JP2010181492A - 無端ベルト、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線回折における結晶吸収の半値幅が10mm以下である少なくとも1層の円筒状の金属層61aと、金属層61aに積層された離型層61cと、を有することを特徴とする無端ベルト。前記金属層61aは、円筒状の当該金属層61aを軸方向に切り開いた状態における表面歪みが−10%〜+30%であることを特徴とする無端ベルト。前記無端ベルトを定着ベルト61とし、前記定着ベルトとの間に押圧部を形成し回転駆動される加圧ロールと、前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、を有することを特徴とする定着装置。
【選択図】図4
Description
請求項2に係る発明は、前記金属層は、円筒状の当該金属層を軸方向に切り開いた状態における表面歪みが−10%〜+30%であることを特徴とする請求項1に記載の無端ベルトである。
請求項3に係る発明は、前記金属層は、円筒状の当該金属層を軸方向に切り開いた状態における切り開かれた端面間の距離が−10mm〜+30mmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の無端ベルトである。
図1は、本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。ここでは、一般にタンデム型と呼ぶ中間転写方式の画像形成装置を例に挙げ説明する。図1に示す画像形成装置100は、像形成部として、電子写真方式により各色成分のトナー像を形成する複数の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kを備える。次に、転写部として、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにより形成する各色成分トナー像を中間転写ベルト(像保持体)15に順次転写(一次転写)する一次転写部10と、中間転写ベルト15上に転写した重畳トナー画像を記録材である用紙に一括転写(二次転写)する二次転写部20を有する。さらに、定着部として、二次転写された画像を用紙上に定着する定着装置60を備える。また、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有する。
図1に示すような画像形成装置100では、画像読取装置(IIT)(図示せず)等から出力される画像データに画像処理を施した後、画像データをY、M、C、Kの4色の色材階調データに変換し、レーザ露光器13に出力する。レーザ露光器13は、入力される色材階調データに応じ、例えば、半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの矢印A方向に回転する各感光体ドラム11に照射する。各感光体ドラム11の表面を帯電器12によって帯電した後、レーザ露光器13によって表面を走査露光し、静電潜像を形成する。形成した静電潜像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像する。
二次転写部20では、中間転写ベルト15上に保持された未定着トナー像を、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれた用紙上に静電転写する。その後、トナー像を静電転写した用紙を搬送ベルト55により定着装置60まで搬送し、定着装置60は、用紙上の未定着トナー像を熱および圧力で処理し用紙上に定着する。定着画像を形成した用紙は、画像形成装置100の排出部に設けた排紙載置部に搬送する。
次に、本実施の形態における定着装置60について説明する。
図2は、定着装置60の構成を示す図である。本実施の形態では、電磁誘導加熱方式を採用する定着装置60を例に挙げて説明する。
図2に示すように、定着装置60は、無端ベルトである定着ベルト61、交流電流により生じる磁界によって定着ベルト61を発熱させる電磁誘導加熱部材の一例としての磁場発生ユニット85、定着ベルト61に対向するように配置する加圧ロール62、定着ベルト61を介して加圧ロール62から押圧される圧力パッド64を有する。
ホルダ65に、定着装置60の長手方向に亘って潤滑剤塗布部材67を配設する。潤滑剤塗布部材67は、定着ベルト61内周面に接触し、定着ベルト61と低摩擦シート68との摺動部に潤滑剤を供給する。尚、潤滑剤としては、例えば、シリコーンオイル、フッ素オイル等の液体状オイル;固形物質と液体とを混合させたグリース等、さらにこれらを組み合わせたものが挙げられる。
加圧ロール62は、定着ベルト61に対向するように配置し、矢印D方向に、例えば140mm/sのプロセススピードで回転し、定着ベルト61を従動させる。また、加圧ロール62と圧力パッド64とにより定着ベルト61を挟持した状態で保持してニップ部Nを形成し、このニップ部Nに未定着トナー像を保持した用紙を通過させ、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙に定着する。
輻射ランプ発熱体としては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。抵抗発熱体としては、例えば、鉄−クロム−アルミ系、ニッケル−クロム系、白金、モリブデン、タンタル、タングステン、炭化珪素、モリブデン−シリサイト、カーボン等が挙げられる。
次に、本実施の形態が適用される定着ベルト61について説明する。
図3は、本実施の形態が適用される定着ベルト(無端ベルト)61の構成の一例を示す模式断面図である。図3に示すように、定着ベルト61は、内周側から順に、基材となる金属層61a、弾性層61b、離型層61cを設けた3層構成からなっている。
しかし、一般に、金属層は、成型加工の際の残留歪が蓄積する。また、例えば、金属製ベルトを定着ベルトとして使用する場合、成型加工の際の残留歪に加え、定着の際に加えられる繰り返し変形によって歪みが蓄積し、そのため疲労破壊を起こし易い。
そこで、本実施の形態の基材となる金属層61aは、X線回折における結晶吸収の半値幅が10mm以下である少なくとも1層の金属層から構成されている。ここで、本実施の形態では、X線回折における結晶吸収の半値幅は、金属層61aを構成する金属材料の結晶成長の尺度を表す指標であって、この半値幅が小さいほど、金属層61aの残留歪みが減少すると考えられる。
X線回折における結晶吸収の半値幅が過度に大きいと、金属層61aの残留歪みが増大し、定着ベルト61が脆くなる傾向がある。
図4は、多層構造の金属層61aを有する定着ベルト61の構造を説明する図である。
定着ベルト61が有する多層構造の金属層61aは、ベース金属層611、発熱金属層612および中間金属層613の3層の金属層に必要な金属板を準備し、それぞれの接着面を研磨により酸化被膜を除去した後、冷間状態で圧延加工を行い、冷間圧接して積層体を調製する。
次に、この積層体に、第1の熱処理を施して接合層611a及び接合層611bを形成する(第1の熱処理工程)。この熱処理によって、金属板を強固に接着し、必要な厚さの多層構造の積層板を調製する。
続いて、接合された多層構造の積層板に、深絞法、へら絞り法、プレス法、回転塑性加工法等の塑性加工を施し、無端ベルト状に形成された多層型金属層を得る(加工工程)。
最後に、このように調製した3層の金属層が積層された多層型金属層上に、弾性層61b及び離型層61cを形成し(表面層形成工程)、定着ベルト61を得る。
初めに、ステンレス板及び銅板それぞれの板材の接着面を研磨し酸化被膜を除去した後、冷間状態で圧延加工し、それぞれの金属板を接着し、厚さ0.5mmの2層積層板を調製した。さらに、この2層積層板に、窒素雰囲気下において処理温度900℃、処理時間60分の条件にて熱処理を施した。次に、この2層積層板を、プレス・深絞り加工にて円筒容器状に成型した後、回転塑性加工法にて、2層積層型の金属無端ベルトを製作した(内径30mm、長さ370mm、肉厚55μm)。
ここで、本実施の形態における表面歪みは、円筒状の金属層61aの表面に歪みゲージ(例えば、共和電業株式会社製KFEL−2−120−C1L1M2R等)を貼り付け、円筒状の金属層61aの歪みゲージを貼り付けた位置に対し180°逆の位置を軸方向に切り開き、力を解放後、貼り付けた歪みゲージの測定値を言う。
金属層61aの表面歪みが過度に小さい(−側)と、残留する圧縮応力により定着ベルト61が変形する傾向がある。金属層61aの表面歪みが過度に大きい(+側)と、残留する引張り応力により定着ベルト61が破断する傾向がある。
切り開かれた端面間の距離が過度に小さいと、残留する圧縮応力により定着ベルト61が変形する傾向がある。切り開かれた端面間の距離が過度に大きいと、残留する引張り応力により定着ベルト61が破断する傾向がある。
弾性層61bの形成方法としては、リング塗布法、浸漬塗布法、注入成型法等が挙げられる。
離型層61cの形成方法としては、静電粉体塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、遠心製膜法等が挙げられる。
(定着ベルトの調製)
表1に示す金属層構成を有するクラッド板(厚み0.4mm)を、1,100℃の窒素雰囲気下にて熱処理を施した。次に、このクラッド板をプレス・深絞り加工にて円筒容器状に成型した後、回転塑性加工法にて、表1に示す物性を有し、内径30mm、長さ370mm、肉厚50μmの金属クラッドシームレスベルト(ベース金属層=発熱層)を得た。
次に、発熱層の表面にJISタイプAで規定される硬度が35°となるように調整された液状シリコーンゴム(KE1940−35、液状シリコーンゴム35°品、信越化学工業株式会社製)を、膜厚が200μmとなるように塗布し、乾燥させて乾燥状態の液状シリコーンゴム層(弾性層)を得た。
続いて、上記の乾燥状態の液状シリコーンゴム層の表面に、PFAディスパージョン(500CL、三井・デュポンフロロケミカル社製)を、膜厚30μmとなるように塗布し、380℃で焼成し、シリコーンゴムからなる弾性層とPFAからなる離型層とを形成し、定着ベルトを得た。
内面に接着用プライマーを塗布した外径50mm、長さ340mm、厚さ30μmのフッ素樹脂チューブと金属製の中空芯金コアとを成形金型内にセットし、フッ素樹脂チューブとコア間に液状発泡シリコーンゴム(層厚:2mm)を注入後、加熱処理(150℃、2時間)によりシリコーンゴムを加硫し、発泡させたゴム弾性を有した加圧ロールを作製した。
上記のように調製した定着ベルトと加圧ロールを、図2に示す定着装置60を備えた画像形成装置(富士ゼロックス製、Docu Print C620)に取りつけた。次に、この画像形成装置を用いて、定着ベルトを電磁誘導加熱した状態で、連続200時間空回転させる電磁誘導発熱空回転耐久評価を実施し、定着ベルトの発熱維持性(発熱層亀裂)について評価した。結果を表1に示す。
図1の比較例1〜比較例8の欄に示す金属層構成と金属層厚さを有し、図1に示す物性値を有するベース金属層(=発熱層)を調製し、実施例と同様な操作によりシリコーンゴムからなる弾性層とパーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)からなる離型層とを形成し、定着ベルトを得た。
上記のように調製した定着ベルトを、実施例と同様に、図2に示す定着装置60を備えた画像形成装置(富士ゼロックス製、Docu Print C620)に取りつけた。次に、この画像形成装置を用いて、定着ベルトを電磁誘導加熱した状態で、連続200時間空回転させる電磁誘導発熱空回転耐久評価を実施し、定着ベルトの発熱維持性(発熱層亀裂)について評価した。結果を表1に示す。
以下の通り、定着ベルトを調製した。
外径30mmの円筒形ステンレス金型を硫酸ニッケルを主成分とする電解めっき浴(pH=3.0、浴温=50℃)中に浸漬し、陰極電流密度=7A/dm2にて60分電析を行ない、内径30mm、膜厚50μm、長さ370mmのニッケル製金属ベルトを作成した。このニッケル製金属ベルトを、硫酸銅を主成分とする電解めっき浴(pH=2.0、浴温=30℃)中に浸漬し、陰極電流密度=5A/dm2にて60分電析を行ない、表面に銅めっきされた内径30mm、膜厚10μm、長さ370mmの銅めっきニッケル製金属ベルトを作成した。さらに、前述した定着ベルトの調製と同様に、弾性層と離型層を形成し、比較例用金属ベルトを調製し、これを定着ベルトとして使用した。
これに対し、金属層のX線回折における結晶吸収の半値幅が10mmを超える無端ベルトを定着ベルトとして使用した定着装置60によれば(比較例1〜比較例10)、40時間程度で定着ベルトに発熱不良が生じ、ベルト亀裂が発生することが分かる。
Claims (5)
- X線回折における結晶吸収の半値幅が10mm以下である少なくとも1層の円筒状の金属層と、
前記金属層に積層された離型層と、
を有することを特徴とする無端ベルト。 - 前記金属層は、円筒状の当該金属層を軸方向に切り開いた状態における表面歪みが−10%〜+30%であることを特徴とする請求項1に記載の無端ベルト。
- 前記金属層は、円筒状の当該金属層を軸方向に切り開いた状態における切り開かれた端面間の距離が−10mm〜+30mmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の無端ベルト。
- X線回折における結晶吸収の半値幅が10mm以下である少なくとも1層の金属層を有する定着ベルトと、
前記定着ベルトとの間に押圧部を形成し回転駆動される加圧ロールと、
前記定着ベルトを加熱する加熱部材と、
を有することを特徴とする定着装置。 - トナー像を形成する像形成部と、
前記トナー像を記録材に転写する転写部と、
前記記録材に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部と、を備え、
前記定着部は、
X線回折における結晶吸収の半値幅が10mm以下であり且つ磁界により発熱する少なくとも1層の金属層を有する定着ベルトと、
前記定着ベルトとの間に押圧部を形成し回転駆動される加圧ロールと、
前記定着ベルトに対向して配置され、交流電流により生じる磁界によって当該定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱部材と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
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