JP5362495B2 - ベルト押し延ばし型マンドレル - Google Patents

Description

本発明は被覆付ベルトの製造に使用されるマンドレルに関する。

なお、本発明のマンドレルで製造することができる被覆付ベルトは多岐に亘るが、本願では、その説明の簡明化のため、静電記録システム用ベルトを製造するシステムへの適用例で、本発明についての説明を行っている。

従来から電子写真式複写機、電子写真式プリンタ等の静電記録システムが市販されている。この種のシステムでは、一般に、誘電部材例えば光導電部材の表面をほぼ均一に帯電させ、記録したい像に応じたパターンでその面を放電等させることにより、その部材上に静電潜像を形成する。次いで、色素入りマーキング粒子即ちトナーを吸着させることでその潜像を現像する。更に、こうして発生したトナー像に記録媒体例えば紙を接近例えば接触させ、その部位に電界を印加することによって、誘電部材から記録媒体へとトナー像を転写させる。転写が済んだら、転写元の誘電部材から転写先の記録媒体を引き離した上で、その媒体上にトナー像を熔着させる処理を実行する。この処理即ち熔着処理では、通常、ローラ間又はベルト間の接触間隙（ニップ）に記録媒体を通し、そのローラ乃至ベルトでその媒体を加熱乃至加圧することにより、その上のトナー像をその媒体に熔融・固着させる。そのニップを形成するローラ乃至ベルトのうち一方は加熱熔融用の硬質なものにすることが多く、他方は加圧用の軟質なものにすることが多い。本願では、ローラ状かベルト状かを問わず、硬質な方を加熱部材、軟質な方を加圧部材と称することとする。

こうした熔着システムでは、その表面がエラストマ例えばシリコーン（登録商標；以下表記省略）ラバーで覆われていて柔らかい部材か、そうした別素材薄層は伴わないが軟質な部材を、加圧部材として用いるのが普通である。他方の加熱部材も、加圧部材をその加熱部材に押しつけたとき両部材間に機能的なニップが形成されるよう、金属コアの表面を硬質なテフロン（デュポン社の登録商標；以下表記省略）又は薄いエラストマで覆った構成にするのが普通である。

それらのうちより軟質な部材である加圧部材は、通常、筒状の鋼製コア乃至ロッドの表面にエラストマ又はラバー素材による筒状被覆を配置することで形成される。熔着システムでは、その加圧部材をより硬質な部材たる加熱部材に押しつけることで、加圧部材・加熱部材間の接触部に細長くニップを形成する。そのニップ内では、随所で加圧部材が支持プレートに接触しその加圧部材の表面が摩耗していく。そのため、ローラ等の加圧部材を長期に亘り使用し続けるのは難しく、破片（即ちデブリ）がシステム内に散布されてしまうことにもなりかねない。更に、加圧部材や加熱部材の表面にある起伏のせいでニップ幅が不均一になっていると、摩耗の進行と相俟ってトナーがうまく熔融しなくなり、記録媒体例えば紙上に形成される像に欠陥が生じ始める。特に、ある一種類のエラストマ素材例えばシリコーンラバーを使用し、デュロメータで計測した硬度値が均一になるよう従来の手法でエラストマ被覆を形成する場合、形成される被覆に起伏が生じやすいため、摩耗した加圧部材等の交換を頻繁に行うことを余儀なくされる。そのため、加圧加熱両部材の構成を改良してその寿命を延ばし熔着システムの性能を高めることが、コスト面でも性能面でも切望されている。更に、ニップ幅均等化や加圧部材の素材的劣化を抑えることで加圧加熱両部材の寿命を延ばし熔着性能を高めることができるので、熔着部材に均等な被覆を形成することやその素材的劣化を十分に抑え又はなくすことが可能な、従来より優れた手法も求められている。

また、ベルトの表面に被覆を形成する手法としては、一般に、ベルトの内側に嚢状部材を配置し、その嚢状部材を空気でふくらますことでベルトに張りを持たせ、その状態でそのベルトの表面に被覆を形成する、という手法が知られている。しかしながら、この手法では、張りを持たせたときの直径が３００ｍｍ以上に達する大型のベルトをその位置がずれないようしっかりと保持するのが難しい。即ち、そうした大型ベルトに対し効率的且つ低コストに表面被覆を形成できる手法は、従来は存在していなかった。こうしたことから、ユーザによる被覆形成工程を含め種々の工程を精度よく且つ効率的に実行することができ、従って熔着システムで使用される加熱乃至加圧ベルトを含め種々の被覆付ベルトを精度よく且つ効率的に製造できる手法が求められている。

本発明の目的の一つは、嚢状部材を使用せず低コストに被覆付ベルトを製造することが可能になるよう、旋盤等の装置の中心線上で大きなベルトを精度よく保持することが可能な押し延ばし型マンドレルを提供することにある。

本発明の一実施形態に係るマンドレルによれば、電子写真記録システム用か否か、また加熱熔融用のベルト（加熱ベルト）か否かを問わず、ベルト状の部材乃至構造物に均一な被覆を形成することができる。このマンドレルは従来の市販品等に見られない格別な構成であり、ベルトを精密に製造する際に充足させねばならない厳格な条件を充足させうるように工夫されている。即ち、本実施形態に係るマンドレルは、アルミニウム製で管状の芯軸と、複数枚の円形プレートからなるエンドキャップ複数個と、バイトン（デュポン社の登録商標；以下表記省略）製のＯリングとを備える。ベルト製造時には、こうした芯軸及びエンドキャップの周りに下敷きシートを装着し、更にその周りに裏打ちベルトを装着又は形成する。下敷きシートは、その端部同士が重なり合わないよう１枚のステンレス鋼板を筒状に丸めた構成であり、その上に約１ｍｍ厚のシリコーン膜を装着又は形成することによって、下敷きシートの筒より若干太く継ぎ目のない筒状の裏打ちベルトを、下敷きシートの周りに配しその位置を固定することができる。電子写真記録システム用の加熱ベルトを形成する際には、こうして装着又は形成された裏打ちベルトの周りに、それに相応しいポリイミド等の素材による膜を装着又は形成することによって、ベルト基材を装着又は形成する。電子写真記録システム用以外等、他種ベルトを形成する際には、その用途に相応しい素材を使用すればよい。いずれにせよ、そのベルト基材は製造しようとしている加熱ベルトの本体になる部材であるので、変位しないようこうして裏打ちベルトによって保持させる。エンドキャップ上にＯリングの座として形成されている溝の幅はＯリング自体の太さよりも若干小さいので、相応に配置されたボルト等によって円形プレート間を締めてＯリングを均等に出っ張らせ、そのＯリングで下敷きシートを押すことで、裏打ちベルトを介しベルト基材に対し均等に力を加えることができ、それによってそのベルト基材をほぼ完全な筒状に保つことができる。こうしてアセンブリを組み上げたら、そのアセンブリを旋盤に装着する。そして、ポリイミド（又は基材に相応しい他の素材）で形成されているベルト基材上にシリコーン等の素材をフローコーティング（流し塗り）し、更にバイトン、テフロン等の素材によって他の（諸）層をそのシリコーン層上に形成することにより、加熱ベルト等のベルトを製造することができる。こうした装置を試作し更にその装置で加熱ベルトを試作してみたところ、その直径が３０２ｍｍの品を好適に製造することができた。これ以外のサイズのベルトも、それに相応しいサイズのマンドレルを本発明に従い準備し使用することで、製造することができよう。本実施形態のマンドレルによれば、特に、市販されている従来のものでは充足することができない条件を充足すること、例えば高いベルト硬化温度に耐えうるといった条件を充足することができる。本実施形態のマンドレルによれば、また、その上にあるベルト基材がほぼ完全な筒状になるので、そのベルト基材に対しフローコーティング（流し塗り）を好適に施すことができる。流し塗りを好適に行えるので、加熱ベルト、ＩＴＢ（中間転写ベルト）等の電子写真記録システム用ベルトや、電子写真記録用でないものを含め、様々な種類のベルトを効率的に、しかも継ぎ目が生じないよう製造することができる。そうしたベルトを製作する業者にとってはこれは有益なことである。

本発明の一実施形態に係るマンドレルを示す図である。 そのマンドレルの一端を示す拡大図である。 そのマンドレルを用い加熱部材又は加圧部材を製造する際に使用する種々の部材を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るマンドレルの分解斜視図である。

図１及び図２に、本発明の一実施形態に係るマンドレルを示す。その芯軸１は精密ベアリング面２を有する軸であり、その面２は軸１の中心線に対して精密に軸対称になっている。この軸１の端部４には金属例えばアルミニウム製の円形プレート３が締結されており、またその軸１のジャーナル上に位置するようプレート３・端部４間に金属例えばアルミニウム製の円形プレート５が配置されている。これらプレート３，５の対は各端一組ずつ都合二組装着されていて、その端部４のエンドキャップとなっている。また、内側にあるプレート５の外寄り周縁部には、対をなす他方のプレート３に面するよう機械加工によって溝６が形成されている。従って、その溝６に座するＯリング７はプレート３・５間に一部挟み込まれた状態になっている。更に、それらプレート３・５間の締結は、適当な補強具例えば４本のアレンボルト８を用い、その締め方にばらつきが生じないよう、即ちＯリング７が外向きにまんべんなく押し延ばされるよう行われている。そのため、この精密処理用マンドレル上でベルト９を形成したとき、そのベルト９とプレート３，５の筒状周面との間隔は高精度で均等になる。こうして同心性を確保できることは、旋盤上でそのベルト９に付着させる被覆が非常に薄いことからすると、非常に重要なことである。なお、被覆付のベルトのことを参照符号９で、またシリコーン等で形成されていてポリイミド等で被覆可能だがまだ被覆が施されていないベルトのことを参照符号１２で表すこととするが、多くの場合、両者を同一視してもかまわない。

また、図１には、円形プレート３・５間を相互締結するアレンボルト８の面上位置と、プレート３，５内へのその通し方（破線）とを示してある。図示例では、ねじ山が形成されていない部分１３及び形成されている部分１４を有するボルト８を使用しているが、これとは異なる種類のボルトやボルト以外のプレート連結手段を用いるようにしてもよい。

溝６は、Ｏリング７を円形プレート３・５間に配することができる限り、プレート３上に形成してもよいし、プレート５上に形成してもよい。重要なことはプレート３・５間にＯリング７の一部が挟まっていることと、そのＯリング７に変形性があることである。即ち、プレート３・５間を（均等に）締めるとＯリング７が図１及び図３の如く変形して（均等に）突き出た状態になることである。

図３に、本発明に従い製作したマンドレルを用い、継ぎ目のないシリコーン、バイトン又はテフロン製の熔融又は加圧ベルトを製造する手順について、その例を示す。このマンドレルは新規な構成であるので、精密なベルトを製造する上で満たさねばならない種々の条件を、市販のマンドレルと違い満足させることができる。図示の通り、このマンドレルは、アルミニウム製で管状の芯軸１、エンドキャップを構成する二組の円形プレート３及び５、並びにバイトン製のＯリング７で構成されている。プレート３，５は、軸１の両端に各１個ずつ軸延長方向から締結されその端部４のエンドキャップとなっており、個々のエンドキャップの周上には機械加工によって溝６例えば傾斜のある座が形成されている。溝６を設ける場所は、プレート３の内寄り周縁部でもよいし、プレート５の外寄り周縁部でもよい。都合２個あるＯリング７は対応する溝６に座しており、その座の幅がＯリング７の径より若干小さいので、Ｏリング７は着座先のエンドキャップから部分的に出っ張ることとなる。その出っ張りの大きさは、ボルト８によるプレート３・５間の締め具合で調整することができる。ベルト製造時には、こうした軸１及びエンドキャップの周りに下敷きシート１０を装着し、更にその周りに裏打ちベルト１１を装着又は形成する（図３上部参照）。下敷きシート１０は、その端部同士が重なり合わないよう１枚のステンレス鋼板を筒状に丸めた構成であり、その上に約１ｍｍ厚のシリコーン膜を装着又は形成することによって、下敷きシート１０の筒より若干太く継ぎ目のない筒状の裏打ちベルト１１をその下敷きシート１０の周りに配することができる。なお、裏打ちベルト１１を形成するシリコーンの厚みは約１〜１７ｍｍの範囲内で任意に選定することができる。こうして装着又は形成された裏打ちベルト１１の周りには、ポリイミド等、基材に相応しい素材による膜を装着又は形成することによってベルト基材１２を装着又は形成する。このベルト基材１２は、製造しようとしているベルト例えば加熱ベルトの下地になるベルトであり、変位しないよう裏打ちベルト１１によって保持されている。即ち、ボルト８でプレート３・５間を締めてＯリング７をまんべんなく押し延ばし、そのＯリング７の出っ張りで下敷きシート１０を均等に押すことで、裏打ちベルト１１を介しベルト基材１２に対し力を均等に加えることができ、それによってそのベルト基材１２の位置を固定し形状をほぼ完全な筒状に保つことができる。こうしてアセンブリを組み上げたら（図３下部参照）、そのアセンブリを旋盤に装着する。そして、ポリイミド（又は基材に相応しい他の素材）で形成されているベルト基材１２上にシリコーン等の素材をフローコーティング（流し塗り）し、更にバイトン、テフロン等の素材によって他の（諸）層をそのシリコーン層上に形成することにより、熔融又は加圧ベルトを製造することができる。

図４に、本発明の他の実施形態に係るマンドレル及びその構成部品の例を示す。図示の状態では、それぞれボアホール１５を有する円形プレート３，５が芯軸１の左側端部４に装着され、そのボアホール１５には部分的にねじ山のあるボルト８が螺入されている。プレート３，５はそれによって相互締結され、更には軸５に連結されている。溝６は、図示の通り外側にあるプレート５の内寄り周縁部に機械加工で形成されている。また、本実施形態ではその溝６にＯリング７が１本ずつ収まっているが、その本数が左右１本ずつでない形態でも本発明を実施することができる。いずれにせよ、図１に示した如くボルト８を締めるとＯリング７がプレート３，５の周から出っ張っていくので、下敷きシート１０たる金属板がＯリング７越しに装着してあれば、Ｏリング７のその変形でその下敷きシート１０をしっかり保持することができる。また、ボルト８を締めることで、プレート５をその軸１の端部４に押しつけて固定することができる。端部４に対する位置関係については図２を参照されたい。

このように、本発明の一実施形態によれば、被覆付ベルト９の製造に役立つマンドレル、具体的には（１）筒状の芯軸１と、（２）その芯軸１の端部４に装着された金属製の円形プレート３と、（３）そのプレート３と共に芯軸１に固定された別の円形プレート５と、（４）芯軸１と同心になるよう且つ他方の円形プレートに面するようプレート３、５又はその双方の周上に形成された溝６と、（５）プレート３・５間が締められると変形して両円形プレート３，５の周から部分的に出っ張るようその溝６内に配されたＯリング７と、（６）プレート３・５間を締めるためのボルト８であってプレート３・５間を均等に締めうるようそのプレート３，５の外面上に並ぶボルト８と、を備え、（７）被覆を形成したいベルト１２をその周りに装着したときＯリング７の出っ張りによってそのベルト１２とプレート３，５との間隔が均等化されるマンドレルを、得ることができる。

なお、円形プレート３，５は互いに同一の寸法にするのが望ましい。プレート３，５には、芯軸１に連結乃至装着することができるよう、互いに同じ形状の中心開口を設けるのが望ましい。プレート３，５には、更に、その表面に沿いボルト８が均等間隔で並ぶよう、締結用の開口を均等間隔で設けるのが望ましい。そして、プレート３は金属例えばアルミニウムで形成するのが望ましい。

また、本発明の一実施形態によれば、ベルト型の構造物の上に均一な被覆を形成可能な装置、具体的には（１）マンドレルと、（２）そのマンドレルの周りに随時装着される筒状で金属製のシート１０と、（３）そのシート１０の周りに随時装着される可撓製のベルト１１と、（４）そのベルト１１の周りに被覆対象たる基材１２として随時装着される被覆可能なベルト型の構造物と、を備える装置を得ることができる。この装置では、（５）筒状の芯軸１と、（６）その芯軸１の両端にそれぞれ対をなして配置された複数の円形プレート３，５と、（７）隣り合った２個の円形プレート３，５に面するようプレート３又は５の表面に機械加工等で形成された溝６と、（８）プレート３・５間を締めると変形してその周から部分的に出っ張るようその溝６内に配されたＯリング７と、を備えるマンドレルを使用する。なお、プレート３，５は互いに同一の寸法にするのが望ましい。プレート３，５には、芯軸１に連結乃至装着することができるよう、互いに同じ形状の中心開口を設けるのが望ましい。プレート３，５には、更に、その表面に沿い４本以上のボルト８が均等間隔で並ぶよう、締結用の開口を均等間隔で十分な個数設けるのが望ましい。プレート３は金属例えばアルミニウムで形成するのが望ましい。そして、Ｏリング７は弾性及び変形性を呈するエラストマ等の素材で形成するのが望ましい。

そして、本発明の一実施形態によれば、電子写真記録システムで使用される加熱ベルトを製造する方法、具体的には（１）マンドレルを準備するステップと、（２）金属で形成された筒状のシート１０をそのマンドレルの周りに装着するステップと、（３）可撓性のあるベルト１１をそのシート１０の周りに装着又は形成するステップと、（４）そのベルトの周りにベルト型の構造物を装着又は形成するステップと、（５）基材１２となるその構造物に被覆を施すことで加熱ベルトを形成するステップと、を有する方法を得ることができる。この方法では、そのマンドレルとして、（６）筒状の芯軸１と、（７）その芯軸１の端部４に装着された金属製の円形プレート３と、（８）プレート３と共に芯軸１に固定された別の円形プレート５と、（９）芯軸１と同心になるよう且つ他方の円形プレートに面するよう円形プレート３又は５の周上に形成された溝６と、（１０）プレート３・５間が締められると変形して両円形プレート３，５の周から部分的に出っ張るようその溝６内に配されたＯリング７と、（１１）プレート３・５間を締めるためのボルト８であってプレート３・５間を均等に締めうるようそのプレート３，５の外面上に並ぶボルト８と、を備えるマンドレルを使用する。更に、基材１２に被覆を施し加熱ベルトを形成する際には、（１２）ボルト８でプレート３・５間を均等に締め付けＯリング７の一部をプレート３，５の周から出っ張らせることによって、そのベルトとプレート３，５との間隔を概ね均等にする。なお、プレート３，５は互いに同一の寸法にするのが望ましい。プレート３，５には、芯軸１に連結乃至装着することができるよう、互いに同じ形状の中心開口を設けるのが望ましい。プレート３，５には、更に、その表面に沿いボルト８が均等間隔で並ぶよう、締結用の開口を均等間隔で設けるのが望ましい。プレート３は金属例えばアルミニウムで、Ｏリング７はシリコーンで、シート１０はステンレス鋼で、ベルト１１は継ぎ目のないシリコーンで、ベルト基材１２はポリイミドで、それぞれ形成するのが望ましい。

１ 芯軸、２ 精密ベアリング面、３，５ 円形プレート、４ 芯軸端部、６ 溝、７ Ｏリング、８ ボルト、９ 被覆付ベルト、１０ 下敷きシート、１１ 裏打ちベルト、１２ ベルト基材、１３ ねじ山非形成部分、１４ ねじ山形成部分、１５ ボアホール。

Claims (4)

1. 筒状の芯軸と、
   その芯軸の端部に装着された金属製の第１円形プレートと、
   第１円形プレートと共に芯軸に固定された第２円形プレートと、
   芯軸と同心になるよう且つ他方の円形プレートに面するよう第１又は第２円形プレートの周上に形成された溝と、
   円形プレート間が締められると変形して両円形プレートの周から部分的に出っ張るようその溝内に配されたＯリングと、
   円形プレート間を締めるためのボルトであってその円形プレート間を均等に締めうるようその円形プレートの外面上に並ぶボルトと、
   を備え、被覆を形成したいベルトをその周りに装着したときＯリングの出っ張りによってそのベルトと第１及び第２円形プレートとの間隔が均等化される被覆付ベルト製造用マンドレル。
2. マンドレルと、そのマンドレルの周りに随時装着される金属製で筒状のシートと、そのシートの周りに随時装着される可撓製のベルトと、そのベルトの周りに被覆対象たる基材として随時装着されるベルト型の構造物と、を備え、
   そのマンドレルが、筒状の芯軸と、その芯軸の両端にそれぞれ対をなして配置された第１及び第２円形プレートと、隣り合った２個の円形プレートに面するよう第１又は第２円形プレートの表面に形成された溝と、円形プレート間を締めると変形してその周から部分的に出っ張るようその溝内に配されたＯリングと、を備えるベルト被覆均一形成装置。
3. 請求項２記載のベルト被覆均一形成装置であって、第１円形プレート及びそれと同一寸法の第２円形プレートが、互いに同じ形状の中心開口を介し、芯軸に連結乃至装着されたベルト被覆均一形成装置。
4. マンドレルを準備するステップと、金属で形成された筒状のシートをそのマンドレルの周りに装着するステップと、可撓性のあるベルトをそのシートの周りに装着又は形成するステップと、そのベルトの周りにベルト型の構造物を装着又は形成するステップと、基材となるその構造物に被覆を施すことで加熱ベルトを形成するステップと、を有し、
   そのマンドレルとして、
   筒状の芯軸と、
   その芯軸の端部に装着された金属製の第１円形プレートと、
   第１円形プレートと共に芯軸に固定された第２円形プレートと、
   芯軸と同心になるよう且つ他方の円形プレートに面するよう第１又は第２円形プレートの周上に形成された溝と、
   円形プレート間が締められると変形して両円形プレートの周から部分的に出っ張るようその溝内に配されたＯリングと、
   円形プレート間を締めるためのボルトであってその円形プレート間を均等に締めうるようその円形プレートの外面上に並ぶボルトと、
   を備えるマンドレルを使用し、
   基材に被覆を施し加熱ベルトを形成する際に、ボルトで円形プレート間を均等に締め付けＯリングの一部を円形プレートの周から出っ張らせることによって、そのベルトと第１及び第２円形プレートとの間隔を概ね均等にする電子写真記録システム用加熱ベルト製造方法。

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