使用不鏽鋼的固著裝置的製作方法

2023-09-17 11:48:05 4

本發明涉及一種包括使用不鏽鋼的薄壁管狀的固著構件的固著裝置，尤其，涉及一種在雷射印表機或複印機中，包括用以施加熱與壓力而使色粉固著於用紙的固著套筒(sleeve)、或固著輥的固著裝置。

背景技術：

雷射印表機或複印機的固著方式逐漸從現有的輥固著方式向膜固著方式變化。關於現有的輥固著方式，由於輥內部的加熱器對輥進行加溫，故而在列印待機中也需要預先運轉加熱器。與此相對，將壁厚形成得薄的固著套筒由於導熱效率高、熱容量小、且加熱器僅在旋轉時運作，故而省電且可縮短待機時間。作為成為該固著套筒的基層的薄壁的管狀體，可使用不鏽鋼等金屬或聚醯亞胺等樹脂。但是，為了省電或縮短待機時間，優選為具有強度且熱容量小的不鏽鋼等金屬制。

對於固著套筒而言，要求可耐變形的周方向的柔軟性與耐久性。在使用不鏽鋼作為固著套筒的基層的情況下，其厚度可極薄地製造為20μm～50μm。作為製造此種極薄的金屬制管狀體的方法，眾所周知的是使用旋壓加工的方法(參照專利文獻1)。

使用不鏽鋼的極薄的固著套筒的熱容量小(比熱小於現有的鋁製的固著套筒)，因此熱響應性佳。另外，使用不鏽鋼的極薄的固著套筒的壁厚薄，因此固著套筒的厚度方向的溫度上升快。但是，由於導熱率小於現有的鋁製的固著套筒，故而固著套筒的軸向的導熱性差。進而，課題在於：由於在供給紙時，固著套筒的軸向的中央部的熱被奪取，另一方面，軸向的兩端部的溫度上升，故而固著套筒的軸向的溫度無法變得均一，所謂的固著套筒的熱不均。

作為用以解除固著套筒的熱不均的方法，有對成為基層的不鏽鋼的管狀體的外周面實施導熱率大的銅鍍敷的方法。但是，該方法存在因銅的氧化皮膜的影響而導致橡膠等塗料難以密接於銅鍍敷的外周面的問題。

作為用以解除固著套筒的熱不均的方法，有對不鏽鋼與銅的層疊材(包層材)、或不鏽鋼與鋁的層疊材進行旋壓加工，而製造極薄的金屬制管狀體的方法。但是，該方法存在由於層疊材的價格高，故而製造成本上升的問題。

作為用以解除固著套筒的熱不均的其他方法，有對成為基層的不鏽鋼的管狀體的外周面噴鍍導熱率大的鋁的方法(專利文獻1～專利文獻4)。另外，利用從滷素燈產生的輻射熱的滷素加熱器由於使用燈作為發熱體，故而接通電源後可立即加熱，為低成本且具有穩定性。但是，對於壁厚厚的固著套筒而言，由於固著套筒的熱容量變大，且提高固著套筒的溫度而需要時間，故而難以採用滷素加熱器。

關於專利文獻1的固著構件，未記載成為基層的不鏽鋼的壁厚。另外，所噴鍍的鋁被膜的壁厚為5μm以上。進而，設置於不鏽鋼的管狀體的內部的發熱體為傳熱流體(heat transfer fluid)13、或加熱器15。

關於專利文獻2的固著構件，未記載成為基層的不鏽鋼的壁厚、及所噴鍍的鋁被膜的壁厚。另外，未記載設置於不鏽鋼的管狀體的內部的發熱體。關於專利文獻3的固著構件，未記載成為基層的不鏽鋼的壁厚。另外，所噴鍍的鋁被膜的壁厚為1.5mm，並非薄壁的鋁被膜。進而，設置於不鏽鋼的管狀體的內部的發熱體為電磁感應加熱線圈5。

關於專利文獻4的固著構件，成為基層的不鏽鋼的壁厚為30μm～200μm。另外，未記載關於對成為基層的不鏽鋼的外周面噴鍍鋁的情況。進而，設置於不鏽鋼的管狀體的內部的發熱體為陶瓷加熱器11。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開昭53-120537號公報

[專利文獻2]日本專利特開平8-95410號公報

[專利文獻3]日本專利特開2001-109307號公報

[專利文獻4]日本專利特開2003-156954號公報

技術實現要素：

[發明所要解決的問題]

本發明的目的在於提供一種通過在成為基層的薄壁的不鏽鋼的管狀體的外周面形成薄壁的鋁被膜，而厚度方向的溫度上升快、軸向的溫度均一，且固著構件的熱不均少、用以加熱固著構件的能量少的固著裝置。

[解決問題的手段]

所述課題可通過以下的方法來解決。

即，本發明1的使用不鏽鋼的固著裝置為在通過色粉(toner)而加以複印的圖像形成裝置中，對色粉像進行加熱而使其固著於記錄介質上的固著裝置，所述使用不鏽鋼的固著裝置包括通過設置於內部的發熱體而進行加熱的薄壁管狀的固著構件，所述固著構件是通過以下的工序而形成：進行在不鏽鋼的杯狀管狀體的內周面嵌入芯棒(mandrel)，並且在所述杯狀管狀體的外周面按壓輥的旋壓加工，使所述杯狀管狀體沿軸向長條化而形成壁厚為20μm～300μm的不鏽鋼的杯狀管狀體的工序；將所述杯狀管狀體的兩端切斷而形成成為基層的不鏽鋼的管狀體的工序；對所述不鏽鋼的管狀體的外周面噴鍍鋁而形成壁厚為10μm～150μm的鋁被膜的工序；以及在所述鋁被膜的外周面形成脫模層的工序。

本發明2的使用不鏽鋼的固著裝置：在本發明1中，

所述固著構件的基層為壁厚為20μm～50μm的固著套筒的所述基層、或壁厚為100μm～300μm的固著輥的所述基層的任一個，且

所述鋁被膜的厚度為所述基層的15％～50％。

本發明3的使用不鏽鋼的固著裝置：在本發明2中，所述發熱體為滷素加熱器。

本發明4的使用不鏽鋼的固著裝置包括：在本發明3中，對所述不鏽鋼的管狀體的外周面進行噴射加工而進行表面粗糙化的工序作為對所述不鏽鋼的外周面噴鍍鋁的工序的前工序。

本發明5的使用不鏽鋼的固著裝置：在本發明4中，所述鋁被膜的外周面的表面粗糙度Rmax(最大高度)為40μm以下。

本發明6的使用不鏽鋼的固著裝置：在本發明5中，作為對所述不鏽鋼的外周面噴鍍鋁的工序的後工序，對所述不鏽鋼的管狀體的外周面進行研磨加工而去除凸部。

[發明的效果]

本發明的使用不鏽鋼的固著裝置由於在成為基層的薄壁的不鏽鋼的管狀體的外周面形成有薄壁的鋁被膜，故而厚度方向的溫度上升快、軸向的溫度均一，且固著構件的熱不均少、用以加熱固著構件的能量少。另外，由於固著構件的熱容量變小，故而可使用滷素加熱器作為發熱體，接通電源後可立即加熱，為低成本且穩定性得到提高。

附圖說明

圖1是表示應用本發明的固著裝置的圖像形成裝置的概要的說明圖。

圖2是以剖面圖表示本發明的使用不鏽鋼的固著裝置的說明圖。

圖3是表示本發明的使用不鏽鋼的固著構件的製造方法的工序圖。

圖4(a)、圖4(b)是表示本發明的實施方式的固著輥的製造方法，圖4(a)是表示利用深衝壓加工的杯狀管狀體的成形工序的縱剖面圖，圖4(b)是表示所成形的杯狀管狀體的立體圖。

圖5(a)、圖5(b)表示圖4(a)、圖4(b)的後工序，圖5(a)是表示使用芯軸對圖4(b)的杯狀管狀體進行旋壓加工的工序的說明圖，圖5(b)是表示將旋壓加工結束後的杯狀管狀體的兩端切斷而成形管狀的固著輥的工序的說明圖。

圖6是表示對將兩端切斷的管狀的固著輥實施噴砂加工的工序的說明圖。

圖7是表示圖6的工序的後工序即對將兩端切斷的管狀的固著輥噴鍍鋁的工序的說明圖。

圖8(a)、圖8(b)表示噴鍍有鋁的固著輥的外周面的照片，圖8(a)是表示固著輥的外周面的整體的照片，圖8(b)是表示由圖8(a)的黑色的矩形線包圍的範圍的12倍的放大照片。

圖9表示圖8(b)的三處部位的顯微鏡照片，且是五種倍率的顯微鏡照片。

圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)是對噴鍍有鋁的固著輥的三處部位的表面粗糙度進行測定所得的圖表。

圖11(a)、圖11(b)、圖11(c)是在對鋁被膜的外周面進行研磨加工後，對固著輥的三處部位的表面粗糙度進行測定所得的圖表。

圖12是表示在鋁被膜的外周面形成有氟樹脂的脫模層的狀態的固著輥的剖面的說明圖。

符號的說明

1：圖像形成裝置

2：本體

3：曝光部

4：感光體

5：轉印部

6：託盤

7：供紙部

8：抗蝕劑輥

9：固著裝置

11：色粉

12：用紙

13：固著輥

14：加壓輥

15：發熱體

100：不鏽鋼的薄板

101：凹模

102：衝頭

200：杯狀管狀體

201：內周面

202：外周面

300：芯棒

301：輥

302：切斷刀

400：成為基層的不鏽鋼的管狀體

401：鋁被膜

402：脫模層(表層)

500：噴射噴嘴

501：研磨材

502：噴射噴嘴移動方向

601：噴鍍槍

602：噴鍍槍移動方向

A：雷射光

D：外徑尺寸

L1：軸向長度

L2：噴射距離

L3：噴鍍距離

STEP1～STEP9：步驟

t1、t2：壁厚

具體實施方式

[圖像形成裝置的概要說明]

以下，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1是表示應用本發明的固著裝置的圖像形成裝置的概要的說明圖。本發明是與固著裝置9相關的發明，首先，對應用該固著裝置9的圖像形成裝置1的構成的概要進行說明。眾所周知的是該圖像形成裝置1有多種形態，例如，當以與雷射印表機相關的圖像形成裝置1進行說明時，圖像形成裝置1包括本體2、曝光部3、感光體4、轉印部5、託盤6、供紙部7、抗蝕劑輥8、固著裝置9等。關於各種要素的功能、構成，由於眾所周知，故而省略詳細說明。其次，對關於圖像形成裝置1的運作的概略進行說明。

在複印時，從曝光部3對感光體4照射所複印的圖像的雷射光A。感光體4的感光滾筒一邊旋轉，一邊經過帶電、曝光、顯影的各工序而通過色粉11來形成色粉像。色粉11是在粒子中內包含著色劑與蠟的，經過所述工序而在感光體4上形成色粉像。該色粉像利用轉印部5經由與感光體4對向設置的轉印輥來轉印於通過抗蝕劑輥8而從供紙部7運送來的用紙12。

通過轉印部5的用紙12被運送至固著裝置9。固著裝置9中，用紙12一邊被夾持於固著輥13與加壓輥14之間一邊被運送，通過熱與壓力而將色粉像固著於用紙12。經固著的用紙12作為輸出圖像以箭頭所示的流動被排出至託盤6。基本上利用以上所述的工序來進行雷射印表機的複印。

其次，對固著裝置9進行說明。圖2是以剖面圖表示本發明的使用不鏽鋼的固著裝置的說明圖。應用本發明的固著裝置9基本上包括固著輥(固著構件)13、加壓輥14及作為發熱體15的滷素加熱器等。該裝置是相對於薄的管狀的固著輥13，使加壓輥14加壓而將用紙12的色粉像固著的構成。首先，當對固著輥進行說明時，固著輥13通過作為設置於固著輥13內的發熱體15的滷素加熱器進行加熱。

固著輥(固著構件)13是由基層的壁厚為100μm～300μm的不鏽鋼形成。也可使用壁厚為20μm～50μm的極薄的由不鏽鋼形成的固著套筒(作為固著構件的固著膜)來代替壁厚相對較厚的固著輥13。若設為極薄的固著套筒，則在加壓輥14與發熱體15之間形成規定壓軋寬度的壓軋部而壓接固著套筒，並僅對壓軋部進行加熱，由此可進行快速啟動的加熱固著。

[固著輥13的製造方法]

圖3是表示本發明的使用不鏽鋼的固著構件的製造方法的工序圖。圖4(a)、圖4(b)表示本發明的實施方式的固著輥的製造方法，圖4(a)是表示圖3的步驟(STEP)1的利用深衝壓加工的杯狀管狀體的成形工序的縱剖面圖，圖4(b)是表示所成形的杯狀管狀體200的立體圖。壁厚為20μm～50μm的極薄的由不鏽鋼形成的固著套筒也可利用與固著輥相同的製造方法來製造。如圖4(a)所示，利用凹模101與衝頭102對SUS304等不鏽鋼的薄板100進行深衝壓加工，而成形圖4(b)所示的杯狀管狀體200。

圖5(a)、圖5(b)表示圖4(a)、圖4(b)的後工序，圖5(a)是表示進行圖3的STEP2的旋壓加工的工序的說明圖，且是表示使用芯棒對杯狀管狀體200進行旋壓加工的工序的說明圖。圖5(b)是表示圖3的STEP3的工序的說明圖，且是表示將旋壓加工結束後的杯狀管狀體200的兩端切斷而成形管狀的固著輥的工序的說明圖。即，如圖5(a)所示，將旋壓加工機的芯棒300嵌入至杯狀管狀體200的內周面201，旋轉芯棒300而使杯狀管狀體200旋轉。

在杯狀管狀體200的外周面202按壓輥301、輥301，並沿杯狀管狀體200的軸向移動輥301、輥301而進行旋壓加工。杯狀管狀體200沿杯狀管狀體200的軸向進行塑性變形而成為薄壁，並沿軸向進行長條化。如圖5(b)所示，只要利用切斷刀(cut-off tool)302、切斷刀302將旋壓加工結束的杯狀管狀體200的兩端切斷，則可獲得成為固著輥13的基層的壁厚為100μm～300μm的不鏽鋼的管狀體400。利用相同工序的旋壓加工，也可製造可應用於固著套筒的壁厚為20μm～50μm的不鏽鋼的管狀體400。

圖6表示圖5(a)、圖5(b)的後工序，是表示圖3的STEP4的工序的說明圖，且是表示對成為基層的不鏽鋼的管狀體400實施噴砂加工的工序的說明圖。如圖6所示，本發明的實施方式的成為基層的不鏽鋼的管狀體400的尺寸為外徑尺寸D為φ20、軸向長度L1為258mm、壁厚t1為100μm。使用吸引式的噴砂裝置，並且研磨材501為氧化鋁#60，噴射距離L2為200mm，噴射時間為30秒，空氣壓力為0.4Mpa。一邊使成為基層的不鏽鋼的管狀體400以150rpm旋轉，一邊沿成為基層的不鏽鋼的管狀體400的軸向平行(箭頭502方向)地移動噴射噴嘴500同時實施噴砂加工。

圖7表示圖6的後步驟，是表示圖3的STEP5的工序的說明圖，且是表示對成為基層的不鏽鋼的管狀體400的外周面噴鍍鋁的工序的說明圖。如圖7所示，使用電弧噴鍍裝置，並且噴鍍線材的材質為純度99％的鋁，噴鍍線材的外徑尺寸為φ1.2mm，噴鍍距離L3為120mm，噴鍍槍601的移動速度為20mm/sec，空氣壓力為0.5Mpa。一邊使成為基層的不鏽鋼的管狀體400以150rpm旋轉，一邊沿成為基層的不鏽鋼的管狀體400的軸向平行(箭頭602方向)地移動噴鍍槍601同時噴鍍鋁。所噴鍍的鋁被膜401的壁厚t2為20μm～30μm。所噴鍍的鋁也可為鋁合金。

在噴鍍時，使所噴鍍的鋁被膜401的壁厚t2在軸向上產生變化，而可形成倒冠(inverted crown)形狀的鋁被膜401。即，根據成為基層的不鏽鋼的管狀體400的軸向位置，控制噴鍍槍601的移動速度(使軸向的兩端部的移動速度逐漸慢於軸向的中央部)，將成為基層的不鏽鋼的管狀體400的軸向的中央部設為薄壁的鋁被膜401，並隨著向軸向的兩端部行進而使鋁被膜401逐漸形成為厚壁。其結果，軸向的中央部因薄壁而熱容量變小，軸向的兩端部因厚壁而熱容量變大。因此，固著輥13的軸向的中央部通過供紙而溫度較兩端部降低，但由於熱容量小，故而可在短時間內使固著輥13的軸向的中央部的溫度上升。其結果，可使固著輥13的熱不均減少。

圖8(a)、圖8(b)表示噴鍍有鋁的固著輥13的外周面的照片，圖8(a)是表示固著輥13的外周面的整體的照片，圖8(b)是表示由圖8(a)的黑色的矩形線包圍的範圍的12倍的放大照片。圖9表示圖8(b)的三處部位的顯微鏡照片，且是五種倍率的顯微鏡照片。圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)是對噴鍍有鋁的固著輥13的三處部位(凸緣(Flange)、底部(Bottom)、中心(Center))的表面粗糙度進行測定所得的圖表。表1是表示圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)的表面粗糙度的數據。如圖5(a)、圖5(b)所示，成形了杯狀管狀體200時的口側為凸緣(Flange)，底側為底部(Bottom)，口側與底側的軸向的中間位置為中心(Center)。如圖10(a)、圖10(b)、圖10(c)以及表1所示，關於噴鍍有鋁的固著輥13的外周面，Ra(中心線平均粗糙度)為7.366μm～9.929μm，Rz(10點的平均高度)為27.770μm～35.516μm，Rmax(最大高度)為56.388μm～73.038μm。

[表1]

其次，在圖3的STEP6的工序中，對噴鍍有鋁的固著輥13的外周面進行研磨加工。一邊使固著輥13旋轉，一邊沿固著輥13的軸向平行地移動研磨工具同時去除固著輥13的外周面的凸部，從而使鋁被膜的外周面變得光滑。圖11(a)、圖11(b)、圖11(c)是對經研磨加工的鋁被膜401的外周面的三處部位(凸緣、底部、中心)的表面粗糙度進行測定所得的圖表。表2是表示圖11(a)、圖11(b)、圖11(c)的表面粗糙度的數據。如圖11(a)、圖11(b)、圖11(c)以及表2所示，關於經研磨加工的固著輥13的外周面，Ra(中心線平均粗糙度)為6.892μm～7.330μm，Rz(10點的平均高度)為23.949μm～25.098μm，Rmax(最大高度)為36.297μm～39.059μm。通過研磨加工而去除固著輥13的外周面的凸部，從而減小在後工序中所塗裝的氟樹脂或矽橡膠的凹凸。即，鋁被膜的外周面的表面粗糙度以Rmax(最大高度)計40μm以下為佳，優選為10μm～40μm為佳。

[表2]

其次，在圖3的STEP7的工序中，對經研磨加工的鋁被膜401的外周面進行脫脂、清洗。在圖3的STEP8的工序中，對經清洗的鋁被膜401的外周面利用噴槍實施底漆塗裝。底漆使用以四氟乙烯樹脂為主成分的水系塗料。圖3的STEP9為最後的工序，在實施了底漆塗裝的外周面，利用噴槍塗布具有脫模性的氟樹脂或矽橡膠等彈性構件作為脫模層(表層)402，從而完成固著輥13(如圖12所示)。由此，追隨用紙12而使色粉11均一固著，進而可實現脫模性的提高。

[鋁皮膜的壁厚]

不鏽鋼的管狀體的外周面由所噴鍍的鋁皮膜被覆。該鋁被膜401的壁厚t2在所述實施方式中為20μm～30μm。若相對於不鏽鋼的管狀體的壁厚，鋁皮膜的壁厚薄，則抑制端部的溫度上升的效果低。下述表3中，在將鋁皮膜的壁厚固定為30μm，並使不鏽鋼的管狀體的壁厚產生變化時，測定端部的溫度上升。

[表3]

固著輥的端部溫度與基層的厚度

根據該結果，判明了：在不鏽鋼的管狀體與鋁皮膜的壁厚的比為比率12％時，端部的溫度變高。若鋁皮膜的壁厚薄於10μm，則產生孔，因此需要將壁厚設為10μm，更優選為設為20μm以上。通常而言，若考慮到機械強度、熱容量，則作為固著套筒的基層的不鏽鋼管狀體的壁厚為20μm～50μm。同樣地，作為固著輥的基層的不鏽鋼管狀體的壁厚為100μm～300μm。因此，若考慮到固著輥的基層的壁厚最大為300μm左右的情況，則根據表1所理解那樣，鋁皮膜的壁厚只要為不鏽鋼管狀體的15％以上即可，即便過厚，也是浪費材料。從作為固著輥的基層的不鏽鋼管狀體的壁厚最大為300μm左右的方面而言，最大為其50％的鋁皮膜的壁厚的限度為150μm。

因此，固著輥、或固著套筒的鋁皮膜的壁厚為10μm～150μm左右為佳。優選為，固著套筒的鋁皮膜的壁厚為10μm～25μm，固著輥的鋁皮膜的壁厚為10μm～150μm。若以該鋁皮膜的壁厚與不鏽鋼管狀體的壁厚的比率來說，則鋁皮膜的壁厚為不鏽鋼管狀體的壁厚的15％以上、未滿50％為佳。

本發明的使用不鏽鋼的固著裝置由於在成為基層的薄壁的不鏽鋼的管狀體的外周面形成有薄壁的鋁被膜，故而厚度方向的溫度上升快、軸向的溫度均一，且固著構件的熱不均少、用以加熱固著構件的能量少。另外，由於固著構件的熱容量變小，故而可使用滷素加熱器作為發熱體，接通電源後可立即加熱，為低成本且穩定性得到提高。本發明的實施方式中，對使用滷素加熱器作為發熱體的例子進行了說明，但也可使用陶瓷加熱器、電磁感應加熱線圈等其他發熱體。