JP2007004028A - 加熱用ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】補強部材の組み付けが容易であり、且つその補強効果を常に十分に発揮し得る加熱用ローラ。
【解決手段】内部に備えられる熱源４によって加熱される薄肉の円筒体５と、前記円筒体の内周面５ａに外周縁が当接して、前記円筒体５の半径方向の変形を防止する補強部材とを備える画像形成装置の加熱用ローラ２であって、前記補強部材が、前記円筒体の内周面全長又は略全長にわたって拡径方向に押圧付勢する押圧付勢部材７からなる加熱用ローラ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部に備えられる熱源によって加熱される薄肉の円筒体と、前記円筒体の内周面に外周縁が当接して、前記円筒体の半径方向の変形を防止する補強部材とを備える画像形成装置の加熱用ローラに関する。

一般に、画像形成装置（複写機、プリンター又はファクシミリあるいはこれらの複合機等）に内蔵されている定着装置は、内部にヒータを内蔵した定着ローラ（加熱用ローラ）と、定着ローラに圧接した加圧ローラとを備えている。そして、この種の定着装置は、トナー像を転写した用紙を、ヒータにより加熱された定着ローラと加圧ローラとの圧接部に通過させて、その熱エネルギーと圧力によってトナーを軟化溶融させて用紙に定着させるものである。
そこで、定着ローラには、加圧ローラにより高い圧力が付与されるので、従来、変形を防ぐために定着ローラは厚肉に形成されていた。しかし、定着ローラを厚肉にすると、熱容量が大きくなるため、定着ローラを加熱するまでに時間が掛かり（立ち上げ時間が長くなる）使い勝手が悪くなると共に、立ち上げ時間が長いので常に電源をＯＮの状態にして使用するとった不経済な使用方法（エネルギー消費効率の悪化）が強いられ得るという問題がある。
これに対し、定着ローラを薄肉の熱容量の小さい円筒体で構成し、薄肉にした分、その機械的強度を補強するために、複数のリング状補強部材を円筒体の内周面に圧入した定着ローラが考案されている（特許文献１参照）。

特許第３３７３６７２号公報

しかしながら、上記従来例の定着ローラにおいては、複数のリング状補強部材を１枚ずつ円筒体内に圧入しなくてはならないので、組み立て作業が面倒であった。
また、上記従来例においては、各リング状補強部材の位置決めが困難で、常に所定位置にきちんと正確に固定されるものではない。例えば、リング状補強部材が、円筒体の軸心に対して斜めに固定されてしまい、使用の際に十分な補強効果を発揮せず、定着ローラが変形（ロール撓み）し、トナー像がきちんと定着されず用紙が汚れたり、用紙搬送の際に紙しわを生じ得るといった問題を抱えていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、補強部材の組み付けが容易であり、且つその補強効果を常に十分に発揮し得る加熱用ローラを提供するものである。

本発明の第１特徴構成は、内部に備えられる熱源によって加熱される薄肉の円筒体と、前記円筒体の内周面に外周縁が当接して、前記円筒体の半径方向の変形を防止する補強部材とを備える画像形成装置の加熱用ローラであって、前記補強部材が、前記円筒体の内周面を全長又は略全長にわたって拡径方向に押圧付勢する押圧付勢部材からなる加熱用ローラである点にある。

〔作用及び効果〕
本発明の加熱用ローラは、薄肉の円筒体を備えているので、熱容量が小さく、内部に備えられる熱源（ヒーター）によって加熱用ローラを十分に加熱するのに要する時間とエネルギーとを節約することができる。その結果、画像形成装置の立ち上げ時間も短縮されるので使い勝手も良くなり、尚且つエネルギー消費効率も高くなり省エネルギー化が図れ、コスト削減にもつながる。さらに、本発明の加熱用ローラは、前記円筒体の内周面に外周縁が当接して、前記円筒体の半径方向の変形を防止する補強部材を備えているので、加圧ローラにより圧力が付与されても変形し難い。
また、本発明の特徴として、補強部材が、円筒体の内周面全長又は略全長にわたって拡径方向に押圧付勢する押圧付勢部材から構成されているので、本発明の加熱用ローラを組み立てる際には、円筒体内にその押圧付勢部材を挿入するだけで、容易に組み立てることも可能である。

本発明の第２特徴構成は、前記押圧付勢部材が、前記円筒体の軸心に沿って内嵌したコイルバネから成るものである点にある。

〔作用及び効果〕
押圧付勢部材が、前記円筒体の軸心に沿って内嵌したコイルバネから成るので、例えば、そのようなコイルバネとして、圧縮コイルバネや引張コイルバネ（以下、コイルバネと記す）を使用することができる。
これらのコイルバネは、市販品を使用することもできるので、安価且つ容易に入手することが可能であり、その材質、線径、ピッチ、外径等を必要に応じて任意に選択することにより、その補強効果を適宜調整することも可能である。

本発明の第３特徴構成は、前記コイルバネは、圧縮力や引張力が作用していない状態において、前記円筒体の内径よりも大きい外径を有するコイルバネである点にある。

〔作用及び効果〕
コイルバネに圧縮力や引張力が作用していない状態（以下、自然状態と称する）において、円筒体の内径Ｄと、コイルバネの外径ｄとの関係がｄ＞Ｄである場合、コイルバネを円筒体内に挿入する際は、コイルバネを引き伸ばして、その外径ｄを円筒体内径Ｄより小さくして挿入する。
つまり、自然状態でのコイルバネの外径ｄを円筒体の内径Ｄより若干大きくすることで、コイルバネが収縮して元の自然状態の外径ｄの大きさに戻ろうとする弾性復元力が、円筒体の内周面をその全長又は略全長にわたって、拡径方向に押圧付勢する力として作用し、円筒体の半径方向の変形を防止することが可能となる。
従って、円筒体の半径方向の変形を防止する補強部材としてコイルバネを使用した場合、従来例のリング状補強部材における位置決めの問題も発生することがなく、円筒体全長又は略全長にわたって常に十分な補強効果を発揮し得る。

本発明の第４特徴構成は、前記コイルバネが、発熱抵抗体である点にある。
〔作用及び効果〕
コイルバネが発熱抵抗体であるため、構造が簡単で、尚且つ、加熱用ローラがより効率的に加熱され得、立ち上げ時間をより一層短縮することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

〔実施形態〕
図１は、本発明の定着ローラ２（加熱用ローラ）を備える定着装置１を概略的に示した横断面図であり、図２は、同じく本発明の定着ローラ２を備える定着装置１の縦断面図である。
定着装置１は、アルミニウム等の熱伝導率の良い薄肉の円筒体５からなる定着ローラ２と、定着ローラ２に圧接する加圧ローラ３とから主に構成されており、両ローラ２、３は、ベアリング１３等の軸受けを備える一対の枠体９により、軸心周りに回転自在に支持されている。

定着ローラ２の内部には、定着ローラ２を加熱する熱源としてのヒータ４が円筒体５の長手方向全長にわたって、その軸心に位置するように固定される。
さらに、定着ローラ２の円筒体５の内部には、円筒体５の半径方向の変形を防止するための押圧付勢部材７が、円筒体５の長手方向全長又は略全長にわたって設けられており、その外周部が円筒体の内周面５ａに当接し、円筒体５の拡径方向に押圧付勢し得る構成となっている。
本発明において適用することが可能な押圧付勢部材７としては、例えば、圧縮コイルバネや引張コイルバネといったコイルバネが挙げられる。

定着ローラ２の両端に設けられるフランジ部１１は、主に小径部１１ｃと大径部１１ｄとから構成されており、ヒータ４を通すための孔１１ｂが設けられている。フランジ部１１の外径の大きさは、円筒体５の内径の大きさと同程度であり、内周面５ａに大径部１１ｄの外周部が当接し得る。また、大径部１１ｄの外周部には、押圧付勢部材７の端部を巻き付けて固定し得る収容溝１１ａが設けられている。
小径部１１ｃを、枠体９に備えられたベアリング１３で軸受けすることにより定着ローラ２が回転自在に支持される。

図３は、本発明の定着ローラ２の組み立て方法の一例を示している。
なお、図３（イ）に示されるように、本実施形態において使用される押圧付勢部材７はコイルバネであり、自然状態（圧縮力や引張力が作用していない状態）での外径ｄが、円筒体５の内径Ｄよりも大きい（ｄ＞Ｄ）。
従って、押圧付勢部材７を円筒体内に挿入する際は、押圧付勢部材７を引き伸ばして、その外径ｄを円筒体内径Ｄより小さくして挿入する。
押圧付勢部材７の外径ｄを円筒体の内径Ｄより若干大きくすることで、コイルバネ（押圧付勢部材７）が収縮して元の自然状態の外径ｄの大きさに戻ろうとする弾性復元力が、円筒体の内周面全長又は略全長を拡径方向に押圧付勢する力として作用し、円筒体の半径方向の変形を防止することが可能となる。

本発明の定着ローラ２を組み立てる際は、まず、図３（ロ）に示すように押圧付勢部材７を引き伸ばし、その外径ｄを円筒体５の内径Ｄよりも小さくして（ｄ＜Ｄ）、押圧付勢部材７を円筒体５内に通す。そして、押圧付勢部材７の両端をそれぞれフランジ部１１の収容溝１１ａにて固定し、最後に図３（ハ）に示すように２つのフランジ部１１をそれぞれ円筒体５の両端に固定する。
このとき、図３（ハ）に示すように、押圧付勢部材７の外径ｄの大きさは、円筒体５の内径Ｄと同じになり（ｄ＝Ｄ）、押圧付勢部材７の外周縁が円筒体５の内周面５ａに当接し、内周面５ａをその全長又は略全長にわたって拡径方向に押圧付勢する。
上記の押圧付勢部材７は、加圧ローラにより付与される圧力に対して、円筒体５の変形を防止し得るものであれば、その材質、線径、ピッチ、外径等は必要に応じて任意に選択することができるが、さらに好ましくは、円筒体５と同等以上の熱伝導率を有する材質（例えば、硬銅線、ステンレス鋼線、銅合金線等）で形成されることが望ましい。

〔別実施形態〕
図４は、本発明の別実施形態を示した横断面図である。本発明の別実施形態は、上述の実施形態とは異なり、ベルト式の定着装置１において、外部加熱ローラ１４に本発明を適用したものである。

定着装置１は、アルミニウム等の熱伝導率の良い薄肉の円筒体５からなる外部加熱ローラ１４（加熱用ローラ）、定着ローラ２、定着ローラ２に圧接する加圧ローラ３とから主に構成されており、これら３種類のローラは、ベアリング等の軸受けを備える一対の枠体により、軸心周りに回転自在に支持されている（図示せず）。尚、外部加熱ローラ１４の構成については、上述の実施形態における定着ローラと略同様であり、その内部には、熱源としてのヒータ４と、円筒体５の半径方向の変形を防止するための押圧付勢部材７（コイルバネ等）が設けられている。

図４に示されるように、循環運動する定着ベルト１５が、定着ローラ２及び外部過熱ローラ１４の間に巻き掛けられており、トナー像を転写した用紙を、ヒータ４により加熱された定着ベルト１５と、加圧ローラ３との圧接部に通過させて、その熱エネルギーと圧力によってトナーを軟化溶融させて用紙に定着させる。

〔その他の実施形態〕
１．本発明の加熱用ローラに適用可能な加圧ローラの形状は、加圧ローラの胴体長手方向の両端部の外径よりも中心部の外径の方が大きい宮太鼓のような形状をとるようにしても良い。加圧ローラがこのような形状をとることにより、加圧ローラ胴体の中心部の周速度が、両端部の周速度よりも大きくなる。従って、定着ローラ（若しくは定着ベルト）と加圧ローラとの圧接部に用紙を通過させて搬送する際、搬送方向からみたときの用紙の中心部の搬送速度は、用紙の両端部の搬送速度よりも大きくなるので、用紙の中心部が引っ張られるような状態となり、紙しわが生じ難くなる。尚、本発明の定着ローラは、そうした加圧ローラの形状に合わせて円弧状になり易く、用紙全体を満遍なく均一に加熱することができる。
２．上述の実施形態における押圧付勢部材（コイルバネ）を、電流を流すと発熱する発熱抵抗体とする構成としても良い。この場合、定着ローラ（若しくは外部加熱ローラ及び定着ベルト）がより効率的に加熱され得、立ち上げ時間がより一層短縮され得る。
３．本発明に適用可能なコイルバネ（押圧付勢部材）は、上述の実施形態に示されるようなコイルバネに限定されず、自然状態においてはｄ＜Ｄの関係にあり、圧縮状態にあるときはｄ＞Ｄであるようなコイルバネを使用することも可能である。つまり、この場合のコイルバネは、コイルバネに加えられる圧縮力が、円筒体の内周面全長又は略全長を拡径方向に押圧付勢する力として作用し、円筒体の半径方向の変形を防止することが可能となる。尚、このようなコイルバネを使用した場合、円筒体が、その内周面とコイルバネとの間に生じる摩擦によって軸心の両方向へ引っ張られる状態となり、上述の実施形態のコイルバネを使用する場合と比べると円筒体の表面に凸凹形状が生じ難い。

本発明の定着ローラを備える定着装置の横断面図 本発明の定着ローラを備える定着装置の縦断面図 本発明の定着ローラの組み立て方法を示した縦断面図 本発明の別実施形態を示した横断面図

符号の説明

１ 定着装置
２ 定着ローラ
３ 加圧ローラ
４ ヒータ
５ 円筒体
５ａ 内周面
７ 押圧付勢部材
９ 枠体
１１ フランジ部
１１ａ 収容溝
１１ｂ 孔
１１ｃ 小径部
１１ｄ 大径部
１３ ベアリング（軸受け）
１４ 外部加熱ローラ
１５ 定着ベルト

Claims (4)

1. 内部に備えられる熱源によって加熱される薄肉の円筒体と、前記円筒体の内周面に外周縁が当接して、前記円筒体の半径方向の変形を防止する補強部材とを備える画像形成装置の加熱用ローラであって、
   前記補強部材が、前記円筒体の内周面を全長又は略全長にわたって拡径方向に押圧付勢する押圧付勢部材からなる加熱用ローラ。
2. 前記押圧付勢部材が、前記円筒体の軸心に沿って内嵌したコイルバネから成るものである請求項１に記載の加熱用ローラ。
3. 前記コイルバネは、圧縮力や引張力が作用していない状態において、前記円筒体の内径よりも大きい外径を有するコイルバネである請求項２に記載の加熱用ローラ。
4. 前記コイルバネが、発熱抵抗体である請求項２又は３のいずれか１項に記載の加熱用ローラ。

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