(57)【要約】【課題】ベルトニップ定着装置の昇温時間を短くするため外部加熱部材を用いるとコスト高になる。ベルト基材を薄くして昇温時間を短くするため用いるニッケル基材は、耐久性に問題がある。メッシュ体を基材に用いると縦糸と横糸の交叉部の段差によりベルトの厚みが増し、熱容量が大きくなり昇温時間が長くなる。そこで、耐久性があり、低コストで昇温時間の短い定着ベルトを提供する。【解決手段】定着ベルト５２は、該ベルトの幅方向に向いた縦糸の少なくとも一部を高伝熱性の金属繊維で構成し、その他の繊維を耐熱性樹脂繊維で構成したメッシュ体をなす繊維層６３と、耐熱性ゴム、あるいは耐熱性樹脂などの耐熱性素材からなる外層６２から構成される。耐熱性素材は繊維層６３に含浸されるか、繊維層６３の表面に塗布され、該繊維層の厚み以上の厚さで、表面を平滑に形成されている。【選択図】    図３
2004325933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する縦糸と横糸からなり空隙を有する繊維層を基材とする無端ベルトにおいて、前記繊維層は、無端方向より幅方向の方が熱伝導性が良い構成としたことを特徴とする無端ベルト。
【請求項２】
請求項１に記載の無端ベルトにおいて、該無端ベルトの幅方向に向いた縦糸の少なくとも一部を高伝熱性の金属繊維で構成したことを特徴とする無端ベルト。
【請求項３】
請求項２に記載の無端ベルトにおいて、前記金属繊維は、熱伝導率が３１．２Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする無端ベルト。
【請求項４】
請求項２または３に記載の無端ベルトにおいて、前記繊維層の前記金属繊維以外の繊維は耐熱樹脂繊維であることを特徴とする無端ベルト。
【請求項５】
請求項４に記載の無端ベルトにおいて、前記耐熱樹脂繊維は、融点が２６０℃以上であることを特徴とする無端ベルト。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、該無端ベルトの幅方向に関し、両端近傍の温度低下領域の、前記繊維層の空隙率が中央部の空隙率より大きいことを特徴とする無端ベルト。
【請求項７】
請求項６に記載の無端ベルトにおいて、前記温度低下領域の前記繊維層の空隙率は端部へ行くほど大きくなるよう設定されていることを特徴とする無端ベルト。
【請求項８】
請求項６または７に記載の無端ベルトにおいて、前記空隙率の違いは前記横糸の繊維密度の違いによって形成されることを特徴とする無端ベルト。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、前記無端ベルトは、該無端ベルトの周長に等しい長さの円周を有する円筒状の織物として、袋織り工法により製織されたものであることを特徴とする無端ベルト。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、前記無端ベルトは、該無端ベルトの両端に折り曲げ加工が施されていることを特徴とする無端ベルト。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の無端ベルトに、耐熱性素材を表層として付加したことを特徴とする定着ベルト。
【請求項１２】
請求項１１に記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、前記無端ベルトの繊維層に含浸されていることを特徴とする定着ベルト。
【請求項１３】
請求項１１に記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、前記無端ベルトの繊維層表面に塗布されていることを特徴とする定着ベルト。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は前記繊維層を内包し、該繊維層の厚み以上の厚さで、表面を平滑に形成されたことを特徴とする定着ベルト。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、耐熱性ゴム、または耐熱性樹脂であることを特徴とする定着ベルト。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材はフッ素樹脂およびシリコン樹脂の少なくとも一方を含有することを特徴とする定着ベルト。
【請求項１７】
請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材はフッ素樹脂を含有する層とシリコン樹脂を含有する層の２層からなることを特徴とする定着ベルト。
【請求項１８】
請求項１１ないし１７のいずれか１つに記載の定着ベルトを用いたことを特徴とする定着装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の定着装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の画像形成装置において、前記定着装置は、両側支持体である側板に回転自在に支持された少なくとも１本の熱源挿入用の加熱ローラと、その加熱ローラに対向して配置され、テンションを兼ね備える駆動ローラと、前記２ローラ間に掛け渡される前記定着ベルトに、垂直方向ないし記録紙の搬送方向下流側に配置される加圧ローラにより、加熱ローラないし加圧ローラより発生する熱と圧力を、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間を通過する記録紙および、記録紙上のトナーに伝えるベルトニップ定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無端ベルトを備える定着装置、特に複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセス画像形成装置に用いられる定着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２はローラのみによる定着装置の概要を示す図である。
図１３はベルトを有する定着装置の概要を示す図である。
両図において符号１０１は加熱ローラ、１０２は加圧ローラ、１０３は記録紙、１０４はトナー像、１０５は無端ベルト、１０６は駆動ローラ、１０７は加熱手段をそれぞれ示す。
【０００３】
定着装置としては、図１２に示すように加熱手段１０７を内蔵し、駆動手段を設けた加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２で、記録紙１０３上の未定着トナー１０４を加熱すると同時に、加熱ローラ１０１と加圧ローラ１０２間に発生させる圧力を加えながら搬送する「ロールニップ定着装置」、および、図１３のように前記ロールニップ定着装置に定着ベルト１０５と、テンショナー、および駆動手段を兼ね備えた駆動ローラ１０６を新たに設け、定着ベルト１０５と、加熱手段１０７を内蔵した加圧ローラ１０２間に発生する圧力を加え、前記ロールニップ定着装置同様に記録紙１０３上の未定着トナー１０４を加熱し、搬送させる「ベルトニップ定着装置」の２つが主流である。
【０００４】
これまで主として、前者のロールニップ定着装置が採用されていたが、４色を溶融混色するカラー機への対応と、デジタル化に伴う画質向上から、ニップ幅（加圧時間）をより大きく設定できるベルトニップ定着装置が普及しつつある。
カラー機の未定着トナー１０４層は、モノクロ（単色）より厚く形成され、溶融加圧に、より時間を要することが周知である。
【０００５】
図１４はベルトニップ定着装置の概要を示す断面図である。
図１５はロールニップ定着装置の概要を示す断面図である。
図１６はベルトニップ定着装置の概要を示す斜視図である。
ベルトニップ定着装置は、図１４のように定着ベルト１０５の加圧ローラ１０２への巻き付け角が大きく、図１５のロールニップ定着装置よりもニップ幅を大きく設定できる。しかし、図１６に示すように、図１４に比べて定着ベルト１０５、および駆動ローラ１０６が増えた分、熱容量が大きく、ロールニップ定着装置に比べ昇温時間が長くなる問題点がある。構成も複雑でコストも大幅に上回る。
【０００６】
図１７は外部加熱手段の一例を示す図である。
図１８は外部加熱手段の他の例を示す図である。
両図において、符号１０７’は外部加熱ローラ、１０７”は電磁誘導加熱手段、Ｓは転写紙をそれぞれ示す。
ベルトニップ定着装置の昇温時間短縮のため、図１７のような外部加熱ローラの追加、図１８のような電磁誘導（ＩＨ）を用いた熱源追加方式の変更も行われている。
いずれもコスト低減が難しいので、昇温時間が短くコスト上昇のない無端ベルト１０５自体の改良が必要である。
【０００７】
図１９はベルトの構成を示す図である。
同図において符号１０８は基材層、１０９は表層をそれぞれ示す。
ベルト式定着装置の基幹部である無端ベルト１０５は基材層が、ニッケル、、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属シートを繋ぎ合わせたものあるいは電鋳を利用したもの、あるいは耐熱性樹脂（ポリイミド等）を繋ぎ合わせたものなどにより形成された薄肉のベルトで、表層１０９には未定着トナー１０４の加圧力と高離型性を考慮した、耐熱離形層（フッ素系樹脂、高離形シリコンゴム・チューブ等）が被覆されたもの等があるが、これらはいずれも昇温時間の短縮が困難なことと、強度と寸法安定性に課題があり、長期の使用時にはベルト端部から亀裂が入ったり、ベルト周長が変化し、しわが生じて搬送異常、画像異常を発生することがある。同図の表層１０９は一例として耐熱性のシリコンゴム層１０９ｂの上に、定摩擦係数のフッ素系樹脂ＰＦＡの層１０９ａを重ねた場合を示している。両層の上下関係は逆にしても良い。また、いずれか一方の層のみでも使用し得る。
【０００８】
基材層１０８に多く使用するポリイミド樹脂とニッケルの、長所と短所を以下に記載する。
ポリイミド基材は適度な耐摩耗性と柔軟性を持ち、回転時の摩擦影響を受けにくいこと、屈曲に対しても適度な順応性を持ち、加熱ローラ１０１径の曲率差異の影響を受けにくい長所を有するが、比較的熱容量が大きく、熱伝導性が低いことで、これ以上昇温時間を短くすることは困難である。
他方、ニッケル基材は比熱が小さく熱伝導も良いため、昇温時間が比較的短い長所を有するが、剛体で柔軟性に乏しく、加熱ローラ１０１径の曲率差異の影響を受け、特に小径ローラには順応できず、摩擦による耐久性と騒音等の課題も残る。
【０００９】
両者基材の課題一挙解決を狙い、無端ベルト１０５の基材層１０８に、メッシュ体を採用し、空隙比率と体積差異分の熱容量軽減、屈曲、伸縮に対する柔軟性向上を狙ったものがある（例えば、特許文献１  参照。）。
図２０はベルトの基材層の違いを示す図である。
同図において符号１１０はメッシュ体を示す。
メッシュ体１１０は樹脂または金属の繊維を織機で織り込んだものが多く、表層１０９には、従来同様にシリコンゴム等の皮膜を形成し、見かけ上は従来の無端ベルト１０５と変わらない見栄えとなる。しかし、メッシュ体には以下の短所がある。
【００１０】
図２１はメッシュ体の電子顕微鏡写真を元にした図である。
繊維織り込み（メッシュ化）においては、同図に示す繊維縦糸と横糸の交叉で生じる凹凸段差分を解消するための表層１０９の厚さが必要となり、従来のポリイミド樹脂やニッケル基材の表層１０９よりも厚く形成される。その結果、熱容量が大きく、熱伝導性に乏しいゴム層が多くなり、メッシュ体１１０にした熱容量軽減の効果が半減している。
さらに、熱伝導を考慮した場合、メッシュ体１１０を構成する繊維は樹脂系よりも、金属系の方が望ましいが、ニッケル基材同様に、柔軟性や屈曲に脆く、特に小径化が困難となる。
【００１１】
図２２はローラ端部からの放熱を説明するための図である。
図２３はローラ端部における異常画像を説明するための図である。
前記、いずれの基材の無端ベルトを使用しても、加熱ローラ１０１両側面が加熱手段１０７としてのハロゲンヒータ挿入の都合上大きく開放されているため、図２２に示すように両端の熱損失が大きく、特に対策を講じない場合、中央部に対して左右端からある距離の範囲で低めの温度分布を示し、定着ベルト表面温度はこの分布に倣いやすくなっている。以下、ローラ両端のこの範囲を便宜上温度低下領域と名付ける。
左右端部の温度低下は、定着性に影響し、極端に低い場合は、図２３に示すように、コールドオフセットと呼ばれる異常画像となる。
ハロゲンヒータ自体の発光分布調整（左右効率アップ）等で上記の課題は解決できるが、分布平準化にともなって、昇温時間が犠牲になる。
昇温時間維持のためには、出力（ワット数）アップ、もしくは、本数追加の対応も必要となり、コスト低減と消費電力低減の流れに対して逆行する。
【００１２】
上述の熱伝導性と熱容量を考慮した場合、基材全体は極力薄く作られ、その結果、剛性、強度が弱くなり、無端ベルト両端部に亀裂が入りやすく、破損する危険性を持つ。
図２４は端部に寄り防止機能を有するベルトを説明するための図である。
同図において符号１１０ａは補強材を示す。
亀裂を防止するためには、同図に示すように端部に寄り防止機能を兼ね備える補強材１１０ａ、例えばシリコンのゴムリングをベルト内側の両側部に接着するなどの対策がなされている。このゴムリングにより、ベルトはローラ１０６端部の段差部１０６ａに落ち込んで、ローラ端部側面に当接することによって寄り防止の機能を果たす。しかし、この方法は、耐熱ゴムを使用し、なおかつ、接着手法を用いて構成するのが主流で、コストの大幅な上昇となっている。
高画質の要求が高まる中、安価で昇温時間の短い「無端ベルト」が待ち望まれる状況で、織り段差を軽減させ、伝熱促進性、および温度分布均一性と柔軟性を兼ね備えた「新定着ベルト」の開発が必要となる。熱源としても、安価なハロゲンヒータ等の採用は見送れないところで、環境への配慮からも消費電力低減も必須となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−２５１０８８号公報（第３、４頁、第５図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
柔軟性と伝熱性を兼ね備え、織り段差の少ないメッシュ体を提供する。
安価な熱源で、追加部品の必要のない温度分布均一化手法を提供する。
端部補強材が不要で、高剛性且つ、高耐久の耐熱無端ベルトを提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、互いに直交する縦糸と横糸からなり空隙を有する繊維層を基材とする無端ベルトにおいて、前記繊維層は、無端方向より幅方向の方が熱伝導性が良い構成としたことを特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１に記載の無端ベルトにおいて、該無端ベルトの幅方向に向いた縦糸の少なくとも一部を高伝熱性の金属繊維で構成したことを特徴とする。
請求項３の発明では、請求項２に記載の無端ベルトにおいて、前記金属繊維は、熱伝導率が３１．２Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項２または３に記載の無端ベルトにおいて、前記繊維層の前記金属繊維以外の繊維は耐熱樹脂繊維であることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明では、請求項４に記載の無端ベルトにおいて、前記耐熱樹脂繊維は、融点が２６０℃以上であることを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、該無端ベルトの幅方向に関し、両端近傍の温度低下領域の、前記繊維層の空隙率が中央部の空隙率より大きいことを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項６に記載の無端ベルトにおいて、前記温度低下領域の前記繊維層の空隙率は端部へ行くほど大きくなるよう設定されていることを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項６または７に記載の無端ベルトにおいて、前記空隙率の違いは前記横糸の繊維密度の違いによって形成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、前記無端ベルトは、該無端ベルトの周長に等しい長さの円周を有する円筒状の織物として、袋織り工法により製織されたものであることを特徴とする。
請求項１０の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の無端ベルトにおいて、前記無端ベルトは、該無端ベルトの両端に折り曲げ加工が施されていることを特徴とする。
請求項１１の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の無端ベルトに、耐熱性素材を表層として付加した定着ベルトを特徴とする。
【００１８】
請求項１２の発明では、請求項１１に記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、前記無端ベルトの繊維層に含浸されていることを特徴とする。
請求項１３の発明では、請求項１１に記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、前記無端ベルトの繊維層表面に塗布されていることを特徴とする。
請求項１４の発明では、請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は前記繊維層を内包し、該繊維層の厚み以上の厚さで、表面を平滑に形成されたことを特徴とする。
請求項１５の発明では、請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材は、耐熱性ゴム、または耐熱性樹脂であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１６の発明では、請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材はフッ素樹脂およびシリコン樹脂の少なくとも一方を含有することを特徴とする。
請求項１７の発明では、請求項１１ないし１６のいずれか１つに記載の定着ベルトにおいて、前記耐熱性素材はフッ素樹脂を含有する層とシリコン樹脂を含有する層の２層からなることを特徴とする。
請求項１８の発明では、請求項１１ないし１７のいずれか１つに記載の定着ベルトを用いた定着装置を特徴とする。
【００２０】
請求項１９の発明では、請求項１８に記載の定着装置を用いた画像形成装置を特徴とする。
請求項２０の発明では、請求項１９に記載の画像形成装置において、前記定着装置は、両側支持体である側板に回転自在に支持された少なくとも１本の熱源挿入用の加熱ローラと、その加熱ローラに対向して配置され、テンションを兼ね備える駆動ローラと、前記２ローラ間に掛け渡される前記定着ベルトに、垂直方向ないし記録紙の搬送方向下流側に配置される加圧ローラにより、加熱ローラないし加圧ローラより発生する熱と圧力を、前記定着ベルトと前記加圧ローラとの間を通過する記録紙および、記録紙上のトナーに伝えるニップ定着装置であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係わる定着装置を用いる画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
同図において符号１は感光体、２は帯電手段、３はクリーニング装置、４は現像ローラ４ａを含む現像装置、５は転写手段、６は定着ローラ、８は定着ベルト、９はベルト駆動ローラ、４５は加圧ローラをそれぞれ示す。その他の符号は説明中で直接引用する。
【００２２】
感光体１は、図中矢印方向に回転し、その周りには、帯電手段２、クリーニング装置３、レーザ光学系によるレーザビームＬ、トナーを供給して感光体１上の潜像を顕像化する現像装置４、および、転写手段５が配置されている。現像装置４の近傍にはトナー補給部１４が設けられている。
転写紙Ｐは下側に配置された着脱可能な給紙カセット１７内にセットされ、図示せぬスプリング力によって給紙ローラ１９に押しつけられる。
【００２３】
図示せぬ制御部から指令が発せられて、給紙ローラ１９が回転することにより、給紙カセット１７内の最上紙は、分離パッドなどで重送を防止されながら下流側のレジストローラ２０まで搬送される。そして、感光体１上の画像と同期するようにタイミングが取られ、さらに、用紙は転写手段５に向かって送り出される。転写手段５によって、感光体１から画像を得た転写紙Ｐは、さらにベルト定着装置１１に搬送され、未定着トナーの加熱処理を受けてトナー像を定着させられる。
その後、画像定着済みの転写紙Ｐは、排紙ローラ２１によって排紙口２２から、排紙トレイ部９３上に排出、載置される。図中９０は自動原稿給紙装置、９１はスキャナ部であり、９２は上述した作像部を示す。
トナー画像転写後の感光体１上のトナーはクリーニング装置３により回収される。回収されたトナーは現像装置４に戻され、繰り返し画像形成に用いられる。
【００２４】
図２は本発明に係わるベルト定着装置の１実施形態を示す断面図である。
同図において符号５１は定着装置、５２は定着ベルト、５３は加熱ローラ、５４は定着ローラ、５５は加圧ローラ、５８はサーミスタ、５９は芯金、６０は弾性体層、６１はガイドをそれぞれ示す。
図示の定着装置５１は、転写紙を搬送する無端状の定着ベルト５２を張架する加熱ローラ５３、および、定着ローラ５４と、定着ベルト５２を介して定着ローラ５４に対向して配置される加圧ローラ５５と、表面にヒータを有する加熱ローラ５３とから構成してある。定着ベルト５２に所定のテンションを与えるために加熱ローラ５３はバネ等の図示しない弾性体により矢印ａで示すように、加熱ローラ５３を定着ローラ５４から離間させる向きに付勢されている。定着ローラ５４と接触している定着ベルト５２の外周には図示せぬサーミスタが配置され、ニップ出口の温度を検知している。
【００２５】
加熱ローラ５３側の定着ベルト５２上にもサーミスタ５８が配置され、定着ベルト５２の温度を検知している。定着ローラ５４は芯金５９と、この芯金５９を被覆する耐熱多孔質の弾性体層６０とを有し、芯金５９は軸端において、図示せぬ不動部材に回転自在に支持されている。
加圧ローラ５５はバネ等の図示せぬ弾性体により、矢印ｂで示すように、定着ローラ５４に圧接する向きに付勢されている。加圧ローラ５５は少なくとも定着ローラ５４に当接することにより、ニップが形成されるように圧接されている。ガイド６１は、定着される転写紙を定着ニップに向けて案内する。加圧ローラ５５は芯金表面をＰＦＡコートしたものを用いる。
【００２６】
図３は本発明の定着ベルトの構造を示す拡大断面図である。
同図において符号６２は外層、６３はメッシュ体をなす繊維層をそれぞれ示す。
繊維層６３により、強度、寸法安定性を得ると共に、図示のようにフッ素樹脂と耐熱ゴムもしくは耐熱樹脂等の耐熱性素材からなる外層６２が繊維層６３より厚いため表面が平滑面となり、フッ素樹脂と耐熱性素材が一体化しているため、摩耗があっても離型性を確保可能である。フッ素樹脂の代わりに、あるいは併せてシリコン樹脂を入れても良い。
【００２７】
図４は定着ベルトの使用状態における繊維方向の様子を示す模式図である。
同図において符号１１１は定着ベルトの幅方向（駆動ローラの軸方向）に延びた繊維を示し、これを便宜上縦糸と呼ぶ。符号１１２は定着ベルトの進行方向（駆動ローラの円周方向：以後無端方向と呼ぶ）に延びた繊維を示し、これを横糸と呼ぶ。
本発明では、縦糸として、その全部、または一部に高伝熱性の金属繊維１１１ａを有する。金属繊維１１１ａが一部である場合は、その残りは耐熱性樹脂繊維１１１ｂを用いる。縦糸、横糸の表現は便宜上の呼び方であり、実際に織物として製織されるときの縦糸・横糸とは必ずしも一致するものではない。
【００２８】
図５、６はポリアリレート単繊維の分子構造を示す図である。
耐熱性樹脂繊維１１１ｂとしては、融点が２６０℃以上のものが望ましく、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素系樹脂繊維、または、図５に分子構造を示したポリアリレート単繊維等の液晶ポリマー繊維、ＰＥＥＫ樹脂繊維等を用いることができる。また、金属繊維１１１ａとしては、熱伝導率が３１．２Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましく、銅、燐青銅、ステンレススチール、ニッケル等を繊維状にしたものを用いることができる。
【００２９】
こうすることによって、従来のポリイミド・ニッケル基材より、熱容量が軽減され、昇温時間の短縮が可能となる。また、従来の単一素材を用いたメッシュ体に比べ、横糸を樹脂繊維、縦糸の全部または一部を金属繊維として織り込むことで、回転時の柔軟性（耐屈曲性）を向上させつつ、無端方向より幅方向のの方が伝熱性が良くなり、幅方向のさらなる伝熱促進が可能となる。
【００３０】
図７は本発明に用いる定着ベルト基材の製造方法を示す概要図である。
本製造方法は、織物の織り方の一種で、袋織りと呼ばれる手法に基づく公知の製造方法である。本方法について簡単に説明する。
予めベルト周長に対応した本数の縦糸１１１（所望に応じて金属繊維１１１ａ、耐熱性樹脂繊維１１１ｂを含む）を袋織り時に順次円筒状に配列させ、一方の端から横糸を入れて（これを横糸の打ち込みという）円筒状織物を作っていく。ベルトの幅として必要な長さができても、そこで止めず連続して円筒状織物を作り続ける。十分な長さの円筒状織物ができた時点で装置から切り離し、個別の無端ベルトに分割する。このようにして、定着ベルト基材として用いることのできるメッシュ状の無端ベルトが得られる。
【００３１】
本発明による定着ベルトは、従来の金属ベルトのような溶着による継ぎ目や段差がない一体物であるため、ベルトの各場所にて強度が安定する。それと共に、段差がないことにより、昇温阻害となるゴム層の表層厚の低減につながり、メッシュ体にした効果を失うことなく使用できる。また袋織りを採用することで溶着等の工程が不要となり、加工費面でも大幅に削減できる。
【００３２】
分割された個別の無端ベルトは、定着ベルト基材として、そのままでも樹脂類を含浸させれば定着ベルトとして使用できるが、分割したときに円筒端部の折れ曲がり癖などで、安定性に欠ける場合があるので、以下に示すような安定化のための熱処理を行うとよい。
すなわち、円筒状織物の円筒径に相当する径を有する円柱体を治具として、円筒状無端ベルトの全長が通るように挿入し、所定温度の加熱炉内に所定時間静置する定長熱処理加工を施す。
【００３３】
図８は無端ベルトの後処理加工を説明するための図である。
同図において符号１２１はテンションローラを兼ねる駆動ローラ、１２２は加熱ローラ、１２３はヒータ、１２４は圧延ローラをそれぞれ示す。
図９は、後処理加工の前後の繊維の様子を示す模式図である。
本発明では、図７で得られたメッシュ状無端ベルト、あるいは定長熱処理加工したメッシュ状無端ベルトに対し、図８で示す後処理加工を施す。
すなわち、定着装置と類似のベルト駆動装置と加圧装置を有する後処理加工装置に、メッシュ状無端ベルトを装着する。メッシュ状無端ベルト１１０は、テンション機能を有する駆動ローラ１２１と、加熱ローラ１２２の間に掛け渡される。加熱ローラ１２２はヒータ１２３により所定の温度にまで加熱される。加熱ローラ１２２に対向してメッシュ状無端ベルト１１０の外側から圧延ローラ１２４が所定の圧力をもって、押し当てられてベルトに連れ回りする。
【００３４】
このときの熱と圧力により、縦糸と横糸の交叉部は互いに圧縮されて、図９（ａ）に示す繊維の状態から同図（ｂ）に示す繊維の状態へと変化し、基材全体の厚みが小さくなる。
このような段差低減が、昇温阻害となるゴム層の表層厚の低減につながり、メッシュ体にした効果を失うことなく使用できる。
【００３５】
図１０は本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。
本実施形態では、使用状態における駆動ローラの軸方向に関して、中間が密に、両端が粗になるよう横糸の間隔を変えてある。
前述のように、加熱ローラの両端はヒータとの関係で、解放になっているため、特に対策を講じない場合、自然放熱のによって両端からある距離の範囲が温度低下領域となる。
そこで、ベルト幅の両端部近傍の繊維密度を粗にすることにより、空隙部を多く持たせて空隙率を大きくし、保温能力を高めて上記温度低下領域の温度低下を防ぐ。繊維密度が均一なベルトを用いた場合の軸方向の温度分布において、ほぼ均一と見なせる範囲は繊維密度を密にする。幅の両端近傍の温度低下領域の繊維密度を粗にする。
【００３６】
この構造は、前述の袋織りによる製造の場合であれば、横糸の打ち込みの間隔を位置によって変えることで達成できる。
繊維密度が粗の部分は全て同一密度にしてもよいが、前記温度低下領域にも温度勾配が存在するので、所定の位置から端部に向かうに従って、連続的に、もしくは段階的に、徐々に密度を粗くして行っても良い。
このように空隙比率を変えることで、熱損失が大きい加熱ローラ端面側のベルト表面温度分布の均一化が可能である。
【００３７】
図１１は他の後処理加工を説明するための図である。同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は断面図である。理解を容易にするため、無端ベルトの厚さは誇張して示している。
本後処理加工は無端ベルト１１０の幅方向の端部を所定幅で内側に折り込む加工である。折り込みに際しては、同時に熱処理を施し、折り込み部分１１０ｂを安定化させることができる。折り込みのための所定幅とは、従来の補強材としてのゴムリングの幅にほぼ等しい幅のことである。この方法を用いれば、従来のように、補強材としてのゴムリングを接着する必要がなくなり、低コストで寄り防止機能を得ることができる。さらに、切れ割きが起こりやすい端部の強度強化になり耐久性が向上し、製造コストも低減できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、定着性能が高く、耐久性があり、製造コストの低い無端状の定着ベルトが得られ、昇温時間の短いベルトニップ定着装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本発明に係わる定着装置を用いる画像形成装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明本発明に係わるベルト定着装置の１実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の定着ベルトの構造を示す拡大断面図である。
【図４】定着ベルトの使用状態における繊維方向の様子を示す模式図である。
【図５】ポリアリレート単繊維の分子構造を示す図である。
【図６】ポリアリレート単繊維の分子構造を示す図である。
【図７】本発明に用いる定着ベルト基材の製造方法を示す概要図である。
【図８】定着ベルト基材の後処理加工を説明するための図である。
【図９】後処理加工の前後の繊維の様子を示す模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を説明するための模式図である。
【図１１】他の後処理加工を説明するための図である。
【図１２】ローラのみによる定着装置の概要を示す図である。
【図１３】ベルトを有する定着装置の概要を示す図である。
【図１４】ベルトニップ定着装置の概要を示す断面図である。
【図１５】ロールニップ定着装置の概要を示す断面図である。
【図１６】ベルトニップ定着装置の概要を示す斜視図である。
【図１７】外部加熱手段の一例を示す図である。
【図１８】外部加熱手段の他の例を示す図である。
【図１９】ベルトの構成を示す図である。
【図２０】ベルトの基材層の違いを示す図である。
【図２１】メッシュ体の電子顕微鏡写真を元にした図である。
【図２２】ローラ端部からの放熱を説明するための図である。
【図２３】ローラ端部における異常画像を説明するための図である。
【図２４】端部に寄り防止機能を有するベルトを説明するための図である。
【符号の説明】
５１      定着装置
５２      定着ベルト
５３      加熱ローラ
５４      定着ローラ
５５      加圧ローラ
６０      弾性体層
６２      外層
６３      繊維層
１１０      メッシュ状無端ベルト
１１１      縦糸
１１２      横糸
１２１      駆動ローラ
１２２      加熱ローラ
１２３      ヒータ
１２４      圧延ローラ
【図１】
2004325933.tif 000003
【図２】
2004325933.tif 000004
【図３】
2004325933.tif 000005
【図４】
2004325933.tif 000006
【図５】
2004325933.tif 000007
【図６】
2004325933.tif 000008
【図７】
2004325933.tif 000009
【図８】
2004325933.tif 000010
【図９】
2004325933.tif 000011
【図１０】
2004325933.tif 000012
【図１１】
2004325933.tif 000013
【図１２】
2004325933.tif 000014
【図１３】
2004325933.tif 000015
【図１４】
2004325933.tif 000016
【図１５】
2004325933.tif 000017
【図１６】
2004325933.tif 000018
【図１７】
2004325933.tif 000019
【図１８】
2004325933.tif 000020
【図１９】
2004325933.tif 000021
【図２０】
2004325933.tif 000022
【図２１】
2004325933.tif 000023
【図２２】
2004325933.tif 000024
【図２３】
2004325933.tif 000025
【図２４】
2004325933.tif 000026