JP2021096301A - 無端ベルトを備えた電熱加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着動作の繰り返し（ヒートショック）による強度低下を引き起こさず、かつ導電経路が徐々に切断されて高抵抗化を引き起こすことのない無端ベルト、及びそれを用いた電熱加熱装置を提供する。【解決手段】媒体を加熱する電熱加熱装置であって、回転しながら通電によって発熱する無端ベルトと、無端ベルトの基体に接触して無端ベルトの軸線方向に延びると共に、無端ベルトの回転方向に順次に離間して配置された第一電極部及び第二電極部とを備え、無端ベルトの基体は、カーボンフィラーが分散されたナノコンポジット材料を含んでおり、無端ベルトの基体の回転方向の体積抵抗率が、無端ベルトの基体の軸線方向の体積抵抗率よりも小さい。【選択図】図８

Description

シート状製品の加熱加工に用いられる電熱加熱装置の一例として、画像形成装置に用いられる定着装置が知られている。前記定着装置は、加熱や加圧等によって、予め記録媒体に転写したトナー像を記録媒体の表面に固定化させる定着動作を行う。その際に必要な消費電力は、画像形成装置全体で必要とする消費電力において高い割合を占めている。

消費電力の低減を試みた定着装置としては、例えば、熱伝導性を有するフィラーを分散させたポリイミド樹脂組成物からなるベルト状の定着部材を備えたものが知られている。また、定着部材自体の発熱によって消費電力の低減を試みた定着装置も知られている。

例示的な電熱加熱装置である定着装置を搭載した画像形成装置の概略図 例示的な電熱加熱装置である定着装置の模式側面図 例示的な電熱加熱装置である定着装置の模式斜視図 例示的な電熱加熱装置である定着装置のニップ部を拡大した模式断面図 無端ベルトが各電極部によって区画される様子を説明する為の模式断面図 基材部分に中間層と表層を積層した無端ベルトの模式断面図 ＣＮＴ含有量に対する無端ベルトの回転方向の体積抵抗率と軸線方向の体積 抵抗率のトレンドラインの関係を説明する為の例示的なグラフ 無端ベルトの回転方向用の試験片と軸線方向用の試験片の作成方法の一例を 示す説明図 試験片の「発熱特性」と「電流−電圧特性」の測定の一例を示す説明図 発熱時の体積抵抗率を決定する際に用いる「発熱特性」と「電流-電圧特 性」を示す複合プロットの説明図 連続通紙後の電圧上昇量（変動量）を決定する為の説明図

以下、本開示の電熱加熱装置について例示的に説明する。但し、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、及び相対配置等は適宜変更可能である。尚、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

本開示の電熱加熱装置は、通電によって発熱する無端ベルトと、前記無端ベルトに接触して前記無端ベルトの軸線方向に延びると共に、前記無端ベルトの回転方向に沿って並ぶ第一電極部と第二電極部とを備える。前記無端ベルトは、カーボンフィラーが分散されたナノコンポジット材料を基体としている。そして、前記無端ベルトの基体部分の回転方向の体積抵抗率は、前記無端ベルトの基体部分の軸線方向の体積抵抗率よりも小さくなるように設定される。

本開示の電熱加熱装置は、例えば、電子写真方式を用いた画像形成装置に搭載される定着装置に使用することが出来る。

図１に示される画像形成装置１は、例えば、マゼンタ、イエロー、シアン及びブラックの各色トナーを用いてカラー画像を形成する装置である。画像形成装置１は、例えば、用紙である記録媒体Ｐを搬送する搬送装置１０と、静電潜像を現像する現像装置２０と、トナー像を記録媒体Ｐに転写する転写装置３０と、静電潜像が形成される像担持体４０と、トナー像を記録媒体Ｐに定着させる電熱加熱装置である定着装置５０（以下、単に「定着装置５０」と称す）と、記録媒体Ｐを排出する排出装置６０を備える。

搬送装置１０は、例えば、画像が形成される用紙等の記録媒体Ｐを搬送経路７１上で搬送する。記録媒体Ｐは、カセットＫに積層されて収容され、給紙ローラ３５によりピックアップされる。搬送装置１０は、記録媒体Ｐに転写されるトナー像が二次転写領域７２に到達するタイミングで、搬送経路７１を介して二次転写領域７２に記録媒体Ｐを到達させる。

現像装置２０は、例えば、各色毎に４個設けられる。現像装置２０は、トナーを像担持体４０に担持させる現像ローラ２１を備える。現像装置２０は、トナーとキャリアを所望の混合比になるように調整する。次に、現像装置２０は、トナーとキャリアを混合撹拌してトナーを均一に分散させる。この調整と撹拌とにより、最適な帯電量を付与した現像剤が提供される。この現像剤は現像ローラ２１に担持される。そして、現像剤は、現像ローラ２１の回転により像担持体４０と対向する領域まで搬送される。このとき、現像ローラ２１に担持された現像剤に含まれたトナーは、像担持体４０の周面上に形成された静電潜像に移動する。このトナーの移動により、静電潜像が現像される。

転写装置３０は、例えば、現像装置２０において形成されたトナー像を記録媒体Ｐに二次転写する二次転写領域７２に搬送する。転写装置３０は、転写ベルト３１、懸架ローラ３２、一次転写ローラ３３、及び二次転写ローラ３４を備える。懸架ローラ３２は、転写ベルト３１を懸架する。一次転写ローラ３３は、像担持体４０と共に転写ベルト３１を挟持する。二次転写ローラ３４は、懸架ローラ３２と共に転写ベルト３１を挟持する。

転写ベルト３１は、例えば、懸架ローラ３２により循環移動する無端状のベルトである。一次転写ローラ３３は、転写ベルト３１の内周側から像担持体４０を押圧するように設けられる。二次転写ローラ３４は、転写ベルト３１の外周側から懸架ローラ３２を押圧するように設けられる。

像担持体４０は、例えば、感光体ドラムであって、各色の現像装置２０に対向する位置に、それぞれ設けられる。像担持体４０は、転写ベルト３１の移動方向に沿って設けられる。像担持体４０の周上には、現像装置２０、帯電ローラ４１、露光ユニット４２、及びクリーニングユニット７０が設けられる。

帯電ローラ４１は、例えば、像担持体４０の表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電手段である。帯電ローラ４１は、像担持体４０の回転に追従して動く。露光ユニット４２は、帯電ローラ４１によって帯電した像担持体４０の表面を、記録媒体Ｐに形成する画像に応じて露光する。これにより、像担持体４０の表面のうち露光ユニット４２により露光された部分の電位が変化する。この電位の変化により、静電潜像が形成される。４個の現像装置２０は、トナータンクＮから供給されたトナーによって像担持体４０に形成された静電潜像を現像する。この現像により、トナー像が生成される。トナータンクＮには、それぞれ、マゼンタ、イエロー、シアン、及びブラックのトナーが充填されている。クリーニングユニット７０は、像担持体４０上に形成されたトナー像が転写ベルト３１に一次転写された後に像担持体４０上に残存するトナーを回収する。

定着装置５０は、例えば、転写ベルト３１から記録媒体Ｐへ二次転写されたトナー像を、記録媒体Ｐに押圧しながら加熱し、定着させる（定着動作）。定着装置５０は、記録媒体Ｐを加熱する無端ベルト５１と無端ベルト５１を押圧する加圧ローラ５２とを備える。無端ベルト５１は円筒状に形成されており、無端ベルト５１の基体部分（内周面）は、給電により自己発熱が可能である。無端ベルト５１と加圧ローラ５２との間には接触領域であるニップ部ＮＰが形成される。ニップ部ＮＰに記録媒体Ｐを通過させるタイミングで無端ベルト５１の基体部分を発熱させることによって、トナー像が記録媒体Ｐに定着される。

排出装置６０は、例えば、一対の排出ローラ６２を有する。一対の排出ローラ６２は、定着装置５０によりトナー像が定着された記録媒体Ｐを装置の外部へ排出する。

続いて、画像形成装置１による印刷工程について説明する。画像形成装置１に被記録画像の画像信号が入力されると、画像形成装置１の制御部は、給紙ローラ３５を回転させて、カセットＫに積層された記録媒体Ｐをピックアップして搬送する。そして、制御部は、帯電ローラ４１により像担持体４０の表面を所定の電位に均一に帯電させる（帯電工程）。その後、制御部は、受信した画像信号に基づいて、露光ユニット４２により像担持体４０の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する（露光工程）。

現像装置２０では、静電潜像が現像されてトナー像が形成される（現像工程）。こうして形成されたトナー像は、像担持体４０と転写ベルト３１とが対向する領域において、像担持体４０から転写ベルト３１へ一次転写される（一次転写工程）。転写ベルト３１には、像担持体４０上に形成された各色のトナー像が順次積層されて、未定着のトナー像が形成される。そして、未定着のトナー像は、懸架ローラ３２と二次転写ローラ３４とが対向する二次転写領域７２において、搬送装置１０から搬送された記録媒体Ｐに二次転写される（二次転写工程）。

未定着のトナー像が二次転写された記録媒体Ｐは、定着装置５０へ搬送される。記録媒体Ｐを無端ベルト５１と加圧ローラ５２との間で加熱及び加圧しながら通過させることにより、未定着のトナー像を記録媒体Ｐの表面に定着させる。その後、記録媒体Ｐは、排出ローラ６２によって画像形成装置１の外部へ排出される。

図２と図３とに示されるように、定着装置５０は、無端ベルト５１、加圧ローラ５２、押圧部材５３、加圧機構５６、及びケース５４とを有する。定着装置５０は、通電によって発熱する無端ベルト５１を定着加熱体とすると共に、無端ベルト５１を回転移動させながら、記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱と加圧によって定着させる。ケース５４は、加圧ローラ５２を回転可能に支持する。加圧ローラ５２は、モータ等からトルクが与えられて軸線方向Ａ１の周りに回転する。加圧ローラ５２の周縁上には、無端ベルト５１が配置されている。無端ベルト５１の内部には、押圧部材５３が配置されている。押圧部材５３は、加圧機構５６によって加圧ローラ５２に向けて押し付けられる。無端ベルト５１と加圧ローラ５２とは、無端ベルト５１を挟持した状態でニップ部ＮＰを構成し、無端ベルト５１は、加圧ローラの回転に伴って従動回転する。押圧部材５３は、無端ベルト５１の軸線方向に延びると共に、無端ベルト５１の回転方向の上流側からニップ部ＮＰを挟む形で第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２を備えている。第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２は無端ベルト５１の内周面を構成する基体部分に接触している。電源装置（不図示）から供給される電力によって、第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２間を移動する無端ベルト５１が発熱し、ニップ部ＮＰにおいて記録媒体Ｐ上のトナー像が定着される。

図４に示されるように、押圧部材５３は、少なくとも、フレーム５８と電極ユニット５９とを有する。フレーム５８と電極ユニット５９は、一体化されていてもよい。フレーム５８と電極ユニット５９は、無端ベルト５１の軸線方向Ａ２に延びる部材である。フレーム５８の両端は、無端ベルト５１の両端部の開口からそれぞれ突出する（図３参照）。フレーム５８の突出した端部には、加圧機構５６によって押圧力が加えられる（図２参照）。その結果、フレーム５８は、無端ベルト５１の軸線方向Ａ２と交差する方向に無端ベルト５１を加圧ローラ５２に向けて押し当てる。フレーム５８は、フレーム５８の両端に加えられる力と、加圧ローラ５２から受ける反力とにより反りが生じない程度の剛性を有する。

加圧ローラ５２は、軸線方向Ａ１のまわりに回転可能な円柱状の部材である。加圧ローラ５２は、例えば、シリコーンゴム等の耐熱性及び弾性を有する耐熱弾性層を有する。加圧ローラ５２の外周面には、例えば、フッ素樹脂等の離形性を有する離形層が設けられる。ニップ部ＮＰにおける加圧ローラ５２の回転方向の幅ｗ（以下、「ニップ幅ｗ」と称する）は、加圧機構５６から伝達される押圧力に対する加圧ローラの弾性変形量に依存する。記録媒体Ｐ上のトナー像を加熱及び加圧することが出来る程度に設定される。

電極ユニット５９は、少なくとも、第一電極部Ｅ１、第二電極部Ｅ２、及び電極支持部６１を有する。第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２は、電極支持部６１における無端ベルト５１と向き合う面に設けられる。第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２は、それぞれ板状を呈し、無端ベルト５１の軸線方向Ａ２に延びている。第一電極部Ｅ１は、第二電極部Ｅ２に対して軸線方向Ａ２の方向と交差する方向に距離ｂで離間している。フレーム５８は、加圧機構５６から伝達された押圧力によって、第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２を無端ベルトの内周面を構成する基体部分に向けて押し当てられる。例えば、図５の（ａ）に示されるように、無端ベルト５１に給電する為の電極部が第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２のみの場合、無端ベルト５１の電流経路は、ニップ部ＮＰを経由する短経路（以下、単に「短経路」と称す）とニップ部ＮＰを経由しない長経路（以下、単に「長経路」と称す）とに区画される。この時、短経路部分の発熱量と長経路部分の発熱量は、前記各区画の電極間距離（短経路部分の場合は、距離ｂに相当）の逆数に相関する。従って、短経路部分の電極間距離を長経路部分の電極間距離に対して十分に短くすることによって、僅かな電圧印加で、定着動作に寄与する短経路部分を瞬時に所望の温度まで発熱させると共に、定着動作に直接寄与しない長経路部分の発熱が抑制される。これにより、記録媒体Ｐ上のトナー像を、少ない電力で効率良く定着させることが出来る。更に、定着装置５０は、無端ベルト５１に給電する為の第三の電極部等の新たな電極部を短経路部分（第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２の間）に追加することも可能である。例えば、図５の（ｂ）に示されるように、第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２の間に第三電極部Ｅ３を追加した場合、第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２を同極性とし、且つ第三電極部Ｅ３を異極性とすることで、短経路部分を更に区画し、其々の区画内を異なる発熱状態に制御することが出来る。これにより、様々な記録媒体への対応が可能となる。上記のような使用状態において、無端ベルト５１の短経路部分とその周辺部分では、著しい自己発熱と定着動作に起因する放熱によるヒートショックが繰り返される。しかしながら、本開示の無端ベルトを用いると共に、例えば、距離ｂに相当する部分をニップ部ＮＰを含むように設定することによってその影響を更に軽減することが可能である。

無端ベルト５１は、カーボンフィラーが分散されたナノコンポジット材料を基体としており、無端ベルト５１の基体部分に電力を供給することで発熱する。

一般的なコンポジット材料は、外力による繰り返し変形によって、内部構造に剪断応力やズレ応力を生じ、強度低下を引き起こす傾向がある。このような傾向は、通電とヒートショックの繰り返しによって加速される。特に、無端ベルトに導電材料を分散させたコンポジット材料を用いた場合、定着動作の繰り返しによって、強度低下を引き起こすだけではなく、導電材料によって構築された導電経路が徐々に切断され、高抵抗化を招く。その結果、連続使用時には、所望の発熱量を維持する必要性から、徐々に印加電圧を上げていかなければならないといった潜在的な課題を有していた。

しかしながら、本開示の電熱加熱装置では、無端ベルトの回転方向の体積抵抗率Ａ（以下、単に「回転方向の体積抵抗率Ａ」と称す）を、軸線方向の体積抵抗率Ｂ（以下、単に「軸線方向の体積抵抗率Ｂ」と称す）よりも小さく設定する。その結果、無端ベルトの回転時に生じる内部応力の影響を軽減し、導電経路の維持に優位に作用することが可能となる。軸線方向の体積抵抗率Ｂに対する回転方向の体積抵抗率Ａの割合（以下、単に「体積抵抗率比Ａ／Ｂ」とも称す）は、０．５０以上且つ０．９５以下であってもよい。この場合、無端ベルトの連続使用時における印加電圧の上昇を大幅に軽減することが出来る。更に、体積抵抗率比Ａ／Ｂは、０．６０以上且つ０．８５以下であってもよい。この場合、発熱状態下での無端ベルトの走行を安定化出来ると共に、定着画像の画像光沢ムラを改善することが出来る。

無端ベルト５１の基体部分の厚みは、３０μｍ以上且つ１００μｍ以下であってもよく、４５μｍ以上且つ９０μｍ以下であってもよい。本開示では、無端ベルト５１の基体部分は、無端ベルト５１の回転方向の体積抵抗率Ａを無端ベルト５１の軸線方向の体積抵抗率Ｂよりも小さく設定されている為、無端ベルトの基体部分の厚みを最小化することが出来る。これにより、無端ベルト５１に適切な強度と靭性が付与されるだけでなく、供給する電力の印加電圧を低く抑えることが可能となる。

無端ベルト５１の基体部分に用いられるナノコンポジット材料とは、ナノスケールで複合化された複合材料のことであって、カーボンフィラーをマトリックス材料中に分散させたものである。
無端ベルト５１の基体部分に用いられるカーボンフィラーとしては、例えば、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ」と称す）、及び炭素系素材のウィスカー等が挙げられ、これ等を単独或いは混合して用いることが出来る。これらの中でもＣＮＴが好ましく用いられる。また、直径が２ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下であって、直径に対する長さの比率（以下、単に「アスペクト比」と称す）が１００以上且つ１５,０００以下であるものが好ましく用いられる。直径が２０ｎｍを超える場合やアスペクト比が１００未満の場合には導電経路の形成が困難であり、アスペクト比が１５，０００を超える場合にはマトリックス材料中への分散が困難となる。

カーボンフィラーの含有量は３質量％以上且つ２５質量％以下であってもよく、５質量％以上且つ２０質量％以下であってもよい。カーボンフィラーの含有量が少ないと十分な発熱特性が得られないことがある。また、カーボンフィラーの含有量が多いと、無端ベルト５１の基体部分が剛直となり、機械的強度が損なわれるばかりか、体積抵抗率比Ａ／Ｂの調整が困難となる。

無端ベルト５１の基体部分に用いられるマトリックス材料として、例えば、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂等が挙げられ、これ等を単独或いは混合して用いることが出来る。この場合、機械的特性、熱的安定性及び化学的安定性等に加え、優れた発熱特性を発現することが出来る。
無端ベルト５１の基体部分は、無端ベルト５１の回転方向の体積抵抗率Ａが、無端ベルト５１の軸線方向の体積抵抗率Ｂよりも小さくなるように製造される。無端ベルト５１の基体部分は、従来公知の製造方法を用いて製造することが可能である。例えば、マトリックス材料またはマトリックス材料の原材料を溶剤に溶解、または加熱溶融させた中にカーボンフィラーを分散させた塗工液を金型に塗工した後、必要に応じて乾燥したり、加熱焼成することによって加工成型することが出来る。特に、特定の形状を呈したカーボンフィラーを分散させた塗工液を、小径の吐出口を有するディスペンサー等から金型の表面に吐出しながら塗工した場合には、無端ベルト内のカーボンフィラーの配向状態を調整することも可能であって、無端ベルトに好ましい特性を付与することが出来る。
例えば、無端ベルト５１の基材部分をポリイミド樹脂にカーボンフィラーが分散したナノコンポジット材料で製造する際には、先ず、ポリイミド前駆体のＮ−メチルピロリドンワニス（以下、「ＮＭＰワニス」と称す）にカーボンフィラーを分散させた塗工液を調製する。次いで、前記塗工液を、無端ベルト５１の基体製造用の円筒金型を回転させながら、前記円筒金型の表面端部から他の端部に向けて螺旋状に塗工し、塗膜を形成する。更に、その塗膜を加熱乾燥させた後、焼成によってポリイミド前駆体をイミド化しすることで、無端ベルト５１の基体部分を製造することが出来る。この時、アスペクト比が１００以上且つ１５，０００以下のカーボンフィラーを用いることにより、塗工方向（＝円筒金型の軸線方向）の体積抵抗率と、塗工方向と直交する方向（＝円筒金型の回転方向）の体積抵抗率の比率を容易に調整することが出来る。

図６に示されるように、無端ベルト５１は、カーボンフィラーが分散されたナノコンポジット材料の基体を発熱層５１ａとし、その上に、直接または接着層を介して中間層５１ｂ及び表層５１ｃを積層した構造を有するものであってもよい。尚、中間層５１ｂは、省略可能であり、その場合には、発熱層５１ａ上に、直接または接着層を介して表層５１ｃが積層される。

中間層５１ｂには、例えば、シリコーンゴム等、耐熱性、及び弾性に優れた材料が用いられ、この場合、無端ベルト５１に弾性を付与することが出来る。具体的には、発熱層５１ａ上に塗布した液状シリコーンゴムを硬化させることで中間層５１ｂを容易に製造することが可能である。これにより、無端ベルト５１の基体部分に対する外力を中間層５１ｂの弾性で緩和することが出来る。その結果、無端ベルトの回転時に生じる内部応力の影響を軽減し、導電経路の維持に優位に作用することが可能となる。中間層５１ｂの厚みは、０．３ｍｍ以上且つ３ｍｍ以下であってもよい。中間層５１ｂの厚みが０．３ｍｍ未満である場合、弾性の効果が十分に発揮されず、中間層５１ｂの厚みが３ｍｍを超えた場合、無端ベルトの基体部分の柔軟性に制約を及ぼす可能性がある。

無端ベルト５１の外周面には表層５１ｃが設けられてもよい。表層５１ｃとしては、例えば、フッ素系樹脂等の耐熱性や離型性に優れた材料が用いられる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。更に、これ等のフッ素系樹脂等には、従来公知の添加剤を分散させて、難燃性や帯電防止等の機能を付与することも可能である。表層５１ｃは、例えば、塗布したフッ素樹脂を焼結する方法、又はフッ素樹脂チューブを被覆する方法等により形成される。表層５１ｃの厚みは、無端ベルト５１の基体部分（＝発熱層５１ａ）の厚みの１／２以下で、且つ表層５１ｃの体積抵抗率は、基体部分の回転方向の体積抵抗率Ａの１０倍以上であってもよい。表層５１ｃの厚みが、無端ベルト５１の基体部分（＝発熱層５１ａ）の厚みの１／２を超えた場合、無端ベルトの基体部分の柔軟性に制約を及ぼす可能性がある。また、表層５１ｃの体積抵抗率が、基体部分の回転方向の体積抵抗率Ａの１０倍に満たない場合、無端ベルト内部に新たな通電経路が形成され、発熱層５１ａへの通電効率が悪化する可能性がある。

第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２の材料としては、例えば、銅、亜鉛、若しくはアルミニウム等の金属薄板、又はカーボン系の導電塗料を印刷したものが適用されうる。第一電極部Ｅ１の高さと第二電極部Ｅ２の高さは、発熱層５１ａの厚みの１．５倍以下であってもよい。この場合、発熱層５１ａで発生した熱エネルギーの放熱の最小化に寄与し、ヒートショックによる無端ベルトの基体部分の劣化防止を軽減することが可能である。

電極支持部６１には、高抵抗または絶縁性の材料が使用され、熱伝導性が低い材料、又は表面滑り性に優れる材料が用いられてもよい。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、又は四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。電極支持部６１には、第一電極部Ｅ１と第二電極部Ｅ２を固定可能な形状を呈している。

以下、本開示を実施例により詳細に説明するが、本開示は、これ等の実施例に限定されるものではない。
［無端ベルト］
〈無端ベルトの製造例１〉
下記成分を撹拌混合した後、高剪断分散機を用いで分散処理を施し「ＣＮＴのＮＭＰ分散体」とした。
・ＣＮＴ−Ａ
（多層カーボンナノチューブ、直径＝１１ｎｍ、長さ＝１０μｍ） １質量部
・ＮＭＰ ４０質量部
次いで、三本ロールミルを用いて、上記ＣＮＴのＮＭＰ分散体（４１質量部）と下記成分の混合物に分散処理を施した後、更に脱泡処理を施して「塗工液」とした。
・ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス（固形分濃度；１８質量％） ５０質量部
・ＮＭＰ １０質量部
次いで、上記で得られた塗工液をディスペンサーに投入し、前記ディスペンサーを移動させながら、回転しているＳＵＳ製の円筒状支持体上に塗工液を螺旋状に塗布する「ディスペンサー塗工法」によって、塗工液の塗布層を形成した。
その後、円筒状支持体の回転を維持しながら、段階的に加熱／焼成を施し、上記塗布層の乾燥とイミド化処理を行った。冷却後、円筒状支持体上からチューブ状のポリイミド組成物を剥離／回収し、「ＣＮＴ−Ａ」が１０ｗｔ％分散した「無端ベルト−１」とした。
得られた「無端ベルト−１」の厚みは６５μｍで、発熱状態での体積抵抗率は、回転方向が０．１７Ω・ｃｍで、軸線方向が０．２３であり、体積抵抗率の回転方向と軸線方向比（以下、体積抵抗率比と称する）は０．７４であった。

〈無端ベルトの製造例２〉
下記の原材料を用いる点以外は、上記「無端ベルトの製造例１」と同様にして「無端ベルト−２」を得た。
・ＣＮＴ−Ｂ
（多層カーボンナノチューブ、直径＝１０ｎｍ、長さ＝２μｍ） １．５質量部
・ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス（固形分濃度；１８質量％） ４７質量部
・ＮＭＰ ５０質量部
得られた「無端ベルト−２」には「ＣＮＴ−Ｂ」が１５ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「無端ベルト−２」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの製造例３〉
「ＣＮＴ−Ｂ」の使用量を０．５質量部、「ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス」の使用量を５３質量部に変更した点以外は、上記「無端ベルトの製造例２」と同様にして「無端ベルト−３」を得た。
得られた「無端ベルト−３」には「ＣＮＴ−Ｂ」が５ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「無端ベルト−３」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの製造例４〉
下記の原材料を用いる点以外は、上記「無端ベルトの製造例１」と同様にして「無端ベルト−４」を得た。
・ＣＮＴ−Ｃ
（単層カーボンナノチューブ、直径＝２ｎｍ、長さ＝５μｍ） ２質量部
・ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス（固形分濃度；１８質量％） ４５質量部
・ＮＭＰ ５０質量部
得られた「無端ベルト−４」には「ＣＮＴ−Ｃ」が２０ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「無端ベルト−４」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの製造例５〉
「ＣＮＴ−Ｃ」の使用量を２．５質量部、「ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス」の使用量を４２質量部に変更した点以外は、上記「無端ベルトの製造例４」と同様にして「無端ベルト−５」を得た。
得られた「無端ベルト−５」には「ＣＮＴ−Ｃ」が２５ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「無端ベルト−５」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの製造例６〉
下記の原材料を用いる点以外は、上記「無端ベルトの製造例１」と同様にして「無端ベルト−６」を得た。
・ＣＮＴ−Ｄ
（多層カーボンナノチューブ、直径＝１５ｎｍ、長さ＝１５０μｍ） ２質量部
・ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス（固形分濃度；１８質量％） ４５質量部
・ＮＭＰ ５０質量部
得られた「無端ベルト−６」には「ＣＮＴ−Ｄ」が２０ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「無端ベルト−６」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの比較製造例１〉
下記の原材料を予備混合した後、三本ロールミルで分散処理を施した。更に脱泡処理を施して得られた塗工液を用いた点以外は、「無端ベルトの製造例１」と同様の方法により、「比較用無端ベルト−１」を得た。
・ＣＮＴ−Ｅ
（気相法炭素繊維、直径＝１５０ｎｍ、長さ＝８μｍ） １質量部
・ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス（固形分濃度；１８質量％） ５５質量部
・ＮＭＰ ５０質量部
得られた「比較用無端ベルト−１」には「ＣＮＴ−Ｅ」が１０ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「比較用無端ベルト−１」の体積抵抗率の評価結果を表１にまとめて示す。

〈無端ベルトの比較製造例２〉
「ＣＮＴ−Ｅ」の使用量を３質量部、「ポリイミド前駆体のＮＭＰワニス」の使用量を３９質量部に変更した点以外は、上記「無端ベルトの比較製造例１」と同様にして塗工液を調製した。これをリング塗工法を用いて円筒状支持体に塗工した点以外は、上記「無端ベルトの比較製造例１」と同様にして「比較用無端ベルト−２」を得た。
得られた「無端ベルト−２」には「ＣＮＴ−Ｅ」が３０ｗｔ％分散しており、厚みは６５μｍであった。得られた「比較用無端ベルト−２」の体積抵抗率等の詳細を後述の表１にまとめて示す。

図７に、「無端ベルトの製造例１」〜「無端ベルトの製造例６」で得られた「無端ベルト−１」〜「無端ベルト−６」、並びに、「無端ベルトの比較製造例１」と「無端ベルトの比較製造例２」で得られた「比較用無端ベルト−１」と「比較用無端ベルト−２」の、ＣＮＴ含有量に対する発熱時の体積抵抗率を回転方向と軸線方向のそれぞれについてプロットした結果を示す。

本開示に係る「無端ベルト−１」〜「無端ベルト−６」は、発熱時における回転方向の体積抵抗率（図中の●印）のトレンドラインが、常に、軸線方向の体積抵抗率（図中の○印）のトレンドラインの下方に位置する。即ち、本開示に係る「無端ベルト−１」〜「無端ベルト−６」は、特定の形状を呈するＣＮＴを含む塗工液を用いて、回転方向の体積抵抗率が軸線方向の体積抵抗率よりも小さくなるように製造されているので、回転方向への通電が効率的で、発熱に有利となる。

そして、上記のような特性を有する無端ベルトを、前記無端ベルトの軸線方向に延びると共に、前記無端ベルトの回転方向に沿って順次に離間して配置された第一電極部と第二電極部に接触させ、前記塗工液の塗工方向、前記無端ベルトの通電方向、及び前記無端ベルトの移動方向（回転方向）の夫々が、前記無端ベルトの周方向と一致するように組み合わせることによって、通電によって発熱する無端ベルトを備えた電熱加熱装置に好ましい特性を発現させることが可能となる。

〈実施例１〉
電子写真方式を用いたモノクロプリンターであるＳＬ−Ｍ２０２０ＷＸＡＡ（サムスン電子社製、プリントスピード最大２１ｐｐｍ）の定着装置を、図２に示した定着装置に交換し、試験用改造機とした。定着装置の電極部には外部電源を接続し、試験用改造機の機外から、電極部への印加電圧を調整することによって、無端ベルトの発熱状態を制御出来るようにした。

定着装置の無端ベルトには、上記「無端ベルトの製造例１」で得られた「無端ベルト−１」を用い、電極部への印加電圧を調整しながらプリントアウト試験を行った。トナー像の定着率が９０％を下回らないように維持する為の、初期印加電圧Ｅ０は１６．０Ｖであった。また、無端ベルト−１を発熱状態にした際の最大蛇行量Ｌは１ｍｍであった。

更に、５０，０００枚分の連続プリントを実行した後に、再度、トナー像の定着率が９０％を下回らないように維持する為の印加電圧Ｅ１を評価した。その結果、印加電圧Ｅ１は１６．２Ｖであり、初期印加電圧Ｅ０に対する変動ΔＥ（Ｅ１−Ｅ０に相当）は＋０．２Ｖであり、初期状態を非常に良好に維持していた。

尚、各評価項目の試験条件と評価基準は、以下の通りである。
［１．無端ベルトの発熱時の体積抵抗率］
無端ベルトを軸線方向に切り開いた後、回転方向と軸線方向に対して平行となるように、長方形の小片（寸法；１０ｍｍ×１００ｍｍ）を切り出した（例えば、図８の（ａ））。次に、前記小片の両短辺の片側表面に導電性銅箔粘着テープＱを９０ｍｍの間隔で貼り付けて、回転方向用の試験片Ｓｒとした。同様に、軸線方向に対しても小片を切り出して（例えば、図７の（ｂ））、軸線方向用の試験片Ｓａとした（以下、試験片Ｓｒと試験片Ｓａを単に「試験片」と称す）。
体積抵抗率の測定は、試験片の両端の導電性銅箔粘着テープ部分を電源装置に接続された配線コード付きの接続クリップで挟むと共に、上下に吊るし、サーモグラフィＴＧで試験片の表面温度を測定した（図９参照）。
電源装置から試験片に電圧を５Ｖ間隔で印加し、その際、試験片の最大発熱温度と通電量を計測した。これを繰り返して得られた試験片の「発熱特性」と「電流−電圧特性」から（図１０参照）、試験片の表面温度が１００℃と２００℃に達する為の最小電圧Ｅ１００とＥ２００を決定する。次いで、前記「電流−電圧特性」のＥ１００とＥ２００の範囲に存在する計測値（図９の●に相当）を一次近似し、得られた近似式から試験片の抵抗値Ｒを決定した後、以下の式（１）に従い、発熱時の体積抵抗率ρｖ（Ω・ｃｍ）を求めた。
ρｖ＝Ｒ×断面積Ｓ/長さＬ 式（１）

［２．初期印加電圧］
定着装置を稼働させ、電極に印加する電圧Ｅを変更しながらＮＩＰ部の発熱温度を計測し、実装状態での発熱特性を評価した（図１１参照）。得られた発熱特性曲線から、媒体へのトナー像の定着率が９０％以上となる為に必要な初期印加電圧Ｅ０（Ｖ）を求め、以下の基準に従って評価した。
Ａ；Ｅ０＜２４ （非常に良好である）
Ｂ；２４≦Ｅ０＜２８ （良好である）
Ｃ；２８≦Ｅ０＜３２ （本開示において許容レベルである）
Ｄ；Ｅ０≧３２ （本開示において不可レベルである）

［３．連続通紙後の電圧上昇］
５０，０００枚分の定着動作終了後、初期印加電圧と同様に、媒体へのトナー像の定着率が９０％以上となる為に必要な印加電圧Ｅ１（Ｖ）を求め（図１１参照）、初期印加電圧Ｅ０からの変動ΔＥ（Ｅ１−Ｅ０に相当）を求め、以下の基準に従って評価した。
Ａ；△Ｅ＜０．７ （非常に良好である）
Ｂ；０．７≦△Ｅ＜１．０ （良好である）
Ｃ；１．０≦△Ｅ＜２．０ （本開示において許容レベルである）
Ｄ；△Ｅ≧２．０ （本開示において不可レベルである）

［４．発熱時の走行安定性］
蛇行防止制御を行わずに、非通電状態の無端ベルトが、蛇行せずに安定して走行出来ることを確認した後、初期印加電圧Ｅ０を印加し、無端ベルトを発熱状態にした際の最大蛇行量Ｌ（ｍｍ）を求め、以下の基準に従って評価した。
Ａ；Ｌ＜３ （非常に良好である）
Ｂ；３≦Ｌ＜５ （良好である）
Ｃ；５≦Ｌ＜１０ （本開示において許容レベルである）
Ｄ；Ｌ≧１０ （本開示において不可レベルである）

〈実施例２〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの製造例２」で得られた「無端ベルト−２」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、無端ベルト−１と比較して、無端ベルト−２は体積抵抗率比が低い為、加熱時の走行安定性と画像光沢ムラに若干の悪化傾向が見られたが、総じて非常に良好な結果を得た。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

〈実施例３〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの製造例３」で得られた「無端ベルト−３」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、無端ベルト−１と比較して、無端ベルト−３はＣＮＴの含有量が少ない為、初期印加電圧が高くなった。また、体積抵抗率比が高い為、連続通紙後の電圧上昇及び加熱時の走行安定性にも悪化傾向が見られたが、概ね良好な結果を得た。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

〈実施例４〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの製造例４」で得られた「無端ベルト−４」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、無端ベルト−１と比較して、無端ベルト−４は体積抵抗率比が高くなった上、ＣＮＴの含有量が多い為、連続通紙後の電圧上昇に悪化傾向が見られたが、概ね良好な結果を得た。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

〈実施例５〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの製造例５」で得られた「無端ベルト−５」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、無端ベルト−４と比較して、更にＣＮＴの含有量が増加した為、無端ベルトの剛直化に起因する連続通紙後の電圧上昇の悪化傾向が見られたが、概ね良好な結果を得た。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

〈実施例６〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの製造例６」で得られた「無端ベルト−６」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、無端ベルト−１と比較して、無端ベルト−６はＣＮＴの含有量が少ない為、初期印加電圧が高くなるだけではなく、体積抵抗率比が高い為、加熱時の走行安定性に悪化傾向が見られた。また、得られた定着画像には光沢ムラが見られたが、何れも許容出来るレベルであった。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

〈比較例１〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの比較製造例１」で得られた「比較用無端ベルト−１」を用いる点以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、初期印加電圧Ｅ０は２８．８Ｖであった。また、無端ベルトを発熱状態にした際の最大蛇行量Ｌは１０ｍｍを超えた。
更に、蛇行防止制御を行いながら５０，０００枚分の連続プリントした後に、再度、トナー像の定着率が９０％を下回らないように維持する為の印加電圧Ｅ１を評価した。その結果、印加電圧Ｅ１は３１．５Ｖであり、プリントアウトに伴う印加電圧の変動（Ｅ１−Ｅ０）は＋２．７Ｖであった。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

（比較例２〉
「無端ベルト−１」の代わりに、上記「無端ベルトの比較製造例２」で得られた「比較用無端ベルト−２」を用いる以外は、「実施例１」と同様に評価テストを実施した。
その結果、初期印加電圧Ｅ０は２６．１Ｖであった。また、無端ベルトを発熱状態にした際の最大蛇行量Ｌは１０ｍｍであった。
更に、蛇行防止制御を行いながら５０，０００枚分の連続プリントした後に、再度、トナー像の定着率が９０％を下回らないように維持する為の印加電圧Ｅ１を評価した。その結果、印加電圧Ｅ１は２７．７Ｖであり、プリントアウトに伴う印加電圧の変動（Ｅ１−Ｅ０）は＋１．６Ｖであった。評価結果の詳細を後述の表２にまとめて示す。

本明細書に記載の全ての側面、利点及び特徴は、必ずしも、いずれかひとつの特定の例、実施形態又は実施例により達成される又は含まれるわけではないと理解されるべきである。実際、本明細書において様々な例を記載し示したが、他の例についても配置及び詳細を変更することができることは明らかである。ここに請求される保護主題の精神及び範囲に包含される全ての変更及び変形が請求される。

Claims (15)

1. 媒体を加熱する電熱加熱装置であって、
   回転しながら通電によって発熱する無端ベルトと、
   前記無端ベルトの基体に接触して前記無端ベルトの軸線方向に延びると共に、前記無端ベルトの回転方向に沿って順次に離間して配置された第一電極部と第二電極部とを備え、
   前記無端ベルトは、少なくとも、カーボンフィラーが分散されたナノコンポジット材料からなる基体部分を有しており、
   前記無端ベルトの回転方向の前記基体部分の体積抵抗率が、前記無端ベルトの軸線方向の前記基体部分の体積抵抗率よりも小さい電熱加熱装置。
2. 前記無端ベルトの軸線方向の前記基体部分の体積抵抗率に対する前記無端ベルトの回転方向の前記基体部分の体積抵抗率の割合が、０．５０以上且つ０．９５以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
3. 前記無端ベルトの軸線方向の前記基体部分の体積抵抗率に対する前記無端ベルトの回転方向の前記基体部分の体積抵抗率の割合が、０．６０以上且つ０．８５以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
4. 前記カーボンフィラーの含有量が３質量％以上且つ２５質量％以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
5. 前記カーボンフィラーの含有量が５質量％以上且つ２０質量％以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
6. 前記カーボンフィラーの直径が２ｎｍ以上且つ２０ｎｍ以下であって、前記カーボンフィラーの直径に対する長さの比率が１００以上且つ１５，０００以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
7. 前記カーボンフィラーが、少なくともカーボンナノチューブを含有する材料によって構成される請求項１に記載の電熱加熱装置。
8. 前記無端ベルトは表層を有し、前記表層の厚みは、前記無端ベルトの基体部分の厚みの１／２以下で、且つ前記表層の体積抵抗率は、前記基体部分の回転方向の体積抵抗率の１０倍以上である請求項１に記載の電熱加熱装置。
9. 前記表層がフッ素系樹脂を含む材料によって構成される請求項８に記載の電熱加熱装置。
10. 前記無端ベルトは中間層を有し、前記中間層はシリコーンゴムを含む材料によって構成されており、
    前記中間層の厚みは０．３ｍｍ以上且つ３ｍｍ以下である請求項９に記載の電熱加熱装置。
11. 前記電熱加熱装置が、加圧ローラと、前記無端ベルトの軸線方向に延在した押圧部材とを更に備え、
    前記押圧部材は、前記無端ベルトの基材部分を介して、前記加圧ローラに対向して押し当てられることによって形成される前記無端ベルトと前記加圧ローラの接触領域が、前記第一電極部と前記第二電極部の離間部分の内側に形成されている請求項１に記載の電熱加熱装置。
12. 前記第一電極部及び前記第二電極部の少なくともいずれかの厚みは、前記無端ベルトの前記基体の厚みの１．５倍以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
13. 前記無端ベルトの基体部分の厚みは３０μｍ以上且つ１００μｍ以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
14. 前記無端ベルトの基体部分の厚みは４５μｍ以上且つ９０μｍ以下である請求項１に記載の電熱加熱装置。
15. 前記電熱加熱装置が、記録媒体上のトナー像を定着する為の定着装置である請求項１に記載の電熱加熱装置。

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