JP7419915B2 - 無端ベルト、ヒートシール装置、定着装置、及び物品搬送装置 - Google Patents
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Description
<1> 基材層と、
前記基材層の外周面上に設けられ、架橋フッ素樹脂層からなる表面層と、
を有し、
ベルト内周面が、架橋フッ素樹脂を含む層で構成され、
ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さよりも、ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが高い無端ベルト。
<2> 前記ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さが2N/mm2以上10N/mm2であり、前記ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが4N/mm2以上12N/mm2である<1>に記載の無端ベルト。
<3> 前記ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さと、前記ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さと、の差が2N/mm2以上10N/mm2以下である<2>に記載の無端ベルト。
<4> 前記架橋フッ素樹脂を含む層として、前記基材層の内周面上に設けられた架橋フッ素樹脂層を有する<1>~<3>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
<5> 前記架橋フッ素樹脂を含む層が、架橋フッ素樹脂粒子を含む前記基材層である<1>~<3>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
<7> 前記ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さが15N/mm2以上23N/mm2であり、前記ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さが13N/mm2以上19N/mm2である<6>に記載の無端ベルト。
<8> 前記ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さと、前記ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さと、の差が2N/mm2以上10N/mm2以下である<6>又は<7>に記載の無端ベルト。
<9> 前記表面層に含まれる架橋フッ素樹脂がパーフルオロアルキルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合樹脂であり、
前記ベルト内周面を構成する層に含まれる前記架橋フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂である<1>~<8>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体であって、<1>~<9>のいずれか1つに記載の無端ベルトからなる第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧する押圧部材と、
を備えるヒートシール装置。
<11> 第1回転体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体であって、<1>~<9>のいずれか1つに記載の無端ベルトからなる第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
を備える定着装置。
<12> <1>~<9>のいずれか1つに記載の無端ベルトからなる物品搬送ベルトと、
前記物品搬送ベルトにより搬送される被加熱体を加熱する加熱源と、
を備える物品搬送装置。
前記<2>に係る発明によれば、ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さが10N/mm2超え又はベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが4N/mm2未満である場合に比べ、ベルトの外周面及び内周面の耐摩耗性を有しつつ、外周面の凹凸追随性に優れた無端ベルトが提供される。
前記<3>に係る発明によれば、外周面の130℃におけるマルテンス硬さとベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さとの差が2N/mm2未満又は10N/mm2超えである場合に比べ、ベルトの外周面及び内周面の耐摩耗性を有しつつ、外周面の凹凸追随性に優れた無端ベルトが提供される。
前記<7>に係る発明によれば、ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さが15N/mm2未満又はベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さが19N/mm2超えである場合に比べ、ベルト外周面及び内周面の耐摩耗性を有しつつ、回転開始時の負荷が抑制される無端ベルトが提供される。
前記<8>に係る発明によれば、ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さとベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さとの差が2N/mm2未満又は10N/mm2超えである場合に比べ、ベルト外周面及び内周面の耐摩耗性を有しつつ、回転開始時の負荷が抑制される無端ベルトが提供される。
本実施形態において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本実施形態において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本実施形態において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。本実施形態において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本実施形態に係る無端ベルトは、基材層と、前記基材層の外周面上に設けられ、架橋フッ素樹脂層からなる表面層と、を有し、ベルト内周面が、架橋フッ素樹脂を含む層で構成され、ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さよりも、ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが高い。
以下、ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さを「HMo(130℃)」、ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さを「HMi(130℃)」ともいう。
そのため、例えば上記装置を連続的に運転すると、無端ベルトの外周面及び内周面が摩耗することがある。無端ベルトの外周面が摩耗すると、その表面が荒れることで、被加熱体への加熱にムラが生じることがある。また、無端ベルトの内周面が摩耗すると、例えば無端ベルトの摩耗粉が生じること等により、無端ベルトの回転負荷が上昇することがある。
しかし、無端ベルトの外周面及び内周面の硬度を高くすると、摩耗は抑制される一方で、無端ベルトの凹凸追随性が低くなり、被加熱体の形状に無端ベルトが追従しにくくなることで、被加熱体への加熱にムラが生じることがある。
そのため、これらの特性がすべて良好である無端ベルトが求められている。特に、無端ベルト上に配置された被加熱体を、加熱及び加圧しながら搬送する装置では、さらに、外周面及び内周面の硬度と凹凸追随性とを両立する無端ベルトが求められる。
ここで、マルテンス硬さは、ナノインデンター(フィッシャー・インストルメンツ社製HM500)を用いてナノインデンテーション法により得られた硬さである。具体的には、測定対象の試料における測定対象の面について、ベルコビッチ圧子により、特定の測定温度(130℃又は25℃)、最大押し込み深さ0.5μmの条件で、任意の3か所測定し、平均値を求める。
HMo(130℃)としては、例えば1N/mm2以上16N/mm2以下の範囲が挙げられ、耐摩耗性と凹凸追随性とを両立する観点から、2N/mm2以上10N/mm2以下の範囲が好ましく、4N/mm2以上8N/mm2以下の範囲がより好ましい。
HMi(130℃)としては、例えば1N/mm2以上16N/mm2以下の範囲が挙げられ、耐摩耗性と凹凸追随性とを両立する観点から、4N/mm2以上12N/mm2以下の範囲が好ましく、6N/mm2以上10N/mm2以下の範囲がより好ましい。
HMo(130℃)の制御は、例えば、表面層を構成する架橋フッ素樹脂の種類を選択すること、架橋フッ素樹脂の種類が異なる主成分と副成分の比率を変えること、架橋フッ素樹脂の架橋度合いを調整すること、架橋前の樹脂を製造する過程において焼成工程の時間等を調整すること等によって行われる。また、HMi(130℃)の制御は、例えば、内周面を構成する層に含まれる樹脂の種類の選択、架橋フッ素樹脂の含有量の調整、架橋フッ素樹脂の種類が異なる主成分と副成分の比率を変えること、架橋フッ素樹脂の架橋度合いを調整すること、架橋前の樹脂を製造する過程において焼成工程の時間等を調整すること等によって行われる。
また、HMo(130℃)とHMi(130℃)との差は、耐摩耗性と凹凸追随性とを両立する観点から、2N/mm2以上10N/mm2以下の範囲が好ましく、4N/mm2以上8N/mm2以下の範囲がより好ましい。
HMo(130℃)よりもHMi(130℃)の方が高く、かつ、HMo(25℃)よりもHMi(25℃)の方が低いことにより、耐摩耗性と凹凸追随性との両立に加え、無端ベルトの回転開始時にかかる負荷が抑制される。その理由は定かではないが、装置の運転開始時、無端ベルトの温度が低い状態でベルト内周面における硬度が相対的に低いことにより、無端ベルトが回転を開始する際の負荷がベルト内周面に吸収されるためと推測される。
HMi(25℃)としては、例えば10N/mm2以上21N/mm2以下の範囲が挙げられ、耐摩耗性と回転開始時の負荷抑制とを両立する観点から、13N/mm2以上19N/mm2以下の範囲が好ましく、15N/mm2以上17N/mm2以下の範囲がより好ましい。
HMo(25℃)の制御は、例えば、表面層を構成する架橋フッ素樹脂の種類を選択すること、架橋フッ素樹脂の種類が異なる主成分と副成分の比率を変えること、架橋フッ素樹脂の架橋度合いを調整すること、架橋前の樹脂を製造する過程において焼成工程の時間等を調整すること等によって行われる。また、HMi(25℃)の制御は、例えば、内周面を構成する層に含まれる樹脂の種類の選択、架橋フッ素樹脂の含有量の調整、架橋フッ素樹脂の種類が異なる主成分と副成分の比率を変えること、架橋フッ素樹脂の架橋度合いを調整すること、架橋前の樹脂を製造する過程において焼成工程の時間等を調整すること等によって行われる。
また、HMo(25℃)とHMi(25℃)との差は、耐摩耗性と回転開始時の負荷抑制とを両立する観点から、2N/mm2以上10N/mm2以下の範囲が好ましく、4N/mm2以上8N/mm2以下の範囲がより好ましい。
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係る無端ベルトを詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
図1は、本実施形態に係る無端ベルトの一例を示す模式断面図である。図2は、本実施形態に係る無端ベルトの他の一例を示す模式断面図である。
図1に示す無端ベルト1は、例えば、内周面側から順に、架橋フッ素樹脂粒子を含む基材層2と、架橋フッ素樹脂層である表面層3と、が設けられている。表面層3は、無端ベルト1の外周面を構成する最外層である。
図2に示す無端ベルト11は、例えば、内周面側から順に、架橋フッ素樹脂層である裏面層15と、基材層12と、架橋フッ素樹脂層である表面層13と、が設けられている。表面層13は、無端ベルト11の外周面を構成する最外層である。
なお、図1に示す無端ベルト1及び図2に示す無端ベルト11は、それぞれ、必要に応じてその他の層をさらに有してもよい。その他の層としては、例えば、基材層と表面層との間、基材層と裏面層との間等に設けられる接着層等が挙げられる。
表面層は、基材層の外周面上に設けられ、架橋フッ素樹脂層からなる層であり、無端ベルトのベルト外周面を構成する層(すなわち最外層)である。ベルト外周面を構成する層が架橋フッ素樹脂層からなる層であることにより、ベルト外周面の耐摩耗性が良好であるとともに、被加熱体の無端ベルトからの離型性も良好となる。
ここで、架橋フッ素樹脂層である表面層は、架橋フッ素樹脂を主成分として含む層であり、必要に応じて添加剤等のその他の成分を含んでもよい。ただし、表面層に含まれる架橋フッ素樹脂の含有量は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。
架橋フッ素樹脂としては、例えば、未架橋のフッ素樹脂に電離性放射線(例えば、γ線、電子線、X線、中性子線、又は高エネルギーイオン等)を照射して架橋させた架橋体が挙げられる。具体的には、架橋フッ素樹脂としては、例えば、結晶融点よりも高い温度で加熱した状態の未架橋フッ素樹脂に、酸素不在の環境下で、照射線量1KGy以上10MGy以下の電離性放射線を照射して架橋させた架橋体が挙げられる。
また、フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂(以下「PTFE」ともいう)、パーフルオロアルキルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合樹脂(以下「PFA」ともいう)、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合樹脂(以下「FEP」ともいう)、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂(以下「ETFE」ともいう)、及びこれらの変性体等が挙げられる。
本実施形態では、前記の通り、ベルト内周面が架橋フッ素樹脂を含む層である。表面層に含まれる架橋フッ素樹脂の種類とベルト内周面を構成する層に含まれる架橋フッ素樹脂の種類とは、同じであってもよく、HMo(130℃)よりもHMi(130℃)を高く設定する観点からは異なる方が好ましい。
表面層に含まれる架橋フッ素樹脂とベルト内周面を構成する層に含まれる架橋フッ素樹脂との組み合わせは、耐摩耗性と凹凸追随性とを両立する観点から、PFA、PTFE、及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種とPTFE、FEP、及びFEPからなる群より選択される少なくとも1種との組み合わせが好ましく、PFAとPTFEとの組み合わせがより好ましい。
表面層の厚みは、被加熱体の離型性を維持する観点から、無端ベルト全体の厚みの11%以上38%以下であることが好ましく、20%以上33%以下であることがより好ましく、24%以上30%以下であることがさらに好ましい。
基材層の材質は、特に限定されるものではなく、無端ベルトの耐熱性及び追従性の観点から、例えば、耐熱性樹脂が挙げられる。
耐熱性樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂(以下「PI」といもいう)、ポリアミドイミド樹脂(以下「PAI」ともいう)、ポリベンズイミダゾール樹脂(以下「PBI」ともいう)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(以下「PEEK」ともいう)、ポリサルフォン樹脂(以下「PSU」ともいう)、ポリエーテルスルホン樹脂(以下「PES」ともいう)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下「PPS」ともいう)、ポリエーテルイミド樹脂(以下「PEI」ともいう)、全芳香族ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
この中でも基材層の材質としては、機械的強度及び耐熱性の観点から、PI、PAI、PEI、フッ素樹脂が好ましく、PI及びPAIがより好ましく、PIがさらに好ましい。
基材層がベルト内周面を構成する層である場合、基材層は、少なくとも架橋フッ素樹脂を含む。基材層がベルト内周面を構成する層である場合、基材層は、上記耐熱性樹脂と架橋フッ素樹脂とを含む層であることが好ましく、上記耐熱性樹脂中に架橋フッ素樹脂粒子含む層であることがより好ましい。
ベルト内周面を構成する基材層に含まれる架橋フッ素樹脂の具体例は、前記表面層に含まれる架橋フッ素樹脂の具体例と同様のものが挙げられる。その中でも、ベルト内周面を構成する基材層に含まれる架橋フッ素樹脂は、耐摩耗性と凹凸追随性とを両立する観点から、PTFE、PFA、FEPが好ましく、PTFEがより好ましい。
基材層がベルト内周面を構成する層である場合、基材層における架橋フッ素樹脂の含有量としては、例えば5質量%以上60質量%以下が挙げられ、耐摩耗性及び耐熱性と基材として機械的強度両立の観点から、10質量%以上40質量%以下であることが好ましく、15質量%以上25質量%以下であることがさらに好ましい。
架橋フッ素樹脂粒子の個数平均粒径は、次の方法により測定される値である。
まず、架橋フッ素樹脂粒子が含まれる層を切断して試料片を作製する。得られた試料片の断面について、SEM(走査型電子顕微鏡)により、例えば倍率5000倍以上で観察し、一次粒子状態の架橋フッ素樹脂粒子の最大径を測定し、これを50個の粒子について行う。50個の一次粒子状態の架橋フッ素樹脂粒子の最大径の平均値を求め、上記個数平均粒径とする。なお、SEMとしては、日本電子製JSM-6700Fを使用し、加速電圧5kVの二次電子画像を観察する。
基材層がベルト内周面を構成しない層である場合、無端ベルトは、基材層の内周面上に裏面層を有する。裏面層はベルト内周面を構成する層(すなわち最内層)である。裏面層は、少なくとも架橋フッ素樹脂を含む層であり、架橋フッ素樹脂層であることが好ましい。
架橋フッ素樹脂層である裏面層は、架橋フッ素樹脂を主成分として含む層であり、必要に応じて添加剤等のその他の成分を含んでもよい。ただし、裏面層に含まれる架橋フッ素樹脂の含有量は80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましい。
裏面層の厚みは、無端ベルトの摺動性を維持する観点から、無端ベルト全体の厚みの1.7%以上27%以下であることが好ましく、4.3%以上21%以下であることがより好ましく、8%以上15%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態に係るヒートシール装置は、第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、第2回転体の内部に配置され、第2回転体の内面から第2回転体を第1回転体へ押圧する押圧する押圧部材と、を備え、第2回転体として前述の無端ベルトを用いている。
ヒートシール装置では、例えば、被加熱体が、第1回転体と第2回転体との間における挟み込み領域で加熱されながら加圧される。具体的には、例えば、被加熱体としてシール部を接触させて重ねた積層体を用いる場合、ヒートシール装置における第1回転体と第2回転体との間の挟み込み領域を積層体が通過する際に、積層体が加熱及び加圧されることで、積層体のシール部が接着される。
なお、第1回転体と第2回転体との間の挟み込み領域を通過する被加熱体を加熱する加熱源は、第1回転体の内部に配置されてもよく、第2回転体の内部に配置されてもよく、第1回転体及び第2回転体の外部に配置されてもよく、複数の箇所に配置されてもよい。また、第2回転体の内部に配置された押圧部材など、他の部材が加熱源を兼ねていてもよい。
以下、本実施形態に係るヒートシール装置の一例を説明するが、これに限られない。
図3に示すヒートシール装置400は、第1回転体の一例としてのシールベルト410と、前述の無端ベルトを用いた第2回転体の一例としてのシールベルト430と、シールベルト430の内部に設けられた押圧部材の一例としてのヒータブロック440と、を備えて構成されている。
なお、ヒートシール装置400では、第1回転体であるシールベルト410についても、シールベルト430と同様に、前述の無端ベルトが用いられており、かつ、シールベルト410の内部に、押圧部材として機能するヒータブロック420が設けられている。
ここで、ヒータブロック420及びヒータブロック440はいずれも、シールベルト410とシールベルト430との間の挟み込み領域を通過する被加熱体を加熱する加熱源としての機能も備えている。
同様に、シールベルト430は、内部に配置された駆動ロール431と支持ロール432とヒータブロック440とによって回転自在に支持され、ヒータブロック440によってシールベルト410に対して加圧された状態で配置されている。
それにより、シールベルト410とシールベルト430との間で被加熱体を挟み込む挟み込み領域が形成されている。
なお、ヒートシール装置400では、押圧部材であるヒータブロック420及びヒータブロック440が加熱源の役割も兼ねているが、これに限られず、押圧部材とは別の部材として加熱源が備えられていてもよい。押圧部材とは別の部材である加熱源としては、例えば、カーボンヒーターなどの輻射熱により加熱するものが挙げられる。
フッ素オイルとしては、例えば、パーフルオロポリエーテルオイル、変性パーフルオロポリエーテルオイル等が挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩添加ジメチルシリコーンオイル、ヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、有機金属塩およびヒンダードアミン添加ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、有機金属塩添加アミノ変性シリコーンオイル、ヒンダードアミン添加アミノ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、シラノール変性シリコーンオイル、スルホン酸変性シリコーンオイル等が挙げられる。
合成潤滑油グリースとしては、例えば、シリコーングリース(すなわち、上記シリコーンオイルを含むグリース)、フッ素グリース(すなわち、上記フッ素オイルを含むグリース)等が挙げられる。
なお、ヒートシール装置400では、潤滑剤塗布部材によりシールベルトの内周面に潤滑剤を供給しているが、潤滑剤塗布部材および潤滑剤を用いない形態としてもよい。
挟み込み領域に搬送された積層体450は、シールベルト410及びシールベルト430の回転により搬送されつつ、ヒータブロック420及びヒータブロック440によって加熱及び加圧され、積層体450のシール部が接着される。
そして、シール部が接着された積層体450は、さらにシールベルト430の回転により搬送され、挟み込み領域から排出される。
本実施形態に係る定着装置は、第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、第2回転体の内部に配置され、第2回転体の内面から第2回転体を第1回転体へ押圧する押圧する押圧部材と、を備え、第2回転体として前述の無端ベルトを用いている。
定着装置では、例えば、被加熱体が、第1回転体と第2回転体との接触部において加熱されながら加圧される。具体的には、例えば、被加熱体として未定着トナー像が形成された記録媒体を用いる場合、定着装置における第1回転体と第2回転体との接触部を未定着トナー像が形成された記録媒体が通過する際に、記録媒体が加熱及び加圧されることで、トナー像が記録媒体に定着される。
なお、第1回転体と第2回転体との接触部を通過する被加熱体を加熱する加熱源は、第1回転体の内部に配置されてもよく、第2回転体の内部に配置されてもよく、第1回転体及び第2回転体の外部に配置されてもよく、複数の箇所に配置されてもよい。また、第2回転体の内部に配置された押圧部材など、他の部材が加熱源を兼ねていてもよい。
以下、本実施形態に係る定着装置の一例を説明するが、これに限られない。
図4に示す定着装置900は、第1回転体の一例としての加圧ロール910と、前述の無端ベルトを用いた第2回転体の一例としての定着ベルト920と、押圧部材の一例としてのセラミックヒータ820と、を備えて構成されている。なお、セラミックヒータ820は、加圧ロール910と定着ベルト920との接触部を通過する被加熱体を加熱する加熱源としての機能も備えている。
加圧ロール910は、例えば、コア(円柱状芯金)911と、コア911の外周面に被覆した耐熱性弾性層912と、さらに耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層913とが積層されて構成されている。加圧ロール910を構成する各層は、必要に応じて、トナーのオフセット対策としてカーボンブラック等の添加により半導電性化されている。
セラミックヒータ820は、加熱源の一例である抵抗発熱体であり、挟込領域Nに熱を供給する。なお、定着装置900では、押圧部材であるセラミックヒータ820が加熱源の役割も兼ねているが、これに限られず、押圧部材とは別の部材として加熱源が備えられていてもよい。押圧部材とは別の部材である加熱源としては、例えば、定着ベルト920内部に設けたハロゲンランプ、定着ベルト920内部又は外部に設けた電磁誘導コイル等が挙げられる。
潤滑剤の具体例及び好ましい例は、前述のヒートシール装置に用いる潤滑剤の具体例及び好ましい例と同様である。
なお、定着装置900では、潤滑剤塗布部材670により定着ベルト920内周面に潤滑剤を供給しているが、潤滑剤塗布部材および潤滑剤を用いない形態としてもよい。
挟込領域Nを通過した用紙Kは、挟込領域Nの出口領域(剥離挟込部)において定着ベルト920の曲率の変化によって定着ベルト920から剥離される。
本実施形態に係る物品搬送装置は、前述の無端ベルトからなる物品搬送ベルトと、物品搬送ベルトにより搬送される被加熱体を加熱する加熱源と、を備える。
物品搬送装置では、例えば、被加熱体である物品が、物品搬送ベルトにより搬送されながら、加熱源により加熱される。被加熱体である物品は、特に限定されるものではなく、例えば、食品、電子部品等が挙げられる。
なお、物品搬送ベルトにより搬送される被加熱体を加熱する加熱源は、物品搬送ベルトの内部に配置されてもよく、物品搬送ベルトの外部に配置されてもよく、複数の箇所に配置されてもよい。
また、物品搬送装置は、物品搬送ベルトにより搬送される被加熱体に対し、加圧しながら加熱する装置であってもよい。
以下、本実施形態に係る物品搬送装置の一例を説明するが、これに限られない。
図5に示す物品搬送装置300は、前述の無端ベルトを用いた物品搬送ベルトの一例としての搬送ベルト310と、搬送ベルト310の内部に設けられた加熱源の一例としてのヒータブロック320と、を備えて構成されている。
ヒータブロック320は、加熱源の一例である抵抗発熱体であり、搬送ベルト310に熱を供給する。
なお、物品搬送装置300では、ヒータブロック320が加熱源であるが、加熱源はこれに限られず、例えば、赤外線ヒータ等の非接触加熱源であってもよい。
潤滑剤の具体例及び好ましい例は、前述のヒートシール装置に用いる潤滑剤の具体例及び好ましい例と同様である。
なお、物品搬送装置300では、潤滑剤塗布部材により搬送ベルト310の内周面に潤滑剤を供給しているが、潤滑剤塗布部材および潤滑剤を用いない形態としてもよい。
加熱領域に搬送された物品350は、搬送ベルト310の回転により搬送されつつ、ヒータブロック320によって加熱され、物品350が加熱される。
そして、加熱された物品350は、さらに搬送ベルト310の回転により搬送され、加熱領域から排出される。
<無端ベルト1の作製>
(基材層1の作製)
外径118mmの円筒形ステンレス型の表面に、市販のポリイミド前駆体溶液(UワニスS、宇部興産社製)を浸漬法によって塗布することにより、塗膜を形成した。次にこの塗膜を100℃で30分間乾燥させることにより、前記塗膜中の溶媒を揮発させた後、380℃で30分焼成しイミド化させ、膜厚60μmのポリイミド皮膜を形成した。ステンレス型の表面からポリイミド皮膜を剥離することにより、内径118mm、膜厚60μm、長さ370mmの無端ベルト状の耐熱ポリイミド基材を得て、これを基材層1とした。
PTFEを含む分散液(PTFEディスパージョン、ダイキン工業株式会社製、品名:ポリフロンPTFE-Dシリーズ)を用いて、遠心成形法(金型温度:200℃、回転速度:200rpm、回転時間:20分)、により、基材層1の内周面に未焼成かつ未架橋のPTFE層を形成した。その後、340℃の加熱炉内で20分保持することで焼成し、未架橋のPTFE層を得た。
次に、PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層1の外周面のみに塗布した。なお、基材層1の内周面(すなわち、未架橋のPTFE層上)に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、未架橋のPFA層を得た。
続いて、未架橋のPTFE層及び未架橋のPFA層に対し、280℃に温度調整した状態で、酸素濃度1000ppm以下の雰囲気下、基材層1の外周面側から放射線を照射(放射線の種類:電子線、照射条件:50kGy)して架橋した。
以上のようにして、架橋PTFE層である膜厚15μmの裏面層1が基材層1の内周面に配置され、かつ、架橋PFA層である膜厚30μmの表面層1が基材層1の外周面に配置された無端ベルト1を得た。
(裏面層及び表面層の形成)
PTFEを含む分散液(PTFEディスパージョン、ダイキン工業株式会社製、品名:ポリフロンPTFE-Dシリーズ)を用いて、遠心成形法(金型温度:200℃、回転速度:200rpm、回転時間:20分)、により、基材層1の内周面に未焼成かつ未架橋のPTFE層を形成した。その後、340℃の加熱炉内で20分保持することで焼成し、未架橋のPTFE層を得た。
次に、PTFEを含む分散液(PTFEディスパージョン、ダイキン工業株式会社製、品名:ポリフロンPTFE-Dシリーズ)を用いて、浸漬塗布法により基材層1の外周面のみに塗布した。なお、基材層1の内周面(すなわち、未架橋のPTFE層上)に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、340℃の加熱炉内で20分保持することで焼成し、未架橋のPTFE層を得た。
続いて、基材層1の内周面に形成された未架橋のPTFE層及び基材層1の外周面に形成された未架橋のPTFE層に対し、300℃に温度調整した状態で、酸素濃度1000ppm以下の雰囲気下、基材層1の外周面側から放射線を照射(放射線の種類:電子線、照射条件:50kGy)して架橋した。
上記の如く、電子線照射条件を50kGyとすることで、電子線源に近い外周面の方が内周面よりも多く架橋され、HMi(130℃)<HMo(130℃)となる。また、HMo(25℃)<HMi(25℃)となる。
以上のようにして、架橋PTFE層である膜厚15μmの裏面層2が基材層1の内周面に配置され、かつ、内周面とマルテンス硬さが異なる架橋PTFE層である膜厚30μmの表面層2が基材層1の外周面に配置された無端ベルト2を得た。
(基材層3の作製)
架橋PTFE粒子として、以下のようにして得られた架橋PTFE粒子を用いた。具体的には、PTFE粒子(ダイキン工業株式会社製、品番:ニューポリフロンPTFE M112)をマット状に固めた後、低酸素の雰囲気ガス中で300℃に加熱した状態で放射線(放射線の種類:電子線、照射条件:200kGy)を照射して架橋させ、その後25℃まで冷却してから粉砕器で加工し、個数平均粒径100nmの架橋PTFE粒子を得た。
外径118mmの円筒形ステンレス型の表面に、上記架橋PTFE粒子分散液を浸漬法によって塗布することにより、塗膜を形成した。次にこの塗膜を100℃で30分間乾燥させることにより、前記塗膜中の溶媒を揮発させた後、380℃で30分焼成しイミド化させ、架橋PTFE粒子を含む膜厚60μmのポリイミド皮膜を形成した。ステンレス型の表面からポリイミド皮膜を剥離することにより、内径118mm、膜厚60μm、長さ370mmの無端ベルト状の耐熱ポリイミド基材を得て、これを基材層3(架橋フッ素樹脂粒子含有量:15質量%)とした。
PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層3の外周面のみに塗布した。なお、基材層3の内周面に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、未架橋のPFA層を得た。
続いて、未架橋のPFA層に対し、280℃に温度調整した状態で、酸素濃度1000ppm以下の雰囲気下、基材層3の外周面側から放射線を照射(放射線の種類:電子線、照射条件:200kGy)して架橋した。
以上のようにして、架橋PFA層である膜厚30μmの表面層3が、架橋PTFE粒子を含む基材層3の外周面に配置された無端ベルト3を得た。
(表面層の形成)
PTFEを含む分散液(PTFEディスパージョン、ダイキン工業株式会社製、品名:ポリフロンPTFE-Dシリーズ)を用いて、浸漬塗布法により基材層3の外周面のみに塗布した。なお、基材層3の内周面に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、340℃の加熱炉内で20分保持することで焼成し、未架橋のPTFE層を得た。
続いて、未架橋のPTFE層に対し、300℃に温度調整した状態で、酸素濃度1000ppm以下の雰囲気下、基材層3の外周面側から放射線を照射(放射線の種類:電子線、照射条件:200kGy)して架橋した。
以上のようにして、架橋PTFE層である膜厚30μmの表面層4が、架橋PTFE粒子を含む基材層3の外周面に配置された無端ベルト4を得た。
(表面層の形成)
PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層1の外周面のみに塗布した。なお、基材層1の内周面に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、架橋されていない非架橋PFA層を得た。
以上のようにして、架橋されていない非架橋PFA層である膜厚30μmの表面層C1が基材層1の外周面に配置された無端ベルトC1を得た。
(裏面層及び表面層の形成)
PTFEを含む分散液(PTFEディスパージョン、ダイキン工業株式会社製、品名:ポリフロンPTFE-Dシリーズ)を用いて、遠心成形法(金型温度:200℃、回転速度:200rpm、回転時間:20分)、により、基材層1の内周面に未焼成かつ未架橋のPTFE層を形成した。その後、340℃の加熱炉内で20分保持することで焼成し、架橋されていない非架橋PTFE層を得た。
次に、PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層1の外周面のみに塗布した。なお、基材層1の内周面(すなわち、非架橋PTFE層上)に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、架橋されていない非架橋PFA層を得た。
以上のようにして、架橋されていない非架橋PTFE層である膜厚15μmの裏面層C2が基材層1の内周面に配置され、かつ、架橋されていない非架橋PFA層である膜厚30μmの表面層C2が基材層1の外周面に配置された無端ベルトC2を得た。
(表面層の形成)
PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層3の外周面のみに塗布した。なお、基材層3の内周面に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、架橋されていない非架橋PFA層を得た。
以上のようにして、架橋されていない非架橋PFA層である膜厚30μmの表面層C3が、架橋PTFE粒子を含む基材層3の外周面に配置された無端ベルトC3を得た。
(表面層の形成)
PFAを含む分散液(PFAディスパージョン)を用いて、浸漬塗布法により基材層1の外周面のみに塗布した。なお、基材層1の内周面に付着した分散液は、ふき取りにより除去した。その後、380℃の加熱炉内で30分保持することで焼成し、未架橋のPFA層を得た。
続いて、未架橋のPFA層に対し、280℃に温度調整した状態で、酸素濃度1000ppm以下の雰囲気下、基材層1の外周面側から放射線を照射(放射線の種類:電子線、照射条件:200kGy)して架橋した。
以上のようにして、架橋PFA層である膜厚30μmの表面層C4が、基材層1の外周面に配置された無端ベルトC4を得た。
得られた無端ベルトについて、前述の方法により、ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さ「HMo(130℃)」、ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さ「HMi(130℃)」、ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さ「HMo(25℃)」、ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さ「HMi(25℃)」を測定した。結果を表1及び表2に示す。なお、表1及び表2中におけるHMo(130℃)、HMi(130℃)、HMo(25℃)、及びHMi(25℃)の単位はいずれも「N/mm2」である。
得られた無端ベルトを、図3に示すヒートシール装置のシールベルト430として用いた。
なお、シールベルト430の内周面には、潤滑剤を用いた。潤滑剤としては、実施例5以外の実施例及び比較例ではフッ素オイルである「パーフルオロポリエーテルオイル」を用い、実施例5では「シリコーンオイル(信越化学工業製、品名:KF968-100CS)」を用いた。
一方、シール部を接触させて重ねた積層体である被加熱体として、ラミネートフィルム(五洋紙工株式会社製、全体厚み:105μm)の間に、厚み100μm、大きさ10cm×10cmの紙片を挟んだ積層体を用い、積層体におけるシール部の接着(温度:150℃、圧力:0.2MPa、搬送速度:200mm/s)を連続で50万回行った。
駆動ロール431にかかったトルクを測定し、経時でのトルク上昇(すなわち、回転負荷の上昇)を評価した。なお、トルク上昇が小さいほどベルト内周面の耐摩耗性が高いことを意味する。経時でのトルク上昇の原因は定かではないが、シールベルト430のベルト内周面における摩耗によって生じる摩耗粉に起因するものと推測される。評価基準は以下の通りであり、結果を表1及び表2に示す。以下の基準に関する記載において、Tiは初期のトルク、Teはシール部接着を50万回行った後のトルクである。
G1:Te<1.2Ti
G2:1.2Ti≦Te<1.5Ti
G3:1.5Ti≦Te<1.7Ti
G4:1.7Ti≦Te<2Ti
G5:2Ti≦Te
50万回目の接着を行った積層体の表面を表面粗さ測定装置(東京精密製、型番:サーフコムNEX100)で表面粗さを測定し、被加熱体表面荒れの評価を行った。なお、被加熱体の表面荒れが小さいほどベルト外周面の耐摩耗性が高いことを意味する。被加熱体の表面荒れが起こる原因は定かではないが、シールベルト430のベルト外周面における摩耗によりベルト外周面が荒れ、被加熱体への加熱にムラが生じることによるものと推測される。評価基準は以下の通りであり、結果を表1及び表2に示す。以下の基準に関する記載において、Riは1枚目の被加熱体の表面粗さ、Reは50万枚目の被加熱の表面粗さである。
G1:Re<1.2Ri
G2:1.2Ri≦Re<1.5Ri
G3:1.5Ri≦Re<1.7Ri
G4:1.7Ri≦Re<2Ri
G5:2Ri≦Re
50万回目の接着を行った積層体のシール部における接着強度をデジタルフォースゲージ(株式会社イマダ製、型番:ZTSシリーズ)で測定し、接着不良の評価を行った。なお、接着不良が起こらない又は少ないほどシールベルト430の凹凸追随性が高いことを意味する。接着不良が起こる原因は定かではないが、被加熱体の凹凸にシールベルト430の外周面が追従しにくくなることによる加熱ムラに起因すると推測される。評価基準は以下の通りであり、結果を表1及び表2に示す。以下の基準に関する記載において、Sbは50万枚目の被加熱体積層部(すなわち、積層体のシール部)の接着強度として今回の水準の中で最も高い例(すなわち、実施例2及び実施例4)における接着強度、Seは該当する例における50万枚目の被加熱積層部の接着強度である。
G1:0.8Sb<Se≦Sb
G2:0.6Sb<Se≦0.8Sb
G3:0.4Sb<Se≦0.6Sb
G4:0.2Sb<Se≦0.4Sb
G5:Se≦0.2Sb
2、12 基材層
3、13 表面層
15 裏面層
300 物品搬送装置
310 搬送ベルト
311、411、431 駆動ロール
312、412、432 支持ロール
320、420、440 ヒータブロック
350 物品
400 ヒートシール装置
410、430 シールベルト
450 積層体
560 定着入口ガイド
630 ベルト走行ガイド
650 ホルダ
670 潤滑剤塗布部材
700 剥離部材
710 剥離バッフル
720 ホルダ
820 セラミックヒータ
900 定着装置
910 加圧ロール
911 コア
912 耐熱性弾性層
913 離型層
920 定着ベルト
K 用紙
N 挟込領域
Claims (12)
- 基材層と、
前記基材層の外周面上に設けられ、架橋フッ素樹脂層からなる表面層と、
を有し、
ベルト内周面が、架橋フッ素樹脂を含む層で構成され、
ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さよりも、ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが高い無端ベルト。 - 前記ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さが2N/mm2以上10N/mm2であり、前記ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さが4N/mm2以上12N/mm2である請求項1に記載の無端ベルト。
- 前記ベルト外周面の130℃におけるマルテンス硬さと、前記ベルト内周面の130℃におけるマルテンス硬さと、の差が2N/mm2以上10N/mm2以下である請求項2に記載の無端ベルト。
- 前記架橋フッ素樹脂を含む層として、前記基材層の内周面上に設けられた架橋フッ素樹脂層を有する請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の無端ベルト。
- 前記架橋フッ素樹脂を含む層が、架橋フッ素樹脂粒子を含む前記基材層である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の無端ベルト。
- ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さよりも、ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さが低い請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の無端ベルト。
- 前記ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さが15N/mm2以上23N/mm2であり、前記ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さが13N/mm2以上19N/mm2である請求項6に記載の無端ベルト。
- 前記ベルト外周面の25℃におけるマルテンス硬さと、前記ベルト内周面の25℃におけるマルテンス硬さと、の差が2N/mm2以上10N/mm2以下である請求項6又は請求項7に記載の無端ベルト。
- 前記表面層に含まれる架橋フッ素樹脂がパーフルオロアルキルビニルエーテル-テトラフルオロエチレン共重合樹脂であり、
前記ベルト内周面を構成する層に含まれる前記架橋フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン樹脂である請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の無端ベルト。 - 第1回転体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体であって、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の無端ベルトからなる第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧する押圧部材と、
を備えるヒートシール装置。 - 第1回転体と、
前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体であって、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の無端ベルトからなる第2回転体と、
前記第2回転体の内部に配置され、前記第2回転体の内面から前記第2回転体を前記第1回転体へ押圧する押圧部材と、
を備える定着装置。 - 請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の無端ベルトからなる物品搬送ベルトと、
前記物品搬送ベルトにより搬送される被加熱体を加熱する加熱源と、
を備える物品搬送装置。
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