JPH10207268A - 定着用フィルム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導性無機粒子を含む耐熱性樹脂層と離型
性樹脂層からなる定着用フィルムであって、高い熱伝導
性と高い機械的強度を兼ね備えた定着用フィルムを提供
する。 【解決手段】 熱伝導性無機粒子を含む耐熱性樹脂層と
離型性樹脂層からなる定着用フィルムであって、熱伝導
性無機粒子が１０μｍを越える粒径の粒子を実質的に含
まないことを特徴とする定着用フィルム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
ファクシミリ、プリンター等の装置のフィルム定着方式
のトナー画像熱定着部に用いられる定着用フィルムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機、ファクシミリ、プリン
ター等のトナー画像を形成する印刷機器においては、印
刷あるいは複写の最終段階で、記録紙上に形成されたト
ナー画像のトナーを加熱溶融して記録紙上に定着させる
熱定着方式が一般的に使用されている。

【０００３】このような熱定着方式においては、従来か
ら熱ローラ定着法が汎用されている。熱ローラ定着法で
は、内部に電熱ヒーターを有し、外周を離型性のよいゴ
ムまたは樹脂で被覆したヒートローラを別のゴムローラ
と圧接させ、それらのローラ間をトナー画像が形成され
た記録紙を通過させてトナーを加熱溶融し、トナーを記
録紙上に融着させるものである。

【０００４】熱ローラ定着法は、ヒートローラ全体が加
熱されるのでローラを所定温度に保持するのが容易であ
り、処理の高速化に適しているが、装置の運転開始時に
ヒートローラ全体を所定の温度まで加熱する時間が必要
であるため、電源投入から運転可能となるまでの待ち時
間が長くなるという欠点を有している。またヒートロー
ラ全体を加熱しなければならないため消費電力も大き
い。

【０００５】そこで近年では、フィルム状のエンドレス
ベルトを使用したフィルム定着方式の熱定着法が提案さ
れている。

【０００６】このエンドレスベルトを使用した定着法で
は、定着用のエンドレスベルトを複数のローラ間にかけ
渡し、その外側表面の所定位置に別の定着用ゴムローラ
を圧接させ、その圧接位置のエンドレスベルトの内側に
ベルトに接してヒーターが配置される。そしてエンドレ
スベルトとローラを回転させつつその間をトナー粉末画
像が形成された記録紙を通過させ、トナーを記録紙上に
融着させる。この定着方法では、薄いフィルム状のベル
トの実質的に圧接部分のみをヒーターにより直接加熱す
るので電源投入時の待ち時間がほぼゼロとなり、このこ
とからオンデマンド方式の熱定着法と呼ばれている。

【０００７】オンデマンド方式の熱定着法には上記のよ
うな機構を使用することから、これに用いられるエンド
レスベルトには十分な耐熱性、弾性、強度、ベルト内面
の絶縁性、ベルト外面の離型性等が要求される。そして
これに答えるものとして、耐熱性樹脂からなる内側層と
離型性を有する樹脂からなる外側層の２層から構成され
た定着用フィルムからなるベルトが一般に使用されてい
る。

【０００８】さらに定着用ベルトは良好な熱伝導性を有
する必要があるため、耐熱性樹脂層中に窒化ホウ素等の
熱伝導性無機粒子を分散させて熱伝導性を高めることが
提案されている（特開平６−２２２６９５号、特開平７
−１１０６３２号等）。ところがこのような熱伝導性無
機粒子を耐熱性樹脂層中に含有させると、ベルトの熱伝
導性を改良することはできるものの、一方ではベルトの
機械的強度を低下させるという問題が生じる。熱伝導性
無機粒子の添加量を増加させると、特に上記のような熱
定着方式で実際に使用される２００℃前後の温度におけ
る強度が大幅に低下し、ベルトに使用するフィルムのし
わの発生や破壊が生じやすい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような問題に対
し、耐熱性樹脂層中に熱伝導性無機粒子を分散させても
その機械的強度が低下しないようにできれば、上記のよ
うな定着ベルトの機械的強度を低下させずに熱伝導性を
改善することができ、熱定着をさらに高速化すること等
に対応できる。

【００１０】そこで本発明の目的は、熱伝導性無機粒子
を含む耐熱性樹脂層と離型性樹脂層からなる定着用フィ
ルムであって、高い熱伝導性と高い機械的強度を兼ね備
えた定着用フィルムを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究の結
果、上記のような熱伝導性無機粒子を含む耐熱性樹脂層
と離型性樹脂層からなる定着用フィルムにおいては、平
均粒径が十分に小さくても、比較的粒径の大きい無機粒
子が耐熱性樹脂層に存在するとその粒子の存在自体が耐
熱性樹脂層の欠陥となり、また耐熱性樹脂層に空気が巻
き込まれて空隙が形成されやすく、これらが耐熱性樹脂
層、ひいては定着フィルムの機械的強度の低下の大きな
原因となっていることが見出された。

【００１２】従って本発明によれば、耐熱性樹脂層に分
散される熱伝導性粒子から一定以上の粒径を有する粒子
を排除することとし、熱伝導性無機粒子が１０μｍを越
える粒径の粒子を実質的に含まないことを特徴とする定
着用フィルムを提供するものである。

【００１３】本発明の定着用フィルムの好ましい態様に
おいては、耐熱性樹脂層の表面粗さ（Ｒｚ）が３μｍ以
下である。

【００１４】別の本発明の定着用フィルムの好ましい態
様においては、熱伝導率が２×１０^-3Ｃａｌ／ｃｍ・秒
・℃以上である。

【００１５】さらに別の本発明の定着用フィルムの好ま
しい態様においては、２００℃及び２５℃での引張強度
が１５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳述する。

【００１７】本発明の定着用フィルムは、耐熱性樹脂か
らなる内側層（耐熱性樹脂層）と離型性樹脂からなる外
側層（離型性樹脂層）により構成され、耐熱性樹脂層は
熱伝導性無機粒子を含む。

【００１８】耐熱性樹脂層に使用される耐熱性樹脂は従
来の定着用ベルトに使用されるものでよく、例えば、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリベンズイミダゾー
ル、ポリベンズオキサゾール、ポリフェニレンサルファ
イド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスル
ホン、ポリエーテルイミド等が挙げられる。これらの耐
熱性樹脂の中では、ポリイミドやポリアミドイミドが特
に好ましい。このような樹脂を使用することにより定着
用フィルムの絶縁性及び耐熱性が確保される。

【００１９】さらにこれらの樹脂単体では熱伝導率が低
いので、絶縁性で熱伝導性の無機粒子を含有させる。

【００２０】このような熱伝導性無機粒子を構成する物
質自体はこれまでに定着用ベルトの耐熱性樹脂層に添加
するものとして提案されているものと同様のものでよ
く、例えば、窒化ホウ素、アルミナ、炭化ケイ素、チタ
ン酸カリウム、窒化アルミ、マイカ、シリカ、酸化チタ
ン、タルク、炭酸カルシウム等を挙げることができる。
これらの物質は２種以上の混合物としても使用すること
ができる。熱伝導性無機粒子を構成する物質としては、
窒化ホウ素、アルミナ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム
が好ましく、窒化ホウ素が特に好ましい。

【００２１】上記のような無機粒子は、例えば平均粒径
が１０μｍのものでも通常は２０μｍ程度までの粒径の
粒子を含んでおり、このような粒径の大きい粒子が上記
のように強度の低下の大きな原因となっていたものであ
る。

【００２２】これに対し本発明においては、このような
熱伝導性無機粒子の粒径の上限を制限することによりフ
ィルムの良好な熱伝導性と機械的強度を両立させるもの
であり、本発明の定着用フィルムの耐熱性樹脂層に含有
させる熱伝導性無機粒子は、約１０μｍ、好ましくは約
７μｍを越える粒径を有する粒子を実質的に含まないも
のとする。このような熱伝導性無機粒子を使用すること
により、下記の実施例に具体的に示すようにフィルムの
良好な熱伝導性と十分な機械的強度が得られる。

【００２３】尚、本発明にいう熱伝導性無機粒子の「粒
径」は、このような粒子に通常に使用される意味を有
し、各粒子について、最大径と最小径の平均値をいうも
のである。

【００２４】本発明に使用される熱伝導性無機粒子は上
記のような条件を満足している限り、その平均粒径は特
に制限されるものではなく、通常の樹脂組成物に添加さ
れる無機充填剤と同様のものでよいが、分散性や平滑な
層を得ること等の観点から、通常は０．５〜１０μｍ、
好ましくは０．５〜７μｍ程度である。

【００２５】０．５μｍ未満であると、熱伝導性の向上
効果が小さく、また粒子の凝集によりフィルムに凹凸を
生じることがある。粒子の平均粒径の上限については、
上記のように粒子の最大径を制限しているので、実質的
にその制限された最大径に達することはなく、そのよう
な最大径未満の平均粒径において本発明の目的を達成す
ることができる。

【００２６】熱伝導性無機粒子の耐熱性樹脂層中の含有
量も特に制限されるものではないが、熱伝導性の向上、
機械的強度の維持等の観点から、通常は５〜３０容量
％、好ましくは１０〜２５容量％程度である。この範囲
内であれば、樹脂単体からなる層とほぼ同様の柔軟性を
確保した上で、熱伝導性と剛性を向上させることができ
る。含有量が５容量％未満であると十分な熱伝導性向上
効果が得られず、３０容量％を越えると可撓性や強度が
不十分となり、定着用ベルトとして使用した場合に割れ
や破壊を生じやすい。

【００２７】また熱伝導性無機粒子の形状は、球状、鱗
片状（平板状）、繊維状等のいずれでもよいが、これら
の中でも平板状の粒子が、凹凸が少なく表面の滑らかな
フィルムが得られ、なおかつ球状の粒子フィラーの場合
より高い剛性が得られるため、特に好ましい。

【００２８】耐熱性樹脂層の厚さも特に制限されない
が、通常は１０〜７０μｍ、好ましくは３０〜６０μｍ
程度である。

【００２９】定着用フィルムの外層を構成する離型性樹
脂は、従来の定着用フィルムの離型性樹脂層を構成する
ものでよく、通常はフッ素樹脂が使用される。

【００３０】フッ素樹脂としては、定着用ベルトを２０
０℃前後の高温で連続使用可能とするために耐熱性に優
れたものが好ましく、例えば、テトラフルオロエチレン
樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフル
オロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、テトラフ
ルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体
（ＦＥＰ）等が挙げられる。

【００３１】このような離型性樹脂層には導電性フィラ
ーを含有させることにより導電性を付与して帯電による
オフセットを防止することが好ましい。

【００３２】このような目的に使用される導電性フィラ
ーの種類は特に限定されないが、例えば、ケッチェンブ
ラック等のカーボンブラックやアルミニウム等の金属粉
を挙げることができる。導電性フィラーの平均粒子径
は、安定した均一な導電性を得るために、０．５μｍ以
下であることが好ましい。

【００３３】導電性フィラーの含有量は、通常、樹脂に
対して０．１〜５重量％程度である。ただし、離型性樹
脂層の導電性が高すぎると、記録紙上のトナーが定着用
ベルトの離型性樹脂層と接触した際にトナーの電荷が離
型性樹脂層に流れて、記録紙とトナーとの間の吸引力が
失われることがある。このような現象を防止するために
は、外層の表面抵抗率を１×１０¹²〜１×１０¹⁵Ω／□
とすることが好ましい。

【００３４】離型性樹脂層の厚さも特に制限されない
が、通常は１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ程度
である。

【００３５】耐熱性樹脂層と離型性樹脂層との間には、
両者の接着性を高めるために両層の樹脂に接着性を有す
る樹脂からなる中間層（プライマー層）を設けてもよ
い。プライマー層は、例えば離型性樹脂層樹脂がフッ素
樹脂からなる場合にはフッ素樹脂とポリアミドイミドの
混合物、フッ素樹脂とポリエーテルスルホンの混合物等
からなるものとすることができる。溶媒中にこれらの樹
脂を溶解または分散したものがフッ素樹脂用プライマー
として市販されており、好適に使用できる。そのような
市販のフッ素樹脂用プライマーとしては、例えばデュポ
ンジャパン社製プライマー８５５−００１、テフロン８
５５−３００、ダイキン工業社製ポリフロンＥＫ−１７
００、ポリフロンＥＫ−１８００、ポリフロンＥＫ−１
９００等がある。このようなプライマー層も上記のよう
な導電性フィラーを含有してもよい。プライマー層の厚
さは通常、０．１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍ
程度である。

【００３６】本発明の定着用フィルムは、公知の定着用
ベルトと同様の方法により製造できる。例えば、円柱形
状の金型上に、上記のような耐熱性樹脂層を形成する樹
脂あるいはその前駆体を溶媒中に含むワニスを塗布し、
熱処理等により溶媒を除去した後、任意にプライマー層
を形成する樹脂組成物を塗布して乾燥し、さらに離型性
樹脂層を形成する樹脂組成物を含む液を塗布及び乾燥し
た後、必要により耐熱性樹脂や離型性樹脂を焼成するこ
とにより製造できる。

【００３７】耐熱性樹脂がポリイミドの場合、耐熱性樹
脂の前駆体として例えば芳香族テトラカルボン酸成分と
芳香族ジアミン成分とを使用することができ、これらを
有機極性溶媒中で反応させて前記樹脂を得ることができ
る。芳香族テトラカルボン酸成分としては例えば、３，
３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水
物、２，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物等があり、これ
らは混合物として用いてもよい。芳香族ジアミン成分と
しては例えば、３，３’−ジアミノジフェニルエーテ
ル、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジアミノジフェ
ニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル
等のジフェニルエーテル系ジアミン、３，３’−ジフェ
ニルチオエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルチオ
エーテル等のジフェニチオエーテル系ジアミン、４，
４’−ジアミノベンゾフェノン等のベンゾフェノン系ジ
アミン、その他ジフェニルメタン系ジアミンパラフェニ
レンジアミン、メタフェニレンジアミン等を挙げること
ができる。有機極性溶媒としては、例えばＮ−メチルピ
ロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミ
ド、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ
−クレゾール、ジメチルオキシド等が挙げられる。

【００３８】離型性樹脂層にフッ素樹脂を用いる場合、
プライマー層は上記のようなフッ素樹脂用プライマーか
ら形成することができ、また離型層は市販のフッ素樹脂
ディスパージョン（例えばデュポンジャパン社製トップ
コート８５５−１０１）等から形成することができる。

【００３９】上記のようにして製造された本発明の定着
用フィルムにおいては、耐熱性樹脂層に含まれる無機粒
子が大きな粒径のものを含んでいないので、耐熱性樹脂
層表面が従来のフィルムより平滑になり、結果として高
画質のトナー画像が得られるという効果も得られる。本
発明の定着用フィルムにおいては、耐熱性樹脂層のＪＩ
Ｓ−Ｂ０６０１による表面粗さ（Ｒｚ）はほぼ３μｍ以
下となる。

【００４０】また、上記のような構成を有する本発明の
定着用フィルムでは一般に、２×１０^-3Ｃａｌ／ｃｍ・
秒・℃以上のフィルム自体の熱伝導率、また２００℃及
び２５℃において１５ｋｇｆ／ｍｍ² 以上、より好まし
くは１８ｋｇｆ／ｍｍ² の引張強度が得られる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例によりさら
に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではない。

【００４２】実施例１ ４，４’−ジアミノジフェニルエーテル(100 g, 0.5 mo
l)とピロメリット酸二無水物(110.5 g, 0.5 mol)をフラ
スコに入れ、ジメチルアセトアミド／ナフサの混合溶媒
(9:1, 800 ml) を加えて溶解し、重合させて樹脂分２０
重量％、粘度２０００ポアズのポリイミド前駆体溶液を
調製した。

【００４３】このポリイミド前駆体溶液に、粒径８μｍ
以上の粗粒分を除去した窒化ホウ素粉末（信越化学社
製、ＫＢＮ（ｈ）−ＳＰ、平均粒径１．０１μｍ）を１
０容量％添加し、撹拌機で６０分間撹拌した後、真空脱
泡を行い、絶縁性の熱伝導性無機粒子を含むワニスを得
た。

【００４４】外径３０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円筒形金
属芯体上に上記ワニスを塗布し、内径３１ｍｍのダイス
を芯体にはめて自然落下させて塗布膜を得た。得られた
塗布膜を３００℃に３０分間加熱し、冷却後芯体から抜
いて厚さエンドレスベルト状フィルムを得た。

【００４５】このフィルム上にプライマー層用塗料（デ
ュポンジャパン社製、プライマー８５５−００１、ポリ
アミドイミド、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ等の混合物を含む分散
物）をスプレー塗布して乾燥させた。その後さらにその
上にフッ素樹脂ディスパージョン（デュポンジャパン社
製、トップコート８５５−１０１）をスプレー塗布し、
フィルムを４００℃で２０分間熱処理することにより本
発明の定着用フィルムを得た。

【００４６】得られた定着用フィルムの耐熱性樹脂層、
プライマー層及び離型性樹脂層の厚さはそれぞれ５０μ
ｍ、５μｍ及び１０μｍであった。

【００４７】比較例 耐熱性樹脂層に添加する熱伝導性無機粒子として粗粒分
を除去していない窒化ホウ素粉末（昭和電工社製、ＵＨ
Ｐ−Ｓ１、平均粒径１．０〜２．０μｍ）を使用した以
外は実施例と同様にして定着用フィルムを作製した。

【００４８】上記で得た実施例と比較例の定着用フィル
ムについて引張強度（ＪＩＳ Ｋ６３０１）及び引裂強
度（ＪＩＳ Ｋ６３０１）を室温（２５℃）とフィルム
の通常の使用温度である２００℃で測定した。

【００４９】またフィルム全体の熱伝導率を迅速熱伝導
率計（京都電子社製、ＱＴＭ−Ｄ３）で、耐熱性樹脂層
表面の表面粗さを表面粗さ測定器（小坂研究所製、ＳＥ
−３Ｈ）で測定した。結果を下記表１に示す。

【００５０】

【表１】 上記の通り、本発明の定着用のフィルムはその強度、熱
伝導率及び耐熱性樹脂層の表面粗さにおいて、粗粒分を
排除しない窒化ホウ素を使用した比較例と比べて明らか
に優れている。

【００５１】

【発明の効果】本発明の定着用フィルムによれば、高い
熱伝導性と高い機械的強度が両立され、ファクシミリ、
プリンター等をさらに高速化することに対応できる。

【００５２】また本発明の定着用フィルムの表面粗さは
従来のものよりも有意に小さく、従って表面が平滑であ
るので、高画質のトナー画像を得ることができる。

【００５３】さらに本発明の定着用フィルムは強度が高
いのでシワが発生しにくく、結果としてフィルムが長寿
命となる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱伝導性無機粒子を含む耐熱性樹脂層と
   離型性樹脂層からなる定着用フィルムであって、熱伝導
   性無機粒子が１０μｍを越える粒径の粒子を実質的に含
   まないことを特徴とする定着用フィルム。
2. 【請求項２】 熱伝導性無機粒子が窒化ホウ素粒子であ
   る請求項１に記載の定着用フィルム。
3. 【請求項３】 離型性樹脂がフッ素樹脂である請求項１
   または２に記載の定着用フィルム。
4. 【請求項４】 耐熱性樹脂層の表面粗さ（Ｒｚ）が３μ
   ｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の定着用フ
   ィルム。
5. 【請求項５】 熱伝導率が２×１０^-3Ｃａｌ／ｃｍ・秒
   ・℃以上である請求項１〜４のいずれかに記載の定着用
   フィルム。
6. 【請求項６】 ２００℃及び２５℃での引張強度が１５
   ｋｇｆ／ｍｍ² 以上である請求項１〜５のいずれかに記
   載の定着用フィルム。