(57)【要約】【課題】高速動作と環境性の要請を比較的低価格で実現する定着ユニット及びそれを有する記録装置、並びに、その製造方法を提供する。【解決手段】トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有し、前記加熱部により前記熱定着ローラが加熱された状態では、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように設定されることを特徴とする定着ユニットを提供する。【選択図】  図４
2004301930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、
熱定着ローラと、
前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、
前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、
前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有し、
前記加熱部により前記熱定着ローラが加熱された状態では、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように設定されることを特徴とする定着ユニット。
【請求項２】
駆動ギアが装着される熱定着ローラであって、加熱時にその外径が駆動ギアの内径以上になるように設定された熱定着ローラ。
【請求項３】
トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、
厚さが０．６ｍｍ以下の金属材料製の中空形状の熱定着ローラと、
前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、
前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有することを特徴とする定着ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の定着ユニットを使用してトナーを記録紙に加熱及び加圧することによって定着し、前記記録紙に情報を記録可能な第１のモードと、
前記定着ユニットの加熱を休止する第２のモードとを有する記録装置ことを特徴とする記録装置。
【請求項５】
トナーを記録紙に定着するための定着ユニットを製造するための方法であって、
前記トナーを加熱すると共に前記記録紙に加圧し、第１の熱膨張係数を有する中空円筒形状の熱定着ローラを形成するステップと、
第１の熱膨張係数よりも小さい第２の熱膨張係数を有し、前記熱定着ローラを回転駆動する中空の駆動ギアを形成するステップと、
前記熱定着ローラの外側に前記駆動ギアを装着するステップとを有し、
前記熱定着ローラ形成ステップと前記駆動ギア形成ステップは、前記トナーを加熱する際に、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように、前記第１及び第２の熱膨張係数を考慮して常温時の前記熱定着ローラの外径及び前記駆動ギアの内径を設定することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に、記録装置に係り、特に、レーザープリンタ、コピー機、ファックス機などの電子写真式記録装置の定着ユニットの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子写真式記録装置は、高速動作と低価格化が益々要求される一方で、環境性に配慮して省電力化も要求されてきている。このため、電子写真式記録装置は、直ちに印刷可能なスタンバイモードと省電力モード（又は「スリープモード」とも呼ばれる。）を備え、非稼動時には省電力モードに移行することによって消費電力を抑えている。
【０００３】
電子写真式記録装置は、トナーを加圧及び加熱によって定着する定着ユニットを有している。定着ユニットは、典型的に、中空円筒形状の熱定着ローラと、熱定着ローラを加熱するために熱定着ローラの中空部にその長手方向に沿って配置されるハロゲンランプと、熱定着ローラに接触してこれを加圧するゴムローラと、熱定着ローラを回転駆動するために熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有する。熱定着ローラはその端部に切り欠き部を有し、一方、駆動ギアは突起部を有する。駆動ギアは、突起部が切り欠き部に嵌合するように熱定着ローラの外側に装着される。このような定着ユニットの構造は、比較的低価格であるため、多くの電子式記録装置で採用されている。
【０００４】
定着ユニットの前段に設けられた転写ユニットによってトナーが転写された記録紙は、熱定着ローラとゴムローラとの間を通過する際に、加熱及び加圧され、その結果、トナーが溶融して記録紙に定着する。熱定着ローラが回転することによって、記録紙は熱定着ローラとゴムローラとの間を通過する。駆動ギアは突起部を介して熱定着ローラに駆動力を印加するため、突起部と切り欠き部との接触部が作用点になる。
【０００５】
かかる接触部には応力が集中して切り欠き部を変形させるため、接触部の近傍から疲労亀裂が発生しやすくなる。そこで、かかる疲労亀裂を防止するために熱定着ローラを積層構造にして作用点に印加される力を分散する方法が既に提案されている（特許文献１）。なお、その他の従来技術としては、例えば、特許文献２及び３がある。
【０００６】
定着ユニットは、このように、加熱用のハロゲンランプを備えているため、記録装置内で一般には最も多くの電力を消費する。このため、省電力モードでは、ハロゲンランプを消灯して加熱を休止することによって消費電力の抑制を実現している。しかし、省電力モードからスタンバイモードに復帰して印刷する際、あるいは、最初の電源投入時には、ハロゲンランプを点灯して定着ローラを印刷に必要な温度まで加熱するウォームアップが必要となる。ウォームアップ時間が長くなるとユーザの待ち時間が増え、ユーザの高速動作に対する期待度、即ち、顧客満足度を低下させる。
【０００７】
これに対して、フィルムにセラミックヒータを埋め込んだベルト構造の定着方式を採用している製品は既に知られている。また、ハロゲンランプの出力を増加することも考えられる。これらの方式は共にウォームアップ時間の短縮には寄与するものであるが、前者は構成部材が高価であり、後者は高電力消費のために高価であり、いずれも低価格化の要請からは好ましくない。
【特許文献１】
特開平１０−１１１６１５号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６７１１１号公報
【特許文献３】
特公平８−１０９８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記問題を解決するために、熱定着ローラの肉厚を可能な限り薄くすることで熱容量を下げ、瞬時に加熱できるようにすることを鋭意検討した。例えば、熱定着ローラをアルミニウムから構成し、従来の肉厚１．８ｍｍを１．０ｍｍ以下、例えば、０．６ｍｍ程度まで薄くすると、ウォームアップ時間は約８０秒から約２０秒に改善されることを発見した。しかし、熱定着ローラを薄肉にするとその強度が弱くなるために、上述の問題が顕著となる。このため、繰り返しの使用により、作用点近傍から疲労亀裂が発生及び成長し、熱定着ローラが破損する。この結果、熱定着ローラを交換しなければならず、本来期待された寿命を維持することができなくなるためにユーザに経済的負担を強いることになる。
【０００９】
そこで、本発明は、高速動作と環境性の要請を比較的低価格で実現する定着ユニット及びそれを有する記録装置、並びに、その製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の一側面としての定着ユニットはは、トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、中空円筒形状の熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有し、前記加熱部により前記熱定着ローラが加熱された状態では、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように設定されることを特徴とする。かかる定着ユニットは、加熱部による加熱時に、加圧部によって熱定着ローラに加わる応力を、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように設定されることによって低減している。加熱部による加熱時以外では（例えば、常温時では）、必ずしもかかる関係は満足されていなくてもよい。
【００１１】
前記熱定着ローラの外径をａとし、前記駆動ギアの内径をｂとすると、ａ及びｂは０≦ａ−ｂ≦０．２ｍｍの条件を満足することが好ましい。ａ−ｂが０未満では応力集中が発生し、ａ−ｂが０．２ｍｍ以上では、特に、熱定着ローラがアルミニウム又は鉄製である場合に塑性変形が顕著になるからである。熱定着ローラがアルミニウム製の場合には、その厚さは０．８ｍｍ以下、好ましくは、０．６ｍｍ以下に設定されることが好ましい。かかる薄肉の熱定着ローラを使用することによって従来の１．８ｍｍの肉厚のアルミニウム製の熱定着ローラよりもウォームアップ時間が大幅に短縮するからである。前記状態では、前記熱定着ローラの温度は、例えば、１５０℃乃至２１０℃である。なお、常温において、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上であってもよい。即ち、上記定着ユニットは、常温において前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になることが満足されてもよいし、加熱時にのみ満足されてもよい。
【００１２】
本発明の別の側面としての定着ユニットは、トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、厚さが０．６ｍｍ以下のアルミニウム製の中空円筒形状の熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有することを特徴とする。かかる薄肉の熱定着ローラを使用することによって従来の１．８ｍｍの肉厚の熱定着ローラよりもウォームアップ時間が大幅に短縮するからである。
【００１３】
前記熱定着ローラと前記駆動ギアの一方には切り欠き部が設けられ、他方には前記切り欠き部に嵌合する突起部が設けられていてもよいし、前記熱定着ローラと前記駆動ギアとの間とは凹凸の係合部がなく、両者は摩擦力によって係合してもよい。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての定着ユニットは、トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、突起部を有する中空円筒形状の熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着され、前記熱定着ローラの突起部が嵌合可能な切り欠き部を有する駆動ギアとを有することを特徴とする。突起部と切り欠き部の配置を従来とは逆にすることにより、応力集中の大きさを低減することができるからである。熱定着ローラの厚さは０．８ｍｍ以下、好ましくは、０．６ｍｍ以下であることが好ましい。かかる薄肉の熱定着ローラを使用することによって従来の１．８ｍｍの肉厚の熱定着ローラよりもウォームアップ時間が大幅に短縮するからである。
【００１５】
本発明の別の側面としての記録装置は、上述のいずれかの定着ユニットを使用してトナーを記録紙に加熱及び加圧することによって定着し、前記記録紙に情報を記録可能な第１のモードと、前記定着ユニットの加熱を休止する第２のモードとを有することを特徴とする。かかる記録装置は、第２のモードによって環境性を維持し、上述の定着ユニットによって熱定着ローラの薄型化が可能なように強度を増加することができる。
【００１６】
本発明の別の側面としての定着ユニットの製造方法は、トナーを記録紙に定着するための定着ユニットを製造するための方法であって、前記トナーを加熱すると共に前記記録紙に加圧し、第１の熱膨張係数を有する中空円筒形状の熱定着ローラを形成するステップと、第２の熱膨張係数を有し、前記熱定着ローラを回転駆動する中空の駆動ギアを形成するステップと、前記熱定着ローラの外側に前記駆動ギアを装着するステップとを有し、前記熱定着ローラ形成ステップと前記駆動ギア形成ステップは、前記トナーを加熱する際に、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように、前記第１及び第２の熱膨張係数を考慮して常温時の前記熱定着ローラの外径及び前記駆動ギアの内径を設定することを特徴とする。かかる方法は上述の作用を奏する定着ユニットを製造することができる。
【００１７】
本発明の他の目的と更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施の形態において明らかになるであろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態としての定着ユニット（又は定着器）２００及びそれを有するレーザープリンタ１００について説明する。なお、本実施形態では、電子写真式記録装置の典型例としてのレーザープリンタを使用しているが、本発明は、プリンタ単体の他、コピー機やファックスなどの複合機にも適用可能である。ここで、図１は、レーザープリンタ１００の断面図である。本実施形態では、レーザープリンタ１００は、モノクロ型プリンタとして構成されているが、本発明はカラープリンタに適用されることを妨げるものではない。また、プリンタ１００は片面印刷であるが、本発明は両面印刷にも適用可能であることは言うまでもない。
【００１９】
本発明のプリンタ１００は、用紙引き込み部と、用紙搬送部と、スタッカ３５０と、画像形成ユニットと、定着ユニット２００とを有する。
【００２０】
用紙引き込み部は、複数枚の記録紙Ｐを収納する給紙カセット１０２から最上位の記録紙Ｐをホッパ１０４によって取り出して装置内部の用紙搬送部へ供給する。用紙引き込み部は、給紙カセット１０２と、ホッパ１０４と、給紙ローラ１０６と、用紙分離機構１０７とを有する。給紙カセット１０２は複数枚の用紙Ｐを収納する。ホッパ１０４は、圧縮バネなどによって図１の上方向に付勢され、用紙Ｐを撥ね上げる。給紙ローラ１０６はピックアップローラとも呼ばれ、給紙カセット１０２にセットされている用紙Ｐの最上位の用紙Ｐに当接してこれを１枚ずつ繰り出す。分離機構１０７は、繰り出される用紙を１枚ずつに分離する。
【００２１】
用紙搬送部は、用紙引き込み部から供給される用紙Ｐを用紙搬送路ＦＰに沿って装置上部のスタッカ３５０まで搬送する。用紙搬送部は、各種の（即ち、駆動及び従動の）紙送りローラ１１０を有する。用紙Ｐは紙送りローラ１１０によって図１の左回り（反時計回り）に回転してスタッカ３５０に排出される。
【００２２】
画像形成ユニットは用紙Ｐに所望のトナー像を形成（転写）する機能を有し、感光（体）ドラム１２０と、前帯電器と、露光装置と、現像装置と、転写ユニット１６０とを有する。
【００２３】
感光ドラム１２０は回転が可能なドラム状導体支持体上に感光性誘電体層を有し、像保持部材として使用される。感光ドラム１２０は、例えば、表面に機能分離型有機感光体を厚さ約２２μｍに塗布したアルミニウム製ドラムから構成され、外径３０ｍｍを有して周速度９２ｍｍ／ｓで回転する。
【００２４】
前帯電器は、例えば、スコロトロン帯電器から構成され、感光体ドラム１２０の表面を所定の電位（例えば、約−６００Ｖ）に帯電する。露光装置は感光ドラム１２０を所定の画像に従い、画像露光を行い、静電潜像を形成する。露光装置は、当業界で周知のいかなる露光方式（例えば、機械走査方式や固定走査方式）も採用することができる。
【００２５】
現像装置では、感光ドラム１２０に形成された潜像をトナー像として可視化する。本実施例では、マグネットローラ１３０を用いて現像装置を構成し、マグネットローラ１３０周辺のキャリアと磁性トナーを混合し、トナーを所定極性に帯電させる。この帯電トナーを感光ドラム１２０の静電潜像に静電的に付着させて可視化する。なお、本実施形態では、現像方式が一成分、二成分（即ちキャリアを含む）を問わず、トナーも磁性、非磁性を問わない。
【００２６】
転写ユニット１６０は転写コロトロンを有する。転写コロトロンは、コロナ放電により静電的にトナーを吸着するような電界を発生させ、感光体ドラム１２０上に吸着しているトナー像を用紙Ｐに静電的に転写する。
【００２７】
スタッカ３５０には印刷終了後の用紙Ｐが排出される。
【００２８】
定着ユニット２００は用紙Ｐにトナー像を永久的に固着させる機能を有する。転写後のトナーは用紙Ｐに弱い力で付着しているだけであるから簡単に剥がれ落ちる。そこで、定着ユニット２００が、加圧及び加熱によりトナーを融溶して用紙Ｐに浸透させる。
【００２９】
定着ユニット２００は、図１及び図２に示すように、熱定着ローラ２１０と、ハロゲンランプ２２０と、ゴムローラ２３０と、駆動ギア２４０と、図示しない一対の軸受けと、図示しない一対の圧縮バネと、温度センサ２５０と、サーモスタット２６０とを有する。ここで、図２は、定着ユニット２００の要部斜視図である。
【００３０】
熱定着ローラ２１０とゴムローラ２３０とは、互いに平行かつ接触するように配置され、それらの間にはニップが形成される。熱定着ローラ２１０は、例えば、熱伝導率に優れたアルミニウムや鉄から構成され、中空円筒形状を有している。図３及び４を参照して後述されるように、熱定着ローラ２１０はその端部２１２に切り欠き部２１４を有する。切り欠き部２１４の形状は、図４（ｂ）に示すようなトラックの半分に類似した形状を有する。かかる形状は、一般に、応力集中が緩和される形状として知られている。熱定着ローラ２１０の表面にはトナーが張り付かないようにコーティングが施されている。
【００３１】
本実施形態は、熱定着ローラ２１０の材質をアルミニウム製とし、その厚さを、０．８ｍｍ以下、好ましくは、０．６ｍｍ以下に設定している。かかる薄肉の熱定着ローラを使用することによって従来の１．８ｍｍの肉厚のアルミニウム製の熱定着ローラよりもウォームアップ時間が大幅に短縮するからである。具体的には、ウォームアップ時間は、０．８ｍｍの場合には約２８秒となり、０．６ｍｍの場合には約２０秒となる。
【００３２】
もっとも、熱定着ローラ２１０は鉄その他の材料を使用してもよい。熱定着ローラ２１０を鉄から構成する場合には、その厚さを、０．４ｍｍ以下、好ましくは、０．３ｍｍ以下に設定することが好ましい。かかる薄肉の熱定着ローラを使用することによって従来の厚い肉厚のアルミニウム製の熱定着ローラよりもウォームアップ時間が大幅に短縮するからである。具体的には、ウォームアップ時間は、０．４ｍｍの場合には約２８秒となり、０．３ｍｍの場合には約２０秒となる。
【００３３】
ハロゲンランプ２２０は、熱定着ローラ２１０を加熱するために熱定着ローラ２１０の中空部にその長手方向に沿って配置される加熱源である。ハロゲンランプ２２０は、熱定着ローラ２１０の温度を、例えば、１５０℃乃至２１０℃に加熱する。
【００３４】
ゴムローラ２３０は、例えば、フッ素系ゴムやシリコンゴム等から構成される。ゴムローラ２３０は従動ローラであり、その回転軸２３２の両端は図示しない軸受けによって回転可能に支持されている。また、一対の軸受けには図示しない圧縮バネによって図２の矢印方向（即ち、ゴムローラ２３０から熱定着ローラ２１０に向かう方向）に示す荷重が印加されている。図１に示すように、熱定着ローラ２１０とゴムローラ２３０との間には用紙搬送路ＦＰが形成され、上記荷重は、トナーの定着に使用され、本実施形態では、例えば、それぞれ約５〜７ｋｇに設定されている。このようの、上述のハロゲンランプ２２０による加熱と図示しない圧縮バネによる圧力によって用紙Ｐ上に転写したトナーは高温・高圧にされ、これによって用紙Ｐに定着する。
【００３５】
また、上記荷重により、熱定着ローラ２１０には、図３及び図４を参照して後述されるように、負荷トルクが発生し、この負荷トルクは熱定着ローラ２１０の切り欠き部２１４に作用する力となる。
【００３６】
駆動ギア２４０は、熱定着ローラ２１０を回転駆動するために熱定着ローラ２１０の外側に装着される中空円筒形状のギアである。なお、便宜上、駆動ギア２４０に接続されるギアや、そのギアに接続されるモータ軸などは省略されている。
【００３７】
本実施形態では、駆動ギア２４０は、熱定着ローラ２１０の熱膨張係数よりも小さい材料、例えば、黄銅などから構成される。また、以下に説明するように、駆動ギア２４０は、熱定着ローラ２１０とは異なる熱膨張係数を有することが好ましい。図３及び図４に示すように、駆動ギア２４０は突起部２４２を有する。駆動ギア２４０は、突起部２４２が熱定着ローラ２１０の切り欠き部２１４に嵌合するように熱定着ローラ２１０の外側に装着される。
【００３８】
温度センサ２５０は、熱定着ローラ２１０の表面温度を検出する。温度センサ２５０は、サーミスタなど当業界で周知のいかなる温度センサも適用することができる。
【００３９】
サーモスタット２６０は、温度センサ２５０が故障したような異常時に、強制的に断線することで発火等を防止するための温度ヒューズである。
【００４０】
以下、図３乃至図５を参照して、定着ユニット２００の製造方法について説明する。ここで、図３及び図４は、熱定着ローラ２１０と駆動ギア２４０の嵌め合いとその効果を説明するための図である。具体的には、図３（ａ）は、熱定着ローラ２１０の外径ａと駆動ギア２４０の内径ｂが本実施形態の条件を満足していない場合の斜視図であり、図３（ｂ）は、その時に熱定着ローラ２１０に働く応力状態を示す模式図である。一方、図４（ａ）は、熱定着ローラ２１０の外径ａと駆動ギア２４０の内径ｂが本実施形態の条件を満足している場合の斜視図であり、図４（ｂ）はその時に熱定着ローラ２１０に働く応力状態を示す模式図である。図５は、定着ユニット２００の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００４１】
まず、第１の熱膨張係数を有する材料を利用して、中空円筒形状の熱定着ローラ２１０を形成する（ステップ１００２）。本実施形態のステップ１００２は、熱定着ローラ２１０は、アルミニウムから構成される。また、ステップ１００２は、熱定着ローラ２１０の表面にトナーが付着することを防止するためにコーティングを施す。
【００４２】
次に、第１の熱膨張係数よりも小さい第２の熱膨張係数を有する材料を利用して、中空円筒形状の駆動ギア２４０を形成する（ステップ１００４）。本実施形態のステップ１００４は、駆動ギア２４０を樹脂、黄銅、金属粉を使った焼結材から構成する。
【００４３】
次に、熱定着ローラ２１０の外側に駆動ギア２４０を装着する（ステップ１００６）。ここで、ステップ１００２及び１００４は、ハロゲンランプ２２０によって１５０℃乃至２１０℃に加熱されたときに、熱定着ローラ２１０の外径ａが駆動ギア２４０の内径ｂ以上になるように、より好ましくは、０≦ａ−ｂ≦０．２ｍｍを満足するように、第１及び第２の熱膨張係数を考慮して常温時の熱定着ローラ２１０の外径及び駆動ギア２４０の内径を設定する。
【００４４】
上述のように、図示しない圧縮バネからの荷重によって熱定着ローラ２１０の回転時には負荷トルクが発生し、この負荷トルクに起因して、熱定着ローラ２１０の切り欠き部２１４には、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、引張応力が分布する。
【００４５】
ａ＜ｂの場合は、駆動時に（即ち、駆動ギア２４０の回転時に）、突起部２４２が切り欠き部２１４と接触する作用点は、図３（ｂ）に示すように、実質的に一点となるために、この結果、図３（ｂ）の点線位置から実線位置に熱定着ローラ２１０の切り欠き部２１４が変形して、これによって、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、疲労亀裂が発生する。
【００４６】
一方、ａ≧ｂの場合にも、駆動時に突起部２４２が切り欠き部２１４と接触する作用点は、図４（ｂ）に示すように、実質的に一点である。しかし、かかる構成では、切り欠き部２１４が広がりを外部から物理的に拘束するために、図４（ｂ）に示すように、圧縮応力が分布する。この圧縮応力は引張応力を低減又は相殺する力であるために疲労亀裂の発生を防止することができる。
【００４７】
また、熱定着ローラ２１０の外面と駆動ギア２４０の内面の密着面２１６に摩擦力が発生し、熱定着ローラ２１０の駆動時に発生する力が切り欠き部２１４のみに作用せず、熱定着ローラ２１０の円周全域に力が分散され、切り欠き部２１４への応力集中による疲労亀裂の発生防止をより効果的に行うことができる。
【００４８】
このため、上述のように、０≦ａ−ｂ≦０．２ｍｍが満足されることが好ましい。ａ−ｂが０未満では応力集中が発生し、ａ−ｂが０．２ｍｍ以上では、特に、熱定着ローラ２１０がアルミニウム又は鉄製である場合に塑性変形が顕著になるからである。
【００４９】
かかる条件は、ハロゲンランプ２２０による加熱時、即ち、熱定着ローラ２１０が１５０℃乃至２１０℃になる際に満足されていればよく、非加熱時、例えば、常温時には満足されていても満足されていなくてもよい。組み立て時にも０≦ａ−ｂ≦０．２ｍｍが満足されるようにするには、ステップ１００６は、例えば、駆動ギア２４０を圧入するすることによって行うことができる。
【００５０】
もっとも、ステップ１００６は常温時になされることを考慮すると、組み立ての容易性のために常温時にはかかる条件は満足されていないことが好ましい。上述のように、ステップ１００４は、第１の熱膨張係数よりも小さい第２の熱膨張係数を有する材料から駆動ギア２１０を構成しているので常温時にはａ＜ｂであっても加熱時には熱膨張差からａ≧ｂの関係が成立し得る。
【００５１】
なお、本実施形態では、熱定着ローラ２１０は切り欠き部２１４を有し、駆動ギア２４０は突起部２４２を有するが、これらは逆でもよい。突起部２４２と切り欠き部２１４の配置を従来とは逆にすることにより、応力分布を変更したり、応力集中の大きさを低減したりすることができるからである。また、本発明は、その際の、突起部の形状を限定するものではない。また、熱定着ローラ２１０と駆動ギア２４０との間には凹凸の係合部は存在しなくてもよい。図４（ａ）に示すように、摩擦力発生範囲２１６が形成されるので両者の間の静止摩擦を利用して熱定着ローラ２１０を駆動することができるからである。
【００５２】
次に、ハロゲンランプ２２０を熱定着ローラ２１０の中空部に挿入して、熱定着ローラ２１０を、予め温度センサ２５０及びサーモスタット２６０が取り付けられた、図示しない定着ユニット２００の第１の筐体内に配置する（ステップ１００８）。また、ステップ１００２乃至１００８と平行して、ゴムローラ２３０を定着ユニット２００の第２の筐体に軸受けを介して取り付け、かかる軸受けに圧縮バネによる荷重を印加する（ステップ１０１０）。その後、第１及び第２の筐体を対向して配置して図２のような状態に定着ユニット２００を組み立てる（ステップ１０１２）。
【００５３】
以下、プリンタ１００の動作について説明する。本実施形態のプリンタ１００は、スタンバイモードと省電力モード（又はスリープモード）という２つのモードを有する。スタンバイモードは、定着ユニット２００を使用してトナーを記録紙Ｐに加熱及び加圧することによって定着し、記録紙Ｐに情報を記録可能なモードである。省電力モードとは、定着ユニット２００のハロゲンランプ２２０による加熱を休止するモードである。プリンタ１００は、電源投入時及び印刷命令受信時にはスタンバイモードになるが、印刷命令を所定時間受信しない場合にはスタンバイモードから省電力モードに自動的に切り替わる。切り替えは、図示しない制御部が行う。かかる省電力モードによってプリンタ１００は省電力を図って環境性を向上することができる。
【００５４】
一方、電源投入時及び印刷命令受信時は、制御部は、スタンバイモードに切り替えてウォームアップを行う。ウォームアップでは、熱定着ローラ２１０をハロゲンランプ２２０により加熱する。制御部は、熱定着ローラ２１０が所定の温度（例えば、約１３０℃）に達したかどうかを温度センサ２５０からの情報に基づいて判断する。
【００５５】
上述のように、定着ユニット２００は、加熱及び加圧によってトナーを用紙Ｐに定着するが、熱定着ローラ２１０の温度が低いとトナーの溶融を十分に行えないからである。本実施形態では、アルミニウム製の熱定着ローラ２１０の厚さは０．８ｍｍ以下、好ましくは、０．６ｍｍ以下に設定されているのでウォームアップ時間は３０秒以下、好ましくは、２０秒以下となり、従来のアルミニウム製で厚さが１．８ｍｍの熱定着ローラ２１０のウォームアップ時間（約８０秒）の半分以下の時間となるため、高速動作に対するユーザの期待に応えるものである。
【００５６】
印刷時には、給紙セット１０２に載置された一又は複数枚の用紙Ｐの最上位の用紙Ｐが給紙ローラ１０６によって繰り出され、用紙搬送路ＦＰに案内される。その後、用紙Ｐは画像形成ユニットによってトナー像が形成され、定着ユニット２００に搬送される。定着ユニット２００では、熱定着ローラ２１０を駆動ギア２４０が回転駆動することによって用紙Ｐを搬送する。用紙Ｐが搬送される際に熱定着ローラ２１０は記録紙Ｐ上のトナーを加圧及び加熱することによってトナーを用紙Ｐに定着する。定着された用紙Ｐは紙送りローラ１１０によってスタッカ３５０に排出される。
【００５７】
本実施形態の熱定着ローラ２１０においては、回転駆動時に印加される応力集中が熱定着ローラ２１０の強度から十分小さいために疲労亀裂がおきない。従って、熱定着ローラ２１０は駆動ギア２４０による連続駆動によっても破損することがなく、所期の寿命（例えば、表面のコーティングがゴムローラ２３０との磨耗する時期）まで使用することができる。このように、熱定着ローラ２１０は、従来の肉厚の熱定着ローラと同様の寿命を有するため、ユーザに過度の経済的負担をかけることがない。
【００５８】
本実施形態の定着ユニット２００は、従来の電子写真式記録装置の従来の定着ユニットと交換可能であるので、それ自体で独立した経済的価値を有する。但し、従来の電子写真式記録装置の従来の定着ユニットと交換する際には、用紙引き込み部、用紙搬送部、画像形成ユニット及び定着ユニットの各部の動作を制御する制御部のファームウェアを交換する必要がある。例えば、制御部は、ハロゲンランプ２２０を点灯することによってウォームアップを開始してから所定時間経過しても温度センサ２５０から熱定着ローラ２１０が所定温度に到達した旨の通知を受信しないときはハロゲンランプ２２０の異常を知らせる警告をプリンタ１００の図示しない表示部に表示したり、警告ランプを点灯したりするが、かかる所定時間は本実施形態の定着ユニット２００では従来よりも短縮されているからである。
【００５９】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、図３（ａ）に示すように、駆動ギア２４０を熱定着ローラ２１０に装着した後に、切り欠き部２１４の広がりを防止する構造（例えば、切り欠き部２１４の開口部を塞ぐように（即ち、切り欠き部２１４の開口部を横切るように）固定部材を熱定着ローラ２１０に取り付けてもよい。取り付けは、ネジ、ボルトなど当業界で周知の方法を使用することができる。かかる固定部材によって、切り欠き部２１４が図３（ｂ）の実線で示すように変形せずに、破線で示す状態を維持することができるので疲労亀裂を低減することができる。
【００６０】
本出願は更に以下の事項を開示する。
【００６１】
（付記１）  トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有し、前記加熱部により前記熱定着ローラが加熱された状態では、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように設定されることを特徴とする定着ユニット。（１）
（付記２）  前記熱定着ローラの外径をａとし、前記駆動ギアの内径をｂとすると、ａ及びｂは０≦ａ−ｂ≦０．２ｍｍの条件を満足することを特徴とする付記１記載の定着ユニット。
【００６２】
（付記３）  前記状態では、前記熱定着ローラの温度が１５０℃乃至２１０℃であることを特徴とする付記１記載の定着ユニット。
【００６３】
（付記４）  常温において、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上であることを特徴とする付記１記載の定着ユニット。
【００６４】
（付記５）  トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、厚さが０．６ｍｍ以下の金属材料製の中空形状の熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアとを有することを特徴とする定着ユニット。（３）
（付記６）  前記熱定着ローラと前記駆動ギアの一方には切り欠き部が設けられ、他方には前記切り欠き部に嵌合する突起部が設けられていることを特徴とする付記１乃至５のうちいずれか一項記載の定着ユニット。
【００６５】
（付記７）  前記熱定着ローラと前記駆動ギアとの間とは摩擦力によって係合することを特徴とする付記１乃至５のうちいずれか一項記載の定着ユニット。
【００６６】
（付記８）  トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、突起部を有する熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着され、前記熱定着ローラの突起部が嵌合可能な切り欠き部を有する駆動ギアとを有することを特徴とする定着ユニット。
【００６７】
（付記９）  前記熱定着ローラはアルミニウム製であり、０．８ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする付記１又は８記載の定着ユニット。
【００６８】
（付記１０）  前記熱定着ローラはアルミニウム製であり、０．６ｍｍ以下の厚さを有することを特徴とする付記１又は８記載の定着ユニット。
【００６９】
（付記１１）  トナーを記録紙に定着するための定着ユニットであって、切り欠き部を有する熱定着ローラと、前記熱定着ローラを加熱するための加熱部と、前記熱定着ローラに加圧力を加える加圧部と、前記切り欠き部に嵌合する突起部を有し、前記熱定着ローラを回転駆動するために前記熱定着ローラに装着された駆動ギアと、前記切り欠き部の開口を塞いで前記切り欠き部の開口の変形を防止するように前記熱定着ローラに固定された固定部材とを有することを特徴とする定着ユニット。
【００７０】
（付記１２）  付記１乃至１１のうちいずれか一項記載の定着ユニットを使用してトナーを記録紙に加熱及び加圧することによって定着し、前記記録紙に情報を記録可能な第１のモードと、前記定着ユニットの加熱を休止する第２のモードとを有する記録装置ことを特徴とする記録装置。（４）
（付記１３）  トナーを記録紙に定着するための定着ユニットを製造するための方法であって、前記トナーを加熱すると共に前記記録紙に加圧し、第１の熱膨張係数を有する熱定着ローラを形成するステップと、第１の熱膨張係数よりも小さい第２の熱膨張係数を有し、前記熱定着ローラを回転駆動する中空の駆動ギアを形成するステップと、前記熱定着ローラの外側に前記駆動ギアを装着するステップとを有し、前記熱定着ローラ形成ステップと前記駆動ギア形成ステップは、前記トナーを加熱する際に、前記熱定着ローラの外径が前記駆動ギアの内径以上になるように、前記第１及び第２の熱膨張係数を考慮して常温時の前記熱定着ローラの外径及び前記駆動ギアの内径を設定することを特徴とする方法。（５）
（付記１４）  前記熱定着ローラは中空円筒形状である付記１、５、８、１１、１３のうちいずれか一項記載の定着ユニット。
【００７１】
（付記１５）  前記金属材料はアルミニウムであることを特徴とする付記５記載の定着ユニット。
【００７２】
（付記１６）  駆動ギアが装着される熱定着ローラであって、加熱時にその外径が駆動ギアの内径以上になるように設定された熱定着ローラ。（２）
（付記１７）  中空円筒形状であることを特徴とする付記１６記載の熱定着ローラ。
【００７３】
（付記１８）  厚さが０．６ｍｍ以下の金属材料製であることを特長とする付記１７記載の熱定着ローラ。
【００７４】
（付記１９）  金属材料はアルミニウムであることを特徴とする付記１８記載の熱定着ローラ。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速動作と環境性の要請を比較的低価格で実現する定着ローラ、定着ユニット及びそれを有する記録装置、並びに、その製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての記録装置（レーザープリンタ）の断面図である。
【図２】図１に示す記録装置の定着ユニットの要部斜視図である。
【図３】図２に示す定着ユニットの熱定着ローラと駆動ギアの嵌め合いが従来の関係である場合の問題点を説明するための図である。
【図４】図２に示す定着ユニットの熱定着ローラと駆動ギアの羽目合いが本発明の関係である場合の作用を説明するための図である。
【図５】図２に示す定着ユニットの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１００              記録装置（レーザープリンタ）
２００              定着ユニット
２１０              熱定着ローラ
２１４              切り欠き部
２２０              ハロゲンランプ
２３０              ゴムローラ
２４０              駆動ギア
２４２              突起部
【図１】
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【図２】
2004301930.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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