JP2009069173A - 耐熱性樹脂ベルト及び耐熱性樹脂ベルトの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】両端を接合させた構成の無端状の耐熱性樹脂ベルトの平面度を規定し、印刷画像の質を向上させ、かつベルトの耐久性の向上を図る。
【解決手段】レーザ変位計20を、張架された軸11の方向に走査して計測した外形変位f(x)が、下記式(1)に示す関係を満足することを特徴とする耐熱性樹脂ベルトを提供する。
X:ベルトの幅方向の長さ(mm) L:ベルトの周長(mm) g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
【選択図】図1
【解決手段】レーザ変位計20を、張架された軸11の方向に走査して計測した外形変位f(x)が、下記式(1)に示す関係を満足することを特徴とする耐熱性樹脂ベルトを提供する。
X:ベルトの幅方向の長さ(mm) L:ベルトの周長(mm) g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
【選択図】図1
Description
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの複合機等、各種画像形成装置の定着ベルト、中間転写ベルトとして適用可能な無端状の耐熱性樹脂ベルト、及びその製造方法に関するものである。
近年、カラー印刷用の画像形成装置が汎用されており、高速印刷化が進められている。
カラー印刷はモノクロ印刷に比較して、一度に定着させるトナー量が多いため、ローラ間(ニップ部)を記録用紙が通過する際、高い圧力と温度が加わる。
高速印刷化が進むとニップを通過するベルトには、一層の高い耐熱性と機械的強度とが要求される。
カラー印刷はモノクロ印刷に比較して、一度に定着させるトナー量が多いため、ローラ間(ニップ部)を記録用紙が通過する際、高い圧力と温度が加わる。
高速印刷化が進むとニップを通過するベルトには、一層の高い耐熱性と機械的強度とが要求される。
前記無端状ベルトの材料としては、ポリイミド樹脂が用いられている。
作製方法としては、ポリイミドワニスを金属で構成される円筒体の外周面にキャスト成形した後、このキャスト成形したポリイミドワニスを加熱してイミド化することによりポリイミド無端ベルトとする方法が提案されている(たとえば、下記特許文献1参照。)。
作製方法としては、ポリイミドワニスを金属で構成される円筒体の外周面にキャスト成形した後、このキャスト成形したポリイミドワニスを加熱してイミド化することによりポリイミド無端ベルトとする方法が提案されている(たとえば、下記特許文献1参照。)。
しかしながら上記方法によると、イミド化工程に時間がかかり、コスト高を招来するという問題があり、また、寸法規格が変更される度に新たな金型が必要になるので、金型が多数個必要となり、イニシャルコストが高くなるという問題があった。
上記問題に鑑みて、低コストで無端状の樹脂ベルトを作製する技術についての提案がなされた(例えば、下記特許文献2参照。)。これは、非熱可塑性ポリイミドフィルムと熱可塑性ポリイミド樹脂とを貼り合わせ、熱可塑性ポリイミド樹脂を溶融接着させ、ポリイミド無端ベルトを作製するものである。
しかしながら、樹脂シート間の接合部を溶融接着して膜厚を非接合部の膜厚とほぼ同一にすることは困難であり、また、硬度や表面性を変化させずに接合することも現実的に困難であるため、最終的に得られたベルトで定着画像を形成すると、スジ状の画像不良が発生してしまうという問題があった。
しかしながら、樹脂シート間の接合部を溶融接着して膜厚を非接合部の膜厚とほぼ同一にすることは困難であり、また、硬度や表面性を変化させずに接合することも現実的に困難であるため、最終的に得られたベルトで定着画像を形成すると、スジ状の画像不良が発生してしまうという問題があった。
また、ポリイミド樹脂シートの両端部に厚さ方向に溝形状の凹凸部を互いに形成し、それらの凹凸部を嵌め合わせて接着することにより無端ベルトを作製する技術が提案されている(例えば、下記特許文献3参照。)。
上述したような樹脂シートの両端部を加工し、かつ接着剤で接合した樹脂ベルト(以下接合ベルトと称する)において今後の課題とされているのは、周長精度である。
ベルトの周長精度は、適用する画像形成装置の仕様規格やベルト径の大きさによって、異なるものであるが、おおよそ0.05mm以下であることが好適である。
特に、ベルトの幅方向(すなわち、無端ベルトが張架された軸方向)での周長精度が異なっていると歪が発生し、印刷の際に記録用紙に転写され、しわになって現れる。
また、周長分布は、画像形成装置の動作時に加熱ローラや加圧ローラと接触した際、偏りを生じさせ、局所的なベルト内面の削れの原因となるおそれがある。
このように、画像形成装置を構成する耐熱性樹脂ベルトの軸方向の周長すなわち平面度(以下、単に平面度と言う。)を高精度化することは、画像品質を維持するために重要な課題である。
ベルトの周長精度は、適用する画像形成装置の仕様規格やベルト径の大きさによって、異なるものであるが、おおよそ0.05mm以下であることが好適である。
特に、ベルトの幅方向(すなわち、無端ベルトが張架された軸方向)での周長精度が異なっていると歪が発生し、印刷の際に記録用紙に転写され、しわになって現れる。
また、周長分布は、画像形成装置の動作時に加熱ローラや加圧ローラと接触した際、偏りを生じさせ、局所的なベルト内面の削れの原因となるおそれがある。
このように、画像形成装置を構成する耐熱性樹脂ベルトの軸方向の周長すなわち平面度(以下、単に平面度と言う。)を高精度化することは、画像品質を維持するために重要な課題である。
無端状の耐熱性樹脂ベルトの平面度の測定に関しては、2本以上のロールにより所定の張力でシームレスベルトを張架し、かつ回転させていない状態で、表面走査により測定する方法が提案されている(例えば、下記特許文献4参照。)。この技術によると、シームレスベルトの全周に亘り、平面度を5mm以下と規定することにより、上記画像形成の際の不具合の改善を図っている。
しかしながら、両端部を接合した無端状の樹脂ベルトにおいては、前記シームレスベルトの場合とは異なり、様々な平面度パターンが現れ、全周に亘って5mm以下に規定したとしても、依然として記録用紙にしわが転写されてしまうという問題が残っていた。
しかしながら、両端部を接合した無端状の樹脂ベルトにおいては、前記シームレスベルトの場合とは異なり、様々な平面度パターンが現れ、全周に亘って5mm以下に規定したとしても、依然として記録用紙にしわが転写されてしまうという問題が残っていた。
そこで、本発明においては、上述した各種従来技術の問題に鑑み、両端を接合させて作製した無端状の耐熱性樹脂ベルトに関し、平面度の算出方法とその評価についての検討を行い、画像形成装置に組み込み印刷を行った場合の不良転写の発生を防止し、かつベルトの内面削れを防止し、画質及びベルトの耐久性の双方の特性向上効果を得ることを目的とした。
請求項1の発明においては、トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される無端状の耐熱性樹脂ベルトであって、耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第1の切削加工部と、前記耐熱性樹脂シートの他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第2の切削加工部とが、各々の傾斜形状部分を重合した状態で接着剤によって接合されており、レーザ変位計を、張架された軸の方向に走査して計測した外形変位f(x)が、下記式(1)に示す関係を満足することを特徴とする耐熱性樹脂ベルトを提供する。
X:ベルトの幅方向の長さ(mm)
L:ベルトの周長(mm)
g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
但し、g(x)=C(定数)である場合には、上記式(1)の左辺が最小値をとるような値を設定するものとし、g(x)が変数となる場合には、耐熱性樹脂ベルトの狙いとする理想形状の変位を設定することとする。
L:ベルトの周長(mm)
g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
但し、g(x)=C(定数)である場合には、上記式(1)の左辺が最小値をとるような値を設定するものとし、g(x)が変数となる場合には、耐熱性樹脂ベルトの狙いとする理想形状の変位を設定することとする。
請求項2の発明においては、前記耐熱性樹脂シートが、熱硬化性ポリイミドであることを特徴とする請求項1に記載の耐熱性樹脂ベルトを提供する。
請求項3の発明においては、前記接着剤が、付加重合型シリコーン系接着剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐熱性樹脂ベルトを提供する。
請求項4の発明においては、前記耐熱性樹脂シートの外周面側に、シリコーン化合物よりなる弾性層と、フッ素樹脂化合物よりなる離型層とが形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の耐熱性樹脂ベルトを提供する。
請求項5の発明においては、請求項1乃至4のいずれか一項の耐熱性樹脂ベルトが、中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置を提供する。
請求項6の発明においては、請求項1乃至4のいずれか一項の耐熱性樹脂ベルトが、定着ベルトであることを特徴とする画像形成装置を提供する。
請求項7の発明においては、トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される請求項1の耐熱性樹脂ベルトの製造方法であって、耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工して第1の切削加工部とする工程と、前記耐熱性樹脂シートの他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工して第2の切削加工部とする工程と、前記第1の切削加工部と前記第2の切削加工部の、各々の傾斜形状部分を重合した状態で、接着剤によって接合する工程と、加熱及び加圧し前記接着剤の一次硬化を行う工程と、内周部にマンドレルを挿入して加熱処理を行う工程とを有することを特徴とする耐熱性樹脂ベルトの製造方法を提供する。
請求項8の発明においては、前記マンドレルの熱膨張率は、前記耐熱性樹脂シート材料の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項7に記載の耐熱性樹脂ベルトの製造方法を提供する。
請求項1の発明によれば、ベルトの両端を接合させて作製した無端状の耐熱性樹脂ベルトの外形変位f(x)の値を規定することにより、画像形成の際、記録用紙に対する不良転写が防止でき、更には、ベルト内面の削れを抑制でき、高画質化と耐久性の向上効果が得られた。
請求項2の発明によれば、耐熱性樹脂シートの材料を熱硬化性ポリイミドとしたことにより、耐熱性に優れ、機械的強度も高いベルトが得られた。また、外形変位値を低減化でき、画像形成の際に、記録用紙に対するしわの転写が防止でき、更には、ベルト内面の削れを抑制でき、高画質化と耐久性の向上を図ることができた。
請求項3の発明によれば、耐熱性付加重合シリコーン系接着剤を用いたことにより、ポリイミド基材等へ優れた接着性を発揮でき、さらには、シート材の柔軟性を維持できた。
また、後工程の300〜350℃の短時間(30分以下)熱処理においては熱酸化劣化が抑制でき、信頼性の高い耐熱性樹脂ベルトを提供できた。
また、後工程の300〜350℃の短時間(30分以下)熱処理においては熱酸化劣化が抑制でき、信頼性の高い耐熱性樹脂ベルトを提供できた。
請求項4の発明によれば、耐熱性樹脂ベルトの外側表面に、導電性シリコーンからなる弾性層及びフッ素樹脂からなる離型層を順次積層形成したことにより、実用上優れた画像形成装置用の定着ベルトが低コストで得られた。
請求項5の発明によれば、軸方向すなわち周方向の外形変位値を規定した耐熱性樹脂ベルトを中間転写ベルトとして用いたことにより、高い転写能力と良質な画像形成を長時間維持可能な画像形成装置が得られた。
請求項6の発明によれば、軸方向すなわち周方向の外形変位値を規定した耐熱性樹脂ベルトを定着ベルトとして用いたことにより、高い転写能力と良質な画像形成を長時間維持可能な画像形成装置が得られた。
請求項7、8の発明によれば、耐熱性樹脂ベルトの両端部の接着剤を加熱・加圧し、1次硬化した後、無端状ベルトの内径部にマンドレルを挿入し、加熱する工程を設けたことにより、耐熱性樹脂ベルトの平面度を向上させることができ、更に、ベルトの外形変位値を規定することにより、画像形成装置に組み込み、印刷を行った際に、記録用紙に対するしわの転写が回避され、更にはベルトの内面削れを防止することができた。
以下、本発明について、図を参照して具体的に説明する。
〔第一の発明〕
先ず、耐熱性樹脂ベルトについて説明する。
本発明の耐熱性樹脂ベルトは、トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される無端状の耐熱性樹脂ベルトある。
所望の特性を有する耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第1の切削加工部と、他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第2の切削加工部とが、傾斜形状を重合した状態で接着剤によって接合された構成を有している。
本発明においては、特に、図1に示すように、平面度測定装置、具体的には、レーザ変位計20を、耐熱性樹脂ベルト10を張架した軸11の方向に走査させて外形変位f(x)を測定し、下記式(1)に示す関係を満足するように特定することとした。
〔第一の発明〕
先ず、耐熱性樹脂ベルトについて説明する。
本発明の耐熱性樹脂ベルトは、トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される無端状の耐熱性樹脂ベルトある。
所望の特性を有する耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第1の切削加工部と、他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第2の切削加工部とが、傾斜形状を重合した状態で接着剤によって接合された構成を有している。
本発明においては、特に、図1に示すように、平面度測定装置、具体的には、レーザ変位計20を、耐熱性樹脂ベルト10を張架した軸11の方向に走査させて外形変位f(x)を測定し、下記式(1)に示す関係を満足するように特定することとした。
X:ベルトの幅方向の長さ(mm)
L:ベルトの周長(mm)
g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
但し、g(x)=C(定数)である場合には、上記式(1)の左辺が最小値をとるような値を設定するものとし、g(x)が変数となる場合には、耐熱性樹脂ベルトの狙いとする理想形状の変位を設定することとする。
L:ベルトの周長(mm)
g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
但し、g(x)=C(定数)である場合には、上記式(1)の左辺が最小値をとるような値を設定するものとし、g(x)が変数となる場合には、耐熱性樹脂ベルトの狙いとする理想形状の変位を設定することとする。
耐熱性樹脂ベルトの平面度測定について図1を参照して説明する。
耐熱性樹脂ベルトは、少なくとも2本の軸により所定の張力で張架されており、かつ回転させない状態となっている。
耐熱性樹脂ベルトの表面に対し、平面度測定装置、この例においてはレーザ変位計20をベルトの軸方向(幅方向)に走査させる。
耐熱性樹脂ベルトは、少なくとも2本の軸により所定の張力で張架されており、かつ回転させない状態となっている。
耐熱性樹脂ベルトの表面に対し、平面度測定装置、この例においてはレーザ変位計20をベルトの軸方向(幅方向)に走査させる。
図2に従来技術(特開2007−58059号公報に記載されている技術)における表面度の波形パターン、算出値、及び実機評価結果を示す。これは、耐熱性樹脂ベルトの平面度に関して、データの最大値と最小値に着目して算出した値により評価を行うものである。
図2中、パターン3がパターン4に比べて平面度評価が良いものとなっている。しかし、実機を用いた印刷試験においては、しわ・みみずが発生してしまった。
よって、この技術における平面度の算出値と、実機に組み込んで印刷評価を行った場合における、しわ・みみずの発生、及びベルト内面塗膜の削れ状態の評価には、必ずしも明確な相関関係を見出すことはできないことが解った。これは、ベルトの平面度が有効領域の(最大値)−(最小値)で算出されたものに過ぎず、具体的には、パターン3のような振動数の多い場合に対応しきれないためである。
図2中、パターン3がパターン4に比べて平面度評価が良いものとなっている。しかし、実機を用いた印刷試験においては、しわ・みみずが発生してしまった。
よって、この技術における平面度の算出値と、実機に組み込んで印刷評価を行った場合における、しわ・みみずの発生、及びベルト内面塗膜の削れ状態の評価には、必ずしも明確な相関関係を見出すことはできないことが解った。これは、ベルトの平面度が有効領域の(最大値)−(最小値)で算出されたものに過ぎず、具体的には、パターン3のような振動数の多い場合に対応しきれないためである。
一方、本発明においては、上記(1)式により平面度を規定したことにより、上記従来技術の欠点を改善した。
図3に、上記(1)式によるベルト平面度の算出値、及び実機に組み込んで印刷試験を行った際における記録用紙への、しわやみみず状の不良転写、及びベルトの内面塗膜の削れ状態の評価結果を示す。
図3中、パターン1〜3においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写は発生せず、ベルト内面塗膜の削れも確認されず、実用上良好な評価が得られた。
パターン4においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写が確認された。
パターン5、6においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写が確認され、かつベルト内面塗膜の削れも確認された。
すなわち、上記(1)式による算出値に従って評価を行うことにより、印刷特性、及び塗膜の耐久性の双方の特性について適切な評価を行うことができ、実用上特性の向上を図ることができる。
図3に、上記(1)式によるベルト平面度の算出値、及び実機に組み込んで印刷試験を行った際における記録用紙への、しわやみみず状の不良転写、及びベルトの内面塗膜の削れ状態の評価結果を示す。
図3中、パターン1〜3においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写は発生せず、ベルト内面塗膜の削れも確認されず、実用上良好な評価が得られた。
パターン4においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写が確認された。
パターン5、6においては、記録用紙に対するしわ・みみずの転写が確認され、かつベルト内面塗膜の削れも確認された。
すなわち、上記(1)式による算出値に従って評価を行うことにより、印刷特性、及び塗膜の耐久性の双方の特性について適切な評価を行うことができ、実用上特性の向上を図ることができる。
図4に、図3に示した耐熱性樹脂ベルトのサンプルパターン1〜6の、上記式(1)の算出値と実機に組み込み印刷を行った際の評価の関係を示す。
なお、上記式(1)における数値は、X=395、L=439.823とした。
このとき、上記(1)式を計算すると、下記式(2)になる。この算出値以下であると、印刷評価、及び塗膜耐久性評価について良好な結果が得られたことが確かめられた。
なお、上記式(1)における数値は、X=395、L=439.823とした。
このとき、上記(1)式を計算すると、下記式(2)になる。この算出値以下であると、印刷評価、及び塗膜耐久性評価について良好な結果が得られたことが確かめられた。
〔第二の発明〕
本発明の耐熱性樹脂ベルトを構成する樹脂シートとしては、特に、熱硬化性ポリイミドが好適である。
具体的には、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン等が挙げられるが、熱硬化性ポリイミドが、耐熱性と機械的強度の点において、本願発明に係る耐熱性無端ベルトの材料として好適である。
本発明の耐熱性樹脂ベルトを構成する樹脂シートとしては、特に、熱硬化性ポリイミドが好適である。
具体的には、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン等が挙げられるが、熱硬化性ポリイミドが、耐熱性と機械的強度の点において、本願発明に係る耐熱性無端ベルトの材料として好適である。
〔第三の発明〕
耐熱性樹脂シートの両端を貼り合わせる接着剤として、耐熱性付加重合型シリコーン系接着剤が好適である。
特に鉄酸化物(ベンガラ等)、チタン酸化物、金属酸化物等の顔料が分散されたシリコーン等、酸素ラジカルの影響を受けにくい材料が好適である。
従来から、耐熱性樹脂シート、主としてポリイミドフィルムを接着する接着剤としては、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等の接着剤が用いられていたが、(1)ポリイミドフィルムを強固に接着できてポリイミドシート破断レベルのせん断強度を有すること、(2)300〜350℃30分の熱処理で接着力の低下が少ないこと。(3)150〜200℃の動作環境で接着力が低下しないこと、及び、(4)接合部(繋ぎ)が部品の機能に影響を与えないこと、といった全要件を満足する接着剤としては、シリコーン系接着剤が最も好ましい。
耐熱性樹脂シートの両端を貼り合わせる接着剤として、耐熱性付加重合型シリコーン系接着剤が好適である。
特に鉄酸化物(ベンガラ等)、チタン酸化物、金属酸化物等の顔料が分散されたシリコーン等、酸素ラジカルの影響を受けにくい材料が好適である。
従来から、耐熱性樹脂シート、主としてポリイミドフィルムを接着する接着剤としては、シリコーン系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤等の接着剤が用いられていたが、(1)ポリイミドフィルムを強固に接着できてポリイミドシート破断レベルのせん断強度を有すること、(2)300〜350℃30分の熱処理で接着力の低下が少ないこと。(3)150〜200℃の動作環境で接着力が低下しないこと、及び、(4)接合部(繋ぎ)が部品の機能に影響を与えないこと、といった全要件を満足する接着剤としては、シリコーン系接着剤が最も好ましい。
シリコーン系接着剤は、縮合反応型シリコーン系接着剤と付加重合型シリコーン系接着剤の二つに分類される。
縮合反応型シリコーン系接着剤は、脱オキシム型シリコーン系接着剤、脱酢酸型シリコーン系接着剤、脱アセトン型シリコーン系接着剤の3種類があるが、いずれも空気中の水分で反応が進むので、その硬化物の強度が弱く、そのために、ポリイミドフィルムへの接着強度がフィルム破断レベルまで到達しない。また、これらの縮合反応型シリコーン系接着剤は、室温でも反応が進むので、ポットライフが短く、そのために、塗布方法に制約が発生する。また、これらの縮合反応型シリコーン系接着剤は、スクリーン印刷等の生産性の良い塗布方法には使えないことが多い。
一方、付加重合型シリコーン系接着剤は、加熱により付加重合するので、100〜150℃の加熱で架橋反応が進む。その硬化物の強度は、縮合反応型より強く、ポリイミドフィルムへの接着強度は、フィルム破断レベルまで到達するものがある。また、付加重合型シリコーン系接着剤は、室温での反応性が低いので、ポットライフも室温で24時間確保でき、そのために、スクリーン印刷による連続加工が可能になるという利点を有している。よって本発明においては、付加重合型シリコーン系接着剤を適用する。
縮合反応型シリコーン系接着剤は、脱オキシム型シリコーン系接着剤、脱酢酸型シリコーン系接着剤、脱アセトン型シリコーン系接着剤の3種類があるが、いずれも空気中の水分で反応が進むので、その硬化物の強度が弱く、そのために、ポリイミドフィルムへの接着強度がフィルム破断レベルまで到達しない。また、これらの縮合反応型シリコーン系接着剤は、室温でも反応が進むので、ポットライフが短く、そのために、塗布方法に制約が発生する。また、これらの縮合反応型シリコーン系接着剤は、スクリーン印刷等の生産性の良い塗布方法には使えないことが多い。
一方、付加重合型シリコーン系接着剤は、加熱により付加重合するので、100〜150℃の加熱で架橋反応が進む。その硬化物の強度は、縮合反応型より強く、ポリイミドフィルムへの接着強度は、フィルム破断レベルまで到達するものがある。また、付加重合型シリコーン系接着剤は、室温での反応性が低いので、ポットライフも室温で24時間確保でき、そのために、スクリーン印刷による連続加工が可能になるという利点を有している。よって本発明においては、付加重合型シリコーン系接着剤を適用する。
〔第四の発明〕
最終的に、画像形成装置を構成する定着ベルトを得る場合には、上述した構成の耐熱性樹脂ベルトにシリコーン化合物からなる弾性層とフッ素樹脂化合物からなる離型層を順次積層する。
なお、上述した耐熱性樹脂ベルトは、画像形成装置の中間転写ベルトとしても適用できる。
これらにおいては、ベルトの両端部の接着性に優れ、かつ表面平滑性、濡れ性に優れているため、質の高い画像形成に寄与することができる。
最終的に、画像形成装置を構成する定着ベルトを得る場合には、上述した構成の耐熱性樹脂ベルトにシリコーン化合物からなる弾性層とフッ素樹脂化合物からなる離型層を順次積層する。
なお、上述した耐熱性樹脂ベルトは、画像形成装置の中間転写ベルトとしても適用できる。
これらにおいては、ベルトの両端部の接着性に優れ、かつ表面平滑性、濡れ性に優れているため、質の高い画像形成に寄与することができる。
〔第5の発明〕
本発明の耐熱性樹脂ベルトは、所定に大きさに切り出した耐熱性樹脂シートの両端部を切削加工し、両端部の切削加工部に接着剤を塗布し、切削加工部を重ね合わせ、接着剤を加熱・加圧することにより作製できる。
なお、接着剤を加熱・加圧し、一次硬化後、ベルト内径部に図5に示すようなマンドレル25を挿入し、加熱処理を施すことにより、ベルトの平面度を向上させることができる。
なお、マンドレル25の熱膨張率は、本発明の耐熱性樹脂ベルトを構成する樹脂シートの熱膨張率よりも大きいものとする。これにより、マンドレルの膨張径がベルトの膨張径よりも大きくなり、ベルト内部から応力がかかり、ベルトがマンドレルの径精度に倣うことにより、平面度精度が向上する。
マンドレル25は、軸方向、円周方向のすべての領域で、0.01mm以下の精度を有するものを用いる。
加熱処理温度は、接着剤の一次硬化よりも高い温度とし、150〜280℃が好適である。
本発明の耐熱性樹脂ベルトは、所定に大きさに切り出した耐熱性樹脂シートの両端部を切削加工し、両端部の切削加工部に接着剤を塗布し、切削加工部を重ね合わせ、接着剤を加熱・加圧することにより作製できる。
なお、接着剤を加熱・加圧し、一次硬化後、ベルト内径部に図5に示すようなマンドレル25を挿入し、加熱処理を施すことにより、ベルトの平面度を向上させることができる。
なお、マンドレル25の熱膨張率は、本発明の耐熱性樹脂ベルトを構成する樹脂シートの熱膨張率よりも大きいものとする。これにより、マンドレルの膨張径がベルトの膨張径よりも大きくなり、ベルト内部から応力がかかり、ベルトがマンドレルの径精度に倣うことにより、平面度精度が向上する。
マンドレル25は、軸方向、円周方向のすべての領域で、0.01mm以下の精度を有するものを用いる。
加熱処理温度は、接着剤の一次硬化よりも高い温度とし、150〜280℃が好適である。
次に、本発明の耐熱性無端ベルトについて具体的なサンプルを作製し、特性の評価を行った。
〔実施例1〕
(a)厚さ75μmの熱硬化性ポリイミドシートを447mm×400mmの大きさに切り出す。
(b)この熱硬化性ポリイミドシートの長辺側の端部7.5mm位置の表面と裏面とをそれぞれ傾斜形状に切削加工して、それぞれ、7.5mm幅の第1及び第2の切削加工部を設けると共に、先端部の厚さを19μmとする。
(c)ベンガラを配合した付加重合型シリコーン接着剤に、平均粒径8.0μm、CV値4.5%のSiO2微粒子を0.8重量%混合して接着剤を調製する。
(d)前記接着剤を、熱硬化性ポリイミドシートの一方の面に、切削幅7.5mmに対して接着剤の塗布幅7.0mm及び厚さ10±1.5μmとなるように、スクリーン印刷する。
(e)前記接着剤を塗布した熱硬化性ポリイミドシート筒状にして、内部をくりぬいたコア内に挿入し、端部を接合させるように重ね合わせる。続いて、図6に示すように、ベルトの内径にエアーバッグ30を挿入し、エアーを導入し、0.5MPaの圧まで増圧する。増圧により、ポリイミドシート100をコア21の内壁に沿わせて、コア内径と同一の寸法として、その状態で図7に示すように、ヒーター40により端部の接合部を170℃に加熱し、5分間放置し、接着剤を一次硬化させる。
(g)接合されたポリイミドシート100を、外径139.415±0.008mmのアルミニウム製のマンドレルを用いて、200℃で30分間の加熱処理を施し、接着剤を完全硬化させ、無端状の耐熱性樹脂ベルトを得た。
(h)前記無端状の耐熱性樹脂ベルトの表裏全体にシリコーン樹脂を導入したフレーム処理を施し、SiO2膜を被覆する。
(j)シリコーン樹脂溶液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、これを150℃2時間ベークして厚さ205μmに成膜してシリコーン弾性層を形成する。
(i)前記シリコーン弾性層の表面にPFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体)の水分散液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、この塗膜を340℃で20分間の熱処理を行って厚さ25μmの離型層を形成し、目的とする耐熱性樹脂よりなる定着ベルトを得た。
〔実施例1〕
(a)厚さ75μmの熱硬化性ポリイミドシートを447mm×400mmの大きさに切り出す。
(b)この熱硬化性ポリイミドシートの長辺側の端部7.5mm位置の表面と裏面とをそれぞれ傾斜形状に切削加工して、それぞれ、7.5mm幅の第1及び第2の切削加工部を設けると共に、先端部の厚さを19μmとする。
(c)ベンガラを配合した付加重合型シリコーン接着剤に、平均粒径8.0μm、CV値4.5%のSiO2微粒子を0.8重量%混合して接着剤を調製する。
(d)前記接着剤を、熱硬化性ポリイミドシートの一方の面に、切削幅7.5mmに対して接着剤の塗布幅7.0mm及び厚さ10±1.5μmとなるように、スクリーン印刷する。
(e)前記接着剤を塗布した熱硬化性ポリイミドシート筒状にして、内部をくりぬいたコア内に挿入し、端部を接合させるように重ね合わせる。続いて、図6に示すように、ベルトの内径にエアーバッグ30を挿入し、エアーを導入し、0.5MPaの圧まで増圧する。増圧により、ポリイミドシート100をコア21の内壁に沿わせて、コア内径と同一の寸法として、その状態で図7に示すように、ヒーター40により端部の接合部を170℃に加熱し、5分間放置し、接着剤を一次硬化させる。
(g)接合されたポリイミドシート100を、外径139.415±0.008mmのアルミニウム製のマンドレルを用いて、200℃で30分間の加熱処理を施し、接着剤を完全硬化させ、無端状の耐熱性樹脂ベルトを得た。
(h)前記無端状の耐熱性樹脂ベルトの表裏全体にシリコーン樹脂を導入したフレーム処理を施し、SiO2膜を被覆する。
(j)シリコーン樹脂溶液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、これを150℃2時間ベークして厚さ205μmに成膜してシリコーン弾性層を形成する。
(i)前記シリコーン弾性層の表面にPFA(テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体)の水分散液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、この塗膜を340℃で20分間の熱処理を行って厚さ25μmの離型層を形成し、目的とする耐熱性樹脂よりなる定着ベルトを得た。
上述した工程により作製したφ140mmの耐熱性樹脂ベルトの外形変位f
(x)、すなわち平面度を測定したところ、22.908であり、上記式(2)の算出値25.548以下であり、良好な数値が得られた。
この耐熱性樹脂ベルトを定着ベルトとして、図8に示す構成の定着ユニットに組み込み、から回し試験を400×1000枚実施した。
この定着ユニットは、定着ローラ5、定着ベルト1、加熱ローラ2、加圧ローラ6、及びテンションローラ7により構成されている。加熱ローラ2、及び加圧ローラ6は、内部にそれぞれ加熱源であるハロゲンヒータを具備している。
その後、耐熱性樹脂ベルトの内面の外観を観察したところ、表面が磨耗した程度の削れのみに留まり、削れ粉の付着はなく、実用上良好なレベルであった。
また、から回し試験後の定着ベルトを実機に装着し、記録用紙8の通紙を行い、定着画像を評価したところ、紙しわの発生はなく、また接合部の画像スジは目視で確認されず、良質の画像を形成することができた。
(x)、すなわち平面度を測定したところ、22.908であり、上記式(2)の算出値25.548以下であり、良好な数値が得られた。
この耐熱性樹脂ベルトを定着ベルトとして、図8に示す構成の定着ユニットに組み込み、から回し試験を400×1000枚実施した。
この定着ユニットは、定着ローラ5、定着ベルト1、加熱ローラ2、加圧ローラ6、及びテンションローラ7により構成されている。加熱ローラ2、及び加圧ローラ6は、内部にそれぞれ加熱源であるハロゲンヒータを具備している。
その後、耐熱性樹脂ベルトの内面の外観を観察したところ、表面が磨耗した程度の削れのみに留まり、削れ粉の付着はなく、実用上良好なレベルであった。
また、から回し試験後の定着ベルトを実機に装着し、記録用紙8の通紙を行い、定着画像を評価したところ、紙しわの発生はなく、また接合部の画像スジは目視で確認されず、良質の画像を形成することができた。
〔実施例2〕
(a)厚さ75μmの熱硬化性ポリイミドシートを447mm×400mmの大きさに切り出す。
(b)熱硬化性ポリイミドシートの長辺側の端部7.5mm位置の表面と裏面とをそれぞれ傾斜形状に切削加工して、7.5mm幅の切削加工部を設けると共に、先端部の厚さを19μmとする。
(c)ベンガラを配合した付加重合型シリコーン接着剤に平均粒径8.0μm、CV値4.5%のSiO2微粒子を0.8重量%混合して接着剤を得る
(d)前記接着剤を、熱硬化性ポリイミドシートの一方の面に、切削幅7.5mmに対して接着剤の塗布幅7.0mm及び厚さ10±1.5μmとなるように、スクリーン印刷する。
(e)前記接着剤を塗布した熱硬化性ポリイミドシート筒状にして、内部をくりぬいたコア内に挿入し、端部を接合させるように重ね合わせる。続いて、図6に示すように、筒状にしたポリイミドシート100にエアーバッグ30を挿入し、エアーを導入し、0.5MPaの圧まで増圧する。増圧により、ポリイミドシートをコア21の内壁に沿わせて、コア内径と同一の寸法とし、図7に示すように、その状態で接合部に設置しているヒーター40により端部の接合部を190℃に加熱し、3分間放置し、接着剤を一次硬化させる。
(g)接合されたポリイミドシート(無端状)を、外径139.522±0.005mmのSUS製のマンドレルを用いて、200℃で30分間の加熱処理を施し、接着剤を完全硬化させ、無端状の耐熱性樹脂ベルトを得る。
(h)前記無端状の耐熱性樹脂ベルトの表裏全体にシリコーン樹脂を導入したフレーム処理を施し、SiO2膜を被覆する。
(j)シリコーン樹脂溶液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、これを150℃2時間ベークして厚さ205μmに成膜してシリコーン弾性層を形成する。
(i)前記シリコーン弾性層の表面にPFAの水分散液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、この塗膜を340℃で20分間の熱処理を行って厚さ25μmの離型層を形成することにより、目的とする定着ベルトを得た。
(a)厚さ75μmの熱硬化性ポリイミドシートを447mm×400mmの大きさに切り出す。
(b)熱硬化性ポリイミドシートの長辺側の端部7.5mm位置の表面と裏面とをそれぞれ傾斜形状に切削加工して、7.5mm幅の切削加工部を設けると共に、先端部の厚さを19μmとする。
(c)ベンガラを配合した付加重合型シリコーン接着剤に平均粒径8.0μm、CV値4.5%のSiO2微粒子を0.8重量%混合して接着剤を得る
(d)前記接着剤を、熱硬化性ポリイミドシートの一方の面に、切削幅7.5mmに対して接着剤の塗布幅7.0mm及び厚さ10±1.5μmとなるように、スクリーン印刷する。
(e)前記接着剤を塗布した熱硬化性ポリイミドシート筒状にして、内部をくりぬいたコア内に挿入し、端部を接合させるように重ね合わせる。続いて、図6に示すように、筒状にしたポリイミドシート100にエアーバッグ30を挿入し、エアーを導入し、0.5MPaの圧まで増圧する。増圧により、ポリイミドシートをコア21の内壁に沿わせて、コア内径と同一の寸法とし、図7に示すように、その状態で接合部に設置しているヒーター40により端部の接合部を190℃に加熱し、3分間放置し、接着剤を一次硬化させる。
(g)接合されたポリイミドシート(無端状)を、外径139.522±0.005mmのSUS製のマンドレルを用いて、200℃で30分間の加熱処理を施し、接着剤を完全硬化させ、無端状の耐熱性樹脂ベルトを得る。
(h)前記無端状の耐熱性樹脂ベルトの表裏全体にシリコーン樹脂を導入したフレーム処理を施し、SiO2膜を被覆する。
(j)シリコーン樹脂溶液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、これを150℃2時間ベークして厚さ205μmに成膜してシリコーン弾性層を形成する。
(i)前記シリコーン弾性層の表面にPFAの水分散液をスプレー塗装して塗膜を形成し、次に、この塗膜を340℃で20分間の熱処理を行って厚さ25μmの離型層を形成することにより、目的とする定着ベルトを得た。
上述した工程により作製されたφ140mmの定着ベルトの、ベルト外形変位f(x)、すなわち平面度を測定したところ、21.202であり、上記式(2)の算出値25.548以下であり、良好な数値が得られた。
この定着ベルトを、図8に示す定着ユニットに組み込み、から回し試験を400×1000枚実施した。
その後、ベルトの内面の外観を観察したところ、表面が磨耗した程度の削れのみに留まり、削れ粉の付着はなく、実用上良好なレベルの耐久性を有していることが確認された。
また、から回し試験後の定着ベルトを実機に装着し、通紙を行い、定着画像を評価したところ、紙しわの発生はなく、また接合部の画像スジは目視で確認されず、良質な画像形成を行うことができた。
この定着ベルトを、図8に示す定着ユニットに組み込み、から回し試験を400×1000枚実施した。
その後、ベルトの内面の外観を観察したところ、表面が磨耗した程度の削れのみに留まり、削れ粉の付着はなく、実用上良好なレベルの耐久性を有していることが確認された。
また、から回し試験後の定着ベルトを実機に装着し、通紙を行い、定着画像を評価したところ、紙しわの発生はなく、また接合部の画像スジは目視で確認されず、良質な画像形成を行うことができた。
1 定着ベルト
2 加熱ローラ
5 定着ローラ
6 加圧ローラ
7 テンションローラ
10 耐熱性樹脂ベルト
11 軸
20 レーザ変位計
21 コア
25 マンドレル
30 エアーバッグ
2 加熱ローラ
5 定着ローラ
6 加圧ローラ
7 テンションローラ
10 耐熱性樹脂ベルト
11 軸
20 レーザ変位計
21 コア
25 マンドレル
30 エアーバッグ
Claims (8)
- トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される無端状の耐熱性樹脂ベルトであって、
耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第1の切削加工部と、前記耐熱性樹脂シートの他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工された第2の切削加工部とが、各々の傾斜形状部分を重合した状態で接着剤によって接合されており、
レーザ変位計を、張架された軸の方向に走査して計測した外形変位f(x)が、下記式(1)に示す関係を満足することを特徴とする耐熱性樹脂ベルト。
L:ベルトの周長(mm)
g(x):耐熱性樹脂ベルトの理想外形変位
(但し、g(x)=C(定数)である場合には、上記式(1)の左辺が最小値をとるような値を設定するものとし、g(x)が変数となる場合には、耐熱性樹脂ベルトの狙いとする理想形状の変位を設定することとする。) - 前記耐熱性樹脂シートが、熱硬化性ポリイミドであることを特徴とする請求項1に記載の耐熱性樹脂ベルト。
- 前記接着剤が、付加重合型シリコーン系接着剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐熱性樹脂ベルト。
- 前記耐熱性樹脂シートの外周面側に、シリコーン化合物よりなる弾性層と、フッ素樹脂化合物よりなる離型層とが形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の耐熱性樹脂ベルト。
- 請求項1乃至4のいずれか一項の耐熱性樹脂ベルトが、中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一項の耐熱性樹脂ベルトが、定着ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
- トナー像を記録媒体に定着する加熱定着装置に適用される、請求項1の耐熱性樹脂ベルトの製造方法であって、
耐熱性樹脂シートの一端部分の表面側を断面において傾斜形状となるように切削加工して第1の切削加工部とする工程と、
前記耐熱性樹脂シートの他端部分の裏面側を断面において傾斜形状となるように切削加工して第2の切削加工部とする工程と、
前記第1の切削加工部と前記第2の切削加工部の、各々の傾斜形状部分を重合した状態で、接着剤によって接合する工程と、
加熱及び加圧し前記接着剤の一次硬化を行う工程と、
内周部にマンドレルを挿入して加熱処理を行う工程とを有することを特徴とする耐熱性樹脂ベルトの製造方法。 - 前記マンドレルの熱膨張率は、前記耐熱性樹脂シート材料の熱膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項7に記載の耐熱性樹脂ベルトの製造方法。
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