JP6229083B2 - 発熱定着ベルト、画像定着装置、および発熱定着ベルトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンターなどの画像形成装置において、トナー像を画像支持体上に熱定着するための発熱定着ベルト、画像定着装置、および発熱定着ベルトの製造方法に関する。

近年、複写機、プリンターなど、普通紙などの画像支持体上に載せられた未定着トナーを熱定着させてトナー像を形成する画像形成装置において、抵抗発熱層を備える発熱定着ベルトを備える画像形成装置の使用が提案されている。この定着ベルトは、これが備える抵抗発熱層に給電することによって発熱し、その熱によってトナーの熱定着を達成する。この定着方式を採用した画像形成装置は、以前のウォーミングアップタイムに比べて短く、省エネルギー化および高速化の点から優れている。

一方、発熱定着ベルトが高い発熱量を達成するためには、抵抗発熱層の体積抵抗値を下げることが１つの方法である。例えば、そのための技術として、バインダーとなる材料中に炭素系導電剤や金属粒子などの導電性材料を分散させることが提案されている（特許文献１）。この技術では、均一な発熱温度を達成するために、導電性材料を均一に分散することが求められる。特許文献１では、導電性材料としてカーボンナノ材料及びフィラメント状金属粒子を使用する技術を開示している。特にカーボンナノ材料は、価格の観点から混合量を増加することは難しい。

特許文献２は、導電性材料としてカーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルを用いた薄膜抵抗発熱体と、この薄膜抵抗発熱体を用いたトナーの加熱定着用部材とを開示している。カーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルにより形成された薄膜抵抗発熱体の場合、発熱体の機械的強度が低下することから、カーボンナノチューブなどの混合量を増加して体積抵抗値を下げることは難しい。

他方、抵抗発熱層に給電するための電極層が抵抗発熱層の表面に設けられる場合、抵抗発熱層と電極層とを強固に密着させることが難しく、長期間に亘る使用は、電極の剥がれなどが問題となっている。特許文献３には、抵抗発熱層の表面に金属ナノ粒子を供給し、これを触媒とする無電解めっき法により電極を形成する方法が開示されている。しかしながら、この方法によっても、十分な密着性は達成されていない。

特開２００７−２７２２２３号公報 特開２０００−０５８２２８号公報 特開２０１３−１２２５３１号公報

本発明の課題は、耐屈曲性および耐久性に優れる発熱定着ベルトを提供することである。例えば、本発明は、導電性材料を増量することにより体積抵抗値を下げることが可能であり、その場合においても優れた耐屈曲性および耐久性が得られる発熱定着ベルトを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための発熱定着ベルトは、絶縁性の耐熱性樹脂で形成された管状のベルト基体と、導電性材料を含有し、かつ弾性材料を含む弾性母材で形成された弾性抵抗発熱層と、離型層と、前記弾性抵抗発熱層に給電するための一対の電極層とを備える。前記弾性抵抗発熱層は、前記ベルト基体の外周面に設けられている。前記離型層は、最外層として設けられている。前記一対の電極層は、前記弾性抵抗発熱層の外周面の両側端部に設けられ、かつ前記弾性抵抗発熱層の体積抵抗値よりも低い体積抵抗値を有する。

本発明によれば、耐屈曲性および耐久性に優れる発熱定着ベルトを提供される。これは、導電性材料を増量することによって体積抵抗値を下げることが可能であり、その場合においても優れた耐屈曲性および耐久性が達成される。

一部を切断した実施形態に従う発熱定着ベルトの１例の一部断面図である。 実施形態に従う発熱定着ベルトを使用する画像定着装置を示す模式図である。 発熱温度分布の測定系の概要を示す図である。 耐屈曲性の測定系の概要を示す図である。

実施形態は、複写機、プリンターなどの画像形成装置において用いられる画像定着装置において、トナー像を画像支持体上に熱定着するための発熱定着ベルトを提供する。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は実施形態に従う発熱定着ベルトの１例を示す図である。図１において、（ａ）は発熱定着ベルトの正面、（ｂ）は線Ｂ−Ｂに沿って切断して拡大した断面、（ｃ）はＣからみた側面を示す図である。

発熱定着ベルト１は、管状のベルト基体１０と、基体１０の周面上に存在する弾性抵抗発熱層２０と、発熱定着ベルト１の周面に最外層として存在する離型層３０と、弾性抵抗発熱層２０に給電するように配置されている一対の電極層４０ａ，４０ｂと、弾性抵抗発熱層２０と離型層３０との間に、これらの層と接して存在する弾性層５０とを備える。

ベルト基体１０は、発熱定着ベルト１の基礎となる部材であり、この周面上に各層が積層されている。ベルト基体１０は管状であり、詳しくは後述するが、使用時にはその内部に芯材が配置されて、複写機、プリンターなどの画像形成装置の画像定着装置にセットされる。

ベルト基体１０は、耐熱性樹脂で形成されており、好ましくは絶縁性である。ベルト基体１０は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などを単独またはこれらの何れかの組み合わせを樹脂材料として含み得る。若しくはこれらの何れかの材料を組み合わせて含む混合物、またはこれらの樹脂を主材料とする耐熱性樹脂であり得るが、これらに限定するものではない。

１つの好ましい実施形態によれば、ベルト基体１０のための好ましい耐熱性樹脂は、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン又はそれらの組み合わせからなる群の中から選択された樹脂を主材料とすることを特徴とする。

ベルト基体１０は、管状であればよく、その内径と幅との比は特に限定されるものではないが、内径と幅との比は、例えば１：１〜２０の間であってもよく、例えば１：５〜１０であり得る。ベルト基体１０の厚さは、例えば０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍであってもよく、例えば０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍであり得るが、これらに限定されるものではない。

ベルト基体１０の周面上であり、且つ発熱定着ベルト１の最外層には離型層３０が存在する。離型層３０は、管状のベルト基体１０および弾性抵抗発熱層２０の上層として、且つ発熱定着ベルト１の周面の最外層として存在する。離型層３０は、トナーとそれを載せた支持体、例えば、紙やシートなどと直接に接する。それらと接し、それらに対して熱を加えることによりトナーを定着させてトナー像を形成する。従って、離型層３０の配置される領域は、発熱定着ベルト１の周面の回転方向全域に亘り継ぎ目なく配置され（即ち、環状に配置され）、且つ発熱定着ベルト１の幅方向、即ち、軸方向においては、支持体が存在し得る領域と同じ範囲若しくはそれよりも広い範囲、または定着されるべきトナー像が存在し得る領域と同じ範囲若しくはそれよりも広い範囲にまで及び得る。図１においては、離型層３０は、ベルト基体１０の両端部付近を除く周面全面に配置されている例を示している。

離型層３０は、耐熱性に優れ、且つトナーおよび支持体との離型性の良い材料により成形され得る。離型層３０は、例えばフッ素樹脂より形成され得る。フッ素樹脂の例は、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−ヘキサフルオロエチレン共重合体（FEP）などが挙げられ、又はこれらの材料の混合物から形成され得る。

離型層３０の厚さは、５〜３０μｍであることが好ましい。また、接着性を安定させるために、離型層３０の成形は、プライマーを塗布してから行われてもよい。プライマーは、それ自身公知の何れの材料であってもよい。

１つの実施形態において、発熱定着ベルト１は、離型層がフッ素樹脂で形成されていることを特徴とする。

離型層３０を介して定着対象に与えられる熱は、以下のような弾性抵抗発熱層２０への通電により生じる。

ベルト基体１０の外側周面上には、弾性抵抗発熱層２０が配置されている。弾性抵抗発熱層２０は、弾性材料を含む弾性母材で形成されており、この弾性母材は、更に導電性材料を含む。

弾性材料は、特に限定されるものではないが、トナーの定着温度の観点から、耐熱性を有する弾性材料が好ましい。弾性材料の例は、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロシリコーンゴム、水素化ニトリルゴムなどが挙げられる。例えばフッ素ゴムは、その中でも耐熱性が特に優れているので好ましい。弾性母材は、例えば、これらの弾性材料を単独で、または他の耐熱性材料との組み合わせにおいて含み得る。弾性母材の材料は、例えば、フッ素ゴム単独、またはフッ素ゴムなどの弾性材料とその他の耐熱性材料との混合物であり得る。例えば、フッ素ゴムをその他の耐熱性材料と混合して用いる場合には、フッ素ゴムとその他の耐熱性材料との合計を１００重量％とした場合、フッ素ゴムが８０重量％以上になる混合物であることが好ましい。弾性材料と混合され得る耐熱性材料の更なる例は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびフッ素樹脂などであり得る。

１つの実施形態によれば、弾性材料は、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、水素化ニトリルゴム又はそれらの組み合わせであることを特徴とし得る。

弾性抵抗発熱層２０に含まれる導電性材料は、特に限定されるものではないが、例えば炭素系導電材、例えば、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブおよびカーボンナノファイバーなど、並びに種々の金属粒子などであり得る。これらの導電性材料は、単独で使用されてもよく、複数種類の混合物が使用されてもよい。例えば、抵抗発熱層が必要とする体積抵抗値と導電性材料の価格との観点から、例えばケッチェンブラック（ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ（株））が好ましく使用され得る。

１つの実施形態において、導電性材料は、カーボン系導電性材料又は金属であり得る。

１つの実施形態において、弾性母材の材料として、弾性材料に導電性材料を混合する場合、導電性材料の混合量は、弾性材料１００重量％に対して１０〜５０重量％であり得る。導電性材料の混合量が１０重量％以下では、体積抵抗値の均一性が得られず、それが５０重量％以上では抵抗発熱層の耐屈曲性が低下する。

弾性母材の材料は、更に架橋剤、充填剤、分散剤およびそれらの組み合わせなどの添加剤を適宜に所望量で含み得る。

弾性抵抗発熱層２０は、ベルト基体１０の外側周面の全面に亘り配置され得る（即ち、環状に配置され得る）。弾性抵抗発熱層厚さは、例えば２０〜５００μｍであり得る。このような厚さにより、目的とされる性能が得られ得る。２０μｍ以下では、抵抗発熱層の機械的強度が不十分であり、５００μｍ以上では、弾性抵抗発熱層耐屈曲性が低下する。抵抗発熱層の厚さは、より好ましくは５０〜３００μｍであり得る。実施形態の発熱定着ベルト１は、弾性抵抗発熱層に弾性材料を含んでいる。これにより体積抵抗値を下げるために導電性材料を増量することも可能であり、また導電性材料を増量した場合であっても優れた耐屈曲性を有し、使用時においても優れた耐久性を奏する。また、発熱量を増加させるために抵抗発熱層の厚さを厚くすることも可能となる。

弾性材料に導電性材料を混合する方法は、オープンロールを用いる混練り方法を使用され得る。例えば、弾性抵抗発熱層２０に対して導電性材料が通常よりも多量に混合し、それによって弾性抵抗発熱層２０の体積抵抗値が下げられてもよい。このように多量に導電性材料を混合する場合には、コンパウンドの硬さが上昇するために混練り作業が難しくなるかもしれない。例えば、そのような場合などには、溶媒に導電性材料が均一分散されたディスパージョンが使用され得る。例えば、そのようなディスパージョンは、液体の弾性母材材料が使用され得る。液体の弾性母材材料は、例えば弾性材料などが所望の溶媒に溶解又は分散された液剤材料である。このような液体材料を用いることによって、通常よりも多量に導電性材料を弾性母材に含ませることが可能となる。このように液体材料を使用して得られた弾性母材は、導電性材料の分散が均一性に優れ、弾性抵抗発熱層２０における均一な導電性が達成される。液体材料に使用され得る溶媒は、例えばＭＥＫ、ＭＩＢＫなどの有機溶剤や水であり得る。

管状のベルト基体１０の外側周面上への弾性抵抗発熱層２０の成形は、例えば固体材料の場合には、固体材料を管状のベルト基体１０の外側周面上に巻き付けた後に硬化し、必要に応じて表面を研磨することにより行い得る。液状材料の場合には、液状材料をスプレーコート、ディッピングなどのそれ自身公知の方法を用い管状のベルト基体１０の外側周面上に塗布した後に硬化すればよい。しかしながら、弾性抵抗発熱層２０の成形方法は、これらに限定されるものではない。

１つの実施形態において、導電性材料を含有し、かつ弾性材料を含む弾性母材で形成されている弾性抵抗発熱層２０は、溶媒に溶解又は分散している液状の材料を用いて成型することを特徴とし得る。

１つの実施形態によれば、弾性抵抗発熱層２０は、ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−１：１９９９に従い直径５ｍｍの円筒形マンドレルを用いて折り曲げたとき、クラック及び剥離が生じない耐屈曲性を示すことを特徴とする。

弾性抵抗発熱層２０の配置される領域は、ベルト基体１０の周面全面に亘り配置されてもよく、或いはベルト基体１０の周面上であり、発熱定着ベルト１の周面の回転方向全域に亘り継ぎ目なく配置され、且つ発熱定着ベルト１の幅方向、即ち、軸方向においては、ベルト基体１０の支持体が存在し得る領域と同じ範囲若しくはそれよりも広い範囲、または定着されるべきトナー像が存在し得る領域と同じ範囲若しくはそれよりも広い範囲にまで、即ち、離型層３０が存在する領域に対応する範囲に配置されてもよく、或いは離型層３０が存在する領域よりも広い範囲に配置されることが好ましく、ベルト基体１０の周面全面に亘り配置されることがより好ましい。図１に示されている例では、弾性抵抗発熱層２０は、ベルト基体１０の周面全面に亘り配置されている。弾性抵抗発熱層２０への通電は、以下のような電極層４０（４０ａ，４０ｂ）への通電を介して行われ得る。

電極層４０は、弾性抵抗発熱層２０に給電できるようにベルト基体１０上に配置され、電極層４０に電源から送られた電気を伝えるための給電部と接することができるように少なくともその一部が発熱定着ベルト１上に露出している。

図１の例において、電極層４０は、ベルト基体１０の周面全面に配置されている弾性抵抗発熱層２０上面であり、且つ離型層３０が存在しない領域に、即ち、ベルト基体１０の両端部付近に発熱定着ベルト１の回転方向全域に亘り継ぎ目なく配置されている。具体的には、この例では、電極層４０ａが一方の端部付近の弾性抵抗発熱層２０上面に離型層３０とは重なり合うことなく配置されており、電極層４０ｂが他方の端部付近の弾性抵抗発熱層２０上面に離型層３０とは重なり合うことなく配置されている。このように配置されることにより、連続して簡便に弾性抵抗発熱層２０に給電することが可能である。

電極層４０は、弾性抵抗発熱層２０の体積抵抗値よりも低い材料により形成されている。例えば電極層４０は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｍｇおよびそれらの何れかの混合物等の金属粒子がバインダーに分散されている導電性ペーストや導電性インキなどの電極層材料により形成され得る。例えば、一般的な導電性ペーストや導電性インキのみによって電極層４０を形成した場合、電極層４０が非常に硬い膜となり得る。その場合、使用時の変形に追従できずにクラックが発生するなどの問題が生じ得る。従って、電極層材料は、バインダー成分中に弾性材料を更に含み得る。電極層材料に弾性材料を含ませて、電極層４０を成形することによって耐屈曲性に優れた電極層を得ることが可能となる。また更に、電極層材料は、更に架橋剤、充填剤、分散剤およびそれらの組み合わせなどの添加剤を適宜、適量で含んでいてもよい。

電極層材料が含むバインダーは、例えば一般的な導電性ペーストおよび導電性インキなどの電極層材料に使用され得る何れのバインダーまたはそれらの組み合わせであり得る。電極材料が含む弾性材料は、上述した弾性抵抗発熱層２０が含み得る弾性材料を使用することが可能である。また、特に上述した弾性抵抗発熱層２０が含む弾性材料と同種類の弾性材料を選択して使用することが好ましい。これにより、弾性抵抗発熱層２０のための弾性材料と電極層材料とが共加硫し、強固な密着性を得ることが可能となる。またこのような構成により、弾性抵抗発熱層２０と電極層４０との間に接着剤を介在させる必要がなくなる。そのため、電極層４０に給電した際に接着剤層の体積抵抗値の影響を受けることがない。例えば１つの実施形態に従う発熱定着ベルト１において、弾性抵抗発熱層２０の弾性材料がフッ素ゴムであり、且つ電極層材料が同種類のフッ素ゴムを含むことが好ましい。これにより、耐屈曲性に優れ、且つ密着性に優れた電極層４０を得ることが可能となる。

１つの実施形態において、電極層材料が含むバインダーは、弾性抵抗発熱層２０が含む弾性材料と同種類の弾性材料を含み、その弾性材料の混合比は、バインダー成分１００重量％のうちの１０重量％以上が弾性材料であることが好ましい。バインダー成分に含まれる弾性材料が１０％以下では、弾性抵抗発熱層２０との十分な密着性が得られないことがある。

１つの実施形態において、電極層材料は、弾性抵抗発熱層２０と同種類の弾性材料を少なくとも含むバインダー成分に、金属粒子を混合した材料で形成され、電極層４０と弾性抵抗発熱層２０とが接着剤を介せずに積層されている発熱定着ベルト１であり得る。このような発熱定着ベルト１は、例えば、弾性抵抗発熱層２０と電極層４０とが、同時に加熱硬化されることにより成形され得る。

電極層４０の成形は、特に限定されるものではないが、例えばスプレーコート、バーコーターなどのそれ自身公知の何れかの塗布方法が用いられ得る。

電極層４０の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下であり得る。電極層４０の体積抵抗値にもよるが、例えば１μｍ以下の厚さでは弾性抵抗発熱層２０の全周亘って瞬時に電流を供給することが難しくなり得る。例えば５０μｍ以上の厚さでは、電極層４０の硬さが非常に硬くなる可能性があり、使用時の変形に追従できず、クラックや剥離を生じる可能性がある。また電極層４０の幅は、そこから給電可能な幅であればよく、特に限定されるものではない。

１つの実施形態において、電極層４０の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする。

１つの実施形態において、発熱定着ベルト１は次の特徴を有する。一対の電極層４０ａ，４０ｂが、バインダーに含まれた状態にある金属粒子により成形されている。このバインダー成分は、弾性抵抗発熱層２０の弾性母材と同種類の弾性母材であり得る。そして一対の電極層４０ａ，４０ｂと弾性抵抗発熱層２０とは、接着剤を介さずに直接結合されている。

１つの実施形態に従う発熱定着ベルト１おいて、弾性抵抗発熱層２０の弾性材料がフッ素ゴムを含み、且つ電極層４０の電極層材料が同種類のフッ素ゴムを含むことを特徴とし得る。

弾性抵抗発熱層２０の体積抵抗値は１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以上、１．０×１０^３Ω・ｃｍ以下であり得る。例えば、１．０×１０^３Ω・ｃｍ以上では、体積抵抗値のバラツキが大きくなる傾向があり、このバラツキが非常に大きくなった場合には、均一な発熱温度が得ることが難しくなる。例えば、１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以下の場合には、多量の導電性材料が必要となる傾向があり、それに伴い弾性抵抗発熱層２０厚さが大きくなるに従って、耐屈曲性は徐々に低下し得る。

１つの実施形態によれば、一対の電極層４０ａ，４０ｂは、それぞれ１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以下の体積抵抗値を有することが好ましい。

電極層４０の体積抵抗値は、弾性抵抗発熱層２０の体積抵抗値よりも低く、且つ１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以下であり得る。例えば、電極層４０の体積抵抗値が弾性抵抗発熱層２０の体積抵抗値よりも高くなればなるほど、また、電極層４０の体積抵抗値が１．０×１０^−３Ω・ｃｍよりも高くなればなるほど、電極層４０から弾性抵抗発熱層２０に対して十分な電流を供給することが難しくなっていく。

１つの実施形態によれば、弾性抵抗発熱層２０と離型層３０との間に、これらの層と接して弾性層５０が存在し得る。弾性層５０は、表面に凹凸を有する支持体であっても良好にトナーの定着を行うことのために配置され得る。従って、弾性層は、離型層３０と同じ範囲に配置され得る。例えば図１に示す発熱定着ベルト１において、弾性層５０は、弾性抵抗発熱層２０上に配置され、更に弾性層５０上には離型層３０が配置されている。弾性層５０は、離型層３０に対応する弾性抵抗発熱層２０上の範囲に配置（即ち、離型層３０と同じ範囲に配置）されている。

弾性層５０は、耐熱性を有し、且つゴム硬度の低い弾性層材料が使用され得る。このような弾性層材料の例は、フッ素ゴム、シリコーンゴムおよびそれらの組み合わせなどが挙げられ、例えばＪＩＳ Ａで１０〜４０度の硬度のシリコーンゴムが好ましく使用され得る。弾性層５０の厚さは、例えば１００〜３００μｍであり得る。また、弾性抵抗発熱層２０と弾性層５０との接着性を向上するために、それらの間にそれ自身公知の何れかのプライマーが、例えば塗布によって配置されてもよい。

１つの好ましい実施形態によれば、弾性層５０は、フッ素ゴム又はシリコーンゴムで形成されている。更なる好ましい実施形態によれば、弾性層５０は、１００μｍ以上３００μｍ以下の厚さを有し得る。

このような実施形態によれば、耐屈曲性に優れ、使用時の耐久性に優れる発熱定着ベルトが提供される。このような発熱定着ベルトは、体積抵抗値を下げるために導電性材料を増量しても、耐屈曲性に優れ、使用時の耐久性に優れる。

図２（ａ）および（ｂ）は、発熱定着ベルト１を複写機、プリンターなどの画像形成装置の画像定着装置の１例にセットした状態示す図面である。図２（ａ）は、画像定着装置の１例の正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の画像定着装置を側面Ｂから見た側面図である。図２（ａ）に示す画像定着装置１０１において、発熱定着ベルト１は、発熱定着ベルト１の内面２に接するように２つの芯材１１０ａ，１１０ｂにセットされている。２つの芯材１１０ａ，１１０ｂは、発熱定着ベルト１がたるみなく配置されるような距離で配置されている。画像定着装置１０１は、芯材１１０ａ，１１０ｂの間において、発熱定着ベルト１の外周面の一部に接するように配置された加圧ロール２１０を備える。

電極層４０ａ，４０ｂの周面の一部分に対して給電ロール５１０ａの周面の一部分が接しており、電極層４０ａ，４０ｂに対して電流を供給している。

加圧ロール２１０は、その軸が発熱定着ベルト１および芯材１１０ａ，１１０ｂの軸に平行になるように固定されている。発熱定着ベルト１と加圧ロール２１０との間を画像形成されるべき対象が送られる。画像形成されるべき対象とは、その上にトナー３１０を載せた支持体４１０であり得る。図２（ａ）には、対象の送りが右側から左側に送られる例を示しており、この送りは、発熱定着ベルト１が時計回りに回転することと、加圧ロール２１０が発熱定着ベルト１側に加圧しながら反時計回りに回転することによって行われ得る。支持体４１０上に置かれたトナー３１０は、発熱定着ベルト１と加圧ロール２１０との間に存在している間に加熱されることによって定着され、トナー像３１２が形成される。

図２（ａ）には、芯材を２つ用いる画像定着装置にセットした状態の例を示したが、芯材は１つであってもよい。その例を図２（ｃ）および（ｄ）に示す。図２（ｃ）は、画像定着装置の１例の正面図であり、図２（ｄ）は、図２（ｃ）の画像定着装置を側面Ｄから見た側面図である。発熱定着ベルト１は、発熱定着ベルト１の内面２に内接する外径を有する芯材１２０にセットされる。画像定着装置１０２は、発熱定着ベルト１に対向して配置された加圧ロール２２０を備える。電極層４０ａ，４０ｂの周面の一部に対して給電部５１０ａ，５１０ｂの周面の一部が接しており、電極層４０ａ，４０ｂに対して電流を供給している。加圧ロール２２０は、その軸が発熱定着ベルト１の軸に平行になるように固定されている。発熱定着ベルト１と加圧ロール２２０との間をトナー３２０が載置された対象４２０が送られる。図２(ａ)および（ｂ）と同様に当該送りは右側から左側であり、加圧ロール２２０は発熱定着ベルト１に対して加圧しながら回転する。トナー３２０は、発熱定着ベルト１と加圧ロール２２０との間で加熱されることによって定着されたトナー像３２２となる。

画像定着装置１０１，１０２において、発熱定着ベルト１は、それがセットされている芯材１１０ａ，１１０ｂ，１２０は、そこにそれぞれ固定されたジャーナルを介して駆動モーターに連結され得る（図示せず）。加圧ロール２１０ａ，２１０ｂ，２２０も同様にジャーナルを介して駆動モーターに連結され得る（図示せず）。ジャーナルは、各ロールからその中心軸方向に延出する軸であればよい。この軸を回転させることによりロールが回転し得る。

給電部は、例えば、給電ロールまたは給電ベアリングなどであり得る。これは、その中心軸を電極層の中心軸と平行になるように配置されており、電極層の接触幅に対応する接触幅を持つ給電ロールを電極層表面と接触させて配置する。使用時には、発熱定着ベルト１と給電ロールとは同調して互いに反対側へと回転しながら接触を維持する。この接触により給電ロール側から電極層に対して給電される。

給電ロールの接触幅は、電極層の接触幅に等しくともよく、小さくともよく又は大きくともよい。

１つの実施形態に従うと、支持体上で未定着トナーを加熱して、当該トナー像を形成する画像定着装置が提供される。画像定着装置は、上述したような実施形態に従う発熱定着ベルトと、互いの中心軸が平行であり、当該支持体を周面同士で挟み込むように発熱定着ベルトと対向して配置されている加圧ロールと、発熱定着ベルトの有する一対の電極層にそれぞれ給電するように構成された一対の給電部とを備える。

このような画像定着装置は、複写機、プリンターなどの画像形成装置において使用され得る。画像定着装置の画像形成装置への組み込み方は、それ自身公知の何れかの方法により行われ得る。

以上のように実施形態によれば、耐屈曲性および耐久性に優れる発熱定着ベルトおよびそれを備える画像定着装置が提供され得る。実施形態に従う発熱定着ベルトは、導電性材料を増量することにより体積抵抗値を下げることが可能であり、その場合においても優れた耐屈曲性および耐久性が得られる。

［例］
発熱定着ベルトを作製し、次のように評価を行った。

１．測定方法
（１）体積抵抗値の測定
ロレスタＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０（三菱化学アナリテック製）を用い、ＪＩＳ Ｋ−７１９４に準拠した方法で、上述のように成型された弾性抵抗発熱層及び電極層の体積抵抗値を測定した。測定は、２２±３℃の温度、５５±５％ＲＨの環境下に、２４時間以上測定サンプルを放置して実施した。

また、弾性抵抗発熱層においては、ベルト幅方向に５か所、ベルト円周方向に８か所の合計４０か所を測定し、その最大値と最小値の差で体積抵抗値の均一性を評価した。

（２）発熱温度分布の測定
測定系の略図を図３に示す。後述するように得られた各発熱定着ベルトに、外径２５ｍｍのシリコーンスポンジロール５３０を挿入した。発熱定着ベルト１の両端に位置する電極層４０ａ，４０ｂには、金属のベアリングを用いた給電部５１０ａ，５１０ｂを接触させた。その後、給電部５１０ａ，５１０ｂを通じて電極層間に電圧を印加した。ここで、シリコーンスポンジロール５３０はジャーナル５４０ａ，５４０ｂを介して駆動モーターと連結しており、発熱定着ベルトを回転させることができる。

両端の電極層間に給電を開始した後、発熱定着ベルト１表面の温度をサーモグラフ５２０（Ｍｏｂｉｒ Ｍ４、アイ・アール・システム社製）を用いて確認しながら、ベルト表面温度の最大値が１９０℃に達するまで印加電圧を調整し、その時の印加電圧を設定電圧とした。その後、一旦給電を停止して、発熱定着ベルトを室温まで冷却した。冷却後、シリコーンスポンジロールを１０ｒｐｍで回転させながら、設定電圧を印可し、発熱定着ベルトに給電した。印加してから１０秒経過後にサーモグラフでベルトの表面温度の測定を開始した。ベルト周方向の８カ所において表面温度を測定し、表面温度の最大値と最小値の差を計算して、温度分布とした。但し、ベルト両端部に位置する電極部１０ｍｍは、温度分布の計算から除外した。

（３）耐屈曲性の測定
ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−１（円筒形マンドレル法）に準拠した方法で、上述のように成型された弾性抵抗発熱層及び弾性抵抗発熱層の表面に成型された電極層の耐屈曲性を測定した。測定の概要を図４に示す。マンドレル６００は外径５ｍｍを用い、サンプル１００をマンドレル６００に沿わせて折り曲げた後に、目視で表面のクラック及び剥離の有無を確認した。測定は、室温環境下（２３±５℃）で実施した。

（４）密着性の測定
ＪＩＳ Ｋ−５６００−５−６（クロスカット法）に準拠した塗膜の付着性の評価方法で、上述の方法により成型された弾性抵抗発熱層と電極層との間の密着性を測定した。試験結果は、剥がれの程度によって、分類０〜分類５の６段階で評価した。

（５）画像定着装置への組み込み評価
上述の方法によって得られた発熱定着ベルトを上述したように図２（ｃ）に示す画像定着装置に組み込み、トナー像の定着テストを行った。定着温度は、サーミスタで１９０℃に設定し、印刷を行った。

２．発熱定着ベルトの作製
［実施例１]
（１）基材層の成型
外径３０ｍｍ、全長３５０ｍｍのステンレス管に、ポリアミド酸（Ｕ−ワニス−Ｓ、宇部興産社製）を膜厚４００μｍで塗布した。その後、１２０℃で６０分間乾燥し、２００℃の温度まで３０分間で昇温させ、２００℃で３０分間保持した。続けて、３８０℃まで３０分間で昇温させ、３８０℃で１５分間保持してイミド化反応を完了した。その後、室温まで冷却し、ステンレス管を抜取り、端部を切断して、内径３０ｍｍ、厚み７０μｍ、長さ２４０ｍｍのポリイミド樹脂のシームレス管状体を得た。

上記で得られたポリイミド樹脂管状体に、外径３０ｍｍ、長さ２４０ｍｍのステンレス管を挿入した。

（２）弾性抵抗発熱層材料の準備
弾性抵抗発熱層材料として用いるフッ素ゴム塗料を以下の方法で準備した。オープンロールでフッ素ゴム（Ｇ−５０１ＮＫ、ダイキン工業（株）製）１００重量％に、ＭＴカーボンブラック（Ｔｈｅｒｍａｘ（Ｃａｎｃａｒｂ Ｌｔｄ．米国商標登録）Ｎ９９０、Ｃａｎｃａｒｂ Ｌｔｄ．製）を２０重量％、酸化マグネシウム（キョーワマグ（協和化学工業（株）登録商標）３０、協和化学工業（株）製）を１５重量％、アミン系硬化剤と（Ｖ−３、ダイキン工業（株）製）を３重量％混練りした。その後、ＭＥＫで溶解して、固形分が３０％となるようにＭＥＫの量を調整し、フッ素ゴム塗料を得た。このフッ素ゴム塗料にケッチェンブラックのディスパージョン（ＭＨＩブラックシリーズ、御国色素（株）製）を混合した。混合量は、固形分中のフッ素ゴム１００重量％に対してケッチェンブラック２０重量％となるように調整した。

（３）弾性抵抗発熱層の成型
ステンレス管を挿入したポリイミド樹脂基材外周に弾性抵抗発熱層材料をスプレーコートで所望の厚みに塗布した。回転させながら４０℃で１０分間乾燥させ、硬化前の弾性抵抗発熱層が積層された積層体Ａを得た。

（４）電極層材料の準備
電極層材料として、前述したフッ素ゴム塗料と、ＮＭＰに溶解したポリイミド溶液（リカコート（新日本理化（株）登録商標）ＳＮ−２０、新日本理化（株）製）を混合し、そこに銀粒子を添加した。混合量は、固形分中のフッ素ゴムとポリイミド樹脂の合計を１００重量％として銀粒子が１５０重量％となるように調整した。また、フッ素ゴムとポリイミド樹脂の合計１００重量％のうち、３０重量％がフッ素ゴム、７０重量％がポリイミド樹脂となるように調整した。

（５）電極層の成型
積層体Ａの両端部１０ｍｍ位置に、電極層材料をブレードコートで所望の厚みに塗布した。回転させながら４０℃で１０分間乾燥させ、硬化前の抵抗発熱層の両端部に、硬化前の電極層が形成された積層体Ｂを得た。この積層体Ｂを恒温槽で１５０℃１時間、１８０℃１時間、２００℃２４時間加熱して硬化させ、基材上に弾性抵抗発熱層及び電極層が形成された積層体Ｃを得た。硬化後の膜厚を測定すると、弾性抵抗発熱層は１５０μｍ、電極層は１０μｍであった。

（６）体積抵抗値の測定
弾性抵抗発熱層の体積抵抗値は２．５６×１０^１Ω・ｃｍであり、測定した４０か所の最大値／最小値は１．１２倍であった。電極層の体積抵抗値は、８．１２×１０^−４Ω・ｃｍであった。

（７）耐屈曲性の測定
耐屈曲性の測定を行った。その結果、弾性抵抗発熱層および電極層のいずれも、外径５ｍｍのマンドレルに沿わせて折り曲げても、表面にクラックや剥離などの欠陥は発生しなかった。

（８）密着性の測定
電極層と弾性抵抗発熱層との密着性を評価したところ、分類０であり、剥離は見られなかった。

（９）弾性層の形成
上記積層体Ｃの両端１０ｍｍを除いた中央領域の表面に、プライマー（Ｐｒｉｍｅｒ Ｎｏ.４、信越化学工業製）を介して、シリコーンゴム（ＸＥ１５−Ｂ７３５４、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）を塗布した。塗布は、両端１０ｍｍ部分をマスキングした積層体Ｃをシリコーンゴム原料中に浸漬し、内径３０．６５ｍｍのアルミ製リングを外周面に走行させて行った。

塗布後に、１４０℃で２０分間、２００℃で４時間加熱し、シリコーンゴムを加硫した。加硫後のシリコーンゴムの厚みを測定すると２００μｍであった。これにより、積層体Ｃに厚み２００μｍのシリコーンゴムが積層された、積層体Ｄを得た。

（１０）離型層の形成
上記積層体Ｄのシリコーンゴム層の表面にプライマー（ＰＪ−ＣＬ９９０、三井デュポンフロロケミカル社製）を介して、フッ素樹脂ディスパージョン（８５５−５１０、三井デュポンフロロケミカル社製）をスプレーコートで塗布した。塗布後に、常温で３０分間乾燥した後、３４０℃のオーブンに入れ、１５分間焼成した。焼成後の離型層の厚みを測定すると１５μｍであった。

以上の（１）〜（１０）により実施形態に従う発熱定着ベルトが得られた。これを実施例１とした。

［実施例２］
弾性抵抗発熱層材料において、弾性抵抗発熱層の体積抵抗値が１×１０^３Ω・ｃｍとなるようにケッチェンブラックのディスパージョンの混合量を調整したこと以外は、実施例１と同様にして発熱定着ベルトを作製した。その時の固形分中のフッ素ゴム１００重量％に対するケッチェンブラックの混合量は１０重量％であり、弾性抵抗発熱層の厚みは、２２０μｍであった。

［実施例３］
弾性抵抗発熱層材料において、弾性抵抗発熱層の体積抵抗値が１×１０^−３Ω・ｃｍとなるようにカーボンナノチューブのディスパージョン（ＣＮＴＤシリーズ、開発品；御国色素（株）製）の混合量を調整したこと以外は、実施例１と同様にして発熱定着ベルトを作製した。その時の固形分中のフッ素ゴム１００重量％に対するカーボンナノチューブの混合量は５０重量％であり、抵抗発熱層の厚みは３８μｍであった。

［実施例４］
電極層材料のバインダー成分において、フッ素ゴムとポリイミド樹脂との合計１００重量％のうち１０重量％がフッ素ゴムであり、９０重量％がポリイミド樹脂であるように調整したこと以外は、実施例１と同様にして発熱定着ベルトを作製した。

［実施例５］
電極層材料において、バインダー成分をフッ素ゴムのみとしたこと以外は、実施例１と同様にして発熱定着ベルトを作製した。

［比較例］
弾性抵抗発熱層材料において、ポリイミド溶液（リカコートＳＮ−２０、新日本理化（株）製）にケッチェンブラックのディスパージョン（ＭＨＩブラックシリーズ、御国色素（株）製）を弾性抵抗発熱層の体積抵抗値が、２．５×１０^１Ω・cmとなるように混合量を調整した導電性ポリイミド溶液を用いた。その時の固形分中のケッチェンブラックの混合量はポリイミド樹脂１００重量%に対して２２重量％であった。これらの弾性抵抗発熱層材料と電極層材料を用いたこと以外は、実施例1と同様に発熱定着ベルトを作製した。この時の抵抗発熱層の厚みは１５μmであった。

［結果］
（１）弾性抵抗発熱層についての評価
実施例１、実施例２および実施例３、並びに比較例の弾性抵抗発熱層について次の評価を行った。測定項目は、体積抵抗値、体積抵抗値のバラツキ、弾性抵抗発熱層の耐屈曲性および発熱温度分布とした。結果を表１に示す。

体積抵抗値は、何れも１．００×１０^−３以上１．００×１０^３以下の範囲に含まれていた。体積抵抗値のバラツキは、体積抵抗値の最大値を最小値で割ったときに得られる倍数として示した。これらは何れも１．１０倍〜１．３倍の範囲に含まれた。弾性抵抗発熱層の耐屈曲性については目視により評価した結果、実施例１、実施例２および実施例３は、何れも良好であった。それに対して比較例は耐屈曲性が劣っていた。温度分布は、最大値から最小値を差し引いた値Δで示した。これらは何れも８．５℃から１３℃の間に含まれていた。

（２）電極層に関する評価
実施例１、実施例４および実施例５について、電極層の体積抵抗値、電極層の耐屈曲性、弾性抵抗発熱層と電極層との密着性および発熱温度分布を評価した。その結果を表２に示す。

実施例１、実施例４および実施例５は、それぞれ電極層のバインダー中のフッ素ゴムの比率は、３０重量％、１０重量％、１００重量％とした。これらの電極層の体積抵抗値は、８．１２×１０^−４Ω・ｃｍ、６．０５×１０^−４Ω・ｃｍ、９．７０×１０^−４であり、これらの値は、何れも各実施例の弾性抵抗発熱層の体積抵抗値よりも低い値であり、且つ１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以下であった。上述した弾性抵抗発熱層の体積抵抗値との関係において、このような特性を有する実施形態に従う発熱定着ベルトは、総合的に電極層から弾性抵抗発熱層に対して十分な電流を供給することが可能である。

また、弾性抵抗発熱層と電極層との密着性については、実施例４が分類１であり、５％以下の小さな剥がれが観察されたものの、それは許容範囲に入るものであった。実施例１および実施例５については、分類０であり、電極の剥がれは観察されなかった。実施例１、実施例４および実施例５の温度分布はΔ８．５℃、Δ９．７℃およびΔ８．９℃であり、十分に均一な温度分布であることが示された。

（３）実装試験
実施例１で得られた発熱定着ベルトを図２（ｃ）に示す画像定着装置に組み込み、トナー像の定着テストを行った。定着温度は、サーミスタで１９０℃に設定し、印刷を行った。その結果、電源投入から瞬時に定着が可能であり、良好な定着画像が得られた。

３．まとめ
バインダー成分にフッ素ゴムを含み、且つ弾性抵抗発熱層と電極層とで同種類のバインダーを用いた実施例１、実施例２、実施例３、実施例４および実施例５は、何れも耐屈曲性に優れていることが証明された。またこれらの温度分布は何れも均一であった。一方、バインダーにポリイミド樹脂を使用した比較例では、均一な温度分布は得られたものの耐屈曲性に劣っていた。

以上の結果から、実施形態に従い、耐屈曲性および耐久性に優れる発熱定着ベルトが提供されることが明らかとなった。この発熱定着ベルトは、導電性材料を増量することによって体積抵抗値を下げることが可能であり、その場合においても優れた耐屈曲性および耐久性が達成されることが証明された。また、そのような発熱定着ベルトを備える画像定着装置によって良好にトナー像が得られることが証明された。

１．発熱定着ベルト １０．ベルト基体 ２０．弾性抵抗発熱層 ３０．離型層
４０．電極層 ５０．弾性層 １０１．１０２．画像定着装置
１１０ａ．１１０ｂ．芯材 ２１０ａ．２１０ｂ．２２０．加圧ロール
５１０ａ．給電部 ３１０．３２０．トナー ３１２．３２２．トナー像
４１０．支持体 ４２０．対象

Claims (8)

1. 絶縁性の耐熱性樹脂で形成された管状のベルト基体と、導電性材料を含有し、かつ耐熱性の弾性材料を含む弾性母材で形成された弾性抵抗発熱層と、離型層と、前記弾性抵抗発熱層に給電するための一対の電極層とを備え、
   前記弾性抵抗発熱層は、前記ベルト基体の外周面に設けられ、
   前記離型層は、最外層として設けられ、
   前記一対の電極層は、前記弾性抵抗発熱層の外周面の両側端部に設けられ、かつ前記弾性抵抗発熱層の体積抵抗値よりも低い体積抵抗値を有し、
   前記弾性材料は、フッ素ゴム単独、フッ素ゴムとシリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム若しくは水素化ニトリルゴムとの混合物、フルオロシリコーンゴム単独、又はフルオロシリコーンゴムとシリコーンゴム若しくは水素化ニトリルゴムとの混合物であることを特徴とする発熱定着ベルト。
2. 前記弾性抵抗発熱層は、１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以上、１．０×１０^３Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を有することを特徴とする請求項１に記載の発熱定着ベルト。
3. 前記弾性抵抗発熱層と前記離型層との間に弾性層をさらに有し、当該弾性層は前記弾性抵抗発熱層および前記離型層と接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱定着ベルト。
4. 前記一対の電極層は、それぞれ、１．０×１０^−３Ω・ｃｍ以下の体積抵抗値を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の発熱定着ベルト。
5. 前記弾性母材は、前記弾性材料とは他の耐熱性材料をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の発熱定着ベルト。
6. 前記耐熱性材料は、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン又はフッ素樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の発熱定着ベルト。
7. 支持体上で未定着トナーを加熱して、当該トナー像を形成する画像定着装置であって、
   請求項１〜６いずれか１項に記載の発熱定着ベルトと、
   互いの中心軸が平行であり、当該支持体を周面同士で挟み込むように前記発熱定着ベルトと対向して配置されている加圧ロールと、
   前記一対の電極層にそれぞれ給電するように構成された一対の給電部と
   を備える画像定着装置。
8. 耐熱性の弾性材料および硬化剤を含む弾性母材の塗料を調製する工程と、
   導電性材料のディスパージョンを調製する工程と、
   前記塗料と前記ディスパージョンとを混合して弾性抵抗発熱層材料を得る工程と、
   絶縁性の耐熱性樹脂で形成された管状のベルト基体の外周面に弾性抵抗発熱層材料を塗布、乾燥して硬化前の弾性抵抗発熱層を形成する工程と、
   前記硬化前の弾性抵抗発熱層の外周面の両側端部に電極材料をそれぞれ塗布し、乾燥し、さらに加熱硬化することにより、前記ベルト基体上に前記導電性材料と前記弾性材料を含有する弾性抵抗発熱層および前記弾性抵抗発熱層の体積抵抗値よりも低い体積抵抗値を有し、当該弾性抵抗発熱層に給電するための一対の電極層を形成する工程と、
   最外層に離型層を形成する工程と
   を含む発熱定着ベルトの製造方法。

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