JP4261042B2

JP4261042B2 - 定着ベルト及び定着装置

Info

Publication number: JP4261042B2
Application number: JP2000364393A
Authority: JP
Inventors: 敬三溝部; 哲石崎
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002169394A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ（レーザープリンタ等）、ファクシミリ等の画像形成装置に採用できる定着装置、及びそれに使用される定着ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の複写機等において、記録シート上に形成したトナー像を定着させる方法として、現在最もよく用いられる方法は、熱ローラによるものである。この定着方法はトナー像を形成した記録シートを一定のニップ幅をもって圧接したローラの間を通し、かつローラの一方または双方から加熱することによって、トナー像を記録シート上に定着させる方式である。この定着方法には、熱効率が高い点、及び高速化が容易である点など、多くの利点がある。
【０００３】
そして、定着ローラとしては、定着したトナーの離型とオフセット防止のために、金属ローラの表面にシリコーンゴムあるいはフッ素樹脂が被覆されたものが従来使用されていた。また、最近では、シリコーンゴム製の弾性層の上にフッ素樹脂を塗布・焼成したもの等が提案されている。
【０００４】
一方、ニップ長の改善や待ち時間の短縮などの観点から、定着ベルトを使用した種々の定着方法が提案されており、当該定着ベルトとしては、耐熱性や機械強度に優れたポリイミド樹脂からなる単層の管状体、あるいはポリイミド樹脂製の内層とフッ素樹脂製の外層からなる複合管状体（特開平３−１３０１４９号公報）や、ポリイミド樹脂製の内層の外周面に、シリコーンゴム又はフッ素ゴム製の外層を設けた複合管状体（特開平５−１５４９６３号公報）が提案されている。しかし、この複合管状体では、ベルト全体が絶縁性のため、定着ベルトと加圧ローラーの間にトナー付き記録シートを送る際、これらの摩擦によって静電荷が発生し易く、その結果、当該静電荷が定着されるトナー画像に影響してトナー画像が乱れ易いという問題（いわゆる剥離オフセット）があった。
【０００５】
そこで、特開平１０−３０５５００号公報には、ポリイミド樹脂製管状内層とシリコーンゴム又はフッ素ゴム製管状外層の両層に導電性物質を添加した複合管状体が提案されている。しかし、この複合管状体では、ベルトの摩擦帯電が生じにくくなるものの、外層がカーボンブラック等の導電性物質を含有するため、その表面形状やトナーの付着力等の影響により、トナーが定着ベルトに残存して異なる部分に定着されるというオフセット現象（通常のオフセット）が生じ易くなることが判明した。
【０００６】
他方、特開平１０−３２２４号公報には、加熱ローラとこれより小径の剥離用ローラ間にエンドレスベルトを張設し、このベルトを介して、下方から加熱ローラを押圧する加圧ローラを設けてベルトと加圧ローラ間にニップ部を構成した定着装置であって、記録シート上に形成された未定着トナー画像をニップ部で定着した後、ベルト表層の離型層と剥離用ローラの曲率半径により、記録シートの離型を容易にしたものが開示されている。この装置では、加熱溶融されたトナーがある程度冷却された後に、ベルトから記録シートが剥離されるため、熱ローラ定着方式より耐オフセット性に優れ、しかも一般のベルト定着方式に比べて剥離時の曲率半径を小さくとることができるため、この点からも耐オフセット性に有利になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の定着装置に従来のエンドレスベルトを使用した場合、いわゆる剥離オフセットが生じたり、また、上記のような耐オフセット性の低下が生じることが判明した。また、剥離用ローラが小径であるため、一般的なベルト定着方式に比べて内部応力が生じ易くなり、ベルトの耐久性が問題となり易い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ベルトの摩擦帯電を効果的に防止しつつ、オフセット現象を生じ難くすることができ、ベルトの耐久性に優れる定着ベルト及び定着装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意研究したところ、意外にも外層に導電性物質を添加しない場合でも、内層の表面抵抗率を特定の範囲に設定することで、ベルトの摩擦帯電を効果的に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の定着ベルトは、表面抵抗率が１０^１〜１０ ^１３Ω／□の耐熱性樹脂層と、その外面側に設けられたシリコーンゴム製の弾性体層と、最外層に設けられた耐熱性離型層とを備え、前記弾性体層は、前記耐熱性樹脂層の表面にシリコーンゴム溶液を塗布し、該塗布膜を硬化させて形成されたものであり、前記硬化させた塗布膜の外面がプライマー処理され、その表面にフッ素樹脂を含む塗料を塗布することにより厚さ１〜５０μｍの前記フッ素樹脂よりなる前記耐熱性離型層が被覆されており、前記耐熱性樹脂層以外の層には、導電性物質が添加されていないことを特徴とする。
【００１２】
また、前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと略す）、テトラフルオロエチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体（以下ＰＦＡと略す）、及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体（ＦＥＰと略す）からなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。
【００１３】
一方、本発明の定着装置は、少なくとも加熱ローラとそれより小径の剥離用ローラとの間にエンドレスベルトを張設し、このエンドレスベルトを介して加熱ローラを押圧する加圧ローラを設けて、前記エンドレスベルトと前記加圧ローラ間にニップ部を形成した定着装置において、前記エンドレスベルトとして、上記いずれかに記載の定着ベルトを用いることを特徴とする。
【００１４】
［作用効果］
本発明の定着ベルトによると、耐熱性樹脂層の表面抵抗率を上記の範囲に設定することで、最外層等で生じる静電荷を耐熱性樹脂層にて除電することができるため、最外層等への導電性物質の添加を不要又は極少量にすることができる。このため、定着ベルトの最外層等が平滑でトナーが付着しにくく、また摩擦帯電も生じにくいため、オフセット現象を起こしにくくなる。しかも、ベルトの耐久性も高いものとなる。
【００１５】
前記弾性体層の外面がプライマー処理され、その表面に厚さ１〜５０μｍのフッ素樹脂よりなる耐熱性離型層が被覆されている場合、プライマー処理によりシリコーンゴムとフッ素樹脂との接着性が高まるとともに、適度な厚みのフッ素樹脂により、トナー定着後の離型性とトナー定着時の柔軟性とを良好にすることができる。
【００１６】
また、前記フッ素樹脂が、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、及びＦＥＰからなる群より選ばれる１種以上である場合、耐熱性、耐久性、製造性等が良好になる。
【００１７】
一方、本発明の定着装置によると、上記のような定着装置のエンドレスベルトとして、上記いずれかに記載の定着ベルトを用いるため、上記の如き作用効果により、ベルトの摩擦帯電を効果的に防止しつつ、オフセット現象を生じ難くすることができ、ベルトの耐久性に優れるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の定着ベルトの一例を断面図にて示すものである。
【００１９】
この図では、本発明の定着ベルトは、円筒状の基材である耐熱性樹脂層１と、その外面に設けられたシリコーンゴム製の弾性体層２と、その外面がプライマー処理されてなるプライマー層３と、最外層に設けられた耐熱性離型層４とを備えるエンドレスベルトとして例示されている。
【００２０】
耐熱性樹脂層１としては、高耐熱性、高強度、高弾性率、可撓性、寸法安定性などの理由からポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾール等の樹脂が使用される。なかでも、芳香族ポリイミドが特に好ましい。これらの樹脂を樹脂成分とするエンドレスベルトは、当該樹脂又はその原料を用いて、周知の方法で形成することができる。
【００２１】
本発明では、剥離オフセット防止のため、耐熱性樹脂層１の表面抵抗率が１０¹ 〜１０¹⁴Ω／□であることが必要であり、１０² 〜１０¹³Ω／□が好ましい。該表面抵抗率を得るためには金属、カーボン、金属酸化物に代表される導電性フィラーを分散させる方法が有効であるが、これに限定するものではない。表面抵抗率は、導電性フィラーの種類、添加量、粒径等によって調整することができる。
【００２２】
表面抵抗率が１０¹⁴Ω／□を超えると、摩擦帯電を有効に防止できず、剥離オフセット防止に効果がない。また１０¹ Ω／□未満では、導電性フィラーの配合量を多くなり、もろく、高強度が得ず、耐久性が低下する。
【００２３】
なお、本発明における耐熱性樹脂層１の厚みは、１〜５０μｍが好ましい。また、耐熱性樹脂層１は、上記の必須成分以外に、その物性を損なわない程度に、シリコーン系又はフッ素系の各有機化合物、カップリング剤、滑剤、酸化防止剤、その他の添加剤を含有してもよい。また、前記樹脂には、その物性を損なわない程度に、他のポリマー成分が共重合されたり、ブレンドされたものであってもよい。
【００２４】
弾性体層２はシリコーンゴムを主成分として成形され、当該シリコーンゴムとしては、ゴム硬度が２０〜５０度程度あれば、汎用のものが使用でき、たとえば、メチルシリコーンゴム、ビニルメチルシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴムをそれぞれ単独で、あるいは２種類以上を組み合わせても使用することができる。但し、フッ素樹脂等の耐熱性離型層４を形成するための焼結温度に耐える必要から、耐熱性の高いものが好ましい。特に、シリカ、酸化チタン、等のフィラーの配合や顔料等の配合により補強され、耐熱性が向上するので好適である。弾性体層２の厚さは、適度な弾性を発現してトナーを好適に定着する上で、５〜５００μｍが好ましく、１０〜４００μｍがより好ましい。
【００２５】
弾性体層２の形成は、シリコーンゴム溶液等をスプレーコート、ディッピング等で一定の厚みに塗布した後、温度２０〜２００℃で０．１〜２４時間放置して硬化させることにより行うことができる。なお、弾性体層２を形成する際に、その接着強度を向上させるため、耐熱性樹脂層１の表面に公知の接着処理、例えばアルカリ処理、プライマ処理、超音波処理、エッチング処理等のウェット処理、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線（ＵＶ）照射処理、電子線照射処理、レーザー処理等のドライ処理を施してもよい。
【００２６】
耐熱性離型層４としては非粘着性に優れたフッ素樹脂が好ましく、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ等のフッ素樹脂が好ましい。耐熱性離型層４の厚さは、１〜５０μｍが好ましく、５〜４０μｍがより好ましい。
【００２７】
また、プライマー層３はシリコーンゴムとフッ素樹脂層を結合するために形成され、それらの層間に介装したものである。たとえば、三井デュポンフロロケミカル社製のＰＲＭ−０２７−３などのフッ素化シリコーンのプライマーにより、シリコーンゴムとフッ素樹脂を強固に接着できる。
【００２８】
次に、本発明の定着装置について説明する。本発明の定着装置は、図２に示すように、少なくとも加熱ローラ１１とそれより小径の剥離用ローラ１２との間にエンドレスベルト１０を張設し、このエンドレスベルト１０を介して加熱ローラ１１を押圧する加圧ローラ１３を設けて、エンドレスベルト１０と加圧ローラ１３間にニップ部を形成したものである。本発明では、このエンドレスベルト１０として、本発明の定着ベルトを用いることを特徴とする。
【００２９】
この定着装置では、記録シート１４上に形成された未定着トナー画像は、ニップ部ｎで加熱・加圧により定着され、その後、エンドレスベルト１０の耐熱性離型層４と剥離用ローラ１２の曲率半径とにより、記録シート１４の離型とオフセット防止とが好適に行われる。
【００３０】
本発明の定着ベルトは総厚が比較的薄いので熱容量が小さく設定でき、記録シート１４に形成された未定着トナーを定着ベルト１０を介して、加熱ローラ１１から効率よく伝達できる。ニップ部ｎで加熱溶融されたトナーは剥離用ローラ１２に移動するまでに、十分に冷却され固化する。定着されたトナー画像１５は、曲率半径が小さい（例えば直径１０〜３０ｍｍ）剥離用ローラ１２によって、容易にトナー画像１５と定着ベルト１０を離型できるようになる。
【００３１】
加熱ローラ１１は、例えば直径４０ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムよる耐熱弾性体被覆層を設けて構成される。加熱ローラ１１の温度は、トナーの種類に応じて適宜設定される。
【００３２】
剥離用ローラ１２は、例えば直径１５ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ２００μｍのＰＦＡチューブを収縮被覆させたローラで構成される。
【００３３】
また、加圧ローラ１３は、例えば直径４０ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムによる耐熱弾性体被覆層を設けて構成される。エンドレスベルト１０を介して、下方から加熱ローラ１１を例えば圧力２ｋｇｆ／ｃｍ² でに押し圧するように設定されている。ニップ部ｎのニップ幅は約１０ｍｍに設定されている。このニップ部ｎのニップ幅はシリコーンゴムの硬度と加圧ローラの押圧で調整できる。
【００３４】
なお、加圧ローラ１３の代わりに、弾性体の表面に摺動性層を有する押圧部材を設けることも可能であり、これにより加圧ローラ１３と同様にニップ部ｎを形成することができる。本発明の定着ベルトは、当該定着装置にも使用することができる。
【００３５】
上記の定着装置の定着ベルト１０の線速は１００〜３００ｍｍ／ｓｅｃ程度であり、例えば加熱ローラ１１が駆動されて、他のローラおよび定着ベルト１０が、同じ速度で従動れさる。また、他のローラを駆動させることも可能である。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３７】
製造例１（ポリイミドベルトの製造）
ＮＭＰにポリアミド酸溶液の固形分に対して１０ｗｔ％になるようカーボン（ライオン（株）製，ケェッチェンブラック）を添加し、ボールミルで１２時間分散させたＮＭＰ溶液中に３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、ｐ−フェニレンジアミンの略等モルを添加し（モノマー濃度２０重量％）、温度２０℃で５時間反応させて２６００ポアズのポリアミド酸溶液を得た。このポリアミド酸溶液を円筒状金型の内面に供給した後、弾丸状走行体を自重により落下させ、塗膜中の気泡を除く脱泡を行い均一な塗膜面を得た。次いで該金型を１５０℃から段階的に３７０℃まで加熱して溶媒の除去、閉環水の除去、イミド転化の完結反応を行い、内径６０ｍｍ、長さ３８０ｍｍ、厚み７５μｍのポリイミドベルトを製造した。
【００３８】
実施例１
製造例１で得られた、カーボン（ケェッチェンブラック）を１０ｗｔ％配合した厚さ７５μｍのポリイミドベルトの外周面に、メチルシリコ−ンゴム（東レ・ダウコ−ニング社製、ＤＸ３５−２０８３）をスプレー塗布し、１８０℃の熱風循環式炉で、３０分加熱硬化させて、均一な厚さ１５０μｍの弾性体層を形成した。次に、弾性体層の上にプライマー（三井デュポンフロロケミカル社製、ＰＲＭ−０２７−３）をスプレー塗布し、１２０℃の熱風循環式炉で、１０分加熱乾燥させて、厚さ５μｍのプライマー層を形成した。さらに、その上にＦＥＰ分散塗料（三井デュポンフロロケミカル製、ＥＮＡ−０２０−４５）をスプレー塗布し、３２０℃の熱風循環式炉で、３０分加熱乾燥させて、厚さ２０μｍのフッ素離型層を形成する。総厚として２５０μｍの定着ベルトが得られた。またポリイミドベルトの表面抵抗率は２. ３×１０⁵ Ω／□であった。
【００３９】
実施例２
製造例１と同様にして得られた、カーボン（ケェッチェンブラック）を１５ｗｔ％配合した厚さ７５μｍのポリイミドベルトを用い、またフッ素離型層にＰＦＡ水性塗料（ダイキン工業製、ＡＷ−５０００）をスプレー塗布し、３２０℃の熱風循環式炉で、３０分加熱乾燥させて、厚さ２０μｍのフッ素離型層を形成した他は実施例１と同様に行った。総厚とし２５０μｍの定着ベルトが得られた。また表面抵抗は４．６×１０³ Ω／□であった。
【００４０】
実施例３
製造例１と同様にして得られた、カーボン（ケェッチェンブラック）を２５ｗｔ％配合した厚さ７５μｍのポリイミドベルトを用いた他は実施例と同様に実施した。総厚とし２５０μｍの定着ベルトが得られた。また表面抵抗は１. １×１０¹ Ω／□であった。
【００４２】
比較例１
製造例１と同様にして得られた、カーボン（ケェッチェンブラック）を３０ｗｔ％配合した厚さ７５μｍのポリイミドベルトを用いた他は実施例と同様に実施した。総厚とし２５０μｍの定着ベルトが得られたが、ベルトとしては可撓性がないフィルムであった。また、表面抵抗は０．８×１０¹ Ω／□であった。
【００４３】
比較例２
製造例１と同様にして得られた、カーボン（ケェッチェンブラック）を１ｗｔ％配合した厚さ７５μｍのポリイミドベルトを用いた他は実施例と同様に実施した。総厚とし２５０μｍの定着ベルトが得られた。また表面抵抗は１．５×１０¹⁵Ω／□であった。
【００４４】
試験例
図２に示す定着装置において、加熱ローラ１１を直径４０ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムよる耐熱弾性体被覆層を設けて構成し、剥離用ローラ１２を直径１５ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ２００μｍのＰＦＡチューブを収縮被覆させたローラで構成した。また、加圧ローラ１３を直径４０ｍｍのアルミニウムを主成分とした合金の芯金に厚さ３ｍｍのシリコーンゴムによる耐熱弾性体被覆層を設けて構成し、押圧力を２ｋｇｆ／ｃｍ² に設定し、ニップ幅を約１０ｍｍに設定した。
【００４５】
実施例等で得られた定着ベルトをこの定着装置に装着して、トナーの定着性、離型性、およびオフセットの発生、剥離オフセットの発生の有り無し及び防止性及び耐久性を見るために、下記の条件で評価をおこなった。即ち、カラートナーを用いて、記録シートとして、Ａ４板の用紙を用いた。加熱ローラ温度１７０℃、定着ベルトの線速は１２０ｍｍ／ｓｅｃ、加圧ローラの圧力２ｋｇｆ／ｃｍ² とし、５００００枚の複写後の定着ベルトの表面状態やオフセットの異常を見た。その結果を表１〜表２に示す。
【００４６】
【表１】

【表２】

表１〜表２の結果が示すように、本発明の定着ベルトは、定着性、耐オフセット性、耐久性の何れにも優れていた。これに対し、耐熱性樹脂層の表面抵抗率が小さ過ぎる比較例１では耐久性が劣り、耐熱性樹脂層の表面抵抗率が大き過ぎる比較例２では剥離オフセットが発生した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着ベルトの一例を示す断面図
【図２】本発明の定着装置の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
１耐熱性樹脂層
２弾性体層
３プライマー層
４耐熱性離型層
１０定着ベルト（エンドレスベルト）
１１加熱ローラ
１２剥離用ローラ
１３加圧ローラ

Claims

表面抵抗率が１０^１〜１０ ^１３Ω／□の耐熱性樹脂層と、その外面側に設けられたシリコーンゴム製の弾性体層と、最外層に設けられた耐熱性離型層とを備え、
前記弾性体層は、前記耐熱性樹脂層の表面にシリコーンゴム溶液を塗布し、該塗布膜を硬化させて形成されたものであり、
前記硬化させた塗布膜の外面がプライマー処理され、その表面にフッ素樹脂を含む塗料を塗布することにより厚さ１〜５０μｍの前記フッ素樹脂よりなる前記耐熱性離型層が被覆されており、
前記耐熱性樹脂層以外の層には、導電性物質が添加されていないことを特徴とする定着ベルト。
前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレン樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体、及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフロロプロピレン共重合体からなる群より選ばれる１種以上である請求項１記載の定着ベルト。
少なくとも加熱ローラとそれより小径の剥離用ローラとの間にエンドレスベルトを張設し、このエンドレスベルトを介して加熱ローラを押圧する加圧ローラを設けて、前記エンドレスベルトと前記加圧ローラ間にニップ部を形成した定着装置において、前記エンドレスベルトとして、請求項１又は２に記載の定着ベルトを用いることを特徴とする定着装置。