JP2006323081A - カラー画像用定着ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】１００ｐｐｍ以上の高速通紙に対しても十分な定着性を有し、なおかつ、カラートナーに対してもオフセットの生じない、光沢性のある写真画質並みの高画質が得られ、また連続使用において機械強度、画像の低下が起こり難い耐久性に優れた定着ベルトを提供する。
【解決手段】本発明のカラー画像用定着ベルトは、ポリイミド樹脂製の定着ベルトであって、ベルト内径がφ３００ｍｍ以上、ベルト外周面の表面粗さ（Ｒｚ）が1μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、複写機、印刷機等の画像形成装置の定着用ベルトとして用いた場合に、高品質のカラー画像を得ることができる定着ベルトに関するものである。

従来、上記画像形成装置における転写紙等への画像の定着方法としては、熱、圧力あるいはその両方を組み合わせた定着方法が提案されており、具体的には、オープン定着法、フラッシュ定着法、圧力定着法、熱ローラ定着法などがあげられる。なかでも、熱効率、発火の危険性、定着特性などの観点から上記熱ローラ定着法が広く採用されている。この熱ローラ定着法は、熱ローラとプレスローラとを対向配置し、転写紙を両ローラ間に送り込む方法で、熱ローラに内蔵されているヒータの発熱により転写紙に仮着されたトナーを溶融定着させると共にプレスローラにより加圧して定着を強固にし、それによって転写紙上にトナーによる画像を形成するものである。このような熱ローラ定着法による場合、接触面積が小さい為、トナーを転写紙に溶融定着させるためには圧力負荷を高めなければならなかった。

前記問題に対して、ベルト定着法が提案されている。この方法は、ローラとベルトを対向配置した構成となっており、転写紙をこれらの間に送り込むことによってトナーを定着させる。この場合、加圧、加熱、駆動、離形という基本機能は熱ローラ定着法と同様に必要であるが、これら機能はローラ側に持たせても、ベルト側に持たせてもかまわない。このように片側を追従性の良いベルトにすることで、接触面積を増やし、圧力負荷を低減することができる。しかし、このベルト定着法においても、通紙速度が高速化すると圧力負荷が高まるため、離型層の耐摩耗性を向上させたフッ素樹脂層を有する定着ベルトが提案されている。
特開２００３−１１４５８５号公報

近年、通紙速度アップ、高画質化の要求が強く、前記定着ベルトにおいても、通紙速度が１００ｐｐｍを超える場合には単位時間当たりの接触面積を更に高めることが必要となる。また、通紙速度が１００ｐｐｍを越えると、ローラ間の圧力負荷も増大しなければならず、そのため光沢のある写真画質並みの高画質画像を得るためには、高速通紙時においてもトナー定着性に優れ、オフセットの生じない定着ベルトが強く求められる。
そこで、本発明の目的は、１００ｐｐｍ以上の高速通紙に対しても十分な定着性を有し、なおかつ、カラートナーに対してもオフセットの生じない、光沢性のある写真画質並みの高画質が得られ、また連続使用において機械強度、画像の低下が起こり難い耐久性に優れた定着ベルトを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、ポリイミド樹脂製定着ベルトの内径を所定以上の大きさにし、ベルトの外周面を特定範囲の表面粗さに設定、鏡面化、さらに所定のポリイミド組成比を採用することによって、優れた特性を発揮する定着用ベルトが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のカラー画像用定着ベルトは、ポリイミド樹脂製の定着ベルトであって、ベルト内径がφ３００ｍｍ以上、ベルト外周面の表面粗さ（Ｒｚ）が1μｍ以下であることを特徴とする。なお、本発明で規定される各物性値の測定方法は、実施例に記載の通りである。

本発明において、前記ベルト外周面の投受光角２０°で測定した光沢度が、グロス値で１００以上であることが好ましい。前記光沢度は実施例に記載の方法により測定した値である。

本発明において、前記ベルトの引張強度が１５０Ｍｐａ以上であることが好ましい。前記引張強度は実施例に記載の方法により測定した値である。

また、前記ベルトが、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）および４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）との共重合体であって、ＰＤＡとＤＤＥとの組成モル比（ＰＤＡ／ＤＤＥ）が５／５〜９／１の範囲であることが好ましい。

さらに、前記ベルト外周面に離型層が更に積層されており、前記離型層が、フッ素樹脂、シリコーンゴムおよびシリコーン樹脂からなる群から選択される樹脂から形成されていることが好ましい。

本発明の定着ベルトは内径がφ３００ｍｍ以上であるため高速通紙１００ｐｐｍにおいても十分な接触面積を得ることができるため定着性に優れ、カラートナーに対してもオフセットを生じない。また、前記ベルトの外周面の表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下である場合、平滑性に優れ、さらに前記ベルト外周面の投受光角２０°で測定した光沢度がグロス値で１００以上である場合、鏡面性に優れ、写真画質並みの高画質が得られる。前記ベルトの引張強度が１５０Ｍｐａ以上である場合、高速連続通紙に耐えることができ、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（ＰＤＡ）と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）との共重合体であって、その組成モル比（ＰＤＡ／ＤＤＥ）が５／５〜９／１の範囲である場合、剛性と柔軟性を兼ね備えているために耐久性効果をより好適に得ることができる。前記ベルトの外周面上に、少なくともフッ素樹脂、シリコーンゴム、シリコーン樹脂から形成される離型層が更に積層されている場合、トナー離型性および印刷機等の紙分離性に優れた定着ベルトとなる。本発明のベルトは、カラー画像形成装置用の定着ベルトとして好適に用いることができ、特に１００ｐｐｍを越える高速通紙による定着に有用であるが、更に高速通紙の場合でも高い耐久性が期待できる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のカラー画像用定着ベルトは、ポリイミド樹脂製定着ベルトであって、ベルト内径がφ３００ｍｍ以上、好ましくはφ３３０ｍｍ以上である。本発明者は、定着ベルトの内径をφ３００ｍｍ以上とすれば、１００ｐｐｍ以上の高速通紙においても接触面積を増大させることができ、定着不良現象が起こり難くなることを見出したものである。ベルト内径がφ３００ｍｍ未満の場合、接触面積が不足し定着不良が生じやすくなる。

また、ベルト外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は、１μｍ以下であり、好ましくは０．８μｍ以下である。前記表面粗さが１μｍを超えると光沢のある画像が得られにくくなる。表面粗さ（Ｒｚ）が小さいほど、積層される積層物の厚みムラ或いは被記録材上に加圧される未定着トナー像にかかる圧力ムラによる定着ムラを効果的に抑制することができる。また、定着ベルトの厚みは任意に設定できるが、５〜２００μｍの範囲に設定するのが好ましい。

さらに前記ベルト外周面の投受光角２０°で測定した光沢度は、好ましくはグロス値で１００以上、より好ましくは１２０以上である。前記光沢度がグロス値で１００以上であると、鏡面性に優れ、光沢性のある写真画質並みの高画質が得られる。

前記ベルトの引張強度は、好ましくは１５０Ｍｐａ以上、より好ましくは２００Ｍｐａ以上である。前記引張強度が１５０Ｍｐａ以上であると高速連続通紙にも耐えることができる。引張強度が１５０Ｍｐａ未満であると、ベルト駆動時に裂けやすく、また、加熱ロール、分離ロール、搬送ロール等で張設され、更に１５０℃を超える加熱ロールに常時接した状態でベルトが駆動するため、ベルトが破断しやすくなる。

本発明のベルトには、定着ベルト等の分野において使用される公知のポリイミド樹脂が限定なく使用可能であるが、耐熱性および機械強度の観点から芳香族ポリイミド樹脂の使用が好ましい。ポリイミド樹脂は、例えば、酸成分であるテトラカルボン酸二無水物と、アミン成分であるジアミンの略等モルを適当な溶媒に溶解して反応させポリアミド酸溶液を作製し、溶媒を乾燥後に更に高温で重合（イミド転化）させることで得ることができる。とりわけ、前記ベルトが、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）および４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）との共重合体であって、ＰＤＡとＤＤＥとの組成モル比（ＰＤＡ／ＤＤＥ）が５／５〜９／１の範囲であることが好ましく、より好ましくは６／４〜８／２の範囲である。組成モル比が前記範囲内であると、剛性と柔軟性を兼ね備えることができ、耐熱性、機械的強度、寸法安定性等により優れたものになり耐久性効果をより好適に得ることができる。前記組成モル比が１０／０であると剛性が強すぎ柔軟性が低下する。一方、前記組成モル比が５／５よりＤＤＥの組成が大きいと柔軟すぎるためベルトの破断やクリープ特性の悪化を生ずる。なお、ポリイミド樹脂は積層して多層にしてもよい。

また、本発明において、前記ベルト外周面に離型層が更に積層されており、前記離型層が、フッ素樹脂、シリコーンゴムおよびシリコーン樹脂からなる群から選択される樹脂から形成されていることが好ましく、前記離型層がシリコーン樹脂から形成されていることがさらに好ましい。前記離型層を積層することによりトナー離型性および印刷機等の紙分離性に優れた定着ベルトとなる。

前記フッ素樹脂材料としては、分子内にフッ素原子を含むものであればよく特に限定されるものではない。具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とその変性物、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体（ＴＦＥ／ＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレンフッ化ビニリデン共重合体（ＣＴＦＥ／ＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰVＦ）などが挙げられる。耐摩耗性、トナーとの離型性、耐熱性の点からＰＴＦＥ、ＰＦＡおよびこれらの混合系が好ましく、特にＰＦＡが好適である。

フッ素樹脂としてＰＦＡを用いた場合、ＰＦＡの平均粒子径は０．１〜５．０μｍが好ましい。平均粒子径０．１μｍ未満だと凝集しやすく、粒径分布が不均一となり、これを塗布、加熱すると異常突起を生じる傾向がある。平均粒子径５．０μｍ以上だとこれを塗布、加熱して形成した皮膜の表面が荒れる傾向がある。

前記シリコーン樹脂としては、例えば、下記に示すような溶剤付加型シリコーンまたは縮合硬化型シリコーン等のような硬化型シリコーンを用いて作製されたシリコーン樹脂が好ましく、中でも溶媒付加型シリコーンを用いて作製されたシリコーン樹脂が好ましい。
上記溶剤付加型シリコーンは、両末端、あるいは、両末端及び鎖中に、ビニル基を有する直鎖状メチルビニルポリシロキサンとメチルハイドロジェンポリシロキサンとを白金系触媒の存在下で反応させて得られる。

溶剤付加型シリコーンの具体例としては、例えば、信越シリコーン社製のＫＳ−８８７、ＫＳ−７７９H、ＫＳ−７７８、ＫＳ−８３５、Ｘ−６２−２４５６、Ｘ−６２−２４９４、Ｘ−６２−２４６１、ＫＳ−３６５０、ＫＳ−３６５５、ＫＳ−３６００、ＫＳ−８４７、ＫＳ−７７０、ＫＳ−７７０Ｌ、ＫＳ−７７６Ａ、ＫＳ−８５６、ＫＳ−７７５、ＫＳ−８３０、ＫＳ−８３０Ｅ、ＫＳ−８３９、Ｘ−６２−２４０４、Ｘ−６２−２４０５、ＫＳ−３７０２、Ｘ−６２−２２３２、ＫＳ−３５０３、ＫＳ−３５０２、ＫＳ−３７０３、ＫＳ−５５０８等が挙げられるが、特にＫＳ−８８７が好適である。
縮合硬化型シリコーンの具体例としては、例えば、信越シリコーン社製のＫＳ−８８１、ＫＳ−８８２、ＫＳ−８８３、Ｘ−６２−９４９０、Ｘ−６２−９０２８等のシリコーンが好ましく用いられる。

前期離型層の厚さとしては、好ましくは３〜１００μｍ、より好ましくは５〜３０μｍである。離型層の厚さが３μｍよりも小さい場合には耐久性が不足する。一方、１００μｍを超えると定着フィルムの熱容量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなる。

ポリイミド樹脂と離型層の間には、結着力を向上するため、プライマー等の接着処理を施し、プライマー層を形成してもよい。この時、プライマー層の厚さは０．３〜５．０μｍの範囲が好ましい。０．３μｍ未満では結着力が低くなり、５．０μｍを越えると脆くなる傾向がある。プライマー層としては、ベルトと離型層との接着性を高める各種市販のプライマーが使用でき、ポリイミド樹脂製ベルトに対しては、ポリイミド系プライマーが好適に使用される。

本発明の定着ベルトにおいては、必要に応じ熱伝導性を高めるために、ポリイミド樹脂層、離型層、プライマー層に熱伝導性粒体、例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、炭化ケイ素、シリカ等の粒体を添加でき、また摩擦静電気の発生を防止するために導電性粒子、例えば、カ−ボンブラック、グラファイト、銅粉末等の金属粉を添加することもできる。

本発明の定着ベルトは、複写機、印刷機等の画像形成装置の定着部に使用でき、特にカラー画像形成装置の定着部として好適に使用できるが、ベルト定着法を採用する定着部であれば何れの方式でも使用可能である。本発明は、特に１００ｐｐｍを越える高速通紙による定着に有用であるが、更に高速通紙の場合でも高い耐久性が期待できる。

以下、本発明の構造と効果を具体的に示す実施例について説明する。なお、実施例等における試験・評価項目は下記のようにして測定を行った。

＜評価試験方法＞
［表面粗さ（Ｒｚ）］
ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づき、（株）ミツトヨ製 サーフテスト ＳＪ‐３０１にて測定した。
［光沢度（グロス値）］
ＪＩＳ−Ｚ８７４１、ＩＳＯ２８１３、ＡＳＴＭＤ５２３、ＤＩＮ６７５３０に準拠した、日本電色工業（株）製ハンディ型光沢計 ＰＧ−１Ｍを用い、投受光角２０°で測定した。
［引張強度］
サンプルをベルトの長手方向に３号形ダンベル（ＪＩＳ Ｋ ６３０１）の形状に打抜き、オリエンテックＵＴＭ１０００テンシロン（オリエンテック社製）を用いて、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、チャック間３０ｍｍの条件で測定した。

＜実施例１＞
１５３７ｇのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）２９４．２ｇとｐ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）８６．４ｇと４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）４０．０ｇをモル比（ＰＤＡ／ＤＤＥ）８／２で溶解し、窒素雰囲気中において、室温で６時間攪拌しながら反応させて、１３０Ｐａ・ｓポイズのポリアミド酸溶液を得た。
内径４００ｍｍ、長さ６００ｍｍの円筒金型内面に上記ポリアミド酸溶液をディスペンサーで厚さ４３０μｍに塗布後、１５００ｒｐｍで１０分間回転させ均一な塗布面を得た。次に、２５０ｒｐｍで回転させながら、金型の外側より６０℃の熱風を１５分間あてた後、１５０℃で３０分間加熱し、その後２３０℃まで２℃／分の昇温速度で昇温し、冷却した後、金型内面からベルトを離型した。得られたベルトの長さは５００ｍｍであった。これを外径３９８ｍｍの鏡面型のアルミ製金型に挿入して、更に４００℃まで５℃／分の昇温速度で昇温し、４００℃で３０分間加熱し、溶媒の除去、脱水閉環水の除去及びイミド転化を行った。得られたベルトは、厚さは８０μｍ、内径φ４００ｍｍ、外周面の表面粗さ（Ｒｚ）は０．４２μｍ、グロス値は１８６、引張強度は４２０Ｍｐａであった。
さらにこのベルトの表面にシリコーン樹脂として信越シリコーン社製のＫＳ−８８７をトルエンで２０％に希釈した溶液にディッピング法にてコーティングし、１５０℃で３０分乾燥し、厚さ１０μｍの離型層を形成した。離型層形成後の表面粗さ（Ｒｚ）は、０．４５μｍ、グロス値は１９０であった。
得られた定着ベルトを印刷機の定着装置に装着し、カラートナー、記録シートとしてＡ４版の用紙を用いて、速度１００ｐｐｍで１０万枚通紙して定着性及び耐久性を評価したところ、光沢性のある画像が得られ、ベルトに異常は見られなかった。

＜比較例１＞
ベルト内径をφ２００ｍｍとし、粗面型のアルミ製金型を使用した以外は、実施例１と同様にして定着ベルトを得た。得られたベルトは、厚さ８０μｍ、内径φ２００ｍｍ、外層の表面粗さ（Ｒｚ）は１．２０μｍ、グロス値は８６、引張強度は４００Ｍｐａであった。このベルトに実施例１と同様にシリコーン樹脂をコーティングし、離型層を形成した。離型層形成後の表面粗さ（Ｒｚ）は、１．１０μｍ、グロス値は９０であった。得られた定着ベルトを印刷機の定着装置に装着して評価したところ、定着性が不十分でつや消し状の画像が得られた。

＜比較例２＞
実施例１のポリイミド樹脂層用ワニスのＰＤＡ／ＤＤＥのモル比を１０／０とし、粗面型のアルミ製金型を使用した以外は、実施例１と同様にして定着ベルトを得た。得られたベルトは、厚さ７５μｍ、内径φ４００ｍｍ、外層の表面粗さ（Ｒｚ）が１．１０μｍ、グロス値は９６、引張強度は６５０Ｍｐａであった。実施例１と同様にシリコーン樹脂をコーティングし、離型層を形成した。離型層形成後の表面粗さ（Ｒｚ）は、１．０６μｍ、グロス値は９５であった。得られた定着ベルトを印刷機の定着装置に装着して評価したところ、定着性が不十分でつや消し状の画像が得られた。

＜比較例３＞
実施例１のポリイミド樹脂層用ワニスのＰＤＡ／ＤＤＥのモル比を４／６とし、粗面型のアルミ製金型を使用した以外は、実施例１と同様にして定着ベルトを得た。得られたベルトは、厚さ７５μｍ、内径φ４００ｍｍ、外層の表面粗さ（Ｒｚ）が１．２４μｍ、グロス値は７８、引張強度は１００Ｍｐａであった。実施例１と同様にシリコーン樹脂をコーティングし、離型層を形成した。離型層形成後の表面粗さ（Ｒｚ）は、１．１０μｍ、グロス値は８２であった。得られたベルトを印刷機の定着装置に装着して評価したところ、定着性が不十分でつや消し状の画像が得られ、耐久試験途中でベルトが破断した。

表１の結果が示すように、ベルト内径φ３００ｍｍ以上で、ベルト表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下の実施例１では、光沢ある画像が得られ、速度１００ｐｐｍでの１０万枚通紙によってもベルトに異常は生じなかった。一方、ベルト内径φ３００ｍｍ未満またはジアミンの組成比が所定範囲外で、ベルト表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍを超えている比較例１〜３では、画像定着性が不十分で、画像がつや消し状となった。また、比較例３ではベルトの破断を生じた。

Claims (5)

1. ポリイミド樹脂製の定着ベルトであって、ベルト内径がφ３００ｍｍ以上、ベルト外周面の表面粗さ（Ｒｚ）が1μｍ以下であることを特徴とするカラー画像用定着ベルト。
2. 前記ベルト外周面の投受光角２０°で測定した光沢度が、グロス値で１００以上であることを特徴とする請求項１に記載のカラー画像用定着ベルト。
3. 前記ベルトの引張強度が１５０Ｍｐａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像用定着ベルト。
4. 前記ベルトが、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ｐ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）および４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）との共重合体であって、ＰＤＡとＤＤＥとの組成モル比（ＰＤＡ／ＤＤＥ）が５／５〜９／１の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラー画像用定着ベルト。
5. 前記ベルト外周面に少なくとも離型層が更に積層されており、前記離型層が、フッ素樹脂、シリコーンゴムおよびシリコーン樹脂からなる群から選択される樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラー画像用定着ベルト。