(57)【要約】【課題】加熱ベルトの断面方向の熱伝導率を向上し得て、ウォームアップ時間の短縮化に貢献することができ、画像形成処理直後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可能となり、節電に貢献することができる定着装置を提供する。【解決手段】発熱部材を内装した無端状樹脂製の加熱ベルト２２と、加熱ベルト２２に圧接する加圧部材とを備え、加熱ベルト２２には長手方向が断面方向に沿って連続するようにカーボンナノチューブ３２が分散配合されている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部材を内装した無端状樹脂製の加熱ベルトと、該加熱ベルトに圧接する加圧部材と、を備えた定着装置において、
前記加熱ベルトには、長手方向が断面方向に沿って連続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ことを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記加熱ベルトは、ポリイミド樹脂又はフッ素樹脂を主成分とする樹脂材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
前記加熱ベルトは、無端状樹脂製のベルト本体と、該ベルト本体の表面に設けられた離型層とを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の定着装置。
【請求項４】
前記離型層は、ゴム材料を主成分とした中間層と、熱硬化性樹脂からなる表面保護層とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の定着装置。
【請求項５】
前記離型層には、長手方向が断面方向に沿って連続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ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
ポリイミド樹脂又はフッ素樹脂を主成分とする樹脂材料から無端状樹脂製のベルト本体を形成した後、該ベルト本体の表面にカーボンナノチューブを分散配合した溶融樹脂材料を塗布したうえで前記溶融樹脂材料に電界をかけ、前記溶融樹脂材料を硬化させて離型層を形成することを特徴とする加熱ベルトの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱部材を内装した無端状樹脂製の加熱ベルトと、この加熱ベルトに圧接する加圧部材とを備えた定着装置、その定着装置に用いられる加熱ベルトの製造方法、及び定着装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザープリンタや複写機等の画像形成装置では、トナーによって定着紙の表面に形成したトナー像を溶融して定着させる定着装置が用いられている。
【０００３】
また、このような定着装置には、発熱部材としてハロゲンヒータ等を内装した無端状樹脂製の加熱ベルトと、この加熱ベルトに圧接する加圧部材とを備えたものが周知である。
【０００４】
加熱ベルトは、熱容量を小さくすると共に発熱部材による熱伝導率を上げることによってウォームアップ時間を短くするのが好ましい。
【０００５】
このため、加熱ベルトの樹脂材料中にカーボン粉末や銅・銀等の金属粉末等を配合したものがあるが、この場合、熱伝導率は３．５〜５Ｗ／ｍ℃が限度で、これ以上の熱伝導率を上げるためにカーボン粉末や金属粉末等を配合しすぎると加熱ベルトの機械的強度が劣るという問題が生じていた。
【０００６】
また、このような加熱ベルトの機械的強度を保持した状態で使用するには、１００μｍ以上の肉厚が必要であり、肉厚を厚くすればするほど機械的強度は増すが熱容量も上がってしまうために厚肉化は困難であった。
【０００７】
そこで、上述したカーボン粉末や金属粉末に変えて、熱伝導率の高いカーボンナノチューブを配合した加熱ベルトが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−８４１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上述したカーボンナノチューブを配合した加熱ベルトにあっても、実際には熱伝導率は４Ｗ／ｍ℃〜５．５Ｗ／ｍ℃を確保するのが限界で、カーボン粉末や金属粉末を用いた場合に対する熱伝導率の向上は僅かであるという問題が生じていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、熱伝導率を向上することができる定着装置、加熱ベルトの製造方法、画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の定着装置は、発熱部材を内装した無端状樹脂製の加熱ベルトと、該加熱ベルトに圧接する加圧部材と、を備えた定着装置において、前記加熱ベルトには、長手方向が断面方向に沿って連続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ことを特徴とする。
【００１１】
この際、前記加熱ベルトは、ポリイミド樹脂又はフッ素樹脂を主成分とする樹脂材料から構成されていることが好ましい。
【００１２】
また、前記加熱ベルトは、無端状樹脂製のベルト本体と、該ベルト本体の表面に設けられた離型層とを備えていることが好ましい。
【００１３】
さらに、この離型層は、ゴム材料を主成分とした中間層と、熱硬化性樹脂からなる表面保護層とを備え、長手方向が断面方向に沿って連続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ことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の加熱ベルトの製造方法は、ポリイミド樹脂又はフッ素樹脂を主成分とする樹脂材料から無端状樹脂製のベルト本体を形成した後、該ベルト本体の表面にカーボンナノチューブを分散配合した溶融樹脂材料を塗布したうえで前記溶融樹脂材料に電界をかけ、前記溶融樹脂材料を硬化させて離型層を形成することを特徴とする。
【００１５】
尚、溶融樹脂材料の硬化には、電界中において硬化させても良いし、電界をかけた後に電界を取り去ってから加熱硬化させても良い。
【００１６】
また、本発明は上記した何れかの構成からなる定着装置を採用した画像形成装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の定着装置によれば、加熱ベルトの断面方向の熱伝導率を向上し得て、ウォームアップ時間の短縮化に貢献することができ、画像形成処理直後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可能となり、節電に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の一実施形態に係る定着装置について、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の説明図、図２は本発明の一実施形態に係る定着装置の一例の説明図、図３は本発明の一実施形態に係る定着装置の要部の拡大断面図、図４は本発明の一実施形態に係る定着装置の他の要部の拡大断面図、図５は本発明の一実施形態に係る定着装置における加熱ベルトの製造例の説明図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１は、画像形成装置本体としてのプリンタ本体２の内部にスライド変位可能に格納された給紙カセット３と、給紙カセット３の収納空間４内に収納された転写紙（図示せず）を取り出す給紙部５と、プリンタ本体２の正面に設置された手差しトレイ６と、手差しトレイ６にセットされた転写紙（図示せず）を取り出す手差し給紙部７と、各給紙部５，７から供給された転写紙が搬送される搬送経路８と、搬送経路８のシート搬送方向上流側で各給紙部５，７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９と、レジストローラ対９よりも搬送経路８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１０と、画像形成部１０よりも搬送経路８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１１と、定着装置１１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８の定着装置１１よりも搬送経路下流側からレジストローラ対９よりも搬送経路８のシート搬送方向上流側に引き戻す反転経路１２と、搬送経路８の終端部に設けられた排紙部１３とを備えている。
【００２１】
また、画像形成部１０は感光体ドラム１４を備えていると共に、その感光体ドラム１４の周囲に配置された帯電デバイス１５、露光デバイス１６、現像デバイス１７、転写デバイス１８、クリーニングデバイス１９等を備えている。
【００２２】
これにより、画像形成部１０は、感光体ドラム１４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１５によって所定の極性・電位に均一に帯電される。
【００２３】
帯電後の感光体ドラム１４は、その表面に露光デバイス１６によって静電潜像が形成される。ここで、露光デバイス１６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１４の表面にレーザー光（図示せず）を照射し、感光体ドラム１４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。
【００２４】
そして、感光体ドラム１４の表面に形成された静電潜像は、現像デバイス１７によってトナーコンテナ２０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１８によって搬送シートに転写像として転写される。
【００２５】
この際、搬送シートにトナー像を転写した感光体ドラム１４は、クリーニングデバイス１９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。
【００２６】
定着装置１１は、図２に示すように、発熱部材としてのハロゲンヒータ２１を内装した無端状樹脂製の加熱ベルト２２と、加熱ベルト２２に圧接する加圧ローラ（加圧部材）２３とを備え、この加圧ローラ２３の圧接により転写紙を協働搬送するためのニップ部２４が形成されている。
【００２７】
加熱ベルト２２の内部には、加圧ローラ２３の圧接による加熱ベルト２２の変形を規制してニップ部２４の位置並びにニップ幅を維持するように加熱ベルト２２の内面に摺動状態で配置された保形部材２５を備えている。また、加熱ベルト２２は、図３に示すように、図示上方を内側として、内層側に位置するベルト本体２９と、ベルト本体２９の表面（外層）側に位置する中間層としてのシリコーンゴム等の弾性層３０と、弾性層３０の表面（最外層）側に位置する表面保護層としてのフッ素樹脂等のコーティング層３１との多層構造が採用されている。尚、本実施の形態では、中間層としての弾性層３０と表面保護層としてのコーティング層３１とで離型層を構成しているが、中間層としての弾性層３０を廃止しても良い。
【００２８】
ベルト本体２９は、ポリイミド樹脂又はフッ素樹脂を主成分とする等を主成分として無端ベルト状（フィルム等でも良い）に構成され、その内部にはカーボンナノチューブ（カーボンナノカプセル・カーボンナノコイル等を含む）３２が熱伝導方向（厚さ方向）に沿って連続し且つ周方向に沿って列状に配置されている。
【００２９】
尚、本実施の形態では、ベルト本体２９は厚さ５０μｍ〜１００μｍ、弾性層３０は厚さ３０μｍ〜２００μｍ、コーティング層３１は、好ましくは厚さ５μｍ〜３０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜２５μｍである。この際、図４に示すように、弾性層３０とコーティング層３１においてもカーボンナノチューブ３２を熱伝導方向（厚さ方向）に沿って連続し且つ周方向に沿って列状に配置させても良い。また、コーティング層３１はフッ素チューブフィルム（厚さ３０μｍ〜１００μｍ）を熱収縮させたもの等、コーティング処理以外の構成を採用することができる。
【００３０】
カーボンナノチューブ３２は、図５に示すように、ベルト本体２９の材料であるポリイミド樹脂等の溶融液にカーボンナノチューブ３２を配合分散させ、金型３３に塗布後、電界中（電極３４）において加熱硬化させることで長手方向が所定方向（断面方向）に沿って連続し且つ周方向に沿って列状に分散配合することができる。
【００３１】
具体的には、ベルト本体２９の厚さを厚くしても熱の貫流量を確保する為に、カーボンナノチューブ３２を有機溶剤や界面活性剤が添加された水溶液に分散させた後、遠心分離法等で精製したものをポリイミド樹脂中に分散配合しフィルム状に成形したポリイミドベルトを用いることで高い熱伝導率（この時は４Ｗ／ｍ℃〜５．５Ｗ／ｍ℃）を確保することができ、機械的強度を保ちながら熱の貫流量を確保することが可能となった。
【００３２】
この為、ベルト本体２９の内側の温度を高くすることなくトナーを溶融する外周温度を所定の温度に保つことが可能になった。しかも、カーボンナノチューブ３２の方向を電界中でベルト本体２９を貫通する厚さ方向に揃える（連続させる）ことにより、更なる熱伝導率の向上を図ることができ（例えば、６．０Ｗ／ｍ℃〜７．５Ｗ／ｍ℃）、カーボンナノチューブ３２を配列していない同じ厚さのベルト本体２９よりも熱貫流量が増すことで更なる省エネにつながる。尚、この時のカーボンナノチューブ３２の添加量はフィルム樹脂に対して１０ｗｔ％であった。また、カーボンナノチューブ３２は、アーク放電・レーザー蒸着・ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ等を含む）等の各種製法で製造した単層又は多層で直径約２ｎｍ〜５０ｎｍ、長さが１μｍ〜１０μｍ程度のベルト本体２９（又はコーティング層３１）の肉厚よりも短いものを用いた。尚、カーボンナノチューブ３２内に金属原子を内包したものを用いる等の応用も可能である。さらに、ここで印加する電圧は金型３３と電極３４との間の距離を０．５ｍｍとして電極３４に−５００Ｖ〜−１０００Ｖを印加すると効果があった。
【００３３】
保形部材２５は、加熱ベルト２２の裏面に摺接する金属材料等からなる支持部材２７と、支持部材２７の裏面に配置された金属材料等からなる補強用のバックアップ部材２８とを備えている。尚、バックアップ部材２８は、支持部材２７の強度を確保することができれば無くても良い。ただし、加熱ベルト２２の発熱を吸収し難くするためには、支持部材２７の肉厚を薄肉化するのが好ましいことから、この薄肉化に伴う強度を確保するためにはバックアップ部材２８を設けるほうが好ましい。
【００３４】
このように、本発明の定着装置１１によれば、カーボンナノチューブ３２を長手方向が断面方向に沿って連続するように分散配合したベルト本体２９を用いることにより、ベルト本体２９の伝熱効果を向上させることができ、ウォームアップ時間の短縮化を図ることが可能となった。また、結果的に熱伝導度も向上させることができるため、加熱ベルト２２の外周のマルチ帯電の電荷を瞬時に取り除くことができ、よって加熱ベルト２２の表面（外周）にトナー等が静電気的に吸着してしまうことを防止することも可能となった。
【００３５】
ところで、上記実施の形態では、本発明の定着装置１１をプリンタ１に適用して説明したが、例えば、加熱ベルト２２方式を採用した定着装置並びに画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着装置を採用した画像形成装置の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着装置の一例の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着装置の要部の拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る定着装置の他の要部の拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る定着装置における加熱ベルトの製造例の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…プリンタ（画像形成装置）
１１…定着装置
２１…ハロゲンヒータ（発熱部材）
２２…加熱ベルト
２３…加圧ローラ（加圧部材）
２９…ベルト本体
３０…弾性層（離型層・中間層）
３１…コーティング層（離型層・表面保護層）
３２…カーボンナノチューブ
【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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