JP5113410B2

JP5113410B2 - 定着ベルトの製造方法

Info

Publication number: JP5113410B2
Application number: JP2007088341A
Authority: JP
Inventors: 将記原; 浩太萩原
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008249833A

Description

本発明は複写機やプリンタ等の画像形成装置において記録媒体上の未定着トナーを加熱して定着させる定着装置に用いられる定着ベルトの製造方法に関する。

従来、円筒状の定着ベルトをその内側に設けた加圧パッドにより加熱ローラに向かって押し付けてニップ部を形成し、該ニップ部に未定着トナーが転写された記録媒体を通過させることで、未定着トナーを記録媒体に定着させる定着装置が知られている。

この種の定着装置の定着ベルトでは、加熱ローラと押さえパッドの平行度が十分でない場合や、定着ベルトの両端部に周長差がある場合、定着ベルトが記録媒体の搬送方向に対して直交する方向に蛇行するので、この蛇行を防止するために、定着ベルトの両端にガイドが設けられている。しかし、定着ベルトの蛇行によりその端部がガイドに当たると、定着ベルトの端部はガイドから反力を受ける。この結果、最外層の耐熱シート間の隙間（巻目）Ａに沿って耐熱シートが外側に盛り上がって損傷し、定着画像の品質を低下することがあった。

また、定着ベルトがニップ部を通過する際に、定着ベルトが内側に向かって反り、内周面に引張応力が生じ、内面の巻き目が開く傾向があった。

さらに、定着ベルトの最外層の外側には離型性向上のためフッ素樹脂等の弾性層を設けているが、弾性層を被覆する際に空気が残留すると弾性層の表面に膨らみが生じ、定着後の画像品質に悪い影響を与える虞がある。

本願出願人らは、特許文献１において、定着ベルトの蛇行による端部の座屈に対する強度を向上するために、図３に示すように、耐熱シート３１Ａ、３１Ｂを螺旋状に巻回して複数の層を形成し、各層毎に耐熱シート３１Ａ、３１Ｂの螺旋の巻き角度を異ならせた定着ベルト３１を提案している。また、特許文献２では、定着ベルトと記録媒体との間の摩擦静電気による画像ノイズを防止するために、図４に示すように、内側を導線性シート３２Ａとし、それ以外を絶縁性シート３２Ｂとするとともに、各シート３２Ａ，３２Ｂを平巻きした定着ベルト３２を提案している。

しかし、これらの定着ベルト３１，３２によっても、前述の蛇行による端部の座屈に対する強度、ニップ部内面の引張りに対する強度は十分でない。また、定着ベルトの最外層に弾性層を設ける際の空気の残留の問題については依然として解決されていない。
特開２００４−２４０３１１号公報特開２００５−６２５６２号公報

そこで、本発明は、定着ベルトの蛇行による端部の座屈に対する強度及びニップ部における定着ベルトの内面の強度を向上し、また定着ベルトの最外層に弾性層を被覆する際の空気の残留を防止して、画像品質を高めることができる定着ベルトの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、耐熱シートを複数積層し接着してなる円筒状の定着ベルトの製造方法において、接着層を片面に塗布した螺旋巻き用耐熱シートを接着層が外側になるように螺旋状に巻き付けて螺旋巻き層を形成し、螺旋巻き層の接着層の上に平巻き用耐熱シートを巻いて平巻き層を形成し、螺旋巻き層と平巻き層の間の接着剤を硬化させてベルト基材を形成し、ベルト基材の上に弾性層用チューブを被覆し、焼成して、前記平巻き層の巻き目から空気を抜きつつ収縮させて弾性層を形成する工程からなる。

本発明により製造した定着ベルトによれば、基材の外側に設けた平巻き層の巻き目は定着ベルトの軸芯に対して平行であるので、定着ベルトの軸芯に対して斜めに巻き目がある螺旋巻き層が外側に設けられた基材に比べて、定着ベルトの蛇行によりその端部がガイドに当たったときに、巻き目に沿って盛り上がるような座屈は生じにくい。

また、基材の内側に設けた螺旋巻き層の巻き目は定着ベルトの軸芯に対して斜めにあるので、定着ベルトの軸芯に対して平行に巻き目がある平巻き層が外側に設けられた基材に比べて、定着ベルトがニップ部を通過する際に内周面に生じる引張応力により、巻き目が開きにくい。

さらに、基材の外側に平巻き層を設けたので、この平巻き層の上に弾性層を被覆するときに、平巻き層の巻き目に沿って空気を容易に除去することができる。

前記基材の平巻き層を形成する耐熱シートの厚さは、前記螺旋巻き層を形成する耐熱シートの厚さ以下で、かつ、５０μｍ以下であり、前記平巻き層の巻き方向端面間の隙間は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

前記基材の平巻き層の外側に弾性層を設けることが好ましい。

前記耐熱シートとしては、ポリイミド（ＰＩ）．ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイモド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）の群から選ばれた樹脂シートを使用することができる。

前記弾性層としては、フッ素樹脂又はシリコンゴムを使用することができる。

本発明により製造した定着ベルトは、内側が耐熱シートを螺旋状に巻回した螺旋巻き層からなり、外側が耐熱シートを平巻きした平巻き層からなる基材を有するので、定着ベルトの蛇行によりその端部がガイドに当たったときの座屈に対する強度が向上するとともに、定着ベルトがニップ部を通過する際に内周面に生じる引張応力に対する強度が向上し、定着画像の品質も向上する。
また、基材の外側に平巻き層を設けるので、この平巻き層の上に弾性層を被覆するときに、平巻き層の巻き目に沿って空気を容易に除去することができ、加工が容易であるだけでなく、弾性層を滑らかに形成できるので、定着画像の品質も向上する。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る方法により製造した定着ベルト１０を示す。定着ベルト１０は円筒状で、ベルト基材１１の上に弾性層１２を備えている。ベルト基材１１は内側と外側の２層からなる。内側の層は、フィルム状の耐熱シートを螺旋状に巻回した螺旋巻き層１３である。外側の層は、フィルム状の耐熱シートを平巻きした平巻き層１４であり、前記螺旋巻き層１３の上に図示しない接着層を介して接着している。

内側の螺旋巻き層１３は、細長い耐熱シートを縁が互いに重ならないように隙間Ｓをあけて螺旋状に巻き回して形成されている。縁が重なると、耐熱シートの厚さだけ段差が生じて、その上に設ける平巻き層１４にも段差が生じ、最終表面が平坦にならないからである。螺旋巻き層１３の隙間Ｓは、あまり大きいと筋目が残るため、ベルト基材１１の強度及び表面の平坦性、加工性の観点から０．５ｍｍ以下が好ましい。螺旋巻き層１３を形成する耐熱シートの厚さは、強度的にみて５０μｍは必要である。螺旋巻き層１３の螺旋角度（円筒状ベルト基材の軸芯に対する螺旋巻き方向の角度）θは任意であるが、４５°から６０°程度が好ましい。

外側の平巻き層１４は、細長い耐熱シートをその長手方向を軸として２つの長手方向の縁が隙間Ａをあけて隣接するように巻いて形成されている。縁が重なると、耐熱シートの厚さだけ段差が生じて、その上に設ける弾性層にも段差が生じ、最終表面が平坦にならないからである。平巻き層１４の隙間Ａは、あまり大きいと筋目が残るため、ベルト基材１１の強度及び表面の平坦性、加工性の観点から０．５ｍｍ以下が好ましい。平巻き層１４を形成する耐熱シートの厚さは、前記螺旋巻き層１３を形成する耐熱シートの厚さ以下で、かつ、５０μｍ以下であり、好ましくは、２５μｍである。

前記螺旋巻き層１３と平巻き層１４を形成する耐熱シートとしては、ポリイミド（ＰＩ）．ポリアミド−イミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイモド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を使用することができる。接着層としては、パーフルオロアルコキシルアルカン（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）を使用することができる。

弾性層１２は、前記ベルト基材１１の上に被覆されている。弾性層１２の厚さは、１０〜８５μｍ、好ましくは３０〜５０μｍ、より好ましくは３０μｍである。弾性層１２を形成する耐熱材としては、フッ素樹脂又はシリコンゴムを使用することができる。弾性層１２は、耐熱シートを前記ベルト基材１１の平巻き層１４の上に前記螺旋巻き層１３と同様に螺旋状に巻き回してもよいが、後述するように、耐熱チューブを前記ベルト基材１１の平巻き層１４の上に被着してもよい。弾性層１２の上にさらに、例えばフッ素系樹脂からなる図示しない離型層を形成してもよい。

次に、前記構成の定着ベルトの製造方法について説明する。ベルト巻き機のマンドレルを回転させて、接着層を片面に塗布した螺旋巻き用耐熱シートを、マンドレルの軸芯に対して傾斜した方向から接着層が外側になるようにマンドレル上に供給する。これにより、耐熱シートはマンドレル上に螺旋状に巻き付けられ、螺旋巻き層が形成される（螺旋巻き工程）。続いて螺旋巻き層の接着層の上に平巻き用耐熱シートをマンドレルの軸芯に対して直交する方向から供給する。これにより、螺旋巻き層の接着層の上に平巻き層が形成される（平巻き工程）。螺旋巻き層と平巻き層が形成された筒状部材をマンドレルから取り出して仮固定し、両端を粗切断する（仮固定工程）。粗切断した筒状部材を焼成し、螺旋巻き層と平巻き層の間の接着剤を硬化させる（固定工程）。そして、この筒状部材を任意長に切断し、ベルト基材とする（端部切断工程）。最後に、ベルト基材の上に膨張させた弾性層用チューブを被覆し、焼成して収縮させ、弾性層を形成する（弾性層形成工程）。この弾性層形成工程では、ベルト基材と弾性層の間の空気はベルト基材の平巻き層の巻き目から外部に抜け出る。この巻き目はベルト基材の軸芯に平行であるので、空気は容易に外部に抜け出るが、必要に応じて空気を強制的に吸引することが好ましい。

図２は、本発明に係る方法により製造した定着ベルト１０を備えた定着装置２０を示す。定着ベルト１０は加圧パッド２１が内側に挿通されることで支持され、加圧パッド２１を介して加熱ローラ２２に押し付けられている。加圧パッド２１の加熱ローラ２２と対向する面は、定着ベルト１０と加熱ローラ２２の間にニップ部２３を形成するために、定着ベルト１０の中心に向かって凹状に湾曲している。定着ベルト１０の両端には定着ベルト１０の蛇行を規制するために、図示しないガイドが設けられている。加熱ローラ２２は、内部にヒータ２４を有する。このヒータ２４の代わりに、誘導加熱装置によって加熱ローラ２２を加熱することもできる。加熱ローラ２２の外面にはサーミスタ２５が近接して設けられ、このサーミスタ２５によって検出した加熱ローラ２２の表面の温度に基づいてヒータ２４を制御することで、加熱ローラ２２の表面の温度が所定温度に維持されるようになっている。また、加熱ローラ２２は、図示しない駆動手段により矢印方向に回転駆動され、これに伴い定着ベルト１０が矢印方向に従動回転するようになっている。加熱ローラ２２と定着ベルト１０の間のニップ部２３に未定着トナー画像Ｔが転写された記録媒体２６を未定着トナー画像Ｔを加熱ローラ２２側に向けて搬送すると、記録媒体２６上の未定着トナー画像Ｔが加熱され加圧されて定着する。

定着装置２０の動作中に定着ベルト１０が図１においてその軸方向に蛇行し、図示しないガイドに突き当たると、ガイドからの反力により、定着ベルト１０の端部に負荷が作用する。この負荷により、一般には、定着ベルト１０の軸芯に直角方向に盛り上がるように座屈が生じるが、その端部に円筒状の定着ベルト１０の軸芯に斜めに巻き目があると、その巻き目に沿って盛り上がるように座屈が生じる。しかし、本発明では、ベルト基材１１の外側には平巻き層１４があって、その巻き目は円筒状の定着ベルト１０の軸芯に平行であるため、巻き目に沿って盛り上がるような座屈は生じにくい。

また、定着動作中に定着ベルト１０がニップ部２３を通過する際に定着ベルト１０が内側に向かって反り、内周面に引張応力が生じるが、定着ベルト１０の内側に設けた螺旋巻き層１３の巻き目は円筒状の定着ベルト１０の軸芯に対して斜めにあるので、引張応力により巻き目は開きにくい。

したがって、本発明の定着ベルト１０は、定着ベルト１０の巻き目に沿った盛り上がりや破損による定着画像の乱れが無く、良好な画像品質の定着が行える。また、端部外面の座屈やニップ部２３内面の引張りに対する強度が高く、損傷しにくいので、定着ベルト１０の寿命が向上する。

本発明者らは、本願発明の定着ベルトの効果を確認するために実験を行った。まず、表１に示すように、内側螺旋巻き層と外側平巻き層の厚さ、外側平巻き層の隙間Ａを種々変更した定着ベルトを用いた定着装置により、光沢紙、ＯＨＰ、普通紙に形成したイエローとマセンタを合成したベタのトナー画像を定着させ、外側平巻き層の隙間Ａの存在によってトナー画像に筋が発生するか否かを確認した。表１中、◎は筋が全く確認できなかったもの、○は筋がやや確認されたものである。最初の実験で○であった試料については再実験を行った。この結果、外側平巻き層の隙間は０．５ｍｍ以下が好ましいことが分かった。また、試料番号４の定着ベルトのように、内側螺旋巻き層の厚さが２５μｍではベルトの変形が生じるので、強度的に内側螺旋巻き層の厚さは５０μｍは必要であることが分かった。さらに、外側平巻き層は、５０μｍ以下、好ましくは２５μｍが好ましいことが分かった。また、試料番号２の内側螺旋巻き層の厚さが５０μｍ、外側平巻き層の厚さが２５μｍ、外側平巻き層の隙間Ａが０．５ｍｍの場合が画像品質上、最も適していることが分かった。

次に、表２に示すように、種々の巻き形態の定着ベルトを走行させ、定着ベルトが損傷なく回転したときの走行距離を求めた。表２中の走行距離は各試料について５回実験を行ったうちの最小値を示す。走行距離は、定着ベルトの周長×回転数（ｋｍ）で表し、１４０ｋｍを目標とした。内側層は厚さ５０μｍ、ＰＩ製の耐熱シート、中間層は２５μｍ、ＰＩ製の耐熱シート、外側層は２５μｍ、ＰＩ製の耐熱シートとした。また、表層の弾性層は、３０μｍ、ＰＦＡチューブとした。試料番号１と２は、定着ベルトの外側層を螺旋巻き層とした従来例であり、試料番号３は外側層を平巻き層としそれ以外を螺旋巻き層とした本発明を示し、試料番号４は外側層を平巻き層としそれ以外を螺旋巻き層とするとともに、平巻き層の上に弾性層を設けた本発明の他の実施形態である。従来例の試料番号２と本発明の試料番号３を比較すると、走行距離が格段に増加し、本発明の優位性が確認された。また、従来例の試料番号１と本発明の試料番号４を比較すると、弾性層を設けることで走行距離が格段に増加し、本発明の優位性が確認された。

本発明に係る方法により製造した定着ベルトの正面図（ａ）及び横断面図（ｂ）。本発明に係る方法により製造した定着ベルトを用いた定着装置の断面図。従来の定着ベルトの一例を示す正面図。従来の定着ベルトの他の例を示す正面図。

符号の説明

１０定着ベルト
１１ベルト基材
１２弾性層
１３螺旋巻き層
１４平巻き層

Claims

耐熱シートを複数積層し接着してなる円筒状の定着ベルトの製造方法において、
接着層を片面に塗布した螺旋巻き用耐熱シートを接着層が外側になるように螺旋状に巻き付けて螺旋巻き層を形成し、
螺旋巻き層の接着層の上に平巻き用耐熱シートを巻いて平巻き層を形成し、
螺旋巻き層と平巻き層の間の接着剤を硬化させてベルト基材を形成し、
ベルト基材の上に弾性層用チューブを被覆し、焼成して、前記平巻き層の巻き目から空気を抜きつつ収縮させて弾性層を形成することを特徴とする定着ベルトの製造方法。