JP2006209156A - 定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工コストの上昇および補強部の脱落などを未然に防止できると共に定着温度までの立ち上がりを早くすることが可能で定着不良を抑止できる構成を備えた定着装置を提供する。
【解決手段】加熱源１２Ａを内蔵した定着ローラ１２とこれに対向して連動可能な加圧ローラ１３とを備え、両ローラ間で記録用紙を挟持搬送しながら記録用紙上に担持されている未定着画像を加熱定着可能な定着装置１において、上記定着ローラ１２には、内部に上記定着ローラ１２の断面中心に向けてローラ内周壁から突出する複数のリブ１５，１５’が通紙領域におけるローラ軸方向に沿って設けられ、上記リブ１５，１５’は、上記通紙領域において軸方向における中央部とそれ以外の箇所とで設置数が異ならせてあることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、定着装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、定着装置に用いられる加熱ローラの補強構造に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ、印刷機等の画像形成装置には、紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着画像を加熱定着して複写物や印刷出力を得るようになっている。

定着に用いられる装置には、一対のローラを対峙させて配置し、一方のローラを加熱ローラとして用い、他方のローラを記録媒体の加圧ローラとして用いる構成がある。この構成では、加熱ローラと加圧ローラとの間のニップ部に記録媒体を挟持させて搬送しながら加熱ローラからの熱により未定着画像を融着させて定着する。

加熱ローラは、熱伝導性の良好な材料を用いて伝熱効率を上げることが重要であるが、ローラ自体の構造によっても伝熱効率を上げる工夫がなされている。つまり、加熱ローラの肉厚を薄くし、ローラ自体の熱容量を小さくして定着温度までの立ち上がり時間の短縮を可能にすると共に消費電力を低減できるようにしてある。

加熱ローラを薄肉構造とした場合には、ローラ自体の機械的剛性が低下し、撓みが生じたり加圧ローラとの圧接部分が軸方向で潰れてしまう虞がある。
従来、このような不具合が発生するのを避けるために、加熱ローラ内部に補強リング等の別体を軸方向で複数箇所あるいは最も潰れやすい位置である軸方向中央部および端部に配置し、ローラ内面に固定するようにした構成がある（例えば、特開平８−３１４３０７号公報）。

しかし、定着ローラとは別体の補強リングをローラ内部に装填して固定する構成では、補強リングを定着ローラとは別に加工する必要があり、加工コストの上昇を招く。しかも、定着ローラ内に装填されて使用されると、使用時での熱膨張による変形などが原因してローラ内面から外れる可能性がある。これによって、定着ローラの変形を防止できなくなる虞がある。この結果、定着ローラの変形により記録用紙に対する挟持圧力を維持できなくなり、記録用紙に対する加熱効率の低下による定着不良が発生してしまう虞がある。
補強リングを軸方向で複数箇所に設けた場合には、その数によっては補強リングを介した放熱により熱量損失が発生し、これによっても定着効率の低下を招く虞がある。

本発明の目的は、上記従来の定着装置、特に補強リングなどをの補強構造を設けた定着ローラを備えた定着装置における問題に鑑み、加工コストの上昇および補強部の脱落などを未然に防止できると共に定着温度までの立ち上がりを早くすることが可能で定着不良を抑止できる構成を備えた定着装置および画像形成装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、加熱源を内蔵した定着ローラとこれに対向して連動可能な加圧ローラとを備え、両ローラ間で記録用紙を挟持搬送しながら記録用紙上に担持されている未定着画像を加熱定着可能な定着装置において、上記定着ローラには、内部に上記定着ローラの断面中心に向けてローラ内周壁から突出する複数のリブが定着ローラの軸方向における通紙領域で、軸方向に沿って設けられ、上記リブは、上記通紙領域での軸方向中央部と通紙領域でのそれ（中央部）以外の箇所とで単位長さ当たりの設置数が異ならせてあることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、上記リブが、上記通紙領域の軸方向中央部で通紙領域のそれ（中央部）以外の箇所よりも単位長さ当たりの数を多くされていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、上記定着ローラの軸方向中央が上記通紙領域での定着ローラ軸方向中央に対応させてあることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、上記定着ローラの肉厚が、通紙領域外での定着ローラ軸方向端部の少なくとも一部が通紙領域よりも厚く設定されていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、上記定着ローラの軸方向端部の回転支持部材と対向する箇所の肉厚が、通紙領域よりも厚い前記軸方向端部の厚さを有していない、つまり、上記軸方向端部の肉厚が、上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置を除外して上記軸方向中央よりも厚くされていることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、上記軸方向の肉厚が除外されている上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置には、上記軸方向端部の定着ローラ内周壁からの高さとは異なる高さを以ってローラ断面中心に向けローラ内周壁から突出するリブが設けられていることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置のリブが、上記通紙領域に設けられているリブと同じ定着ローラ内周壁からの高さで形成されていることを特徴としている。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のうちの一つに記載の定着装置を用いることを特徴としている。

請求項１および２記載の発明によれば、定着ローラにその内周壁から断面中心に向けて突出する複数のリブが定着ローラ軸方向に沿って複数設けられ、そのリブが通紙領域の軸方向中央において、通紙領域のそれ（中央部）以外の箇所よりも多く設けられているので、定着ローラの通紙領域における軸方向中央部での変形を防止するための構造がローラと一体で構成されていることになる。これにより、ローラの通紙領域における軸方向中央での補強部がローラと一体加工できることで加工コストの上昇が防止でき、しかも、リブがローラと別体でないことにより補強部がローラから外れるような事故を未然に防止することが可能となる。しかも、リブが通紙領域の軸方向中央において、通紙領域のそれ（中央部）以外の箇所よりも多く設けられていることにより、仮に定着温度までの立ち上がりを向上させる必要から軸方向中央を軸方向端部よりも薄肉とした場合でも通紙領域における軸方向中央部での強度を維持することが可能となる。

請求項３記載の発明によれば、定着ローラの軸方向中央が記録用紙の通紙領域中央に対応させてあるので、定着温度までの立ち上がりを早めるために軸方向中央部を薄肉とした場合でも軸方向中央部での強度を損ねることがなく、圧力不足による定着不良の発生を未然に防止することが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、定着ローラの肉厚が、通紙領域よりも通紙領域外での定着ローラ軸方向端部の少なくとも一部が厚くされているので、ローラ全体での強度を維持して圧力不足による定着不良を確実に防止することが可能となる。

請求項５記載の発明によれば、定着ローラの軸方向端部の回転支持部材と対向する箇所の肉厚が、通紙領域よりも厚い前記軸方向端部の厚さを有していない、つまり、上記軸方向端部の肉厚が、上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置を除外して上記軸方向中央よりも厚くされているので、ローラに接触する回転支持部材と対向する位置で肉厚を厚くした場合にその部分の熱容量が増加することによる放熱を抑えて軸方向端部での温度低下を防止することが可能となる。これにより、通紙範囲全域での安定した温度の維持により定着不良を防止することが可能となる。

請求項６および７記載の発明によれば、ローラの回転支持部材と対応する位置に、軸方向端部とは異なる厚さ、つまり、定着ローラ内周壁からローラ断面中心に向けた高さにおいて軸方向中央と同じ厚さ（高さ）のリブが設けられているので、軸方向端部における回転支持部材と対向する位置の潰れが防止され、潰れが発生した場合に記録用紙に対する挟持範囲が増加することによる記録用紙の皺発生を防止することが可能となる。

請求項８記載の発明によれば、ローラと一体のリブが設けられていることにより加工コストの上昇を招くことなく定着ローラの変形を防止できることで圧力不足による定着不良を防止でき、しかも、定着ローラの肉厚設定によって通紙領域で定着温度に達するまでの立ち上がりを早めることができ、定着効率のよい画像形成装置を得ることが可能となる。

以下、図面実施例により本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明実施例による定着装置を備えた画像形成装置の一つであるプリンタを示している。
プリンタ１は、ベルト状の感光体２（以下、感光体ベルトという）を備え、感光体ベルト２の周囲には、図示矢印方向に移動する感光体ベルト２の移動方向に沿って画像形成処理を実行するための帯電装置３，レーザー光学系を備えた書き込み装置４，現像装置５，転写装置６およびクリーニング装置７がそれぞれ配置されている。
転写装置６の近傍には複数サイズの記録用紙を収容可能な複数の給紙カセット８Ａ、８Ａ’およびレジストローラ９を備えた給紙装置８が、また、転写装置６によって感光体ベルト２からの画像を転写された記録用紙が感光体ベルトの曲率によって分離される位置には定着装置１０が備えられ、定着装置１０の後方には排紙装置１１が備えられている。

感光体ベルト２は、移動する過程において帯電装置３によって一様帯電されたうえで書き込み装置４により画像情報に応じた静電潜像が形成され、静電潜像が現像装置５により可視像処理されると、給紙装置８から給送された記録用紙に対して転写装置６を介して担持している画像を転写する。
画像を転写された記録用紙は、感光体ベルト２の曲率分離により感光体ベルト２から分離されて定着装置１０に至り、加熱定着されて排紙装置１１により排紙トレイ１１Ａ上に排出される。

定着装置１０は、その構成が図２に示されている。
図２において定着装置１０は、加熱源１２Ａを内蔵した定着ローラ１２と、これに対向当接して連動可能な加圧ローラ１３とを備えている。
定着ローラ１２は、基材が熱伝導性の良好な鋼材（ＳＴＫＭ１１，ＳＴＫＭ１２）やアルミニュウ合金で構成され、その表面には、図示しないがオフセット防止用オイルが塗布されるようになっている。定着ローラ１２には、余剰オイルを除去するためのクリーニングパッド１４が当接させてある。

加圧ローラ１３は、外径が３０ｍｍとされ、表面に厚さ５．５ｍｍで軸方向の長さが３１６ｍｍに設定されたゴムを用いて構成したスポンジタイプあるいは非スポンジのソリッドタイプのものが用いられている。なお、図２において、符号Ｓは未定着画像を担持している記録用紙を、符号Ｓ_ＩＮは用紙入り口ガイドを、符号Ｓ_ＯＵＴは用紙排出ガイドを、符号Ｐは分離爪を、符号ＳＰは加圧ローラ１３を定着ローラ１２に向けて押圧付勢するバネをそれぞれ示している。

定着ローラ１２の詳細な構成は次の通りである。
定着ローラ１２は、外径が１６〜４０ｍｍの範囲に設定され、図３および図５に示すように、肉厚（Ｔ）が０．２５〜０．５ｍｍに設定されて軸方向の長さが３５０〜４１０ｍｍに設定されている。
定着ローラ１２の肉厚（Ｔ）は、ローラの外径寸法により記録用紙の挟持搬送時での変形が異なり、同じ肉厚であってもローラ外径が大きいと変形も大きくなるため、肉厚／外径＝８／１０００〜２０／１０００の範囲に設定されている。

基材が鋼材（ＳＴＫＭ１１，ＳＴＫＭ１２）の場合には、肉厚／外径＝８／１０００〜１４／１０００の範囲に設定され、アルミニュウ合金の場合には肉厚／外径＝１２／１０００〜２０／１０００の範囲に設定されている。このような範囲設定は、これよりも小さいと挟持搬送時での変形が大きく、記録用紙に皺が発生しやすくなること、そしてこれよりも大きいと定着温度までの立ち上がりが遅くなってしまうことが実験により確認できたことが理由となっている。

本実施例では、基材が鋼材（ＳＴＫＭ１２）の場合、外径を３０ｍｍとし、通紙領域での肉厚（図３，図５において符号Ｔで示す厚さ）を０．３ｍｍとすることで、肉厚／外径＝１０／１０００の範囲に設定し、基材がアルミニュウム合金（Ａ５０５２）の場合には、外径を３０ｍｍとした場合に肉厚（図３，図５において符号Ｔで示す厚さ）を０．４５ｍｍとして、肉厚／外径＝１５／１０００の範囲に設定するようになっている。

図３は、定着ローラ１２の断面図であり、同図において定着ローラ１２の軸方向に平行する通紙領域には、定着ローラ１２の軸方向に沿って複数のリブ１５、１５’が形成されている。
リブ１５、１５’は、基材の材質に関係なく、図５に示すように、軸方向に沿った幅、つまりローラ軸方向幅（Ｂ）を１．５〜３ｍｍ、ローラ内周壁からローラの断面中心に向けた高さ（Ｈ）が通紙領域での肉厚（図３，図５において符号Ｔで示す厚さ）に対して０．８〜２倍に相当する０．５ｍｍに設定されて形成されており、それらリブのうちで、通紙領域での軸方向中央に位置するリブ１５が通紙領域のそれ（中央）以外の箇所に位置するリブ１５’に対して形成位置間隔を小さくして、所謂、単位長さ当たりの数が多くされている。

本実施例では、図３に示すように、通紙領域の軸方向中央に位置するリブ１５の形成間隔Ｌが通紙領域でのそれ（中央）以外の箇所に位置するリブ１５’の形成間隔Ｌ１，Ｌ２に対してＬ＜Ｌ２＜Ｌ１の関係とされて軸方向に沿って３〜７個というように複数設けられている。

定着ローラ１２の軸方向端部は、その肉厚、つまり、ローラ内周壁からローラ断面中心に向けた高さ（図３，図４において符号Ｔ１で示す厚さ）が通紙領域での肉厚（Ｔ）よりも厚くされており、この厚さ（Ｔ１）は、肉厚／外径＝１６／１０００〜４０／１０００の範囲に設定されている。本実施例では、基材が鋼材（ＳＴＫＭ１２）の場合に０．５５ｍｍとされ、アルミニュウム合金の場合に０．９ｍｍとされている。基材の材質により肉厚が異なるのは、基材の材質による剛性の違いによるものであり、いずれの場合にも断面剛性を確保することを意図している。

通紙領域での軸方向中央部にそれ（中央）以外の箇所よりも多くのリブ１５を配置するのは、軸方向両端での断面剛性が確保されると、これよりも薄肉である軸方向中央部での強度が劣ることで潰れやすくなるのを防止し、記録用紙に対する挟持圧力の低下を避けて定着不良を起こさせないようにするためである。このような肉厚およびリブの配置数の相関により、厚い記録用紙、例えば１３５Ｋ紙などを定着する際あるいは海外で使用されることが多い表面性の悪い記録用紙を定着する際に軸方向中央が変形しやすくなるのを防止して定着不良を防止するようになっている。

本実施例は以上のような構成であるから、定着ローラ１２は、軸方向に平行する通紙領域において軸方向端部より肉厚が薄くされていることにより定着温度までの立ち上がりを早くすることができる。しかも、肉厚を薄くした場合の強度低下は、通紙領域中央部においてそれ（中央）以外の箇所よりも多くリブ１５を設けることで補強することができる。

本実施例では、補強用としてのリブ１５，１５’がローラの内周壁から断面中心に向けて突出させた一体構造であるので、ローラとは別部材としての補強リングを設ける場合と違って、補強部がローラ内面から外れてしまうようなことがなく、加熱時でのローラの撓み変形を確実に防止することができる。これにより、ローラの変形による通紙領域での挟持圧力の低下を防止でき、定着ローラ１２から記録用紙への熱伝達を良好に維持させることが可能となる。

本発明者は、本実施例による定着ローラ１２を用いて定着温度までの立ち上がり時間を計測したところ、加熱源の出力を７００〜８００Ｗとした場合、定着温度までの立ち上がり時間が１０〜１５秒という結果を得た。この時間は通紙領域およびこれ以外の箇所での肉厚設定をしない構造の定着ローラに対して相当な時間短縮となった。

次に本発明の実施形態に関する別実施例を説明する。

定着ローラ１２は、軸方向両端部が回転支持部材である軸受けによって支持されるようになっており、本実施例では、軸受けとして、玉軸受け１６（図３参照）が用いられている。これは、画像形成装置における記録紙の線速に影響されるためであり、線速が１００ｍｍ／ｓ〜１３０ｍｍ／ｓ程度とかなりの高速に設定され、これに付随して定着ローラ１２も高回転数に設定されるとともに駆動トルクは低減させる必要があることから、定着ローラの回転に負荷があまりかからないようにできる玉軸受け１６が採用される。
玉軸受け１６は定着ローラ１２の外周面に接触していることから、定着ローラ１２の軸方向端部に位置する玉軸受け１６と対向する位置も軸方向端部と同じ肉厚であると、熱容量の大きい厚肉部である軸方向端部に接触している玉軸受け１６を介して放熱されることになる。

本実施例では、玉軸受け１６からの放熱を防止する構成が用いられている。
図３乃至図５において、定着ローラ１２における軸方向端部の肉厚は、ローラの回転支持部材である玉軸受け１６が位置する部分を除外して上記実施例に挙げたように、通紙領域での肉厚（Ｔ）よりも厚くなるように設定されている。
本実施例では、図３に示すように、通紙領域での肉厚（Ｔ）よりも厚くされた軸方向端部の長さ（Ｓ１、Ｓ１’）として、軸端部から玉軸受け１６の配置位置までの距離よりも短い５〜１０ｍｍの範囲と、１２〜１６ｍｍの範囲が選択されている。

玉軸受け１６に対応する位置には、図４および図５に示すように、定着ローラ１２の軸方向端部の肉厚（Ｔ１）とは異なる寸法を以ってローラの断面中心に向けて突出するリブ１７が設けられている。
本実施例では、リブ１７の構成として、通紙領域に設けられているリブ１５，１５’と同じローラ内周壁からローラ断面中心に向けた高さ（Ｈ）およびローラ軸方向幅（Ｂ）が用いられている。

本実施例は以上のような構成であるから、通紙領域の軸方向中央部において、通紙領域のそれ以外の箇所よりも厚い軸方向端部の肉厚部は玉軸受け１６が配置されている位置には達しないようになっている。これにより、玉軸受け１６が外周面に接触している位置では、熱容量が大きい厚肉部が存在しないことにより熱伝導が抑えられて放熱が抑制できる。この結果、玉軸受け１６の位置は通紙領域と同じように薄肉部で構成されていることも相俟って定着温度までの立ち上がりを早くできるとともに温度低下を防止して定着不良を防ぐことができる。しかも、玉軸受け１６が配置されている位置には、薄肉であってもリブ１７が設けられているので、その部分での撓み変形による潰れが防止される。リブ１７は、通紙領域に設けられているリブ１５，１５’と同じ構造であるので、通紙領域に対して記録用紙への挟持圧力が異常に高くなるようなことがなく、挟持搬送される記録用紙の幅方向端部を引っ張るような現象が発生しないことにより記録用紙への皺発生も抑えることができる。

玉軸受け１６が位置する部分の肉厚を薄くした場合にこの位置で加圧ローラ１３との当接圧力の影響を受けて潰れやすくなり、加圧ローラ１３の周面に対する接触面積が増え、これによって記録用紙の幅方向端部が引きずられて皺を発生しやすくなることが考えられる。このため、軸方向端部でのリブの数を増やすことが望ましいが、加工コストの面では好ましくない。また、リブの数を上述した３〜７本というように少なくした場合には、軸方向端部で肉厚の厚い部分を玉軸受けの配置位置まで延長して玉軸受けの配置位置が潰れるのを抑えることが考えられるが、軸方向端部の厚肉部を玉軸受け１６の配置位置まで達する長さにすると前述したように、玉軸受け１６を介した放熱による温度低下が発生する。そこで、本実施例では、通紙領域中央付近のリブの数を３〜７本とし、軸方向端部の厚肉部分を玉軸受け１６の配置位置にかからないようにして玉軸受け１６の配置位置に通紙領域でのリブ１５，１５と同じ構造のリブ１７を設けることで、玉軸受け１６の配置位置での潰れをなくして記録用紙の幅方向端部で加圧ローラ１３に対する定着ローラ１２の接触面積が異常の大きくなるのを防止するようになっている。

なお、本実施例では、加熱源を内蔵した定着ローラを対象として示したが、定着ローラに対する外部加熱方式を対象とすることも可能である。

本発明の実施形態による画像形成装置の一例を説明するための模式図である。 図１に示した画像形成装置に用いられる定着装置の全体構成を説明するための模式図である。 図２に示した定着装置に用いられる定着ローラの断面図である。 図３に示した定着ローラの軸方向端部の構成を説明するための部分的な斜視図である。 図４に示した定着ローラの軸方向端部の内部構造を説明するための部分的な断面図である。

符号の説明

１ 画像形成装置の一例であるプリンタ
１０ 定着装置
１２ 定着ローラ
１２Ａ 加熱源
１３ 加圧ローラ
１５，１５’、１７ リブ
１６ 回転支持部材である玉軸受け
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ リブの配置間隔
Ｔ 通紙領域の肉厚
Ｔ１ 軸方向端部の肉厚

Claims (8)

1. 加熱源を内蔵した定着ローラとこれに対向して連動可能な加圧ローラとを備え、両ローラ間で記録用紙を挟持搬送しながら記録用紙上に担持されている未定着画像を加熱定着可能な定着装置において、
   上記定着ローラには、内部に上記定着ローラの断面中心に向けてローラ内周壁から突出する複数のリブが定着ローラの軸方向における通紙領域で、軸方向に沿って設けられ、
   上記リブは、上記通紙領域での軸方向中央部と通紙領域でのそれ（中央部）以外の箇所とで単位長さ当たりの設置数が異ならせてあることを特徴とする定着装置。
2. 請求項１記載の定着装置において、
   上記リブは、上記通紙領域の軸方向中央部が通紙領域のそれ（中央部）以外の箇所よりも単位長さ当たりの数を多くされていることを特徴とする定着装置。
3. 請求項１または２記載の定着装置において、
   上記定着ローラの軸方向中央が上記通紙領域での定着ローラ軸方向中央に対応させてあることを特徴とする定着装置。
4. 請求項１または２記載の定着装置において、
   上記定着ローラの肉厚は、上記通紙領域よりも通紙領域外での定着ローラ軸方向端部の少なくとも一部が厚く設定されていることを特徴とする定着装置。
5. 請求項３記載の定着装置において、
   上記定着ローラの軸方向端部の回転支持部材と対向する箇所の肉厚は、通紙領域よりも厚い前記通紙領域端部の厚さを有していないことを特徴とする定着装置。
6. 請求項５記載の定着装置において、
   上記軸方向の肉厚が除外されている上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置には、上記軸方向端部の定着ローラ内周壁からの高さとは異なる高さを以ってローラ断面中心に向けローラ内周壁から突出するリブが設けられていることを特徴とする定着装置。
7. 請求項６記載の定着装置において、
   上記定着ローラの回転支持部材と対応する位置のリブは、上記通紙領域に設けられているリブと同じ定着ローラ内周壁からの高さで形成されていることを特徴とする定着装置。
8. 請求項１乃至７のうちの一つ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。
   

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