定着装置、加熱ローラ及びその製造方法
【課題】 通紙幅に関係なく軸方向で均一な温度分布を容易に得ることができ且つ剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立上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させることができる加熱ローラ、その製造方法及び該加熱ローラを備える定着装置を提供する
【解決手段】 第一加熱ローラ１７の第一ローラ芯金２２の軸線方向に沿って設定された通紙領域Ｌにおける中央部をその肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部２４ａにし、第二加熱ローラ１８の第二ローラ芯金２３の軸線方向に沿って設定された通紙領域Ｌにおける両端部をその肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部２６ａにし、各加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３内に、熱源２７，２８を各薄肉部２４ａ，２６ａに対応するように配置する。
【解決手段】 第一加熱ローラ１７の第一ローラ芯金２２の軸線方向に沿って設定された通紙領域Ｌにおける中央部をその肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部２４ａにし、第二加熱ローラ１８の第二ローラ芯金２３の軸線方向に沿って設定された通紙領域Ｌにおける両端部をその肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部２６ａにし、各加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３内に、熱源２７，２８を各薄肉部２４ａ，２６ａに対応するように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ及び電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、記録媒体面上に形成された加熱溶融性の未定着トナーからなる画像を加熱して定着するために用いられる加熱定着方式の定着装置、該定着装置に組み込まれる加熱ローラ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真記録装置の画像形成装置では、紙やフィルム等の記録媒体上に形成した未定着トナー画像を定着させる方法として、一般に、熱によりトナーを溶着して記録媒体上に定着させる加熱定着方式が用いられている。このような加熱定着方式のうち、熱効率が高くしかも安全である等の理由から、熱ローラ方式が最も広く使われている。
【０００３】
この熱ローラ方式に用いられる定着装置１は、図８に示すように、定着ローラ２及び加圧ローラ３により該両ローラ間に規定されるニップ部４で、無端状の定着ベルト５を介してトナーｓを加熱、加圧し、これにより、該トナーを記録媒体Ｓ上に定着させる。
【０００４】
定着ベルト５の記録媒体Ｓに当接する表面５ａ（トナーｓが付着する面）には、フッ素樹脂等からなる離型層が形成されている。定着ベルト５は、熱源６ａを有する加熱ローラ６と定着ローラ２とを巡るように、テンションローラ７により付与される張力で両ローラ２，６間に張架されている。定着ベルト５は、熱源６ａにより加熱された加熱ローラ６を介して、前述の定着に必要な温度まで加熱される。加熱ローラ６の熱源６ａには、加熱ローラ６の軸線に沿って設けられるハロゲンランプやセラミックスヒータ等が用いられる。定着ベルト５の表面５ａには、加熱ローラ６に対応した位置で温度センサ８が当接しており、該温度センサの検知温度結果に基づいてニップ部４の温度が適切なトナー定着温度に維持されるように、熱源６ａへの電力供給量が制御されている。
【０００５】
熱ローラ方式の定着装置１では、熱源６ａからの加熱効率の関係から熱伝導性及び剛性を確保するように、加熱ローラ６にはアルミニウム合金を芯金としたものが用いられる。
【０００６】
このアルミニウム合金の芯金の形成では、アルミニウム合金材から円筒状の長尺円筒管を押出し、引抜き成形し、この長尺円筒管を所定の長さに切断することにより軸線方向に一様な外形及び内径を有する図示しないローラ芯金が形成される。更に、ローラ芯金の外周面にダイヤモンドバイトを使用した外径切削加工を施すことにより、ローラ芯金は所定の肉厚まで薄肉化される。更に、切削等により表面を均一化させた後、一般的に、定着ベルト５との空スベリを抑制するために、ローラ芯金の外周面をフッ素樹脂のような樹脂材料からなる樹脂層で被覆され、あるいは、樹脂層に代えて、ローラ芯金の外周面にアルマイト処理又はサンブラスト等の表面処理が施される。加熱ローラ６には、必要に応じて、循環する定着ベルト５のヨリや蛇行を抑制するための寄り止め部材が設けられる。
【０００７】
ところで、近年における省エネルギー化や低コスト化の要望から、加熱ローラ６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り、定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラ２の立上り時間又はウォームアップ時間と称される。）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。
【０００８】
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し、これにより定着ベルト５に空スベリ、ヨリ又は蛇行等の搬送不具合が生じる。また、ローラ芯金を薄肉化すると、加熱ローラ６自体の熱容量が小さくなるため、加熱ローラ６に熱を蓄え難くなる。このため、例えばＡ３用紙対応機でＡ４用紙を縦に連続して通紙したときのように、ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域の前記軸線方向の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙したとき、通紙により熱が奪われることによって温度が低下した定着ベルト５の通紙部分である該定着ベルトの幅方向の中央部の温度をトナーｓが定着可能な温度まで上昇させるべく加熱ローラ６を熱源６ａで加熱すると、定着ベルト５の温度が低下していない通紙外部分である両端部の温度が通紙部分の温度よりも上昇してしまう。
【０００９】
そこで、図９に示すように、加熱ローラ６のローラ芯金内に、加熱ローラ６の中央部を加熱するためのハロゲンヒータ９ａと、加熱ローラ６の両端部を加熱するためのハロゲンヒータ９ｂとを配置し、該各ハロゲンヒータの温度をそれぞれ独立に制御する方式が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照。）。
【００１０】
この方式によれば、通紙領域の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルト５の中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる場合、加熱ローラ６の両端部の温度を上昇させることなくその中央部の温度を上昇させることができる。これにより、定着ベルト５の両端部の温度が中央部の温度よりも上昇することを抑制することができる。
【００１１】
また、上記した方式とは別に、図示しないが、定着装置１の入口に予熱室を設け、記録媒体へのトナーの定着前に記録媒体を予め加熱する方式が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【００１２】
この方式によれば、記録媒体が定着装置に搬送される前に予熱室内を通過することによって加熱されることから、記録媒体の通紙時に該記録媒体が定着ベルトの中央部から奪う熱量が減るため、定着ベルトの中央部の温度低下を抑制することができる。これにより、通紙によって温度が低下した定着ベルトの中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させるための熱源による加熱量が減るため、定着ベルトの両端部の温度上昇を抑制することができる。
【００１３】
更に、上記した各方式以外に、図示しないが、定着ベルトの両端部の温度上昇を抑制するために、定着ローラに伝熱部材を当接させることにより定着ローラを通過する定着ベルトの両端部の熱を吸収したり、定着ローラに電極部材を設けることにより定着ローラを通過する定着ベルトの両端部の熱を放出したりする方式が提案されている（例えば、特許文献７乃至９参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０１９７８号（第４−７頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−３１８５５７号（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平１１−２０２６７３号（第２−３頁、図７）
【特許文献４】特許３４４６８２８号（第５−９頁、図１）
【特許文献５】特開平１１−２４４６９号（第５−８頁、図１）
【特許文献６】特開平９−３４２８３号（第４−６頁、図１）
【特許文献７】特開平９−１２７８１１号（第６頁、図１）
【特許文献８】特開平１０−１２３８７３号（第４−６頁、図１）
【特許文献９】特開平１０−１１５９９３号（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、加熱ローラの中央部を加熱するためのハロゲンヒータと、加熱ローラの両端部を加熱するためのハロゲンヒータとをローラ芯金内に配置する方式では、ローラ芯金内に一つのハロゲンヒータを配置する場合に比べてローラ芯金の内径が大きくなるため、加熱ローラ自体の熱容量が増大し、加熱ローラの温度が所定の温度まで上昇するのに長い時間を要する。このため、加熱ローラの熱が定着ベルトを介して定着ローラに伝わるまでの時間が長くなり、定着ローラの温度がトナー定着温度まで上昇するまでの時間すなわち立上り時間を短縮することが困難になる。また、この方式以外の前記した各方式でも、立上り時間の短縮やローラ芯金の剛性の強化を図ることができない。
【００１５】
このように、定着ベルトの端部温度上昇の抑制と定着ローラの立上り時間の短縮とは相反する関係にあり、両者を満足する技術が望まれている。
【００１６】
本発明の目的は、通紙幅に関係なく軸方向で均一な温度分布を容易に得ることができ且つ剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立上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させることができる加熱ローラ、その製造方法及び該加熱ローラを備える定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、互いに並列的に配置される第一及び第二の加熱ローラと、定着ローラとを巡る無端状の定着ベルトに沿って搬送される記録媒体上の未定着トナーを前記定着ローラ及び加圧ローラにより該両ローラ間で前記定着ベルトを介して前記記録媒体上に圧接することにより該記録媒体上に前記トナーを定着させる定着装置であって、前記各加熱ローラは、それぞれ筒状のローラ芯金を備え、前記第一前記加熱ローラの前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における中央部は、その肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部であり、前記第二加熱ローラのローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における両端部は、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部であり、前記各加熱ローラの前記各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が前記各薄肉部に対応して設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、第一加熱ローラと第二加熱ローラとが個別に配置されており、該各加熱ローラの各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が設けられている。これにより、従来のように加熱ローラの中央部及び両端部のそれぞれを加熱するための一組の熱源を単一のローラ芯金内に配置する場合に比べて各ローラ芯金の内径を小さくすることができるため、各ローラ芯金の低熱容量化を図ることができる。また、第一加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の中央部と、第二加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の両端部とがそれぞれ薄肉部であり、各加熱ローラの各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が各薄肉部に対応して設けられていることから、各熱源からの各ローラ芯金の吸熱効率を高めることができる。
【００１９】
従って、各ローラ芯金の温度が所定の温度まで上昇するのにかかる時間が従来よりも短縮されるため、各熱源で加熱された各ローラ芯金から定着ローラを介して定着ローラに熱が伝わるまでの時間が短縮される。これにより、定着ローラの立上り時間を確実に短縮することができる。また、各ローラ芯金の低熱容量化を測ることができ、且つ各熱源からの各ローラ芯金の吸熱効率を高めることができることから、消費電力を低減させることができる。
【００２０】
また、第一加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の中央部及び第二加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の両端部に対応して熱源がそれぞれ設けられている。これにより、通紙領域の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルトの中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる必要が生じた場合、定着ベルトの両端部の温度を上昇させることなく第一加熱ローラによって定着ベルトの中央部の温度を上昇させることができる。従って、第一及び第二加熱ローラにより定着ベルトの必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルトの幅方向の温度分布を均一に保つことができる。
【００２１】
更に、第一加熱ローラのローラ芯金の薄肉部以外の部分すなわちローラ芯金の通紙領域内での両端部や、第二加熱ローラのローラ芯金の薄肉部以外の部分すなわちローラ芯金の通紙領域内での中央部をそれぞれ肉厚に形成することができる。これにより、各ローラ芯金の薄肉化による各加熱ローラの剛性の低下を確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二加熱ローラは、前記定着ローラから前記定着ベルトの循環方向へみて前記第一加熱ローラより遠い位置に配置されることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、通紙領域の中央部が薄肉部である第一加熱ローラのローラ芯金よりも剛性が強い第二加熱ローラが定着ローラから定着ベルトの循環方向へみて第一加熱ローラより遠い位置に配置されることから、定着ローラと第二加熱ローラとの間で定着ベルトの張りを確実に保持することができる。これにより、定着ベルトに空スベリやヨリ等の搬送不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の発明において、前記両加熱ローラの前記各ローラ芯金は、それぞれマンガン系アルミニウム合金から成ることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、第一及び第二加熱ローラの各金属円筒体を、熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く且つクリープ性が高いマンガン系アルミニウム合金で形成することができる。これにより、各金属円筒体の加工を容易に行うことができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の発明において、前記第一加熱ローラと前記第二加熱ローラとの間には、前記定着ベルトに張力を付与すべく該定着ベルトに当接するテンションローラが配置されており、該テンションローラは、その軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、第一及び第二加熱ローラの間にテンションローラを配置することにより、定着ベルトにはテンションローラから一定の圧力が作用するため、定着ベルトにその駆動によるヨレ、寄り又は浮きのような搬送ムラが生じることを確実に防止することができる。また、テンションローラがその軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることから、第一及び第二加熱ローラから伝熱された定着ベルトがテンションローラを通過したとき、定着ベルトの第一加熱ローラによって加熱された部分と第二加熱ローラによって加熱された部分との温度差が緩和される。これにより、定着ベルトの温度ムラが緩和されるため、例えばＡ４用紙を縦に連続して通紙した直後にＡ３用紙を縦に通紙したときのように通紙サイズが変更したときでも、記録媒体上へのトナーの定着性を均一にすることができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載の定着装置に用いられる加熱ローラであって、前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の前記薄肉部は、前記ローラ芯金の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されており、前記薄肉部の前記ローラ芯金の軸線方向の幅は、前記通紙領域の前記ローラ芯金の軸線方向の幅の３／４以下の長さであることを特徴とする。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、記録媒体の通紙によって奪われる熱を補充するために定着ベルトを加熱する際に定着ベルトの幅方向の温度分布の偏りを生じさせることなく必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルトの温度分布を確実に均一に保つことができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、熱源により加熱される筒状のローラ芯金であってその内周面の前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域内に、周方向へ伸長し、前記内周面から前記ローラ芯金の内方へ突出する周回凸部が形成されたローラ芯金を備える加熱ローラの製造方法であって、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように前記金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、前記金属円筒体の外周面から前記周回凹部が削除されるように前記外周面を研削することを特徴とする。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、金属円筒体の外周面から凹部が削除されるように外周面を研削することにより、本発明に係る加熱ローラを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、熱容量を小さくすることにより立上り時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に得ることができ、これにより、剛性を確保すると同時に薄肉化による立上り時間の短縮化を実現することができる加熱ローラ及び該加熱ローラを備える定着装置をそれぞれ提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を図示の実施例に沿って説明する。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図１は、画像形成装置１０に本発明に係る定着装置１１が組み込まれた例を示す。画像
形成装置１０は、図１に示す例では、駆動ローラ１２ａ及び従動ローラ１２ｂを巡る無端
の搬送ベルト１２によって規定される搬送路に沿って、その搬送方向へ向けて４つの作像
ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋが順次配列された従来よく知られたタンデ
ム型フルカラー画像形成装置である。各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ作像ユニットは、それぞれイエロー、マジェンタ、シアン及びブラックの色トナー画像を形成する作像ユニットである。給紙機構１３から搬送ベルト１２上を搬送される記録紙のような記録媒体１４上に各トナー画像を形成するように、各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋは、前記搬送路上に整列して配置されている。
【００３５】
各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋは、相互に同様な基本構成を有し、それぞれ感光ドラムのような像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）と、該各像担持体の回りにその回転方向に沿って順次配置された帯電ローラのような帯電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）、ビーム走査系のような走査結像装置からなる潜像形成手段（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ及び３Ｂｋ）、現像手段（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ及び４Ｂｋ）、転写ローラのような転写手段（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ及び５Ｂｋ）及びクリーニング手段（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｂｋ）とを有する。
【００３６】
各作像ユニット（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ）では、従来よく知られているように、対応する像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）の表面が帯電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）からの正または負のいずれか一方の電荷によって均一に帯電する。帯電した像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上には、対応する各潜像形成手段（３
Ｙ、３Ｍ、３Ｃ及び３Ｂｋ）の光走査によって静電潜像が形成される。各像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上の静電潜像は、対応する各現像手段（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ及び４Ｂｋ）から供給されるそれぞれの色トナーの付着によって顕像化される。顕像化された各色トナーによる画像は、該画像が形成された各像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）と、これに対応する転写手段（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ及び５Ｂｋ）との間を搬送ベルト１２と共に通過する記録媒体１４上に、順次多重的に転写される。
【００３７】
転写後、像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上に残存する色トナーは、対応する
クリーニング手段（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｂｋ）により除去される。これにより像担持
体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）は、新たな画像形成サイクルの反復のために、再び帯
電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）による帯電を受ける。
【００３８】
他方、前記搬送路に沿って各作像ユニット（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ）を
経ることにより、記録媒体１４上に多重的に転写されたカラー画像は、定着装置１１によって記録媒体１４上に定着される。
【００３９】
本発明に係る定着装置１１は、図２に示す例では、加熱定着方式であり、定着ローラ１５と、加圧ローラ１６と、互いに並列的に配置される第一及び第二加熱ローラ１７，１８とを備え、定着ローラ１５及び各加熱ローラ１７，１８を巡って定着ベルト１９が張架されている。
【００４０】
この熱ローラ方式に用いられる定着装置１１は、従来よく知られているように、定着ローラ１５及び加圧ローラ１６によって該両ローラ間に規定されるニップ部２０で定着ベルト１９を介してトナーｓを記録媒体１４上に加熱、加圧し、この加熱、加圧によって記録媒体１４上にトナーｓが融着し、これによりトナー画像が記録媒体１４に定着される。
【００４１】
加圧ローラ１６の内方には、従来におけると同様な熱源(ハロゲンヒータ)２１がそれぞれ配置されている。また、加圧ローラ１６には、該加圧ローラの外表面温度を検出する温度センサ１６ａが配置されており、該温度センサからの検出信号によって、外表面温度を適正に維持すべく従来におけると同様に、加圧ローラ１６内の熱源２１への電力供給が制御されている。
【００４２】
加圧ローラ１６は、未定着トナーｓで形成されたカラー画像が転写された記録媒体１４を定着ベルト１９を介して定着ローラ１５に押圧すべく、図示しない付勢手段で定着ローラ１５に向けて押圧されている。
【００４３】
トナーｓが付着する記録媒体１４の表面に当接する定着ベルト１９は、図２で見て時計まわり方向へ循環している。定着ベルト１９の表面１９ａには、図示しないがフッ素樹脂等からなる離型層が形成されている。必要に応じて、定着装置１１に従来と同様な図示しない分離爪を設けることができる。この分離爪は、トナーｓを定着した記録媒体１４が定着装置１１から排出されるとき、この記録媒体１４が定着ベルト１９に巻付くことを防止すべく、記録媒体１４を定着ベルト１９から強制的に剥離するために該定着ベルトの循環方向でみて定着ローラ１５よりも下流側で定着ベルト１９の表面１９ａに当接する。これにより記録媒体１４の定着ベルト１９への巻き付きにより生じるいわゆるジャムの発生を確実に防止することができる。
【００４４】
第一加熱ローラ１７は、図２に示すように、ニップ部２０から定着ベルト１９の循環方向へ見て第二加熱ローラ１８よりも近い位置に配置されている。すなわち、第二加熱ローラ１８は、ニップ部２０から定着ベルト１９の循環方向へみて第一加熱ローラ１７よりも遠い位置に配置されている。第一及び第二加熱ローラ１７，１８は、図３に示すように、それぞれ筒状の第一及び第二ローラ芯金２２，２３と、該各ローラ芯金の各外表面に設けられた図示しない樹脂層とを備える。第一及び第二ローラ芯金２２，２３は、その両端の各支持部２５ａで、軸受２５を介して図示しない支持枠体に回転可能に支持されており、これにより第一及び第二加熱ローラ１７，１８はそれぞれ該各加熱ローラを巡る定着ベルト１９の循環に応じて回転する。
【００４５】
第一及び第二ローラ芯金２２，２３には、それぞれの軸線に沿って通紙領域Ｌが設定されている。第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部は、図３（ａ）に示すように、その肉厚が該中央部の両側の肉厚よりも薄い薄肉部２４ａである。また、第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部は、図３（ｂ）に示すように、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚よりも薄い薄肉部２６ａである。
【００４６】
第一及び第二ローラ芯金２２，２３の各薄肉部２４ａ，２６ａは、各ローラ芯金２２，２３の各通紙領域Ｌ内で、各軸線を横切る中央横断面に関して対称的にそれぞれ形成されており、これにより各薄肉部２４ａ，２６ａは各ローラ芯金２２，２３の軸線方向へ各通紙領域Ｌ内で左右均等に振り分けられて形成されている。また、各薄肉部２４ａ，２６ａの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の長さは、各通紙領域Ｌの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の幅の３／４以下となるように設定されている。
【００４７】
具体的には、第一及び第二ローラ芯金２２，２３は、それぞれマンガン系アルミニウム合金からなり、各ローラ芯金２２，２３の各軸受２５で支持される両端の各支持部２５ａを除く概略形状は、外径２０ｍｍ、長さ３５０ｍｍ、厚肉部の肉厚ｔが１０．６ｍｍ、各薄肉部２４ａ，２６ａの肉厚ｔ２が０．２ｍｍである。本実施の形態では、マンガン系アルミニウム合金材料は、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、各ローラ芯金２２，２３の強度を向上することが可能である。第一及び第二加熱ローラ１７，１８のそれぞれの通紙領域Ｌが３２０ｍｍ程度（一般的な領域）である場合、各薄肉部２４ａ，２６ａの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の幅は、図示の例では、２００ｍｍ幅内に設定されている。
【００４８】
また、第一及び第二ローラ芯金２２，２３内には、各薄肉部２４ａ，２６ａに対応して熱源２７，２８がそれぞれ配置されている。各熱源２７，２８には、図示の例では、それぞれハロゲンヒータが用いられている。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８には、該各加熱ローラの各外表面温度を検出する前記したと同様の温度センサ２９がそれぞれ配置されている。
【００４９】
第一ローラ芯金２２を形成する際、図４（ａ）に示すように、マンガン系アルミニウム合金から成る金属円筒体４０１を形成する。
【００５０】
この金属円筒体４０１はその軸線方向に一様な内径及び外径を有し、その両端には図３に示した軸受２５に支持される支持部２５ａが形成されている。金属円筒体４０１の肉厚ｔは、第一ローラ芯金２２の肉厚ｔ１と、該第一ローラ芯金の薄肉部２４ａを形成するために金属円筒体４０１の内周面に該内周面から金属円筒体４０１の内方へ突出する周回凸部３０を形成するための押込み量Ｈとを考慮し、少なくとも、これら肉厚ｔ１と押込み量Ｈとを加算した厚さ以上とされる。本実施の形態では、肉厚が１．２ｍｍの金属円筒体４０１を用いた。
【００５１】
次に、図４(ｂ)に示すように金属円筒体４０１をＮＣ旋盤（図示せず）に固定した状態
で、このＮＣ旋盤の刃物台に固定された絞り工具４０２（ローラ工具）を回転させながら、絞り工具４０２を金属円筒体４０１の外周面に押接する。この際の絞り工具４０２による金属円筒体４０１ヘの押接位置は、通紙領域Ｌ内における両端部２４ｂであり、これにより金属円筒体４０１の外周面が凹陥されることにより周回凹部３１が形成されると同時に、図４（ｃ）に示すように、金属円筒体４０１の内周面に一対の周回凸部３０が突出して、これにより一対の周回凸部３０が形成される。
【００５２】
この絞り加工では、押接による押込み量Ｈを０．４ｍｍとすることで、周回凹部３１と周回凸部３０との差が所定の０．３ｍｍとなり、前記した所望の肉厚差（０．６ｍｍと０．３ｍｍとの差）を得ることができた。この時の絞り工具４０２の主軸回転数は１０００ｒｐｍで、押接時の押込み速度をφ０．１ｍｍ／ｒｅｖとし、絞り工具４０２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。
【００５３】
この絞り加工を行った後、図４(ｄ)に示すように、切削バイト(ダイヤモンドバイト)４０４を金属円筒体４０１の軸線方向に沿って移動させることによって、この金属円筒体４０１の外周面を数回切削して凹陥すなわち周回凹部３１を除去する。これにより、図７(ｅ)に示すように、軸線方向へ一様な外径を有し、内周面の通紙領域Ｌにおける中央部に所定の相当肉厚ｔ２を有する薄肉部２４ａが形成された第一ローラ芯金２２が形成される。
【００５４】
このように、金属円筒体４０１から第一ローラ芯金２２を形成するにあたり、ローラ工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。
【００５５】
第二ローラ芯金２３を形成するときは、金属円筒体４０１への絞り工具４０２の押接位置を通紙領域Ｌの中央部にすることにより、通紙領域Ｌの両端部２６に所定の肉厚を有する薄肉部２６ａが形成された第二ローラ芯金２３を形成することができる。本実施の形態によれば、前記したように、第一加熱ローラ１７と第二加熱ローラ１８とが個別に配置され、該各加熱ローラの各ローラ芯金２２，２３内にそれぞれ熱源２７，２８が設けられていることから、従来のように一組の熱源をローラ芯金内に一緒に挿入する場合に比べて各ローラ芯金２２，２３の内径を小さくすることができるため、該各ローラ芯金の低熱容量化を図ることができる。また、第一加熱ローラ１７の第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部と、第二加熱ローラ１８の第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部とがそれぞれ薄肉部２４ａ，２６ａであり、各加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３内には、それぞれ熱源２７，２８が各薄肉部２４ａ，２６ａに対応して設けられていることから、各熱源２７，２８からの各ローラ芯金２２，２３の吸熱効率を高めることができる。
【００５６】
従って、各ローラ芯金２２，２３の温度が所定の温度まで上昇するのにかかる時間が従来よりも短縮されるため、各熱源２７，２８で加熱された各ローラ芯金２２，２３から定着ローラ１５を介して定着ローラ１５に熱が伝わるまでの時間が短縮される。これにより、定着ローラ１５の立上り時間を確実に短縮することができる。また、各ローラ芯金２２，２３の低熱容量化を測ることができ、また、各熱源２７，２８からの各ローラ芯金２２，２３の吸熱効率を高めることができることから、消費電力を低減させることができる。
【００５７】
また、前記したように、第一加熱ローラ１７のローラ芯金の通紙領域Ｌの中央部及び第二加熱ローラ１８のローラ芯金の通紙領域Ｌの両端部に対応して熱源２７，２８がそれぞれ設けられていることから、通紙領域Ｌの幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルト１９の中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる必要が生じた場合、定着ベルト１９の幅方向の両端部の温度を上昇させることなく第一加熱ローラ１７によって定着ベルト１９の幅方向の中央部の温度を上昇させることができる。従って、第一及び第二加熱ローラ１７，１８により定着ベルト１９の必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルト１９の幅方向の温度分布を均一に保つことができる。
【００５８】
更に、第一加熱ローラ１７のローラ芯金２２の薄肉部２４ａ以外の部分すなわち第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌ内での両端部や、第二加熱ローラ１８のローラ芯金２３の薄肉部２６ａ以外の部分すなわち第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌ内での中央部を肉厚に形成することができるため、各ローラ芯金２２，２３の薄肉化による各加熱ローラ１７，１８の剛性の低下を確実に抑制することができる。
【００５９】
また、前記したように、通紙領域Ｌの中央部が薄肉部２４ａである第一加熱ローラ１７のローラ芯金２２よりも剛性が強い第二加熱ローラ１８が定着ローラ１５から定着ベルト１９の循環方向へみて第一加熱ローラ１７より遠い位置に配置されることから、定着ローラ１５と第二加熱ローラ１８との間で定着ベルト１９の張りを確実に保持することができる。これにより、定着ベルト１９に空スベリやヨリ等の搬送不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００６０】
また、前記したように、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３の各薄肉部２４ａ，２６ａは、各ローラ芯金２２，２３の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されていることから、記録媒体１４の通紙によって奪われる熱を補充するために定着ベルト１９を加熱する際に定着ベルト１９の幅方向の温度分布の偏りを生じさせることなく必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルト１９の温度分布を確実に均一に保つことができる。
【００６１】
更に、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の製造方法によれば、前記したように、熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く且つクリープ性が高いマンガン系アルミニウム合金から成る金属円筒体４０１の内周面に周回凸部３０が形成されるように金属円筒体４０１の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部３１を形成した後、金属円筒体４０１の外周面から凹部３１が削除されるように外周面を研削することにより、本発明に係る第一及び第二加熱ローラ１７，１８をそれぞれ容易に形成することができる。
【００６２】
〈実施の形態２〉
次に、本発明の定着装置１１の実施の形態２を以下に示す。この実施の形態２において、実施の形態１で示した定着装置１１の第一及び第二加熱ローラ１７，１８を含めた構成は同一であるため、その図示(一部援用開示)および説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態では、定着ローラ１５と第一及び第二加熱ローラ１７，１８とに張架された定着ベルト１９にテンション力Ｆを付加するためのテンションローラ３２が設けられている。
【００６４】
テンションローラ３２は、図５（ａ）に示すように、第一加熱ローラ１７と第二加熱ローラ１８との間に定着ベルト１９の表面１９ａに当接するように配置されている。テンションローラ３２は、図示の例では、アルミニウム合金のように軸線方向の熱伝導率が高い材料で形成されており、その径の大きさは、１４ｍｍに設定されている。また、テンションローラ３２は、定着ベルト１９に付加する張力Ｆが１０Ｎになるように図示しない付勢部材により定着ベルト１９によって付勢されている。
【００６５】
本実施例に用いるテンションローラ３２の材料であるアルミニウム合金の熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍｋであり、この値は鉄の熱伝導率５０〜７６Ｗ／ｍｋの３〜４倍である。 従って、本実施の形態によれば、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の間にテンションローラ３２を配置することにより、定着ベルト１９にはテンションローラ３２から一定の圧力が作用するため、定着ベルト１９にその駆動によるヨレ、寄り又は浮きのような搬送ムラが生じることを確実に防止することができる。また、テンションローラ３２がその軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることから、第一及び第二加熱ローラ１７，１８から伝熱された定着ベルト１９がテンションローラ３２を通過したとき、定着ベルト１９の第一加熱ローラ１７によって加熱された部分と第二加熱ローラ１８によって加熱された部分との温度差を緩和することができる。これにより、例えばＡ４用紙を縦に連続して通紙した直後にＡ３用紙を縦に通紙したときのように通紙サイズが変更したときでも定着ベルト１９の温度ムラが緩和されるため、記録媒体１４上へのトナーｓの定着性を均一にすることができる。
【００６６】
〈実施の形態３〉
次に、本発明の定着装置１１の実施の形態２を図５（ｂ）に沿って説明する。本実施の形態では、実施の形態２で示したテンションローラ３２を定着ベルト１９の裏面１９ｂに当接するように配置したものであり、テンションローラ３２が第一及び第二加熱ローラ１７，１８の間に配置されていることを含む構成は実施の形態２と同一であるため構成の説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態によれば、テンションローラ３２が定着ベルト１９の裏面１９ｂに当接するように配置されていることから、テンションローラ３２が定着ベルト１９の表面１９ａに当接することによる該表面のキズ付きを防止することができる。これにより、定着ベルト１９の耐久性を向上させることができる。また、記録媒体１４へのトナーｓの定着時にトナーｓの一部が加圧ローラ１６に付着して取り去られるいわゆるオフセットにより堆積したトナーｓが溶け出すことによる画像不良を防止することができる。
【実施例】
【００６８】
上記した実施の形態１乃至３に記載の本発明の実施例を用いて温度特性を評価した結果を表１に示す。本実施例では、線速が１６２ｍｍ／ｓであり、定着温度が１５０℃である中速機クラスの定着条件での立上り時間と、Ａ４縦及びＡ５縦を１００枚通紙したときの定着ベルト１９の端部温度とを評価した。
【００６９】
図６に示すように、定着ベルト１９の温度を測定するための温度センサ２９をニップ部２０の第二加熱ローラ１８側の近傍に設け、図７に示すように、温度センサ２９を定着ベルト１９の幅方向に沿って中央１〜３及び端部４〜５の計５箇所の部位に移動させて、定着ベルト１９の各部位の温度を測定した。本実施例では、温度センサ２９に接触式温度センサ（Ｅ型熱電対）を用いた。
【００７０】
表１に示す端部温度は、Ａ５サイズの紙を通紙したときは、中央２又は３の測定温度の最大値であり、Ａ４サイズの紙を通紙したときは、端部４又は５の測定温度の最大値である。端部温度は、定着温度のホットオフセット領域の２００℃以下が望ましい。また、表１に示す温度差は、定着温度（１５０℃）と端部温度との差であり、その値は小さいほど良い。
【００７１】
本実施例では、第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部すなわち薄肉部２４ａの肉厚が０．３ｍｍであり、該薄肉部の両側の肉厚が０．６ｍｍである第一加熱ローラ１７と、第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部すなわち薄肉部２６ａの肉厚が０．３ｍｍであり、該薄肉部間の中央部の肉厚が０．６ｍｍである第二加熱ローラ１８（各ローラ芯金の外径は、いずれも２０ｍｍ）とを用いた。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８との比較対照となる従来の加熱ローラには、ローラ芯金の外径が３０ｍｍであり、肉厚が０．６ｍｍである加熱ローラを用いた。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８に設けられる熱源２７，２８には、総電力が９００Ｗのハロゲンヒータを用いており、その他の部品には、同一の部品を用いている。
【００７２】
表１は実施の形態１乃至３に記載の本発明の実施例を用いて温度特性を評価した結果である。
【００７３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った第一加熱ローラの縦断面図を示し、（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った第二加熱ローラの縦断面図を示す。
【図４】本発明に係る加熱ローラの製造方法を示す縦断面図であり、（ａ）〜（ｅ）はローラ芯金の形成方法を時系列で示した説明図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る定着装置を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例の評価方法を示す模式図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ線に沿った縦断面図である。
【図８】従来技術に係る定着装置を示す概略図である。
【図９】従来技術に係る定着装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７５】
１７ 第一加熱ローラ
１８ 第二加熱ローラ
１５ 定着ローラ
１９ 定着ベルト
１４ 記録媒体
ｓ トナー
１１ 定着装置
２２，２３ ローラ芯金（第一ローラ芯金、第二ローラ芯金）
Ｌ 通紙領域
２４ａ 中央部（第一ローラ芯金の薄肉部）
２４ｂ 両側（第一ローラ芯金の通紙領域内での両側）
２６ａ 両端部（第二ローラ芯金の薄肉部）
２６ｂ 中央部（第二ローラ芯金の通紙領域内での中央部）
２７，２８ 熱源（加熱ローラの熱源）
３２ テンションローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ及び電子写真プリンタ等の電子写真記録装置において、記録媒体面上に形成された加熱溶融性の未定着トナーからなる画像を加熱して定着するために用いられる加熱定着方式の定着装置、該定着装置に組み込まれる加熱ローラ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真記録装置の画像形成装置では、紙やフィルム等の記録媒体上に形成した未定着トナー画像を定着させる方法として、一般に、熱によりトナーを溶着して記録媒体上に定着させる加熱定着方式が用いられている。このような加熱定着方式のうち、熱効率が高くしかも安全である等の理由から、熱ローラ方式が最も広く使われている。
【０００３】
この熱ローラ方式に用いられる定着装置１は、図８に示すように、定着ローラ２及び加圧ローラ３により該両ローラ間に規定されるニップ部４で、無端状の定着ベルト５を介してトナーｓを加熱、加圧し、これにより、該トナーを記録媒体Ｓ上に定着させる。
【０００４】
定着ベルト５の記録媒体Ｓに当接する表面５ａ（トナーｓが付着する面）には、フッ素樹脂等からなる離型層が形成されている。定着ベルト５は、熱源６ａを有する加熱ローラ６と定着ローラ２とを巡るように、テンションローラ７により付与される張力で両ローラ２，６間に張架されている。定着ベルト５は、熱源６ａにより加熱された加熱ローラ６を介して、前述の定着に必要な温度まで加熱される。加熱ローラ６の熱源６ａには、加熱ローラ６の軸線に沿って設けられるハロゲンランプやセラミックスヒータ等が用いられる。定着ベルト５の表面５ａには、加熱ローラ６に対応した位置で温度センサ８が当接しており、該温度センサの検知温度結果に基づいてニップ部４の温度が適切なトナー定着温度に維持されるように、熱源６ａへの電力供給量が制御されている。
【０００５】
熱ローラ方式の定着装置１では、熱源６ａからの加熱効率の関係から熱伝導性及び剛性を確保するように、加熱ローラ６にはアルミニウム合金を芯金としたものが用いられる。
【０００６】
このアルミニウム合金の芯金の形成では、アルミニウム合金材から円筒状の長尺円筒管を押出し、引抜き成形し、この長尺円筒管を所定の長さに切断することにより軸線方向に一様な外形及び内径を有する図示しないローラ芯金が形成される。更に、ローラ芯金の外周面にダイヤモンドバイトを使用した外径切削加工を施すことにより、ローラ芯金は所定の肉厚まで薄肉化される。更に、切削等により表面を均一化させた後、一般的に、定着ベルト５との空スベリを抑制するために、ローラ芯金の外周面をフッ素樹脂のような樹脂材料からなる樹脂層で被覆され、あるいは、樹脂層に代えて、ローラ芯金の外周面にアルマイト処理又はサンブラスト等の表面処理が施される。加熱ローラ６には、必要に応じて、循環する定着ベルト５のヨリや蛇行を抑制するための寄り止め部材が設けられる。
【０００７】
ところで、近年における省エネルギー化や低コスト化の要望から、加熱ローラ６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り、定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラ２の立上り時間又はウォームアップ時間と称される。）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。
【０００８】
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し、これにより定着ベルト５に空スベリ、ヨリ又は蛇行等の搬送不具合が生じる。また、ローラ芯金を薄肉化すると、加熱ローラ６自体の熱容量が小さくなるため、加熱ローラ６に熱を蓄え難くなる。このため、例えばＡ３用紙対応機でＡ４用紙を縦に連続して通紙したときのように、ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域の前記軸線方向の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙したとき、通紙により熱が奪われることによって温度が低下した定着ベルト５の通紙部分である該定着ベルトの幅方向の中央部の温度をトナーｓが定着可能な温度まで上昇させるべく加熱ローラ６を熱源６ａで加熱すると、定着ベルト５の温度が低下していない通紙外部分である両端部の温度が通紙部分の温度よりも上昇してしまう。
【０００９】
そこで、図９に示すように、加熱ローラ６のローラ芯金内に、加熱ローラ６の中央部を加熱するためのハロゲンヒータ９ａと、加熱ローラ６の両端部を加熱するためのハロゲンヒータ９ｂとを配置し、該各ハロゲンヒータの温度をそれぞれ独立に制御する方式が提案されている（例えば、特許文献１乃至５参照。）。
【００１０】
この方式によれば、通紙領域の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルト５の中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる場合、加熱ローラ６の両端部の温度を上昇させることなくその中央部の温度を上昇させることができる。これにより、定着ベルト５の両端部の温度が中央部の温度よりも上昇することを抑制することができる。
【００１１】
また、上記した方式とは別に、図示しないが、定着装置１の入口に予熱室を設け、記録媒体へのトナーの定着前に記録媒体を予め加熱する方式が提案されている（例えば、特許文献６参照。）。
【００１２】
この方式によれば、記録媒体が定着装置に搬送される前に予熱室内を通過することによって加熱されることから、記録媒体の通紙時に該記録媒体が定着ベルトの中央部から奪う熱量が減るため、定着ベルトの中央部の温度低下を抑制することができる。これにより、通紙によって温度が低下した定着ベルトの中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させるための熱源による加熱量が減るため、定着ベルトの両端部の温度上昇を抑制することができる。
【００１３】
更に、上記した各方式以外に、図示しないが、定着ベルトの両端部の温度上昇を抑制するために、定着ローラに伝熱部材を当接させることにより定着ローラを通過する定着ベルトの両端部の熱を吸収したり、定着ローラに電極部材を設けることにより定着ローラを通過する定着ベルトの両端部の熱を放出したりする方式が提案されている（例えば、特許文献７乃至９参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２０１９７８号（第４−７頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−３１８５５７号（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平１１−２０２６７３号（第２−３頁、図７）
【特許文献４】特許３４４６８２８号（第５−９頁、図１）
【特許文献５】特開平１１−２４４６９号（第５−８頁、図１）
【特許文献６】特開平９−３４２８３号（第４−６頁、図１）
【特許文献７】特開平９−１２７８１１号（第６頁、図１）
【特許文献８】特開平１０−１２３８７３号（第４−６頁、図１）
【特許文献９】特開平１０−１１５９９３号（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、加熱ローラの中央部を加熱するためのハロゲンヒータと、加熱ローラの両端部を加熱するためのハロゲンヒータとをローラ芯金内に配置する方式では、ローラ芯金内に一つのハロゲンヒータを配置する場合に比べてローラ芯金の内径が大きくなるため、加熱ローラ自体の熱容量が増大し、加熱ローラの温度が所定の温度まで上昇するのに長い時間を要する。このため、加熱ローラの熱が定着ベルトを介して定着ローラに伝わるまでの時間が長くなり、定着ローラの温度がトナー定着温度まで上昇するまでの時間すなわち立上り時間を短縮することが困難になる。また、この方式以外の前記した各方式でも、立上り時間の短縮やローラ芯金の剛性の強化を図ることができない。
【００１５】
このように、定着ベルトの端部温度上昇の抑制と定着ローラの立上り時間の短縮とは相反する関係にあり、両者を満足する技術が望まれている。
【００１６】
本発明の目的は、通紙幅に関係なく軸方向で均一な温度分布を容易に得ることができ且つ剛性を確保すると同時に薄肉化に伴う立上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させることができる加熱ローラ、その製造方法及び該加熱ローラを備える定着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、互いに並列的に配置される第一及び第二の加熱ローラと、定着ローラとを巡る無端状の定着ベルトに沿って搬送される記録媒体上の未定着トナーを前記定着ローラ及び加圧ローラにより該両ローラ間で前記定着ベルトを介して前記記録媒体上に圧接することにより該記録媒体上に前記トナーを定着させる定着装置であって、前記各加熱ローラは、それぞれ筒状のローラ芯金を備え、前記第一前記加熱ローラの前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における中央部は、その肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部であり、前記第二加熱ローラのローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における両端部は、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部であり、前記各加熱ローラの前記各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が前記各薄肉部に対応して設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１に記載の発明によれば、第一加熱ローラと第二加熱ローラとが個別に配置されており、該各加熱ローラの各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が設けられている。これにより、従来のように加熱ローラの中央部及び両端部のそれぞれを加熱するための一組の熱源を単一のローラ芯金内に配置する場合に比べて各ローラ芯金の内径を小さくすることができるため、各ローラ芯金の低熱容量化を図ることができる。また、第一加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の中央部と、第二加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の両端部とがそれぞれ薄肉部であり、各加熱ローラの各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が各薄肉部に対応して設けられていることから、各熱源からの各ローラ芯金の吸熱効率を高めることができる。
【００１９】
従って、各ローラ芯金の温度が所定の温度まで上昇するのにかかる時間が従来よりも短縮されるため、各熱源で加熱された各ローラ芯金から定着ローラを介して定着ローラに熱が伝わるまでの時間が短縮される。これにより、定着ローラの立上り時間を確実に短縮することができる。また、各ローラ芯金の低熱容量化を測ることができ、且つ各熱源からの各ローラ芯金の吸熱効率を高めることができることから、消費電力を低減させることができる。
【００２０】
また、第一加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の中央部及び第二加熱ローラのローラ芯金の通紙領域の両端部に対応して熱源がそれぞれ設けられている。これにより、通紙領域の幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルトの中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる必要が生じた場合、定着ベルトの両端部の温度を上昇させることなく第一加熱ローラによって定着ベルトの中央部の温度を上昇させることができる。従って、第一及び第二加熱ローラにより定着ベルトの必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルトの幅方向の温度分布を均一に保つことができる。
【００２１】
更に、第一加熱ローラのローラ芯金の薄肉部以外の部分すなわちローラ芯金の通紙領域内での両端部や、第二加熱ローラのローラ芯金の薄肉部以外の部分すなわちローラ芯金の通紙領域内での中央部をそれぞれ肉厚に形成することができる。これにより、各ローラ芯金の薄肉化による各加熱ローラの剛性の低下を確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二加熱ローラは、前記定着ローラから前記定着ベルトの循環方向へみて前記第一加熱ローラより遠い位置に配置されることを特徴とする。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、通紙領域の中央部が薄肉部である第一加熱ローラのローラ芯金よりも剛性が強い第二加熱ローラが定着ローラから定着ベルトの循環方向へみて第一加熱ローラより遠い位置に配置されることから、定着ローラと第二加熱ローラとの間で定着ベルトの張りを確実に保持することができる。これにより、定着ベルトに空スベリやヨリ等の搬送不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００２４】
請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の発明において、前記両加熱ローラの前記各ローラ芯金は、それぞれマンガン系アルミニウム合金から成ることを特徴とする。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、第一及び第二加熱ローラの各金属円筒体を、熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く且つクリープ性が高いマンガン系アルミニウム合金で形成することができる。これにより、各金属円筒体の加工を容易に行うことができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の発明において、前記第一加熱ローラと前記第二加熱ローラとの間には、前記定着ベルトに張力を付与すべく該定着ベルトに当接するテンションローラが配置されており、該テンションローラは、その軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることを特徴とする。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、第一及び第二加熱ローラの間にテンションローラを配置することにより、定着ベルトにはテンションローラから一定の圧力が作用するため、定着ベルトにその駆動によるヨレ、寄り又は浮きのような搬送ムラが生じることを確実に防止することができる。また、テンションローラがその軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることから、第一及び第二加熱ローラから伝熱された定着ベルトがテンションローラを通過したとき、定着ベルトの第一加熱ローラによって加熱された部分と第二加熱ローラによって加熱された部分との温度差が緩和される。これにより、定着ベルトの温度ムラが緩和されるため、例えばＡ４用紙を縦に連続して通紙した直後にＡ３用紙を縦に通紙したときのように通紙サイズが変更したときでも、記録媒体上へのトナーの定着性を均一にすることができる。
【００２８】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載の定着装置に用いられる加熱ローラであって、前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の前記薄肉部は、前記ローラ芯金の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されており、前記薄肉部の前記ローラ芯金の軸線方向の幅は、前記通紙領域の前記ローラ芯金の軸線方向の幅の３／４以下の長さであることを特徴とする。
【００２９】
請求項５に記載の発明によれば、記録媒体の通紙によって奪われる熱を補充するために定着ベルトを加熱する際に定着ベルトの幅方向の温度分布の偏りを生じさせることなく必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルトの温度分布を確実に均一に保つことができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、熱源により加熱される筒状のローラ芯金であってその内周面の前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域内に、周方向へ伸長し、前記内周面から前記ローラ芯金の内方へ突出する周回凸部が形成されたローラ芯金を備える加熱ローラの製造方法であって、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように前記金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、前記金属円筒体の外周面から前記周回凹部が削除されるように前記外周面を研削することを特徴とする。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、金属円筒体の外周面から凹部が削除されるように外周面を研削することにより、本発明に係る加熱ローラを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、熱容量を小さくすることにより立上り時間を短縮した剛性の高いローラ芯金を容易に得ることができ、これにより、剛性を確保すると同時に薄肉化による立上り時間の短縮化を実現することができる加熱ローラ及び該加熱ローラを備える定着装置をそれぞれ提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を図示の実施例に沿って説明する。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図１は、画像形成装置１０に本発明に係る定着装置１１が組み込まれた例を示す。画像
形成装置１０は、図１に示す例では、駆動ローラ１２ａ及び従動ローラ１２ｂを巡る無端
の搬送ベルト１２によって規定される搬送路に沿って、その搬送方向へ向けて４つの作像
ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋが順次配列された従来よく知られたタンデ
ム型フルカラー画像形成装置である。各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ作像ユニットは、それぞれイエロー、マジェンタ、シアン及びブラックの色トナー画像を形成する作像ユニットである。給紙機構１３から搬送ベルト１２上を搬送される記録紙のような記録媒体１４上に各トナー画像を形成するように、各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋは、前記搬送路上に整列して配置されている。
【００３５】
各作像ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋは、相互に同様な基本構成を有し、それぞれ感光ドラムのような像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）と、該各像担持体の回りにその回転方向に沿って順次配置された帯電ローラのような帯電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）、ビーム走査系のような走査結像装置からなる潜像形成手段（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ及び３Ｂｋ）、現像手段（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ及び４Ｂｋ）、転写ローラのような転写手段（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ及び５Ｂｋ）及びクリーニング手段（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｂｋ）とを有する。
【００３６】
各作像ユニット（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ）では、従来よく知られているように、対応する像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）の表面が帯電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）からの正または負のいずれか一方の電荷によって均一に帯電する。帯電した像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上には、対応する各潜像形成手段（３
Ｙ、３Ｍ、３Ｃ及び３Ｂｋ）の光走査によって静電潜像が形成される。各像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上の静電潜像は、対応する各現像手段（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ及び４Ｂｋ）から供給されるそれぞれの色トナーの付着によって顕像化される。顕像化された各色トナーによる画像は、該画像が形成された各像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）と、これに対応する転写手段（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ及び５Ｂｋ）との間を搬送ベルト１２と共に通過する記録媒体１４上に、順次多重的に転写される。
【００３７】
転写後、像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）上に残存する色トナーは、対応する
クリーニング手段（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ及び６Ｂｋ）により除去される。これにより像担持
体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｂｋ）は、新たな画像形成サイクルの反復のために、再び帯
電手段（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ及び２Ｂｋ）による帯電を受ける。
【００３８】
他方、前記搬送路に沿って各作像ユニット（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｂｋ）を
経ることにより、記録媒体１４上に多重的に転写されたカラー画像は、定着装置１１によって記録媒体１４上に定着される。
【００３９】
本発明に係る定着装置１１は、図２に示す例では、加熱定着方式であり、定着ローラ１５と、加圧ローラ１６と、互いに並列的に配置される第一及び第二加熱ローラ１７，１８とを備え、定着ローラ１５及び各加熱ローラ１７，１８を巡って定着ベルト１９が張架されている。
【００４０】
この熱ローラ方式に用いられる定着装置１１は、従来よく知られているように、定着ローラ１５及び加圧ローラ１６によって該両ローラ間に規定されるニップ部２０で定着ベルト１９を介してトナーｓを記録媒体１４上に加熱、加圧し、この加熱、加圧によって記録媒体１４上にトナーｓが融着し、これによりトナー画像が記録媒体１４に定着される。
【００４１】
加圧ローラ１６の内方には、従来におけると同様な熱源(ハロゲンヒータ)２１がそれぞれ配置されている。また、加圧ローラ１６には、該加圧ローラの外表面温度を検出する温度センサ１６ａが配置されており、該温度センサからの検出信号によって、外表面温度を適正に維持すべく従来におけると同様に、加圧ローラ１６内の熱源２１への電力供給が制御されている。
【００４２】
加圧ローラ１６は、未定着トナーｓで形成されたカラー画像が転写された記録媒体１４を定着ベルト１９を介して定着ローラ１５に押圧すべく、図示しない付勢手段で定着ローラ１５に向けて押圧されている。
【００４３】
トナーｓが付着する記録媒体１４の表面に当接する定着ベルト１９は、図２で見て時計まわり方向へ循環している。定着ベルト１９の表面１９ａには、図示しないがフッ素樹脂等からなる離型層が形成されている。必要に応じて、定着装置１１に従来と同様な図示しない分離爪を設けることができる。この分離爪は、トナーｓを定着した記録媒体１４が定着装置１１から排出されるとき、この記録媒体１４が定着ベルト１９に巻付くことを防止すべく、記録媒体１４を定着ベルト１９から強制的に剥離するために該定着ベルトの循環方向でみて定着ローラ１５よりも下流側で定着ベルト１９の表面１９ａに当接する。これにより記録媒体１４の定着ベルト１９への巻き付きにより生じるいわゆるジャムの発生を確実に防止することができる。
【００４４】
第一加熱ローラ１７は、図２に示すように、ニップ部２０から定着ベルト１９の循環方向へ見て第二加熱ローラ１８よりも近い位置に配置されている。すなわち、第二加熱ローラ１８は、ニップ部２０から定着ベルト１９の循環方向へみて第一加熱ローラ１７よりも遠い位置に配置されている。第一及び第二加熱ローラ１７，１８は、図３に示すように、それぞれ筒状の第一及び第二ローラ芯金２２，２３と、該各ローラ芯金の各外表面に設けられた図示しない樹脂層とを備える。第一及び第二ローラ芯金２２，２３は、その両端の各支持部２５ａで、軸受２５を介して図示しない支持枠体に回転可能に支持されており、これにより第一及び第二加熱ローラ１７，１８はそれぞれ該各加熱ローラを巡る定着ベルト１９の循環に応じて回転する。
【００４５】
第一及び第二ローラ芯金２２，２３には、それぞれの軸線に沿って通紙領域Ｌが設定されている。第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部は、図３（ａ）に示すように、その肉厚が該中央部の両側の肉厚よりも薄い薄肉部２４ａである。また、第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部は、図３（ｂ）に示すように、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚よりも薄い薄肉部２６ａである。
【００４６】
第一及び第二ローラ芯金２２，２３の各薄肉部２４ａ，２６ａは、各ローラ芯金２２，２３の各通紙領域Ｌ内で、各軸線を横切る中央横断面に関して対称的にそれぞれ形成されており、これにより各薄肉部２４ａ，２６ａは各ローラ芯金２２，２３の軸線方向へ各通紙領域Ｌ内で左右均等に振り分けられて形成されている。また、各薄肉部２４ａ，２６ａの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の長さは、各通紙領域Ｌの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の幅の３／４以下となるように設定されている。
【００４７】
具体的には、第一及び第二ローラ芯金２２，２３は、それぞれマンガン系アルミニウム合金からなり、各ローラ芯金２２，２３の各軸受２５で支持される両端の各支持部２５ａを除く概略形状は、外径２０ｍｍ、長さ３５０ｍｍ、厚肉部の肉厚ｔが１０．６ｍｍ、各薄肉部２４ａ，２６ａの肉厚ｔ２が０．２ｍｍである。本実施の形態では、マンガン系アルミニウム合金材料は、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、各ローラ芯金２２，２３の強度を向上することが可能である。第一及び第二加熱ローラ１７，１８のそれぞれの通紙領域Ｌが３２０ｍｍ程度（一般的な領域）である場合、各薄肉部２４ａ，２６ａの各ローラ芯金２２，２３の軸線方向の幅は、図示の例では、２００ｍｍ幅内に設定されている。
【００４８】
また、第一及び第二ローラ芯金２２，２３内には、各薄肉部２４ａ，２６ａに対応して熱源２７，２８がそれぞれ配置されている。各熱源２７，２８には、図示の例では、それぞれハロゲンヒータが用いられている。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８には、該各加熱ローラの各外表面温度を検出する前記したと同様の温度センサ２９がそれぞれ配置されている。
【００４９】
第一ローラ芯金２２を形成する際、図４（ａ）に示すように、マンガン系アルミニウム合金から成る金属円筒体４０１を形成する。
【００５０】
この金属円筒体４０１はその軸線方向に一様な内径及び外径を有し、その両端には図３に示した軸受２５に支持される支持部２５ａが形成されている。金属円筒体４０１の肉厚ｔは、第一ローラ芯金２２の肉厚ｔ１と、該第一ローラ芯金の薄肉部２４ａを形成するために金属円筒体４０１の内周面に該内周面から金属円筒体４０１の内方へ突出する周回凸部３０を形成するための押込み量Ｈとを考慮し、少なくとも、これら肉厚ｔ１と押込み量Ｈとを加算した厚さ以上とされる。本実施の形態では、肉厚が１．２ｍｍの金属円筒体４０１を用いた。
【００５１】
次に、図４(ｂ)に示すように金属円筒体４０１をＮＣ旋盤（図示せず）に固定した状態
で、このＮＣ旋盤の刃物台に固定された絞り工具４０２（ローラ工具）を回転させながら、絞り工具４０２を金属円筒体４０１の外周面に押接する。この際の絞り工具４０２による金属円筒体４０１ヘの押接位置は、通紙領域Ｌ内における両端部２４ｂであり、これにより金属円筒体４０１の外周面が凹陥されることにより周回凹部３１が形成されると同時に、図４（ｃ）に示すように、金属円筒体４０１の内周面に一対の周回凸部３０が突出して、これにより一対の周回凸部３０が形成される。
【００５２】
この絞り加工では、押接による押込み量Ｈを０．４ｍｍとすることで、周回凹部３１と周回凸部３０との差が所定の０．３ｍｍとなり、前記した所望の肉厚差（０．６ｍｍと０．３ｍｍとの差）を得ることができた。この時の絞り工具４０２の主軸回転数は１０００ｒｐｍで、押接時の押込み速度をφ０．１ｍｍ／ｒｅｖとし、絞り工具４０２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。
【００５３】
この絞り加工を行った後、図４(ｄ)に示すように、切削バイト(ダイヤモンドバイト)４０４を金属円筒体４０１の軸線方向に沿って移動させることによって、この金属円筒体４０１の外周面を数回切削して凹陥すなわち周回凹部３１を除去する。これにより、図７(ｅ)に示すように、軸線方向へ一様な外径を有し、内周面の通紙領域Ｌにおける中央部に所定の相当肉厚ｔ２を有する薄肉部２４ａが形成された第一ローラ芯金２２が形成される。
【００５４】
このように、金属円筒体４０１から第一ローラ芯金２２を形成するにあたり、ローラ工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。
【００５５】
第二ローラ芯金２３を形成するときは、金属円筒体４０１への絞り工具４０２の押接位置を通紙領域Ｌの中央部にすることにより、通紙領域Ｌの両端部２６に所定の肉厚を有する薄肉部２６ａが形成された第二ローラ芯金２３を形成することができる。本実施の形態によれば、前記したように、第一加熱ローラ１７と第二加熱ローラ１８とが個別に配置され、該各加熱ローラの各ローラ芯金２２，２３内にそれぞれ熱源２７，２８が設けられていることから、従来のように一組の熱源をローラ芯金内に一緒に挿入する場合に比べて各ローラ芯金２２，２３の内径を小さくすることができるため、該各ローラ芯金の低熱容量化を図ることができる。また、第一加熱ローラ１７の第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部と、第二加熱ローラ１８の第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部とがそれぞれ薄肉部２４ａ，２６ａであり、各加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３内には、それぞれ熱源２７，２８が各薄肉部２４ａ，２６ａに対応して設けられていることから、各熱源２７，２８からの各ローラ芯金２２，２３の吸熱効率を高めることができる。
【００５６】
従って、各ローラ芯金２２，２３の温度が所定の温度まで上昇するのにかかる時間が従来よりも短縮されるため、各熱源２７，２８で加熱された各ローラ芯金２２，２３から定着ローラ１５を介して定着ローラ１５に熱が伝わるまでの時間が短縮される。これにより、定着ローラ１５の立上り時間を確実に短縮することができる。また、各ローラ芯金２２，２３の低熱容量化を測ることができ、また、各熱源２７，２８からの各ローラ芯金２２，２３の吸熱効率を高めることができることから、消費電力を低減させることができる。
【００５７】
また、前記したように、第一加熱ローラ１７のローラ芯金の通紙領域Ｌの中央部及び第二加熱ローラ１８のローラ芯金の通紙領域Ｌの両端部に対応して熱源２７，２８がそれぞれ設けられていることから、通紙領域Ｌの幅よりも狭い幅の紙を連続して通紙することにより温度が低下した定着ベルト１９の中央部の温度をトナー定着温度まで上昇させる必要が生じた場合、定着ベルト１９の幅方向の両端部の温度を上昇させることなく第一加熱ローラ１７によって定着ベルト１９の幅方向の中央部の温度を上昇させることができる。従って、第一及び第二加熱ローラ１７，１８により定着ベルト１９の必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルト１９の幅方向の温度分布を均一に保つことができる。
【００５８】
更に、第一加熱ローラ１７のローラ芯金２２の薄肉部２４ａ以外の部分すなわち第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌ内での両端部や、第二加熱ローラ１８のローラ芯金２３の薄肉部２６ａ以外の部分すなわち第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌ内での中央部を肉厚に形成することができるため、各ローラ芯金２２，２３の薄肉化による各加熱ローラ１７，１８の剛性の低下を確実に抑制することができる。
【００５９】
また、前記したように、通紙領域Ｌの中央部が薄肉部２４ａである第一加熱ローラ１７のローラ芯金２２よりも剛性が強い第二加熱ローラ１８が定着ローラ１５から定着ベルト１９の循環方向へみて第一加熱ローラ１７より遠い位置に配置されることから、定着ローラ１５と第二加熱ローラ１８との間で定着ベルト１９の張りを確実に保持することができる。これにより、定着ベルト１９に空スベリやヨリ等の搬送不具合が生じることを確実に防止することができる。
【００６０】
また、前記したように、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の各ローラ芯金２２，２３の各薄肉部２４ａ，２６ａは、各ローラ芯金２２，２３の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されていることから、記録媒体１４の通紙によって奪われる熱を補充するために定着ベルト１９を加熱する際に定着ベルト１９の幅方向の温度分布の偏りを生じさせることなく必要な部位を適宜加熱することができるため、定着ベルト１９の温度分布を確実に均一に保つことができる。
【００６１】
更に、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の製造方法によれば、前記したように、熱伝導率が他のアルミニウム合金より高く且つクリープ性が高いマンガン系アルミニウム合金から成る金属円筒体４０１の内周面に周回凸部３０が形成されるように金属円筒体４０１の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部３１を形成した後、金属円筒体４０１の外周面から凹部３１が削除されるように外周面を研削することにより、本発明に係る第一及び第二加熱ローラ１７，１８をそれぞれ容易に形成することができる。
【００６２】
〈実施の形態２〉
次に、本発明の定着装置１１の実施の形態２を以下に示す。この実施の形態２において、実施の形態１で示した定着装置１１の第一及び第二加熱ローラ１７，１８を含めた構成は同一であるため、その図示(一部援用開示)および説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態では、定着ローラ１５と第一及び第二加熱ローラ１７，１８とに張架された定着ベルト１９にテンション力Ｆを付加するためのテンションローラ３２が設けられている。
【００６４】
テンションローラ３２は、図５（ａ）に示すように、第一加熱ローラ１７と第二加熱ローラ１８との間に定着ベルト１９の表面１９ａに当接するように配置されている。テンションローラ３２は、図示の例では、アルミニウム合金のように軸線方向の熱伝導率が高い材料で形成されており、その径の大きさは、１４ｍｍに設定されている。また、テンションローラ３２は、定着ベルト１９に付加する張力Ｆが１０Ｎになるように図示しない付勢部材により定着ベルト１９によって付勢されている。
【００６５】
本実施例に用いるテンションローラ３２の材料であるアルミニウム合金の熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍｋであり、この値は鉄の熱伝導率５０〜７６Ｗ／ｍｋの３〜４倍である。 従って、本実施の形態によれば、第一及び第二加熱ローラ１７，１８の間にテンションローラ３２を配置することにより、定着ベルト１９にはテンションローラ３２から一定の圧力が作用するため、定着ベルト１９にその駆動によるヨレ、寄り又は浮きのような搬送ムラが生じることを確実に防止することができる。また、テンションローラ３２がその軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることから、第一及び第二加熱ローラ１７，１８から伝熱された定着ベルト１９がテンションローラ３２を通過したとき、定着ベルト１９の第一加熱ローラ１７によって加熱された部分と第二加熱ローラ１８によって加熱された部分との温度差を緩和することができる。これにより、例えばＡ４用紙を縦に連続して通紙した直後にＡ３用紙を縦に通紙したときのように通紙サイズが変更したときでも定着ベルト１９の温度ムラが緩和されるため、記録媒体１４上へのトナーｓの定着性を均一にすることができる。
【００６６】
〈実施の形態３〉
次に、本発明の定着装置１１の実施の形態２を図５（ｂ）に沿って説明する。本実施の形態では、実施の形態２で示したテンションローラ３２を定着ベルト１９の裏面１９ｂに当接するように配置したものであり、テンションローラ３２が第一及び第二加熱ローラ１７，１８の間に配置されていることを含む構成は実施の形態２と同一であるため構成の説明は省略する。
【００６７】
本実施の形態によれば、テンションローラ３２が定着ベルト１９の裏面１９ｂに当接するように配置されていることから、テンションローラ３２が定着ベルト１９の表面１９ａに当接することによる該表面のキズ付きを防止することができる。これにより、定着ベルト１９の耐久性を向上させることができる。また、記録媒体１４へのトナーｓの定着時にトナーｓの一部が加圧ローラ１６に付着して取り去られるいわゆるオフセットにより堆積したトナーｓが溶け出すことによる画像不良を防止することができる。
【実施例】
【００６８】
上記した実施の形態１乃至３に記載の本発明の実施例を用いて温度特性を評価した結果を表１に示す。本実施例では、線速が１６２ｍｍ／ｓであり、定着温度が１５０℃である中速機クラスの定着条件での立上り時間と、Ａ４縦及びＡ５縦を１００枚通紙したときの定着ベルト１９の端部温度とを評価した。
【００６９】
図６に示すように、定着ベルト１９の温度を測定するための温度センサ２９をニップ部２０の第二加熱ローラ１８側の近傍に設け、図７に示すように、温度センサ２９を定着ベルト１９の幅方向に沿って中央１〜３及び端部４〜５の計５箇所の部位に移動させて、定着ベルト１９の各部位の温度を測定した。本実施例では、温度センサ２９に接触式温度センサ（Ｅ型熱電対）を用いた。
【００７０】
表１に示す端部温度は、Ａ５サイズの紙を通紙したときは、中央２又は３の測定温度の最大値であり、Ａ４サイズの紙を通紙したときは、端部４又は５の測定温度の最大値である。端部温度は、定着温度のホットオフセット領域の２００℃以下が望ましい。また、表１に示す温度差は、定着温度（１５０℃）と端部温度との差であり、その値は小さいほど良い。
【００７１】
本実施例では、第一ローラ芯金２２の通紙領域Ｌの中央部すなわち薄肉部２４ａの肉厚が０．３ｍｍであり、該薄肉部の両側の肉厚が０．６ｍｍである第一加熱ローラ１７と、第二ローラ芯金２３の通紙領域Ｌの両端部すなわち薄肉部２６ａの肉厚が０．３ｍｍであり、該薄肉部間の中央部の肉厚が０．６ｍｍである第二加熱ローラ１８（各ローラ芯金の外径は、いずれも２０ｍｍ）とを用いた。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８との比較対照となる従来の加熱ローラには、ローラ芯金の外径が３０ｍｍであり、肉厚が０．６ｍｍである加熱ローラを用いた。また、第一及び第二加熱ローラ１７，１８に設けられる熱源２７，２８には、総電力が９００Ｗのハロゲンヒータを用いており、その他の部品には、同一の部品を用いている。
【００７２】
表１は実施の形態１乃至３に記載の本発明の実施例を用いて温度特性を評価した結果である。
【００７３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る定着装置を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、図２のＡ−Ａ線に沿った第一加熱ローラの縦断面図を示し、（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線に沿った第二加熱ローラの縦断面図を示す。
【図４】本発明に係る加熱ローラの製造方法を示す縦断面図であり、（ａ）〜（ｅ）はローラ芯金の形成方法を時系列で示した説明図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る定着装置を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る定着装置を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例の評価方法を示す模式図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ線に沿った縦断面図である。
【図８】従来技術に係る定着装置を示す概略図である。
【図９】従来技術に係る定着装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００７５】
１７ 第一加熱ローラ
１８ 第二加熱ローラ
１５ 定着ローラ
１９ 定着ベルト
１４ 記録媒体
ｓ トナー
１１ 定着装置
２２，２３ ローラ芯金（第一ローラ芯金、第二ローラ芯金）
Ｌ 通紙領域
２４ａ 中央部（第一ローラ芯金の薄肉部）
２４ｂ 両側（第一ローラ芯金の通紙領域内での両側）
２６ａ 両端部（第二ローラ芯金の薄肉部）
２６ｂ 中央部（第二ローラ芯金の通紙領域内での中央部）
２７，２８ 熱源（加熱ローラの熱源）
３２ テンションローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列的に配置される第一及び第二の加熱ローラと、定着ローラとを巡る無端状の定着ベルトに沿って搬送される記録媒体上の未定着トナーを前記定着ローラ及び加圧ローラにより該両ローラ間で前記定着ベルトを介して前記記録媒体上に圧接することにより該記録媒体上に前記トナーを定着させる定着装置であって、前記各加熱ローラは、それぞれ筒状のローラ芯金を備え、前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における中央部は、その肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部であり、前記第二加熱ローラのローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における両端部は、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部であり、前記各加熱ローラの前記各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が前記各薄肉部に対応して設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第二加熱ローラは、前記定着ローラから前記定着ベルトの循環方向へみて前記第一加熱ローラより遠い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記第一加熱ローラ及び前記第二加熱ローラの前記各ローラ芯金は、それぞれマンガン系アルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記第一加熱ローラと前記第二加熱ローラとの間には、前記定着ベルトに張力を付与すべく該定着ベルトに当接するテンションローラが配置されており、該テンションローラは、その軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の前記薄肉部は、前記ローラ芯金の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されており、前記薄肉部の前記ローラ芯金の軸線方向の幅は、前記通紙領域の前記ローラ芯金の軸線方向の幅の３／４以下の長さであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の定着装置に用いられる加熱ローラ。
【請求項６】
熱源により加熱される筒状のローラ芯金であってその内周面の前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域内に、周方向へ伸長し、前記内周面から前記ローラ芯金の内方へ突出する周回凸部が形成されたローラ芯金を備える加熱ローラの製造方法であって、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように前記金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、前記金属円筒体の外周面から前記周回凹部が削除されるように前記外周面を研削することを特徴とする加熱ローラの製造方法。
【請求項１】
互いに並列的に配置される第一及び第二の加熱ローラと、定着ローラとを巡る無端状の定着ベルトに沿って搬送される記録媒体上の未定着トナーを前記定着ローラ及び加圧ローラにより該両ローラ間で前記定着ベルトを介して前記記録媒体上に圧接することにより該記録媒体上に前記トナーを定着させる定着装置であって、前記各加熱ローラは、それぞれ筒状のローラ芯金を備え、前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における中央部は、その肉厚が該中央部の両側の肉厚より薄い薄肉部であり、前記第二加熱ローラのローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域における両端部は、その肉厚が該両端部間の中央部の肉厚より薄い薄肉部であり、前記各加熱ローラの前記各ローラ芯金内には、それぞれ熱源が前記各薄肉部に対応して設けられていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記第二加熱ローラは、前記定着ローラから前記定着ベルトの循環方向へみて前記第一加熱ローラより遠い位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記第一加熱ローラ及び前記第二加熱ローラの前記各ローラ芯金は、それぞれマンガン系アルミニウム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記第一加熱ローラと前記第二加熱ローラとの間には、前記定着ベルトに張力を付与すべく該定着ベルトに当接するテンションローラが配置されており、該テンションローラは、その軸線方向の熱伝導率が高い材料から成ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記第一加熱ローラの前記ローラ芯金の前記薄肉部は、前記ローラ芯金の軸線を横切る中央縦断面に関して対称的に形成されており、前記薄肉部の前記ローラ芯金の軸線方向の幅は、前記通紙領域の前記ローラ芯金の軸線方向の幅の３／４以下の長さであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の定着装置に用いられる加熱ローラ。
【請求項６】
熱源により加熱される筒状のローラ芯金であってその内周面の前記ローラ芯金の軸線方向に沿って設定された通紙領域内に、周方向へ伸長し、前記内周面から前記ローラ芯金の内方へ突出する周回凸部が形成されたローラ芯金を備える加熱ローラの製造方法であって、金属円筒体の内周面に周回凸部が形成されるように前記金属円筒体の外周面に該外周面を陥没させる周回凹部を形成した後、前記金属円筒体の外周面から前記周回凹部が削除されるように前記外周面を研削することを特徴とする加熱ローラの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１１０６１（Ｐ２００６−１１０６１Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８８３６４（Ｐ２００４−１８８３６４）
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２５日（２００４．６．２５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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