(57)【要約】  【課題】誘導発熱方式の定着装置に用いられる、耐久性を向上させた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５６であって、３層以上の金属層（酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７）が積層された複合金属層を含み、複合金属層は、各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで、互いに打ち消しあうように、各層の熱膨張率と膜厚とが調整されている。  【選択図】図３
2010002655.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、
３層以上の金属層が積層された複合金属層を含み、
前記複合金属層は、
各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで、互いに打ち消しあうように、各層の熱膨張率と膜厚と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】
前記複合金属層は、
２種以上の金属層がＮ層（Ｎは３以上の整数）積層されたものであり、
Ｍ層目（２≦Ｍ≦Ｎ−１、Ｍは整数）の金属層の熱膨張率をα Ｍ、
Ｍ＋１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ＋１、
Ｍ−１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ−１とすると、
α Ｍ＜α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＜α Ｍ−１であり、
α Ｍ＞α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＞α Ｍ−１であること
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Ｍ＋１層目の金属層と、前記Ｍ−１層目の金属層とは、熱膨張率、及び膜厚が略同一であること
を特徴とする請求項２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
前記Ｎは５以上の整数であり、
前記Ｍは、３以上、Ｎ−２以下であり、
前記Ｍ＋２層目の金属層と、前記Ｍ−２層目の金属層とは、熱膨張率、及び膜厚が略同一であること
を特徴とする請求項３に記載の定着ベルト。
【請求項５】
前記Ｍ層目の金属層は、パーマロイ層であること
を特徴とする請求項２に記載の定着ベルト。
【請求項６】
前記Ｍ＋１層目の金属層、及び前記Ｍ−１層目の金属層は、パーマロイでない金属からなる導電層であること
を特徴とする請求項５に記載の定着ベルト。
【請求項７】
前記Ｎは５以上の整数であり、
前記Ｍは、３以上、Ｎ−２以下であり、
前記Ｍ＋１層目の金属層、及び前記Ｍ−１層目の金属層は、銅であり、
前記Ｍ＋２層目の金属層、及び前記Ｍ−２層目の金属層は、銅よりも耐腐食性が高い金属からなる酸化防止層であること
を特徴とする請求項６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】
例えば、特許文献１には、キュリー温度を１００〜３００℃とした磁性体層（整磁合金）と、誘導発熱層（銅）による円筒状またはベルト状の回転体とを用いた定着装置が開示され、また、誘導発熱層の上に弾性層（Ｓｉゴム）と離型層（ＰＦＡ）、回転体の外側に励磁部、及び回転体の内側に回転体より電気抵抗率の低い非磁性材料が配置されており、キュリー温度以上に昇温した部分では、その回転体が非磁性体となり、誘導電流が電気抵抗率の低い非磁性材料を流れるので、その部分の発熱量は小さくなると記載されている。
【特許文献１】特開2007-279672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、上記特許文献１では、磁性体層に用いる整磁合金と誘導発熱層に用いる銅などの低抵抗導電体とは線膨張率が大きく異なるため、上記回転体に定着の際の熱が加わると、各層の熱膨張量の違いによる変形（バイメタル効果）が生じ、回転体の蛇行を規制するためのガイドなどにより、変形した回転体の端部に応力が加わるので、端部から亀裂が生じ破損しやすいという問題がある。
【０００８】
本発明は、誘導発熱方式の定着装置に用いられる、耐久性を向上させた定着ベルト、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】
【０００９】
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、３層以上の金属層が積層された複合金属層を含み、前記複合金属層は、各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果がベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうように各層の熱膨張率と膜厚とが調整されていることを特徴とする。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
課題を解決するための手段に記載した構成により、バイメタル効果による定着ベルトの変形が非常に少なくなり、長期に亘り安定した定着性能を発揮することができ、かつ耐久性を向上させた定着ベルトを提供することができる。
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記複合金属層は、２種以上の金属層がＮ層（Ｎは３以上の整数）積層されたものであり、Ｍ層目（２≦Ｍ≦Ｎ−１、Ｍは整数）の金属層の熱膨張率をα Ｍ、Ｍ＋１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ＋１、Ｍ−１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ−１とすると、α Ｍ＜α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＜α Ｍ−１であり、α Ｍ＞α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＞α Ｍ−１であることを特徴とすることもできる。
【００１２】
これにより、Ｍ層目とＭ＋１層目との間のバイメタル効果と、Ｍ層目とＭ−１層目との間のバイメタル効果とが打ち消しあうので、バイメタル効果による定着ベルトの変形が少なくなる。
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Ｍ＋１層目の金属層と、前記Ｍ−１層目の金属層とは、熱膨張率、及び膜厚が略同一であることを特徴とすることもできる。
【００１３】
これにより、Ｍ層目とＭ＋１層目との間のバイメタル効果と、Ｍ層目とＭ−１層目との間のバイメタル効果とが、相反する関係で、かつ大きさがほぼ等しくなるので、バイメタル効果による定着ベルトの変形がほとんどなくなる。
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Ｎは５以上の整数であり、前記Ｍは、３以上、Ｎ−２以下であり、前記Ｍ＋２層目の金属層と、前記Ｍ−２層目の金属層とは、熱膨張率、及び膜厚が略同一であることを特徴とすることもできる。
【００１４】
これにより、Ｍ＋１層目とＭ＋２層目との間のバイメタル効果と、Ｍ−１層目とＭ−２層目との間のバイメタル効果とが、相反する関係で、かつ大きさがほぼ等しくなるので、バイメタル効果による定着ベルトの変形がさらになくなる。
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Ｍ層目の金属層は、パーマロイ層であることを特徴とすることもできる。
【００１５】
これにより、自己温度制御機能を備える定着装置に用いられるパーマロイを使用した定着ベルトにおいて、バイメタル効果による定着ベルトの変形を少なくすることができ、端部から亀裂が生じ破損しやすいという問題を解決することができる。
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Ｍ＋１層目の金属層、及び前記Ｍ−１層目の金属層は、パーマロイでない金属からなる導電層であることを特徴とすることもできる。
【００１６】
これにより、パーマロイの線膨張率とパーマロイでない金属の線膨張率とが大きく異なり、バイメタル効果が大きいにもかかわらず、当該バイメタル効果の影響を抑制することができる。
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Ｎは５以上の整数であり、前記Ｍは、３以上、Ｎ−２以下であり、前記Ｍ＋１層目の金属層、及び前記Ｍ−１層目の金属層は、銅であり、前記Ｍ＋２層目の金属層、及び前記Ｍ−２層目の金属層は、銅よりも耐腐食性が高い金属からなる酸化防止層であることを特徴とすることもできる。
【００１７】
これにより、上記効果に加えて、発熱層に銅を用いることで、磁性材料を使用した場合よりも高い発熱効率を得ることができるとともに、銅の腐食を抑制することができ、また弾性層等の非金属との接着が長期間に渡って良好に維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［実施の形態１］
＜概要＞
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、各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうように、各層の熱膨張率と膜厚と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。
【００１９】
＜構成＞
１．画像形成装置の全体構成
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
定着装置５は、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。
２．定着装置の詳細
図２は、定着装置５の構成を模式的に示す図である。
【００２４】
図２に示すように、定着装置５は、加熱ローラ５１、加圧ローラ５２、磁束発生部５３を備える。なお、図２は、図１の定着装置１における定着装置５を、右が下となるように右回りに９０度回転させて拡大したものである。
加熱ローラ５１と加圧ローラ12とは互いに平行に配置され、いずれも回転可能に支持されており、また、加圧ローラ５２は、加熱ローラ５１へ向けて軸と垂直の方向に付勢され、加熱ローラ５１と加圧ローラ５２との間にニップが形成される。また、ニップの出口(図中右側)の近傍には、定着後の記録シートを加熱ローラ５１から分離するための分離爪５４が備えられている。
３．加熱ローラの詳細
図３は、加熱ローラ５１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
【００２５】
図３に示すように、加熱ローラ５１は、中心から順に、芯金５１１、断熱層５１２、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９の９層構成になっている。ここで芯金５１１と断熱層５１２とは接着されて、ローラ状の定着ローラ５５を形成している。また、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９は互いに接着されて、無端ベルト状の定着ベルト５６を形成している。なお、定着ベルト５６の内部に定着ローラ５５が挿入され、両者は接着されていない。
【００２６】
本実施の形態では、定着ローラ５５と定着ベルト５６との間にはほとんど隙間がなく、接着されていないにもかかわらず一体となって機能するため、これらを合わせて加熱ローラ５１と呼ぶことにしている。
また、特に、本明細書では、定着ベルト５６内の３層以上の金属層（本実施の形態では、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７）が積層された部分を、特に複合金属層と呼ぶことにする。
（ａ）芯金
芯金５１１は、加熱ローラ５１の全体を支持する支持体であり、十分な耐熱性と強度とを有する必要があり、本実施の形態では、高温時に発熱制御層５１５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補助発熱制御層としての機能を兼ね備えているので、高温において発熱制御層５１５よりも低抵抗である電気抵抗率の低い非磁性材料を用いることが好ましい。従って、芯金５１１の比透磁率は0.99〜2.0の範囲が望ましく、実用的には0.99〜1.1の範囲がより望ましい。また、芯金５１１の体積抵抗率は、1.0〜10.0×10-8Ωmの範囲が望ましく、実用的には1.0〜2.0×10-8Ωmの範囲がより望ましい。
【００２７】
芯金５１１の具体例としては、壁厚4mm程度、外径15〜25mmφの銅製パイブとするか、あるいは、上記の比透磁率及び体積抵抗率の範囲内であれば、ステンレス（SUS）やアルミ等の材質のものを用いることもできる。
ここで、本明細書における 「高温」とは、過昇温状態である温度範囲を示し、より具体的には発熱制御層５１５のキュリー温度を超える温度を意味する。
（ｂ）断熱層
断熱層５１２は、定着ベルト５６において発生した熱を芯金５１１へ逃がさないようにし、かつ定着ベルト５６のたわみを許容してニップ幅を大きく保ち、良好な印字品質を得るための層である。従って、断熱層５１２の材質は、熱伝導率が低く、かつ耐熱性および弾性を有するゴム材や樹脂材のスポンジ体(断熱構造体)が好ましく、また、ソリッド体とスポンジ体との２層構造のものを使用してもよい。
【００２８】
断熱層５１２の具体例としては、シリコンスボンジ材を用いる場合は、厚さ1〜10mmの範囲が望ましく、実用的には2〜7mmの範囲がより望ましい。また、断熱層５１２の硬度は、アスカーC硬度で20〜60度の範囲が望ましく、実用的には30〜50度の範囲がより望ましい。また、加熱ローラ５１全体としてのローラ硬度は、アスカーC硬度で30〜90度程度が望ましい。
【００２９】
なお、本明細書ではカラーデジタルプリンタを例に本願の特徴を説明しているが、例えば１色の画像形成部のみを有する単色プリンタにも本発明を適用することもでき、このような場合には、断熱層５１２は無くても良好な印字品質を得ることができる。
（ｃ）発熱制御層
発熱制御層５１５は、常温において芯金５１１よりも適度に体積抵抗率の大きい磁性体の層であって、かつ定着温度と同程度のキュリー温度を有する材質を用いる。例えば発熱制御層５１５の比透磁率は、50〜2000の範囲が望ましく、実用的には100〜1000の範囲がより望ましい。また、キュリー温度より低温の温度範囲における発熱制御層５１５の体積抵抗率は、2〜200×10-8Ωmの範囲が望ましく、実用的には5〜100×10-8Ωmの範囲がより望ましい。また、発熱制御層５１５の厚みは、20〜200μｍの範囲が望ましく、実用的には40〜100μｍの範囲がより望ましい。さらには、目標とする定着温度が約180℃(170〜190℃)の場合には、キュリー温度を150〜220℃の範囲とするのが望ましく、理想的には180〜200℃の範囲とするのがより望ましい。
【００３０】
本実施の形態では、発熱制御層５１５に、キュリー温度が190℃のパーマロイを使用している。パーマロイは、ニッケルの比率が高いほどキュリー温度の高いものを得ることができるので、パーマロイの成分比によって発熱制御層５１５のキュリー温度を調整する。また、クロム、バルト、モリブデン等を含む合金とし、これらの比率を調整することによってもキュリー温度の調整が可能である。
（ｄ）模擬主発熱体層、主発熱体層
主発熱体層５１６は、磁束発生部５３が発生する磁束を受けて誘導電流が誘起されて発熱する層であり、模擬主発熱体層５１４は、熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうようにするために追加された調整用の層である。
【００３１】
本案施の形態では、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６に非磁性材を用いることとし、特に良好な導電性を有する銅、銀等を薄膜にして用いることにより、比透磁率は低くても、磁性材料を使用した場合よりも高い発熱効率を得ている。また、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の比透磁率は、1.0〜2.0の範囲が望ましい。また、良好な発熱性を得るために、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の厚みは、5〜40μｍの範囲が望ましい。また、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の体積抵抗率は、高温において、発熱制御層５１５の体積抵抗率より小さいものとする。また高温における模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の体積抵抗率は、芯金５１１とほぼ同程度であることが望ましく、具体的には、1.0〜10.0×10-8Ωmの範囲が望ましく、1.0〜2.0×10-8Ωmの範囲がより望ましい。
【００３２】
模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の具体例としては、銅を用いる場合は、厚さ10μｍ程度が望ましい。
（ｅ）酸化防止層
酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７は、それぞれ、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の酸化を防止するための層である。各酸化防止層が各酸化防止層と外気（空気）との接触を断ち、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６の腐食を抑制することができ、また主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、及び弾性層５１８の接着が長期間に渡って良好に維持される。特に主発熱体層５１６が銅である場合には、銅における酸化皮膜の成長が激しく、酸化皮膜自体の強度が非常に弱いため、酸化防止層５１７が無いと酸化皮膜層内で剥離が発生しやすいので、より効果的である。
【００３３】
また、酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７の材料は、少なくとも銅よりも耐腐食性が高く、かつ気性が皆無である金属材料が望ましく、さらに、発熱性能への影響を少なくするために、なるべく非磁性かつ低抵抗の材料で薄く形成すると良い。例えば、ニッケル、クロム、銀は、薄肉形成が比較的容易で発熱性能への影響が小さく、かつ弾性層との接着性も良好なため、特に適している。また、酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７の厚みは、厚さが0.5μｍ未満ではピンホールによってシール性が悪化し、厚さが5μｍを超えていると発熱性能に影響し過昇温の防止効果に悪影響を与えるので、0.5〜5μｍの範囲が望ましい。
【００３４】
なお、この酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７の材料としてポリイミド樹脂を用いても良い。ポリイミド樹脂は絶縁体であるため発熱性能への影響は皆無である。しかしながらポリイミド樹脂は金属材料に比べ若干の通気性を有するため、厚さが3μｍ未満であるとシール性が不十分となり酸化皮膜が成長し、また、厚みが30μｍを超えていると主発熱体層５１６において発生した熱を加熱ローラ５１の外周面まで到達させることが難しくなり熱効率が悪くなるので、その厚みは3〜30μｍの範囲が望ましい。
（ｆ）弾性層
弾性層５１８は、トナー像に均一かつ柔軟に熱を伝え、トナー像が押しつぶされたり不均一な溶融となることによる画像ノイズの発生を防止するための層である。従って、弾性層５１８の材質は、耐熱性と弾性とを有するゴム材や樹脂材が好ましい。
【００３５】
弾性層５１８の具体例としては、例えば、定着温度での使用に耐えられるシリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性エラストマーが適している。なお、上記の材料に熱伝導性や補強等を目的とした各種の充填材を混入してもよい。例えば、熱伝導性の向上のために充填される粒子としては、ダイヤモンド、銀、銅、アルミニウム、大理石、ガラス等が挙げられ、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い。
【００３６】
また、弾性層５１８の厚みは、厚さが10μｍ未満では厚さ方向に十分な弾力性を得ることが難しく、また、厚さが800μｍを超えていると、主発熱体層５１６において発生した熱を加熱ローラ５１の外周面まで到達させることが難しくなり熱効率が悪くなるので、その厚みは10〜800μｍの範囲が望ましく、100〜300μｍの範囲がより望ましい。
また、弾性層５１８の硬度は、JIS硬度で1〜80度の範囲が望ましく、5〜30度の範囲がより望ましい。この範囲の硬度であれば、弾性層５１８の強度の低下や密着性の低下を防止しつつ、安定した定着性を確保できる。
【００３７】
硬度がこの範囲となるシリコーンゴムとしては、例えぽ、１成分系、２成分系、あるいは３成分系以上のシリコーンゴムや、LTV(Low Temperature Vulcanizable：低温加硫)型、RTV (Room Temperature Vulcanizable:常温加硫型）、HTV(High Temperature Vulcanizable：高温加硫)型、縮合型、及び付加型のシリコーンゴムが使用できる。本実施の形態では、JIS硬度10度で厚さ200μｍのシリコーンゴムを使用している。
（ｇ）離型層
離型層５１９は、加熱ローラ５１の最外層であり、記録シートとの離型性を高めるための層である。従って、離型層５１９の材質は、定着温度での使用に耐えられるとともにトナーに対する離型性に優れた、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、PFA(四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体)、PTFE(四フッ化エチレン)、FEP(四フッ化エチレン・六フッ化エチレン共重合体)、PFEP (四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体)等のフッ素樹脂、及びこれらを混合したものが好ましい。
【００３８】
また、離型層５１９の厚みは、5〜100μｍの範囲が望ましく、10〜50μｍの範囲がより望ましい。
なお、離型層５１９と弾性層５１８との接着力を向上させるために、プライマー等による接着処理を行ってもよい。また、離型層５１９の中に、必要に応じて、導電材、耐摩耗材、良熱伝導材等をフィラーとして添加してもよい。
（ｈ）定着ベルトの製造方法の例
まず、後に酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７となるニッケル板と、後に模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６となる銅板と、後に発熱制御層５１５となるパーマロイ板とをそれぞれ圧延し、これらを順番通りに重ねてクラッド化し、これに絞り加工、スピニング加工、DI加工(ドローイング・アイアニング加工)などの塑性加工を施して、無端状のベルトに成形する。続いて、当該ベルトの外周面に、弾性層５１８となるシリコーンゴムのシートと、離型層５１９となるフッ素ゴムのシートとを接着剤により接合し、定着ベルト５６が完成する。ここで接着剤による接着の際には、例えば、東レ・ダウコーニング社製の「プライマーＣ」を用いると効果的である。
【００３９】
また、上記無端状のベルトにおいて、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６、及び酸化防止層５１７は大変薄い層なので、後に発熱制御層５１５となるパーマロイ板のみを圧延し、これに絞り加工、スピニング加工、DI加工(ドローイング・アイアニング加工)などの塑性加工を施して、無端状のベルトに成形した後、模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６となる銅と、酸化防止層５１３、及び酸化防止層５１７となるニッケルを、メッキ加工や塗布皮膜によって形成してもよい。
４．加圧ローラの詳細
図２に示すように、加圧ローラ５２は、中心から順に、芯金５２１、断熱層５２２、及び離型層５２３の３層構成になっている。
【００４０】
なお、本実施の形態では、加圧ローラ５２は加熱ローラ５１に対して300〜500Nの荷重で加圧されており、ニップ幅は約5〜15mmとなっているが、加圧ローラ５２の荷重を変更することにより、異なるニップ幅に調整することも可能である。
（ａ）芯金
芯金５２１は、加圧ローラ５２の全体を支持する支持体であり、十分な耐熱性と強度とを有する必要がある。
【００４１】
芯金５２１の具体例としては、壁厚3mm程度、外径15〜25mmφのアルミ製パイプとするか、あるいは、金属ではないが、ポリフェニレンサルファイド樹脂（PPS）のような耐熱性に優れた材質によるモールドのパイプを用いてもよい。なお、鉄パイプを使用することも不可能ではないが、電磁誘導による影響を受けにくい非磁性のものがより好ましい。
（ｂ）断熱層
断熱層５２２は、芯金５２１の外周に設けられ、ニップの熱を芯金５２１へ逃がさないようにするための層である。従って、断熱層５２２の材質は、熱伝導率が低く、かつ耐熱性を有する必要がある。
【００４２】
断熱層５２２の具体例としては、厚さ3〜10mmの範囲のシリコーンスポンジゴムの層であり、また、シリコーンゴムとシリコーンスポンジとの２層構造のものを使用してもよい。
（ｃ）離型層
離型層５２３は、加圧ローラ５２の最外層であり、加熱ローラ５１の離型層５１９と同様に、記録シートとの離型性を高めるための層である。従って、離型層５２３の材質は、離型層５１９と同様である。
【００４３】
また、離型層５２３の厚みは、10〜50μｍの範囲が望ましい。
５．磁束発生部の詳細
磁束発生部５３は、加熱ローラ５１の外周に対面するとともに、加熱ローラ５１の回転軸方向に沿って、加熱ローラ５１と平行に配置され、定着ベルト５６及び定着ローラ５５へ向けて磁束を発生させる。
【００４４】
図２に示すように、磁束発生部５３は、励磁コイル５３１、高周波インバータ５３２、磁性体コア５３３、コイルボビン５３４、サーミスタ５３５、及び制御部５３６を備える。
（ａ）励磁コイル
励磁コイル５３１は、加熱ローラ５１の長手方向に沿って巻かれたコイルであり、その横断面(図２参照)は、加熱ローラ５１の外周に倣ってやや湾曲した形状となっている。また励磁コイル５３１には、高周波インバータ５３２が接続され、高周波電力が供給される。
【００４５】
本実施の形態では、励磁コイル５３１の巻き線として、細い素線を数十〜数百本束ねてリッツ線としたものを使用している。また励磁コイル５３１は通電時に自己発熱するので、高温でも絶縁性を保てるように、巻き線に耐熱性の樹脂が被覆されたものを使用している。さらに、例えばファン等によって、励磁コイル５３１を空冷するとよい。なお、本実施の形態の励磁コイル５３１は、その長手方向に一繋がりのものであり、複数個に分断されてはいない。
（ｂ）高周波インバータ
高周波インバータ５３２は、励磁コイル５３１に、20〜40kHz、100〜2000Wの高周波電力を供給する。
【００４６】
本実施の形態では、高周波インバータ５３２の出力周波数を20〜40kHzとしたので、発熱効率が高く、十分高い定着温度を得ることができる。ここで、出力周波数を20kHz未満にとすると、発熱効率が大きく低下し、また反対に、出力周波数を40kHzより大きくすると、連続通紙時に電力供給が不足し、必要な定着温度を得ることができず、定着不良が発生するおそれがあるので好ましくない。
（ｃ）磁性体コア
磁性体コア５３３は、磁気回路の効率を上げ、かつ磁気を遮蔽するためのものであり、メインコア５３３ａ、端部コア５３３ｂ、裾コア５３３ｃを含む。メインコア５３３ａは、横断面が図２に示すようなアーチ形状である。本実施の形態では、長さが約10mmのコア片を、加熱ローラ５１の軸方向に１３個配置している。なお、メインコア５３３ａとして、中央部に加熱ローラ５１側へ突出した部分がある断面が略「E」字の形状のものを使用することもでき、この形状のものを使用すれば、さらに発熱劾率を高めることができる。また、端部コア５３３ｂは、横断面が四角形状で長さが5〜10mmのコア片を、加熱ローラ５１の両端部に配置したものである。また、裾コア５３３ｃは、横断面が四角形状のものを、加熱ローラ５１の長手方向寸法に略対応した範囲に速続的に配置したものである。
【００４７】
また、磁性体コア５３３は高透磁率であり、かつ渦電流の損失が低い材質で形成されている。本実施の形態の磁性体コア５３３のキュリー温度は、140〜220℃の範囲が望ましく、160〜200℃の範囲がより望ましい。本実施の形態では高周波を用いるためコア内における渦電流の損失が大きくなりがちであり、さらに、パーマロイのような高透磁率の合金によるコアでは渦電流の損失が大きくなりがちであるので、薄板を積層した構造とすることが望ましい。
【００４８】
なお、励磁コイル５３１と磁性体コア５３３とによる磁気回路部分の磁気遮蔽が、他の手段によって十分になされる場合には、コアなしにしてもよい。さらに、磁性体コア５３３として、樹脂材に磁性粉を分散させたものを用いることもでき、透磁率はやや低いが、形状を自由に設定できるという利点がある。
（ｄ）コイルボビン
コイルボビン５３４は、電線を巻いて励磁コイル５３１を形作るための空芯である。
（ｅ）サーミスタ
サーミスタ５３５は、加熱ローラ５１の表面に当接して配置され、加熱ローラ５１の定着前の表面温度を検出する。
【００４９】
加熱ローラ５１の配置位置は、ローラ軸方向については、どのサイズの記録シートを通紙した場合であっても記録シートが通過する箇所であり、例えば、加熱ローラ５１に対して左寄せで通紙されるのであれば、加熱ローラ５１の左端部の近くに配置される。また、加熱ローラ５１の回転方向については、定着ニップの入口よりやや上流側に配置される。
なお、加熱ローラ５１の定着前の表面温度の検出は、サーミスタに限らず、他の非接触式の温度センサによって行ってもよい。
（ｆ）制御部
制御部５３６は、加熱ローラ５１の定着前の表面温度が適切な定着温度の範囲内となるように、定着処理時はサーミスタ５３５による検出結果に基づいて、高周波インバータ５３２を制御する。
【００５０】
ここで適切な定着温度は、トナーの種類等に応じてあらかじめ設定されており、例えば、100〜200℃程度である。
＜動作＞
定着処理時には、図２中の矢印で示すように、加圧ローラ５２が図中時計回りに回転駆動される。これにより、加熱ローラ５１は、加圧ローラ５２との摩擦力によって、図中反時計回りに従動回転される。なお、この駆動と従動との関係は逆であってもよい。
【００５１】
また、制御部５３６による制御に基づいて、高周波インバータ５３２が、励磁コイル５３１に高周波電力を供給する。これにより励磁コイル５３１が磁束を発生し、これが磁性体コア５３３の内部を通って、磁性体コア５３３の突起部間から外部に出て加熱ローラ５１に至る。
このとき、発熱制御層５１５がキュリー温度よりも低温であれば、発熱制御層５１５は透磁率が高い状態なので、シールド効果により、磁束は加熱ローラ５１の内周側へほとんど漏れない。従って、発熱制御層５１５のキュリー温度よりも低温であれば、励磁コイル５３１が発生する磁束のほとんどは、主発熱体層５１６と発熱制御層５１５との厚さの中を加熱ローラ５１の周方向に通って、磁束発生部５３へ戻るので、これらの層では磁束密度が非常に高い。例えば、ウォームアップ時はこのような状態であるので、主発熱体層５１６と発熱制御層５１５とがともに発熱する。さらに本実施の形態では、発熱に寄与する層(主発熱体層５１６と発熱制御層５１５)の熱容量が小さく、かつ断熱層５２２によって定着ベルト５６が断熱されていることから、より短時間で昇温させることができる。
【００５２】
さらに本実施の形態では、主発熱体層５１６が非磁性材であるが、非常に薄い層であるため、主発熱体層５１６による発熱量が大きい。このことは、次のように説明できる。一般に、高周波の交番電界を印加した場合に、導電層に誘導される渦電流は、いわゆる表皮効果のために表面層に集中し、内部にはあまり流れない。
表皮効果の程度は、以下の式１で表される。
【００５３】
δ  ＝  √  （ρ／（π・ｆ・μ））      … (式１)
ただし、δは浸透深さ(電流密度が表面の1/eになる深さ)、fは交番電圧の周波数、μは透磁率、ρは体積抵抗率である。ここで、浸透深さδ当たりの抵抗は、以下の式２に示す表皮抵抗Rで表され、このRを用いて導電層の発熱量Pは以下の式3で表される。
Ｒ  ＝  ρ／δ        …(式２)
Ｐ  ＝  Ｒ・Ｉ２      … (式３)
ただし、Ｉは、渦電流である。
【００５４】
磁性材の発熱層では、この表皮効果により、層自体の厚さにかかわらず渦電流の流れる範囲が限定されるので、電流密度が大きく発熱量も大きい。非磁性材の揚合は、表皮効果が小さく渦電流が層全体に流れる。本形態の主発熱体層５１６は、非磁性材の非常に薄い層であるので、渦電流が層全体に流れたとしても電流密度が大きく、十分な発熱量を得ることができる。また、低抵抗の模擬主発熱体層５１４、及び主発熱体層５１６により、芯金５１１への磁束の漏れがより防止されている。
【００５５】
このように発生した熱は、主発熱体層５１６に接着されている、酸化防止層５１７、弾性層５１８を介して、加熱ローラ５１の表面へ伝達される。また、加熱ローラ５１の表面温度が適切な定着温度となるように、制御部５３６によって高周波インバータ５３２が制御される。トナー像を担持する記録シートＳは、トナー像の載っている面を加熱ローラ５１の側に向けた状態で、加熱ローラ５１と加圧ローラ５２との間のニップに挿入され、図２における左方向から右方向へと、記録シートＳがニップを通過する間に、トナーが溶融されて定着される。
【００５６】
ニップを通過した記録シートＳは、加熱ローラ５１から分離されて後段へと搬送される。ここで記録シートＳがニップを通過した後も、加熱ローラ５１に張り付いたままであれぽ、分離爪５４によって加熱ローラ５１から強制的に分離されるので、記録シートＳのジャムが防止されている。なお、分離爪５４の先端部は、加熱ローラ５１の表面に接触していてもしていなくてもよい。
【００５７】
定着処理により、記録シートＳ及びトナーによって加熱ローラ５１の表面から熱が奪われるため、ローラの軸方向について、記録シートＳが通紙された範囲では加熱ローラ５１の表面温度が下がり、記録シートＳが通紙されない範囲では加熱ローラ５１の表面温度はほとんど下がらない。一方、サーミスタ５３５は、記録シートＳが通紙される箇所で温度を検出する。従って、制御部５３６は、サーミスタ５３５の検出結果を受けて、記録シートＳが通紙される箇所の温度が定着温度となるように高周波インバータ５３２を制御する。
【００５８】
比較的シート幅が小さい記録シートＳを連続して定着処理すると、記録シートＳが通紙されない範囲では温度が特に上昇し、この範囲の発熱制御層５１５の温度がキュリー温度を超える。すると、この範囲の発熱制御層５１５の透磁率が大きく低下し、シールド効果が弱くなるので、磁束の大部分が主発熱体層５１６、発熱制御層５１５、及び模擬主発熱体層５１４を貫通してさらに内周側へ漏れる。よって、この範囲の主発熱体層５１６、及び発熱制御層５１５による発熱量も大きく低下する。
【００５９】
さらに本実施の形態では、芯金５１１が補助発熱制御層として機能する。発熱制御層５１５の温度がキュリー温度を超えた範囲において、主発熱体層５１６、発熱制御層５１５、及び模擬主発熱体層５１４を貫通してさらに内周側へ漏れた磁束は、芯金５１１に到達する。ここで芯金５１１は、例えば銅製パイプであり低抵抗であるので、容易に渦電流が発流れるため、芯金５１１に到達した磁束による渦電流は大部分が芯金５１１内で発生するがほとんど発熱はしない。また、芯金５１１に発生した渦電流によって逆起電力が生じ、これにより発生する磁束が元の磁束を打ち消す方向に働く。そのため、主発熱体層５１６と発熱制御層５１５とに作用する磁束の密度がさらに低下し、これらの発熱量がさらに低下する。よって、発熱制御層５１５の温度がキュリー温度を超えた範囲においては、加熱ローラ５１の半径方向のいずれの箇所においてもほとんど発熱しない状態となる。
【００６０】
従って、過昇温となった箇所では、発熱制御層５１５の透磁率の変化ともに、発熱量が大きく低下する。一方、通紙範囲では発熱量が低下しない。なぜなら、通紙範囲においては、発熱制御層５１５の透磁率が低下せず、磁束密度の分布が変化しないからである。また、芯金５１１が補助発熱制御層として機能することにより、発熱制御層５１５の透磁率が変化した際に、発熱量をさらに低下させることができる。さらに、本実施の形態では補助発熱制御層である芯金５１１の厚さが他の層に比較して大きいので、補助発熱制御層の発熱量を有効に抑制でき、定着装置の全体として熱効率のよいものとなっている。
【００６１】
また本形態では、主発熱体層５１６と発熱制御層５１５とが積層されているので、表面温度の変化が発熱制御層５１５に素早く伝わる。従って、加熱ローラ５１の一部において、その表面温度が定着に適した温度を超えて高くなるとすぐに、その部分の発熱量が大きく低下するので、過昇温状態が続くことがない。但し、このような効果が得られるように、発熱制御層５１５のキュリー温度が選択されている。また、本実施の形態では、補助発熱制御層として芯金５１１を使用しているので、補助発熱制御層を定着ベルト内に積層した場合と比較して、定着ベルトの熱容量が小さい。従って、ウォームアップ時間をより短縮することができる。
【００６２】
さらに本実施の形態では、非磁性体の主発熱体層５１６を有している。特に、この主発熱体層５１６をごく薄いものとしたので、総発熱量が大きい。従って、投入電力の制御可能な範囲が広いものとなっている。また、主発熱体層５１６の熱容量が小さいので、ウォームアップ時間が短い。
［変形例］
実施の形態１では、定着ベルト内の複合金属層の層構成を、酸化防止層５１３（ニッケル）、模擬主発熱体層５１４（銅）、発熱制御層５１５（パーマロイ）、主発熱体層５１６（銅）、酸化防止層５１７（ニッケル）の５層構造としたが、各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうように、各層の熱膨張率と膜厚とが調整されていれば、いかなる層構成であってもよい。例えば、複合金属層が、実施の形態１の定着ベルト５６から酸化防止層５１７（ニッケル）を除いた４層構造としてもよいし、酸化防止層５１３（ニッケル）と模擬主発熱体層５１４（銅）とに代えて、模擬主発熱体層（ニッケル）とし、主発熱体層５１６（銅）と酸化防止層５１７（ニッケル）とに代えて、主発熱体層（ニッケル）とした３層構造としてもよい（以下に説明する図４に記載）。また模擬主発熱体層と主発熱体層の材質は同じでなくてもよいが、発熱制御層に対する膨張率の大小関係は同じでなければならない。
【００６３】
＜検証＞
（ａ）第１の実験
まず、従来の定着ベルトにおける加熱時の変形量を調べた。
本実験では、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）の上に、順に銅10μｍ（主発熱体層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層し、１８０℃まで加熱した時のベルトに生じる変形量を解析した。その結果、従来の定着ベルトの両端部に、全周に亘り０．１mm程度の変形が生じていることが確認された。
（ｂ）第２の実験
次に、様々な層構成の定着ベルトについて、それぞれ１８０℃程度に加熱し、最大３０万枚の通紙を行い、破損の有無を調べ、耐久性を判定した。
【００６４】
図４は、本実験において検証した各定着ベルトの層構成、及び耐久性の判定結果を示す図である。
図４において、定着ベルトＡ、Ｂは、比較の為に検証した従来の定着ベルトであり、、定着ベルトＣ、Ｄ、Ｅは、本願の定着ベルトである。
定着ベルトＡは、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）の上に、順に銅10μｍ（主発熱体層）、ニッケル5μｍ（酸化防止層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層したものである。
【００６５】
定着ベルトＢは、第１の実験で使用したものと同じ層構成であり、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）の上に、順に銅10μｍ（主発熱体層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層したものである。
定着ベルトＣは、順に、ニッケル1μｍ（酸化防止層）、銅10μｍ（模擬主発熱体層）、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）、銅10μｍ（主発熱体層）、ニッケル1μｍ（酸化防止層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層したものである。
【００６６】
定着ベルトＤは、順に、銅10μｍ（模擬主発熱体層）、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）、銅10μｍ（主発熱体層）、ニッケル1μｍ（酸化防止層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層したものである。
定着ベルトＥは、順に、ニッケル5μｍ（模擬主発熱体層）、パーマロイ30μｍ（発熱制御層）、ニッケル5μｍ（主発熱体層）、シリコーンゴム200μｍ（弾性層）、ＰＦＡ30μｍ（離型層）を積層したものである。
【００６７】
図４に示すように、定着ベルトＡ、Ｂの耐久性の判定結果は「×」であり、ほとんどが１０〜１２万枚の通紙を行った時点で端部に亀裂が入り、破損して使用不能となった。
また、定着ベルトＣ、Ｄ、Ｅの耐久性の判定結果は「○」であり、３０万枚の通紙を行なっても破損には至らず、継続して使用可能であった。
＜まとめ＞
以上に説明したように、実施の形態１、及びその変形例によれば、定着ベルト内の３層以上の金属層が積層された複合金属層において、各層の熱膨張量の違いによるバイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうように、各層の熱膨張率と膜厚とが調整されているので、バイメタル効果による定着ベルトの変形が非常に少なくなり、長期に亘り安定した定着性能を発揮することができ、耐久性を向上させた定着ベルトを提供することができる。
【００６８】
さらに、加熱ローラ５１に、主発熱体層５１６と発熱制御層５１５と補助発熱制御層（芯金５１１）とを有することにより、定着ベルト５６において、表面温度が発熱制御層５１５のキュリー温度を超えた箇所の透磁率が大きく低下するので磁束密度が大きく低下し、その箇所だけ発熱量が減少する。よって、小サイズの記録シートを連続通紙した場合であっても、部分的な過昇温が発生せず、安定した定着性能を発揮することができる。
【００６９】
なお、実施の形態１、及びその変形例では、複合金属層において、発熱制御層に対し、これにベルト周回経路の内側と外側とにそれぞれ隣接する主発熱体層、及び模擬主発熱体層の材質と層厚とを略同一とすることにより、バイメタル効果が、ベルト周回経路の内側と外側とで互いに打ち消しあうようにしているが、主発熱体層と模擬主発熱体層とは必ずしも同一の材質や同一の層厚でなくても、例えば、異なる材質で熱膨張率が略同一であってもよいし、またそれぞれと発熱制御層との熱膨張率の大小関係が同じであっても同様の効果が得られる。
【００７０】
具体的には、複合金属層をＮ層とし（但し、Ｎは３以上の整数）、発熱制御層をＭ層目（但し、２≦Ｍ≦Ｎ−１、Ｍは整数）とし、Ｍ層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ、Ｍ＋１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ＋１、Ｍ−１層目の金属層の熱膨張率をα Ｍ−１とするとき、α Ｍ＜α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＜α Ｍ−１であり、α Ｍ＞α Ｍ＋１のときは、α Ｍ＞α Ｍ−１であればよい。
【００７１】
さらに、複合金属層が５層以上、Ｍが３以上、Ｎ−２以下の場合には、Ｍ＋２層目の金属層とＭ−２層目の金属層との、熱膨張率、及び膜厚が略同一であれば、なおよい。また、Ｍ＋１層目の金属層、及びＭ−１層目の金属層を銅とするときは、記Ｍ＋２層目の金属層、及びＭ−２層目の金属層は、銅よりも耐腐食性が高い金属からなる酸化防止層であるとよい。
【００７２】
なお、実施の形態１における定着装置の形状や方式等は一例であって、定着ベルトに、誘導発熱方式により加熱される金属層を備えるものであれば、他の形状や方式等の定着装置であっても、当該技術は同様に適応できる。
［実施の形態２］
＜概要＞
実施の形態２は、実施の形態１と定着装置内の加熱ローラの構成のみが事なり、定着ローラの外径を、定着ベルトの内径よりも小さくして、定着ベルトから定着ローラへ逃げる熱量を小さくし、ウォームアップ時間をさらに短縮するものである。
【００７３】
なお、実施の形態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。
＜構成＞
１．画像形成装置の全体構成
実施の形態２の像形成装置は、図１に示す実施の形態１の画像形成装置１おいて、定着装置５を定着装置８に置き換えたものである。
２．定着装置の詳細
図５は、定着装置８の構成を模式的に示す図である。
【００７４】
図５に示すように、定着装置８は、図２に示す定着装置５と較べて、加熱ローラ８１のみが異なる。
図６は、加熱ローラ８１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
図６に示すように、加熱ローラ８１は、中心から順に、芯金８１１、断熱層５１２、補助発熱制御層８１２、発熱制御層８１３、酸化防止層５１３、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９の９層構成になっている。ここで実施の形態１と同様に、芯金８１１と断熱層５１２とは接着されて、ローラ状の定着ローラ８２を形成している。また、酸化防止層５１３、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９は互いに接着されて、無端ベルト状の定着ベルト８３を形成している。また、補助発熱制御層８１２と発熱制御層８１３とは互いに接着されて、板状の摺接部材８４を形成している。なお、定着ベルト８３の内部に、定着ローラ８２及び摺接部材８４が挿入され、これらは互いに接着されていない。また、摺接部材８４と定着ベルト８３とは接触しており、摺接部材８４と定着ローラ８２とは接触していない。
【００７５】
図５に示すように、定着ローラ８２は定着ベルト８３を挟んで、加圧ローラ５２に圧接され、かつ定着ローラ８２の外径が、定着ベルト８３の内径よりかなり小径に形成されているので、定着ベルト８３の内部上方において定着ローラ８２と定着ベルト８３との間に空間ＳＰがある。この空間ＳＰ内に、摺接部材８４が固定されて配置されている。また摺接部材８４は、図５に示すように、定着ベルト８３の回転方向に沿った断面の形状が円弧形で、奥行き方向に加熱ローラ８１とほぼ同等の長さを有しており、定着ベルト８３は、定着ローラ８２と摺接部材８４とに架け渡されている。
【００７６】
本実施の形態では、摺接部材８４の定着ベルト８３に接触する側の面は、定着ベルト８３の内周側に沿って湾曲した曲面となっている。従って、摺接部材８４の上面に位置する発熱制御層８１３と、定着ベルト８３の内周側に位置する酸化防止層５１３とが、常時接触している状態となる。
以上のような構造により、定着装置８は、定着ベルト８３と定着ローラ８２との接触面積が小さいので、定着ベルト８３から定着ローラ８２へ逃げる熱量が小さく熱効率がよい。また、発熱制御層８１３を定着ベルト８３内に設けていないので、その分定着ベルト８３の熱容量を小さくできる。従って、ウォームアップ時間を短縮することができる。
（ａ）芯金
芯金８１１は、加熱ローラ８１の全体を支持する支持体であり、十分な耐熱性と強度とを有する必要があるが、実施の形態１の芯金５１１のように、補助発熱制御層としての機能を兼ね備える必要はない。
【００７７】
芯金８１１の具体例としては、壁厚4mm程度、外径15〜25mmφの銅製パイブとするか、あるいは、ステンレス（SUS）やアルミ等の材質のものを用いることもできる。
（ｂ）補助発熱制御層
補助発熱制御層８１２は、高温時に発熱制御層８１３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層である。従って、高温において発熱制御層８１３よりも低抵抗である電気抵抗率の低い非磁性材料を用いることが好ましい。従って、補助発熱制御層８１２の比透磁率は0.99〜2.0の範囲が望ましく、実用的には0.99〜1.1の範囲がより望ましい。また、補助発熱制御層８１２の体積抵抗率は、1.0〜10.0×10-8Ωmの範囲が望ましく、実用的には1.0〜2.0×10-8Ωmの範囲がより望ましい。
【００７８】
補助発熱制御層８１２の具体例としては、膜厚0.2〜1.0mm程度の銅製とするか、あるいは、上記の比透磁率及び体積抵抗率の範囲内であれば、SUSやアルミ等の材質のものを用いることもできる。
（ｃ）発熱制御層
発熱制御層８１３は、常温において補助発熱制御層８１２よりも適度に体積抵抗率の大きい磁性体の層であって、かつ定着温度と同程度のキュリー温度を有する材質を用いる。例えば発熱制御層８１３の諸特性は、実施の形態１の発熱制御層５１５と同様である。また、発熱制御層８１３の厚みは、20〜1000μmの範囲が望ましく、実用的には40〜200μmの範囲がより望ましい。
（ｄ）摺接部材の製造方法の例
後に補助発熱制御層８１２となる銅板と、後に発熱制御層８１３となるパーマロイ板とをそれぞれ圧延し、これらを順番通りに重ねてクラッド化し、これにプレス加工を施して成形し、摺接部材８４が完成する。
（ｅ）定着ベルトの製造方法の例
まず、後に酸化防止層５１３となるニッケル板と、後に主発熱体層５１６となる銅板と、後に酸化防止層５１７となるニッケル板とをそれぞれ圧延し、これらを順番通りに重ねてクラッド化し、これに絞り加工、スピニング加工、DI加工(ドローイング・アイアニング加工)などの塑性加工を施して、無端状のベルトに成形する。続いて、当該ベルトの外周面に、弾性層５１８となるシリコーンゴムのシートと、離型層５１９となるフッ素ゴムのシートとを接着剤により接合し、定着ベルト８３が完成する。ここで接着剤による接着の際には、例えば、東レ・ダウコーニング社製の「プライマーＣ」を用いると効果的である。
【００７９】
また、上記無端状のベルトにおいて、酸化防止層５１３、主発熱体層５１６、及び酸化防止層５１７は大変薄い層なので、後に酸化防止層５１３となるニッケル板、後に主発熱体層５１６となる銅板、及び後に酸化防止層５１７となるニッケル板のいずれか１つのみを圧延し、これに絞り加工、スピニング加工、DI加工(ドローイング・アイアニング加工)などの塑性加工を施して、無端状のベルトに成形した後、残りの銅、及びニッケル等を、メッキ加工や塗布皮膜によって形成してもよいし、後に酸化防止層５１３となるニッケル、後に主発熱体層５１６となる銅、及び後に酸化防止層５１７となるニッケルの全てをメッキ加工によって形成してもよい。
【００８０】
なお、本実施の形態では、補助発熱制御層８１２と発熱制御層８１３とを固定配置しているので、補助発熱制御層や発熱制御層を定着ベルト内に積層した場合と比較して、定着ベルトの熱容量が小さい。従って、ウォームアップ時間をより短縮することができる。
＜まとめ＞
以上に説明したように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られ、バイメタル効果による定着ベルトの変形が非常に少なくなり、長期に亘り安定した定着性能を発揮することができ、耐久性を向上させた定着ベルトを提供することができ、また、小サイズの記録シートを連続通紙した場合であっても、部分的な過昇温が発生せず、安定した定着性能を発揮することができる。
【００８１】
さらに、定着ベルトから定着ローラへ逃げる熱量を小さくし、ウォームアップ時間を短縮することができる。
［実施の形態３］
＜概要＞
実施の形態３は、実施の形態１、及び２と定着装置内の加熱ローラの構成のみが事なり、実施の形態２と同様に、定着ローラの外径を、定着ベルトの内径よりも小さくして、定着ベルトから定着ローラへ逃げる熱量を小さくし、ウォームアップ時間をさらに短縮するものである。
【００８２】
なお、実施の形態３では、実施の形態１、及び２と同一の構成には同一番号を付し、その説明を省略する。
＜構成＞
１．画像形成装置の全体構成
実施の形態３の像形成装置は、図１に示す実施の形態１の画像形成装置１おいて、定着装置５を定着装置９に置き換えたものである。
２．定着装置の詳細
図７は、定着装置９の構成を模式的に示す図である。
【００８３】
図７に示すように、定着装置９は、図２に示す定着装置５と較べて、加熱ローラ９１のみが異なる。
図８は、加熱ローラ９１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
図８に示すように、加熱ローラ９１は、中心から順に、芯金８１１、断熱層５１２、補助発熱制御層９１１、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９の１０層構成になっている。ここで実施の形態２と同様に、芯金８１１と断熱層５１２とは接着されて、ローラ状の定着ローラ８２を形成している。また、酸化防止層５１３、模擬主発熱体層５１４、発熱制御層５１５、主発熱体層５１６、酸化防止層５１７、弾性層５１８、及び離型層５１９は互いに接着されて、無端ベルト状の定着ベルト５６を形成している。また、補助発熱制御層９１１は単独で、板状の摺接部材９２を形成している。なお、定着ベルト５６の内部に、定着ローラ８２及び摺接部材９２が挿入され、これらは互いに接着されていない。また、摺接部材９２と定着ベルト５６とは接触しており、摺接部材９２と定着ローラ８２とは接触していない。
【００８４】
図７に示すように、実施の形態２と同様に、定着ローラ８２は定着ベルト５６を挟んで、加圧ローラ５２に圧接され、かつ定着ローラ８２の外径が、定着ベルト５６の内径よりかなり小径に形成されているので、定着ベルト５６の内部上方において定着ローラ８２と定着ベルト５６との間に空間ＳＰがある。この空間ＳＰ内に、摺接部材９２が固定されて配置されている。また摺接部材９２は、図７に示すように、定着ベルト５６の回転方向に沿った断面の形状が円弧形で、奥行き方向に加熱ローラ９１とほぼ同等の長さを有しており、定着ベルト５６は、定着ローラ８２と摺接部材９２とに架け渡されている。
【００８５】
本実施の形態では、摺接部材９２の定着ベルト５６に接触する側の面は、定着ベルト５６の内周側に沿って湾曲した曲面となっている。従って、摺接部材９２の上面に位置する補助発熱制御層９１１と、定着ベルト５６の内周側に位置する酸化防止層５１３とが、常時接触している状態となる。
以上のような構造により、定着装置９は、定着ベルト５６と定着ローラ８２との接触面積が小さいので、定着ベルト５６から定着ローラ８２へ逃げる熱量が小さく熱効率がよい。
（ａ）補助発熱制御層
補助発熱制御層９１１は、高温時に発熱制御層５１５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層である。従って、高温において発熱制御層５１５よりも低抵抗である電気抵抗率の低い非磁性材料を用いることが好ましい。従って、補助発熱制御層９１１の諸特性は、実施の形態１の補助発熱制御層８１２と同様である。
（ｂ）摺接部材の製造方法の例
後に補助発熱制御層９１１となる銅板をそれぞれ圧延し、これにプレス加工を施して成形し、摺接部材９２が完成する。
【００８６】
なお、補助発熱制御層を定着ベルト内に積層してもよく、またこの場合には摺接部材９２をなくしてもよいが、本実施の形態では、補助発熱制御層９１１を固定配置しているので、補助発熱制御層を定着ベルト内に積層した場合と比較して、定着ベルトの熱容量が小さい。従って、ウォームアップ時間をより短縮することができる。
＜まとめ＞
以上に説明したように、実施の形態３においても、実施の形態１と同様の効果が得られ、バイメタル効果による定着ベルトの変形が非常に少なくなり、長期に亘り安定した定着性能を発揮することができ、耐久性を向上させた定着ベルトを提供することができ、また、小サイズの記録シートを連続通紙した場合であっても、部分的な過昇温が発生せず、安定した定着性能を発揮することができる。
【００８７】
さらに、定着ベルトから定着ローラへ逃げる熱量を小さくし、ウォームアップ時間を短縮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
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、誘導発熱方式の定着装置に用いられる耐久性を向上させた定着ベルトを製造することができるので、その産業的利用価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【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】加熱ローラ５１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
【図４】本実験において検証した各定着ベルトの層構成、及び耐久性の判定結果を示す図である。
【図５】定着装置８の構成を模式的に示す図である。
【図６】加熱ローラ８１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
【図７】定着装置９の構成を模式的に示す図である。
【図８】加熱ローラ９１の中心から表面までの層構造の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    画像形成装置
３    画像プロセス部
４    給送部
５    定着部
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    加熱ローラ
５２    加圧ローラ
５３    磁束発生部
５４    分離爪
５５    定着ローラ
５６    定着ベルト
７１    排紙ローラ
７２    排紙トレイ
８１    加熱ローラ
８２    定着ローラ
８３    定着ベルト
８４    摺接部材
９１    加熱ローラ
９２    摺接部材
５１１    芯金
５１２    断熱層
５１３    酸化防止層
５１４    模擬主発熱体層
５１５    発熱制御層
５１６    主発熱体層
５１７    酸化防止層
５１８    弾性層
５１９    離型層
５２１    芯金
５２２    断熱層
５２３    離型層
５３１    励磁コイル
５３２    高周波インバータ
５３３    磁性体コア
５３３ａ  メインコア
５３３ｂ  端部コア
５３３ｃ  裾コア
５３４    コイルボビン
５３５    サーミスタ
５３６    制御部
８１１    芯金
８１２    補助発熱制御層
８１３    発熱制御層
９１１    補助発熱制御層
【図１】
2010002655.tif 000003
【図２】
2010002655.tif 000004
【図３】
2010002655.tif 000005
【図４】
2010002655.tif 000006
【図５】
2010002655.tif 000007
【図６】
2010002655.tif 000008
【図７】
2010002655.tif 000009
【図８】
2010002655.tif 000010