KR100429749B1 - 적층 필름, 정착 필름 및 이를 사용한 화상 가열 장치 - Google Patents

Abstract

가압 및 가열하에 양호한 내구성을 나타내며 토너 화상 정착용 정착 필름으로서 적합하게 사용되는 적층 필름이 제공된다. 그러한 적층 필름은 금속 기재층상에 70% 내지 93%의 조절된 이미드화 백분률로 폴리이미드 수지층을 형성함으로써 제공된다.

Description

적층 필름, 정착 필름 및 이를 사용한 화상 가열 장치 {Laminate Film, Fixing Film and Image Heating Apparatus Using Same}

본 발명은 가압 및 가열하에 사용시 우수한 내구성을 갖는 적층 필름, 및 가열하려는 물질을 가열하기 위한 가열 장치 또는 화상 형성 장치, 예를 들어 기록 재료상에 전달된 아직 비정착된 화상을 가열 정착시키기 위한 화상 가열 장치와 같은 가열 장치가 갖추어진 전자사진 장치 또는 정전기 기록 장치에 사용하기 위한 정착 필름에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 화상 가열 장치에 관한 것이다.

설명의 편의상, 토너 화상을 복사기 또는 프린터와 같은 화상 형성 장치상으로 가열 정착시키기 위한 화상 가열 장치가 예로서 기재된다.

지금까지, 가열 롤러형 장치는, 전자사진 공정 또는 정전기 기록 공정에 따른 적절한 화상 형성 처리 유닛에 의해 기록 재료(예를 들어, 전사 쉬이트, 전자팩스 쉬이트, 정전기 기록 쉬이트, OHP 쉬이트, 프린트 용지 또는 서식 용지)상에 전사에 의해 또는 직접 형성되며 아직 미정착된 화상을 가열 정착시키기 위한 화상 가열 장치로서 폭넓게 사용되어 왔다.

그러한 롤러형 가열 장치는 기본적으로 한쌍의 상호 인접한 롤러를 이루는 정착 롤러(가열 롤러) 및 가압 롤러를 포함한다. 롤러는 상호 인접한 부분에서 정착 닙(가열 닙)을 형성하면서 회전하며, 이들 상호 인접한 부분사이에서 아직 미정착된 토너 화상을 전달하는 기록 재료가 도입되고 정착 롤러로부터의 열 작용 및 정착 닙에서의 가압하에 기록 재료의 표면상으로 아직 미정착된 토너 화상이 정착된다. 롤러형 가열 장치에는 정착 롤러의 열용량이 커서 롤러가 소정의 정착 온도에 도달할 때까지 상당한 시간이 요구되며, 신속한 작동 개시 성능을 얻기 위해서는 정착 롤러는 특정한 제어 온도에서 가열 유지되어야 한다는 문제가 동반된다.

상기 문제를 해결하기 위해, 필름 가열형 정착 장치가 예를 들어 일본 공개 특허 출원(JP-A) 63-313182호, JP-A 2-157878호, JP-A 4-44075호 및 JP-A 4-204980호에 의해 제안되어 왔다.

특히, 필름 가열형 정착 장치에서, 가열 부재로서의 세라믹 가열기 및 가압 부재로서의 가압 롤러가 내열성 필름(정착 필름)을 닙핑하여 닙(부분)을 형성하고, 여기에서 아직 미정착된 토너를 운반하는 기록 재료가 상기 내열성 필름과 가압 롤러사이에 도입되어 필름과 함께 닙핑되면서 이송되어 세라믹 가열기로부터 열을 필름을 통해 기록 재료에 전달하여 아직 미정착된 토너 화상을 닙에서 가압하에 기록 재료 표면상으로 가열 정착시킨다.

필름 가열형 정착 장치의 특징으로서, 세라믹 가열기 및 필름은 저열용량 부재로 이루어져 주문형(on-demand)의 장치를 제공함으로써, 열원으로서의 세라믹 가열기에 단지 화상 형성 시간에만 에너지가 공급되어 소정의 정착 온도로 가열되므로써, 화상 형성 가능한 상태에 도달할 때까지 화상 형성 장치의 전력 공급 시작으로부터 준비 시간이 짧아지고(신속한 개시 특징), 대기 시간동안 전력 소모가 현저하게 작아지는(전력의 경제화) 화상 형성 장치를 얻을 수 있다.

필름 가열형 장치에 사용되는 필름으로서, 내열성 및 강도가 우수한 폴리이미드 수지로 대표되는 내열성 수지를 포함하는 필름이 사용되어 왔다. 그러나, 고속 및 고 내구성 용도에 적합한 정착 장치를 제공하는 경우, 수지 필름 단독으로는 강도가 불충분하고, 따라서 바람직하게는 강도가 우수한 금속, 예를 들어 SUS(스테인레스강), 니켈, 알루미늄 또는 구리의 기재층을 이재(裏材)로서 사용한다.

또한, JP-A 7-114276호는 와상 전류가 발생되어 가열원으로서의 주울(Joule) 열을 초래하는, 필름 자체를 이루거나 또는 필름과 인접하여 배치된 전도성 부재를 포함하는 가열 장치(전자기 유도 가열 시스템)를 제안했다. 전자기 유도 가열 시스템에 따르면, 가열 영역이 가열하려는 재료에 근접하게 이동될 수 있어, 소모되는 에너지의 효율이 개선될 수 있다.

전자기 유도 가열 방식의 가열 장치에서, 회전 부재로서의 원통형 또는 순환하는 필름은 필름 가이드와 가압 롤러사이에서 가압하에 개재되어 있는 동안, 가압롤러의 회전 구동(즉, 가압 롤러 구동 방식)에 따라 또는 자체적으로 회전하여 구동되면서, 구동 롤러와 인장 롤러 주위에서 인장하에 신장되어, 가압 롤러는 필름의 구동에 따라 회전하면서 구동된다.

전자기 유도에 사용되는 그러한 필름은 일반적으로 전자기 유도 가열 부재로서 작용하며, 특히 철, 니켈, 강자성 SUS(스테인레스강) 또는 니켈 코발트 합금과 같은 자기 물질을 포함하는 금속 필름의 기재층을 포함한다.

정착 필름이 니켈과 같은 금속 층을 포함하는 적층 구조를 갖는 경우에 있어 필름 가열 방식 또는 전자기 유도 가열 방식의 문제로서, 정착 필름은 닙에서 필름 가이드 부재에 대해 큰 내마찰성을 나타내기 쉽다. 내열성 그리스와 같은 윤활제가 필름 내면과 필름 가이드사이에 위치되는 경우, 금속 필름 및 필름 가이드의 일부는 빈번한 사용시 마멸되어 그리스와 혼합됨으로써 그리스의 윤활 효과가 없어지고, 따라서 회전 토크의 증가를 초래한다.

폴리이미드 수지층 표면이 필름 가이드와 접촉하도록 금속층과 폴리이미드 수지층의 적층 필름이 사용되는 경우, 회전 토크의 증가가 방지될 수 있으나, 이 경우 적층 필름은 비코팅된 금속층의 내구성보다 낮은 내구성을 갖게 되며, 이는 금속층의 파손을 촉진함으로써 가열 및 가압하에 장기간의 빈번한 사용이 어려워지기 때문이다.

<발명의 요약>

본 발명의 일반적인 목적은 상기 언급한 문제를 해결하는 적층 필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가열 및 가압하에 사용시 우수한 내구성을 나타내는 정착 필름 및 화상 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 금속층 및 이미드화 백분률이 70%내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함함을 특징으로 하는 적층 필름이 제공된다.

본 발명은 또한 금속층 및 이미드화 백분률이 70%내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함함을 특징으로 하는 정착 필름을 제공한다.

또한, 본 발명은 금속층 및 이미드화 백분률이 70% 내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함하는 정착 필름, 및 정착 필름을 통해 서로 압착되는 한쌍의 가압 부재를 포함하여, 정착 필름의 폴리이미드 수지층은 가압 부재중 하나와 접촉한 상태로 그에 대해 이동하고, 정착 필름은 기록 재료상의 화상에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치를 제공한다.

본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 양태의 하기 설명을 고려하여 더욱 명백해질 것이다.

도 1은 전자기 유도 열 발생형 정착 필름의 층 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 양태에 따른 전색 화상 형성 장치의 구성도를 나타낸다.

도 3은 제1 실시 양태에 사용되는 가열 장치(정착 장치)의 개략적인 횡단면도이다.

도 4는 도 3의 가열 장치의 필수 부분의 개략적인 정면도이다.

도 5는 도 3의 가열 장치의 필수 부분의 개략적인 종단면도이다.

도 6은 자속과 발생된 열량사이의 관계도를 나타낸다.

도 7은 자기장 발생 수단의 개략도를 나타낸다.

도 8은 열 발생 층 깊이와 전자기 파장사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시 양태에 따른 가열 장치(정착 장치)의 개략적인 횡단면도이다.

도 10은 제2 실시 양태에 사용되는 정착 필름의 층 구조를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 열 발생 층 2: 탄성층

3: 이형층 4: 마찰층

10: 정착 필름 16: 필름 가이드

17: 자기 코어 30: 가압 롤러

101: 감광성 드럼 102: 대전 장치

103: 주사 레이저 빔 105: 중간 전사 드럼

106: 전사 롤러 107, 108: 클리너

109: 거울 110: 레이저 광학 상자

T₁, T₂: 전사점 P: 기록 매체

<발명의 상세한 설명>

본 발명에 따른 적층 필름 및 정착 필름은 모두 낮은 이미드화 백분률로 설정된 폴리이미드 수지층을 특징으로 하여, 가압 및 가열하에 개선된 내구성을 나타낸다. 특히, 폴리이미드 수지는 100%의 이미드화 백분률이 가장 우수한 기계적 특성을 제공하기 때문에 일반적으로 100%의 이미드화 백분률로 사용된다. 그러나,본 발명은 금속층과 적층된 폴리이미드 수지층의 이미드화 백분률이 70% 내지 93%, 특히 75% 내지 93%인 경우 폴리이미드 수지층이 가압 및 가열하에 개선된 내구성을 나타낸다는 발견에 기초하고 있다. 이는 추측컨대 억제된 이미드화 백분률이 폴리이미드 수지층의 증가된 가요성을 제공하며, 따라서 금속층에 작용하는 기계적 응력을 완화시켜 전반적인 적층 필름의 내구성을 개선시키기 때문인 것으로 생각된다.

이미드화 백분률이 70% 미만인 경우, 폴리이미드 수지층은 과도하게 가요성이 되어서 낮은 내마멸성을 가지며 닙에서 마멸된 분말로 인해 회전 토크가 증가하게 된다. 이미드화 백분률이 93%보다 큰 경우, 낮은 이미드화 백분률에 따른 본 발명의 효과는 부족해진다.

본 발명에 사용되는 폴리이미드 수지는 일반적으로 방향족 카르복실산 이무수물과 방향족 디아민사이의 탈수 폐환 반응에 의해 형성될 수 있다. 이미드화 백분률은 폴리이미드 시료에서의 이미드 고리의 양과 완전한 이미드화 반응후 폴리이미드의 이미드 고리의 양사이의 백분률 비율로서 정의된다. 본원 명세서에서 언급되는 이미드화 백분률은 이미드 고리의 C=0 진동으로 인한 약 1773 cm^-1에서의 피크의 흡수율(a)과 벤젠 고리의 골격 진동으로 인한 약 1514 cm^-1에서의 피크의 흡수율(b)사이의 비율(a/b)을 얻기 위해 시료 폴리이미드 수지층의 표면의 FTIR/ATR(푸리어-변환 적외선 분광법/감쇠 전반사) 측정에 기초한다. 흡수율 비율(A/B)은 400℃에서 베이킹 처리된 동일한 폴리이미드에 대해 동일한 방식으로측정하여, 측정치가 100%의 이미드화 백분률을 나타내는 것으로 가정한다. 2개의 비율(a/b 및 A/B)을 기초로 하여, 시료의 이미드화 백분률은 하기 수학식 1에 의해 얻어진다.

이미드화 백분률(%)=[(a/b)/(A/B)]×100

식중, a와 b는 각각 시료 폴리이미드 수지층의 1773 cm^-1및 1514 cm^-1근처에서의 피크의 흡수율이고, A와 B는 각각 400℃에서 베이킹 처리된 동일한 폴리이미드 시료의 1773 cm^-1및 1514 cm^-1근처에서의 피크의 흡수율이다.

설명에서 이해할 수 있는 바와 같이, 이미드화 백분률이 70% 내지 93%로 조절된 본 발명의 적층 필름의 폴리이미드 수지층은 금속층상에 형성된 폴리이미드 전구체 층의 조절된 이미드화를 통해 얻어질 수 있다.

본 발명의 적층 필름에서 폴리이미드 수지층의 낮은 이미드화 백분률로 인한 상기 효과는 기본적으로 상기 언급한 바와 같이 방향족 카르복실산 이무수물과 방향족 디아민사이의 탈수 폐환 반응에 의해 형성되는 임의의 방향족 폴리이미드의 경우 얻어질 수 있으나, 하기 화학식 1의 반복 단위를 갖는 폴리이미드 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

여기서, 이미드화 백분률을 낮추는 것은 고려되지 않는다. 폴리이미드 수지는 비페닐-3,3'-4,4'-테트라카르복실산 이무수물과 파라-디아미노벤젠사이의 중축합 생성물로서 언급될 수 있다.

본 발명에 따른 적층 필름은 기본적으로 폴리이미드 수지층과 적층된 금속층을 포함한다. 금속층은 바람직하게는 니켈층일 수 있다.

금속층의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛이고 폴리이미드 수지층의 두께는 5 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이 적합하다.

적층 필름은 바람직하게는 금속층상에 예를 들어 두께가 10 ㎛ 내지 500 ㎛인 탄성층 및 그 위에 예를 들어 두께가 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 이형층을 더 포함할 수 있다.

이형층은 적합하게는 불소 함유 수지, 실리콘 수지, 플루오로실리콘 고무, 불소 함유 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함함을 특징으로 할 수 있다.

이하, 전자사진 화상 형성 장치내에 포함된 본 발명에 따른 화상 가열 장치의 몇몇 실시 양태를 기재할 것이다.

<제1 실시 양태>

(1) 화상 형성 장치

도 2는 화상 형성 장치의 예로서 전자사진 칼라 프린터를 개략적으로 나타낸다.

도 2를 참고하면, 화상 형성 장치는 유기 감광성 물질 또는 무정형 규소를 포함하며 소정의 공정 속도(원주 속도)에서 표시된 화살표 방향으로 회전식으로 구동되는 감광성 드럼(화상 보유 부재)(101)을 포함한다.

감광성 드럼(101)은 대전 롤러와 같은 대전 장치(102)에 의해 소정의 극성 및 전위로 균일하게 대전된다.

감광성 드럼(101)의 균일하게 대전된 표면은 목적하는 화상의 화상 자료를 전달하고 레이저 광학 상자(레이저 주사 장치)(110)으로부터 투사되는 주사 레이저 빔(103)에 노출되며, 레이저 광학 상자(110)는 레이저 빔(103)을 목적하는 화상의 화상 자료를 반영하는 순차적 전기 디지탈 신호에 따라 (온/오프) 변조하면서 투사한다. 그 결과, 목적하는 화상의 화상 자료에 상응하는 정전기 잠상이 회전하는 감광성 드럼(101)의 원주 표면상에 형성된다. 순차적 전기 디지탈 신호는 도면에 나타내지는 않은 화상 판독 장치와 같은 화상 신호 발생 장치로부터 제공된다. 거울(109)은 레이저 광학 상자(110)로부터 투사된 레이저 빔을 감광성 드럼(101)상의 노출된 지점상으로 편향시킨다.

전색의 화상 형성에서, 목적하는 화상의 색상이 예를 들어 4개의 원색 성분으로 분리되는 색상 분리 공정을 목적하는 화상에 수행한다. 그 후, 상기 기재한 주사 노출 및 화상 형성 공정을 예를 들어 황색 성분으로부터 출발하여 각각의 원색 성분에 대해 수행한다. 황색 성분에 상응하는 잠상이 색상 현상 장치(104)중 황색 성분 현상 장치(104Y)의 기능에 의해 황색 토너 화상으로 현상된다. 그 후, 황색 토너 화상은 감광성 드럼(101)과 중간 전사 드럼(105)의 접점(또는 감광성 드럼(101)과 중간 전사 드럼(105)사이의 거리가 가장 가깝게 되는 점)인 1차 전사점(T₁)에서 중간 전사 드럼(105)의 원주 표면상으로 전사된다. 토너 화상이 중간 전사 드럼(105)의 표면상으로 전사된 후, 감광성 드럼(101)의 원주 표면은 클리너(107)에 의해 세정되고, 전사 구역으로부터의 잔류 토너 입자와 같은 이물질은 클리너(107)에 의해 감광성 드럼(101)의 원주 표면으로부터 제거된다.

다음으로, 상기 기술된 대전 과정, 주사/노출 과정, 현상 과정, 1차 전사 과정 및 세정 과정을 포함하는 공정 사이클을 목적하는 화상의 나머지 원색 성분(제2, 제3 및 제4 성분)에 대하여 또한 수행한다. 더욱 구체적으로, 제2 원색 성분, 즉 마젠타 색상 성분에 상응하는 잠상의 경우, 마젠타 색성분 현상 장치 (104M)을 활성화시키고; 제3 원색 성분에 상응하는 잠상의 경우, 시안 색상 성분 현상 장치 (104C)를 활성화시키고; 제4 색상 성분에 대한 잠상의 경우, 검정 색상 성분 현상 장치 (104BK)를 활성화시킨다. 결과적으로 황색 토너 화상, 마젠타 토너 화상, 시안 토너 화상 및 검정 토너 화상을 상기 언급한 순서로 중간 전사 드럼 (105)의 원주 표면 상에 중첩하여 목적하는 화상의 복합 전색 토너 화상을 얻는다.

중간 전사 드럼 (105)은 금속성 드럼, 내성이 중간인 탄성 중간 층, 및 내성이 큰 표면 층을 포함한다. 그의 원주 표면은 감광성 드럼 (101)의 원주 표면에접촉하거나 또는 그에 매우 가까이 위치하도록 배치된다. 이것은 표시된 화살표 방향으로 감광성 드럼 (101)과 실질적으로 동일한 원주 속도로 회전 구동된다. 감광성 드럼 (101) 상의 토너 화상은 중간 전사 드럼 (105)의 금속성 드럼에 바이어스 전압을 인가하여 생성된 전위차를 이용하여 중간 전사 드럼 (105)의 원주 표면 상으로 전사된다.

중간 전사 드럼 (105)의 원주 표면 상에 형성된 복합 전색 토너 화상은 기록 매체 (P)의 표면 상으로 제2 전사점 (T₂), 즉 중간 전사 드럼 (105)과 전사 롤러 (106) 사이의 접촉 닙에서 전사된다. 기록 매체 (P)는 소정의 시간 간격 속도로 도해되지 않은 쉬이트 공급부로부터 제2 전사점 (T₂)로 전달된다. 전사 롤러 (106)는 중간 전사 드럼 (105)의 원주 표면으로부터 기록 매체 (P) 상으로 토너와 반대 극성의 전하를 기록 매체 (P)의 이면으로부터 기록 매체 (P)에 공급함으로써 복합 색상 토너 화상 모두를 한번에 전사한다.

기록 매체 (P)는 제2 전사점 (T₂)를 통과한 후, 중간 전사 드럼 (105)의 원주 표면으로부터 분리되고, 이어서 상이한 색상의 토너 입자 층으로 이루어진 복합 전색 토너 화상이 기록 매체 (P)에 열 정착되는 화상 가열 장치 (정착 장치) (100)에 도입된다. 그리고나서, 기록 매체 (P)는 화상 형성 장치로부터 도해되지 않은 전달 트레이로 배출된다. 정착 장치 (100)는 후속되는 부분 (2)에서 상세히 기술할 것이다.

복합 전색 토너 화상을 기록 매체 (P) 상으로 전사한 후, 중간 전사 드럼(105)은 클리너 (108)로 세정되고, 중간 전사 드럼 (105) 상의 잔류물, 예를 들어 제2 전사로부터의 잔류 토너 또는 종이 먼지는 클리너 (108)로 제거된다. 통상, 클리너 (108)는 중간 전사 드럼 (105)으로부터 멀리 떨어져 있고, 전색 토너 화상이 중간 전사 드럼 (105)으로부터 기록 매체 (P) 상으로 전사(제2 전사)될 때에 클리너 (108)는 중간 전사 드럼 (105)과 접촉하여 위치한다.

또한, 전사 롤러 (106)도 통상 중간 전사 드럼 (105)으로부터 멀리 떨어져 있고, 전색 토너 화상이 중간 전사 드럼 (105)으로부터 기록 매체 (P) 상으로 전사(제2 전사)될 때에는, 전사 롤러 (106)는 기록 매체 (P)가 개재된 상태로 중간 전사 드럼 (105) 상에 압착된다.

도 2에 나타낸 화상 형성 장치는 단색 모드, 예를 들어 흑백 모드로 작동시킬 수 있다. 이것은 또한 양면 모드 뿐만 아니라 다층 인쇄 모드로 작동시킬 수도 있다.

양면 모드에서, 화상이 기록 매체 (P)의 표면 중 한면 (제1 면)에 정착된 후, 기록 매체 (P)는 도해되지 않은 재순환 메카니즘으로 전달되며, 여기서 기록 매체 (P)는 뒤집힌 후 제2 전사점 (T₂)으로 두번째로 공급되어, 또다른 토너 화상이 다른 표면 (제2 면) 상으로 전사된다. 이어서, 기록 매체 (P)는 두번째로 화상 가열 장치에 보내져서, 여기서 제2 토너 화상이 정착된다. 따라서, 기록 매체 (P)는 양면 인쇄물로서 화상 형성 장치의 주된 조립물로부터 배출된다.

다층 모드에서, 기록 매체 (P)는 제1 표면 상에 제1 화상이 있는 상태로 화상 가열 장치 (100)에서 나온 후, 두번째로 재순환 메카니즘을 통해 뒤집히지 않은 상태로 제2 전사점 (T₂)에 보내진다. 이어서, 제2 화상은 제1 화상이 정착된 제1 표면 상으로 전사된다. 이어서, 기록 매체 (P)는 두번째로 화상 가열 장치 (100)에 도입되어, 여기서 제2 토너 화상이 정착된다. 그리고 나서, 기록 매체 (P)는 다층 화상 인쇄물로서 화상 형성 장치의 주된 조립물로부터 배출된다.

(2) 정착 장치(가열 장치)(100)

정착 장치의 실시 양태를 이제 더욱 구체적으로 기술할 것이다.

도 3은 이 실시 양태에서 전자기 유도 가열형 장치인 정착 장치 (100)의 필수 부분의 개략적인 단면도이고, 도 4는 도 3에 도해된 부분의 개략적인 정면도이다. 도 5는 도 3에서 도해된 부분의 수직 종단면도이다.

자기장 발생 수단은 자기 코어 (17a, 17b 및 17c) 및 여자 코일 (18)을 포함한다.

자기 코어 (17a, 17b 및 17c)는 높은 자기 투과성이 있는 부재이다. 이들 코어의 재료로는 변압기 코어용 재료로서 사용되는 페라이트 또는 퍼멀로이와 같은 재료가 바람직하며, 심지어 작동 주파수가 100 kHz를 넘을 때에도 손실이 적은 페라이트가 바람직하다.

여자 코일 (18)은 각각이 전기 절연 재료로 코팅된 다수의 미세 구리 와이어가 다발로 되어 있고, 이러한 절연체-코팅된 미세 와이어의 다발은 소정의 회전수로 감겨 여자 코일 (11)을 형성한다. 이 실시 양태에서, 와이어의 다발은 11번 회전하여 감긴다.

구리 와이어를 코팅하는 절연체는 정착 필름 (10)에서 발생되는 열의 전도를 고려하여 바람직하게는 내열성 절연체, 예를 들어 이 실시 양태에서는 내열 온도가 220 ℃인 폴리이미드를 사용할 수 있다. 코일 와이어의 밀도는 외부 압력을 여자 코일 (18)에 인가하여 증가시킬 수 있다.

자기장 발생 수단과 정착 필름 (10) 사이에, 바람직하게는 전기 절연성이고 내열성인 재료로 이루어진 절연 부재 (19)가 배치된다. 예를 들어, 페놀계 수지, 플루오르화 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아미드-이미드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤 (PEEK) 수지, 폴리에테르 술폰 (PES) 수지, 폴리페닐렌 술파이드 (PPS) 수지, 퍼플루오로알킬 에테르 (PFA) 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 수지, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체 (FEP) 수지, 액정 중합체 (LCP) 수지 등이 바람직하다.

도 7에 나타난 바와 같이, 여자 코일 (18)은 여자 회로 (27)에 전력 공급 리드 와이어 (18a 및 18b)를 통해 연결된다. 여자 회로 (27)는 교호하는 전원을 사용하여 20 kHz 내지 500 kHz의 고주파를 발생시킬 수 있다. 여자 코일 (18)은 여자 회로로부터 공급되는 교류의 고주파수 전류를 기초로 하여 교류 자속을 발생시킨다.

도 6은 정착 닙 (N)에 인접하는 교류 자속의 방향 및 분포를 개략적으로 도해한 것이다.

교류 자속 (C)은 자기 코어 (17a, 17b 및 17c)에 의해 자기 코어들 (17a와17b) 사이 및 자기 코어들 (17a와 17c) 사이에 집중되도록 유도되어 정착 필름 (10)의 전자기 유도에 기초한 열 발생 층 (1)에서 와상 전류를 발생시킨다. 이러한 와상 전류는 열 발생 층 (1)의 비저항에 따라 전자기 유도에 기초한 열 발생 층 (1)에서 주울 열 (와상 전류 손실)을 발생시킨다. 전자기 유도에 기초한 열 발생 층 (1)에 의해 발생되는 열량은 전자기 유도에 기초한 열 발생 층 (1)을 통과하는 자속의 밀도로 측정되고, 도 6의 그래프에 나타난 것과 같이 분포된다. 도 6의 그래프에서, 정착 필름 (10)의 위치점은 정착 닙의 중앙 (0 °)으로부터의 각(θ)으로 표시되는 세로 좌표 상에 도시되며, 정착 필름 (10)의 전자기 유도에 기초한 열 발생 층 (1)에서 발생되는 열량은 가로 좌표 상에 도시된다. 열 발생 또는 발열 영역은 도 6에 나타난 바와 같이 Q/e (식 중, Q는 국소적 최대 발생 열이고, e는 자연 로그의 밑수를 나타냄)의 열량을 발생시키는 영역으로서 정의된다. 이것은 정착화에 필요한 열량을 제공하는 영역이다.

정착 닙 (N)의 온도는 여자 회로를 통해 여자 코일 (18)로 공급되는 전류를 온도 검측 부재 (26)를 통해 수득되는 온도 자료를 기준으로 작동되는 온도 조절 시스템 (표시되지 않음)에 의해 조절하여 소정의 수준으로 유지한다. 정착 필름 (10)의 온도를 검측하는 온도 검측 부재(26)는 써미스터와 같은 온도 센서이다.

가압 또는 백업 (backup) 부재로서의 가압 롤러 (30)는 금속성 코어 (30a) 및 탄성층 (30b)을 포함한다. 탄성층 (30b)은 금속성 코어 (30a)의 원주 표면을 덮으면서 금속성 코어 (30a) 둘레에 동심원으로 형성되고, 내열성 재료, 예를 들어 실리콘 고무, 플루오르화 고무, 플루오르화 수지 등으로 이루어진다. 가압 롤러(30)는 화상 형성 장치의 주된 조립물의 도해되지 않은 측면판 사이에 고정되고, 금속성 코어 (30a)의 각각의 종방향 말단부에서 베어링에 의해 회전식으로 지지된다.

경질 압착 지지물 (22)의 종방향 말단부와 스프링 시트 (29a 및 29b) 사이에, 스프링 (25a 및 25b)이 경질 가압 지지물 (22)을 하향 압축하는 압축 상태로 장착되어 있다. 이러한 구성으로, 정착 필름 (10)이 필름 가이드 (16a)의 저면과 가압 롤러 (30)의 상향 원주 표면 사이에 개재되어 있는 소정의 폭을 갖는 정착 닙 (N)이 형성된다. 자기 코어 (17a)의 저면은 정착 닙 (N)과 직각으로 정렬되어 있으며, 그 사이에 벨트 가이드 (16a)의 저부가 있다. 바람직하게는 필름 가이드 부재 (16a, 16b)는 내열성 수지, 예를 들어 내열성 페놀계 수지, LCP 수지, PPS 수지 또는 PEEK 수지를 포함할 수 있다.

가압 롤러 (30)는 표시된 화살표 방향으로 구동 수단 (M)에 의해 회전 구동된다. 가압 롤러 (30)가 회전 구동됨에 따라, 가압 롤러 (30)와 정착 필름 (10)의 외면 사이의 마찰력에 의해 회전력이 정착 필름 (10)에 가해지므로써, 정착 필름 (10)은 벨트 가이드 (16a 및 16b)의 원주 표면을 따라 표시된 화살표 방향으로 가압 롤러 (30)의 원주 속도와 실질적으로 동일한 원주 속도로 회전된다. 정착 닙 (N)에서, 정착 필름 (10)의 내면은 필름 가이드 (16a)의 저면 상을 표면과 편평하게 접촉하면서 미끄러진다.

상기 구성에서, 가압 롤러 (30)가 회전함에 따라, 원통형 정착 필름 (10)은 가이드 (16a 및 16b)의 외면을 따라 회전하고, 전류가 여자 회로로부터의 가이드내의 여자 코일 (18)에 공급되어 전자기 유도를 통해 정착 필름 (10)에 열이 발생된다. 결과적으로, 정착 닙 (N)의 온도가 증가한다. 정착 닙 (N)의 온도가 소정의 수준에 이르면, 이 수준을 유지시킨다. 이 상태의 가열 장치로, 토너 화상 (t1)이 정착되지 않은 상태로 퇴착된 기록 매체 (P)는 기록 매체(P)의 화상 보유 표면이 위쪽으로 향한 상태로 정착 필름 (10)과 가압 롤러 (30) 사이의 정착 닙 (N)에 도입되어 필름 (10)의 외면과 접촉할 것이다. 이어서, 기록 매체 (P)는 정착 필름 (10)과 함께 정착 닙 (N)을 통과하면서 화상 보유 표면이 정착 필름 (10)의 외면과 편평하게 접촉한 상태로 가압 롤러 (30)와 벨트 가이드 (16)에 의해 압착된다. 정착되어야 할 토너 화상 (t1)을 보유하는 기록 매체 (P)가 상기 기술된 정착 닙 (N)을 통과하는 동안, 기록 매체 (P) 상에 보유된 이 토너 화상은 정착 필름 (10)에서 전자기적으로 유도된 열에 의해 가열되어 기록 매체 (P)에 정착된다. 정착 닙 (N)을 통과한 후, 기록 매체 (P)는 회전하는 정착 필름 (10)의 외면으로부터 분리되고, 화상 형성 장치로부터 배출되기 위해 더 전달된다. 토너 화상 (t2)는 기록 매체 (P)에 열적으로 정착되면서 정착 닙 (N)을 통과한 후, 냉각되고 영구적으로 정착된 화상이 된다.

플랜지 부재 (23a 및 23b)는 필름 가이드 (16a 및 16b)의 종방향 말단부 둘레에 장착되어 필름 가이드 (16a 및 16b)의 종방향으로의 정착 필름 (10)의 이동을 조절한다. 플랜지 부재 (23a 및 23b)가 정착 필름 (10)의 회전을 따라 회전하도록 배열될 수도 있다.

저연화점 물질을 함유하는 토너가 사용되는 경우, 오프셋 방지를 위한 오일적용 메카니즘이 정착 장치로부터 생략될 수 있으나, 이러한 오프셋 방지를 위한 오일 적용 또는 냉각 분리는 바람직한 경우 심지어 그러한 저연화점 물질을 함유하는 토너를 사용하는 경우 및 특히 이러한 저연화점 물질을 함유하지 않는 토너를 사용하는 경우에도 채택될 수 있다.

(3) 정착 필름 (10)

도 1은 이 실시 양태에서 정착 필름 (10)의 종방향 단면도이다. 이 정착 필름 (10)은 금속성 필름 등으로 형성되며 정착 필름 (10)의 기재층을 이루는 열 발생 층 (1)을 형성하는 전기 전도 층; 열 발생 층 (1)의 외면 상에 놓여진 탄성층 (2); 탄성층 (2)의 외면 상에 놓여진 이형층 (3); 및 열 발생 층 (1)의 내면 상에 놓여진 마찰층 (4)을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 열 발생 층 (1)과 탄성층 (2) 사이 및 탄성층 (2)과 이형층 (3) 사이의 부착을 보장하기 위해, 프라이머 층 (도해되지 않음)을 각각의 층 사이에 위치시킬 수 있다. 마찰 층 (4)는 원통형 정착 필름 (10)의 내면 상에 있고, 이형층 (3)은 외면 상에 있다. 상기 기술한 바와 같이, 교류 자속이 열 발생 층 (1) 상에 작용하기 때문에, 와상 전류가 열 발생 층 (1)에서 발생하고, 이 와상 전류는 열 발생 층 (1)에서 열을 발생시킨다. 따라서, 발생된 열은 탄성층 (2) 및 이형층 (3)을 통해 정착 필름 (10)을 가열하고, 따라서 정착 필름 (10)은 기록 매체, 즉 정착 닙 (N)을 통과하는 가열될 대상을 가열하여 토너 화상을 열적으로 정착시킨다.

a. 열 발생 층 (1)

열 발생 층 (1)은 비자기성 금속으로 이루어질 수 있으나, 강자성 재료 또는그의 합금, 예를 들어 니켈, 철, 자성 SUS, 니켈-코발트 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다.

열 발생 층 (1)의 두께는 하기의 수학식 2로 표현되는 표피 깊이 σ(m) 이상 200 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

식 중, f는 여자 회로의 주파수 (Hz)이고, μ는 자기 투과도이고, ρ는 비저항 (Ωm)이다.

표피 깊이(σ)는 전자기 유도에서 사용되는 전자기파의 흡수 깊이를 나타낸다. 더 큰 깊이에서, 전자기파의 강도는 1/e보다 낮아진다. 즉, 대부분의 에너지는 표피 깊이 σ이하의 깊이에서 흡수된다 (도 8). 더욱 구체적으로는, 열 발생 층 (1)의 두께는 바람직하게는 1 ㎛ 내지 100 ㎛이다. 열 발생 층 (1)의 두께가 1 ㎛ 미만이면, 전자기 에너지 모두가 흡수될 수는 없고, 열 발생 효율이 악화된다. 열 발생 층 (1)의 두께가 100 ㎛를 초과한다면, 열 발생 층 (1)은 너무 경질이 되어, 즉 그의 가요성을 너무 많이 잃어서 회전 부재로서 실질적으로 사용할 수 없게 된다.

b. 탄성층 (2)

탄성층 (2)는 내열성 및 열전도성이 양호한 재료, 예를 들어 실리콘 고무, 플루오르화 고무, 플루오로-실리콘 고무 등으로 이루어진다.

탄성층 (2)의 두께는 바람직하게는 정착 화질을 보장하도록 10 ㎛ 내지 500 ㎛이다.

색 화상, 특히 사진 화상을 인쇄하는 경우에, 베타(solid) 화상이 기록 재료상의 큰 영역에 걸쳐 형성된다. 이러한 경우에, 정착 필름의 가열 표면(이형층 (3))이 기록 재료 또는 이 위에 형성되는 토너층의 울퉁불퉁한 윤곽을 따르지 못하면, 토너층은 불균일하게 가열되어 열전도도가 큰 영역과 열전도도가 작은 영역 사이에 불규칙적인 광택을 지닌 화상을 초래한다. 탄성층 (2)의 두께가 10 ㎛ 미만인 경우, 정착층 (10)은 탄성 부재로서의 기능을 하지 못하므로 정착시 불균일한 압력을 분포시킨다. 그 결과, 특히 전색 화상 정착시, 2차 색상의 아직 정착되지 않은 토너를 충분히 가열 정착시키기 어려워서 불충분한 융합으로 인해 정착된 화상에서 불규칙한 광택을 초래하고 아주 뚜렷한 전색 화상을 얻는 데 실패하게 된다. 반면에, 탄성층 (2)의 두께가 500 ㎛를 초과하면, 정착시의 열전도도가 저해되어 정착 표면의 열등한 열적 수행 능력을 초래하고, 따라서 신속한 개시 성능이 손상될 수 있고 불규칙한 정착이 발생하기 쉽다.

탄성층 (2)의 경도에 있어서, 탄성층 (2)의 경도가 과도하면 탄성층 (2)는 기록 매체 표면 또는 토너층의 불규칙한 윤곽을 따를 수 없으므로 화상에 걸쳐 불균일한 광택을 초래한다. 따라서, 탄성층 (2)의 경도가 60 °(JIS-A) 이하, 바람직하게는 45 °(JIS-A) 이하인 것이 바람직하다.

탄성층 (2)의 열전도도(λ)는 바람직하게는 2.5 ×10^-3내지 8.4 ×10^-3(W/cm·℃)이다. 열전도도(λ)가 2.5 ×10^-3(W/cm·℃) 미만인 경우, 내열성이 커지며, 이는 정착 필름 (10)의 표면층(이형층(3))의 온도가 상승하는 속도를 늦춘다. 열전도도(λ)가 8.4 ×10^-3(W/cm·℃)를 초과하는 경우, 탄성층 (2)의 경도가 지나치게 증가하며 또한 압착에 의한 탄성층 (2)의 영구 변형도 악화된다. 따라서, 열전도도(λ)가 2.5×10^-3내지 8.4×10^-3(W/cm·℃), 바람직하게는 3.3×10^-3내지 6.3×10^-3(W/cm·℃)인 것이 바람직하다.

c. 이형층(3)

이형층 (3)의 재료는 이형성 및 내열성의 관점에서 플루오르화 수지, 실리콘 수지, 플루오로-실리콘 고무, 플루오르화 고무, 실리콘 고무, PFA, PTFE, FEP 등과 같은 재료 중에서 선택될 수 있다.

이형층 (3)의 두께는 1 ㎛ 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 이형층 (3)의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우, 이형층 (3)의 불균일성은 윤활 불균일성으로 나타나서 윤활성 또는 내구성에서 열등한 점(spot)을 생성한다. 반면에, 이형층 (3)의 두께가 100 ㎛ 를 초과하는 경우, 열전도도가 악화되며, 특히 이형층 (3)이 수지로 이루어진 경우에는 이형층 (3)의 경도가 탄성층 (2)의 영향을 없애기에는 너무 높아진다.

d. 마찰층(4)

본 발명에서는, 마찰층 (4)은 내열성이 높고 높은 강도를 나타내며 평탄한표면을 제공하는 폴리이미드 수지층으로서 형성된다.

이제, 정착 필름의 기재층으로서의 열 발생층(금속층) (1)의 내면상에 폴리이미드 수지층(마찰층) (4)를 형성하는 방법을 설명할 것이다.

상술한 바와 같이, 폴리이미드 수지층 (4)은 방향족 폴리이미드 수지로 형성될 수 있으며, 이것의 바람직한 예로는 상기 화학식 1의 반복 단위에 의해 나타내어지는 것이다. 더욱 구체적으로는, 금속층 (1) 상에 폴리이미드 수치층 (4)를 형성하기 위해, 방향족 폴리이미드의 전구체로서의 폴리아미드산의 용액(예를 들어, NMP(N-메틸피롤리돈) 중)이 도포된다. 폴리아미드산은 비페닐테트라카르복실산 이무수물(BPDA)와 파라페닐렌 디아민(PPD) 사이의 중합에 의해 형성될 수 있다. 이러한 폴리아미드산 용액의 시판 구입가능한 예로서는 NMP 중의 약 20% 폴리아미드산 용액인 상표명 "U-Varnish S"(우베 코산 가부시끼가이샤(Ube Kosan K. K.)제)로 구입가능하다.

일반적인 폴리이미드 수지층의 형성을 위하여, 폴리아미드산 용액은 금속 필름상에 도포되고, 용액의 제거 및 이미드화를 초래하기 위한 베이킹을 위해, 예를 들어 폴리아미드산 용액 공급자에 의해 권장되는 120 ℃로부터 450 ℃까지 점진적이고 단계적으로 가열될 수 있다. 그러나 본 발명에서는, 가열 온도는 이미드화 백분률이 조절된 폴리이미드 수지층을 형성하도록 바람직하게는 280 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 250 ℃ 이하로 억제되어야 한다.

폴리아미드산 용액을 원통형 금속 필름에 도포하기 위한 첫 번째 방법으로, 필름의 외면은 캡으로 씌워질 수 있으며, 폴리아미드산 용액 조의 수위를 필름에대하여 점진적으로 상승시킨다(침지). 침지 전에, 전기성형 또는 롤링에 의해 형성된 금속 필름의 내면은 도포동안 그에 부착된 먼지 및 오일을 제거하기 위해 연마재 입자 및(또는) 유기 용매로 처리할 수 있다. 그 후, 바니스(폴리아미드산 용액)의 도포된 층을 용매 제거를 위해 건조하고 베이킹 처리하여 폴리이미드 수지층을 형성한다.

침지 대신에, 원통형 금속 필름을 수직으로 고정하고 마개로 막은 제거구가 구비된 캡을 바닥에 설치하는 것 또한 가능하다. 그 후, 원통형 필름을 그의 위쪽 가장자리까지 폴리아미드산 용액으로 충전한 후, 제거구를 통해 점진적으로 제거하여 원통형 금속 필름의 내면을 선택적으로 코팅한다. 별법으로, 수직 위치 또는 비스듬한 위치로 원통형 금속 필름을 유지하거나 회전시키면서 원통형 금속 필름의 내면상으로 폴리아미드산 용액을 공급하는 것도 가능하다(즉, 커튼 또는 유동 코팅).

한 구체적인 예에서, 상기 침지법이 원통형 금속 필름의 내면상에 폴리아미드산 용액을 선택적으로 도포하는데 채택되었다.

폴리아미드산 용액을 원통형 금속 필름의 내면상에 도포하는 두 번째 방법으로, 먼저 원통형 금속 필름의 외면을 탄성층 (2) 및 이형층으로 코팅한 후, 폴리아미드산 용액 조내에 침지시킬 수 있다. 첫 번째 방법과 유사하게, 침지 전에 필름의 내면을 세척 및 건조하고, 침지에 의해 도포된 폴리아미드산 용액층을 건조하고 베이킹 처리하여 폴리이미드 수지층을 형성한다. 원통형 필름의 최외곽 표면을 이형층으로 코팅하기 때문에, 건조 및 베이킹 후에 잔류하는 폴리이미드 수지의 수지상 잔류물 등은 예를 들어, 에어나이프 또는 천으로 문지르기에 의해 쉽사리 벗겨낼 수 있다.

한 구체적인 예에서, 상기 언급된 두 번째 방법이 탄성층 (2) 및 이형층 (3)으로 코팅된 니켈의 원통형 금속 필름 (1)을 사용함으로써 채택되었다.

두 번째 방법에서, 원통형 금속 필름의 내면상에 도포된 폴리아미드산 층은 실리콘 고무, 플루오르화 고무 등을 포함하는 탄성층의 존재하에 베이킹 처리되며, 베이킹 온도는 바람직하게는 280 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 250 ℃ 이하로 억제되어야 한다. 또한 탄성층에 실리콘 고무를 사용하는 경우에, 베이킹 온도는 실리콘 고무의 내열 온도가 약 230 ℃라는 관점에서 바람직하게는 220 ℃ 이하여야 한다.

상술된 침지법 이외에, 원통형 금속 필름의 내면상에 폴리아미드산 용액을 도포하는데 분무 코팅과 같은 다른 코팅법을 사용하는 것도 가능하다.

마찰층 (4)의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 ㎛일 수 있다. 5 ㎛ 미만에서는, 마찰층 (4)의 내구성이 불충분하기 쉽다. 100 ㎛ 초과에서는, 정착 필름 (10)의 열용량이 커지게 되고, 상당한 가열 시간이 요구된다. 마찰층 (4)의 두께는 10 ㎛ 내지 60 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 그 결과, 정착 필름의 열용량을 과도하게 증가시키지 않으면서 열 발생층 (1)에서 발생된 열이 내부로 향하지 않게 하여 단열을 실현하는 것이 가능해지므로, 기록 재료(P) 쪽으로의 열공급의 효율이 증가되어 마찰층(4)가 없을 때보다 전력 소모를 억제할 수 있다. 또한 가열 시간(대기 시간)을 단축시키는 것이 가능하다.

본 발명은 하기의 실시예를 기초로 하여 더욱 구체적으로 설명될 것이다.

<실시예 1>

프라이머 층을 통해 각각 적층된 내경이 34 mm이고 두께가 50 ㎛인 니켈 필름(열 발생층 (1)), 두께가 300 ㎛인 실리콘 마찰층(탄성층 (2)) 및 두께가 30 ㎛인 PFA 관(이형층 (3))을 포함하는 원통형 적층 필름을 상술한 두 번째 방법에 따라서 폴리이미드 전구체 바니스(우베 코산 가부시끼가이샤 제 "U-Varnish S")로 도포하고, 이어서 온풍 순환 오븐내 120 ℃ 내지 200 ℃에서 1 시간 이내로 가열하여 건조시키고, 온풍 순환 오븐내 220 ℃에서 1 시간 동안 방치하여 베이킹 처리하였다. 그 결과, 약 85%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지를 포함하는 두께가 15 ㎛인 마찰층 (4)을 형성하였고, 따라서 정착 필름을 완성하였다.

<실시예 2>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 250 ℃에서 30 분 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 약 93%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 15 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

<실시예 3>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 200 ℃에서 30 분 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 약 70%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 15 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

<실시예 4>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 220 ℃에서 1.5 시간 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 약 90%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 15 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

<실시예 5>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 200 ℃에서 1 시간 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 약 75%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 15 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

<비교예 1>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 350 ℃에서 30 분 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 약 98%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 13 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

<비교예 2>

건조된 폴리이미드 전구체 바니스 층을 온풍 순환 오븐내 400 ℃에서 30 분 동안 방치하여 베이킹한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 사실상 100%의 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지의 두께가 13 ㎛인 마찰층 (4)를 형성하여 정착 필름을 제조하였다.

[내구성 시험]

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 2 에서 제조된 각각의 정착 필름을 도 3에 도시된 배치를 갖는 전자기 유도 가열형 정착 장치 (100)내에 정착 필름 (10)으로서 설치하고 회전 내구성 공시험을 하였다. 더욱 구체적으로, 이렇게 설치한 정착 필름(10)을 두께가 30 ㎛인 PFA관으로 코팅된 두께 3 mm의 실리콘 고무 롤러를 포함하며 외경이 30 mm인 고무 가압 롤러(30)에 대하여 200 N의 압력으로 압착시켜 8 mm×230 mm의 정착 닙을 형성하였다. 상기 정착 필름을 100 mm/초의 표면 속도로 500 시간 동안 연속적으로 이동시켰다.

그 결과, 실시예 1의 정착 필름은 종방향으로 약 5 ㎛의 평균 마모치를 초래하였으며, 니켈-열 발생층 (1)은 파손되지 않은 것으로 관찰되었다.

회전 토크의 증가가 가압 롤러의 회전 또는 비정상적인 온도 상승에 따라 필름 회전을 어려워지게 하는 경향이 있는 회전 토크의 측정 결과로서, 실시예 1의 정착 필름은 초기 단계에서 0.20 N·m의 회전 토크를 나타내고, 500 시간의 회전 후에는 약 0.39 N·m의 회전 토크를 나타내므로 단지 약간의 증가만을 나타내었다. 대조물로서, 폴리이미드 수지 마찰층이 없는 정착 필름의 회전 토크는 초기에는 0.20 N·m이지만, 약 100 시간의 회전 후에는 약 0.39 N·m로 증가하고, 200 시간의 회전 후에는 0.98 N·m로 증가하였다.

실시예 2의 정착 필름은 종방향으로 약 4 ㎛의 평균 마모를 초래하였으나, 약 400 시간 후에 니켈-열 발생층 (1)의 가장자리에 균열을 초래하였으며, 이 균열은 500 시간 후에 종방향으로 실질적으로 증대되었다.

실시예 3의 정착 필름은 종방향으로 약 10 ㎛의 다소 큰 평균 마모를 초래하였으나, 500 시간의 회전 시험 후에 니켈층의 파손을 초래하지 않았다.

실시예 4의 정착 필름은 종방향으로 약 4 ㎛의 평균 마모를 초래하였으나, 약 450 시간 후에 니켈-열 발생층 (1)의 가장자리에 균열을 초래하였으며, 이 균열은 500 시간 후에 종방향으로 약 1 ㎛ 까지로 증대되었다.

실시예 5의 정착 필름은 종방향으로 약 8 ㎛의 평균 마모를 초래하였으나, 500 시간의 회전 시험 후에 니켈층의 파손을 초래하지 않았다.

비교예 1의 정착 필름은 약 100 시간 후에 니켈-열 발생층 (1)의 가장자리에 균열을 초래하였으며 그 후, 이 균열은 120 시간 후에 시험을 계속하는 것이 불가능할 때까지 증대되었다.

비교예 2의 정착 필름은 약 30 시간 후에 니켈-열 발생층 (1)의 가장자리에 균열을 초래하였으며 그 후, 이 균열은 40 시간 후에 시험을 계속하는 것이 불가능할 때까지 증대되었다.

상기 결과로부터, 이미드화 백분률이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상인 폴리이미드 수지층이 마찰층으로서의 기능을 잘 수행함을 알 수 있다. 또한, 작동 중의 정착 필름의 작동 온도는 약 200 ℃이므로, 초기 단계에서 낮은 이미드화 백분률을 나타내는 폴리이미드 수지층이 필름을 계속하여 사용함에 따라 이미드화 백분률이 높아진다는 것이 확인되었다.

[화상 형성 내구성 시험]

각각의 실시예의 새로운 정착 필름이 구비된 것을 제외하고는 상기 회전 내구성 공시험에서 사용된 것과 같은 정착 장치를 전색 레이저 빔 프린터("LBP-2040", 캐논 가부시끼가이샤 제)에 각각 설치하고, 압력 200 N, 정착 닙 8 mm×230 mm, 정착 온도 180 ℃ 및 공정 속도 180 ℃의 조건하에 화상 형성 내구성 시험을 하였다.

그 결과, 실시예 1, 2 및 4의 정착 필름은 10⁵장의 쉬이트 상에 문제없이 연속 화상 형성을 완성하였다. 실시예 3 및 5의 정착 필름은 각각 5×10⁴및 8×10⁴장의 쉬이트 후에 증가된 회전 토크로 인해 종이 전사에 실패를 초래하였다.

반면에, 비교예 1 및 2의 정착 필름들은 각각 2×10⁴및 1×10⁴장의 쉬이트 후에 파손되어 종이 전사에 실패를 초래하였다.

상기 실시예 및 비교예의 결과를 하기의 표 1에 요약하였다.

본 발명의 적층 필름은 원칙상 금속층이 열 발생층으로 사용되는 전자기 유도 가열형 정착 장치에 사용하기 위한 정착 필름의 특히 바람직한 실시예를 참고로하여 기술되었다. 그러나, 본 발명의 적층 필름은 정착열이 열 발생 부재에 의해 발생되며 정착 필름과 접촉하고 정착 필름을 통해 전달되어 아직 정착되지 않은 화상을 가열하는 필름 가열형 정착 장치의 정착 필름으로서도 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 본 발명의 적층 필름은 특히 가열 및 가압 하에 내열성의 유연성과 기계적 인성의 양호한 조합을 나타낼 것으로 기대되는 수지/금속 적층 필름으로서 바람직하게 사용된다.

본 발명에 따라 가압 및 가열하에 양호한 내구성을 나타내는 적층 필름, 특히 토너 화상 정착용 정착 필름이 얻어지며, 또한 이를 준비 시간이 짧아지고, 대기 시간동안 전력 소모가 현저하게 작아지도록 화상 형성 장치에 사용할 수 있다.

Claims (14)

1. 금속층 및 이미드화 백분률이 70% 내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함함을 특징으로 하는 적층 필름.
2. 제1항에 있어서, 폴리이미드 수지층의 이미드화 백분률이 75% 내지 90%인 적층 필름.
3. 제1항에 있어서, 폴리이미드 수지층이 하기 화학식 1의 반복 단위로 나타내지는 폴리이미드를 포함함을 특징으로 하는 적층 필름.

   <화학식 1>
4. 제1항에 있어서, 금속층이 니켈을 포함함을 특징으로 하는 적층 필름.
5. 제1항에 있어서, 금속층의 두께가 1 내지 100 ㎛이고 폴리이미드 수지층의 두께가 5 내지 100 ㎛인 적층 필름.
6. 제1항에 있어서, 금속층상에 탄성층을 더 포함하는 적층 필름.
7. 제6항에 있어서, 탄성층상에 이형층을 더 포함하는 적층 필름.
8. 제7항에 있어서, 이형층이 불소 함유 수지, 실리콘 수지, 플루오로실리콘 고무, 불소 함유 고무 및 실리콘 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함함을 특징으로 하는 적층 필름.
9. 제1항에 있어서, 순환하는 필름 형태를 갖는 적층 필름.
10. 금속층 및 이미드화 백분률이 70% 내지 93%인 폴리이미드 수지층을 포함함을 특징으로 하는 정착 필름.
11. 제10항에 있어서, 금속층이 니켈을 포함하고 폴리이미드 수지층이 하기 화학식 1의 반복 단위로 나타내지는 폴리이미드를 포함함을 특징으로 하는 정착 필름.

    <화학식 1>
12. 금속층 및 폴리이미드 수지층을 포함하고 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적층 필름으로 이루어지는 정착 필름, 및 정착 필름을 통해 서로 압착되는 한쌍의 가압 부재를 포함하여, 정착 필름의 폴리이미드 수지층은 가압 부재중 하나와 접촉한 상태로 그에 대해 이동하고 정착 필름은 기록 재료상의 화상에 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
13. 제12항에 있어서, 폴리이미드 수지층과 접촉하는 상기 하나의 가압 부재의 측면상에 자속 발생 수단을 포함하여, 정착 필름의 금속층에 의해, 자속 발생 수단에 의해 발생된 자속을 수용함으로써 기록 재료상의 화상을 가열하기 위한 열이 발생되는 것을 특징으로 하는 화상 가열 장치.
14. 제12항에 있어서, 폴리이미드 수지층과 접촉하는 상기 하나의 가압 부재가 정착 필름을 통해 전달되어 기록 재료상의 화상을 가열하는 열을 발생시키는 열 발생 부재인 화상 가열 장치.