JP2015034971A - 定着用ローラ、その製造方法、定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄを接合した定着装置用ローラ２０２において、パイプ材２０２ａに対して、フランジ２０２ｄが回転方向にも長手引き抜き方向にも十分な強度を持ったローラを提供する。【解決手段】パイプ材外周にＣ面取り形状部２０２ｆを設けたピン挿入穴２０２ｅにピン２０２ｇを挿入後、ピン端部２０２ｇ１をつぶしてＣ面取り形状部２０２ｆとピンを密着させる。【選択図】図８

Description

本発明は、シート上の未定着トナー像を定着するために用いられる定着用ローラ、これを製造する製造方法、及び、これを備えた定着装置に関する。

複写機、プリンタ、あるいはそれらの複合機等、電子写真プロセス等を採用した画像形成装置においてトナー像を記録材（シート）に定着する定着装置に用いられる定着用ローラは軽量化や低価格化が求められている。そのような観点から、定着用ローラは中空のパイプ材（円筒部材）を用いるものが多く使用されるようになってきている。

ここで、特許文献１には、中空のパイプ材を用いた加熱用ロールが提案されている。この加熱用ロールは、中空のパイプ材からなるロール本体と、そのロール本体に内挿される中空状の軸部材（フランジ）からなり、軸部材の外周面がロール本体の内周面にかしめつけられているものである。

特開平３−１２６９７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の加熱用ロールの場合、パイプ材と軸部材をかしめることにより接合する構造となっていることから、十分な接合強度を確保することが困難である。

そこで、パイプ材と軸部材を貫通するように穴部を設け、この穴部にピンを圧入することにより、両者を強固に固定することが好ましい。このような構成を採用すれば、両者の固定関係は長期に亘り維持することが可能となる。

本発明はこれを更に発展させたものである。

本発明に係る定着用ローラの代表的な構成は、
中空の円筒部材と、
前記円筒部材の長手方向一端に内挿される軸部材と、
前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部と、
前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に形成される第１の面取り部と、
前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に形成される第２の面取り部と、
前記穴部に挿入されて前記円筒部材と前記軸部材を固定するためのピンであって、その両端部が変形されて前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に密着しているピンと、
を有することを特徴とする。

また、本発明に係る定着用ローラの定着用ローラの製造方法の代表的な構成は、
中空の円筒部材の長手方向一端に軸部材を内挿する工程と、
前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部を形成する工程と、
前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に第１の面取り部を形成する工程と、
前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に第２の面取り部を形成する工程と、
前記穴部にピンを挿入する工程と、
前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に前記ピンが密着するように前記ピンの両端部を変形させる工程と、
有することを特徴とする。

また、本発明に係る定着用ローラの定着装置の代表的な構成は、
シート上の未定着トナー像を定着するために用いられる定着用ローラを有する定着装置であって、前記定着用ローラは、
中空の円筒部材と、
前記円筒部材の長手方向一端に内挿される軸部材と、
前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部と、
前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に形成される第１の面取り部と、
前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に形成される第２の面取り部と、
前記穴部に挿入されて前記円筒部材と前記軸部材を固定するためのピンであって、その両端部が変形されて前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に密着しているピンと、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、定着用ローラを円筒部材とこの円筒部材の長手方向一端に内挿される軸部材を組み合わせて構成する場合の回転方向及び引き抜き方向の接合強度を高めることができる。

実施例１における定着装置の要部の拡大横断右側面模式図と制御系統のブロック図である。 定着装置の要部の途中部分省略の正面模式図である。 画像形成装置の一例の構成略図である。 加圧ローラの構成説明図である。 加圧ローラの芯金（パイプ材）の構成説明図である。 フランジの構成説明図である。 ピン挿入用の穴とＣ面取り形状部の形成説明図である。 ピン挿入用の穴に対するピンの挿入とピン端部の塑性変形処理の説明図である。

以下に、実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明は実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。

［実施例１］
（１）画像形成部
図３は本発明に従う定着用ローラを加圧ローラ２０２として用いた画像定着装置（定着器）４０を搭載した画像形成装置１の一例の構成略図である。この画像形成装置１は、ホスト装置５０（図１）から制御部（制御回路部）４５に入力する画像情報に対応したトナー像を電子写真技術を用いてシート状の記録材（転写材：以下、用紙と記す）Ｐに形成することができるカラープリンタである。用紙Ｐはトナー像が形成できる部材であり、具体例としては、坪量が６０〜１０５ｇ／ｍ^２の普通紙、坪量が１０６ｇ／ｍ^２を越える厚紙、樹脂製シートなどである。

２は画像形成部であり、用紙Ｐに画像を形成するための４つの画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋを有する。用紙Ｐは、給紙カセット１９または２０、もしくは手差しトレイ（マルチ給紙トレイ）２１から給送されて、レジストローラ対２２ａを含む搬送機構２２により搬送される。

各画像形成ステーションは、像担持体としての回転ドラム型の感光体４、帯電部材５、レーザスキャナ６、現像器７、転写部材８、感光体クリーナ９を有する。画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、それぞれ、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、ブラック色のトナー像を形成する。

更に、画像形成部２は中間転写ユニット１０を有し、画像形成ステーション３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋから中間転写ベルト１１に各色トナー像が重畳されて一次転写された合成トナー像を二次転写ローラ１２により用紙Ｐに一括二次転写する。以上の画像形成部２の動作やカラー画像形成プロセスは周知であるので詳細な説明は割愛する。

画像形成部２で未定着のトナー像が二次転写された用紙Ｐは定着装置４０に送られ、トナー像が固着像として定着される。定着装置４０を出た用紙Ｐは予めのモード選択に応じてフラッパ１３により第１経路１４側または第２経路１５側に進路切り替えされる。第１経路１４に導入された用紙Ｐは装置上面側のフェイスダウントレイ１６に排出される。第２経路１５に導入された用紙Ｐは装置側面側のフェイスアップトレイ１７に排出される。

両面画像形成モードの場合は定着装置４０を出た第１面画像形成済みの用紙Ｐは一旦第１経路１４に導入されてからスイッチバック搬送されて第３の経路１８に導入される。そして、再び搬送機構２２を経由して画像形成部２に対して表裏反転された状態で再搬送される。

（２）定着装置
（２−１）装置構成の概略説明
図１は本実施例における定着装置４０の要部の拡大横断右側面模式図と制御系統のブロック図である。図２は定着装置４０の要部の途中部分省略の正面模式図である。

ここで、本実施例の定着装置４０若しくはその構成部材に関して、正面側とは定着装置４０を用紙入口側から見た面、背面側とはその反対側の面（用紙出口側）である。左右とは定着装置４０を正面側から見て左（一端側）または右（他端側）である。本実施例の定着装置４０においては、右側を駆動側、左側を非駆動側としている。

また、上流側と下流側は用紙搬送方向Ｘに関して上流側と下流側である。長手方向（幅方向）や用紙幅方向とは、用紙搬送路面において、用紙Ｐの搬送方向Ｘに直交する方向に実質平行な方向である。短手方向とは用紙搬送路面において、用紙Ｐの搬送方向Ｘに実質平行な方向である。

本実施例の定着装置４０はエンドレスのフィルム（ベルト）加熱方式のオンデマンド定着装置であり、用紙搬送路面内において用紙Ｐの搬送方向Ｘに直交する方向に平行な方向を長手方向とする横長の装置である。定着装置４０は、大別して、加熱部材としてのフィルムユニット２０１と、加圧部材としての加圧ローラ（第２の回転体）２０２と、を有する。

フィルムユニット２０１は、定着フィルム２０３、ヒータ（加熱体）２０４、ヒータホルダ２０５、加圧ステイ２０６、左右両端側の端末部材（定着フランジ）２０７（Ｌ、Ｒ）などの組立て体（アセンブリ）である。

定着フィルム２０３は、可撓性を有する円筒状（筒状、無端状、エンドレス）の加熱回転体（薄肉回転体、エンドレスベルト：以下、フィルムと記す）であり、用紙Ｐに熱を与える加熱部材としての左右方向に長い部材である。本実施例においては、フィルム２０３は、内径３０ｍｍ、厚さ５０μｍの耐熱性のあるポリアミドイミドの可撓性を有する円筒状基体の外周表面にＰＦＡをコーチングした複合層フィルムである。ＰＦＡは四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体樹脂である。フィルム２０３は金属製のものにすることも可能である。

ヒータ２０４、ヒータホルダ２０５、加圧ステイ２０６は何れも左右方向に長い部材である。フィルム２０３は、ヒータ２０４を保持させたヒータホルダ２０５と加圧ステイ２０６、左右両端部側の端末部材２０７からなる組立体の外周長に対してフィルム２０３の内周長を１０２％とし、ややルーズに外嵌させてある。

ヒータ２０４は本実施例においてはセラミックヒータである。このヒータ２０４は細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。ヒータ２０４の長手方向中央部の裏面にはヒータ温度検知部材としてのサーミスタＴＨが配設されている。

ヒータホルダ２０５は耐熱樹脂製の成形品であり、外面中央部に長手に沿ってヒータ嵌め込み溝が形成されている。ヒータ２０４はその溝に嵌め込まれてヒータホルダ２０５に支持されている。ヒータホルダ２０５はヒータ２０４を支持すると共にヒータホルダ２０５と加圧ステイ２０６に外嵌されているフィルム２０３の回転ガイド部材として機能する。

加圧ステイ２０６は剛性を有する部材であり、樹脂製のヒータホルダ２０５の裏面側に押し当てることでヒータホルダ２０５に長手強度を持たせ、かつヒータホルダ２０５を矯正させるための部材である。本実施例においては加圧ステイ２０６は横断面下向きＵ字型の金属型材である。

左右の端末部材２０７は、それぞれ、上記のヒータ２０４、ヒータホルダ２０５、加圧ステイ２０６、フィルム２０３の組立体の左右両端部側において加圧ステイ２０６の左右側の端部に対して取り付けられている。左右の端末部材２０７は、ヒータ２０４、ヒータホルダ２０５、加圧ステイ２０６に対してルーズに外嵌されているフィルム２０３の回転時のヒータホルダ長手に沿う移動およびフィルム端部の内周面をガイドしてフィルム周方向の形状を規制する役目をする。

左右の端末部材２０７は、それぞれ、左右対称形状の耐熱樹脂性の成形品であり、フィルム２０３の長手方向への移動を規制する第一規制部としての、フィルム端面を受け止めるための鍔座部２０７ａを有する。また、フィルム端部に内嵌して回転するフィルム２０３の端部の内面をガイドする第二規制部としての内面ガイド部２０７ｂを有する。内面ガイド部２０７ｂは、後述するように、フィルム２０３が駆動回転体としての加圧ローラ２０２に従動回転する際に横断面形状がほぼ楕円形状になるそのほぼ楕円形状をフィルム２０３が維持するようにフィルム端部の内面をガイドする。

定着用ローラとしての加圧ローラ２０２は下記の部材を有する外径３０ｍｍの複合層ローラである。即ち、中空の円筒部材である芯金（ローラ基体）２０２ａと、その芯金周りに同心一体にローラ状に成形被覆させた弾性層（ゴム層）２０２ｂと、さらにその外周面を被覆させたトナー離型層（表層）２０２ｃと、を有する。芯金２０２ａは軟鋼からなる横断面円形状のパイプ材である。弾性材層２０２ｂはシリコーンゴムである。離型層２０２ｃはＰＦＡである。

芯金２０２ａの左右両端部には、それぞれ、回転中心軸部２０２ｄ２を有するフランジ２０２ｄ（Ｌ、Ｒ）が取り付けられている。芯金２０２ａに対するフランジ２０２ｄの取り付け構造、ローラ２０２の製造方法については後述する。

加圧ローラ２０２は左右両端部の軸部材であるフランジ２０２ｄの軸部２０２ｄ２が、それぞれ、定着装置枠体（フレーム）の左右の側板４１（Ｌ、Ｒ）間に軸受部材（ベアリング）４２（Ｌ、Ｒ）を介して回転可能に保持されて配設されている。駆動側である右側のフランジ２０２ｄＲの軸部２０２ｄ２にはドライブギアＧが同心一体に配設されている。このギアＧに対して制御部４５により制御される駆動手段（モータ）Ｍの駆動力が動力伝達機構（不図示）を介して伝達される。これにより、加圧ローラ２０２は図１において矢印Ｒ２０２の反時計方向に所定の周速度にて回転駆動される。

一方、フィルムユニット２０１は、ヒータホルダ２０５のヒータ配設部側を下向きにして、加圧ローラ２０２の上側に加圧ローラ２０２に対して実質平行に配列して、定着装置枠体の左右の側板４１間に配設されている。より詳しくは、フィルムユニット２０１の左右の端末部材２０７にそれぞれ設けられている縦方向のガイド溝部２０７ｄが左右の側板４１にそれぞれ設けられた縦方向のガイドスリット４１ａの縦縁部に係合している。

これにより、左右の端末部材２０７は、それぞれ、左右の側板４１に対して上下方向にスライド移動可能に保持されている。即ち、フィルムユニット２０１が左右の側板４１に対して上下方向にスライド移動可能に保持されている。フィルムユニット２０１のヒータホルダ２０５のヒータ配設部がフィルム２０３を介して加圧ローラ２０２に対向している。

そして、左右の端末部材２０７の受圧部２０７ｃがそれぞれ左右の加圧機構４３（Ｌ、Ｒ）により所定の押圧力で加圧される。即ち、フィルムユニット２０１が加圧ローラ２０２に対して所定の押圧力で加圧される。これにより、ヒータホルダ２０５のヒータ配設部と加圧ローラ２０２とがフィルム２０３を挟んで相互当接して押圧される。左右の加圧機構４３は例えば加圧バネや加圧カムなどを有する機構である。

本実施例において、左右の加圧機構４３により左右の端末部材２０７に対してそれぞれ１５７Ｎ（１６Ｋｇ）ずつの荷重を与え、総合圧接力を３１４Ｎ（３２Ｋｇ）でフィルムユニット２０１を加圧ローラ２０２に対して加圧するようにしている。これにより、フィルム２０３と加圧ローラ２０２との間に用紙搬送方向Ｘにおいて所定幅のニップ部Ｎが形成される。ヒータ２０４はヒータホルダ２０５のニップ部Ｎに対応する部位にヒータホルダ長手方向に配設されている。

本実施例の定着装置４０において、ヒータ２０４とヒータホルダ２０５がフィルム２０３の内面と接触するニップ形成部材である。そして、加圧ローラ２０２がフィルム２０３を介してニップ形成部材２０４・２０５と共にニップ部Ｎを形成する。

ニップ部Ｎの圧力分布は長手方向で一様であることが望ましい。フィルムユニット１０１への荷重を当てるポイント、加圧ローラ２０２の支持ポイントの都合と、加圧ローラ２０２、加圧ステイ２０５の撓みなどからニップ部Ｎの長手方向中央部の圧が両端部の圧に比べ低くなってしまう。そのことを防止するために加圧ローラ２０２の中央部の径を両端部の径に比べてやや大きく設定している。即ち、加圧ローラ２０２は外径形状がクラウン形状の弾性ローラにしている。

具体的には、加圧ローラ２０２の長手方向中央部の外径が３０ｍｍに対し、長手方向両端部では外形が２００μｍ大きい関係になっている。したがって、加圧ローラ２０２には等分布荷重がかかり、加圧ローラ２０２の支持ポイントである軸受部４２Ｌ・４２Ｒを中心に加圧ローラ２０２を押し下げる方向のモーメントが常に働くことになる。

（２−２）定着動作
定着装置４０の定着動作は次のとおりである。制御部４５は、所定の制御タイミングで駆動手段Ｍを起動する。この駆動手段Ｍから回転駆動伝達系（不図示）を介して加圧ローラ２０２に回転駆動力が伝達される。これにより、加圧ローラ２０２が矢印Ｒ２０２の反時計方向に所定の速度で回転駆動される。

加圧ローラ２０２が回転されることで、ニップ部Ｎにおいてフィルム２０３に加圧ローラ２０２との摩擦力で回転トルクが作用する。これにより、フィルム２０３が、その内面がヒータ２０４の表面に密着して摺動しながら、ヒータホルダ２０５と加圧ステイ２０６の外回りを加圧ローラ２０２の速度とほぼ対応した速度で矢印Ｒ２０３の時計方向に従動回転する。フィルム２０３の内面には半固形状潤滑剤が塗工されており、ニップ部Ｎにおけるヒータ２０４およびヒータホルダ２０５の外面とフィルム２０３の内面との摺動性を確保している。

このように、加圧ローラ２０２はフィルム２０３を駆動するとともにフィルム２０３と協働してニップ部Ｎを形成する駆動回転体である。

また、制御部４５は電力供給部（電源部）４６からヒータ２０４に対する通電を開始する。電力供給部４６からヒータ２０４への電力供給は、フィルムユニット２０１の左右部に装着されている電気コネクタ４７（Ｌ、Ｒ）を介してなされる。この通電によりヒータ２０４は有効発熱領域幅Ａにおいて急速に昇温する。その昇温が、ヒータ２０４の裏面側（上面）の長手方向のほぼ中央部に接するように設けられたサーミスタＴＨによって検知される。サーミスタＴＨはＡ／Ｄコンバータ４８を介して制御部４５に接続されている。

制御部４５はサーミスタＴＨからの出力を所定の周期でサンプリングしており、このように得られた温度情報を温度制御に反映させる構成となっている。つまり、制御部４５はサーミスタＴＨの出力をもとにヒータ２０４の温調制御内容を決定し、電力供給部４６によって、ヒータ２０４の温度が目標温度（設定温度）となるようにヒータ２０４への通電を制御する役割を果たしている。

上記の定着装置４０の制御状態において、画像形成部２側から未定着トナー像を担持した用紙Ｐが定着装置４０側に搬送され、ニップ部Ｎに導入される。用紙Ｐはニップ部Ｎで挟持搬送される過程でヒータ２０４の熱がフィルム２０３を介して付与される。未定着トナー像はヒータ２０４の熱とニップ部Ｎの圧力によって用紙Ｐの面に固着像として定着される。ニップ部Ｎを出た用紙Ｐはフィルム２０３から曲率分離して定着装置４０から排出される。

ニップ部Ｎに用紙Ｐが進入すると、フィルム２０３はヒータ２０３と摺動することによりその摺動抵抗が生ずる。加圧ローラ２０２はその摺動抵抗に打ち勝って回転し用紙Ｐを搬送する。加圧ローラ軸部での負荷トルクは８０Ｎｃｍである。制御部４０は、プリント動作が終了すると定着動作終了の指示により、電源供給部４６からヒータ２０４への給電を停止させ、また、駆動手段Ｍを停止させる。

図２において、Ｂは装置４０に導入可能な用紙Ｐの最大搬送幅であり、ヒータ２０４の有効発熱領域幅Ａと同じ幅或いは少し小さい幅である。ニップ部Ｎの全長域はヒータ２０４の有効発熱領域幅Ａよりも大きい設定にしてある。

上記において、フィルム２０３が用紙（シート）Ｐの未定着トナー像を担持した側の面と接触するように配置された回転体であり、加圧ローラ２０２が用紙Ｐの未定着トナー像を担持した側とは反対側の面と接触するように配置されている回転体である
（２−３）加圧ローラの構成
図４の（ａ）は用紙上（シート上）の未定着トナー像を定着するために用いられる定着用ローラとしての加圧ローラ２０２の途中部分省略の縦断正面模式図、（ｂ）と（ｃ）はそれぞれ（ａ）のローラ２０２の左端部側と右端部側の拡大図である。

この加圧ローラ２０２は、中空の円筒部材であるローラ基体（芯金）としての横断面円形のパイプ材２０２ａを有する。また、このパイプ材２０２ａの左右の端部（パイプ材２０２ａの長手方向一端と長手方向他端）にそれぞれ接合（内挿）された左側と右側の軸部材であるフランジ２０２ｄ（Ｌ、Ｒ）を有する。

また、パイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄとの両者を貫通しているピン挿入用の穴部である穴２０２ｅを有する。また、穴２０２ｅのパイプ材側の開口部に形成された面取り形状部、具体的にはＣ面取り形状部（JIS B 0701に準拠、Ｃ取り形状とも呼ぶ）２０２ｆを有する。そして、穴２０２ｅに挿入されて端部２０２ｇ１が塑性変形２０２ｇ２されてＣ面取り形状部２０２ｆに密着しているピン２０２ｇを有する。Ｃ面取り形状部は、図７に示すように、Ｘ＝Ｙとなる面取り形状部となっている。

この構造により、パイプ材２０２ａの左右の端部に対してそれぞれ左右のフランジ２０２ｄが取り付けられていることを特徴としている。そして、本実施例における定着用ローラは弾性加圧ローラ２０２として使用されるので、上記のようにして左右の端部にそれぞれフランジ２０２ｄが取り付けられたパイプ材２０２ａの外周面に対して別部材としての弾性層（ゴム）２０２ｂが装着される。更にその外周面にトナー離型層２０２ｃが装着されている。弾性層２０２ｂは所定のクラウン形状に成形されて装着される。

ここで、パイプ材２０２ａの外径を切削によりクラウン形状にしても良い。定着装置により、パイプ材２０２ａ、その上の弾性材層２０２ｂの両方にクラウン形状を設けることもある。

パイプ材２０２ａの左右の端部に対する左右のフランジ２０２ｄの取り付け構造はそれぞれ同様である。以下、パイプ材２０２ａの左側の端部に対する左側のフランジ２０２ｄＬの取り付けを代表して具体的に説明する。

図５の（ａ）はパイプ材２０２ａの途中部分省略の縦断正面模式図、（ｂ）は（ａ）のパイプ材２０２ａの左端部側の拡大図である。パイプ材２０２ａは、材質ＳＴＫＭ材（機械構造用炭素鋼管）、全長Ｌ１：３７７ｍｍ、内径ｄ１：２０ｍｍ、外径Ｄ１：２５．５ｍｍである。そして、このパイプ材の両端からＬ２：２１．８ｍｍまでの内径ｄ２をそれぞれ２０．６５ｍｍに拡径加工してある。

図６の（ａ）は左側のフランジ２０２ｄＬと、パイプ材２０２ａの左側端部部分の外観る斜視図、（ｂ）は左側のフランジ２０２ｄＬがパイプ材２０２ａの左側端部に接合されている状態の縦断正面模式図である。フランジ２０２ｄＬは、パイプ材２０２ａの端部内径部（Ｌ２部分）に圧入される円柱状の挿入部２０２ｄ１とローラ２０２の回転中心軸部２０２ｄ２を有する、材質Ｓ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼）の切削加工品である。本実施例においてはパイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄの材質が異なる。両者の材質を同じとしてもよい。

フランジ２０２ｄＬの挿入部２０２ｄ１はパイプ材２０２ａの端部内径部に対して圧入関係となるように挿入部２０２ｄ１の外径がパイプ材２０２ａの端部内径部の内径より少し大きく設定されている。

そして、図６の（ｂ）のように、フランジ２０２ｄＬを、その挿入部２０２ｄ１をパイプ材２０２ａの端部内径部に対して所定に圧入してパイプ材２０２ａの端部に接合する。右側のフランジ２０２ｄＲも同様にパイプ材２０２ａの右側の端部に接合する。右側のフランジ２０２ｄＲは左側のフランジ２０２ｄＬよりも回転中心軸部２０２ｄ２が所定に長いだけで、左側のフランジ２０２ｄＬと同様の挿入部２０２ｄ１を有する。左側のフランジ２０２ｄＬと同じ要領でパイプ材２０２ａの右側の端部に圧入して接合される。以上が横断面円形のパイプ材２０２ａの端部にフランジ２０２ｄを接合する工程である。

そして、パイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄＬの接合の手順（１）〜（４）は以下の通りである。

（１）図７の（ａ）と（ｂ）に示したように、パイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄＬの両者を貫通させてピン挿入用のストレートの穴２０２ｅをドリルにて形成する。本実施例においては、パイプ材の長手方向において設置位置をずらし、且つ、穴の延びる方向（図７（ａ）のα方向とβ方向）が互いに直交するように２つのピン挿入用の穴２０２ｅを形成している。共に穴径は４ｍｍである。

パイプ材２０２ａと右側のフランジ２０２ｄＲの接合部についても同様のピン挿入用の穴２０２ｅを形成する。以上がパイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄとの両者を貫通させてピン挿入用の穴２０２ｅを形成する工程である。

（２）次に、図７の（ｃ）に示すように、パイプ材の径方向一端側と径方向他端側においてパイプ材の穴２０２ｅの周囲にＣ面取り形状部（Ｃ取り形状）２０２ｆを形成する。Ｃ面取り形状部は、２つの穴２０２ｅのそれぞれにおいて形成される（計４カ所）。

このＣ面取り形状部２０２ｆはドリルにて加工していて、Ｃの大きさはＣ１（JIS B 0701）である。つまり、図７において、Ｘ＝Ｙ＝１ｍｍとなる面取り形状部となっている。パイプ２０２ａの右端部側の各穴２０２ｅについても同様のＣ面取り形状部２０２ｆを形成する。以上が穴２０２ｅの開口部にＣ面取り形状部２０２ｆを形成する工程である。

（３）次に、図８の（ａ）と（ｂ）に示したように、各穴２０２ｅに所定長さのピン２０２ｇを貫通させて軽圧入として挿入する。ピン２０２ｇの材質はＡ６０６３（アルミ合金）でその外径は４ｍｍである。長さは両端部分２０２ｇ１がそれぞれ穴２０２ｅのＣ面取り形状部２０２ｆに、Ｃ面取り形状部２０２ｆの空間容積に対応する体積分の長さだけ突出する関係の長さとしてある。パイプ２０２ａの右端部側の各穴２０２ｅについても同様にピン２０２ｇを貫通させて軽圧入として挿入する。以上が穴２０２ｅにピン２０２ｇを貫通させて挿入する工程である。

（４）次に、図８の（ｂ）と（ｃ）に示したように、各ピン２０２ｇの端部２０２ｇ１を図８の（ｃ）に矢印で示すように両サイド方向から工具で塑性変形させてつぶしてＣ面取り形状部２０２ｆに密着させてパイプ材２０２ａの外周面と同一形状にする。パイプ２０２ａの右端部側の各ピン２０２ｇについても同様に塑性変形させてつぶしてＣ面取り形状部２０２ｆに密着させてパイプ材２０２ａの外周面と同一形状にする。以上がピン２０２ｇの端部を塑性変形させてＣ面取り形状部２０２ｆに密着させる工程である。このようにピン端部がつぶされた後はピン２０２ｇはローラから移動することはなくなる。

上記のように、ピン２０２ｇはその端部を塑性変形させてつぶしてＣ面取り形状部２０２ｆに密着させてパイプ材２０２ａの外周面と同一形状にする処理がある。そこで、ピン２０２ｇの材料硬度はパイプ材２０２ａおよびフランジ２０２ｄの材料硬度よりも低いことが望ましい。

上記のピン２０２ｇの端部を塑性変形させてＣ面取り形状部２０２ｆに密着させる工程の後に、必要に応じて、パイプ材２０２ａの外周面に別部材を装着する工程が行なわれる。本実施例においては、弾性加圧ローラとしての使用のために、パイプ材２０２ａの外周面に別部材として、弾性層２０２ｂであるゴムの層、及びさらに表層である離型層２０２ｃが準じに装着されて、図４のような弾性加圧ローラとして仕上げられる。本実施例においては弾性層２０２ｂはクラウン形状に成形される。

ここで、図８の（ｂ）、（ｃ）のように、ピン２０２ｇの端部２０２ｇ１を２０２ｇ２のように塑性変形させてつぶす工程を入れることで、ピン端部がパイプ材外周から出っ張った状態でゴムを装着することと、ピンの挿入忘れのチェックが可能となる。

加圧ローラ２０２のパイプ材２０２ａとフランジ２０２ｄに設けた貫通穴２０２ｅにピン２０２ｇを挿入する構成を採用した。この構成により、加圧ローラ２０２がフィルム２０３を回転させるときに生じる回転方向の力に対抗し加圧ローラ２０２としての形状を保ち続ける効果がある。また、ニップ部Ｎでの加圧力を長手方向で一様にする際に生じる長手方向でパイプ材２０２ａからフランジ２０２ｄを引き抜く方向の力に対抗し加圧ローラ２０２としての形状を保ち続ける効果がある。即ち、上記の２つの力に対抗し加圧ローラ２０２としての形状を保ち続ける効果がある。

（２−４）定着用ローラに関する補足説明
定着装置に用いられるローラにパイプ材を使用した場合、素材自身が中空であるため、パイプ材をローラとして用いる際、両端部に軸部を設けることになる。軸部を設けずにパイプ材外径部位に軸受を係合させると、定着装置内の軸受を含めたローラ専有部分が大きくなり、定着装置自体の小型化を阻害する要因となる。そのことを避けるために、パイプ材の両端部にパイプ材の内径よりも小さいフランジを内挿し、接合し、そのフランジに軸部を持たせることで所定のローラ形状としている。

定着装置に用いられるローラはパイプ材の部分とフランジの部分とで求められる機能が異なるため、それぞれの材質を変えることがある。パイプ材に求められる特性としては、加工性と、熱特性があげられる。

１．加工性
例えば、無端状の定着フィルムに加圧ローラを押し当てる定着装置の場合、定着フィルムと加圧ローラで作成される定着ニップの長手方向の圧力分布が所定の圧力分布となるようにする。そのために、加圧ローラのパイプ材の外周面を湾曲させたようなクラウン形状にすることが多い。そのため切削性が良い材質が求められる。

２．熱特性
また、近年では省エネの観点から複写機が稼働可能になるまでのスタンバイ時間を短くすることが求められている。それ実現するために、ローラ自体の熱容量を少なくし複写機内の定着装置がコピー可能温度に到達する時間を短縮するのが好ましい。それを実現するローラの肉厚を薄くすることが求められている。それに加え、熱伝達性が良い材料も求められる。

一方、フランジに求められる特性は、ベアリリングなどの軸受けと嵌合することから、耐摩耗性を考慮し、耐摩耗性に優れた硬い材質を用いるのが好ましい。

しかし、パイプ材とフランジを接合するにあたり、以下の点を考慮するのが好ましい。

ａ：パイプ材が中空であることから接合面積が十分に確保出来ず、圧入強度が十分に確保できない。

ｂ：パイプ材自身の厚みが薄いため圧入強度の上限が低く、十分な圧入強度が確保できない。

ｃ：定着装置での使用温度は１６０℃以上と高温のため、異種材質を接合した場合、それぞれの材質の熱膨張率の違いから、稼働時に接合部の接合が弱くなる。

そこで、パイプ材とフランジの接合強度不足を補うためにパイプ材とフランジの両方を貫通するピンを追加する。パイプ材とフランジを貫通するピンを追加することで、パイプに対するフランジ回転方向及び長手方向の両方に強度を向上させる効果がある。

接合強度を確保するピン追加する際、パイプ材とフランジにあけたピン挿入穴がストレート形状だと、接合強度確保用のピンは穴から抜け易い。または、所定の位置からずれて取りついてしまう、懸念がある。

定着用ローラとして使用することを考えると、パイプ材外周に別部材としてゴムなど弾性体を付着させる場合もある。ピンの挿入忘れやピンが所定の位置に固定されずに出張っている状態であってもゴムを付着させるとピンに対する不良がわからなくなってしまう。その状態で、定着装置に組み付け、記録材の導入を行うとピンがゴム突き破り他の部品を壊してしまうことがある。

本実施例ではこのような懸念をも改善するために、上記のように、パイプ材とフランジを貫通するピン挿入の穴のパイプ材外周面にＣ面取り形状部を設ける。そして、ピン端部を工具により変形させる際、ピン端部がパイプ材外周に設けたＣ面取り形状部とほぼ一致するように形状を変形させる。このようにして、加圧ローラ芯金作成後、ピンがフランジ、パイプ材からの移動を防止するものである。

このように、複写機の定着装置内のローラを薄肉の中空パイプ材とフランジを組み合わせて構成する際、パイプとフランジにピンを挿入することにより、回転方向及び引き抜き方向の接合強度を高めることが可能となる。よって、耐摩耗性の必要なフランジ部分と熱応答性や切削性が必要なパイプ部分とで求められる特性にあった材料を使い分けることが可能となる。

このことは、フランジ部を別部材化することにもなり、パイプ材外径よりも小さい径の軸受が使用可能となり定着器の小型化を推進すると共に、加圧ローラ芯金作成における素材の切削量を最小にすることが可能となる。

よって、軽量、低コスト、熱応答性の良い加圧ローラの提供が可能となる。また、パイプ材外周にゴムなどを付着させた場合においても、パイプ外周にＣ面取り形状部を追加し、ピン端部をそのＣ面取り形状部に塑性変形で密着させる工程を設けることでピンの位置ずれによるトラブルの無いローラ提供が可能となる。

［その他の事項］
１）本発明に係る定着用ローラは上述した実施例のような弾性加圧ローラ２０２としての使用に限られるものではない。ニップ部を形成する第１の回転体と第２の回転体を有し、ニップ部で画像を担持した記録材を挟持搬送して記録材に画像を定着する定着装置における、第１の回転体または第２の回転体、もしくは第１の回転体と第２の回転体の両者として使用できる。

具体的には、第１の回転体と第２の回転体の一方が熱ローラ定着装置における加熱ローラであり、他方が加圧ローラである。加熱ローラは、ハロゲンヒータ、赤外線ランプ、電磁誘導コイル、通電発熱体などの加熱源により内部加熱あるいは外部加熱される。加圧ローラも加熱する構成にすることもできる。また、上記の第１の回転体と第２の回転体は圧力定着装置における圧力定着ローラ対である。

２）本発明における定着装置には、定着部材により未定着トナー像（顕画剤像、現像剤像）を加熱してあるいは加圧して固着画像として定着又は仮定着する装置の他に、定着されたトナー像を再加熱してつや等の表面性を改質する装置も包含される。

３）画像形成装置の画像形成部は電子写真方式に限られない。静電記録方式や磁気記録方式の画像形成部であってもよい。また、転写方式に限られず、記録材に対して直接方式でトナー像を形成する構成のものであってもよい。

４）実施例において定着装置４０は、実施例の電子写真プリンタ以外の画像形成装置、カラー複写機、ファクシミリ、カラープリンタ、これらの複合機等で実施されてもよい。即ち、実施例の定着装置及び電子写真プリンタは、上述した構成部材の組み合わせには限定されず、それぞれの代替部材で一部又は全部を置き換えた別の実施形態で実現してもよい。

Ｐ・・記録材、４０・・定着装置、２０２・・定着装置用ローラ（弾性加圧ローラ）、２０２ａ・・パイプ材、２０２ｄ・・フランジ、２０２ｅ・・ピン挿入用の穴、２０２ｆ・・Ｃ面取り形状部、２０２ｇ・・ピン、２０２ｇ１・・ピンの端部、２０２ｇ２・・ピン端部の塑性変形している部分

Claims (18)

1. 中空の円筒部材と、
   前記円筒部材の長手方向一端に内挿される軸部材と、
   前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部と、
   前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に形成される第１の面取り部と、
   前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に形成される第２の面取り部と、
   前記穴部に挿入されて前記円筒部材と前記軸部材を固定するためのピンであって、その両端部が変形されて前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に密着しているピンと、
   を有することを特徴とする定着用ローラ。
2. 前記第１の面取り部及び前記第２の面取り部の形状はＣ面取り形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着用ローラ。
3. 前記ピンの硬度は前記円筒部材および前記軸部材よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の定着用ローラ。
4. 前記軸部材は前記定着用ローラの軸部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の定着用ローラ。
5. 前記円筒部材の外周面に設けられた弾性層と、前記弾性層の上に設けられたトナー離型層と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の定着用ローラ。
6. 前記定着用ローラはシートの未定着トナー像を担持した側とは反対側の面と接触することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の定着用ローラ。
7. 中空の円筒部材の長手方向一端に軸部材を内挿する工程と、
   前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部を形成する工程と、
   前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に第１の面取り部を形成する工程と、
   前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に第２の面取り部を形成する工程と、
   前記穴部にピンを挿入する工程と、
   前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に前記ピンが密着するように前記ピンの両端部を変形させる工程と、
   有することを特徴とする定着用ローラの製造方法。
8. 前記第１の面取り部及び前記第２の面取り部の形状はＣ面取り形状であることを特徴とする請求項７に記載の定着用ローラの製造方法。
9. 前記ピンが前記第１の面取り部と前記第２の面取り部にて密着された後、前記円筒部材の外周面にゴム層を設ける工程を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の定着用ローラの製造方法。
10. 前記ピンが変形された後、前記円筒部材の外周面に弾性層を設ける工程を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の定着用ローラの製造方法。
11. 前記円筒部材に設けられた前記弾性層の上にトナー離型層を設ける工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の定着用ローラの製造方法。
12. シート上の未定着トナー像を定着するために用いられる定着用ローラを有する定着装置であって、前記定着用ローラは、
    中空の円筒部材と、
    前記円筒部材の長手方向一端に内挿される軸部材と、
    前記円筒部材と前記軸部材を貫通する穴部と、
    前記円筒部材の径方向一端側において前記穴部の周囲に形成される第１の面取り部と、
    前記円筒部材の径方向他端側において前記穴部の周囲に形成される第２の面取り部と、
    前記穴部に挿入されて前記円筒部材と前記軸部材を固定するためのピンであって、その両端部が変形されて前記第１の面取り部と前記第２の面取り部に密着しているピンと、
    を有することを特徴とする定着装置。
13. 前記第１の面取り部及び前記第２の面取り部の形状はＣ面取り形状であることを特徴とする請求項１２に記載の定着装置。
14. 前記ピンの硬度は前記円筒部材および前記軸部材よりも低いことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の定着装置。
15. 前記軸部材は前記定着用ローラの軸部を有することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の定着装置。
16. 前記円筒部材の外周面に設けられた弾性層と、前記弾性層の上に設けられたトナー離型層と、を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の定着装置。
17. 前記定着用ローラはシートの未定着トナー像を担持した側とは反対側の面と接触するように配置されていることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の定着装置。
18. シートの未定着トナー像を担持した側の面と接触するように配置された回転体を更に有することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の定着装置。