JP2007272223A - 発熱定着ベルト及びその製造方法並びに画像定着装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る発熱定着ベルトは、電子写真画像形成装置の画像定着部に用いられるシームレスの発熱定着ベルトであって、発熱層、絶縁層及び離型層を備える。発熱層は、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子が分散されるポリイミド樹脂からなる。離型層は、絶縁層又は発熱層の外側に設けられる。
【選択図】図1
Description
を備える。なお、この製造方法において、第1絶縁ポリイミド前駆体溶液と第2絶縁ポリイミド前駆体溶液とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
デジタルマルチメーターModel7562(横河電気製)を用い、4線式プローブにより発熱体の体積抵抗率を測定した。
サーモトレーサTH1101(日本電気三栄製)を用いて測定した。
ポリイミド前駆体溶液(ポリイミドワニス「Pyre−ML RC5063」,I.S.T社製)を用意した。このポリイミド前駆体溶液はN−メチル−2−ピロリドン(NMP)中で3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物「BPDA」とパラフェニレンジアミン「PPD」とを重合したものであり、固形分濃度は17.5wt%であった。そして、このポリイミド前駆体溶液の固形分に対してカーボンナノファイバー(VGCF−H、昭和電工製)を20vol%、フィラメント状ニッケル微粒子(TYPE210、インコ社製)を13vol%、容器に投入し1時間攪拌した後、その内容物を150番のSUSメッシュで濾過して粘度(23度C、B型粘度計による)800ポイズの発熱層用導電性組成物を調製した。なお、カーボンナノファイバー(VGCF−H)の真密度は2.0g/cm3であり、フィラメント状ニッケル微粒子(TYPE210)の真密度は8.9g/cm3である。
絶縁層のためのポリイミド前駆体溶液としてポリイミドワニス「Pyre−ML RC5063」(I.S.T社製)を用意した。そして、そのポリイミド前駆体溶液に、窒化硼素粉末(三井化学「MBN−010T」)を、ポリイミド前駆体溶液の固形分濃度に対して18wt%混合して絶縁層用ポリイミド前駆体溶液を調製した。
外径が24mmであり長さが500mmであるアルミニウム製円筒状金型の表面に、酸化珪素コーティング剤をディッピング法によりコーティングして焼付けてアルミニウム製円筒状金型を酸化珪素膜で被覆した。なお、この円筒状金型の平均表面粗度はRz0.2μmであった。次いで、図8に示す浸漬キャスティング方法により、(1)項で調製した発熱層用導電組成物64に金型61を下部から400mm部分まで浸漬して金型61に発熱層用導電組成物64を塗布した後、内径24.95mmのリング状ダイス62を金型61の上部から挿入して走行させ、金型61の外側に導電性キャスト膜63を形成した。
次に、(3)項の半硬化導電性ベルトが成形された金型を(2)項で調製した絶縁層用ポリイミド前駆体溶液中に浸漬し、図8の浸漬キャスティング方法でイミド化後の厚みが35μmになるように半硬化絶縁層被膜を成形した。次いで、発熱層の熱処理と同じようにこの金型を120度Cのオーブンに入れ60分間乾燥させた後、200度Cの温度まで30分間で昇温させ、同温度で15分間保持し、発熱層の外面に半硬化状態のポリイミド絶縁層が積層された半硬化積層ベルトを得た。
(4)項で作製した半硬化積層ベルトをフッ素樹脂プライマー液(デュポン社製:「テフロン(登録商標)」855−300)に浸漬し所定の速度で引上げることによりフッ素樹脂プライマー液を約4μmの厚みにコーティングした後、180度Cの温度で20分間乾燥して再び常温まで冷却した。
次に、発熱定着ベルトの離型層材料としてのPTFEディスパーション(デュポン社製:「テフロン(登録商標)」855−510)に、(5)項においてフッ素樹脂プライマー液を塗布された半硬化積層ベルトを浸漬して引き上げることにより、PTFEディスパーションを15μmの厚みにコーティングした。なお、PTFEディスパージョンには、画像定着時のオフセットを防止するためにカーボンブラック(ケッチンブラック「W−310A」ライオン社製)を固形分比で0.6wt%加えた。その後、この半硬化積層ベルトを200度Cで10分間乾燥した後、400度Cまで30分間で昇温し、同温度で20分間加熱してPTFE樹脂の焼成と、半硬化状態の発熱層及び絶縁層のイミド化を同時に完結し、最後に金型61から定着ベルトを脱型し発熱定着ベルトを得た。
(7−1)体積抵抗率及び電極間抵抗値の測定
発熱定着ベルトを240mmの長さに切断し、デジタルマルチメーターModel7562を用いて体積抵抗率を測定した。発熱定着ベルトの長さ方向の体積抵抗率(LD)は36×10-4Ωcmであり、長さ方向と直交する方向の体積抵抗率(DD)の測定値は63×10-4Ωcmであり、Ra値は1.75であった。
発熱定着ベルトの内側にステンレス製の給電端子を取り付け図5に示される方法で発熱テストを行った。給電端子をベルトの両端部から12mmのベルト内面の直線上に設け、発熱定着ベルトをその給電端子54から加電した。なお、給電端子の寸法は、幅及び長さが10mmであった。また、給電端子は、発熱定着ベルト内側の発熱層に密着させてクリップ固定した。図5に示されるように、電源には可変電圧調整器を接続し、その電源から電圧を設定しながら発熱層51に給電した。まず、始めにサーモトレーサを標準モードにして、発熱定着ベルトの表面温度を観測しながらベルトの表面(離型層表面)が220度Cとなる様に可変電圧調整器の出力電圧を調整し、その表面が220度Cとなった以降はこの状態で給電を続け、そのときの温度分布を測定した。この時の出力電圧は45Vであった。その後、給電を停止し、発熱定着ベルトが室温になるまで自然冷却した。
発熱層のカーボンナノファイバー及びフィラメント状ニッケル微粒子の配向状態を電子顕微鏡で撮影した結果を図6に示す。カーボンナノファイバーは写真の左右方向(発熱定着ベルトの長さ方向)に配向した状態で存在しており、フィラメント状ニッケル微粒子は一定方向に配向したカーボンナノファイバーに絡み合ったような状態で存在していることが確認できた。
発熱定着ベルトを図3に示す画像定着装置に組み込み、トナー像の定着テストを行った。定着温度はサーミスタで200度Cに設定し、毎分16枚の通紙をおこなったところ、電源投入から瞬時に定着ができ、オフセットなどの発生もなく鮮明な定着画像が得られた。
実施例1の(3)項で作製した半硬化導電層ベルトの外面に絶縁層を形成した半硬化積層ベルトをさらに400度Cまで加熱することによりイミド化を完結した発熱定着ベルト中間体を作製した。
発熱定着ベルト中間体の絶縁層の外面にプライマーを塗布した。具体的には、プライマーとしてGE東芝シリコーン社製商品名「XP−81−405」のA及びB2液を予め1:1の割合で混合したものを、発熱定着ベルト中間体の絶縁層の外面に刷毛で均一に塗布した後、その発熱定着ベルト中間体を室温で20分乾燥した後、150度Cのオーブンに入れ、20分間乾燥した。その後、リング状ダイスを用いその発熱定着ベルト中間体のプライマー処理面の外側に液状シリコーンゴム(GE東芝シリコーン社製商品名「XE15−B7354」A及びB2液を予め1:1の割合で混合した液状ゴム)を200μmの厚みで塗布した。その後、150度Cの温度で10分、その液状シリコーンゴムの一次加硫を行い、さらに200度Cの温度で4時間、その液状シリコーンゴムの二次加硫を行った。その結果、発熱定着ベルト中間体の外面に200μmの厚みでシリコーンゴムを成形した弾性層積層ベルトが作製された。同加硫条件で作製したテストピースのゴム硬度は30度であった。
弾性層積層ベルトのシリコーンゴム表面を#500のサンドペーパーで軽く粗らし、表面をアルコールで洗浄した。次いで、そのシリコーンゴム表面に液状プライマー(三井デュポンフロロケミカル社製PR−990CL)を塗布し、室温で10分乾燥した。次いで、その弾性層積層ベルトを、粘度200センチポイズに調整したPFAディスパーション(デュポン社製商品名PFA920HPプラス「ENA−162−8」)の中に浸漬した後、その弾性層積層ベルトを所定の速度で引上げ、離型層の最終の厚さが15μmになるように弾性層積層ベルトにPFAディスパーションをコーティングし、その弾性層積層ベルトを常温で30分乾燥した後、330度Cのオーブンに入れ、15分間焼成することにより目的とする弾性層が積層された発熱体着ベルトを作製した。
2,52 絶縁層
3,53 離型層
4 プライマー層
10,11 発熱定着ベルト
12 ベルト支持ホルダー
13,54、42給電端子
14 加圧ロール
15 ベルトガイド板
16 加圧ロール芯金
17,55 電源
18,56 配線
19 複写紙
20 未定着トナー像
N ニップ部
Claims (17)
- 電子写真画像形成装置の画像定着部に用いられるシームレスの発熱定着ベルトであって、
カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子が分散されるポリイミド樹脂からなる発熱層と、
絶縁層と、
前記絶縁層又は前記発熱層の外側に設けられる離型層と
を備える発熱定着ベルト。 - 前記絶縁層は、前記発熱層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記絶縁層の外側に設けられる
請求項1に記載の発熱定着ベルト。 - 前記発熱層は、前記絶縁層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記発熱層の外側に設けられる
請求項1に記載の発熱定着ベルト。 - 前記絶縁層は、第1絶縁層と第2絶縁層とを有し、
前記発熱層は、前記第1絶縁層の外側に設けられ、
前記第2絶縁層は、前記発熱層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記第2絶縁層の外側に設けられる
請求項1に記載の発熱定着ベルト。 - シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも一つのゴムから成る弾性層をさらに備え、
前記離型層は、前記弾性層の外面に接するように設けられる
請求項1から4のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記カーボンナノ材料は、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルより成る群から選択される少なくとも1つの導電性物質である
請求項1から5のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記フィラメント状金属微粒子は、ストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子である
請求項1から6のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子は、略一方向に配向する
請求項1から7のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子は、発熱定着ベルトの長さ方向に配向し、
前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子の配向方向の体積抵抗率は、前記配向方向と直交する方向の体積抵抗率よりも小さい
請求項8に記載の発熱定着ベルト。 - 前記ポリイミド樹脂は、少なくとも1種の芳香族ジアミンと少なくとも1種の芳香族テトラカルボン酸二無水物とを有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂である
請求項1から9のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記絶縁層は、少なくとも1種の芳香族ジアミンと少なくとも1種の芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂からなる
請求項1から10のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 前記芳香族ジアミンは、パラフェニレンジアミン(PPD)であり、
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物は、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)である
請求項10又は11に記載の発熱定着ベルト。 - 前記離型層は、フッ素樹脂、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも1つの樹脂又はゴムからなる
請求項1から12のいずれかに記載の発熱定着ベルト。 - 発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
(a)ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
(b)前記円筒状金型の表面に塗布した導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
(c)前記発熱層の外側に絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、
(d)前記絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、
(e)前記絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
(f)前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。 - 絶縁層と、前記絶縁層の外側に設けられる発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
(g)絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
(h)前記円筒状金型の表面に塗布した絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、
(i)前記絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、
(j)前記導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
(k)前記発熱層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
(l)前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。 - 第1絶縁層と、前記第1絶縁層の外側に設けられる発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる第2絶縁層と、前記第2絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
(m)第1絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
(n)前記円筒状金型の表面に塗布した第1絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第1絶縁層を成形する工程と、
(o)前記第1絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、
(p)前記導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
(q)前記発熱層の外側に第2絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、
(r)前記第2絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第2絶縁層を成形する工程と、
(s)前記第2絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
(t)前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。 - 請求項1から13のいずれかに記載の発熱定着ベルトと、
前記発熱定着ベルトに給電するための給電手段と
を備える画像定着装置。
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