JP2006039161A

JP2006039161A - 無端状ベルト及び加熱定着装置

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Publication number: JP2006039161A
Application number: JP2004218155A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Matsunaka; 勝久松中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】金属基層を有するベルトを用いた構成の定着装置において、スティックスリップに起因する高周波音を軽減すること。
【解決手段】金属基層及び樹脂層から成る多層構造の無端状ベルトにおいて、最内面にポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデンを２０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％未満配合した耐熱耐磨耗性樹脂層を有することを特徴とする。又、前記耐熱耐磨耗性摺動層の表面粗さ（Ｒｚ）が０．３μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする。更に、前記耐熱耐磨耗性樹脂層が１μｍ以上２０μｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等のトナー画像形成装置の加熱定着装置に用いられる無端状ベルト及び加熱定着装置に関する。

一般に、電子写真方式に用いられる加熱定着装置では、一対の加熱されたローラとローラ、フィルムとローラ、ベルトとローラといった回転体が圧接されており、未定着のトナー画像を保持した被加熱体がこの回転体間に形成された圧接部位に導入されることで加熱・溶融され、その後、冷却、固化することで記録紙上に永久画像が形成される。

被加熱体の未定着トナーを保持した面が接する側の回転体は定着部材と称し、その形態に応じて定着ローラ、定着フィルム、定着ベルト等と呼ばれる。特に、最近ではクイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式の装置が実用化されており、金属基層自身を発熱させる電磁誘導加熱方式を用いた加熱定着装置も提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

電磁誘導加熱方式の加熱定着装置において、回転体としての円筒状の定着ベルトの駆動方法としては、定着ベルト内周面を案内するベルトガイド部材と加圧ローラとで圧接された定着ベルトを加圧ローラの回転駆動によって従動回転する方法が多く採用されている。

このようなベルト内面摺動タイプの加熱定着装置では、駆動時に負荷が大きい。この駆動負荷を低減するためにベルト内面とその支持部材との動摩擦抵抗を低減させることが重要になっており、ベルト内面とその支持部材との間に耐熱性グリース等の潤滑材を介在させることにより摺動性を確保している（例えば、特許文献３参照）。

又、ベルトガイドの定着ベルト内面と摺動する部位に摺動部材を設ける方法等が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

実開昭５１−１０９７３９号公報特開平０７−１１４２７６号公報特開平０５−０２７６１９号公報特開２００１−０４２６７０号公報

しかしながら、以上に述べたようなベルトを用いた構成の定着装置で、グロスモードやＯＨＴモードのような低速プリントを行う場合には以下のような問題があった。

即ち、低速プリント時には摺動性を確保するために塗布したグリースの粘性抵抗が高くなって駆動負荷が上昇することや、ベルトがゆっくり回転することにより摺動部材とベルト内面との密着性が上がるため、ベルトの回転がローラの回転に追従しづらくなるという問題が生じる。

上記問題は具体的には、ベルト内面と摺動部材との摺動抵抗が高い状態で、特に低速回転時にスティックスリップと呼ばれる微小なビビリが発生し、低周波音の発生を伴うことがある。このようなスティックスリップ現象は、低速且つ加圧力が高いときに発生し、カラー画質向上のために必要な高圧及び高温定着を達成する手段と相反する。

以上述べたように、トナー載り量の多いフルカラー画像を定着するカラー画像形成装置の加熱定着装置では、光沢モードやＯＨＴ画像の透過性を向上させるために、従来のモノカラー用定着装置よりも大きな加圧力をニップ部に印加する必要があるため、ニップ部におけるベルト内面と加圧押し当て部材との面圧がより大きくなり、摺動抵抗が大きくなる。よって、上記のようなスティックスリップがカラー画像形成において非常に大きな問題になる。

そこで、本発明は、金属基層を有するベルトを用いた構成の定着装置において、スティックスリップに起因する高周波音を軽減することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、金属基層及び樹脂層から成る多層構造の無端状ベルトにおいて、最内面にポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデンを２０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％未満配合した耐熱耐磨耗性樹脂層を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記耐熱耐磨耗性摺動層の表面粗さ（Ｒｚ）が０．３μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記耐熱耐磨耗性樹脂層が１μｍ以上２０μｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、ベルト状の回転体と、前記回転体の内周部に配置され該回転体を回転可能に保持するガイド部材と、前記ガイド部材に嵌め込まれ前記回転体の内面に摺動する摺動部材と、前記摺動部材に対して前記回転体を介して圧接し定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を昇温せしめ、前記回転体の回転と共に前記定着ニップ内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段とを有し、前記回転体と前記摺動部材の界面に摺動性を向上させるグリースを塗布した加熱定着装置において、前記回転体を請求項１〜３の何れかに記載の無端状ベルトで構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ベルトの回転と共にベルト内面に摺動部材が押圧・摺擦される構成の加熱定着装置において、ベルトの内面にポリアミドイミド中に二硫化モリブデンを適量分散・
配合させた摺動層を設けることにより、回転・摺動時の摺動抵抗を適切に制御・保つことができ、更に通紙耐久時に内面削れに起因する摺動摩擦抵抗の増加を抑えることができる。よって、ベルト内面と摺動部材の間で発生するスティックスリップによる低周波のビビリ音を低減することができ、静粛性の高い加熱定着装置を提供することができる。

以下に本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態を示す加熱定着装置の横断面図である。

図１において、１は円筒状に形成された無端状ベルトであり、図２に示す層構成を有している。この無端状ベルトについては後述する。

２はベルトガイド部材であり、無端状ベルト１はこのベルトガイド部材２の外側に余裕を持って外嵌されている。３はベルトガイド部材２の内側に配置された磁場発生手段であり、励磁コイルとＴ型の磁性コアとから構成されている。

５は回転可能に支持され、無端状ベルト１を介し摺動部材４に対して圧接する加圧部材としての加圧ローラであり、不図示の駆動手段によって回転駆動されており、無端状ベルト１を駆動する駆動ローラとしての機能も兼ねている。加圧ローラ５は、アルミ・鉄等の芯金５ａの上にシリコーンゴムやフッ素ゴム等或はシリコーンゴムを発泡させる等して成型された耐熱弾性層５ｂを設け、ゴム層５ｂの外周に離型層としてフッ素樹脂等の層５ｃを設けてある。

４はベルトガイド部材２に一体に嵌め込まれた摺動部材であり、無端状ベルト１の内面と摺動し無端状ベルト１を介して加圧ローラ５に圧接することで定着ニップ部Ｎを形成する。

無端状ベルト１は、少なくとも画像定着時には加圧ローラ５の反時計方向の回転により時計方向に摺動部材４の下面と摺動しながら所定の周速度、即ち未定着トナー画像Ｔを担持した被加熱材である記録材Ｐの搬送速度と略同一速度で回転駆動される。

図２は本発明の無端状ベルトの層構成模式図である。

本実施の形態の無端状ベルトは、電磁誘導発熱性を有する金属基層１１と、その外面に積層した弾性層１２と、その外面に積層した離型層１３と、金属基層の内面に形成された摺動層１０とから成る多層構成のものである。各層間には接着性能を付与するために接着層を設けても良い。

略円筒形状を有する無端状ベルト１において摺動部材と接触する摺動層１０が最内面になり、離型層１３が外面側である。発熱層１１に交番磁束が作用することで前記発熱層１１に渦電流が発生して前記発熱層１１が発熱する。その熱が弾性層１２・離型層１３を介して無端状ベルト１を加熱し、前記定着ニップＮを通過する被加熱材Ｐを加熱してトナー画像Ｔの加熱定着がなされる。

本発明の無端状ベルト１は、例えば次のようにして製造することができる。

先ず、発熱層１１を電解ニッケルの電気鋳造法で作製した。電気鋳造法はメッキの一種であり、金属製の母型の周りに電解波を配置し、これに電流を流して金属イオンを母型上で還元・析出させることで母型の周りに金属結晶を成長させて円筒状の金属筒を形成した。本例では内径３４ｍｍ・厚み５０μｍの発熱層であるニッケル層を形成したが、これに限定されるものではない。

次に、予め外面に接着剤を均一に塗布、乾燥させた発熱層１１に、硬化後に所定の物性を示すように配合されたシリコーンゴム材料を所定の厚みになるように設け、加熱硬化しシリコーンゴム弾性層１２を形成する。硬化後所定の物性は石英、アルミナ、酸化亜鉛等の充填剤を配合することによって調整することができる。

次に、上記シリコーンゴム弾性層１２上に所定の厚み、上記シリコーンゴム弾性層付きベルト外径と略同等の内径のＰＦＡチューブ離型層１３を被覆する。本例では離型層として５０μｍのＰＦＡチューブを被覆したが、フッ素樹脂ディスパージョンを用いたコート法等によって形成しても良い。

次に、最内面にジオキサン及びジメチルアセトアミド溶媒中にポリアミドイミド樹脂及び二硫化モリブデンを所定量分散させた塗工液をスプレーコート法によって１μｍ以上２０μｍ以下の厚みに塗工し、８０℃の循環式温風乾燥炉で３０分間乾燥後、１９０℃まで温度を上げ６０分間焼付けを行うことで摺動層１０を形成し、最後に端部を所定の長さに切断することで無端状ベルト１を得た。

摺動層の厚みは、１μｍ未満では層内に欠陥が生じ、２０μｍを超えると塗工液の液ダレが生じるため塗工が困難になる。

尚、本例では発熱層１１の外面に弾性層１２及び離型層１３を形成し、最後に最内面に摺動層１０を形成したが、各層の形成の順番はこれに限定されるものではない。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。

内径３４ｍｍ、厚さ５０μｍ、長さ３００ｍｍに調整した電鋳ニッケルベルト基層１１の上にコーティングにより３００μｍのシリコーンゴム弾性層１２を塗工し加熱硬化させた後、５０μｍのＰＦＡチューブ離型層１３の被覆を行った。

この内面に以下の方法で摺動層１０を形成した。

先ず、ベルトの外径と略同一の内径を有するアルミニウムパイプの内側にベルトをセット・固定し、所定の回転スピードでアルミニウムパイプを回転できる機構とした。

一方、所定の濃度に保った摺動層用の塗工液Ａをアネスト岩田株式会社製・ＷＡ−１２１８型片角自動ガン（スプレーガン）に充填し、一定の速度でガンの先端をアルミニウムパイプの内面に接触しないようにパイプと平衡に移動できるようにし、噴霧させながら所定の回数塗工を行った。図３に概略図を示す。

塗工液Ａの組成は具体的には、ジオキサン４５ｗｔ％％、ジメチルアセトアミド３５ｗｔ％、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）１４ｗｔ％、二硫化モリブデン（ｍｏＳ₂）６ｗｔ％とした。

塗工後、ベルトをアルミパイプにセットしたまま８０℃に温調された循環式温風乾燥炉に投入し３０分間乾燥させた後、１９０℃まで温度を上昇させ６０分間焼付けを行った後、室温まで冷却して所定の長さに切断することで、ベルト（１）を得た。

こうして得られたベルト（１）における内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）は５．５μｍ、厚みは１０．８μｍに調整されており、二硫化モリブデンの量は３０ｗｔ％である。

このベルト（１）を性能評価のため、キヤノン株式会社製カラーレーザプリンタＬＢＰ−２５１０の定着ユニットにグリースを０．８ｇ塗布した上で搭載し、通常の１／３のプロセススピードで回転するＯＨＴプリントモードにてＯＨＴシート上に形成された１００枚のべた黒画像の通紙テストを行ったが、スティックスリップに起因する異音の発生はこのベルト（１）では全く確認されなかった。

更に、普通紙を１０万枚通紙した後、再度ＯＨＴプリントモードにてＯＨＴシート上に形成された１００枚のべた黒画像の通紙テストを行ったが、スティックスリップに起因する異音の発生は認められなかった。結果を表１に示す。

内面摺動層用の液組成をジオキサン４５ｗｔ％％、ジメチルアセトアミド３５ｗｔ％、ポリアミドイミド樹脂１６ｗｔ％、二硫化モリブデン４ｗｔ％に調整しこれを塗工液Ｂとした。これを実施例１と略同様の方法で基層の内面に塗布し乾燥・焼付けを行うことで摺動層を形成し、切断することでベルト（２）を得た。

こうして得られたベルト（２）における内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）は０．２μｍ、厚みは２．３μｍに調整されており、二硫化モリブデンの量は２０ｗｔ％である。

このように作製したベルト（２）を実施例１と同様の方法で定着ユニットに搭載し初期のスティックスリップテスト及び１０万枚通紙試験後のスティックスリップテストを実施したが、全て良好な結果が得られた。結果を表１に示す。

内面摺動層用の液組成をジオキサン４５ｗｔ％、ジメチルアセトアミド３５ｗｔ％、ポリアミドイミド樹脂１５ｗｔ％、二硫化モリブデン５ｗｔ％に調整しこれを塗工液Ｃとした。これを実施例１と略同様の方法で基層の内面に塗布し乾燥・焼付けを行うことで摺動層を形成し、切断することでベルト（３）を得た。

こうして得られたベルト（３）は、内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）が０．５μｍ、厚みは４．５μｍに調整されており、二硫化モリブデンの量は２５ｗｔ％となっている。

このベルト（３）をグリース量を０．２ｇに減らして塗布した状態で実施例１と同様に定着ユニットに搭載し、初期のスティックスリップテスト、１０万枚通紙試験後のスティックスリップテストを実施したが、全て良好な結果が得られた。結果を表１に示す。

実施例３で調整した塗工液Ｃを用い、これを実施例１と略同様の方法で基層の内面に塗布し乾燥・焼付けを行うことで摺動層を形成し、切断することでベルト（４）を得た。

こうして得られたベルト（４）は、内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）が４．５μｍ、厚みは９．４μｍに調整されており、二硫化モリブデンの量は２５ｗｔ％である。

これを実施例３と同様にグリースの塗布量を０．２ｇに減らした状態で定着ユニットに搭載し、初期のスティックスリップテスト及び１０万枚通紙試験後のスティックスリップテストを実施したが、全て良好な結果が得られた。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
内面摺動層用の液組成をジオキサン４５ｗｔ％％、ジメチルアセトアミド３５ｗｔ％、ポリアミドイミド樹脂２０ｗｔ％に調整し、これを塗工液Ｄとした。これを実施例１と同様の方法で基層の内面に塗布し乾燥・焼付けを行うことで摺動層を形成し、切断することでベルト（５）を得た。こうして得られたベルト（５）における内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）は１．０μｍ、厚みは８．８μｍに調整されている。

このベルト（５）を実施例１と同様の状態で定着ユニットに搭載し、初期のスティックスリップテストを行ったところ、スティックスリップに起因する異音の発生が認められた。結果を表１に示す。

＜比較例２＞
内面摺動層用の液組成をジオキサン４５ｗｔ％、ジメチルアセトアミド３５ｗｔ％、ポリアミドイミド樹脂１２ｗｔ％、二硫化モリブデン８ｗｔ％に調整しこれを塗工液Ｅとした。これを実施例１と略同様の方法で基層の内面に塗布し乾燥・焼付けを行うことで摺動層を形成し、切断することでベルト（６）を得た。

こうして得られたベルト（６）は内面摺動層１０の表面粗度（Ｒｚ）が４．０μｍ、厚みは１２．８μｍに調整されており、二硫化モリブデンの量は４０ｗｔ％である。

このベルト（６）を実施例３と同様にグリースの塗布量を０．２ｇにした状態で定着ユニットに搭載し、初期のスティックスリップテストを行ったところ、殆ど異音の発生は認められなかった。しかし、更に普通紙を１０万枚通紙した後、再度ＯＨＴプリントモードにてＯＨＴシート上に形成された１００枚のべた黒画像の通紙テストを行ったところ、グリースの枯渇・固着等に起因すると思われるスティックスリップ時の異音の発生が認められた。結果を表１に示す。

本実施の形態における定着装置の概略図である。本実施の形態における無端状ベルトの層構成の概略図である。ベルト内面摺動層塗工の概略図である。

符号の説明

１無端状ベルト
２ベルトガイド
３コア・コイル
４摺動部材
５加圧ローラ
５ａ芯金
５ｂ耐熱弾性層
５ｃ離型層
１０摺動層
１１金属基層
１２弾性層
１３離型層

Claims

金属基層及び樹脂層から成る多層構造の無端状ベルトにおいて、
最内面にポリアミドイミド樹脂中に二硫化モリブデンを２０ｗｔ％以上、３０ｗｔ％未満配合した耐熱耐磨耗性樹脂層を有することを特徴とする無端状ベルト。
前記耐熱耐磨耗性摺動層の表面粗さ（Ｒｚ）が０．３μｍ以上５．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の無端状ベルト。
前記耐熱耐磨耗性樹脂層が１μｍ以上２０μｍ以下の厚みで形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の無端状ベルト。
ベルト状の回転体と、前記回転体の内周部に配置され該回転体を回転可能に保持するガイド部材と、前記ガイド部材に嵌め込まれ前記回転体の内面に摺動する摺動部材と、前記摺動部材に対して前記回転体を介して圧接し定着ニップ部を形成する加圧部材と、前記回転体を昇温せしめ、前記回転体の回転と共に前記定着ニップ内を搬送される被加熱材を加熱する加熱手段とを有し、前記回転体と前記摺動部材の界面に摺動性を向上させるグリースを塗布した加熱定着装置において、
前記回転体を請求項１〜３の何れかに記載の無端状ベルトで構成したことを特徴とする加熱定着装置。