(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱定着装置に用いられる定着ローラのためのローラ芯金であって、中空円筒状になるローラ芯金の内周面所定位置に、ローラ芯金の胴部を内側へ折り曲げて重ね合わせたリング状の補強リブが形成され、このリング状の補強リブの外表面側の折り合わせ部は溶接によって溶着されており、この溶着されたローラ芯金の外表面全体を切削加工によって所定の外径寸法に仕上げたことを特徴とするローラ芯金。
【請求項２】
加熱定着装置に用いられる定着ローラのためのローラ芯金であって、中空円筒状になるローラ芯金の内周面所定位置に、ローラ芯金の胴部を内側へ折り曲げて重ね合わせたリング状の補強リブが形成され、このリング状の補強リブの外表面側の折り合わせ部は溶接によって溶着されており、この溶着されたローラ芯金の外表面全体を切削加工によって所定の外径寸法に仕上げるととともに、前記ローラ芯金の左右両端部には、その外周面を一周する凹状のくぼみが形成されていることを特徴とするローラ芯金。
【請求項３】
請求項１記載のローラ芯金の製造方法であって、
塑性加工により中空素管の胴部を全周にわたって所定深さだけ内側へ押し曲げ、素管内面を一周する隆起を形成する第１工程と、
前記隆起を形成された中空素管を座屈加工して前記隆起を押し潰して折り合わせて密着させ、中空素管の内周を一周するリング状の補強リブを形成する第２の工程と、
前記座屈加工によって形成されたリング状の補強リブの外表面の折り合わせ部に溶接を施し、補強リブの折り合わせ部が離れることのないように溶着する第３の工程と、
前記溶接された中空素管１の外周面全体を切削加工し、中空素管の外径寸法が設定寸法となるように仕上げ加工を行う第４の工程とからなることを特徴とするローラ芯金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどで使用される加熱定着装置で用いられる定着ローラのためのローラ芯金とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリなどでは、用紙に転写されたトナーを定着するために、加熱定着装置が用いられている。図７に、この加熱定着装置の概略構造を示す。
図７において、５１は内空部にハロゲンランプなどの加熱装置を備えた円筒状の定着ローラ、５２は定着ローラ５１を回転自在に支持する軸受、５３は定着ローラ５１を図示しないモータによって定速度で回転駆動するためのローラ駆動用ギヤ、５４は軸受５２や駆動用ギヤ５３が定着ローラ５１から抜け落ちないように係止するための抜け防止用ばね、５５はシリコンゴムなどで構成された加圧ローラ、５６は加圧ローラ５５の回転軸５５Ａを回転自在に支持する軸受、５７は加圧ローラ５５を定着ローラ５１に所定の圧力で押し付けるための加圧用ばねである。なお、前記定着ローラ５１は、中空円筒状のローラ芯金５８と、その外周面に成膜されたフッ素樹脂などの離型層５９から構成されている。
【０００３】
上記構成になる加熱定着装置は、ハロゲンランプなどで加熱された定着ローラ５１を、駆動用ギヤ５３を介して図示しないモータにより定速度で回転させながら、定着ローラ５１と加圧ローラ５５の間にトナーを転写された用紙を挿通し、トナーを加熱溶融することにより用紙に定着させるものである。
【０００４】
図８に前記定着ローラ５１の基体部を構成するローラ芯金５８の構造を示す。
（Ａ）はローラ芯金５８の平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。ローラ芯金５８は、アルミ合金などで形成された薄肉円筒体からなり、このローラ芯金５８の外表面にフッ素樹脂などからなる薄い離型層５９を成膜することにより、定着ローラ５１として完成されるものである。ローラ芯金５８の一方の端部には、ローラ駆動用ギア５３（図７参照）を取り付けるためのＵ字状のギヤ取付け穴６０が形成され、さらに、左右の両端部にはばね装着用長穴６１が形成されており、図９に示すように、このばね装着用長穴６１に、軸受５２や駆動用ギヤ５３が定着ローラ５１から抜け落ちないように係止するための抜け防止用ばね５４の先端が嵌め込まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記定着ローラ５１の基体部を構成するローラ芯金５８は、熱応答性を良くするために可能な限り薄肉化されており、現在では肉厚１．０〜０．３ｍｍ程度の薄肉円筒状のアルミ合金パイプが用いられるようになってる。しかしながら、一方において、ローラ芯金の肉厚を薄肉化すればするほど定着ローラとしての剛性が小さくなり、外力によるたわみや潰れに対して弱くなってしまうという問題が生じる。
【０００６】
図７に示したように、定着ローラ５１は、加圧ローラ５５によって常時一方向に押されているため、長期間の間には、二点鎖線で示すようにローラ全体が永久変形を起こしてしまい、定着ローラとしての所期の性能を発揮できなくなってしまう。従来においては、このような問題を解決するために、ローラ芯金５８の内空部に円盤状の補強板を溶接してローラの剛性を上げたり、定着ローラ５１を一定期間毎に定期的に取り替えるなどの方法で対処していた。
【０００７】
さらに、ローラ芯金５８の肉厚が薄くなると、ローラ芯金の製造に際しても、次のような問題が生じる。すなわち、肉厚１．０ｍｍ以下の極めて薄い中空円筒状のローラ芯金５８を作ろうとすると、外径仕上げの加工精度を維持するために、切削加工のクランプ圧力を極力小さくするとともに、切削回数を多くして１回当たりの切削厚を薄くすることにより切削抵抗を極力小さくし、さらに、切削加工時の外圧に耐えるようにするために、ローラ芯金の内部に耐圧用の補助具を内挿するなどの種々の工夫が必要となる。
【０００８】
また、ローラ芯金の外径が大きく（例えば、φ２０〜φ８０）、しかも、その肉厚が０．７〜０．３ｍｍ程度になると、ローラ芯金の外径仕上げを切削加工で行うことは難しく、研磨加工によらざるを得ない。しかしながら、外径仕上げを研磨加工で行う場合、設備が高価となり、また、加工部品の洗浄や加工液の処理などが必要となるため、コストが高くなるとともに手間がかかるという新たな問題を生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題を問題を解決するためになされたもので、肉厚を薄くした場合でも切削加工によって外径仕上げを行うことができ、また、定着ローラとして加熱定着装置へ組み付けた後においても永久変形をほとんど起こすことのない、剛性の高いローラ芯金とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明では次のような手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の発明は、加熱定着装置に用いられる定着ローラのためのローラ芯金であって、中空円筒状になるローラ芯金の内周面所定位置に、ローラ芯金の胴部を内側へ折り曲げて重ね合わせたリング状の補強リブが形成され、このリング状の補強リブの外表面側の折り合わせ部は溶接によって溶着されており、この溶着されたローラ芯金の外表面全体を切削加工によって所定の外径寸法に仕上げたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成とした場合、ローラ芯金の内周面に形成されたリング状の補強リブ３が、外部から作用する押し潰し力や折り曲げ力などに対して補強部材として作用する。したがって、外部から押し潰し力や折り曲げ力などが作用しても、これらの外力をリング状の補強リブで支えることができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、加熱定着装置に用いられる定着ローラのためのローラ芯金であって、中空円筒状になるローラ芯金の内周面所定位置に、ローラ芯金の胴部を内側へ折り曲げて重ね合わせたリング状の補強リブが形成され、このリング状の補強リブの外表面側の折り合わせ部は溶接によって溶着されており、この溶着されたローラ芯金の外表面全体を切削加工によって所定の外径寸法に仕上げるととともに、前記ローラ芯金の左右両端部には、その外周面を一周する凹状のくぼみが形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このような構成とした場合、前記請求項１記載のローラ芯金の作用と同時に、次の作用を実現することができ、ローラ芯金の剛性をさらに高めることができる。即ち、前記凹状のくぼみのために芯金両端部分の剛性が上がり、外径切削加工時のクランプ圧力や外圧をこのくぼみで支えることができる。また、定着ローラとして加熱定着装置に組み付けた場合においては、前記くぼみ部にＣリングなどを取り付けることにより、定着ローラの軸受や駆動用ギヤが抜け落ちないように係止することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のローラ芯金の製造方法であって、塑性加工により中空素管の胴部を全周にわたって所定深さだけ内側へ押し曲げ、素管内面を一周する隆起を形成する第１工程と、前記隆起を形成された中空素管を座屈加工して前記隆起を押し潰して折り合わせて密着させ、中空素管の内周を一周するリング状の補強リブを形成する第２の工程と、前記座屈加工によって形成されたリング状の補強リブの外表面の折り合わせ部に溶接を施し、補強リブの折り合わせ部が離れることのないように溶着する第３の工程と、前記溶接された中空素管１の外周面全体を切削加工し、中空素管の外径寸法が設定寸法となるように仕上げ加工を行う第４の工程とからなることを特徴とする。
【００１７】
このような構成とした場合、切削加工を利用して請求項１記載のローラ芯金を作ることができ、研磨加工を利用した製造方法に比べてローラ芯金の製造コストを低減することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１に、本発明に係るローラ芯金の第１の実施形態を示す。
この第１の実施形態は、ローラ芯金１の内周面の３個所に、ローラ芯金１の胴部を内側へ折り曲げて重ね合わせたリング状の補強リブ２を形成し、このリング状の補強リブ２の該表面側の折り合わせ部を溶接３によって溶着した後、ローラ芯金の外表面全体を切削加工によって所定の外径寸法に仕上げたものである。なお、前記補強リブ２の形成数と設置間隔は、定着ローラとして要求される仕様に応じて設定すればよく、図示の３個に限定されるものではない。
【００１９】
上記構造になるローラ芯金１の場合、ローラ芯金１の内周面に形成されたリング状の補強リブ３が、外部から作用する押し潰し力や折り曲げ力などに対して補強部材として作用する。したがって、外部から押し潰し力や折り曲げ力などが作用しても、これらの外力をリング状の補強リブ３で支えることができる。このため、ローラ芯金としての剛性が格段に上がり、たわみや潰れに対して極めて強くなる。
【００２０】
上記構造になるローラ芯金１の製造方法を、図２（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。
まず、（Ａ）に示すように、所望の肉厚からなるアルミ合金製の中空素管４を用意する。この中空素管４は、完成品としてのローラ芯金１よりも外径仕上げの切削加工分だけ肉厚の厚いパイプであって、押し出し成形などで作られている。
【００２１】
次に、（Ｂ）に示すように、フォーミングローラ５を用い、塑性加工の一種たるビーデング加工により、中空素管４の胴部を全周にわたって所定深さだけ内側へ押し曲げ、素管内面を一周する隆起（ビード）６を形成する。図１の例の場合、このビーデング加工を中空素管４の３個所に施したものである。
【００２２】
次に、（Ｃ）に示すように、前記隆起６を形成された中空素管４内にダイス・ガイド棒７を挿通し、このダイス・ガイド棒７で案内しながら、左右のダイス８，８によって中空素管４を座屈加工し、前記ビーデング加工によって形成された隆起６を押し潰して折り合わせ、図示するような素管内面を一周するリング状の補強リブ２を形成する。
【００２３】
次に、（Ｄ）に示すように、前記座屈加工によって形成されたリング状の補強リブ２の外表面の折り合わせ部に溶接３を施し、補強リブ２の折り合わせ部が離れることのないように溶着する。
【００２４】
次いで、（Ｅ）に示すように、中空素管１の外周面全体を切削加工し、中空素管４の外径寸法が設定寸法となるように仕上げ加工を行う。この外径仕上げ加工が終了すると、図１に示した本発明のローラ芯金１が完成する。
【００２５】
図３に、前記ローラ芯金１を用いて構成した定着ローラ９を用いた加熱定着装置を示す。なお、従来の加熱定着装置（図７）と同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。この図３から明らかなように、ローラ芯金１の内部に形成したリング状の補強リブ２が外力を支えるので、定着ローラ９が加圧ローラ５５によって押されても定着ローラ９がたわんだり、潰れたりすることがなくなり、従来の加熱定着装置（図７）のように、定着ローラが永久変形を起こすというようなことがなくなる。
【００２６】
図４に、本発明に係るローラ芯金の第２の実施形態を示す。
この第２の実施形態は、中空素管４の両端部に位置して、従来のばね装着用長穴６１（図８）に代えて、ビーデング加工などにより中空素管の外周面を一周する凹状のくぼみ１０を形成したものである。このように、従来のばね装着用長穴６１に代えて、凹状のくぼみ１０を形成した場合、このくぼみ１０のために芯金両端部分の剛性が上がり、外径切削加工時のクランプ圧力や外圧をこのくぼみ１０で支えることができる。このため、切削加工時の歪みを低減して加工精度を上げることができる。
【００２７】
また、図９に示したように、従来のばね装着用長穴６１を形成した場合には、この長穴６１にばね先端を嵌入させるために特殊形状の抜け防止用ばね５４を用いる必要があるが、前記凹状のくぼみ１０とした場合には、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、市販のＣリング１１などで軸受５２や駆動用ギヤ５３が抜け落ちないように係止することができるとともに、ばね装着用長穴６１を開けるためのプレス抜き加工機が不要となる。このため、コストを下げることができる。
【００２８】
図６に、本発明に係るローラ芯金の第３の実施形態を示す。
この第３の実施形態は、前記第１の実施形態の構造と、前記第２の実施形態の構造を組み合わせたもので、ローラ芯金１の中央部分にリング状の補強リブ２を形成するとともに、左右両端部に凹状のくぼみ１０を形成したものである。このような構造とすると、ローラ芯金の剛性をさらに高めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によるときは、ローラ芯金の内周面に形成されたリング状の補強リブが外部から作用する押し潰し力や折り曲げ力などに対して補強部材として作用し、外部から押し潰し力や折り曲げ力などが作用しても、これらの外力をリング状の補強リブで支えることができる。このため、ローラ芯金としての剛性が格段に上がり、たわみや潰れに対して極めて強くなり、製造時の切削加工の安定化（ビビリ現象の回避）、外径寸法、真円度、触れなどの加工精度を維持し、充分な加工品質を得ることができる。また、定着ローラとして加熱定着装置に組み付けられた後も、加圧ローラの押圧力による永久歪みなどの発生を阻止することができる。
【００３１】
請求項２記載の発明によるときは、ローラ芯金の剛性をさらに高め、ローラ芯金の内周面に形成されたリング状の補強リブが外部から作用する押し潰し力や折り曲げ力などに対して補強部材として作用し、外部から押し潰し力や折り曲げ力などが作用しても、これらの外力をリング状の補強リブで支えることができる。このため、ローラ芯金としての剛性が格段に上がり、たわみや潰れに対して極めて強くなり、製造時の切削加工の安定化（ビビリ現象の回避）、外径寸法、真円度、触れなどの加工精度を維持し、充分な加工品質を得ることができる。また、定着ローラとして加熱定着装置に組み付けられた後も、加圧ローラの押圧力による永久歪みなどの発生を阻止することができる。
同時に、凹状のくぼみのためにローラ芯金の左右両端部分の剛性が上がり、外径切削加工時のクランプ圧力や外圧をこのくぼみ部で支えることができる。このため、切削加工時の歪みを低減してローラ芯金製造時の加工精度を加工精度を維持することができる。また、くぼみに市販のＣリングなどを取り付けることにより、定着ローラの軸受や駆動用ギヤが抜け落ちないように係止することができるとともに、従来の定着ローラのようにばね装着用長穴を開けるためのプレス抜き加工機が不要となるため、コストを下げることができる。
【００３２】
請求項３記載の発明によるときは、切削加工を利用して請求項１記載のローラ芯金を作ることができ、研磨加工を利用した製造方法に比べてローラ芯金の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るローラ芯金の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】第１の実施形態のローラ芯金の製造方法を示す図である。
【図３】第１の実施形態のローラ芯金を用いて構成した定着ローラを用いた加熱定着装置の縦断面図である。
【図４】本発明に係るローラ芯金の第２の実施形態の縦断面図である。
【図５】第２の実施形態のローラ芯金におけるくぼみ部分へのＣリングの装着状態を示す図であり、（Ａ）はくぼみ部分の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係るローラ芯金の第３の実施形態の断面図である。
【図７】加熱定着装置の構造を示す図である。
【図８】従来の定着ローラに用いられているローラ芯金の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】従来の定着ローラにおける抜け防止用ばねの装着状態を示す図であり、（Ａ）はばね装着用長穴部分の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１    ローラ芯金
２    補強リブ
３    溶接
４    中空素管
５    フォーミングローラ
６    隆起
７    ダイス・ガイド棒
８    ダイス
９    定着ローラ
１０  凹状のくぼみ
１１  Ｃリング
【図１】
0003625243.tif 000002
【図２】
0003625243.tif 000003
【図３】
0003625243.tif 000004
【図４】
0003625243.tif 000005
【図５】
0003625243.tif 000006
【図６】
0003625243.tif 000007
【図７】
0003625243.tif 000008
【図８】
0003625243.tif 000009
【図９】
0003625243.tif 000010