(57)【要約】【課題】  熱容量を小さくするための薄肉化の、また、加工精度向上のための高剛性化の、相反する要因を両立するために磁界に反応する流体を用いて、薄肉ローラを保持し、かつ剛性を向上させる薄肉ローラおよびこの薄肉ローラの製造方法を提供する。【解決手段】  プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる中空円筒状の薄肉ローラ１０、１３、２０、２５において、前記薄肉ローラ１０、１３、２０、２５の中空部に挿入され前記薄肉ローラの内径より小さな外径を有する中子１１、１４、２１、２６、前記薄肉ローラの内周部と前記中子の外周部に挿入され、磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化する流体１２、２２、２７、この流体に印加するための磁界を発生する磁界発生手段２３を使用して製造する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる中空円筒状の薄肉ローラにおいて、前記薄肉ローラの中空部に挿入され前記薄肉ローラの内径より小さな外径を有する中子、前記薄肉ローラの内周部と前記中子の外周部に挿入され、磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方が変化する流体、この流体に印加するための磁界を発生する磁界発生手段を使用して製造することを特徴とする薄肉ローラ。
【請求項２】
中空円筒状の薄肉ローラを加工する製造方法において、前記薄肉ローラの中空部に薄肉ローラの内径より小さな外径を有する中子を挿入する工程と、前記薄肉ローラの内周部と前記中子の外周部に磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方が変化する流体を挿入する工程と、磁界発生手段から磁界を発生させ、その磁界を流体に掛けてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方を変化させ、前記薄肉ローラの剛性を所望の値まで向上させる工程と、剛性の向上した前記薄肉ローラを、所定の位置に保持しかつ加工する工程を有することを特徴とする薄肉ローラの製造方法。
【請求項３】
前記流体として、磁気粘性流体あるいはＭＲ流体を用いたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項４】
前記流体として、磁性流体を用いたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項５】
前記中子に磁界発生手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項６】
前記中子は中空円筒であることを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項７】
前記中子の中空部に磁界発生手段を接続できることを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項８】
前記磁界発生手段として、永久磁石を用いたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項９】
前記磁界発生手段として、電磁石を用いたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項１０】
前記磁界発生手段には、磁界の強度を変化させる制御手段が付加されていることを特徴とする請求項９記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項１１】
前記中子の両端部に永久磁石を取り付けたことを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【請求項１２】
前記薄肉ローラを、前記流体の溶媒と同様の性質を有する溶媒で洗浄することを特徴とする請求項２記載の薄肉ローラの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられるローラに関し、とくに画像形成装置の定着ローラとして使用されている薄肉ローラや感光体のごとき薄肉ローラの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタなどの電子写真方式を用いた画像形成装置において、紙、ＯＨＰシート等の記録材に転写されたトナー像を記録材に定着させる装置としては、熱定着装置が広く利用されている。
この熱定着装置には、ヒータなどで加熱された定着ローラに加圧ローラを圧接させ、トナーを加熱溶融して記録材に定着を行なう方式のものが多用されている。
このヒータなどを用いる熱定着装置では、定着ローラ表面の昇温時間を短縮することが望まれている。その方法として加熱源であるハロゲンヒータの能力を高めるなどの手段があるが、エネルギ消費が大きくなるので、環境上あまり好ましくない。
また電磁波による渦電流によって定着ローラを加熱する誘導加熱方式や、定着ローラに電気抵抗体等の発熱層を設けた直接加熱方式の定着装置は立ち上げ時間を画期的に短くすることができ、無駄な電力を不要とすることができ、環境問題にも有利な方式として注目されている。
これらの定着方式のいずれにとっても定着ローラの熱容量が小さい方が好ましい。そこで、定着ローラの肉厚を薄くすることが試みられている。肉厚が薄ければ定着ローラの熱容量が小さくなるので、定着ローラを短時間で昇温することができる。
薄肉ローラの強度アップと立ち上り時間短縮の双方を満足させることのできる定着ローラおよびその製造方法は従来から知られており（例えば特許文献１および２参照）、また、加工時の剛性を確保するために、かかる薄肉ローラを補強することも提案されている（例えば特許文献３および４参照）。
特許文献１においては、定着ローラの軸に平行に延設される複数の縦リブをローラ芯金の内面に設けている。また、この縦リブと直交するようにリング状の円周リブをローラ芯金の内面に設けている。
縦リブと円周リブによる交差状のリブがローラ内面に設けられることにより、ローラ強度が大幅に増大し、芯金を薄肉化して立ち上がり時間を短縮させることができる。
特許文献１においては、変形に強く、切削屑など材料ロスが少なく、低コストの薄肉ローラ及びその製造方法を提供することが開示されている。変形を防止するためのリング状の補強部材の内周面に有する薄肉ローラにおいて、リング状の補強部材の一部に開放部を設けている。
【特許文献１】特開２００１−１６６６２３公報
【特許文献２】特開２００３−８３３２２公報
【特許文献３】特開平９−２１８６０４号公報
【特許文献４】特開昭５９−１５５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図６は従来の薄肉ローラを示す長手方向断面図である。図７は図６の薄肉ローラの右側面図である。図６および図７において、この薄肉ローラ１は肉厚が１ｍｍ以下と薄いので剛性が低下してしまい、そのため薄肉ローラの製造、加工時のチャッキングによって変形しやすい。
図８は従来の補強部材を有する薄肉ローラを示す長手方向断面図である。図９は図８の薄肉ローラの右側面図である。肉厚を厚くすれば剛性は向上するが、その分熱容量が大きくなってしまうので、定着時の立ち上がりが遅くなるという欠点が生じる。
そこで剛性を向上させるために補強部材４を挿入する薄肉ローラ３が開発された。これは薄肉ローラ３の一部に補強部材４を組み合わせることで肉厚部５を設けて、剛性を高めるものである。必ずしも補強部材を組み合わせるのでなくても、薄肉ローラの内部にリブを形成しても剛性は向上する。
しかしながら、補強部材４やリブを形成すると、薄肉ローラの一部の肉厚が増えるので、熱容量が均一でなくなり、結局、定着の立ち上がりが遅くなるという欠点があった。
従来の薄肉定着ローラの一般的な製造法としては、厚肉のローラ粗管を薄肉化するために、ローラ外周を切削加工する。しかしながら、熱容量を小さくするためにローラの肉厚が１ｍｍ以下になると、加工時のチャッキングによる変形や、剛性不足のために加工時にビビリが生じて、所望の面精度が確保できない問題があった。
そこで、加工時の剛性を確保するために、薄肉ローラの内部にリング状の補強部材を溶接するもの（特許文献３）や、押し出し成形時に内面に放射状のリブを設けたもの（特許文献４）などが提案されている。
しかしながら、このような従来の定着ローラの補強方法では、強度アップするだけの目的としては効果があるが、強度アップした部分の肉厚が厚くなるためその部分は温度上昇時間に時間がかかりすぎる問題がある。
本発明の目的は、上述した実情を考慮して、このような熱容量を小さくするための薄肉化と加工精度向上のための高剛性化という、相反する要請を両立するために磁界に反応する流体を用いて、薄肉ローラを保持し、かつ剛性を向上させる薄肉ローラおよびこの薄肉ローラの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に用いられる中空円筒状の薄肉ローラにおいて、前記薄肉ローラの中空部に挿入され前記薄肉ローラの内径より小さな外径を有する中子、前記薄肉ローラの内周部と前記中子の外周部に挿入され、磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化する流体、この流体に印加するための磁界を発生する磁界発生手段を使用して製造する薄肉ローラを特徴とする。即ち、薄肉ローラの内部に流体を介して中子を挿入することによって、薄肉ローラを変形させることなく安定して支持する構造、或いは方法に関するものである。
また、請求項２に記載の発明は、中空円筒状の薄肉ローラを加工する製造方法において、前記薄肉ローラの中空部に薄肉ローラの内径より小さな外径を有する中子を挿入する工程と、前記薄肉ローラの内周部と前記中子の外周部に磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化する流体を挿入する工程と、磁界発生手段から磁界を発生させ、その磁界を流体に掛けてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化させ、前記薄肉ローラの剛性を所望の値まで向上させる工程と、剛性の向上した前記薄肉ローラを、所定の位置に保持しかつ加工する工程を有する薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記流体として、磁気粘性流体あるいはＭＲ流体を用いた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記流体として、磁性流体を用いた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記中子には磁界発生手段を備えた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記中子は中空円筒である請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
【０００５】
また、請求項７に記載の発明は、前記中子の中空部に磁界発生手段を接続できる請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、前記磁界発生手段として、永久磁石を用いた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記磁界発生手段として、電磁石を用いた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記磁界発生手段には、磁界の強度を変化させる制御手段が付加されている請求項９記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、前記中子の両端部に永久磁石を取り付けた請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、前記薄肉ローラを、前記流体の溶媒と同様の性質を有する溶媒で洗浄する請求項２記載の薄肉ローラの製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、薄肉ローラの剛性を向上させて、薄肉ローラの加工時に、チャックや加工圧力による薄肉ローラの変形を防ぐことができ、また加工時のビビリを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明による薄肉ローラの第１の実施の形態を示す長手方向断面図である。
薄肉ローラ１０をそのままチャッキングするのではなく、薄肉ローラ１０の内部に、薄肉ローラ１０の内周面と整合する円柱状の中子１１を挿入し、薄肉ローラ１０と中子１１の間に、磁界に反応する流体、たとえば、ＭＲ流体（磁気粘性流体）や磁性流体等の流体１２を介在させる。
ところで、薄肉ローラをチャック等して位置決めした後の状態を高精度に保持し、外乱、とくに振動を抑制する技術として、本発明者はＭＲ流体などの磁性を有した流体の利用について研究している。この研究によれば、位置決め装置の移動時は滑らかに、静止時には大きな静止保持力を発生し、静止保持力を発生するさいに、相対的な位置ずれが発生しない。
静止時にＭＲ流体のばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方、あるいは両方を変化させることで、ナノメータオーダの微小振動を減衰、あるいは除去することができる。静止時にバネ定数、粘性減衰係数を制御することで、ナノメータオーダの微小振動の最適な減衰特性を得ることができる。
本実施形態では、中子１１に備えられた磁界発生手段、たとえば永久磁石や電磁石によって、流体１２に磁界をかけて、粘性減衰係数、ばね定数のどちらか一方、あるいは両方とも変化させることで、一次共振点を向上させ、薄肉ローラ１０の剛性を向上させる。これよりチャッキングによるローラの変形を防ぐことができる。
中子１１は、流体１２を介して一定以上の剛性を備えた薄肉ローラ１０を支持しているので、薄肉ローラ１０にうねりや反りがあってもその形状にならって保持することができる。また磁界の強さを変化させることで、一次共振点を変化させ、剛性を最適な状態に制御することができる。
そのため、例えば薄肉ローラ１０をチャッキングして、加工機で加工する場合に、その加工機と工具の押し付け圧の強さや薄肉ローラの肉厚が変化しても、磁界を変化させれば一次共振点を制御できるので、加工によるビビリを減少させることができ、薄肉ローラ１０の高精度な加工が可能になる。
【０００８】
図２は補強部材入り薄肉ローラを示す長手方向断面図である。また、図２におけるような補強部材１５入り薄肉ローラ１３であっても、ＭＲ流体（磁気粘性流体）や磁性流体等である流体１６を介在させるので、中子１４は薄肉ローラ１３とは非接触（流体１６を介して接触）であり、ローラ内部に補強部材１５やリブが形成され、凹凸があっても保持することができる。
薄肉ローラ１３の内部の流体、たとえばＭＲ流体や磁性流体１６は中子１４を外せば、外に排出されるが、若干、薄肉ローラ１３の内壁に付着している。そこで、流体の溶媒と同様の性質を有する液体で、内部を洗浄することで、薄肉ローラ１０の内部を短時間でクリーニングすることができる。
粘性減衰係数、ばね定数のどちらか一方あるいは両方とも自在に変化させることの可能な動作媒質としての液体の磁性体を用いることによって、薄肉ローラ１３に中子１４を挿入する時は滑らかに、保持時は薄肉ローラ１３を変形させることなく保持し、剛性を向上させることができる。
また、薄肉ローラ１３の内部にリブがあっても安定して保持することができる。さらに、沈殿が発生しにくいので、長期的に使用できる。流体に磁界をかけることによって、液体の磁性体は、粘性減衰係数、ばね定数のどちらか一方あるいは両方とも可変にすることができる。
【０００９】
図３は本発明による薄肉ローラの第２の実施の形態を示す長手方向断面図である。図４は磁界発生手段を配置した図３の薄肉ローラの第２の実施の形態を示す長手方向断面図である。
図３および図４において、第１の実施の形態と異なるのは、中子２１が中空である点である。第１の実施の形態では、磁界発生装置が電磁石の場合に配線が必要になる。
加工機たとえば旋盤にチャッキングすると、配線を回転継ぎ手、例えばスリップリングなどで接続する必要があり、加工の段取りが面倒であった。永久磁石を用いればこの問題は改善されるが、今度は中子を挿入するさいにＭＲ流体が固まってしまい、中子の挿入とともに薄肉ローラの長手方向にＭＲ流体が移動してしまう欠点がある。
これに対して中子２１が中空、且つ少なくとも一端が開口していれば、まず中空中子２１を薄肉ローラ２０に挿入し、中空中子２１と薄肉ローラ２０の間にＭＲ流体２２を介在させ、最後に磁界発生手段２３、例えば永久磁石や電磁石を中空中子２１の内部に挿入することで、ＭＲ流体の移動を防ぐことができる。
中子２１を薄肉ローラ２０内に挿入した後で磁界発生手段２３を中子の中空部に組み込むことによって、中子２１そのものは磁界を発生しないので、中子２１を滑らかに挿入することができ、ＭＲ流体２２の偏りを防ぐことができる。
中子２１に磁界を掛け、後から磁界発生手段２３を接続することで、中子２１を滑らかに挿入できる。また、薄肉ローラ２０の内周に対して中子２１をセンタリングすることができる。
【００１０】
図５は本発明による薄肉ローラの第３の実施の形態を示す長手方向断面図である。図５では第２の実施の形態と同様に、まず中空中子２６を薄肉ローラ２５に挿入し、中空中子２６と薄肉ローラ２５の間にＭＲ流体２７を介在させる。
このまま状態では薄肉ローラ２５の両端部からＭＲ流体２７が漏れ出してしまう。そこで、中空中子２６の両端に永久磁石２８を挿入することで、薄肉ローラ２５の両端部からのＭＲ流体２７の漏れ出しを防ぐことができる。
本発明によれば、中空円筒状の薄肉ローラを加工する製造方法は、各実施形態に示した薄肉ローラ１０、１３、２０、２５の中空部に、薄肉ローラの内径より小さな外径を持つ中子１１、１４、２１を挿入する工程と、薄肉ローラ１０、１３、２０、２５の内周部と中子１１、１４、２１の外周部に磁界の強さに応じてばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化するＭＲ流体１２、２２を挿入する工程を有している。
また、上記製造方法は、磁界発生手段２３から磁界を発生させ、その磁界を流体に印加してばね定数、粘性減衰係数のどちらか一方あるいは両方とも変化させ、薄肉ローラの剛性を所望の値まで向上させる工程と、剛性の向上した薄肉ローラを所定の位置に保持しかつ加工する工程を含んでいる。
磁界の強度を制御して、液体の磁性体を、粘性減衰係数、ばね定数のどちらか一方あるいは両方とも制御することで、薄肉ローラの軸方向長さや厚さが変化しても、適切な剛性を得ることができる。また、加工圧やローラの肉厚が変化しても、適切な剛性を得ることができる。
薄肉ローラ２５を流体２７の溶媒と同様の性質を有する液体で洗浄することによって、ＭＲ流体２７あるいは磁性流体を除去することができる。
このように、本発明によれは、定着ローラとして使用する薄肉ローラの「薄肉化」と「剛性向上」の相反要素を両立させ、薄肉ローラの加工時に、チャッキングによる薄肉ローラの変形をなくし、薄肉ローラの熱容量の変化をなくすことができる。
ＭＲ流体の液体―固体の変化を利用することで、薄肉ローラをその形状のまま固定し、共振点を変化させることで、切削時のビビリをなくし、加工精度を向上させ、リブや補強部材を入れないことで、肉厚を均一にする。
薄肉ローラに反りやうねり、また補強部材やリブなどがあっても固定でき、また切削時の熱によるローラの変形があっても固定することができ、さらに補強部材が不要なので熱容量が一定であり、立ち上がりの早い定着ローラが期待できる。
なお、本発明における薄肉ローラとは、定着ローラに使用する金属ローラ、感光体ドラムに使用するローラ等々、画像形成装置に使用される全ての薄肉ローラを含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による薄肉ローラの第１の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図２】補強部材入り薄肉ローラを示す長手方向断面図である。
【図３】本発明による薄肉ローラの第２の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図４】磁界発生手段を配置した図３の薄肉ローラの第２の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図５】本発明による薄肉ローラの第３の実施の形態を示す長手方向断面図である。
【図６】従来の薄肉ローラを示す長手方向断面図である。
【図７】図６の薄肉ローラの右側面図である。
【図８】従来の補強部材を有する薄肉ローラを示す長手方向断面図である。
【図９】図８の薄肉ローラの右側面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１０  薄肉ローラ、１１  中子、１２  ＭＲ流体、１３  薄肉ローラ、１４  中子、１５  補強部材、２０  薄肉ローラ、２１  中空中子、２２  ＭＲ流体、２３  磁界発生手段（永久磁石、電磁石）、２５  薄肉ローラ、２６  中空中子、２７  ＭＲ流体、２８  永久磁石
【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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【図９】
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