| 【発明の名称】 |
定着ローラ及びその成形方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】村田 誠
【氏名】小島 敏男
【氏名】石部 篤
|
| 【要約】 |
【課題】剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立ち上がり時間の短縮化を実現することができ、しかも加工性並びに汎用性を向上することができる定着ローラを提供する。
【解決手段】熱源１５によって加熱されると共に円筒形状の加圧ローラ１２との圧接により記録体Ｓを挟時搬送しつつ熱エネルギーを記録体Ｓに付与するように略円筒形状に形成された定着ローラ１１が金属材料を基体とする薄肉円筒管からなるローラ芯金１８と離型層１９とから構成されると共に、ローラ芯金１８の内周面に軸線方向に沿って設定された通紙領域Ｌ以下の領域内でその中心から左右均等に振り分け配置された偶数若しくはその中心とその左右均等に振り分け配置された奇数の周回凸部１８ａが一体に形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】熱源によって加熱されると共に円筒形状の加圧ローラとの圧接により記録体を挟時搬送しつつ熱エネルギーを記録体に付与するように略円筒形状に形成されると共に、金属材料を基体とする薄肉円筒管からなるローラ芯金と、該ローラ芯金の外周面に被覆された離型層とを備えた定着ローラにおいて、前記ローラ芯金の内周面に、軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して該通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分け配置された偶数若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分け配置された奇数の周回凸部が一体に形成されていることを特徴とする定着ローラ。
【請求項２】前記ローラ芯金の基体となる金属材料がマンガン系アルミニウム合金であることを特徴とする請求項１に記載の定着ローラ。
【請求項３】前記周回凸部が前記通紙領域の１／４〜１／１の範囲内で振り分けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着ローラ。
【請求項４】前記周回凸部の前記ローラ芯金の内周面からの突出量が前記ローラ芯金の肉厚の０．５〜３．０倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の定着ローラ。
【請求項５】前記周回凸部の軸線方向に沿う幅が前記ローラ芯金の肉厚の５．０〜７．５倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の定着ローラ。
【請求項６】前記周回凸部が軸線方向に沿う幅に対して３倍以上の間隔で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の定着ローラ。
【請求項７】前記ローラ芯金の中間領域には軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となる括れ部が形成されていると共に、前記薄肉金属板の前記周回凸部を除いた全体の肉厚が均一であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の定着ローラ。
【請求項８】金属材料を基体とする円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属管からなるローラ芯金を形成することを特徴とする定着ローラの成形方法。
【請求項９】金属材料を基体とする円筒管の軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となって括れるように絞り加工を施した上で、前記円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して軸線方向に沿う中心が括れた薄肉金属菅からなるローラ芯金を形成することを特徴とする定着ローラの成形方法。
【請求項１０】前記円筒管の表面側を凹陥させる工具の先端若しくは周端の幅が前記周回凸部の幅に対して１／３〜１／１倍であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の定着ローラの成形方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシミリ、電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、紙、フィルム等の記録体面上に形成された加熱溶融性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体面上に定着する加熱定着方式の定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、紙やフィルム等の記録体の一面に形成したトナー画像を定着する方法として、一般に熱によりトナーを溶融して一面上に定着させる加熱定着方式が用いられている。
【０００３】また、このような加熱定着方式でも、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、熱ローラ方式が熱効率が高く、しかも、安全である等の理由から最も広く使われている。
【０００４】この熱ローラ方式に用いられる定着装置１は、２つのローラ２，３のうち、記録体Ｓの一面側（トナーｓが付着する面）に位置する方を加熱用の定着ローラ２とし、記録体Ｓの他面側に位置する方を付勢手段４によって定着ローラ２に向けて付勢された加圧ローラ３とし、これら２つのローラ２，３の圧接部分で記録体Ｓをニップして搬送すると同時にこのニップ部分で記録体Ｓの一面側に形成された末定着トナー画像を加熱し、記録体Ｓの一面上にトナーを定着させる。
【０００５】定着ローラ２の内部には八ロゲンランプやセラミックスヒータ等の熱源５が軸線方向に沿って設けられている。尚、定着ローラ２の内周面あるいは外周面に発熱抵抗層を形成したものも知られている。さらに、定着ローラ２そのものがセラミックスヒータ、導電性樹脂、導電性繊維等の発熱材料で形成したものもある。一方、定着ローラ２の表面には温度センサ６が当接しており、この温度センサ６の検知温度結果に基づいてニップ部分の温度が最適なトナー定着温度に維持されるように熱源５の電カ供給量が制御されている。
【０００６】また、このような定着装置１においては、熱源５からの加熱効率の関係から、熱伝導性並びに剛性を確保するように、定着ローラ２にアルミニウム合金を基体としたものが用いられている。そして、このようなアルミニウム合金を基体とした定着ローラ２の一般的な構成としては、円筒状のローラ芯金２ａをアルミニウム合金を基体として形成すると共に、その基体の外周面にフッ素樹脂等からなる離型層２ｂを被覆している。
【０００７】尚、定着ローラ２には、トナー定着工程でのニップ部分に記録体Ｓを通紙する際に“シワ”や“ヨリ”が記録体に発生しないよう、中間領域をその左右領域よりも徐々に細くした括れ部を形成したものも知られている。
【０００８】このような構成の定着ローラ２を成形する場合には、アルミニウム合金材から円筒状の長尺ローラを成形し、この長尺ローラを所定の長さに切断してローラ芯金２ａとし、さらにそのローラ芯金２ａの外周面を切削あるいは研削等により表面を均一化させた後、サンドプラスト処理などによって粗面化、離型層となるフッ素樹脂等からなる塗料を塗装した後に焼成させて離型層２ｂを成膜し、所定の仕上げ処理を行っていた。
【０００９】この際、多くの成形方法では、ローラ芯金の外周面を加工する際には、ダイヤモンドバイトを使用した外径切肖加工によって行われる。また、この切削加工で同時にローラ芯金を所定の肉厚まで薄肉化している。
【００１０】他方、近年における省エネルギー化や低コスト化の要望から、定着ローラ２には、熱伝導性を向上させるために更なる薄肉化が要求されている。すなわち、ローラ芯金の薄肉化によって定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラの立上り時間，ウォームアップ時間とも称される。）を短縮して、複写機等の省電カ化を進めることが望まれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ローラ芯金を薄肉化すると、ローラ芯金の剛性が低下するばかりでなく、この剛性低下に起因してニップ（特に、幅方向に対して）の確保が困難となるという問題が発生していた。
【００１２】しかも、上述した中間領域を細くして括れを形成したものにあっては、外周面を切削加工して括れを形成するため、括れ部分の肉厚は左右領域よりもさらに薄肉となってしまい、立上り時間の短縮のためにローラ芯金を薄肉化した場合の剛性確保が困難となってしまう。
【００１３】尚、ローラ芯金の肉厚を０．３〜０．８ｍｍとした場合、機械強度の低下が著しく、加圧ローラ３からの荷重が加わった場合、定着ローラ２に、図１４（Ａ）に示すような反り、或いは、図１４（Ｂ）に示すような潰れなどの変形が発生してしまい、この変形に起因して定着ローラ２と加圧ローラ３との間に隙間が発生して部分的な定着不良が起きることが判明した。
【００１４】そこで、実開昭６１−５６６６６号公報、特開平１０−３９６６５号公報等に示すように、定着ローラ（ローラ芯金）の肉厚を部分的に厚く形成したり、屈曲させることによって強度を確保する技術が開示されている。
【００１５】実開昭６１−５６６６６号公報では、定着ローラのローラ芯金を内外二層とすると同時にその両者間に跨るリブを放射状に形成したもので、押し出し成形によって一体成形したものである。
【００１６】しかしながら、このような構成では、ローラ芯金の反り方向の合成は確保されるものの、断面方向のつぶれ変形には効果を発揮することができないばかりでなく、軸線方向に沿うリブで十分な補強効果を得るためにはローラ芯金全体の熱容量が大きくなるため、立ち上がり時間の短縮化には貢献することができないという問題が発生した。
【００１７】特開平１０−３９６６５号公報では、ローラ芯金の一部を周回り方向で内側に折り曲げて重ね合わせることで内周面側に突出したリブを形成して剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立ち上がり時間の短縮化を実現するものである。
【００１８】しかしながら、このような構成では、ローラ芯金の表面加工、リブ形成用の折り曲げ加工、芯金表面側の合わせ目の溶接などの、一連の作業工程での加工が困難で作業工程が煩雑化するばかりでなく、折り曲げの際に、その折り曲げ部分の両端筒部を同軸上に位置させることが困難であったり、スプリングバック現象によって折り曲げ部分同士を密着させることが困難であったり、複数のリブを形成する際に均一な突出量を確保することが困難であるなど、実現性に乏しいという問題が発生していた。
【００１９】本発明は、上記問題を解決するため、剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立ち上がり時間の短縮化を実現することができ、しかも加工性並びに汎用性を向上することができる定着ローラを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するため、請求項１に記載の定着ローラは、熱源によって加熱されると共に円筒形状の加圧ローラとの圧接により記録体を挟時搬送しつつ熱エネルギーを記録体に付与するように略円筒形状に形成されると共に、金属材料を基体とする薄肉円筒管からなるローラ芯金と、該ローラ芯金の外周面に被覆された離型層とを備えた定着ローラにおいて、前記ローラ芯金の内周面に、軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して該通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分け配置された偶数若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分け配置された奇数の周回凸部が一体に形成されていることを要旨とする。
【００２１】このような講求項１に記載の定着ローラによれば、加圧ローラからの付勢に伴うローラ芯金の反りや潰れを考慮した上で、熱容量を小さくして立ち上がり時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に加工することができる。
【００２２】請求項２に記載の定着ローラは、前記ローラ芯金の基体となる金属材料がマンガン系アルミニウム合金であることを要旨とする。
【００２３】請求項３に記載の定着ローラは、前記周回凸部が前記通紙領域の１／４〜１／１の範囲内で振り分けられていることを要旨とする。
【００２４】請求項４に記載の定着ローラは、前記周回凸部の前記ローラ芯金の内周面からの突出量が前記ローラ芯金の肉厚の０．５〜３．０倍であることを要旨とする。
【００２５】請求項５に記載の定着ローラは、前記周回凸部の軸線方向に沿う幅が前記ローラ芯金の肉厚の５．０〜７．５倍であることを要旨とする。
【００２６】請求項６に記載の定着ローラは、前記周回凸部が軸線方向に沿う幅に対して３倍以上の間隔で配置されていることを要旨とする。
【００２７】このような請求項２乃至請求項６に記載の定着ローラによれば、ローラ芯金の潰れや捩れ、熱容量、剛性の各種条件を厳密に設定することができる。
【００２８】請求項７に記載の定着ローラは、前記ローラ芯金の中間領域には軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となる括れ部が形成されていると共に、前記薄肉金属板の前記周回凸部を除いた全体の肉厚が均一であることを要旨とする。
【００２９】このような請求項７に記載の構成によれば、トナー定着工程でのニップ部分に記録体を通紙する際に“シワ”や“ヨリ”が記録体に発生しないよう中間領域に括れを形成したローラ芯金への対応も可能となる。
【００３０】請求項８に記載の定着ローラの成形方法は、金属材料を基体とする円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属管からなるローラ芯金を形成することを要旨とする。
【００３１】請求項９に記載の定着ローラの成形方法は、金属材料を基体とする円筒管の軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となって括れるように絞り加工を施した上で、前記円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して軸線方向に沿う中心が括れた薄肉金属管からなるローラ芯金を形成することを要旨とする。
【００３２】請求項１０に記載の定着ローラの成形方法は、前記円筒管の表面側を凹陥させる工具の先端若しくは周端の幅が前記周回凸部の幅に対して１／３〜１／１倍であることを要旨とする。
【００３３】このような請求項８乃至請求項１０に記載の発明によれば、成形工程を煩雑にすることなく容易にローラ芯金の加工を行うことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の定着ローラの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３５】（実施の形態１）図１乃至図１０は、本発明の定着ローラの実施の形態１を示す。
【００３６】図１において、１０は加熱定着方式の定着装置、１１は定着ローラ、１２は加圧ローラ、１３は図示を略す支持枠体等に定着ローラ１１を回転可能に支持する軸受、１４は図示を略す駆動源からの回転駆動を受けて定着ローラ１１を回転させる従動ギヤ、１５は定着ローラ１１の軸線上に設けられた加熱源、１６は定着ローラ１１の外表面温度を検出する温度センサー、１７は加圧ローラ１２を定着ローラ１１に向けて付勢する付勢手段である。
【００３７】定着ローラ１１は、金属材料を基体とするローラ芯金１８と、ローラ芯金１８の外表面に設けられた離型層１９とを備えている。
【００３８】ローラ芯金１８の内周面には、記録体Ｓの通紙領域Ｌに対して定着ローラ１１の軸線方向に通紙領域Ｌ以下の範囲で左右に均等振り分けられた周回凸部１８ａが一体に形成されている。
【００３９】具体的には、ローラ芯金１８の概略形状は、マンガン系アルミニウム合金を基体として形成されており、外径４０ｍｍ、長さ３８０ｍｍ、肉厚０．４ｍｍである。
【００４０】この実施の形態においては、マンガン系アルミニウム合金を住友軽金属株式会社製の商品名“ＣＭ１０”材を用いている。このマンガン系アルミニウム合金は、高温域での耐クリープ特性に富んだ材料であり、ローラ芯金１８の強度を向上することが可能となっている。
【００４１】周回凸部１８ａは、定着ローラ１１に対する通紙領域Ｌが３２０ｍｍ程度である場合（一般的な領域）、図示例では、このローラ芯金１８の中央（通紙領域Ｌ＝２００ｍｍの中央）と、その中央から図示左右に均等に振り分けて９本形成している。
【００４２】この周回凸部１８ａの断面形状は、図２（Ｂ）に示すように、半円形状を呈しており、ローラ芯金１８の内周面からの突出量Ｈが０．６ｍｍ、幅Ｗが２ｍｍ〜３ｍｍに設定されている。なお、周回凸部１８ａの断面形状は、図２（Ｃ）に示す矩形状のもの、図２（Ｄ）に示す山型（台形）状のものなど、半円形状に限定されるものではない。
【００４３】ところで、この周回凸部１８ａを形成するにあたって、従来ではその断面形状及び配置等には有効な設定手法が無く、断片的な比較実験により行うしかなく現実的でないという問題があった。
【００４４】これに対して、本実施の形態では実際の複写機等の仕様に合致した断面形状および配置を容易に設定することが可能となっている。具体的には、実際の複写機等の仕様である複写速度（１分間当たりの複写、印刷枚数）および使用するトナ−ｓの溶融温度、熱源１５として使用されるハロゲンヒータ等の発熱性能等によって必要ニップ幅、ローラ芯金１８の仕様を設定している。
【００４５】より具体的には、トナー定着に必要な温度まで定着ローラ１１を昇温させる際に要する時間（立上り時間）に対応する昇温速度Ｖを導き、この昇温速度Ｖからローラ芯金１８の熱容量（＝体積ｘ比熱）から立上り時間を満足するローラ芯金１８の肉厚ｔを計算する。
【００４６】図３は、ローラ芯金１８の相当肉厚ｔの検討結果を示す。ここで、トナーｓの溶融温度（すなわち定着温度）は１８０℃、室温（２４℃）から昇温完了迄の時間（立上り時間）を１０秒とした。また、熱源１５としてのハロゲンヒータの熱量Ｑは１２００Ｗ、ヒータ効率を６１％とした（縦軸を温度Ｔｍ［℃］、横軸を時間Ｔ［ｓｅｃ］とした）。
【００４７】尚、ヒータ効率を６１％とした根拠は、ローラ芯金１８の発熱効率を８５％、熱吸収効率を８０％、熱放射損失を１０％（効率９０％）とした場合、０．８５ｘ０．８０ｘ０．９０＝０．６１２となることに基づく。
【００４８】この昇温速度Ｖ（＝１５．６０［℃／ｓｅｃ］）をもとにローラ芯金１８の材質のもつ材料特性値から相当肉厚ｔを導いた結果を図４に示す。この図４のグラフ図では、縦軸を昇温速度［℃／ｓｅｃ］、横軸を肉厚［ｍｍ］とし、一般的に用いられている鉄系材料（図面上の測定点を黒塗りの□で示した線分）およびアルミニウム合金（図面上の測定点を◆で示した線分）の材料特性を比較したものであり、その各材料特性値を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】この結果、鉄系材料の場合では相当肉厚ｔ＝０．２９ｍｍ、アルミニウム合金の場合では相当肉厚ｔ＝０．４３ｍｍとなる。しかしながら、この相当肉厚ｔでは定着プロセスに必要なニップ幅を確保することができない。これはローラ芯金１８の相当肉厚ｔが薄肉となったために剛性が低下し、上述した反りや潰れ等のローラ芯金１８の変形によって、加圧ローラ１２との接触面であるニップ幅が小さくなるためである。なお、実際には、ローラ芯金１８の変形は、その回転中心軸の中心線のたわみ（反り）と断面方向のつぶれの合成からなる。
【００５１】従って、これらの変形量を２つの成分に分けて（変形＝たわみ十つぶれ）としてそれぞれの変形量を材料カ学的な見地から考えると表２のようになる。この表２では、前述の相当肉厚ｔの時と同様に、材料特性値を示したものである。
【００５２】
【表２】
【００５３】これらの各変形の計算モデルを図５に示す。尚、図５（Ａ）はたわみに関する計算モデル、図５（Ｂ）は潰れに関する計算モデルである。また、図６はアルミ二ウム合金におけるローラ芯金１８の変形の分解（図面上の測定点を黒塗りの□で示した線分をたわみ成分、図面上の測定点を▲で示した線分をつぶれ成分とした。）モデル（縦軸を変軽量［ｍｍ］、横軸を相当肉厚ｔ［ｍｍ］とした。）である。
【００５４】この図６に示すように、ローラ芯金１８の相当肉厚ｔ＝１．００ｍｍ付近を境界として２つの成分が変化していることが判る。
【００５５】そこで、本発明における課題を達成するには、上述した薄肉領域での成分比率が問題となる。ローラ芯金１８の変形は、薄肉芯金とした（相当肉厚ｔ＝１．０ｍｍ以下）の場合、“断面方向のつぶれ”が大半を占める。そこで、この“断面方向つぶれ”変形に対して、ローラ芯金１８の内周面に周回凸部１８ａを設けることとなる。
【００５６】この“断面方向のつぶれ”について、周回凸部１８ａを設けることによる補強効果を図７に示す。なお、周回凸部１８ａの間隔を１０ｍｍとして、この領域について、相当肉厚ｔ＝０．３０ｍｍ（図面上の測定点を◆で示した線分）、相当肉厚ｔ＝０．３５ｍｍ（図面上の測定点を黒塗りの□で示した線分）、相当肉厚ｔ＝０．４０ｍｍ（図面上の測定点を▲で示した線分）、相当肉厚ｔ＝ｏ．４５ｍｍ（図面上の測定点をｘで示した線分）で検討（縦軸をつぶれ量［ｍｍ］、横軸を周回凸部１８ａの突出量Ｈ［ｍｍ］）した。
【００５７】この結果、周回凸部１８ａを設けることで補強効果が得られる。尚、周回凸部１８ａの突出量Ｈが大きいほど補強効果を得ることができるが、周回凸部１８ａを設けること自体でローラ芯金１８の全体の熱容量が増加してしまうため、定着ローラ１１の立上り時間は遅くなる。
【００５８】そこで、周回凸部１８ａの突出量Ｈ、ローラ芯金１８の軸線方向に沿って配置する本数の合計から熱容量を再検討することで、所望の仕様を設定することができる。
【００５９】図９は、周回凸部１８ａの仕様本数の検討結果示す。図９は、縦軸を昇温速度［℃／ｓｅｃ］、横軸を相当肉厚ｔ［ｍｍ］とした補強効果と熱容量との関係を示すグラフ図で、周回凸部１８ａを無し（図面上の測定点を黒塗りの□で示した線分）、周回凸部１８ａを４本（図面上の測定点を◆で示した線分）、周回凸部１８ａを９本（図面上の測定点を▲で示した線分）、周回凸部１８ａを１４本（図面上の測定点を●で示した線分）で検討した。
【００６０】この結果、通紙領域Ｌ（＝３２０ｍｍ）に対して、均等振り分けで配置する周回凸部１８ａの本数は、相当肉厚ｔ＝０．４３と同等の昇温速度を得ることができる仕様としては、周回凸部１８ａが１４本ならば相当肉厚ｔ＝０．３８ｍｍ以下、周回凸部１８ａが４本ならば相当肉厚ｔ＝０．４２ｍｍ以下となる。
【００６１】そこで、肉厚公差を考慮した場合、これらの中央値を採用して、相当肉厚ｔ＝０．４０ｍｍ、周回凸部１８ａの突出量Ｈ＝０．６ｍｍ、配置本数９本とすることが好ましい。
【００６２】また、この際の周回凸部１８ａの間隔は、各々の周回凸部１８ａが持つ熱容量と周回凸部１８ａの無い近傍部からの伝熱供給より適正化が図られるが、本実施の形態においては、周回凸部１８ａの幅Ｗが約２ｍｍ〜３ｍｍに対して、隣接する周回凸部１８ａとの間隔を１０ｍｍ以上とした。
【００６３】隣接する周回凸部１８ａの間隔が狭い場合には近傍部からの伝熱供給が少なくなる結果、温度差が生じて立上り温度を低減してしまうことを考慮し、周回凸部１８ａと隣接する間隔との関係は周回凸部１８ａの幅Ｗの３倍以上とすることが好ましい。このような評価結果を表３に示す。
【００６４】
【表３】
【００６５】次に、ローラ芯金１８の形成方法を図９及び図１０に基づいて説明する。
【００６６】先ず、図９（Ａ）に示すように、マンガン系アルミニウム合金を基体として両端に軸受１３に支持される支持部１８ｂを形成した筒体１８’を形成する。
【００６７】この際、筒体１８’の肉厚は、形成後のローラ芯金１８の相当肉厚ｔ並びに周回凹部１８ａの突出量Ｈを考慮し、少なくとも、これら相当肉厚ｔと突出量Ｈとを加算した厚さ以上とされる。
【００６８】次に、図９（Ｂ）に示すように、筒体１８’をＮＣ旋盤に固定した状態で、このＮＣ旋盤の刃物台固定の絞り工具７（ローラエ具）を回転させつつ、絞り工具７を筒体１８’の外周面に押接する。
【００６９】この際の絞り工具７による筒体１８’ヘの押接位置は周回凸部１８ａの位置と一致する外周面であり、これにより、筒体１８’の外周面が凹陥されると同時に筒体１８’の内周面に周回凸部１８ａが突出形成される。また、同様の絞り加工（スピニング加工）作業を筒体１８’の軸線方向所定複数位置（周回凸部１８ａの配置本数分）繰り返して行う。
【００７０】この絞り加工では、筒体１８’の肉厚を１．５ｍｍとし、押接による凹陥深さを０．８ｍｍとすることで周回凸部１８ａの突出量Ｈが所定の０．６ｍｍとなった。この時の絞り工具７の主軸回転数は５００ｒｐｍで、押接時の押込み速度をφ０．２ｍｍ／ｒｅｖとし、絞り工具７にはローラ状の工具をシャンクに設けた軸受によって回転機構を有するものを用いた。
【００７１】また、周回凸部１８ａを形成するための（筒体１８’を凹陥させるための）ローラ工具７の先端７ａの形状は、図１０（Ａ）に示すような形状とするのが望ましい。これは、所望の周回凸部１８ａの断面形状に形成するために必要で、先端７ａの幅ｗは周回凹部１８ａの幅Ｗに対して１／３〜１／１倍である。
【００７２】そして、この関係を満たすことで適正な断面形状を得ることが可能となる。また、図１０（Ｂ）に示すように、突出量Ｈに対して突出量ｈが１．０〜１．５倍となるように段差部７ｂから突出させることによって筒体１８’ヘの押込み量を抑制することができ、且つ、押込み時の“振れ”を防止することもできるので円周方向に均一な周回凸部１８ａを形成することができる。
【００７３】この状態から、図９（Ｃ）に示すように、切削バイト（ダイヤモンドバイト）８を軸線方向に沿って移動させることによって筒体１８’の外周面を数回切削して凹陥を除去し、図９（Ｄ）に示すように、所定の相当肉厚ｔのローラ芯金１８に加工する。
【００７４】このように、筒体１８’からローラ芯金１８を形成するにあたり、ローラエ具として汎用的な加工機であるＮＣ旋盤を用いて加工することができるので、専用機を導入する必要が無く、また、繰り返し精度についても安定した製造が可能である。
【００７５】（実施の形態２）図１１及び図１２は、本発明の定着ローラの実施の形態２を示す。なお、この実施の形態２において、図１で示した実施の形態１の定着ローラ１１以外の構成は同一であるため、その図示（一部援用開示）及び説明は省略する。
【００７６】図１１において、定着ローラ２１は、定着ローラ１１と同様に、金属材料を基体とするローラ芯金２８と、ローラ芯金２８の外表面に設けられた離型層２９とを備えている。
【００７７】ローラ芯金２８の内周面には、記録体Ｓの通紙領域Ｌに対して定着ローラ２１の軸線方向に通紙領域Ｌ以下の範囲で左右に均等振り分けられた周回凸部２８ａが一体に形成されている。
【００７８】具体的には、ローラ芯金２８の概略形状は、アルミニウム合金からなる薄肉円筒管で、外径４０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、肉厚ｔ＝０．４ｍｍである。
【００７９】また、定着ローラの通紙領域Ｌは、通常３４０ｍｍ程度であり、このローラ芯金２８の内周面に左右に均等振り分けで中央部４００ｍｍ範囲に９本（図面上では中央部ｍｍの範囲に３本）の周回凸部２８ａを形成している。
【００８０】この周回凸部２８ａの断面形状は、ローラ芯金２８の内周面からの突出量Ｈが０．６ｍｍ、幅Ｗが２．０ｍｍである。
【００８１】尚、周回凸部２８ａを形成するにあたっての肉厚ｔ、突出量Ｈ、幅Ｗ、間隔等の条件は実施の形態１と同様である。
【００８２】その一方、この実施の形態２では、ローラ芯金２８の変形が薄肉芯金（肉厚ｔ＝１．０ｍｍ以下）であることに起因する“断面方向のつぶれ”が大半を占めていることから、この“断面方向のつぶれ”変形に対する周回凸部２８ａの設置の他、“たわみ（反り）”変形についての対策も施している。
【００８３】即ち、ローラ芯金２８の形状を、その中間領域に括れ部２８ｃを形成すると共に、肉厚ｔを均一としている。
【００８４】次に、ローラ芯金２８の形成方法を図１２に基づいて説明する。
【００８５】先ず、図１２（Ａ）に示すように、アルミニウム合金を基体とする筒体２８’を形成する。この際、筒体２８’の肉厚は、形成後のローラ芯金２８の相当肉厚ｔ並びに周回凹部２８ａの突出量Ｈを考慮し、少なくとも、これら相当肉厚ｔと突出量Ｈとを加算した厚さ以上とされる。
【００８６】次に、図１２（Ｂ）に示すように、筒体２８’をＮＣ旋盤に固定した状態で、このＮＣ旋盤の刃物台固定の絞り工具７（ローラエ具）を回転させつつ、絞り工具７を筒体２８’の外周面に押接して軸線方向中央に向う程小径となるように括れを形成する。
【００８７】さらにこの状態から、図１２（Ｃ）に示すように、絞り工具７を筒体２８’の外周面に押接して外周面を凹陥する。
【００８８】この際の絞り工具７による筒体２８’ヘの押接位置は周回凸部２８ａの位置と一致する外周面であり、これにより、筒体２８’の外周面が凹陥されると同時に筒体２８’の内周面に周回凸部２８ａが突出形成される。また、同様の絞り加工（スピニング加工）作業を筒体２８’の軸線方向所定複数位置（周回凸部２８ａの配置本数分）繰り返して行う。
【００８９】この絞り加工では、筒体２８’の肉厚を１．５ｍｍとし、押接による凹陥深さを０．８ｍｍとすることで周回凸部２８ａの突出量Ｈが所定の０．６ｍｍとなった。この時の絞り工具７の主軸回転数は５００ｒｐｍで、押接時の押込み速度をφ０．２ｍｍ／ｒｅｖとし、絞り工具７にはローラ状の工具をシャンクに設けた軸受によって回転機構を有するものを用いた。
【００９０】次に、図１２（Ｄ）に示すように、切削バイト（ダイヤモンドバイト）８を軸線方向に沿って移動させることによって筒体２８’の外周面を数回切削して凹陥を除去し、図１２（Ｅ）に示すように、所定の相当肉厚ｔのローラ芯金２８に加工する。
【００９１】このように、ローラ芯金１８．２８の周回凸部１８ａ，２８ａの突出量Ｈと口ーラ芯金１８の肉厚ｔとの関係が明白となったこと、並びに、周回凸部１８ａ，２８ａの形状（突出量Ｈ及び幅Ｗ）とローラ芯金１８，２８全体の熱容量との関係が明白となったことから、多種多様な記録紙サイズやマシンスペックに対応することができる。
【００９２】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の定着ローラにあっては、ローラ芯金の内周面に、軸線方向に沿って設定された通紙領域に対して該通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分け配置された偶数若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分け配置された奇数の周回凸部が一体に形成されていることにより、加圧ローラからの付勢に伴うローラ芯金の反りや潰れを考慮した上で、熱容量を小さくして立ち上がり時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に加工することができる。
【００９３】請求項２に記載の定着ローラは、前記ローラ芯金の基体となる金属材料がマンガン系アルミニウム合金である。
【００９４】請求項３に記載の定着ローラは、前記周回凸部が前記通紙領域の１／４〜１／１の範囲内で振り分けられている。
【００９５】請求項４に記載の定着ローラは、前記周回凸部の前記ローラ芯金の内周面からの突出量が前記ローラ芯金の肉厚の０．５〜３．０倍である。
【００９６】請求項５に記載の定着ローラは、前記周回凸部の軸線方向に沿う幅が前記ローラ芯金の肉厚の５．０〜７．５倍である。
【００９７】請求項６に記載の定着ローラは、前記周回凸部が軸線方向に沿う幅に対して３倍以上の間隔で配置されている。
【００９８】このような請求項２乃至請求項６に記載の定着ローラによれば、ローラ芯金の潰れや捩れ、熱容量、剛性の各種条件を厳密に設定することができる。
【００９９】請求項７に記載の定着ローラは、前記ローラ芯金の中間領域には軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となる括れ部が形成されていると共に、前記薄肉金属板の前記周回凸部を除いた全体の肉厚が均一であることにより、トナー定着工程でのニップ部分に記録体を通紙する際に“シワ”や“ヨリ”が記録体に発生しないよう中間領域に括れを形成したローラ芯金への対応も可能となる。
【０１００】請求項８に記載の定着ローラの成形方法は、金属材料を基体とする円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して表面均一な薄肉金属管からなるローラ芯金を形成する。
【０１０１】請求項９に記載の定着ローラの成形方法は、金属材料を基体とする円筒管の軸線方向に沿う中間領域の直径がその左右領域の直径よりも序々に小径となって括れるように絞り加工を施した上で、前記円筒管の表面側を周方向に沿って凹陥させることによって前記円筒管の内表面に周回凸部を形成すると共に、該周回凸部を前記円筒管の軸線方向に沿って設定された通紙領域以下の領域内で前記通紙領域の中心から左右均等に振り分けた偶数個所若しくは前記通紙領域の中心とその左右均等に振り分けた奇数個所形成した後、前記円筒管の表面側を切削して凹陥部分を除去して軸線方向に沿う中心が括れた薄肉金属管からなるローラ芯金を形成する。
【０１０２】請求項１０に記載の定着ローラの成形方法は、前記円筒管の表面側を凹陥させる工具の先端若しくは周端の幅が前記周回凸部の幅に対して１／３〜１／１倍である。
【０１０３】このような請求項８乃至請求項１０に記載の発明によれば、成形工程を煩雑にすることなく容易にローラ芯金の加工を行うことができる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７４７
【氏名又は名称】株式会社リコー
|
| 【出願日】 |
平成１２年４月２５日（２０００．４．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８２６７０
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 民雄
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−３０５８９７（Ｐ２００１−３０５８９７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２日（２００１．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１２４４０２（Ｐ２０００−１２４４０２） |
|