(57)【要約】【課題】極めて均一な発熱領域を有し発熱層と絶縁層とが強固に一体化された発熱定着ベルト及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る発熱定着ベルトは、電子写真画像形成装置の画像定着部に用いられるシームレスの発熱定着ベルトであって、発熱層、絶縁層及び離型層を備える。発熱層は、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子が分散されるポリイミド樹脂からなる。離型層は、絶縁層又は発熱層の外側に設けられる。【選択図】図１
2007272223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真画像形成装置の画像定着部に用いられるシームレスの発熱定着ベルトであって、
カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子が分散されるポリイミド樹脂からなる発熱層と、
絶縁層と、
前記絶縁層又は前記発熱層の外側に設けられる離型層と
を備える発熱定着ベルト。
【請求項２】
前記絶縁層は、前記発熱層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記絶縁層の外側に設けられる
請求項１に記載の発熱定着ベルト。
【請求項３】
前記発熱層は、前記絶縁層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記発熱層の外側に設けられる
請求項１に記載の発熱定着ベルト。
【請求項４】
前記絶縁層は、第１絶縁層と第２絶縁層とを有し、
前記発熱層は、前記第１絶縁層の外側に設けられ、
前記第２絶縁層は、前記発熱層の外側に設けられ、
前記離型層は、前記第２絶縁層の外側に設けられる
請求項１に記載の発熱定着ベルト。
【請求項５】
シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも一つのゴムから成る弾性層をさらに備え、
前記離型層は、前記弾性層の外面に接するように設けられる
請求項１から４のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項６】
前記カーボンナノ材料は、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルより成る群から選択される少なくとも１つの導電性物質である
請求項１から５のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項７】
前記フィラメント状金属微粒子は、ストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子である
請求項１から６のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項８】
前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子は、略一方向に配向する
請求項１から７のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項９】
前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子は、発熱定着ベルトの長さ方向に配向し、
前記カーボンナノ材料及び前記フィラメント状金属微粒子の配向方向の体積抵抗率は、前記配向方向と直交する方向の体積抵抗率よりも小さい
請求項８に記載の発熱定着ベルト。
【請求項１０】
前記ポリイミド樹脂は、少なくとも１種の芳香族ジアミンと少なくとも１種の芳香族テトラカルボン酸二無水物とを有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂である
請求項１から９のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項１１】
前記絶縁層は、少なくとも１種の芳香族ジアミンと少なくとも１種の芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂からなる
請求項１から１０のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項１２】
前記芳香族ジアミンは、パラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）であり、
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物は、３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）である
請求項１０又は１１に記載の発熱定着ベルト。
【請求項１３】
前記離型層は、フッ素樹脂、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも１つの樹脂又はゴムからなる
請求項１から１２のいずれかに記載の発熱定着ベルト。
【請求項１４】
発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる絶縁層と、前記絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
（ａ）ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
（ｂ）前記円筒状金型の表面に塗布した導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
（ｃ）前記発熱層の外側に絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、
（ｄ）前記絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、
（ｅ）前記絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
（ｆ）前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。
【請求項１５】
絶縁層と、前記絶縁層の外側に設けられる発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
（ｇ）絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
（ｈ）前記円筒状金型の表面に塗布した絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、
（ｉ）前記絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、
（ｊ）前記導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
（ｋ）前記発熱層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
（ｌ）前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。
【請求項１６】
第１絶縁層と、前記第１絶縁層の外側に設けられる発熱層と、前記発熱層の外側に設けられる第２絶縁層と、前記第２絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、
（ｍ）第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、
（ｎ）前記円筒状金型の表面に塗布した第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第１絶縁層を成形する工程と、
（ｏ）前記第１絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、
（ｐ）前記導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、
（ｑ）前記発熱層の外側に第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、
（ｒ）前記第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第２絶縁層を成形する工程と、
（ｓ）前記第２絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、
（ｔ）前記離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える発熱定着ベルトの製造方法。
【請求項１７】
請求項１から１３のいずれかに記載の発熱定着ベルトと、
前記発熱定着ベルトに給電するための給電手段と
を備える画像定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置の画像定着装置並びにその画像定着装置に組み込まれている定着ベルト及びその製造方法に関し、詳しくは内周側に形成される発熱層に給電されると発熱して未定着トナー像を定着させることができる発熱定着ベルト及びその製造方法並びにその発熱定着ベルトを利用した画像定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置では、画像成形部において複写紙やＯＨＰ等のシート状転写材上に形成された未定着トナー像を熱定着する方法として熱ローラ方式が多く用いられてきた。しかし、省エネルギーなどの観点から近年は、図９に示されるフィルム定着方式が主流になってきている。
【０００３】
このフィルム定着方式の画像形成装置４０では、ポリイミド等の耐熱性フィルムの外面にフッ素樹脂等の離型性層が積層されたシームレスの定着ベルトが用いられている。その一例を図９に基づき説明する。
【０００４】
フィルム定着方式の画像形成装置４０では、定着ベルト３１の内側にベルトガイド３２及びセラミックヒーター３３が配置されており、定着ベルト３１を介してセラミックヒーター３３に圧接される加圧ロール３４との間に、未定着トナー像３８が形成された複写紙３７が順次送り込まれ、トナーが加熱溶融させられて複写紙上に熱定着される。このような画像形成装置４０ではトナーが極めて薄いフィルム状の定着ベルト３１を介してセラミックヒーターにより実質的に直接加熱されるため、定着ベルト３１と加圧ロール３４の接触面Ｎ（ニップ面）が瞬時に所定の定着温度に達する。したがって、このような画像形成装置４０は、電源の投入から定着可能状態に達するまでの待ち時間が短く、消費電力も小さい。このため、このような画像形成装置４０は、家庭用から産業用まで広く使用されている。なお、図９中、符号３５はサーミスタであり、符号３９は定着されたトナー像であり、符号３６は加圧ロール３４の芯金部である。
【０００５】
ところで、このような従来のフィルム定着方式の画像形成装置４０では、上述したように、セラミックヒーターを介して定着フィルム３１が加熱され、その表面でトナー像が定着されるため、定着フィルムの熱伝導性が重要なポイントとなる。しかし、定着フィルムを薄膜化して熱伝導性を改善しようとすると機械的特性が低下し高速化が難しくなる問題と、セラミックヒーターが破損しやすいという問題があった。このような問題を解決するために、近年、定着ベルトそのものに発熱体を設け、この発熱体に給電することにより定着ベルトを直接発熱し、トナー像を定着させる方式が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。この方式の画像形成装置は、電源の投入から定着可能状態に達するまでの待ち時間がさらに短く、消費電力もさらに小さく、熱定着の高速化などの面からも優れている。
【特許文献１】特開２０００−０６６５３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１１２３号公報
【特許文献３】特開平０６−２０２５１３号公報
【特許文献４】特開平１０−１４２９７２号公報
【特許文献５】特開２０００−０５８２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような新方式の画像形成装置にはまだ多くの問題が山積されており、このような新方式の画像形成装置は実用化に至っていない。
【０００７】
例えば、上記特許文献に記載されたベルトヒーター方式では、以下のような問題点を有する。なお、本願では電子写真画像形成プロセスの定着方式に関して記述するにあたり、図９に示す定着方式を「フィルム定着方式」、上記特許文献に記載される定着方式を「ベルトヒーター方式」、本願の方式を「発熱定着ベルト方式」と記して説明する。
【０００８】
ベルトヒーター方式の定着ベルトヒーターでは、カーボン粉末や金属粉末等の導電性材料をポリイミド又はシリコーンゴム等の耐熱絶縁基材に混合して発熱層が形成される。このため、均一な発熱領域を有する発熱体を得ることが難しい。また、特許文献５には、発熱体材料として主にカーボンナノチューブとカーボンマイクコイルとから形成され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が開示されている。しかしながら、発熱体材料がカーボンナノチューブやカーボンマイクロコイルのみから形成されている場合、体積抵抗率を下げるためにカーボンナノチューブ等の混合量を増加させると、発熱体の機械的特性が急激に低下するという問題があり、体積抵抗率の低い発熱抵抗体を作製することが非常に難しい。
【０００９】
また、特許文献１及び３には遠心成形方法で定着ベルトヒーターを成形することが記載されている。しかし、このような成形方法では、内径の小さい（１０〜２０ｍｍ）定着ベルトを大量生産することが難しく、レーザービームプリンター等の低価格化に対応できないという問題がある。
【００１０】
本発明は、以上の問題点を鑑みてなされたものであり、極めて均一な発熱領域を有し発熱層と絶縁層とが強固に一体化された発熱定着ベルト及びその製造方法、並びに電源投入からの待機時間が非常に短くクイックスタートができ、消費電力を低く抑えることができると共に高速な定着を行うことができる安全性の高い画像定着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】
【００１１】
第１発明に係る発熱定着ベルトは、電子写真画像形成装置の画像定着部に用いられるシームレスの発熱定着ベルトであって、発熱層、絶縁層及び離型層を備える。発熱層は、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子が分散されるポリイミド樹脂からなる。離型層は、絶縁層又は発熱層の外側に設けられる。
【００１２】
第２発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明に係る発熱定着ベルトであって、絶縁層は、発熱層の外側に設けられる。また、離型層は、絶縁層の外側に設けられる。
【００１３】
第３発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明に係る発熱定着ベルトであって、発熱層は、絶縁層の外側に設けられる。また、離型層は、発熱層の外側に設けられる。
【００１４】
第４発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明に係る発熱定着ベルトであって、絶縁層は、第１絶縁層と第２絶縁層とを有する。発熱層は、第１絶縁層の外側に設けられる。第２絶縁層は、発熱層の外側に設けられる。離型層は、第２絶縁層の外側に設けられる。
【００１５】
第５発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第４発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、弾性層をさらに備える。弾性層は、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも一つのゴムから成る。そして、離型層は、弾性層の外面に接するように設けられる。
【００１６】
第６発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第５発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、カーボンナノ材料は、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルより成る群から選択される少なくとも１つの導電性物質である。
【００１７】
第７発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第６発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、フィラメント状金属微粒子は、ストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子である。なお、フィラメント状ニッケル微粒子は図５に示される形状を呈するのが好ましい。フィラメント状ニッケル微粒子がカーボンナノファイバー等と絡まり合い、発熱層の低抵抗化が実現されるからである。
【００１８】
第８発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第７発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子は、略一方向に配向する。
【００１９】
第９発明に係る発熱定着ベルトは、第８発明に係る発熱定着ベルトであって、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子は、発熱定着ベルトの長さ方向に配向する。そして、カーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粒子の配向方向の体積抵抗率は、その配向方向と直交する方向の体積抵抗率よりも小さい。
【００２０】
第１０発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第９発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、ポリイミド樹脂は、少なくとも１種の芳香族ジアミンと少なくとも１種の芳香族テトラカルボン酸二無水物とを有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂である。
【００２１】
第１１発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第１０発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、絶縁層は、少なくとも１種の芳香族ジアミンと少なくとも１種の芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機極性溶媒中で重合してなるポリイミド前駆体がイミド転化されたポリイミド樹脂からなる。
【００２２】
第１２発明に係る発熱定着ベルトは、第１０発明又は第１１発明に係る発熱定着ベルトであって、芳香族ジアミンはパラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）である。また、芳香族テトラカルボン酸二無水物は３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）である。
【００２３】
第１３発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明から第１２発明のいずれかに係る発熱定着ベルトであって、離型層は、フッ素樹脂、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも１つの樹脂又はゴムからなる。
【００２４】
第１４発明に係る発熱定着ベルトの製造方法は、発熱層と、発熱層の外側に設けられる絶縁層と、絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、（ａ）ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を円筒状金型の表面に塗布する工程と、（ｂ）円筒状金型の表面に塗布した導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、（ｃ）発熱層の外側に絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、（ｄ）絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、（ｅ）絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、（ｆ）離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程とを備える。
【００２５】
第１５発明に係る発熱定着ベルトの製造方法は、絶縁層と、絶縁層の外側に設けられる発熱層と、発熱層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、（ｇ）絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、（ｈ）円筒状金型の表面に塗布した絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、（ｉ）絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、（ｊ）導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、（ｋ）発熱層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、（ｌ）離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程とを備える。
【００２６】
第１６発明に係る発熱定着ベルトの製造方法は、第１絶縁層と、第１絶縁層の外側に設けられる発熱層と、発熱層の外側に設けられる第２絶縁層と、第２絶縁層の外側に設けられる離型層とを備える発熱定着ベルトの製造方法であって、（ｍ）第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、（ｎ）円筒状金型の表面に塗布した第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第１絶縁層を成形する工程と、（ｏ）第１絶縁層の外側に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、（ｐ）導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、（ｑ）発熱層の外側に第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、（ｒ）第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第２絶縁層を成形する工程と、（ｓ）第２絶縁層の外側に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、（ｔ）離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程と
を備える。なお、この製造方法において、第１絶縁ポリイミド前駆体溶液と第２絶縁ポリイミド前駆体溶液とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００２７】
第１７発明に係る画像定着装置は、発熱定着ベルト及び給電手段を備える。発熱定着ベルトは、第１発明から第１３発明のいずれかに係る発熱定着ベルトである。給電手段は、発熱定着ベルトに給電するためのものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る発熱定着ベルトは、発熱層のマトリックス樹脂および絶縁層の少なくとも発熱層のマトリックス樹脂がポリイミド樹脂である。このため、この発熱定着ベルトは、定着温度範囲である１８０〜２５０度Ｃの高温領域でも連続使用が可能である。また、発熱層中に混合している導電性物質を一定の方向に配向させれば、体積抵抗率のばらつきを小さくすることができると共に、少ない導電性物質の混合量で所望の体積抵抗率を得ることができる。また、カーボンナノ材料とフィラメント状ニッケル微粒子との混合比を変えることによって幅広い領域で精度の高い体積抵抗率を有する発熱定着ベルトを設計することができる。また、本発明に係る発熱定着ベルトの製造方法では、発熱層の成形から最外層の離型層の成形まで、金型の外面に順次積層して加工される。このため、この製造方法では、低コストで発熱定着ベルトを連続生産することができる。また、本発明に係る画像定着装置では、従来のように特別なセラミックヒーター等を必要とすることなく、発熱定着ベルトの発熱層に直接給電することによって定着ベルト自体が発熱する。このため、この画像定着装置は、熱効率が高く、また、電源を投入してから待機時間がなく、クイックスタートができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明の発熱定着ベルトの概略横断面図及び縦断面図である。本発明の発熱定着ベルト１０は、図１に示されるように、発熱層１、絶縁層２及び離型層３からなるシームレスベルトである。なお、符号４はプライマー層であり、プライマー層４は絶縁層と離型層との接着性を安定させるための層である。発熱層のマトリックス樹脂及び絶縁層はすべてポリイミド樹脂である。このような構成を採用すると、発熱ベルトの内側の発熱層に給電端子を接触させることができ、ひいては発熱層に給電することできる。このため、発熱層を発熱させることができる。
【００３１】
また、図２は本発明の別の発熱定着ベルト側面の概略側面図及び縦断面図である。この発熱定着ベルトには、最外層の両端部に給電用の電極５４が設けられている。そして、この給電用の電極５４に給電ローラや電極ブラシが接触しこの給電用の電極５４に給電が行われると、この発熱定着ベルトは発熱する。なお、この発熱定着ベルトでは、最も内側にポリイミド樹脂絶縁層が形成されており、また、ポリイミド樹脂絶縁層の外側に発熱層が形成されており、さらに発熱層の外側に給電用電極部を除いて離型層が形成されている。このような構成を採用すると、ポリイミド樹脂絶縁層の熱伝導性は定着条件に関係がなくなり、発熱定着ベルトの十分な機械的特性を満たすためのみの目的で絶縁層の厚みを決定することができる。また、発熱層の外側には離型層のみが存在することになるため、クイックスタートあるいは省エネルギーの面からも好ましい。なお、熱伝導性、機械的特性あるいは離型性などの特性を複合的に得るために、必要に応じて発熱定着ベルトを多層化し発熱定着ベルトに機能を付加することができる。なお、図２中、電極５４には導電性インクやペーストあるいは金属箔、金属網などを塗布あるいは接着してもかまわない。
【００３２】
なお、本実施の形態において、発熱定着ベルトの発熱層中のマトリックス樹脂及び絶縁層はすべてポリイミド樹脂である。このため、発熱定着ベルトは、薄膜であっても、十分な機械的特性と剛性とを有する。また、ポリイミド樹脂は、プラスチック材料の中では最高の耐熱性、絶縁性及び安全性を有する。
【００３３】
本発明の発熱定着ベルトは、レーザービームプリンターの用途では１０ｍｍ〜３０ｍｍの内径のものが、また、複写機など高速定着の用途では４０ｍｍ〜１５０ｍｍのサイズの内径のものが好適に用いられる。
【００３４】
本発明の実施の形態において、発熱定着ベルトの発熱層では、ポリイミドからなるマトリックス樹脂中にカーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子とが実質的に均一に分散されて存在している。カーボンナノ材料はカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ及びカーボンマイクロコイルより成る群から選択される少なくとも１つの導電性物質であることが好ましい。これらのカーボンナノ材料は、その繊維径が数ｎｍ〜数百ｎｍであり、繊維長さが数μｍ〜数十μｍであり、嵩密度が０．０１〜０．３ｇ／ｃｍ3であり、比表面積が１０〜１００ｍ2／ｇである。この中でも、カーボンナノファイバーは特に好ましい導電性物質であり、特に、繊維径が２０〜２００ｎｍであり、繊維長が０．１〜１０μｍであるものが好ましい。ポリイミド前駆体溶液に均一に分散させやすく、また、略一方向に配向させやすいからである。
【００３５】
また、本発明の実施の形態では、上述したように、発熱層にはカーボンナノ材料と共にフィラメント状金属微粒子を含むことが必須条件である。レーザービームプリンターなどの画像定着装置では、Ａ４サイズ用紙上の未定着トナー像を、１分間に３０〜４０枚の速度で熱定着させる能力が要求されるため、定着部では５００〜１０００Ｗの発熱量が必要であり、かつ、均一な発熱面が要求されるからである。なお、このような発熱特性をカーボンナノ材料のみでコントロールすることは困難である。なぜならば、カーボンナノ材料のみを混合して数オームレベルの低い電気抵抗を得るためには、ポリイミド前駆体の固形分に対して多量のカーボンナノ材料を混合させる必要があり、このような混合量では発熱層の機械的特性を著しく低下させることになるからである。したがって、このような特性に必要な発熱量と十分な機械的特性とを両立させるためには、カーボンナノ材料とともに、カーボンナノ材料よりも導電性の高いフィラメント状金属微粒子を含むことが必須条件である。
【００３６】
フィラメント状金属微粒子としては、針状結晶状の銀、アルミニウム及びニッケルなどが挙げられる。より好ましくはストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子である。このニッケル微粒子は、平均粒子径が０．１〜５．０μｍであり、比表面積が１．０〜１００ｍ2／ｇであり、図５の写真のようにストランドが三次元的に連なった形状を有し、カーボンナノ材料と線状に絡み合うことによって、低い発熱抵抗体を形成でき、均一な体積抵抗率を有する発熱層を成形できるからである。カーボンナノ材料と混合されて用いられている金属微粒子が粒状や粉末あるいは塊状の場合、その金属微粒子は、カーボンナノ材料と絡み合わず、点接触になり、均一な発熱層を作製することが難しい。なお、金属微粒子とカーボンナノ材料とが点状接触となると、通電中に極微細なスパークが発生しやすく、発熱体の寿命を著しく低下させることになる。
【００３７】
また、本発明の実施の形態において、発熱層中の導電性物質は一定方向に配向して存在していることが好ましい。本発明で用いられるカーボンナノ材料は、繊維径が２０〜２００ｎｍであり、繊維長さが０．１〜１０μｍ形状である。これらのカーボンナノ材料は、単純にポリイミド前駆体溶液に混合されてガラス板上に流延されると、縦横の方向がまちまちになる。そして、この状態でポリイミド前駆体がイミド転化されると、形成されるフィルムの抵抗値のばらつきが大きくなるという問題がある。また、カーボンナノ材料を配向させる場合に比べてカーボンナノ材料をより多く混合する必要があり、必然的に発熱層の機械的特性の低下を招くことになる。
【００３８】
したがって、これらのカーボンナノ材料は略一方向、すなわちカーボンナノ材料の個々の繊維がその長さ方向に束ねられたように配向していることが好ましい。このようにすれば、少ないカーボンナノ材料混合量で電気抵抗値を下げることができ、かつ、均一な発熱特性が得られるからである。
【００３９】
導電特性等の改善を目的として、各種形状粒径の黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、ニッケル粉や銀粉などの金属粒子、ステンレス粉などの金属合金粒子、炭化タングステンや炭化タンタル、硼化タングステン等の金属間化合物、銀コートカーボンなどの金属被覆粉等の導電性粒子、熱伝導向上等を目的として、アルミナ、窒化硼素、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化チタン、シリカ等の非導電性粒子、機械的特性向上等を目的としてチタン酸カリウム繊維、針状酸化チタン、ホウ酸アルミニウムウィスカ、テトラポット状酸化亜鉛ウィスカ、セピオライト、ガラス繊維等の繊維状粒子、モンモリロナイト、タルク等の粘度鉱物を本来の目的を損なわない程度に加えても差し支えない。他に塗工性や分散性改善、機械的特性の向上等を目的として、界面活性剤、消泡剤、分散剤、シランカップリング剤等のカップリング剤、チオール化合物等の金属捕捉剤、イミダゾール類等のイミド化剤等を本来の目的を損なわない程度に加えても差し支えない。
【００４０】
なお、導電性組成物を円筒形金型の外面に塗布し、図８のようにリング状ダイスを塗布物の外表面に走らせて組成物の塗布被膜を形成させると、カーボンナノ材料は、リング状ダイスが走行した方向に向かって略一方向に並び、配向された状態となる。その後、導電性組成物を乾燥し、イミド化を完結することによって、図６の写真のように、カーボンナノ材料が配向したままの状態で固形化した最も好ましい発熱層を成形することができる。なお、写真のカーボンナノ材料２１は、カーボンナノファイバーである。また、図６の写真からも判るように、カーボンナノ材料とともに混合しているフィラメント状金属微粒子２２は、カーボンナノ材料に絡み合い、カーボンナノ材料の配向方向に配列した状態で存在し、発熱層として最も好ましい状態になっている。なお、フィラメント状金属微粒子は、ストランドが三次元的に連なった形状を有するニッケル微粒子を用いたものである。
【００４１】
また、本発明の実施の形態において、発熱層中の導電性物質は発熱定着ベルトの長さ方向に配向して存在し、この配向方向の体積抵抗率がこの配向方向と直交する方向の体積抵抗率よりも小さいことが好ましい。本発明者らは導電性物質の配向方向と体積抵抗率の関係について多くの実験を重ねた結果、導電性物質の配向方向の体積抵抗率と、この方向と交差する方向の体積抵抗率が異なることを見出した。すなわち、導電性物質の配向方向の体積抵抗率をＬＤ及び配向方向と直交する方向の体積抵抗率をＤＤとした場合、その比（Ｒａ＝ＤＤ／ＬＤ）は２倍以上にもなることがわかった。
【００４２】
上記のように導電性物質は、Ｒａの値が大きいほど一定の方向に、かつ、均一に配向していることになる。したがって、所望の発熱層の成形において、配向をより均一にさせるほど、導電性物質の混合量は少ない量でよいことになる。このように、カーボンナノ材料を均一に配向させ、且つ、カーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子を混在させることによって体積抵抗率の微調整が可能になり、発熱層の機械的特性を低下させることなく、均一な体積抵抗率と、優れた耐久性を有する発熱定着ベルトを得ることができる。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態においては、発熱層中のカーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子との存在量は、ポリイミド固形分に対して５〜５０ｖｏｌ％であることが好ましい。より好ましくは１０〜４０ｖｏｌ％の範囲である。存在量が５ｖｏｌ％未満であると体積抵抗率のバラつきが大きく、均一な発熱領域を得ることが難しい。一方、存在量が５０ｖｏｌ％以上になると、発熱層の機械的特性及び耐久性が低下し好ましくない。また、カーボンナノ材料とフィラメント状金属微粒子との混合比率は、発熱層の体積抵抗率及び所望する発熱量等によって任意に選定できる。発熱定着ベルトでの発熱量は５００〜１０００Ｗの範囲であるため、発熱定着ベルトの内径、厚み、長さ（複写紙サイズＡ４またはＡ３）などの仕様によって調節することができる。
【００４４】
また、本発明の実施の形態において、発熱層のマトリックス樹脂及び絶縁層は、少なくとも一種の芳香族ジアミンと少なくとも一種の芳香族テトラカルボン酸二無水物が有機極性溶媒中で重合させられて得られるポリイミド前駆体を、イミド転化してなるポリイミド樹脂から成ることが好ましい。
【００４５】
芳香族ジアミンの代表例としては、パラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）、メタフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニル、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニル、２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４、４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）、２，２−ビス−（４−アミノフェニル）プロパン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン（３３ＤＤＳ）、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン（４４ＤＤＳ）、３，３’−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スルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（３４ＯＤＡ）、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）、１，５−ジアミノナフタレン、４，４’−ジアミノジフェニルジエチルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルシラン、４，４’−ジアミノジフェニルエチルホスフィンオキシド、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン（１３３ＡＰＢ）、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（１３４ＡＰＢ）、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳＭ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳ）、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）、２，２−ビス（３−アミノフェニル）１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン及び９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン等を挙げることができる。中でも好ましいジアミンは、パラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）、メタフェニレンジアミン（ＭＰＤＡ）、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＤＡ）、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン（３３ＤＤＳ）、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン（４４ＤＤＳ）、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（３４ＯＤＡ）、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン（１３３ＡＰＢ）、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン（１３４ＡＰＢ）、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳＭ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳ）、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）である。
【００４６】
また、芳香族テトラカルボン酸二無水物の代表例としては、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、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、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２’，３，３’−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、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）、２，２’，３，３’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、２，２−ビス［３，４−（ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物（ＢＰＡＤＡ）、４，４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物、オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホキシド二無水物、チオジフタル酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、１，２，７，８−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、９，９−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）フルオレン二無水物及び９，９−ビス［４−（３，４’−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］フルオレン二無水物等を挙げることができる。中でも好ましいテトラカルボン酸二無水物は、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、２，２−ビス［３，４−（ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物（ＢＰＡＤＡ）、オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）である。なお、これらをメタノール、エタノール等のアルコール類と反応させてエステル化合物としてもよい。
【００４７】
なお、これらの芳香族ジアミン及び芳香族テトラカルボン酸二無水物は単独で又は混合して用いることができる。また、複数種類のポリイミド前駆体溶液を調製し、それらのポリイミド前駆体溶液を混合して用いることもできる。
【００４８】
芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを反応させる有機極性溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、Ｎ−メチルカプロラクタム、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、１，２−ジメトキシエタン、ジグライム及びトリグライム等が挙げられる。中でも好ましい溶媒はＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）である。これらの溶媒を単独で又は混合物としてあるいはトルエン、キシレン、すなわち芳香族炭化水素などの他の溶媒と混合して用いることができる。
【００４９】
また、本発明の実施の形態において、芳香族ジアミンはパラフェニレンジアミンであり、芳香族テトラカルボン酸二無水物は３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物であることが特に好ましい。これらのモノマーから得られるポリイミド樹脂は機械的特性に優れ強靭であり、発熱層の温度が上昇しても熱可塑性樹脂のように軟化、あるいは溶融することが無く、優れた耐熱性を有するからである。
【００５０】
これらのポリイミド前駆体溶液は、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを有機極性溶媒中で通常は、９０℃以下で反応させることによって得られ、溶媒中の固形分濃度は、導電性物質の混合割合や、あるいは塗布の条件によって所望の濃度を得ることができる。その好ましい範囲は１０〜３０質量％である。
【００５１】
また、有機極性溶媒中で芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを反応させると、その重合状況によって溶液の粘度が上昇するが、使用に際しては溶媒で希釈して所望の粘度にしてから使用することができる。製造条件や作業条件によって通常１〜５０００ポイズの粘度で使用される。
【００５２】
なお、導電性組成物を略一方向に配向させて塗布するためには、あるいは金型の表面にキャスティング方法で塗布するためには、導電性組成物の粘度が１０〜１５００ポイズの範囲であることが好ましい。より好ましくは５０〜１０００ポイズの範囲である。また、本発明の発熱定着ベルトにおいて発熱層の外側に絶縁層が設けられる場合、その絶縁層には窒化硼素、チタン酸カリウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等の電気絶縁性を有する熱伝導性物質を混合することが好ましい。熱伝導性を付与したり均一な発熱面を得たりすることができるからである。また、絶縁層を成形するための絶縁ポリイミド前駆体溶液の粘度も５０〜１０００ポイズであることが好ましい。
【００５３】
また、本発明の実施の形態において、発熱定着ベルトの離型層は、フッ素樹脂、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも１つの樹脂又はゴムから成ることが好ましい。モノクロプリンターに用いられる発熱定着ベルトにおいては、フッ素樹脂から成る離型層が好ましい。また、フッ素樹脂の中で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−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）を単体で又は混合して用いることがより好ましい。
【００５４】
フッ素樹脂からなる離型層は、５〜３０μｍの厚みであることが好ましく、１０〜２０μｍの厚みであることがより好ましい。また、絶縁層とフッ素樹脂との層間には接着性を安定させるためにプライマーを用いることが好ましい。また、そのプライマー層の厚みは２〜５μｍであることが好ましい。
【００５５】
所望する電気発熱量を得るために必要な発熱定着ベルトの発熱層の厚みは、導電性物質の混合量、発熱ベルトの内径あるいは給電端子の接触幅などの要素から設定することができる。また、絶縁層は定着ベルトの機械的特性を維持する層であり２０μｍ〜８０μｍの厚みであることが好ましい。絶縁層の機械的特性と熱伝導特性とは一般的に相反する特性であるが、絶縁層に窒化硼素などの熱伝導性物質を混合し厚みを最適化すれば両特性を満たすことができる。
【００５６】
また、発熱層の内側にさらにもう１層の絶縁層（最内面絶縁層と記す）を成形することが好ましい。最内面絶縁層を設けることによって、熱伝導性に関係なく発熱定着ベルトの機械的特性のみを考慮して最内面絶縁層の厚みを設計することが可能になるからである。
【００５７】
発熱層の内側に最内面絶縁層を設けた場合、発熱層の外面に設ける絶縁層は電気絶縁性のみを確保すればよいことになり、その厚みを薄くできるため、高い熱伝導性を得ることができ、ひいては、クイックスタートの実現や省エネルギーに貢献する。
【００５８】
また、フルカラー画像を熱定着する場合には、赤、青、黄、黒の４色のトナーを十分に熱溶融させ混色し、中間色や濃淡を鮮明に定着する必要がある。このため、定着ベルトの表面に近いところに弾性層が形成されるのが好ましい。具体的には、図１に示される発熱定着ベルトでは、絶縁層の外面にシリコーンゴム等の弾性層を設け、さらにその弾性層の外面にフッ素樹脂等の離型層を設けることが好ましい。また、図２に示される発熱定着ベルトでは、発熱層の外側に弾性層を設け、さらにその弾性層の外面にフッ素樹脂等の離型層を設けることが好ましい。
【００５９】
また、本実施の形態において、絶縁層の外面に発熱層が設けられ、発熱層の外面に離型層が設けられてもよい。
【００６０】
また、この弾性層は、ゴム硬度の低く柔らかいものが好ましい。具体的には、例えばＪＩＳ−Ａ硬度で３〜４０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性層の厚さは１００〜３００μｍの範囲が好ましい。また、本発明においては、定着ベルトそのものが給電によって発熱するため、絶縁層、弾性層及び離型層が積層された構造であっても発熱効率が高く、定着ムラや光沢ムラのない、高い画像品質を得ることができる。
【００６１】
また、本発明の発熱定着ベルトは、（ａ）ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子を混合した導電性組成物を円筒状金型の表面に塗布する工程、（ｂ）塗布された導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程、（ｃ）前記発熱層の外面に絶縁層となる絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程、（ｄ）前記絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程、（ｅ）前記絶縁層の外面に離型層を塗布する工程及び（ｆ）前記離型層を加熱して焼成する工程を経て製造される。
【００６２】
本発明の製造方法によれば、発熱定着ベルトの内層の発熱層の成形から、外層の離型層の成形まで、一貫した連続ラインで製造でき好ましい。また、円筒状金型の表面を鏡面に仕上げておくことにより、発熱層の内面の表面粗度を、最も小さくすることができ好ましい。
【００６３】
また、本発明において、発熱定着ベルトは、（ｇ）絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、（ｈ）円筒状金型の表面に塗布した絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して絶縁層を成形する工程と、（ｉ）絶縁層の外面に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、（ｊ）導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、（ｋ）発熱層の外面に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、（ｌ）離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程を経て製造されてもよい。
【００６４】
さらに、本発明において、発熱定着ベルトは、（ｍ）第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の表面に塗布する工程と、（ｎ）円筒状金型の表面に塗布した第１絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第１絶縁層を成形する工程と、（ｏ）第１絶縁層の外面に、ポリイミド前駆体溶液中にカーボンナノ材料及びフィラメント状金属微粉子が混合された導電性組成物を塗布する工程と、（ｐ）導電性組成物を加熱して発熱層を成形する工程と、（ｑ）発熱層の外面に第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布する工程と、（ｒ）第２絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して第２絶縁層を成形する工程と、（ｓ）第２絶縁層の外面に離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を塗布する工程と、（ｔ）離型層形成樹脂又は離型層形成樹脂前駆体を加熱して焼成する工程を経て製造されてもよい。なお、この製造方法において、第１絶縁ポリイミド前駆体溶液と第２絶縁ポリイミド前駆体溶液とは同じであってもよいし異なっていてもよい。
【００６５】
なお、本発明の実施形態において、導電性組成物を円筒状金型の外面に塗布した後、導電性組成物中のカーボンナノ材料やフィラメント状金属微粒子を、略一方向、すなわちその長さ方向に束ねられたような状態に配向させるためには、導電性組成物を円筒状金型に塗布した後、塗布面を一定方向にしごき拭うような工程を設けることが好ましい。
【００６６】
なお、導電性組成物を略一方向に配向させるためには、本発明の製造方法の（ａ）工程において、図８に示すように、円筒状金型６１の外面に導電性組成物６４を塗布し、リング状ダイス６２を金型の上部から挿入して通過させるのが最も好ましい。導電性組成物の塗布厚みの制御と導電性物質の配向とを１つの工程で処理をできるからである。なお、図８中、符号６３は一定厚みで塗布された導電性組成物塗膜である。
【００６７】
また、本発明の製造方法では、工程（ａ）で円筒状金型表面に導電性組成物を塗布した後、工程（ｂ）でその塗布された導電性組成物中のポリイミド樹脂が半硬化状態となるように加熱されるのが好ましく、さらに、工程（ｃ）でその半硬化状態の発熱層の外面に、絶縁ポリイミド前駆体溶液を塗布し、さらに工程（ｄ）でその絶縁ポリイミド前駆体溶液を加熱して発熱層と絶縁層とのイミド化を同時に完結するのが好ましい。発熱層と絶縁層とをイミド化によって強固に接着でき、かつ、製造ラインの熱効率を高めることができるからである。
【００６８】
さらにまた、絶縁層の外面にフッ素樹脂離型層を成形する工程（ｅ）、（ｆ）においても、発熱層、絶縁層をそれぞれ半硬化の状態で積層させ、その外面にフッ素樹脂ディスパージョン等を塗布し、乾燥後、発熱層、絶縁層の２層のイミド化の完結とフッ素樹脂の焼成とを同時に行うことが好ましい。各層の接着力を高めるこができるからである。ポリイミドのイミド化温度及びフッ素樹脂の焼成温度は、いずれも３５０度Ｃ〜４００度Ｃの高温下での処理になるため、これらを同時に処理することで各熱処理工程を短縮でき、製造時の熱効率を高めることができるからである。なお、絶縁層の外面にフッ素樹脂離型層を成形させる場合、その接着強度を安定させるために、プライマー層を介在させることが好ましい。
【００６９】
なお、半硬化の状態とは、導電性組成物あるいは絶縁ポリイミド前駆体溶液が８０〜１２０度Ｃの温度で乾燥された後、２００〜２５０度Ｃまでの温度で加熱された状態をいう。なお、かかる場合、導電性組成物中のポリイミド前駆体は、イミド化が完結する前の状態にある。また、この状態になるまでにかかる処理時間は３０分〜２時間の範囲である。
【００７０】
次に、本発明の発熱定着ベルトを用いた画像定着装置の一実施形態を図３に基づき説明する。この定着装置は、発熱定着ベルト１１と、発熱定着ベルト１１の内側に配置される耐熱絶縁性樹脂からなるベルト支持ホルダー１２と、加圧ロール１４とから構成される。発熱定着ベルトに給電するための一対の給電端子１３は、ベルト支持ホルダー１２の両端に設けられており、加圧ロール１４の加圧力によって、発熱定着ベルト内側の発熱層と摺接するようになっている。なお、図３中、符号１６は加圧ロールのシャフトであり、その加圧ロールのシャフト１６は駆動モーター（図示せず）に連結されている。また、符号１７は電源であり、符号１８はリード線である。また、符号１５は耐熱絶縁性樹脂からなるベルトガイド板であり、そのベルトガイド板１５は発熱定着ベルトが蛇行した場合のストッパーの役割を担う。ベルト支持ホルダー１２及びベルトガイド板１５の材料としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられることが好ましい。なお、（ｂ）図は（ａ）図のＩ−Ｉ間の概略断面図である。
【００７１】
本願の画像定着装置では、駆動源を持つ加圧ロールによって、加圧ロールと圧接された発熱定着ベルトが従動し、加圧ロールと定着ベルトとのニップ部Ｎに、未定着のトナー像２０が形成された複写紙１９が順次送り込まれ熱定着がなされる。
【００７２】
以下に実施例により、さらに具体的に説明する。本発明の評価は下記に示される測定器を用い下記に示される条件下で行った。
【００７３】
（１）体積抵抗率の測定
デジタルマルチメーターＭｏｄｅｌ７５６２（横河電気製）を用い、４線式プローブにより発熱体の体積抵抗率を測定した。
【００７４】
（２）温度分布の測定
サーモトレーサＴＨ１１０１（日本電気三栄製）を用いて測定した。
【実施例１】
【００７５】
本実施例では、以下に示すようにして図１に示される発熱定着ベルトを製作した後、その発熱定着ベルトの定着テストを行った。
【００７６】
（１)発熱層用導電性組成物の作製
ポリイミド前駆体溶液（ポリイミドワニス「Ｐｙｒｅ−ＭＬ  ＲＣ５０６３」，Ｉ.Ｓ.Ｔ社製）を用意した。このポリイミド前駆体溶液はＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）中で３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物「ＢＰＤＡ」とパラフェニレンジアミン「ＰＰＤ」とを重合したものであり、固形分濃度は１７．５ｗｔ％であった。そして、このポリイミド前駆体溶液の固形分に対してカーボンナノファイバー（ＶＧＣＦ−Ｈ、昭和電工製）を２０ｖｏｌ％、フィラメント状ニッケル微粒子（ＴＹＰＥ２１０、インコ社製）を１３ｖｏｌ％、容器に投入し１時間攪拌した後、その内容物を１５０番のＳＵＳメッシュで濾過して粘度（２３度Ｃ、Ｂ型粘度計による）８００ポイズの発熱層用導電性組成物を調製した。なお、カーボンナノファイバー（ＶＧＣＦ−Ｈ）の真密度は２．０ｇ／ｃｍ3であり、フィラメント状ニッケル微粒子（ＴＹＰＥ２１０）の真密度は８．９ｇ／ｃｍ3である。
【００７７】
（２）絶縁層用ポリイミド前駆体溶液の作製
絶縁層のためのポリイミド前駆体溶液としてポリイミドワニス「Ｐｙｒｅ−ＭＬ  ＲＣ５０６３」（Ｉ.Ｓ.Ｔ社製）を用意した。そして、そのポリイミド前駆体溶液に、窒化硼素粉末（三井化学「ＭＢＮ−０１０Ｔ」）を、ポリイミド前駆体溶液の固形分濃度に対して１８ｗｔ％混合して絶縁層用ポリイミド前駆体溶液を調製した。
【００７８】
（３）発熱層の成形
外径が２４ｍｍであり長さが５００ｍｍであるアルミニウム製円筒状金型の表面に、酸化珪素コーティング剤をディッピング法によりコーティングして焼付けてアルミニウム製円筒状金型を酸化珪素膜で被覆した。なお、この円筒状金型の平均表面粗度はＲｚ０．２μｍであった。次いで、図８に示す浸漬キャスティング方法により、（１）項で調製した発熱層用導電組成物６４に金型６１を下部から４００ｍｍ部分まで浸漬して金型６１に発熱層用導電組成物６４を塗布した後、内径２４．９５ｍｍのリング状ダイス６２を金型６１の上部から挿入して走行させ、金型６１の外側に導電性キャスト膜６３を形成した。
【００７９】
その後、導電性キャスト膜６３が形成された金型を１２０度Ｃのオーブンに入れ６０分間乾燥させた後、２００度Ｃの温度まで３０分間で昇温させ、同温度で１５分間保持してオーブンから取り出し、室温（２５度Ｃ）まで冷却し半硬化導電層ベルトを得た。
【００８０】
（４）絶縁層の成形
次に、（３）項の半硬化導電性ベルトが成形された金型を（２)項で調製した絶縁層用ポリイミド前駆体溶液中に浸漬し、図８の浸漬キャスティング方法でイミド化後の厚みが３５μｍになるように半硬化絶縁層被膜を成形した。次いで、発熱層の熱処理と同じようにこの金型を１２０度Ｃのオーブンに入れ６０分間乾燥させた後、２００度Ｃの温度まで３０分間で昇温させ、同温度で１５分間保持し、発熱層の外面に半硬化状態のポリイミド絶縁層が積層された半硬化積層ベルトを得た。
【００８１】
（５）プライマー層の成形
（４）項で作製した半硬化積層ベルトをフッ素樹脂プライマー液（デュポン社製：「テフロン（登録商標）」８５５−３００）に浸漬し所定の速度で引上げることによりフッ素樹脂プライマー液を約４μｍの厚みにコーティングした後、１８０度Ｃの温度で２０分間乾燥して再び常温まで冷却した。
【００８２】
（６）離型層の成形
次に、発熱定着ベルトの離型層材料としてのＰＴＦＥディスパーション(デュポン社製：「テフロン（登録商標）」８５５−５１０)に、（５）項においてフッ素樹脂プライマー液を塗布された半硬化積層ベルトを浸漬して引き上げることにより、ＰＴＦＥディスパーションを１５μｍの厚みにコーティングした。なお、ＰＴＦＥディスパージョンには、画像定着時のオフセットを防止するためにカーボンブラック（ケッチンブラック「Ｗ−３１０Ａ」ライオン社製）を固形分比で０．６ｗｔ％加えた。その後、この半硬化積層ベルトを２００度Ｃで１０分間乾燥した後、４００度Ｃまで３０分間で昇温し、同温度で２０分間加熱してＰＴＦＥ樹脂の焼成と、半硬化状態の発熱層及び絶縁層のイミド化を同時に完結し、最後に金型６１から定着ベルトを脱型し発熱定着ベルトを得た。
【００８３】
発熱定着ベルトを図１に示す、この発熱定着ベルトの内径は２４ｍｍであり、ベルト内側の発熱層１の厚みは約３５μｍであり、絶縁層２は約３５μｍであり、最外層の離型層は約１５μｍであり、総厚みは８８μｍであった。
【００８４】
（７）発熱定着ベルトの評価
（７−１）体積抵抗率及び電極間抵抗値の測定
発熱定着ベルトを２４０ｍｍの長さに切断し、デジタルマルチメーターＭｏｄｅｌ７５６２を用いて体積抵抗率を測定した。発熱定着ベルトの長さ方向の体積抵抗率（ＬＤ）は３６×１０-4Ωｃｍであり、長さ方向と直交する方向の体積抵抗率（ＤＤ）の測定値は６３×１０-4Ωｃｍであり、Ｒａ値は１．７５であった。
【００８５】
（７−２）発熱温度分布の測定
発熱定着ベルトの内側にステンレス製の給電端子を取り付け図５に示される方法で発熱テストを行った。給電端子をベルトの両端部から１２ｍｍのベルト内面の直線上に設け、発熱定着ベルトをその給電端子５４から加電した。なお、給電端子の寸法は、幅及び長さが１０ｍｍであった。また、給電端子は、発熱定着ベルト内側の発熱層に密着させてクリップ固定した。図５に示されるように、電源には可変電圧調整器を接続し、その電源から電圧を設定しながら発熱層５１に給電した。まず、始めにサーモトレーサを標準モードにして、発熱定着ベルトの表面温度を観測しながらベルトの表面（離型層表面）が２２０度Ｃとなる様に可変電圧調整器の出力電圧を調整し、その表面が２２０度Ｃとなった以降はこの状態で給電を続け、そのときの温度分布を測定した。この時の出力電圧は４５Ｖであった。その後、給電を停止し、発熱定着ベルトが室温になるまで自然冷却した。
【００８６】
次に、サーモトレーサをタイムトレースモードに切り替えて通電開始から１０秒間の発熱定着ベルトの温度上昇変化を観測し記録した。記録データから通電開始１０秒後の長さ方向の発熱体表面温度を読み取ると最高温度２１０．８度Ｃであり、最低温度は２０８度Ｃであり、温度分布は３度Ｃ以内であった。すなわち、均一な発熱上昇特性を確認することができた。特に、発熱定着ベルトの給電端子間の温度差はほとんど無く、非常に均一な発熱特性が得られた。また、発熱定着ベルトは、発熱状態において、図４のように長さ方向の中央部に膨らみ５７を有する楕円に近い形状を有していた。
【００８７】
（７−３）カーボンナノファイバーの配向状態の確認
発熱層のカーボンナノファイバー及びフィラメント状ニッケル微粒子の配向状態を電子顕微鏡で撮影した結果を図６に示す。カーボンナノファイバーは写真の左右方向（発熱定着ベルトの長さ方向）に配向した状態で存在しており、フィラメント状ニッケル微粒子は一定方向に配向したカーボンナノファイバーに絡み合ったような状態で存在していることが確認できた。
【００８８】
（７−４）画像定着装置に組み込み評価
発熱定着ベルトを図３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２００度Ｃに設定し、毎分１６枚の通紙をおこなったところ、電源投入から瞬時に定着ができ、オフセットなどの発生もなく鮮明な定着画像が得られた。
【実施例２】
【００８９】
本実施例では、シリコーン弾性層が成形された発熱ベルトを説明する。
【００９０】
（１）発熱ベルト中間体の作製
実施例１の（３）項で作製した半硬化導電層ベルトの外面に絶縁層を形成した半硬化積層ベルトをさらに４００度Ｃまで加熱することによりイミド化を完結した発熱定着ベルト中間体を作製した。
【００９１】
（２）シリコーンゴム弾性層の成形
発熱定着ベルト中間体の絶縁層の外面にプライマーを塗布した。具体的には、プライマーとしてＧＥ東芝シリコーン社製商品名「ＸＰ−８１−４０５」のＡ及びＢ２液を予め１：１の割合で混合したものを、発熱定着ベルト中間体の絶縁層の外面に刷毛で均一に塗布した後、その発熱定着ベルト中間体を室温で２０分乾燥した後、１５０度Ｃのオーブンに入れ、２０分間乾燥した。その後、リング状ダイスを用いその発熱定着ベルト中間体のプライマー処理面の外側に液状シリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製商品名「ＸＥ１５−Ｂ７３５４」Ａ及びＢ２液を予め１：１の割合で混合した液状ゴム）を２００μｍの厚みで塗布した。その後、１５０度Ｃの温度で１０分、その液状シリコーンゴムの一次加硫を行い、さらに２００度Ｃの温度で４時間、その液状シリコーンゴムの二次加硫を行った。その結果、発熱定着ベルト中間体の外面に２００μｍの厚みでシリコーンゴムを成形した弾性層積層ベルトが作製された。同加硫条件で作製したテストピースのゴム硬度は３０度であった。
【００９２】
（３）弾性層積層ベルト外面の離型層成形
弾性層積層ベルトのシリコーンゴム表面を＃５００のサンドペーパーで軽く粗らし、表面をアルコールで洗浄した。次いで、そのシリコーンゴム表面に液状プライマー（三井デュポンフロロケミカル社製ＰＲ−９９０ＣＬ）を塗布し、室温で１０分乾燥した。次いで、その弾性層積層ベルトを、粘度２００センチポイズに調整したＰＦＡディスパーション（デュポン社製商品名ＰＦＡ９２０ＨＰプラス「ＥＮＡ−１６２−８」）の中に浸漬した後、その弾性層積層ベルトを所定の速度で引上げ、離型層の最終の厚さが１５μｍになるように弾性層積層ベルトにＰＦＡディスパーションをコーティングし、その弾性層積層ベルトを常温で３０分乾燥した後、３３０度Ｃのオーブンに入れ、１５分間焼成することにより目的とする弾性層が積層された発熱体着ベルトを作製した。
【００９３】
この発熱定着ベルトは内径が２４ｍｍであり総厚みが３０５μｍであった。この発熱定着ベルトを本発明の画像定着装置に組み込み、さらにこの画像定着装置をタンデム型フルカラー画像形成装置に装着して毎分８枚のプリントを行ったところ良好な画像が得られた。すなわち、この発熱定着ベルトがフルカラー画像の定着ベルトとして好適に用いることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る発熱定着ベルトの横断面図及び縦断面図である。
【図２】本発明に係る別の発熱定着ベルトの側面図及び縦断面図である。
【図３】本発明に係る画像定着装置の概略図である。
【図４】本発明に係る発熱定着ベルトの発熱温度分布測定方法を説明するための図である。
【図５】ストランドが三次元的に連なったニッケル微粒子の顕微鏡写真である。
【図６】実施例１の記載に基づき作製した発熱層中におけるカーボンナノファイバーの配向状態を示す電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明に係る給電端子取り付け板の概略図である。
【図８】本発明の実施例において用いられた浸漬キャスティング方法を説明するための概略図である。
【図９】本発明に係るフィルム定着装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９５】
１，５１      発熱層
２，５２      絶縁層
３，５３      離型層
４      プライマー層
１０，１１      発熱定着ベルト
１２      ベルト支持ホルダー
１３，５４、４２給電端子
１４      加圧ロール
１５      ベルトガイド板
１６      加圧ロール芯金
１７，５５      電源
１８，５６      配線
１９      複写紙
２０      未定着トナー像
Ｎ      ニップ部
【図１】
2007272223.tif 000003
【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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【図７】
2007272223.tif 000009
【図８】
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【図９】
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