JP2013037213A - 定着装置用発熱ベルトと画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粉体トナーを用いて形成されたトナー像を画像支持体に転写後、加熱定着する定着装置用発熱ベルトであって、下記1から3の形状を示す導電性繊維と、カーボンブラック又はカーボンナノファイバーとを発熱ベルト用耐熱性樹脂に含有させたことを特徴とする定着装置用発熱ベルト。
1.アスペクト比:0.025≦(A/B)≦0.25
2.導電性繊維の直径(A):0.5μm≦A≦30μm
3.導電性繊維の長さ(B):5.0μm≦B≦1000μm
【選択図】図1
Description
2.導電性繊維の直径(X):0.5μm≦X≦30μm
3.導電性繊維の長さ(Y):5.0μm≦Y≦1000μm
2.前記導電性繊維として黒鉛の繊維を用い、前記カーボンブラックとして、1次粒径15nm以上、50nm以下であり、前記発熱ベルト用耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂を用いることを特徴とする前記1に記載の定着装置用発熱ベルト。
(但し、両端間の抵抗値(R:Ω)、発熱層厚み(d:m)、円周方向長さ(W:m)、電極間の長さ(L:m)である。)
次ぎに図1から図3に示される発熱定着ベルトの製造方法に付き説明する。
1.発熱ベルトの低抵抗化が有効に出来、十分な性能を長期にわたって維持することが可能となった。
2.ウォーミングアップタイムが短くすることが可能となった。
3.ウォーミングアップタイムが短く、省エネルギー性能を有した画像形成装置の作製が可能となった。
(耐熱性樹脂)
本発明において、発熱層を形成するバインダー樹脂としては、所謂耐熱性樹脂を用い、一般的には短期的耐熱性が200℃以上、長期的耐熱性が150℃以上のものを耐熱性樹脂という。耐熱性樹脂の代表的なものとしては次ぎのものが挙げられる。例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PA)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂等。これらの中で特に好ましい耐熱性樹脂としては、ポリイミド樹脂が挙げられる。
ポリイミド樹脂は、通常、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アミド酸がイミド転化されてポリイミド樹脂を形成する。
ポリアミド酸の製造に用いられるジアミン化合物は、分子構造中に2つのアミノ基を有するジアミン化合物であれば特に限定されない。
ポリアミド酸の製造に用いられ得るテトラカルボン酸二無水物としては、特に制限はなく、芳香族系、脂肪族系いずれの化合物も使用できる。
導電性繊維とは、代表的には金、銀、鉄、アルミニウム等の純金属繊維、ステンレス、ニクロム等の合金繊維、或いは炭素、黒鉛などの非金属繊維であり、繊維とは細長い形状を有していることを示す呼称である。本発明では、特に好ましい導電性繊維として黒鉛繊維が挙げられる。
(カーボンブラック)
カーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等が挙げられる。これらの中でが好ましい。
カーボンナノ材料としては、カーボンナノファイバー、カーボンマイクロコイル、等が挙げられ、カーボンナノファイバーが特に好ましい。
弾性層としては、特に限定されるものではなく、任意のゴム材料、熱可塑性エラストマーを用いることが出来る。例えばスチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ハイスチレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IIR)、エチレン−プロピレン共重合体、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム(CR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム(ACM、ANM)、エピクロロヒドリンゴム及びノルボルネンゴム等から選ぶことが出来る。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
離形層形成用樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)より成る群から選択される少なくとも1つの樹脂あることが好ましい。
(導電性繊維及びカーボンブラック、カーボンナノファイバー分散ポリアミド酸溶液の調製)
ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸溶液(宇部興産社製 U−ワニスS301)100gに表1に示すフィラーを投入し、攪拌、混合はプライミックス社製TKホモディスパー2.5型を用い、5,000rpmで15分行った。なお、黒鉛繊維は特開2004−176236に記載の方法により作製し、直径及び長さの変更は、紡糸条件及び分級条件を変更することで行った。
準備した実施例1から20、比較例1から9の分散、混合液を図5に示す製造装置を使用し、塗布装置に装着したステンレス製の芯金に、厚さ0.8mmとなる様に以下に示す条件で塗布した後、回転速度40rpmで回転させながら、120℃で40分間加熱乾燥させた。その後、400℃で20分間加熱乾燥し発熱定着ベルトの発熱層を形成した。引き続き芯金を抜き取らないで給電用電極、弾性層、離形層を形成した。
ポリアミド酸溶液の温度:25℃
ノズルのポリアミド酸溶液吐出口の形状:円錐状ノズル
ノズルのポリアミド酸溶液吐出口の口径:2mm
ノズルのポリアミド酸溶液吐出口と芯金の周面までの距離:5mm
ノズルからのポリアミド酸溶液の吐出量:5ml/min
ノズルの芯金の回転軸方向への移動速度:1mm/sec
芯金の回転速度:40rpm
芯金の回転速度は、(株)小野測器製HT−4200製で測定した値を示す。
発熱層(ポリイミド樹脂)の両端周面に幅10mm、厚さ2mmの導電性テープCU−35C(3M(株)製)を1巻き貼着し給電用電極を形成した。
(弾性層形成用塗布液の調製)
シリコーンゴムKE1379(信越化学(株)製)の液状ゴム及びシリコーンゴムDY356013(東レダウコーニングシリコーン社製)の2液を予め2:1の割合で混合した組成物40gを弾性層形成用塗布液とした。粘度は東機産業(株)製TVB10形を使用し、温度25℃で測定し、50Pa・sであった。
図5に示す製造装置を使用し、ポリイミド前駆体被覆用塗布液に換えて、弾性層形成用塗布液を給電用電極の上を除いて発熱層の上に、以下に示す条件でポリイミド樹脂前駆体塗布液の塗布と同じ方法で弾性層形成用塗布液を塗布し、乾燥後の膜厚200μmの弾性層形成用塗膜を形成する。この後、芯金を回転速度40rpmで回転させながら、150℃で30分間一次加硫し、さらに200℃で4時間ポスト加硫を行い、発熱層の上に弾性層を形成した。
弾性層形成用塗布液の温度:25℃
ノズルの弾性層形成用塗布液吐出口の形状:円錐状ノズル
ノズルの弾性層形成用塗布液吐出口の口径:2mm
ノズルの弾性層形成用塗布液吐出口と発熱層の周面までの距離:5mm
ノズルからの弾性層形成用塗布液の吐出量:5ml/min
ノズルの芯金の回転軸方向への移動速度:1mm/sec
芯金の回転速度:40rpm
芯金の回転速度は、(株)小野測器製HT−4200製で測定した値を示す。
(離形層形成用塗布液の準備)
PTFE樹脂とPFA樹脂を7:3の割合で混合し、固形分濃度45%、粘度:110mPa・sに調整したフッ素樹脂ディスパーション(デュポン社製商品名“855−510”)を離形層形成用塗布液として準備した。
図5に示す製造装置を使用し、弾性層形成用塗布液に換えて、離形層形成用塗布液を給電用電極の上を除いて弾性層の上に、以下に示す条件で弾性層形成用塗布液の塗布と同じ方法で離形層形成用塗布液を塗布し、乾燥後の膜厚30μmの離形層形成用塗膜を形成する。この後、室温で30分間乾燥した後、芯金を回転速度(周速度)0.1m/secで回転させながら、230℃で30分間加熱し、さらに270℃で10分間加熱し、弾性層の上に離形層を形成した。
離形層形成用塗布液の温度:25℃
ノズルの離形層形成用塗布液吐出口の形状:円錐状ノズル
ノズルの離形層形成用塗布液吐出口の口径:2mm
ノズルの離形層形成用塗布液吐出口と発熱層の周面までの距離:5mm
ノズルからの離形層形成用塗布液の吐出量:5ml/min
ノズルの芯金の回転軸方向への移動速度:1mm/min
芯金の回転速度:40rpm
芯金の回転速度は、(株)小野測器製HT−4200製で測定した値を示す。
離形層を形成した後、芯金を冷却し抜き取ることで図3に示す構成(発熱層/弾性層/離形層)を有する表7に示す発熱定着ベルトを作製した。
作製した実施例1から20、比較例1から9のベルトを図2に示した画像形成装置に装填し図1に示す画像形成装置に組み込み、A4の画像支持体50万枚を1万枚毎に5分間中断しながら通紙し、抵抗率、昇温性、定着性、導電性繊維の酸化性に付き以下に示す方法で観察し、以下に示す評かランクに従って評価した結果を表1に示す。
抵抗は給電電極間の抵抗値を三菱化学アナリテック製ロレスタAX MCP−T370型で測定した。本発明に係る発熱定着ベルトにおいて、上記抵抗率の測定方法で測定した場合の好ましい抵抗率は7Ωから50Ωである。
昇温性とは、発熱層に10Vを印加したときの通電5秒後までの温度をサーモビューアで測定した。
◎:16℃/秒以上で極めて優秀
○:8℃/秒以上、16℃/秒未満
△:4℃/秒以上、8℃/秒未満実用可能なレベル
×:4℃/秒未満で、実用化には問題があるレベル
(定着性の測定方法)
定着性とは、粉体トナーを用いて形成されたトナー像を画像支持体に転写後、発熱ベルトにて加熱定着したときのトナー定着度合い。綿布パットを黒色トナーベタ画像に押し当て擦った時、綿布にトナーが移るか、又、トナーベタ画像を強く10回折り曲げたとき、折り目部の画像の状態を観察した。
○:擦ったとき、折り曲げたとき共に全く異常なし
△:擦ったとき、少し綿布がよごれるが、実用上問題なし
×:擦ったとき、綿布がよごれ、また、折り曲げにてトナーが浮き上がり、実用上問題がある
(耐久性の測定方法)
耐久性とは、画像支持体を通紙50万枚後の定着性を定着性の測定方法と同じ方法で測定し、定着性の評価ランクと同じ評価ランクで評価した。
7 無端ベルト状中間転写体形成ユニット
70 中間転写ベルト
24 定着装置
24a 発熱定着ベルト
24a1、24a2 給電用電極
24a3 発熱層
24a4、24a6 プライマー層
24a5 弾性層
24a7 離形層
9、9′ 製造工程
9A、9′A 発熱層形成工程
9a 溶解工程
9b、9′a 導電性物質分散工程
9′b 重縮合工程
9c、9′c 塗布・乾燥工程
9c1 塗布装置
9c11 保持部
9c12 塗布部
9c121 塗布手段
9c123 塗布液供給管
9c13 乾燥部
9c2 円筒状金型
9d、9′d 焼成工程
9B、9′B 弾性層形成工程
9C、9′C 離形層形成工程
Claims (5)
- 粉体トナーを用いて形成されたトナー像を画像支持体に転写後、加熱定着する定着装置用発熱ベルトであって、下記1から3の形状を示す導電性繊維と、カーボンブラック又はカーボンナノファイバーとを発熱ベルト用耐熱性樹脂に含有させたことを特徴とする定着装置用発熱ベルト。
1.アスペクト比:0.025≦(X/Y)≦0.25
2.導電性繊維の直径(X):0.5μm≦X≦30μm
3.導電性繊維の長さ(Y):5.0μm≦Y≦1000μm - 前記導電性繊維として黒鉛の繊維を用い、前記カーボンブラックとして、1次粒径15nm以上、50nm以下であり、前記発熱ベルト用耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂を用いることを特徴とする請求項1に記載の定着装置用発熱ベルト。
- 前記導電性繊維として黒鉛の繊維を用い、前記カーボンナノファイバーとして直径10nm以上、200nm以下、長さ0.5μm以上、20μm以下であり、前記発熱ベルト用耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の定着装置用発熱ベルト。
- 前記導電性繊維がポリイミド樹脂に対して、5.0体積%以上60体積%以下混合されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の定着装置用発熱ベルト。
- 電子写真感光体を一様帯電後、像露光手段、トナー現像手段を用いて形成したトナー画像を、画像支持体上に転写した後、加熱定着手段により定着する画像形成装置において、該加熱定着手段に請求項1から4の何れか1項に記載の定着装置用発熱ベルトを用いることを特徴とする画像形成装置。
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