JP4424134B2 - Fixing member and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真方式を利用した複写機やプリンター等において定着装置に用いられる定着用部材に関し、また、該定着用部材を用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a fixing member used for a fixing device in a copying machine, a printer, or the like using an electrophotographic system, and also relates to an image forming apparatus using the fixing member.
従来、電子写真方式を利用した複写機やプリンター等においては、記録媒体上に形成された未定着トナー像を定着して永久画像にする工程を定着工程と呼んでいる。前記定着工程としては、溶剤定着法、圧力定着法、加熱定着法が知られている。
溶剤定着法は、溶剤蒸気が発散し、臭気や衛生上の問題点がある。一方、圧力定着法は、他の定着法と比較して定着性が悪く、且つ、圧力感応性トナーが高価であるという欠点を有している。溶剤定着法及び圧力定着法は、これらの欠点が原因となり、共にほとんど実用化されていないのが現状で、現実的には加熱によってトナーを溶融させ、記録媒体に熱融着させる加熱定着法が広く採用されている。
Conventionally, in a copying machine or a printer using an electrophotographic system, a process of fixing an unfixed toner image formed on a recording medium to make a permanent image is called a fixing process. As the fixing step, a solvent fixing method, a pressure fixing method, and a heat fixing method are known.
In the solvent fixing method, solvent vapor is emitted, and there are problems with odor and hygiene. On the other hand, the pressure fixing method has the disadvantage that the fixing property is poor as compared with other fixing methods and the pressure sensitive toner is expensive. The solvent fixing method and the pressure fixing method are caused by these drawbacks, and both of them are hardly put into practical use. Actually, there is a heat fixing method in which the toner is melted by heating and thermally fused to a recording medium. Widely adopted.
加熱定着法としては、従来一般的な方法として、加熱ロール、加圧ロールの両方若しくは一方の内部にハロゲンランプを配置し、このハロゲンランプの輻射熱により、前記加熱ロール、加圧ロールの両方若しくは一方の表面を加熱する方法が採用されてきた。この加熱定着法では、具体的には、加熱ロールと加圧ロールとが互いに圧接したニップに、未定着トナー像が形成された記録媒体を挿通させ、ニップ内で前記ロール表面の熱によりトナーを溶融し、ニップ圧力で記録媒体に固着させることで永久画像を形成していた。 As a heat fixing method, as a conventional general method, a halogen lamp is disposed in either or both of a heating roll and a pressure roll, and either or both of the heating roll and the pressure roll are radiated by the radiant heat of the halogen lamp. A method of heating the surface has been adopted. Specifically, in this heat fixing method, a recording medium on which an unfixed toner image is formed is inserted into a nip where a heating roll and a pressure roll are in pressure contact with each other, and the toner is heated by the heat of the roll surface in the nip. A permanent image was formed by melting and fixing to a recording medium with a nip pressure.
この方法だと、ハロゲンランプと加熱したい加熱ロール又は加圧ロールの表面との間には、空気層をはじめとする断熱層が存在するため、ロールの表面が定着可能温度に達するまでの時間(以下、単に「ウォームアップタイム」という。)として3〜8分程度の時間が必要になるという欠点がある。そのため、画像形成を行わない待機時においても定着装置の温度をある程度高温に維持する必要があり、これが複写機等の消費電力の大部分を占めているのが現状である。 In this method, since a heat insulating layer such as an air layer exists between the halogen lamp and the surface of the heating roll or pressure roll to be heated, the time until the surface of the roll reaches the fixing possible temperature ( Hereinafter, it is simply referred to as “warm-up time”), which requires a time of about 3 to 8 minutes. Therefore, it is necessary to maintain the temperature of the fixing device at a high temperature to some extent even during the standby time when image formation is not performed, and this is the current situation that occupies most of the power consumption of a copying machine or the like.
一方、定着可能温度に達するまでの時間を短縮した定着装置として、薄膜フィルムと固定ヒーターとを用いた定着装置が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
これらの定着装置では、加熱部材の熱容量を極力減らすために、薄膜フィルムを用いているものの、固定ヒーターが熱容量を有するためにウォームアップタイムを実質的にはなくすことができず、数秒から数十秒の立ち上がり時間が必要となる。
また、直接加熱しているのはあくまでも固定ヒーターであり、これを加熱することで前記固定ヒーターに接触する薄膜フィルムを間接的に加熱するため、熱効率が十分ではない。更に、固定ヒーターが、回転する薄膜フィルムと摺動するため、固定ヒーターや薄膜フィルム内面の摩耗等の不具合が発生する。
On the other hand, a fixing device using a thin film and a fixed heater has been proposed as a fixing device that shortens the time required to reach the fixing temperature (for example, see Patent Documents 1 and 2).
In these fixing devices, a thin film is used to reduce the heat capacity of the heating member as much as possible. However, since the fixed heater has a heat capacity, the warm-up time cannot be substantially eliminated and several seconds to several tens of hours. A rise time of seconds is required.
In addition, it is the fixed heater that is directly heated, and the thin film that is in contact with the fixed heater is indirectly heated by heating it, so that the thermal efficiency is not sufficient. Further, since the fixed heater slides on the rotating thin film, problems such as wear of the fixed heater and the inner surface of the thin film occur.
そこで、近年、基体上に金属層を形成した定着用部材を用いて、この定着用部材に対向或いは内包されたコイルに電流を流して、コイルで発生した磁界によって、加熱部材の金属層に誘導される渦電流で金属層を加熱する電磁誘導加熱定着装置が提案されている(例えば、特許文献3、4参照)。
この方式では、熱効率が非常に高く、定着用部材の表面近傍にある金属層を発熱させるため、定着用部材表面を瞬時に定着可能温度に加熱することが可能となる。また、直接接触するのは定着用部材だけになるため、奪われる熱も少なくすることができる。そのためプリントジョブの間の待機時間中に、定着用部材をある程度の高温に保つ必要がなくなる。
Therefore, in recent years, using a fixing member in which a metal layer is formed on a substrate, a current is passed through a coil facing or included in the fixing member, and the magnetic field generated by the coil induces the metal layer of the heating member. An electromagnetic induction heating and fixing device that heats a metal layer with an eddy current is proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
In this method, the thermal efficiency is very high and the metal layer near the surface of the fixing member generates heat, so that the surface of the fixing member can be instantaneously heated to a fixable temperature. Further, since only the fixing member is in direct contact, the heat taken away can be reduced. Therefore, it is not necessary to keep the fixing member at a certain high temperature during the standby time between print jobs.
一方、このような定着用部材の基体として、ロールタイプのような中空或いは中実な金属コア材を用いるよりも、樹脂や金属の薄膜フィルムを用いるほうが、定着用部材の熱容量を低く抑えることができるためウォームアップタイムを短くすることが可能となる。そのようなベルト型の定着用部材を用いた電磁誘導加熱定着装置は、定着用部材である金属層を含む電磁誘導定着ベルト(以下、単に「誘導定着ベルト」という場合がある。)と、加圧部材と、電磁誘導コイルと、ベルト内パッド部材と、で構成される。 On the other hand, rather than using a hollow or solid metal core material such as a roll type as the base of such a fixing member, it is possible to keep the heat capacity of the fixing member low by using a resin or metal thin film. As a result, the warm-up time can be shortened. An electromagnetic induction heating and fixing device using such a belt-type fixing member includes an electromagnetic induction fixing belt including a metal layer as a fixing member (hereinafter sometimes simply referred to as an “induction fixing belt”), and an addition. The pressure member, the electromagnetic induction coil, and the in-belt pad member.
電磁誘導コイルは、誘導定着ベルトに内包されているか、若しくは対向する位置に配置されている。また、ベルト内パッド部材は、無端状の誘導定着ベルトの内側に配され、誘導定着ベルトを介して加圧部材に押圧され、加圧部材との間にニップを形成するものである。 The electromagnetic induction coil is included in the induction fixing belt or disposed at a position facing the electromagnetic induction coil. The in-belt pad member is disposed inside the endless induction fixing belt and is pressed against the pressure member via the induction fixing belt to form a nip with the pressure member.
誘導定着ベルトの基体としては、主にニッケル、鉄、ステンレス(SUS)等の金属ベルトや、熱硬化性ポリイミド、芳香族ポリアミド(アラミド)、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂等を用いることが多い。これらに共通の特性としては、耐熱性・高強度などが挙げられる。
尚、基体に用いられる液晶ポリマーは、溶液状態又は溶融状態で液晶性を示すポリマーであるが、溶融状態で液晶性を示すサーモトロピックク液晶ポリマーは、特に高強度、高耐熱、低線膨張率、高絶縁、低吸湿、高ガスバリアー性等の優れた特性を持っている。
As the base of the induction fixing belt, metal belts such as nickel, iron, and stainless steel (SUS), and heat-resistant resins such as thermosetting polyimide, aromatic polyamide (aramid), and liquid crystal polymer are often used. Properties common to these include heat resistance and high strength.
The liquid crystal polymer used for the substrate is a polymer that exhibits liquid crystallinity in a solution state or a molten state, but a thermotropic liquid crystal polymer that exhibits liquid crystallinity in a molten state is particularly high in strength, high heat resistance, and low linear expansion coefficient. It has excellent properties such as high insulation, low moisture absorption, and high gas barrier properties.
しかしながら、このような定着用部材では、熱が定着用部材の内部(定着用部材の記録媒体と接触しない側の面)へ逃げるのを防止することができなかった。 However, such a fixing member cannot prevent heat from escaping to the inside of the fixing member (the surface of the fixing member that does not come into contact with the recording medium).
そこで、エネルギー供給手段によって加熱される中空円筒部材の内面に断熱層を設けることで、ウォームアップタイムが短く、かつ熱効率の良い定着用部材が提案されている(例えば、特許文献5参照)。この定着用部材の断熱層は、中空ガラスビーズを中空円筒部材の内面に焼き付けて形成されるガラス層、又は、中間に空気層を介在させた一対のガラス部材から構成される。
しかし、上記断熱層を形成させた定着用部材は、断熱層全体が柔軟性に欠け且つ脆性材料であるガラス材料のみから構成されているため、何らかの衝撃が加わった際に断熱層自体が破壊され易く、長期間の使用が困難であることが予測され、信頼性に劣ると考えられる。加えて、この定着用部材は、柔軟性の要求されるベルト状等の形態での利用は実質的に不可能であり汎用性に劣る。 However, since the fixing member formed with the heat insulating layer is composed only of a glass material that is inflexible and brittle, the heat insulating layer itself is destroyed when an impact is applied. It is easy to expect and difficult to use for a long period of time, and is considered to be inferior in reliability. In addition, the fixing member is practically incapable of being used in the form of a belt or the like that requires flexibility, and is inferior in versatility.
また、断熱層が中空ガラスビーズを中空円筒部材の内面に焼き付けて形成されたガラス層である場合には、高温で焼き付けなければならないため製造性に劣る。更に、この定着用部材と対向配置される加圧部材との押圧力を調整するために、この定着用部材の内周面側に押圧部材を設けた場合には、脆性材料のみからなる断熱層が破壊される恐れがある。
また更には、潤滑剤を利用して両者の間の良好な潤滑性を確保することが困難である。これは定着用部材の内周面の表面凹凸が、断熱層を構成するガラスビーズに起因して大きすぎるために、定着用部材内周面と押圧部材との接触が面接触ではなく点接触となることに加え、潤滑剤が双方の界面に均一に分散させることができないと予想されるためである。
Further, when the heat insulating layer is a glass layer formed by baking hollow glass beads on the inner surface of the hollow cylindrical member, it is inferior in productivity because it must be baked at a high temperature. Further, when a pressing member is provided on the inner peripheral surface side of the fixing member in order to adjust the pressing force between the fixing member and the pressing member disposed opposite to the fixing member, a heat insulating layer made of only a brittle material. May be destroyed.
Furthermore, it is difficult to ensure good lubricity between the two using a lubricant. This is because the surface irregularity of the inner peripheral surface of the fixing member is too large due to the glass beads constituting the heat insulating layer, so that the contact between the inner peripheral surface of the fixing member and the pressing member is not a surface contact but a point contact. In addition, it is expected that the lubricant cannot be uniformly dispersed at both interfaces.
一方、断熱層が、中間に空気層を介在させた一対のガラス部材からなる構成については、このような構成からなる断熱層の具体的な形成方法が前記特許文献5中に全く記載されておらず、実現可能性の点で疑問が残る。加えて、層状の連続した空気層を一対のガラス部材の間に形成しているため、断熱層の強度が確保し難いことが予想され実用性に劣るものと考えられる。これらのことから、このような構成は実現可能性や実用性に極めて乏しい。 On the other hand, with respect to the configuration in which the heat insulating layer is composed of a pair of glass members with an air layer interposed therebetween, a specific method of forming the heat insulating layer having such a configuration is not described in Patent Document 5 at all. However, questions remain about feasibility. In addition, since the layered continuous air layer is formed between the pair of glass members, it is expected that it is difficult to ensure the strength of the heat insulating layer, and is considered to be inferior in practicality. For these reasons, such a configuration is extremely poor in feasibility and practicality.
そこで本発明は、上記問題点を解決することを課題とする。
即ち、本発明は、ウォームアップタイムが短く熱効率が高い上に、強度、汎用性、製造性に優れ、信頼性の高い定着用部材、及び該定着用部材を定着装置に用いた画像形成装置を提供することを課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems.
That is, the present invention provides a fixing member having a short warm-up time, high thermal efficiency, excellent strength, versatility and manufacturability and high reliability, and an image forming apparatus using the fixing member for a fixing device. The issue is to provide.
上記課題は以下の本発明により達成される。
即ち、本発明の定着用部材は、
<1> 有機材料の中空部材を分散させたポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液が、焼成されることによって得られるポリイミドフィルムを基材として用い、該基材上に、少なくとも金属層及び表面層を積層することを特徴とする定着用部材である。
<2> 前記有機材料が樹脂であることを特徴とする前記<1>に記載の定着用部材である。
<3> 前記樹脂がアクリル若しくは架橋アクリルであることを特徴とする前記<2>に記載の定着用部材である。
<4> 前記金属層と前記表面層との間に弾性層を積層することを特徴とする前記<1>〜<3>の何れか1項に記載の定着用部材である。
<5> 電磁誘導装置により加熱されることを特徴とする前記<1>〜<4>の何れか1項に記載の定着用部材である。
<6> 前記ポリイミドフィルムが無端状のベルトであることを特徴とする前記<1>〜<5>の何れか1項に記載の定着用部材である。
The above-mentioned subject is achieved by the following present invention.
That is, the fixing member of the present invention is
<1> A polyimide solution or a polyimide precursor solution in which a hollow member of an organic material is dispersed is used as a base material, and a metal layer and a surface layer are laminated on the base material. the to Rukoto a fixing member characterized.
<2> The fixing member according to <1>, wherein the organic material is a resin.
<3> The fixing member according to <2>, wherein the resin is acrylic or cross-linked acrylic.
< 4 > The fixing member according to any one of <1> to <3>, wherein an elastic layer is laminated between the metal layer and the surface layer.
< 5 > The fixing member according to any one of <1> to < 4 >, wherein the fixing member is heated by an electromagnetic induction device.
< 6 > The fixing member according to any one of <1> to < 5 >, wherein the polyimide film is an endless belt.
また、本発明の画像形成装置は、
<7> 前記<1>〜<6>の何れか1項に記載の定着用部材を、定着装置に用いることを特徴とする画像形成装置である。
The image forming apparatus according to the present invention includes:
< 7 > An image forming apparatus using the fixing member according to any one of <1> to < 6 > in a fixing device.
以上に説明したように本発明によれば、ウォームアップタイムが短く熱効率が高い上に、強度、汎用性、製造性に優れ、信頼性の高い定着用部材、及び該定着用部材を定着装置に用いた画像形成装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a fixing member having a short warm-up time, high thermal efficiency, excellent strength, versatility, and manufacturability and high reliability, and the fixing member are used as a fixing device. The used image forming apparatus can be provided.
本発明の定着用部材は、有機材料の中空部材を分散させたポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液が、焼成されることによって得られるポリイミドフィルムを基材として用い、該基材上に、少なくとも金属層及び表面層を積層することを特徴とし、また、本発明の画像形成装置は、該定着用部材を、定着装置に用いることを特徴とする。
以下、本発明の定着用部材及び画像形成装置について、詳細に説明する。
The fixing member of the present invention uses , as a base material, a polyimide film obtained by firing a polyimide solution or a polyimide precursor solution in which a hollow member of an organic material is dispersed , and at least a metal layer is formed on the base material. and characterized that you laminate surface layer, the image forming apparatus of the present invention, a the constant wear member is characterized by using the fixing device.
Hereinafter, the fixing member and the image forming apparatus of the present invention will be described in detail.
<定着用部材>
本発明の定着用部材は、電子写真方式を利用した複写機等において、定着装置に用いることができ、特に電磁誘導加熱定着装置に好適に用いることができる。
本発明の定着用部材の形状は特に限定されるものではなく、ロール形状や、無端ベルト等のベルト形状で利用することが可能である。柔軟性が必要とされるベルト形状でも利用が可能であるため、本発明の定着用部材は汎用性が高く、多様な形態・仕様の定着装置の作製が可能である。
<Fixing member>
The fixing member of the present invention can be used for a fixing device in a copying machine or the like using an electrophotographic method, and can be particularly suitably used for an electromagnetic induction heating fixing device.
The shape of the fixing member of the present invention is not particularly limited, and can be used in a roll shape or a belt shape such as an endless belt. Since it can be used even in a belt shape that requires flexibility, the fixing member of the present invention is highly versatile, and it is possible to manufacture fixing devices having various forms and specifications.
また、本発明の定着用部材は、上述のポリイミドフィルムを基材として用い、該基材上に、少なくとも金属層及び表面層を積層することが必須要件であり、その他任意で弾性層等を設けることができる。特に、電磁誘導加熱方式の定着装置に用いる態様が好ましい。
以下、本発明の定着用部材を構成する各層について説明する。
The fixing member of the present invention, a polyimide film described above as a base material, on to the substrate, a Rukoto be stacked at least a metal layer and the surface layer is essential, other optionally elastic layer or the like Can be provided. Particularly, it preferred embodiments for use in the fixing device of the electric magnetic induction heating method.
Hereinafter, each layer constituting the fixing member of the present invention will be described.
−ポリイミドフィルム−
本発明の定着用部材に用いるポリイミドフィルムは、有機材料の中空部材を分散させたポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液を焼成して得られることを特徴とする。
有機材料の中空部材を分散させることにより、焼成して得られたポリイミドフィルムはフィルム中に空気(空隙)を含んだものとなり、そのため空気を含まないポリイミドフィルムよりも熱伝導率が低くなり、断熱効果が高いフィルムとなる。
-Polyimide film-
The polyimide film used for the fixing member of the present invention is obtained by firing a polyimide solution or a polyimide precursor solution in which a hollow member of an organic material is dispersed.
By dispersing the hollow member of organic material, the polyimide film obtained by firing contains air (voids) in the film, and therefore has lower thermal conductivity than the polyimide film that does not contain air, and heat insulation. The film is highly effective.
また、中空部材の殻である有機材料は焼成してしまうために、焼成して得られるフィルムは、見かけ上、殻が無くポリイミドフィルムに空気が含まれたものとなる。また、分散させる中空部材の量及び焼成温度によりポリイミドフィルムに含まれる空気の量(空隙率)や発泡の大きさを制御しやすいといった利点がある。 In addition, since the organic material that is the shell of the hollow member is fired, the film obtained by firing apparently has no shell and the polyimide film contains air. In addition, there is an advantage that the amount of air (porosity) contained in the polyimide film and the size of foaming can be easily controlled by the amount of the hollow member to be dispersed and the firing temperature.
ここで、上記有機材料の中空部材は、以下の二点の要件を満たすことが必要となる。
(1)ポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液に分散した際、溶解しないこと
(2)焼成により、見かけ上殻が無くなること
尚、上記において「溶解しない」とは、ポリイミド又はポリイミド前駆体の18質量%溶液(液温25℃)に分散させた時の溶解度が、30%以下であることをさす。また、「見かけ上殻が無くなる」とは、殻(つまり有機材料)がポリイミドフィルム中で、その存在を明確に区別できなくなることをさし、フィルム中から完全に消失することを示すものではない。
Here, the hollow member of the organic material must satisfy the following two requirements.
(1) Do not dissolve when dispersed in polyimide solution or polyimide precursor solution
(2) The apparent shell disappears upon firing. Incidentally, in the above, “does not dissolve” means that the solubility when dispersed in an 18% by mass solution of polyimide or polyimide precursor (liquid temperature: 25 ° C.) is 30%. Indicates the following. In addition, “apparently no shell” means that the shell (that is, organic material) cannot be clearly distinguished in the polyimide film, and does not mean that the shell disappears completely. .
本発明において用いられる有機材料としては、上記の要件を満たすものであれば特に限定されるものではないが、樹脂であることがより好ましく、その中でも、上記二点の要件を良好に満たすという観点から、アクリル若しくは架橋アクリルが特に好ましい。 The organic material used in the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above requirements, but is more preferably a resin, and among them, the viewpoint of satisfying the above two requirements well Therefore, acrylic or cross-linked acrylic is particularly preferable.
特に架橋アクリルである場合には耐溶剤性が向上し、ポリイミド溶液又はポリイミド前駆体溶液に分散させた時に殻が溶けにくく、分散してから塗布・乾燥するまでの時間、いわゆるポットライフを長くできるといった利点がある。 Especially in the case of cross-linked acrylic, the solvent resistance is improved, the shell is hardly dissolved when dispersed in a polyimide solution or a polyimide precursor solution, and the time from dispersion to application / drying, the so-called pot life can be lengthened. There are advantages such as.
この方法で製造された空隙を含むポリイミドフィルムは、分散させた中空部材の殻が残っていないため、折り曲げや圧力のストレスがかかる際にも、殻が割れてしまう、殻同士がこすれ合う、殻による凹凸がある等の問題がなく、強靭なフィルムとなる。従って断熱性フィルムとして定着用部材に用いる際には好ましいフィルムとなる。 The polyimide film containing voids produced by this method does not leave the shell of the dispersed hollow member, so that even when bending or pressure stress is applied, the shell breaks, the shells rub against each other, the shell There is no problem such as unevenness due to, and it becomes a tough film. Therefore, it becomes a preferable film when used as a heat insulating film for a fixing member.
更に、この方法で製造された空隙を含むポリイミドフィルムは、殻が残っていないため、膜厚が均一にできやすく、金属層、表面層を積層する場合にも好ましい。ポリイミドフィルムの厚みむらが10μmを超えるような場合には、金属層との接着が得られにくく、また、圧力や屈曲のストレスがかかった際に、金属疲労を起こしやすく、耐久性が得られにくいといった問題がある。 Furthermore, since the polyimide film containing voids produced by this method has no shell, it is easy to make the film thickness uniform, and it is also preferable when laminating a metal layer and a surface layer. When the thickness unevenness of the polyimide film exceeds 10 μm, adhesion with the metal layer is difficult to obtain, and when stress of pressure or bending is applied, metal fatigue is likely to occur and durability is difficult to obtain. There is a problem.
また、金属層等との接着性向上のため、ポリイミドフィルム表面を、粗面化することがあるが、従来のガラス中空部材を分散させたフィルムでは、粗面化することによって、ガラスの殻が壊れてしまうことも有り、結果としてポリイミドフィルムに穴が開いてしまうといった問題点があるが、有機材料の中空部材を分散させて得られたフィルムは殻がないため、穴が開きにくいといった利点もある。 In addition, the polyimide film surface may be roughened to improve the adhesion to the metal layer, etc., but in a film in which a conventional glass hollow member is dispersed, by roughening the glass shell, It may break, and as a result, there is a problem that holes are opened in the polyimide film, but since the film obtained by dispersing the hollow member of organic material has no shell, there is also an advantage that holes are difficult to open is there.
ここで、本発明におけるポリイミドフィルムの空隙率としては、10%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましい。空隙率が10%未満である場合には、高い断熱効果を得ることができない場合がある。また、高い断熱効果が得られる点では空隙率は高ければ高い程好ましいが、高すぎる場合には、強度の確保が困難になる場合があるため、80%以下であることが好ましい。
尚、空隙率を求めるにあたり、フィルム中に含まれている中空部材の質量は無視してよく、空隙を含むポリイミドフィルムの比重と、空隙を含まないポリイミドフィルムの比重から計算により求めることができる。
Here, the porosity of the polyimide film in the present invention is preferably 10% or more, and more preferably 30% or more. When the porosity is less than 10%, a high heat insulating effect may not be obtained. In addition, the higher the porosity, the better in terms of obtaining a high heat insulating effect, but if it is too high, it may be difficult to ensure the strength, so 80% or less is preferable.
In determining the porosity, the mass of the hollow member contained in the film may be ignored, and can be determined by calculation from the specific gravity of the polyimide film including the voids and the specific gravity of the polyimide film not including the voids.
また、熱伝導率という観点からは、0.25W/m・℃以下であることが好ましく、0.20W/m・℃以下であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of thermal conductivity, it is preferably 0.25 W / m · ° C. or less, and more preferably 0.20 W / m · ° C. or less.
(ポリイミドフィルムの製造方法)
まず、有機材料の中空部材を、ポリイミド溶液或いはポリイミド前駆体溶液に分散・混合させる。
固形分である中空部材の粒径は3〜30μmが好ましい。これ未満の粒径では空隙率を大きくすることが難しい場合があり、また粒径がこれより大きいものでは均一な膜厚・強度とすることが難しくなることがある。
(Production method of polyimide film)
First, a hollow member made of an organic material is dispersed and mixed in a polyimide solution or a polyimide precursor solution.
As for the particle size of the hollow member which is solid content, 3-30 micrometers is preferable. If the particle size is less than this, it may be difficult to increase the porosity, and if the particle size is larger than this, it may be difficult to obtain a uniform film thickness and strength.
尚、この塗工液は固形分である中空部材を含むため、適当な溶剤を用いて粘度を下げることが、塗工液中での中空部材の分散性を向上させる上で好ましい。粘度が高い場合には中空部材の分散性が悪くなり、分散方法に工夫が必要となる。但し、粘度が低過ぎる場合には、乾燥中に膜厚むらができやすくなり、乾燥させる条件の最適化が難しくなることがある。 In addition, since this coating liquid contains the hollow member which is solid content, it is preferable in order to improve the dispersibility of the hollow member in a coating liquid to reduce a viscosity using a suitable solvent. When the viscosity is high, the dispersibility of the hollow member deteriorates, and it is necessary to devise a dispersion method. However, if the viscosity is too low, uneven film thickness is likely to occur during drying, and optimization of the drying conditions may be difficult.
以上から中空部材を分散させた塗工液の粘度は、ポリイミド溶液或いはポリイミド前駆体溶液の粘度の半分から1/4程度の範囲内に調整することが好ましく、粘度で言えば、2.5〜1Pa・s(at30℃)程度の範囲にすることが好ましい。 From the above, the viscosity of the coating liquid in which the hollow member is dispersed is preferably adjusted within a range from about half to about ¼ of the viscosity of the polyimide solution or the polyimide precursor solution. A range of about 1 Pa · s (at 30 ° C.) is preferable.
塗工液の塗工方法としては、ロールコーター法、ブレードコーター法、エアナイフコーター法、ゲートロールコーター法、バーコーター法、サイズプレス法、シムサイザー法、スプレーコート法、グラビアコート法、カーテンコーター法、ディップコート法等が挙げられる。 As the coating method of the coating liquid, roll coater method, blade coater method, air knife coater method, gate roll coater method, bar coater method, size press method, shim sizer method, spray coat method, gravure coat method, curtain coater method, The dip coat method etc. are mentioned.
これらの方法で得られた塗布膜を、段階的に温度を上げながら乾燥させ、空隙を含むポリイミドフィルムを形成する。例えば、無端上のポリイミドベルトを作製する場合には、上記塗工液を上記塗工方法により、アルミ等からなるパイプに塗布し、段階的に温度を上げながら乾燥させることによって、得ることができる。 The coating film obtained by these methods is dried while raising the temperature stepwise to form a polyimide film containing voids. For example, when producing an endless polyimide belt, it can be obtained by applying the coating liquid to a pipe made of aluminum or the like by the above coating method and drying it while raising the temperature stepwise. .
尚、空隙率は中空部材の分散濃度と乾燥温度条件により、所望の値に制御することが可能である。
また、ポリイミドフィルムの厚みとしては、30μm〜200μmが好ましい。30μm以下ではフィルムの強度が得られにくく、200μm以上では柔軟性を得にくい。
The porosity can be controlled to a desired value depending on the dispersion concentration of the hollow member and the drying temperature condition.
Moreover, as thickness of a polyimide film, 30 micrometers-200 micrometers are preferable. If it is 30 μm or less, it is difficult to obtain the strength of the film, and if it is 200 μm or more, it is difficult to obtain flexibility.
−金属層−
本発明の定着用部材を構成する金属層は、加熱定着方式の定着装置において、ヒーター等により加熱されるための層である。また特に、電磁誘導加熱方式においては、定着装置内に設けられたコイルから発生する磁界により渦電流を発生させることで発熱するための層である。
本発明の定着用部材においては、金属層の内側に、空隙を含んだポリイミドフィルムを設けることにより、金属層が発熱した熱を内側に伝えにくく(逃げにくく)でき、ウォームアップ時間を短縮することが可能となり、定着に必要な熱エネルギー量を減らすことができるといった効果がある。そのため、電磁誘導加熱定着装置の特徴である省エネ効果を更に高めることができる上に、ポリイミドフィルムと接する材料の選択性が広がると共に、熱が高くならないことで信頼性が向上するといった効果が期待できる。
ここでは、特に電磁誘導加熱方式の定着装置に用いる場合の金属層について説明する。
-Metal layer-
Metal layer constituting the fixing member of the present invention, in the fixing device of the pressurizing heat fixing method, a layer for being heated by a heater or the like. In particular, in the electromagnetic induction heating method, this is a layer for generating heat by generating an eddy current by a magnetic field generated from a coil provided in the fixing device.
In the fixing member of the present invention, by providing a polyimide film including voids inside the metal layer, the heat generated by the metal layer can be hardly transmitted (difficult to escape), and the warm-up time can be shortened. This makes it possible to reduce the amount of heat energy required for fixing. Therefore, it is possible to further enhance the energy saving effect that is characteristic of the electromagnetic induction heating and fixing device, and to increase the selectivity of the material in contact with the polyimide film and to improve the reliability by not increasing the heat. .
Here, a metal layer particularly used in an electromagnetic induction heating type fixing device will be described.
この金属層の厚さは3〜50μmの範囲であることが好ましく、3〜30μmの範囲であることがより好ましく、5〜20μmの範囲であることが更に好ましい。
金属層の厚さが3μm未満になると、金属層の抵抗値が高くなることにより、十分な渦電流が発生し難くなることがあり、発熱が不足し、ウォームアップ時間が長くなるか、或いは定着可能温度まで加熱することができなくなる場合がある。また、金属層の厚さが50μmを超えると、十分な発熱は得られるものの、金属層自体の熱容量が大きくなってしまうことからウォームアップ時間が長くなってしまう場合がある。
The thickness of the metal layer is preferably in the range of 3 to 50 μm, more preferably in the range of 3 to 30 μm, and still more preferably in the range of 5 to 20 μm.
When the thickness of the metal layer is less than 3 μm, the resistance value of the metal layer becomes high, so that it may be difficult to generate sufficient eddy current, heat generation is insufficient, and the warm-up time becomes long or fixing. It may not be possible to heat to a possible temperature. Further, when the thickness of the metal layer exceeds 50 μm, although sufficient heat generation is obtained, the heat capacity of the metal layer itself is increased, so that the warm-up time may be increased.
金属層には、電磁誘導作用を生ずる金属が用いられる。かかる金属としては、例えばニッケル、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、スチール、クロムなどが選択可能である。これらのうちコスト、発熱性能、及び加工性を考慮すれば、銅、ニッケル、アルミニウム、鉄、クロムが適しており、特に銅が好ましい。 For the metal layer, a metal that generates electromagnetic induction is used. As such a metal, for example, nickel, iron, copper, gold, silver, aluminum, steel, chromium and the like can be selected. Of these, copper, nickel, aluminum, iron, and chromium are suitable in consideration of cost, heat generation performance, and workability, and copper is particularly preferable.
金属層は、単層構成であってもよく、2以上の層から構成されていてもよい。特に、金属層がめっき法を利用して作製される場合には、ポリイミドフィルム表面に無電解めっきにより形成された第一の金属層と、第一の金属層の表面に電解めっきにより形成された第二の金属層との少なくとも2層から形成されていることが好ましい。 The metal layer may have a single layer structure or may be composed of two or more layers. In particular, when the metal layer is produced using a plating method, the first metal layer formed on the polyimide film surface by electroless plating and the surface of the first metal layer formed by electrolytic plating It is preferably formed of at least two layers with the second metal layer.
従来、金属層を有する定着用部材において、ポリイミド等のフレキシブルな基体上に薄膜状の金属層を形成する場合、基体と金属層との密着性を高めるために、真空設備を用いた蒸着やスパッタリング等のPVD(Physical Vapor Deposition)法が利用される場合が多かった。しかし真空設備を使った成膜方法では、特に定着ベルトのような円筒形状の基体に対してはバッチ処理が必要となるためコストアップとなる場合がある。 Conventionally, in a fixing member having a metal layer, when a thin metal layer is formed on a flexible substrate such as polyimide, in order to improve the adhesion between the substrate and the metal layer, vapor deposition or sputtering using a vacuum facility The PVD (Physical Vapor Deposition) method is often used. However, in the film forming method using a vacuum facility, the cost may be increased because batch processing is required particularly for a cylindrical substrate such as a fixing belt.
一方、前記無電界めっき法は低コストであるが、無電界めっき法により形成される金属膜はポリイミドフィルムに対する密着力が弱い。これを補うために金属層が形成される面(即ちポリイミド層の外側面)を、ブラスト処理などにより粗面化処理された耐熱性樹脂等で構成された面とすることが好ましい。この場合には、低コストであると共に、金属層とポリイミドフィルムとの間で十分な密着性を得ることができる。 On the other hand, the electroless plating method is low in cost, but the metal film formed by the electroless plating method has weak adhesion to the polyimide film. In order to compensate for this, the surface on which the metal layer is formed (that is, the outer surface of the polyimide layer) is preferably a surface made of a heat-resistant resin or the like roughened by blasting or the like. In this case, it is low-cost and sufficient adhesion can be obtained between the metal layer and the polyimide film.
尚、無電界めっきにより形成される金属層は、電界めっきにより形成される金属膜と比較して密度が低く抵抗が高くなる傾向にあるため、金属層は、無電界めっきと電界めっきとを組み合わせて形成することが好ましい。この場合、金属層は、まずポリイミド層の外側面に無電界めっき法により形成される第一の金属層と、この第一の金属層の表面に形成される第二の金属層とから形成され、第一の金属層によりポリイミド層との密着性を確保すると共に、第二の金属層により金属層全体の低抵抗化を図ることができる。 In addition, since the metal layer formed by electroless plating tends to have a lower density and higher resistance than a metal film formed by electroplating, the metal layer is a combination of electroless plating and electroplating. It is preferable to form them. In this case, the metal layer is first formed of a first metal layer formed on the outer surface of the polyimide layer by electroless plating and a second metal layer formed on the surface of the first metal layer. The first metal layer can ensure adhesion to the polyimide layer, and the second metal layer can reduce the resistance of the entire metal layer.
このような2層構成からなる金属層の場合、無電解めっきにより形成された第一の金属層が、ニッケル、銅、クロムのうちの少なくとも一種類の金属により形成されていることが好ましい。これは無電解めっきにより形成された第一の金属層は、第二の金属層を電解めっきするための電極として使う層であり、ある程度の低抵抗が要求されるからである。更に、ニッケルや銅を使うことで、ポリイミドフィルム層を透過した酸素により第二の金属層が酸化して劣化することを防止することが可能となる。 In the case of a metal layer having such a two-layer structure, it is preferable that the first metal layer formed by electroless plating is formed of at least one kind of metal among nickel, copper, and chromium. This is because the first metal layer formed by electroless plating is a layer used as an electrode for electrolytic plating of the second metal layer, and a certain low resistance is required. Furthermore, by using nickel or copper, it is possible to prevent the second metal layer from being oxidized and deteriorated by oxygen transmitted through the polyimide film layer.
また、電解めっきにより形成された第二の金属層は、銅を含む層であることが好ましい。銅は鉄やニッケル等の金属と比較して低抵抗であり、電解めっきにより膜形成が可能であることから、電磁誘導加熱方式の定着用部材の金属層として高性能な膜が形成しやすい。 Moreover, it is preferable that the 2nd metal layer formed by electrolytic plating is a layer containing copper. Since copper has a lower resistance than metals such as iron and nickel and can be formed by electrolytic plating, a high-performance film is easily formed as a metal layer of an electromagnetic induction heating type fixing member.
−弾性層−
本発明の定着用部材には、表面層と金属層との間に弾性層を設けても良い。弾性層を設けることで、紙等の記録媒体に均一に圧力を加えることができ、高画質な定着画像を得ることが可能となる。特に最近ではフルカラーの高画質な印刷物が好まれているため、表面層と金属層との間に弾性層を設けることが好ましい。
-Elastic layer-
The fixing member of the present invention may be provided with an elastic layer between the surface layer and the metal layer. By providing the elastic layer, a uniform pressure can be applied to a recording medium such as paper, and a high-quality fixed image can be obtained. In particular, since a full-color high-quality printed matter is recently preferred, it is preferable to provide an elastic layer between the surface layer and the metal layer.
弾性層の厚みとしては30〜500μmの範囲が好ましい。弾性層の厚みが30μmより薄いと圧力を均一にかけることが難しく、高画質な定着画像を得難い場合がある。また、弾性層の厚みが500μmを超えると、金属層で発生した熱を表面(外側面)に伝えにくく、ウォームアップ時間をより短くしたり、プリントスピードを早くすることが難しくなる場合がある。 The thickness of the elastic layer is preferably in the range of 30 to 500 μm. If the thickness of the elastic layer is less than 30 μm, it may be difficult to apply pressure uniformly, and it may be difficult to obtain a high-quality fixed image. On the other hand, when the thickness of the elastic layer exceeds 500 μm, it may be difficult to transfer heat generated in the metal layer to the surface (outer surface), and it may be difficult to shorten the warm-up time or increase the printing speed.
尚、表面層と金属層との間に設けられる弾性層を構成する材料としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロカーボンシロキサンを主成分とするゴム等を利用することができる。 In addition, as a material which comprises the elastic layer provided between a surface layer and a metal layer, rubber | gum etc. which have silicone rubber, fluororubber, fluorocarbonsiloxane as a main component can be utilized.
−表面層−
本発明の定着用部材は、最も外側に設けられる層として記録媒体に対する離型性を有する表面層(離型層)を設ける。表面層には、未定着トナー像を溶融状態として記録媒体表面に固着させる際に、溶融状態のトナーが定着用部材に固着することを防ぐ機能(離型性)が求められるため、離型性を有する材料を含んでなることが必要である。
-Surface layer-
Fixing member of the present invention, Ru provided most superficial layer having a releasing property with respect to the recording medium as a layer provided on the outside (the release layer). The surface layer is required to have a function (releasability) to prevent the fused toner from adhering to the fixing member when the unfixed toner image is adhered to the surface of the recording medium in a molten state. It is necessary to comprise a material having
このような離型性を有する材料としては、公知の材料から選択することができるが、フッ素系化合物を用いることが好ましく、例えばフッ素ゴムや、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体(FEP)等のフッ素樹脂などを用いることができる。 The material having such releasability can be selected from known materials, but a fluorine-based compound is preferably used. For example, fluororubber, polytetrafluoroethylene (PTFE), and perfluoroalkyl vinyl ether are used. A fluororesin such as a polymer (PFA) or a tetrafluoroethylene hexafluoropropylene copolymer (FEP) can be used.
かかる表面層の厚さは、10〜100μmであることが好ましく、20〜50μmであることがより好ましい。表面層の厚さが10μm未満であると、記録媒体エッジでの繰り返し摩擦により表面層が摩滅する場合がある。一方、前記表面層の厚さが100μmを超えると表面の柔軟性がなくなる場合があり、その結果トナーを押しつぶす力が働き定着画像の粒状性が損なわれたり、ウォームアップ時間が長くなることがある。 The thickness of the surface layer is preferably 10 to 100 μm, and more preferably 20 to 50 μm. If the thickness of the surface layer is less than 10 μm, the surface layer may be worn due to repeated friction at the edge of the recording medium. On the other hand, when the thickness of the surface layer exceeds 100 μm, the flexibility of the surface may be lost, and as a result, the force of crushing the toner acts to impair the granularity of the fixed image, and the warm-up time may be prolonged. .
−定着用部材の製造方法−
次に、本発明の定着用部材の製造方法について説明する。本発明の定着用部材は、従来の金属層を含む定着用部材と同様に公知の方法を利用して作製することができる。例えば、各々の層を液相成膜や気相成膜等、公知の成膜方法を利用してポリイミドフィルム(基体)上に金属層、表面層をこの順に積層して形成したり、予めフィルム状に形成された各層をラミネートするなどして貼り合わせて積層形成したり、両者を組み合わせて積層形成したり、あるいは、押し出し成形を利用してもよい。
-Manufacturing method of fixing member-
Next, the manufacturing method of the fixing member of the present invention will be described. The fixing member of the present invention can be produced using a known method in the same manner as a fixing member including a conventional metal layer. For example, each layer is formed by laminating a metal layer and a surface layer in this order on a polyimide film (substrate) using a known film formation method such as liquid phase film formation or gas phase film formation, or a film in advance. Each layer formed in a shape may be laminated to form a laminate, or a combination of the two may be laminated, or extrusion may be used.
この場合、各々の層を形成する場合には液相成膜や気相成膜を利用できるが、液相成膜はいずれの層でも利用でき、気相成膜は金属層の形成に利用できる。前者の場合、表面層、弾性層を形成する場合には、例えばこれらの層を構成する材料を適当な溶剤に溶解または分散させて塗工液を調製し、塗工液を塗工して乾燥、焼成したりする方法が利用できる。 In this case, when forming each layer, liquid phase film formation or vapor phase film formation can be used, but liquid phase film formation can be used for any layer, and vapor phase film formation can be used for formation of a metal layer. . In the former case, when forming the surface layer and the elastic layer, for example, the materials constituting these layers are dissolved or dispersed in an appropriate solvent to prepare a coating solution, and the coating solution is applied and dried. A method of firing can be used.
なお、塗工液の塗工方法としては、(ポリイミドフィルムの製造方法)において列挙した方法と同様の方法が挙げられる。 In addition, as a coating method of a coating liquid, the method similar to the method enumerated in (Manufacturing method of a polyimide film) is mentioned.
<定着装置及び画像形成装置>
次に、本発明の定着用部材を用いた電磁誘導加熱方式の定着装置と、この定着装置を用いた画像形成装置について説明する。
本発明における定着装置は、上述した本発明の定着用部材と、定着用部材に磁界を印加する電磁誘導加熱装置と、定着用部材の表面(外側面)と当接する加圧部材と、を少なくとも含むものである。この定着装置による定着は、未定着トナー像が形成された記録媒体を定着用部材と加圧部材との当接部を挿通させた際に、電磁誘導加熱装置により加熱された定着部材の熱と、定着用部材と加圧部材との間の押圧力とにより、未定着トナー像が記録媒体表面に加熱定着されることにより行われるものである。
<Fixing device and image forming apparatus>
Next, an electromagnetic induction heating type fixing device using the fixing member of the present invention and an image forming apparatus using the fixing device will be described.
The fixing device according to the present invention includes at least the fixing member of the present invention described above, an electromagnetic induction heating device that applies a magnetic field to the fixing member, and a pressure member that abuts the surface (outer surface) of the fixing member. Is included. The fixing by the fixing device is performed by the heat of the fixing member heated by the electromagnetic induction heating device when the recording medium on which the unfixed toner image is formed is inserted through the contact portion between the fixing member and the pressure member. The unfixed toner image is heated and fixed on the surface of the recording medium by the pressing force between the fixing member and the pressure member.
次に、本発明における定着装置について、図面を用いて具体的に説明する。図1は本発明の定着用部材を定着用ベルトとして用いた電磁誘導加熱定着装置の一例を示す概略断面図である。
図1において、10は、表面における算術平均粗さRa(JISB0601−2001に規定)が0.1〜5μmの範囲である、空隙を持つポリイミドフィルムの表面に金属層と表面層とがこの順に積層形成された無端ベルト状の本発明の定着用部材(定着用ベルト)である。
Next, the fixing device according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an electromagnetic induction heating fixing device using the fixing member of the present invention as a fixing belt.
In FIG. 1,
この定着用ベルト10の外周面に接するように加圧ロール11が配され、定着用ベルト10と加圧ロール11との間にニップを形成している。加圧ロール11は、基体11aの外周面上にシリコーンゴム等による弾性体層11bと、フッ素系化合物による表面層11cとがこの順に積層された構成を有している。
A
定着用ベルト10の内周面側には、加圧ロール11と対向する位置に、押圧部材13が設置されている。尚、この押圧部材13は、定着用ベルト10の内周面と当接し、局所的にニップ圧を高めるニップヘッド13bと、このニップヘッド13bを保持するシリコーンゴム等からなるニップパッド13cと、このニップパッド13cを支持する支持体13aとから構成されている。
On the inner peripheral surface side of the fixing
更に、定着用ベルト10を中心として加圧ロール11が設けられた側の反対側の位置に、電磁誘導コイルを内蔵した電磁誘導加熱装置12が設けられている。この電磁誘導加熱装置12は、電磁誘導コイルに交流電流を印加することにより、発生する磁場を励磁回路で変化させるものであり、定着用ベルト10に含まれる金属層に磁界を印加することによって、金属層に渦電流を発生させるものである。
Further, an electromagnetic
この渦電流が金属層の電気抵抗によって熱(ジュール熱)に変換され、結果的に定着用ベルト10の表面(外周面)が発熱する。尚、電磁誘導加熱装置12は、定着用ベルト10内のニップ領域に対して図1中の片矢印で示される回転方向Bの上流に設置されていてもよい。
This eddy current is converted into heat (Joule heat) by the electric resistance of the metal layer, and as a result, the surface (outer peripheral surface) of the fixing
この電磁誘導加熱定着装置は、不図示の駆動装置により定着用ベルト10が矢印B方向に回転し、それにつれて加圧ロール11も矢印C方向に従動回転する。この状態で、未定着トナー像14が形成された記録媒体15は矢印A方向に、上記定着装置のニップ部に挿通され、未定着トナー像14を溶融状態として圧力を加えながら記録媒体15に固着させる装置である。尚、駆動方法は、ベルト駆動(ロールが従動)、ロール駆動(ベルトが従動)のどちらでもよい。
In this electromagnetic induction heating and fixing device, the fixing
図2に、電磁誘導加熱方式の原理を説明するための概略説明図を示す。尚、図2中、16は電磁誘導加熱装置、16aは電磁誘導コイル、17は定着用ベルト、17aは基体(ポリイミドフィルム)、17bは金属層、17cは表面層を表す。 FIG. 2 shows a schematic explanatory diagram for explaining the principle of the electromagnetic induction heating method. In FIG. 2, 16 is an electromagnetic induction heating device, 16a is an electromagnetic induction coil, 17 is a fixing belt, 17a is a base (polyimide film), 17b is a metal layer, and 17c is a surface layer.
電磁誘導加熱装置16は、定着用ベルト17の表面層17cが設けられた側の面上に配置されており、不図示の励磁回路により電磁誘導コイル16aに交流電流が印加され、定着用ベルト17の表面とほぼ直交する交流磁界を形成するものである。
The electromagnetic
この電磁誘導作用による金属層17bの発熱原理を以下に説明する。不図示の励磁回路により電磁誘導コイル16aに交流電流が印加されると、電磁誘導コイル16aの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。この磁束が定着用ベルト17の金属層17bを横切るとき、その磁束の変化を妨げる磁界を生じるように金属層17b中に渦電流が発生する。この渦電流と金属層17bの固有抵抗によってジュール熱が発生する。
The heat generation principle of the
前記渦電流は、表皮効果のためにほとんど金属層17bの電磁誘導加熱装置16側の面に集中して流れ、金属層17bの表皮抵抗Rsに比例した電力で発熱を生じる。ここで、角周波数をω、透磁率をμ、固有抵抗をρとすると、表皮深さδは下式(1)で示される。
The eddy current flows almost concentrated on the surface of the
・式(1) δ=(2ρ/ωμ)×(1/2) Formula (1) δ = (2ρ / ωμ) × (1/2)
更に、表皮抵抗Rsは下式(2)で示される。
・式(2) Rs=ρ/δ=(ωμρ/2)×(1/2)
Further, the skin resistance R s is expressed by the following formula (2).
Formula (2) Rs = ρ / δ = (ωμρ / 2) × (1/2)
また、定着用ベルト17の金属層17bに発生する電力Pは、定着用ベルト17中を流れる電流をIhとすると、下式(3)で表わされる。
・式(3) P∝Rs∫|Ih|2dS
The electric power P generated in the
・ Formula (3) P∫Rs∫ | Ih | 2dS
したがって、表皮抵抗Rsを大きくするか、或いは、電流Ihを大きくすれば電力Pを増すことができ、発熱量を増すことが可能となる。ここで表皮深さδ(m)は、励磁回路の周波数f(Hz)と、比透磁率μrと、固有抵抗ρ(Ωm)により下式(4)で表わされる。
・式(4) δ=503(ρ/(fμr))×(1/2)
Therefore, if the skin resistance Rs is increased or the current Ih is increased, the electric power P can be increased and the amount of heat generation can be increased. Here, the skin depth δ (m) is expressed by the following expression (4) by the frequency f (Hz) of the excitation circuit, the relative permeability μr, and the specific resistance ρ (Ωm).
Formula (4) δ = 503 (ρ / (fμr)) × (1/2)
これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は1/e以下になっており、逆に言うとほとんどのエネルギーはこの深さまで吸収されている。 This indicates the depth of absorption of electromagnetic waves used in electromagnetic induction, and the intensity of electromagnetic waves is 1 / e or less deeper than this, and conversely most energy is absorbed to this depth. Yes.
ここで、金属層17bの厚みは、上の式で表わされる表皮深さより厚く(1〜100μm)することが好ましい。また、金属層17bの厚みが1μmよりも小さいと、ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる場合がある。
Here, the thickness of the
以上に説明したような定着装置は、定着手段として加熱定着を利用した公知の電子写真方式の画像形成装置に利用できる。
このような画像形成装置としては、具体的には、像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた前記像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像を現像剤により現像しトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を被転写体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に加熱定着する定着手段とを少なくとも備えた構成を有することが好ましい。この場合、定着手段として上述の定着装置が用いられる。
The fixing device as described above can be used for a known electrophotographic image forming apparatus using heat fixing as a fixing unit.
Specifically, the image forming apparatus includes an image carrier, a charging unit that charges the surface of the image carrier, and a latent image forming unit that forms a latent image on the charged surface of the image carrier. A developing unit that develops the latent image with a developer to form a toner image; a transfer unit that transfers the toner image to a transfer target; and a fixing unit that heat-fixes the toner image on a recording medium. It is preferable to have a configuration. In this case, the above-described fixing device is used as the fixing unit.
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
(1)無端状ポリイミドフィルムの形成
宇部興産製ポリイミドワニス(ユーワニスS)に架橋アクリル中空部材(平均直径10μm、中空率32%)を質量比で100:5になるように混合して、Φ30mm、長さ500mmのアルミパイプに塗布し、アルミパイプごと段階的に380℃まで加温し、内径30mm、長さ450mm、厚み100μmの無端状の空隙を含むポリイミドフィルムを得た。この膜の空隙率は比重から計算したところ30%であり、ここから計算される熱伝導率は0.18W/m・℃である。
Example 1
(1) Formation of endless polyimide film A polyimide varnish (Uvarnish S) manufactured by Ube Industries, Ltd. was mixed with a cross-linked acrylic hollow member (
こうして得られた無端状ポリイミドフィルムの内面に、外径が前記無端状ポリイミドフィルムの内径とほぼ同一なステンレス製シャフトを挿入し、粒径が累積高さ50%点の粒子径で100μmのアルミナ砥粒を前記無端状ポリイミドフィルムの外周面に吹き付けるサンドブラストにより、前記ポリイミドフィルムの外周面を粗面化した。尚、累積高さ50%点については、JIS R6002に記載されている。粗面化後のポリイミドフィルムの外周面における算術平均粗さRaは3.0μmだった。 A stainless steel shaft having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the endless polyimide film was inserted into the inner surface of the endless polyimide film thus obtained, and an alumina abrasive having a particle diameter of 100 μm at a cumulative 50% point particle diameter. The outer peripheral surface of the polyimide film was roughened by sandblasting in which grains were sprayed on the outer peripheral surface of the endless polyimide film. The 50% cumulative height is described in JIS R6002. The arithmetic average roughness Ra on the outer peripheral surface of the polyimide film after roughening was 3.0 μm.
(2)金属層の形成
表面を粗面化したベルトをイソプロピルアルコールにて十分洗浄した。次に、水酸化ナトリウム100g/L、イソプロピルアルコール100mL/Lの組成からなるアルカリエッチング液(水溶液)を60℃に加温し、これに洗浄したベルトを5分間浸漬することにより、化学的にエッチングし、酸処理液(組成が35質量%塩酸50mL/Lの水溶液)により中和した。
(2) Formation of metal layer The belt whose surface was roughened was thoroughly washed with isopropyl alcohol. Next, an alkaline etching solution (aqueous solution) having a composition of sodium hydroxide 100 g / L and isopropyl alcohol 100 mL / L is heated to 60 ° C., and the cleaned belt is immersed in this for 5 minutes to chemically etch. The solution was neutralized with an acid treatment solution (an aqueous solution having a composition of 35 mass% hydrochloric acid 50 mL / L).
その後40℃に加温した塩化パラジウムの30質量%水溶液に、中和処理したベルトを5分間浸漬し、その外周面を活性化させた。続いて、このベルトを40℃に加温した無電解めっき液(イオン交換水1Lに、硫酸ニッケル25g、ピロリン酸ナトリウム50g、次亜リン酸ナトリウム25gを含有する組成の水溶液に、アンモニア水をpHが10になるように添加した水溶液)に5分間浸漬させ、その外周面に厚さ1μmのニッケル層を形成した。 Thereafter, the neutralized belt was immersed in a 30% by mass aqueous solution of palladium chloride heated to 40 ° C. for 5 minutes to activate the outer peripheral surface. Subsequently, an electroless plating solution in which this belt is heated to 40 ° C. (in 1 L of ion-exchanged water, aqueous ammonia having a composition containing 25 g of nickel sulfate, 50 g of sodium pyrophosphate, and 25 g of sodium hypophosphite) In an aqueous solution added so as to be 10), and a nickel layer having a thickness of 1 μm was formed on the outer peripheral surface thereof.
更に、希硫酸に1分間浸漬させることによりニッケル層表面の酸活性処理を行った上で、硫酸銅めっき浴(イオン交換水1Lに、硫酸銅70g、硫酸200gを含有する組成の水溶液)を25℃に管理した状態で5Aの電流を40分印加することにより電解めっきを行い、ニッケル層表面に厚さ15μmの銅層を形成した。 Furthermore, after acid-treating the nickel layer surface by immersing in dilute sulfuric acid for 1 minute, a copper sulfate plating bath (an aqueous solution having a composition containing 70 g of copper sulfate and 200 g of sulfuric acid in 1 L of ion exchange water) is added. Electrolytic plating was performed by applying a current of 5 A for 40 minutes in a state controlled at 0 ° C. to form a 15 μm thick copper layer on the nickel layer surface.
(3)表面層の形成
こうして得られた、空隙を含むポリイミド層/金属層からなる2層構成のベルトの表面を十分洗浄した後、金属層の表面に市販のPFA塗料(デュポン社製、水系ディスパージョン塗料EN−510CL)をディップコート法によりコーティングし、380℃で40分かけて窒素ガス雰囲気中で焼成し、厚さ30μmのPFA層を形成した
(3) Formation of surface layer After sufficiently washing the surface of the two-layered belt composed of a polyimide layer / metal layer containing voids thus obtained, a commercially available PFA paint (made by DuPont, water-based) was applied to the surface of the metal layer. Dispersion paint EN-510CL) was coated by a dip coating method and baked in a nitrogen gas atmosphere at 380 ° C. for 40 minutes to form a PFA layer having a thickness of 30 μm.
このようにして得られた3層構成のベルトを、更に200℃のオーブン内に100時間放置することにより、空隙を含むポリイミドからなる基体の外周面に、金属層と、PFAからなる表面層とをこの順に形成した定着用ベルトを得た。 The three-layer belt thus obtained is further left in an oven at 200 ° C. for 100 hours, so that a metal layer and a surface layer made of PFA are formed on the outer peripheral surface of the polyimide substrate containing voids. Were obtained in this order to obtain a fixing belt.
尚、得られた定着用ベルトのポリイミド層と金属層との界面密着性を目視確認したところ密着性は良好であった。また、この定着用ベルトを図1に示す構成を有する電磁誘導加熱定着装置の定着用ベルト10として用い、実機テストを行い、定着画像及び耐久性を評価した。
When the interface adhesion between the polyimide layer and the metal layer of the obtained fixing belt was visually confirmed, the adhesion was good. Further, this fixing belt was used as a fixing
尚、実機テストに用いた電磁誘導加熱定着装置の加圧ロール部材11としては、ゴム硬度(アスカーC硬度)50度(高分子計器製、ASKER−C硬度計にて計測)のシリコーンゴムを肉厚5mmで、中実のシャフト(SUS304、直径15mm)上に形成したロールを用いた。
In addition, as the
また、電磁誘導コイルを内蔵した電磁誘導加熱装置12は、定着用ベルト10の内周面側で、ニップ領域に対して回転方向(矢印B方向)の上流に設置した。
Further, the electromagnetic
−評価−
上記の通り実機テストを行い、未定着トナー像が形成されている富士ゼロックス社製J紙を10万枚通紙したときの画質の劣化、ポリイミド層と金属層との界面密着性、及び、発熱特性としてのウォームアップ時間について評価を行った。
-Evaluation-
Deterioration of image quality, interfacial adhesion between polyimide layer and metal layer, and heat generation when 100,000 sheets of Fuji Xerox J paper on which an unfixed toner image is formed are tested as above. The warm-up time as a characteristic was evaluated.
その結果、10万枚通紙後に画質の低下はなく、定着性、オフセット性ともに問題なかった。更に初期と10万枚通紙後のポリイミド層と金属層との界面を目視にて確認したところ何らの劣化も見られず、十分な密着性が得られていることがわかった。またポリイミドフィルム自体も目視で確認したところ、割れ・ひび等の発生は認められなかった。 As a result, there was no deterioration in image quality after passing 100,000 sheets, and there was no problem in both fixing property and offset property. Further, when the interface between the polyimide layer and the metal layer after passing through 100,000 sheets at the initial stage was visually confirmed, no deterioration was observed, and it was found that sufficient adhesion was obtained. Moreover, when the polyimide film itself was also confirmed visually, generation | occurrence | production of a crack, a crack, etc. was not recognized.
また、ウォームアップ時間は、10万枚通紙前後ともに投入電力が1100Wで6秒であり、通紙前後で変化がなかった。このように、経時的な発熱特性に何らの低下が見られないこと、目視で変化が認められないことから、空隙を含んだポリイミド層の劣化が起こっていないことがわかった。 The warm-up time was 6 seconds with 1100 W input power before and after 100,000 sheets were passed, and there was no change before and after the sheets were passed. As described above, since no deterioration was observed in the heat generation characteristics over time and no change was visually observed, it was found that the polyimide layer containing voids did not deteriorate.
(比較例1)
空隙を含むポリイミドフィルムの代わりに、同等の厚みを有し、ポリイミドのみからなるフィルムを宇部興産製ポリイミドワニス(ユーワニスS)を用いて形成した以外は実施例1と同じ方法で定着用ベルトを作製し、実施例1と同様にしてウォームアップタイムを評価した。ウォームアップ時間は、投入電力が1100Wで6.5秒ほどかかり、実施例1の定着ベルトより時間がかかることが確認された。
(Comparative Example 1)
Instead of a polyimide film containing voids, a fixing belt is produced in the same manner as in Example 1 except that a film having only the same thickness and made of polyimide is formed using Ube Industries' polyimide varnish (Euvarnish S). Then, the warm-up time was evaluated in the same manner as in Example 1. The warm-up time was about 6.5 seconds when the input power was 1100 W, and it was confirmed that the warm-up time was longer than that of the fixing belt of Example 1.
また、以上の結果から、実施例1及び比較例1の定着用ベルトのウォームアップタイムの違いは、空隙を含むポリイミド層の方が断熱効果に優れていること、即ち熱伝導率がより小さいことによるものであることがわかった。 Further, from the above results, the difference in warm-up time between the fixing belts of Example 1 and Comparative Example 1 is that the polyimide layer including voids has a better heat insulating effect, that is, the thermal conductivity is smaller. It turned out to be due to.
(実施例2)
実施例1と同じ方法で金属層まで塗布形成し、この金属層上に弾性層として信越シリコーン社製シリコーンゴム(X−34−1053AB)を膜厚200μmで塗布形成し、加熱乾燥させた。更に実施例1と同様の方法でこの弾性層上に厚さ30μmのPFA層を形成し、定着用ベルトを作製した。
(Example 2)
A metal layer was applied and formed by the same method as in Example 1, and a silicone rubber (X-34-1053AB) manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. was applied and formed as an elastic layer on the metal layer with a film thickness of 200 μm and dried by heating. Further, a PFA layer having a thickness of 30 μm was formed on the elastic layer in the same manner as in Example 1 to prepare a fixing belt.
この定着用ベルトを実施例1と同様にして10万枚の通紙試験を行ったところ、10万枚通紙後に画質の低下はなく、定着性、オフセット性ともに問題もなかった。更に初期と10万枚通紙後のポリイミド層と金属層との界面を目視にて確認したところ何らの劣化も見られず、十分な密着性が得られていることがわかった。またポリイミドフィルム自体も目視で確認したところ、割れ・ひび等の発生は認められなかった。 The fixing belt was tested for 100,000 sheets in the same manner as in Example 1. As a result, the image quality did not deteriorate after passing 100,000 sheets, and there was no problem in both the fixing property and the offset property. Further, when the interface between the polyimide layer and the metal layer after passing through 100,000 sheets at the initial stage was visually confirmed, no deterioration was observed, and it was found that sufficient adhesion was obtained. Moreover, when the polyimide film itself was also confirmed visually, generation | occurrence | production of a crack, a crack, etc. was not recognized.
また、ウォームアップ時間は、10万枚通紙前後ともに投入電力が1100Wで9.5秒であり、通紙前後で変化がなかった。このように、経時的な発熱特性に何らの低下が見られないこと、目視で変化が認められないことから、空隙を含んだポリイミド層の劣化が起こっていないことがわかった。 The warm-up time was 9.5 seconds when the input power was 1100 W before and after 100,000 sheets were passed, and there was no change before and after the passing. As described above, since no deterioration was observed in the heat generation characteristics over time and no change was visually observed, it was found that the polyimide layer containing voids did not deteriorate.
加えて、10万枚通紙後の画質についてもより詳細に調べたが、白黒プリント、フルカラープリントともに充分であると判断した。 In addition, the image quality after passing 100,000 sheets was examined in more detail, but it was determined that both black-and-white printing and full-color printing were sufficient.
(比較例2)
空隙を含むポリイミドフィルムの代わりに、同等の厚みを有し、ポリイミドのみからなるフィルムを宇部興産製ポリイミドワニス(ユーワニスS)を用いて形成した以外は実施例2と同じ方法で定着用ベルトを作製し、ウォームアップ時間を評価した。その結果、1100Wで10.5秒と実施例2よりも時間がかかることが確認された。
(Comparative Example 2)
Instead of a polyimide film containing voids, a fixing belt is produced in the same manner as in Example 2 except that a film made of only polyimide and having an equivalent thickness is formed using a Ube Industries polyimide varnish (Euvarnish S). And warm-up time was evaluated. As a result, it was confirmed that 10.5 seconds and 10.5 seconds took longer than Example 2.
また、以上の結果から、実施例2及び比較例2の定着用ベルトのウォームアップタイムの違いは、空隙を含むポリイミド層の方が断熱効果に優れていること、即ち熱伝導率がより小さいことによるものであることがわかった。 Further, from the above results, the difference in warm-up time between the fixing belts of Example 2 and Comparative Example 2 is that the polyimide layer containing voids has a better heat insulating effect, that is, the thermal conductivity is smaller. It turned out to be due to.
(比較例3)
(1)ガラスビーズを用いた無端状ポリイミドフィルムの形成
宇部興産製ポリイミドワニス(ユーワニスS)に中空のガラスビーズ(平均直径3μm、中空率87%)を体積比で3:1になるように混合して、実施例1と同じ方法で、厚み100μmの無端状の空隙を含むポリイミドフィルムを得た。この膜の空隙率は22%であり、ここから計算される熱伝導率は0.22W/m・℃であった。
次に、実施例1と同じ方法で、前記ポリイミドフィルムの外周面を粗面化した。この時に、ポリイミドフィルムを外観検査したところ、穴が開いている所が十数箇所見受けられた。粗面化後の算術平均粗さRaは6.4μmであった。穴が開いている箇所を詳しく観察したところ、ガラスビーズの破片が見つかった。
次に実施例1と同じ方法で金属層を形成した。金属層形成後に外観検査したところ、穴が開いている箇所が見られた。
金属層に穴が開いていると、誘導加熱した際に異常発熱してしまうため、ベルトの作製はここで中断し、実機による評価は行わないこととした。
(Comparative Example 3)
(1) Formation of endless polyimide film using glass beads Hollow glass beads (average diameter 3 μm, hollow ratio 87%) were mixed with Ube Industries' polyimide varnish (Euvanis S) at a volume ratio of 3: 1. In the same manner as in Example 1, a polyimide film containing an endless void having a thickness of 100 μm was obtained. The porosity of this film was 22%, and the thermal conductivity calculated therefrom was 0.22 W / m · ° C.
Next, the outer peripheral surface of the polyimide film was roughened by the same method as in Example 1. At this time, when the appearance of the polyimide film was inspected, it was found that there were dozens of holes. The arithmetic average roughness Ra after roughening was 6.4 μm. A close observation of the holed area revealed a glass bead fragment.
Next, a metal layer was formed by the same method as in Example 1. When the appearance was inspected after the formation of the metal layer, a hole was found.
If there is a hole in the metal layer, abnormal heat is generated when induction heating is performed. Therefore, the production of the belt was interrupted here, and evaluation with an actual machine was not performed.
10,17 定着用ベルト
11 加圧ロール
11a 基体
11b 弾性体層
11c 表面層
12,16 電磁誘導加熱装置
13 押圧部材
13a 支持体
13b ニップヘッド
13c ニップパッド
14 未定着トナー像
15 記録媒体
16a 電磁誘導コイル
17a 基体(ポリイミドフィルム)
17b 金属層
17c 表面層
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17b Metal layer 17c Surface layer
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