(57)【要約】【課題】長期間の使用による定着ローラの硬度低下や外径低下に伴う定着ニップ幅の減少を抑制することのできる定着装置を提供する。【解決手段】フランジ１１の外径Ｄ２をニップ幅Ｎの減少に伴う許容外径（初期より０．５〜１．０ｍｍ程度減少した外径）に対応する外径にすることにより、シリコーンスポンジゴム層２ｂの外径Ｄ１が長期間の使用に伴って減少してもフランジ１１の外径Ｄ２は、シリコーンスポンジゴム層２ｂの外径Ｄ１以上となるので、定着ベルト４に掛かるテンションをフランジ１１のシリコーンソリッドゴム層１１ａが適切に受けてくれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金の上にシリコーンスポンジゴム層を形成した定着ローラと、該定着ローラを押圧して回転する加圧ローラと、内部に発熱源を有する加熱ローラと、該加熱ローラと前記定着ローラに張架される無端状の定着ベルトと、を備えた定着装置において、
前記定着ローラの両側端に、外周に弾性体層を有し前記定着ローラの直径以下の直径を有するフランジを前記定着ベルトの幅内に位置するように取り付けたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１記載の定着装置において、前記フランジの外周の弾性体層は、前記定着ローラのシリコーンスポンジゴム層の初期のアスカー硬度以下のアスカー硬度を有するシリコーンソリッドゴム層で構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の定着装置において、前記フランジは、前記定着ローラに対して回転自在に取り付けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項記載の定着装置において、前記フランジの弾性体層の表面に、潤滑性被膜を形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、前記定着ベルトの内面側の両側端部に、前記フランジと当接して定着ベルトの幅方向の移動を規制する規制部を形成したことを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５記載の定着装置において、前記規制部と当接する前記フランジの当接部に、カット面が形成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項記載の定着装置において、前記フランジを定着ローラに装着した際の前記フランジの内側端面が最大画像領域外にあることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項記載の定着装置において、前記加圧ローラは、前記定着ローラに対する当接圧を変更する変更手段を備えていることを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式等の画像形成装置に使用され、加熱ローラと定着ローラ間に定着ベルトを掛けた定着ベルト方式の定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、感光体上に形成された画像潜像をトナーで現像し、現像されたトナー像を記録媒体に転写し、トナー像が転写された記録媒体を定着装置で定着処理して画像を記録媒体上に固定し、画像記録が完了するようになっている。
この定着装置としては、トナー像を記録媒体上で固定するため、加熱、加圧処理が行われ、この加熱、加圧処理方法の一つとして、加熱ローラと定着ローラ間に無端状の定着ベルトを掛けた定着ベルト方式が知られている。この定着ベルト方式の定着装置は、加熱ローラによって定着ベルトを温めるため、定着ローラの熱伝導性が悪くても定着ベルトの温度変化に追従するメリットがある。その結果、定着ローラとして加圧ローラと記録媒体を挟持する定着ニップ幅を確保するため、シリコーンソリッドゴム等弾性体の厚みを厚くすることで可能となる。
一方、定着ローラの弾性体として、定着ベルトから定着ローラへの放熱を抑制してトナー像への加熱立上り時間の短縮を図るために、断熱性が良好なシリコーンスポンジゴムを使用することが行われている。（例えば、特許文献１参照）
しかしながら、高圧力でスポンジゴムを使用した定着ローラでは、加圧ローラとの圧接によってスポンジゴムが変形し、スポンジ内部の気泡が破れる破泡現象が発生して硬度が低下し、最終的には芯金とスポンジゴム層とが剥離する等の不都合が発生しやすい。このような欠点を改善するために、芯金上に下層のシリコーンソリッドゴム層とその上層となる表層にシリコーンスポンジゴム層の２層のシリコーンソリッドゴム層を形成した定着ローラを使用することによって長期間使用しても硬度の低下、外径の縮小、搬送速度の低下のない定着装置とすることが提案されている。
【特許文献１】特許第３５０６８８０号
【特許文献２】特開２００３−２６３０５４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１記載のものでは、実際は、芯金と下層のシリコーンソリッドゴム層との破損を防止できても回転による表層のスポンジゴム層の加圧ローラとの繰り返しの定着ニップ形状変形により、定着ローラの硬度低下や外径低下を引き起こしてしまう。さらに、このような定着ローラの硬度低下や外径低下を起こすと定着ローラは、定着ニップ幅が狭くなり、定着性の悪化を招くという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、長期間の使用による定着ローラの硬度低下や外径低下に伴う定着ニップ幅の減少を抑制することのできる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】
【０００４】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、芯金の上にシリコーンスポンジゴム層を形成した定着ローラと、該定着ローラを押圧して回転する加圧ローラと、内部に発熱源を有する加熱ローラと、該加熱ローラと前記定着ローラに張架される無端状の定着ベルトと、を備えた定着装置において、前記定着ローラの両側端に、外周に弾性体層を有し前記定着ローラの直径以下の直径を有するフランジを前記定着ベルトの幅内に位置するように取り付けたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の定着装置において、前記フランジの外周の弾性体層は、前記定着ローラのシリコーンスポンジゴム層の初期のアスカー硬度以下のアスカー硬度を有するシリコーンソリッドゴム層で構成されていることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２記載の定着装置において、前記フランジは、前記定着ローラに対して回転自在に取り付けられていることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の定着装置において、前記フランジの弾性体層の表面に、潤滑性被膜を形成したことを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか１項記載の定着装置において、前記定着ベルトの内面側の両側端部に、前記フランジと当接して定着ベルトの幅方向の移動を規制する規制部を形成したことを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項５記載の定着装置において、前記規制部と当接する前記フランジの当接部に、カット面が形成されていることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の定着装置において、前記フランジを定着ローラに装着した際の前記フランジの内側端面が最大画像領域外にあることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１項記載の定着装置において、前記加圧ローラは、前記定着ローラに対する当接圧を変更する変更手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、定着ローラの両側端に、外周にシリコーンソリッドゴム層を有し、前記定着ローラの直径以下の直径を有するフランジを前記定着ベルトの幅内に位置するように取り付けた定着装置とすることによって、長期間の使用による定着ローラの硬度低下や外径低下に伴う定着ニップ幅の減少を抑制することのできる定着装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる定着装置の概略構成を示す図である。また図２は第１の実施形態による定着ローラ２の概略構成を示す図である。
本実施形態に係る定着装置は、装置基板１（図２参照）に回転自在取り付けられた定着ローラ２と、加熱ローラ３と、定着ローラ２と加熱ローラ３との間に張架された無端状の定着ベルト４と、定着ローラ２を押圧する加圧ローラ５とを備えている。
定着ローラ２は、金属または樹脂等からなる芯金２ａの上にシリコーンスポンジゴム層２ｂが形成されており、装置基板１に取り付けられた軸受部１４で支持されて回転自在に取り付けられている（図２参照）。加熱ローラ３はその内部にヒータ６、７を持つ金属パイプである。定着ベルト４は、金属フィルム（例えば、Ｎｉ、ステンレス（ＳＵＳ）等）や樹脂フィルム（例えばＰＩ、ＰＡＩ等）基材上にシリコーンソリッドゴム層が形成されており、表層にフッ素樹脂層を設けて構成され、この２本のローラ間２及び３に定着ベルト４の基材が各ローラ２及び３と当接するように張架されている。
また、定着ベルト４を挟んで定着ローラ２と圧接する加圧ローラ５は、芯金５ａの上にゴム弾性層５ｂ、表層にフッ素樹脂層が被覆されており、加圧ギア（図示せず）によって駆動されて回転しており、定着ベルト４は加圧ローラ５の駆動を受けて回転しており、定着ローラ２は加圧ローラ５の回転に遅れる場合のみギア８（図２参照）によって駆動される。加熱ローラ３内にあるヒータ６、７は、加熱ローラ３上にある定着ベルト４の温度をセンサー９で検知して点灯制御している。ヒータ６、７は、中央部と端部と発光長を分けた複数の場合は、センサー９も複数設けて温度を検知している。
画像形成されたトナーを付着させた用紙等の記録媒体Ｓは、定着ローラ２と加圧ローラ５のゴム部２ｂと５ｂで変形しながら圧接する部分（定着ニップ部１０）で加熱ローラ３により暖められた定着ベルト４により熱と圧力を得て、トナーを記録媒体Ｓに定着させる。定着された記録媒体Ｓは、定着ローラ２と加圧ローラ５の圧接部である定着ニップ部１０を通過後、溶融したトナーの粘着力に定着ローラ５０の曲率等の分離する力に打ち勝ち定着ベルト４から分離して搬送される。
【０００７】
図２に示すように、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂは、定着可能状態においては加圧ローラ５によって高い負荷を受けている。定着可能状態にて定着ローラ２が回転する場合は、回転による繰り返しの定着ニップ部１０の表層近くの形状変形により、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム２ｂは破泡して硬度低下や外径低下を招く。定着ローラ２が硬度低下や外径低下を起こすと定着ローラ２には定着ベルト４が張架されているため、定着ベルト４を引張させるために加熱ローラ３または図示しないテンションローラ等で定着ベルト４を引張するとそのテンションに負けて、結果として定着ニップ部１０のニップ幅Ｎが狭くなる。このニップ幅Ｎの低下は定着性の悪化を引き起こす可能性がある。
そのため、第１の実施形態においては、図２に示すように、定着ローラ２の両端２ｃ、２ｄに定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂの直径Ｄ１以下の直径Ｄ２、例えば、直径Ｄ１とほぼ同一直径から１．０ｍｍ小さい直径を有し、外周にシリコーンソリッドゴム層１１ａが形成されたフランジ１１を定着ローラ２と別体に取り付けている。さらに、図３に示すように、定着ローラ２の両端２ｃ、２ｄに別体のフランジ１１を取り付けた装着状態においてアスカーＣ硬度計１２で硬度を測定したとき、フランジ１１は、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂと、でほぼ同一硬度から１０度低いアスカーＣ硬度（１ｋｇ）になるように設定されたシリコーンソリッドゴムとしている。
【０００８】
本願発明者の実験によれば、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂは、シリコーンスポンジゴム層２ｂ内で破泡してもアスカーＣ硬度変化は１０〜２０度程度の低下で安定領域を迎える。このことは、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂは、その内部の気泡が破泡してもシリコーンスポンジゴム層２ｂの外径（直径Ｄ１）の変化量は０．５〜１．０ｍｍ程度である。そのため、フランジ１１の外径Ｄ２をニップ幅Ｎの減少に伴う許容外径（初期より０．５〜１．０ｍｍ程度減少した外径）に対応する外径にすることにより、シリコーンスポンジゴム層２ｂの外径Ｄ１が長期間の使用に伴って減少してもフランジ１１の外径Ｄ２は、シリコーンスポンジゴム層２ｂの外径Ｄ１以上となるので、定着ベルト４に掛かるテンションをフランジ１１のシリコーンソリッドゴム層１１ａが適切に受けてくれる。
また、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂは、破泡により硬度低下しているので、加圧ローラ５によって押圧されても、フランジ１１がシリコーンスポンジゴム層２ｂの両端２ｃ、２ｄで支持して、シリコーンスポンジゴム層２ｂがさらに軸方向に変形することを抑制することができる。即ち、シリコーンスポンジゴム層２ｂの外径Ｄ１は、フランジ１１の外径Ｄ２と同じ外径となる。そのため、必要とするニップ幅Ｎを確保することができ、シリコーンスポンジゴムローラである定着ローラ２の硬度低下及び外径低下による経時定着ニップ幅Ｎの減少に伴う定着性の低下を抑制することができる。なお、フランジ１１は、全体をシリコーンソリッドゴムで形成しても良いが、定着ローラ２の芯金２ａに嵌着する軸受部を他の材質とし、この軸受部上にシリコーンソリッドゴム層１１ａを積層した構造であってもよい。また、フランジ１１はシリコーンソリッドゴムに限らず、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂと同等以下の硬質を有する他の弾性体も使用可能であるが、シリコーンソリッドゴムは、耐熱性に優れているので好適である。
【０００９】
第１の実施形態においては、定着ローラ２の両端２ｃ、２ｄに取り付けられたフランジ１１の内側端面１１ｂ及び１１ｃの位置は、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム２ｂの最大通紙領域Ｍ外に設けられている。定着ベルト４の内側に主に接触する定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂとフランジ１１は外径及び硬度が違うために、フランジ１１が接触している表面の定着ベルト４に部分的に力を発生させ、部分的な力の影響を与えて、記録媒体Ｓの通過時にしわやミミズ状の突起の発生が起こる可能性がある。しかし、フランジ１１の内側端面１１ｂ、１１ｃは、定着ローラ２のシリコーンスポンジゴム層２ｂの最大通紙領域Ｍ外に設けられているので、フランジ１１による定着ベルト４に対する部分的な力の影響を抑制するので、記録媒体Ｓ上にしわやミミズ状の突起等の発生を防止できる。これにより、定着ベルト４の回転上での信頼性を向上させることができる。
【００１０】
また、フランジ１１は、スラスト方向（定着ベルトの幅方向）に動く定着ベルト４の移動を当接することによってこの移動を規制しているが、定着ベルト４は回転しながら当接するため、十分にこの規制を行うことができない場合がある。そのため、第１の実施形態においては、定着ベルト４の両端内側に、フランジ１１の外側端面１１ｄ、１１ｅと当接して定着ベルト４が幅方向（矢印Ａ方向）への移動を規制する規制部１５が形成されている。従って、定着ベルト４が幅方向への移動力が作用してもフランジ１１の外側端面１１ｄ、１１ｅと規制部１５が当接して定着ベルト４の幅方向への移動を抑制している。この場合、定着ベルト４の両端に形成される規制部１５を定着ベルト４の内面に接着剤によって接着して取り付けた際に、規制部１５から内側にはみ出して固着した接着剤によって規制部１５がフランジ１１の外周に乗り上げてしまう場合がある。これを防ぐため、図４に示すように、フランジ１１の外側端面１１ｄ、１１ｅの外周部にテーパカット面１６が形成されている。従って、前記接着剤等による定着ベルト４のフランジ１１の外周面１１ｆへの乗り上げを抑制して定着ベルト４の円滑な回転を可能とし、定着ベルトの信頼性を向上させることができる。
以上のように、第１の実施形態による定着装置においては、定着ローラ２の両側端に、外周に弾性体層を有し定着ローラ２の直径以下の直径を有するフランジ１１を、定着ベルト４の幅内に位置するように取り付けたので、定着ローラ２の硬度低下及び外径低下による経時定着ニップ幅Ｎの減少に伴う定着性の低下を良好に抑制することができる
【００１１】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態にかかる定着装置の概略構成を示す図である。この図５に示す第２の実施形態の定着装置は、前述の第１の実施形態のものとは、フランジ１１が芯金２ａ上で摺動自在に取り付けられている点が相違する。なお、第２の実施形態においては、左右、両側のフランジ１１において、それぞれ軸受部１５を形成しているが、図５では、定着ロールの左端部のみを示し、右端部は同様の構成となるので省略している。
前述の第１の実施形態のものでは、定着ベルト４の内側に設けてある規制部１５とフランジ１１の外側端面１１ｄ、１１ｅと当接することによりスラスト方向への定着ベルト４の移動を規制しているが、定着ベルト４を回転させているのは駆動回転している加圧ローラ５であり、そのため、定着ベルト４は、定着ローラ２とは微妙な線速ずれを起こし、これが、規制部１５のフランジ１１上に乗り上げ現象を起こしやすくなる。
これに対して、第２の実施形態においては、この乗り上げ現象の発生を抑制するため、フランジ１１が中央に樹脂等による摺動材料以外にもボールベアリング等からなる軸受部１７が取り付けられ、この軸受部１７内に定着ローラ２の芯金２ａが挿通され、フランジ１１が芯金２ａ上で摺動自在に取り付けられている。このように、フランジ１１が軸受部１７によって芯金２ａ上に摺動自在に取り付けられているので、フランジ１１を定着ベルト４の規制部１５の周速と同じに回転させることができ、上記のような乗り上げを防止できる。これにより、定着ベルト４の回転上での信頼性を向上させることができる。
【００１２】
［第３の実施形態］
第３の実施形態においては、図６に示すように、定着ローラ２の両端に設けられたフランジ１１の表面にはフッ素系ゴム又はフッ素系樹脂等からなる潤滑性被膜１８が形成されている。定着ベルト４の内側に主に接触するシリコーンスポンジゴム層２ｂとフランジ１１は外径及び硬度が違うために、フランジ１１が接触している表面の定着ベルト４に部分的に力を発生させ、これが定着ベルト４の幅方向への移動等に影響を与える可能性がある。しかし、図６に示すように、フランジ１１の表面には滑り性のよいフッ素系材料で被覆されているので、定着ベルト４との当接部で滑り現象を生じさせて、定着ベルト４に与える力を小さくすることができ、定着ベルト４の幅方向への移動を防止している。これにより、定着ベルト４の回転上での信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態においては、左右、両側のフランジ１１においてそれぞれ潤滑性被膜１８を形成しているが、図６では、定着ロールの左端部のみを示し、右端部は同様の構成となるので省略している。
【００１３】
［第４の実施形態］
第４の実施形態においては、加圧ローラ５を定着ローラ２に対して、常時同一押圧力で押圧するのではなく、状況に応じてこの押圧力を変化させることができるようにしたものである。図７は第４の実施形態による定着装置の概略構成を示す図である。
第４の実施形態においては、一端が支軸１９によって回転自在に取り付けられたレバー２０の中央部２０ａで加圧ローラ５の芯金５ａと当接し、他端２０ｂに回転して軸間距離を変化させるカム面２１ａを有するカム２１のカム面２１ａと当接している。従って、カム２１が回転して軸間距離が長いカム面２１ａとレバー２０の他端２０ｂを押し上げ、それに伴って加圧ローラ５も点線で示すように、上方に押し上げられ、定着ローラ２に対する押圧力を増加させるようになっている。それ故、加圧ローラ５の静止状態においては、カム２１を回転させて軸間距離が最短となるカム面２１ａがレバー２０の他端２０ｂと当接するようにすれば、加圧ローラ５の定着ローラ２に対する押圧力を低減乃至押圧を解除し、定着処理時に最長の軸間距離を有するカム面２１ａとレバー２０の他端２０ｂを当接させて高負荷が掛かるようにしている。また、加圧ローラ５の軸方向や各ローラ２、３、５間の温度均一化をするために、加圧ローラ５による押圧力を減少させた状態で回転できる構成としている。このような構成において、加圧ローラ５の押圧力が最も弱まった状態でもフランジ１１は加圧ローラ５が定着ローラ２に食込んでいるようにしている。それは、定着ベルト４の内側に主に接触するシリコーンスポンジゴム層２ｂとフランジ１１が定着ニップ部Ｎの形状が大きく違うとそこで定着ベルト４に大きな線速差が発生し、フランジ１１が接触している表面の定着ベルト４に部分的に力を発生させ、これが定着ベルト４の幅方向への移動等に影響を与えるのを防止するために、フランジ１１も加圧ローラ５を食込ませてシリコーンスポンジゴム層２ｂと同じ形にしている。これにより、定着ベルト４の回転上での信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による第１の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による第１の実施形態の定着装置で使用される定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明による第１の実施形態の定着装置で使用される定着ローラのフランジ及びシリコーンスポンジゴム層の硬度を測定する状況を説明するための断面図である。
【図４】本発明による第１の実施形態の変形例の定着装置で使用される定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図５】本発明による第２の実施形態の定着装置で使用される定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図６】本発明による第３の実施形態の定着装置で使用される定着ローラの概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明による第４の実施形態の定着装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
２…定着ローラ、２ａ…芯金、２ｂ…シリコーンスポンジゴム層、２ｃ、２ｄ…端部、３…加熱ローラ、４…定着ベルト、５…加圧ローラ、５ａ…芯金、５ｂ…ゴム弾性層、６、７、１３…ヒータ、１０…定着ニップ部、１１…フランジ、１１ａ…シリコーンソリッドゴム層、１１ｂ、１１ｃ…内側端面、１１ｄ、１１ｅ…外側端面、１５…規制部、１６…テーパカット面、１７…軸受部、１８…被膜、１９…支軸、２０…レバー、２１…カム
【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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