(57)【要約】      （修正有）【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】導電層（発熱制御層５１４等）を備え、電磁誘導により発熱する定着ベルト５６であって、導電層は、ビッカース硬度が、Hv200以下、Hv130以上に調整されている。導電層は、パーマロイであり、その層厚が、30μｍ以上、130μｍ以下であることを特徴とする。前記定着ベルト５６は、１回、又は複数回の塑性加工を経て製造されたシームレスベルトであり、少なくとも最後の塑性加工の後に焼鈍処理を施すことにより、導電層のビッカース硬度が調整されていることを特徴とする。【選択図】図３
2010002656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を備え、電磁誘導により発熱する定着ベルトであって、
前記導電層は、
ビッカース硬度が、Hv200以下、Hv130以上に調整されていること
を特徴とする定着ベルト。
【請求項２】
前記導電層は、パーマロイであること
を特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記導電層は、
層厚が、30μｍ以上、130μｍ以下であること
を特徴とする請求項２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
前記定着ベルトは、
１回、又は複数回の塑性加工を経て製造されたシームレスベルトであり、
少なくとも最後の塑性加工の後に焼鈍処理を施すことにより、前記導電層のビッカース硬度が調整されていること
を特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項５】
請求項１〜４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６】
請求項５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、定着ベルト内に整磁合金層等の電磁誘導により発熱する導電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。
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、導電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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る定着ベルトは、導電層を備え、電磁誘導により発熱する定着ベルトであって、前記導電層は、ビッカース硬度が、Hv200以下、Hv130以上に調整されていることを特徴とする。
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。
【０００９】
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】
【００１０】
課題を解決するための手段に記載した構成により、導電層の硬度が調整され、その結果、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、前記導電層は、パーマロイであることを特徴とすることもできる。
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、破損しやすいという問題を解決することができる。
【００１１】
ここで、定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置において、前記導電層は、層厚が、30μｍ以上、130μｍ以下であることを特徴とすることもできる。
これにより、さらに層厚が調整され、その結果、さらに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、前記定着ベルトは、１回、又は複数回の塑性加工を経て製造されたシームレスベルトであり、少なくとも最後の塑性加工の後に焼鈍処理を施すことにより、前記導電層のビッカース硬度が調整されていることを特徴とすることもできる。
【００１２】
これにより、従来は硬度が下がり耐久性が落ちると考えられていた塑性加工の後の焼鈍処理を、あえて施すことによって、導電層のビッカース高度を調整し、その結果、予想に反して、長期に亘り安定した定着性能を発揮し、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［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、１回、又は複数回の塑性加工を経て製造し、少なくとも最後の塑性加工の後に焼鈍処理を施すことにより、ビッカース硬度Hvが２００以下、１３０以上になるように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。
【００１４】
＜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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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５２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。
【００２０】
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、補助発熱制御層５１３、発熱制御層５１４、主発熱体層５１５、酸化防止層５１６、弾性層５１７、及び離型層５１８の８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、発熱制御層５１４、主発熱体層５１５、酸化防止層５１６、弾性層５１７、及び離型層５１８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５１３は単独で、板状の摺接部材５７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及び摺接部材５７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５７と定着ベルト５６とは接触しており、摺接部材５７と定着ローラ５５とは接触していない。
【００２１】
図２に示すように、定着ローラ５５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５５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５７が固定されて配置されている。また摺接部材５７は、図２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５１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５５と摺接部材５７とに架け渡されている。
【００２２】
本実施の形態では、摺接部材５７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５７の補助発熱制御層５１３と、定着ベルト５６の内周側に位置する発熱制御層５１４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５は、定着ベルト５６と定着ローラ５５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５５へ逃げる熱量が小さく熱効率がよい。また、補助発熱制御層５１３を定着ベルト５６内に設けていないので、その分定着ベルト５６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る。
【００２３】
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、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）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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）補助発熱制御層
補助発熱制御層５１３は、高温時に発熱制御層５１４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５１４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５１３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５１３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。
【００２６】
補助発熱制御層５１３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。
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５１４のキュリー温度を超える温度を意味する。
（ｄ）発熱制御層
発熱制御層５１４は、常温において補助発熱制御層５１３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５１４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５１４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５１４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。
【００２７】
本実施の形態では、発熱制御層５１４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５１４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。
（ｅ）主発熱体層
主発熱体層５１５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る。本案施の形態では、主発熱体層５１５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、主発熱体層５１５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、主発熱体層５１５の厚みは、5〜40μｍの範囲が望ましい。また、主発熱体層５１５の体積抵抗率は、高温において、発熱制御層５１４の体積抵抗率より小さいものとする。また高温における主発熱体層５１５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。
【００２８】
主発熱体層５１５の具体例としては、銅を用いる場合は、厚さ10μｍ程度が望ましく、ニッケル等の磁性材を用いる場合は、厚さを40〜100μｍ程度に厚くしても良好な発熱が得られ、また、樹脂材に銅、銀等の導電材の粒子を分散させたものや、あるいは、樹脂材にこれらの導電材をコーティングしたものでもよい。ここで、主発熱体層５１５に樹脂材をベースにしたものを用いた場合には、定着ベルト５６の柔軟性が高くなる傾向があり、記録シートの分離性を向上させることができる。
（ｆ）酸化防止層
酸化防止層５１６は、それぞれ、主発熱体層５１５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、主発熱体層５１５の腐食を抑制することができ、また弾性層５１７と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５１５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５１６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。
【００２９】
また、酸化防止層５１６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５１６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40μｍ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、0.5〜40μｍの範囲が望ましい。
【００３０】
なお、この酸化防止層５１６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70μｍを超えていると主発熱体層５１５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3〜70μｍの範囲が望ましい。
（ｇ）弾性層
弾性層５１７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５１７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。
【００３１】
弾性層５１７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。
【００３２】
また、弾性層５１７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５１５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５１７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５１７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。
【００３３】
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。
（ｈ）離型層
離型層５１８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５１８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。
【００３４】
また、離型層５１８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５１８と弾性層５１７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。
（ｉ）摺接部材の製造方法の例
後に補助発熱制御層５１３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５７が完成する。
（ｊ）定着ベルトの製造方法の例
まず、後に発熱制御層５１４となるパーマロイ板と、後に主発熱体層５１５となる銅板と、後に酸化防止層５１６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、当該ベルトを、１〜２時間程度800℃のオーブンで焼鈍して、塑性加工によりHv250程度に増加したパーマロイのビッカース硬度をHv130程度まで戻す。続いて、焼鈍したベルトの外周面に、弾性層５１７となるシリコーンゴムのシートと、離型層５１８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。
【００３５】
また、上記無端状のベルトにおいて、主発熱体層５１５、及び酸化防止層５１６は大変薄い層なので、後に発熱制御層５１４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、これを焼鈍し、さらに、主発熱体層５１５となる銅と、酸化防止層５１６となるニッケルとを、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。
（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。
【００３６】
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、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。
【００３７】
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５１８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５１８と同様である。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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６３１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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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５１４がキュリー温度よりも低温であれば、発熱制御層５１４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５１４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５１５と発熱制御層５１４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５１５と発熱制御層５１４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５１５と発熱制御層５１４)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。
【００４７】
さらに本実施の形態では、主発熱体層５１５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５１５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。
【００４８】
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。
【００４９】
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５１５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、低抵抗の主発熱体層５１５により、芯金５１１側への磁束の漏れがより防止されている。
【００５０】
このように発生した熱は、主発熱体層５１５に接着されている、酸化防止層５１６、弾性層５１７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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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５１４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５１４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５１５、及び発熱制御層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５１５、及び発熱制御層５１４による発熱量も大きく低下する。
【００５４】
さらに本実施の形態では、発熱制御層５１４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５１５、及び発熱制御層５１４を貫通してさらに内周側へ漏れた磁束は、補助発熱制御層５１３に到達する。ここで補助発熱制御層５１３は、例えば銅製であり低抵抗であるので、容易に渦電流が流れるため、補助発熱制御層５１３に到達した磁束による渦電流は大部分が補助発熱制御層５１３内で発生するがほとんど発熱はしない。また、補助発熱制御層５１３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５１５と発熱制御層５１４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５１４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。
【００５５】
従って、過昇温となった箇所では、発熱制御層５１４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５１４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、補助発熱制御層５１３の機能により、発熱制御層５１４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５１３の厚さが他の層に比較して大きいので、補助発熱制御層５１３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。
【００５６】
また本形態では、主発熱体層５１５と発熱制御層５１４とが積層されているので、表面温度の変化が発熱制御層５１４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５１４のキュリー温度が選択されている。また、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５７をなくしてもよいが、本実施の形態では、補助発熱制御層５１３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。
【００５７】
さらに本実施の形態では、非磁性体の主発熱体層５１５を有している。特に、この主発熱体層５１５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５１５の熱容量が小さいので、ウォームアップ時間が短い。
＜検証＞
（ａ）第１の実験
まず、塑性加工により硬化した定着ベルトの導電層が焼鈍処理によって硬度が低下する特性について調べた。
【００５８】
ここで導電層とは、酸化防止層、主発熱体層、発熱制御層、及び発熱制御層のうちの少なくとも１つの層、又はこれらのうちの２つ以上の層がクラッド化されたものである。
なお本実験では、定着ベルトの導電層としてパーマロイ単体を用い、焼鈍温度は800℃とした。
図４は、塑性加工により加工硬化したパーマロイを焼鈍処理した際の、焼鈍時間と硬度との関係を示す図である。
【００５９】
パーマロイの塑性加工前硬度は、ビッカース硬度でHv130であり、塑性加工によりビッカース硬度がHv250まで増加した。
図４に示すように、塑性加工後のビッカース硬度がHv250のパーマロイは、焼鈍時間の経過とともに硬度が低下し、焼鈍開始からおよそ１時間を経過した辺りで、ほぼ塑性加工前のビッカース硬度Hv130に戻る。
【００６０】
なお、ここでビッカース硬度計はマイクロビッカース硬度計を用いた。
（ｂ）第２の実験
次に、定着ベルトの導電層の硬度、及び厚さと、各品質との関係を調べた。
図５は、導電層の硬度、及び厚さが異なる定着ベルト毎の、各品質の可否を示す図である。
【００６１】
なお本実験は、定着ベルトの導電層としてパーマロイを含み、また、パーマロイの厚さは10μｍから150μｍまで20μｍ刻みで８種類、このそれぞれの厚みについて、塑性加工後に焼鈍処理をしないHv250、塑性加工後に多少の焼鈍処理Ａを施したHv200、塑性加工後に十分に焼鈍処理Ｂを施したHv130の３種類ずつ、合計２４種類のサンプルを評価した。
ここで評価した品質項目はニップ幅、画像ノイズ、耐久性であり、ニップ幅は500Ｎ以下で10ｍｍ以上のニップが確保できるか否かを評価し、画像ノイズは定着ベルトのばたつきによる傷でプリントに画像ノイズが発生するか否かを評価し、耐久性は３０万枚のプリントで定着ベルトに破損がないかを評価した。
【００６２】
図５に示すように、Hv250の定着ベルトでは、全ての厚さにおいて、いずれかの品質上の問題が生じ使用不可であり、Hv200の定着ベルトでは、30μｍから130μｍまでの厚さにおいて、いずれの品質上の問題も生じず使用可能であり、Hv130定着ベルトでは、50μｍから130μｍまでの厚さにおいて、いずれの品質上の問題も生じず使用可能であった。
＜まとめ＞
以上に説明したように、実施の形態１によれば、少なくとも最後の塑性加工の後に焼鈍処理を施して、導電層のビッカース硬度を、Hv200以下、Hv130以上に調整することができ、長期に亘り安定した定着性能を発揮し、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。
【００６３】
また、従来は、塑性加工の後に焼鈍処理を施すと硬度が下がり耐久性が落ちると考えられていた。しかしながら、これをあえて施すことによって、導電層のビッカース高度を調整し、予想に反して、長期に亘り安定した定着性能を発揮し、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。
さらに、加熱ローラ５１に、主発熱体層５１５と発熱制御層５１４と補助発熱制御層５１３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５１４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。
【００６４】
なお、実施の形態１では、定着ベルトの導電層としてパーマロイを例にして、塑性加工後に焼鈍処理を施して定着ベルトの各品質を向上させる技術を説明したが、当該導電層はパーマロイに限らず、他の金属の層であっても、当該技術は同様に適応できる。
また、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。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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】
【００６６】
【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】塑性加工により加工硬化したパーマロイを焼鈍処理した際の、焼鈍時間と硬度との関係を示す図である。
【図５】導電層の硬度、及び厚さが異なる定着ベルト毎の、各品質の可否を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
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
５７    摺接部材
７１    排紙ローラ
７２    排紙トレイ
５１１    芯金
５１２    断熱層
５１３    補助発熱制御層
５１４    発熱制御層
５１５    主発熱体層
５１６    酸化防止層
５１７    弾性層
５１８    離型層
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
６３１    励磁コイル
【図１】
2010002656.tif 000003
【図２】
2010002656.tif 000004
【図３】
2010002656.tif 000005
【図４】
2010002656.tif 000006
【図５】
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