(57)【要約】【課題】立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを簡易な構成で満足することができる、定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】円筒状の芯金２２を有するとともに、両端が回転自在に支持されて他部材に当接して形成されるニップ部に記録媒体が搬送されるローラ部材を備える。そして、芯金２２は、外径をＤ１（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０なる関係が成立するように形成される。【選択図】図３
2008090275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
円筒状の芯金を有するとともに、両端が回転自在に支持されて他部材に当接して形成されるニップ部に記録媒体が搬送されるローラ部材を備え、
前記芯金は、外径をＤ１（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記芯金は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、
円筒状の芯金を有するとともに、両端が回転自在に支持されて他部材に当接して形成されるニップ部に記録媒体が搬送されるローラ部材を備え、
前記芯金は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする定着装置。
【請求項４】
前記芯金は、
０．１≦ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の定着装置。
【請求項５】
前記芯金は、厚さをｔ（ｍｍ）としたときに、
０．２≦ｔ≦０．４
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の定着装置。
【請求項６】
前記芯金は、外径をＤ１（ｍｍ）としたときに、
２５≦Ｄ１≦４０
なる関係が成立するように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の定着装置。
【請求項７】
前記芯金は、引張り強度が７００ＭＰａ以上であって、降伏点が６００ＭＰａ以上になるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の定着装置。
【請求項８】
前記ローラ部材は、前記芯金上に弾性層を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の定着装置。
【請求項９】
前記弾性層は、厚さが２ｍｍ以下になるように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記弾性層は、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８Ｈｓ以下になるように形成されたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記弾性層は、永久歪が４％以下になるように形成されたことを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１２】
前記ローラ部材は、トナー像を加熱する定着ローラであって、
前記他部材は、前記定着ローラに圧接する加圧ローラであることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１３】
前記他部材は、トナー像を加熱する定着ローラであって、
前記ローラ部材は、前記定着ローラに圧接する加圧ローラであることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の定着装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される定着装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ等の画像形成装置では、定着ローラと加圧ローラとを圧接させてニップ部を形成して、そのニップ部にトナー像を担持した記録媒体を搬送して記録媒体上へのトナー像の定着をおこなう定着装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このような定着装置では、熱容量を小さくして装置の立ち上げ時間（ウォームアップタイム）を短縮化するために、定着ローラや加圧ローラとして、芯金上に薄肉の弾性層が形成された中空構造のローラ部材が多く用いられている。なお、定着ローラは、芯金（芯金層）、弾性層の他に、表層として離型層が形成されているのが一般的である。
【０００３】
一方、特許文献１等には、薄肉中空構造の定着ローラのへこみ強度限界を向上させるために、定着ローラの内部に支持部材を圧入する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２等には、記録媒体にしわが生じるのを防止するために、中空構造の加圧ローラの内部に押圧ローラを設置して、押圧ローラの中央部の半径及び撓み量と定着ローラ（加熱ローラ）の中央部の撓み量とを最適化する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０６１３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１８５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の定着装置は、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを簡易な構成で満足するのが難しかった。
ここで、立ち上げ時間とは、定着ローラの表面温度が定着工程に必要な温度に達するまでの時間である。また、良好な定着性は、ニップ部における搬送方向のニップ幅（ニップ量）と、回転軸方向（搬送方向に直交する方向である。）のニップ幅の均一性と、が充分に確保されたときに達成されるものである。また、高寿命化は、芯金と弾性層との接着剥がれや、芯金や弾性層の大きな変形がないときに達成されるものである。
【０００７】
本願発明者は、研究を重ねた結果、ローラ部材としての定着ローラや加圧ローラの芯金の構成が上述した３つの特性に大きく関与することを知得した。
例えば、ローラ部材において、芯金の外径が大きい場合には良好なニップ幅を確保できるものの立ち上げ時間が長くなってしまい、芯金の外径が小さい場合には立ち上げ時間を短縮化できるものの良好なニップ幅を確保できなくなってしまう。また、芯金の厚さが厚い場合には高寿命化が達成されるものの立ち上げ時間が長くて良好なニップ幅も確保できなくなってしまい、芯金の厚さが薄い場合には立ち上げ時間が短縮化できて良好なニップ幅も確保できるものの高寿命化が達成できなくなってしまう。
【０００８】
一方、上述した特許文献１等の技術は、薄肉中空構造の定着ローラに支持部材を圧入しているため、定着ローラのへこみ強度限界が向上して、定着ローラの耐荷重性の増加にともない装置の高速化が可能になることが期待できる。しかし、支持部材の圧入により定着ローラの構成が複雑化するとともに、上述した問題を直接的に解決する効果は期待できない。
【０００９】
また、上述した特許文献２等の技術は、加圧ローラに内設した押圧ローラの中央部の半径及び撓み量と定着ローラ（加熱ローラ）の中央部の撓み量とを最適化することで、記録媒体にしわが生じるのを防止することを目的としている。特許文献２等の技術も、押圧ローラの設置により装置の構成が複雑化するとともに、上述した問題を直接的に解決する効果は期待できない。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを簡易な構成で満足することができる、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明者は、前記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、ニップ部を形成するローラ部材において、円筒状の芯金を変形させるとともに、そのときの芯金の搬送方向の外径の変形量ΔＤを最適化することで、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを満足することができる。
【００１２】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、円筒状の芯金を有するとともに、両端が回転自在に支持されて他部材に当接して形成されるニップ部に記録媒体が搬送されるローラ部材を備え、前記芯金は、外径をＤ１（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１３】
また、請求項２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１記載の発明において、前記芯金は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１４】
また、この発明の請求項３記載の発明にかかる定着装置は、トナー像を記録媒体に定着する定着装置であって、円筒状の芯金を有するとともに、両端が回転自在に支持されて他部材に当接して形成されるニップ部に記録媒体が搬送されるローラ部材を備え、前記芯金は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１５】
また、請求項４記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記芯金は、
０．１≦ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１６】
また、請求項５記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記芯金は、厚さをｔ（ｍｍ）としたときに、
０．２≦ｔ≦０．４
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１７】
また、請求項６記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、  前記芯金は、外径をＤ１（ｍｍ）としたときに、
２５≦Ｄ１≦４０
なる関係が成立するように形成されたものである。
【００１８】
また、請求項７記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記芯金は、引張り強度が７００ＭＰａ以上であって、降伏点が６００ＭＰａ以上になるように形成されたものである。
【００１９】
また、請求項８記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記ローラ部材は、前記芯金上に弾性層を備えたものである。
【００２０】
また、請求項９記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項８に記載の発明において、前記弾性層は、厚さが２ｍｍ以下になるように形成されたものである。
【００２１】
また、請求項１０記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項８又は請求項９に記載の発明において、前記弾性層は、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８Ｈｓ以下になるように形成されたものである。
【００２２】
また、請求項１１記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の発明において、前記弾性層は、永久歪が４％以下になるように形成されたものである。
【００２３】
また、請求項１２記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記ローラ部材は、トナー像を加熱する定着ローラであって、前記他部材を、前記定着ローラに圧接する加圧ローラとしたものである。
【００２４】
また、請求項１３記載の発明にかかる定着装置は、前記請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の発明において、前記他部材は、トナー像を加熱する定着ローラであって、前記ローラ部材を、前記定着ローラに圧接する加圧ローラとしたものである。
【００２５】
また、この発明の請求項１４記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の定着装置を備えたものである。
【００２６】
なお、本願において、「ローラ部材」とは、両端が回転自在に支持されて両端に荷重が加わえられるものであって、軸方向（幅方向）にわたって等分布荷重が加えられるベルト、スリーブ等とは区別されるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、ニップ部を形成するローラ部材において芯金の搬送方向の外径の変形量ΔＤを最適化しているので、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてが簡易な構成で満足される、定着装置及び画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施の形態．
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２９】
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としての複写機の装置本体、２は原稿Ｄの画像情報を光学的に読み込む原稿読込部、３は原稿読込部２で読み込んだ画像情報に基いた露光光Ｌを感光体ドラム５上に照射する露光部、４は感光体ドラム５上にトナー像（画像）を形成する作像部、７は感光体ドラム５上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する転写部、１０はセットされた原稿Ｄを原稿読込部２に搬送する原稿搬送部、１２〜１４は転写紙等の記録媒体Ｐが収納された給紙部、２０は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着装置、２１は定着装置２０に設置されたローラ部材としての定着ローラ、３１は定着装置２０に設置された他部材としての加圧ローラ、を示す。
【００３０】
図１を参照して、画像形成装置における、通常の画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部１０の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部２上を通過する。このとき、原稿読込部２では、上方を通過する原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。
そして、原稿読込部２で読み取られた光学的な画像情報は、電気信号に変換された後に、露光部３（書込部）に送信される。そして、露光部３からは、その電気信号の画像情報に基づいたレーザ光等の露光光Ｌが、作像部４の感光体ドラム５上に向けて発せられる。
【００３１】
一方、作像部４において、感光体ドラム５は図中の時計方向に回転しており、所定の作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程）を経て、感光体ドラム５上に画像情報に対応した画像（トナー像）が形成される。
その後、感光体ドラム５上に形成された画像は、転写部７で、レジストローラにより搬送された記録媒体Ｐ上に転写される。
【００３２】
一方、転写部７に搬送される記録媒体Ｐは、次のように動作する。
まず、画像形成装置本体１の複数の給紙部１２、１３、１４のうち、１つの給紙部が自動又は手動で選択される（例えば、最上段の給紙部１２が選択されたものとする。）。
そして、給紙部１２に収納された記録媒体Ｐの最上方の１枚が、搬送経路Ｋの位置に向けて搬送される。
【００３３】
その後、記録媒体Ｐは、搬送経路Ｋを通過してレジストローラの位置に達する。そして、レジストローラの位置に達した記録媒体Ｐは、感光体ドラム５上に形成された画像と位置合わせをするためにタイミングを合わせて、転写部７に向けて搬送される。
【００３４】
そして、転写工程後の記録媒体Ｐは、転写部７の位置を通過した後に、搬送経路を経て定着装置２０に達する。定着装置２０に達した記録媒体Ｐは、定着ローラ２１と加圧ローラ３１との間に送入されて、定着ローラ２１から受ける熱と双方のローラ２１、２４から受ける圧力とによって画像が定着される。画像が定着された記録媒体Ｐは、定着ローラ２１と加圧ローラ３１との間（ニップ部である。）から送出された後に、画像形成装置本体１から排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３５】
次に、図２にて、画像形成装置本体１に設置される定着装置２０の構成・動作について詳述する。
図２に示すように、定着装置２０は、定着ローラ２１、加圧ローラ３１、ガイド板３５、分離板３８、等で構成される。
【００３６】
ここで、ローラ部材としての定着ローラ２１は、図２中の矢印方向に回転する薄肉の円筒体であって、その円筒体の内部にはヒータ２５（熱源）が固設されている。定着ローラ２１は、円筒状の芯金２２上に、弾性層２３、離型層２４が順次積層された多層構造体であって、他部材としての加圧ローラ３１に当接してニップ部を形成する。
【００３７】
定着ローラ２１の芯金２２は、ＳＵＳ３０４等の鉄系材料（ヤング率が１．５×１０11〜２．７×１０11Ｐａである。）で形成されている。ここで、本実施の形態において、芯金２２は、変形前の外径をＤ１として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０
なる関係が成立するように形成されている。これにより、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてが満足されることになるが、これについては、後で図４及び図５を用いて詳しく説明する。
【００３８】
さらに、本実施の形態において、芯金２２は、幅方向の長さが２００〜２６０ｍｍに設定されている。さらに、芯金２２は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成されている。撓み量δが大きくなると軸方向のニップ幅が不均一になり、大きすぎると軸方向中央部におけるニップ幅がゼロになってしまう可能性がある。しかし、搬送方向の外径変形量ΔＤがその撓んだ分を補うことで、軸方向のニップ幅が均一化され、幅方向中央部のニップ幅を充分に確保することができる。このような考えから、δ／ΔＤを１．０以下に設定する必要がある。これにより、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてが満足されることになるが、これについても、後で図４及び図５を用いて詳しく説明する。
【００３９】
なお、図３（Ａ）を参照して、芯金２２の搬送方向の外径の変形量ΔＤ（ｍｍ）は、
ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１
で求めることができる。上式において、Ｄ１は無負荷状態の定着ローラ２１における搬送方向の外径であって、Ｄ２は負荷状態（加圧ローラが圧接した状態）の定着ローラにおける搬送方向の外径である。なお、芯金２２の搬送方向の外径変形量ΔＤは、芯金２２の両端部を支持した構成における、幅方向端部の値である。
また、図３（Ｂ）を参照して、芯金２２の回転軸方向の撓み量δ（ｍｍ）は、負荷状態で加圧ローラ３１から離間する方向に芯金２２が撓む最大値である。本実施の形態では、定着ローラ２１及び加圧ローラ３１の両端軸部に荷重がかけられているために、芯金２２の回転軸方向中央部が最大に撓む位置となる。
回転軸方向の撓み量δ、搬送方向の変形量ΔＤは、どちらも、レーザー深度計「ＬＫ−０５０」（キーエンス社製）にて測定することができる。
【００４０】
ここで、本実施の形態において、芯金２２は、
０．１≦ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成することが好ましい。これにより、上述した効果がさらに確実なものになる。
【００４１】
また、芯金２２は、厚さをｔ（ｍｍ）としたときに、
０．２≦ｔ≦０．４
なる関係が成立するように形成することが好ましい。これにより、上述した効果がさらに確実なものになる。
【００４２】
また、芯金２２は、外径をＤ１（ｍｍ）としたときに、
２５≦Ｄ１≦４０
なる関係が成立するように形成することが好ましい。これにより、上述した効果がさらに確実なものになる。
【００４３】
さらに、芯金２２は、引張り強度が７００ＭＰａ以上であって、降伏点が６００ＭＰａ以上になるように形成することが好ましい。これにより、芯金２２の塑性変形が抑止されて、高寿命化が確実になる。
【００４４】
また、定着ローラ２１の弾性層２３としては、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料が用いられる。特に、弾性層２３としてシリコーンゴムを用いる場合には、耐膨潤性を向上させるために、弾性層２３上にフッ素層をコーティングするのが好ましい。
定着ローラ２１の芯金２２上に弾性層２３を設けることで、ニップ部を通過した後の記録媒体Ｐの分離性が向上するとともに、カラー画像を形成するときの出力画像の光沢性が向上する。
ここで、弾性層２３は、厚さが２ｍｍ以下になるように形成することが好ましい。これにより、装置のウォームアップタイムが短縮化される。なお、本実施の形態では、弾性層２３の厚さを２ｍｍに設定している。
【００４５】
また、弾性層２３は、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８Ｈｓ以下になるように形成することが好ましい。これにより、ニップ部において充分なニップ幅を確保することができて、良好な定着性を得ることができる。なお、本実施の形態では、弾性層２３のゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）を８Ｈｓに設定している。
さらに、弾性層２３は、永久歪が４％以下になるように形成することが好ましい。これにより、定着ローラ２１（弾性層２３）の寿命の低下を抑止することができる。ここで、本実施の形態では、弾性層２３の永久歪を４％に設定している。
なお、本実施の形態のように、定着ローラ２１に弾性層２３を形成することにより、定着ローラ２１において軸方向の撓みによる集中荷重が減って、圧力分布が平滑化する。したがって、定着ローラ２１における最大撓み量や最大変形量が小さくなるため、後述する図４におけるグラフ（δ−ΔＤ曲線）が全体的に左下方向にシフトするが、本実施の形態に記載した撓み量δと変形量ΔＤとの関係は、基本的に弾性層２３の有無に関わらず成立するものである。
【００４６】
また、定着ローラ２１の離型層２４としては、ＰＦＡ（４フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂）、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）、等を用いることができる。定着ローラ２１の表層に離型層２４を設けることにより、トナーＴ（トナー像）に対する離型性（剥離性）が担保されることになる。本実施の形態では、離型層２４として、層厚が０．０３ｍｍのＰＦＡチューブが用いられている。
【００４７】
定着ローラ２１のヒータ２５は、内部に電熱線を有する棒状のヒータであって、その両端部が定着装置２０の側板に固定されている。そして、装置本体１の電源部により出力制御されたヒータ２５によって定着ローラ２１が加熱されて、その表面から記録媒体Ｐ上のトナー像Ｔに熱が加えられる。なお、ヒータ２５の出力制御は、定着ローラ２１表面に当接するサーミスタ（不図示である。）によるローラ表面温度の検知結果に基いておこなわれる。また、このようなヒータ２５の出力制御によって、定着ローラ２１の温度（定着温度）を所望の温度に設定することができる。
【００４８】
また、加圧ローラ３１は、主として、芯金３２と、芯金３２の外周面に接着層を介して形成された弾性層３３と、からなる。加圧ローラ３１の弾性層３３は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の材料で形成されている。なお、弾性層３３の表層にＰＦＡ等からなる薄肉の離型層を設けることもできる。
そして、加圧ローラ３１は、不図示の加圧機構によって定着ローラ２１に圧接する。こうして、加圧ローラ３１と定着ローラ２１との間に、所望のニップ部が形成される。なお、本実施の形態では、定着ローラ２１に４００Ｎの荷重がかかるように設定されている。
【００４９】
定着ローラ２１と加圧ローラ３１との当接部（ニップ部である。）の入口側と出口側には、それぞれ、記録媒体Ｐの搬送を案内するガイド板３５が配設されている。ガイド板３５は、定着装置２０の側板に固設されている。
また、定着ローラ２１の外周面に対向する位置であって、ニップ部の出口側近傍には、分離板３８が配設されている。分離板３８は、定着工程後の記録媒体Ｐが定着ローラ２１の回転に沿って定着ローラ２１に巻き付いてしまう不具合を抑止する。
【００５０】
上述のように構成された定着装置２０は、次のように動作する。
装置本体１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ともに、定着ローラ２１及び加圧ローラ３１の図２中の矢印方向の回転駆動が開始される。
その後、給紙部１２〜１４から記録媒体Ｐが給送されて、作像部４にて記録媒体Ｐ上に未定着画像が担持される。未定着画像Ｔ（トナー像）が担持された記録媒体Ｐは、図２の矢印Ｙ１０方向に搬送されて、圧接状態にある定着ローラ２１及び加圧ローラ３１のニップ部に送入される。そして、定着ローラ２１による加熱と、定着ローラ２１及び加圧ローラ３１の押圧力とによって、記録媒体Ｐの表面にトナー像Ｔが定着される。その後、回転する定着ローラ２１及び加圧ローラ３１によってそのニップ部から送出された記録媒体Ｐは、矢印Ｙ１１方向に搬送される。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態では、定着ローラ２１において、芯金２２の外径Ｄ１と、芯金２２の搬送方向の外径の変形量ΔＤと、が、
１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０
なる関係を満足するように構成している。
さらに、芯金２２の回転軸方向の撓み量δと、芯金２２の搬送方向の外径の変形量ΔＤと、が、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係を満足するように構成している。
これにより、比較的簡易な構成で、装置の立ち上げ時間が短縮化されて、充分なニップ幅が確保されて定着性が良好であって、高寿命化が達成される。なお、上記２式のうち、いずれか一方の式のみしか満足されない場合であっても、上述した効果を満足する。
【００５２】
以下、図３及び図４にて、上述した本実施の形態における効果について詳述する。
図４は、定着ローラ２１の芯金２２における、回転軸方向の撓み量δと、搬送方向の変形量ΔＤと、の関係を示すグラフ（δ−ΔＤ曲線）である。
図４において、曲線Ｓ１は芯金２２の外径を２０ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線（変形曲線）であり、曲線Ｓ２は芯金２２の外径を２５ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線であり、曲線Ｓ３は芯金２２の外径を３０ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線であり、曲線Ｓ４は芯金２２の外径を３５ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線であり、曲線Ｓ５は芯金２２の外径を４０ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線である。
【００５３】
また、破線Ｒ１は芯金２２の厚さを０．３ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線（変形曲線）であり、破線Ｒ２は芯金２２の厚さを０．４ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線であり、破線Ｒ３は芯金２２の厚さを０．５ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線であり、破線Ｒ４は芯金２２の厚さを１．０ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線である。以下、符号は省略するが、図４の左斜下方に向けて、芯金２２の厚さを０．６ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線、芯金２２の厚さを０．７ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線、芯金２２の厚さを０．８ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線、芯金２２の厚さを０．９ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線、芯金２２の厚さを１．０ｍｍとしたときのδ−ΔＤ曲線、をそれぞれ破線で示している。
また、図４において、一点鎖線は撓み量δと変形量ΔＤとの比率が１対１となる領域を示す。
【００５４】
曲線Ｓ１において、点Ｂ２は芯金２２の外径を２０ｍｍ、厚さを０．３ｍｍとしたときの変形量ΔＤ及び撓み量δを示し、点Ｂ３は芯金２２の外径を２０ｍｍ、厚さを１．０ｍｍとしたときの変形量ΔＤ及び撓み量δを示す。
曲線Ｓ３において、点Ａ１は芯金２２の外径を３０ｍｍ、厚さを０．３ｍｍとしたときの変形量ΔＤ及び撓み量δを示す。
曲線Ｓ４において、点Ａ２は芯金２２の外径を３５ｍｍ、厚さを０．４ｍｍとしたときの変形量ΔＤ及び撓み量δを示す。
曲線Ｓ５において、点Ｂ１は芯金２２の外径を４０ｍｍ、厚さを１．０ｍｍとしたときの変形量ΔＤ及び撓み量δを示す。
【００５５】
図４から、定着ローラ２１の芯金２２の厚さが厚くなるにつれて、搬送方向の変形量ΔＤと回転軸方向の撓み量δとがどちらも低くなるのがわかる。また、芯金２２の外径が大きくなるにつれて、搬送方向の変形量ΔＤが大きくなる反面、回転軸方向の撓み量δが小さくなるのがわかる。特に、破線Ｒ１において、芯金２２の外径が２５ｍｍ以上になると一点破線（変形量ΔＤと撓み量δとの関係が１：１となる境界線である。）を超えて、外径が３０ｍｍになると変形量ΔＤが撓み量δよりも大きくなる（ΔＤ＞δである。）ことがわかる。また、破線Ｒ３を参照して、芯金２２の厚さが０．５ｍｍに増えると一点鎖線を超える外径が３５ｍｍと大きくなることがわかる。
【００５６】
図５は、上述した本実施の形態の効果を確認するためにおこなった実験における、実験条件及び実験結果を示す表図である。
実験は、実施例１〜５、１Ａ〜１Ｆと比較例１〜７とについて、芯金２２の変形特性と定着特性とを評価したものである。具体的に、ウォームアップタイム（ＷＵＴ）、寿命、定着性（搬送方向のニップ幅、回転軸方向のニップ幅均一性）を評価した。また、記録媒体Ｐとして坪量５５ｇ／ｃｍ2の一般的なカット用紙を用いて、その記録媒体Ｐ上にフルカラー画像を形成した。
【００５７】
図５において、図点Ａ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ５、Ｃ１〜Ｃ６は、図４中の点に対応する。なお、比較例４の図点Ｂ４、Ｂ６、Ｂ７は、その変形量ΔＤが比較的大きいために、図４の曲線Ｓ４、Ｓ５上の図外にある。
ＷＵＴは、ウォームアップタイム（立ち上げ時間）を意味する。ＷＵＴは、主に、定着ローラ２１の芯金２２の外径、材料、厚さや、弾性層２３の厚さ、材料や、ヒータ２５のワット数で定まる。芯金２２の厚さが薄くて外径が小さいと、ＷＵＴが短縮化される。
搬送方向のニップ幅は、主に、荷重値や、弾性層２３のゴム硬度、厚さや、定着ローラ２１の外径や、芯金２２の搬送方向の変形量ΔＤで定まる。定着ローラ２１の芯金２２の外径が大きく変形量ΔＤが大きいと、搬送方向のニップ幅が充分に確保される。
寿命は、主に、芯金２２と弾性層２３との境界面での接着状態や、弾性層２３の変形量や、芯金２２の変形量で定まる。芯金２２の搬送方向の変形量ΔＤが小さいと、高寿命化される。
回転軸方向のニップ幅均一性は、主に、荷重値や、弾性層２２のゴム硬度、厚さや、芯金２２の軸方向撓み量δ、搬送方向変形量ΔＤで定まる。芯金２２の軸方向撓み量δが搬送方向変形量ΔＤよりも小さいと、回転軸方向のニップ幅均一性が向上される。
【００５８】
図５に示す実験結果から、実施例１（定着ローラ２１の芯金２２：外径３０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍである。）に係わる定着装置では、ＷＵＴ、定着性、寿命がいずれも良好であることが確認できる。
比較例１に関しては、ＷＵＴが遅くなる問題が生じた。これは、芯金２２の外径が大きく厚さが厚いことで搬送方向の変形量ΔＤが小さくなり高寿命である反面、定着ローラ２１の熱容量が大きくなりＷＵＴが長くなったことによる。
比較例２に関しては、搬送方向ニップ幅が狭く、回転軸方向ニップ幅が不均一になる問題が生じた。これは、芯金２２の外径が小さく厚さが薄いことでＷＵＴが短縮化される反面、定着ローラの外径が小さいことでニップ部における接触面積が小さくなったことによる。さらに、軸方向撓み量δが搬送方向変形量ΔＤよりも大きいため、軸方向ニップ幅が不均一になった。
比較例３に関しては、搬送方向ニップ幅が狭く、軸方向ニップ幅が不均一になる問題が生じた。これは、芯金２２の外径が小さく厚さが厚いことでニップ部における接触面積が小さくなり、搬送方向変形量ΔＤがほとんどないために軸方向ニップ幅が不均一になったものである。
比較例４に関しては、寿命が短い問題が生じた。これは、搬送方向変形量ΔＤが大きく、芯金２２の限界応力を超えたことによるものである。
【００５９】
さらに、本実験において、実施例１の軸方向長さ２３０ｍｍに代えて、それぞれ２００ｍｍ、２６０ｍｍとしたものを、実施例１Ａ、１Ｂとした。また、芯金材料を実施例１のＦｅからＦｅ１、Ｆｅ２としたものを実施例１Ｃ、１Ｄとした。ここで、Ｆｅ１、Ｆｅ２は、それぞれ、モネルメタルや黒心可鍛鋳鉄（ＦＣＭＢ３６０）のようにヤング率が比較的低い鉄系材料、ニクロム（ＧＮＣ１０８）やインコネル６００（ＮＣＦ６００）のようにヤング率が比較的高い鉄系材料である。また、実施例１の荷重４００Ｎに代えて、４５０Ｎ、３５０Ｎとしたものをそれぞれ実施例１Ｅ、１Ｆとした。
実験の結果、実施例１Ａ〜１Ｆは、いずれも、実施例１の点（図５）からの変化距離ΔＲが、図４に示すとおり曲線Ｓ２と曲線Ｓ５とで囲まれた範囲内であった。このことから、実施例１の構成に代えて、軸方向長さを２００〜２６０ｍｍとする場合や、芯金材料をモネルメタル、インコネル６００（ＮＣＦ６００）に変更する場合や、荷重を３５０〜４５０Ｎに変更した場合であっても、本実施の形態における効果と同様の効果を奏するになる。
【００６０】
本実施の形態において、定着ローラ２１と加圧ローラ３１とを加圧するために、双方のローラ部材の両端部をそれぞれベアリングで支持して、その支持部を加圧スプリング等を用いて付勢している。なお、実施例１〜５、１Ａ〜１Ｆでは、上述したように、芯金２２の材料として一般的鉄系材料（ＳＵＳ３０４）を使用し、荷重値を３５０Ｎ、４００Ｎ、４５０Ｎのいずれかとした。なお、比較例１〜７については、芯金２２の材料として一般的鉄系材料（ＳＵＳ３０４）を使用し、荷重値を４００Ｎとした。
このような構成では、ローラ部材が両端部で支持されているため、ローラ部材が回転軸方向に撓み、回転軸方向中央部では加圧方向と反対側に変形する。このような変形特性から、回転軸方向撓み量δが大きいと回転軸方向中央部でのニップ圧力が低下して、回転軸方向ニップ幅の均一性が低下し、充分な定着性が得られなくなってしまう。
【００６１】
これに対して、本実施の形態では、搬送方向変形量ΔＤを最適化することで、回転軸方向のニップ幅均一性の低下を抑止して、充分な定着性が得られるようにしている。
詳しくは、図５の実施例と比較例との結果から、芯金２２は、外径をＤ１として、芯金２２の搬送方向の外径の変形量をΔＤとしたときに、
１．０≦ΔＤ／Ｄ１×１００≦３．０
なる関係が成立するように形成する。これにより、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてが満足されることになる。
また、図５の実施例と比較例との結果から、芯金２２は、回転軸方向の撓み量をδ（ｍｍ）として、搬送方向の外径の変形量をΔＤ（ｍｍ）としたときに、
０．１≦δ／ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成する。なお、上式において、δ／ΔＤの上限範囲に比較例１の結果（δ／ΔＤ＝０．８９）が含まれるのは、良好な定着性、高寿命化に比べて、立ち上げ時間の短縮化が重要視されない装置があるためである。したがって、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを充分に満足させるためには、
０．１≦δ／ΔＤ＜０．８９
なる関係が成立するように形成することが好ましい。
【００６２】
また、芯金の耐久性を考慮して、芯金２２は、
０．１≦ΔＤ≦１．０
なる関係が成立するように形成することが好ましい。なお、図５の実施例と比較例との結果から、
０．３６≦ΔＤ≦０．９７
なる関係が成立するように形成することがさらに好ましい。
【００６３】
また、図５の実施例と比較例との結果から、芯金２２は、厚さをｔ（ｍｍ）としたときに、
０．２≦ｔ≦０．４
なる関係が成立するように形成することが好ましい。
【００６４】
また、図５の実施例と比較例との結果から、芯金２２は、外径をＤ１（ｍｍ）としたときに、
２５≦Ｄ１≦４０
なる関係が成立するように形成することが好ましい。
【００６５】
なお、実施例１と実施例２とを比較して、実施例２（芯金２２：外径３５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍ）に係わる定着装置６は、実施例１のものに比べて、寿命が良くなることが確認できた。材料の組み合わせにもよるが、一般的な鉄系材料の限界応力は７００〜２５０ＭＰaであって、搬送方向変形量ΔＤが１．０ｍｍ〜０．５ｍｍの領域で限界応力に到達する。したがって、目標寿命が長い場合は、実施例２のように、搬送方向変形量ΔＤを低く抑えつつ、搬送方向変形量ΔＤと外径Ｄ１の比率ΔＤ／Ｄ１を１．０％以上に設定して、軸方向撓み量δ／搬送方向変形量ΔＤを上述の範囲に設定するのがよい。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態のおいては、ニップ部を形成する定着ローラ２１（ローラ部材）において芯金２２の搬送方向の外径の変形量ΔＤを最適化しているので、立ち上げ時間の短縮化、良好な定着性、高寿命化のすべてを簡易な構成で満足することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態ではヒートローラ方式の定着装置に対して本発明を適用したが、電磁誘導加熱方式等の別方式の定着装置に対しても当然に本発明を適用することができる。そして、その場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態では、ローラ部材としての定着ローラに対して本発明を適用したが、ローラ部材としての加圧ローラ３１に対しても本発明を適用することができる。すなわち、ニップ部を形成する加圧ローラ３１（ローラ部材）において、芯金３２の搬送方向の外径の変形量ΔＤを最適化することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、その場合、定着ローラ２１は加圧ローラ３１に当接してニップ部を形成する他部材として機能することになる。
【００６８】
なお、本発明が本実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】この発明の実施の形態における画像形成装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置される定着装置を示す構成図である。
【図３】定着ローラにおける、（Ａ）搬送方向の変形と、（Ｂ）回転軸方向の撓みと、を示す模式図である。
【図４】定着ローラの芯金における、回転軸方向の撓み量と、搬送方向の変形量と、の関係を示すグラフである。
【図５】効果を確認するためにおこなった実験における、実験条件及び実験結果を示す表図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  画像形成装置本体（装置本体）、
２０  定着装置、
２１  定着ローラ（ローラ部材）、
２２、３２  芯金、  ２３、３３  弾性層、  ２４  離型層、
２５  ヒータ、
３１  加圧ローラ（他部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008090275.tif 000006
【図５】
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