(57)【要約】ヒートローラは円筒状の面状発熱体と、内管と、外管とを備える。面状発熱体は抵抗部材が絶縁部材に埋設されてなる。外管は軸線方向に見て非直線状の形状を有する。ヒートローラは内管に加圧流体を供給して内管、面状発熱体、及び外管を型に向かって膨張させることによって製造される。型は軸線方向に見て非直線状の内面形状を有し、よって製造されたヒートローラの外管も非直線状の形状を有する。また、内管の端部を同時に所望の形状に形成することができる。
2003102700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備え、該外管は軸線方向に見て非直線状の形状を有することを特徴とするヒートローラ。
【請求項２】
該外管は軸線方向に見て逆クラウン状に形成されている請求項１に記載のヒートローラ。
【請求項３】
抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、
面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、
該内管、該面状発熱体、及び該外管を軸線方向に見て非直線状の内面形状を有する型に挿入し、
該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該外管を該型の内面形状に一致するように成形することを特徴とするヒートローラの製造方法。
【請求項４】
抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、
面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、
該内管、該面状発熱体、及び該外管を端部に凸部又は凹部を有する型に挿入し、
該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該内管の端部を該型の凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部を有する形状に成形することを特徴とするヒートローラの製造方法。
【請求項５】
抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、
面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、
該内管、該面状発熱体、及び該外管を型に挿入し、
該内管の端部に環状の部材を配置し、
該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該内管の端部を該型の内面形状に一致するように成形するとともに、該環状の部材を該内管の端部に固定することを特徴とするヒートローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はヒートローラ及びヒートローラの製造方法に関する。特には、本発明は例えば電子写真装置で使用される定着装置で使用されるのに適したヒートローラに関する。
背景技術
電子写真装置（複写機、ファクシミリ、及びプリンタ等）は、画像形成装置と、画像形成装置で形成され且つ用紙に転写された画像を定着させるための定着装置とを備えている。定着装置はヒートローラを含む。
ヒートローラは、金属の輪体と、金属の輪体を被覆するゴムと、金属の輪体の内側に配置されたハロゲンランプとからなる。しかし、ハロゲンランプは熱効率が低く、金属の輪体を被覆するゴムはさらに熱効率を低下させる。また、所定の温度に達するまでに数１０秒〜数分かかり、待機中に予備加熱が必要である。
最近、抵抗部材が絶縁部材に埋設されている面状発熱体を含む直熱式ヒートローラが開発されている。このヒートローラでは、抵抗部材に電流を流すと抵抗部材が発熱し、熱が伝導するので、用紙を直接的に加熱することができ、熱効率が高い。面状発熱体は最初平坦な発熱体シートとして形成され、発熱体シートが円筒形状にまるめられて円筒状の面状発熱体とされる。面状発熱体は、そのままでは円筒形状を維持することができないので、金属製の円筒管の内面に貼って使用される。しかし、面状発熱体を円筒管の内面に貼りつけることは難しい作業である。
そこで、面状発熱体を内管と外管とからなる二重管の間にサンドイッチするヒートローラの製造方法が提案された。まず、面状発熱体の内面側に内管を配置し、面状発熱体の外面側に外管を配置する。それから、内管に加圧流体を供給して内管及び面状発熱体を外管に向かって膨張させると、面状発熱体は内管及び外管に密着するようになる。この製造方法では、最初に面状発熱体と内管とは密着していなくてよく、面状発熱体と外管とは密着していなくてよいので、組立作業は簡単である。このようにして、面状発熱体を含むヒートローラを製造した後、ヒートローラの表面を旋盤で所望の形状に仕上げていた。例えば、ヒートローラが定着装置で使用される場合には、ヒートローラの表面は逆クラウン形状に仕上げることが望ましい。また、ヒートローラの端部に凸部や凹部を設けて、ヒートローラをシャフトに取り付けるようにしたり、歯車を取りつけたりするようにしていた。
発明の開示
本発明の目的は、面状発熱体及び内管及び外管を含み、所望の形状に簡単に製造されることのできるヒートローラ及びヒートローラの製造方法を提供することである。
本発明によるヒートローラは、抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備え、該外管は軸線方向に見て非直線状の形状を有することを特徴とする。
本発明によるヒートローラは例えば定着装置で使用されることができ、熱効率が高く、比較的に簡単に製造できる。好ましくは、外管は軸線方向に見て逆クラウン状に形成されている。
本発明によるヒートローラの製造方法は、抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、該内管、該面状発熱体、及び該外管を軸線方向に見て非直線状の内面形状を有する型に挿入し、該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該外管を該型の内面形状に一致するように成形することを特徴とする。
このようにして、例えば逆クラウン形状を有するヒートローラを簡単に製造することができる。
また、本発明によるヒートローラの製造方法は、抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、該内管、該面状発熱体、及び該外管を端部に凸部又は凹部を有する型に挿入し、該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該内管の端部を該型の凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部を有する形状に成形することを特徴とする。
このようにして、例えば軸受や歯車を設けることができるヒートローラを簡単に製造することができる。
また、本発明によるヒートローラの製造方法は、抵抗部材が絶縁部材に埋設されている円筒状の面状発熱体と、該面状発熱体の内面に密着する内管と、該面状発熱体の外面に密着する外管とを備えたヒートローラの製造方法において、面状発熱体の内面側に内管を配置し、該面状発熱体の外面側に外管を配置し、該内管、該面状発熱体、及び該外管を型に挿入し、該内管の端部に環状の部材を配置し、該内管に加圧流体を供給して該内管、該面状発熱体、及び該外管を該型に向かって膨張させ、該内管の端部を該型の内面形状に一致するように成形するとともに、該環状の部材を該内管の端部に固定することを特徴とする。
このようにして、環状の部材が設けられたヒートローラを簡単に製造することができる。
発明を実施するための最良の形態
図１は本発明のヒートローラを含む定着装置の一実施例を示す側面図である。定着装置１０は、ヒートローラ１２と、ヒートローラ１２に圧接されたゴム被覆の加圧ローラ１４とからなる。用紙１６はヒートローラ１２と加圧ローラ１４との間を搬送され、用紙１６に担持されるトナーがヒートローラ１２の発生する熱によって溶融され、且つヒートローラ１２と加圧ローラ１４との間で加圧されて、定着される。
図２は本発明のヒートローラを含む定着装置の他の一実施例を示す側面図である。定着装置１０は、ヒートローラ１２と、ヒートローラ１２に圧接された加圧ローラとしてのヒートローラ１８とからなる。ヒートローラ１８はヒートローラ１２と同様の構成とすることができる。この場合には、用紙１６に担持されるトナーがヒートローラ１２，１８の発生する熱によって溶融され、且つ加圧されて、定着される。
図３は本発明のヒートローラを含む定着装置の他の一実施例を示す側面図である。定着装置１０は、ヒートローラ１２と、定着ローラ２０と、ヒートローラ１２と定着ローラ２０に掛け渡されたベルト２２と、ベルト２２を介して定着ローラ２０に圧接された加圧ローラ２４とを備える。この場合には、ヒートローラ１２の発生する熱がベルト２２を介して用紙１６に伝達され、用紙１６に担持されるトナーがヒートローラ１２の発生する熱によって溶融され、且つ加圧されて、定着される。加圧ローラ２４の代わりにヒートローラを使用することもできる。
図４及び図５は図１から図３のヒートローラ１２を示す断面図である。図４は拡管前（製造工程中）のヒートローラ１２を示し、図５は拡管後のヒートローラ１２を示す。図５において、ヒートローラ１２は、円筒状の面状発熱体２６と、面状発熱体２６の内面に密着する内管２８と、面状発熱体２６の外面に密着する外管３０とからなる。図４においては、面状発熱体２６と内管２８との間には隙間があり、面状発熱体２６と外管３０との間には隙間がある。
図６は図７の線ＶＩ−ＶＩに沿ってとったヒートローラ１２を示す断面図である。面状発熱体２６は抵抗部材３２が絶縁部材３４，３６に埋設されている発熱体シート２６ａからなる。抵抗部材３２は絶縁部材３４の上に形成され、絶縁部材３６によって覆われている。例えば、絶縁部材３４，３６はポリイミド系の耐熱樹脂で作られ、抵抗部材３２はステンレス鋼で作られる。発熱体シート２６ａは平坦なシートとして作られ、丸められ且つシートの両端が接合されて円筒状の面状発熱体２６となる。内管２８は変形しやすいように比較的に軟らかいアルミ系の材料で作られ、外管３０はヒートローラ１２が円筒形を維持するように比較的に硬いアルミ系の材料で作られる。
図７は発熱体シート２６ａの絶縁部材３４上の抵抗部材３２のパターンを示す平面図である。抵抗部材３２は絶縁部材３４の上に蛇行するように形成される。この抵抗部材３２が形成された絶縁部材３４の上に絶縁部材３６が積層される。抵抗部材３２の両端に電流を流すことにより、抵抗部材３２が発熱し、発生した熱が外管３０を介して用紙１６に伝達される。
図８及び図９はヒートローラ１２の製造方法を示す断面図である。図８は拡管前のステップを示し、図９は拡管ステップを示す。図８において、上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型を準備する。上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型は非直線状の内面形状３８ａ，４０ａを有する。さらに、加圧流体供給管４２及び加圧流体排出管４４を準備する。
円筒状の面状発熱体２６と、内管２８と、外管３０とからなるヒートローラアセンブリを上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型に挿入する。図４に示されるように、内管２８は面状発熱体２６の内面側に配置され、外管３０は面状発熱体２６の外面側に配置されている。この場合、面状発熱体２６と内管２８との間には隙間があり、面状発熱体２６と外管３０との間には隙間があるので、ヒートローラアセンブリの組立を容易に行うことができる。ただし、面状発熱体２６と内管２８及び外管３０とが部分的に接触していてもよい。
図９において、加圧流体供給管４２及び加圧流体排出管４４を内管２８の端部に接続し、上型３８と下型４０とを互いに近づけて拡管用外形型を閉じる。
加圧流体供給管４２から内管２８に加圧流体（例えば水）を６０Ｋｇ／ｃｍ２の圧力で供給する。すると、内管２８が膨張し、内管２８は面状発熱体２６に密着して面状発熱体２６を膨張させ、面状発熱体２６は外管３０に密着して外管３０を膨張させる。外管３０の膨張は上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型によって制限される。このようにして、面状発熱体２６、内管２８、及び外管３０からなるヒートローラアセンブリを拡管用外形型に向かって膨張させ、よって、内管２８を面状発熱体２６に密着させ、面状発熱体２６を外管３０に密着させるとともに、外管３０を拡管用外形型の内面形状に一致するように成形する。
図８に示されるように、上型３８と下型４０の内面形状３８ａ，４０ａは長手断面で見た中央部が突出したクラウン形状に形成されている。
図１０は図９及び図１０のヒートローラの製造方法で製造されたヒートローラ１２を示す正面図である。クラウン形状のキャビティを有する拡管用外形型で成形されたヒートローラ１２の外管３０は、逆クラウン形状に形成されている。外管３０は、中央の小径部分３０ａと、中央の小径部分３０ａから端部に向かって直径が拡大するテーパー部分３０ｂとを有する。すなわち、外管３０は、軸線方向に見て非直線状の形状を有する。本発明においては、外管３０の外面が旋盤で切削された場合のように外管３０の外面のみが逆クラウン形状に形成されているのではなくて、外管３０の内面も同様に逆クラウン形状に形成されている。
破線は外管３０の両端部を結ぶ円筒面を示す。ヒートローラ１２の外管３０の中央の小径部分３０ａの直径と、ヒートローラ１２の外管３０の両端部の直径との差は、それほど大きくなくてもよい。例えば、ヒートローラ１２の長さが３５０ｍｍ程度の場合には、小径部分３０ａの直径と両端部の直径との差は０．１ｍｍ程度でよい。ヒートローラ１２が逆クラウン形状に形成されていると、用紙１６にしわがはいるのを防止することができ、あるいは軸線方向の圧力分布が不均一になるのを防止することができる。このようにして、面状発熱体２６を含み且つ逆クラウン形状を有する直熱式ヒートローラ１２を簡単に製造することができる。特に、直熱式ヒートローラ１２の組立及び拡管と、外形の成形を同時に行うことができ、大幅なコストダウンを達成できる。
図１１は本発明のヒートローラの他の実施例を示す正面図である。
ヒートローラ１２は、図４から図７を参照して説明したように、面状発熱体２６と、内管２８と、外管３０とからなる。ヒートローラ１２は、図８及び図９を参照して説明したように、上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型を使用して同様の手順で製造される。図１１においては、上型３８及び下型４０は部分的に示されている。
上型３８及び下型４０の端部には凸部と凹部とからなる段差部３８ｂ，４０ｂが設けられている。従って、図８及び図９を参照して説明したようにしてヒートローラ１２を製造するときに、ヒートローラ１２が上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型に従った形状に形成されるとともに、ヒートローラ１２の端部においては、内管２８の端部に凸部と凹部とからなる段差部２８ａが形成される。この段差部２８ａには例えば軸受を取り付けることができる。あるいは、この段差部２８ａには例えば外部電極を取り付けることができる。外管３０は図１０に示されるように逆テーパー形状に形成されるのが好ましいが、円筒状の形状であってもよい。
図１２は図１１のヒートローラの変形例を示す正面図である。この例においては、図８及び図９を参照して説明したように、上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型を使用するが、図１２においては、そのうちの上型３８のみが示されている。上型３８は端部に凸部３８ｃを有する。従って、ヒートローラ１２が上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型に従った形状に形成されるとともに、ヒートローラ１２の端部においては、内管２８の端部に凹部２８ｂが形成される。この凹部２８ｂには例えばＯリングや、Ｅリングや、スナップリングを取りつけることができる。
図１３は図１１のヒートローラの変形例を示す正面図である。この例においては、図８及び図９を参照して説明したように、上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型を使用するが、図１３においては、そのうちの上型３８のみが示されている。上型３８は端部に凹部３８ｄを有する。従って、ヒートローラ１２が上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型に従った形状に形成されるとともに、ヒートローラ１２の端部においては、内管２８の端部に凸部２８ｃが形成される。この凸部２８ｃは例えばスナップリングなどの環状部材を取りつけるときのストップとすることができる。
図１４は本発明のヒートローラの製造方法の他の例の拡管前のステップを示す断面図である。図１５はヒートローラの製造方法の拡管ステップを示す断面図である。図１６は図１４及び図１５のヒートローラの製造方法で製造されたヒートローラを示す正面図である。ヒートローラ１２は、図４から図７を参照して説明したように、面状発熱体２６と、内管２８と、外管３０とからなる。ヒートローラ１２は、図８及び図９を参照して説明したように、上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型を使用して同様の手順で製造される。
この例においては、フランジ（環状の部材）４６がヒートローラ１２の面状発熱体２６の露出した端部に嵌められている。上型３８及び下型４０はフランジ４６と対応する位置に凹部３８ｅ，４０ｅを有する。フランジ４６は樹脂や金属の材料でヒートローラ１２とは別に作られ、ヒートローラに取りつけられるものである。フランジ４６は内面に凹部４６ａを有する。
従って、内管２８に加圧流体を供給すると、内管２８及び面状発熱体２６の一部がフランジ４６の凹部４６ａに食い込み、フランジ４６がヒートローラ１２に固定される。すなわち、ヒートローラ１２が上型３８と下型４０とからなる拡管用外形型に従った形状に形成されるとともに、フランジ４６をヒートローラ１２に固定することができる。フランジ４６は種々の目的に使用できる。例えば、フランジ４６に歯車を取り付けることができる。あるいは、フランジ４６を面状発熱体２６の抵抗部材３２と電源とを電気的に接続するための通電部材の一部とすることもできる。
以上説明したように、本発明によれば、種々の外形仕様のヒートローラを安価に提供することができる。また、外部電極やベアリング、フランジ等を組付ける際の位置決めや固定等のための加工コストが低減可能なヒートローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
以下添付の図面に示される実施例を参照して本発明を説明する。
図面において、
図１は本発明のヒートローラを含む定着装置の一例を示す側面図である。
図２は本発明のヒートローラを含む定着装置の他の一例を示す側面図である。
図３は本発明のヒートローラを含む定着装置の他の一例を示す側面図である。
図４は拡管前のヒートローラを示す断面図である。
図５は拡管後のヒートローラを示す断面図である。
図６は図７の線ＶＩ−ＶＩに沿ってとったヒートローラを示す断面図である。
図７は発熱体シートの抵抗部材のパターンを示す平面図である。
図８はヒートローラの製造方法の拡管前のステップを示す断面図である。
図９はヒートローラの製造方法の拡管ステップを示す断面図である。
図１０は図８及び図９のヒートローラの製造方法で製造されたヒートローラを示す正面図である。
図１１は本発明のヒートローラの他の実施例を示す正面図である。
図１２は図１１のヒートローラの変形例を示す正面図である。
図１３は図１１のヒートローラの変形例を示す正面図である。
図１４は本発明のヒートローラの製造方法の他の例の拡管前のステップを示す断面図である。
図１５はヒートローラの製造方法の拡管ステップを示す断面図である。
図１６は図１４及び図１５のヒートローラの製造方法で製造されたヒートローラを示す正面図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2003102700.tif 000019
2003102700.tif 000020
2003102700.tif 000021