樹脂被覆ローラ表面の平滑装置

【課題】薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面の平滑性を向上させる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置を提供する。
【解決手段】中空円筒状の芯金１上に樹脂被覆層３を有する樹脂被覆ローラの平滑化装置であって、ローラの両端部を回転自在に支持するハウジング１１，１２と、ローラを回転駆動するチャック１５と、芯金１内部に配置される加熱ヒータ８と、ローラに当接した状態で連れ回り回転する押圧ローラ２５と、押圧ローラ２５を加熱するカートリッジヒータ３１と、押圧ローラ２５をローラの軸方向に並進可動するアクチュエータ３０と、ローラの表面温度を測定する温度センサ２１と、ローラに非接触でかつ芯金１の外部に設けられ、ローラを加熱する加熱ヒータ３５と、加熱ヒータ３５をローラの軸方向に並進可動するアクチュエータ３７とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、転写紙上の未定着像を定着するために用いられる表面が平滑な定着ローラに関し、また、表面が平滑な熱可塑性樹脂で被覆された樹脂被覆ローラ及びその製造装置並びに製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の定着ローラは、芯金上にプライマ層及び樹脂被覆層が順次形成された構造である。樹脂被覆層は、予めプライマ層を形成した芯金に熱可塑性樹脂を被覆することによって形成される。このような熱可塑性樹脂としては、トナーに対する離型性、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、フッ素樹脂などの離型性樹脂が用いられている。
【０００３】
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン共重合（ＰＴＦＥ）が用いられていたが、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーテル共重合（ＰＦＡ）の方がＰＴＦＥよりも加工性に優れるため、最近ではＰＦＡが定着ロール用の離型層の主な材料として使用されている。
【０００４】
このような離型性樹脂（フッ素樹脂など）で構成される樹脂被覆層の表面は、トナーに対する離型性を有していなければならないため、十点平均粗さ（Ｒｚ）が１〜３μｍで、うねりが２〜４μｍ程度の平滑性が要求される。
【０００５】
そこで、従来は、定着ローラの軸方向へ移動可能でかつ回転自在になるように押圧ローラを構成し、これを定着ローラにおける樹脂被覆層に押接して連れ回り回転させながら軸方向に移動させることによって樹脂被覆層を押し潰して樹脂被覆層の表面の平滑性を向上させる方法（バニッシュ工法）が採用されていた。
【０００６】
なお、特許文献１に開示される発明のように、加工対象である樹脂被覆ローラよりも長い押圧ローラを用いることも可能であり、この場合には押圧ローラを定着ローラの軸方向へ移動可能に構成する必要がなくなる。
【特許文献１】特開２００３−２６６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、このようなバニッシュ工法を適用して平滑な定着ローラを製造するには、押圧ローラに加える加圧力を１９６〜５８８Ｎ（２０〜６０ｋｇｆ）にする必要があった。定着ローラの芯金の肉厚が１〜２ｍｍ以上であれば、定着ローラに１９６〜５８８Ｎの加圧力を加えたとしても、加圧による定着ローラの変形量は芯金の弾性変形の範囲内に収まっていた。
【０００８】
しかしながら、定着ローラの消費電力を低減する目的で、芯金の肉厚を１ｍｍ未満に薄肉化すると、押圧ローラの加圧力によって定着ローラが塑性変形を起こしてしまう。
【０００９】
このような場合、押圧ローラの加圧力を小さくすることによって、定着ローラの変形を抑制することも可能ではあるが、押圧ローラの加圧力を小さくした場合には、樹脂被覆層の平滑性が得られなくなってしまう。
【００１０】
このように、従来は、薄肉化した芯金を用いて形成された定着ローラの表面を所望の平滑度とすることはできなかった。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面の平滑性を向上させる樹脂被覆ローラ表面の平滑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】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、中空円筒状芯金上に少なくとも１層の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラの平滑化装置であって、ローラの両端部を回転自在に支持する支持部材と、ローラを回転駆動する回転駆動手段と、中空円筒状芯金内部に配置される第１の加熱手段と、ローラに当接した状態で連れ回り回転する押圧平滑手段と、押圧平滑手段を加熱する第２の加熱手段と、押圧平滑手段をローラの軸方向に並進可動する第１のアクチュエータと、ローラの表面温度を測定する温度センサと、ローラに非接触でかつ中空円筒状芯金の外部に設けられ、ローラを加熱する第３の加熱手段と、第３の加熱手段をローラの軸方向に並進可動するアクチュエータとを備えた樹脂被覆ローラ表面の平滑装置を提供するものである。
【００１３】
上記構成においては、押圧平滑手段及びローラの回転軸を対称軸として、第２の加熱手段と第３の加熱手段とが対称に配置されることが好ましい。これに加えて、第３の加熱手段は、押圧平滑手段がローラの表面に当接する位置に配置されており、押圧平滑手段と同一方向かつ同一速度で並進可動することがより好ましい。
【００１４】
本発明の上記のいずれの構成においても、第３の加熱手段は、誘導加熱によってローラを加熱することが好ましい。又は、第３の加熱手段は、ハロゲンヒータであることが好ましい。又は、第３の加熱手段は、遠赤外線をローラに照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面の平滑性を向上させる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
薄肉化した芯金を有する樹脂被覆ローラ（例えば、定着ローラ）表面の樹脂被覆層（離型性樹脂層）の平滑性向上について説明する。
樹脂被覆層は、例えば電子写真装置内の加圧ローラと圧接するニップ部において転写紙からの離型性を確保するために、上記のようにＰＦＡを用いて形成される。芯金表面上又は密着力を向上させるためのプライマ塗布面に粉体のＰＦＡを静電粉体塗装した後に、約３９０℃の雰囲気中にて約４０分焼成する。その後、常温に冷却し、樹脂被覆層を形成する。
【００１７】
樹脂被覆層を形成した後、バニッシュ加工を行う。例えば、表面仕上げがＲｙ（最大高さ）０．２ｓ以下で、Ｒａ（中心線平均粗さ）０．０５ａ以下の面を有し、芯金胴部以上の長さを有する押圧ローラを樹脂被覆層に押しつける。又は、芯金よりも短幅（１０〜３０ｍｍ幅）の押圧ローラを押しつけながら胴部短部から軸方向に連れ回り移動させることで樹脂被覆層表面をバニッシュ加工する。
【００１８】
なお、定着ローラの消費電力を低減することを目的として芯金の肉厚を１ｍｍ未満に薄肉化した定着ローラの場合は、芯金の塑性変形を防止するために、芯金及び押圧ローラを加熱し、樹脂被覆層が軟化した状態でバニッシュ加工を行う。これにより、押圧ローラの転写性が向上し、定着ローラ表面の凹凸などをより低減できる。
【００１９】
定着ローラ表面の樹脂被覆層（離型性樹脂層）としてＰＦＡを用いる場合には、バニッシュ加工時には表面温度を３００〜３１０℃に制御して軟化させることが好ましい。
【００２０】
上記の加工を行うことで、従来技術の課題を解決し、薄肉化した芯金を有する樹脂被覆定着ローラ表面の樹脂被覆層（離型性樹脂層）の平滑性が向上する。
【００２１】
図１に、加工対象である樹脂被覆ローラの構成を示す。この樹脂被覆ローラは、芯金１の胴部表面上に、プライマ層２及び樹脂被覆層３が積層された構成である。芯金１は、中空円筒状である。プライマ層２は、芯金１と樹脂被覆層３との密着性を向上させるために形成された層である。樹脂被覆層３は、トナーに対する高離型性を確保するための層であり、フッ素系樹脂で形成されている。
【００２２】
図２〜図４に、本実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置の構成を示す。図２は装置の正面図であり、図３は装置の上面図であり、図４は装置の側面図である。樹脂ローラ及び定着ローラの製造装置は、ワーク把持回転機構、芯金内部加熱機構、平滑機構及び芯金外部加熱機構で構成される。
【００２３】
ワーク把持回転機構は、ハウジング１１，１２、ガイド機構１３、空圧シリンダ１４、チャック１５及びベルト１６を備える。
ハウジング１１，１２は、芯金１の両端を回転自在に支持する。ガイド機構１３は、テール側のハウジング１２の移動方向を規定する機構である。空圧シリンダ１４は、芯金１の着脱の際にテール側のハウジングを移動させる。チャック１５は、ベルト１６によって回転駆動力が伝達される。
【００２４】
芯金内部加熱機構は、加熱ヒータ８、ヒータ支持部材１７、レール１８、ガイドブロック１９、電極２０、温度センサ２１、制御装置２２及び電源２３を備える。
加熱ヒータ８は、芯金１を加熱するための熱源である。ヒータ支持部材１７は、加熱ヒータ８を両端支持する。レール１８及びガイドブロック１９は、加熱ヒータ８を芯金１の内部に挿入するための移動をガイドする部材である。電極２０は、加熱ヒータ８に電力を供給するための接点である。温度センサ２１は、ローラ表面温度を非接触で測定する。制御装置２２は、電源２３を制御して加熱ヒータ８に適正な電力を供給する。
【００２５】
平滑機構は、押圧ローラ２５、軸受２６、スプリング２７、スライドガイド２８、空圧シリンダ２９、アクチュエータ３０、カートリッジヒータ３１、非接触式温度計３２，３３とを備える。
押圧ローラ２５は、芯金１表面に形成されている樹脂被覆層３を平滑にするためのローラである。軸受２６は、押圧ローラ２５を回転可能に支持する。スプリング２７は、押圧ローラ２５を芯金１側（樹脂被覆層３）へ一定の加圧力で付勢する。スライドガイド２８は、芯金１の回転ブレに押圧ローラを追従させる。空圧シリンダ２９は、押圧ローラ２５を芯金１側（樹脂被覆層３）に加圧するための駆動源である。アクチュエータ３０は、押圧ユニットを芯金軸方向に移動させるための駆動源である。カートリッジヒータ３１は、押圧ローラ２５を加熱するために押圧ローラ２５の回転軸内径表面に接触することなく支持されている。非接触式温度計３２は、樹脂被覆層３の平滑面（押圧ローラ２５の加圧点上）の温度を測定する。非接触式温度計３３は、押圧ローラ２５の表面温度を測定する。
【００２６】
芯金外部加熱機構は、加熱ヒータ３５、空圧シリンダ３６、アクチュエータ３７、制御装置３８、電源３９及びスライドガイド４０を備える。
加熱ヒータ３５は、芯金１表面の樹脂被覆層３を加熱する熱源である。空圧シリンダ３６は、加熱ヒータ３５を芯金１近傍に移動させるための駆動源である。アクチュエータ３７は、上記加熱ユニットを芯金軸方向へ移動させるための駆動源である。制御装置３８は、電源３９を制御して、加熱ヒータ３５へ適正な電力を供給する。スライドガイド４０は、加熱ユニットの移動をガイドするための部材である。
【００２７】
樹脂被覆ローラ表面の平滑装置の動作について説明する。
芯金１にＰＦＡを粉体塗装した後に焼成し、離型性樹脂層を芯金胴部上に形成した対着ローラをテール側のハウジング１２を空圧シリンダ１４によって移動させ、中空チャック１５にてチャッキングする。
【００２８】
加熱ヒータ８を芯金１内部に挿入し、電極２０とコネクティング（電気的に接続）する。定着ローラ１を回転させ、加熱ヒータ８に電源２３から電力を供給し、温度センサ２１によって芯金１表面に粉体塗装した離型性樹脂の温度をモニタリングしながら設定温度に加熱する。
【００２９】
また、加熱ヒータ３５を芯金１の近傍まで空気シリンダ３６によって移動させ、芯金１を加熱する。この際、芯金１の表面に粉体塗装した離型性樹脂の温度を温度センサ２１によって測定し、設定温度となるように制御装置２２で調整する。
【００３０】
芯金１の表面に粉体塗装した離型性樹脂が設定温度（例えば、３００〜３１０℃）に達した後、カートリッジヒータ３１によって加熱されて所定温度（例えば３５０〜３６０℃）に制御された押圧ローラ２５を芯金１の表面に粉体塗装されている離型性樹脂に加圧し、芯金１の回転によって押圧ローラ２５が連れ回りしながらアクチュエータ３０にて軸方向に移動しながらバニッシュ加工を行う。
【００３１】
アクチュエータ３０の駆動と同期して、加熱ヒータ３５を搭載しているアクチュエータ３７を押圧ローラ２５と同方向・同速度で移動させる。
押圧ローラ２５が当接している芯金１の表面の離型性樹脂の表面温度が３００〜３１０℃になるように、制御装置３８によって加熱ヒータ３５の温度を制御する。
【００３２】
芯金１の胴部端部から軸方向に沿って胴部全長に亘ってバニッシュ加工を行うことで、樹脂被覆ローラ表面の平滑性を向上させる。
【００３３】
図５に、加熱ヒータ３５の構成例を示す。図示する構成においては加熱ヒータ３５はコイル４５を備えており、渦電流による誘導加熱を行う。
【００３４】
図６に、加熱ヒータ３５の別の構成例を示す。図示する構成においては、加熱ヒータ３５は、複数のハロゲンヒータ４６と反射板４６とを有しており、ハロゲンヒータ４６が発する熱線を芯金１の表面に粉体塗装されている離型性樹脂に反射板４７を用いて集光する。
【００３５】
図７に、加熱ヒータ３５の別の構成例を示す。図示する構成においては、加熱ヒータ３５は遠赤外線ヒータパネル４８を備えており、遠赤外線ヒータパネル４８が発する遠赤外線を芯金１の表面に粉体塗装されている離型性樹脂に照射する。
【００３６】
本実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置によれば、薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面の平滑性を向上させられる。
【００３７】
なお、上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることなく様々な変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】樹脂被覆ローラの構成を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置の正面図である。
【図３】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置の上面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置の側面図である。
【図５】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置における加熱ヒータの構成例を示す図である。
【図６】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置における加熱ヒータの別の構成例を示す図である。
【図７】本発明の好適な実施形態にかかる樹脂被覆ローラ表面の平滑装置における加熱ヒータの別の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１芯金
２プライマ層
３樹脂被覆層
１１、１２ハウジング
１３ガイド機構
１４、２９、３６空圧シリンダ
１５チャック
１６ベルト
１７支持部材
１８レール
１９ガイドブロック
２０電極
２１温度センサ
２２、３８制御装置
２３、３９電源
２５押圧ローラ
２６軸受
２７スプリング
２８スライドガイド
３０、３７アクチュエータ
３１カートリッジヒータ
３２、３３非接触式温度計
３５加熱ヒータ
４０スライドガイド
４５コイル
４６ハロゲンヒータ
４７反射板
４８ヒータパネル

【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状芯金上に少なくとも１層の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラ表面の平滑装置であって、
前記ローラの両端部を回転自在に支持する支持部材と、
前記ローラを回転駆動する回転駆動手段と、
前記中空円筒状芯金内部に配置される第１の加熱手段と、
前記ローラに当接した状態で連れ回り回転する押圧平滑手段と、
前記押圧平滑手段を加熱する第２の加熱手段と、
前記押圧平滑手段を前記ローラの軸方向に並進可動する第１のアクチュエータと、
前記ローラの表面温度を測定する温度センサと、
前記ローラに非接触でかつ前記中空円筒状芯金の外部に設けられ、前記ローラを加熱する第３の加熱手段と、
前記第３の加熱手段を前記ローラの軸方向に並進可動するアクチュエータとを備えた樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。
【請求項２】
前記押圧平滑手段及び前記ローラの回転軸を対称軸として、前記第２の加熱手段と前記第３の加熱手段とを対称に配置したことを特徴とする請求項１記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。
【請求項３】
前記第３の加熱手段は、前記押圧平滑手段が前記ローラの表面に当接する位置に配置されており、前記押圧平滑手段と同一方向かつ同一速度で並進可動することを特徴とする請求項２記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。
【請求項４】
前記第３の加熱手段は、誘導加熱によって前記ローラを加熱することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。
【請求項５】
前記第３の加熱手段は、ハロゲンヒータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。
【請求項６】
前記第３の加熱手段は、遠赤外線を前記ローラに照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑装置。

【図１】