JP4657058B2

JP4657058B2 - ローラ乾燥装置

Info

Publication number: JP4657058B2
Application number: JP2005235647A
Authority: JP
Inventors: 卓三倉地
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-08-16
Also published as: JP2007052090A

Description

本発明は、例えば、電子複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンターに用いる定着ローラを製造する際のローラ乾燥装置に関し、液体プライマー塗料を塗装した後に短時間で乾燥させるローラ乾燥装置に関する。

従来から、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリには未定着トナーをコピー用紙に定着させるための定着装置が設置されている。この定着装置内には、定着ローラや用紙を定着ローラに押し付けるための加圧ローラ等が組み込まれている。

前記定着ローラは鉄系材料やアルミニウム等金属製の芯金が多く用いられており、通常アルミニウムもしくは鉄系の金属製芯金の表面にＰＦＡやＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を、あるいはプライマー層を下地としてその上にフッ素樹脂を離型層として形成している場合が多い。

定着ローラのプライマー塗料は、フッ素樹脂を主成分とするディスバージョンであるため、芯金をサンドブラスト等で粗面化した後にスプレーやディッピング等の手段により塗装される。さらに、このプライマー塗料を乾燥した後に、ディスバージョンならばスプレーで、粉体であるならば静電塗装でフッ素樹脂を塗装し、次の工程でフッ素樹脂の融点以上の温度で焼成するのが一般的である。
特許３５７０６９８号公報

しかしながら、プライマー塗装の次にフッ素樹脂の塗装、焼成をする場合、その焼成温度は通常３３０°Ｃ〜４００°Ｃくらいが必要である。このため、塗料の乾燥が不十分で揮発成分が残っているまま、フッ素樹脂の焼成炉にローラを投入すると、形成されかけているフッ素樹脂層の下からプライマー塗料の揮発成分が噴出するため、フッ素樹脂層表面に噴出痕の欠陥が残るという不具合が起こることがある。

それらの表面欠陥は、例えば穴状のもの、あるいは中が空洞のドーム状などであり、最悪の場合は定着ローラに求められる重要な特性である離型層の密着度低下を来し、剥離現象を誘発しかねない。

この問題を避けるため、実際の生産工程ではプライマー塗料を完全乾燥、すなわちほとんど揮発成分が残留していない状態にするための乾燥工程が必要となっている。

一般的に行われている方法が、剣山と呼ばれている治具にローラを立てて、ファンにより風を当て、自然乾燥するやり方であるが、この方式の場合、ローラを回転させないと陰になる部分に乾燥むらができ易いという問題がある。

その場合、ローラ1本内の円周方向において、離型層膜としての稠密性に差が生じ、鉛筆硬度等の強度にむらが出る。その結果、分離爪が当接する箇所で異常磨耗を起こしたり、異物等を巻き込んで簡単に円周方向のキズが発生したりし、部品としての耐久性が犠牲になる。

さらに、どうしても一定量の仕掛品が発生してしまい、場所を必要とし、スペース効率が良いローラの1本流し生産方式には向かない。また、長い時間放置するため、浮遊している繊維くずが付着して、前述したような外観欠陥になりやすいという不具合が起こる。

一方、温風乾燥方式は、自然乾燥やファンによる冷風吹き付けよりも早い時間で完全乾燥まで達することが可能であるが、大型のファンや熱源を設置するスペースが必要であり、乾燥むらをなくすためのエアダクト形状を考慮しなくてはならないし、外径の違う多品種を平行生産するラインでは外径別にエアダクトを準備しなくてはならない。また、温風が吹き出ると、塗装ブースの室温が上昇して塗装の品質状態にも影響が出る。

また、温風乾燥は風速としては弱いながらも塗装直後のローラ表面に風を吹きつけることになるため、付着したプライマー塗料の粘度が低い場合などは、「流れ」などが生じ、膜厚の変化や、外観むらを引き起こすこともあり得る。

すなわち、定着ローラの塗装においては、芯金表面の粗面化の後、フッ素樹脂の下地であるプライマー塗料の塗布から次工程におけるフッ素樹脂塗装へ移行する前に、実質上の乾燥工程を必要とする。

従来は、剣山治具を用いて冷風乾燥や温風ファンによる温風乾燥を行ってきたが、仕掛品、滞留品の発生やそれらを仮置きするスペースの問題、乾燥むらの問題、長時間放置による外観欠陥誘発の問題、室温上昇の問題等があり、さらに塗装タクトから要求される乾燥時間短縮の課題などがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、所定工程内で乾燥を可能にし、設置場所も極めて狭いスペースでまかなうことができ、さらに室温の上昇も避けられ、効率の良い1本流し生産方式に貢献できる乾燥装置を、簡易な構成で、しかも離型層膜としての品質や外観を損ねることなしに、提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願の請求項１のローラ乾燥装置は、金属製芯金を有するローラ表面に塗装されたプライマー塗料を乾燥させて薄膜層を形成するローラ乾燥装置において、前記ローラの乾燥位置に、前記プライマー塗料の塗装後の前記ローラを回転させながら、前記ローラに向けて光を輻射する輻射熱で前記プライマー塗料を乾燥させるハロゲンヒーターを設置すると共に、前記ローラの近傍に、前記ローラの表面温度を検知する温度検知手段を設置し、前記温度検知手段によって前記ローラ表面温度を計測しながら前記ローラ表面温度が所定温度となるように前記ハロゲンヒータの輻射を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

本願の請求項２のローラ乾燥装置は、前記請求項1記載のローラ乾燥装置において、前記ローラに対して所定の位置に設置される第１ハロゲンヒーターユニットと、前記ローラに対して接近・離間可能に配備され、前記ローラの胴部外径や肉厚の相違に基づいて点灯時間や点灯させるか否かを設定、制御可能とした第２ハロゲンヒーターユニットを設置したことを特徴とする。

本願の請求項３のローラ乾燥装置は、前記請求項1、２何れか記載のローラ乾燥装置において、前記ハロゲンヒーターを点灯させて加熱乾燥した後、次のステップでエアノズルから前記ローラ表面に向けてエアブローをし、前記ローラを常温近傍の温度にまで冷却させることを特徴とする。

本願の請求項４のローラ乾燥装置は、請求項３のローラ乾燥装置において、前記冷却エアブローの吐出時間と流量が、任意に設定可能であることを特徴とする。

本願の請求項１のローラ乾燥装置によれば、ハロゲンヒーターの輻射熱で塗布面を表層から加熱するため、極めて短時間でプライマー塗料が完全乾燥の状態にまで到達し、また、表層の温度をモニターしながらヒーターの点灯を制御するため、ローラ間での乾燥むらが少なく、さらに、設置スペースを取らないため、効率の良い１本流し加工ラインを構築することが可能となる。

本願の請求項２のローラ乾燥装置によれば、第１ハロゲンヒーターユニットだけの場合に比べて乾燥時間を短縮することができる。あるいはまた、第２ハロゲンヒーターユニットの点灯時間を任意に設定できることで、外径や芯金肉厚、塗料付着量が違う多品種の条件設定に対応可能であり、必要最低限の消費電力でプライマー塗料を完全乾燥させることが可能となる。特に外径が大きく芯金重量も重い機種の乾燥にも対応でき、多品種少量生産ラインにおいても容易に対応することが可能である。さらに、第２ハロゲンヒーターユニットを可動式の構成としたことで、外径の大きいローラでも干渉することなく移載機等により搬送が可能となる。

本願の請求項３のローラ乾燥装置によれば、ハロゲンヒーターの加熱で高温状態になった定着ローラを、短時間で常温まで冷却することができ、設置スペースを取らないため生産のスペース効率を上げることができる。また、フッ素樹脂塗装工程でのハンドリングも安全なものとなる。

本願の請求項４のローラ乾燥装置によれば、冷却エアブローの吐出時間や流量を任意に設定できることで、外径や芯金肉厚が違う多品種の条件設定に対応可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態にかかるローラ乾燥装置を図面に基づいて説明する。このローラ乾燥装置はハロゲンヒーターの輻射熱を利用する乾燥装置である。このハロゲンヒーターは定着装置の製造に用いるもので、ローラの長さに略等しい。定着ローラプライマー塗料乾燥装置の概要を述べる。

図１に代表的なジャーナルタイプの定着ローラ１を記す。プライマー塗料は、定着ローラ１の胴部２にスプレーで塗布し、塗膜の乾燥後に、同一箇所にフッ素樹脂からなる離型層２を形成する。図２はハロゲンヒーター５を記す。ハロゲンヒーター５は、複写機の定着装置に用いられているもので、この実施の形態ではA3横サイズで１００Ｖ仕様のものを採用した。定着装置内での使い方は定着ローラ１の内部に1本、もしくは、配光による温度制御が必要な場合は2本用いるのが一般的で、近年多く用いられている薄肉タイプの芯金であれば、１８０°Ｃ前後まで１０秒程度で立ち上げることができる能力を有する。

図３に記すように、ハロゲンヒーター５は２本１組で並行に配設される。ハロゲンヒーター５の裏側すなわちハロゲンヒーター５を挟んで定着ローラ１と対極する位置には、輻射熱を極力多く定着ローラ１の表面に当てるために、凹面鏡形状の反射笠６が配設される。反射笠６は、ハロゲンヒーター５が発生する熱エネルギーを、効率よく定着ローラ１へ向けることができ、なおかつ、加熱する必要のない乾燥装置の壁や治具等を無駄に暖めることを予防できる。

乾燥装置は、定着ローラ１の把持やハンドリングをしやすいように、目的に合わせて横や縦方向に搬送する方式に設定する。本実施の形態ではスプレー塗装に合わせて、縦搬送方式を採用している。乾燥装置内には定着ローラ１を固定、回転させるための回転チャック７が配設されている。回転チャック７には、三つ爪タイプのもの、若しくは、エア圧によってゴム製バルーンを膨らませるエアバルーンチャック等を用いる。

図４は第１ハロゲンヒータユニット１０の設置状態を示す。第１ハロゲンヒータユニット１０は、回転チャック７の中心軸、すなわち定着ローラ１の中心軸と平行に、定着ローラ１の表面から所定の距離をおいて配設される。

第１ハロゲンヒーターユニット１０は、定着ローラ１を移送する移送機が定着ローラ１を回転チャック７にセットした時から点灯可能とされる。第１ハロゲンヒータ５の点灯時間は、塗装装置や乾燥装置のヒータ制御手段１２（マイクロコンピュータを用いた制御盤）で任意の秒数を設定し、入力できるものとする。

第１ハロゲンヒータユニット１０に加えて、第２ハロゲンヒータユニット１１が配設されている。第２ハロゲンヒータユニット１１は、定着ローラ１が塗装ブースから移動してくる際に干渉しない場所を待機位置とする。第２ハロゲンヒータユニット１１は、点灯、乾燥するときに回転チャック７を中心として、第１ハロゲンヒーターユニット１０と同心円状の所定の位置まで移動可能とされている。

通常、肉厚０．６ｍｍ以下で芯金重量が１００ｇ程度以下の定着ローラ１は、第１ハロゲンヒータユニット１０だけでも十分塗装タクト内で所望の乾燥状態が得られるが、高速機向けの定着ローラ１では外径がφ70〜φ80で芯金重量は1500gを超えるものもあり、このような太い定着ローラ１を乾燥させる場合には、極力乾燥時間を短縮するため、第２ハロゲンヒータユニット１１も同時に点灯させる。

さらに、第１ハロゲンヒータユニット１０の隣に、定着ローラ１の表面温度モニター用検知手段９（例えばサーミスタ等）を配設する。この表面温度検知手段９は、具体的には非接触の放射温度計が好ましく、定着ローラ１の表面温度は、上下で温度勾配がつくため、少なくとも軸方向に二つ以上設置するほうが良い。

これら、二つのハロゲンヒーターユニット１０、１１とローラ表面温度検知手段９及びヒータ制御手段１２を用いれば、多種多様な定着ローラ１の芯金別、すなわち外径と肉厚で決定される熱容量別に第２ハロゲンヒータユニット１１使用の有無、及び点灯時間を設定できる。図６はこの様子を記す。図７は制御ブロック図を記す。

プライマー塗装は、部品が要求する膜厚に見合った塗料付着量を塗布する。そして、プライマー塗料は乾燥した状態でローラ表面に膜として付着、形成される固形成分と、スプレーで霧化したとき、及び塗布後の乾燥で揮発していく揮発成分とに分かれる。完全乾燥はこの揮発成分が全て無くなった状態をいう。

乾燥状態を評価する指標として、ある時点における塗料付着量残分を、塗装直後の付着量で割った値を乾燥度と定義する。すなわち、乾燥度(%)＝(残留付着量の質量/塗装後付着量)×100 となる。スプレー塗装の場合、その性質上、乾燥度はプライマー塗料の固形分率プラスαまでしか低下しない。定着ローラ１の乾燥条件としては、ハロゲンヒーター５の点灯時間及びワット数、ヒーターとワーク間の距離、そして第２ハロゲンヒータユニット１１の使用の有無を設定することになる。

しかし、実際は乾燥装置として、ワット数と第１ハロゲンヒータユニット１０のヒーターワーク間距離は固定となるため、点灯時間ならびに第２ハロゲンヒータユニット１１の使用の有無で乾燥度を制御する。

この実施の形態においては、２本で１２００Ｗのハロゲンヒーターでヒーターワーク間距離５０ｍｍ、φ４０、芯金重量７０ｇの定着ローラ１において、ヒーター点灯時間２０秒で乾燥度２７（％）を得ることができた。

次に冷却について述べる。乾燥装置内の上記ハロゲンヒーターユニット１０、１１を配設したステーションの下流に前述した回転チャック７をもう一組配設する。回転チャック７に固定された定着ローラ１の胴部２に向けて扇状に冷却エアを吹きつけることができるエアノズル８を、回転チャック７のローラ表面から所定の距離に配設する。

エアノズル８には工場内エアを供給し、冷却エアのブロー時間をヒーター制御手段１２等の制御盤等で任意に設定、入力できるように構成する。また、エアレギュレーターで冷却エア流量も任意に設定可能である構成とする。

実験によれば、前記φ４０、芯金重量７０ｇの定着ローラ１では、ハロゲンヒーターで加熱、乾燥した直後はローラ表面が場所によっては最大１００°Ｃ程度まで上昇することが判り、回転チャック７の材質が、例えば上述したようなエアバルーンチャックであれば、ゴム材を保護するために、冷却は有効と言える。

例えばフッ素樹脂塗装工程が自動化されておらず、人手によって定着ローラ１を供給する方式である場合には、手で把持する時点で定着ローラ１が常温に戻っていることは、安全上最低限の条件となる。よって、該冷却エアブローを用いれば、フッ素樹脂塗装工程へ移行する前に定着ローラ１の表面温度を、塗装タクト内で常温まで戻すことが可能となる。

このように、定着ローラ１のプライマー塗装工程とフッ素樹脂塗装工程の間に、ハロゲンヒーター５を用いた乾燥工程と、エアブローを用いた冷却工程を併設することによって、塗装のタクト内で所望の乾燥度を得て、スペース効率の良い1本流しの生産ライン設計が可能となる。

また、ローラ1本内での乾燥むらがなくなり、稠密性に富んだプライマー塗料層や離型層膜を形成することができ、その結果、耐久性と膜密着強度が良い部品を供給でき、さらに、外観品質も良好なローラを量産することが可能となる。

上述のように、この実施の形態の定着ローラ１の乾燥装置は、金属製芯金を有する定着ローラ１に塗装されたプライマー塗料を乾燥させて薄膜層を形成する定着ローラ１の乾燥装置であり、定着ローラ１の乾燥位置にハロゲンヒーターユニット１０と定着ローラ１の表面温度を検知する温度検知手段９を設置し、塗装後の定着ローラ１を回転すると共に、温度検知手段９によって定着ローラ１の表面温度を計測しながら所定温度となるようにハロゲンヒータユニット１０の輻射をヒータ制御手段１２で制御する。

この定着ローラ１の乾燥装置によれば、所定の時間内で乾燥を可能にし、設置場所も極めて狭いスペースでまかなうことができ、室温の上昇も避けられ、効率の良い1本流し生産方式に貢献できる。

ハロゲンヒーターユニット１０の輻射熱で定着ローラ１のプライマー塗料の塗布面を表層から加熱するので、極めて短時間でプライマー塗料が完全乾燥の状態にまで到達する。また、温度検知手段９で表層の温度をモニターしながらヒータ制御手段１２でヒーターの点灯を制御するため、定着ローラ１の塗膜に乾燥むらが少なく、さらに、設置スペースを取らないため、効率の良い１本流し加工ラインを構築可能となる。

また、第２ハロゲンヒータユニット１１も用いると、第１ハロゲンヒーターユニット１０だけの場合に比べて乾燥時間を短縮することができる。第２ハロゲンヒーターユニット１１の点灯時間を任意に設定できることで、外径や芯金肉厚、塗料付着量が違う多品種の条件設定に対応可能であり、必要最低限の消費電力でプライマー塗料を完全乾燥可能となる。特に外径が大きく芯金重量も重い機種の乾燥にも対応でき、多品種少量生産ラインにおいても容易に対応することが可能である。第２ハロゲンヒーターユニット１１を可動式の構成としたことで、外径の大きい定着ローラ１でも干渉することなく移載機等により定着ローラ１の搬送が可能となる。

また、ハロゲンヒーター５の加熱で高温状態になった定着ローラ１を、短時間で常温まで冷却することができ、設置スペースを取らないため生産のスペース効率を上げることができ、フッ素樹脂塗装工程でのハンドリングも安全なものとなる。

さらに、冷却エアブローの吐出時間や流量を任意に設定できることで、外径や芯金肉厚が違う多品種の条件設定に対応可能である。しかも、プライマー塗料がほぼ完全に、かつ定着ローラ１内の場所によるむらがない状態に乾燥されるため、稠密な離型層膜を形成でき、そのため、爪磨耗や円周状キズの少なく、耐久性や膜密着強度に優れ、極めて信頼性の高いものとなる。さらには、乾燥前のプライマー塗料流れによる膜厚ばらつきや外観欠陥、そしてさらに焼成中の揮発成分による表面欠陥を低減することにも貢献できる。しかも、それを生産ラインのスペース効率が良いため、低コストで提供可能となる。

図８はハロゲンヒータ点灯時間と乾燥度を示したグラフを示す。このグラフに示されるように、φ４０、芯金重量７０ｇの定着ローラ１において、所望の乾燥度２７％以下を達成することができた。

この乾燥工程では、第１、第２ハロゲンヒーターユニット１０、１１とも、６５０Ｗと５５０Ｗのハロゲンヒーター５各々１本ずつ計２本使用して１２００Ｗとした。乾燥工程では、第２ハロゲンヒータユニット１１は使用しなかった。ヒーター点灯時間は２０秒であり、このときのワーク表面到達温度は８２°Ｃだった。第１ハロゲンヒータユニット１０とワークである定着ローラ１の間の距離は５０ｍｍであった。定着ローラ１のワーク回転数は毎分２０回転であった。

冷却行程では、冷却エア流量(流速)は毎秒２０ｍ（20m/sec）であり、エアレギュレータ設定圧は０．３０ＭＰａであった。エアブロー時間は３０秒であり、乾燥工程時間と同一とした。冷却乾燥時のワーク回転数は毎分２０回転であった。また、エアノズル８と定着ローラ１の間の距離は１００ｍｍであった。

このグラフに示されるように、２０秒以上ハロゲンヒーター５を点灯する場合、１２００Ｗの電力を供給すると、８００Ｗを供給する場合よりも、乾燥度が進む程度が高くなり、効率的であるが、３０秒近くなると、乾燥度の減少度は鈍化しており、２０秒乃至２５秒程度が効率的である。

図１は本発明の実施の形態にかかる定着ローラの構成を示す図。ハロゲンヒーターの構成を示す図。第１ハロゲンヒーターユニットの配置を示す図。定着ローラ近傍に第１ハロゲンヒーターユニットを配置した図。定着ローラ近傍にエアノズルを配置した状態を示す図。定着ローラ近傍に第１ハロゲンヒーターユニット、第２ハロゲンヒーターユニットを配置した状態を示す断面図。定着ローラの近くに第１ハロゲンヒーターユニットと温度検知手段を配置し、ヒーター制御手段で制御するブロック図。ハロゲンヒータ点灯時間と乾燥度を示したグラフ。

符号の説明

１定着ローラ
２胴部、離型層
３ジャーナル
４小判カット
５ハロゲンヒータ
６反射笠
７回転チャック
８エアノズル
９温度検知手段
１０第１ハロゲンヒータユニット
１１第２ハロゲンヒータユニット
１２ヒータ制御手段

Claims

金属製芯金を有するローラ表面に塗装されたプライマー塗料を乾燥させて薄膜層を形成するローラ乾燥装置において、
前記ローラの乾燥位置に、前記プライマー塗料の塗装後の前記ローラを回転させながら、前記ローラに向けて光を輻射する輻射熱で前記プライマー塗料を乾燥させるハロゲンヒーターを設置すると共に、前記ローラの近傍に、前記ローラの表面温度を検知する温度検知手段を設置し、前記温度検知手段によって前記ローラ表面温度を計測しながら前記ローラ表面温度が所定温度となるように前記ハロゲンヒータの輻射を制御する制御手段を設けたことを特徴とするローラ乾燥装置。
前記請求項1記載のローラ乾燥装置において、
前記ローラに対して所定の位置に設置される第１ハロゲンヒーターユニットと、前記ローラに対して接近・離間可能に配備され、前記ローラの胴部外径や肉厚の相違に基づいて点灯時間や点灯させるか否かを設定、制御可能とした第２ハロゲンヒーターユニットを設置したことを特徴とするローラ乾燥装置。
前記請求項1、２何れか記載のローラ乾燥装置において、
前記ハロゲンヒーターを点灯させて加熱乾燥した後、次のステップでエアノズルから前記ローラ表面に向けてエアブローをし、前記ローラを常温近傍の温度にまで冷却させることを特徴とするローラ乾燥装置。
請求項３のローラ乾燥装置において、
前記冷却エアブローの吐出時間と流量が、任意に設定可能であることを特徴とするローラ乾燥装置。