JP2002106547A - 芯金構造体及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミ合金材を用いても、従来より薄肉で、
かつ、高剛性を確保できる芯金構造体を提供する。 【解決手段】 中空且つ断面円形状の芯金構造体に関す
る。内周面２２ｂの軸方向の中心領域に設けられている
中央リブ群２５と、この中央リブ群２５の両外側にそれ
ぞれ設けられている少なくとも各１本の周辺リブ２６と
を備えている。中央リブ群２５は、軸方向中心に位置す
る中心リブ２５ａと、中央リブ群２５の両端部にそれぞ
れ位置する端部リブ２５ｂとを備えている。周辺リブ２
６と端部リブ２５ｂとのピッチＳ１は端部リブ間のピッ
チＳ１と等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空且つ断面円形
状の芯金構造体、この芯金構造体を有する定着ローラを
備えた、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７に示すように、複写機、プリンタ、
ファクシミリ等の電子写真式の画像形成装置に使用され
る定着ローラ２は、そのローラ内にハロゲンヒータ２ｃ
等の熱発生装置を内装し、加圧ローラ３と圧接してニッ
プ部Ｎを形成している。そして、このような定着ローラ
２は、ニップ部Ｎの圧力と、上記熱発生装置からの輻射
熱とにより、上記ニップ部Ｎに送り込まれた転写紙Ｐに
トナーを溶融定着させるものである。

【０００３】従来から、定着ローラは、その芯金に熱伝
導性及び剛性の確保のためアルミニウム合金が素材とし
て用いられている。このような定着ローラの一般的な構
成は、筒状で薄肉のローラ芯金を基体とし、その外周面
にフッ素皮膜等を粉体塗装し焼成して離型層をコーティ
ングしたものである。

【０００４】近年において、上記定着ローラのローラ芯
金は、熱伝導性を向上させるために、さらなる薄肉化が
要求されている。すなわち、ローラ芯金の薄肉化により
定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラの立ち
上がり時間）を短縮して複写機等の省電力化を進めるこ
とが望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように定着ローラは、その機能上、高剛性であることが
必要であり、いたずらにローラ芯金の肉厚を落とすこと
はできない。

【０００６】即ち、ローラ芯金の薄肉化をした場合に
は、図８（Ａ）に示すように、定着ローラ２が加圧ロー
ラ３からの押圧力によりたわみ変形ｄしたり、図８
（Ｂ）に示すように、加圧ローラ３からの押圧力により
定着ローラ２の外径がＨ１からＨ２に縮小するつぶれ変
形するという不具合を生じる虞があった。

【０００７】また、ダイヤモンドバイトによって肉厚を
均一に薄くすることのできるプロセス限界点は、従来の
ローラ芯金では０．８ｍｍが限界であり、この肉厚で
は、定着ローラの立ち上がり時間は、ほぼ３０秒が限度
となっている。この立ち上がり時間の高速化も望まれて
いた。そこで、高剛性化と薄肉化を同時に達成すること
が要望されていた。

【０００８】なお、アルミニウム合金材の代替素材とし
て、鉄や、ステンレス系の素材を用いる試みもなされて
いるが、その防錆対策、加工性の問題等から製造コスト
に見合わず、また、アルミニウム合金材に比べて熱伝導
率が低く、温度分布の均一性も十分に得られていない。

【０００９】そこで、本発明の目的は、アルミ合金材を
用いても、従来より薄肉で、かつ、高剛性を確保できる
芯金構造体及びこの芯金構造体を有する定着ローラを備
えた画像形成装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、中空且つ断面円形状の芯金構造体
において、内周面の軸方向の中心領域に設けられている
中央リブ群と、この中央リブ群の両外側にそれぞれ設け
られている少なくとも各１本の周辺リブとを備え、前記
中央リブ群は、軸方向中心に位置する中心リブと、中央
リブ群の両端部にそれぞれ位置する端部リブとを備え、
前記周辺リブと前記端部リブとのピッチは前記端部リブ
間のピッチと等しいことを特徴とする芯金構造体であ
る。

【００１１】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の芯金構造体において、前記芯金は鼓形状であることを
特徴としている。

【００１２】また、請求項３の発明は、定着ローラを備
えている画像形成装置において、前記定着ローラは、中
空且つ断面円形状の芯金構造体であって、芯金内周面の
軸方向の中心領域に設けられている中央リブ群と、この
中央リブ群の両外側にそれぞれ設けられている少なくと
も各１本の周辺リブとを備え、前記中央リブ群は、軸方
向中心に位置する中心リブと、中央リブ群の両端部にそ
れぞれ位置する端部リブとを備え、前記周辺リブと前記
端部リブとのピッチは前記端部リブ間のピッチと等ピッ
チであるローラ芯金を有することを特徴とする画像形成
装置である。

【００１３】また、請求項４の発明は、請求項３に記載
の画像形成装置において、前記芯金構造体は鼓形状であ
ることを特徴としている。

【００１４】また、請求項５の発明は、請求項３に記載
の画像形成装置において、前記リブは、該リブと該リブ
に隣接するフラット面とが熱伝導性が良好になるように
連続していることを特徴としている。

【００１５】また、請求項６の発明は、請求項３に記載
の画像形成装置において、前記ローラ芯金の外周面に定
着紙のしわ伸ばし用の微少凹部が形成されていることを
特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
係わる芯金構造体の一例として、電子写真式の画像形成
装置に備える定着ローラのローラ芯金の構成を示す一部
断面図である。

【００１７】図１に示すように、ローラ芯金２０は、通
紙領域Ｌより広幅の本体部２２と、その両端に一体に形
成される本体部２２より細径のジャーナル部２７，２８
とを備えている。このローラ芯金２０はアルミニウム合
金から構成されている。

【００１８】前記本体部２２は鼓形状に形成されてい
る。この本体部２２の鼓量は、例えば０．０８ｍｍ程度
に設定され、製品性能により適宜設定される。なお、鼓
量とは、通紙領域Ｌの外側の外径Ｄ２と中央部の外径Ｄ
１との差分Ｄ１−Ｄ２のことである。

【００１９】前記本体部２２は、その内部に発熱装置を
挿入可能な空間を有し、断面が円形に構成されている。
さらに、この本体部２２の内周面２２ｂには、剛性を高
めるためのリブ群が形成されている。

【００２０】このリブ群は、軸方向の中心領域に設けら
れている中央リブ群２５と、中央リブ群２５の軸方向の
両外側にそれぞれ配置されている周辺リブ２６とを備え
ている。

【００２１】中央リブ群２５は、軸方向中心に位置する
中心リブ２５ａと、中央リブ群２５の軸方向両端部にそ
れぞれ位置する端部リブ２５ｂとを備え、中心リブ２５
ａと左右一対の端部リブ２５ｂとはそれぞれ等間隔Ｓ２
に配置されている。

【００２２】前記周辺リブ２６は、中央リブ群２５の端
部リブ２５ｂの軸方向中心から、中央リブ群２５の幅Ｓ
１と等距離離間してそれぞれ内周面２２ｂに設けられて
いる。

【００２３】図２は、リブ断面の拡大図であり、（Ａ）
は半円形状のリブを示し、（Ｂ）は滑らかに連続してい
る半円形状のリブを示し、（Ｃ）は二等辺三角形状のリ
ブを示し、（Ｄ）はＵ字形のリブを示し、（Ｅ）は台形
状のリブを示している。なお、図２では代表として中心
リブ２５ａの場合を示したが、他のリブも同様である。

【００２４】このようにローラ芯金の内周面にリブを形
成して剛性を高めることにより、ローラ芯金を薄肉化す
ることができる。特に、加圧ローラ等から圧力が加わる
とたわみ変形しやすいローラ芯金の軸方向中央部分にリ
ブの配設密度を高くしたので、少ないリブで高強度を得
ることができる。本実施形態では、ローラ芯金のフラッ
ト面の肉厚が、０．３ｍｍまで薄肉化しても、リブのな
い０．８ｍｍの肉厚のローラ芯金と同程度の剛性を保持
することができた。

【００２５】さらに、加圧ローラ等から圧力が加わると
たわみ変形しやすいローラ芯金の軸方向中央部分にリブ
の配設密度を高くしたので、ローラ芯金の体積も小さく
することができ、熱容量を小さくできるので、熱源によ
る昇温を高速化することができ、省電力化を達成するこ
とができる。

【００２６】また、さらに、ローラ芯金の中央部分のリ
ブ配設密度を高くしたので、通常中央部分の温度が高く
なる温度分布の均一化を図ることもできる。特に、図２
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）に示すように、リブと内周面２
２ｂのフラット面とを滑らかに連結することにより、昇
温時の表面の温度ムラ変化を滑らかにすることができ、
定着ムラをより小さくすることができる。

【００２７】また、ローラ芯金２０の本体部２２を鼓形
状としたので、定着ローラの軸線方向に円周差を設ける
ことができ、これにより回転による定着時の送り量（線
速）に差分を設けることができる。このように送り量に
差分を設けることができるので、転写紙の両幅方向に向
けて張力を作用させることでき、これにより転写紙のヨ
リ、シワ等を防止することができる。

【００２８】図３はリブ断面のさらなる拡大図である。
図３に示すように、ローラ芯金２０の本体部２２の外周
面にうねり形状を形成する微少凹部２２ｃを形成するこ
とにより、定着ローラとして用いた場合に転写紙のヨ
リ、シワ等をさらに少なくすることができる。この微少
凹部２２ｃの深さとしては、例えば１〜１０μｍ、好ま
しくは３μｍ以下に設定されている。

【００２９】図４は、図１のローラ芯金を有する定着ロ
ーラを備えた定着装置の縦断面図である。図４に示すよ
うに、定着装置１は、図１に示したローラ芯金の外表面
に表面層２１を形成した定着ローラ２と、定着ローラに
転写紙を加圧する加圧ローラ３と、ローラ芯金のジャー
ナル部を軸支する軸受２ａと、定着ローラを駆動する駆
動ギアと、定着ローラの内部に装着されるハロゲンヒー
タ２ｃを有する熱発生装置とを備えて構成されている。

【００３０】前記定着ローラは、ローラ芯金の外周面に
フッ素樹脂層からなる離型層をコーティングして表面層
２１を形成したものである。この表面層２１は、例え
ば、１０〜３０μｍの膜厚に形成されている。

【００３１】図５は、本発明の第２実施形態に係わる定
着ローラのローラ芯金を示す一部断面図である。図５に
示すように、このローラ芯金が図１のローラ芯金と異な
る点は、中央リブ群２５が、中心リブ２５ａと端部リブ
２５ｂとの間に中間リブ２５ｃを設けた点と、周辺リブ
２６を外側周辺リブ２６ａと内側周辺リブ２６ｂとから
構成した点である。

【００３２】この場合には、中央リブ群２５の幅Ｓ１
と、端部リブ２５ｂと内側周辺リブ２６ｂとの幅Ｓ１
と、内側周辺リブ２６ｂと外側周辺リブ２６ａとの幅Ｓ
１とが等しくなっている。

【００３３】このように中央リブ群２５は、中心リブ２
５ａと、端部リブ２５ｂとを有していれば、中心リブ２
５ａと端部リブ２５ｂとの間に単数又は複数の中間リブ
２５ｃを形成するようにしてもよい。

【００３４】また、周辺リブ２６は複数本から形成する
ようにしてもよい。この場合には、最も内側の周辺リブ
２６ｂとその次に外側の周辺リブ２６ａとの距離は幅Ｓ
１に設定することが好ましい。

【００３５】図６は本発明の芯金構造体としてのローラ
芯金を有する定着ローラを備えた画像形成装置の主要構
成を示す説明図である。図６に示すように、この画像形
成装置は、静電潜像が形成される感光体ドラム４ａと、
この感光体ドラム４ａに接触又は近接して帯電処理を行
う帯電ローラ４ｂと、感光体ドラム４ａの静電潜像にト
ナーを付着させる現像ローラ４ｅと、帯電ローラ４ｅに
直流電圧を印加するための電源４ｈと、感光体ドラム４
ａ上のトナー像を給紙部から搬送されてきた転写紙Ｐに
転写処理する転写ローラ４ｆと、感光体ドラム４ａ表面
の残留トナーの除去及び回収を行うクリーニング装置４
ｇと、感光体ドラム４ａの表面電位を測定する表面電位
計４ｄと、定着ローラ２及び加圧ローラ３を有する定着
装置１とを備えている。なお、符号４ｃはレーザ光又は
原稿の反射光などの露光を示している。

【００３６】以上のように構成された画像形成装置にお
ける作像動作について説明する。先ず、この感光体ドラ
ム４ａに接触された帯電ローラ４ｂに対して直流電圧を
電源４ｈから給電することによって，感光体ドラム４ａ
の表面を一様に高電位に帯電する。

【００３７】その直後、感光体ドラム４ａ表面に露光４
ｃされると露光された部分は電位が低下する。この露光
４ｃでは、画像の濃度に応じた光量の分布を有するた
め、露光４ｃによって感光体ドラム４ａ面に記録画像に
対する電位分布、すなわち静電潜像が形成される。

【００３８】次に、静電潜像が形成された部分が現像ロ
ーラ４ｅを通過すると、その電位の高低に応じてトナー
が付着し、静電潜像を可視像化したトナー像が形成され
る。次に、トナー像が形成された部分に所定のタイミン
グで転写紙Ｐが搬送され、上記トナー像に重なる。この
トナー像が転写ローラ４ｆによって転写紙Ｐに転写され
た後、この転写紙Ｐは感光体ドラム４ａから分離され
る。

【００３９】次に、分離された転写紙Ｐは搬送経路を通
って搬送され、定着ローラ２及び加圧ローラ３により熱
加圧定着された後、機外へ排出される。また、上記転写
終了後、感光体ドラム４ａの表面はクリーニング装置４
ｇによりクリーニング処理され、さらに図示しない残留
電荷消去手段により残留電荷が消去され、次の作像処理
に備える。

【００４０】このとき、定着ローラとして、薄肉化した
ローラ芯金を有する定着ローラを用いているので、定着
ローラの温度上昇率の向上が図れ、立ち上がり時間を大
幅に短縮することができ、省電力化も達成することがで
きる。即ち、ウォームアップ時間と、ハロゲンヒータの
点灯時間を共に短縮することができる。

【００４１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記実施形態では中央リブ群を
３本の場合と５本の場合とについて説明したが、奇数本
であれば７本以上であってもよい。また、上記実施形態
では周辺リブを各１本の場合と各２本の場合とについて
説明したが、３本以上であってもよい。即ち、本発明の
骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の芯金構造
体によれば、剛性を保持したままで、薄肉化が可能な芯
金構造体を得ることができるという効果を有する。

【００４３】この芯金構造体を用いて定着ローラを構成
した場合には、ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有す
る構成なので、ローラの剛性を確保し、かつローラ面の
薄肉化を図ることができ、定着ローラの立ち上がり時間
を大幅に短縮することができる。

【００４４】また、本発明の芯金構造体を用いた定着ロ
ーラを備えた画像形成装置によれば、定着ローラの立ち
上がり時間を大幅に短縮することができるので、画像形
成時間を短縮することができるとともに、省電力化も達
成することができる。

【００４５】さらに、ローラ芯金の外周面に微少凹みを
設けてうねりを形成した場合には、定着紙のシワ、ヨリ
等をほぼ完全に防止することができ、定着ムラを極めて
小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる芯金構造体の一
例として、電子写真式の画像形成装置に備える定着ロー
ラのローラ芯金の構成を示す一部断面図である。

【図２】リブ断面の拡大図であり、（Ａ）は半円形状の
リブを示し、（Ｂ）は滑らかに連続している半円形状の
リブを示し、（Ｃ）は二等辺三角形状のリブを示し、
（Ｄ）はＵ字形のリブを示し、（Ｅ）は台形状のリブを
示している。

【図３】リブ断面のさらなる拡大図である。

【図４】図１のローラ芯金を有する定着ローラを備えた
定着装置の縦断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係わる定着ローラのロ
ーラ芯金を示す一部断面図である。

【図６】本発明の芯金構造体としてのローラ芯金を有す
る定着ローラを備えた画像形成装置の主要構成を示す説
明図である。

【図７】電子写真式の画像形成装置に使用される定着ロ
ーラを示す図である。

【図８】薄肉定着ローラの技術的課題を示す図であり、
（Ａ）はたわみ変形の場合であり、（Ｂ）はつぶれ変形
の場合である。

【符号の説明】

２ 定着ローラ ２０ ローラ芯金（芯金構造体） ２２ 本体部 ２２ｂ 内周面 ２２ｃ 微少凹部 ２５ 中央リブ群 ２５ａ 中心リブ ２５ｂ 端部リブ ２６ 周辺リブ Ｓ１ 幅（ピッチ） Ｓ２ 幅（ピッチ）

フロントページの続き (72)発明者 村田 誠 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H033 AA21 BB03 BB13 3J103 AA02 AA07 AA12 AA14 AA41 AA51 AA72 AA73 BA03 BA17 BA34 CA03 FA01 FA03 FA20 GA02 GA57 GA58 GA60 GA66 HA03 HA04 HA15 HA37 HA43 HA54

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空且つ断面円形状の芯金構造体におい
   て、内周面の軸方向の中心領域に設けられている中央リ
   ブ群と、この中央リブ群の両外側にそれぞれ設けられて
   いる少なくとも各１本の周辺リブとを備え、 前記中央リブ群は、軸方向中心に位置する中心リブと、
   中央リブ群の両端部にそれぞれ位置する端部リブとを備
   え、 前記周辺リブと前記端部リブとのピッチは前記端部リブ
   間のピッチと等しいことを特徴とする芯金構造体。
2. 【請求項２】 前記芯金は鼓形状であることを特徴とす
   る請求項１に記載の芯金構造体。
3. 【請求項３】 定着ローラを備えている画像形成装置に
   おいて、前記定着ローラは、中空且つ断面円形状の芯金
   構造体であって、芯金内周面の軸方向の中心領域に設け
   られている中央リブ群と、この中央リブ群の両外側にそ
   れぞれ設けられている少なくとも各１本の周辺リブとを
   備え、前記中央リブ群は、軸方向中心に位置する中心リ
   ブと、中央リブ群の両端部にそれぞれ位置する端部リブ
   とを備え、前記周辺リブと前記端部リブとのピッチは前
   記端部リブ間のピッチと等ピッチであるローラ芯金を有
   することを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記芯金構造体は鼓形状であることを特
   徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記リブは、該リブと該リブに隣接する
   フラット面とが熱伝導性が良好になるように連続してい
   ることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記ローラ芯金の外周面に定着紙のしわ
   伸ばし用の微少凹部が形成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の画像形成装置。