JP2004332772A - 樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉の樹脂被覆ローラの表面を平滑化できる装置を得る。
【解決手段】樹脂被覆ローラ４の両端部を回転自在に支持して回転駆動する回転駆動手段と、芯金の内部に設けられ、前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱する加熱ヒータ２４と、樹脂被覆ローラ４の表面に当接して連れ回り回転する押圧平滑手段８ａ、８ｂと、押圧平滑手段８ａ、８ｂを前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱するヒータ１９ａ、１９ｂと、押圧平滑手段８ａ、８ｂを樹脂被覆ローラ４の軸方向に並進可動するアクチュエータ５ａ、５ｂと、押圧平滑手段８ａ、８ｂと樹脂被覆ローラ４との当接箇所の温度を測定する非接触温度センサ１４ａ、１４ｂと、非接触温度センサ１４ａ、１４ｂで測定した温度値に基づいて、前記当接箇所の温度が一定になるように加熱ヒータ２４を制御する制御部５１とを備えている。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面が熱可塑性樹脂で被覆されたローラの表面の平滑化装置であって、特に電子写真方式の画像形成装置で使用される、表面がフッ素樹脂で被覆された定着ローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱押圧ローラを使ってローラを平滑化するものとして、特開２００１−１０９２９５号公報及び特開２００１−１４２３３３号公報が知られている。しかし、これらの従来技術は、製品に組み込まれたローラのチューブの折り目などの凹凸を平滑にするものであり、ローラに被覆された樹脂被覆層を平滑化するものが要望されていた。
【０００３】
また、ローラに被覆された樹脂被覆層を平滑化するために、バニッシュ工法が使われていた。しかし、この工法は、平滑用加圧コロの押圧に対し、芯金の変形強度が保てる厚肉（ローラの肉厚が約２ｍｍ以上）のものに対して適用可能であるが、薄肉の芯金に対しては芯金変形のため適用できなかった。
【０００４】
図８に示すように、電子写真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１００は、離型層である熱可塑性樹脂層１０１をプライマ層１０２を介して芯金１０３上に被覆して構成されている。
【０００５】
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、およびトナー定着温度（通常１８０〜２００度）での連続耐久性などが要求されるため、ＰＦＡ樹脂を主成分とする離型性樹脂（例えば、テフロン（登録商標）等）が用いられることが多い。
【０００６】
トナーに対する離型性を得るため、前記樹脂面は、粗さＲｚ１〜３μｍ、うねり２〜４μｍ程度の平滑性が要求される。この平滑性得る方法として、ローラの軸方向への移動を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、前記樹脂面に押接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、樹脂の表層面を押潰して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。
【０００７】
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。
【０００８】
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かった。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−１０９２９５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４２３３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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課題があった。
【００１１】
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。
【００１２】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、薄肉の樹脂被覆ローラの表面を平滑化できる装置を提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、中空円筒状の芯金上に樹脂層が被覆されている樹脂被覆ローラの樹脂層の表面を平滑にする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の両端部を回転自在に支持して回転駆動する回転駆動手段と、
前記芯金の内部に設けられ、前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱する加熱手段と、
前記樹脂被覆ローラの表面に当接して連れ回り回転する押圧平滑手段と、
前記押圧平滑手段を前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱する手段と、
前記押圧平滑手段を前記樹脂被覆ローラの軸方向に並進可動するアクチュエータと、
前記押圧平滑手段と樹脂被覆ローラとの当接箇所の温度を測定する温度センサと、
該温度センサで測定した温度値に基づいて、前記当接箇所の温度が一定になるように前記加熱手段を制御する制御手段と、
を備えている樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置である。
【００１４】
また、請求項２の発明は、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、
前記押圧平滑手段および該押圧平滑手段を加熱する手段を共に複数備えることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置である。
【００１５】
また、請求項３の発明は、請求項２に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
前記芯金内部の加熱手段は複数備えるとともに、該複数の加熱手段は前記樹脂被覆ローラの軸方向に対して、相互に異なる加熱パターンを有していることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置である。
【００１６】
また、請求項４の発明は、請求項３に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
前記複数の加熱手段は、前記樹脂被覆ローラの軸方向に対して左右対称の加熱パターンを有していることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置である。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４の何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、
前記加熱手段は赤外線ハロゲンヒータ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である。
【００１８】
また、請求項６の発明は、請求項５に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
前記加熱手段の一端の電極に接離自在な給電電極と、
該給電電極を介して前記加熱手段へ電力を供給する手段と、
前記加熱手段を前記樹脂被覆ローラ内部の軸方向に挿抜自在な案内手段とを備えていることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係わる第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置の概略を示す平面図、図２は本発明に係わる第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置の概略を示す側面図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、この平滑化装置は、被平滑物である樹脂被覆ローラ４の両端部を回転自在に支持する回転支持手段３ａ、３ｂと、回転支持手段３を回転させるための回転駆動手段である駆動モータ１と、回転支持手段３の軸受２ａ、２ｂと、樹脂被覆ローラ４の表面に当接して連れ回り回転する押圧平滑部材８と、押圧平滑部材８を回転自在に支持するための支持手段７ａ、７ｂと、支持手段７ａ、７ｂの回転軸中に所定のクリアランスを有するように取り付けられた加熱ヒータ１９ａ、１９ｂと、押圧平滑部材８の温度を計測するためのセンサ１７と、加熱ヒータ１９ａ、１９ｂにそれぞれ電力を供給する電源１０（加熱ヒータ１９ａ側の電源１０は図示せず）と、センサ１７により計測した温度測定値に基づいて押圧平滑部材８ａ、８ｂの温度がそれぞれ一定になるように電源１０を制御する制御部９（加熱ヒータ１９ａ側の制御部９は図示せず）と、押圧平滑部材８を樹脂被覆ローラ４の軸方向に所定の移動速度で横送りを与えるためのアクチュエータ５ａ、５ｂと、アクチュエータ５ａ、５ｂの可動テーブル６ｂ（可動テーブル６ｂは図示せず）と、押圧平滑部材８ａ、８ｂを樹脂被覆ローラ４に対して加圧力を発生させるエアシリンダ１１と、その取り付け部材１２と、樹脂被覆ローラ４の内部に配置される加熱ヒータ２４と、押圧平滑部材８と樹脂被覆ローラ４との当接箇所の温度を測定する非接触温度センサ１４ａ、１４ｂと、非接触温度センサ１４ａ、１４ｂで測定した温度測定値に基づいて、前記当接箇所の温度が一定になるように電源５２を制御して加熱ヒータ２４の温度を制御する制御部５１とから構成される。
【００２１】
前記制御部５１は、押圧平滑部材８と樹脂被覆ローラ４との当接箇所の温度を非接触温度センサ１４ａでモニターし、当接箇所の温度が上昇したら加熱ヒータ２４の温度を下げ、当接箇所の温度が下降したら加熱手段の温度を上げるように電源５２を制御する。加熱手段としては、赤外線ハロゲンヒータを用いることが好ましい。
【００２２】
押圧平滑手段８ａ、８ｂを加熱する加熱ヒータ１９ａ、１９ｂ及び制御部９を使って、さらに樹脂被覆ローラ４の表面温度を測定する非接触温度センサ１４ａ、１４ｂ及び制御部５１を使って、加工時の温度が一定になるようにした。熱いもの（押圧平滑手段８ａ、８ｂ）と熱いもの（樹脂被覆ローラ４）とを当接させて、且つ熱いもの同士が当接した面の温度を一定になるようにした。即ち、押圧平滑部材８ａ、８ｂを加熱ヒータ１９ａ、１９ｂで加熱すると共に、樹脂被覆ローラ４を加熱ヒータ２４で加熱し、押圧平滑部材８と樹脂被覆ローラ４とを当接させている。
【００２３】
図２に示すように、非接触温度センサ１４ａ、１４ｂで押圧平滑部材８ａ、８ｂと樹脂被覆ローラ４との接触箇所の温度を測定する。この接触箇所とは、図１に示す押圧平滑部材８ａ、８ｂのアクチュエータ５ａ、５ｂの移動方向の幅中心位置である。この幅中心位置を狙って非接触温度センサ１４ａ、１４ｂを配置する。そして、幅中心位置の温度が一定になるように、芯金上に樹脂層を被覆した樹脂被覆ローラ４の内部に配置されている加熱ヒータ２４（図２、図３）に電源５２から供給する電力を制御部５１により制御する。
【００２４】
また、押圧平滑部材８ａ、８ｂはヒータ１９ａ、１９ｂを温度センサ１７、制御部９及び電源１０を用いて制御している。即ち、図２の加熱ヒータ１９と温度センサ１７と制御部９と電源１０とで完結する制御系である。
【００２５】
このように、制御系としては２系統有り、芯金の中の加熱ヒータ２４をコントロールする制御系と、押圧平滑部材８ａ、８ｂの中のヒータ１９ａ、１９ｂを制御する制御系との２系統の制御系がある。
【００２６】
そして、２系統の制御系は独立している。押圧平滑部材８ａ、８ｂに関しては熱容量が大きいので温度が大きく変動しないので、温度が一定になるように制御すればよい。制御の主体としては芯金側の制御である。芯金は薄肉なので熱容量が小さく、したがって、温度変化し易い。
【００２７】
図３は第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置に備える加熱ヒータを示す図である。
図３（Ａ）に示すように、加熱手段は、加熱ヒータ２４と、加熱ヒータ２４を並進可動自在かつ、加熱ヒータ２４に電力を供給するための電極２２、２３と、給電電極である電極２２の支持部材２１ａと、加熱ヒータ２４の配線部材２６ａ、２６ｂとから構成されている。さらに、図３（Ｂ）に示すように、ブラケット４１を介して配線部材２６ｂが設けられている。
【００２８】
図４は加熱ヒータを複数備えたときのヒータの配光例を示した図であり、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）は水平方向のレイアウト、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）はその側面図である。
【００２９】
図４（Ａ）（Ｂ）では、２本の加熱ヒータ２４を備えるものとし、一方の加熱ヒータ２４を加熱ヒータ２４の中央部にのみ配光を有するものとし、他方の加熱ヒータ２４を加熱ヒータ２４の両端部に配光を有するものとし、各々の配光は、その分布がオーバーラップしないようにしている。
【００３０】
図４（Ｃ）（Ｄ）では、２本の加熱ヒータ２４を備えるものとし、一方の加熱ヒータ２４を加熱ヒータ２４の左側にのみ配光を有するものとし、他方の加熱ヒータ２４を加熱ヒータ２４の右側にのみ配光を有するものとし、各々の配光は、その分布がオーバーラップしないようにしている。
【００３１】
図４（Ｅ）（Ｆ）では、３本の加熱ヒータを備えるものとし、第１の加熱ヒータをヒータの中央部にのみ配光を有するものとし、第２の加熱ヒータをヒータの右側にのみ配光を有するものとし、第３の加熱ヒータをヒータの左側にのみ配光を有するものとし、各々の配光は、その分布がオーバーラップしないようにしている。
【００３２】
図４（Ｇ）（Ｈ）では、４本のヒータを備えるものとし、第１の加熱ヒータをヒータの左側１／４にのみ配光を有するものとし、第２の加熱ヒータをヒータの左側２／４にのみ配光を有するものとし、第３の加熱ヒータをヒータの右側１／４にのみ配光を有するものとし、第４の加熱ヒータをヒータの右側２／４にのみ配光を有するものとし、各々の配光は、その分布がオーバーラップしないようにしている。
【００３３】
図５は図３の加熱ヒータの詳細を示す図である。
図５に示すように、加熱ヒータ２４は、加熱ヒータ２４の固定部材３９と、固定部材３９の剛性を補強するための補強部材４０ａ、４０ｂと、加熱ヒータ２４の配線部材３８と、加熱ヒータ２４に電力を供給するための電極２２、２３と、電極２３とヒータの固定部材３９とを一体結合させるための結合部材３６ａ、３６ｂと、電極２２、２３を正確に位置決めするための案内・位置決め部材３２、３５と、電極２２の配線部材２６ａと、案内・位置決め部材３２を固設するための部材３１とを備えて構成されている。
【００３４】
図６は図３の加熱ヒータの移動機構を示す図である。
図６（Ａ）では、加熱ヒータ２４を樹脂被覆ローラ４の軸方向に並進可動自在にするための機構を示した図であり、並進可動部は、直動案内レール２１ｂと、ガイドブロック４３ａ、４３ｂと、ガイドブロック４３ａ、４３ｂを固設するためのブラケット４４、４５と、加熱ヒータ２４と直動案内レール２１ｂとを一体結合させるためのブラケット４１とから構成される。
【００３５】
図７は図２の樹脂被覆ローラの平滑化装置に備える押圧平滑部材の動きを示す図である。図７では、一例として押圧平滑部材が２個の場合を示した。
図７（Ａ）では、押圧平滑部材８ａ、８ｂの動きは、一方をローラの端部、他方を中央部に配置し、それぞれ同一方向・同一速度で送る場合を示している。
【００３６】
図７（Ｂ）では、ローラの一端に押圧平滑部材８ａを配置すると共に、ローラの他端に押圧平滑部材８ｂを配置し、互いに逆方向・同一速度で送る場合を示している。
【００３７】
図７（Ｃ）では、押圧平滑部材８ａ、８ｂをローラ中央部に配置し、オーバーラップ部を形成できるように、互いに逆方向・同一速度で送る場合を示している。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）の何れも用いることが可能である。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または５に記載の平滑化装置は、樹脂被覆ローラをローラ表層材料の溶融または軟化温度以上に熱するとともに、押圧平滑手段を前記温度以上の温度で当接するとともに、前記当接部の温度をローラの表面温度を測定する温度センサで計測し、温度制御をかけるようにしているので、加圧ローラの押圧力を小さくしても樹脂層の平滑度が低下することが無く、このため薄肉のローラの全面にわたって均一な平滑面を得ることができる。
【００３９】
また、請求項２に記載の平滑化装置は、さらに、押圧平滑手段および該押圧平滑手段の加熱手段をともに複数備えているので、加工スピードを早くすることができる。
【００４０】
また、請求項３に記載の平滑化装置は、さらに、ローラ内部の加熱手段を複数備えるとともに、その加熱分布はローラの軸方向に対して、相互に異なる加熱パターンを有するので、押圧平滑手段の温度制御の精度を向上させることができる。
【００４１】
また、請求項４に記載の平滑化装置は、さらに、前記複数の加熱手段の加熱パターンは、ローラの軸方向に対して左右対称になっているので、温度制御が容易であり、その結果、良好な平滑面を容易に得ることが可能になる効果がある。
【００４２】
また、請求項５に記載のの平滑化装置は、さらに、加熱手段に赤外線ハロゲンヒータを使ったので、加工におけるエネルギー（電力）効率が高く、昇温時間を短縮することができる。
【００４３】
また、請求項６に記載の平滑化装置は、さらに、加熱手段は、その片端に電極および該加熱手段をローラの軸方向に可動自在にする直動案内手段を備えるとともに、該給電電極と接離自在な給電電極を介して加熱手段へ電力を供給する手段を有するので、ローラの内部に加熱ヒータを容易に挿入排出することができ、平滑化加工装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置の概略を示す平面図である。
【図２】本発明に係わる第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置の概略を示す側面図である。
【図３】第１実施形態の樹脂被覆ローラの平滑化装置に備える加熱ヒータを示す図である。
【図４】加熱ヒータを複数備えたときのヒータの配光例（加熱パターン）を示した図である。
【図５】図５は図３の加熱ヒータの詳細を示す図である。
【図６】図３の加熱ヒータの移動機構を示す図である。
【図７】図２の樹脂被覆ローラの平滑化装置に備える押圧平滑部材の動きを示す図である。
【図８】従来の定着ローラを示す図である。
【符号の説明】
１ 駆動モータ
２ａ、２ｂ 軸受
３ａ、３ｂ 回転支持手段
４ 樹脂被覆ローラ
５ａ、５ｂ アクチュエータ
６ａ，６ｂ 可動テーブル
７ａ、７ｂ 支持手段
８ａ，８ｂ 押圧平滑部材
９ 制御部
１０ 電源
１１ エアシリンダ
１２ 取り付け部材
１３ 非接触温度センサ保持具
１４ａ，１４ｂ 非接触温度センサ
１７ａ，１７ｂ センサ
１９ａ、１９ｂ 加熱ヒータ
２１ａ 支持部材
２１ｂ 直動案内レール
２２、２３ 電極
２４ 加熱ヒータ
２６ａ、２６ｂ 配線部材
３１ 固設するための部材
３２、３５ 案内・位置決め部材
３４ 電極３４
３６ａ、３６ｂ 結合部材
３８ 配線部材
３９ 固定部材
４０ａ、４０ｂ 補強部材
４１ ブラケット
４２ 直動案内レール
４３ａ、４３ｂ ガイドブロック
４４、４５ ブラケット
５１ 制御部
５２ 電源

Claims (6)

1. 中空円筒状の芯金上に樹脂層が被覆されている樹脂被覆ローラの樹脂層の表面を平滑にする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の両端部を回転自在に支持して回転駆動する回転駆動手段と、
   前記芯金の内部に設けられ、前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱する加熱手段と、
   前記樹脂被覆ローラの表面に当接して連れ回り回転する押圧平滑手段と、
   前記押圧平滑手段を前記樹脂層が溶融または軟化する温度以上に加熱する手段と、
   前記押圧平滑手段を前記樹脂被覆ローラの軸方向に並進可動するアクチュエータと、
   前記押圧平滑手段と樹脂被覆ローラとの当接箇所の温度を測定する温度センサと、
   該温度センサで測定した温度値に基づいて、前記当接箇所の温度が一定になるように前記加熱手段を制御する制御手段と、
   を備えている樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
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、
   前記押圧平滑手段および該押圧平滑手段を加熱する手段を共に複数備えることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
3. 請求項２に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
   前記芯金内部の加熱手段は複数備えるとともに、該複数の加熱手段は前記樹脂被覆ローラの軸方向に対して、相互に異なる加熱パターンを有していることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
4. 請求項３に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
   前記複数の加熱手段は、前記樹脂被覆ローラの軸方向に対して左右対称の加熱パターンを有していることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。
5. 請求項１〜４の何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、
   前記加熱手段は赤外線ハロゲンヒータ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。
6. 請求項５に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、
   前記加熱手段の一端の電極に接離自在な給電電極と、
   該給電電極を介して前記加熱手段へ電力を供給する手段と、
   前記加熱手段を前記樹脂被覆ローラ内部の軸方向に挿抜自在な案内手段とを備えていることを特徴とする樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置。

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