JP4881069B2 - 定着器及び電子写真装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置に組み込まれる加熱ローラを有する定着器、およびその定着器を用いた電子写真装置に関するものである。

電子写真装置の画像形成プロセスは主に、静電潜像プロセス、現像プロセス、転写プロセス、定着プロセスからなる。静電潜像プロセスでは、感光体ドラムまたは感光体ベルトに画像や文字などを光学的に描くことによって静電潜像を形成する。現像プロセスでは、静電潜像にトナーを静電的に付着させて現像する。転写プロセスでは、感光体ドラムまたは感光体ベルト上に現像されたトナー像を静電的に記録用紙上に転写する。定着プロセスでは、記録用紙上のトナー像を熱と圧力により定着させる。

定着器の構成を図１に示す。加熱ローラ１はアルミニウムからなる芯金の表面にフッ素樹脂がコーティングされている。加圧ローラ２は鉄の芯金の表面にシリコンゴムをライニングし、さらにその表面にフッ素樹脂からなるチューブで皮膜されている。ハロゲンランプからなるヒーター３は、加熱ローラ１の内部に配置される。温度センサー４が加熱ローラ１の表面温度を検知し、その結果によりヒーター３のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、加熱ローラ１の表面を所望する温度に保つ。加圧ローラ２はバネ５とリンク８により加熱ローラ１に圧接されている。したがってモーターなどの駆動源により回転する加熱ローラ１により加圧ローラ２も回転する。転写プロセスから搬送されてきた記録用紙６は、この二つのローラの圧接部を通過することによってトナー像７が溶融して定着され、かつ記録用紙６をストックする箇所に搬送される。

熱と圧力を加えて記録用紙６を搬送する場合、記録用紙６に起因、あるいは定着器に起因、あるいは電子写真装置全体に起因して、記録用紙６にしわが発生する場合がある。この用紙しわを防止するためには、加熱ローラ１の外径を中央部から両端部にかけて連続的に変化させることが有効であることが知られており、中央部が細くて両端部が太い逆クラウン形状、または中央部が太く両端部が細い正クラウン形状にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、用紙しわ防止効果向上のために、加圧ローラ２の端面に変形防止部材を設けたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−６３０２８号公報 特開昭５８−８３８７７号公報

しかし、クラウン形状の変化量を大きくし過ぎると、加熱ローラと加圧ローラの挟み込み部を用紙が通過する際に、用紙が大きく暴れてしまい、用紙破れやトナー像乱れの要因となってしまうことも知られている。

様々な幅の記録用紙を搬送するには、各用紙幅の中心位置を基準として搬送する方式と、各用紙幅の片側端面を基準として搬送する方式が知られている。

用紙しわを防止する目的で加熱ローラにクラウン形状を施す場合、最大用紙幅に合わせてクラウン形状を施さねばならず、最大用紙幅の中心位置と加熱ローラ１の最小外径または最大外径の位置が一致することになる。

中心位置基準で搬送する方式では、用紙幅が変わってもその用紙の中心位置は一定であるから、常にクラウン形状の最小外径または最大外径の位置を用紙中心位置が通過して搬送されることとなる。しかし、中心位置基準で搬送する方式では、用紙幅の変更に伴って、用紙両端の搬送位置が変化するため、搬送機構が複雑になるという問題がある。

一方、片側端面基準で搬送する方式で幅の狭い用紙を搬送する場合には、用紙幅に関らず、用紙の一端の位置は常に同じとなるため、用紙搬送が容易である。しかし、片側端面基準で搬送する方式では、用紙の中心位置とクラウン形状の最小外径または最大外径は一致しない。この場合に、用紙しわを防止する効果が低下して、用紙しわの発生する頻度が高くなってしまうという問題がある。

上記の課題は、様々な幅の記録媒体を搬送し、記録媒体上の未定着トナー像を定着させる加熱ローラを備えた電子写真装置の定着器において、前記加熱ローラは、軸方向の片側に前記記録媒体搬送のための基準位置を備え、前記加熱ローラの外径は、前記加熱ローラの軸方向中央部から軸方向両端部に向かうに従い左右非対称に連続的に増加する逆クラウン形状をなすとともに、最大幅の記録媒体の両端部が通過する位置における前記加熱ローラの外径は、前記基準とする端部よりも反対側の端部が大きい定着器とすることによって達成される。

また、上記構成に加え、前記加熱ローラに圧接する弾性体層を有する加圧ローラを備え、少なくとも前記加熱ローラの最小外径部に近い側の前記加圧ローラの側面部に、弾性体層変形防止部材を設けてもよい。

本発明によれば、片側端面基準で搬送する方式の、用紙しわの発生がなく、かつ用紙破れやトナー像の乱れのない定着器を提供することができる。

用紙しわの発生を防止し、かつ用紙破れやトナー像の乱れを無くすという目的を、最小限の部品点数の増加で、かつ定着器の大きさの増大を招くことなく実現した。

加熱ローラ１の逆クラウン形状と印刷用紙の位置関係を図２に示す。横軸（ｘ軸）は加熱ローラ１の軸方向の距離、縦軸（ｙ軸）は加熱ローラ１の最小径を０として半径の増減分の大きさを示す。直線ａは、印刷用紙６を片側基準で搬送する場合の基準となる用紙端である。つまり、幅の異なる用紙に印刷しても基準となる用紙端は全てこの位置を通過することとなる。直線ｂは、最小用紙幅であるところのＢ４サイズ用紙の反基準側端部が通過する位置を示す。直線ｃは、Ａ４サイズ用紙の反基準側端部が通過する位置を示す。直線ｄは、最大用紙幅であるところの１４インチ幅用紙の反基準側端部が通過する位置を示す。直線ｅは、１４インチ幅用紙の中央位置を示す。直線ｆは、Ａ４サイズ幅用紙の中央位置を示す。

従来技術であるところの曲線ｇは、直線ｅを基準とした左右対称の逆クラウン形状を成している。

曲線ｇは放物線であり、その式は
（ｘ−２０８）^２＝２２２０４２×ｙ
で表される。

曲線ｇの逆クラウン形状で１４インチ幅用紙に印刷する場合、直線ａと直線ｄでの径増加分は０．１５となる。しかし、Ｂ４サイズ幅用紙を印刷する場合、基準側となる直線ａでの径増加分は１４インチ幅用紙と変わらないが、反基準側となる直線ｂでの径増加分は約０．０２５となり、径増加分が不足する為に用紙しわが発生する。この径増加分を補うために、図２の曲線ｈに示すように、直線ｅを境に、用紙の基準側と反基準側のクラウン形状を異ならせている。曲線ｈにて、直線ｅの右側では曲線ｇと同一の放物線であるが、直線ｅの左側では
（ｘ−２０８）^２＝１３２４９６×ｙ
で表される。

曲線ｈの逆クラウン形状でＢ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｂでの径増加分は約０．０４３となり、曲線ｇでの径増加分０．０２５と比較して大きくなっており、用紙しわ発生の防止効果を高めることができる。

また、曲線ｈの逆クラウン形状でＡ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｃでの径増加分は約０．１０５となり、曲線ｇでの径増加分０．０６３と比較して大きくなっており、用紙しわ発生の防止効果を高めることができる。

なお、曲線ｇと曲線ｈは、放物線として定義しているが、円弧で定義しても同様であり、双曲線で定義しても同様であり、その他の多項式で定義しても同様な効果を期待できるものである。

ここで、曲線ｈで表される逆クラウン形状は、用紙しわを防止するには径増加分を大きくすることが効果的であるが、大き過ぎると用紙が破れたり、用紙上のトナー像７が乱れたりするという副作用が発生する。つまり、曲線ｈの逆クラウン形状で１４インチ幅用紙を印刷する場合には、径増加分が０．２５と多すぎることによる上記副作用が発生することがある。

上記副作用を無くすために、図３の曲線ｊに示すような逆クラウン形状とした。図３の直線ｆは、Ａ４サイズ幅用紙の中央位置を示す。曲線ｊは、直線ｆを境に、用紙の基準側と反基準側のクラウン形状を各々異ならせている。
直線ｆの右側では
（ｘ−２４０）^２＝１５００００×ｙ
で表される曲線となっている。
一方、直線ｆの左側では
（ｘ−２４０）^２＝２３１１２５×ｙ
で表される曲線となっている。

曲線ｊの逆クラウン形状で１４インチ幅用紙に印刷する場合、直線ｄでの径増加分は０．２０となり、曲線ｈの直線ｄでの径増加分０．２５と比較して小さいため、用紙破れやトナー像乱れの副作用を抑えることができる。

曲線ｊの逆クラウン形状でＢ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｂでの径増加分は約０．０５０となり、曲線ｈでの径増加分０．０４３と比較して同等である。

曲線ｊの逆クラウン形状でＡ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｃでの径増加分は約０．０９７となり、曲線ｈでの径増加分０．１０５と比較して同等である。

よって径増加分の副作用を伴うことなく、各種用紙幅において用紙しわ発生をことができる。

ところが、曲線ｊで述べた逆クラウン形状は、用紙の含水率が高い、カールの度合いが強い、クセがある、取り扱いなどによる変形があるなどの特異性を持った用紙を印刷すると、それらが原因で用紙しわが発生する場合がある。

また、用紙サイズと用紙厚さの組合せによっては、加熱ローラの径増加分に起因する用紙破れやトナー像の乱れが発生する場合がある。

そこで、図４の曲線kに示すような逆クラウン形状とした。曲線ｋは、曲線ｊと同じく直線ｆを境に用紙の基準側と反基準側のクラウン形状を各々異ならせている。
直線ｆの右側では
（ｘ−２４０）^２＝２２５０００×ｙ
で表される曲線となっている。
直線ｆの左側では
（ｘ−２４０）^２＝３０８１６６．７×ｙ
で表される曲線となっている。

曲線ｋの逆クラウン形状で１４インチ幅用紙に印刷する場合、直線ｄでの径増加分は０．１５となり、曲線ｊの直線ｄでの径増加分０．２０と比較して小さいため、特定の用紙サイズと用紙厚さの組合せの印刷においても、用紙破れやトナー像乱れの副作用を抑えることができる。

曲線ｋの逆クラウン形状でＢ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｂでの径増加分は約０．０３７となり、曲線ｊでの径増加分０．０５０と比較して小さいため、特定の用紙サイズと用紙厚さの組合せの印刷においても、用紙破れやトナー像乱れの副作用を抑えることができる。

曲線ｋの逆クラウン形状でＡ４サイズ幅用紙を印刷する場合、直線ｃでの径増加分は約０．０７０となり、曲線ｊでの径増加分０．０９７と比較して小さいため、特定の用紙サイズと用紙厚さの組合せの印刷においても、用紙破れやトナー像乱れの副作用を抑えることができる。

しかし、特定の用紙サイズと用紙厚さの組合せの印刷においても、用紙破れやトナー像乱れの副作用を抑えることができるが、径増加分が不足しているために、用紙しわが発生し易くなっている。

そこで、用紙しわ防止効果向上のため図５に示すような弾性体層変形防止部材９を加圧ローラ２の加熱ローラ最小外径部に近い片側に取り付ける。この弾性体層変形防止部材９により、用紙しわ発生の頻度は格段に低下する。このため、曲線ｋの逆クラウン形状の加熱ローラが使用可能となり、異常を持った用紙に印刷する場合においても、径増加分による副作用であるところの用紙破れやトナー像乱れなどを伴うことなく、用紙の含水率が高い、カールの度合いが強い、クセがある、取り扱いなどによる変形がある等の特異性を持った用紙を印刷する場合においても、用紙しわ発生を防止することができる。

また、印刷速度の違いにより大きな影響を受けるが、加熱ローラの径増加分は最大用紙幅の用紙端部位置において、０．０５〜０．５０が、用紙しわ防止と用紙破れやトナー像乱れ防止を両立できる適切な値である。

更には、弾性体層変形防止部材９の外径寸法は、加圧ローラ２が加熱ローラ１に押付けられた際の変形分を見込んで、加熱ローラ１に接触しない範囲であれば良い。弾性体層２ａに接触している部分は、弾性体層端面と同一、または、１ｍｍまで押し込む寸法が適切である。押し込む場合の内側寸法は芯金２ｂの外径より大きければ良い。

更には、弾性体層変形防止部材９は、各種用紙幅の片側端面を基準として搬送する方式の場合には、その基準となる側に取り付けるだけで充分な効果を発揮するが、加圧ローラ２の両端に弾性変形防止部材９を設けることにより、用紙しわ防止に一層の効果を奏する。

定着器の構成を示した説明図である。 本発明の加熱ローラのクラウン形状の説明図である。 本発明の加熱ローラのクラウン形状の説明図である。 本発明の加熱ローラのクラウン形状の説明図である。 本発明の定着器の構成を示した説明図である。

符号の説明

１は加熱ローラ、２は加圧ローラ、２ａは弾性体層、２ｂは芯金、３はヒーター、４は温度センサー、５はバネ、６は記録用紙、７はトナー像、８はリンク、９は弾性体層変形防止部材、１０はベアリング、ａは片側基準搬送の用紙基準側端部を示す直線、ｂはＢ４サイズ用紙の反基準側端部を示す直線、ｃはＡ４サイズ用紙の反基準側端部を示す直線、ｄは１４インチ幅用紙の反基準側端部を示す直線、ｅは１４インチ幅用紙の中央位置を示す直線、ｆはＡ４サイズ用紙の中央位置を示す直線、ｇは従来の逆クラウン形状を示す曲線、ｈは左右非対称の逆クラウン形状を示す曲線、ｊは径最小位置をずらした左右非対称の逆クラウン形状を示す曲線である。

Claims (5)

1. 様々な幅の記録媒体を搬送し、記録媒体上の未定着トナー像を定着させる加熱ローラを備えた電子写真装置の定着器において、
   前記加熱ローラは、軸方向の片側に前記記録媒体搬送のための基準位置を備え、
   前記加熱ローラの外径は、前記加熱ローラの軸方向中央部から軸方向両端部に向かうに従い左右非対称に連続的に増加する逆クラウン形状をなすとともに、
   最大幅の記録媒体の両端部が通過する位置における前記加熱ローラの外径は、前記基準位置側よりも反対側が大きいことを特徴とする電子写真装置の定着器。
2. 前記加熱ローラの軸方向において、前記最大幅の記録媒体の中央位置と前記加熱ローラの最小外径の位置が異なっており、前記最小外径の位置が前記基準位置側にあることを特徴とする請求項１記載の電子写真装置の定着器。
3. 前記加熱ローラに圧接する弾性体層を有する加圧ローラを備え、
   少なくとも前記加熱ローラの最小外径部に近い側の前記加圧ローラの側面部に、弾性体層変形防止部材を設けたことを特徴とする請求項１又２記載の電子写真装置の定着器。
4. 前記加熱ローラは、前記基準位置側の外径と最小外径との差、前記最大幅の記録媒体における基準位置と反対側の端部の外径と最小外径との差が、いずれも０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の電子写真装置の定着器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つの定着器を用いたことを特徴とする電子写真装置。

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