JP2004301291A

JP2004301291A - 断熱ローラ

Info

Publication number: JP2004301291A
Application number: JP2003097111A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Omura; 高弘大村; Munehiko Fukase; 宗彦深瀬; Toshiyuki Kishida; 敏之岸田
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】特に加熱されている被ガイド体を当接ガイドするに当たり、その被ガイド体の熱損失を抑止できる断熱ローラの提供。
【解決手段】金属回転軸の両端部を除く軸周面に、円周面を有する断熱体層を形成し、この断熱体層の円周面に溝または凹凸部を形成し、さらにその断熱体層の円周面に表面保護層を形成して、被ガイド体に対しての断熱効果を高め、さらにその断熱体層の外周面に表面保護層を形成して断熱体層の損傷を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば複写装置や画像形成装置等の熱定着装置に用いられているニップベルトをガイドするガイドローラや、その他の搬送ローラ、補助ローラ、ドライブローラ、剥離ローラ、テンションローラ、駆動ローラとして使用する断熱ローラに係り、特にローラの熱伝導性を小さくして、このローラに案内される被ガイド体の熱損失を抑制して熱エネルギーの省力化に役立つ断熱ローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子複写装置やレーザープリンターあるいはファクシミリ等の画像形成装置には、用紙や樹脂シート等の画像担持体上に形成担持されたトナー像を加熱溶融して画像担持体上に定着する熱定着装置が用いられている。この熱定着装置の基本的な構成は、ローラニップ方式とベルトニップ方式に大別される。
【０００３】
そのローラニップ方式は、互いに圧接される定着ローラと加圧ローラとの圧接部に、トナー像を形成担持している画像担持体を供給し、この画像担持体に圧力を加えながら加熱してトナー像を定着するものであり、またベルトニップ方式は、平行に隔設している２乃至複数本の巻き掛けローラに、エンドレスの定着ベルトを掛け渡すとともにその定着ベルトの一部に加圧ローラを圧接せしめておき、その定着ベルトと加圧ローラとの圧接部に、トナー像を形成担持している画像担持体を供給し、この画像担持体に圧力を加えながら定着ベルトの熱エネルギーでトナー像を定着するものである。
【０００４】
例えば、従来公知であるベルトニップ方式の熱定着装置の１例として、特許文献１に示されているものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１２１３２号公報（段落番号０００４乃至００６、図４）
【０００６】
つまり、特許文献１においては、本願明細書に添付の図４で示すように、不図示の転写装置から送り出されたトナー像６担持の画像担持体５は、加熱ローラ１とその周面に接触しているベルト２との間のニップ部に供給され、このニップ部を通過するときの加熱及び加圧力によってトナー像６を画像担持体５の表面に定着する。
【０００７】
その加熱ローラ１は、図中の矢印方向Ａに回転駆動される中空の筒状体であり、その内部にはトナー溶融のための加熱源としてのヒータ１ａが収納されている。ベルト２は、入側ローラ３及び出側ローラ４に巻回されたエンドレスであって、例えば厚さが約１ｍｍであるシリコーンゴム等の耐熱性弾性体の表面に離型性の良好なフッ素等のコーティング層を形成している。
【０００８】
また上記の入側ローラ３及び出側ローラ４は、いずれも金属製であって、それぞれの回転軸線を加熱ローラ１の軸線と平行となるように配置したアイドラ―であり、ベルト２が加熱ローラ１の周面に弧状の中心角度に相当する範囲で接触可能としている。そしてこの従来例では、入側ローラの内部にはベルト２を加熱するためのヒータ７を組み込んでいる。
【０００９】
このようなベルトニップ方式の熱定着装置にあっては、定着時の加熱温度を適性に制御することを必要とするために加熱ローラ１の表面温度を検知するローラ側温度センサ８及びベルト２のニップ面温度を検知するベルト側温度センサ９をそれぞれ配置し、さらに加熱ローラ１及びベルト２のニップ面を加熱させるための熱源としてのヒータ７および１ａが設備されており、その熱定着装置の稼動時においては、上記ヒータおよび温度センサの働きにより、加熱ローラ１及びベルト２のニップ面温度が所定の温度となるように制御しているものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のベルトニップ方式の熱定着装置においては、エンドレスのベルト２を支持している入側ガイドローラ３及び出側ガイドローラ４のいずれもが金属製であるために、これらのガイドローラは熱伝導率が高くこれが原因で放熱作用も大となっている。
【００１１】
したがって、上記ガイドローラの加熱温度を例えば２００℃に維持させようとするとき、常温の下では加熱された金属製ガイドローラの放熱量が大きいために、熱エネルギーの損失量も大きく熱経済性が悪く、省エネルギー効果に乏しいものであった。
【００１２】
また、画像担持体５を加熱ローラ１と協働して加圧・加熱するベルト２の加熱温度が設定温度以下であれば、画像担持体５上のトナーの定着不良が生じ良質の画像定着ができないことになるので、加熱ローラ、及びベルトガイドローラを常に所定温度まで予熱する必要があり、この予熱（ウォームアップ）に要する熱量が不可欠である。
【００１３】
この予熱が完了するまでに要する熱量は、上記熱定着装置の構成部材である例えば金属製ガイドローラの熱損失量（放熱量）にも影響されることから、省熱エネルギー（省電力化）が要求されている現在では、上記ガイドローラは熱損失の少ない断熱性に優れたものであることが要求される。
【００１４】
本発明は、上記の事実に鑑みてなされたもので、たとえば電子複写装置、レーザープリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に用いるベルトニップ式熱定着装置の加圧ベルトをガイドするガイドローラの断熱性を高めて熱エネルギーの損失を抑え、ひいては省エネルギー効果を高めることができる断熱ローラの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、金属回転軸の両端部を除く軸周面に断熱体層を形成し、この断熱体層の外周面に、その外周面と該外周面に当接案内される被ガイド体との接触面積を減少させるための溝または凹凸を形成し、さらにその断熱体層の外周面にコーティング層を形成してなる断熱ローラにより達成される。
【００１６】
また、本発明の好ましい実施の形態では、断熱体層が、多孔質セラミックスで形成されていることを特徴としている。
【００１７】
さらに、本発明の好ましい実施の形態では、断熱体層が、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部とを主成分し、嵩密度０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３である低嵩密度セラミックスから成ることを特徴としている。
【００１８】
さらにまた、本発明の好ましい実施の形態では、表面保護層が、フッ素系樹脂であることを特徴としている。
【００１９】
さらにまた、本発明の好ましい実施の形態では、表面保護層が、無機質であることを特徴としている。
【００２０】
さらにまた、本発明の好ましい実施の形態では、表面保護層が、断熱体層の表面に被着されるチューブであることを特徴としている。
【００２１】
さらにまた、本発明の好ましい実施の形態では、表面保護層が、断熱体層の表面にコーティングにより形成されたものあることを特徴としている。
【００２２】
さらにまた、本発明の好ましい実施の形態では、断熱ローラが画像形成装置等の熱定着装置に使用されることを特徴としている。
【００２３】
【作用】
この発明の断熱ガイドローラによれば、金属回転軸の軸周面に断熱体層を形成し、さらにこの断熱体層の外周面に溝または凹凸を形成しているので、この断熱体層の熱伝導率と、外周面に形成している溝または凹凸との相乗作用で、この断熱ローラとこれにガイドされる被ガイド体との間の熱伝導が抑えられる。したがって被ガイド体に付与されている熱量の損失が抑制される。
【００２４】
また、断熱体層の表面には表面保護層を設けているので、その断熱体層として損傷を生じ易い多孔質セラミックスを使用した場合であっても、その多孔質セラミックスの損傷やひび割れを未然に防止でき、耐久性に優れた断熱ローラの提供が可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明よりなる断熱ローラの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明よりなる断熱ローラの横断面図、図２はその縦断面図、図３は本発明の他の実施例を示す断熱ローラの縦断面図を示す。
【００２７】
図１および図２において、本実施例である断熱ローラ１１は、たとえば、画像形成装置を構成するベルトニップ式定着装置の無端ベルトをガイドするに有利に用いられる断熱ローラであって、この断熱ローラ１１の構成は、金属製の支軸１２と、この支軸１２の両端部を軸受部として残した他の部分に、所定の肉厚で支軸１２と一体に層成した断熱体層１３を形成し、さらにその断熱体層１３の表面には、上記ニップベルトとの接触面積を削減するための凹凸となる複数の凹溝１４を形成し、さらにその断熱体層１３の表面には、その断熱体層１３の損傷を保護するための表面保護層１５を形成している。
【００２８】
金属製の支軸１２は、極一般的に使用されている鉄、ステンレス、真鋳などの金属により形成することができ、その太さは支軸として有効である適宜サイズに設定する。またその支軸の表面には、断熱体層１３との接着強度を高めるための、たとえば粗面加工等を施しても良い。
【００２９】
上記断熱体層１３は、多孔質セラミックスであって、この多孔質セラミックスは、通常、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部とを主成分とし内部気孔率が４０〜９０％となる気孔を形成することができる混合物を焼成することで形成される。
【００３０】
上記の無機質バインダーは、断熱体層１３の焼成工程において自らセラミックス成分となり且つ上記の無機質材料を相互に固結し得る材料であり、係る無機質バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。なお、これらの二種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００３１】
上記の耐熱性無機質材料は、断熱体層の成形工程の一部である混練工程〜焼成工程の間で実質的には溶融変形しない繊維状または粒子状のものを言う。なお、上記の繊維状と粒子状の区分については、ＪＩＳ−Ｌ０２０４では、繊維は太さに比して十分の長さをもつ、細くて撓みやすいものを言うと規定しているが、繊維と粒子との厳格な区分は出来ないため、本願発明においても、繊維と粒子とは厳格な区分はせず、合わせて耐熱性無機質材料というが、適宜繊維状と粒子状の表現を用いる。
【００３２】
また、繊維状耐熱性無機質材料としては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、温石綿（クリソタイル）、ガラス繊維、スラグウール、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、高珪酸ファイバー、溶融シリカファイバー、ロックウールなど、通常、繊維状といわれているものがあげられる。なお、これらの二種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００３３】
また、上記の粒子状耐熱性無機質材料としては、クレー、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ジルコニア、チタニア、セピオライト、カオリン、ゼオライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミノボロシリケート、アルミノシリケート、等の粒子状のものを挙げることができる。なお、これらの二種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００３４】
上記の耐熱性無機質材料は必須成分ではないが、断熱性および強度向上のため併用するのが好ましい。係るた耐熱性無機質材料の使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部であるが、好ましくは１００〜３００質量部である。使用量が５００質量部を超える場合は得られる低嵩密度セラミックス製の強度が十分でない。
【００３５】
上記の円筒部層の低嵩密度セラミックスとしては、嵩密度０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３である低嵩密度セラミックスである。好ましくは０．２〜１．０ｇ／ｃｍ^３であり、その熱容量は１×１０^−４〜１．５×１０^−３ＫＪ／（Ｋ・ｃｍ^３）である。
【００３６】
そこで上記混合物を用いて支軸１２の周囲に多孔質セラミックスからなる断熱体層１３を成形するには、まずは、押出し成型機または加圧成型機等を用いて支軸１２の周囲に、均一厚さでありしかも、軸方向に平行であり、かつ周方向に沿って略均一間隔で凹溝１４が象られた混合物成形体を作成する。
【００３７】
この実施の形態における混合物成形体の成形時に成形する凹溝１４は、その断熱ローラの表面（周面）に当接ガイドされるベルトとの接触面積を削減するために設けたものであるから、その断熱ローラの表面積に対する凹溝１４の面積割合が大きいほど望ましいが、その凹溝面積を必要以上に大きくすると、各溝間に形成される凸部の強度低下やガイドスリップが生じ易くなるので、これらのことを考慮して溝または凹凸の形状及びその数を適宜設定する。またこの実施の形態では、凹溝１４を軸方向と平行ように形成しているが、これに限るものではなく、たとえば円周方向の溝をその軸方向に多数形成するようにしても良く、あるいはローレット形状の無数の凹凸をその周面に形成するようにしても良い。
【００３８】
次いで、この焼成体を焼成工程に導いて焼成するが、この焼成は、予備焼成段階と最終焼成段階に区分して行うのが好ましい。上記の予備焼成段階は、通常、大気中で行われ、後の段階である高温での最終焼成段階で粒子状有機物の急激な消失による亀裂の発生などを防ぐために行われ、通常１５０〜４００℃で行われる。また、予備焼成時間は、成形体の形状、加熱温度により変化するが、通常１２〜７２時間程度である。
【００３９】
上記の最終焼成段階は、通常４００〜１０００℃の高温において行われ、残存している粒子状有機物、有機質バインダーを完全に消失させ、さらに無機質バインダーを溶融させて全体を一体化する段階である。最終焼成段階の加熱時間は、成形体の形状、加熱温度、使用材料成分、配合比などにより変化するが、通常０．５〜２４時間程度である。
【００４０】
以上のようにして、焼成工程において上記混合物成形体中の耐水性有機質材料、有機質バインダー及びその他の有機質成分が完全に焼失し、無機質バインダーが熱溶融し、耐熱性無機質材料と一体化して実質的に無機質成分のみから構成されて断熱性を有し、さらに周面に凹溝１４を有する焼成体、すなわち多孔質セラミックス層が支軸１２と一体に形成されるものである。
【００４１】
なお、この多孔質セラミックス層は、断熱ローラ１１の断熱性を高めるために形成しているので、その多孔質セラミックスの強度を損なわない範囲内でその気孔率を高めて断熱作用を高めること、あるいはその多孔質セラミックスを、気孔率を異ならしめることのできるそれぞれの混合物を用いて、複数層からなる多孔質セラミックス層を形成して、その気孔率の少ない多孔質セラミックス層で断熱体層１３の強度を補うようにすることもできる。
【００４２】
次ぎに、かくして形成された多孔質セラミックス層の表面（周面）に、その多孔質セラミックス層を衝撃等から保護するための表面保護層１５を設けるが、この表面保護層１５の形成手段としては、図２において示すように、予め形成されているフッ素系熱収縮チューブを、多孔質セラミックス層の表面に被着するようにしても良く、また図３において示しているように、ガラス等の無機粉末を主成分とする溶剤を、たとえば浸漬塗布法、吹き付け塗布法等を採用して多孔質セラミックス層の表面にコーティングするようにしても良い。
【００４３】
上記フッ素系熱収縮チューブは、たとえば、ＰＦＡ（パーフルオロアルキル・ビニルエーテル共重合樹脂）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合樹脂）等のフッ素系耐熱性樹脂が好適に使用できるが、中でも耐熱性と加工性の観点よりＰＦＡが最適である。
【００４４】
上記フッ素系熱収縮チューブの厚さは、その被覆作業時の作業性及び強度等を考慮すると３０〜５００μｍが有効であり、好ましくは略１００μｍである。また上記コーティングによる表面保護層の成形では、その層厚が１０〜１００μｍであることが有効であり、好ましくは５０μｍである。
【００４５】
なお、上記フッ素系熱収縮チューブを多孔質セラミックス層の表面に被着する場合には、そのフッ素系熱収縮チューブの熱収縮力を利用して多孔質セラミックス層表面に密接（密着）させるが、この密接力が不足する場合は、適宜接着材を用いて補っても良い。
【００４６】
このように、上記の断熱ローラによれば、その断熱体層の表面に、被ガイド体との接触面積を少なくするための凹溝または凹凸を形成しているので、熱伝導性が小さく断熱効果に優れるものである。
【００４７】
またその断熱体層の表面に表面保護層を設けているので、断熱体層の損傷を未然に防止し、断熱ローラの耐久性を高めることもできる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る発明によれば、この発明の断熱ローラと、この断熱ローラに当接ガイドされる被ガイド体との接触面積を少なくする断熱作用に優れ、たとえば既に加熱維持されている被ガイド体の熱損失を有効に抑止することができる。
【００４９】
また請求項２，３に係る発明によれば、断熱体層として多孔質セラミックス層を形成しているので、被ガイド体に対しての熱伝導性が少なく断熱効果が一層高められる。
【００５０】
また請求項４乃至７に係る発明によれば、断熱体層の損傷またはひび割れ等を未然に防止でき、断熱ローラの耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明よりなる断熱ローラの実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明よりなる断熱ローラの実施形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明よりなる断熱ローラの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】従来のベルトニップ式定着装置の説明図である。
【符号の説明】
１１…断熱ローラ
１２…支軸
１３…断熱体層
１４…凹溝
１５…表面保護層

Claims

金属回転軸の両端部を除く軸周面に、円周面を有する断熱体層を形成し、この断熱体層の円周面に溝または凹凸を形成し、さらにその断熱体層の円周面に表面保護層を形成してなることを特徴とする断熱ローラ。
断熱体層が、多孔質セラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の断熱ローラ。
断熱体層が、無機質バインダー１００質量部と、耐熱性無機質材料０〜５００質量部とを主成分し、嵩密度０．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３である低嵩密度セラミックスから成ることを特徴とする請求項１に記載の断熱ローラ。
表面保護層が、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の断熱ローラ。
表面保護層が、無機質であることを特徴とする請求項１に記載の断熱ローラ。
表面保護層が、断熱体層の表面に被着されるチューブであることを特徴とする請求項１、請求項４または請求項５のいずれかに記載の断熱ローラ。
表面保護層が、断熱体層の表面にコーティングにより形成されたものあることを特徴とする請求項１、請求項４または請求項５のいずれかに記載の断熱ローラ。
請求項１に記載の断熱ローラが画像形成装置等の熱定着装置に使用されることを特徴とする断熱ローラ。