JP6155430B2 - 加熱処理装置及び加熱処理方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上記課題は、以下に示す本発明によって達成される。

上記に記載された課題を解決するために請求項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方法であって、前記被加熱物の両端を支えるとともに熱的に封じ、前記被加熱物を略水平に保ち、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い、前記被加熱物の内側からの加熱の後に、前記被加熱物の外側からの加熱を行うことを特徴とする加熱処理方法である。

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。

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。

挿入保持部より大きな内径を持つ被加熱物と保持部材の関係を示す正面図と側面図である。 挿入保持部外径とほぼ等しい内径を持つ被加熱物と保持部材の関係を示す正面図である。 回転されながら内部熱源８により加熱される被加熱物の様子を示す図である。 加熱処理装置の概要を説明する図である。 外部熱源により加熱される被加熱物の様子を示す図である。 被加熱物である定着回転体の層構造を示す図である。 熱源の配置と弾性層の厚み方向の温度分布を示す図である。 非加熱物の内周温度を測る様子を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

特開２０１０−２３０８０７号公報 特開２０００−２４５８６号公報 特開２００４−３２２０２６号公報

Claims (2)

1. 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方法であって、
   前記被加熱物の両端を支えるとともに熱的に封じ、
   前記被加熱物を略水平に保ち、
   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い、
   前記被加熱物の内側からの加熱の後に、前記被加熱物の外側からの加熱を行うことを特徴とする加熱処理方法。
2. 加熱された前記被加熱物の表面の温度をモニタリングして、昇温速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の加熱処理方法。

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