(57)【要約】【課題】定着ロール表面温度の立ち上がり時間短縮と定着ロールの破損防止とを両立することができる定着ロール及び定着ロールの回転伝達機構を提供する。【解決手段】回転される中空状の定着ロールであり、当該定着ロール端部側における回転軸に対して垂直な断面は、当該定着ロールの径に沿った円弧部分と、当該円弧部分とは異なる形状の非円弧部分とを有する。【選択図】    図１
2004151142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転される中空状の定着ロールであり、当該定着ロール端部側における回転軸に対して垂直な断面は、当該定着ロールの径に沿った円弧部分と、当該円弧部分とは異なる形状の非円弧部分とを有する定着ロール。
【請求項２】
前記非円弧部分は、直線部分を有する請求項１に記載の定着ロール。
【請求項３】
前記非円弧部分は、凹部分及び／又は凸部分を有する請求項１又は２に記載の定着ロール。
【請求項４】
前記非円弧部分は少なくとも一つの曲げ部分を備え、当該曲げ部分の成す角度は１３５°以上、１８０°未満である請求項１〜３のいずれかに記載の定着ロール。
【請求項５】
前記定着ロール端部における回転軸に対して垂直な断面は連続的に構成される請求項１〜４のいずれかに記載の定着ロール。
【請求項６】
前記定着ロールの径に沿った円周長と、前記円弧部分長と前記非円弧部分長との和とは、実質的に等しい請求項１〜５のいずれかに記載の定着ロール。
【請求項７】
前記非円弧部分よりも前記定着ロールの回転軸方向中央側に、当該回転軸に対して垂直な断面が前記非円弧部分とは異なる形状の絞り部分を有する請求項１〜６のいずれかに記載の定着ロール。
【請求項８】
前記回転軸に対して垂直な断面において前記非円弧部分長は前記断面の回転軸方向の位置によらず一定であり、前記絞り部分長は前記定着ロールの回転軸方向の端部側の断面ほど長くなる請求項７に記載の定着ロール。
【請求項９】
前記非円弧部分及び前記絞り部分はいずれも前記定着ロールの端部側をプレスして成形される請求項７又は８に記載の定着ロール。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の定着ロールと、当該定着ロールの端部側の円弧部分及び非円弧部分に噛み合う噛合形状を有し、定着ロールに装着されて回転されることで当該定着ロールを回転させる回転伝達部材とを備える定着ロールの回転伝達機構。
【請求項１１】
前記回転伝達部材は、その内部に該定着ロールの端部側の円弧部分及び非円弧部分に噛み合う中空噛合形状を有するギアである請求項１０に記載の定着ロールの回転伝達機構。
【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、これらの複合機等の画像形成装置の定着装置に用いられる定着ロールに関し、より詳しくは、定着ロールの回転伝達機構の改良に係る。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−００３２２３号公報
従来から、電子写真方式、静電転写方式を利用した複写機、プリンタ等の画像形成装置が広く知られている。このような画像形成装置では、ある温度で互いに圧接して回転する一対の定着ロール対を備え、当該定着ロール対のニップ部分にトナー像を保持した記録用紙を通過させ、その際、定着ロール対から与えられる熱と圧力との作用により、トナー像を記録用紙上に加熱加圧定着する定着装置が一般に使用される。
【０００３】
また例えば特許文献１に開示されている定着ロールを回転させるための回転伝達機構としては、▲１▼（比較的肉厚の）定着ロールの端部の一部を直線状に削り、直線部を形成するとともに（図８（ａ）参照）、回転体にも直線部と曲線部とを設け、定着ロールと回転体とを噛み合わせることにより回転体の回転を定着ロールに伝達するものが存在する。また、▲２▼定着ロールの端部に切り込みを形成するとともに（図８（ｂ）参照）、回転体に突起部を備え、これらの切り込みと突起部とを噛み合わせることにより回転体の回転を定着ロールに伝達するものが存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記▲１▼の構成では、定着ロールの一部を削るため、定着ロール自体が十分な肉厚を有する必要がある。その結果、熱容量が大きくなり、定着ロール表面温度の立ち上がりに長時間を要し、オンデマンド定着には不向きである。一方、上記▲２▼の構成では、定着ロールの肉厚を比較的薄く設計することが可能であるが、その反面、定着ロールの切り込み部分が回転トルクに耐え切れずに割れが発生するおそれがある（図８（ｂ）参照）。
【０００５】
本発明は、このような技術的な課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、定着ロール表面温度の立ち上がり時間短縮と定着ロールの破損防止とを両立することができる定着ロール及び定着ロールの回転伝達機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、中空状の回転される定着ロールであり、当該定着ロール端部側における回転軸に対して垂直な断面（の内側）は、当該定着ロールの径に沿った円弧部分と、当該円弧部分とは異なる形状の非円弧部分とを有する定着ロールである。ここで、前記定着ロール（基材）の肉厚ｔは、０．１≦ｔ≦１，０ｍｍ程度、より好ましくは、０．１≦ｔ≦０．５ｍｍ程度である。また、前記定着ロールの回転軸から前記非円弧部分を仰ぐ仰角θは、４０°≦θ≦９０°を満たし、好ましくは４０°≦θ≦７０°を満たす。
【０００７】
また、前記非円弧部分は、直線部分や、曲線部分を有するものでもよい。また、前記非円弧部分は、凹部分及び／又は凸部分を有するものでもよい。さらに、前記凹部分又は凸部分は、角形状（三角形状、四角形状（長方形形状、正方形形状、台形形状）、波形状であってもよい。
【０００８】
さらに、前記非円弧部分は少なくとも一つ（２つ）の曲げ部分を備え、当該曲げ部分の成す角度θｉは１３５°以上（１８０°未満）、より好ましくは１４５°以上（１８０°未満）である。なお、前記曲げ部分は、前記定着ロールの回転軸に垂直な断面及び／又は前記定着ロールの回転軸に水平な断面に存在する。
【０００９】
また、前記定着ロール端部（最端部）における回転軸に対して垂直な断面は連続的に構成されることが好ましい。つまり、定着ロールの剛性を確保するために、前記定着ロール端部（最端部）には内側向かう切り込み形状などを設けないことが好ましい。
【００１０】
また、前記定着ロール（の基材）の径に沿った円周長と、前記円弧部分長と前記非円弧部分長との和とは、実質的に（±１．０％以内、好ましくは±０．５％以内）等しいものが好ましい。このような構成により、使用時において定着ロールが熱膨張しても、定着ロールの真円度が損なわれるのを防止することができる。
【００１１】
また、前記非円弧部分よりも前記定着ロールの回転軸方向中央側に、当該回転軸に対して垂直な断面が前記非円弧部分とは異なる形状の絞り部分を有することが好ましい。このような構成により、（プレス加工などの）製造時においても、定着ロールの真円度が損なわれるのを防止することができる。
【００１２】
なお、前記絞り部分は、直線部分や、曲線部分を有するものでもよい。また、前記絞り部分は、凹部分及び／又は凸部分を有するものでもよい。さらに、前記凹部分又は凸部分は、角形状（三角形状、四角形状（長方形形状、正方形形状、台形形状）、波形状であってもよい。さらに、前記絞り部分は少なくとも一つ（２つ）の曲げ部分を備え、当該曲げ部分の成す角度θｉは１３５°以上（１８０°未満）、より好ましくは１４５°以上（１８０°未満）である。なお、前記曲げ部分は、前記定着ロールの回転軸に垂直な断面及び／又は前記定着ロールの回転軸に水平な断面に存在する。
【００１３】
また、前記回転軸に対して垂直な断面において前記非円弧部分長は前記断面の回転軸方向の位置によらず一定であり、前記絞り形状長は前記定着ロールの回転軸方向の端部側の断面ほど長くなるように構成することもできる。また、前記非円弧部分は、前記絞り形状よりもその前記定着ロールの回転軸方向長さが長く構成することができる。また、前記非円弧部分及び前記絞り部分はいずれも前記定着ロールの非画像領域内に存在するよう構成することができる。
【００１４】
また、前記非円弧部分及び前記絞り部分はいずれも前記定着ロールの端部側をプレスして成形されるものでもよい。より具体的には、成形前の定着ロールの中空部分に前記円弧部分、非円弧部分、絞り部分に対応した形状の内部金型を挿入する工程と、当該定着ロールの外側から、当該定着ロールを挟んで前記（円弧部分）、非円弧部分、絞り部分に対応した形状の外部金型を当該内部金型側に圧接させる工程とを備えるような定着ロールの製造方法を採用することができる。
【００１５】
また本発明を定着ロールの回転伝達機構として捉えることもできる。すなわち、これらの定着ロールと、当該定着ロールの端部側の円弧部分及び非円弧部分に噛み合う噛合形状を有し、定着ロールに装着されて回転されることで当該定着ロールを回転させる回転伝達部材とを備える定着ロールの回転伝達機構であってもよい。ここで、より具体的に前記回転伝達部材は、その内部に該定着ロールの端部側の円弧部分及び非円弧部分に噛み合う中空噛合形状を有するギアであるであってもよい。
【００１６】
なお、この定着ロールは、定着装置の加熱ロール、加圧ロールのいずれにも採用することができ、ロール式の定着装置の他、ベルト式の定着装置、つまり無端定着ベルトを張架する一の定着ロールとしても採用することができる。
【００１７】
【発明の実施による形態】
実施例
以下、適宜図面を用い、実施例に基いて本発明の実施による形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施例に係る加熱ロール（定着ロール）２０の一端部側を説明する斜視図である。この加熱ロール２０の表面は、その回転軸Ｒ（図中一点鎖線で示す）方向中央部に形成される定着領域Ｉと、その定着領域Ｉの両側端部に形成される非定着領域Ｎとに大きく分けられる。そして、加熱ロール２０の基材の材質は、剛性を維持するために鉄系材料、例えば高張力鋼により構成され、加熱ロール２０の基材の厚さｔは、加熱ロールの熱容量を小さくするために肉薄に、例えば０．３ｍｍ程度のものを採用する。また、定着領域Ｉにおいてはトナーの離型性を高めるため、基材の表面にフッ素系樹脂のコーティングが施されてるが、非定着領域Ｎにはそのようなコーティングは施されていない。
【００１９】
この非定着領域Ｎには、後述する回転ギア２１と噛み合う噛合部分２０（非円弧部分）Ａと、加熱ロール２０の真円度を損なうことなく当該噛合部分２０Ａを形成するための絞り部分２０Ｂとが形成されている。
【００２０】
これら噛合部分２０Ａ及び絞り部分２０Ｂの形状を詳細に説明するため、回転軸Ｒに垂直な４つの断面及び回転軸Ｒに平行な一つの断面を図２〜図４に示す。
【００２１】
まず、回転軸Ｒに垂直な断面として、回転軸Ｒ方向の端部側から内部側にかけて、Ａ１−Ａ１’断面、Ａ２−Ａ２’断面、Ｂ１−Ｂ１’断面、Ｂ２−Ｂ２’断面をそれぞれ、図２（ａ１）、（ａ２）、（ｂ１）、（ｂ２）に示す。
【００２２】
図２（ａ１）、（ａ２）に示すように、この加熱ロール２０の端部側の断面は、噛合部分２０Ａと、加熱ロール２０の径に沿った円弧部分２０Ｃとで構成される。また、図２（ａ１）に示すように、この加熱ロール２０の最端部の断面は、噛合部分２０Ａと円弧部分２０Ｃとが途切れることなく連続的に存在しており、加熱ロール２０の最端部に切り欠き部分などが存在しないことを意味している。このような構成により、回転トルクに負けない剛性を確保しやすくなる。さらに、図２（ａ１）と（ａ２）との断面図が等しいことから、噛合部分２０Ａの形状及び長さは回転軸Ｒ方向の位置によらず、同一であることが分かる。
【００２３】
図３は、図２（ａ１）、（ａ２）を拡大したものである。図３に示すように、加熱ロール２０の回転軸Ｒから噛合部分２０Ａを仰ぐ仰角θは７０°程度である。また、この噛合部分２０Ａは、複数の直線部分（第一直線部分２０１Ａ、第二直線部分２０２Ａ、第三直線部分２０３Ａ、第四直線部分２０４Ａ、第五直線部分２０５Ａ）により構成されている。ここで、各直線部分の一部、第一直線部分２０１Ａ、第三直線部分２０３Ａ、第五直線部分２０５Ａは互いに並行である。
【００２４】
そして、円弧部分２０Ｃと第一直線部分２０１Ａとの成す角θ１、第一直線部分２０１Ａと第二直線部分２０２Ａとの成す角θ２、第二直線部分２０２Ａと第三直線部分２０３Ａとの成す角θ３、第三直線部分２０３Ａと第四直線部分２０４Ａとの成す角θ４、第四直線部分２０４Ａと第五直線部分２０５Ａとの成す角θ５、第五直線部分２０５Ａと円弧部分２０Ｃとの成す角θ６は、いずれも１３５°以上、１８０°未満に設計されており、これらの曲げ部分の剛性が保たれるように構成されている。
【００２５】
なお、噛合部分２０Ａは本実施例のように直線部分のみで構成されるものの他曲線部分を有するものでもよい。また、この噛合い部分２０Ａは、（第三直線部分２０３Ａを上辺又は下辺とする台形形状の凹部分又は凸部分を有するものと考えることもできる。
【００２６】
さらに、これらの直線部分２０１Ａ〜２０５Ａの長さの和は、図中点線で示す仰角θに対する扇状部分２０Ｄの長さに（実質的に）等しい。このように構成することにより、使用時に（鉄系材料でその基材が構成される）加熱ロール２０が熱膨張しても、そのひずみが少なくなり、真円度を保つことができる。
【００２７】
また図２（ｂ１）、（ｂ２）に示すように、この加熱ロール２０の噛合部分２０Ａよりも回転軸Ｒ方向内側の断面は、絞り形状２０Ｂと加熱ロール２０の径に沿った円弧部分２０Ｃとで構成される。また、図２（ｂ１）と（ｂ２）との断面図は異なり、絞り形状２０Ｂの長さは回転軸Ｒ方向の中心側ほど小さくなる（端部側ほど大きくなる）ことが分かる。なお、絞り形状２０Ｂの形状は変化なく直線状である。このような絞り形状２０Ｂを設けることにより、（プレス加工などの）製造時においても、加熱ロール２０の真円度が損なわれるのを防止することができる。
【００２８】
図４は、回転軸Ｒに平行な断面として、図１のＣ−Ｃ’断面を示すものである。図４に示すように、噛合形状２０Ａと絞り形状２０Ｂとは連続的に形成されており、噛合形状２０Ａと絞り形状２０Ｂとの成す角θ７、絞り形状２０Ｂとそれ以外の加熱ロール２０の非定着領域Ｎとの成す角θ８とはいずれも１３５°以上、１８０℃未満に設計されており、これらの曲げ部分の剛性が保たれるように構成されている。
【００２９】
なお、これら噛合部分２０Ａ及び絞り部分２０Ｂはいずれも加熱ロール２０の端部側をプレスして成形される。つまり、成形前の加熱ロール２０の中空部分に前記円弧部分２０Ｃ、噛合部分２０Ａ、絞り部分２０Ｂに対応した形状の内部金型を挿入する工程と、加熱ロール２０の外側から、当該加熱ロール２０を挟んで（円弧部分２０Ｃ）、噛合部分２０Ａ、絞り部分２０Ｂに対応した形状の外部金型を当該内部金型側に圧接させる工程とを備える加熱ロール２０の製造方法により、製造することができる。
【００３０】
次に、実施例に係る加熱ロール２０を回転させるための回転伝達機構を図５、図６を用いて説明する。図５は、加熱ロール２０の端部側と、加熱ロール２０に回転駆動力を伝達する駆動伝達ギア２１との取り付け前における斜視図である。図６は、加熱ロール２０の端部側と、加熱ロール２０に回転駆動力を伝達する駆動伝達ギア２１との取り付け後における斜視図である。
【００３１】
この駆動伝達ギア（回転伝達部材）２１は、その内部に加熱ロール２０の端部側の噛合部分２０Ａに噛み合う中空噛合形状２１Ａを有しており、その中心を回転軸Ｒに一致させて押し込むことで、加熱ロール２０に駆動伝達ギア２１が装着される（図６参照）。ここで、厳密には、加熱ロール２０の噛合部分２０Ａのうち、第一直線部分２０１Ａと第五直線部分２０５Ａのみが駆動伝達ギア２１の中空噛合形状２１Ａと嵌合し、両者は噛み合っている。
【００３２】
さらに、実施例に係る加圧ロール２０を備える定着装置について説明する。この定着装置は、図７に示すように、記録用紙Ｐに電子写真方式等を利用して形成されるトナーからなる未定着像Ｔを定着させる加熱ロール２０と、この加熱ロール２０に圧接して上記未定着像を担持する記録用紙Ｐを通過させる定着ニップ部Ｎを形成する加圧ロール３０とでその主要部が構成されるロールニップ型の定着装置である。
【００３３】
図７中の符号３５は記録用紙Ｐを定着ニップ部Ｎに案内するための導入用ガイド、３６は定着後の記録用紙Ｐを加熱ロール２０等から剥離させるための剥離つめ、３７は加熱ロール２０の表面温度を検出するための温度検出素子（温度センサの検出部）である。また、一点破線は記録用紙Ｐの搬送経路とその搬送方向を示す。
【００３４】
加熱ロール２０は、本体フレームにベアリング等の軸受を介して回転可能に装着されている。また、この加熱ロール２０は、その一端部に駆動伝達ギヤ２１が取り付けられており（図６参照）、図示しない回転駆動装置からの動力が伝えられて矢印方向に回転駆動する。
【００３５】
さらに、加熱ロール２０の内部空間には、加熱ロール２０を加熱するための外観がガラス筒からなる２本の電熱ランプ４０、５０が配置されている。この電熱ランプ４０、５０は、後述する取付け構造により取り付けられるとともに、温度検出素子４３からの検出情報や制御プログラムに応じて加熱動作が適宜制御されて加熱ロール２０の表面を所定の温度に保持するようになっている。
【００３６】
加圧ロール３０は、金属材料等からなる円筒状のロール基体とそのロール表面に形成される弾性層などで構成されたものであり、その両端部の軸が図示しない支持フレームにベアリング等の軸受１２を介して回転可能に装着されている。また、この加圧ロール３０は、図示しないスプリング等により加熱ロール２０にむけて所定の荷重で付勢されており、加熱ロール２０の回転に追従して矢印方向に回転する。
【００３７】
そして、加熱ロール２０と加圧ロール３０とで形成される定着ニップ部Ｎを記録用紙Ｐが通過する際に、熱と圧力との作用により、記録用紙Ｐ上のトナー画像Ｔは永久像として記録用紙Ｐ上に定着される。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、定着ロール表面温度の立ち上がり時間短縮と定着ロールの破損防止とを両立することができる定着ロール及び定着ロールの回転伝達機構を提供することができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例に係る加熱ロールの端部側斜視図である。
【図２】図２は、実施例に係る加熱ロールの回転軸に垂直な断面図である。
【図３】図３は、図２の一部を詳細に説明するものである。
【図４】図４は、実施例に係る加熱ロールの回転軸に平行な断面図である。
【図５】図５は、実施例に係る加熱ロールと駆動伝達ギアの取り付け前斜視図である。
【図６】図６は、実施例に係る加熱ロールと駆動伝達ギアの取り付け後斜視図である。
【図７】図７は、実施例に係る加熱ロールを用いた定着装置の断面概略図である。
【図８】図８は、従来例の定着ロールを説明するものである。
【符号の説明】
２０…加熱ロール、２０Ａ…噛合形状、２０１Ａ…第一直線部分、２０２Ａ…第二直線部分、２０３Ａ…第三直線部分、２０４Ａ…第四直線部分、２０５Ａ…第五直線部分、２０Ｂ…絞り部分、２１…回転駆動ギア、２１Ａ…中空噛合形状
【図１】
2004151142.tif 000003
【図２】
2004151142.tif 000004
【図３】
2004151142.tif 000005
【図４】
2004151142.tif 000006
【図５】
2004151142.tif 000007
【図６】
2004151142.tif 000008
【図７】
2004151142.tif 000009
【図８】
2004151142.tif 000010