(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄いフィルム状の定着用ベルトと加圧ローラとを圧接させて、この間にトナー像が形成された記録紙を通過させ、該定着用ベルトを介し、ヒーターにより記録紙上のトナーを実質上直接的に加熱して定着させる定着方法に使用される定着用ベルトにおいて、該定着用ベルトが、耐熱性樹脂からなる薄肉のチューブ状基体の外周面に、熱伝導率を向上させる充填剤を配合した耐熱性エラストマー層を設け、さらにその上にフッ素樹脂層を設けた積層構成を有し、
（ａ）チューブ状基体の厚さが１０〜３００μｍの範囲内で、
（ｂ）フッ素樹脂層の厚さが１０〜５０μｍの範囲内であり、
（ｃ）耐熱性エラストマー層の厚さが０．１〜０．５ｍｍの範囲内であり、
（ｄ）耐熱性エラストマー層の厚さをＡ（ｍｍ）、耐熱性エラストマーの硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）をＢとした場合、下記式（１）
Ｓ＝（１．０−Ａ）×（１００−Ｂ）          （１）
で表されるソフト指数Ｓが２４〜６４の範囲内であり、かつ、
（ｅ）耐熱性エラストマーの熱伝導率をＤ（１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）とした場合、下記式（２）
Ｈ＝（Ｄ−０．５）／Ａ２                     （２）
で表される熱伝導指数Ｈが０．８以上
であることを特徴とする定着用ベルト。
【請求項２】
耐熱性エラストマー層が、シリコーンゴム層を下層とし、その上にフッ素ゴム層を積層したものである請求項１記載の定着用ベルト。
【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、プリンター等の画像形成装置において、記録紙などの被転写物上に転写されたトナー画像を加熱により定着する定着部に用いられる定着用ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、ファクシミリ、プリンター等において、印刷・複写の最終段階では、一般に、記録紙などの被転写物上のトナーを加熱溶融して、被転写物上に定着させている。例えば、電子写真複写機では、▲１▼感光体上に像露光を行って静電潜像を形成する工程、▲２▼静電潜像にトナーを付着させて可視像（粉体像）とする工程、▲３▼記録紙上に粉体像を転写し、感光体から記録紙を分離する工程、及び▲４▼未定着の粉体像を加熱等の方法で記録紙上に定着させる工程を経て、複写が行われる。現像剤であるトナーとしては、一般に、カーボンブラックなどの着色剤を含有する樹脂粉末が用いられている。
【０００３】
定着方法としては、熱定着方式が一般的である。従来、熱定着方式では、図１に示すような熱ローラ定着法が汎用されている。熱ローラ定着法では、内部にヒーター２を配置し、外周面を離型性の良いゴムまたは樹脂で被覆したヒートローラ（定着用ローラ）１とゴムローラ５とからなる一対のローラを圧接させ、これらのローラ間にトナー像３が形成された記録紙４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ている。
熱ローラ定着法は、ヒートローラ全体が所定温度に保持されているため、高速化に適しているが、その反面、待ち時間が長いという欠点を有している。すなわち、電子写真複写機などの画像形成装置の運転開始時には、電源投入後、ヒーター２からの熱伝導によりヒートローラ１の表面を所定の温度にまで加熱するのにかなりの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間に長い待ち時間が発生する。また、熱ローラ定着法では、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。
【０００４】
そこで、近年、図２に示すように、フィルム状のエンドレスベルトを介して、ヒーターにより、被転写物上のトナーを加熱する定着方法が提案されている。このエンドレスベルト定着法では、定着用ベルト６とゴムローラ１０を圧接させ、この間にトナー像８が形成された記録紙９を通過させ、その際ヒーター７により加熱してトナーを記録紙上に融着させる。この定着方法では、薄いフィルム状の定着用ベルト６を介するだけで、ヒーター７により実質上直接的に加熱することになり、電源投入後、加熱部が短時間で所定の温度に達するため、電源投入時の待ち時間がほぼゼロとなる。さらに、この方式では、必要部分のみを加熱するため、消費電力も少ないという利点がある。
【０００５】
従来、エンドレスベルト定着法に用いられる定着用ベルトとしては、耐熱性、弾性率、強度、ベルト内面の絶縁性、ベルト外面の離型性などを考慮して、ポリイミド製のエンドレスベルトの外周面にフッ素樹脂のコーティング層を設けたものが用いられている。
従来よりエンドレスベルト定着法に用いられている定着用ベルトは、着色剤としてカーボンブラックを含有する単色トナーのみを定着するモノクロ用レーザービームプリンターには適しているが、複数種のカラートナーを用いた画像形成装置の定着用には必ずしも適していないという問題があった。より具体的に、赤、黄、青、黒の４色のトナーを定着するカラー用レーザービームプリンターあるいはフルカラー複写機では、定着時に複数種のカラートナーを溶融状態で混色する必要があるため、定着用ベルトには、カラートナーを十分に包み込んで溶融・混色させることができるだけの高い弾力性が求められる。ところが、ポリイミド製のエンドレスベルト（薄肉のチューブ）の外周面にフッ素樹脂のコーティング層を設けた従来の定着用ベルトは、厚み方向の弾力性が不足しており、カラートナーの定着には適していないという問題があった。
一方、ポリイミド製のエンドレスベルトの外周面にエラストマー層を形成すれば、厚み方向に弾力性を付与することができるが、一般に、エラストマー層は、トナー離型性に劣るため、オフセット現象や定着用ベルト表面の汚染が著しくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トナー離型性に優れ、かつ、厚み方向での弾力性があり、カラートナーを十分に包み込んで、鮮明な画像定着が可能な定着用ベルトを提供することにある。
本発明者らは、前記従来技術の問題点を解決するために鋭意研究した結果、耐熱性樹脂チューブからなる薄肉のチューブ状基体の外周面に耐熱性エラストマー層を設け、さらにその上にフッ素樹脂層を設けることにより、弾力性のある定着用ベルトの得られることを見いだした。しかし、単にこのような積層構成としただけでは、カラートナーの定着性、熱伝導性などの特性を十分に満足させる定着用ベルトとすることができない。
【０００７】
そこで、さらに検討を行った結果、チューブ状基体の厚さとフッ素樹脂層の厚さをそれぞれ特定の範囲内にすると共に、耐熱性エラストマー層の厚さと硬度との間の関係を選択された範囲内に調整することにより、十分な弾力性があり、カラートナーを包み込んで鮮明な画像定着が可能な定着用ベルトが得られることを見いだした。
本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、薄いフィルム状の定着用ベルトと加圧ローラとを圧接させて、この間にトナー像が形成された記録紙を通過させ、該定着用ベルトを介し、ヒーターにより記録紙上のトナーを実質上直接的に加熱して定着させる定着方法に使用される定着用ベルトにおいて、該定着用ベルトが、耐熱性樹脂からなる薄肉のチューブ状基体の外周面に、熱伝導率を向上させる充填剤を配合した耐熱性エラストマー層を設け、さらにその上にフッ素樹脂層を設けた積層構成を有し、
（ａ）チューブ状基体の厚さが１０〜３００μｍの範囲内で、
（ｂ）フッ素樹脂層の厚さが１０〜５０μｍの範囲内であり、
（ｃ）耐熱性エラストマー層の厚さが０．１〜０．５ｍｍの範囲内であり、
（ｄ）耐熱性エラストマー層の厚さをＡ（ｍｍ）、耐熱性エラストマーの硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）をＢとした場合、下記式（１）
Ｓ＝（１．０−Ａ）×（１００−Ｂ）          （１）
で表されるソフト指数Ｓが２４〜６４の範囲内であり、かつ、
（ｅ）耐熱性エラストマーの熱伝導率をＤ（１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）とした場合、下記式（２）
Ｈ＝（Ｄ−０．５）／Ａ２                     （２）
で表される熱伝導指数Ｈが０．８以上
であることを特徴とする定着用ベルトが提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、耐熱性エラストマー層が、シリコーンゴム層を下層とし、その上にフッ素ゴム層を積層したものである前記定着用ベルトが提供される。本発明において、熱伝導指数Ｈは、０．８以上である。耐熱性エラストマー層の厚さＡ（ｍｍ）は、０．１〜０．５ｍｍである。耐熱性エラストマーのＪＩＳ−Ａ硬度Ｂは、１００未満であり、好ましくは２０〜９０、より好ましくは２０〜７０、特に好ましくは２０〜６０である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳述する。
図３に、本発明の定着用ベルトの積層構造を示す。本発明の定着用ベルトは、薄肉のチューブ状基体１１の外周面に耐熱性エラストマー層１２を設け、さらにその上にフッ素樹脂層１３を設けた積層構成を有している。
定着用ベルトの基材には、薄肉のチューブを用いる。チューブ状基材の材質としては、耐熱性樹脂が挙げられる。耐熱性樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられるが、これらの中でも、耐熱性、弾性率、強度、ベルト内面の絶縁性などの観点から、特にポリイミドが好ましい。
【００１１】
チューブ状基体の厚さは、１０〜３００μｍであり、好ましくは２０〜１００μｍ、より好ましくは３０〜８０μｍである。チューブ状基体の厚さが薄すぎると耐久性が低下し、厚すぎると定着用ベルト全体の構造的な弾力性が不足するおそれがある。チューブ状基体の外径は、定着装置の大きさによって適宜定めることができるが、通常、１５〜１５０ｍｍ、好ましくは２０〜１００ｍｍ程度である。チューブ状基体の長さは、記録紙等の被転写物の大きさに応じて適宜定めることができる。
【００１２】
本発明では、カラートナーを包み込めむようにして十分に溶融・混色して定着させるようにするため、チューブ状基体の外周面に耐熱性エラストマー層を設けて、定着用ベルトにソフト性（厚み方向の弾力性）を付与する。耐熱性エラストマーとしては、耐熱性に優れるフッ素ゴム及びシリコーンゴムが好ましい。定着用ベルトにソフト性を付与するためには、耐熱性エラストマーの硬度が低いことが望ましい。耐熱性エラストマーの硬度（ＪＩＳ  Ｋ６３０１に規定するスプリング式固さ試験Ａ形により測定した硬度；ＪＩＳ−Ａ硬度という）は、１００未満であり、好ましくは２０〜９０、より好ましくは２０〜７０、特に好ましくは２０〜６０である。耐熱性エラストマー層の硬度が高すぎると、定着用ベルトがトナーを包み込むようにして溶融・混色することができなくなり、カラートナーを用いた場合、定着不良を起こしやすくなる。耐熱性エラストマーの硬度が低すぎると、耐久性に問題が生じるおそれがある。
【００１３】
耐熱性エラストマー層の厚さは、０．１〜０．５ｍｍである。耐熱性エラストマー層が厚くなるとソフト性が増すので、その厚さは、０．２ｍｍ以上であることが特に好ましい。しかし、耐熱性エラストマー層が厚くても、耐熱性エラストマーの硬度が高い場合は、ソフト性が低くなる。本発明者らは、特にカラートナーの定着性との関連で、このようなソフト性の指標として、下記式（１）で定義されるソフト指数Ｓが有効であることを見いだした。
Ｓ＝（１．０−Ａ）×（１００−Ｂ）              （１）
式（１）中、Ａは、耐熱性エラストマー層の厚さ（ｍｍ）であり、Ｂは、耐熱性エラストマーの硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）である。
このソフト指数Ｓは、２４〜６４の範囲内にあることが、カラートナーの定着性との関連で必要であり、好ましくは２４〜４８である。ソフト指数が高すぎても低すぎても、カラートナーの定着性に劣る定着用ベルトしか得ることができない。
【００１４】
耐熱性エラストマー層は、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムのそれぞれの単層だけではなく、例えば、シリコーンゴム層とフッ素ゴム層を積層したものであってもよい。特に、シリコーンゴム層をチューブ状基材側の下層とし、その上に、厚さ２０〜１００μｍのフッ素ゴム層を設け、さらにその上に、フッ素樹脂層を設けた積層構造の定着用ベルトは、耐熱性、耐シリコーンオイル性、フッ素樹脂との接着性などの観点から好ましい。
【００１５】
耐熱性エラストマーには、例えば、シリカ、アルミナ、ボロンナイトライドなど熱伝導率を向上させる充填剤を配合することができる。耐熱性エラストマー層の熱伝導率を高くすると、定着用ベルトの内側に配置されているヒーターからの熱を素早く定着ベルトの外表面に供給することができる。一方、耐熱性エラストマー層が厚いと熱伝導性が低下する。本発明者らは、このような熱伝導性の指標として、式（２）で定義される熱伝導指数Ｈが有効であることを見いだした。
Ｈ＝（Ｄ−０．５）／Ａ２                         （２）
式（２）中、Ｄは、耐熱性エラストマーの熱伝導率（１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃）であり、Ａは、耐熱性エラストマー層の厚さ（ｍｍ）である。
この式（２）で表される熱伝導指数Ｈは、０．８以上である。ソフト指数Ｓを２４〜６４の範囲内とし、かつ、熱伝導指数Ｈを０．８以上とすることにより、高速でカラートナーを鮮明に定着させることができる。
【００１６】
また、耐熱性エラストマーは、１８０℃で２２時間熱処理した時の圧縮永久歪みが２０％より大きいと、荷重が加えられた時に耐熱性エラストマー層の厚さにバラツキが発生し、定着できない部分が発生するおそれがある。そこで、この圧縮永久歪を２０％以下とすることが好ましく、１０％以下とすることがより好ましい。
定着用ベルトの最外層には、トナー離型層としてフッ素樹脂層を設ける。フッ素樹脂を外層に用いることにより、シリコーンオイル等の離型オイルを塗布する必要がないか、あるいは少量の離型オイルの塗布で、十分なトナーの離型性を得ることができる。
【００１７】
フッ素樹脂としては、四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四弗化エチレン−六弗化プロピレン共重合体などが挙げられるが、特に、耐熱性の点からＰＴＦＥまたはＰＦＡを用いることが好ましい。フッ素樹脂層の厚さは、１０〜５０μｍであり、好ましくは１０〜３５μｍ、より好ましくは１０〜２５μｍである。フッ素樹脂層の厚さが薄すぎると耐久性に劣り、複写枚数が多くなるにつれて早期に摩耗して離型性が損なわれるおそれがある。フッ素樹脂層の厚さが厚すぎると、定着用ベルト表面が硬くなり、カラートナーの定着性が低下する。
【００１８】
本発明の定着用ベルトの製造方法は、特に限定されないが、通常、最内層となるチューブ状基体の外周面に耐熱性エラストマーをプレス加硫し、その表面を研磨して外径や形状を整え、次いで、その上に、フッ素樹脂の分散液を塗布し、熱処理して燒結させる。加硫剤を配合した耐熱性エラストマーから熱収縮性チューブを作成し、これをチューブ状基体の外周面に被せ、熱収縮させることにより、耐熱性エラストマー層を形成してもよい。各層間の接着性を向上させるために、各層の表面を表面処理したり、プライマー層を介して積層してもよい。
【００１９】
本発明の定着用ベルトは、各種画像形成装置の定着部において使用することができる。チューブ状基体が耐熱性樹脂チューブであるので、内側にヒーターを配置する。定着用ベルトは、ゴムローラ等からなる加圧ローラと対向・圧接させて使用するが、構造的な弾力性を利用して、バックアップローラにより定着用ベルトを加圧ローラに圧接させてもよい。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。
【００２１】
［実施例１〜５、比較例１〜２］
ポリイミドワニス（宇部興産ＵワニスＳ）を用いて、常法によりチューブ状に成形し、ポリイミドチューブ（厚さ５０μｍ、内径２６ｍｍ、長さ２４ｃｍ）を作成した。この外周面に、耐熱性エラストマーとしてシリコーンゴム（東レダウコーニング社製）を、硬度を調整してプレス成形した。このようにして得られたゴム層の表面を研削して、表１に示す各厚さに調整した後、さらにその上に、フッ素樹脂塗料（ダイキン製Ｄ−１）を塗布して熱処理し、フッ素樹脂層を形成した。フッ素樹脂層の厚さは、２０μｍであった。
シリコーンゴムの硬度の調整は、シリコーンゴムベース（東レダウコーニング社製ＤＹ３２−９１１ｕ、硬度２０）に、ボロンナイトライドの配合量を調節する方法により行った。ボロンナイトライドのかわりに、シリカなどの他の充填剤を用いてもよい。
【００２２】
＜定着性試験＞
このようにして得られた各定着用ベルトを用いて、連続１０枚通紙のカラートナーの定着試験を実施した。具体的には、内径２６ｍｍ、長さ２４ｃｍの定着用ベルトを図２と同様の定着ユニットに取り付け、ヒーターの両端に３Ｋｇづつ荷重をかけて定着用ベルトを加圧ローラに押さえ付けて圧接させた。ヒーターによって定着用ベルトの表面を１５０℃に昇温した後、連続１０枚のＡ４縦未定着用紙を通紙した。定着画像は、赤、青、黄、緑、黒の２ｃｍ角の画像を１枚のＡ４用紙上に配したものを用いた。
定着性は、以下の基準で１枚目及び１０枚目の記録紙を観察して評価した。結果を表１に示す。
◎：色むらなし、かつ、ざら付きなし、
○：色むらはないが、ざら付きあり、
×：色むらあり、かつ、ざら付きあり。
【００２３】
【表１】
0003735991.tif 000002
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、厚み方向での弾力性があり、カラートナーを十分に包み込んで、鮮明な画像定着が可能な定着用ベルトが提供される。本発明の定着用ベルトは、トナー離型性とカラートナー定着性に優れており、特に、フルカラー画像形成装置の定着部に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、熱ローラ定着法の説明図（断面図）である。
【図２】図２は、エンドレスベルト定着法の説明図（断面図）である。
【図３】図３は、本発明の定着用ベルトの積層構造の説明図（断面図）である。
【符号の説明】
１：ヒートローラ（定着用ローラ）
２：ヒーター
３：トナー
４：記録紙
５：加圧ローラ
６：定着用ベルト
７：ヒーター
８：トナー
９：記録紙
１０：加圧ローラ
１１：チューブ状基体
１２：耐熱性エラストマー層
１３：フッ素樹脂層
【図１】
0003735991.tif 000003
【図２】
0003735991.tif 000004
【図３】
0003735991.tif 000005