JP2022042561A - 定着ベルト及び定着ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗強度を向上する。【解決手段】定着ベルト２０１の外側に設けられた加圧ローラと定着ベルト２０１の内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が記録材に定着される定着ニップ部を加圧ローラとの間で形成する定着ベルト２０１において、基体１と、基体１の内周側に形成され、バックアップ部材に接触して摺動される摺動層２と、を備える。摺動層２は、形状異方性を有するフィラー２ａを含有し、基体１の内周面１ａに沿った方向を基準方向Ｄ０とした場合に、摺動層２の厚さ方向Ｄｔに関して、基体側領域２ｃにおけるフィラー２ａの基準方向Ｄ０への配向率は第１値であり、基体側領域２ｃよりも摺動層２の内周面２ｄ側に位置する内周側領域２ｂにおけるフィラー２ａの基準方向Ｄ０への配向率は第１値より小さい第２値である。【選択図】図７

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置に適用される定着ベルト及びその製造方法に関する。

従来、複写機やレーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる定着装置において、熱容量の小さい定着ベルトを介して、ヒータの熱により記録材上のトナーを加熱するベルト加熱方式の定着装置が普及している。このような定着装置では、定着ベルトは、外側に設けられたローラ状の回転体と、内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、回転体との間で定着ニップ部を形成したものが知られている。このような定着装置では、定着ベルトの内周面とバックアップ部材との間に摩擦及び磨耗を生ずる場合があり、耐久が進むにつれ、スティックスリップと呼ばれる自励振動や、トルクアップといった問題が発生してしまう可能性がある。

これを解決するために、定着ベルトの内周側の摺動層に、例えば針状、ウィスカ状、繊維状といった形状特異性を有するフィラーを配合し、定着ベルトの回転軸線方向へのフィラーの配向率を高めた定着ベルトが開発されている（特許文献１参照）。この定着ベルトによれば、回転軸線方向に配向されたフィラーにより、摺動性、耐摩耗性、潤滑剤保持性を向上させ、長寿命化を図ることができる。

特開２０１４－２２８７２９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の定着装置では、フィラーは定着ベルトの回転軸線方向に配向されているので、定着ベルトとバックアップ部材との摺動方向であるベルト回転方向への耐摩耗強度を得るのは困難である。また、定着ベルトとしては、バックアップ部材との真実接触面積を減らし、かつ、バックアップ部材との間に介在する潤滑剤を保持するための表面粗さを得ることが望まれる。これに対し、上述したフィラーの配向では、このような所望の表面粗さを少ないフィラー配合量で効果的に得ることは困難である。また、所望の表面粗さを得るためにフィラー配合量を多くすると、摺動層の耐摩耗強度が損なわれてしまう虞がある。

本発明は、耐摩耗強度を向上できる定着ベルト及び定着ベルトの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の定着ベルトは、記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成する定着ベルトにおいて、基体と、前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備え、前記摺動層は、形状異方性を有するフィラーを含有し、前記基体の内周面に沿った方向を基準方向とした場合に、前記摺動層の厚さ方向に関して、第１位置における前記フィラーの前記基準方向への配向率は第１値であり、前記第１位置よりも前記摺動層の内周面側に位置する第２位置における前記フィラーの前記基準方向への配向率は前記第１値より小さい第２値であることを特徴とする。

また、本発明の定着ベルトは、記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成する定着ベルトにおいて、基体と、前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備え、前記摺動層は、形状異方性を有するフィラーを含有し、前記摺動層は、内周面において、平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である複数のベナールセルを有し、前記内周面の算術平均粗さが、０．２０μｍ以上、かつ、０．５０μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明の定着ベルトの製造方法は、記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成し、基体と、前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備える定着ベルトの製造方法であって、前記基体の内周面に、前記摺動層の前駆体及びフィラーが溶媒に分散された溶液を塗布する塗布工程と、前記基体の内周面に塗布した前記溶液から前記溶媒を乾燥させる乾燥工程と、を備え、前記乾燥工程において、前記基体の外周面の温度を第１温度とし、前記摺動層の内周側の雰囲気の温度を前記第１温度より低い第２温度とした場合に、前記第１温度及び前記第２温度の差分が１０℃以上、かつ、３０℃以下となるようにして前記溶媒を乾燥させることを特徴とする。

本発明によれば、耐摩耗強度を向上することができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る定着ベルトの概略構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る定着ベルトの摺動層を形成する手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る定着ベルトの摺動層を形成する塗工装置を示す概略図である。 第１の実施形態に係る定着ベルトの摺動層を形成する加熱乾燥炉を示す概略図である。 第１の実施形態に係る定着ベルトの断面のＳＥＭ画像の模式図である。 第２の実施形態に係る定着ベルトの断面のベナールセルを示す模式図である。 第４の実施形態に係る定着ベルトの縦断面図であり、（ａ）は塗布工程後、乾燥工程前の状態であり、（ｂ）は焼成後の状態である。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１～図７を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、像担持体としての感光ドラム（感光体）１０１を有し、感光ドラム１０１は、矢印の方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。感光ドラム１０１は、その回転過程で帯電装置としての帯電ローラ１０２により所定極性に表面が帯電処理される。次いで、その帯電処理された表面に、レーザ光学系により構成される露光装置１１０から出力されるレーザ光１０３により、入力された画像情報に基づき露光処理される。露光装置１１０は、不図示の画像読み取り装置やパーソナルコンピュータなどの外部端末からからの画像情報の各色に対応した画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力する。そして、感光ドラム１０１の表面を走査露光する。その結果、この走査露光により感光ドラム１０１面には画像情報に対応した静電潜像が形成される。なお、露光装置１１０から出力されるレーザ光１０３は、偏向ミラー１０９により感光ドラム１０１の露光位置に偏向される。

そして、感光ドラム１０１上に形成された静電潜像は、現像装置１０４Ｙによりイエローのトナーにて、イエローのトナー像として可視像化される。このイエローのトナー像は、感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部である一次転写部Ｔ１において中間転写ドラム１０５面に転写される。なお、感光ドラム１０１面上に残留するトナーはクリーナ１０７によりクリーニングされる。

上記のような帯電・露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、マゼンタのトナー像、シアンのトナー像、ブラックのトナー像を形成する際にも、同様に繰り返される。即ち、マゼンタのトナー像を形成する場合には、現像装置１０４Ｍによりマゼンタのトナーにて、感光ドラム１０１上にマゼンタに対応して形成された静電潜像をマゼンタのトナー像として可視像化する。同様に、シアンのトナー像は、現像装置１０４Ｃにて、ブラックのトナー像は、現像装置１０４Ｋにて、それぞれ可視像化される。

このようにして中間転写ドラム１０５上に順次重ねて形成された各色のトナー像は、転写ローラ１０６との接触部である二次転写部Ｔ２において、記録材（用紙、ＯＨＰシートなどのシート材など）Ｓ上に一括して二次転写される。中間転写ドラム１０５上に残留するトナーはトナークリーナ１０８によりクリーニングされる。なお、このトナークリーナ１０８は、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、中間転写ドラム１０５をクリーニングする時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となるように構成されている。また、転写ローラ１０６も、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、二次転写時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となるように構成されている。二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｓは、加熱装置としての定着装置２００に導入され、その上に担持した未定着トナー像の定着処理（画像加熱処理）を受ける。そして、定着処理を受けた記録材Ｓは、機外に排出されて、一連の画像形成動作が終了する。

［定着装置］
次に、定着装置２００の概略構成について、図２を用いて説明する。定着装置２００は、加熱部材としての定着ベルト２０１、回転体としての加圧ローラ２０６などを有する。そして、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６との間で、上述のように定着装置２００に導入される記録材Ｓを挟持搬送するニップ部である定着ニップ部Ｎを形成する。定着ベルト２０１は、詳しくは後述するように、シリコーンゴム弾性層などを備えた無端状のベルトであり、表面（外面）に記録材が接触して回転する回転部材である。また、定着ベルト２０１は、記録材Ｓに形成されたトナー像を定着するための定着用回転体である。

定着ベルト２０１の内側には、定着ヒータ２０２、ヒータホルダ２０４、定着ベルトステイ２０５などが配置されている。定着ヒータ２０２は、定着ベルト２０１を加圧ローラ２０６に向けて押圧すると共に定着ベルト２０１を加熱する加熱源であり、例えばセラミックヒータにより構成されている。例えば、定着ヒータ２０２は、アルミナの基板と、この上に、銀・パラジウム合金を含んだ導電ペーストをスクリーン印刷法によって均一な１０μｍ程度の厚さの膜状に塗布された抵抗発熱体とを有している。更にこの上に、耐圧ガラスによるガラスコートを施した、セラミックヒータとしている。そして、定着ヒータ２０２は、通電されることで発熱する。

このような定着ヒータ２０２は、定着ベルト２０１の長手方向（定着ベルト２０１の表面に沿った方向で、且つ、回転方向に直交する直交方向）に沿って配置され、定着ベルト２０１の内面とその加熱面が摺動可能な構成とされている。なお、定着ベルト２０１の内面には、後述する半固形状潤滑剤が塗布され、定着ヒータ２０２及びヒータホルダ２０４との摺動性を確保している。

ヒータホルダ２０４は、耐熱性の高い、例えば液晶ポリマ樹脂で、定着ベルト２０１の長手方向に長く形成されており、定着ヒータ２０２を保持すると共に定着ベルト２０１を記録材Ｓと分離させるための形状にする役割を果たしている。即ち、ヒータホルダ２０４の加圧ローラ２０６側の面に定着ヒータ２０２を固定している。また、ヒータホルダ２０４の長手方向両端部には、それぞれ円筒状の支持部が一体に設けられており、定着ベルト２０１の長手方向両端部を、それぞれ支持部に若干の自由度を持って外嵌している。これにより、定着ベルト２０１を回転自在に支持すると共に、定着ベルト２０１を略円筒状として、その曲率により記録材Ｓを分離し易くしている。

定着ベルトステイ２０５は、ヒータホルダ２０４の定着ヒータ２０２と反対側に定着ベルト２０１の長手方向に沿って配置され、その両端部が不図示の加圧機構により加圧ローラ２０６に向けて付勢されている。例えば、その一端側が１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）、総圧３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）の力で加圧ローラ２０６に向けて付勢されている。そして、ヒータホルダ２０４を介して定着ヒータ２０２の加熱面を、定着ベルト２０１を介して、次述する加圧ローラ２０６に所定の押圧力をもって圧接させている。これにより、加圧ローラ２０６が弾性変形して、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６との間に、定着に必要な所定幅の定着ニップ部Ｎが形成される。

加圧ローラ２０６は、金属製の芯金上に、例えば厚み約３ｍｍのシリコーンゴム弾性層、更に、例えば厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブが順に積層された多層構造の弾性ローラである。なお、ＰＦＡは、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）共重合体である。加圧ローラ２０６は、その回転軸線方向（長手方向）が、定着ベルト２０１の長手方向と略平行となるように配置され、芯金の長手方向両端部が定着装置２００のフレーム２１３の不図示の奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されている。そして、加圧ローラ２０６は、不図示の駆動源であるモータにより、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。これと圧接された関係にある定着ベルト２０１は、加圧ローラ２０６によって従動し所定の速度で回転する。このとき、定着ベルト２０１は、内面が定着ヒータ２０２の加熱面に密着して摺動しながら、ヒータホルダ２０４に案内されることで、矢印の方向に従動回転する。

また、定着ヒータ２０２の裏面（加熱面とは反対側の面）には、サーミスタ２０３が設置され、定着ヒータ２０２の温度を検知している。サーミスタ２０３は、定着ヒータ２０２の裏面に接触するように配置され、Ａ／Ｄコンバータ２０９を介して制御手段としての制御回路部（ＣＰＵ）２１０に接続されている。

この制御回路部２１０は、サーミスタ２０３からの出力を所定の周期でサンプリングしており、このように得られた温度情報を、定着ヒータ２０２の温度制御に反映させるようにしている。つまり、制御回路部２１０は、サーミスタ２０３の出力をもとに、定着ヒータ２０２の温調制御内容を決定する。そして、ヒータ駆動回路部２１１によって、定着ヒータ２０２の温度が目標温度（設定温度）となるように定着ヒータ２０２への通電を制御している。また、制御回路部２１０は、加圧ローラ２０６を駆動するモータとＡ／Ｄコンバータ２０９を介して接続されており、加圧ローラ２０６の駆動も制御している。

このように構成される定着装置２００は、上述のように、定着ベルト２０１と加圧ローラ２０６との間で定着ニップ部Ｎを形成している。図２に示すように、トナー像ｔが載った記録材Ｓが矢印方向に搬送されると、搬送ガイド２０７によって記録材Ｓが定着ニップ部Ｎに案内される。そして、記録材Ｓが定着ニップ部Ｎで挟持搬送される際に、記録材Ｓのトナー像ｔが載った面が定着ベルト２０１に接触し、加熱・加圧されることで、トナー像ｔが記録材Ｓに定着される。その後、記録材Ｓは、排出ローラ２０８により定着装置２００の外に搬送される。

［定着ベルトの構成］
次に、定着ベルト２０１の構成について、図３を用いて詳しく説明する。定着ベルト２０１は、記録材Ｓに担持された未定着のトナー像を加熱して記録材Ｓに定着する回転可能な無端状のベルトである。定着ベルト２０１は、定着ベルト２０１の外側に設けられた加圧ローラ２０６と定着ベルト２０１の内側に設けられたバックアップ部材としての定着ヒータ２０２とにより挟持され、定着ニップ部Ｎを加圧ローラ２０６との間で形成する。

定着ベルト２０１は、図３に示すように、無端状に形成された基体１と、摺動層２と、弾性層３と、離型層４とを備えている。摺動層２は、基体１の内周面に形成される。摺動層２は、定着ヒータ２０２との摺動性を向上させるために設けられており、定着ヒータ２０２に接触して摺動され、形状異方性を有するフィラー２ａを含有している。弾性層３は、不図示のプライマ層を介して基体１の外周面を被覆したシリコーンゴム製の弾性層である。離型層４は、樹脂製（フッ素樹脂製）の離型層（フッ素樹脂層）であり、弾性層３の外周面に不図示の接着剤層を介して設けられている。

次に、上述のような定着ベルト２０１の、基体１、摺動層２、弾性層３、離型層４について、より詳しく説明する。

［基体］
基体１は、耐熱性及び耐屈曲性を必要とすることに鑑みて、ステンレス（ＳＵＳ）、ニッケル、ニッケル合金等の金属が好適に用いられる。基体１は熱容量を小さくする一方で機械的強度を高くする必要があることから、厚みは２０～５０μｍ好ましくは２５～４５μｍとするのが望ましい。本実施形態においては、内径が２４ｍｍで、厚みが３０μｍのＳＵＳを基材として用いている。

［摺動層］
摺動層２は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂のような高耐久性、高耐熱性を持つ樹脂が適している。特に、制作の容易さ、耐熱性、弾性率、強度等の面から、ポリイミド樹脂が好ましい。ポリイミド樹脂により摺動層２を形成する場合、例えば、次のように行う。芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を、上述の基体１の内面に塗工、乾燥、加熱し、脱水閉環反応させる（図 参照）。これにより、基体１の内面にポリイミド樹脂製の摺動層２を形成することができる。摺動層２の厚みは、５～２５μｍ程度が望ましい。特に、７～２０μｍ程度であれば、定着ニップ部Ｎでの摩耗性とヒータからの熱を基体１に伝える伝熱性を両立しやすい。

［ポリイミド前駆体溶液］
芳香族テトラカルボン酸二無水物の代表例としては以下のものが挙げられ、これら芳香族テトラカルボン酸二無水物は、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
（１）ピロメリット酸二無水物
（２）３，３’，４，４‘－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
（３）３，３’，４，４‘－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
（４）２，３，６，７，－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物

芳香族ジアミンの代表例としては以下のものが挙げられ、これら芳香族ジアミンは、単独あるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
（１）４，４’－オキシジアニリン（４，４’－ＯＤＡ）
（２）パラフェニレンジアミン（ＰＰＤＡ）
（３）メタフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）

有機極性溶媒としては、以下のものが挙げられる。
（１）Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）
（２）ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）
（３）Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）

［フィラー］
フィラー２ａは、摺動層２への表面粗さ及び耐摩耗強度を付与するために配合されており、このために形状異方性を有することが好ましく、特に鱗片状のフィラーが好ましい。フィラー２ａの材質としては、一例として以下のものが挙げられる。
（１）非膨潤性合成マイカであるフッ素金雲母（ＫＭｇ_３（ＡｌＳｉ_３）Ｏ_１０Ｆ_２）やカリウム四ケイ素雲母（ＫＭｇ_２．５Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）
（２）膨潤性合成マイカであるナトリウム四ケイ素雲母（ＮａＭｇ_２．５Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）やナトリウムヘクトライト（Ｎａ_０．３３Ｍｇ_２．６７Ｌｉ_０．３３Ｓｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２）
（３）シリカ（ＳｉＯ_２）六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）
（４）グラファイト
（５）グラフェン

フィラー２ａをポリイミド前駆体溶液に分散させる方法としては、一例として以下のものが挙げられる。
（１）ポリイミド前駆体溶液にフィラー２ａを直接加え、ミキサーなどの混合機にて予備撹拌した後、３本ロールなどで分散させる方法
（２）予めポリイミド前駆体溶液と同様の極性溶媒（ＮＭＰなど）にフィラー２ａを加え、サンドミルやビーズミルを用いてフィラー分散溶媒を作製した後、別途得られたポリイミド前駆体溶液とミキサーなどの混合機にて混ぜ合わせる方法

フィラー２ａのアスペクト比（長辺と短辺の比）としては５以上、かつ、２００以下程度が好ましい。特に、３０以上、かつ、１００以下程度であれば、後述するポリイミド前駆体溶液を塗工・乾燥させる過程で得られる摺動層２中におけるフィラー２ａの面方向への配向率が、内周面側（表面側）＜基体側、となりやすい。これにより、内周面側の摺動性及び潤滑剤保持性を高める効果を得られやすい。

フィラー２ａの配合量は、ポリイミド前駆体溶液やフィラー２ａの種類によって最適な量は変化する。例えば、摺動層２の表面粗さを適切な範囲に調整でき、かつ、摺動層２の耐摩耗強度を損なわない範囲とするために、摺動層２の容量に対し７容量％以上１５容量％以下であることが好ましい。フィラー２ａの容量が７容量％より少ない場合には、摺動相手材との真実接触面積を減らし、かつ、介在する潤滑剤の保持性を得るために必要な表面粗さが得られにくい。また、フィラー２ａの容量が１５容量％より多い場合には、フィラー２ａによってポリイミドが硬くもろくなってしまうため耐摩耗強度が損なわれ、耐久を通じて適切な表面粗さ、即ち摺動性及び潤滑剤保持性を維持することが困難となってしまう。

［摺動層の形成方法］
次に、摺動層の形成方法の手順について、図４～図６を用いて説明する。摺動層２の厚みを１２μｍ程度にするには、フィラー２ａを配合させたポリイミド前駆体溶液５の厚みを７０～８０μｍ程度になるように、基体１の内面にリングコート法等で塗工する。

図４に示すように、まず、基体１を塗工装置２０に設置し（ステップＳ１）、基体１の内周面にポリイミド前駆体溶液５を塗布する（ステップＳ２、塗布工程）。この塗布工程について、図５を用いて具体的に説明する。尚、図５中、Ｕは上方向、Ｌは下方向を示している。

図５は、リングコート法の塗工装置２０の概略図である。基盤２１上に支柱２２，２３が形成されている。塗工ヘッド２４は、支柱２２上に固定されており、不図示の塗工液供給装置に接続されている。支柱２３には、ワーク移動装置２５が昇降可能に設けられており、ワーク移動装置２５には基体１を保持するワークハンド２６が設けられている。ワーク移動装置２５は、支柱２３上に設けられたモータ２７により上下に移動することができ、基体１を保持するワークハンド２６もワーク移動装置２５の移動により上下に移動することができる。

塗工ヘッド２４の外周囲には、円柱の軸と直交する不図示のスリットが形成されている。均一になるようにフィラー２ａを配合したポリイミド前駆体溶液５がスリットから外部に供給され、基体１を塗工ヘッド２４の外周に沿って上下方向に移動させることで、基体１の内周面への塗布が行われる。この塗工装置２０において、摺動層２の厚みは塗布量によって決定し、クリアランス、ポリイミド前駆体溶液５の供給速度、ワーク移動装置２５の移動速度を変更することで任意の塗布量を得ることができる。

次に、図４に示すように、ポリイミド前駆体溶液５が塗布された基体１を加熱乾燥炉３０に設置し（ステップＳ３）、ポリイミド前駆体溶液５を乾燥させる（ステップＳ４、乾燥工程）。このように、基体１の内面にフィラー２ａを配合したポリイミド前駆体溶液５を塗布した後、加熱することで、ポリイミド前駆体溶液５に含まれる有機極性溶媒を蒸発させてポリイミド前駆体溶液５の粘度を上げて形状を保たせる。この乾燥工程について、図６を用いて具体的に説明する。尚、図６中、Ｕは上方向、Ｌは下方向を示している。

図６は、加熱乾燥炉３０の概略図である。加熱乾燥炉３０は、基体１を収容する加熱筒３１と、加熱筒３１の下部に設けられ、加熱筒３１に高温油を流入させる流入口３２と、加熱筒３１の上部に設けられ、加熱筒３１の内部の高温油を流出させる流出口３３とを有している。また、加熱乾燥炉３０は、加熱筒３１の上部に設けられ、加熱筒３１に空気を流入させる吸気口３４と、加熱筒３１の下部に設けられ、加熱筒３１の内部の空気を排気する排気口３５とを有している。流入口３２から流入された高温油は、実線矢印で示すように、基体１の外側を流通し、その際に基体１を外側から加熱して、流出口３３から流出される。また、吸気口３４から吸気された空気は、破線矢印で示すように、基体１の内側を流通し、基体１の内周面に塗布されたポリイミド前駆体溶液５から蒸発された溶媒と共に排気口３５から排気される。

加熱乾燥炉３０を用いて、基体１の内面に塗布したポリイミド前駆体溶液５を、例えば１６０℃の高温油を流入口３２から加熱筒３１を通して流出口３３から排出されるようにして、約３００秒加熱する。これにより、ポリイミド前駆体溶液５に含まれる有機極性溶媒を約９０容量％から約３０容量％未満まで減らすことでポリイミド前駆体溶液５の粘度を上げ、基体１の内面から流出を防止する。そして、有機極性溶媒を蒸発させる際に、空気を吸気口３４から吸気し基体１の内周側を流通させて排気口３５から排出することで、有機極性溶媒を爆発下限界未満に維持することができる。

即ち、乾燥工程では、基体１の外側において、基体１の回転軸線方向の一端側（下側）である流入口３２側から他端側（上側）である流出口３３側に向けて、第１流体としての高温油を流通させる。また、乾燥工程では、基体１の内側において、他端側（上側）である吸気口３４側から一端側（下側）である排気口３５側に向けて、高温油よりも低温の第２流体としての空気を流通させる。

次に、図４に示すように、ポリイミド前駆体溶液５が乾燥された基体１を熱風循環炉に設置し（ステップＳ５）、ポリイミド前駆体溶液５を焼成する（ステップＳ６）。具体的には、有機極性溶媒を約３０容量％未満に減らした後、基体１を例えば２００℃の熱風循環炉に３０分放置して乾燥後、基体１の疲労強度を下げない温度範囲である３００℃～４００℃の熱風循環炉内に２０～１２０分放置して焼成する。これにより、脱水閉環反応によりフィラー２ａが分散したポリイミド樹脂の摺動層２を形成することができる。

［弾性層］
弾性層３は、定着時にトナー画像と記録材Ｓの凹凸に対して均一な圧力を与えるために定着部材に担持させる弾性層として機能する。即ち、弾性層３は、定着ニップ部Ｎでトナー像を記録材に定着する時に、トナーを必要以上に押しつぶさず、記録材が紙である場合に紙の繊維の凹凸に追従する柔軟性を有する弾性を定着ベルト２０１に持たせる層として機能する。かかる機能を発現させる上で、弾性層３の材料としては、加工が容易である、高い寸法精度で加工できる、加熱硬化時に反応副生成物が発生しないなどの理由から、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムを用いるのが好ましい。また、後述するフィラーの種類や添加量に応じて、その架橋度を調整することで、弾性を調整することができる。

一般に、付加反応架橋型の液状シリコーンゴムは、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサンと、ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン、及び架橋触媒として白金化合物が含まれている。ケイ素に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサンは、白金化合物の触媒作用により、不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン成分のアルケニル基との反応によって架橋構造を形成させる。

弾性層３は、定着ベルト２０１の熱伝導性の向上、補強、耐熱性の向上等のためにフィラーを含んでいてもよい。特に、熱伝導性を向上させる目的では、フィラーとしては高熱伝導性であることが好ましい。具体的には、無機物、特に金属、金属化合物等を挙げることができる。高熱伝導性フィラーの具体例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が挙げられる。また、高熱伝導性フィラーの具体例としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などが挙げられる。

これらのフィラーは単独で、あるいは２種以上を混合して用いることができる。高熱伝導性フィラーの平均粒径は、取り扱い上、及び分散性の観点から１μｍ以上、５０μｍ以下が好ましい。また、形状は球状、粉砕状、板状、ウィスカ状などが用いられるが、分散性の観点から球状のものが好ましい。定着ベルト２０１の表面硬度への寄与、及び定着時の未定着トナーへの熱伝導の効率から、弾性層３の厚みの好ましい範囲は１００μｍ以上、かつ、５００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍ以上、かつ、４００μｍ以下である。本実施形態においては、高熱伝導性フィラーとしてアルミナを使用し、弾性層３の熱伝導率は１．０Ｗ／ｍＫ、厚みは３００μｍとした。

［離型層］
離型層４としては、例えば、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰなどの樹脂をチューブ状に成形したものが用いられる。尚、ＰＦＡは、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、ＰＴＦＥは、ポリテトラフルオロエチレン、ＦＥＰは、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である。離型層４としては、上記例示列挙した材料中、成形性やトナー離型性の観点からＰＦＡの適用が好ましい。

離型層４の厚みは、５０μｍ以下とするのが好ましい。積層した際に下層の弾性層３の弾性を維持し、定着部材としての表面硬度が高くなりすぎることを抑制できるからである。フッ素樹脂チューブの内面は、予め、ナトリウム処理やエキシマレーザ処理、アンモニア処理等を施すことで、接着性を向上させることができる。本実施形態においては、押し出し成形で得られた厚み２０μｍのＰＦＡチューブを使用した。チューブ内面は、後述する接着剤との濡れ性を向上させるためアンモニア処理が施されている。

弾性層３に離型層４としてのＰＦＡチューブ１ｅを固定しているシリコーンゴム接着剤層は、弾性層３の表面に塗工した付加硬化型シリコーンゴム接着剤の硬化物からなっている。付加硬化型シリコーンゴム接着剤は、アクリロキシ基、ヒドロシリル基（ＳｉＨ基）、エポキシ基、アルコキシシリル基等の官能基を有するシランに代表される自己接着成分が配合された付加硬化型シリコーンゴムを含む。電気炉などの加熱手段にて所定の時間加熱することで、付加硬化型シリコーンゴム接着剤を硬化・接着させ、両端部を所望の長さに切断することで、本実施形態の定着部材としての定着ベルト２０１を得ることができる。

［実施例と比較例］
以下、摺動層２を形成する際に、乾燥温度とフィラー２ａの配合率とを変更して形成した実施例及び比較例について説明する。ここでは、乾燥温度とフィラー２ａの配合率とを変更して摺動層２を形成し、得られた摺動層２のフィラー２ａの配向率Ｒｏと表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを算出し、耐久性を評価して結果を比較した。

（実施例１）
摺動層２を形成する際の各材料は以下とした。ポリイミド前駆体溶液５として、芳香族テトラカルボン酸二無水物として３，３’，４，４‘－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、芳香族ジアミンとしてパラフェニレンジアミンを用いたポリイミド前駆体溶液「Ｕ－ワニスＳ；宇部興産（株）製」を用いた。フィラー２ａとして、アスペクト比が８０（平均粒子径８μｍ、粒子厚み１００ｎｍ）のフッ素金雲母を、摺動層２として形成される固形分全容量に対して７容量％となるように配合した。フィラー分散溶液は、ポリイミド前駆体溶液（Ｕ－ワニスＳ）にフィラー２ａ（フッ素金雲母）を直接加え、ミキサーにて予備撹拌した後、３本ロールで分散させることにより作製した。

このフィラー２ａを分散させたポリイミド前駆体溶液５を、基体１の内面に塗工厚みが７７μｍとなるように、塗工装置２０を用いてリングコート法で塗工した。塗工後、高温油の温度を１６０℃に設定した加熱乾燥炉３０で、３００秒間塗工膜を加熱乾燥させた。その後、基体１を２００℃の熱風循環炉に３０分間放置乾燥後、４００℃の別の熱風循環炉に３０分間放置焼成して摺動層２を形成した。基体１の内面に形成された摺動層２の厚みは、１２μｍであった。

この基体１の表面には、ヒドロシリル系のシリコーンプライマ「ＤＹ３９－０５１ Ａ／Ｂ；東レ・ダウコーニング（株）製」を塗工し、２００℃にて５分間加熱硬化した。その外周面に、３００μｍ厚の付加反応架橋型液状シリコーンゴムを塗工し、２００℃にて３０分間加熱硬化して、弾性層３を形成した。更にその外周面に、シリコーン接着剤「ＳＥ１８１９ ＣＶ Ａ／Ｂ；東レ・ダウコーニング（株）製」を介して離型層４として、２０μｍ厚のＰＦＡチューブを被覆し、２００℃にて２分間加熱硬化させ、定着ベルト２０１を作製した。

（実施例２）
実施例１と比べて、フィラー２ａであるフッ素金雲母を、摺動層２として形成される固形分全容量に対して１５容量％となるよう変更して配合し、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例３）
実施例１と比べて、加熱乾燥炉３０での高温油の温度を１９０℃に変更して乾燥工程を実行し、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例１）
実施例１と比べて、フィラー２ａであるフッ素金雲母を、摺動層２として形成される固形分全容量に対して１７容量％となるよう変更して配合し、加熱乾燥炉３０での高温油の温度を１００℃に変更して乾燥工程を実行した。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例２）
実施例１と比べて、加熱乾燥炉３０での高温油の温度を１００℃に変更して乾燥工程を実行し、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

［フィラーの配向率］
ここで、摺動層２におけるフィラー２ａの配向率Ｒｏについて説明する。ここでは、図７に示すように、摺動層２に配合されたフィラー２ａの配向率Ｒｏは、摺動層２を内周側（表面側）領域２ｂと基体側領域２ｃとに厚さ方向Ｄｔに二等分し、それぞれの領域について算出した。配向率Ｒｏは、２つの領域２ｂ，２ｃに含まれるフィラー数Ｎ０に対して、面方向に沿って所定角度範囲内に傾きを有した（配向した）フィラー数Ｎ１の比として定義する。ここでは、定着ベルト２０１を回転方向（円周方向）に切断し、切断面の摺動層２をイオンミリング装置（ＩＭ４０００ＰＬＵＳ；（株）日立ハイテクノロジーズ製）を用いて断面ミリングした。その後、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、画像処理を行うことにより数値化した。

図７は、断面ミリング後の摺動層２をＳＥＭ観察した画像の模式図である。このようにＳＥＭ観察した画像を二値化処理し、光学顕微鏡を用いてＮ個のフィラー２ａを観察した。このとき、定着ベルト２０１の基体１の内周面１ａに沿った方向（面方向）を基準方向Ｄ０とする傾きθが０≦θ≦１０°、又は１７０°≦θ≦１８０°となるフィラー２ａの個数をＮ１とした。そして、配向率Ｒｏは、Ｒｏ＝（Ｎ１／Ｎ０）×１００（％）と定義して算出した。尚、光学顕微鏡を用いて観察するフィラー２ａの数Ｎ０としては５０個程度あれば十分である。

各実施例及び比較例における配向率Ｒｏの算出結果を、表１に示す。表１に示すように、実施例１～実施例３においては、内周側領域２ｂでの配向率Ｒｏは、基体側領域２ｃでの配向率Ｒｏより小さくなった。例えば、実施例１については、基体１の内周面１ａに沿った方向を基準方向Ｄ０とした場合に、摺動層２の厚さ方向Ｄｔに関して、第１位置を基体側領域２ｃとし、第１位置よりも摺動層２の内周面２ｄ側に位置する第２位置を内周側領域２ｂとする。この場合、基体側領域２ｃにおけるフィラー２ａの基準方向Ｄ０への配向率Ｒｏは９１％（第１値）であり、内周側領域２ｂにおけるフィラー２ａの基準方向Ｄ０への配向率Ｒｏは９１％より小さい７５％（第２値）である。一方、比較例１～比較例２においては、内周側領域２ｂでの配向率Ｒｏは、基体側領域２ｃでの配向率Ｒｏとほぼ同等であった。

［摺動層の表面粗さ］
摺動層２の内周面側の表面粗さＲａは、表面粗さ測定機（サーフコーダ、（株）小坂研究所製）を用いて算術平均粗さＲａ（μｍ、ＪＩＳ Ｂ０６０１）を測定した。測定条件は、評価長さ４ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍ、送り速さ０．１ｍｍ／ｓとした。各実施例及び比較例における表面粗さＲａの算出結果を、表１に示す。

尚、実施例１～実施例３においては、摺動層２は、内周面２ｄにおいて、平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である複数のベナールセルを有し、内周面２ｄの算術平均粗さが、０．２０μｍ以上、かつ、０．５０μｍ以下であるものとしている。

［耐久性評価］
定着ベルト２０１の耐久性評価は、図２に示すベルト加熱方式の定着装置２００に各実施例及び各比較例の定着ベルト２０１を装着して行った。ここでは、加圧力を一端側が約１５６．８Ｎ、総加圧力が約３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）となるようにした状態で、加圧ローラ２０６の表面の移動スピード（周速）が２４６ｍｍ／ｓｅｃになるように回転駆動させた。定着ベルト２０１の通紙部表面温度が１７０℃に温調された状態で同一サイズの紙（Ａ４横）を連続通紙した。尚、定着ベルト２０１の内面には潤滑剤としてグリース（モリコートＨＰ－３００、東レダウコーニング（株）製）を１．２ｇ塗布した。

次に、評価方法について説明する。摺動性の評価に関しては、スティックスリップ発生に伴う自励振動による定着ベルト２０１の異音が装置の最低速度である１２０ｍｍ／ｓにおいて発生せず、負荷トルクが８００ｍＮ・ｍ以下となる場合を○、そうでない場合を×とした。この摺動性を、耐久前の初期状態と、ＧＦ－Ｃ０８１（日本製紙社製、８０ｇ／ｍ^２紙）を用いて５０万枚通紙した耐久後の状態とについて評価を行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、摺動層２のフィラー２ａの配向率Ｒｏが、摺動層２の厚さ方向Ｄｔにおいて基体側領域２ｃよりも内周側領域２ｂを小さくすることで、スティックスリップ発生に伴う異音発生と耐久を通じたトルク安定性に対して良好な結果が得られた。これは、以下のような理由と考えられる。

基体１の内面に塗工されたポリイミド前駆体溶液５の塗工膜を乾燥させる（溶媒を蒸発させる）温度を高く設定することで、基体側領域２ｃよりも内周側領域２ｂのフィラー２ａの配向率Ｒｏを小さくすることができる。これは、塗工膜中に生じる厚さ方向Ｄｔの温度勾配が大きくなることで溶媒にベナール対流が生じるためであり、基準方向（面方向）Ｄ０に配向していたフィラー２ａがこのベナール対流に沿って巻き上げられるためである。この現象により、実施例１～実施例３では、摺動層２の内周側領域２ｂの配向率Ｒｏが小さくなることで、適度なフィラー２ａの配合量で所望の表面粗さＲａを得られる。これにより、異音の発生や摩耗強度の低下に伴う耐久中のトルクアップを抑制することが可能となる。

一方、比較例１においては、摺動層２の内周側領域２ｂの配向率Ｒｏが基体側領域２ｃと同程度に大きい状態で、フィラー２ａの配合量を増やすことで表面粗さＲａを調整している。しかしながら、フィラー２ａの配合量を増やすことで摩耗強度が低下したために、耐久中の摺動層２の削れの過多によって、トルクアップが生じてしまった。また比較例２では、フィラー２ａの配合量が実施例１と同じであるにも関わらず、内周側領域２ｂの配向率Ｒｏが基体側領域２ｃと同程度に大きい状態であるため、異音を抑制するのに十分な表面粗さＲａを付与することができなかった。

以上から、摺動層２において、（内周側領域２ｂのフィラー２ａの配向率Ｒｏ）＜（基体側領域２ｃのフィラー２ａの配向率Ｒｏ）となるように最適に配列させることで、摺動層２の内周面２ｄの表面粗さＲａが効果的に付与される。これと共に、定着ベルト２０１の回転方向の耐摩耗性が向上することで、耐久寿命を通じてトルクアップやスティックスリップを軽減可能な摺動層２を備えた定着ベルト２０１を得ることができる。

上述したように、本実施形態の定着ベルト２０１では、内周側領域２ｂでのフィラー２ａの配向率Ｒｏを基体側領域２ｃでのフィラー２ａの配向率Ｒｏより小さくしている。これにより、摺動層２の内周面２ｄの表面粗さＲａが効果的に付与されると共に、定着ベルト２０１の回転方向の耐摩耗性が向上する。このため、耐久寿命を通じてトルクアップやスティックスリップを軽減でき、耐摩耗強度を向上することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図８を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、摺動層２におけるベナールセルの大きさを適正な範囲にすることで、耐摩耗強度を向上している。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

まず、ベナールセル６について説明する。図８に示すように、摺動層２では、乾燥工程においてベナール対流（図中、矢印で示す）が発生し、形成後の摺動層２においてもベナールセル６が残存している。このベナールセル６を摺動層２の内周面２ｄから視たときの直径をベナールセル径ｄ１とする。本実施形態では、摺動層２を形成する際の乾燥工程において、ポリイミド前駆体溶液５の厚み方向で温度差をつけ、ベナールセル６を形成させている。具体的には、基体１の内側に空気を送り込み、ポリイミド前駆体溶液５の基体側の温度が高く、内面側の雰囲気温度が低くなるように設定している。

［実施例と比較例］
以下、摺動層２を形成する際に、ベナールセル径ｄ１を変更して形成した実施例及び比較例について説明する。ここでは、得られた摺動層２の表面粗さＲａを算出し、耐久性を評価して結果を比較した。

（実施例４）
フィラー２ａの配合量を１１容量％とし、ベナールセル径ｄ１が５０μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例５）
フィラー２ａの配合量を１１容量％とし、ベナールセル径ｄ１が１００μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例６）
フィラー２ａの配合量を１１容量％とし、ベナールセル径ｄ１が１５０μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例７）
フィラー２ａの配合量を１１容量％とし、ベナールセル径ｄ１が２００μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例８）
フィラー２ａの配合量を１１容量％とし、ベナールセル径ｄ１が２５０μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例３）
フィラー２ａを配合せず、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例４）
フィラー２ａの配合量を５．０ｗｔ％とし、ベナールセル径ｄ１が２５μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例５）
フィラー２ａの配合量を２０．０ｗｔ％とし、ベナールセル径ｄ１が２５μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例６）
フィラー２ａの配合量を２０．０ｗｔ％とし、ベナールセル径ｄ１が２５０μｍになるようにして、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

次に、表面粗さＲａについて説明する。表面粗さＲａはベナールセル６の大きさとフィラー２ａの添加量によって決まっており、フィラー量が多い場合、ベナールセル６の径が小さい、即ち頻度が大きい場合は表面粗さＲａが大きくなる。

図８は、ベナールセル６を持つ摺動層２におけるフィラー２ａの状態を示した模式図である。摺動層２のポリイミド前駆体溶液５をイミド化する際にベナールセル６が生じた場合、層内では矢印に示すような液体の循環が生じる。これにより、（１）フィラー２ａが表面側に舞い上がり表面で固定化される、（２）同時にベナールセル６の端部で摺動層２自体が隆起する、ことによって表面粗さＲａが大きくなっている。したがって、フィラー量が多い場合は、（１）の舞い上がるフィラーが増えるため表面粗さＲａが大きくなるという傾向と、ベナールセル６が小さくなると端部の隆起頻度が大きくなるので表面粗さＲａが大きくなるという傾向とがみられる。その結果、ベナールセル６の形状とフィラー配合量との関係から、表２に示すような表面粗さＲａを得ることができた。

［耐久性評価］
定着ベルト２０１の耐久性評価は、図２に示すベルト加熱方式の定着装置２００に各実施例及び各比較例の定着ベルト２０１を装着して行った。ここでは、定着装置２００をキヤノン製フルカラーコピー機「ｉＲ ＡＤＶＡＮＣＥ Ｃ５０５１」に組み込み、加圧力３２０Ｎ、定着温度１７０℃（定着ベルト表面温度）、プロセススピード３２０ｍｍ／ｓｅｃに設定して行った。尚、定着ベルト２０１の内面に、潤滑剤としてグリス（ダウ コーニング アジア社製 ＨＰ３００）を１．２ｇ塗布した。

次に、評価方法について説明する。摺動性の評価に関しては、第１の実施形態と同様にした。定着性に関しては、ＧＦＣ－０８１（日本製紙社製、８０ｇ／ｍ^２紙）を用い、トナー載り量０．９ｍｇ／ｃｍ^２でプリントをした後の画像を折り曲げて、折り曲げた際のトナー剥がれ幅が１ｍｍ未満の場合を○、１ｍｍ以上の場合を×として評価を行った。その結果を表２に示す。

実施例４～実施例８では、摺動層２は、内周面２ｄにおいて、平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である複数のベナールセル６を有し、内周面２ｄの算術平均粗さである表面粗さＲａが、０．２０μｍ以上、かつ、０．５０μｍ以下である。そして、実施例４～実施例８では、摺動性評価及び定着性評価のいずれも良い結果を得ることができた。まず、摺動性に関しては、初期粗さが十分高いため初期が良好であり、かつ、フィラー２ａ量が少ないため耐久後の削れが減少したため耐久後の摺動性も良好であった。このように、ベナールセル６の形状を規定することで少量のフィラー２ａで効率的に表面粗さＲａを得ることができ、初期から耐久後に亘って摺動性が良い状態を達成できた。また、定着性に関しては、表面粗さＲａが所定値未満であるため、定着性が損なわれることもないことが確認できた。

これに対し、比較例３では、フィラー２ａが含まれていないため、表面粗さＲａが小さく定着性は良好であったが、表面粗さＲａが不十分であるため摺動性が低く、初期から耐久に亘って摺動性が悪い状態であった。また、比較例４では、フィラー２ａがあり、かつ、ベナールセル６の径も小さい状態ではあるが、比較例３と同様に表面粗さＲａが不十分であり、初期から耐久に亘って摺動性が悪い状態であった。

比較例５では、フィラー量が高いため表面粗さＲａが大きく、初期の摺動性は良好であったが、通紙時の耐久後の内面摩耗が大きく、耐久後の摺動性は悪い状態となった。また、初期の表面粗さＲａが高すぎるため定着性も悪かった。また、比較例６では、ベナールセル６の径が大きいため表面粗さＲａは低減しており、定着性は良好となったが、フィラー添加量が多いため内面摩耗が大きくなり、耐久後の摺動性は悪化していた。このように、実施例４～実施例８に示されるようなベナールセル６の径及び表面粗さＲａとすることで、初期から耐久後に亘り、摺動性及び定着性の良好な定着ベルト２０１を得ることができた。

上述したように、本実施形態の定着ベルト２０１では、摺動層２の内周面２ｄにおいて、ベナールセル６の平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満であり、内周面２ｄの表面粗さＲａが、０．２０μｍ≦Ｒａ≦０．５０μｍであるようにしている。これにより、摺動層２の内周面２ｄの表面粗さＲａが効果的に付与されると共に、定着ベルト２０１の回転方向の耐摩耗性が向上する。このため、耐久寿命を通じてトルクアップやスティックスリップを軽減でき、耐摩耗強度を向上することができる。

尚、本実施形態の定着ベルト２０１は、第１の実施形態の定着ベルト２０１の構成、即ち、内周側領域２ｂでのフィラー２ａの配向率Ｒｏを基体側領域２ｃでのフィラー２ａの配向率Ｒｏより小さくしている構成を有するものであってもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を、詳細に説明する。本実施形態では、乾燥工程において基体１の内外の温度差を適正な範囲にすることで、耐摩耗強度を向上している。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

本実施形態では、定着ベルト２０１の製造方法において、摺動層２を形成する際に、少なくとも塗布工程（図４のステップＳ２参照）と乾燥工程（図２のステップＳ４参照）とを備えている。塗布工程は、基体１の内周面１ａに、摺動層２の前駆体及びフィラー２ａが溶媒に分散されたポリイミド前駆体溶液５を塗布する工程である。乾燥工程は、基体１の内周面１ａに塗布したポリイミド前駆体溶液５から溶媒を乾燥させる工程である。

本実施形態では、摺動層２を形成する際の乾燥工程において、ポリイミド前駆体溶液５の厚さ方向Ｄｔで温度差をつけ、ベナールセル６を形成させている。具体的には、基体１の内側に空気を送り込み、ポリイミド前駆体溶液５の基体側の温度が高く、内面側の雰囲気温度が低くなるように設定している。

ここで、ポリイミド前駆体溶液５の基体側の温度をＸとし、内面側の雰囲気温度をＹとした際、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃とすることが重要である。Ｘ－Ｙ≧１０℃となることで、ポリイミド前駆体溶液５が乾燥する際にベナールセル６が生じ、層内では図８の矢印に示すような液体の循環が生じる。これにより、（１）フィラー２ａが表面側に舞い上がり表面で固定化される、（２）同時にベナールセル６の端部で摺動層２自体が隆起する、ことによって表面粗さＲａが大きくなっている。Ｘ－Ｙ＜１０℃となると、ベナールセル６を良好に形成することができず、表面粗さＲａは所望の値を得られない可能性がある。また、Ｘ－Ｙ＞３０℃となってしまうと、ベナールセル６による摺動層２の隆起が激しくなり、表面粗さＲａが大きくなりすぎる可能性がある。このため、定着ベルト２０１の内面に配する定着ヒータ２０２との接触熱抵抗が大きくなってしまい、伝熱性が不十分になってしまうことがある。

［実施例と比較例］
以下、摺動層２を形成する際に、乾燥工程において、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとを変更して形成した実施例及び比較例について説明する。ここでは、得られた摺動層２の表面粗さＲａを算出し、耐久性を評価して結果を比較した。

（実施例９）
基体側温度Ｘを１６０℃とし、内周側温度Ｙを１４０℃として、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例１０）
基体側温度Ｘを１６０℃とし、内周側温度Ｙを１５０℃として、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例１１）
基体側温度Ｘを１９０℃とし、内周側温度Ｙを１６０℃として、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例７）
基体側温度Ｘを１００℃とし、内周側温度Ｙを９５℃として、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例８）
基体側温度Ｘを１９０℃とし、内周側温度Ｙを１５０℃として、それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

定着ベルト２０１の耐久性評価は、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の評価方法によりに行った。実施例９～実施例１１と、比較例７～比較例８の耐久性評価結果を表３に示す。

例えば、実施例９～実施例１１では、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとが、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たすようになっている。例えば、実施例９では、基体１の外周面の温度を第１温度（１６０℃）とし、摺動層２の内周側の雰囲気の温度を第１温度より低い第２温度（１５０℃）とした場合に、第１温度及び第２温度の差分が１０℃以上、かつ、３０℃以下となるようにしている。

その結果、実施例９～実施例１１では、摺動性評価及び定着性評価のいずれも良い結果を得ることができた。摺動性に関しては、初期の表面粗さＲａが十分高いため初期が良好であり、かつ、フィラー量が少ないため耐久後の削れが減少したため耐久後の摺動性も良好であった。このように、ポリイミド前駆体溶液５を基体１に塗工した後、有機極性溶媒を蒸発させる際の温度条件を規定することで、ベナールセル６が良好に形成し、少量のフィラー２ａで効率的に表面粗さＲａを得ることができた。このため、初期から耐久後に亘って摺動性が良い状態を達成できた。また、定着性に関しては、表面粗さＲａが所定値未満であるため、定着性が損なわれることもないことが確認できた。

これに対し、比較例７では、ベナールセル６が小さく定着性は良好であったが、表面粗さＲａが不十分であるため摺動性が低く、初期から耐久に亘って摺動性が悪い状態であった。また、比較例８では、ベナールセル６が大きくなったことで、表面粗さＲａが大きくなり、初期の摺動性、通紙時の耐久後の摺動性は良好だったが、初期の表面粗さＲａが高すぎるため定着性が悪かった。

従って、実施例９～実施例１１に示されるようなポリイミド前駆体溶液５を基体１に塗工した後、有機極性溶媒を蒸発させる際の温度条件を規定する。これにより、ベナールセル６を形成し、所望の表面粗さＲａとすることで、初期から耐久後に亘り、摺動性及び定着性の良好な定着ベルト２０１を得ることができた。

上述したように、本実施形態の定着ベルト２０１では、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとが、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たすようになっている。これにより、摺動層２の内周面２ｄの表面粗さＲａが効果的に付与されると共に、定着ベルト２０１の回転方向の耐摩耗性が向上する。このため、耐久寿命を通じてトルクアップやスティックスリップを軽減でき、耐摩耗強度を向上することができる。

尚、本実施形態の製造方法により製造した定着ベルト２０１は、第１の実施形態の定着ベルト２０１の構成、即ち、内周側領域２ｂでのフィラー２ａの配向率Ｒｏを基体側領域２ｃでのフィラー２ａの配向率Ｒｏより小さい構成を有するものであってもよい。あるいは、本実施形態の製造方法により製造した定着ベルト２０１は、第２の実施形態の定着ベルト２０１の構成、即ち、ベナールセル６の平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である構成を有するものであってもよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を、図９を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、塗布工程において、ポリイミド前駆体溶液５を塗布する厚さを部位によって適正な範囲にすることで、耐摩耗強度を向上している。但し、それ以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、符号を同じくして詳細な説明を省略する。

摺動層２を形成する乾燥工程では、基体１の内周側に空気を流通させる。ここで、室温の空気を通風することにより、図９（ａ）に示すように、基体１の吸気側部位１Ｕの温度は、排気側部位１Ｌの温度よりも低くなり、基体１の長手方向（上下方向）で温度差ができてしまう。乾燥工程において、有機極性溶媒を約８５容量％から約３０容量％未満に減らすときの温度と図９（ａ）に示すポリイミド前駆体溶液５の各部の厚みとが、図９（ｂ）に示す摺動層２の各部の表面粗さＲａに影響する。

本実施形態では、塗布工程において、基体１の上下方向に関して、第３位置におけるポリイミド前駆体溶液５の厚さを第３値とする。また、第３位置よりも上側に位置する第４位置におけるポリイミド前駆体溶液５の厚さを、第３値より厚い第４値とする。即ち、空気の流通方向である上側から下側に向けて、ポリイミド前駆体溶液５の厚さが徐々に薄くなるように塗布する。更に、乾燥工程において、下側の第３位置における基体１の外周面の温度を第３温度とし、上側の第４位置における基体１の外周面の温度を第３温度より低い第４温度となるようにして溶媒を乾燥させる。

これにより、第３位置と第４位置との表面粗さＲａの差異を小さくすることができ、基体１の全域において表面粗さＲａを均一化することができる。尚、本実施形態では、第３の実施形態と同様に、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとが、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たすようにしている。これにより、表面粗さＲａを適正な範囲で均一化することができるようになる。

［実施例と比較例］
以下、摺動層２を形成する際に、塗布工程において、基体１の吸気側部位１Ｕと中間部位１Ｍと排気側部位１Ｌとでポリイミド前駆体溶液５の厚さを変更して形成した実施例及び比較例について説明する。ここでは、得られた摺動層２の表面粗さＲａを算出し、耐久性を評価して結果を比較した。尚、以下の実施例及び比較例では、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとが、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たすようにしている。

（実施例１２）
塗布工程において、ポリイミド前駆体溶液５の塗工厚みは加熱乾燥炉３０の通風の吸気側を厚く、排気側を薄くなるようにした。ここでは、基体１の吸気側部位１Ｕで９０μｍ、中間部位１Ｍで７７μｍ、排気側部位１Ｌで６４μｍとした。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例１３）
基体１の吸気側部位１Ｕで９０μｍ、中間部位１Ｍで７７μｍ、排気側部位１Ｌで５８μｍとした。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（実施例１４）
基体１の吸気側部位１Ｕで８３μｍ、中間部位１Ｍで７７μｍ、排気側部位１Ｌで５８μｍとした。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例９）
基体１の吸気側部位１Ｕで７７μｍ、中間部位１Ｍで７７μｍ、排気側部位１Ｌで７７μｍとした。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

（比較例１０）
基体１の吸気側部位１Ｕで６４μｍ、中間部位１Ｍで７７μｍ、排気側部位１Ｌで９０μｍとした。それ以外の点では実施例１と同様にして定着ベルト２０１を作製した。

実施例１２～実施例１４と、比較例９，１０において、基体１を加熱乾燥炉３０に入れて６０秒経ったときの基体１の吸気側部位１Ｕと中間部位１Ｍと排気側部位１Ｌとの表面温度と表面粗さＲａを測定した。その結果を表４に示す。

［表面粗さ］
表４に示すように、実施例１２～実施例１４においては、表面粗さＲａは長手方向で大きな差は出ていない。これに対し、比較例９，１０の表面粗さＲａは、長手方向で差がみられる。

実施例１２～実施例１４及び比較例９，１０で、基体１の表面温度は、
（吸気側部位１Ｕの温度）＜（中間部位１Ｍの温度）＜（排気側部位１Ｌの温度）
の関係になっている。これは室温の空気が吸気側部位１Ｕ側から入り、加熱乾燥炉３０を通るうちに温まり、排気側部位１Ｌ側から出ていくため、基体１の表面温度が吸気側部位１Ｕ側が低く、排気側部位１Ｌ側が高くなる。それに従い、基体１の内面に塗工されたポリイミド前駆体溶液５の温度も吸気側部位１Ｕ側が低く、排気側部位１Ｌ側が高くなっていると考えられる。

比較例９の結果より、ポリイミド前駆体溶液５の厚みが一定の場合、温度が低い方が焼成後の摺動層２の内周面側の表面粗さＲａが小さく、温度が高い方が表面粗さＲａが大きくなっている。比較例９，１０の結果より、ポリイミド前駆体溶液５の厚みと焼成後の摺動層２の内周面側の表面粗さＲａには関係があり、ポリイミド前駆体溶液５の厚みが薄いと表面粗さＲａは小さく、厚みが厚いと表面粗さＲａが大きくなっている。

実施例１２～１４は、基体１の表面温度（１Ｕ＜１Ｍ＜１Ｌ）の違いをポリイミド前駆体溶液５の厚みでカバーするように、ポリイミド前駆体溶液５の厚みは（１Ｕ＞１Ｍ＞１Ｌ）の関係になっている。基体１の表面温度が低い側はポリイミド前駆体溶液５の厚みを厚く、温度が高い側は厚みを薄くすることで、焼成後の摺動層２の内周面側の表面粗さＲａに長手方向で大きな差が出ないようにしている。

例えば、実施例１２では、塗布工程において、基体１の上下方向に関して、第３位置（１Ｌ）におけるポリイミド前駆体溶液５の厚さを第３値（６４μｍ）とする。また、第３位置よりも上側に位置する第４位置（１Ｕ）におけるポリイミド前駆体溶液５の厚さを、第３値より厚い第４値（９０μｍ）とする。即ち、空気の流通方向である上側から下側に向けて、ポリイミド前駆体溶液５の厚さが徐々に薄くなるように塗布する。更に、乾燥工程において、下側の第３位置における基体１の外周面の温度を第３温度（１５３℃）とし、上側の第４位置における基体１の外周面の温度を第３温度より低い第４温度（１１５℃）となるようにして溶媒を乾燥させる。

［耐久性評価］
ここでは、耐久前の初期状態の定着ベルト２０１の長さＬｂを測定した。ＧＦ－Ｃ０８１（日本製紙社製、８０ｇ／ｍ^２紙）を用いて５０万枚通紙した耐久後の定着ベルト２０１の長さＬａを測定した。定着ベルト２０１の長さＬｂ、Ｌａを表５に示す。

表２に示すように、実施例１２～実施例１４の定着ベルト２０１は耐久後の長さが耐久前と比べて０．２～０．３ｍｍ程度短くなっていたが、定着ベルト２０１の端部に目立ったものはない。一方、比較例９は、耐久後１．１ｍｍ短くなっていた。また、吸気側部位１Ｕの端部に摩耗粉が付着していた。比較例２は、４６万枚通紙したときに定着ベルト２０１の吸気側部位１Ｕの端部に破損が確認された。

比較例９，１０の結果から、摺動層２の内周面側の表面粗さＲａに長手方向で差があるため、定着ニップ部Ｎ内で摺動相手材との摩擦力に差が生まれ、定着ベルト２０１が一方方向に常に力がかかる状態だったと考えられる。それにより、端部の摩耗が起こりやすい状況だったと考えられる。それに対し、実施例１２～実施例１４の摺動層２の内周面側の表面粗さＲａは長手方向で差がほぼないため、定着ニップ部Ｎ内で摺動相手材との摩擦力に差が出ない。よって、定着ベルト２０１が定着ベルト２０１を規制する部材に当たる力が小さいため、端部の摩耗が少なく、耐久性の良い定着ベルト２０１になっている。

上述したように、本実施形態の定着ベルト２０１では、ポリイミド前駆体溶液５を塗布する厚さを部位によって適正な範囲にするようにしている。これにより、摺動層２の内周面２ｄの表面粗さＲａが効果的に付与されると共に、定着ベルト２０１の回転方向の耐摩耗性が向上する。このため、耐久寿命を通じてトルクアップやスティックスリップを軽減でき、耐摩耗強度を向上することができる。

尚、本実施形態の製造方法により製造した定着ベルト２０１は、第１の実施形態の定着ベルト２０１の構成、即ち、内周側領域２ｂでのフィラー２ａの配向率Ｒｏを基体側領域２ｃでのフィラー２ａの配向率Ｒｏより小さい構成を有するものであってもよい。あるいは、本実施形態の製造方法により製造した定着ベルト２０１は、第２の実施形態の定着ベルト２０１の構成、即ち、ベナールセル６の平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である構成を有するものであってもよい。

また、本実施形態では、基体側温度Ｘと内周側温度Ｙとが、１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たすようにしている場合について説明したが、これには限られない。１０℃≦Ｘ－Ｙ≦３０℃の関係を満たない場合でも、表面粗さＲａが適正な範囲で均一化されていればよい。

１…基体、１ａ…内周面、１Ｌ…排気側部位（第３位置）、１Ｕ…吸気側部位（第４位置）、２…摺動層、２ａ…フィラー、２ｂ…内周側領域（第２位置）、２ｃ…基体側領域（第１位置）、２ｄ…内周面、５…ポリイミド前駆体溶液（溶液）、６…ベナールセル、２０１…定着ベルト、２０２…定着ヒータ（バックアップ部材）、２０６…加圧ローラ（回転体）、Ｄ０…基準方向、Ｄｔ…厚さ方向、Ｎ…定着ニップ部（ニップ部）、Ｓ…記録材、ｔ…トナー像

Claims (8)

1. 記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成する定着ベルトにおいて、
   基体と、
   前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備え、
   前記摺動層は、形状異方性を有するフィラーを含有し、
   前記基体の内周面に沿った方向を基準方向とした場合に、前記摺動層の厚さ方向に関して、第１位置における前記フィラーの前記基準方向への配向率は第１値であり、前記第１位置よりも前記摺動層の内周面側に位置する第２位置における前記フィラーの前記基準方向への配向率は前記第１値より小さい第２値である、
   ことを特徴とする定着ベルト。
2. 前記摺動層は、前記摺動層の内周面において、平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である複数のベナールセルを有し、前記摺動層の内周面の算術平均粗さが、０．２０μｍ以上、かつ、０．５０μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
3. 記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成する定着ベルトにおいて、
   基体と、
   前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備え、
   前記摺動層は、形状異方性を有するフィラーを含有し、
   前記摺動層は、内周面において、平均直径が５０μｍ以上、かつ、２００μｍ未満である複数のベナールセルを有し、前記内周面の算術平均粗さが、０．２０μｍ以上、かつ、０．５０μｍ以下である、
   ことを特徴とする定着ベルト。
4. 前記フィラーは、アスペクト比が５以上、かつ、２００以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定着ベルト。
5. 記録材に担持された未定着のトナー像を加熱して前記記録材に定着する回転可能な無端状の定着ベルトであって、前記定着ベルトの外側に設けられた回転体と前記定着ベルトの内側に設けられたバックアップ部材とにより挟持されることにより、トナー画像が前記記録材に定着されるニップ部を前記回転体との間で形成し、基体と、前記基体の内周側に形成され、前記バックアップ部材に接触して摺動される摺動層と、を備える定着ベルトの製造方法であって、
   前記基体の内周面に、前記摺動層の前駆体及びフィラーが溶媒に分散された溶液を塗布する塗布工程と、
   前記基体の内周面に塗布した前記溶液から前記溶媒を乾燥させる乾燥工程と、を備え、
   前記乾燥工程において、前記基体の外周面の温度を第１温度とし、前記摺動層の内周側の雰囲気の温度を前記第１温度より低い第２温度とした場合に、前記第１温度及び前記第２温度の差分が１０℃以上、かつ、３０℃以下となるようにして前記溶媒を乾燥させる、
   ことを特徴とする定着ベルトの製造方法。
6. 前記乾燥工程で、前記基体の外側において前記基体の回転軸線方向の一端側から他端側に向けて第１流体を流通させ、前記基体の内側において前記他端側から前記一端側に向けて前記第１流体よりも低温の第２流体を流通させるようにして前記溶媒を乾燥させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の定着ベルトの製造方法。
7. 前記塗布工程において、前記回転軸線方向に関して、第３位置における前記溶液の厚さを第３値とし、前記第３位置よりも前記他端側に位置する第４位置における前記溶液の厚さを前記第３値より厚い第４値となるように塗布し、
   前記乾燥工程において、前記第３位置における前記基体の外周面の温度を第３温度とし、前記第４位置における前記基体の外周面の温度を前記第３温度より低い第４温度となるようにして前記溶媒を乾燥させる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の定着ベルトの製造方法。
8. 前記フィラーは、アスペクト比が５以上、かつ、２００以下である、
   ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の定着ベルトの製造方法。

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