定着装置及び画像形成装置
【課題】定着装置の熱が筐体に逃げるのを十分に抑制することができるようにする。
【解決手段】回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸２４ｂを備える。該端部軸２４ｂと前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。端部軸２４ｂと支持部材との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えるので、本体部の熱が端部軸２４ｂ及び支持部材を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。
【解決手段】回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸２４ｂを備える。該端部軸２４ｂと前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。端部軸２４ｂと支持部材との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えるので、本体部の熱が端部軸２４ｂ及び支持部材を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって帯電させられ、ＬＥＤヘッドによって露光されて静電潜像が形成され、該静電潜像に現像ローラ上で薄層化された現像剤としてのトナーが静電的に付着させられてトナー像が形成されるようになっている。続いて、該トナー像が、転写ローラによって用紙上に転写され、定着装置としての定着器において定着させられて、画像が形成される。
【０００３】
前記定着器は、加圧用の回転体としての加圧ローラ、加熱用の回転体としての定着ローラ、並びに前記加圧ローラ及び定着ローラを回転自在に支持する筐体を備え、前記定着ローラ内にハロゲンランプが配設される。そして、該ハロゲンランプによって発生させられた熱が定着ローラに伝達され、用紙上のトナー像が、定着ローラによって加熱され、加圧ローラによって加圧される。
【０００４】
ところで、前記定着ローラは、芯金中央部、及び該芯金中央部の両端に取り付けられた端部軸を備え、該端部軸が支持部材としてのベアリングによって支持されるようになっている。したがって、前記ハロゲンランプによって発生させられた熱の一部が端部軸及びベアリングを介して筐体に逃げてしまう。その結果、定着器において消費されるエネルギーがその分多くなってしまう。
【０００５】
そこで、定着ローラの芯金中央部を熱伝導率の高い材料で形成し、端部軸を熱伝導率の低い材料で形成することによって、芯金中央部の熱が端部軸を介して筐体に逃げるのを抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１１３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の定着装置においては、端部軸が支持部材によって支持されているので、熱が筐体に逃げるのを十分に抑制することができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の定着装置の問題点を解決して、熱が筐体に逃げるのを十分に抑制することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために、本発明の定着装置においては、回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。
【０００９】
そして、前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備える。
【００１０】
また、該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、定着装置においては、回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。
【００１２】
そして、前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備える。
【００１３】
また、該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。
【００１４】
この場合、前記回転体において、端部軸が本体部より熱伝導率が低い材料で形成され、端部軸と支持部材との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えるので、本体部の熱が端部軸及び支持部材を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。
【００１５】
また、端部軸の外周面と支持部材の内周面との接触面積が、溝が形成された分だけ小さくなるので、本体部の熱が端部軸及び支持部材を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００１６】
さらに、接触部において、端部軸の外周面と支持部材の内周面とが隙間なく接触させられるので、支持部材によって端部軸を安定させて支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。
【００１８】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【００１９】
図に示されるように、プリンタ１０においては、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のドラムカートリッジとしての画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃが、プリンタ１０の本体、すなわち、装置本体に対して着脱自在に配設される。前記各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃは、図における右側から左側に向かってブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に配設され、減法混色によって各色が重ねられる。なお、ブラックの画像形成ユニット１３Ｂｋはモノクロ印刷に使用することができる。
【００２０】
また、各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃには、各色に対応した現像剤カートリッジとしての、かつ、現像剤収容部としてのトナーカートリッジ１２Ｂｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃがそれぞれ前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの本体、すなわち、ユニット本体に対して着脱自在に配設され、各トナーカートリッジ１２Ｂｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃに各色の現像剤としてのトナーが収容される。
【００２１】
そして、前記プリンタ１０は、画像形成部１０ａ、両面印刷部１０ｂ、媒体供給部としての給紙部１０ｃ及び媒体排出部としての排紙部１０ｄを備え、前記画像形成部１０ａにおいて、前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃに露光装置としてのＬＥＤヘッド１４Ｂｋ、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃが当接させられる。
【００２２】
また、前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの下方には、転写ユニットｕ１が配設され、該転写ユニットｕ１は、搬送ベルト（転写ベルト）２１、及び各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃに対応させて配設された転写部材としての転写ローラ２０を備える。
【００２３】
この場合、前記各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの構成は、使用されるトナーの色を除いて同じであるので、本実施の形態においては、ブラックの画像形成ユニット１３Ｂｋについてだけ説明する。
【００２４】
画像形成ユニット１３Ｂｋは、像担持体としての感光体ドラム１５、帯電装置としての帯電ローラ１６、現像剤担持体としての現像ローラ１７、及びクリーニング装置としてのクリーニングブレード１８を備える。前記感光体ドラム１５は、外周面が光導電性材料によって形成され、前記外周面に接触させて、前記帯電ローラ１６、現像ローラ１７及びクリーニングブレード１８が感光体ドラム１５の回転方向に沿って配設される。また、前記転写ローラ２０は搬送ベルト２１を介して感光体ドラム１５に当接させられる。
【００２５】
該感光体ドラム１５が回転させられるのに伴って、帯電ローラ１６から電荷が付加され、感光体ドラム１５の表面が一様に帯電させられる。そして、ＬＥＤヘッド１４Ｂｋからの印字情報に基づく光書込みによって、感光体ドラム１５が露光され、表面に、潜像としての静電潜像が形成され、続いて、現像ローラ１７によって、前記静電潜像が現像されて現像剤像としてのトナー像が形成される。
【００２６】
続いて、該トナー像は、感光体ドラム１５の回転に伴って転写ローラ２０と対向する位置に到達し、感光体ドラム１５の直下を搬送ベルト２１の走行に伴って矢印方向に搬送される媒体としての用紙Ｐに転写される。転写後に感光体ドラム１５上に残留したトナーは、前記クリーニングブレード１８によって掻き取られ、回収される。なお、前記用紙Ｐにはブラックのトナー像だけでなく、イエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像が重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。
【００２７】
そして、定着装置としての定着器２２は、第１の回転体としての定着ローラ２４及び第２の回転体としての加圧ローラ２３を備え、用紙Ｐが加圧ローラ２３と定着ローラ２４との間に送られ、挟持されて搬送される間に、カラーのトナー像が溶融させられて用紙Ｐに定着させられる。なお、カラーのトナー像が定着させられた用紙Ｐは、切換板２５を介してスタッカ２９又は両面印刷部１０ｂに送られる。
【００２８】
そして、前記用紙Ｐは前記給紙部１０ｃによって給紙される。給紙部１０ｃは、媒体収容部としての用紙カセット２６、給紙ローラ２７、レジストローラ２８等を備える。
【００２９】
次に、前記構成のプリンタ１０の動作について説明する。
【００３０】
操作者が、図示されない操作部において画像形成を開始するための操作を行うと、給紙ローラ２７の回転に伴って前記用紙カセット２６から用紙Ｐが一枚ずつ繰り出され、レジストローラ２８に送られ、さらに、トナー像の形成に一致するタイミングで搬送ベルト２１に送られ、転写ユニットｕ１によって搬送される。
【００３１】
一方、画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃにおいては、前述されたように、感光体ドラム１５の表面に各色のトナー像が形成される。該トナー像は、転写ローラ２０によって前記搬送ベルト２１上を搬送される用紙Ｐに順次重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。そして、カラーのトナー像が形成された用紙Ｐは、定着器２２に送られ、該定着器２２において前記カラーのトナー像が定着させられ、カラーの画像が形成される。
【００３２】
次に、前記定着器２２について説明する。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施の形態における定着ローラの要部拡大図、図３は本発明の第１の実施の形態における定着器の断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における定着ローラの縦断面図、図５は本発明の第１の実施の形態における端部軸の支持状態を示す横断面図である。
【００３４】
図に示されるように、定着器２２は、前記定着ローラ２４、及び定着ローラ２４に押し付けて配設された前記加圧ローラ２３を備える。
【００３５】
前記定着ローラ２４は、円筒状に形成された筒状体としての、かつ、本体部としての芯金中央部２４ａ、該芯金中央部２４ａの両端部に取り付けられた端部軸２４ｂ、及び円筒状に形成され、前記芯金中央部２４ａを被覆する弾性層２４ｃを備える。前記端部軸２４ｂは、筒状部８１及び該筒状部８１の一端において径方向外方に延びるフランジ部８２を備え、該フランジ部８２が前記芯金中央部２４ａの端部に取り付けられる。
【００３６】
そして、前記定着ローラ２４は、端部軸２４ｂを介して、第１の支持部材としてのベアリング４２によって図示されない筐体に対して回転自在に支持され、端部軸２４ｂとベアリング４２との間に第１の接触面が形成される。
【００３７】
また、前記芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂの径方向内方には、空洞部８３が貫通して形成され、該空洞部８３内に加熱体としてのハロゲンランプ４１が貫通して配設される。該ハロゲンランプ４１の両端は、定着ローラ２４外において、図示されない電源に接続される。
【００３８】
前記加圧ローラ２３は、円柱状に形成された本体部としての芯金部２３ａ、該芯金部２３ａの両端部において芯金部２３ａと一体に形成された端部軸２３ｂ、及び前記芯金部２３ａを被覆する弾性層２３ｃを備える。
【００３９】
そして、前記加圧ローラ２３は、端部軸２３ｂを介して、第２の支持部材としてのベアリング４３によって、前記筐体に対して回転自在に、かつ、定着ローラ２４に対して移動自在に（加圧ローラ２３がｘ軸方向に延在するとしたときに、ｙ軸方向に移動自在に）支持され、端部軸２３ｂとベアリング４３との間に第２の接触面が形成される。また、前記ベアリング４３は、付勢部材としてのスプリング４４によって定着ローラ２４側に向けて付勢され、それに伴って、加圧ローラ２３は定着ローラ２４に押圧され、前記弾性層２３ｃ、２４ｃが互いに押し付けられ、ニップ領域Ｒを形成する。
【００４０】
次に、前記構成の定着器２２の動作について説明する。
【００４１】
まず、プリンタ１０の電源が投入されると、定着器２２において立上げが開始され、弾性層２４ｃを、用紙Ｐ上のトナー像を溶融させるのに十分な温度に加熱するために、ハロゲンランプ４１が通電され、芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂが加熱される。そして、定着ローラ２４の温度が高くなり、良好な定着を行うことができる状態になると、立上げが完了する。また、定着器２２において用紙Ｐを搬送することができるように、定着ローラ２４に図示されない駆動部からの回転が伝達される。
【００４２】
ところで、前記ハロゲンランプ４１が通電されると、ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱が芯金中央部２４ａを介して弾性層２４ｃに伝わるが、このとき、熱の一部が芯金中央部２４ａに取り付けられた端部軸２４ｂにも伝わる。そして、端部軸２４ｂに伝わった熱は、端部軸２４ｂを支持するベアリング４２に伝わり、更にベアリング４２を介して筐体に逃げてしまう。したがって、定着器２２において消費されるエネルギーがその分多くなってしまう。
【００４３】
そこで、芯金中央部２４ａが熱伝導率の高い材料、本実施の形態においては、鉄で形成され、端部軸２４ｂが熱伝導率の低い材料、本実施の形態においては、ステンレスで形成される。したがって、芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。また、芯金中央部２４ａの径Ｄ１より、端部軸２４ｂにおいて接触面を形成する接触領域５０の径Ｄ２が小さくされるので、端部軸２４ｂにおける熱の移動速度は芯金中央部２４ａにおける熱の移動速度より極めて遅くされる。したがって、ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱を定着ローラ２４の中央部に効果的に蓄えることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態においては、前記接触領域５０に、定着ローラ２４の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５１が等ピッチで形成される。
【００４５】
この場合、各溝５１のうちの任意の溝を５１ａとし、該溝５１ａにおける一方の稜線５１ａＬ上の任意の点をＰとしたとき、該点Ｐを通り、定着ローラ２４の中心軸と平行な線をＬとすると、該線Ｌ上に少なくとも一つの他の稜線が形成されるように各溝５１が傾斜させられる。
【００４６】
その結果、図５に示されるように、端部軸２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面とが、円周方向における異なる箇所に形成された複数の円弧状の接触部ｑで接触することになり、各接触部によって前記接触面が形成される。したがって、各円弧状の接触部ｑにおいて、定着ローラ２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面とが隙間なく接触させられるので、ベアリング４２によって端部軸２４ｂを安定させて支持することができ、定着ローラ２４が、加圧ローラ２３によって押圧された状態で回転するときに、ガタ、振動等が生じることがない。
【００４７】
そして、端部軸２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面との接触面積が、溝５１が形成された分だけ小さくなるので、芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。しかも、ベアリング４２によって端部軸を安定させて支持することができるので、ガタ、振動等に起因して定着むらが発生するのを防止することができる。その結果、画像品位を向上させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態において、各溝５１は、フランジ部８２側の端部を始端とし、反対側の端部を終端としたときの、始端から終端までの間に、定着ローラ２４の円周方向において３６０〔°〕より小さい所定の角度にわたって延在させられるが、始端から終端までの間に、３６０〔°〕以上の角度にわたって、かつ、端部軸２４ｂの外周面を１周以上巻回するように延在させることもできる。
【００４９】
また、本実施の形態において、各溝５１は、展開させられた状態で直線状に延在させられるが、湾曲させて延在させることもできる。
【００５０】
次に、定着ローラ２４の実施例について説明する。
【００５１】
この場合、定着ローラ２４の長手方向の長さＬ１を２８０〔ｍｍ〕とし、芯金中央部２４ａを鉄によって形成し、芯金中央部２４ａの肉厚Ｔ１を０．５〔ｍｍ〕とし、芯金中央部２４ａの径Ｄ１を２６〔ｍｍ〕とし、端部軸２４ｂをステンレスによって形成し、筒状部８１の肉厚Ｔ２を１．０〔ｍｍ〕とし、筒状部８１の径Ｄ２を１６〔ｍｍ〕とした。また、端部軸２４ｂの円周方向における溝５１の幅をＨ１とし、各溝５１間の幅をＨ２としたとき、
Ｈ１＝Ｈ２
となるようにした。さらに、弾性層２４ｃをシリコーンスポンジによって形成し、肉厚を１．０〔ｍｍ〕とし、ハロゲンランプ４１の出力を１２００〔Ｗ〕とした。
【００５２】
ところで、鉄の熱伝導率は８４〔Ｗ／ｍ℃〕程度であり、ステンレスの熱伝導率は１７〔Ｗ／ｍ℃〕程度である。また、熱の伝達効率は熱を伝える方向の断面積に比例する。
【００５３】
前記定着ローラ２４の長手方向において、芯金中央部２４ａの断面積と端部軸２４ｂの断面積とを比較すると、芯金中央部２４ａの断面積は約４０〔ｍｍ2 〕であり、端部軸２４ｂの断面積も約４０〔ｍｍ2 〕である。また、前記幅Ｈ１と前記幅Ｈ２とが等しいので、端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積は、溝５１が形成されない場合の端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積の半分になる。したがって、端部軸２４ｂからベアリング４２に伝達される熱の量は、溝５１が形成されない場合の半分になる。
【００５４】
次に、本実施の形態における定着ローラ２４と比較例の定着ローラとの特性を比較する。
【００５５】
図６は比較例における定着ローラの断面図である。
【００５６】
図において、６４は比較例における定着ローラであり、該定着ローラ６４は、円筒状に形成された芯金中央部６４ａ、円筒状に形成され、該芯金中央部６４ａの両端に取り付けられた端部軸６４ｂ、及び円筒状に形成され、前記芯金中央部６４ａを被覆する弾性層６４ｃを備える。前記端部軸６４ｂは、一端において芯金中央部６４ａの端部に取り付けられる。
【００５７】
この場合、前記芯金中央部６４ａを鉄によって形成し、芯金中央部６４ａの肉厚Ｔａを０．５〔ｍｍ〕とし、芯金中央部６４ａの外径Ｄａを２６〔ｍｍ〕とし、端部軸６４ｂを鉄によって形成し、端部軸６４ｂの肉厚Ｔｂを１．０〔ｍｍ〕とし、端部軸６４ｂの外径Ｄｂを２６〔ｍｍ〕とした。さらに、弾性層６４ｃをシリコーンスポンジによって形成し、肉厚を１．０〔ｍｍ〕とした。また、前記定着ローラ６４は、端部軸６４ｂを介して、前記ベアリング４２（図３参照。）によって図示されない筐体に対して回転自在に支持される。
【００５８】
ところで、ステンレスの熱伝導率は、鉄の熱伝導率の１７／８４倍であるので、本実施の形態における端部軸２４ｂの熱伝導率は、比較例における端部軸６４ｂの熱伝導率の１７／８４倍になる。また、所定の部材内を熱が伝わる場合の熱量は、部材の断面積に比例する。したがって、本実施の形態における端部軸２４ｂの断面積は４０〔ｍｍ2 〕であり、比較例における端部軸６４ｂの断面積は７９〔ｍｍ2 〕であるので、端部軸２４ｂ内を熱が伝わる場合の熱量は、端部軸６４ｂ内を熱が伝わる場合の熱量の４０／７９倍になる。
【００５９】
さらに、本実施の形態の端部軸２４ｂにおいては、溝５１の幅Ｈ１と溝５１間の幅Ｈ２とが等しいので、本実施の形態における端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積Ｅ１は、比較例における端部軸６４ｂとベアリング４２との接触面積Ｅ２の１／２倍になる。
【００６０】
したがって、本実施の形態における端部軸２４ｂとベアリング４２との間で伝達される熱の熱量は、比較例における端部軸６４ｂとベアリング４２との間で伝達される熱の熱量の１／２倍になる。その結果、本実施の形態の定着ローラ２４において芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂを介してベアリング４２に伝達される速度をαとし、比較例の定着ローラ６４において、芯金中央部６４ａの熱が端部軸６４ｂを介してベアリング４２に伝達される速度をβとすると、速度αは、
α＝（１７／８４）×（４０／７９）×（１／２）β
＝０．０５β
で表すことができる。
【００６１】
したがって、本実施の形態の定着ローラ２４においては、端部軸２４ｂからベアリング４２を介して筐体に逃げる熱を、比較例の定着ローラ６４と比べて９５〔％〕程度抑制することができる。
【００６２】
ところで、本実施の形態においては、芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂの肉厚を、０．１〔ｍｍ〕以上、かつ、１．５〔ｍｍ〕以下とするのが好ましく、０．３〔ｍｍ〕以上、かつ、１．０〔ｍｍ〕以下とするのが更に好ましい。
【００６３】
なお、本実施の形態において、ハロゲンランプ４１によって定着ローラ２４を加熱した際に、弾性層２４ｃが用紙Ｐ上のトナー像を定着させるのに必要な温度である１８０〔℃〕程度に加熱されるまでの時間は、３０〔秒〕前後であることが実験によって確認されていて、比較例の定着ローラ６４を加熱した際の、弾性層６４ｃが１８０〔℃〕程度に加熱されるまでの時間である５０〔秒〕前後と比べて極めて短いことが分かる。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、弾性層２４ｃの肉厚が１〔ｍｍ〕にされるので、カラーのトナー像を十分に定着させることができ、端部軸２４ｂの肉厚が１〔ｍｍ〕にされるので、Ａ４判の用紙Ｐに対してカラーのトナー像を定着させるのに必要な１０〜２０〔ｋｇｆ〕の加重に十分に耐えることができる。
【００６５】
また、本実施の形態においては、定着ローラ２４の端部軸２４ｂに溝５１が形成されるようになっているが、ベアリング４２の内周面に溝を形成することができる。
【００６６】
次に、加圧ローラ２３の端部軸２３ｂに溝を形成するようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明をし、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００６７】
図７は本発明の第２の実施の形態における定着器の断面図である。
【００６８】
図において、１２４は第１の回転体としての定着ローラ、１２３は第２の回転体としての加圧ローラであり、前記定着ローラ１２４は、定着用ベルト１４０、該定着用ベルト１４０の内周面に当接させて配設された加熱体としてのヒータ１４１、及び前記定着用ベルト１４０によって包囲され、前記ヒータ１４１を支持する支持体１４２を備える。
【００６９】
また、前記加圧ローラ１２３は、円筒状に形成された本体部としての芯金部１２３ａ、円筒状に形成され、前記芯金部２３ａの両端部において一体に形成された端部軸１２３ｂ、及び前記芯金部１２３ａを被覆する弾性層１２３ｃを備える。そして、前記端部軸１２３ｂの外周面に、加圧ローラ１２３の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝１５１が等ピッチで形成される。これにより、芯金部１２３ａの熱が、端部軸１２３ｂ、及び第２の支持部材としてのベアリング４３（図１）を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００７０】
次に、定着ベルト張設ローラの端部軸に溝を形成するようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明をし、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７１】
図８は本発明の第３の実施の形態における定着器の断面図である。
【００７２】
図において、２２４は定着ローラユニットであり、該定着ローラユニット２２４は、第１の回転体としての定着ローラ２２５、第２の回転体としての加圧ローラ２２６、第３の回転体としての定着ベルト張設ローラ２２７、及び定着ベルト２２８を備え、前記定着ベルト張設ローラ２２７は定着ベルト２２８にテンションを与える。また、２２３は第４の回転体としての加圧ローラであり、前記定着ベルト２２８を介して前記加圧ローラ２２６と当接させて配設される。
【００７３】
前記加圧ローラ２２３は、付勢部材としてのスプリング４４によって加圧ローラ２２６に向けて付勢され、媒体としての用紙Ｐ（図２）上の現像剤像としてのトナー像を加圧する。また、前記定着ローラ２２５は、加熱体としてのハロゲンランプ４１を備え、該ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱は定着ベルト２２８に伝わり、該定着ベルト２２８を介して用紙Ｐ上のトナー像を加熱する。
【００７４】
そして、前記定着ベルト張設ローラ２２７に本発明を適用し、端部軸２２７ｂの外周面に、定着ベルト張設ローラ２２７の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝２５１が等ピッチで形成される。これにより、定着ベルト２２８を介して定着ベルト張設ローラ２２７に伝わった熱が、端部軸２２７ｂ及び支持部材としての図示されないベアリングを介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７６】
図９は本発明の第４の実施の形態における定着器の断面図、図１０は本発明の第４の実施の形態における断熱部材の斜視図である。
【００７７】
この場合、第１の回転体としての定着ローラ２４の端部軸２４ｂと第１の支持部材としてのベアリング４２との間に断熱部材５５が配設される。該断熱部材５５は、筒状部８４、及び該筒状部８４の一端から径方向外方に向けて形成されたフランジ部８５を備え、前記筒状部８４の内周面に、断熱部材５５の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５６が、前記筒状部８４の外周面に、断熱部材５５の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５７が形成される。
【００７８】
前記端部軸２４ｂの外周面には、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ２４の軸に対して所定の角度で傾斜させて溝５１（図５）が形成されるが、断熱部材５５の軸に対する溝５６と、定着ローラ２４に対する溝５１とは、互いに角度を異ならせて形成される。したがって、溝５１と溝５６とが噛合することがないので、ベアリング４２によって端部軸２４ｂを安定させて支持することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態において、加熱体としてのハロゲンランンプ４１によって発生させられた熱は、筒状体としての、かつ、本体部としての芯金中央部２４ａに伝わり、該芯金中央部２４ａに取り付けられた前記端部軸２４ｂに伝わった後、断熱部材５５を介してベアリング４２に伝わる。
【００８０】
また、前記断熱部材５５には、熱伝導率が金属より低い０．０８〔Ｗ／ｍ℃〕程度の材料、本実施の形態においては、樹脂であるＰＰＳが使用される。しかも、筒状部８４の内周面に溝５６が、筒状部８４の外周面に溝５７が形成され、端部軸２４ｂと筒状部８４との接触面積、及び筒状部８４とベアリング４２との接触面積が小さくされる。したがって、筒状部８４の熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、端部軸２４ｂの外周面に溝５１が形成されるようになっているが、端部軸２４ｂの表面を、溝５１を形成することなく平坦にすることができる。その場合、断熱部材５５の内周面及び外周面に溝５６、５７を形成するだけでよいので、定着装置としての定着器２２のコストを低くすることができる。しかも、断熱部材５５を射出成形によって製造することができるので、生産性を向上させることができる。
【００８２】
前記各実施の形態においては、芯金中央部２４ａの材料に鉄が使用されるようになっているが、鉄に代えて、熱伝導率の高い銅、アルミニウム等を使用することができる。その場合、端部軸２４ｂには、銅、アルミニウム等より熱伝導率の低い材料が使用される。
【００８３】
また、前記各実施の形態においては、溝５１、１５１、２５１、５６、５７を形成することによって各部材間の接触面積を小さくし、部材間の熱伝達を抑制するようになっているが、溝５１、１５１、２５１、５６、５７に代えて穴を形成することによって各部材間の接触面積を小さくし、部材間の熱伝達を抑制することができる。この場合も、例えば、端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えることになる。
【００８４】
さらに、前記各実施の形態においては、本発明を画像形成装置としてのプリンタに適用した例について説明したが、本発明を、複写機、ファクシミリ装置、複合機等に適用することができる。
【００８５】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における定着ローラの要部拡大図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における定着器の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における定着ローラの縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における端部軸の支持状態を示す横断面図である。
【図６】比較例における定着ローラの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における定着器の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における定着器の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における定着器の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における断熱部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
２２ 定着器
２３、１２３、２２３、２２６ 加圧ローラ
２３ｂ、２４ｂ、１２３ｂ、２２７ｂ 端部軸
２３ａ、１２３ａ 芯金部
２４、１２４、２２５ 定着ローラ
２４ａ 芯金中央部
４２、４３ ベアリング
２２７ 定着ベルト張設ローラ
ｑ 接触部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置、複合機等の画像形成装置、例えば、プリンタにおいては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって帯電させられ、ＬＥＤヘッドによって露光されて静電潜像が形成され、該静電潜像に現像ローラ上で薄層化された現像剤としてのトナーが静電的に付着させられてトナー像が形成されるようになっている。続いて、該トナー像が、転写ローラによって用紙上に転写され、定着装置としての定着器において定着させられて、画像が形成される。
【０００３】
前記定着器は、加圧用の回転体としての加圧ローラ、加熱用の回転体としての定着ローラ、並びに前記加圧ローラ及び定着ローラを回転自在に支持する筐体を備え、前記定着ローラ内にハロゲンランプが配設される。そして、該ハロゲンランプによって発生させられた熱が定着ローラに伝達され、用紙上のトナー像が、定着ローラによって加熱され、加圧ローラによって加圧される。
【０００４】
ところで、前記定着ローラは、芯金中央部、及び該芯金中央部の両端に取り付けられた端部軸を備え、該端部軸が支持部材としてのベアリングによって支持されるようになっている。したがって、前記ハロゲンランプによって発生させられた熱の一部が端部軸及びベアリングを介して筐体に逃げてしまう。その結果、定着器において消費されるエネルギーがその分多くなってしまう。
【０００５】
そこで、定着ローラの芯金中央部を熱伝導率の高い材料で形成し、端部軸を熱伝導率の低い材料で形成することによって、芯金中央部の熱が端部軸を介して筐体に逃げるのを抑制するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１１３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の定着装置においては、端部軸が支持部材によって支持されているので、熱が筐体に逃げるのを十分に抑制することができない。
【０００７】
本発明は、前記従来の定着装置の問題点を解決して、熱が筐体に逃げるのを十分に抑制することができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために、本発明の定着装置においては、回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。
【０００９】
そして、前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備える。
【００１０】
また、該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、定着装置においては、回転体と、該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有する。
【００１２】
そして、前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備える。
【００１３】
また、該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備える。
【００１４】
この場合、前記回転体において、端部軸が本体部より熱伝導率が低い材料で形成され、端部軸と支持部材との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えるので、本体部の熱が端部軸及び支持部材を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。
【００１５】
また、端部軸の外周面と支持部材の内周面との接触面積が、溝が形成された分だけ小さくなるので、本体部の熱が端部軸及び支持部材を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００１６】
さらに、接触部において、端部軸の外周面と支持部材の内周面とが隙間なく接触させられるので、支持部材によって端部軸を安定させて支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としてのプリンタについて説明する。
【００１８】
図２は本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【００１９】
図に示されるように、プリンタ１０においては、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色のドラムカートリッジとしての画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃが、プリンタ１０の本体、すなわち、装置本体に対して着脱自在に配設される。前記各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃは、図における右側から左側に向かってブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの順に配設され、減法混色によって各色が重ねられる。なお、ブラックの画像形成ユニット１３Ｂｋはモノクロ印刷に使用することができる。
【００２０】
また、各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃには、各色に対応した現像剤カートリッジとしての、かつ、現像剤収容部としてのトナーカートリッジ１２Ｂｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃがそれぞれ前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの本体、すなわち、ユニット本体に対して着脱自在に配設され、各トナーカートリッジ１２Ｂｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃに各色の現像剤としてのトナーが収容される。
【００２１】
そして、前記プリンタ１０は、画像形成部１０ａ、両面印刷部１０ｂ、媒体供給部としての給紙部１０ｃ及び媒体排出部としての排紙部１０ｄを備え、前記画像形成部１０ａにおいて、前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃに露光装置としてのＬＥＤヘッド１４Ｂｋ、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃが当接させられる。
【００２２】
また、前記画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの下方には、転写ユニットｕ１が配設され、該転写ユニットｕ１は、搬送ベルト（転写ベルト）２１、及び各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃに対応させて配設された転写部材としての転写ローラ２０を備える。
【００２３】
この場合、前記各画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃの構成は、使用されるトナーの色を除いて同じであるので、本実施の形態においては、ブラックの画像形成ユニット１３Ｂｋについてだけ説明する。
【００２４】
画像形成ユニット１３Ｂｋは、像担持体としての感光体ドラム１５、帯電装置としての帯電ローラ１６、現像剤担持体としての現像ローラ１７、及びクリーニング装置としてのクリーニングブレード１８を備える。前記感光体ドラム１５は、外周面が光導電性材料によって形成され、前記外周面に接触させて、前記帯電ローラ１６、現像ローラ１７及びクリーニングブレード１８が感光体ドラム１５の回転方向に沿って配設される。また、前記転写ローラ２０は搬送ベルト２１を介して感光体ドラム１５に当接させられる。
【００２５】
該感光体ドラム１５が回転させられるのに伴って、帯電ローラ１６から電荷が付加され、感光体ドラム１５の表面が一様に帯電させられる。そして、ＬＥＤヘッド１４Ｂｋからの印字情報に基づく光書込みによって、感光体ドラム１５が露光され、表面に、潜像としての静電潜像が形成され、続いて、現像ローラ１７によって、前記静電潜像が現像されて現像剤像としてのトナー像が形成される。
【００２６】
続いて、該トナー像は、感光体ドラム１５の回転に伴って転写ローラ２０と対向する位置に到達し、感光体ドラム１５の直下を搬送ベルト２１の走行に伴って矢印方向に搬送される媒体としての用紙Ｐに転写される。転写後に感光体ドラム１５上に残留したトナーは、前記クリーニングブレード１８によって掻き取られ、回収される。なお、前記用紙Ｐにはブラックのトナー像だけでなく、イエロー、マゼンタ及びシアンのトナー像が重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。
【００２７】
そして、定着装置としての定着器２２は、第１の回転体としての定着ローラ２４及び第２の回転体としての加圧ローラ２３を備え、用紙Ｐが加圧ローラ２３と定着ローラ２４との間に送られ、挟持されて搬送される間に、カラーのトナー像が溶融させられて用紙Ｐに定着させられる。なお、カラーのトナー像が定着させられた用紙Ｐは、切換板２５を介してスタッカ２９又は両面印刷部１０ｂに送られる。
【００２８】
そして、前記用紙Ｐは前記給紙部１０ｃによって給紙される。給紙部１０ｃは、媒体収容部としての用紙カセット２６、給紙ローラ２７、レジストローラ２８等を備える。
【００２９】
次に、前記構成のプリンタ１０の動作について説明する。
【００３０】
操作者が、図示されない操作部において画像形成を開始するための操作を行うと、給紙ローラ２７の回転に伴って前記用紙カセット２６から用紙Ｐが一枚ずつ繰り出され、レジストローラ２８に送られ、さらに、トナー像の形成に一致するタイミングで搬送ベルト２１に送られ、転写ユニットｕ１によって搬送される。
【００３１】
一方、画像形成ユニット１３Ｂｋ、１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃにおいては、前述されたように、感光体ドラム１５の表面に各色のトナー像が形成される。該トナー像は、転写ローラ２０によって前記搬送ベルト２１上を搬送される用紙Ｐに順次重ねて転写され、カラーのトナー像が形成される。そして、カラーのトナー像が形成された用紙Ｐは、定着器２２に送られ、該定着器２２において前記カラーのトナー像が定着させられ、カラーの画像が形成される。
【００３２】
次に、前記定着器２２について説明する。
【００３３】
図１は本発明の第１の実施の形態における定着ローラの要部拡大図、図３は本発明の第１の実施の形態における定着器の断面図、図４は本発明の第１の実施の形態における定着ローラの縦断面図、図５は本発明の第１の実施の形態における端部軸の支持状態を示す横断面図である。
【００３４】
図に示されるように、定着器２２は、前記定着ローラ２４、及び定着ローラ２４に押し付けて配設された前記加圧ローラ２３を備える。
【００３５】
前記定着ローラ２４は、円筒状に形成された筒状体としての、かつ、本体部としての芯金中央部２４ａ、該芯金中央部２４ａの両端部に取り付けられた端部軸２４ｂ、及び円筒状に形成され、前記芯金中央部２４ａを被覆する弾性層２４ｃを備える。前記端部軸２４ｂは、筒状部８１及び該筒状部８１の一端において径方向外方に延びるフランジ部８２を備え、該フランジ部８２が前記芯金中央部２４ａの端部に取り付けられる。
【００３６】
そして、前記定着ローラ２４は、端部軸２４ｂを介して、第１の支持部材としてのベアリング４２によって図示されない筐体に対して回転自在に支持され、端部軸２４ｂとベアリング４２との間に第１の接触面が形成される。
【００３７】
また、前記芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂの径方向内方には、空洞部８３が貫通して形成され、該空洞部８３内に加熱体としてのハロゲンランプ４１が貫通して配設される。該ハロゲンランプ４１の両端は、定着ローラ２４外において、図示されない電源に接続される。
【００３８】
前記加圧ローラ２３は、円柱状に形成された本体部としての芯金部２３ａ、該芯金部２３ａの両端部において芯金部２３ａと一体に形成された端部軸２３ｂ、及び前記芯金部２３ａを被覆する弾性層２３ｃを備える。
【００３９】
そして、前記加圧ローラ２３は、端部軸２３ｂを介して、第２の支持部材としてのベアリング４３によって、前記筐体に対して回転自在に、かつ、定着ローラ２４に対して移動自在に（加圧ローラ２３がｘ軸方向に延在するとしたときに、ｙ軸方向に移動自在に）支持され、端部軸２３ｂとベアリング４３との間に第２の接触面が形成される。また、前記ベアリング４３は、付勢部材としてのスプリング４４によって定着ローラ２４側に向けて付勢され、それに伴って、加圧ローラ２３は定着ローラ２４に押圧され、前記弾性層２３ｃ、２４ｃが互いに押し付けられ、ニップ領域Ｒを形成する。
【００４０】
次に、前記構成の定着器２２の動作について説明する。
【００４１】
まず、プリンタ１０の電源が投入されると、定着器２２において立上げが開始され、弾性層２４ｃを、用紙Ｐ上のトナー像を溶融させるのに十分な温度に加熱するために、ハロゲンランプ４１が通電され、芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂが加熱される。そして、定着ローラ２４の温度が高くなり、良好な定着を行うことができる状態になると、立上げが完了する。また、定着器２２において用紙Ｐを搬送することができるように、定着ローラ２４に図示されない駆動部からの回転が伝達される。
【００４２】
ところで、前記ハロゲンランプ４１が通電されると、ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱が芯金中央部２４ａを介して弾性層２４ｃに伝わるが、このとき、熱の一部が芯金中央部２４ａに取り付けられた端部軸２４ｂにも伝わる。そして、端部軸２４ｂに伝わった熱は、端部軸２４ｂを支持するベアリング４２に伝わり、更にベアリング４２を介して筐体に逃げてしまう。したがって、定着器２２において消費されるエネルギーがその分多くなってしまう。
【００４３】
そこで、芯金中央部２４ａが熱伝導率の高い材料、本実施の形態においては、鉄で形成され、端部軸２４ｂが熱伝導率の低い材料、本実施の形態においては、ステンレスで形成される。したがって、芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを十分に抑制することができる。また、芯金中央部２４ａの径Ｄ１より、端部軸２４ｂにおいて接触面を形成する接触領域５０の径Ｄ２が小さくされるので、端部軸２４ｂにおける熱の移動速度は芯金中央部２４ａにおける熱の移動速度より極めて遅くされる。したがって、ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱を定着ローラ２４の中央部に効果的に蓄えることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態においては、前記接触領域５０に、定着ローラ２４の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５１が等ピッチで形成される。
【００４５】
この場合、各溝５１のうちの任意の溝を５１ａとし、該溝５１ａにおける一方の稜線５１ａＬ上の任意の点をＰとしたとき、該点Ｐを通り、定着ローラ２４の中心軸と平行な線をＬとすると、該線Ｌ上に少なくとも一つの他の稜線が形成されるように各溝５１が傾斜させられる。
【００４６】
その結果、図５に示されるように、端部軸２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面とが、円周方向における異なる箇所に形成された複数の円弧状の接触部ｑで接触することになり、各接触部によって前記接触面が形成される。したがって、各円弧状の接触部ｑにおいて、定着ローラ２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面とが隙間なく接触させられるので、ベアリング４２によって端部軸２４ｂを安定させて支持することができ、定着ローラ２４が、加圧ローラ２３によって押圧された状態で回転するときに、ガタ、振動等が生じることがない。
【００４７】
そして、端部軸２４ｂの外周面とベアリング４２の内周面との接触面積が、溝５１が形成された分だけ小さくなるので、芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。しかも、ベアリング４２によって端部軸を安定させて支持することができるので、ガタ、振動等に起因して定着むらが発生するのを防止することができる。その結果、画像品位を向上させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態において、各溝５１は、フランジ部８２側の端部を始端とし、反対側の端部を終端としたときの、始端から終端までの間に、定着ローラ２４の円周方向において３６０〔°〕より小さい所定の角度にわたって延在させられるが、始端から終端までの間に、３６０〔°〕以上の角度にわたって、かつ、端部軸２４ｂの外周面を１周以上巻回するように延在させることもできる。
【００４９】
また、本実施の形態において、各溝５１は、展開させられた状態で直線状に延在させられるが、湾曲させて延在させることもできる。
【００５０】
次に、定着ローラ２４の実施例について説明する。
【００５１】
この場合、定着ローラ２４の長手方向の長さＬ１を２８０〔ｍｍ〕とし、芯金中央部２４ａを鉄によって形成し、芯金中央部２４ａの肉厚Ｔ１を０．５〔ｍｍ〕とし、芯金中央部２４ａの径Ｄ１を２６〔ｍｍ〕とし、端部軸２４ｂをステンレスによって形成し、筒状部８１の肉厚Ｔ２を１．０〔ｍｍ〕とし、筒状部８１の径Ｄ２を１６〔ｍｍ〕とした。また、端部軸２４ｂの円周方向における溝５１の幅をＨ１とし、各溝５１間の幅をＨ２としたとき、
Ｈ１＝Ｈ２
となるようにした。さらに、弾性層２４ｃをシリコーンスポンジによって形成し、肉厚を１．０〔ｍｍ〕とし、ハロゲンランプ４１の出力を１２００〔Ｗ〕とした。
【００５２】
ところで、鉄の熱伝導率は８４〔Ｗ／ｍ℃〕程度であり、ステンレスの熱伝導率は１７〔Ｗ／ｍ℃〕程度である。また、熱の伝達効率は熱を伝える方向の断面積に比例する。
【００５３】
前記定着ローラ２４の長手方向において、芯金中央部２４ａの断面積と端部軸２４ｂの断面積とを比較すると、芯金中央部２４ａの断面積は約４０〔ｍｍ2 〕であり、端部軸２４ｂの断面積も約４０〔ｍｍ2 〕である。また、前記幅Ｈ１と前記幅Ｈ２とが等しいので、端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積は、溝５１が形成されない場合の端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積の半分になる。したがって、端部軸２４ｂからベアリング４２に伝達される熱の量は、溝５１が形成されない場合の半分になる。
【００５４】
次に、本実施の形態における定着ローラ２４と比較例の定着ローラとの特性を比較する。
【００５５】
図６は比較例における定着ローラの断面図である。
【００５６】
図において、６４は比較例における定着ローラであり、該定着ローラ６４は、円筒状に形成された芯金中央部６４ａ、円筒状に形成され、該芯金中央部６４ａの両端に取り付けられた端部軸６４ｂ、及び円筒状に形成され、前記芯金中央部６４ａを被覆する弾性層６４ｃを備える。前記端部軸６４ｂは、一端において芯金中央部６４ａの端部に取り付けられる。
【００５７】
この場合、前記芯金中央部６４ａを鉄によって形成し、芯金中央部６４ａの肉厚Ｔａを０．５〔ｍｍ〕とし、芯金中央部６４ａの外径Ｄａを２６〔ｍｍ〕とし、端部軸６４ｂを鉄によって形成し、端部軸６４ｂの肉厚Ｔｂを１．０〔ｍｍ〕とし、端部軸６４ｂの外径Ｄｂを２６〔ｍｍ〕とした。さらに、弾性層６４ｃをシリコーンスポンジによって形成し、肉厚を１．０〔ｍｍ〕とした。また、前記定着ローラ６４は、端部軸６４ｂを介して、前記ベアリング４２（図３参照。）によって図示されない筐体に対して回転自在に支持される。
【００５８】
ところで、ステンレスの熱伝導率は、鉄の熱伝導率の１７／８４倍であるので、本実施の形態における端部軸２４ｂの熱伝導率は、比較例における端部軸６４ｂの熱伝導率の１７／８４倍になる。また、所定の部材内を熱が伝わる場合の熱量は、部材の断面積に比例する。したがって、本実施の形態における端部軸２４ｂの断面積は４０〔ｍｍ2 〕であり、比較例における端部軸６４ｂの断面積は７９〔ｍｍ2 〕であるので、端部軸２４ｂ内を熱が伝わる場合の熱量は、端部軸６４ｂ内を熱が伝わる場合の熱量の４０／７９倍になる。
【００５９】
さらに、本実施の形態の端部軸２４ｂにおいては、溝５１の幅Ｈ１と溝５１間の幅Ｈ２とが等しいので、本実施の形態における端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面積Ｅ１は、比較例における端部軸６４ｂとベアリング４２との接触面積Ｅ２の１／２倍になる。
【００６０】
したがって、本実施の形態における端部軸２４ｂとベアリング４２との間で伝達される熱の熱量は、比較例における端部軸６４ｂとベアリング４２との間で伝達される熱の熱量の１／２倍になる。その結果、本実施の形態の定着ローラ２４において芯金中央部２４ａの熱が端部軸２４ｂを介してベアリング４２に伝達される速度をαとし、比較例の定着ローラ６４において、芯金中央部６４ａの熱が端部軸６４ｂを介してベアリング４２に伝達される速度をβとすると、速度αは、
α＝（１７／８４）×（４０／７９）×（１／２）β
＝０．０５β
で表すことができる。
【００６１】
したがって、本実施の形態の定着ローラ２４においては、端部軸２４ｂからベアリング４２を介して筐体に逃げる熱を、比較例の定着ローラ６４と比べて９５〔％〕程度抑制することができる。
【００６２】
ところで、本実施の形態においては、芯金中央部２４ａ及び端部軸２４ｂの肉厚を、０．１〔ｍｍ〕以上、かつ、１．５〔ｍｍ〕以下とするのが好ましく、０．３〔ｍｍ〕以上、かつ、１．０〔ｍｍ〕以下とするのが更に好ましい。
【００６３】
なお、本実施の形態において、ハロゲンランプ４１によって定着ローラ２４を加熱した際に、弾性層２４ｃが用紙Ｐ上のトナー像を定着させるのに必要な温度である１８０〔℃〕程度に加熱されるまでの時間は、３０〔秒〕前後であることが実験によって確認されていて、比較例の定着ローラ６４を加熱した際の、弾性層６４ｃが１８０〔℃〕程度に加熱されるまでの時間である５０〔秒〕前後と比べて極めて短いことが分かる。
【００６４】
さらに、本実施の形態においては、弾性層２４ｃの肉厚が１〔ｍｍ〕にされるので、カラーのトナー像を十分に定着させることができ、端部軸２４ｂの肉厚が１〔ｍｍ〕にされるので、Ａ４判の用紙Ｐに対してカラーのトナー像を定着させるのに必要な１０〜２０〔ｋｇｆ〕の加重に十分に耐えることができる。
【００６５】
また、本実施の形態においては、定着ローラ２４の端部軸２４ｂに溝５１が形成されるようになっているが、ベアリング４２の内周面に溝を形成することができる。
【００６６】
次に、加圧ローラ２３の端部軸２３ｂに溝を形成するようにした本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明をし、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００６７】
図７は本発明の第２の実施の形態における定着器の断面図である。
【００６８】
図において、１２４は第１の回転体としての定着ローラ、１２３は第２の回転体としての加圧ローラであり、前記定着ローラ１２４は、定着用ベルト１４０、該定着用ベルト１４０の内周面に当接させて配設された加熱体としてのヒータ１４１、及び前記定着用ベルト１４０によって包囲され、前記ヒータ１４１を支持する支持体１４２を備える。
【００６９】
また、前記加圧ローラ１２３は、円筒状に形成された本体部としての芯金部１２３ａ、円筒状に形成され、前記芯金部２３ａの両端部において一体に形成された端部軸１２３ｂ、及び前記芯金部１２３ａを被覆する弾性層１２３ｃを備える。そして、前記端部軸１２３ｂの外周面に、加圧ローラ１２３の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝１５１が等ピッチで形成される。これにより、芯金部１２３ａの熱が、端部軸１２３ｂ、及び第２の支持部材としてのベアリング４３（図１）を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００７０】
次に、定着ベルト張設ローラの端部軸に溝を形成するようにした本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明をし、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７１】
図８は本発明の第３の実施の形態における定着器の断面図である。
【００７２】
図において、２２４は定着ローラユニットであり、該定着ローラユニット２２４は、第１の回転体としての定着ローラ２２５、第２の回転体としての加圧ローラ２２６、第３の回転体としての定着ベルト張設ローラ２２７、及び定着ベルト２２８を備え、前記定着ベルト張設ローラ２２７は定着ベルト２２８にテンションを与える。また、２２３は第４の回転体としての加圧ローラであり、前記定着ベルト２２８を介して前記加圧ローラ２２６と当接させて配設される。
【００７３】
前記加圧ローラ２２３は、付勢部材としてのスプリング４４によって加圧ローラ２２６に向けて付勢され、媒体としての用紙Ｐ（図２）上の現像剤像としてのトナー像を加圧する。また、前記定着ローラ２２５は、加熱体としてのハロゲンランプ４１を備え、該ハロゲンランプ４１によって発生させられた熱は定着ベルト２２８に伝わり、該定着ベルト２２８を介して用紙Ｐ上のトナー像を加熱する。
【００７４】
そして、前記定着ベルト張設ローラ２２７に本発明を適用し、端部軸２２７ｂの外周面に、定着ベルト張設ローラ２２７の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝２５１が等ピッチで形成される。これにより、定着ベルト２２８を介して定着ベルト張設ローラ２２７に伝わった熱が、端部軸２２７ｂ及び支持部材としての図示されないベアリングを介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００７５】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。
【００７６】
図９は本発明の第４の実施の形態における定着器の断面図、図１０は本発明の第４の実施の形態における断熱部材の斜視図である。
【００７７】
この場合、第１の回転体としての定着ローラ２４の端部軸２４ｂと第１の支持部材としてのベアリング４２との間に断熱部材５５が配設される。該断熱部材５５は、筒状部８４、及び該筒状部８４の一端から径方向外方に向けて形成されたフランジ部８５を備え、前記筒状部８４の内周面に、断熱部材５５の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５６が、前記筒状部８４の外周面に、断熱部材５５の軸に対して所定の角度で傾斜させて、少なくとも一つの、本実施の形態においては、複数の溝５７が形成される。
【００７８】
前記端部軸２４ｂの外周面には、第１の実施の形態と同様に、定着ローラ２４の軸に対して所定の角度で傾斜させて溝５１（図５）が形成されるが、断熱部材５５の軸に対する溝５６と、定着ローラ２４に対する溝５１とは、互いに角度を異ならせて形成される。したがって、溝５１と溝５６とが噛合することがないので、ベアリング４２によって端部軸２４ｂを安定させて支持することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態において、加熱体としてのハロゲンランンプ４１によって発生させられた熱は、筒状体としての、かつ、本体部としての芯金中央部２４ａに伝わり、該芯金中央部２４ａに取り付けられた前記端部軸２４ｂに伝わった後、断熱部材５５を介してベアリング４２に伝わる。
【００８０】
また、前記断熱部材５５には、熱伝導率が金属より低い０．０８〔Ｗ／ｍ℃〕程度の材料、本実施の形態においては、樹脂であるＰＰＳが使用される。しかも、筒状部８４の内周面に溝５６が、筒状部８４の外周面に溝５７が形成され、端部軸２４ｂと筒状部８４との接触面積、及び筒状部８４とベアリング４２との接触面積が小さくされる。したがって、筒状部８４の熱が端部軸２４ｂ及びベアリング４２を介して筐体に逃げるのを一層抑制することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態においては、端部軸２４ｂの外周面に溝５１が形成されるようになっているが、端部軸２４ｂの表面を、溝５１を形成することなく平坦にすることができる。その場合、断熱部材５５の内周面及び外周面に溝５６、５７を形成するだけでよいので、定着装置としての定着器２２のコストを低くすることができる。しかも、断熱部材５５を射出成形によって製造することができるので、生産性を向上させることができる。
【００８２】
前記各実施の形態においては、芯金中央部２４ａの材料に鉄が使用されるようになっているが、鉄に代えて、熱伝導率の高い銅、アルミニウム等を使用することができる。その場合、端部軸２４ｂには、銅、アルミニウム等より熱伝導率の低い材料が使用される。
【００８３】
また、前記各実施の形態においては、溝５１、１５１、２５１、５６、５７を形成することによって各部材間の接触面積を小さくし、部材間の熱伝達を抑制するようになっているが、溝５１、１５１、２５１、５６、５７に代えて穴を形成することによって各部材間の接触面積を小さくし、部材間の熱伝達を抑制することができる。この場合も、例えば、端部軸２４ｂとベアリング４２との接触面が、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えることになる。
【００８４】
さらに、前記各実施の形態においては、本発明を画像形成装置としてのプリンタに適用した例について説明したが、本発明を、複写機、ファクシミリ装置、複合機等に適用することができる。
【００８５】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における定着ローラの要部拡大図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるプリンタの概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における定着器の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における定着ローラの縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における端部軸の支持状態を示す横断面図である。
【図６】比較例における定着ローラの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における定着器の断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における定着器の断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における定着器の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における断熱部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
２２ 定着器
２３、１２３、２２３、２２６ 加圧ローラ
２３ｂ、２４ｂ、１２３ｂ、２２７ｂ 端部軸
２３ａ、１２３ａ 芯金部
２４、１２４、２２５ 定着ローラ
２４ａ 芯金中央部
４２、４３ ベアリング
２２７ 定着ベルト張設ローラ
ｑ 接触部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体上の現像剤像を定着させるための定着装置において、
（ａ）回転体と、
（ｂ）該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有するとともに、
（ｃ）前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備え、
（ｄ）該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記円弧状の接触部は、回転体の軸に対して所定の角度で傾斜させて形成された溝によって形成される請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記円弧状の接触部は、円周方向における異なる箇所に形成された穴によって形成される請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記回転体内に加熱体が配設される請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記回転体は付勢部材によって他の回転体に押圧される請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
前記回転体は定着ベルトを張設するために配設される請求項１に記載の定着装置。
【請求項７】
前記筒状体及び端部軸の肉厚が０．１〔ｍｍ〕以上、かつ、１．５〔ｍｍ〕以下にされる請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
前記端部軸において前記接触面を形成する接触領域の外径は、筒状体の外径より小さくされる請求項１に記載の定着装置。
【請求項９】
前記溝は前記端部軸の外周面に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記溝は前記支持部材の内周面に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記溝は、前記端部軸と支持部材との間に配設された断熱部材に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置が搭載された画像形成装置。
【請求項１】
媒体上の現像剤像を定着させるための定着装置において、
（ａ）回転体と、
（ｂ）該回転体を筐体に対して回転自在に支持する支持部材とを有するとともに、
（ｃ）前記回転体は、本体部、及び該本体部の端部に配設され、前記支持部材によって支持され、前記本体部より熱伝導率が低い材料で形成された端部軸を備え、
（ｄ）該端部軸と前記支持部材との接触面は、円周方向における異なる箇所に形成された円弧状の接触部を備えることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記円弧状の接触部は、回転体の軸に対して所定の角度で傾斜させて形成された溝によって形成される請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記円弧状の接触部は、円周方向における異なる箇所に形成された穴によって形成される請求項１に記載の定着装置。
【請求項４】
前記回転体内に加熱体が配設される請求項１に記載の定着装置。
【請求項５】
前記回転体は付勢部材によって他の回転体に押圧される請求項１に記載の定着装置。
【請求項６】
前記回転体は定着ベルトを張設するために配設される請求項１に記載の定着装置。
【請求項７】
前記筒状体及び端部軸の肉厚が０．１〔ｍｍ〕以上、かつ、１．５〔ｍｍ〕以下にされる請求項１に記載の定着装置。
【請求項８】
前記端部軸において前記接触面を形成する接触領域の外径は、筒状体の外径より小さくされる請求項１に記載の定着装置。
【請求項９】
前記溝は前記端部軸の外周面に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１０】
前記溝は前記支持部材の内周面に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１１】
前記溝は、前記端部軸と支持部材との間に配設された断熱部材に形成される請求項２に記載の定着装置。
【請求項１２】
前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載の定着装置が搭載された画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２８８６３２（Ｐ２００９−２８８６３２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２６３４（Ｐ２００８−１４２６３４）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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