特開 2023-64896 ポリイミド樹脂及びグラファイトを用いた抵抗発熱体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023064896

(43)【公開日】2023-05-12

(54)【発明の名称】ポリイミド樹脂及びグラファイトを用いた抵抗発熱体

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/20 20060101AFI20230502BHJP

   G03G 15/00 20060101ALI20230502BHJP

   H05B 3/12 20060101ALI20230502BHJP

【ＦＩ】

G03G15/20 515

G03G15/00 550

G03G15/00 552

H05B3/12 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021175331

(22)【出願日】2021-10-27

(71)【出願人】

【識別番号】511076424

【氏名又は名称】ヒューレット－パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ．

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130052

【弁理士】

【氏名又は名称】大阪 弘一

(74)【代理人】

【識別番号】100185591

【弁理士】

【氏名又は名称】中塚 岳

(72)【発明者】

【氏名】河本 惠司

【テーマコード（参考）】

2H033

2H171

3K092

【Ｆターム（参考）】

2H033BA11

2H033BA12

2H033BB03

2H033BB05

2H033BB06

2H033BB13

2H033BB14

2H033BB15

2H033BB19

2H033BB22

2H033BB28

2H033BE00

2H171FA19

2H171FA24

2H171FA26

2H171FA27

2H171FA30

2H171MA02

2H171QC37

2H171TA15

2H171TA17

2H171UA03

2H171UA07

2H171UA10

2H171VA02

2H171VA04

2H171VA06

2H171XA03

3K092PP18

3K092QA05

3K092QB15

3K092QB17

3K092VV19

(57)【要約】      （修正有）

【課題】画像形成装置の定着ベルトの熱源として好適な抵抗発熱体および抵抗発熱層を有する無端ベルトを提供する。
【解決手段】ポリイミド樹脂と、３～１８μｍの平均粒径及び１．２３以上の平均アスペクト比を有するグラファイト粒子と、を含有する抵抗発熱体および抵抗発熱層を有する無端ベルト。グラファイト粒子の平均アスペクト比が３．０以下、グラファイト粒子の平均粒径が５～１０μｍ、ポリイミド樹脂の含有量が、抵抗発熱体の全体積を基準として５０～９０体積％、グラファイト粒子の含有量が、抵抗発熱体の全体積を基準として１０～５０体積％。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリイミド樹脂と、
３～１８μｍの平均粒径及び１．２３以上の平均アスペクト比を有するグラファイト粒子と、
を含有する抵抗発熱体。

【請求項2】

前記グラファイト粒子の平均アスペクト比が３．０以下である、請求項１に記載の抵抗発熱体。

【請求項3】

前記グラファイト粒子の平均粒径が５～１０μｍである、請求項１に記載の抵抗発熱体。

【請求項4】

前記ポリイミド樹脂の含有量が、抵抗発熱体の全体積を基準として５０～９０体積％である、請求項１に記載の抵抗発熱体。

【請求項5】

前記グラファイト粒子の含有量が、抵抗発熱体の全体積を基準として１０～５０体積％である、請求項１に記載の抵抗発熱体。

【請求項6】

抵抗発熱層を備える無端ベルトであって、
前記抵抗発熱層が、
ポリイミド樹脂と、
３～１８μｍの平均粒径及び１．２３以上の平均アスペクト比を有するグラファイト粒子と、
を含有する、無端ベルト。

【請求項7】

前記グラファイト粒子の平均アスペクト比が３．０以下である、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項8】

前記グラファイト粒子の平均粒径が５～１０μｍである、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項9】

前記ポリイミド樹脂の含有量が、抵抗発熱層の全体積を基準として５０～９０体積％である、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項10】

前記グラファイト粒子の含有量が、抵抗発熱層の全体積を基準として１０～５０体積％である、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項11】

前記抵抗発熱層と、
前記抵抗発熱層の外周面上に設けられた支持層と、
前記支持層の外周面上に設けられた弾性層と、
前記弾性層の外周面上に設けられた表面層と、
を備える、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項12】

支持層と、
前記支持層の外周面上に設けられた前記抵抗発熱層と、
前記抵抗発熱層の外周面上に設けられた弾性層と、
前記弾性層の外周面上に設けられた表面層と、
を備える、請求項６に記載の無端ベルト。

【請求項13】

定着ベルトと、加圧ローラとを備える定着装置であって、
前記定着ベルトが請求項１１に記載の無端ベルトである、定着装置。

【請求項14】

定着ベルトと、加圧ローラとを備える定着装置であって、
前記定着ベルトが請求項１２に記載の無端ベルトである、定着装置。

【請求項15】

請求項１４に記載の定着装置を備える、画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

画像形成装置は、トナー像が転写された用紙を加熱及び加圧して用紙にトナー像を定着する定着装置を備える。定着装置は例えば無端状の定着ベルトを備えており、この定着ベルトが有する熱により、トナー像が転写された用紙が加熱される。定着ベルトに熱を発生させる方法としては、定着ベルトに抵抗発熱体を設けて、この抵抗発熱体に給電することにより熱を発生させる方法が知られている。

【図面の簡単な説明】

【0002】

【図1】一例の定着装置を示す模式図である。

【図2】定着ベルトの層構成の一例を示す模式図である。

【図3】定着ベルトの層構成の他の一例を示す模式図である。

【図4】実施例１の抵抗発熱体の断面を観察したＳＥＭ画像である。

【発明を実施するための形態】

【0003】

以下、抵抗発熱体の一実施形態について説明する。一実施形態に係る抵抗発熱体は、ポリイミド樹脂と、グラファイト粒子とを含有する。

【0004】

ポリイミド樹脂は、適宜選択することができる。ポリイミド樹脂は、市販品（例えば、ＯＮ－２０（商品名）、新日本理化株式会社製）を購入して使用することができる。抵抗発熱体がポリイミド樹脂を含有することにより、抵抗発熱体の強度が向上し得ると共に、例えば抵抗発熱体がシート状に形成された場合に、グラファイト粒子が偏析しやすく、抵抗発熱体の抵抗値が低くなり得る。

【0005】

ポリイミド樹脂の含有量は、抵抗発熱体の全体積を基準として、５０体積％以上、６０体積％以上、７０体積％以上、又は８０体積％以上であってよく、９０体積％以下、８０体積％以下、又は７０体積％以下であってよい。

【0006】

グラファイト粒子は、３～１８μｍの平均粒径を有する。グラファイト粒子の平均粒径は、４μｍ以上、５μｍ以上、又は６μｍ以上であってもよく、１５μｍ以下、１２μｍ以下、１０μｍ以下、９μｍ以下、８μｍ以下、７μｍ以下、又は６μｍ以下であってもよい。

【0007】

グラファイト粒子は、１．２３以上の平均アスペクト比を有する。グラファイト粒子の平均アスペクト比は、１．３以上、１．５以上、１．８以上、２．０以上、又は２．２以上であってもよく、３．０以下、２．８以下、又は２．６以下であってもよい。

【0008】

本明細書におけるグラファイト粒子の平均粒径及び平均アスペクト比は、以下の手順で測定される。
まず、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて５０００倍でグラファイト粒子を観察し、グラファイト粒子の長径と短径を測定する。グラファイト粒子の長径は、グラファイト粒子の最大長さとして定義される。グラファイト粒子の短径は、グラファイト粒子の長径方向に垂直な方向における最大長さとして定義される。ただし、短径が０．９μｍ以下となるグラファイト粒子は、測定対象外とする（例えば、厚み方向の長さを測定している可能性があるため）。測定された長径及び短径から、以下の式に従ってグラファイト粒子の粒径とアスペクト比が求められる。
粒径＝（長径＋短径）／２
アスペクト比＝長径／短径
上記の粒径及びアスペクト比をグラファイト粒子１０個について求め、それらの平均値をそれぞれグラファイト粒子の平均粒径及び平均アスペクト比と定義する。

【0009】

グラファイト粒子の含有量は、抵抗発熱体の全体積を基準として、１０体積％以上、２０体積％以上、又は３０体積％以上であってよく、５０体積％以下、４０体積％以下、３０体積％以下、又は２０体積％以下であってよい。

【0010】

抵抗発熱体は、ポリイミド樹脂及びグラファイト粒子のみを含有してよく、その他の成分を更に含有してもよい。その他の成分は、抵抗発熱体が使用される温度において耐熱性を有している材料から適宜選択される。その他の成分としては、例えば、ポリイミド樹脂以外の樹脂、並びに、カーボンブラック、カーボンナノチューブ及び金属粉などの導電材料が挙げられる。

【0011】

抵抗発熱体は、一実施形態において、層状であってよい。層状の抵抗発熱体は、例えば、ポリイミド樹脂と、グラファイト粒子と、分散媒（例えばＮ－メチルピロリドン（ＮＭＰ））とを含有する分散液を調製し、当該分散液を塗布して塗膜を形成した後、塗膜を加熱して分散媒を除去することにより得られる。層状の抵抗発熱体の厚みは、例えば、１０μｍ以上であってよく、１０００μｍ以下であってよい。

【0012】

抵抗発熱体が層状である場合、抵抗発熱体は、一層で構成されていてよく、複数の層で構成されていてもよい。抵抗発熱体が一層で構成されている場合、当該一層には、ポリイミド樹脂及びグラファイト粒子が略一様に存在していてよい。抵抗発熱体が複数の層で構成されている場合、当該複数の層は、例えば、ポリイミド樹脂が偏在しているポリイミド層と、グラファイト粒子が偏在しているグラファイト層とを有している。ポリイミド層の厚みは、例えば１．５～７μｍであってよい。グラファイト層の厚みは、例えば１～５μｍであってよい。当該複数の層は、例えば、ポリイミド層とグラファイト層とが交互に積層した構造を有していてよい。この場合、抵抗発熱体の厚み１０μｍあたり、ポリイミド層及びグラファイト層が合計で３～１０層存在していてよい。

【0013】

抵抗発熱体の用途は、特に制限されない。抵抗発熱体は、例えば、画像形成装置において用いられる。画像形成装置の一実施形態は、トナー像が転写された用紙を加熱及び加圧して用紙にトナー像を定着する定着装置を備えている。なお、画像形成装置は、定着装置以外の公知構成（例えば、感光体、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置など）を更に備えていてよい。

【0014】

図１は、定着装置の一例を示す模式図である。図１に示すように、一例の定着装置１は、定着ベルト（定着フィルム）２と、加圧ローラ３とを備えている。定着ベルト２は、無端状のベルト（無端ベルト）である。この定着ベルト２（無端ベルト）が、上述した抵抗発熱体で構成された抵抗発熱層を備えている。加圧ローラ３は、軸部４と、軸部４の周りに取り付けられた弾性変形可能な外周部５とを有している。定着ベルト２及び加圧ローラ３は、軸周りに回転可能である。加圧ローラ３は、用紙Ｐを定着ベルト２に押圧する。これにより、定着ベルト２と加圧ローラ３との間に、用紙Ｐ上のトナー像を用紙Ｐに定着するためのニップ領域が形成される。

【0015】

図２は、定着ベルト２の層構成の一例を示す模式図である。一例の定着ベルト２Ａは、抵抗発熱層６と、抵抗発熱層６の外周面上に設けられた支持層７と、支持層７の外周面上に設けられた弾性層８と、弾性層８の外周面上に設けられた表面層９とを備えている。

【0016】

図３は、定着ベルト２の層構成の他の一例を示す模式図である。他の一例の定着ベルト２Ｂは、支持層７と、支持層７の外周面上に設けられた抵抗発熱層６と、抵抗発熱層６の外周面上に設けられた弾性層８と、弾性層８の外周面上に設けられた表面層９とを備えている。

【0017】

抵抗発熱層６は、上述した抵抗発熱体で構成されている。すなわち、抵抗発熱層６は、上述したポリイミド樹脂及びグラファイト粒子を含有する。ポリイミド樹脂及びグラファイト粒子の詳細は、上述したとおりである。抵抗発熱層６におけるポリイミド樹脂及びグラファイト粒子の含有量は、上述した抵抗発熱体におけるポリイミド樹脂及びグラファイト粒子の含有量において、「抵抗発熱体の全体積を基準として」を「抵抗発熱層６の全体積を基準として」と読み替えることができる。抵抗発熱層６の厚みは、例えば、１０μｍ以上又は５０μｍ以上であってよく、１０００μｍ以下又は５００μｍ以下であってよい。

【0018】

支持層７は、樹脂で構成されていてよい。当該樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及びポリフェニレンサルファイド樹脂が挙げられる。支持層７の厚みは、例えば、２０μｍ以上又は５０μｍ以上であってよく、３００μｍ以下又は２００μｍ以下であってよい。

【0019】

弾性層８は、ゴムで構成されていてよい。ゴムとしては、例えば、フッ素ゴム及びシリコーンゴムが挙げられる。弾性層８の厚みは、例えば、１００μｍ以上であってよく、３００μｍ以下であってよい。なお、上記の例では定着ベルト２が弾性層８を備えているが、他の一例の定着ベルトは弾性層を備えていなくてもよい。

【0020】

表面層９は、離型性を有する離型層ともいえる。表面層９は、例えば、フッ素樹脂を含有する。フッ素樹脂としては、例えば、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ルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、及びテトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロエチレン共重合体（ＦＥＰ）が挙げられる。一実施形態において、表面層９は、ＰＦＡチューブを含有していてよい。ＰＦＡチューブは、公知のものを使用することができる。表面層９の厚みは、例えば、５μｍ以上であってよく、３０μｍ以下であってよい。

【0021】

定着ベルト２は、抵抗発熱層６に給電するための電極（図示せず）を更に備えている。電極は、抵抗発熱層６と電気的に接続可能なように設けられており、かつ外部の電源と電気的に接続可能なように露出している。電極は、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｇ等で構成されていてよい。電極の厚みは、例えば、１μｍ以上であってよく、５０μｍ以下であってよい。

【0022】

抵抗発熱体は、上述した画像形成装置以外の装置に用いられてもよい。抵抗発熱体は、一実施形態において、インクジェット装置（特に産業用インクジェット装置）において用いられ得る。より具体的には、抵抗発熱体は、インクジェット装置内において、用紙上に吐出されたインクジェットインクを乾燥するための熱源として好適であり得る。

【実施例0023】

以下、実施例によって抵抗発熱体を更に詳細に説明するが、抵抗発熱体は実施例に限定されない。

【0024】

ポリイミド樹脂溶液（ＯＮ－２０（商品名）、新日本理化株式会社製）と、以下のグラファイト粒子１～７のいずれかとを、表１に示す体積比となるように、スパチュラで混合した。

【0025】

（グラファイト粒子１）平均粒径：２μｍ、平均アスペクト比：１．３０、ＦＴ－２（商品名）、富士黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子２）平均粒径：５μｍ、平均アスペクト比：１．３１、ＵＰ－５Ｎ（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子３）平均粒径：７μｍ、平均アスペクト比：２．２８、ＦＳ－５（商品名）、富士黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子４）平均粒径：６μｍ、平均アスペクト比：１．２３、ＣＧＢ－６Ｒ（商品名）、日本黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子５）平均粒径：７μｍ、平均アスペクト比：１．２１、ＦＴ－７Ｊ（商品名）、富士黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子６）平均粒径：７μｍ、平均アスペクト比：１．５６、ＰＴＧ－７（商品名）、富士黒鉛工業株式会社製
（グラファイト粒子７）平均粒径：２０μｍ、平均アスペクト比：１．３７、ＭＦ－２０Ｎ（商品名）、富士黒鉛工業株式会社製

【0026】

続いて、ポリイミド樹脂溶液とグラファイト粒子との混合物に、固形分量が１５～２０質量％となるようにＮＭＰを加えた後、ホモジナイザーを用いて、１５，０００ｒｐｍで９０秒間撹拌して、分散液を得た。バーコーターを用いて分散液をガラス基板上に塗布し、約１００μｍの厚みの塗膜を形成した。この塗膜を室温（２５℃）で３０分間静置した後、２００℃のオーブンにて２７０分間加熱することにより、厚み約１０μｍの抵抗発熱体を得た。

【0027】

（抵抗発熱体の断面観察）
得られた実施例１の抵抗発熱体について、市販の工業用メスを使って、抵抗発熱体をガラス板平面に対して垂直に切断することにより断面を露出させ、当該断面をＳＥＭで観察した。得られたＳＥＭ画像（１，０００倍）を図４に示す。抵抗発熱体が、複数の層で構成されていることが分かる。

【0028】

（抵抗値の測定）
各実施例及び比較例の抵抗発熱体について、低抵抗率計（Ｌｏｒｅｓｔａ－ＧＸ ＭＣＰ－Ｔ７００（商品名）、日東精工アナリテック株式会社製）にＡＳＰプローブを装着したものを使用して、抵抗値を測定した。その際、抵抗値の算出に必要な抵抗発熱体の厚みは、厚み計（デジマチックインジケータ ＩＤ－Ｓ１１２Ｘ（商品名）、株式会社ミツトヨ社製）を使用して測定した。結果を表１に示す。なお、表１中、「ＯＬ」は、抵抗値が高すぎて測定できなかったことを意味する。

【0029】

【表1】

【0030】

上記に実証されているように、上述した抵抗発熱体では、特定の平均粒径及び平均アスペクト比を有するグラファイト粒子を用いることにより、低い抵抗値が得られる。

【0031】

以上、抵抗発熱体の様々な例について具体的に説明したが、特許請求の範囲の精神の範囲を逸脱しない範囲において種々の変形及び変更が可能であることは当業者にとって明らかである。すなわち、特許請求の範囲に記載した精神を逸脱しない範囲内において全ての変更が含まれることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】