JP2007322605A - 管状ベルト、定着装置、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輻射吸収率や熱伝導率の向上を図りつつ摩耗や破損しにくい管状ベルト、未定着のトナー像の定着性が高い定着装置、および良好な画像形成が維持される画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明の管状ベルト有する定着装置を備えた画像形成装置は、外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、上記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えた管状ベルト；管状ベルトによって囲まれた、輻射熱を発する熱源；管状ベルトの内周に接した支持体；管状ベルトの外周に圧接して支持体との間にその管状ベルトを挟み込んだ、回転することで管状ベルトを従動させる、管状ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体が挿通されることで記録媒体に未定着トナー像を定着させる加圧ロール；および記録媒体上に上記未定着トナー像を形成するトナー像形成部；を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、管の形状を有する管状ベルト、その管状ベルトを備えた定着装置、およびトナー像を最終的に記録媒体上に転写し定着させることにより画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置には、一般に、用紙等の記録媒体上に転写された未定着のトナー像を加熱および加圧することによりそのトナー像を記録媒体に定着させる定着装置が備えられている。このような定着装置として、いわゆるニップ方式の定着装置が知られている。このニップ方式の定着装置は、一例として、回転駆動して未定着のトナー像を加圧する加圧ロールと、その加圧ロールに当接して記録媒体が挿通されるニップ部を形成しつつその加圧ロールに従動回転する中空回転体である耐熱性の管状ベルトと、その管状ベルトの内周側から押圧してそのニップ部を略平面状に形作る押圧支持体と、管状ベルトの周内に配された熱源とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

このような管状ベルトを有する定着装置を備えた画像形成装置の使用に際し、この定着装置が駆動可能となるまでの待ち時間は、できるだけ短縮化されることが使用者の側にとって望ましい。そのためには、定着装置内部に設けられた管状ベルトをいち早く加熱し、未定着のトナー像に対して効率良く加熱する必要がある。

そこで、熱源からの輻射熱により管状ベルトを直接加熱するとともに押圧支持体を介して熱伝導によりその管状ベルトをさらに加熱する定着装置が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。

この特許文献２、３に記載された技術では、赤外光を吸収して発熱する赤外光吸収フィラーを管状ベルト内部に含有させて、管状ベルトの熱吸収効率や熱伝導効率の向上を図っている。
特開平７−２８７４６０号公報 特開２００４−０９４１４６号公報 特開２００３−１０７９４８号公報

しかし、赤外光吸収フィラーを含有した管状ベルトは、管状ベルトの表面にクラックや荒れが起りやすいため、最悪の場合、管状ベルトの亀裂や破損を引き起こすという問題が生じる。

したがって、管状ベルトとしては、輻射吸収率や熱伝導率が向上するとともに管状ベルト表面にクラックや荒れが起りにくい管状ベルトであることが望ましい。

本発明は上記事情に鑑み、輻射吸収率や熱伝導率の向上を図りつつ摩耗や破損しにくい管状ベルト、未定着のトナー像の定着性が高い定着装置、および良好な画像形成が維持される画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の管状ベルトは、
外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
上記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えたことを特徴とする。

本発明の管状ベルトによれば、上記表面層および上記下層が、輻射吸収性を有する粒子を備えることで、輻射吸収率や熱伝導率が向上するとともに管状ベルト表面にクラックや荒れが起りにくくなる。

ここで、上記下層が、上記表面層における輻射吸収率よりも高い輻射吸収率を有するものであることが好ましい。

この好ましい管状ベルトによれば、表面層よりも輻射光の吸収率が高い下層を備えることで、表面層の強度低下や磨耗量の増加を抑えて全体的な吸収性能を向上させることができる。

さらに、上記下層が、輻射吸収性を有する粒子を１．０〜２．０ｗｔ％含有するものであることが好適である。

輻射吸収性を有する粒子を１．０〜２．０ｗｔ％含有することにより、管状ベルト表面の破損を防ぎつつ充分な輻射吸収率及び熱伝導率を得ることができる。

また、上記下層が、０．５〜２．５μｍの波長領域の光に対する吸収率が８８％以上であることが好適である。

輻射光の吸収率が８８％以上であると、記録媒体に効率良く熱を伝導させることができ、実用的なレベルに達する。

また、上記下層は、上記粒子が添加されたポリイミド樹脂からなるものであることが好ましい。

ポリイミド樹脂は耐熱性を有しているので、熱による劣化が抑制される。

ここで、上記表面層は、上記粒子が添加されたフッ素樹脂からなるものであることが好ましい。

フッ素樹脂は、熱溶融したトナー像が付着するのを防ぐ離形性を有しているので、表面層が汚れにくくなる。

また、上記表面層は、上記粒子を１．０〜２．０ｗｔ％含有するものであることが好適である。

上記粒子を１．０〜２．０ｗｔ％含有することにより、管状ベルト表面の破損を防ぎつつ充分な輻射吸収率及び熱伝導率を得ることができる。

また、上記下層および上記表面層は、上記粒子としてカーボンブラックを含有するものであることが好ましい。

カーボンブラックは安価であり、コストを抑制した管状ベルトを得ることができる。

上記目的を達成する本発明の定着装置は、
外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を０．１〜２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
上記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えた管状ベルト；
上記管状ベルトによって囲まれた、輻射熱を発する熱源；
上記管状ベルトの内周に接した支持体；および
上記管状ベルトの外周に圧接して上記支持体との間にその管状ベルトを挟み込んだ、回転することでその管状ベルトを従動させる、その管状ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体が挿通されることでその記録媒体にその未定着トナー像を定着させる加圧ロール；
を備えたことを特徴とする。

本発明の定着装置によれば、輻射吸収率や熱伝導率の向上が図られているとともに摩耗や破損も生じにくい管状ベルトを備えているので、この定着装置を画像形成装置に用いた場合、上述した待ち時間が短かく、長期にわたり記録用紙のしわや画像不良等の発生を抑制することができる。

上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を０．１〜２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
上記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えた管状ベルト；
上記管状ベルトによって囲まれた、輻射熱を発する熱源；
上記管状ベルトの内周に接した支持体；
上記管状ベルトの外周に圧接して上記支持体との間に該管状ベルトを挟み込んだ、回転することで該管状ベルトを従動させる、該管状ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体が挿通されることで該記録媒体に該未定着トナー像を定着させる加圧ロール；および
上記記録媒体上に上記未定着トナー像を形成するトナー像形成部；
を備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上述した管状ベルトを定着装置内部に備えているため、
良好な画像形成が維持される。

本発明によれば、輻射吸収率や熱伝導率の向上を図りつつ摩耗や破損しにくい管状ベルト、未定着のトナー像の定着性が高い定着装置、および良好な画像形成が維持される画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態である定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図である。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態である画像形成装置の主要部の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１には、４つのトナー像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋが備えられており、各トナー像形成部には、それぞれ、感光体ロール２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ、帯電部２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ、露光部２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ、現像ロール２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋ、一次転写ロール２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋ、およびクリーニングブレード２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋが備えられている。尚、この画像形成装置１は、フルカラーの印刷が可能となっており、上記の各構成要素の末尾に付された符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、およびＫは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、および黒の画像形成用の構成要素であることを示している。

また、この画像形成装置１には、中間転写ベルト３０、二次転写ロール３２、テンションローラ３３、定着装置１０、および制御部３５も備えられている。

この画像形成装置１の基本的な画像形成動作について説明する。

先ず、イエローのトナー像形成部２０Ｙによるトナー像形成が開始され、矢印Ａ方向に回転する感光体ロール２１Ｙ表面に、帯電部２２Ｙにより所定の電荷が付与される。次に、露光部２３Ｙにより感光体ロール２１Ｙ表面にイエロー画像に相当する露光光が照射され潜像が形成される。その潜像は現像ロール２４Ｙによりイエローのトナーで現像されて感光体ロール２１Ｙ上にイエローのトナー像が形成される。そのトナー像は一次転写ロール２５Ｙにより中間転写ベルト３０に転写される。

中間転写ベルト３０は矢印Ｂ方向に循環移動しており、中間転写ベルト３０上に転写されたイエローのトナー像が次の色のトナー像形成部２０Ｍの一次転写ロール２５Ｍに到達するタイミングに合わせて、次の色のマゼンタのトナー像が一次転写ロール２５Ｍに到達するように、マゼンタのトナー像形成部２０Ｍによるトナー像形成が行われる。こうして形成されたマゼンタのトナー像は、一次転写ロール２５Ｍにおいて中間転写ベルト３０上のイエローのトナー像上に重ねて転写される。

続いて、シアンおよび黒のトナー像形成部２０Ｃ、２０Ｋによるトナー像形成が上記と同様のタイミングで行われ、一次転写ロール２５Ｃ、２５Ｋにおいて中間転写ベルト３０のイエローおよびマゼンタのトナー像の上に順次重ねて転写される。

こうして、中間転写ベルト３０上に転写された多色トナー像は、二次転写ロール３２により用紙２００上に二次転写され、多色トナー像は用紙２００とともに矢印Ｃ方向に搬送され、定着装置１０により記録用紙２００上に定着されることによりカラー画像が形成される。

定着装置１０の詳細については、後述する。

一方、感光体ロール２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋには、転写領域において記録用紙の表面へ移行することができなかった残留トナーや、その残留トナーに付着していた外添剤粒子や、帯電の際に生じた放電生成物が残留している。

クリーニングブレード２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋは、感光体ロール２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋが回転することで、それぞれの感光体に残留した残留物を掻き取る。

続いて、感光体ロール２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋは、各トナー像形成部に備えられている除電ランプ（不図示）によって除電され、次のトナー像形成サイクルが実行される。

次に、図１に示す定着装置１０について図２を用いて説明する。

図２は、図１に示す定着装置の概略断面図である。

図２に示す定着装置１０には、回転軸１５の回転により矢印Ｄ方向に回転する加圧ロール１４と、その加圧ロール１４に押圧されて矢印Ｅ方向に従動する、管の形状を有する管状ベルト１３が備えられている。この管状ベルト１３は、本発明の管状ベルトの一実施形態である。この管状ベルト１３については、後で詳述する。

この加圧ロール１４は円柱状の構造体であって、この加圧ロール１４の表層は、フッ素樹脂で構成されている。

なお、この加圧ロール１４は、所定の速度（５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転する。

また、管状ベルト１３の内周側をステンレス製の支持体１２が押圧することにより、管状ベルト１３と加圧ロール１４とが当接して記録媒体である記録用紙２００が挿通されるニップ部１６が形成される。このニップ部１６は、略平面状に形成される。

なお、この支持体１２の材料は、ステンレス製の他にも、耐久性および耐熱性の良い材料であれば採用可能であり、例えば、鉄やアルミなどが挙げられる。

また、この定着装置１０には、管状ベルト１３を加熱する熱源であるハロゲンランプ１１が管状ベルト１３の周内に備えられている。

ここで、ハロゲンランプ１１は、ニップ部１６に近い位置に配されており、管状ベルト１３および支持体１２を効率良く加熱する。

また、このハロゲンランプ１１は、波長０．８μｍ以上の赤外線を高効率で放射することが可能であり、また、熱容量の小さなタングステンフィラメントを加熱することで輻射するため、定着装置１０の高速な立上げを可能とする。

なお、加熱源としては、赤外線を効率よく、且つ高速に輻射すれば種類は問わず、キセノンランプ等が採用可能である。

この定着装置１０は、ハロゲンランプ１１からの輻射熱により、管状ベルト１３を直接加熱するとともに支持体１２を介して熱伝導により間接的に管状ベルト１３を加熱する。ニップ部１６では、支持体１２からの熱伝導により管状ベルト１３へ熱が供給される。

また、この定着装置１０は、矢印Ｃ方向から送られる、未定着のトナー像を担持した記録媒体である記録用紙２００を、ニップ部１６で挟持して加熱および加圧することによりそのトナー像を記録用紙２００に定着させる。

ここで、トナー像を記録用紙２００に定着させる際、加圧ロール１４と管状ベルト１３との両者の搬送速度が略同一となり、紙しわやカールの発生が防止される。

したがって、封筒のような多層構造の被記録媒体を適用した場合にも、しわやカールを生じさせることがなく、搬送性や定着性が良好となる。

次に、管状ベルト１３の詳細について説明する。

図３は、上述した本発明の一実施形態である管状ベルトの層構造を示す図である。

図３に示すように、管状ベルト１３は、表面層１３１と下層１３２との２層構造の膜を形成している。

この下層１３２は、光を吸収する粒子であるカーボンブラックが添加されたポリイミド樹脂であり、下層１３２の厚さは７５μｍである。

なお、この下層１３２の厚さは、３０〜１００μｍ程度であることが好ましい。下層１３２の厚さが３０μｍ以下では管状ベルト１３の機械的強度が失われる。このため、管状ベルト１３の回転動作が不安定になる。一方、下層１３２の厚さが１００μｍ以上では、管状ベルト１３の可とう性が失われるためニップ部１６の領域が減少し、未定着トナー像の定着性が低下する。

ここで、下層１３２に添加されたカーボンブラックの平均粒径は、０．１μｍ以下が望ましい。この平均粒径が０．１μｍより大きくなると、輻射吸収率の向上は期待できる反面、支持体１２に接する下層１３２の表面に凹凸面が生じやすくなる。その結果、管状ベルト１３の摺動性や耐摩耗性の低下を招くだけでなく、機械的強度の低下も招くことになる。

一方、表面層１３１は、カーボンブラックを２．０ｗｔ％未満含有した、フッ素系樹脂の１つである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（以下、ＰＦＡと称する）樹脂で構成されており、この表面層１３１の厚さは３０μｍである。なお、この表面層１３１は、１〜５０μｍ程度の厚さでありながら離型性かつ耐久性を維持しつつ輻射透過性を有する材料であることが好ましく、具体的には、ポリイミド樹脂、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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）などのフッ素系樹脂が挙げられる。

なお、下層１３２は、ポリイミドの他にも、耐熱性樹脂であれば採用可能であり、例えば、ポリアミドイミド、アラミドなどが挙げられる。

また、表面層１３１及び下層１３２に添加されて光を吸収する粒子としては、カーボンブラックの他にも、輻射吸収性を有するフィラーであれば採用可能であり、例えば、カーボンナノチューブ、亜鉛粉末なども挙げられる。

以下、実施例および比較例を用意して、それらの試験評価を行って本発明の管状ベルトの効果を確認する。そこで、まず、試験対象となる管状ベルトの実施例および比較例について説明し、続いて、実際に行った各試験内容について説明し、得られた結果について評価を行う。
（実施例１）
まず、カーボンブラックを１．２５重量％含有するポリイミドワニスからなるポリイミド前駆体を非プロトン系極性溶剤に溶解してポリイミド前駆体溶液を調製した。

次に、ポリイミド前駆体溶液で満たされた塗布槽に上述した円筒状芯体を浮かべ、この孔を通して円筒状芯体をポリイミド前駆体溶液に浸漬した。次いで、この円筒状芯体を引き上げ、カーボンブラックを１．２５重量％含有するポリイミド樹脂からなる下層を形成した。なお、引き上げる際、下層の厚みが７５μｍとなるように塗布槽からの引き上げ速度を調整した。

そして、熱風オーブン内における乾燥条件として、１２０℃の温度で６０分の乾燥時間を設定し、下層を乾燥させた。

続いて、カーボンブラックを１．５重量％含有するフッ素樹脂ディスパージョン（三井デュポンフロロケミカル社製：ＥＮＡ−１６５−１）を下層の表面上に厚さ３０μｍとなるように塗布し、熱風オーブンにおいて毎分２℃の速度で３８０℃まで加熱し、３８０℃の状態で２０分間の焼成を行い、ＰＦＡからなる表面層を形成した。このようにして、下層および表面層に輻射吸収性を有する管状ベルト（外径３０ｍｍ）が得られた。ここで、この管状ベルトの各箇所の外径寸法をレーザ外径測定機によって測定したところ、外径値のバラツキ幅は５５μｍ以下であった。
（実施例２）
本実施例では、カーボンブラックを１．０重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを１．５重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例３）
本実施例では、カーボンブラックを１．２５重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを２．０重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例４）
本実施例では、カーボンブラックを１．７５重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを１．０重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例５）
本実施例では、カーボンブラックを２．０重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを１．５重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例６）
本実施例では、カーボンブラックを２．０重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを０．１重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例７）
本実施例では、カーボンブラックを２．０重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを２．０重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（実施例８）
本実施例では、カーボンブラックを１．２５重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを０．１重量％添加した厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。
（比較例）
本比較例では、カーボンブラックを１．７５重量％添加した厚さ７５μｍのポリイミド樹脂を下層とし、カーボンブラックを無添加とした厚さ３０μｍの離型性を有するＰＦＡを表面層とし、これらの点を除き、実施例１と同じ条件で管状ベルトを作製した。

図４は、各実施例および比較例の表面層および下層におけるカーボンブラックの添加量を示す図である。

横軸は、下層のカーボンブラックの添加量を示し、縦軸は、表面層のカーボンブラックの添加量を示した。

ここでは、各実施例および比較例の表面層および下層におけるカーボンブラックの添加量を図中の黒丸で示しており、これらの条件下で、実施例および比較例の管状ベルトを評価するために、引張破断強度および引裂き強度試験、スラスト摩耗試験、表面粗さ試験、輻射吸収測定試験、画質評価試験を行った。

先ず、引張破断強度および引裂き強度試験について説明する。

この引張破断強度および引裂き強度試験は、カーボンブラックの添加量の適否を管状ベルトの機械的強度の観点から評価するための試験である。下層および表面層にカーボンブラックを添加した場合、添加量によっては、管状ベルトの機械的強度を低下させるおそれがある。

したがって、引張破断強度および引裂き強度試験は、カーボンブラックの適切な添加量を見定めるうえで重要な試験である。

まず、引張破断強度および引裂き強度試験の準備として、実施例および比較例の管状ベルトをダンベルカッターにより打ち抜いて、サンプルを得た。サンプルの形状・寸法は、ＪＩＳ規格Ｋ６３０１−Ａ形による。

各サンプルの厚さは１０５μｍである。試験機として、アイコーエンジニアリング（株）ＭＯＤＥＬ−１３０５Ｄを使用した。試験条件は、クロスヘッドとして１０ｍｍ／ｍｉｎ、ロードセルとして５０Ｋｇとし、サンプルが切断するまで引張った。

この引張破断強度および引裂き強度試験では、サンプルが切断することにより、引張り強度（Ｎ／ｍｍ^２）および引裂き強度（Ｎ／ｍｍ）の値が得られる。

各管状ベルトにおけるサンプル片の試験回数は３回とした。

測定結果は、３回の測定の最大荷重の平均値をとり、その平均値を管状ベルトの引張り強度および引裂き強度とした。

次に、スラスト摩耗試験について説明する。

このスラスト摩耗試験は、カーボンブラックの添加した管状ベルトのすべり摩擦による摩耗特性を評価するための試験である。このスラスト摩耗試験では、すべり摩擦による摩耗特性を測定する加熱型スラスト磨耗試験機を用いて行った。

まず、実施例および比較例の管状ベルトについて、ＰＦＡの表面層のスラスト摩耗を行った。

ここで、実施例および比較例の管状ベルトの各サンプル（縦４０ｘ横４０ｘ厚さ０．１ｍｍ^３）を１５０℃で加熱した環境下において、順次、円筒（ＳＵＳ３０４、外径／内径＝１１．５／９．６ｍｍ）を荷重１．０ｋｇｆで接触させ、回転数４００ｒｐｍ、摺動速度０．４７９ｍ／ｓｅｃで３０分間摺動させた後の表面層の重量変化（比摩耗量）を計測した。

次に、表面粗さ試験について説明する。

この表面粗さ試験は、管状ベルトのカーボンブラックの添加量によるＰＦＡの表面層の表面粗さを評価するために行った。この表面粗さ試験は表面粗さ計（東京精密（株） 三次元粗さ計 Ｍ５−Ａ−００４）によって、カットオフ値λｃ＝０．８ｍｍ、評価長さＬｎ＝４ｍｍの条件にて、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１）に準拠して、その算術平均高さ（Ｒａ）の測定を行った。

ここで、算術平均高さ（Ｒａ）の測定位置は、管状ベルト端部から１０、２０、３０、６０、１２２、１８４、２１４、２２４、２３４ｍｍの計９点とした。また、各測定位置での算術平均高さの値を合計し、その平均値を表面粗さの値とした。

次に、輻射吸収測定の試験について説明する。

この輻射吸収測定として、サンプルの反射スペクトルおよび透過スペクトルを測定し、輻射吸収率を算出した。

まず、管状ベルトを縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ程度のサンプル片にした。測定装置として、島津社製のＵＶ−３１０１ＰＣ型自記分光光度計を用いた。測定条件として、スリット幅は、３０ｎｍ、測定速度は、約４ｐｏｉｎｔｓ／ｓｅｃとし、光源にはハロゲンランプを用い、検出器として、ＰＭＴ（８６０ｎｍ以下）およびＰｂＳ（８６０ｎｍ以上）を用いた。入射角は７°とした。

なお、定着装置の輻射源としては通常ハロゲンランプが用いられた。ここで、ハロゲンランプの輻射エネルギーの８０〜９０％程度は赤外領域のものであるため、管状ベルトの輻射吸収特性はこの波長帯域の輻射光に対する吸収率を調べればよい。

次に、画質評価試験について説明する。

実施例および比較例で作製した管状ベルトについて、図１に示す画像形成装置１の定着装置１０に順次配置し、低温低湿の環境下（０℃、湿度１５％）で連続通紙（１０枚）による画質評価を行った。記録用紙として、Ｘｅｒｏｘ ８０ｇｓｍ Ｐｒｅｍｉｅｒ Ａ
４を使用した。

ここで、未定着トナー像が電気的作用によって乱されると、剥離オフセットが生じて画質が劣化するおそれがある。この剥離オフセットとは、用紙がニップ部を抜ける際に、高帯電したプラスの電荷が、用紙後端から管状ベルト上に崩落し、管状ベルト上に静電的なメモリーを形成し、管状ベルトの周期運転で次用紙の未定着像を電気的に乱す現象である。

この画質評価試験では、画質評価基準として、マゼンタ色の画質を目視することにより剥離オフセットの影響を評価した。

以上、上述した試験を行った結果をまとめて表１に示した。

ここで、表中、ＰＩはポリイミド樹脂の下層、ＣＢはカーボンブラック、ＰＦＡはフッ素樹脂の表面層を意味する。

この表１を参照しながら、各試験ごとに得られた結果およびその結果の評価について以下説明する。

まず、引張破断強度および引裂き強度試験の結果およびその結果の評価について説明する。

表１に示す、引張破断強度の結果から、実施例１から実施例８、および比較例の管状ベルトのサンプルについては、引張破断強度が４００Ｎ／ｍｍ^２を超えており、この程度の引張破断強度を有していれば、カーボンブラックを含有したことによる機械的強度の劣化による影響は無視できると考えられる。

図５は、下層におけるカーボンブラックの添加量に対する引張破断強度を示す図である。

横軸は、下層のカーボンブラックの添加量を示し、縦軸は、引張破断強度を示した。

図５に示すように、下層におけるカーボンブラックの添加量が２．０重量％を超えると管状ベルトの引張破断強度の低下が顕著になった。

したがって、引張破断強度の結果から、管状ベルトの強度を保持し、破損の発生を抑制するためには、下層へのカーボンブラックの添加量は２．０重量％以下が好ましいと考えられる。

また、表１に示す、引裂き強度試験の結果から、実施例１から実施例８、および比較例の管状ベルトのサンプルについては、引裂き強度が１５０Ｎ／ｍｍを超えており、この程度の引裂き強度を有していれば、カーボンブラックを含有したことによる機械的強度の劣化による影響は無視できると考えられる。

しかし、表１には示していないが、下層へのカーボンブラックの添加量が２．０重量％を超えると、管状ベルトの引裂きの低下が顕著になった。

ここで、引裂き強度が弱いと、管状ベルトが回転に伴い伸びやすくなり、管状ベルトの正常な回転が妨げられる。そのため、管状ベルトに亀裂等の破損が発生したり、紙しわや画像不良の原因となる。

したがって、管状ベルトの強度を保持し破損の発生を抑制するためには、下層へのカーボンブラックの添加量は２．０重量％以下であることが望ましいと考えられる。

次に、スラスト磨耗試験の結果およびその結果の評価について説明する。

表１に示す比磨耗量の結果において、実施例３及び実施例７の比摩耗量は、カーボンブラックの添加（ＣＢ２．０ｗｔ％）により増加したが、それ以外のものについては、通常市販されているカーボンブラック無添加の離型層を備えた管状ベルトと同程度の比摩耗量であった。

図６は、表面層におけるカーボンブラックの添加量に対する比磨耗量を示す図である。

横軸は、表面層のカーボンブラックの添加量を示し、縦軸は、比磨耗量を示した。

図６に示すように、表面層におけるカーボンブラックの添加量が２．０重量％を超えると管状ベルトの比磨耗量が顕著に増加した。

したがって、管状ベルトの耐摩耗性及び離型性を維持し、かつ表面クラックの発生を回避するためには、表面層におけるカーボンブラックの添加量は２．０重量％以下であることが好ましい。

次に、表面粗さ試験の結果およびその結果の評価について説明する。

表１に示すように、実施例３および実施例７の表面粗さの値が、他の実施例、比較例に比べて大きい結果となった。この結果は、表面層におけるカーボンブラックの添加量が２．０重量％を超えると、表面粗さの値が大きくなることを示唆している。

実施例３や実施例７の管状ベルトを定着装置に組み込み、初期摩耗量を調べるために所定の枚数の記録用紙をプリントアウトするランニングテストを実施すると、表面層の凹凸は通紙により削りとられやすく、初期摩耗量は多くなった。

したがって、初期摩耗を抑制して良好な定着性を得るためには、表面粗さが２．０μｍ以下であることが望ましい。そのためには、表面層におけるカーボンブラックの添加量が２．０重量％以下であることが好ましいと考えられる。

次に、輻射吸収測定試験の結果およびその結果の評価について説明する。

輻射吸収測定試験の結果から、実施例２のように下層の輻射吸収率が８０％未満では下層内部で十分な赤外光が吸収されないことが分かった。

図７は、下層におけるカーボンブラックの添加量に対する輻射吸収率の結果を示す図である。

この輻射吸収率の測定の結果から、カーボンブラックの添加量が１．０重量％よりも少なくなると、輻射吸収率が７０％以下に減少し、十分な熱伝導性が得られなくなる。

一方、カーボンブラックの添加量が２．０重量％よりも多くなると、輻射吸収率は飽和傾向になることが認められた。

以上の結果から、カーボンブラックの添加量を調節することにより、下層が、０．５〜２．５μｍの波長領域の光に対する吸収率が８８％以上であることが好適である。

輻射光の吸収率が８８％以上であると、記録媒体に効率良く熱を伝導させることができ、実用的なレベルに達する。

次に、画質評価試験の結果の評価について説明する。

ここで、トナー像が定着された、各実施例および比較例の記録用紙に関し、剥離オフセットによる画質劣化が極めて顕著に現れたレベル（Ｇ１レベル）、剥離オフセットによる画質劣化が容易に発見できたレベル（Ｇ２レベル）、剥離オフセットによる画質劣化が未発生もしくはそれに近いレベル（Ｇ３レベル）の３段階にグレード付けをした。そして、１０枚の記録用紙のうち、Ｇ１レベルおよびＧ２レベルの記録用紙が１枚もなかった場合については、○（良好）の評価とした。また、Ｇ１レベルの記録用紙は存在せず、Ｇ２レベルの記録用紙が１枚以上５枚未満の場合については、△（可〜良好）の評価とした。また、Ｇ１レベルもしくはＧ２レベルの記録用紙が５枚以上の場合については、×（不良）の評価をした。

その結果、実施例６および実施例８を除く各実施例については、○の評価が得られ、実施例６および実施例８については、△の評価が得られた。比較例については、×の評価が得られた。したがって、実施例６および実施例８を除く各実施例については、常に画質が良好で、耐久性に優れるものであった。

ここで、カーボンブラックは、熱吸収性のみならず導電性も有する。表面層にカーボンブラック添加しない比較例の場合だと、実機での通紙で、剥離オフセットが生じやすい。このため、比較例は好ましくない結果となったと考えられる。表面層に導電性が付与されていないと、剥離オフセットのみならず、静電オフセットの現象が発生するおそれがある。ここで、静電オフセットとは、定着時、記録紙上のトナー画像の一部が、静電気力により帯電した定着ベルトに付着し取り去られる現象を言う。

一方、実施例６および実施例８については、表面層のカーボンブラックの添加量が０．１ｗｔ％とごくわずかであった。この程度の添加量でも剥離オフセットや静電オフセットを弱める効果が認められた。

以上、上述した各試験結果から、表１に総合評価を、○（良好）、△（可〜良好）、×（不良）の３段階で示した。

以下、総合評価について説明する。

各試験結果から、輻射吸収率や熱伝導率の向上を図りつつ摩耗や破損しにくい管状ベルトを得るための条件として、下層のカーボンブラック添加量（Ｘ）が、１．０≦Ｘ≦２．０（ｗｔ％）の範囲内であり、かつ表面層のカーボンブラック添加量（Ｙ）が、０．１≦Ｙ≦２．０（ｗｔ％）の範囲内であることが好ましいと考えられる。さらに、下層のカーボンブラック添加量（Ｘ）は、１．２５≦Ｘ≦２．０（ｗｔ％）の範囲内であり、かつ表面層のカーボンブラック添加量（Ｙ）は、０．１≦Ｙ≦１．５（ｗｔ％）の範囲内であることが好ましいと考えられる。

下層のカーボンブラックの添加量を２．０ｗｔ％以上とすると、管状ベルトの材料の強度低下が起きるため、カーボンブラックを添加しないポリイミド樹脂と同程度の引張強度（４００〜４５０Ｎ／ｍｍ^２）を保持できず、また、図１に示す定着装置の回転駆動において、管状ベルトの下層側内面と支持体との摩擦力で下層内面が磨耗し、長期に渡り通紙による耐磨耗性を確保することが困難となる。また、輻射吸収性を向上させるため、下層に２．０ｗｔ％以上のカーボンブラックを添加してもハロゲンランプからの輻射熱による温度上昇は飽和してしまうため効果が得られない。

また、カーボンブラックの添加量を１．２５ｗｔ％以下とすると、輻射吸収特性の効果が低下する。

一方、フッ素樹脂からなる表面層においては、輻射吸収特性を考えると、表面層のフィラーの添加量が多い方が熱吸収率は向上するが、カーボンブラックの添加量を２．０ｗｔ％以上とすると、フッ素樹脂の表面に亀裂が発生し易く、吸収されずに透過した下層からの輻射光はそのままその亀裂からフッ素樹脂表面まで透過し、表面層にて輻射光を十分に吸収することが出来ないという懸念がある。同時に、長期に渡る通紙による摩耗を考慮すると、過剰なカーボンブラックの添加は好ましくない。

しかし、出来るだけ輻射吸収性を確保するためには下層だけでなく表面層にも熱吸収性フィラーを添加した方がよい。この様な事情を鑑みると、下層のカーボンブラックの添加量（Ｘ）および表面層のカーボンブラックの添加量（Ｙ）が、それぞれ、１．０≦Ｘ≦２．０（ｗｔ％）、及び０．１＜Ｙ≦２．０（ｗｔ％）からなる層を具備する管状ベルトが最適であることが分かった。

以上より、本発明によれば、輻射吸収率や熱伝導率の向上を図りつつ摩耗や破損しにくい管状ベルト、未定着のトナー像の定着性が高い定着装置、および良好な画像形成が維持される画像形成装置を提供することができる。

したがって、長期に亘り紙しわや画像不良の発生が抑えられて高品質な画像が得られる。

特に、本発明の管状ベルトは、複写機、プリンタ等の画像形成装置に用いられる管状ベルトとして必要な機械的強度、耐摩耗性を確保した上で、高い熱吸収性と熱伝導性を有する。また、複写機、プリンタ等の定着速度の高速化が実現される。

なお、本発明の一実施形態である定着装置１０では、カラー用定着装置を例に挙げて説明したが、白黒用定着装置として用いても同様の効果が得られる。

本発明の一実施形態である定着装置を備えた画像形成装置の概略構成図である。 図１に示す定着装置の概略断面図である。 上述した本発明の一実施形態である管状ベルトの層構造を示す図である。 各実施例および比較例の表面層および下層におけるカーボンブラックの添加量を示す図である。 下層におけるカーボンブラックの添加量に対する引張破断強度を示す図である。 表面層におけるカーボンブラックの添加量に対する比磨耗量を示す図である。 下層におけるカーボンブラックの添加量に対する輻射吸収率の結果を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０ 定着装置
１１ ハロゲンランプ
１２ 支持体
１３ 管状ベルト
１３１ 表面層
１３２ 下層
１４ 加圧ロール
１５ 回転軸
１６ ニップ部
２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ トナー像形成部
２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ 感光体ローラ
２２Ｙ、２２Ｍ、２２Ｃ、２２Ｋ 帯電部
２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３Ｋ 露光部
２４Ｙ、２４Ｍ、２４Ｃ、２４Ｋ 現像部
２５Ｙ、２５Ｍ、２５Ｃ、２５Ｋ 一次転写ロール
２６Ｙ、２６Ｍ、２６Ｃ、２６Ｋ クリーニングブレード
３０ 中間転写ベルト
３１ 中間転写ベルトクリーナ
３２ 二次転写ロール
３３ テンションローラ
３４ 制御部
２００ 記録用紙

Claims (3)

1. 外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
   前記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えたことを特徴とする管状ベルト。
2. 外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
   前記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えた管状ベルト；
   前記管状ベルトによって囲まれた、輻射熱を発する熱源；
   前記管状ベルトの内周に接した支持体；および
   前記管状ベルトの外周に圧接して前記支持体との間に該管状ベルトを挟み込んだ、回転することで該管状ベルトを従動させる、該管状ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体が挿通されることで該記録媒体に該未定着トナー像を定着させる加圧ロール；
   を備えたことを特徴とする定着装置。
3. 外周面を構成する、輻射吸収性を有する粒子を２．０ｗｔ％未満含有する表面層と、
   前記表面層よりも内周側を構成する、輻射吸収性を有する粒子を含有する下層とを備えた管状ベルト；
   前記管状ベルトによって囲まれた、輻射熱を発する熱源；
   前記管状ベルトの内周に接した支持体；
   前記管状ベルトの外周に圧接して前記支持体との間に該管状ベルトを挟み込んだ、回転することで該管状ベルトを従動させる、該管状ベルトとの間に、未定着トナー像を担持した記録媒体が挿通されることで該記録媒体に該未定着トナー像を定着させる加圧ロール；および
   前記記録媒体上に前記未定着トナー像を形成するトナー像形成部；
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
   
   

Images