JP2006052785A - 樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉の芯金を使った樹脂被覆ローラであっても、軟化した樹脂被膜を平滑度の高い円筒加圧部材で押圧することで、高精度に平滑化する。
【解決手段】樹脂被覆ローラ１の内部に設置された発熱体７に電力を供給して、樹脂被覆ローラ１の表面が軟化溶融した状態で定速回転させ、同時に、軸方向に移動する搬送装置１５上に支持された円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１と接触しないように退避させた状態で、モータ１２によって定速回転させておく。次に、エアシリンダ１４を用いて、円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１側に所定量張り出させ、搬送装置１５を矢印Ｘ方向に定速で移動させ、円筒加圧部材５の表面形状を樹脂被膜に転写する作用を及ぼし、樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化する。
【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置に関し、さらに詳しくは、表面がフッ素樹脂のような熱可塑性樹脂で被覆されたローラの表面を平滑にする平滑化装置であって、特に電子写真方式の画像形成装置等に用いられる定着ローラに応用されるほか、表面が熱可塑性樹脂で被覆された円筒形状物の表面の平滑化に応用可能である。

本発明に関連する発明として、特許文献１に記載された「定着装置及び表面加工方法」が知られている。この発明は、折り目の有るフッ素樹脂チューブを被覆した定着部材または加圧部材に対して、簡単な方法で折り目部の表面凹凸を改善し、画像折り目跡やローラ汚れを改善することを目的とし、折り目の有るフッ素樹脂チューブを被覆した定着部材または加圧部材の表面に、加熱した表面平滑部材を押し当てることにより、折り目部の表面凹凸を平滑にするものである。

また、樹脂被覆ローラの平滑化方法の他の例として、電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着ローラの表面平滑化工程でバニッシュ工法が使用されている。この工法は、樹脂被覆ローラに平滑用加圧コロを押圧し、平滑用加圧コロを樹脂被覆ローラと連れ回り回転させ、且つ横送りさせて樹脂被覆ローラ表面を平滑化する。
特開２００１−１０９２９５号公報

電子写真方式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は、芯金に熱可塑性樹脂を被覆した構成を備えている。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、及びトナー定着温度（通常１８０〜２００℃）での連続耐久性等が要求されるため、ＰＦＡ樹脂を主成分とする離型性樹脂（例えば、フッ素樹脂等）が用いられることが多い。トナーに対する離型性を得るため、前記樹脂面は、粗さＲｚ １〜３μｍ、うねり２〜４μｍ程度の平滑性が要求される。この平滑性を得る方法として、ローラの軸方向へ移動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、前記樹脂面に押圧し、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、樹脂の表層面を押し潰し、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。

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。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いが、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問題がある。

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。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたもので、樹脂被覆ローラの表面をバニッシュ工法で平滑化する装置において、薄肉のローラに対しても適用を可能にすることを目的とする。

請求項１の発明は、薄肉の芯金を使った樹脂被膜ローラであっても、軟化した樹脂被膜を平滑度の高い円筒加圧部材で押圧することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。

請求項２の発明は、円筒加圧部材で押圧した跡を、平滑度が高い円筒加圧部材を樹脂被覆ローラの回転方向とは逆方向に回転させ、所定の荷重で押圧し、軸方向に移動することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。

請求項３の発明は、円筒加圧部材と樹脂被覆ローラの回転速度に周速差を設け、所定の荷重で押圧し、軸方向に移動することで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。

請求項４の発明は、円筒加圧部材の表面を薄層構造にすることで、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを簡便な装置で提供することを目的とする。

本発明は、平滑用加圧コロを回転自在にするための駆動源を有し、回転速度及び回転方向を制御し、かつ、樹脂被覆ローラ表面に対し横送りさせて、樹脂被覆ローラ表面を平滑化する。さらに、平滑用加圧コロの表面を薄層構造にすることで、樹脂被覆ローラ表面との離型性が高く、平滑用加圧コロで押圧した樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化することが可能である。

請求項１の発明は、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表面より平滑度が高い表面を有する円筒加圧部材と、該円筒加圧部材を回転する第１の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧する押圧手段と、前記樹脂被膜ローラの表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い温度に加熱する手段と、前記樹脂被覆ローラを回転する第２の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧しながら軸方向に移動する移動手段を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記移動手段は前記円筒加圧部材を軸方向に往復動させ、前記円筒加圧部材の往動時と復動時とで前記円筒加圧部材の回転方向を逆方向とし、前記樹脂被覆ローラの表面に押圧することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の回転速度は、前記樹脂被覆ローラの回転速度より大であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いず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、前記円筒加圧部材の表面は、薄層構造であることを特徴とする。

請求項１記載の発明の構成によれば、樹脂被覆ローラを加熱し樹脂被膜を軟化させ、平滑度の高い円筒加圧部材を所定の回転速度で駆動しながら、所定の荷重で押圧するので、ＰＦＡ等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を有する樹脂被覆ローラを提供することができる。

請求項２記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材で押圧した跡を、平滑度が高い円筒加圧部材で樹脂被覆ローラの回転方向とは逆方向に回転させ、所定の荷重で押圧しながら軸方向に移動するので、ＰＦＡ等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを提供することができる。

請求項３記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材と樹脂被覆ローラの回転速度に周速差を設け、円筒加圧部材を所定の荷重で押圧し、軸方向に移動するので、高精度な表面うねりを低減した樹脂被覆ローラを提供することができる。

請求項４記載の発明の構成によれば、円筒加圧部材の表面を薄層構造にすることで、ＰＦＡ等の樹脂の付着を低減することが可能で、高精度な平滑面を有した樹脂被覆ローラを提供することができる。

以下、本発明の実施形態による樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を、図１〜図７を用いて説明する。
図１は、樹脂被覆ローラの側面及び断面構成を示す図である。
樹脂被覆ローラ１は、アルミニウム製で外径４０ｍｍφ、肉厚０.４ｍｍ、胴部長３２０ｍｍの芯金２の周囲にプライマ層３を介して樹脂被膜層４が積層された構成で、例えば電子写真画像形成装置の定着ローラとして好適に使用される。平滑化しようとする樹脂被膜層４の厚さは、約２０μｍで、約２４０℃を越えると樹脂被膜層４は軟化溶融を開始する。

図２は、樹脂被覆ローラ１及び円筒加圧部材５が近接して配置されている様子を示す図である。
樹脂被覆ローラ１の両端を支持部材６ａ、６ｂで支持し、円筒加圧部材５の片端を支持部材８で支持する。発熱体７を樹脂被覆ローラ１の内部に配置し、発熱体７に電力を供給して、樹脂被覆ローラ１を所定の温度に加熱させておく。このとき、樹脂被覆ローラ１の内面の温度が樹脂被膜の軟化温度以上になるように、発熱体７に供給する電力を調整して昇温させる。

図３は、本実施形態の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図、図４は、図３と異なる実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。
図３において、円筒加圧部材５は支持部材８とベアリング９により回転可能に支持されており、モータ１２が回転することにより、歯車１１が回転し、歯車１０を介して回転力が伝えられ回転する。モータ１２の回転力の伝達方法としては、図４に示すように、モータ１２の回転軸にプーリ１６ａを取付け、円筒加圧部材５の回転軸にプーリ１６ｂを取付け、ベルト１７により回転させることもできる。また、円筒加圧部材５を回転させるために、１００〜１４００ｒｐｍ程度の回転速度の速度可変モータを用い、回転方向を適宜正転方向、逆転方向に切り替え可能としている。

円筒加圧部材５を、エアシリンダ１４を伸縮させて、樹脂被覆ローラ１の中心軸方向に前後進動作させることにより、円筒加圧部材５の表面で樹脂被覆ローラ１の表面を押圧することが可能である。また、円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１の軸方向に往復移動するために、搬送装置１５（アクチュエータ或いは移動ステージ）を用いて、樹脂被覆ローラ１の全長より長いストローク長に亘って移動可能にすることで、樹脂被覆ローラ表面の全面を押圧することが可能である。また、搬送装置１５は図３に示す位置から矢印Ｘの方向に往動作し、樹脂被覆ローラの右方の位置から矢印Ｘと逆方向に復動作することができるようになっており、樹脂被覆ローラ１の回転方向が正転方向、逆転方向に切り替え可能になっていることと相俟って、様々な態様で樹脂被覆ローラの表面を押圧することが可能である。

図３に示す平滑化装置を用いて、樹脂被覆ローラ１の樹脂被膜層４の表面を平滑化する操作について説明する。
まず、樹脂被覆ローラ１の内部に設置された発熱体７に電力を供給して、樹脂被覆ローラ１の表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い所定の温度に加熱させ、樹脂被覆ローラ表面が軟化溶融した状態で、樹脂被覆ローラ１の両端を支持部材６ａ、６ｂで支持し、図示しないモータ等の駆動源によって定速回転させておく。同時に、軸方向に移動する搬送装置１５上に支持された円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１と接触しないように退避させた状態で、モータ１２等の駆動源によって定速回転させておく。モータ１２の回転方向、回転速度等はコントローラ１３によって適宜制御する。なお、初期状態では、円筒加圧部材５が樹脂被覆ローラ１の端部から外れる位置となるように搬送装置１５を左方に移動しておく。

次に、樹脂被覆ローラ１の樹脂被膜層４の表面を平滑化するため、エアシリンダ１４等の押圧手段を用いて、円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１側に所定量張り出させ、この状態で搬送装置１５を矢印Ｘ方向に定速で移動させる。これにより、表面平滑度が高い円筒加圧部材５は回転した状態で、所定の荷重で樹脂被覆ローラ１の樹脂被膜層４を押圧し、軸方向に移動することになり、円筒加圧部材５の表面形状を樹脂被膜に転写する作用を及ぼし、樹脂被覆ローラ表面を均一に平滑化する。

円筒加圧部材５の回転方向は、コントローラ１３の設定により、モータ１２の回転方向を樹脂被覆ローラ１の回転方向とは逆方向に等速回転させ、つまり円筒加圧部材５と樹脂被覆ローラ１の接触点での相対速度が小となる方向で回転させるとともに、エアシリンダ１４により所定の荷重で押圧することで、円筒加圧部材の表面形状を樹脂皮膜に転写する。

また、円筒加圧部材５の回転速度は、コントローラ１３の設定により、樹脂被覆ローラ１の回転速度より速く回転させることにより、周速差をもたせ、円筒加圧部材５により樹脂被覆ローラ表面をバニッシングする作用を及ぼし、樹脂被覆ローラの表面を均一に平滑化する。円筒加圧部材５を樹脂被覆ローラ１の表面に沿って往動作、つまり片道だけの平滑化によっては目的とする所期の平滑度が得られないときは、復動作を行い、このとき円筒加圧部材５の回転方向を往動作時とは逆回転させながら、所定の荷重で押圧しながら軸方向に移動することにより、ＰＦＡ等の樹脂表面に作用するせん断力を減少し、高精度な平滑面を形成することができる。

図５は、樹脂被覆ローラの表面を平滑化する際の、円筒加圧部材の回転速度と樹脂被覆ローラ表面に生じるうねりの関係を示すグラフである。
実施例では、図５に示すように、円筒加圧部材５の回転数を、樹脂被覆ローラ１の回転数に対して２０％程度上げることで、樹脂被覆ローラ表面のうねり（ＷＣＭ）が低減することを確認している。

図６は、円筒加圧部材及び表面処理層の詳細を示す図である。
円筒加圧部材５の表面処理層は、図６に示すような表面処理層１８からなる薄層構造を形成している。これは、樹脂被覆ローラ１の軟化溶融された樹脂被膜層４に円筒加圧部材５を押圧すると、樹脂被覆ローラ１のＰＦＡが円筒加圧部材５の表面に乗り移り、樹脂被膜層４との間に吸着力が作用するためである。円筒加圧部材５の表面処理層１８としては、フッ素樹脂コーティングや金属メッキ（ハードクロムメッキ或いは無電解Ｎｉメッキ）等があり、０.５〜５μｍの厚さの薄層で、表面硬度は６００Ｈｖ以上が望ましい。

実施例１の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置では、樹脂被覆ローラ１を３００ｒｐｍで回転させ、円筒加圧部材５を３０分間押圧した後、円筒加圧部材５の表面処理層１８に付着したＰＦＡの量を測定した。
図７は、実施例１において表面処理層の材質を変更した際の測定結果を示す表である。
測定結果は図７の表に示すように、フッ素樹脂コーティングや金属メッキを施すことにより、円筒加圧部材５の表面に付着するＰＦＡが低減することを確認している。この構成によれば、軟化または溶融された樹脂被膜層４と円筒加圧部材５の離型性が向上し、樹脂被覆ローラ表面を更に均一に平滑化することが可能である。

樹脂被覆ローラの側面及び断面構成を示す図である。 樹脂被覆ローラ及び円筒加圧部材が近接して配置されている様子を示す図である。 本発明の実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。 図３と異なる実施例の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置を示す正面図である。 樹脂被覆ローラ表面を平滑化する際の、円筒加圧部材の回転速度と樹脂被覆ローラの表面に生じるうねりの関係を示すグラフである。 円筒加圧部材及び表面処理層の詳細を示す図である。 実施例１において表面処理層の材質を変更した際の測定結果を示す表である。

符号の説明

１…樹脂被覆ローラ、２…樹脂被覆ローラの芯金、３…プライマ層、４…樹脂被膜層、５…円筒加圧部材、６…（樹脂被覆ローラの）支持部材、７…発熱体、８…（円筒加圧部材の）支持部材、９…ベアリング、１０…歯車、１１…歯車、１２…モータ、１３…コントローラ、１４…エアシリンダ、１５…搬送装置、１６…プーリ、１７…ベルト、１８…（円筒加圧部材の）表面処理層。

Claims (4)

1. 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表面より平滑度が高い表面を有する円筒加圧部材と、該円筒加圧部材を回転する第１の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧する押圧手段と、前記樹脂被膜ローラの表面温度を被覆された樹脂の軟化温度より高い温度に加熱する手段と、前記樹脂被覆ローラを回転する第２の駆動手段と、前記円筒加圧部材を前記樹脂被覆ローラに押圧しながら軸方向に移動する移動手段を備えたことを特徴とす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、前記移動手段は前記円筒加圧部材を軸方向に往復動させ、前記円筒加圧部材の往動時と復動時とで前記円筒加圧部材の回転方向を逆方向とし、前記樹脂被覆ローラの表面に押圧す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１または２に記載の樹脂被覆ローラ表面の平滑化装置において、前記円筒加圧部材の回転速度は、前記樹脂被覆ローラの回転速度より大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。
4. 請求項１乃至３いず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、前記円筒加圧部材の表面は、薄層構造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。