(57)【要約】【課題】ローラ内部の熱気温度を可及的に保持して加熱効率が低下するのを防止するとともに、ローラ内部の圧力変化によりローラが変形するのを防止する。【解決手段】本発明の定着ローラ１は、外部に設けられた熱源６によって加熱される中空構造の定着ローラ１において、ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向及び他方向の通気を可能にする通気孔８と、前記通気孔８を閉塞して両方向の通気に流通抵抗を付与する通気抑制手段９とを備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に設けられた熱源によって加熱される中空構造の定着ローラにおいて、
ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向及び他方向の通気を可能にする通気孔と、前記通気孔を閉塞して両方向の通気に流通抵抗を付与する通気抑制手段とを備えたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
ローラ端面に前記通気孔を備え、前記通気抑制手段は、前記通気孔に嵌入された連泡スポンジである請求項１記載の定着ローラ。
【請求項３】
ローラ端面に前記通気孔を備え、前記通気抑制手段は、前記通気孔を被覆するように前記ローラ端面に固定された連泡スポンジである請求項１記載の定着ローラ。
【請求項４】
外部に設けられた熱源によって加熱される中空構造の定着ローラにおいて、
ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向の通気を可能にする通気孔および弁体と、他方向の通気を可能にする通気孔および弁体とを備えたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の定着ローラを有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリおよび各種プリンタ等の画像形成装置に搭載される定着ローラおよび定着装置並びに画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリおよび各種プリンタ等の画像形成装置に使用される定着装置は、回転駆動される定着ローラと、この定着ローラに所定圧力で当接された回転可能な加圧ローラとを備えている。かかる定着装置は、低熱容量化および昇温性能向上を目的とし、金属発熱層で構成される定着ローラを熱源により外側から加熱すると共に、定着ローラを逆クラウン形状にすることで、用紙のシワやＪＡＭ等を防止して、通紙性能を向上させている。
【０００３】
また、定着ローラに通気孔を開口形成することにより、ローラ内部の圧力変化による定着ローラの変形を防止している。
【０００４】
しかし、前記通気孔を開口状態にすると、定着装置近傍に気流が生じた場合、定着ローラのローラ内部に外気が侵入して発熱効率を低下させたり、定着ローラの温度分布にむらが生じる等の問題がある。そこで、発熱効率を低下させずにローラ内部から外部への通気を可能としている技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2000-181263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の定着装置は、ローラ内部から外部へのみ通気可能なように、通気孔と弁とを設けており、ローラ外部から内部への通気は阻止されている。そのため、定着ローラ内部の温度が下がり、内部圧力が低下した時に、ローラの変形を招くおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ローラ内部の熱気温度を可及的に保持して加熱効率が低下するのを防止するとともに、ローラ内部の圧力変化により定着ローラが変形するのを防止する定着装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、外部に設けられた熱源によって加熱される中空構造の定着ローラにおいて、ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向及び他方向の通気を可能にする通気孔と、前記通気孔を閉塞して両方向の通気に流通抵抗を付与する通気抑制手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
前記本発明の定着ローラは、ローラ端面に前記通気孔を備え、前記通気抑制手段は、前記通気孔に嵌入された連泡スポンジである。
【００１０】
前記本発明の定着ローラは、ローラ端面に前記通気孔を備え、前記通気抑制手段は、前記通気孔を被覆するように前記ローラ端面に固定された連泡スポンジである。
【００１１】
本発明は、外部に設けられた熱源によって加熱される中空構造の定着ローラにおいて、ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向の通気を可能にする通気孔および弁体と、他方向の通気を可能にする通気孔および弁体とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の定着装置は、前記定着ローラを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像形成装置は、前記定着装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、定着ローラの加熱または冷却により、ローラ内部と外部との気圧差が生じた際に、ローラ内外部の両方向の通気が可能になることで、圧力変化による定着ローラの変形を防止することができる。また、ローラ内部と外部とに気圧差がほとんど無い状態においては、通気抑制手段または弁体により、ローラ内部の熱気が外部に出るのが抑制され、ローラ内部の加熱効率の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る外部誘導加熱方式の定着装置の一部断面を含む概略側面図である。
【図２】同定着装置の正面を示す一部断面を含む概略図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る定着ローラの断面図である。
【図４】同定着ローラの長手方向を示す一部断面を含む正面図である。
【図５】同定着ローラの側面図である。
【図６】密閉定着ローラのローラ内外温度差とローラ径変形量との関係を示す関係図である。
【図７】定着ローラのローラ内外温度差とローラ径変形量との関係を示す関係図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る定着ローラの通気状態を示す断面図である。
【図９】定着ローラのローラ表面温度変化と投入電力量との関係を示す関係図である。
【図１０】各連泡率におけるローラ内外温度差とローラ径変形量との関係を示す関係図である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る定着ローラの長手方向を示す一部断面を含む正面図である。
【図１２】同定着ローラの側面図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係る定着ローラ端部を示す断面図である。
【図１４】同実施形態の定着ローラの端面を示し、（ａ）は定着ローラ端部の面外を示す側面図、（ｂ）は定着ローラ端部の面内を示す側面図である。
【図１５】同実施形態に係る定着ローラ内部の圧力上昇時の通気状態を示す断面図である。
【図１６】同実施形態に係る定着ローラ内部の圧力低下時の通気状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る画像形成装置は、例えば、生産性が５５枚／分の装置で、画像形成部、定着装置、原稿読取部、給紙部等を備え、原稿読取部にて読み取った原稿の画像データに基づき、周知の電子写真方式により画像を形成するものである。なお、本発明に係る画像形成装置の全体構成については、定着装置の要部を除いては周知の技術のため、具体的な説明は省略する。
【００１７】
次に、本実施形態１に係る定着装置Ａについて説明する。図１は外部誘導加熱方式の定着装置の一部断面を含む概略側面図、図２は定着装置の正面を示す一部断面を含む概略図である。
【００１８】
本実施形態１の定着装置Ａは、誘導加熱方式によって外部から加熱、制御する方式の装置であり、中空の定着ローラ１が、加圧ローラ２に図示省略のばね等により所定圧で押圧されることで記録紙（図示省略）を挟持搬送するニップ部１６を形成している。定着ローラ１の回転軸１１および加圧ローラ２の回転軸２ａは、側壁（図示省略）に回転自在に支持されている。
【００１９】
定着ローラ１は、その外側に配置された熱源としての励磁コイル６によって発生する磁束の変化によって誘導加熱される。励磁コイル６の外側には、励磁コイル６から発生する磁束を打消し、小サイズ紙を通紙する際に定着ローラ１の非通紙部が昇温するのを防ぐことができる消磁コイル７が配置されている。
【００２０】
図３は定着ローラ断面図、図４は定着ローラの長手方向を示す一部断面を含む正面図、図５は定着ローラの側面図である。定着ローラ１は、例えばＦｅの薄肉パイプからなる筒状の金属発熱層３と、金属発熱層３の表面に離型性向上のためにコーティングされたＰＦＡ層（フッ素樹脂層）４と、金属発熱層３の両端を密封する定着ローラ端部５とを備えている。なお、金属発熱層３とＰＦＡ層４と定着ローラ端部５とにより、ローラ本体１５が構成されている。また、ローラ本体１５は、用紙の搬送性を向上させるために、軸長手方向の中央部の直径が若干小さくなる逆クラウン形状の所定形状を呈している。
【００２１】
定着ローラ１の両ローラ端面を構成する定着ローラ端部５には、ローラ本体１５の内外部（ローラ内外部）に連通する通気のための通気孔８が形成されている。本実施形態では、通気孔８は、定着ローラ端部５の直径方向に２箇所形成した場合を例示するが、通気孔８の形状、大きさおよび個数は適宜設定可能である。各通気孔８には、通気抑制手段としての連泡スポンジ９が嵌入され、各通気孔８は連泡スポンジ９で閉塞されている。
【００２２】
連泡スポンジ９は、ウレタンフォームやポリエチレン、又はシリコンゴム等のゴムスポンジで構成された連続気泡構造体で、連続気泡構造体は気泡がつながっており、気体は、連泡スポンジ９の気泡部分９ａ（図８に図示）を介して通り抜けることができるようになっている。連泡スポンジ９は、通気孔８を閉塞して通気に流通抵抗を付与するもので、連泡率が５０％以上であることが望ましい。本実施形態１では、連泡率が７０％のウレタンフォームスポンジが採用されている。なお、連泡率の値が大きくなる程、連泡スポンジ９に空気の流通路が形成されるため、流通抵抗を小さくすることができる。
【００２３】
次に、従来の密閉された定着ローラを採用した定着装置を搭載する画像成形装置と、本実施形態に係る定着ローラを採用した定着装置を搭載する画像形成装置において、定着装置を通過するそれぞれの用紙に紙しわが発生するか否かを確認した。以下、それぞれの結果について説明する。
【００２４】
図６は、密閉定着ローラのローラ内外温度差とローラ径変形量との関係を示す関係図である。密閉された定着ローラとは、通気孔８および連泡スポンジ９を有していない従来の定着ローラをいう。理想気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）に示されるように、密閉された定着ローラ内の温度が変化すると、それに伴いローラ内気圧も変化して、定着ローラを変形させてしまう。
【００２５】
定着装置のウォームアップが開始され、励磁コイルにより磁束が発生する。その磁束により、定着ローラは、金属発熱層が渦電流を起こすことで昇温する。ウォームアップ開始から所定時間経過すると、ローラ表面温度は所定温度に到達し、ウォームアップが終了する。ウォームアップ終了の５秒後、印字指示を与えた。
【００２６】
この時、定着ローラ内部は、まだ十分に暖まっておらず、定着ローラ内部と外部の温度差は２０℃程度であった。そのため、ローラ径変形量は約０．０２５ｍｍであり、逆クラウン形状が維持されており、用紙が定着ニップ部を通過しても紙しわは発生しなかった。なお、ローラ径変形量とは、定着ローラの軸長手方向の中央部（最小直径部）の変化量をいう。
【００２７】
次に、ウォームアップ開始から２時間後に印字指示を与えた。この時、定着ローラ内部は十分に蓄熱されているため、ローラ内部と外部の温度差は１６０℃程度であった。そのため、ローラ径変形量は約０．２ｍｍであり、逆クラウン形状が維持されておらず、用紙が定着ニップ部を通過した時に紙しわが発生してしまった。
【００２８】
図７は、定着ローラのローラ内外温度差とローラ径変形量との関係を示す関係図である。具体的には、密閉された定着ローラ、通気孔を開けた定着ローラおよび通気孔を連泡率７０％の連泡スポンジで塞いだ定着ローラの３つの定着ローラを比較したものである。
【００２９】
本実形態１の連泡スポンジが連泡率７０％の定着ローラ１を、図１に示す外部誘導加熱方式の定着装置Ａに組み込み通紙を行った。
【００３０】
定着装置Ａのウォームアップが開始され、励磁コイル６により磁束が発生する。その磁束により、定着ローラ１の金属発熱層３が渦電流を起こすことで昇温する。ウォームアップ開始から所定時間経過後、ローラ表面温度は所定温度に到達し、ウォームアップが終了する。ウォームアップ終了の５秒後、印字指示を与えた。
【００３１】
この時、ローラ内部はまだ十分に暖まっておらず、ローラ内部と外部の温度差は２０℃程度であった。そのため、ローラ径変形量は約０．０１ｍｍ以下であり、定着ローラ１は、逆クラウン形状が維持されており、用紙が定着ニップ部１６を通過しても紙しわは発生しなかった。
【００３２】
次に、定着装置Ａのウォームアップ開始から２時間後に印字指示を与えた。この時、定着ローラ１のローラ内部は十分に蓄熱されていたため、ローラ内部と外部の温度差は１６０℃程度であった。連泡スポンジ９で通気孔８を閉塞した定着ローラ端部５において、図８で示すように、連泡スポンジ９の連泡部分９ａを介して、矢印で示すようにローラ内部から外部へ所定の流通抵抗を付与しながら一方向の通気を行うことで、ローラ内外部の気圧差を略ゼロにすることができる。そのため、ローラ径変形量は約０．２ｍｍ以下であり、逆クラウン形状が維持されており、用紙が定着ニップ部１６を通過しても紙しわは発生しなかった。
【００３３】
更に、この後、定着ローラ１を冷却した際、定着ローラ１のローラ内部の圧力が低下してローラ変形を招くおそれがあるが、気圧の変化に伴い、連泡スポンジ９の連泡部分９ａを介して、ローラ外部から内部へ所定の流通抵抗を付与しながら他方向の通気を行うことで、ローラ内外部の気圧差を略ゼロに保ち、ローラ変形を防ぐことができた。
【００３４】
また、図９は、定着装置Ａのウォームアップ開始から２時間後の定着ローラを所定温度に保つために必要な投入電力量を表している。通気孔８のみを開けた定着ローラは、エアフローの影響でローラ内部と外部の通気が積極的に行われている。そのため、例えば定着ローラの表面温度を１８０℃に維持しようとすると、約１０００Ｗの電力が必要となる。これに対して、本実施形態１の定着ローラ１は、連泡スポンジ９が風防の役割を果たし、エアフローなどによる余分な通気が行われない。そのため、約６５０Ｗの投入電力で、定着ローラ表面温度を１８０℃に保つことができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態１の定着ローラ１を採用する場合、ローラ内部と外部の温度差による、ローラ径変化を小さくでき、紙しわを防ぐことができる。更には、定着ローラ１の内部と外部の不要な通気を防ぐことで、ローラ内部の熱気が外部に出るのが抑制され、高い加熱効率を維持することができる。
【００３６】
次に、連泡スポンジの連泡率とローラ径変形量との関係について説明する。図１０は、それぞれの連泡率でのローラ内外の温度差とローラ径変形量とを表したものである。連泡率が小さくなると、ローラ内外の通気が消極的に（空気の流通抵抗が大きく）なり、ローラ内外部に温度差が生じた時のローラ径変形量が増大する傾向にある。連泡率が５０％以下であると、例えばローラ内外部の温度差が１６０℃の時、ローラ径変形量が０．１０ｍｍ以上となってしまう。そのため、通紙を行ったときに、紙しわが発生してしまう可能性がある。よって、本発明の連泡スポンジは、連泡率５０％以上の連泡スポンジを採用することが望ましい。
【００３７】
以上のように、本実施形態１は、外部に設けられた熱源（励磁コイル６）によって加熱される中空構造の定着ローラ１において、ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向及び他方向の通気を可能にする通気孔８と、通気孔８を閉塞して両方向の通気に流通抵抗を付与する連泡スポンジ（通気抑制手段）９とを備えた定着ローラ１が記載されている。また、この定着ローラ１を備えた定着装置Ａおよび画像形成装置が記載されている。
【００３８】
図１１および図１２は、本発明の実施形態２を示す。図１１は定着ローラの長手方向を示す一部断面を含む正面図、図１２は定着ローラの側面図である。本実施形態２の定着ローラ１は、定着ローラ端面（定着ローラ端部５）の略全面を、円板状の連泡スポンジ９で被覆している。すなわち、連泡スポンジ９は、定着ローラ端面の形状に相当する円形に形成されており、複数個の通気孔８を被覆するように定着ローラ端部５に固定されている。
【００３９】
このように、円板状の連泡スポンジ９で定着ローラ端面を被覆する構成にすることで、連泡スポンジ９を各通気孔８に対応する形状に形成する場合に比し、簡単に製造することができる。なお、本実施形態２の作用効果については、前記連泡スポンジを各通気孔８に嵌入した実施形態１に係る構成の場合と同様の作用効果を奏するため、説明を省略する。
【００４０】
図１３〜１６は、本発明の実施形態３を示す。図１３は定着ローラ端部を示す断面図、図１４は定着ローラの端面を示し、（ａ）は定着ローラ端部の外面を示す側面図、（ｂ）は定着ローラ端部の内面を示す側面図、図１５は定着ローラの圧力上昇時の通気状態を示す断面図、図１６は定着ローラの圧力低下時の通気状態を示す断面図である。
【００４１】
図１３に示すように、定着ローラ１の定着ローラ端部５に形成された２つの通気孔８ａ，８ｂを、樹脂シートやゴム板等の可撓性を有する弾性部材からなる弁体１０によって閉塞している。具体的には、定着ローラ端部５の内面側または外面側から通気孔８ａ，８ｂを弁体１０で被覆する。弁体１０は、回転軸１１と共にネジ１２とナット１３で締結することにより、所定の押圧力により通気孔８ａ，８ｂを閉塞した状態を維持している。これにより、図１４（ａ）で示すように、一方の通気孔８ａは端面外側から弁体１０で覆われ、図１４（ｂ）で示すように、他方の通気孔８ｂは端面内側から弁体１０で覆われている。
【００４２】
本実施形態３の定着ローラ１を、図１の外部誘導加熱方式の定着装置Ａに組み込み通紙を行った。加熱が開始され、ローラ内部の温度が高くなりローラ内部の気圧が高くなると、図１５に示すように、定着ローラ端部５の外面に設置されている一方の弁体１０が、気圧の変化によりローラ内部から押圧されるので、一方の通気孔８ａを開き、ローラ内部から外部へ通気することで、ローラ内外部の気圧差は略ゼロに保たれる。
【００４３】
加熱が終了し、定着ローラ１の内部の温度が低くなりローラ内部の気圧が低くなると、図１６に示されるように、定着ローラ端部５の内面に設置されている他方の弁体１０が、気圧の変化によりローラ外部から内部へ押圧されるので、他方の通気孔８ｂを開き、ローラ外部から内部へ通気することで、ローラ内外部の気圧差は略ゼロに保たれる。
【００４４】
以上のように、本実施形態３は、定着ローラ端部５に設けられた２つの通気孔８ａ，８ｂを、弁体１０でローラ内外側からそれぞれ閉塞する構成であるため、定着ローラ１の形状は所定形状に維持され、紙しわを防止することができる。
【００４５】
本実施形態３は、外部に設けられた熱源（励磁コイル６）によって加熱される中空構造の定着ローラ１において、ローラ内外部で気圧差が生じた際に、ローラ内外部の一方向の通気を可能にする通気孔８および弁体１０と、他方向の通気を可能にする通気孔８および弁体１０とを備えたことを特徴とする定着ローラ１が記載されている。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る定着ローラは、加熱または冷却により、ローラ内部と外部との気圧差が生じた際に、ローラ内外部の両方向の通気が可能になることで、圧力変化による変形を防止でき有用である。また、ローラ内部と外部とに気圧差がほとんど無い状態においては、通気抑制手段または弁体により、ローラ内部の熱気が外部に出るのが抑制され、ローラ内部の加熱効率の低下が防止される。
【符号の説明】
【００４７】
１    定着ローラ
２    加圧ローラ
３    発熱層
４    ＰＦＡ層
５    定着ローラ端部
６    励磁コイル（熱源）
７    消磁コイル
８    通気孔
８ａ  通気孔
８ｂ  通気孔
９    連泡スポンジ（通気抑制手段）
９ａ  連泡部分
Ａ    定着装置
１０    弁体
１１    回転軸
１２    ネジ
１３    ナット
１５    ローラ本体
１６    ニップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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