(57)【要約】【課題】バックアップローラ等の新規部品を追加することによる大型化、構成の複雑化、コストアップを招くことなく、薄肉小径の定着ローラであっても、たわみを生じることなく、安定した定着性を確保できる。【解決手段】加熱源４により加熱されると共に軸方向両端部近傍を固定側に設けた軸受部材８によって回転自在に支持された定着ローラ１と、胴部１５にゴム層１２を備えると共に該胴部の外周面にて定着ローラ外周面とニップしながら回転する加圧ローラ１０と、を備えたものにおいて、加圧ローラは、胴部の軸方向両端部よりも外側位置に夫々所定幅に渡って配置された溝部１６と、各溝部の軸方向外側に夫々同軸状に配置された幅狭ローラ部１７と、を備え、各溝部内に各軸受部材が嵌合するように位置決めされている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真式画像形成部を構成し記録紙上のトナー像を加熱、加圧することにより定着する定着装置であって、加熱源により加熱されると共に軸方向両端部近傍を固定側に設けた軸受部材によって回転自在に支持された定着ローラと、胴部にゴム層を備えると共に該胴部の外周面にて定着ローラ外周面とニップしながら回転する加圧ローラと、を備えたものにおいて、
前記加圧ローラは、前記胴部の軸方向両端部よりも外側位置に夫々所定幅に渡って配置された溝部と、該各溝部の軸方向外側に夫々同軸状に配置された幅狭ローラ部と、を備え、各溝部内に前記各軸受部材が嵌合するように位置決めされていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加圧ローラの各溝部よりも軸方向外側に位置する幅狭ローラ部をゴム層により構成すると共に、該ゴム層のゴム硬度を、前記胴部を構成するゴム層のゴム硬度よりも大きくし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】
前記加圧ローラの前記幅狭ローラ部を耐熱性樹脂にて構成したことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置において、記録紙上に形成されたトナー像を加熱および加圧して定着させる熱定着方式の定着装置の改良に関し、特に加圧ローラの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真式の画像形成装置においては、感光体上から記録紙上に転写されたトナー像を記録紙（転写材）上に定着する方法として、熱と圧力による熱定着方式が用いられている。即ち、電子写真式の画像形成装置においては、感光体を中心として帯電部、露光部、現像部、転写部等を配置するとともに、感光体上のトナー像の転写を受けた転写紙を定着装置によって定着する。定着装置は、内部に加熱源を持った定着ローラと、定着ローラに圧接する加圧ローラとを互いの外周面でニップさせながら回転させる構成を備えている。定着ローラと加圧ローラとのニップ部に、トナー像を担持した記録紙を通過させる過程でトナーに熱を与えて溶融を起こさせ、同時に両ローラ間の圧力によってトナー像を記録紙上に定着させるものである。
図２（ａ）は従来の定着装置における定着ローラと加圧ローラの組付け状態を示す正面図であり、（ｂ）はその断面図である。定着ローラ１は、芯金２の外周に離型層３を備えた円筒体であり、その中空内部にはハロゲンヒータ等の熱源４が配置されている。定着ローラ１の軸方向両端近傍の外周面適所には夫々図示しない機枠（固定側部材）により支持された軸受部材８が配置されて定着ローラを回転自在に支持すると共に、一方の軸受部材８の軸方向外側に位置する定着ローラ外周面には図示しない駆動ギヤと噛合して駆動力を受ける被駆動ギヤ５が配置されている。加圧ローラ１０は、芯金１１と、その外周に順次被覆形成されたゴム層１２、離型層１２を備えている。芯金１１の軸方向両端面から突出した軸１３は、装置本体側の機枠に支持された軸受２０によって回転自在に支持されている。
この従来例では、加圧ローラ１０の胴部１５は、定着ローラ１よりも短尺であり、胴部１５は軸方向全長に渡ってゴム層１２を備えた均一径となっている。
【０００３】
近年、この種の熱定着方式を用いる定着装置では、定着ローラ表面の昇温時間、いわゆるウォームアップ時間を短縮して立ち上がり時間に要する時間を短くすることが望まれている。そのための方法として定着ローラを予熱したり、加熱源であるハロゲンヒータの能力を高めるなどの対策が講じられているが、省エネルギーとの関係から、できるだけ定着動作時以外の待機時期等における電力消費を抑えたり、或いは定着動作中における消費電力を抑える必要がある。
このように消費電力が少なく、かつウォームアップ時間の短い定着装置の開発が切望されているが、このような要請を満たす為には、ハロゲンヒータ方式での発熱量をいかに効率良く使うか、が重要なポイントとなる。
従来は、定着ローラの芯金の肉厚を薄くすることで、定着ローラの持つ熱容量を減らし、内部の熱源で発生した熱を定着ローラ表層へすばやく伝える方式が取られている。
しかし、定着ローラ肉厚が薄くなることで、加圧ローラとの組合せにおいて、たわみやつぶれ等の変形が起きやすくなり、軸方向でのニップ偏差が大きくなり、定着不良をもたらす原因となる。特に、定着ローラが薄肉になればなるほど、同じ加圧力でもつぶれやたわみ量が大きくなるため、定着ローラの軸方向で安定したニップ幅と圧力を得ることが難しくなっている。この結果、定着不良が発生することとなる。
【０００４】
図２（ａ）にも示したように、通常、加圧ローラ１０は、定着ローラ１の軸方向両端部を回転自在に保持している軸受部材８、８間において、定着ローラの外周面と接触するように配置されているため、両ローラ１、１０間のニップ圧力が増すほど、定着ローラはつぶれ、たわんでしまう。つぶれの発生を抑える方法として、定着ローラ内面にリブを設ける補強方法が提案されているが、内面リブは、つぶれ対策には効果的であるがたわみに対する効果は小さいため、不完全な対策である。また、たわみ防止対策として、加圧ローラと合わせて定着ローラを半径方向両側からはさみ込み、定着ローラのたわみ変形を抑える、バックアップローラの使用等が提案されているが、定着装置としては部品点数も増え、大掛かりになるため、小型化、低コスト化が強く要請される画像形成装置において、その実用性は低い。
さらに、定着ローラは小径になるほど、たわみやすい傾向があり、ローコスト狙いの機種では、コスト的にも不利になってしまうことが明らかである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、バックアップローラ等の新規部品を追加することなく、薄肉小径の定着ローラであっても、たわみを生じることなく、安定した定着性を確保できる定着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、電子写真式画像形成部を構成し記録紙上のトナー像を加熱、加圧することにより定着する定着装置であって、加熱源により加熱されると共に軸方向両端部近傍を固定側に設けた軸受部材によって回転自在に支持された定着ローラと、胴部にゴム層を備えると共に該胴部の外周面にて定着ローラ外周面とニップしながら回転する加圧ローラと、を備えたものにおいて、前記加圧ローラは、前記胴部の軸方向両端部よりも外側位置に夫々所定幅に渡って配置された溝部と、該各溝部の軸方向外側に夫々同軸状に配置された幅狭ローラ部と、を備え、各溝部内に前記各軸受部材が嵌合するように位置決めされていることを特徴とする。
これによれば、通紙範囲に相当する加圧ローラの胴部の他に、定着ローラ側の軸受部材よりも軸方向外側に位置する幅狭ローラ部が定着ローラの外周面と接触加圧できるので、加圧力による定着ローラのたわみを小さくでき、定着ローラの軸方向全域でのニップ幅偏差が小さくなり、安定した定着ローラ品質を確保できる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記加圧ローラの各溝部よりも軸方向外側に位置する幅狭ローラ部をゴム層により構成すると共に、該ゴム層のゴム硬度を、前記胴部を構成するゴム層のゴム硬度よりも大きくしたことを特徴とする。
これによれば、定着ローラに生じるたわみをより小さくすることができるので、定着ローラ軸方向全域でのニップ幅偏差がさらに小さくなり、安定した定着ローラ品質を確保できる。
請求項３の発明は、請求項１において、前記加圧ローラの前記幅狭ローラ部を耐熱性樹脂にて構成したことを特徴とする。
これによれば、十分な剛性を備えた幅狭ローラ部が定着ローラの軸方向両端部を安定して支持することとなるので、加圧ローラと定着ローラとの間の距離を一定に保つことができ、ローラ間に必要以上の加圧力が働くことを防止でき、経時において安定した定着ローラ品質を確保することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る定着ローラを図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る定着装置を構成する定着ローラ及び加圧ローラの組付け構造を説明する図であり、図２と同一部分には同一符号を付して説明する。なお、図２（ｂ）の断面図を併せて参照しつつ説明する。
図１及び図２（ｂ）に示すように、定着ローラ１は、ローラ断面中心側から、熱源であるヒータ４、芯金２、離型層３を有している。この例では、芯金２は、φ３０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、全長３８０ｍｍとなっている。芯金２の材質には、アルミ合金や銅合金などが用いられ、ヒータ４には応答性のよい赤外線ヒータ等が用いられる。離型層３には、ＰＴＦＥやＰＦＡなどが用いられる。組み合わされる加圧ローラ１０は、図２（ｂ）に示した如く、芯金１１の外周上に、同心ローラ状にシリコンゴム層１２を成形し、その表層にＰＦＡチューブ等の離型層膜１３が積層形成されている。
図１において、加圧ローラ胴部１５の軸方向両端外側には、夫々、ゴム層１２が存在しない（ゴム層１２の一部を円筒状に削除した）溝部１６を介して同軸状に細幅ローラ部１７を配置する。この結果、胴部１５の軸方向両端よりも外側位置には、夫々、胴部１５と同径の（第１の実施形態では積層構造も同じ）島状の幅狭ローラ部１７が形成される。この幅狭ローラ部１７を定着ローラ１の各軸受部材８の軸方向外側にレイアウトする。換言すれば、各溝部１６の軸方向幅を軸受部材８を嵌合可能な寸法に設定すると共に、各溝部１６内に各軸受け部８が嵌合するように定着ローラ１に対する加圧ローラの軸方向位置を位置決めする。これにより、定着ローラ１と加圧ローラ１０との接触部が合計３箇所（胴部１５、及び２カ所の幅狭ローラ部１７、１７）確保された状態になる。
この状態で加圧ローラ１０から定着ローラ１の外周面に加圧力を与えると、定着ローラ１を押し付ける力が中央の胴部の他に、軸方向外側に２カ所ある細幅ローラ部１７、１７にて作用することとなり、合計３箇所から働くことになる。従って、本来のトナー画像を加圧加熱定着させるための定着ローラ胴部中央に加圧力が働くと同時に、軸受部材８の外側でも同様に加圧力が働くこととなり、定着ローラのたわみを発生させない状態で押し付けることができる。
【０００８】
なお、この幅狭ローラ部１７は、軸方向幅が小さいことから、強度不足になりやすい。従って、この部分での支持強度を得る手段として、加圧ローラ胴部１５の芯金１１の径よりも、細幅ローラ部１７の芯金径を大きくし、その分だけゴム層１２の肉厚を薄くするようにしてもよい。この結果、幅狭ローラ部１７の強度を高めることが可能となり、定着ローラを支持する強度を維持することができる。
また、細幅ローラ部１７の支持強度を高める手段としては、細幅ローラ部のゴム層１２を構成するゴム材料をよりゴム硬度の高い材料に変更してもよい。
さらに、この細幅ローラ部１７をゴム層１２で形成するのではなく、一定以上の剛性を備えた耐熱性樹脂材料で構成してもよい。このようにゴム層１２に代えて耐熱性樹脂材料を用いることによって、径時でのゴム層劣化により定着ローラと加圧ローラ間の加圧力が変化しても、剛性のある樹脂材料が支えとなり、一定の加圧力を維持できる効果も合わせ持つことができる。
本発明の加圧ローラ１０によって得ることができる上記のような定着ローラのたわみに対する防止効果は、定着ローラが小径になるほど大きくなり、φ３０以下の定着ローラにも十分に適用してその効果を発揮できる。大径定着ローラに対するたわみ防止効果は小径定着ローラに対するほど大きくはないが、大径の定着ローラに適用することによって所要の十分なたわみ防止効果を発揮することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バックアップローラ等の新規部品を追加することによる大型化、構成の複雑化、コストアップを招くことなく、薄肉小径の定着ローラであっても、たわみを生じることなく、安定した定着性を確保できる。
即ち、請求項１の発明は、加圧ローラは、胴部の軸方向両端部よりも外側位置に夫々所定幅に渡って配置された溝部と、該各溝部の軸方向外側に夫々同軸状に配置された幅狭ローラ部と、を備え、各溝部内に定着ローラの各軸受部材が嵌合するように位置決めされているため、通紙範囲に相当する加圧ローラの胴部のみならず、２つの幅狭ローラ部が定着ローラの対応する外周面と接触加圧できるので、加圧力による定着ローラのたわみを小さくでき、定着ローラの軸方向全域でのニップ幅偏差が小さくなり、安定した定着ローラ品質を確保できる。
請求項２の発明は、幅狭ローラ部をゴム層により構成すると共に、該ゴム層のゴム硬度を、胴部を構成するゴム層のゴム硬度よりも大きくしたので、小径の定着ローラであっても、生じるたわみをより小さくすることができる、定着ローラ軸方向全域でのニップ幅偏差がさらに小さくなり、安定した定着ローラ品質を確保できる。
請求項３の発明は、幅狭ローラ部を耐熱性樹脂にて構成したので、分な剛性を備えた幅狭ローラ部が定着ローラの軸方向両端部を安定して支持することとなり、加圧ローラと定着ローラとの間の距離を一定に保つことができ、ローラ間に必要以上の加圧力が働くことを防止でき、経時において安定した定着ローラ品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置に用いる定着ローラ及び加圧ローラの組付け状態を説明するための図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は従来例に係る定着装置の構成説明図。
【符号の説明】
１  定着ローラ、２  芯金、３  離型層、４  熱源、５  ギヤ、８  軸受部材、１０  定着ローラ、１１  芯金、１２  ゴム層、１３  離型層、１４  軸受、１５  胴部、１６  溝部、１７  幅狭ローラ部。
【図１】
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【図２】
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