JP4130260B2

JP4130260B2 - Endless belt and image fixing device

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Publication number: JP4130260B2
Application number: JP26293298A
Authority: JP
Inventors: 隆藤原
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000094538A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温環境下での使用が可能なエンドレスベルトおよびそれを利用した像定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像形成装置や産業機械設備において耐熱性や非粘着性、離型性を有するベルト材料が多量に使用されている。このような耐熱性、離型性を有するベルトの材料としては、特開平５ー２０４２５５号公報や特開平５ー３０５６８１号公報に記載されている芳香族ポリイミドや他のプラスチックからなるベルト表面にフッ素樹脂をコーテングしたものや、特開平５ー８２２６号公報に記載されているようなガラス繊維布にフッ素樹脂をコーテングした後エンドレスに加工したものが主に用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、ポリイミド等樹脂製のベルトは、耐熱性にはすぐれるものの、高分子溶液からキャストして製造するため製造できる厚さや性能に限界があり、用途に応じて変化するベルト仕様の要求に応じきれないため極めて限定した分野においてのみ利用できるものでしかない。また、ガラス繊維布を芯体とするフッ素樹脂コーティングベルトは、使用に伴いガラス繊維の毛羽が発生しやすく、被処理物の商品価値を消失せしめたりベルト自身の寿命を低下せしめている。また、最近の傾向として装置の小型化、省力化が唱えられる中、屈曲によるガラス繊維の折れ易さのため小径のプーリとの組み合わせでは寿命が極端に短く実用に耐えなかった。
【０００４】
これらの問題に対処する技術としてこれまであまり省みられなかったフィルムを円筒状に積層してエンドレスベルト化する試みが提案された。特開平７−１２５０６７号公報に芳香族ポリアミドまたはポリイミドのフィルム基材を耐熱接着剤で接着したベルトの製造法が提案されているが、耐熱接着剤層との接着が不十分で、例えばプリンター等の像定着装置に使用するとその高温高張力環境の故に、耐久性・寸法精度などの点で十分ではなかった。
【０００５】
また、特開平４−２６９５２６号公報には芳香族ポリアミドまたはポリイミドのフィルム基材を接着剤で接着積層したベルトが開示されているが、具体的に実施例に開示されたベルトでは接着剤の耐熱性が必ずしも十分でない上に、高温使用環境での接着力に欠け、高温で使用される例えば像定着装置用ベルトとしての寿命や精度に不満が残った。
特開平４−３０１４３９号公報の実施例に具体的に開示されたベルトも、耐熱性フィルムの含有率が低く、ベルトの寿命・精度に不満が残るものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は高度な耐熱性を有し高温環境下での使用に耐え、長寿命、高性能・高精度のベルトおよびそれを使用した像定着装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、フィルム材料のベルト用途への応用技術について鋭意研究を重ねた結果、微細な無機粒子を特定量含有する耐熱性フィルムを耐熱性樹脂によって接着積層し円筒状に特定の構成を持ったものに成形することにより、耐熱性すなわち高温使用環境下の性能・精度・寿命に優れたベルトを得ることに成功し、更にそのベルトの具体的な応用を考案し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第１（第１発明）は、３５０℃未満の温度で溶融および分解しない高分子材料からなる耐熱性フィルムが、耐熱性樹脂によって互いに接着され、積層された構造を有するエンドレスベルトにおいて、フィルム厚が２〜３０μｍ、樹脂厚が１〜１０μｍ、ベルト厚が５０〜３００μｍであり、ベルト中のフィルムの体積分率が６０〜９５％であり、フィルム積層捲回数が少なくとも２回であり、かつフィルムに無機化合物が０．１〜５重量％含有され、該耐熱性フィルムがポリパラフェニレンテレフタルアミドからなり、該耐熱性樹脂が四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂、又は四フッ化エチレンーパーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂からなることを特徴とするエンドレスベルトである。
【０００９】
ここで、下記（ｉ）〜（ｉｖ）は、第１発明の好ましい態様である。
（ｉ）積層されたエンドレスベルトの最内層、または、および最外層、または、および少なくとも一方の端面に、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フッ素ゴム、シリコンゴムおよびポリウレタンから選ばれたいずれかの材料からなる被覆層が設けられていることを特徴とする第１発明のエンドレスベルト。
（ｉｉ）耐熱性フィルムがポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるフィルムであることを特徴とする第１発明又は上記（ｉ）記載のエンドレスベルト。
（ｉｉｉ）耐熱性フィルムの２００℃における弾性率が１５０ｋｇ／ｍｍ2 以上であることを特徴とする第１発明、上記（ｉ）又は（ｉｉ）記載のエンドレスベルト。
（ｉｖ）被覆層が５〜２００μｍの厚みであることを特徴とする第１発明、上記（ｉ）、（ｉｉ）又は（ｉｉｉ）記載のエンドレスベルト。
【００１０】
本発明の第２（第２発明）は、発熱ヘッドと、記録シートとともに移動するエンドレスベルトとを備えた、記録シート上に担持されたトナー像を加熱定着する装置において、エンドレスベルトが、第１発明のエンドレスベルトであることを特徴とする像定着装置である。ここで、下記（ｖ）〜（ｖｉｉｉ）は、第２発明の好ましい態様である。
（ｖ）積層されたエンドレスベルトの最内層、または、および最外層、または、および少なくとも一方の端面に、フッ素樹脂、シリコン樹脂、フッ素ゴム、シリコンゴムおよびポリウレタンから選ばれたいずれかの材料からなる被覆層が設けられていることを特徴とするエンドレスベルトを使用した第２発明の像定着装置。
（ｖｉ）耐熱性フィルムがポリパラフェニレンテレフタルアミドからなるフィルムであることを特徴とするエンドレスベルトを使用した第２発明又は上記（ｖ）記載の像定着装置。
（ｖｉｉ）耐熱性フィルムの２００℃における弾性率が１５０ｋｇ／ｍｍ2 以上であることを特徴とするエンドレスベルトを使用した第２発明、上記（ｖ）、又は（ｖｉ）記載の像定着装置。
（ｖｉｉｉ）被覆層が５〜２００μｍの厚みであることを特徴とするエンドレスベルトを使用した第２発明、上記（ｖ）、（ｖｉ）又は（ｖｉｉｉ）記載の像定着装置。
【００１１】
本発明の積層エンドレスベルトの厚さ（ベルト厚）としては、５０〜３００μｍのものが選ばれる。５０μｍより小さい厚みの積層エンドレスベルトは、ベルトとしての剛性が小さく、特に走行安定性を確保するために鍔付きロールを用いたり、エッジポジションコントロール（ＥＰＣ）を用いても、これらの機能が十分に発揮されない恐れがある。一方、３００μｍを超える厚みの積層エンドレスベルトになると、
伝熱効率が低下して、例えば像定着装置に用いるには適当でなくなる。積層エンドレスベルトの厚みは、好ましくは、７０〜１８０μｍである。なお、後述するように、本発明の好ましい実施態様の１つに、積層されたエンドレスベルトの最内層または、および最外層に被覆層が設けられているベルトがあり、この場合、当然ベルト総厚みは３００μｍより大きくなり、この場合例えば、５００μｍ程度が上限となることが理解されるべきである。
【００１２】
本発明のエンドレスベルトは、通常円筒状であり、その長さに特に制約はなく、約１〜１０００ｍｍのものとして利用可能である。
本発明のエンドレスベルトは、その中に含まれる耐熱性フィルムの体積分率が６０〜９５％であるべきである。この体積分率が６０％に満たない場合はベルトの弾性率、強度を支配する耐熱性フィルムの割合が小さいため、付加できる単位断面積あたりの荷重が大きくとれない。従って、走行性や荷重伝達特性、特に高温時のそれらが低下する。そして、例えば、繰り返し走行させたあとエンドレスベルトが変形したり、皺が入ったりすることがある。また、これらの欠点をカバーするためにベルトの厚みを大きくすると、屈曲疲労寿命に劣るものになってしまい機械の要素部品としては信頼性を欠くことに繋がる。
【００１３】
逆に、耐熱性フィルム体積分率が９５％を超えると、耐熱性樹脂の厚さが小さくなり、耐熱性フィルムと耐熱性樹脂界面の接着力を維持できず、この場合も疲労寿命の短いベルトしか得られない。また、積層成形の際に、気泡等を発生しやすく、これも密着力の低下、ベルト寿命の低下を招き易いからである。
本発明に用いる耐熱性フィルムは３５０℃未満の温度で溶融および分解しない高分子材料からなる。
【００１４】
このような高分子材料としては、芳香族ポリアミド、芳香族ポリイミド、ＰＢＩ（ポリパラベンゾビスイミダゾール）、ＰＢＯ（ポリパラベンゾビスオキサゾール）、ＰＢＺ（ポリパラベンゾビスチアゾール）等がある。
芳香族ポリアミドは芳香族ポリイミドに匹敵する耐熱性を有し、他の高分子素材に比較して高強度、高弾性率のフィルムが得易く、接着性も良好であり、本発明の積層エンドレスベルトに用いられる高分子材料として好適なものである。
【００１５】
本発明に用いられる芳香族ポリアミドは、次の構成単位からなる群より選択された単位より実質的に構成される。
−ＮＨ−Ａｒ１−ＮＨ− （１）
−ＣＯ−Ａｒ２−ＣＯ− （２）
−ＮＨ−Ａｒ３−ＣＯ− （３）
ここでＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３は少なくとも１個の芳香環を含み、同一でも異なっていてもよく、これらの代表例としては次のものが挙げられる。
【００１６】
【化１】

【００１７】
ここで、これらの芳香環の環上の水素の一部が、ハロゲン基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基などで置換されているものもＡｒ１〜Ａｒ３に含まれる。また、Ｘは−Ｏ−、−ＣＨ２−、−ＳＯ２−、−Ｓ−、−ＣＯ−などである。特に、全ての芳香環の８０モル％以上がパラ位にて結合されている芳香族ポリアミドは、高強度、高弾性率等のベルト材料として好ましい特性を有しており、本発明に用いられるフィルム用高分子材料として好ましい。中でも、ＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）は熱寸法変化が小さく、強度の大きなフィルムを成形できるという点で最も好ましく、本発明では耐熱性フィルムとしてＰＰＴＡを用いる。
【００１８】
本発明に用いられる芳香族ポリイミドとしては、ポリマーの繰り返し単位の中に芳香環とイミド基をそれぞれ１個以上含むものであり、下記の一般式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表されるものである。
【００１９】
【化２】

【００２０】
【化３】

【００２１】
ここでＡｒ４及びＡｒ６は少なくとも１個の芳香環を含み、イミド環を形成する２個のカルボニル基は芳香環上の隣接する炭素原子に結合している。このＡｒ４は、芳香族テトラカルボン酸またはその無水物に由来する。Ａｒ４の代表例としては、次のものがある。
【００２２】
【化４】

【００２３】
ここでＹは、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＣＨ２−、−Ｓ−、−ＳＯ２−などである。また、Ａｒ６は無水トリカルボン酸、あるいはそのハライドに由来する。Ａｒ６の代表例としては次のものがある。
【００２４】
【化５】

【００２５】
Ａｒ５、Ａｒ７は、少なくとも１個の芳香環を含み、芳香族ジアミン、芳香族イソシアネートに由来する。Ａｒ５またはＡｒ７の代表例としては次のものがある。
【００２６】
【化６】

【００２７】
ここで、これらの芳香環の環上の水素の一部が、ハロゲン基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基などで置換されているものもＡｒ５またはＡｒ７に含まれる。Ｚは、−Ｏ−、−ＣＨ２−、−Ｓ−、−ＳＯ２−、−ＣＯ−などである。
Ａｒ５、Ａｒ７の８０％以上がパラ位に結合された芳香環である芳香族ポリイミドは、本発明に用いられるフィルムを製造する上で特に好ましい。
【００２８】
本発明に用いられる耐熱性フィルムの製造法については、本発明に規定するフィルムの要件を満たす限り、特に限定されるものではなく、それぞれのポリマーに適した製造法が取られてよい。
まず、芳香族ポリアミドについては、有機溶剤可溶のものでは、直接溶剤中で重合するか、一旦ポリマーを単離した後再溶解するなどして溶液とし、ついで乾式法または湿式法にて製膜する。また、ＰＰＴＡ等の有機溶剤に難溶のものについては、濃硫酸などに溶解して溶液とし、ついで乾湿式法または湿式法にて製膜する。
【００２９】
一方、芳香族ポリイミドについては、有機溶剤中にてテトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミンを反応させて、ポリアミド酸とし、この溶液をそのまま、または一旦閉環処理してポリイミドとした後再度溶剤に溶解して溶液を得、それらを乾式法または湿式法にて製膜する。
乾式法では、溶液はダイから押し出され、金属ドラムやエンドレスベルトなどの支持体上にキャストされ、キャストされた溶液が自己支持性あるフィルムを形成するまで乾燥またはイミド化反応が進められる。
【００３０】
湿式法では、溶液はダイから直接凝固液中に押し出されるか、乾式と同様に金属ドラムまたはエンドレスベルト上にキャストされた後、凝固液中に導かれ、凝固される。
ついでこれらのフィルムはフィルム中の溶剤や無機塩などが洗浄された後、延伸、乾燥、熱処理などの処理を受ける。
【００３１】
本発明に用いる耐熱性フィルムには、０．０５〜１０重量％の無機化合物が含有されている必要がある。この無機化合物をフィルム中に含有させることにより、フィルムの表面に微細な凹凸を付与することができる。本発明において、フィルム中に無機化合物を含有させるには、上記の製造法における任意の工程で、約１μｍ以下の微細な無機化合物を添加すればよい。
【００３２】
無機化合物含有量が０．０５重量％未満では、フィルム表面の凹凸化が不十分で、耐熱性樹脂との接着力が不十分になりやすく、また、フィルムの滑りが悪いためにベルト加工する上での障害になることがある。一方、無機化合物含有量が１０重量％を超えると、フィルムの機械的性能を低下させ、積層ベルトの性能も低下させる。本発明においては、耐熱性フィルム中に無機化合物が０．１〜５重量％含有されていることが好ましく、本発明では、無機化合物が０．１〜５重量％含有されたフィルムを用いる。また、無機化合物の大部分は約１μｍ以下の大きさに微細分散されていることが特に好ましい。
【００３３】
本発明に用いられる無機化合物としては、通常、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＳＯ₄、ＢａＳＯ₄、ＣａＣＯ₃、カーボンブラック、ゼオライト、その他金属粉末等のフィルムを構成している耐熱性高分子と非相溶性のものが用いられる。このように、耐熱性フィルム中に無機化合物が特定量含有されていることが、従来の積層ベルトにはない本発明のエンドレスベルトの重要な特徴の１つである。
【００３４】
本発明で使用する耐熱性フィルムの厚さ（フィルム厚）は、２〜３０μｍであることが必要である。この厚さが３０μｍより大きい場合は、フィルムの厚さによって生じる積層体の段差が大きくなり、ベルトの均一な走行が損なわれたり、特に像定着装置にベルトを使用する場合には、画質の均一性が得られにくくなるため、好ましくない。一方、この厚さが２μｍより小さい場合は、所定の積層体厚さを得るのに要する積層回数が多くなり、ベルトの成形に要する手間が大きなものとなって加工コストの上昇につながる。また、積層の際フィルム間に皺や気泡等の欠陥を生じ易いため好ましくない。エンドレスベルト製造工程でのフィルムの取り扱い作業性や製造されたベルト強度・弾性率の面から、この厚さが４〜２０μｍであることが特に好ましい。
【００３５】
平ベルトの回転精度は、ベルトの弾性率すなわちベルトを構成する材料の弾性率に依存し、耐熱性樹脂は弾性率が小さい材料であるため、耐熱性フィルムとしては弾性率の大きな材料であることが好ましく、具体的には室温で７００ｋｇ／ｍｍ²以上であることが望ましい。特に、本発明のエンドレスベルトを像定着装置の一部として使用する場合、約１５０〜２００℃の高温で使用されるので、２００℃における弾性率が１５０ｋｇ／ｍｍ²以上であることが好ましく、より好ましくは、２００℃における弾性率が２００ｋｇ／ｍｍ²以上である。また、ベルトが使用される条件への対応性が高く、大きな張力下でも使用できるという意味で耐熱性高分子フィルムの強度が大きいことが有利であり、具体的には２５ｋｇ／ｍｍ²以上であることが望ましい。
【００３６】
耐熱性フィルムの表面には、耐熱性樹脂との接着力向上の為にプライマー塗布、コロナ放電処理、プラズマ処理や、化学的物理的エッチング処理等の表面処理を施す事も本発明の好ましい態様である。本発明に用いる耐熱性樹脂としては、２００℃における連続使用に耐えうるものが望ましく、具体的には、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることが出来る。フッ素樹脂としては、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂（以降ＦＥＰ樹脂と略）、四フッ化エチレンーパーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（以降ＰＦＡ樹脂と略）三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレンーエチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂などがあるが、特に、ＦＥＰ樹脂、ＰＦＡ樹脂がエンドレスベルトの耐熱性や離型性の点で好適であり、本発明では耐熱性樹脂としてＦＥＰ樹脂、ＰＦＡ樹脂を用いる。
【００３７】
本発明のエンドレスベルトを構成する耐熱性樹脂層の厚さ（樹脂厚）は、エンドレスベルト中に占める耐熱性高分子フィルムの体積分率を大きくし、薄肉軽量で高性能・高精度の特徴を最大限引き出すために薄い方が好ましく、１〜１０μｍの範囲である。この耐熱性樹脂層の厚さが１μｍ未満になると、耐熱性フィルムの接着力が低下するので好ましくない。
【００３８】
本発明において、耐熱性樹脂、例えばフッ素樹脂としては、フィルム状に成形されたものを使用しても良いし、水や溶剤にフッ素樹脂を分散溶解させたディスパージョンや溶液状のものをあらかじめ耐熱性フィルムの少なくとも一方の面に塗布する等の方法によりフッ素樹脂の層を形成して使用しても良い。耐熱性フィルムの少なくとも一方の面にフッ素樹脂層を形成する方法としては、フッ素樹脂の水性ディスパージョンを塗工、焼成する方法や溶融したフッ素樹脂を直接スリットから耐熱性フィルム上に押し出してラミネートする方法、フッ素樹脂フィルムを耐熱性フィルムに熱ラミネートする方法等が用いられる。
【００３９】
耐熱性樹脂は、耐熱性フィルムの両面に層を形成して用いても良く、また、耐熱性樹脂自体にカーボンブラックや他の無機材料のフィラー等を添加したものを用いることも可能である。
かかる材料を用い、エンドレスベルトに成形する方法としては、例えば、あらかじめ耐熱性フィルムの少なくとも一方の面に耐熱性樹脂層を形成したシートを円柱状や円筒状の金属支持体上に巻き重ね、加圧下に耐熱性樹脂の融点や流動化温度以上の温度で加熱して、耐熱性高分子フィルムと耐熱性樹脂の界面を密着する方法、耐熱性高分子フィルムと耐熱性樹脂フィルムとを重ね合わせて円柱状や円筒状の金属支持体上に巻きつけ加圧下に耐熱性樹脂の融点以上の温度で加熱して、耐熱性高分子フィルムと耐熱性樹脂の界面を密着する方法等を用いることができる。また材料を支持体に巻き重ねるのと同時に発熱体等の熱源によって材料を加熱し巻き重ねつつ接着一体化する方法も用いることができる。
【００４０】
材料を支持体に巻き重ねるに際しては、広幅の材料を支持体と直角の方向から真っ直ぐに巻き付ける方法、細くスリットした材料を支持体に斜め方向から供給し支持体の長さ方向にスパイラル状に巻き上げる方法等を用いることができる。
ここで、材料を巻き重ねる回数を多くすることが、出来上がったエンドレスベルトの厚み変動を小さくし、よってベルトの走行安定性や寸法精度を高める上で、重要である。材料の捲き重ね回数は、材料の捲き重ね方法にも依るが、出来上がったエンドレスベルトにおいて、フィルム積層捲回数を少なくとも２回とすることによって、上記要求を満たすことが出来る。フィルム積層捲回数は必ずしも整数倍である必要はなく、例えば広幅の材料を支持体と直角の方向から真っ直ぐに捲き付ける方法の場合、捲き初めと捲き終わりの位置が一致していなくても良い。フィルム積層捲回数は、好ましくは３〜１０回である。
【００４１】
上記の方法により筒状に成形された材料を周方向にスリットすることにより、所望の幅を有するエンドレス状のベルトが得られる。
成形して得られるエンドレスベルトの最内層または、および、最外層または、および、少なくとも一方の端面に、ベルトを使用する装置や環境の特性に応じて、エンドレスベルトの保護のために、または各種機能を付与するために、さらにフッ素樹脂、フッ素ゴム、シリコン樹脂、シリコンゴム、ポリウレタン等の被覆層を設けることを行っても良く、本発明の好ましい実施態様の一つである。被覆層にはカーボンブラック、顔料、滑材、耐磨耗材などの改質のための添加剤を含有せしめても良い。
【００４２】
ここで用いられる被覆層の厚みは、５〜２００μｍであることが好ましい。この厚みが５μｍよりも薄い場合には、被覆層としての必要な機能が発揮できないことが多く、この厚みが２００μｍを超えるとエンドレスベルトの性能が低下することが多いからである。
本発明のエンドレスベルトの好適な適用用途として、像定着装置がある。電子写真複写装置、プリンター、ファクシミリ等のハードコピー装置において、印刷用紙等の記録シート上に形成したトナー像を、加熱してシート上に固着させるための像定着装置は広く実用化されている。像定着装置には、種々の動作原理のものが提案されているが、もっとも多く採用されているのは、所定の温度に維持された加熱ローラと、弾性層が表面に設けられた加熱ローラの間でシートを送りつつ加熱定着する熱ローラ方式である。ハードコピー装置の高速化やカラーコピー化への要請は高まる一方であるが、それに伴い像定着装置でのトナーの融解定着速度を高める必要がある。熱ローラ方式では、熱容量と電力消費の関係で、定着速度向上に限界がある。この解決策として、耐熱樹脂フィルムをベルト状にして、それを介して加熱装置によりシートを加熱することが提案されているが、印刷の鮮明さを保証するためのベルトの精度と走行安定性、高速定着を保証するためのベルト厚さ（薄さ）、高温・屈曲繰り返しに対する耐久性等を全て満足するものはなかったことは、前述した通りである。
【００４３】
これに対して、本発明で特定したエンドレスベルトを用いることにより、印刷鮮明性・高速定着性・耐久性の全てが改良された像定着装置を提供することが出来る。
以下、本発明の像定着装置の好ましい実施態様を図１に基づき説明する。
図１は、本発明の像定着装置の実施例を示した断面図である。
【００４４】
図１において、１はエンドレスベルトであり、左側の駆動ローラ４と右側の従動ローラ５と、ローラ４および５の間に設置した加熱体２とに接して回転するように設置されている。従動ローラ５はエンドレスベルト１のテンションコントロールローラを兼ねており、定着ベルト１は駆動ローラ４の回転により所定の周速度で回転する。３はシリコンゴム等の弾性体層が設けられた加圧ローラであり、エンドレスベルト１を挟んで加熱体２に、図示されていない加圧装置によって圧接されている。
【００４５】
画像形成装置から送られてくる未定着のトナー画像７を表面に担持した記録シート６はエンドレスベルト１と等速度で送られ、エンドレスベルト１を介して加熱体２により加熱されてトナーが溶融され、エンドレスベルト１と加圧ローラ３との間で圧着されて画像が定着される。
本発明の像定着装置において、エンドレスベルト１の周辺部に、図示されていないクリーニングブレード、シリコンオイル塗布装置、記録シート（像の定着されたシート）の冷却装置、記録シートの剥離装置等を適宜配置することが出来る。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態の例を以下の実施例に基づき説明する。
【００４７】
【実施例１】
厚さ１６μｍ、幅２５０ｍｍのＰＰＴＡフィルム（約０．１μｍのシリカ粒子を０．４重量％含有、室温での弾性率１４００ｋｇ／ｍｍ²、２００℃における弾性率１１００ｋｇ／ｍｍ²）と、厚さ８μｍ、幅２５０ｍｍのＰＦＡ樹脂フィルムを、外径５００ｍｍ、肉厚７ｍｍ、幅６００ｍｍの鉄製金型にＰＦＡ樹脂フィルムが金型に接するように配置して供給し、両フィルムを５周巻き重ねた。
【００４８】
オーバーラップ部（６回周目となる部分）が１０ｍｍ長さになる部分で両フィルムを切断し端部を金型に耐熱接着テープでしっかり貼り付け固定した。
次に、耐熱性離型剤を塗布した厚さ２５μｍ、幅１０ｍｍのアラミド（芳香族ポリアミド）フィルムテープをトラバース機構を具備した繰り出し機にセットし、金型１回転あたりの横移動量（トラバース量）が２ｍｍとなるようにトラバースしながら金型を回転させ、アラミドフィルムテープでテーピングして締め付けた。巻き付けたテープがゆるまないように注意しながら切断し、端を耐熱接着テープで金型に貼りつけて固定し、次に金型を３４０℃に温度コントロールされた加熱炉に入れて３０分間加熱した。金型を加熱炉より取り出して冷却した後、アラミドフィルムテープを取り除きつぎに金型から積層体を抜き取った。
【００４９】
このようにして、内側から８μｍＰＦＡ樹脂と１６μｍアラミドフィルムが交互に５層ずつ積層され、且つ一体化された全体厚さが約１２０μｍ、幅２５０ｍｍ、周長１５７０ｍｍ、フィルム体積分率６７％のエンドレス積層体を得た。このエンドレス積層体を裁断機にセットし幅２００ｍｍにスリットした。
得られたアラミドフィルム積層エンドレスベルトの内外層および端面に、シリコンゴムを約８０μｍの厚さで被覆して、総厚み約２８０μｍのエンドレスベルトとしたのち、図１に模式的に示した像定着装置に組み込んだ。像定着装置の加熱体により、約２００℃にエンドレスベルトを加熱しつつ、１０⁶回回転させ、エンドレスベルトの疲労程度を観察した。像定着装置での運転後も、ベルトは運転前と全く変わらず、剥離などの現象は全く見られなかった。
【００５０】
【実施例２】
実施例１で用いた厚さ１６μｍ、幅２５０ｍｍのＰＰＴＡフィルム（シリカ粒子０．４重量％含有）の両面にＰＦＡディスパージョン（三井・デュポンフロロケミカル社製）をＰＦＡ樹脂の厚さが両面とも２μｍとなるようにコーテングした後加熱焼成し、両面にＰＦＡ樹脂がコーティングされたラミネートシートを製作した。
【００５１】
このラミネートシートを、外径２５ｍｍ、肉厚５ｍｍ、幅６００ｍｍの鉄製金型に供給し、３２０℃に加熱したローラで金型を押さえつけつつ４回捲き重ねた。オーバラップ部（５回周目となる部分）が約５ｍｍとなるようにシートを切断し、端部を金型に耐熱接着テープでしっかり貼り付け固定した。
【００５２】
次に予め耐熱性離型材を塗布した厚さ２５μｍのカプトンフィルムの幅１０ｍｍのテープを、トラバース機構を具備した繰り出し機にセットし、金型１回転当りのトラバース量が２ｍｍになるようにトラバースしながら金型を回転させ、耐熱性離型材を塗布した面がラミネートシート側になるようにテーピングして締め付けた。巻き付けたテープが緩まないように注意しながら切断し、端を耐熱接着テープで金型に貼り付けて固定し、次に金型を３５０℃の加熱炉に入れて２５分間加熱した。金型を加熱炉から取り出して冷却した後、カプトンテープを取り除き、金型から積層体を抜き取った後、両端をトリミングして、内側からＰＦＡ樹脂２μｍ、ＰＰＴＡフィルム１６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム１６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム１６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム１６μｍ、ＰＦＡ樹脂２μｍというＰＰＴＡフィルム層とフッ素樹脂層が交互に積層され一体化された厚さ８０μｍ、幅２３０．５ｍｍ、周長７５．８ｍｍのフィルムベルトを得た。ベルトに占めるＰＰＴＡフィルムの体積分率は８０％であった。
【００５３】
得られたフィルムベルトを、像定着装置にポリイミド製シームレスフィルムベルトを用いている市販のレーザビームプリンター（キャノン社製、ＬＢＰ−４３０型）の像定着装置のベルトと入れ替えて、パーソナルコンピュータからハーフトーンの全面無地（いわゆるベタ）の印刷信号を入力して試験印刷した。試験印刷は、連続して１００枚印刷し、次いで１０分間印刷を休み、また連続して１００枚印刷するパターンで、総計５０００枚の印刷を実施した。この間、ベルトは特に皺や積層部の剥がれを発生することもなく順調に運転でき、印刷斑も全く検出されなかった。
【００５４】
【実施例３】
厚さ６μｍ、シリカ粒子含有量１．２重量％のＰＰＴＡフィルム（室温・２００℃の弾性率がそれぞれ１５００ｋｇ／ｍｍ²、１２５０ｋｇ／ｍｍ²）を用い、両面に２μｍずつのＰＦＡ樹脂がコートされたラミネートシートを得た。次いで、捲き重ね回数を５回にした以外は、実施例２と全く同様に、フィルムエンドレスベルトを作った。
【００５５】
このようにして、内側から、ＰＦＡ樹脂２μｍ、ＰＰＴＡフィルム６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム６μｍ、ＰＦＡ樹脂４μｍ、ＰＰＴＡフィルム６μｍ、ＰＦＡ樹脂２μｍというＰＰＴＡフィルム層とフッ素樹脂層が交互に積層され一体化された厚さ５０μｍ、幅２３０．５ｍｍ、周長７５．８ｍｍのフィルムベルトを得た。ベルトに占めるＰＰＴＡフィルムの体積分率は６０％であった。
【００５６】
得られたフィルムエンドレスベルトを、実施例１と同様に、エンドレスベルトの内外層および端面に、シリコンゴムを約５０μｍの厚さで被覆して、総厚み約１５０μｍのエンドレスベルトとしたのち、実施例２の像定着装置に組み込んだ。
実施例２と同一のテストをして、ベルトの皺・積層部剥がれ・損傷等が全くなく、また印刷の斑も全くないことを確認した。
【００５７】
【実施例４】
厚さ２５μｍのＰＰＴＡフィルム（シリカ粒子０．２重量％含有、室温・２００℃の弾性率がそれぞれ１４００ｋｇ／ｍｍ²、１１００ｋｇ／ｍｍ²）を用いて、実施例３を繰り返した。ただし、捲き重ね回数は３回で、シリコンゴム被覆前のエンドレスベルトは、総厚み約９０μｍ、ＰＰＴＡフィルムの体積分率８７％であり、シリコンゴム被覆は約３０μｍで、エンドレスベルト総厚みは約１５０μｍであった。
【００５８】
実施例３と同様に、エンドレスベルトの皺・積層部剥がれ・損傷等が全くなく、また印刷の斑も全くないことを確認した。
【００５９】
【実施例５】
シリカ粒子を２重量％含有する２５μｍ厚さのポリイミド延伸フィルム（室温・２００℃弾性率がそれぞれ７００ｋｇ／ｍｍ²、６００ｋｇ／ｍｍ²）を用いて実施例４を繰り返して、エンドレスベルトの皺・積層部剥がれ・損傷等が全くなく、また印刷の斑も全くないことを確めた。
【００６０】
【比較例１】
実施例１において、シリカ粒子含有量を０（ゼロ）にしたＰＰＴＡフィルム（弾性率は不変）を用いた以外は、実施例１を繰り返した。
像定着装置での運転後、エンドレスベルトを観察すると、積層部が部分的に剥離しているのが観察された。
【００６１】
【比較例２】
実施例３において、ＰＦＡ樹脂のコート厚を３μｍにした以外は、実施例３を繰り返した。積層エンドレスベルト中の体積分率が５０％と低く、剛性不足のため、像定着装置で運転後のベルトの端部に皺が入っていた。
【００６２】
【比較例３】
実施例４において、ＰＰＴＡフィルム厚を５０μｍにした以外は、実施例４を繰り返した。フィルム厚の影響を受けたと推定される印刷物における筋が見受けられた。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のエンドレスベルトは耐熱性があり、高温環境においても寸法精度に優れており、屈曲疲労寿命にも優れているため、高温環境でも高い信頼性で長期間動作させることが可能であり、更に伝熱性も良いので、少ないエネルギーで使用でき、複写機やプリンターに用いられる像定着用のベルトとして好適である。
【００６４】
また、像定着装置としては、印刷鮮明性・高速定着性・耐久性に特長があり、加うるに、コンパクト化、省電力化、高い信頼性という特徴を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンドレスベルトを用いた像定着装置の模式図である。
【符号の説明】
１エンドレスベルト
２加熱体
３加圧ローラ
４駆動ローラ
５従動ローラ
６記録シート
７トナー画像[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an endless belt that can be used in a high temperature environment and an image fixing apparatus using the endless belt.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a large amount of belt materials having heat resistance, non-adhesiveness, and releasability have been used in image forming apparatuses and industrial machinery facilities. Examples of the belt material having such heat resistance and releasability include fluorine on the belt surface made of aromatic polyimide and other plastics described in JP-A-5-204255 and JP-A-5-305681. A resin coating or a glass fiber cloth as described in JP-A-5-8226, which has been coated with a fluororesin and then processed endlessly, has been mainly used.
[0003]
However, although resin-made belts such as polyimide are excellent in heat resistance, there are limits to the thickness and performance that can be produced because they are cast from a polymer solution, and the belt specifications that change depending on the application are met. Since it cannot be used, it can only be used in a very limited field. Further, a fluororesin coated belt having a glass fiber cloth as a core easily causes glass fiber fluff as it is used, thereby losing the commercial value of the object to be processed or reducing the life of the belt itself. In addition, as the recent trend is to reduce the size and labor of the device, the combination with a small-diameter pulley has an extremely short life and cannot be put into practical use because of the ease of bending of the glass fiber due to bending.
[0004]
As a technique for dealing with these problems, an attempt was made to laminate an endless belt by laminating films that have not been largely omitted until now. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-125067 proposes a belt manufacturing method in which an aromatic polyamide or polyimide film base material is bonded with a heat-resistant adhesive, but is insufficiently bonded to the heat-resistant adhesive layer, such as a printer. When used in the image fixing apparatus, the durability and dimensional accuracy were not sufficient due to the high temperature and high tension environment.
[0005]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-269526 discloses a belt in which an aromatic polyamide or polyimide film base material is bonded and laminated with an adhesive. However, in the belt disclosed in the examples, the heat resistance of the adhesive is not disclosed. In addition, the adhesiveness in a high temperature use environment is not sufficient, and the life and accuracy of, for example, an image fixing device belt used at a high temperature remain unsatisfactory.
The belts specifically disclosed in the examples of JP-A-4-301439 also had a low heat-resistant film content and remained unsatisfactory in the life and accuracy of the belt.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a belt having high heat resistance, capable of withstanding use in a high temperature environment, having a long life, high performance and high accuracy, and an image fixing apparatus using the belt.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research on the application technology of the film material to the belt application, the present inventor has laminated a heat resistant film containing a specific amount of fine inorganic particles with a heat resistant resin and has a specific configuration in a cylindrical shape. As a result, the present invention succeeded in obtaining a belt excellent in heat resistance, that is, performance, accuracy, and life under high temperature use environment, and devised a specific application of the belt, thereby leading to the present invention.
[0008]
  That is, the first (first invention) of the present invention is an endless belt having a structure in which heat resistant films made of a polymer material that does not melt and decompose at a temperature of less than 350 ° C. are bonded to each other with a heat resistant resin. The film thickness is 2 to 30 μm, the resin thickness is 1 to 10 μm, the belt thickness is 50 to 300 μm, the volume fraction of the film in the belt is 60 to 95%, and the number of times of film lamination is at least twice There is an inorganic compound in the film0.1-5Contained by weight,The heat resistant film is made of polyparaphenylene terephthalamide, and the heat resistant resin is made of a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin.This is an endless belt.
[0009]
  Here, the following (i) to (iv) are preferred embodiments of the first invention.
(I) The innermost layer and / or outermost layer of the laminated endless belt, and / or at least one end face are made of any material selected from fluororesin, silicone resin, fluororubber, silicone rubber and polyurethane. An endless belt according to the first aspect of the present invention, wherein a coating layer is provided.
(Ii) heat resistant filmPolyparaphenylene terephthalamideThe endless belt according to the first invention or the above (i), characterized in that it is a film comprising:
(Iii) The endless belt according to the first invention, (i) or (ii), wherein the heat-resistant film has an elastic modulus at 200 ° C. of 150 kg / mm 2 or more.
(Iv) The endless belt according to the first invention, (i), (ii) or (iii) above, wherein the coating layer has a thickness of 5 to 200 μm.
[0010]
  A second (second invention) of the present invention is an apparatus for heating and fixing a toner image carried on a recording sheet, which includes a heat generating head and an endless belt that moves together with the recording sheet. An endless belt according to the invention is an image fixing device. Here, the following (v) to (viii) are preferred embodiments of the second invention.
(V) The innermost layer and / or the outermost layer of the laminated endless belt, and / or at least one end face are made of any material selected from fluororesin, silicone resin, fluororubber, silicone rubber and polyurethane. An image fixing apparatus according to the second invention using an endless belt, wherein a coating layer is provided.
(Vi) heat resistant filmPolyparaphenylene terephthalamideThe image fixing device according to the second invention or the above (v) using an endless belt, characterized in that it is a film made of
(Vii) The image fixing apparatus according to the second invention using the endless belt, (v) or (vi), wherein the heat resistant film has an elastic modulus at 200 ° C. of 150 kg / mm 2 or more.
(Viii) The image fixing device according to the second invention using the endless belt, wherein the coating layer has a thickness of 5 to 200 μm, and (v), (vi) or (viii).
[0011]
As the thickness (belt thickness) of the laminated endless belt of the present invention, a thickness of 50 to 300 μm is selected. Laminated endless belts with a thickness of less than 50 μm have low rigidity as a belt, and these functions are sufficient even when a roll with a hook is used to ensure running stability or edge position control (EPC) is used. There is a risk that it will not be demonstrated. On the other hand, when it becomes a laminated endless belt having a thickness exceeding 300 μm,
The heat transfer efficiency is lowered and becomes unsuitable for use in, for example, an image fixing apparatus. The thickness of the laminated endless belt is preferably 70 to 180 μm. As will be described later, one of the preferred embodiments of the present invention is a belt in which a laminated endless belt is provided with a coating layer on the innermost layer or the outermost layer. Is larger than 300 μm, and in this case, for example, it should be understood that the upper limit is about 500 μm.
[0012]
The endless belt of the present invention is usually cylindrical, and there is no particular limitation on its length, and it can be used as a belt having a length of about 1 to 1000 mm.
In the endless belt of the present invention, the volume fraction of the heat-resistant film contained therein should be 60 to 95%. When this volume fraction is less than 60%, the load per unit cross-sectional area that can be added cannot be increased because the ratio of the heat-resistant film that controls the elastic modulus and strength of the belt is small. Therefore, traveling performance and load transmission characteristics, particularly those at high temperatures are deteriorated. For example, the endless belt may be deformed or wrinkled after repeated running. Further, if the thickness of the belt is increased in order to cover these drawbacks, the bending fatigue life will be inferior, leading to lack of reliability as an element part of the machine.
[0013]
On the other hand, if the heat-resistant film volume fraction exceeds 95%, the thickness of the heat-resistant resin decreases, and the adhesive force between the heat-resistant film and the heat-resistant resin interface cannot be maintained. Can only be obtained. In addition, bubbles and the like are likely to be generated during the lamination molding, which also tends to cause a decrease in adhesion and a belt life.
The heat-resistant film used in the present invention is made of a polymer material that does not melt and decompose at a temperature below 350 ° C.
[0014]
Examples of such a polymer material include aromatic polyamide, aromatic polyimide, PBI (polyparabenzobisimidazole), PBO (polyparabenzobisoxazole), and PBZ (polyparabenzobisthiazole).
Aromatic polyamide has heat resistance comparable to that of aromatic polyimide, has a higher strength and higher elastic modulus than other polymer materials, and has good adhesion. The laminated endless belt of the present invention It is suitable as a polymer material used in the above.
[0015]
The aromatic polyamide used in the present invention is substantially composed of units selected from the group consisting of the following structural units.
-NH-Ar1-NH- (1)
-CO-Ar2-CO- (2)
-NH-Ar3-CO- (3)
Here, Ar1, Ar2 and Ar3 contain at least one aromatic ring and may be the same or different, and typical examples thereof include the following.
[0016]
[Chemical 1]

[0017]
Here, Ar1 to Ar3 include those in which a part of hydrogen on these aromatic rings is substituted with a halogen group, a nitro group, an alkyl group, an alkoxy group, or the like. X is —O—, —CH 2 —, —SO 2 —, —S—, —CO— or the like. In particular, an aromatic polyamide in which 80 mol% or more of all aromatic rings are bonded at the para position has preferable characteristics as a belt material such as high strength and high elastic modulus, and is used in the present invention. Preferred as a polymeric material. Among these, PPTA (polyparaphenylene terephthalamide) is the most advantageous in that it has a small thermal dimensional change and can form a strong film.Preferably, PPTA is used as the heat resistant film in the present invention.
[0018]
The aromatic polyimide used in the present invention includes one or more aromatic rings and imide groups in the polymer repeating unit, and is represented by the following general formula (I) or (II). is there.
[0019]
[Chemical 2]

[0020]
[Chemical 3]

[0021]
Here, Ar4 and Ar6 contain at least one aromatic ring, and the two carbonyl groups forming the imide ring are bonded to adjacent carbon atoms on the aromatic ring. This Ar4 is derived from an aromatic tetracarboxylic acid or its anhydride. Typical examples of Ar4 include the following.
[0022]
[Formula 4]

[0023]
Here, Y is —O—, —CO—, —CH 2 —, —S—, —SO 2 — or the like. Ar6 is derived from tricarboxylic anhydride or its halide. Typical examples of Ar6 include the following.
[0024]
[Chemical formula 5]

[0025]
Ar5 and Ar7 contain at least one aromatic ring and are derived from an aromatic diamine or aromatic isocyanate. Typical examples of Ar5 or Ar7 include the following.
[0026]
[Chemical 6]

[0027]
Here, Ar5 or Ar7 includes those in which part of hydrogen on the ring of these aromatic rings is substituted with a halogen group, a nitro group, an alkyl group, an alkoxy group, or the like. Z is —O—, —CH 2 —, —S—, —SO 2 —, —CO— or the like.
An aromatic polyimide, which is an aromatic ring in which 80% or more of Ar5 and Ar7 are bonded to the para position, is particularly preferable in producing the film used in the present invention.
[0028]
The method for producing the heat-resistant film used in the present invention is not particularly limited as long as the requirements of the film defined in the present invention are satisfied, and a production method suitable for each polymer may be taken.
First, for aromatic polyamides that are soluble in organic solvents, polymerize directly in the solvent, or once isolate the polymer and re-dissolve it to form a solution, and then form a film by a dry method or a wet method To do. In addition, those that are hardly soluble in an organic solvent such as PPTA are dissolved in concentrated sulfuric acid to form a solution, and then formed into a film by a dry-wet method or a wet method.
[0029]
On the other hand, with regard to aromatic polyimide, tetracarboxylic anhydride and aromatic diamine are reacted in an organic solvent to form polyamic acid, and this solution is used as it is or after being subjected to ring closure treatment to form polyimide, and then dissolved in the solvent again. Thus, solutions are obtained, and they are formed by a dry method or a wet method.
In the dry process, the solution is extruded from a die, cast on a support such as a metal drum or endless belt, and the drying or imidization reaction proceeds until the cast solution forms a self-supporting film.
[0030]
In the wet method, the solution is extruded directly from a die into a coagulating liquid, or cast onto a metal drum or an endless belt in the same manner as in the dry process, and then guided into the coagulating liquid and coagulated.
These films are then subjected to treatments such as stretching, drying, and heat treatment after the solvent and inorganic salts in the film are washed.
[0031]
The heat-resistant film used in the present invention needs to contain 0.05 to 10% by weight of an inorganic compound. By including this inorganic compound in the film, fine irregularities can be imparted to the surface of the film. In the present invention, in order to contain an inorganic compound in the film, a fine inorganic compound of about 1 μm or less may be added at any step in the above production method.
[0032]
If the content of the inorganic compound is less than 0.05% by weight, the film surface is not sufficiently roughened, the adhesive force with the heat-resistant resin tends to be insufficient, and the slippage of the film is poor, so that the belt is processed. Can be an obstacle. On the other hand, when the content of the inorganic compound exceeds 10% by weight, the mechanical performance of the film is lowered and the performance of the laminated belt is also lowered. In the present invention, the heat-resistant film preferably contains 0.1 to 5% by weight of an inorganic compound,In the present invention, a film containing 0.1 to 5% by weight of an inorganic compound is used. Also,Most of inorganic compoundsIsIt is particularly preferable that the finely dispersed particles have a size of about 1 μm or less.
[0033]
The inorganic compound used in the present invention is usually SiO.₂TiO₂, ZnO, Al₂O_Three, CaSO_Four, BaSO_Four, CaCO_Three, Carbon black, zeolite, and other metal powders that are incompatible with the heat-resistant polymer constituting the film are used. Thus, it is one of the important characteristics of the endless belt of the present invention that a specific amount of the inorganic compound is contained in the heat resistant film, which is not found in the conventional laminated belt.
[0034]
The thickness (film thickness) of the heat resistant film used in the present invention needs to be 2 to 30 μm. If this thickness is larger than 30 μm, the level difference of the laminated body caused by the film thickness becomes large, and the uniform running of the belt is impaired. Especially when the belt is used in the image fixing device, the image quality is uniform. Since it becomes difficult to obtain properties, it is not preferable. On the other hand, when this thickness is smaller than 2 μm, the number of laminations required to obtain a predetermined laminate thickness increases, and the labor required for forming the belt increases, leading to an increase in processing cost. Further, it is not preferable because defects such as wrinkles and bubbles are easily generated between the films during lamination. The thickness is particularly preferably 4 to 20 μm from the viewpoint of handling workability of the film in the endless belt manufacturing process and the strength and elastic modulus of the manufactured belt.
[0035]
The rotation accuracy of the flat belt depends on the elastic modulus of the belt, that is, the elastic modulus of the material constituting the belt, and since the heat-resistant resin is a material having a low elastic modulus, the heat-resistant film is a material having a large elastic modulus. Is preferred, specifically 700 kg / mm at room temperature²The above is desirable. In particular, when the endless belt of the present invention is used as a part of an image fixing device, it is used at a high temperature of about 150 to 200 ° C., so that the elastic modulus at 200 ° C. is 150 kg / mm.²Preferably, the elastic modulus at 200 ° C. is 200 kg / mm.²That's it. Also, it is advantageous that the heat-resistant polymer film has a high strength in the sense that it is highly compatible with the conditions in which the belt is used and can be used even under a large tension, specifically 25 kg / mm.²The above is desirable.
[0036]
In a preferred embodiment of the present invention, the surface of the heat-resistant film may be subjected to surface treatment such as primer coating, corona discharge treatment, plasma treatment, or chemical physical etching treatment in order to improve adhesion with the heat-resistant resin. is there. The heat-resistant resin used in the present invention is preferably one that can withstand continuous use at 200 ° C., and specific examples include fluororesin, polyimide resin, silicon resin, epoxy resin, phenol resin, and unsaturated polyester resin. I can do it. Examples of fluororesins include tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (hereinafter abbreviated as FEP resin), tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin (hereinafter abbreviated as PFA resin), trifluorochloroethylene resin, There are tetrafluoroethylene-ethylene copolymer and vinylidene fluoride resin, but FEP resin and PFA resin are particularly suitable in terms of heat resistance and releasability of endless belts.In the present invention, FEP resin or PFA resin is used as the heat resistant resin.
[0037]
The thickness (resin thickness) of the heat-resistant resin layer constituting the endless belt of the present invention increases the volume fraction of the heat-resistant polymer film occupying the endless belt, and is characterized by high performance and high accuracy with a thin wall and light weight. In order to draw out to the maximum, a thinner one is preferable, and it is in the range of 1 to 10 μm. When the thickness of the heat resistant resin layer is less than 1 μm, the adhesive strength of the heat resistant film is lowered, which is not preferable.
[0038]
In the present invention, as the heat-resistant resin, for example, a fluororesin, a film-shaped one may be used, or a dispersion or solution in which the fluororesin is dispersed and dissolved in water or a solvent is preheat-resistant. A fluororesin layer may be formed and used by a method such as coating on at least one surface of the conductive film. As a method of forming a fluororesin layer on at least one surface of the heat resistant film, a method of applying and baking an aqueous dispersion of fluororesin or a method of laminating a molten fluororesin directly onto a heat resistant film from a slit A method, a method of thermally laminating a fluororesin film to a heat resistant film, or the like is used.
[0039]
The heat-resistant resin may be used by forming layers on both sides of the heat-resistant film, or a resin obtained by adding carbon black or fillers of other inorganic materials to the heat-resistant resin itself can be used.
As a method for forming an endless belt using such a material, for example, a sheet in which a heat-resistant resin layer is previously formed on at least one surface of a heat-resistant film is wound on a cylindrical or cylindrical metal support and subjected to processing. Heating at a temperature equal to or higher than the melting point or fluidization temperature of the heat-resistant resin under pressure to adhere the interface between the heat-resistant polymer film and the heat-resistant resin, and overlaying the heat-resistant polymer film and the heat-resistant resin film It is possible to use a method in which the interface between the heat resistant polymer film and the heat resistant resin is adhered by being wound on a columnar or cylindrical metal support and heated under pressure at a temperature equal to or higher than the melting point of the heat resistant resin. . Further, it is possible to use a method in which the material is wound on the support and simultaneously heated and superposed by a heat source such as a heating element and bonded and integrated.
[0040]
When winding a material on a support, a method of winding a wide material straight from a direction perpendicular to the support, a thinly slit material is supplied to the support from an oblique direction, and the material is spirally wound in the length direction of the support A method or the like can be used.
Here, increasing the number of times of winding the material is important for reducing the variation in the thickness of the finished endless belt, and thus improving the running stability and dimensional accuracy of the belt. Although the number of times the material is rolled is dependent on the method of rolling the material, the above requirement can be satisfied by setting the number of times of film lamination to be at least twice in the finished endless belt. The number of times of film lamination does not necessarily have to be an integral multiple. For example, in the case of a method in which a wide material is struck straight from a direction perpendicular to the support, the positions of the beginning and end of squeezing need not be the same. The number of times of film lamination is preferably 3 to 10 times.
[0041]
An endless belt having a desired width is obtained by slitting the material formed into a cylindrical shape by the above method in the circumferential direction.
The innermost layer and / or outermost layer of the endless belt obtained by molding, and / or at least one of the end surfaces, for the protection of the endless belt or various functions, depending on the characteristics of the device and the environment in which the belt is used In order to impart the above, a coating layer of fluorine resin, fluorine rubber, silicone resin, silicone rubber, polyurethane or the like may be further provided, which is one of the preferred embodiments of the present invention. The coating layer may contain additives for modifying carbon black, pigments, lubricants, wear-resistant materials and the like.
[0042]
The thickness of the coating layer used here is preferably 5 to 200 μm. This is because when the thickness is less than 5 μm, a necessary function as a coating layer cannot often be exhibited, and when the thickness exceeds 200 μm, the performance of the endless belt often decreases.
A suitable application of the endless belt of the present invention is an image fixing device. 2. Description of the Related Art Image fixing devices for heating and fixing a toner image formed on a recording sheet such as printing paper to a hard copy apparatus such as an electrophotographic copying apparatus, a printer, and a facsimile are widely put into practical use. Image fixing devices of various operating principles have been proposed, but the most commonly used are a heating roller maintained at a predetermined temperature and a heating roller having an elastic layer provided on the surface. This is a heat roller system that heats and fixes while feeding sheets. While demands for higher speed and color copying of hard copy devices are increasing, it is necessary to increase the melting and fixing speed of toner in the image fixing device. In the heat roller system, there is a limit in improving the fixing speed due to the relationship between heat capacity and power consumption. As a solution to this, it has been proposed that the heat-resistant resin film is made into a belt shape and the sheet is heated by a heating device through it, but the accuracy and running stability of the belt to ensure the clearness of printing, As described above, none of the belt thickness (thinness) for assuring high-speed fixing, durability against high temperature and repeated bending, etc. were satisfied.
[0043]
On the other hand, by using the endless belt specified in the present invention, it is possible to provide an image fixing device in which all of print sharpness, high-speed fixing property and durability are improved.
A preferred embodiment of the image fixing apparatus of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an image fixing apparatus of the present invention.
[0044]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an endless belt, which is installed so as to rotate in contact with a left driving roller 4, a right driven roller 5, and a heating body 2 installed between the rollers 4 and 5. The driven roller 5 also serves as a tension control roller for the endless belt 1, and the fixing belt 1 rotates at a predetermined peripheral speed by the rotation of the driving roller 4. Reference numeral 3 denotes a pressure roller provided with an elastic layer such as silicon rubber, and is in pressure contact with the heating body 2 with a pressure device (not shown) across the endless belt 1.
[0045]
The recording sheet 6 carrying the unfixed toner image 7 sent from the image forming apparatus on the surface thereof is sent at the same speed as the endless belt 1 and is heated by the heating body 2 via the endless belt 1 to melt the toner. The image is fixed by pressing between the endless belt 1 and the pressure roller 3.
In the image fixing device of the present invention, a cleaning blade, a silicon oil coating device, a recording sheet (sheet on which an image is fixed) cooling device, a recording sheet peeling device, etc. (not shown) are appropriately provided on the periphery of the endless belt 1. Can be placed.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, examples of specific embodiments of the present invention will be described based on the following examples.
[0047]
[Example 1]
PPTA film with a thickness of 16 μm and a width of 250 mm (containing 0.4 wt% silica particles of about 0.1 μm, elastic modulus at room temperature of 1400 kg / mm², Elastic modulus at 200 ° C. 1100 kg / mm²) And a PFA resin film having a thickness of 8 μm and a width of 250 mm are arranged and supplied to an iron mold having an outer diameter of 500 mm, a thickness of 7 mm, and a width of 600 mm so that the PFA resin film is in contact with the mold. I rolled around.
[0048]
Both films were cut at a portion where the overlap portion (portion at the sixth turn) was 10 mm long, and the end portion was firmly attached and fixed to the mold with heat-resistant adhesive tape.
Next, an aramid (aromatic polyamide) film tape having a thickness of 25 μm and a width of 10 mm coated with a heat-resistant release agent is set in a feeding machine equipped with a traverse mechanism, and the lateral movement amount per traverse of the mold (traverse amount) ) Was rotated while traversing to 2 mm, and taped with an aramid film tape and tightened. Carefully cut the wound tape so that it does not loosen, attach the end to the mold with heat-resistant adhesive tape and fix it, and then put the mold in a heating furnace controlled at 340 ° C and heat for 30 minutes . After the mold was removed from the heating furnace and cooled, the aramid film tape was removed, and then the laminate was extracted from the mold.
[0049]
Thus, 5 layers of 8 μm PFA resin and 16 μm aramid film are alternately laminated from the inside, and the integrated total thickness is about 120 μm, width 250 mm, circumference 1570 mm, film volume fraction 67% endless lamination Got the body. This endless laminate was set on a cutting machine and slit to a width of 200 mm.
The inner and outer layers and end faces of the obtained aramid film laminated endless belt are coated with silicon rubber at a thickness of about 80 μm to form an endless belt having a total thickness of about 280 μm, and then the image fixing device schematically shown in FIG. Incorporated. While the endless belt is heated to about 200 ° C. by the heating body of the image fixing device, 10⁶The endless belt was observed for the degree of fatigue. Even after the operation with the image fixing apparatus, the belt was not different from that before the operation, and no phenomenon such as peeling was observed.
[0050]
[Example 2]
PFA dispersion (Mitsui / Dupont Fluoro Chemical Co., Ltd.) was applied to both sides of a PPTA film (containing 0.4% by weight of silica particles) having a thickness of 16 μm and a width of 250 mm used in Example 1. After being coated so as to become, a laminate sheet having both sides coated with PFA resin was manufactured.
[0051]
This laminate sheet was supplied to an iron mold having an outer diameter of 25 mm, a wall thickness of 5 mm, and a width of 600 mm, and rolled up four times while pressing the mold with a roller heated to 320 ° C. The sheet was cut so that the overlap portion (the portion that becomes the fifth turn) was about 5 mm, and the end portion was firmly attached and fixed to the mold with heat-resistant adhesive tape.
[0052]
Next, a 25 mm thick Kapton film with a thickness of 10 mm pre-coated with a heat-resistant release material is set in a feeding machine equipped with a traverse mechanism and traversed so that the traverse amount per rotation of the mold is 2 mm. The mold was rotated while being taped and tightened so that the surface coated with the heat-resistant release material was on the laminate sheet side. The wound tape was cut with care so as not to loosen, the ends were attached to the mold with heat-resistant adhesive tape and fixed, and then the mold was placed in a 350 ° C. heating furnace and heated for 25 minutes. After the mold is removed from the heating furnace and cooled, the Kapton tape is removed, the laminate is removed from the mold, and both ends are trimmed, and PFA resin 2 μm, PPTA film 16 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 16 μm from the inside. , PFA resin 4 μm, PPTA film 16 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 16 μm, PFA resin 2 μm, and PPTA film layers and fluororesin layers are alternately laminated and integrated into a thickness of 80 μm, a width of 230.5 mm, and a circumferential length of 75.75 mm. An 8 mm film belt was obtained. The volume fraction of the PPTA film occupying the belt was 80%.
[0053]
The obtained film belt is replaced with a belt of an image fixing device of a commercially available laser beam printer (Canon, LBP-430 type) using a polyimide seamless film belt as an image fixing device, and a halftone is obtained from a personal computer. A test signal was printed by inputting a plain solid print signal (so-called solid). In the test printing, a total of 5000 sheets were printed in a pattern in which 100 sheets were printed continuously, then printing was interrupted for 10 minutes, and 100 sheets were continuously printed. During this time, the belt was able to operate smoothly without any wrinkles or peeling of the laminated portion, and no printing spots were detected.
[0054]
[Example 3]
PPTA film with a thickness of 6 μm and a silica particle content of 1.2% by weight (elastic modulus at room temperature and 200 ° C. is 1500 kg / mm, respectively)²1250kg / mm²) Was used to obtain a laminate sheet coated with 2 μm PFA resin on both sides. Next, a film endless belt was produced in exactly the same manner as in Example 2 except that the number of times of rolling was changed to 5.
[0055]
Thus, from the inside, PFA resin 2 μm, PPTA film 6 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 6 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 6 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 6 μm, PFA resin 4 μm, PPTA film 6 μm, PFA resin A film belt having a thickness of 50 μm, a width of 230.5 mm, and a circumferential length of 75.8 mm was obtained by alternately stacking and integrating PPTA film layers and fluororesin layers of 2 μm. The volume fraction of the PPTA film occupying the belt was 60%.
[0056]
The obtained film endless belt was coated with silicon rubber at a thickness of about 50 μm on the inner and outer layers and end faces of the endless belt in the same manner as in Example 1 to obtain an endless belt having a total thickness of about 150 μm. 2 was incorporated into the image fixing apparatus.
The same test as in Example 2 was performed, and it was confirmed that there were no belt wrinkles / lamination peeled / damaged at all, and there were no printing spots.
[0057]
[Example 4]
PPTA film with a thickness of 25 μm (containing 0.2% by weight of silica particles, elastic modulus at room temperature and 200 ° C. is 1400 kg / mm each)²1100kg / mm²) Was used to repeat Example 3. However, the number of wrapping is 3 times, the endless belt before the silicone rubber coating is about 90 μm in total thickness, the PPTA film volume fraction is 87%, the silicone rubber coating is about 30 μm, and the total thickness of the endless belt is about 150 μm. Met.
[0058]
In the same manner as in Example 3, it was confirmed that there were no wrinkles / laminations / damage of the endless belt, and there were no printing spots.
[0059]
[Example 5]
25 μm-thick polyimide stretched film containing 2% by weight of silica particles (room temperature and 200 ° C. elastic modulus of 700 kg / mm respectively)²600 kg / mm²Example 4 was repeated, and it was confirmed that there were no wrinkles / laminations / damage of the endless belt and no printing spots.
[0060]
[Comparative Example 1]
In Example 1, Example 1 was repeated except that a PPTA film having a silica particle content of 0 (zero) was used (the elastic modulus was unchanged).
When the endless belt was observed after the operation with the image fixing device, it was observed that the laminated portion was partially peeled off.
[0061]
[Comparative Example 2]
In Example 3, Example 3 was repeated except that the coating thickness of the PFA resin was 3 μm. Since the volume fraction in the laminated endless belt was as low as 50% and the rigidity was insufficient, wrinkles were found at the end of the belt after operation with the image fixing device.
[0062]
[Comparative Example 3]
In Example 4, Example 4 was repeated except that the PPTA film thickness was 50 μm. There were streaks in the printed material that were presumed to be affected by the film thickness.
[0063]
【The invention's effect】
The endless belt of the present invention has heat resistance, excellent dimensional accuracy even in a high temperature environment, and excellent bending fatigue life, and can be operated for a long time with high reliability even in a high temperature environment. Since it has good heat conductivity, it can be used with less energy and is suitable as an image fixing belt used in a copying machine or a printer.
[0064]
Further, the image fixing device has features such as print sharpness, high-speed fixing property, and durability. In addition, the image fixing device has features such as compactness, power saving, and high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an image fixing apparatus using an endless belt of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Endless belt
2 Heating body
3 Pressure roller
4 Driving roller
5 Followed roller
6 Recording sheet
7 Toner image

Claims

In an endless belt having a laminated structure in which a heat resistant film made of a polymer material that does not melt and decompose at a temperature lower than 350 ° C. is bonded to each other by a heat resistant resin, the film thickness is 2 to 30 μm, and the resin thickness is 1 to 10 μm, the belt thickness is 50 to 300 μm, the volume fraction of the film in the belt is 60 to 95%, the number of times of film lamination is at least twice, and the film contains 0.1 to 5 weight of inorganic compound. The heat-resistant film is made of polyparaphenylene terephthalamide, and the heat-resistant resin is made of a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin. Endless belt featuring

An apparatus for heating and fixing a toner image carried on a recording sheet, comprising a heat generating head and an endless belt that moves together with the recording sheet, wherein the endless belt is the endless belt according to claim 1. Image fixing device.