JP2000029342A

JP2000029342A - 薄肉ローラ及び該薄肉ローラの製造方法

Info

Publication number: JP2000029342A
Application number: JP10205783A
Authority: JP
Inventors: Makoto Murata; 誠村田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP3604911B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来より薄肉でかつ高剛性な定着ローラ及び
該定着ローラの製造方法を提供する。【解決手段】円筒状のローラ芯金１を有する定着ロー
ラにおいて、上記ローラ芯金１の内周面に凸状のリブ３
を設け、そのローラ面を薄肉にした構成である。このよ
うな定着ローラは、スピニング加工によって、ローラ芯
金の外周面に溝３ａを形成することにより、その反対側
の内周面に上記溝３ａに対応したリブ３を形成し、その
後に上記溝を除去するようにその外周面の外径切削を行
うことで製造可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなどの電子写真式の画像形成装置に使
用される定着ローラに関し、特に、肉厚の薄いローラ芯
金を備えた薄肉ローラ、及び該薄肉ローラの製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】複写機等の電子写真式の画像形成装置に
使用される定着ローラは、そのローラ内にハロゲンヒー
タ等の熱発生装置を内装し、加圧ローラと圧接してニッ
プ部を形成している。そして、このような定着ローラ
は、ニップ部の圧力と、上記熱発生装置からの輻射熱と
により、上記ニップ部に送り込まれた転写紙にトナーを
溶融定着させるものである。

【０００３】従来から、定着ローラは、その芯金に熱伝
導性及び剛性の確保のためアルミニウム合金が素材とし
て用いられている。このような定着ローラの一般的な構
成は、筒状で薄肉のローラ芯金を基体とし、その外周面
にフッ素皮膜等を粉体塗装し焼成して離型層をコーティ
ングしたものである。

【０００４】また、上記定着ローラの製造工程の概略
は、上記アルミニウム合金材を円筒状の長尺のローラに
成型し、これを所定の長さに切断して短尺なローラ芯金
とし、さらに、その外周面に離型層を密着させるため切
削又は研削等により表面を粗面化した後、離型層の形
成、所定の仕上げ処理を行って完成品の定着ローラを得
る。

【０００５】多くの場合、上記製造工程におけるローラ
芯金の粗面化は、ダイヤモンドバイトを使用した外径切
削により行われる。また、この切削は、同時にローラ芯
金を所定の肉厚まで薄肉化する工程でもある。一方、近
年において、上記定着ローラのローラ芯金は、熱伝導性
を向上させるために、さら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（定着ローラの立ち上がり時間）
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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
定着ローラは、その機能上、高剛性であること必要であ
り、いたずらにローラ芯金の肉厚を落とすことはできな
い。また、上記ダイヤモンドバイトによって肉厚を均一
に薄くすることのできるプロセス限界点は、現在では
０．８ｍｍが限界であり、この肉厚では、定着ローラの
立ち上がり時間は、ほぼ３０秒が限度となっている。

【０００７】なお、アルミニウム合金材の代替素材とし
て、鉄や、ステンレス系の素材を用いる試みもなされて
いるが、その防錆対策、加工性の問題等から製造コスト
に見合わず、また、アルミニウム合金材に比べて熱伝導
率が低く、温度分布の均一性も十分に得られていない。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ローラ芯金にア
ルミ合金材を用いても、従来より薄肉で、かつ、高剛性
を確保できるローラ芯金を有する定着ローラを提供する
とともに、簡易かつ安価な方法によりローラ芯金を薄肉
化でき、かつ高剛性を確保できる定着ローラの製造方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の定着ローラは、ローラ芯金の内周面に凸状のリブを
有することを特徴としている。

【００１０】上記リブが、上記内周面に螺旋状、また
は、格子状に形成されていることが望ましい。この場
合、上記格子状のリブが、巻き方向の異なる少なくとも
２本以上の上記螺旋状のリブからなる構成としてもよ
い。さらに、上記螺旋状のリブのリード角が、２°から
１５°の範囲にあることが望ましい。

【００１１】上記目的を達成する本発明の定着ローラの
製造方法は、円筒状のローラ芯金の外周面に溝を形成
し、その反対側の内周面に上記溝に対応したリブを形成
する第１の工程と、該第１の工程で形成された溝を除去
するように上記外周面の切削を行う第２の工程と、を有
することを特徴としている。

【００１２】上記第１の工程が、一方向へ等速回転され
るローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ部材を、その
軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に巻き方向の異
なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成するスピニング加
工であるとしてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の定着ローラ及び該
定着ローラの製造方法の実施例を図面に基づいて説明す
る。まず、本実施例の定着ローラの構成について説明す
る。図１は、本発明の適用対象となる定着ローラの基本
的構成を示す図である。定着ローラの基本的構成は、円
筒状のローラ芯金１にトナーのオフセットを防止するた
めの離型層２を形成したものである。

【００１４】また、図１に示すように、定着ローラの全
体の形状は、そのローラの両端位置の直径が、その長手
方向の中央位置の直径より大きくなった、いわゆる鼓形
状となっている。この鼓形状によれば、図示しない加圧
ローラとの間に形成するニップ部のうち、両端部の圧接
力が向上する。この結果、搬送される転写紙のヨレや、
シワ等の発生が防止される。なお、上記鼓形状における
両端位置と中央位置との直径差は、０．０８ｍｍ程度が
一般的である。

【００１５】本発明の定着ローラは、図１に示したロー
ラ芯金１の内周面にリブを形成し、従来よりローラ面を
薄肉にした構成である。図２から図４に、内周面にリブ
３が形成された上記ローラ芯金１の構成例を示す。この
ようなローラ芯金１の内周面に成型可能であるリブ３の
配置や形状については、様々なパターンが考えられる
が、ここでは、それらのうち３種類の構成例を各図に示
している。

【００１６】図２は、螺旋状にリブ３を形成したローラ
芯金１の一部構成図である。この図において、（ａ）は
定着ローラの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切
断した断面図、（ｃ）はローラ面の断面の一部を拡大し
た斜視図である。

【００１７】図２に示すように、このローラ芯金１の内
周面には、ローラの一方の端部から他方の端部へ向け
て、螺旋状に１本のリブ３が形成されている。また、こ
のリブ３は、ローラ芯金１の内周面にのみ形成されてお
り、その外周面は、従来の定着ローラと同様に均一な周
面である。

【００１８】図２（ｃ）の拡大図に示すように、ローラ
面のうち、リブ３の形成されていないローラ面１ａは、
非常に薄肉である。本実施例において、このローラ面１
ａの肉厚は０．３ｍｍ前後となっている。

【００１９】このように従来より薄肉なローラ面は、ロ
ーラ芯金１内に内装されるハロゲンヒータ等からの輻射
熱を受けたとき、従来より単位時間あたりの温度上昇が
早いため、定着ローラの立ち上がり時間を短縮可能とし
ている。また、内周面上に途切れなく連続的に形成され
たリブ３は、加圧ローラとの圧接回転に耐えうる十分な
強度を与えている。

【００２０】図３のローラ芯金１は、図２で示した一方
向の螺旋状のリブ３に加えて、これと巻き方向が反対の
螺旋状のリブ３を形成した構成例である。この場合、２
本の螺旋状のリブ３は、いわゆるあやめ格子状のリブ３
となっており、図１のローラ芯金１の場合より、さらに
強度をバランス良く向上させている。

【００２１】図４は、図３と同じように、格子状のリブ
３を形成した構成例であるが、この場合は、軸方向と平
行な複数の直線状のリブ３と、これらに直角に交わる複
数のリング状のリブ３とを、内周面にそれぞれ等間隔に
形成したものである。

【００２２】図２から図４の構成例において、ローラ芯
金１のみを図示しており、これら各ローラ芯金１は、各
外周面に、離型層２や、図示しないゴム部材からなる弾
性層を設けると、図１の定着ローラとなる。上記ローラ
芯金１の離型層２は、フッ素樹脂の粉体塗装により、膜
厚１０〜３０μｍの薄膜が形成される。また、例えば、
弾性層を設ける場合には、ローラ芯金１上にゴム部材等
の弾性層を設けて、この弾性層の表面に上記離型層２を
形成した重層構造となる。

【００２３】つぎに、本発明の定着ローラの製造方法を
説明する。まず、従来の定着ローラの製造方法における
一般的な工程順を説明すると、筒状のローラ芯金１の成
型工程、外周面の粗面化工程、離型層２の形成工程、ロ
ーラ面の研磨工程（仕上げの工程）の順に行われる。

【００２４】本実施例の製造方法では、上記従来の工程
に加えて、上記粗面化の工程の前にローラ芯金１にリブ
３の形成が行われる。なお、ここで加工対象となるロー
ラ芯金１は、従来と同じ素材、及び同じサイズのローラ
芯金を用いることができる。

【００２５】以下、加工対象に、Ａ５０５２材からなる
アルミニウム合金材を、外周直径φ３０．０ｍｍ、全長
Ｌ３８０．０ｍｍ、肉厚ｔ１．０ｍｍの円筒状に成型し
た芯金１（以下、「芯金」と称する）を用いる。そし
て、この芯金１の内周面に図３で示したような、上記あ
やめ格子状のリブ３を形成する場合を例にとって、製造
方法の一実施例を説明する。

【００２６】本実施例の定着ローラの製造において、内
周面へのリブ３の形成工程は、ＣＮＣ旋盤を使用した２
つの工程からなる。第１の工程は、上記芯金１に対する
スピニング加工で、第２の工程は、外周面の切削であ
る。

【００２７】上記リブ３の形成工程を概説すると、第１
の工程では、芯金１をＣＮＣ旋盤の主軸で回転可能にチ
ャックした状態で、芯金１の外周面に螺旋状の溝を形成
するようにスピニング加工が行われる。この工程におい
て、スピニング加工による溝の形成と同時に、その裏側
の内周面には上記リブ３が形成される。ついでＣＮＣ旋
盤上で第２の工程が行われる。この第２の工程では、芯
金１の外周面を切削し外周面の上記溝を除去して、その
ローラ面に上記リブ３のみを残したローラ芯金１を成型
する。

【００２８】図５は、リブ形成具４の詳細構成図であ
る。図５に示すように、上記リブ形成具４は、スピニン
グローラ５からなる押さえ部材を有し、このスピニング
ローラ５は、軸受部材４ａにより回転可能（矢印Ａ）に
支持されており、溝３ａを成形するためのノーズ５ａを
有している。また、スピニングローラ５は、上記軸受部
材４ａごとアーム４ｂに回転可能に保持され、ラジアル
方向に回動（矢印Ｂ）するようになっている。なお、本
実施例では、スピニングローラ５は、外径が１５０．０
ｍｍ、ノーズ５ａの部分のＲが２．０（ｍｍ）のサイズ
のものを使用している。

【００２９】図６及び図７は、あやめ格子状のリブ３を
形成するスピニング加工の工程を示す図である。図６
は、１本目のリブ３を形成するところを、図７は２本目
のリブ３を形成するところを示している。また、これら
の各図において、（ａ）では側方から見た様子を、
（ｂ）では螺旋を展開して直線にして上方から見た様子
を示している。

【００３０】また、図８は、上記リブ形成具４によりロ
ーラ面に溝３ａ及びリブ３が形成される様子を拡大して
示した断面図である。スピニング加工において、上記リ
ブ形成具４は、アーム４ｂを介して芯金１の軸方向に移
動制御され、また、スピニングローラ５は、そのラジア
ル方向へ位置決め制御される。そして、このスピニング
ローラ５が、芯金１の外周面に所定寸法の溝３ａを成形
するように芯金１上に位置決めされると、この芯金１の
回転と従動して回転されることになる。

【００３１】図８に示すように、スピニングローラ５
は、上記従動回転とともに、その外周縁の形状５ａ（以
下、「ノーズ」と称する）を芯金１の外周面に連続的に
押し込み、外周面を凹ませて螺旋状の溝３ａを、また同
時に内周面にリブ３を形成する。

【００３２】また、第１の工程において、上記あやめ格
子状のリブ３の形成は、本来２通りの方法が考えられ
る。第１の方法は、本実施例のように芯金１を一定の方
向に回転させたまま、リブ形成具４を往復させる方法
で、第２の方法は、１本目の形成後に、芯金１の回転方
向を反転させてリブ形成具４を元の位置に戻してから再
度同じ方向へ送る方法である。

【００３３】図６及び図７に示したように、本実施例で
は、リブ形成具４を往復移動させてあやめ格子状のリブ
３を形成する方法を採用している。この方法では、リブ
形成具４を１回往復させるだけで、上記あやめ格子状の
リブ３を形成でき、ワークの１本あたりに費やす加工時
間が短く、生産性が向上するので製造コスト低減に有利
である。

【００３４】なお、上記芯金１の外周面にどのような形
状の溝３ａ（内周面にはリブ３）が形成されるかは、芯
金１の回転速度、リブ形成具４の移動速度（送り量）、
スピニングローラ５のラジアル方向の角度、及び、スピ
ニングローラ５のノーズ５ａの押し込み量により決定さ
れる。ここで、このような加工条件の設定にあたり、上
記ＣＮＣ旋盤を動かすプログラムには、いわゆるねじ切
り用に設定されたものを流用すると良い。

【００３５】上記第１の工程において、本実施例におけ
るスピニング加工の主要な加工条件は、主軸回転数を６
０．０ｒｐｍとし、リブ形成具４の送り量ｆを１０．０
ｍｍ／ｒｅｖとし、ノーズ５ａの押し込み量を１．０ｍ
ｍとした。この場合、芯金１の外周直径をＤとすると、
螺旋のリード角α（軸方向と垂直に交わる平面との角
度）は、次の式から求めることができる。ｔａｎα＝ｆ／πＤ

【００３６】上記加工条件のスピニング加工では、リブ
３のリード角αが５°となる。このようにリード角αを
計算により求めることができ、または、任意にリード角
αを設定する際には必要な他の加工条件を求めることが
できる。なお、上記リブ形成具４は、上記のように求め
られるリード角αによりラジアル方向への位置決めが行
われれる。また、上記スピニング加工により、外周面の
溝３ａ、及び内周面のリブ３は、以下のサイズとなっ
た。溝３ａ；深さｄ０．６〜０．８、幅ｈ１．０〜１．２
（ｍｍ）リブ３；高さｄ′０．３〜０．５、幅ｈ′０．６〜０．
８（ｍｍ）

【００３７】上記第１の工程が終了すると、ＣＮＣ旋盤
上では引き続いて上記外周面の溝を除去する第２の工程
へ入る。この第２の工程における切削としては、上記芯
金１にダイヤモンドバイト６による外径切削が施され
る。このような切削を行うのは、芯金１の外周面を削っ
てその外周面の溝３ａを除去するためであり、また、後
に形成される離型層２との密着性を確保するために表面
をある程度に粗面化するためでもある。なお、バイトに
よる切削に代えて、あるいは加えて、砥石による研削加
工を行ってもよい。

【００３８】図９は、芯金１の外周面を切削する様子を
拡大して示した断面図である。本実施例では、切削の加
工条件を、主軸回転数４５００ｒｐｍとし、ダイヤモン
ドバイト６の送り量０．１３ｍｍ／ｒｅｖとして加工を
行った。ここで、設定すべきダイヤモンドバイト６によ
る削りの深さｄ″は、上記溝３ａの深さｄにより異なっ
た数値となる。すなわち、図８に示すように、芯金１の
外周面の凹凸をなくして均一化するような深さｄ″を設
定し、溝３ａを完全に除去する必要がある。また、上記
切削は、芯金１を肉薄化する工程でもある。例えば、溝
３ａの深さｄが０．６ｍｍであれば、ダイヤモンドバイ
ト６の削りの深さｄ″を０．７に設定し、ローラ面を
０．３ｍｍの肉厚まで薄くすることが可能である。な
お、上記外径切削後の外周面は、その送り量等の切削条
件から３μｍ程度の面粗さ（Ｒｚ）が得られる。

【００３９】上記第２の工程における上記ダイヤモンド
バイト６を用いた切削による粗面化は、従来からローラ
芯金の製造工程でも離型層との密着性向上のために行わ
れていた。そこで、本発明の製造方法では、そのような
粗面化の工程を、上記外周面の溝３ａからなる凹凸を削
り落とすための上記第２の工程に利用している。すなわ
ち、従来と同様の設備を使用でき、しかも、上記のよう
に溝３ａの除去、薄肉化、及び、粗面化をすべて同時に
行っているので、比較的低コストでの製造を可能として
いる。

【００４０】上記第２の工程が終了すると、その後は従
来の製造方法と特に変わるとことはない。本実施例で
は、上記切削によりローラ芯金１の成型が完了すると、
つぎにサンドブラスト処理を行うこととし、サンドブラ
スト処理により、さらに高精度の面粗さＲｚを得るよう
にしている。このサンドブラスト処理は、平均粒径５
０．０μｍ（いわゆる呼び粒度が＃１８０である）のア
ルミナ材を使用し、吐出圧を２．５〜４．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²として行った。この場合、ローラ芯金１の表面の面
粗さは、Ｒｚ＝９．０〜１２．０μｍとなった。

【００４１】上記サンドブラスト処理の後、ローラ芯金
１を塗装装置に移し、フッ素樹脂等を粉体塗装して薄膜
を形成し、ついでこれを焼成装置内に移し、３８０℃の
高温下で焼成し離型層２を形成する。本実施例では、焼
成後の離型層２は、その膜厚が２０．０〜２４．０μ
ｍ、表面の面粗さＲｚが２．５〜３．０μｍとなった。

【００４２】上記焼成工程の後、ローラ面をテープ研磨
すれば定着ローラの完成品となる。なお、完成した定着
ローラの最終的な面粗さＲｚは、２．０μｍ以下にする
とよい。図１０は、完成品である定着ローラ１を展開し
て、その内周面のリブ３の形成状態を示した図である。
上記のように完成した定着ローラは、その内周面に上記
スピニング加工で施された、２方向性のリブ３がバラン
ス良く等間隔に並んで形成されている。

【００４３】なお、経験的には、あやめ格子状のリブ３
のリード角αは、２〜１５°の範囲にあることが好まし
く、上記したように本実施例のリード角αは５°であ
る。また、上記あやめ格子状のリブ３は、スピニング加
工の条件設定を変えることで、その螺旋の本数や、上記
リード角α等を変えることができ、その定着ローラの使
用条件に合致した最適なクリープ特性や、たわみ量を確
保することができる。

【００４４】以上の実施例の説明は、定着ローラについ
てであるが、本発明は、定着ローラに限らず、ドラム感
光体、現像器の現像スリーブなど、円筒状で薄肉のロー
ラであれば、定着ローラと同様に適用可能で、同様の効
果を得ることができると考えられる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の定着ロー
ラは、ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有する構成な
ので、ローラの剛性を確保し、かつローラ面の薄肉化を
図ることができ、定着ローラの立ち上がり時間を短縮す
ることができる。特に、上記リブを螺旋状、又は格子状
に形成した構成によれば、高い剛性を確保できる。

【００４６】本発明の定着ローラの製造方法は、円筒状
のローラ芯金の外周面に溝を形成し、その反対側の内周
面に上記溝に対応したリブを形成する第１の工程と、該
第１の工程で形成された溝を除去するように上記外周面
の切削を行う第２の工程と、を有する方法なので、既存
の旋盤等の設備を使用して安価かつ簡易にリブを形成す
ることができ、また、上記第２の工程においては、上記
内周面のリブの存在によりプロセス限界が下がりローラ
面を従来より薄肉化することができる。

【００４７】また、上記第１の工程において、一方向へ
等速回転されるローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ
部材を、その軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に
巻き方向の異なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成する
スピニング加工を行う方法によれば、上記あやめ格子状
の溝及びリブを短時間で簡易に形成でき、加工時間の短
縮により製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能である定着ローラの全体構成
図である。

【図２】内周面に１本の螺旋状のリブを形成したローラ
芯金の構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線
の断面図、（ｃ）はリブが形成されたローラの部分断面
を示す拡大図である。

【図３】内周面に巻き方向の異なる２本の螺旋状のリブ
からなる格子状のリブを形成しローラ芯金の断面構成図
である。

【図４】内周面に直線状のリブと、リング状のリブとか
らなる格子状のリブを形成した構成図で、（ａ）は縦断
面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線の断面図である。

【図５】図６及び図７の第１の工程に使用されるリブ形
成具の構成を示す要部断面図である。

【図６】製造方法の実施例において、螺旋状のリブを形
成する第１の工程で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は上方
から見た展開図である。

【図７】製造方法の実施例において、あやめ格子状のリ
ブを形成する第１の工程で、２本目のリブの形成動作を
示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は上方から見た展
開図である。

【図８】図６及び図７の第１の工程で、ローラ面に溝及
びリブが形成される様子を示す拡大断面図である。

【図９】第２の工程で、切削により溝を除去している様
子を示す拡大断面図である。

【図１０】製造方法の実施例において、製造後の定着ロ
ーラを示す図で、（ａ）はローラの端部を切り開いた状
態を示す上面図、（ｂ）は展開図である。

【符号の説明】

１ローラ芯金（芯金）３リブ３ａ溝 α リード角５押さえ部材（スピニングローラ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有す
ることを特徴とする薄肉ローラ。
【請求項２】上記リブが、上記内周面に螺旋状に形成
されていることを特徴とする請求項１記載の薄肉ロー
ラ。
【請求項３】上記リブが、上記内周面に格子状に形成
されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか
に記載の薄肉ローラ。
【請求項４】上記格子状のリブが、巻き方向の異なる
少なくとも２本以上の上記螺旋状のリブからなることを
特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の薄肉ロー
ラ。
【請求項５】上記螺旋状のリブのリード角が、２°か
ら１５°の範囲にあることを特徴とする請求項２から４
のいずれかに記載の薄肉ローラ。
【請求項６】円筒状のローラ芯金の外周面に溝を形成
し、その反対側の内周面に上記溝に対応したリブを形成
する第１の工程と、該第１の工程で形成された溝を除去
するように上記外周面の切削を行う第２の工程と、を有
すること特徴とする薄肉ローラの製造方法。
【請求項７】上記第１の工程が、一方向へ等速回転さ
れるローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ部材を、そ
の軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に巻き方向の
異なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成するスピニング
加工であることを特徴とする請求項６記載の薄肉ローラ
の製造方法。