JP2005258156A - 加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着ローラによって加熱された際に、通過する用紙に対してしわを生じさせることのない加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置を得る。
【解決手段】 用紙上のトナー像を定着させるために定着ローラに圧接した状態で配置される加圧ローラ１であって、シャフト１１と多数の空隙１３を有する多孔質弾性体層１２と薄膜状の樹脂層１４とを備えている。多孔質弾性体層１２はシャフト１１の軸方向において両端部分の空隙率が中央部分の空隙率よりも大きく、定着ローラによって加熱された際に両端部分の外径が中央部分の外径よりも大きく膨張する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加圧ローラ、特に、記録材上のトナー像を定着させるための加熱定着ローラに圧接した状態で配置される加圧ローラ、該加圧ローラを備えた定着装置、及び、該定着装置を備えた画像形成装置に関する。

従来から、複写機やプリンタあるいはファクシミリなどの電子写真方式による画像形成装置にあっては、加熱された定着ローラと加圧ローラとを互いに圧接させ、両ローラ間に用紙を通過させることで用紙上に転写されたトナー像を定着していた。

図８に、従来用いられていた加圧ローラ５０を示す。この加圧ローラ５０は、シャフト５１上にほぼ均一に発泡された多孔質弾性体層５２を設け、該多孔質弾性体層５２の表面に樹脂層５３を設けたものである。

この種の加圧ローラ５０にあっては、図９に示すように、多孔質弾性体層５２の両端部分の外径Ａを中央部分の外径Ｂよりも大きく設定していた（図９はＡとＢの差を誇張して示している）。通紙中の用紙に対して外側に引っ張る力を作用させて、用紙のしわを防止するためである。

しかしながら、加圧ローラ５０は定着ローラから加熱作用を受け、蓄熱の大きい中央部分がどうしても高温になって中央部分の外径が両端部分の外径よりも大きくなり、通紙中の用紙をいわば中央部分に押し込める力が作用し、結果的に用紙にしわが発生していた。

その対策は従来種々提案されている。特許文献１には、加圧ローラを構成する多孔質弾性体層の気泡の分布を、両端部分において中央部分よりも小さくすることが開示されている。特許文献２には、加圧ローラを構成する多孔質弾性体層の発泡セル径を、両端部分において中央部分よりも小さくすることが開示されている。さらに、特許文献３には、加熱時におけるローラの外径が中央部分と両端部分とでほぼ一定となるように、ゴム層の発泡率を中央部分よりも両端部分において高くすることが開示されている。
特開平９−２５１２５２号公報 特開平１１−３３８２２４号公報 特開平１０−３０７４９７号公報

そこで、本発明の目的は、定着ローラによって加熱された際に、両端部分の外径が中央部分の外径よりも大きく膨張することにより、通過する用紙に対してしわを生じさせることのない加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明は、記録材上のトナー像を定着させるために加熱手段により加熱される定着ローラに圧接した状態で配置される加圧ローラであって、シャフトと、該シャフトに設けた多孔質弾性体層と、該多孔質弾性体層上に設けた樹脂層とを備え、前記多孔質弾性体層は、前記シャフトの軸方向において両端部分の空隙率が中央部分の空隙率よりも大きく、前記定着ローラによって加熱された際に両端部分の外径が中央部分の外径よりも大きく膨張することを特徴とする。

空隙率とは、単位体積中に占める空隙の割合であり、空隙数及び／又は空隙の直径によって表すことができ、発泡率と同義でもある。多孔質弾性体層は、両端部分と中央部分とで同じ材質であってもよく、異なる材質であってもよい。また、空隙率の異なる複数の多孔質弾性体層がローラの中央部を線対称として連結されていてもよく、例えば、押出し成形された空隙率の異なる複数の多孔質弾性体層を所定長さのシャフトに取り付けることによって加圧ローラとすることができる。

本発明に係る加圧ローラによれば、シャフトの軸方向において両端部分の空隙率が中央部分の空隙率よりも大きく、定着ローラによって加熱された際に両端部分の外径が中央部分の外径よりも大きく膨張するため、通紙中の用紙に対して外側に引っ張る力が効果的に作用し、用紙にしわが生じることはない。

本発明に係る定着装置は前記加圧ローラを備えたものであり、また、本発明に係る画像形成装置は前記定着装置を備えたものであり、いずれも通紙中の用紙にしわが生じる不具合を未然に防止することができる。

以下、本発明に係る加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

図１に第１実施例としての加圧ローラ１を示し、図２に第２実施例としての加圧ローラ２を示し、図３に第３実施例としての加圧ローラ３を示す。

図１に示す加圧ローラ１は、金属製のシャフト１１と、該シャフト１１の外周面に設けた多孔質弾性体層１２と、該弾性体層１２の外周面に設けた薄膜状の樹脂層１４とで構成されている。

多孔質弾性体層１２はシャフト１１の軸方向に三つのセグメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃに分割されている。セグメント１２ａ，１２ｃは軸方向の両端部分に配置され、セグメント１２ｂは軸方向の中央部分に配置されている。各セグメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃにおいて室温時での外径は等しく、空隙の直径は同一である。

多孔質弾性体層１２において、単位体積中に占める空隙１３の数がセグメント１２ａ，１２ｃにおいてセグメント１２ｂよりも多く形成されている。即ち、空隙率（発泡率）が両端部分において中央部分よりも大きく設定されている。また、空隙率に関しては、軸方向中心ラインＣを中心として左右に対称である。

加圧ローラ１は、例えば、シリコンゴム材を主成分として発泡剤や加硫剤などを添加し、押出し成形したセグメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃを所定の長さにカットし、シャフト１１に接着／連接して多孔質弾性体層１２とし、該弾性体層１２上に樹脂層１４を被覆することにより、製作することができる。空隙率、即ち、空隙１３の直径や数は発泡剤の添加量、成形時の加熱温度などによって調整可能である。

シリコンゴムを主成分とする多孔質弾性体層１２において、単位体積中に占める空隙１３の数の比率に関して、セグメント１２ａ，１２ｃに対してセグメント１２ｂは１：０．４〜１：０．８程度が適切である。

樹脂層１４は、例えば、厚さ１００μｍ以下の耐熱性を有するポリテトラフルオロエチレンが好適であり、多孔質弾性体層１２の外周面に接着剤を介して被せ、加熱収縮させることにより固定される。

以上の構成からなる加圧ローラ１は、図６に示すように、加熱手段２２によって内部から加熱される定着ローラ２１に圧接した状態で配置されて定着装置２０を構成する。定着ローラ２１には用紙分離爪２３が付設されている。図７にこの定着装置２０を備えた電子写真複写機３０の内部構成の概略を示す。

図７において、用紙は給紙部３１から通紙経路Ｄに沿って上方に給紙／搬送され、周知の電子写真法によって感光体ドラム３２上に形成されたトナー像を転写される。その後、用紙は定着装置２０において定着ローラ２１及び加圧ローラ１のニップ部を通過することにより、トナー像の加熱定着を施され、排紙ローラ対３３から用紙トレイ３４上に排出される。

ちなみに、用紙の通過位置と加圧ローラ１との位置関係は、図５に示すように、用紙Ｐはその搬送方向中心ラインＣ’が加圧ローラ１の軸方向中心ラインＣと一致するように通紙される。

トナー像の加熱定着時において、加圧ローラ１は定着ローラ２１から加熱されることになり、両端部分のセグメント１２ａ，１２ｃの単位体積中の空隙数が中央部分のセグメント１２ｂの空隙数よりも多いため、セグメント１２ａ，１２ｃはその外径がセグメント１２ｂの外径よりも大きく膨張する。これにて、通紙中の用紙に対して外側に引っ張る力が作用し、用紙にしわが生じることが防止される。

加圧ローラ１に関して、セグメント１２ａ，１２ｃ及びセグメント１２ｂの加熱時における外径の変化の一例を図４（Ａ）に示す。セグメント１２ａ，１２ｃ及びセグメント１２ｂは、３０℃において同一外径を示しているが、温度の上昇に伴ってセグメント１２ａ，１２ｃの外径変化が大きくなる。この実験で使用された多孔質弾性体層１２の単位体積中に占める空隙１３の数の比率は、セグメント１２ａ，１２ｃ：セグメント１２ｂ＝１：０．７であった。

図２に示す加圧ローラ２は、基本的には前記加圧ローラ１と同様の構成を有し、同様の態様で定着装置２０に組み込まれる。従って、図２において図１と同じ部材、部分には共通の符号を付し、その説明は省略する。

この加圧ローラ２において、両端部分のセグメント１２ａ，１２ｃはその空隙１３の直径が中央部分のセグメント１２ｂの空隙１３の直径より大きくなるように調整されている。シリコンゴムを主成分とする多孔質弾性体層１２において、空隙１３の直径の比率に関して、セグメント１２ａ，１２ｃに対してセグメント１２ｂは１：０．６〜１：０．９程度が適切である。

トナー像の加熱定着時において、加圧ローラ２は定着ローラ２１から加熱されることになり、両端部分のセグメント１２ａ，１２ｃの空隙１３の直径が中央部分のセグメント１２ｂの空隙１３の直径よりも大きいため、セグメント１２ａ，１２ｃはその外径がセグメント１２ｂの外径よりも大きく膨張する。これにて、通紙中の用紙に対して外側に引っ張る力が作用し、用紙にしわが生じることが防止される。

加圧ローラ２に関して、セグメント１２ａ，１２ｃ及びセグメント１２ｂの加熱時における外径の変化の一例を図４（Ｂ）に示す。セグメント１２ａ，１２ｃ及びセグメント１２ｂは、３０℃において同一外径を示しているが、温度の上昇に伴ってセグメント１２ａ，１２ｃの外径変化が大きくなる。この実験で使用された多孔質弾性体層１２の空隙１３の直径の比率は、セグメント１２ａ，１２ｃ：セグメント１２ｂ＝１：０．８５であった。

図３に示す加圧ローラ３は、多孔質弾性体層１２をセグメント１２ａ〜１２ｇにて構成したもので、他の構成は前記加圧ローラ１，２と同様であり、同様の態様で定着装置２０に組み込まれる。従って、図３において図１及び図２と同じ部材、部分には共通の符号を付し、その説明は省略する。

この加圧ローラ３において、中央部分に位置するセグメント１２ｄはその空隙１３の直径が両端部分に位置するセグメント１２ａ，１２ｇの空隙１３の直径よりも小さく、かつ、空隙１３の数も比較的少ない。セグメント１２ｃ，１２ｅはその空隙１３の直径がセグメント１２ｄの空隙１３の直径と同じであるが、空隙１３の数がセグメント１２ｄよりも多くなるように調整されている。セグメント１２ｂ，１２ｆはその空隙１３の直径がセグメント１２ｃ，１２ｄ，１２ｅの空隙１３の直径と同じであるが、空隙１３の数がセグメント１２ｃ，１２ｅよりも多くなるように調整されている。両端部分に位置するセグメント１２ａ，１２ｇはその空隙１３の直径が他のセグメント１２ｂ〜１２ｆの空隙１３の直径より大きくなるように調整されている。

換言すれば、加圧ローラ３の多孔質弾性体層１２は、シャフト１１の軸方向において中心ラインＣを中心として空隙率が両端側に向かって漸次増加し、かつ、増加傾向は中心ラインＣを中心に対称である。

トナー像の加熱定着時において、加圧ローラ３は定着ローラ２１から加熱され、その外径は中央部分のセグメント１２ｄよりも中間部分のセグメント１２ｃ，１２ｅ及びセグメント１２ｂ，１２ｆ、さらに、両端部分のセグメント１２ａ，１２ｇのほうが大きく膨張する。これにて、通紙中の用紙に対して外側に引っ張る力が作用し、用紙にしわが生じることが防止される。

なお、本発明に係る加圧ローラ、定着装置及び画像形成装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る加圧ローラの第１実施例を示す断面図である。 本発明に係る加圧ローラの第２実施例を示す断面図である。 本発明に係る加圧ローラの第３実施例を示す断面図である。 前記第１及び第２実施例での加熱による外径変化を示すグラフである。 前記第１実施例である加圧ローラと用紙との位置関係を示す説明図である。 本発明に係る定着装置の一例を示す断面図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 従来の加圧ローラを示す断面図である。 従来の加圧ローラの外径を示す説明図である。

符号の説明

１，２，３…加圧ローラ
１１…シャフト
１２…多孔質弾性体層
１２ａ〜１２ｇ…セグメント
１３…空隙
１４…樹脂層
２０…定着装置
２１…定着ローラ
２２…加熱手段
３０…電子写真複写機

Claims (8)

1. 記録材上のトナー像を定着させるために加熱手段により加熱される定着ローラに圧接した状態で配置される加圧ローラであって、
   シャフトと、該シャフトに設けた多孔質弾性体層と、該多孔質弾性体層上に設けた樹脂層とを備え、
   前記多孔質弾性体層は、前記シャフトの軸方向において両端部分の空隙率が中央部分の空隙率よりも大きく、前記定着ローラによって加熱された際に両端部分の外径が中央部分の外径よりも大きく膨張すること、
   を特徴とする加圧ローラ。
2. 前記多孔質弾性体層は、両端部分における単位体積中に占める空隙数が中央部分における前記空隙数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
3. 前記多孔質弾性体層は、両端部分における空隙の直径が中央部分における空隙の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
4. 前記多孔質弾性体層は、両端部分と中央部分とで同じ材質であり、両端部分の発泡率が中央部分の発泡率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
5. 空隙率の異なる複数の多孔質弾性体層がローラの中央部を線対称として連結されていることを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
6. 押出し成形された空隙率の異なる複数の多孔質弾性体層が所定長さのシャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の加圧ローラ。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の加圧ローラを備えたことを特徴とする定着装置。
8. 請求項７に記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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