(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源によって加熱される定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において、
前記定着ローラは、内周面に螺旋状のリブを備えた円筒状の芯金を備え、
前記加圧ローラとの接触部において、軸方向の接触領域内に２個以上のリブが存在するように構成され、
前記円筒状の芯金は、駆動力を伝達する定着ギアと係合するためのＵ字溝を備え、前記Ｕ字溝の一方の側壁部が前記リブに沿って形成されている
ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記螺旋状のリブのリード角が、前記定着ローラの端部より中央部の方が小さいことを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
該螺旋状のリブのリード角が、前記定着ローラの端部から中央部に向かって単調減少となるように構成したことを特徴とする請求項２の定着装置。
【請求項４】
前記円筒状の芯金がアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１の定着装置。
【請求項５】
前記螺旋状のリブは、複数系統形成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の定着装置。
【請求項６】
内周面に螺旋状のリブが形成された円筒状芯金を備えた定着ローラの製造方法であって、
加熱したアルミニウム合金の鋳塊ピレットをコンテナに入れ、前記円筒状芯金の略断面形状の口金の穴から押し出して押出し素管を形成する押出し工程と、
前記押出し素管を、室温にて外径工具と内径工具の間を引張りながら通すことによって所望の断面形状の素管を得る引抜き工程と
を有し、
前記引抜き工程において、前記素管を回転しながら引抜くことを特徴とする定着ローラの製造方法。
【請求項７】
前記素管を回転しながら引抜く際の回転速度を変化することを特徴とする請求項６記載の定着ローラの製造方法。
【請求項８】
前記引抜き工程において、前記素管の回転を一時停止することを特徴とする請求項６又は７記載の定着ローラの製造方法。
【請求項９】
請求項１の定着装置
を備えた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、電子写真プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に画像形成装置に装着され、記録媒体上に形成されたトナー画像を定着する定着装置、及び定着装置に装着される定着ローラの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の定着装置としては、加熱された定着ローラと加圧ローラを圧接させ、用紙を両ローラで挟持搬送しなから記録用紙上に形成されたトナー画像を加熱溶融して定着を行う熱ロール方式のものが広く用いられている。熱ロール方式の定着装置では、定着ローラ内部に定着ヒータとしてのハロゲンランブ等を備え、このハロゲンランプで定着ローラを加熱するものが主流であった。また、上記構成の装置において、室温から定着に必要な所定の温度まで加熱する際の立上げ時間の短縮のために、定着ローラの芯金肉厚を薄くして熱容量を減らす方法も行なわれている。
（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００４−３６１８３９号公報（段落００２１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の装置において定着ローラの芯金肉厚を薄くすると、ローラの機械強度が弱くなり、加圧ローラと接触するニップ部分においてローラが弓なりに撓んで中央部の接触圧が弱くなり、ニップが減少して定着性が低下する問題や、ローラのつぶれによりローラが振れ、結果として定着性が低下し、用紙スキューやしわが発生し易くなるといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による定着装置は、熱源によって加熱される定着ローラと、該定着ローラに圧接する加圧ローラとを備えた定着装置において、
前記定着ローラは、内周面に螺旋状のリブを備えた円筒状の芯金を備え、前記加圧ローラとの接触部において、軸方向の接触領域内に２個以上のリブが存在するように構成され、前記円筒状の芯金は、駆動力を伝達する定着ギアと係合するためのＵ字溝を備え、前記Ｕ字溝の一方の側壁部が前記リブに沿って形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明による定着ローラの製造方法は、内周面に螺旋状のリブが形成された円筒状芯金を備えた定着ローラの製造方法であって、
加熱したアルミニウム合金の鋳塊ピレットをコンテナに入れ、前記円筒状芯金の略断面形状の口金の穴から押し出して押出し素管を形成する押出し工程と、前記押出し素管を、室温にて外径工具と内径工具の間を引張りながら通すことによって所望の断面形状の素管を得る引抜き工程とを有し、
前記引抜き工程において、前記素管を回転しながら引抜くことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、円筒状芯金の強度を保ったまま、その肉厚を薄くできるので、定着ローラの立上げ時間の短縮に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による定着装置を備えた実施の形態１のプリンタの要部構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１において、定着装置の内部構成を示す要部断面図である。
【図３】実施の形態１において、定着装置を記録用紙の搬送方向の上流側（図２の矢印Ａ方向）からみた要部正面図である。
【図４】実施の形態１において、円筒状芯金の外観斜視図であり、内部の状態を確認できるように、円周部を一部切り欠いた状態で示している。
【図５】（ａ）は、図４におけるＧ−Ｇ断面図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。
【図６】本発明による実施の形態２の円筒状芯金の内部形状を示す、軸方向の面での断面図である。
【図７】実施の形態２において、回転角速度（ω）とリード角βの関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態２において、長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置（横軸に）と、各位置での引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度（縦軸）の関係を示すグラフである。
【図９】実施の形態２において、長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置（横軸に）と、各位置でのリード角β（縦軸）の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明による実施の形態３の円筒状芯金の内部形状を示す、軸方向の面での断面図である。
【図１１】実施の形態３において、円筒状芯金を備えた定着ローラ、回転軸受け、及び定着ギヤの係合関係を説明するため、これらを斜め下方から見た斜視図である。
【図１２】実施の形態３において、定着ローラに定着ギヤが装着され、加圧ローラ、及び駆動ギヤと共にプリンタに配設された際の、互いの位置関係を示す動作説明図である。
【図１３】（ａ）は、定着ギヤと円筒状芯金を備えた定着ローラとを図１２の矢印Ｆ方向からみた正面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）における、定着ギヤの凸部と円筒状芯金のＵ字溝との係合部の部分拡大図である。
【図１４】実施の形態３において、長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置（横軸に）と、各位置での引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度（縦軸）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明による定着装置を備えた実施の形態１のプリンタの要部構成を示す構成図である。
【００１０】
図１に示すように、画像形成装置としてのプリンタ１には、積層した記録媒体としての記録用紙２を収納する給紙カセット３がプリンタ１の底部に着脱自在に装着されている。給紙カセット３の用紙取り出し側の上部には、積層した記録用紙２が当接する位置にピックアップローラ４が配置されている。そのピックアップローラ４の近傍には、ピックアップローラ４によって給紙カセット３から繰り出された記録用紙２を、１枚ずつ上方（用紙搬送方向の下流側）へと繰り出すための給紙ローラ５及びリタードローラ６が、対向して配設されている。尚、図１には、搬送される記録用紙２の搬送経路及び搬送方向が一点鎖線と矢印で示されている。
【００１１】
給紙ローラ５及びリタードローラ６によって一枚ずつ繰り出された記録用紙２は、搬送経路に沿って配置された搬送ローラ対７及び８によって画像形成部９に送られる。
【００１２】
画像形成部９は、トナーカートリッジ９ａ、記録ヘッド９ｂ、感光ドラム９ｃ、転写ローラ９ｄ等により構成されており、搬送される記録用紙２に対して記録データに応じたトナー画像を転写する。そして、画像形成部９の搬送方向下流側には定着装置１０が配設されている。定着装置１０は、記録用紙２に転写されたトナー画像を加熱溶融により記録用紙２に定着させるもので、定着ローラ１１、これに圧接する加圧ローラ１２、及び定着ローラ内部に配設された熱源としてのハロゲンランプ１９により構成される。
【００１３】
定着装置１０の搬送方向下流側には、搬送経路に沿って、順に搬送ローラ対１３及び１４が設けられ、トナー画像が定着されて定着装置１０から排出された記録用紙２を、プリンタ１の上部に配設された排紙トレイ１５に排出する。この排紙トレイ１５には、印刷された記録用紙２が順次積載される。そして、搬送される記録用紙２の搬送位置を検出するため、搬送ローラ対８の直前にセンサ１６が、搬送ローラ対８と転写ローラ９ｄの間にセンサ１７が、そして定着部１０と搬送ローラ対１３の間にセンサ１８がそれぞれ配されている
【００１４】
尚、ピックアップローラ４、給紙ローラ５、リタードローラ６、搬送ローラ対７，８，１３，１４、及び感光ドラム９ｃは、図示しない駆動手段によって回転駆動されるものである。
【００１５】
図２は、定着装置１０の内部構成を示す要部断面図であり、図３は、定着装置１０を記録用紙の搬送方向の上流側（図２の矢印Ａ方向）からみた要部正面図である。
【００１６】
図２、図３において、定着ローラ１１は、厚さ０．４ｍｍのアルミニウムから形成され、後述するように内周面にリブ５１（図４参照）を形成した円筒状芯金１１ａと、円筒状芯金１１ａを被覆する、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る厚さ２０μｍの離型層ｌ１ｂとにより構成されており、円筒状芯金１１ａは、その両端部において、サイドプレート２２に固定された一対の回転軸受け２１，２１によって回転自在に保持されている。また定着ローラ１１は、その円筒状芯金１１ａの片側に定着ギヤ２３が設置され、図示せぬ駆動系から駆動ギヤ２４（図１２参照）を介して動力が付与されることで、回転運動が可能となる。
【００１７】
加圧ローラ１２は、鉄から形成された外径１２ｍｍの円柱状芯金１２ａと、円柱状芯金１２ａを被覆する、耐熱性の高い硬度ＪＩＳ−Ａ約１６°、厚さ約８．０ｍｍのシリコーンゴムから成る弾性層１２ｂと、更に弾性層を被覆する、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）若しくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂から成る厚さ３０μｍの離形層１２ｃとにより構成されている。
【００１８】
円柱状芯金１２ａは、その両端部に径小の軸部を有し、この軸部が、一対の回転軸受け２５，２５によって回転自在に保持されている。一対の回転軸受け２５，２５は、サイドプレート２２によって、定着ローラ１１に対して離接する方向、即ち矢印Ｂ，Ｃ方向にスライド移動可能に保持され、更にスプリング等の付勢部材２０，２０によって、定着ローラ１１に接近する方向に付勢されている。即ち、加圧ローラ１２は、定着ローラ１１に所定の圧力で圧接するように構成されている。また、定着ローラ１１の円筒状芯金１１ａの内部中心には、その回転軸方向に延在して、定着ローラ１１の加熱源となるハロゲンランプ１９が配設されている。
【００１９】
定着ローラ１１の円筒状芯金１１ａについて更に説明する。図４は、円筒状芯金１１ａの外観斜視図であり、内部の状態を確認できるように、円周部を一部切り欠いた状態で示し、図５（ａ）は、円筒状芯金１１ａの軸に垂直な断面図、即ち図４におけるＧ−Ｇ断面図であり、図５（ｂ）はその部分拡大図である。
【００２０】
図４、図５に示すように、円筒状芯金１１ａの内周面には、面に沿って軸方向に螺旋状に延設された６系統のリブ５１１〜５１６（特に区別する必要がない場合には単にリブ５１と称す場合がある）が、内周を６等分するように等間隔で形成されている。図５（ｂ）に示すように各リブ５１は、下辺２ｍｍ、上辺１ｍｍ、高さ０．３ｍｍの台形形状の断面を有し、螺旋のリード角βは、ここでは６０°となっている。また円筒状芯金１１ａの一方の端部には、後述するように、設置される定着ギア２３（図２参照）と係合するＵ字溝１１ｃが形成されている。
【００２１】
尚、ここでのリード角βは、リブ５１と、円筒状芯金１１ａの軸方向に直角な平面とがなす角度とする。
【００２２】
次に定着ローラ１１の製造方法について説明する。
ここでは、円筒状芯金１１ａの成形工程→回転軸受け及び定着ギヤに対応するための両端部の加工工程→加熱源からの吸熱効果を上げるための黒色粉体塗料等の内面塗装工程→サンドブラスト等の外周面の粗面化工程→フッ素樹脂等の粉体塗料の塗装等の離形層１１ｂの成形工程→ローラ面の研磨工程、の各工程を順に行うことにより定着ローラ１１を製造する。
【００２３】
このうち、円筒状芯金１１ａの成形工程では、まず、４００〜５００℃に加熱した円柱状のＡ５０５２などのアルミニウム合金の鋳塊ピレットをコンテナに入れ、円筒状芯金１１ａの略断面形状（リブ５１の形状も含む）の口金（ダイス）の穴から押し出す熱間加工法の押出し工程、続く、押出し素管を室温にて精密な外径工具（ダイス）と内径工具（リブ５１の形状も備えたプラグ）の間を引張りながら通すことによって精密な断面形状の素管を得る引抜き工程にてローラ素管を形成する。次に、ロール矯正機にて管の曲がりを矯正し、任意の長さに切断することで、筒状の芯金が成形される。
【００２４】
本実施の形態では、この引抜き工程において、素管を一定の速度で回転しながら引抜くことで、リブの断面形状に加工した口金の形状が素管内周面に沿って螺施状に成形される。例えば、芯金内径２８ｍｍ、抜き速度１５０ｍｍ／秒、回転角速度３５４°／秒、とした場合、リブのリード角βは６０°に成形される。
【００２５】
以上のように、内周面にリブ５１を形成した円筒状芯金１１ａを備えた定着装置１０を採用して行なった印刷実験の結果について、リブを形成しない場合と比較しながら以下に説明する。
【００２６】
例えば図２、図３に示す定着装置１０に、リブ５１が形成されていない芯金肉厚０．４ｍｍの円筒状芯金を備えた定着ローラを実装すると、加圧ローラ１２に圧接されたときに撓みｄ（図３に一点鎖線で示す定着ローラ中央部での下面変位）を生じてしまう。これによって定着性の低下、用紙スキューやシワの発生、記録画像にジッターの発生などの問題が生じる。このような単純円筒形の円筒状芯金を備えた定着ローラで撓みを無視できる範囲とするためには、芯金肉厚が約０．８ｍｍを要する。尚、この時の加圧ローラ１２による圧接力は、上記した本実施の形態の定着ローラ１１では変形が発生せず、正常な定着が実施可能な程度に設定している。
【００２７】
ここで、肉厚０．８ｍｍの単純円筒形の円筒状芯金を備えた定着ローラを図２、図３示すような構成のヒータ内蔵方式の定着装置で実験したところ、ローラ表面温度が室温から定着に必要な１７０℃に達するまでの立上げ時間は約１５秒となった。尚、ローラ材質はアルミニウム、ローラ外径は２８ｍｍである。また、このときのハロゲンランプ１９への入力電力は８５０Ｗである。一方、上記した本実施の形態による定着ローラ１１を採用する図２、図３に示す構成の定着装置１０では、同じ条件で測定した立上げ時間は、約１０秒であった。
【００２８】
肉厚０．８ｍｍの単純円筒形の円筒状芯金を備えた定着ローラ又は上記した本実施の形態による定着ローラ１１を備えた定着装置１０を採用したプリンタ１によって、印刷性能を評価したところ、定着性の低下、用紙スキューやシワの発生、記録画像にジッター発生などの問題の発生はなく、このことから、これらの定着ローラでは、撓みおよびつぶれ変形が無視できる範囲内に収まっていることがわかる。
【００２９】
円筒状芯金１１ａの肉厚を、例えば本実施の形態での０．４ｍｍの如く薄く設定したまま、定着ローラの変形を防止して正常な定着を可能にする強度を得るために、円筒状芯金１１ａは、加圧ローラ１２との接触部において、軸方方向の接触領域内に常に２箇所以上のリブ５１が存在している状態が好ましい。このように、接触部に常に２箇所以上のリブ５１を存在させることによって、撓みが発生し易い定着ローラ中央部の近傍（少なくとも中央部から全長の１／４の距離以内）に常にリブが存在することになるため、強度が保ち易くなる。
【００３０】
このように、加圧ローラ１２との接触部において、軸方方向の接触領域内に常に２箇所以上のリブ５１を存在させるためには、
芯金内径をｄ［ｍｍ］、リブ本数をｎ、
ローラ接触部幅をｗ［ｍｍ］、
リブの最大リード角をβｍａｘ［ｒａｄ］としたとき、
ｔａｎ（βｍａｘ）＝（ｗ／２）／（πｄ／ｎ）…（１）
となり、
（βｍａｘ）＝ｔａｎ−１（（ｗ／２）／（πｄ／ｎ））…（２）
となる。例えばここで、ｄ＝２８ｍｍ、ｎ＝６、ｗ＝２１０ｍｍとしたとき、リブのリード角の最大値βｍａｘは１．４３ｒａｄ＝８２°となる。
【００３１】
尚、印刷速度やトナーの温度特性に応じて、必要とされる、定着ローラに対する加圧ローラの押し付け力は異なるため、最終的にリード角、リブの本数、リブの形状等を決定する際には、実験による定着性確認、通紙による用紙しわの未発生確認以外に、使用されるローラ素材の機械的特性を基にした実使用条件でのローラのたわみ量、ローラ各部の応力等の強度計算を、有限要素法等を利用した機械強度解析で確認し、安全率を加味して決定されることが好ましい。
【００３２】
以上のように、本実施の形態の定着装置によれば、定着ローラ１１の円筒状芯金１１ａに、内周面に螺旋状のリブを設けたことで、必要なローラ強度を維持したまま定着ローラの薄肉化が可能となり、これにより必要な温度に達するまでの定着ローラの立上げ時間の短縮も可能となった。また、筒状のローラ芯金成形時にリブ成形も同時に実施されるため、工程が増加するという問題も発生しない。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、本発明による実施の形態２の円筒状芯金１１１ａの内部形状を示す、軸方向の面での断面図である。尚、説明を容易にするため、本来６系統形成されたリブ１５１のうち、１系統のリブ１５１１のみを示している。
【００３４】
この円筒状芯金１１１ａを採用する画像形成装置が、前記した例えば図４に示す実施の形態１の円筒状芯金１１ａと主に異なる点は、内周面に形成されたリブ１５１のリード角βの角度、及び円筒状芯金の厚みのみである。従って、この円筒状芯金１１１ａを採用する画像形成装置が、前記した実施の形態１のプリンタ１（図１）と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置の要部構成は、円筒状芯金１１１ａ以外において図１に示す実施の形態１のプリンタ１の要部構成と共通するため、必要に応じて図１、図２を参照する。
【００３５】
円筒状芯金１１１ａの軸方向と垂直な断面形状は、前記した実施の形態１の図５に示す円筒状芯金１１ａの断面形状に対して、リブ１５１部分以外の厚みが、０．３ｍｍ（実施の形態１の円筒状芯金１１ａでは０．４ｍｍ）に形成されている以外は同一である。
【００３６】
図６に示すように、リブ１５１のリード角βは、円筒状芯金１１１ａの軸方向端部のリード角β１よりも中央部のリード角β２のほうが小さく設定され、中央部のリブの密度が端部のリブの密度よりも高い構成となっている。
【００３７】
円筒状芯金１１１ａの形成工程は、引抜き工程において、素管の回転速度を変化させながら引抜く点を除いて、前記した実施の形態１で説明した、円筒状芯金１１ａの形成工程と同じである。尚、ここでは、引抜き工程に投入される押出し素管の長さは約４，０００ｍｍであり、最終的に３００ｍｍ毎に切断して円筒状芯金１１１ａを形成する。
【００３８】
ここで、引抜き工程での引抜き速度（Ｖ）を例えば１５０ｍｍ／秒（一定）とし、引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度（ω）を変化させたときの、回転角速度（ω）とリード角βの関係を図７に示す。このように、引抜き時の回転角速度（ω）を変えることによってリード角βを変更することができる。
【００３９】
一方、図２、図３に示す構成の定着装置１０では、一般に、加圧ローラ１２とのニップ時の負荷による定着ローラ１１の撓み、つぶれが、ローラ端部よりもローラ中央部の方で発生し易く、中央部の強度をより高くすることが望ましいことが知られている。そこで、本実施の形態では、図８に示すように、長さ４０００ｍｍの押出し素管を引抜き工程に投入する際に、１本目〜１３本目の各円筒状芯金に相当する各領域において、両端部より中央部での回転角速度（ω）が速くなるように周期的に連続的に変化させた。即ち、図８のグラフにおいて、横軸は長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置を示し、縦軸には、各位置での引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度（ω）を示している。
【００４０】
その結果、１本目〜１３本目の各円筒状芯金に相当する各領域において、内周面に形成されるリブ１５１のリード角βの変化は、図９に示すように、各円筒状芯金の両端部より中央部でのリード角βが小さく形成される。即ち、図９のグラフでは、横軸は長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置を示し、縦軸には、各位置でのリード角βを示している。
【００４１】
従って、引抜き工程を経た後、長さ４０００ｍｍの押出し素管を円筒状芯金１１１ａの所定の長さ（ここでは３００ｍｍ）に切断することで、端部よりも中央部のリブの密度が高い円筒状芯金１１１ａが１３本成形される。尚、図８、図９では、横軸の、切断箇所に相当する位置を点線で示している。
【００４２】
例えば、芯金内径２８ｍｍ、引抜き速度１５０ｍｍ／秒の場合、円筒状芯金１１１ａの各端部での回転角速度（ω）を３５４°／秒とするとその位置でのリブ１５１のリード角は６０°となり、円筒状芯金１１１ａの各中央部に対する回転角速度（ω）を６１４°／秒とするとその位置でのリブ１５１のリード角は４５°となる。
【００４３】
尚、ここではリード角βの変化を一定の割合での増加減少する例で説明したが、端部よりも中央部のリブの密度を高くする構成であれば、段階的な変化、或いは連続的な変化の何れでも構わない。図６の円筒状芯金１１１ａは、リード角βを段階（２段階）的に変化させた例を示すものである。
またここではリード角成型の調整を、引抜き時の引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度の変化で実現したが、角速度一定のもとで、引抜き速度を増減することでも実現可能である。
【００４４】
以上のように、両端部のリブ１５１のリード角が６０°で、中央部のリード角が４５°となるように、一定の割合でリード角βが変化するように６系統のリブ１５１を形成した円筒状芯金１１１ａを備えた定着装置１０を採用して行なった印刷実験の結果について、以下に説明する。尚、円筒状芯金１１１ａのローラ材質はアルミニウム、ローラ外径は２８ｍｍである。
【００４５】
本実施の形態による円筒状芯金１１１ａを備えた定着ローラ１１を、図２、図３に示す構成のヒータ内蔵方式の定着装置１０に実装したところ、ローラ表面温度が１７０℃に達するまでの立上げ時間は、約８秒となった。尚、この時のハロゲンランプ１９の入力電力は８５０Ｗとしている。
【００４６】
また、円筒状芯金１１１ａによる定着ローラ１１を備えた定着装置１０を採用したプリンタ１によって、印刷性能を評価したところ、定着性低下、用紙スキューやシワの発生、記録画像にジッター発生などの問題の発生はなく、このことから、中央部のリブの密度を高くしたことによって、定着ローラの撓みおよびつぶれ変形が無視できる範囲内に収まっていることがわかる。尚、この時の加圧ローラ１２による圧接力は、上記した実施の形態１の定着ローラ１１では変形が発生せず、正常な定着が実施可能な程度に設定している。
【００４７】
以上のように本実施の形態の定着装置によれば、定着ローラ１１の円筒状芯金１１１ａに、内周面に螺旋状のリブを設けるのに際し、中央部の密度が端部の密度よりも高くなるようにリブを形成して、効率的にリブによる補強を行った結果、例えば実施の形態１の場合と端部におけるリード角が同じであったとしても実施の形態１の場合よりもローラ強度が高まるため、実施の形態１の場合よりも更なる薄肉化が可能となり、これにより必要な温度に達するまでの定着ローラの立上げ時間を更に短縮することが可能となる。
【００４８】
実施の形態３．  
図１０は、本発明による実施の形態３の円筒状芯金２１１ａの内部形状を示す、軸方向の面での断面図である。尚、説明を容易にするため、本来６系統形成されたリブ２５１のうち、１系統のリブ２５１１のみを示している。
【００４９】
この円筒状芯金２１１ａを採用する画像形成装置が、前記した例えば図４に示す実施の形態１の円筒状芯金１１ａと主に異なる点は、内周面に形成されたリブ２５１の両端部における形状である。従って、この円筒状芯金２１１ａを採用する画像形成装置が、前記した実施の形態１のプリンタ１（図１）と共通する部分には同符号を付して、或いは図面を省いて説明を省略し、異なる点を重点的に説明する。尚、本実施の形態の画像形成装置の要部構成は、円筒状芯金２１１ａ以外において図１に示す実施の形態１のプリンタ１の要部構成と共通するため、必要に応じて図１、図２を参照する。
【００５０】
円筒状芯金２１１ａでは、内周面に形成されたリブ２５１が端部において、軸方向に対して平行に形成され、６系統形成されるリブ２５１１〜２５１６のうち、１系系統のリブ、例えば図１０に示すように、リブ２５１１の、軸方向に対して平行に形成された端部２５１１ａがＵ字溝２１１ｃの一方の側壁部２１１ｄに沿うように形成されている。尚、このＵ字溝２１１ｃの一対の側壁部は、軸方向に平行に形成されており、Ｕ字溝２１１ｃ自体の形状は、前記した実施の形態１のＵ字溝１１ｃと同じである。
【００５１】
図１１は、円筒状芯金２１１ａを備えた定着ローラ１１、回転軸受け２１、及び定着ギヤ２３の係合関係を説明するため、これらを斜め下方から見た斜視図である。
【００５２】
定着ローラ１１は、図３において説明したように、サイドプレート２２に固定された一対の回転軸受け２１，２１によって回転自在に保持され、片側に定着ギヤ２３が設置されるが、この定着ギヤ２３は、定着ローラ１１が嵌入できるようにリング状に形成され、内周部には、定着ローラ１１に形成されたＵ字溝２１１ｃに嵌入してこれと係合する凸部２３ａが形成されている。
【００５３】
図１２は、定着ローラ１１に定着ギヤ２３が装着され、加圧ローラ１２、及び駆動ギヤ２４と共にプリンタ１に配設された際の、互いの位置関係を示す動作説明図である。このとき、定着ローラ１１は、一対の回転軸受け２１によって定着装置１０本体に回転自在に保持されると共に、その両端部が図示しない規制部材によって、軸方向移動が規制され、加圧ローラ１２は、図２、図３の説明で記したように、定着ローラ１１に所定の圧力で圧接するように構成されている。
【００５４】
定着ギヤ２３と噛合するように定着装置内に回転自在に配置された駆動ギヤ２４は、図示しない駆動部としての定着用モータの回転が伝達されると矢印Ｄ方向に回転し、定着ローラ１１を矢印Ｅ方向に回転駆動する。尚、同図中の矢印Ａは、トナー画像が転写された記録用紙２（図２参照）の搬入方向を示している。
【００５５】
図１３（ａ）は、定着ギヤ２３と円筒状芯金２１１ａを備えた定着ローラ１１とを図１２の矢印Ｆ方向からみた正面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）における、定着ギヤ２３の凸部２３ａと円筒状芯金２１１ａのＵ字溝２１１ｃとの係合部の部分拡大図である。
【００５６】
図１３に示すように、定着ギヤ２３が矢印Ｅ方向に回転するとき、定着ギヤ２３の凸部２３ａは、円筒状芯金２１１ａのＵ字溝２１１ｃの一方の側壁部２１１ｄを押圧する。この側壁部２１１ｄには、前記したように、リブ２５１１の、軸方向に対して平行に形成された端部２５１１ａが沿うように形成されている。このように、軸方向に対して平行に形成された端部２５１１ａは、円筒状芯金２１１ａのＵ字溝２１１ｃの、定着ギヤ２３の凸部２３ａによる回転付加が加わる側の側壁部２１１ｄに沿って形成されるものである。
【００５７】
ここで、リブ２５１の形成方法について説明する。本実施の形態では、図１４に示すように、長さ４０００ｍｍの押出し素管を引抜き工程に投入する際に、１本目〜１３本目の各円筒状芯金に相当する各領域において、両端部での回転角速度（ω）を０（ゼロ）とした。即ち、図１４のグラフにおいて、横軸は長さ４０００ｍｍの押出し素管の位置を示し、縦軸には、各位置での引抜き治具（キャレッジ）の回転角速度（ω）を示している。
【００５８】
その結果、１本目〜１３本目の各円筒状芯金に相当する各領域において、内周面に形成されるリブ２５１のリード角βは、両端部で９０°となり、軸方向と平行になる。即ち、引抜き工程を経た後、長さ４０００ｍｍの押出し素管を円筒状芯金２１１ａの所定の長さ（ここでは３００ｍｍ）に切断することで、リブ２５１の端部２５１ａが軸方向に形成された円筒状芯金２１１ａが成形される。ここでは、芯金内径２８ｍｍ、抜き速度１５０ｍｍ／秒、端部以外の中央部での回転角速度３５４°／秒とし、リブの端部以外でのリード角βを６０°に成形している。尚、図１４では、横軸の、切断箇所に相当する位置を点線で示している。
【００５９】
更に本実施の形態では、後工程の両端部の加工工程において、前記したＵ字溝２１１ｃを、定着ギヤ２３の凸部２３ａによる回転付加が加わる側の側壁部２１１ｄが例えばリブ２５１１の端部２５１１ａに沿うように形成する。
【００６０】
以上の構成において、前記したように、図示しない定着モータを起動して定着ギヤ２３を矢印Ｅ方向に回転駆動すると、定着ギヤ２３の凸部２３ａが、円筒状芯金２１１ａのＵ字溝２１１ｃの一方の側壁部２１１ｄを押圧するが、この側壁部２１１ｄにはリブ２５１１の端部２５１１ａが沿うように形成されているため、接触面積を拡大することができる。
【００６１】
ちなみに、側壁部２１１ｄにリブ２５１１の端部２５１１ａが沿うように形成されていない場合、定着ローラ１１の円筒状芯金２１１ａは薄く形成されているため、Ｕ字溝２１１ｃと定着ギヤ２３の凸部２３ａとの接触面積が小さくなり、定着ギヤ２３から円筒状芯金２１１ａに加わる負荷を分散させることができず、Ｕ字溝２１１ｃと凸部２３ａとの係合部が変形したり、破損したりして、定着ローラ１１及び定着装置１０の耐久性が低くなってしまう。また、同時に、定着ギヤ２３の凸部２３ａへ剪断の力が集中して、凸部２３ａが破断しやすくなる。
【００６２】
本実施の形態による円筒状芯金２１１ａを備えた定着ローラ１１を、図２、図３に示す構成のヒータ内蔵方式の定着装置１０に実装したところ、ローラ表面温度が１７０℃に達するまでの立上げ時間は、約１０秒となった。尚、この時のハロゲンランプ１９の入力電力は８５０Ｗとした。
【００６３】
また、円筒状芯金２１１ａによる定着ローラ１１を備えた定着装置１０を採用したプリンタ１によって、印刷性能を評価したところ、定着性低下、用紙スキューやシワの発生、記録画像にジッター発生などの問題の発生はなく、このことから、中央部のリブの密度を高くしたことによって、定着ローラの撓みおよびつぶれ変形が無視できる範囲内に収まっていることがわかる。尚、この時の加圧ローラ１２による圧接力は、上記した実施の形態１の定着ローラ１１では変形が発生せず、正常な定着が実施可能な程度に設定している。
【００６４】
以上のように、本実施の形態の定着装置によれば、前記した実施の形態１の定着装置と同様の効果を得ることができる。更に、円筒状芯金２１１ａのＵ字溝２１１ｃと定着ギヤ２３の凸部２３ａの接触面積が拡大するため、定着ローラ円筒状芯金２１１ａ及び定着ギヤ２３の凸部２３ａの相互への負荷が分散され、装置の耐久性を向上させることができる。
【００６５】
尚、本実施の形態では、定着ギヤ２３の凸部２３ａと、定着ローラ１１の円筒状芯金２１１ａのリブ２５１１の端部２５１１ａの接触面を、円筒状芯金２１１ａの軸方向に形成した例を示したが、リード角βが９０°つまり芯金軸と平行でなくとも、そのリード角に沿ってＵ字構の形成をし、定着ギヤの凸部もその角度に合わせて形成した場合、或いはリブの一部を横断するようにＵ字溝を形成した場合においても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
前記した各実施の形態では、本発明をヒータ内蔵式の定着ローラに適用した例を説明したが、本発明はヒータ内蔵方式の定着ローラに限定されるものではない。ヒータ内蔵方式以外にも、ヒータをローラ外部に配置する方式、ローラ周面に抵抗発熱層を設けた直接加熱方式、或いは誘導加熱方式の定着ローラに本発明を適用することが可能である。いずれの加熱方式においても、本発明により螺旋状のリブを設けることによってローラ強度を大幅に向上させることができるので、定着ローラの薄肉化が可能となり、定着ローラの立上げ時間を短縮できる。
【符号の説明】
【００６７】
１  プリンタ、  ２  記録用紙、  ３  給紙カセット、  ４  ピックアップローラ、  ５  給紙ローラ、  ６  リタードローラ、  ７  搬送ローラ対、  ８  搬送ローラ対、  ９  画像形成部、  ９ａ  トナーカートリッジ、  ９ｂ  記録ヘッド、  ９ｃ  感光ドラム、  ９ｄ  転写ローラ、  １０  定着装置、  １１  定着ローラ、  １１ａ  円筒状芯金、  ｌ１ｂ  離型層、  １１ｃ  Ｕ字溝、  １２  加圧ローラ、  １２ａ  円柱状芯金、  １２ｂ  弾性層、  １２ｃ  離形層、  １３  搬送ローラ対、  １４  搬送ローラ対、  １５  排紙トレイ、  １６  センサ、  １７  センサ、  １８  センサ、  １９  ハロゲンランプ、  ２０  付勢部材、  ２１  回転軸受け、  ２２  サイドプレート、  ２３  定着ギヤ、  ２３ａ  凸部、  ２４  駆動ギヤ、  ２５  回転軸受け、  ５１  リブ、  １１１ａ  円筒状芯金、  １５１  リブ、  ２１１ａ  円筒状芯金、  ２１１ｃ  Ｕ字溝、  ２１１ｄ  側壁部、  ２５１  リブ、  ２５１ａ  端部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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