JPH10111615A - 中空ローラ状部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉のローラ状部材のキー溝部分に集中する
応力を分散してキー溝の縁部分の破損や亀裂の発生を防
止して高寿命化を図る。 【解決手段】 ローラ状部材を、薄肉の金属等で形成し
た中空の芯材１０と、その端部に嵌着する耐熱断熱部材
製のキー部材１１で構成する。キー部材１１は芯材１０
内に隙間なく挿入可能な外径寸法とする。キー部材１１
を芯材１０のキー溝１３にキー１４を合わせて挿入し、
芯材１０の外周に突出するキー１４にキー溝１５を合わ
せて芯材１０の外側に回転駆動ギヤ１２を装着する。回
転駆動ギヤ１２が外力で回転したときにキー１４によっ
て芯材１０に掛かる力は、回転方向後側では、芯材１０
とキー部材１１の間に隙間がないために、芯材１０を径
方向で外側へ押し上げる方向に掛かり、芯材１０の内面
へ分散され、キー溝１３部分での変形が起こり難くな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コピー、ファクシ
ミリ、プリンター等の電子写真式画像形成装置で定着ロ
ーラ等として用いられる薄肉の中空ローラ状部材に関
し、特に端部に回転駆動ギヤ等の外装部材を取り付ける
ための構造を改良したものに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図１１
は上述のような従来の薄肉中空ローラ状部材の構造を部
分的に示す拡大断面図である。外装部材である回転駆動
ギヤ１を中空のローラ２の端部に固定するこの構造は、
回転駆動ギヤ１の内周側にキー３を設けるとともにロー
ラ２の端部にキー溝４を設け、キー３とキー溝４との嵌
合により回転駆動ギヤ１をローラ２に取り付けている。
図中の矢印Ｒは回転方向を示す。

【０００３】このような構造では、図示せぬ外部のギヤ
との噛み合いによって回転駆動ギア１が回転すると、キ
ー３とキー溝４との嵌合の僅かな隙間によりキー３が撓
み、回転方向前方側のキー溝４側面では回転方向に沿う
力が、回転方向後側のキー溝側面ではキー溝４の側面部
分を斜め外側へ押し上げる方向に力が掛かる。これらを
図では単に矢印で示してある。

【０００４】このような力のうち、回転方向後側で掛か
る力はキー溝４の側縁をめくり上げ、キー溝４を押し広
げるように作用するため、強度不足により側縁部分が破
損しやすくなる。また、キー溝４のローラ２内部側の端
部では、側縁をめくり上げようとする力によって亀裂が
入りやすくなる。このような状態を図１２に示す。図１
２中の斜線で示す部分６が破損しやすい部分であり、７
がキー溝４の先端に入った亀裂である。

【０００５】図１３は従来の中空ローラ状部材におい
て、回転駆動ギヤ１を中実のローラ５の端部に固定する
構造を部分的に示す正面断面図（Ａ）及び側面断面図
（Ｂ）である。この係合構造は、ローラ５の端部を、Ｄ
カットや小判形カットと称されるような形状に形成し
（図示の例はＤカット）、このカット部分５ａに回転駆
動ギヤ１を嵌着している。中実のローラを用いるのは、
電子写真式画像形成装置で紙送りのために用いられるロ
ーラでは小径であるため中空部材でかつキー及びキー溝
係合のものにすると、キーやキー溝が幅の狭いものにな
って係合部分の強度が低下しやすく、上記と同様に破損
しやすくなるためであり、キー及びキー溝係合による構
造はほとんど採用されておらず、図示のローラ５のよう
に中実部材を採用している。

【０００６】ところが上述のＤカットや小判形等の形状
に円筒状のローラ５の端部を加工するのは、取り付け寸
法公差が厳しいため、加工コストが増大するだけでな
く、紙送りローラは数量が多いため、小径であるとはい
っても中実であるために電子写真式画像形成装置全体と
してはかなりの重量となる。

【０００７】このようなローラ端部における外装部材と
の係合による破損を防止するために、特開昭６３−２９
３５７５号公報に開示する技術のように、ローラの周縁
での外装部材との係合ではなく、ローラ端部での突き合
わせによる動力伝達構造が考えられる。ところがこのよ
うな構造では、ローラの軸方向における所要寸法が長く
なり、近年特に小型化を望まれている電子写真式画像形
成装置では、機種によっては採用できないものとなって
いる。

【０００８】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
以下のような多くの目的を達成するためになしたもので
ある。 （１）薄肉のローラ状部材のキー溝部分に集中する応力
を分散して破損を防止し、高寿命化を図る。 （２）紙送りローラ等の軸として使用した時に高寿命化
が達成でき、装置全体の重量を低減させることも実現可
能とする。 （３）キー溝先端部に掛かるせん断応力を解消し、信頼
性を向上させる。 （４）端部の温度の落ち込みを防止する。 （５）寸法精度を厳しくしなくて済み、従って精密な加
工が不要でコスト低減、端部の強度アップを図れるよう
にする。 （６）キー溝部分に掛かる応力を円周方向に分散させ、
高トルクに対応可能とする。 （７）高温での使用時にキー部材が破損するのを防げ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の中空ローラ状部
材のうち請求項１に係るものは、電子写真式画像形成装
置で定着ローラ等として用いられる中空ローラ状部材で
あって、薄肉の金属、ガラスあるいは樹脂から形成する
とともに少なくとも一端部にギア等の外装部材を装着す
るためのキー溝を設けてなる中空の芯材と、上記芯材内
にほぼ隙間なく挿入するキー部材とからなり、該キー部
材の外周部に、上記キー溝に嵌着するキーを設け、上記
外装部材から伝達される力を上記キー部材を介して上記
芯材に伝達するようにしてなることを特徴とする。

【００１０】同請求項２に係るものは、上記外装部材が
ギヤであり、該ギヤに伝達される回転駆動力を上記キー
部材のキーと上記芯材のキー溝を介して伝達することを
特徴とする。

【００１１】同請求項３に係るものは、上記キー部材
が、上記芯材内へ挿入された時に円筒状の胴体部が上記
キー溝端部よりも上記芯材の内部まで挿入される形状を
有することを特徴とする。

【００１２】同請求項４に係るものは、上記キー部材
が、樹脂、ガラス、セラミック等の耐熱断熱部材からな
ることを特徴とする。

【００１３】同請求項５に係るものは、上記キー部材
は、その線膨張係数が上記芯材の線膨張係数より大きい
材質のものとであることを特徴とする。

【００１４】同請求項６に係るものは、上記芯材の上記
キー部材の挿入範囲内に、ピン等を差し込んで上記キー
部材を固定するための孔を少なくとも１個以上設けたこ
とを特徴とする。

【００１５】同請求項７に係るものは、上記キー部材に
スリットを設けてなることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の携帯を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る中空ローラ状部
材のキー及びキー溝係合部分の拡大断面図、図２は側面
断面図、図３は斜視図である。図示のローラ状部材は、
薄肉の金属、ガラスあるいは樹脂から形成した中空の芯
材１０と、その端部に嵌着する樹脂、ガラス、セラミッ
ク等の耐熱断熱部材で形成したキー部材１１とからな
る。キー部材１１は中空の芯材１０内にほぼ隙間のない
ように挿入可能な外径寸法としてある。また図中１２は
回転駆動ギヤで、芯材１０の外周に装着できるように環
状に形成してある。

【００１７】芯材１０の一端部には従来と同様に回転駆
動ギヤを取り付けるためのキー溝１３が形成してあり、
キー部材１１にはこのキー溝１３と嵌着するためのキー
１４が設けてあり、回転駆動ギア１２の内周にはキー１
４を嵌着するためのキー溝１５が形成してある。

【００１８】これら芯材１０、キー部材１１及び回転駆
動ギヤ１２は、キー部材１１を中空の芯材１０のキー溝
１３にキー１４を合わせながら挿入し、芯材１０の外周
に突出するキー１４にキー溝１５を合わせながら芯材１
０の外側に回転駆動ギヤ１２を装着する。キー部材１１
の軸方向長さは、キー溝１３の軸方向長さ以上とてあ
り、装着した状態では、キー部材１１の内側端がキー溝
１３の内側端部を超えるようにしてある。なお、回転駆
動ギヤ１２を装着した後、芯材１０の端部に止め輪１６
をはめ、回転駆動ギヤ１２の抜け止めとする。

【００１９】このように装着した状態で回転駆動ギヤ１
２が外力によって回転すると、従来と同様にキー１４に
よって芯材１０に力が掛かるが、この力は、図４に矢印
で示すように回転方向前方側では回転方向に沿い、回転
方向後側では、芯材１０とキー部材１１の間に隙間がな
いために、芯材１０を径方向で外側へ押し上げる方向に
掛かる。この回転方向後側の力は、図示のように広い範
囲で掛かることになり、キー溝部分に比較的に集中的に
作用していた従来とは異なり、芯材１０の内面へ分散さ
れ、芯材１０のキー溝１３部分での変形が非常に起こり
難くなる。

【００２０】なお、キー部材１１の円筒状の胴体部がキ
ー溝１３の先端まで達していない場合、図５で示すよう
にキー溝１３の先端部分で亀裂７による破損を生じるお
それがあるが、本実施形態では図３で示すようにキー部
材１１の胴体部をキー溝１３の先端よりも内側に挿入
し、オーバーラップ部分（ｌ：０以上）を設けてあれ
ば、キー溝１３の先端周辺にせん断応力が集中しないの
で、亀裂、破損は生じ難くなる。

【００２１】図６は、図示のような中空ローラ状部材の
時間と温度上昇の関係を示す。コピー機等における電源
投入後の立ち上がり時においては、芯材１０の端部に挿
入されたキー部材１１に芯材１０の端部の熱が奪われ、
立ち上がり時間が、中央部の立ち上がりに対し遅れる。
そこで、キー部材１１の材質を上述のように断熱部材と
すると、端部温度の低下（立ち上がり時間の遅れ）を防
止できる。断熱部材の材質としては、これも上述のよう
に樹脂、ガラス、セラミック等の耐熱断熱部材を用いる
とよいが、樹脂としては、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ樹脂
などが好ましい。

【００２２】またキー部材１１に、その線膨張係数が芯
材１０の線膨張係数より大きい材質のもの用いると、芯
材１０内に挿入したキー部材１１が装置の運転時に温度
が上昇して熱膨張し、芯材１０の内面に密着するように
構成できる。このような構成にするには、冷間では芯材
１０の内径よりもキー部材１１の外径を若干小さくし
て、組み付け時には両者の間に適当なクリアランスがあ
るようにしておけばよい。組み付けがスムーズになり、
芯材１０の内径寸法設定も厳しくする必要がなくなる。
また見かけ上ローラ端部は肉厚となるので高荷重にも対
応できる。そして運転時には、キー溝１３に作用する力
が図７に示すようにさらに一様に分散しやすくなって、
さらにキー溝１３の側縁への応力集中が避けられる。

【００２３】図８は、芯材１０にキー部材１１を固定す
る構造例を示す斜視図である。芯材１０にキー部材１１
の両者の対応位置に穴を設け（図では芯材１０の穴１７
のみ示す）、芯竿１０内へキー部材１１を挿入した後、
一致した穴へピンを差し込んで固定する。穴を円周方向
に複数個設けることにより、キー溝１３の縁部分に作用
する力を分散できる。

【００２４】図９は、キー部材の変形例を示す斜視図で
ある。このキー部材２０は、円筒状の胴体部にスリット
１８を設けてある。このスリット１８により、熱膨張し
た際の逃げができ、胴体部の破損を防ぐことができる。
なおスリット１８を設ける箇所は任意の箇所でよいが、
キー１４と対向する位置が比較的好ましい。

【００２５】なお芯材が紙送りローラの場合のように小
径の時でも、図１０に示すように、芯材１０ａの端部に
中実のキー部材２１を挿入することにより、芯材１０ａ
のキー溝１３ａを設けた部分が見かけ上は中実構造とな
り、重量の低減させ、かつ大トルクに対応できるように
できる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に係る中空ローラ状部材は以上
説明してきたように、薄肉の金属、ガラスあるいは樹脂
から形成するとともに少なくとも一端部にギア等の外装
部材を装着するためのキー溝を設けてなる中空の芯材
と、この芯材内にほぼ隙間なく挿入するキー部材とから
なり、キー部材の外周部に、芯材のキー溝に嵌着するキ
ーを設け、外装部材から伝達される力をこのキー部材を
介して芯材に伝達するようにしてなるので、キー溝周辺
に作用する力を芯材の内面に分散させることができ、こ
のため芯材のキー溝の縁部分が非常に破損しにくくな
り、高寿命化を達成できるという効果がある。

【００２７】請求項２に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、外装部材であるギヤに伝達される回
転駆動力をキー部材のキーと芯材のキー溝を介して伝達
するので、上記共通の効果に加え、小径で中空のローラ
状部材の駆動を実現でき、部品の重量低減が達成できる
という効果がある。

【００２８】請求項３に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、キー部材が、芯材内へ挿入された時
に円筒状の胴体部がキー溝端部よりも芯材の内部まで挿
入される形状を有するようにしたので、上記共通の効果
に加え、キー溝の先端に作用するせん断応力の発生を防
ぎ、亀裂や破損を生じ難くなり、信頼性を上げることが
できるという効果がある。

【００２９】請求項４に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、耐熱断熱材を用いているので、上記
共通の効果に加え、芯材端部での温度の落ち込みが少な
く、ウォームアップ時間を短くできるという効果があ
る。

【００３０】請求項５に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、キー部材の線膨張係数を芯材の線膨
張係数より大きい材質のものとしたので、上記共通の効
果に加え、組立性が良く、芯材の内径精度が厳しくない
ので製造コストを低減でき、また見かけ上ローラ端部が
肉厚となるので高荷重にも対応できるようになり、昇温
時には、キー溝に作用する力が一様に分散しやすくなっ
て、さらにキー溝への応力集中が避けられるという効果
がある。

【００３１】請求項６に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、芯材とキー部材とをピン等で固定で
きるので、上記共通の効果に加え、高トルクに対応でき
るという効果がある。

【００３２】請求項７に係る中空ローラ状部材は以上説
明してきたように、キー部材にスリットを設けてなるの
で、上記共通の効果に加え、キー部材の膨張時にスリッ
トで熱応力を吸収でき、キー部材の破損を防止できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中空ローラ状部材のキー及びキー
溝係合部分の拡大断面図である。

【図２】本発明に係る中空ローラ状部材の側面断面図で
ある。

【図３】同斜視図である。

【図４】同回転時の力の掛かり方を示す断面図である。

【図５】同キーがキー溝より短い場合に生じ得る亀裂の
入り方を示す斜視図である。

【図６】本発明に係る中空ローラ状部材の時間と温度上
昇の関係を示す。

【図７】本発明に係る中空ローラ状部材で、キー部材に
その線膨張係数が芯材より大きい材質のもの用いた場合
の、回転時の力の掛かり方を示す断面図である。

【図８】同芯材にキー部材を固定する構造例を示す斜視
図である。

【図９】同キー部材の変形例を示す斜視図である。

【図１０】同芯材が小径の場合の例を示す断面図であ
る。

【図１１】従来の薄肉中空ローラ状部材の構造を部分的
に示す拡大断面図である。

【図１２】従来の中空ローラ状部材において、破損や亀
裂の生じる状態を示す斜視図である。

【図１３】従来の中空ローラ状部材において、回転駆動
ギヤを中実のローラの端部に固定する構造を部分的に示
す正面断面図（Ａ）及び側面断面図（Ｂ）である。

【符号の説明】

１０、１０ａ 芯材 １１、２０、２１ キー部材 １２ 回転駆動ギヤ １３、１３ａ キー溝（芯材） １４ キー １５ キー溝（回転駆動ギヤ） １６ 止め輪 １７ 穴 １８ スリット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真式画像形成装置で定着ローラ等
   として用いられる中空ローラ状部材であって、薄肉の金
   属、ガラスあるいは樹脂から形成するとともに少なくと
   も一端部にギア等の外装部材を装着するためのキー溝を
   設けてなる中空の芯材と、上記芯材内にほぼ隙間なく挿
   入するキー部材とからなり、該キー部材の外周部に、上
   記キー溝に嵌着するキーを設け、上記外装部材から伝達
   される力を上記キー部材を介して上記芯材に伝達するよ
   うにしてなることを特徴とする中空ローラ状部材。
2. 【請求項２】 上記外装部材がギヤであり、該ギヤに伝
   達される回転駆動力を上記キー部材のキーと上記芯材の
   キー溝を介して伝達することを特徴とする請求項１の中
   空ローラ状部材。
3. 【請求項３】 上記キー部材が、上記芯材内へ挿入され
   た時に円筒状の胴体部が上記キー溝端部よりも上記芯材
   の内部まで挿入される形状を有することを特徴とする請
   求項１または２の中空ローラ状部材。
4. 【請求項４】 上記キー部材が、樹脂、ガラス、セラミ
   ック等の耐熱断熱部材からなることを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれかの中空ローラ状部材。
5. 【請求項５】 上記キー部材は、その線膨張係数が上記
   芯材の線膨張係数より大きい材質のものとであることを
   特徴とする請求項１ないし４のいずれかの中空ローラ状
   部材。
6. 【請求項６】 上記芯材の上記キー部材の挿入範囲内
   に、ピン等を差し込んで上記キー部材を固定するための
   孔を少なくとも１個以上設けたことを特徴とする請求項
   １ないし５のいずれかの中空ローラ状部材。
7. 【請求項７】 上記キー部材にスリットを設けてなるこ
   とを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの中空ロー
   ラ状部材。