(57)【要約】【課題】定着ベルトに備えられた金属層の外周面及び内周面における割れの発生を抑制する。【解決手段】外周面及び内周面に、周方向における圧縮方向の残留応力を生じさせる表面処理部を有する金属層を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面及び内周面に、周方向における圧縮方向の残留応力を生じさせる表面処理部を有する金属層
を備える無端状の定着ベルト。
【請求項２】
前記金属層をその軸方向に切り開いた際の前記外周面における周方向の歪みが、−３０％以上、＋３０％以下の範囲である請求項１に記載の定着ベルト。
【請求項３】
前記金属層をその軸方向に切り開いた際の内径の変化率が、34％以上、167％以下の範囲である請求項１又は２に記載の定着ベルト。
【請求項４】
記録媒体上の画像を加熱する請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着ベルトと、
前記定着ベルトに対して前記記録媒体を加圧する加圧部材と、
を備える定着装置。
【請求項５】
画像を記録媒体に転写する転写部と、
前記転写部によって記録媒体に転写された画像を記録媒体に定着させる請求項４に記載の定着装置と、
を備える画像形成装置。
【請求項６】
請求項１に記載の定着ベルトにおける前記内周面の表面処理エネルギーに対する前記外周面の表面処理エネルギーの比率が、０．５以上、２．５以下の範囲であることを特徴とする定着ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ベルト、定着装置、画像形成装置、定着ベルトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外周面に、周方向における圧縮方向の残留応力を生じさせる表面処理部を有する金属層、を備える無端状の定着ベルトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、定着ベルトに備えられた金属層の外周面及び内周面における割れの発生を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、外周面及び内周面に、周方向における圧縮方向の残留応力を生じさせる表面処理部を有する金属層を備える無端状の定着ベルトである。
【０００６】
請求項２の発明は、前記金属層をその軸方向に切り開いた際の前記外周面における周方向の歪みが、−３０％以上、＋３０％以下の範囲である請求項１に記載の定着ベルトである。
【０００７】
請求項３の発明は、前記金属層をその軸方向に切り開いた際の内径の変化率が、34％以上、167％以下の範囲である請求項１又は２に記載の定着ベルトである。
【０００８】
請求項４の発明は、記録媒体上の画像を加熱する請求項１〜３のいずれか１項に記載の定着ベルトと、前記定着ベルトに対して前記記録媒体を加圧する加圧部材と、を備える定着装置である。
【０００９】
請求項５の発明は、画像を記録媒体に転写する転写部と、前記転写部によって記録媒体に転写された画像を記録媒体に定着させる請求項４に記載の定着装置と、を備える画像形成装置である。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項１に記載の定着ベルトにおける前記内周面の表面処理エネルギーに対する前記外周面の表面処理エネルギーの比率が、０．５以上、２．５以下の範囲であることを特徴とする定着ベルトの製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の構成によれば、本構成における表面処理部を外周面及び内周面の両方に有さない場合に比べ、定着ベルトに備えられた金属層の外周面及び内周面における割れの発生を抑制できる。
【００１２】
本発明の請求項２の構成によれば、歪みが−３０％以上＋３０％以下の範囲外である場合に比べ、定着ベルトに備えられた金属層の外周面及び内周面における割れの発生を抑制できる。
【００１３】
本発明の請求項３の構成によれば、内径の変化率が34％以上167％以下の範囲外である場合に比べ、定着ベルトに備えられた金属層の外周面及び内周面における割れの発生を抑制できる。
【００１４】
本発明の請求項４の構成によれば、本構成における定着ベルトを備えない場合に比べ、金属層の外周面及び内周面における割れの発生に起因する定着不良を抑制できる。
【００１５】
本発明の請求項５の構成によれば、本構成における定着装置を備えない場合に比べ、金属層の外周面及び内周面における割れの発生に起因する画像劣化を抑制できる。
【００１６】
本発明の請求項６の構成によれば、表面処理エネルギーの比率が０．５以上２．５以下の範囲外である場合に比べ、金属層の外周面及び内周面における割れの発生が抑制される定着ベルトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る画像形成装置を示した概略構成図である。
【図２】実施形態に係る定着装置を示した側断面図である。
【図３】実施形態に係る定着装置を示した側断面図である。
【図４】実施形態に係る定着装置の一部を示した側面図である。
【図５】実施形態に係る加熱ベルトの各層を示した断面図である。
【図６】実施形態に係る加熱ベルトの各層を示した断面図である。
【図７】実施形態に係る加熱ベルトの試験結果をグラフで示した図面である。
【図８】金属層をその軸方向に切り開いた際の断面形状を示す図である。
【図９】実施形態に係る加熱ベルトの接触部を示した側面図である。
【図１０】実施例及び比較例の評価結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００１９】
（画像形成装置１０の構成）
まず、本実施形態に係る画像形成装置１０の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置１０の構成を示す概略図である。
【００２０】
図１に示されるように、本実施形態に係る画像形成装置１０の本体１２に光走査装置５４が固定されており、光走査装置５４に隣接する位置に、画像形成装置１０の各部の動作を制御する制御ユニット５０が設けられている。
【００２１】
この光走査装置５４は、図示しない光源から出射された光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）で走査し、反射ミラー等の複数の光学部品で反射して、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各色に対応した光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋを出射するようになっている。
【００２２】
また、光ビーム６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｋは、それぞれ対応する像保持体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋに導かれ、図中に示す矢印方向に回転する像保持体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの表面に照射され、その表面に静電潜像を形成するようになっている。
【００２３】
画像形成装置１０内の下方側には、用紙等の記録媒体Ｐを収容する収容部１４が設けられている。また、収容部１４の上方には、収容部１４から搬送される記録媒体Ｐの先端部位置を調整する位置合せロール１６が設けられている。
【００２４】
さらに、画像形成装置１０の中央部には、画像形成ユニット１８が設けられている。画像形成ユニット１８は、前述した４つの像保持体２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを備えており、これらが上下一列に決められた間隔を空けて配置されている。なお、以後の説明では、ＹＭＣＫを区別する必要がある場合は、符号の後に、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋのいずれかを付して説明し、ＹＭＣＫを区別する必要がない場合は、ＹＭＣＫを省略する。
【００２５】
また、光ビーム６０が照射される照射部位に対して、像保持体２０の回転方向の上流側には、像保持体２０の表面を帯電する帯電ロール２２が設けられている。
【００２６】
さらに、光ビーム６０が照射される照射部位に対して、像保持体２０の回転方向の下流側には、像保持体２０の表面に形成された静電潜像を各色のトナーでトナー画像に現像する現像装置２４が設けられている。
【００２７】
一方、像保持体２０Ｙ、２０Ｍには、図中に示す矢印方向に回転すると共に像保持体２０Ｙ、２０Ｍに形成されたトナー画像が転写される第１中間転写体２６が接触し、像保持体２０Ｃ、２０Ｋには、図中に示す矢印方向に回転すると共に像保持体２０Ｃ、２０Ｋに形成されたトナー画像が転写される第２中間転写体２８が接触している。そして、第１中間転写体２６及び第２中間転写体２８には、図中に示す矢印方向に回転すると共に第１中間転写体２６及び第２中間転写体２８に転写されたトナー画像が転写される第３中間転写体３０が接触している。
【００２８】
この第３中間転写体３０と対向する位置には、第３中間転写体３０の表面に転写されたトナー画像を記録媒体Ｐに転写する転写部の一例としての転写ロール３２が設けられている。つまり、転写ロール３２と第３中間転写体３０との間を記録媒体Ｐが搬送され、第３中間転写体３０上のトナー画像が記録媒体Ｐに転写されるようになっている。
【００２９】
また、転写ロール３２に対して、記録媒体Ｐが搬送される搬送路３４の搬送方向の下流側には、定着装置１００が設けられている。定着装置１００は、定着ベルトの一例としての加熱ベルト１０２と加圧部材の一例としての加圧ロール１０４とを有しており、記録媒体Ｐを加熱・加圧して記録媒体Ｐに形成されたトナー画像を記録媒体Ｐ上に定着させるようになっている。なお、定着装置１００の具体的な構成は、後述する。
【００３０】
さらに、定着装置１００に対して、記録媒体Ｐが搬送される搬送路３４の搬送方向の下流側には、搬送ロール３６が設けられ、画像形成装置１０の上部には、搬送ロール３６によって機外に排出された記録媒体Ｐが積載される排出部３８が設けられている。
【００３１】
（画像形成装置１０の画像形成動作）
次に、画像形成装置１０の画像形成動作について説明する。
【００３２】
画像形成装置１０を作動させると、各像保持体２０の表面が各帯電ロール２２によってに帯電される。
【００３３】
光走査装置５４から出力画像に対応した各色の光ビーム６０が、帯電後の像保持体２０の表面に照射され、像保持体２０の表面には、各色に対応した静電潜像が形成される。
【００３４】
この静電潜像に対して、現像装置２４が各色のトナーを付与し、像保持体２０の表面には、各色（Ｙ〜Ｋ色）のトナー画像が形成される。
【００３５】
その後、マゼンタ用の像保持体２０Ｍから第１中間転写体２６にマゼンタのトナー画像が一次転写される。また、イエロー用の像保持体２０Ｙから第１中間転写体２６にイエローのトナー画像が一次転写され、第１中間転写体２６上でマゼンタのトナー画像に重ね合わされる。
【００３６】
同様に、ブラック用の像保持体２０Ｋから第２中間転写体２８にブラックのトナー画像が一次転写される。また、シアン用の像保持体２０Ｃから第２中間転写体２８にシアンのトナー画像が一次転写され、第２中間転写体２８上でブラックのトナー画像に重ね合わされる。
【００３７】
さらに、第１中間転写体２６へ一次転写されたマゼンタとイエローのトナー画像は、第３中間転写体３０へ二次転写される。一方、第２中間転写体２８へ一次転写されたブラックとシアンのトナー画像も、第３中間転写体３０へ二次転写される。
【００３８】
ここで、先に二次転写されているマゼンタ 、イエローのトナー画像と、シアンおよびブラックのトナー画像とが重ね合わされ、カラー（３色）とブラックのカラートナー画像が第３中間転写体３０上に形成される。
【００３９】
二次転写されたカラートナー画像は、第３中間転写体３０と転写ロール３２との間の接触部（ニップ部）に達する。そのタイミングに同期して、位置合せロール１６から記録媒体Ｐが第３中間転写体３０と転写ロール３２との間の接触部（ニップ部）に搬送され、記録媒体Ｐ上にカラートナー画像が三次転写（最終転写）される。
【００４０】
この記録媒体Ｐは、定着装置１００に搬送され、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との間に形成される接触部を通過する。その際、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４とから与えられる熱と圧力との作用により、カラートナー画像が記録媒体Ｐに定着する。定着後、記録媒体Ｐは搬送ロール３６により排出部３８に排出され、記録媒体Ｐへのカラー画像形成が終了する。
【００４１】
（定着装置１００の構成）
次に、本実施形態に係る定着装置１００の構成について説明する。図２は、定着装置１００の軸方向中央部における側断面図であって、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４とが接触した状態を示す図である。図３は、定着装置１００の軸方向端部における側断面図であって、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４とが離間した状態を示す図である。
【００４２】
図２に示されるように、定着装置１００は、記録媒体Ｐの進入又は排出を行うための開口が形成された筐体１２２を備えている。
【００４３】
筐体１２２の内部には、矢印Ｄ方向へ回転すると共に、回転軸方向に延びる円筒状（無端状）の加熱ベルト１０２が設けられている。
【００４４】
また、加熱ベルト１０２の外周面と対向する位置には、絶縁性の材料で構成されたボビン１０８が配置されている。そして、このボビン１０８と加熱ベルト１０２との間隔は１〜３ｍｍ程度となっている。さらに、ボビン１０８は、加熱ベルト１０２の回転軸方向（以下単に軸方向という）から見て、加熱ベルト１０２の外周面に倣った略円弧状に形成されており、周方向の中央側には、筐体１２２の内壁面に向って突出する凸部１０８Ａが形成されている。
【００４５】
さらに、ボビン１０８には、凸部１０８Ａを中心として軸方向（図２の紙面奥行き方向）に鉄線が複数回巻き回された励磁コイル１１０が設けられている。
【００４６】
また、励磁コイル１１０を挟んで加熱ベルト１０２の反対側には、ボビン１０８の円弧状に倣って形成されたフェライト系や感温磁性合金などの強磁性体からなる磁性コア１１２が配置され、ボビン１０８に支持されている。
【００４７】
一方、加熱ベルト１０２の内側には、非磁性体であるアルミニウムからなる支持部材１１４が、加熱ベルト１０２と非接触で配置され、軸方向の両端が定着装置１００の筐体１２２に固定されている。
【００４８】
この支持部材１１４は、軸方向から見て、加熱ベルト１０２と対向して円弧状に形成された円弧部１１４Ａと、矩形状に形成された柱部１１４Ｂとで構成され、円弧部１１４Ａと柱部１１４Ｂは一体成形されている。
【００４９】
また、支持部材１１４の円弧部１１４Ａには、この円弧部１１４Ａに沿って、磁性コア１１６が設けられており、感温磁性合金や磁性コア１１２と同様の材質から構成される。磁性コア１１６は、加熱ベルト１０２と非接触状態となっている。この磁性コア１１６と磁性コア１１２との間で、加熱ベルト１０２を貫通した磁界Ｈによる磁路が形成され、磁界Ｈが強められるようになっている。
【００５０】
また、支持部材１１４の柱部１１４Ｂにおいて、円弧部１１４Ａに対して反対側の端面には、加圧ロール１０４から加圧された加熱ベルト１０２を加熱ベルト１０２の内周面と接触して支持する接触部材１１８が固定されている。
【００５１】
詳細には、この接触部材１１８は、耐熱性を有する樹脂や焼結体やゴム、または金属や金属合金などで構成すればよく、本実施形態では液晶ポリマーまたはガラス繊維入りのＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）の樹脂材料で成形され、テフロン（登録商標）シート（図示省略）が設けられた一端面が加熱ベルト１０２の内周面と接触して加熱ベルト１０２の内周面を加熱ベルト１０２の外側に向けて押圧するようになっている。
【００５２】
一方、加熱ベルト１０２を挟んで、接触部材１１８と対向する位置に配置される加圧ロール１０４は、加熱ベルト１０２を接触部材１１８に向けて加圧するとともに、図示しないモータ及びギアからなる駆動機構により矢印Ｅ方向に回転するようになっている。
【００５３】
この加圧ロール１０４は、アルミニウム等の金属からなる芯金１０６の周囲に、シリコンゴム及び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樹脂）が被覆された構成となっている。また、加圧ロール１０４は、図示しないソレノイド等の電磁スイッチ、又はカム機構を用いて矢印Ａ、Ｂ方向に移動可能となっており、矢印Ａ方向に移動したときは加熱ベルト１０２の外周面と接触して加熱ベルト１０２を押圧し、矢印Ｂ方向に移動したときは加熱ベルト１０２の外周面から離間するようになっている（図３参照）。接触部材１１８の加熱ベルト１０２側接触面は、軸方向で３次元形状になっており、断面形状は軸方向中央部（図２）から軸方向端部（図３）に渡って徐々に形状が変化するように設計されており、加熱ベルト１０２の軸方向端部には加熱ベルト１０２を駆動するために（図示しない）ギアが装着されるため、軸方向端部はベルトの円形形状に近い凸形になっている。
【００５４】
ここで、加圧ロール１０４が加熱ベルト１０２を接触部材１１８側に加圧すると、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との接触部（ニップ部）において、加熱ベルト１０２に凹部１０３が形成され、この凹部１０３の両端には凸部１０５が形成されるようになっている。
【００５５】
この接触部の形状は、トナーＴが載った記録媒体Ｐが通過するときに、加熱ベルト１０２から剥離させる方向に湾曲した形状となっている。このため、矢印ＩＮ方向から搬送されてきた記録媒体Ｐは、それ自体の腰の強さで接触部の形状に倣って矢印ＯＵＴ方向に排出されるようになっている。
【００５６】
また、接触幅（ニップ幅）を広げるために、接触部材１１８は、加熱ベルト１０２を加圧ロール１０４側に押圧するとともに加熱ベルト１０２の内周面に倣って湾曲状とされている。
【００５７】
さらに、加熱ベルト１０２の表面で、励磁コイル１１０と対向しない領域で、かつ記録媒体Ｐの排出側の領域には、加熱ベルト１０２の外周面（内周面でもよい）の温度を測定するサーミスター１２０が加熱ベルト１０２と接触して設けられている。サーミスター１２０の接触位置は、記録媒体Ｐのサイズの大小によって測定値が変わらないように、加熱ベルト１０２の軸方向（図２の紙面奥行き方向）の中央側となっている。
【００５８】
このサーミスター１２０は、加熱ベルト１０２の表面から与えられる熱量に応じて抵抗値が変化することで、加熱ベルト１０２の表面の温度を計測するようになっている。
【００５９】
図４に示されるように、サーミスター１２０は、配線１３６を介して、制御ユニット５０（図１参照）の内部に設けられた制御回路１３８に接続されている。また、制御回路１３８は、配線１４０を介して通電回路１４２に接続されており、通電回路１４２は、配線１４４Ａ、１４４Ｂを介して前述の励磁コイル１１０に接続されている。
【００６０】
ここで、制御回路１３８は、サーミスター１２０から送られた電気量に基づいて加熱ベルト１０２の表面の温度を測定し、この測定温度と予め記憶させてある定着設定温度（本実施形態では１７０℃）とを比較する。そして、測定温度が定着設定温度よりも低い場合は、通電回路１４２を駆動して励磁コイル１１０に通電し、磁気回路としての磁界Ｈ（図２参照）を発生させる。一方、測定温度が定着設定温度よりも高い場合は、通電回路１４２を停止するようになっている。
【００６１】
つまり、通電回路１４２は、制御回路１３８から送られる電気信号に基づいて駆動又は駆動停止され、配線１４４Ａ、１４４Ｂを介して励磁コイル１１０に予め定められた周波数の交流電流を供給又は供給停止するようになっている。
【００６２】
（加熱ベルト１０２の具体的な構成）
次に、加熱ベルト１０２の具体的な構成について説明する。
【００６３】
図５に示されるように、加熱ベルト１０２は、内周側から外周側に向けて基層１３４（非磁性金属層の一例）、発熱層１３２（発熱金属層の一例）、保護層１３０（非磁性金属層の一例）、弾性層１２８、及び離型層１２６で構成されており、これらが積層され一体となっている。そして、保護層１３０、発熱層１３２、及び基層１３４の３層で金属層１４６を構成している。
【００６４】
基層１３４は、加熱ベルト１０２の強度を保持するベースとなるもので、例えば、非磁性のオーステナイト系のステンレス（非磁性ＳＵＳ）が用いられる。
【００６５】
発熱層１３２は、前述の磁界Ｈ（図２参照）を打ち消す磁界を生成するように渦電流が流れる電磁誘導作用により発熱する金属材料であり、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛、ビスマス、ベリリウム、アンチモン、又はこれらの合金の金属材料が用いられる。固有抵抗を２．７×１０−８Ωｃｍ以下に小さくして必要な発熱量を効率よく得ること、及び低コストの観点から、銅が好適である。
【００６６】
また、発熱層１３２は、熱容量ができるだけ小さい方が定着装置１００のウォームアップ時間を短縮することができるため、できるだけ薄い層を設けることが望ましい。
【００６７】
一方、保護層１３０の厚さ及び材質は、加熱ベルト１０２の剛性と発熱層１３２の厚さとを考慮して決められる。さらに、励磁コイル１１０側の保護層１３０は、励磁コイル１１０からの磁界Ｈ（図２参照）を発熱層１３２へ作用させなければならず、保護層１３０で磁界Ｈを遮断しないことや、発熱層１３２の発熱効率を阻害しないことが求められる。
【００６８】
１００μｍ以下の厚さの保護層１３０で、磁界Ｈの磁束を発熱層１３２まで侵入させるためには、磁界が侵入できる深さ（磁界が１／ｅに減衰する距離。ｅは約２．７１８。）を示す表皮深さが、少なくとも保護層１３０の厚さと発熱層１３２の厚さの合計以上の厚さであることが必要である。そして、表皮深さが十分に大きな値になる材料として非磁性金属（比透磁率が概ね１の常磁性体）が挙げられる。
【００６９】
さらに、保護層１３０が発熱層１３２の発熱を阻害しないためには、概ね発熱し難い高い固有抵抗の材質を用いることが望ましい（理想は、比透磁率＝1、固有抵抗＝∞の金属）。
【００７０】
そして、金属層１４６を備えた加熱ベルト１０２を定着装置１００に用いたとすると、加熱ベルト１０２内側、外側いずれからも、電磁誘導により発生する渦電流をコントロールできることになり、加熱ベルト１０２の内側や外側どちらでも励磁コイル１１０を配置できることになる。
【００７１】
また、基層１３４と保護層１３０とには、機械的強度が発熱層１３２より高く、繰り返し歪みに強い材料で、錆びや腐食に強い材料を用いることが望ましい。
【００７２】
以上の観点から、保護層１３０の材料として、例えば、非磁性スレンレス（固有抵抗６０〜１００×１０−８Ωｍ）が用いられる。
【００７３】
また、加熱ベルト１０２の製造時の膜厚精度を維持すること、及び温度低下を抑えるために熱容量を維持すること、加熱ベルト１０２の可撓性を確保することの観点から、金属層１４６総厚さを、３５〜６０μｍとすることが望ましい。
【００７４】
また、基層１３４、発熱層１３２、及び保護層１３０を含む金属層１４６は、異種金属を張り合わせたクラッド鋼を塑性加工（深絞り）することにより成形されたシームレス管が用いられる。なお、板状のクラッド鋼を塑性加工することで成形された金属層１４６の外周面には、周方向に引張りの応力が生じるようになっている。なお、金属層１４６としては、保護層１３０を有さない２層構造であってもよい。
【００７５】
さらに、弾性層１２８は、弾性と耐熱性が得られる等の観点から、例えば、シリコン系ゴム、又はフッ素系ゴムが用いられる。
【００７６】
また、離型層１２６は、記録媒体Ｐ上で溶融されたトナーＴ（図２参照）との接着力を弱めて、記録媒体Ｐを加熱ベルト１０２から剥離し易くするために設けられる。優れた表面離型性を得るためには、離型層１２６として、フッ素樹脂、シリコン樹脂、又はポリイミド樹脂を用いることが好ましく、例えば、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樹脂）が用いられる。
【００７７】
（定着装置１００における定着動作）
次に、定着装置１００における定着動作について説明する。
【００７８】
図１に示されるように、画像形成装置１０の画像形成工程を経て、トナー画像が転写された記録媒体Ｐが定着装置１００に送られる。
【００７９】
図３に示されるように、定着装置１００においては、制御ユニット５０（図１参照）の制御により、加熱ベルト１０２の表面の温度が定着設定温度に到達するまでは、加圧ロール１０４が加熱ベルト１０２の表面から離れている。
【００８０】
そして、図２に示されるように、加熱ベルト１０２の表面の温度が定着設定温度に到達すると、加圧ロール１０４が移動して加熱ベルト１０２の表面に接触する。加熱ベルト１０２表面の温度は、加圧ロール１０４との接触により一時的に低下するが、発熱層１３２が継続して発熱することで、定着設定温度に到達する。
【００８１】
続いて、定着装置１００では、加圧ロール１０４が矢印Ｅ方向への回転駆動を開始し、加熱ベルト１０２がそれに従動して矢印Ｄ方向へ回転する。このとき、制御回路１３８からの電気信号に基づいて通電回路１４２が駆動され、励磁コイル１１０に交流電流が供給される。
【００８２】
励磁コイル１１０に交流電流が供給されると、励磁コイル１１０の周囲に磁気回路としての磁界Ｈが生成消滅を繰り返す。
【００８３】
そして、図６に示されるように、磁界Ｈが加熱ベルト１０２の発熱層１３２を横切ると、磁界Ｈの変化を妨げる磁界が生じるように発熱層１３２に渦電流（図示せず）が発生する。
【００８４】
発熱層１３２は、発熱層１３２の表皮抵抗、及び発熱層１３２を流れる渦電流の大きさに比例して発熱し、これによって加熱ベルト１０２が加熱される。
【００８５】
このように、加熱ベルト１０２の昇温時に加圧ロール１０４が接触しておらず、加熱ベルト１０２単体で昇温できるので、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４とが接触した状態で昇温するよりも、ウォームアップ時間が短縮される。
【００８６】
加熱ベルト１０２の表面の温度は、図４に示されるようにサーミスター１２０で検知され、定着設定温度１７０℃に到達していない場合は、制御回路１３８が通電回路１４２を駆動制御して励磁コイル１１０に予め定められた周波数の交流電流を通電する。また、定着設定温度に到達している場合は、制御回路１３８が通電回路１４２の制御を停止する。
【００８７】
加熱ベルト１０２の表面の温度が決められた温度範囲になると、表面にトナー画像が形成された記録媒体Ｐが、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との接触部（ニップ部）に搬送される。そして、接触部（ニップ部）にて、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４とから与えられる熱と圧力との作用により、記録媒体Ｐのカラートナー画像が記録媒体Ｐに定着される。
【００８８】
（表面処理部１４８）
次に、金属層１４６が有する表面処理部１４８について説明する。
【００８９】
図５に示されるように、金属層１４６の外周面及び内周面には、周方向における圧縮方向に残留応力を生じさせる表面処理部１４８が形成されている。表面処理部１４８は、金属層１４６の外周面及び内周面に対して、以下の表面処理を施すことで形成されるようになっている。
【００９０】
金属層１４６の外周面及び内周面に対して、金属層１４６の硬度と同等以上の硬度を有する粒径１０〜２００μｍのメディア（例えば、ガラスビーズ等）を予め定められた吐出圧力により吐出することで、噴射速度１００ｍ／ｓｅｃ以上で噴射し、金属層１４６の表面温度をＡ３変態点以上に上昇させる（所謂ショットピーニング）。
【００９１】
このように、金属層１４６の外周面及び内周面にメディアを噴射する事により、Ａ３変態点以上の温度域での急熱、急冷が瞬時に繰り返され、熱処理効果、鍛練効果の加工及び強化が行われる。そして、金属層１４６の外周面及び内周面の残留オーステナイトのマルテンサイト化や、再結晶、微細化が行われ、緻密な高硬度で靭性に富む組織が得られる。さらに、表面の内部残留圧縮応力も高められる。
【００９２】
これにより、金属層１４６の外周面及び内周面に形成された表面処理部１４８には、周方向における圧縮方向に残留応力が生じる。なお、金属層１４６の表面処理部１４８以外の他の部位については、表面処理がされる前後では、熱処理効果等は生じていない。
【００９３】
例えば、ＳＵＳ３０４に前述した表面処理を行うと、表面から３０μｍまでの間でマルテンサイト化し、表層１０μｍの組織が超微細化する。表面硬度は３００Ｈｖから６００Ｈｖに上昇し、表面の内部残留圧縮応力も１９０ＭＰａからほぼ１１００ＭＰａとなる。
【００９４】
ここで、上記処理を行った場合に、表面処理を行った表面を０とした深さ〔μｍ〕と、残留応力〔ＭＰａ〕との関係について調査した。図７には、縦軸を残留応力とし、横軸を深さとしてグラフが記載されている。今回の調査では、メディアの粒径を５５μｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍとした。
【００９５】
このグラフからも分かるように、この表面処理で、外周面及び内周面における表面側の残留応力のみを改善できることが分かる。この結果、金属層１４６の表面のみで剛性が変わり（高くなり）、全体としての可撓性（フレキシビリティ）は維持されるようになっている。
【００９６】
このように表面処理部１４８が形成された金属層１４６では、図８（Ａ）に示されるように金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の外周面における周方向の表面歪みが、−３０％以上＋３０％以下の範囲であることが望ましい。なお、図８（Ａ）の符号Ｋは、金属層１４６における切れ目を示す。
【００９７】
表面歪みは、具体的には、金属層１４６の表面（外周面）に歪みゲージ（例えば、共和電業株式会社製ＫＦＥＬ−２−１２０−Ｃ１Ｌ１Ｍ２Ｒ等）を貼り付け、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との接触部を通過させることで測定される。当該接触部を通過させた後において、歪みゲージに伸縮が発生していない場合が、０％となり、歪みゲージが伸びた場合は、引っ張り応力による歪みが＋として測定され、歪みゲージが縮んだ場合は、圧縮応力による歪みが−として測定される。絶対値は、接触部を通過させたさせる前の歪みゲージの長さを１００とする。
【００９８】
当該表面歪みが−３０％未満であると、圧縮応力により金属層１４６が変形して金属層１４６の内周面に割れ（クラック）が発生しやすい。また、当該表面歪みが＋３０％を超えると、引張り応力により金属層１４６が変形し、金属層１４６の外周面に割れ（クラック）が発生しやすい。
【００９９】
また、金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の内径の変化率が、34％以上167％以下の範囲であることが望ましい。内径の変化率は、（切り開いた後の金属層１４６の内径）／（切り開く前の金属層１４６の内径）×１００によって求められる。切り開いた前後で内径が同じであれば１００％となる。
【０１００】
当該内径の変化率が34％未満であると、圧縮応力により金属層１４６が変形して金属層１４６の内周面に割れ（クラック）が発生しやすい。また、当該内径の変化率が167％を超えると、引張り応力により金属層１４６が変形し、金属層１４６の外周面に割れ（クラック）が発生しやすい。
【０１０１】
また、金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の断面形状における端面の距離（図８（Ｂ）の距離Ｌ）が−２０ｍｍ以上＋２０ｍｍ以下の範囲であることが望ましい。端面の距離は、端面間の直線距離であり、切り開く前の金属層１４６の内径が３０ｍｍとされている。
【０１０２】
端面の距離が−２０ｍｍ未満であると、圧縮応力により金属層１４６が変形して金属層１４６の内周面に割れ（クラック）が発生しやすいためである。また、端面の距離が＋２０ｍｍを超えると、引張り応力により金属層１４６が変形し、金属層１４６の外周面に割れ（クラック）が発生しやすいためである。
【０１０３】
また、金属層１４６の製造（表面処理部１４８の形成）において、金属層１４６の内周面の表面処理エネルギーに対する前記外周面の表面処理エネルギーの比率が、０．５以上２．５以下の範囲であることが望ましい。金属層１４６の外周面及び内周面に対する表面処理の表面処理エネルギーは、（メディア重量）×（吐出圧力）によって求められる。表面処理エネルギーの比率は、（外面（外周面）処理エネルギー）／（内面（内周面）処理エネルギー）によって求められる。
【０１０４】
表面処理エネルギー比率が、０．５未満であると、圧縮応力により金属層１４６が変形して金属層１４６の表面に割れ（クラック）が発生しやすいためである。また、表面処理エネルギー比率が、２．５を超えると、引張り応力により金属層１４６が変形し、金属層１４６の表面に割れ（クラック）が発生しやすいためである。
【０１０５】
（本実施形態の作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
【０１０６】
図９に示されるように、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との接触部では、加熱ベルト１０２が加圧ロール１０４の円筒面で押されて、内側に凸となるように変形している。そして、図９に示す範囲Ｂの領域では、加熱ベルト１０２の金属層１４６（図５参照）の外周面側（図５における上側）に圧縮方向の応力が生じ、金属層１４６（図５参照）の内周面側（図５における下側）に引張方向の応力が生じる。曲げの方向が切り替わる範囲Ｃの領域では、金属層１４６の外周面側に引張方向の応力が生じ、金属層１４６の内周面側に圧縮方向の応力が生じる。そして、この範囲Ｃを通過する加熱ベルト１０２の金属層１４６の外周面側に、引張方向の応力が繰り返し生じることで、割れが生じる虞がある。また、この範囲Ｂを通過する加熱ベルト１０２の金属層１４６の内周面側に、引張方向の応力が繰り返し生じることで、割れが生じる虞がある。
【０１０７】
これに対して、本実施形態の加熱ベルト１０２の金属層１４６の外周面には、圧縮方向に残留応力が生じる表面処理部１４８（図５参照）が形成されている。このため、範囲Ｃで加熱ベルト１０２の外周面側に生じる引張方向の応力が、相殺（キャンセル）される。これにより、加熱ベルト１０２に備えられた金属層１４６の外周面における割れ（疲労破壊）の発生が抑制される。
【０１０８】
また、本実施形態の加熱ベルト１０２の金属層１４６の内周面には、圧縮方向に残留応力が生じる表面処理部１４８（図５参照）が形成されている。このため、範囲Ｂで加熱ベルト１０２の内周面側に生じる引張方向の応力が、相殺（キャンセル）される。これにより、加熱ベルト１０２に備えられた金属層１４６の内周面における割れ（疲労破壊）の発生が抑制される。
【０１０９】
加熱ベルト１０２では、外周面及び内周面における表面側に周方向における圧縮方向に残留応力を生じさせるため、層全体が硬くならず、可撓性が損なわれていない。このため、図９の範囲Ｃにおける曲率が小さくなることが抑制され、記録媒体Ｐを剥離する性能が確保される。このように、可撓性を変えずに表層近傍の残留圧縮応力のみに圧縮応力を付与できているため、耐久性向上と剥離性能の確保の両立が図れている。
【０１１０】
また、加熱ベルト１０２の金属層１４６には、板状のクラッド鋼から塑性加工（深絞り）することにより成形されたシームレス管が用いられるため、各層を成形させて構成する場合と比して、安価な構成となる。
【０１１１】
また、加熱ベルト１０２の金属層１４６の表面に生じる割れが抑制されることで、定着装置１００の耐久性が向上する。
【０１１２】
また、加熱ベルト１０２の金属層１４６の表面に生じる割れが抑制されることで、安定した状態で、トナー画像の記録媒体Ｐへの定着が行われるため、出力画像の低下が抑制される。
【０１１３】
（評価）
定着装置１００を備える画像形成装置１０としてのプリンタ (富士ゼロックス製、Docu Print C620)に対して、図１０の表に示す実施例１〜２４及び比較例１〜１２の金属層１４６を有する加熱ベルト１０２を適用し、当該加熱ベルト１０２を加熱した状態で、連続３００時間空回転させる発熱空回転耐久評価を実施し、加熱ベルト１０２の発熱維持性(割れ（クラック）)について評価した。
【０１１４】
（加熱ベルト１０２）
[金属層１４６]
金属板をプレス・深絞り加工にて円筒容器状に成型した後、回転塑性加工法にて内径30mm、長さ370mmの金属シームレスベルトを得た。金属シームレスベルトの厚みは、図１０の表に示すとおりである。
【０１１５】
また、前記金属板として、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の単層（実施例１〜４等）、ニッケル（Ｎｉ）の単層（実施例５、６等）、チタン（Ｔｉ）の単層（実施例７、８等）、無酸素銅とステンレス（ＳＵＳ３０４又はＳＵＳ３０５）の２層クラッド板（実施例９〜１２等）を用いている。
【０１１６】
実施例１〜２４では、このシームレスベルトの外周面及び内周面に対してショットピーニング装置を用いて表面処理(メディア：ガラスビーズ)を実施した。比較例１〜１２では、このシームレスベルトの外周面のみに対してショットピーニング装置を用いて表面処理(メディア：ガラスビーズ)を実施した。
【０１１７】
シームレスベルトの外周面及び内周面に対する表面処理の表面処理エネルギー（メディア重量×吐出圧力）及びその比率（外面（外周面）処理エネルギー／内面（内周面）処理エネルギー）は、図１０の表に示すとおりである。
【０１１８】
[弾性層１２８]
金属層１４６の表面にJISタイプAで規定される硬度が35°となるように調整された液状シリコーンゴム(KE1940-35、液状シリコーンゴム35°、信越化学工業社製)を膜厚が200μmとなるように塗布し、乾燥させることにより、乾燥状態の液状シリコーンゴムを得た。
[離型層１２６]
上記の乾燥状態の液状シリコーンゴム層の表面にPFAディスパージョン(500CL、三井・デュポンフロロケミカル社製)を膜厚30μmとなるように塗布し、380℃で焼成することにより、シリコーンゴムからなる弾性層とPFAからなる離型層とを形成し、加熱ベルト１０２を得た。
【０１１９】
（加熱方式）
ハロゲンランプによる加熱（実施例１、２、５、６等）と、抵抗加熱（実施例３、４、７、８等）と、電磁誘導加熱（ＩＨ加熱）（実施例９〜１２等）と、を用いている。加熱ベルト１０２の表面温度を１８０℃に設定した。
【０１２０】
（表面歪み）
表面歪みは、金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の外周面における周方向の表面歪みであり、具体的には、金属層１４６の表面（外周面）に歪みゲージ（例えば、共和電業株式会社製ＫＦＥＬ−２−１２０−Ｃ１Ｌ１Ｍ２Ｒ等）を貼り付け、加熱ベルト１０２と加圧ロール１０４との接触部を通過させることで測定される。当該接触部を通過させた後において、歪みゲージに伸縮が発生していない場合が、０％となり、歪みゲージが伸びた場合は、引っ張り応力による歪みが＋として測定され、歪みゲージが縮んだ場合は、圧縮応力による歪みが−として測定される。絶対値は、接触部を通過させたさせる前の歪みゲージの長さを１００とする。実施例１〜１２は、当該表面歪みが、−３０％以上＋３０％以下の範囲内にある。実施例１３〜２４及び比較例１〜１２は、当該表面歪みが、−３０％以上＋３０％以下の範囲外にある。
【０１２１】
（内径の変化率）
内径の変化率は、金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の内径の変化率であり、（切り開いた後の金属層１４６の内径）／（切り開く前の金属層１４６の内径）×１００によって求められる。切り開いた前後で内径が同じであれば１００％となる。
実施例１〜１２は、当該内径の変化率が、34％以上167％以下の範囲内にある。実施例１３〜２４及び比較例１〜１２は、当該内径の変化率が、34％以上167％以下の範囲外にある。
【０１２２】
（開き量）
開き量は、金属層１４６をその軸方向に切り開いた際の断面形状における端面間の直線距離であり、切り開く前の金属層１４６の内径が３０ｍｍとされている。実施例１〜１２は、当該開き量が、−２０ｍｍ以上＋２０ｍｍ以下の範囲内にある。実施例１３〜２４及び比較例１〜１２は、当該開き量が、−２０ｍｍ以上＋２０ｍｍ以下の範囲外にある。
【０１２３】
（加圧ロール１０４）
内面に接着用プライマーを塗布した外径50mm、長さ340mm、厚さ30μmのフッ素樹脂チューブと金属製の中空芯金コアを成形金型内にセットし、フッ素樹脂チューブとコア間に液状発泡シリコーンゴム、層厚：2mmを注入後、加熱処理(150℃ x2hrs)により シリコーンゴムを加硫、発泡させゴム弾性を有した加圧ロール１０４を作製した。
【０１２４】
（評価結果）
実施例１〜１２では、３００時間経過した後においても、発熱不良及び金属層１４６の表面（外周面及び内周面）の割れが発生しなかった。実施例１３〜２４では、２００時間経過した後から３００時間経過するまでの間において、発熱不良が発生し、金属層１４６の表面（外周面及び内周面の少なくとも一方）に割れ（クラック）が発生した。比較例１〜１２では、５０時間経過するまでに、発熱不良が発生し、金属層１４６の表面に割れ（クラック）が発生した。なお、上記「発熱不良」とは、定着領域におけるベルト表面温度が部分的にでも１００℃以下に低下したことを意味する。
【０１２５】
（変形例）
本実施形態では、加熱ベルト１０２の金属層１４６に表面処理部１４８を形成した例を説明したが、記録媒体Ｐを加熱部材（加熱ベルトや加熱ロール）に対して加圧する加圧ベルトの金属層に表面処理部１４８を適用してもよい。
また、金属層１４６としては、本実施形態のように複数層で構成されていてもよいし、単層で構成されていてもよい。また、金属層１４６の材料としては、ステンレス合金に限定されるものではなく、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、タンタル、モリブデン、ハステロイ、パーマロイ、マルエージング、鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、純鉄、及び、鉄鋼などの金属を用いてもよい。
また、加熱部材の加熱方式としては、電磁誘導加熱方式に限られず、ハロゲンランプ等による輻射熱による加熱や、抵抗加熱であってもよい。
【０１２６】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、上記に示した変形例は、適宜、複数を組み合わせて構成しても良い。
【符号の説明】
【０１２７】
１０   画像形成装置
３１   転写部
３２   転写ロール（転写部の一例）
１０２ 加熱ベルト（定着ベルトの一例）
１０４ 加圧ロール（加圧部材の一例）
１３０ 保護層（非磁性金属層の一例）
１３２ 発熱層（発熱金属層の一例）
１３４ 基層（非磁性金属層の一例）
１４６ 金属層
１４８ 表面処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014085527.tif 000008
【図７】
2014085527.tif 000009
【図８】
2014085527.tif 000010
【図９】
2014085527.tif 000011
【図１０】
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