JP2005258432A - 複合管状物 - Google Patents

Abstract

【課題】 定着装置の加圧ベルトにおいて、最外フッ素樹脂層が所定の表面粗度を持ち、スリップや紙シワの発生が少なく、耐摩耗性の優れ定着装置に最適の複合管状物を提供する。
【解決手段】 加圧ベルト１１は、ポリイミド樹脂管状物で構成された基材１１ａの表面に接着補強層としてのプライマー層１１ｂを介してフッ素樹脂層１１ｃが設けられるとともに、このフッ素樹脂層１１ｃ中には、平均粒子径が５μｍ以上２５μｍ以下の無機粒子状物質１１ｄと導電性物質とが配合されるている。
【選択図】 図３

Description

本発明は複写機やプリンターなど、電子写真技術を利用した画像形成装置の定着装置に使用される複合管状物に関する。詳しくは、ポリイミド樹脂管状物からなる基材上にフッ素樹脂を成形し、定着装置の加圧ベルトとして用いる複合管状物であって、フッ素樹脂層表面の摩擦係数を高め、記録シートの搬送性を改良し、かつ、好ましい耐摩耗性を有する耐久性に優れた複合管状物に関する。

ポリイミド樹脂は優れた耐熱性、寸法安定性、機械的特性および化学的特性を有し、その用途の一例としては、複写機やレーザービームプリンター（以下、ＬＢＰと略記する。）などの熱定着ベルトや加圧ベルト、あるいは中間転写ベルトなどが挙げられる。以下に、複写機やＬＢＰなどの定着装置に使用されるポリイミド樹脂管状物について例を挙げて説明する。

ポリイミド樹脂管状物を定着装置の定着ベルトとして使用する一例としては、図１に示すようなフィルム定着方式が知られている。このフィルム定着方式は、例えば、特開平７−１７８７４１号公報、特開平７−１１０６３２号公報、特開平６−２５８９６９号公報等で提案されている。図１に示すように、記録紙７の表面に形成したトナー像８を熱定着するために、定着ベルト１が使用されている。この方式では、定着ベルト１（ポリイミド樹脂管状物）の内側にベルトガイド２とセラミックヒーター３を備え、ヒーター３部分と圧接した加圧ロール４との間にトナー像を形成した記録紙７を順次送り込みながら、トナーを加熱溶融させ、記録紙上に定着させるものである。なお、図１において、５はサーミスタ、９は定着されたトナー、６は加圧ローラーの芯金部、Ｎは定着ベルト１と加圧ローラー４のニップ部分（接触面）である。

一方、ポリイミド樹脂管状物を定着装置の加圧ベルトとして使用した定着装置が開発され実用化されている。また、近年ＯＡ機器においてもカラー化が進み、鮮明な画像と高速処理化が要求されてきている。

このような要求に対応するべくポリイミド樹脂管状物を定着装置の加圧ベルトとして使用した定着装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このポリイミド樹脂管状物を定着装置の加圧ベルトとして用いた定着装置の一例を図２に示す。図２に示すように、この定着装置は、熱源１５を有する回転可能な定着ロール１４と、このロールに圧接した加圧ベルト１１（ポリイミド樹脂管状物）と、この加圧ベルトの内側に配置された押圧パッド１３、押圧ガイド１２からなり、定着ロール１４の表面に加圧ベルト１１を押圧し、定着ロール１４の駆動力により加圧ベルト１１を回転させ、この挟接部にトナー画像が形成された記録紙１７を順次、送りこみトナー像１６を定着ロール１４の表面で熱定着するものである。

この定着装置では、ポリイミド樹脂管状物は、加圧ベルト１１として使用されており、前記加圧ベルト１１の外表面は記録紙１７の両面にコピーする場合に備えて、フッ素樹脂離型層がコーティングされている。また、記録紙１７上の未定着トナー像に直接接触する定着ロール１４表面もフッ素樹脂離型層が被覆されている。

カラーＬＢＰなどのカラー画像は、４色の着色トナーで画像を形成し、前記カラー画像の定着には十分な熱量でトナーを溶融させ、定着ロールと加圧ベルトの接触部分で混ぜ合わせるような処理が必要である。そのためには、定着ロールと加圧ベルトの接触面（ニップ部分）を広く取る必要がある。また、定着の高速化（コピー処理速度を上げる）を図る上においても、なるだけ広いニップ部分を得ることが望まれる。

このために定着ロール１４は、金属芯金の表面にシリコンゴムなどの弾性体を成形し、この弾性層に加圧ベルト１１を強く押圧することによって弾性体を変形させ、加圧ベルト１１と接触しているニップ部分を拡大させ、熱源で加熱される時間を長くすると共に、弾性層の柔らかさによって着色トナーを包み込み、混ぜ合わせる処理ができ、鮮明な画像を得ることができる機構が提案されている。また、押圧パッド１３の形状や材質についても、前記ニップ部分を広くとるための手段として多くの検討案が提案されている。

しかしながら、この定着装置の構成では、ポリイミド樹脂管状物を加圧ベルトとして使用する場合において、以下に示す問題点があり上記した従来技術では、これら全ての問題点を解決し得るものではない。

特開平１１−１３３７７６号公報

鮮明なカラー画像や、高速でコピーを処理するための定着装置では、上記したように定着ロールと加圧ベルトのニップ部分をなるだけ広くすることが重要な課題になる。ニップ部分を広くとる方法としては、定着ロールに加圧ベルトを押圧する圧力を調整する方法、定着ロールの弾性体の硬度を下げ柔らかい材料を用いる方法などが考えられている。

また、加圧ベルト内面の摺動抵抗をなるだけ小さくすることも重要であり、押圧パッド材料として摩擦係数の低い材料を用いたり、あるいはシリコンオイルなどを塗布し、加圧ベルト内面の摺動抵抗を下げる方法が提案されている。

しかしながら、加圧ベルト内面と押圧パッドにシリコンオイルを塗布する場合においても、徐々にその効果は無くなり、摺動抵抗が上がってくることになる。その結果、加圧ベルトにスリップが発生し、画質の低下や紙シワが発生することになる。

上記したように、トナーを完全に溶融させ鮮明に画像を処理するためには、あるいは高速でトナー像を定着させるためには、定着ロールと加圧ベルトのニップ部分をなるだけ広くする必要がある。ニップ部分を広くするための前述の方法は、いずれの方法も、定着ロールの駆動力のみで、記録紙を介して加圧ベルトを回転させる操作に対しては相反する現象になる。

すなわち、図２の定着装置では、定着ロール１４は図示しない駆動モーターにより矢印の方向に回転し、この回転によって定着ロール１４に圧接した加圧ベルト１１も従動回転する。

次に、定着ロール１４と加圧ベルト１１の間に記録紙１７が挿入された場合には、定着ロール１４の駆動力は、この記録紙１７を介して加圧ベルト１１に伝達され、加圧ベルト１１が回転し、記録紙１７上のトナー１６が定着され、且つ搬出される機構になっている。

従って、定着ロール１４の表面に加圧ベルト１１が押圧され、直接密着している場合には、定着ロール１４の回転力はそのまま加圧ベルト１１に伝わり円滑に回転する。

しかしながら、定着ロール１４と加圧ベルト１１間に記録紙１７が挿入され、実質的なトナー１６の定着が行われる場合は、定着ロール１４の駆動力は記録紙１７を介して加圧ベルト１１に伝達されるため、定着ロール１４の回転力が正確に加圧ベルト１１に伝達されにくくなり、記録紙１７と加圧ベルト１１との間でスリップの発生や、記録紙１７にシワが入る原因になる。

画像定着時に記録紙１７がスリップすることは、画質の面からも致命的な問題になると同時に、定着ロール１４や加圧ベルト１１の最外層は、フッ素樹脂離型層が成形されているため、前記した記録紙１７のスリップ現象が極微細なものであっても、連続でかつ高温度で定着操作を繰り返すことによって、フッ素樹脂層が摩耗し、必要な耐久性が得られない問題がある。

本発明は前記の問題を解決し、複写機やＬＢＰの定着装置の加圧ベルトとして、高速でカラー画像の定着を行ってもスリップや紙シワの発生を防止でき、鮮明な画像が得られるとともに、耐摩耗性に優れた複合管状物で構成された加圧ベルトを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の複合管状物は、ポリイミド樹脂管状物からなる基材上にフッ素樹脂層が形成された複合管状物であって、前記フッ素樹脂層中に無機粒子状物質と導電性物質が混在されていることを特徴とする。

前記無機粒子物質の平均粒子径が５μｍ以上２５μｍ以下にすると良く、前記無機粒子物質は、ホウ酸アルミニウム、窒化ホウ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、タルクの中から選択することができる。

また、前記無機粒子物質が、ホウ酸アルミニウムの場合、前記フッ素樹脂層の表面粗度（代表値）を（Ｒａ）１．３５μｍ乃至１．７７μｍの範囲にすると良い。

さらに、前記無機粒子物質が、平均粒子径８μｍのホウ酸アルミニウムの場合、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対してホウ酸アルミニウムを１５重量％ないし２５重量％の範囲で充填すると良い。

また、前記無機粒子物質が、平均粒子径７μｍ以上１０μｍ以下の窒化ホウ素の場合、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して窒化ホウ素を１８重量％充填すると良い。

また、前記無機粒子物質が、平均粒子径１０μｍ以上２０μｍ以下の酸化鉄の場合、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して酸化鉄を１５重量％充填すると良い。

また、前記無機粒子物質が、平均粒子径５μｍ以上２５μｍ以下の酸化アルミニウムの場合、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して酸化アルミニウムを１６重量％充填すると良い。

また、前記無機粒子物質が、平均粒子径１１μｍ以上１３μｍ以下のタルクの場合、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対してタルクを２３重量％充填すると良い。

以上説明したように本発明は、ポリイミド樹脂管状物からなる基材の外層にフッ素樹脂を成形した複合管状物であって、フッ素樹脂層に無機粒子状物質と導電性物質とを配合することによって、記録紙のスリップあるいは紙シワの発生を防ぎ、また静電気による、記録紙の巻き込みやオフセットの発生を防止できるので、鮮明な画像を得ることができる。また、無機粒子状性物質を配合することにより、フッ素樹脂層の耐摩耗性を改善でき、定着装置の加圧ベルトとして耐久性の高い複合管状物を提供できる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。図３は、本発明の実施形態に係る複合管状物からなる加圧ベルトをその一部分を断面にして示した模式的断面図である。

図３に示すように、この実施形態に係る加圧ベルト１１は、５０μｍ以上５００μｍ以下ポリイミド樹脂管状物で構成された基材１１ａの表面に接着補強層としてのプライマー層１１ｂを介して２０μｍ以上５０μｍ以下のフッ素樹脂層１１ｃが設けられる。そして、このフッ素樹脂層１１ｃ中には、無機粒子状物質１１ｄと導電性物質とが配合される。無機粒子物質１１ｄの配合は、加圧ベルト１１のスリップを防止するために、フッ素樹脂層１１ｃ表面の粗度を粗くして摩擦力を高めるためである。また、導電性物質の配合は、静電気による記録紙の巻き込みやオフセットの発生を防止するためである。

また、ポリイミド管状物からなる基材１１ａの内面は、低摩擦性を維持するため平滑性を重視し、その内表面の粗度はできるだけ小さくする方が好ましい。

上記のように、本発明においては、ポリイミド樹脂管状物からなる基材１１ａの表面にプライマー層１１ｂを介して成形したフッ素樹脂層１１ｃに、無機粒子物質１１ｄを混合し、その混合する量、無機粒子物質１１ｄの平均粒子径を制御することで、フッ素樹脂層１１ａの表面粗度の精密な調整が可能になり、記録紙との接触面で確実な搬送力を得るようにしたものである。

無機粒子物質１１ｄとしては、色々な材料があるが、比重が大きく、フッ素樹脂ディスパージョン（水分散液）に分散したときに沈降するものは好ましくない。また、平均粒子径が小さすぎると表面粗度が小さくなり記録紙のグリップ力が得られなくなる。このことから、充填材として使用できる無機粒子物質１１ｄの材料、及び平均粒子径には適したものがある。後述するように、無機粒子物質１１ｄの平均粒子径が５μｍ以上２５μｍ以下であれば、良好な結果が得られる。また、無機粒子物質１１ｄは、ホウ酸アルミニウム、窒化ホウ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、タルクの中から選択することができる。

上記のポリイミド樹脂管状物からなる基材１１ａは、特開平７−７６０２５号公報などの製造方法によって製造したものを用いることができる。

ポリイミド樹脂としては、ポリイミド前駆体液を用いる。例えば芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン成分を有機極性溶媒中で、反応させることによって得ることができる。このような芳香族テトラカルボン酸の代表例としては次のようなものが上げられる。ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、または、これらテトラカルボン酸エステル、上記各テトラカルボン酸類の混合物でも良い。

一方、芳香族ジアミン成分としては特に制限はなく、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノフェニルメタン、ベンジジン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジメトキシベンチジン、４，４’ジアミノジフェニルプロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパンなどが挙げられる。

ポリイミド樹脂管状物を製造する場合においては、ポリイミド前駆体が有機極性溶媒に溶解している組成物（原料）を用いればよい。前記の有機極性溶媒としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、フェノール、Ｏ−，Ｍ−，Ｐ−クレゾール、などが挙げられる。これらの有機極性溶媒にはキシレン、ヘキサン、トルエンなどの炭化水素類（ハイドロカーボン）などを混合することもできる。また、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有機極性溶媒中で重合させて得られたポリイミド前駆体液の中に摩擦帯電防止のためのカーボンブラックや、ポリイミド管状物内面の摩擦係数を小さくするためにフッ素樹脂やシリコン樹脂、シリコンオイルなどの低摩擦物質を混合することもできる。

フッ素樹脂層１１ｃとして用いることができるフッ素樹脂は、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ルビニルエーテル共重合体（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）などが単体でまたは混合して使用できる。また、ポリイミドやポリアミドイミド、エポキシ樹脂などのバインダー樹脂とフッ素樹脂をあらかじめ混合したフッ素樹脂エナメルなどがある。

基材１１ａのポリイミド樹脂管状物のキャスト成形からフッ素樹脂層１１ｃのコーティング及び焼成までは、特開平７−１７８７４１号公報に開示の方法で製造することができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。以下に示すように、実施例及び比較例をそれぞれ作成し、表面粗度（フッ素樹脂層１１ｃの表面）、内面粗度（基材１１内面）、耐摩耗量、表面抵抗を測定した。粗度、耐摩耗量、表面抵抗は、以下に示す方法により測定している。

（１）表面抵抗率の測定方法
電気抵抗測定器（アドバンテスト社製 Ｒ８３４０Ａ）を使用した。プローブはＵＲ−ＳＳ（三菱化学社製）を用い、測定時の印加電圧は１００Ｖで測定した。
（２）表面粗度の測定方法
表面粗度計（小坂研究所（株）ＳＥ−３Ｈ）を使用した。測定方法はＪＩＳ−Ｂ０６０１に基づく。測定点数は内径３８ｍｍ長さ２５０ｍｍの複合管状物表面の円周方向で３点、及び長さ方向で５点測定し、その平均値を表面粗度の代表値とした。なお、測定長さは８ｍｍとした。本発明の説明に記載している（Ｒａ）はＪＩＳ−Ｂ０６０１に定める定義に基づく表面粗度計の読取り値である。上記のように３点×５点の表面粗度計の読取り値の平均値を表面粗度（代表値）としている。以下の実施例では表面粗度はこの代表値として表している。したがって、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含む。
（３）摩擦係数の測定
神東科学社製のＳｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｔｅｓｔｅｒ（ＨＥＩＤＯＮ−１４０）を使用した。測定方法は標準摺動材としてＰＰＣ標準上質紙を用意し、切り開いた複合管状物試料の外面に３００ｇの荷重をかけ、３００ｍｍ／ｓｅｃのテスト速度で測定し、チャートデータからその平均値をもとめ代表値とした。なお、測定開始直後の静摩擦の影響を受ける０．５秒間部分は除外し、その後のデータの平均値で評価した。
（４）耐摩耗量の測定
耐摩耗減少量の測定方法を図４示す。図４の摩耗試験機は駆動モーター２６によって回転可能なゴムロール２１と、このロールに押圧した加圧ベルト１１からなる。試験片である加圧ベルト１１は加圧ベルトガイド２３に固定し、加圧力調節バネ２５によって一定の荷重でゴムロール２１に押圧されている。図４において、２７は駆動伝達歯車、２２はＰＰＣ用紙、２４は摺擦部である。図４のゴムロール２１はＬＢＰの仕様に近い条件でテストするため、ロール表面にＢ５サイズのＰＰＣ用紙２２（ＰＰＣ用紙Ｆｏｘｒｉｖｅｒ）を１．５周分巻き付け両面テープで固定した。このゴムロール２１と加圧ベルト１１との摺擦部に１０ｋｇの圧力をかけ、１５０ｒｐｍの回転速度で、１０分間連続でゴムロール２１を回転させ加圧ベルト１１の表面を摺擦させた。また、図示していないが、加圧ベルトガイドの内部にはヒーターを設置し２００℃の温度に調節し運転を行った。その後、加圧ベルト１１の摺擦部分をダイヤルゲージで測定し、非摺擦部との差を摩耗減少値として測定した。１本のベルトのテストが完了する毎にＰＰＣ用紙を取り替えた。なお、ゴムロール２１は、外径が２５ｍｍのシリコンゴムロールであり、ゴム厚み５ｍｍ、ゴム硬度３０度（測定器Ａｓｋｅｒ硬度計タイプＣ）のものを使用した。

外径が３８ｍｍ、長さ５００ｍｍのアルミニウム製金型を用意した。前記金型は外面の平均表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以下になるよう研磨加工し、表面に酸化ケイ素コーティング剤をディッピング法によりコーティングし、１００℃で３０分および３７０℃で３０分加熱して焼き付け、金型表面粗度が（Ｒｚ）０．７μｍの酸化ケイ素膜被覆金型を用意した。

次いで、１５００ポイズのポリイミド前駆体液（（株）ＩＳＴ社製 ＲＣ５０６３ＰｙｒｅＭＬワニス）に前記金型を４００ｍｍ部分まで浸漬し、ポリイミド前駆体液を塗布したのち、内径３９．６ｍｍのリング状ダイスを前記金型の上部から挿入し自重で落下走行させ、前記金型の表面に８００μｍの厚みのポリイミド前駆体液をキャスト成形した。その後、第１次イミド転化処理として、温度１２０℃のオーブンに入れ６０分間乾燥後、２００℃の温度まで４０分間で昇温させ、同温度で２０分間保持した。オーブンから取出し常温まで冷却した後、フッ素樹脂用プライマー液（デュポン社製：テフロン（登録商標）８５５−００３）に浸漬し、４μｍの厚みにコーティングした。その後、２００℃の温度で３０分間乾燥し、再び常温まで冷却した。

次いで、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂を固形分で５：５の割合で混合しフッ素樹脂ディスパーションとして調合した。このディスパージョンの粘度は１８０センチポイズで、固形分濃度は４８重量％（ｗｔ％）であり、このディスパージョンの固形分に対して、四国化成工業（株）社製のホウ酸アルミニウム商品名”アルボライト”グレードＰＣ０８（平均粒子径８μｍ）を２０重量％（ｗｔ％）配合した。その後、さらに導電材料として、カーボンブラックの一種であるライオン（株）社製ケッチンブラック水性分散液を用い、前記フッ素樹脂ディスパージョンの固形分に対して、ケッチンブラックの固形分で２．１重量％（ｗｔ％）配合した。

その後、前記導電性プライマーをコーティングしたポリイミド管状物を前記フッ素樹脂ディスパージョンに浸漬し所定速度で引き上げ、３０μｍの厚みにコーティングした。
次に、２００℃の温度で１０分、３２０℃の温度で４０分、４００℃で２０分間加熱し、ポリイミド前駆体液のイミド転化とフッ素樹脂の焼成を同一工程で完成させたのち、オーブンから取出し冷却し、金型と管状物を分離し目的とする複合管状物を製作した。

この管状物の内径は３８ｍｍでフッ素樹脂を含む総厚みは１０５μｍであった。また管状物の表面粗度（代表値）は（Ｒａ）１．５２μｍであり、内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．０８μｍであった。このフィルムの表面抵抗値は１．２×１０⁵Ω／□であった。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。

このポリイミド管状物を図２の定着器に組み込み、定着テストを行ったところスリップ、紙シワ、オフセットなどいずれの現象も発生しなく良好な画像が得られた。また、ポリイミド管状物の摩耗減少量は１．２μｍであった。また、毎分１２枚の複写速度で通紙耐久テストの結果１０万枚の通紙耐久性が得られた。図５は本実施例で得られた管状物のマイクロスコープによる写真である。このマイクロスコープによる写真は、キーエンス（株）製マイクロスコープ：ＶＨ−５０００を用い１０００倍の倍率で撮影した。この写真に示すように、フッ素樹脂が無機粒子状物質を固着させるためのバインダー樹脂のような状態で形成されており、必要な離型性と複写紙のグリップ性を高め、尚且つ
、摩擦力を十分に高めるために好ましい構造をもっていることがわかる。

フッ素樹脂ディスパージョンとしてＰＦＡ塗料（デュポン社製５００ＣＬ）を用いこの樹脂に窒化ホウ素（昭和電工（株）製ＵＨＰ−１ 平均粒度７−１０μｍ）をＰＦＡ樹脂の固形分に対して１８重量％（ｗｔ％）添加し混合液を得た。さらに導電性物質としてカーボンブラック（ライオン（株）社製ケッチンブラック）を前記ＰＦＡ塗料固形分に対し、２．２重量％（ｗｔ％）添加し十分に攪拌しフッ素樹脂の塗装液を製作した。ポリイミド管状物の製作は実施例１の金型およびポリイミド前駆体液を用い、金型表面に８００μｍの厚みでキャスト成形したのち、１２０℃の温度のオーブン入れて６０分乾燥後、２５０℃の温度まで５０分間で昇温させ、同温度で２０分間保持した。さらに４００℃の温度まで４０分間で昇温させ同温度で１０分間保持したのちオーブンから取出し、冷却しポリイミド樹脂からなる基層管状物を製作した。その後前記ポリイミド管状物の表面にプライマー液（デュポン社製ＭＰ−９０２ＡＬ）を約５μｍにスプレー塗装し１００℃のオーブンで２０分間乾燥した。次いで前記ＰＦＡ樹脂混合液を、前記プライマー塗装表面に３０μｍの厚さにスプレー塗装し、１００℃のオーブンで乾燥後３８０℃の温度で３０分間焼成し目的とする加圧ベルトを得た。この管状物の内径は３８ｍｍでフッ素樹脂を含む総厚みは１１０μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）（Ｒａ）は１．７μｍで内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．１μｍであった。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。

このフィルムの表面抵抗率は１×１０⁴Ω／□であり、このポリイミド管状物を図２の定着器に組み込み、８万枚の通紙テストを行った結果、紙シワ、スリップなどの発生も無く、良好な画像が得られた。またこのポリイミド管状物の耐摩耗減少量は０．９μｍであり良好な耐久性がえられた。

フッ素樹脂ディスパージョンとして、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂を固形分で５：５の割合で混合したものを用いた。このフッ素樹脂ディスパージョンに酸化鉄（日産化学（株）製 平均粒度１０−２０μｍ）をこのディスバージョンの固形分に対して１５重量％（ｗｔ％）添加し混合液を得た。さらに導電性物質としてカーボンブラック（ライオン（株）社製ケッチンブラック）を前記ディスバージョンの固形分に対し、２．０重量％（ｗｔ％）添加し、十分に攪拌しフッ素樹脂の塗装液を製作した。ポリイミド管状物の製作は実施例１の金型およびポリイミド前駆体液を用い、金型表面に８００μｍの厚みでキャスト成形したのち、１２０℃の温度のオーブン入れて６０分乾燥後、２５０℃の温度まで５０分間で昇温させ、同温度で２０分間保持した。さらに４００℃の温度まで４０分間で昇温させ同温度で１０分間保持したのちオーブンから取出し、冷却しポリイミド樹脂からなる基層管状物を製作した。その後前記ポリイミド管状物の表面にプライマー液（デュポン社製ＭＰ−９０２ＡＬ）を約５μｍにスプレー塗装し１００℃のオーブンで２０分間乾燥した。次いで前記ＰＦＡ樹脂混合液を、前記プライマー塗装表面に３０μｍの厚さにスプレー塗装し、１００℃のオーブンで乾燥後３８０℃の温度で３０分間焼成し目的とする加圧ベルトを得た。この管状物の内径は３８ｍｍでフッ素樹脂を含む総厚みは１０８μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）（Ｒａ）は１．８０μｍで内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．１０μｍであった。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。

このフィルムの表面抵抗率は１×１０⁴Ω／□であり、この複合管状物を図２の定着器に組み込み、通紙テストを行った結果、紙シワ、スリップなどの発生も無く、良好な画像が得られた。また、この複合管状物の耐摩耗減少量は２．１μｍであり良好な耐久性がえられた。

フッ素樹脂ディスパージョンとして、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂を固形分で５：５の割合で混合したものを用いた。このフッ素樹脂ディスパージョンに酸化アルミニウム（日産化学（株）製 平均粒度５−２５μｍ）をこのディスバージョンの固形分に対して１６重量％（ｗｔ％）添加し混合液を得た。さらに導電性物質としてカーボンブラック（ライオン（株）社製ケッチンブラック）を前記ディスバージョンの固形分に対し、２．０重量％（ｗｔ％）添加し、十分に攪拌しフッ素樹脂の塗装液を製作した。ポリイミド管状物の製作は実施例１の金型およびポリイミド前駆体液を用い、金型表面に８００μｍの厚みでキャスト成形したのち、１２０℃の温度のオーブン入れて６０分乾燥後、２５０℃の温度まで５０分間で昇温させ、同温度で２０分間保持した。さらに４００℃の温度まで４０分間で昇温させ同温度で１０分間保持したのちオーブンから取出し、冷却しポリイミド樹脂からなる基層管状物を製作した。その後前記ポリイミド管状物の表面にプライマー液（デュポン社製ＭＰ−９０２ＡＬ）を約５μｍにスプレー塗装し１００℃のオーブンで２０分間乾燥した。次いで前記ＰＦＡ樹脂混合液を、前記プライマー塗装表面に３０μｍの厚さにスプレー塗装し、１００℃のオーブンで乾燥後３８０℃の温度で３０分間焼成し目的とする加圧ベルトを得た。この管状物の内径は３８ｍｍでフッ素樹脂を含む総厚みは１１０μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）（Ｒａ）は１．８６μｍで内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．０９μｍであった。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。

このフィルムの表面抵抗率は１×１０⁵Ω／□であり、この複合管状物を図２の定着器に組み込み、通紙テストを行った結果、紙シワ、スリップなどの発生も無く、良好な画像が得られた。また、この複合管状物の耐摩耗減少量は２．５μｍであり良好な耐久性がえられた。

フッ素樹脂ディスパージョンとして、ＰＴＦＥ樹脂とＰＦＡ樹脂を固形分で５：５の割合で混合したものを用いた。このフッ素樹脂ディスパージョンにタルク（富士タルク（株）製 平均粒度１１−１３μｍ）をこのディスバージョンの固形分に対して２３重量％（ｗｔ％）添加し混合液を得た。さらに導電性物質としてカーボンブラック（ライオン（株）社製ケッチンブラック）を前記ディスバージョンの固形分に対し、２．０重量％（ｗｔ％）添加し、十分に攪拌しフッ素樹脂の塗装液を製作した。ポリイミド管状物の製作は実施例１の金型およびポリイミド前駆体液を用い、金型表面に８００μｍの厚みでキャスト成形したのち、１２０℃の温度のオーブン入れて６０分乾燥後、２５０℃の温度まで５０分間で昇温させ、同温度で２０分間保持した。さらに４００℃の温度まで４０分間で昇温させ同温度で１０分間保持したのちオーブンから取出し、冷却しポリイミド樹脂からなる基層管状物を製作した。その後前記ポリイミド管状物の表面にプライマー液（デュポン社製ＭＰ−９０２ＡＬ）を約５μｍにスプレー塗装し１００℃のオーブンで２０分間乾燥した。次いで前記ＰＦＡ樹脂混合液を、前記プライマー塗装表面に３０μｍの厚さにスプレー塗装し、１００℃のオーブンで乾燥後３８０℃の温度で３０分間焼成し目的とする加圧ベルトを得た。この管状物の内径は３８ｍｍでフッ素樹脂を含む総厚みは１０８μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）（Ｒａ）は１．５８μｍで内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．０９μｍであった。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。

このフィルムの表面抵抗率は１×１０⁴Ω／□であり、この複合管状物を図２の定着器に組み込み、通紙テストを行った結果、紙シワ、スリップなどの発生も無く、良好な画像が得られた。また、この複合管状物の耐摩耗減少量は３．０μｍであり良好な耐久性がえられた。

（比較例１）
実施例１の条件でフッ素樹脂ディスパージョンにホウ酸アルミニウムを配合しない条件に変更した以外は実施例１と同一条件でポリイミド管状物を製作した。

この管状物のフッ素樹脂を含む総厚みは９８μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）を測定したところ（Ｒａ）は０．３μｍであり内面粗度（代表値）も（Ｒａ）０．１１μｍであった。このポリイミド管状物の耐摩耗減少量は８μｍであり、このフィルムの表面抵抗値は１．５×１０⁵Ω／□であった。この複合管状物を図２の定着器に組み込み耐久評価を行ったところ、スリップが発生し、鮮明な画像は得られなかった。

（比較例２）
実施例１の条件でフッ素樹脂ディスパージョンにカーボンブラックを配合しない条件に変更した以外は実施例１と同一条件でポリイミド管状物を製作した。

この管状物のフッ素樹脂を含む総厚みは１０３μｍであり、管状物の表面粗度（代表値）を測定したところ（Ｒａ）は１．６μｍであり内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．１５μｍであった。このポリイミド管状物の耐摩耗減少値は１．２μｍでありこのフィルムの表面抵抗値は１．２×１０¹⁴Ω／□であった。このポリイミド管状物を図２の定着器に組み込み耐久評価を行ったところ紙シワやスリップの発生は見られなかったが記録紙の巻き込みや画像汚れが発生し鮮明な画像は得られなかった。

（比較例３）
実施例１の条件でフッ素樹脂ディスパージョンに配合するホウ酸アルミニウムの平均粒子径が３．０μｍのものを用い、このディスバージョンの固形分に対して１８重量％（ｗｔ％）添加した以外は実施例１と同一条件で複合管状物を製作した。

この複合管状物のフッ素樹脂を含む総厚みは９９μｍであり、複合管状物の表面粗度（代表値）を測定したところ（Ｒａ）は０．７０μｍであり内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．１０μｍであった。このポリイミド管状物の耐摩耗減少値は３．５μｍであり、この複合管状物の表面抵抗値は１．５×１０⁵Ω／□であった。このポリイミド管状物を図２の定着器に組み込み、耐久評価を行ったところ、スリップが発生し、鮮明な画像は得られなかった。

（比較例４）
実施例１の条件でフッ素樹脂ディスパージョンに配合するホウ酸アルミニウムの平均粒子径が４０μｍのものを用い、このディスバージョンの固形分に対して１５重量％（ｗｔ％）添加した以外は実施例１と同一条件で複合管状物を製作した。

この複合管状物のフッ素樹脂を含む総厚みは１１５μｍであり、複合管状物の表面粗度（代表値）を測定したところ（Ｒａ）は３．２μｍであり内面粗度（代表値）は（Ｒａ）０．１１μｍであった。このポリイミド管状物の耐摩耗減少値は７μｍであり、この複合管状物の表面抵抗値は１．０×１０⁴Ω／□であった。このポリイミド管状物を図２の定着器に組み込み、耐久評価を行ったところ、紙シワやスリップの発生は見られなかったが記録紙の巻き込みや画像汚れが発生し鮮明な画像は得られなかった。

表１に、上記実施例１乃至５と比較例１乃至４の上記特性及び測定結果を示す。

表１から、フッ素樹脂層に無機粒子状物質と導電性物質とを配合することによって、記録紙のスリップあるいは紙シワの発生を防ぐことができ、また、静電気による記録紙の巻き込みやオフセットの発生を防止でき、鮮明な画像を得ることができることがわかる。また、無機粒子物質を配合することにより、フッ素樹脂層の耐摩耗性を改善でき、定着装置の加圧ベルトとして耐久性の高い複合管状物が提供できる。

また、無機粒子物質の平均粒子径は、５μｍ以上２５μｍ以下が好ましく、無機粒子物質としては、ホウ酸アルミニウム、窒化ホウ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、タルクの中から選択すればよい。

無機粒子物質として、窒化ホウ素を用いる場合には、平均粒子径７μｍ以上１０μｍ以下のものを用い、フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して１８重量％（ｗｔ％）充填することが好ましいことがわかる。

無機粒子物質として、酸化鉄を用いる場合には、平均粒子径１０μｍ以上２０μｍ以下のものを用い、フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して１５重量％（ｗｔ％）充填することが好ましいことがわかる。

無機粒子物質として、酸化アルミニウムを用いる場合には、平均粒子径５μｍ以上２５μｍ以下のものを用い、フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して１６重量％（ｗｔ％）充填することが好ましいことがわかる。

無機粒子物質として、タルクを用いる場合には、平均粒子径１１μｍ以上１３μｍ以下のものを用い、フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して２３重量％（ｗｔ％）充填することが好ましいことがわかる。

上記したように、いろいろな無機粒子物質を用いることができるが、無機粒子物質の比重が大きくフッ素樹脂ディスパージョン（水分散液）に分散したときに沈降するものや、また、充填剤の平均粒子径が小さすぎると、表面粗度が小さくなり紙のグリップ力が得られなくなることがわかった。また、平均粒子径の小さい無機粒子物質を多く添加すると表面粗度は大きくなってくるが、フッ素樹脂層としての離型性が低下する。一方、フッ素樹脂パウダーなど粒子径の大きい充填剤を混合すると表面粗度は大きくなるが、耐摩耗性が低下する。同様に、比較例４のように、平均粒子径の大きい無機充填剤を混合した場合には、表面粗度は大きくなり紙を搬送するグリップ力は強くスリップを起こしにくい構造になり、耐摩耗性も高くなるが、画像に複合管状物の表面粗さが影響し画質の低下を招くことがわかった。

次に、上記した無機粒子物質の中で、フッ素樹脂ディスパージョンへの分散性が良いホウ酸アルミニウムについて、フッ素樹脂ディスパージョンの固形分濃度に対する重量％（ｗｔ％）を変化させて、表面粗度、耐摩耗量、画質等の評価を行った。サンプルは重量％（ｗｔ％）を変化させた以外は実施例１と同様に作成した。すなわち、平均粒子径は８．０μｍであり、導電性物質としてカーボンブラック（ライオン（株）社製ケッチンブラック）を前記ディスパージョンの固形分に対し、２．０重量％（ｗｔ％）添加した。

図６は、フッ素樹脂ディスパージョンの固形分濃度に対する平均粒子径８．０μｍのホウ酸アルミニウムの添加量と表面粗度との関係を示す特性図である。図６より、添加量を増加させることにより、表面粗度が大きくなることが分かる。

表２に、表面粗度、耐摩耗量、画質等の評価を行った結果を示す。

表２から明らかなように、無機粒子物質として、ホウ酸アルミニウムを用いた場合、フッ素樹脂層の表面粗度（代表値）が（Ｒａ）１．３５μｍ乃至１．７７μｍの範囲であれば、鮮明な画像を得ることができるとともに、耐久性もきわめて優れたものが得られる。なお、実際の表面粗度としては、表面粗度（代表値）に対して±10％のばらつきの範囲まで含んでいる。したがって、実際の表面粗度で考えると、（Ｒａ）１．２1μｍ乃至１．９５μｍの範囲であれば、鮮明な画像が得ることができると思われる。

また、平均粒子径が８μｍのホウ酸アルミニウムの場合、フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対してホウ酸アルミニウムが１５重量％（ｗｔ％）ないし２５重量％（ｗｔ％）の範囲で充填することで、上記表面粗度が得られ、鮮明な画像を得ることができるとともに、耐久性もきわめて優れたものが得られる。

この範囲であると図２の定着装置において、定着ロールと複合管状物の間に挟接された記録紙が、フッ素樹脂層表面の細かな凹凸形状によってしっかりとグリップされ、定着ロールの回転力が記録紙を介して確実にポリイミド管状物に伝達されるため、記録紙のスリップや紙シワの発生がなく好ましい。

上記実施例においては、導電性物質がカーボンブラックの場合について説明したが、金属粉末、イオン導電性物質またはカーボングラファイトを用いることもできる。これら材料のいずれか１つであると、調整が容易であり正確な表面抵抗値が得られやすい。また、エマルジョン化が容易でフッ素樹脂液やプライマー溶液への添加も容易である。

また、イオン導電性物質を用いることもできる。イオン導電性物質としは、有機リン塩、及びパーフルオロアルキル基を含む有機塩から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。フッ素樹脂ディスパージョンにイオン導電性物質を分散させた場合、前記イオン導電性物質は、フッ素樹脂ディスパージョン中でイオン化して分散し、その後このフッ素樹脂ディスパージョンを常法により被膜化した場合、導電性物質が局在化することなく表面全体に均一に拡散するため非常に均一な表面抵抗値が得られる。

今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

定着ベルトを使用した定着装置の正面断面図である。 加圧ベルトを使用した定着装置の正面断面図である。 本発明の実施形態に係る複合管状物からなる加圧ベルトをその一部分を断面にして示した模式的断面図である。 摩耗減少量測定装置の側面図である。 本発明の実施例１の加圧ベルトの表面顕微鏡写真である。 フッ素樹脂ディスパージョンの固形分濃度に対する平均粒子径８．０μｍのホウ酸アルミニウムの添加量と表面粗度との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ 定着ベルト
２ ベルトガイド
３ セラミックヒーター
４ 加圧ロール
５ サーミスタ
６ 加圧ロールの芯金
７ 記録紙
８ 未定着トナー像
９ 定着トナー像
１１ 加圧ベルト
１１ａ 基材
１１ｂ プライマー層
１１ｃ フッ素樹脂層
１１ｄ 無機粒子物質
１２ 押圧ガイド
１３ 押圧パット
１４ 定着ロール
１５ 熱源
１６ 未定着トナー像
１７ 記録紙
２１ ゴムロール
２２ ＰＰＣ用紙
２３ 加圧ベルトガイド
２４ 摺擦部
２５ 加圧力調節バネ
２６ 駆動モーター
２７ 駆動伝達歯車

Claims (9)

1. ポリイミド樹脂管状物からなる基材上にフッ素樹脂層が形成された複合管状物であって、前記フッ素樹脂層中に無機粒子状物質と導電性物質が混在されていることを特徴とする複合管状物。
2. 前記無機粒子物質の平均粒子径が５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の複合管状物。
3. 前記無機粒子物質が、ホウ酸アルミニウム、窒化ホウ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、タルクから選ばれた少なくとも一つである請求項１又は２に記載の複合管状物。
4. 前記無機粒子物質が、ホウ酸アルミニウムであり、前記フッ素樹脂層の表面粗度（代表値）が（Ｒａ）１．３５μｍ乃至１．７７μｍの範囲であることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
5. 前記無機粒子物質が、平均粒子径８μｍのホウ酸アルミニウムであり、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対してホウ酸アルミニウムが１５重量％ないし２５重量％の範囲で充填されていることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
6. 前記無機粒子物質が、平均粒子径７μｍ以上１０μｍ以下の窒化ホウ素であり、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して窒化ホウ素が１８重量％充填されていることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
7. 前記無機粒子物質が、平均粒子径１０μｍ以上２０μｍ以下の酸化鉄であり、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して酸化鉄が１５重量％充填されていることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
8. 前記無機粒子物質が、平均粒子径５μｍ以上２５μｍ以下の酸化アルミニウムであり、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対して酸化アルミニウムが１６重量％充填されていることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
9. 前記無機粒子物質が、平均粒子径１１μｍ以上１３μｍ以下のタルクであり、前記フッ素樹脂層を形成するディスパージョンの固形分に対してタルクが２３重量％充填されていることを特徴とする請求項３に記載の複合管状物。
   

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