(57)【要約】【課題】定着ローラ及び加圧ローラの間のニップを通る用紙にしわが発生しないようにした画像形成装置を提供する。【解決手段】定着ローラ５１には加熱用ヒータ５５を内蔵した第１の加熱ローラ５３が当接する。加圧ローラ５２には加熱用ヒータ５６を内蔵した第２の加熱ローラ５４が当接する。定着ローラ５１は、両端の径が大きく、両端から軸線方向中央部分に近づくにつれて次第に径が小さくなるようになだらかに湾曲する形状の逆クラウン形状に形成されている。逆クラウン形状部分のクラウン値は０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内であることが望ましい。定着ローラ５１と加圧ローラ５２の外層部は弾性体で形成されている。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、
定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、
定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、
加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置であって、
定着ローラ及び／又は加圧ローラを、両端部において直径が大きく、軸線方向中央部に近づくにつれて次第に直径が小さくなるように逆クラウン形状に形成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分のクラウン値が０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分が、両端部から軸線方向中央部分に近づくにつれて次第に直径が小さくなるようになだらかに湾曲する形状となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記定着ローラ及び加圧ローラの外層部が弾性体で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第１の外部加熱手段は内部に熱源を備え、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、
前記第２の外部加熱手段は内部に熱源を備え、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱したローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通して用紙上の未定着トナーを加熱、溶融し、用紙に定着する定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＰＣ（Ｐｌａｉｎ　Ｐａｐｅｒ　Ｃｏｐｉｅｒ）、ファクシミリ、プリンタ等の像形成装置においては、ニップを形成するローラ対の少なくとも一方のローラに熱源を内蔵させ、この熱源によって加熱されたローラ対のニップに未定着トナー画像を担持した用紙を挿通することによって用紙にトナーを定着する熱ローラ定着方式が広く用いられている。
【０００３】
近年、事務用機器の省エネルギー化が広く推進されるようになったが、上記のような画像形成装置では、最もエネルギーを消費する定着装置のエネルギー消費量低減が最大の課題である。定着装置の省エネルギー化を進める上で有効な手法の一つに、ウォームアップ時間（定着ローラ等が所定温度に達するのに要する時間）の短縮がある。
【０００４】
熱ローラ定着方式のウォームアップ時間の短縮、及び消費電力の低減を図る手法の一つに、外部加熱定着方式がある。これは定着ローラや加圧ローラに熱源を内蔵させるのでなく、外部の加熱ローラに熱源を内蔵させ、この外部加熱ローラを定着ローラや加圧ローラの表面に圧接して、定着ローラや加圧ローラを表面から加熱するものである。
【０００５】
例えば特開平４−１１６６７７号に記載された定着装置では、図５に示すように、同一構成とした１対のローラ２０７の間にトナーを転写した用紙を通して定着を行う。ローラ２０７は内部に熱源を持たず、その代わり、ローラ２０７の外周面に接して従動回転する加熱ローラ２０１が設けられている。ローラ２０７は、芯金２１１の周囲にシリコンスポンジなどの耐熱性及び断熱性を有する発泡弾性体層２１０が設けられ、その上に良熱伝導性弾性体、例えばゴムの中にアルミナやシリカなどの高熱伝導フィラーを充填した材料の薄層２０９を設け、表層にＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）チューブなどの離型性樹脂層２０８を設けて構成されている。
【０００６】
各ローラ２０７に圧接する加熱ローラ２０１は中心にヒータ２０６が設けられた金属ローラ２０５からなる。ヒータ２０６に通電して発熱させれば、金属ローラ２０５の温度は上昇し、金属ローラ２０５が当接するローラ２０７の表面の良熱伝導性弾性層２０９に熱が伝達され、ローラ２０７は昇温する。しかしその内側の発泡弾性体層２１０は断熱性を有するから奥の方、すなわち芯金２１１までは熱が伝わらない。これにより熱効率が向上し、定着可能となるまでの立ち上がり時間が短くなるのみならず、芯金２１１及び発泡弾性体層２１０の境界部分の温度差が小さくなり、両者の接着が剥離し、ローラ２０７が破損するおそれもなくなる。またローラ２０７は芯金２１１の上に発泡弾性体層２１０、良熱伝導性弾性体層２０９、離型性樹脂層２０８を積層した構成、すなわち外層部が弾性体で形成されているので小さな圧接力でも弾性変形して大きなニップを得ることができる。
【０００７】
このように、外層部を弾性体で形成した１対のローラ２０７の間に形成されるニップ長は、一方のローラに金属ローラを用いた場合よりも長くなる。従って、通紙時に多くの熱量を与えることができる。また、外層部が弾性体であるため、用紙上のトナーの隆起に追従しやすい。従って、用紙に多量のトナーが付着し、トナー隆起量の大きいカラー画像の定着に好適する。
【０００８】
ところが、通紙ニップを形成する１対のローラ、すなわち定着ローラと加圧ローラの両方とも外層部を弾性体で形成することとすると、外部加熱ローラの部位による温度上昇の不均一（例えば熱源がハロゲンランプの場合、配光の不均一によりこのような事態が生じる）により、定着ローラと加圧ローラの軸線方向において熱膨張率が不均一となり、ニップを通過する用紙にしわが発生してしまうという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来装置の問題を解決するためになされたものであって、定着ローラ及び加圧ローラの間のニップを通る用紙にしわが発生しないようにした画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置であって、定着ローラ及び／又は加圧ローラを、両端部において直径が大きく、軸線方向中央部に近づくにつれて次第に直径が小さくなるように逆クラウン形状に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項１の発明によれば、軸線方向中央部におけるニップの圧力が低下し、用紙を軸線方向両端側に向かって伸ばす力が作用して、しわの発生が抑制される。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分のクラウン値が０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、用紙がニップを通るときに、最も良好な状態で軸線方向両端側に伸ばすようにすることができ、しわの発生の抑制を確実に遂行できる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分が、両端から軸線方向中央部分に近づくにつれて次第に径が小さくなるようになだらかに湾曲する形状となっていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明によれば、逆クラウン形状部分のなだらかに湾曲する形状に自然に沿う形で用紙がニップを通り、しわの発生の抑制が最適に遂行される。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着ローラと加圧ローラの外層部が弾性体で形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項４の発明によれば、定着ローラと加圧ローラの外層部が弾性体で形成されているので、両ローラ間のニップを通る用紙の分離性が良く、用紙をスムーズに送ることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第１の外部加熱手段は内部に熱源を備え、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、前記第２の外部加熱手段は内部に熱源を備え、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の発明によれば、定着ローラと加圧ローラの表面に第１、第２の加熱ローラから均一且つ直接的に熱を伝播させるので、ウォームアップ時間を短縮し、またローラの長手方向の温度分布のばらつきを低減させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４に基づき説明する。
【００２１】
図１に示すのはゼログラフィー方式画像形成装置の一例であるタンデム方式カラープリンタ１の模型的断面である。図２に示すのはその画像形成部の模型的断面である。
【００２２】
プリンタ１においては、外部コンピュータからの原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択される。画像出力速度はフルカラーの場合でもモノクロの場合でもＡ４サイズで２０枚／分とされている。なお本明細書には画像出力速度以外にも寸法、比率、速度、電圧、温度などの具体的な数値が登場するが、これらの数値は一つの好適例の例示であり、発明の範囲を限定するものではない。
【００２３】
プリンタ１のハウジング２の内部には用紙搬送ベルト８が配置されている。用紙搬送ベルト８はプーリ１０、１１に巻き掛けられ、用紙を図１において右方から左方へ、水平方向に搬送する。用紙搬送ベルト８の用紙受入側には給紙装置１２と用紙搬送路１３が配置される。用紙搬送ベルト８の用紙排出側には定着装置５０、用紙搬送路１５、及び排出部１６が配置される。排出部１６はハウジング２の上面に設けられる。
【００２４】
用紙搬送ベルト８の上には計４台の画像形成部が用紙搬送方向の上流側から下流側に向けて直列に配置される。４台の画像形成部とは、上流側から順に、ブラック用の画像形成部３０Ｂ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、及びマゼンタ用の画像形成部３０Ｍである。
【００２５】
画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍの構造を図２に示す。各画像形成部とも構造は共通なので、「Ｂ」「Ｙ」「Ｃ」「Ｍ」の識別記号を省き、「３０」の符号のみ置いている。
【００２６】
画像形成部３０の中核をなすのはアモルファスシリコンを感光体とする感光体ドラム４であり、その周囲に主帯電器５、ＬＥＤプリントヘッドユニット６、現像装置３、及びクリーニング装置２０が配置されている。また図１に見られるように、転写ローラ９が用紙搬送ベルト８を隔てて感光体ドラム４に対峙する。転写ローラ９は用紙搬送ベルト８を支持し、感光体ドラム４に当接させる役割も担う。転写ローラ９には−１．５ｋＶの電圧が印加されている。
【００２７】
現像装置３はブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色のトナーとフェライトキャリアを５：９５の重量比で混合した現像剤を収容する。トナーはコールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍ、フェライトキャリアは平均粒径が７０μｍとなっている。現像装置３には固定磁石（図示せず）を内蔵した現像スリーブ３ａが設けられている。
【００２８】
感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは０．５ｍｍの隙間を隔てて対峙し、対向する表面同士が同方向に移動する向きに回転する。感光体ドラム４の周速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ３ａの表面には現像剤により磁気ブラシが形成される。またトナーはキャリアとの摩擦により正に帯電する。現像スリーブ３ａに対しては図示しない穂切板が設けられる。穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。
【００２９】
現像により、現像装置３の中の現像剤が消費される。消費した現像剤を補うため、画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍに対応してトナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍを設け、図示しない搬送手段により現像剤を補給する。これにより、現像装置３は常に適量の現像剤を内部に保有することになる。
【００３０】
クリーニング装置２０は感光体ドラム４に接触するゴム製のクリーニングローラ２１、用紙に転写されなかったトナーを感光体ドラム４からかき落とすクリーニングブレード２２、及びトナーを図示しない回収容器に排出する排出スパイラル２３を有する。なおクリーニング装置２０のカバーは図１においては図示を省略してある。
【００３１】
プリンタ１は次のように画像出力動作を行う。
【００３２】
感光体ドラム４の表面は主帯電器５により一様に＋４００Ｖに帯電せしめられている。外部コンピュータなどから原稿画像データが入力されると、ＬＥＤプリントヘッド６が原稿画像データに対応するＬＥＤ光を感光体ドラム４の表面に照射する。感光体ドラム４の表面は、ＬＥＤ光の照射された露光部の電圧が＋２５Ｖにまで減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブ３ａに印加された＋３００Ｖの現像バイアス電圧により、現像剤中の正帯電トナーが前記露光部に付着し、静電潜像がトナーで可視化される。
【００３３】
用紙搬送ベルト８は、給紙装置１２から供給された用紙を載せ、感光体ドラム４の表面の移動方向と同じ方向に、感光体ドラム４の周速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃで走行している。用紙上の所定位置からトナーの転写が開始されるよう、ＬＥＤプリントヘッド６による感光体ドラム４の露光タイミングが設定される。
【００３４】
用紙搬送ベルト８上の用紙が感光体ドラム４の下を通過する際、転写ローラ９に印加された−１．５ＫＶの電圧により、感光体ドラム４に付着したトナーが用紙に引きつけられる。これにより、トナーが用紙に転写される。
【００３５】
用紙に転写されなかったトナーはクリーニングブレード２２によりかき落とされ、排出スパイラル２３により図示しない回収容器に排出される。クリーニングローラ２１はトナー転写後の感光体ドラム４の表面を整える。
【００３６】
画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍでブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色のトナーを順次転写され、未定着ではあるもののトナーによりカラー画像を形成された用紙は用紙搬送ベルト８を出て定着装置５０に引き込まれる。そして定着装置５０の内部で熱ローラによりトナーを定着された後、用紙搬送路１５を経て排出部１６に排出される。
【００３７】
図３は定着装置５０のローラ構成を示す模型的断面図である。定着ローラ５１及び加圧ローラ５２と、定着ローラ５１を外部から加熱する第１の外部加熱手段、及び加圧ローラ５２を外部から加熱する第２の外部加熱手段が設けられている。定着ローラ５１の表面に当接する第１の加熱ローラ５３が第１の外部加熱手段を構成し、加圧ローラ５２に当接する第２の加熱ローラ５４が第２の外部加熱手段を構成する。
【００３８】
定着ローラ５１及び加圧ローラ５２はそれぞれ外層部が弾性体層とされる。定着ローラ５１と加圧ローラ５２は互いに圧接され、定着のためのニップを形成する。
【００３９】
第１の加熱ローラ５３及び第２の加熱ローラ５４は中空金属シャフトの内部に熱源である加熱用ヒータ５５及び５６を配設した構成である。熱伝導性と強度確保の面からアルミ又は鋼鉄製の中空金属シャフトを使用する。第１の加熱ローラ５３及び第２の加熱ローラ５４の表面にそれぞれＰＦＡ、ＰＴＦＥなどの耐熱離型材の被覆を施しても良い。
【００４０】
定着ローラ５１と第１の加熱ローラ５３は一方が回転すれば他方もこれに従って回転し、第１の加熱ローラ５３から直接的に伝播する熱で定着ローラ５１の外周部分は均一に加熱される。同様に加圧ローラ５２と第２の加熱ローラ５４は一方が回転すれば他方もこれに従って回転し、第２の加熱ローラ５４から直接的に伝播する熱で加圧ローラ５２の外周部分は均一に加熱される。
【００４１】
図４は定着装置５０のローラ形状を示す正面図である。定着ローラ５１は、両端部において直径が大きく、軸線方向長手方向中央部分に近づくにつれて次第に直径が小さくなるようになだらかに湾曲する逆クラウン形状に形成されている。逆クラウン形状部分のクラウン値ｋは０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内であることが望ましい。クラウン値ｋは次のようにして求める。図４において、定着ローラ５１の両端部の直径をＤ１、Ｄ２とし、中央部分の最も細くなった箇所の直径をｄとすると、
（Ｄ１＋Ｄ２）／２−ｄ
が定着ローラ５１のクラウン値ｋとなる。
【００４２】
逆クラウン形状部分の存在により、定着ローラ５１の軸線方向中央部においてニップの圧力が低下する。従って用紙がニップを通過するとき、用紙を軸線方向両端側に伸ばす力が作用し、用紙にしわが発生することが抑制される。これにより通紙性が向上する。また、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の外層部を弾性体で形成したことにより、ニップを通る用紙の分離性が良く、用紙をスムーズに送ることができる。
【００４３】
逆クラウン形状部分のクラウン値ｋを０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内にすると、用紙がニップを通るときに、最も良好な状態で軸線方向端部側に伸ばされる。また、逆クラウン形状部分が、両端部から軸線方向中央部分に近づくにつれて次第に直径が小さくなるようになだらかに湾曲する形状とすることにより、その形状に用紙が自然に沿い、しわの発生の抑制が最適に遂行される。
【００４４】
なお、本実施形態では定着ローラ５１の方に逆クラウン形状部分を形成したが、逆に加圧ローラ５２の方に逆クラウン形状部分を形成してもよい。あるいは、定着ローラ５１と加圧ローラ５２の両方に逆クラウン形状部分を形成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、次に掲げるような効果が奏される。
【００４６】
請求項１に記載の発明は、用紙上の未定着トナーを定着する定着ローラと、定着ローラを外部から加熱する第１の外部加熱手段と、定着ローラに当接して用紙を挿通させるニップを形成する加圧ローラと、加圧ローラを外部から加熱する第２の外部加熱手段とを有する定着装置を備えた画像形成装置において、定着ローラ及び／又は加圧ローラを、両端部において直径が大きく、軸線方向中央部に近づくにつれて次第に直径が小さくなるように逆クラウン形状に形成したものであり、軸線方向中央部におけるニップの圧力が低下し、用紙を軸線方向端部に向かって伸ばす力が作用して、しわの発生が抑制される。
【００４７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分のクラウン値が０．０５ｍｍ〜０．７ｍｍの範囲内であることとしたものであり、用紙がニップを通るときに、最も良好な状態で軸線方向端部側に伸ばすようにすることができ、しわの発生の抑制を確実に遂行できる。
【００４８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記定着ローラ及び／又は加圧ローラの逆クラウン形状部分が、両端部から軸線方向中央部分に近づくにつれて次第に直径が小さくなるようになだらかに湾曲する形状としたものであり、逆クラウン形状部分のなだらかに湾曲する形状に自然に沿う形で用紙がニップを通り、しわの発生の抑制が最適に遂行される。
【００４９】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記定着ローラと加圧ローラの外層部が弾性体で形成されていることしたものであり、両ローラ間のニップを通る用紙の分離性が良く、用紙をスムーズに送ることができる。
【００５０】
また外層部を弾性体で形成したことにより、小さな圧接力でも弾性変形して大きなニップが得られ、通紙時に多くの熱量を与えることができる。また、外層部が弾性体であるため、用紙上のトナーの隆起に追従しやすい。従って、用紙に多量のトナーが付着し、トナー隆起量の大きいカラー画像の定着に好適する。
【００５１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第１の外部加熱手段は内部に熱源を備え、定着ローラの表面に当接することによって定着ローラを加熱する第１の加熱ローラであり、前記第２の外部加熱手段は内部に熱源を備え、加圧ローラの表面に当接することによって加圧ローラを加熱する第２の加熱ローラであることとしたものであり、定着ローラと加圧ローラの表面に第１、第２の加熱ローラから均一且つ直接的に熱を伝播させ、ウォームアップ時間を短縮し、またローラの長手方向の温度分布のばらつきを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプリンタの模型的断面図
【図２】上記プリンタの画像形成部の模型的断面図
【図３】上記プリンタの定着装置のローラ構成を示す模型的断面図
【図４】上記定着装置のローラ形状を示す正面図
【図５】従来の定着装置のローラ構成を示す模型的断面図
【符号の説明】
５０　定着装置
５１　定着ローラ
５２　加圧ローラ
５３　第１の加熱ローラ（第１の外部加熱手段）
５４　第２の加熱ローラ（第２の外部加熱手段）
５５、５６　加熱用ヒータ
【図１】
2004061700.tif 000003
【図２】
2004061700.tif 000004
【図３】
2004061700.tif 000005
【図４】
2004061700.tif 000006
【図５】
2004061700.tif 000007