(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ローラと協働してトナーを加熱加圧し、該トナーを記録紙上に定着させる定着ローラであって、円筒状支持部材の外周に第１の絶縁層体と、発熱層体と、第２の絶縁層体と、離型層体とがこの順に積層して設けられ、前記第２の絶縁層体と前記離型層体との間に、前記離型層体の変形を防止するとともに前記発熱層体からの熱を前記離型層体に向けて伝導する離型層体基体がさらに積層して設けられていることを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
前記離型層体基体の熱伝導率の値が、前記円筒状支持部材の熱伝導率の値以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記円筒状支持部材の外周表面に、該円筒状支持部材の一端から他端に向かって長手方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着ローラ。
【請求項４】
前記円筒状支持部材の外周表面に、該外周表面を周方向にめぐりつつ前記円筒状支持部材の長手方向の一端から他端に向かって延びる螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項５】
前記円筒状支持部材の外周表面に、前記螺旋状の溝の回転方向と進行方向との関係を右巻きとしたときに、前記外周表面を周方向にめぐりつつ前記円筒状支持部材の長手方向の一端から他端に向かって延びる左巻きの螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の定着ローラ。
【請求項６】
前記溝に前記離型層体基体の長手方向端部が係合し、接合されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の定着ローラ。
【請求項７】
円筒状支持部材の外周面に第１の絶縁層体、発熱層体、第２の絶縁層体をこの順に巻き付けるとともに、該第２の絶縁層体の外周に離型層体の変形を防止するとともに前記発熱層体からの熱を前記離型層体に向けて伝導する離型層体基体の母材を縮径させて積層を形成する第１工程と、
該離型層体基体の母材の外周表面の切削を行う第２工程と、
切削された前記離型層体基体の外周表面に前記離型層体を形成する第３工程とを有することを特徴とする定着ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置に用いられる定着ローラ及び定着ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、画像を定着するのに定着ローラと加圧ローラとからなる定着ユニットを用いている。この定着ユニットにおいては、記録紙が定着ローラと加圧ローラとの間を通過する際に、定着ローラからの熱がトナーを溶融し、記録紙上に画像を定着する。このような画像形成装置においては、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することが望まれている。
【０００３】
そのため、例えば特開昭４５−８１０４１号公報に記載されているように、円筒状支持部材の外周面に発熱層体を設けたり（外面面状発熱方式）、特開平９−１３８６０５号公報に記載されているように円筒状支持部材の内周面に発熱層体を設けたり（内面面状発熱方式）して、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することが図られている。
【０００４】
外面面状発熱方式の定着ローラは、耐熱ゴムや耐熱プラスチック等の耐熱弾性材料又はセラミックにより形成された円筒状支持部材の外周表面に発熱層体を有し、その外周にさらに耐熱ゴム等で形成された離型層体を有するので、円筒状支持部材への発熱層体の装着は容易であるという長所を有する。
【０００５】
一方、内面面状発熱方式の定着ローラは、円筒状支持部材の内部（内周面）に発熱層体を有するのでローラの外周加工が容易であり、離型層体の、その内部層体への密着耐久性も容易に得られるという長所を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら外面面状発熱方式では、発熱層体から発せられた熱の一部が、熱伝導により円筒状支持部材の方に奪われるため、ローラ表面の昇温が阻害されるという問題点を有する。また、面状に形成された発熱層体の外周表面に直に離型層体が形成されるため、離型層体の外周加工が困難となる。それにより、ローラの外径寸法や逆クラウン形状（記録紙の通過性を良好とするために、ローラの長手方向両端部の外径を、中央部の外径よりも大きくした形状）が不正確となって定着ローラにおける画像記録媒体の通過性が悪化するという問題点をも有する。さらに離型層体の、その内部層体（この場合、面状発熱層体）への密着耐久性も得にくい。
【０００７】
一方、内面面状発熱方式では、定着ローラ表面の昇温時間を効果的に短縮するために、円筒状支持部材の熱容量を低減させる必要がある。そのため円筒状支持部材の薄肉化が図られるが、それにより円筒状支持部材の機械的強度が低下するという問題点を有する。円筒状支持部材の機械的強度の低下に伴い、定着ローラには撓みやつぶれ等の変形が発生し易くなり、良好な定着性を確保するための充分なニップ圧を生成させることが困難となる。また、芯材の内周面に絶縁層体や面状発熱層体を接着することは技術的に難しく、その信頼性を確保しにくい。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、内面発熱方式の長所と外面発熱方式の長所を取り入れ、両方式の有する問題点を解消すべく、定着ローラ表面の昇温時間を効果的に短縮することができるとともに良好な定着性と記録紙の良好な通過性を得ることができ、かつ離型層体との良好な密着耐久性を得ることができる定着ローラと、このような定着ローラを簡易かつ安価な方法により製造する定着ローラの製造方法とを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の定着ローラは、加圧ローラと協働してトナーを加熱加圧し、トナーを記録紙上に定着させる定着ローラであって、円筒状支持部材の外周に第１の絶縁層体と、発熱層体と、第２の絶縁層体と、離型層体とがこの順に積層して設けられ、第２の絶縁層体と離型層体との間に、離型層体の変形を防止するとともに発熱層体からの熱を離型層体に向けて伝導する離型層体基体がさらに積層して設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、定着ローラが離型層体の下層に離型層体基体を有しているので、発熱層体からの熱を効果的に離型層体に伝導させることができて、ローラ表面の昇温時間を短縮できる。定着ローラの機械的強度を高強度とすることができるので、充分なニップ圧として良好な定着性を得ることができるとともに、外径・逆クラウン形状の正確な加工ができるので、良好な記録紙の通過性を得ることができる。離型層体基体と離型層体との良好な密着耐久性も得ることができる。
【００１１】
請求項２に記載の定着ローラは、離型層体基体の熱伝導率の値が円筒状支持部材の熱伝導率の値以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、円筒状支持部材の方より離型層体基体の方に、より効率よく熱が伝導するので、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項３に記載の定着ローラは、円筒状支持部材の外周表面に円筒形支持部材の一端から他端に向かって長手方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、発熱層体が隣接している第１の絶縁層体と円筒状支持部材との接触面積を低減することで、円筒状支持部材に熱伝導しにくく、離型層体基体に熱伝導しやすくすることができるので、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することができる。
【００１５】
請求項４に記載の定着ローラは、円筒状支持部材の外周表面に、外周表面を周方向にめぐりつつ円筒状支持部材の長手方向の一端から他端に向かって延びる螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、円筒状支持部材の外周表面に螺旋状の溝を形成し、発熱層体が隣接している第１の絶縁層体と円筒状支持部材との接触面積を低減することで、円筒状支持部材に熱伝導しにくく、離型層体基体に熱伝導しやすくすることができるので、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することができる。さらに、円筒状支持部材の外周表面に長手方向に延びる溝と、螺旋状の溝とを格子状にともに形成すれば、第１の絶縁層体と円筒状支持部材とのさらなる接触面積の低減が可能となり、定着ローラ表面の昇温時間をより短縮することができる。
【００１７】
請求項５に記載の定着ローラは、円筒状支持部材の外周表面に、螺旋状の溝の回転方向と進行方向との関係を右巻きとしたときに、外周表面を周方向にめぐりつつ円筒状支持部材の長手方向の一端から他端に向かって延びる左巻きの螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、円筒状支持部材の外周表面に螺旋状の溝と、その螺旋状の溝と逆巻きの螺旋状の溝とをともに格子状に形成し、発熱層体が隣接している第１の絶縁層体と円筒状支持部材との接触面積を低減することで、円筒状支持部材に熱伝導しにくく、離型層体基体に熱伝導しやすくすることができるので、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項６に記載の定着ローラは、溝に離型層体基体の長手方向端部が係合し、接合されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、記録紙が定着ローラを通過する際に発生する回転方向や長手方向の外力を離型層体基体の溝への係合・接合部で保持できるので、定着ローラの各層体間の界面に発生する滑りを軽減でき、絶縁層体や発熱層体の破損等を防ぐことができる。
【００２１】
請求項７に記載の製造方法は、円筒状支持部材の外周面に第１の絶縁層体、発熱層体、第２の絶縁層体をこの順に巻き付けるとともに、第２の絶縁層体の外周に離型層体の変形を防止するとともに発熱層体からの熱を離型層体に向けて伝導する離型層体基体の母材を縮径させて積層を形成する第１工程と、
離型層体基体の母材の外周表面の切削を行う第２工程と、
切削された離型層体基体の外周表面に離型層体を形成する第３工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、離型層体基体の縮径をスピニング加工による乾式加工にて行うので、既に円筒状支持部材に装着してある絶縁層体や発熱層体等を加工液等で汚すことなく加工できる。また、加工時の発生荷重も比較的低荷重なので、加工対象を破壊する懸念もなく、簡易に離型層体基体を装着することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る定着ローラ、定着ローラの製造方法及び定着ローラを用いた画像形成装置の実施例について図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
［定着ローラ］
図２に本発明に係る定着ローラが使用される定着ユニットを概略的に示す。定着ユニット１１は定着ローラ７、加圧ローラ８、加圧用付勢手段としてのバネ１０で大略構成される。この定着ユニット１１は複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置において用いられている。
【００２５】
定着ローラ７は後述するように、その表面に画像記録媒体としての記録紙９との離間を容易にするための離型層体を有し、内部には定着のための熱を発する発熱層体を有する。
【００２６】
加圧ローラ８は定着ローラ７と協働して記録紙９を加圧し、搬送するためのもので、その中心軸を定着ローラ７の中心軸と略平行にして、定着ローラ７に対向して配されている。バネ１０は加圧ローラ８に所定のニップ圧を発生させるためのもので、定着ローラ７の中心軸と加圧ローラ８の中心軸とが平行を保ちつつ近接するように両ローラを付勢する。なお図示しないが、この定着ユニット１１の搬送上流側には、形成画像に沿って記録紙９にトナーを転写し、画像を記録する画像記録ユニットが配されている。
【００２７】
記録紙９が搬送上流側から搬送されてくると、定着ローラ７及び加圧ローラ８はそれを検出して図中矢印Aの方向に回転を開始する。図示しない搬送ガイドによって定着ローラ７と加圧ローラ８との間に誘導され、両ローラにより挟持されて、記録紙９はローラの回転方向及び回転速度に従って図中矢印B方向すなわち搬送下流方向に向けて搬送される。その際、定着ローラ７から発せられる熱と、バネ１０及び加圧ローラ９の作用により発生するニップ圧とが、記録紙９上のトナーを溶融し加圧して、記録紙９上に定着する。
【００２８】
この定着工程において、バネ１０は定着に必要なニップ圧を充分に提供しているので、記録紙９上のトナーは良好に定着される。定着ローラ７は正確な外径及び逆クラウン形状の加工が為されているので、記録紙９は定着ユニット１１を良好に通過し、搬送寄りや蛇行を発生することはない。定着ローラ７の離型層体基体５の長手方向端部が定着ローラ７の離型層体６表面に形成された溝に係合・接合されているので、後述するように絶縁層体や発熱層体の破損等を防ぐことができる。
【００２９】
この定着ユニット１１は定着ローラ７の表面の昇温時間が短いので、この定着ユニット１１を使用している画像形成装置を、パワーセーブモード（不使用時に定着ローラ７の発熱体としてのヒータの通電をオフとして消費電力を抑え、使用者が使用するときには、内臓のセンサにてそれを検出し、定着ローラのヒータの通電をオンとする機能）付きとすることができ、省エネ型とすることができる。また、時間効率よく複写作業を行うことができる。
【００３０】
この定着ローラ７を長手方向に切断した層構成を図１の部分断面図に模式的に示した。この図において、引用符号１はこの定着ローラ７の円筒状支持部材としての芯金である。芯金１の外周面には第１の絶縁層体２、発熱層体３、第２の絶縁層体４が順に積層して設けられている。
【００３１】
第１及び第２の絶縁層体２，４は、例えばフィルム状のポリイミド等の耐熱絶縁樹脂材料で形成されている。発熱層体３は、例えばステンレス金属箔（発熱抵抗パターン）で構成され、その層体厚は２５μｍ乃至１００μｍである。
【００３２】
芯金１は定着ローラ７の基本構造体であって、中空の略円筒形状で、アルミニウム合金によって形成されている。芯金１は、バネ１０及び加圧ローラ８により定着ローラ７に提供されるニップ圧の大部分を受けるので、その機械的強度を確保するために充分な肉厚とされている。
【００３３】
この芯金１には図３に示すようにその表面に多数の長手方向に延びる溝１２が形成されている。このように構成することで、発熱層体３に隣接している第１の絶縁層体２と芯金１との接触面積を小さくすることができるので、発熱層体３からの熱を芯金１に伝導しにくく構成することができる。結果的にその熱は効率よく第２の絶縁層４を通して後述する離型層体基体５、離型層体６の方向に伝導していき、効率よく定着ローラ７の表面に伝導する。
【００３４】
さらに発熱層体３からの熱を芯金１に伝導しにくくし、効率よく定着ローラ７の表面に伝導させるために、芯金１は後述する離型層体基体５よりも熱伝導率が低いことが望ましいので、芯金１にはより熱伝導率の低い鉄、ステンレス合金等を材料として用いてもよい。
【００３５】
第２の絶縁層体４の外周には離型層体基体５と離型層体６とが順に積層して設けられている。この離型層体基体５は発熱層体３からの熱を効率よく定着ローラ７の表面（最外層）である離型層体６に伝導する目的と、離型層体６との密着耐久性を確保する目的と、離型層体６を表面加工する際の支持体としての機械的強度を確保する目的とのために、アルミニウム合金にて形成されている。離型層体基体５の肉厚は、離型層体６との密着性と、離型層体６の外径形状を加工する際に離型層体６が不用意な変形を生じないための機械的強度とを損なわない限りにおいて、薄肉とした方が離型層体６への効率な熱伝導の観点からは望ましい。
【００３６】
なお、離型層体６は記録紙９との離間を容易にするために定着ローラ７の最外層に設けられているが、公知であるので説明を割愛する。
【００３７】
図４は、離型層体基体５の長手方向端部１３が、この定着ローラ７の長手方向端部において芯金１の表面に形成された長手方向に延びる溝１１に係合し、接合された様子を示す部分断面図である。この構成によれば、離型層体基体５よりも長手方向の長さが短く形成された第１の絶縁層体２、発熱層体３、第２の絶縁層体４を、離型層体基体５の長手方向端部１３が超えて包み込むように芯金１の表面に達し、芯金１の表面に形成された長手方向の溝１１に食い込むように係合・接合されているので、芯金１と離型層体基体５との相対的な回転方向ずれを防止することができる。それにより、記録紙９が通過する際に発生する、摩擦等による回転方向のトルクによる各層体間の界面での滑りを防ぐことができ、上記第１及び第２の絶縁層体２，４や発熱層体３の破損等を防ぐことができる。
【００３８】
本実施例において、定着ローラ７の離型層体基体５はその材料をアルミニウム合金として説明したが、もちろん、アルミニウム合金よりも熱伝導率が高く、かつ離型層体６との密着性を確保しつつ機械的強度をも確保できるものであれば、他の材質を使用することもできる。
【００３９】
本実施例においては、芯金１の表面に形成される溝を長手方向に延びる溝１２として説明したが、その加工の容易さ、ローラの昇温特性等を考慮した上で、図５のように螺旋状の溝１４を形成してもよい。
【００４０】
図６に示すように、長手方向に延びる溝１２と螺旋状の溝１４とをともに形成したり、図７に示すように螺旋状の溝１４と、その螺旋状の溝１４と回転方向と進行方向の関係が逆の螺旋状の溝１５とをともに形成すると、それぞれの溝が格子状に交差し、その溝の交差点部において突起部１９，１９’が形成される。発熱層体３に隣接する第１の絶縁像体２と芯金１とは、突起部１９，１９’においてのみ接触するので、その接触面積はさらに低減する。
【００４１】
図示しないが、長手方向の溝１１、螺旋状の溝１４、螺旋状の溝１５とをともに形成することで、発熱層体３に隣接する第１の絶縁層体２と芯金１との接触面積をさらに低減することができる。
【００４２】
この場合、芯金１の長手方向端部において、離型層体基体５の長手方向端部を芯金１の表面に形成された長手方向の溝１１、螺旋状の溝１４及び螺旋状の溝１５に係合し、接合することにより、離型層体基体５の回転方向と長手方向の滑りをともに防止することができる。
【００４３】
［定着ローラの製造方法］
図８は本発明に係る定着ローラの製造方法の第１の工程のうち、離型層体基体５の縮径工程の要部を概略的に説明する説明図である。
【００４４】
芯金１の外周表面には第１の絶縁層体２、発熱層体３、第２の絶縁層体４が巻き付けられている。その芯金１の内部中心に、その外径が略芯金１の中空部内径と同じとしたマンドレル治具１６を挿入し、第２の絶縁層体４の外周にアルミニウム合金で形成された中空円筒状の離型層体基体の母材５’をかぶせて図示しない加工機（旋盤）にセットする。
【００４５】
離型層体基体の母材５’の内径は、巻き付けられた第２の絶縁像４の外周径よりも僅か大きく形成されており、第１の絶縁層体２、発熱層体３、第２の絶縁層体４が巻き付けられた芯金１に容易にかぶせることができるが、その長手方向端部においては、芯金１の表面に形成された長手方向に延びる溝１２と係合しているので、加工時においても芯金１との相対的な回転方向の滑りが発生することはない。
【００４６】
セットされた芯金１を旋盤により回転させ、芯金１にかぶせられた離型層体基体の母材５’の外側から、加工時に加工対象が変形するのを防止するためのバックアップローラ１７を付勢する。バックアップローラ１７の対向位置、すなわち芯金１の長手方向においては同一位置で、かつ芯金１の直径方向反対位置となる位置から絞り用の加工治具であるスピニングローラ１８を所定の当接力で当接する。それにより、スピニングローラ１８が当接された長手方向位置においては全周に渡り、離型層体基体の母材５’が縮径され、その部分において離型層体基体の母材５’は第２の絶縁層体４と密着する。
【００４７】
所定の速度で、バックアップローラ１７とスピニングローラ１８とをともにその相対位置関係を保ちつつ芯金１の長手方向に移動させることにより、離型層体基体の母材５’の縮径工程を、その長手方向に進行させることができ、最終的には全長に渡って離型層体基体の母材５’を第２の絶縁層体４と密着させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、定着ローラが離型層体の下層に離型層体基体を有しているので、発熱層体からの熱を効果的に離型層体に伝導させることができて、ローラ表面の昇温時間を短縮できる。定着ローラの機械的強度を高強度とすることができるので、充分なニップ圧として良好な定着性を得ることができるとともに、外径・逆クラウン形状の正確な加工ができるので、良好な記録紙の通過性を得ることができる。離型層体基体と離型層体との良好な密着耐久性も得ることができる。それにより、内面発熱方式の長所と外面発熱方式の長所を取り入れて、さらに両方式の有する問題点を解消できる定着ローラとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの実施例の層構成を模式的に示す長手方向に切断した部分断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係る定着ローラが使用される定着ユニットを概略的に示す斜視図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの表面に形成された長手方向に延びる溝を示す正面断面図及び部分側面図である。
【図４】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの表面の溝に係合し、接合された離型層体基体の長手方向端部を示す長手方向に切断した部分断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの表面に形成された螺旋状の溝を示す部分側面図である。
【図６】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの表面に格子状に形成された長手方向に延びる溝と螺旋状の溝とを示す部分側面図である。
【図７】  本発明の実施の形態に係る定着ローラの表面に格子状に形成された螺旋状の溝及び回転方向と進行方向との関係がその螺旋と逆の螺旋状の溝を示す部分側面図である。
【図８】  本発明の実施の形態に係る製造方法の第１の工程のうち、縮径工程の要部を概略的に説明する説明図である。
【符号の説明】
１…円筒状支持部材（芯金）
２…第１の絶縁層体
３…発熱層体
４…第２の絶縁層体
５…離型層体基体
５’…離型層体基体の母材
６…離型層体
７…定着ローラ
８…加圧ローラ
９…記録紙（画像記録媒体）
１０…バネ（弾性部材）
１１…定着ユニット
１２…長手方向に延びる溝
１３…離型層体基体の長手方向端部
１４…螺旋状の溝
１５…螺旋状の溝
１６…マンドレル治具
１７…バックアップローラ
１８…スピニングローラ
１９，１９’…突起部
【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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