(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に熱源を備え且つ回転自在に支持された薄肉の円筒状芯金を備えた定着ローラと、該定着ローラの外周面に当接する加圧ローラと、を備えた定着装置であって、前記芯金の内周面には、軸方向及び周方向へ夫々延びるリブが複数本形成された前記定着ローラを製造するための定着ローラの製造方法において、
前記軸方向へ延びるリブを中空構造にして形成し、その後に前記周方向へ延びるリブを中実構造にして形成することを特徴とする定着ローラの製造方法。
【請求項２】
前記中空構造のリブの肉厚を、前記芯金の肉厚の３０％から７０％としたことを特徴とする請求項１に記載の定着ローラの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の定着ローラの製造方法により製造した定着ローラを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真式の画像形成装置において転写紙上に形成されたトナー像を加熱定着するための定着装置の改良に関し、特に薄肉の芯金を用いた定着ローラを使用した定着装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真式画像形成装置にあっては、感光体上のトナー像を転写紙に転写した後に、この転写紙を定着装置によって加熱しながら加圧することによって、トナー像を定着している。
定着装置は、内部に熱源を備えた定着ローラと、該定着ローラの周面に当接する加熱ローラと、を備える。最近では定着ローラ自体の熱容量を小さくして立ち上がり時間の短縮や省電力化を図るために、定着ローラとして薄肉の芯金から成るものを使用している。
しかし、定着ローラが薄肉であると、機械的強度の低下によって軸方向に撓みが発生したり、或いは加熱ローラとの当接部がつぶれを起こすため、定着時に圧力の抜けが発生し、夫々定着不良や定着ローラ破損の原因となっていた。
このような不具合を解消するために、特開平８−３１４３０７号公報には、薄肉の定着ローラを補強する為に、定着ローラ内部に別部材のリングを入れて補強する構造が開示されている。
しかし、同公報の定着装置にあっては、薄肉定着ローラの補強部材として、別部材のリングを内設しているので、部品点数の増大と組み付け工数の増大によるコストアップ、生産性の低下が生じるばかりか、使用中に熱膨張や変形によりリングが外れてしまう、接着をすると接着剤に亀裂が入る、と言う不具合がある。また、芯金の撓みやつぶれによる不具合も依然として残っている。
これに対して、特開２０００−２９３４２公報には、定着ローラを構成する芯金の内部に軸方向、周方向、その他の方向へ延びるリブを設けた補強構造が開示されており、これによれば、格別の補強部材を用いることなく、定着ローラの強度、保形性を高めることが可能となる。
しかし、この従来例の定着ローラの内部に設けた複数のリブのうち、延びる方向が並行しないリブ同志の交差部では芯金の外形寸法の精度が低下し易く、その結果、このような定着ローラを用いて行う定着時に、転写紙にシワが発生し易くなるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、薄肉の芯金から構成される定着ローラを備えた定着装置において、格別の補強部材を使用せずに芯金の強度を高めて撓みやつぶれを防止して、定着不良や定着ローラ破損をなくするために、芯金内面に軸方向、及び周方向へ延びるリブを一体形成した場合に、リブ同志の交差部に発生し易い外形寸法の精度低下を防止することができる定着装置及び画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上のように請求項１の発明によれば、内部に熱源を備え且つ回転自在に支持された薄肉の円筒状芯金を備えた定着ローラと、該定着ローラの外周面に当接する加圧ローラと、を備えた定着装置であって、前記芯金の内周面には、軸方向及び周方向へ夫々延びるリブが複数本形成されたものにおいて、前記軸方向へ延びるリブを中空構造にして形成し、その後に前記周方向へ延びるリブを中実構造にして形成することを特徴とする。このように、電子写真装置の定着装置において、定着ローラを薄肉のローラとしたので、立上りの早い定着を維持しつつ、円周方向と軸方向にリブを設けたことにより、定着ローラを構成する芯金のたわみやつぶれを小さく抑え、圧力不足による定着不良の発生のない定着装置を提供することができる。また、軸方向のリブと円周方向のリブともに空間の無い密実状態であると、両リブが交差した部分が原因となって、ローラ外径寸法が精度よくできず、定着時に転写紙にシワが発生するという不具合があるが、本発明によれば、予め形成された軸方向リブ内に中空部があるので、後から円周方向リブを形成する際に、中空部が緩衝部となって、芯金外周面の変形を緩和することができる。請求項２の発明は、前記中空構造のリブの肉厚を、前記芯金の肉厚の３０％から７０％としたことを特徴とする。このように構成したので、定着ローラの寸法精度を良く確保できるようにするとともに、未定着画像の定着時にローラのたわみを抑え、シワの発生や、定着不良を防止できる。請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着ローラの製造方法により製造した定着ローラを備えたことを特徴とする。このため、請求項１と２の効果を備えた画像形成装置を提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の定着装置を使用した画像形成装置の全体略図、及び定着装置の構成説明図、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び（ｅ）は本発明の係る定着ローラの正面図、その要部断面図（円周方向リブ）、Ａ−Ａ断面図（非交差部）、及びその要部拡大断面図、及び交差部の拡大断面図である。
本発明の定着装置及びその定着装置を装着した電子写真装置について、プリンタ１を例に説明する。
このプリンタ１は、像担持体としてのベルト状感光体２、感光体を帯電する帯電チャージャー３、感光体上に光学的な画像情報を書き込んで静電潜像を形成するレーザー光学系４、静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置５、感光体上のトナー像を転写紙に転写する転写チャージャー６、転写後に感光体上に残留したトナーを除去するクリーニング装置７、転写紙を収容した給紙カセット８、給紙カセットから給紙された転写紙を所定のタイミングで転写位置に給送するレジストローラ対９、トナー像を保持した転写紙を定着する定着装置１０、定着済みの転写紙を排紙する排紙コロ１１、排紙された転写紙を積載する排紙トレイ１１Ａを備える。
【０００６】
図１において、給紙カセット８から搬送された転写紙はレジストローラ９によってタイミングをとられてベルト状感光体２からなる潜像担持体へ搬送される。ベルト状感光体２は時計方向に回転駆動され、その際、帯電チャージャー３によって表面を帯電され  レーザー光学系４からのレーザー光を照射されて感光体２上に静電潜像が形成される。この潜像は、現像装置５を通るときにトナーによって可視像化され、転写チャージャー６により感光体に搬送された転写紙に転写され、感光体に密着した転写紙は曲率により分離される。その後、転写紙は、定着装置１０に搬送されて加熱、加圧されることによりトナー画像は転写紙上に定着され、排紙トレイ１１Ａに排出される一方、感光体は除電ランプにより不要な電荷を除電された後、クリーニング装置７によって残留トナーを除去され、回収される。
定着装置１０は、転写紙上のトナー像に少なくとも熱と圧力を加えることにより転写紙上に定着させる手段である。定着装置１０は、図１（ｂ）のように内部に熱源１９を備えて回転駆動される芯金２１から成る定着ローラ（加熱ローラ）１２と、定着ローラ１２の周面に圧接され従動する弾性体から成る加圧ローラ１３と、定着ローラ１２の周面に摺接するクリーニングパッド１４と、先端を定着ローラ周面に近接させて転写紙を剥離する分離爪１５と、レバー１６ａを介して加圧ローラ１３を定着ローラ１２に圧接させる加圧スプリング１６と、定着入口ガイド板１７と、定着ローラに回転駆力を伝達する図示しないギヤと、定着ローラ１２用の軸受、サーミスタ等から構成される。Ｐは転写紙、１９はハロゲンヒータから成る熱源である。
【０００７】
図４は本発明の定着ローラ１２を回転自在に支持する支持構造の一例を示す断面図である。この定着ローラ１２は薄肉の金属板から成る円筒状の芯金２１から成り、この芯金２１の内周面には、軸方向及び周方向に夫々延びるリブ２２、２３が形成されている。芯金２１の軸方向両端部外周には夫々断熱ブッシュ２５が設けられ、この断熱ブッシュ２５は各側板２６に設けた軸受け２７によって支持される。芯金２１の一端外周にはギヤ部材２８が固定され、図示しないモータからの駆動力はこのギヤ部材２８を介して芯金２１に伝達され、軸受け２７によって支持されつつ回転する。熱源としてのハロゲンヒータ１９は、図示しない支持部材により固定的に支持されている。
定着ローラ１２を構成する芯金２１は、直径φ２０〜φ４０ｍｍ  基材がアルミ合金で、肉厚０．２５〜０．５ｍｍ、軸方向長さが３５０〜４１０ｍｍである。芯金２１の肉厚は、ローラ径によって加圧時の変形が異なる為（同じ肉厚でも、ローラ径が大きいと、変形が大きくなる）、肉厚／外径の割合を８／１０００〜２０／１０００の範囲とし、好ましくは１２／１０００から２０／１０００とする。この割合が上記の範囲よりも小さいと（芯金の肉厚が過小になると）、加圧時の変形が大きく、転写紙にシワが発生し、逆に芯金の肉厚が上記範囲よりも大きい場合には、定着の立上りが遅くなってしまう。
更なる具体的実施例を挙げて説明すると、加圧ローラ１３は、直径φ３０ｍｍで、ゴムの肉厚を５．５ｍｍ、ゴム長さを３１６ｍｍとし、スポンジタイプ、または、非スポンジのソリッドタイプとした。定着ローラ１２は、アルミ合金（Ａ５０５２または３０００系の合金）で、外径φ３０、通紙部の肉厚ｔ１＝０．４５ｍｍで肉厚／外径＝１５／１０００、全長３６５ｍｍを使用した。リブは、軸方向（長手方向）のリブ２２と、円周方向のリブ２３から構成される。
製造に際しては、まず、軸方向のリブ２２を先に設けておく。軸方向リブ２２の内部には図２（ｃ）（ｄ）のように空間（中空部）２２ａを設ける。この時のリブ２２の形状は、幅２〜５ｍｍ、高さ０．５〜１ｍｍとし、その肉厚ｔ２は、芯金の肉厚ｔ１の３０％から７０％の範囲、即ち０．１５〜０．２５ｍｍとした。この軸方向リブ２２は芯金内周の周方向に沿って所定の間隔で３〜８個所の複数個配置し（図では６個所）、定着ローラ芯金２１を押し出し成形にて製作する際に、内側に空間２２ａを備えたリブ２２を同時に製造する。芯金２１は、押し出し成形機によって円筒形状のまま押し出され、その際にリブ２２内に中空部が形成される。
【０００８】
次いで、押し出し成形によって軸方向リブ２２を設けたあとで、円周方向のリブ２３を芯金内周面に設ける。円周方向のリブ２３の製造は、芯金２１を、その軸芯を中心として回転させながら、外周面からバイトなどの治具を押し当てることによって芯金の一部を内径側へへこませることによって形成される。芯金２１の一部をへこませた結果、芯金の外周面には凹所、即ち周方向へ延びる溝が形成されるので、次いでこの溝が無くなるまで芯金の外周面を切削加工して外周面を平滑化する。従って、押し出し成形時の芯金の肉厚は、最後の切削加工を想定して、予め厚肉に製造しておく。
円周方向のリブ２３は、図２（ａ）に示すように例えば軸方向に沿った所定の配置で３〜１２個所（図では９個所）設け、（ｂ）に示すように個々のリブ２３の周方向幅を１．５〜３ｍｍとし、その高さを芯金肉厚ｔ１の６５％〜１８０％である０．３〜０．８ｍｍとする。この時、リブ２３間の間隔は中央に近いほど間隔が漸減するようにした。
定着ローラの芯金２１を薄肉にするほど、ウォーミングアップタイムは早くなり、使用時以外では定着ヒータ１９をＯＦＦして省エネルギーを達成するとともに、定着ヒータをＯｎしたときにはすぐ立ち上がるので使い勝手も良い。
しかし、薄肉の芯金にあっては、補強部材無しでは、定着時に軸方向への撓みや、加圧ローラとの接触によるつぶれが大きくなり、軸方向中央付近で特に圧力がぬけやすく定着不良になり易く、また、転写紙のシワも発生しやすいという不具合があることは上述の通りである。そこで、軸方向リブ２２と、円周方向リブ２３を設けて補強することによって、ウォーミングアップタイムの早い特徴を生かしたまま、撓みやつぶれを小さく抑え、定着不良やシワ発生という不具合の無い定着装置を提供できる。
但し、軸方向と円周方向へ夫々延びるリブ２２、２３を密実に構成した場合には、両リブ２２、２３が交差する交差部において、芯金２１の外周面の寸法精度にばらつきが発生し易い。つまり、本発明のように軸方向リブ２２に空間を設けない場合には、円周方向のリブ２３を製作している時に（芯金の外周面側から治具によって加圧して内周面にリブ２３を突出させる際に）、軸方向のリブ２２とクロスする部分で、芯金が変形してしまい、芯金２１の外形寸法の精度が悪くなり、それにより定着時に転写紙にシワが発生してしまう。本発明では、先に設けた軸方向のリブ２２の内部に空間２２ａを設けて中空構造としたので、円周方向のリブ２３を設けたときにクロスする部分（交差部）において図１（ｅ）のように空間部分がつぶれて変形するようにし、外形寸法の精度を良くすることができる。つまり、リブ２２内の空間２２ａが緩衝効果を発揮してつぶれることにより、芯金の外周面の寸法精度が悪化することを防止できる。
【０００９】
そして、軸方向リブ２２の空間２２ａの肉厚ｔ２を、芯金の肉厚ｔ１の７０％以下の肉厚としたので、円周方向のリブ２３を設けたときに図１（ｅ）のような交差部での変形が容易となり、よりローラ外径精度を確保し易くなった。また、リブ中空部の肉厚ｔ２が薄すぎると、たわみがおおきくなり、定着時にシワが発生するので、シワに対して効果のあるたわみに抑えられる様、ｔ２の肉厚をｔ１の３０％以上の肉厚とした。
また、このように薄肉の構成を採用したので、７００Ｗ〜８００Ｗの出力を有したヒータ１９を用いれば、定着の立ち上がり時間を１０〜１５秒と、非常に短くできる。
なお、リブ２２内部の空間２２ａの形状は、半円形状である必要はなく、例えば図３のように、軸方向リブ２２内側の空間の形状を円形としてもよい。このような空間を有したリブ２２であっても、図１の例に示した半円形状の空間を有したリブ２２と同様の効果が得られる。
【００１０】
【発明の効果】
以上のように請求項１の本発明によれば、薄肉の芯金から構成される定着ローラを備えた定着装置において、格別の補強部材を使用せずに芯金の強度を高めて撓みやつぶれを防止して、定着不良や定着ローラ破損をなくするために、芯金内面に軸方向、及び周方向へ延びるリブを一体形成した場合に、リブ同志の交差部に発生し易い外形寸法の精度低下を防止することができる。即ち、軸方向のリブと円周方向のリブともに空間の無い密実状態であると、両リブが交差した部分が原因となって、ローラ外径寸法が精度よくできず、定着時に転写紙にシワが発生するという不具合があるが、本発明によれば、予め形成された軸方向リブ内に中空部があるので、後から円周方向リブを形成する際に、中空部が緩衝部となって、芯金外周面の変形を緩和することができる。請求項２の発明は、前記中空構造のリブの肉厚を、前記芯金の肉厚の３０％から７０％としたので、定着ローラの寸法精度を良く確保できるようにするとともに、未定着画像の定着時にローラのたわみを抑え、シワの発生や、定着不良を防止できる。請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の定着ローラの製造方法により製造した定着ローラを備えた画像形成装置であることを特徴とするので、請求項１と２の効果を備えた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の定着装置を使用した画像形成装置の全体略図、及び定着装置の構成説明図。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び（ｅ）は本発明に係る定着ローラの正面図、その要部断面図（円周方向リブ）、Ａ−Ａ断面図（非交差部）、及びその要部拡大断面図、及び交差部の拡大断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る軸方向リブの断面図。
【図４】本発明の定着ローラの支持構造の一例を示す図。
【符号の説明】
１  プリンタ、２  ベルト状感光体、３  帯電チャージャ、４  レーザー光学系、５  現像装置、６  転写チャージャー、７  クリーニング装置、１０  定着装置、１２  定着ローラ、１３  加圧ローラ、１４  クリーニングパッド、１９  熱源、２１  芯金、２２  軸方向リブ、２２ａ  空間、２３  周方向リブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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