(57)【要約】【課題】機械的特性及び可撓性に優れ、かつ寸法安定性にも優れるため、金属層との機械的ストレスを生じにくく、きびしい使用環境でも耐久性が高い電磁誘導発熱用定着ベルトを提供する。【解決手段】ポリイミド樹脂層１と、その表面に形成され電磁誘導により発熱する金属層２と、最外周面に形成された離型層４とを備える電磁誘導発熱用定着ベルトにおいて、前記ポリイミド樹脂層１は脱水環化剤の存在下でポリアミド酸をイミド化したイミド化物を含有し、そのイミド化物のイミド化率が９５〜１００％であることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド樹脂層と、その表面に形成され電磁誘導により発熱する金属層と、最外周面に形成された離型層とを備える電磁誘導発熱用定着ベルトにおいて、
前記ポリイミド樹脂層は脱水環化剤の存在下でポリアミド酸をイミド化したイミド化物を含有し、そのイミド化物のイミド化率が９５〜１００％であることを特徴とする電磁誘導発熱用定着ベルト。
【請求項２】
前記脱水環化剤は、脱水剤と触媒との混合物である請求項１記載の電磁誘導発熱用定着ベルト。
【請求項３】
ＭＩＴ試験法（ＪＩＳＰ８１１５）による耐屈曲回数が５０００回以上である請求項１又は２に記載の電磁誘導発熱用定着ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイミド樹脂層と、その表面に形成され電磁誘導により発熱する金属層と、最外周面に形成された離型層とを備える電磁誘導発熱用定着ベルトに関し、電磁誘導加熱方式の定着装置に用いられる定着ベルトとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリなどの画像形成装置においては、記録材上に形成させた未定着トナー画像を加熱・加圧して定着する定着方法がとられている。従来、定着方法としては熱ローラ方式が一般的であったが、ローラの熱容量が大きいためにヒートローラの加熱に時間がかかり、始動時の待ち時間が長く、消費電力も大きいことから、近年では、薄肉のシームレスベルトを介して、ヒーターの熱により転写紙上のトナーを加熱するエンドレスベルト方式が採用されるようになった。このエンドレスベルト方式による定着では、低熱容量の薄いプラスチックフィルムを介するだけでヒーターの熱を用いてトナーを加熱するため、待ち時間がほぼゼロとなり、消費電力も少ないという利点がある。しかしながら、いずれの方法もヒーターによる加熱を利用しているため、放熱ロスが大きいという問題があり、電磁誘導を用いてベルトそのものを瞬時に加熱する方式が考案されている。
【０００３】
電磁誘導を用いてベルトそのものを加熱する方式では、コイルに高周波電流を流して生じた高周波磁界によりベルトの金属層に誘導渦電流を誘起させ、金属層の表皮抵抗によって金属層そのものをジュール発熱させるようになっているため、迅速かつ効率のよい加熱が可能となる。また、定着ベルトとして用いるには内面の摺動性と最外層のトナー離型性が必要なため、ポリイミド樹脂層の表面に電磁誘導により発熱する金属層、さらに最外周面に離型層が形成された複合管状物が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のポリイミド樹脂層としては、一般に加熱によりイミド化させたものが使用されており、これを特に電磁誘導発熱用の定着ベルトに用いた場合、機械的ストレスのため定着ベルトとして耐久性が劣るという問題があった。
【０００５】
そこで、特開２００１−３４１２３１号公報のように、ポリイミド樹脂層のイミド化率を低く抑えて柔軟性を向上させる方法等が検討されている。しかし、イミド化率を低く抑えることは、機械的特性を落とすばかりでなく、加熱冷却及び吸湿による寸法安定性も低下させるため、きびしい環境変化にさらされる電磁誘導発熱用定着ベルトとしては、その耐久性に問題があることが判明した。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、機械的特性及び可撓性に優れ、かつ寸法安定性にも優れるため、金属層との機械的ストレスを生じにくく、きびしい使用環境でも耐久性が高い電磁誘導発熱用定着ベルトを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討した結果、ポリアミド酸に脱水環化剤を添加し、化学的にイミド化すれば、低温で高イミド化率のものが得られ、機械的特性かつ可撓性に優れるポリイミド層が得られることを見出し本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の電磁誘導発熱用定着ベルトは、ポリイミド樹脂層と、その表面に形成され電磁誘導により発熱する金属層と、最外周面に形成された離型層とを備える電磁誘導発熱用定着ベルトにおいて、前記ポリイミド樹脂層は脱水環化剤の存在下でポリアミド酸をイミド化したイミド化物を含有し、そのイミド化物のイミド化率が９５〜１００％であることを特徴とする。
【０００９】
上記において、前記脱水環化剤は、脱水剤と触媒との混合物であることが好ましい。また、ＭＩＴ試験法（ＪＩＳＰ８１１５）による耐屈曲回数が５０００回以上であることが好ましい。
【００１０】
〔作用効果〕
本発明の定着ベルトによると、ポリアミド酸に脱水環化剤を添加してイミド化するため、実施例の結果が示すように、高イミド化率のポリイミド層となり、機械的特性及び可撓性に優れ、かつ加熱冷却及び吸湿による寸法安定性にも優れるため、金属層との機械的ストレスを生じにくく、きびしい環境にさらされる電磁誘導加熱方式の定着において高い耐久性の定着ベルトとなる。脱水環化剤を添加してイミド化することで、このような効果が得られる理由の詳細は不明であるが、熱イミド化の場合と比較して、ポリアミド酸の加水分解（低分子量化）が少なく、溶媒を蒸発させたときに生じる配向効果が大きいので、イミド化率が９５％以上においても可撓性に優れるためと推測される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の電磁誘導発熱用定着ベルトの一例を示す断面図である。
【００１２】
本発明の定着ベルトは、図１に示すように、ポリイミド樹脂層１と、その表面に形成され電磁誘導により発熱する金属層２と、最外周面に形成された離型層４とを備える。本実施形態では、金属層２と離型層４との間に、弾性層３を備える例を示す。
【００１３】
金属層２には、線膨張係数と電気抵抗が適度なニッケル、銅、アルミニウム等を用いるのが好ましい。金属層２の厚みは３〜３５μｍが好ましく、５〜１５μｍがより好ましい。厚みがこれより薄いと、電磁エネルギーが金属層で吸収できなくなり、効率が悪くなるばかりか、漏洩した磁束が周辺金属を加熱する不具合を生じる傾向がある。また厚くなりすぎると、硬くなり可撓性がなくなるばかりか、定着ベルトそのものの熱容量が大きくなり温まりにくくなる傾向がある。
【００１４】
金属層２の上層側の最外周面には、トナーを確実に離型するため離型層４が設けられる。離型層４としてはフッ素樹脂やシリコーン樹脂が挙げられる。離型層４の厚みは、１０〜５０μｍが好ましい。また、離型層４の密着性を向上させるために、耐熱性のあるプライマーを使用することも可能である。
【００１５】
また、金属層２と離型層４の間には、トナーをより確実に加熱・加圧する上で、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどの弾性層３を形成することがさらに好ましい。弾性層３を設ける場合の厚みは、５０〜２００μｍが好ましい。
【００１６】
金属層２の内面に設けられるポリイミド樹脂層１を形成するポリイミド樹脂は、テトラカルボン酸二無水物あるいはその誘導体とジアミンとの略等モルを有機溶媒中で反応させて得られるポリアミド酸溶液を、溶媒の除去・化学イミド化により得ることができる。
【００１７】
テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３′，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２′−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、エチレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
【００１８】
また、このようなテトラカルボン酸二無水物と反応させるジアミンの具体例としては、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジアミノジフェニルメタン、３，３′−ジクロロベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン、１，５−ジアミノナフタレン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，３′−ジメチル−４，４′−ビフェニルジアミン、ベンジジン、３，３′−ジメチルベンジジン、３，３′−ジメトキシベンジジン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４′−ジアミノジフェニルプロパン、２，４−ビス（β−アミノ−ｔ−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−β−アミノ−ｔ−ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−β−メチル−ｔ−アミノフェニル）ベンゼン、ビス−ｐ−（１，１−ジメチル−５−アミノ−ペンチル）ベンゼン、１−イソプロピル−２，４−ｍ−フェニレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、ジ（ｐ−アミノシクロヘキシル）メタン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ジアミノプロピルテトラメチレン、３−メチルへプタメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、２，１１−ジアミノドデカン、１，２−ビス−３−アミノプロポキシエタン、２，２−ジメチルプロピレンジアミン、３−メトキシヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、３−メチルへプタメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、２，１１−ジアミノドデカン、２，１７−ジアミノエイコサデカン、１，４−ジアミルクロヘキサン、１，１０−ジアミノ−１，１０−ジメチルデカン、１，１２−ジアミノオクタデカン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、ピぺラジン、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｏ（ＣＨ２）２ＯＣＨ２ＮＨ２、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｓ（ＣＨ２）２ＣＨ２ＮＨ２、Ｈ２Ｎ（ＣＨ２）３Ｎ（ＣＨ３）ＣＨ２ＮＨ２、等が挙げられる。ジアミンとしては、特に芳香族ジアミンを主成分として使用することが望ましい。
【００１９】
本発明では、特に、３，３’，４，４’−ビ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からなる重合体及びそれらを主成分とする共重合体、ピロメリット酸二無水物とベンジジン誘導体からなる重合体及びそれらを主成分とする共重合体が、高弾性率のため好ましい。特に、線膨張係数が２０ｐｐｍ／℃以下のものが好適に用いられる。
【００２０】
ポリアミド酸を得る際のモノマー濃度は、５〜３０重量％が好ましい。また、反応温度は８０℃以下に設定することが好ましく、特に好ましくは５〜５０℃であり、反応時間は約０．５〜１０時間が好ましい。
【００２１】
また、前駆体溶液であるポリアミド酸溶液の溶媒としては、特に制限されないが、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用される。前記のポリアミド酸溶液を用いた熱的イミド化では、溶媒をとばして成膜する過程で時間がかかり、不必要の熱によりポリアミド酸の加水分解が進み、ポリイミドフィルムの物性が低下しやすくなるため、本方法では、化学的なイミド化が用いられる。化学的にイミド化する方法では、脱水環化剤によりイミド化を低温で行なうことが可能であり、溶媒を蒸発して成膜した時点でほぼイミド化を完結できる。また、ポリアミド酸の加水分解が少なく、溶媒を蒸発させたときに生じる配向効果が大きいので、イミド化率が９５％以上においても可撓性に優れるベルトを得ることができる。
【００２２】
ポリアミド酸を化学的にイミド化をさせる脱水環化剤としては、脱水剤と触媒の混合物を用いるのが好ましい。脱水剤としては、種々の酸無水物、例として無水酢酸、無水酪酸、無水プロピオン酸などの脂肪族酸無水物、無水フタル酸などの芳香族酸無水物などが挙げられる。好ましい酸無水物としては無水酢酸で、これらの酸無水物は単独または二種以上混合して使用できる。その添加量としては、ポリアミド酸溶液のポリアミド酸１単位に対して０．４〜２．０当量、好ましくは０．５〜１．０当量である。脱水剤の添加量が０．３当量より少ないと化学的なイミド化による効果が得られにくく、２．０当量を超えると室温下で数時間の内に硬化や添加量が増えることによってポリアミド酸溶液との混合が困難となる傾向がある。
【００２３】
触媒としては、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、トリブチルアミン、ジメチルアニリン、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、イソキノリン、ルチジンなどの第３級アミン、１，５−ジアザビシクロ［４．３．０］ノネン−５、１，５−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７などの有機塩基が例示される。その添加量としては、ポリアミド酸溶液のポリアミド酸１単位に対して０．０４〜０．３当量、好ましくは０．０５〜０．２当量である。添加量が０．０４当量以下では触媒の効果が十分ではなく、逆に低分子化して硬化を妨げフィルム化できない、また０．３当量以上添加しても効果は変わらない。
【００２４】
上記脱水剤及び触媒は、あらかじめ有機溶媒に溶解し、希釈してからポリアミド酸に添加し混合することや、まずポリアミド酸溶液に触媒のみ混合したポリアミド酸溶液を作製し、使用直前に脱水剤をすばやく混合することが好ましい。
【００２５】
また、該脱水環化剤を添加したポリアミド酸溶液は、該最外周面に離型層を設けた金属層から成る複合管状物の内面に塗布される。その塗布方法としては、該脱水環化剤を添加したポリアミド酸溶液をディスペンサー及びスプレーにより複合管状物の内面に供給した後、金属、プラスチック、ガラス等からなる弾丸状体ないし球状体を走行させることにより均一塗布し、加熱乾燥により溶媒を除去して、ポリイミド樹脂層を形成させる。
【００２６】
ポリイミド層１の厚みは、ポリイミド樹脂の強度や柔軟性等の機械的特性などの点から１０〜５０μｍの厚さが好ましい。またそのイミド化率は９５％以上が好ましい。９５％未満だと、機械的強度に劣り、加熱冷却や吸湿による寸法安定性も悪くなる。本発明におけるイミド化は、２００〜３５０℃で行うのが好ましく、２５０〜３００℃がより好ましい。２００℃未満では、イミド化率を９５％以上とするのに時間がかかり過ぎる傾向がある。３５０℃を超えると熱分解による強度低下を起こし易い傾向がある。
【００２７】
本発明におけるイミド化率は、反応生成したイミド環の量と、完全に反応が完結したときにおけるイミド環の量の比として定義される。イミド化率の測定には、ポリイミド樹脂層の表面のＦＴＩＲ／ＡＴＲ測定を行い、イミド環のＣ＝Ｏ振動に基づく１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度とベンゼン環の骨格振動に基づく１５１４−１付近のピークの吸光度の比を求め、そのポリイミド樹脂と同じポリイミド樹脂を４００℃で焼成したときのイミド化率を１００％と仮定して、下記の式より求めた。
【００２８】
イミド化率［％］＝（ａ／ｂ）／（Ａ／Ｂ）×１００
〔ａ：１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度、ｂ：１５１４ｃｍ−１付近のピークの吸光度、Ａ：４００℃焼成時の１７７３ｃｍ−１付近のピークの吸光度、Ｂ：４００℃焼成時の１５１４ｃｍ−１付近のピークの吸光度〕
本発明の定着ベルトは、脱水環化剤により化学的にイミド化された高イミド化率のポリイミド層をもつため、機械的特性及び可撓性に優れ、かつ加熱冷却及び吸湿による寸法安定性にも優れるため、金属層との機械的ストレスを生じにくく、きびしい環境にさらされる電磁誘導加熱方式に好適に用いられる。
【００２９】
電磁誘導加熱方式の定着装置は、例えば図２に示すように、定着ベルト５の回転・摺動をガイドし、励磁コイル８が配置されたガイドロール７と、これに対向して配置され、図示しない駆動機構により駆動する加圧ロール６とを備える。トナー９が転写された記録材１０は、加圧ロール６とガイドロール７表面の定着ベルト５との間でニップされ、加圧ロール６の駆動によってニップ部を通過する。その際、励磁コイル８の電磁誘導により定着ベルト５が加熱され、その熱とニップ部の圧力によって、トナー９が記録材１０に定着される。
【００３０】
その他、種々の形態の電磁誘導加熱方式の定着装置が存在するが、本発明の定着ベルトは、電磁誘導加熱方式であれば何れの装置でも使用可能である。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３２】
［実施例１］
２０００ｇのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中にＢＰＤＡ（３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物）４９６．９ｇとＰＤＡ（ｐ−フェニレンジアミン）１８２．５ｇを溶解し、窒素雰囲気中において、室温で６時間攪拌しながら反応させて、１４０Ｐａ・ｓのポリアミド酸溶液を得た。このポリアミド酸溶液４００ｇに無水酢酸４０ｇ、イソキノリン２．７０ｇを滴下後、１５分間攪拌混合し、脱水環化剤添加ポリアミド酸溶液を得た。あらかじめ用意してあった外径３０ｍｍ×幅３５０ｍｍ×厚さ０．０３ｍｍのニッケル製フィルムの上に、０．４０ｍｍのシリコーンゴムを弾性層として、プライマーを用いて形成させ、離型層としては、プライマー塗布後にＰＦＡディスパージョンを塗布し、乾燥後、窒素雰囲気中で焼成して厚さ３０μｍの離型層となるフッ素樹脂層を形成させた。前記の複合管状物の内面に脱水環化剤添加ポリアミド酸溶液を塗布し、８０℃から２００℃まで３０〜６０分間で昇温加熱した。その後、３００℃で２０分間加熱して、本発明の定着ベルトを得た。その定着ベルトのイミド化率は１００％であった。また、ポリイミド樹脂の厚みとしては５０μｍであった。
【００３３】
この定着ベルトを電磁誘導加熱で１７０〜１８０℃に加熱させ、定着試験したところ、１０万枚を問題なく定着できた。また、該定着ベルトのＭＩＴ試験法（ＪＩＳＰ８１１５）による耐屈曲回数は６０００回で異常が起こらなかった。
【００３４】
［比較例１］
使用するポリアミド酸溶液に脱水環化剤を添加しないことと焼成条件以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを得た。焼成条件としては、１２０℃から２００℃までを６０分から９０分間で昇温加熱した。その後、３００℃で３０分間加熱して、定着ベルトを得た。この定着ベルトのイミド化率は９５％であった。この定着ベルトを電磁誘導加熱で１７０℃〜１８０℃加熱させ、定着試験したところ、５万枚でニッケル層の亀裂による定着異常が起こった。また、該定着ベルトのＭＩＴ試験法による耐屈曲回数は３０００回で金属層とポリイミド層が剥離した。
【００３５】
［比較例２］
焼成条件以外は比較例１と同様にして、定着ベルトを得た。焼成条件としては、１２０℃から２００℃までを６０分〜９０分間で昇温加熱した。その後、４００℃で３０分間加熱して、定着ベルトを得た。この定着ベルトのイミド化率は１００％であった。この定着ベルトを電磁誘導加熱で１７０℃〜１８０℃に加熱させ、定着試験したところ、１万枚でニッケル層の亀裂による定着異常が起こった。また、該定着ベルトのＭＩＴ試験法による耐屈曲回数は２０００回で金属層とポリイミド層が剥離した。
【００３６】
以上の結果を表１にまとめた。
【００３７】
【表１】
2004012669.tif 000003
表１の結果が示すように、ポリアミド酸に脱水環化剤を添加してイミド化した実施例１では、機械的特性と可撓性に優れるため耐久性が高くなる。これに対して、脱水環化剤を含まない比較例１〜２では、イミド化率を高めても耐久性が低下した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁誘導発熱用定着ベルトの一例を示す断面図
【図２】本発明の電磁誘導発熱用定着ベルトの使用状態を示す概略構成図
【符号の説明】
１　　　　ポリイミド樹脂層
２　　　　金属層
３　　　　弾性層
４　　　　離型層
５　　　　定着ベルト
６　　　　加圧ロール
７　　　　ガイドロール
８　　　　励磁コイル
９　　　　トナー
１０　　　記録材
【図１】
2004012669.tif 000004
【図２】
2004012669.tif 000005