JP2000206817A - 低コストの定着ロ―ラ― - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 直径の大きい定着ローラーに好適で、トラニ
オン及び軸受けを介しての熱伝達が極めて小さい、例え
ば静電複写機などに使用される低コストの加熱ローラー
を提供する。 【解決手段】 摩擦溶接の際の咬合に寄与するスロット
などのような孔を形成し、さらに軸受けの直径とその内
径との間で嵌合するように断熱スリーブを構成したトラ
ニオンを含んでいる静電複写またはデジタル印刷のため
の定着装置。
オン及び軸受けを介しての熱伝達が極めて小さい、例え
ば静電複写機などに使用される低コストの加熱ローラー
を提供する。 【解決手段】 摩擦溶接の際の咬合に寄与するスロット
などのような孔を形成し、さらに軸受けの直径とその内
径との間で嵌合するように断熱スリーブを構成したトラ
ニオンを含んでいる静電複写またはデジタル印刷のため
の定着装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は大口径加熱ローラ
ー、特に、加熱ローラー集合体の部品であるトラニオン
及び断熱スリーブに係る。
ー、特に、加熱ローラー集合体の部品であるトラニオン
及び断熱スリーブに係る。
【０００２】
【従来の技術】印刷産業の分野では、加熱ローラーを給
紙用としてだけではなく、静電複写の場合、紙面にトナ
ーを定着させる定着ローラーとしても使用するのが普通
である。トナーはブラックのほか、カラープリントやカ
ラーコピーには多色のものが使用される。このような用
途においては、軸受けに挿入されたエンド・キャップと
も呼称されるトラニオンによって定着ローラーを支持
し、一方のトラニオンに連動させた駆動源によって回転
させるのが典型的な構成である。
紙用としてだけではなく、静電複写の場合、紙面にトナ
ーを定着させる定着ローラーとしても使用するのが普通
である。トナーはブラックのほか、カラープリントやカ
ラーコピーには多色のものが使用される。このような用
途においては、軸受けに挿入されたエンド・キャップと
も呼称されるトラニオンによって定着ローラーを支持
し、一方のトラニオンに連動させた駆動源によって回転
させるのが典型的な構成である。
【０００３】通常、トナーの定着には１４９℃から２０
４℃（３００°Ｆから４００°Ｆ）の温度が必要であ
る。また、トナーの定着には高圧が必要であるから、加
圧ローラーと呼称されるもう１つのローラーと咬合させ
る。これら２つのローラーが咬合すると、両ローラー周
面のエラストマーが圧縮され、この圧縮域の幅がいわゆ
るニップ幅である。画像の質と高い処理速度が要求され
る用途では、大径の定着ローラーが必要である。このよ
うな大径定着ローラーはその直径が０．１メートル（４
インチ）を超え、０．１メートルから０．２５メートル
（４インチから１０インチ）、典型的には０．１６３メ
ートル（６．４インチ）である。定着温度を正確に制御
するには、適正な材料選択、軸受け、断熱スリーブ及び
ローラーの適正な設計によって、トラニオンによる熱損
を極力小さくしなければならない。
４℃（３００°Ｆから４００°Ｆ）の温度が必要であ
る。また、トナーの定着には高圧が必要であるから、加
圧ローラーと呼称されるもう１つのローラーと咬合させ
る。これら２つのローラーが咬合すると、両ローラー周
面のエラストマーが圧縮され、この圧縮域の幅がいわゆ
るニップ幅である。画像の質と高い処理速度が要求され
る用途では、大径の定着ローラーが必要である。このよ
うな大径定着ローラーはその直径が０．１メートル（４
インチ）を超え、０．１メートルから０．２５メートル
（４インチから１０インチ）、典型的には０．１６３メ
ートル（６．４インチ）である。定着温度を正確に制御
するには、適正な材料選択、軸受け、断熱スリーブ及び
ローラーの適正な設計によって、トラニオンによる熱損
を極力小さくしなければならない。
【０００４】定着ローラーの構成には、金属製のトラニ
オンとプラスチック製断熱スリーブを併用することが多
い。トラニオン用の金属としては、熱伝導率が低く、整
形性にすぐれるという理由で、粉末金属（米国特許第
５，０９４，６１３号）が好ましい。材料としてはステ
ンレススチール（３０３，３０４または３１６タイプの
ステンレススチール）が好ましいが、軟鋼を使用しても
よい。コアにトラニオンを組み付ける方法としては、継
ぎ手が恒久的であり、誤差が小さく、しかも加工が極め
て確実に行なわれる点で摩擦溶接が好ましい。プレス嵌
めやボルト止め等のような方法も利用できるが、コスト
が高く、確実性に欠ける嫌いがある。
オンとプラスチック製断熱スリーブを併用することが多
い。トラニオン用の金属としては、熱伝導率が低く、整
形性にすぐれるという理由で、粉末金属（米国特許第
５，０９４，６１３号）が好ましい。材料としてはステ
ンレススチール（３０３，３０４または３１６タイプの
ステンレススチール）が好ましいが、軟鋼を使用しても
よい。コアにトラニオンを組み付ける方法としては、継
ぎ手が恒久的であり、誤差が小さく、しかも加工が極め
て確実に行なわれる点で摩擦溶接が好ましい。プレス嵌
めやボルト止め等のような方法も利用できるが、コスト
が高く、確実性に欠ける嫌いがある。
【０００５】直径の大きい定着ローラーの場合、摩擦溶
接に必要な咬合範囲を充分に確保するため、トラニオン
の据え込み外周面を長くしなければならない。溶接中に
大きい力が発生するから、摩擦溶接のための咬合には充
分な範囲でトラニオン外周面を据え込まねばならない。
咬合する外周面が狭いと、溶接加工の結果としてトラニ
オンが破損することになる。従って、直径の大きい定着
ローラーを製造する場合、摩擦溶接のために広い咬合面
を確保するのに余計な材料が必要になり、トラニオンは
極めて高価なものになる。しかも、溶接を終えたこの定
着ローラー集合体を機械加工するとなると、材料が多い
だけに、機械加工のコストも増大する。
接に必要な咬合範囲を充分に確保するため、トラニオン
の据え込み外周面を長くしなければならない。溶接中に
大きい力が発生するから、摩擦溶接のための咬合には充
分な範囲でトラニオン外周面を据え込まねばならない。
咬合する外周面が狭いと、溶接加工の結果としてトラニ
オンが破損することになる。従って、直径の大きい定着
ローラーを製造する場合、摩擦溶接のために広い咬合面
を確保するのに余計な材料が必要になり、トラニオンは
極めて高価なものになる。しかも、溶接を終えたこの定
着ローラー集合体を機械加工するとなると、材料が多い
だけに、機械加工のコストも増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特許及び文献を検索し
た結果、スポークで連結された同心円という押出し断面
形状を有する（恐らくは定着直径の大きい）加熱ローラ
ーを開示している研究報告を発見した。この公知技術
は、コアの内側円にトラニオンを溶接することによって
トラニオンのサイズを小さくし、コストを抑えるという
着想に基づくものと考えられる。この設計思想の重大な
問題点はスポークを介しての熱伝達が不充分であり、高
速の印刷機や複写機には適さないことである。必要なこ
とは、トラニオン及び軸受けを介しての熱伝達を極力小
さくした大口径の定着ローラーを低コストで実現するこ
とにある。
た結果、スポークで連結された同心円という押出し断面
形状を有する（恐らくは定着直径の大きい）加熱ローラ
ーを開示している研究報告を発見した。この公知技術
は、コアの内側円にトラニオンを溶接することによって
トラニオンのサイズを小さくし、コストを抑えるという
着想に基づくものと考えられる。この設計思想の重大な
問題点はスポークを介しての熱伝達が不充分であり、高
速の印刷機や複写機には適さないことである。必要なこ
とは、トラニオン及び軸受けを介しての熱伝達を極力小
さくした大口径の定着ローラーを低コストで実現するこ
とにある。
【０００７】本発明の目的は、直径の大きい定着ローラ
ーに好適で、トラニオン及び軸受けを介しての熱伝達が
極めて小さい、例えば静電複写機などに使用される低コ
ストの加熱ローラーを提供することにある。
ーに好適で、トラニオン及び軸受けを介しての熱伝達が
極めて小さい、例えば静電複写機などに使用される低コ
ストの加熱ローラーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成する為、
本発明のトラニオンには摩擦溶接の際の咬合に寄与する
スロットなどのような孔を形成した。さらに、トラニオ
ン軸受けの直径と軸受け内径との間で嵌合するように断
熱スリーブを構成した。
本発明のトラニオンには摩擦溶接の際の咬合に寄与する
スロットなどのような孔を形成した。さらに、トラニオ
ン軸受けの直径と軸受け内径との間で嵌合するように断
熱スリーブを構成した。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１，２，３，４及び５に示すの
は、本発明を、外径（４０）が０．１メートル（４イン
チ）を超える定着ローラーに応用した場合の実施例であ
る。外径の有効範囲は０．１メートルから０．２５メー
トル（４インチから１０インチ）であり、典型的な直径
は０．１６３メートル（６．４インチ）である。本発明
の重要な特徴は（壁厚を貫通する）透孔または不透孔
（１４）にある。透孔または不透孔の形状は円形、楕円
形、正方形など任意であり、いずれも摩擦溶接の際の係
合に利用される。
は、本発明を、外径（４０）が０．１メートル（４イン
チ）を超える定着ローラーに応用した場合の実施例であ
る。外径の有効範囲は０．１メートルから０．２５メー
トル（４インチから１０インチ）であり、典型的な直径
は０．１６３メートル（６．４インチ）である。本発明
の重要な特徴は（壁厚を貫通する）透孔または不透孔
（１４）にある。透孔または不透孔の形状は円形、楕円
形、正方形など任意であり、いずれも摩擦溶接の際の係
合に利用される。
【００１０】主な利点は、据え込み外周面（１６）の長
さ（５０）が１．９１×１０-3メートルから６．３５×
１０-3メートル（０．０７５インチから０．２５０イン
チ）、典型的には５．３３×１０-3メートル（０．２１
０インチ）に過ぎないことにある。従来の摩擦溶接を利
用した場合、据え込み外周面の長さは２．０３×１０ -2
メートルから２．５４×１０-2メートル（０．８００イ
ンチから１．０インチ）、多くの場合２．２６×１０-2
メートル（０．８９０インチ）にもなる。従って、従来
の製法と比較して、トラニオンの重量は著しく軽減さ
れ、その製造コストは半分以下になる。しかも、各部品
を摩擦溶接した後の、機械加工の必要性は著しく軽減さ
れる。即ち、機械加工コストは２５〜５０％節減され
る。
さ（５０）が１．９１×１０-3メートルから６．３５×
１０-3メートル（０．０７５インチから０．２５０イン
チ）、典型的には５．３３×１０-3メートル（０．２１
０インチ）に過ぎないことにある。従来の摩擦溶接を利
用した場合、据え込み外周面の長さは２．０３×１０ -2
メートルから２．５４×１０-2メートル（０．８００イ
ンチから１．０インチ）、多くの場合２．２６×１０-2
メートル（０．８９０インチ）にもなる。従って、従来
の製法と比較して、トラニオンの重量は著しく軽減さ
れ、その製造コストは半分以下になる。しかも、各部品
を摩擦溶接した後の、機械加工の必要性は著しく軽減さ
れる。即ち、機械加工コストは２５〜５０％節減され
る。
【００１１】トラニオンに孔を形成したことの他の利点
として、熱伝導が起こる断面積が小さくなることでトラ
ニオンにおける熱伝達が抑制される。さらに、軽量化の
結果、定着処理の際の回転に必要なトルクが小さくて済
むから、この分だけ性能が向上する。さらに他の利点と
して、透孔または不透孔を設けたことによって、粉末金
属技術を利用してトラニオンを製造する際に必要な突き
固め荷重が軽減される。透孔も不透孔も無いトラニオン
を粉末冶金技術で製造するとなると、極めて大型の粉末
金属プレスを利用することになるから、もし透孔や不透
孔を形成してなければ、事実上、トラニオンの製造は不
可能になるであろう。
として、熱伝導が起こる断面積が小さくなることでトラ
ニオンにおける熱伝達が抑制される。さらに、軽量化の
結果、定着処理の際の回転に必要なトルクが小さくて済
むから、この分だけ性能が向上する。さらに他の利点と
して、透孔または不透孔を設けたことによって、粉末金
属技術を利用してトラニオンを製造する際に必要な突き
固め荷重が軽減される。透孔も不透孔も無いトラニオン
を粉末冶金技術で製造するとなると、極めて大型の粉末
金属プレスを利用することになるから、もし透孔や不透
孔を形成してなければ、事実上、トラニオンの製造は不
可能になるであろう。
【００１２】トラニオンを製造するのに好ましい材料は
３００シリーズ・ステンレス・スチール（代表的なもの
はＡＩＳＩタイプ３０３，３０４または３１６）であ
る。好ましい製法は、低コスト、耐食性及び低熱伝導率
の点で粉末冶金技術である（米国特許第５，０９４，６
１３号）。トラニオンは鍛造棒材の機械加工、鋳造また
は粉末金属の射出成形によっても製造できる。経済性の
観点から、２片の鍛造金属または粉末金属からトラニオ
ンを製造することもできる。多くの場合、軸受け径と据
え込み径との重なり部分に溶接継ぎ手（５６）が形成さ
れる。
３００シリーズ・ステンレス・スチール（代表的なもの
はＡＩＳＩタイプ３０３，３０４または３１６）であ
る。好ましい製法は、低コスト、耐食性及び低熱伝導率
の点で粉末冶金技術である（米国特許第５，０９４，６
１３号）。トラニオンは鍛造棒材の機械加工、鋳造また
は粉末金属の射出成形によっても製造できる。経済性の
観点から、２片の鍛造金属または粉末金属からトラニオ
ンを製造することもできる。多くの場合、軸受け径と据
え込み径との重なり部分に溶接継ぎ手（５６）が形成さ
れる。
【００１３】更に図６〜９も参照して説明する。トラニ
オンとコア（３２）の接合はコア内周面（４４）（図
６）をトラニオンの据え込み外周面（１６）と据え込み
溶接することによって得られる。据え込み溶接材料をト
ラニオンのダブテール（２０）内へ押入するか、または
流入させることによって恒久的な接合が確保される。ま
た、アルミニウムを約４３０℃（約８００°Ｆ）でダブ
テールに流入させ、室温でステンレススチール・トラニ
オン面において収縮させる。その結果、実質的にはプレ
ス嵌め効果が得られ、恒久的な接合が確保される。トラ
ニオン・ダブテールの直径はコアの内径（４４）よりも
小さくなければならない。
オンとコア（３２）の接合はコア内周面（４４）（図
６）をトラニオンの据え込み外周面（１６）と据え込み
溶接することによって得られる。据え込み溶接材料をト
ラニオンのダブテール（２０）内へ押入するか、または
流入させることによって恒久的な接合が確保される。ま
た、アルミニウムを約４３０℃（約８００°Ｆ）でダブ
テールに流入させ、室温でステンレススチール・トラニ
オン面において収縮させる。その結果、実質的にはプレ
ス嵌め効果が得られ、恒久的な接合が確保される。トラ
ニオン・ダブテールの直径はコアの内径（４４）よりも
小さくなければならない。
【００１４】開先角（２６）を９０°に設定することに
よって、定着ローラー・ランプ（５４）の交換が容易に
なる。トラニオンの凹部（１８）は機械加工の際にロー
ラーを駆動するのに必要である。凹部の形状は円形に限
定されず、例えば、六角形でもよい。面取り部（２４）
は、コアの回転、エラストマーによる被覆とその成形、
研削など、製造に際してのハンドリングに必要である。
トラニオンの方形部（１２）は歯車（６２）（図９）と
咬合してトラニオンを回転させるのに利用される。正方
形に限らず、例えば、Ｄ−形または互いに平行な２つの
フラット片と歯車とを咬合させてもよい。方形部（４
６）の深さまたは長さは歯車の厚さとほぼ等しい。軸受
け外周（２８）は断熱スリーブ内周面（５２）（図８）
に嵌着する。
よって、定着ローラー・ランプ（５４）の交換が容易に
なる。トラニオンの凹部（１８）は機械加工の際にロー
ラーを駆動するのに必要である。凹部の形状は円形に限
定されず、例えば、六角形でもよい。面取り部（２４）
は、コアの回転、エラストマーによる被覆とその成形、
研削など、製造に際してのハンドリングに必要である。
トラニオンの方形部（１２）は歯車（６２）（図９）と
咬合してトラニオンを回転させるのに利用される。正方
形に限らず、例えば、Ｄ−形または互いに平行な２つの
フラット片と歯車とを咬合させてもよい。方形部（４
６）の深さまたは長さは歯車の厚さとほぼ等しい。軸受
け外周（２８）は断熱スリーブ内周面（５２）（図８）
に嵌着する。
【００１５】断熱スリーブは軸受け（２８）への熱伝達
を軽減するのに利用される。スリーブはＴｏｒｌｏｎ
（商標）２３０１Ｌのような耐熱プラスチックで形成さ
れるのが普通である。スリーブはトラニオンの孔（１
４）とスリーブ突起（４８）（図４）が咬合することに
よって回動を阻止される。スリーブが回転しないように
することで、スリーブの耐用寿命が延び、その回転に伴
うノイズも解消される。経済性の観点から、断熱スリー
ブを２つの部分に分けて構成してもよい。その場合、端
面（５８）材料はプラスチックでも金属でもよいが、両
部分が互いに係合してスリーブが軸受け（６４）（図
８）の下で回転できないように構成することになる。
を軽減するのに利用される。スリーブはＴｏｒｌｏｎ
（商標）２３０１Ｌのような耐熱プラスチックで形成さ
れるのが普通である。スリーブはトラニオンの孔（１
４）とスリーブ突起（４８）（図４）が咬合することに
よって回動を阻止される。スリーブが回転しないように
することで、スリーブの耐用寿命が延び、その回転に伴
うノイズも解消される。経済性の観点から、断熱スリー
ブを２つの部分に分けて構成してもよい。その場合、端
面（５８）材料はプラスチックでも金属でもよいが、両
部分が互いに係合してスリーブが軸受け（６４）（図
８）の下で回転できないように構成することになる。
【００１６】定着ローラー集合体はアルミニウムや銅の
ような熱伝導材から成るコア（３２）と、実際にトナー
を溶融させるエラストマー・コーティングとから成る。
トラニオンの肩部（３６）は組み立ての際に断熱スリー
ブの端が来る位置、従って、軸受けの配置位置を確定す
る。保持環状孔が軸受け、歯車及び断熱スリーブをトラ
ニオンから脱落しないように保持する。
ような熱伝導材から成るコア（３２）と、実際にトナー
を溶融させるエラストマー・コーティングとから成る。
トラニオンの肩部（３６）は組み立ての際に断熱スリー
ブの端が来る位置、従って、軸受けの配置位置を確定す
る。保持環状孔が軸受け、歯車及び断熱スリーブをトラ
ニオンから脱落しないように保持する。
【００１７】図６〜図９は断熱スリーブ、軸受け及び歯
車を装備した被覆済み定着ローラー集合体を示す。スリ
ーブの材料としては、Ｖｅｓｂｅｌ（商標）、Ｔｏｒｌ
ｏｎ（商標）またはＡｕｒｕｍ（商標）を使用すること
ができる。プラスチック材は最高２６０℃（５００°
Ｆ）までの加工温度に耐えねばならない。断熱スリーブ
を利用することは従来と同じである。但し、本発明にお
けるスリーブの特異な点はトラニオンの孔を、回転阻止
のための係止手段として利用することにある。
車を装備した被覆済み定着ローラー集合体を示す。スリ
ーブの材料としては、Ｖｅｓｂｅｌ（商標）、Ｔｏｒｌ
ｏｎ（商標）またはＡｕｒｕｍ（商標）を使用すること
ができる。プラスチック材は最高２６０℃（５００°
Ｆ）までの加工温度に耐えねばならない。断熱スリーブ
を利用することは従来と同じである。但し、本発明にお
けるスリーブの特異な点はトラニオンの孔を、回転阻止
のための係止手段として利用することにある。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明によ
る定着ローラーは、トラニオンに摩擦溶接の際の咬合に
寄与するスロットなどのような孔を形成させ、これによ
って定着ローラー集合体の単位コストが著しく軽減さ
れ、さらに、トラニオン軸受けの直径と軸受け内径との
間で嵌合するように断熱スリーブを構成しているのでス
リーブはトラニオンの孔と咬合する結果、定着ローラー
へ組み付ける際に回転しない。
る定着ローラーは、トラニオンに摩擦溶接の際の咬合に
寄与するスロットなどのような孔を形成させ、これによ
って定着ローラー集合体の単位コストが著しく軽減さ
れ、さらに、トラニオン軸受けの直径と軸受け内径との
間で嵌合するように断熱スリーブを構成しているのでス
リーブはトラニオンの孔と咬合する結果、定着ローラー
へ組み付ける際に回転しない。
【図１】図１は摩擦溶接前におけるトラニオン（１０）
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】図２は図１に示したトラニオン（１０）の側面
図である。
図である。
【図３】図３は図１に示したトラニオン（１０）の断面
図である。
図である。
【図４】図４は摩擦溶接及び機械加工後における被覆付
き定着ローラー集合体の断面図である。
き定着ローラー集合体の断面図である。
【図５】図５は図４に示したローラー集合体の斜視図で
ある。
ある。
【図６】図６は被覆付き定着ローラー集合体に組み付け
られる断熱スリーブの側面図である。
られる断熱スリーブの側面図である。
【図７】図７は図６に示したスリーブの正面図である。
【図８】図８は断熱スリーブ、軸受け及び駆動歯車を装
備した定着ローラー集合体の断面図である。
備した定着ローラー集合体の断面図である。
【図９】図９は図８に示した定着ローラー集合体の斜視
図である。
図である。
１０…トラニオン １２…ローラー駆動のためトラニオンに設けた方形体 １４…摩擦または慣性溶接のための孔 １６…摩擦溶接の際に据え込まれるトラニオン外周面 １８…機械加工のための凹部 ２０…摩擦溶接継ぎ手となるダブテール ２２…内側管径とは間隔を保つダブテールの直径 ２４…機械加工のための面取り部 ２６…ランプ組み込みのための面取り部 ２８…軸受け部 ３０…保持環の溝 ３２…定着ローラー・コア ３４…エラストマー定着ローラー・コーティング ３６…トラニオン肩部 ３８…定着ローラーの長さ
フロントページの続き (72)発明者 アレン カス アメリカ合衆国，ニューヨーク 14534, ピッツフォード，パーク リッジ ロード 81 (72)発明者 カールシュテン ウエケルト ドイツ連邦共和国，ミュールハウゼン 73347，グリュイビンゲン ブライトビイ ゼン，ベルク ミュールハウゼン
Claims (1)
- 【請求項１】 静電複写またはデジタル印刷のための定
着装置であって、（ａ）コア及び（ｂ）前記コアに溶接
したトラニオンを含んで構成され、前記トラニオンがそ
の肩部に透孔を有することを特徴とする前記定着装置。
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