JP2007140049A - ポリイミドベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ポリイミドベルト内面の摩擦係数がその面の表面粗さの影響を受けにくく、安定した駆動制御と、その駆動による帯電不具合を解消したポリイミドベルト及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】フッ素フィラーを２〜２０重量％、カーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を加熱によりイミド転化して得られるポリイミドベルトであって、表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲で前記ポリイミドベルト内面を粗し処理した際に、粗し処理前後の当該ベルトの内周面の摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下の範囲であり、摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フッ素フィラー、カーボンフィラーを含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を原料として製造されるポリイミドベルト及びその製造方法に関する。より詳細には、ポリイミドベルト内面の摩擦係数がその面の粗さの影響を受けにくく、安定した駆動制御が可能となるポリイミドベルト及びその製造方法に関する。

従来より、ポリイミド樹脂材料は、その高い機械的強度、耐熱性等の理由から宇宙航空分野から電気電子材料まで幅広い分野において実用化されている。その中でもポリイミド樹脂製シームレス状管状体は、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ等の電子写真画像形成装置の定着ベルト、転写ベルト、中間転写ベルト、搬送ベルト、感光体ベルト等の機能性ベルト及びこれらの基材として使用されている。

特に、定着ベルトでは未定着トナー像を加圧加熱しながら転写体を搬送するため、ロール間の張設に耐えうる強度、ロールの加熱温度に耐えうる耐熱性、ベルト端部で寄りを制御する際、座屈を起こさないような剛性、過剰トナーを分離させるために必要なフレキブル性の要求が強くなっている。更に、最近では、高速高画質を得るために、表面の柔軟性、導電性が求められている。

これらを解決する方法として、熱伝導性無機フィラーをポリアミド酸溶液に混練した後、イミド化促進剤と添加混合した溶液を筒状ＳＵＳにキャストし、熱処理することで、熱伝導率と引裂強度に優れたベルトが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１３８６５５号公報

しかしながら、上記特許文献１におけるイミド化促進剤を用いた無機フィラー入りポリアミド酸溶液から得られたベルトは、引裂強度が向上することで成形中及び成形後の割れ、又はつぶれ等は抑制できるようにはなるものの、熱伝導性無機フィラーの影響でベルト駆動時のロールとの滑り性が悪く、過剰に張架しなければならず、ベルト裂けに対しては弱いものとなっていた。

また、上記のベルトは、連続駆動に対し、ベルト内面の粗さが変化したとき、その粗さに対する摩擦係数が大きく変動することで駆動トルクも不安定となり、その結果、画像ずれの問題が発生していた。更に導電性ベルトとして用いる場合に、無機フィラー配合によりベルトの表面抵抗を制御することは困難であり、帯電不具合による放電、ノイズ、紙の張り付きが問題となっていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ポリイミドベルト内面の摩擦係数がその面の表面粗さの影響を受けにくく、安定した駆動制御と、その駆動による帯電不具合を解消したポリイミドベルト及びその製造方法を提供することにある。

本発明のポリイミドベルトは、ポリイミド樹脂固形分に対し、フッ素フィラーを２〜２０重量％、導電性指標が５０以上４００以下であるカーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を加熱によりイミド転化して得られるポリイミドベルトであって、
表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲でポリイミドベルト内面を粗し処理した際に、粗し処理前後の当該ベルトの内周面の摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下の範囲であり、粗し処理前後の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係であることを特徴とする。「近似直線」は、最小二乗法による回帰直線として求めることができる。

ここで、ポリイミドベルトの表面抵抗の常用対数が１〜８（Ω／□）であることは好ましい。

また、「導電性指標」は、以下の式により求められる。
（数１）
導電性指標＝（比表面積×ＤＢＰ吸油量）^１／２／（１＋揮発分）
ここで、「ＤＢＰ吸油量」とは、一定重量のカーボンブラック中の空隙容積を液体で置換し、その容量をストラクチャー指標とするものである。より具体的には、カーボンブラック１００ｇあたりに包含される油の量（ｍｌ）をいい、油としてフタル酸ジブチル（ｄｉｂｕｔｙｌ ｐｈｔａｌａｔｅ）を用いたアブソープトメーターによる値（ＪＩＳ Ｋ ６２１１に記載の吸油量Ａ法（機械法））をいう。「比表面積」は、ＢＥＴ法（粉体粒子表面に吸着占有面積の判った分子を液体窒素の温度で吸着させ、その量から試料の比表面積を求める方法）にて測定される。

本願発明のポリイミドベルトは、ベルト内面の摩擦係数がその面の表面粗さの影響を受けにくく、安定した駆動制御と、その駆動による帯電不具合を解消したものとなる。

また、本願発明のポリイミドベルトの外面側に、ゴム弾性層及び／又はフッ素樹脂離型層を形成し、これを定着ベルトに用いることは好ましい実施態様である。

また、本発明のポリイミドベルトの製造方法は、ポリイミド樹脂固形分に対し、フッ素フィラーを２〜２０重量％、導電性指標が５０以上４００以下であるカーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を調製する調製工程と、樹脂溶液を筒状金型内面に塗布する塗布工程と、塗布されて形成された樹脂皮膜表面を均一化するために遠心成形する遠心成形工程と、遠心成形後に、溶媒除去、イミド転化するイミド転化工程と、を含むポリイミドベルトの製造方法であって、
表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲で得られたポリイミドベルト内面を粗し処理した際に、粗し処理前後の当該ベルトの内周面の摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下の範囲であり、粗し処理前後の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係であることを特徴とする。

この製造方法で得られたポリイミドベルトは、上記の記載の通り、ベルト内面の摩擦係数がその面の表面粗さの影響を受けにくく、安定した駆動制御と、その駆動による帯電不具合を解消したものとなる。

以下、本発明に関し詳細に説明する。

＜ポリイミドベルトの原料＞
本発明における樹脂溶液の主成分であるポリアミド酸溶液は、公知のものを使用することができ、酸二無水物とジアミンを溶媒中で重合反応させてなるポリアミド酸溶液が使用される。芳香族ポリイミド樹脂であると、得られるベルトの機械的強度や耐熱性が好適なものが得られる。

好適な酸二無水物の例として、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等が挙げられる。

一方、ジアミンの例としては、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フォン、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フォン、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等が挙げられる。

これらの酸無水物とジアミンを重合反応させる際の溶媒としては適宜なものを用いうるが、溶解性等の点から極性溶媒が好ましく用いられ、具体的には、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−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルトリアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン等が考えられる。これらは単独で用いても構わないし、併せて用いても差し支えない。

さらに、上記有機極性溶媒にクレゾール、フェノール、キシレノール等のフェノール類、ベンゾニトリル、ジオキサン、ブチロラクトン、キシレン、シクロヘキサン、ヘキサン、ベンゼン、トルエン等を単独もしくは併せて混合することもできる。

上記の酸無水物（ａ）とジアミン（ｂ）とを有機極性溶媒中で反応させることによりポリアミド酸溶液が得られる。その際のモノマー濃度（溶媒中における（ａ）＋（ｂ）の濃度）は、種々の条件に応じて設定されるが、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０．５〜１０時間が好ましい。

塗布するポリアミド酸溶液の粘度は１０〜１００００ポイズ、好ましくは５０〜５０００ポイズ（Ｂ型粘度計、２３℃）程度が好ましい。粘度が１０ポイズ以下であるといわゆるタレや塗布層のハジキが生じ易くなり、塗膜厚の均一性が得られ難くなるため好ましくない。一方、１００００ポイズを超えると、吐出の際に高い圧力をかける必要があり、また遠心成形によるレベリング効果が出にくいので好ましくない。

また、ポリアミド酸溶液に添加されるフッ素フィラー及び、フッ素樹脂離型層の材料としては、分子内にフッ素原子を含むものであればよく特に限定されるものではない。具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とその変性物、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−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、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）、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体（ＴＦＥ／ＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−フッ化ビニリデン共重合体（ＣＴＦＥ／ＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）などが挙げられる。耐摩耗性、トナーとの離型性、耐熱性の点からＰＴＦＥ、ＰＦＡ、又はこれら混合系が好ましい。

フッ素フィラーの添加量はポリイミド樹脂系組成物中のポリイミド樹脂固形分に対し２〜２０重量％、より好ましくは４〜１５重量％である。２０重量％を超えると弾性率が極端に低くなり好ましくない。２重量％より小さいと摩擦係数が高くなり好ましくない。

また、本発明におけるカーボンフィラーとしては、例えばチャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等が挙げられ、これらは単独使用することもでき、または複数種類のカーボンブラックを併用してもよい。また、その用途によっては酸化処理、グラフト処理等の酸化劣化を防止したものや溶媒への分散性を向上させたものを用いると好ましい。

カーボンの導電性指標は５０以上４００以下が好ましい。５０以下では、表面抵抗の常用対数が８（Ω／□）以下のものを得ることが難しく、４００以上となるカーボンは分散性に劣り好ましくない。以下に、本発明に用いることができるカーボンの例を示す。

カーボンフィラーの含有量については、その目的に応じ、添加するカーボンブラックの種類により適宜決定されるが、画像形成装置用機能性ベルトとしてはその機械的強度等から、ポリイミド樹脂系組成物中のポリイミド樹脂固形分に対し３〜３０重量％、より好ましくは１０〜２５重量％である。３重量％より小さいと、フッ素フィラーとの組み合わせで、粗し処理前後の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係を維持することが難しくなるだけでなく、ベルトの表面抵抗の常用対数が８（Ω／□）を超え、電気的トラブルが発生する。３０重量％を超えると、機械的強度が弱くなり、駆動において裂けやすくなる。

＜ポリイミドベルトの製造方法＞
本発明のポリイミドベルトの製造方法は、好ましくは以下の工程を含む。
（１）ポリイミド樹脂系組成物中のポリイミド樹脂固形分に対し、フッ素フィラーを２〜２０重量％、導電性指標が５０以上４００以下であるカーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を調製する調製工程。
（２）樹脂溶液を筒状金型内面に塗布する塗布工程。
（３）塗布されて形成された樹脂皮膜表面を均一化するために遠心成形する遠心成形工程。
（４）遠心成形後に、溶媒除去、イミド転化するイミド転化工程。

塗布工程は、ポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を円筒状金型の内表面に、円筒状金型が回転しながらディスペンサーの供給部の軸方向に移動することにより塗布する方法が例示されるが、特にこれに限定されず、例えば、ディスペンサー等で、ポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を金型の内表面に付着させた後、剛球等で所定の厚さに仕上げても良い。

遠心成形工程は、樹脂溶液が塗布された金型を回転させる遠心成形であり、塗布された樹脂皮膜を平滑化及び脱泡する。

ここで、遠心成形するために行う金型周方向の回転数は、金型の直径、樹脂溶液（或いはその主成分であるポリアミド酸溶液）の粘度及び塗布状態にもよるが、１００ｒｐｍ以上５０００ｒｐｍ以下が好ましい。１００ｒｐｍ以下だと、遠心力による塗布膜のレベリング効果、脱泡効果が得られにくく、５０００ｒｐｍを超えると機械的に負荷が大きくなり振動による金型の偏芯が起こり、金型長手方向の塗布厚が不均一となり好ましくない。

イミド転化工程は、樹脂皮膜を加熱或いは溶媒抽出等により固化または硬化し、更に高温で加熱することでイミド転化する。なお、遠心成形後のイミド転化は、金型をイミド転化温度以上まで上げてポリイミドベルトを形成しても良いし、金型内の樹脂皮膜を加熱固化させた状態で止めたベルトを金型から取り出し、このベルトを金属パイプに挿し代えてから、イミド転化を行っても良い。

本発明のポリイミドベルトにおいて、ベルトの厚みを、５０μｍ以上２００μｍ以下となるように設定するのが好ましい。ベルトの厚みが５０μｍより薄いと、寄り制御で掛かる負荷にベルト端部の剛性が負け、ベルトが座屈しやすくなり好ましくない。２００μｍを超えると張設するロールの１つである分離ロールで、ベルトの曲率半径が大きくなることで、ベルト上のトナーが十分離形されず好ましくない。

本発明のポリイミドベルトへのフィラーの添加は、少なくともフッ素フィラーとカーボンフィラーの２種類である。その他フィラーとして、アルミニウム等の金属、ポリアニリン等の導電ポリマー等が例示され、適宜、１種又は２種以上を用いることができる。

カーボンフィラーを含有せずにフッ素フィラーを含有したポリイミドベルトでは内面の粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）は、比例関係にあり、粗し処理前後の内面の粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）の最小二乗法の回帰直線の傾き（μ／Ｒａ）はフィラー部数にもよるが１／３を超え、摩擦係数が粗さによって大きく左右される。これは、実使用において、経時的に変化する内面粗さばらつきによって摩擦係数もばらつき、その結果、ベルト駆動が不均一となり、画像ムラが生じることとなり好ましくない。

一方、フッ素フィラーを含有せずにカーボンフィラーを含有したポリイミドベルトでは内面の粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）は、反比例関係にあり、内面の粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）の最小二乗法の回帰直線の傾き（μ／Ｒａ）はフィラー部数にもよるが−１／３未満となり、摩擦係数（μ）が内面粗さ（Ｒａ）によって大きく左右される。これに対しては、ベルト成形後にベルト内面に対し粗し処理を実施すれば、実使用の経時変化による内面粗さ（Ｒａ）のばらつきと、それによる摩擦係数（μ）のばらつきも低減できる。しかし、根本的に滑り性の悪いカーボン分散ポリイミドベルトでは、内面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以上粗さないと実用的に良好な駆動状態が得られる摩擦係数０．２５以下を得ることができないため、粗し処理を施す必要がある。しかしそのための粗し処理は煩雑であり、精度も得られにくいものとなっていた。

そこで本発明においては、フッ素フィラー２〜２０重量％とカーボンフィラー３〜３０重量％の２種類をポリイミドベルトに分散させることで、内面粗さ（Ｒａ）０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲で、摩擦係数（μ）０．０５以上０．２５以下に制御し、内面の粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）の最小二乗法の回帰直線の傾き（μ／Ｒａ）が−１／３〜１／３の関係を得ることができる。

ここで摩擦係数（μ）は０．０５より小さいと、張架するロールとスリップを生じ、０．２５を超えると過剰の駆動力を加えることで裂けやすくなり好ましくない。

本発明における「粗し処理」は、ポリイミドベルトの特性を評価するためになされるものであり、具体的処理方法は、適宜設定されるが、例えば、サンドペーパー、サンドブラスト等の研磨方法が例示される。そして、再現性を得るためには、例えば、研磨材質、粗さ、荷重、速度、回数等を設定することが好ましい。一例を挙げれば、研磨材としてサンドペーパー＃１０００、ラッピングフィルム（３Ｍ社、粒度９μｍ）を用い、荷重を１ｋｇ／Φ５０ｍｍ円柱とし、研磨回数を１０回とする方法が例示される。

本発明のポリイミドベルトにゴム弾性層及びフッ素樹脂離型層を積層する方法は、スプレーコート、浸漬、ディスペンサー塗布等が挙げられる。

また、積層工程は、ポリイミドベルトを成形した後、外側にゴム弾性層、フッ素樹脂離型層を重ねていく工程をとっても良いし、金型内面にフッ素樹脂離型層、ゴム弾性層、ポリイミドの順で積層し、ベルト化した後金型から取り出す工程をとっても良い。これら工程はベルトの寸法精度、特性、成形コストに応じて自由に選べる。

また、フッ素樹脂離型層の積層の際には、ゴム弾性層との接着力を強化するために中間にプライマーを施しても良い。更にフッ素樹脂離型層はチューブ状のものをゴム弾性層上に被せた後、加熱収縮させて積層させても良い。

なお、ゴム弾性層の原料としては、天然ゴム、合成ゴム、シリコーンゴム等から適宜選択される。

［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。なお、実施例等における評価・試験項目は下記のようにして測定を行った。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
１．引張弾性率
測定機：オリエンテックＵＴＭ１０００テンシロン、又は相当品
チャック間隔：３０ｍｍ
引張速度：１００ｍｍ／分
引張弾性率算出法：応力−歪み曲線の最大接線の傾きより算出
試験片：ＪＩＳ Ｋ ６３０１の３号形ダンベルで打ち抜いたものを使用する。
２．引裂強度
ＪＩＳ Ｋ ７１２８−１トラウザー引裂法に準じて行う。ベルト軸方向に試験片の長さを取り、幅の中央に７５±１ｍｍのスリットを入れる。次いで、試験片の足をチャックに装着し、引っ張り試験機により下記の条件で引っ張る。
試験片：長さ１５０ｍｍ×幅７５ｍｍ（７５±１ｍｍのスリットを入れる）
引張速度：２０ｍｍ／分
３．表面粗さ（Ｒａ）
測定機：サーフコム５５４Ａ（東京精密社）
測定長さ：４ｍｍ
速度：０．３ｍｍ／ｓｅｃ
触針荷重：７０ｍｇ
カットオフ：０．８ｍｍ
Ｒａ：算術平均粗さ
４．摩擦係数
測定機：オリエンテックＡＦＴ−１５Ｂ
相手材：φ１０鋼球
速度：１５０ｍｍ／分
荷重：２００ｇ
５．表面抵抗
ロレスタ−ＧＰ（三菱化学）に接続した４探針プローブ（ＭＣＰ−ＴＰ０３Ｐ）をベルト表面に押し当て測定した。

＜実施例１＞
（ＫＣＡタイプ）
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にバルカン２２ｗｔ％（ＸＣ−７２、キャボット社、導電性指標＝８５）、ＰＴＦＥ粉末（ＫＴＬ−８ 喜多村社）４ｗｔ％を順次投入し、十分攪拌した後、酸成分として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を、アミン成分としてｐ−フェニレンジアミンの略当モルを溶解（モノマー濃度２０重量％）し、室温で攪拌しながら反応させ、次いで７０℃に加温しつつ攪拌して２３℃におけるＢ型粘度計による粘度が２０００ポイズのポリアミド酸溶液を作製した。

更に、ポリアミド酸溶液の１ｗｔ％に相当するイソキノリンを常温にて攪拌混合した。

次いで、長方形状のダイス型ディスペンサーを固定しつつ、長さ６００ｍｍ、直径８０ｍｍφの円筒状金型を回転させながら上記ポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を円筒状金型内面の一方端から他方端まで供給しつつ移動させ円筒状金型内面にスパイラル状に塗布し、そのまま金型を３０００ｒｐｍで３分間回転させながら塗膜面のラッピング部分の凹凸をレベリングし、均一な塗膜面を得た。

次いで金型を６０ｒｐｍで回転させながら、２２０℃まで段階的に加熱し、溶媒の除去を行った。円筒状金型からイミド転化前のベルト基材を離型し、アルミパイプに差し替え、４００℃で２０ｍｉｎ加熱し、イミド転化を行った。

以上により得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。表面抵抗の常用対数は３．８（Ω／□）、引裂強度は６．３Ｎ／ｍｍ、引張弾性率は５０００Ｍｐａであった。

次に、このベルトにメチルシリコーンゴム（東レダウコーニング、ＤＸ３５−２０８３）をスプレーコートした後、加熱し２００μｍの弾性層を形成した。更に、このシリコーンゴム上にプライマー（三井デュポンフロロケミカル、ＰＲＭ−０２７−３）及びＦＥＰ分散塗料（三井デュポンフロロケミカル、ＥＮＡ−０２０−４５）をスプレーコートと加熱を行って、夫々１０μｍ、２０μｍの離型層を形成し定着ベルトを作成した。

この定着ベルトを直径４０ｍｍのアルミニウム製加熱ロールと直径２０ｍｍのアルミニウム製ロールで張設させ、加熱ロールに当節する定着ベルト部に反対側から直径４０ｍｍのシリコーンゴムで被覆したアルミニウム製加圧ロールを圧力０．２Ｍｐａかけることにより、ニップ幅を１０ｍｍに設定した。加熱ロール温度１７０℃、定着ベルトの線速１２０ｍｍ／ｓｅｃとし、定着ベルト面にトナーが来るように記録紙を流した。

その結果、トナー定着後、剥離オフセットを起こさなかった。また１０万枚印刷した後も、ベルトの駆動は安定しており、画像ずれ、端部破損、座屈、層間剥離は見られなかった。

ここで、このポリイミドベルトに粗し処理を行った際の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．１８のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．１１μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．１７のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１９μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．１６のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．２６μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が−０．１５９（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ａ）参照）。「粗し処理」は、研磨材としてサンドペーパー＃１０００、ラッピングフィルム（３Ｍ社、粒度９μｍ）を用い、荷重を１ｋｇ／Φ５０ｍｍ円柱とし、研磨回数を５回として第１段階の粗し処理とし、再度研磨回数を５回として第２段階の粗し処理とした。摩擦係数と表面粗さは、粗し処理前、第一段階の粗し処理後、第二段階の粗し処理後に測定した。

＜実施例２＞
（ＫＣＡタイプ）
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にバルカン２２ｗｔ％（ＸＣ−７２、キャボット社、導電性指標＝８５）、ＰＴＦＥ粉末（ＫＴＬ−８ 喜多村社）８ｗｔ％を順次投入し、十分攪拌した後、酸成分として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を、アミン成分としてｐ−フェニレンジアミンの略当モルを溶解（モノマー濃度２０重量％）し、室温で攪拌しながら反応させ、次いで７０℃に加温しつつ攪拌して２３℃におけるＢ型粘度計による粘度が２０００ポイズのポリアミド酸溶液を作製した。

更に、ポリアミド酸溶液の１ｗｔ％に相当するイソキノリンを常温にて攪拌混合した。

次いで、長方形状のダイス型ディスペンサーを固定しつつ、長さ６００ｍｍ、直径８０ｍｍφの円筒状金型を回転させながら上記ポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を円筒状金型内面の一方端から他方端まで供給しつつ移動させ円筒状金型内面にスパイラル状に塗布し、そのまま金型を３０００ｒｐｍで３分間回転させながら塗膜面のラッピング部分の凹凸をレベリングし、均一な塗膜面を得た。

次いで金型を６０ｒｐｍで回転させながら、２２０℃まで段階的に加熱し、溶媒の除去を行った。円筒状金型からイミド転化前のベルト基材を離型し、アルミパイプに差し替え、４００℃２０ｍｉｎ加熱し、イミド転化を行った。

得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。また、このポリイミドベルトの特性は、表面抵抗の常用対数４．０（Ω／□）、引裂強度５．９Ｎ／ｍｍ、引張弾性率４０００Ｍｐａであった。

次に、このベルトにメチルシリコーンゴム（東レダウコーニング、ＤＸ３５−２０８３）をスプレーコートした後、加熱し２００μｍの弾性層を形成した。更に、このシリコーンゴム上にプライマー（三井デュポンフロロケミカル、ＰＲＭ−０２７−３）及びＦＥＰ分散塗料（三井デュポンフロロケミカル、ＥＮＡ−０２０−４５）をスプレーコートと加熱を行って、夫々１０μｍ、２０μｍの離型層を形成し定着ベルトを作成した。

この定着ベルトを直径４０ｍｍのアルミニウム製加熱ロールと直径２０ｍｍのアルミニウム製ロールで張設させ、加熱ロールに当節する定着ベルト部に反対側から直径４０ｍｍのシリコーンゴムで被覆したアルミニウム製加圧ロールを圧力０．２Ｍｐａかけることにより、ニップ幅を１０ｍｍに設定した。加熱ロール温度１７０℃、定着ベルトの線速１２０ｍｍ／ｓｅｃとし、定着ベルト面にトナーが来るように記録紙を流した。

その結果、トナー定着後、剥離オフセットを起こさなかった。また１０万枚印刷した後も、ベルトの駆動は安定しており、画像ずれ、端部破損、座屈、層間剥離は見られなかった。

このポリイミドベルトに粗し処理を行った際の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．１０のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．０９μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．１１のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１４μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．１１のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．２１μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が０．０８１（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ｂ）参照）。粗し処理方法は、実施例１と同様である。

＜比較例１＞
（ＫＵＣＡタイプ）
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）にファーネスブラック２２ｗｔ％（スペシャルブラック４、デグサ社、導電性指標＝１５）、ＰＴＦＥ粉末（ＫＴＬ−８ 喜多村社）４ｗｔ％を順次投入し、十分攪拌した後、酸成分として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を、アミン成分としてｐ−フェニレンジアミンと４，４’−ジアミノジフェニルエーテルの混合物（モル比８：２）の略当モルを溶解（モノマー濃度２０重量％）し、室温で攪拌しながら反応させ、次いで７０℃に加温しつつ攪拌して２３℃におけるＢ型粘度計による粘度が２０００ポイズのポリアミド酸溶液を作製した。

更に、ポリアミド酸溶液の１ｗｔ％に相当するイソキノリンを常温にて攪拌混合した。

次いで、長方形状のダイス型ディスペンサーを固定しつつ、長さ６００ｍｍ、直径８０ｍｍφの円筒状金型を回転させながら上記ポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を円筒状金型内面の一方端から他方端まで供給しつつ移動させ円筒状金型内面にスパイラル状に塗布し、そのまま金型を１０００ｒｐｍで３分間回転させながら塗膜面のラッピング部分の凹凸をレベリングし、均一な塗膜面を得た。次いで金型を３０ｒｐｍで回転させながら、３５０℃まで段階的に加熱し、溶媒の除去とイミド転化を行った。次いで金型から離型し、得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。また、このポリイミドベルトの特性は、表面抵抗の常用対数１０．５（Ω／□）、引裂強度７．１Ｎ／ｍｍ、引張弾性率４５００Ｍｐａであった。

次に、このベルトにメチルシリコーンゴム（東レダウコーニング、ＤＸ３５−２０８３）をスプレーコートした後、加熱し２００μｍの弾性層を形成した。更に、このシリコーンゴム上にプライマー（三井デュポンフロロケミカル、ＰＲＭ−０２７−３）及びＦＥＰ分散塗料（三井デュポンフロロケミカル、ＥＮＡ−０２０−４５）をスプレーコートと加熱を行って、夫々１０μｍ、２０μｍの離型層を形成し定着ベルトを作成した。

この定着ベルトを直径４０ｍｍのアルミニウム製加熱ロールと直径２０ｍｍのアルミニウム製ロールで張設させ、加熱ロールに当節する定着ベルト部に反対側から直径４０ｍｍのシリコーンゴムで被覆したアルミニウム製加圧ロールを圧力０．２Ｍｐａかけることにより、ニップ幅を１０ｍｍに設定した。加熱ロール温度１７０℃、定着ベルトの線速１２０ｍｍ／ｓｅｃとし、定着ベルト面にトナーが来るように記録紙を流した。その結果、トナー定着後、画像欠陥であるチリが発生した。

このポリイミドベルトに粗し処理を行った際の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．１９のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．０８μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．１７のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１５μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．１６のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．２３μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が−０．２０２（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ｃ）参照）。粗し処理方法は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
（ＫＣタイプ）
実施例１のＰＴＦＥ粉末を入れないこと以外は実施例１と同様とした。得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。また、このポリイミドベルトの特性は、表面抵抗の常用対数３．６（Ω／□）、引裂強度６．８Ｎ／ｍｍ、引張弾性率５７００Ｍｐａであった。

同様に弾性層と離型層を形成した定着ベルトを定着部に組み込み、記録紙を流したところ、３０００枚でベルト端部と中央部で駆動速度がばらつき、画像ずれが生じるとともに、ベルト端部の破損が始まり、２万枚で座屈した。

ここで、このポリイミドベルトに粗し処理を行った際の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．３４のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．０８μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．２７のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１６μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．２５のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．２４μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が−０．５５３（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ｄ）参照）。粗し処理方法は、実施例１と同様である。

＜比較例３＞
（ＫＡ絶縁タイプ）
実施例１のカーボンを入れないこと以外は実施例１と同様とした。得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。また、このポリイミドベルトの特性は、絶縁性（表面抵抗１０^１４Ω／□以上）、引裂強度８．４Ｎ／ｍｍ、引張弾性率４９００Ｍｐａであった。

同様に弾性層と離型層を形成した定着ベルトを定着部に組み込み、記録紙を流したところ、３０００枚でベルト端部と中央部で駆動速度がばらつき、画像ずれが生じるとともに、剥離オフセット等、帯電不具合（放電、ノイズ、紙の張り付き）が生じた。

このポリイミドベルトに粗し処理を行った際の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．０８のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．１２μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．１０のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１８μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．１５のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．２６μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が０．４８４（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ｅ）参照）。粗し処理方法は、実施例１と同様である。

＜比較例４＞
（ＫＣＡタイプ）
実施例１のＰＴＦＥ粉末を１ｗｔ％に変更したこと以外は実施例１と同様とした。得られたポリイミドベルト寸法は、長さ５８０ｍｍ、直径８０ｍｍφ、厚さ７５μｍとなった。また、このポリイミドベルトの特性は、表面抵抗の常用対数３．７（Ω／□）、引裂強度６．７Ｎ／ｍｍ、引張弾性率５５００Ｍｐａであった。

同様に弾性層と離型層を形成した定着ベルトを定着部に組み込み、記録紙を流したところ１万枚でベルト端部と中央部で駆動速度がばらつき、画像ずれが生じるとともに、ベルト端部の破損が始まり、３万枚で座屈した。

このポリイミドベルトに粗し処理を行った場合の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の関係を以下に示す。粗し処理前の摩擦係数（μ_０）が０．１８のとき表面粗さ（Ｒａ_０）が０．２４μｍであり、第一段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_１）が０．２０のとき表面粗さ（Ｒａ_１）が０．１８μｍであり、第二段階の粗し処理後の摩擦係数（μ_３）が０．２１のとき表面粗さ（Ｒａ_３）が０．１６μｍであった。この３点について最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が−０．３６５（小数点４以下切り捨て）であった（図１（ｆ）参照）。粗し処理方法は、実施例１と同様である。

以上の実施例によれば、本発明のポリイミドベルトは、フッ素フィラー２〜２０重量％とカーボンフィラー３〜３０重量％を含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液をイミド転化し、内面摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下であり、そのときの粗さＲａが０．０５〜０．３５μｍの範囲にあり、且つ、内面摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の最小二乗法の回帰直線を求めたときの傾き（μ／Ｒａ）が−１／３〜１／３の範囲であり、表面抵抗の常用対数が１〜８（Ω／□）であるポリイミドベルトであって、このポリイミドベルトにゴム弾性層もしくはフッ素樹脂離型層を少なくともどちらか１つ積層したベルトを電子写真用画像形成装置の定着ベルトとして使用した場合、剥離オフセット、画像ずれがなく、耐久性に優れた性能が得られる。

内面摩擦係数と表面粗さの関係を示す図

Claims (4)

1. ポリイミド樹脂固形分に対し、フッ素フィラーを２〜２０重量％、導電性指標が５０以上４００以下であるカーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を加熱によりイミド転化して得られるポリイミドベルトであって、
   表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲で前記ポリイミドベルト内面を粗し処理した際に、粗し処理前後の当該ベルトの内周面の摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下の範囲であり、粗し処理前後の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係であることを特徴とするポリイミドベルト。
2. 前記ポリイミドベルトの表面抵抗の常用対数が１〜８（Ω／□）であることを特徴とする請求項１に記載のポリイミドベルト。
3. 請求項１又は請求項２に記載のポリイミドベルトの外面側に、ゴム弾性層及び／又はフッ素樹脂離型層を形成してなる定着ベルト。
4. ポリイミド樹脂固形分に対し、フッ素フィラーを２〜２０重量％、導電性指標が５０以上４００以下であるカーボンフィラーを３〜３０重量％含有するポリアミド酸溶液を主成分とする樹脂溶液を調製する調製工程と、
   前記樹脂溶液を筒状金型内面に塗布する塗布工程と、
   前記塗布されて形成された樹脂皮膜表面を均一化するために遠心成形する遠心成形工程と、
   前記遠心成形後に、溶媒除去、イミド転化するイミド転化工程と、を含むポリイミドベルトの製造方法であって、
   表面粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．３５μｍ以下の範囲で前記製造方法で得られたポリイミドベルト内面を粗し処理した際に、粗し処理前後の当該ベルトの内周面の摩擦係数（μ）が０．０５以上０．２５以下の範囲であり、粗し処理前後の摩擦係数（μ）と表面粗さ（Ｒａ）の近似直線の傾きが−１／３以上１／３以下の関係であることを特徴とするポリイミドベルトの製造方法。

Images