(57)【要約】【課題】転写部材を被加工物に当接する際の押力を制御することにより、転写面の表面性状を均一な状態で平滑化すると共に、シリコーンゴムのようなフッソ樹脂より耐熱性の低い物質の劣化を最小限に抑えることが可能な熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面を平滑化する装置を得る。【解決手段】円筒、円柱または無端状ベルト基体上の最外層に熱可塑性樹脂を被覆した被加工物１の表面を平滑化する装置に関する。被加工物１を回転自在に保持および回転駆動する駆動源と、被加工物１を任意の温度に一定に制御する被加工物１の赤外線ヒータ１４およびその制御手段と、被加工物１にその表面より平滑な転写部材６を当接する押圧機構と、上記押圧時の力を計測して、この計測情報に基づいて、押圧力を調整する調整機構と、押圧機構を被加工物１の軸方向に移動する駆動機構とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒、円柱または無端状ベルト基体上の最外層に熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面を平滑化する装置において、
前記被加工材を回転自在に保持および回転駆動する駆動源と、
前記被加工材を任意の温度に一定に制御する被加工材加熱手段およびその制御手段と、
前記被加工材に該被加工材表面より平滑な転写部材を当接する押圧機構と、
上記押圧時の力を計測して、この計測情報に基づいて、押圧力を調整する調整機構と、
前記押圧機構を前記被加工材軸方向に移動する駆動機構と、
を備えたことを特徴とする表面平滑化装置。
【請求項２】
前記押圧機構による押圧時の力を計測するセンサ部に平行平板構造を有することを特徴とする請求項１に記載の表面平滑化装置。
【請求項３】
前記平行平板構造の変位量差を検出する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の表面平滑化装置。
【請求項４】
前記調整機構の駆動源に電気信号を変位に変換する変換手段を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の表面平滑化装置。
【請求項５】
前記転写部材が前記被加工材の周速と同等の速度で回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面平滑化装置。
【請求項６】
前記被加工材加熱手段として、被加工材外部に配置された赤外線ヒータを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面平滑化装置。
【請求項７】
前記赤外線ヒータの前記被加工材に対する反対側に被加工材の軸方向に平行に楕円面を有する赤外線反射部材を設け、前記楕円面の一方の焦点位置に赤外線ヒータを配置し、他方の焦点位置を被加工材の表面またはその近傍に配置したことを特徴とする請求項６に記載の表面平滑化装置。
【請求項８】
前記赤外線ヒータ及び前記赤外線反射部材を一体的に被加工材の軸方向に移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項７に記載の表面平滑化装置。
【請求項９】
前記転写部材を加熱する転写部材加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の表面平滑化装置。
【請求項１０】
前記被加工材が円筒形状の場合、被加工材内部より加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の表面平滑化装置。
【請求項１１】
前記被加工材が無端状ベルトの場合、該無端状ベルトを張架かつ回転自在に保持する機構を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表面平滑化装置。
【請求項１２】
円筒、円柱または無端状ベルト基体上に弾性層および最外層のフッソ樹脂層が形成され、前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表面平滑化装置を用いてフッ素樹脂層が平滑化されていることを特徴とする、電子写真画像形成装置の定着装置に用いられる定着用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が熱可塑性樹脂で被覆された円筒、円柱、無端状ベルト形状の被加工物の表面を平滑化する装置及びこの装置により表面が平滑化された定着用部材に関し、特に表面がフッ素樹脂で被覆された電子写真の原理を用いた画像形成装置で使用される定着ローラ、定着ベルト、加圧ローラなどの定着用部材の製造に用いる表面平滑化装置及びこの装置により表面が平滑化された定着用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真の原理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には、熱可塑性樹脂を芯金に被覆した構成を備えている。特に熱可塑性樹脂の材質としてはトナーとの離型性がよいフッソ樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど）が用いられることが多い。
【０００３】
このフッソ樹脂の表面はトナーに対する離型性を高めるために表面粗さＲｚ１〜３μｍ、うねり２〜４μｍ程度の平滑性が要求される。この平滑性を得る手法として、特開２０００−７１３３０号、特願２００３−１２５８７６号があり、シート或いは円筒上の転写部材をフッソ樹脂が加熱した状態で接触させ転写させる方法が挙げられる。しかしこれらの方法の欠点としては転写部材の当接させる力を制御していない点が挙げられる。
【０００４】
近年、電子写真の原理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にはローラ基体（芯金）と熱可塑性樹脂（フッソ樹脂）の間にプライマ（接着層）を介してシリコーンゴムが介在するものもある。ゴムの弾性を利用することにより定着時のトナーへの圧力が均一になり高画質になることを狙ったものである。また省エネの観点から待機時からの使用可能な状態になるまでの復帰時間を短縮するために、基体を芯金から無端状ベルトに変更した定着ベルトなども用いられる。
【特許文献１】特開２０００−７１３３０号公報
【特許文献２】特願２００３−１２５８７６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、シリコーンゴムはフッソ樹脂より耐熱性が低いため、上記従来例を用いて平滑化を試みると、フッソ樹脂が軟化する融点近くまで温度をかけ、かつ転写部材を当接させるのでその時の当接圧力により、シリコーンゴムの劣化が避けられない。シリコーンゴムが劣化すると電子写真の原理を用いた画像形成装置の定着部に利用した場合、所望の画質が得られない、目標の耐久が得られないなどの不具合が発生することとなる。
【０００６】
そこで、本発明は、転写部材を被加工物に当接する際の押力を制御することにより、転写面の表面性状を均一な状態で平滑化すると共に、シリコーンゴムのようなフッソ樹脂より耐熱性の低い物質の劣化を最小限に抑えることが可能な熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面を平滑化する装置及びこの装置により平滑化された定着用部材を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、円筒、円柱または無端状ベルト基体上の最外層に熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面を平滑化する装置において、前記被加工材を回転自在に保持および回転駆動する駆動源と、前記被加工材を任意の温度に一定に制御する被加工材加熱手段およびその制御手段と、前記被加工材に該被加工材表面より平滑な転写部材を当接する押圧機構と、上記押圧時の力を計測して、この計測情報に基づいて、押圧力を調整する調整機構と、前記押圧機構を前記被加工材軸方向に移動する駆動機構と、を備えたことを特徴とする表面平滑化装置である。
【０００８】
この構成では、被加工物を加熱下で転写部材を一定の力で当接させることが可能となり、被加工物に加熱下での加圧に弱い部材が用いられても被加工物表面に転写部材の面を転写し平滑化することが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記押圧機構による押圧時の力を計測するセンサ部に平行平板構造を有することを特徴とする請求項１に記載の表面平滑化装置である。
【００１０】
この構成では、押圧時の力を計測するセンサ部に平行平板構造を有するので平行平板の撓みにより発生した力で被加工物を押圧することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記平行平板構造の変位量差を検出する手段を有することを特徴とする請求項２に記載の表面平滑化装置である。
【００１２】
この構成では、平行平板構造の変位量差を検出する手段を有するので、変位量の差から転写部材が当接した際の力を測定することが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記調整機構の駆動源に電気信号を変位に変換する変換手段を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の表面平滑化装置である。
【００１４】
この構成では、被加工材の振れにより転写部材の当接位置が変化した際にそれに追従して転写部材を駆動することが可能で、転写部材の押力を一定にすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記転写部材が前記被加工材の周速と同等の速度で回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面平滑化装置である。
【００１６】
この構成では、転写部材と被加工物の接触部で摩擦によるせん断力が作用せず熱可塑性樹脂が加工中に剥がれることを防止することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記被加工材加熱手段として、被加工材外部に配置された赤外線ヒータを用いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面平滑化装置である。
【００１８】
この構成では、被加工物内部にシリコーンゴム層のように熱可塑性樹脂より耐熱性の低い部材が存在した際にも与えるダメージを低減することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記赤外線ヒータの前記被加工材に対する反対側に被加工材の軸方向に平行に楕円面を有する赤外線反射部材を設け、前記楕円面の一方の焦点位置に赤外線ヒータを配置し、他方の焦点位置を被加工材の表面またはその近傍に配置したことを特徴とする請求項６に記載の表面平滑化装置である。
【００２０】
この構成では、赤外線ヒータの熱を効率よく被加工物上に照射することが可能となり、余計なところを加熱しないので被加工物内部にシリコーンゴム層のように熱可塑性樹脂より耐熱性の低い部材が存在した際にも与えるダメージを最小とすることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記赤外線ヒータ及び前記赤外線反射部材を一体的に被加工材の軸方向に移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項７に記載の表面平滑化装置である。
【００２２】
この構成では、加熱時間が短くなり請求項６および７よりさらに被加工物内部にシリコーンゴム層のように熱可塑性樹脂より耐熱性の低い部材が存在した際にも与えるダメージを低減することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記転写部材を加熱する転写部材加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の表面平滑化装置である。
【００２４】
この構成では、被加工物に接触した際に熱を奪い被加工物の温度が低下するのを防ぐことにより、表面の平滑性を向上させることができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記被加工材が円筒形状の場合、被加工材内部より加熱する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の表面平滑化装置である。
【００２６】
この構成では、被加工材を内部から加熱、予熱することにより、被加工材表面が所定の温度に到達する時間を短くして、加工時間を短縮することができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、前記被加工材が無端状ベルトの場合、該無端状ベルトを張架かつ回転自在に保持する機構を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表面平滑化装置である。
【００２８】
この構成では、無端状ベルトの被加工材でも円筒、円柱形状の被加工材と同様に表面を平滑にすることができる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、円筒、円柱または無端状ベルト基体上に弾性層および最外層のフッソ樹脂層が形成され、前記請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表面平滑化装置を用いてフッ素樹脂層が平滑化されていることを特徴とする、電子写真画像形成装置の定着装置に用いられる定着用部材である。
【００３０】
この構成では、加工中の弾性層に与えるダメージが少なく、かつ表層の離型性がよいため、高画質（粒状度がよい）でかつトナーの固着を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１に係る発明によれば、転写部材を被加工物に当接する際の押力を制御することにより、転写面の表面性状を均一な状態で平滑化すると共に、シリコーンゴムのようなフッソ樹脂より耐熱性のない物質の劣化を最小限に抑えることが可能な熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面を平滑化する装置を提供することができる。
【００３２】
請求項２に係る発明によれば、平行平板構造により押圧機構を微動するガイドと力を測定するセンサ部を一体化し装置の小型化を達成することができる。
【００３３】
請求項３に係る発明によれば、平行平板構造の変形を検出し転写部材の押力を正確に測定することができる。
【００３４】
請求項４に係る発明によれば、電気信号を機械的変位に変換する素子を用いることにより、応答性がよく被加工物の回転に追従する動きを実現することができる。
【００３５】
請求項５に係る発明によれば、転写部材が被加工物に接触する際に発生する表面のせん断力を低減し、シリコーンゴムの劣化を防止することができる。
【００３６】
請求項６に係る発明によれば、熱可塑性樹脂を軟化させる際にシリコーンゴムを熱劣化させないようにすることができる。
【００３７】
請求項７に係る発明によれば、被加工材を加熱する際に赤外線ヒータで発生する赤外線を被加工物の特定の場所に集光して効率よく加熱させることができる。
【００３８】
請求項８に係る発明によれば、請求項７記載のヒータを軸方向に移動して転写部材が被加工物に接触する近傍のみを加熱することにより、よりヒータの消費電力を抑えるとともにゴムへ与えるダメージを少なくすることができる。
【００３９】
請求項９に係る発明によれば、転写部材を加熱させることにより転写部材が被加工材に接触した際に熱が奪われるのを防ぐことができる。
【００４０】
請求項１０に係る発明によれば、熱容量が大きい被加工物に対して熱効率よく加熱することができる。
【００４１】
請求項１１に係る発明によれば、無端状ベルト形状のワークに対しても円筒、円柱形状の被加工材と同様の平滑化加工が可能である。
【００４２】
請求項１２に係る発明によれば、弾性層（通常はシリコーンゴム）を含む被加工材に一定に制御された熱と力を加え表面のフッソ樹脂の表面性状を改善した定着部材を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
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は第１実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の上面図、図２は第１実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の側面図、図３は図１及び図２の表面平滑化装置の制御ブロック図である。
【００４４】
本装置は、被加工物１を両端から保持するチャック２と、それを回転するモータ３、その回転力をチャック２に伝達するベルト４と、チャック２を可動させ被加工物１を着脱自在にするための駆動源としてエアシリンダ５とを備える。
【００４５】
次に転写部材６は平行平板構造体７上に回転自在に固定され、その平行平板構造体７には変位測定ターゲットとしての変位センサターゲット８が取りつけられている。変位センサターゲット８の位置は非接触変位測定器としての変位センサ９により計測される。また平行平板構造体７は圧電素子１０にて駆動され、その動きはリニアガイド１１ａにて案内される。なお、この圧電素子１０のような電気信号を変位に変換する変換手段として、超磁歪素子等を用いることができる。
【００４６】
またこのユニット全体はエアシリンダ１２にて前後進される。その動きはリニアガイド１１ｂより案内されている。またこの全体は１軸アクチュエータ１３にて被加工物１の軸方向と平行な方向に移動される。
【００４７】
赤外線ヒータ１４の被加工物１に対する反対側には、被加工物１の軸方向に平行に楕円面を有する赤外線反射部材としての反射板１５が設けられている。即ち、反射板１５は被加工物１の軸方向に垂直な断面が楕円形状に形成されている。反射板１５の楕円面の一方の焦点位置に赤外線ヒータ１４が配置され、他方の焦点位置に被加工物１の表面またはその近傍が配置されている。他方の焦点位置と被加工物１の表面との距離を調整することにより被加工物１の表面の加熱範囲を適宜調整することができる。
【００４８】
このようにして被加工物１は赤外線ヒータ１４にて加熱される。この時反射板１５により熱が被加工物１上に集光される。また被加工物１の表面温度は放射温度計１６により計測され所定の温度が一定になる様に制御部５０を介して制御される。この時、被加工物１内部に挿入された赤外線ヒータ１７により全体が予熱されている。赤外線ヒータ１７は放射温度計１８により制御部５０を介して温度制御される。なお、赤外線ヒータ１４の代わりに他の熱源を用いてもよい。
【００４９】
以下にその一連の動作を記す。被加工物１を所定の位置で保持し本装置を起動すると、まずエアシリンダ５が駆動しチャック２が前進し被加工物１を保持した後に、所定の回転数でモータ３が回転し、その回転がベルト４によりチャック２に伝達され被加工物１が回転する。この状態で余熱用の赤外線ヒータ１７により被加工物１の全体が予熱される。この時の温度は弾性層に用いるシリコーンゴムにダメージを与えない温度２８０℃以下が望ましい。被加工物１が設定温度に到達したら、今度は赤外線ヒータ１４にて被加工物の加工部近傍が加熱される。この時は表層の熱可塑性樹脂（ここではフッソ樹脂を用いる）が十分軟化する温度（３００〜３１０℃程度）にまで加熱する。
【００５０】
加工部近傍の温度が所定の温度に達したらエアシリンダ１２により転写部材６の位置するユニットが前進する。この時転写部材６はまだ被加工物１にぎりぎり接触しない（ギャップ０．１ｍｍ程度）。その後圧電素子１０に通電し圧電素子１０の変位により平行平板構造７が押され、被加工物１に転写部材６が接触する。その時の反力により平行平板構造体７がひずむ。この時変位センサターゲット８の位置を変位センサ９により計測し、演算装置５１にて平行平板構造体７が歪む前の位置と歪んだ後の位置との差、即ち変位を算出する。この変位量が一定となる様に圧電素子１０に印加する電圧を制御し、圧電素子１０の駆動を調整することにより、平行平板構造体７の変位が一定となり転写部材６が被加工物１に当接する時の押力が一定となる。実際被加工物１には振れが存在するため、転写部材６を単にバネ力などで押しつけただけでは、押力が一定とならない。この時回転部材としての転写部材６は被加工物１に接触しているのでその摩擦力により逆方向に回転する。
【００５１】
このように転写部材６を被加工物１に接触させた状態で１軸アクチュエータ１３にて図１中の被加工物１の軸に平行に左から右方向に一定側でトラバースすることにより被加工物１の全周に転写部材６を押圧して表面性状を改善することができる。図８はこのようにして平滑化された被加工物１としての定着部材を示し、芯金４０の上に弾性層４１が形成され、弾性層４１上に熱可塑性樹脂製の離型層４２が形成されている。
【００５２】
図４は第２実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の転写部材駆動部の上面図、図５は図４の表面平滑化装置の制御ブロック図である。図４に示す表面平滑化装置は転写部材６を回転駆動させ、かつ加熱する機構を追加した実施形態である。転写部材６は中空の回転軸２２に回転自在に保持されており、この回転軸２２は駆動用モータ２０の駆動力をベルト２１を介して伝達されることにより所定の回転数で回転させることができる。また回転軸２２は中空構造をしており、その内部にはカートリッジ型ヒータ２３が挿入されている。これにより転写部材６を所定の温度まで加熱することが可能となり、その時の転写部材の表面温度を温度センサ２４で検出して一定の温度に制御する。転写部材６を加熱することにより、被加工物１に転写部材６が接触した際に被加工物１の熱を奪い表面温度が低下することを防止することができる。
【００５３】
図６は第３実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の上面図である。図６には被加工物１を加熱する赤外線ヒータ１４とその熱エネルギを被加工物１の表面上に集光する反射板１５を小型化した実施形態を示す。この場合転写部材６の被加工物１の軸方向に伴う移動に対して、赤外線ヒータ１４、反射板１５も同様の向きに同速で移動することとなる。また図示されているように赤外線ヒータ１４、反射板１５の方が先に被加工物１に熱を照射することにより転写部材６が当接する前にフッソ樹脂表面を軟化させることができる。また加工する近傍のみを短時間加熱するだけなので弾性層（シリコーンゴム）に与えるダメージも減少する。以上において、赤外線ヒータ１４、１７の一方又は両方が遠赤外線ヒータであってもよい。
【００５４】
図７は第４実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の側面図である。図７には被加工物１を円筒状から無端状ベルト形状１ｂに変更した際の実施形態を示す。転写部材６を当接する機構は上記実施形態例と変っていない。被加工物１ｂは主軸３０およびテンション軸３１により張架されており、テンション軸３１を駆動するエアシリンダ３２の引力を調整することにより被加工物１ｂにかかるテンションを調整する。この状態で先述と同様に主軸３０をモータ３により駆動することにより、被加工物１ｂを所定の回転数で回転させることが可能となる。また主軸３０が転写部材６が任意の押力で当接した際のバックアッフプとなりその力を支えベルト状の被加工物１ｂが内側へ変形しないように拘束する。他の加工に関しては第１実施形態と同様の方法で実施される。なお、本発明は上記実施例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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の上面図である。
【図２】第１実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の側面図である。
【図３】図１及び図２の表面平滑化装置の制御ブロック図である。
【図４】第２実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の転写部材駆動部の上面図である。
【図５】図４の表面平滑化装置の制御ブロック図である。
【図６】第３実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の上面図である。
【図７】第４実施形態の熱可塑性樹脂を被覆した被加工材の表面平滑化装置の側面図である。
【図８】定着部材の断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    被加工物
１ｂ    被加工物（ベルト状）
２    チャック
３    モータ
４    ベルト
５    エアシリンダ
６    転写部材
７    平行平板構造体
８    変位センサターゲット
９    変位センサ
１０    圧電素子
１１ａ    リニアガイド
１１ｂ    リニアガイド
１２    エアシリンダ
１３    １軸アクチュエータ
１４    赤外線ヒータ
１５    反射板
１６    放射温度計
１７    赤外線ヒータ（予熱用）
１８    放射温度計
２０    モータ
２１    ベルト
２２    回転軸
２３    カートリッジ型ヒータ
２４    温度センサ
３０    主軸
３１    テンション軸
３２    エアシリンダ
４０    芯金
４１    弾性層（シリコーンゴム）
４２    離型層（フッソ樹脂）
５０    制御部
５１    演算装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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