(57)【要約】【課題】薄肉の定着ローラを使用してもその外周面が変形しない定着装置を提供する。【解決手段】コイルばね６２が定着温度以上に加熱されたときは、コイルばね６２が芯金５２の内周面５２ｂを外側に押圧する。しかし、コイルばね６２が定着温度未満のときは、コイルばね６２が芯金５２の内周面５２ｂから離れる。また、移動ユニット９０は、複写機１０で記録媒体に画像を形成している間（定着ローラ５０が定着温度のとき）は加圧ローラ７０を定着ローラ５０に押し付けるが、記録媒体に画像を形成し終わった後（定着ローラ５０が定着温度未満のとき）は加圧ローラ７０が定着ローラ５０から離れるように加圧ローラ７０を移動させる。【選択図】      図４
2006308834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の円筒状ローラと、
所定温度以上に加熱されたときは前記円筒状ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧すると共に、所定温度未満のときは該円筒状ローラの内周面に非接触となる、該円筒状ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該円筒状ローラの長手方向に延びる線材とを備えたことを特徴とするローラユニット。
【請求項２】
熱源が内蔵された定着ローラと、
所定の定着温度以上に加熱されたときは前記定着ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧すると共に、前記定着温度未満のときは該定着ローラの内周面に非接触となる、該定着ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該定着ローラの長手方向に延びる線材と、
前記線材が前記定着温度以上に加熱されているときは前記定着ローラの外周面に押し付けられると共に、前記線材が前記定着温度未満のときは該定着ローラの外周面に非接触となる加圧ローラとを備えたことを特徴とする定着装置。
【請求項３】
前記線材が前記定着温度以上に加熱されているときは前記加圧ローラを前記定着ローラの外周面に押し付けるように移動させると共に、前記線材が前記定着温度未満のときは前記加圧ローラが該定着ローラの外周面に非接触になるように前記加圧ローラを移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他のローラとで記録媒体などを挟持しながら搬送するローラユニット、及びこのローラユニットを組み込んだ定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータやワークステーションの出力装置として、粉体の現像剤（トナー）を用いて記録媒体に画像を形成する電子写真方式の画像形成装置が知られている。このような画像形成装置では、例えば、画像情報を担持する光（例えばレーザ）を感光ドラムなどの像担持体に照射して静電潜像を形成し、この静電潜像に現像ローラを用いてトナーを供給して現像像を形成し、転写ローラなどを使用してこの現像像を記録媒体に転写して転写像（現像像）を形成する。転写像が形成された記録媒体は定着装置に搬送され、定着装置では転写像が記録媒体に定着される。
【０００３】
定着装置には、通常、ヒータを内蔵した定着ローラとこの定着ローラの外周面に押し付けられた加圧ローラとが備えられている。転写像を記録媒体に定着する際は、定着ローラと加圧ローラのニップ部（定着ローラと加圧ローラが互いに接触している部分）で記録媒体を挟持して搬送しながら転写像を所定の定着温度で加熱すると同時に加圧する。この加熱と加圧で転写像が記録媒体に定着される。転写像が定着された記録媒体は排紙ローラなどに挟持されながら排出される。
【０００４】
図５を参照して、定着装置について説明する。
【０００５】
図５は、従来の定着装置の概略構成を示す模式図である。
【０００６】
定着装置１００は、記録紙などの記録媒体１０４にトナー（像）１０２を永久可視像化するためのものである。搬送部（図示せず）によって矢印Ａ方向に搬送された記録媒体１０４は定着入口ガイド１０６に案内されて、定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０が互いに接触する部分（ニップ部）１０８に進入する。
【０００７】
定着ローラ１２０はトナー１０２を加熱して溶融するためのものである。定着ローラ１２０の外周面（表面）にはサーミスタ１４０が接触しており、このサーミスタ１４０は定着ローラ１２０の外周面の温度を測定するように構成されている。また、定着ローラ１２０にはハロゲンランプ１２２などの熱源（発熱体）が内蔵されている。サーミスタ１４０で測定された外周面温度に基づいて制御器（図示せず）がハロゲンランプ１２２を制御し、これにより定着ローラ１２０の外周面温度が所定の定着温度に保持される。
【０００８】
定着ローラ１２０としては、例えば鉄製やアルミニウム製のパイプ状部材からなる芯金１２４の外周面に、離型性の良いフッ素樹脂層１２６を被覆したものが一般的に用いられる。定着ローラ１２０は駆動源（図示せず）によって矢印Ｂ方向に回転する。
【０００９】
加圧ローラ１３０は、定着ローラ１２０に記録媒体１０４を所定圧力で押し付けるためのものである。加圧ローラ１３０としては、例えば金属製の芯金１３２の外周面に、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等の弾性体層１３４を所定の厚み被覆したものが一般的に用いられる。加圧ローラ１３０を定着ローラ１２０に所定圧力で押し付けて矢印Ｃ方向に回転させながら、記録媒体１０４にトナー１０２を定着させるための荷重を付与する。
【００１０】
記録媒体１０４がニップ部１０８に進入すると、記録媒体１０４上のトナー１０２が上記の定着温度で溶融すると共にこの溶融しているトナー１０２が上記の荷重で記録媒体１０４に押さえ付けられてこの記録媒体１０４に定着される。トナー１０２が定着された記録媒体１０４は分離爪１４２によって定着ローラ１２０及び加圧ローラ１３０から分離されて排紙ローラ（図示せず）に到達し、この排紙ローラによって機外に排出される。
【００１１】
上記した定着ローラ１２０には、省エネルギの観点から素早い立ち上がりが求められている。このため、画像形成装置本体が完全に冷え切った状態からメインスイッチを入れて最初のコピーが排出されるまでの時間（立上り時間）が３０秒間以下の画像形成装置がある。この立上り時間は年々短くなっている。
【００１２】
また、画像形成装置本体のメインスイッチが入っている待機状態において、定着装置を暖めておくための消費電力を極力少なくすることが求められている。このため、上記の待機状態では、定着装置のヒータを完全に切っておく必要に迫られている。このように待機状態で定着装置のヒータを完全に切っておく場合、ヒータをオンにするとほぼ同時に定着ローラを所定温度にするためには、定着ローラの肉厚を薄くしてその熱容量を小さくしておく必要がある。このために、熱伝導率の良いアルミニウム合金製の定着ローラが使用されることが多い。
【００１３】
上記した立上り時間を短くするために、最近ではアルミニウム製の定着ローラ１２０の肉厚は０．８ｍｍ程度まで薄くなっている。定着ローラ１２０の肉厚をこれ以上薄くした場合、定着ローラ１２０と加圧ローラ１３０との間（ニップ部１０８）に記録媒体１０４を挟持して現像像を熱と圧力で定着するときに、定着ローラ１２０が変形するおそれがある。
【００１４】
上記のような問題を解決するために、定着ローラ１２０の内部に螺旋状のコイルばねを差し込んで定着ローラ１２０を補強する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
この技術を、図６を参照して説明する。
【００１６】
図６は、コイルばねが差し込まれた定着ローラを示す断面図である。この図では、図５に示された構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００１７】
芯金１２４の内部空間には、螺旋状に巻かれたコイルばね１５０が差し込まれている。このコイルばね１５０は芯金１２４の長手方向に延びており、芯金１２４の内周面に接触してこの内周面を外側に押圧している。芯金１２４は非常に薄いので定着ローラ１２０の外周面が受ける押圧力はコイルばね１５０にも影響が及ぶ。定着ローラ１２０が回転し始めると共に加圧ローラ１３０が回転し始めることにより、押圧された定着ローラ１２０及びコイルばね１５０はその長手方向にも移動し始める。この場合、定着ローラ１２０の移動はローラストッパ（図示せず）によって抑えられる。
【特許文献１】特開平１０−１１６６７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
画像形成装置で記録媒体に画像を形成している間は、上述したように、サーミスタ１４０で測定された外周面温度に基づいて制御器（図示せず）がハロゲンランプ１２２を制御し、定着ローラ１２０の外周面温度を所定の定着温度に保持する。従って、コイルばね１５０もこの所定の定着温度もしくはその近傍の温度に保持されることとなる。
【００１９】
一方、記録媒体１０４に画像を形成し終わった後には、ハロゲンランプ１２２への通電が切られて定着ローラ１２０が冷却され始める。この場合、芯金１２４とコイルばね１５０の膨張率の違いによって芯金１２４がコイルばね１５０よりも早く収縮することがある。この場合の問題点について図７を参照して説明する。
【００２０】
図７は、芯金がコイルばねよりも早く収縮した定着ローラの一部を拡大して示す模式図である。
【００２１】
にコイルばね１５０よりも芯金１２４が早く収縮した場合、コイルばね１５０が芯金１２４の外周面をその内側から強く押し付けることとなる。このため、肉厚の薄い芯金１２４のときは、芯金１２４の外周面のうちその反対側の内周面にコイルばね１５０が接触している部分が、図７に示すように、他の部分よりも外側にやや突出する。この結果、定着ローラ１２０が冷却した後に、定着ローラ１２０の外周面が変形することがある。定着ローラ１２０の外周面が変形したときは定着不良が発生する。
【００２２】
本発明は、上記事情に鑑み、薄肉の円筒状ローラであっても外周面が変形しないローラユニット及びこのローラユニットが組み込まれた定着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】
【００２３】
上記目的を達成するための本発明のローラユニットは、
（１）中空の円筒状ローラと、
（２）所定温度以上に加熱されたときは前記円筒状ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧すると共に、所定温度未満のときは該円筒状ローラの内周面に非接触となる、該円筒状ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該円筒状ローラの長手方向に延びる線材とを備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記目的を達成するための本発明の定着装置は、
（３）熱源が内蔵された定着ローラと、
（４）所定の定着温度以上に加熱されたときは前記定着ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧すると共に、前記定着温度未満のときは該定着ローラの内周面に非接触となる、該定着ローラの中空部で螺旋状に巻かれながら該定着ローラの長手方向に延びる線材と、
（５）前記線材が前記定着温度以上に加熱されているときは前記定着ローラの外周面に押し付けられると共に、前記線材が前記定着温度未満のときは該定着ローラの外周面に非接触となる加圧ローラとを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
ここで、前記線材が前記定着温度以上に加熱されているときは前記加圧ローラを前記定着ローラの外周面に押し付けるように移動させると共に、前記線材が前記定着温度未満のときは前記加圧ローラが該定着ローラの外周面に非接触になるように前記加圧ローラを移動させる移動手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のローラユニットでは、線材が所定温度以上に加熱されたときのみに円筒状ローラの内周面に接触してこの内周面を外側に押圧して補強するので、このときに円筒状ローラの外周面を外側から押圧しても外周面は変形しない。線材が所定温度未満のときは円筒状ローラの内周面に非接触であるので、薄肉の円筒状ローラであっても線材によってその外周面は変形しない。
【００２７】
また、本発明の定着装置では、線材が定着温度以上に加熱されて定着ローラの内周面を外側に押圧しているときは、加圧ローラが定着ローラの外周面に押し付けられる。従って、薄肉の定着ローラであっても加圧ローラからの押し付け力に耐えられる。一方、線材が定着温度未満のときは線材が定着ローラの内周面に非接触であると共に加圧ローラが定着ローラの外周面に非接触となる。このため、加圧ローラからの押し付け力が定着ローラに作用していないときは、線材も定着ローラの内周面を押圧していない。従って、薄肉の定着ローラであっても線材によってその外周面は変形しない。
【００２８】
ここで、前記線材が前記定着温度以上に加熱されているときは前記加圧ローラを前記定着ローラの外周面に押し付けるように移動させると共に、前記線材が前記定着温度未満のときは前記加圧ローラが該定着ローラの外周面に非接触になるように前記加圧ローラを移動させる移動手段を備えた場合は、加圧ローラを容易に移動できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、画像形成装置におけるローラユニット及び定着装置に実現された。
【実施例１】
【００３０】
図１を参照して本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の概略構造を説明する。
【００３１】
図１は、本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の一例であるデジタル複写機を示す模式図である。
【００３２】
複写機１０の頂面には開閉自在な直方体状の原稿圧着板１２が配置されている。原稿圧着板１２の下には、原稿に記録された画像を読み取る画像読取装置１４が配置されている。画像読取装置１４の上面（上壁）は、原稿が載置される原稿台ガラス（図示せず）である。
【００３３】
原稿圧着板１２よりも手前側（正面側）には、複写枚数などが入力される操作パネル（図示せず）が配置されている。また複写機１０の下部には、複数枚のカット紙が収容されるカセット１６が複写機１０に出し入れ自在に備えられている。また、複写機１０の左側部分には空間が形成されており、排出された記録紙が積載される排紙トレイ１８が形成されている。
【００３４】
複写機１０で画像を形成する手順等を説明する。
【００３５】
原稿に記録された画像を記録媒体に形成するためには、原稿圧着板１２を開き、原稿台ガラス（図示せず）の上面に、画像面が下になるように原稿を載置し、この原稿を原稿圧着板１２で押さえて固定する。次に、所定の操作ボタン等を押すことにより、原稿に記録された画像は、画像読取装置１４で読み取られる。読み取られた画像はデジタル信号に変換され、このデジタル信号は、レーザスキャナ２０に送信される。
【００３６】
レーザスキャナ２０に送信された信号はレーザ光に変換されて、このレーザ光は、高速で回転するスキャナミラー２０ａ、折り返しミラー２０ｂを経由して感光ドラム２２に照射される。感光ドラム２２は帯電器２４によって一様に帯電されており、レーザ光が照射された感光ドラム２２には静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ２６から供給された現像剤で現像されて現像像が形成される。
【００３７】
一方、カセット１６からは記録紙などの記録媒体が給紙ローラ２８によって矢印Ｅ方向（給紙方向）に給紙されて、搬送ローラ３０とレジストローラ３２によって転写ローラ３４に搬送される。転写ローラ３４は感光ドラム２２と共に記録媒体を挟持しながら、この記録媒体に感光ドラム２２の現像像を転写する。現像像が転写された記録媒体は搬送ガイド３６によって定着装置４０に案内される。定着装置４０には定着ローラ５０（本発明にいうローラユニットの一例である）と加圧ローラ７０が配置されている。加圧ローラ７０は加圧ばね７２（図２参照）によって定着ローラ５０に押し付けられている。記録媒体は２つのローラ５０，７０に挟持されながら搬送されて、現像像が記録媒体に定着される。このようにして現像像が定着された記録媒体は排紙ローラ８０によって排出されて排紙トレイ１８に積載される。
【００３８】
上記した定着装置４０の基本的な構成は、図５に示した従来の定着装置１００の構成と同様である。定着装置４０が定着装置１００とは異なる点は、定着ローラ５０及び加圧ローラ７０を移動させる点にある。定着ローラの構造を、図２と図３を参照して説明する。
【００３９】
図２は、定着温度に達した定着ローラをその長手方向に切断してその内部を示す断面図である。図３は、定着温度未満の定着ローラをその長手方向に切断してその内部を示す断面図である。
【００４０】
定着ローラ５０は、例えばアルミニウム合金からなるパイプ状（中空円筒状）の芯金５２（本発明にいう円筒状ローラの一例である）を備えている。芯金５２の長手方向中央部の外径は長手方向両端部の外径よりも小さい。このため、芯金５２は逆クラウン形状になっている。このように芯金５２が逆クラウン形状になっているので、定着ローラ５０と加圧ローラ７０とで形成されるニップ部のうち定着ローラ５０の長手方向両端部の挟持力（記録媒体を圧接する力）が長手方向中央部よりも大きい。従って、定着ローラ５０と加圧ローラ７０に挟持されながら搬送される記録媒体にヨレや皺が発生しない。なお、芯金５２の長手方向両端部の直径は長手方向中央部よりも０．０７ｍｍ〜０．１３ｍｍ程度大きい。また、芯金５２をクラウン形状にしてもよく、この場合は、芯金５２の長手方向中央部の外径は長手方向両端部の外径よりも大きくなる。なお、芯金５２の長手方向両端部には、コイルばね６２の飛び出しを防止するための凸部５２ａが形成されている。
【００４１】
芯金５２は、その肉厚が全域に渡って約０．３〜０．４ｍｍになるように切削加工されている。ここでは、芯金５２の肉厚を０．４ｍｍとし、芯金５２の外径を３０ｍｍとする。芯金５２の外周面には離型層５４が形成されている。この離型層５４は、高い離型性を有するフッ素樹脂、オイル含浸シリコーンゴム、又はシリコーンゴム層の表面にフッ素樹脂層が形成されたものである。芯金５２の中空部（定着ローラ５０の内部）には、回転中心軸に一致して延びるハロゲンランプ６０（図４参照）が配置されている。
【００４２】
芯金５２の中空部（定着ローラ５０の内部）には、螺旋状に巻かれた例えばステンレス製のコイルばね６２（本発明にいう線材の一例である）が配置されている。また、ここでは、コイルばね６２が定着温度以上に加熱されたときは、図２に示すように、コイルばね６２が芯金５２の内周面５２ｂを外側に押圧する。しかし、コイルばね６２が定着温度未満のときは、図３に示すように、コイルばね６２が芯金５２の内周面５２ｂから離れる（内周面５２ｂに非接触になる）。
【００４３】
上記のようにコイルばね６２の熱膨張率は、コイルばね６２が定着温度以上のときは芯金５２の内周面５２ｂを外側に押圧し、コイルばね６２が定着温度未満のときは芯金５２の内周面５２ｂに接触しないように定められている。従って、コイルばね６２の熱膨張率は芯金５２の熱膨張率よりも大きい。
【００４４】
複写機１０で記録媒体に画像を形成している間（定着ローラ５０が定着温度のとき）は、上述したように、ハロゲンランプ６０が制御されて、定着ローラ５０の外周面温度は所定の定着温度に保持されている。この場合、コイルばね６２もこの定着温度度に保持されることとなる。従って、複写機１０で記録媒体に画像を形成している間は、コイルばね６２が芯金５２の内周面５２ｂを外側に押圧して芯金５２を補強しているので、定着ローラ５０に加圧ローラ７０が押圧されていても定着ローラ５０は変形しない。
【００４５】
一方、記録媒体に画像を形成し終わった後には、ハロゲンランプ６０への通電が切られて定着ローラ５０が冷却され始める。この場合、芯金５２よりもコイルばね６２が早く収縮して、図３に示すように、芯金５２の内周面５２ｂから離れる。従って、芯金５２はコイルばね６２によって補強されない。しかし、後述するように、記録媒体に画像を形成し終わった後（定着ローラ５０が定着温度未満のとき）は、加圧ローラ７０が定着ローラ５０から離れるように構成されているので、定着ローラ５０が変形することはない。
【００４６】
図４を参照して、加圧ローラ７０を移動させる機構を説明する。
【００４７】
図４は、加圧ローラを移動させる機構を示す模式図である。この図では、図１から図３までに示された構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００４８】
加圧ローラ７０は、定着ローラ５０とほぼ同じ長さであって、図４の紙面に垂直方向に延びている。加圧ローラ７０は、加圧ローラ７０よりも長い回転軸７２を中心軸として定着ローラ５０に従動回転する。回転軸７２の長手方向両端部それぞれには、加圧ローラ７０を所定のタイミングで移動させる移動ユニット９０（本発明にいう移動手段の一例である）が配置されている。移動ユニット９０は、複写機１０で記録媒体に画像を形成している間（定着ローラ５０が定着温度のとき）は加圧ローラ７０を定着ローラ５０に押し付けるが、記録媒体に画像を形成し終わった後（定着ローラ５０が定着温度未満のとき）は加圧ローラ７０が定着ローラ５０から離れるように加圧ローラ７０を移動させる。
【００４９】
移動ユニット９０には、回転軸７２に直交する方向に延びる移動棒９２とこの移動棒９２の長手方向一端部９２ａを上下動させるシリンダ９４を有する。移動棒９２の長手方向他端部９２ｂは軸９２ｃに固定されている。従って、移動棒９２は軸９２ｃを中心にして回動することとなる。
【００５０】
定着ローラ５０が定着温度のときはシリンダ９４がオンとなり、シリンダ９４のシャフト９４ａの下端に固定された移動板９６が、実線で示す位置に移動する。この移動に伴って移動棒９２が軸９２ｃを中心に矢印Ｄ方向に回動して、加圧ローラ７０が定着ローラ５０に押し付けられる。この場合、上述したように、芯金５２の内周面はコイルばね６２によって外側に押し付けられているので、加圧ローラ７０が定着ローラ５０の外周面を押圧していても芯金５２の外周面は変形しない。
【００５１】
一方、定着ローラ５０が定着温度未満のときはシリンダ９４がオフとなり、移動板９６が、二点鎖線で示す位置に移動する。この移動に伴って移動棒９２が軸９２ｃを中心に矢印Ｄ方向とは反対方向に回動して、加圧ローラ７０が定着ローラ５０から離れる。この場合、上述したように、芯金５２の内周面はコイルばね６２によって外側に押し付けられていないので、加圧ローラ７０が芯金５２の外周面から離れていても芯金５２の外周面は変形しない。
【００５２】
以上のように、定着ローラ５０が定着温度以上のときは加圧ローラ７０が定着ローラ５０の外周面を押圧しているが、この定着ローラの内周面をコイルばね６２が外側に押し付けて補強しているので、芯金５２の外周面は変形しない。一方、定着ローラ５０が定着温度未満のときは加圧ローラ７０が定着ローラ５０の外周面から離れているが、この定着ローラの内周面にはコイルばね６２が接触していないので、芯金５２の外周面は変形しない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のローラユニットの一実施形態が組み込まれた画像形成装置の一例であるデジタル複写機を示す模式図である。
【図２】定着温度に達した定着ローラをその長手方向に切断してその内部を示す断面図である。
【図３】定着温度未満の定着ローラをその長手方向に切断してその内部を示す断面図である。
【図４】加圧ローラを移動させる機構を示す模式図である。
【図５】従来の定着装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】コイルばねが差し込まれた定着ローラを示す断面図である。
【図７】芯金がコイルばねよりも早く収縮した定着ローラの一部を拡大して示す模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  複写機
４０  定着装置
５０  定着ローラ
５２  芯金
６２  コイルばね
７０  加圧ローラ
９０  移動ユニット
９２  移動棒
９４  シリンダ
９６  移動板
【図１】
2006308834.tif 000003
【図２】
2006308834.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006308834.tif 000006
【図５】
2006308834.tif 000007
【図６】
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【図７】
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