JP2008040358A - 定着ローラ及びこれを組み込んでいる定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素管肉厚が薄い低中速機向けの定着ローラにおいても十分な剛性を確保し、加工機のセンタ治具と十分に接触する有効接触長さを確保し、加工する上でも工程の変動に左右されにくく形状精度を維持できる定着ローラ及びこれを使用する定着装置を提供する。
【解決手段】未定着トナーが転写された用紙Ｐを定着させる定着装置１７に組み付けられ、かつその薄肉の素管により形成した金属製芯金２上に、離型層を塗布してなる定着ローラにおいて、前記芯金２のジャーナル開口部を内側に折り曲げてインロー部５を形成し、このインロー部５の前記折り曲げ部が、切削加工時の把持用センタを兼ねている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンタなどの画像形成装置の定着装置に組み込む定着ローラ及びこれを用いた定着装置に関するものである。

従来から、未定着トナーが転写された用紙を定着させる定着装置に組み付けられ、かつその薄肉の素管により形成した金属製芯金上に、離型層を塗布してなる定着ローラは知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリなどには未定着トナーをコピー用紙に定着させるための定着装置が設置され、この定着装置内は定着ローラを始め、用紙を定着ローラに押し付けるための加圧ローラ等が組み込まれている。

定着装置の構成として、定着ローラは鉄系材料やアルミニウム合金等金属製の芯金が多く用いられており、形状は大きく分けて胴部とジャーナル部が同一外径のストレートタイプと、ジャーナル部が胴部よりも細いジャーナルタイプに分類できる。
通常、２０ｃｐｍ程度までの低速機種にはストレートタイプが、それ以上の中速、高速機種にはジャーナルタイプが用いられることが多く、低中速機は肉厚が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の素管が用いられ、７０ｃｐｍ以上くらいの高速機では、５ｍｍを越えるような厚肉の素管から形成されるものが主流である。

前記定着ローラは、金属製芯金の表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を、あるいはプライマ層を下地としてその上にフッ素樹脂を離型層として形成している。定着装置内では、該離型層の表面温度を制御するための温度センサが、離型層に接触もしくは非接触で配設されている。
定着ローラ内部には、軸方向位置により配光可能であるハロゲンヒータを２本以上配設し、ローラの表面温度を軸方向で極力均一になるようフィードバック制御を行っている。

定着ローラ芯金の製造方法は、前記した低中速機向けにはおよそ肉厚０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ前後の素管を用い、ＮＣ制御された両端加工機などで素管中央部分を把持し、絞りローラと呼ばれるツールでジャーナル部を塑性加工し、その後、駆動ギヤを装着する駆動側ジャーナルには該駆動ギヤと嵌合させる小判カット、もしくはＤカットをフライス加工により形成する。
この両端加工工程では、芯金の全長加工や後工程の外径切削の際の基準となるセンタ穴インロー部も旋削で同時に形成する。一方、高速機向けの定着ローラ芯金の場合、その肉厚が、例えば、５ｍｍを超えるものもあり、ジャーナル部の絞り加工はプレス加工機を用いたスウェージング加工によるものが一般的である。
特開２００４−１０９９３１公報 特開２０００−１３７４００公報

しかしながら、上記のように低中速機に用いるローラ芯金は、製品の立ち上がり時間を短縮する狙いでその肉厚が０．５ｍｍ程度と非常に薄く、芯金としての全体的な剛性が低くなりがちである。
加工状態や生産ロットのバラツキによっては、その剛性の低さに起因する不具合が発生することがしばしば起こる。その具体的な不具合としては、芯金の胴部あるいはジャーナル部の真円度が低下する、あるいは軸方向の真直度が低下する、もしくは胴部外径の両端部と中央部の差であるツヅミ量において所望の狙い値を維持できないといった、主に形状精度を狂わせるものである。
また、形状精度を維持できないもう１つの理由に、ジャーナルインロー部を薄肉素管より形成しているため、外径切削工程での旋盤にチャックした際、加工機のセンタ治具と十分に接触する有効接触長さを確保できないことによる。

このように定着ローラの形状精度が低下することで、部品としてはその規格を満足できなくなり、工程能力の低下、ひいては破棄することを余儀なくされることもある。
さらに、製品上では、例えば、加圧ローラとの間に形成されるニップ幅が軸方向の位置により、あるいは１周内において変動し、出力される画像に濃淡むらや定着不良を誘発し、画像品質をさせる要因にもなり得る。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、素管肉厚が薄い低中速機向けの定着ローラにおいても十分な剛性を確保し、加工機のセンタ治具と十分に接触する有効接触長さを確保し、加工する上でも工程の変動に左右されにくく形状精度を維持できる定着ローラ及びこれを使用する定着装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、未定着トナーが転写された用紙を定着させる定着装置に組み付けられ、かつその薄肉の素管により形成した金属製芯金上に、離型層を塗布してなる定着ローラにおいて、前記芯金のジャーナル開口部を内側に折り曲げてインロー部を形成し、このインロー部の前記折り曲げ部が、切削加工時の把持用センタを兼ねている定着ローラを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記折り曲げ部が、ＮＣ旋盤等のスピニング加工により形成される請求項１記載の定着ローラを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記インロー部により形成されているセンタ角度が６０゜である請求項１記載の定着ローラを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着ローラを組み込んでいる定着装置を特徴とする。

本発明によれば、ジャーナル開口部内側に折り曲げのセンタインロー部を形成することで、薄肉芯金においても剛性を低下させること無く、加工機センタ治具との接触面積が増えて切削加工の安定化に伴う真円度、ツヅミ量等の形状精度を高い状態で維持した定着ローラを生産することが可能で、さらに、これを搭載した製品の画像品質も向上する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。モノクロ機向けの定着ローラは、通常、芯金上にプライマを塗布した後、その上にＰＦＡやＰＴＦＥといったフッ素樹脂からなる離型層を設けた構成となっており、加圧ローラを対向して配設している。
図１はジャーナルタイプの定着ローラを示す概略図である。定着ローラ１は、上述したように、一般的に、胴部外径とジャーナル外径が同一であるストレートタイプ（図示せず）と、図１に示すような、胴部２の外径ａとジャーナル３の外径ｂが異なるジャーナルタイプの２種類に大別できる。
近年の省エネルギ対応の製品動向を受けて、低中速機は立ち上がり時間の短縮を求められ、定着ローラ１としては芯金の熱容量を極限まで小さくする必要がある。そのため、芯金は０．５ｍｍ程度の薄肉素管を用いることが多い。

図２は芯金端部を示す概略図である。図３は絞り加工と旋削加工の様子を示す概略図である。薄肉芯金（胴部２）の場合、例えば、φ４０程度のジャーナルタイプの定着ローラ１は、ＮＣ制御の両端加工機（絞りローラ）６でジャーナル部３を絞り加工し、小判カット４あるいはＤカットとセンタ穴インロー部５を旋削（切削バイト７）で加工する。
この工程まででジャーナル開口部に、素管肉厚と略同一程度の有効接触長さを有するセンタインロー部５が形成される。折り曲げ部を切削加工のセンタインロー部とすることで、外径切削加工工程でのセンタ治具と接触する有効面積が増え、定着ローラ１の局部的変形や振動の抑制に効果があり、真円度、ツヅミ量等の形状精度を高い状態で維持した定着ローラを生産可能となる。
このように、もともと素管自体が薄肉であること、その結果、芯金として剛性が不足すること、さらにはジャーナル開口部に形成されるセンタ穴インロー部５の加工機センタ治具と接触する有効長さが極めて短いことより、芯金の形状精度を確保することに苦心し、部品の形状精度が低下すると、製品搭載時に画質にも悪影響があることは前述した。

以下に、これらの問題を解決するための手段を述べる。従来は素管肉厚程度の接触有効長さしか持ち得なかったセンタ穴インロー部５を、より長くするためにジャーナル開口部の先端を開口部内側に一定量折り曲げる。
図４はジャーナル開口部の先端を開口部内側に一定量折り曲げた状態を示す概略図である。折り曲げたインロー部５の長さは、２ｍｍでも３ｍｍでも適宜必要な穴径を確保できる範囲で決めればよい。
なおかつ、インロー部５の角度も任意に設定できるが、後工程で外径切削を行う加工機のセンタ治具は、先端角度が通常６０゜であり、インロー部５の角度もそれに合わせて加工すれば良い。センタが６０゜であることで、ローリングセンタ等市販のチャック治具で芯金を把持することができ、加工コストを抑制し、生産性向上にも貢献できる。

インロー部５の折り曲げ部が、ＮＣ旋盤等のスピニング加工により形成されるので、ＮＣの両端加工機上でワンチャックの絞り加工を行うことで、工数を増大させることなく、生産性を損ねることなく、剛性が高く形状精度の良好な定着ローラを生産可能となる。
次に、センタ穴インロー部５の形成手段を前述したジャーナルタイプの場合について述べる。図１乃至図４を参照して、胴部２の外径ａがφ４０の場合、切削代をプラスした外径を有する素管を両端加工機（図示せず）に把持する。
次いで、絞りローラ（図３）をジャーナル部３に相当する箇所において半径方向に押し当て、ジャーナル部３の外径ｂを形成していく。概ね、ジャーナル部３の外径ｂは胴部２よりも５ｍｍ〜１５ｍｍ程度細いのが一般的である。

図５はジャーナル開口部に押し当てられる別の絞りローラを示す概略図である。図６はセンタが６０°であることを示す概略図である。さらに、一度所定の外径に絞ったジャーナル開口部に、上記絞りローラ６とは別の絞りローラ６ａを押し当てて開口部先端をジャーナル穴の内側に折り曲げる。さらに、センタ穴インロー部５を旋削（切削バイト７）で加工する。
この時、１工程で１５０゜鋭角状に折り曲げるよりも、２種類の絞りローラを用いて、いったん９０゜方向に折り曲げ、そこからさらに６０゜追い込んで折り曲げる方が形状的には安定する。このように、絞り加工で概ね形状を製作した後、同一の両端加工機にてインロー部５を旋削し、ジャーナルセンタとして１２０゜に仕上げればよい。

上述の説明は、ＮＣ制御の両端加工機による絞り加工の例であるが、絞り金型を製作し、スウェージング加工により折り曲げ部を形成した後、両端加工機に投入して小判カット、インロー部の旋削を行う工程でももちろん問題はなく、同等のものを得ることができる。
上述した例はφ４０のジャーナルタイプの場合であるが、例えば、φ３０のストレートタイプの場合でも同様にセンタ穴インロー部を絞り加工で形成でき、その後の工程も小判カットがＵカットプレスに変更になるだけでインロー部の旋削、ＮＣ旋盤による外径切削の工程は同一である。
ジャーナルタイプよりも、むしろストレートタイプの方が、ジャーナル形状による剛性補強がない分、折り曲げインロー部の剛性を増大する効果が期待できる。

以上のように、両端加工機上での絞り加工により、ジャーナルセンタ穴インロー部を形成することで、加工機センタ治具との接触面積が増えて切削加工が安定し、また、芯金剛性が大きくなるため、真円度や真直度、ツヅミ量など部品としての形状特性が向上し、製品搭載時の画像品質も向上する。
しかも、両端加工工程における大幅な工数増加を伴うことなく、簡易な技術で生産することが可能となる。また、本発明は、定着ローラだけでなく、薄肉の金属製素管を用いて、軽量でありながら剛性を必要とするローラ形状の芯金を形成する技術に応用可能である。

図７は本発明による定着ローラを組み込む定着装置を備える画像形成装置の全体構成を示す概略図である。最後に、定着ローラを組み込む定着装置を備える画像形成装置について概略を説明する。
図７を参照して、この画像形成装置１０における画像形成は次のような構成及び動作で行なわれる。まず、感光体１１は紙面に対し時計回りに回転する。感光体１１は帯電装置１２で一様に帯電された後、露光装置１３で画像部に露光を行い潜像が形成される。
その後、現像装置１４により潜像を現像して可視像化され、基準パターンが図示してない給紙装置からレジストローラ１６を通って給紙された転写紙Ｐに転写ローラ１５により転写され、定着装置１７の定着ローラ１と加圧ローラ１８のニップ部に搬送されて定着される。

本発明による定着ローラ１を定着装置１７に組み込むことによって、定着ローラ１の芯金の形状劣化に起因する定着性不良や画像濃淡むらなどの不具合を排除でき、良好な画像品質を有する定着装置を生産でき、製品の高品質化と低コスト化に貢献できる。

ジャーナルタイプの定着ローラを示す概略図である。 芯金端部を示す概略図である。 絞り加工と旋削加工の様子を示す概略図である。 ジャーナル開口部の先端を開口部内側に一定量折り曲げた状態を示す概略図である。 ジャーナル開口部に押し当てられる別の絞りローラを示す概略図である。 センタが６０°であることを示す概略図である。 本発明による定着ローラを組み込む定着装置を備える画像形成装置の全体構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 定着ローラ
２ 芯金（胴部）
３ ジャーナル部
５ センタインロー部
６ ＮＣ制御の両端加工機（絞りローラ）
７ 切削バイト
１０ 画像形成装置
１７ 定着装置
Ｐ 用紙（転写紙）

Claims (4)

1. 未定着トナーが転写された用紙を定着させる定着装置に組み付けられ、かつその薄肉の素管により形成した金属製芯金上に、離型層を塗布してなる定着ローラにおいて、前記芯金のジャーナル開口部を内側に折り曲げてインロー部を形成し、このインロー部の前記折り曲げ部が、切削加工時の把持用センタを兼ねていることを特徴とする定着ローラ。
2. 前記折り曲げ部は、ＮＣ旋盤等のスピニング加工により形成されることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
3. 前記インロー部により形成されているセンタ角度が６０゜であることを特徴とする請求項１記載の定着ローラ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の定着ローラを組み込んでいることを特徴とする定着装置。

Images