JP5315834B2 - 塗膜形成装置、定着手段及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒体の内面もしくは無端状ベルト形状物基体内側面へ均一の膜厚の塗膜を形成する塗膜形成装置、定着手段、及び画像形成装置に関するものである。

電子写真の原理に基づく複写機およびプリンタにおいて、用紙を狭厚し、熱によりトナーを溶融し、用紙に定着させる定着プロセスが存在する。近年カラー化が進むに当たり、その定着プロセスで用いられる部品（定着部材）には、基材となるベース材料（ポリイミドなど）の上に耐熱性ゴム（シリコンゴム）からなる弾性層（１００〜３００μｍ程度）を形成しその上にプライマ（接着剤）を塗布して、離型層（フッ素樹脂）を２０〜３０μｍ程度形成した定着ベルトが用いられてきた。
従来、この基材として用いられるポリイミドの無端状ベルトは遠心成型法で製作されていたが、型代などのコストが掛かり、値段が高く、また、型成型のため容易に径が変更できないなどの不具合があった。そこで、安価にこのポリイミドの無端状ベルトを製作する方法として、市販のシート状のポリイミドを接合して無端状ベルト形状を作り出す接合方法が開発されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

しかし、市販のポリイミドシートは導電性がなく、特注で導電性のポリイミドシートを製作するとコスト高になることから、非導電性のポリイミドシートを接合し、無端状ベルト形状のシートに加工した後に、そのベルト内面にメッキやＳＵＳスパッタリング加工もしくはカーボン系の導電性塗料を塗布し、塗膜を形成することで導電性を確保している。
上記の特許文献１乃至３の場合、円筒形状物の内側に塗装し塗膜を形成する必要があり、従来は内面を塗装するための長尺のスプレーノズルによるスプレー塗装や浸漬塗装（ディッピング）が多く用いられてきた。
スプレー塗装の場合、内面を塗装するための特殊なノズル（特許文献３、内面塗装用スプレー装置（扶桑精機）参照）を用いることで塗装することは可能であるが、ここで課題とする対象物の定着ベルト基材の場合、Ａ３対応の複写機及びプリンタの場合、全長が３５０ｍｍ前後となり、これを塗装するためにはノズルの長さも同等の３５０ｍｍ程度必要となる。そのため外面を塗装する通常のスプレー塗装よりミストの微粒化が難しいため、塗料のレベリング性が悪化し、最終的な塗膜の表面性（粗さ、うねり）が悪くなるのが一般的である。

次に浸漬塗装の場合、先述のスプレー塗装のような表面性状の悪さは問題とならない。しかし、大きな液槽に溜められた塗料に被塗装物全体を浸し、通常は外面も同時に塗装されてしまうので何らかの方法で外周面をマスキングする必要が生じる（ただし、外周面も同時に塗布する場合は除く）。また、装置自体も大型になり、液槽内の塗料の管理が難しいのが課題である。
これを解決するために、被塗装物の下端をゴム風船などでシールし、内部に塗料を溜め、その後被塗装物内部の塗料を液面が一定速度で下がるように塗料を抜くことで浸漬塗装と同じ原理で塗装することができる塗装方法も開発されている。
特開平１１−１５６２９４号公報 特開２００７−２４５０７３公報 特開２００７−００７５５３公報

しかしながら、この方法も１本塗装するのに必要な塗料の量は、前述のような液槽に溜められた塗料に浸す浸漬塗装よりは少ないが、被塗装物の内側を満たす塗料は必要となる。また、特許文献１の円筒形内面の塗装方法（関西ペイント）のように、浸漬塗装に近い方法も開発されているが、塗料を循環しているとはいえ、液槽と塗料の循環システムと言うかなりの大掛かりな設備を必要として、かつ塗料も大量に必要となり、先述のディッピングと大差がない。
一方、浸漬塗装を少量の塗料で行う方法としてリングコート工法が知られている。この方法は少量の塗料で効率よく塗装できるものの、ここでも円筒体の外側を塗装することは可能であるが、内面を塗装することは不可能であった。
このように、従来技術では、スプレー塗装にて内面を塗装するもので、後述するように塗装面の表面性状が劣っている。スプレー式よりは表面性状が良くなることは期待できるが、大型の液槽に塗料を溜め、循環することが必要となり、１本の被塗装物を塗装する際にも大量の塗料が必要となる。円筒状物の外周を塗装するものであり、装置構成及びその動作が異なる。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、少量の塗料を用いて効率よく、円筒形状の被塗装物内面を均一かつ滑らかな表面性状で塗装することが可能な塗膜形成装置、及びこの塗膜形成装置で製造された定着ベルトを使用する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒状基材からなる被塗装物の内面に対して塗膜を形成する塗膜形成装置において、前記被塗装物の外周を保持する保持具と、該保持具を外周面で保持するチャック機構と、前記被塗装物の内径より小さく、該被塗装物の内側を通過することが可能でかつ前記被塗装物と同心円状に配置された液槽と、該液槽の上下に配置されて当該液槽を固定又は開放自在に保持するクランプ機構と、該クランプ機構で保持した前記液槽を前記被塗装物の軸方向に平行に移動するための駆動機構と、前記液槽と前記被塗装物との間からの塗料漏れを防止するためのシール部材と、を有する塗膜形成装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記被塗装物を外周から保持する前記保持具が前記被塗装物の外径より僅かに大きな内径の保持具である請求項１記載の塗膜形成装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記被塗装物を外周から保持する前記保持具には、前記被塗装物をエアで吸引するためのエア孔が、少なくとも１個以上空いている請求項２記載の塗膜形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、定着部材と加圧部材とによって構成されかつ記録媒体に転写されたトナー像を該記録媒体上に熱定着させる定着手段において、前記定着部材が定着ベルトであり、該定着ベルトが請求項１乃至３のいずれか１項記載の塗膜形成装置で内面に塗膜を形成した定着ベルトである定着手段を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で前記記録媒体上に熱定着させる画像形成装置において、前記定着手段として請求項４記載の定着ベルトを使用する画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、被塗装物をチャック機構で保持し、被塗装物の内径より小さく、内側を通過することが可能でかつ被塗装物と同心円状に配置された液槽をクランプ機構で保持し、保持した液槽を被塗装物の軸方向に平行に可動し、液槽と被塗装物との間からの塗料漏れを防止するためのシールを有する構成としたので、少量の塗料で浸漬塗装にて表面性状がよく、被塗装物の内面に塗膜を形成することが可能にある。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は被塗装物である円筒体からなる定着ベルトの端部を拡大して示す断面図である。図２は図１の基材の接着層を示す部分断面図である。
本発明を用いた塗膜形成装置及びこの塗膜形成装置を用いて加工したポリイミド基材を用いて製作した定着ベルトの実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。図１の円内を示す断面図は定着ベルト３０を無端状ベルト形状にする前の平らな状態として示している。
定着ベルト３０（被塗装物）の基材１は、樹脂（ポリイミド、ポリアミドイミドなど）からなる材質で無端状ベルト形状をしている。その上に弾性層であるシリコンゴム２、離型層であるフッソ樹脂３（ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど）がそれぞれプライマ層（接着層）４を介して構成されている。
また、この基材１のポリイミド樹脂はユーピレックス（商品名）：宇部興産（５０μｍ厚）を図に示すように接着層６を介して接合することで無端状ベルト形状を形成している。
基材１自体には導電性がないので、この基材１の円筒体内側（図１の断面図では下側）には本定着ベルトに導電性を持たせるための、カーボン分散液を塗布した導電層５が形成されている。本発明の塗膜形成装置はこの導電層５を塗装するためのものである。
本定着ベルトの加工順番は、まず、基材１を接合して円筒形状にした後に本発明の塗膜形成装置を用いて、導電層５を形成し、その後、基材１の円筒体外側（図１の断面図では内側）にプライマ層４、シリコンゴム層２、プライマ層４、離型層３の順に積層して塗装していく。この外側の層の塗装には、例えば、特許文献２に記載の塗膜形成装置や従来からのスプレーによる塗装などを用いて層を形成することが可能である。

図３は本発明による塗膜形成装置の実施の形態を示す概略図である。図３の塗膜形成装置において、ポリイミド樹脂の円筒体からなる被塗装物である定着ベルト基材１は円筒形状のマンドレル７に挿入され、基材１自体の元に戻ろうとする力でマンドレル７の内面に貼り付き円筒形状に保持されている。基材１及びマンドレル７は、塗装前には受け部材８上に載せられ（図示せず）、塗装中はチャック機構９によって図示されるように垂直に固定された状態で保持される。
被塗装物が無端状ベルト基材１の場合に、外周からこの無端状ベルト基材１を保持する保持具であるマンドレル７を具備しているので、不定形ベルト形状の被塗装物を真円に保持することが可能となり、少量の塗料で浸漬塗装にて表面性状がよく、被塗装物の内面に塗膜を形成することが可能である。
外周から基材１を保持するマンドレル７にエア（空気）で吸引するためのエア孔（空気）２２が、少なくとも１個以上空いている。被塗装物である基材１をエア吸引することで、軸方向にずれないようにより強固に固定することが可能となる。
従って、被塗装物３０の寸法が変化しても、少量の塗料で浸漬塗装にて、表面性状がよく被塗装物の内面に塗膜を形成することが可能である。図中、被塗装物３０の内側には形成された塗膜２０、エア孔２２にはエア発生源（図示せず）に接続されるエア配管２３が示してある。

液槽１０内には塗料１１が溜められる。塗料１１は、図中の矢印Ａから、図示されていないがポンプなどの定量供給装置を介して塗料タンクから塗料供給口２１を通して供給され、塗装中に基材１の壁面を伝って漏れないように、弾性部材（ここではゴム部材ｔ＝０．５〜１．５ｍｍのフッ素ゴムが最も良い）からなるたシール１２で塗料１１を封止している。
液槽１０の上には蓋部材１３があり、この蓋部材１３の役割は塗料１１が揮発したり、外部から塗料１１内部に汚染物（コンタミネーション）が混入するのを防ぐことである。蓋部材１３には垂下壁１４が設けられており、これらの垂下壁１４によりできる空間１５は塗料１１中に気泡が発生した場合に気泡が上昇し、この空間１５に溜まることで、気泡をトラップすることが可能となる。
液面の高さは変位センサ１８で測定しており（本実施の形態では超音波式のセンサを用いることで液面の高さも位置情報として検出することが可能である）、この変位センサ１８の信号出力を図示してない本塗膜形成装置全体を制御する制御ユニットに送り、先述の定量供給装置を制御することで、塗料１１により形成される液面の高さを任意の位置に制御することが可能となる。
液槽１０はこの液槽１０の上下に配置されるクランプ１６で固定又は開放自在な構造となっており、クランプ１６は上シャフト１７Ａ、下シャフト１７Ｂに締結されており、直線運動案内機構１９（本実施の形態ではリニアブッシュ）により案内され、上シャフト１７Ａ、下シャフト１７Ｂのいずれのシャフトも上下に可動自在な構造となっている。
この上シャフト１７Ａ及び下シャフト１７Ｂは図示されていない１軸直動アクチュエータで可動することができる。また、直線運動案内機構１９は直線運動を案内する機械部品であり、シャフトの回りに配置したベアリングのごとき球体１９ａでシャフトの運動を案内している。

図４は本発明の塗膜形成装置の塗装動作順序を説明する概略図である。図４ではこの塗装動作順序を図４（ａ）乃至（ｇ）を用いて順に説明する。これらの図４（ａ）乃至（ｇ）には図３と同一部分に同一符号を付すが、各図についての説明で必要以外の部分についてはそれらの説明を省略する。
初めに、図４（ａ）において、液槽１０はシャフト１７Ａに取り付けられたクランプ１６により上部に持ち上げられた状態になっており、この時、塗料１１は溢れないようにシール１２より下の位置に液面がくる状態になっている。
この状態で被塗装物３０を形成する定着ベルト用基材１を受け部材８上に載せてセットする。この定着ベルト用基材１は不定形の無端状ベルト形状をしており、これ自体では形状を保持することができないために、マンドレル７に挿入され、基材１自体の戻ろうとする力でマンドレル７の内面に固定されている。
マンドレル７の内径は基材１の外径と同等から２０〜３０μｍマイナスした公差で製作されているので、基材１が前述の復元力で張り付くと、この基材１の外面とマンドレル７内面の摩擦力によりこれらは簡単には動かないようになっている。

次に、図４（ｂ）において、本塗膜形成装置を起動すると、まずマンドレル７をチャック機構９が挟むことでマンドレル７は垂直に保持され固定される。この時、マンドレル７の軸心と液槽１０の軸は同軸度０．２ｍｍ以下にすることが望ましい。
これは塗装に使用する塗料１１の粘度にもよるが、あまりずれると４〜５ｃＰ程度の低粘度の塗料は漏れが生ずるためである。そしてマンドレル７が固定された後に受け部材８は下降し、液槽１０の移動準備が完了する。受け部材８は図示していないが、エアシリンダなどの駆動源で上昇又は下降の動作をすることができる。
次いで、下シャフト１７Ｂが図示していない１軸アクチュエータによって上昇し、下シャフト１７Ｂの先端に設けられたクランプ１６により、液槽１０を下側から把持して固定する。液槽１０が下側から保持されたら、上シャフト１７Ａに設けられたクランプ１６は開放され、図４（ｃ）の状態となる。
次に、図４（ｃ）において、液槽１０は図示位置まで移動し、ここで液槽１０の液面高さは変位センサ１８によりに計測され、その信号により制御ユニットが図示されていないポンプを運転し塗料１１を補充し、所望の液面高さになった時点で塗料１１の供給を停止する。
この時、塗料１１中に気泡が存在する場合には、この気泡は塗料１１中を上昇し、空間１５に溜まることで気泡をトラップすることが可能となる。蓋部材１３にある垂下壁１４より外側に気泡がくることはないため、基材１に気泡が付着して、外観異常を発生することはない。

次に、図（４ｄ）に示すように、液槽１０を下シャフト１７Ｂのクランプ１６で把持したまま、垂直方向下側に移動する。この時浸漬塗装の原理により、基材（被塗装物）１の内面には塗膜２０が形成されることとなる。
塗膜２０の厚さは、この時の液槽１０の移動速度と塗料１１の粘度により一義的に決定される。また、下シャフト１７Ｂは直線運動案内機構１９により、案内されているため、液槽１０は前述の同軸度０．２ｍｍを保ったまま下降することが可能である。
次に、図４（ｅ）において、液槽１０の図示位置で塗装は終了し、先程とは逆に液槽１０内の塗料１１を図示されていないポンプで回収し、液面をシール１２より低い位置まで回収する。その後受け部材８が上昇し、チャック機構９を解除してマンドレル７を開放して取り出す。
定着ベルト基材１はこのマンドレル７にセットした状態で乾燥炉などを用いて乾燥した後に、マンドレル７から取り出す。その際、前述のように摩擦力で保持されているので、端部を一部剥がし、きっかけを作り、そこに図３に関連して上述したエアを流し込むことで、マンドレル７と基材１との間に空気層が設けられ、容易に外すことができる。塗膜形成装置は次の被塗装物を塗装するために、塗装開始のポジションまで戻る必要がある。
図４（ｆ）に示すように、今度は上シャフト１７Ａが下降して、先端に固定されたクランプ１６で液槽１０を把持し、下シャフト１７Ｂのクランプ１６を解除した後に、上シャフト１７Ａが上方向に移動することで塗装開始前の位置である図４（ｇ）に戻ることとなる。
次には、再び、図４（ａ）に戻り、次の被塗装物を塗装することができる。以上が本発明の塗膜形成措置を用いて被塗装物の内面を塗装する際の一連の動作である。

図５は本発明を実施した際の効果を表として示す図である。次に、本発明を実施した際の効果に関して図５に示す表を用いて説明する。基材１はポリイミドシート：ユーピレックス（商標）−Ｓ、厚み５０μｍ（宇部興産）を図２のように接合して、φ５０ｍｍの長さ３７０ｍｍのベルト状にしたものである。外面はまだ未塗装の状態である。塗料は、三井・デュポンフロロケミカル社、ＰＬ９１０ＢＫ（商品名）で、狙いの膜厚は１０μｍで塗装した状態で比較した。
比較例１は内面塗装用ノズルを用いて塗装した。比較例２は容器の中に被塗装物を浸した後に一定速度で引き上げる浸漬塗装にて塗装した場合、実施例は本発明の請求項１〜３を反映した塗膜形成装置にて塗装した場合の例である。
図５より、比較例１では表面性状が、本発明と比較して悪くなり、比較例２では表面性状は同等であるが、塗装に必要な塗料の量が多いことが解かり、これらを両立する上で本発明が有効であることが解かる。
本発明により製造された内面に塗膜を形成しているベルト状基体は、画像形成装置に用いられる定着ベルトとして、基材の表層に弾性層や離型層を形成する際に、内面の表面性状に影響されず、均一な塗膜を形成することができる。

図６は本発明による塗膜形成装置で塗装した定着ベルトを使用する画像形成装置の構成を簡略化して示す概略図である。図６の画像形成装置２８において、帯電装置２２によって帯電された感光体ドラム２１には書き込み手段２３によって静電潜像が書き込まれる。
この静電潜像は現像手段２４の現像ローラ２９上のトナーによって顕像化され、図示してない給紙手段からレジストローラ２６に搬送された記録媒体Ｐがタイミングを合わせてレジストローラ２６から感光体ドラム２１と転写ローラ２５とのニップに送られ、記録媒体Ｐ上に感光体ドラム２１上のトナー像が転写される。
記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像は、次に、熱と圧力でトナー像を記録媒体Ｐ上に定着させる定着手段２７に送られる。この定着手段２７は定着ベルト３０と加圧ローラ３１からなり、この定着ベルト３０として本発明の塗膜形成装置を用いて製造された定着ベルト３０を使用する。

被塗装物である円筒体からなる定着ベルトの端部を拡大して示す断面図である。 図１の基材の接着層を示す部分断面図である。 本発明による塗膜形成装置の実施の形態を示す概略図である。 本発明の塗膜形成装置の塗装動作順序を説明する概略図である。 本発明を実施した際の効果を表として示す図である。 本発明による塗膜形成装置で塗装した定着ベルトを使用する画像形成装置の構成を簡略化して示す概略図である。

符号の説明

１ 円筒状基材（定着ベルト）、７ 保持具（マンドレル）、９ チャック機構、１０ 液槽、１１ 塗料、１２ シール部材、１５ 空間、１６ クランプ機構、１７Ａ 上シャフト、１７Ｂ 下シャフト、１８ 変位センサ、１９ 駆動機構（直線運動案内機構）、２０ 塗膜、 ２７ 定着手段、２８ 画像形成装置、３０ 定着ベルト

Claims (5)

1. 円筒状基材からなる被塗装物の内面に対して塗膜を形成する塗膜形成装置において、
   前記被塗装物の外周を保持する保持具と、
   該保持具を外周面で保持するチャック機構と、
   前記被塗装物の内径より小さく、該被塗装物の内側を通過することが可能でかつ前記被塗装物と同心円状に配置された液槽と、
   該液槽の上下に配置されて当該液槽を固定又は開放自在に保持するクランプ機構と、
   該クランプ機構で保持した前記液槽を前記被塗装物の軸方向に平行に移動するための駆動機構と、
   前記液槽と前記被塗装物との間からの塗料漏れを防止するためのシール部材と、
   を有することを特徴とする塗膜形成装置。
2. 前記被塗装物を外周から保持する前記保持具が前記被塗装物の外径より僅かに大きな内径の保持具であることを特徴とする請求項１記載の塗膜形成装置。
3. 前記被塗装物を外周から保持する前記保持具には、前記被塗装物をエアで吸引するためのエア孔が、少なくとも１個以上空いていることを特徴とする請求項２記載の塗膜形成装置。
4. 定着部材と加圧部材とによって構成されかつ記録媒体に転写されたトナー像を該記録媒体上に熱定着させる定着手段において、前記定着部材が定着ベルトであり、該定着ベルトが請求項１乃至３のいずれか１項記載の塗膜形成装置で内面に塗膜を形成した定着ベルトであることを特徴とする定着手段。
5. 記録媒体に転写されたトナー像を定着手段で前記記録媒体上に熱定着させる画像形成装置において、前記定着手段として請求項４記載の定着ベルトを使用することを特徴とする画像形成装置。

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