JP3056921B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置に係り、
特に、定着特性が改良された定着装置を備えた画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子複写機、レ−ザ−プリンタ−等の電
子写真装置は、感光体上で現像され、次いで転写材上に
転写された現像剤像を、熱により定着される定着装置を
備えている。このような電子写真装置における熱定着装
置の定着特性を向上させるためには、定着時間を長くす
る必要がある。定着時間を長くする方法としては、定着
速度を遅くするか、ニップ幅を大きくする方法がある。
ニップ幅を大きくとる方法としては、ロ―ラ外径を大き
くする方法、ゴム硬度を低くする方法、ロ―ラ加圧力を
大きくする方法、ゴム厚を厚くする方法等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、定着時間を長
くするために、定着速度を遅くした場合には、電子写真
装置全体の速度を遅くしなければならず、装置の高速化
の要請に反する。一方、定着時間を長くするために、ニ
ップ幅を大きくする方法を採用した場合には、 １．ロ―ラ外径を大きくすると、定着装置も大型とな
り、コストも高くなり、装置の小型化、低コスト化の要
請に反する。

【０００４】２．ゴム硬度を低くすると、紙しわが発生
しやすくなるという問題がある。 ３．ロ―ラ加圧力を大きくすると、ロ―ラシャフトのた
わみが大きくなり、紙搬送性が悪くなる。

【０００５】４．ゴム厚を厚くすると、ロ―ラ外径が同
じ場合、ゴム厚を厚くする程シャフト径が小さくなり、
シャフトの剛性が小さくなる。その結果、シャフトたわ
み量が大きくなり、紙搬送性が悪くなる。一方、シャフ
ト径が同じ場合、ゴム厚を大きくする程ロ―ラ外径が大
きくなり、定着装置の大型化につながる。また、カラ―
用電子写真装置に用いる定着装置では、ヒ―トロ―ラに
ゴムを被膜する必要があるが、このときゴム厚が厚い
と、ロ―ラ表面とシャフトとの温度差が大きくなり、所
望の表面温度にまで上げようとすると、シャフト部分が
高温になり、シャフトとゴムとの接着強度が弱くなり、
ゴム層がはがれるという問題が生じる。

【０００６】本発明は、このような事情の下になされ、
上述の不都合なしにニップ幅を大きくすることにより、
定着時間を長くすることが出来、それによって定着特性
を向上させた画像形成装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、像担持体に静
電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を
現像して現像剤像を形成する現像手段と、像担持体に当
接する転写材に摺接し、前記現像剤像を転写材に転写す
るための転写手段と、転写材に転写された現像剤像を定
着させるための定着手段とを具備し、前記定着手段は、
いずれもシャフトにゴム層を被覆してなる、第１のロ−
ラと、この第１のロ−ラよりもゴム層の変形量が小さい
第２のロ―ラとからなり、これら第１のロ−ラ及び第２
のロ−ラは回転可能に相互に圧接してニップを形成して
おり、下記式（１）を満たす第１のロ−ラのゴム層の厚
さｈ₁ をＨとおくとき、ｈ₁ は式０．５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦
Ｈを満たすことを特徴とする画像形成装置を提供する。

【０００８】 ［Ｅ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋Ｅ₂ Ｙ］［｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋４ｈ₁ （−３ｔ₁ Ａ₁ ² ＋３ｔ₁ ² Ａ₁ −ｔ₁ ³ ）｝ ＋ｈ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝｛−４Ｅ₁ （３ｔ₁ Ａ₁ ² −３ｔ₁ ² Ａ₁ ＋ｔ₁ ³ ）｝＝０ …（１） 式中、 Ｒ₁ ：第１のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₁ ：第１のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
² ］ ｔ₁ ：第１のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₁ ：第１のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ｅ_g ：第１のロ―ラのゴム層のヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
² ］ Ｒ₂ ：第２のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₂ ：第２のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
² ］ ｔ₂ ：第２のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₂ ：第２のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ａ₁ ＝Ｒ₁ −ｈ₁ Ａ₂ ＝Ｒ₂ −ｈ₂ Ｙ＝Ａ₂ ⁴ −（Ａ₂ −ｔ₂ ）⁴ 更に、本発明は、いずれもシャフトにゴム層を被覆して
なる、第１のロ−ラと、この第１のロ−ラよりもゴム層
の変形量が小さい第２のロ―ラとからなり、これら第１
のロ−ラ及び第２のロ−ラは回転可能に相互に圧接して
ニップを形成しており、下記式（１）を満たす第１のロ
−ラのゴム層の厚さｈ₁ をＨとおくとき、ｈ₁ は式０．
５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たすことを特徴とする定着装置
を提供する。

【０００９】 ［Ｅ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋Ｅ₂ Ｙ］［｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋４ｈ₁ （−３ｔ₁ Ａ₁ ² ＋３ｔ₁ ² Ａ₁ −ｔ₁ ³ ）｝ ＋ｈ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝｛−４Ｅ₁ （３ｔ₁ Ａ₁ ² −３ｔ₁ ² Ａ₁ ＋ｔ₁ ³ ）｝＝０ …（１） 各符号は、上記と同様の意味を表わす。

【００１０】

【作用】本発明の画像形成装置では、定着装置を構成す
るロ−ラの外径、ゴム厚、ゴム硬度、加重等を適宜組み
合わせた関係式に基づき、この関係式を満たす第１のロ
−ラのゴム層の厚さｈ₁ をＨとおくとき、ｈ₁ が式０．
５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たすように構成している。この
ように構成された定着装置によると、最大のニップ幅が
得られ、その結果、定着特性の大幅な改善を図ることが
出来る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を示
し、本発明についてより具体的に説明する。図１は、本
発明の一実施例に係る画像形成装置を示すもので、その
本体Ｈの略中央部には、像担持体としての感光体ドラム
１が配置され、矢印Ａの方向に回転する。感光体ドラム
１は、有機感光体（ＯＰＣ）により形成されており、そ
の周囲にはその回転方向に沿って順次、帯電チャージャ
２、ＬＥＤアレーからなる像露光装置３、現像装置４、
転写装置５、清掃装置６が配置されている。

【００１２】帯電チャージャ２は、感光体ドラム１の上
方に位置しており、感光体ドラム１の表面を−４００〜
−７００ｖに略均一に帯電させる。露光手段３は、記録
すべき画像情報に応じて、感光体ドラム１の表面にＬＥ
Ｄ光を照射して静電潜像を形成する。現像装置４は、摩
擦帯電性を有する１成分現像剤（以下トナーと呼ぶ）Ｔ
を収納するホッパ７を具備し、このホッパ７内には、ト
ナ−Ｔを現像ローラ８に供給するための中間ローラ９
と、この中間ローラ９から供給されたトナ−を感光体１
に摺擦して静電潜像を現像する現像ローラ８とが設けら
れている。

【００１３】現像ローラ８は、１０² 〜１０⁸ Ω・cmの
電気抵抗を有する導電性エラストマーからなる導電性表
面層１０と、この内部に配置された発泡ウレタンあるい
はシリコンゴム、ＥＰＤＭなどからなる弾性層１１とを
具備し、全体として弾力性を有している。現像ローラ８
にはバイアス電源１３が接続されており、表面層１０と
導通しており、現像時に所定の現像バイアス−１４０ｖ
〜−４００ｖが印加される。

【００１４】現像ローラ８には、トナ−Ｔを摺接しつ
つ、トナ−薄層を形成するためのトナ−層形成ブレード
１２が押圧されている。トナ−層形成ブレード１２は、
本実施例においては、厚さ０．１５mmのリン青銅板の先
端部分に半径１．５mmの半球のシリコンゴムチップをマ
ウントした構成となっており、このシリコンチップ部分
が現像ローラ８に当接されている。この当接部分を通過
するトナーＴは、感光体ドラム１の帯電の極性と同じマ
イナス極性に摩擦帯電され、１〜２層程度のトナー層を
形成する。

【００１５】転写装置５は、感光体ドラム１の下方にお
いて用紙搬送路１５を介して感光体ドラム１の周面に対
面して設けられている。この転写装置５においては、円
筒ブラシ１６が感光体ドラム１に、感光体ドラム１と等
速ないし１％程度異なる周速で回転しつつ軽く接触して
いる。

【００１６】一方、図１において、感光体ドラム１の下
方には用紙１７を収納、供給する給紙ユニット１８が設
けられており、その給紙ユニット１８の上方には搬送路
１５へと用紙１７を送り出す給紙ローラ１９が設けられ
ている。搬送路１５の終りには定着器２０が設けられて
おり、ここで用紙１６に転写されたトナー像は定着され
る。

【００１７】図２は、図１に示す画像形成装置の定着装
置を取り出して示す図である。図２において、定着装置
２０は、上ロ−ラ２１ａと下ロ−ラ２１ｂとから構成さ
れている。上ロ−ラ２１ａは、表面にロ−ラゴム層２２
ａを有するシャフト２３ａからなり、その内部にはヒ−
タ２４ａが配置されている。下ロ−ラ２１ｂも上ロ−ラ
２１ａと同様、表面にロ−ラゴム層２２ｂを有するシャ
フト２３ｂにより構成され、その内部にヒ−タ２４ｂが
配置されている。上ロ−ラ２１ａと下ロ−ラ２１ｂと
は、加圧バネ２５により下ロ−ラ２１ｂに加重をかける
ことにより、相互に押し付けられている。

【００１８】上述のように、定着装置の定着特性を向上
させるためには、定着時間を長くする必要があり、その
ためにはニップ幅を大きくとることが必要となる。ロ―
ラ外径が決まっているとき、ニップ幅を大きくするに
は、加圧力を大きくするか、あるいは、上ロ−ラ２１ａ
及び下ロ−ラ２１ｂのゴム厚を厚くすることが望まし
い。しかし、加圧力を大きくすると、ロ―ラシャフト２
３ａ，２３ｂのたわみが大きくなる。

【００１９】一方、上ロ−ラ２１ａ及び下ロ−ラ２１ｂ
のゴム厚を厚くした場合でも、ロ―ラシャフト２３ａ，
２３ｂの外径が小さくなり剛性が小さくなるため、やは
りロ―ラシャフト２３ａ，２３ｂのたわみが大きくな
る。このとき、ロ―ラシャフトのたわみ２３ａ，２３ｂ
が大きくなると、紙の搬送に大きな影響を及ぼし、紙し
わ等の問題が発生する。従って、ロ―ラシャフト２３
ａ，２３ｂのたわみを限定したとき、ニップを最大限に
とれるロ―ラ外径、ゴム厚、ゴム硬度、加重等を考慮す
る必要があり、本発明者らは、これらのパラメ−タを検
討した結果、以下に説明するように、これらパラメ−タ
の適切な組み合わせを見出だした。即ち、荷重とたわみ
の関係は、下記数１に示す式２で表すことができる。

【００２０】

【数１】

【００２１】式中、 Ｐ ：加重［Ｋｇｆ］ Ｒ₁ ：第１のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₁ ：第１のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
² ］ ｈ₁ ：第１のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ ｔ₁ ：第１のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ Ｒ₂ ：第２のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₂ ：第２のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
² ］ ｈ₂ ：第２のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ ｔ₂ ：第２のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｌ ：ロ―ラ両端支点間距離［ｍｍ］ δ ：シャフトたわみ量［ｍｍ］ 一方、一方が円柱剛体で、他方がゴム被膜のロ―ラの組
み合わせの場合のニップ幅Ｎは、下記数２に示す式３で
表すことができる。

【００２２】

【数２】

【００２３】式中、 ｈ ：ロ―ラゴム厚［ｍｍ］ Ｅｇ：ゴムのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ² ］ ここで、両方がゴム被膜のロ−ラの場合は、ゴムが大き
く変形する側のロ―ラに式（３）を適用し、式（３）の
Ｎが最大値となるとき、ニップがほぼ最大値となる。
（３）式でＮが最大値となるときのｈは、下記数３に示
す式４で表すＮ³が最大値となるときのｈに等しい。

【００２４】

【数３】

【００２５】ここで、ニップ部でゴムが大きく変形する
方のロ―ラを第１のロ−ラとし、添字を１とする。式
（４）に式（２）を代入すると、下記数４に示す式５が
得られる。

【００２６】

【数４】

【００２７】Ａ₁ ＝Ｒ₁ −ｈ₁ Ａ₂ ＝Ｒ₂ −ｈ₂ 従って、Ｎ³ が最大となるのは、ｄＮ³ ／ｄｈ₁ ＝０の
とき、即ち、Ｙ＝Ａ₂ ⁴ −ｈ² −ｔ² ）⁴ とおくと、ｈ₁
が下記式（１）を満たすとき、ニップ幅は最大とな
る。

【００２８】 ［Ｅ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋Ｅ₂ Ｙ］［｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋４ｈ₁ （−３ｔ₁ Ａ₁ ² ＋３ｔ₁ ² Ａ₁ −ｔ₁ ³ ）｝ ＋ｈ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝｛−４Ｅ₁ （３ｔ₁ Ａ₁ ² −３ｔ₁ ² Ａ₁ ＋ｔ₁ ³ ）｝＝０ …（１） 図３は、ニップ幅が最大となるゴム層の厚さＨのときの
ニップ幅Ｎに対して、ニップ幅ｎを変化させたときにｎ
とＮの比（ｎ／Ｎ）に対する定着率（％）の変化を示す
特性図である。ここで、定着率は、画像べた黒部を不織
布で１００回こすり、こする前の反射濃度Ｄ₀ とこすっ
た後の反射濃度Ｄ₁ の比（Ｄ₁ ／Ｄ₀ ）で表わす。

【００２９】図３から、ニップ幅が最大値Ｎから２０％
以上減少すると、定着率、即ち定着特性が大幅に悪化す
ることがわかる。従って、式（５）を満たすときのゴム
層の厚さｈ₁ をＨとおくとき、良好な定着特性が得られ
るゴム層ｈ₁ の範囲は、式（２）において、ニップ幅が
２０％減少するのは、紙搬送性が悪化しないように加重
を変えないとすると、下記数５に示す式６より、

【００３０】

【数５】

【００３１】ｈ₁ ＝０．５１２Ｈ 従って、０．５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たすとき、最大の
ニップ幅が得られ、かつ定着特性も良好となる。

【００３２】次に、式０．５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たし
ている場合と満たしていない場合について具体的にニッ
プ幅を測定したところ、下記表１に示す結果を得た。 表１ 実施例 比較例 Ｒ₁ ［ｍｍ］ １７．５ ２０ Ｅ₁ ［Ｋｇｆ／ｍｍ² ］ ０．７３×１０⁴ ０．７３×１０⁴ ｔ₁ ［ｍｍ］ ４ １５ ｈ₁ ［ｍｍ］ ２ ５ Ｅ_g ［Ｋｇｆ／ｍｍ² ］ ０．２ ０．２ Ｒ₂ ［ｍｍ］ １７．５ ２０ Ｅ₂ ［Ｋｇｆ／ｍｍ² ］ ０．７３×１０⁴ ０．７３×１０⁴ ｔ₂ ［ｍｍ］ ４ ２ ｈ₂ ［ｍｍ］ １ ０．５ δ ［ｍｍ］ ０．８２ ０．８２ 理想的なｈ₁ ［ｍｍ］ １．５５〜３．０４ １．３５〜２．６４ ニップ幅［ｍｍ］ ５．２ ４．８ 上記表１から明らかなように、本発明の実施例では、ロ
−ラの外径が小さいにもかかわらず、比較例のニップ幅
よきも大きいニップ幅が得られている。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
所定の関係式を満たす第１のロ−ラのゴム層の厚さｈ₁
をＨとおくとき、ｈ₁ が式０．５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満
たすように構成されているため、最大のニップ幅が得ら
れ、その結果、定着特性が大幅に改善された定着装置及
び画像形成装置を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置を概略的
に示す図。

【図２】本発明の一実施例に係る定着装置を概略的に示
す図。

【図３】ｎとＮの比（ｎ／Ｎ）に対する定着率（％）の
変化を示す特性図。

【符号の説明】

２０…定着装置 ２１ａ…上ロ−ラ ２１ｂ…下ロ−ラ ２２ａ，２２ｂ…ロ−ラゴム層 ２３ａ，２３ｂ…シャフト ２４ａ，２４ｂ…ヒ−タ ２５…加圧バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 一宮 誠 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形
   成手段と、前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する
   現像手段と、前記現像剤像を転写材に転写するための転
   写手段と、転写材に転写された現像剤像を定着させるた
   めの定着手段とを具備し、前記定着手段は、いずれもシ
   ャフトにゴム層を被覆してなる、第１のロ−ラと、この
   第１のロ−ラよりもゴム層の変形量が小さい第２のロ―
   ラとからなり、これら第１のロ−ラ及び第２のロ−ラは
   回転可能に相互に圧接してニップを形成しており、下記
   式（１）を満たす第１のロ−ラのゴム層の厚さｈ₁ をＨ
   とおくとき、ｈ₁ は式０．５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たす
   ことを特徴とする画像形成装置。 ［Ｅ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋Ｅ₂ Ｙ］［｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋４ｈ₁ （−３ｔ₁ Ａ₁ ² ＋３ｔ₁ ² Ａ₁ −ｔ₁ ³ ）｝ ＋ｈ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝｛−４Ｅ₁ （３ｔ₁ Ａ₁ ² −３ｔ₁ ² Ａ₁ ＋ｔ₁ ³ ）｝＝０ …（１） 式中、 Ｒ₁ ：第１のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₁ ：第１のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ ｔ₁ ：第１のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₁ ：第１のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ｅ_g ：第１のロ―ラのゴム層のヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ Ｒ₂ ：第２のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₂ ：第２のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ ｔ₂ ：第２のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₂ ：第２のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ａ₁ ＝Ｒ₁ −ｈ₁ Ａ₂ ＝Ｒ₂ −ｈ₂ Ｙ＝Ａ₂ ⁴ −（Ａ₂ −ｔ₂ ）^４
2. 【請求項２】いずれもシャフトにゴム層を被覆してな
   る、第１のロ−ラと、この第１のロ−ラよりもゴム層の
   変形量が小さい第２のロ―ラとからなり、これら第１の
   ロ−ラ及び第２のロ−ラは回転可能に相互に圧接してニ
   ップを形成しており、下記式（１）を満たす第１のロ−
   ラのゴム層の厚さｈ_１ をＨとおくとき、ｈ₁ は式０．
   ５１２Ｈ≦ｈ₁ ≦Ｈを満たすことを特徴とする定着装
   置。 ［Ｅ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋Ｅ₂ Ｙ］［｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝＋４ｈ₁ （−３ｔ₁ Ａ₁ ² ＋３ｔ₁ ² Ａ₁ −ｔ₁ ³ ）｝ ＋ｈ₁ ｛Ａ₁ ⁴ −（Ａ₁ −ｔ₁ ）⁴ ｝｛−４Ｅ₁ （３ｔ₁ Ａ₁ ² −３ｔ₁ ² Ａ₁ ＋ｔ₁ ³ ）｝＝０ …（１） 式中、 Ｒ₁ ：第１のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₁ ：第１のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ ｔ₁ ：第１のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₁ ：第１のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ｅ_g ：第１のロ―ラのゴム層のヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ Ｒ₂ ：第２のロ―ラの半径［ｍｍ］ Ｅ₂ ：第２のロ―ラシャフトのヤング率［Ｋｇ／ｍｍ
   ² ］ ｔ₂ ：第２のロ―ラシャフトの肉厚［ｍｍ］ ｈ₂ ：第２のロ―ラのゴム層の厚さ［ｍｍ］ Ａ₁ ＝Ｒ₁ −ｈ₁ Ａ₂ ＝Ｒ₂ −ｈ₂ Ｙ＝Ａ₂ ⁴ −（Ａ₂ −ｔ₂ ）⁴