JP6079424B2 - 定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents
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この定着装置としては、例えば、加熱ロールと加熱ロールに接触して配置された加圧ベルトとを備えた構成、又は、加熱ベルトと加熱ベルトに接触して配置された加圧ロールとを備えた構成のベルトニップ方式と呼ばれる定着装置が知られている。
特許文献2には「フッ素系樹脂粒子が内添されたポリイミド系樹脂層の少なくとも一方の面に、フッ素系樹脂層が直接融着された複層ベルト」が開示されている。
特許文献3には「メルトフローレートが互いに異なる複数種類のフッ素樹脂からなる最外層を設ける定着ベルト」が開示されている。
特許文献4には「外周面を構成する第1の層と内周面を構成する第2の層とを有し、第1の層がヒドロキシル基を含まない熱可塑性フッ素ポリマーにより形成され、第2層がヒドロキシル基を含む熱可塑性フッ素ポリマーにより形成された表面層を有するロール」が開示されている。
請求項1に係る発明は、
ポリイミド樹脂を含むベルト基材と、
前記ベルト基材の外周面に融着して設けられ、不活性のフッ素樹脂を含む表面層であって、前記ベルト基材との融着面を構成する最内層、及び最外面を構成し、メルトフローレート(MFR)が前記最内層のメルトフローレート(MFR)よりも小さい最外層を有する表面層と、
を備えた定着ベルト。
前記ベルト基材の外周面の表面粗さRaが、0.1μm未満である請求項1に記載の定着ベルト。
第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備え、
前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1又は2に記載の定着ベルトである定着装置。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
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手段と、
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手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項3に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
請求項2に係る発明によれば、ベルト基材の外周面の表面粗さRaが0.1μm以上の場合に比べ、昇温したときの気泡膨れが抑制された定着ベルトが提供される。
なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は適宜省略する場合がある。
図1は、本実施形態に係る定着ベルトの一例を示す模式断面図である。
本実施形態に係る定着ベルト110は、図1に示すように、ポリイミド樹脂を含むベルト基材110Aと、ベルト基材110Aの外周面に融着して設けられ、不活性のフッ素樹脂を含む表面層110Bと、を備える。
この理由は定かではないが、ベルト基材110Aとの融着面を構成する最内層110B1のメルトフローレートを最外層110B2のメルトフローレートよりも大きくすることにより、不活性のフッ素樹脂を含む表面層110Bと反応性基が少ないポリイミド樹脂を含むベルト基材110Aとを融着する場合であっても、当該融着するとき表面層110Bの最内層110B1が十分に溶融し、表面層の内周面とポリイミド基材110の外周面との融着性(つまり接着性)が高まると考えられる。一方、最外面を構成する最外層110B2のメルトフローレートを最外層110B2のメルトフローレートよりも大きくすることにより、表面硬度が高まると考えられる。このため、耐屈曲性及び耐摩耗性に優れた定着ベルトとなると考えられる。
ベルト基材は、ポリイミド樹脂を含んで構成されている。
ポリイミド樹脂は、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ド酸(ポリイミド樹脂前駆体)のイミド化物が挙げられる。ポリイミド樹脂として具体的には、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等モル量を溶媒中で重合反応させてポリアミド酸の溶液として得て、そのポリアミド酸をイミド化して得られたものである。なお、ポリイミド樹脂は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
ベルト基材の外周面の表面粗さRaは、表面粗さ計サーフコム1400A(東京精密社製)を用いて、JIS B0601−1994に準拠し、評価長さLnを4mm、基準長さLを0.8mm、カットオフ値を0.8mmとした条件で測定した値である。
表面層は、未活性のフッ素樹脂を含んで構成されている。そして、表面層は、ベルト基材との融着面を構成する最内層と、最内層よりも小さいメルトフローレート(MFR)を示し、且つ最外面を構成する最外層と、を有している。
なお、表面層は、最内層と最外層の少なくとも2層を有していればよく、最内層と最外層との間に、1層又は2層以上の中間層を有していてもよい。但し、この中間層のメルトフローレートは、特に制限はなく、最内層及び最外層のメルトフローレートよりも低くても、高くても、同じであってもよい。
最内層のメルトフローレートは、耐屈曲性の観点から、3g/10min以上35g/10min以下であることがよく、望ましくは4g/10min以上25g/10min以下、より望ましくは6g/10min以上15g/10min以下である。
最外層のメルトフローレートは、耐摩耗性及び離型性の観点から、1g/10min以上7g/10min以下であることがよく、望ましくは1.5g/10min以上6g/10min以下、より望ましくは2g/10min以上5g/10min以下である。
これらの中でも、耐屈曲性の観点から、最内層に含まれるフッ素樹脂は、PFA、FEP、ETFEが好適である。一方、耐摩耗性及び離型性の観点から、最外層に含まれるフッ素樹脂は、PFA、FEPがよく、特にPFAが好適である。
なお、最内層及び最外層に含まれるフッ素樹脂は、共に、PFAが好適である。
但し、最内層の厚さは、例えば、1μm以上5μm以下がよく、より望ましくは2μm以上4μm以下である。
一方、最外層の厚さは、例えば、5μm以上49μm以下がよく、より望ましくは 10μm以上30μm以下である。
本実施形態に係る定着装置としては、種々の構成があり、例えば、第1回転体と、第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備える。
そして、前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方として、本実施形態に係る定着ベルトが適応される。
なお、本実施形態に係る定着装置は、これに限られず、加熱ロール又は加熱ベルトと加圧ベルトとを備えた定着装置、加熱ベルトと加圧ベルトを備えた定着装置であってよい。そして、本実施形態に係る定着ベルトは、加熱ベルト及び加圧ベルトのいずれにも適用され得る。
また、本実施形態に係る定着装置は、これらに限られず、電磁誘導加熱方式の定着装置であってもよい。
図2は、本実施形態に係る定着装置の一例を示す概略構成図である。
また、面状発熱体70は、不図示の支持部材により支持された状態で設けられている。
加圧ローラ64の矢印R方向への回転に伴い、加熱ベルト62が矢印S方向に従動回転し、加熱ベルト62の内周面に接触した面状発熱体70により、加熱ベルト62の外周面が加熱される。
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、帯電された像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を備える。そして、定着手段として、本実施形態に係る定着装置が適用される。
図3は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示した概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置では、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所定の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。
ベルト基材として、ポリイミド樹脂前駆体のNメチルピロリドン溶液(商品名:Uワニス−S(宇部興産社製)」を」を円筒金型上に塗布し、乾燥させた後、徐々に温度を上げ380℃にて2時間保持して、ポリイミド樹脂前駆体の塗膜を加熱することにより、ポリイミド膜を形成して、層厚60μm、内径30mmの無端ベルトを準備した。この無端ベルトの外周面の表面粗さRaは0.7μmであった。
表1に従って、ベルト基材の表面粗Raさ、並びに、表面層を構成するフッ素樹脂チューブの作製における最内層及び最外層のフッ素樹脂を変えた以外は、実施例1と同様にして、定着ベルトを作製した。
なお、ベルト基材の表面粗さRaは、サンドブラスト処理により調整した。
各例で得られた定着ベルトについて、以下に示す評価を行った。結果を表1に示す。
耐屈曲性は、次のように評価をした。
各例で得られた定着ベルトを長手方向に20mm幅のサンプルを切出し、切り開くことにより、短冊状の評価サンプルを採取した。IPC屈曲耐久試験機(東洋精機製)を用い、評価サンプルの周方向に印加する屈曲ストレスを曲率半径4mmとなるようにセットした後、170℃環境下で1回/secの速度にて屈曲を繰り返した際に、ベルト基材とフッ素樹脂チューブ(表面層)の間に浮きやクラックが発生するまでの時間を評価した。
評価基準は、以下の通りである。
A: 発生時間が72時間以上
B: 発生時間が48時間以上、72時間未満
C: 発生時間が24時間以上、48時間未満
D: 発生時間が12時間以上、24時間未満
E: 発生時間が12時間未満
耐摩耗性は、次のように評価をした。
各例で得られた定着ベルトを図2に示す定着装置に組み込み、A3サイズの用紙(P紙(富士ゼロックス製)を5万枚通紙した際のフッ素樹脂チューブ(表面層)の摩耗量(膜厚の減少)を評価した。
評価基準は、以下の通りである。
A: 摩耗量が5μm未満
B: 摩耗量が5μm以上、10μm未満
C: 摩耗量が10μm以上
気泡膨れは、次のように評価をした。
各例における定着ベルトの作製において、融着工程の昇温速度を30℃/minにすることで、より気泡膨れが発生し易くした際の、定着ベルト1本当りの気泡膨れの発生個数を目視にて評価した。
評価基準は、以下の通りである。
A: 気泡膨れの発生なし
B: 気泡膨れの発生が1個以上、5個未満
C: 気泡膨れの発生が5個以上
離型性は、次のように評価をした。
定着器(定着装置)を改造して、各例で得られた定着ベルトを組み込んた電子写真複写機(富士ゼロックス社製Docu Centre Color a450)を用い、A4サイズの普通紙(富士ゼロックス社製P紙)に画像濃度50%の全面ハーフトーン画像を10枚連続複写したときのホットオフセット発生状況を観察し、以下の基準で目視評価した。
評価基準は、以下の通りである。
A: ホットオフセット発生が非常に少ない。
B: ホットオフセット発生が少ない(画像上問題のないレベル)。
C: ホットオフセット発生が多い。
特に、ベルト基材の表面粗さが1μm未満の実施例5、6等は、1μm以上の実施例1等に比べ、気泡膨れが抑制されていることがわかる。
・フッ素樹脂(1):(商品名「テフロン(登録商標)PFA 345J(三井デュポンフロロケミカル社製)」、未活性フッ素樹脂(反応性基がないフッ素樹脂)、MFR=7g/10min)
・フッ素樹脂(2):(商品名「テフロン(登録商標)PFA 350J(三井デュポンフロロケミカル社製)」、未活性フッ素樹脂(反応性基がないフッ素樹脂)、MFR=2g/10min、)
・フッ素樹脂(3):PFA(1)とPFA(2)を溶融混練し、MFR=4g/10minとしたもの。
・フッ素樹脂(4):(商品名「テフロン(登録商標)PFA 340J(三井デュポンフロロケミカル社製)」、未活性フッ素樹脂(反応性基がないフッ素樹脂)、MFR=15g/10min、)
・フッ素樹脂(5):(商品名「ネオフロンETFE RP−5000(ダイキン工業社製)」、活性フッ素樹脂(反応性基のあるフッ素樹脂)、MFR=20g/10min、)
62 加熱ベルト
64 加圧ローラ
66 押圧パッド
68 支持部材
70 面状発熱体
100 画像形成装置
110 定着ベルト
110A ベルト基材
110B 表面層
110B1 最内層
110B2 最外層
Claims (4)
- ポリイミド樹脂を含むベルト基材と、
前記ベルト基材の外周面に融着して設けられ、不活性のフッ素樹脂を含む表面層であって、前記ベルト基材との融着面を構成する最内層、及び最外面を構成し、メルトフローレート(MFR)が前記最内層のメルトフローレート(MFR)よりも小さい最外層を有する表面層と、
を備えた定着ベルト。 - 前記ベルト基材の外周面の表面粗さRaが、0.1μm未満である請求項1に記載の定着ベルト。
- 第1回転体と、前記第1回転体の外面に接して配置される第2回転体と、を備え、
前記第1回転体及び前記第2回転体の少なくとも一方が、請求項1又は2に記載の定着ベルトである定着装置。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
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手段と、
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手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着手段であって、請求項3に記載の定着装置である定着手段と、
を備える画像形成装置。
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