(57)【要約】【課題】ポリイミド樹脂で形成された摺動層の機械的粗面化を不要とし、安定した表面粗さが得られ、しかもその表面粗さが比較的長期にわたって維持できるポリイミド樹脂を含む摺動層を裏面に備えるニッケル電鋳ベルト基体を有する定着ベルトを提供すること。【解決手段】転写材上のトナー像を定着するための定着ベルト（１０）であって、ニッケル電鋳製の無端状ベルト基体（１１）を有し、ベルト基体（１１）の裏面に７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂を含む摺動層（１２）が形成され、摺動層（１２）は、薄片状金属酸化物を含有することによって０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有することを特徴とする定着ベルト。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上のトナー像を定着するための定着ベルトであって、ニッケル電鋳製の無端状ベルト基体を有し、前記ベルト基体の裏面に７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂を含む摺動層が形成され、前記摺動層は、薄片状金属酸化物を含有することによって０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有することを特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
前記薄片状金属酸化物粉末が、１〜２０μｍの平均径を有することを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記薄片状金属酸化物粉末が、前記ポリイミド樹脂１００重量部当たり３〜３０重量部の割合で含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
前記ベルト基体が、３５０℃で２時間加熱した後の裏面における硬さがその初期硬さ以上の値を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファクシミリ、レーザビームプリンター等の画像形成装置の定着部で使用される、転写材上のトナー像を定着するための定着ベルト、特に、ニッケル電鋳無端状ベルト基体を備えた定着ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、画像形成装置の小型化、省エネルギー化、印字・複写の高速化などの要求に応えるために、定着ローラの代わりに無端状の定着ベルト（エンドレスベルトまたはエンドレスフィルム）を使用したベルト定着方式が採用されている。定着ベルトは、その内面に接触する加熱手段で加熱することにより、薄いベルトを介するだけで、転写材上のトナー像をほぼ直接的に加熱して定着させることができるため、電源投入後の待ち時間を少なくすることができるという利点がある。
【０００３】
定着ベルトのベルト基体として、電鋳を用いて形成された無端状ニッケルベルトを用いることは、例えば特許文献１により公知である。電鋳法では、導電性を有する母型（電型、鋳型）、例えばステンレス製の円筒状母型を陰極とし、その表面にニッケルメッキ浴を用いて電気メッキを施すことによりニッケルメッキ膜を形成し、このメッキ膜を母型から剥離（脱型）して製品とする。母型が金属の場合には、剥離のための表面処理を施し、母型が非金属の場合には、メッキを行うための導電性処理を施す。
【０００４】
このような定着ベルトは、加圧ローラの従動回転で駆動され、ベルトガイド部材と接触・摺動する。そのため、ベルト基体裏面に摺動層を設けることが行われている。摺動層としては、耐熱性に優れたポリアミド樹脂がしばしば用いられている。例えば特許文献２には、特定のイミド化率を有するポリイミド樹脂により摺動層を形成することが開示されている。しかしながら、摺動層は、そのようなポリイミド樹脂で塗布形成した場合、表面が極めて平滑になるとともに、摺動層を直接設けるニッケル電鋳ベルト基体の表面は鏡面となっているため、ニッケル電鋳ベルト基体の表面の粗さから反映される摺動層表面の粗さの発生も生じないので、鏡面に近い極めて平滑な面となってしまう。このように平滑な表面を有する摺動層を設けた定着ベルトは、その使用開始初期に、ベルトガイド部材と摺動層の接触部での駆動トルクが大きくなり、回転駆動時にスリップが発生し、回転駆動が不安定になるという問題があった。そこで、ポリイミド樹脂摺動層は、これを塗布形成した後、その表面を機械的に粗面化することが必要であった。
【特許文献１】特開２００２−１４８９７５号公報
【特許文献２】特許第３６３１１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、ポリイミド樹脂で形成された摺動層の機械的粗面化を不要とし、安定した表面粗さが得られ、しかもその表面粗さが比較的長期にわたって維持できるポリイミド樹脂を含む摺動層を裏面に備えるニッケル電鋳ベルト基体を有する定着ベルト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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によると、前記ベルト基体の裏面に７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂を含む摺動層が形成され、前記摺動層は、薄片状金属酸化物を含有することによって０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有することを特徴とする定着ベルトが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本発明の種々の態様を説明する。
【０００８】
図１は、本発明の１つの態様に係る定着ベルト１０の概略断面図である。
【０００９】
円筒状の定着ベルト１０は、ニッケル電鋳により無端状（円筒状）に形成されたベルト基体１１を備える。ベルト基体１１の裏面（内周面）には、摺動層１２が設けられている。また、通常、図１、ベルト基体１１の表面（外周面）に直接またはシリコーンゴム等の弾性層１３を介してフッ素樹脂などの離型層１４が被覆形成されている。
【００１０】
ベルト基体１１の裏面に形成される摺動層１２は、７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂を含むとともに、薄片状金属酸化物を含有することによって０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有する。７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂は、それ自体耐熱性に優れるとともに耐磨耗性にも優れる。
【００１１】
ベルトガイド部材と摺動する摺動層１２は、ベルトガイド部材と点接触することが、使用初期から良好な摺動を行うために必要である。この点に関し、本発明者は、鋭意研究した結果、ベルトガイド部材と接触する側の摺動層１２の表面（内周面）が、０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有するべきであることを見いだした。表面粗さＲａが０．１μｍ未満であると、ベルトガイド部材と摺動層１２との接触面積が大きくなり、スリップが発生しやすく、使用初期からの定着ベルト１０の回転駆動が不安定になる。一般的に、摺動層１２の表面粗さＲａの上限は、０．６μｍである。摺動層１２の表面粗さＲａは、摺動層１２のあり得るわずかな削れを考慮して、０．２〜０．５μｍであることがより好ましい。
【００１２】
このように、定着ベルト１０の使用初期からの安定な回転駆動のためには、摺動層１２の内周面が０．１μｍ以上の表面粗さＲａを有すべきであるが、それだけでは、長期にわたる定着ベルト１０の安定駆動は達成し得ない。耐磨耗性に優れた７０％以上のポリイミド樹脂を用いても、摺動層１２の内周面がベルトガイド部材との接触により有意な量で削れてしまえば、所定の表面粗さが維持できないからである。そこで、本発明では、７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂を用いて摺動層１２の耐磨耗性を向上させるとともに、薄片状金属酸化物粉末の配合により、摺動層１２に０．１μｍ以上の表面粗さＲａを持たせるようにしている。従って、摺動層の機械的粗面化処理は必要ない。
【００１３】
摺動層１２に用いるポリイミド樹脂は、既述のように、イミド化率が７０％以上のポリイミド樹脂である（ここで、イミド化率は、前記特許文献２で定義されている通りである）。７０％未満のイミド化率のポリイミド樹脂は、それ自体、耐磨耗性が十分でなく、それ単独で形成した摺動層は、ベルトガイド部材との摺動による削れ量が有意に大きくなる。イミド化率は高いほうが、耐熱性および耐磨耗性に優れる。イミド化率は、１００％であり得る。通常、ポリイミド樹脂は、イミド化率７０％以上を達成するためには、２３０℃以上の温度での焼成を要するものであり、例えば、前記特許文献２で用いられている下記式（１）の構造のポリイミド樹脂を用いることができる。
【００１４】
式（１）：
【化１】
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【００１５】
薄片状金属酸化物粉末は、摺動層１４において、層１４の表面を含む面とほぼ平行に配置され、摺動層１２の内周面に所定の表面粗さＲａをもたらすことができるとともに摺動層の耐磨耗性をより一層向上させる。
【００１６】
薄片状金属酸化物粉末は、ポリイミド樹脂１００重量部当たりの３〜３０重量部の割合で配合することが好ましい。薄片状金属酸化物粉末の量が、３重量部未満であると、０．１μｍ以上の表面粗さＲａが得られにくく、また薄片状金属酸化物粉末の量が３０重量部を超えても、表面粗さＲａは０．６μｍを超え得ない。薄片状金属酸化物粉末は、ポリイミド樹脂１００重量部当たり、３〜２５重量部の割合で配合することがより好ましい。また、薄片状金属酸化物粉末は、１〜２０μｍの平均粒径を有することが好ましい。ここで、平均粒径とは、薄片状金属酸化物粉末の厚さ方向と直行する方向における最大長さの平均値である。薄片状金属酸化物の平均粒径が１μｍ未満であると、０．１μｍ以上の表面粗さＲａが得られにくく、２０μｍを超えると、表面粗さＲａが過大となる。すなわち、摺動層１４は、ポリイミド樹脂１００重量部当たり、３〜３０重量部、好ましくは３〜２５重量部の割合で、１〜２０μｍの平均粒径を有する薄片状金属酸化物を含有することが、所定の表面粗さＲａを達成する上で特に好ましい。薄片状金属酸化物粉末として、マイカを用いることが特に好ましい。
摺動層１２は、３〜５０μｍの厚さを有することが好ましい。厚さが３μｍ未満であると、耐久性が不十分となる傾向が高く、他方厚さが５０μｍを超えると、定着ベルトの熱伝導率が低下する傾向が強くなる。摺動層１２は、５〜３０μｍの厚さを有することがより好ましい。
【００１７】
上記ポリイミド樹脂と薄片状金属酸化物粉末を含む摺動層１２を形成するために、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸ワニス（芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸二無水物を有機溶媒（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン）中で重合させたワニス）に薄片状金属酸化物粉末を混合する。前記式（１）で示されるポリイミド樹脂のポリアミック酸は、式（１）から理解されるように、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とパラフェニレンジアミンの重合によって得られるものである。このワニスは、例えば、宇部興産（株）から「Ｕ−ワニス−Ｓ」の商品名で市販されている。
【００１８】
ついで、上記ポリアミック酸ワニスと薄片状金属酸化物粉末との混合物をベルト基体１１の裏面に塗布し、順次温度を上げ、２３０℃以上の温度で焼成することにより、７０％以上のイミド化率を有するポリイミド樹脂が生成する。このように、上記ポリイミド樹脂を焼成する温度は高温であり、普通のニッケル電鋳ベルト基体では、かかる高温に供されると熱劣化を起こしてしまうおそれが高い。そのために、ニッケル電鋳ベルト基体１１としては、３５０℃で２時間の加熱後も裏面における硬さがその初期値（未加熱時の値、すなわち製造後に１００℃を超える温度に供されていないときの値）以上の値を示すという高い耐熱性を有するニッケル電鋳ベルト基体を用いることが特に好ましい。かかるニッケル電鋳ベルト基体は、特開２００５−１２１８２５号公報に開示されている。このニッケル電鋳ベルト基体は、該公報に開示されている通りに、スルファミン酸ニッケル浴にリンを添加して電鋳を行うことにより得ることができる。このリン添加スルファミン酸ニッケル浴は、スルファミン酸ニッケル四水塩３００〜６００ｇ／Ｌ、塩化ニッケル０〜３０ｇ／Ｌ、ホウ酸２０〜４０ｇ／Ｌ、適量の界面活性剤、適量の光沢剤（一次光沢剤（例えば、ナフタレン−１，３，６−トリスルホン酸三ナトリウム等）、二次光沢剤（例えば、２−ブチン−１，４−ジオール等））、リン源として例えば次亜リン酸ナトリウムのような水溶性リン含有酸の塩２０〜２００ｍｇ／Ｌを含有し、ｐＨは、好ましくは３．５〜４．５である。電鋳に際し、浴温は好ましくは４０〜６０℃である。電流密度は、好ましくは、０．５〜１５Ａ／ｄｍ2の範囲であり、高濃度浴の場合には、３〜４０Ａ／ｄｍ2の範囲とすることが好ましい。この電鋳により、０．０４質量％以上０．４質量％未満の濃度でリンを含有するニッケル電鋳ベルト基体が得られる。かかるニッケル電鋳ベルト基体は、３５０℃で２時間加熱した後裏面における硬さがその初期硬さ以上の値を示す。
【００１９】
ベルト基体１１の厚さは、通常、使用する摺動層１２の厚さよりも厚い。定着ベルト１０を電磁誘導加熱による定着方式に用いる場合は、ベルト基体１１の厚さは１００μｍまでとすることが好ましい。一方、ハロゲンヒータを熱源として用いた定着方式に用いる場合は、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、ベルト基体１１の厚さは、通常１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜８０μｍ、より好ましくは２０〜６０μｍ程度である。熱容量、熱伝導性、機械的強度、可撓性などのバランスの観点から、３０〜５０μｍ程度の厚さであることが最も好ましい。
【実施例】
【００２０】
次に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００２１】
＜ニッケル電鋳ベルト基体の作製＞
ニッケル電鋳ベルト基体は、特開２００５−１２１８２５号公報の実施例１に従って作製した。得られたニッケル電鋳ベルト基体のリン含有率をＩＣＰ発光分析装置を用いて分析したところ、０．０４重量％であった。
【００２２】
このニッケル電鋳ベルト基体を、種々の温度で２時間加熱した後の裏面および表面の硬さ（マイクロビッカース硬さＨｖ）を（株）アカシ製ＭＶＫ−Ｇ１を用いて測定した。結果を図２に示す。図２に示す結果からわかるように、このニッケル電鋳ベルト基体は、３５０℃で２時間加熱しても未加熱の場合以上の裏面硬さを示す。
【００２３】
＜ポリイミド樹脂の形成＞
宇部興産（株）製ポリアミック酸ワニス「Ｕ−ワニス−Ｓ」を基材上に塗布し、種々の温度で１時間加熱焼成し、そのときのイミド化率を測定した。結果を図３に示す。図３に示す結果からわかるように、このポリアミック酸ワニスは、７０％以上のイミド化率を達成すために２３０℃以上の焼成温度での加熱を要する。
【００２４】
例１〜５
宇部興産（株）製ポリアミック酸ワニス「Ｕ−ワニス−Ｓ」を、ジメチルアセトアミドで希釈し、マイカ（コープケミカル社製ＭＫ−１００；平均粒径３〜５μｍ）をポリイミド樹脂１００重量部に対し１０重量部となるように添加した。得られた混合物を上で得たニッケル電鋳ベルト基体の裏面に塗布し、下記表１に示す条件で乾燥、昇温、焼成し、厚さ約１４μｍの摺動層を形成した。摺動層を構成するポリイミドのイミド化率を図３から読み取り、表１に併記する。
【表１】
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【００２５】
得られたベルト基体の表面にシリコーンゴム弾性層を設け、その上にフッ素樹脂チューブを被せ、熱収縮させ離型層を形成し、所望の定着ベルトを得た。
【００２６】
得られた各定着ベルトから直径約４０ｍｍの大きさの磨耗試験試料を切り出し、試験片（直径４０ｍｍ、厚さ２ｍｍのステンレス鋼製の円板）に固定し、高千穂精機社製回転摩擦磨耗試験機（型番：μ−３０００）を用い、以下の条件で磨耗試験を行い、定着ベルトの試験前後の重量差からポリイミド樹脂摺動層の削れ量を算出した。結果を表１に併記する。
【００２７】
＜磨耗試験条件＞
試験方法：ボールオンディスク法
ボール材質：アルミナ；ボール径：３ｍｍ；押付け荷重：５Ｎ；回転数：１２０ｒｐｍ；接触半径：１０ｍｍ；測定時間：６０分。
【００２８】
また、表１に示すポリイミド樹脂のイミド化率と、摺動層の削れ量（ｇ）を図４に示す。表１および図４に示す結果からわかるように、イミド化率が高いほど、耐磨耗性に優れ、イミド化率が７０％以上で、削れ量が有意に減少した（すなわち耐磨耗性が有意に向上した）摺動層が得られる。
【００２９】
例６
ポリイミド樹脂１００重量部に対するマイカの充填量を変化させた（ポリイミド樹脂１００重量部当たり３、５、１０、１５、２０、２５重量部）以外は、例５と同様にして定着ベルトを作製し、その摺動層の表面粗さＲａを測定した。測定機器は、（株）東京精密製表面粗さ形状測定機ＳＵＲＦＣＯＭ１４００Ｄであった。表面粗さＲａは、それぞれ、０．１、０．２、０．３、０．５、０．６、０．６であった。この結果を図５に示す。図５に示す結果からわかるように、マイカをポリイミド樹脂１００重量部当たり３重量部以上配合することにより、０．１μｍ以上の表面粗さＲａが得られる。また、表面粗さＲａの上限は０．６μｍであることもわかる。
【００３０】
これら定着ベルトから上記と同様に磨耗試験試料を切り出し、同様の磨耗試験を行った後、摺動層の表面粗さＲａを測定した。結果を表２に示す。表２には、マイカを充填しなかったポリイミド樹脂摺動層の表面粗さＲａの結果も示す。
【表２】
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【００３１】
表２に示す結果からわかるように、マイカを充填しないポリイミド摺動層は、磨耗試験前後で表面粗さＲａが大きく変化するのに対し、本発明によりマイカを充填して表面粗さＲａを０．１以上としたポリイミド摺動層は、磨耗試験前後で表面粗さに変化がなく、安定した表面粗さを維持できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る定着ベルトの概略断面図。
【図２】ニッケル電鋳ベルト基体を種々の温度で２時間加熱した後の裏面および表面の硬さ（マイクロビッカース硬さＨｖ）を示すグラフ。
【図３】焼成温度とイミド化率との関係を示すグラフ。
【図４】摺動層のイミド化率と削れ量（ｇ）との関係を示すグラフ。
【図５】摺動層のマイカ充填量と表面粗さＲａとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３３】
１０…定着ベルト
１１…ニッケル電鋳ベルト基体
１２…摺動層
１３…弾性層
１４…離型層
【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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