(57)【要約】【課題】低コストに定着ローラの変形を防ぎ、加圧ローラとのニップを均一化して定着性能を向上することのできる定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ１はローラ内部にローラの変形を規制するための補強リブ９を有している。そして、加圧ローラ２と反対側で定着ローラ１の外周面に当接する押圧部材１１を有して、加圧ローラ２の圧接による定着ローラ１の撓みを規制する撓み規制装置１０を設ける。この撓み規制装置の押圧部材１１のローラ軸方向の位置を、定着ローラ内部の補強リブ９に一致させて設ける。これにより、補強リブ９による径方向の潰れ防止効果と合わせ、軸方向の撓み変形を抑止して定着ローラの変形を防止する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の定着ローラと該定着ローラに圧接される加圧ローラとを有する定着装置において、
前記定着ローラはローラ内部にローラの変形を規制するための補強部材または補強部を有し、
前記加圧ローラと反対側で前記定着ローラ外周面に当接する少なくとも１つの押圧部材を有して、前記加圧ローラの圧接による前記定着ローラの撓みを規制する撓み規制装置を設け、
前記撓み規制装置の押圧部材の前記定着ローラ軸方向の位置を、定着ローラ内部の前記補強部材または補強部に一致させたことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記押圧部材が円筒形断面形状で回転可能に支持され、前記定着ローラに接触して回転することを特徴とする、請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記押圧部材の外周面に接触する清掃部材と、該清掃部材により清掃・回収した付着物を収容する付着物回収部とを設けたことを特徴とする、請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置における定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平０９−１７１３２１号公報
【特許文献２】特開平０９−２１２０２６号公報
【特許文献３】特開２００２−１０６５４７号公報
【特許文献４】特開２００１−２９６７７０号公報
【０００３】
昨今の環境改善活動の高まりや省エネ法の制定等、画像形成装置の分野においても省エネルギーへの対応が近年強く求められてきている。画像形成装置内部に着目すると、熱定着装置はエネルギー消費量が多く、エネルギー効率の改善に向けて様々な技術が提案・実施されている。
【０００４】
エネルギー効率の改善例として、画像形成装置の未使用時には定着ローラの待機温度を下げ、エネルギー消費効率を改善する方法がある。しかし、この方法によると、使用時に定着装置のウォームアップに時間がかかり、ユーザが直ぐに作業を行えない等の弊害が生じてしまう。
【０００５】
これに対して、例えば定着ローラ温度の上昇率を大きくする（温度上昇率の大きな定着ローラを使用する）ことによって、待機時には低温度を維持し、使用時には所定温度までの到達時間＝ウォームアップ時間を短縮することが可能である。ウォームアップ時間を短縮する方法として、前述のように温度上昇率を高めれば良い訳だが、その方法のひとつとして定着ローラ芯金に薄肉の金属パイプのような熱容量の小さい部材を用いたものが近年多く用いられている。
【０００６】
ところが、いたずらに定着ローラの芯金を薄肉化すると機械的強度が低下し、定着ローラ長手方向の撓みや、定着ローラ断面が潰れる等の変形の問題が生じてしまう。このような定着ローラの変形が発生すると、定着ローラと加圧ローラとで形成されるニップが軸方向中央部において狭くなってしまい、所望のニップ幅を得られないために定着不良が発生したり、搬送中央部と端部の線速差によって用紙シワを発生させる等の様々な不具合が発生してしまう。
【０００７】
すなわち薄肉ローラのように機械的強度の弱いローラの場合、図８に示すように定着ローラ１に加圧ローラ２を圧接させた場合、定着ローラ１は軸方向の撓みによりローラ中央部で撓み量ｄが発生し、同時に図９に示すような径方向断面の潰れ（潰れ量＝Ｈ１−Ｈ２）を引き起こしてしまう。この変形は従来の定着装置においても少なからず発生していたのだが、上述のように省エネ対応の薄肉定着ローラにおいてはその変形量の大きさにより、画像品質上の問題として重要視されるようになっている。
【０００８】
図１０のグラフに径φ４０ｍｍ、厚さｔ＝０．３ｍｍ、材質がアルミニウム製の定着ローラの上面及び下面の変位及び定着ローラの加圧方向の外径潰れ量の測定結果を示す。荷重（加圧力）増加とともに定着ローラの軸方向の撓みが発生し、下面の位置（図１０中の下面変位量）は上昇するのに対して、径方向の断面の潰れが顕著であるため、定着ローラ上面の位置（図１０中の上面変位量）は逆に荷重とともに下がってきている。この変形により、上述のようにローラ軸方向中央において圧力が下がり、ニップが狭くなって均一なニップが形成できず、従って定着不良を起こしてしまう。
【０００９】
これらの問題を解決する方法として、特許文献１や特許文献２に開示されているように、定着ローラの外部あるいは内部に補強部材を設ける構造が提案されている。
【００１０】
特許文献１に開示されている技術は、定着ローラ長手方向のたわみを解消しようとするものであり、加圧ローラに対してその外側から補強ローラを接触させ、スプリングでたわみを小さくする方向へ付勢し、加圧ローラを補強している。加圧ローラの中央部のみに補助ローラを設ける技術も開示している。
【００１１】
また特許文献２に開示の技術は、ローラ断面方向のつぶれについて解消しようとするものであり、定着ローラ内に補強のためのリングを複数個装填して構成してある。
【００１２】
ところで、定着ローラ内に補強のためのリングを装填すれば、定着ローラのたわみや断面のつぶれを大幅に削減することができるが、補強部材を装填した場合にはいくつかの新たな問題が生じ得る。
【００１３】
すなわち、
▲１▼  定着ローラに補強部材を固定することが困難である。
▲２▼  定着ローラの変形を防止するための補強部材には大きな荷重が掛かるため、定着ローラにしっかりと固定しておかなければ定着ローラ内ですぐに外れてしまう。
▲３▼  補強部材をシマリバメ状態で定着ローラ内に固定する場合、補強部材に高い精度が求められ、装填作業にも技術を要する。
▲４▼  また溶接等で定着ローラ内に固定する場合、加工コストが掛かるだけでなく溶接部に荷重が集中し、補強リングの破損の原因となる。
▲５▼  定着ローラ内側に別部材が入っているため、熱容量が局所的に大きくなり、その部分の昇温が遅くなってしまう。
▲６▼  補強部材のために定着ローラの熱源の構成が制限される（例えば、内部のハロゲンヒータで定着ローラを加熱する場合は、内側の補強部材を加熱してから芯金に熱伝導することとなり、熱応答性の遅れが発生する）。
等々である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、これらの問題に対し、例えば特許文献３には、定着ローラの内面に絞り加工によって定着ローラの高剛性を得る補強リブを設けることが開示されている。この技術によれば円周方向の潰れに対しては効果的であるが、軸方向の撓みに対しては限界があり、特に高速機に展開した場合に高荷重条件によっては撓みを防止するには限界があるのが現状である。また、前述のリブの形状、リブ高さ、本数等を増強し、撓み・潰れを防止することは可能であるが、その分、定着ローラの熱容量が増えてウォームアップ時間の短縮効果が低減するばかりでなく、上記不具合点▲５▼で述べたように、局所的に熱容量が大きくなりその部分の昇温が遅くなるという欠点があった。
【００１５】
また、特許文献４に開示の技術は、定着ローラの撓み方向、潰れ方向各々に撓み防止のコロを設けて前記不具合を解消した例である。しかし、この技術によると、定着ローラの撓み・潰れを複数のコロで押さえる構成であるため、コロの熱容量により接触部分で局所的に昇温が遅くなってしまったり、定着ローラの撓み・潰れを抑える方向にコロを設け、夫々の強固な構造体に取りつける必要があり、コストアップを招いてしまうという問題があった。
【００１６】
本発明は、従来の定着装置・画像形成装置における上述の問題を解決し、低コストに定着ローラの変形を防ぎ、加圧ローラとのニップを均一化して定着性能を向上することのできる定着装置及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、円筒状の定着ローラと該定着ローラに圧接される加圧ローラとを有する定着装置において、前記定着ローラはローラ内部にローラの変形を規制するための補強部材または補強部を有し、前記加圧ローラと反対側で前記定着ローラ外周面に当接する少なくとも１つの押圧部材を有して、前記加圧ローラの圧接による前記定着ローラの撓みを規制する撓み規制装置を設け、前記撓み規制装置の押圧部材の前記定着ローラ軸方向の位置を、定着ローラ内部の前記補強部材または補強部に一致させることにより解決される。
【００１８】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記押圧部材が円筒形断面形状で回転可能に支持され、前記定着ローラに接触して回転することを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記押圧部材の外周面に接触する清掃部材と、該清掃部材により清掃・回収した付着物を収容する付着物回収部とを設けることを提案する。
【００１９】
また、前記の課題は、本発明により、請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着装置を備える画像形成装置により解決される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１，２は、本発明に係る定着装置の一例における要部を示す径方向の断面図及び軸方向の断面図である。
【００２１】
これらの図において、定着ローラ１は、断熱ブッシュ３、定着ローラ軸受４を介して定着側板５に回動自在に支持されており、定着ローラの一方側端部に取りつけた歯車６が、図示しない駆動源と噛み合って回転駆動力を受けるようになっている。本例では、定着ローラ１の材質は、アルミまたは鉄の薄肉パイプを基体とし、肉厚は０．３〜２．０ｍｍ程度で、外周表面にはフッ素樹脂等の離型層が形成してあり、内部にはハロゲンヒータ７が配設されている。
【００２２】
なお、図示は省略するが、定着ローラ１の周面には温度センサが接触又は近接配置してあり、この温度センサにより検出した定着ローラ１の温度を基にハロゲンヒータ７への通電を制御するようになっている。通常は、画像形成装置の電源を投入するとハロゲンヒータ７へ電流が流れ、定着ローラ１の温度は１８０℃前後の設定温度まで急激に上昇するようになっている。
【００２３】
定着ローラ１に圧接される加圧ローラ２と反対側で、定着ローラの外周に接するように撓み防止装置１０が設けられている。この撓み防止装置１０は、半円状に突出して定着ローラ１に押圧される押圧部１１ａを有する押圧部材１１と、その押圧部材１１を保持する保持部材１２と、定着ローラ１の撓みに抗する方向に押圧部材１１を付勢するスプリング等の付勢手段１３，１３を有している。押圧部材１１は保持部材１２に嵌合され、図の上下方向に移動可能に保持されており、付勢手段１３，１３によって定着ローラ１の撓みに抗する方向に付勢されている。撓み防止装置１０は、定着ローラ１の軸方向の中央部において定着装置の構造部材８に取り付けられている。
【００２４】
ここで、当然ながら、付勢手段１３による（押圧部材１１を介した）定着ローラ１への押圧力は、定着ローラ１の撓みを矯正可能な付勢力とする。この例においてはスプリング等の付勢手段１３を設けているが、定着ローラ１の撓み量を矯正する位置に押圧部材の押圧部１１ａ先端位置を予め合わせて固定した構成としても良い。
【００２５】
図２に示すように、定着ローラ１の内面には特許文献３に開示されているような絞り加工によって形成した補強リブ９を複数設けてある。補強リブ９の本数は適宜仕様条件によって最適化されるべきであり、定着ローラ１の芯金肉厚、芯金材料、定着ローラ径、加圧力、ウォームアップ等の仕様を満足する条件において、適切な本数及び補強リブの断面形状を設定する。本例では定着ローラの通紙中央部（Ｃ領域）にリブ間隔１０〜２０ｍｍで９本、ローラ端部（Ｅ領域）には２０〜５０ｍｍの間隔で各々３本の補強リブ９を備えている。
【００２６】
前述もしたが、補強リブ９は本数が多いほど定着ローラ１の撓み・潰れ剛性が高くなるが、その体積分、定着ローラの熱容量が増えるため、ウォームアップタイムは遅くなってしまう。そのため、ウォームアップ時間が狙いの時間となるように、ハロゲンヒータ７の出力と定着ローラ１の肉厚、補強リブ９の本数を設定する必要があり、この観点からは補強リブ９は少ない方が望ましく、前述のウォームアップ時間の短縮と定着ローラの機械的強度アップは相反する関係にある。
【００２７】
一方、定着ローラ１の潰れは補強リブ９の効果によって改善可能であるのだが、前述の定着条件によっては万全とは言えない。特に大きな加圧力によって必要なニップ幅を得る必要のある高速機においては、撓み・潰れとも大きくなる傾向にあることは前述の図１０のグラフからも判断できる。定着ローラ１の軸方向の撓みに関しては、図２に示すように、両端を定着ローラ軸受４によって支持された定着ローラ１の下面を加圧ローラ２によって押圧された場合、定着ローラ１の中央部が最大の撓み量となることは容易に想像できる。
【００２８】
撓み防止装置１０は定着ローラ１の軸方向中央部に設けることにより、より一層効果を得られるのだが、この際、前述の定着ローラ１中央部の内面に設けた補強リブ９と一致する位置に撓み防止装置１０の押圧部１１ａが合致するように配置する。補強リブ９の位置と一致させる押圧部１１ａの個数は、定着ローラ中央部の一ヶ所であっても良いし、中央部数ヶ所に分散させても良い。本例では３箇所に分散させたものである。中央部一ヶ所にした場合は定着ローラ１と接触する箇所も一ヶ所になるため、定着ローラ１への押圧部１１ａによってローラを傷つけてしまった場合でも、損傷を最小限に抑えることができる。一方、一つの押圧部１１ａに荷重を集中させないために数ヶ所に分散させて設けても良い。定着ローラ１の潰れに関しては、潰れ強度が最も強いのは定着ローラ軸方向では補強リブ９が配置されている箇所である。補強リブ９が無い部分については近傍に補強リブ９が存在していても、潰れが発生し強度的には弱い箇所であるといえる。
【００２９】
以上の観点から、定着ローラ１の補強リブ９位置に撓み防止装置１０の押圧部１１ａを一致させることによって、定着ローラ内面に設けた補強リブ９による径方向の潰れ防止効果と合わせ、効果的に定着ローラ軸方向の撓み変形を抑止して定着ローラ１の変形によるニップ幅の減少による定着不良を防止する構成となっている。
【００３０】
次に、定着装置の第２実施例について図３，４を参照して説明する。本実施例の定着装置は、図１，２で説明した前記実施例の定着装置とは、撓み防止装置２０の構成が異なるのみであり、同一な部分については同じ符号を付すとともに、重複する説明を省略する。
【００３１】
本実施例において、撓み防止装置２０は、３つのコロ２１、コロ２１を支持するコロ軸２２、軸受２３、保持部材１２、付勢手段１３，１３を有している。軸受２３は保持部材１２によって図の上下方向に移動可能に保持されており、付勢手段１３，１３によって図の下方に加圧され、３個のコロ２１を定着ローラ１の撓みに抗する方向に付勢する。これによって、定着ローラ１の変形を制限している。なお、コロ２１は定着ローラ１に連れ回りして回転する。
【００３２】
ここで、当然ながら付勢手段１３による（コロ２１を介した）定着ローラ１への押圧力は、定着ローラ１の撓みを矯正可能な付勢力とする。この例においてはスプリング等の付勢手段１３を設けているが、図６に示すように、定着ローラ１の撓み量を矯正する位置にコロ２１先端位置を予め合わせて固定した構成としても良い。
【００３３】
コロ２１は金属製または耐熱性樹脂で形成され、表面（外周面）にはトナーの付着を防止するＰＡＦやＰＴＦＥ等の離型層を設けてもよい。
そして、コロ２１の配置位置は、前記実施例における撓み防止装置１０の押圧部１１ａと同様に、定着ローラ１中央部の内面に設けた補強リブ９と一致する位置にコロ２１が合致するように配置する。また、コロ２１の定着ローラとの接触部の形状は、先端が曲率を有する（図４の方向から見て）形状とし、トナーの付着を極力防止したものであることが望ましく、さらに接触箇所（コロ２１の数）は本例では３箇所（３個）であるが、いたずらに接触箇所を増やすことにより定着ローラ１の熱を奪う恐れがあるので、図５に示すように１ヶ所（１個のコロ２１）であっても良い。
【００３４】
図６は、コロ軸受２３をコロ保持部材２４に固定した第３実施例であるが、この例でも同様の効果を得ることが可能であり、予め定着ローラ１の撓みの無い状態でコロ２１と定着ローラ１が接触する位置にコロ２１を配置するように、撓み防止装置２０Ｃを構成してある。これによって、定着ローラ１の変形を制限している。
【００３５】
図７に示す例では、撓み防止装置２０Ｃのコロ２１表面に接触するようにトナー除去部材２５、例えばスクレーパを適当な圧力をかけて配置してある。コロ２１へのトナー除去部材２５の当接は図示しない付勢手段を用いても良いし、トナー除去部材２５を固定配置し、トナー除去部材自体の弾性を利用しても良い。
【００３６】
トナー除去部材２５のコロとの接触部は鋭利な形状となっており、図中の矢印方向（時計回り）に定着ローラ１が回転した際、コロ２１も同時に図中の矢印方向（反時計回り）に従動回転し、コロ２１表面に付着したトナーをトナー除去部材２５の先端部にて清掃できる構成となっている。
【００３７】
トナー除去部材２５の材質は、例えば厚さｔ＝０．１ｍｍ程度のステンレス板であっても良いし、ポリイミドフィルムのような構成であっても良く、１８０℃前後で制御される定着ローラ１近傍に配置した際にも耐熱性を充分備えるものが好ましい。
【００３８】
ところで、前述のようにコロ２１は定着ローラ１に接触してこれを押圧しているため、画像形成動作時に定着ローラ１へ微少にオフセットしたトナーがコロ２１へ転写されてしまう場合がある。コロ２１自体の表面又は全体を離型性の優れるＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型層を付加しても良いが、コロ２１表面にトナーが付着した場合、コロ径の増大により適切な押圧力よりも強い荷重にて定着ローラ１を押圧してしまう恐れがある。また、コロ２１の外周面に付着したトナーが定着ローラ表面に再転写されてしまった場合には、転写紙Ｐ上にトナーを転写して、異常画像となってしまう場合がある。そこで、本例では、トナー除去部材２５をコロ２１の外周面に当接させ、コロ外周面へのトナー付着を防止する構成となっている。また、トナー除去部材２５のコロ回転方向の下流位置には、除去したトナーを堆積させるトナー回収部２６を設けてあり、トナー除去部材２５によって分離除去したトナーが定着ローラ１へ落下することによる画像異常を防止する構成となっている。図７の例ではコロ２１の位置はコロ支持部材２４に取りつけたコロ軸受２３によって固定されているが（図６参照）、図３〜５の実施例のように付勢手段（１３）によってコロ２１を介して定着ローラ１を押圧する構成についても、トナー除去部材２５及びトナー回収部２６を設けることは、もちろん可能である。
【００３９】
以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。定着ローラ内部に設けられたリブの本数や間隔あるいは形状は任意であり、絞り加工により形成したリブに限らず、補強リングを装填したものでも良い。また、そのリブ（補強部）あるいは補強リング（補強部材）の位置に合わせて設ける（ローラ軸方向の位置を一致させた）撓み規制部材の押圧部の個数も、図示例で示した１個あるいは３個に限らず、任意である。定着ローラの加熱方法も、ハロゲンヒータに限らず、誘導加熱、抵抗加熱等、任意の加熱方法を採用できる。また、加熱手段の配置場所も、ローラ内部に限らず、ローラ外部からの加熱でも良い。
【００４０】
なお、定着装置以外の部分の画像形成装置の構成は、従来周知なものと同様であるので説明を省略する。また、画像形成装置としては、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいは複合機等、任意な形態をとることができるものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の定着装置及び画像形成装置によれば、撓み規制装置の押圧部材の定着ローラ軸方向の位置を定着ローラ内部に設けられた補強部材または補強部に一致させたので、定着ローラ内面に設けた補強部材または補強部による径方向の潰れ防止効果と合わせ、効果的に定着ローラ軸方向の撓み変形を抑止して定着ローラの変形によるニップ幅の減少を原因とする定着不良を防止することができる。また、少ない数の補強部材または補強部で定着ローラの変形（つぶれ、たわみ）を防止することができるので、コストダウンを図りつつ定着ローラの変形を防ぐことができる。
【００４２】
請求項２の構成により、押圧部材が円筒形断面形状で回転可能に支持され、定着ローラに接触して回転するので、定着ローラ表面の損傷を防止することができる。
【００４３】
請求項３の構成により、押圧部材の外周面に接触する清掃部材と、その清掃部材により清掃・回収した付着物を収容する付着物回収部とを設けたので、定着ローラから押圧部材に転移したトナー・紙粉等を清掃することができる。また、清掃・回収したトナー・紙粉等が定着ローラに再転写されることによって発生する異常画像を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る定着装置の一例における要部を示す径方向の断面図である。
【図２】本発明に係る定着装置の一例における要部を示す軸方向の断面図である。
【図３】定着装置の第２実施例における要部を示す径方向の断面図である。
【図４】定着装置の第２実施例における要部を示す軸方向の断面図である。
【図５】１個のコロ（押圧部材）を有する撓み防止装置を備えた第２実施例の変形例を示す径方向の断面図である。
【図６】定着装置の第３実施例における要部を示す径方向の断面図である。
【図７】トナー除去部材及びトナー回収部を設けた第３実施例の変形例を示す径方向の断面図である。
【図８】従来の定着装置における定着ローラの軸方向の撓みを説明する模式図である。
【図９】従来の定着装置における定着ローラの径方向のつぶれを説明する模式図である。
【図１０】加圧ローラによる荷重と定着ローラ変形量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１            定着ローラ
２            加圧ローラ
９            補強リブ
１０，２０    撓み防止装置
１１          押圧部材
１１ａ        押圧部
１２          保持部材
１３          付勢手段
２１          コロ（押圧部材）
２５          トナー除去部材（清掃部材）
２６          トナー回収部（付着物回収部）
【図１】
2004258104.tif 000003
【図２】
2004258104.tif 000004
【図３】
2004258104.tif 000005
【図４】
2004258104.tif 000006
【図５】
2004258104.tif 000007
【図６】
2004258104.tif 000008
【図７】
2004258104.tif 000009
【図８】
2004258104.tif 000010
【図９】
2004258104.tif 000011
【図１０】
2004258104.tif 000012