(57)【要約】【課題】電子写真方式のプリンター及び複写機において、より小型化が可能であり、トナーの定着に必要な時間を短縮でき、電力消費が少なく、かつ、スイッチを入れて瞬時に複写がスタートできる感光体及び定着用金属円筒を提供する。【解決手段】感光体及び定着用金属円筒材質として熱伝導性や耐久性の高い金属材料を用い、さらにこの金属材料を回転塑性加工法であるスピニング加工法により、ベルトあるいはスリーブとして使用可能な肉厚０．０３乃至０．０９ｍｍの金属円筒に加工する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体であって、その表面には、シリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングが施されている金属環状体。
【請求項２】
塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体であって、その表面には銅メッキが施されている金属環状体。
【請求項３】
相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形したものからなり、塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体。
【請求項４】
前記金属材料はステンレス鋼と銅であることを特徴とする請求項３に記載の金属環状体。
【請求項５】
前記ステンレス鋼と前記銅の厚さの比率（ステンレス鋼：銅）は１対２乃至２９対１であることを特徴とする請求項４に記載の金属環状体。
【請求項６】
前記金属環状体は０．０３ｍｍの肉厚を有しており、この肉厚のうち、前記ステンレス鋼は０．０１ｍｍ乃至０．０２９ｍｍを、前記銅は０．０２ｍｍ乃至０．００１ｍｍを占めていることを特徴とする請求項４に記載の金属環状体。
【請求項７】
シリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングが表面に施されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項８】
銅メッキが表面に施されていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項９】
前記コーティングまたは前記銅メッキは前記金属環状体の外側表面にのみ施されていることを特徴とする請求項１、２、７または８に記載の金属環状体。
【請求項１０】
塑性加工前の肉厚に対する塑性加工後の肉厚の減少率が４０％以上であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項１１】
塑性加工後の硬度がＨｖ３８０以上であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項１２】
塑性加工後に焼鈍され、焼鈍後の硬度がＨｖ１００以上２５０以下であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項１３】
前記塑性加工はスピニング加工であることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の金属環状体。
【請求項１４】
塑性加工が可能な金属からなる有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第一の過程と、
前記有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、前記側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第二の過程と、
前記有底素管又は無底素管の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングを施す第三の過程と、
からなる金属環状体の製造方法。
【請求項１５】
塑性加工が可能な金属からなる有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第一の過程と、
前記有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、前記側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第二の過程と、
前記有底素管又は無底素管の表面に銅メッキを施す第三の過程と、
からなる金属環状体の製造方法。
【請求項１６】
相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形し、この一体成形した金属材料から前記有底素管又は無底素管を形成する第一の過程と、
前記有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第二の過程と、
前記有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、前記側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第三の過程と、
からなる金属環状体の製造方法。
【請求項１７】
前記有底素管又は無底素管の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングを施す過程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の金属環状体の製造方法。
【請求項１８】
前記有底素管又は無底素管の表面に銅メッキを施す過程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の金属環状体の製造方法。
【請求項１９】
前記金属材料はステンレス鋼と銅であることを特徴とする請求項１６乃至１８の何れか一項に記載の金属環状体の製造方法。
【請求項２０】
前記コーティングまたは前記銅メッキは前記金属環状体の外側表面にのみ施すことを特徴とする請求項１４、１５、１７または１８に記載の金属環状体の製造方法。
【請求項２１】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載された金属環状体または請求項１４乃至２１の何れか一項に記載の方法により製造された金属環状体からなる電子写真装置用感光体。
【請求項２２】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載された金属環状体または請求項１４乃至２１の何れか一項に記載の方法により製造された金属環状体からなる電子写真装置用定着ベルト。
【請求項２３】
軸線が同一方向に向くように配置された少なくとも二つのローラーの外周に掛け渡されたベルトからなるローラー組立体であって、
前記ベルトは請求項１乃至１３の何れか一項に記載された金属環状体または請求項１４乃至２１の何れか一項に記載の方法により製造された金属環状体からなるものであるローラー組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉の金属環状体及びその製造方法に関し、特に、電子写真式プリンターや複写機において、感光体又は定着用ローラとして使用可能な金属環状体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真式プリンターや複写機の感光体及び定着用ドラムのフィルム材質として、有機系材料としてポリイミド、無機系材料として鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル等の金属が挙げられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなフィルム材質の実用厚さは０．０３乃至０．２０ｍｍである。現時点においては、このような実用厚さの範囲内において使用されている材料はポリイミドフィルムとニッケルフィルムだけである。この場合、ニッケルフィルムは電鋳法で作られている。
【０００４】
一般に、電子写真式プリンターや複写機の使用電力の８０％は定着部で消費されると言われており、しかも、定着用ローラ又は定着用フィルムをどのような材料で作るかによって電力消費量は大きく変わる。
【０００５】
例えば、熱伝導率が上記金属の１／５１０乃至１／４０と低い有機系材料のポリイミドを使用すれば、定着用ローラ又は定着用フィルムが作動可能の状態になるまでの加熱時間が長くなる。この加熱時間が、プリンター又は複写機のスイッチをオンにしてからコピー開始可能になるまでの待ち時間である。
【０００６】
現在のビジネスの傾向としては、複写機又はプリンターは一刻も早く作動可能の状態になることが望まれている。そのためには、複写機又はプリンターの未使用時においても、定着用ローラ又は定着用フィルムを予熱しておくことが必要であるが、定着用ローラ又は定着用フィルムを予熱すると、結局、電力消費量が大きくなる。
【０００７】
一方、熱伝導率がポリイミドの２１０倍も大きいニッケルを定着用フィルムとして使用すれば、定着用フィルムが作動可能の状態になるまでの加熱時間が短くなり、予熱を行う必要もなく、プリンター又は複写機のスイッチをオンにすれば、瞬時にコピー開始が可能となる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１０８９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ニッケルフィルムを定着用フィルムとして使用することにより電力消費量を少なくすることが可能であるが、従来のニッケルフィルムの製造方法には種々の問題があった。
【００１０】
前述のように、厚さ０．０３乃至０．２０ｍｍのニッケルフィルムは電鋳法によりつくられる。すなわち、ニッケルイオンを電解析出させてつくられるので、その金属組織は柱状晶組織となり、機械的な繰り返し応力に対して弱いという欠点を有する。また、疲労試験によれば、その寿命は数万回転から数百万回転の範囲であり、寿命にかなりのバラツキが見られる。
【００１１】
特に、電鋳法によりつくられたニッケルフィルムは２００℃以上の高温域においては極端な熱脆化が見られるため、熱定着用フィルムとしては不向きである。
【００１２】
さらに、電鋳法によれば、単一金属組成の金属イオンの電解析出は容易であるが、ステンレス鋼のような合金の電解析出は不可能に近い。
【００１３】
金属円筒フィルムの別の製造方法として、厚さ０．０３乃至０．２０ｍｍの極薄肉板を丸めて円筒状に溶接し、金属円筒フィルムに加工することが提案されている。この方法によれば、金属円筒フィルムの材質としては任意の金属を用いることができる。
【００１４】
しかしながら、この方法においては、溶接部のビード処理に起因して、さらには、溶接部が金属組織的な欠陥を有することに起因して、機械的強度の不足や円筒形状の不均一という問題があり、また、薄肉同士を突き合わせ溶接して円筒形状にするため、かなりの熟練を要し、かつ、時間もかかることから量産性及びコストの上で大きな問題となり、実用化されていない。
【００１５】
本発明は、以上のような従来の金属円筒フィルムの製造方法における問題点に鑑みてなされたものであり、十分な機械的強度及び寿命を有し、かつ、量産に適した金属円筒フィルムその他の金属環状体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明は、塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体であって、その表面には、シリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングが施されている金属環状体を提供する。
【００１７】
ここに、金属環状体とは、金属からなり、軸方向と垂直な方向における断面が閉断面であり、かつ、ループ形状をなす全てのものを指す。環状体の代表的なものは円筒である。また、ベルト状のものも環状体に含まれる。
【００１８】
また、本発明は、塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体であって、その表面には銅メッキが施されている金属環状体を提供する。
【００１９】
さらに、本発明は、相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形したものからなり、塑性加工された金属組織を呈しており、肉厚が０．０３ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下である金属環状体を提供する。
【００２０】
金属環状体を構成する金属材料としては、例えば、ステンレス鋼と銅とを選択することができる。
【００２１】
ステンレス鋼としては、例えば、ＳＵＳ３０４（米国のＡＩＳＩ３０４に対応する）を用いることができる。
【００２２】
一体成形した材料におけるステンレス鋼と銅の厚さの比率（ステンレス鋼：銅）は１対２乃至２９対１であることが好ましい。
【００２３】
金属環状体の肉厚を０．０３ｍｍに設定する場合には、この肉厚のうち、ステンレス鋼は０．０１ｍｍ乃至０．０２９ｍｍを、銅は０．０２ｍｍ乃至０．００１ｍｍを占めていることが好ましい。
【００２４】
相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形したものからなる金属環状体の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングあるいは銅メッキを施すことが好ましい。
【００２５】
金属環状体の表面にコーティングまたは銅メッキを施す場合、コーティングまたは銅メッキは金属環状体の外側表面にのみ施すことが好ましい。
【００２６】
本発明に係る金属環状体においては、塑性加工前の肉厚に対する塑性加工後の肉厚の減少率が４０％以上であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る金属環状体においては、塑性加工後の硬度がＨｖ３８０以上であることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る金属環状体は、塑性加工後に焼鈍され、焼鈍後の硬度がＨｖ１００以上２５０以下であることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る金属環状体を形成するための塑性加工としては、例えば、スピニング加工がある。ただし、スピニング加工以外の塑性加工方法により、上述の金属環状体を形成することも可能である。
【００３０】
さらに、本発明は、塑性加工が可能な金属からなる有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第一の過程と、有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第二の過程と、有底素管又は無底素管の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングを施す第三の過程と、からなる金属環状体の製造方法を提供する。
【００３１】
本発明は、塑性加工が可能な金属からなる有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第一の過程と、有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第二の過程と、有底素管又は無底素管の表面に銅メッキを施す第三の過程と、からなる金属環状体の製造方法を提供する。
【００３２】
本発明は、相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形し、この一体成形した金属材料から有底素管又は無底素管を形成する第一の過程と、有底素管又は無底素管をその軸線の回りに回転させる第二の過程と、有底素管又は無底素管を回転させた状態において、その側壁に絞り加工を施し、側壁の肉厚を薄くし、長尺化する第三の過程と、からなる金属環状体の製造方法を提供する。
【００３３】
これらの金属環状体の製造方法によれば、有底又は無底金属素管を回転塑性加工（スピニング加工）することにより、感光体又は定着用ロールとして使用可能な薄肉金属環状体を作成することができる。
【００３４】
また、有底又は無底金属素管の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティングまたは銅メッキを施すことにより、保護紙その他のシート素材で金属環状体の表面を覆う場合、それらのシート素材を剥がしやすくことができる。
【００３５】
ここで、有底金属素管は温間又は冷間絞り加工により、無底円筒素管は薄板の溶接により、それぞれ得ることができる。これらの有底又は無底素管を、必要により、焼鈍過程を施すことにより硬度を調整した後、肉厚０．０３乃至０．０９ｍｍまでスピニング加工し、さらに、必要に応じて、低温焼鈍する。このようにして得られた金属環状体は強靱であり、疲労強度が高く、かつ、熱伝導性が良く、感光体及び定着用金属円筒として優れたものである。
【００３６】
表１は、上記の製造方法により製造した薄肉の金属環状体と従来の加工方法としての引き抜き加工法により製造した薄肉の金属環状体との特性比較を示している。なお、表１は、金属環状体を定着ローラーとして使用する場合の比較を示したものである。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１においては、上記の製造方法により製造した薄肉の金属環状体及び引き抜き加工法により製造した薄肉の金属環状体のそれぞれについて板厚の均一性、真直度（すなわち、反りの程度）、硬度の３項目について評価を行い、これら３項目の結果をまとめて総合評価を下した。総合評価における「○」は実用に耐えることを指し、「×」は実用に耐えられないことを指す。
【００３９】
従来法により薄肉の金属環状体を製造する場合、表１から明らかであるように、実用に耐え得る金属環状体は肉厚が０．１０ｍｍ以上でなければならない。肉厚が０．０９ｍｍ以下の金属環状体を従来法により製造したとしても、その金属環状体は実用には耐えられない。
【００４０】
これに対して、本発明に係る製造方法によれば、表１に示されているように、肉厚が０．１０ｍｍから０．０３ｍｍまでの範囲内において、実用に耐え得る金属環状体が製造可能である。
【００４１】
このように、本発明に係る製造方法によれば、従来法では製造することが不可能であった肉厚０．０９ｍｍ以下の金属環状体を製造することが可能である。
【００４２】
なお、相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形し、この一体成形した金属材料から金属環状体を形成する場合であっても、有底素管又は無底素管の表面にシリコン及びフルオロカーボン樹脂からなるコーティング、または、銅メッキを施す過程をさらに備えることが好ましい。
【００４３】
上述の金属環状体、あるいは、上述の製造方法により製造された金属環状体は、例えば、電子写真装置用感光体又は電子写真装置用定着ベルトとして使用することができる。
【００４４】
さらには、上述の金属環状体、あるいは、上述の製造方法により製造された金属環状体は、例えば、軸線が同一方向に向くように配置された少なくとも二つのローラーの外周に掛け渡されたベルトからなるローラー組立体におけるベルトとしても用いることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金属環状体の製造方法の一実施形態を説明する。
【００４６】
なお、本実施形態においては、金属環状体として金属円筒を製造するものとする。
【００４７】
先ず、図１に示すように、金属薄板１０を雌型１１とポンチ１２との間でプレス加工して有底素管１３を作る。この有底素管１３は深さが深いほど、次工程のスピニング加工が容易となるため、プレス加工時においては、雌型１１を加熱し、ポンチ１２を冷却する温間絞り法で成形することが望ましい。
【００４８】
例えば、金属薄板１０としてＳＵＳ３０４を例にとると、室温でのプレス加工（冷間加工）においては限界絞り比（円形材料の直径／ポンチ直径）は２．０であるが、温間絞り法によれば、限界絞り比は２．６まで高めることができる。このように限界絞り比を高めることができるという効果により、同じ直径の有底素管を成形する場合、温間絞り法の方が冷間絞り法よりも深さを深くすることができる。
【００４９】
なお、通常の冷間加工法によっても有底素管１３の成形は十分可能である。
【００５０】
温間絞り法においては、金属薄板１０の板厚は０．１乃至１．０ｍｍが適当であるが、板厚０．３乃至０．５ｍｍの金属薄板を用いることが望ましい。
【００５１】
次いで、有底素管１３に焼鈍を施し、有底素管１３の硬度を調整する。
【００５２】
次いで、このようにして得られた有底素管１３を、スピニング加工機を用いて、図２に示すように、スピニング加工する。
【００５３】
先ず、図２に示すように、有底素管１３を回転基軸１４の先端にはめ込み、軸線の周りに回転させる。
【００５４】
次いで、回転している有底素管１３の側壁１３ａにコマ１５を接触させ、さらに、コマ１５を有底素管１３の側壁１３ａに対して均一に、すなわち、一定の圧力で押しつける。これにより、有底素管１３の側壁１３ａに対してスピニング加工が開始される。
【００５５】
ここに、コマ１５とは、先端が円錐形状をなしたジグの一種である。
【００５６】
コマ１５は、回転基軸１４の軸線と直交する方向Ｂに移動可能な可動部材１５ａに取り付けられている。この可動部材１５ａを介してコマ１５を移動させることにより、コマ１５を回転基軸１４の周面から任意の距離だけ離れた地点に位置させることができる。以下に述べるように、コマ１５と回転基軸１４の周面との間の距離が金属円筒１８の肉厚となる。
【００５７】
また、可動部材１５ａは回転基軸１４の軸線方向Ａにおいても移動可能であるように構成されている。このため、以下に述べるように、可動部材１５ａによって、コマ１５を軸線方向Ａに移動させることができる。
【００５８】
次いで、コマ１５を有底素管１３の側壁１３ａに対して押しつけた状態のまま、コマ１５を有底素管１３の底部から離れる方向Ｃに移動させる。このコマ１５の移動により、有底素管１３の側壁１３ａが絞られ、かつ、長尺化される。
【００５９】
この結果、有底素管１３の側壁１３ａはコマ１５の先端と回転基軸１４の表面との間の距離に等しい肉厚となる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、コマ１５を用いたが、コマ１５の代わりに、硬質材料からなるローラーを用いることも可能である。
【００６１】
このようにして、有底素管１３の側壁１３ａを全て絞って薄い肉厚にした後、有底素管１３を回転基軸１４から取り外す。
【００６２】
スピニング加工機は横型又は縦型の何れでもよいが、作業性の面からは、横型が望ましい。
【００６３】
スピニング加工を利用する従来の容器製造の分野に関する特開平７−２８４４５２号公報又は特開平９−１４０５８３号公報においては、容器の肉厚については言及されていないが、例えば、ＳＵＳ３０４を用いる場合、加工面の膨れ等の問題により、一般的には、肉厚が０．１０ｍｍ位までしか加工できないと言われている。
【００６４】
これに対して、本実施形態に係るスピニング加工法を用いることにより、表１に示したように、０．０３乃至０．０９ｍｍの範囲の肉厚を達成することが可能である。
【００６５】
本発明者の研究によれば、板厚０．５ｍｍの金属板を冷間又は温間絞り加工して得られた有底素管においては、例えば、硬度Ｈｖ＝３３０であり、既に加工硬化がかなり進んでいる。このため、スピニング加工により、肉厚減少率が７０％となる肉厚０．１５ｍｍまで加工すれば、硬度Ｈｖ＝５００以上となり、これ以上の加工が難しくなることが判明した。従って、冷間又は温間絞り加工により得られた有底素管１３の硬度調整を焼鈍により行うこととし、有底素管１３を適当な硬度に調整した後、スピニング加工することにより、肉厚０．０３乃至０．０９ｍｍの金属環状体を得ることが可能になった。
【００６６】
冷間又は温間絞り加工により得られた有底素管１３の硬度調整のための焼鈍温度は４００乃至１２００℃が適当であり、望ましくは、８００乃至１１００℃である。
【００６７】
また、この時の硬度Ｈｖは１００≦Ｈｖ≦２５０が適当であり、望ましくは、１００≦Ｈｖ≦１５０となるように調整する。
【００６８】
一方、金属薄板１０の両端を溶接して得られた図３に示す無底素管１６はＨｖ＝１５０前後の硬度を有するので、焼鈍を行うことなく、肉厚０．０３乃至０．０９ｍｍまでスピニング加工を行うことが可能である。この無底素管１６をつくる金属薄板の肉厚としては０．０８乃至０．５０ｍｍが適当であり、望ましくは、０．１０乃至０．１５ｍｍである。
【００６９】
有底素管１３又は無底素管１６のスピニング加工完了後の肉厚減少率は４０乃至９１％であり、硬度Ｈｖは３８０乃至５００である。また、有底素管１３又は無底素管１６のスピニング加工完了後の引張強度は１５０乃至１６０ｋｇｆ／ｍｍ２（＝１０７８乃至１５６８ＭＰａ）である。
【００７０】
一方、ニッケル電鋳品である円筒フィルムの硬度は一般的にＨｖ＝４００乃至５００程度、引張強度は１２２ｋｇｆ／ｍｍ２（≒１１９６ＭＰａ）前後であり、対硬度比に関しては、上述のスピニング加工により得られた金属円筒に比べれば低かった。
【００７１】
前述のスピニング加工が終了した後、この工程において得られた肉厚０．０３乃至０．０９ｍｍの有底素管１３又は無底素管１６が所定の長さになるように、それらの両端を、図４に示すように、突切１７で切断する。これによって、感光体及び定着用の金属円筒１８が得られる。
【００７２】
次いで、ＳＵＳ３０４のバネ性をコントロールするとともに、内部の応力を除去し、均一な形状を確保するために、４００乃至５００℃で、望ましくは、４５０℃前後で金属円筒１８を低温焼鈍する。この低温焼鈍によって、金属円筒１８の硬度がＨｖ＝５８０まで上昇し、かつ、引張強度が１７０ｋｇｆ／ｍｍ２（＝１６６６ＭＰａ）迄上昇する。
【００７３】
この低温焼鈍されたＳＵＳ３０４からなる金属円筒１８に対して、肉厚減少率５０％の条件下において、疲労強度試験を行った。疲労強度は、１０７サイクル基準の下において、図５に示されているように、８０ｋｇｆ／ｍｍ２（＝７８４ＭＰａ）以上であった。
【００７４】
これに対して、今回の９１％の肉厚減少率の下においては、金属円筒１８の疲労強度は１００ｋｇｆ／ｍｍ２（＝９８０ＭＰａ）となり、耐久性に関しては、ニッケル円筒フィルムよりもスピニング加工されたＳＵＳ３０４製の金属円筒の方がはるかに優れていることが判明した。
【００７５】
次いで、図６に示すように、シリコン層とシリコン層上に形成されたフルオロカーボン樹脂層（一般的には、「テフロン（登録商標）」と呼ばれている化合物）とからなるコーティング層１９を金属円筒１８の外側表面に施す。
【００７６】
このように、金属円筒１８の表面に施されたコーティング層１９は、金属円筒１８に対する保護膜として作用するとともに、金属円筒１８の表面の酸化（錆付き）を防止する。また、金属円筒１８の周囲に紙その他のシート素材を巻き付けるような場合に、そのシート素材を剥がしやすくする効果を奏する。
【００７７】
また、コーティング層１９に代えて、金属円筒１８の外側表面には銅メッキを施すことも可能である。銅メッキを施すことによっても、コーティング層１９と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
なお、本実施形態においては、コーティング層１９または銅メッキは金属円筒１８の外側表面にのみ施したが、金属円筒１８の外側及び内側表面にコーティング層１９または銅メッキを施すことも可能である。
【００７９】
本実施形態においては、金属薄板１０としてＳＵＳ３０４を用いることができることは既述したが、金属薄板１０としては、相互に異なる金属材料を圧延により予め一体成形したものを用いることができる。例えば、金属材料としては、ステンレス鋼及び銅を用いることが好ましい。
【００８０】
ステンレス鋼を構成成分とすることにより、金属薄板１０の耐久性を向上させることができるとともに、銅を構成成分とすることにより、金属薄板１０の熱伝導特性を向上させることができる。
【００８１】
ただし、このためには、ステンレス鋼と銅の配分比率を所定の範囲内において決定することが必要である。本発明者は、ステンレス鋼と銅の適正な配分比率を決定するため、次のような実験を行った。
【００８２】
以下のようにステンレス鋼と銅との厚さの比率を変えて、双方を圧延により一体成形したものを１３枚作成し、各々について耐久性試験及び熱伝導性試験を行った。耐久性試験においては、所定の圧力または衝撃力を加えて変形するか否かを測定した。また、熱伝導性試験においては、金属薄板１０の一端を所定の温度まで昇温させ、一定時間後（例えば、５分後）における他端の温度を測定することにより、熱伝導性の良否を判定した。
【００８３】
実験結果を表２に示す。
【００８４】
【表２】
2004174555.tif 000004
【００８５】
表２の結果から明らかであるように、耐久性及び熱伝導性の双方を満足するステンレス鋼と銅との厚さの比率は１対２から２９対１の範囲である。従って、金属薄板１０を構成するステンレス鋼層と銅層の厚さの比は１対２から２９対１の範囲内において決定することが必要である。
【００８６】
例えば、金属薄板１０の厚さを０．０３ｍｍ（３０ミクロン）とする場合には、ステンレス鋼層の厚さは０．０１ｍｍから０．２９ｍｍまでの範囲内において決定し、銅層の厚さは０．０２ｍｍから０．００１ｍｍまでの範囲内において決定する。
【００８７】
【実施例】
以下に好ましい実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００８８】
実施例１：溶接を用いない金属円筒の作製方法
本実施例においては、ＳＵＳ３０４からなる有底素管から肉厚０．０６ｍｍ、内径６０．０ｍｍ、長さ３１９ｍｍの円筒フィルムを作製し、この円筒フィルムの外周面にコーティング層１９を形成した。このようにして形成した円筒フィルムは定着ロール用又は感光体用金属円筒として使用した。
【００８９】
先ず、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３０４板材から肉厚０．５ｍｍ、内径１４０ｍｍの円板を作り、次いで、外径６０．０ｍｍのポンチを用いて、この円板に温間絞りを行い、７０ｍｍの深さの有底素管を作った。
【００９０】
この有底素管の口元から底部までの肉厚及び硬度の変化の状況を表３に示す。
【００９１】
【表３】
2004174555.tif 000005
【００９２】
この有底素管の肉厚変化をみると、口元付近が一番厚く、材料が周囲から流れ込んでいることがわかる。底部に近づくにつれ、次第に肉厚が薄くなってゆき、絞られている様子がわかる。
【００９３】
一方、硬度の変化においては、冷却されているポンチと接する底部周辺において一番硬度が高くなるものと予想されたが、逆に底部周辺が最も硬度が低く、材料の流れ込みが大きい口元周辺が最も硬度が高かった。これは材料の流れ込みは活発な転位活動によりなされることから転位密度が最大となり、従って、結晶格子内の歪みも最大となり、最高硬度として現れているものと思われる。
【００９４】
表３からわかるように、高さの中間点である口元から３５ｍｍの位置を平均値とすれば、Ｈｖ＝３２７となっている。
【００９５】
表３から、温間絞りにより形成した有底素管の肉厚及び硬度が口元からの距離に対して不均一な分布をしていること、硬度が加工硬化により既に高い値にあること等が、スピニング加工によって０．０３ｍｍ乃至０．０９ｍｍの均一な肉厚を得るための障害となっており、焼鈍という熱処理を行うことが必要であることが推察できる。
【００９６】
そこで、この温間絞りにより形成した有底素管を１０００℃で３０分間真空焼鈍した。この焼鈍により、口元から３５ｍｍの中間点における硬度としてＨｖ＝１３４が得られ、他の部分も全てＨｖ＝１５０以下となった。
【００９７】
次いで、この焼鈍された有底素管を横型スピニング機械を用いて、肉厚０．０６ｍｍまでスピニング加工した。このスピニング加工おいては、スピニング加工するコマと被加工体である有底素管が接触するときに発生する摩擦熱を奪い取り、温度が上昇することを防ぐために十分な冷却水を供給した。
【００９８】
このようにして得られたスピニング加工品は０．０６ｍｍの均一な肉厚となり、硬度はＨｖ＝５００、引張強度は１６６．７ｋｇｆ／ｍｍ２（≒１６３４ＭＰａ）であった。
【００９９】
この状態ではまだ有底円筒管であるため、両端を所定の寸法に突切切断をすることにより、肉厚０．０６ｍｍ、内径６０．０ｍｍ、長さ３１９ｍｍのＳＵＳ３０４製円筒フィルムを作製した。
【０１００】
さらに、この円筒フィルムのバネ性をコントロールするために、４５０℃で３０分間低温焼鈍した。この熱処理により硬度がＨｖ＝５７０、引張強度１７０．３ｋｇｆ／ｍｍ２（≒１６６９ＭＰａ）という強靱な金属円筒フィルムに改質された。
【０１０１】
実施例２：溶接を用いる金属円筒の作製方法
本実施例においては、ＳＵＳ３０４からなる無底素管から肉厚０．０６ｍｍ、内径６０．０ｍｍ、長さ３１９ｍｍの円筒フィルムを作製し、定着ロール用又は感光体用金属円筒として使用した。
【０１０２】
ＳＵＳ３０４からなる肉厚０．１５ｍｍ、長さ１８８．４ｍｍ×１４４．０ｍｍの板材を丸めて両端を溶接し、円筒形状にし、内径６０．０ｍｍ、長さ１４４．０の無底素管を準備した。
【０１０３】
板材の硬度はＨｖ＝１６５であったので、この無底素管は、焼鈍処理を行うことなく、直接、０．０６ｍｍの肉厚まで、すなわち、肉厚減少率６０％までスピニング加工した。この結果、肉厚０．０６ｍｍ、内径６０．０ｍｍ、長さ３６０ｍｍのスピニング加工品を得た。
【０１０４】
このスピニング加工品は０．０６ｍｍの均一な肉厚となり、硬度はＨｖ＝４５０、引張強度１５７．６ｋｇｆ／ｍｍ２（≒１５４４ＭＰａ）であった。
【０１０５】
さらに、両端を突切切断することにより、肉厚０．０６ｍｍ、内径６０．０ｍｍ、長さ３１９ｍｍの円筒フィルムを作製した。
【０１０６】
実施例２においても、実施例１と同様に、円筒フィルムのバネ性をコントロールするために、４５０℃で３０分間低温焼鈍し、硬度Ｈｖ＝５２０、引張強度１６８．３ｋｇｆ／ｍｍ２（≒１６４９ＭＰａ）という強靱な金属円筒フィルムとした。
【０１０７】
なお、上記の実施例における金属円筒フィルムはＳＵＳ３０４からなるものを用いたが、金属円筒フィルムの材質はＳＵＳには限定されない。例えば、金属円筒フィルムは、ステンレス鋼、圧延ニッケル、ニッケル合金、チタニウム、チタニウム合金、タンタル、モリブデン、ハステロイ、パーマロイ、マルエージング鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、純鉄及び鉄鋼から構成することが可能である。
【０１０８】
図７乃至図９に上述の実施形態に係る金属円筒フィルムの一使用例を示す。
【０１０９】
図７及び図８に示すように、本使用例に係る金属円筒フィルム２０は、軸線が同一方向に向くように配置された二つのローラー２１、２２の外周に掛け渡されている。金属円筒フィルム２０はローラー２１、２２の全長と同一の幅を有しており、ローラー２１、２２の全体を覆っている。
【０１１０】
金属円筒フィルム２０の材質はステンレス鋼と銅とを圧延により一体成形した素材であり、０．０５ｍｍ（５０ミクロン）の厚さを有している。
【０１１１】
図７に示すように、各ローラー２１、２２には両端から軸線方向に支持軸２４が突出して形成されている。これらのローラー２１、２２は、図９に示すように、両端の支持軸２４が側壁２５に回転可能に取り付けられることにより、支持される。側壁２５には、支持軸２４の直径と同一径の円形孔２６と、支持軸２４の直径と同一長さの高さと支持軸２４の直径よりも長い横方向長さとを有する長孔２７とが形成されている。
【０１１２】
一方のローラー２１は、円形孔２６に支持軸２４を嵌合させることにより、側壁２５に対して支持される。他方のローラー２２は、長孔２７に支持軸２４を挿入し、適当な位置において、例えば、ボルト及びナット（図示せず）を用いて、固定される。このように、ローラー２２の固定位置を調節することが可能であるので、ローラー２２の位置を調節することにより、金属円筒フィルム２０がテンション状態にあるように維持することができる。
【０１１３】
図７乃至図９に示したような構造を有するローラー組立体は、例えば、プリンター装置における感光体として用いることができる。あるいは、プリンター装置におけるヒーターロール（定着用ロール）としても用いることもできる。
【０１１４】
ローラー２１、２２としては、従来の感光体よりも小径のローラーを用いることができるので、従来の感光体と比較して、大幅に感光体自体の高さを低くすることができる。従って、本使用例に係る金属円筒フィルム２０を用いたローラー組立体をプリンターに組み込むことにより、プリンター自体の高さを大幅に低くすることが可能である。
【０１１５】
また、一般に従来のヒーターロールは円筒形状であるため、ヒーターロールの外周には平面部分は存在しない。これに対して、本使用例に係る金属円筒フィルム２０を用いたローラー組立体によれば、図８に示すように、二つのローラー２１、２２の間の距離に応じて、金属円筒フィルム２０上に平面部分２３が形成される。この平面部分２３上において、例えば、印刷用紙に付着したトナーを熱的に定着させることにより、従来のヒーターロールよりも広い熱定着領域を確保することができる。ひいては、より安定的に熱定着を実行することができ、印刷される図形や文字の画質を向上させることができる。
【０１１６】
あるいは、平面部分２３上に現像ユニットを配置することも可能である。
【０１１７】
さらに、金属円筒フィルム２０は薄肉であるため、伝熱係数が高く、従って、熱が伝わりやすい。このため、従来のヒーターロールと比較して、加熱時間を大幅に短縮することができ、ひいては、プリンター装置の起動スイッチをオンにしてから、実際にプリンター装置が稼働し得る状態になるまでの時間をも短縮することができる。
【０１１８】
次いで、金属円筒フィルムの他の使用例を図１０に示す。
【０１１９】
図１０は、金属円筒フィルム４０を熱定着ロールとして使用する例を示す。図１０に示すように、金属円筒フィルム４０の内部には、外周が円弧形状をなしている一対のガイド部材２８が組み入れられている。この一対のガイド部材２８によって、金属円筒フィルム４０は円筒形状を維持することができるようになっている。
【０１２０】
さらに、一対のガイド部材２８の間にはヒーター２９が組み込まれている。ヒーター２９としては、例えば、ハロゲンランプ又はセラミックヒーターを用いることができる。
【０１２１】
このように熱定着ロールとして形成されている金属円筒フィルム４０と対向してニップロール３０が配置されており、表面にトナーが付着しているシート３１は熱定着ロールとしての金属円筒フィルム４０とニップロール３０の間にはさまれ、ヒーター２９により加熱される。この加熱により、トナーは熱的にシート３１に定着され、印刷が終了する。
【０１２２】
図１０に示した例のように、金属円筒フィルム４０を熱定着ロールとして使用すれば、金属円筒フィルム４０の内部にヒーター２９を配置することができるので、ヒーター２９からの熱を直接的に金属円筒フィルム４０に伝えることができる。すなわち、ヒーター２９から金属円筒フィルム４０への伝熱効率を大幅に向上させることができる。
【０１２３】
同時に、金属円筒フィルム４０は薄肉金属からなるものであるため、金属円筒フィルム４０の全体をトナーの定着に必要な温度まで上げることは短時間で行うことが可能である。すなわち、プリンター装置の起動スイッチをオンにしてから、実際にプリンター装置が稼働し得る状態になるまでの時間を短縮することができる。
【０１２４】
【発明の効果】
昨今のプリンターや複写機等の印刷技術には目を見張るものがある。パーソナルユースでもカラープリンターが当たり前で、コンビニにカラー複写機が置かれ、インターネットの普及で様々な資料がカラーで入手可能という時代にあって今後の課題は、モノクロの場合は一層の高精細化、カラーの場合は高画質化と特に高速化そして低価格或いはコストセーブ型ということになる。感光体と熱定着部はまさにこの課題を改善するための重要なポイントである。
【０１２５】
先ず、熱定着ローラ又は熱定着フィルムにおいては、ベルト型又は薄肉スリーブ型の何れにしても、ニップ領域を極力広く取ることが熱効率や良質な画像を得る上で要求される。これらの要求に対して、本発明に係るスピニング加工により作製された薄肉の金属環状体は弾性が高く、機械的強度と疲労強度が高い機能部品としてベルトやスリーブに利用することが可能である。
【０１２６】
従って、従来の樹脂やニッケルフィルムのベルトに比べ、耐久性、耐熱性に優れ、剛性が高く、部品ライフが長く、従来のロールや厚みのあるスリーブに対しては、ベルトとして用いることにより、ダウンサイジングが可能となる。
【０１２７】
また、熱伝導に優れ、熱容量が小さいため、定着装置のウォームアップが早まり、定着時間が短縮化され、さらに、全体的な熱効率が高いので、結果的に相当の消費電力の低減となり、大幅なコストダウンを実現することができる。
【０１２８】
また、感光体においては、従来の樹脂基材によるベルトと比較して、スピニング加工して強度が高くなったステンレス鋼を利用するため、ベルトとして張力をかけたときに、軸間における平坦度と剛性を上げることができる。さらに、ヤング率が高いため、樹脂と異なり、伸び縮みによる回転ムラがなくなり、送り精度が高くなることから、一層の高画質が期待される。
【０１２９】
また、従来の感光体の多くはアルミの大きな円筒を使用しているため、薄肉ベルト化することによりダウンサイズに寄与するとともに、カラー機などで４色別々の感光体を紙が通過する時間が短縮されるので、高速化、軽量化、省スペース化等のメリットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】温間又は冷間絞り加工による有底素管の形成工程を示す断面図及び斜視図である。
【図２】有底素管のスピニング加工の状況を示す概略図である。
【図３】薄板を溶接して得られる無底素管の斜視図である。
【図４】スピニング加工した有底素管を突切切断する状況を示す断面図である。
【図５】ＳＵＳ３０４円筒フィルムの肉厚減少率５０％におけるＳ−Ｎ曲線を示すグラフである。
【図６】コーティング加工を施した金属円筒の断面図である。
【図７】金属円筒フィルムの一使用例の斜視図である。
【図８】図７に示した使用例の正面図である。
【図９】図７に示した使用例の正面図である。
【図１０】金属円筒フィルムの他の使用例の斜視図である。
【符号の説明】
１０  金属薄板
１１  雌型
１２  ポンチ
１３  有底素管
１４  回転基軸
１５  コマ
１５ａ  可動部材
１６  無底素管
１７  突切
１８  金属円筒
１９  コーティング層
２０  金属円筒フィルム
２１、２２  ローラー
２３  平面部分
２４  支持軸
２５  側壁
２６  円形孔
２７  長孔
２８  ガイド部材
２９  ヒーター
３０  ニップロール
３１  シート
４０  金属円筒フィルム
【図１】
2004174555.tif 000006
【図２】
2004174555.tif 000007
【図３】
2004174555.tif 000008
【図４】
2004174555.tif 000009
【図５】
2004174555.tif 000010
【図６】
2004174555.tif 000011
【図７】
2004174555.tif 000012
【図８】
2004174555.tif 000013
【図９】
2004174555.tif 000014
【図１０】
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