(57)【要約】【課題】極めて均一な発熱領域を有し、抵抗発熱体層と絶縁層とが強固に一体化された発熱定着ベルトであって、耐久性が高く電力を安定して供給できる導電性塗料薄膜電極を備え、並びに電源投入からの待機時間が非常に短くクイックスタートができ、消費電力を低く抑えることができると共に、高速な定着を行うことができる安全性の高い画像定着装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る発熱定着ベルトはニクロムからなる抵抗発熱金属層に給電するための一対の電極を備え、前記電極はニッケルメッキ層からなる電極である発熱定着ベルト。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニクロムからなる抵抗発熱体層を特徴としポリイミド樹脂から成る絶縁層及び抵抗発熱体層両端部外周に電極となるニッケルメッキ層を備える発熱定着ベルト。
【請求項２】
前記［請求項１］の発熱定着ベルトであって抵抗発熱体層が厚さ０．３５μｍから０．７μｍにて形成される事を特徴とする発熱定着ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、複写機、レーザービームプリンター等の画像形成装置に組み込まれる定着ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、複写機やレーザービームプリンター等の画像形成装置では、画像成形部において複写紙やＯＨＰ等のシート状転写材上に形成された未定着トナー像を熱定着する方法として熱ローラー方式が多く用いられてきた。しかし、省エネルギーなどの観点から近年は、図４に示されるフィルム定着方式が主流になってきている。【０００３】  このフイルム定着方式の画像形成装置４０では、ポリイミド等の耐熱性フイルムの外面にフッ素樹脂等の離型性層が積層されたシームレスの定着ベルトが用いられている。その一例を図４に基づいて説明する。【０００４】  フイルム定着方式の画像形成装置４０では、定着ベルト４１の内側にベルトガイド４２及びセラミックヒーター４３が配置されており、セラミックヒーター４３に圧接される加圧ロール４４と定着ベルト４１との間に、未定着トナー像４８が形成された複写紙４７が順次送り込まれ、トナーが加熱溶融させられて複写紙上に熱定着される。このような画像形成装置４０ではトナーが極めて薄いフイルム状の定着ベルト４１を介してセラミックヒーター４３により実質的に直接加熱されるため、定着ベルト４１と加圧ロール４４の接触面Ｎ（ニップ面）が瞬時に所定の定着温度に達する。したがって、このような画像形成装置４０は、電源の投入から定着可能状態に達するまでの待ち時間が短く、消費電力も小さい。このため、このような画像形成装置４０は、家庭用から産業用まで広く使用されている。なお、図４中、符号４５はサーミスタであり、符号４９は定着されたトナー像であり、符号４６は加圧ロール４４の芯金部である。【０００５】  このような従来のフィルム定着方式の画像形成装置では上述のようにセラミックヒーターを介して定着ベルトが加熱され、その表面でトナー像が定着されるため、定着ベルトの熱伝導性が重要なポイントとなる。しかし、定着ベルトを薄膜化して熱伝導性を改善しようとすると、機械的特性が低下し高速化が難しくなり、セラミックヒーターが破損しやすくなるという問題があった。このような問題を解決するために、近年、定着ベルトそのものに発熱体を設け、この発熱体に給電することにより定着ベルトを直接発熱し、トナー像を定着させる方式が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。この方式の画像形成装置は、電源の投入から定着可能状態に達するまでの待ち時間がさらに短く、消費電力もさらに小さく、熱定着の高速化などの面からも優れている。【０００６】  また、フィルム定着方式の画像形成装置であってもセラミックヒーターに代わり抵抗発熱体層を用いた熱源を使用することにより耐久性の上昇、定着可能状態までの短時間化、省エネルギー化を実現することがでるなど発熱体を設けた定着ベルトに近しい効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２０００−０６６５３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１１２３号公報
【特許文献３】特開平０６−２０２５１３号公報
【特許文献４】特開平１０−１４２９７２号公報
【特許文献５】特開２０００−０５８２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、このような新方式の画像形成装置にはまだ多くの問題が山積されており、このような新方式の画像形成装置は実用化に至っていない。【０００８】  例えば、上記特許文献に記載されたベルトヒーター方式では、以下のような問題点を有する。なお、本願では電子写真画像形成プロセスの定着方式に関して記述するにあたり、図４に示す定着方式を「フィルム定着方式」、上記特許文献に記載される定着方式を「ベルトヒーター方式」、本願の方式を「発熱定着ベルト方式」と記して説明する。【０００９】  ベルトヒーター方式の定着ベルトヒーターでは、カーボン粉末や金属粉末等の導電性材料をポリイミド又はシリコーンゴム等の耐熱絶縁基材に混合して発熱層が形成される。このため、均一な発熱領域を有する発熱体を得ることが難しい。また、特許文献５には、発熱体材料として主にカーボンナノチューブとカーボンマイクコイルとから形成された薄膜抵抗発熱体と、この薄膜抵抗発熱体を用いたトナーの加熱定着用部材とが開示されている。しかしながら、発熱体材料がカーボンナノチューブやカーボンマイクロコイルのみから形成されている場合、体積抵抗率を下げるためにカーボンナノチューブ等の混合量を増加させると、発熱体の機械的特性が急激に低下するという問題があり、体積抵抗率の低い発熱抵抗体を作製することが非常に難しい。【００１０】  また、特許文献１及び３には遠心成形方法で定着ベルトヒーターを成形することが記載されている。しかし、このような成形方法では、内径の小さい（１０〜２０ｍｍ）定着ベルトを大量生産することが難しく、レーザービームプリンター等の低価格化に対応できないという問題がある。【００１１】  さらに、特許文献１、２及び４には、発熱層を有する管状のベルトヒーターに電力を供給する方法として、発熱層に直接給電ロールやバー状電極あるいはブラシ電極などを接触させる方法が記載されている。しかしながら、発熱層に直接給電部材を接触させる方法では、抵抗発熱体層の磨耗が激しく耐久性、給電の安定性について大きな問題がある。【００１２】  本発明は、以上の問題点を鑑みてなされたものであり、極めて均一な発熱領域を有し、電力を安定して供給でき、電源投入からの待機時間が非常に短く、消費電力を低く抑えることができると共に高速な定着を行うことができる安全性の高い画像定着装置用ベルト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】
【００１３】  第１発明に係る発熱定着ベルトは、ニクロムからなる抵抗発熱体層を有しポリイミド樹脂から成る絶縁層及び抵抗発熱体層両端部外周に電極を備える。電極は抵抗発熱体層に給電するための一対の電極である。また、この電極は抵抗発熱体層の両端部外周に位置するニッケルメッキ層から形成されている。【００１４】  第２発明に係る発熱定着ベルトは、第１発明に係る発熱定着ベルトであって、抵抗発熱体層が厚さ０．３５μｍから０．７μｍにて形成されとポリイミド樹脂及び両端部のニッケルメッキ層からなる電極から形成される。
【発明の効果】
【００１５】  本発明に係る発熱定着ベルトでは電極がニッケルメッキ層から形成されている。この為、電極が耐熱性、機械的特性、耐久性、基材との接着性などに優れる。また、この発熱定着ベルトの両端部に電極が設けられた場合であっても、発熱定着ベルトは高速回転に追従することができる。【００１６】  また、発熱定着ベルトの両端に電極が設けられると電極は発熱定着ベルトの両端を補強する事になる為、発熱定着ベルト及び熱源の端部からの破壊を防ぐ事が出来る。【００１７】  また、この発熱定着ベルトの製造時において、スパッタリング法を用いる事によりポリイミド樹脂上に金属層を薄膜かつ均一に被膜する事が出来、引いては安定した給電、発熱が実現される。【００１８】  さらに、本発明に係る発熱定着ベルトを使用した画像定着装置では、従来のように特別なセラミックヒーター等を必要とすることなく、発熱定着ベルトの抵抗発熱体層に直接給電することによって定着ベルト自体を発熱させることができる。このため、この画像定着装置は、熱効率が高く、また、電源を投入してから待機時間がなく、クイックスタートが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルトの断面図である
【図２】図１の外観概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画像定着装置の概略断面図である。
【図４】既存技術であるフィルム定着装置の概略図である。
【図５】発熱体層通電時の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  次に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】  図１は本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルトの概略断面図であり、図２は本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルトの外観斜視図である。【００２２】  本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルト１０は、図１及び図２に示されるように、絶縁層１、抵抗発熱体層２及び電極３、離型層４から構成される。なお、電極３は、発熱定着ベルト１０の両端部の外側に形成されている。【００２３】  また、図１において、電極３は発熱定着ベルト１０の両端部にニッケルメッキ層として形成することができる。このような電極３を設けることによって発熱定着ベルト１０の外側から個々の電極３に給電部材を接触させることができ、安定して抵抗発熱体層２に給電することができ、抵抗発熱体層２を発熱させることができる。【００２４】  本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルト１０において、給電ロール、金属ブラシ、あるいは金属バーなどの給電部材が電極３に接触してこの電極３に給電が行われると、この発熱定着ベルト１０は発熱する。なお、図１、図２に示す発熱定着ベルト１０において絶縁層１の熱伝導性は定着条件に関係なく、発熱定着ベルト１０の十分な機械的特性を満たすだけの目的で絶縁層１の厚みを決定することができる。【００２５】  本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルト１０は、レーザービームプリンターの用途では１０ｍｍ〜１００ｍｍの内径のものが好適に用いられ、複写機など高速定着の用途では４０ｍｍ〜１５０ｍｍのサイズの内径のものが好適に用いられる。【００２６】  また、本発明の実施の形態において、発熱定着ベルトの離型層は、フッ素樹脂、シリコーンゴム及びフッ素ゴムより成る群から選択される少なくとも１つの樹脂又はゴムから成ることが好ましい。モノクロプリンターに用いられる発熱定着ベルトにおいては、フッ素樹脂から成る離型層が好ましい。また、フッ素樹脂の中ではポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、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−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）を単体で又は混合して用いることがより好ましい。【００２７】  フッ素樹脂からなる離型層は、５〜３０μｍの厚みであることが好ましく、１０〜２０μｍの厚みであることがより好ましい。また、絶縁層とフッ素樹脂との層間には接着性を安定させるためにプライマーを用いることが好ましい。また、そのプライマー層の厚みは２〜５μｍであることが好ましい。【００２８】  所望する電気発熱量を得るために必要な発熱定着ベルトの抵抗発熱体層の厚みは０．３５μｍ〜０．７μｍの厚みであることが好ましい。また、絶縁層は定着ベルトの機械的特性を維持する層であり２０μｍ〜８０μｍの厚みであることが好ましい。絶縁層の機械的特性と熱伝導特性とは一般的に相反する特性であるが、絶縁層に窒化硼素などの熱伝導性物質を混合し厚みを最適化すれば両特性を満たすことができる。【００２９】  また、フルカラー画像を熱定着する場合には、赤、青、黄、黒の４色のトナーを十分に熱溶融させ混色し、中間色や濃淡を鮮明に定着する必要がある。このため、定着ベルトの表面に近いところに弾性層が形成されるのが好ましい。具体的には、図１に示される���熱定着ベルト１０では、抵抗発熱体層２の表面に直接シリコーンゴム等の弾性層を設け、さらにその弾性層の外面にフッ素樹脂等の離型層を設けることが好ましい。【００３０】  また、この弾性層は、ゴム硬度の低く柔らかいものが好ましい。具体的には、例えばＪＩＳ−Ａ硬度で３〜５０度のシリコーンゴムなどが好適である。弾性層の厚さは１００〜５００μｍの範囲が好ましい。また、本発明の実施の形態においては、定着ベルトそのものが給電によって発熱するため、絶縁層、弾性層及び離型層が積層された構造であっても発熱効率が高く、定着ムラや光沢ムラのない、高い画像品質を得ることができる。【００３１】  次に、本発明の一実施形態に係る発熱定着ベルト１０が組み込まれた画像定着装置を図３に基づいて説明する。この画像定着装置は、発熱定着ベルト２１と、発熱定着ベルト２１の内側に配置される耐熱絶縁性樹脂からなるベルト支持体２２と、加圧ロール２６と、発熱定着ベルト２１の電極２４に接触して電力を供給するロール給電端子２３とから構成される。ロール給電端子２３は、発熱定着ベルト２１の電極２４に接触して抵抗発熱体層に給電を行う。なお、加圧ロール２６のシャフト２７は駆動モーター（図示せず）に連結されている。また、符号２８は電源であり、符号２９はリード線である。また、ベルトガイド板２５は発熱定着ベルト２１が蛇行した場合のストッパーの役割を担う。ベルト支持体２２及びベルトガイド板２５の材料としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂が用いられるのが好ましい。なお、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。【００３２】  本実施形態に係る画像定着装置では、駆動源を持つ加圧ロール２６によって、加圧ロール２６と圧接された発熱定着ベルト３１が従動し、加圧ロール２６と発熱定着ベルト２１とのニップ部Ｎに、未定着のトナー像３１が形成された複写紙３０が順次送り込まれ、未定着のトナー像３１が複写紙３０に熱定着される。【００３３】  以下に実施例により本発明に係る発熱定着ベルトをさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００３４】  ポリイミド基材（淀川ヒューテック（株）製）の表面にブラスト処理を施した後、基材全周を端部から端部までスパッタリング法にて抵抗発熱体となるニクロム合金（厚さ０．３５〜０．７μｍ）を付与する。この時、基材はそれぞれ自転と公転を繰り返しスパッタリングされてゆく。その後、ポリイミド基材両端部をニッケルメッキにて電極部として形成する。次いで電極部のみをマスキングし、シリコーンゴムを付与し、そのシリコーンゴム層の外層としてＰＦＡチューブにて離型層を付与する。離型層付与後、マスキング部を剥がし電極部を露出させ端面を各定着装置用のサイズに寸断加工し、定着ベルトとして提供する。【００３５】  発熱体層の厚さ（０．３５〜０．７μｍ）に関しては１００Ｖにてトナーを融解させるのに必要な熱量１２００Ｗを得る為に基材の長さ、幅、スパッタリング法に用いる素材、表面抵抗等を踏まえての最適な厚さとなっている。【００３６】  スパッタリング法を施す前処理段階での基材表面のブラスト処理後の表面抵抗を計測した内容を表１に示す。
【表１】
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【００３７】  表１からブラスト処理による表面積の増加に伴い、膜厚の増加が必要となる事が判る。【００３８】  また、ブラスト処理によりＲａを増加させればより基材と発熱体層の密着性が得られるが膜厚の増加が必要となる為、安定的かつ均一な発熱が得られなくなる。その為、現時点ではニクロム合金であればＲａ０．７μｍ未満でなければならない。
【符号の説明】
【００３９】    １                絶縁層
２，１５          抵抗発熱体層
３，２５          電極
４                離型層
２１，４１        発熱定着ベルト
２２              ベルト指示体
２３              ロール給電端子
２６              加圧ローラー
２８              電源
３０，４７        複写紙
３１，４８        未定着トナー
４２              ベルトガイド
４３              セラミックヒーター
４４              加圧ロール
４５              サーミスタ
４６              加圧ローラー芯金
４９              定着後トナー
Ｎ              ニップ部
【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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