JP2009092785A - 発熱定着ベルト及び画像定着装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発熱定着ベルトは抵抗発熱体層に給電するための一対の電極を備え、前記電極は、導電性粒子と金属補足剤とポリイミド前駆体溶液とを含有する導電性塗料をイミド転化した導電性塗料薄膜より成る電極である発熱定着ベルト。
【選択図】図1
Description
(式(1)中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つはS−H又はS−Mであり、Mは金属又は置換若しくは無置換のアンモニウムである)
(式(2)中、R5、R6及びR7のうち少なくとも1つはS−H又はS−Mであり、Mは金属又は置換若しくは無置換のアンモニウムである)
なお、コア−シェル型導電性微粒子である場合、導電性塗料材料のコスト低減、あるいは軽量化を図ることができる。また、コア−シェル型導電性微粒子においてコア粒子は特に限定されるものではないが、コスト面及び耐熱性等の特性の面からカーボン、ガラス、セラミックスなどの無機粒子であることが好ましい。また、無機微粒子としては、鱗片状、針状、樹脂状など任意の形状のものを用いることができる。また、ポリイミド前駆体溶液に混合したときの分散性、安定性及び軽量化の面からは中空状、発泡状微粒子であるのがより好ましい。
(式(1)中、R1、R2、R3、R4のうち少なくとも1つが、SH又はSMを表し、Mは、金属又は、置換若しくは無置換のアンモニウムを表す。)
(式(2)中、R5、R6、R7のうち少なくとも1つが、SH又はSMを表し、Mは、金属又は、置換若しくは無置換のアンモニウムを表す。)
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。
(1)体積抵抗率は三菱化学製ロレスタ−GP MCP−T610を用いて、JIS K7194に準拠して測定した。
(2)可撓性
直径5mmの円柱に、導電性フイルム、又はカプトンフィルムやユーピレックスフィルムなどのフレキシブルな基板に形成した該導電性塗膜を巻きつけたとき、割れたり、クラックが生じたりするなどの不具合のない場合、○とした。割れたり、クラックが生じたりした場合、△とした。また、そもそも導電性塗膜が形成できない場合、×とした。なお、各実施例の評価結果は表1、表2、表3に示す。
平均粒子径3.1μm)4.07gを加え15分間攪拌した。次いで2.5gのN−メチル−2−ピロリドンに2−アミノ−1,3,5−トリアジン−4,6−ジチオール(ATDT)0.0019g(ポリイミド前駆体溶液の固形分に対して0.25重量%)を溶解させた溶液を加え8時間攪拌して、導電性塗料を得た。該導電性塗料をカプトンフィルム(デュポン製,厚さ2mil)上に流延して、120度C30分、200度C30分乾燥後、250度C30分、300度C30分、350度C30分、400度C60分順次焼成し、カプトンフィルム上に導電性塗膜を形成した。結果を表2に示す。
平均粒子径3.1μm)4.07gを加え15分間攪拌した。次いで2.5gのN−メチル−2−ピロリドンに2−メルカプトピリミジン(2MP)0.0019g(ポリイミド前駆体溶液の固形分に対して0.25重量%)を溶解させた溶液を加え8時間攪拌して、導電性塗料を得た。該導電性塗料を実施例22と同様に成膜、熱処理し、カプトンフィルム上に導電性塗膜を形成した。結果を表2に示す。
平均粒子径3.1μm)4.71gを加え15分間攪拌した。次いで2.5gのN−メチル−2−ピロリドンに2−メルカプトピリミジン(2MP)0.0022g(ポリイミド前駆体溶液の固形分に対して0.25重量%)を溶解させた溶液を加え8時間攪拌して、導電性塗料を得た。該導電性塗料を実施例22と同様に成膜、熱処理し、カプトンフィルム上に導電性塗膜を形成した。結果を表2に示す。
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ポイズの抵抗発熱体層組成物を調製した。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。
第1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)固形分濃度は17.5wt%、粘度(23度C、B型粘度計による)850ポイズを用意した。
第2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20wt%混合して絶縁層用ポリイミド前駆体溶液を調製した。23度C、B型粘度計による粘度は880ポイズに調製した。
外径が30mm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7に示す浸漬キャスティング方法により、(2)項で調製した第1絶縁層用ポリイミド前駆体溶液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、その後リング状ダイス62を金型61の上部から挿入して走行させ、イミド転化後の厚みが70μmになるように金型61の外側に第1絶縁層キャスト膜63を形成した。
(5)抵抗発熱体層の成形
次に、(4)項の半硬化第1絶縁層ベルトが成形された金型を(1)項で調製した発熱層用導電組成物中に浸漬し、図7の浸漬キャスティング方法でイミド転化後の厚みが35μmになるようにリング状ダイスでキャスティング成形した。次いで、第1絶縁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、絶縁層の外面に半硬化状態導電性層が積層された半硬化導電性層積層ベルトを得た。
次に、(5)項の半硬化導電性層積層ベルトの両端部をマスキングして(3)項で調製した第2絶縁層用ポリイミド前駆体溶液中に浸漬し、図7の浸漬キャスティング方法でイミド化後の厚みが15μmになるように半硬化第2絶縁層キャステト膜を成形した。次いで、抵抗発熱体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、半硬化導電性層積層の外面に半硬化状態の第2絶縁層が積層された半硬化第2絶縁層積層ベルトを得た。
(6)項で作製した半硬化第2絶縁層積層ベルトの両端部の導電性層が露出されている部分に実施例1で作成した導電性塗料を30μmの厚みに成形し乾燥炉で120度C30分、200度C30分乾燥、次いで250度C30分加熱して半硬化導電性塗料薄膜電極成形ベルトを得た。
(7)項で作製した半硬化導電性塗料薄膜成形ベルトの電極露出部をマスキングしてフッ素樹脂プライマー液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、150度Cの温度で20分間乾燥して再び常温まで冷却しプライマー成形ベルトを得た。
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、(8)項においてフッ素樹脂プライマー液を塗布されたプライマー成形ベルトの下部のみマスキングし、上部はプライマー層が塗布されている位置まで浸漬し、その後所定の速度で引き上げ、PTFEディスパーションを15μmの厚みにコーティングしフッ素樹脂塗布ベルトを得た。その後、このフッ素樹脂塗布ベルトのマスキングを外し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、半硬化状態の抵抗発熱体層、第1、第2絶縁層及び導電性塗料薄膜電極のイミド化を同時に完結し、離型層積層ベルトを得た。
(10−1)体積抵抗率の測定
発熱定着ベルトを両端の電極部長さ各25mmを含む全長285mm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は36×10-4Ωcmであった。
発熱定着ベルト両端に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。給電端子は、発熱定着ベルトの両端の導電性塗料薄膜電極にクリップ固定した。図5に示されるように、電源51には可変電圧調整器52を接続し、その電源から電圧を設定しながら導電性塗料薄膜電極5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。
発熱定着ベルトを図4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、通紙テストをおこなったところ、電源投入から瞬時に定着ができ鮮明な定着画像が得られた。また、電極部でも磨耗や接触不良もなく安定した給電ができた。
(1)発熱ベルト中間体の作製
実施例36の(7)項で作製した半硬化導電性塗料薄膜電極成形ベルトをさらに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の導電性塗料薄膜電極成形ベルトを得た。但し、導電性塗料は実施例23で作製した塗料を用いた。
発熱定着ベルト中間体の導電性塗料薄膜電極成形ベルトの抵抗発熱体の露出部分をマスキングし第2絶縁層の表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を塗布した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300μmの厚みで塗布した。その後、150度Cの温度で10分間一次加硫を行い、マスキングを外し、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300μm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定着ベルトを作製した。
(1)第1絶縁層の成形
実施例36の(4)項と同じ条件で半硬化第1絶縁層ベルトを得た。
次に、本実施例(1)項で作製した半硬化第1絶縁層ベルトの金型の下部から30mm部分の第1絶縁層を切り取り実施例36(5)項と同じ条件で半硬化導電性層積層ベルトを作製した。但し、半硬化第1絶縁層ベルト上部は金型に成形されている第1絶縁層の上端部よりも30mm長く抵抗発熱体層を成形した。すなわち第1絶縁層の両端部で各30mm長く成形した。
続いて、前記半硬化抵抗発熱体層積層ベルトの前面に実施例36の(6)項と同じ条件で塗布し半硬化第2絶縁層積層ベルトを得た。
前(3)項の半硬化抵抗発熱体層積層ベルトの表面全体に実施例36(8)項及び(9)項と同じ条件でこの順番でフッ素樹脂プライマー成形及び離型層の成形を行い、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、冷却後金型から脱型して離型層積層ベルトを得た。
前(4)項で作製した離型層積層ベルトの内側の両端部で抵抗発熱体層が露出されている部分に実施例2で作成した導電性塗料を25μmの厚みに塗布成形し乾燥炉で120度C30分、200度C30分乾燥後、次いで金型に挿入し250度C30分、300度C30分、350度C30分順次加熱してイミド転化して発熱定着ベルトを得た。
2、22、34 抵抗発熱体層
3,23 第2絶縁層
4 離型層
5 25 導電性塗料薄膜電極
10,20、31 発熱定着ベルト
32 ベルト支持体
33 ロール給電端子
36 加圧ロール
35 ベルトガイド板
38、51電源
40 複写紙
41 未定着トナー像
N ニップ部
Claims (11)
- 少なくとも抵抗発熱体層と絶縁層と離型層とが積層された発熱定着ベルトであって、前記発熱定着ベルトは抵抗発熱体層に給電するための一対の電極を備え、前記電極は、導電性粒子と金属補足剤とポリイミド前駆体溶液とを含有する導電性塗料をイミド転化した導電性塗料薄膜より成る電極であることを特徴とする発熱定着ベルト。
- 前記導電性粒子は、コア粒子と、前記コア粒子を被覆する金属シェルとから形成される請求項1に記載の発熱定着ベルト。
- 前記コア粒子はカーボン、ガラス、セラミックスより成る群れから選ばれる少なくとも1つであり、前記金属シェルは銀より形成される請求項2に記載の発熱定着ベルト。
- 前記金属補足剤は下記化学式(1)で表されるピリミジンチオール化合物、下記化学式(2)で表されるトリアジンジチオール化合物及びメルカプト基を有するイミダゾール化合物から選ばれる少なくとも1つの化合物である請求項1〜3に記載の発熱定着ベルト。
(式(1)中、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つはS−H又はS−Mであり、Mは金属又は置換若しくは無置換のアンモニウムである)
(式(2)中、R5、R6及びR7のうち少なくとも1つはS−H又はS−Mであり、Mは金属又は置換若しくは無置換のアンモニウムである) - 前記メルカプト基を有するイミダゾール化合物は、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトイミダゾール、2−メルカプト−1−メチルイミダゾール、2−メルカプト−5−メチルイミダゾール、5−アミノ−2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプト−5−ニトロベンズイミダゾール、2−メルカプト−5−メトキシベンズイミダゾール及び2−メルカプトベンズイミダゾール−5−カルボン酸より成る群れから選ばれる少なくとも1つである請求項4に記載の発熱定着ベルト。
- 前記金属補足剤は前記ポリイミド前駆体溶液の固形分に対して0.01重量%以上10重量%以下添加されている請求項1〜5に記載の発熱定着ベルト。
- 前記ポリイミド前駆体溶液は、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溶液である請求項1〜6のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
- 前記抵抗発熱体層は、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つの導電性物質と、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が分散されているポリイミド樹脂からなる抵抗発熱体層である請求項1〜7のいずれか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1〜8のいずれか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1〜9のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
- 請求項1から10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の電極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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