JP2014219447A - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、表面硬度が低い方のローラーの弾性層の軸方向両端部を、図1Aのように稜線が直線状のテーパー部Tだけで構成したり、図1Bのように稜線がR形状のテーパー部Tだけで構成したりする場合、設計上の自由度が低くなる。例えば、図1Aに示す場合、テーパー部Tの長さLと縮径率t2/t1(テーパー部Tの先端の厚さt2と直胴部の厚さt1の割合)が決定されると、傾斜角θは自ずと決まってしまう。
最近では、さらなる高速化に対応すべく、より高い信頼性・耐久性を有する定着装置が期待されているが、特許文献1に記載の技術では飛躍的な改善は困難であると考えられる。
第2の弾性層を有し、前記第1のローラーよりも表面硬度の高い第2のローラーと、を備え、
前記第1のローラーと前記第2のローラーとが直接又は間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記第1の弾性層の有効部分の長さは、前記第2の弾性層の有効部分の長さよりも短く、
前記第1の弾性層は、軸方向両端部に、
前記有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第1のテーパー部と、
前記第1のテーパー部に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第2のテーパー部と、を有することを特徴とする。
上記の定着装置と、を備えることを特徴とする。
図2は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置1の全体構成を示す図である。
図2に示す画像形成装置1は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置1には、CMYKの4色に対応する感光ドラム413を中間転写ベルト421の走行方向(鉛直方向)に直列配置し、中間転写ベルト421に一回の手順で各色トナー像を順次転写させる縦型タンデム方式が採用されている。
すなわち、画像形成装置1は、感光ドラム413上に形成されたY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色トナー像を中間転写ベルト421に転写(一次転写)し、中間転写ベルト421上で4色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Sに転写(二次転写)することにより、画像を形成する。
自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された原稿Dを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置12へ送り出す。自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Dの画像(両面を含む)を連続して一挙に読み取ることができる。
原稿画像走査装置12は、自動原稿給紙装置11からコンタクトガラス上に搬送された原稿又はコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をCCD(Charge Coupled Device)センサー12aの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部10は、原稿画像走査装置12による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部30において所定の画像処理が施される。
電荷発生層は、電荷発生材料(例えばフタロシアニン顔料)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネイト)に分散させた有機半導体からなり、露光装置411による露光を受けて一対の正電荷と負電荷を発生する。電荷輸送層は、正孔輸送性材料(電子供与性含窒素化合物)を樹脂バインダー(例えばポリカーボネート樹脂)に分散させたものからなり、電荷発生層で発生した正電荷を電荷輸送層の表面まで輸送する。
露光装置411は、例えば半導体レーザーで構成され、感光ドラム413に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。感光ドラム413の電荷発生層で発生した正電荷が電荷輸送層の表面まで輸送されることにより、感光ドラム413の表面電荷(負電荷)が中和される。感光ドラム413の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成されることとなる。
ドラムクリーニング装置415は、感光ドラム413の表面に摺接されるドラムクリーニングブレード等を有し、一次転写後に感光ドラム413の表面に残留する転写残トナーを除去する。
その後、用紙Sが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト421上のトナー像が用紙Sに二次転写される。具体的には、トナーと逆極性の電圧(転写バイアス)を二次転写ローラー424に印加することにより、トナー像は用紙Sに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Sは定着部60に向けて搬送される。
なお、二次転写ローラー424に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成(いわゆるベルト式の二次転写ユニット)を採用してもよい。
給紙部51を構成する3つの給紙トレイユニット511〜513には、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙S(規格用紙、特殊用紙)が予め設定された種類ごとに収容される。
ローラー式の裏面側支持部材60Bは、加圧ローラー65で構成される。
定着ベルト64を介して定着ローラー61に加圧ローラー65が圧接されることにより、用紙Sを狭持して搬送する定着ニップが形成される。定着ニップを通過した用紙Sは、搬送ローラー66によって搬送され、定着部60から送出される。
図4に示すように、定着ローラー61、定着ベルト64、及び加圧ローラー65は、互いの通紙部の軸方向の中心が一致した状態で、平行に配置される。
定着ローラー61の芯金611は、中空又は中実の円筒体で構成される。芯金611は、使用中に定着ローラー61が過度に撓まない程度の強度を有する。芯金611には、例えば、アルミニウム、鋼、ステンレス、又はポリフェニレンサルファイド(PPS)等の樹脂モールド材を適用できる。芯金611の両端部(図示略)は、例えば定着器Fのケーシングに設けられた軸受け(図示略)に回転可能に支持される。
なお、弾性層612は単層構造である必要はなく、異なる種類の複数の発泡体を積層した構造、又は非発泡体と発泡体を交互に積層した構造であってもよい。また、弾性層612の外周面には、例えばフッ素樹脂等からなる表層が形成されてもよい。
これに対して、本実施の形態のように、定着ローラー61の有効長M1が加圧ローラー65の有効長M2よりも短い場合、圧接状態で第1の弾性層612の両端部が膨出しても、膨出した部分が第2の弾性層652のエッジ部分に乗り上げることはない。そのため、第1の弾性層612の端部に歪みは集中しないので、耐久性が格段に向上する。
CAE(Computer Aided Engineering)解析により、第1のテーパー部T1に加えて第2のテーパー部T2を設けることで、第1の芯金611と第1の弾性層612との界面部分に生じる歪みが小さくなる、また、この歪みは第2のテーパー部T2の曲率半径Rが小さいほど小さくなるという結果が得られている。
さらに本実施の形態では、第1の弾性層612の軸方向両端部に形成されるテーパー部612bが、稜線が直線状の第1のテーパー部T1と稜線が曲線状の第2のテーパー部T2とで構成されるので、第1の芯金611と第1の弾性層612との界面部分に生じる歪みが小さくなるとともに、設計上の自由度が格段に向上する。
例えば、第1の弾性層612の本来の厚さt1が20mmの場合、第2のテーパー部T2の曲率半径Rは10mm以上50mm以下であることが好ましく、より好ましくは20mm以上40mm以下である。
これに対して、本実施の形態では、第2のテーパー部T2の曲率半径Rが第1の弾性層612の厚さt1の250%以下であるので、第1の芯金611と第1の弾性層612との界面部分に応力が集中するのを防止でき、その界面部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。
これに対して、本実施の形態では、第2のテーパー部T2の曲率半径Rが第1の弾性層612の厚さt1の50%以上であるので、第2のテーパー部T2に応力が集中するのを防止でき、その部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。また、設計が著しく制約されることもない。
これに対して、本実施の形態では、第1のテーパー部T1の軸方向に対する傾斜角θが20°以上であるので、第1のテーパー部T1の長さL1を抑えるとともに、圧接状態において生じる膨出部分が過度のストレスを受けるのを回避できる。特に、第1のテーパー部T1の長さL1を2mm以上とすることにより、圧接状態において生じる膨出部分が過度のストレスを受けるのを確実に回避することができる。したがって、その部分から損傷が生じるのを効果的に防止することができる。
これに対して、本実施の形態では、第1のテーパー部T1の軸方向に対する傾斜角θが65°以下であるので、直胴部612aとテーパー部612bとの連設部分におけるせん断応力が大きくなるのを回避でき、その部分から損傷が生じるのを防止することができる。
第1の弾性層612の両端の厚さt2が大きいと、第1の芯金611と第1の弾性層612との界面部分に応力が集中し、その部分から損傷が生じやすくなる。つまり、第1の弾性層612の両端の厚さt2を小さくすることにより、第1の芯金611と第1の弾性層612との界面部分における応力の集中を緩和することができる。実験的に、第1の弾性層612の両端の厚さt2を直胴部612aの厚さt1の50%以下とした場合に、所望の目標ライフを実現することができた。
さらに、定着部60において、第1の弾性層612の有効部分の長さM1は、第2の弾性層652の有効部分の長さM2よりも短い。またさらに、第1の弾性層612は、軸方向両端部に、有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第1のテーパー部T1と、第1のテーパー部T1に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第2のテーパー部T2とを有する。
実施例では、定着ローラー61、加圧ローラー65、及び定着ベルト64として、以下の構成のものを使用した。定着ローラー61においては、第1のテーパー部の傾斜角θと、第2のテーパー部の曲率半径Rを所定の範囲で変動させた。
第1の芯金:アルミニウムパイプ(外径:30mm)
第1の弾性層:シリコーンゴム(ゴム硬度:12°(JIS−A)、厚さt1:20mm)
表層:フッ素樹脂コート
定着ローラーの表面硬度:35°(アスカーC)
第1のテーパー部の傾斜角θ:10°〜75°
第2のテーパー部の曲率半径R:5〜60mm(第1の弾性層の厚さt1の25〜300%)
定着ローラーの有効長M1:334mm
テーパー部の両端の厚さt2:4mm
第1のテーパー部T1の軸方向の長さL1:3.5mm
第2の芯金:アルミニウムパイプ(外径:68mm)
第2の弾性層:シリコーンゴム(ゴム硬度:30°(JIS−A)、厚さ:1mm)
表層:フッ素樹脂チューブ
加圧ローラーの表面硬度:85°(アスカーC)
加圧ローラーの有効長M2:387mm
基体:ポリイミド(PI)
弾性層:シリコーンゴム
表層:フッ素樹脂チューブ
ベルト幅:363mm
例えば、実施の形態では、定着ローラーの表面硬度が加圧ローラーの表面硬度よりも低い場合について説明したが、本発明は、加圧ローラーの表面硬度が定着ローラーの表面硬度よりも低い場合にも適用できる。この場合は、加圧ローラーの両端にテーパー部が設けられる。
また、本発明は、定着ローラーと加圧ローラーとが直接圧接されることにより定着ニップが形成される場合にも適用できる。さらには、裏面側支持部材がベルト式のものである場合にも適用できる。
10 画像読取部
20 操作表示部
30 画像処理部
40 画像形成部
50 用紙搬送部
60 定着部
61 定着ローラー
62 加熱ローラー
63 支持ローラー
64 定着ベルト
65 加圧ローラー
100 制御部
611 第1の芯金
612 第1の弾性層
612a 直胴部
612b テーパー部
651 第2の芯金
652 第2の弾性層
M1 定着ローラーの有効長
M2 加圧ローラーの有効長
T1 第1のテーパー部
T2 第2のテーパー部
Claims (9)
- 第1の弾性層を有する第1のローラーと、
第2の弾性層を有し、前記第1のローラーよりも表面硬度の高い第2のローラーと、を備え、
前記第1のローラーと前記第2のローラーとが直接又は間接的に圧接されることにより定着ニップが形成され、この定着ニップに用紙を通過させることにより用紙にトナー像を定着させる定着装置であって、
前記第1の弾性層の有効部分の長さは、前記第2の弾性層の有効部分の長さよりも短く、
前記第1の弾性層は、軸方向両端部に、
前記有効部分に連設され、稜線が直線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第1のテーパー部と、
前記第1のテーパー部に連設され、稜線が曲線状で軸方向外側に向けて連続的に縮径する第2のテーパー部と、を有することを特徴とする定着装置。 - 前記第2のテーパー部の稜線がR形状であることを特徴とする請求項1に記載の定着装置。
- 前記第2のテーパー部の曲率半径が、前記第1の弾性層の厚さの50%以上250%以下であることを特徴とする請求項2に記載の定着装置。
- 前記第2のテーパー部の軸方向の長さが、前記第1の弾性層の厚さより大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の定着装置。
- 軸方向に対する前記第1のテーパー部の傾斜角が、20°以上65°以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記第1のテーパー部の軸方向の長さが、2mm以上であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記第1の弾性層の両端の厚さが、通紙部の厚さの50%以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の定着装置。
- 前記第1のローラーは、前記用紙の定着面側に配置される定着ローラーであり、
前記第2のローラーは、前記用紙の裏面側に配置される加圧ローラーであることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の定着装置。 - 用紙にトナー像を形成する画像形成部と、
請求項1から8のいずれか一項に記載の定着装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
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