(57)【要約】【課題】薄肉円筒状の弾性芯金から構成された定着ローラを用いる定着装置において、大型化を防止しながら、安定した画像定着を可能とする定着装置を提供する。【解決手段】薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラ、定着ローラに圧接してニップ部を形成する加圧部材、定着ローラに接して保持する定着部材と、を有する定着装置において、定着部材が少なくとも、定着ローラの回転の軸を基準としてニップ部からの記録媒体の排出方向に平行な定着ローラの表面部分近傍に接する第１の位置、第１の位置から定着ローラの回転の軸に対して対称な定着ローラの表面部分近傍に接する第２の位置、および、ニップ部と定着ローラの回転軸を挟んで反対側であって第１の位置と２第２の位置との間の定着ローラの表面部分に接する第３の位置に、設けられている定着装置。【選択図】図２
2012198270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラ、該定着ローラに圧接して該定着ローラとともにニップ部を形成する加圧部材、該定着ローラに接して該定着ローラを保持する定着部材と、を有する定着装置において、
前記定着部材が少なくとも、
前記定着ローラの回転の軸を基準として前記ニップ部からの記録媒体の排出方向に平行な該定着ローラの表面部分近傍に接する第１の位置、
前記第１の位置から前記定着ローラの回転の軸に対して対称な前記定着ローラの表面部分近傍に接する第２の位置、および、
前記ニップ部と前記定着ローラの回転軸を挟んで反対側であって前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記定着ローラの表面部分に接する第３の位置に、
設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記保持部材が円柱形であり、該円柱の軸が前記定着ローラの軸と平行に配置されてい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】
前記保持部材が、前記定着ローラの回転に応じて従動回転されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記保持部材の幅が前記定着ローラの幅よりも広いことを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記保持部材が、ポリフェニレンサルファイド、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から選ばれる樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項６】
前記保持部材が、亜鉛メッキ鋼、ステンレスから選ばれる金属により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
前記保持部材が転がり軸受けから構成され、かつ、該転がり軸受けの外周面が前記定着ローラの回転に応じて従動回転されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の定着装置を有する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】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用する画像形成装置では、加圧ローラと定着ローラとを圧接させてこれらローラの間で形成されるニップ部で、転写紙やＯＨＰ用シートなどの記録材上の未定着トナー画像を加圧加熱して定着させる定着装置が知られている。
【０００３】
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、中空構造の芯金上に薄肉の弾性材料層が形成されたローラが多く用いられている。なお、定着ローラは、芯金（芯金層）、弾性材料層の他に、表層として離型層が形成されているのが一般的である。
【０００４】
ここで、近年、さらなる小熱容量化を目指して、薄肉円筒形であって弾性を備え、側面に荷重が加わったときに回転軸に垂直な断面が変形する芯金を用いる、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラとして用いられるようになってきた（特許文献１）。
【０００５】
このような定着ローラを用いる定着装置では、定着ローラが加圧ローラに圧接されたときに、薄肉円筒状の弾性芯金による弾性変形により幅の広いニップ部が形成されるために、相対的に小型化が可能となる。
【０００６】
ここで、特許文献１に記載の技術では、上述の定着ローラを、その外径よりも大きなフランジで両端を保持している。この方法では、フランジの外径が大きいために、対向するローラの外径がある程度大きくないと対向するローラの駆動軸と定着ローラのフランジとが干渉してしまう。
【０００７】
この干渉を避けるために、図８にモデル的に示すように定着ローラ１０の幅を対向するローラ（加圧ローラ）１１の幅よりも広くする場合に、定着ローラ１０は対向するローラ１１の端部より外側では荷重を受けないために、定着ローラ１０に対向するローラ１１のエッジ部分に当接する箇所（図８中楕円（二点鎖線）で示した部分）で応力が集中し、その結果、定着ローラ１０が破壊しやすくなり、耐久性に問題が生じる。
【０００８】
さらに、定着ローラに対向するローラに当接して生じる弾性変形時の形状（軸に垂直な断面）も、定着ローラに対向するローラのエッジ部分の内側と外側とで異なり、ニップ形状および圧力をローラの幅方向で均一とはならず、このために安定した定着が困難となる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の技術では、薄肉円筒状の弾性芯金から構成された加圧ローラの内部に、保持ロールを設けて、軸方向にも安定した広いニップ形状を作る方法が提案されている。この方法では、加圧ローラでは薄肉化が可能であるものの、定着ローラに適用し、より薄くすることでウォーミングアップの短縮を図ろうとする場合には、定着ローラ内に上記保持ロールとともに配置されるヒータとの干渉を避けるために、定着ローラが不必要に大径化することになると云う問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、薄肉円筒状の弾性芯金から構成された定着ローラを用いる定着装置において、大型化を防止しながら、安定した画像定着を可能とする定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラ、該定着ローラに圧接して該定着ローラとともにニップ部を形成する加圧部材、該定着ローラに接して該定着ローラを保持する定着部材と、を有する定着装置において、前記定着部材が少なくとも、前記定着ローラの回転の軸を基準として前記ニップ部からの記録媒体の排出方向に平行な該定着ローラの表面部分近傍に接する第１の位置、前記第１の位置から前記定着ローラの回転の軸に対して対称な前記定着ローラの表面部分近傍に接する第２の位置、および、前記ニップ部と前記定着ローラの回転軸を挟んで反対側であって前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記定着ローラの表面部分に接する第３の位置に、設けられていることを特徴とする定着装置である。
【００１２】
また、本発明の定着装置は、請求項２に記載の通り、請求項１に記載の定着装置において、前記保持部材が円柱形であり、該円柱の軸が前記定着ローラの軸と平行に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の定着装置は、請求項３に記載の通り、請求項１または請求項２に記載の定着装置において、前記保持部材が、前記定着ローラの回転に応じて従動回転されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の定着装置は、請求項４に記載の通り、請求項２または請求項３に記載の定着装置において、前記保持部材の幅が前記定着ローラの幅よりも広いことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の定着装置は、請求項５に記載の通り、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置において、前記保持部材が、ポリフェニレンサルファイド、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から選ばれる樹脂により構成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の定着装置は、請求項６に記載の通り、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の定着装置において、前記保持部材が、亜鉛メッキ鋼、ステンレスから選ばれる金属により構成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の定着装置は、請求項７に記載の通り、請求項１に記載の定着装置において、前記保持部材が転がり軸受けから構成され、かつ、該転がり軸受けの外周面が前記定着ローラの回転に応じて従動回転されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、請求項８に記載の通り、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の定着装置を有することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の定着装置では、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラ、該定着ローラに圧接して該定着ローラとともにニップ部を形成する加圧部材、該定着ローラに接して該定着ローラを保持する定着部材と、を有する定着装置において、前記定着部材が少なくとも、前記定着ローラの回転の軸を基準として前記ニップ部からの記録媒体の排出方向に平行な該定着ローラの表面部分近傍に接する第１の位置、前記第１の位置から前記定着ローラの回転の軸に対して対称な前記定着ローラの表面部分近傍に接する第２の位置、および、前記ニップ部と前記定着ローラの回転軸を挟んで反対側であって前記第１の位置と前記第２の位置との間の前記定着ローラの表面部分に接する第３の位置に、設けられていることにより、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラを備えた定着装置において、定着ローラを安定して保持でき、定着装置の小型化と、安定した形状のニップ部と安定したニップ圧力とも得ることができ、良好な画像定着が安定して可能となる。
【００２０】
さらに、請求項２に記載の定着装置では、前記保持部材が円柱形であり、該円柱の軸が前記定着ローラの軸と平行に配置されている構成により、保持部材と定着ローラとの接触面積が減少し、その結果、定着ローラに対するトルクの増大を抑えることができる。
【００２１】
さらに、請求項３に記載の定着装置では、前記保持部材が、前記定着ローラの回転に応じて従動回転される構成により、定着ローラに対するトルクを効果的に抑えるとともに、定着ローラ表面の磨耗を抑えることができる。
【００２２】
さらに、請求項４に記載の定着装置では、保持部材の幅が定着ローラの幅よりも広い構成により定着ローラの幅方向の全域を保持部材と接触させるができ、結果として、定着ローラの幅方向の強度を補強することができる。
【００２３】
さらに、請求項５に記載の定着装置では、前記保持部材が、耐熱性のあるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、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（ＰＦＡ）から選ばれる樹脂により構成されている構成により、定着装置の耐久性を維持しながら軽量化が可能となり、延いては画像形成装置の軽量化が実現できる。
【００２４】
さらに、請求項６に記載の定着装置では、前記保持部材が、亜鉛メッキ鋼、ステンレスから選ばれる金属により構成されている構成により、高剛性となるとともに、磨耗に強く、高い耐久性を得ることができる。
【００２５】
さらに、請求項７に記載の定着装置では、前記保持部材が、前記保持部材が転がり軸受けから構成され、かつ、該転がり軸受けの外周面が前記定着ローラの回転に応じて従動回転される構成により、定着ローラのトルクの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の定着装置を備えた画像形成装置の一例を示すモデル図である。
【図２】本発明に係る定着装置の一例の定着ローラ付近をモデル的に示す斜視図である。
【図３】図２における定着装置の定着ローラの幅方向中心付近の、定着ローラの軸に垂直な面でのモデル断面図である。
【図４】図２における定着装置のモデル上面図である。
【図５】本発明の構成要件を満たさない定着装置の定着ローラの幅方向中心付近の、定着ローラの軸に垂直な面でのモデル断面図である。
【図６】本発明に係る定着装置の他の例の定着ローラ付近をモデル的に示す斜視図である。
【図７】図６における定着装置のモデル上面図である。
【図８】従来技術の問題点を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２８】
図1に本発明の画像形成装置の全体図（中央断面）を示す。記録媒体である用紙束２０から給紙コロ１により用紙が１枚ずつ分離されてレジスト駆動ローラ２、従動ローラ３を経て転写駆動ローラ４ｂおよび従動ローラ５の接触箇所に達する。感光体６〜９から中間転写ベルト４ａに画像が形成されて転写ローラにより用紙に画像が転写されて、定着ローラ１０および加圧ローラ１１を有する定着装置により画像が加熱定着されて、排紙ローラ対１２，１３により排紙トレイ１９に用紙が排出される。
【００２９】
図２に、本発明の定着装置において定着ローラと加圧ローラとが圧接してニップ部を形成している状態の、保持部材との位置関係を示すモデル斜視図を、図３にはこれらローラの幅方向中央でのローラの回転軸に垂直な面でのモデル断面図を、そして、図４にはモデル上面図を、それぞれ示す。
【００３０】
この定着装置は、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラ１０、定着ローラ１０に圧接して定着ローラ１０とともにニップ部１４を形成する加圧部材である加圧ローラ１１、定着ローラ１０に接して定着ローラ１０を保持する定着部材と、を有する定着装置であって、定着ローラ１０の回転の軸（定着ローラ１０内部のヒータ３２付近にある）を基準としてニップ部１４（ニップ部１４の中心）からの記録媒体の排出方向（図３中矢印で示す）に平行該定着ローラ１０の表面部分近傍に接する第１の位置に保持部材３５ａ、この第１の位置から定着ローラ１０の回転の軸に対して対称な定着ローラ１０の表面部分近傍に接する第２の位置に保持部材３５ｄ、および、ニップ部１４（ニップ部１４の中心）と定着ローラ１０の回転軸を挟んで反対側であって第１の位置と前記第２の位置との間の前記定着ローラの表面部分に接する第３の位置に保持部材３５ｂと保持部材３５ｃとが、設けられている定着装置である。
【００３１】
この例では加圧部材である上記加圧ローラとしては、金属の芯金にシリコンゴム層を設け、さらに表層には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）層を設けた加圧ローラを用いている。
【００３２】
一方、定着ローラは、厚さ０．０５〜０．１５ｍｍのステンレス製から構成された薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に、シリコーンゴム層を０．０５〜１．５ｍｍ程度を弾性材料層として積層し、さらに、その上に、ＰＦＡ層を０．００５〜０．０８ｍｍ、離型層として積層したものであることが用紙のローラからの分離性が良好となり、ジャム等のトラブルが未然に防止できるために好ましい。
【００３３】
本実施例における定着ローラでは、薄肉円筒状の弾性芯金のステンレス層の厚さが０．１２ｍｍ、シリコーンゴムからなる弾性材料層の厚さが０．５ｍｍ、離型層のＰＦＡの厚さが０．０３ｍｍであり、外径は３０ｍｍである。
【００３４】
この例では、保持部材として定着ローラ１０よりも幅が広い円柱形の保持部材３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、および、３５ｄが配置されており、かつ、それら円柱の軸が定着ローラ１０の回転の軸と平行に配置されている。保持部材３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、および、３５ｄはそれら円柱の幅方向両端に拡径されて構成されたフランジ部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、および、３６ｄがそれぞれ設けられ、これらにより、回転可能に保持されている。
【００３５】
さらにこの例では、保持部材３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、および、３５ｄは定着ローラ１０の回転に伴って従動回転するようになっている。ここで、定着ローラと加圧ローラとの圧接荷重が小さいときには、保持部材は回転できなくても、摩擦係数の小さい材料、たとえば、フッ素系添加剤を配合した樹脂などから構成されているコロとすることで、定着ローラ１０のトルクを大きくすることがなく、このとき、装置コストが低く抑えられる。しかし、上記の圧接荷重が大きいときには定着ローラのトルクの上昇や、磨耗による破損や位置精度および回転精度の劣化等の問題の発生が予想され、このときには、保持部材を定着ローラ１０に従動して回転可能とすることで、上述の問題発生を未然に防ぐことができる。
【００３６】
また、上述のように、保持部材の幅が定着ローラの幅よりも広くなっていることにより、定着ローラ１０の幅方向すべての箇所が保持部材と接することができるので定着ローラの変形をより安定的に保持することが可能になり、延いては安定した定着が可能となる。さらに保持部材をステンレスや亜鉛メッキ鋼などの剛性の高い金属から構成することで、定着ローラの幅方向の強度を補うことができる。
【００３７】
また、上記例では、定着ローラ１０と加圧ローラ１１とを同じ幅とすることで、定着ローラの変形形状が安定するので、定着むらの発生を未然に防止することができる。また、保持部材が、加圧ローラとは干渉せず、記録媒体の搬送の妨げとならない。さらに、定着ローラの幅を必要最小限とすることで、コストダウンにつながり、かつ、装置の小型化にも寄与する。
【００３８】
上記のように、本発明の定着装置では、上述のように少なくとも第１の位置、第２の位置、および、第３の位置に保持部材が配置されている（図３では、定着ローラ１０の回転の軸からニップ部１４（ニップ部中心）への向きを基準にして９０°および２７０°の位置近傍にそれぞれ保持部材が１つずつ、かつ、ニップ部１４から定着ローラ１０の回転軸を挟んで反対側であって前記２箇所の保持部材の間に少なくとも１つの保持部材が配置されている）ことにより定着ローラの安定した変形形状が得られる。
【００３９】
ここで、図５に定着ローラ１０の回転軸に垂直な断面図にモデル的に示したように第１の位置および第２の位置にそれぞれ保持部材が配置されていない場合（この例では定着ローラ１０の回転の軸からニップ部１４（ニップ部中心）への向きを基準にして１２０°および２４０°の位置近傍にそれぞれ保持部材が配置されている）には、圧接する加圧ローラ１１が回転することで定着ローラ１０表面には用紙搬送方向下流側に向かう力が加わるために、薄肉円筒状の弾性芯金の外側面に弾性材料層を積層して構成した定着ローラの場合には、図中の白抜き矢印の方向に向かって変形してしまい、このためにニップ形状が不安定になって、定着不良などの問題が生じる。しかしながら、本発明に係る定着装置では上述の保持部材配置により、このような問題発生が未然に防止されている。
【００４０】
以上、円柱状の保持部材を用い、定着ローラの幅方向全体に接する例について説明したが、加圧ローラと定着ローラとの圧接荷重が小さい場合には、定着ローラへの保持部材の接触が部分的なものであってもよい。このとき、定着ローラへの保持部材の接触は定着ローラの幅方向中心に対して対象となる位置で行われることが好ましく、特に定着ローラの両端部が保持部材と接触することが好ましい。
【００４１】
このような例として図６にモデル斜視図、図７にモデル上面図を示した。
【００４２】
この例の保持部材３１ａ〜３１ｂは、金属製の転がり軸受け（ベアリング）から構成され、これら転がり軸受けの外周面が定着ローラ１０の外側面の両端部に接し、定着ローラ１０の回転に応じて従動回転される。
【００４３】
保持部材３１ａおよび３１ｄはそれぞれ第１の位置および第２の位置に配置され、ニップ部１４から定着ローラ１０の回転軸を挟んで反対側であって２箇所の保持部材３１ａおよび３１ｄの間に、保持部材３１ｂおよび３１ｃが配置されている。
【００４４】
この例では、上記のように定着ローラは保持部材３１ａ〜３１ｄによって４方向から安定に保持されているために、加圧ローラ１１との間に形成されるニップ部の形状が安定し、結果として安定した画像定着が可能となる。そして、このような例では図２〜４に示された定着装置と比べ、軽量化、小型化とコストダウンを行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  定着ローラ
１１  加圧ローラ（ローラ）
１４  ニップ部
３１ａ〜３１ｄ    保持部材
３５ａ〜３５ｄ    保持部材
３６ａ〜３６ｄ    フランジ部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４６】
【特許文献１】特許第３７３８６１５号公報
【特許文献２】特開第２００４−２４０１７２
【図１】
2012198270.tif 000003
【図２】
2012198270.tif 000004
【図３】
2012198270.tif 000005
【図４】
2012198270.tif 000006
【図５】
2012198270.tif 000007
【図６】
2012198270.tif 000008
【図７】
2012198270.tif 000009
【図８】
2012198270.tif 000010