JP4742676B2

JP4742676B2 - 定着用加圧ロール、定着装置、及び画像形成装置

Info

Publication number: JP4742676B2
Application number: JP2005149460A
Authority: JP
Inventors: 龍司勝野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: JP2006330064A

Description

本発明は、シート表面に現像されたトナー画像を加熱、加圧して定着する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置、及びその定着装置に関し、また、定着装置に利用される定着用ロールに関する。

電子写真方式の画像形成装置には、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等には未定着トナーを用紙に定着させる定着装置が設けられている。この定着装置には、加熱部材（例えば、加熱ロール、加熱ベルト）と、これに圧接させる加圧ロールと、が配設してある。

通常、加圧ロールは芯金の表面に弾性層が設けられた構成であり、加圧ロールを加熱部材へ圧接するための重荷は、０．８ｋｇ／ｃｍから１．５ｋｇ／ｃｍであり、例えば、定着用ロールのゴム硬度は、ＪＩＳ（Ａ）で３０度あたりから５０度あたりである。

所が、近年プリントの生産性をあげるため、加熱部材と加圧ロールの接触幅（ニップ）を広くし、加熱時間を増加させる工夫がされている。そこで、荷重はこれ以上あげられないが、その代わり弾性層のゴム硬度を低くして、ニップ幅を広くしている（例えば、特許文献１）。しかし、ゴム硬度が低くなると、上記のような荷重では、弾性層端部が芯金軸方向に大きく変位し、破損や亀裂が生じてしまう。
特開平１１−１４３２７６号公報

本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、弾性層の端部変位による破損や亀裂などが発生せず、寿命の長い定着用加圧ロールを提供することである。また、本発明の他の目的は、当該定着用加圧ロールを備えた定着装置、及び当該定着装置を備えた画像形成装置を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。
即ち、本発明の定着用加圧ロールは、
芯金と、
前記芯金の表面に形成された弾性層と、
前記芯金の軸方向外側への前記弾性層の端部変位を抑制する弾性層変位抑制手段と、
を有し、
前記弾性層変位手段は、板状体であり、その中央部が前記弾性層の端面中央部を当接する共に、その縁部が前記弾性層の端面と離間して、その縁部と前記弾性層の端面と間に空間を有するように設けられていることを特徴としている。

本発明の定着用加圧ロールでは、加熱部材と圧接させたとき、加圧ロールの弾性層端部が芯金軸方向外側へ変位しようとするところを、弾性層変位抑制手段により支持し、当該弾性層の端部変位を抑制する。これにより、弾性層の端部変位による破損や亀裂などを防止し、長寿命化が図れる。
また、弾性層端部が変位した際、亀裂や破損が生じる箇所は弾性層の端面中央部（芯金周囲の弾性層）であることが多い。また、弾性層端部が変位した際、その端面が板状の弾性層変位抑制手段の縁部に圧接されて、そこを基点に弾性層の破壊や亀裂が生じてしまうことがある。そこで、板状の弾性層変位抑制手段を縁部が前記弾性層端面と離間するように設けて、弾性層端面が板状の弾性層変位抑制手段の縁部に必要以上に圧接されることを防止しつつ、弾性層の端面中央部の変位を抑制し、破損や亀裂などを防止する。

本発明の定着用加圧ロールにおいて、前記弾性層変位抑制手段は前記芯金と別体で設けられていてもよいし、前記芯金と一体的に設けられていてもよい。

また、本発明の定着装置は、加熱部材及び前記加熱部材に圧接させる加圧ロールを有し、トナー像が形成されたシートを加熱定着するための定着装置であり、前記加圧ロールとして、上記本発明の定着用加圧ロールを適用することを特徴としている。

また、本発明の画像形成装置は、上記本発明の定着装置を備えることを特徴としている。

本発明によれば、弾性層の端部変位による破損や亀裂などが発生せず、寿命の長い定着用加圧ロールを提供することができる。また、当該定着用加圧ロールを備えた定着装置、及び当該定着装置を備えた画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施的に同一の機能を有する部材には、全図面通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。

図１は、実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。図２は、実施形態に係る加圧ロールを示す部分断面図である。図３〜図５は、実施形態に係る加圧ロールの他の形態を示す部分断面図である。

本実施形態に係る画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であり、図１に示すように、電子写真用感光体１０と、電子写真用感光体１０を接触方式により帯電させる帯電手段１２と、帯電手段１２により帯電された電子写真用感光体１０を露光して静電潜像を形成する露光手段１４と、露光手段１４により形成された静電潜像をトナー（トナーを含む現像剤）により現像してトナー像を形成する現像手段１６と、現像手段１６により形成されたトナー像を記録媒体Ｐ（シート）に転写する転写手段１８と、感光体１０の残留トナーを除去するためのクリーニング装置２０と、トナー像が形成された記録媒体Ｐ（シート）を加熱定着するための定着装置２２と、を備えている。また、定着装置２２の搬送出口には搬送ガイド２４が設けられている。

そして、定着装置２２は、加熱ロール２６と加圧ロール２８とで構成されている。加熱ロール２６は、ロール長さ（軸方向）が２３０〜３９０ｍｍ（本実施形態では３９０ｍｍ）、ロール外径（直径）が例えば、２０〜１００ｍｍ（本実施形態では５０ｍｍ）であり、そのＪＩＳＡ硬度が例えば、５〜４０°（本実施形態では１８°）で、熱源２６Ａを有する弾性ロールから構成されている。

そして、加圧ロール２８は、図２に示すように、芯金２８Ａと、芯金の表面を被覆して形成された弾性層２８Ｂと、芯金２８Ａの両端部周辺に弾性層端面に当接するように設けられた弾性層変位抑制部材２８Ｃと、で構成されている。また、図示しないが、弾性層２８Ｂ表面には、フッ素樹脂などから構成される離型層が設けられていてもよい。

芯金２８Ａとしては、例えば、金属としてアルミニウム、鉄、銅等のロール、ガラス製ロールが用いられる。これら芯金２８Ａの大きさ（外径等）等は、定着部品として必要な寸法を適宜選択すればよい。本実施形態では、例えば、外径２０ｍｍの鉄製ロール（ＳＴＫＭ１１（鉄）、或いはＨＴ５９０（鉄））で構成した。

弾性層２８Ｂとしては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴムは、汎用のゴム弾性体で構成することができる。また、このほか、弾性層２８Ｂとしては、フッ素樹脂としてＰＴＦＥ、ＰＦＡで構成することもできる。例えば、シリコーンゴムとしては、ビニルメチルシリコーンゴム、メチルシリコーンゴム、フェニルメチルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等が利用できる。またフッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン／プロピレン系ゴム、四フッ化エチレン／パーフロロメチルビニルエーテルゴム、フォスファゼン系ゴム、フロロポリエーテル、及びその他のフッ素ゴムが利用できる。これらは、それぞれ単独でも又は２種以上組み合せてもよい。

また、弾性層２８Ｂには、無機あるいは有機の各種充填剤を添加することもできる。無機充填剤としては、カーボンブラック、酸化チタン、シリカ、炭化ケイ素、タルク、マイカ、カオリン、酸化鉄、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウム、黒鉛、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。また有機充填剤としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルフィド等が利用できる。

弾性層２８Ｂの厚みとしては、例えば、２ｍｍ以上であり、好ましく８ｍｍ〜１５ｍｍである。

なお、本実施形態では、弾性層２８Ｂを、厚さ３０ｍｍ（３，０００μｍ）のシリコーンゴム（例えば、信越化学工業製ＫＥ１３４０ＡＢ（１８Ｈｓ）、信越化学工業製ＫＥ１９５０−１０ＡＢ（１０Ｈｓ））で構成した。また、芯金２８Ａへの弾性層２８Ｂの形成は、例えば、特開平９−２７２１６０号、特開２００３−１５６９６０、特開２００３−２２３０７２などに準じて行うことができる。

弾性層変位抑制部材２８Ｃは、円盤状部材（板状体）で構成され、その外径は加圧ロール２８の外径よりも小さくしている。具体的には、弾性層変位抑制部材２８Ｃの外径は、加圧ロール２８外径の１／３〜２／３程度であることがよい。弾性層変位抑制部材２８Ｃは、例えば、その中心に設けられた穴に芯金２８Ａを通しつつ、当該芯金に設けられた凹部に嵌合させて設けられている。

そして、弾性層変位抑制部材２８Ｃは、その端縁部が断面曲面状に形成されており、その中央部が弾性層２８Ｂの端面中央部を当接すると共に、その縁部が弾性層２８Ｂの端面と離間して設けられている。弾性層変位抑制部材２８Ｃの縁部の形状は、曲面状に限られず、例えば、面取りされていればよく、Ｃカットされたテーパー状であってもよい。

また、図３に示すように、弾性層２８Ｂの端縁部をＣカットしたテーパー状として、弾性層変位抑制部材２８Ｃの中央部が弾性層２８Ｂの端面中央部を当接すると共に、弾性層変位抑制部材２８Ｃの縁部が弾性層２８Ｂの端面と離間するようにして、弾性層変位抑制部材２８Ｃを設けてもよい。

弾性層変位抑制部材２８Ｃの構成材料としては、定着の際、加熱されることから、耐熱性樹脂（例えば、６６ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンサルファイドなど）が挙げられる。弾性層変位抑制部材２８Ｃは、これら材料を用い、例えば、射出成型や、掘削成型などにより成型することができる。本実施形態では、弾性層変位抑制部材２８Ｃを、例えば、ポリカーボネートからなる、厚さ５ｍｍ、外径３０ｍｍの円盤状体で構成した。

なお、本実施形態では、弾性層変位抑制部材２８Ｃを芯金２８Ａと別体で構成した形態を説明したが、弾性層変位抑制部材２８Ｃを芯金２８Ａと一体的に構成した形態、即ち、図４〜図５に示すように、芯金２８Ａにその芯金２８Ａと連続して形成された弾性層変位抑制部２８Ｄを設けた形態でもよい。この形態では、弾性層変位抑制部２８Ｄの形状などは、上記同様なので説明を省略する。

以上のような構成の本実施形態では、まず、公知の電子写真プロセスにて、記録媒体Ｐ上にトナー像が形成された記録媒体Ｐを、定着装置２２において加熱ロール２６及び加圧ロール２８間に挟持させて熱と圧力が加えて加熱定着し、画像を形成する。そして、加熱された記録媒体Ｐは搬送ガイド２４により案内搬送される。

この電子写真プロセスを、例えば、プロセススピード１６０〜４５０ｍｍ／ｓｅｃ（本実施形態では３６０ｍｍ／ｓｅｃ）で行なおうとすると、より多くの加熱時間を確保するために、ニップ幅を広げる必要がある。このようなニップ幅を確保するためには、加圧ロール２８の構成を、例えば、ロール長さ（弾性層軸方向長さ）２３０〜３９０ｍｍ（本実施形態では３９０ｍｍ）、ロール外径（直径）が例えば、２０〜１００ｍｍ（本実施形態では５０ｍｍ）、ＪＩＳＡ硬度が例えば、５〜４０°（本実施形態では１８°）、加熱ロール２６へ圧接するための重荷は、例えば、２ｋｇ／ｃｍから１２ｋｇ／ｃｍ（本実施形態では７．７ｋｇ／ｃｍ）とすることが必要である。なお、ＪＩＳＡ硬度は、ＪＩＳＫ６３０１の硬さ試験に基づいてＪＩＳＡ硬度計（高分子計器社製）の押針を厚さ１２ｍｍ、直径２４ｍｍの被測定物表面に当接させ、２５℃５５％ＲＨの雰囲気下で測定される。

しかし、例えば、上記条件で加圧ロール２８を加熱ロール２６へと圧接させると、加圧ロール２８の弾性層端部が芯金軸方向外側へ変位してしまい、弾性層の端部変位による破損や亀裂などが生じてしまう。

そこで、本実施形態では、加圧ロール２８に弾性層変位抑制部材２８Ｃを設け、加圧ロール２８の弾性層２８Ｂ端部が芯金２８Ａ軸方向外側へ変位しようとするところを、弾性層変位抑制部材２８Ｃにより支持し、当該弾性層２８Ｂの端部変位を抑制している。これにより、弾性層の端部変位による破損や亀裂などを防止し、長寿命化が図れる。

また、加圧ロール２８に荷重がかかると、弾性層２８Ｂ端部の弾性体のうち、ロール径方向外側（端縁部）の弾性体は大きく変位するのに対し、中央部（端面中央部）の弾性体（芯金周囲の弾性体）の近くの弾性体は芯金２８Ａとの接着面に近いため、小さく変位し、繰り返しズレ応力を受ける。このため、弾性層２８Ｂと芯金２８Ａ（プライマー層（図示せず）との接着面の剥がれではなく、弾性層２８Ｂ端部の中央部の弾性体（弾性層）に破壊や亀裂などが生じやすくなる。また、弾性層２８Ｂ端部が変位した際、その端面が弾性層変位抑制部材２８Ｃの縁部に圧接されすぎると、そこを基点に弾性層の破壊や亀裂が生じ易くなる。

そこで、本実施形態では、弾性層変位抑制部材２８Ｃを、その中央部が弾性層２８Ｂの端面中央部を当接する共に、その縁部が弾性層２８Ｂの端面と離間するように設けて、弾性層２８Ｂ端面が弾性層変位抑制部材２８Ｃの縁部に必要以上に圧接されることを防止しつつ、弾性層２８Ｂの端面中央部の変位を抑制し、破損や亀裂などを良好に防止している。

このように、本実施形態では、プリントやコピーの生産性をあげるため、プロセススピードを上げ、加熱ロール２６と加圧ロール２８の接触幅（ニップ）を広くし、加熱時間を増加させるための加圧ロール２８は、低硬度にする必要があるが、耐久性が満足できなかった。しかし、本実施形態では、加圧ロール２８に弾性層変位抑制部材２８Ｃを設けることで、弾性層の亀裂や破壊発生を改善して、満足する耐久性を得ることができる。

なお、本実施形態において、その他、各構成部材は、公知の電子写真方式と同様に構成することができる。また、画像形成装置の方式は、これに限定されず、例えば、中間転写体を利用した方式やタンデム型など、適宜適用することができる。また、定着装置２２の加熱部材は、加熱ロール２６に限られず、加熱ベルトであってもよい。

実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。実施形態に係る加圧ロールを示す部分断面図である。実施形態に係る加圧ロールの他の形態を示す部分断面図である。実施形態に係る加圧ロールの他の形態を示す部分断面図である。実施形態に係る加圧ロールの他の形態を示す部分断面図である。

符号の説明

１０電子写真用感光体
１２帯電手段
１４露光手段
１６現像手段
１８転写手段
２０クリーニング装置
２２定着装置
２４搬送ガイド
２６加熱ロール
２８加圧ロール
２８Ａ芯金
２８Ｂ弾性層
２８Ｃ弾性層変位抑制部材（弾性層変位抑制手段）
２８Ｄ弾性層変位抑制部（弾性層変位抑制手段）
Ｐ記録媒体

Claims

芯金と、
前記芯金の表面に形成された弾性層と、
前記芯金の軸方向外側への前記弾性層の端部変位を抑制する弾性層変位抑制手段と、
を有し、
前記弾性層変位手段は、板状体であり、その中央部が前記弾性層の端面中央部を当接する共に、その縁部が前記弾性層の端面と離間して、その縁部と前記弾性層の端面と間に空間を有するように設けられていることを特徴とする定着用加圧ロール。
前記弾性層変位抑制手段は、前記芯金と別体で設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着用加圧ロール。
前記弾性層変位抑制手段は、前記芯金と一体的に形成されていることを特徴する請求項１に記載の定着用加圧ロール。
加熱部材及び前記加熱部材に圧接させる加圧ロールを有し、トナー像が形成されたシートを加熱定着するための定着装置であって、
前記加圧ロールは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着用加圧ロールであることを特徴とする定着装置。
請求項４に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。