JP2007199487A

JP2007199487A - ローラ、定着装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2007199487A
Application number: JP2006018984A
Authority: JP
Inventors: Hideki Komatsu; 秀樹小松; Hirokazu Yasuoka; 廣和安岡
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】注型工法のみによって弾性層の肉厚が薄いローラを製造することで、ローラの製造コストを低減する。
【解決手段】定着ローラ１１、加圧ローラ１４は、回転軸２１の軸方向（ｘ方向）の中央部２２から軸方向の最端部２３まで漸次外径サイズが拡大する。また、回転軸２１の方向変位量に対する外径サイズの変化量は回転軸２１の軸方向の中央部２２から最端部２３に向かって漸次拡大する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ローラ、このローラを備えた定着装置、及びこの定着装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用した複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置においては、通常、記録材としての用紙上に転写されたトナー像を定着させるための定着装置を備えている。
この定着装置においては、定着ローラ又は定着ベルトといった定着部材、定着部材に圧接する加圧ローラ、さらには、これらの部材を加熱する熱源を有しており、用紙を挟持しつつ搬送し、熱と圧力とでトナー像を記録紙に定着している。

また、この場合、一般的に挟持部で記録紙に掛かる圧力分布を均一にする目的で、定着部材又は加圧部材の表面には弾性層が設けられている。さらに、用紙の搬送中に記録紙にシワが発生することを防ぐため、定着部材又は加圧部材に用いられるローラは、外径が軸方向端部から軸方向中央部側に向かって徐々に小さくなる、逆クラウン形状を有している。これは、逆クラウン形状を有することで、ローラ端部側の線速が早くなり、用紙が端部方向に引っ張られながら搬送されることでシワの発生を防止するためである。
定着ローラ又は加圧ローラが逆クラウン形状をした定着方式には、特許文献１〜３のものが知られている。

特開平７−１２１０４３号公報特開２０００−２５０３３９号公報特開２００２−３３３７８９号公報

ところで、省エネルギーの観点から、ウォームアップ時間の短縮が画像形成装置の課題となっている。その中でも定着装置が所望の温度に到達する時間を短くする工夫が行われてきた。特に、用紙挟持部を形成する部材の熱容量低減の効果が大きく、熱容量の大きいゴムなどの弾性層は従来に比べて肉厚が薄くなってきている。

従来、前述のような逆クラウン形状のローラは注型工法を用いて製造されていた。この場合、従来の弾性層の肉厚であれば、ローラの軸方向中央部付近と端部とにある程度の外径差があっても弾性層が変形することで脱型が可能であったが、弾性層が薄くなると弾性層はあまり変形できないので、型可能なローラの外径差はより小さくなることになる。
よって、弾性層の肉厚を薄くしたローラによって従来並の逆クラウン形状を得ようとすると、いずれかの工法を用いて一旦ストレート形状のローラを作製した後に、このストレート形状のローラの外径を所望の逆クラウン形状に加工する必要がある。
そのため、このように弾性層肉厚の薄いローラは、製造工程の増加により、従来に比べて製造コストの高いものとなってしまう不具合がある。

また、注型工法のみによって弾性層肉厚が薄いローラを得ようとすると、ローラの軸方向端部と軸方向中央部との外径差が従来のローラに比べて小さくなり、記録紙にシワが発生しやすくなってしまう不具合もある。

これに対し、特許文献２，３の技術では、前述のような逆クラウン形状のローラが示されており、やはり前述した不具合を解決することはできない。

また、特許文献１の技術では、ローラの軸方向中央部から端部に向かって径サイズが拡大する形状が示されているが、さらにその径方向外側は最端部に向けて径サイズが縮小する形状となっており、注型工法では製造できず、複雑な加工工程を必要とするので、やはり前述した不具合を解決することはできない。

そこで、本発明の目的は、注型工法のみによって弾性層の肉厚が薄いローラを製造することで、ローラの製造コストを低減することである。
本発明の別の目的は、種々のサイズの転写材を用いてもシワの発生を抑制できるようにすることである。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置の定着装置で記録材の加圧を行うローラであって、回転軸方向の中央部から軸方向の最端部まで漸次外径サイズが拡大し、回転軸方向変位量に対する前記外径サイズの変化量は回転軸方向の前記中央部から前記最端部に向かって漸次拡大することを特徴とするローラである。

本発明によれば、１本のローラで外径サイズの変化量を複数有することになるので、記録紙のサイズ毎にシワを抑制できる外径サイズの変化量を設定することができ、種々のサイズの記録紙などの転写材を用いてもシワの発生を抑制できる。また、ローラの中央部ほど外径サイズの変化量が小さいため、ローラ端部と中央部との外径差を最小限に抑えることができ、もって注型工法のみによって弾性層の肉厚が薄いローラを製造することができるので、ローラの製造コストを低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本実施形態にかかる画像形成装置の概略構成を示すブロック図である。この画像形成装置１は、デジタル複写機であり、原稿の画像を読み取るスキャナ２と、この読み取った画像の画像データに基づいて転写紙などの記録材に電子写真方式で画像を形成するプリンタエンジン３と、画像形成装置１の全体を集中的に制御するメイン制御部４とを備えている。プリンタエンジン３には、加圧と加熱とによりトナー画像を記録材上に定着する定着装置５を備えている。

図２は、定着装置５の構成例を示す説明図である。この定着装置５は、定着ローラ１１と、ヒートローラ１２と、この定着ローラ１１とヒートローラ１２とに掛け渡されて保持された定着ベルト１３と、定着ベルト１３を挟んで定着ローラ１１と対向する加圧ローラ１４と、定着ベルト１３のスリップを防ぐために定着ベルト１３に当接させているテンションローラ１５とを有している。
ヒートローラ１２と加圧ローラ１４の内部には熱源としてヒータ１６，１７がそれぞれ設けられている。通常、定着ベルト１３の表面にはトナーｔの付着を防ぐためにシリコーンゴム等による離型層が形成されている。定着ベルト１３及び加圧ローラ１４にはそれぞれ中央部に温度センサ（図示せず）が取り付けられており、図示しないコントローラによってそれぞれが所定の温度になるようにヒータ１６，１７の点灯状態を制御している。
用紙などの転写材ｐは、定着ローラ１１と加圧ローラ１４とのニップ部で加圧及び加熱され、トナーｔが転写材ｐ上に定着される。

図３は、定着ニップ部を構成する定着ローラ１１及び加圧ローラ１４の外形を示す平面図である。定着ローラ１１及び加圧ローラ１４は、回転軸２１の軸方向の中央部２２から軸方向の最端部２３まで漸次外径サイズが拡大している。すなわち、矢印ａの部分より矢印ｂの部分の外径サイズが大きく、さらに矢印ｂの部分より矢印ｃの部分の外径サイズが大きい。また、回転軸２１の軸方向（ｘ方向）の変位量に対する外径サイズの変化量も、回転軸２１の軸方向の中央部２２から軸方向の最端部２３まで漸次拡大している。すなわち、回転軸２１の軸方向（ｘ方向）の変位量に対する、矢印ａの部分より矢印ｂの部分の外径サイズの変化量が大きく、さらに矢印ｂの部分より矢印ｃの部分の外径サイズの変化量が大きい。定着ローラ１１及び加圧ローラ１４の表面には弾性層が設けられており、この弾性層の肉厚は例えば０．５〜３mmである。なお、定着ローラ１１及び加圧ローラ１４の両方がこのような構成である必要はなく、少なくとも一方がこのような構成であれば良い。

定着ローラ１１、加圧ローラ１４は、１本のローラで外径サイズの変化量を複数有することになるので、記録材紙のサイズ毎にシワを抑制できる外径サイズの変化量を設定することができ、種々のサイズの記録紙を用いてもシワの発生を抑制できる。また、定着ローラ１１、加圧ローラ１４の中央部ほど外径サイズの変化量が小さいため、ローラ端部と中央部との外径差を最小限に抑えることができ、もって注型工法のみによって弾性層の肉厚が薄いローラを製造することができるので、定着ローラ１１、加圧ローラ１４の製造コストを低減することができる。

また、弾性層の肉厚を０．５〜３mmにすることで、定着ローラ１１、加圧ローラ１４の熱容量の低減と加工の容易さを両立することができる。つまり、弾性層肉厚を３mm以下にすることで、定着ローラ１１、加圧ローラ１４の熱容量の低減による画像形成装置のウォームアップ時間の短縮につながり、肉厚を０．５mm以上とすることで、注型工法によるローラの製造が容易となる（０．５mmよりさらに弾性層肉厚を薄くしようとした場合、逆クラウン形状を有する定着ローラ１１、加圧ローラ１４を注型工法で得ようとしても、型から定着ローラ１１、加圧ローラ１４を取り出すことが非常に困難になる）。

次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例）
本実施例は、図２に示す定着装置５をフルカラープリンタに用いた例である。定着ローラ１１は、胴部径φ１４mm、ジャーナル部径φ１０mmの芯金の周りに、外径φ３０mm、幅３０５mmのシリコーンスポンジを設けたローラである。ヒートローラ１２は、外径φ３５mm、肉厚０．５mm、幅３１０mmの中空パイプであり、外周の定着ベルト１３との当接部にはテフロン（登録商標）加工が施されている。これら２つのローラ１１，１２に保持されている定着ベルト１３は、内径φ６５mm、厚さ１００μmのポリイミド基材の上に１５０μmのシリコーンゴム層を有する幅３２０mmのベルトである。

ヒートローラ１２内には熱源としてのハロゲンヒータがヒータ１６として設けられており、ヒートローラ１２表面を介して定着ベルト１３を熱している。なお、このハロゲンヒータの円筒部の中心はヒートローラ１２の中心と一致するように配置されている。また、定着ベルト１３のスリップを防ぐ事を主な目的とした、テンションローラ１５は外径φ１０mmのアルミローラからなり、周りに断熱フェルトを巻き付けてある。この断熱フェルトは定着ベルト１３の熱が、テンションローラ１５に逃げることを防いでいる。ヒートローラ１２の近傍には温度センサが配置されており、このセンサの情報をもとにヒータ１６のＯＮ／ＯＦＦ制御が行われ、定着ベルト１３の表面を１７０℃に調整している。

定着ベルト１３を挟んで定着ローラ１１と対向する加圧ローラ１４は、ジャーナル部φ２０mm、胴部の外径φ３８mm、長さ３１２mmの芯金の上にシリコーンゴム層を有するローラである。シリコーンゴム層を含むローラの外径（半径）はゴム部の端部を0としたときに図４のグラフに実施例のプロットで記されている形状を有している。すなわち、本実施例では、加圧ローラ１４の外形が前述の本発明の特徴的な形状に構成されている（図４を参照）。

加圧ローラ１４は押しつけ部材（図示せず）を介してスプリング（図示せず）によって定着ベルト１３及び定着ローラ１１に押し当てられている。また、加圧ローラ１４内には熱源としてのハロゲンヒータであるヒータ１４を有しており、加圧ローラ１４を介して記録紙ｐに熱を与えている。また、加圧ローラ１４には温度センサが配置されており、このセンサの温度検出情報が１５０℃未満の時にヒータがＯＮになるように制御が行われる。
このような定着装置５を備えたプリンタは、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの４色のトナーによって画像を形成するフルカラープリンタであり、感光体上に作像された各色のトナー像を被転写材上で重ね合わせて画像形成する。

（比較例１）
上記実施例に対する比較例1の加圧ローラ１４は、ジャーナル部φ２０mm、胴部の外径φ３８mm、長さ３１２mmの芯金の上にシリコーンゴム層を有するローラである。シリコーンゴム層を含むローラの外径（半径）はゴム部の端部を０としたときに図４のグラフに比較例１としてプロットで記されている形状を有している。その他の条件は実施例と同様である。

（比較例２）
比較例２の加圧ローラ１４は、ジャーナル部φ２０mm、胴部の外径φ３８mm、長さ３１２mmの芯金の上にシリコーンゴム層を有するローラである。シリコーンゴム層を含むローラの外径（半径）はゴム部の端部を０としたときに図４のグラフに比較例２としてプロットで記されている形状を有している。その他の条件は実施例と同様である。

（評価１）
実施例及び比較例１，２の加圧ローラ１４が注型工法により製造可能か評価を行ったところ、実施例及び比較例２の加圧ローラは、型からローラを脱型することができたが、比較例1の加圧ローラ１４は脱型することができなかった。

（評価２）
実施例及び比較例１，２の構成の加圧ローラ１４を有する定着装置５を備えた画像形成装置を用いてＡ４及びＡ３の４５ｋ紙を５０枚、両面で通紙し、シワの発生有無を調べた。実施例及び比較例１ではシワの発生が無かったが、比較例２ではＡ３の両面通紙においてシワが発生した。

（まとめ）
表１は、評価１，２の結果をまとめたものである。この表からも判るように、実施例は評価１，２において良好な結果を得られている。

また、表２に、各加圧ローラ１４の外径差と外径変化率（外径変化率は、軸２１方向の変位に対するローラの外径が変化する割合）を示した。外径差に関しては実施例及び比較例２に比べて比較例１が大きく、これが脱型できなかった理由と考えられる。次にＡ３の用紙を通紙する場合、用紙の端部は加圧ローラ１４の０〜１１と３０１〜３１２の部分を通過する（図３参照）。この箇所の外径変化率を比較すると、実施例は6.36E-4、比較例は16.41E-4であるのに比べて、比較例２は3.85E-4と小さい。これより、Ａ３の用紙の端部付近の加圧ローラ１４の外径変化率が小さいと、用紙端部を外側に引っ張る力が十分に得られないため、シワが発生したと考えられる。また、Ａ４の用紙を通紙する場合、用紙端部はローラ４８〜１０７と２０５〜２６４の部分を通過する。この箇所の外径変化率は比較例１の6.41E-4に比べて、実施例が3.90E-4、比較例２が3.85E-4と小さいにもかかわらず、シワは発生していない。これより、用紙サイズが小さくなると外径変化率が小さくてもシワの発生を抑制できると考えられる。

以上のように、本発明の構成を有する加圧ローラ１４とすることで、ローラの外径差を最小限に抑えながらも、記録紙にシワが発生することを抑制することができることがわかる。

本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成のブロック図である。本発明の一実施形態である定着装置の概略構成の説明図である。本発明の一実施形態であるローラの平面図である。本発明の実施例を説明するグラフである。

符号の説明

１画像形成装置
５定着装置
１１定着ローラ
１４加圧ローラ
２１回転軸
２２中央部
２３最端部

Claims

電子写真方式の画像形成装置の定着装置で記録材の加圧を行うローラであって、
回転軸方向の中央部から軸方向の最端部まで漸次外径サイズが拡大し、回転軸方向変位量に対する前記外径サイズの変化量は回転軸方向の前記中央部から前記最端部に向かって漸次拡大することを特徴とするローラ。
肉厚が０．５〜３mmの弾性層を表面に備えていることを特徴とする請求項１に記載のローラ。
電子写真方式の画像形成装置に設けられる定着装置において、
定着ニップ部を形成する一対のローラのうち少なくとも一方が請求項１又は２に記載のローラであることを特徴とする定着装置。
電子写真方式の画像形成装置において、
定着装置が請求項３の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。