JP3604911B2

JP3604911B2 - 薄肉ローラ及び該薄肉ローラの製造方法

Info

Publication number: JP3604911B2
Application number: JP20578398A
Authority: JP
Inventors: 誠村田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP2000029342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラに関し、特に、肉厚の薄いローラ芯金を備えた薄肉ローラ、及び該薄肉ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等の電子写真式の画像形成装置に使用される定着ローラは、そのローラ内にハロゲンヒータ等の熱発生装置を内装し、加圧ローラと圧接してニップ部を形成している。そして、このような定着ローラは、ニップ部の圧力と、上記熱発生装置からの輻射熱とにより、上記ニップ部に送り込まれた転写紙にトナーを溶融定着させるものである。
【０００３】
従来から、定着ローラは、その芯金に熱伝導性及び剛性の確保のためアルミニウム合金が素材として用いられている。このような定着ローラの一般的な構成は、筒状で薄肉のローラ芯金を基体とし、その外周面にフッ素皮膜等を粉体塗装し焼成して離型層をコーティングしたものである。
【０００４】
また、上記定着ローラの製造工程の概略は、上記アルミニウム合金材を円筒状の長尺のローラに成型し、これを所定の長さに切断して短尺なローラ芯金とし、さらに、その外周面に離型層を密着させるため切削又は研削等により表面を粗面化した後、離型層の形成、所定の仕上げ処理を行って完成品の定着ローラを得る。
【０００５】
多くの場合、上記製造工程におけるローラ芯金の粗面化は、ダイヤモンドバイトを使用した外径切削により行われる。また、この切削は、同時にローラ芯金を所定の肉厚まで薄肉化する工程でもある。一方、近年において、上記定着ローラのローラ芯金は、熱伝導性を向上させるために、さらなる薄肉化が要求されている。すなわち、ローラ芯金の薄肉化により定着可能な温度に達するまでの時間（定着ローラの立ち上がり時間）を短縮して複写機等の省電力化を進めることが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように定着ローラは、その機能上、高剛性であることが必要であり、いたずらにローラ芯金の肉厚を落とすことはできない。また、上記ダイヤモンドバイトによって肉厚を均一に薄くすることのできるプロセス限界点は、現在では０．８ｍｍが限界であり、この肉厚では、定着ローラの立ち上がり時間は、ほぼ３０秒が限度となっている。
【０００７】
なお、アルミニウム合金材の代替素材として、鉄や、ステンレス系の素材を用いる試みもなされているが、その防錆対策、加工性の問題等から製造コストに見合わず、また、アルミニウム合金材に比べて熱伝導率が低く、温度分布の均一性も十分に得られていない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、定着ローラのローラ芯金にアルミ合金材を用いても、従来より薄肉で、かつ、高剛性を確保できる薄肉ローラを提供するとともに、簡易かつ安価な方法によりローラ芯金を薄肉化でき、かつ高剛性を確保できる薄肉ローラの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の薄肉ローラは、ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有する薄肉ローラにおいて、上記リブが巻き方向の異なる少なくとも２本以上の螺旋状のリブにより格子状に形成されていることを特徴としている。
【００１０】
上記螺旋状のリブのリード角が、２°から１５°の範囲にあることが望ましい。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の薄肉ローラの製造方法は、円筒状のローラ芯金の外周面に溝を形成し、その反対側の内周面に上記溝に対応したリブを形成する第１の工程と、該第１の工程で形成された溝を除去するように上記外周面の切削を行う第２の工程と、を有する薄肉ローラの製造方法において、上記第１の工程が、一方向へ等速回転されるローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ部材を、その軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に巻き方向の異なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成するスピニング加工であることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄肉ローララ及び該薄肉ローラの製造方法の実施例を図面に基づいて説明する。まず、本実施例の薄肉ローラの構成について説明する。
図１は、本発明の適用対象となる定着ローラの基本的構成を示す図である。定着ローラの基本的構成は、円筒状のローラ芯金１にトナーのオフセットを防止するための離型層２を形成したものである。
【００１３】
また、図１に示すように、定着ローラの全体の形状は、そのローラの両端位置の直径が、その長手方向の中央位置の直径より大きくなった、いわゆる鼓形状となっている。この鼓形状によれば、図示しない加圧ローラとの間に形成するニップ部のうち、両端部の圧接力が向上する。この結果、搬送される転写紙のヨレや、シワ等の発生が防止される。なお、上記鼓形状における両端位置と中央位置との直径差は、０．０８ｍｍ程度が一般的である。
【００１４】
本発明の薄肉ローラは、図１に示したローラ芯金１の内周面にリブを形成し、従来よりローラ面を薄肉にした構成である。図２から図４に、内周面にリブ３が形成された上記ローラ芯金１の構成例を示す。このようなローラ芯金１の内周面に成型可能であるリブ３の配置や形状については、様々なパターンが考えられるが、ここでは、それらのうち３種類の構成例を各図に示している。
【００１５】
図２は、螺旋状にリブ３を形成したローラ芯金１の一部構成図である。この図において、（ａ）は薄肉ローラの縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、（ｃ）はローラ面の断面の一部を拡大した斜視図である。
【００１６】
図２に示すように、このローラ芯金１の内周面には、ローラの一方の端部から他方の端部へ向けて、螺旋状に１本のリブ３が形成されている。また、このリブ３は、ローラ芯金１の内周面にのみ形成されており、その外周面は、従来の定着ローラと同様に均一な周面である。
【００１７】
図２（ｃ）の拡大図に示すように、ローラ面のうち、リブ３の形成されていないローラ面１ａは、非常に薄肉である。本実施例において、このローラ面１ａの肉厚は０．３ｍｍ前後となっている。
【００１８】
このように従来より薄肉なローラ面は、ローラ芯金１内に内装されるハロゲンヒータ等からの輻射熱を受けたとき、従来より単位時間あたりの温度上昇が早いため、定着ローラの立ち上がり時間を短縮可能としている。また、内周面上に途切れなく連続的に形成されたリブ３は、加圧ローラとの圧接回転に耐えうる十分な強度を与えている。
【００１９】
図３のローラ芯金１は、図２で示した一方向の螺旋状のリブ３に加えて、これと巻き方向が反対の螺旋状のリブ３を形成した構成例である。この場合、２本の螺旋状のリブ３は、いわゆるあやめ格子状のリブ３となっており、図１のローラ芯金１の場合より、さらに強度をバランス良く向上させている。
【００２０】
図４は、図３と同じように、格子状のリブ３を形成した構成例であるが、この場合は、軸方向と平行な複数の直線状のリブ３と、これらに直角に交わる複数のリング状のリブ３とを、内周面にそれぞれ等間隔に形成したものである。
【００２１】
図２から図４の構成例において、ローラ芯金１のみを図示しており、これら各ローラ芯金１は、各外周面に、離型層２や、図示しないゴム部材からなる弾性層を設けると、図１の定着ローラとなる。上記ローラ芯金１の離型層２は、フッ素樹脂の粉体塗装により、膜厚１０〜３０μｍの薄膜が形成される。また、例えば、弾性層を設ける場合には、ローラ芯金１上にゴム部材等の弾性層を設けて、この弾性層の表面に上記離型層２を形成した重層構造となる。
【００２２】
つぎに、本発明の薄肉ローラの製造方法を説明する。まず、従来の定着ローラの製造方法における一般的な工程順を説明すると、筒状のローラ芯金１の成型工程、外周面の粗面化工程、離型層２の形成工程、ローラ面の研磨工程（仕上げの工程）の順に行われる。
【００２３】
本実施例の製造方法では、上記従来の工程に加えて、上記粗面化の工程の前にローラ芯金１にリブ３の形成が行われる。なお、ここで加工対象となるローラ芯金１は、従来と同じ素材、及び同じサイズのローラ芯金を用いることができる。
【００２４】
以下、加工対象に、Ａ５０５２材からなるアルミニウム合金材を、外周直径φ３０．０ｍｍ、全長Ｌ３８０．０ｍｍ、肉厚ｔ１．０ｍｍの円筒状に成型したローラ芯金１（以下、「芯金」と称する）を用いる。そして、この芯金１の内周面に図３で示したような、上記あやめ格子状のリブ３を形成する場合を例にとって、製造方法の一実施例を説明する。
【００２５】
本実施例の薄肉ローラの製造において、内周面へのリブ３の形成工程は、ＣＮＣ旋盤を使用した２つの工程からなる。第１の工程は、上記芯金１に対するスピニング加工で、第２の工程は、外周面の切削である。
【００２６】
上記リブ３の形成工程を概説すると、第１の工程では、芯金１をＣＮＣ旋盤の主軸で回転可能にチャックした状態で、芯金１の外周面に螺旋状の溝を形成するようにスピニング加工が行われる。この工程において、スピニング加工による溝の形成と同時に、その裏側の内周面には上記リブ３が形成される。ついでＣＮＣ旋盤上で第２の工程が行われる。この第２の工程では、芯金１の外周面を切削し外周面の上記溝を除去して、そのローラ面に上記リブ３のみを残したローラ芯金１を成型する。
【００２７】
図５は、リブ形成具４の詳細構成図である。図５に示すように、上記リブ形成具４は、スピニングローラ５からなる押さえ部材を有し、このスピニングローラ５は、軸受部材４ａにより回転可能（矢印Ａ）に支持されており、溝３ａを成形するためのノーズ５ａを有している。また、スピニングローラ５は、上記軸受部材４ａごとアーム４ｂに回転可能に保持され、ラジアル方向に回動（矢印Ｂ）するようになっている。なお、本実施例では、スピニングローラ５は、外径が１５０．０ｍｍ、ノーズ５ａの部分のＲが２．０（ｍｍ）のサイズのものを使用している。
【００２８】
図６及び図７は、あやめ格子状のリブ３を形成するスピニング加工の工程を示す図である。図６は、１本目のリブ３を形成するところを、図７は２本目のリブ３を形成するところを示している。また、これらの各図において、（ａ）では側方から見た様子を、（ｂ）では螺旋を展開して直線にして上方から見た様子を示している。
【００２９】
また、図８は、上記リブ形成具４によりローラ面に溝３ａ及びリブ３が形成される様子を拡大して示した断面図である。スピニング加工において、上記リブ形成具４は、アーム４ｂを介して芯金１の軸方向に移動制御され、また、スピニングローラ５は、そのラジアル方向へ位置決め制御される。そして、このスピニングローラ５が、芯金１の外周面に所定寸法の溝３ａを成形するように芯金１上に位置決めされると、この芯金１の回転と従動して回転されることになる。
【００３０】
図８に示すように、スピニングローラ５は、上記従動回転とともに、その外周縁の形状５ａ（以下、「ノーズ」と称する）を芯金１の外周面に連続的に押し込み、外周面を凹ませて螺旋状の溝３ａを、また同時に内周面にリブ３を形成する。
【００３１】
また、第１の工程において、上記あやめ格子状のリブ３の形成は、本来２通りの方法が考えられる。第１の方法は、本実施例のように芯金１を一定の方向に回転させたまま、リブ形成具４を往復させる方法で、第２の方法は、１本目の形成後に、芯金１の回転方向を反転させてリブ形成具４を元の位置に戻してから再度同じ方向へ送る方法である。
【００３２】
図６及び図７に示したように、本実施例では、リブ形成具４を往復移動させてあやめ格子状のリブ３を形成する方法を採用している。この方法では、リブ形成具４を１回往復させるだけで、上記あやめ格子状のリブ３を形成でき、ワークの１本あたりに費やす加工時間が短く、生産性が向上するので製造コスト低減に有利である。
【００３３】
なお、上記芯金１の外周面にどのような形状の溝３ａ（内周面にはリブ３）が形成されるかは、芯金１の回転速度、リブ形成具４の移動速度（送り量）、スピニングローラ５のラジアル方向の角度、及び、スピニングローラ５のノーズ５ａの押し込み量により決定される。ここで、このような加工条件の設定にあたり、上記ＣＮＣ旋盤を動かすプログラムには、いわゆるねじ切り用に設定されたものを流用すると良い。
【００３４】
上記第１の工程において、本実施例におけるスピニング加工の主要な加工条件は、主軸回転数を６０．０ｒｐｍとし、リブ形成具４の送り量ｆを１０．０ｍｍ／ｒｅｖとし、ノーズ５ａの押し込み量を１．０ｍｍとした。この場合、芯金１の外周直径をＤとすると、螺旋のリード角α（軸方向と垂直に交わる平面との角度）は、次の式から求めることができる。
ｔａｎα＝ｆ／πＤ
【００３５】
上記加工条件のスピニング加工では、螺旋状のリブ３のリード角αが５°となる。このようにリード角αを計算により求めることができ、または、任意にリード角αを設定する際には必要な他の加工条件を求めることができる。なお、上記リブ形成具４は、上記のように求められるリード角αによりラジアル方向への位置決めが行われれる。また、上記スピニング加工により、外周面の溝３ａ、及び内周面のリブ３は、以下のサイズとなった。
溝３ａ；深さｄ０．６〜０．８、幅ｈ１．０〜１．２（ｍｍ）
リブ３；高さｄ′０．３〜０．５、幅ｈ′０．６〜０．８（ｍｍ）
【００３６】
上記第１の工程が終了すると、ＣＮＣ旋盤上では引き続いて上記外周面の溝を除去する第２の工程へ入る。この第２の工程における切削としては、上記芯金１にダイヤモンドバイト６による外径切削が施される。このような切削を行うのは、芯金１の外周面を削ってその外周面の溝３ａを除去するためであり、また、後に形成される離型層２との密着性を確保するために表面をある程度に粗面化するためでもある。なお、バイトによる切削に代えて、あるいは加えて、砥石による研削加工を行ってもよい。
【００３７】
図９は、芯金１の外周面を切削する様子を拡大して示した断面図である。本実施例では、切削の加工条件を、主軸回転数４５００ｒｐｍとし、ダイヤモンドバイト６の送り量０．１３ｍｍ／ｒｅｖとして加工を行った。ここで、設定すべきダイヤモンドバイト６による削りの深さｄ″は、上記溝３ａの深さｄにより異なった数値となる。すなわち、図８に示すように、芯金１の外周面の凹凸をなくして均一化するような深さｄ″を設定し、溝３ａを完全に除去する必要がある。また、上記切削は、芯金１を肉薄化する工程でもある。例えば、溝３ａの深さｄが０．６ｍｍであれば、ダイヤモンドバイト６の削りの深さｄ″を０．７に設定し、ローラ面を０．３ｍｍの肉厚まで薄くすることが可能である。なお、上記外径切削後の外周面は、その送り量等の切削条件から３μｍ程度の面粗さ（Ｒｚ）が得られる。
【００３８】
上記第２の工程における上記ダイヤモンドバイト６を用いた切削による粗面化は、従来からローラ芯金の製造工程でも離型層との密着性向上のために行われていた。そこで、本発明の製造方法では、そのような粗面化の工程を、上記外周面の溝３ａからなる凹凸を削り落とすための上記第２の工程に利用している。すなわち、従来と同様の設備を使用でき、しかも、上記のように溝３ａの除去、薄肉化、及び、粗面化をすべて同時に行っているので、比較的低コストでの製造を可能としている。
【００３９】
上記第２の工程が終了すると、その後は従来の製造方法と特に変わるとことはない。本実施例では、上記切削によりローラ芯金１の成型が完了すると、つぎにサンドブラスト処理を行うこととし、サンドブラスト処理により、さらに高精度の面粗さＲｚを得るようにしている。このサンドブラスト処理は、平均粒径５０．０μｍ（いわゆる呼び粒度が＃１８０である）のアルミナ材を使用し、吐出圧を２．５〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ2として行った。この場合、芯金１の表面の面粗さは、Ｒｚ＝９．０〜１２．０μｍとなった。
【００４０】
上記サンドブラスト処理の後、芯金１を塗装装置に移し、フッ素樹脂等を粉体塗装して薄膜を形成し、ついでこれを焼成装置内に移し、３８０℃の高温下で焼成し離型層２を形成する。本実施例では、焼成後の離型層２は、その膜厚が２０．０〜２４．０μｍ、表面の面粗さＲｚが２．５〜３．０μｍとなった。
【００４１】
上記焼成工程の後、ローラ面をテープ研磨すれば定着ローラの完成品となる。なお、完成した定着ローラの最終的な面粗さＲｚは、２．０μｍ以下にするとよい。図１０は、完成品である定着ローラ１を展開して、その内周面のリブ３の形成状態を示した図である。上記のように完成した定着ローラは、その内周面に上記スピニング加工で施された、２方向性のリブ３がバランス良く等間隔に並んで形成されている。
【００４２】
なお、経験的には、あやめ格子状を形成する螺旋状のリブ３のリード角αは、２〜１５°の範囲にあることが好ましく、上記したように本実施例のリード角αは５°である。また、上記あやめ格子状のリブ３は、スピニング加工の条件設定を変えることで、その螺旋の本数や、上記リード角α等を変えることができ、その定着ローラの使用条件に合致した最適なクリープ特性や、たわみ量を確保することができる。
【００４３】
以上の実施例の説明は、定着ローラについてであるが、本発明は、定着ローラに限らず、ドラム感光体、現像器の現像スリーブなど、円筒状で薄肉のローラであれば、定着ローラと同様に適用可能で、同様の効果を得ることができると考えられる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄肉ローラは、ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有する薄肉ローラにおいて、上記リブが巻き方向の異なる少なくとも２本以上の螺旋状のリブにより格子状に形成された構成なので、ローラの剛性を確保し、かつローラ面の薄肉化を図ることができ、定着ローラの立ち上がり時間を短縮することができる。特に、上記リブを巻き方向の異なる２本の螺旋状のリブであやめ格子状に形成した構成によれば、高い剛性を確保できる。
【００４５】
本発明の薄肉ローラの製造方法は、円筒状のローラ芯金の外周面に溝を形成し、その反対側の内周面に上記溝に対応したリブを形成する第１の工程と、該第１の工程で形成された溝を除去するように上記外周面の切削を行う第２の工程と、を有する薄肉ローラの製造方法において、上記第１の工程が、一方向へ等速回転されるローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ部材を、その軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に巻き方向の異なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成するスピニング加工を行う方法なので、既存の旋盤等の設備を使用して安価かつ簡易にリブを形成することができ、また、上記第２の工程においては、上記内周面のリブの存在によりプロセス限界が下がりローラ面を従来より薄肉化することができる。
【００４６】
また、上記あやめ格子状の溝及びリブを短時間で簡易に形成でき、加工時間の短縮により製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能である定着ローラの全体構成図である。
【図２】内周面に１本の螺旋状のリブを形成したローラ芯金の構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、（ｃ）はリブが形成されたローラの部分断面を示す拡大図である。
【図３】内周面に巻き方向の異なる２本の螺旋状のリブからなる格子状のリブを形成しローラ芯金の断面構成図である。
【図４】内周面に直線状のリブと、リング状のリブとからなる格子状のリブを形成した構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線の断面図である。
【図５】図６及び図７の第１の工程に使用されるリブ形成具の構成を示す要部断面図である。
【図６】製造方法の実施例において、螺旋状のリブを形成する第１の工程で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は上方から見た展開図である。
【図７】製造方法の実施例において、あやめ格子状のリブを形成する第１の工程で、２本目のリブの形成動作を示す図で、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は上方から見た展開図である。
【図８】図６及び図７の第１の工程で、ローラ面に溝及びリブが形成される様子を示す拡大断面図である。
【図９】第２の工程で、切削により溝を除去している様子を示す拡大断面図である。
【図１０】製造方法の実施例において、製造後の定着ローラを示す図で、（ａ）はローラの端部を切り開いた状態を示す上面図、（ｂ）は展開図である。
【符号の説明】
１ローラ芯金（芯金）
３リブ
３ａ溝
α リード角
５押さえ部材（スピニングローラ）

Claims

ローラ芯金の内周面に凸状のリブを有する薄肉ローラにおいて、上記リブが巻き方向の異なる少なくとも２本以上の螺旋状のリブにより格子状に形成されていることを特徴とする薄肉ローラ。
上記螺旋状のリブのリード角が、２°から１５°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の薄肉ローラ。
円筒状のローラ芯金の外周面に溝を形成し、その反対側の内周面に上記溝に対応したリブを形成する第１の工程と、該第１の工程で形成された溝を除去するように上記外周面の切削を行う第２の工程と、を有する薄肉ローラの製造方法において、上記第１の工程が、一方向へ等速回転されるローラ芯金のローラ面を押圧する押さえ部材を、その軸方向へ往復移動させて、上記ローラ面に巻き方向の異なる２本の螺旋状の溝及びリブを形成するスピニング加工であることを特徴とする薄肉ローラの製造方法。