(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未定着画像と接触し、加熱手段により加熱される金属からなる芯金を有する加熱ローラと、前記加熱ローラに対し配置された断熱性耐熱性樹脂からなる円筒軸を有する加熱定着装置に於いて、前記円筒軸は内周の第１面にて前記加熱ローラの外周の第２面と嵌合して嵌合部を形成すると共に、前記円筒軸の外周の第３面にて支持枠の第４面と滑合し、回転可能に支持されており、前記嵌合部と前記第３面と前記第４面の滑合部が前記加熱ローラの長手方向に少なくとも一部は重なり合う位置に配置され、前記円筒軸の外周には、前記第３面と異なる位置にある第５面を有し、前記支持枠は前記第４面と異なる位置にある第６面を有し、前記第５面と前記第６面は滑合するとともに、前記円筒軸の外周の前記第３面と前記第５面との間に、駆動ギアを嵌着することを特徴とする加熱定着装置。
【請求項２】
前記支持枠は樹脂で形成されることを特徴とする請求項１記載の加熱定着装置。
【請求項３】
前記支持枠は摺動性樹脂で形成されることを特徴とする請求項２記載の加熱定着装置。
【請求項４】
前記加熱手段はハロゲンランプからなり、前記ハロゲンランプの箔部を、前記円筒軸内に配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加熱定着装置。
【請求項５】
前記円筒軸は前記第１面につながるとともに一部が前記第２面と平行でない第７面を有し、前記第７面は前記加熱手段が貫通する開口部が設けられたことを特徴とする請求項１または４記載の加熱定着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の電子写真記録装置の定着器に関し、さらに詳しくは、加熱定着装置の加熱ローラ支持機構の断熱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の記録装置の未定着画像の定着を行う加熱定着装置として、従来より加熱ローラ定着装置が用いられ、実開昭５３−１３２３４５号公報や特開昭５８−９０６７０号等の公報に記載しているような加熱ローラの端部に断熱部材や耐熱樹脂で形成した軸を固着、結合するものが知られている。しかしながら、実開昭５３−１３２３４５号公報や特開昭５８−９０６７０号公報には、加熱ローラに断熱材等からなる軸を固着結合することのみが記載されており、加熱ローラと軸および発熱体の位置関係や軸の支持方法を規定するものではなく、軸は加熱ローラの内周に固定される実施例が記載されるのみであった。この構成だと両端部では加熱ローラの内側に軸があり、加熱手段の熱を直接受けるため軸が加熱され、この部分の外側の加熱ローラは加熱されない。従って、
１）  軸が加熱により変形、溶融したいへん危険である。
【０００３】
２）  １）の回避のため、軸内径を大きくして加熱手段からの輻射熱流速を減じ、軸の低温化を図るため、軸内径及び加熱ローラは大きくなり加熱ローラの小径化、定着装置の小型化を阻害していた。
【０００４】
３）  加熱ローラの両端部では、加熱手段の熱がこないため、温度低下部分が発生し十分な温度均一化が達成されなかった。
【０００５】
４）  ３）を補うため、加熱ローラの両端部の長さを伸ばして通紙部分での温度均一性を確保せざるを得ず、加熱ローラ軸方向長さが大きくなり、また装置も大型化することから熱容量が大きく、装置の通電時から定着可能になるまでのウエイトタイムが短くならなかった。
【０００６】
５）  加熱ローラ内周に軸の外径を固着する場合、加熱ローラがまず昇温し熱膨張し、加熱ローラ内径のほうが、軸外径よりも大きくなってしまう。また、固着部の軸方向外側で軸は支持枠に支持されるため支持部と固着部間に距離がありモーメントが軸及び固着部に発生する。従って、固着形態によっては締めの部分がはずれたり、空回りした。また、キー固定の場合には端部での偏摩耗や振れ回り、軸の変形が発生する等、装置の信頼性が低かった。
【０００７】
６）  加熱ローラ内周が軸に対する位置ぎめ面のため、加熱ローラ両端部内周に高精度の加工が必要であった。また、加熱ローラとの芯違いにより加熱ローラの振れが大きく、定着むらが発生し画像を劣化させていた。
【０００８】
更に、特公平３−２４６７２号公報には加熱ローラの駆動ギアが断熱材料よりなり、駆動ギア側の支持枠と加熱ローラの間に断熱部材よりなる滑り軸受けを設けた定着装置が記載されているが、加熱ローラ上に駆動ギアと滑り軸受けが直接接触している。また、加熱ローラと軸受けは接触摺動をおこなう。また、断熱樹脂からなる駆動ギアは加熱手段の発熱領域の外側に設けられている。従って、
７）  駆動ギアは必要トルクを伝達するためには通常７から１０ｍｍの幅を有するため、両者の接触面積は大きく、断熱性ギアにしても熱伝導による加熱ローラの端部での温度低下の防止は十分ではなかった。
【０００９】
８）  滑り軸受け内周は１５０℃から２００℃近い加熱ローラ外周で接触しかつ摺動する。加えて、加熱ローラとの摺動による摩擦熱は数十℃に達する場合があり、滑り軸受けは加熱ローラ温度と摩擦温度上昇の合算温度となり、更なる高温にさらされ、小幅紙定着の場合は２００℃から２５０℃以上になる場合があった。このため、軸受け材料は非常に高い耐熱性を要求され、これと摺動特性を両立させることが難しかった。または、高価な材料を使用せざるを得なかった。のみならず、支持枠も高温化し支持枠が樹脂の場合、変形や溶融の危険があり、支持枠を金属で構成せざるを得なかった。
【００１０】
９）  また、軸受けの高温化を防ぐため、支持枠を金属等の熱伝導性の高い材料で構成し、熱伝導により滑り軸受けの外周を低温にして、軸受けの耐熱特性を確保していた。このため、定着装置の保熱を犠牲にしなければならなかった。
【００１１】
さらに、金属性の支持枠では、両端に支持部を形成するのに加工精度の悪い板金のＵ字曲げを用いる場合が多く、両支持部の位置精度（特に芯ちがい）が悪く、摺動部でのこじれ、偏摩耗が発生しやすく安定した摺動ができなかった。
【００１２】
のみならず、転写部と定着部の平行度がずれるため、未定着画像支持体（紙）が歪み、定着時に定着しわが発生し、画像品質を著しく低下させていた。
【００１３】
一方、金属性の支持枠は熱容量が大きく、周囲が低温の場合には、加熱開始時には加熱ローラ近傍の空気は高温となり支持枠は低温のため、支持枠に結露を生じ、これが紙に垂れることで画像品質を低下させる場合があった。また、加熱後は支持枠は十分に高温になり熱容量が大きいため、印字終了後に加熱ローラへの加熱を停止しても、支持枠からの放熱により画像形成装置内の温度が上昇し、クリーニング部や、トナー収納器等のトナーを溶融固着させ、画像形成装置の動作不良を引き起こす場合があった。
【００１４】
１０）  軸受けの高温化は、軸受けの摺動特性、摩耗特性を劣化させるため、結果として接触面圧を下げる必要が生じ、軸受け幅が広くなる（通常６から１０ｍｍ）。従って、加熱ローラと軸受けの接触摺動面積が大となり、軸受けに断熱材料を使っても、熱伝導による加熱ローラ端部での温度低下を十分に防止できなかった。
【００１５】
１１）  断熱樹脂からなる駆動ギアは加熱手段の発熱領域の外側に設けられているが、これは同時に駆動ギア直下に存在する加熱ローラを加熱しないため、加熱ローラ端部での温度低下を十分に防止できるものではない。
【００１６】
１２）  ７）、８）、９）、１１）に対し、アルミニウム等で構成される加熱ローラの肉厚を厚くし、例えば２ｍｍ以上にすることで改善を図ってきたが、肉厚が薄くなり、特に１．０ｍｍ以下、特に０．８ｍｍ以下であると非常に顕著な加熱ローラ端部の温度低下が現れ、加熱ローラの薄肉化を阻害し、ウエイトタイムが短くならなかった。
【００１７】
１３）  加熱ローラ両端支持部での熱損失は、伝熱により画像形成装置の温度を上昇させる。また、加熱ローラの温度不均一は両端部での定着強度を確保するためローラ温度を高くするため、やはり画像形成装置の高温化を招来し、特に、クリーニング後のトナーを循環させて使用する形式の画像形成装置では、トナーブロッキングが発生し、装置が停止してしまう恐れがあった。
【００１８】
更に、特公平４−１３７１１号公報には加熱ローラ両端部の外方に断熱キャップを有し、ヒータの箔部が断熱キャップの外方に位置する定着装置が記載されている。１４）  しかし、この構成では、加熱ローラ両端外側に断熱キャップを別体で設け、さらにその外側に加熱体の箔部があるため、加熱体全長が大きくなり装置の小型化を阻害していた。また、断熱キャップが必要で高価となっていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の欠点を解決するもので、その目的とするところは、加熱ローラの支持端部での伝熱損失を抑え、加熱ローラの軸方向温度分布を均一化するとともに定着装置の小型化、小熱容量化を実現し、ウォームアップがはやく低消費電力であり、特に、小径、薄肉、短尺の加熱ローラに好適な加熱定着装置を提供することにある。また、他の目的は、加熱ローラの端部支持部材の高温化を防止し、耐熱性と摺動性を両立させると共に、画像形成装置内の高温化を防ぎ、安全性が高く、機械的信頼性の高い、かつ画像品質の良好な加熱定着装置を提供する事にある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の加熱定着装置は、未定着画像と接触し、加熱手段により加熱される金属からなる芯金を有する加熱ローラと、前記加熱ローラに対し配置された断熱性耐熱性樹脂からなる円筒軸を有する加熱定着装置に於いて、前記円筒軸は内周の第１面にて前記加熱ローラの外周の第２面と嵌合して嵌合部を形成すると共に、前記円筒軸の外周の第３面にて支持枠の第４面と滑合し、回転可能に支持されており、前記嵌合部と前記第３面と前記第４面の滑合部が前記加熱ローラの長手方向に少なくとも一部は重なり合う位置に配置され、前記円筒軸の外周には、前記第３面と異なる位置にある第５面を有し、前記支持枠は前記第４面と異なる位置にある第６面を有し、前記第５面と前記第６面は滑合するとともに、前記円筒軸の外周の前記第３面と前記第５面との間に、駆動ギアを嵌着することを特徴とする。
【００２１】
また本発明の定着装置は、前記支持枠は樹脂で形成されることを特徴とする。
【００２２】
また本発明の定着装置は、支持枠は摺動性樹脂で形成されることを特徴とする。
【００２４】
また本発明の定着装置は、加熱手段はハロゲンランプからなり、ハロゲンランプの箔部を、円筒軸内に配置したことを特徴とする。
【００２５】
また本発明の定着装置は、円筒軸は第１面につながるとともに一部が第２面と平行でない第７面を有し、第７面は加熱手段が貫通する開口部が設けられたことを特徴とする。
【００２６】
【作用】
本発明の上記構成によれば、加熱ローラ端部において、加熱ローラの外側に断熱性の円筒軸が配置されるため、加熱手段からの輻射熱は直接加熱ローラ内周まで達する。従って、加熱ローラ端部での受熱量は低下しないので、温度分布は均一化できた。また、円筒軸が輻射熱を直接うけて表面のみが局部的に加熱されないので、円筒軸の変形、溶融がない。
【００２７】
加熱により、加熱ローラがまず膨張するため、第１面と第２面の嵌合はゆるむことがない。また、第１面と第２面の嵌合部と第３面と第４面の摺動部の一部が軸方向に重なり合う位置に配置されるため、曲げモーメントが小さく、端部での嵌合面のはずれ、空回りや、端部の偏摩耗や振れ回り、円筒軸の変形を防止できた。
【００２８】
加熱ローラ外周面が円筒軸との位置決め面となるため、円筒軸の第２面と第４面の同軸度のみが、支持部で発生する振れ要因となり、加熱ローラの振れ回りを低減できた。
【００２９】
第１面と第２面の嵌合部は加熱ローラと円筒軸を支持、位置ぎめするだけなので接触幅が狭くでき、嵌合部での熱抵抗を増やし、断熱効果をより一層向上させる。
【００３０】
断熱材からなる円筒軸上に駆動ギアが配置できるため、加熱ローラと駆動ギア間は長い距離、断熱材で断熱できる。従って加熱ローラの熱が駆動ギアから伝熱損失する事がほとんどなく、より一層の温度均一化が達成できた。
【００３１】
円筒軸の嵌合部と摺動部が断熱材で分離されるため、嵌合部すなわち加熱ローラの温度より円筒軸の摺動部の温度は低く、摺動部での実使用温度を低く抑えることができた。従って、摺動部の摩擦摺動特性を劣化させない。
【００３２】
また、摺動部の摩擦熱が嵌合部に伝達する事が少なく、円筒軸の嵌合部温度は、加熱ローラ温度以上にはならない。従って、円筒軸の材料に要求されるの耐熱性を低下させることができた。
【００３３】
さらに、軸受けの最高到達温度を低くできる為、支持枠を金属等の熱伝導性の高い材料とし、放熱させる必要がなく、断熱性に優れた樹脂等で構成でき、端部からの熱伝導損失をほぼ、完全に防止することができた。また、支持枠の高温化が防げるので、支持枠の変形、溶融の危険がない。
【００３４】
樹脂一体成形で形成される支持枠両端の支持部は位置精度が良いため、滑合部、嵌合部でのこじれや偏摩耗が少ない。また、転写部と定着部の平行度が良好で、紙に歪みが起こりにくい為、定着時のしわ発生がない。
【００３５】
支持枠が熱容量の小さな樹脂で形成されるため、加熱開始時に支持枠も比較的容易に昇温するので、支持枠への結露がなく、これが紙に垂れる印字欠点がない。また、印字終了後に加熱ローラへの加熱を停止した場合も、支持枠は熱容量が小さく周囲への放熱が少ないので、画像形成装置ないの温度を上昇させることがなく、クリーナーやトナー収納器等のトナーを溶融固着させることがない。
【００３６】
円筒軸、支持枠を摺動性樹脂で構成するため、滑合部での摩耗を低減し、駆動トルクの低減、摩擦熱の低減が可能となった。
【００３７】
ハロゲンランプの箔部は耐熱樹脂よりなる円筒軸内にある。円筒軸は断熱部材からなり、しかも円筒軸のハロゲンランプの箔部を覆う部分は加熱ローラ嵌合部から距離をおいているため伝熱量が少なく温度が低い。従って、ハロゲンランプ箔部は、周囲の円筒軸から少量の輻射熱しか受けず温度が上がらないので、酸化によって寿命が損なわれることが少ない。また、円筒軸内に箔部があるため、ランプ全長は短くてすむ。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って、本発明の実施例を説明する。
【００３９】
図１は本発明の加熱定着装置を搭載した画像形成装置の全体構成を説明する装置横断面図である。本装置の概略動作を説明する。
【００４０】
図１において、図示しない駆動源により矢印Ａ方向に回転する感光体２４の外周には帯電手段としての帯電ローラ２８がある。帯電ローラ２８は感光体２４と当接し、図示しない高電圧電源から電圧を印加され、感光体表面を一様に帯電させる。帯電された感光体２４は露光手段であるレーザー走査光学系２９によって選択的に露光され、感光体２４上に潜像を形成する。感光体２４の表面に形成された潜像は現像手段である現像ローラ３０で供給されるトナーによって顕像化される。転写手段である転写ローラ２６は現像手段下流側で感光体２４と当接し、図示しない高電圧電源から電圧を印加される。一方、給紙手段である給紙ローラ２２によって順次１枚分離して給送された記録紙２１は感光体２４と転写ローラ２６に挟持され、トナー像が記録紙２１に転写される。転写手段にて感光体２４上にトナー像が転写された記録紙２１は内部に加熱手段３を備えた加熱ローラ１とこれに加圧当接する加圧ローラ１０を支持する支持枠６で構成された加熱定着装置に挟持搬送され、トナー像が記録紙２１に定着される。さらに、現像されたトナー像を感光体２４から転写した後に、感光体２４の転写残りトナーを除去するクリーニング手段であるクリーニングブレード４４が感光体２４上に当接配置されている。トナー循環経路はクリーニング手段側のトナー循環経路４２ａと現像手段側のトナー循環経路４２ｂと図示しないが連結経路により双方が連結されて、一巡連結経路を形成している。図示しないが、トナー循環経路中にはたとえばスクリューコンベアやコイルスプリング等からなるトナー搬送手段が配置され、トナーはクリーニング手段と現像手段の間を循環搬送される。また、トナー循環経路中の一部には図示しないがトナー補給手段が連結され、印字によって消費されるトナーを補給する。クリーニングブレード４４によって掻き落とされた転写残りトナーは重力によってクリーニング手段側のトナー循環搬送経路４２ａ内にたまり、トナー搬送手段によりトナー循環経路中を移動搬送され、現像手段側のトナー搬送経路４２ｂに至り、図示しないがトナー搬送経路４２ｂに設けられた開口部より現像手段に供給される。
【００４１】
ここで、本発明の加熱定着装置について詳しく説明する。
【００４２】
図２は本発明の加熱定着装置の一実施例の断面図である。
【００４３】
図３は本発明の加熱定着装置の一実施例の支持部の概念図である。
【００４４】
図２、図３において、加熱ローラ１の端部の外周には図３中斜線部にて示す第２面３１があり、耐熱樹脂よりなる円筒軸４内周の第１面３２と嵌合する。第１面３２と第２面３１は略同一径を有するが、嵌合と熱膨張の寸法変化の吸収に必要な隙間を設け、若干第２面３１の直径が小さい。また、図示していないが、加熱ローラ１端部には切り欠き（凹部）があり、円筒軸４内面に設けられたキー（凸部）に係合し、両者の相対位置を決めると共に回転駆動力を伝達する。よって、加熱ローラ１と円筒軸４は第１面３２と第２面３１で形成される嵌合部にて嵌合し、一体となって回転する。円筒軸４の外周は図３中斜線部で示す摺動面である第３面３３を有す。また、円筒軸４の外周には回転駆動ギア７がキー等の手段で嵌着して駆動源からの回転を円筒軸４に伝達する。円筒軸４の第３面３３に対向する位置に定着装置の支持枠６の摺動面である第４面３４が配置され、第３面３３と第４面３４の接触摺動により支持枠６は円筒軸４を回転支持する。なお、図面簡略化のため、図３は両端にある支持部の片側のみを示した。従って、構成は両端部で同一である。また、支持枠６は樹脂一体成形部材であり、支持枠６の両端にある第４面は一体にて成形される。加熱手段３は加熱ローラ１、円筒軸４の中空内部を貫通して配置される。加熱手段３は支持枠６または画像形成装置に固定された端子１１により支持されるとともに、電力の供給を受け加熱ローラ４を加熱し、図示しないが、加熱ローラ１の外周にある感温素子の検出信号を制御手段に導き、加熱手段への入力電圧を制御することで加熱ローラ１をトナー溶融に必要な所定の温度に保つ。加圧ローラ１０は図示しないが、ベアリングにて回転可能に支持されているるとともに、公知の加圧手段によって少なくとも定着時は加熱ローラ１に圧接し、加熱ローラとの圧接部分を確保している。
【００４５】
ここで、加熱ローラ１は、アルミニウム合金、ステンレス、銅合金等の中空の芯金の外周に四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等の耐熱性離型性樹脂を厚さ１０から４０μｍに設けたものであり、内周には耐熱性黒色塗料を設け輻射熱吸収効率を上げている。さらに、別の一例としては、中空芯金をポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等の耐熱樹脂や、ニッケル合金等の薄肉円筒ベルトで構成し、これに耐熱性離型性層を設けても良い。
【００４６】
また、加圧ローラ１０は金属製の軸、ローラの外周にシリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴムを比較的厚く設けたものである。更に他の一例として、シリコーン、フッ素等の樹脂またはゴムのベルトを用いても良い。
【００４７】
また、加熱手段３は一例としてはハロゲンランプが用いられる。発光部２であるフィラメントにタングステンを用い、端部にはモリブデンよりなる箔部１２が設けられ、これらを石英ガラス管のなかに不活性ガスに微量のハロゲンガスを加えて封入する。箔部１２は接点につながり、更にこれが端子１１に支持されて、通電発熱が可能となる。加熱手段３であるハロゲンランプの発光部２は加熱ローラ１の端部と一致する位置まで配置される。つまり、加熱ローラ１の長さと発光部２の長さは略同一である。また、ハロゲンランプの箔部１２は円筒軸４の内部に設定され、加熱ローラ１の軸方向端部の外側にある。加熱手段の他の例としては、シーズヒータや抵抗発熱体を用いても良い。
【００４８】
駆動ギア７は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の耐熱性樹脂に、ガラス繊維、ガラスビーズ、グラファイト、カーボン繊維、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、酸化チタン等の充填材を加えた樹脂性のギアを用いる。または、銅系、銅鉄系、鉄系の金属にオイル、グラファイトを添加した金属ギアが用いられる。
【００４９】
本実施例の構成において、まず、嵌合部、摺動部での断熱について説明する。加熱ローラ１の端部において、加熱ローラ１の外周の第２面３１にて断熱性円筒軸４の内周にある第１面３２と嵌合するため、加熱ローラ１の内周には加熱手段３であるハロゲンランプの輻射熱を遮るものがなく、加熱ローラ１の内周全幅にわたり、直接輻射熱を受けることができる。従って、加熱ローラ１端部での受熱量の低下はなく、加熱ローラ１の軸方向の温度分布が均一化できた。
【００５０】
また、加熱ローラ第２面３１と円筒軸第１面３２は互いに嵌合するのみであり摺動しない。従って、摺動特性、耐摩耗特性を確保する必要がなく、円筒軸４は加熱ローラ１を単に支持、位置決めするだけでよく、両者の嵌合面幅を狭くできる。例えば、幅２ｍｍ以下でも十分な強度と支持精度を達成できた。よってこの嵌合面で加熱ローラ１から外部に伝熱する損失熱量が減少し画像形成装置内の余分な温度上昇を防止できた。また、断熱効果が上がるため熱効率が上がり加熱ローラ１が定着に必要な温度に達するまでの時間（以下ウエイトタイムと呼ぶ）が短縮できると共に、加熱ローラ軸方向の温度分布をより一層均一化できた。
【００５１】
また、円筒軸４の外周の第３面３３と支持枠６の第４面３４にて形成される滑合摺動部は、円筒軸４の内周の第１面３２と加熱ローラ１の外周の第２面３１にて形成される嵌合部とは異なる位置にあり、円筒軸４の断熱性樹脂で分離、離間されているため、円筒軸４の摺動部の温度は嵌合部すなわち加熱ローラ１の温度よりも低く、摺動部での実使用温度を低く抑えることができ、摩耗特性、摺動特性を劣化させず良好な摺動を実現できた。従って、この摺動部面積を減じることが可能となり、例えば、４ｍｍ幅でも十分な摺動、耐摩耗特性を確保できた。よって、摺動部にて円筒軸４から支持枠６に熱伝導によって失われる損失熱量を減じ、より一層の断熱効果、加熱ローラ１の温度均一化を実現できた。
【００５２】
一方、嵌合部では、摺動部の摩擦熱の伝導による更なる温度上昇がないので、円筒軸４の嵌合部温度は加熱ローラ１の温度以上にはならない。よって、円筒軸４の最高温度を低下させることができ、円筒軸４の材料に要求される耐熱性を低く抑え、耐熱性と摺動特性との両立できる材料の範囲を広げることができた。
【００５３】
円筒軸４はポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、高温ナイロン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、三弗化塩化エチレン樹脂（ＣＴＦＰ）、変性フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂にガラス繊維、ガラスビーズ、グラファイト、カーボン繊維、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、酸化チタン等の充填材を加え、耐熱性と共に摺動性、耐摩耗性を確保した耐熱摺動樹脂が用いられる。例えば、グラファイト入りポリイミド樹脂、グラファイト入りナイロン樹脂、ＰＴＦＥ入りアセタール樹脂、ＰＴＦＥ入りフェノール樹脂等である。
【００５４】
円筒軸４に用いられる樹脂として、より好ましい例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等のベース樹脂にガラス繊維、ガラスビーズ、グラファイト、カーボン繊維、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、酸化チタン等の充填材を加えた耐熱樹脂であり連続使用温度２５０℃以上である。また、フッ素系樹脂に上記の充填材を加えた耐熱樹脂も連続使用温度２５０℃以上である。これらは耐熱温度が高く、良好な摺動性を示す。さらにポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）にガラス繊維、ガラスビーズ、グラファイト、カーボン繊維、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、酸化チタン等の充填材を加えた耐熱樹脂は連続使用温度２００℃以上で稼働でき、特に良好な摺動性、耐摩耗性を確保した耐熱摺動樹脂である。
【００５５】
さらに、円筒軸４の最高到達温度を低くできる為、支持枠６を金属等の熱伝導性の高い材料とし放熱させる必要がなく、断熱性に優れた樹脂等で構成でき、端部からの熱伝導損失をほぼ、完全に防止することができ一層の断熱効果と加熱ローラ１の軸方向温度分布の均一化を達成できた。
【００５６】
また、支持枠６自体も高温化が防げるので、支持枠６の変形、溶融の危険がない。
【００５７】
樹脂一体成形で形成される支持枠６両端の第４面３４は位置精度が良いため、滑合部、嵌合部でのこじれや偏摩耗が少ない。また、転写部と定着部の平行度が良好で、紙に歪みが起こりにくい為、定着時のしわ発生がない。
【００５８】
支持枠６が熱容量の小さな樹脂で形成されるため、加熱開始時に支持枠６も比較的容易に昇温するので、支持枠６への結露がなく、これが紙に垂れる印字欠点がない。また、印字終了後に加熱ローラ１への加熱を停止した場合も、支持枠６は熱容量が小さく周囲への放熱が少ないので、画像形成装置内の温度を上昇させることがなく、クリーナーやトナー収納器、トナー循環路等のトナーを溶融固着させることがない。
【００５９】
支持枠６はポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、変性ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）に１０から６０％のガラス繊維、ガラスビーズ、ミネラル等の充填材を添加した樹脂で成形され、耐熱性と強度、剛性、靱性、寸法安定性を確保している。また、他の一例として、これに四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂や、グラファイト、カーボン繊維、二硫化モリブデン、ミネラル等を添加し摺動特性、摩耗特性を向上させた摺動性樹脂で支持枠６を構成している。
【００６０】
更に、支持枠６の耐熱樹脂に四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂や、グラファイト、カーボン繊維、二硫化モリブデン、ミネラル等を添加し摺動特性、摩耗特性を向上させた摺動性樹脂とすることで、さらに摺動負荷、摩耗量の小さな安定した摺動回転が実現できた。
【００６１】
この様に、加熱ローラ１の軸方向の温度分布が均一化できるため、加熱ローラ１の軸方向長さは短くてすみ装置の小型化を達成すると共に、加熱ローラ１の熱容量が小さく、しかも、断熱性に優れるため熱効率が良くウエイトタイムの短縮、低消費電力化が可能となった。
【００６２】
加熱ローラ１の端部での温度低下はローラ肉厚が薄い程顕著であるが、本実施例の構成では格段に優れた断熱効果を有するため、厚さ１ｍｍ以下、特に０．８ｍｍ以下の薄肉加熱ローラでも良好な温度均一性を確保できた。
【００６３】
次に駆動ギア部での断熱について説明する。駆動ギア７は断熱材からなる円筒軸４上に嵌着している。加熱ローラ１と駆動ギア７は円筒軸４によって離間かつ長い距離断熱されるため加熱ローラ１からの熱伝導は非常に小さく駆動ギア７から図示しない駆動源への熱損失はほとんどなく優れた断熱性を発揮する。のみならず、駆動ギア７の嵌着面温度は低く、安価なポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）等の汎用エンプラが使用でき、騒音の小さな駆動が可能となる。また、金属ギアを用いることも可能で、高強度かつ摩耗特性に優れた駆動が実現できた。
【００６４】
次に、嵌合部、摺動部での振れについて説明する。加熱ローラ１の外周に円筒軸４が嵌合するため、加熱ローラ１がまず昇温し熱膨張する。従って、嵌合面間に設定された嵌合のための若干の隙間は締まる方向になり、より安定した固定状態となるため円筒軸４や加熱ローラ１の振れ回りや、摺動部での偏摩耗が低減できた。
【００６５】
加熱ローラ１の外周に嵌合の位置決め面である第２面３１があるため、加熱ローラ１の振れ要因としては、円筒軸４の第１面３２と第３面３３の間の同軸度と加熱ローラ１自身の同軸度の２要因だけになり、従来例よりも振れ要因が減る。また、加熱ローラ１自身の同軸度に関しても通紙部と第１面を同時に加工できるため良好な同軸度精度が可能となる。とくに、ストレート形状の加熱ローラではセンタレス研磨等で加工できより一層加熱ローラ１の振れは低減される。従って、振れによる定着むらの少ない良好な印字品質を実現した。
【００６６】
次に、円筒軸４の内周温度について説明する。発光部２の長さは加熱ローラ１と略同一であり、円筒軸４の内周の第１面３２はもちろん、これ以外の内周面が発熱部２の熱輻射を直接１００％受けることはない。第１面３２近傍は若干発光部２のもれた輻射熱を受ける程度である。従って、第１面３２以外の円筒軸４内周は比較的低温に保たれる。
【００６７】
加熱ローラ１の温度を１６０℃に保った状態で、円筒軸４の内周面の第１面近傍の温度を熱電対で測定すると１１０℃であり、加熱ローラ温度１９０℃の場合、円筒軸４の該温度は１３５℃であった。円筒軸４内周温度は加熱ローラ１温度よりもおおよそ５０℃低いことが確認された。従って、円筒軸４が、加熱手段３の加熱により変形、溶融することはなく極めて安全性の高い定着装置が実現できた。
次に、ハロゲンランプのモリブデン箔部の温度について説明する。ハロゲンランプの箔部１２は円筒軸４の内部の設定され、加熱ローラ１の外側にある。
箔部１２を覆う円筒軸４の内周温度が加熱ローラ温度よりも５０℃も低いため、円筒軸４内周から箔部１２に輻射される熱量は小さくなり箔部１２は低温に保たれる。また、円筒軸４は樹脂よりなり、放射率は０．９以上であるので、ハロゲンランプの発熱光はほとんど加熱ローラ１に吸収され、発光部２端部のもれ発熱光もほとんど円筒軸４に吸収され、反射発熱光が直接に箔部１２にあたり、箔部１２を昇温させることがない。従って、箔部１２温度は発光部２から熱伝導による昇温のみにとどまり低温に抑えられた。
【００６８】
ハロゲンランプの箔部直近を熱電対で測定すると加熱ローラ１温度が１６０℃で箔部１２温度は１２０℃であり、加熱ローラ１温度が１９０℃で箔部１２温度は１５０℃であった。箔部１２温度は加熱ローラ温度よりおおよそ４０℃低いことが確認された。箔部１２の温度が２００℃を超えると酸化によりランプ寿命が急激に悪化することが知られているが、加熱ローラ１温度が２００℃を超えることはほとんどなく、従って、箔部１２は２００℃を超えない。よって、ランプ寿命は格段に伸び、定着装置の機械的信頼性を向上させた。
【００６９】
本発明の実施例と従来例との比較実験を行った。
（実験例１）
本発明の実験装置として、以下の構成を使用して実験した。加熱ローラ１に外径φ２０ｍｍ、長さ２４０ｍｍ、アルミ芯金の肉厚１ｍｍの表面に３５μｍのＰＦＡコーティングを施したものを使用した。加圧ローラ１０としては外形φ１８ｍｍ、肉圧３．５ｍｍの熱加硫型シリコンゴムにより形成したものを使用した。加熱手段３のハロゲンランプは発光部長さ２４０ｍｍ、全長２９２ｍｍ、３５０ワットを用いた。加圧ローラ１０の圧接力は４ｋｇであり、ニップ幅は約３ｍｍである。加熱ローラ温度は加熱ローラ中心で１６０℃に設定した。また、定着器搬送速度は３６ｍｍ／ｓｅｃである。また、通紙に際してはＡ４サイズ紙を用いた。円筒軸４は、フッ素系充填材入りのＰＰＳ樹脂で、内径２０ｍｍ、外径２５ｍｍ、全長２６ｍｍのものを用いた。第１面３２と第２面３１の嵌合面幅は１０ｍｍとし、第３面３３と第４面３４の摺動面幅は５ｍｍとした。駆動ギア７はフッ素系充填材入りＰＰＳ樹脂で、幅７ｍｍのものを用いた。また、支持枠６はガラス３０％入りのＰＥＴを用いた。
【００７０】
図４は本発明の実験例１の温度分布図である。
【００７１】
加熱定着装置を加熱し、回転をさせない場合での加熱ローラ１の軸方向温度分布を、放射温度計により測定し、その結果を図４の端部の断面図の下に併記した。縦軸は、加熱ローラ１の温度であり、横軸は断面図に対応した位置を示す。実験条件に従い、加熱ローラ１中央部は温度Ｔ1＝１６０℃に設定している。加熱ローラ１端部での支持枠６等への熱損失による温度だれが小さく、おおむね均一な温度分布であることがわかる。定着特性の許容限界温度Ｔ2＝１５２℃になる加熱ローラ上の位置を基準位置とすると、ハロゲンランプ端部から基準位置までは４２ｍｍ、加熱ローラ端部から基準位置までは１６ｍｍ必要である。
【００７２】
また、加熱を開始してから加熱ローラ１中央部が温度Ｔ1＝１６０℃になるまでの時間（ウエイトタイム）を測定すると２６秒かかった。
【００７３】
また、１００枚のＡ４サイズの通紙を行い、加熱ローラ外端部温度Ｔ3を測定すると１６４℃であった。
【００７４】
（比較例１）
従来例と相当の比較実験を以下の構成にて行った。加熱ローラ１に外径φ２０、ｍｍ長さ２４０ｍｍ、アルミ芯金の肉厚１ｍｍの表面に３５μｍのＰＦＡコーティングを施したものを使用した。加圧ローラ１０としては外形φ１８ｍｍ、肉圧３．５ｍｍの熱加硫型シリコンゴムにより形成したものを使用した。加熱手段３のハロゲンランプは発光部長さ２４０ｍｍ、全長２９２ｍｍ、３５０ワットを用いた。加圧ローラ１０の圧接力は４ｋｇであり、ニップ幅は約３ｍｍである。加熱ローラ温度は加熱ローラ中心で１６０℃に設定した。また、定着器搬送速度は３６ｍｍ／ｓｅｃである。また、通紙に際してはＡ４サイズ紙を用いた。円筒軸４は、フッ素系充填材入りのＰＰＳ樹脂で、内径１４ｍｍ、外径１８ｍｍ、全長２６ｍｍのものを用いた。嵌合面幅は１０ｍｍとし、摺動面幅は５ｍｍとした。駆動ギア７はフッ素系充填材入りＰＰＳ樹脂で、幅７ｍｍのものを用いた。ただし、発光部位置は円筒軸端部に合わせた。また、支持枠はガラス３０％入りのＰＥＴを用いた。
【００７５】
図５は比較例１の温度分布図である。
【００７６】
加熱定着装置を加熱し、回転をさせない場合での加熱ローラ１の軸方向温度分布を、放射温度計により測定し、その結果を図５の端部の断面図の下に併記した。縦軸は、加熱ローラ１の温度であり、横軸は断面図に対応した位置を示す。実験条件に従い、加熱ローラ１中央部は温度Ｔ1＝１６０℃に設定している。加熱ローラ１端部での支持枠６等への熱損失による温度だれが大きく、均一な温度分布の範囲が狭まったことがわかる。定着特性の許容限界温度Ｔ2＝１５２℃になる加熱ローラ上の位置を基準位置とすると、ハロゲンランプ端部から基準位置までは５５ｍｍ、加熱ローラ端部から基準位置までは３６ｍｍ必要である。
【００７７】
また、加熱を開始してから加熱ローラ１中央部が温度Ｔ1＝１６０℃になるまでの時間（ウエイトタイム）を測定すると３３秒かかった。
【００７８】
また、１００枚のＡ４サイズの通紙を行い、加熱ローラ外端部温度Ｔ3を測定すると１８２℃であった。
【００７９】
（比較例２）
他の従来例と相当の比較実験を以下の構成にて行った。加熱ローラ１に外径φ２０ｍｍ、長さ２４０ｍｍ、アルミ芯金の肉厚１ｍｍの表面に３５μｍのＰＦＡコーティングを施したものを使用した。加圧ローラ１０としては外径φ１８ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの熱加硫型シリコンゴムにより形成したものを使用した。加熱手段３のハロゲンランプは発光部長さ２４０ｍｍ、全長２９２ｍｍ、３５０ワットを用いた。加圧ローラ１０の圧接力は４ｋｇであり、ニップ幅は約３ｍｍである。加熱ローラ温度は加熱ローラ中心で１６０℃に設定した。また、定着器搬送速度は３６ｍｍ／ｓｅｃである。また、通紙に際してはＡ４サイズ紙を用いた。滑り軸受け４０は、フッ素系充填材入りのＰＰＳ樹脂で、内径２０ｍｍ、外径２５ｍｍ、幅５ｍｍのものを用いた。駆動ギア７はフッ素系充填材入りＰＰＳ樹脂で、幅７ｍｍのものを用いた。ただし、発光部位置は加熱ローラ端部に合わせた。また、支持枠６はガラス３０％入りのＰＥＴを用いた。
【００８０】
図６は比較例２の温度分布図である。
【００８１】
加熱定着装置を加熱し、回転をさせない場合での加熱ローラ１の軸方向温度分布を、放射温度計により測定し、その結果を図６の端部の断面図の下に併記した。縦軸は、加熱ローラ１の温度であり、横軸は断面図に対応した位置を示す。実験条件に従い、加熱ローラ１中央部は温度Ｔ1＝１６０℃に設定している。加熱ローラ１端部での滑り軸受け４０や駆動ギア７等への熱損失による温度だれが非常に大きく、均一な温度分布の範囲がたいへん狭まったことがわかる。定着特性の悪化が認められるＴ2＝１５２℃になる加熱ローラ上の位置を基準位置とすると、ハロゲンランプ端部から基準位置までは６９ｍｍ、加熱ローラ端部から基準位置までは４３ｍｍ必要である。
【００８２】
また、加熱を開始してから加熱ローラ１中央部が温度Ｔ1＝１６０℃になるまでの時間（ウエイトタイム）を測定すると３８秒かかった。
【００８３】
また、１００枚のＡ４サイズの通紙を行い、加熱ローラ外端部温度Ｔ3を測定すると１７７℃であった。
【００８４】
以下に実験例１と比較例１、比較例２の測定値をまとめる。
【００８５】
加熱ローラ１の軸方向温度分布の均一性を示すものとして、加熱ローラ端部から基準位置（Ｔ2＝１５２℃、定着可能温度になる位置）までの距離を考える。次に定着装置の長手方向の寸法を示すものとして、ハロゲンランプ端部から基準位置までの距離を考える。
【００８６】
【表１】
0003636305.tif 000002
【００８７】
表１から、実験例１が加熱ローラの軸方向温度分布の均一性に優れ、かつ、定着装置の小型化に好適であることは明白である。
【００８８】
比較例２は従来例の代表的なものであるが、ハロゲンランプの発光部位置をローラ端部まで伸ばし、温度分布均一性を向上させた構成にもかかわらず、端部での温度低下が顕著である。これは、主に、駆動ギア７からの熱損失の影響が大きいと考えられる。しかも実際には、発光部を加熱ローラ端部まで伸ばすことは駆動ギアが高温にさらされることから難しく、駆動ギア７より内部に発光部を設置することが通常行われている。よって、軸方向温度分布は一層不均一になり、これを補うために、加熱ローラ１やハロゲンランプはさらに長尺化する。
【００８９】
比較例１は比較例２よりも断熱性円筒軸４による断熱効果が上がって軸方向温度分布の向上が見られるが、加熱ローラ１と円筒軸４の嵌合部でハロゲンランプの輻射熱が直接加熱ローラ１に達しない欠点の影響で、十分な温度分布均一性、短尺化が達成できない。
【００９０】
実験例１は比較例に比べ、伝熱損失の諸要因を改善した効果が現れ、十分な温度分布均一性が確保され、端部での温度低下を補償する余分なローラ長、発光部が不要なので加熱ローラの短尺化が達成できた。
【００９１】
次に、表２にウエイトタイムの比較を示す。
【００９２】
【表２】
0003636305.tif 000003
【００９３】
ウエイトタイムとは加熱を開始してから加熱ローラ１中央部が温度Ｔ1＝１６０℃になるまでの時間である。
【００９４】
この結果、実験例１は比較例１、比較例２に比べて、ウエイトタイムが格段に改善されていることがわかる。これは、加熱ローラ１の端部で熱伝導ならびに熱放射による熱損失が抑えられる構造の効果である。さらに、本実験例１の加熱ローラ１は端部での温度低下を補うためにローラ長さ、発光部長さを伸ばす必要がなく、最小限のローラ長さですむため、加熱ローラ１の短尺化よる熱容量低下の効果もあり、従来例に比べ、一層のウエイトタイム短縮が図れた。
【００９５】
次に、表３に連続通紙時の加熱ローラ端部外周温度Ｔ3の比較を示す。
【００９６】
【表３】
0003636305.tif 000004
【００９７】
外端部温度Ｔ3とは、加熱ローラ１中央部が温度Ｔ1＝１６０℃に保持しつつ１００枚のＡ４サイズの通紙を行い、加熱ローラ端部外周温度Ｔ3を測定したものである。この温度は定着装置の通常使用時の支持部耐熱温度を律則するものである。  比較例１が最大で、中央部に対し＋２２℃の上昇であった。比較例２も＋１７℃であるのに比べ、実施例１ではわずかに＋４℃の温度上昇にとどまり、円筒軸４等の支持部に要求される耐熱特性が緩和されるのみならず、加熱ローラ１の余分な昇温がないため、定着装置の加熱を防ぎ画像形成装置内の温度を低下させることができ、近接するクリーナー部や、トナーリサイクル部等でのトナーブロッキングの危険性を低減することができた。
【００９８】
この理由としては比較例１、比較例２では、加熱ローラ端部から基準位置までの距離が３６ｍｍ，４３ｍｍと実施例１の１６ｍｍに比べ２倍以上ある。従って、この部分にある発光部からの熱量は通紙時に紙に奪われることなくこの部分のみの加熱ローラ温度を上昇させるため、加熱ローラ端部温度の上昇を引き起こす。これに対し、実験例１では、加熱ローラ端部から基準位置までの距離が短く、紙幅以外での発光部及び加熱ローラ長さが短くローラ端部での余分な加熱がないので温度上昇につながらない。
【００９９】
以上の比較で、本実施例の実験例１は加熱ローラ１支持部での断熱性が格段に優れるため、加熱ローラ１の軸方向温度分布の均一性が確保でき、加熱ローラ１および定着装置の短尺化を可能とした。さらに、加熱ローラ１の肉厚１ｍｍ以下、特に０．８ｍｍ以下でこの断熱性の影響は大きくあらわれるため、本実施例の構成は薄肉の加熱ローラに好適である。
【０１００】
また、熱損失が少ないため画像形成装置内の温度を低く抑えられ、定着装置に近いクリーナー部や特にトナーを循環させて使用する方式の画像形成装置では、トナーブロッキングによる動作停止、印字抜け等がなく、装置の機械的信頼性、画像品質を向上させた。
【０１０１】
また、同時に加熱ローラ１が低熱容量であり、熱損失が少ないのでウエイトタイムが短く、印字時以外で定着装置の加熱を停止する形式の画像形成装置に適用でき、一層の低消費電力化を促進できた。
【０１０２】
さらに、通紙時及び小幅紙の通紙時に端部及び非通紙部での温度上昇が低く、支持部構成部品の耐熱性を必要としないので、摺動特性のみ優れた材料を使用でき安定した回転摺動を可能にした。また、溶融、変形等の恐れがないため、装置の信頼性を向上させた。
【０１０３】
加熱ローラ１が短尺化すると共に、加熱ローラ両端の嵌合部の間隔も短くなり、加熱ローラの１の軸方向の曲げ剛性が上がるため、加圧ローラ１０からの押圧による加熱ローラ１の変形量は小さくなり、加熱ローラ１中央部での加圧ローラ１０との接触幅（ニップ）が広く取れ、定着強度が向上する。もしくは、加熱ローラ温度を低く抑えることが可能となった。
【０１０４】
図７は本発明の加熱定着装置の他の実施例の断面図である。
【０１０５】
図８は本発明の加熱定着装置の他の実施例の支持部の概念図である。
【０１０６】
図７、図８において、加熱ローラ１は端部の外周に図８中斜線部にて示す第２面３１があり、耐熱樹脂よりなる円筒軸４内周の第１面３２と嵌合する。第１面３２と第２面３１は略同一径を有するが、嵌合と熱膨張の寸法変化の吸収に必要な隙間を設け、若干第２面３１の直径が小さい。また、図示していないが、加熱ローラ１には切り欠き（凹部）があり、円筒軸４内面に設けられたキー（凸部）に係合し、両者の相対位置を決めると共に駆動力を伝達する。加熱ローラ１と円筒軸４は第１面３２と第２面３１で形成される嵌合部にて嵌合し、一体となって回転する。円筒軸４の外周は図８中斜線部で示す摺動面である第３面３３を有す。円筒軸４の軸方向（長手方向）に関して第３面３３は第１面３２と少なくとも一部は重なり合う位置に設けられている。また、円筒軸４の外周には回転駆動ギア７がキー等の手段で嵌着して駆動源からの回転を円筒軸４に伝達する。円筒軸４の第３面３３に対向する位置に定着装置の支持枠６の摺動面である第４面３４が配置され、第３面３３と第４面３４の接触摺動により支持枠６は円筒軸４を回転支持する。他の構成は今まで述べてきた実施例と同じである。なお、図面簡略化のため、図８は両側にある支持部の片側のみを示す。従って、構成は両端部で同一である。
【０１０７】
本実施例では、第１面３２と第２面３１からなる嵌合支持部と第３面３３と第４面３４からなる滑合支持部が円筒軸４の長手方向に少なくとも一部は重なり合う位置にある。従って、加圧手段からの加圧力は加圧ローラ１０を経て加熱ローラ１に伝達される。この力は加熱ローラ１第２面３１にて作用力となり、円筒軸４の内周の第１面３２の反力と釣り合う。また、この力は円筒軸４の外周の第３面３３に作用力として伝達され、支持枠６の第４面３４の反力と釣り合う。円筒軸４の第１面３２反力と第３面３３の作用力は軸方向にかさなって釣り合っているため両者の間に曲げモーメントは発生しない。従って、円筒軸４を曲げるモーメントがないので変形、特に、高温クリープによる曲げ変形が発生せず、加熱ローラ１の振れ回りがないため定着むらのない良好な印字品質が確保されると共に、滑合部、嵌合部での偏摩耗が抑えられ安定した回転ができ、定着装置の静粛性、寿命、機械的信頼性を向上させた。
【０１０８】
図９は本発明の加熱定着装置のさらに他の実施例の断面図である。
【０１０９】
図１０は本発明の加熱定着装置のさらに他の実施例の断面の概念図である。
【０１１０】
図９、図１０において、加熱ローラ１は端部の外周に第２面３１があり、耐熱樹脂よりなる円筒軸４内周の第１面３２と嵌合する。第１面３２と第２面３１は略同一径を有するが、嵌合と熱膨張の寸法変化の吸収に必要な隙間を設け、若干第２面３１の直径が小さい。また、図示していないが、加熱ローラ１には切り欠き（凹部）があり、円筒軸４内面に設けられたキー（凸部）に係合し、両者の相対位置を決めると共に駆動力を伝達する。加熱ローラ１と円筒軸４は第１面３２と第２面３１で形成される嵌合部にて嵌合し、一体となって回転する。円筒軸４の外周は摺動面である第３面３３を有す。円筒軸４の軸方向（長手方向）に関して第３面３３は第１面３２と少なくとも一部は重なり合う位置に設けられている。また、円筒軸４の外周には駆動ギア７がキー等の手段で嵌着して駆動源からの回転を円筒軸４に伝達する。円筒軸４の第３面３３に対向する位置に定着装置の支持枠６の摺動面である第４面３４が配置され、第３面３３と第４面３４の接触摺動により支持枠６は円筒軸４を回転支持する。更に、円筒軸４の外周には、第３面３３と異なる位置で駆動ギア７をはさむ位置に第５面３５を有す。また、支持枠６は第４面と異なる位置で第５面に対向する位置に第６面３６を有す。第５面と第６面は互いに滑合し、摺動面を形成している。また、円筒軸４は、開口部を有するキャップ形状をしている。つまり、円筒軸４の内周は第１面３２と第７面３７で構成される。第７面３７は第１面３２とつながる面３７ａ、面３７ｂと第１面３２の延長面に略直行する面３７ｃ、及び、開口部を構成する面３７ｄからなっている。
【０１１１】
面３７ｄによる開口部を若干の隙間をもって加熱手段３が貫通している。他の構成は今まで述べてきた実施例と同じである。
【０１１２】
本実施例の構成では、駆動ギア７で発生する力を第３面３３と第４面３４からなる滑合部と、第５面と第６面からなる滑合部の２箇所で支持し負荷を分散すると共に、駆動ギア７の両側に滑合部を配置し、両持ち梁形式にすることにより円筒軸４の曲げ剛性を高めた。この構成は通常の片持ち梁の５倍以上の曲げ剛性が得られる。従って、駆動ギア７の駆動力によってギア側摺動部の摩耗を軽減し、片減りをなくした。また、円筒軸４のこじれ、振れ回りがなくなり安定した回転が可能となった。さらに、円筒軸４の高温クリープによる変形も排除でき機械的信頼性が確保された。従来の構成、例えば比較例２で示した構成では、両持ち梁形式は熱良導体である加熱ローラ１が軸方向に長いスペースを必要とし、軸方向温度分布の極端な低下を招いていたが、本実施例の構成では断熱性の耐熱樹脂からなる円筒軸４を両持ち梁形式で支持しても、断熱性が高いので駆動ギア７外側の滑合部から外部に熱伝導で損失する熱は微少であり、加熱ローラ１の軸方向温度分布は均一にたもたれ、さらに熱容量の増加も損失熱の増加もない。
【０１１３】
一方、面３７ｃにより、円筒軸４はキャップ構造となり、加熱ローラ１内部の高温空気と、加熱手段３であるハロゲンランプのもれ光の外部への放散を阻止する。従って、定着装置の熱効率を一層向上させると共に、加熱ローラ１内の空気の移動が少なく軸方向の温度分布の均一化に一層寄与する。また、面３７ｃは断熱性樹脂で構成されるため表面温度が低く、定着装置端部直近の構造物、例えばハロゲンランプを支持する端子１１や、電線、樹脂を過熱し溶融変形させることがなく機械的信頼性が高い。また、ジャム時等画像形成装置を解放した場合、使用者がやけど等しないので安全である。また、面３７ｃは円筒軸４の円筒面に対し直交するリブの効果を持ち円筒軸４の剛性を高める。とくに、円筒軸４のハロゲンランプ端子側が開放端であると剛性が不足するためここに補強部材である面３７ｃが設定されることは円筒軸４の軸方向、半径方向の剛性は向上する。従って、こじれ、振れ回り、偏摩耗防止に効果があった。また、ハロゲンランプの箔部１２は円筒軸４の内周が低温であるため、箔部１２を円筒軸４内に設置し、面３７ｃで覆っても箔部１２が酸化によって寿命劣化が起こる温度まで高温になることはない。従って、ハロゲンランプの外側に別部品でキャップ部品を付加する必要がなく、定着装置の小型化と低コスト化に貢献した。
【０１１４】
さらに、面３７ｄの開口部はハロゲンランプと隙間を持って設定されるが、両者間の隙間面積が０．３ｃｍ2以下で加熱ローラの保熱に特に効果のあることを確認した。
【０１１５】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば、円筒軸の内面を嵌合面、外周を摺動面にし、樹脂よりなる支持枠を用いると共に、嵌合面と摺動面を軸方向に重なる位置に配置することによって、
１）円筒軸の過熱による溶融、変形がなく、安全な加熱定着装置を実現した。
【０１１６】
２）加熱ローラの小径、薄肉、短尺化を促進し、加熱定着装置の小型化を実現した。
【０１１７】
３）加熱ローラ端部での温度低下のない軸方向に均一な温度分布を達成した。
【０１１８】
４）加熱ローラの熱容量が小さくできたため、ウエイトタイムの短い加熱定着装置を実現した。
【０１１９】
５）偏摩耗、振れ回りの小さな加熱ローラの支持、回転駆動が可能となった。
【０１２０】
６）芯違いによる加熱ローラの振れ回りを低減し、定着むらのない画像を実現した。
【０１２１】
７）駆動ギアからの熱損失を低減した。
【０１２２】
８）円筒軸は耐熱温度の低い材料が使え、耐熱性と摺動特性との両立が可能となった。
【０１２３】
９）円筒軸嵌合部、滑合部での熱損失を低減し、軸方向温度分布の均一化を促進した。
【０１２４】
１０）加熱定着装置からの損失熱を低減し、近傍のクリーナー部、トナー循環部内のトナーブロッキングを防止し、画像形成装置の信頼性、印字品質を向上させた。
【０１２５】
１１）加熱手段であるハロゲンランプ箔部の温度を低下させ、長寿命を実現した。
【０１２６】
１２）別部品の断熱、遮光部品が不要で、加熱定着装置の短尺化と低コスト化、及びランプ近傍の電線、樹脂の変形、溶融を防ぎ安全性を高めた。
【０１２７】
本発明の加熱定着装置をプリンタ、ファクシミリ、複写機に応用すれば特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加熱定着装置を搭載した画像形成蔵置の全体構成を説明する装置横断面図。
【図２】本発明の加熱定着装置の一実施例の断面図。
【図３】本発明の加熱定着装置の一実施例の支持部の概念図。
【図４】本発明の実験例１の温度分布図。
【図５】比較例１の温度分布図。
【図６】比較例２の温度分布図。
【図７】本発明の加熱定着装置の他の実施例の断面図。
【図８】本発明の加熱定着装置の他の実施例の支持部の概念図。
【図９】本発明の加熱定着装置のさらに他の実施例の断面図。
【図１０】本発明の加熱定着装置のさらに他の実施例の断面の概念図。
【符号の説明】
１・・・・加熱ローラ
２・・・・発光部
３・・・・加熱手段
４・・・・円筒軸
６・・・・支持枠
７・・・・駆動ギア
１０・・・・加圧ローラ
１１・・・・端子
１２・・・・箔部
２１・・・・記録紙
２２・・・・給紙ローラ
２４・・・・感光体
２６・・・・転写ローラ
２８・・・・帯電ローラ
２９・・・・レーザー走査光学系
３０・・・・現像ローラ
３１・・・・第２面
３２・・・・第１面
３３・・・・第３面
３４・・・・第４面
３５・・・・第５面
３６・・・・第６面
３７・・・・第７面
４０・・・・滑り軸受け
４２ａ、４２ｂ・・・・トナー循環搬送経路
４４・・・・クリーニングブレード
【図１】
0003636305.tif 000005
【図２】
0003636305.tif 000006
【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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