JP2022178267A - 無端ベルト、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

無端ベルト、定着装置、及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトの提供。【解決手段】金属製基材と、前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、無端ベルト周方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上である耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルト。【選択図】図1

Description

本発明は、無端ベルト、定着装置、及び画像形成装置に関する。
特許文献1には、「可撓性を有する筒状のフィルムと、前記フィルムの内面と接触するニップ部形成部材と、前記フィルムを介して前記ニップ部形成部材と共にニップ部を形成する加圧部材と、を有し、トナー画像を担持する記録材を前記ニップ部で搬送しつつ加熱する像加熱装置において、前記フィルムの内面の前記ニップ部形成部材と摺動する領域にスキューネスRsk<0を満足する粗面部を有することを特徴とする像加熱装置。」が開示されている。
特許文献2には、「内面側がバックアップ部材に摺動しながら回転して記録材上のトナー像を加熱定着するのに用いられる定着ベルトであって、少なくとも、金属からなる円筒状基体と、前記円筒状基体の内周面側に形成され前記バックアップ部材に摺動する耐熱性樹脂からなる摺動層と、を有し、前記摺動層には形状異方性のフィラーが配合されており、前記フィラーのアスペクト比が5以上であり、前記フィラーの長さ方向が定着ベルトの長手方向に対してほぼ平行となるように配向していることを特徴とする定着ベルト。」が開示されている。
特許文献3には、「少なくとも表層、基層、内面層を備えるフィルム体と、前記フィルム体と圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、前記加圧ローラを回転させる駆動手段と、を有し、前記加圧ローラを回転させることによって前記フィルムを従動回転させるとともに、記録材を前記ニップ部で挟持搬送し加熱加圧する定着装置において、前記内面層が多孔質形状を有することを特徴とする定着装置。」が開示されている。
特開2012-198516号公報 特開2014-228729号公報 特開2019-028273号公報
無端ベルトは、例えば、定着装置の定着ベルトとして用いられる。定着装置では、例えば、無端ベルトの内周面側に押圧部材及び熱源が配置され、無端ベルトが内周面側から押圧及び加熱されながら回転する。このとき、無端ベルトの内周面は、押圧部材又は押圧部材と無端ベルトとの間に設けられた摺動部材と摺動するため、内周面における摺動抵抗が低減された無端ベルトが求められている。
金属製基材を用いた無端ベルトでは、例えば、無端ベルトの内周面における摺動性を高めるため、金属製基材の内周面に耐熱性樹脂層が設けられる。しかし、金属製基材の内周面に耐熱性樹脂層を設けると、無端ベルトの内周面における熱伝導性が低くなることがある。そして、無端ベルトの内周面における熱伝導性が低いと、無端ベルトの内部に配置された熱源から放出された熱が無端ベルトに蓄積しやすくなることがあり、また無端ベルトが定着温度に達するまでの時間が長くなることがある。
本発明の課題は、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が20%未満である、又は、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm未満若しくは1.2μm超え又は凹凸の平均間隔Smが10μm未満若しくは500μm超えである場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトを提供することである。
前記課題を解決するための具体的手段には、下記の態様が含まれる。
<1>
金属製基材と、
前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、無端ベルト周方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上である耐熱性樹脂層と、
を有する無端ベルト。
<2>
金属製基材と、
前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm以上1.2μm以下かつ凹凸の平均間隔Smが10μm以上500μm以下である耐熱性樹脂層と、
を有する無端ベルト。
<3>
前記熱伝導性フィラーが、炭素系フィラーである<1>又は<2>に記載の無端ベルト。
<4>
前記炭素系フィラーが、カーボンナノチューブである<3>に記載の無端ベルト。
<5>
前記金属製基材と前記熱伝導性フィラーとの熱伝導率比(金属製基材/熱伝導性フィラー)が、1/100以上1/3以下である<1>~<4>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
<6>
前記熱伝導性フィラーの熱伝導率が、200W/mK以上1500W/mK以下である<5>に記載の無端ベルト。
<7>
無端ベルト幅方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上80%以下である<1>~<6>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
<8>
前記耐熱性樹脂層の厚さが、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって漸次厚くなっている<1>~<7>のいずれか1つに記載の無端ベルト。
<9>
<1>~<8>のいずれか1つに記載の無端ベルトからなる第1回転体と、
前記第1回転体の外周面に接して配置される第2回転体と、
前記第1回転体の内部に配置され、前記第1回転体の内周面から前記第1回転体を前記第2回転体へ押圧する押圧部材と、
を備える定着装置。
<10>
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像を記録媒体に定着する<9>に記載の定着装置と、
を備える画像形成装置。
<1>に係る発明によれば、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が20%未満である場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<2>に係る発明によれば、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm未満若しくは1.2μm超え又は凹凸の平均間隔Smが10μm未満若しくは500μm超えである場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<3>に係る発明によれば、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の炭素系フィラーである熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が20%未満である、又は、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm未満若しくは1.2μm超え又は凹凸の平均間隔Smが10μm未満若しくは500μm超えである場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<4>に係る発明によれば、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上のカーボンナノチューブである熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が20%未満である、又は、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm未満若しくは1.2μm超え又は凹凸の平均間隔Smが10μm未満若しくは500μm超えである場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<5>に係る発明によれば、前記金属製基材と前記熱伝導性フィラーとの熱伝導率比が1/3超えである場合に比べ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<6>に係る発明によれば、熱伝導性フィラーの熱伝導率が200W/mK未満である場合に比べ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトが提供される。
<7>に係る発明によれば、無端ベルト幅方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が80%超えである場合に比べ、内周面における摺動抵抗が低減される無端ベルトが提供される。
<8>に係る発明によれば、耐熱性樹脂層の厚さが、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって一定である場合に比べ、回転時における幅方向のズレが抑制される無端ベルトが提供される。
<9>又は<10>に係る発明によれば、金属製基材と、金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含む耐熱性樹脂層と、を有する無端ベルトにおいて、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が20%未満である、又は、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm未満若しくは1.2μm超え又は凹凸の平均間隔Smが10μm未満若しくは500μm超えである無端ベルトを適用した場合に比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有する無端ベルトを適用した定着装置又は画像形成装置が提供される。
本実施形態に係る無端ベルトの層構成の一例を示す概略図である。 本実施形態に係る定着装置の構成の一例である第1の定着装置を示す概略図である。 本実施形態に係る定着装置の構成の他の例である第2の定着装置を示す概略図である。 本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。
[無端ベルト]
<第1の実施形態>
第1の実施形態に係る無端ベルトは、金属製基材と、前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、無端ベルト周方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上である耐熱性樹脂層と、を有する。以下、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの配向率を「配向率(周方向)A」ともいう。
前記の通り、金属製基材を用いた無端ベルトでは、例えば、無端ベルトの内周面における摺動性を高めるため、金属製基材の内周面に耐熱性樹脂層が設けられる。しかし、金属製基材の内周面に耐熱性樹脂層を設けると、無端ベルトの内周面における熱伝導性が低くなることがある。
無端ベルトの内周面における熱伝導性が低いと、熱が無端ベルトに蓄積しやすくなり、無端ベルトの幅方向における加熱幅よりも小さい幅の記録媒体(以下「小サイズ媒体」ともいう)への画像定着を連続で行うことが困難となることがある。具体的には、無端ベルトの幅方向のうち、小サイズ媒体が通過する領域では小サイズ媒体との接触によって熱が除去されやすくなるのに対し、小サイズ媒体が通過しない領域では熱が除去されず蓄積され、部分的に高温になることで、連続的な画像定着が困難となることがある。
また、無端ベルトの内周面における熱伝導性が低いと、無端ベルトが定着温度に達するまでに必要な熱量が多くなり、定着装置のウォームアップ時間が長くなることがある。
これに対して、第1の実施形態では、金属製基材の内周面上に最内層として設けられる耐熱性樹脂層が、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、配向率(周方向)Aが20%以上である。
そのため、一方向に配向した熱伝導性フィラーを耐熱性樹脂層が含むことで、熱伝導性フィラーを含まない耐熱性樹脂層に比べて、耐熱性樹脂層の熱伝導性が向上する。つまり、無端ベルトの内周面における熱伝導性が向上する。その結果、小サイズ媒体への画像定着を連続で行うことによる部分的な温度上昇が抑制され、かつ、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
加えて、無端ベルト周方向に配向した熱伝導性フィラーを耐熱性樹脂層が含むことで、熱伝導性フィラーが無端ベルト幅方向に配向する場合、及び熱伝導性フィラーを含まない場合に比べ、無端ベルトの内周面における摺動抵抗が低減される。その理由は定かではないが、熱伝導性フィラーに起因する耐熱性樹脂層の内周面における凹凸が、無端ベルト周方向に沿ったものとなり、無端ベルト回転時に耐熱性樹脂層の内周面に対する押圧部材又は摺動部材の接触状態が安定することで、摺動抵抗が低減されるものと推測される。
無端ベルトの内周面における摺動抵抗が高いと、無端ベルトの回転負荷の上昇、無端ベルトの回転時における幅方向におけるズレ(つまり無端ベルトの蛇行)、異音の発生等が起こることがある。しかし、前記の通り第1の実施形態では、無端ベルトの内周面における摺動抵抗が低減されるため、無端ベルトの回転負荷の上昇、無端ベルトの幅方向におけるズレ、異音の発生等も抑制される。
以上の理由により、第1実施形態の無端ベルトは、内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を有すると推測される。
<第2の実施形態>
第2の実施形態に係る無端ベルトは、金属製基材と、前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm以上1.2μm以下かつ凹凸の平均間隔Smが10μm以上500μm以下である耐熱性樹脂層と、を有する。
前記の通り、金属製基材を用いた無端ベルトの内周面における摺動性を高めるため、金属製基材の内周面に耐熱性樹脂層を設けると、無端ベルトの内周面における熱伝導性が低くなることがある。
これに対して、第2の実施形態では、最内層である耐熱性樹脂層が、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm以上1.2μm以下かつ凹凸の平均間隔Smが10μm以上500μm以下である。
そのため、熱伝導性フィラーを耐熱性樹脂層が含むことで、熱伝導性フィラーを含まない耐熱性樹脂層に比べて、耐熱性樹脂層の熱伝導性が向上する。つまり、無端ベルトの内周面における熱伝導性が向上する。その結果、小サイズ媒体への画像定着を連続で行うことによる部分的な温度上昇が抑制され、かつ、定着装置のウォームアップ時間も短縮される。
加えて、耐熱性樹脂層の内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm以上1.2μm以下かつ凹凸の平均間隔Smが10μm以上500μm以下であるため、上記算術平均粗さRa及び凹凸の平均間隔Smが上記範囲から外れる場合に比べ、無端ベルトの内周面における摺動抵抗が低減される。その理由は定かではないが、耐熱性樹脂層の内周面が無端ベルト幅方向に適度な間隔で適度な凹凸を有することにより、無端ベルト回転時に耐熱性樹脂層の内周面に対する押圧部材又は摺動部材の接触状態が安定することで、摺動抵抗が低減されるものと推測される。そして、摺動抵抗が低減されることで、無端ベルトの回転負荷の上昇、無端ベルトの幅方向におけるズレ、異音の発生等も抑制される。
以上の理由により、第2実施形態の無端ベルトは、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性を有すると推測される。
以下、第1の実施形態に係る無端ベルト及び第2の実施形態に係る無端ベルトのいずれにも該当する無端ベルトを「本実施形態に係る無端ベルト」と称して説明する。ただし、本発明の無端ベルトの一例は、第1の実施形態に係る無端ベルト及び第2の実施形態に係る無端ベルトの少なくとも一方に該当する無端ベルトであればよい。
以下、本実施形態に係る無端ベルトについて、図面を参照して説明する。
以下の説明では、金属製基材と、金属製基材の内周面上に設けられた耐熱性樹脂層と、金属製基材の外周面上に設けられた弾性層と、弾性層の外周面上に設けられた離型層と、を有する無端ベルトを例に挙げて説明する。
図1は、本実施形態に係る無端ベルトの層構成の一例を概略的に示している。図1に示す無端ベルト110は、金属製基材120と、金属製基材120の内周面上に設けられた耐熱性樹脂層130と、金属製基材120の外周面上に設けられた弾性層140と、弾性層140の外周面上に設けられた離型層150と、を有する。
なお、図1では、金属製基材120と、耐熱性樹脂層130と、弾性層140と、離型層150と、を有する無端ベルトを例に挙げて説明したが、本実施形態に係る無端ベルトは、上記構成に限定されるものではない。本実施形態に係る無端ベルトは、少なくとも金属製基材と耐熱性樹脂層とを有し、耐熱性樹脂層が最内層である無端ベルトであればよく、例えば離型層を有さない無端ベルトであってもよく、その他の層をさらに有する無端ベルトであってもよい。その他の層としては、例えば、金属製基材と耐熱性樹脂層との間、金属製基材と弾性層との間等に設けられる接着層などが挙げられる。
以下、本実施形態に係る摺動部材を構成する各層について、具体的に説明する。なお、以下の説明において、符号は省略して説明する。
<金属製基材>
金属製基材は、金属材料で構成された無端状の基材であればよく、とくに限定されるものではない。
金属材料としては、例えば、SUS、ニッケル、銅、アルミニウム等の各種金属が挙げられ、これらの中でも、熱伝導と強度の観点からSUS、ニッケル(電鋳)が好ましい。
金属製基材の厚さは、特に限定されるものではなく、機械的強度を有するとともに柔軟性を確保する観点から、20μm以上200μm以下が好ましく、より好ましくは30μm以上150μm以下であり、さらに好ましくは40μm以上130μm以下であり、特に好ましくは40μm以上100μm以下である。
なお、基材の厚さは、機械的強度の観点から、軸方向(つまり無端ベルト幅方向)に沿って変わらないことが好ましい。
<耐熱性樹脂層>
耐熱性樹脂層は、金属製基材の内周面上に設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含む層である。耐熱性樹脂層は、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーの他に、必要に応じてその他の添加剤を含んでもよい。
耐熱性樹脂層は、金属製基材の内周面上に直接設けられてもよく、接着層等の他の層を介して設けられてもよい。無端ベルトの厚さ方向における高い熱伝導性を得る観点からは、耐熱性樹脂層が金属製基材の内周面上に直接設けられていることが好ましい。また、耐熱性樹脂層が他の層を介して設けられる場合、前記他の層は、高い熱伝導性を有する(例えば150℃における熱伝導率が20W/mK以上である)層であることが好ましい。
ここで、耐熱性とは、定着装置の昇温温度(例えば230℃。連続幅狭用紙を通紙した場合、非通紙部は用紙に熱を奪われない為、大きく温度が上昇し、230℃程度まで達することがある。)に達しても、溶けたり分解したりしない特性を意味する。
(樹脂)
耐熱性樹脂層に含まれる樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)ポリサルフォン、フッ素樹脂、フッ化ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性樹脂層に含まれる樹脂は、耐熱性の観点から、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の耐熱性樹脂であることが好ましい。耐熱性樹脂層は、1種の樹脂のみを含んでもよく、2種以上の樹脂を含んでもよい。
以下、樹脂の一例として、ポリイミド及びポリイミドアミドについて説明する。
-ポリアミドイミド-
ポリアミドイミドは、繰り返し単位にイミド結合とアミド結合とを有する樹脂であれば特に制限はない。
より具体的には、ポリアミドイミドは、酸無水物基を有する3価のカルボン酸化合物(トリカルボン酸ともいう)と、ジイソシアネート化合物又はジアミン化合物との重合体が挙げられる。
トリカルボン酸としては、トリメリット酸無水物及びその誘導体が好ましい。トリカルボン酸の他に、テトラカルボン酸二無水物、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸などを併用してもよい。
ジイソシアネート化合物としては、3,3’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、2,2’-ジメチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、ビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、ビフェニル-3,3’-ジイソシアネート、ビフェニル-3,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジエチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、2,2’-ジエチルビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジメトキシビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、2,2’-ジメトキシビフェニル-4,4’-ジイソシアネート、ナフタレン-1,5-ジイソシアネート、ナフタレン-2,6-ジイソシアネート等が挙げられる。
ジアミン化合物としては、上記のイソシアネートと同様の構造を有し、イソシアナト基の代わりにアミノ基を有する化合物が挙げられる。
-ポリイミド-
ポリイミドとしては、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との重合体であるポリアミック酸(ポリイミドの前駆体)のイミド化物が挙げられる。
ポリイミドの原料として用いるテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)スルホン酸二無水物、ペリレン-3,4,9,10-テトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、エチレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
ポリイミドの原料として用いるジアミン化合物の具体例としては、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジクロロベンジジン、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、1,5-ジアミノナフタレン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,3’-ジメチル4,4’-ビフェニルジアミン、ベンジジン、3,3’-ジメチルベンジジン、3,3’-ジメトキシベンジジン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルプロパン、2,4-ビス(β-アミノ第三ブチル)トルエン、ビス(p-β-アミノ-第三ブチルフェニル)エーテル、ビス(p-β-メチル-δ-アミノフェニル)ベンゼン、ビス-p-(1,1-ジメチル-5-アミノ-ペンチル)ベンゼン、1-イソプロピル-2,4-m-フェニレンジアミン、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン、ジ(p-アミノシクロヘキシル)メタン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ジアミノプロピルテトラメチレン、3-メチルヘプタメチレンジアミン、4,4-ジメチルヘプタメチレンジアミン、2,11-ジアミノドデカン、1,2-ビス-3-アミノプロボキシエタン、2,2-ジメチルプロピレンジアミン、3-メトキシヘキサメチレンジアミン、2,5-ジメチルヘプタメチレンジアミン、3-メチルヘプタメチレンジアミン、5-メチルノナメチレンジアミン、2,17-ジアミノエイコサデカン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,10-ジアミノ-1,10-ジメチルデカン、12-ジアミノオクタデカン、2,2-ビス〔4-(4-アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、ピペラジン、HN(CHO(CHO(CH)NH、HN(CHS(CHNH、HN(CHN(CH(CHNH等が挙げられる。
(熱伝導性フィラー)
耐熱性樹脂層に含まれる熱伝導性フィラーは、アスペクト比20以上の熱伝導性フィラーであればよく、特に限定されるものではない。
熱伝導性フィラーとしては、例えば、150℃における熱伝導率が20W/mK以上のフィラーが挙げられる。以下、150℃における熱伝導率を単に「熱伝導率」ともいう。
また、アスペクト比20以上の熱伝導性フィラーの具体例としては、例えば、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素系フィラーなどが挙げられる。これらの中でも、無端ベルトの高い熱伝導性を得る観点から、カーボンナノチューブであることが好ましい。カーボンナノチューブは、単層型カーボンナノチューブであってもよく、多層型カーボンナノチューブであってもよい。また、熱伝導性フィラーとして、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
熱伝導性フィラーのアスペクト比は、20以上であれば特に限定されるものではない。
ここで、熱伝導性フィラーのアスペクト比は、熱伝導性フィラーが繊維状である場合、熱伝導性フィラーの長さを、熱伝導性フィラーの長径(幅)で除したものを意味する。
熱伝導性フィラーのアスペクト比は、熱伝導性フィラーの配向による効果を得る観点から、20以上であることが好ましく、25以上であることがより好ましく、35以上であることがさらに好ましい。また、熱伝導性フィラーのアスペクト比は、靭性の観点から、100以下であることが好ましく、80以下であることがより好ましく、60以下であることがさらに好ましい。
熱伝導性フィラーがカーボンナノチューブである場合、カーボンナノチューブの平均外径は、樹脂中への分散性の観点から、0.005μm以上2μm以下であることが好ましく、0.01μm以上1.5μm以下であることがより好ましく、0.02μm以上1.0μm以下であることが更に好ましく、0.05μm以上0.5μm以下であることが特に好ましい。
カーボンナノチューブの平均外径は、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、耐熱性樹脂層の平均厚さの10倍以上300倍以下であることが好ましく、20倍以上250倍以下であることがより好ましく、30倍以上200倍以下であることがさらに好ましい。
また、熱伝導性フィラーがカーボンナノチューブである場合、カーボンナノチューブの平均長さは、カーボンナノチューブ(CNT)を含む層への靭性の観点から、0.5μm以上100μm以下であることが好ましく、1μm以上60μm以下であることがより好ましく、2μm以上20μm以下であることが更に好ましく、3μm以上10μm以下であることが特に好ましい。
熱伝導性フィラーのアスペクト比、並びにカーボンナノチューブの平均外径及び平均長さは、対象となる熱伝導性フィラー100個以上を光学顕微鏡により観察し、得られた画像から求め、算術平均した値とする。耐熱性樹脂層に含まれる熱伝導性フィラーのアスペクト比等を測定する場合は、耐熱性樹脂層の表面を光学顕微鏡により観察してもよく、耐熱性樹脂層に含まれる樹脂を溶剤で溶かし、残った熱伝導性フィラーについて光学顕微鏡による観察を行ってもよい。
熱伝導性フィラーの熱伝導率は、無端ベルトの内周面における高い熱伝導性を得る観点から、50W/mK以上であることが好ましく、100W/mK以上であることがより好ましい。熱伝導性フィラーの熱伝導率の上限値は特に限定されるものではない。熱伝導性フィラーの熱伝導率は、3000W/mK以下であってもよい。
熱伝導性フィラーの熱伝導率の測定は、例えば、熱伝導率測定機(株式会社アイフェイズ製のai-Phase Mobile)を用いて測定される。耐熱性樹脂層に含まれる熱伝導性フィラーの熱伝導率を測定する場合は、例えば、耐熱性樹脂層に含まれる樹脂を溶剤で溶かし、残った熱伝導性フィラーについて上記測定を行う。
金属製基材と熱伝導性フィラーとの熱伝導率比(金属製基材/熱伝導性フィラー)、つまり、熱伝導性フィラーの熱伝導率に対する金属製基材の熱伝導率の比は、無端ベルトの内周面における高い熱伝導性を得る観点から、1/100以上1/3以下であることが好ましく、1/80以上1/4以下であることがより好ましく、1/60以上1/6以下であることがさらに好ましい。
熱伝導率比(金属製基材/熱伝導性フィラー)が上記範囲であることにより、上記範囲よりも大きい場合に比べて、熱伝導性フィラーの熱伝導率が高いため、無端ベルトの内周面における熱伝導性も高くなりやすくなる。また、熱伝導率比(金属製基材/熱伝導性フィラー)が上記範囲であることにより、上記範囲よりも小さい場合に比べて、摺動維持性が高くなりやすくなる。
なお、金属製基材の熱伝導率の測定も、前記熱伝導性フィラーの熱伝導率の測定と同様の方法で行われる。
耐熱性樹脂層に含まれる熱伝導性フィラーの含有量は、特に制限されるものではなく、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、耐熱性樹脂層に含まれる樹脂100質量部に対し、5質量部以上30質量部以下であることが好ましく、8質量部以上25質量部以下であることがより好ましく、10質量部以上20質量部以下であることが更に好ましい。
(配向率)
熱伝導性フィラーは、配向率(周方向)Aが20%以上となるように耐熱性樹脂層中に含まれている。
ここで、配向率(周方向)Aは、熱伝導性フィラーの全数をN、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの長径方向の傾きθが-30°≦θ≦30°となる熱伝導性フィラーの個数をN’としたとき、下記式で表される。
式:A=(N’/N)×100
なお、熱伝導性フィラーがカーボンナノチューブである場合、上記熱伝導性フィラーの長径方向は、カーボンナノチューブの長さ方向を意味する。
配向率(周方向)Aは、20%以上であり、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、40%以上であることが特に好ましい。配向率(周方向)Aの上限値は特に限定されるものではなく、100%であってもよく、80%以下であってもよく、75%以下であってもよく、70%以下であってもよい。
熱伝導性フィラーは、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、無端ベルト幅方向に対する熱伝導性フィラーの配向率が、20%以上80%以下であることが好ましく、25%以上75%以下であることがより好ましく、30%以上70%以下であることがさらに好ましい。以下、無端ベルト幅方向に対する熱伝導性フィラーの配向率を、「配向率(幅方向)B」ともいう。
配向率(幅方向)Bが上記範囲であることにより、上記範囲よりも大きい場合に比べて摺動性に優れ、上記範囲よりも小さい場合に比べて軸方向強度に優れる。
なお、上記無端ベルト幅方向とは、無端ベルトの回転軸方向を意味する。
また、配向率(幅方向)Bは、熱伝導性フィラーの全数をN、無端ベルト幅方向に対する熱伝導性フィラーの長径方向の傾きθ’が-30°≦θ’≦30°となる熱伝導性フィラーの個数をN’’としたとき、下記式で表される。
式:B=(N’’/N)×100
なお、配向率(幅方向)Bに対する配向率(周方向)Aの比A/Bは、1.0以上であることが好ましい。
上記比A/Bが上記範囲であることにより、上記範囲よりも小さい場合に比べ、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性が得られる
前記配向率(周方向)A及び配向率(幅方向)Bは、以下の方法により測定される。
具体的には、耐熱性樹脂層における無端ベルト幅方向の一端から他端まで等間隔に10箇所について、耐熱性樹脂層の内周面を光学顕微鏡により観察し、50個以上の熱伝導性フィラーについて、熱伝導性フィラーの全数N、無端ベルト周方向に対する熱伝導性フィラーの長径方向の傾きθが-30°≦θ≦30°となる熱伝導性フィラーの個数N’、及び無端ベルト幅方向に対する熱伝導性フィラーの長径方向の傾きθ’が-30°≦θ’≦30°を計数し、前記配向率(周方向)A及び配向率(幅方向)Bを算出する。
前記配向率(周方向)A及び配向率(幅方向)Bを前記範囲内に制御する方法としては、例えば、らせん塗布法を用いて耐熱性樹脂層を形成し、かつ、塗布条件を調整する方法が挙げられる。らせん塗布法では、例えば、金属製基体を回転させながら、かつ、耐熱性樹脂層形成用塗布液を金属製基体の内周面に吐出する吐出部を金属製基体の回転軸方向(つまり無端ベルトの幅方向)の一端から他端まで移動させながら、金属製基体の内周面に耐熱性樹脂層形成用塗布液を吐出することで塗布する。そして、金属製基体の回転速度、金属製基体の回転軸方向における吐出部の移動速度、及び単位時間あたりにおける耐熱性樹脂層形成用塗布液の吐出量を調整することで、前記配向率(周方向)A及び配向率(幅方向)Bが制御される。
(耐熱性樹脂層の形成方法)
耐熱性樹脂層の形成は、例えば、加熱によって耐熱性樹脂層となる耐熱性樹脂層形成用塗布液を準備する塗布液準備工程と、金属製基体の内周面に耐熱性樹脂層形成用塗布液を塗布して塗膜を形成する塗布工程と、塗膜を加熱する加熱工程と、を経る方法が挙げられる。
なお、加熱工程では、例えば、異なる温度で加熱を行う複数の工程が含まれていてもよい。具体的には、例えば、塗膜を乾燥させる(つまり、塗膜中の溶媒を除去する)乾燥工程と、乾燥された塗膜を乾燥工程よりも高い温度で加熱して焼成する焼成工程と、を含む加熱工程であってもよい。
-塗布液準備工程-
塗布液準備工程では、加熱によって耐熱性樹脂層となる耐熱性樹脂層形成用塗布液を準備する。
耐熱性樹脂層形成用塗布液としては、例えば、溶媒と、樹脂の前駆体及び樹脂の少なくとも一方と、熱伝導性フィラーと、必要に応じてその他の添加剤と、を含むものが挙げられる。
溶媒としては、用いる樹脂の前駆体及び樹脂の少なくとも一方の種類等に応じて適宜選択されるが、具体的には、例えば、有機極性溶媒が挙げられる。
有機極性溶媒としては、例えば、具体的には、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒;N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒;N-メチル-2-ピロリドン、N-ビニル-2-ピロリドンなどのピロリドン系溶媒;フェノール、o-、m-、又はp-クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール、カテコールなどのフェノール系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル系溶媒;メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒;ブチルセロソルブ等のセロソルブ系;及びヘキサメチルホスホルアミド、γ-ブチロラクトンなどが挙げられる。
なお、溶媒は、1種のみを用いても、2種以上を併用してもよい。
耐熱性樹脂層形成用塗布液中における溶媒の含有量は、耐熱性樹脂層形成用塗布液全量に対し70質量%以上80質量%以下の範囲がよく、望ましくは76質量%以上78質量%以下である。
耐熱性樹脂層形成用塗布液の粘度(25℃での粘度)は、特に制限はないが、例えば、1Pa・s以上100Pa・s以下の範囲がよく、望ましくは3Pa・s以上50Pa・s以下の範囲である。
なお、塗布液の粘度は、25℃の環境下で、HAKKE社製定速粘度計PK100を用いて測定する。
耐熱性樹脂層形成用塗布液の調製は、例えば、熱伝導性フィラーを溶媒中に分散した溶液に樹脂の前駆体及び樹脂の少なくとも一方を溶解させてもよく、樹脂の前駆体及び樹脂の少なくとも一方を溶媒中に溶解した溶液に熱伝導性フィラーを分散させてもよい。
熱伝導性フィラーの分散方法としては、例えば、ボールミル、サンドミル、ビーズミル、ジェットミル(対向衝突型分散機)等、公知の方法が挙げられる。
-塗布工程-
塗布工程では、耐熱性樹脂層形成用塗布液を金属製基体の内周面に塗布して、塗膜を形成する。金属製基体の内周面に塗膜を形成する方法としては、例えば、らせん塗布法が挙げられる。
らせん塗布法は、具体的には、金属製基体の回転軸方向を水平に沿った方向として金属製基体を軸周りに回転させながら、耐熱性樹脂層形成用塗布液を吐出部から吐出して、金属製基体の内周面に塗布する。そして、金属製基体を回転させた状態で、吐出部を金属製基体の回転軸方向一端から他端に移動しつつ、吐出部から耐熱性樹脂層形成用塗布液を吐出する。それにより、金属製基体の内周面に螺旋状に耐熱性樹脂層形成用塗布液が塗布され塗膜が形成される。
-加熱工程-
加熱工程では、塗布工程で形成された塗膜を加熱することで、塗膜中の溶媒を除去し、耐熱性樹脂層を形成する。加熱工程では、例えば、金属製基体の回転軸方向一端から他端に向かって高温(加熱温度よりも高い温度)の気体を送り込んで金属製基体内周面上の塗膜を加熱する。
なお、加熱工程は、前記の通り、例えば、塗膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥された塗膜を加熱して焼成する焼成工程と、を含んでもよい。乾燥工程における加熱温度は、例えば120℃以上220℃以下が挙げられ、140℃以上210℃以下であることが好ましい。また、焼成工程における加熱温度は、例えば乾燥工程における加熱温度よりも高い温度が挙げられ、200℃以上300℃以下であることが好ましく、240℃以上280℃以下であることがより好ましい。
(厚さ及び特性)
耐熱性樹脂層の平均厚さは、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、1μm以上40μm以下であることが好ましく、3μm以上30μm以下であることがより好ましく、5μm以上20μm以下であることがさらに好ましい。
耐熱性樹脂層の平均厚さは、耐熱性樹脂層における無端ベルト幅方向の一端から他端まで等間隔に5点測定した値の平均値とする。なお、耐熱性樹脂層の厚さは、マイクロメータ等を用いて測定される。
耐熱性樹脂層の平均厚さは、無端ベルトの内周面における摺動抵抗を低減しつつ内周面における高い熱伝導性を得る観点から、金属製基体の厚さの0.01倍以上1倍以下であることが好ましく、0.05倍以上0.8倍以下であることがより好ましく、0.1倍以上0.4倍以下であることがさらに好ましい。
耐熱性樹脂層の厚さは、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって漸次厚くなっていることが好ましい。耐熱性樹脂層の厚さが端部に向かって厚くなることにより、無端ベルトの回転時に無端ベルトが幅方向にずれることが抑制され、無端ベルトの蛇行が起こりにくくなることで、記録媒体のしわの発生が抑制されると推測される。
無端ベルト幅方向端部における耐熱性樹脂層の厚さは、無端ベルトの幅方向におけるズレを抑制する観点から、無端ベルト幅方向中央部における耐熱性樹脂層の厚さの1倍以上3倍以下であることが好ましく、1倍以上2.5倍以下であることがより好ましい。なお、弾性層の厚さが、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって漸次厚くなっている場合は、耐熱性樹脂層の厚さが無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって厚くなっていなくてもよい。
耐熱性樹脂層の厚さを無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって漸次厚くする方法としては、例えば、らせん塗布法を用いて耐熱性樹脂層を形成し、かつ、塗布条件を調整する方法が挙げられる。具体的には、金属製基体の回転軸方向における吐出部の移動速度を無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって変える方法、単位時間あたりにおける耐熱性樹脂層形成用塗布液の吐出量を無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって変える方法等が挙げられる
耐熱性樹脂層の内周面における無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaは、0.01μm以上1.20μm以下であり、無端ベルトの内周面における摺動抵抗低減の観点から、0.05μm以上1.05μm以下であることが好ましく、0.1μm以上0.9μm以下であることがより好ましい。
耐熱性樹脂層の内周面における無端ベルト幅方向の凹凸の平均間隔Smは、10μm以上500μm以下であり、無端ベルトの内周面における摺動抵抗低減の観点から、20μm以上450μm以下であることが好ましく、30μm以上400μm以下であることがより好ましい。
ここで、算術平均粗さRa及び凹凸の平均間隔Smは、JIS B0601(1994)規格に基づいている。算術平均粗さRa及び凹凸の平均間隔Smの測定装置は、東京精密社製SURFCOMを用い、測定長さ:4mm、カットオフ波長:0.8mm、カットオフ種別:ガウシアン、測定速度:0.3mm/sの条件で行う。
耐熱性樹脂層の内周面における無端ベルト幅方向の算術平均粗さRa及び凹凸の平均間隔Smをそれぞれ前記範囲とする方法としては、例えば、耐熱性樹脂層に含まれる熱伝導性フィラーの配向率(周方向)Aを20%以上とする方法等が挙げられる。
耐熱性樹脂層全体における熱伝導率は、0.6W/mK以上であることが好ましく、0.8W/mK以上であることがより好ましい。耐熱性樹脂層全体における熱伝導率の上限値は特に限定されるものではない。耐熱性樹脂層の内周面における熱伝導率は、2.5W/mK以下であってもよい。
なお、耐熱性樹脂層全体における熱伝導率の測定も、前記熱伝導性フィラーの熱伝導率の測定と同様の方法で行われる。ただし、耐熱性樹脂層全体における熱伝導率は、耐熱性樹脂層における無端ベルト幅方向の一端から他端まで等間隔に10箇所について測定を行った上で平均した値とする。
<弾性層>
弾性層は、必要に応じて金属製基材の外周面に設けられる層であり、弾性を有する層であればよく、特に限定されるものではない。弾性層は、無端ベルトを定着装置の定着ベルトとして用いる場合、定着ベルトへの外周側からの加圧に対して弾性を付与する観点で設けられる層であり、例えば、記録媒体上のトナー像の凹凸に追従して、定着ベルトの表面がトナー像に密着する役割を担う。
弾性層は、例えば、100Paの外力印加により変形させても、もとの形状に復元する弾性材料から構成されることがよい。
弾性層に用いられる弾性材料としては、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム等が挙げられる。弾性層の材質としては、耐熱性、熱伝導性、絶縁性等の観点から、シリコーンゴム及びフッ素ゴムが好ましく、シリコーンゴムがより好ましい。
シリコーンゴムとしては、例えば、RTVシリコーンゴム、HTVシリコーンゴム、液状シリコーンゴムなどが挙げられ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム(MQ)、メチルビニルシリコーンゴム(VMQ)、メチルフェニルシリコーンゴム(PMQ)、フルオロシリコーンゴム(FVMQ)等が挙げられる。
シリコーンゴムの市販品としては、例えば、ダウコーニング社製の液状シリコーンゴムSE6744等が挙げられる。
シリコーンゴムとしては、架橋形態として付加反応型を主とするものが好ましい。また、シリコーンゴムは様々な種類の官能基が知られており、メチル基を有するジメチルシリコーンゴム、メチル基とフェニル基を有するメチルフェニルシリコーンゴム、ビニル基を有するビニルシリコーンゴム(ビニル基含有シリコーンゴム)などが好ましい。なお、ビニル基を有するビニルシリコーンゴムがより好ましく、さらにビニル基を有するオルガノポリシロキサン構造とケイ素原子に結合する水素原子(SiH)を有するハイドロジェンオルガノポリシロキサン構造とを有するシリコーンゴムが好ましい。
フッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン/プロピレン系ゴム、四フッ化エチレン/パーフルオロメチルビニルエーテルゴム、フォスファゼン系ゴム、フルオロポリエーテル等が挙げられる。
フッ素ゴムの市販品としては、例えば、DuPont Dow elastmers社製のバイトンB-202等が挙げられる。
弾性層に用いられる弾性材料は、シリコーンゴムが主成分である(つまり質量比で50%以上含む)ことが好ましく、さらにその含有率は90質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることがさらに好ましい。
弾性層は、弾性材料のほか、補強、耐熱、及び伝熱等を目的として、無機系の充填剤を含んでもよい。無機系の充填剤としては、公知のものが挙げられ、例えば、煙霧状シリカ、結晶性シリカ、酸化鉄、アルミナ、金属珪素等が好ましく挙げられる。
無機系の充填剤の材質としては、上記のほか炭化物(例えば、カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンナノチューブ等)、酸化チタン、炭化ケイ素、タルク、マイカ、カオリン、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、酸化マグネシウム、黒鉛、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化セリウム、炭酸マグネシウム等の周知の無機フィラーが挙げられる。
これらの中でも、熱伝導性の点からは、窒化ケイ素、炭化ケイ素、黒鉛、窒化ホウ素、炭化物が好ましい。
弾性層における無機系の充填剤の含有量は、求められる熱伝導性、機械的強度等により決定されればよく、例えば、弾性層全体に対し1質量%以上20質量%以下が挙げられ、3質量%以上15質量%以下が好ましく、5質量%以上10質量%以下がより好ましい。
また、弾性層は、添加剤として、例えば、軟化剤(パラフィン系等)、加工助剤(ステアリン酸等)、老化防止剤(アミン系等)、加硫剤(硫黄、金属酸化物、過酸化物等)、機能性充填剤(アルミナ等)等を含んでいてもよい。
弾性層の厚さは、例えば、30μm以上600μm以下の範囲であることがよく、100μm以上500μm以下の範囲であることが好ましい。
なお、弾性層の厚さは、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって一定でもよく、中央部から端部に向かって漸次厚くなっていてもよい。
弾性層の形成は、公知の方法を適用すればよく、例えば、塗布法によって金属製基材の外周面上に形成すればよい。
弾性層の弾性材料としてシリコーンゴムを用いる場合、例えば、まず、加熱により硬化されてシリコーンゴムとなる液状シリコーンゴムを含む弾性層形成用塗布液を調製する。次に、金属製基材上に弾性層形成用塗布液を塗布(例えば、フローコート法(螺旋巻き塗布)による塗布)して弾性塗膜を形成し、例えば、必要に応じて弾性塗膜を加硫させることで、金属製基材上に弾性層が形成される。なお、加硫における加硫温度としては、例えば150℃以上250℃以下が挙げられ、加硫時間としては、例えば30分以上120分以下が挙げられる。
<離型層>
離型層は、必要に応じて弾性層の外周面に設けられる層であり、無端ベルトを定着装置の定着ベルトとして用いる場合、記録媒体と接触する側の面(外周面)に、定着時に溶融状態のトナー像が固着するのを抑制する役割を担う層である。
離型層は、例えば耐熱性や離型性が求められる。この観点から、離型層を構成する材料には耐熱性離型材料を用いることが好ましく、具体的にはフッ素ゴム、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、耐熱性離型材料としては、フッ素樹脂がよい。
フッ素樹脂として、具体的には、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)、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)、ポリエチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロ三フッ化エチレン(PCTFE)、フッ化ビニル(PVF)等が挙げられる。
離型層の弾性層側の面には表面処理を施してもよい。表面処理としては、湿式処理であっても乾式処理であってもよく、例えば、液体アンモニア処理、エキシマレーザ処理、プラズマ処理等が挙げられる。
離型層の厚さは、10μm以上100μm以下の範囲であることがよく、15μm以上50μm以下の範囲であることがより好ましい。
離型層の形成は公知の方法を適用すればよく、例えば塗布法によって形成すればよい。
また、離型層は、チューブ状の離型層を予め準備し、弾性層の外周上に被覆させることで、離型層を形成してもよい。
[定着装置]
本実施形態に係る定着装置は、前述の本実施形態に係る無端ベルトからなる第1回転体と、第1回転体の外周面に接して配置される第2回転体と、第1回転体の内部に配置され、第1回転体の内周面から第1回転体を第2回転体へ押圧する押圧部材と、を備える。
本実施形態に係る定着装置は、第1回転体の内部に配置される加熱源をさらに備えてもよい。
以下、本実施形態に係る定着装置の一例について、図面を用いて説明するが、これに限定されるものではない。
<第1の定着装置>
図2は、第1の定着装置の一例を示す概略構成図である。
図2に示す定着装置60は、前述の本実施形態に係る無端ベルトからなる定着ベルト62(第1回転体の一例)と、加圧ロール64(第2回転体の一例)と、加圧パッド66(押圧部材の一例)と、ハロゲンランプ68(加熱源の一例)と、反射板70と、を有している。
定着ベルト62と加圧ロール64との外周面は、互いに接触し、接触域Nを形成している。そして、定着ベルト62と加圧ロール64とは、共に回転して、接触域にて記録媒体を搬送する。
定着ベルト62は、定着ベルト62の軸方向両端部で、図示しない軸受により回転可能に支持されている。また、定着ベルト62の軸方向の一端部には、図示しない駆動伝達部材(ギア等)が嵌め込まれている。そして、定着ベルト62は、駆動伝達部材が図示しない駆動源(モータ等)により軸周りに回転されることに伴って、回転するようになっている。
加圧ロール64は、定着ベルト62の外周面に接触して設けられている。
加圧ロール64は、一例として、樹脂製又は金属製であり、円筒状又は円柱状に形成されている。加圧ロール64の外周面の一部は、図示しない軸受部材が弾性部材(バネ等)によって、定着ベルト62を介して加圧パッド66側に押し付けられている。それにより、加圧ロール64と定着ベルト62とは、接触域N(いわゆる、ニップ部)を形成している。すなわち、加圧ロール64は、接触域Nにおいて、加圧パッド66と共に、定着ベルト62を挟んで加圧する機能を有する。
加圧ロール64の軸方向両端部には、図示しない嵌込部材(キャップ等)が嵌め込まれており、加圧ロール64の径方向の外力に対する剛性が高められている。嵌込部材は、図示しない軸受部材によって軸回りに回転可能とされている。そして、加圧ロール64は、定着ベルト62が回転されることに伴って、従動回転するようになっている。それにより、接触域Nにて定着ベルト62と共に回転して記録媒体を搬送する。
なお、加圧ロール64の回転駆動により、定着ベルト62が従動回転する構成であってもよい。
加圧パッド66は、定着ベルト62の内周面側に設けられている。
加圧パッド66は、一例として、樹脂製又は金属製の柱状部材で構成されている。
加圧パッド66は、加圧ロール64が定着ベルト62を介して加圧パッド66側に押し付けられることにより、接触域Nにおいて、加圧ロール64と共に、定着ベルト62を挟んで加圧する機能を有する。
なお、弾性部材(バネ等)によって、定着ベルト62を介して加圧パッド66を加圧ロール64側に押し付ける態様であってもよい。つまり、加圧パッド66は、加圧ロール64から押し付けられて定着ベルト62を加圧する部材、又は、自身を加圧ロール64へ押し付けて定着ベルト62を加圧する部材のいずれの部材であってもよい。
また、加圧パッド66に代えて、ロール状の加圧部材を設ける態様であってもよい。
ハロゲンランプ68は、定着ベルト62の内周面に設けられている。具体的には、例えば、ハロゲンランプ68は、加圧パッド66を介して、接触域Nと対向して設けられている。そして、ハロゲンランプ68は、接触域Nを直接加熱する。
ハロゲンランプ68は、定着ベルト62の幅方向(ベルト回転軸方向)に沿って伸びた円管状のハロゲンランプからなる。ハロゲンランプ68は、熱容量の小さいフィラメントを熱源としているので、電源を入れてから迅速に熱の放射を開始する。
なお、ハロゲンランプ68に代えて、セラミックヒータ、コルツランプ等の公知の加熱源を備えた態様であってもよい。
反射板70は、定着ベルト62の内周面側に設けられている。具体的には、例えば、反射板70は、ハロゲンランプ68を介して、接触域Nに対向して設けられている。
反射板70は、一例として、板状の金属部材、又は、反射面に金属層を蒸着した板状の樹脂部材で構成されている。反射板70は、例えば、接触域N側が凹状となるように湾曲している。
反射板70は、ハロゲンランプ68からの輻射熱を接触域Nに向けて反射する機能を有している。
以上説明した定着装置60では、定着ベルト62と加圧ロール64とが回転し、定着ベルト62と加圧ロール64との接触域Nにおいて、記録媒体に形成されたトナー画像が加圧加熱されることで、記録媒体にトナー画像が定着される。
定着ベルト62は前述の本実施形態に係る無端ベルトであるため、定着ベルト62の熱伝導率が高く、かつ、定着ベルト62の内周面と加圧パッド66の摺動面との摺動抵抗が低減される。そのため、定着装置60のウォームアップ時間が短く、小サイズ媒体への画像定着を連続で行うことによる部分的な温度上昇が抑制され、定着ベルト62と加圧パッド66との摺動抵抗に起因する回転負荷上昇、定着ベルト62の蛇行、異音発生等が抑制される。
また、定着ベルト62は熱容量が小さく、ハロゲンランプ68は接触域Nを直接加熱しているので、接触域N以外の定着ベルト62の部位は冷却され易くなる。そのため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
また、ハロゲンランプ68は、熱容量の小さいフィラメントを熱源としているので、電源を入れてから迅速に熱の放射を開始する加熱源である。そのため、ハロゲンランプ68を適用すると、電源をオフにする時間を長くできるため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
また、反射板70を設けることで、接触域Nの加熱を迅速に行える。つまり、ハロゲンランプ68の電源をオフにする時間を長くできるため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
<第2の定着装置>
図3は、第2の定着装置の一例を示す概略構成図である。なお、第1の定着装置の部材と実質的に同一の機能を有する部材には、同じ符号を付与し、その説明を省略する。
図3に示す定着装置80は、前述の本実施形態に係る無端ベルトからなる定着ベルト62(第1回転体の一例)と、加圧ロール64(第2回転体の一例)と、記録媒体搬送ベルト72と、線状発熱体74(押圧部材及び加熱源の一例)と、パルス通電部74Aと、ヒートシンク76と、を備える。
定着ベルト62と加圧ロール64との外周面は、記録媒体搬送ベルト72を介して互いに接触し、接触域Nを形成している。そして、定着ベルト62と加圧ロール64とは、共に回転して、接触域にて記録媒体を搬送する。
なお、定着ベルト62と加圧ロール64との外周面が接触する接触域Nとは、記録媒体搬送ベルト72等の部材を介して接触した接触域Nも包含する。
定着ベルト62は、回転支持ロール62A、62B、62Cにより張力を付与されつつ、支持されている。3つの回転支持ロール62A、62B、62Cのうち、線状発熱体74の配置位置より定着ベルト62の回転方向下流側に向かって最初の回転支持ロール62Bを、定着ベルト62を回転駆動する駆動ロールとしている。
加圧ロール64は、記録媒体搬送ベルト72の内周面側に設けられている。加圧ロール64の外周面の一部は、図示しない軸受部材が弾性部材(バネ等)によって、定着ベルト62及び記録媒体搬送ベルト72を介して線状発熱体74側に押し付けられている。それにより、加圧ロール64と定着ベルト62とは、記録媒体搬送ベルト72を介して接触域N(いわゆる、ニップ部)を形成している。すなわち、加圧ロール64は、接触域Nにおいて、加圧パッド66と共に、定着ベルト62及び記録媒体搬送ベルト72を挟んで加圧する機能を有する。
記録媒体搬送ベルト72は、回転支持ロール72A、72B、72Cにより張力を付与されつつ、支持されている。記録媒体搬送ベルト72は、定着ベルト62の回転に伴い、従動回転する。
ここで、定着ベルト62を支持する回転支持ロール62A、62Bと、記録媒体搬送ベルト72を支持する回転支持ロール72A、72Bとは、各々、定着ベルト62及び記録媒体搬送ベルト72を介して対向して配置されている。つまり、定着ベルト62と記録媒体搬送ベルト72との互いの外周面は、回転支持ロール62A、72Aと回転支持ロール62B、72Bとの間で対面するように配置されている。
線状発熱体74は、定着ベルト62の内周面側に設けられている。具体的には、線状発熱体74は、接触域Nに対面して設けられている。そして、線状発熱体74は、接触域Nを直接加熱する。
線状発熱体74は、加圧ロール64が定着ベルト62及び記録媒体搬送ベルト72を介して線状発熱体74側に押し付けられることにより、接触域Nにおいて、加圧ロール64と共に、定着ベルト62を挟んで加圧する機能も有する。
線状発熱体74は、定着ベルト62の幅方向(無端ベルト回転軸方向)に沿って伸びた長尺状の部材からなる。線状発熱体74は、例えば、基板上に、熱源となる複数の発熱抵抗体を一列に配置した線状の発熱部を有する加熱源である。つまり、線状発熱体74は、ニクロム線からなる発熱体とは区別される発熱体である。線状発熱体74としては、サーマルヘッドなどが例示される。
パルス通電部74Aは、電源で構成され、線状発熱体74にパルス通電するために、線状発熱体74と電気的に接続されている。具体的には、パルス通電部74Aは、発熱抵抗体にパルス通電する。
パルス通電部74Aにより印加する通電パルスの形状は、矩形波、三角波、正弦波等の形状がある。なお、パルス間の通電はオフ状態にする必要はない。
なお、パルス通電部74Aは、制御部40と接続されている。そして、制御部40により、パルス通電部74Aを制御し、線状発熱体74にパルス通電する。
ヒートシンク76は、定着ベルト62の内周面に接触して設けられている。具体的には、例えば、ヒートシンク76は、接触域Nよりも定着ベルト62の回転方向下流側に設けられている。
ヒートシンク76は、加熱される接触域Nよりも定着ベルト62の回転方向下流側において、定着ベルト62の熱を吸熱し、放熱することで、定着ベルト62を冷却する。それにより、接触域Nでトナー画像を定着した後の定着画像を冷却する。
以上説明した定着装置80は、定着ベルト62と加圧ロール64との記録媒体搬送ベルト72を介した接触域Nにおいて、トナー画像が形成された記録媒体に加圧加熱されることで、記録媒体にトナー画像が定着される。その後、記録媒体上の定着画像は、ヒートシンク76により冷却された後、定着ベルト62から離間する。
定着ベルト62は前述の本実施形態に係る無端ベルトであるため、定着ベルト62の熱伝導率が高く、かつ、定着ベルト62の内周面と線状発熱体74の摺動面との摺動抵抗が低減される。そのため、定着装置60のウォームアップ時間が短く、小サイズ媒体への画像定着を連続で行うことによる部分的な温度上昇が抑制され、定着ベルト62と線状発熱体74との摺動抵抗に起因する回転負荷上昇、定着ベルト62の蛇行、異音発生等が抑制される。
そして、線状発熱体74により接触域Nを直接加熱しているので、接触域N以外の定着ベルト62の部位は、冷却され易くなる。そのため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
また、線状発熱体74は、例えば、サーマルヘッドのように、発熱領域を多数に分割可能であるため、発熱量が制御し易い。そのため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
また、パルス通電部74Aによる線状発熱体74の発熱は、パルス通電のパルス波形、パルス間隔等によって、線状発熱体74の温度制御が容易となる。そのため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
また、接触域Nで定着された定着画像は、ヒートシンク76により冷却された後(つまり、画像を構成する溶融後のトナーが固化した後)、定着ベルト62から離間する。そのため、ホットオフセットが抑制され易くなる。それに加え、ヒートシンク76により定着ベルト62も冷却されるため、オーバーシュートによるホットオフセットが抑制され易くなる。
なお、ヒートシンク76を設けず、定着画像が定着ベルト62から離間する位置に設けられた記録媒体搬送ベルト72を支持する回転支持ロール72Bを大径化し、大径化した回転支持ロール72Bを冷却部とした態様であってもよい。回転支持ロール72Bを大径化すると(具体的には、例えば、定着ベルト62を支持する回転支持ロール62Bよりも、回転支持ロール72Bを大径化すると)、回転支持ロール72Bにより記録媒体搬送ベルト72を介して定着画像が冷却される。
[画像形成装置]
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、帯電された像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着する前述の本実施形態に係る定着装置と、を備える。本実施形態に係る画像形成装置は、定着装置として、前述の第1の定着装置を用いている。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例について、図面を用いて説明するが、これに限定されるものではない。
図4は、本実施形態に係る画像形成装置の一例の構成を示した概略構成図である。
図4に示す画像形成装置100は、例えば、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式により各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kと、各画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kにより形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト15に順次転写(一次転写)させる一次転写部10と、中間転写ベルト15上に転写された重畳トナー像を記録媒体である用紙Kに一括転写(二次転写)させる二次転写部20と、二次転写された画像を用紙K上に定着させる定着装置60と、を備えている。また、画像形成装置100は、各装置(各部)との間で情報の授受を行って、各装置(各部)の動作を制御する制御部40を有している。
なお、中間転写ベルト15、一次転写部10、及び二次転写部20を有するユニットが、転写装置の一例に該当する。
画像形成装置100の各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、表面に形成されるトナー像を保持する像保持体の一例として、矢印A方向に回転する感光体11を備えている。
感光体11の周囲には、帯電装置の一例として、感光体11を帯電させる帯電器12が設けられ、潜像形成装置の一例として、感光体11上に静電荷像を書込むレーザ露光器13(図中露光ビームを符号Bmで示す)が設けられている。
また、感光体11の周囲には、現像装置の一例として、各色成分トナーが収容されて感光体11上の静電荷像をトナーにより可視像化する現像器14が設けられ、感光体11上に形成された各色成分トナー像を一次転写部10にて中間転写ベルト15に転写する一次転写ロール16が設けられている。
なお、上記の各色成分トナーの少なくとも1つとして、既述の特定トナーが用いられる。本実施形態では、各色成分トナーの全てが既述の特定トナーであることが好ましい。
さらに、感光体11の周囲には、感光体11上の残留トナーが除去される感光体クリーナ17が設けられ、帯電器12、レーザ露光器13、現像器14、一次転写ロール16及び感光体クリーナ17の電子写真用デバイスが感光体11の回転方向に沿って順次配設されている。これらの画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは、中間転写ベルト15の上流側から、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の順に、略直線状に配置されている。
中間転写ベルト15は、各種ロールによって図4に示すB方向に目的に合わせた速度で循環駆動(回転)されている。この各種ロールとして、モータ(不図示)により駆動されて中間転写ベルト15を回転させる駆動ロール31、各感光体11の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト15を支持する支持ロール32、中間転写ベルト15に対して張力を与えると共に中間転写ベルト15の蛇行を抑制する補正ロールとして機能する張力付与ロール33、二次転写部20に設けられる背面ロール25、中間転写ベルト15上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられるクリーニング背面ロール34を有している。
一次転写部10は、中間転写ベルト15を挟んで感光体11に対向して配置される対向部材としての一次転写ロール16で構成されている。一次転写ロール16は、芯体と、芯体の周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。芯体は、鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下のスポンジ状の円筒ロールである。
そして、一次転写ロール16は中間転写ベルト15を挟んで感光体11に圧接配置され、更に一次転写ロール16にはトナーの帯電極性(マイナス極性とする。以下同様。)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体11上のトナー像が中間転写ベルト15に順次、静電吸引され、中間転写ベルト15上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。
二次転写部20は、背面ロール25と、中間転写ベルト15のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール22と、を備えて構成されている。
背面ロール25は、表面がカーボンを分散したEPDMとNBRのブレンドゴムのチューブ、内部はEPDMゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が10Ω/□以上1010Ω/□以下となるように形成され、硬度は、例えば、70°(アスカーC:高分子計器社製、以下同様。)に設定される。この背面ロール25は、中間転写ベルト15の裏面側に配置されて二次転写ロール22の対向電極を構成し、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール26が接触配置されている。
一方、二次転写ロール22は、芯体と、芯体の周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。芯体は鉄、SUS等の金属で構成された円柱棒である。スポンジ層はカーボンブラック等の導電剤を配合したNBRとSBRとEPDMとのブレンドゴムで形成され、体積抵抗率が107.5Ωcm以上108.5Ωcm以下のスポンジ状の円筒ロールである。
そして、二次転写ロール22は中間転写ベルト15を挟んで背面ロール25に圧接配置され、更に二次転写ロール22は接地されて背面ロール25との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部20に搬送される用紙(記録媒体の一例)K上にトナー像を二次転写する。
また、中間転写ベルト15の二次転写部20の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト15上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト15の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ35が接離自在に設けられている。
なお、中間転写ベルト15、一次転写部10(一次転写ロール16)、及び二次転写部20(二次転写ロール22)が、転写手段の一例に該当する。
一方、イエローの画像形成ユニット1Yの上流側には、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kにおける画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ(ホームポジションセンサ)42が配設されている。また、黒の画像形成ユニット1Kの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ43が配設されている。この基準センサ42は、中間転写ベルト15の裏側に設けられたマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部40からの指示により、各画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kは画像形成を開始するように構成されている。
更に、本実施形態に係る画像形成装置では、用紙Kを搬送する搬送手段として、用紙Kを収容する用紙収容部50、この用紙収容部50に集積された用紙Kを予め定められたタイミングで取り出して搬送する給紙ロール51、給紙ロール51により繰り出された用紙Kを搬送する搬送ロール52、搬送ロール52により搬送された用紙Kを二次転写部20へと送り込む搬送ガイド53、二次転写ロール22により二次転写された後に搬送される用紙Kを定着装置60(定着手段の一例)へと搬送する搬送ベルト55、用紙Kを定着装置60に導く定着入口ガイド56を備えている。
制御部40は、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されている。具体的には、例えば、制御部40は、CPU(中央処理装置; Central Processing Unit)、各種プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるRAM(Random Access Memory)、各種情報を記憶する不揮発性メモリ、及び入出力インターフェース(I/O)を備えている(いずれも不図示)。CPU、ROM、RAM、不揮発性メモリ、及びI/Oの各々は、バスを介して接続されている。
なお、画像形成装置100は、制御部40の外に、操作表示部、画像処理部、画像メモリ、記憶部、及び通信部等を備えている(いずれも不図示)。操作表示部、画像処理部、画像処理部、画像メモリ、記憶部、及び通信部の各部は、制御部40のI/Oに接続されている。制御部40は、操作表示部、画像処理部、画像メモリ、記憶部、及び通信部の各部との間で情報の授受を行って、各部を制御する。
次に、本実施形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。
図4に示す画像形成装置100では、図示しない画像読取装置や図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置により画像処理が施された後、画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって作像作業が実行される。
画像処理装置では、入力された反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度/色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の画像処理が施される。画像処理が施された画像データは、Y、M、C、Kの4色の色材階調データに変換され、レーザ露光器13に出力される。
レーザ露光器13では、入力された色材階調データに応じて、例えば半導体レーザから出射された露光ビームBmを画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各々の感光体11に照射している。画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの各感光体11では、帯電器12によって表面が帯電された後、このレーザ露光器13によって表面が走査露光され、静電荷像が形成される。形成された静電荷像は、各々の画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kによって、Y、M、C、Kの各色のトナー像として現像される。
画像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kの感光体11上に形成されたトナー像は、各感光体11と中間転写ベルト15とが接触する一次転写部10において、中間転写ベルト15上に転写される。より具体的には、一次転写部10において、一次転写ロール16により中間転写ベルト15の基材に対しトナーの帯電極性(マイナス極性)と逆極性の電圧(一次転写バイアス)が付加され、トナー像を中間転写ベルト15の表面に順次重ね合わせて一次転写が行われる。
トナー像が中間転写ベルト15の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト15は移動してトナー像が二次転写部20に搬送される。トナー像が二次転写部20に搬送されると、搬送手段では、トナー像が二次転写部20に搬送されるタイミングに合わせて給紙ロール51が回転し、用紙収容部50から目的とするサイズの用紙Kが供給される。給紙ロール51により供給された用紙Kは、搬送ロール52により搬送され、搬送ガイド53を経て二次転写部20に到達する。この二次転写部20に到達する前に、用紙Kは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト15の移動タイミングに合わせて位置合わせロール(不図示)が回転することで、用紙Kの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。
二次転写部20では、中間転写ベルト15を介して、二次転写ロール22が背面ロール25に加圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された用紙Kは、中間転写ベルト15と二次転写ロール22との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール26からトナーの帯電極性(マイナス極性)と同極性の電圧(二次転写バイアス)が印加されると、二次転写ロール22と背面ロール25との間に転写電界が形成される。そして、中間転写ベルト15上に保持された未定着トナー像は、二次転写ロール22と背面ロール25とによって加圧される二次転写部20において、用紙K上に一括して静電転写される。
その後、トナー像が静電転写された用紙Kは、二次転写ロール22によって中間転写ベルト15から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール22の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト55へと搬送される。搬送ベルト55では、定着装置60における最適な搬送速度に合わせて、用紙Kを定着装置60まで搬送する。定着装置60に搬送された用紙K上の未定着トナー像は、定着装置60によって熱及び圧力で定着処理を受けることで用紙K上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Kは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙収容部(不図示)に搬送される。
一方、用紙Kへの転写が終了した後、中間転写ベルト15上に残った残留トナーは、中間転写ベルト15の回転に伴ってクリーニング部まで搬送され、クリーニング背面ロール34及び中間転写ベルトクリーナ35によって中間転写ベルト15上から除去される。
以上の工程を経て、画像形成装置100によって記録媒体としての用紙K上に画像が形成される。
以下、実施例を挙げて本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は以下に示す実施例に限定されるものではない。
[無端ベルトの作製]
<実施例1>
(金属製基材)
金属製基材として、厚さ50μm、内径30mm、長さ360mmである無端状のSUS基材を準備した。SUS基材の熱伝導率は40W/mKであった。
(耐熱性樹脂層の形成)
熱伝導性フィラーとして、カーボンナノチューブ(CNT)(VGCF-H、昭和電工(株)製、平均外径:150nm、平均長さ:6μm、アスペクト比:40、熱伝導率:1200W/mK)を準備した。
3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と4,4’-ジアミノジフェニルエーテルとからなるポリアミック酸のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液(固形分濃度:22質量%)に、上記カーボンナノチューブを、樹脂固形分100質量部に対して14質量部で添加し、プラネタリーミキサー((株)愛工舎製作所)での混合及び粗分散、並びにジェットミルにより分散処理を経て、耐熱性樹脂層形成用塗布液1を調製した。
金属製基体を回転させながら、金属製基体の内周面にらせん塗布にて耐熱性樹脂層形成用塗布液1を塗布した。塗布条件は、金属製基体の回転速度:100(単位:rpm)、金属製基体の回転軸方向における吐出部の移動速度:1000(単位:mm/s)とした。また、単位時間あたりの耐熱性樹脂層形成用塗布液の吐出量については、金属製基体の回転軸方向端部において1.5(単位:g/10s)とし、端部から中央部に向かって徐々に少なくし、中央部において0.8(単位:g/10s)とした。
その後、金属製基体を水平としたまま、140℃で30分間加熱乾燥させた後、320℃で1時間加熱し、ポリアミック酸のイミド化を行った。
以上のようにして、樹脂としてポリイミド、熱伝導性フィラーとしてカーボンナノチューブを含む耐熱性樹脂層を形成した。
得られた耐熱性樹脂層における熱伝導性フィラーの配向率(周方向)A(表1中の「配向率A周」)、配向率(幅方向)B(表1中の「配向率B幅」)、平均厚さ、無端ベルト幅方向中央部における厚さ(表1中の「中央厚さ」)、無端ベルト幅方向端部における厚さ(表1中の「端部厚さ」)、内周面における無端ベルト幅方向の算術平均粗さRa、内周面における歌ンベルト幅方向の凹凸の平均間隔Smを表1に示す。
(弾性層及び離型層の形成)
金属製基体の外周面に、JISタイプAで規定される硬度が35度となるように調整された液状シリコーンゴム(KE1940-35、液状シリコーンゴム35度品、信越化学工業社製)を膜厚200μmになるように塗布し乾燥させ弾性層を得た。
次に、得られた弾性層の外周面に、PFAディスパージョン(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の分散液、500cL、三井デュポンフロロケミカル社製)を膜厚30μmになるように塗布し、380度で焼成することにより離型層を設けた。
以上のようにして、無端ベルト1を得た。
<実施例2>
耐熱性樹脂層の形成において、耐熱性樹脂層形成用塗布液の塗布条件を、金属製基体の回転速度:60(単位:rpm)、金属製基体の回転軸方向における吐出部の移動速度:800(単位:mm/s)、単位時間あたりの耐熱性樹脂層形成用塗布液の吐出量については、金属製基体の回転軸方向端部において1.5(単位:g/10s)とし、端部から中央部に向かって徐々に少なくし、中央部において0.8(単位:g/10s)とした以外は、実施例1と同様にして、無端ベルト2を得た。
<実施例3>
耐熱性樹脂層形成用塗布液の調製において、カーボンナノチューブを樹脂固形分100質量部に対して20質量部で添加した以外は、実施例1と同様にして、無端ベルト3を得た。
<実施例4>
耐熱性樹脂層形成用塗布液の調製において、カーボンナノチューブを樹脂固形分100質量部に対して10質量部で添加した以外は、実施例1と同様にして、無端ベルト4を得た。
<実施例5>
耐熱性樹脂層形成用塗布液の調製において、導電性フィラーとしてカーボンナノチューブ(CNT)(VGCF-S、昭和電工製、平均外径:80nm、平均長さ:100μm、アスペクト比:1250、熱伝導率:1000w/mK)を用いた以外は、実施例1と同様にして、無端ベルト5を得た。
<実施例6>
耐熱性樹脂層の形成において、耐熱性樹脂層形成用塗布液の塗布条件のうち、単位時間あたりの耐熱性樹脂層形成用塗布液の吐出量を、金属製基体の回転軸方向端部から中央部にかけて1.6(単位:g/10s)で一定とした以外は、実施例1と同様にして、無端ベルト6を得た。
<比較例1>
耐熱性樹脂層の形成において、前述の耐熱性樹脂層形成用塗布液1を用い、浸漬塗布法により、金属製基体の軸方向に引き抜くことで、金属製基体の内周面に耐熱性樹脂層形成用塗布液1を塗布した以外は、実施例1と同様にして、無端ベルトC1を得た。
<比較例2>
耐熱性樹脂層形成用塗布液の調製において、カーボンナノチューブを添加しない以外は、実施例1と同様にして、無端ベルトC2を得た。
[無端ベルトの評価]
<無端ベルトの内周面における熱伝導性>
得られた無端ベルトについて、無端ベルトの内周面における熱伝導率(つまり、耐熱性樹脂層全体における熱伝導率)を、熱伝導率測定機(株式会社アイフェイズ製のai-Phase Mobile)により、交流定常法でISO 22007-6に準拠して測定した。測定により得られた熱伝導率の値が大きいほど、無端ベルトの内周面における熱伝導性が高いことを意味する。結果を表1に示す。
<無端ベルトの内周面における摺動抵抗>
摩擦摩耗試験器(FPR-2100、(株)レスカ製)を用いて、150℃加熱ステージ上に、得られた無端ベルトを、無端ベルトの内周面がピン(材質:SUS)に接触するように設置して、荷重10g、20g、30gの3条件となるように荷重し、測定長さ50mm、測定速度25mm/秒で、直線往復摺動測定法にて動摩擦係数をそれぞれの荷重について測定し平均値を求めた。測定により求められた動摩擦係数の平均値が小さいほど、無端ベルトの内周面における摺動抵抗が低減されていることを意味する。結果を表1に示す。
Figure 2022178267000002
実施例の無端ベルトは、比較例の無端ベルトに比べ、内周面における摺動抵抗を低減しつつ、内周面における高い熱伝導性が得られていることが分かった。
1Y,1M,1C,1K 画像形成ユニット
10 一次転写部
11 感光体(像保持体の一例)
12 帯電器(帯電装置の一例)
13 レーザ露光器(潜像形成装置の一例)
14 現像器(現像装置の一例)
15 中間転写ベルト
16 一次転写ロール
17 感光体クリーナ
20 二次転写部
22 二次転写ロール
25 背面ロール
26 給電ロール
31 駆動ロール
32 支持ロール
33 張力付与ロール
34 クリーニング背面ロール
35 中間転写ベルトクリーナ
40 制御部
42 基準センサ
43 画像濃度センサ
50 用紙収容部
51 給紙ロール
52 搬送ロール
53 搬送ガイド
55 搬送ベルト
56 定着入口ガイド
60 定着装置
62 定着ベルト(第1回転体の一例)
62A、62B、62C、72A、72B、72C 回転支持ロール
64 加圧ロール(第2回転体の一例)
66 加圧パッド(押圧部材の一例)
68 ハロゲンランプ(加熱源の一例)
70 反射板
72 記録媒体搬送ベルト(第2回転体の一例)
74 線状発熱体(押圧部材及び加熱源の一例)
74A パルス通電部
76 ヒートシンク
80 定着装置
100 画像形成装置
110 無端ベルト
120 金属製基材
130 耐熱性樹脂層
140 弾性層
150 離型層
Bm 露光ビーム
N 接触域
K 用紙

Claims (10)

  1. 金属製基材と、
    前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、無端ベルト周方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上である耐熱性樹脂層と、
    を有する無端ベルト。
  2. 金属製基材と、
    前記金属製基材の内周面上に最内層として設けられ、樹脂及びアスペクト比20以上の熱伝導性フィラーを含み、内周面における、無端ベルト幅方向の算術平均粗さRaが0.01μm以上1.2μm以下かつ凹凸の平均間隔Smが10μm以上500μm以下である耐熱性樹脂層と、
    を有する無端ベルト。
  3. 前記熱伝導性フィラーが、炭素系フィラーである請求項1又は請求項2に記載の無端ベルト。
  4. 前記炭素系フィラーが、カーボンナノチューブである請求項3に記載の無端ベルト。
  5. 前記金属製基材と前記熱伝導性フィラーとの熱伝導率比(金属製基材/熱伝導性フィラー)が、1/100以上1/3以下である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の無端ベルト。
  6. 前記熱伝導性フィラーの熱伝導率が、200W/mK以上1500W/mK以下である請求項5に記載の無端ベルト。
  7. 無端ベルト幅方向に対する前記熱伝導性フィラーの配向率が20%以上80%以下である請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の無端ベルト。
  8. 前記耐熱性樹脂層の厚さが、無端ベルト幅方向の中央部から端部に向かって漸次厚くなっている請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の無端ベルト。
  9. 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の無端ベルトからなる第1回転体と、
    前記第1回転体の外周面に接して配置される第2回転体と、
    前記第1回転体の内部に配置され、前記第1回転体の内周面から前記第1回転体を前記第2回転体へ押圧する押圧部材と、
    を備える定着装置。
  10. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電装置と、
    帯電された前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
    前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記トナー像を記録媒体に定着する請求項9に記載の定着装置と、
    を備える画像形成装置。
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