(57)【要約】  【課題】自己温度制御機能を備える定着装置に用いられる、耐久性を向上させた、整磁合金層を有する定着ベルトを提供する。  【解決手段】誘導発熱方式の定着装置に用いられる定着ベルト５１であって、キュリー点未満の温度のときに強磁性を示して発熱し、キュリー点以上の温度になると磁性を失い発熱量が低下する整磁合金層５１３と、弾性層５１２とを備え、周回運動している際に、引張、及び圧縮されない中立面が、整磁合金層５１３内に存在するように各層の厚さが調整されている。  【選択図】  図３
2010002509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導発熱方式の定着装置に用いられる定着ベルトであって、
キュリー点未満の温度のときに強磁性を示して発熱し、キュリー点以上の温度になると磁性を失い発熱量が低下する整磁合金層と、
弾性層とを備え、
周回運動する際に、引張、及び圧縮されない中立面が、前記整磁合金層内に存在するように、各層の厚さが調整されていること
を特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
前記整磁合金層は、内周側の表面に位置すること
を特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記定着ベルトは、さらに、
前記整磁合金層よりも内周側に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、
前記整磁合金層は、前記金属層と隣接し、
前記金属層は、内周側の表面に位置すること
を特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項４】
前記定着ベルトは、さらに、
前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層を備え、
前記表面層の弾性率をＥ１、
前記表面層の層厚をＴ１、
前記弾性層の弾性率をＥ２、
前記弾性層の層厚をＴ２、
前記整磁合金層の弾性率をＥ３、
前記整磁合金層の層厚をＴ３とするとき、
【数９】
2010002509.tif 000037
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項５】
前記定着ベルトは、さらに、
前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、
前記整磁合金層よりも内周側に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、
前記表面層の弾性率をＥ１、
前記表面層の層厚をＴ１、
前記弾性層の弾性率をＥ２、
前記弾性層の層厚をＴ２、
前記整磁合金層の弾性率をＥ３、
前記整磁合金層の層厚をＴ３、
前記金属層の弾性率をＥ４、
前記金属層の層厚をＴ４とするとき、
【数１５】
2010002509.tif 000038
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項６】
前記定着ベルトは、さらに、
前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、
前記表面層よりも内周側に位置し、当該表面層と前記弾性層とを接着する第１接着層と、
前記弾性層よりも内周側に位置し、当該弾性層と整磁合金層とを接着する第２接着層とを備え、
前記表面層の弾性率をＥ１、
前記表面層の層厚をＴ１、
前記第１接着層の弾性率をＥ２、
前記第１接着層の層厚をＴ２、
前記弾性層の弾性率をＥ３、
前記弾性層の層厚をＴ３、
前記第２接着層の弾性率をＥ４、
前記第２接着層の層厚をＴ４、
前記整磁合金層の弾性率をＥ５、
前記整磁合金層の層厚をＴ５とするとき、
【数２２】
2010002509.tif 000039
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項７】
当該定着ベルトは、さらに、
前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、
前記表面層よりも内周側に位置し、当該表面層と前記弾性層とを接着する第１接着層と、
前記弾性層よりも内周側に位置し、当該弾性層と整磁合金層とを接着する第２接着層と、
前記整磁合金層の下に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、
前記表面層の弾性率をＥ１、
前記表面層の層厚をＴ１、
前記第１接着層の弾性率をＥ２、
前記第１接着層の層厚をＴ２、
前記弾性層の弾性率をＥ３、
前記弾性層の層厚をＴ３、
前記第２接着層の弾性率をＥ４、
前記第２接着層の層厚をＴ４、
前記整磁合金層の弾性率をＥ５、
前記整磁合金層の層厚をＴ５、
前記金属層の弾性率をＥ６、
前記金属層の層厚をＴ６とするとき、
【数２８】
2010002509.tif 000040
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項８】
請求項１〜７のうちの何れか１項に記載の定着ベルトを備える定着装置。
【請求項９】
請求項８に記載の定着装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導発熱方式により加熱される金属層を有するベルト、当該ベルトを用いる定着装置、及び当該定着装置を備える画像形成装置に関し、特に、当該ベルトの耐久性を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置が備える定着装置において、比較的熱変換効率が高くコンパクトな誘導発熱方式の熱源を用いるものが登場し、省エネ、スペース効率、及びウォームアップ時間の短縮等の観点から注目されている。
特に、励磁コイルに交流電流を流すことによって発生する磁束を、フェライトコア等のコア材を用いて導電発熱層へ導くような構成にすることにより、発熱部の熱容量をかなり小さく設計することができるので、ウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。
【０００３】
しかしながら、発熱部の熱容量が小さくなると熱が移動しにくくなるので、幅の狭い小サイズの記録シートを連続使用すると定着部材の幅方向外側の、記録シートが通過しない箇所（以下「非通紙部」と記す）の温度が異常に上昇し、周辺部材の熱破壊や劣化を招いたり、また、続いて幅の広い記録シートが通過すると、幅方向外側だけに高温オフセットが発生したり、光沢ムラが生じるという問題がある。
【０００４】
そこで、上記定着装置において、非通紙部の温度上昇を抑制する方法として、用紙幅に応じて導電部材を動かして非通紙部への磁束のみを遮蔽する技術や、消磁コイルにより非通紙部への磁束のみを打ち消す技術が知られている。
また上記定着装置において、定着温度よりも幾分高めのキュリー点を有する整磁合金を発熱部に用いることで、非通紙部の温度がある程度上昇したときに、自動的に非通紙部の位置の発熱部のみが整磁を失い、発熱量が低下する自己温度制御機能を備えることにより、非通紙部の過昇温を抑制する技術がある。
【０００５】
一方、定着部材として定着ベルトを用いる方式は、定着ベルトの熱容量をかなり小さく設計することができるので、ウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。
このような定着ベルトを、自己温度制御機能を備えさせつつ、誘導発熱方式により加熱するには、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に整磁合金を用い、これを発熱させて、別部材の熱を熱伝導させて間接的に加熱する方法や、定着ベルト内に整磁合金層を設けて、直接的に加熱する方法等が考えられる。
【０００６】
特に定着ベルト内に整磁合金層を設ける場合には、従来と比較して、層構造が複雑化するので、曲げ等の変形に伴う内部応力による疲労が蓄積しやすく、ついには局所的な破壊に至るため、寿命が短くなるという問題がある。
例えば、定着ベルトの寿命に関する従来の技術として、特許文献１に、金属層を有するベルトにおいて、当該金属層を、合成樹脂からなる基層と被覆層で挟むことにより、曲げ変形が生じたときの歪が生じない中立軸の近傍に形成する発明が開示され、曲げ変形が生じたときの金属層の歪を低減し、金属層にクラックや永久変形が生じるのを防ぐことができると記載されている。
【特許文献１】特開２００４−７０１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、金属層の内側に、中立軸の位置を変える程の被覆層を設けているため、その分ベルトの熱容量が増加してウォームアップ時間が長くなってしまうので、望ましくない。
また、ベルトの内側の表面から金属層まで間隔が空いてしまうので、誘導発熱方式により単に加熱するだけなら問題は生じないが、ベルトに整磁合金層を設けて自己温度制御機能を備えさせようとすると、以下のような問題が生じる。
【０００８】
自己温度制御機能を有効に働かせるためには、ベルトに整磁合金層を設けると同時に、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けて、高温時に整磁合金層が磁性を失ったときに逆磁界を発生させて、元の磁束を打ち消す必要があるが、整磁合金層と低抵抗導電層との間隔が空いていると、このような効果が薄れてしまうのである。
【０００９】
本発明は、自己温度制御機能を備える定着装置に用いられる、耐久性を向上させた、整磁合金層を有する定着ベルト、当該定着ベルトを備える定着装置、及び当該定着装置を備える画像形成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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着ベルトは、誘導発熱方式の定着装置に用いられる定着ベルトであって、キュリー点未満の温度のときに強磁性を示して発熱し、キュリー点以上の温度になると磁性を失い発熱量が低下する整磁合金層と、弾性層とを備え、周回運動する際に、引張、及び圧縮されない中立面が、前記整磁合金層内に存在するように、各層の厚さが調整されていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着装置は、上記定着ベルトを備える定着装置である。
上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、上記定着装置を備える画像形成装置である。
ここで、中立面とは、ベルトが周回運動して屈曲する際に、引張、及び圧縮されず、応力が最小になる平面をいう。
【発明の効果】
【００１２】
課題を解決するための手段に記載した構成により、整磁合金層、及び弾性層等の各層の厚さを調整したことにより、定着ベルトの中立面が整磁合金層内に存在するので、定着ベルトがローラ周面を走行しているときでも、整磁合金層に作用する伸張力、及び収縮力は小さくなり、その結果、整磁合金層が破壊を招きにくくなる。
従って、自己温度制御機能を備える定着装置に用いられる、整磁合金層を有する定着ベルトの耐久性を向上させることができる。
【００１３】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記整磁合金層は、内周側の表面に位置することを特徴とすることもできる。
これにより、ベルトの内周側の表面から整磁合金層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、整磁合金層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【００１４】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記定着ベルトは、さらに、前記整磁合金層よりも内周側に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、前記整磁合金層は、前記金属層と隣接し、前記金属層は、内周側の表面に位置することを特徴とすることもできる。
これにより、整磁合金層と金属層との間隔がゼロなので、整磁合金層が磁性を失ったときに金属層が効率よく逆磁界を発生させて、元の磁束を打ち消すことができる。また、ベルトの内周側の表面から金属層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、金属層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、金属層が低抵抗導電層の機能を効率よく補助することができるので、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【００１５】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記定着ベルトは、さらに、前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層を備え、前記表面層の弾性率をＥ１、前記表面層の層厚をＴ１、前記弾性層の弾性率をＥ２、前記弾性層の層厚をＴ２、前記整磁合金層の弾性率をＥ３、前記整磁合金層の層厚をＴ３とするとき、
【００１６】
【数９】
2010002509.tif 000003
【００１７】
を満たすことを特徴とすることもできる。
これにより、外周側から、表面層、弾性層、整磁合金層の順に積層された３層構造の定着ベルトにおいて、中立面を整磁合金層内に存在させることができるので、整磁合金層が破壊を招きにくくなる。
また、ベルトの内周側の表面から整磁合金層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、整磁合金層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【００１８】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記定着ベルトは、さらに、前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、前記整磁合金層よりも内周側に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、前記表面層の弾性率をＥ１、前記表面層の層厚をＴ１、
前記弾性層の弾性率をＥ２、前記弾性層の層厚をＴ２、前記整磁合金層の弾性率をＥ３、前記整磁合金層の層厚をＴ３、前記金属層の弾性率をＥ４、前記金属層の層厚をＴ４とするとき、
【００１９】
【数１５】
2010002509.tif 000004
【００２０】
を満たすことを特徴とすることもできる。
これにより、外周側から、表面層、弾性層、整磁合金層、金属層の順に積層された４層構造の定着ベルトにおいて、中立面を整磁合金層内に存在させることができるので、整磁合金層が破壊を招きにくくなる。
また、整磁合金層と金属層との間隔がゼロなので、整磁合金層が磁性を失ったときに金属層が効率よく逆磁界を発生させて、元の磁束を打ち消すことができる。また、ベルトの内側の表面から金属層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、金属層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、金属層が低抵抗導電層の機能を効率よく補助することができるので、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【００２１】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記定着ベルトは、さらに、前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、前記表面層よりも内周側に位置し、当該表面層と前記弾性層とを接着する第１接着層と、前記弾性層よりも内周側に位置し、当該弾性層と整磁合金層とを接着する第２接着層とを備え、前記表面層の弾性率をＥ１、前記表面層の層厚をＴ１、前記第１接着層の弾性率をＥ２、前記第１接着層の層厚をＴ２、前記弾性層の弾性率をＥ３、前記弾性層の層厚をＴ３、前記第２接着層の弾性率をＥ４、前記第２接着層の層厚をＴ４、前記整磁合金層の弾性率をＥ５、
前記整磁合金層の層厚をＴ５とするとき、
【００２２】
【数２２】
2010002509.tif 000005
【００２３】
を満たすことを特徴とすることもできる。
これにより、外周側から、表面層、第１接着層、弾性層、第２接着層、整磁合金層の順に積層された５層構造の定着ベルトにおいて、中立面を整磁合金層内に存在させることができるので、整磁合金層が破壊を招きにくくなる。
また、ベルトの内周側の表面から整磁合金層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、整磁合金層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【００２４】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、当該定着ベルトは、さらに、前記弾性層よりも外周側に位置し、記録シートと接触する表面層と、前記表面層よりも内周側に位置し、当該表面層と前記弾性層とを接着する第１接着層と、前記弾性層よりも内周側に位置し、当該弾性層と整磁合金層とを接着する第２接着層と、前記整磁合金層の下に位置し、整磁合金でない金属からなる金属層とを備え、前記表面層の弾性率をＥ１、前記表面層の層厚をＴ１、前記第１接着層の弾性率をＥ２、前記第１接着層の層厚をＴ２、前記弾性層の弾性率をＥ３、前記弾性層の層厚をＴ３、前記第２接着層の弾性率をＥ４、前記第２接着層の層厚をＴ４、前記整磁合金層の弾性率をＥ５、前記整磁合金層の層厚をＴ５、前記金属層の弾性率をＥ６、前記金属層の層厚をＴ６とするとき、
【００２５】
【数２８】
2010002509.tif 000006
【００２６】
を満たすことを特徴とすることもできる。
これにより、外周側から、表面層、第１接着層、弾性層、第２接着層、整磁合金層、金属層の順に積層された６層構造の定着ベルトにおいて、中立面を整磁合金層内に存在させることができるので、整磁合金層が破壊を招きにくくなる。
また、整磁合金層と金属層との間隔がゼロなので、整磁合金層が磁性を失ったときに金属層が効率よく逆磁界を発生させて、元の磁束を打ち消すことができる。また、ベルトの内側の表面から金属層までの間隔がゼロなので、ローラや規制板等の、定着ベルトに接触する別部材に銅などの低抵抗導電層を設けると、金属層と低抵抗導電層との間隔を極めて小さくでき、金属層が低抵抗導電層の機能を効率よく補助することができるので、自己温度制御機能を有効に働かせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態１］
＜概要＞
本発明の実施の形態１は、誘導発熱方式の熱源を用いて、未定着画像を記録シートに溶融定着する定着装置を備える画像形成装置であって、定着ベルトを多層構造とし、整磁合金層内に中立面がくるように定着ベルトの各層の厚さを調整することにより、定着ベルトの長寿命化を図るものである。
【００２８】
＜構成＞
図１は、実施の形態１における画像形成装置の全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態における画像形成装置１は、タンデム型カラーデジタルプリンタであり、画像プロセス部３、給送部４、定着装置５、制御部６を備え、ネットワーク（例えば社内ＬＡＮ）に接続されて、社内の端末装置から印刷の実行指示を受付けると、その指示に従って、記録シート上にカラー画像を形成して出力する。
【００２９】
画像プロセス部３は、主に画像の形成を担う部分であり、矢印Ａに示す方向に循環する中間転写ベルト１１に添って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれのトナー像を形成する画像形成ユニット３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋが順に配列され、各画像形成ユニットの下方には、レーザダイオード等の発光素子を備える光学部１０が配置されている。なお画像プロセス部３において、参照番号の後に“Ｙ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがイエローのトナーによる画像を生成し、以下同様に参照番号の後に“Ｍ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがマゼンタのトナーによる画像を生成し、参照番号の後に“Ｃ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがシアンのトナーによる画像を生成し、参照番号の後に“Ｋ”が付いている構成要素を主体とする画像形成ユニットがブラックのトナーによる画像を生成する。
【００３０】
画像形成ユニット３Ｙは、感光体ドラム３１Ｙと、その周辺に配設された帯電器３２Ｙ、現像器３３Ｙ、１次転写ローラ３４Ｙ、及びクリーナ３５Ｙを備えている。
イエローのトナーによる画像を生成するにあたり、帯電器３２Ｙが感光体ドラム３１Ｙを一様に帯電させ、制御部６の制御により、光学部１０が一様に帯電した感光体ドラム３１Ｙへレーザ光Ｌを出射して静電潜像を形成し、形成された静電潜像に現像器３３Ｙがイエローのトナーによる現像を行い、現像されたトナー像が中間転写ベルト１１に１次転写され、１次転写後、感光体ドラム３１Ｙに残留するトナーがクリーナ３５Ｙによって除去される。
【００３１】
画像形成ユニット３Ｍ、３Ｃ、３Ｋについても、画像形成ユニット３Ｙと同様の構成を備え（図中の符号を省略している）、同様に各色のトナーによる画像を生成する。
中間転写ベルト１１に１次転写されるトナー像は、画像形成ユニットのそれぞれを通過する毎にそれぞれの色が重ねられ、最終的にフルカラーのトナー画像が生成される。
一方、給送部４は、主に記録シートの搬送を担う部分であり、記録シートＳを納める給紙カセット４１と、納められている記録シートＳを搬送路４３へ１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ４２と、繰り出された記録シートＳを送り出すタイミングを図るタイミングローラ対４４と、２次転写ローラ４５とを備え、記録シートＳが２次転写位置４６まで搬送され、中間転写ベルト１１に生成されたフルカラーのトナー画像が、２次転写位置４６において記録シートＳに２次転写される。
【００３２】
定着装置５は、ベルト方式の定着装置であり、トナー画像が２次転写された記録シートＳを加熱及び加圧して、トナー画像を記録シートＳに定着させる。定着装置５については以下に詳細に記す。
定着後の記録シートＳは排紙ローラ７１等の駆動により排紙トレイ７２へ排紙される。
制御部６は、画像形成装置１の全体の動作や温調等を一括して制御するコントローラであり、形成すべき画像のデータに基づいて、各画像形成ユニット別に光学部１０の発光素子用の駆動信号を生成し、１次転写において各色のトナー像を正確に重ねたり、２次転写において記録シートＳにトナー画像が正確に転写されるようにタイミングを調整する。
【００３３】
図２は、定着装置５の構成を模式的に示す図である。
図２に示すように、定着装置５は、定着ベルト５１、定着ローラ５２、加圧ローラ５３、固定プレート５４、励磁コイル５５を備える。
定着ベルト５１は、内蔵する整磁合金層に励磁コイル５５が発生する磁束を導くことにより発熱させて、定着用の熱源とする無端ベルトであって可撓性を有し、記録シートＳと直接接触する外周面より順に、記録シートＳや加圧ローラ５３との貼り付きを押さえるとともに微細な定着性を向上させるためのフッ素樹脂等による表面層と、溶融定着の際に記録シートＳとの密着性を高めて定着性を向上させるための発泡シリコンゴム等の弾性層と、整磁合金層とが積層されている（図３参照）。ここで、各層間を接合する接着層等は、通常省略され構成図において表記されないことが多い。本実施の形態においても、各層間を接合する接着層等の影響は小さいので、この接着層等の表記を省略し、各層間の関係式を導いている。ちなみに、例えば表面層と弾性層との間、及び弾性層と整磁合金層との間は、接着層により接合する方法が主流であるが、接着層の弾性率が他の層と比較して十分に小さいので、表面層と弾性層との間、及び弾性層と整磁合金層との間の接着層は考慮しなくても大きな誤差は生じない。
【００３４】
定着ローラ５２は、定着ベルト５１の内周に包含され、円柱形の鋼鉄やアルミニウムの芯軸の外周に、シリコンゴムやシリコンスポンジ材等の弾性断熱層が積層されて構成されている。
加圧ローラ５３は、定着ベルト５１を介して定着ローラ５２に荷重をかけて、定着ベルト５１との間に定着ニップを形成するように設けられ、円筒形の鋼鉄やアルミニウムのパイプ等の芯軸の外周にシリコンゴム等の弾性断熱層とフッ素樹脂等による離型層等が積層されて構成されている。
【００３５】
固定プレート５４は、定着ニップに近接しない位置で、定着ベルト５１の内周面に接触して配置され、かつ定着ベルトが周回駆動する際に、定着ベルトと摺擦し定着ベルトの周回位置を規制するように固定されており、定着ベルト５１と固定プレート５４との摺擦による摩擦を軽減するために設けられ、定着ベルト５１に近い側の低摩擦層５４１と、遠い側の低抵抗導電層５４２との、少なくとも２層からなる積層構造をなす。
【００３６】
励磁コイル５５は、定着ベルト５１の外周面に面し、定着ベルト５１を挟んで固定プレート５４と対向する位置に配置され、定着ベルト５１及び固定プレート５４へ向けて磁束を発生させる。
以上のように、本実施の形態の定着装置５は、定着ベルト５１の内周に、定着ローラ５２と固定プレート５４とを備えており、定着ベルトの内周にローラを２つ備えるものに較べてベルト長が格段に短いので、発熱部の熱容量が小さく、省エネ、スペース効率、及びウォームアップ時間の短縮等の観点から大変有利である。
【００３７】
なお、各層の材質や厚さ等については以下に詳細に説明する。
図３は、定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
図３に示すように、定着ローラ５２の中心から見て、一番外側に励磁コイル５５があり、その内側に、順に、表面層５１１、弾性層５１２、整磁合金層５１３が積層された定着ベルト５１があり、またその内側に、順に、低摩擦層５４１、低抵抗導電層５４２が積層された固定プレート５４があり、さらにその内側に、弾性断熱層５２１、芯軸５２２により構成された定着ローラ５２が位置する。また、励磁コイル５５と定着ベルト５１との間には空隙があり、定着ベルト５１と固定プレート５４との間は接触し、固定プレート５４と定着ローラ５２との間にも空隙がある。
【００３８】
表面層５１１の材質は、本実施の形態ではＰＦＡであり、定着温度による使用に耐え得る上、トナー離型性を有するものでなければならず、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＰＥＰ，ＰＦＥＰ等のフッ素樹脂が好ましい。
表面層５１１の膜厚は、本実施の形態では３０μｍであり、耐久性や省エネ等の面から考えて、５〜１００μｍ程度が好ましく、実用的には５〜５０μｍがより好ましい。
【００３９】
弾性層５１２の材質は、本実施の形態では発泡シリコンゴムであり、耐熱性、及び弾性を備えていなければならず、例えば、定着温度による使用に耐え得る発泡シリコンゴム、フッ素ゴム等の耐熱性エラストマーを用いることができる。また弾性層５１２には、熱導電性の向上、及び補強等のために、充填材を混入してもよい。充填材は加工性や価格等を考慮すると、実用的にはシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ベリリウム等が好ましく、特性的には、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等であってもよい。
【００４０】
弾性層５１２の膜厚は、本実施の形態では０．６２〜１．０４ｍｍであり、必要な厚み方向の弾性力を得るために最低でも１０μｍ程度以上の膜厚でなければならず、また、あまり厚いと、整磁合金層５１３において発生した熱が記録シートＳに伝わりにくくなるため、熱効率が下がるので望ましくない。
なお、この本実施の形態における弾性層５１２の膜厚の範囲は、定着ベルト５１を構成する各層の弾性率と層厚とに基づいて、後述する所定の条件により決定されたものである。
【００４１】
整磁合金層５１３の厚さは、本実施の形態では１５μｍであり、Ｎｉ−Ｆｅ合金を用いる場合には１０〜３０μｍ程度が好ましく、実用的には、ある程度の剛性を確保するために１５〜２０μｍがより好ましい。
また、表面層５１１や整磁合金層５１３は、あまり厚くするとベルト自体の硬度が大きくなりすぎて圧接不良に繋がるので、それぞれ数十ミクロン程度でなければならない。
【００４２】
なお、定着ベルト５１を構成する各層の厚さは、各々が上記の範囲内であるだけでなく、後述する所定の条件に基づいて決定される。
低摩擦層５４１の材質は、低抵抗導電層５４２よりも定着ベルト５１が周回駆動する際のすべり摩擦係数が小さくなければならず、例えば耐熱性を備えたＰＦＡ等が好ましい。
低摩擦層５４１の厚さは、本実施の形態では３０μｍであり、耐久性や省エネ等の面から考えて、５〜１００μｍ程度が好ましく、実用的には５〜５０μｍがより好ましい。
【００４３】
低抵抗導電層５４２の材質は、本実施の形態ではＣｕであり、導電性の高い材質であれば何でもよいが、ある程度の厚さがあり電気抵抗値が低くなければならない。
低抵抗導電層５４２の厚さは、本実施の形態では２００μｍであり、５０〜４００μｍ程度が好ましく、実用的には１００〜３００μｍがより好ましい。
ここで、整磁合金層５１３がキュリー点未満の温度のときには、整磁合金層５１３は磁束を補足し、整磁合金層５１３が発熱して熱定着に利用される。
【００４４】
整磁合金層５１３がキュリー点以上の温度になると、磁性を失った整磁合金層５１３は磁束を補足することができなくなり、整磁合金層５１３を通過した磁束は、低抵抗導電層５４２に到達する。低抵抗導電層５４２は抵抗値が小さいので磁束が到達しても発熱量は小さいが、逆磁界が発生するため、元の磁束を打ち消す効果が生じる。よって、整磁合金層５１３を通過する磁束が減少し、整磁合金層５１３における発熱量が低下する。
【００４５】
以上のような原理で、小サイズの記録シートを熱定着する際の非通紙部の温度上昇を抑制することができる。
弾性断熱層５２１の材質は、本実施の形態ではシリコンスポンジ材であり、定着ベルト５１を断熱しつつ保持すると同時に、定着ベルト５１のたわみを許容してニップ幅を確保し、また排紙性、及び記録シートＳの分離性を向上させる。また弾性断熱層５２１を、例えばゴム材とスポンジ材の２層構造とすることにより、高い断熱性と十分な弾性とを比較的容易に得ることもできる。
【００４６】
弾性断熱層５２１の厚さは、本実施の形態では１０ｍｍであり、シリコンスポンジ材を用いる場合は２〜１５ｍｍが好ましく、８〜１２ｍｍがより好ましい。
また、弾性断熱層５２１の硬度は、硬度アスカーゴム硬度計において２０〜６０度が好ましく、３０〜５０度がより好ましい。
芯軸５２２の材質は、本実施の形態ではアルミニウムであり、強度が確保できれば、鋼鉄やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のような耐熱性のモールド製のパイプを使用することも可能である。但し、漏れた磁束により芯軸５２２が発熱しないように、非磁性材料を用いることが好ましい。
【００４７】
芯軸５２２の太さは、本実施の形態では直径１０ｍｍである。
図４は、加圧ローラ５３の層構造の概略を示す図である。
図４に示すように、加圧ローラ５３は、外周側から順に離型層５３１、弾性断熱層５３２、芯軸５３３が積層されている。
離型層５３１の材質は、本実施の形態ではＰＴＦＥ又はＰＦＡ当のフッ素樹脂であり、表面の離型性を高めるものであればよい。
【００４８】
離型層５３１の厚さは、本実施の形態では２０μｍであり、フッ素樹脂を用いる場合は１０〜５０μｍ程度が好ましい。
弾性断熱層５３２の材質及び厚さは、定着ローラ５２の弾性断熱層５２１と同様である。
芯軸５３３の材質及び太さは、定着ローラ５２の芯軸５２２と同様である。
【００４９】
＜定着ベルト５１を構成する各層の厚さの決定方法＞
定着ベルト５１には、定着ニップを通過する際に最大の曲げ応力が発生し、曲げ等の変形に伴う内部応力による疲労が蓄積して、ベルト交換等のメンテナンスを怠れば、最終的には局所的な破壊に至るものと推測される。
定着ベルト５１における整磁合金層５１３は、疲労によるクラック等が発生すると導電性が低下し発熱特性が変わってしまうため、定着ベルト５１内で最も早く寿命に至る部分となる可能性がある。
【００５０】
一方、周回駆動するベルトの内部には、一般に、ベルトが周回運動して屈曲する際に、引張、及び圧縮されず、応力が最小になる中立面が存在し、この中立面から両表面に向かって離れる程応力が大きくなっていく。
そこで、本実施の形態では、整磁合金層５１３に中立面がくるように定着ベルト５１の各層の厚さを調整し、整磁合金層５１３に作用する応力を極小化させることで、整磁合金層５１３の近傍における内部応力による疲労を軽減して疲労によるクラックの発生等を抑制し、定着ベルト５１の長寿命化を図る。
【００５１】
n層（2=<n）に積層されたベルトに対して、各層の弾性率と層厚とを（Ei、Ti）で表すと、ベルトの上面から中立面までの距離yは次式（数１）で与えられる。
【００５２】
【数１】
2010002509.tif 000007
【００５３】
従って、上面からm層目（m=<n）に中立面を存在させるためには、次式（数２）を満たせばよい。
【００５４】
【数２】
2010002509.tif 000008
【００５５】
数２を定着ベルト５１に適用し、整磁合金層５１３に中立面がくるようにするには、表面層５１１、弾性層５１２、整磁合金層５１３の３層に積層されたベルトの上面から３番目の層に中立面を存在させなければならない。
ここで、各層の厚さを漠然と決めようとしても、無数の組み合わせが存在するため一見収拾がつかないようにも思えるが、実際のところ、弾性層５１２以外の各層においてはそれぞれの制約が厳しく、それぞれに本来の性能を発揮させるためには厚さが必然的に決まってしまうので、弾性層５１２以外の各層の厚さを先に決めておき、数１、数２を用いて、弾性層５１２の層厚を決める。
【００５６】
表面層５１１の弾性率と層厚とを（Ｅ１、Ｔ１）、弾性層５１２の弾性率と層厚とを（Ｅ２、Ｔ２）、整磁合金層５１３の弾性率と層厚とを（Ｅ３、Ｔ３）とすると、数１は次式（数３）に展開される。
【００５７】
【数３】
2010002509.tif 000009
【００５８】
ここで、弾性層５１２の弾性率Ｅ２が十分に小さいので、Ｅ２Ｔ２の項が他の項と比較して十分に小さく、これを無視すると数３は数４に書き換えられる。
【００５９】
【数４】
2010002509.tif 000010
【００６０】
数４を数２に代入して数５が得られる。
【００６１】
【数５】
2010002509.tif 000011
【００６２】
数５の不等式を解いて数６、数７が得られる。
【００６３】
【数６】
2010002509.tif 000012
【００６４】
【数７】
2010002509.tif 000013
【００６５】
よって、Ｔ２の範囲は次式（数８）となる。
【００６６】
【数８】
2010002509.tif 000014
【００６７】
数８において、Ｔ２の最小値を示す左側の項は必ずマイナスになるので、意味がない。よって、数８は次式（数９）に書き改められる。
【００６８】
【数９】
2010002509.tif 000015
【００６９】
以下の表１に、数９を用いて求めた定着ベルト５１の各層の弾性率と層厚の一覧を示す。
【００７０】
【表１】
2010002509.tif 000016
【００７１】
［変形例１］
＜概要＞
変形例１は、実施の形態１と定着ベルトの一部のみが異なり、定着ベルトの固定プレート側にさらに金属層を積層し、整磁合金層内に中立面がくるように弾性層の膜厚を変更したものである。
【００７２】
＜構成＞
変形例１は、実施の形態１の定着ベルト５１を、定着ベルト５６に置き換えたものであり、その他の構成要素は、実施の形態１と同一である。
定着ベルト５６は、実施の形態１の定着ベルト５１と同様に、内蔵する整磁合金層に励磁コイル５５が発生する磁束を導くことにより発熱させて、定着用の熱源とする無端ベルトであって、可撓性を有し、表面層と、弾性層と、整磁合金層と、さらに、金属層が積層されている。ここで、各層間を接合する接着層等は、実施の形態１と同様に、変形例１においても、各層間を接合する接着層等の影響は小さいので、この接着層等の表記を省略し、各層間の関係式を導いている。ちなみに、整磁合金層と金属層との間は、熱や圧力で接合する方法が主流である。  図５は、変形例１における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【００７３】
なお、変形例１では、実施の形態１と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。
図５の層構造は、実施の形態１の図３の層構造における定着ベルト５１が、定着ベルト５６に置き換わったものであり、その他は実施の形態１と同様である。
定着ベルト５６は、励磁コイル５５に近い側から順に表面層５１１、弾性層５６１、整磁合金層５１３、金属層５６２が積層されている。
【００７４】
弾性層５６１の材質は、実施の形態１の弾性層５１２と同様である。
弾性層５６１の膜厚は、本変形例では２．５〜３．３３ｍｍであり、この範囲は、定着ベルト５６を構成する各層の弾性率と層厚とに基づいて、後述する所定の条件により決定されたものである。
金属層５６２の材質は、本実施の形態ではＣｕであり、アルミニウムやステンレス等、導電性の高い材質であれば何でもよいが、ある程度の厚さがあり電気抵抗値が低くなければならない。
【００７５】
金属層５６２の厚さは、本実施の形態では１５μｍであり、Ｃｕを用いる場合は１０〜３０μｍ程度が好ましく、実用的には１５〜２０μｍがより好ましい。
＜定着ベルト５６を構成する各層の厚さの決定方法＞
数２を定着ベルト５６に適用し、整磁合金層５１３に中立面がくるようにするには、表面層５１１、弾性層５６１、整磁合金層５１３、金属層５６２の４層に積層されたベルトの上面から３層目に中立面を存在させなければならない。
【００７６】
ここで、実施の形態１と同様に、各層の厚さを漠然と決めようとしても、無数の組み合わせが存在するため一見収拾がつかないようにも思えるが、実際のところ、弾性層５６１以外の各層においてはそれぞれの制約が厳しく、それぞれに本来の性能を発揮させるためには厚さが必然的に決まってしまうので、弾性層５６１以外の各層の厚さを先に決めておき、実施の形態１の数１、数２を用いて、弾性層５６１の層厚を決める。
【００７７】
表面層５１１の弾性率と層厚とを（Ｅ１、Ｔ１）、弾性層５６１の弾性率と層厚とを（Ｅ２、Ｔ２）、整磁合金層５１３の弾性率と層厚とを（Ｅ３、Ｔ３）、金属層５６２の弾性率と層厚とを（Ｅ４、Ｔ４）とすると、数１は次式（数１０）に展開される。
【００７８】
【数１０】
2010002509.tif 000017
【００７９】
ここで、弾性層５６１の弾性率Ｅ２が十分に小さいので、Ｅ２Ｔ２の項が他の項と比較して十分に小さく、これを無視すると数９は数１０に書き換えられる。
【００８０】
【数１１】
2010002509.tif 000018
【００８１】
数１１を数２に代入して数１２が得られる。
【００８２】
【数１２】
2010002509.tif 000019
【００８３】
数１２の不等式を解いて数１３、数１４が得られる。
【００８４】
【数１３】
2010002509.tif 000020
【００８５】
【数１４】
2010002509.tif 000021
【００８６】
よって、Ｔ２の範囲は数１５となる。
【００８７】
【数１５】
2010002509.tif 000022
【００８８】
以下の表２に、数１５を用いて求めた定着ベルト５６の各層の弾性率と層厚の一覧を示す。
【００８９】
【表２】
2010002509.tif 000023
【００９０】
なお、上記実施の形態１及び変形例１では、表面層と弾性層との間を接合する接着層、及び弾性層と整磁合金層との間を接合する接着層を考慮せずに関係式を導いているが、これらの接着層も考慮して関係式を導いてもよい。詳細には変形例２、及び変形例３に記す。
［変形例２］
変形例２では、上記実施の形態１における表面層と弾性層との間を接合する接着層を第１接着層と定義し、弾性層と整磁合金層との間を接合する接着層を第１接着層と定義して、第１接着層、及び第２接着層を含む層構造を考える。
【００９１】
図６は、変形例２における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
なお、変形例２では、実施の形態１と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。
図６の層構造は、実施の形態１の図３の層構造における定着ベルト５１が、定着ベルト５７に置き換わったものであり、その他は実施の形態１と同様である。
【００９２】
定着ベルト５７は、実質的には実施の形態１の定着ベルト５１と同じものであり、各層の厚さを決定する際の関係式をより正確に規定するために、表面層と弾性層との間を接合する接着層、及び弾性層と整磁合金層との間を接合する接着層を考慮したものであって、励磁コイル５５に近い側から順に表面層５１１、第１接着層５７１、弾性層５１２、第２接着層５７２、整磁合金層５１３が積層されている。
【００９３】
＜定着ベルト５７を構成する各層の厚さの決定方法＞
数２を定着ベルト５７に適用し、整磁合金層５１３に中立面がくるようにするには、表面層５１１、第１接着層５７１、弾性層５１２、第２接着層５７２、整磁合金層５１３の５層に積層されたベルトの上面から５番目の層に中立面を存在させなければならない。
ここで、実施の形態１と同様に、各層の厚さを漠然と決めようとしても、無数の組み合わせが存在するため一見収拾がつかないようにも思えるが、実際のところ、弾性層５１２以外の各層においてはそれぞれの制約が厳しく、それぞれに本来の性能を発揮させるためには厚さが必然的に決まってしまうので、弾性層５１２以外の各層の厚さを先に決めておき、実施の形態１の数１、数２を用いて、弾性層５１２の層厚を決める。
【００９４】
表面層５１１の弾性率と層厚とを（Ｅ１、Ｔ１）、第１接着層５７１の弾性率と層厚とを（Ｅ２、Ｔ２）、弾性層５１２の弾性率と層厚とを（Ｅ３、Ｔ３）、第２接着層５７２の弾性率と層厚とを（Ｅ４、Ｔ４）、整磁合金層５１３の弾性率と層厚とを（Ｅ５、Ｔ５）とすると、数１は次式（数１６）に展開される。
【００９５】
【数１６】
2010002509.tif 000024
【００９６】
ここで、第１接着層５７１の弾性率Ｅ２と弾性層５１２の弾性率Ｅ３と第２接着層５７２の弾性率Ｅ４とが十分に小さいので、Ｅ２Ｔ２の項とＥ３Ｔ３とＥ４Ｔ４の項とが他の項と比較して十分に小さく、これを無視すると数１６は数１７に書き換えられる。
【００９７】
【数１７】
2010002509.tif 000025
【００９８】
数１７を数２に代入して数１８が得られる。
【００９９】
【数１８】
2010002509.tif 000026
【０１００】
数１８の不等式を解いて数１９、数２０が得られる。
【０１０１】
【数１９】
2010002509.tif 000027
【０１０２】
【数２０】
2010002509.tif 000028
【０１０３】
よって、Ｔ３の範囲は次式（数２１）となる。
【０１０４】
【数２１】
2010002509.tif 000029
【０１０５】
数２１において、Ｔ３の最小値を示す左側の項は必ずマイナスになるので、意味がない。よって、数２１は次式（数２２）に書き改められる。
【０１０６】
【数２２】
2010002509.tif 000030
【０１０７】
［変形例３］
変形例３では、上記変形例１における表面層と弾性層との間を接合する接着層を第１接着層と定義し、弾性層と整磁合金層との間を接合する接着層を第１接着層と定義して、第１接着層、及び第２接着層を含む層構造を考える。
図７は、変形例３における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【０１０８】
なお、変形例３では、変形例１と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。
図７の層構造は、変形例１の図５の層構造における定着ベルト５６が、定着ベルト５８に置き換わったものであり、その他は変形例１と同様である。
定着ベルト５８は、実質的には変形例１の定着ベルト５６と同じものであり、各層の厚さを決定する際の関係式をより正確に規定するために、表面層と弾性層との間を接合する接着層、及び弾性層と整磁合金層との間を接合する接着層を考慮したものであって、励磁コイル５５に近い側から順に表面層５１１、第１接着層５８１、弾性層５６１、第２接着層５８２、整磁合金層５１３、金属層５６２が積層されている。
【０１０９】
＜定着ベルト５８を構成する各層の厚さの決定方法＞
数２を定着ベルト５８に適用し、整磁合金層５１３に中立面がくるようにするには、表面層５１１、第１接着層５８１、弾性層５６１、第２接着層５８２、整磁合金層５１３、金属層５６２の６層に積層されたベルトの上面から５番目の層に中立面を存在させなければならない。
【０１１０】
ここで、変形例１と同様に、各層の厚さを漠然と決めようとしても、無数の組み合わせが存在するため一見収拾がつかないようにも思えるが、実際のところ、弾性層５６１以外の各層においてはそれぞれの制約が厳しく、それぞれに本来の性能を発揮させるためには厚さが必然的に決まってしまうので、弾性層５６１以外の各層の厚さを先に決めておき、実施の形態１の数１、数２を用いて、弾性層５６１の層厚を決める。
【０１１１】
表面層５１１の弾性率と層厚とを（Ｅ１、Ｔ１）、第１接着層５８１の弾性率と層厚とを（Ｅ２、Ｔ２）、弾性層５６１の弾性率と層厚とを（Ｅ３、Ｔ３）、第１接着層５８１の弾性率と層厚とを（Ｅ４、Ｔ４）、整磁合金層５１３の弾性率と層厚とを（Ｅ５、Ｔ５）、金属層５６２の弾性率と層厚とを（Ｅ６、Ｔ６）とすると、数１は次式（数２３）に展開される。
【０１１２】
【数２３】
2010002509.tif 000031
【０１１３】
ここで、第１接着層５７１の弾性率Ｅ２と弾性層５６１の弾性率Ｅ３と第２接着層５７２の弾性率Ｅ４とが十分に小さいので、Ｅ２Ｔ２の項とＥ３Ｔ３とＥ４Ｔ４の項とが他の項と比較して十分に小さく、これを無視すると数２３は数２４に書き換えられる。
【０１１４】
【数２４】
2010002509.tif 000032
【０１１５】
数２４を数２に代入して数２５が得られる。
【０１１６】
【数２５】
2010002509.tif 000033
【０１１７】
数２５の不等式を解いて数２６、数２７が得られる。
【０１１８】
【数２６】
2010002509.tif 000034
【０１１９】
【数２７】
2010002509.tif 000035
【０１２０】
よって、Ｔ３の範囲は次式（数２８）となる。
【０１２１】
【数２８】
2010002509.tif 000036
【０１２２】
＜まとめ＞
以上のように、実施の形態１、変形例１、変形例２、及び変形例３の定着装置、及び当該定着装置を備える画像形成装置によれば、自己温度制御機能を備える定着装置に用いられる、整磁合金層を有する定着ベルトの耐久性を向上させることができるので、メンテナンスの機会を減らすことができ、また省資源化にも貢献できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、定着装置を備える画像形成装置の技術分野に広く適用することができる。
本発明によって、定着ベルトの寿命を延ばすことができ、その産業的利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】実施の形態１における画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】定着装置５の構成を模式的に示す図である。
【図３】定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【図４】加圧ローラ５３の層構造の概略を示す図である。
【図５】変形例１における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【図６】変形例２における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【図７】変形例３における定着ローラ５２の中心から励磁コイル５５までの層構造の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１    画像形成装置
３    画像プロセス部
４    給送部
５    定着装置
６    制御部
１０    光学部
１１    中間転写ベルト
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ    画像形成ユニット
３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、３１Ｋ    感光体ドラム
３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２Ｋ    帯電器
３３Ｙ、３３Ｍ、３３Ｃ、３３Ｋ    現像器
３４Ｙ、３４Ｍ、３４Ｃ、３４Ｋ    １次転写ローラ
３５Ｙ、３５Ｍ、３５Ｃ、３５Ｋ    クリーナ
４１    給紙カセット
４２    繰り出しローラ
４３    搬送路
４４    タイミングローラ対
４５    ２次転写ローラ
４６    ２次転写位置
５１    定着ベルト
５２    定着ローラ
５３    加圧ローラ
５４    固定プレート
５５    励磁コイル
５６    固定プレート
５７    定着ベルト
５８    定着ベルト
７１    排紙ローラ
７２    排紙トレイ
５１１    表面層
５１２    弾性層
５１３    整磁合金層
５２１    弾性断熱層
５２２    芯軸
５３１    離型層
５３２    弾性断熱層
５３３    芯軸
５４１    低摩擦層
５４２    低抵抗導電層
５６１    弾性層
５６２    金属層
５７１    第１接着層
５７２    第２接着層
５８１    第１接着層
５８２    第２接着層
【図１】
2010002509.tif 000041
【図２】
2010002509.tif 000042
【図３】
2010002509.tif 000043
【図４】
2010002509.tif 000044
【図５】
2010002509.tif 000045
【図６】
2010002509.tif 000046
【図７】
2010002509.tif 000047