JP5769127B2 - 定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体上に現像剤像を定着する定着装置、及びその定着装置を備える画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置には、紙やＯＨＰ用シート等の記録媒体に転写されたトナー画像を当該記録媒体に定着させる定着装置として、熱定着方式のものが多く採用されている。一般的に、熱定着方式の定着装置は、ローラ又はベルト等から成る一対の回転体とヒータ等の熱源を備え、熱源によって加熱された一方又は双方の回転体同士が当接するニップ部に記録媒体を通過させることにより、その記録媒体上のトナー画像を加熱溶融させて定着するように構成されている。

ところで、この種の定着装置において、上記ローラ等の回転体が熱によって膨張すると、当該回転体の外径が変化することにより、回転体対によって搬送される記録媒体の搬送速度にばらつきが生じることが知られている。その結果、記録媒体の波打ちやシワの発生、所謂ショックジターと称される画像の位置ずれや色ずれが発生するといった問題がある。特に、ニップ幅を広く確保する目的で、厚いゴム層を有する回転体を用いる場合は、回転体の熱膨張による搬送速度のばらつきが顕著となる。

このような問題に対して、従来は、加熱される回転体の温度を検知し、その検知温度に基づき回転体の駆動手段の回転速度を制御することにより、回転体の温度にかかわらず所定の搬送速度を維持できるようにしていた（特許文献１参照）。

しかしながら、回転体の温度に基づき回転速度を制御する構成では、回転体の駆動を独立して制御する必要があるため、回転体に専用の駆動手段を設けなければならず、高コストとなる問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑み、低コストで、回転体の熱膨張による搬送速度のばらつきを低減することができる定着装置、及びその定着装置を備えた画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体と、当該両回転体の一方又は双方を加熱する熱源とを備え、前記ニップ部に記録媒体を通過させてその記録媒体上の現像剤像を定着させる定着装置において、前記一対の回転体の少なくとも一方が、芯材の外周に弾性層を有するものであって、その回転体の弾性層の厚さを、軸方向の中央部よりも両端部において薄く形成し、当該両端部における前記弾性層と前記芯材との間に、断熱材を介在させたものである。

回転体の弾性層を中央部よりも両端部において薄く形成しているので、両端部における弾性層の熱膨張による外径変動を抑制することができる。また、この場合、両端部における弾性層と芯材との間に断熱材を介在させているので、接触する相手側の回転体からの熱が弾性層から芯材へ伝わりにくくなる。すなわち、この構成によれば、弾性層だけでなく、芯材の熱膨張による外径変動も抑制することができるので、搬送速度のばらつきをより一層低減することができる。

請求項２の発明は、互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体と、当該両回転体の一方又は双方を加熱する熱源とを備え、前記ニップ部に記録媒体を通過させてその記録媒体上の現像剤像を定着させる定着装置において、前記一対の回転体の少なくとも一方が、芯材の外周に弾性層を有するものであって、その回転体の弾性層の厚さを、軸方向の中央部よりも両端部において薄く形成し、当該両端部における前記弾性層と前記芯材との間に、記録媒体の送り方向にだけ回転体に駆動力を伝達するワンウェイクラッチを介在させたものである。

この場合も、上記と同様に、回転体の弾性層を中央部よりも両端部において薄く形成しているので、両端部における弾性層の熱膨張による外径変動を抑制することができ、搬送速度のばらつきを低減することができる。また、この場合、弾性層と芯材との間に、記録媒体の送り方向にだけ回転体に駆動力を伝達するワンウェイクラッチを介在させているので、当該回転体は記録媒体の送り方向とは反対方向の空転が許容される。これにより、定着装置内でジャム化した記録媒体の除去作業などを行う際に、回転体を空転させることで、その除去作業を容易に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着装置において、前記回転体の弾性層の熱膨張率が、軸方向の中央部よりも両端部において小さくなるように構成したものである。

弾性層の熱膨張率を軸方向の中央部よりも両端部において小さくすることにより、両端部における弾性層の熱膨張による外径変動をより効果的に抑制することができるようになり、搬送速度のばらつきをより一層低減することが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置において、前記回転体の軸方向の両端部における前記弾性層の厚さを、両端部における前記芯材の外径半径の１／１０以下となるように形成したものである。

両端部における弾性層の厚さを、両端部における芯材の外径半径の１／１０以下となるように形成することにより、両端部における弾性層の熱膨張による外径変動をより効果的に抑制することができるようになり、搬送速度のばらつきをより一層低減することが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置において、前記回転体の軸方向の両端部における前記弾性層の熱伝導率を、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように構成したものである。

両端部における弾性層の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることで、弾性層から芯材へ熱が伝わりにくくなる。これにより、両端部における芯材の熱膨張による外径変動を抑制することができるので、搬送速度のばらつきをさらに低減することが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置において、前記回転体の軸方向の両端部において前記弾性層の厚さを薄く形成した部分の範囲が、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成したものである。

両端部において弾性層の厚さを薄く形成した部分の範囲を、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成することにより、搬送速度のばらつきをより効果的に低減できるようになる。

請求項７の発明は、請求項３に記載の定着装置において、前記両端部において前記弾性層の熱膨張率を小さくした部分の範囲が、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成したものである。

両端部において弾性層の熱膨張率を小さくした部分の範囲を、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成することにより、搬送速度のばらつきをより効果的に低減できるようになる。

請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置を備えた画像形成装置である。

画像形成装置が請求項１から７のいずれか１項に記載の定着装置を備えているので、回転体の熱膨張による搬送速度のばらつきが低減され、記録媒体の波打ちやシワの発生、画像の位置ずれや色ずれ（ショックジター）の発生を防止できる。

本発明によれば、定着装置が備える、互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体のうち、少なくとも一方の軸方向端部における熱膨張による外径変動を抑制することができるので、記録媒体の搬送速度のばらつきを低減することができる。これにより、搬送速度がばらつくことによる記録媒体の波打ちやシワの発生、画像の位置ずれや色ずれ（ショックジター）の発生を防止できる。しかも、本発明によれば、前記回転体の回転速度を独立して制御しなくても、搬送速度のばらつきを低減することが可能である。このため、従来のように、回転体に専用の駆動手段を設けなくてもよいので、低コストで搬送速度のばらつきを低減することができ、良好な画像形成を実現できるようになる。

本発明を適用する画像形成装置の概略構成図である。 画像形成装置に搭載した定着装置の概略構成図である。 定着装置を幅方向に見た図である。 本発明に係る加圧ローラの第１実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る加圧ローラの第２実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る加圧ローラの第３実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る加圧ローラの第４実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る加圧ローラの第５実施形態の構成を示す図である。 本発明の構成を適用した定着ローラの構成を示す図である。 本発明に係るローラ構造と従来のローラ構造とにおいて、搬送速度のばらつきを調べるために行った試験の内容及び結果をまとめた表である。 従来の加圧ローラの構成を示す図である。

以下、添付の図面に基づき、本発明について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明を適用する画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図１に示す画像形成装置はカラー画像形成装置であり、画像形成ユニットとしての４つのプロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃが、画像形成装置本体１００に着脱可能に装着されている。各プロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃは、カラー画像の色分解成分に対応するブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。

具体的には、各プロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃは、像担持体としての感光体２と、感光体２の表面を帯電させる帯電ローラ３等を備える帯電装置と、感光体２の表面にトナー（現像剤）を供給する現像装置４と、感光体２の表面をクリーニングするためのクリーニングブレード５等を備えるクリーニング装置などで構成されている。なお、図１では、ブラックのプロセスユニット１Ｂｋが備える感光体２、帯電ローラ３、現像装置４、クリーニングブレード５のみに符号を付しており、その他のプロセスユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃにおいては符号を省略している。

図１に示す感光体２は、円筒状に形成された感光体ドラムであり、所定の線速で回転駆動するように構成されている。帯電ローラ３は、感光体２に当接しており、感光体２の回転に伴って従動回転する。また、帯電ローラ３は、図示しない高圧電源によりＤＣ又はＤＣにＡＣが重畳されたバイアスが印加されることで、感光体２の表面を一様にほぼ均一な電位に帯電するように構成されている。現像装置４は、内部にトナーが収容されており、図示しない高圧電源からの所定の現像バイアスによって、感光体２の静電潜像をトナー画像として顕像化する。ここでは、現像装置４として、１成分現像器を用いているが、２成分現像器を用いてもよい。クリーニングブレード５は、感光体２の表面に当接しており、感光体２の回転に伴ってその表面に残留するトナー等を掻き取るように構成されている。なお、クリーニングブレード５を設けず、現像装置４が有する現像ローラによって感光体２上の残留トナーを除去する構成としてもよい。また、その他の種々の公知のクリーニング手段を採用することも可能である。

図１において、各プロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの上方には、感光体２の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置６が配設されている。露光装置６は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナやＬＥＤなどを有し、画像データに基づいて各感光体２の表面へレーザー光を照射するようになっている。

また、各プロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの下方には、転写装置７が配設されている。転写装置７は、転写体としての無端状のベルトから構成される中間転写ベルト８を有する。中間転写ベルト８は、支持部材としての駆動ローラ９とテンションローラ１０に張架されており、駆動ローラ９が図の反時計回りに回転することによって、中間転写ベルト８は図の矢印に示す方向に周回走行（回転）するように構成されている。また、中間転写ベルト８は、テンションローラ１０の両端部にそれぞれ設けられた図示しないバネの加圧によって所定のテンションが付与されている。

４つの感光体２に対向した位置に、一次転写手段としての４つの一次転写ローラ１１が配設されている。各一次転写ローラ１１はそれぞれの位置で中間転写ベルト８の内周面を押圧しており、中間転写ベルト８の押圧された部分と各感光体２とが接触する箇所に一次転写ニップが形成されている。各一次転写ローラ１１は、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が一次転写ローラ１１に印加されるようになっている。

また、駆動ローラ９に対向した位置に、二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配設されている。この二次転写ローラ１２は中間転写ベルト８の外周面を押圧しており、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト８とが接触する箇所に二次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ１２は、一次転写ローラ１１と同様に、図示しない電源に接続されており、所定の直流電圧（ＤＣ）及び／又は交流電圧（ＡＣ）が二次転写ローラ１２に印加されるようになっている。

また、中間転写ベルト８の周囲には、中間転写ベルト８の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置１３と、トナーマークセンサ（ＴＭセンサ）１４とが配設されている。トナーマークセンサ１４は、発光素子と受光素子の組み合わせで正反射型や拡散型センサによって中間転写ベルト８上のトナー画像濃度、各色位置測定を行い、画像濃度や色合わせを調整する。

画像形成装置本体１００の下部には、紙やＯＨＰ用シート等の記録媒体Ｐが収容されている給紙トレイ１５と、この給紙トレイ１５から記録媒体Ｐを送り出す給紙ローラ１６とが配設されている。一方、装置本体１００の上部には、記録媒体を外部へ排出するための一対の排紙ローラ１７と、排出された記録媒体をストックするための排紙トレイ１８とが配設されている。また、画像形成装置本体１００内には、記録媒体Ｐを給紙トレイ１５から二次転写ニップを通って排紙トレイ１８へ搬送するための搬送路Ｒが配設されている。この搬送路Ｒにおいて、二次転写ローラ１２の位置よりも記録媒体搬送方向上流側には、記録媒体Ｐの搬送タイミングを調整する一対のレジストローラ１９が配設されている。また、二次転写ローラ１２の位置よりも記録媒体搬送方向下流側には、記録媒体Ｐにトナー画像を定着する定着装置２０が配設してある。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの感光体２が図の時計回りに回転駆動され、帯電ローラ３によって各感光体２の表面が所定の極性に一様に帯電される。図示しない読取装置によって読み取られた原稿の画像情報に基づいて、露光装置６から各感光体２の帯電面にレーザー光が照射されて、各感光体２の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体２に露光する画像情報は所望のフルカラー画像をブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体２上に形成された静電潜像に、各現像装置４によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化（可視像化）される。

中間転写ベルト８を張架する駆動ローラ９が回転駆動し、中間転写ベルト８を図の矢印の方向に周回走行させる。また、各一次転写ローラ１１に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加されることによって、各一次転写ローラ１１と各感光体２との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。そして、各感光体２上の各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上に順次重ね合わせて転写される。かくして中間転写ベルト８はその表面にフルカラーのトナー画像を担持する。一方、中間転写ベルト８に転写しきれなかった各感光体２上のトナーは、クリーニングブレード５によって除去される。

また、作像動作が開始されると、給紙ローラ１６が回転して、給紙トレイ１５から記録媒体Ｐが搬出される。搬出された記録媒体Ｐは、レジストローラ１９によってタイミングを計られて、二次転写ローラ１２と中間転写ベルト８との間の二次転写ニップに送られる。このとき二次転写ローラ１２には、中間転写ベルト８上のトナー画像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されており、これにより、二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト８上のトナー画像が記録媒体Ｐ上に一括して転写される。また、中間転写ベルト８上に残留するトナー等は、ベルトクリーニング装置１３によって除去される。その後、記録媒体Ｐは定着装置２０に送り込まれトナー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。そして、記録媒体Ｐは一対の排出ローラ１７によって排紙トレイ１８に排出される。

以上の説明は、記録媒体にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、４つのプロセスユニット１Ｂｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃのいずれか１つを使用して単色画像を形成したり、２つ又は３つのプロセスユニットを使用して、２色又は３色の画像を形成したりすることも可能である。

次に、図２及び図３を参照して、上記定着装置の構成及び動作について説明する。
図２は、定着装置の概略構成図である。図３は、定着装置を幅方向に見た図である。

図２に示すように、定着装置２０は、定着回転体としての定着ベルト２１、加熱部材２２、固定部材２３、支持部材としての補強部材２４、熱源としてのヒータ２５、加圧回転体としての加圧ローラ３０、温度センサ４０、圧接機構５０等で構成される。

ここで、定着ベルト２１は、薄肉で可撓性を有する無端状ベルトである。また、定着ベルト２１は、その内周面２１ａ側から、基材層、弾性層、離型層が順次積層されていて、その全体の厚さが１ｍｍ以下に設定されている。定着ベルト２１の基材層は、層厚が３０〜１００μｍであって、ニッケル、ステンレス等の金属材料やポリイミド等の樹脂材料で形成されている。定着ベルト２１の弾性層は、層厚が１００〜３００μｍであって、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料で形成されている。また、定着ベルト２１の離型層は、層厚が１０〜５０μｍであって、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ＰＥＳ（ポリエーテルサルファイド）等の材料で形成されている。定着ベルト２１の直径は１５〜１２０ｍｍになるように設定するのが適当である。なお、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が３０ｍｍ程度に設定されている。

加熱部材２２は、ヒータ２５の輻射熱（輻射光）により加熱されて定着ベルト２１を加熱するものである。ここでは、加熱部材２２は、パイプ状部材で形成され、定着ベルト２１の内周面２１ａに対向するように配設されている。加熱部材２２の材料としては、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属熱伝導体（熱伝導性を有する金属）を用いることができる。加熱部材２２の肉厚を０．２ｍｍ以下に設定することで、定着ベルト２１（又は加熱部材２２）の加熱効率を向上することができる。なお、本実施形態では、加熱部材２２を、肉厚が０．１ｍｍのステンレスで形成している。また、図２では、加熱部材２２は、略円形の断面形状となっているが、多角形の断面形状とすることも可能である。

また、加熱部材２２と定着ベルト２１との間にはフッ素グリス、シリコーンオイル等の潤滑剤が塗布されている。これにより、定着ベルト２１が図２の矢印方向（反時計回り）に回転した際に加熱部材２２と定着ベルト２１とが摺接しても定着ベルト２１の摩耗が軽減されるようになっている。また、加熱部材２２は、固定部材２３を配設している位置では凹部が形成され、その凹部には開口部２２ａを有しているが、この開口部２２ａにはシール部材としての図示しないシート状部材が配設されている。これにより、加熱部材２２の開口部２２ａから内部に上記潤滑剤や異物等が進入しないようになっている。また、加熱部材２２は、図示しない第１ステーによって加熱部材２２の内周面側から凹部を覆うように係合され、さらに、図示しない第２ステーによって加熱部材２２の外周面側から加熱部材２２と共に上記シート状部材を挟持して保持している。

ヒータ２５は、ハロゲンヒータやカーボンヒータ等であり、加熱部材２２の内周面側に配設されている。ヒータ２５は、画像形成装置本体に設けられた電源部により出力制御されて発熱する。また、ヒータ２５の出力制御は、定着ベルト２１の表面に対向して配設されているサーミスタ等の温度センサ４０によるベルト表面温度の検知結果に基づいて行われる。このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ベルト２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定できるようになっている。

また、定着ベルト２１の内部（内周面２１ａ側）には、固定部材２３、補強部材２４が固設されている。固定部材２３は、定着ベルト２１の内周面２１ａに接触するように配設されている。補強部材２４は、固定部材２３を補強・支持するためのものである。

加圧ローラ３０は、圧接機構５０の加圧力を受けて固定部材２３に対向する位置で定着ベルト２１に圧接しており、双方の部材間には所望のニップ部が形成されている。また、加圧ローラ３０は、図示しない駆動手段によって図２の矢印方向（時計回り）に回転駆動されるようになっている。ここでは、加圧ローラ３０は、直径が３０ｍｍ程度であって、芯材としての中空構造の芯金上に弾性層を形成したものである。加圧ローラ３０の弾性層は、発泡性シリコーンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層の表層にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等から成る薄肉の離型層を設けることもできる。また、弾性層を発泡性シリコーンゴム等のスポンジ状の材料で形成した場合には、ニップ部に作用する加圧力を減ずることができるため、固定部材２３に生じる撓みを軽減することができる。さらに、加圧ローラ３０の断熱性が高められて、定着ベルト２１の熱が加圧ローラ３０側に移動しにくくなるため、定着ベルト２１の加熱効率が向上する。また、加圧ローラ３０の内部に、ハロゲンヒータ等の熱源を設けてもよい。

圧接機構５０は、加圧レバー５１、加圧スプリング５２等で構成されている。加圧レバー５１は、一端側（図示しない下端側）に設けられた支軸を中心として回動可能に支持されている。加圧レバー５１の中央部は、加圧ローラ３０の軸受に当接している。また、加圧レバー５１の他端側には加圧スプリング５２が接続されている。この加圧スプリング５２の加圧力を受けて加圧レバー５１が加圧ローラ３０の軸受を定着ベルト２１側へ押圧することにより、加圧ローラ３０が定着ベルト２１に対して圧接される。

図３に示すように、加圧ローラ３０は、その幅方向両端部に設けられた軸受３１，３２を介して、定着装置２０の一対の側板６１，６２に対し回転可能に支持されている。また、加圧ローラ３０の一端部には不図示の駆動手段の駆動ギアに噛合するギア３３が設置されている。このギア３３を介して駆動手段から駆動力が伝達されることにより加圧ローラ３０は回転駆動される。また、一対の側板６１，６２には、加熱部材２２、固定部材２３、補強部材２４及びヒータ２５のそれぞれの幅方向両端部が固定支持されている。

以下、上述のように構成された定着装置の動作について説明する。
画像形成装置本体の電源スイッチが投入されると、ヒータ２５に電力が供給されると共に、加圧ローラ３０が図２中の矢印の方向（時計回り）に回転駆動される。これにより、加圧ローラ３０との摩擦力によって、定着ベルト２１も図２中の矢印方向（反時計回り）に従動回転する。

その後、図１に示す給紙トレイ１５から記録媒体Ｐが給送されて、二次転写ローラ１２の位置で、記録媒体Ｐ上に未定着のカラー画像が担持（転写）される。図２に示すように、未定着画像Ｔ（トナー画像）が担持された記録媒体Ｐは、不図示のガイド板に案内されながら図２の矢印Ａ１方向に搬送されて、圧接状態にある定着ベルト２１及び加圧ローラ３０のニップ部に送入される。

そして、加熱部材２２（又はヒータ２５）によって加熱された定着ベルト２１による加熱と、補強部材２４によって補強された固定部材２３と加圧ローラ３０との押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー画像Ｔが定着される。なお、上述のように、定着ベルト２１は弾性層を有しているので、ニップ部における定着ベルト２１表面の微小な凹凸が形成されなくなり、記録媒体Ｐ上のトナー画像Ｔに均一に熱が伝わりユズ肌画像の発生が抑止される。その後、ニップ部から送り出された記録媒体Ｐは、図２中の矢印Ａ２方向に搬送され、機外に排出される。こうして、定着装置２０における一連の定着プロセスが完了する。

また、本実施形態では、定着ベルト２１の外周側に離型層を設けていることで、ニップ部から記録媒体Ｐを排出する際に、トナーＴ（トナー画像）に対する離型性（剥離性）が担保される。また、本実施形態では、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３０の直径と同等になるように形成しているが、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３０の直径よりも小さくなるように構成してもよい。その場合、ニップ部における定着ベルト２１の曲率が加圧ローラ３０の曲率よりも小さくなるために、ニップ部から送出される記録媒体Ｐが定着ベルト２１から分離され易くなる。また、定着ベルト２１の直径が加圧ローラ３０の直径よりも大きくなるように構成することもできるが、定着ベルト２１の直径と加圧ローラ３０の直径との関係によらず、加圧ローラ３０の加圧力が加熱部材２２に作用しないように構成されている。

以下、図４〜図８に基づき、本発明の特徴部分である上記加圧ローラの構成について説明する。なお、図４〜図８では、加圧ローラの一端部の構成のみを示しているが、図示されていない反対側の他端部においても同様の構成となっている。

図４は、本発明に係る加圧ローラの第１実施形態の構成を示す図である。
図４に示すように、第１実施形態に係る加圧ローラ３０は、その軸方向の端部Ｅにおいて、弾性層３０ｂの厚さが、軸方向の中央部Ｃ（又は端部Ｅ以外の部分）の厚さよりも薄く形成されている。一方、加圧ローラ３０の芯金３０ａは、軸方向の端部Ｅにおいて、弾性層３０ｂが薄くなっている分だけ軸方向の中央部Ｃ（又は端部Ｅ以外の部分）の外径よりも大きい外径に形成されている。また、端部Ｅにおける弾性層３０ｂの厚さｔ１は、端部Ｅにおける芯金３０ａの外径半径の１／１０（芯金３０ａの外径ｄ１の１／２０）以下となるように形成されている。具体的に、本実施形態では、加圧ローラ３０の端部Ｅにおいて、ローラの外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、芯金３０ａの外径ｄ１を２８ｍｍ、弾性層３０ｂの厚さｔ１を１ｍｍとしている。

このように、第１実施形態に係る加圧ローラ３０は、両端部において弾性層３０ｂが薄く形成され、さらに、両端部における弾性層３０ｂの厚さｔ１が両端部における芯金３０ａの外径半径の１／１０以下となるように形成されているので、弾性層３０ｂの厚さが均一な従来の加圧ローラ（図１１参照）に比べて、加圧ローラ３０の両端部における弾性層３０ｂの熱膨張による外径変動を抑制することができる。ここでは、加圧ローラ３０と定着ベルト２１との間を記録媒体が通過する際、回転駆動する加圧ローラ３０から定着ベルト２１への駆動力（回転力）の伝達は、両者が直接接触する両端部（記録媒体が介在しない部分）において行われるが、この駆動力が伝達される両端部において、加圧ローラ３０の熱膨張による外径変動を抑制することができる。これにより、本実施形態では、加圧ローラ３０の熱膨張による記録媒体の搬送速度のばらつきを低減することができる。

図５は、本発明に係る加圧ローラの第２実施形態の構成を示す図である。
第２実施形態では、加圧ローラ３０の弾性層３０ｂの厚さは、軸方向の中央部Ｃ側から端部Ｅに渡って均一に形成されている。しかし、ここでは、端部Ｅにおける弾性層３０ｂを、中央部Ｃ（又は端部Ｅ以外の部分）の弾性層３０ｂよりも熱膨張率の小さい材質で構成している。なお、本実施形態では、加圧ローラ３０の外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、芯金３０ａの外径ｄ１を２３ｍｍ、弾性層３０ｂの厚さｔ１を３．５ｍｍとしている。

このように、第２実施形態に係る加圧ローラ３０は、両端部における弾性層３０ｂの熱膨張率が小さくなるように構成されているので、駆動力が伝達される部分において弾性層３０ｂが熱膨張することによるローラの外径変動を抑制することができる。これにより、本実施形態の場合も、加圧ローラ３０の熱膨張による記録媒体の搬送速度のばらつきを低減することができる。

図６は、本発明に係る加圧ローラの第３実施形態の構成を示す図である。
第３実施形態に係る加圧ローラ３０は、図４に示す第１実施形態と同様に、軸方向の端部Ｅにおいて、弾性層３０ｂの厚さが薄く形成されている。また、ここでは、第１実施形態と同じく、加圧ローラ３０の端部Ｅにおいて、ローラの外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、芯金３０ａの外径ｄ１を２８ｍｍ、弾性層３０ｂの厚さｔ１を１ｍｍとしている。すなわち、端部Ｅにおける弾性層３０ｂの厚さｔ１を、端部Ｅにおける芯金３０ａの外径半径の１／１０以下となるように形成している。さらに、第３実施形態では、図５に示す第２実施形態と同様に、加圧ローラ３０の端部Ｅにおける弾性層３０ｂ、この場合、弾性層３０ｂの薄く形成されている部分を、中央部Ｃ（又は端部Ｅ以外の部分）の部分よりも熱膨張率の小さい材質で構成している。

上記のように、第３実施形態に係る加圧ローラ３０は、弾性層３０ｂの端部を薄く形成した第１実施形態と、弾性層３０ｂの端部を熱膨張率の小さい材質で構成した第２実施形態との、両方の構成を組み合わせた構成となっているので、第１実施形態又は第２実施形態よりも、両端部における弾性層３０ｂの熱膨張による外径変動を効果的に抑制することができる。このため、加圧ローラ３０の熱膨張による記録媒体の搬送速度のばらつきをより一層低減することが可能となる。

図７は、本発明に係る加圧ローラの第４実施形態の構成を示す図である。
第４実施形態に係る加圧ローラ３０において、弾性層３０ｂの構成は図６に示す第３実施形態と同様である。すなわち、弾性層３０ｂは、軸方向の端部Ｅで、薄く形成され、かつ熱膨張率の小さい材質で構成されている。さらに、第４実施形態では、端部Ｅにおける弾性層３０ｂと芯金３０ａとの間に、断熱材３４を介在させている。なお、ここでは、加圧ローラ３０の端部Ｅにおいて、ローラの外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、断熱材３４の外径ｄ３を２８ｍｍとし、弾性層３０ｂの厚さｔ１を１ｍｍとしている。

上記のように、第４実施形態に係る加圧ローラ３０は、弾性層３０ｂが図６に示す第３実施形態と同様の構成となっているので、両端部における弾性層３０ｂの熱膨張による外径変動を効果的に抑制することができる。また、第４実施形態に係る加圧ローラ３０は、弾性層３０ｂと芯金３０ａとの間に断熱材３４を介在させているので、加圧ローラ３０の両端部側において、定着ベルト２１からの熱が加圧ローラ３０の弾性層３０ｂから内部の芯金３０ａへ伝わりにくくなる。すなわち、第４実施形態では、弾性層３０ｂだけでなく、芯金３０ａの熱膨張による外径変動も抑制することができるので、上記各実施形態よりも、記録媒体の搬送速度のばらつきを一層低減することができる。

さらにローラの熱膨張による外径変動を抑制するには、軸方向の両端部における弾性層３０ｂの熱伝導率を、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように構成することが望ましい。これにより、弾性層３０ｂから芯材３０ａへ熱が伝わりにくくなり、両端部における芯材３０ａの熱膨張による外径変動をより一層抑制することができるようになる。

図８は、本発明に係る加圧ローラの第５実施形態の構成を示す図である。
第５実施形態に係る加圧ローラ３０においても、弾性層３０ｂの構成は図６に示す第３実施形態と同様である。すなわち、弾性層３０ｂは、軸方向の端部Ｅで、薄く形成され、かつ熱膨張率の小さい材質で構成されている。さらに、第５実施形態では、端部Ｅにおける弾性層３０ｂと芯金３０ａとの間に、ワンウェイクラッチ３５を介在させている。このワンウェイクラッチ３５は、記録媒体の送り方向にだけ加圧ローラ３０に駆動力を伝達するものである。従って、記録媒体の送り方向とは反対方向の加圧ローラ３０の空転が許容される。なお、ここでは、加圧ローラ３０の端部Ｅにおいて、ローラの外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、ワンウェイクラッチ３５の外径ｄ４を２８ｍｍとし、弾性層３０ｂの厚さｔ１を１ｍｍとしている。

上記のように、第５実施形態に係る加圧ローラ３０は、図６に示す第３実施形態と同様に、弾性層３０ｂが、軸方向の端部Ｅで、薄く形成され、かつ熱膨張率の小さい材質で構成されているので、両端部における弾性層３０ｂの熱膨張による外径変動を抑制することができ、搬送速度のばらつきを低減することができる。また、第５実施形態では、弾性層３０ｂと芯金３０ａとの間にワンウェイクラッチ３５を介在させているので、定着装置内でジャム化した記録媒体の除去作業を行う際、加圧ローラ３０を空転させることで、その除去作業を容易に行うことができる。

なお、図７及び図８に示す上記実施形態では、軸方向の中央部Ｃと端部Ｅとで、弾性層３０ｂを異なる熱膨張率の材質で構成しているが、軸方向の中央部Ｃから端部Ｅに渡って弾性層３０ｂを同じ熱膨張率の材質で構成してもよい。

また、図４〜図８に示す上記各実施形態に係る加圧ローラにおいて、ローラの熱膨張による搬送速度のばらつきをより効果的に低減するには、弾性層３０ｂを薄く形成した部分又は熱膨張率の小さい部材で構成した部分の範囲Ｗ１を、軸方向に１０ｍｍ以上となるようにすることが望ましい。

図９は、本発明の構成を定着回転体としての定着ローラに適用した場合の構成を示す図である。
図９に示すように、定着ローラ２６は、芯材としての芯金２６ａと、その外周に配設された弾性層２６ｂを有する。ここでは、定着ローラ２６に対して、図６に示す加圧ローラ３０と同様の構成を適用している。すなわち、定着ローラ２６の軸方向の端部Ｆにおいて、弾性層２６ｂが、軸方向の中央部Ｇ（又は端部Ｆ以外の部分）よりも薄くかつ熱膨張率の小さい材質で構成されている。具体的に、本実施形態では、定着ローラ２６の端部Ｆにおいて、ローラの外径ｄ６（弾性層２６ｂの外径）を３５ｍｍ、芯金２６ａの外径ｄ５を３３ｍｍ、弾性層２６ｂの厚さｔ２を１ｍｍとしている。なお、定着ローラ２６に対して、図４〜図８に示す上記加圧ローラ３０の各構成の中から、図６に示す実施形態以外の構成を適用することも可能である。

上記のように、この実施形態では、定着ローラ２６の両端部の弾性層２６ｂを薄くかつ熱膨張率の小さい材質で構成しているので、駆動力が伝達される両端部において弾性層２６ｂが熱膨張することによるローラの外径変動を抑制することができる。これにより、定着ローラ２６の熱膨張による搬送速度のばらつきを低減することが可能となる。また、図９に示す定着ローラ２６においても、上記加圧ローラ３０の場合と同様に、弾性層２６ｂを薄く形成した部分の範囲Ｗ２を、軸方向に１０ｍｍ以上となるようにすることが望ましい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。上述の実施形態では、互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体（定着回転体及び加圧回転体）のうち、いずれか一方にのみ本発明の構成を適用した場合を例に挙げて説明したが、一対の回転体の双方に本発明の構成を適用することも可能である。また、本発明の定着装置を搭載する画像形成装置は、図１に示すような４つのプロセスユニットを並べた４色タンデム型の電子写真方式の画像形成装置に限らない。１色のみ使用するモノクロ画像形成装置や、５色以上の色を使用するカラー画像形成装置、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等にも、本発明の定着装置を搭載可能である。

図１０に示す表は、本発明に係るローラ構造と従来のローラ構造とにおいて、搬送速度のばらつきを調べるために行った試験の内容及び結果をまとめたものである。
本試験には、図１１に示す従来構成の加圧ローラと、図４に示す第１実施形態に係る加圧ローラと、図５に示す第２実施形態に係る加圧ローラと、図６に示す第３実施形態に係る加圧ローラと、図９に示す本発明の構成を適用した定着ローラとを用いた。従来構成の加圧ローラ３０は、図１１に示すように、軸方向全体に渡って、弾性層３０ｂが均一な厚さ、芯金３０ａが同じ外径に形成されている。ここでは、従来構成の加圧ローラ３０の外径ｄ２（弾性層３０ｂの外径）を３０ｍｍ、芯金３０ａの外径ｄ１を２３ｍｍ、弾性層３０ｂの厚さｔ１を３．５ｍｍとした。なお、試験に用いた本発明に係る加圧ローラ及び定着ローラの具体的構成は、上述の構成と同じである。

また、ローラの軸方向に渡って弾性層が同じ熱膨張率の材質で構成されている従来構成（図１１）と第１実施形態（図４）とにおいては、弾性層の線膨張係数を３．１０×１０^-4とした。一方、ローラの両端部において弾性層の熱膨張率を小さく構成している第２実施形態（図５）、第３実施形態（図６）、定着ローラの実施形態（図９）では、両端部における弾性層の線膨張係数を１．００×１０^-4とした。また、各ローラの芯金の線膨張係数は、全て１．００×１０^-5としている。また、ローラの回転数は、加圧ローラにおいてはいずれも９４．６ｒｐｍ、定着ローラにおいては８２．０ｒｐｍとした。

そして、上記のように構成された各ローラにおいて、定着装置の運転開始直後と、所定時間連続運転した直後の、弾性層及び芯金の温度、ローラの外径、搬送速度をそれぞれ測定した。また、運転開始直後と連続運転直後の搬送速度の測定結果に基づき、各ローラにおける搬送速度のばらつきを算出した。搬送速度のばらつきは、運転開始直後と連続運転直後の搬送速度の平均速度を求め、その平均速度に対する運転開始直後又は連続運転直後の搬送速度の変化量の割合（変化量／平均速度）を百分率（％）で求めた。これらの測定結果及び算出結果は図１０に示す通りである。

図１０の表に示すように、搬送速度のばらつきは、従来構成（図１１）では±１．２２％、第１実施形態（図４）では±０．６１％、第２実施形態（図５）では±０．６４％、第３実施形態（図６）では±０．４５％、定着ローラの実施形態（図９）では±０．３２％となった。この結果から、本発明に係る加圧ローラ及び定着ローラは、いずれも、従来構成の加圧ローラに比べて搬送速度のばらつきが大幅に低減されていることがわかる。特に、第３実施形態（図６）と定着ローラの実施形態（図９）の場合は、ローラの両端部の弾性層を薄く、かつ熱膨張率の小さい材質で構成しているので、両端部の弾性層を薄く形成しているが熱膨張率の小さい部材で構成していない第１実施形態（図４）や、両端部の弾性層を熱膨張率の小さい材質で構成しているが薄く形成していない第２実施形態（図６）に比べて、搬送速度のばらつきをより低減できた。

以上のように、本発明によれば、定着装置が備える、互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体のうち、少なくとも一方の軸方向端部における熱膨張による外径変動を抑制することができるので、記録媒体の搬送速度のばらつきを低減することができる。これにより、搬送速度がばらつくことによる記録媒体の波打ちやシワの発生、画像の位置ずれや色ずれ（ショックジター）の発生を防止することができる。しかも、本発明によれば、前記回転体の回転速度を独立して制御しなくても、搬送速度のばらつきを低減することが可能である。このため、従来のように、回転体に専用の駆動手段を設けなくてもよいので、低コストで搬送速度のばらつきを低減することができ、良好な画像形成を実現できるようになる。

２０ 定着装置
２１ 定着ベルト（定着回転体）
２５ ヒータ（熱源）
２６ 定着ローラ（定着回転体）
２６ａ 芯金（芯材）
２６ｂ 弾性層
３０ 加圧ローラ（加圧回転体）
３０ａ 芯金（芯材）
３０ｂ 弾性層
３４ 断熱材
３５ ワンウェイクラッチ
Ｃ 軸方向の中央部
ｄ１ 芯金の外径
ｄ５ 芯金の外径
Ｅ 軸方向の端部
Ｆ 軸方向の端部
Ｇ 軸方向の中央部
Ｐ 記録媒体
ｔ１ 弾性層の厚さ
ｔ２ 弾性層の厚さ

特開２００９−１６３０３８号公報

Claims (8)

1. 互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体と、当該両回転体の一方又は双方を加熱する熱源とを備え、前記ニップ部に記録媒体を通過させてその記録媒体上の現像剤像を定着させる定着装置において、
   前記一対の回転体の少なくとも一方が、芯材の外周に弾性層を有するものであって、その回転体の弾性層の厚さを、軸方向の中央部よりも両端部において薄く形成し、当該両端部における前記弾性層と前記芯材との間に、断熱材を介在させたことを特徴とする定着装置。
2. 互いに接触してニップ部を形成する一対の回転体と、当該両回転体の一方又は双方を加熱する熱源とを備え、前記ニップ部に記録媒体を通過させてその記録媒体上の現像剤像を定着させる定着装置において、
   前記一対の回転体の少なくとも一方が、芯材の外周に弾性層を有するものであって、その回転体の弾性層の厚さを、軸方向の中央部よりも両端部において薄く形成し、当該両端部における前記弾性層と前記芯材との間に、記録媒体の送り方向にだけ回転体に駆動力を伝達するワンウェイクラッチを介在させたことを特徴とする定着装置。
3. 前記回転体の弾性層の熱膨張率が、軸方向の中央部よりも両端部において小さくなるように構成した請求項１又は２に記載の定着装置。
4. 前記回転体の軸方向の両端部における前記弾性層の厚さを、両端部における前記芯材の外径半径の１／１０以下となるように形成した請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
5. 前記回転体の軸方向の両端部における前記弾性層の熱伝導率を、０．３Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように構成した請求項１から４のいずれか１項に記載の定着装置。
6. 前記回転体の軸方向の両端部において前記弾性層の厚さを薄く形成した部分の範囲が、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成した請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
7. 前記両端部において前記弾性層の熱膨張率を小さくした部分の範囲が、軸方向に１０ｍｍ以上となるように構成した請求項３に記載の定着装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項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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