(57)【要約】【課題】定着装置の小型化を図るべく、プレスローラを小型化した場合においても定着に必要十分なニップ幅を確保するとともに、ニップ部において均一な圧力分布を確保して定着性の向上及び紙皺の発生を防止する。【解決手段】熱源を備え加熱処理を行うヒートローラ３と、該ヒートローラ３に対向配置され、ヒートローラ３に圧接して加圧処理を行うプレスローラ２４と、プレスローラをヒートローラに圧接させる手段と、を備えるヒートローラ定着方式の定着装置において、前記圧接させる手段を、プレスローラ２４に圧接するバックアップローラ３２と、該バックアップローラ３２をプレスローラ２４側へ付勢する手段とで構成し、前記プレスローラ２４を、外部圧力により弾性変形する中空容器と、該中空容器内に充填される気体又は液体とで構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を備え加熱処理を行うヒートローラと、該ヒートローラに対向配置されるプレスローラと、プレスローラをヒートローラに圧接させる手段と、を備えるヒートローラ定着方式の定着装置において、
前記圧接させる手段を、プレスローラに圧接するバックアップローラと、該バックアップローラをプレスローラ側へ付勢する手段とで構成し、
前記プレスローラを、外部圧力により弾性変形する中空容器と、該中空容器内に充填される気体又は液体とで構成したことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記ヒートローラ及び前記バックアップローラに駆動手段を設け、該ヒートローラとバックアップローラが同一方向に回転するように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】
前記プレスローラの表層内部に充填する液体をシリコンオイルとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に備える定着装置に関し、特にヒートローラ定着方式の定着装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラム上に静電潜像を形成し、バイアス電圧を印加した転写ローラを介して記録紙上にトナー像を移行させ、搬送路の下流側に設けた定着装置でトナー像を永久像として定着するようにしている。
乾式電子写真方式の画像形成装置においては、主としてヒートローラ定着方式の定着装置が採用されており、この方式の定着装置は加熱処理を行うヒートローラと、ヒートローラに圧接して加圧処理を行うプレスローラとを備え、この二つのローラ間を、記録紙を通過させることでトナー像の定着を行うようにしている。
通常、上記プレスローラは金属コアを加熱硬化型のシリコンゴム等で覆い、ヒートローラに押し付けることによりニップ幅を確保するようにしているものである。
【０００３】
このようなヒートローラ定着方式の定着装置において、ローラの内部に気体を封入したものが存在する。例えば、特許文献１では、内部に気体を封入してローラの径変化が可能に構成している。そして、プレスローラの熱収縮による径変化を検知することで、プレスローラの温度を検知し、それに応じてヒートローラを加熱制御して、定着不良を防止している。
【０００４】
また、ウォームアップ時間を短縮するためにヒートローラを薄肉化するとともに、変形防止のためヒートローラ内部に圧力気体を密封して、気体の圧力をニップ部における面圧力と同等以上に設定したものが知られている（特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８４６２５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のヒートローラ定着方式の定着装置においては、ウォームアップ時間の短縮を図るべくヒートローラを小型化した場合や、定着装置の小型化を図るべくプレスローラを小径とした場合、十分なニップ幅（ヒートローラとプレスローラの圧接部における接触幅）を確保することができなかった。このため、加熱量が不足して定着不良等が生じる原因となっていたのである。
そこで、ニップ幅の確保が課題となるが、ヒートローラとプレスローラのニップ幅を確保するためには、一方のローラを撓ませて、ニップ幅を増大させることが考えられる。
【０００７】
従来では、プレスローラをゴムローラで構成することが一般的であり、プレスローラの付勢力を増大させてヒートローラに圧接すると、プレスローラが撓んでニップ幅が増大していた。
ところが、プレスローラの圧接力を上昇させると、紙皺の発生が懸念される。前記特許文献１におけるプレスローラにおいては、一般的なゴムローラと異なり、撓みやすい構成であるが、ニップ幅が十分確保されるほど、撓みうるものではない。
また、特許文献２において、プレスローラ内部に圧力気体を充填した場合、ヒートローラの熱によってプレスローラ内部の気体が膨張して圧力が変化し、ニップ部における圧力分布が不均一となり、紙皺の発生原因となる懸念がある。
以上の問題点を鑑み、本発明においては、定着装置の小型化を図るべく、プレスローラを小径とした場合においても定着に必要十分なニップ幅を確保するとともに、ニップ部において均一な圧力分布を確保して定着性の向上及び紙皺の発生を防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、熱源を備え加熱処理を行うヒートローラと、該ヒートローラに対向配置されるプレスローラと、プレスローラをヒートローラに圧接させる手段と、を備えるヒートローラ定着方式の定着装置において、前記圧接させる手段を、プレスローラに圧接するバックアップローラと、該バックアップローラをプレスローラ側へ付勢する手段とで構成し、前記プレスローラを、外部圧力により弾性変形する中空容器と、該中空容器内に充填される気体又は液体とで構成したものである。
【００１０】
請求項２においては、前記ヒートローラ及び前記バックアップローラに駆動手段を設け、該ヒートローラとバックアップローラが同一方向に回転するようにしたものである。
【００１１】
請求項３においては、前記プレスローラの表層内部に充填する液体をシリコンオイルとしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、バックアップローラによってヒートローラに押し付けられたプレスローラは容易に変形して、ヒートローラとのニップ部において面接触するので、プレスローラの大きさに関わらず定着に必要な十分なニップ幅を確保でき、定着装置を小型化することが可能となる。
また、プレスローラ内部に液体又は気体が充填されているため、凹んだ状態でも均一な圧力分布を確保することができ、定着性を向上できるとともに、紙皺の発生を防止することができる。
【００１４】
請求項２においては、プレスローラをヒートローラ及びバックアップローラとの摩擦力により逆方向に回転することができ、プレスローラ自体に駆動手段を設ける必要がない。
【００１５】
請求項３においては、ヒートローラの熱によって高温になった場合においても体積等が変化することがなく、プレスローラとヒートローラのニップ幅を一定に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は画像形成装置の構成を示す概略側面図、図２は定着装置を示す側面断面図、図３は同じく正面断面図、図４は第二実施例の定着装置を示す側面断面図、図５は同じく正面断面図である。
【００１７】
まず、本発明に係る画像形成装置４の概略構成について説明する。
図１に示すように、画像形成装置４の内部には、給紙装置１８より引き出された記録紙を搬送するシート給送路１２が形成されている。シート給送路１２の記録紙搬送方向における上流側より下流側に沿って、給紙装置１８、現像装置１４、感光装置１５、定着装置１６が設けられている。これらの装置により画像形成装置４が構成され、記録紙１０が前記各装置を経て、記録紙１０上に画像形成が行われる。
【００１８】
給紙装置１８は、記録紙１０を収納する給紙カセット２５と、給紙カセット２５内の記録紙１０を繰り出す給紙ローラ２６とを備えている。給紙ローラ２６は、モータにクラッチを介して駆動伝達可能に接続され、間欠的に駆動されて記録紙１０の繰り出しを行う。
【００１９】
現像装置１４は、トナーを収容するトナー室１９と、感光体ドラム２２にトナーを供給する現像ローラ２０と、該現像ローラ２０にトナーを供給する供給ローラ２１とを備えており、感光体ドラム２２上に形成された静電潜像をトナーにより現像して可視化する。
【００２０】
感光装置１５は、記録紙に接触してトナーを転写する感光体ドラム２２と、感光体ドラム２２に対向して配置される転写ローラ１７と、感光体ドラム２２の表面を一様に負帯電する帯電ローラ２３と、感光体ドラム２２の表面をクリーニングするブラシ２９とを備えている。そして、前記感光体ドラム２２と転写ローラ１７とのニップ部において、記録紙にトナー像が転写され、ブラシ２９により転写後の感光体ドラム２９をクリーニングするようにしている。
【００２１】
感光体ドラム２２の上方には、発光体であるＬＥＤ３０が配置され、該ＬＥＤ３０は画像形成装置４に付設の画像読取装置、もしくは通信回線等を経て接続される他の画像形成装置から送信された画像情報に基づいて発光を行い、感光体ドラム２２上に静電潜像を形成する。
【００２２】
定着装置１６は、記録紙上のトナー像を加熱する熱源を備えたヒートローラ３を備え、ヒートローラ定着方式の定着装置としている。ヒートローラ３の記録紙搬送出口側には剥離爪８を付設しており、該剥離爪８は定着後の記録紙をヒートローラ３から剥離する。
そして、シート給送路１２に沿って搬送される、トナー像を保持した記録紙をヒートローラ３で加熱し、トナー像を永久像として記録紙に定着させるものである。
【００２３】
次に、定着装置１６の詳細について説明する。
図２、図３に示すように、本発明における定着装置１６は、熱源を備え、加熱処理を行うヒートローラ３と、該ヒートローラ３に対してシート給送路１２を挟んで対向配置されるプレスローラ２４と、該プレスローラ２４をヒートローラ３側へ押し付けるバックアップローラ３２とで構成され、各ローラ３・２４・３２は一直線上に並んで配置されている。
【００２４】
前記ヒートローラ３は円筒状に形成された金属コア２と、該金属コア２を加熱するハロゲンランプ１等の熱源から構成されている。ハロゲンランプ１は金属コア２内部の軸芯位置にヒートローラ３の全長とほぼ等しい長さで内装されており、金属コア２を均一に加熱できるようにしている。前記金属コア２は熱伝導率が高いアルミニウム等の金属で構成されて、ランプヒータ１からの熱が速やかに伝わるようにしている。また、金属コア２の表面はフッ素樹脂等でコーティングしており、トナーとの離型性を向上している。
【００２５】
前記プレスローラ２４はシート給送路１２を挟んでヒートローラ３と対向する位置に配置されており、ヒートローラ３の外周面に圧接されている。前記プレスローラ２４はスチレン・ブタジエンゴムやブチルゴム等の耐熱性の高い弾性体で形成された表層３１で中空容器を形成し、該表層３１の内部に密閉された中空部２４ａを設けている。
該中空部２４ａには圧力気体、もしくはシリコンオイル等の液体が充填されており、プレスローラ２４の内部から外側に圧力がかかる構成としており、表層３１を外側に押し出すようにしている。
また、プレスローラ２４は前記の如くゴム等の弾性体で表層３１を構成しているため伸縮可能となっており、ヒートローラ３に圧接すると、その圧接部（ニップ部）において撓み、ヒートローラ３と面接触するものである。
すなわち、プレスローラ２４は外部圧力によって容易に弾性変形可能となっている。
【００２６】
このようなプレスローラ２４の構成から、プレスローラ２４をヒートローラ３に圧接すると、プレスローラ２４が弾性変形してヒートローラ３の外周形状に沿って円弧状に凹み、ニップ幅を十分に確保することができる。また、プレスローラ２４の内部に充填された気体又は液体により、ニップ部に均一に圧力がかかるため定着不良や、紙皺の発生を防止することができる。
【００２７】
前記バックアップローラ３２は前記プレスローラ２４をヒートローラ３へ押し付けるようにプレスローラ２４と当接してヒートローラ２の逆側に配置されている。該バックアップローラ３２はシリコンゴムや鉄等で外周部を形成して、軸芯位置に回転軸３３を備えている。該回転軸３３は前記外周部より両端を突出させて突出部３３ａ・３３ａを設けており、該突出部３３ａ・３３ａに付勢手段を設けて、バックアップローラ３２をヒートローラ３方向へ付勢している。
【００２８】
前記付勢手段は前記突出部３３ａ・３３ａを回転可能に支持する軸受３５・３５と、該軸受３５・３５をプレスローラ３２の軸芯方向に付勢するスプリング３６・３６とで構成している。そして、このような付勢手段を備えたバックアップローラ３２をプレスローラ２４に圧接することで、プレスローラ２４をヒートローラ３に圧接させる手段としているものである。
【００２９】
そして、バックアップローラ３２をヒートローラ３方向に付勢すると、ヒートローラ３とプレスローラ２４のニップ部と逆側でプレスローラ２４とバックアップローラ３２がニップして、バックアップローラ２に押圧されたプレスローラ２４はバックアップローラ３２の外周面に沿って円弧状に凹み、プレスローラ２４とバックアップローラ３２が面接触する。バックアップローラ３２により押圧されたプレスローラ２４は、ヒートローラ３側へ押し付けられて圧接されるのである。
【００３０】
このように、バックアップローラ３２に付勢手段を設けて、該バックアップローラ３２を圧接手段としてプレスローラ２４をヒートローラ３側へ圧接したので、プレスローラ２４の表層３１が凹んでヒートローラ３と面接触し、ヒートローラ３とプレスローラ２４とのニップ幅が十分に確保されるのである。
そして、ヒートローラ３やプレスローラ２４を小型化した場合においてもニップ幅を十分に確保することができるため、定着装置を小型化することが可能となる。
また、プレスローラ２４の内部に気体もしくは、シリコンオイル等の液体を充填しているため、ヒートローラ３とのニップ部にかかる圧力分布を均一にすることができ、定着性の向上及び、紙皺の発生防止に寄与することができる。
【００３１】
ここで、ヒートローラ３、プレスローラ２４、バックアップローラ３２を回転するための駆動手段について説明する。
前記バックアップローラ３２の突出部３３ａ・３３ａの延長上にはギア４３を設けており、モータ等の動力を、ギア４３を介してバックアップローラ３２に伝達し、該バックアップローラ３２に設けたギア４３をヒートローラ３の軸芯延長線上に設けたギア４１へ連動している。前記バックアップローラ３２に設けたギア４３とヒートローラ３に設けたギア４１の間には従動ギア４２を噛合しており、該従動ギア４２によりバックアップローラ３２とヒートローラ３とが同方向に回転するようにしている。
そして、駆動力を伝達されたヒートローラ３とバックアップローラ３２に挟持されるプレスローラ２４は、ヒートローラ３とバックアップローラ３２とのニップ部における摩擦力によって従動的に回転するのである。この際、プレスローラ２４はヒートローラ３とバックアップローラ３２とに挟持されて圧接され、各ローラ３・３２と面接触しているため、従動的に回転するための十分な摩擦力が得られるのである。
【００３２】
次に、第二実施例について図４、図５により説明する。
第二実施例に関して、第一実施例と同一部分に関しては符号を同一とし、説明を省略する。
本実施例においては、モータからの動力をヒートローラ３のみへ伝達して、プレスローラ２４とバックアップローラ３２を従動的に回転するように構成している。
即ち、ヒートローラ３の軸芯延長線上に設けたギア４１により、モータの動力をヒートローラ２４に伝達して回転駆動し、ヒートローラ３とプレスローラ２４とのニップ部における摩擦力により従動的にプレスローラ２４を回転し、プレスローラ２４とバックアップローラ３２とのニップ部における摩擦力によって従動的にバックアップローラ３２を回転するのである。
このように、ヒートローラ３のみに駆動力を伝達することで、プレスローラ２４に駆動力を与えることなく、従動的に回転させることも可能となっている。
【００３３】
以上のように、ヒートローラ３とバックアップローラ３２にギア等で構成される駆動手段を設けて同方向に回転駆動するので、プレスローラ２４に駆動手段を設ける必要がなく、各ローラ３・３２とのニップ部における摩擦力で従動的に回転させることができるのである。また、ヒートローラ３のみに駆動手段を設けて、各ローラ３・２４・３２のニップ部における摩擦力によってプレスローラ３２、バックアップローラ３２を従動的に回転させることも可能であり、このような構成とすることで部品点数を削減することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】画像形成装置の構成を示す概略側面図。
【図２】定着装置を示す側面断面図。
【図３】同じく正面断面図。
【図４】第二実施例の定着装置を示す側面断面図。
【図５】同じく正面断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１    ハロゲンランプ
３    ヒートローラ
２４  プレスローラ
２４ａ  中空部
３１  表層
３２  バックアップローラ
３５  軸受
３６  スプリング
【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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