定着ベルトヒーター
【課題】ポリイミド樹脂を主成分とする抵抗発熱体層に柔軟性と機械的強度を持たせ、耐久性の高い定着ベルトヒーターを提供すること。
【解決手段】絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
【解決手段】絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の熱定着に用いられる定着ベルトヒーターに関し、更に詳しくは電子写真方式で形成されたトナー画像の熱定着に使用される面状の定着ベルトヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンターあるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に形成されたトナー画像を記録紙等に転写し、このトナー画像を定着装置によって、加熱処理し記録紙上にトナー画像として定着される。
【０００３】
この様な画像形成装置に用いられる定着装置は、内部ヒーターが配置された円筒状の芯金に耐熱性弾性体層と離型層とが積層されて形成された加熱手段としての定着ローラと、この定着ローラに対して平行に圧接配置された加圧ローラとから構成されており、この加圧ローラーは芯金上に耐熱性弾性体層と離型層とが積層されて形成されているものが一般的である。そして、定着ローラと加圧ローラの間に未定着トナー像が転写された記録紙を通過させ、未定着トナー画像に熱と圧力を加えることによって記録紙上にトナー画像として定着させる。
【０００４】
この方式では定着されたトナー画像の画像品質が良好なものが得られる反面、加熱手段を有する定着ローラの表面温度が定着に適した温度に到達するまでの立ち上がり時間が長いという問題点があり、また、その構造上熱容量が大きくなるため消費電力が大きいという問題があった。一方、電子写真方式の画像形成装置の小型化、高速化、省エネルギー化の要求が高まっており、定着ローラを使用しない熱定着方式に注目が集まり、ベルト方式の定着ヒーターが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このベルト方式の定着ヒーターではポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂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。このような従来の定着ベルト方式の画像形成装置では、セラミックヒーターなどの発熱体を介して定着フィルムが加熱され、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率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率を改善しようとすると機械的特性が劣化し高速化が難しいという問題とセラミックヒーターを発熱体として用いた場合は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（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
この様な問題を解決するために近年定着ベルトそのものに面状の発熱体を設け、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。この方式の画像形成装置は電源の投入から定着可能温度に達するまでの待ち時間が更に短く消費電力も更に小さく、熱定着の高速化などの面からも優れている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６６５３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１１２３号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この面状の定着ベルトヒーターに用いられるポリイミド樹脂は、耐折り曲げ特性、引張り強度、耐熱性、電気絶縁性、耐久性等の特性において優れた性質を有し、ベルト方式の発熱体のマトリックス樹脂として極めて優れた性質を有するものであるが、一方で、その硬くて脆いという欠点を有している。そのため、定着ベルトヒーターに用いた場合には、室温と２００℃以上の高温を繰り返す熱ストレスを受けること、また回転して使用する環状構造の定着ベルトに用いた場合には、折り曲げを繰り返すことで機械的ストレスを受けるため、長く使用するうちに、ひび割れや断裂を起こしてしまう。ひび割れや断裂を起こすと部分的に定着不良を起こし、あるいはそのひび割れを起こした部分の定着画像が汚れ、著しい画像品質の低下を来してしまう。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ポリイミド樹脂を主成分とする抵抗発熱体層中に本発明の可塑剤を含有させることによって、ポリイミド樹脂に柔軟性と機械的強度持たせ、耐久性の高い定着ベルトヒーターを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記課題は以下の構成によって解決される。
１．
絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
２．
前記可塑剤が下記一般式（１）で表されるものであることを特徴とする前記１に記載の定着ベルトヒーター。
【００１１】
【化１】
【００１２】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
３．
前記可塑剤が、下記一般式（２）、又は下記一般式（３）で表されるものであることを特徴とする前記１または前記２に記載の定着ベルトヒーター。
【００１３】
【化２】
【００１４】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
４．
前記可塑剤が、下記一般式（４）、又は下記一般式（５）で表されるものであることを特徴とする前記１から前記３の何れかに記載の定着ベルトヒーター。
【００１５】
【化３】
【００１６】
（式中、ｎは１から１０の整数を表す。）
５．
前記導電性材料が黒鉛であることを特徴とする前記１から前記４の何れかに記載の定着ベルトヒーター。
６．
前記定着ベルトヒーターが、前記絶縁性基材層の上の前記抵抗発熱体層上に、弾性体層、離型層を順次積層して成ることを特徴とする前記１から前記５のいずれかに記載の定着ベルトヒーター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記の構成とすることによって、所望の温度に短時間で到達できるため立ち上がり時間が短く、定着特性に優れ、機械的強度、耐熱性及び柔軟性に優れ、繰り返し使用してもひび割れや断裂の発生のない高耐久の定着ベルトヒーターを得ることが出来る。また、その結果として高画質のトナー画像を長期に亘って安定して得ることが出来る定着ベルトヒーターを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図２】定着ベルトヒーターを展開して絶縁基材層側からみた正面図である。
【図３】第２の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図４】第３の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図５】第４の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図６】定着装置の第１の構成を説明する断面図である。
【図７】定着装置の第２の構成を説明する断面図である。
【図８】定着装置の第３の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明を実施するための形態について具体的に説明する。
【００２０】
本発明は、絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して構成される定着ベルトヒーターにおいて、前記抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴としている。この抵抗発熱体層に可塑剤を含有させることによってポリイミド樹脂を含有するベルト状の抵抗発熱体に柔軟性を付与するものである。
【００２１】
本発明の定着ベルトヒーターを構成する抵抗発熱体層は、機械的強度及び耐熱性の優れたポリイミド樹脂を主成分として、黒鉛等の導電性材料を含有させることによって、所望の体積抵抗値を得るもので、定着ベルトヒーターは、この抵抗発熱体層に電力を供給することによって発熱する。しかし、黒鉛等の導電性材料を添加することによって、ポリイミド樹脂が脆くなり、繰り返し折り曲げ使用される定着ベルトヒーターに使用された時にひび割れや断裂を起こしやすくなってしまう。特に環状のベルトヒーターとした時にひび割れや断裂を起こしやすい。そのため可塑剤を添加して、柔軟性を付与するが、一般的には可塑剤を添加すると、樹脂が本来持っていた機械的強度が損なわれてしまうため、樹脂が持つ本来の強度を維持しながら柔軟性を付与することは極めて困難であった。
【００２２】
本発明者らは、可塑剤を添加しても、ポリイミド樹脂が本来持っている機械的強度と耐熱性を損なうことなく、新たに柔軟性をも付与出来る可塑剤を見出し本発明を完成するに至った。ここで黒鉛等の導電性材料を添加しても機械的強度が大きく劣化しない理由は以下のように考えられる。
【００２３】
即ち、本発明の定着ベルトヒーターを構成する抵抗発熱体層は、ポリイミド前駆体に導電性材料と可塑剤を添加し、導電性材料を分散しベルト状に成型し、加熱処理によりポリイミド樹脂とすることによって作製されることが好ましい。ここで、本発明の可塑剤は黒鉛等の導電性材料の分散を良好にする分散助剤の効果をも有し、導電性材料がポリイミド前駆体中で一次粒子に近い状態で均一かつ安定に分散されるものと考えられる。従って、少ない添加量でも所望の体積抵抗値が得られるため、導電性材料の添加による脆性の低下を最小限に抑えることができる。その結果、ポリイミド樹脂の強度、耐熱性を損なうことなく、柔軟性をも付与できるものと考えられる。
【００２４】
本発明に用いられる可塑剤としては、公知の可塑剤が挙げられる。具体的には例えば、ポリエーテル系可塑剤、ポリアミド系可塑剤、ポリオール系可塑剤、及びそのコポリマーが挙げられる。その他、ポリエステル系高分子可塑剤、ポリエステルポリエーテル系高分子可塑剤、ポリエステルポリウレタン系高分子可塑剤、ポリアクリル酸エステル系高分子可塑剤、及びポリメタクリル酸エステル系高分子可塑剤が挙げられる。更に低分子量の可塑剤としては、エステル化合物が上げられ、エステル化合物としては、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステルが挙げられる。
【００２５】
カルボン酸エステルとしては、例えば、アジピン酸カプリル、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシル、アジピン酸イソオクチル、アジピン酸イソデシル、アジピン酸ｎ−オクチル−ｎ−デシル、アジピン酸イソオクチルイソデシル、アジピン酸ジオクチル等のアジピン酸誘導体、アゼライン酸ジ−２−エチルヘキシル等のアゼライン誘導体、ジエチレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート等の安息香酸誘導体、エポキシ化油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸デシル、エポキシ脂肪酸モノエステル等のエポキシ誘導体、クエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸誘導体、メチルフタリルエチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート等のグリコール誘導体、グリセロールトリアセテート、グリセロールトリブチレート等のグリセリン誘導体、ジペンタエリスリトールエステル等のジペンタエリスリトール誘導体、五塩化脂肪酸エステル、塩素化脂肪酸エステル、五塩化ステアリン酸メチル、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、リシノール酸アルキルアシル等の脂肪酸エステル類、ｐ−トルエンスルホンアミド、ｏ−トルエンスルホンアミド、ｐ−トルエンスルホン−Ｎ−エチルアミド、ｐ−トルエンスルホン−Ｎ−シクロヘキシルアミド等のスルホン酸誘導体、石油誘導体、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジ−２−エチルヘキシル等のセバシン酸誘導体、テトラヒドロフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、テトラヒドロフタル酸ジ−ｎ−オクチル、テトラヒドロフタル酸ジイソデシル等のテトラヒドロフタル酸テトラヒドロフタル酸誘導体、トリメリット酸トリ−２−エチルヘキシル、トリメリット酸トリイソオクチル、トメリット酸トリ−ｎ−オクチル、トリメリット酸トリイソデシル等のトリメリット酸誘導体、三塩化ジフェニル、四塩化ジフェニル、五塩化ジフェニル、六塩化ジフェニル等のビフェニル誘導体、ピロメリット酸テトラ−２−エチルヘキシル、ピロメリット酸テトラ−ｎ−オクチル等のピロメリット酸誘導体、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジアリル、フタル酸イソブチル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジ−ｎ−オクチル、フタル酸−２−エチルヘキシル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジメトキシエチル等のフタル酸誘導体、フマル酸ジブチル、フマル酸ジオクチル等のフマル酸誘導体、塩素化パラフィン等のパラフィン誘導体、ポリエステル類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリクレジル、リン酸トリフェニルリン酸トリクロルエチル、リン酸トリブロムエチル、リン酸トリブトキシエチル、リン酸トリキシレニル、リン酸トリ（２−エチルヘキシル）等のリン酸誘導体等が挙げられる。これらの可塑剤の中でも、本発明の可塑剤としては、下記一般式（１）で表される可塑剤を用いることが好ましい。
【００２６】
【化４】
【００２７】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、及び／又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
また、更に好ましくは、前記可塑剤が、下記一般式（２）、または下記一般式（３）で表されるものである。
【００２８】
【化５】
【００２９】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
また本発明においては、下記一般式（４）、または下記一般式（５）で表される可塑剤が最も好ましい。
【００３０】
【化６】
【００３１】
（式中、ｎは１から８の整数を表す。）
一般式（１）で表される本発明の可塑剤の具体例としては、例えば以下の例示化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
（例示化合物）
【００３３】
【化７】
【００３４】
【化８】
【００３５】
また、前記一般式（１）で表される本発明の可塑剤は、公知の合成方法により容易に合成することが出来る。
（例示化合物（１）の合成法）
例示化合物（１）は以下のように合成した。
Ａ．モノメチル−ジエチレングリコールの合成
（１）モノアセチル化（保護基の導入）
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、トルエン２０００質量部、蒸留水２０００質量部、ジエチレングリコール１０６質量部、アセチルクロライド１５９質量部、ピぺリジン３質量部を入れ、７０℃で２４時間激しく撹拌した。
【００３６】
トルエン層を分割し、分液ロートを使用して水でよく洗浄する。トルエン層を芒硝で乾燥し、溶媒留去して、アセトンで再結晶して、モノアセチル−ジエチレングリコール１２２質量部を得た。
【００３７】
（２）メチル化
冷却管、撹拌機および塩カル管の付いた反応容器中に、モノアセチル−ジエチレングリコール１２０質量部、硫酸ジメチル３５３質量部を添加し、１００℃で２時間撹拌する。次いで、蒸留水５００質量部を加え良く冷却する。内温を１０℃以下に保つように注意しながら、撹拌下、フェリシアン化カリウムの水溶液１５００質量部と、水酸化ナトリウムの水溶液５００部を別々のロートより徐々に加える。
【００３８】
５時間反応後、室温に戻し、炭酸ナトリウム無水塩５００部を加える。
【００３９】
油層を分離し、エーテルに溶解し水で分液ロート洗浄後、ゼーベル蒸留にして、メチルアセチルエチレングリコール９９部を得た。
【００４０】
（３）脱アセチル化（モノメチルジエチレングリコールの合成）
冷却管、撹拌機の付いた反応容器中に、メタノール４０００質量部を入れ、メチルアセチルエチレングリコール１５０質量部を入れて炭酸カリウム水溶液１０００質量部を滴下した。
【００４１】
２４時間６０℃で撹拌し、溶媒留去後、酢酸エチルに溶解し分液ロートに入れて水洗浄し、モノメチルジエチレングリコール１０２質量部を得た。
Ｂ．中心部の環化体の合成
（１）モノカルボベンジルオキシ化（保護基の導入）
冷却管、撹拌機および水素導入管の付いた反応容器中に、ジオキサン１０００質量部、蒸留水１０００質量部、ヘキサメチレンジアミン１１６質量部、クロロぎ酸ベンジル１８７質量部、炭酸水素ナトリウム２５質量部を入れ、２４時間激しく撹拌還流した。
【００４２】
析出物をろ過後、水でよく洗浄し、カラム精製によりモノカルボベンゾオキシヘキサメチレンジアミン２０１部を得た。
（２）環化反応
冷却管、撹拌機およびガス導入管の付いた反応容器中に、モノカルボベンゾオキシヘキサメチレンジアミン１６０質量部、ＴＨＦ３０００質量部、ピリジン５０質量部を入れて、室温で２４時間ホスゲンガスを吹き込みながら撹拌した。
【００４３】
良く冷却してから、析出物をろ過洗浄し、乾燥後カラム精製して、トルエンで再結晶し、環化体４１０質量部を得た。
【００４４】
Ｃ．例示化合物（１）の合成
（１）脱モノカルボベンジルオキシ化（保護基の脱離）
冷却管、撹拌機および水素導入管の付いた反応容器中に、氷酢酸２５００質量部に前記環化体１２５質量部を入れ、Ｐｄ／Ｃ触媒３５質量部を加えて、室温下７２時間激しく撹拌した。
【００４５】
反応液を純水４０００質量部にあけ、析出物をろ過し良く水で洗う。乾燥後、カラム精製し酢酸エチルにて再結晶し、トリアミノ−環化体１１２質量部を得た。
（２）イソシアネート化
冷却管、撹拌機およびガス導入管の付いた反応容器中に、前記トリアミノ−環化体１７０質量部をＴＨＦ３０００質量部に入れ、２４時間撹拌下、ホスゲンガスをバブリングした。
【００４６】
反応液を濃縮し、析出物をろ過し、乾燥後、カラム精製しアセトニトリルにて再結晶し、トリイソシアネート−環化体１２３質量部を得た。
（３）ウレタン化（最終物である例示化合物（１）の合成）
冷却管、撹拌機および塩化カルシウム管の付いた反応容器中に、前記で得たトリイソシアネート−環化体１００質量部、ＴＨＦ３３００質量部を入れ、Ａ．で合成したモノメチルジエチレングリコール８０質量部を加え、２４時間撹拌した。
【００４７】
反応液を濃縮し、析出物をろ過し、乾燥後、カラム精製しヘキサンにて再結晶し、例示化合物（１）１３５質量部を得た。
【００４８】
本発明における可塑剤の使用量は、ポリイミド樹脂１００質量部に対して、０．１〜５０質量部使用することが好ましく、１〜２０質量部使用することがより好ましい。０．１質量部未満であると望ましい可塑化効果が得られず、５０質量部を越えるとフィルムの機械的特性が劣ってしまう。
【００４９】
本発明の可塑剤は単独で用いても良いし、あるいは２種以上の混合で用いても良い。２種以上混合で用いられる場合の好ましい添加量は合計で上記範囲内であることが好ましい。
【００５０】
本発明は抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料を含有し上記可塑剤を添加することで、ポリイミド樹脂単体並みの機械的強度を確保することが出来、またその抵抗値は面状の定着ベルトヒーターとして好ましい体積固有抵抗率を満たすことが出来る。
【００５１】
（定着ベルトヒーターの層構成）
本発明の定着ベルトヒーター（以下発熱ベルトともいう）は、絶縁性基材層の上に抵抗発熱体層を設けたもので、更に必要に応じてその上に弾性体層、離型層を設けることが出来る。
【００５２】
図１は本発明の第１の実施形態の発熱ベルト１０の層構成を説明する断面図である。発熱ベルト１０は、絶縁性基材層１１、抵抗発熱体層１３、弾性体層１５、及び離型層１６から成る多層の積層構造を備え、無端状のベルト、即ち環状に形成された発熱ベルトである。
【００５３】
図２は発熱ベルト１０を展開して絶縁基材層１１側から見た正面図である。抵抗発熱体層１３が露出する端部を給電端子１３ａ、１３ｂとし、これに電力供給側の電極２１ａ、２１ｂを接触させて給電すると、抵抗発熱体層１３の通電部分を中心にして楕円状の領域１３ｃが発熱する。
【００５４】
給電端子１３ａ、１３ｂに電力供給側の電極２１ａ、２１ｂとしては、給電端子に動的に接触するロール状電極や板状、あるいはバー状電極を使用することが出来る。ロール状電極は耐久性に優れた構成であり、バー状電極は簡単な構成で製造コストを低減することが出来る。
【００５５】
（絶縁性基材層）
本発明の絶縁性基材層１１は、定着ベルトヒーターの補強材（支持体）となる層である。絶縁性基材層は、環状に形成された発熱ベルトの内面に配置されたパッドやローラに対して電気的及び熱的絶縁性を有し、電流の漏洩や熱の流出を防止する機能の他、パッドやローラとの摩擦による摩耗を防止する機能を担っている。
【００５６】
絶縁性基材層の材料は、抵抗発熱体層を絶縁する必要からポリイミド樹脂及びその変性化合物、ポリアラミド樹脂及びその変性化合物、若しくはシリコーン樹脂及びその変性化合物などのポリマーあるいはこれらのものを主成分とする材料を主体とすることが好ましい。また、ポリイミド樹脂を用いる場合は、その前駆体を用いて層を形成した後、硬化させてポリイミド樹脂とすることも出来る。
【００５７】
絶縁性基材層の厚さは、必要とする熱伝導性や機械的強度などの条件を満たすために３０μｍ〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。更に内面への断熱性を向上させるために絶縁性基材層の熱伝導率は２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、更に好ましくは０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。また、絶縁性基材層の体積抵抗値は、１×１０５Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８Ω・ｃｍ以上、更に好ましくは、１×１０１５Ω．ｃｍ以上である。
【００５８】
（抵抗発熱体層）
本発明の抵抗発熱体層１３は、電力の供給によりジュール熱を発生する層で、耐熱性が２００℃以上、好ましくは３００℃以上であり、１００Ｖ電源使用時においては、体積固有抵抗率が、１．０×１０−６〜１．０×１０−２Ω・ｍの範囲、好ましくは、１．０×１０−５〜１．０×１０−３Ω・ｍの範囲であり、０．５×１０−４〜５×１０−４Ω・ｍの範囲であることが更に好ましい。
【００５９】
体積固有抵抗率ρ（Ω・ｍ）とは、下記式（１）で表される。
【００６０】
式（１）
ρ＝ＲＡ／Ｌ
Ｒ：電気抵抗（Ω）
Ｌ：導体の長さ（ｍ）
Ａ：導体の断面積（ｍ２）
本発明においては、抵抗発熱体層の膜厚は、定着発熱ベルトの設計仕様によって自由に変更出来るが、例えば、１００Ｖ電源で、１２００Ｗの定着発熱ベルトを考えた時に、抵抗発熱体層の体積固有抵抗率が上記範囲にあれば、膜厚は、３０μｍから６０μｍの範囲とすることが好ましく、この範囲であれば、所望の温度特性を有する抵抗発熱体を得ることが出来る。
【００６１】
膜厚が６０μｍを越えると入力電力に対する発熱効率が低下してエネルギー消費量が増大するという不都合が生じる。
【００６２】
（導電性材料）
本発明の抵抗発熱体層に使用出来る導電性材料としては、導電性カーボン、金属粉体、導電性セラミック等が挙げられ、具体的には、Ｃ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｎ等のカーボンや金属材料の他、ＶＯ２、Ｒｕ２Ｏ、ＴａＮ、ＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２、Ｎ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＴａＢ２、ＭｏＢ２、ＣｒＢ２、Ｂ４Ｃ、ＭｏＢ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣ等の化合物が挙げられる。これら中でも黒鉛が最も好ましい。
【００６３】
導電性材料の体積固有抵抗率は、１×１０−６Ω・ｃｍ〜１×１０−２Ω・ｃｍが好ましい。導電性材料の体積固有抵抗率が上記範囲にある時に、好ましい体積固有抵抗率を有する抵抗発熱体層を得ることが出来る。
【００６４】
導電性材料の体積平均粒径は５．０〜５０μｍの範囲であるのが特に好ましく、粒径分布が揃っているものがよい。粉砕しながら時々その状況をみて粒径を測定しながら粉砕すれば、この範囲のものは比較的容易に得ることができる。
【００６５】
体積平均粒径が５０μｍを超えるものは、発熱ベルト内の発熱状態が不均一になりやすく、定着オフセットが発生することがある。
【００６６】
体積平均粒径５．０μｍ未満であると導通路が形成されにくく、体積固有抵抗率が下りにくいことがあり、それを回避するためには添加量を増やすなどの手段が必要になることがある。
【００６７】
体積平均粒径（Ｄ５０）の測定方法は、「マルチサイザー３（ベックマン・コールター社製）」にデータ処理用ソフト「Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖ３．５１」を搭載したコンピューターシステム（ベックマン・コールター製）を接続した装置を用いて測定、算出する。
【００６８】
導電性材料の添加量は、その種類や粒径にも依存するが、一般には耐熱性樹脂１００質量部に対して５０質量部から２００質量部が好ましく、７０質量部から１５０質量部が更に好ましい。少ないと抵抗発熱体の体積固有抵抗率が高くなり、所定の温度まで到達しない可能性がある。また、多いと体積固有抵抗率が低くなり、発熱量が大きくなり温度制御が難しくなる。
【００６９】
（耐熱性樹脂）
また、本発明の抵抗発熱体層には耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂が用いられるが、その他にポリアラミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリエステル−イミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリ−ｐ−キシリレン樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、あるいはこれらの誘導体より成る樹脂や種々の変性樹脂を混合して用いることが出来る。
【００７０】
また本発明では導電性材料を分散して抵抗発熱体層を作製するため、導電性材料を分散したポリイミド前駆体を用いて抵抗発熱体層を形成した後、加熱処理することでポリイミド樹脂とすることが好ましい。ポリイミド前駆体は、特に限定されるものではなく、溶媒への溶解性、加熱後の反りや変形などの観点からポリアミド酸が好ましい。ポリイミド前駆体のモノマーとしてはテトラカルボン酸二無水物、ジアミンが用いられ、テトラカルボン酸二無水物としては、以下のものを例示することが出来る。
【００７１】
（テトラカルボン酸二無水物）
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、具体的には、ピロメリット酸二無水物、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、２，２’，３，３’−ビフェニル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、２，２’，３，３’−ベンゾフェノ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、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、びす（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス８３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、３，３’−オキシジフタル酸二無水物、４，４’−オキシジフタル酸二無水物、２，２−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）プロパン、１，３−ジヒドロ−１，３−ジオキソ−５−イソベンゾフランカルボン酸−１，４−フェニレンエステル、４−（２，５−ジオキソテトラヒドロフラン−３−イル）−１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−１，２−ジカルボン亜酸無水物、１，２，５，６−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、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス（４−（３，４−ジカルボキシベンゾイルオキシ）フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【００７２】
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−フェニル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸二無水物、エチレングリコール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ブタンジオール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ペンタンジオール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ビシクロ［２，２，２］オクト−７−エン−２，３，５，６−テトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物などを挙げることが出来る。これらは単独で用いても２種以上混合で用いても良い。
【００７３】
ポリイミド前駆体のモノマーとして用いられるジアミンとしては、以下のものを例示することが出来る。
【００７４】
（ジアミン）
ジアミンとしては具体的には、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−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、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル、３，７−ジアミノ−ジメチルベンゾチオフェン−５，５−ジオキシド、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルするフォン、４，４’−ジアミノ「ベンズアニリド、１，ｎ−ビス（４−アミノフェノキシ）アルカン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−２，２−ジメチルプロパン、１，２−ビス［２−（４−アミノフェノキシ）エトキシ］エタン、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、５（６）−アミノ−１−（４−アミノメチル）−１，３，３−トリメチルインダン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（３アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ−９−フェニル）ヘキサフルオロプロパン、３，３’−ジカルボキシ４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，６−ジヒドロキシ−１，３−フェニレンジアミン、３，３’−ジヒドロキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ペン端、１，５−ビス（４’−アミノフェノキシ）ペンタン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、１，４−ビス（γ−アミノプロピルジメチルシリル）ベンゼン、ビス（４−アミノブチル）テトラメチルジシロキサン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラフェニルジシロキサン、ジアミノシロキサン化合物などが挙げられる。これらは単独で用いても２種以上の混合で用いても良い。
【００７５】
更に抵抗値制御や結着のために使用される絶縁性材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＮ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＶＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ２、ＷＯ２、ＮｂＯ２、ＲｅＯ３等のセラミック材料や上記耐熱性樹脂を使用してもよい。
【００７６】
（弾性体層）
図１において弾性体層１５は、定着ベルトと記録紙上のトナーとの密着性を高め、トナー画像に効率よく熱を供給するために設けられたもので、従って、弾性体層１５はゴム硬度の低い柔らかいものが好ましく、例えば、ＪＩＳ−Ａ硬度１〜７０度、好ましくは、５〜４０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性体層の厚さは好ましくは５０〜５００μｍ、更に好ましくは、１００〜３００μｍの範囲内である。弾性体層の厚さが５０μｍより薄い場合は、定着ベルトに十分な弾性が付与されずトナーを包み込むように定着させることが出来ず、従ってトナーを均一に溶融させることが出来ない。そのため、定着むらや光沢むらの原因になり、高い画像品質を得ることが出来ない。また熱容量が不足する場合があるので、トナー付着量の多いカラー画像の定着処理では十分にトナーを溶融することができず、定着不良の原因となる場合がある。弾性体層の厚さが５００μｍより厚い場合は、定着ベルトの熱応答性が損なわれるので好ましくない。
【００７７】
弾性体層の体積固有抵抗率は１×１０５Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８Ω・ｃｍ以上、更には１×１０１２Ω・ｃｍ以上であるものが好ましい。弾性体層の熱伝導率は、表面への熱伝達を良好にするために、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更に好ましくは、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるものがよい。
【００７８】
（離型層）
離型層１６は、溶融したトナーが定着ベルト上に残らず記録紙上に転写定着されるために設けられた層で離型層１６は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、あるいはＦＥＰなどのフッ素樹脂が好適であり、あるいはこれらの樹脂を２種以上混合したものも同様に使用することが出来る。離型層の厚さは、好ましくは、５〜５０μｍ、更に好ましくは、１０〜３０μｍの範囲内である。離型層の厚さが５μｍより薄い場合は、耐久性が低下し、５０μｍより厚い場合は弾性体層を設けた効果が無くなり、共に好ましくない。
【００７９】
本発明の定着ベルトヒーターには面状の抵抗発熱体を使用し、定着ベルトの端部に露出する抵抗発熱体の露出部分を給電端子とすることで、定着ベルトの発熱領域を選択的に発熱させることが出来、定着ニップ部の前方に発熱領域を集中して発熱効率を高めることも可能となる。また、発熱領域を選択可能にするために、抵抗発熱体をパターン化したり、抵抗発熱体を分割してそれぞれの分割領域を独立に給電するなどの繁雑な構成を必要とせず、製造コストを低減することが出来る。
【００８０】
更に、定着ベルトの発熱領域は、中央部に集中しないので、定着ニップ部を拡げるために必要なパッド構成に対しても、パッドに摺接する部分をポリイミド樹脂などの摩擦に強い絶縁性樹脂を使用することで対応することが出来る。
【００８１】
また、定着ベルトヒーターをフリーベルト構成とした場合には、給電端子に接触する電極構成に工夫が必要となるが、この実施の形態に依れば、給電端子に接触する電極構成を簡単に纏めることが出来る。
【００８２】
前記したとおり、定着ベルトヒーターの発熱領域は、抵抗発熱体層の通電部分を中心とした楕円状の領域であり、定着ベルトの中央部と周辺部とでは表面温度が均一にならないが、抵抗発熱体層の上に弾性体層を設けることで、熱を拡散させ、温度分布を均一にすると共に、定着処理に必要な熱量の移動を可能にしている。このためには、弾性体層は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを使用し、その厚みは、前述したように、少なくとも５０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であるが、厚くなると熱伝達効率が低下するので、５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下とするのがよい。
【００８３】
図３は第２の実施形態の発熱ベルト２０の層構成を説明する断面図である。第１の実施の形態の定着ベルトとの相違点は、抵抗発熱体層１３と弾性体層１５との間に絶縁樹脂層１４を設けた点にあり、その他の構成は第１の実施の形態のものと同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
絶縁樹脂層１４を設けることにより、弾性体層１５の抵抗値が低くても絶縁性を確保することが出来、弾性体層１５の材料の選択の自由度が高まる。即ち、例えば、弾性体層１５の材料の導電性フィラーとしてカーボンブラックを配合する時は、弾性体層１５の熱伝導性を高めることができるので、定着ベルトの表面の熱拡散効率が向上し、この結果、発熱ベルトの表面の温度むらを低減することが出来る。
【００８５】
また、絶縁体層１４を設けることにより、抵抗発熱体層１３の保護が改善されるので、抵抗発熱体層１３へ印加される電圧に対する耐久性が高くなり、より高い電圧を印加することが可能となる。
【００８６】
絶縁樹脂層１４の厚みは抵抗発熱体層１３の厚みより、薄く設定するのが好ましく、５０μｍ以下とするのがよい。
【００８７】
（バリア層）
図４は、第３の実施形態の発熱ベルト３０の層構成を説明する断面図である。第２の実施形態の発熱ベルトとの相違点は、絶縁基材層１１と抵抗発熱体層１３との間にバリア層１２を設けた点に有り、その他の構成は第２の実施の形態のものと同じであるから同一部材には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８８】
図５は、第４の実施の形態の発熱ベルト４０の層構成を説明する断面図で、第１の実施の形態の発熱ベルトとの相違点は、絶縁基材層１１の上にバリア層１２を設け、その上に絶縁樹脂層１４を介して抵抗発熱体層１３を設けた点にあり、その他の構成は第１の実施形態と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
図４及び図５に示す実施の形態において設けたバリア層１２は、定着ベルトの表面から水分が侵入することを防ぐためのものである。バリア層１２の材料は金属薄膜など水分（湿気）を透過しにくい材料を選択する。バリア層を設けることにより、ポリイミド樹脂などの吸湿性の高い樹脂を使用した時、膨潤して接着剥がれが発生することを防止することが出来る。
【００９０】
更に、バリア層を金属薄膜とすると熱伝導性が高くなるので、発熱ベルトの表面の熱拡散効率が向上し、この結果、発熱ベルトの表面の温度むらを防止することが出来る。
【００９１】
バリア層１２は、ポリイミド樹脂などのフィルム表面に、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ステンレス等の一種又はそれらの材料を適宜組み合わせた合金等をスパッタリング法や真空蒸着法により、金属薄膜として形成したり、それらの材料で、形成した導電性ペーストをスクリーン印刷して形成する。バリア層の厚さは、２００μｍ以下とする。この他、バリア層としては、フッ素樹脂など水分を透過しにくい樹脂材料で構成することも可能である。
【００９２】
図６は上記した実施の形態の発熱ベルトを使用した定着装置の第１の構成を説明する断面図である。図６に示す定着装置５０は定着ベルト１０をテンションフリーの状態、即ち、ローラ等に巻き付けることなく、張力を加えない状態で使用するフリーテンションベルトとして使用するものである。
【００９３】
発熱ベルト１０は、絶縁性基材層１１が内側に位置する継ぎ目無しの環状のベルトに形成されており、内側の絶縁性基材層１１が環状の発熱ベルト１０の内部に配置された押圧部材であるパッド３５に摺接し、発熱ベルト１０の外側の離型層１６が、環状の発熱ベルト１０の外部に配置された加圧ローラ３１に接触するように配置され、パッド３５により加圧ローラ３１に押圧されている。なお、発熱ベルト１０はパッドに接近して配置されている案内部材３２によりガイドされて移動可能に保持されている。
【００９４】
パッド３５は、発熱ベルト１０からの熱の伝達を少なくするため、熱絶縁性の耐熱材料、例えばシリコーンゴムなどを使用し、発熱ベルト１０と摺接する面はフッ素樹脂などの低摩擦材料で構成すると良い。また、加圧ローラ３１は、シリコーンゴムスポンジなどの断熱性の高いローラとする。
【００９５】
発熱ベルト１０及び加圧ローラ３１の表面温度はサーミスタなどの温度センサで検出され、定着ベルト１０の抵抗発熱体層１３に供給する電力が制御され、発熱ベルト１０の表面温度が所定の定着可能温度に維持されるように構成されている。また、図示されていないが、駆動装置により加圧ローラ３１を回転駆動することで加圧ローラ３１に圧接されて摩擦接触している発熱ベルト１０も従動して移動するように構成されている。
【００９６】
発熱ベルト１０と加圧ローラ３１との接触面に定着ニップＮが形成されるが、発熱ベルト１０の内部にパッド３５を配置しているので、定着ニップＮの幅を広くすることが出来、高速の定着処理に対応することができる。また、発熱ベルト１０の昇温速度が優れているから、加圧ローラ３１を断熱性の高い材料で構成する時は極めて熱効率が高く、電源投入後すぐに定着処理可能なクイックスタートの定着装置を提供することができる。
【００９７】
図７は上記した実施の形態の定着ベルトを使用した定着装置の第２の構成を説明する断面図である。図７に示す定着装置６０も発熱ベルト１０をテンションフリーの状態、即ち張力を加えない状態で使用するフリーテンションベルトとして使用するものである。図６を参照して説明した定着装置の第２の構成との相違点は、押圧部材であるパッド３５を押圧ローラ３７に置き換えた点で、その他の構成は同じであるから同一部材には同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。
【００９８】
押圧部材である押圧ローラ３７は、発熱ベルト１０からの熱の伝達を少なくするため、熱絶縁性の耐熱材料、例えば、シリコーンゴムなどを使用し、発熱ベルト１０と接触する面はフッ素樹脂などの低摩擦材料で構成するとよい。
【００９９】
押圧部材をパッド３５に換えて押圧ローラ３７を使用する時は、パッド３５を使用する場合に比較して定着ニップＮの幅が狭くなるが、発熱ベルト１０の寿命を長くすることができる。
【０１００】
図８は上記した実施の形態の発熱ベルトを使用した定着装置の第３の構成を説明する断面である。図８に示す定着装置７０では、発熱ベルト１０は、その内側の絶縁基材層１１が環状の発熱ベルト１０の内側に配置された押圧部材である２個の押圧ローラ３９に接触するようにローラ間に巻き掛けられ、外側の離型層１６が環状の定着ベルト１０の外部に配置された加圧ローラ３１に接触するように配置され、加圧ローラ３１に向けて押圧されている。
【０１０１】
この構成に依れば、発熱ベルト１０と加圧ローラ３１とが接触する面積が広くなり、定着ニップＮの幅を広くすることが出来る。また、発熱ベルト１０と押圧ローラ３９との接触状態がパッド３５にように摺接でなく、転がり接触になるので、発熱ベルト１０の寿命を長くすることが出来る。
【実施例】
【０１０２】
以下本発明の実施の形態を実施例により具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらに限定されるものではない。
【０１０３】
（実施例１）
（絶縁性基材）
絶縁性基材として、１，４−フェニレンジアミン（東京化成社製）と３，４；３，４−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（和光純薬社製）を用いて、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）中で加熱重合することでポリアミック酸を合成した。このポリアミック酸を円筒金型にディスペンス塗布、乾燥、焼成することで成形して、φ３０ｍｍ×３４５ｍｍ、厚さ７０μｍのポリイミド樹脂から成る絶縁性基材を作製した。
【０１０４】
（抵抗発熱体層）
東レ社製黒鉛板（体積固有抵抗率２〜４×１０−４Ω・ｃｍ）１５ｋｇを金槌で１０ｍｍ程度に粉砕した後、ジルコニア製ボールミルで３０分粉砕し平均粒径５０μｍとし、次にセイシン企業社製ジェットミルで粉砕し厚さ０．８μｍ、体積平均粒径２０μｍ（Ｄ１０／Ｄ９０＝０．２）の粉砕黒鉛１０ｋｇを得た。なお、ここで、Ｄ１０／Ｄ９０＝０．２とは、粒度分布の１０％粒径と９０％粒径との比率が０．２であることを表す。
【０１０５】
本発明の可塑剤（例示化合物（２））３．６ｇと上記のようにして作成した黒鉛１８ｇをポリイミド前駆体であるポリイミドワニス（Ｕ−ワニスＳ：宇部興産社製）１００ｇ（固形分濃度１８質量％）を遊星方式の混合機（タクミ技研社製）で混合した。この混合物をガラス板状で厚さ８０μｍに塗布し、１５０℃で０．５時間焼成し、膜厚５０μｍの抵抗発熱体層を得た。
【０１０６】
この様にして得られた抵抗発熱体層を４００℃で１時間焼成することでイミド化し、前記ポリイミド基材上に貼り付け、更にこの抵抗発熱体層の上にモメンティブ社製のシリコーンゴム（ＸＥ１５−Ｂ７３５４Ｓ）から成る弾性体層を２００μｍの厚さに設け、本発明の定着ベルトヒーターを作製した。こうして得られた抵抗発熱体層の体積固有抵抗率は３×１０−４Ω・ｃｍであった。
【０１０７】
（実施例２〜２０）
実施例１において、ポリイミドワニス、導電性材料、可塑剤を表１のように変更した他は、実施例１と同様にして本発明の定着ベルトヒーター２〜２０を作成した。
【０１０８】
実施例１９においては実施例１で用いた黒鉛を酸化インジウム粉末（アジア物性製：平均粒度１〜３μｍ）に変更し、実施例２０については、黒鉛をニッケル粉末Ｎｉ１２３（ニッコーシ社製：平均粒度３〜７μｍ）に変更した。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１において、可塑剤を使用しない他は、実施例１と同様にして、比較用定着ベルトヒーター１を作成した。
【０１１０】
（比較例２）
比較例１において、ポリイミドワニス、導電性材料を表１のように変更した他は、比較例１と同用にして比較用定着ベルトヒーター２を作製した。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
（評価方法）
上記のようにして作成した本発明の定着ベルトヒーター１〜２０と比較用定着ベルトヒーター１および２を以下の測定により評価判定した。
【０１１３】
（体積固有抵抗率測定）
ＪＩＳ Ｋ７１９４に従って、接触式四端子法で、８０ｍｍ×５０ｍｍの試験片の中の９点を測定し平均値を測定値とした。
【０１１４】
（判定基準）
◎：０．５×１０−４Ω・ｍ以上５．０×１０−４Ω・ｍ未満
○：１．０×１０−５Ω・ｍ以上０．５×１０−４Ω・ｍ未満
５．０×１０−４Ω・ｍ以上１．０×１０−３Ω・ｍ未満
△：１．０×１０−６Ω・ｍ以上１．０×１０−５Ω・ｍ未満
１．０×１０−３Ω・ｍ以上１．０×１０−２Ω・ｍ未満
×：１．０×１０−２Ω・ｍ以上
１．０×１０−６Ω・ｍ未満
（引張り強度測定）
ＪＩＳ Ｋ７１３３に従って、インストロン万能材料試験機（５５８２型：インストロン社）を用いて、ダンベル型の試験片で引張り強度を測定した。
【０１１５】
（判定基準）
◎：２００ＭＰａ以上
○：１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満
△：１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ未満
×：１００ＭＰａ未満
（曲げ強度測定）
ＪＩＳ Ｋ７１７１に従って、３点曲げ試験を行い曲げ強度を測定した。
【０１１６】
（判定基準）
◎：２００ｇ以上
○：１５０ｇ以上２００ｇ未満
△：１００ｇ以上１５０ｇ未満
×：１００ｇ未満
（耐折性試験）
ＪＩＳ Ｃ５０１６に従って、東洋精機製作所製ＭＩＴ耐折試験機（３０１１０２４０４）により試験片が破断した際の折回数を測定した。
【０１１７】
（判定基準）
◎：４０００回以上
○：３０００回以上４０００回未満
△：２０００回以上３０００回未満
×：２０００回未満
なお、上記いずれの評価においても「△」以上を合格と判定した。
【０１１８】
結果を表２に示した。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
以上の結果から明らかなように比較例の定着ベルトヒーターは、体積固有抵抗率、引張り強度、曲げ強度、耐折性試験のいずれかの評価項目において、基準以下の結果であったのに対して、本発明の定着ベルトヒーターは、所望の体積固有抵抗率を確保しながら、引張り強度、曲げ強度、耐折性試験の項目において、極めて優れた特性を有していることが分かる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０、２０、３０，４０ 発熱ベルト
１１ 絶縁基材層
１２ バリア層
１３ 抵抗発熱体層
１４ 絶縁樹脂層
１５ 弾性体層
１６ 離型層
５０、６０、７０ 定着装置
３１ 加圧ローラ
３２、３３ 案内部材
３５ パッド
３７ 押圧ローラ（押圧部材）
３９ 押圧ローラ（押圧部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の熱定着に用いられる定着ベルトヒーターに関し、更に詳しくは電子写真方式で形成されたトナー画像の熱定着に使用される面状の定着ベルトヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンターあるいはこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に形成されたトナー画像を記録紙等に転写し、このトナー画像を定着装置によって、加熱処理し記録紙上にトナー画像として定着される。
【０００３】
この様な画像形成装置に用いられる定着装置は、内部ヒーターが配置された円筒状の芯金に耐熱性弾性体層と離型層とが積層されて形成された加熱手段としての定着ローラと、この定着ローラに対して平行に圧接配置された加圧ローラとから構成されており、この加圧ローラーは芯金上に耐熱性弾性体層と離型層とが積層されて形成されているものが一般的である。そして、定着ローラと加圧ローラの間に未定着トナー像が転写された記録紙を通過させ、未定着トナー画像に熱と圧力を加えることによって記録紙上にトナー画像として定着させる。
【０００４】
この方式では定着されたトナー画像の画像品質が良好なものが得られる反面、加熱手段を有する定着ローラの表面温度が定着に適した温度に到達するまでの立ち上がり時間が長いという問題点があり、また、その構造上熱容量が大きくなるため消費電力が大きいという問題があった。一方、電子写真方式の画像形成装置の小型化、高速化、省エネルギー化の要求が高まっており、定着ローラを使用しない熱定着方式に注目が集まり、ベルト方式の定着ヒーターが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このベルト方式の定着ヒーターではポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂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。このような従来の定着ベルト方式の画像形成装置では、セラミックヒーターなどの発熱体を介して定着フィルムが加熱され、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率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率を改善しようとすると機械的特性が劣化し高速化が難しいという問題とセラミックヒーターを発熱体として用いた場合は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（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
この様な問題を解決するために近年定着ベルトそのものに面状の発熱体を設け、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。この方式の画像形成装置は電源の投入から定着可能温度に達するまでの待ち時間が更に短く消費電力も更に小さく、熱定着の高速化などの面からも優れている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６６５３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１１２３号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この面状の定着ベルトヒーターに用いられるポリイミド樹脂は、耐折り曲げ特性、引張り強度、耐熱性、電気絶縁性、耐久性等の特性において優れた性質を有し、ベルト方式の発熱体のマトリックス樹脂として極めて優れた性質を有するものであるが、一方で、その硬くて脆いという欠点を有している。そのため、定着ベルトヒーターに用いた場合には、室温と２００℃以上の高温を繰り返す熱ストレスを受けること、また回転して使用する環状構造の定着ベルトに用いた場合には、折り曲げを繰り返すことで機械的ストレスを受けるため、長く使用するうちに、ひび割れや断裂を起こしてしまう。ひび割れや断裂を起こすと部分的に定着不良を起こし、あるいはそのひび割れを起こした部分の定着画像が汚れ、著しい画像品質の低下を来してしまう。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ポリイミド樹脂を主成分とする抵抗発熱体層中に本発明の可塑剤を含有させることによって、ポリイミド樹脂に柔軟性と機械的強度持たせ、耐久性の高い定着ベルトヒーターを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記課題は以下の構成によって解決される。
１．
絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
２．
前記可塑剤が下記一般式（１）で表されるものであることを特徴とする前記１に記載の定着ベルトヒーター。
【００１１】
【化１】
【００１２】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
３．
前記可塑剤が、下記一般式（２）、又は下記一般式（３）で表されるものであることを特徴とする前記１または前記２に記載の定着ベルトヒーター。
【００１３】
【化２】
【００１４】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
４．
前記可塑剤が、下記一般式（４）、又は下記一般式（５）で表されるものであることを特徴とする前記１から前記３の何れかに記載の定着ベルトヒーター。
【００１５】
【化３】
【００１６】
（式中、ｎは１から１０の整数を表す。）
５．
前記導電性材料が黒鉛であることを特徴とする前記１から前記４の何れかに記載の定着ベルトヒーター。
６．
前記定着ベルトヒーターが、前記絶縁性基材層の上の前記抵抗発熱体層上に、弾性体層、離型層を順次積層して成ることを特徴とする前記１から前記５のいずれかに記載の定着ベルトヒーター。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上記の構成とすることによって、所望の温度に短時間で到達できるため立ち上がり時間が短く、定着特性に優れ、機械的強度、耐熱性及び柔軟性に優れ、繰り返し使用してもひび割れや断裂の発生のない高耐久の定着ベルトヒーターを得ることが出来る。また、その結果として高画質のトナー画像を長期に亘って安定して得ることが出来る定着ベルトヒーターを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図２】定着ベルトヒーターを展開して絶縁基材層側からみた正面図である。
【図３】第２の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図４】第３の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図５】第４の実施の形態の定着ベルトヒーターの層構成を説明する断面図である。
【図６】定着装置の第１の構成を説明する断面図である。
【図７】定着装置の第２の構成を説明する断面図である。
【図８】定着装置の第３の構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明を実施するための形態について具体的に説明する。
【００２０】
本発明は、絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して構成される定着ベルトヒーターにおいて、前記抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴としている。この抵抗発熱体層に可塑剤を含有させることによってポリイミド樹脂を含有するベルト状の抵抗発熱体に柔軟性を付与するものである。
【００２１】
本発明の定着ベルトヒーターを構成する抵抗発熱体層は、機械的強度及び耐熱性の優れたポリイミド樹脂を主成分として、黒鉛等の導電性材料を含有させることによって、所望の体積抵抗値を得るもので、定着ベルトヒーターは、この抵抗発熱体層に電力を供給することによって発熱する。しかし、黒鉛等の導電性材料を添加することによって、ポリイミド樹脂が脆くなり、繰り返し折り曲げ使用される定着ベルトヒーターに使用された時にひび割れや断裂を起こしやすくなってしまう。特に環状のベルトヒーターとした時にひび割れや断裂を起こしやすい。そのため可塑剤を添加して、柔軟性を付与するが、一般的には可塑剤を添加すると、樹脂が本来持っていた機械的強度が損なわれてしまうため、樹脂が持つ本来の強度を維持しながら柔軟性を付与することは極めて困難であった。
【００２２】
本発明者らは、可塑剤を添加しても、ポリイミド樹脂が本来持っている機械的強度と耐熱性を損なうことなく、新たに柔軟性をも付与出来る可塑剤を見出し本発明を完成するに至った。ここで黒鉛等の導電性材料を添加しても機械的強度が大きく劣化しない理由は以下のように考えられる。
【００２３】
即ち、本発明の定着ベルトヒーターを構成する抵抗発熱体層は、ポリイミド前駆体に導電性材料と可塑剤を添加し、導電性材料を分散しベルト状に成型し、加熱処理によりポリイミド樹脂とすることによって作製されることが好ましい。ここで、本発明の可塑剤は黒鉛等の導電性材料の分散を良好にする分散助剤の効果をも有し、導電性材料がポリイミド前駆体中で一次粒子に近い状態で均一かつ安定に分散されるものと考えられる。従って、少ない添加量でも所望の体積抵抗値が得られるため、導電性材料の添加による脆性の低下を最小限に抑えることができる。その結果、ポリイミド樹脂の強度、耐熱性を損なうことなく、柔軟性をも付与できるものと考えられる。
【００２４】
本発明に用いられる可塑剤としては、公知の可塑剤が挙げられる。具体的には例えば、ポリエーテル系可塑剤、ポリアミド系可塑剤、ポリオール系可塑剤、及びそのコポリマーが挙げられる。その他、ポリエステル系高分子可塑剤、ポリエステルポリエーテル系高分子可塑剤、ポリエステルポリウレタン系高分子可塑剤、ポリアクリル酸エステル系高分子可塑剤、及びポリメタクリル酸エステル系高分子可塑剤が挙げられる。更に低分子量の可塑剤としては、エステル化合物が上げられ、エステル化合物としては、カルボン酸エステル、リン酸エステル、スルホン酸エステルが挙げられる。
【００２５】
カルボン酸エステルとしては、例えば、アジピン酸カプリル、アジピン酸ジ−２−エチルヘキシル、アジピン酸イソオクチル、アジピン酸イソデシル、アジピン酸ｎ−オクチル−ｎ−デシル、アジピン酸イソオクチルイソデシル、アジピン酸ジオクチル等のアジピン酸誘導体、アゼライン酸ジ−２−エチルヘキシル等のアゼライン誘導体、ジエチレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート等の安息香酸誘導体、エポキシ化油、エポキシステアリン酸ブチル、エポキシステアリン酸オクチル、エポキシステアリン酸デシル、エポキシ脂肪酸モノエステル等のエポキシ誘導体、クエン酸トリエチル、クエン酸トリブチル、アセチルクエン酸トリエチル、アセチルクエン酸トリブチル等のクエン酸誘導体、メチルフタリルエチルグリコレート、エチルフタリルエチルグリコレート等のグリコール誘導体、グリセロールトリアセテート、グリセロールトリブチレート等のグリセリン誘導体、ジペンタエリスリトールエステル等のジペンタエリスリトール誘導体、五塩化脂肪酸エステル、塩素化脂肪酸エステル、五塩化ステアリン酸メチル、オレイン酸ブチル、リシノール酸メチルアセチル、リシノール酸アルキルアシル等の脂肪酸エステル類、ｐ−トルエンスルホンアミド、ｏ−トルエンスルホンアミド、ｐ−トルエンスルホン−Ｎ−エチルアミド、ｐ−トルエンスルホン−Ｎ−シクロヘキシルアミド等のスルホン酸誘導体、石油誘導体、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジ−２−エチルヘキシル等のセバシン酸誘導体、テトラヒドロフタル酸ジ−２−エチルヘキシル、テトラヒドロフタル酸ジ−ｎ−オクチル、テトラヒドロフタル酸ジイソデシル等のテトラヒドロフタル酸テトラヒドロフタル酸誘導体、トリメリット酸トリ−２−エチルヘキシル、トリメリット酸トリイソオクチル、トメリット酸トリ−ｎ−オクチル、トリメリット酸トリイソデシル等のトリメリット酸誘導体、三塩化ジフェニル、四塩化ジフェニル、五塩化ジフェニル、六塩化ジフェニル等のビフェニル誘導体、ピロメリット酸テトラ−２−エチルヘキシル、ピロメリット酸テトラ−ｎ−オクチル等のピロメリット酸誘導体、フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジアリル、フタル酸イソブチル、フタル酸ジシクロヘキシル、フタル酸ジヘプチル、フタル酸ジヘキシル、フタル酸ジ−ｎ−オクチル、フタル酸−２−エチルヘキシル、フタル酸ジノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジメトキシエチル等のフタル酸誘導体、フマル酸ジブチル、フマル酸ジオクチル等のフマル酸誘導体、塩素化パラフィン等のパラフィン誘導体、ポリエステル類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリクレジル、リン酸トリフェニルリン酸トリクロルエチル、リン酸トリブロムエチル、リン酸トリブトキシエチル、リン酸トリキシレニル、リン酸トリ（２−エチルヘキシル）等のリン酸誘導体等が挙げられる。これらの可塑剤の中でも、本発明の可塑剤としては、下記一般式（１）で表される可塑剤を用いることが好ましい。
【００２６】
【化４】
【００２７】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、及び／又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
また、更に好ましくは、前記可塑剤が、下記一般式（２）、または下記一般式（３）で表されるものである。
【００２８】
【化５】
【００２９】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
また本発明においては、下記一般式（４）、または下記一般式（５）で表される可塑剤が最も好ましい。
【００３０】
【化６】
【００３１】
（式中、ｎは１から８の整数を表す。）
一般式（１）で表される本発明の可塑剤の具体例としては、例えば以下の例示化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３２】
（例示化合物）
【００３３】
【化７】
【００３４】
【化８】
【００３５】
また、前記一般式（１）で表される本発明の可塑剤は、公知の合成方法により容易に合成することが出来る。
（例示化合物（１）の合成法）
例示化合物（１）は以下のように合成した。
Ａ．モノメチル−ジエチレングリコールの合成
（１）モノアセチル化（保護基の導入）
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、トルエン２０００質量部、蒸留水２０００質量部、ジエチレングリコール１０６質量部、アセチルクロライド１５９質量部、ピぺリジン３質量部を入れ、７０℃で２４時間激しく撹拌した。
【００３６】
トルエン層を分割し、分液ロートを使用して水でよく洗浄する。トルエン層を芒硝で乾燥し、溶媒留去して、アセトンで再結晶して、モノアセチル−ジエチレングリコール１２２質量部を得た。
【００３７】
（２）メチル化
冷却管、撹拌機および塩カル管の付いた反応容器中に、モノアセチル−ジエチレングリコール１２０質量部、硫酸ジメチル３５３質量部を添加し、１００℃で２時間撹拌する。次いで、蒸留水５００質量部を加え良く冷却する。内温を１０℃以下に保つように注意しながら、撹拌下、フェリシアン化カリウムの水溶液１５００質量部と、水酸化ナトリウムの水溶液５００部を別々のロートより徐々に加える。
【００３８】
５時間反応後、室温に戻し、炭酸ナトリウム無水塩５００部を加える。
【００３９】
油層を分離し、エーテルに溶解し水で分液ロート洗浄後、ゼーベル蒸留にして、メチルアセチルエチレングリコール９９部を得た。
【００４０】
（３）脱アセチル化（モノメチルジエチレングリコールの合成）
冷却管、撹拌機の付いた反応容器中に、メタノール４０００質量部を入れ、メチルアセチルエチレングリコール１５０質量部を入れて炭酸カリウム水溶液１０００質量部を滴下した。
【００４１】
２４時間６０℃で撹拌し、溶媒留去後、酢酸エチルに溶解し分液ロートに入れて水洗浄し、モノメチルジエチレングリコール１０２質量部を得た。
Ｂ．中心部の環化体の合成
（１）モノカルボベンジルオキシ化（保護基の導入）
冷却管、撹拌機および水素導入管の付いた反応容器中に、ジオキサン１０００質量部、蒸留水１０００質量部、ヘキサメチレンジアミン１１６質量部、クロロぎ酸ベンジル１８７質量部、炭酸水素ナトリウム２５質量部を入れ、２４時間激しく撹拌還流した。
【００４２】
析出物をろ過後、水でよく洗浄し、カラム精製によりモノカルボベンゾオキシヘキサメチレンジアミン２０１部を得た。
（２）環化反応
冷却管、撹拌機およびガス導入管の付いた反応容器中に、モノカルボベンゾオキシヘキサメチレンジアミン１６０質量部、ＴＨＦ３０００質量部、ピリジン５０質量部を入れて、室温で２４時間ホスゲンガスを吹き込みながら撹拌した。
【００４３】
良く冷却してから、析出物をろ過洗浄し、乾燥後カラム精製して、トルエンで再結晶し、環化体４１０質量部を得た。
【００４４】
Ｃ．例示化合物（１）の合成
（１）脱モノカルボベンジルオキシ化（保護基の脱離）
冷却管、撹拌機および水素導入管の付いた反応容器中に、氷酢酸２５００質量部に前記環化体１２５質量部を入れ、Ｐｄ／Ｃ触媒３５質量部を加えて、室温下７２時間激しく撹拌した。
【００４５】
反応液を純水４０００質量部にあけ、析出物をろ過し良く水で洗う。乾燥後、カラム精製し酢酸エチルにて再結晶し、トリアミノ−環化体１１２質量部を得た。
（２）イソシアネート化
冷却管、撹拌機およびガス導入管の付いた反応容器中に、前記トリアミノ−環化体１７０質量部をＴＨＦ３０００質量部に入れ、２４時間撹拌下、ホスゲンガスをバブリングした。
【００４６】
反応液を濃縮し、析出物をろ過し、乾燥後、カラム精製しアセトニトリルにて再結晶し、トリイソシアネート−環化体１２３質量部を得た。
（３）ウレタン化（最終物である例示化合物（１）の合成）
冷却管、撹拌機および塩化カルシウム管の付いた反応容器中に、前記で得たトリイソシアネート−環化体１００質量部、ＴＨＦ３３００質量部を入れ、Ａ．で合成したモノメチルジエチレングリコール８０質量部を加え、２４時間撹拌した。
【００４７】
反応液を濃縮し、析出物をろ過し、乾燥後、カラム精製しヘキサンにて再結晶し、例示化合物（１）１３５質量部を得た。
【００４８】
本発明における可塑剤の使用量は、ポリイミド樹脂１００質量部に対して、０．１〜５０質量部使用することが好ましく、１〜２０質量部使用することがより好ましい。０．１質量部未満であると望ましい可塑化効果が得られず、５０質量部を越えるとフィルムの機械的特性が劣ってしまう。
【００４９】
本発明の可塑剤は単独で用いても良いし、あるいは２種以上の混合で用いても良い。２種以上混合で用いられる場合の好ましい添加量は合計で上記範囲内であることが好ましい。
【００５０】
本発明は抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料を含有し上記可塑剤を添加することで、ポリイミド樹脂単体並みの機械的強度を確保することが出来、またその抵抗値は面状の定着ベルトヒーターとして好ましい体積固有抵抗率を満たすことが出来る。
【００５１】
（定着ベルトヒーターの層構成）
本発明の定着ベルトヒーター（以下発熱ベルトともいう）は、絶縁性基材層の上に抵抗発熱体層を設けたもので、更に必要に応じてその上に弾性体層、離型層を設けることが出来る。
【００５２】
図１は本発明の第１の実施形態の発熱ベルト１０の層構成を説明する断面図である。発熱ベルト１０は、絶縁性基材層１１、抵抗発熱体層１３、弾性体層１５、及び離型層１６から成る多層の積層構造を備え、無端状のベルト、即ち環状に形成された発熱ベルトである。
【００５３】
図２は発熱ベルト１０を展開して絶縁基材層１１側から見た正面図である。抵抗発熱体層１３が露出する端部を給電端子１３ａ、１３ｂとし、これに電力供給側の電極２１ａ、２１ｂを接触させて給電すると、抵抗発熱体層１３の通電部分を中心にして楕円状の領域１３ｃが発熱する。
【００５４】
給電端子１３ａ、１３ｂに電力供給側の電極２１ａ、２１ｂとしては、給電端子に動的に接触するロール状電極や板状、あるいはバー状電極を使用することが出来る。ロール状電極は耐久性に優れた構成であり、バー状電極は簡単な構成で製造コストを低減することが出来る。
【００５５】
（絶縁性基材層）
本発明の絶縁性基材層１１は、定着ベルトヒーターの補強材（支持体）となる層である。絶縁性基材層は、環状に形成された発熱ベルトの内面に配置されたパッドやローラに対して電気的及び熱的絶縁性を有し、電流の漏洩や熱の流出を防止する機能の他、パッドやローラとの摩擦による摩耗を防止する機能を担っている。
【００５６】
絶縁性基材層の材料は、抵抗発熱体層を絶縁する必要からポリイミド樹脂及びその変性化合物、ポリアラミド樹脂及びその変性化合物、若しくはシリコーン樹脂及びその変性化合物などのポリマーあるいはこれらのものを主成分とする材料を主体とすることが好ましい。また、ポリイミド樹脂を用いる場合は、その前駆体を用いて層を形成した後、硬化させてポリイミド樹脂とすることも出来る。
【００５７】
絶縁性基材層の厚さは、必要とする熱伝導性や機械的強度などの条件を満たすために３０μｍ〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。更に内面への断熱性を向上させるために絶縁性基材層の熱伝導率は２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、好ましくは１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、更に好ましくは０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。また、絶縁性基材層の体積抵抗値は、１×１０５Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８Ω・ｃｍ以上、更に好ましくは、１×１０１５Ω．ｃｍ以上である。
【００５８】
（抵抗発熱体層）
本発明の抵抗発熱体層１３は、電力の供給によりジュール熱を発生する層で、耐熱性が２００℃以上、好ましくは３００℃以上であり、１００Ｖ電源使用時においては、体積固有抵抗率が、１．０×１０−６〜１．０×１０−２Ω・ｍの範囲、好ましくは、１．０×１０−５〜１．０×１０−３Ω・ｍの範囲であり、０．５×１０−４〜５×１０−４Ω・ｍの範囲であることが更に好ましい。
【００５９】
体積固有抵抗率ρ（Ω・ｍ）とは、下記式（１）で表される。
【００６０】
式（１）
ρ＝ＲＡ／Ｌ
Ｒ：電気抵抗（Ω）
Ｌ：導体の長さ（ｍ）
Ａ：導体の断面積（ｍ２）
本発明においては、抵抗発熱体層の膜厚は、定着発熱ベルトの設計仕様によって自由に変更出来るが、例えば、１００Ｖ電源で、１２００Ｗの定着発熱ベルトを考えた時に、抵抗発熱体層の体積固有抵抗率が上記範囲にあれば、膜厚は、３０μｍから６０μｍの範囲とすることが好ましく、この範囲であれば、所望の温度特性を有する抵抗発熱体を得ることが出来る。
【００６１】
膜厚が６０μｍを越えると入力電力に対する発熱効率が低下してエネルギー消費量が増大するという不都合が生じる。
【００６２】
（導電性材料）
本発明の抵抗発熱体層に使用出来る導電性材料としては、導電性カーボン、金属粉体、導電性セラミック等が挙げられ、具体的には、Ｃ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｗ、Ｉｎ等のカーボンや金属材料の他、ＶＯ２、Ｒｕ２Ｏ、ＴａＮ、ＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２、Ｎ、ＺｒＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＴａＢ２、ＭｏＢ２、ＣｒＢ２、Ｂ４Ｃ、ＭｏＢ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＴｉＣ等の化合物が挙げられる。これら中でも黒鉛が最も好ましい。
【００６３】
導電性材料の体積固有抵抗率は、１×１０−６Ω・ｃｍ〜１×１０−２Ω・ｃｍが好ましい。導電性材料の体積固有抵抗率が上記範囲にある時に、好ましい体積固有抵抗率を有する抵抗発熱体層を得ることが出来る。
【００６４】
導電性材料の体積平均粒径は５．０〜５０μｍの範囲であるのが特に好ましく、粒径分布が揃っているものがよい。粉砕しながら時々その状況をみて粒径を測定しながら粉砕すれば、この範囲のものは比較的容易に得ることができる。
【００６５】
体積平均粒径が５０μｍを超えるものは、発熱ベルト内の発熱状態が不均一になりやすく、定着オフセットが発生することがある。
【００６６】
体積平均粒径５．０μｍ未満であると導通路が形成されにくく、体積固有抵抗率が下りにくいことがあり、それを回避するためには添加量を増やすなどの手段が必要になることがある。
【００６７】
体積平均粒径（Ｄ５０）の測定方法は、「マルチサイザー３（ベックマン・コールター社製）」にデータ処理用ソフト「Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖ３．５１」を搭載したコンピューターシステム（ベックマン・コールター製）を接続した装置を用いて測定、算出する。
【００６８】
導電性材料の添加量は、その種類や粒径にも依存するが、一般には耐熱性樹脂１００質量部に対して５０質量部から２００質量部が好ましく、７０質量部から１５０質量部が更に好ましい。少ないと抵抗発熱体の体積固有抵抗率が高くなり、所定の温度まで到達しない可能性がある。また、多いと体積固有抵抗率が低くなり、発熱量が大きくなり温度制御が難しくなる。
【００６９】
（耐熱性樹脂）
また、本発明の抵抗発熱体層には耐熱性樹脂としてポリイミド樹脂が用いられるが、その他にポリアラミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリエステル−イミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ポリ−ｐ−キシリレン樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、あるいはこれらの誘導体より成る樹脂や種々の変性樹脂を混合して用いることが出来る。
【００７０】
また本発明では導電性材料を分散して抵抗発熱体層を作製するため、導電性材料を分散したポリイミド前駆体を用いて抵抗発熱体層を形成した後、加熱処理することでポリイミド樹脂とすることが好ましい。ポリイミド前駆体は、特に限定されるものではなく、溶媒への溶解性、加熱後の反りや変形などの観点からポリアミド酸が好ましい。ポリイミド前駆体のモノマーとしてはテトラカルボン酸二無水物、ジアミンが用いられ、テトラカルボン酸二無水物としては、以下のものを例示することが出来る。
【００７１】
（テトラカルボン酸二無水物）
芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、具体的には、ピロメリット酸二無水物、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、２，２’，３，３’−ビフェニル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、２，２’，３，３’−ベンゾフェノ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、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、びす（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、ビス８３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、３，３’−オキシジフタル酸二無水物、４，４’−オキシジフタル酸二無水物、２，２−ビス（４−（４−アミノフェノキシ）フェニル）プロパン、１，３−ジヒドロ−１，３−ジオキソ−５−イソベンゾフランカルボン酸−１，４−フェニレンエステル、４−（２，５−ジオキソテトラヒドロフラン−３−イル）−１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−１，２−ジカルボン亜酸無水物、１，２，５，６−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、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス（４−（３，４−ジカルボキシベンゾイルオキシ）フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ビフェニル二無水物などが挙げられる。
【００７２】
脂肪族テトラカルボン酸二無水物としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、５−（２，５−ジオキソテトラヒドロ−３−フェニル）−３−メチル−３−シクロヘキセン−１，２−ジカルボン酸二無水物、エチレングリコール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ブタンジオール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ペンタンジオール−ビス−無水トリメリット酸エステル、ビシクロ［２，２，２］オクト−７−エン−２，３，５，６−テトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸二無水物などを挙げることが出来る。これらは単独で用いても２種以上混合で用いても良い。
【００７３】
ポリイミド前駆体のモノマーとして用いられるジアミンとしては、以下のものを例示することが出来る。
【００７４】
（ジアミン）
ジアミンとしては具体的には、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−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、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル、３，７−ジアミノ−ジメチルベンゾチオフェン−５，５−ジオキシド、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルするフォン、４，４’−ジアミノ「ベンズアニリド、１，ｎ−ビス（４−アミノフェノキシ）アルカン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）−２，２−ジメチルプロパン、１，２−ビス［２−（４−アミノフェノキシ）エトキシ］エタン、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、５（６）−アミノ−１−（４−アミノメチル）−１，３，３−トリメチルインダン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（３アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ−９−フェニル）ヘキサフルオロプロパン、３，３’−ジカルボキシ４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，６−ジヒドロキシ−１，３−フェニレンジアミン、３，３’−ジヒドロキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ペン端、１，５−ビス（４’−アミノフェノキシ）ペンタン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン、１，４−ビス（γ−アミノプロピルジメチルシリル）ベンゼン、ビス（４−アミノブチル）テトラメチルジシロキサン、ビス（γ−アミノプロピル）テトラフェニルジシロキサン、ジアミノシロキサン化合物などが挙げられる。これらは単独で用いても２種以上の混合で用いても良い。
【００７５】
更に抵抗値制御や結着のために使用される絶縁性材料としては、ＡｌＮ、ＳｉＮ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＶＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＭｏＯ２、ＷＯ２、ＮｂＯ２、ＲｅＯ３等のセラミック材料や上記耐熱性樹脂を使用してもよい。
【００７６】
（弾性体層）
図１において弾性体層１５は、定着ベルトと記録紙上のトナーとの密着性を高め、トナー画像に効率よく熱を供給するために設けられたもので、従って、弾性体層１５はゴム硬度の低い柔らかいものが好ましく、例えば、ＪＩＳ−Ａ硬度１〜７０度、好ましくは、５〜４０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性体層の厚さは好ましくは５０〜５００μｍ、更に好ましくは、１００〜３００μｍの範囲内である。弾性体層の厚さが５０μｍより薄い場合は、定着ベルトに十分な弾性が付与されずトナーを包み込むように定着させることが出来ず、従ってトナーを均一に溶融させることが出来ない。そのため、定着むらや光沢むらの原因になり、高い画像品質を得ることが出来ない。また熱容量が不足する場合があるので、トナー付着量の多いカラー画像の定着処理では十分にトナーを溶融することができず、定着不良の原因となる場合がある。弾性体層の厚さが５００μｍより厚い場合は、定着ベルトの熱応答性が損なわれるので好ましくない。
【００７７】
弾性体層の体積固有抵抗率は１×１０５Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０８Ω・ｃｍ以上、更には１×１０１２Ω・ｃｍ以上であるものが好ましい。弾性体層の熱伝導率は、表面への熱伝達を良好にするために、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、好ましくは、０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、更に好ましくは、０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるものがよい。
【００７８】
（離型層）
離型層１６は、溶融したトナーが定着ベルト上に残らず記録紙上に転写定着されるために設けられた層で離型層１６は、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡ、あるいはＦＥＰなどのフッ素樹脂が好適であり、あるいはこれらの樹脂を２種以上混合したものも同様に使用することが出来る。離型層の厚さは、好ましくは、５〜５０μｍ、更に好ましくは、１０〜３０μｍの範囲内である。離型層の厚さが５μｍより薄い場合は、耐久性が低下し、５０μｍより厚い場合は弾性体層を設けた効果が無くなり、共に好ましくない。
【００７９】
本発明の定着ベルトヒーターには面状の抵抗発熱体を使用し、定着ベルトの端部に露出する抵抗発熱体の露出部分を給電端子とすることで、定着ベルトの発熱領域を選択的に発熱させることが出来、定着ニップ部の前方に発熱領域を集中して発熱効率を高めることも可能となる。また、発熱領域を選択可能にするために、抵抗発熱体をパターン化したり、抵抗発熱体を分割してそれぞれの分割領域を独立に給電するなどの繁雑な構成を必要とせず、製造コストを低減することが出来る。
【００８０】
更に、定着ベルトの発熱領域は、中央部に集中しないので、定着ニップ部を拡げるために必要なパッド構成に対しても、パッドに摺接する部分をポリイミド樹脂などの摩擦に強い絶縁性樹脂を使用することで対応することが出来る。
【００８１】
また、定着ベルトヒーターをフリーベルト構成とした場合には、給電端子に接触する電極構成に工夫が必要となるが、この実施の形態に依れば、給電端子に接触する電極構成を簡単に纏めることが出来る。
【００８２】
前記したとおり、定着ベルトヒーターの発熱領域は、抵抗発熱体層の通電部分を中心とした楕円状の領域であり、定着ベルトの中央部と周辺部とでは表面温度が均一にならないが、抵抗発熱体層の上に弾性体層を設けることで、熱を拡散させ、温度分布を均一にすると共に、定着処理に必要な熱量の移動を可能にしている。このためには、弾性体層は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどを使用し、その厚みは、前述したように、少なくとも５０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であるが、厚くなると熱伝達効率が低下するので、５００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以下とするのがよい。
【００８３】
図３は第２の実施形態の発熱ベルト２０の層構成を説明する断面図である。第１の実施の形態の定着ベルトとの相違点は、抵抗発熱体層１３と弾性体層１５との間に絶縁樹脂層１４を設けた点にあり、その他の構成は第１の実施の形態のものと同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】
絶縁樹脂層１４を設けることにより、弾性体層１５の抵抗値が低くても絶縁性を確保することが出来、弾性体層１５の材料の選択の自由度が高まる。即ち、例えば、弾性体層１５の材料の導電性フィラーとしてカーボンブラックを配合する時は、弾性体層１５の熱伝導性を高めることができるので、定着ベルトの表面の熱拡散効率が向上し、この結果、発熱ベルトの表面の温度むらを低減することが出来る。
【００８５】
また、絶縁体層１４を設けることにより、抵抗発熱体層１３の保護が改善されるので、抵抗発熱体層１３へ印加される電圧に対する耐久性が高くなり、より高い電圧を印加することが可能となる。
【００８６】
絶縁樹脂層１４の厚みは抵抗発熱体層１３の厚みより、薄く設定するのが好ましく、５０μｍ以下とするのがよい。
【００８７】
（バリア層）
図４は、第３の実施形態の発熱ベルト３０の層構成を説明する断面図である。第２の実施形態の発熱ベルトとの相違点は、絶縁基材層１１と抵抗発熱体層１３との間にバリア層１２を設けた点に有り、その他の構成は第２の実施の形態のものと同じであるから同一部材には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８８】
図５は、第４の実施の形態の発熱ベルト４０の層構成を説明する断面図で、第１の実施の形態の発熱ベルトとの相違点は、絶縁基材層１１の上にバリア層１２を設け、その上に絶縁樹脂層１４を介して抵抗発熱体層１３を設けた点にあり、その他の構成は第１の実施形態と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】
図４及び図５に示す実施の形態において設けたバリア層１２は、定着ベルトの表面から水分が侵入することを防ぐためのものである。バリア層１２の材料は金属薄膜など水分（湿気）を透過しにくい材料を選択する。バリア層を設けることにより、ポリイミド樹脂などの吸湿性の高い樹脂を使用した時、膨潤して接着剥がれが発生することを防止することが出来る。
【００９０】
更に、バリア層を金属薄膜とすると熱伝導性が高くなるので、発熱ベルトの表面の熱拡散効率が向上し、この結果、発熱ベルトの表面の温度むらを防止することが出来る。
【００９１】
バリア層１２は、ポリイミド樹脂などのフィルム表面に、Ｆｅ（鉄）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、ステンレス等の一種又はそれらの材料を適宜組み合わせた合金等をスパッタリング法や真空蒸着法により、金属薄膜として形成したり、それらの材料で、形成した導電性ペーストをスクリーン印刷して形成する。バリア層の厚さは、２００μｍ以下とする。この他、バリア層としては、フッ素樹脂など水分を透過しにくい樹脂材料で構成することも可能である。
【００９２】
図６は上記した実施の形態の発熱ベルトを使用した定着装置の第１の構成を説明する断面図である。図６に示す定着装置５０は定着ベルト１０をテンションフリーの状態、即ち、ローラ等に巻き付けることなく、張力を加えない状態で使用するフリーテンションベルトとして使用するものである。
【００９３】
発熱ベルト１０は、絶縁性基材層１１が内側に位置する継ぎ目無しの環状のベルトに形成されており、内側の絶縁性基材層１１が環状の発熱ベルト１０の内部に配置された押圧部材であるパッド３５に摺接し、発熱ベルト１０の外側の離型層１６が、環状の発熱ベルト１０の外部に配置された加圧ローラ３１に接触するように配置され、パッド３５により加圧ローラ３１に押圧されている。なお、発熱ベルト１０はパッドに接近して配置されている案内部材３２によりガイドされて移動可能に保持されている。
【００９４】
パッド３５は、発熱ベルト１０からの熱の伝達を少なくするため、熱絶縁性の耐熱材料、例えばシリコーンゴムなどを使用し、発熱ベルト１０と摺接する面はフッ素樹脂などの低摩擦材料で構成すると良い。また、加圧ローラ３１は、シリコーンゴムスポンジなどの断熱性の高いローラとする。
【００９５】
発熱ベルト１０及び加圧ローラ３１の表面温度はサーミスタなどの温度センサで検出され、定着ベルト１０の抵抗発熱体層１３に供給する電力が制御され、発熱ベルト１０の表面温度が所定の定着可能温度に維持されるように構成されている。また、図示されていないが、駆動装置により加圧ローラ３１を回転駆動することで加圧ローラ３１に圧接されて摩擦接触している発熱ベルト１０も従動して移動するように構成されている。
【００９６】
発熱ベルト１０と加圧ローラ３１との接触面に定着ニップＮが形成されるが、発熱ベルト１０の内部にパッド３５を配置しているので、定着ニップＮの幅を広くすることが出来、高速の定着処理に対応することができる。また、発熱ベルト１０の昇温速度が優れているから、加圧ローラ３１を断熱性の高い材料で構成する時は極めて熱効率が高く、電源投入後すぐに定着処理可能なクイックスタートの定着装置を提供することができる。
【００９７】
図７は上記した実施の形態の定着ベルトを使用した定着装置の第２の構成を説明する断面図である。図７に示す定着装置６０も発熱ベルト１０をテンションフリーの状態、即ち張力を加えない状態で使用するフリーテンションベルトとして使用するものである。図６を参照して説明した定着装置の第２の構成との相違点は、押圧部材であるパッド３５を押圧ローラ３７に置き換えた点で、その他の構成は同じであるから同一部材には同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。
【００９８】
押圧部材である押圧ローラ３７は、発熱ベルト１０からの熱の伝達を少なくするため、熱絶縁性の耐熱材料、例えば、シリコーンゴムなどを使用し、発熱ベルト１０と接触する面はフッ素樹脂などの低摩擦材料で構成するとよい。
【００９９】
押圧部材をパッド３５に換えて押圧ローラ３７を使用する時は、パッド３５を使用する場合に比較して定着ニップＮの幅が狭くなるが、発熱ベルト１０の寿命を長くすることができる。
【０１００】
図８は上記した実施の形態の発熱ベルトを使用した定着装置の第３の構成を説明する断面である。図８に示す定着装置７０では、発熱ベルト１０は、その内側の絶縁基材層１１が環状の発熱ベルト１０の内側に配置された押圧部材である２個の押圧ローラ３９に接触するようにローラ間に巻き掛けられ、外側の離型層１６が環状の定着ベルト１０の外部に配置された加圧ローラ３１に接触するように配置され、加圧ローラ３１に向けて押圧されている。
【０１０１】
この構成に依れば、発熱ベルト１０と加圧ローラ３１とが接触する面積が広くなり、定着ニップＮの幅を広くすることが出来る。また、発熱ベルト１０と押圧ローラ３９との接触状態がパッド３５にように摺接でなく、転がり接触になるので、発熱ベルト１０の寿命を長くすることが出来る。
【実施例】
【０１０２】
以下本発明の実施の形態を実施例により具体的に説明するが、本発明の実施の形態はこれらに限定されるものではない。
【０１０３】
（実施例１）
（絶縁性基材）
絶縁性基材として、１，４−フェニレンジアミン（東京化成社製）と３，４；３，４−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（和光純薬社製）を用いて、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）中で加熱重合することでポリアミック酸を合成した。このポリアミック酸を円筒金型にディスペンス塗布、乾燥、焼成することで成形して、φ３０ｍｍ×３４５ｍｍ、厚さ７０μｍのポリイミド樹脂から成る絶縁性基材を作製した。
【０１０４】
（抵抗発熱体層）
東レ社製黒鉛板（体積固有抵抗率２〜４×１０−４Ω・ｃｍ）１５ｋｇを金槌で１０ｍｍ程度に粉砕した後、ジルコニア製ボールミルで３０分粉砕し平均粒径５０μｍとし、次にセイシン企業社製ジェットミルで粉砕し厚さ０．８μｍ、体積平均粒径２０μｍ（Ｄ１０／Ｄ９０＝０．２）の粉砕黒鉛１０ｋｇを得た。なお、ここで、Ｄ１０／Ｄ９０＝０．２とは、粒度分布の１０％粒径と９０％粒径との比率が０．２であることを表す。
【０１０５】
本発明の可塑剤（例示化合物（２））３．６ｇと上記のようにして作成した黒鉛１８ｇをポリイミド前駆体であるポリイミドワニス（Ｕ−ワニスＳ：宇部興産社製）１００ｇ（固形分濃度１８質量％）を遊星方式の混合機（タクミ技研社製）で混合した。この混合物をガラス板状で厚さ８０μｍに塗布し、１５０℃で０．５時間焼成し、膜厚５０μｍの抵抗発熱体層を得た。
【０１０６】
この様にして得られた抵抗発熱体層を４００℃で１時間焼成することでイミド化し、前記ポリイミド基材上に貼り付け、更にこの抵抗発熱体層の上にモメンティブ社製のシリコーンゴム（ＸＥ１５−Ｂ７３５４Ｓ）から成る弾性体層を２００μｍの厚さに設け、本発明の定着ベルトヒーターを作製した。こうして得られた抵抗発熱体層の体積固有抵抗率は３×１０−４Ω・ｃｍであった。
【０１０７】
（実施例２〜２０）
実施例１において、ポリイミドワニス、導電性材料、可塑剤を表１のように変更した他は、実施例１と同様にして本発明の定着ベルトヒーター２〜２０を作成した。
【０１０８】
実施例１９においては実施例１で用いた黒鉛を酸化インジウム粉末（アジア物性製：平均粒度１〜３μｍ）に変更し、実施例２０については、黒鉛をニッケル粉末Ｎｉ１２３（ニッコーシ社製：平均粒度３〜７μｍ）に変更した。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１において、可塑剤を使用しない他は、実施例１と同様にして、比較用定着ベルトヒーター１を作成した。
【０１１０】
（比較例２）
比較例１において、ポリイミドワニス、導電性材料を表１のように変更した他は、比較例１と同用にして比較用定着ベルトヒーター２を作製した。
【０１１１】
【表１】
【０１１２】
（評価方法）
上記のようにして作成した本発明の定着ベルトヒーター１〜２０と比較用定着ベルトヒーター１および２を以下の測定により評価判定した。
【０１１３】
（体積固有抵抗率測定）
ＪＩＳ Ｋ７１９４に従って、接触式四端子法で、８０ｍｍ×５０ｍｍの試験片の中の９点を測定し平均値を測定値とした。
【０１１４】
（判定基準）
◎：０．５×１０−４Ω・ｍ以上５．０×１０−４Ω・ｍ未満
○：１．０×１０−５Ω・ｍ以上０．５×１０−４Ω・ｍ未満
５．０×１０−４Ω・ｍ以上１．０×１０−３Ω・ｍ未満
△：１．０×１０−６Ω・ｍ以上１．０×１０−５Ω・ｍ未満
１．０×１０−３Ω・ｍ以上１．０×１０−２Ω・ｍ未満
×：１．０×１０−２Ω・ｍ以上
１．０×１０−６Ω・ｍ未満
（引張り強度測定）
ＪＩＳ Ｋ７１３３に従って、インストロン万能材料試験機（５５８２型：インストロン社）を用いて、ダンベル型の試験片で引張り強度を測定した。
【０１１５】
（判定基準）
◎：２００ＭＰａ以上
○：１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満
△：１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ未満
×：１００ＭＰａ未満
（曲げ強度測定）
ＪＩＳ Ｋ７１７１に従って、３点曲げ試験を行い曲げ強度を測定した。
【０１１６】
（判定基準）
◎：２００ｇ以上
○：１５０ｇ以上２００ｇ未満
△：１００ｇ以上１５０ｇ未満
×：１００ｇ未満
（耐折性試験）
ＪＩＳ Ｃ５０１６に従って、東洋精機製作所製ＭＩＴ耐折試験機（３０１１０２４０４）により試験片が破断した際の折回数を測定した。
【０１１７】
（判定基準）
◎：４０００回以上
○：３０００回以上４０００回未満
△：２０００回以上３０００回未満
×：２０００回未満
なお、上記いずれの評価においても「△」以上を合格と判定した。
【０１１８】
結果を表２に示した。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
以上の結果から明らかなように比較例の定着ベルトヒーターは、体積固有抵抗率、引張り強度、曲げ強度、耐折性試験のいずれかの評価項目において、基準以下の結果であったのに対して、本発明の定着ベルトヒーターは、所望の体積固有抵抗率を確保しながら、引張り強度、曲げ強度、耐折性試験の項目において、極めて優れた特性を有していることが分かる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０、２０、３０，４０ 発熱ベルト
１１ 絶縁基材層
１２ バリア層
１３ 抵抗発熱体層
１４ 絶縁樹脂層
１５ 弾性体層
１６ 離型層
５０、６０、７０ 定着装置
３１ 加圧ローラ
３２、３３ 案内部材
３５ パッド
３７ 押圧ローラ（押圧部材）
３９ 押圧ローラ（押圧部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
【請求項２】
前記可塑剤が下記一般式（１）で表されるものであることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルトヒーター。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
【請求項３】
前記可塑剤が、下記一般式（２）、又は下記一般式（３）で表されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着ベルトヒーター。
【化２】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
【請求項４】
前記可塑剤が、下記一般式（４）、又は下記一般式（５）で表されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【化３】
（式中、ｎは１から１０の整数を表す。）
【請求項５】
前記導電性材料が黒鉛であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【請求項６】
前記定着ベルトヒーターが、前記絶縁性基材層の上の前記抵抗発熱体層上に、弾性体層、離型層を順次積層して成ることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【請求項１】
絶縁性基材層の上に少なくとも抵抗発熱体層を積層して成る定着ベルトヒーターにおいて、該抵抗発熱体層が少なくともポリイミド樹脂と導電性材料と可塑剤とを含有することを特徴とする定着ベルトヒーター。
【請求項２】
前記可塑剤が下記一般式（１）で表されるものであることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルトヒーター。
【化１】
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、同じでも異なっていてもよく、エチレングリコール鎖、又はプロピレングリコール鎖を含む有機基を表す。）
【請求項３】
前記可塑剤が、下記一般式（２）、又は下記一般式（３）で表されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定着ベルトヒーター。
【化２】
（式中ｎは１から１０の整数を表し、ｍは１から１０の整数を表す。）
【請求項４】
前記可塑剤が、下記一般式（４）、又は下記一般式（５）で表されるものであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【化３】
（式中、ｎは１から１０の整数を表す。）
【請求項５】
前記導電性材料が黒鉛であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【請求項６】
前記定着ベルトヒーターが、前記絶縁性基材層の上の前記抵抗発熱体層上に、弾性体層、離型層を順次積層して成ることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の定着ベルトヒーター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３７７９４（Ｐ２０１２−３７７９４Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７９２２９（Ｐ２０１０−１７９２２９）
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１０日（２０１０．８．１０）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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