(57)【要約】【課題】薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面が平滑性に優れている樹脂被覆ローラを得る。【解決手段】中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラ１１に関する。芯金の内部に挿入した加熱ヒータ１３によって芯金の表面を均一に熱しつつ、前記被覆層の表面に、該表面より表面粗さが小さい平滑ローラ２０を当接させることによって樹脂被覆層の表面が平滑化されている。【選択図】　　　図１
2004004311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラにおいて、
前記芯金の内部に挿入した熱源によって前記芯金の表面を均一に熱しつつ、前記樹脂被覆層の表面に、該表面より表面粗さが小さい押し当て部材を当接させることによって前記樹脂被覆層の表面が平滑化されていることを特徴とする樹脂被覆ローラ。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂被覆ローラの表面層が離型層であることを特徴とする定着ローラ。
【請求項３】
中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラに押圧しながら該樹脂被覆ローラの表面を平滑にする、該樹脂被覆ローラ表面より表面粗さが小さい押し当て部材と、
前記樹脂被覆ローラの長さ方向に配置して該樹脂被覆ローラに備える樹脂被覆層の表面をその樹脂の軟化温度又は溶融温度より高い温度に加熱する発熱体とを備えた樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項４】
前記発熱体がローラ軸方向に配光を有する赤外線ヒータであることを特徴とする請求項３に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項５】
前記赤外線ヒータは２本以上から構成され、該ヒータは各々独立して温度を制御する手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項６】
前記押し当て部材は円柱形状に形成されているとともに、前記樹脂被覆ローラと連れ周り回転させるように構成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項７】
前記円柱形状の押し当て部材は、ローラ全長より幅狭であり、かつ、軸方向に曲率を有する形状であって、前記押し当て部材を前記樹脂被覆ローラと連れ周り回転させつつ、樹脂被覆ローラの軸方向に横送りさせることを特徴とする請求項６に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項８】
前記円柱形状の押し当て部材を前記樹脂被覆ローラの表面温度より高い温度に加熱する加熱部材を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項９】
前記加熱部材は前記円柱形状の押し当て部材を３００℃〜４００℃に熱することを特徴とする請求項８に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項１０】
前記加熱部材は、前記押し当て部材の回転軸を中空形状とし、該回転軸の中空部内に設けた円柱形状の熱源であることを特徴とする請求項９に記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【請求項１１】
前記円柱形状の押し当て部材および前記幅狭の軸方向に曲率を有する押し当て部材を両方備えるとともに、前記押し当て部材を熱しつつ、幅狭の押し当て部材をローラ軸方向に横送りさせることを特徴とする請求項３〜１０の何れかに記載の樹脂被覆ローラの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置において、転写紙上の未定着像を定着するために用いられる表面の平滑な定着ローラに関し、また、表面が平滑な熱可塑性樹脂で被覆された樹脂被覆ローラ及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の電子写真方式の画像形成装置において用いられる加熱定着ローラの断面図及びその一部拡大図である。
図５は、樹脂被覆ローラの一例としての加熱定着ローラを示している。図５に示すように、従来の加熱定着ローラ４は、芯金３上にプライマ層２及び樹脂被覆層１を順次有している。前記樹脂被覆層１は、好ましくは、予め、プライマ層２を形成した芯金３に熱可塑性樹脂を被覆することにより形成される。このような熱可塑性樹脂としては、トナーに対する離型性、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ので、フッ素樹脂等の離型性樹脂が用いられている。前記フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン共重合（ＰＴＦＥ）が用いられているが、最近では、テトラフルオロエチレン−ポリエチレンフルオロビニルエーレル共重合（ＰＦＡ）の方が加工性がよいので、ＰＦＡが主に定着ロール用の離型層の材料として使用されている。
【０００３】
このようなフッ素樹脂等の離型性樹脂で構成される樹脂被覆層１の表面は、トナーに対する離型性を有していなければならないので、十点平均粗さ（Ｒｚ）：１〜３μｍ、及び、うねり：２〜４μｍ程度の平滑性が要求される。
【０００４】
そこで、従来においては、加熱定着ローラ４の軸方向へ移動可能にすると共に、回転自在になるように構成した押圧ローラ（図示せず）を加熱定着ローラ４における樹脂被覆層１に押接し連れ回り回転させながら軸方向に移動して、樹脂被覆層１を押潰すことによって、樹脂被覆層１の表面の平滑性を向上させる方法（バニッシュ工法）が採用されていた。
【０００５】
従来、このようなバニッシュ工法を適用して平滑な加熱定着ローラを製造するには、前記した押圧ローラに加える加圧力を２０〜６０ｋｇｆにする必要があった。加熱定着ローラ４における芯金３の肉厚が１〜２ｍｍ以上であれば、加熱定着ローラ４に前記２０〜６０ｋｇｆの加圧力を加えたとしても、加圧による加熱定着ローラ４の変形量は、芯金３の弾性変形範囲内にすることが可能であるので、何ら問題はなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、加熱定着ローラ４の消費電力を低減する目的で、芯金３の肉厚を１ｍｍ未満に薄肉化すると、押圧ローラの加圧力によって、加熱定着ローラ４が塑性変形してしまうという問題があった。このような場合、押圧ローラの加圧力を小さくすることによって、加熱定着ローラ４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、樹脂被覆層１の平滑性が加圧力に比例して低下してしまう、という問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。
即ち、本発明は、薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層表面が平滑性に優れている樹脂被覆ローラ及びその製造装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、表面の平滑性に優れていると共に芯金の薄肉化によって消費電力を少なくした定着ローラを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラにおいて、
前記芯金の内部に挿入した熱源によって前記芯金の表面を均一に熱しつつ、前記樹脂被覆層の表面に、該表面より表面粗さが小さい押し当て部材を当接させることによって前記樹脂被覆層の表面が平滑化されていることを特徴とする樹脂被覆ローラである。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の樹脂被覆ローラの表面層が離型層であることを特徴とする定着ローラである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラに押圧しながら該樹脂被覆ローラの表面を平滑にする、該樹脂被覆ローラ表面より表面粗さが小さい押し当て部材と、
前記樹脂被覆ローラの長さ方向に配置して該樹脂被覆ローラに備える樹脂被覆層の表面をその樹脂の軟化温度又は溶融温度より高い温度に加熱する発熱体とを備えた樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１１】
また、請求項４の発明は、前記発熱体がローラ軸方向に配光を有する赤外線ヒータであることを特徴とする請求項３に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１２】
また、請求項５の発明は、前記赤外線ヒータは２本以上から構成され、該ヒータは各々独立して温度を制御する手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１３】
また、請求項６の発明は、前記押し当て部材は円柱形状に形成されているとともに、前記樹脂被覆ローラと連れ周り回転させるように構成されていることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１４】
また、請求項７の発明は、前記円柱形状の押し当て部材は、ローラ全長より幅狭であり、かつ、軸方向に曲率を有する形状であって、前記押し当て部材を前記樹脂被覆ローラと連れ周り回転させつつ、樹脂被覆ローラの軸方向に横送りさせることを特徴とする請求項６に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１５】
また、請求項８の発明は、前記円柱形状の押し当て部材を前記樹脂被覆ローラの表面温度より高い温度に加熱する加熱部材を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１６】
また、請求項９の発明は、前記加熱部材は前記円柱形状の押し当て部材を３００℃〜４００℃に熱することを特徴とする請求項８に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、前記加熱部材は、前記押し当て部材の回転軸を中空形状とし、該回転軸の中空部内に設けた円柱形状の熱源であることを特徴とする請求項９に記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、前記円柱形状の押し当て部材および前記幅狭の軸方向に曲率を有する押し当て部材を両方備えるとともに、前記押し当て部材を熱しつつ、幅狭の押し当て部材をローラ軸方向に横送りさせることを特徴とする請求項３〜１０の何れかに記載の樹脂被覆ローラの製造装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図、同図（Ｂ）はその製造装置に備える温度センサの配置例を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、この樹脂被覆ローラの製造装置は、中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラ１１に押圧しながら樹脂被覆ローラ１１の表面を平滑にする、樹脂被覆ローラ表面より表面粗さが小さい押し当て部材である平滑ローラ２０と、樹脂被覆ローラ１１の長さ方向に配置して樹脂被覆ローラ１１に備える樹脂被覆層の表面をその樹脂の軟化温度又は溶融温度より高い温度に加熱する発熱体である加熱ヒータ１３とを備えている。
【００２１】
前記樹脂被覆ローラ１１の断面構造は、例えば図５に示した加熱定着ローラと同様である。また、樹脂被覆層が複数層あってもよく、この場合にも表面層が離型層であればよい。
【００２２】
前記樹脂被覆ローラ１１は、その芯金の両端が中空チャック１２ａ、１２ｂにより回転自在に支持されて回転駆動力が伝達される。
【００２３】
前記加熱ヒータ１３は樹脂被覆ローラ１１の芯金の内部に設けられ、本実施形態では、２本の赤外線ヒータから構成されている。この２本の赤外線ヒータは各々の両端をヒータ支持体１４，１５で支持され、電極１６を介して通電される。
【００２４】
前記２本の赤外線ヒータのうち１本は、図４（Ａ）に示すように、樹脂被覆ローラ１１の軸方向の両端部の発光パワーが大きくなるように配光され、他の１本は、図４（Ｂ）に示すように、樹脂被覆ローラ１１の軸方向の中央部の発光パワーが大きくなるように配光されている。このように配光された赤外線ヒータを用いているので、熱輻射の効率が良く、ローラの昇温時間を短縮することが可能になる。
【００２５】
前記電極１６には加熱ヒータ１３へ供給する電力を適正値に制御する制御装置１７を介して加熱ヒータ１３に電力を供給するための電源１８が接続されている。制御装置１７は加熱ヒータ１３の各々、即ち本実施形態では赤外線ヒータの各々を独立して制御することができる。
【００２６】
また、樹脂被覆ローラ１１の外周面の近くには、その軸方向両端部と中央部とにローラ表面温度を非接触で測定する温度センサ１９が配置されている。
【００２７】
樹脂被覆ローラ１１にはその外周面に当接して樹脂被覆ローラ１１より幅広の平滑ローラ２０が配置され、この平滑ローラ２０は平滑ローラ支持体２２により回転自在に支持されている。そして、この平滑ローラ支持体２２を介して平滑ローラ２０に加圧力を与える加圧アクチュエータ２４が設けられている。
【００２８】
さらに、平滑ローラ２０の中空部には平滑ローラ２０の内面に接触しないように、好ましくは平滑ローラ２０中心軸に沿って加熱ヒータ２３、例えば赤外線ヒータが配置されている。この加熱ヒータ２３はヒータ支持体２１に支持され、加熱ヒータ２３へ供給する電力を適正値、即ち平滑ローラ２０の表面温度を所定の値に制御する制御装置２６を介して加熱ヒータ２３に電力を供給するための電源２７が設けられている。
【００２９】
前記平滑ローラ２０の外周面の近傍には、図１（Ｂ）に示すように、温度センサ２５が設けられている。この温度センサ２５は温度センサ１９に対応して軸方向に複数設けられていてもよい。
【００３０】
以上の樹脂被覆ローラの製造装置によれば、中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラ１１に押圧しながら樹脂被覆ローラ１１の表面を平滑にする、樹脂被覆ローラ表面より表面粗さが小さい押し当て部材である平滑ローラ２０と、樹脂被覆ローラ１１の長さ方向に配置して樹脂被覆ローラ１１に備える樹脂被覆層の表面をその樹脂の軟化温度又は溶融温度より高い温度に加熱する発熱体である加熱ヒータ１３とを備えているので、樹脂被覆ローラ表面の樹脂被膜は、軟化または溶融された状態で表面平滑度が高い平滑ローラ２０に密着して押圧され、平滑ローラ２０の平滑な表面形状が樹脂被膜に転写される作用を及ぼすことで、薄肉化した芯金を用いて低消費電力化を達成することができるとともに、樹脂被覆ローラ１１の表面が平滑化される。
【００３１】
この樹脂被覆ローラの製造装置によれば、中空円筒状の芯金上に少なくとも１層以上の樹脂被覆層を有する樹脂被覆ローラにおいて、前記芯金の内部に挿入した熱源によって前記芯金の表面を均一に熱しつつ、前記樹脂被覆層の表面に、該表面より表面粗さが小さい平滑ローラ２０を当接させることによって、樹脂被覆層の表面が平滑化されているので、薄肉化した芯金表面の樹脂被覆層の平滑性に優れている樹脂被覆ローラを得ることができる。また、樹脂被覆層の表面層を離型層とすることにより、消費電力を少なくするために薄肉化した芯金表面の離型層の平滑性に優れている加熱定着ローラを得ることができる。
【００３２】
また、樹脂被覆ローラ１１より幅広の平滑ローラ２０を用いているので、芯金とローラ表面の離型層との間に弾性層を有する弾性定着ローラ表面の平滑化も可能である。
【００３３】
また、熱源としてローラ軸方向に配光を有する赤外線ヒータを用いるようにしているので、熱輻射の効率が良く、樹脂被覆ローラの昇温時間を短縮することが可能になる。
【００３４】
また、赤外線ヒータを複数本、本実施形態では２本備え、赤外線ヒータは各々独立して温度を制御する手段を備え、各々のヒータは、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すような配光分布を持つようにするとともに、独立した温度制御装置を用いて、供給電力を調整できるようにしてあるので、樹脂被覆ローラの軸方向の温度分布のムラ（通常、両端部の温度が中央に比べて低くなる）を抑制することが可能になる。
【００３５】
図２は、本発明に係る他の一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図である。なお、本実施形態において、図１の実施形態と共通する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３６】
図２に示すように、略円柱形状の押し当て部材である平滑ローラ３２は、ローラ全長より幅狭であり、かつ、軸方向に曲率を有する形状とし、平滑ローラ３２を樹脂被覆ローラ１１と連れ周り回転させつつ、樹脂被覆ローラ１１の軸方向に横送りさせるようにしてある。
【００３７】
また、平滑ローラ３２の回転軸を中空構造とし、該回転軸の片側を回転支持体３１のベアリングを用いて回転自在に支持できるようにするとともに、反対側から、円筒形状の加熱ヒータ３３を中空の回転軸内に加熱ヒータ支持体３４を介して片持ちで支持している。
【００３８】
また、平滑ローラ３２は加圧アクチュエータ３５により樹脂被覆ローラ１１に加圧力を与えるように構成されている。この構成によれば、平滑ローラ３２と樹脂被覆ローラ１１との接触面積が小さい状態で、横送り加工することが可能になるので、様々の樹脂被覆ローラの形状、例えば逆クラウン形状等に対する適応範囲を大きくすることが可能になるという効果がある。
【００３９】
図３は、本発明に係るその他の一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図である。なお、図３では温度センサ及び制御系は図１の実施形態の温度センサ及び制御系と図２の実施形態の温度センサ及び制御系とを用いているので図示は省略した。
【００４０】
図３に示すように、本実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置は、図１に示した円柱形状の平滑ローラ２０と、図２に示した幅狭の軸方向に曲率を有する平滑ローラ３２とを両方備えるようにしてある。本実施形態の場合、設置効率を考慮して、両者が互いに対向するように配置した。そして、幅狭の平滑ローラ３２を軸方向に横送りさせて加工するとともに、幅広の平滑ローラ２０を送りなしで、広面積を一度で加工できるようにしてある。したがって、ローラの平滑力と加工速度を両立して性能を高める効果がある。また、高精度平滑加工性、汎用性及び生産効率を同時に達成することができる。
【００４１】
以上において、押し当て部材としての平滑ローラ２０，３２を樹脂被覆ローラ１１の表面温度より高い温度に加熱する加熱部材としての加熱ヒータ２３，３３を備えることにより、樹脂被膜ローラ１１の表面の平滑性をより高めることが可能になる。とくに平滑ローラ２０，３２の温度を３００〜４００℃にした場合が、もっとも効果が高くなる。
【００４２】
また、押し当て部材としての平滑ローラ２０，３２の回転軸を中空形状とし、該回転軸の中空部内に、円柱形状の熱源を設けることによって加熱するようにしてあるので、平滑ローラ２０，３２を回転自在にするとともに、ローラの加熱効率を高めることが可能になる効果がある。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。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。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３、６に記載の発明の構成によれば、樹脂被覆ローラ表面の樹脂被膜は、軟化または溶融された状態で表面平滑度が高い平滑ローラに密着して押圧されるので、平滑ローラの表面形状が樹脂被膜に転写される作用を及ぼすことで、樹脂被覆ローラ表面が平滑化される。
【００４４】
また、請求項４に記載の発明の構成によれば、赤外線ヒータは熱輻射の効率が良いので、樹脂被覆ローラの昇温時間を短縮することが可能になる。
【００４５】
また、請求項５に記載の発明の構成によれば、樹脂被覆ローラの軸方向の温度分布のムラを抑制することが可能になる。
【００４６】
また、請求項７に記載の発明の構成によれば、平滑ローラと樹脂被覆ローラとの接触面積が小さい状態で、横送り加工することが可能になるので、様々の樹脂被覆ローラの形状に対する適応範囲を大きくすることが可能になる。
【００４７】
また、請求項８〜９に記載の発明の構成によれば、樹脂被覆ローラ表面の平滑性をより高めることが可能になる。
【００４８】
また、請求項１０に記載の発明によれば、樹脂被覆ローラの加熱効率を高めることが可能になる効果がある。また、樹脂被覆ローラの周方向の温度分布を均一化することができる。
【００４９】
また、請求項１１に記載の発明によれば、樹脂被覆ローラの平滑力と加工速度とを両立して性能を高める効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図、（Ｂ）はその製造装置に備える温度センサの配置例を示す図である。
【図２】本発明に係る他の一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図である。
【図３】本発明に係るその他の一実施形態の樹脂被覆ローラの製造装置を示す図である。
【図４】本発明に係る樹脂被覆ローラの製造装置に用いるヒータの発光パワーとローラの軸方向の位置との関係を示す図である。
【図５】加熱定着ローラの断面図及びその一部拡大図である。
【符号の説明】
１　樹脂被覆層（離型層）
３　芯金
１１　樹脂被覆ローラ（加熱定着ローラ）
１２ａ、１２ｂ　中空チャック
１３　加熱ヒータ
１７　制御装置
１８　電源
２０　平滑ローラ
２３　加熱ヒータ
２４　加圧アクチュエータ
２６　制御装置
２７　電源
３２　平滑ローラ
３３　加熱ヒータ
３５　加圧アクチュエータ
【図１】
2004004311.tif 000003
【図２】
2004004311.tif 000004
【図３】
2004004311.tif 000005
【図４】
2004004311.tif 000006
【図５】
2004004311.tif 000007