【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉且つ高剛性の薄肉芯金及びその加工方法、この薄肉芯金を、トナー像を加熱および加圧して定着させる熱定着方式の定着ローラの芯金として備え、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの電子写真プロセスを利用した機器に使用される定着ローラ、この定着ローラを備えた定着装置、この定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転写材上に形成されたトナー画像を定着する方法として、一般に熱と圧力による熱定着方式が用いられている。この熱定着方式は、具体的には、転写材である記録紙上に形成されたトナー像を記録紙とともに、内部に加熱源を持った定着ローラと相対する加圧ローラの間を通過させ、その間にトナーに熱を与え、溶融を起こさせ、同時に両ローラ間の圧力によってトナー像を記録紙上に定着させるものである。
【０００３】
近年、この熱定着方式を用いる装置では、定着ローラ表面の昇温時間、いわゆるウォームアップ時間の短縮と同時に、定着画像の高画質化が望まれている。ウォームアップ時間の短縮には、定着ローラの芯金肉厚を薄くすると効果が大きいが、その機能上剛性も重要であるため、あまり薄くすることはできない。
薄くすると芯金の強度が低下し、加圧ローラとの押付け力によって、容易に変形するため、安定した定着画像を得ることができなくなる。
【０００４】
その対策として、特開２００２−１２６８２４や特開２００２−１２６９０４などに示すように、芯金内面に複数のリブを設けることで、薄肉芯金としてウォームアップ時間を確保しながら、内面のリブで芯金つぶれを防止し、安定した定着画像を得ている。
【０００５】
また、高画質化のためには、定着ローラ表層の柔らかさが重要で、芯金の外周面に、シリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性弾性層を形成し、さらにその外周部に、耐熱性、耐摩耗性および離型性を持つフッ素樹脂層を形成した多層構造となっている。フッ素樹脂層には、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）などが多く用いられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１２６８２４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２６９０４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような多層構造の定着ローラを用いる定着装置では、画質確保のため、従来よりも、定着ローラと加圧ローラ間の加圧力を高める必要があり、その結果、定着ローラ芯金の変形がより大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、定着ローラは加圧力で変形した状態で保持され、その状態で熱と回転力が与えられ使用されるので、その繰り返しにより定着ローラ芯金が疲労破壊するまでの時間、すなわち定着ローラ寿命が極端に短くなる可能性が高くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、薄肉芯金を有するローラを使用する場合でも、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した性能を確保できる、薄肉芯金及びその加工方法を提供することをその目的とする。
【００１０】
また、本発明は、多層構造を持つ定着ローラを使用する定着装置でも、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した定着性を確保できる、定着ローラ、定着装置及び画像形成装置を提供することをその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究の結果、特に芯金内面に設けられたリブ部で疲労破壊する可能性の高いことを確認した。
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、中空円筒状の芯金の両端を支持しながら回転させ、この芯金の表面に押し部材を押し当てることにより、芯金内面にリブが形成されている薄肉芯金において、
前記押し部材を芯金表面に圧接後そのまま芯金軸方向に平行移動させその後離すことで、押し部材より幅広の幅広リブが形成されていることを特徴とする薄肉芯金である。
【００１２】
また、請求項２の発明は、前記幅広リブが芯金の軸方向に複数形成され、該複数の幅広リブのうち中央に位置する幅広リブのリブ幅が他のリブ幅より幅広であることを特徴とする請求項１に記載の薄肉芯金である。
【００１３】
また、請求項３の発明は、中空円筒状の芯金の両端を支持しながら回転させ、この芯金の表面に押し部材を押し当てることにより、芯金内面にリブを形成する加工方法において、
前記押し部材を芯金表面に圧接し、次いでこの圧接状態のまま前記押し部材を芯金軸方向に平行移動させ、その後押し部材を芯金表面から離すことで、幅広リブを形成することを特徴とする薄肉芯金の加工方法である。
【００１４】
また、請求項４の発明は、前記押し部材を、芯金の表面に押し当て移動後離すという動作を繰り返し、芯金の軸方向複数箇所に幅広リブを形成する際に、中央付近の幅広リブを最後に形成することを特徴とする請求項３に記載の薄肉芯金の加工方法である。
【００１５】
また、請求項５の発明は、前記押し部材で芯金に幅広リブを形成する際に、押し部材の押し付け力による芯金変形を抑えるために用いるバックアップ部材を、幅広リブの形成範囲以外の位置に当接させて配置することを特徴とする請求項３又は４に記載の薄肉芯金の加工方法である。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１又は２に記載の薄肉芯金の表面に、第１接着層、耐熱弾性層、第２接着層、離型性樹脂層を順次有することを特徴とする定着ローラである。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の定着ローラを備えていることを特徴とする定着装置である。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項７に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置である。
【００１９】
【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３は本発明に係る一実施形態の定着ローラの回転軸と直交する断面を示す断面図である。
図３に示すように、この定着ローラ１０は、ローラ断面中心側から、芯金部材１としての薄肉芯金１ｃ、第１接着層２、耐熱弾性層３、第２接着層４、および離型性樹脂層５を順次有している。
【００２０】
芯金部材１は、アルミニウム合金の外径φ４０で、ローラとして立上り時間も重要なため、薄肉化しており、肉厚０．４ｍｍとする。図１（Ｄ）に示すように、形成する幅広リブ７ａ，７ｂは、薄肉芯金１ｃの胴部中央に幅２０ｍｍ、リブ高さ０．５ｍｍで形成した幅広リブ７ｂが１本、その両側にそれぞれ４０ｍｍの間隔を開けて、幅１０ｍｍ、リブ高さ０．５ｍｍで形成した幅広リブ７ａを各１本ずつ合計３本の幅広リブ７ａ，７ｂをレイアウトする。
【００２１】
図６に示すように、従来の定着ローラに用いる薄肉芯金２１ｂのリブ９は、幅２ｍｍ〜３ｍｍで、リブ高さ０．５ｍｍのリブを中央に５本、その両側に４本の合計９本設定していた。このリブ９は、回転自在に支持された、外径φ１００ｍｍ、刃幅１ｍｍの押し部材であるリブローラ８を、回転している素管の表面に素管半径方向に徐々に圧接することで、連れ周りしながら素管内面にリブ９を形成する。このような押込みにより形成されたリブ９は頂点を持つ、半円形状をしている。
【００２２】
これに対し、本発明の薄肉芯金１ｃの幅広リブ７ａ，７ｂは、上記リブローラ８ではなく、外径φ１００ｍｍ、刃幅６ｍｍで素管１ａと接触する先端の半径が３ｍｍの押し部材である絞りローラ６を用いる。この絞りローラ６を従来工法と同じように素管１ａに徐々に圧接し（図１（Ｂ）の矢印ａ）、その位置から、素管軸方向に絞りローラ６を平行移動していき（図１（Ｂ）の矢印ｂ）、所定のリブ幅が得られた時点で、絞りローラ６を後退させ素管から離す（図１（Ｂ）の矢印ｃ）ことで、幅広リブ７ａ，７ｂが完成する。この動作を３本の幅広リブ７ａ，７ｂのうち、両側の幅１０ｍｍの２本の幅広リブ７ａにおいて先に繰り返し、最後に中央の幅２０ｍｍの幅広リブ７ｂを形成する。このとき各幅広リブ７ａ，７ｂに対応するリブ溝１ｄには螺旋状の線状痕が形成される。また、幅広リブ７ａ，７ｂの表面はほぼ平坦に形成され、頂点を有しないが、線状痕に対応する螺旋状の模様を目視等で観察することができる。
【００２３】
このとき、図２に示すように、設置しようとしている幅１０ｍｍの幅広リブ７ａと幅２０ｍｍの幅広リブ７ｂとの間にバックアップ部材Ｂを位置させることで、リブ成形中に素管１ａを常に支持できることから、幅広リブ加工後の素管振れを小さくでき、外径切削後の偏肉を小さくできる。もし、バックアップ部材Ｂを幅広リブ部に当てようとすると、常にバックアップ部材Ｂの位置を素管半径方向に動かす必要があり、安定したバックアップができない。また、図２に示すように、バックアップ部材Ｂを１対とし、中央の幅広リブ７ｂを挟む状態で配置すれば、よりバランスよく素管１ａを支持できる。
【００２４】
幅広リブ７ａ，７ｂの形成手段として、幅広リブ７ａ，７ｂと等幅の刃幅が１０ｍｍあるいは２０ｍｍのリブローラ８を用いることが考えられるが、狙いのリブ高さ０．５ｍｍを得るためには、素管へのリブローラ圧接力を極端に高くする必要がある。これは素管とリブローラ８との接触面積が大きくなるため、圧力が分散し、素管内面に突出すリブの高さが低くなることによる。そのため、より強い圧接力が必要となるが、このアルミニウム素管は両端部をわずかな面積のセンタ面で、素管外周部の一部をバックアップ部材で抑えているだけであるため、容易に曲がりや変形が発生し、全体にうねった形状を持つ芯金となってしまう。このことから、幅広のリブローラ８での圧接による形成は難しく、本発明の如く絞りローラ６の平行移動による加工方法が生産性を含め有利と言える。
【００２５】
従来の頂点を持つ、リブ形状と本発明の幅広リブとの違いについて、説明を加える。
定着ローラ１０には、常に、加圧ローラ３０（図５参照）との間に働く加圧力がかけられている。定着装置側にこの加圧力を解除する機構があれば常に加圧力が作用することは無いが、部品点数の増加となり、低・中速機の定着装置では現実的ではない。ゆえに、定着ローラ１０は常に加圧力が働いたままであり、使用時には加えて加熱され回転させられる。加圧ローラ３０から薄肉芯金を曲げたり、半径方向につぶしたりする力が常に働いているため、薄肉芯金の内外周面は円周方向に伸縮を繰り返している。
【００２６】
また、加圧力による応力がリブの頂点に大きく働くことがシュミレーション結果から求められており、この薄肉芯金の伸縮の繰り返しとあいまって、許容範囲を超えると、リブ部から疲労破壊が起こる。そして、破断部が拡大すると、薄肉芯金表面に達し、薄肉芯金の割れとして現れる。
【００２７】
その対策として、シュミレーションから、幅広リブにリブ形状を変更することで、リブ頂点の応力低減が図れることを確認した。具体的に示すと、これまでの幅２ｍｍ〜３ｍｍで高さ０．５ｍｍのリブでは、その頂点に約１９０Ｎ／ｍｍ２ の応力が働いていたのに対し、リブ幅１０ｍｍの幅広リブ７ａとリブ幅２０ｍｍの幅広リブ７ｂとの組合せによって、同一加圧状態でもリブ部上部の応力を１００Ｎ／ｍｍ２ まで低下させることができる。リブ高さは変えずに、リブ幅を広げ、リブ頂上を平坦にすることで、応力が集中するリブ頂点を無くしている。すなわち、リブ幅を広げることで、４割強の応力低減が図れる。
【００２８】
幅広リブ７ａ，７ｂを設けることは、部分的に肉厚な部分を作ることになるが、軸方向の温度分布は充分な均一性が得られている。即ち、本実施例で使用している薄肉芯金材料は、量産性や加工性から、ほとんどの場合アルミニウム合金になる。そして、このアルミニウム合金は熱伝導率が高いので、定着装置として定着ローラ表面温度が所定の温度になるまでの間に、軸方向でほぼ均一な温度分布を確保でき、部分的に肉厚な部分があっても温度分布の均一性は特に問題とはならない。
【００２９】
本発明の薄肉芯金１ｃを定着ローラ１０として使用するためには、以下の工程を行い完成させる。
図１（Ｂ）に示すように、幅広リブ７ａ，７ｂを形成したリブ付き素管１ｂの表面には、幅広リブ７ａ，７ｂと相対したリブ溝部１ｄが作られている。図１（Ｃ）に示すように、このリブ溝部１ｄを含め、リブ付き素管１ｂの外周面を切削加工することで、薄肉芯金１ｃの形状を完成させる。そして、図１（Ｄ）に示すように、この薄肉芯金１ｃの表面に耐熱性弾性層３等の多層構造Ｔを積層していく。図３に示すように、先ず、薄肉芯金１ｃの表面に第１接着層２を形成する。次に、第１接着層２の上に耐熱性弾性層３を設ける。この耐熱性弾性層３の材料としては、耐熱性が要求されるため、シリコンゴムやフッ素ゴムが用いられる。
【００３０】
次に、この耐熱弾性層３上に第２接着層４を形成する。そして、最後に第２接着層４の上に離型性樹脂層５を形成し、定着ローラ１０を完成させる。離型性樹脂層５の材料としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ樹脂）などを用いることができる。
【００３１】
本発明の幅広リブ７ａ，７ｂの形状について加えると、幅広リブ７ａ，７ｂのリブ幅をＷ、リブ高さをＨとしたときに、Ｗ／Ｈ＞１０の関係を満足することで、幅広リブ７ａ，７ｂの所望の効果を得ることができる。即ち、薄肉芯金１ｃの強度を低下させること無く、薄肉芯金１ｃ、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した定着性を確保できる。
【００３２】
Ｗ／Ｈが１０以下では、リブ追加の効果が小さく、また、頂点を持つ尖がったリブ形状となるため、疲労破壊の発生が考えられる。逆に、このＷ／Ｈの値が大きいことは定着ローラ軸方向での厚肉部が多くなることから、全体を厚肉としたものと類似の状態となるため、最大でも５０程度である。
【００３３】
従来リブ：Ｗ＝３ｍｍ、Ｈ＝０．５ｍｍより、Ｗ／Ｈ＝６
本発明の幅広リブ７ａ：Ｗ＝１０ｍｍ、Ｈ＝０．５ｍｍより、Ｗ／Ｈ＝２０、
本発明の幅広リブ７ｂ：Ｗ＝２０ｍｍ、Ｈ＝０．５ｍｍより、Ｗ／Ｈ＝４０
【００３４】
図４は図１（Ｄ）、図３に示した定着ローラを備えた、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の主要構成を示す概略図である。
図４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５４ａと、この感光体ドラム５４ａに接触又は近接して帯電処理を行う帯電ローラ５４ｂと、感光体ドラム５４ａの静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ５４ｅと、帯電ローラ５４ｂに直流電圧を印加するための電源５４ｈと、感光体ドラム５４ａ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５４ｆと、感光体ドラム５４ａ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５４ｇと、感光体ドラム５４ａの表面電位を測定する表面電位計５４ｄと、定着ローラ１０及び加圧ローラ３０を有する定着装置４０とを備えている。なお、符号５４ｃはレーザ光又は原稿の反射光などの露光を示している。
【００３５】
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５４ａに接触された帯電ローラ５４ｂに対して直流電圧を電源５４ｈから給電することによって、感光体ドラム５４ａの表面を一様に高電位に帯電する。
【００３６】
その直後、感光体ドラム５４ａ表面に露光５４ｃされると露光された部分は電位が低下する。この露光５４ｃでは、画像の濃度に応じた光量の分布を有するため、露光５４ｃによって感光体ドラム５４ａ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。
【００３７】
次に、静電潜像が形成された部分が現像ローラ５４ｅ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５４ｆ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５４ａから分離される。
【００３８】
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１０及び加圧ローラ３０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５４ａの表面はクリーニング装置５４ｇ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。
【００３９】
図５は、図４の画像形成装置に使用される、本発明に係る定着ローラを有する定着装置を示す概略図である。
図５に示すように、この画像形成装置に使用される定着ローラ１０は、芯金の外部に、電磁誘導式加熱源、ハロゲンランプ、面状発熱源、セラミックヒータ等の図示しない熱発生装置が設けられ、加圧ローラ３０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ｔを溶融定着させるものである。
【００４０】
このとき、定着ローラとして、上述したように、薄肉化、高剛性化、高耐久性等を達成した定着ローラ１０を用いているので、定着ローラ１０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、加熱源の駆動時間を共に短縮することができる。また、幅広リブ７ａ，７ｂにより高剛性化を達成できるので優れた定着性を得ることができる。さらに、幅広リブ７ａ，７ｂにより応力集中を防げるので、薄肉芯金１ｃが疲労破壊することがなく高耐久性を得ることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。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。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１又は３の発明によれば、薄肉芯金を有するローラを使用する場合でも、頂点を持たない幅広リブを形成できるため、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、かつ、つぶれ等の変形も小さくなるため、経時において安定した性能を確保できる。
【００４２】
また、請求項２の発明によれば、さらに、最も強度が必要な薄肉芯金の中央部分の強度を効率的に向上させることができる。
【００４３】
また、請求項４の発明によれば、複数の幅広リブを設置する場合に発生しやすい芯金振れを小さく抑えることができるので、次工程である、外径切削工程での偏肉発生を抑えることが可能となる。その結果、肉厚偏差の小さい定着ローラを製作できる。
【００４４】
また、請求項５の発明によれば、幅広リブを設置するときのバックアップ部材を、半径方向の接触位置を微調整することなく、芯金表面に常に接触させることができるので、幅広リブ形成時の振れを小さく抑えることができる。
【００４５】
また、請求項６の発明によれば、多層構造を持つ定着ローラに要求される高い加圧力下でも、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した定着性を確保できる定着ローラを得ることができる。
【００４６】
また、請求項７の発明によれば、多層構造を持つ定着ローラに要求される高い加圧力下でも、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した定着性を確保できる定着装置を得ることができる。
【００４７】
また、請求項８の発明によれば、多層構造を持つ定着ローラを使用する定着装置でも、芯金強度を低下させること無く、芯金、特にリブ部での疲労破壊の恐れもなく、経時において安定した定着性を確保できる画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の、薄肉芯金の加工方法を含む定着ローラの製造方法を工程順に示す図であり、（Ａ）はリブ加工前の素管の断面図、（Ｂ）はリブ加工時の素管断面図、（Ｃ）は外周面切削後の素管断面図、（Ｄ）は断熱層および離型層を形成した定着ローラの回転軸を含む断面を示す断面図である。
【図２】本発明のリブ加工状態図（バックアップ部材レイアウト）である。
【図３】本発明に係る一実施形態の定着ローラの回転軸と直交する断面を示す断面図である。
【図４】本発明に係る定着ローラを備えた画像形成装置の主要構成を示す概略図である。
【図５】図４の画像形成装置に使用される、本発明に係る定着ローラを有する定着装置を示す概略図である。
【図６】従来のリブ形成方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 芯金部材
１ａ 素管
１ｂ リブ付き素管
１ｃ 薄肉芯金
１ｄ リブ溝部
２ 第１接着層
３ 耐熱性弾性層
４ 第２接着層
５ 離型性樹脂層
６ 絞りローラ
７ａ 幅広リブ
７ｂ 幅広リブ
８ リブローラ
１０ 定着ローラ
Ｂ バックアップ部材
Ｔ 多層構造[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a thin and high-rigidity thin metal core and a processing method thereof, and the thin metal core is provided as a core metal of a heat fixing type fixing roller for fixing a toner image by heating and pressurizing, a copying machine, a facsimile, The present invention relates to a fixing roller used for an apparatus using an electrophotographic process such as a printer, a fixing device including the fixing roller, and an image forming apparatus including the fixing device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for fixing a toner image formed on a transfer material, a heat fixing method using heat and pressure is generally used. In this heat fixing method, specifically, a toner image formed on a recording sheet as a transfer material is passed together with the recording sheet between a fixing roller having a heat source therein and a pressure roller opposed thereto. And heat is applied to the toner to cause the toner to fuse, and at the same time, the toner image is fixed on the recording paper by the pressure between the two rollers.
[0003]
In recent years, in an apparatus using this heat fixing method, it is desired to improve the quality of a fixed image while simultaneously shortening the time required for raising the temperature of the fixing roller surface, so-called warm-up time. To shorten the warm-up time, it is effective to reduce the thickness of the core metal of the fixing roller. However, since the rigidity is important for its function, it cannot be reduced too much.
If the thickness is reduced, the strength of the core decreases, and the core is easily deformed by the pressing force against the pressure roller, so that a stable fixed image cannot be obtained.
[0004]
As a countermeasure, as shown in JP-A-2002-126824 and JP-A-2002-126904, by providing a plurality of ribs on the inner surface of the core metal, the warm-up time can be ensured as a thin core metal, and the inner core ribs can be used. Prevents gold crushing and provides stable fixed images.
[0005]
In order to improve the image quality, the softness of the surface layer of the fixing roller is important, and a heat-resistant elastic layer such as silicon rubber or fluorine rubber is formed on the outer peripheral surface of the cored bar. It has a multilayer structure in which a fluororesin layer having abrasion resistance and mold release properties is formed. For the fluororesin layer, PFA (perfluoroalkoxy resin), PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer), or the like is often used.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-126824 A [Patent Document 2]
JP 2002-126904 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in a fixing device using such a multi-layered fixing roller, it is necessary to increase the pressing force between the fixing roller and the pressure roller in order to secure image quality. There was a problem that became larger.
[0008]
Further, since the fixing roller is held in a deformed state by the pressing force, and is used by applying heat and rotational force in that state, the time until the core metal of the fixing roller is subjected to fatigue failure by repetition, that is, the life of the fixing roller is reduced. Extremely short possibility is high.
[0009]
Therefore, the present invention can secure stable performance over time even when using a roller having a thin metal core without reducing the metal core strength, without fear of fatigue fracture at the metal core, particularly at the rib portion. It is an object of the present invention to provide a thin metal core and a method for processing the same.
[0010]
Further, the present invention provides a fixing device using a fixing roller having a multilayer structure, without lowering the strength of the core metal, without fear of fatigue damage at the core metal, especially at the rib portion, and achieving stable fixing properties over time. It is an object of the present invention to provide a fixing roller, a fixing device, and an image forming apparatus that can be secured.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made intensive studies and as a result, have confirmed that there is a high possibility of causing fatigue fracture particularly at a rib portion provided on the inner surface of a metal core.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that a hollow cylindrical core is rotated while supporting both ends thereof, and a pressing member is pressed against the surface of the core to form a rib on the inner surface of the core. In the formed thin metal core,
The thin cored bar is characterized in that the pressing member is pressed against the surface of the cored bar and then moved in parallel in the axial direction of the cored bar and then separated to form a wide rib wider than the pressing member.
[0012]
The invention according to claim 2 is characterized in that the wide ribs are formed in a plurality in the axial direction of the metal core, and the width of the wide rib located at the center of the plurality of wide ribs is wider than the width of the other ribs. The thin metal core according to claim 1, wherein
[0013]
The invention according to claim 3 is a processing method for forming a rib on the inner surface of the core metal by rotating while supporting both ends of the core metal having a hollow cylindrical shape and pressing a pressing member against the surface of the core metal.
The pressing member is pressed against the surface of the metal core, and the pressing member is moved in the axial direction of the metal core in this pressed state, and then the pressing member is separated from the surface of the metal core to form a wide rib. Is a method of processing a thin cored bar.
[0014]
The invention according to claim 4 is characterized in that the operation of pressing the pressing member against the surface of the metal core and then releasing the pressing member is repeated to form wide ribs at a plurality of locations in the axial direction of the metal core. 4. The method of processing a thin metal core according to claim 3, wherein
[0015]
Further, in the invention according to claim 5, when the wide rib is formed on the metal core by the pressing member, the backup member used for suppressing the metal core deformation due to the pressing force of the pressing member is moved to a position other than the wide rib forming range. The method for processing a thin metal core according to claim 3, wherein the metal core is arranged in contact with the metal core.
[0016]
The invention according to claim 6 is characterized in that the thin core metal according to claim 1 or 2 has a first adhesive layer, a heat-resistant elastic layer, a second adhesive layer, and a release resin layer sequentially on the surface. Fixing roller.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fixing device including the fixing roller according to the sixth aspect.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including the fixing device according to the seventh aspect.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section orthogonal to the rotation axis of the fixing roller of one embodiment according to the present invention.
As shown in FIG. 3, the fixing roller 10 includes a thin metal core 1c as a metal core member 1, a first adhesive layer 2, a heat-resistant elastic layer 3, a second adhesive layer 4, The conductive resin layers 5 are sequentially provided.
[0020]
The core metal member 1 has an outer diameter of φ40 of an aluminum alloy, and since the rise time is also important as a roller, the core metal member 1 is thin and has a thickness of 0.4 mm. As shown in FIG. 1 (D), the wide ribs 7a and 7b to be formed include one wide rib 7b formed with a width of 20 mm and a rib height of 0.5 mm at the center of the body of the thin cored bar 1c, and on both sides thereof. The wide ribs 7a formed with a width of 10 mm and a rib height of 0.5 mm are arranged at intervals of 40 mm, respectively, and a total of three wide ribs 7a and 7b are laid out.
[0021]
As shown in FIG. 6, the ribs 9 of the thin metal core 21b used in the conventional fixing roller have a width of 2 mm to 3 mm, five ribs having a height of 0.5 mm at the center, and four ribs on both sides of the ribs. This book was set. The rib 9 is supported by a rib roller 8, which is a rotatable rotatable supporting member having an outer diameter of 100 mm and a blade width of 1 mm, which is gradually pressed against the surface of the rotating raw tube in the radial direction of the raw tube. A rib 9 is formed on the inner surface of the raw tube while rotating. The rib 9 formed by such pushing has a semi-circular shape having a vertex.
[0022]
On the other hand, the wide ribs 7a and 7b of the thin cored bar 1c of the present invention are not the rib rollers 8, but a pressing member having an outer diameter of 100 mm, a blade width of 6 mm, and a radius of 3 mm at the tip contacting the base tube 1a. The roller 6 is used. The squeezing roller 6 is gradually pressed into contact with the raw tube 1a in the same manner as in the conventional method (arrow a in FIG. 1B), and from that position, the squeezing roller 6 is translated in the axial direction of the raw tube (FIG. 1B). 1B, when the predetermined rib width is obtained, the widening ribs 7a and 7b are completed by retracting the squeezing roller 6 and separating it from the tube (arrow c in FIG. 1B). I do. This operation is repeated first on the two wide ribs 7a having a width of 10 mm on both sides of the three wide ribs 7a and 7b, and finally, the wide rib 7b having a central width of 20 mm is formed. At this time, spiral linear marks are formed in the rib grooves 1d corresponding to the wide ribs 7a and 7b. The surfaces of the wide ribs 7a and 7b are formed almost flat and do not have vertices, but a spiral pattern corresponding to a linear mark can be visually observed.
[0023]
At this time, as shown in FIG. 2, by positioning the backup member B between the wide rib 7a having a width of 10 mm to be installed and the wide rib 7b having a width of 20 mm, the raw tube 1a is always supported during the rib forming. Because it is possible, the run-out of the raw tube after the wide rib processing can be reduced, and the uneven thickness after the outer diameter cutting can be reduced. If the backup member B is to be brought into contact with the wide rib portion, it is necessary to always move the position of the backup member B in the radial direction of the raw pipe, and stable backup cannot be performed. Further, as shown in FIG. 2, when the backup member B is paired and arranged so as to sandwich the wide rib 7b at the center, the base tube 1a can be supported in a more balanced manner.
[0024]
As a means for forming the wide ribs 7a and 7b, it is conceivable to use a rib roller 8 having the same width as the wide ribs 7a and 7b and a blade width of 10 mm or 20 mm. However, in order to obtain a target rib height of 0.5 mm, It is necessary to extremely increase the rib roller pressing force against the raw tube. This is because the contact area between the raw tube and the rib roller 8 is increased, so that the pressure is dispersed and the height of the rib protruding from the inner surface of the raw tube is reduced. For this reason, a stronger pressing force is required, but this aluminum pipe is easily bent because both ends are only held by the center surface with a small area and a part of the outer circumference of the pipe is held down by the backup member. Or deformation, resulting in a core metal having an undulating shape as a whole. For this reason, it is difficult to form the wide rib roller 8 by pressure contact, and it can be said that the processing method by parallel movement of the squeezing roller 6 as described in the present invention is advantageous including productivity.
[0025]
The difference between the rib shape having the conventional apex and the wide rib of the present invention will be described.
A pressing force acting between the fixing roller 10 and the pressure roller 30 (see FIG. 5) is constantly applied. If there is a mechanism for canceling the pressing force on the fixing device side, the pressing force does not always act, but the number of parts increases, and it is not practical for a fixing device of a low / medium speed machine. Therefore, the fixing roller 10 is always kept under the pressing force, and is additionally heated and rotated at the time of use. Since a force for bending the thin metal core or crushing the metal core in the radial direction from the pressure roller 30 always acts, the inner and outer peripheral surfaces of the thin metal core repeatedly expand and contract in the circumferential direction.
[0026]
It is required from simulation results that the stress due to the pressing force exerts a great influence on the top of the rib, and when this thin core metal is repeatedly expanded and contracted, when the allowable range is exceeded, fatigue breakage occurs from the rib portion. Then, when the fractured portion expands, it reaches the surface of the thin metal core and appears as a crack in the thin metal core.
[0027]
As a countermeasure, it was confirmed that the stress at the rib apex can be reduced by changing the rib shape from a simulation to a wide rib. Specifically, in a conventional rib having a width of 2 mm to 3 mm and a height of 0.5 mm, a stress of about 190 N / mm 2 was applied to its apex, whereas a wide rib 7 a having a rib width of 10 mm and a rib With the combination with the wide rib 7b having a width of 20 mm, the stress at the upper part of the rib portion can be reduced to 100 N / mm 2 even under the same pressing state. By increasing the rib width and flattening the rib top without changing the rib height, the rib vertices where stress is concentrated are eliminated. That is, by increasing the rib width, it is possible to reduce the stress by more than 40%.
[0028]
Although the provision of the wide ribs 7a and 7b creates a partly thick portion, the temperature distribution in the axial direction is sufficiently uniform. That is, the thin metal core material used in this embodiment is almost always an aluminum alloy from the viewpoint of mass productivity and workability. Since this aluminum alloy has a high thermal conductivity, a substantially uniform temperature distribution can be secured in the axial direction until the surface temperature of the fixing roller reaches a predetermined temperature as a fixing device, and the thickness of the partially thick portion is increased. However, the uniformity of the temperature distribution does not pose a particular problem.
[0029]
In order to use the thin metal core 1c of the present invention as the fixing roller 10, the following steps are completed.
As shown in FIG. 1B, a rib groove portion 1d facing the wide ribs 7a, 7b is formed on the surface of the ribbed tube 1b on which the wide ribs 7a, 7b are formed. As shown in FIG. 1 (C), the outer peripheral surface of the ribbed tube 1b including the rib groove portion 1d is cut to complete the shape of the thin cored bar 1c. Then, as shown in FIG. 1D, a multilayer structure T such as the heat-resistant elastic layer 3 is laminated on the surface of the thin cored bar 1c. As shown in FIG. 3, first, the first adhesive layer 2 is formed on the surface of the thin cored bar 1c. Next, the heat-resistant elastic layer 3 is provided on the first adhesive layer 2. As the material of the heat-resistant elastic layer 3, silicon rubber or fluorine rubber is used because heat resistance is required.
[0030]
Next, a second adhesive layer 4 is formed on the heat-resistant elastic layer 3. Then, finally, the release resin layer 5 is formed on the second adhesive layer 4, and the fixing roller 10 is completed. As the material of the release resin layer 5, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy resin), or the like can be used.
[0031]
In addition to the shape of the wide ribs 7a and 7b according to the present invention, when the width of the wide ribs 7a and 7b is W and the height of the rib is H, the wide ribs 7a and 7b satisfy the relationship of W / H> 10. The desired effects of 7a and 7b can be obtained. That is, it is possible to secure a stable fixing property over time without lowering the strength of the thin cored bar 1c, without fear of fatigue destruction at the thin cored bar 1c, particularly at the rib portion.
[0032]
When W / H is 10 or less, the effect of adding a rib is small, and a sharp rib having a peak is formed. Conversely, when the value of W / H is large, the thick portion in the axial direction of the fixing roller is increased, so that the state is similar to that of the whole having a large thickness.
[0033]
Conventional rib: W / H = 6 from W = 3 mm and H = 0.5 mm
Wide rib 7a of the present invention: W / H = 20 from W = 10 mm and H = 0.5 mm
Wide rib 7b of the present invention: W / H = 40 from W = 20 mm and H = 0.5 mm
[0034]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a main configuration of an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, etc., provided with the fixing roller shown in FIGS.
As shown in FIG. 4, the image forming apparatus includes a photosensitive drum 54a on which an electrostatic latent image is formed, a charging roller 54b for performing a charging process in contact with or close to the photosensitive drum 54a, and a photosensitive drum 54b. A developing roller 54e for applying toner to the electrostatic latent image of 54a, a power supply 54h for applying a DC voltage to the charging roller 54b, and a transfer paper transporting the toner image on the photosensitive drum 54a from the paper feeding unit P, a transfer roller 54f for performing a transfer process, a cleaning device 54g for removing and collecting residual toner on the surface of the photoconductor drum 54a, a surface voltmeter 54d for measuring the surface potential of the photoconductor drum 54a, the fixing roller 10 and A fixing device 40 having a pressure roller 30. Reference numeral 54c indicates exposure such as laser light or light reflected from a document.
[0035]
An image forming operation in the image forming apparatus configured as described above will be described. First, the surface of the photosensitive drum 54a is uniformly charged to a high potential by supplying a DC voltage from the power supply 54h to the charging roller 54b which is in contact with the photosensitive drum 54a.
[0036]
Immediately thereafter, when the surface of the photosensitive drum 54a is exposed 54c, the potential of the exposed portion decreases. Since the exposure 54c has a light amount distribution corresponding to the density of the image, the exposure 54c forms a potential distribution for the recorded image, that is, an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 54a.
[0037]
Next, when the portion where the electrostatic latent image is formed passes through the developing roller 54e, toner adheres according to the level of the potential, and a toner image is formed by visualizing the electrostatic latent image.
Next, the transfer paper P is transported at a predetermined timing to a portion where the toner image is formed, and overlaps the toner image. After the toner image is transferred onto the transfer sheet P by the transfer roller 54f, the transfer sheet P is separated from the photosensitive drum 54a.
[0038]
Next, the separated transfer paper P is conveyed through a conveyance path, is heat-pressed and fixed by the fixing roller 10 and the pressure roller 30, and is then discharged out of the apparatus. After the completion of the transfer, the surface of the photosensitive drum 54a is cleaned by a cleaning device 54g, and the residual charge is erased by a residual charge erasing means (not shown) to prepare for the next image forming process.
[0039]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fixing device having a fixing roller according to the present invention, which is used in the image forming apparatus of FIG.
As shown in FIG. 5, a fixing roller 10 used in the image forming apparatus includes a heat generating device (not shown) such as an electromagnetic induction heating source, a halogen lamp, a sheet heating source, and a ceramic heater outside a metal core. The nip portion N is formed by being pressed against the pressure roller 30. The fixing roller 2 melts and fixes the toner t on the transfer paper P sent to the nip N by the pressure of the nip N and the radiant heat from the heat generating device.
[0040]
At this time, as described above, since the fixing roller 10 which has achieved thinning, high rigidity, high durability and the like is used as the fixing roller, the rate of temperature rise of the fixing roller 10 can be improved, and the rise time can be reduced. The power consumption can be significantly reduced, and power saving can be achieved. That is, both the warm-up time and the drive time of the heating source can be reduced. Further, since high rigidity can be achieved by the wide ribs 7a and 7b, excellent fixability can be obtained. Further, since stress concentration can be prevented by the wide ribs 7a and 7b, high durability can be obtained without causing the thin metal core 1c to be broken by fatigue.
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the first or third aspect of the present invention, even when a roller having a thin core is used, a wide rib having no apex can be formed. There is no fear of fatigue breakage at the core metal, especially at the ribs, and deformation such as crushing is reduced, so that stable performance over time can be secured.
[0042]
Further, according to the second aspect of the present invention, the strength of the central portion of the thin core metal which requires the most strength can be efficiently improved.
[0043]
According to the fourth aspect of the present invention, it is possible to reduce the runout of the metal core that is likely to occur when a plurality of wide ribs are installed, so that the occurrence of uneven wall thickness in the outer diameter cutting step, which is the next step, is suppressed. It becomes possible. As a result, a fixing roller having a small thickness deviation can be manufactured.
[0044]
According to the fifth aspect of the present invention, the backup member for installing the wide rib can always be brought into contact with the surface of the core metal without finely adjusting the contact position in the radial direction. Swing can be kept small.
[0045]
According to the sixth aspect of the present invention, even under a high pressing force required for a fixing roller having a multilayer structure, there is no risk of fatigue damage at the core metal, particularly at the rib portion, without lowering the core metal strength. Thus, it is possible to obtain a fixing roller capable of securing stable fixing properties over time.
[0046]
According to the seventh aspect of the present invention, even under a high pressing force required for a fixing roller having a multilayer structure, the strength of the core metal is not reduced, and there is no fear of fatigue damage at the core metal, especially at the rib portion. Thus, it is possible to obtain a fixing device capable of securing stable fixing properties over time.
[0047]
According to the invention of claim 8, even in a fixing device using a fixing roller having a multilayer structure, the strength of the core metal is not reduced, and there is no fear of fatigue fracture at the core metal, especially at the rib portion, An image forming apparatus that can secure stable fixing properties can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a method of manufacturing a fixing roller including a method of processing a thin cored bar according to an embodiment of the present invention in the order of steps, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view of a raw tube before rib processing, and FIG. ) Is a cross-sectional view of the raw pipe at the time of rib processing, (C) is a cross-sectional view of the raw pipe after cutting the outer peripheral surface, and (D) is a cross-sectional view showing a cross section including a rotation axis of a fixing roller having a heat insulating layer and a release layer. It is.
FIG. 2 is a diagram showing a rib processing state (backup member layout) of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross section orthogonal to a rotation axis of a fixing roller according to an exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a main configuration of an image forming apparatus including a fixing roller according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fixing device having a fixing roller according to the present invention, which is used in the image forming apparatus of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram showing a conventional rib forming method.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 core member 1 a base tube 1 b ribbed base tube 1 c thin core bar 1 d rib groove portion 2 first adhesive layer 3 heat-resistant elastic layer 4 second adhesive layer 5 release resin layer 6 squeezing roller 7 a wide rib 7 b wide rib 8 Rib roller 10 Fixing roller B Backup member T Multi-layer structure
