JP3673609B2 - Manufacturing method of rotating body for heating - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は電子写真記録装置、静電記録装置等に用いられる加熱定着装置に用いられる加熱用回転体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の複写機、プリンター等の多くは定着手段として省エネルギータイプのフィルム加熱方式の採用が増加している。
【0003】
フィルム加熱方式の定着装置は例えば特開昭63−313182号公報、特開平2−157878、4−44075〜44083、4−204980〜204984号公報等に提案されており、発熱体に加熱用回転体である耐熱フィルム(定着フィルム)を加圧用回転体(弾性ローラ)で密着させて摺動搬送させ、該耐熱性定着フィルムを挟んで加熱体と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着画像を担持した被記録材を導入して耐熱フィルムと一緒に搬送させて、耐熱性フィルムを介して付与される加熱体からの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着画像を被記録材上に永久画像として定着させる装置である。
【0004】
フィルム加熱方式の加熱装置は、加熱体として低熱容量線状加熱体を、フィルムとして薄膜の低熱容量のものを用いることができるため、省電力化・ウエイトタイム短縮化(クイックスタート性)が可能である。
【0005】
またフィルム加熱方式の他の実施形態として特開平7−114276号公報では、内部に励磁コイルを有し、そこから発生する交番磁界により薄肉の金属スリーブ等を磁気誘導加熱する定着方式が提案されている。本方式も上記低熱容量線状加熱体を用いたフィルム加熱定着方式と同様に省電力化、ウエイトタイム短縮化が可能であり、同時に発熱部がよりトナー像に近いために熱効率が高いという利点を有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では以下に示すような欠点があった。
【0007】
1.磁気誘導加熱に用いる薄肉の金属フィルムには可撓性が要求されるが、屈曲性に劣るために長期耐久により、その端部が裂け易く、それを阻止するための定着装置構成が複雑となり、装置コストが高くなるという欠点を有していた。特に金属フィルム上にフッ素樹脂層を形成するために、フッ素樹脂を塗布、焼成することにより、焼成時の金属フィルムへの熱ダメージの影響により、金属フィルムが熱劣化しその強度が損なわれることにより上記問題が顕著となっている。
【0008】
2.上記フィルム定着装置をカラー画像形成装置に適用する場合には、ベタ画像部の均一な定着性を得るために、基層となるフィルム上に弾性層を設ける必要があるが、フィルム上に弾性層を設けさらにその表層に離型層としてのフッ素樹脂層を設ける工程が複雑となるために、コストが高くなるという欠点があった。
【0009】
具体的にはフィルムは可撓性を有しているため、その表層にゴム層を形成する場合、基材の上に液状のゴム層をディッピング、スプレー塗装等の方法で塗布しそれを加熱硬化させた後、その表層にフッ素樹脂ディスパージョンをスプレー塗装等の方法で塗布し、フッ素樹脂層を焼成することで定着フィルムを得ることができる。しかしながらこのような方法では、ゴム層を0.1mm以上の厚みに1回の塗布で形成することは難しく、ゴム層を所望の厚みで形成するための工程に時間を要するという欠点を有している。さらにその表層にフッ素樹脂層を塗布、焼成する工程を必要とするために、工程数が増えその結果コストが高くなると同時にゴム層、フィルム層を熱劣化させるという欠点があった。
【0010】
本発明の第1の目的は薄肉の金属フィルムの耐久性向上を目的とし、さらに簡易な装置構成で耐久性に優れた定着装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行い本発明に到達した。即ち、本発明は以下より構成される。
【0015】
薄肉のエンドレス金属フィルム上にフッ素樹脂層を形成し、外部からの駆動力により摺動回転する加熱用回転体の製造方法において、
該エンドレス金属フィルムはその厚みが20〜100μmであり、その表層にフッ素樹脂層を形成する際のフッ素樹脂焼成時に該エンドレス金属フィルムの端部の温度を、該エンドレス金属フィルムの端部から熱を逃がす手段を用いることによって、フッ素樹脂焼成温度よりも低くすることを特徴とする加熱用回転体の製造方法。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明は、薄肉のエンドレス金属フィルム上にフッ素樹脂層を形成し、外部からの駆動力により摺動回転する加熱用回転体の製造方法において、
該エンドレス金属フィルムはその厚みが20〜100μmであり、その表層にフッ素樹脂層を形成する際のフッ素樹脂焼成時に該エンドレス金属フィルムの端部の温度を、該エンドレス金属フィルムの端部から熱を逃がす手段を用いることによって、フッ素樹脂焼成温度よりも低くすることを特徴とする加熱用回転体の製造方法である。
【0028】
定着フィルム1は厚みが20〜100μm、好ましくは30〜70μmのエンドレスの金属フィルムであり、材質は金属であれば制限はないがNi、Sus、鉄、Co等の強磁性体からなる金属が好ましい。
【0029】
本発明で使用するフッ素樹脂は特に限定はないが、例えばPTFE、PFAなどが挙げられる。
【0036】
【作用】
本発明は特にフッ素樹脂焼成時の金属フィルムの熱劣化を防止することができ、金属フィルムの強度を保つことが可能となり、耐久による金属フィルムの裂けという問題を回避し易くできる製造方法を提供できる。
【0038】
【実施例】
(第1の参考例)
図1は本発明の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図である。 加熱用回転体である定着フィルム1は厚みが20〜100μm、好ましくは30〜70μmのエンドレスの金属フィルムであり、材質はNi、Sus、鉄、Co等の強磁性体からなる金属が好ましい。定着フィルム内面には、励磁コイル12とフェライト等のコア13からなる磁性発生手段とフィルムを支持する高耐熱の樹脂(液晶ポリマー、フェノール樹脂、ポリフェニレンフルフィド樹脂(PPS)等)ステイ14、フィルム内周面の温度を検知するためのサーミタス等の温度検知素子16を有し、不図示の電源により磁場発生手段に交番磁界を発生させ、金属フィルム1-1に渦電流を生じさせそのジュール熱により発熱させることによる磁気誘導加熱を行う。金属フィルム外周面は離型層であるフッ素樹脂層1-2(PTFE、PFA等)がコーティングされ、記録材上のトナーのオフセットを防止する。
【0039】
加圧ローラー15はSus、鉄、Al等の芯金15-1の上にシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性層15-2、さらにその上に離型層としてのフッ素樹脂層15-3(PFAチーブ、PFAまたはFEPコード層)を有し、不図示の加圧手段により所定の圧力で定着フィルムとの間でニップを形成する。
【0040】
本加熱定着装置は加圧ローラー15を不図示の駆動手段により駆動し、定着フィルム1はそれに従動する構成となっており、定着フィルム1は樹脂ステイ14に対し周長に余裕をもたせた状態で勘合し、いわゆるテンションフリーの状態で回転する。このとき定着フィルムに働く寄り力に対してはフィルム自身のもつ剛性によりフィルムの座屈等を防止している。
【0041】
以上のような構成の定着装置に用いる金属フィルムの製造方法について説明する。金属フィルムとしてNi等の電鋳加工可能な材料に関しては、電鋳加工法を適用し、Sus、銅等の筒状の母型をスルファミン酸ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル液等の電鋳液中に浸漬させ電気メッキにより所定の厚みのNi層を形成、脱型することにより薄肉の金属フィルムを得ることができる。同様の方法でNi−Co合金、Ni−鉄合金のフィルムも得ることができる。次いでNiフィルム表層に接着層を塗布し、PFA粉体を静電塗装またはPFA、PTFEディスパージョンをスプレー塗装を行い、その後焼成することで所定の厚みのフッ素樹脂層を形成する。ここでフッ素樹脂層の焼成は以下のように行う。
【0042】
一般にフッ素樹脂の焼成はフッ素樹脂の融点以上の温度(370〜420℃)で10〜40分間程度非焼成物を加熱し、フッ素樹脂被膜を形成するが、本参考例のように薄肉の金属フィルムを用いた場合、このような高温下に長時間置かれると金属フィルムに熱劣化が生じ、脆性が高まるという欠点を有している。そこで本参考例では金属フィルムを長時間高温にさらさないように、短時間で焼成を行う焼成方法を採用する。具体的には450〜600℃の高温炉中で10秒〜5分程度の時間上記フッ素樹脂層をコーティングした金属フィルムを投入し、その後水冷等の手段により急冷を行いフッ素樹脂層は溶融固化して、Ni層は熱的ダメージを受けない焼成方法を採用する。
【0043】
このようにして得られた金属フィルムを前記定着装置に適用した結果を以下に示す。
金属フィルムとしては内径φ25、厚み50μmの電鋳法で形成されたNiフィルムを用い、その上に厚み20μmのPTFEディスパージョンをスプレー塗布し、それを雰囲気温度500℃の炉中に3分間投入し、(なお、この加熱時の金属フィルム自身の最高温度は約380℃であり、同温度で約1分間保持された。)次いで直ち20℃の水槽に投入して急冷することで定着フィルムを得た。加圧ローラは外径がφ20mm、シリコーンゴムからなる弾性層の厚みは5mm、鉄からなる芯金の外径がφ10mm、最表層には厚み50μmのPFAチューブを設けたものを用い、紙送り速度100mm/sec、総圧10kgの定着装置に適用したところ、10万枚の耐久によっても定着フィルムには損傷が全くなかった。
【0044】
この様な焼成方法により金属フィルムの熱的ダメージが異なり耐久性に影響を与える。この条件をより明確にするために金属フィルム単独で加熱を行い、その加熱履歴により耐久性に影響を与える度合いを比較し、空回転実験で10万枚相当の耐久性を示す熱履歴は金属フィルムの内周面の温度が350℃で10分、400℃で9分、450℃で8分程度であった。本温度領域(フッ素樹脂焼成可能温度領域)においては、金属フィルムの熱的ダメージは金属フィルム温度とその加熱時間の積に依存しており3500(℃・分)以上の熱量を受けなければ充分な耐久性を示すことが判った。
【0045】
尚、本参考例で説明した表層にフッ素樹脂をコーティングした金属フィルムは雰囲気温度500℃の炉中で3分間投入し、その後室温に維持された水槽中に投入することで充分焼成されたフッ素樹脂膜を得ることができ、同時に金属フィルム自身の温度は高々380℃までしか上昇せず、またその温度下に保たれる時間は1分程度であった。
【0046】
なお、金属フィルムの融点はこれらの焼成時の温度に比べて充分高いが(ニッケルならば1450℃)、実験によると金属フィルム自身が500℃を超える熱履歴を受けるとその時間に関係なく急速に劣化することも確認された。
【0047】
一方、一般的な焼成方法、即ち雰囲気温度400℃の炉中に25分間投入し、(なお、金属フィルム自身の温度は370℃まで上昇し、約15分間同温度に維持されていた。)その後室温雰囲気中で空冷することにより得られた定着フィルムは同条件で耐久したところ、3万枚時点で定着フィルム端部に亀裂が生じることが観察された。
【0048】
このように定着フィルムの焼成方法を急速加熱、急冷によって行うことにより、薄肉の金属フィルムに熱的ダメージを与えることなく、耐久性に優れた定着フィルムが提供できた。
【0049】
(第1の実施例)
本実施例では、前記参考例1の加熱定着装置に適用する定着フィルムの他の製造方法(焼成方法)を説明する。
金属フィルムが耐久によりダメージを受けるのは本実施例のような加熱定着装置において、常に寄り力が定着フィルムに働くことにより、定着フィルムは必ず左右どちらか一方がスラスト方向の突き当て部材(PPS、液晶ポリマー等の耐熱樹脂で形成)に突き当たり、そこで擦れ力が発生し、端部に亀裂が発生する。したがって端部のみ金属フィルム強度を高くする(熱ダメージを軽減させる)ことで同様の作用効果が得られるかもテストした。
【0050】
Ni電鋳フィルム20を前記第1の参考例と同様に作成し、次いでPTFEディスパージョン21を20μm厚で塗布した後、図2に示すような状態でフッ素樹脂を焼成し定着フィルムを得た。本焼成方法はNi電鋳フィルム端部を比較的熱容量の大きな金属棒22で支え、端部のみを空冷しながら、他の中央部を高温で加熱する焼成方法である。焼成後は前記第1の参考例と同様に水冷による急冷を行う。このときフッ素樹脂塗工部は350〜400℃で約12分間加熱されたが、金属棒で支えられているフィルム端部は200〜250℃の温度範囲におさまっており、この結果端部のみは熱ダメージを受けていない定着フィルムが製造できる。
(勿論、フッソ樹脂塗工部の全体の熱履歴が3500(℃・分)以下の方が好ましいが、この実施例では従来のように長時間加熱して一部を低温にした例を示した。)
このようにして得られた定着フィルム20を前記第1の参考例の加熱定着装置に適用したところ、10万枚の耐久によっても定着フィルム20に特にダメージは生じなかった。
【0051】
このように定着フィルム端部のみを低温に維持し焼成することでも充分な効果が得られることがわかった。
【0052】
(第2の実施例)
図3は第2の実施例を説明するための加熱定着装置の略断面図である。
本実施例では、定着フィルム30内面を駆動ローラ31、テンションローラー3 2により回転駆動力を与え、加圧ローラー35は定着フィルム30に従動する構成となっている。
【0053】
定着フィルム30内には前記実施例と同様に励磁コイル33、フェライト34等の磁性部材からなるコアからなる磁場発生手段が設けられ、不図示の電源より駆動されることにより交番磁界を発生させ、定着フィルム内に渦電流を生じさせ発熱を行う。このときサーミスタ37により定着フィルム内周面の温度を検知し交番磁界の発生を抑制する。定着用のニップを形成すると同時にコア、コイルを支持するために定着フィルム内面には断熱性の高い耐熱樹脂(PPS、液晶ポリマー、フェノール樹脂等)からなるステイ36があり、所定の圧力で加圧されている加圧ローラー35との間でニップを形成する。加圧ローラーは芯金35-1(鉄、Sus、Al等)の上に弾性層35-2(シリコンゴム、フッ素ゴム等)を形成し、最表層にはフッ素樹脂層35-3を設けた構成となっている。
【0054】
本実施例では定着フィルムとして内径φ40mm、厚み50μmのNi電鋳フィルムの上に前記第1の参考例、第1の実施例と同様の方法でフッ素樹脂層を焼成した定着フィルムを用い、加圧ローラーとしては外径がφ20mm、シリコーンゴムからなる弾性層の厚みは5mm、鉄からなる芯金の外径がφ10mm、最表層には厚み50μmのPFAチューブを設けたものを用い、紙送り速度100mm/sec、総圧10kgの定着装置に適用したところ、10万枚の耐久によってもどちらの定着フィルムにも損傷が全くなかった。一方、第1の参考例の記載中に示した一般的な焼成方法により得られた定着フィルムは同条件で耐久したところ、2万枚時点で定着フィルム端部に亀裂が生じることが観察された。
【0055】
このように内面からテンションを加えられた定着フィルムにおいても前記第1の参考例と同様に耐久により端部より亀裂が発生するという問題があったが、本発明のように端部のみを低温下に維持しつつフッ素樹脂を焼成する方法等により、耐久性に優れた定着フィルムを提供できることがわかった。
【0056】
(第2の参考例)
図4は第2の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図である。
定着フィルム41は基層に厚み20〜70μmのポリイミドフィルム等の耐熱樹脂フィルム41-1を用い、その上に弾性層41-2としてのシリコーンゴムまたはフッ素ゴム層を厚み0.3〜1.5mmで形成し、最表層にはフッ素樹脂層41-3を厚み20〜50μmで形成する。定着フィルム内部にはアルミナ等のセラミック基板に発熱抵抗体を線状に形成した板状のヒーター42がニップ位置に設けられ、電力を供給することにより発熱が行われる。ヒーターのセラミック基板上の抵抗発熱体の裏側にはサーミスタ43が設けられヒーター温度をモニターし電力供給を制御する。ヒーターは断熱性の耐熱樹脂ステイ44(PPS、液晶ポリマー、フェノール樹脂等)により支持され、さらに樹脂ステイは金属ステイ46で補強され、定着フィルムは上記ステイにルーズに外勘しテンションフリーで回転する構成となっている。加圧ローラー45はAl、鉄等の中空の芯金45-1の内部にハロゲンヒーター等の加熱部材47を有し、芯金の上にはシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性層45-2を形成し、さらに最表層に離型層としてのフッ素樹脂層45-3を設ける。加圧ローラーは不図示の加圧手段により加圧され、定着フィルムとの間にニップを形成すると同時に、外部からの駆動手段により回転駆動力が伝達される
【0057】
このような構成の加熱定着装置は、定着フィルムに弾性層を有しているために記録材上のトナー像に対し均一な圧力が加えられるためにベタ画像の定着ムラ(画像上では光沢のムラ、部分的なトナーの剥ぎ取り現象等となって表れる)を防止することができ、特にベタ画像の多いカラー画像形成装置用の定着器に適している。このような効果を得るためには定着フィルムの弾性層の厚みは0.3mm以上あることが好ましく、熱伝導の観点からは1.5mm以下であることが好ましい。
【0058】
上記定着フィルムは以下に述べるような製造方法によって得ることができる。ポリイミドフィルムはポリイミドエナメル中にSus、銅表面に離型層としてPTFEをコーティングした丸棒型を投入し、型を一定速度で引き上げた後、加熱工程によりイミド化反応を促進させ硬化させる。このようにして丸棒型上にポリイミドフィルムを形成した後、これを予め内周壁面にフッ素樹脂チューブ(PFA等)を備えた中空円筒型の中央に挿入し、フッ素樹脂チューブとポリイミドフィルムの間に液状ゴムを注入し、該中空円筒型を炉に投入しゴム層を加熱硬化させ、その後丸棒型、中空円筒型の順で脱型を行うことで所望の寸法の定着フィルムを得ることができる。
【0059】
以上のような製造方法により、ゴム層の厚みは0.3mm以上の厚みに自由に制御することが可能であり、単に型内にゴムを注入するのみで容易に厚みコントロールができ、注入時間も短くて済む。さらに筒型Aから脱型する前のポリイミドフィルムを筒型Bに挿入しておくため、ポリイミドフィルムの変形の心配がなく、ポリイミドフィルムとフッ素樹脂チューブ間のゴム厚は型の精度によって決定され均一な厚みのゴム層が形成される。さらに基層のポリイミドフィルムはシリコーンゴム硬化時に加熱されるのみで、そのときの温度は高々130〜160℃程度でありポリイミドフィルムに対する加熱の影響は殆どないといってもよい。従来例ではシリコーンゴムをコーティングする工程、フッ素樹脂層をコーティングし、焼成する工程を必要とするために、工程数が多くなるだけではなく、フッ素樹脂コーティング時に高温(300〜400℃)がポリイミド層に加えられるために、ポリイミド層からガスが発生する場合があり、シリコーンゴム層とポリイミド層の間に気泡が生じたりすることで製品としての良品率を下げコスト高を招いていたが本参考例の製造方法ではこのような問題が生じる心配がなく、工程数が少ない、良品率が高いことにより低コストで定着フィルムを提供できる。本参考例では、内径φ30、厚み50μmに成型したポリイミドフィルムの上に0.5mm厚のシリコーンゴム層、30μm厚のPFAチューブ層を上記製造方法で形成した定着フィルム、加圧ローラーとしては外径φ25mm、厚み2mmのAl芯金上にシリコーンゴム層を厚み3mm、その表層に厚み50μmのPFAチューブ層を形成したものを用い、総圧20kgで加圧し、カラーレーザービ ームプリンター用の加熱定着装置に適用したところ、均一なベタ画像を得ることができ、その耐久性もA4サイズ紙を10万枚通紙してもフィルム亀裂等の問題は生じなかった。
【0060】
(第3の参考例)
図5は第3の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図である。
定着フィルム51は基層に厚み20〜70μmのNi等の金属フィルム51-1を用い、その上に弾性層51-2としてのシリコーンゴムまたはフッ素ゴム層を厚み0.3〜1.5mmで形成し、最表層にはフッ素樹脂層51-3を厚み20〜50μmで形成する。定着フィルム51内部には励磁コイル52、コア53がニップ位置に設けられ、それが不図示の電源により駆動され交番磁場を発生することにより金属フィルム51-1内に渦電流を発生しそのジュール熱より発熱が行われる。金属フィルム51-1内周面にはサーミスタ56が設けられ金属フィルム温度をモニターし交番磁界供給を制御する。励磁コイル52、コア53は耐熱性の耐熱樹脂ステイ54(PPS、液晶ポリマー、フェノール等)により支持され、さらに樹脂ステイは非磁性の金属ステイ57で補強され、定着フィルム51は上記ステイ54にルーズに外勘しテンションフリーで回転する構成となっている。加圧ローラー55はAl、鉄等の中空の芯金55-1の内部にハロゲンヒーター等の加熱部材58、または定着フィルムと同様に内部に設けられた励磁コイル、コアにより発生する交番磁界による誘導加熱により芯金自身が発熱することで加熱される。芯金の上にはシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性層55-2を形成し、さらに最表層に離型層としてのフッ素樹脂層55-3を設ける。加圧ローラー55は不図示の加圧手段により加圧され、定着フィルムとの間にニップを形成すると同時に、外部からの駆動手段により回転駆動力が伝達される。
【0061】
このような構成の加熱定着装置は、定着フィルムに弾性層を有しているために記録材上のトナー像に対し均一な圧力が加えられるためにベタ画像の定着ムラ(画像上では光沢のムラ、部分的なトナーの剥ぎ取り現象等となって表れる)を防止することができ、特にベタ画像の多いカラー画像形成装置用の定着器に適して いる。このような効果を得るためには定着フィルムの弾性層の厚みは0.3mm以上あることが好ましく、熱伝導の観点からは前記第2の参考例と比較して、発熱部がトナー像に近いためにゴム層の厚みを相対的に厚くできるために1.8mm以下であることが好ましい。
【0062】
上記定着フィルム61は以下のような製造方法によって得ることができる。金属フィルムは第1の参考例で説明したような電鋳加工法により作られ、Sus、銅からなる筒型A上に電気メッキによりNi、Ni−Co合金、Ni−鉄合金を成長させた所望の厚みの金属フィルムを形成する。このようにして筒型A上に金属フィルムを形成した後、これを予め内周壁面にフッ素樹脂チューブ(PFA等)を沿わせた筒型Bの中央に挿入し、フッ素樹脂チューブと金属フィルムの間に液状ゴムを注入し、該型Bを炉に投入しゴム層を加熱硬化させ、その後筒型B、筒型Aの順で脱型を行うことで所望の寸法の定着フィルムを得ることができる。 以上のような製造方法により、ゴム層の厚みは0.3mm以上の厚みに自由に制御することが可能であり、単に型内にゴムを注入するのみで容易に厚みコントロールができ、注入時間も短くて済む。さらに筒型Aから脱型する前の金属フィルムを筒型Bに挿入しておくため、金属フィルムの変形の心配がなく、金属フィルムとフッ素樹脂チューブ間のゴム厚は型の精度によって決定され均一な厚みのゴム層が形成される。さらに基層の金属フィルムはシリコーンゴム硬化時に加熱されるのみで、そのときの温度は高々130〜160℃程度であり金属フィルムに対する加熱の影響は殆どないといってもよい。従来例ではシリコーンゴムをコーティングする工程、フッ素樹脂層をコーティングし、焼成する工程を必要とするために、工程数が多くなるだけではなく、フッ素樹脂コーティング時に高温(300〜400℃)が金属フィルム層に加えられるために、金属フィルムに熱ダメージを与えていたが本参考例の製造方法ではこのような問題が生じる心配がなく、工程数が少ないことにより低コストで耐久性に優れた定着フィルムを提供できる。
【0063】
本参考例では、内径φ30mm、厚み50μmに成型したNiフィルムの上に 0.5mm厚のシリコーンゴム層、30μm厚のPFAチューブ層を上記製造方法で形成した定着フィルム、加圧ローラーとしては外径φ25、厚み2mmのAl芯金上にシリコーンゴム層を厚み3mm、その表層に厚み50μmのPFAチューブ層を形成したものを用い、総圧20kgで加圧し、カラーレーザービームプリンター用の加熱定着装置に適用したところ、均一なベタ画像を得ることができ、その耐久性もA4サイズ紙を10万枚通紙してもフィルム亀裂等の問題は生じなかった。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高熱効率で、クイックスタート性に優れた磁気誘導金方式最適な金属フィルムを、フッ素樹脂焼成時に過度な高温下にさらすことがなく、金属フィルムの熱劣化を防止することが可能となり、その耐久性の向上を図ることができた。
【0065】
さらに、熱効率が高いフィルム定着装置をカラー画像形成装置用の加熱定着装置を用いるための安価な弾性層を有する定着フィルムの製造方法を提供することができ、低コストで耐久性に優れ、高画質化を達成できるカラー画像形成装置用の定着フィルム、それを有する加熱定着装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図。
【図2】 本発明の第1の実施例の加熱用回転体の製造方法を説明するための図である。
【図3】 本発明の第2の実施例を説明するための加熱定着装置の略断面図。
【図4】 第2の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図。
【図5】 第3の参考例を説明するための加熱定着装置の略断面図。[0001]
The present invention relates to a method for manufacturing a heating rotator used in a heat fixing apparatus used in an electrophotographic recording apparatus, an electrostatic recording apparatus or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in many of electrophotographic copying machines, printers, and the like, an energy saving type film heating method is increasingly used as a fixing means.
[0003]
A film heating type fixing device has been proposed in, for example, JP-A-63-313182, JP-A-2-157878, 4-44075 to 44083, 4-204980-204984, and the like. The heat-resistant film (fixing film) is brought into close contact with a pressure rotating body (elastic roller) and slid and conveyed, and the pressure-contact nip formed by the heating body and the pressure member is sandwiched between the heat-resistant fixing film. A recording material carrying a fixed image is introduced and conveyed together with a heat-resistant film, and an unfixed image is recorded by heat from a heating body applied through the heat-resistant film and pressure applied at the pressure nip portion. It is a device for fixing as a permanent image on the top.
[0004]
The film heating type heating device can use a low-heat-capacity linear heating element as the heating element and a thin-film low-heat-capacity film as the heating element, which can save power and shorten the wait time (quick start). is there.
[0005]
As another embodiment of the film heating method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-114276 proposes a fixing method that has an exciting coil inside and magnetically heats a thin metal sleeve or the like by an alternating magnetic field generated therefrom. Yes. Similar to the film heating and fixing method using the low heat capacity linear heating element, this method can also save power and shorten the wait time. At the same time, the heat generating part is closer to the toner image, so that the heat efficiency is high. Have.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example has the following drawbacks.
[0007]
1. The thin metal film used for magnetic induction heating is required to have flexibility, but because of its poor flexibility, its end is easy to tear due to long-term durability, and the fixing device configuration for preventing it is complicated, There was a drawback that the cost of the apparatus was high. In particular, when a fluororesin is applied and fired to form a fluororesin layer on the metal film, the metal film is thermally deteriorated due to the effects of thermal damage to the metal film during firing, and its strength is impaired. The above problem is remarkable.
[0008]
2. When the film fixing device is applied to a color image forming apparatus, it is necessary to provide an elastic layer on the film as the base layer in order to obtain uniform fixing properties of the solid image portion. In addition, the process of providing a fluororesin layer as a release layer on the surface layer is complicated, and there is a disadvantage that the cost increases.
[0009]
Specifically, since the film has flexibility, when a rubber layer is formed on the surface layer, a liquid rubber layer is applied on the base material by dipping, spray coating or the like, and then heat-cured. Then, a fluororesin dispersion is applied to the surface layer by a method such as spray coating, and the fluororesin layer is baked to obtain a fixing film. However, in such a method, it is difficult to form the rubber layer by a single coating with a thickness of 0.1 mm or more, and the process for forming the rubber layer with a desired thickness takes time. Yes. Further, since a process of applying and baking a fluororesin layer on the surface layer is required, the number of processes is increased, resulting in an increase in cost, and at the same time, there is a disadvantage that the rubber layer and the film layer are thermally deteriorated.
[0010]
The first object of the present invention is to improve the durability of a thin metal film, and to provide a fixing device excellent in durability with a simple device configuration.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems and have reached the present invention. That is, this invention is comprised from the following.
[0015]
Rotating body for heating that forms a fluororesin layer on a thin endless metal film and slides and rotates with an external driving forceManufacturing methodIn
EndlessThe metal film has a thickness of 20 to 100 μm, and when the fluororesin layer is formed on the surface layerFluorine resin firingInEndlessMetal filmBy using a means for releasing the heat from the end of the endless metal film, the temperature of the end,Lower than fluororesin firing temperatureMakeA method of manufacturing a rotating body for heating.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is a heating rotating body in which a fluororesin layer is formed on a thin endless metal film and is slidably rotated by an external driving force.Manufacturing methodIn
EndlessThe metal film has a thickness of 20 to 100 μm, and when the fluororesin layer is formed on the surface layerFluorine resin firingInEndlessMetal filmBy using a means for releasing the heat from the end of the endless metal film, the temperature of the end,Lower than fluororesin firing temperatureMakeIt is a manufacturing method of the rotating body for heating characterized by this.
[0028]
The
[0029]
The fluororesin used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include PTFE and PFA.
[0036]
[Action]
In particular, the present invention can prevent thermal deterioration of a metal film during baking of a fluororesin, can maintain the strength of the metal film, and can provide a manufacturing method that can easily avoid the problem of tearing of the metal film due to durability. .
[0038]
【Example】
(First reference example)
FIG. 1 illustrates the present invention.Reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the heat fixing apparatus for demonstrating this. The
[0039]
The
[0040]
In the heat fixing device, the
[0041]
A method for producing a metal film used in the fixing device having the above configuration will be described. For materials that can be electroformed such as Ni as a metal film, an electroforming method is applied, and a cylindrical matrix such as Sus or copper is used in an electroforming solution such as nickel sulfamate, nickel sulfate, or nickel acetate. A thin metal film can be obtained by forming a Ni layer having a predetermined thickness by electroplating and demolding. Ni-Co alloy and Ni-iron alloy films can be obtained in the same manner. Next, an adhesive layer is applied to the surface of the Ni film, and PFA powder is electrostatically coated or sprayed with PFA and PTFE dispersion, and then fired to form a fluororesin layer having a predetermined thickness. Here, the fluororesin layer is fired as follows.
[0042]
In general, the fluororesin is fired by heating the non-fired product at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin (370 to 420 ° C.) for about 10 to 40 minutes to form a fluororesin film.Reference exampleWhen a thin metal film is used as described above, there is a drawback in that if the metal film is placed at such a high temperature for a long time, the metal film is thermally deteriorated and brittleness is increased. thereReference exampleThen, a firing method is employed in which the metal film is fired in a short time so as not to be exposed to a high temperature for a long time. Specifically, a metal film coated with the fluororesin layer is put in a high temperature furnace at 450 to 600 ° C. for about 10 seconds to 5 minutes, and then rapidly cooled by means such as water cooling to melt and solidify the fluororesin layer. The Ni layer employs a firing method that is not thermally damaged.
[0043]
The results of applying the metal film thus obtained to the fixing device are shown below.
As the metal film, a Ni film formed by an electroforming method with an inner diameter of φ25 and a thickness of 50 μm was sprayed thereon, and a PTFE dispersion with a thickness of 20 μm was spray-coated thereon, and then placed in a furnace having an atmospheric temperature of 500 ° C. for 3 minutes. (The maximum temperature of the metal film itself during this heating was about 380 ° C., and was maintained at the same temperature for about 1 minute.) Next, the fixing film was immediately cooled by putting it in a 20 ° C. water bath. Obtained. The pressure roller has an outer diameter of 20 mm, the thickness of the elastic layer made of silicone rubber is 5 mm, the outer diameter of the core metal made of iron is 10 mm, and the outermost layer is provided with a PFA tube having a thickness of 50 μm. When applied to a fixing device of 100 mm / sec and a total pressure of 10 kg, the fixing film was not damaged even after the endurance of 100,000 sheets.
[0044]
Such a baking method changes the thermal damage of the metal film and affects the durability. In order to clarify this condition, the metal film is heated alone, the degree of influence on the durability is compared by the heating history, and the heat history indicating the durability equivalent to 100,000 sheets in the idling experiment is the metal film. The temperature of the inner peripheral surface of was 10 minutes at 350 ° C., 9 minutes at 400 ° C., and 8 minutes at 450 ° C. In this temperature range (temperature range where fluororesin can be baked), the thermal damage of the metal film depends on the product of the metal film temperature and its heating time, and is sufficient if it does not receive a heat quantity of 3500 (° C · min) or more It was found to be durable.
[0045]
still,Reference exampleThe metal film whose surface layer described above is coated with a fluororesin can be placed in a furnace at an atmospheric temperature of 500 ° C. for 3 minutes, and then placed in a water bath maintained at room temperature to obtain a sufficiently fired fluororesin film. At the same time, the temperature of the metal film itself rose only up to 380 ° C., and the time kept at that temperature was about 1 minute.
[0046]
The melting point of the metal film is sufficiently higher than the firing temperature (1450 ° C. for nickel). However, according to experiments, when the metal film itself receives a thermal history exceeding 500 ° C., it rapidly increases regardless of the time. It was also confirmed that it deteriorated.
[0047]
On the other hand, it was put into a general firing method, that is, an oven having an atmospheric temperature of 400 ° C. for 25 minutes (note that the temperature of the metal film itself rose to 370 ° C. and was maintained at the same temperature for about 15 minutes). When the fixing film obtained by air cooling in a room temperature atmosphere was durable under the same conditions, it was observed that cracks occurred at the end of the fixing film at the time of 30,000 sheets.
[0048]
Thus, by performing the baking method of the fixing film by rapid heating and rapid cooling, a fixing film having excellent durability can be provided without causing thermal damage to the thin metal film.
[0049]
(First embodiment)
In this example,Reference Example 1Another manufacturing method (baking method) of the fixing film applied to the heat fixing apparatus will be described.
In the heat fixing apparatus as in this embodiment, the metal film is damaged due to durability. Since the shifting force always acts on the fixing film, either the right or left side of the fixing film is always a thrust member (PPS, A heat-resistant resin such as a liquid crystal polymer), and a rubbing force is generated there, and a crack is generated at the end. Therefore, it was also tested whether the same effect could be obtained by increasing the metal film strength only at the edges (reducing thermal damage).
[0050]
The
(Of course, it is preferable that the entire heat history of the fluororesin-coated part is 3500 (° C./min) or less, but in this example, an example in which a part of the resin is heated to a low temperature as in the prior art is shown. .)
The fixing
[0051]
Thus, it has been found that sufficient effects can be obtained by maintaining only the edge of the fixing film at a low temperature and baking.
[0052]
(Second embodiment)
Figure 3Second embodimentIt is a schematic sectional drawing of the heat fixing apparatus for demonstrating this.
In this embodiment, the inner surface of the fixing
[0053]
The fixing
[0054]
In this embodiment, the fixing film is formed on a Ni electroformed film having an inner diameter of 40 mm and a thickness of 50 μm.First Reference Example, First ExampleUsing a fixing film obtained by firing a fluororesin layer in the same manner as described above, the outer diameter of the pressure roller is 20 mm, the thickness of the elastic layer made of silicone rubber is 5 mm, the outer diameter of the core metal made of iron is 10 mm, and the outermost layer In this example, a PFA tube having a thickness of 50 μm was used, and when applied to a fixing device having a paper feed speed of 100 mm / sec and a total pressure of 10 kg, neither fixing film was damaged by the durability of 100,000 sheets. . on the other hand,First reference exampleWhen the fixing film obtained by the general baking method shown in the description of the above was durable under the same conditions, it was observed that cracks occurred at the end of the fixing film at the time of 20,000 sheets.
[0055]
In the fixing film in which tension is applied from the inner surface as described above,First reference exampleAs in the case of the present invention, there was a problem that cracks occurred from the end due to durability, but the fixing film excellent in durability by a method of baking a fluororesin while maintaining only the end at a low temperature as in the present invention. It was found that can provide.
[0056]
(Second reference example)
Figure 4Second reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the heat fixing apparatus for demonstrating this.
The fixing
[0057]
The heat fixing apparatus having such a configuration has an elastic layer on the fixing film, so that a uniform pressure is applied to the toner image on the recording material. In particular, it is suitable for a fixing device for a color image forming apparatus having a lot of solid images. In order to obtain such an effect, the thickness of the elastic layer of the fixing film is preferably 0.3 mm or more, and from the viewpoint of heat conduction, it is preferably 1.5 mm or less.
[0058]
The fixing film can be obtained by a manufacturing method as described below. The polyimide film is made of Sus in polyimide enamel and a round bar mold coated with PTFE on the copper surface as a release layer. The mold is pulled up at a constant speed, and then the imidization reaction is accelerated and cured by a heating process. After the polyimide film is formed on the round bar in this way, it is inserted into the center of a hollow cylindrical mold having a fluororesin tube (PFA etc.) on the inner peripheral wall surface in advance, and between the fluororesin tube and the polyimide film. Liquid rubber is poured into the furnace, the hollow cylindrical mold is put into a furnace, the rubber layer is heated and cured, and then the mold is removed in the order of a round bar mold and a hollow cylindrical mold to obtain a fixing film of a desired size. it can.
[0059]
By the manufacturing method as described above, the thickness of the rubber layer can be freely controlled to a thickness of 0.3 mm or more, the thickness can be easily controlled by simply injecting rubber into the mold, and the injection time is also long. It's short. Furthermore, since the polyimide film before being removed from the cylindrical mold A is inserted into the cylindrical mold B, there is no risk of deformation of the polyimide film, and the rubber thickness between the polyimide film and the fluororesin tube is determined by the mold accuracy and uniform. A rubber layer with a sufficient thickness is formed. Furthermore, the polyimide film of the base layer is only heated when the silicone rubber is cured, and the temperature at that time is about 130 to 160 ° C. at most, and it may be said that there is almost no influence of heating on the polyimide film. In the conventional example, the process of coating the silicone rubber and the process of coating and baking the fluororesin layer are required, so that not only the number of processes is increased, but also the polyimide layer is heated at a high temperature (300 to 400 ° C.). In some cases, gas may be generated from the polyimide layer, and bubbles may be generated between the silicone rubber layer and the polyimide layer.Reference exampleIn this manufacturing method, such a problem does not occur, and the fixing film can be provided at a low cost because the number of steps is small and the yield rate is high.Reference exampleThen, a fixing film in which a silicone rubber layer having a thickness of 0.5 mm and a PFA tube layer having a thickness of 30 μm are formed on a polyimide film molded to have an inner diameter of φ30 and a thickness of 50 μm by the above manufacturing method. Using a 2 mm Al cored bar with a 3 mm thick silicone rubber layer and a 50 μm thick PFA tube layer on the surface, pressurizing with a total pressure of 20 kg and applying it to a heat fixing device for a color laser beam printer A uniform solid image could be obtained, and the durability was not affected by film cracking or the like even when 100,000 sheets of A4 size paper were passed.
[0060]
(Third reference example)
FIG.Third reference exampleIt is a schematic sectional drawing of the heat fixing apparatus for demonstrating this.
The fixing
[0061]
The heat fixing apparatus having such a configuration has an elastic layer on the fixing film, so that a uniform pressure is applied to the toner image on the recording material. In particular, it is suitable for a fixing device for a color image forming apparatus having a lot of solid images. In order to obtain such an effect, the thickness of the elastic layer of the fixing film is preferably 0.3 mm or more.Second reference exampleCompared to the above, since the heat generating portion is close to the toner image, the thickness of the rubber layer can be relatively increased.
[0062]
The fixing film 61 can be obtained by the following manufacturing method. Metal film is the firstReference exampleA metal film having a desired thickness is formed by growing an Ni, Ni-Co alloy, or Ni-iron alloy by electroplating on the cylindrical mold A made of Sus and copper as described above. . After the metal film is formed on the cylinder A in this manner, the metal film is inserted into the center of the cylinder B having a fluororesin tube (PFA or the like) along the inner peripheral wall surface in advance. Liquid rubber is poured in between, the mold B is put into a furnace, the rubber layer is heated and cured, and then the mold B is removed in the order of the cylinder B and the cylinder A to obtain a fixing film of a desired size. it can. By the manufacturing method as described above, the thickness of the rubber layer can be freely controlled to a thickness of 0.3 mm or more, the thickness can be easily controlled by simply injecting rubber into the mold, and the injection time is also long. It's short. Furthermore, since the metal film before being removed from the cylinder A is inserted into the cylinder B, there is no risk of deformation of the metal film, and the rubber thickness between the metal film and the fluororesin tube is determined by the accuracy of the mold and is uniform. A rubber layer with a sufficient thickness is formed. Further, the metal film of the base layer is only heated when the silicone rubber is cured, and the temperature at that time is at most about 130 to 160 ° C., and it may be said that there is almost no influence of the heating on the metal film. In the conventional example, the process of coating the silicone rubber, the process of coating the fluororesin layer, and the process of firing are required. Therefore, not only the number of processes is increased, but the high temperature (300 to 400 ° C.) during the fluororesin coating is a metal film. The metal film was heat damaged to be added to the layerReference exampleIn this production method, such a problem does not occur, and a low-cost fixing film having excellent durability can be provided because the number of steps is small.
[0063]
Reference exampleThen, a fixing film in which a 0.5 mm thick silicone rubber layer and a 30 μm thick PFA tube layer are formed on the Ni film molded to have an inner diameter of 30 mm and a thickness of 50 μm by the above manufacturing method. Using a 2 mm Al core metal with a 3 mm thick silicone rubber layer and a 50 μm thick PFA tube layer on the surface, pressurizing with a total pressure of 20 kg and applying it to a heat fixing device for a color laser beam printer A uniform solid image could be obtained, and the durability was not affected by film cracking or the like even when 100,000 sheets of A4 size paper were passed.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the optimum metal film of the magnetic induction gold method having high thermal efficiency and excellent quick start property is not exposed to an excessively high temperature when the fluororesin is fired. Deterioration could be prevented, and the durability could be improved.
[0065]
Furthermore, it is possible to provide a method for producing a fixing film having an inexpensive elastic layer for using a heat fixing device for a color image forming apparatus as a film fixing device having high thermal efficiency. A fixing film for a color image forming apparatus that can achieve the above-described process and a heat fixing apparatus having the same can be provided.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]First reference exampleFIG.
FIG. 2 of the present inventionOf the first embodimentIt is a figure for demonstrating the manufacturing method of the rotary body for a heating.
FIG. 3 of the present inventionSecond embodimentFIG.
[Fig. 4]Second reference exampleFIG.
[Figure 5]Third reference exampleFIG.
Claims (1)
該エンドレス金属フィルムはその厚みが20〜100μmであり、その表層にフッ素樹脂層を形成する際のフッ素樹脂焼成時に該エンドレス金属フィルムの端部の温度を、該エンドレス金属フィルムの端部から熱を逃がす手段を用いることによって、フッ素樹脂焼成温度よりも低くすることを特徴とする加熱用回転体の製造方法。In the method of manufacturing a rotating body for heating that forms a fluororesin layer on a thin endless metal film and slides and rotates by an external driving force,
The endless metal film thickness thereof is 20 to 100 [mu] m, the temperature of the end portion of the endless metal film during fluorine resin baking in forming the fluororesin layer on the surface layer, the heat from the end of the endless metal film by using a means of escape, the manufacturing method of the heating rotating body than fluororesin baking temperature, characterized in that make lower.
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