部、もしくは断熱ステイホルダー４と嵌合等により取り付けられた部材を介してバネ等の加圧手段により、長手方向両端部から加熱定着に必要な定着ニップ部Ｎを形成するべく十分に加圧されている。

また、定着ローラ１端部に取り付けられた駆動伝達部材８により定着ローラ１を回転駆動し、定着ローラ１表面と加圧ローラ２表面との摩擦により加圧ローラ２を所定の速度に従動回転させる。

以上の構成において、シートＰは、耐熱性の定着入口ガイド９に沿って定着ローラ１と加圧ローラ２によって形成される定着ニップ部Ｎに搬送される。

（定着装置特徴部分）
次に、図３〜図６を参照して定着装置１１０のその特徴部分について説明する。図３は定着装置の長手方向端部の断面図である。図４は定着装置の長手方向端部の図である。図５は定着装置の長手方向中央部の圧接時断面図である。図６は定着装置の長手方向端部の圧接時側面図である。

定着ローラ１の長手方向端部には、定着ローラ１を回転可能に支持するベアリング１０とベアリング１０を保持する画像形成装置の側板１１があり、定着ローラ１に不示図の駆動ユニットから駆動を伝達する駆動伝達部材８が定着ローラ１の端面に接続されている。

駆動伝達部材８は、定着ローラ１の芯金の中空内部に差し込まれる小径部８ａを有し、小径部８ａの外周が芯金の内周と嵌合する。これによって、駆動伝達部材８は定着ローラ１と一体的に構成される。また、小径部８ａは、定着ローラ１を回転可能に支持しているベアリング１０の支持位置にまで長手方向で延長されており、当該支持位置を芯金内部から支持する。

また、定着ローラ１の長手方向端部の周面には、内外部に切り欠かれた切り欠き形状の凹部１ａが設けられている。そして、駆動伝達部材８は、凹部１ａに係合する位置には、凸形状の凸部８ｂが小径部８ａの外周面上に設けられており、凹部１ａに凸部８ｂが係合することによって、駆動力を駆動伝達部材８の駆動伝達部８ｃのギアから定着ローラ１に伝えて、定着ローラ１の回転力に変えている。駆動伝達部８ｃは、小径部８ａに接続される定着ローラ１よりも大径になった円盤状の部分であり、駆動伝達部８ｃの外周部分がギアとなっている。

なお、上記構成に関しては、定着ローラ１長手方向端部に凹部１ａを設け、駆動伝達部材８に凸部８ｂを設けて、駆動力の伝達を行っているが、定着ローラ１と駆動伝達部材８をビスで締結しても、接着剤で一体的に固定しても、同様な効果が得られる。

また、図４で示すように定着ローラ１に対しては矢印Ａ方向から加圧ローラ２により加圧力がかかっており、その時の定着ローラ１の状態を略図的に示したのが、図５，６である。

図５は定着ローラ１と加圧ローラ２の関係を示しており、矢印Ａから加圧力がかかった場合の定着ローラ１の長手中央部付近での概略図で、矢印Ａ方向を短軸にして略楕円の形状に変形している。本実施形態の場合には、定着ローラ１は厚み０．５〜０．８ｍｍ程度の鉄材を使用しているので、略楕円の長軸（Ｂ）と短軸（Ｃ）の変形量を、Ｂ／Ｃ＝Δとすると、Δｃ＜１．０５（Δｃ：定着ローラ中央での変形量）になっている。

また、定着ローラ１の長手方向端部では、駆動伝達部材８の小径部８ａが定着ローラ１の内側に嵌合し、補強しているために、加圧ローラ２からの加圧力による影響があまりなく、定着ローラ１はほとんど変形していない。すなわち、図６で示す、定着ローラ１の長手方向端部での変形量は、図５と同様に考えると、Δｅ≒１（Δｅ：定着ローラ端部での変形量）になる。

このため、ΔｃとΔｅの間には、１≒Δｅ＜Δｃ＜１．０５の関係が成り立っている。

以上説明したように、本実施形態では、定着ローラ１の長手方向端部には、駆動伝達部材８の小径部８ａが芯金内部に差し込まれて、芯金内部から補強を行うので、他の部品を必要とせず、また特殊な加工も必要とせず、コスト低減をはかることができる。かつ、厚肉の小径部８ａは変形し難いので、定着ローラ１の長手方向端部の強度は飛躍的に向上し、加圧ローラ２から定着ローラ１に十分な加圧を行うことができる。

実施形態に係る画像形成装置の断面図である。 実施形態に係る定着装置の断面図である。 実施形態に係る定着装置の長手方向端部の部分断面図である。 実施形態に係る定着装置の長手方向端部の図である。 実施形態に係る定着装置の長手方向中央部の圧接時断面図である。 実施形態に係る定着装置の長手方向端部の圧接時側面図である。

符号の説明

１ 定着ローラ
１ａ 凹部
２ 加圧ローラ
３ 加熱用ヒータ
４ 断熱ステイホルダー
５ 温度検知素子
６ 芯金
７ 弾性層
８ 駆動伝達部材
８ａ 小径部
８ｂ 凸部
８ｃ 駆動伝達部
９ 定着入口ガイド
１０ ベアリング
１１ 側板
１１０ 定着装置

Claims (5)

1. 中空状の厚みの薄い芯金で形成された定着回転体と、
   前記定着回転体に圧接して前記定着回転体との圧接部にシートを通過させる加圧回転体と、
   前記定着回転体の長手方向端部に配設されて前記定着回転体に駆動を伝達する駆動伝達部材と、
   を備え、
   前記駆動伝達部材は、前記芯金の中空内部に差し込まれる小径部を有し、該小径部の外周が前記芯金の内周と嵌合することを特徴とする定着装置。
2. 前記駆動伝達部材と前記定着回転体が一体的に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記芯金は、長手方向端部の周面に凹部を有し、
   前記駆動伝達部材は、前記凹部に係合する凸部を前記小径部の外周面上に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記芯金の厚みは、０．５〜０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. シートに未定着のトナー画像を形成する画像形成部と、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定着装置と、
   を備え、
   前記画像形成部で画像形成されたシート上の画像を、前記定着装置でシートに定着することを特徴とする画像形成装置。

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