JP2014206579A - 面状発熱体の製造方法、面状発熱体および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】導電性フィラーが分散された発熱層を有し、長期にわたって安定した電気抵抗を示す面状発熱体の製造方法、面状発熱体、およびそれを発熱ベルトとして有する画像形成装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る面状発熱体は、発熱層を有する。発熱層は、樹脂と導電性フィラーを含む。面状発熱体の面方向の一方向における抵抗変化率は2%以下である。このような面状発熱体は、発熱層としたときの通電方向に電荷を流しながら発熱層を固化することによって得られる。当該面状発熱体は、画像形成装置の定着装置における発熱ベルトに使用されうる。【選択図】図6
Description
本発明は、面状発熱体の製造方法、面状発熱体およびそれを発熱ベルトとして有する画像形成装置に関する。
画像形成装置は、普通紙などの記録媒体にトナー画像を定着させて画像を形成する。記録媒体へのトナー画像の定着は、トナー画像のトナーを加熱溶融することによって行われる。このトナーの加熱溶融は、画像形成装置中の定着装置における定着部材によって行われる。定着部材には、発熱層を有する無端状の発熱ベルトが知られている。発熱層は、樹脂と導電性フィラーとを含有する液状の導電性組成物を円筒状の金型の外面に塗布し、金型をリング状ダイスに通して塗膜を軸方向に沿って扱き、塗膜を加熱して硬化させる方法によって製造される。導電性フィラーは、高いアスペクト比を有しており、上記の扱きによって、塗膜中の導電性フィラーが発熱ベルトの軸方向に配向する(例えば、特許文献1参照)。
上記のように機械的な力で塗膜中の導電性フィラーを配向させる場合では、導電性フィラーの配向処理から塗膜の硬化までの間に塗膜中で導電性フィラーが動き、導電性フィラーの所期の配向状態が十分に保たれないことがある。このため、発熱ベルトの耐久使用に伴って発熱層の電気抵抗が変化し、発熱ベルトの発熱能力が経時的に変化することがある。
本発明の目的は、導電性フィラーが分散された発熱層を有し、長期にわたって安定した電気抵抗を示す面状発熱体の製造方法を提供することである。また、本発明の別の目的は、上記面状発熱体を提供することである。また、本発明のさらなる別の目的は、上記面状発熱体を定着装置における発熱ベルトとして有する画像形成装置を提供することである。
本発明に係る面状発熱体の製造方法は、基材上に形成された、樹脂と導電性フィラーとを含有する発熱層用塗料の塗膜に、この塗膜の面方向における一方向に向けて電荷を流しながら上記樹脂を固化する工程、を含む。
また、本発明に係る面状発熱体は、発熱層と、この発熱層に接着し、上記発熱層において発熱層の面方向における一方向に向けて電荷を流すための一対の電極とを有する。上記発熱層は、樹脂と、この樹脂中に含有された導電性フィラーとによって構成される。上記面状発熱体の経時的な抵抗変化率は、2%以下である。
また、本発明に係る画像形成装置は、記録媒体に形成されたトナー画像を記録媒体に定着するための発熱ベルトを少なくとも有する。上記発熱ベルトは、前述の本発明に係る面状発熱体である。
本発明では、面状発熱体の経時的な抵抗変化率の変化が抑えられるように、導電性フィラーが発熱層中に保持される。よって、長期にわたって安定した発熱能力を示す面状発熱体が得られる。そして、この面状発熱体を画像形成装置の定着装置における発熱ベルトに用いることによって、高品質の画像を長期にわたって安定して形成することができる。
[面状発熱体]
本発明に係る面状発熱体は、発熱層と電極とを有する。本発明に係る面状発熱体は、その経時的な抵抗変化率(以下、単に「抵抗変化率」とも言う)が2%以下である以外は、公知の面状発熱体と同様に構成されうる。
本発明に係る面状発熱体は、発熱層と電極とを有する。本発明に係る面状発熱体は、その経時的な抵抗変化率(以下、単に「抵抗変化率」とも言う)が2%以下である以外は、公知の面状発熱体と同様に構成されうる。
本発明に係る面状発熱体の形状は、面状発熱体の用途に応じて適宜に選ばれうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合では、面状発熱体は、無端形状(筒状)に形成される。このような面状発熱体の例には、図1および図2に示される発熱ベルトが含まれる。
図1Aは、本発明の一実施の形態に係る面状発熱体の斜視図であり、図1Bは、その断面図である。図1Aおよび図1Bに示される発熱ベルト10は、筒状の発熱層11と、その外周面の両端に導電性接着剤13を介して接着される電極12とを有する。この発熱ベルト10における通電方向は、発熱ベルト10の軸方向である。
図2は、本発明の他の実施の形態に係る面状発熱体の部分断面図である。図2に示される発熱ベルト20は、発熱層11、電極12および導電性接着剤13に加えて、補強層14、弾性層15および離型層16をさらに有する。補強層14は、発熱層11の内周面に接着している。弾性層15は、発熱層11の外周面における電極12間の部分に接着している。離型層16は、弾性層15の外周面に接着している。この発熱ベルト20における通電方向も、発熱ベルト20の軸方向である。
本発明に係る面状発熱体の経時的な抵抗変化率は、2%以下である。本発明において、「経時的な抵抗変化率」とは、面状発熱体の耐久使用条件での使用の前後における面状発熱体の体積抵抗率の変化率を言う。耐久使用条件は、面状発熱体の用途に応じて決められうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合の耐久使用条件は、使用条件またはそれに準じた電流のオンオフ(発熱と放冷)の繰り返し回数が1万回以上、とすることができる。
面状発熱体の体積抵抗率は、面状発熱体の、発熱層の面方向における一方向に並ぶ二点間の電気抵抗を測定することによって求められる。「発熱層の面方向における一方向」とは、面状発熱体が使用されるときの発熱層に電荷が流れる方向と同じ方向である。図1および図2に示される発熱ベルトでは、当該方向は軸方向である。
以下、本発明に係る面状発熱体の構成をさらに詳しく説明する。
以下、本発明に係る面状発熱体の構成をさらに詳しく説明する。
(発熱層)
上記発熱層は、樹脂および導電性フィラーを含有する。
上記発熱層は、樹脂および導電性フィラーを含有する。
上記樹脂には、熱硬化性樹脂(耐熱性樹脂ともいう)を好適に用いることができる。このような樹脂の例には、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、これらの誘導体よりなる樹脂およびこれらの変性樹脂が含まれる。特に好ましくは、ポリイミドまたはポリアミドイミドである。ポリイミドは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸の加熱により形成される。ポリアミド酸は、例えばテトラカルボン酸二無水物またはその誘導体とジアミンとの等モル混合物を有機極性溶媒に溶解させ、溶液状態で反応させることにより得られる。
上記導電性フィラーには、金属または非金属の導電性材料の粒子が用いられる。粒子の形状および大きさは、本発明の効果が得られる範囲において特に限定されないが、導電性フィラーは、導電性繊維であることが好ましい。導電性繊維とは、上記導電性材料からなる繊維である。「繊維」とは、細長い形状を有しているものを示す呼称である。上記導電性繊維は、導電性材料の所望の太さの繊維を所望の長さに切断する公知の方法によって得られる。
さらに、上記導電性繊維の直径(A)は0.5〜30μmであり、上記導電性繊維の長さ(B)は5.0〜1,000μmであり、上記導電性繊維のアスペクト比は0.025〜0.25であることが、面状発熱体の十分な発熱能力を得る観点、および、面状発熱体の抵抗変化率を小さくする観点、からより好ましい。
導電性繊維の直径(A)が0.5μm未満であると、発熱層中で導電性繊維同士が接触したときに導電性繊維間の接触抵抗が大きくなりすぎ、発熱層全体の電気抵抗値が十分に下がらない可能性がある。導電性繊維の直径(A)が30μmを超えると、発熱層中での導電性繊維の分散性が低下し、発熱層の電気抵抗に局部的なばらつきを生じる可能性がある。導電性繊維の長さ(B)が5.0μm未満であると、導電性繊維による電荷の通路が発熱層中に十分に形成されない可能性がある。導電性繊維の長さ(B)が1,000μmを超えると、導電性繊維が必ずしも長く伸びた形では発熱層中で存在できず、発熱層の電気抵抗に局部的なばらつきを生じさせる可能性がある。導電性繊維のアスペクト比が0.025より低いか、あるいは0.25より高い場合でも、前述したいずれかの不都合を生じる可能性がある。
上記導電性繊維の直径(A)および長さ(B)は、例えば、走査型電子顕微鏡写真を用いて500倍にて導電性繊維を撮影し、スキャナーにて取り込んだ画像から最低500個の導電性繊維の直径と長さを測定し、その平均値として算出される。また、導電性繊維のアスペクト比は、導電性繊維の直径(A)を導電性繊維の長さ(B)で除算すること(A/B)により求められる。
導電性フィラーの材料の例には、C;Ni、Au、Ag、Fe、Al、Ti、Pd、Ta、Cu、Co、Cr、Pt、Mo、Ru、Rh、W、Inなどの金属;VO2、Ru2O、ZrO2、InOなどの金属酸化物;TaN、Ta2N、ZrN、NbN、VNなどの金属窒化物;TiB2、ZrB2、HfB2、TaB2、MoB2、CrB2、B4C、MoBなどのホウ素化合物;SiC、ZrC、VC、TiCなどの金属炭化物;および、Ag−Pd、Cu−Ni、Cu−Zn、ステンレス鋼などの合金;が含まれる。
上記樹脂に対する導電性フィラーの含有量は、面状発熱体の用途に応じて適宜に決められうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合では、上記樹脂に対する導電性フィラーの含有量は、15〜60体積%であることが好ましい。
上記発熱層は、本発明の効果が得られる範囲において、上記の樹脂および導電性フィラー以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分の例には、抵抗値制御や熱伝導向上のため絶縁性材料の粒子が含まれる。絶縁性材料の例には、AlN、SiN4、Al2O3、MgO、VO2、SiO2、ZrO2、Bi2O3、TiO2、MoO2、WO2、NbO2、ReO3などのセラミック材料が含まれる。
上記発熱層の厚さは、面状発熱体の用途に応じて決められうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合では、発熱層の厚さは、所期の発熱量を得る観点から、30〜200μmであることが好ましく、40〜150μmであることがより好ましく、50〜100μmであることがさらに好ましい。
上記発熱層の電気抵抗値は、面状発熱体の用途に応じて適宜に決められうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合では、発熱層の電気抵抗値は、体積抵抗率で、1.0×10−6〜9.9×10−3Ω・mの範囲内であることが好ましく、8.0×10−6〜1.0×10−2Ω・mであることがより好ましい。発熱層の体積抵抗率が上記範囲よりも低すぎると、所定の電圧で発熱層に電荷を流したときに、抵抗が不十分なため所期の発熱量が得られない場合や、電荷が流れすぎて所望の温度よりも高い温度まで急激に発熱するために発熱を制御できない場合がある。発熱層の体積抵抗率が上記の範囲よりも高すぎると、所定の電圧では十分な電荷が発熱層を流れず、より多くの通電量が必要となる。
発熱層の体積抵抗率(ρ)は、発熱層の通電方向における両端部に導電テープで電極部を設け、その両端間の電気抵抗値を測定し、下記式にて算出される。但し、抵抗値(R:Ω)、発熱層の厚み(d:m)、通電方向に直交する方向の長さ(W:m)、電極間の長さ(L:m)である。図1および図2において、上記通電方向は、発熱層11の軸方向であり、Wは、発熱層11の外周面の周囲長である。発熱層の体積抵抗率は、例えば、導電性フィラーの種類、導電性フィラーの量、印加電圧、発熱層の厚さまたは発熱層の通電方向における長さにより調整されうる。
体積抵抗率(ρ)=(R・d・W)/L
体積抵抗率(ρ)=(R・d・W)/L
(電極)
上記電極は、発熱層の上記の「一方向」に電荷を流すように配置される。電極は、上記一方向において互いに対向して配置されればよい。図1および図2の発熱ベルトでは、電極12は、発熱層11の外周面の両端に、発熱層11の外周面を一周するように配置されているが、発熱ベルトの軸方向に電荷を流すように配置されていれば、発熱層11の両端に配置されていなくてもよい。また、電極12は、発熱層11の内周面に配置されていてもよい。電極12は、例えば金属製の環状の電極(金属電極)である。電極には、電極の材料として通常用いられる金属が使用されうる。電極の材料の例には、銅、アルミニウム、ニッケル、真鍮、リン青銅、ステンレス鋼および鉄クロムが含まれる。
上記電極は、発熱層の上記の「一方向」に電荷を流すように配置される。電極は、上記一方向において互いに対向して配置されればよい。図1および図2の発熱ベルトでは、電極12は、発熱層11の外周面の両端に、発熱層11の外周面を一周するように配置されているが、発熱ベルトの軸方向に電荷を流すように配置されていれば、発熱層11の両端に配置されていなくてもよい。また、電極12は、発熱層11の内周面に配置されていてもよい。電極12は、例えば金属製の環状の電極(金属電極)である。電極には、電極の材料として通常用いられる金属が使用されうる。電極の材料の例には、銅、アルミニウム、ニッケル、真鍮、リン青銅、ステンレス鋼および鉄クロムが含まれる。
電極の幅は、発熱層に対する電極の接着面積を十分に大きくする観点、および、電極に電荷を供給する給電装置に対する電極の接触面積を十分に大きくする観点、から、5〜30mmであることが好ましい。電極の幅とは、面状発熱体の通電方向における長さであり、図1および図2では、電極12の軸方向における長さである。電極の厚さは、適度の強度と柔軟性との両立の観点から決められうる。電極の厚さは、電極の剛性と柔軟性とのバランスの観点から、10〜100μmであることが好ましく、30〜60μmであることがより好ましい。
図1および図2において発熱層11と電極12とを接着している導電性接着剤13には、接着母材と導電性フィラーとを含む組成物、またはシランカップリング剤、が用いられる。接着母材の例には、エポキシ樹脂が含まれる。導電性接着剤13の導電性フィラーには、前述した導電性フィラーが用いられうるが、導電性接着剤13の導電性フィラーの好ましい例には、銀フィラー、ニッケルフィラーおよびステンレス鋼フィラーが含まれる。シランカップリング剤の例には、アルキルアミノトリアルコキシシランが含まれる。
本発明に係る面状発熱体は、図2に示されるように、発熱層および電極以外の他の層をさらに有していてもよい。このような他の層の例には、図2に示されるように、補強層14、弾性層15および離型層16が含まれるが、上記他の層はこれらに限定されない。
(補強層)
図2において、補強層14は、発熱層11の形状制御、保持を目的とする層であり、その厚さは、概ね20〜100μmである。補強層14を構成する材料は、補強層14の剛性と柔軟性とのバランスの観点から、ナノインデンテーション法により測定したヤング率が5.0〜15.0GPaである材料が好ましく、8.0〜15.0GPaである材料がより好ましい。このような材料の例には、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリエーテル、エーテルケトン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアミドおよびポリフェニレンサルファイドなどのいわゆるエンジニアリングプラスチック材料が含まれる。これらの中でも、ポリフェニレンサルファイドまたはポリイミドが好ましい。
図2において、補強層14は、発熱層11の形状制御、保持を目的とする層であり、その厚さは、概ね20〜100μmである。補強層14を構成する材料は、補強層14の剛性と柔軟性とのバランスの観点から、ナノインデンテーション法により測定したヤング率が5.0〜15.0GPaである材料が好ましく、8.0〜15.0GPaである材料がより好ましい。このような材料の例には、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリエーテル、エーテルケトン、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリアミドおよびポリフェニレンサルファイドなどのいわゆるエンジニアリングプラスチック材料が含まれる。これらの中でも、ポリフェニレンサルファイドまたはポリイミドが好ましい。
(弾性層)
図2において、弾性層15は、通常、発熱層11の外側に形成される。弾性層15の厚さは、発熱層11からの熱の伝達とトナー画像や記録媒体に対する密着性との観点から、5〜300μm程度であることが好ましい。弾性層15の材料の例には、シリコーン樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴム材料が含まれる。上記ゴム材料の例には、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ハイスチレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IIR)、エチレン−プロピレン共重合体、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム(CR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム(ACM、ANM)、エピクロロヒドリンゴムおよびノルボルネンゴムが含まれる。熱可塑性エラストマーの例には、ポリエステル系、ポリウレタン系、スチレン−ブタジエントリブロック系、ポリオレフィン系の各種エラストマーが含まれる。これらのうちの1種が単独で使用されてもよく、2種以上が併用されてもよい。
図2において、弾性層15は、通常、発熱層11の外側に形成される。弾性層15の厚さは、発熱層11からの熱の伝達とトナー画像や記録媒体に対する密着性との観点から、5〜300μm程度であることが好ましい。弾性層15の材料の例には、シリコーン樹脂、熱可塑性エラストマーおよびゴム材料が含まれる。上記ゴム材料の例には、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ハイスチレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IIR)、エチレン−プロピレン共重合体、ニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム(CR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム(ACM、ANM)、エピクロロヒドリンゴムおよびノルボルネンゴムが含まれる。熱可塑性エラストマーの例には、ポリエステル系、ポリウレタン系、スチレン−ブタジエントリブロック系、ポリオレフィン系の各種エラストマーが含まれる。これらのうちの1種が単独で使用されてもよく、2種以上が併用されてもよい。
(離型層)
図2において、離型層16は、発熱ベルトのトナーに対する離型性を高めるための層である。離型層の厚さは、例えば5〜20μmである。離型層の材料には、上記の離型性に加えて、上記弾性層よりも高い弾性率を有する樹脂が好ましくは用いられる。離型層の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン樹脂、およびこれらのうちの2種以上からなる混合物または共重合体が含まれる。特に、フッ素樹脂、ポリウレタンまたはシリコーン樹脂が好ましい。
図2において、離型層16は、発熱ベルトのトナーに対する離型性を高めるための層である。離型層の厚さは、例えば5〜20μmである。離型層の材料には、上記の離型性に加えて、上記弾性層よりも高い弾性率を有する樹脂が好ましくは用いられる。離型層の材料の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、アルコール可溶性ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、フェノール、ポリオキシメチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリホスファゼン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラバン酸、ポリアリルフェノール、フッ素樹脂、ポリ尿素、アイオノマー、シリコーン樹脂、およびこれらのうちの2種以上からなる混合物または共重合体が含まれる。特に、フッ素樹脂、ポリウレタンまたはシリコーン樹脂が好ましい。
フッ素樹脂の例には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキビニルエーテル(PFA)、フッ化エチレンプロピレン(FEP)、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ビニリデンフロライドの共重合体(THV)、ポリビニリデンフロライド(PVDF)が含まれる。上記フッ素樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。
ポリウレタンには、塗料の分野において公知のポリウレタンが使用可能である。特に水系ポリウレタンが好ましい。ポリウレタンを構成するポリオール化合物の例には、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリオレフィン系ポリオール(ポリジエン系ポリオールを水素添加したポリオールを含む)、ポリブタジエン系ポリオール、ポリイソプレン系ポリオール、アクリル樹脂系ポリオールが含まれる。ポリウレタンの硬化剤には、ポリウレタンの原料として一般的に用いられているイソシアネート化合物を用いることができる。この場合、イソシアネート化合物とは、分子中に2個以上のイソシアネート基を持つ化合物である。イソシアネート化合物の例には、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、リジンエステルジイソシアネート、リジンエステルトリイソシアネート(LDI)、ウンデカントリイソシアネート、ヘキサメチレントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、および上記イソシアネート化合物の重合体、誘導体、変性体、水素添加体が含まれる。
シリコーン樹脂には、2官能性(D単位)、3官能性(T単位)のシロキサン単位を10mol%以上、好ましくは主骨格として含む公知のシリコーン樹脂を用いることが可能である。シリコーン樹脂の例には、フェニル系シリコーン樹脂、メチル系シリコーン樹脂およびメチルフェニル系シリコーン樹脂が含まれる。シリコーン樹脂の硬化機構は、加熱硬化型でもよいし、室温硬化型でもよい。さらに、シリコーン樹脂には、シリコーンゴムを用いることが可能である。シリコーンゴムの例には、メチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、メチルビニルシリコーンゴムが含まれる。さらにシリコーンゴムと添加物による過酸化反応、縮合反応、付加反応物を行うことによって、シリコーン樹脂に架橋構造を持たせてもよい。さらに、シリカなどの添加剤によってシリコーン樹脂を補強することも可能である。
さらに、離型層の材料には、光または熱によるモノマーの硬化反応によって構成される樹脂が用いられうる。このような樹脂の例には、アクリル系樹脂が含まれる。アクリル系樹脂の例には、エチレン性不飽和二重結合を有するモノマーが重合してなる樹脂が含まれ、より具体的には、(メタ)アクリルウレタン系樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート系樹脂、エポキシ(メタ)アクリレート系樹脂、ポリオール(メタ)アクリレート系樹脂が含まれる。
(メタ)アクリルウレタン系樹脂は、一般に、ポリエステルポリオールに、イソシアネートモノマー、またはイソシアネートプレポリマーを反応させて得られた生成物に、さらに2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどの水酸基を有する(メタ)アクリレート系のモノマーを反応させることによって容易に得ることができる。(メタ)アクリルウレタン系樹脂の例には、特開昭59−151110号公報に記載のもの、および、ユニディック17−806(DIC株式会社製)100部と、コロネートL(日本ポリウレタン工業株式会社製)1部との混合物、が含まれる。
ポリエステル(メタ)アクリレート系樹脂は、一般に、ポリエステルポリオールに、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ(メタ)アクリレート系のモノマーを反応させることによって容易に得ることができる。ポリエステル(メタ)アクリレート系樹脂の例には、特開昭59−151112号公報に記載の紫外線硬化型ポリエステル(メタ)アクリレート系樹脂が含まれる。
補強層、弾性層および離型層は、本発明の効果が得られる範囲において、前述以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分の例には、アルミナや酸化チタンなどの金属酸化物粒子が含まれる。
(作用、効果)
発熱層中、電荷は、導電性フィラーを流れ、導電性フィラー間に樹脂が存在する場合には、トンネル電流として樹脂を流れる、と考えられる。一般に、発熱層の体積抵抗率は、導電性フィラーのそれに比べて2〜3桁高いことから、発熱層の電気抵抗は、導電性フィラー間に存在する樹脂によって主に決まると考えられる。よって、導電性フィラー間に樹脂が存在している状態が、発熱層の面方向で均一に形成されていると、発熱層の安定した電気抵抗が得られるものと考えられる。
発熱層中、電荷は、導電性フィラーを流れ、導電性フィラー間に樹脂が存在する場合には、トンネル電流として樹脂を流れる、と考えられる。一般に、発熱層の体積抵抗率は、導電性フィラーのそれに比べて2〜3桁高いことから、発熱層の電気抵抗は、導電性フィラー間に存在する樹脂によって主に決まると考えられる。よって、導電性フィラー間に樹脂が存在している状態が、発熱層の面方向で均一に形成されていると、発熱層の安定した電気抵抗が得られるものと考えられる。
したがって、抵抗変化率が2%以下である面状発熱体では、導電性フィラーが、その間に樹脂が介在するある位置関係で、発熱層の面方向において一様に分布していると考えられる。発熱層中における導電性フィラーのこのような分散状態は、樹脂中への導電性フィラーの分散と、導電性フィラーの拘束を伴う樹脂の固化とによって、実現されうる。
一方、樹脂の固化時に導電性フィラーが拘束されない場合では、導電性フィラーが樹脂中に分散されていても、面状発熱体の抵抗変化率が2%以下に制御されない。これは、導電性フィラーの分散から樹脂の固化までの間に導電性フィラーが樹脂中で、向きを変える、曲がる、または伸びるなど、わずかに動き、導電性フィラー同士の通電に好適な位置関係が損なわれるため、と考えられる。
樹脂固化時における導電性フィラーの拘束は、例えば、樹脂中に分散する導電性フィラーに一方向へ直流または交流で電荷を流すことによって実現されうる。たとえば、上記発熱層は、後述する製造方法の他、一方向に電荷を流しながら樹脂を固化した上記塗料の固化物から発熱層用のシートを切り出すことによって得られうる。
本発明に係る面状発熱体は、その抵抗変化率が2%以下であることから、長期にわたる繰り返し使用においても電気特性の変化が小さいので、一定の発熱量で、長期にわたり安定して発熱する。よって、長期にわたり安定した発熱を行うことが可能である。
本発明に係る面状発熱体は、好ましくは、下記製造方法によって製造される。
以下、本発明に係る面状発熱体の製造方法を説明する。
以下、本発明に係る面状発熱体の製造方法を説明する。
[面状発熱体の製造方法]
本発明に係る面状発熱体の製造方法は、基材上に形成された発熱層用塗料の塗膜に、電荷を塗膜の面方向における一方向に流しながら樹脂を固化する工程(固化工程)を含む。
本発明に係る面状発熱体の製造方法は、基材上に形成された発熱層用塗料の塗膜に、電荷を塗膜の面方向における一方向に流しながら樹脂を固化する工程(固化工程)を含む。
上記固化工程において、上記基材は、発熱層用塗料の所望の形状の塗膜を形成することができれば、特に限定されない。たとえば、上記基材は、塗膜形成用の基材であってもよいし、上記補強層であってもよい。
上記発熱層用塗料には、上記樹脂と上記導電性フィラーとを含有する液状の組成物を用いられうる。上記樹脂は、最終樹脂の前駆体樹脂であってもよい。前駆体樹脂の例には、ポリアミド酸が含まれる。このときの最終樹脂はポリイミドである。また、上記塗料は、必要に応じて有機溶剤などの他の成分を含有していてもよい。また、上記塗膜は、当該塗料の乾燥または硬化によって塗膜を形成する公知の方法を利用して形成されうる。
上記固化工程は、上記塗膜に電荷を流しながら樹脂を固化することを特徴とする。このときの上記塗膜中の電流は、直流でも交流でもよい。通電方向は、上記塗膜の面方向における一方向である。上記一方向とは、面状発熱体の使用時に発熱層に電荷が流れる方向である。図1および図2の発熱ベルトでは、上記の方向とは発熱ベルトの軸方向である。このときの樹脂の固化は、発熱層中の導電性フィラーを拘束できる程度であればよい。より具体的には、樹脂の固化は、塗膜の乾燥であってもよいし、塗膜中の樹脂の硬化であってもよい。
上記固化工程において、樹脂の固化時に塗膜に電荷を流さないと、図3Aに示されるように、導電性フィラー18は、発熱層11中で不規則に配置される。仮に、塗膜を扱くことによって塗膜中の導電性フィラー18を発熱層11の軸方向に配向させたとしても、このような強制的な配向状態は、樹脂の固化時まで十分には維持されない。この発熱層11に電荷を流すと、図3A中の矢印に示されるように、電荷は導電性フィラー18に優先して流れるが、導電性フィラー18の配置は電荷を流しやすい配置ではないことから、導電性フィラー18間の接触抵抗がばらつき、発熱層11の面方向における電気抵抗のばらつきを生じると考えられる。
一方、上記固化工程において、樹脂の固化時に塗膜に電荷を流すと、塗膜は、電気粘性流体として振る舞い、塗膜中の導電性フィラー18は、電極の位置と通電量に応じて電荷を流しやすい向き(発熱層11の軸方向)および位置で整列する。このため、導電性フィラー18間の接触抵抗のばらつきが抑えられ、発熱層11に電荷を流すと、図3Bに示されるように、電荷は発熱層11の一端から他端へ一律に流れ、発熱層11の面方向における電気抵抗のばらつきが実質的に防止されると考えられる。
上記固化工程における通電量は、面状発熱体の用途に応じて適宜に決められうる。たとえば、面状発熱体の用途が画像形成装置の定着装置における発熱ベルトである場合では、上記通電時の電圧は、10〜200Vであることが、抵抗変化率が2%以下の発熱ベルトを得る観点から好ましい。上記電圧が10V未満であると、導電性フィラーの好適な整列が実現せず、発熱ベルトの発熱に必要な適度な電気抵抗が得られないことがある。上記電圧が200Vを超えると、やはり導電性フィラーの好適な整列状態が実現せず、発熱ベルトの電気抵抗が大きくなりすぎることがある。
本発明に係る製造方法は、本発明の効果が得られる範囲において、上記固化工程以外の他の工程をさらに含んでいてもよい。このような他の工程の例には、上記発熱層用塗料を基材に塗布する工程、上記発熱層の上記一方向に電荷を流すための一対の電極(図1および図2の発熱ベルトにおける電極12)を発熱層に接着する工程、および、発熱層以外の他の層をさらに形成する工程、が含まれる。これらの他の工程は、発熱ベルトを製造する公知の技術を利用して行うことが可能である。
本発明に係る製造方法によれば、発熱層を有し、かつ抵抗変化率が2%以下の面状発熱体をより容易に製造することが可能である。さらに、上記固化工程における通電量を制御することによって、所期の抵抗変化率および電気抵抗値(所期の発熱能力)を有する面状発熱体を製造することが可能である。
[定着装置]
本発明に係る面状発熱体は、面で発熱する用途で用いられる。例えば本発明に係る面状発熱体は、図4に示されるように、画像形成装置における定着装置の発熱ベルトに好適に用いられる。
本発明に係る面状発熱体は、面で発熱する用途で用いられる。例えば本発明に係る面状発熱体は、図4に示されるように、画像形成装置における定着装置の発熱ベルトに好適に用いられる。
図4は、本発明に係る面状発熱体の一例を装着した定着装置60を概略的に示す図である。図4Aは、転写材の搬送方向に沿って見た定着装置60の正面図である。図4Bは定着装置60の側面図である。
定着装置60は、本発明に係る面状発熱体である無端状の発熱ベルト63を備える。すなわち、定着装置60は、図4に示されるように、定着ローラー62、発熱ベルト63、加圧ローラー64および給電装置65を有する。発熱ベルト63は、例えば図1に示される発熱ベルト10であってもよいし、図2に示される発熱ベルト20であってもよい。
定着ローラー62は、円柱状の芯金62aと、その周面上に配置される樹脂層62bとを有する。樹脂層62bの外径は、発熱ベルト63の内径よりも小さい。定着ローラー62は、発熱ベルト63の内側に配置される。定着ローラー62は、発熱ベルト63の周方向における一部分で発熱ベルト63の内周面に接触する。
加圧ローラー64は、円柱状の芯金64aと、その周面上に配置される樹脂層64bとを有する。加圧ローラー64は、発熱ベルト63を介して定着ローラー62に対向して配置される。加圧ローラー64は、定着ローラー62に向けて発熱ベルト63の外周面を押圧可能に配置されている。加圧ローラー64は、通常は発熱ベルト63と離れて配置されうる。
樹脂層62b,64bは、例えば公知の樹脂の層または公知の樹脂が発泡してなる層である。上記樹脂の例には、シリコーンゴムおよびフッ素ゴムが含まれる。樹脂層62b,64bの少なくともいずれかは、加圧ローラー64による押圧によって変形する弾性を有する。
加圧ローラー64は、転写材に対する離型性を有する離型層を、樹脂層64b上にさらに有していてもよい。この離型層は、フッ素系チューブやフッ素系コーティングによって構成される。離型層の材料には、発熱ベルトの離型層の材料として説明したフッ素樹脂が用いられうる。上記離型層の厚さは、例えば5〜100μmであることが好ましい。
給電装置65は、交流電源65aと、電極12に接触する給電部材65bと、交流電源65aおよび給電部材65bを接続する導線65cとを有する。給電部材65bは、電極12に向けて、板バネやコイルバネなどの弾性部材(図示せず)で付勢されている。給電部材65bは、電極12に対して摺動する部材であってもよいし、回転する部材であってもよい。給電部材65bの例には、黒鉛や銅−黒鉛複合材料などのカーボン系材料で構成されたカーボンブラシが含まれる。
発熱ベルト63、定着ローラー62および加圧ローラー64はいずれも回動可能である。それぞれが独立して回動可能であってもよいし、回動自在な一つに従って他が回動してもよい。
加圧ローラー64が定着ローラー62に向けて発熱ベルト63の外周面を押圧することによって発熱ベルト63と加圧ローラー64の接触部(ニップ部)が形成される。ニップ部は、定着ローラー62が窪んで形成されてもよいし、加圧ローラー64が窪んで形成されてもよい。
トナー画像の定着に際して、各ローラーおよび発熱ベルト63の回動、発熱ベルト63への給電およびニップ部の形成は、公知の定着装置と同様に行うことができる。定着装置60は、公知の定着装置が有する他の構成をさらに有していてよい。
上記定着装置は、本発明に係る面状発熱体を発熱ベルトとして有することから、発熱ベルトの発熱能力の変動が長期にわたって抑制される。このため、転写材へトナー画像を定着する際の加熱を長期にわたり安定して行うことができる。
[画像形成装置]
本発明に係る画像形成装置は、記録媒体に形成されたトナー画像を記録媒体に定着するための発熱ベルトを少なくとも有する。本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る面状発熱体を発熱ベルトとして有する以外は、定着部材としての発熱ベルトを有する定着装置を有する公知の画像形成装置と同様に構成されうる。本発明に係る画像形成装置は、例えば、感光体、感光体を帯電させる帯電装置、帯電した感光体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置、静電潜像に形成されたトナー画像を記録媒体に転写するための転写装置、およびトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置、を有する。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。
本発明に係る画像形成装置は、記録媒体に形成されたトナー画像を記録媒体に定着するための発熱ベルトを少なくとも有する。本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る面状発熱体を発熱ベルトとして有する以外は、定着部材としての発熱ベルトを有する定着装置を有する公知の画像形成装置と同様に構成されうる。本発明に係る画像形成装置は、例えば、感光体、感光体を帯電させる帯電装置、帯電した感光体に光を照射して静電潜像を形成する露光装置、静電潜像が形成された感光体にトナーを供給して静電潜像に応じたトナー画像を形成する現像装置、静電潜像に形成されたトナー画像を記録媒体に転写するための転写装置、およびトナー画像を記録媒体に定着させる定着装置、を有する。「トナー画像」とは、トナーが画像状に集合した状態を言う。
図5は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す図である。図5に示されるように、画像形成装置1は、画像読取部110、画像処理部30、画像形成部40、用紙搬送部50および定着装置60を有する。
画像形成部40は、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)の各色トナーによる画像を形成する画像形成ユニット41Y、41M、41Cおよび41Kを有する。これらは、収容されるトナー以外はいずれも同じ構成を有するので、以後、色を表す記号を省略することがある。画像形成部40は、さらに、中間転写ユニット42および二次転写ユニット43を有する。これらは、転写装置に相当する。
画像形成ユニット41は、露光装置411、現像装置412、感光体ドラム413、帯電装置414、およびドラムクリーニング装置415を有する。感光体ドラム413は、例えば負帯電型の有機感光体である。感光体ドラム413の表面は、光導電性を有する。感光体ドラム413は、感光体に相当する。帯電装置414は、例えばコロナ帯電器である。帯電装置414は、帯電ローラーや帯電ブラシ、帯電ブレードなどの接触帯電部材を感光体ドラム413に接触させて帯電させる接触帯電装置であってもよい。露光装置411は、例えば半導体レーザーで構成される。現像装置412は、例えば二成分現像方式の現像装置である。
中間転写ユニット42は、中間転写ベルト421、中間転写ベルト421を感光体ドラム413に圧接させる一次転写ローラー422、バックアップローラー423Aを含む複数の支持ローラー423、およびベルトクリーニング装置426を有する。中間転写ベルト421は無端状のベルトである。中間転写ベルト421は、複数の支持ローラー423にループ状に張架される。複数の支持ローラー423のうちの少なくとも一つの駆動ローラーが回転することにより、中間転写ベルト421は矢印A方向に一定速度で走行する。中間転写ベルト421は、中間転写体に相当する。一次転写ローラー422は、転写部材に相当する。
なお、一次転写ローラー422は、中間転写ベルト421の移動方向において、感光体ドラム413よりもわずかに下流側に配置されている。この配置により、中間転写ベルト421と感光体ドラム413とによって形成されるニップ部が、中間転写ベルト421と一次転写ローラー422とによって形成されるニップ部よりもわずかに上流側に形成されている。
二次転写ユニット43は、無端状の二次転写ベルト432、および二次転写ローラー431Aを含む複数の支持ローラー431を有する。二次転写ベルト432は、二次転写ローラー431Aおよび支持ローラー431によってループ状に張架される。
定着装置60は、定着ローラー62と、定着ローラー62の外周面を覆い、用紙S上のトナー画像を構成するトナーを加熱、融解するための無端状の発熱ベルト63と、用紙Sを定着ローラー62および発熱ベルト63に向けて押圧する加圧ローラー64と、を有する。発熱ベルト63は、本発明に係る面状発熱体に相当する。用紙Sは、記録媒体に相当する。
画像形成装置1は、さらに、画像読取部110、画像処理部30および用紙搬送部50を有する。画像読取部110は、自動原稿給紙装置111および原稿画像走査装置112(スキャナー)を有する。用紙搬送部50は、給紙部51、排紙部52、および搬送経路部53を有する。給紙部51を構成する3つの給紙トレイユニット51a〜51cには、坪量やサイズなどに基づいて識別された用紙S(規格用紙、特殊用紙)が予め設定された種類ごとに収容される。搬送経路部53は、レジストローラー対53aなどの複数の搬送ローラー対を有する。
画像形成装置1による画像の形成を説明する。
原稿画像走査装置112は、コンタクトガラス上の原稿Dを光学的に走査して読み取る。原稿Dからの反射光がCCDセンサー112aにより読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部30において所定の画像処理が施され、露光装置411に送られる。
原稿画像走査装置112は、コンタクトガラス上の原稿Dを光学的に走査して読み取る。原稿Dからの反射光がCCDセンサー112aにより読み取られ、入力画像データとなる。入力画像データは、画像処理部30において所定の画像処理が施され、露光装置411に送られる。
感光体ドラム413は一定の周速度で回転する。帯電装置414は、感光体ドラム413の表面を一様に負極性に帯電させる。露光装置411は、各色成分の入力画像データに対応するレーザー光を感光体ドラム413に照射する。こうして感光体ドラム413の表面には、静電潜像が形成される。現像装置412は、感光体ドラム413の表面にトナーを付着させることにより静電潜像が可視化される。こうして感光体ドラム413の表面に、静電潜像に応じたトナー画像が形成される。
感光体ドラム413の表面のトナー画像は、中間転写ユニット42によって中間転写ベルト421に転写される。転写後に感光体ドラム413の表面に残存する転写残トナーは、感光体ドラム413の表面に摺接されるドラムクリーニングブレードを有するドラムクリーニング装置415によって除去される。
一次転写ローラー422によって中間転写ベルト421が感光体ドラム413に圧接することにより、中間転写ベルト421に各色のトナー画像が順次重なって転写される。中間転写ベルト421の表面に残存する転写残トナーは、中間転写ベルト421の表面に摺接されるベルトクリーニングブレードを有するベルトクリーニング装置426によって除去される。
二次転写ローラー431Aは、中間転写ベルト421および二次転写ベルト432を介して、バックアップローラー423Aに圧接される。それにより、転写ニップが形成される。この転写ニップを用紙Sが通過する。用紙Sは、用紙搬送部50によって転写ニップへ搬送される。用紙Sの傾きの補正および搬送のタイミングの調整は、レジストローラー対53aが配設されたレジストローラー部により行われる。
転写ニップに用紙Sが搬送されると二次転写ローラー431Aへ転写バイアスが印加される。この転写バイアスの印加によって、中間転写ベルト421に担持されているトナー画像が用紙Sに転写される。トナー画像が転写された用紙Sは、二次転写ベルト432によって、定着装置60に向けて搬送される。
定着装置60は、搬送されてきた用紙Sをニップ部で加熱、加圧する。こうしてトナー画像が用紙Sに定着する。トナー像が定着された用紙Sは、排紙ローラー52aを備えた排紙部52により機外に排紙される。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る面状発熱体を発熱ベルトとして有することから、抵抗変化率が小さく、長期にわたって安定した導電性を有する。このため、長期にわたって安定して一定の熱量によってトナー画像の定着が行われる。よって、本発明に係る画像形成装置は、発熱ベルトを定着部材に使用することによる、省電力の実現などの通常の効果を奏し、さらに、高品質の画像を長期にわたって安定して形成することができる。
[発熱層用塗料(発熱層用ドープ液)の調製]
ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸(宇部興産株式会社製、U−ワニスS301)100gと、黒鉛繊維(日本グライファイトファイバー株式会社製、ミルドファイバー(XN−100)20gを、遊星方式の混合機で十分に混合し、発熱層用ドープ液1〜5を得た。なお、上記黒鉛繊維のアスペクト比は、0.18である。このアスペクト比は、繊維直径と繊維長より求めた。
ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸(宇部興産株式会社製、U−ワニスS301)100gと、黒鉛繊維(日本グライファイトファイバー株式会社製、ミルドファイバー(XN−100)20gを、遊星方式の混合機で十分に混合し、発熱層用ドープ液1〜5を得た。なお、上記黒鉛繊維のアスペクト比は、0.18である。このアスペクト比は、繊維直径と繊維長より求めた。
[実施例1]
図6は、発熱ベルトの製造工程の一部を模式的に示す図である。
図6Aに示されるように、テフロン(デュポン社の登録商標)製の芯金(絶縁芯金)の外周面に、図6Bに示されるように、発熱層用ドープ液1のスパイラル塗布による厚さ500μmの塗膜を形成した。次いで、図6Cに示されるように、キャップ形状の電極を芯金の端部に配置し、両端の電極に交流電源を接続し、10Vの電圧を印加しながらヒーターによって塗膜を150℃で1時間乾燥させた。この電圧印加および加熱乾燥により、塗膜を十分に固化させた。その後、芯金上の塗膜を400℃で20分間乾燥し、固化した塗膜のポリアミド酸を十分にイミド化させ、厚さが120μmである、ポリイミド樹脂製の無端形状の発熱層ベルトを得た。
図6は、発熱ベルトの製造工程の一部を模式的に示す図である。
図6Aに示されるように、テフロン(デュポン社の登録商標)製の芯金(絶縁芯金)の外周面に、図6Bに示されるように、発熱層用ドープ液1のスパイラル塗布による厚さ500μmの塗膜を形成した。次いで、図6Cに示されるように、キャップ形状の電極を芯金の端部に配置し、両端の電極に交流電源を接続し、10Vの電圧を印加しながらヒーターによって塗膜を150℃で1時間乾燥させた。この電圧印加および加熱乾燥により、塗膜を十分に固化させた。その後、芯金上の塗膜を400℃で20分間乾燥し、固化した塗膜のポリアミド酸を十分にイミド化させ、厚さが120μmである、ポリイミド樹脂製の無端形状の発熱層ベルトを得た。
次いで、発熱層ベルトの外周面に、以下に示す弾性層用ドープ液を塗布し、膜厚200μmとなる塗膜を形成した。そして、当該塗膜を150℃で30分間一次加硫し、さらに200℃で4時間ポスト加硫を行い、発熱層ベルトの外周面上に弾性層を形成した。
(弾性層用ドープ液)
シリコーンゴムKE1379(信越化学工業株式会社製) 2質量部
シリコーンゴムDY356013(東レ・ダウコーニング株式会社製) 1質量部
(弾性層用ドープ液)
シリコーンゴムKE1379(信越化学工業株式会社製) 2質量部
シリコーンゴムDY356013(東レ・ダウコーニング株式会社製) 1質量部
次いで、弾性層の外周面に、以下に示す離型層用ドープ液を塗布し、膜厚30μmとなる塗膜を形成した。そして、当該塗膜を230℃で30分間加熱し、さらに270℃で10分間加熱し、弾性層上に離型層を形成した。
(離型層用ドープ液)
PTFE 7質量部
PFA 3質量部
(離型層用ドープ液)
PTFE 7質量部
PFA 3質量部
その後、芯金上の積層体を芯金から外し、発熱層、弾性層および離型層を有する無端形状の積層ベルトを得た。そして、積層ベルトの両端縁に導電性接着剤を塗布し、ニッケル薄板のリングからなるニッケル電極を当該両端縁に接着し、発熱ベルト1を得た。
[実施例2〜5]
発熱層用ドープ液1を発熱層用ドープ液2〜5にそれぞれ代え、当該ドープ液の塗膜に印加する電圧を、表1に示すように20V、50V、100Vおよび200Vにそれぞれ代えた以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト2〜5をそれぞれ作製した。
発熱層用ドープ液1を発熱層用ドープ液2〜5にそれぞれ代え、当該ドープ液の塗膜に印加する電圧を、表1に示すように20V、50V、100Vおよび200Vにそれぞれ代えた以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト2〜5をそれぞれ作製した。
[比較例1および2]
発熱層用ドープ液1の塗膜に印加する電圧を、表1に示すように、8Vおよび300Vにそれぞれ代えた以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト6および7を作製した。
発熱層用ドープ液1の塗膜に印加する電圧を、表1に示すように、8Vおよび300Vにそれぞれ代えた以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト6および7を作製した。
[比較例3]
発熱層用ドープ液1の塗膜に電圧を印加せず加熱固化した以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト8を作製した。
発熱層用ドープ液1の塗膜に電圧を印加せず加熱固化した以外は、実施例1と同様にして発熱ベルト8を作製した。
[評価]
(1.表面抵抗)
得られた発熱ベルト1〜8のそれぞれについて、外周面上の二点間の電気抵抗R(Ω)をLCRメーターにて測定し、以下の基準で評価した。なお、上記の二点は軸方向に沿う一直線上にあり、上記二点間の距離は300mmである。結果を表1に示す。画像形成装置の定着装置用の発熱ベルトとしては、5<R≦100であれば使用可能であり、R≦5およびR>100では使用不可である。下記の基準において、上記発熱ベルトとして所定の電圧を印加したときに、「×」は、十分な発熱量が得られないために上記発熱ベルトとして実用上の問題が生じるレベルを、「△」は、上記発熱ベルトとして実用上問題なく使用できることを、「○」は、上記発熱ベルトとして好適に使用できることを、◎は、上記発熱ベルトとしてより一層好適に使用できることを、そして「*」は、得られる発熱量の制御が困難であるために上記発熱ベルトとして実用上の問題が生じるレベルを、それぞれ示している。
*:R≦5
◎:5<R≦20
○:20<R≦40
△:40<R≦100
×:R>100
(1.表面抵抗)
得られた発熱ベルト1〜8のそれぞれについて、外周面上の二点間の電気抵抗R(Ω)をLCRメーターにて測定し、以下の基準で評価した。なお、上記の二点は軸方向に沿う一直線上にあり、上記二点間の距離は300mmである。結果を表1に示す。画像形成装置の定着装置用の発熱ベルトとしては、5<R≦100であれば使用可能であり、R≦5およびR>100では使用不可である。下記の基準において、上記発熱ベルトとして所定の電圧を印加したときに、「×」は、十分な発熱量が得られないために上記発熱ベルトとして実用上の問題が生じるレベルを、「△」は、上記発熱ベルトとして実用上問題なく使用できることを、「○」は、上記発熱ベルトとして好適に使用できることを、◎は、上記発熱ベルトとしてより一層好適に使用できることを、そして「*」は、得られる発熱量の制御が困難であるために上記発熱ベルトとして実用上の問題が生じるレベルを、それぞれ示している。
*:R≦5
◎:5<R≦20
○:20<R≦40
△:40<R≦100
×:R>100
(2.抵抗変化率)
得られた発熱ベルト1〜8のそれぞれを、図5に示すような画像形成装置の定着装置に装着し、印字率5%の画像を90万枚形成した。この耐久試験の前後で、発熱ベルト1〜8のそれぞれの外周面上における上記二点間の体積抵抗率R(Ω・m)をLCRメーターにて測定した。耐久試験前の体積抵抗率をR1、耐久試験後の体積抵抗率をR2とし、耐久試験前後における発熱ベルトの体積抵抗率の変化を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎:{(R2−R1)/R1}×100≦0.5
〇:0.5<{(R2−R1)/R1}×100≦1
△:1<{(R2−R1)/R1}×100≦2
×:2<{(R2−R1)/R1}×100
得られた発熱ベルト1〜8のそれぞれを、図5に示すような画像形成装置の定着装置に装着し、印字率5%の画像を90万枚形成した。この耐久試験の前後で、発熱ベルト1〜8のそれぞれの外周面上における上記二点間の体積抵抗率R(Ω・m)をLCRメーターにて測定した。耐久試験前の体積抵抗率をR1、耐久試験後の体積抵抗率をR2とし、耐久試験前後における発熱ベルトの体積抵抗率の変化を以下の基準で評価した。結果を表1に示す。
◎:{(R2−R1)/R1}×100≦0.5
〇:0.5<{(R2−R1)/R1}×100≦1
△:1<{(R2−R1)/R1}×100≦2
×:2<{(R2−R1)/R1}×100
発熱ベルト1〜5は、いずれも、表面の電気抵抗および抵抗変化率の両方において、画像形成装置の定着装置用の発熱ベルトとして使用可能であった。特に、発熱ベルト3、4および5は、表面の電気抵抗が適度に低かった。これは、発熱層の作製時の塗膜中の電流によって、より電荷を流しやすい配列で導電性フィラーが配向したため、と考えられる。また、発熱ベルト2および3は、抵抗変化率の観点で好ましかった。これは、発熱層の作製時の塗膜中の電流によって導電性フィラーがさらに略一様に分布するように配向したため、と思われる。
一方で、発熱ベルト6は、表面の電気抵抗および抵抗変化率の両方とも高すぎた。これは、塗膜中の電流による導電性フィラーの配向が不十分であり、発熱ベルトの局所的な体積抵抗率が一定とならなかったため、と考えられる。また、発熱ベルト7は、表面の電気抵抗が低すぎ、また抵抗変化率が高すぎた。これは、塗膜中の電流によって導電性フィラーが配向しすぎ、配向した導電性フィラーによる体積抵抗率の極端に小さな部分と、導電性フィラーの配列の間にある、主に樹脂からなる、体積抵抗率の高い部分と、が発熱層中に形成されたため、と考えられる。さらに、発熱ベルト8は、表面の電気抵抗は良好であったが、抵抗変化率は高すぎた。これは、発熱層中で黒鉛繊維が不規則に配置し、発熱層中の黒鉛繊維の接触抵抗が不規則に形成され、これに伴い発熱層の体積抵抗率の変化が不規則に生じたためと思われる。
本発明に係る面状発熱体は、発熱能力の長期安定性に優れる。よって、画像形成装置におけるベルト加熱式の定着装置に好適に用いることができ、画像形成装置のさらなる省力化やさらなる改良が期待される。
1 画像形成装置
10,20,63 発熱ベルト
11 発熱層
12 電極
13 導電性接着剤
14 補強層
15 弾性層
16 離型層
18 導電性フィラー
30 画像処理部
40 画像形成部
41Y,41M,41C,41K 画像形成ユニット
42 中間転写ユニット
43 二次転写ユニット
50 用紙搬送部
51 給紙部
51a,51b,51c 給紙トレイユニット
52 排紙部
52a 排紙ローラー
53 搬送経路部
53a レジストローラー対
60 定着装置
62 定着ローラー
62a,64a 芯金
62b,64b 樹脂層
64 加圧ローラー
65 給電装置
65a 交流電源
65b 給電部材
65c 導線
110 画像読取部
111 自動原稿給紙装置
112 原稿画像走査装置
112a CCDセンサー
411Y 露光装置
412Y 現像装置
413Y 感光体ドラム
414Y 帯電装置
415Y ドラムクリーニング装置
421 中間転写ベルト
422 一次転写ローラー
423 支持ローラー
423A バックアップローラー
426 ベルトクリーニング装置
431 支持ローラー
431A 二次転写ローラー
432 二次転写ベルト
D 原稿
S 用紙
10,20,63 発熱ベルト
11 発熱層
12 電極
13 導電性接着剤
14 補強層
15 弾性層
16 離型層
18 導電性フィラー
30 画像処理部
40 画像形成部
41Y,41M,41C,41K 画像形成ユニット
42 中間転写ユニット
43 二次転写ユニット
50 用紙搬送部
51 給紙部
51a,51b,51c 給紙トレイユニット
52 排紙部
52a 排紙ローラー
53 搬送経路部
53a レジストローラー対
60 定着装置
62 定着ローラー
62a,64a 芯金
62b,64b 樹脂層
64 加圧ローラー
65 給電装置
65a 交流電源
65b 給電部材
65c 導線
110 画像読取部
111 自動原稿給紙装置
112 原稿画像走査装置
112a CCDセンサー
411Y 露光装置
412Y 現像装置
413Y 感光体ドラム
414Y 帯電装置
415Y ドラムクリーニング装置
421 中間転写ベルト
422 一次転写ローラー
423 支持ローラー
423A バックアップローラー
426 ベルトクリーニング装置
431 支持ローラー
431A 二次転写ローラー
432 二次転写ベルト
D 原稿
S 用紙
Claims (4)
- 基材上に形成された、樹脂と導電性フィラーとを含有する発熱層用塗料の塗膜に、前記塗膜の面方向における一方向に向けて電荷を流しながら前記樹脂を固化する工程、を含む、面状発熱体の製造方法。
- 前記塗膜に10〜200Vで電荷を流す、請求項1に記載の面状発熱体の製造方法。
- 発熱層と、前記発熱層に接着し、前記発熱層において前記発熱層の面方向における一方向に向けて電荷を流すための一対の電極とを有する面状発熱体において、
前記発熱層は、樹脂と、前記樹脂中に含有された導電性フィラーとによって構成され、
前記面状発熱体の経時的な抵抗変化率は、2%以下である、面状発熱体。 - 記録媒体に形成されたトナー画像を記録媒体に定着するための発熱ベルトを少なくとも有する画像形成装置において、
前記発熱ベルトは、請求項3に記載の面状発熱体である、画像形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013082853A JP2014206579A (ja) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | 面状発熱体の製造方法、面状発熱体および画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013082853A JP2014206579A (ja) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | 面状発熱体の製造方法、面状発熱体および画像形成装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014206579A true JP2014206579A (ja) | 2014-10-30 |
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ID=52120184
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013082853A Pending JP2014206579A (ja) | 2013-04-11 | 2013-04-11 | 面状発熱体の製造方法、面状発熱体および画像形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014206579A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016126089A (ja) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | コニカミノルタ株式会社 | 抵抗発熱体、定着装置および画像形成装置 |
| WO2016208153A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Heating rotating member and heating apparatus |
| CN109074021A (zh) * | 2016-03-22 | 2018-12-21 | 株式会社金阳社 | 发热定影带、发热定影带的制造方法及图像定影装置 |
| US10216130B2 (en) | 2015-06-22 | 2019-02-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Heating rotating member and heating apparatus |
| US10503105B2 (en) | 2017-12-01 | 2019-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Fixing apparatus having a tubular film that includes a low resistance layer formed in a heat generating layer |
-
2013
- 2013-04-11 JP JP2013082853A patent/JP2014206579A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016126089A (ja) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | コニカミノルタ株式会社 | 抵抗発熱体、定着装置および画像形成装置 |
| WO2016208153A1 (en) * | 2015-06-22 | 2016-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Heating rotating member and heating apparatus |
| US10216130B2 (en) | 2015-06-22 | 2019-02-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Heating rotating member and heating apparatus |
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| EP3435168A4 (en) * | 2016-03-22 | 2019-11-13 | Kinyosha Co., Ltd. | HEAT-FUSION TAPE, METHOD FOR PRODUCING A HEAT-FIXING TAPE AND BILDFIXING DEVICE |
| US10503105B2 (en) | 2017-12-01 | 2019-12-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Fixing apparatus having a tubular film that includes a low resistance layer formed in a heat generating layer |
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