JP3352134B2

JP3352134B2 - 定着用ベルト

Info

Publication number: JP3352134B2
Application number: JP2630293A
Authority: JP
Inventors: 俊郎広幡; 成義大脇
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH06222695A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、ファ
クシミリ、プリンター等の装置において、被転写物に転
写された画像を加熱により定着する定着部に用いられる
定着用ベルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機、ファクシミリ、プリン
ター等において、印刷・複写の最終段階で、記録紙上の
トナーを加熱溶融して、記録紙上に定着させる。例え
ば、電子写真複写機では、感光体上に像露光を行って
静電潜像を形成する工程、静電潜像にトナーを付着さ
せて可視像（粉体像）とする工程、記録紙上に粉体像
を転写し、感光体から記録紙を分離する工程、未定着
の粉体像を加熱等の方法で記録紙上に定着させる工程の
諸工程を経て複写が行われる。

【０００３】定着方法としては、熱定着方式が一般的で
あり、従来、図１に示すような熱ローラ定着法が汎用さ
れている。熱ローラ定着法では、内部に電熱ヒーター
（２）を持ち、外周を離型性のよいゴムまたは樹脂で被
覆したヒートローラ（１）とゴムローラ（５）からなる
一対のローラを圧接させ、そのローラ間をトナー（３）
像が形成された記録紙（４）を通過させてトナーを加熱
し、トナーを記録紙上に融着させている。熱ローラ定着
法は、効率が高く高速化に適しているが、反面、待ち時
間が長いという欠点を有している。即ち、装置の運転開
始時にヒートローラ（１）を所定の温度まで加熱する時
間が必要であるため、電源投入から運転可能となるまで
の間に待ち時間が発生する。また、ヒートローラ全体を
加熱しなければならないため、消費電力も大きい。

【０００４】そこで、近年、図２に示すように、フィル
ム状のエンドレスベルト（６）を介して、ヒーター
（７）により、被転写物上のトナーを加熱する定着方法
が提案されている。このエンドレスベルト定着法では、
定着用ベルト（６）とゴムローラ（１０）を圧接させ、
この間にトナー（８）像が形成された記録紙（９）を通
過させ、ヒーター（７）により加熱し、トナーを記録紙
上に融着させる。この定着方法では、薄いフィルム状の
ベルト（６）を介するだけで、ヒーター（７）により実
質的に直接加熱するため、加熱部が短時間で所定の温度
に達し、電源投入時の待ち時間がほぼゼロとなる。さら
に、必要部分のみ加熱するため、消費電力も少ないとい
う利点がある。エンドレスベルト定着法に用いられる定
着用ベルトとしては、従来、要求される耐熱性、ヤング
率、強度、ベルト内面の絶縁性等を考慮して、ポリイミ
ド製のエンドレスベルトの表面に弗素樹脂のコーティン
グ層を設けたものが用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンドレスベルト定着
法に用いられる定着用ベルトとしては、耐熱性、ヤング
率、強度、絶縁性などに優れているとともに、熱伝導性
に優れていることが要求される。特に、定着速度を高め
るためには、高い熱伝導性を有する定着用ベルトが望ま
しい。ところが、従来のポリイミド製ベルトは、熱伝導
率の低い樹脂のみで形成されているため、熱伝導性が不
十分であり、高速化に十分適応することができない。ま
た、この定着方法では、定着用ベルト自身に適度な剛性
を持たせることにより、ベルトのしわやつぶれのないス
ムーズな回転を可能としているが、従来のポリイミド製
ベルトでは、定着速度を高めた場合、ベルトのしわやつ
ぶれが起こり易い。

【０００６】したがって、定着用ベルトには、高速化の
ために、熱伝導性と剛性とが共に優れていることが求め
られる。さらに、この定着用ベルトは、ヒーターと接す
る部分で、変形を繰り返しながら回転するため、十分な
可撓性を有することが要求される。また、ヒーターとの
絶縁のため、ベルト内周面は絶縁性であることが必要が
ある。以上のほか、定着用ベルト両端部には、非回転部
との接触によるベルトの破れの問題があるため、引裂強
度の高いことが要求される。

【０００７】しかしながら、従来、上記要求特性を満た
す定着用ベルトは、未だ得られていない。例えば、熱伝
導性を改善するためには、ポリイミド製ベルトを薄くす
る方法が考えられるが、この場合、薄肉化により剛性が
低下するため、要求特性を満たすことはできない。本発
明の目的は、熱伝導性が高く、しかも十分な剛性を有す
る定着用ベルトを提供することにある。また、本発明の
目的は、十分な可撓性、耐熱性、強度、絶縁性等を備え
た定着用ベルトを提供することにある。

【０００８】本発明者らは、前記従来技術の問題点を解
決するために鋭意研究した結果、エンドレスベルトの基
体として熱伝導性と剛性に優れた薄肉の金属を用い、そ
の外周面には離型性を有する弗素樹脂層またはニッケル
−弗素樹脂複合メッキ層を設け、内周面には熱伝導性フ
ィラーを含有する耐熱性樹脂層を形成して絶縁性と熱伝
導性とを付与することにより、前記諸特性を満足する定
着用ベルトの得られることを見出した。また、ポリイミ
ドに特定の平均粒径を有する熱伝導性フィラーを多量に
配合した樹脂組成物から形成されたエンドレスベルトが
前記諸特性を満足することを見出した。本発明は、これ
らの知見に基づいて完成するに至ったものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、厚み１０〜３５μｍの金属製薄肉エンドレスベル
トの外周面に離型性を有する弗素樹脂層またはニッケル
−弗素樹脂複合メッキ層を有し、内周面に熱伝導性フィ
ラーを含有する耐熱性樹脂層を有することを特徴とする
高剛性・高熱伝導性の定着用ベルトが提供される。ま
た、本発明によれば、平均粒径１〜２０μｍのボロンナ
イトライドを１０〜４０容量％含有するポリイミド組成
物で形成されたエンドレスベルトからなることを特徴と
する高剛性・高熱伝導性の定着用ベルトが提供される。
さらに、本発明によれば、平均粒径１〜２０μｍの熱伝
導性フィラーを１０〜４０容量％含有するポリイミド組
成物で形成され、かつ、両端部が熱伝導性フィラーを実
質的に含有しないポリイミドにより形成されたエンドレ
スベルトからなることを特徴とする高剛性・高熱伝導性
の定着用ベルトが提供される。以下、本発明について詳
述する。

【００１０】定着用ベルト（１）本発明の定着用ベルトの一つは、離型性を有するコーテ
ィング層、薄肉金属層及び樹脂層からなる３層構造のエ
ンドレスベルトである。ベルトの外周面にコーティング
層、内周面に樹脂層が、それぞれ設けられている。

【００１１】金属製薄肉エンドレスベルトの厚みは、１
０〜３５μｍであることが必要である。基体の金属層を
この範囲の厚みとすることにより、高熱伝導性、高剛性
で、かつ、十分な可撓性を有する定着用ベルトを得るこ
とができる。金属ベルトの厚みが１０μｍ未満の場合、
定着用ベルトの剛性はポリイミド製ベルトと同程度であ
り、剛性の向上効果が不十分である。一方、金属ベルト
の厚みが３５μｍを越える場合には、定着用ベルトの回
転使用時に、ヒーター部での繰り返し変形により、比較
的短期間で回転軸方向の亀裂を生じるため、耐久性が低
下する。

【００１２】金属製薄肉エンドレスベルトは、ステンレ
ス製金型を用いてメッキ法により作成することができ
る。使用する金属としては、チューブ製法及び剛性の点
でニッケルが好ましい。金属ベルト外周面の離型性を有
するコーティング層は、離型性及び耐熱性の観点から、
弗素樹脂またはニッケル−弗素樹脂複合メッキにより形
成されたものであることが好ましい。１０〜４０容量％
の弗素樹脂を有するニッケル−弗素樹脂複合メッキを用
いると、コーティング層の熱伝導性を弗素樹脂単体の場
合より大幅に向上させることが可能であるため、特に好
ましい。コーティング層の厚みは、通常３〜２０μ、好
ましくは５〜１５μｍ程度である。また、金属ベルトと
コーティング層との接着性を向上させるために汎用のプ
ライマー層を適宜設けてもよい。

【００１３】金属ベルト内周面の樹脂層を形成する樹脂
としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポ
リベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケト
ン、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が挙げられる。この樹
脂層により、定着用ベルトの絶縁性が確保される。樹脂
層の熱伝導率は低いため、通常１〜１０μｍ、好ましく
は２〜８μｍ程度の厚みとすることが望ましい。

【００１４】樹脂層には、熱伝導性を向上させるため
に、熱伝導性フィラーを含有させることができる。熱伝
導性フィラーとしては、例えば、ボロンナイトライド、
アルミナ、炭化ケイ素、チタン酸カリウム、窒化アル
ミ、マイカ、シリカ、酸化チタン、タルク、炭酸カルシ
ウム等の無機フィラー、及びこれらの２種以上の混合物
を挙げることができる。熱伝導性フィラーの含有量は、
通常５〜５０容量％、好ましくは１０〜４０容量％、よ
り好ましくは２０〜３０容量％である。この範囲であれ
ば、樹脂単体層とほぼ同レベルの柔軟性を確保した上
で、熱伝導率を樹脂単体層の２〜３倍に向上させること
ができる。

【００１５】本発明の定着用ベルトは、金属材料を基体
としているため、従来のポリイミド製エンドレスベルト
と比較して、熱伝導性が大幅に向上している。また、金
属ベルト層を１０〜３５μｍの厚みとし、さらにその内
周面に樹脂層を形成することにより、ポリイミド製エン
ドレスベルトと同等の可撓性、及び絶縁性を備えてい
る。

【００１６】定着用ベルト（２）本発明のもう一方の定着用ベルトは、ポリイミドに熱伝
導性フィラーを含有させた組成物から形成されたエンド
レスベルトである。熱伝導性フィラーを含有させること
により、ポリイミド単体を用いた場合と比較して、定着
用ベルトの熱伝導性及び剛性が顕著に改善される。

【００１７】熱伝導性フィラーの含有量は、１０〜４０
容量％、好ましくは２０〜３０容量％である。熱伝導性
フィラーの含有量をこの範囲内とすることにより、定着
用ベルトとしての十分な可撓性を確保した上で、ポリイ
ミドの熱伝導性及び剛性を向上させることができる。こ
の含有量が１０容量％未満であると、十分な熱伝導性向
上効果が得られず、逆に、４０容量％を越えると、可撓
性が不十分となり、定着機で使用した場合に、比較的短
期間でベルトに割れを生じる。

【００１８】ポリイミドは、通常、テトラカルボン酸二
無水物とジアミンを有機極性溶媒中で反応させることに
より製造されるが、一般にポリイミドのワニスとして市
販されているものが使用できる。ポリイミドのワニスを
使用して定着用ベルトのようなフィルム状のものを成形
する場合には、熱伝導性フィラーを加えると、フィルム
表面に凹凸が生じることがある。

【００１９】そこで、本発明では、平均粒径が１〜２０
μｍの熱伝導性フィラーを用いることにより、凹凸のな
い表面状態が良好な薄肉ベルトを得る。熱伝導性フィラ
ーの平均粒径が１μｍ未満であると、熱伝導性の向上効
果が小さく、２０μｍを越えると、フィルムに凹凸を生
じ易い。したがって、熱伝導性フィラーの平均粒径を１
〜２０μｍとすることにより、フィルム表面に凹凸がな
く、かつ、熱伝導性の高い定着用ベルトを得ることがで
きる。

【００２０】熱伝導性フィラーとしては、例えば、ボロ
ンナイトライド、アルミナ、炭化ケイ素、チタン酸カリ
ウム、窒化アルミ、マイカ、シリカ、酸化チタン、タル
ク、炭酸カルシウム等の無機フィラー、及びこれらの２
種以上の混合物を挙げることができる。これらの中で
も、ボロンナイトライド、アルミナ、炭化ケイ素、チタ
ン酸カリウムが好ましい。熱伝導性フィラーの形状は、
球状、鱗片状、繊維状のいずれでもよいが、剛性向上の
観点から、鱗片状及び繊維状が好ましい。

【００２１】定着用ベルトの両端部は、非回転部との接
触により破れ易いため、特に引裂強度の高いことが要求
される。ところが、ポリイミドに熱伝導性フィラーを添
加すると、ポリイミド製ベルトの引裂強度が低下する。
一方、定着用ベルト両端の数ｍｍの部分は、トナーの定
着に寄与しないため、必ずしも高熱伝導性とする必要は
ない。そこで、ベルト両端の数ｍｍの部分のみ、熱伝導
性フィラーを含まないかあるいは含有量の少ないポリイ
ミドで形成することにより、両端部の引裂強度を十分に
高く保持することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明について、実施例及び比較例を
挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例
のみに限定されるものではない。なお、実施例及び比較
例における性能評価のための試験方法は、次の通りであ
る。＜熱伝導率＞熱伝導率は、京都電子工業（株）製の迅速
熱伝導率計ＫｅｍｔｈｅｒｍＱＴＭ−Ｄ３で測定し
た。＜圧縮破壊荷重＞圧縮破壊荷重は、ベルトを長さ２０ｍ
ｍに切断し、インストロン試験機で上下から圧縮して、
破壊荷重を測定した。＜実機回転強度試験＞ベルトを定着模擬機に取り付け、
Ａ４サイズの紙が１分間に８枚通紙する速度（４０ｍｍ
／秒）に設定して、実際に通紙し、通紙した紙の枚数を
数え、かつ、ベルトに亀裂等の異状がないかを目視で観
察した。

【００２３】［実施例１］厚さ２０μｍ、直径２５ｍ
ｍ、長さ２５０ｍｍの（株）ディムコ製のニッケルベル
トの外側に、ダイキン工業製のプライマー品番ＥＫ−１
８０９ＢＫを、燒結後、１μｍになるようにコーティン
グし、さらに、その外側にダイキン工業製のＰＴＦＥ系
弗素樹脂ディスパージョン品番Ｄ−１を、燒結後、１０
μｍになるようにコーティングし、内面には、電気化学
工業製のボロンナイトライド品番ＢＮＧＰを３０容量％
添加した宇部興産製のポリイミドワニスを、硬化後、５
μｍになるようにコーティングし、それぞれ燒結及び硬
化処理を行って、図３に示す層構造の定着用ベルトを作
製した。

【００２４】［比較例１］厚さ４０μｍ、直径２５ｍ
ｍ、長さ２５０ｍｍの（株）ディムコ製のニッケルベル
トの外側に、ダイキン工業製のプライマー品番ＥＫ−１
８０９ＢＫを、燒結後、１μｍになるようにコーティン
グし、さらに、その外側にダイキン工業製のＰＴＦＥ系
弗素樹脂ディスパージョン品番Ｄ−１を、燒結後、１０
μｍになるようにコーティングし、内面には、電気化学
工業製のボロンナイトライド品番ＢＮＧＰを３０容量％
添加した宇部興産製のポリイミドワニスを、硬化後、５
μｍになるようにコーティングし、それぞれ燒結及び硬
化処理を行って、図４に示す層構造の定着用ベルトを作
製した。実施例１及び比較例１で作成した各定着用ベル
トの性能評価の結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】各定着用ベルトの性能評価の結果、実施例１の定着用ベ
ルトは、１０万枚以上通紙しても何の異常も見られなか
ったのに対し、比較例１の定着用ベルトでは、１万枚の
通紙でヒーター方向に亀裂が生じ、使用できなくなっ
た。

【００２６】［実施例２］宇部興産製ポリイミドワニス
に、平均粒径１．５μｍの昭和電工製ボロンナイトライ
ドを加え、攪拌機で３０分攪拌後、真空脱泡を行い、熱
伝導性フィラー入りワニスを得た。フィラーの添加量
は、ワニス硬化後に２０容量％となるよう調整した。こ
のワニスを円柱金型上にディッピングにより、一定厚に
付着させた。次いで、１５０℃〜４５０℃の段階的加熱
により、溶媒の除去とともにイミド化を行い、最後に金
型を引き抜くことにより、シームレスのエンドレスベル
トを得た。

【００２７】熱伝導性評価のため、このベルトの内面を
２００℃に保持したヒーター上に密着させ、ベルト外面
が２００℃に達するのに要する時間を測定した。この時
間は、ベルト厚みが４００μｍの場合、３．１秒であ
り、熱伝導性に優れたものであった。また、このベルト
の弾性率は、９２０ｋｇ／ｍｍ²であった。

【００２８】［比較例２］宇部興産製ポリイミドワニス
を用いて、実施例１と同様の方法により、ボロンナイト
ライドを含有しないポリイミド製のエンドレスベルトを
得た。実施例１と同様の方法により、熱伝導性を評価し
たところ、２００℃までの昇温に５．６秒を要した。ま
た、このベルトの弾性率は、８５０ｋｇ／ｍｍ²であっ
た。

【００２９】［比較例３］宇部興産製ポリイミドワニス
に、平均粒径４０μｍの昭和電工製ボロンナイトライド
を加え、実施例１と同様の方法により、シームレスのエ
ンドレスベルトを得た。このベルトには、細かな凹凸が
あり、ヒーターに密着させることができなかった。ま
た、このベルトの弾性率は、６００ｋｇ／ｍｍ²にすぎ
なかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明による定着用ベルトは、ファクシ
ミリ、プリンター等に使用される定着用ベルトとして必
要な可撓性、絶縁性を確保した上で、従来のポリイミド
製ベルトより大幅に高い熱伝導性と剛性を有するもので
あり、ファクシミリ、プリンター等の定着速度の高速化
を可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒートロールを用いた従来の定着方法の説明図
である。

【図２】エンドレスベルトを用いた定着方法の説明図で
ある。

【図３】実施例１で作成した定着用ベルトの層構成図で
ある。

【図４】比較例１で作成した定着用ベルトの層構成図で
ある。

【符号の説明】

１．ヒートローラ２．ヒーター３．トナー４．記録紙５．ゴムローラ６．エンドレスベルト７．ヒーター８．トナー９．記録紙１０．ゴムローラ１１．弗素樹脂層１２．プライマー層１３．ニッケルベルト１４．ボロンナイトライド含有ポリイミド

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−166966（ＪＰ，Ａ) 特開平４−360181（ＪＰ，Ａ) 特開平２−201064（ＪＰ，Ａ) 特開平３−25478（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−205560（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み１０〜３５μｍの金属製薄肉エンド
レスベルトの外周面に離型性を有する弗素樹脂層または
ニッケル−弗素樹脂複合メッキ層を有し、内周面に熱伝
導性フィラーを含有する耐熱性樹脂層を有することを特
徴とする高剛性・高熱伝導性の定着用ベルト。
【請求項２】内周面に熱伝導性フィラーを１０〜４０
容量％含有する耐熱性樹脂層を有する請求項１記載の定
着用ベルト。
【請求項３】平均粒径１〜２０μｍのボロンナイトラ
イドを１０〜４０容量％含有するポリイミド組成物で形
成されたエンドレスベルトからなることを特徴とする高
剛性・高熱伝導性の定着用ベルト。
【請求項４】平均粒径１〜２０μｍの熱伝導性フィラ
ーを１０〜４０容量％含有するポリイミド組成物で形成
され、かつ、両端部が熱伝導性フィラーを実質的に含有
しないポリイミドにより形成されたエンドレスベルトか
らなることを特徴とする高剛性・高熱伝導性の定着用ベ
ルト。