JP2014112202A - 定着用部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

定着用部材の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】樹脂チューブと弾性材の間から余剰な接着剤を適切に扱き出すことができる製造方法を提供する。
【解決手段】弾性層22とフッ素樹脂チューブ24巻の余剰な接着剤を扱き出すにあたり、フッ素樹脂チューブ24の長手方向両端部を局所加熱して弾性層22に仮固定する。その際、余剰な接着剤が扱き出される側の樹脂チューブの仮固定部について、両者を接着させる部分aと接着させない部分bを周方向に交互に設けた構成とする。その結果、接着させない部分bを通じて余剰な接着剤を扱き出すことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は定着用部材の製造方法及び製造装置に関する。
従来より、電子写真方式の画像形成装置に搭載される定着装置に用いられる定着用部材として、ベルト形状のもの、ローラ形状のものが知られている。
これら定着用部材として、基材上に耐熱ゴム等からなる弾性層(弾性材)が形成され、さらにその表面には、トナーに対して優れた離型性を備えた樹脂層(例えば、フッ素樹脂層)を設けたものが知られている。
このような定着用部材として、特許文献1では、拡径した樹脂チューブ(例えば、フッ素樹脂チューブ)を円筒状の弾性材に外挿し、この弾性材の外周面に塗工された接着剤により樹脂チューブを固定することが記載されている。具体的には、この接着剤を加熱することにより硬化させて、弾性材に樹脂チューブが固定される。
この加熱工程において、樹脂チューブが熱により長手方向に縮む性質があることから、予め、仮固定しておくのが好ましい。具体的には、樹脂チューブの長手方向両端部を弾性材に局所的に仮固定しておくのが好ましい。
一方、弾性材と樹脂チューブの間には余剰な接着剤が存在するため、接着剤を加熱して硬化させる前に、樹脂チューブの長手方向一端部から他端部にかけて余剰な接着剤を扱くことが求められる。
特開2004−276290号公報
しかし、余剰な接着剤の扱き工程において、樹脂チューブの長手方向他端部をその全周に亘り仮固定してしまうと、余剰な接着剤が弾性材と樹脂チューブの間から抜けずに溜まってしまう。このように、接着剤が溜まってしまった部分は、膜厚が厚くなったり熱伝導性がその他の部位と変わったしまうため定着不良に繋がる恐れがある。そのため、仮固定部は切り離すのが好ましいが、定着用部材として使用できる正味の長さが短くなってしまう恐れがある。
本発明の目的は、樹脂チューブと弾性材の間から余剰な接着剤を適切に扱き出すことができる製造方法及び製造装置を提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係る定着用部材の製造方法の代表的な構成は、
弾性材の外周面に接着剤を塗工する第1の工程と、
前記接着剤が塗工された前記弾性材に樹脂チューブを外挿する第2の工程と、
前記樹脂チューブの長手方向一端部を加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に仮固定する第3の工程と、
前記樹脂チューブの長手方向他端部を周方向の一部を除いて加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に仮固定する第4の工程と、
前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある余剰な前記接着剤を前記樹脂チューブの長手方向一端側から他端側へ扱き出す第5の工程と、
前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある前記接着剤を加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に固定する第6の工程と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、樹脂チューブと弾性材の間から余剰な接着剤を適切に扱き出すことができる。
実施例1のフッ素樹脂チューブと弾性層の接着させない部分と接着させている部分を説明する図である。 定着ベルト(または加圧ベルト)の層構成を説明する図である。 画像形成装置例の構成を説明する図である。 実施例の定着装置の構成を説明する図である。 弾性層形成方法を説明する図である。 PFAチューブを被覆する装置の外観図である。 実施例1におけるPFAチューブを被覆する方法を説明する図である。 実施例1において扱き工程後のPFAチューブ下端部を説明する図である。 実施例1におけるカシメビットを説明する図である。 比較例1におけるカシメビットを説明する図である。 比較例1の扱き工程後のPFAチューブ下端部を説明する図である。 実施例2におけるカシメビットを説明する図である。 実施例2の扱き工程後のPFAチューブ下端部を説明する図である。
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明を適用できる実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではなく本発明の思想の範囲内において種々の変形が可能である。
[実施例1]
(1)画像形成部
図3は本実施例に用いた画像形成装置の概略の構成模式図である。この画像形成装置1は電子写真方式レーザープリンタであり、潜像を担持する像担持体として感光体ドラム2を備えている。感光体ドラム2は矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動され、その外面が帯電器3によって所定の極性・電位に一様に帯電される。その一様帯電面に対してレーザースキャナ(光学装置)4により画像情報のレーザー走査露光5がなされる。これにより、感光体ドラム2の面には走査露光した画像情報の静電潜像が形成される。
その静電潜像が現像器6によってトナー画像として現像される。そのトナー画像が、感光体ドラム2と転写ローラ7との当接部である転写部において、該転写部に導入された記録材(シート)Sに対して順次に転写される。
記録材(シート)Sは装置下部の給紙カセット9内に積載収納されている。所定の給紙タイミングで給紙ローラ10が駆動されると、給紙カセット9内の記録材が1枚分離給紙されて、搬送路10aを通ってレジストローラ対11に至る。レジストローラ対11は記録材Sの先端部を受け止めて記録材の斜行修正をする。また、感光体ドラム上のトナー画像の先端部が転写部に到達したときに記録材の先端部も転写部に丁度到達するタイミングとなるように、感光体ドラム上のトナー画像と同期をとって、記録材Sを転写部に給送する。
転写部を通った記録材Sは感光体ドラム2の面から分離されて、画像定着装置Aへと搬送される。この定着装置Aにより記録材S上の未定着トナー画像が加熱・加圧により固着画像として記録材面に定着される。そして、その記録材が搬送路10bを通って排出ローラ対12によって装置上部の排出トレイ13へと排出、積載される。また、記録材分離後の感光体ドラム2の面はクリーニング装置8によって転写残トナー等の残留付着物が除去されて清掃され、繰り返して作像に供される。
(2)定着装置A
図4は本実施例における定着装置Aの概略の構成模式図である。この定着装置Aはツインベルト方式−電磁誘導加熱方式の装置である。
ここで、定着装置Aまたはこれを構成している部材について長手または長手方向とは記録材搬送路面内において、記録材搬送方向に直交する方向に平行な方向である。定着装置について正面とは記録材導入側の面である。左右とは装置を正面から見て左または右である。ベルトの幅とは記録材搬送方向に直交する方向のベルト寸法(=ベルト長手方向の寸法)である。また記録材の幅とは記録材面において記録材搬送方向に直交する方向の記録材寸法である。また上流または下流とは記録材の搬送方向に関して上流または下流である。
この定着装置Aは、定着用部材として、その間において記録材を挟持搬送しつつ加熱及び加圧するニップ部を形成する定着ベルト(加熱部材)20と加圧ベルト(加圧部材)30を備えている。定着ベルト20と加圧ベルト30の両者は共に可撓性を有するエンドレスベルトである。
定着ベルト20の構成については(3)項で詳述する。定着ベルト20は、ベルト懸架部材としての間隔をあけて並行に配列されたテンションローラ51および定着ローラ52と、この両ローラ51・52間に配設された第1の加圧パッドとしての下向きの定着パッド53との間に懸回張設されている。テンションローラ51と定着ローラ52は、それぞれ、定着装置筐体(不図示)の左右の側板間に回転自由に軸受されて支持されている。定着パッド53は定着装置筐体の左右の側板間に支持されて配設されている。
テンションローラ51は、外径が20mm、内径が18mmである厚さ1mmの鉄製の中空ローラであり、定着ベルト20に張りを与える。
定着ローラ52は、外径が20mm、内径が18mmである厚さ1mmの鉄合金製の中空芯金に、弾性層としてのシリコーンゴム弾性層が設けられた高摺動性の弾性ローラである。この定着ローラ52は駆動ローラとして駆動源(モータ)Mから不図示の駆動ギア列を介して駆動力が入力されて、矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。
この定着ローラ52に前記のように弾性層を設けることで、定着ローラ52に入力された駆動力を定着ベルト20へ良好に伝達することができるとともに、定着ベルト20からの記録材Sの分離性を確保するための定着ニップを形成できる。シリコーンゴムの硬度はJIS−A15度である。シリコーンゴム弾性層によって、内部への熱伝導も少なくなるためウォーミングアップタイムの短縮にも効果がある。
加圧ベルト30は、本実施例においては、電鋳ニッケルを基層とし、表面は離型層としてフッ素樹脂であるPFAチューブを30μmの厚みで設けられている。加圧ベルト30は、図面上、定着ベルト20の下側に位置させて次のようにして配設されている。即ち、加圧ベルト30は、ベルト懸架部材としての間隔をあけて並行に配列されたテンションローラ54および加圧ローラ55と、この両ローラ54・55間に配設された第2の加圧パッドとしての上向きの加圧パッド56との間に懸回張設されている。
テンションローラ54と加圧ローラ55は、それぞれ、定着装置筐体(不図示)の左右の側板間に回転自由に軸受されて支持されている。テンションローラ54は、外径が20mm、内径が16mmである厚さ2mmの鉄合金製の中空芯金に、熱伝導率を小さくして加圧ベルト30からの熱伝導を少なくするためにシリコーンスポンジ層を設けてあり、加圧ベルト30に張りを与える。加圧ローラ55は、外径が20mm、内径が16mmである厚さ2mmの鉄合金製とされた低摺動性の中空剛性ローラである。加圧パッド56は定着装置筐体の左右の側板間に支持されて配設されている。
そして、定着ベルト20と加圧ベルト30との間に画像加熱部としての定着ニップ(ニップ部)60を形成する。そのために、加圧ローラ55は、回転軸の左右両端側がそれぞれ加圧機構(不図示)により矢印Fの方向に所定の加圧力にて定着ローラ52に向けて加圧されている。
また、装置を大型化することなく幅広い定着ニップ60を得るために、加圧パッドを採用している。すなわち、定着パッド53により定着ベルト20を加圧ベルト30に向けて加圧させるとともに加圧パッド56により加圧ベルト30を定着ベルト20に向けて加圧させている。加圧パッド56は、加圧機構(不図示)により矢印Gの方向に所定の加圧力にて定着パッド53に向けて加圧されている。定着パッド53と加圧パッド56との間に定着ベルト20と加圧ベルト30が圧着されることで記録材搬送方向において幅広の定着ニップ60が形成されている。
定着パッド53はパッド基体と定着ベルト内面に接する摺動シート(低摩擦シート)58を有する。加圧パッド56もパッド基体と加圧ベルト内面に接する摺動シート59を有する。これはベルト基層を金属層にした場合には、パッドのベルト内周面と摺擦する部分の削れが大きくなるという問題があるためである。ベルトとパッド基体の間に、摺動シート58と59を介在させることで、パッドの削れを防止し、摺動抵抗も低減できるので、良好なベルト走行性、ベルト耐久性を確保できる。
定着ベルト20の加熱手段として、エネルギー効率の高い電磁誘導加熱方式の加熱源(誘導加熱部材、励磁コイル)を採用している。加熱源としての誘導加熱部材57は定着ベルト20の上行側ベルト部分の外面に対して所定の僅少な隙間を存して対向させて配設されている。
誘導加熱部材57は、誘導コイル57aと、励磁コア57bと、それらを保持するコイルホルダー57cと、から構成される。誘導コイル57aは、長円状に扁平巻きされたリッツ線を用い、誘導コイルの中心と両脇に突起した横E型の励磁コア57bの中に配置されている。励磁コア57bはフェライト、パーマロイといった高透磁率で残留磁速密度の低いものを用いるので、誘導コイル57aや励磁コア57bでの損失を抑えられ、効率的に定着ベルト20を加熱する事ができる。
定着動作は次のとおりである。制御回路部63は、少なくとも画像形成実行時にはモータMを駆動する。また、励磁回路64から誘導加熱部材57の誘導コイル57aに高周波電流を流す。
モータMが駆動されることで定着ローラ52が回転駆動される。これにより、定着ベルト20が定着ローラ52と同じ方向に回転駆動される。定着ベルト20の周速度は、定着ニップ60の記録材入口側において記録材Sにループを形成するため画像形成部側から搬送されてくるシートSの搬送速度に比して僅かに遅い周速とされている。本実施例の場合、定着ベルト20の周速は300mm/secとされ、A4サイズのフルカラー画像を1分間に70枚定着することが可能である。
加圧ベルト30は定着ニップ60における定着ベルト20との摩擦力で定着ベルト20に従動して回転する。ここで、定着ニップ最下流の部分をローラ対52・55により定着ベルト20と加圧ベルト30を挟んで搬送する構成としたことで、ベルトのスリップを防止することができる。定着ニップ最下流の部分は定着ニップでの圧分布(記録材搬送方向)が最大となる部分である。
一方、励磁回路54から誘導加熱部材57の誘導コイル57aに高周波電流が流されることで、定着ベルト20の金属層が誘導発熱して定着ベルト20が加熱される。定着ベルト20の表面温度がサーミスタ等の温度検知素子62により検知される。この温度検知素子62で検知される定着ベルト20の温度に関する信号が制御回路部63に入力する。制御回路部63は温度検知素子62から入力する温度情報が所定の定着温度に維持されるように、励磁回路64から誘導コイル57aに対する供給電力を制御して、定着ベルト20の温度を所定の定着温度に温調する。
定着ベルト20が回転駆動され、また所定の定着温度に立ち上がって温調された状態において、定着ベルト20と加圧ベルト30間の定着ニップ60に、未定着トナー画像tを有する記録材Sが搬送される。記録材Sは未定着トナー画像tを担持した面を定着ベルト20側にして導入される。そして、記録材Sは未定着トナー画像担持面が定着ベルト20の外周面に密着したまま定着ニップ60で挟持搬送されていくことにより、定着ベルト20から熱が付与され、また加圧力を受けて未定着トナー画像tが記録材Sの表面に定着される。
また、定着ベルト20内の定着ローラ32がゴム層を有する弾性ローラであり、加圧ベルト30内の加圧ローラ35は鉄合金製の剛性ローラであるため、定着ベルト20と加圧ベルト30との定着ニップ出口では定着ローラ52の変形が大きくなっている。その結果、定着ベルト20も大きく変形し、定着トナー画像を担持した記録材Sは定着ベルト20から自らのこしにより曲率分離される。61は分離補助爪部材である。
(3)定着ベルト20
図2の(a)は本実施例における定着部材である定着ベルト20の層構成を示す断面模式図、(b)は構成層の積層要領説明図である。21は定着ベルト20の基材(円筒状基体)、25はその基体21の内周面に配された内面摺動層、26は基材21の外周面を被覆したプライマー層(接着剤層)、22はプライマー層26上に配された弾性層(円筒状の弾性材)である。24は表層(トナー離型層)である樹脂チューブ、本例ではフッ素樹脂チューブが、弾性層22の周面に接着剤層23により固定されている。
本実施例の定着ベルト20は上記6層の積層複合層部材であり、全体に可撓性を有する薄肉の低熱容量の部材である。そして、この定着ベルト20は自由状態においてはほぼ円筒形状を保持している。以下に各構成層について具体的に説明する。
(3−1)基材21
本実施例においては、定着ベルト20の基材21は前記誘導加熱部材57によって加熱させるために、SUS合金、ニッケル、鉄、磁性ステンレス、コバルト−ニッケル合金等の金属層で形成されている。本実施例においては、内径が55mmで、厚みが65μmの電鋳ニッケルベルトを基材としている。
その厚みは好ましくは1〜300μmがよい。基材21の厚みが1μmよりも小さいと剛性が低く、多数枚耐久に耐えることが困難となる。また、基材21が300μmを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が低下して、ベルト状回転体として使用するには現実的ではない。より好ましくは20μmから100μmである。
(3−2)内面摺動層25
内面摺動層25としては、ポリイミド樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂が適している。本実施例では、芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を、基材21の内面に塗工する。そして、乾燥、加熱し、脱水閉環反応により形成したポリイミド樹脂層を形成して内面摺動層25とした。
(3−3)弾性層22
基材21の外周にはプライマー層26を介して弾性層22が設けられている。弾性層22の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。
弾性層22の厚さは、画像を印刷する場合に記録材Sの凹凸或いはトナー層の凹凸に定着ベルト加熱面が追従できないことによる光沢ムラを予防するために、100μm以上が好ましい。
弾性層22の厚さが100μm未満では、弾性部材としての機能が発揮され難く、定着時の圧力分布が不均一となることによって、特にフルカラー画像定着時に二次色の未定着トナーを十分に加熱定着することができずに定着画像のグロスにおいてムラを生じる。また、溶融不十分なことによってトナーの混色性が低下し、高精細なフルカラー画像が得られず好ましくない。本実施例においては、シリコーンゴムを用い、硬度はJIS−A6度、熱伝導率は0.8W/mK、厚みは450μmである。
弾性層22の塗工方法を、図5を用いて説明する。図5は基材21上に弾性層22としてのシリコーンゴム層を塗工装置により形成する塗工工程の一例であり、所謂リングコート法を用いる方法を説明するための模式図である。
本実施例では、塗工装置は、付加硬化型シリコーンゴムとフィラーとが配合された付加硬化型シリコーンゴム組成物をシリンダポンプ41に充填する。そして、シリンダポンプ41から環状の塗工ヘッド42へ上記の組成物を圧送することで、環状の塗工ヘッド42の内側に配置された塗工液供給ノズル(不図示)から円筒状基体21(25・21・26)の周面に付加硬化型シリコーンゴム組成物が塗工される。円筒状基体21の周面には予め公知の方法でプライマー処理が施されている。
塗工装置において、塗工ヘッド42は固定された塗工ヘッド保持部43に保持されている。そして、シリンダポンプ41はモータM1により駆動されて付加硬化型シリコーンゴム組成物を、チューブ44を介して塗工ヘッド43へ圧送する。
円筒状基体21は芯金保持具45に保持された円筒状芯金に外嵌されて保持されている。芯金保持具45は軸線が水平にされて塗工台46に水平移動可能に保持されている。環状の塗工ヘッド42は円筒状基体21に同軸に外嵌されている。塗工台46はモータM2により芯金保持具45の水平軸線方向に所定の速度で往動される。また、復動(戻し移動)される。
塗工ヘッド42による塗工と同時に円筒状基体21を図面上で右方向に一定速度で移動(往動)させることで、付加硬化型シリコーンゴム組成物の塗膜22aを円筒状基体21の周面に円筒状に形成することが出来る。
塗膜の厚みは、塗工液供給ノズルと円筒状基体21とのクリアランス、シリコーンゴム組成物の供給速度、円筒状基体21の移動速度、などによって制御することが出来る。
円筒状基体21上に形成された付加硬化型シリコーンゴム組成物層22aは、電気炉などの加熱手段によって一定時間加熱して、架橋反応を進行させることにより、シリコーンゴム弾性層22とすることができる。実施例においては、電気炉で200℃、30分加熱した。
(3−4)接着剤層23
弾性層22であるところの硬化シリコーンゴム層上に表層24であるフッ素チューブを固定する接着層23は弾性層22の表面に1〜10μmの厚みで均一に塗布した(円筒弾性層の外周面に接着剤を塗布する接着剤塗布工程)。本実施例において接着層23は付加硬化型シリコーンゴム接着剤の硬化物からなっている。付加硬化型シリコーンゴム接着剤23は、自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを含む。
具体的には、付加硬化型シリコーンゴム接着剤23は、ビニル基に代表される不飽和炭化水素基を有するオルガノポリシロキサンと、ハイドロジェンオルガノポリシロキサン及び架橋触媒としての白金化合物を含有する。そして、付加反応により硬化する。このような接着剤としては、既知のものを使用することができる。本実施例においては、接着剤層を約5μmの厚みで均一に塗布した。
(3−5)フッ素樹脂チューブ24
定着用部材の表層(トナー離型層)としては、成形性やトナー離型性の観点から押し出し成形によるフッ素樹脂チューブ24が使用される。
フッ素樹脂としては、耐熱性に優れたテトラフルオロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA樹脂)が好適に用いられる(PFAチューブ)。PFAチューブは押し出し成形により成形するものを用いる。
原料となるPFAの共重合の形式は特に限定されず、例えば、ランダム共重合、ブロック共重合、グラフト共重合などが挙げられる。また、原料となるPFAにおけるテトラフルオロエチレン(TFE)とパーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)の含有モル比は特に限定されるものではない。例えば、TFE/PAVEの含有モル比が、94/6〜99/1のものを好適に用いることができる。
この他のフッ素樹脂として、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)が挙げられる。また、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン/クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等が挙げられる。そして、それらのフッ素樹脂を1種あるいは複数種組み合わせて用いることもできる。
本実施例においては、押し出し成形で得られたPFAチューブを使用した。チューブ厚みは50μmであった。チューブ内径は、弾性層22の外径よりも若干小さく、52mmであった。チューブ内面は、接着性を向上させるためアンモニア処理が施されている。
(3−6)フッ素樹脂チューブ被覆工程
本実施例では表層としてのPFAチューブ24を外側から拡張し被覆する方法(拡張被覆法:フッ素樹脂チューブ24を接着剤23が塗布された円筒状弾性層22に被せる工程)を用いた。図6は、拡張被覆法でPFAチューブ24をシリコーンゴム層22の積層された基材21に被覆するための装置の外観図である。中子N(図2の(b))に、シリコーンゴム層22の積層された基材W(25+21+26+22+23)をセットし、チューブ拡張型Kの内面に配置したPFAチューブ24を拡張被覆する装置である。この拡張被覆法の流れを図7を用いて説明する。
(a)チューブ挿入
弾性層22としてシリコーンゴム層の積層された基材W(図2の(b))の外径より大きな内径を有する金属製のチューブ拡張型Kの内側にPFAチューブ24を外挿機構により配置(挿入)する。
(b)両端部保持
拡張型Kに配置したPFAチューブ24の両端を保持部材(第1と第2の保持具:把持具)FuとFlを用いて保持する。具体的には、チューブ24の長手方向一端部を保持部材Fuで、長手方向他端部を保持部材Flにより保持する。
(c)真空拡張
次に、移動機構(狭める機構)によりPFAチューブ24について事前に求めた所定の長さ分だけ長手方向を縮めた(撓ませた)。具体的には、移動機構は、PFAチューブを保持した状態にある保持部材FuとFlを所定距離狭まるように、保持部材FuとFlを互いに近付く方向へ移動させる。その後、PFAチューブ24の外表面と拡張型Kの内面の隙間部分を真空状態(大気圧に対して負圧)にする。真空(5kPa)になったことでPFAチューブ24が径方向へ拡張してPFAチューブ24の外表面が拡張型Kの内面に密着する。
(d)基材Wを挿入
中子Nに基材W(25+21+26+22+23)を外挿機構によりセット(外挿)して、内側にPFAチューブ24が拡張されている拡張型Kの中に挿入する。基材Wのシリコーンゴム層22の表面には予め付加硬化型シリコーンゴム接着剤23が均一に塗布されている。
拡張型Kの内径はこの基材Wの挿入がスムーズに行われる範囲であれば特に限定するものではない。
(e)真空破壊、延伸
拡張型Kに対する基材Wの配置後、PFAチューブ24の外表面と拡張型Kの内面の隙間部分の真空状態(大気圧に対して負圧)を破壊(大気圧に対して負圧を解除)する。真空が破壊されることで、PFAチューブ24は、シリコーンゴム層22の積層された基材Wの外径と同じ大きさまで拡径が解かれ、PFAチューブ24とシリコーンゴム層22の表面は接着剤層23を介して密着した状態になる。
次に、PFAチューブ24を伸張機構により所定の伸張率まで伸張する(フッ素樹脂チューブの長手方向への伸張)。具体的には、伸張機構は、保持部材FuとFlとの間の距離が所定距離長くなるように、保持部材Fu、Flを互いに遠ざかる方向へ移動させる。PFAチューブ24が伸張される際、PFAチューブ24とシリコーンゴム層22の間にある付加硬化型シリコーンゴム接着剤23が潤滑剤の役目を果たし、スムーズに伸張することができる。
本実施例のPFAチューブ24の長手方向の伸張率は6%であった(円筒状弾性層に被せたフッ素樹脂チューブの全長を基準)。PFAチューブ24を長手方向に伸張することで、PFAチューブ24に皺が発生しにくくなり、高耐久な定着ベルトになる。
以上の(a)〜(e)の工程がフッ素樹脂被覆工程である。
(f)弾性層22とフッ素樹脂チューブ24のカシメ工程(仮固定工程)
PFAチューブ24の長手方向の伸張率を維持するために、また、後述する加熱工程(h)においてPFAチューブが長手方向において収縮してしまうのを防止するために、弾性層22とPFAチューブ24の両端部を並行して接着させる工程である。即ち、仮固定させる工程である。
詳しくは(3−7)項に記述するが、PFAチューブ24の長手方向両端部をヒーターを内蔵したカシメビット(加熱機構)H1で加熱することで、弾性層22とPFAチューブ24を付加硬化型シリコーンゴム接着剤23で局所的に接着させる。PFAチューブ24の少なくとも長手方向一端部のカシメ部(仮固定部)は、その周方向において、弾性層22と接着させる部分と接着させない部分を交互にそれぞれ複数設けられた構成(複数形成された構成)となっている。即ち、PFAチューブ24の長手方向一端部を周方向の一部を除いて加熱することによりPFAチューブ24を弾性層22に仮固定する工程である。
(g)扱き工程
弾性層22とPFAチューブ24の間には、接着に寄与しない余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤23と、チューブ被覆時に巻き込んでしまった空気が存在する。この余剰な接着剤と空気を扱き出す工程である。
PFAチューブ24が被覆されている基材Wを拡張型Kから取り出す。この基材Wの外径より僅かに大きい内径をもつリング状部材(扱き機構)Rを基材Wに外挿する。そして、このリング状部材Rを、PFAチューブ24が被覆されている基材Wの上端部から下端部に向けてスライドさせる。
リング状部材Rの内周部には多数のエアノズル穴が形成されており、このとき、これらのノズル穴からPFAチューブ24の表面に向けてエアー(エアー圧0.5MPa)が噴出される。エアーの噴出は、PFAチューブの径方向中心に向けて行われる。つまり、リング状部材Rは、エアーを噴出させながらPFAチューブ24の長手方向へ移動する。
これにより、弾性層22とPFAチューブ24の間にある接着に寄与しない余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤23と、チューブ被覆時に巻き込んでしまった空気が扱き出される(塗布した接着剤を扱く工程)。即ち、弾性層22とPFAチューブ24との間にある余剰な接着剤23をPFAチューブ24の長手方向一端側から他端側へ扱き出す工程である。
扱き方法としては、エアー圧を利用した方法の他にも、液体や半固体を噴出させてもよい。また、PFAチューブ24が被覆されている基材Wの外径より小さな径をもつ伸縮するリングを用いて扱いてもよい。
(h)加熱処理
扱き工程後、加熱処理(加熱機構である電気炉で150℃、20分加熱)を行うことで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤23の全体を硬化させる。これにより、PFAチューブ24と弾性層22を全域にわたって固定させる(接着剤を硬化させる工程)。
(i)切断、研磨
加熱処理後、自然冷却をしたのち、切断機構により基材W(25+21+26+22+23+24)の両端側を所定の長さで切断する。具体的には、切断機構は、樹脂チューブの長手方向両端部、つまり、仮固定されていた領域が切り離されるように切断する。その後、その切断面を研磨し、定着ベルト20を完成させた。
このような一連の製造工程により、定着ベルトの製造工程が終了する。
(3−7)本実施例の弾性層22とフッ素樹脂チューブ24の端部接着方法
上述した図7の(e)の真空破壊、延伸処理後の基材WにおけるPFAチューブ24は長手方向に6%伸張してシリコーンゴム層22の積層された基材Wに被覆しているため、PFAチューブ24は元の長さに戻ろうとする力が働いている。
その力を維持するため、弾性層22とPFAチューブ24の両端部だけを接着させる。接着させる両端部とは、弾性層22にPFAチューブ24が被覆されている両側の端から約50mm以内、後工程(i)で切り離される部分である。
弾性層22とPFAチューブ24の間には、接着に寄与しない余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤23とチューブ被覆時に巻き込んでしまった空気があり、(g)の扱き工程でこれらを扱き出す。
図1は、リング状部材(扱きリング)Rにより扱き中のPFAチューブ24を被覆した基材Wの下端部(接着剤が扱き出される側のチューブ24の長手方向端部)を示す模式図である。扱きリングRからエアー(エアー圧0.5MPa)をPFAチューブ24の周方向と垂直の方向に噴出させ、扱きリングRをPFAチューブ24の長手方向上端部(一端部)から下端部(他端部)に移動させる。これにより、接着に寄与しない余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤23とチューブ被覆時に巻き込んでしまった空気を扱き出す。
PFAチューブ24の下端部は(f)のカシメ工程により、弾性層22と周方向に接着されていない部分bと接着されている部分aが連続している。即ち、カシメ工程は、円筒状弾性層22とフッ素樹脂チューブ24を接着させる部分aと接着させない部分bを周方向に交互に設ける工程である。
図1のように、PFAチューブ24を長手方向の上端部から下端部に扱く。そのため、余剰な付加硬化型シリコーンゴム接着剤23と被覆時に巻き込んでしまった空気は、下端部の弾性層22とPFAチューブ24が接着されていない部分bから抜けていく。扱き方向が下端部から上端部の場合は、上端部の周方向に接着されていない部分bと接着されている部分aを設ける。また、扱き開始方向の端部(上端部から下端部へ扱く場合は上端部)は、周方向全域を接着(仮固定)させてもよいし、接着(仮固定)させない部分を設けてもよい。
図8は、図7の(g)の扱き工程後のPFAチューブ24を被覆した基材Wの下端部を示す模式図である。接着させた部分aには、扱き出せなかった接着剤や空気が凸形状で残ってしまう。扱き出せなかった接着剤や空気がPFAチューブ24の内側に残ると、その部分のみ膜厚が厚くなったり、熱伝導性が変わったしまうため、製品としては使えない部位となってしまう。
本実施例では、基材21は長さ420mmのものを使用し、弾性層22のシリコーンゴム層を塗布開始した位置は、基材21の端から8mmであった。また、弾性層22のシリコーンゴム層の塗布終了した位置は、基材21のシリコーンゴム層を塗布開始した側の反対の端から8mmであった。基材21の全域にシリコーンゴム層22を塗布しないのは、全域に塗布してしまうと基材21の内側にシリコーンゴムが回り込み、基材21に中子Nが挿入できなくなる恐れがあるためである。
本実施例の定着ベルト20の長さは368mmである。PFAチューブ24を被覆した両端部を切断(円筒状弾性層22とフッ素樹脂チューブ24が切断される部分)した後、片側1mmずつ研磨する。よって、本実施例の切断位置は基材21の端部から25mmになる。この切断される部分で弾性層22は17mmあり、この範囲でPFAチューブ24を接着させることになる。
ヒーターを内蔵したカシメビットH1のPFAチューブ24と接する部分の高さ(弾性層22とPFAチューブ24の接着される高さ)は6mmである。また、マージンとして1mm確保したいため、扱き出せなかった接着剤や空気の高さは10mm以内に抑えることが好ましい。
弾性層22とPFAチューブ24の周方向に接着されていない部分bと接着されている部分aを作る方法を図9を用いて説明する。図9は、カシメ工程を垂直方向から示した模式図である。カシメビットH1はPFAチューブ24が被覆されている基材Wに沿うように円弧部分cがある。円弧部分cの中央には切り欠きdがあり、切り欠きdの幅はH1kである。カシメビットH1を両側から移動させ、PFAチューブ24が被覆されている基材Wを挟み込む。挟み込んだときにカシメビットH1とPFAチューブ24が接しない部分eがあり、その幅はH1nである。
弾性層22とPFAチューブ24を接着させた部分aの幅はH1wである。本実施例では、H1kが15.0mm、H1nが18.5mm、H1wが約27mmであった。カシメビットH1のPFAチューブ24と接する部分の高さは6mmである。この高さと接着させた部分aの幅はH1wより、ひとつの接着されている面積は約162mmになる。接着されている部分aは周方向に4カ所あるので、下端部の接着されている面積は約648mmになる。
本実施例では、上端部の弾性層22とPFAチューブ24を接着させるカシメビットは、下端部を接着させるカシメビットH1と同じものを使用した。よって上端部の接着されている面積は約648mmになる。
拡張被覆時のPFAチューブ24の長手方向の伸張率は6%であったが、カシメが外れることはなかった。扱き工程後に、凸形状になっている扱き出せなかった接着剤や空気の高さ(以下、接着剤残り高さと記す)Sh1を測定したところ最大で約9mmあった。しかし、下端部の切断位置より2mm下(端部寄り)にあるため、定着ベルト20の製品領域に影響を及ぼさなかった。
(4)比較例1の弾性層22とフッ素樹脂チューブ24の端部接着方法
比較例1として、カシメビットの円弧部分中央に切り欠けがなく、PFAチューブ24が被覆されている基材Wの全周に接するカシメビットH2を用いた。それ以外は本実施例と同様である。
図10は、カシメ工程を垂直方向から示した模式図である。カシメビットH2はPFAチューブ24が被覆されている基材Wに沿うように円弧部分がある。カシメビットH1と違い、円弧部分の中央には切り欠きがない。カシメビットH2を両側から移動させ、PFAチューブ24が被覆されている基材Wを挟み込む。挟み込んだときにカシメビットH2とPFAチューブ24の全周が接する。
弾性層22とPFAチューブ24を接着させた部分の幅はH2wである。比較例1では、H2wが約176mmであった。カシメビットH2のPFAチューブ24と接する部分の高さは6mmである。この高さと接着させた部分の幅はH2wより、接着されている面積は約1056mmになる。比較例1では、上端部の弾性層22とPFAチューブ24を接着させるカシメビットは、下端部を接着させるカシメビットH2と同じものを使用した。よって上端部の接着されている面積は約1056mmになる。
拡張被覆時のPFAチューブ24の長手方向の伸張率は6%であったが、カシメが外れることはなかった。
図11は、扱き工程後のPFAチューブ24を被覆した基材Wの下端部を示す模式図である。接着剤残り高さSh2を測定したところ最大で約14mmあり、下端部の切断位置より3mm上(長手中央寄り)にあるため、定着ベルト20の製品領域に影響を及ぼした。製品領域に、扱き出せなかった接着剤や空気があると、その部分が膜厚が厚くなり、定着ベルト20は安定した回転ができなくなる。また、熱伝導性も変わったしまうため、製品としては使えない。
(5)弾性層22とフッ素樹脂チューブ24の端部接着方法の違いによる定着ベルト20への影響
上記の本実施例と比較例1の弾性層22とフッ素樹脂チューブ24の端部接着方法の違いによる定着ベルト20への影響を表1にまとめる。
上記の結果から本実施例は、比較例1よりも不良品率を低くできることが分かった。
[実施例2]
次に実施例2について説明する。上述した実施例1と同じ構成のものには同じ符号を付すことにより詳細な説明を省略する。本例では、実施例1の定着ベルトの製造方法を、加圧ベルトの製造方法に適用している。
(1)加圧ベルト30
本実施例2では、定着装置のもう一方の定着用部材である加圧ベルト30の層構成についても、定着ベルト20と同様の層構成のものとした。即ち、図2の定着ベルト20の層構成と同様に、基材21、弾性層22、接着剤層23、樹脂チューブ(フッ素樹脂チューブ)24等を有するものとしている。ただし、基材、弾性層、フッ素樹脂チューブ等はそれぞれ加圧ベルト30として最適な材質部材に変更されている。
(1−1)基材21
加圧ベルト30の基材21は、本実施例においては、内径が55mmで、厚みが50μmの電鋳ニッケルベルトを用いている。定着ベルト20と同様、基材21の厚みは好ましくは1〜300μmがよい。基材21の厚みが1μmよりも小さいと剛性が低く、多数枚耐久に耐えることが困難となる。また、基材21が300μmを超えると剛性が高くなりすぎ、また屈曲性が低下してベルト状回転体として使用するには現実的ではない。
(1−2)弾性層22及び弾性層22の製造方法
基材21の外周には弾性層22が設けられている。弾性層22の材料としては、公知の弾性材料を使用することができ、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を用いることができる。本実施例においては、シリコーンゴムを用い、硬度はJIS−A21度、熱伝導率は0.4W/mK、厚みは350μmである。塗工方法は実施例1同様、所謂リングコート法を用いた。
本実施例のシリコーンゴム層22を形成する工程で実施例1と違うところ次の事項である。即ち、シリンダポンプ41(図5)に充填する付加硬化型シリコーンゴムとフィラーとが配合された付加硬化型シリコーンゴム組成物と、塗布と同時に基材21を図面右方向に一定速度で移動させる速度のみである。
(1−3)接着剤層23
本実施例の接着剤層23は実施例1と同様である。
(1−4)フッ素樹脂チューブ24及びフッ素樹脂チューブ24の被覆方法
本実施例においては、押し出し成形で得られたPFAチューブ24を使用した。チューブ厚みは40μmであった。チューブ内径は、弾性層22の外径よりも小さく、54mmであった。チューブ内面は、接着性を向上させるためアンモニア処理が施されている。また、本実施例のPFAチューブ24は熱収縮タイプ(150℃で20分加熱したとき、全長が3%収縮する)を使用した。被覆方法は実施例1と同様、所謂拡張被覆法を用いた。
本実施例のフッ素樹脂チューブ24を被覆する工程で実施例1と違うところは、熱収縮タイプのPFAチューブ24を用い、長手方向の延伸率を3%に変更したところのみである。
(1−5)弾性層22とフッ素樹脂チューブ24のカシメ工程
本実施例のカシメ工程は、詳しくは後述するがヒーターを内蔵したカシメビットH4を用いた以外は、実施例1と同様である。
(1−6)扱き工程、加熱処理、切断・研磨
本実施例の扱き工程、加熱処理、切断・研磨の各工程は実施例1と同様である。
(2)本実施例の弾性層22とフッ素樹脂チューブ24の端部接着方法
本実施例では、カシメビットH4を用いた以外は、実施例1と同様である。図12を用いてカシメビットH1とH4の違いを説明する。図12は、カシメ工程を垂直方向から示した模式図である。カシメビットH4を両側から移動させ、PFAチューブ24が被覆されている基材Wを挟み込んだときに、PFAチューブ24と接していない部分eが3カ所になるように、H4は切り欠けdが設けてある。また、PFAチューブ24と接している部分が台形形状になるように加工されている。
図13は、扱き工程後のPFAチューブ24を被覆した基材Wの下端部を示す模式図である。弾性層22とPFAチューブ24を接着させた台形部分の上底H4Uwは約28mm、下底H4Lwは約41mmある。カシメビットH4のPFAチューブ24と接する部分の高さは6mmである。よって、ひとつの接着されている面積は約207mmになる。接着されている部分bは周方向に3カ所あるので、下端部の接着されている面積は約621mmになる。
本実施例では、上端部の弾性層22とPFAチューブ24を接着させるカシメビットは、下端部を接着させるカシメビットH4と同じものを使用した。よって上端部の接着されている面積は約621mmになる。
拡張被覆時のPFAチューブ24の長手方向の伸張率は3%、更に加熱すると長手方向に3%収縮するタイプのチューブであったが、カシメが外れることはなかった。
扱き工程後に、接着剤残り高さSh4を測定したところ最大で約9mmあったが、下端部の切断位置より2mm下(端部寄り)にあるため、加圧ベルト30の製品領域に影響を及ぼさなかった。
上記の結果から本実施例は、実施例1と同様に不良品率を低くできることが分かった。
[その他の事項]
(1)実施例1、2においては定着用部材としての定着ベルトと加圧ベルトについて共にエンドレスベルト体の形態のもので説明したが、これに限られるものではない。定着用部材としては、剛性を有するローラ体あるいは中空ローラ体を基体21として、その外周面に円筒状弾性層22が形成され、更にその表面を被覆している樹脂チューブ24を有するローラ体の形態のものであってもよい。
(2)定着装置Aには、定着用部材により未定着のトナー像(顕画剤像、現像剤像)を加熱して固着画像として定着または仮定着する装置の他に、定着されたトナー像を再加熱してつやなどの表面性を改質する装置も包含される。
A・・画像加熱定着装置、20・・定着部材(加熱部材:定着ベルト)、30・・定着部材(加圧部材:加圧ベルト)、60・・定着ニップ、22・・円筒状弾性層、23・・接着剤層、24・・フッ素樹脂チューブ

Claims (18)

  1. 弾性材の外周面に接着剤を塗工する第1の工程と、
    前記接着剤が塗工された前記弾性材に樹脂チューブを外挿する第2の工程と、
    前記樹脂チューブの長手方向一端部を加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に仮固定する第3の工程と、
    前記樹脂チューブの長手方向他端部を周方向の一部を除いて加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に仮固定する第4の工程と、
    前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある余剰な前記接着剤を前記樹脂チューブの長手方向一端側から他端側へ扱き出す第5の工程と、
    前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある前記接着剤を加熱することにより前記樹脂チューブを前記弾性材に固定する第6の工程と、
    を有することを特徴とする定着用部材を製造する製造方法。
  2. 前記第2の工程において前記弾性材に外挿された前記樹脂チューブを長手方向へ伸張させる工程を有し、前記第3の工程と前記第4の工程において前記樹脂チューブが長手方向へ伸張された状態が維持されるように前記樹脂チューブが前記弾性材に仮固定されることを特徴とする請求項1に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  3. 前記樹脂チューブの長手方向一端部を第1の保持具により保持する工程と、前記樹脂チューブの長手方向他端部を第2の保持具により保持する工程と、前記樹脂チューブを長手方向へ伸張させる前に、前記樹脂チューブを保持した前記第1の保持具と前記第2の保持具との間の距離を所定距離狭める工程と、を更に有することを特徴とする請求項2に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  4. 前記第3の工程と前記第4の工程は並行して行われることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  5. 前記第4の工程において、前記樹脂チューブはその長手方向他端部が加熱される部位と加熱されない部位が周方向において交互にそれぞれ複数形成されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  6. 前記第3の工程において、前記樹脂チューブはその長手方向一端部が周方向全域に亘り加熱されることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  7. 前記第6の工程が行われた後、前記樹脂チューブが前記弾性材に仮固定されていた領域を切り離す工程を更に有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  8. 前記樹脂チューブはフッ素樹脂チューブであることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  9. 前記フッ素樹脂はPFAであることを特徴とする請求項8に記載の定着用部材を製造する製造方法。
  10. 弾性材の外周面に接着剤を塗工する塗工装置と、
    前記塗工装置により前記接着剤が塗工された前記弾性材に樹脂チューブを外挿させる機構と、
    前記樹脂チューブの長手方向一端部を前記弾性材に仮固定すべく前記樹脂チューブの長手方向一端部を加熱する機構と、
    前記樹脂チューブの長手方向他端部を前記弾性材に仮固定すべく前記樹脂チューブの長手方向他端部を周方向の一部を除いて加熱する機構と、
    前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある余剰な前記接着剤を前記樹脂チューブの長手方向一端側から他端側へ扱き出す機構と、
    前記樹脂チューブを前記弾性材に固定すべく前記弾性材と前記樹脂チューブとの間にある前記接着剤を加熱する機構と、
    を有することを特徴とする定着用部材を製造する製造装置。
  11. 前記弾性材に外挿された前記樹脂チューブを長手方向へ伸張させる機構を有し、前記伸張させる機構は前記樹脂チューブの長手方向一端部と他端部を前記弾性材に仮固定するとき前記樹脂チューブが長手方向へ伸張された状態を維持させることを特徴とする請求項10に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  12. 前記樹脂チューブの長手方向一端部を第1の保持具と、前記樹脂チューブの長手方向他端部を第2の保持具と、前記樹脂チューブを長手方向へ伸張させる前に、前記樹脂チューブを保持した前記第1の保持具と前記第2の保持具との間の距離を所定距離狭める機構と、を更に有することを特徴とする請求項11に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  13. 前記樹脂チューブの長手方向一端部の前記弾性材への仮固定と前記樹脂チューブの長手方向他端部の前記弾性材への仮固定は、並行して行われることを特徴とする請求項10乃至12の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  14. 前記樹脂チューブの長手方向他端部を前記弾性材に仮固定するとき、前記樹脂チューブの長手方向他端部が加熱される部位と加熱されない部位が周方向において交互にそれぞれ複数形成されることを特徴とする請求項10乃至13の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  15. 前記樹脂チューブの長手方向一端部を前記弾性材に仮固定するとき、前記樹脂チューブの長手方向一端部は周方向全域に亘り加熱されることを特徴とする請求項10乃至14の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  16. 前記樹脂チューブが前記弾性材に固定された後、前記樹脂チューブが前記弾性材に仮固定されていた領域を切り離す機構を更に有することを特徴とする請求項10乃至15の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  17. 前記樹脂チューブはフッ素樹脂チューブであることを特徴とする請求項10乃至16の何れか一項に記載の定着用部材を製造する製造装置。
  18. 前記フッ素樹脂はPFAであることを特徴とする請求項17に記載の定着用部材を製造する製造装置。
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