JP2007328101A - 画像形成装置及びその定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラのゴム層の歪みを小さくし、ウォームアップ時間に影響を与えることなくゴム層を厚くし、耐久性を向上させた定着ローラを提供する。
【解決手段】 定着ローラ１０は金属円筒体の芯金１１の表面にシリコーンゴム層１２と、離型層１３が形成されている。芯金１１の軸方向の中央部Ａは直径Ｄ1 に形成され、両端部附近に形成された細径部Ｃは直径Ｄ2 に形成され、中央部Ａと細径部Ｃは所定の距離Ｌだけ離れており、中央部Ａと細径部Ｃとの間はテーパ部Ｂで滑らかに連結される。定着ローラ１０の外径は、中央部Ａ、テーパ部Ｂ、細径部Ｃとも一定の外径Ｄｍに仕上げられ、中央部Ａのゴム層１２の厚みｄ１は、細径部Ｃのゴム層１２の厚みｄ２よりも薄くなり、テーパ部Ｂではゴム層１２の厚みが細径部Ｃに向けて次第に厚くなっている。両端部附近に発生するゴム層の歪みを小さくし、ゴム層の耐久性を向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子複写機、プリンタ、ファクシミリ装置やその複合機などの画像形成装置及びそれに使用される定着装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、像担持体（感光体）上に形成された画像潜像をトナーで現像し、形成されたトナー像を中間転写ベルト等の中間転写体に転写した後、更に記録媒体に転写し、或いは直接記録媒体に転写し、トナー像が転写された記録媒体を定着装置で定着処理して画像を形成する工程をとる。

図６は、公知の画像形成装置の構成の一例を説明する図で、画像形成装置１００は、感光体１０１の周辺に帯電装置１０２、露光装置１０３、現像装置１０４、転写装置１０５、クリーニング装置１０６が配置されている。

また、画像形成装置１００の本体下側には、記録媒体Ｐを収納した給紙カセット１０７が配置されており、転写装置１０５に向けて記録媒体Ｐを搬送する搬送路１０８が形成され、転写装置１０５の記録媒体Ｐの搬送方向下流側には、後述する定着装置１２０が配置されている。

画像形成装置１００の動作を簡単に説明する。電源の投入により感光体１０１が矢印ａ方向に一定速度で回転を開始すると、感光体１０１の表面は帯電装置１０２により均一に帯電され、帯電された感光体１０１の表面に露光装置１０３から画像信号で変調されたレーザ光が投射され、画像潜像が形成される。

感光体１０１表面の画像潜像は、現像装置１０４に装填されているトナーで現像される。感光体１０１表面に形成されたトナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて給紙カセット１０７から記録媒体Ｐが給紙され、転写位置において転写装置１０５の作用によりトナー像が記録媒体Ｐに転写される。

トナー像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置１２０に搬送されて定着処理され、定着処理された記録媒体Ｐは排出部１０９に排出される。この後、感光体１０１表面の残留トナーはクリーニング装置１０６により清掃され、画像形成動作は終了する。

定着装置１０２としては、芯金の内部に熱源、たとえばハロゲンランプを備え、芯金の外側に耐熱ゴム層を設けた加熱ローラと、芯金の外側に耐熱ゴム層を設けた加圧ローラとを圧接配置し、両者の間のニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通過させて定着処理するヒートローラ形式のもの、セラミックヒータの外側に可撓性スリーブを配置した加熱体と、芯金の外側に耐熱ゴム層を設けた加圧ローラとを圧接配置し、両者の間のニップ部にトナー像が転写された記録媒体を通過させて定着処理するオンデマンド形式のもの等が使用されている。

図７は、公知のヒートローラ形式の定着装置１２０の構成の一例を説明する断面図で、加熱ローラ１２１は円筒状の芯金１２２の表面に耐熱ゴム層１２３を設け、その表面に離型層１２４が形成されており、芯金１２２の内部には熱源であるハロゲンランプ１２５が配置されている。また、加圧ローラ１３１は円筒状の芯金１３２の表面に耐熱ゴム層１３３を設け、その表面に離型層１３４が形成されている。

上記したように、定着装置で使用される加熱ローラや加圧ローラ（以下、両者を含めて定着ローラという）は、芯金の外側に耐熱ゴム層を設けて構成されるが、芯金端部の外径を中央部分の外径よりも細く、即ち芯金の長手方向の形状をテーパー形状にすることによって、定着処理するとき発生しやすい紙しわや、定着不良を防止する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、定着ローラの芯金表層に薄いゴム層を設けるとき、加硫するまでにゴムが流れて外径が大きくなってしまい、定着不良が発生することを防止するため、芯金端部の外径を中央部分の外径よりも細く構成したものが提案されている（特許文献２参照）。
特開２００５−３１６４４３号公報。 特開２００４−２１９７７４号公報。

上記したように、定着ローラの芯金端部の外径を中央部分の外径よりも細く構成するときは、定着ローラのゴム層の厚みが厚くなるため、定着ローラの熱容量が大きくなってしまい、加熱に時間がかかる等の不都合が発生する。一方、最近の定着装置では、ウォームアップ時間を短くすることが求められ、このために定着ローラの熱容量を小さくする必要から定着ローラの芯金の厚みを薄くし、外側のゴム層の厚みを薄く構成し、更に、高速定着処理を実現するために定着ローラに挟まれるニップ時間を長くすることが求められ、このために定着ローラ相互間に高い圧接力を加えることが必要となる。

しかし、上記したように定着ローラの芯金の厚みを薄くすると曲げ剛性が低下し、これに高い圧接力を加えると、定着ローラに撓みが発生し、端部に近付くほど外側のゴム層の歪み量が大きくなる。ところがゴム層の軸方向最端部は、軸方向外側に変形することで圧縮歪みが緩和されるため、ゴム層の軸方向最端部よりも少し内側にゴム層の歪み量が最大となる部分が発生し、この周辺のゴム層に作用する繰り返し応力に耐えられず、ゴム層が劣化してしまう現象が確認されている。この発明は、ウォームアップ時間に影響を与えることなく、ゴム層の軸方向両端部のみを厚くしてゴム層の耐久性を向上させ、上記した不都合を解決するものである。

この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、一対の定着ローラを相互に圧接して形成されるニップ部にトナー像が形成された記録媒体を通過させて定着処理する定着装置において、前記定着ローラは、その芯金が定着ローラの軸方向両端部に近いほど外径が小さい複数の円筒体と、隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体とから構成され、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるよう、芯金外側には厚みの異なるゴム層が形成されていることを特徴とする定着装置である。

そして、前記ゴム層の上には離型層が形成されているものとする。

また、前記ゴム層は、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるように、外径が小さい芯金円筒体上のゴム層ほど厚く形成されているものとする。

また、前記定着ローラ芯金の隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体の端部は、定着ローラの軸方向両端部から所定距離隔てられているものとする。

請求項５の発明は、定着ローラと定着ベルトを相互に圧接して形成されるニップ部にトナー像が形成された記録媒体を通過させて定着処理する定着装置において、前記定着ローラは、その芯金が定着ローラの軸方向両端部に近いほど外径が小さい複数の円筒体と、隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体とから構成され、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるよう、芯金外側には厚みの異なるゴム層が形成されていることを特徴とする定着装置である。

そして、前記ゴム層の上には離型層が形成されているものとする。

また、前記ゴム層は、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるように、外径が小さい芯金円筒体上のゴム層ほど厚く形成されているものとする。

また、前記定着ローラ芯金の隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体の端部は、定着ローラの軸方向両端部から所定距離隔てられているものとする。

さらに、前記定着ローラは、内部に熱源を備えた加熱ローラ又は加圧ローラである。

請求項１０の発明は、前記請求項１乃至９のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置である。

この発明によれば、定着ローラの芯金の軸方向両端部を細径に構成し、この部分のゴム層の厚みを厚くしてゴム層の軸方向最端部よりも少し内側に発生していたゴム層の歪みを小さくすることができるので、ゴム層の耐久性を向上させた定着ローラを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態の定着ローラについて説明する。この発明の実施の形態の定着ローラは、先に背景技術において説明した画像形成装置にも適用できるものであるから、画像形成装置については説明を省略し、この発明の特徴部分である定着ローラについて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、この発明の第１の実施の形態の定着ローラ１０の横断面形状を説明する断面図で、定着ローラ１０は金属円筒体の芯金１１の表面にシリコーンゴム層１２が形成され、その表面にＰＦＡ等の離型層１３が形成されている。

図２は、参考として示した従来の定着ローラ１５０の横断面形状を説明する断面図で、定着ローラ１５０は金属円筒体の芯金１５１の表面にシリコーンゴム層１５２が形成され、その表面にＰＦＡ等の離型層１５３が形成されている。芯金１５１のシリコーンゴム層１５２及び離型層１５３が形成される有効部分は、軸心に平行な円筒体に構成され、シリコーンゴム層１５２も均一の厚みに形成されている。

これに対し、第１の実施の形態の定着ローラ１０の芯金１１は、図１に示すようにその軸方向の中央部Ａは直径Ｄ1 に形成され、両端部附近に形成された細径部Ｃは直径Ｄ2 に形成され、中央部Ａと細径部Ｃは所定の距離Ｌだけ離れており、中央部Ａと細径部Ｃとの間はテーパ部Ｂで連結されている。細径部Ｃの軸方向外側は支承部Ｆに形成され、図示しない軸受により支承され、或いは駆動軸に連結される。

定着ローラ１０の外径は、中央部Ａ、テーパ部Ｂ、細径部Ｃとも一定の外径Ｄｍに仕上げられているから、中央部Ａのシリコーンゴム層１２の厚みｄ１は、細径部Ｃのシリコーンゴム層１２の厚みｄ２よりも薄くなり、テーパ部Ｂではシリコーンゴム層１２の厚みが細径部Ｃに向けて次第に厚くなっている。

ここで、第１の実施の形態の定着ローラの各部寸法の具体例を示す。定着ローラ１０の外径Ｄｍは４０ｍｍ、芯金１１の中央部Ａの直径Ｄ1 は３７．２ｍｍ（中央部Ａの厚み１．０ｍｍ）、細径部Ｃの直径Ｄ2 は３５．２ｍｍ、細径部Ｃの軸方向長さ１５ｍｍ、テーパ部Ｂの軸方向長さ（Ｌ）は５ｍｍである。

また、シリコーンゴム層１２の厚みは、中央部Ａのゴム層の厚みｄ１は１．４ｍｍ、細径部Ｃのゴム層の厚みｄ２は２．４ｍｍである。

図３は、図１に示す第１の実施の形態の定着ローラの軸方向歪みの大きさの一例を説明する図であって、横軸は、定着ローラの軸方向中心位置からの距離（ｍｍ）、縦軸は歪みの大きさ即ち撓み量（ｍｍ）であって、線（Ａ）で示した。また、参考として図２に示す従来の定着ローラの軸方向歪みも同時に、線（Ｂ）で示した。

従来の定着ローラでは、軸方向端部から１０ｍｍ位の位置（図３の横軸寸法１６０ｍｍ）に歪み最大値があるが、第１の実施の形態の定着ローラでは歪み最大値が低下していることが分かる。実験の結果によれば、歪みが約０．３５ｍｍ以下であれば、高い圧接力を加えても所望の耐久力が得られることが分かっている。

定着ローラ（加熱ローラと加圧ローラ）の長さは同じ長さを前提としているが、加圧ローラが短い場合でも同様の効果が得られる。また、定着ローラの曲げ剛性の低下を可能な限り小さくするため、ローラの軸方向長さは短いほうが好ましい。

テーパ部Ｂは、定着ローラの軸方向端部から２０ｍｍ位の位置からテーパ形状を開始するのが適当である。実験によれば、ゴム層が劣化する部分は定着ローラの軸方向端部から１５ｍｍ前後が圧倒的に多いため、その部分の歪みを減らすためには、定着ローラの軸方向端部から２０ｍｍ位の位置からテーパ形状を開始すれば十分である。

テーパ形状を開始する位置がこれよりも定着ローラの軸方向中心部の場合は、定着ローラの曲げ剛性が低下してかえって歪みが大きくなってしまう不都合の発生が考えられる。また、ゴム層の厚みが増加するため、定着ローラの熱容量が大きくなり、ウォームアップ時間に影響を与えることが考えられる。このため、テーパ形状を開始する位置は定着ローラの軸方向端部に近い方がよい。また、テーパの角度は、上記実施例に示すように１５°以下、０．３°以上に設定するとよい。

なお、芯金の材料は、鉄芯金（ＳＴＫＭ１２）の例を示したが、その他の鉄、アルミニウム、その他の金属であっても同様の効果が得られる。ゴム層の材料も、ここではシリコーンゴムの結果を示したが、フッ素ゴムでも同様の効果が得られる。

［第２の実施の形態］
図４は、この発明の第２の実施の形態の定着ローラ１０の横断面形状を説明する断面図で、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ１０は金属円筒体の芯金１１の表面にシリコーンゴム層１２が形成され、その表面にＰＦＡ等の離型層１３が形成されている。

第２の実施の形態の定着ローラ１０の芯金１１は、図４に示すようにその軸方向の中央部Ａは直径Ｄ1 に形成され、両端部に向かって直径Ｄ2 の細径部Ｃと、直径Ｄ3 の細径部Ｅとが形成され、中央部Ａと細径部Ｃとの間はテーパ部Ｂで連結され、細径部Ｃと細径部Ｅとの間はテーパ部Ｄで連結されており、芯金１１は軸方向端部に向かって２段階に次第に細径になるように絞られている。そして、細径部Ｃの軸方向外側は支承部Ｆに形成され、図示しない軸受により支承され、或いは駆動軸に連結される。

定着ローラ１０の外径は、中央部Ａ、テーパ部Ｂ、細径部Ｃ、テーパ部Ｄ、細径部Ｅとも一定の外径Ｄｍに仕上げられているから、表面のシリコーンゴム層１２の厚みは、軸方向端部に向かって中央部Ａの厚みｄ１、細径部Ｃの厚みｄ２、細径部Ｅの厚みｄ３と、次第に厚くなっている。

ここで、第２の実施の形態の定着ローラの各部寸法の具体例を示す。定着ローラ１０の外径Ｄｍは４０ｍｍ、芯金１１の中央部Ａの直径Ｄ1 は３７．２ｍｍ（中央部Ａの厚み１．０ｍｍ）、細径部Ｃの直径Ｄ2 は３６．２ｍｍ、細径部Ｅの直径Ｄ3 は３５．２ｍｍである。そして、テーパ部Ｂ、細径部Ｃ、テーパ部Ｄ、細径部Ｅの間隔は５ｍｍである。

また、シリコーンゴム層１２の厚みは、中央部Ａのゴム層の厚みｄ１は１．４ｍｍ、細径部Ｅのゴム層の厚みｄ２は２．４ｍｍである。

第２の実施の形態の定着ローラは、その芯金１１が軸方向端部に向かって２段階に次第に細径になるように絞られているが、この構成によっても前記した第１の実施の形態の定着ローラと同様の効果を得ることができる。

前記した第１及び第２の実施の形態の定着ローラは、加熱ローラに適用される構成として説明したが、加圧ローラに適用することができる構成でもある。

前記した定着ローラの芯金を軸方向端部に向かって細径になるように絞り、ゴム層の厚みを軸方向端部に向かって厚くする構成は、歪みの大きい側のローラ（ゴムの耐久劣化が生じ易いローラ）に適用するのがよい。また、定着装置の加熱ローラ及び加圧ローラの両方に、この構成のローラを使用してもよい。

なお、定着ローラの芯金は、その軸方向最端部にテーパ部を設けないことがよい。最端部にテーパ部を設けると、ゴム層の厚みが必要以上に厚くなり、熱容量が大きくなり過ぎるおそれがある。芯金の軸方向最端部にテーパ部を設けず、一定直径にすることでゴム層の厚みを必要以上に厚くすることがなく、熱容量の増加を抑えることができる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、前記した定着ローラを加圧ローラとして使用した定着ベルト方式の定着装置である。

図５は、定着ベルト方式の定着装置２０の構成を説明する断面図である。図５において定着ベルト２１は、加熱ローラ２２と巻掛けローラ２３との間に架設され、図示しない駆動装置で矢印ａ方向に一定速度で移動するように構成されている。巻掛けローラ２３に対向する位置には、定着ベルト２１を挟んで加圧ローラ２４が配置され、巻掛けローラ２３と加圧ローラ２４とは所定の圧接力で圧接されている。

定着ベルト２１は、耐熱性樹脂あるいはニッケル合金等の金属材料で構成され、その表面はシリコーンゴム層及び離型層が形成されている。その厚みは０．０５〜０．５ｍｍ程度とする。

加熱ローラ２２は金属性の円筒体で、内部にハロゲンランプ等の熱源２８が配置されているが、円筒体の表面は定着ベルトと摩擦接触して滑らないように仕上げられていればよい。一方、加圧ローラ２４は、先に第１、第２の実施の形態で説明した定着ローラを使用するものとする。

なお、加熱ローラ２２の表面温度はサーミスタ２５で、加圧ローラ２４の表面温度はサーミスタ２６で検出され、所定の定着温度が維持されるように制御されるものとする。

以上の構成において、定着ベルト２１と加圧ローラ２４とが圧接されているニップ部に、トナー像Ｔが形成された記録媒体Ｐを通過させることで、トナー像Ｔを記録媒体Ｐの上に定着させることができる。

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態は、上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態の定着ローラを使用した定着装置を備えた画像形成装置である。その構成は先に図６を参照して説明した画像形成装置１００と同様で、その定着装置１２０を上記第１の実施の形態又は第２の実施の形態の定着ローラを使用した定着装置、或いは上記第３の実施の形態の定着装置としたものである。その特徴部分は前記した定着ローラにある。従って、その詳細な説明は省略する。

定着ローラ芯金の軸方向両端部を細径とし、芯金の軸方向両端部のゴム層の厚みを厚くし、ゴム層の歪みを小さくして耐久性を向上させた画像形成装置の定着ローラである。

第１の実施の形態の定着ローラの横断面形状を説明する断面図。 従来の定着ローラの横断面形状を説明する断面図。 第１の実施の形態の定着ローラの軸方向歪みの大きさの一例を説明する図。 第２の実施の形態の定着ローラの横断面形状を説明する断面図。 第３の実施の形態の定着ベルト方式の定着装置の構成を説明する断面図。 公知の画像形成装置の構成の一例を説明する図。 公知のヒートローラ形式の定着装置の構成の一例を説明する断面図。

符号の説明

１０ 定着ローラ
１１ 芯金
１２ シリコーンゴム層（ゴム層）
１３ 離型層
２０ 定着ベルト方式の定着装置
２１ 定着ベルト
２２ 加熱ローラ
２３ 巻掛けローラ
２４ 加圧ローラ
２５、２６ サーミスタ
２８ 熱源

Claims (10)

1. 一対の定着ローラを相互に圧接して形成されるニップ部にトナー像が形成された記録媒体を通過させて定着処理する定着装置において、
   前記定着ローラは、その芯金が定着ローラの軸方向両端部に近いほど外径が小さい複数の円筒体と、隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体とから構成され、
   定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるよう、芯金外側には厚みの異なるゴム層が形成されていること
   を特徴とする定着装置。
2. 前記ゴム層の上には離型層が形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
3. 前記ゴム層は、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるように、外径が小さい芯金円筒体上のゴム層ほど厚く形成されていること
   を特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
4. 前記定着ローラ芯金の隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体の端部は、定着ローラの軸方向両端部から所定距離隔てられていること
   を特徴とする請求項１に記載の定着装置。
5. 定着ローラと定着ベルトを相互に圧接して形成されるニップ部にトナー像が形成された記録媒体を通過させて定着処理する定着装置において、
   前記定着ローラは、その芯金が定着ローラの軸方向両端部に近いほど外径が小さい複数の円筒体と、隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体とから構成され、
   定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるよう、芯金外側には厚みの異なるゴム層が形成されていること
   を特徴とする定着装置。
6. 前記ゴム層の上には離型層が形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載の定着装置。
7. 前記ゴム層は、定着ローラ外径が一定寸法又は逆クラウン形状に仕上げられるように、外径が小さい芯金円筒体上のゴム層ほど厚く形成されていること
   を特徴とする請求項５または６に記載の定着装置。
8. 前記定着ローラ芯金の隣接する円筒体相互を滑らかに接続するテーパ状円筒体の端部は、定着ローラの軸方向両端部から所定距離隔てられていること
   を特徴とする請求項５に記載の定着装置。
9. 前記定着ローラは、内部に熱源を備えた加熱ローラ又は加圧ローラであること
   を特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の定着装置。
10. 前記請求項１乃至９のいずれかに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
    

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