(57)【要約】      （修正有）【課題】シンプルで低コストな構成を維持したまま、より熱応答性に優れた加熱ローラと、その加熱ローラを用いた定着装置を提供する。【解決手段】円筒状に形成されたローラ本体１ａの表面にフッ素樹脂からなる離型層１ｂを形成し、そのローラ本体１ａの内面のうち３等配した個所にローラ長手方向に向かって凸部１ｃを延設し、その凸部１ｃに、開口中心がローラ本体１ａの穴中心ｐ１に向くように略Ｃ字状の凹部１ｄを凹設し、その凹部１ｄにヒートパイプ２を嵌入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内方から加熱される円筒状のローラ本体の内面に、そのローラ長手方向に向かって凹部が延設され、該凹部にヒートパイプが嵌入されていることを特徴とする加熱ローラ。
【請求項２】
前記ローラ本体の内面にローラ長手方向に向かって凸部が延設され、前記凹部は、前記凸部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の加熱ローラ。
【請求項３】
前記ヒートパイプは、その外観形状が丸軸状に形成され、前記凹部は、前記ヒートパイプをローラ長手方向から挿入可能な略Ｃ字状に凹設されていることを特徴とする請求項１または２記載の加熱ローラ。
【請求項４】
前記凹部の中心を基点とした前記凹部の開口角度が、概ね８５度を越えない所要角度であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項５】
前記凹部は、その開口中心が前記ローラ本体の穴中心に向くように形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項６】
前記凹部は、前記ローラ本体の周方向に向かって複数形成されていると共に、その複数の前記凹部に前記ヒートパイプが嵌入されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の加熱ローラ。
【請求項７】
前記凹部は、前記ローラ本体の周方向に向かって等間隔に複数形成されていることを特徴とする請求項６に記載の加熱ローラ。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の加熱ローラと、該加熱ローラに圧接衝合させて定着ニップを形成させる加圧ローラとを備えたことを特徴とする定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる加熱ローラ及び定着装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円筒状のローラ本体の内部に、そのローラ長手方向に向かって孔を設け、その孔にヒートパイプを挿入した加熱ローラと、その加熱ローラに圧接衝合させて、記録紙にトナー像を定着する定着ニップを形成させる加圧ローラとを備えた定着装置がある。
この定着装置は、異なるサイズの記録紙を定着ニップに通紙し定着することで、通紙部分と非通紙部分とで生じるローラ長手方向の急な温度勾配（ローラ長手方向の温度ムラ）を加熱ローラ内のヒートパイプが抑制するから、その温度勾配を起因とした定着不良や用紙のシワ発生を回避でき、極めて好適なものになっている（例えば特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特第３３２６３００号（第１頁、図１）
【特許文献２】特開平０９−２９７４８３号公報（第１頁、図２）
【特許文献３】特開２０００−０５６６１７公報（第５頁、図１７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、加熱ローラのローラ長手方向の温度勾配（温度ムラ）を起因とした定着不良や用紙のシワ発生を回避させるためにヒートパイプが有効であるが、そのシンプルで低コストな構成を維持したまま、より熱応答性に優れた加熱ローラを提供できれば、上述した定着不良やシワ発生の回避率の向上に繋がることから、好ましいものである。
そこで本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、シンプルで低コストな構成を維持したまま、より熱応答性に優れた加熱ローラと、その加熱ローラを用いた定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記技術課題を達成するために、本発明にかかる加熱ローラ及び定着装置は、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかる加熱ローラは、内方から加熱される円筒状のローラ本体の内面に、そのローラ長手方向に向かって凹部が延設され、該凹部にヒートパイプが嵌入されていることを特徴とする。
請求項２にかかる加熱ローラは、請求項１において、前記ローラ本体の内面にローラ長手方向に向かって凸部が延設され、前記凹部は、前記凸部に形成されていることを特徴とする。
請求項３にかかる加熱ローラは、請求項１または２において、前記ヒートパイプは、その外観形状が丸軸状に形成され、前記凹部は、前記ヒートパイプをローラ長手方向から挿入可能な略Ｃ字状に凹設されていることを特徴とする。
【０００５】
請求項４にかかる加熱ローラは、請求項１乃至３の何れか１項において、前記凹部の中心を基点とした前記凹部の開口角度が、概ね８５度を越えない所要角度であることを特徴とする。
請求項５にかかる加熱ローラは、請求項１乃至４の何れか１項において、前記凹部は、その開口中心が前記ローラ本体の穴中心に向くように形成されていることを特徴とする。
請求項６にかかる加熱ローラは、請求項１乃至５の何れか１項において、前記凹部は、前記ローラ本体の周方向に向かって複数形成されていると共に、その複数の前記凹部に前記ヒートパイプが嵌入されていることを特徴とする。
請求項７にかかる加熱ローラは、請求項６において、前記凹部は、前記ローラ本体の周方向に向かって等間隔に複数形成されていることを特徴とする。
請求項８にかかる定着装置は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の加熱ローラと、該加熱ローラに圧接衝合させて定着ニップを形成させる加圧ローラとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、円筒状のローラ本体の内面に、そのローラ長手方向に向かって凹部を延設し、その凹部にヒートパイプを嵌入したことで、ヒートパイプの外周面の一部が凹部の開口から露出して、加熱側であるローラ本体の内方からヒートパイプに直接熱が伝わり、非通紙部分と通紙部分との温度の平衡関係を正常に維持するのを促進するから、シンプルで低コストな構成を維持したまま、より熱応答性に優れた加熱ローラを提供できる。また、画像形成の初回時、加熱側であるローラ本体の内方からヒートパイプに直接熱が伝わることで、加熱ローラの所要温度に達するまでの立ち上がり時間が短縮できる。さらに、この加熱ローラを用いて定着装置を構成し、その定着装置を画像形成装置に組み込むことで、定着不良やシワ発生の回避率の向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態にかかる加熱ローラ１は、図１に示すように、円筒状に形成されたローラ本体１ａの表面にフッ素樹脂からなる離型層１ｂが形成されると共に、そのローラ本体１ａの内壁に、その中心ｐ１を中心とした１２０度の角度で３等分した各個所（外周縁）に、ローラ長手方向に向かって凸部１ｃが延設されており、各凸部１ｃの内側面に、開口中心がローラ本体１ａの穴中心ｐ１に向くように略Ｃ字状の凹部１ｄが凹設されてなる。
この凹部１ｄの開口は、外観形状が丸軸状のヒートパイプ２をローラ長手方向から挿入させて嵌合させる際（この嵌入作業は後述する）、ヒートパイプ２が内方へ脱落する恐れを払拭し、かつ、ヒートパイプ２の所要の露出面積（熱応答性の向上が期待できる面積）を確保させるために、凹部１ｄの中心ｐ２を基点とした開口角度θが８５度になっている。
また、この凹部１ｄは、上述したように、開口中心がローラ本体１ａの穴中心ｐ１に向くように形成されている。より詳細には、図１に示したように、ローラ本体１ａの法線ｎｌｎ上に、凹部１ｄの開口中心と凹部１ｄの中心ｐ２とを結ぶ中心線が重畳するように形成されて、加熱ローラ１内を通過するように架設されるヒータ３（加熱源、図２に図示）からの熱をヒートパイプ２に効率的に伝熱されるようになっている。なお、ローラ本体１ａの法線ｎｌｎ上に位置した凹部１ｄの中心ｐ２を回転中心として、凹部１ｄの向きが±３°以内の振れ精度で加工されていれば、ヒータ３の熱がヒートパイプ２に効率的に伝熱可能である。
このように形成された凹部１ｄに、上述した、外観形状が丸軸状のヒートパイプ２が嵌入されている。なお、ヒートパイプ２は周知のものであり、その詳細な説明は省略する。
【０００８】
ここで、凹部１ｄにヒートパイプ２を嵌入させる作業工程を説明すると、ローラ本体１ａの表面にフッ素樹脂を塗布し、所要の焼成温度（例えば４００℃前後）で焼成し、その表面を研磨して離型層１ｂを形成する。次いで、ヒートパイプ２を凹部１ｄのローラ長手方向から挿入し緩やかに昇温する。
昇温により、ヒートパイプ２が徐々に熱膨張し、略Ｃ字状の凹部１ｄの内壁にヒートパイプ２の外面が密着（開口角度θ（８５度）の開口部分を除いて密着）する。このときのヒートパイプの歪（拡管）は、塑性変形の領域に達しており（ヒートパイプ２の管部の材質は銅または銅合金）、ヒートパイプ２は凹部１ｄに恒久的に嵌着する。なお、このヒートパイプ２径の拡大時の加熱温度及び加熱時間は、フッ素樹脂の焼成温度及び焼成時間より遥かに緩やかである。
【０００９】
次に、このように構成された加熱ローラ１を備えた定着装置４と、その定着装置４を備えた画像形成装置１４を、図２及び図３を参照しながら説明する。
定着装置４は、図２に示すように、入り口ガイド板５ｃを備え記録紙Ｗが搬入される搬入口５ａ、及びその搬入口５ａより上位に設けられ定着済みの記録紙Ｗを排出させる搬出口５ｂを備えた筐体５と、その筐体５内の上部に枢支された上述の加熱ローラ１と、加熱ローラ１内を貫通するように架設され水平方向に並設された一対のヒータ３（加熱源）と、フッ素ゴム、シリコーンゴム、発泡性シリコーンゴム等の弾性材料からなる弾性層６ｂが円筒状部材６ａの表面に形成され加熱ローラ１と圧接衝合されるように、且つ、加熱ローラ１の穴中心ｐ１より搬出口５ｂ側に軸中心が位置するように筐体５に枢支された加圧ローラ６と、加熱ローラ１と加圧ローラ６の双方の表面に摺接可能に設けられ夫々の表面を清掃させる清掃部材７と、加熱ローラ１または加圧ローラ６に回転力を付与させて図２において記録紙Ｗを左方から右方に向かって搬送させる回転駆動機構（図示せず）と、加熱ローラ１表面を摺接可能に搬出口５ｂ近傍に設けられ加熱ローラ１に付着された記録紙Ｗを剥離させる剥離爪８と、加熱ローラ１に従動可能に当接され加熱ローラ１の表面に剥離剤を塗布させる剥離剤塗布ローラ９と、を備え、画像形成装置１４の機枠１５に着脱可能にユニット化されてなる。なお、加熱ローラ１に加圧ローラ６を圧接衝合させて形成された領域を定着ニップＮと呼称する。
【００１０】
このように構成された定着装置４は、例えば、図３に示すような電子写真方式の画像形成システムに用いられる。すなわち、この画像形成システムは、図３に示すように、給紙装置１０と、画像形成装置１４とを備えて構成される。
給紙装置１０は、底面にキャスターが設けられ当該給紙装置１０の各構成部を実装させる機枠１１と、幅サイズの異なる記録紙Ｗが夫々巻回されてなる一対の原反が枢支された原反支持部１２と、機枠１１の左上部に設けられ原反から繰り出された記録紙Ｗをカットさせるカッタ部１３とを備えて構成される。
画像形成装置１４は、図中、左下部に給紙口１５ａが設けられると共に、図中、右上部に排紙口１５ｂが設けられ、当該画像形成装置１４の各構成部を実装させる機枠１５と、感光体ドラム１６ａを備えその感光体ドラム１６ａに所要の潜像とトナー像を形成させ搬送された記録紙Ｗにそのトナー像を転写させる作像部１６と、トナー像が転写された記録紙Ｗを向か入れ熱と圧力でもってトナー像を溶融・固化させて記録紙Ｗに定着させる上述の定着装置４とを備えて構成され、給紙口１５ａとカッタ部１３とが係合するように、給紙装置１０の上面に設置されている。
このように構成された画像形成システムは、感光体ドラム１６ａ上に、所要の画像データに基づいてトナー像を形成し、給紙装置１０から繰り出した記録紙Ｗにそのトナー像を転写する。このとき、給紙装置１０から繰り出す記録紙Ｗは、ユーザによる選択や、画像データや原稿サイズに応じた自動的な切り替え（ファクシミリ機能を備えた画像形成装置１４の場合、受信信号に応じた自動切り替えを含む）により、その都度、幅サイズが異なる。
【００１１】
次いで、記録紙Ｗは定着装置４に向かって移動し、加熱ローラ１に加圧ローラ６が圧接衝合して形成した定着ニップＮを記録紙Ｗが通過することでトナー像が記録紙Ｗに定着する。定着ニップＮにおける記録紙Ｗの通過幅は、当然のことながら、記録紙Ｗのサイズに応じて変化するため、何らかの対策を講じなければ、ローラ長手方向の急な温度勾配（ローラ長手方向の温度ムラ）が生じて定着不良や記録紙Ｗのシワが発生する。
しかしながら、本実施の形態にかかる加熱ローラ１は、上述したように、ローラ本体１ａの内面のうち３等配した個所にローラ長手方向に向かって凸部１ｃを延設し、その凸部１ｃに、開口中心がローラ本体１ａの穴中心ｐ１に向くように略Ｃ字状の凹部１ｄを凹設し、その凹部１ｄにヒートパイプ２を嵌入した構成にしている。
したがって、ヒートパイプ２の外周面の一部が凹部１ｄの開口から露出して、加熱側であるローラ本体１ａの内方からヒートパイプ２に直接熱が伝わり、非通紙部分と通紙部分との温度の平衡関係を正常に維持するのを促進するから、シンプルで低コストな構成を維持したまま、より熱応答性に優れた加熱ローラ１となり、定着不良やシワ発生の回避率の向上が期待できる。
【００１２】
また、装置の電源投入後の画像形成の初回時、加熱側であるローラ本体１ａの内方からヒートパイプ２に直接熱が伝わることで、加熱ローラ１の所要温度に達するまでの立ち上がり時間が短縮できる。さらに、加熱ローラ１のローラ本体１ａを薄肉円筒状にし、凸部１ｃに凹部１ｄを形成したことで、より、立ち上がり時間が短縮できる。
なお、ヒートパイプ２を筒孔に嵌入させるとした従来技術の加熱ローラ１と、本実施の形態にかかる加熱ローラ１との、同温度に昇温するまでの時間比は、従来技術の加熱ローラ１を１００としたとき、本実施の形態にかかる加熱ローラ１は８８であり、加熱ローラ１の所要温度に達するまでの立ち上がり時間の短縮化が確認されている。
そして、トナー像の正常な定着完了と前後して記録紙Ｗが所定長さに達したらカッタ部１３が記録紙Ｗをカットし、排紙口１５ｂに排紙して基本的な動作が終了する。
このように、本実施の形態にかかる加熱ローラ１は、上述したように、定着不良やシワ発生の回避率の向上が期待できる極めて好適な構成になっているが、加えて、ヒートパイプ２を嵌入させる部分を従来の筒孔から凹部１ｄにして加熱ローラ１の内部空間と連通した形状にしたことで、加熱ローラ１の押出加工が可能となり生産性をも向上できる。
【００１３】
また、ヒートパイプ２を円周方向に複数設けたことで加熱ローラ１の筒方向の温度ムラがさらに軽減し、特に、実施の形態で例示した等間隔での配置（１２０°間隔。これは一例に過ぎない）をしたことで、円周方向の温度ムラを抑制につながり、また、好適な質量バランスになっていることから、加熱ローラ１のスムーズな回転が確保できる。
なお、Ａ０サイズ通紙可能な加熱ローラ１で、Ａ３Ｔ、５０枚連続通紙後の通紙部と非通紙部の通紙前から通紙後の温度差は、本実施の形態にかかる構成では１．２℃、ヒートパイプ２を配設していないものでは２５．９℃であった。
以上、本実施の形態にかかる加熱ローラと定着装置とを説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
例えば、図４に示したように、円筒状の加熱ローラの肉厚ｔを凹部１ｄが形成可能な厚みにして、凸部を形成することなく凹部１ｄを形成し、その凹部１ｄにヒートパイプ２を嵌入しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態にかかる加熱ローラの縦断正面図である。
【図２】定着装置の縦断正面図である。
【図３】画像形成システムの概略を示した縦断正面図である。
【図４】他の態様の、加熱ローラの縦断正面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  加熱ローラ、１ａ  ローラ本体、１ｂ  離型層、１ｃ  凸部、１ｄ  凹部、２  ヒートパイプ、３  ヒータ、４  定着装置、５  筐体、５ａ  搬入口、５ｂ  搬出口、６  加圧ローラ、６ａ  円筒状部材、６ｂ  弾性層、７  清掃部材、８  剥離爪、９  剥離剤塗布ローラ、１０  給紙装置、１１  機枠、１２  原反支持部、１３  カッタ部、１４  画像形成装置、１５  機枠、１５ａ  給紙口、１５ｂ  排紙口、１６  作像部、１６ａ  感光体ドラム、ｐ１  穴中心、ｐ２  中心、ｎｌ  法線、Ｗ  記録紙、Ｎ  定着ニップ、θ  開口角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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