(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂により無端状のベルト本体を成形した後、該ベルト本体の外面に磁性体が付着した直径が０．０１〜０．５μｍ、長さが１〜１０μｍのカーボンナノチューブを配合した溶融合成樹脂を付着させ、該溶融合成樹脂を磁界方向がベルト厚み方向となる磁界内で成形し、前記溶融合成樹脂の成形時に、成形用金型を磁界内で回転させることを特徴とする加熱ベルトの製造方法。
【請求項２】
前記磁性体が付着したカーボンナノチューブを得る方法が、磁性体の前駆体となる水酸化鉄とカーボンナノチューブとを混合して加熱焼成することで、酸化鉄をカーボンナノチューブに担持させるという方法であることを特徴する請求項１記載の加熱ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置の定着装置に用いられる加熱ベルトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、用紙表面に形成されたトナー像を加熱溶融して定着させるための定着装置が備えられている。
従来、定着装置としては、ハロゲンヒータ等の発熱部材を内装した無端状の加熱ベルトと、加熱ベルト表面に圧接する加圧ローラとを備えたものが知られている。
【０００３】
このような定着装置においては、ウォームアップ時間を短くするために、加熱ベルトの熱容量を小さくするとともに発熱部材からの熱伝導率を上げることが好ましい。
【０００４】
加熱ベルトの熱伝導率を上げるための技術としては、例えば加熱ベルトの樹脂材料中にカーボン粉末や金属粉末を配合したものが知られている。しかし、熱伝導率を上げるために粉末の配合量を多くすると加熱ベルトの機械的強度が低下するために、充分な機械的強度を維持しつつ熱伝導率を大幅に向上させることは困難であった。
【０００５】
一方、下記特許文献１には、熱伝導率が高いカーボンナノチューブを配合した加熱ベルトが開示されている。
加熱ベルトにカーボンナノチューブを配合する際、カーボンナノチューブの長手方向をベルトの厚み方向に配向させることで、熱伝導率を向上させることが可能となる。しかしながら、下記特許文献１の開示技術はカーボンナノチューブの配向については何ら考慮されていないため、実際には熱伝導率を大幅に向上させることはできない。
【０００６】
そこで、本願出願人は、下記特許文献２において、長手方向（長さ方向）が断面方向（厚み方向）に沿って配向するようにカーボンナノチューブが分散配合されている加熱ベルトを提案している。
この加熱ベルトによれば、カーボンナノチューブの熱伝導率が高い長手方向（長さ方向）が、加熱ベルトの断面方向（厚み方向）に配向しているため、加熱ベルトの断面方向（厚み方向）の熱伝導率を大幅に向上させることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、この特許文献２の開示技術は、カーボンナノチューブを一定方向に配向させるために、加熱ベルトの成形時に電界をかける方法を採用していることから、カーボンナノチューブを高い配向性で整列させることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２５４７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、カーボンナノチューブの長さ方向がベルト厚み方向に高い配向性で整列しており、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した加熱ベルトの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に係る発明は、合成樹脂により無端状のベルト本体を成形した後、該ベルト本体の外面に磁性体が付着した直径が０．０１〜０．５μｍ、長さが１〜１０μｍのカーボンナノチューブを配合した溶融合成樹脂を付着させ、該溶融合成樹脂を磁界方向がベルト厚み方向となる磁界内で成形し、前記溶融合成樹脂の成形時に、成形用金型を磁界内で回転させることを特徴とする加熱ベルトの製造方法に関する。
請求項２に係る発明は、前記磁性体が付着したカーボンナノチューブを得る方法が、磁性体の前駆体となる水酸化鉄とカーボンナノチューブとを混合して加熱焼成することで、酸化鉄をカーボンナノチューブに担持させるという方法であることを特徴する請求項１記載の加熱ベルトの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１，２に係る発明によれば、合成樹脂により、無端状のベルト本体を成形した後、該ベルト本体の外面に磁性体が付着した直径が０．０１〜０．５μｍ、長さが１〜１０μｍのカーボンナノチューブを配合した溶融合合成樹脂を付着させ、該溶融合合成樹脂を磁界方向がベルト厚み方向となる磁界内で成形することにより、カーボンナノチューブの長さ方向をベルト厚み方向に高い配向性で整列させることができ、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した、カラーの画像形成装置において好適に使用可能な加熱ベルトを製造することができる。
更に溶融合成樹脂の成形時に成形用金型を磁界内で回転させることにより、磁界のムラの影響を無くすことができ、カーボンナノチューブの配向性をより一層高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る加熱ベルトを備えた定着装置を示す概略図である。
【図２】磁性体が付着したカーボンナノチューブがベルトの厚み方向に配向した加熱ベルトの拡大部分断面図である。
【図３】合成樹脂に配合されたカーボンナノチューブの模式図である。
【図４】加熱ベルトの別の例の拡大部分断面図である。
【図５】加熱ベルトの製造方法についての説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ａ）図のＡ方向矢視図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る加熱ベルト及びこれを備えた定着装置、画像形成装置、並びに加熱ベルトの製造方法の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る加熱ベルトを備えた定着装置を示す概略図である。
本発明に係る定着装置（１）は、ハロゲンヒータ等の発熱部材（２）を内装した無端状の加熱ベルト（３）と、この加熱ベルト（３）の表面に圧接する加圧ローラ（４）とを備えており、加熱ベルト（３）と加圧ローラ（４）との圧接部（ニップ部）に用紙を挟んで搬送するように構成されている。
【００２６】
加熱ベルト（３）の内部には、加熱ベルト（３）の内面に当接し、加圧ローラ（４）の圧接によるベルトの変形を規制してニップ部の位置及び幅を維持するための押圧部材（５）が配設されている。
【００２７】
図２は加熱ベルト（３）の拡大部分断面図であり、図３は加熱ベルト（３）の材料となる合成樹脂に配合されたカーボンナノチューブの模式図である。尚、図２において、左右方向がベルトの長さ方向であり、上下方向がベルトの厚み方向である。
加熱ベルト（３）はポリイミド等の合成樹脂からなり、該合成樹脂には表面に磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）（図３参照）が分散して配合されている。カーボンナノチューブ（７）は、その長手方向が加熱ベルト（３）の厚み方向に配向して整列している（図２参照）。
【００２８】
カーボンナノチューブ（７）は炭素からなる筒状の中空繊維であり、例えば幅（直径）に対して長さが数十倍以上のものを使用することができる。具体的には、例えば直径が０．０１〜０．５μｍ、長さが１〜１０μｍのものを使用することができる。
【００２９】
カーボンナノチューブは、上述したように、長手方向の熱伝導率が幅方向の熱伝導率に比べて大きいという特性を備えているため、図２に示す如くカーボンナノチューブの長手方向をベルトの厚み方向に配向させて整列させることにより、厚み方向の熱伝導率が高い加熱ベルトが得られることとなる。
【００３０】
カーボンナノチューブ（７）の表面に付着させる磁性体（６）の種類は、例えばＦｅＯ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４等が例示できるが、これらに限定されるものではない。また１種類のみを使用してもよいし、複数種類を混合して使用してもよい。
磁性体（６）の粒径は、例えば数ｎｍ〜数十ｎｍとされる。これより大きいとカーボンナノチューブの表面に付着させることが困難となり、これより小さいものは製造が困難であるためである。
【００３１】
カーボンナノチューブ（７）の表面に磁性体（６）を付着させる方法としては、例えば
磁性体の前駆体となる水酸化鉄とカーボンナノチューブとを混合して加熱焼成することで、酸化鉄をカーボンナノチューブに担持させるという方法を挙げることができるが、この方法には限定されない。
【００３２】
図４は加熱ベルト（３）の別の例の拡大部分断面図である。
この例の加熱ベルト（３）は、ベルト本体（３１）と、このベルト本体（３１）の外面側に設けられた弾性層（３２）と、この弾性層（３２）の外面側に設けられたコーティング層（３３）とからなり、主としてカラーの画像形成装置に用いられるものである。
【００３３】
ベルト本体（３１）を形成する合成樹脂は耐熱性に優れるものが望ましく、ポリイミド等から形成され、その厚みは例えば５０〜１００μｍとされる。
弾性層（３２）は、シリコーンゴム等から形成され、その厚みは例えば３０〜２００μｍとされる。
コーティング層（３３）は、フッ素樹脂等から形成され、その厚みは例えば２０〜２５０μｍとされる。コーティング層（３３）は、フッ素樹脂チューブフィルム（厚さ３０〜１００μｍ）を熱収縮させたもの等、コーティング処理以外により形成されたものであってもよい。
【００３４】
弾性層（３２）及び／又はコーティング層（３３）には、上記した磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）が配合されている。図４では、弾性層（３２）のみに磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合したものを示しているが、弾性層（３２）に代えて或いは加えてコーティング層（３３）に磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合してもよい。また、ベルト本体（３１）にも、磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合してもよい。
【００３５】
図５は加熱ベルト（３）の製造方法についての説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は（ａ）図のＡ方向矢視図である。尚、（ａ）図中矢印付楕円はコイルに発生する磁界を表している。
先ず、図２に示した加熱ベルト（３）の製造方法（第一の製造方法）について説明する。
磁性体からなる円柱状の金型（８）を磁性体が付着したカーボンナノチューブを配合した溶融合成樹脂に浸漬することにより、金型（８）の外周面に当該溶融合成樹脂の層（９）を形成する。
次いで、当該溶融合成樹脂が冷却固化して無端状ベルトに成形されるまでの時間、磁界方向（図５（ｂ）矢印方向）がベルト厚み方向となる磁界を印加する。この磁界は、金型（８）の周囲に環状に配置された複数のコア（磁石）（１０）に巻回されたコイル（１１）に電流を流すことにより発生させることができる。
【００３６】
この磁界の印加により、溶融合成樹脂内に配合された磁性体が付着したカーボンナノチューブが、その長手方向が磁界の方向（ベルト厚み方向）となるように配向する。そして、その状態で溶融合成樹脂が冷却固化することにより、長手方向がベルト厚み方向に配向されたカーボンナノチューブを内部に含んだ加熱チューブ（図２参照）が成形される。
【００３７】
次に、図４に示した加熱ベルト（３）の製造方法（第二の製造方法）について説明する。
先ず、磁性体からなる円柱状の金型（８）を溶融合成樹脂に浸漬した後、冷却固化することにより、金型（８）の外周面に当該溶融合成樹脂からなる無端状のベルト本体（３１）を成形する。
次いで、該ベルト本体（３１）の外面に磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合した溶融合成樹脂を付着させる。これは、外周面にベルト本体（３１）が成形された状態の金型（８）を磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合したシリコーンゴム等の溶融合成樹脂に浸漬することにより、金型（８）の外周面に当該溶融合成樹脂の弾性層（３２）を形成し、弾性層（３２）の固化時に磁界を印加し、磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）の長手方向を弾性層（３２）の厚み方向に配向させる（図示せず）。弾性層（３２）の固化後、続いてフッ素樹脂等の溶融合成樹脂に浸漬することにより、弾性層（３２）の外周面にコーティング層（３３）を形成する。
【００３８】
弾性層（３２）に代えて或いは加えてベルト本体（３１）又はコーティング層（３３）に磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合した場合、弾性層（３２）成形時と同様にその成形時（固化時）に磁界を印加することで、磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）の長手方向を夫々の層の厚み方向に配向させることができる。
【００３９】
磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配向させる際に印加する磁界の強さは、１００ＫＡ／ｍ〜１５００ＫＡ／ｍであることが好ましい。
上記した方法の他に、成形されたベルト本体（３１）に、磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合した溶融合成樹脂を塗布して弾性層（３２）及び／又はコーティング層（３３）を形成してもよい。
【００４０】
上記した第一及び第二の製造方法において、磁性体（６）が付着したカーボンナノチューブ（７）を配合した溶融合成樹脂の成形時（固化時）に、成形用金型（８）を磁界内で回転させることが好ましい（図５（ａ）金型（８）中の実線矢印参照）。
溶融合成樹脂の成形時に成形用金型（８）を磁界内で回転させることにより、磁界のムラの影響を無くすことができ、カーボンナノチューブ（７）の配向性をより一層高めることが可能となるためである。
【００４１】
図６は、本発明に係る画像形成装置を示す断面図である。
図示例の画像形成装置はプリンタであるが、本発明に係る画像形成装置は複写機やファクシミリであってもよい。
本発明に係る画像形成装置は、上記説明した加熱ベルト（３）を有する定着装置（１）を備えているものである。
【００４２】
図示例の画像形成装置は、プリンタ本体（１２）の内部にスライド変位可能に格納された給紙カセット（１３）と、給紙カセット（１３）の収納空間（１４）内に収納された用紙（図示せず）を取り出す給紙部（１５）と、プリンタ本体（１２）の正面に設置された手差しトレイ（１６）と、手差しトレイ（１６）にセットされた用紙（図示せず）を取り出す手差し給紙部（１７）と、各給紙部（１５），（１７）から供給された転写紙が搬送される搬送経路（１８）と、搬送経路（１８）のシート搬送方向上流側で各給紙部（１５），（１７）の合流部よりもシート搬送方向下流側に配置されたレジストローラ対（１９）と、レジストローラ対（１９）よりも搬送経路（１８）のシート搬送方向下流側に配置されて搬送中の転写紙の一面に画像を形成する画像形成部（２０）と、画像形成部（２０）よりも搬送経路（１８）のシート搬送方向下流側に配置されて搬送中の転写紙の一面に形成された画像（トナー画像）を定着する定着装置（１）と、定着装置（１）を通過した転写紙の他面に画像を形成する場合に搬送経路（１８）の定着装置（１）よりも搬送経路下流側からレジストローラ対（１９）よりも搬送経路（１８）のシート搬送方向上流側に引き戻す反転経路（２１）と、搬送経路（１８）の終端部に設けられた排紙部（２２）とを備えている。
【００４３】
画像形成部（２０）は、感光体ドラム（２３）と、感光体ドラム（２３）の周囲に配置された帯電デバイス（２４）、露光デバイス（２５）、現像デバイス（２６）、転写デバイス（２７）、クリーニングデバイス（２８）等を備えている。
これにより、画像形成部（２０）は、感光体ドラム（２３）が図示しない駆動手段によって所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動され、その表面が帯電デバイス（２４）によって所定の極性・電位に均一に帯電される。
【００４４】
帯電後の感光体ドラム（２３）は、その表面に露光デバイス（２５）によって静電潜像が形成される。ここで、露光デバイス（２５）は、パーソナルコンピュータ等から出力された画像データに基づいて、感光体ドラム（２３）の表面にレーザー光（図示せず）を照射し、感光体ドラム（２３）の表面のレーザー光照射部分の電荷を除去して画像情報に応じた静電潜像を形成する。
【００４５】
感光体ドラム（２３）の表面に形成された静電潜像は、現像デバイス（２６）によってトナーコンテナ（２９）から供給された電荷を有するトナーが静電的に付着されてトナー像として現像される。さらに、そのトナー像は、転写デバイス（２７）によって搬送シートに転写像として転写される。この際、搬送シートにトナー像を転写した感光体ドラム（２３）は、クリーニングデバイス（２８）によって残留トナー等の除去処理並びに次の画像形成時の帯電のための除電処理が施される。
【００４６】
トナー像が転写された搬送シートは定着装置（１）に搬送され、画像が定着された後、排紙部（２２）より排出される。
【００４７】
本発明に係る画像形成装置は、カーボンナノチューブ（７）の長さ方向がベルト厚み方向に高い配向性で整列し、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した加熱ベルトを有する定着装置（１）を備えているため、ウォームアップ時間が短く、画像形成処理後すぐに省電モードとしても、次のウォームアップ時でも短時間で画像形成処理ができ、省エネルギーに貢献できる画像形成装置となる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の定着装置を備えた画像形成装置に対して好適に利用される。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・定着装置
３・・・加熱ベルト
３１・・・ベルト本体
３２・・・弾性層
３３・・・コーティング層
６・・・磁性体
７・・・カーボンナノチューブ
８・・・金型
９・・・溶融合成樹脂層
１０・・・コア（磁石）
１１・・・コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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