JP3644746B2 - 発熱ローラを用いた定着装置及び該発熱ローラの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置及びそれに用いる発熱ローラの製造方法に関し、より詳細には、複写機，ＦＡＸ，電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、紙，フィルムなどの記録材面上に形成された加熱溶融性のトナーからなる画像を加熱して永久固着画像として記録材面上に定着する加熱定着装置の発熱ローラ、および該発熱ローラを用いた定着装置および該発熱ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の電子写真方式による画像形成装置では、感光体の外周面に形成された静電潜像を現像剤（トナー）で現像し、現像されたトナー画像を記録紙に付着（転写）し、転写画像を定着し固定化する。定着装置としては一般に、記録紙に転写したトナーを加熱融解することで定着を行う発熱ローラ定着装置が用いられる。
この発熱ローラ定着法による代表的な定着装置は、内部にハロゲンランプを備えた発熱ローラに加圧ローラを圧接配置し、この発熱ローラと加圧ローラのニップ部に転写紙を搬送することにより、ハロゲンランプの輻射熱で加熱された発熱ローラと加圧ローラのニップ部で転写紙上の現像剤を溶融定着させるように構成されている。
【０００３】
ところが、このような構成の定着装置では、発熱ローラの温度が現像剤の溶融に必要な温度まで昇温するのに数分の時間を要するため、その立ち上がり時間が長くなる。
このため、この種の定着装置において、操作開始後の速やかな記録（コピーまたはプリント）開始という操作性の向上を実現するためには、記録動作を行っていない待機時においても、その定着部の加熱源のハロゲンランプに電力を供給し、発熱ローラを常時一定の温度に保っておく必要がある。
しかしながら、上述のように定着部に常時電力を供給するようにした定着装置は、画像形成装置全体の消費電力量に対する待機時消費電力の占める割合が大きく、画像形成装置の低消費電力化の妨げとなっている。
【０００４】
このような課題を解決するために、金属やセラミックなどから成る筒状の基体パイプの肉厚を薄くした発熱ローラや、さらに基体パイプ外表面に、発熱体パターンを印刷あるいは溶射等により付着させた表面発熱ローラが提案されている。しかしながら、一般に、転写紙にトナーを効率よく定着させるためには、発熱ローラと加圧ローラとの間に十分なニップを得るために、加圧ローラを発熱ローラに大きな圧接力で押圧しなければならない。
このため、上述のような方法により単純に基体を薄くしただけの発熱ローラでは、その加圧時に基体パイプのたわみが大きく、発熱ローラの機械的強度が低下するという不具合がある。
【０００５】
このようなローラのたわみを防止することを目的とした従来の技術として、特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の「加熱定着装置」が知られ、発熱ローラ自体に強度をもたせる構成として、特開平５−１８８８１０号公報記載の「定着装置」が開示されている。更に、ハロゲンランプによる加熱の熱効率を高める構成として、特開平４−３７１９８４号公報記載の「定着装置」が開示された。
【０００６】
特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の加熱定着装置は、発熱ローラを、上下方向から加圧ローラと、少なくとも一本のたわみ防止ローラで挟み込むことにより、発熱ローラのたわみ発生を低減させるように構成した定着装置である。
【０００７】
特開平５−１８８８１０号公報に記載の定着装置は、金属製の補強パイプの外周に合成樹脂製の発熱パイプを一体形成して強度を確保し、この一体形成されたパイプと加圧ローラとを圧接させる構造の定着装置である。
【０００８】
特開平４−３７１９８４号公報に記載の定着装置は、ハロゲンランプを熱源とし、ハロゲンランプを発熱ローラ内に同軸に設置した加熱方式のもので、発熱ローラの内壁面にリブを設けて内壁面積を外周面積より大きくして、発熱ローラの受熱効率を向上させるようにした定着装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の加熱定着装置の構成では、加圧ローラと、たわみ防止ローラとで発熱ローラを上下から挟み込んでいるため、発熱ローラ自体に相応の強度が必要となり、上述のように発熱ローラの基体パイプの肉厚を薄くしてその熱容量を小さくした場合には、発熱ローラ自体が加圧ローラとたわみ防止ローラとの挟み込みの圧力により破壊されてしまい、高速機への対応が困難となる。
【００１０】
また、特開平５−１８８８１０号公報に記載の定着装置では、発熱パイプと金属製補強パイプとを一体構成することにより圧縮強度は高まるが、この構成では、発熱ローラ自体の熱容量を小さくしても、補強パイプに熱が逃げるため速やかな温度上昇は得られない。
【００１１】
更に、特開平４−３７１９８４号公報に記載の定着装置の構成は、強度の確保にも役立つが、リブを設けたことにより基体パイプの熱容量が大きくなるため、速やかな温度上昇と強度の両立はできない。
上述したように、現状では、速やかな温度上昇を得られ、且つ高速機に対応できるだけの強度を持った加熱手段を有する熱定着装置は実現されていない。
【００１２】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
（１）発熱ローラのつぶれの発生を低減させ、熱容量を大きくすることなく強度を確保することにより、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（２）発熱ローラのつぶれを低減させ、部品点数を減らしコストを下げ、立ち上がり時間が短かくし、かつ、耐久性の高い装置を提供すること、
（３）発熱ローラのたわみの発生とつぶれを低減させ、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（４）発熱ローラのつぶれを低減させ、さらに製作工程を減らした、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（５）発熱ローラのたわみの発生と、つぶれを低減させる補強部を設け、しかも、補強部と発熱ローラの接触部を減らし、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（６）加工中に発熱抵抗層を傷つけることをなくし、加熱ローラの製造方法を提供すること、
（７）簡単に複数の凹凸の加工ができる加熱ローラの基体パイプの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、前記発熱ローラにおける前記凹凸部を除いた部分に対応させて配設される加圧ローラと、前記発熱ローラ又は前記加圧ローラの少なくとも一方を他方に付勢する付勢手段とを有することを特徴としたものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部の範囲は、３０ｍｍ以下とすることを特徴としたものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記凹凸部の隣り合う凸部の距離は、前記発熱ローラの肉厚の２倍以上であることを特徴としたものである。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部まで形成されることを特徴としたものである。
請求項５の発明は、請求項５の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部から一定距離間隔を設けて形成されることを特徴としたものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記発熱ローラは、前記発熱ローラの内部に同軸な方向にハロゲンランプを有し、該ハロゲンランプの熱輻射で表面温度を上げることを特徴としたものである。
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記発熱ローラは、樹脂材料による絶縁層と、表面に面状もしくは線状に形成された発熱抵抗体とを有し、該発熱抵抗体に通電されることで発熱することを特徴としたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部の最大径を、前記発熱ローラの外径よりも大きくしたことを特徴としたものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部が前記発熱ローラのスラスト止めを固定する溝を兼ねることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの両端近傍の外周面で、前記発熱ローラを回転可能に軸支する軸受より内側に設けられていることを特徴としたものである。
【００１７】
請求項１１の発明は、記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、該発熱ローラの内部に挿入された補強パイプとを有し、該補強パイプは前記発熱ローラの前記凹凸部の内側に凸の部分で線接触していることを特徴としたものである。
【００１８】
請求項１２の発明は、熱源と、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラの製造方法であって、液晶ポリマーを用いて押型成形で所定幅の範囲に凹凸部のついた半円筒を２つ作成する工程と、これら２つの半円筒を溶着して円筒を作成する工程と、前記溶着した部分を研磨して基体パイプを作成する工程と、前記基体パイプの表面に発熱抵抗体を塗布する工程と、前記気体パイプの電極部分として導電性の樹脂材料を塗布する工程と、前記電極部分以外にテフロン（登録商標）を塗布する工程とから成ることを特徴としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による発熱ローラの第１の実施の形態を説明するための概略側断面図であり、図中、１は発熱ローラ、１ａ，１ｂは凹凸部、２は加圧ローラ、２ａはゴム層、２ｂは芯金、３は付勢手段、ｎはニップ部、ｔは発熱ローラの肉厚、Ｆは付勢力である。
なお、図１以降の図において、図１の場合と同様な作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付すこととする。
【００２１】
図１に示した熱定着方式の発熱ローラは、端部に軸と直角な方向に直径が異なり長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部１ａ，１ｂを設けた発熱ローラ１と、発熱ローラ１の筒外部に、凹凸部１ａ，１ｂを除いた部分に対応させて配設される加圧ローラ２とを有し、更に発熱ローラ１もしくは加圧ローラ２のうち少なくとも一方を矢印で示す付勢力Ｆで他方に付勢することにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる付勢手段３とを具備している。
なお、発熱ローラ１は両端部外周で軸支されており、加圧ローラ２は芯金２ｂの両端で軸と直角方向に移動可能に軸支されている。
【００２２】
発熱ローラ１は、円筒状（中空形状）で、さらに両端部に筒軸と直角な方向に直径が異なり、長手方向断面形状が複数の凹凸となる凹凸部１ａ，１ｂを設けた基体パイプから成る。
発熱ローラ１の加熱方式としては、ハロゲンランプ方式，表面発熱方式，基体パイプそのものが発熱体となる基体発熱方式がある。
【００２３】
ハロゲンランプ方式は、発熱ローラ１の基材内部に同軸なハロゲンランプ（図示せず）を有し、このハロゲンランプが発熱することによる熱輻射で、ローラ表面温度が上昇する。この方式の基体パイプの材料としては、Al,SUSなどの熱伝導性の良い材質が用いられる。
【００２４】
表面発熱方式では、基体パイプの材料に、ガラスやセラミックス，樹脂，あるいはAl，SUSなどの金属が用いられる。この基体パイプの表面にセラミック発熱体，ニクロム，Ta2N,RuO2,Ag/Pd等の発熱抵抗を溶射,塗布,印刷などによって面状もしくは線状に形成された発熱抵抗体を有し、その発熱抵抗体に通電されることによって発熱する。表面発熱方式の発熱ローラ１の基体パイプとして上記金属を用いる場合には、基体パイプと発熱抵抗体との電気的絶縁のためにSiO2,ポリイミドなどの樹脂材料等による絶縁層を設ける必要がある。
【００２５】
基体パイプそのものが発熱体となっている基体発熱体方式では、基体材料としては、例えば、セラミックス中に導電性材料を分散したもの、導電性繊維を筒状に形成したものなどがあげられる。さらにその上に、ハロゲンランプ方式，表面発熱方式ともに、トナーとの離形性を向上するとともに、他の部材と発熱体との接触で発熱体が損傷するのを防ぎ、また発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロンなどの耐熱樹脂層（図示せず）が形成されている。
【００２６】
発熱ローラ１の基体パイプの肉厚は、発熱源に通電し、発熱ローラ１を加熱し始めてからの定着所望温度に到達するまでの時間、いわゆる昇温時間を短縮する上で薄い方がよい。特に、ＰＰＣやプリンター，ＰＰＦの待機時には定着装置への給電をＯＦＦし、しかも、再印刷時には速やかに立ち上がって、ユーザーを待たせないという省エネルギーと、ユーザーの使い勝手の良さを両立させるための昇温時間（望ましくは３０秒以下、更に望ましくは１０秒以下）を達成するためには、発熱ローラの基体パイプの材料にもよるが、一般に発熱ローラとして用いられている材料（Al,SUSなどの金属,セラミックス,ガラス,耐熱性の樹脂など)の場合には、１mm以下の肉厚ｔにする必要がある。このような薄肉の発熱ローラの場合には当然荷重に対する耐久性が弱くなるため、とくに本発明による発熱ローラ１が効果的となる。
【００２７】
発熱ローラ１に複数の凹凸を設ける凹凸部１ａ，１ｂの範囲は、広い方がつぶれ防止には大きい効果があるが、あまり広すぎると、発熱ローラ１の全体の長さが長くなり、それを実装するＰＰＣ，ＰＰＦ，プリンターなどの装置も大型化してしまうという不具合が生じるので、通常３０ｍｍ以下とするのがよい。また、凹凸のピッチ(隣り合う凸部の距離)としては、狭い方が効果的ではあるが、ピッチは当然基体パイプの肉厚の２倍以上でなければならず、その範囲でできる限り小さくするのが望ましい。また、凹凸部１ａ，１ｂを形成する位置（発熱ローラ終端部からの距離）としては、終端部まで形成しても良いし、終端部から一定距離間隔をあけて形成しても良い。
【００２８】
凹凸部１ａ，１ｂの加工方法としては、押型成形で凹凸部のついた半円筒の基材を二つ作り、溶着して作る方法などがあげられる。この方法では、ローラ材料として、金属，ガラス,樹脂のいずれであっても加工できる。
この構成によれば、図１において、発熱ローラ１を回転駆動することにより、この発熱ローラ１にたわみを生じることなく加圧ローラ２が従動回転されるので、この発熱ローラ１と加圧ローラ２の間のニップ部ｎに、トナー画像の形成された転写紙（図示せず）を通紙することにより、転写紙上にトナー画像を乱すことなく定着させることができる。ここで、加圧ローラ２を駆動し、発熱ローラ１を従動回転させるように構成しても良い。
【００２９】
加圧ローラ２は、シリコンゴム等の離型性の良いゴム層２ａを、金属ローラから成る芯金２ｂの外周面に設けて構成されており、付勢手段３は、コイルバネもしくは板バネ等の加圧機構から成り、発熱ローラ１と加圧ローラ２を矢印Ｆ方向に圧接させる。
これにより発熱ローラ１と加圧ローラ２の間に、転写紙を搬送・加熱するためのニップ部（相互圧接部）ｎが形成される。
【００３０】
（実施例１）
請求項１に記載の構成をもった発熱ローラ１を実施例１として、図１に示すように加圧ローラ２と接触保持し、回転を加えない状態で評価した。
比較例１として、基体パイプに凹凸部を設けない発熱ローラでの評価を行つた。
発熱ローラ構成：図１
発熱ローラ１の直径＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の幅 ＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
【００３１】
荷重を徐々に増やし、実施例１と比較例１とでそれぞれ発熱ローラ１の耐久性を比べた結果、表１のようになった。
【００３２】
【表１】
【００３３】
この結果から明らかなように、実施例１の発熱ローラ１がより大きな荷重に対して耐えることができ、実際の装置（ＰＰＣ，ＰＰＦ，プリンターなど）に組み込んで使用するときの荷重に対するマージン（安全率）をより大きくとることが可能となる。本実施例１の場合、実機での荷重を１２kgfとすると、１０倍以上の安全率となり、信頼性のある発熱ローラが実現できる。
【００３４】
（本発明の第２の実施の形態）
図２は、本発明による発熱ローラの第２の実施の形態を説明するための部分断面図で、図２（Ａ）は発熱ローラの寸法図、図２（Ｂ）は軸受の位置を示す図で、図中、Ｄ1は凹凸部１ａの最大外径、Ｄ2は発熱ローラ１の外径で、４は軸受である。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように発熱ローラ１の凹凸部１ａの最大径Ｄ1が、発熱ローラ１の外径Ｄ2より大きくなるようにする。また、図２（Ｂ）に示すように、発熱ローラ１を回転自在に軸支する軸受４は、インナーレースが両端側外周で発熱ローラ１の凹凸部１ａ，１ｂの端部凸部分にあたり、発熱ローラ１が軸方向に作用するスラスト力を止めるスラスト止めを兼ねることができる。
【００３６】
（実施例２）
請求項２に記載の構成をもった発熱ローラの実施例２として、図２に示した発熱ローラ１を図２（ｂ）に示すように設置し、スラスト止めを設けずに回転させた。
発熱ローラ１の構成：図２（ｂ）
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の設置幅＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
凹凸部の最大径Ｄ1＝４０ｍｍ
その結果、１０００回転させてもローラのスラスト方向ヘのずれは見られなかった。
【００３７】
（本発明の第３の実施の形態）
図３は、本発明による発熱ローラの第３の実施の形態を説明するための部分斜視図であり、図中、５はスラスト止めである。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態は、発熱ローラ１の各々の端部に固定するスラスト止め５を、発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の凹部をスラスト止め５の固定溝として、凹部に固定したものである。従来、スラスト止め５は、発熱ローラ１の基体にスラスト止め固定穴を設け、このスラスト止め固定穴に固定していたが、発熱体１の凹凸部１ａ，１ｂは、補強材の役割を有するとともにスラスト止め５の止め溝としての作用をもっているので、加工工数を低減することができる。
【００３９】
（本発明の第４の実施の形態）
図４は、本発明による発熱ローラの第４の実施の形態を説明するための縦断面図であり、図中、６は補強パイプ、ｔ0は補強パイプの肉厚である。
【００４０】
本発明の第４の実施の形態は、図１に示した発熱ローラにおいて、発熱ローラ１の内部に肉厚ｔ0の補強パイプ６を設けて発熱ローラ１を補強するようにしたもので、図４に示した加熱ローラは熱定着方式のもので、発熱層（図示せず）を有し、基体パイプの端部に軸と直角な方向に直径が異なり、長手方向断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部１ａ，１ｂを設けた筒状の発熱ローラ１である。発熱ローラ１の内部には補強パイプ６が挿入されている。発熱ローラ１の筒外部に、凹凸部１ａ，１ｂ間で軸平行に対向して設けられた加圧ローラ２と、発熱ローラ１もしくは加圧ローラ２のうちの少なくとも一方を矢印で示す付勢力Ｆが他方に付勢することにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる付勢手段３とを具備している。発熱ローラ１と補強パイプ６とは、凹凸部１ａ，１ｂの最小直径部で線接触している。
【００４１】
発熱ローラ１は、筒状で、さらに基体パイプの端部に軸と直角な方向に直径が異なる長手方向断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部１ａ，１ｂを設けた基体の表面にセラミック発熱体，ニクロム，Ｔａ2Ｎ，ＲｕＯ2，Ａｇ／Ｐｄ等の発熱抵抗体(図示せず)を溶射や塗布あるいは印刷などにより、この基体パイプに面状もしくは線状に形成しており、発熱抵抗体は通電によって発熱する。さらに発熱抵抗体上面に、トナーとの離形性を向上するとともに、他の部材と発熱体との接触で発熱体が損傷するのを防ぎ、また発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロン（Ｒ）などの耐熱樹脂層が形成されている。
【００４２】
基体パイプの材料としては、ガラスやセラミックス，樹脂，あるいはＡｌ，ＳＵＳなどの金属が用いられる。金属を用いる場合には、発熱抵抗体との電気的絶縁のためにＳｉＯ2，ポリイミドなどの樹脂材料等による絶縁層(図示せず)を設ける必要がある。また、発熱ローラ１としては、その他に、基体パイプそのものが発熱体となっているものでもよい。そのようなものとしては、例えば、セラミックス中に導電性材料を分散したもの、導電性繊維を筒状に形成したものなどがあげられる。
【００４３】
また、補強パイプ６の材料としては、セラミックス，樹脂，あるいはSUS，アルミ（Al）などの金属のいずれでも良い。望ましくは、熱膨張率が基体とあまり変わらないものが良い。さらに望ましくは、熱容量，熱伝導率が小さいほうが良い。
【００４４】
この構成によれば、図４に示す発熱ローラにおいて、発熱ローラ１を回転駆動することにより、この発熱ローラ１にたわみを生じることなく、加圧ローラ２は従動回転されるので、この発熱ローラ１と加圧ローラ２の間のニップ部ｎに、トナー画像の形成された転写紙(図示せず)を通紙することにより、転写紙上にトナー画像を乱すことなく定着させることができる。ここで、加圧ローラ２を回転駆動し、発熱ローラ１を従動回転させるように構成しても良い。
【００４５】
加圧ローラ２は、シリコンゴム等の離形性の良いゴム層２ａを、金属ローラから成る芯金２ｂに設けて構成されており、付勢手段３は、コイルバネもしくは板バネ等の加圧機構から成り、付勢手段３により発生する矢印で示す付勢力Ｆにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる。
これにより発熱ローラ１と加圧ローラ２の間に、転写紙を搬送・加熱するためのニップ部（相互圧接部）ｎが形成される。
【００４６】
（実施例３）
図４に示した構成による発熱ローラ１を用いて、以下に示すような定着装置を作成し、発熱ローラ１に８００Ｗの電力を供給した場合の立ち上がり時間を測定した。
比較例３として、基体の端部に凹凸部を設けない場合（発熱ローラ１と補強パイプ６が面接触している状態）での測定も行った。
発熱ローラの構成：図４
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝１ｍｍ
基体の材質＝液晶ポリマー
基体に設けた凹凸部の設置幅＝３０ｍｍ
補強パイプの材質＝ＳＵＳ
補強パイプの肉厚ｔ0＝０.５ｍｍ
発熱ローラの熱源供給電力：８００Ｗ
発熱ローラの加熱部の幅 ：３０５ｍｍ
発熱ローラの設定温度 ：１８０゜Ｃ
その結果、実施例３の場合には、立ち上がり時間が４秒であったのに対し、比較例３では１２秒かかり、実施例の立ち上がり時間は比較例３に対し１／３の高速であった。
【００４７】
（本発明の第５の実施の形態）
図５は、本発明による発熱ローラを用いた定着装置の実施の形態を説明するための部分断面図で、図５（Ａ）は軸受を凹凸部の外側に設けた図、図５（Ｂ）は軸受を凹凸部の内側に設けた図である。
【００４８】
第５の実施の形態は、軸受４を発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた発熱ローラ１を用いた定着装置に関するもので、図５（Ａ）に示すように、軸受４を発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた場合と、図５（Ｂ）に示すように、凹凸部１ａ（１ｂ）の内側に設けた場合の発熱ローラ１が軸と直角方向にたわむ、たわみ量は、下記の実施例４に示すように、図５（Ａ）に示すように軸受４を凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた場合の方が小さく、たわみの補正効果が大きい。
【００４９】
（実施例４）
請求項５に記載の発熱ローラを用いた定着装置の実施例４として、図５（Ａ）に示した発熱ローラ１（凹凸部１ａ（１ｂ）が軸受４よりも内側にある）に加重をかけた場合のたわみ量を測定した。
比較例として、図５（Ｂ）に示した凹凸部１ａ（１ｂ）が軸受４よりも外側にある場合の発熱ローラの評価も行った。
発熱ローラ１の構成：図５
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の設置幅Ｄ1＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
【００５０】
荷重を徐々に増やし、実施例４と比較例４とでそれぞれ発熱ローラ１のたわみを比べた結果、表２のようになった。
【００５１】
【表２】
【００５２】
（本発明の第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態は、発熱ローラ１の表面近傍に熱源を有し、請求項１に記載した発熱ローラの構成をもつ発熱ローラ１の製造方法に関するもので、発熱ローラ１の製造工程を、先に基体パイプに凹凸部１ａ，１ｂを加工してから、次工程で基体パイプ表面に発熱抵抗体を塗布する製造方法で、この工程をとることにより加工中に発熱抵抗体を傷付けることを防ぐことができる。
【００５３】
（実施例５）
請求項６に記載の発熱ローラの製造方法の実施例５を以下に説明する。
表面に発熱抵抗体の熱源を有し、図１に示す定着ローラの構成をもつ表面発熱ローラの製造工程の例を示す。
第一工程：液晶ポリマーを用いて、押型成形で幅３０ｍｍの範囲に凹凸部のつい た半円筒を二つ作り、溶着して厚さ１.０ｍｍ，直径３０ｍｍ円筒を作る。
第二工程：溶着部分を研磨して表面をなめらかにして基体を作る。
第三工程：上記基体パイプの表面にAg/Pdからなる発熱抵抗体を塗布する。
第四工程：上記基体パイプの電極部分として導電性の樹脂材料（商品名ドータ イト，藤倉化成（株）製）を塗布する。
第五工程：電極部分以外に発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロン（Ｒ）を 塗布する。
このような工程により、加工中に発熱抵抗体層を傷付けることがなかった。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１−７の発明に対応する効果：記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として記録材面上に固定する定着装置を、端部に軸と直角な方向に径が異なり、軸方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する基体パイプからなる発熱ローラと、前記発熱ローラに対応させて配設される加圧ローラと、前記発熱ローラと前記加圧ローラとを圧接させる付勢手段とで構成したので、発熱ローラとして肉厚の薄い中空の基体を使用しても、端部に長手方向に直角に複数の凹凸を設けることにより断面二次モーメントが大きくなり、基体全体を厚くすることなく補強ができる。
これにより、発熱ローラの熱容量が小さくなり昇温時間の短縮ができ、待機時の予熱（プレヒート）の必要がなく、トータルでの消費電力を大幅に低減させることの可能な定着装置を得ることができる。
また、発熱ローラの外部にたわみ防止ローラを配置したものより、その全体の構成を小型化でき、コストも安くなる。
【００５８】
請求項８の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部の最大径を、前記発熱ローラの外径よりも大きくしたので、従来の構成ではスラスト止めとして、Ｅリング等を使用していたが、本実施例では補強のための複数の凹凸部分がスラスト止めを兼ねるため、部品点数が減り、コストが安くなる。
【００５９】
請求項９の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部が前記発熱ローラのスラスト止めを固定する溝を兼ねるようにしたので、従来の構成ではスラスト止めを固定するために発熱ローラ１の基体に穴をあけてあり、穴あけ工程が必要だったのに対し、それが不要となり加工工程が少なくなり、コストが安くすむ。
【００６０】
請求項１０の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの両端近傍の外周面で、前記発熱ローラを回転可能に軸支する軸受より内側に設けるようにしたので、発熱ローラ１の凹凸部１ａ，１ｂを軸受４より外側に設けたときよりたわみの補正効果が大きくなる。
【００６１】
請求項１１の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、更に、前記発熱ローラの内部に補強パイプを有し、前記発熱ローラの凹凸部の最小径で該発熱ローラと該補強パイプが線接触しているので、発熱ローラとして中空の基体を使用しても、端部に軸方向に直角に複数設けた凹凸部が補強部材の役目をし、基体全体を厚くすることなくつぶれに対する補強ができるので、装置の発熱体として熱容量の小さな発熱ローラを用いることができる。また、更に補強パイプを内部に入れることにより、たわみの防止にもなる。さらに、発熱ローラと補強パイプの接触部分が線接触となるため、接触部分が減り、発熱ローラ加熱時の補強パイプへの熱の逃げ率が小さくなる。
これにより、発熱ローラの昇温時間の短縮ができ、待機時の予熱（プレヒート）の必要がなく、トータルでの消費電力を大幅に低減させることの可能な定着装置を得ることができる。
【００６２】
請求項１２の発明に対応する効果：熱源と、軸方向に径が異なり、長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部とを有する発熱ローラの製造方法であって、前記発熱ローラの基体パイプに、該基体パイプの軸と直角な方向に径が異なり、軸（長手）方向断面形状が凹凸となる加工を施してから、前記基体パイプの表面に発熱抵抗体を塗布するので、加工中に発熱抵抗層を傷つけることがなく、高品質の発熱ローラを提供することができる。
【００６３】
請求項１３の発明に対応する効果：熱源と、軸方向に径が異なり、軸（長手）方向断面形状が凹凸となる凹凸部とを有する発熱ローラの製造方法であって、基体パイプを軸まわりに回転させながら、加工部分の凹凸に対応した位置に、前記基体パイプの外側で軸対象に一対のローラを押し付けて複数の凹凸を加工するので、複雑な形状を有する基体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による発熱ローラの第１の実施の形態を説明するための概略側断面図である。
【図２】 本発明による発熱ローラの第２の実施の形態を説明するための部分断面図である。
【図３】 本発明による発熱ローラを用いた定着装置の第３の実施の形態を説明するための発熱ローラの部分斜視図である。
【図４】 本発明による発熱ローラの第４の実施の形態を説明するための縦断面図である。
【図５】 本発明による発熱ローラを用いた定着装置の実施の形態を説明するための発熱ローラの部分断面図である。
【符号の説明】
１…発熱ローラ、１ａ，１ｂ…凹凸部、２…加圧ローラ、２ａ…ゴム層、２ｂ…芯金、３…付勢手段、４…軸受、５…スラスト止め、６…補強パイプ、ｎ…ニップ部、Ｆ…付勢力、Ｄ1…凹凸部１ａの最大外径、Ｄ2…発熱ローラ１の外径、ｔ0…補強パイプの肉厚。
【発明の属する技術分野】
本発明は、定着装置及びそれに用いる発熱ローラの製造方法に関し、より詳細には、複写機，ＦＡＸ，電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、紙，フィルムなどの記録材面上に形成された加熱溶融性のトナーからなる画像を加熱して永久固着画像として記録材面上に定着する加熱定着装置の発熱ローラ、および該発熱ローラを用いた定着装置および該発熱ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機やプリンタ等の電子写真方式による画像形成装置では、感光体の外周面に形成された静電潜像を現像剤（トナー）で現像し、現像されたトナー画像を記録紙に付着（転写）し、転写画像を定着し固定化する。定着装置としては一般に、記録紙に転写したトナーを加熱融解することで定着を行う発熱ローラ定着装置が用いられる。
この発熱ローラ定着法による代表的な定着装置は、内部にハロゲンランプを備えた発熱ローラに加圧ローラを圧接配置し、この発熱ローラと加圧ローラのニップ部に転写紙を搬送することにより、ハロゲンランプの輻射熱で加熱された発熱ローラと加圧ローラのニップ部で転写紙上の現像剤を溶融定着させるように構成されている。
【０００３】
ところが、このような構成の定着装置では、発熱ローラの温度が現像剤の溶融に必要な温度まで昇温するのに数分の時間を要するため、その立ち上がり時間が長くなる。
このため、この種の定着装置において、操作開始後の速やかな記録（コピーまたはプリント）開始という操作性の向上を実現するためには、記録動作を行っていない待機時においても、その定着部の加熱源のハロゲンランプに電力を供給し、発熱ローラを常時一定の温度に保っておく必要がある。
しかしながら、上述のように定着部に常時電力を供給するようにした定着装置は、画像形成装置全体の消費電力量に対する待機時消費電力の占める割合が大きく、画像形成装置の低消費電力化の妨げとなっている。
【０００４】
このような課題を解決するために、金属やセラミックなどから成る筒状の基体パイプの肉厚を薄くした発熱ローラや、さらに基体パイプ外表面に、発熱体パターンを印刷あるいは溶射等により付着させた表面発熱ローラが提案されている。しかしながら、一般に、転写紙にトナーを効率よく定着させるためには、発熱ローラと加圧ローラとの間に十分なニップを得るために、加圧ローラを発熱ローラに大きな圧接力で押圧しなければならない。
このため、上述のような方法により単純に基体を薄くしただけの発熱ローラでは、その加圧時に基体パイプのたわみが大きく、発熱ローラの機械的強度が低下するという不具合がある。
【０００５】
このようなローラのたわみを防止することを目的とした従来の技術として、特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の「加熱定着装置」が知られ、発熱ローラ自体に強度をもたせる構成として、特開平５−１８８８１０号公報記載の「定着装置」が開示されている。更に、ハロゲンランプによる加熱の熱効率を高める構成として、特開平４−３７１９８４号公報記載の「定着装置」が開示された。
【０００６】
特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の加熱定着装置は、発熱ローラを、上下方向から加圧ローラと、少なくとも一本のたわみ防止ローラで挟み込むことにより、発熱ローラのたわみ発生を低減させるように構成した定着装置である。
【０００７】
特開平５−１８８８１０号公報に記載の定着装置は、金属製の補強パイプの外周に合成樹脂製の発熱パイプを一体形成して強度を確保し、この一体形成されたパイプと加圧ローラとを圧接させる構造の定着装置である。
【０００８】
特開平４−３７１９８４号公報に記載の定着装置は、ハロゲンランプを熱源とし、ハロゲンランプを発熱ローラ内に同軸に設置した加熱方式のもので、発熱ローラの内壁面にリブを設けて内壁面積を外周面積より大きくして、発熱ローラの受熱効率を向上させるようにした定着装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−２４９８７５号公報に記載の加熱定着装置の構成では、加圧ローラと、たわみ防止ローラとで発熱ローラを上下から挟み込んでいるため、発熱ローラ自体に相応の強度が必要となり、上述のように発熱ローラの基体パイプの肉厚を薄くしてその熱容量を小さくした場合には、発熱ローラ自体が加圧ローラとたわみ防止ローラとの挟み込みの圧力により破壊されてしまい、高速機への対応が困難となる。
【００１０】
また、特開平５−１８８８１０号公報に記載の定着装置では、発熱パイプと金属製補強パイプとを一体構成することにより圧縮強度は高まるが、この構成では、発熱ローラ自体の熱容量を小さくしても、補強パイプに熱が逃げるため速やかな温度上昇は得られない。
【００１１】
更に、特開平４−３７１９８４号公報に記載の定着装置の構成は、強度の確保にも役立つが、リブを設けたことにより基体パイプの熱容量が大きくなるため、速やかな温度上昇と強度の両立はできない。
上述したように、現状では、速やかな温度上昇を得られ、且つ高速機に対応できるだけの強度を持った加熱手段を有する熱定着装置は実現されていない。
【００１２】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
（１）発熱ローラのつぶれの発生を低減させ、熱容量を大きくすることなく強度を確保することにより、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（２）発熱ローラのつぶれを低減させ、部品点数を減らしコストを下げ、立ち上がり時間が短かくし、かつ、耐久性の高い装置を提供すること、
（３）発熱ローラのたわみの発生とつぶれを低減させ、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（４）発熱ローラのつぶれを低減させ、さらに製作工程を減らした、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（５）発熱ローラのたわみの発生と、つぶれを低減させる補強部を設け、しかも、補強部と発熱ローラの接触部を減らし、立ち上がり時間が短かく、耐久性の高い装置を提供すること、
（６）加工中に発熱抵抗層を傷つけることをなくし、加熱ローラの製造方法を提供すること、
（７）簡単に複数の凹凸の加工ができる加熱ローラの基体パイプの製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、前記発熱ローラにおける前記凹凸部を除いた部分に対応させて配設される加圧ローラと、前記発熱ローラ又は前記加圧ローラの少なくとも一方を他方に付勢する付勢手段とを有することを特徴としたものである。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部の範囲は、３０ｍｍ以下とすることを特徴としたものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記凹凸部の隣り合う凸部の距離は、前記発熱ローラの肉厚の２倍以上であることを特徴としたものである。
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部まで形成されることを特徴としたものである。
請求項５の発明は、請求項５の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部から一定距離間隔を設けて形成されることを特徴としたものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記発熱ローラは、前記発熱ローラの内部に同軸な方向にハロゲンランプを有し、該ハロゲンランプの熱輻射で表面温度を上げることを特徴としたものである。
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記発熱ローラは、樹脂材料による絶縁層と、表面に面状もしくは線状に形成された発熱抵抗体とを有し、該発熱抵抗体に通電されることで発熱することを特徴としたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部の最大径を、前記発熱ローラの外径よりも大きくしたことを特徴としたものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部が前記発熱ローラのスラスト止めを固定する溝を兼ねることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項１０の発明は、請求項１の発明において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの両端近傍の外周面で、前記発熱ローラを回転可能に軸支する軸受より内側に設けられていることを特徴としたものである。
【００１７】
請求項１１の発明は、記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、該発熱ローラの内部に挿入された補強パイプとを有し、該補強パイプは前記発熱ローラの前記凹凸部の内側に凸の部分で線接触していることを特徴としたものである。
【００１８】
請求項１２の発明は、熱源と、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラの製造方法であって、液晶ポリマーを用いて押型成形で所定幅の範囲に凹凸部のついた半円筒を２つ作成する工程と、これら２つの半円筒を溶着して円筒を作成する工程と、前記溶着した部分を研磨して基体パイプを作成する工程と、前記基体パイプの表面に発熱抵抗体を塗布する工程と、前記気体パイプの電極部分として導電性の樹脂材料を塗布する工程と、前記電極部分以外にテフロン（登録商標）を塗布する工程とから成ることを特徴としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による発熱ローラの第１の実施の形態を説明するための概略側断面図であり、図中、１は発熱ローラ、１ａ，１ｂは凹凸部、２は加圧ローラ、２ａはゴム層、２ｂは芯金、３は付勢手段、ｎはニップ部、ｔは発熱ローラの肉厚、Ｆは付勢力である。
なお、図１以降の図において、図１の場合と同様な作用をする部分には、図１と同じ参照番号を付すこととする。
【００２１】
図１に示した熱定着方式の発熱ローラは、端部に軸と直角な方向に直径が異なり長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部１ａ，１ｂを設けた発熱ローラ１と、発熱ローラ１の筒外部に、凹凸部１ａ，１ｂを除いた部分に対応させて配設される加圧ローラ２とを有し、更に発熱ローラ１もしくは加圧ローラ２のうち少なくとも一方を矢印で示す付勢力Ｆで他方に付勢することにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる付勢手段３とを具備している。
なお、発熱ローラ１は両端部外周で軸支されており、加圧ローラ２は芯金２ｂの両端で軸と直角方向に移動可能に軸支されている。
【００２２】
発熱ローラ１は、円筒状（中空形状）で、さらに両端部に筒軸と直角な方向に直径が異なり、長手方向断面形状が複数の凹凸となる凹凸部１ａ，１ｂを設けた基体パイプから成る。
発熱ローラ１の加熱方式としては、ハロゲンランプ方式，表面発熱方式，基体パイプそのものが発熱体となる基体発熱方式がある。
【００２３】
ハロゲンランプ方式は、発熱ローラ１の基材内部に同軸なハロゲンランプ（図示せず）を有し、このハロゲンランプが発熱することによる熱輻射で、ローラ表面温度が上昇する。この方式の基体パイプの材料としては、Al,SUSなどの熱伝導性の良い材質が用いられる。
【００２４】
表面発熱方式では、基体パイプの材料に、ガラスやセラミックス，樹脂，あるいはAl，SUSなどの金属が用いられる。この基体パイプの表面にセラミック発熱体，ニクロム，Ta2N,RuO2,Ag/Pd等の発熱抵抗を溶射,塗布,印刷などによって面状もしくは線状に形成された発熱抵抗体を有し、その発熱抵抗体に通電されることによって発熱する。表面発熱方式の発熱ローラ１の基体パイプとして上記金属を用いる場合には、基体パイプと発熱抵抗体との電気的絶縁のためにSiO2,ポリイミドなどの樹脂材料等による絶縁層を設ける必要がある。
【００２５】
基体パイプそのものが発熱体となっている基体発熱体方式では、基体材料としては、例えば、セラミックス中に導電性材料を分散したもの、導電性繊維を筒状に形成したものなどがあげられる。さらにその上に、ハロゲンランプ方式，表面発熱方式ともに、トナーとの離形性を向上するとともに、他の部材と発熱体との接触で発熱体が損傷するのを防ぎ、また発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロンなどの耐熱樹脂層（図示せず）が形成されている。
【００２６】
発熱ローラ１の基体パイプの肉厚は、発熱源に通電し、発熱ローラ１を加熱し始めてからの定着所望温度に到達するまでの時間、いわゆる昇温時間を短縮する上で薄い方がよい。特に、ＰＰＣやプリンター，ＰＰＦの待機時には定着装置への給電をＯＦＦし、しかも、再印刷時には速やかに立ち上がって、ユーザーを待たせないという省エネルギーと、ユーザーの使い勝手の良さを両立させるための昇温時間（望ましくは３０秒以下、更に望ましくは１０秒以下）を達成するためには、発熱ローラの基体パイプの材料にもよるが、一般に発熱ローラとして用いられている材料（Al,SUSなどの金属,セラミックス,ガラス,耐熱性の樹脂など)の場合には、１mm以下の肉厚ｔにする必要がある。このような薄肉の発熱ローラの場合には当然荷重に対する耐久性が弱くなるため、とくに本発明による発熱ローラ１が効果的となる。
【００２７】
発熱ローラ１に複数の凹凸を設ける凹凸部１ａ，１ｂの範囲は、広い方がつぶれ防止には大きい効果があるが、あまり広すぎると、発熱ローラ１の全体の長さが長くなり、それを実装するＰＰＣ，ＰＰＦ，プリンターなどの装置も大型化してしまうという不具合が生じるので、通常３０ｍｍ以下とするのがよい。また、凹凸のピッチ(隣り合う凸部の距離)としては、狭い方が効果的ではあるが、ピッチは当然基体パイプの肉厚の２倍以上でなければならず、その範囲でできる限り小さくするのが望ましい。また、凹凸部１ａ，１ｂを形成する位置（発熱ローラ終端部からの距離）としては、終端部まで形成しても良いし、終端部から一定距離間隔をあけて形成しても良い。
【００２８】
凹凸部１ａ，１ｂの加工方法としては、押型成形で凹凸部のついた半円筒の基材を二つ作り、溶着して作る方法などがあげられる。この方法では、ローラ材料として、金属，ガラス,樹脂のいずれであっても加工できる。
この構成によれば、図１において、発熱ローラ１を回転駆動することにより、この発熱ローラ１にたわみを生じることなく加圧ローラ２が従動回転されるので、この発熱ローラ１と加圧ローラ２の間のニップ部ｎに、トナー画像の形成された転写紙（図示せず）を通紙することにより、転写紙上にトナー画像を乱すことなく定着させることができる。ここで、加圧ローラ２を駆動し、発熱ローラ１を従動回転させるように構成しても良い。
【００２９】
加圧ローラ２は、シリコンゴム等の離型性の良いゴム層２ａを、金属ローラから成る芯金２ｂの外周面に設けて構成されており、付勢手段３は、コイルバネもしくは板バネ等の加圧機構から成り、発熱ローラ１と加圧ローラ２を矢印Ｆ方向に圧接させる。
これにより発熱ローラ１と加圧ローラ２の間に、転写紙を搬送・加熱するためのニップ部（相互圧接部）ｎが形成される。
【００３０】
（実施例１）
請求項１に記載の構成をもった発熱ローラ１を実施例１として、図１に示すように加圧ローラ２と接触保持し、回転を加えない状態で評価した。
比較例１として、基体パイプに凹凸部を設けない発熱ローラでの評価を行つた。
発熱ローラ構成：図１
発熱ローラ１の直径＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の幅 ＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
【００３１】
荷重を徐々に増やし、実施例１と比較例１とでそれぞれ発熱ローラ１の耐久性を比べた結果、表１のようになった。
【００３２】
【表１】
この結果から明らかなように、実施例１の発熱ローラ１がより大きな荷重に対して耐えることができ、実際の装置（ＰＰＣ，ＰＰＦ，プリンターなど）に組み込んで使用するときの荷重に対するマージン（安全率）をより大きくとることが可能となる。本実施例１の場合、実機での荷重を１２kgfとすると、１０倍以上の安全率となり、信頼性のある発熱ローラが実現できる。
【００３４】
（本発明の第２の実施の形態）
図２は、本発明による発熱ローラの第２の実施の形態を説明するための部分断面図で、図２（Ａ）は発熱ローラの寸法図、図２（Ｂ）は軸受の位置を示す図で、図中、Ｄ1は凹凸部１ａの最大外径、Ｄ2は発熱ローラ１の外径で、４は軸受である。
【００３５】
図２（Ａ）に示すように発熱ローラ１の凹凸部１ａの最大径Ｄ1が、発熱ローラ１の外径Ｄ2より大きくなるようにする。また、図２（Ｂ）に示すように、発熱ローラ１を回転自在に軸支する軸受４は、インナーレースが両端側外周で発熱ローラ１の凹凸部１ａ，１ｂの端部凸部分にあたり、発熱ローラ１が軸方向に作用するスラスト力を止めるスラスト止めを兼ねることができる。
【００３６】
（実施例２）
請求項２に記載の構成をもった発熱ローラの実施例２として、図２に示した発熱ローラ１を図２（ｂ）に示すように設置し、スラスト止めを設けずに回転させた。
発熱ローラ１の構成：図２（ｂ）
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の設置幅＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
凹凸部の最大径Ｄ1＝４０ｍｍ
その結果、１０００回転させてもローラのスラスト方向ヘのずれは見られなかった。
【００３７】
（本発明の第３の実施の形態）
図３は、本発明による発熱ローラの第３の実施の形態を説明するための部分斜視図であり、図中、５はスラスト止めである。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態は、発熱ローラ１の各々の端部に固定するスラスト止め５を、発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の凹部をスラスト止め５の固定溝として、凹部に固定したものである。従来、スラスト止め５は、発熱ローラ１の基体にスラスト止め固定穴を設け、このスラスト止め固定穴に固定していたが、発熱体１の凹凸部１ａ，１ｂは、補強材の役割を有するとともにスラスト止め５の止め溝としての作用をもっているので、加工工数を低減することができる。
【００３９】
（本発明の第４の実施の形態）
図４は、本発明による発熱ローラの第４の実施の形態を説明するための縦断面図であり、図中、６は補強パイプ、ｔ0は補強パイプの肉厚である。
【００４０】
本発明の第４の実施の形態は、図１に示した発熱ローラにおいて、発熱ローラ１の内部に肉厚ｔ0の補強パイプ６を設けて発熱ローラ１を補強するようにしたもので、図４に示した加熱ローラは熱定着方式のもので、発熱層（図示せず）を有し、基体パイプの端部に軸と直角な方向に直径が異なり、長手方向断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部１ａ，１ｂを設けた筒状の発熱ローラ１である。発熱ローラ１の内部には補強パイプ６が挿入されている。発熱ローラ１の筒外部に、凹凸部１ａ，１ｂ間で軸平行に対向して設けられた加圧ローラ２と、発熱ローラ１もしくは加圧ローラ２のうちの少なくとも一方を矢印で示す付勢力Ｆが他方に付勢することにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる付勢手段３とを具備している。発熱ローラ１と補強パイプ６とは、凹凸部１ａ，１ｂの最小直径部で線接触している。
【００４１】
発熱ローラ１は、筒状で、さらに基体パイプの端部に軸と直角な方向に直径が異なる長手方向断面形状が複数の凹凸からなる凹凸部１ａ，１ｂを設けた基体の表面にセラミック発熱体，ニクロム，Ｔａ2Ｎ，ＲｕＯ2，Ａｇ／Ｐｄ等の発熱抵抗体(図示せず)を溶射や塗布あるいは印刷などにより、この基体パイプに面状もしくは線状に形成しており、発熱抵抗体は通電によって発熱する。さらに発熱抵抗体上面に、トナーとの離形性を向上するとともに、他の部材と発熱体との接触で発熱体が損傷するのを防ぎ、また発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロン（Ｒ）などの耐熱樹脂層が形成されている。
【００４２】
基体パイプの材料としては、ガラスやセラミックス，樹脂，あるいはＡｌ，ＳＵＳなどの金属が用いられる。金属を用いる場合には、発熱抵抗体との電気的絶縁のためにＳｉＯ2，ポリイミドなどの樹脂材料等による絶縁層(図示せず)を設ける必要がある。また、発熱ローラ１としては、その他に、基体パイプそのものが発熱体となっているものでもよい。そのようなものとしては、例えば、セラミックス中に導電性材料を分散したもの、導電性繊維を筒状に形成したものなどがあげられる。
【００４３】
また、補強パイプ６の材料としては、セラミックス，樹脂，あるいはSUS，アルミ（Al）などの金属のいずれでも良い。望ましくは、熱膨張率が基体とあまり変わらないものが良い。さらに望ましくは、熱容量，熱伝導率が小さいほうが良い。
【００４４】
この構成によれば、図４に示す発熱ローラにおいて、発熱ローラ１を回転駆動することにより、この発熱ローラ１にたわみを生じることなく、加圧ローラ２は従動回転されるので、この発熱ローラ１と加圧ローラ２の間のニップ部ｎに、トナー画像の形成された転写紙(図示せず)を通紙することにより、転写紙上にトナー画像を乱すことなく定着させることができる。ここで、加圧ローラ２を回転駆動し、発熱ローラ１を従動回転させるように構成しても良い。
【００４５】
加圧ローラ２は、シリコンゴム等の離形性の良いゴム層２ａを、金属ローラから成る芯金２ｂに設けて構成されており、付勢手段３は、コイルバネもしくは板バネ等の加圧機構から成り、付勢手段３により発生する矢印で示す付勢力Ｆにより発熱ローラ１と加圧ローラ２を圧接させる。
これにより発熱ローラ１と加圧ローラ２の間に、転写紙を搬送・加熱するためのニップ部（相互圧接部）ｎが形成される。
【００４６】
（実施例３）
図４に示した構成による発熱ローラ１を用いて、以下に示すような定着装置を作成し、発熱ローラ１に８００Ｗの電力を供給した場合の立ち上がり時間を測定した。
比較例３として、基体の端部に凹凸部を設けない場合（発熱ローラ１と補強パイプ６が面接触している状態）での測定も行った。
発熱ローラの構成：図４
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝１ｍｍ
基体の材質＝液晶ポリマー
基体に設けた凹凸部の設置幅＝３０ｍｍ
補強パイプの材質＝ＳＵＳ
補強パイプの肉厚ｔ0＝０.５ｍｍ
発熱ローラの熱源供給電力：８００Ｗ
発熱ローラの加熱部の幅 ：３０５ｍｍ
発熱ローラの設定温度 ：１８０゜Ｃ
その結果、実施例３の場合には、立ち上がり時間が４秒であったのに対し、比較例３では１２秒かかり、実施例の立ち上がり時間は比較例３に対し１／３の高速であった。
【００４７】
（本発明の第５の実施の形態）
図５は、本発明による発熱ローラを用いた定着装置の実施の形態を説明するための部分断面図で、図５（Ａ）は軸受を凹凸部の外側に設けた図、図５（Ｂ）は軸受を凹凸部の内側に設けた図である。
【００４８】
第５の実施の形態は、軸受４を発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた発熱ローラ１を用いた定着装置に関するもので、図５（Ａ）に示すように、軸受４を発熱ローラ１の凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた場合と、図５（Ｂ）に示すように、凹凸部１ａ（１ｂ）の内側に設けた場合の発熱ローラ１が軸と直角方向にたわむ、たわみ量は、下記の実施例４に示すように、図５（Ａ）に示すように軸受４を凹凸部１ａ（１ｂ）の外側に設けた場合の方が小さく、たわみの補正効果が大きい。
【００４９】
（実施例４）
請求項５に記載の発熱ローラを用いた定着装置の実施例４として、図５（Ａ）に示した発熱ローラ１（凹凸部１ａ（１ｂ）が軸受４よりも内側にある）に加重をかけた場合のたわみ量を測定した。
比較例として、図５（Ｂ）に示した凹凸部１ａ（１ｂ）が軸受４よりも外側にある場合の発熱ローラの評価も行った。
発熱ローラ１の構成：図５
発熱ローラ１の直径Ｄ2＝３０ｍｍ
基体の肉厚ｔ＝０.５ｍｍ
基体の材質 ＝ＳＵＳ
凹凸部の設置幅Ｄ1＝３０ｍｍ
凹凸部のピッチ＝２ｍｍ
【００５０】
荷重を徐々に増やし、実施例４と比較例４とでそれぞれ発熱ローラ１のたわみを比べた結果、表２のようになった。
【００５１】
【表２】
（本発明の第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態は、発熱ローラ１の表面近傍に熱源を有し、請求項１に記載した発熱ローラの構成をもつ発熱ローラ１の製造方法に関するもので、発熱ローラ１の製造工程を、先に基体パイプに凹凸部１ａ，１ｂを加工してから、次工程で基体パイプ表面に発熱抵抗体を塗布する製造方法で、この工程をとることにより加工中に発熱抵抗体を傷付けることを防ぐことができる。
【００５３】
（実施例５）
請求項６に記載の発熱ローラの製造方法の実施例５を以下に説明する。
表面に発熱抵抗体の熱源を有し、図１に示す定着ローラの構成をもつ表面発熱ローラの製造工程の例を示す。
第一工程：液晶ポリマーを用いて、押型成形で幅３０ｍｍの範囲に凹凸部のつい た半円筒を二つ作り、溶着して厚さ１.０ｍｍ，直径３０ｍｍ円筒を作る。
第二工程：溶着部分を研磨して表面をなめらかにして基体を作る。
第三工程：上記基体パイプの表面にAg/Pdからなる発熱抵抗体を塗布する。
第四工程：上記基体パイプの電極部分として導電性の樹脂材料（商品名ドータ イト，藤倉化成（株）製）を塗布する。
第五工程：電極部分以外に発熱抵抗体を電気的に絶縁する目的で、テフロン（Ｒ）を 塗布する。
このような工程により、加工中に発熱抵抗体層を傷付けることがなかった。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１−７の発明に対応する効果：記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として記録材面上に固定する定着装置を、端部に軸と直角な方向に径が異なり、軸方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する基体パイプからなる発熱ローラと、前記発熱ローラに対応させて配設される加圧ローラと、前記発熱ローラと前記加圧ローラとを圧接させる付勢手段とで構成したので、発熱ローラとして肉厚の薄い中空の基体を使用しても、端部に長手方向に直角に複数の凹凸を設けることにより断面二次モーメントが大きくなり、基体全体を厚くすることなく補強ができる。
これにより、発熱ローラの熱容量が小さくなり昇温時間の短縮ができ、待機時の予熱（プレヒート）の必要がなく、トータルでの消費電力を大幅に低減させることの可能な定着装置を得ることができる。
また、発熱ローラの外部にたわみ防止ローラを配置したものより、その全体の構成を小型化でき、コストも安くなる。
【００５８】
請求項８の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部の最大径を、前記発熱ローラの外径よりも大きくしたので、従来の構成ではスラスト止めとして、Ｅリング等を使用していたが、本実施例では補強のための複数の凹凸部分がスラスト止めを兼ねるため、部品点数が減り、コストが安くなる。
【００５９】
請求項９の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部が前記発熱ローラのスラスト止めを固定する溝を兼ねるようにしたので、従来の構成ではスラスト止めを固定するために発熱ローラ１の基体に穴をあけてあり、穴あけ工程が必要だったのに対し、それが不要となり加工工程が少なくなり、コストが安くすむ。
【００６０】
請求項１０の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、前記凹凸部は、前記発熱ローラの両端近傍の外周面で、前記発熱ローラを回転可能に軸支する軸受より内側に設けるようにしたので、発熱ローラ１の凹凸部１ａ，１ｂを軸受４より外側に設けたときよりたわみの補正効果が大きくなる。
【００６１】
請求項１１の発明に対応する効果：請求項１に記載の定着装置において、更に、前記発熱ローラの内部に補強パイプを有し、前記発熱ローラの凹凸部の最小径で該発熱ローラと該補強パイプが線接触しているので、発熱ローラとして中空の基体を使用しても、端部に軸方向に直角に複数設けた凹凸部が補強部材の役目をし、基体全体を厚くすることなくつぶれに対する補強ができるので、装置の発熱体として熱容量の小さな発熱ローラを用いることができる。また、更に補強パイプを内部に入れることにより、たわみの防止にもなる。さらに、発熱ローラと補強パイプの接触部分が線接触となるため、接触部分が減り、発熱ローラ加熱時の補強パイプへの熱の逃げ率が小さくなる。
これにより、発熱ローラの昇温時間の短縮ができ、待機時の予熱（プレヒート）の必要がなく、トータルでの消費電力を大幅に低減させることの可能な定着装置を得ることができる。
【００６２】
請求項１２の発明に対応する効果：熱源と、軸方向に径が異なり、長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部とを有する発熱ローラの製造方法であって、前記発熱ローラの基体パイプに、該基体パイプの軸と直角な方向に径が異なり、軸（長手）方向断面形状が凹凸となる加工を施してから、前記基体パイプの表面に発熱抵抗体を塗布するので、加工中に発熱抵抗層を傷つけることがなく、高品質の発熱ローラを提供することができる。
【００６３】
請求項１３の発明に対応する効果：熱源と、軸方向に径が異なり、軸（長手）方向断面形状が凹凸となる凹凸部とを有する発熱ローラの製造方法であって、基体パイプを軸まわりに回転させながら、加工部分の凹凸に対応した位置に、前記基体パイプの外側で軸対象に一対のローラを押し付けて複数の凹凸を加工するので、複雑な形状を有する基体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による発熱ローラの第１の実施の形態を説明するための概略側断面図である。
【図２】 本発明による発熱ローラの第２の実施の形態を説明するための部分断面図である。
【図３】 本発明による発熱ローラを用いた定着装置の第３の実施の形態を説明するための発熱ローラの部分斜視図である。
【図４】 本発明による発熱ローラの第４の実施の形態を説明するための縦断面図である。
【図５】 本発明による発熱ローラを用いた定着装置の実施の形態を説明するための発熱ローラの部分断面図である。
【符号の説明】
１…発熱ローラ、１ａ，１ｂ…凹凸部、２…加圧ローラ、２ａ…ゴム層、２ｂ…芯金、３…付勢手段、４…軸受、５…スラスト止め、６…補強パイプ、ｎ…ニップ部、Ｆ…付勢力、Ｄ1…凹凸部１ａの最大外径、Ｄ2…発熱ローラ１の外径、ｔ0…補強パイプの肉厚。
Claims (12)
- 記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、前記発熱ローラにおける前記凹凸部を除いた部分に対応させて配設される加圧ローラと、前記発熱ローラ又は前記加圧ローラの少なくとも一方を他方に付勢する付勢手段とを有することを特徴とする定着装置。
- 前記凹凸部の範囲は、３０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記凹凸部の隣り合う凸部の距離は、前記発熱ローラの肉厚の２倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着装置。
- 前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部まで形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記凹凸部は、前記発熱ローラの端部から一定距離間隔を設けて形成されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記発熱ローラは、前記発熱ローラの内部に同軸な方向にハロゲンランプを有し、該ハロゲンランプの熱輻射で表面温度を上げることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の定着装置。
- 前記発熱ローラは、樹脂材料による絶縁層と、表面に面状もしくは線状に形成された発熱抵抗体とを有し、該発熱抵抗体に通電されることで発熱することを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記凹凸部の最大径を、前記発熱ローラの外径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記凹凸部が前記発熱ローラのスラスト止めを固定する溝を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 前記凹凸部は、前記発熱ローラの両端近傍の外周面で、前記発熱ローラを回転可能に軸支する軸受より内側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
- 記録材面上に形成された現像剤からなる画像を加熱し、永久固着画像として前記記録材面上に固定する定着装置であって、 円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラと、該発熱ローラの内部に挿入された補強パイプとを有し、該補強パイプは前記発熱ローラの前記凹凸部の内側に凸の部分で線接触していることを特徴とする定着装置。
- 熱源と、円筒形状で両端部に筒軸と直角な方向に径が異なる長手方向断面形状が凹凸となる凹凸部を有する発熱ローラの製造方法であって、液晶ポリマーを用いて押型成形で所定幅の範囲に凹凸部のついた半円筒を２つ作成する工程と、これら２つの半円筒を溶着して円筒を作成する工程と、前記溶着した部分を研磨して基体パイプを作成する工程と、前記基体パイプの表面に発熱抵抗体を塗布する工程と、前記気体パイプの電極部分として導電性の樹脂材料を塗布する工程と、前記電極部分以外にテフロン（登録商標）を塗布する工程とから成ることを特徴とする発熱ローラの製造方法。
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