JP2005076720A - ジャーナル部を備えたローラ、定着ローラ及び加圧ローラ - Google Patents

Abstract

【課題】特別な加工を追加することなく、わずかの工程追加によって、芯金形状精度を一定に保つことができるので、膜厚偏差を小さくすることができるジャーナル部を備えたローラを提供する。
【解決手段】軸受により回動自在に支持されると共に、駆動力伝達用の歯車が係合支持されるジャーナル部７を備えたローラに関する。ジャーナル部７には歯車を係合支持する小判カット部８がジャーナル部７の回転軸に直交する断面内に４箇所以上設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受により回動自在に支持されると共に、駆動力伝達用の歯車が係合支持されるジャーナル部を備えたローラに関し、複写機等において、転写紙等に形成されたトナー像を加熱および加圧して定着させる熱定着方式の定着装置に備える定着ローラ及び加圧ローラに関するものである。

従来、転写材上に形成されたトナー画像を定着する方法として、一般に熱と圧力による熱定着方式が用いられている。具体的には、記録紙（転写材と同じものを示す）上に形成されたトナー像を記録紙とともに、内部に加熱源を持った定着ローラと相対する加圧ローラの間を通過させ、その間にトナーに熱を与え、溶融を起こさせ、同時に両ローラ間の圧力によってトナー像を記録紙上に定着させるものである。

近年、この熱定着方式を用いる装置では、定着ローラ表面の昇温時間、いわゆるウォームアップ時間の短縮と同時に、定着画像の高画質化が望まれている。ウォームアップ時間の短縮には、定着ローラの芯金肉厚を薄くする効果が大きいが、その機能上剛性も重要であるため、あまり薄くすることはできない。

芯金を薄くすると強度が低下し、加圧ローラとの押付け力によって、容易に変形するため、安定した定着画像を得ることができなくなる。芯金の肉厚を薄くすることによる影響として、使用する素管の肉厚も薄くなるため、定着ローラを回転自在に支持するための軸受け取付部として必要なジャーナル部の肉厚も薄くなる傾向にある。

また、定着ローラ芯金として図７〜図９に示されるものが従来用いられている。この芯金１は、胴部６と、胴部６の両端が絞り加工されたジャーナル部７と、ジャーナル部７の一部を中心軸と平行にカットした小判カット部８とを備え、ジャーナル部７が定着装置側の軸受９で回動自在に支持され、小判カット部８で樹脂製の駆動用歯車１０を係合して駆動力が伝達される。

本出願人は先に薄肉定着ローラの加工方法として、特開２００２−１２６８２４号公報に記載された発明を提案した。この加工方法は、図１０（Ａ）に示すように、先ず、素管２２をコレットチャックで保持し、スピニングローラ４１を用いて素管２２のジャーナル部となる端部２７，２８側から中央側に向けて絞り加工する。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、端面加工用バイト４３により素管２２の端部（ジャーナル）の端面を加工する（長さを揃える）工程と、内径面取り加工用バイト４２によりワークである素管２２を両端側から押さえるための内径面取り加工（センタ加工）する工程とを行う。

次に、図１０（Ｃ）に示すように、エンドミル４４により素管２２の端部（ジャーナル）の一部を除去する。即ち、端部の直径上に対向する円弧状部分を中心軸と平行に除去する、所謂小判カットを行う。また、この小判カットの代わりに片側のみ除去する、所謂Ｄカットや、Ｕ字形状に切り欠く、所謂Ｕカットを行っても良い。これらの小判カット、Ｄカット、Ｕ字形状切欠は駆動ギアの回り止めのために形成されている。

次に、図１０（Ｄ）に示すように、この補強リブ形成工程では、スピニングローラ４５を用いたスピニング加工による補強リブを形成する工程を行う。次に、図１０（Ｅ）に示すように、最後に中央のリブが形成された素管２２の胴部外表面を、先ず粗切削用２本組バイト４７で粗切削し、その後に仕上げ切削用バイト４８で仕上げ切削する。

次に、図１０（Ｆ）に示すように、塗装ノズル４９からフッ素樹脂５０を塗装後に焼成によるフッ素樹脂層を成膜化するコーティング工程を行う。次に、図１０（Ｇ）に示すように、フッ素樹脂塗装面を研磨テープ５１により研磨するテープ研磨工程を行い定着ローラが完成する。

この加工方法では、まず、両端加工機にて、素管胴部をチャッキングし、素管両側の絞り加工を行い、所定の形状寸法まで絞る。その状態のまま、絞り部端面と内径面取りの切削加工を行う。端面の切削加工は全長設定のためであり、内径面取りの切削加工は後工程での芯金保持に用いるための加工である。

次に駆動用歯車の回転力を定着ローラ芯金に伝える手段として必要なジャーナル部の平坦面２８ａを削り出す。ジャーナル部の直径上に対向する円弧状部分を中心軸と並行に除去して製作するものであり、小判カットと呼んでいる。この他、片側のみを除去する，Ｄカットや、Ｕ字形状に切り欠くＵカットなどがある。

ジャーナル部芯金の肉厚が厚ければ、どの形状を選択しても使用時の問題はないが、今、使用する芯金は肉厚２ｍｍ以下であるため、上記の小判カットが最適である。Ｄカットでは芯金の一部のみに定着ローラとしての使用時に大きな力が働くため、芯金が破壊する恐れがあり、Ｕカットでは、後工程での芯金支持が不安定で、かつ使用時には応力集中しやすく、やはり芯金破壊の可能性が高い。

小判カット終了後、別の加工機上において、内径面取り部を用いて芯金を支持し、芯金胴部にリブを塑性加工により形成する。そして、胴部およびジャーナル部の外径を切削加工して、所定の寸法に仕上る。これで、芯金の形状としては完成となる。

定着ローラの工程としては、この芯金上にシリコーン膜を形成し、さらにフッ素樹脂層を形成して完成させる。フッ素樹脂層には、ＰＦＡ（四フッ化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン−六弗化プロピレン樹脂）などが多く用いられる。

今、外径切削後の芯金品質をみると、駆動用歯車が支持される側、すなわち小判カットが加工された側において、芯金端部から約１００ｍｍの位置において、真円度が極端に悪くなっている。この真円度の値は、テフロン（登録商標）塗装等工程が進むにつれて改善され、最終品質には影響を与えない程度に小さくなるので、定着ローラとしての完成品では問題ではない。

しかし、定着ローラ製造工程においては、芯金仕上切削後の表面上にシリコーン層を形成しなければならないため、切削終了時の芯金形状を精度良く仕上げておく必要がある。

芯金上にシリコーン層を形成する方法として、いくつか挙げられる。芯金を型の中央に置き、その周辺にシリコーン塗料を流し込み加硫させる方法、芯金に直接シリコーン液を吹き付け所定のコーティング厚さを作る方法、芯金表面にシリコーン塗料を乗せ不要な部分をそぎ取る方法などである。

シリコーン層厚さは多くの場合、１００μｍ〜５００μｍと厚いため、吹き付け方法では塗装時間が膨大にかかること、シリコーンゴムの状態によってはダレやすいことなどがあるので、型を使う方法や余分なシリコーンをそぎ取る方法が用いられる。例えば、特許第２６９１２８４号や、特開２００２−５９０６５号等に示される方法である。液状シリコーンのコーティング材を、ブレード（ナイフ）と回転する芯金の間に供給し、１本以上のブレードを用いて、芯金との間隔を調整して、芯金表面に任意の厚みのコーティング層を得る方法である。この方法を用いれば、芯金表層に任意の厚みのコーティング層を得ることが可能となる。
特開２００２−１２６８２４号公報 特開２００２−１２６９０４号公報 特開２００１−２４２７３２号公報 特開２００１−１３８０５号公報

しかしながら、どの方法でも、芯金の形状精度が上記のように悪いとその形状を残したまま表層が成形されてしまい、一断面でみた場合、明らかにシリコーン膜厚の異なる部分ができ、所定の寸法にシリコーン膜厚を維持管理することは難しかった。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、軸受により回動自在に支持されると共に、駆動力伝達用の歯車が係合支持されるジャーナル部を備えたローラにおいて、前記ジャーナル部には前記歯車を係合支持する平坦な機械加工面が前記ジャーナル部の回転軸に直交する断面内に４箇所以上設けられていることを特徴とするジャーナル部を備えたローラである。

また、請求項２の発明は、前記平坦な機械加工面は、その数が偶数個であって、かつ前記回転軸に対し相対する位置の組からなることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラである。

また、請求項３の発明は、前記平坦な機械加工面は、すべて同一形状であることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラである。

また、請求項４の発明は、前記平坦な機械加工面は、相対する一対のみが同一形状であり、その他が別形状であることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラである。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを電子写真装置で用いられる定着装置に使う定着ローラの芯金として用いたことを特徴とする定着ローラである。

また、請求項６の発明は、請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを電子写真装置で用いられる定着装置に使う加圧ローラの芯金として用いたことを特徴とする加圧ローラである。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、ジャーナル部に生じたひずみのアンバランスを１断面内で均一に保つことができるので、外径切削後の芯金胴部形状を部分的に変形することもなく仕上ることができるので、その芯金表面に狙った膜厚のコーティング層を均一に得ることができる。

また、請求項２の発明によれば、外径切削後の芯金胴部形状を部分的に変形することもなくより真円近くに仕上ることができるので、その芯金表面に狙った膜厚のコーティング層をより均一に得ることができる。

また、請求項３の発明によれば、平坦な機械加工面と組み合わされる駆動用歯車の取付けの方向が制約されることなく、容易に組み付けることができる。

また、請求項４の発明によれば、平坦な機械加工面と組み合わされる駆動用歯車の取付けできる位置が限定されるので、迷うことなく、容易に組み付けることができる。また、機械加工面加工時に機械加工面の距離の寸法管理が容易になり、生産性があがる。

また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを定着装置での定着ローラの芯金として用いることで、薄肉の芯金でも軸方向に変形の少ない形状を容易に形成することができるので、芯金表層に設けるシリコーン層膜厚の安定した定着ローラをより安価に製造することが可能となる。

また、請求項６の発明によれば、請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを定着装置での加圧ローラとして用いることで、薄肉の芯金でも軸方向に変形の少ない形状を容易に形成することができるので、芯金表層に設けるシリコーン層膜厚の安定した加圧ローラをより安価に製造することが可能となる。

以下、本発明に係る定着ローラおよびその構成についての実施例を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明に係る一実施形態の定着ローラの基本的な構成を示す断面図、図２は本発明に係る一実施形態のジャーナル形状（小判カット４ヶ所）を示す図、図３は図２のＡ−Ａ断面を示すジャーナル部断面図である。図１に示すように、ローラ断面中心側から、芯金１、第１接着層２、弾性層３、第２接着層４、および離型層５を順次有している。

芯金１は、アルミニウム合金の外径φ４０ｍｍで、ローラとして立上り時間も重要なため、薄肉化しており、胴部肉厚０．４ｍｍとする。ジャーナル部７は、立上り時間よりも強度重視のため、１ｍｍ以上とする。

この芯金１は、特開２００２−１２６９０４号公報や特開２００２−１２６８２４号公報で示したように、絞りローラによる絞り加工によって縮径し、両端部のジャーナル部７を成形しているものである。絞りローラによるジャーナル部７の成形は、加工油や洗浄剤の不要な乾式で行え、かつ、胴部保持で加工が行われるため、芯金の同軸度を確保できる工法である。多くの場合、縮径加工はスウェージ加工が用いられ、加工タクトは短いが、加工油の使用や洗浄工程が必須であること、両端を同時には行わず、とんぼ加工を行うため、同軸度の確保が難しいことなどが課題として挙げられる。

上記のように、ジャーナル部７は素管の両端部を縮径させて所定のジャーナル寸法に仕上げているので、ジャーナル部７には塑性変形に伴うひずみ（残留応力）が必ず発生している。このひずみは、ジャーナル部全域に残留しており、このバランスが崩れると、大きな変形をもたらす。

図１１は小判カットによる芯金の変形を示す図であり、（Ａ）は小判カット加工前、（Ｂ）は小判カット加工後である。図１１（Ａ）に示すように、絞り加工された後のジャーナル部７は中空円筒形状をしている。そして、図１１（Ｂ）に示すように、通常行っている小判カット部８は、ジャーナル部７の外周の相対する位置に、中心軸と平行に２ヵ所機械加工によって設置している。

小判カット部８は、その形状から判るように、ジャーナル部７の外周面をさらに削っていることから、同一円周内でみた場合、ジャーナル部肉厚１１と比較して小判カット部肉厚１２を有する２ヵ所の肉厚の薄い部分ができることになる。すなわち、塑性変形によって内部に蓄積されたひずみが円周方向で不均一になるため、極端な楕円形状をジャーナル部７に生じさせる。芯金肉厚が厚い場合には、このひずみの不均一による変形は形状に現れてこないが、切削後の芯金肉厚が１ｍｍ以下になると、芯金１のジャーナル部７だけでなく芯金１の胴部６の一部にも大きな変形として現れてくる。

本発明では、このひずみの不均一による変形に注目し、図２、図３に示すように、平坦な機械加工面（小判カット部８）を中心軸（回転軸）に直交する１断面内で４等分に位置するように４ヶ所設定している。即ち、平坦な機械加工面（小判カット部８）は、その数が偶数個であって、かつジャーナル部７の回転軸に対し相対する位置の組からなる。この平坦な機械加工面（小判カット部８）は、本実施形態ではすべて同一形状である。さらに、この４箇所の平坦な機械加工面（小判カット部８）は同一円周内（ジャーナル部の回転軸に直交する断面内）で角度が等分になる位置に設けられている。

このように、１断面内に、均一な角度に、平滑な機械加工面（小判カット部８）を設けているため、小判カット部肉厚１２を有する肉厚の薄い部分ができても１断面では釣り合った状態を維持できるので、ジャーナル部７や胴部６を変形させることはない。

形状的には、３ヶ所以上の機械加工面を等間隔で設定すれば、ひずみのアンバランスを防ぐことができるが、奇数箇所では組み合わされる駆動用歯車１０（図６参照）の内径形状が複雑になるため、現実には、偶数箇所が好ましい。

本発明の芯金１を定着ローラとして使用するためには、以下の工程を行い完成させる。加工工程としては、通常の工程と同じで、平坦な機械加工面製作時に加工を２度以上繰り返しているだけである。片側のジャーナル部７に４ヶ所以上の機械加工面を設けた芯金１を作り、外径切削で形状を仕上ることで、芯金形状を完成させる。そして、この芯金表面に図１に示すように弾性層等を積層していく。第１接着層２の上に弾性層３を設け、弾性層３には耐熱性が要求されるため、シリコーンゴムやフッ素ゴムが用いられる。そして、この弾性層３上に第２接着層４を積層し、最後に離型性樹脂層である離型層５を積層させ完成させる。離型層５には、ＰＴＦＥやＰＦＡなどを用いる。

芯金の形状としては、特開２００２−１２６９０４号公報や特開２００２−１２６８２４号公報で示したようなリブ付でもいいし、もちろん、リブなしでも問題ない。本実施形態中で説明している絞り加工によるひずみの不均一によって生じる変形はリブを付けた形状でも防げないほどの変形を生じさせている。

この平滑な機械加工面（小判カット部８）は、定着ローラとしての使用時には、相対する２ヶ所の機械加工面を使用すれば十分であるが、４ヶ所ともすべてにおいて駆動用歯車１０と平坦部（小判カット部８）が組み合わせるようにして用いてもよい。

機械加工面（小判カット部８）の４ヶ所すべてにおいて、その相対する距離を同じにすることで、どの方向でも、駆動用歯車１０を挿入できるので、組み付けが容易になる。また、一つの小判カット部８にかかる回転時の力を分散できるため、駆動用歯車１０の空回りも防止できる。

機械加工面（小判カット部８）は、内部にひずみがたまった状態のジャーナル部７を削って仕上げるので、相対する機械加工面（小判カット部８）の距離を２方向で同一に維持することは管理上難しいため、一対の機械加工面（小判カット部８）の距離は駆動用歯車１０と組み合わされる距離を確保するが、もう１方の機械加工面（小判カット部８）は、相対する距離の管理をラフにし、かつ、見た目で判別できるように平滑な機械加工面（小判カット部８）の幅（図４（Ｂ）参照）や長さ（図５（Ｂ）参照）が異なるようにすることで、駆動用歯車１０の取付け方向を間違える恐れはない。

上記に示したように、相対する２対の平滑な機械加工面（小判カット部８）の距離を同じにするか、あるいは異とするかは、それぞれでメリット，デメリットがあるので、量産時の加工性や組み付け性を比較した上で適時設定すればよい。

本発明のローラは、例えば、画像形成装置に用いられる定着ローラとして、使用される。この定着ローラの加熱源として多くは、ハロゲンヒータを用いているが、特開２００１−２４２７３２号公報や特開２００１−１３８０５号公報に記載の誘導加熱方式を用いても問題ない。

また、加熱源への電力供給は、商用電源から行われているが、補助電源を設け、この補助電源から電力供給することも可能である。補助電源としては、特開２００２−１７４９８８号公報に開示されているような電気２重層コンデンサを利用するのが好ましい。

本発明の効果は、小判カット部８を等間隔に設定することで得ているが、同様の効果は、小判カット前に縮径加工（絞り加工）を行った直後に一度熱処理を行うことで得ることが可能である。しかし、量産工程の途中で熱処理を行うことは、加工の流れを止めてしまうことになるので、できれば避けたい工程である。本発明では、一つの加工機内で、小判カットを複数加工することは容易であるので、加工の流れを止めてしまう恐れはない。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の説明では、一例としてアルミニウム合金の芯金を用いた定着ローラについて行っているが、絞りのひずみのアンバランスは、程度の大小はあるが、どんな材質の中空材でも起こるものであるので、材質は限定しない。また、上記実施形態では本発明を定着ローラに適用した場合について説明したが、加圧ローラに適用することもできる。また、上記実施形態では小判カット部を４箇所設けた場合について説明したが、小判カット部と駆動用歯車の内径とが回動方向に係合して駆動力が伝達できれば５箇所以上に設けてもよい。本実施形態の如くジャーナル外径が３０φのときには、４〜８箇所であることが好ましい。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。

本発明に係る一実施形態の定着ローラの基本的な構成を示す断面図である。 本発明に係る一実施形態のジャーナル形状（小判カット４ヶ所）を示す図である。 図２のＡ−Ａ断面を示すジャーナル部断面図である。 本発明の他の実施形態（小判カット、幅変更）を示す図である。 本発明のその他の実施形態（小判カット、長さ変更）を示す図である。 駆動用歯車の正面図である。 従来の芯金形状例を示す図である。 従来のジャーナル形状（小判カット側）を示す図である。 従来の定着ローラ組付け状態を示す図である。 電子写真用定着ローラの製造方法を示す図であり、（Ａ）は素管の端部（ジャーナル）の絞り加工工程であり、（Ｂ）は端面及び面取り加工工程であり、（Ｃ）はエンドミルによるカット工程であり、（Ｄ）は補強リブ形成工程、（Ｅ）は胴部切削工程、（Ｆ）はコーティング工程、（Ｇ）はテープ研磨工程である。 小判カットによる芯金の変形を示す図であり、（Ａ）は小判カット加工前、（Ｂ）は小判カット加工後である。

符号の説明

１ 芯金
２ 第１接着層
３ 弾性層
４ 第２接着層
５ 離型層
６ 胴部
７ ジャーナル部
８ 小判カット部
９ 軸受
１０ 駆動用歯車
１１ ジャーナル部肉厚
１２ 小判カット部肉厚

Claims (6)

1. 軸受により回動自在に支持されると共に、駆動力伝達用の歯車が係合支持されるジャーナル部を備えたローラにおいて、前記ジャーナル部には前記歯車を係合支持する平坦な機械加工面が前記ジャーナル部の回転軸に直交する断面内に４箇所以上設けられていることを特徴とするジャーナル部を備えたローラ。
2. 前記平坦な機械加工面は、その数が偶数個であって、かつ前記回転軸に対し相対する位置の組からなることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラ。
3. 前記平坦な機械加工面は、すべて同一形状であることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラ。
4. 前記平坦な機械加工面は、相対する一対のみが同一形状であり、その他が別形状であることを特徴とする請求項１に記載のジャーナル部を備えたローラ。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを電子写真装置で用いられる定着装置に使う定着ローラの芯金として用いたことを特徴とする定着ローラ。
6. 請求項１〜４の何れかに記載のジャーナル部を備えたローラを電子写真装置で用いられる定着装置に使う加圧ローラの芯金として用いたことを特徴とする加圧ローラ。

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