(57)【要約】本発明は、トナーの定着性に優れる定着ベルト用ポリイミドチューブの提供を目的とする。本発明の画像形成装置の定着ベルト用ポリイミドチューブは、ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層を備え、上記針状フィラーがカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含み、上記ポリイミド層の熱拡散率（ｍ２／ｓ）と軸方向の破断伸び（％）との積が３５×１０−７以上である。上記針状フィラーの配向方向は軸方向又は周方向が好ましい。
2016013391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の定着ベルト用ポリイミドチューブであって、
ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層を備え、
上記針状フィラーがカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含み、
上記ポリイミド層の熱拡散率（ｍ２／ｓ）と軸方向の破断伸び（％）との積が３５×１０−７以上である定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項２】
上記針状フィラーの配向方向が軸方向である請求項１に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項３】
上記針状フィラーの配向方向が周方向である請求項１に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項４】
上記ポリイミド層の熱拡散率が３．５×１０−７ｍ２／ｓ以上である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項５】
上記ポリイミド層の軸方向の破断伸びが７％以上である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項６】
上記ポリイミド層の１５０℃での軸方向の弾性率が３０００ＭＰａ以下、周方向の弾性率が５５００ＭＰａ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項７】
上記ポリイミドが、下記式（１）、（２）又は（３）で表される構造単位を有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【化１】
2016013391.tif 000008
【請求項８】
上記ポリイミド層の外周面に積層されるフッ素樹脂層をさらに備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ベルト用ポリイミドチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置において、印刷及び複写の最終段階で一般に熱定着方式が採用されている。この熱定着方式は、加熱源を内部に配設した定着ベルトと加圧ローラとの間にトナー画像が転写された印刷用紙等の被転写材を通過させることで、未定着のトナーを加熱溶融し、被転写材にトナーを定着させて画像を形成する方式である。上記定着ベルトとしては、ポリイミド等の合成樹脂から形成したものが一般に使用されている。【０００３】
近年、画像形成装置の印刷又は複写機能の高速化に伴い、定着ベルトに求められる定着性等の品質基準が高くなってきている。そのため、これに対応すべく、針状フィラーを含有させ熱伝導性を向上させたポリイミドチューブを用いた定着ベルトが考案されている（特開２００９−１５６９６５号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５６９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の定着ベルトでは、ポリイミドチューブの熱伝導性の上昇によりトナーの定着性向上が期待されるが、一定の温度条件でなければ定着性が十分とは言えず、定着性の向上にはまだ改善の余地がある。【０００６】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、トナーの定着性に優れる定着ベルト用ポリイミドチューブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討した結果、定着ベルトを構成するポリイミドチューブの熱伝導性に加えて、このポリイミドチューブの伸びを最適化することで、高い定着性が達成できることを見出した。具体的には、本発明者らは、熱伝導性と破断伸びとの積を一定値以上とすることで定着性が著しく向上することを知得した。【０００８】
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る定着ベルト用ポリイミドチューブは、画像形成装置の定着ベルト用ポリイミドチューブであって、ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層を備え、上記針状フィラーがカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含み、上記ポリイミド層の熱拡散率（ｍ２／ｓ）と軸方向の破断伸び（％）との積が３５×１０−７以上である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の定着ベルト用ポリイミドチューブは、トナーの定着性に優れるため、画像形成装置の定着ベルトに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一態様に係る定着ベルト用ポリイミドチューブを示す模式的断面図である。
【図２】図２は、図１の定着ベルト用ポリイミドチューブの一製造方法の一工程を示す模式的斜視図である。
【図３】図３は、図１の定着ベルト用ポリイミドチューブを用いた画像形成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図４】図４は、図１とは異なる一態様に係る定着ベルト用ポリイミドチューブを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る定着ベルト用ポリイミドチューブは、画像形成装置の定着ベルト用ポリイミドチューブであって、ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層を備え、上記針状フィラーがカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含み、上記ポリイミド層の熱拡散率（ｍ２／ｓ）と軸方向の破断伸び（％）との積が３５×１０−７以上である。
【００１２】
当該定着ベルト用ポリイミドチューブは、カーボンナノチューブ及び針状酸化チタンをフィラーとして含むポリイミド層を備えるため、引張強度や圧縮強度等の機械的強度を維持しつつ熱伝導性に優れる。また、当該定着ベルト用ポリイミドチューブは、ポリイミド層の熱拡散率と軸方向の破断伸びとの積が３５×１０−７以上である。これらの相乗効果により、当該定着ベルト用ポリイミドチューブは、優れたトナーの定着性を発揮できる。
【００１３】
上記針状フィラーの配向方向は軸方向又は周方向であることが好ましい。軸方向に配向された場合、当該ポリイミドチューブは柔軟性に優れ、周方向に配向された場合、当該ポリイミドチューブは捻り強度（対座屈性）に優れる。  
【００１４】
上記ポリイミド層の熱拡散率としては、３．５×１０−７ｍ２／ｓ以上が好ましい。このようにポリイミド層の熱拡散率を上記下限以上とすることで、定着性をより確実に向上することができる。
【００１５】
上記ポリイミド層の軸方向の破断伸びとしては、７％以上が好ましい。このようにポリイミド層の軸方向の破断伸びを上記下限以上とすることで、定着性をより確実に向上することができる。
【００１６】
上記ポリイミド層の１５０℃での軸方向の弾性率としては、３０００ＭＰａ以下が好ましく、ポリイミド層の１５０℃での周方向の弾性率としては、５５００ＭＰａ以下が好ましい。このようにポリイミド層の弾性率を上記上限以下とすることで、ポリイミド層の柔軟性が高まり、定着性をより向上することができる。
【００１７】
上記ポリイミドが、下記式（１）、（２）又は（３）で表される構造単位を有するとよい。このようにポリイミド層を構成するポリイミドがこれらの構造単位を有することで、ポリイミド層の熱伝導性、強度等をバランスよく高め、さらなる定着性の向上を達成することができる。
【化１】
2016013391.tif 000003
【００１８】
上記ポリイミド層の外周面に積層されるフッ素樹脂層をさらに備えるとよい。このようにフッ素樹脂層をさらに備えることで、定着ベルトの離型性を高めることができる。
【００１９】
なお、「主成分」とは、最も多く含まれる成分であり、例えば含有量が５０質量％以上の成分をいう。「針状フィラーが定着ベルト用ポリイミドチューブの軸方向に配向している」とは、ポリイミドチューブを平面状に展開した際に、平面視で針状フィラーの中心軸とポリイミドチューブの軸方向との成す角度の絶対値の平均が１０°以下であり、「針状フィラーが定着ベルト用ポリイミドチューブの周方向に配向している」とは、同じく針状フィラーの中心軸とポリイミドチューブの周方向との成す角度の絶対値の平均が８０°以上１００°以下であることを意味する。「熱拡散率」とは、ＩＳＯ  ２２００７−３：２００８に準拠した温度波熱分析法で測定される値であり、例えば株式会社アイフェイズの「ａｉ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｂｉｌｅ  １ｕ」を用いて測定できる。「破断伸び」とは、ＪＩＳ−Ｋ７１６１（１９９４）に準拠して測定される値である。「弾性率」とは、ＪＩＳ−Ｋ７１６１（１９９４）に準拠して測定される値である。
【００２０】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明に係る定着ベルト用ポリイミドチューブの一実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００２１】
［定着ベルト用ポリイミドチューブ］
図１の当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、画像形成装置の定着ベルトを構成する。当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層２と、フッ素樹脂を主成分とし、このポリイミド層２の外周面に直接又は接着剤を介して積層されるフッ素樹脂層３とを備える。
【００２２】
当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の平均外径の上限としては、１００ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。一方、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の平均外径の下限としては、５ｍｍが好ましく、１０ｍｍがより好ましい。当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の平均外径が上記上限を超える場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の用途が制限されるおそれがある。逆に、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の平均外径が上記下限未満の場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の機械的強度が不十分となるおそれがある。
【００２３】
また、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の長さは、用途に応じて適宜設計することができる。
【００２４】
＜ポリイミド層＞
ポリイミド層２は、主成分としてのポリイミドと、針状フィラーとを含有する。また、ポリイミド層２は、本発明の効果を損なわない範囲で他の樹脂やフィラー、任意の添加剤を含有してもよい。他のフィラーとしては、例えばボロンナイトライド等の高熱伝導性フィラーが挙げられる。
【００２５】
（ポリイミド）
ポリイミド層２が主成分として含むポリイミドとしては、熱硬化性ポリイミド（縮合型ポリイミドともいう）又は熱可塑性ポリイミドを用いることができる。この中でも、耐熱性、引張強度、引張弾性率等の観点から熱硬化性ポリイミドが好ましい。
【００２６】
上記ポリイミドは、１種の構造単位からなる単独重合体であっても２種以上の構造単位からなる共重合体であってもよいし、２種類以上の単独重合体をブレンドしたものであってもよいが、下記式（１）、（２）又は（３）で表される構造単位を有するものが好ましい。
【００２７】
【化２】
2016013391.tif 000004
【００２８】
上記式（１）で表される構造単位（以下、構造単位ａと呼称する）は、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００２９】
上記式（２）で表される構造単位（以下、構造単位ｂと呼称する）は、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００３０】
上記式（３）で表される構造単位（以下、構造単位ｃと呼称する）は、例えばピロメリット酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００３１】
特に、上記ポリイミドは上記構造単位ａ及び構造単位ｃを有する共重合体であるとよい。上記ポリイミドの構造単位ｃの含有量の下限としては、１０質量％が好ましく、１５質量％がより好ましく、１８質量％がさらに好ましい。一方、上記ポリイミドの構造単位ｃの含有量の上限としては、５０質量％が好ましく、４０質量％がより好ましく、３５質量％がさらに好ましい。構造単位ｃの含有量が上記下限未満の場合、ポリイミド層２の破断強度が不足し、異物などを噛み込んだ際にローラが破断するおそれがある。逆に、構造単位ｃの含有量が上記上限を超える場合、ポリイミド層２の破断伸びが不十分となるおそれがある。
【００３２】
さらに、上記ポリイミドは、上記構造単位ａと上記構造単位ｂとを有する共重合体Ａ、上記構造単位ｂと下記式（４）で表される構造単位とを有する共重合体Ｂ、上記構造単位ｃと下記式（５）で表される構造単位とを有する共重合体Ｃ、上記構造単位ａと下記式（６）で表される構造単位とを有する共重合体Ｄ、又は上記構造単位ａと下記式（７）で表される構造単位とを有する共重合体Ｅであってもよい。
【００３３】
【化３】
2016013391.tif 000005
【００３４】
上記共重合体Ａは、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミン及び４，４’−ジアミノジフェニルエーテルとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００３５】
上記共重合体Ａにおける構造単位ａの割合の上限としては、９５質量％が好ましく、９０質量％がより好ましい。一方、上記共重合体Ａにおける構造単位ａの割合の下限としては、２５質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。共重合体Ａにおける構造単位ａの割合を上記範囲内とすることで、ポリイミドの剛性及び可撓性の向上を両立することができる。
【００３６】
上記共重合体Ｂは、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル及び４，４’−ジアミノベンズアニリドとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００３７】
上記共重合体Ｂにおける構造単位ｂの割合の上限としては、７５質量％が好ましく、７０質量％がより好ましい。一方、上記共重合体Ｂにおける構造単位ｂの割合の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。共重合体Ｂにおける構造単位ｂの割合を上記範囲内とすることで、ポリイミドの剛性及び可撓性の向上を両立することができる。
【００３８】
上記共重合体Ｃは、例えばピロメリット酸二無水物と４，４’−ジアミノジフェニルエーテル及び４，４’−ジアミノベンズアニリドとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００３９】
上記共重合体Ｃにおける構造単位ｃの割合の上限としては、７５質量％が好ましく、７０質量％がより好ましい。一方、上記共重合体Ｃにおける構造単位ｃの割合の下限としては、５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。共重合体Ｃにおける構造単位ｃの割合を上記範囲内とすることで、ポリイミドの剛性及び可撓性の向上を両立することができる。
【００４０】
上記共重合体Ｄは、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミン及びオキシジフタル酸二無水物とを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００４１】
上記共重合体Ｄにおける構造単位ａの割合の上限としては、９５質量％が好ましく、９０質量％がより好ましい。一方、上記共重合体Ｄにおける構造単位ａの割合の下限としては、２５質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。共重合体Ｄにおける構造単位ａの割合を上記範囲内とすることで、ポリイミドの剛性及び可撓性の向上を両立することができる。
【００４２】
上記共重合体Ｅは、例えば３，３’，４，４’−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミン及びレゾルシンオキシジアニリンとを用いてポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）を合成し、これを加熱等によりイミド化することで得られる。
【００４３】
上記共重合体Ｅにおける構造単位ａの割合の上限としては、９５質量％が好ましく、９０質量％がより好ましい。一方、上記共重合体Ｅにおける構造単位ａの割合の下限としては、２５質量％が好ましく、３０質量％がより好ましい。共重合体Ｅにおける構造単位ａの割合を上記範囲内とすることで、ポリイミドの剛性及び可撓性の向上を両立することができる。
【００４４】
上記ポリイミド層の１５０℃での軸方向の弾性率の上限としては、３０００ＭＰａが好ましく、２５００ＭＰａがより好ましい。一方、上記ポリイミド層の１５０℃での軸方向の弾性率の下限としては、１０００ＭＰａが好ましい。さらに、上記ポリイミド層の１５０℃での周方向の弾性率の上限としては、５５００ＭＰａが好ましく、５０００ＭＰａがより好ましい。一方、上記ポリイミド層の１５０℃での周方向の弾性率の下限としては、２０００ＭＰａが好ましい。上記ポリイミド層の弾性率が上記上限を超える場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の柔軟性が低下するおそれがある。逆に、上記ポリイミド層の弾性率が上記下限未満の場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の形状安定性が不十分となるおそれがある。
【００４５】
（針状フィラー）
ポリイミド層２が含有する針状フィラーは、カーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含む。なお、ポリイミド層２は、これら以外の針状フィラーを含んでもよい。
【００４６】
上記針状フィラーは、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の軸方向又は周方向に配向しているのが好ましい。つまり、針状フィラーはその長手方向がチューブの軸方向と平行又は垂直となるように配向してポリイミド層２に含有されているのがよい。
【００４７】
上記カーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と呼称することがある）は、ナノサイズの円筒状カーボンである。カーボンナノチューブは、一般に比重が約２．０、アスペクト比（直径に対する長さの比）が５０以上１０００以下である。また、カーボンナノチューブとしては、単層型（ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌ）と複層型（ｍｕｌｔｉ−ｗａｌｌ）とが代表的である。上記複層型ＣＮＴは、筒状のカーボン材料が同心円状に幾重にも重なった構造を有する。カーボンナノチューブの製法は、公知の方法を用いることができるが、カーボンナノチューブの直径を制御しやすく、量産性にも優れた気相成長法が好ましい。
【００４８】
カーボンナノチューブの平均直径の上限としては、３００ｎｍが好ましく、２００ｎｍがより好ましい。一方、カーボンナノチューブの平均直径の下限としては、１００ｎｍが好ましい。カーボンナノチューブの平均直径が上記上限を超える場合、ポリイミド層２の柔軟性や表面の平滑性が低下するおそれがある。逆に、カーボンナノチューブの平均直径が上記下限未満の場合、カーボンナノチューブの分散性が低下しポリイミド層２の機械的強度が低下するおそれや、カーボンナノチューブの生産性が低下するおそれがある。なお、カーボンナノチューブの平均直径とは、例えばレーザー散乱法や走査型電子顕微鏡による観察によって測定したカーボンナノチューブの短軸径の平均値である。
【００４９】
カーボンナノチューブの平均長さの上限としては、５０μｍが好ましく、３０μｍがより好ましく、２０μｍがさらに好ましい。一方、カーボンナノチューブの平均長さの下限としては、１μｍが好ましい。カーボンナノチューブの平均長さが上記上限を超える場合、カーボンナノチューブの分散性が低下しポリイミド層２の機械的強度が低下するおそれや、ポリイミド層２の表面の平滑性が低下するおそれがある。逆に、カーボンナノチューブの平均長さが上記下限未満の場合、ポリイミド層２の破断伸び等の機械的強度が不十分となるおそれがある。なお、カーボンナノチューブの平均長さとは、例えばレーザー散乱法や走査型電子顕微鏡による観察によって測定したカーボンナノチューブの長さの平均値である。
【００５０】
針状酸化チタンの平均直径の上限としては、５μｍが好ましく、３μｍがより好ましい。一方、針状酸化チタンの平均直径の下限としては、０．１μｍが好ましい。針状酸化チタンの平均直径が上記上限を超える場合、ポリイミド層２の柔軟性や表面の平滑性が低下するおそれがある。逆に、針状酸化チタンの平均直径が上記下限未満の場合、針状酸化チタンの分散性が低下しポリイミド層２の機械的強度が低下するおそれがある。なお、針状酸化チタンの平均直径とは、例えばレーザー散乱法や走査型電子顕微鏡による観察によって測定した針状酸化チタンの短軸径の平均値である。
【００５１】
針状酸化チタンの平均長さの上限としては、２００μｍが好ましく、１００μｍがより好ましく、５０μｍがさらに好ましい。一方、針状酸化チタンの平均長さの下限としては、１μｍが好ましい。針状酸化チタンの平均長さが上記上限を超える場合、カーボンナノチューブの分散性が低下しポリイミド層２の機械的強度が低下するおそれや、ポリイミド層２の表面の平滑性が低下するおそれがある。逆に、針状酸化チタンの平均長さが上記下限未満の場合、ポリイミド層２の破断伸び等の機械的特性が不十分となるおそれがある。
なお、針状酸化チタンの平均長さとは、例えばレーザー散乱法や走査型電子顕微鏡による観察によって測定した針状酸化チタンの長さの平均値である。
【００５２】
なお、針状酸化チタンのアスペクト比は、一般に１０以上１００以下である。
【００５３】
ポリイミド層２における針状フィラー全体の含有量の上限としては、３０体積％が好ましく、２５体積％がより好ましい。一方、ポリイミド層２における針状フィラー全体の含有量の下限としては、１０体積％が好ましく、１５体積％がより好ましい。
【００５４】
ポリイミド層２におけるカーボンナノチューブの含有量の上限としては、２５体積％が好ましく、２０体積％がより好ましい。一方、ポリイミド層２におけるカーボンナノチューブの含有量の下限としては、５体積％が好ましく、１０体積％がより好ましい。
【００５５】
ポリイミド層２における針状酸化チタンの含有量の上限としては、１０体積％が好ましく、８体積％がより好ましい。一方、ポリイミド層２における針状酸化チタンの含有量の下限としては、１体積％が好ましく、３体積％がより好ましい。
【００５６】
ポリイミド層２における針状フィラー全体、カーボンナノチューブ、又は針状酸化チタンの含有量が上記上限を超える場合、ポリイミド層２の破断伸びが不十分となるおそれがある。逆に、ポリイミド層２における針状フィラー全体、カーボンナノチューブ、又は針状酸化チタンの含有量が上記下限未満の場合、ポリイミド層２の熱伝導性が不十分となるおそれがある。なお、針状フィラーの含有量は、例えば熱重量測定（ＴＧＡ）装置を用いて測定することができる。
【００５７】
また、針状フィラーは、ポリイミドとの密着性を高めるため、カップリング剤等で表面処理してもよい。
【００５８】
（ポリイミド層の性状）
ポリイミド層２の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、２０μｍがより好ましく、３０μｍがさらに好ましい。一方、ポリイミド層２の平均厚さの上限としては、１５０μｍが好ましく、１２０μｍがより好ましく、１００μｍがさらに好ましい。ポリイミド層２の平均厚さが上記下限未満の場合、ポリイミド層２の機械的強度が不十分となるおそれがある。逆に、ポリイミド層２の平均厚さが上記上限を超える場合、製造コストが増加するほか、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１のサイズが不要に大きくなるおそれがある。
【００５９】
ポリイミド層２の熱拡散率の下限としては、３．５×１０−７ｍ２／ｓが好ましく、４×１０−７ｍ２／ｓがより好ましく、５×１０−７ｍ２／ｓがさらに好ましい。一方、ポリイミド層２の熱拡散率の上限としては、１０×１０−７ｍ２／ｓが好ましい。ポリイミド層２の熱拡散率が上記下限未満の場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の定着性が不十分となるおそれがある。逆に、ポリイミド層２の熱拡散率が上記上限を超える場合、針状フィラー等の含有量が多くなり製造コストが増大するおそれがある。
【００６０】
ポリイミド層２の軸方向の破断伸びの下限としては、７％が好ましく、７．５％がより好ましく、８％がさらに好ましい。一方、ポリイミド層２の軸方向の破断伸びの上限としては、１５％が好ましい。ポリイミド層２の軸方向の破断伸びが上記下限未満の場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の柔軟性が低下して定着性が不十分となるおそれがある。逆に、ポリイミド層２の軸方向の破断伸びが上記上限を超える場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の形状安定性が不十分となるおそれがある。
【００６１】
ポリイミド層２の熱拡散率と軸方向の破断伸びとの積の下限としては、３５×１０−７であり、３８×１０−７が好ましく、４０×１０−７がさらに好ましい。一方、ポリイミド層２の熱拡散率と軸方向の破断伸びとの積の上限としては、１００×１０−７が好ましい。上記積が上記下限未満の場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の定着性が不十分となるおそれがある。逆に、上記積が上記上限を超える場合、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１の製造コストが過大になるおそれがある。
【００６２】
（フッ素樹脂層）
フッ素樹脂層３は、定着ベルトに離型性を付与し、被転写材上のトナーの定着ベルト表面への付着を防止するために設けられ、主成分としてフッ素樹脂を含有する。このフッ素樹脂としては、耐熱性に優れたものが好ましく、例えば、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）等が挙げられる。
【００６３】
フッ素樹脂層３は、フッ素樹脂のみを用いて形成することができるが、帯電によるオフセットを防止するために、導電性フィラーを含有させることが好ましい。この導電性フィラーとしては、例えばケッチェンブラックなどの導電性カーボンブラック、酸化錫などの金属酸化物、アルミニウムなどの金属粉等を挙げることができる。
【００６４】
フッ素樹脂層３における導電性フィラーの含有量の下限としては、０．５質量％が好ましく、１質量％がより好ましい。一方、フッ素樹脂層３における導電性フィラーの含有量の上限としては、１５質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。導電性フィラーの含有量が上記下限未満の場合、フッ素樹脂層３に十分な導電性を付与できないおそれがある。逆に、導電性フィラーの含有量が上記上限を超える場合、フッ素樹脂層３の柔軟性、機械的強度等が低下するおそれがある。
【００６５】
フッ素樹脂層３の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましく、５μｍがより好ましい。一方、フッ素樹脂層３の平均厚さの上限としては、３０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。フッ素樹脂層３の平均厚さが上記下限未満の場合、フッ素樹脂層３の機械的強度が不十分となるおそれがある。逆に、フッ素樹脂層３の平均厚さが上記上限を超える場合、製造コストが増加するほか、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１のサイズが不要に大きくなるおそれがある。
【００６６】
フッ素樹脂層３は、本発明の効果を損なわない範囲で他の樹脂やフィラー、任意の添加剤を含有してもよい。
【００６７】
フッ素樹脂層３は、直接ポリイミド層２に積層してもよいが、接着性を高めるために接着剤を介して積層してもよい。この接着剤としては、耐熱性の観点から耐熱性樹脂を主成分とするものが好ましい。この耐熱性樹脂としては、例えばフッ素樹脂とポリアミドイミドとの混合物、フッ素樹脂とポリエーテルスルホンとの混合物等が好ましい。
【００６８】
また、上記接着剤には、導電性フィラーを含有させてもよい。上記接着剤に導電性フィラーを含有させることで、定着ベルト内周面の摩擦による帯電に対するシールド効果と外周面の帯電防止効果とを高めて、オフセットを効果的に防止することができる。上記接着剤に含有させる導電性フィラーとしては、フッ素樹脂層３に用いるものと同様のものが使用できる。
【００６９】
上記接着剤から形成される接着剤層の平均厚さの下限としては、０．１μｍが好ましく、１μｍがより好ましい。一方、接着剤層の平均厚さの上限としては、２０μｍが好ましく、１０μｍがより好ましい。接着剤層の平均厚さが上記下限未満の場合、フッ素樹脂層３とポリイミド層２との接着強度が十分向上しないおそれがある。逆に、接着剤層の平均厚さが上記上限を超える場合、製造コストが増加するほか、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１のサイズが不要に大きくなるおそれがある。
【００７０】
＜製造方法＞
当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、例えば円柱状芯体にポリイミドワニスを塗工する工程、塗工したポリイミドワニスの硬化によりポリイミド層２を形成する工程、円柱状芯体からポリイミド層２を脱型する工程、及びポリイミド層２の外周面にフッ素樹脂層３を積層する工程を備える製造方法によって容易かつ確実に製造できる。
【００７１】
（ポリイミドワニス塗工工程）
ポリイミドワニス塗工工程において、例えば、図２に示すように円柱状芯体１１にポリイミド層２を形成するポリイミドワニスを塗工し、塗工層１３を積層する。上記円柱状芯体１１は中実でも中空でもよい。円柱状芯体１１が中実の場合、ポリイミドワニスを円柱状芯体１１の外周面に塗工し、円柱状芯体１１が中空の場合、ポリイミドワニスを円柱状芯体１１の外周面又は内周面に塗工する。
【００７２】
上記円柱状芯体１１の材質としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレスなどの金属、アルミナ、炭化ケイ素などのセラミックス、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリベンゾオキサゾールなどの耐熱樹脂等を用いることができる。
【００７３】
また、上記円柱状芯体１１のポリイミドワニスの塗工面には、シリコーンオイル等の離型剤の塗布、セラミックスコーティング等を施すことが好ましい。このセラミックスコーティングとしては、ゾルゲル法でコーティングしたシリカ、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素など、溶射法でコーティングしたアルミナ、ジルコニアなど、スパッタリング法でコーティングした窒化アルミなどを用いることができる。これらの中でも、高価な装置を必要とせず、コーティング作業が容易であるゾルゲル法によるセラミックスコーティングが好ましい。
【００７４】
上記ポリイミドワニスは、ポリイミド層２のポリイミドを形成するポリイミド前駆体と、針状フィラーと、有機溶媒とを含有する。この有機溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等を用いることができる。
【００７５】
また、ポリイミドワニスには、分散剤を添加してもよい。この分散剤としては、針状フィラーの分散性を高めるものであれば特に限定されず、例えば界面活性剤を用いることができる。分散剤の針状フィラーに対する添加量の下限としては、０．１質量％が好ましく、０．３質量％がより好ましい。一方、分散剤の針状フィラーに対する添加量の上限としては、２０質量％が好ましく、１０質量％がより好ましい。分散剤の添加量が上記下限未満の場合、針状フィラーの分散性が不十分となるおそれがある。逆に、分散剤の添加量が上記上限を超える場合、ポリイミド層２の機械的強度等が低下するおそれがある。
【００７６】
ポリイミドワニスの２５℃での粘度の上限としては、１５００Ｐａ・ｓが好ましく、３００Ｐａ・ｓがより好ましい。一方、ポリイミドワニスの２５℃での粘度の下限としては、１０Ｐａ・ｓが好ましい。ポリイミドワニスの２５℃での粘度が上記上限を超えると、ポリイミドワニスの塗工時に塗工層１３に凹凸が生じやすくなる。逆に、ポリイミドワニスの２５℃での粘度が上記下限未満の場合、ポリイミドワニスの塗工時又は硬化時に液だれやはじきが発生するおそれがある。
【００７７】
ポリイミドワニスの具体的な塗工方法としては、例えば、ポリイミドワニスを満たした槽に円柱状芯体を浸漬し、円柱状芯体の長さ方向を上下にして引き上げて塗工する方法、いわゆるディッピング方式が好適に用いられる。これにより、針状フィラーの配向方向をポリイミドチューブの軸方向とすることができる。
【００７８】
ポリイミドワニスの他の塗工方法としては、ディスペンサーを用いて塗工する方法も好適に用いられる。この方法では、円柱状芯体１１を軸中心に回転させ、この円柱状芯の外周面又は内周面にディスペンサーのノズル１２を円柱状芯体１１の軸方向に相対移動させながらポリイミドワニスを連続的に塗工する。これにより、ポリイミドワニスが筒状体芯体１１に螺旋状に塗工され、針状フィラーの配向方向をポリイミドチューブの周方向とすることができる。
【００７９】
ディスペンサーのノズル１２は円柱状芯体１１の外周面又は内周面に接触させることが好ましい。さらに、ディスペンサーノズル１２の円柱状芯体１１軸方向の移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓ）と円柱状芯体１１の回転速度Ｒ（ｓ−１）との積Ｖ・Ｒ（ｍｍ）を３未満とすることが好ましく、１．５未満とすることがより好ましい。このようにディスペンサーノズル１２の移動速度と円柱状芯体１１の回転速度とを調整することで、ノズル１２の近傍でポリイミドワニスが効果的に撹拌され、塗工経路による縞模様の発生や塗工層１３の凹凸を防止することができる。
【００８０】
また、ディスペンサーのノズル１２としては、合成樹脂製チューブ、ゴム製チューブ、金属チューブ等を用いることができる。これらの中でも、剛性及び芯体表面への傷付け防止の観点から、ポリテトラフルオロエチレン又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を主成分とするチューブが好ましい。
【００８１】
（ポリイミド層形成工程）
ポリイミド層形成工程において、円柱状芯体１１に塗工したポリイミドワニスを硬化させることでポリイミド層２を形成する。ポリイミドワニスの硬化は、具体的には加熱により行うことができる。加熱によりポリイミドワニス中のポリイミド前駆体がイミド化し、チューブ状のポリイミド層２が形成される。
【００８２】
（脱型工程）
脱型工程において、上記ポリイミド層２を円柱状芯体１１から脱型する。
【００８３】
（フッ素樹脂層積層工程）
フッ素樹脂層積層工程において、上記ポリイミド層２の外周面にフッ素樹脂層３を積層する。この積層方法としては、例えばポリイミド層２の外周面にフッ素樹脂を含有するフッ素樹脂ワニスを塗工し焼結する方法、フッ素樹脂チューブをポリイミド層２に被覆し熱収縮させる方法等を用いることができる。また、接着剤を介してフッ素樹脂層３をポリイミド層２の外周面に積層する場合は、ポリイミド層２の外周面又はフッ素樹脂チューブの内周面に接着剤を塗工後、上述の方法でフッ素樹脂層３を積層する。これにより、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１が得られる。
【００８４】
なお、フッ素樹脂積層工程は脱型工程の前に行ってもよい。さらに、ポリイミド層形成工程をフッ素樹脂ワニスの塗工又はフッ素樹脂チューブの被覆後の加熱で行ってもよい。
つまり、ポリイミドワニスの円柱状芯体１１への塗工後、ポリイミドワニスの溶媒を乾燥除去し、次いでフッ素樹脂ワニスの塗工又はフッ素樹脂チューブの被覆を行い、最後に加熱によりポリイミド前駆体のイミド化とフッ素樹脂の焼結又は収縮とを同時に行ってもよい。
【００８５】
＜利点＞
当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、カーボンナノチューブ及び針状酸化チタンをフィラーとして含むポリイミド層２を備えるため、引張強度や圧縮強度等の機械的強度を維持しつつ熱伝導性に優れる。また、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、ポリイミド層２の熱拡散率と軸方向の破断伸びとの積が３５×１０−７以上である。これらの相乗効果により、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、優れたトナーの定着性を発揮できる。さらに、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１は、これらの針状フィラーが軸方向に配向された場合、チューブの軸方向の温度のバラツキが抑えられる。例えば、印刷時にチューブの端部は紙が通らないため紙と接触している中央部と較べて温度が上がりやすいが、軸方向に針状フィラーが配向されていると端部の熱が中央部に伝わりやすく、温度が均一になる。一方、針状フィラーが周方向に配向された場合、捻り強度（対座屈性）に優れる。
【００８６】
［画像形成装置］
図３の画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置であり、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１と、この定着ベルト用ポリイミドチューブ１の内部に配設されるヒータ１０１とを有する定着ベルト１０２、及びこの定着ベルト１０２と対で配置される加圧ローラ１０３を備える。この画像形成装置は、未定着トナーＢが表面に積層された被転写材Ａを定着ベルト１０２及び加圧ローラ１０３間で加熱及び加圧することで未定着トナーＢを定着させ、定着トナーＣを形成するものである。
【００８７】
当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１を定着ベルトとして備えた画像形成装置は、当該定着ベルト用ポリイミドチューブ１が定着性に優れるため、加熱温度を低減することができ、コールドオフセットを効果的に回避することができる。その結果、この画像形成装置は、画像の鮮明性に優れる。
【００８８】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態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、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００８９】
上記実施形態の定着ベルト用ポリイミドチューブは、ポリイミド層の外周面にフッ素樹脂層を備えたが、フッ素樹脂層は用途によって省略することが可能である。
【００９０】
さらに、図４に示す当該定着ベルト用ポリイミドチューブ２１のように、本発明の趣旨を損ねない範囲で、ポリイミド層２とフッ素樹脂３との間に、中間層４として接着層以外の樹脂層又はゴム層を付加的に積層してもよい。
【実施例】
【００９１】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００９２】
（Ｎｏ．１〜１３）
まず、上記式（１）で表される構造単位を与えるポリイミド前駆体を含有するポリイミドワニス１（宇部興産社の「ＵワニスＳ」）と、上記式（３）で表される構造単位を与えるポリイミド前駆体を含有するポリイミドワニス２（ＩＳＴ社の「Ｐｙｒｅ−ＭＬ」）とをこれらの構造単位（ａ及びｃ）の質量比が表１に示す値となるよう混合した。さらに、この混合したワニスにカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを表１に示すポリイミド前駆体に対する体積割合で配合し、塗工液を調製した。上記カーボンナノチューブとしては、昭和電工社の「ＶＧＣＦ−Ｈ」、平均直径１５０ｎｍ、平均長さ８μｍ、比重２．１を用いた。また、上記針状酸化チタンとしては、石原産業社の「ＦＴＬ３００」、平均直径０．２７μｍ、平均長さ５．１５μｍ、比重４．１を用いた。【００９３】
次に、外周面にセラミックスをコーティングした外径２０ｍｍのアルミニウム製円柱状芯体を用意し、この円柱状芯体の外周面に上記塗工液を塗工した。具体的には、ディスペンサーのノズルを円柱状芯体の外周面に接触させ、円柱状芯体を回転させると共に、ノズルを円柱状芯体の軸方向に一定速度で移動させながら、ディスペンサーノズルから上記塗工液を円柱状芯体の外周面に定量供給した。ディスペンサーノズルとしては、内径２ｍｍ、外径４ｍｍのＰＴＦＥ製チューブを使用した。ノズルの移動は、円柱状芯体の一端から２０ｍｍの位置（供給開始位置）より、他端から２０ｍｍの位置（供給停止位置）まで行った。上記塗工液の塗工後、円柱状芯体を回転させながら４００℃まで段階的に加熱し、冷却後、固化したポリイミド層を円柱状芯体から脱型し、ポリイミド層からなるＮｏ．１〜１３の定着ベルト用ポリイミドチューブを得た。このようにして得られた定着ベルト用ポリイミドチューブの平均厚みは８０μｍ、外径は２４．２ｍｍ、長さは２３３ｍｍであった。【００９４】
（測定）
上記Ｎｏ．１〜１３の定着ベルト用ポリイミドチューブの熱拡散率を測定した。具体的には、株式会社アイフェイズの「ａｉ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｂｉｌｅ  １ｕ」を用いて、２３℃で熱拡散率を測定した。【００９５】
また、上記Ｎｏ．１〜１３の定着ベルト用ポリイミドチューブの軸方向の破断伸びをＪＩＳ−Ｋ７１６１（１９９４）に準拠して測定した。【００９６】
上述の熱拡散率及び破断伸びの測定結果、並びに熱拡散率と破断伸びとの積を表１に示す。【００９７】
（評価）
上記Ｎｏ．１〜１３の定着ベルト用ポリイミドチューブの定着性を以下の手順で評価した。まず、アルミ板にポリイミドチューブを平面状に固定する。次に、ポリイミドチューブにトナーをまぶし１５０℃になるまで加熱する。その後、トナーに紙を押し当て５回擦った後、紙を剥がしてトナーが紙に転移するかどうかを確認し、以下に示す基準で評価した。この結果を表１に示す。
Ａ：完全にトナーが紙に転移している。
Ｂ：殆どのトナーが紙に転移している。
Ｃ：多くのトナーがポリイミドチューブに残留している。【００９８】
【表１】
2016013391.tif 000006
【００９９】
表１に示すように、熱拡散率と破断伸びとの積が３５×１０−７以上のＮｏ．４、５、７〜１３の定着ベルト用ポリイミドチューブは定着性に優れた。特に、上記積が４０×１０−７以上のＮｏ．５、７、９〜１２は定着性が著しく向上した。【０１００】
次に、Ｎｏ．１〜１３で用いたワニスと同じワニス、すなわち、上記式（１）で表される構造単位を与えるポリイミド前駆体を含有するポリイミドワニス１と、上記式（３）で表される構造単位を与えるポリイミド前駆体を含有するポリイミドワニス２、をこれらの構造単位の質量比が表２に示す値となるよう混合した。さらに、この混合したワニスにＮｏ．１〜１３で用いたカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを表２に示すポリイミド前駆体に対する体積割合で配合し、塗工液を調製した。  【０１０１】
次に、外周面にセラミックスをコーティングした外径２０ｍｍのアルミニウム製円柱状
芯体の外周面に上記塗工液を塗工した。具体的には、上記塗工液を満たしたステンレス製槽中に円柱状芯体を浸漬し、円柱状芯体をその長さ方向を垂直に引き上げて塗工した。塗工後、円柱状芯体を４００℃まで段階的に加熱し、冷却後、固化したポリイミド層を円柱状芯体から脱型し、ポリイミド層からなるＮｏ．１４〜１９の定着ベルト用ポリイミドチューブを得た。このようにして得られた定着ベルト用ポリイミドチューブの平均厚みは８０μｍ、外径は２４．２ｍｍ、長さは２３３ｍｍであった。【０１０２】
上記Ｎｏ．１４〜１９の定着ベルト用ポリイミドチューブの熱拡散率、軸方向の破断伸び及び定着性をＮｏ．１〜１３と同様に測定、評価した。測定、評価結果を表２に示す。【０１０３】
【表２】
2016013391.tif 000007
【０１０４】
表２に示すように、ディッピング法で成膜されたＮｏ．１４〜１９の定着ベルト用ポリイミドチューブは全て熱拡散率と破断伸びとの積が３５×１０−７以上となり、定着性に優れていた。特に、上記積が４０×１０−７以上のＮｏ．１７、１８、１９は定着性が著しく向上した。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
以上のように、本発明の定着ベルト用ポリイミドチューブは、トナーの定着性に優れるため、画像形成装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２１  定着ベルト用ポリイミドチューブ
２  ポリイミド層
３  フッ素樹脂層
４  中間層
１１  円柱状芯体
１２  ノズル
１３  塗工層
１０１  ヒータ
１０２  定着ベルト
１０３  加圧ローラ
Ａ  被転写材
Ｂ  未定着トナー
Ｃ  定着トナー
【図１】
2016013391.tif 000009
【図２】
2016013391.tif 000010
【図３】
2016013391.tif 000011
【図４】
2016013391.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月26日(2016.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置の定着ベルト用ポリイミドチューブであって、
ポリイミドを主成分とし、針状フィラーを含有するポリイミド層を備え、
上記針状フィラーがカーボンナノチューブ及び針状酸化チタンを含み、
上記ポリイミド層の熱拡散率が３．５×１０−７ｍ２／ｓ以上６．３×１０−７ｍ２／ｓ以下であり、
上記ポリイミド層の熱拡散率（ｍ２／ｓ）と軸方向の破断伸び（％）との積が３５×１０−７以上である定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項２】
上記針状フィラーの配向方向が軸方向である請求項１に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項３】
上記針状フィラーの配向方向が周方向である請求項１に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項４】
上記ポリイミド層の軸方向の破断伸びが７％以上である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項５】
上記ポリイミド層の１５０℃での軸方向の弾性率が３０００ＭＰａ以下、周方向の弾性率が５５００ＭＰａ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【請求項６】
上記ポリイミドが、下記式（１）、（２）又は（３）で表される構造単位を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【化１】
2016013391.tif 000013
【請求項７】
上記ポリイミド層の外周面に積層されるフッ素樹脂層をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の定着ベルト用ポリイミドチューブ。
【国際調査報告】
2016013391.tif 000014
2016013391.tif 000015
2016013391.tif 000016
2016013391.tif 000017