(57)【要約】【課題】通紙性能及び定着性能にすぐれた加圧ローラを提供する。【解決手段】本発明による加圧ローラは、金属のシャフト(10)と、その外周に設けた弾性ゴム層(11)と、弾性ゴム層の外周に設けたフッ素樹脂チューブ(12)とを具える。弾性ゴム層(11)は、多数の気泡又は空孔を含む弾性ゴム層で構成する。また、フッ素樹脂チューブ(12)の内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さを、前記フッ素樹脂層チューブのローラ軸線方向の長さよりも長くなるように設定して加圧ローラの軸線方向の両端において前記弾性ゴム層の外周面を直接露出させる。気泡又は空孔を含むシリコンゴムは、周密なシリコンゴムに比較して弾性反発力が大幅に小さいため、弱い圧着力でも大きなニップ幅が得られ、しかもローラの両端においてヒートローラとシリコンゴムとが直接圧接するため摩擦力を一層大きくなり、定着性能及び通紙性能が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の気泡又は空孔を含む弾性ゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さを、前記フッ素樹脂層チューブのローラ軸線方向の長さよりも長くなるように設定し、当該加圧ローラの軸線方向の両端において前記弾性ゴム層の外周面の一部が露出するように構成したことを特徴とする加圧ローラ。
【請求項２】
金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の空孔を含む連泡性のシリコンゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記フッ素樹脂チューブのローラ軸線方向の長さを、前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さよりも短くなるように設定し、当該加圧ローラの軸線方向の両端において前記弾性ゴム層の外周面の一部が露出するように構成したことを特徴とする加圧ローラ。
【請求項３】
請求項２に記載の加圧ローラにおいて、前記連泡性のシリコンゴム層は、多数の気泡を含む単泡性シリコンゴムに対して圧縮工程と急速膨張工程とを交互に行い、隣接する気泡間の隔壁に孔ないし亀裂を形成することにより連泡性ゴム層に変換された連泡性シリコンゴムであることを特徴とする加圧ローラ。
【請求項４】
請求項３に記載の加圧ローラにおいて、金属のシャフトに単泡性のシリコンゴムのチューブを装着して単泡性のシリコンゴムローラとし、当該単泡性のシリコンゴムローラをチャンバ内に配置して圧縮工程と急速膨張工程とを交互に行って連泡性のシリコンゴムローラに変換し、当該連泡性のシリコンゴムローラの外周にフッ素樹脂チューブを圧入することにより製造されることを特徴とする加圧ローラ。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の加圧ローラにおいて、前記露出した弾性ゴム層又はシリコンゴム層の外周面に、前記弾性ゴム層の摩擦係数よりも大きな摩擦係数を有するシリコンゴムのコーティング層が形成されていることを特徴とする加圧ローラ。
【請求項６】
金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の気泡又は空孔を含む弾性ゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の両端に、前記弾性ゴム層を構成するゴム材料の摩擦係数よりも大きい摩擦係数を有すると共に、前記フッ素樹脂チューブの外径よりも小さい外径及び前記弾性ゴム層の硬度よりも高い硬度を有するシリコンゴムリングを装着したことを特徴とする加圧ローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートロール定着装置に用いられる加圧ローラ、特にスリップ防止性が改善され優れた通紙性能及び定着性能を有する加圧ローラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタにおいては、記録紙上に転写されたトナー像を定着するためヒートロール定着装置が広く用いられている。このヒートロール定着装置では、内部にヒータを有するヒートローラと弾性ゴム層を有する加圧ローラとが圧着機構を介して圧接され、ヒートローラと加圧ローラとの間に形成されるニップを通過する間にヒートローラから供給される熱によりトナーが溶融され、記録紙に定着されている。ヒートローラは、アルミパイプを有し、アルミパイプの外周にはフッ素樹脂がコーティングされている。また、加圧ローラは、金属のシャフトの外周に周密なシリコンゴムの弾性層が形成され、その外周はフッ素樹脂チューブで被覆されている。また、ヒートローラには駆動装置が連結され、モータから伝達される回転駆動力によりヒートローラが回転駆動し、加圧ローラはヒートローラの回転トルクにより従動回転している。加圧ローラは、製造コストの面より、ボールベァリングではなく、潤滑油が含浸されている含油樹脂の軸受により回転自在に支持されている。この含油樹脂の軸受は、製造コストが安価である利点があるものの、回転トルクに対する抵抗が比較的大きな欠点がある。
【０００３】
ヒートロール定着装置においては、ヒートローラからトナーへ供給される熱量は、ヒートローラと加圧ローラとが接触するニップの幅に比例するため、定着性能をアップするためには、ニップ幅をできるだけ広くすることが望まれている。また、回転するヒートローラと加圧ローラとの間にスリップが生ずると紙詰まりの原因になるため、ヒートローラと加圧ローラの回転駆動性能は、通紙性を確保する上で極めて重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートロール定着装置を具えるプリンタや複写機においては、メインスイッチをオンした後ヒートローラが所定の温度に到達するまでは使用できず、ヒートローラが所定の温度に到達した後使用できるように設計されている。このため、現在のプリンタ装置では、ヒートローラの立ち上がり時間をできるだけ短縮することが強く要請されている。ヒートローラの立ち上がり時間を短くするためには、ヒートローラの熱容量を小さくすることが必要であり、ヒートローラのアルミパイプを薄肉化することになる。しかしながら、ヒートローラのアルミパイプを薄肉にすると、熱容量が小さくなるものの、機械的な強度が低下し、圧着力を作用させた際ローラが軸線方向に沿って湾曲するベンディングの問題が発生してしまう。ローラにベンディングが生ずると、ニップ幅がローラ軸線方向に沿って一定ではなくなり、記録紙の中央部分においてニップ幅が小さくなり定着不足が生じてしまう。
【０００５】
上述したベンディングの問題を解消するには、ヒートローラと加圧ローラとの間の圧着力を小さくする必要がある。しかしながら、圧着力を小さくすると、ヒートローラと加圧ローラとの間に生ずる摩擦力が低下し、ヒートローラの回転トルクが加圧ローラ側へ有効に伝達されず、しわ寄り及び紙詰まりが発生し通紙性能が著しく低下してしまう。特に、通紙時において、記録紙は搬送されるが、加圧ローラが回転を停止してスリップ状態となり、記録紙の送り速度が不安定になり印字ムラや紙しわが発生してしまう。
【０００６】
また、ヒートローラと加圧ローラ間の圧着力を小さくすると、ニップ幅も一層狭くなり、定着性能も低下してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、動作時にスリップが発生しにくく優れた通紙性能を有する加圧ローラを実現することにある。
本発明の別の目的は、圧着力を小さくしても優れた通紙性能及び定着性能を発揮できる加圧ローラを提供することにある。
さらに、本発明の目的は、製造コストの安価な含油樹脂の軸受を用いても、スリップが発生しにくく安定した通紙性能を有する加圧ローラを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による加圧ローラは、金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の気泡又は空孔を含む弾性ゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さを、前記フッ素樹脂層チューブのローラ軸線方向の長さよりも長くなるように設定し、当該加圧ローラの軸線方向の両端において前記弾性ゴム層の外周面の一部が露出するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、圧着力を弱くしても十分な定着性能を確保するため、低硬度の弾性ゴム層を用いる。すなわち、従来の加圧ローラでは、弾性ゴム層として周密な（気泡ないし空孔を含まない）シリコンゴム材料が用いられていた。しかし、周密なシリコンゴムは、比較的硬度が高いため、必要なニップ幅を確保するためには、比較的大きな圧着力を必要としていた。一方、低硬度のシリコンゴム層を用いれば、弱い圧着力でも大きなニップ幅を確保することができる。このような認識に基づき、本発明者が弾性ゴム材料について種々の実験を行った結果、多数の空孔ないし気泡を含むシリコンゴムは、単位体積当たりのゴム材料の量が小さいため、圧着力が作用した際に生ずる弾性反発力が小さいことが判明した。すなわち、ヒートローラが圧着された際に生ずる弾性反発力は、弾性ゴム層の単位体積当たりのゴム材料の密度にほぼ比例する。従って、内部に多数の気泡ないし空孔を含むシリコンゴムの場合、単位体積当たりのゴム材料の密度が低いため弾性反発力が小さく、圧着力が弱い場合であっても弾性変形量が大きく、従って大きなニップ幅を確保することができ、実質的な定着時間を長くすることができる。
【００１０】
ヒートローラと加圧ローラとの間に生ずるスリップは、これらローラ間に生ずる摩擦力が小さいこと及び加圧ローラを回転自在に支持する軸受の駆動抵抗が大きいことに起因する。すなわち、従来の定着装置では、加圧ローラを支持する軸受としてコストの安価な含油樹脂の軸受を用いるのが主流である。しかし、含油樹脂の軸受は摩擦抵抗が比較的大きいため、圧着力が弱い場合加圧ローラに伝達される回転トルクが不十分となり、通紙時に加圧ローラが回転を停止してスリップ状態となってしまう。また、通紙時において、駆動側のヒートローラから加圧ローラに伝達される主要な回転駆動力は、搬送される記録紙の両端のヒートローラと加圧ローラとが直接圧接する僅かな幅の接触部分を通して伝達される駆動力である。一方、現行のヒートロール定着装置では、ヒートローラの外周にはフッ素樹脂層がコーティングされ、加圧ローラの外周面はフッ素樹脂チューブで被覆されている。この場合、フッ素樹脂は不活性な材料であり摺動性（すべり易さ）が高いため、フッ素樹脂がコーティングされているヒートローラとフッ素樹脂チューブで被覆されている加圧ローラとの間に作用する摩擦力が小さく、駆動側のヒートローラから従動側の加圧ローラへ伝達される回転駆動力は小さいものである。よって、加圧ローラを支持する軸受として抵抗の大きな含油樹脂の軸受を用い、ヒートローラと加圧ローラとの間に作用する圧着力を小さくすると、必要な回転トルクが従動側の加圧ローラに伝達されず、加圧ローラがスリップ状態になってしまう。このスリップ状態になると、搬送される記録紙の搬送速度にムラが生じ、印字ムラや紙しわの原因となってしまう。
【００１１】
これに対して、オイルが含浸されていないシリコンゴム又は微量のオイルしか含浸されていないシリコンゴムの表面の摩擦係数はフッ素樹脂の表面の摩擦係数に比べて相当大きいため、フッ素樹脂層とシリコンゴム層との間には大きな摩擦力が作用する。そこで、本発明では、弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さを、フッ素樹脂層チューブのローラ軸線方向の長さよりも長くなるように設定し、当該加圧ローラの軸線方向の両端において前記弾性ゴム層の外周面が直接露出するように構成する。このように、シリコンゴム層を直接露出させることにより、圧着力が小さい場合でもヒートローラと加圧ローラとの間に大きな摩擦力を作用させることができ、ヒートローラの回転トルクを加圧ローラに有効に伝達することができる。すなわち、通紙時においては、ヒートローラと加圧ローラとは記録紙の両端のわずかな幅の領域しか直接接触しないが、当該接触する領域の加圧ローラの部分には摩擦係数の大きなシリコンゴムが存在するため、駆動側のヒートローラから従動側の加圧ローラへ大きな回転トルクを伝達することができる。
本発明者の実験結果によれば、Ａ−４サイズの記録紙を実際に通紙させたところ、ローラの両端それぞれ１０ｍｍの幅でシリコンゴムとヒートローラとが直接接触するだけで伝達トルクが約１．５倍に増大することが確認された。
【００１２】
このように、本発明は、内部に気泡又は空孔を含む弾性ゴム材料を用いること及びローラの両端部分を露出させて摩擦係数の大きな部分を形成することの両方の構成要件があいまって優れた定着性能及び通紙性能が達成される。特に、製造コストの安価な含油樹脂の軸受で支持しても、スリップの発生しにくい加圧ローラを実現することができる。
【００１３】
本発明による別の加圧ローラは、金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周面に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の空孔が形成されている連泡性のシリコンゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記フッ素樹脂チューブのローラ軸線方向の長さを、前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の長さよりも短くなるように設定し、当該加圧ローラの軸線方向の両端において前記シリコンゴム層の外周面の一部が露出するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
シリコンゴムは優れた耐熱性を有し、加圧ローラの弾性ゴム材料として極めて好適である。しかし、シリコンゴムは、単泡性のゴム材料は実用化されているが、連泡性のシリコンゴムを製造することは極めて困難であり量産化されていないのが実情である。また、加圧ローラの弾性ゴム層として単泡性のシリコンゴムを用いた場合、使用温度の上昇に伴って気泡の体積が増大しローラ径が変化する欠点がある。これに対して、連泡性のシリコンゴムの場合、温度が上昇しても内部の空孔内の空気は外部と連通するため、ローラ径が変化しない利点があり、加圧ローラの弾性ゴム材料として極めて有用である。
【００１５】
本発明者が単泡性のシリコンゴムについて種々の解析を行った結果、単泡性シリコンゴムをチャンバ内に配置し、チャンバ内の圧力を交互に加圧及び減圧して圧縮工程と急速膨張工程とを交互に行うと、膨張工程において大きな膨張力が発生し、気泡間の隔壁に孔ないし亀裂が生じ連泡性シリコンゴムに変換されることが判明した。そこで、本発明では、金属のシャフトに単泡性のシリコンゴム層を形成し、その後圧縮処理と膨張処理とを交互に行って連泡性シリコンゴムに変換し、得られた連泡性のシリコンゴム層の外周にフッ素樹脂チューブを圧入する。このようにして製造された加圧ローラは、使用により温度が上昇してもローラ径が変化せず且つ比較的弱い圧着力でも大きなニップ幅を形成することができるので、優れた通紙性及び定着性を発揮することができる。しかも、アスカＣ硬度で３０°程度の低硬度の弾性ゴムローラを実現できる利点が達成される。
尚、連泡性シリコンゴムローラの製造方法に関しては、本願人から出願されている特願2004-28491号の明細書を参考文献として提示する。
【００１６】
さらに、本発明による加圧ローラは、金属のシャフトと、その外周に形成した弾性ゴム層と、弾性ゴム層の外周に装着したフッ素樹脂チューブとを有する加圧ローラにおいて、
前記弾性ゴム層を、多数の気泡又は空孔を含む弾性ゴム層で構成し、
前記フッ素樹脂チューブの内径を前記弾性ゴム層の外径よりも小さい径とし、
前記弾性ゴム層のローラ軸線方向の両端に、前記弾性ゴム層を構成するゴム材料の摩擦係数よりも大きい摩擦係数を有すると共に、前記フッ素樹脂チューブの外径に等しいか又はそれよりも小さい外径及び前記弾性ゴム層の硬度よりも高い硬度を有するシリコンゴムリングを装着したことを特徴とする。
【００１７】
加圧ローラの両端に、弾性ゴム層の硬度よりも高い硬度のシリコンゴムリングを装着した場合、ヒートローラに圧着した際に形成されるニップ幅は、圧着力とシリコンゴムリングの硬度により規定される。従って、シリコンゴムリングを用いることにより、ヒートローラとの間に発生する摩擦力を一層大きくできると共にニップ幅を調整できる利点が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明による加圧ローラを用いたヒートローラ定着装置の一例を示す線図的断面図である。ヒートロール定着装置は、ヒートローラ１と加圧ローラ２とを有する。ヒートローラ１の内部空間にヒータ３を配置し、ヒートローラ１を所定の温度に加熱する。ヒートローラ１と加圧ローラ２とは圧着力機構（図示せず）を介して相互に圧接してニップを形成し、このニップを通過する期間中に記録紙４に転写されたトナーを溶融して定着する。ヒートローラ１は、アルミニウムの中空パイプ５を有し、アルミニウムのパイプ５の外周面全体にわたってフッ素樹脂をコーティングする。
【００１９】
図２Ａ及びＢは、本発明による加圧ローラの一例を示す線図である。加圧ローラは金属のシャフト１０を有し、シャフト１０の外周面に弾性ゴム層１１を設ける。本例では、弾性ゴム層１１として多数の空孔を含む連泡性のシリコンゴム層を用いる。この連泡性のシリコンゴム層は、シャフト１１の外周に単泡性のシリコンゴムチューブを接着剤を介して装着し、チャンバ内に配置して圧縮処理及び急速膨張処理を交互に行うことにより単泡性のシリコンゴムを連泡性シリコンゴムに変換することにより得ることができる。このシリコンゴムはオイルが含浸されていないシリコンゴム又は微量のオイルが含浸されているシリコンゴムとする。連泡性のシリコンゴム層１１上にフッ素樹脂チューブ１２を装着する。シリコンゴム層１１のローラ軸線方向の長さは、フッ素軸線チューブ１２の軸線方向の長さよりも長くなるように設定する。また、フッ素樹脂チューブ１２の内径はシリコンゴム層１１の外径よりも小さくする。例えば、シリコンゴム層１１の外径を20.5mmとし、フッ素樹脂チューブ１２の内径は19.5mmに設定する。この結果、シリコンゴム層１１の両端には、例えば軸線方向の幅が７ｍｍでローラ半径方向の高さが約０．５ｍｍの露出した突起部１１ａ及び１１ｂが形成される。尚、フッ素樹脂チューブの内径がシリコンゴム層の外径よりも小さいため、フッ素樹脂チューブに対して外向きの押圧力が作用し、この押圧力によりフッ素樹脂チューブが固定されるので、シリコンゴム層とフッ素樹脂チューブとの間に接着剤を介在させなくとも使用することができる。
【００２０】
Ａ−４サイズの記録紙を横送りするプリンタ及び複写機では、記録紙のサイズは210ｍｍであるが、通常加圧ローラの実行ローラ長は220mmに設定されている。従って、露出した突起部１１ａ及び１１ｂのローラ軸線方向の幅として送出mmの幅を確保することができる。また、実際の印字幅(複写幅)は、両端数mm程度の余裕が形成され、この余裕幅には画像が形成されないため、現行のプリンタ又は複写機において幅１０mm程度の露出した突起部を形成することは十分に可能である。
【００２１】
動作時においては、ヒートローラ１は加圧ローラ２に対してほぼ全長にわたって圧接するため、露出した突起部１１ａ及び１１ｂは共にヒートローラの外周面と接触する。本発明のシリコンゴム層はシリコンオイルがほとんど含まず又は微量のオイルを含むだけであるから、シリコンゴム層１１の摩擦係数はフッ素樹脂チューブの摩擦係数よりも大きい。従って、露出した突起部１１ａ及び１１ｂの存在により、ヒートローラ１と加圧ローラ２と間に作用する摩擦力は、全体として一層大きくなり、ヒートローラの回転トルクは有効に加圧ローラに伝達され、スリップの発生特に再起動する際のスリップの発生を有効に防止することができる。しかも、連泡性のシリコンゴムは、圧着力が弱い場合であっても大きなニップ幅を形成できるので、定着性も改善される。
【００２２】
図２Ｂは本発明による加圧ローラの変形例を示す。尚、図２Ａで用いた部材と同一の部材には同一符号を示す。本例では、弾性ゴム層１１の軸線方向の長さとフッ素軸線チューブ１２の軸線方向の長さを同一に設定し、ローラの両端に摩擦係数の大きいシリコンゴムリング１３ａ及び１３ｂを接着剤を介して弾性ゴム層１１の側面に結合する。弾性ゴム層として、単泡性のシリコンゴム及び連泡性のシリコンゴムの両方を用いることができる。シリコンゴムリング１３ａ及び１３ｂの直径はフッ素樹脂チューブ１２の外径にほぼ等しいか又はそれよりも若干小さい直径とし、例えば弾性ゴム層の直径計をφ２０とした場合シリコンゴムリングの計直径はφ１７に設定することができる。また、ゴム硬度に関して、弾性ゴム層のゴム硬度をアスカＣ硬度で３０°とし、シリコンゴムリングの硬度はアスカＣ硬度６０〜７０°に設定する。本例の加圧ローラを用いる場合、ヒートローラ１はフッ素樹脂チューブで被覆された部分と共にシリコンゴムリング１３ａ及び１３ｂにも圧接するため、ヒートローラと加圧ローラとの間に大きな摩擦力が作用し、この結果ヒートローラの回転トルクを加圧ローラに有効に伝達することができる。しかも、ヒートローラに圧接された場合、形成されるニップ幅は、圧着力とシリコンゴムリングの硬度によりほぼ規定されるため、シリコンゴムリングを用いることにより、摩擦力の改善と共にニップ幅を調整することができる。
【００２３】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、ヒートローラと加圧ローラとの間に作用する摩擦力を一層大きくするため、露出した突起部１１ａ及び１１ｂに弾性ゴム層の摩擦係数よりも大きい摩擦係数を有するシリコン材料、例えば液状シリコンを必要な幅にわたって塗布し、加圧ローラ両端の摩擦力を一層大きくすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による加圧ローラを用いたヒートロール定着装置の一例を示す線図的断面図である。
【図２】本発明による加圧ローラの一例を線図的断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ヒートローラ
２  加圧ローラ
３  ヒータ
４  記録紙
１０  シャフト
１１  弾性ゴム層
１２  フッ素樹脂チューブ
１３ａ，１３ｂ  シリコンゴムリング
【図１】
2006208659.tif 000003
【図２】
2006208659.tif 000004