JP2003200438A - ローラ製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロールの肉厚が薄く、機械的強度が弱いコア
であっても、ロールに弾性体を被覆する場合に金型を使
用することができ、比較的厚い弾性体を被覆することが
できるローラ製造装置を提供する。 【解決手段】円筒金型と、前記円筒金型内に薄肉円筒体
とを設け、前記円筒金型の薄肉円筒体との間に高分子材
料を注入し、硬化形成するローラ製造装置は、前記薄肉
円筒体の内部に挿入され前記薄肉円筒体を内面から支持
すると共に、高分子材料の硬化形成後は引き抜く中子を
設け、前記中子は該中子の外周面に該中子の中心軸と平
行な溝を有し、該円筒体内面と部分接触する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ローラ製造装置に
関し、特に、電子写真式複写機等の定着装置に用いる定
着ローラ用の弾性体ロールの製造装置であって、トナー
画像を担持する支持体の表面にそのトナー画像を加熱定
着するための定着装置に用いられる弾性体ロールのロー
ラ製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子写真複写装置では、電子
写真プロセスにより感光体上に形成されたトナー画像
を、転写器によって紙等の画像記録媒体に転写し、その
後、必要に応じて、転写したトナー画像を画像記録媒体
の表面に固定するための定着を行い、所望のコピーを得
る。

【０００３】ところで、前記トナーは、定着のための熱
可塑性樹脂にカーボンブラックのような顔料が混合され
た０．１〜５０ミクロン（μｍ）程度の微粒子であり、
電荷を受容して保持することができるので、感光体上の
静電潜像の現像剤として用いられて、トナー画像を形成
する。そして、転写器により、画像記録媒体（複写用
紙）上に転写されたトナー画像が、外力を受けた時に像
が移動しないように、当該画像記録媒体の用紙に定着さ
れる。このような定着方法としては、従来から、その代
表例として、加熱定着法，圧力定着法，溶剤定着法が知
られている。

【０００４】溶剤定着法は、蒸気溶剤あるいは液体溶剤
を用いてトナーを溶かし込み、画像記録媒体の紙の繊維
中に浸透させる方法である。このような溶剤定着法で
は、臭気防止ないし衛生上の観点から溶剤を機外に排出
することができない。このため、その溶剤の排出防止の
対策を講じた構造とすると、その機械構造が大がかりな
ものになり、装置のコストが高価になる。

【０００５】圧力定着法は、力学的（機械的）な力をト
ナーに加えて、画像記録媒体上にトナーを付着させる方
法である。定着処理としては高速化が可能であるが、他
の定着法に比して定着性が悪く、しかも、圧力感応性ト
ナーはトナー自体の製法が複雑で、高価なものとなる欠
点を有している。

【０００６】また、加熱定着法は、加熱によってトナー
を溶融させ、画像記録体上に付着させる方法であり、特
別な問題点も少なく、現在において広く採用されてい
る。この加熱定着方法を用いる定着装置の例として、例
えば、ヒートロール方式の定着装置がある。

【０００７】このヒートロール方式の定着装置は、少な
くとも一方のロールを加熱して、加圧を行う一対のロー
ルから構成され、ロールの間に一定圧を加えて、このロ
ール間に未定着トナー画像を転写した画像記録媒体を通
過させ、加熱と加圧による定着を行う。ヒートロール方
式の定着装置は、他の加熱定着装置に比して電力消費が
少なく、かつ、定着部における紙詰まりなどによる火災
の危険性が少ないという利点がある。

【０００８】ヒートローラ方式の定着装置は、一方の定
着ロール（加熱ロール）として、ポリテトラフルオルエ
チレン、ＨＴＶシリコーンゴム（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅ
ｒｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｌｉｃ
ｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）ないしＲＴＶシリコーンゴム
（Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎｉ
ｚａｔｉｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）等の
耐熱離型性物質をロール表面にコーティングしたものが
使用され、他方の加圧ロールとしては、定着ロールと加
圧接触した場合、所定の接触幅（以下、ニップと称す
る）が形成されるように、耐熱弾性体の材料が用いら
れ、例えば、ＨＴＶシリコーンゴム、ＬＴＶシリコーン
ゴム（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｖｕｌｃａｎ
ｉｚａｔｉｏｎＳｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ），Ｒ
ＴＶシリコーンゴム、フッ素ゴム、ＥＰＤＡゴム（Ｅｔ
ｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ａｃ
ｒｙｌＲｕｂｂｅｒ）等が使用される。この場合に、耐
熱性、離型性、耐磨耗生、その他の機械的物性を考慮す
ると、シリコーンゴムが耐熱離型性物質としては最適で
ある。このため、広く使用されている。加圧ロールは、
金属製の芯体に前記の耐熱離型物質の弾性体材料を数ｍ
ｍ厚に被覆したものが用いられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のヒー
トローラ方式の定着装置においては、定着ローラの表面
温度を室温から所定の設定温度まで上昇させるために必
要とされる時間（以下ウォームアップタイムと言う）
が、１〜１０分という長い時間を必要としていた。この
ウォームアップタイムは、概略的にはロールの熱容量と
投入電力の関係で決定される。つまり、ロール熱容量が
小さくて、投入電力が大きければ、ウォームアップタイ
ムは短縮できる。しかしながら、ロール熱容量は剛性よ
り限界があり、また、投入電力は機械の消費電力からの
限界がある。

【００１０】一般には、電子写真複写装置において、定
着専用に投入できる電力は３００Ｗから１０００Ｗ程度
であり、この投入可能電力の範囲でウォームアップを短
縮するには、定着ロールのロール熱容量を小さくするこ
とが効果的である。すなわち、ロール熱容量を小さくす
るためには、ロールコアの肉厚を減少することが最も効
果的である。従来における定着装置の定着ローラでは、
ロールコアにアルミニウムを用いる場合、ロールコアの
肉厚が２〜８ｍｍとなっており、鉄系を用いる場合に
は、その肉厚が１〜５ｍｍとなっている。このため、ロ
ールの製造上においてロール剛性が不足して製造できな
いという事態には至らなかった。

【００１１】しかし、最近、ウォームアップタイムをな
るべく短くすることが所望されており、具体的には、例
えば１０〜３０秒程度にすることが所望される。これ
は、省エネルギーのため、普段、使わない時は定着装置
へ電力を供給しないで、コピーを取る時だけ電力を供給
するという考え方からの要求である。

【００１２】このように、ウォームアップタイムを１０
〜３０秒程度にするためには、定着装置の定着ローラの
肉厚を、アルミニウムの場合は０．４〜２ｍｍ程度と
し、鉄系の場合には０．１〜１ｍｍ程度にすることが必
要となる。この程度の肉厚にすると、ロール剛性が不足
することになり、ロールの製造工程において、耐熱離型
物質の弾性体材料を所定の厚さに被覆する場合には、ロ
ールのへこみが生じ、歩留まりが悪くなるという問題が
ある。このため、従来においては、ほとんどが金型を使
用しない方法により、薄肉タイプの定着ローラが製造さ
れている。

【００１３】ウォームアップタイムをなるべく短くする
ため、薄肉円筒体を用いる定着ローラでは、離型性能を
高めるために、０．０２〜０．２ｍｍの比較的薄膜のコ
ーティングを行っているが、これは、コーティングした
離型層が、断熱材として作用するため、ウォームアップ
タイムを短くするには、なるべく薄膜にした方が都合が
よいからである。

【００１４】実際、このような薄肉円筒体のローラをコ
アとして、前述の耐熱離型性物質を表面にコーティング
する場合、金型を使用しない製造方法では、例えば、ポ
リテトラフルオルエチレンの粉体静電塗装や液状シリコ
ーンゴムのスプレーコーティング、ディッピングなど方
法によってコーティングするので、０．０２〜０．２ｍ
ｍのコーティング厚みでは、その被覆工程の作業を行っ
ても、コアが破壊するという問題は起こらなかった。

【００１５】しかし、最近のカラー複写機に用いる定着
装置にも、当然ながらウォームアップタイムの短縮が望
まれるが、その場合、発明者らの研究成果によれば、カ
ラー複写機の定着ローラは、対向する加圧ローラとの間
でニップ域を形成する時に、定着ロール側が凹んでひず
みが発生する構成とすることにより、ロールからの用紙
の剥離性や画質が大幅に向上することが分かった。

【００１６】このような特徴を利用するためには、離型
層の厚みとして、比較的厚いものが必要になる。しか
し、離型性物質の厚み分として比較的厚くニップを形成
する時に、そのひずみが発生する厚さは、例えば、離型
層の形成過程で研磨工程があるものでは０．２ｍｍ以上
であり、また、離型層の研磨工程がないものでは０．５
ｍｍ以上である。このような厚みの離型層の形成する場
合、一般的には、金型を使用した被覆方法を用いる。

【００１７】しかしながら、このような金型を使用し
て、耐熱離型性物質を被覆する方法では、加工時に金型
の内部で発生する圧力に薄肉ローラコアの強度が耐えら
れず、コアがつぶれてしまうという問題がある。

【００１８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、本発明の目的は、ロールの肉
厚が薄く、機械的強度が弱いコアであっても、ロールに
弾性体を被覆する場合に金型を使用することができ、比
較的厚い弾性体を被覆することができるローラ製造装置
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するため、本発明によるローラ製造装置は、円筒金型
と、前記円筒金型内に薄肉円筒体とを設け、前記円筒金
型の薄肉円筒体との間に高分子材料を注入し、硬化形成
するローラ製造装置において、前記薄肉円筒体の内部に
挿入され前記薄肉円筒体を内面から支持すると共に、高
分子材料の硬化形成後は引き抜く中子を設け、前記中子
は該中子の外周面に該中子の中心軸と平行な溝を有し、
該円筒体内面と部分接触することを特徴とするものであ
る。

【００２０】本発明によるローラ製造装置における中子
は、高分子材料が硬化形成する際に発生する圧力に対し
て、薄肉円筒体を内面から支持するために用いられる。
薄肉円筒体の内部に挿入され、高分子材料の硬化形成後
は引き抜かれる中子は、外周面に当該中子自身の中心軸
と平行な溝を有し、円筒体内面と部分接触する。

【００２１】すなわち、金型と共に用いる中子は、薄肉
円筒体の内部に挿入されて前記薄肉円筒体の内面を支持
するための中子であり、前記中子の外周面に、前記中子
自身の中心軸と平行な溝を有し、前記円筒体内面と部分
接触する。中子は、薄肉円筒体の外側の高分子材料の硬
化形成後は引き抜かれる。

【００２２】これにより、本発明によるローラ製造装置
においては、薄肉の円筒体が中子によって支持されるた
め、あたかも厚肉の高強度コアと同様に取り扱うことが
可能となり、金型を用いて高分子材料を薄肉円筒体の外
側に形成できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明によるローラ製造装置によ
りロールを製造する場合は、ロールコアとして肉厚の薄
い薄肉円筒体を用いることが前提条件になる。従来の定
着ロールとして用いる円筒体は、設計上、両端部の外径
が、軸受としてベアリングを入れるため、中央部より小
径に加工されているのが一般的であったが、本発明のロ
ーラ製造装置で用いるローラは、肉厚の薄い薄肉円筒体
である。

【００２４】本発明のローラ製造においては、まず、前
記薄肉円筒体の内面を支持して外部からの圧力による変
形を防止する中子を挿入固定する。これにより、薄肉の
円筒体は中子によって支持されるため、あたかも厚肉の
高強度コアと同様に取り扱うことが可能となる。また、
この中子は、その全長が円筒体より長く、円筒体に挿入
固定されてセットされた時、ロール両端から中子の一部
が突出している状態であるものが好ましい。このため、
製造工程中にロールを移動したり、金型にセットしたり
するときにその突出部分をつかんだり、金型の軸心を円
筒体軸心に一致させるのに利用することができる。

【００２５】また、中子の挿入および取り出しを容易と
するために、中子の外径は、ロール内径より１０〜７５
μｍ以上小さくすることが好ましく、例えば、２０μｍ
以上の隙間を設ける。しかし、中子の外径がロール内径
より大幅に小さくなると、製造時に円筒コアの軸心と金
型の軸心が隙間の分だけずれたり、局部的に大きな圧力
が加わって変形する可能性があるので、離型性物質の偏
肉とロールの振れの原因となる。このため、中央値に対
しての偏肉とロールの振れの値は、中子の外径とロール
内径のすきまの大きさに等しくなるので、従来のロール
の仕様を満足するためには、その隙間の限界は１５０〜
２００μｍ以下とする。この場合、望ましくは１５０μ
ｍ以下とする。これ以上大きいと、定着動作時にロール
が振動したり、ニップ幅がロール１回転ごとに変動して
均一な定着性を保証できなかったり、紙しわが発生して
しまうことになる。

【００２６】以上の観点より、中子の外径とロール内径
の差は、１０〜２００μｍの範囲とし、好ましくは２０
〜１５０μｍの範囲とする。また、中子は、円筒体内面
の全域と接触する必要はなく、金型との圧力により円筒
体の変形が許容範囲以内であれば非接触領域を設けるこ
とができる。例えば、中子の外周面に溝を入れたりする
ことも可能である。そして、前記円筒体の外側に高分子
材料を形成した後、前記中子を前記円筒体より引き抜
く。中子の引き抜き時は、金型から取り出した後でもよ
いし、研磨工程があればその工程の後であってもよい。

【００２７】次に、本発明によるローラ製造装置を用い
てローラを製造するローラ製造方法を、電子複写機の定
着部の定着ローラの製造に適用した場合の具体的な実施
例を図１および図２を参照して説明する。図１は中子が
装着された薄肉パイプのローラに弾性体を被覆する定着
ローラの製造装置の断面図であり、また、図２は、本発
明による定着ローラの製造工程の流れを説明する製造工
程図である。

【００２８】図１において、１は定着ローラのコアとな
る薄肉パイプ、２は薄肉パイプの中子、３は中子を両端
を覆うキャップ、４は成型のための上金型、５は成型の
ための下金型、６は成型のための円筒金型、７は被覆さ
れる弾性体を形成するための液状弾性材料、８は射出
口、９はテーパー部、１０は圧縮コイルバネである。

【００２９】定着ローラのコアとなる薄肉パイプ１とし
ては、スチール製パイプを引き抜き加工によって、内径
３０ｍｍ、肉厚０．５０ｍｍ、長さ３８０ｍｍの寸法と
し、更に、センタレス研磨によって、肉厚０．２ｍｍま
で薄肉化したパイプが用いられる。この薄肉パイプ１の
外側に、弾性材料のシリコンゴムを肉厚１．０ｍｍとな
るように、射出成型法によって被覆する。

【００３０】その場合に、ロールの製造行程では、ま
ず、薄肉パイプ１の中子２として、予め外径２９．９６
ｍｍ、長さ４００ｍｍの中実のステンレスシャフトを、
当該薄肉パイプ１の内部に装着する。

【００３１】薄肉パイプ１の内部に装着された中子２の
両端は、外径２０ｍｍ、長さ３０ｍｍのフランジ部分を
有しており、このフランジ部分にキャップ３が嵌められ
る。中子２の外周面は、中心軸と平行に幅３ｍｍ、深さ
２ｍｍの溝が等間隔に８本設けられており、薄肉パイプ
１に対して、中子２の挿入と引き抜きの作業性を容易に
する。この中子２の上端および下端のフランジ部分に更
にそれぞれキャップ３を嵌めた状態で、図１に示すよう
に、予め内壁に離型剤が塗布された円筒金型６の内部に
セットする。

【００３２】上部側のキャップ３は、上金型４に嵌合さ
れ、下部側のキャップ３は、下金型５に嵌合されて装着
される。下金型５の下部側にはテーパー部９が設けられ
ており、このテーパー部９に、射出装置（図示せず）に
接続された液状弾性材料７の射出口８が嵌挿される。そ
して、射出口８から下金型５のテーパー部９に、液状弾
性材料７として付加反応シリコーンゴムを注入する。ま
た、上金型４の側は、注入される液状弾性材料７の内部
圧力を５０ｋｇ／ｃｍ²の一定圧に保つため、圧縮コイ
ルバネ１０を介して締結される。

【００３３】このような構成の製造装置を用いて、弾性
体を被覆したローラを製造するローラ製造方法につい
て、図２に示す製造工程図に基づいて説明する。

【００３４】薄肉ローラのコアとなる薄肉パイプ１を出
発材料として、薄肉パイプ１の金属コアから、脱脂工程
２１により油脂分を除いた後、弾性体材料７との接着性
をよくするため、プライマー塗布工程２２において、プ
ライマーを塗布する。次に、中子挿入工程２３により、
薄肉パイプ１に中子２を挿入する。その際、中子２の両
端のフランジ部分にキャップ３を嵌める。

【００３５】一方、円筒金型６は、離型剤塗布工程１１
において、その内壁に離型剤が塗布され、次の組立て工
程１２において、離型剤が塗布された円筒金型６の内部
に、薄肉パイプ１の内部に中子２が挿入されて当該中子
２の両端にキャップ３が嵌められた薄肉パイプ１が挿入
され、円筒金型６の上部および下部から上金型４および
下金型５がそれぞれ嵌められて、弾性体の被覆形成のた
めの製造装置に組み立てられる。

【００３６】次に、弾性材料注入工程１３において、射
出口８を下金型５のテーパ部９に嵌挿し、液状弾性材料
７を下金型５および円筒金型６の内部のローラのコア間
に注入する。そして、次の硬化工程１４において、円筒
金型６，上金型４および下金型５からなる製造装置が、
１２０℃の恒温槽に２時間入れられ、シリコーンゴムの
硬化が行われる。そして、次の離型工程１５において、
円筒金型６，上金型４および下金型５の型枠が離され
て、次の乾燥工程１６において、更に、熱処理されて乾
燥される。そして、仕上げ工程１７において、仕上げ成
型された後、中子引き抜き工程１８において、最終的
に、薄肉パイプ１から中子２を引き抜いて弾性体ロール
が完成する。

【００３７】次に、更に別の実施例について説明する。
薄肉パイプと中子は、実施例１と同じものを用い、ＨＴ
Ｖシリコーンゴムを圧縮成型法によって製造する場合に
ついて説明する。

【００３８】先ず、中子が装着された薄肉パイプの表面
にプライマーを塗布する。そしてパイプ表面に帯状のＨ
ＴＶシリコーンゴム・コンパウンドを適当量巻付け、最
終仕上げロール径より１．０ｍｍ大きい直径３４ｍｍの
内径を有する２つ割り金型の内部にこれを装填し、加熱
圧縮成型する。この時の加硫条件は、プレス圧が２００
ｋｇ／ｃｍ²、プレス温度が１７０℃、プレス時間が１
５分、２次加硫温度が２００℃、２次加硫時間が４時間
の加熱処理である。

【００３９】加熱圧縮成型の終了後、２つ割り金型から
ロールを取り出して、その後、中子を取り出す。そし
て、ロール端部あるいは金型あわせ面の部分に生じた
“ばり”を除去し、最終的に仕上げのロール径が３２ｍ
ｍになるまで精研磨加工する。

【００４０】このように製造されたロールを定着ロール
として用いた定着装置の定着性能を確認するため、上述
した２つの実施例によって、作製された２種類のロール
を定着ロールして用い、加圧ロールとして、外径３１ｍ
ｍのスチール製の中実シャフトに、シリコーンゴムを肉
厚２．０ｍｍで被覆された外径３５ｍｍのロールを用
い、加圧ロールと定着ロールに対して、荷重が３０ｋｇ
となるように、ばね定数２．５ｋｇ／ｍｍの引張りコイ
ルスプリングにより当接させて、周速８０ｍｍ／ｓｅｃ
にて回転させるようにした定着装置を構成した。また、
この場合の定着ロールには、離型剤としてジメチルシリ
コーンオイルが供給されるようにした。

【００４１】この時のニップ幅は、４．５ｍｍであっ
た。この定着装置を、富士ゼロックス（株）社製のカラ
ー複写機「Ａ Ｃｏｌｏｒ ６３５」に装備し、トナー
で現像された未定着トナー画像を有する画像記録体を５
枚／分の割合で連続通紙した。その結果、２種類の定着
ロールとも全てのコピーは完全に定着されており、ロー
ルが振動したり、紙しわが発生したりしなかった。

【００４２】また、２種類の定着ロールを用いて、ロー
ル径の“ばらつき”と回転時におけるロールの“振れ”
について実験を行った。この結果、射出成型法のロール
は、０．１ｍｍのロール振れであり、この振れによるニ
ップ幅の変動は±０．２ｍｍ以下の変化があるが、紙
皺、装置の振動、紙の送行性に影響はないことが判明し
た。圧縮成型法のロールは、研磨工程があるためロール
振れは、０．０５ｍｍ以内となっており、この影響は全
くないことが判明した。シリコーンゴムの偏肉も０．１
ｍｍ以内であり、紙皺、紙の送行性に影響はないことが
判明した。

【００４３】なお、前記のロールは、定着装置における
定着ロールとして使用されるだけではなく、同加圧ロー
ル、あるいは、用紙搬送ロール、その他の弾性体ロール
としても使用され得るものである。また、被覆層が単層
のみならず、複数層例えば２層のシリコーンゴムやフッ
素ゴムとシリコーンゴム、ＰＦＡチューブとシリコーン
ゴムなどの構成のロール製造法にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は中子が装着された薄肉パイプのローラ
に弾性体を被覆する定着ローラの製造装置の断面図、

【図２】 図２は本発明による定着ローラの製造工程の
流れを説明する製造工程図である。

【符号の説明】

１…薄肉パイプ、 ２…中子、 ３…キャップ、 ４…上金型、 ５…下金型、 ６…円筒金型、 ７…液状弾性材料、 ８…射出口、 ９…テーパー部、 １０…圧縮コイルバネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金澤 祥雄 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 小俣 誠 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H033 AA30 AA31 AA32 BA42 BB03 BB05 BB06 BB14 BB15 BB26 BB29 BB33 BB34 4F202 AD03 AD12 AG03 AG08 AH04 CA01 CA09 CA11 CB01 CB13 CK82 CK88 CQ01 CQ05 4F204 AA33 AA45 AG08 AH04 EA03 EA04 EB01 EF01 EF23 EF27 EK24

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒金型と、前記円筒金型内に薄肉円筒体
   とを設け、 前記円筒金型の薄肉円筒体との間に高分子材料を注入
   し、硬化形成するローラ製造装置において、 前記薄肉円筒体の内部に挿入され前記薄肉円筒体を内面
   から支持すると共に、高分子材料の硬化形成後は引き抜
   く中子を設け、 前記中子は該中子の外周面に該中子の中心軸と平行な溝
   を有し、該円筒体内面と部分接触することを特徴とする
   ローラ製造装置
2. 【請求項２】２つ割り金型と、ロールのコアとする薄肉
   円筒体の内部に挿入して前記薄肉円筒体の内面を支持す
   る中子により構成させるローラ製造装置であって、 前記中子が、前記中子の外周面に、前記中子自身の中心
   軸と平行な溝を有し、前記円筒体内面と部分接触するこ
   とを特徴とするローラ製造装置。