説明

樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置

【課題】薄肉の芯金を使った樹脂被覆ローラであっても、軟化した樹脂被膜を平滑度の高い円筒加圧部材で押圧することで、高精度に平滑化する。
【解決手段】樹脂被覆ローラ1の内部に設置された発熱体7に電力を供給して、樹脂被覆ローラ1の表面が軟化溶融した状態で定速回転させ、同時に、軸方向に移動する搬送装置15上に支持された円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1と接触しないように退避させた状態で、モータ12によって定速回転させておく。次に、エアシリンダ14を用いて、円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1側に所定量張り出させ、搬送装置15を矢印X方向に定速で移動させ、円筒加圧部材5の表面形状を樹脂被膜に転写する作用を及ぼし、樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置に関し、さらに詳しくは、表面がフッ素樹脂のような熱可塑性樹脂で被覆されたローラの表面を平滑にする平滑化装置であって、特に電子写真方式の画像形成装置等に用いられる定着ローラに応用されるほか、表面が熱可塑性樹脂で被覆された円筒形状物の表面の平滑化に応用可能である。
【背景技術】
【0002】
本発明に関連する発明として、特許文献1に記載された「定着装置及び表面加工方法」が知られている。この発明は、折り目の有るフッ素樹脂チューブを被覆した定着部材または加圧部材に対して、簡単な方法で折り目部の表面凹凸を改善し、画像折り目跡やローラ汚れを改善することを目的とし、折り目の有るフッ素樹脂チューブを被覆した定着部材または加圧部材の表面に、加熱した表面平滑部材を押し当てることにより、折り目部の表面凹凸を平滑にするものである。
【0003】
また、樹脂被覆ローラの平滑化方法の他の例として、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着ローラの表面平滑化工程でバニッシュ工法が使用されている。この工法は、樹脂被覆ローラに平滑用加圧コロを押圧し、平滑用加圧コロを樹脂被覆ローラと連れ回り回転させ、且つ横送りさせて樹脂被覆ローラ表面を平滑化する。
【特許文献1】特開2001−109295号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電子写真方式を用いた画像形成装置の定着部に用いられる定着ローラは、芯金に熱可塑性樹脂を被覆した構成を備えている。この熱可塑性樹脂の材質としては、トナーに対する離型性、及びトナー定着温度(通常180〜200℃)での連続耐久性等が要求されるため、PFA樹脂を主成分とする離型性樹脂(例えば、フッ素樹脂等)が用いられることが多い。トナーに対する離型性を得るため、前記樹脂面は、粗さRz 1〜3μm、うねり2〜4μm程度の平滑性が要求される。この平滑性を得る方法として、ローラの軸方向へ移動可能にするとともに、回転自在になるように構成した押圧ローラを、前記樹脂面に押圧し、連れ回り回転させながら軸方向に移動することによって、樹脂の表層面を押し潰し、樹脂表面の平滑度を向上させる方法(バニッシュ工法)が知られている。
【0005】
定着ローラにバニッシュ工法を適用する場合、前記押圧ローラに加える加圧力は、20〜60kgfが必要となる。定着ローラの肉厚が1〜2mm以上であれば、前記加圧力を定着ローラに加えたとしても、加圧による定着ローラの変形量は、定着ローラ芯金の弾性変形範囲内にすることが可能であるので何ら問題はないが、定着ローラの消費電力を低減する目的で、定着ローラ芯金の肉厚を薄肉化した場合(1mm以下)、押圧ローラの加圧力によって、定着ローラに塑性変形を生じさせてしまう問題がある。
【0006】
そのような場合、押圧ローラの加圧力を小さくすることによって、ローラの変形を抑制させることも可能であるが、押圧ローラの加圧力を小さくした場合、前記樹脂層の平滑度も加圧力に比例して低下してしまうという、二律背反の関係がある。
【0007】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたもので、樹脂被覆ローラの表面をバニッシュ工法で平滑化する装置において、薄肉のローラに対しても適用を可能にすることを目的とする。
【0008】
請求項1の発明は、薄肉の芯金を使った樹脂被膜ローラであっても、軟化した樹脂被膜を平滑度の高い円筒加圧部材で押圧することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。
【0009】
請求項2の発明は、円筒加圧部材で押圧した跡を、平滑度が高い円筒加圧部材を樹脂被覆ローラの回転方向とは逆方向に回転させ、所定の荷重で押圧し、軸方向に移動することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。
【0010】
請求項3の発明は、円筒加圧部材と樹脂被覆ローラの回転速度に周速差を設け、所定の荷重で押圧し、軸方向に移動することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。
【0011】
請求項4の発明は、円筒加圧部材の表面を薄層構造にすることで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、平滑用加圧コロを回転自在にするための駆動源を有し、回転速度及び回転方向を制御し、かつ、樹脂被覆ローラ表面に対し横送りさせて、樹脂被覆ローラ表面を平滑化する。さらに、平滑用加圧コロの表面を薄層構造にすることで、樹脂被覆ローラ表面との離型性が高く、平滑用加圧コロで押圧した樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化することが可能である。
【0013】
請求項1の発明は、樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記樹脂被覆ローラ表面より平滑度が高い表面を有する円筒加圧部材と、該円筒加圧部材を回転する第1の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧する押圧手段と、前記樹脂被膜ローラの表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い温度に加熱する手段と、前記樹脂被覆ローラを回転する第2の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧しながら軸方向に移動する移動手段を備えたことを特徴とする。
【0014】
請求項2の発明は、請求項1記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記移動手段は前記円筒加圧部材を軸方向に往復動させ、前記円筒加圧部材の往動時と復動時とで前記円筒加圧部材の回転方向を逆方向とし、前記樹脂被覆ローラの表面に押圧することを特徴とする。
【0015】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の回転速度は、前記樹脂被覆ローラの回転速度より大であることを特徴とする。
【0016】
請求項4の発明は、請求項1乃至3いずれかに記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の表面は、薄層構造であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
請求項1記載の発明の構成によれば、樹脂被覆ローラを加熱し樹脂被膜を軟化させ、平滑度の高い円筒加圧部材を所定の回転速度で駆動しながら、所定の荷重で押圧するので、PFA等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を有する樹脂被覆ローラを提供することができる。
【0018】
請求項2記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材で押圧した跡を、平滑度が高い円筒加圧部材で樹脂被覆ローラの回転方向とは逆方向に回転させ、所定の荷重で押圧しながら軸方向に移動するので、PFA等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを提供することができる。
【0019】
請求項3記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材と樹脂被覆ローラの回転速度に周速差を設け、円筒加圧部材を所定の荷重で押圧し、軸方向に移動するので、高精度な表面うねりを低減した樹脂被覆ローラを提供することができる。
【0020】
請求項4記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材の表面を薄層構造にすることで、PFA等の樹脂の付着を低減することが可能で、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを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】
【0021】
以下、本発明の実施形態による樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を、図1〜図7を用いて説明する。
図1は、樹脂被覆ローラの側面及び断面構成を示す図である。
樹脂被覆ローラ1は、アルミニウム製で外径40mmφ、肉厚0.4mm、胴部長320mmの芯金2の周囲にプライマ層3を介して樹脂被膜層4が積層された構成で、例えば電子写真画像形成装置の定着ローラとして好適に使用される。平滑化しようとする樹脂被膜層4の厚さは、約20μmで、約240℃を越えると樹脂被膜層4は軟化溶融を開始する。
【0022】
図2は、樹脂被覆ローラ1及び円筒加圧部材5が近接して配置されている様子を示す図である。
樹脂被覆ローラ1の両端を支持部材6a、6bで支持し、円筒加圧部材5の片端を支持部材8で支持する。発熱体7を樹脂被覆ローラ1の内部に配置し、発熱体7に電力を供給して、樹脂被覆ローラ1を所定の温度に加熱させておく。このとき、樹脂被覆ローラ1の内面の温度が樹脂被膜の軟化温度以上になるように、発熱体7に供給する電力を調整して昇温させる。
【0023】
図3は、本実施形態の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図、図4は、図3と異なる実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。
図3において、円筒加圧部材5は支持部材8とベアリング9により回転可能に支持されており、モータ12が回転することにより、歯車11が回転し、歯車10を介して回転力が伝えられ回転する。モータ12の回転力の伝達方法としては、図4に示すように、モータ12の回転軸にプーリ16aを取付け、円筒加圧部材5の回転軸にプーリ16bを取付け、ベルト17により回転させることもできる。また、円筒加圧部材5を回転させるために、100〜1400rpm程度の回転速度の速度可変モータを用い、回転方向を適宜正転方向、逆転方向に切り替え可能としている。
【0024】
円筒加圧部材5を、エアシリンダ14を伸縮させて、樹脂被覆ローラ1の中心軸方向に前後進動作させることにより、円筒加圧部材5の表面で樹脂被覆ローラ1の表面を押圧することが可能である。また、円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1の軸方向に往復移動するために、搬送装置15(アクチュエータ或いは移動ステージ)を用いて、樹脂被覆ローラ1の全長より長いストローク長に亘って移動可能にすることで、樹脂被覆ローラ表面の全面を押圧することが可能である。また、搬送装置15は図3に示す位置から矢印Xの方向に往動作し、樹脂被覆ローラの右方の位置から矢印Xと逆方向に復動作することができるようになっており、樹脂被覆ローラ1の回転方向が正転方向、逆転方向に切り替え可能になっていることと相俟って、様々な態様で樹脂被覆ローラの表面を押圧することが可能である。
【0025】
図3に示す平滑化装置を用いて、樹脂被覆ローラ1の樹脂被膜層4の表面を平滑化する操作について説明する。
まず、樹脂被覆ローラ1の内部に設置された発熱体7に電力を供給して、樹脂被覆ローラ1の表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い所定の温度に加熱させ、樹脂被覆ローラ表面が軟化溶融した状態で、樹脂被覆ローラ1の両端を支持部材6a、6bで支持し、図示しないモータ等の駆動源によって定速回転させておく。同時に、軸方向に移動する搬送装置15上に支持された円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1と接触しないように退避させた状態で、モータ12等の駆動源によって定速回転させておく。モータ12の回転方向、回転速度等はコントローラ13によって適宜制御する。なお、初期状態では、円筒加圧部材5が樹脂被覆ローラ1の端部から外れる位置となるように搬送装置15を左方に移動しておく。
【0026】
次に、樹脂被覆ローラ1の樹脂被膜層4の表面を平滑化するため、エアシリンダ14等の押圧手段を用いて、円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1側に所定量張り出させ、この状態で搬送装置15を矢印X方向に定速で移動させる。これにより、表面平滑度が高い円筒加圧部材5は回転した状態で、所定の荷重で樹脂被覆ローラ1の樹脂被膜層4を押圧し、軸方向に移動することになり、円筒加圧部材5の表面形状を樹脂被膜に転写する作用を及ぼし、樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化する。
【0027】
円筒加圧部材5の回転方向は、コントローラ13の設定により、モータ12の回転方向を樹脂被覆ローラ1の回転方向とは逆方向に等速回転させ、つまり円筒加圧部材5と樹脂被覆ローラ1の接触点での相対速度が小となる方向で回転させるとともに、エアシリンダ14により所定の荷重で押圧することで、円筒加圧部材の表面形状を樹脂皮膜に転写する。
【0028】
また、円筒加圧部材5の回転速度は、コントローラ13の設定により、樹脂被覆ローラ1の回転速度より速く回転させることにより、周速差をもたせ、円筒加圧部材5により樹脂被覆ローラ表面をバニッシングする作用を及ぼし、樹脂被覆ローラの表面を均一に平滑化する。円筒加圧部材5を樹脂被覆ローラ1の表面に沿って往動作、つまり片道だけの平滑化によっては目的とする所期の平滑度が得られないときは、復動作を行い、このとき円筒加圧部材5の回転方向を往動作時とは逆回転させながら、所定の荷重で押圧しながら軸方向に移動することにより、PFA等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を形成することができる。
【0029】
図5は、樹脂被覆ローラの表面を平滑化する際の、円筒加圧部材の回転速度と樹脂被覆ローラ表面に生じるうねりの関係を示すグラフである。
実施例では、図5に示すように、円筒加圧部材5の回転数を、樹脂被覆ローラ1の回転数に対して20%程度上げることで、樹脂被覆ローラ表面のうねり(WCM)が低減することを確認している。
【0030】
図6は、円筒加圧部材及び表面処理層の詳細を示す図である。
円筒加圧部材5の表面処理層は、図6に示すような表面処理層18からなる薄層構造を形成している。これは、樹脂被覆ローラ1の軟化溶融された樹脂被膜層4に円筒加圧部材5を押圧すると、樹脂被覆ローラ1のPFAが円筒加圧部材5の表面に乗り移り、樹脂被膜層4との間に吸着力が作用するためである。円筒加圧部材5の表面処理層18としては、フッ素樹脂コーティングや金属メッキ(ハードクロムメッキ或いは無電解Niメッキ)等があり、0.5〜5μmの厚さの薄層で、表面硬度は600Hv以上が望ましい。
【実施例1】
【0031】
実施例1の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置では、樹脂被覆ローラ1を300rpmで回転させ、円筒加圧部材5を30分間押圧した後、円筒加圧部材5の表面処理層18に付着したPFAの量を測定した。
図7は、実施例1において表面処理層の材質を変更した際の測定結果を示す表である。
測定結果は図7の表に示すように、フッ素樹脂コーティングや金属メッキを施すことにより、円筒加圧部材5の表面に付着するPFAが低減することを確認している。この構成によれば、軟化または溶融された樹脂被膜層4と円筒加圧部材5の離型性が向上し、樹脂被覆ローラ表面を更に均一に平滑化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】樹脂被覆ローラの側面及び断面構成を示す図である。
【図2】樹脂被覆ローラ及び円筒加圧部材が近接して配置されている様子を示す図である。
【図3】本発明の実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。
【図4】図3と異なる実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。
【図5】樹脂被覆ローラ表面を平滑化する際の、円筒加圧部材の回転速度と樹脂被覆ローラの表面に生じるうねりの関係を示すグラフである。
【図6】円筒加圧部材及び表面処理層の詳細を示す図である。
【図7】実施例1において表面処理層の材質を変更した際の測定結果を示す表である。
【符号の説明】
【0033】
1…樹脂被覆ローラ、2…樹脂被覆ローラの芯金、3…プライマ層、4…樹脂被膜層、5…円筒加圧部材、6…(樹脂被覆ローラの)支持部材、7…発熱体、8…(円筒加圧部材の)支持部材、9…ベアリング、10…歯車、11…歯車、12…モータ、13…コントローラ、14…エアシリンダ、15…搬送装置、16…プーリ、17…ベルト、18…(円筒加圧部材の)表面処理層。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記樹脂被覆ローラ表面より平滑度が高い表面を有する円筒加圧部材と、該円筒加圧部材を回転する第1の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧する押圧手段と、前記樹脂被膜ローラの表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い温度に加熱する手段と、前記樹脂被覆ローラを回転する第2の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧しながら軸方向に移動する移動手段を備えたことを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
【請求項2】
請求項1に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記移動手段は前記円筒加圧部材を軸方向に往復動させ、前記円筒加圧部材の往動時と復動時とで前記円筒加圧部材の回転方向を逆方向とし、前記樹脂被覆ローラの表面に押圧することを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
【請求項3】
請求項1または2に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の回転速度は、前記樹脂被覆ローラの回転速度より大であることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
【請求項4】
請求項1乃至3いずれかに記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の表面は、薄層構造であることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2006−52785(P2006−52785A)
【公開日】平成18年2月23日(2006.2.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−234442(P2004−234442)
【出願日】平成16年8月11日(2004.8.11)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】