JP2014082088A - Heat treatment apparatus and heat treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒状もしくは無端ベルト状の被加熱物の外周面に塗布された塗料を加熱硬化して塗膜を形成する際に用いる加熱処理装置及び加熱処理方法に関し、特に、画像形成装置の定着装置における定着ローラや定着ベルトの表面に各種層を形成する際に、塗膜を加熱硬化するのに適した加熱処理装置及び加熱処理方法に関する。 The present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for use in forming a coating film by heat-curing a coating applied to an outer peripheral surface of a cylindrical or endless belt-like object to be heated. The present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method suitable for heat-curing a coating film when various layers are formed on the surface of a fixing roller or a fixing belt in a fixing device.
近年、電子写真方式による画像形成装置は、カラー化、省エネルギー化が進んでおり、
それに伴い、用紙を挟み込んで圧しつつ熱によりトナーを溶融して用紙に定着させる定着
プロセスに用いる定着ユニットの定着回転体は、ローラ方式からベルト方式へと大きく構造が変化している。
In recent years, image forming apparatuses based on electrophotography have been progressing in color and energy saving.
Along with this, the structure of the fixing rotator of the fixing unit used in the fixing process in which the toner is melted and fixed to the paper by heat while sandwiching and pressing the paper is greatly changed from the roller system to the belt system.
この定着プロセスで用いられる定着回転体には、耐熱性ゴム(シリコーンゴム等)によ
る弾性層(100〜300μm程度)を形成した上にプライマ(接着剤)を塗布して、離
型層(フッ素樹脂等)を20〜30μm程度形成した多層構造の定着ベルトを用いるのが一般的となっている。
The fixing rotating body used in this fixing process is formed with an elastic layer (about 100 to 300 μm) made of heat-resistant rubber (silicone rubber or the like), and then a primer (adhesive) is applied to the release layer (fluororesin). In general, a fixing belt having a multilayer structure in which about 20 to 30 μm is formed is used.
多層の中、一番厚い弾性層は、通常浸漬工法により液状のシリコーンゴム等を塗装した後、加熱することで硬化を行い、弾性や強度等のゴムの特性を引き出すことにより形成される。近年の定着回転体では、凹凸紙溝部への定着性の向上のために弾性層の厚膜化が図られている。 In the multilayer, the thickest elastic layer is usually formed by applying liquid silicone rubber or the like by a dipping method and then curing by heating to extract the rubber properties such as elasticity and strength. In recent fixing rotators, the elastic layer is made thicker in order to improve the fixing property to the concave and convex paper grooves.
従来、前記弾性層を形成するための工法としては、液状のシリコーンゴムをスプレー塗布や浸漬塗布で塗装する方法が一般的に用いられてきた。シリコーンゴムによる当該弾性層は、上記の如き方式で塗装された後に加熱処理装置内で約100〜150℃程度の温度で加熱され硬化することで液状から固体へ変化し膜として形成されるのが一般的である。通常上記の加熱工程を1次硬化工程と呼び、従来は熱風炉を主体とした加熱処理方法が用いられてきた。 Conventionally, as a method for forming the elastic layer, a method of coating liquid silicone rubber by spray coating or dip coating has been generally used. The elastic layer made of silicone rubber is formed as a film by changing from a liquid to a solid by being heated and cured at a temperature of about 100 to 150 ° C. in a heat treatment apparatus after being coated by the above method. It is common. Usually, the above heating process is called a primary curing process, and conventionally, a heat treatment method mainly using a hot air furnace has been used.
いわゆる金庫炉タイプの熱風式オーブン(加熱処理装置)を用いて円筒形状の被加熱物を加熱する場合、被加熱物の中心軸を鉛直方向に向けて保持具で保持し、これを何本も炉内に投入して加熱(焼成)するバッチ方式による加熱が一般的に行われている。このようなバッチ方式による加熱で、無端ベルト状の上記定着回転体の外周面に塗装した液状のシリコーンゴムを硬化すると、塗膜の上部や端部に垂れが生じ易く膜厚の乱れが発生につながる。 When heating a cylindrical object to be heated using a so-called safe furnace type hot-air oven (heat treatment device), hold the object with the holder with the central axis of the object to be heated in the vertical direction. In general, heating by a batch system in which heating is performed in a furnace is performed. When the liquid silicone rubber coated on the outer peripheral surface of the fixing belt in the form of an endless belt is cured by such a batch method, dripping of the upper part and the end of the coating tends to occur, resulting in film thickness disturbance. Connected.
硬化するまでの間に液状のシリコーンゴムが垂れないように、熱風の設定温度を高く設定し急激に加熱することも考えられるが、高温による加熱では、液状のシリコーンゴムから空気が揮発し気泡となって破裂して、弾性層の表面にピンホール状の欠陥が発生しやすくなるため好ましくない。 It is conceivable that the hot air is set at a high temperature and heated rapidly so that the liquid silicone rubber does not hang before it cures. It is not preferable because it becomes ruptured and pinhole-like defects are likely to occur on the surface of the elastic layer.
画像形成装置の定着プロセスで用いられる定着回転体において、硬化過程に伴う欠陥は、ピンホールの径が0.1mmφ程度でも不良となり、後から修復することができない(ピンホールを埋めることが困難である)ため、製造時の良品率を低下させる一因となる。 In the fixing rotator used in the fixing process of the image forming apparatus, defects associated with the curing process become defective even if the pinhole diameter is about 0.1 mmφ and cannot be repaired later (it is difficult to fill the pinhole. Therefore, it becomes a cause to reduce the yield rate at the time of manufacture.
上記の課題(塗膜の垂れや外観欠陥)を解決するためには、加熱する際に被加熱物を保
持具で円筒形状の中心軸を水平に保持して回転させながら熱をかける方式が考えられる(特許文献1を参照)。
In order to solve the above problems (coating dripping and appearance defects), a method of applying heat while rotating the object to be heated while holding the cylindrical central axis horizontally with a holder is considered. (See Patent Document 1).
この場合は上記で紹介したような金庫炉タイプの熱風炉を用いてバッチで被加熱物を処理することに代えて、熱風炉と被加熱物の搬送装置とを組み合わせた連続加熱ができる連続熱風炉を用いることもできる。熱風炉においては、バッチ処理を行うと、その都度熱が外部に漏れ、炉内を所定の温度に戻すには時間がかかるため、被加熱物を1度に多数本まとめて処理しないと、時間効率もエネルギー効率も低下してしまう。そのため、円筒形状の中心軸を水平に保持して回転させながら熱をかける上記方式においては、これら効率性を考慮すると、連続熱風炉とすることが望ましい。 In this case, instead of processing the heated object in batch using the safe furnace type hot air furnace as introduced above, continuous hot air capable of continuous heating combining the hot air furnace and the conveying device of the heated object. A furnace can also be used. In a hot stove, when batch processing is performed, heat leaks to the outside each time, and it takes time to return the inside of the furnace to a predetermined temperature. Efficiency and energy efficiency are reduced. Therefore, in the above-described method in which heat is applied while rotating while holding the central axis of the cylindrical shape, it is desirable to use a continuous hot stove in consideration of these efficiencies.
しかし、連続炉であるため、加熱時間にもよるが、炉長が3〜6m程度と長くなりがち
であり、被加熱物の入口と出口とが離れた位置になってしまい、量産ラインに設置する際
の制約になり、また炉内を絶えず熱風で温めておく必要がある。例えば、加熱処理前には
1時間程度予熱が必要であり、また、昼休みなど作業者の休憩時間も加熱炉の熱風は温度
を維持することが必要で、消費電力が大きくなる欠点がある。
However, because it is a continuous furnace, depending on the heating time, the furnace length tends to be as long as 3 to 6 m, and the inlet and outlet of the object to be heated are separated from each other and installed in the mass production line. It is necessary to keep the inside of the furnace warm with hot air. For example, preheating is required for about 1 hour before heat treatment, and the temperature of the hot air in the heating furnace needs to be maintained during the break time of workers such as lunch breaks, resulting in a disadvantage that power consumption increases.
これらの欠点を回避するためには、熱風炉による加熱方式に代えて、特許文献2及び特許文献3に示されるように赤外線による加熱を使うことが行われている。赤外線による加熱の場合、加熱する際に熱源(ヒータ)に電気を供給すればよく、熱風炉のように消費エネルギーが大きくなることもない。
In order to avoid these drawbacks, heating by infrared rays is used as shown in Patent Document 2 and
具体的には例えば、円筒形状の金属からなる保持具にセットされた被加熱物は、保持具ごと加熱処理装置に投入され、外周に塗装された液状のシリコーンゴムが垂れないように数〜数十rpm(回転/分)の回転数で被加熱物を絶えず回転させておく。そして、被加熱物の近傍に配されたハロゲンヒータ及びその背後に配された反射板によって、被加熱物表面の液状のシリコーンゴムが加熱硬化される。 Specifically, for example, an object to be heated set in a holder made of cylindrical metal is put into the heat treatment apparatus together with the holder, and several to several so that the liquid silicone rubber painted on the outer periphery does not drip. The object to be heated is continuously rotated at a rotation speed of 10 rpm (rotation / min). The liquid silicone rubber on the surface of the object to be heated is cured by the halogen heater disposed in the vicinity of the object to be heated and the reflection plate disposed behind the halogen heater.
弾性層(シリコーンゴム層)の硬化を外側からの放射熱による加熱により行う場合、部分的に加熱すると、被加熱物が中心軸の回りに回転しているため、被加熱物のある部分の表面が、放射熱が当たり加熱される箇所と雰囲気中に曝され温度が下がる箇所を交互に通るので、温度ムラ生じてしまう。そのため表面が均一に硬化されず、しわ状の外観不良を発生させてしまう懸念があり、これを画像形成装置の定着回転体として用いた場合、出力画像に表れてしまう可能性がある。 When the elastic layer (silicone rubber layer) is cured by heating with radiant heat from the outside, the surface of the part with the object to be heated is rotated because the object to be heated rotates around the central axis. However, since the radiant heat strikes and passes through the place where it is heated and exposed to the atmosphere and the temperature is lowered, temperature unevenness occurs. Therefore, there is a concern that the surface is not uniformly cured and a wrinkle-like appearance defect may occur, and when this is used as a fixing rotating body of an image forming apparatus, it may appear in an output image.
また、外側から加熱することにより弾性層が外側の表面から硬化していくため、下層の未硬化層が硬化する際の残渣分が外部へ逃げてピンホール状の外観不良を発生してしまう懸念があり、これは後から修復不可能なため良品率低下の原因となる。この温度ムラの問題は、従来の薄い弾性層を加熱する際にはほとんど影響がなく無視できていたが、厚膜の弾性層を成膜する場合は無視できない程顕著に影響を受けるようになっていた。従って、高品質な厚膜弾性層を得るには、弾性層内部の精密な温度管理が求められる。 In addition, since the elastic layer is cured from the outer surface by heating from the outside, there is a concern that the residue when the lower uncured layer is cured escapes to the outside and a pinhole-like appearance defect occurs. Since this cannot be repaired later, it causes a decrease in the yield rate. This problem of temperature unevenness has been negligibly negligible when heating a conventional thin elastic layer. However, when a thick elastic layer is formed, it can be significantly affected. It was. Therefore, in order to obtain a high-quality thick film elastic layer, precise temperature control inside the elastic layer is required.
以上の問題は、定着回転体の外周面におけるシリコーンゴム等の弾性層の形成のみならず、広く外周面に塗料が塗布された円筒状または無端ベルト状の被加熱物を加熱硬化する際に用いる加熱処理装置全般に言えることである。 The above problems are used not only for the formation of an elastic layer such as silicone rubber on the outer peripheral surface of the fixing rotator, but also for heating and curing a cylindrical or endless belt-like object to which a paint is widely applied on the outer peripheral surface. This is true for all heat treatment equipment.
したがって、本発明は、外周面に塗料が塗布された円筒状または無端ベルト状の被加熱
物を加熱硬化する際に、塗膜の垂れやピンホール、スジむらなどの外観不良の発生を抑制することができ、かつ、省エネルギー化することができる加熱処理装置、及び加熱処理方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention suppresses the occurrence of poor appearance such as dripping of coating film, pinholes, stripe unevenness, etc. when a cylindrical or endless belt-like object to be heated whose paint is applied to the outer peripheral surface is heat-cured. It is an object of the present invention to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method that can save energy.
上記課題は、以下に示す本発明によって達成される。 The above-mentioned subject is achieved by the present invention shown below.
請求項1に記載された発明は、筒状の被加熱物の外周面に塗布された塗料を加熱硬化させる加熱処理装置であって、前記被加熱物を両端で支えるとともに熱的に封じる一対の保持部材と、前記一対の保持部材のそれぞれの中心を通る仮想中心軸を水平に保ち、当該仮想中心軸を回転軸として前記保持部材を回転させる支持回転機構と、前記被加熱物の内側に配置され熱を発生する内部熱源と、を備えることを特徴とする加熱処理装置である。 The invention described in claim 1 is a heat treatment apparatus for heat-curing a paint applied to an outer peripheral surface of a cylindrical object to be heated, and supports a pair of the objects to be heated and thermally sealed at both ends. A holding member, a support rotation mechanism for rotating the holding member around the virtual central axis as a rotation axis while keeping the virtual central axis passing through the centers of the pair of holding members horizontal, and disposed inside the object to be heated And an internal heat source that generates heat.
請求項1に記載された発明によれば、被加熱物がその端部を保持部材により熱的に封じられた状態でその中空部分に熱源が置かれ、前記回転手段により回転させられる前記保持部材と共に回転することで、まんべんなく熱を受けることになる。 According to the first aspect of the present invention, the holding member is rotated by the rotating means in which a heat source is placed in the hollow portion of the object to be heated and the end thereof is thermally sealed by the holding member. By rotating with it, you will receive heat evenly.
したがって、内側に熱を篭らせて前記被加熱物を回転させながら均一に加熱するため、塗膜の垂れやピンホールが生じることが抑制される。また、前記被加熱物が一様に加熱されるため、スジむらが生じることが抑制される。さらに、前記被加熱物を保持する保持部材は被加熱物の端部のみで被加熱物を保持しているので被加熱物の内側は内部が中空になっている。そうすると、円筒形状の中子を被加熱物の中へと通して保持部材とする場合等と比べて、保持部材の熱容量が大幅に低減され、省エネルギー化を図ることができる。 Therefore, since heat is spread inward and the object to be heated is uniformly heated while being rotated, the occurrence of coating film dripping or pinholes is suppressed. Moreover, since the said to-be-heated material is heated uniformly, it is suppressed that a stripe irregularity arises. Furthermore, since the holding member that holds the object to be heated holds the object to be heated only at the end of the object to be heated, the inside of the object to be heated is hollow. If it does so, compared with the case where a cylindrical core is passed in to-be-heated material and made into a holding member etc., the heat capacity of a holding member will be reduced significantly and energy saving can be aimed at.
以下、本発明の加熱処理装置及び無端ベルト部材について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the heat treatment apparatus and the endless belt member of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の例示的一態様である実施形態の被加熱物の概要を示す正面図と右側方向からの側面図である。ここで被加熱物は図6に示すように多層構造であり、基材21、接着層24、弾性層22、離型層23からなっている。
FIG. 1 is a front view showing an outline of an object to be heated according to an embodiment which is an exemplary aspect of the present invention, and a side view from the right side. Here, the object to be heated has a multilayer structure as shown in FIG. 6, and includes a
非加熱物4は筒状であり、筒の両端を一対の保持部材1でほぼ水平に支えている。保持部材1は、鍔部2と、挿入保持部3と、被回転部7とから構成される。挿入保持部3は非加熱物4の内部へ挿入されて被加熱物の内周の上端部を保持している。鍔部の外径は、想定される被加熱物の外径よりも十分に大きくされているので被加熱部の内部の熱が被加熱物の両端から漏れることがない。筒状の被加熱物の両端部は鍔部2によって熱的に封じられているので内部に熱を篭らせる。
The
保持部材は、金属または耐熱性のプラスチック材を用いて作製する。また、挿入保持部3を金属として内部熱源からの熱を昇温された金属からの伝導で被加熱部に伝わり易くすると共に、鍔部2と被回転部7を金属に比べて断熱性の高い耐熱プラスチックで構成することで省エネを図っても良い。支持回転部6と被回転部7との回転力の伝達は摩擦でもよいが、確実な駆動をするにはギヤを刻んでも良い。また、被加熱物の内部で発熱する内部熱源への給電用に、保持部材1の中心部に給電用の電線を通す細孔を設けたり、内部熱源8を保持部材1に固定して保持部材の外部からスリップリングなどで給電してもよい。内部熱源で空気を暖めて対流により昇温するには、熱源からの熱線が直接被加熱物の内周面に当たらないように内部遮蔽体を用いる。内部熱源からの熱線は内部遮蔽体に吸収され、熱線により昇温した内部遮蔽体は周りの空気を暖め、その空気が対流により被加熱物を暖める。対流による昇温の方が、輻射熱による昇温よりも被加熱物の内周面での温度の均一性を高くすることができる。
The holding member is manufactured using a metal or a heat-resistant plastic material. In addition, the
内部遮蔽体からも熱線が出るのでそれを効率よく吸収するために、被加熱物の内周面及び保持部材の内部熱源や内部遮蔽体からの輻射熱があたる面を熱線を吸収するように加工しても良い。例えば非常に細かい凹凸を付けたり黒色に加工することが効果的である。同様に保持部材の被加熱部材の内部に露出する面も熱線を吸収するように加工することが好ましい。 Since heat rays are also emitted from the internal shield, in order to absorb it efficiently, the inner peripheral surface of the object to be heated and the surface exposed to the radiant heat from the internal heat source and the internal shield of the holding member are processed to absorb the heat rays. May be. For example, it is effective to apply very fine unevenness or to process it into black. Similarly, it is preferable to process the surface of the holding member exposed to the inside of the heated member so as to absorb heat rays.
図1における筒状の被加熱物は挿入保持部よりも大きな内径を有しており、挿入保持部とは、上部の内周面で接触することになり、上部での摩擦力により挿入保持部とともに回転する。挿入保持部の外周面に細かい凹凸をつけて摩擦力を増すようにしても良い。 The cylindrical object to be heated in FIG. 1 has a larger inner diameter than the insertion holding part, and the insertion holding part comes into contact with the inner peripheral surface of the upper part, and the insertion holding part is caused by the frictional force at the upper part. Rotate with. You may make it increase a frictional force by attaching | subjecting a fine unevenness | corrugation to the outer peripheral surface of an insertion holding | maintenance part.
熱の封じ込めのためには完全密閉の必要はなく、内部熱源への給電のための細孔を保持部材に設けることは差支えない。また、内部熱源からの輻射熱を遮蔽する内部遮蔽体を設けることで、被加熱物の加熱方法が主に輻射熱によるものから、対流、伝導及び内部遮蔽体からの輻射熱に変換される。これにより、被加熱物の内周面の受ける熱の均一性の向上が期待できる。対流を積極的に行うために、保持部材1に被加熱物の内部の空気を撹拌する羽根などを設けても良い。内部遮蔽体としては板や金属たわしなど形態は問わない多様なものを用いる。 There is no need for complete sealing for heat containment, and it is possible to provide the holding member with pores for supplying power to the internal heat source. Also, by providing an internal shield that shields radiant heat from the internal heat source, the heating method of the object to be heated is converted from radiant heat mainly to convection, conduction, and radiant heat from the internal shield. Thereby, the improvement of the uniformity of the heat which the inner peripheral surface of a to-be-heated material receives can be anticipated. In order to actively perform convection, the holding member 1 may be provided with blades for stirring the air inside the object to be heated. As the internal shield, various types such as a plate and a metal scrub are used.
ここで、被加熱物について詳細に説明する。図6に、本実施形態の加熱処理装置によってシリコーンゴム層が加熱硬化されることで得られる定着ベルトの模式拡大断面図を示す。当該定着ベルトは、図6に示されるように、基材21の表面(外周面)にプライマ層(接着層)24を介して弾性層となるシリコーンゴム層22が形成され、さらにプライマ層(接着層)24を介して離型層23が形成されてなり、省略された両端が接続して環状になった無端ベルト状の物である。
Here, the object to be heated will be described in detail. FIG. 6 shows a schematic enlarged cross-sectional view of a fixing belt obtained by heat-curing a silicone rubber layer by the heat treatment apparatus of this embodiment. In the fixing belt, as shown in FIG. 6, a
基材21の材質は樹脂であり、具体的にはポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂など
が好適なものとして挙げられ、通常、延伸成型により50〜90μm程度の厚さで無端ベ
ルト状に成型される。
The material of the
シリコーンゴム層22は、弾性層として機能する層であり、既述の通り液状のシリコー
ンゴムを塗布し、それを加熱して硬化することで硬化して形成されるものである。シリコ
ーンゴム層22の厚みは、通常100〜300μm程度の範囲から選択される。
The
離型層23は、15〜25μm程度の厚みのフッ素樹脂(PFA、PTFEなど)から
なる層である。
The
プライマ層24は、厚さ数μm程度の接着性を有する層である。接着性向上のために、各機能を有する各層(基材21,弾性層22,離型層23)の間に介在させる。
The
上記の各層は、基材21の表面(外周面)に、積層させるべき順に塗装して加熱を繰り
返すことで積層される。これら各層は、例えば特許文献3に記載の塗膜形成装置や従来か
らのスプレー塗布法あるいは浸漬塗布法等による塗装装置などを用いて塗装することができる。
Each of the above layers is laminated on the surface (outer peripheral surface) of the
図2は、被加熱物の内径と挿入保持部の外形がほぼ等しい場合の様子を示している。挿入保持部は被加熱物の中に嵌るように挿入され鍔部2で熱的に内部が封じ込められる。内部の空気中の熱は先ず挿入保持部で封止され、さらに鍔部で封止されるので熱の閉じ込めの度合いが、図1の場合にくらべ向上する。また、被加熱物の形状がほぼ円筒状になり対称性が高まることから被膜の均一性の向上を図れる。 FIG. 2 shows a state where the inner diameter of the object to be heated is substantially equal to the outer shape of the insertion holding portion. The insertion holding portion is inserted so as to fit in the object to be heated, and the inside is thermally sealed by the flange portion 2. The heat in the air in the interior is first sealed by the insertion holding portion and further sealed by the flange portion, so that the degree of heat confinement is improved as compared with the case of FIG. Further, since the shape of the object to be heated is substantially cylindrical and the symmetry is increased, the uniformity of the coating can be improved.
図3は支持回転部6により被加熱物4が駆動され回転する様子を示している。被加熱物は両端で保持部材により支えられ保持部材の動きに従って回転する。保持部材の外側部分には被回転部7が設けられており、2つの支持回転部6の上に乗る形で支持回転部6と被回転部7が接触して回転駆動する。また、上方から被回転部7を支持回転部6の間に挟み、且つ、仮想中心軸方向で被加熱物に向かって押圧する押圧部材17を設けることで回転が安定する。内部熱源8は棒状のハロゲンヒータなどを用いている。
FIG. 3 shows a state in which the object to be heated 4 is driven and rotated by the
前記被加熱物と保持部材を組合せた状態で軸方向を水平方向に維持する向かい合わせの支持回転部6にて被処理物の仮想中心軸の周りに30rpmで回転させつつ、非加熱物の軸心上に直径10mmφ、全長550mm、両端から150mmの範囲が2.9W/mm、その内側250mmの範囲が1.9W/mm出力のハロゲンヒータ8を同軸度±5mm以内で配置し加熱する。ヒータは被加熱物の仮想中心軸に合わせている。
The shaft of the non-heated object is rotated at 30 rpm around the virtual central axis of the object to be processed by the opposed
図4に加熱処理装置全体の装置概要を示す。筺体14に囲われた中でベース13上に支持回転部6とヒータを被加熱物の軸心上に運ぶためのハンドル11のスライドレールを備えている。図4に示す支持回転機構の例では、支持回転部6と、被加熱物4を回転させるための動力源として自転モータ9とその動力を支持回転部6に伝達するチェーン10を備えている。また、別の例としては、チェーンを介さずに直接保持部材をモータなどで駆動しても良い。
FIG. 4 shows an outline of the entire heat treatment apparatus. The
ここでは、保持部材1の中心軸は内部熱源となるヒータを挿入可能な孔が設けられている。被加熱物の軸心にヒータを運ぶためのハンドル11引いて、保持具を装着した状態の被加熱物を支持回転部6の上にセットした後、ハンドル11を中へ押し込んでヒータ8を差し込む。
Here, the central axis of the holding member 1 is provided with a hole into which a heater serving as an internal heat source can be inserted. The
この被加熱物の中心軸の下を通るスライドレール上には被加熱物の軸方向長さに合わせて中心部と両端部の計3箇所に配置された放射温度計12が設置されており、加熱処理中の被加熱物の表面温度をモニタリングしながら温度調節器により被加熱物表面が目標温度になるよう制御されている。
On the slide rail passing under the central axis of the object to be heated, there are installed
図4に示す加熱処理装置において、弾性層22が塗布された被加熱物4を保持部材1に保持させ、装置の支持回転部6にセットする。セットする際はハンドル11を引いてヒータ8を支持回転部6にワークを乗せる邪魔にならないよう逃がしておき、セット後にハンドル11を押入れてヒータ8を円筒形体の中心軸上に配置する。
In the heat treatment apparatus shown in FIG. 4, the
中心軸上にヒータ8を通した状態で自転モータ9を出力する。発生した回転動力は、自転モータ9のシャフトと各スプロケットとが噛合し、チェーン10を介して支持回転部6に伝わり、上に乗っている円筒形体を振れ2mm以内で、回転速度50rpmにて回転させる。
The rotation motor 9 is output in a state where the
回転が始まると同時にヒータ8に給電され、被加熱物4の加熱を行う。加熱された被加熱物4の表面の温度は放射温度計12にて常にモニタリングしており、その値をフィードバックし設定温度と制御することで適切な昇温速度1.0℃/sで加熱することが出来る。ヒータ8に給電している間、被加熱物4は一定の回転速度50rpmで回転しているため温度ムラの少ない加熱処理が可能となり、終了したら被加熱物4を取り出す。ヒータから照射される赤外線の波長帯が0.7〜2μm程度の波長の物を使用している。ヒータと被加熱物の間に内部遮蔽体を設けると熱線が遮られその熱線で内部遮蔽物が昇温して遠赤外線を放射すると共に内部の空気を昇温する。従って、被加熱物は、遠赤外線と昇温された空気の対流により加熱されるので、内部熱源の温度分布の影響を受け難くなり内周面の温度の分布の均一性が高まる。
As soon as the rotation starts, power is supplied to the
本願発明の加熱処理装置は、以上の動作を行うことで、一本ずつ被加熱物4に塗装された弾性層22を硬化させることができる。内部加熱による弾性層の硬化は従来の外部熱源による硬化と比較して表1に示すような効果がある。
The heat treatment apparatus of the present invention can cure the
図7の右に、外部熱源15と内部熱源8により加熱される被加熱物の様子を示す。ここに示されるように、外部熱源15の背面には、その表面が光輝アルミニウムからなる反射板16が配されている。該反射板16は放物面状に加工されており焦点に外部熱源15が位置するように配され概ね平行光線となる熱線が被加熱物に向かう。
The state of the object to be heated heated by the
図7の左に示すのは弾性層22内の温度分布である。弾性層の右側が内部熱源により加熱される内周面であり左側が外部熱源により加熱される外周面である。内部熱源のみによる昇温では、弾性層内部の温度分布は図7のAのようになり外部に向かって急速に温度が低下する。弾性層の硬化には、弾性層内の温度分布は緩やかな方が良いので、外部熱源15をもちいると、図7のBに示すように弾性層内部の温度分布は緩やかになる。また、時間的にも、内部熱源で昇温してから所定の時間後に外部熱源による昇温をすることで良質な弾性層を得ることができる。
7 shows the temperature distribution in the
外部熱源により被加熱物を加熱処理する際には、その大きさに合わせて外部熱源15と被加熱物との距離を設定することができるようにした方がよい。この外部熱源15と反射板16とは一体構造になっており、移動機構によって、被加熱物4の外周面に対して前後に移動可能になっている。
When the object to be heated is heated by the external heat source, it is preferable that the distance between the
前記移動機構は、外部熱源15及び反射板16が一体となって移動自在な構造となっている。したがって、被加熱物の周長が変化した場合にも、外部熱源15と被加熱物との距離を適切に設定することが可能となる。距離センサを設けると被加熱物に応じて自動的に距離を設定することもできる。
The moving mechanism has a structure in which the
被加熱物4の下方には、放射温度計12が設置されており、これにより無端ベルト体の外周面の温度を測定している。その測定結果は、図示していない制御手段に信号として送られ、その値に基づいてPID制御(P:比例制御、I:積分制御、D:微分制御)にて制御された電圧を外部熱源15に印加するようにフィードバック制御される。このフィードバック制御によって、被加熱物4は所望の温度に維持される。この時、外部熱源15から放射された赤外線が直接、放射温度計12にて検知されないように、先覗筒が取り付けられている。これにより、被加熱物4が発した赤外線のみをセンシングすることが可能となり、正確に被加熱物4の外周面を所望の温度で加熱することが可能になる。
A
以上説明した保持部材1や加熱のための機構(外部熱源15、反射板16等)は、断熱板にていずれの方向からも囲われた閉空間の内部に設置されている。筐体14には、断熱板で囲われた閉空間の内部において被加熱物4等の被加熱物を加熱した際に発生したガスを前記閉空間内から排気するための排気口が設置されている。
The holding member 1 and the heating mechanism (
外部熱源を用いる場合の加熱処理装置は、前後左右上下の6方向を断熱板により囲まれた閉空間の内部を炉内として、被加熱物4等の被加熱物を加熱する構造となっている。その閉空間の外部は、安全のために保護板で覆われており、炉内温度に近い温度に熱せられた断熱板を作業者が直接触り、火傷などの外傷を負わないように配慮している。 The heat treatment apparatus in the case of using an external heat source has a structure that heats an object to be heated such as the object to be heated 4 with the inside of a closed space surrounded by a heat insulating plate in six directions of front, rear, left, right, and upper as the interior. . The outside of the closed space is covered with a protective plate for safety, and care must be taken so that workers do not touch the heat insulating plate heated to a temperature close to the furnace temperature and injure such as burns. Yes.
また、被加熱物4等の被加熱物の出し入れは、ワーク検知センサでセンシングされ、被加熱物4がセットされていない状態でスタートボタンを押しても装置が作動しないようになっており、炉内が空の状態で加熱(空焚き)することが防止される。
The heating / unloading of the heated object such as the
筐体14は、構造材で構成され、その構造材に金属筺体が取り付けられ、センサが有効である範囲以外は全て当該金属筺体で覆われている。また、金属筺体の一部にメンテナンス扉が設けられており、装置のメンテナンス時にはこのメンテナンス扉を開放して、装置内部にアクセスすることができるようになっている。
The
本発明は、円筒状または無端ベルト状の基材の表面に直接、あるいは他の層を介して塗
布された塗料を加熱硬化するに適した加熱処理装置として説明しているが、本実施形態においては、特に、表面に液状のシリコーンゴムが塗布された定着回転体を被加熱物4として用いている。本実施形態における被加熱物4は、最終的に定着ベルトとして用いられる無端ベルト体になる。
The present invention has been described as a heat treatment apparatus suitable for heat-curing a paint applied directly or through another layer on the surface of a cylindrical or endless belt-like substrate. In particular, a fixing rotating body whose surface is coated with liquid silicone rubber is used as the object to be heated 4. The object to be heated 4 in the present embodiment becomes an endless belt that is finally used as a fixing belt.
内部熱源と外部熱源の関係は、通常、内部熱源8が通電され所定の温度になった後で外部熱源15が通電される。被加熱物の内部は主に対流と伝導で、外部は主に赤外線の輻射により加熱される。
Regarding the relationship between the internal heat source and the external heat source, the
温度測定は、内部については図8に示すような熱伝対などの温度計を用いて被加熱物の内周温度を測定し、外部については放射温度計12を用いて被加熱物の外周の温度を測定する。その測定結果の信号が不図示の制御手段に送られて、内部熱源8及び外部熱源15の電圧を電力調整器でフィードバック制御するように構成されている。このフィードバック制御によって、所望の昇温速度で無端ベルト体を加熱することができるとともに、前記制御手段に予めプログラムされたタイマーで所望の時間、所望の温度に維持することが可能となる。その際、外部熱源15は被加熱物4の内径に合わせて、予め移動機構を用いて、被加熱物4との距離が適切になるように調整しておく。
The temperature is measured by measuring the inner peripheral temperature of the object to be heated using a thermometer such as a thermocouple as shown in FIG. Measure the temperature. A signal of the measurement result is sent to a control means (not shown), and the voltage of the
通常、このような加熱処理装置では、軸方向(図1における左右方向)の両端部は中央部と比較して熱が逃げやすいため温度が落ち込む懸念がある。そこで、本実施形態では、棒状のハロゲンヒータ8の両端部は中央部に対して発熱量が10〜20%大きくなるように調整されている。これにより、被加熱物4の端部の温度低下も無く、均一に加熱することができる。
Usually, in such a heat treatment apparatus, there is a concern that the temperature drops because both ends in the axial direction (left-right direction in FIG. 1) are more likely to escape heat than the central portion. Therefore, in the present embodiment, both end portions of the rod-shaped
所定時間加熱し、被加熱物4の外周面に塗布されたシリコーンゴムが硬化した所で加熱が終了し(以上が、加熱工程)、外部熱源15の加熱が終了し、モータ9の回転が停止する。この状態で作業者は把持治具を用いて被加熱物4の端部を把持し保持具から被加熱物4を取り出し、本加熱処理装置を用いた1サイクルの加熱の動作が終了することとなる。
Heating is completed for a predetermined time and the silicone rubber applied to the outer peripheral surface of the article to be heated 4 is cured (the above is the heating process), the heating of the
加熱時において、被加熱物4と保持部材1の挿入保持部3外径(≒円D)の周速度は略同じになるため、被加熱物4と円Dの周長が異なることから、両者の回転数は異なることとなる。ゆえにスリップなど周面の癖がある場合もその効果が分散される。 At the time of heating, since the peripheral speeds of the outer diameter (≈circle D) of the object to be heated 4 and the holding member 1 are substantially the same, the circumferences of the object to be heated 4 and the circle D are different. The number of rotations is different. Therefore, even if there is a wrinkle on the peripheral surface such as a slip, the effect is dispersed.
一般的に、加熱中に同一の箇所が長時間治具等に触れた状態になった場合、その部分の熱容量が大きくなり、加熱による昇温速度に他の箇所と差が生ずるため、加熱硬化処理後
の塗膜(シリコーンゴム層)の外観にスジが発生する懸念がある。
In general, when the same part is in contact with a jig or the like for a long time during heating, the heat capacity of that part increases, and the temperature rise rate due to heating differs from other parts. There is a concern that streaks occur in the appearance of the coating film (silicone rubber layer) after the treatment.
しかし、本実施形態の加熱処理装置では、先述のように被加熱物4の内周面が対流と挿入保持部からの伝導で均等に昇温されるので、温度分布によるスジの発生を抑制することができる。 However, in the heat treatment apparatus of the present embodiment, the inner peripheral surface of the object to be heated 4 is uniformly heated by convection and conduction from the insertion holding portion as described above, and therefore, generation of streaks due to temperature distribution is suppressed. be able to.
なお、被加熱物4と円Dの周長の差Mが、円Dの周長の整数倍の場合には、被加熱物4が円Dの同じ場所にいつも接触することになるので、スジの発生を抑制するためには、MがDの整数倍にならないようにすることが望ましい。 If the difference M between the circumferences of the object to be heated 4 and the circle D is an integral multiple of the circumference of the circle D, the object to be heated 4 will always be in contact with the same place on the circle D. In order to suppress the occurrence of the above, it is desirable that M does not become an integral multiple of D.
本実施形態においては、加熱手段が、被加熱物の内部に設けられた内部熱源8と被加熱物4の外周面と間隔を開けて配された外部熱源15なので熱風式オーブン等に比べて、炉内の昇温に時間がかかり炉内を一定温度に保たなければならないなどの問題も無くなる。また、加熱源自体の昇温が早くエネルギー効率が遥かに高く、省エネルギー化に資するとともに、処理時間の短縮にも繋がる。
In the present embodiment, since the heating means is the
加えて、外部熱源15における被加熱物4側とは反対側の位置に外部熱源15であるハロゲンヒータから放射される赤外線を被加熱物4側に反射する反射板16が配されているため、被加熱物4の照射面に均一に赤外線を照射することができ、加熱硬化後の塗膜の外観に垂れやスジ、ピンホールなどの欠陥が生じにくく、また、エネルギー効率が向上するため、省エネルギー化に資することができる。
In addition, since the reflecting
さらに、本実施形態においては、加熱手段が電気的に駆動されるハロゲンヒータなどであることから、印加する電圧の大きさに応じてその発熱量を微妙に調整が可能である。かつ、被加熱物の温度の測定手段と熱源の温度を、印加する電圧の大きさによって制御する制御手段を備えているため、所定の温度に精密に制御することが可能となる。そのため、加熱源をON−OFF制御する場合と比較して、定温加熱時における被加熱物4の温度変化が小さくなる。その結果、塗膜の外観に垂れやスジ、ピンホールなどの欠陥が生じにくく、かつ、省エネルギー化することができる。 Further, in the present embodiment, since the heating means is an electrically driven halogen heater or the like, the amount of generated heat can be finely adjusted according to the magnitude of the applied voltage. In addition, since the measurement means for measuring the temperature of the object to be heated and the control means for controlling the temperature of the heat source according to the magnitude of the applied voltage are provided, the temperature can be precisely controlled to a predetermined temperature. Therefore, the temperature change of the article to be heated 4 during constant temperature heating is smaller than when the heating source is controlled to be turned on and off. As a result, defects such as sagging, streaks, and pinholes are unlikely to occur on the appearance of the coating film, and energy can be saved.
本発明者らの経験では、昇温速度が2.0℃/sec以上になると、塗装時にシリコー
ンゴムの塗膜内に巻き込んだ空気が抜ける前にシリコーンゴムの最表面が硬化してしまい
、その後空気がその硬化した膜を突き破り揮発するため、塗膜表面にピンホール状の外観
欠陥が発生する確率が上昇する。したがって、熱風による加熱処理装置では、如何に加熱温度を制御しても、垂れによる膜厚の乱れとピンホールが発生するという外観欠陥を共に抑制することが難しい。
In our experience, when the rate of temperature rise is 2.0 ° C./sec or more, the outermost surface of the silicone rubber is cured before the air entrained in the coating film of the silicone rubber is removed during coating, and then Since air breaks through the cured film and volatilizes, the probability of occurrence of pinhole-like appearance defects on the coating film surface increases. Therefore, in the heat treatment apparatus using hot air, no matter how the heating temperature is controlled, it is difficult to suppress both appearance defects such as film thickness disturbance due to sagging and pinholes.
熱風による加熱方式は、温度管理が難しい他に、消費エネルギーの観点でも不利な点がある。従来、生産ラインでは休憩時間や被加熱物の種類を変えるときに、段取りなど加熱処理をしていない(炉内が空の)時間がある。しかし、熱風を用いた方式の加熱炉は、炉内が所定の温度になるまで時間を要する(一般的には、30〜60分程度)。そのため、炉内が空の時間があっても加熱処理装置を停止することができず、その間も多くのエネルギーを消費することとなる。従って、被加熱物1個当たりの加熱に要する電力量に換算すると、赤外線ヒータを加熱手段として用いる場合に比べて、格段に電力消費量が大きくなってしまう。 The heating method using hot air is not only difficult to control the temperature but also has a disadvantage from the viewpoint of energy consumption. Conventionally, when changing a break time or the type of an object to be heated in a production line, there is a time during which heat treatment such as setup is not performed (the furnace is empty). However, a heating furnace using hot air requires time until the inside of the furnace reaches a predetermined temperature (generally, about 30 to 60 minutes). Therefore, even if there is empty time in the furnace, the heat treatment apparatus cannot be stopped, and much energy is consumed during that time. Therefore, when converted into the amount of electric power required for heating per object to be heated, the amount of electric power consumption is significantly increased compared to the case where an infrared heater is used as the heating means.
また、中子を使う保持具で被加熱物を保持して、外部熱源による昇温では被加熱物と保持具との間に隙間が生じる部分があり、接触しない部分と接触する部分とが存在している。両者が接触している部分では、赤外線が照射された際にその熱が保持具に奪われ被加熱物に加わる熱が減少する一方、接触していない部分ではそのまま被加熱物に熱が加わることとなり、双方に温度差が生じる。そのため、シリコーンゴム層が硬化するまでの時間差が生じ、温度の高い部位が先に硬化し、保持具と接触し温度の低い部位は後で硬化することとなる。そのため、最終的に形成されたシリコーンゴム層の表面に硬化ムラが発生し、スジ状に観察される。 In addition, holding the object to be heated with a holding tool that uses a core, and there is a part that creates a gap between the object to be heated and the holding tool when the temperature is raised by an external heat source. doing. In the part where both are in contact, when the infrared rays are irradiated, the heat is taken away by the holder and the heat applied to the object to be heated is reduced, while in the part not in contact, the heat is directly applied to the object to be heated. Thus, a temperature difference occurs between the two. Therefore, there is a time difference until the silicone rubber layer is cured, the part having a higher temperature is cured first, and the part having a lower temperature comes into contact with the holder and is cured later. Therefore, curing unevenness occurs on the surface of the finally formed silicone rubber layer, and is observed in a streak shape.
加熱手段にハロゲンヒータを用いれば、通電後の温度の立ち上がりが早いため被加熱物を加熱していない時間にはハロゲンヒータを停止することが可能となる。そのため、消費エネルギーは熱風を用いた加熱処理装置の場合ほどはかからない。 If a halogen heater is used as the heating means, the temperature rise after energization is fast, so that the halogen heater can be stopped during the time when the object to be heated is not heated. For this reason, energy consumption is not as high as in the case of a heat treatment apparatus using hot air.
しかし、本発明の構成を具備する実施例の場合と比較すると、中子を有する保持具の熱容量が、本実施形態における保持部材1よりも大きくなり、当該保持具に奪われる熱量が多くなる。そのため、本願発明は省エネルギー効果についても従来例に比して高い効果を得る結果になっている。 However, compared with the case of the Example which comprises the structure of this invention, the heat capacity of the holder which has a core becomes larger than the holding member 1 in this embodiment, and the calorie | heat amount taken away by the said holder increases. For this reason, the present invention results in a higher energy saving effect than the conventional example.
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の加熱処理装置及び加熱処理方法は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、定着回転体を加熱する場合を例に挙げて説明しているが、本発明は筒状の他のものを加熱する場合においても、その作用及び効果が期待できる。 Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiment, the heat treatment apparatus and the heat treatment method of the present invention are not limited to the configuration of the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where the fixing rotating body is heated is described as an example. However, the present invention can be expected to have the function and effect even when heating other cylindrical members.
さらに、上記実施形態では、画像形成装置の定着回転体である定着ベルトにシリコーンゴム層を形成する場合を例に挙げたが、本発明においては、定着ローラは勿論、その他あらゆる円筒体や被加熱物の外周面に塗膜を形成する際に好適に用いることができる。なかでも画像形成装置の定着回転体は、外周面に高い平滑性が要求され、特にシリコーンゴム層は比較的肉厚で、スジむらや垂れの問題が生じやすいので、本発明の加熱処理装置及び加熱処理方法が極めて好適である。 Furthermore, in the above embodiment, the case where the silicone rubber layer is formed on the fixing belt that is the fixing rotating body of the image forming apparatus has been described as an example. However, in the present invention, not only the fixing roller but also any other cylindrical body or heated object is used. It can be suitably used when a coating film is formed on the outer peripheral surface of an object. Among them, the fixing rotating body of the image forming apparatus requires high smoothness on the outer peripheral surface, and in particular, the silicone rubber layer is relatively thick and easily causes the problem of uneven stripes and sagging. A heat treatment method is very suitable.
さらにまた、上記実施形態では、加熱手段として赤外線ヒータを用いたバッチ方式の例
を挙げたが、従来からの熱風方式の加熱手段を併用して外部からも対流で昇温したり、さらには搬送手段をも備える連続加熱方式に適用することも可能である。内部から昇温するという本発明の構成を具備することで、少ないエネルギーで加熱が可能になり省エネルギーを期待できる上、塗膜の垂れやピンホール、スジむらなどの外観不良の発生を抑制する効果も十分に期待できる。
Furthermore, in the above-described embodiment, an example of a batch method using an infrared heater as a heating unit has been given. However, a conventional hot-air heating unit is used together to increase the temperature by convection from the outside, and further transport It is also possible to apply to a continuous heating system provided with means. By having the structure of the present invention in which the temperature is raised from the inside, heating can be performed with less energy and energy saving can be expected, and the effect of suppressing appearance defects such as dripping of coating film, pinholes, stripe unevenness, etc. Can be expected well.
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の加熱処理装置及び加熱処理方法を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の加熱処理装置乃至加熱処理方法の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 In addition, those skilled in the art can appropriately modify the heat treatment apparatus and the heat treatment method of the present invention in accordance with conventionally known knowledge. Of course, such modifications are included in the scope of the present invention as long as they have the configuration of the heat treatment apparatus or heat treatment method of the present invention.
1 保持部材
2 鍔部
3 挿入保持部
4 被加熱物
5 仮想中心軸
6 支持回転部
7 被回転部
8 内部熱源
9 モータ
10 チェーン
11 ハンドル
12 放射温度計
13 ベース
14 筺体
15 外部熱源
16 反射板
17 押圧部材
21 基材
22 弾性層
23 離型層
24 接着層(プライマ層)
25 熱伝対
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Holding member 2
25 Thermocouple
Claims (13)
前記被加熱物を両端で支えるとともに熱的に封じる一対の保持部材と、
前記一対の保持部材のそれぞれの中心を通る仮想中心軸を水平に保ち、当該仮想中心軸を回転軸として前記保持部材を回転させる支持回転機構と、
前記被加熱物の内側に配置され熱を発生する内部熱源と、
を備えることを特徴とする加熱処理装置。 A heat treatment apparatus that heats and cures a paint applied to the outer peripheral surface of a cylindrical object to be heated,
A pair of holding members that support the object to be heated at both ends and thermally seal it;
A support rotation mechanism that keeps a virtual center axis passing through the center of each of the pair of holding members horizontal and rotates the holding member around the virtual center axis as a rotation axis;
An internal heat source that is disposed inside the object to be heated and generates heat;
A heat treatment apparatus comprising:
前記被加熱物の縁端に軸方向から押し付けられて前記被加熱物の内部を熱的に封じ込める鍔部と、
を有することを特徴とする請求項1乃至5何れか1項に記載の加熱処理装置。 The holding member is inserted into an end of the object to be heated and holds the object to be heated;
A flange that is pressed against the edge of the object to be heated from the axial direction and thermally encloses the inside of the object to be heated;
The heat treatment apparatus according to claim 1, wherein the heat treatment apparatus comprises:
前記内部熱源が、前記仮想中心軸の位置に配置されることを特徴とする請求項7又は8に記載の加熱処理装置。 The insertion holding portion has an outer diameter that maintains a substantially circular cross section perpendicular to the virtual central axis of the object to be heated;
The heat treatment apparatus according to claim 7 or 8, wherein the internal heat source is disposed at a position of the virtual central axis.
前記被加熱物の両端を支えるとともに熱的に封じ、
前記被加熱物を水平に保ち、
前記被加熱物を水平な軸の周りに回転させつつ、前記被加熱物の内側から加熱を行うことを特徴とする加熱処理方法。 A heat treatment method for heat-curing a paint applied to an outer peripheral surface of a cylindrical object to be heated,
Support both ends of the object to be heated and thermally seal it,
Keep the heated object horizontal,
A heat treatment method, wherein heating is performed from the inside of the object to be heated while rotating the object to be heated around a horizontal axis.
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