(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱ヒータを備え、かつ両端部が厚肉の回転軸部とされ、しかも一方の回転軸部から他方の回転軸部に渡っての軸方向中央部が前記回転軸部よりも薄肉で記録紙上のトナーを加圧溶融させて該記録紙上に前記トナー像を定着させる薄肉円筒部とされて、該薄肉円筒部の内面に補強用リブが形成されている中空円筒形状で薄肉の定着ローラであって、
前記回転軸部の外周面または内周面で前記薄肉円筒部に近い側に円周方向溝を形成して当該円周方向溝の部分における伝熱断面積を小さくすることにより、前記薄肉円筒部から前記回転軸部に向かっての伝熱を低減させる構成としたことを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】
前記円周方向溝が、複数個形成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】
前記円周方向溝が、螺旋状溝であることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項４】
請求項１に記載の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、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置及び画像形成装置に使用される定着ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置には、定着ローラが設けられ、この定着ローラは、記録紙上のトナーを加熱して溶融させるとともに、加圧ローラ又はベルトによって溶融トナーを加圧し、記録紙上にトナー像を定着させるのに用いられる。
【０００３】
この画像形成装置では、定着ローラ表面の昇温時間、いわゆるウォームアップ時間を短縮することが望まれている。そのため、定着ローラを予熱することによって待機時にあらかじめ一定温度に昇温したり、定着ローラ内部のハロゲンヒータ等の加熱ヒータの能力を高めるなどの工夫がされている。
【０００４】
ところで、近年は、省エネルギー・環境保護の観点から消費電力を極力少なくすることが望まれ、予熱による待機時の電力消費や、ヒータ作動による電力消費は少ないほど望ましい。
【０００５】
そこで、消費電力を減少させつつウォームアップ時間の短縮を実現する手段として、定着ローラを薄肉とする対策が講じられつつある。この定着ローラを薄肉とすると、その分定着ローラの熱容量が小さくなり、ローラ表面の昇温時間が短縮されるので、結果としてウォームアップ時間の短縮を図ることができる。
【０００６】
この種の定着ローラでは、図８（ａ）に示すように、両端部が回転軸部とされ、一方の回転軸部から他方の回転軸部に渡っての軸方向中央部が薄肉とされているので、その薄肉とされた薄肉円筒部１１ａにおいて撓みやつぶれが発生し易い。そこで撓みやつぶれを防止するために、補強用リブ１１ｂが薄肉円筒部１１ａの中空内周面１１ｃに設けられている。この補強用リブ１１ｂにより、薄肉円筒部１１ａにおいても、軸方向に直交する断面内でのつぶれに対する強度アップを図ることができる。
【０００７】
また、この種の定着ローラ１１は、回転軸部１１ｄとされた両端部に軸受け等を嵌合して、その軸受け等を保持することにより装置内に保持されている。さらに、定着ローラ１１の製造加工の際等には、この回転軸部１１ｄを加工機で保持して加工する場合が多く、そのため、回転軸部１１ｄは機械的強度を確保するために厚肉のままとされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この回転軸部１１ｄは、厚肉のままとなっているので薄肉円筒部１１ａよりも熱容量が大きく、熱平衡に達するまでのいわゆる立ち上がり時には、回転軸部１１ｄの温度はなかなか上昇せず、薄肉円筒部１１ａと回転軸部１１ｄとの温度差が大きくなり、その結果、薄肉円筒部１１ａの熱が回転軸部１１ｄに大量に伝熱して奪われ、特に薄肉円筒部１１ａの回転軸部１１ｄとの連接部近傍では、定着に必要な温度ｔｇにまで達しないという問題が生じる（図８（ｂ）参照）。したがって、回転軸部１１ｄ近傍の薄肉円筒部１１ａの部分においてはトナーが充分に溶融されず、充分な定着性能を得られないという問題がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、一方の回転軸部から他方の回転軸部までに渡っての軸方向中央部を、回転軸部の肉厚よりも薄肉の薄肉円筒部としてウォームアップ時間の短縮を図った定着ローラとした場合の問題点を解消できる定着ローラを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の定着ローラは、内部に加熱ヒータを備え、かつ両端部が厚肉の回転軸部とされ、しかも一方の回転軸部から他方の回転軸部に渡っての軸方向中央部が、回転軸部よりも薄肉で記録紙上のトナーを加圧溶融させて記録紙上にトナー像を定着させる薄肉円筒部とされて、薄肉円筒部の内面に補強用リブが形成されている中空円筒形状で薄肉の定着ローラであって、回転軸部の外周面または内周面で薄肉円筒部に近い側に円周方向溝を形成して当該円周方向溝の部分における伝熱断面積を小さくすることにより、薄肉円筒部から回転軸部に向かっての伝熱を低減させる構成としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、定着ローラの回転軸部の外周面または内周面で薄肉円筒部に近い側に円周方向溝が形成されているので、その部分で伝熱速度を低下させることができ、薄肉円筒部から回転軸部への伝熱を低減することができる。それにより、薄肉円筒部と回転軸部との連接部近傍においても温度の低下を少なくすることができ、良好な定着性能を発揮することができる。なお、回転軸部の内周面に円周方向溝を形成した場合は、回転軸部の外周面は滑らかであり軸受け等の組み付けが容易となる。
【００１６】
請求項２に記載の定着ローラは、請求項１に記載の定着ローラにおいて、円周方向溝が複数個形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、円周方向溝が複数個形成されているので、回転軸部の熱容量も減少させることができ、さらに効率よく薄肉円筒部から回転軸部への伝熱を低減することができる。
【００１８】
請求項３に記載の定着ローラは、請求項１に記載の定着ローラにおいて、円周方向溝が螺旋状溝であることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、円周方向溝が回転軸方向を進行方向とする螺旋状溝であるので、回転軸部の熱容量も減少させることができ、さらに効率よく薄肉円筒部から回転軸部への伝熱を低減することができるうえに、回転軸部の機械的強度の低下もほとんどない。
【００２０】
請求項４に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の定着ローラを備えたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図６は本発明に係る定着ローラを備えた画像形成装置の一例を示す概略斜視図であり、この画像形成装置１０９は、内部に画像情報を読み取る読み取り部１１０と、読み取り部からの画像データを基に、記録紙に画像を形成する書き込み部１１１とを備えている。
【００２２】
書き込み部１１１には図７に示すように、大略、レーザ部１１３、感光体ドラム１１４、トナー部１１５、転写ベルト１１７、転写ローラ１１９、加圧ローラ１１８、定着ローラ１が備えられ、読み取り部１１０の画像情報に基づいて感光体ドラム１１４に形成された静電潜像を、転写ベルト１１７を介して記録紙１１２上に転写し、トナーを加圧溶融させて定着させるものとなっている。
【００２３】
図１（ａ）に、この画像形成装置１０９に備えられた定着ローラ１の軸方向断面図を示す。この定着ローラ１は、例えば芯金が外径４０ｍｍのアルミニウム等の金属で形成された略中空円筒形状をしており、内部には、定着に必要な熱を供給して定着ローラ表面を昇温させるハロゲンヒータ２を備えている。
【００２４】
軸受け等に保持される両端部が回転軸部１ｄとされ、一方の回転軸部１ｄから他方の回転軸部１ｄに渡っての軸方向中央部が、記録紙に当接して記録紙上のトナーを加圧溶融するための薄肉円筒部１ａとされている。薄肉円筒部１ａは熱容量を小さくしてハロゲンヒータ２による加熱開始とともに速やかに昇温するように薄肉とされており、例えば厚さ０．６ｍｍ以下とされている。
【００２５】
薄肉円筒部１ａの中空内周面１ｃには定着ローラ１の撓みやつぶれを防止するために、補強用リブ１ｂが、軸方向に所定間隔をあけて円周方向に沿って数本形成されている。
【００２６】
回転軸部１ｄは、装置への組み付けの際には軸受け等によって保持され、また定着ローラ１を製造加工する際には加工機に保持される部分であり、機械的強度を確保するために厚肉のままとされていて、例えば厚さ０．８ｍｍ〜１．６ｍｍとされている。
【００２７】
回転軸部１ｄの外周面には、図１（ｃ）に断面図を示すように、伝熱断面積低減部としての円周方向溝１ｅが形成され、部分的に断面積が小さくされている。この円周方向溝１ｅが形成されている部分は、定着ローラ１の回転軸方向に直交する面内での断面積が小さくされているので、薄肉円筒部１ａから回転軸部に向かっての伝熱速度は小さい。
【００２８】
定着ローラ１の薄肉円筒部１ａは薄肉とされていて熱容量が小さいので、ハロゲンヒータ２が発熱を開始するとともに速やかに昇温を始め、定着に必要な所定温度に速やかに達する。一方、定着ローラ１の回転軸部１ｄは厚肉のままとされているので昇温速度が遅く、そのため薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄに向かって伝熱する。しかし、円周方向溝１ｅが薄肉円筒部１ａに近い側に形成されているので、円周方向溝１ｅ部分での伝熱速度を低下させることができ、薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄへの伝熱を低減させることができる。
【００２９】
その結果、図１（ｂ）にその温度分布を示すように、薄肉円筒部１ａの両端部、すなわち回転軸部１ｄとの連接部近傍においても温度の低下が少なく、定着に必要な温度ｔｇを確保することができる。
【００３０】
なお、薄肉円筒部１ａの中空内周面１ｃに形成された補強用リブ１ｂは、特にラジアル方向の外力によるつぶれを防止するのに有効であるが、例えば軸方向のたわみを防止するために、軸方向に延びる数本の補強用リブを、所定間隔をあけて中空内周面１ｃに形成してももちろんよい。
【００３１】
［変形例１］
図２（ａ）に本発明に係る定着ローラの変形例１の軸方向断面図を示す。
【００３２】
この変形例１においては、図２（ｃ）に部分拡大図を示すように、定着ローラ１の回転軸部１ｄの外周面に複数の円周方向溝１ｆが形成されている。円周方向溝１ｆが複数形成されているので、回転軸部１ｄでの伝熱速度はさらに段階的に低下し、薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄへの伝熱をいっそう効率的に低減させることができる。そのうえ円周方向溝１ｆが複数形成されることにより回転軸部１ｄの体積を減少させることができて、回転軸部１ｄの熱容量も低減することができる。その結果、図２（ｂ）に温度分布を示すように、薄肉円筒部１ａの両端部、すなわち回転軸部１ｄとの連接部近傍においても温度の低下をさらに少なくすることができ、定着に必要な温度ｔｇを充分確保することができる。
【００３３】
［変形例２］
図３に本発明に係る定着ローラの変形例２の回転軸部１ｄの外観を部分的に拡大した拡大図を示す。
【００３４】
この変形例２においては、定着ローラ１の回転軸部１ｄの外周面に螺旋状の円周方向溝１ｇが形成されている。螺旋状の円周方向溝１ｇが形成されているので、薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄへの伝熱を効率的に低減させることができ、薄肉円筒部１ａの両端部、すなわち回転軸部１ｄとの連接部近傍においても温度の低下を少なくすることができて定着に必要な温度ｔｇを充分確保することができるうえに、円周方向溝１ｇが螺旋状とされているので、回転軸部１ｄの機械的強度の低下もほとんどない。
【００３５】
［変形例３］
図４に本発明に係る定着ローラの変形例３の回転軸部１ｄの回転軸方向の断面を部分的に拡大した拡大断面図を示す。
【００３６】
この変形例３においては、定着ローラ１の回転軸部１ｄの内周面に複数の円周方向溝１ｈが形成されている。溝１ｈが複数形成されているので、薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄへの伝熱を効率的に低減させることができ、薄肉円筒部１ａの両端部、すなわち回転軸部１ｄとの連接部近傍においても温度の低下を少なくすることができて定着に必要な温度ｔｇを充分に確保することができる。
【００３７】
さらに円周方向溝１ｈは外周面には形成されておらず、内周面に形成されているので、回転軸部１ｄの外周面は滑らかで軸受け等をスムーズに挿入でき、組み付けを容易とすることもできる。
【００３８】
［変形例４］
図５に本発明に係る定着ローラの変形例４の回転軸部１ｄの回転軸方向断面を部分的に拡大した拡大断面図を示す。
【００３９】
この変形例４においては、定着ローラ１の回転軸部１ｄの内周面に螺旋状の円周方向溝１ｊが形成されている。螺旋状の円周方向溝１ｊが形成されているので、薄肉円筒部１ａから回転軸部１ｄへの伝熱を効率的に低減させることができ、薄肉円筒部１ａの両端部、すなわち回転軸部１ｄとの連接部近傍においても温度の低下を少なくすることができて定着に必要な温度ｔｇを充分確保することができる。円周方向溝１ｇが螺旋状とされているので、回転軸部１ｄの機械的強度の低下もほとんどないうえに、円周方向溝１ｊは外周面には形成されておらず内周面に形成されているので、回転軸部１ｄの外周面は滑らかで、軸受け等をスムーズに挿入でき、組み付けを容易とすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、両端部が回転軸部とされ、一方の回転軸部から他方の回転軸部に渡っての軸方向中央部が回転軸部よりも薄肉の薄肉円筒部とされた定着ローラの回転軸部に伝熱断面積低減部が設けられているので、その伝熱断面積低減部で伝熱速度を低下させることができ、薄肉円筒部から回転軸部への伝熱を低減することができる。それにより、定着ローラの薄肉円筒部と回転軸部との連接部近傍においても温度の低下を少なくすることができ、良好な定着性能を得ることができる。
【００４１】
また、本発明の画像形成装置はこのような定着ローラを備えているので、待機時間においても待機電力をほとんど必要とせず、ウォームアップ時間の短縮と良好な定着性能を実現しつつ、省エネルギー・環境保護の目的に沿うべく電力消費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）は本発明の実施の一形態に係る定着ローラの軸方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した定着ローラが所定温度に達したときの温度分布であり、（ｃ）は（ａ）に示した定着ローラの回転軸部を部分拡大した軸方向断面図である。
【図２】  （ａ）は本発明の変形例１に係る定着ローラの軸方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した本発明の変形例１に係る定着ローラが所定温度に達したときの温度分布であり、（ｃ）は（ａ）に示した本発明の変形例１に係る定着ローラの回転軸部の外観を部分拡大した拡大図である。
【図３】  本発明の変形例２に係る定着ローラの回転軸部の外観を部分拡大した拡大図である。
【図４】  本発明の変形例３に係る定着ローラの回転軸部を部分拡大した軸方向断面図である。
【図５】  本発明の変形例４に係る定着ローラの回転軸部を部分拡大した軸方向断面図である。
【図６】  本発明に係る定着ローラを備えた画像形成装置の一例を示す図である。
【図７】  図６に示す画像形成装置の内部構造を示す概略構成図である。
【図８】  （ａ）は従来の定着ローラの軸方向断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した従来の定着ローラが所定温度に達したときの温度分布である。
【符号の説明】
１，１１…定着ローラ
１ａ，１１ａ…薄肉円筒部
１ｂ，１１ｂ…補強用リブ
１ｃ，１１ｃ…中空内周面
１ｄ，１１ｄ…回転軸部
１ｅ…溝
１ｆ，１ｈ…複数の溝
１ｇ，１ｊ…螺旋状の溝
１０９…画像形成装置
１１０…読み取り部
１１１…書き込み部
１１２…記録紙
１１３…レーザ部
１１４…感光体ドラム
１１５…トナー部
１１７…転写ベルト
１１８…加圧ローラ
１１９…転写ローラ
【図１】
0003778259.tif 000002
【図２】
0003778259.tif 000003
【図３】
0003778259.tif 000004
【図４】
0003778259.tif 000005
【図５】
0003778259.tif 000006
【図６】
0003778259.tif 000007
【図７】
0003778259.tif 000008
【図８】
0003778259.tif 000009