(57)【要約】【課題】  ローラの材料が異なる部分からなる場合に、金属部分と樹脂部分との良好な接続を設ける中空ローラ、この中空ローラを加熱ローラとして用いた加熱装置、及びこの加熱装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  ローラが金属材料からなる金属材料部分２１と、この金属材料部分２１とは熱伝導率の異なる材料によって構成されると共に、テーパ面を有する樹脂材料部分２２と、樹脂材料部分２２のテーパ面を金属材料部分２１の内部に挿入して付勢するスプリング２６とを備えて構成される。【選択図】        図２
2006243020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状の中空ローラであって、
金属材料からなる第１ローラ面と、該第１ローラ面とは熱伝導率の異なる材料によって構成されると共に、テーパ面を有する第２ローラ面と、前記第２ローラ面のテーパ面を前記第１ローラ面の内部に挿入して付勢する付勢手段と、を備えて構成されることを特徴とする中空ローラ。
【請求項２】
前記第２ローラ面は、樹脂材料もしくはセラミック材料により構成されることを特徴とする請求項１記載の中空ローラ。
【請求項３】
前記樹脂材料は、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＬＣＰ、ＰＥＫ、ＰＥＥＫであることを特徴とする請求項２記載の中空ローラ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の中空ローラの中空部に熱源用のヒータを備えた加熱装置において、
前記中空ローラの通紙領域を前記第１ローラ面、通紙外領域を前記第２ローラ面により構成し、前記第１ローラ面を前記ヒータにより加熱するようにしたことを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加熱装置において、前記ヒータは配光分布が発光幅で一定、もしくは端部と中央部で配光を変化させたものであることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の加熱装置の中空ローラと加圧用ローラとを備え、転写紙に転写されたトナー像を熱・圧力により定着させることを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の定着装置を備える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、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置において使用するトナーの定着装置の中空ローラ、加熱装置、定着装置、及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来では、配光分布が軸方向でフラットなヒータを用いたとき、加熱開始直後の段階においては、加熱ローラの端部に設置されている駆動伝達部品ならびに軸受からの放熱によって、加熱ローラの端部の温度は不足している。この温度が狙いの設計範囲を下回った場合には、コールドオフセットを生じることが知られている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
特許文献１は中央部をアルミニウム等で形成し、両端部をポリイミド樹脂等で形成する中空の加熱ローラを開示している。特許文献２は加熱回転部材の両端部に樹脂キャップを配置する中空の加熱ロールを開示している。特許文献３は加熱ローラ部とフランジ部で熱伝導率の異なる材料を使用する中空の加熱ローラを開示している。特許文献４はアルミニウム等の支持ローラ上にポリイミド樹脂等の断熱層を備える多層構造の中空の定着ローラを開示している。特許文献５では両端に空洞のあるエンド・キャップを接合することを開示している。
図６は従来のフラットヒータを用いたときの温度分布を示す概略図である。図７は図６のフラットヒータの配光分布を示す概略図である。図６及び図７に見られるように、この構成では、画像形成開始直後、初期段階では加熱装置内ローラの端部に設置されている駆動伝達部品等からの放熱により加熱装置端部の温度が上昇不足となる。
この問題に対し、加熱用ハロゲンヒータ１本で対応するとき、通紙初期の端部温度不足解消のため、ヒータの配光分布を端部で大きくした場合、連続通紙時の端部温度上昇を助長させてしまう。
【０００３】
図８は立ち上がり直後の加熱ローラ端部の温度分布を示す概略図である。図９は端部の配光分布を中央部に比べ上げているヒータの配光分布を示す概略図である。図６に関連して説明した問題を解決するために、図９のように端部の配光分布を中央部に比べ上げているヒータを用いる場合がある。
しかしながら、このようなヒータを用いた場合、加熱ローラの温度が安定状態に入り、かつ連続で通紙を行ったときは、逆に加熱ローラ通紙外領域に熱量が過剰に溜まっていき、図８に示すように加熱ローラ端部の温度が上昇し過ぎてしまいホットオフセットが懸念される。即ち、画像形成を連続して行った際に、加熱装置内ローラの通紙外領域に次第に熱量が溜まっていき、それが通紙領域の端部に流れ込むことによって、通紙内領域の長手方向の温度分布が崩れ、端部の温度が上昇してしまう。
そこで、従来から断熱ブッシュ等を使用して端部のギヤ・軸受からの放熱を抑える方法は知られているが、この場合は通紙幅より外側に軸受やギヤが設けられる金属部分が数十ｍｍ程度もあるので、この部分が放熱板（連続通紙時では蓄熱タンク）のような働きをしてしまう。
上記のように加熱ローラの軸方向での表面温度に差（ムラ）があると１枚の記録物の中で、定着度合いが異なり光沢ムラなど、画像品質上の不具合が生じる。特にカラー画像の場合では、光沢度、色味のムラが顕著に現れてしまう。
また、立ち上がり直後の温度上昇不足を補うためヒータの端部配光を高くした場合には、連続通紙時では端部温度が上がり過ぎる。特に小サイズ紙を連続で通紙した場合、加熱ローラ端部の温度上昇は激しく安全装置（サーモスタット）の誤作動を引き起こす。
一方、連続通紙時の端部温度上昇を解消するために、ヒータの端部配光分布を小さくすると、連続通紙の初期における端部温度不足がより悪化することで、定着不良の可能性が生じる。
【特許文献１】特開２００１−２９０３８８公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６８４公報
【特許文献３】特開昭６１−１０５５７６号公報
【特許文献４】特開平０８−２０２１９４号公報
【特許文献５】特開平０２−３００７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように加熱ローラは駆動伝達部品や軸受設置のため、長手方向寸法が最大通紙幅より長くなっている。
しかし、この通紙外領域のローラ金属部分の熱伝導が良いこともあり、駆動伝達部品及び軸受からの放熱を促し、立ち上がり直後の加熱ローラの端部温度上昇不足を引き起こす。また連続通紙時では金属ローラ通紙外領域が熱を溜め込み、端部温度上昇を起こす原因となっている。
２種類の材料間で大きく特性が変わるので、ローラの材料が異なる部分で熱膨張したときにも逃げを有し、かつ確実に回転を伝達しなければならないため、金属部分と樹脂部分との接続が重要な問題となる。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、ローラの材料が異なる部分からなる場合に、金属部分と樹脂部分との良好な接続を設ける中空ローラ、この中空ローラを加熱ローラとして用いた加熱装置、定着装置及びこの加熱装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、中空円筒状の中空ローラであって、金属材料からなる第１ローラ面と、該第１ローラ面とは熱伝導率の異なる材料によって構成されると共に、テーパ面を有する第２ローラ面と、前記第２ローラ面のテーパ面を前記第１ローラ面の内部に挿入して付勢する付勢手段と、を備えて構成されることを特徴とする。
また請求項２に記載の発明は、前記第２ローラ面は、樹脂材料もしくはセラミック材料により構成されることを特徴とする。
また請求項３に記載の発明は、前記樹脂材料は、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＡＩ、ＰＥＩ、ＬＣＰ、ＰＥＫ、ＰＥＥＫであることを特徴とする。
また請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の中空ローラの中空部に熱源用のヒータを備えた加熱装置において、前記中空ローラの通紙領域を前記第１ローラ面、通紙外領域を前記第２ローラ面により構成し、前記第１ローラ面を前記ヒータにより加熱するようにしたことを特徴とする。
また請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の加熱装置において、前記ヒータは配光分布が発光幅で一定、もしくは端部と中央部で配光を変化させたものであることを特徴とする。
また請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の加熱装置の中空ローラと加圧用ローラとを備え、転写紙に転写されたトナー像を熱・圧力により定着させることを特徴とする。
また請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の定着装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、性質の異なる２種類の材料を用いて構成されている中空ローラの材料が異なる部分を、一方の部分に他方の部分を付勢部材で押し付けて、回転中心を出しながら、金属材料部分及び樹脂材料部分が熱膨張を起こした際の逃げを確保することができる。すなわち、定着ローラの金属部品と樹脂部品の軸心を一致させて繋ぎ、かつ熱膨張した際の逃げを確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下、本発明を、電子写真式の画像形成装置であるレーザプリンタ（以下、「プリンタ」という）に適用した実施の形態について説明する。
また本実施形態は、複写機・レーザプリンタ等の画像形成装置における定着装置の加熱ローラに適用するものである。この定着装置の加熱ローラに関連して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本実施の形態に係るプリンタ全体を示す概略構成図である。このプリンタＡは、潜像担持体としての感光体ドラム１を有している。感光体ドラム１は、図中矢印Ｂ方向に回転駆動されながら、これに接触する一様帯電手段としての帯電ローラ３により、その表面を一様に帯電される。
その後、潜像形成手段としての光書き込ユニット４により画像情報に基づき走査露光されて、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。なお、帯電手段及び潜像形成手段としては、図示の帯電ローラ３及び光書き込ユニット４とは異なるものを用いることもできる。
感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、後述する現像装置２により現像され、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、転写ローラ５を備えた転写手段としての転写ユニットにより、給紙カセット６から給紙ローラ７及びレジストローラ対８を経て搬送される転写材としての転写紙Ｐ上に転写される。
転写終了後の転写紙Ｐは、定着手段としての定着ユニット１０によりトナー像が定着され、プリンタ外部に排出される。なお、転写されずに感光体ドラム１上に残留した転写残トナーはクリーニング手段としてのクリーニングユニット１１により感光体ドラム１の表面から除去される。また、感光体ドラム１上の残留電荷は除電手段としての除電ランプ１２で除去される。
定着装置１０の筐体内には加熱ローラ１０Ａ及び加圧ローラ１０Ｂがそれぞれ配置されている。加熱ローラ１０Ａは転写紙Ｐに担持されているトナー像に接触する側に配置された熱良導体からなる材質の中空円筒とこの中空円筒表面に離型層を有したローラであり、内部に熱源（図示せず）が配置されている。
加圧ローラ１０Ｂは、芯金の表面に弾性体層を有したローラ部材であり、加熱ローラ１０Ａと圧接しながら連動して回転することにより転写紙Ｐを挟持・搬送する際の定着ニップ部を構成できるようになっている。転写紙Ｐに担持されたトナー像は加熱ローラ１０Ａ及び加圧ローラ１０Ｂとで挟持・搬送される際に熱・圧力の作用により加熱定着される。
空間部Ｓには、定着後に定着装置１０から排出される転写紙Ｐを収容する排紙トレイ１３が配置されている。複写を終えた転写紙Ｐは定着装置１０を通過する間にトナー像が定着され、排紙ローラ対１４によって排紙トレイ１３上に排出・積載される。
【０００８】
図２は本発明による定着装置の加熱（定着）ローラの実施形態を示す概略図である。
図２において、定着ローラとしての加熱ローラ２０は通紙幅領域を形成する金属材料部分（第１ローラ面）２１とその長手方向外側の樹脂材料部分もしくはセラミック材料部分（第２ローラ面）２２から構成される。
アルミニウムもしくはアルミニウム合金である金属材料部分２１は、本実施の形態では、加熱ローラ２０の通紙領域より両側３ｍｍ〜５ｍｍ程度広げた領域のみを構成し、樹脂材料部分もしくはセラミック材料部分２２はその長手方向端部を構成している。
加熱ローラ２０に対し熱を与えたとき、ローラの金属材料部分２１と樹脂材料部分２２とで熱伝導の程度を変化させる。加熱ローラ２０の通紙領域は熱伝導性を高く、通紙外領域は熱伝導性を低くしている。図中、符号２４は軸受、２５はギヤを示している。
上述した定着（加熱）ローラに、配光分布を長手方向で平坦かつ発光領域が通紙幅程度のヒータ２３を組み合わせた加熱装置を形成する。ローラ内部もしくは外部に設置された加熱用ヒータにてローラを加熱したとき、熱伝導に偏差を持たせた加熱装置を提供する。
上述したように、加熱ローラの通紙領域より３ｍｍ〜５ｍｍ広い幅のみで金属材料部分を使用し、その外側には樹脂材料部分を用いた構成の加熱ローラに、配光分布を長手方向で平坦かつ発光領域が通紙幅程度のフラットヒータを組み合わせることで加熱ローラの金属材料部分２１と樹脂材料部分２２で断熱効果が生まれる。
したがって、加熱ローラの金属材料部分２１に与えられた熱量が端部へ逃げる量を従来よりも少なくすることができ、立ち上がり直後の端部温度上昇不足を改善することができる。
一方、連続通紙時においては通紙外領域の金属材料部分２１と端部配光を高くしたフラットヒータ２３の影響で端部温度が上昇し過ぎるが、本実施の形態では、通紙外領域の金属材料部分２１が従来よりも狭いため、熱を溜める働きは少ない。
【０００９】
図３は定着ローラの金属材料部分と樹脂材料部分の支持方法を示す概略図である。図３において、円筒状部品である樹脂材料部分２２先端はテーパ２２ａになっており、内部に付勢部材であるスプリング２６を有し、定着ローラの金属材料部分２１を押し付ける形で支持する。スプリング２６は収納ケース２７内に収納されている。この構成は金属材料部分２１の両端に設けられる。
したがって、回転中心を出しながら、金属材料部分２１及び樹脂材料部分２２が熱膨張を起こした際の逃げも確保することができる。すなわち、定着ローラの金属部品と樹脂部品の軸心を一致させて繋ぎ、かつ熱膨張した際の逃げを確保する。
樹脂材料部分にテーパを付けて金属材料部分をローラ内部に挿入する形なので、金属材料部品と樹脂材料部品の軸心を一致させることができ、かつ樹脂材料部品及び金属材料ローラが熱膨張して径が変化した場合の逃げる部分を確保することができる。
上述したように、通紙外領域には耐熱温度の高いＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡＩ（ポリアミド−イミド）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテル−エーテル−ケトン）樹脂もしくはセラミック材料を使用する。
樹脂材料部分２２は金属材料部材２１に比べて熱伝導率が低いため、定着（加熱）ローラの金属材料部分２１と樹脂材料部分２２で断熱効果が生まれる。
したがって、ローラ金属部分に与えられた熱量が端部へ逃げる量を従来よりも少なくすることができ、立ち上がり直後の端部温度上昇不足を改善することができる。
【００１０】
図４は本発明においてフラットヒータを用いたときの温度分布を示す概略図である。図５は図４のフラットヒータの配光分布を示す概略図である。連続通紙時には通紙外領域の金属材料部分と端部配光を高くしたフラットヒータの影響で端部温度が上昇し過ぎるが、本実施形態では、図４に示すように通紙外領域の金属材料部分が従来よりも狭いため、熱を溜める働きは少ない。
さらにフラットヒータを使用しているので、通紙外領域への過剰加熱を抑えることができる。これらにより、この加熱装置を用いた画像形成装置内での加熱ローラの長手方向で立ち上がり直後、及び連続通紙時双方において図４に示すように温度分布をより均一にすることができる。
ローラの中空部もしくはローラ外部に設置された熱源から加熱されたとき、ローラの通紙領域においては熱の伝わりを円滑にし、通紙外領域においては熱の伝わりを減少するようにした加熱装置を提供することができる。
したがって、端部での定着不良を起こすことなく転写紙に転写されたトナー像を定着させることができる画像形成装置を提供することができる。また、従来よりも端部の過昇温を抑えることができるので、小サイズ紙を連続通紙した場合における、端部電源遮断装置の過剰作動を抑制することもできる。
また、中空部に設置された１本の熱源用ヒータから構成される加熱装置のローラの長手方向において、前記ヒータが稼動するとき金属材料部分間のみ加熱することで樹脂材料部分への損傷を防いでいる。
さらに通紙外領域である樹脂材料部分は加熱しないので、通紙外領域からの熱の流入を防ぐことができ、さらに、加熱ローラの通紙幅領域の温度をヒータの配光により近い温度分布にすることができる。
また従来は、加熱ローラと加圧ローラを使用して転写紙に転写されたトナー像を熱・圧力によって定着させるため、熱が転写紙に奪われるのに対して、本実施形態は加熱ローラの通紙外領域は樹脂材料で構成されているので、通紙直後の通紙外領域からの熱の流入を抑え、ヒータの配光により忠実な温度を軸方向に保つ画像形成装置を提供することができる。
なお、本実施形態の中空ローラは、複写機、レーザプリンタ等のカラー画像形成装置において使用するトナーの定着装置の加熱及び加圧ローラに、また、湿式プロセス（電子写真、インクジェットなど）の画像形成装置における用紙乾燥及び加熱装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係るプリンタ全体を示す概略構成図。
【図２】本発明による定着装置の加熱（定着）ローラの実施の形態を示す概略図。
【図３】定着ローラの金属材料部分と樹脂材料部分の支持方法を示す概略図。
【図４】本発明においてフラットヒータを用いたときの温度分布を示す概略図。
【図５】図４のフラットヒータの配光分布を示す概略図。
【図６】従来のフラットヒータを用いたときの温度分布を示す概略図。
【図７】図６のフラットヒータの配光分布を示す概略図。
【図８】立ち上がり直後の加熱ローラ端部の温度分布を示す概略図。
【図９】端部の配光分布を中央部に比べ上げているヒータの配光分布を示す概略図。
【符号の説明】
【００１２】
Ａ  画像形成装置（プリンタ）、２０  定着（加熱）ローラ、２１  金属材料部分（第１ローラ面）、２２  樹脂材料部分（第２ローラ面）、２２ａ  樹脂材料部分先端のテーパ、２３  熱源用ヒータ（フラットヒータ）、２６  付勢部材（スプリング）
【図１】
2006243020.tif 000003
【図２】
2006243020.tif 000004
【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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