(57)【要約】【課題】静電気に起因する画像乱れ防止と径方向の更なる強度向上とを実現した定着用ベルトを提供する。【解決手段】ベルト肉厚部の少なくとも内層部が加熱により伸びるような導電性耐熱性ゴム状弾性体で構成し、そして該肉厚部内には、該ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層を配する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト肉厚部の内層部の少なくとも一部が、加熱されたときに伸びるような導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体で構成され、そして該肉厚部内には、該ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層が配されていることを特徴とする定着用ベルト。
【請求項２】
該内層部が、可塑性導電性樹脂とシリコーンゴム弾性体との複合層である請求項１に記載の定着用ベルト。
【請求項３】
該導電性の耐熱性ゴム状弾性体が、シリコーンゴムに導電剤を添加したシリコーンゴム弾性体である請求項１に記載の定着用ベルト。
【請求項４】
該基材層にガラス繊維が配されている請求項１〜３に記載の定着用ベルト。
【請求項５】
該ガラス繊維が横巻き状態にある請求項４に記載の定着用ベルト。
【請求項６】
該ガラス繊維が編組状態にある請求項４に記載の定着用ベルト。
【請求項７】
該基材層に金属線が配されている請求項１〜３に記載の定着用ベルト。
【請求項８】
該金属線が横巻き状態にある請求項７に記載の定着用ベルト。
【請求項９】
該金属線が編組状態にある請求項７に記載の定着用ベルト。
【請求項１０】
該金属線がガラスクロスとの複合層で配されている請求項７〜９のいずれかに記載の定着用ベルト。
【請求項１１】
該基材層が耐熱性ゴム状弾性体ないし耐熱性樹脂層に埋設されている請求項１〜１０のいずれかに記載の定着用ベルト。
【請求項１２】
該金属線が、ＩＨ方式における導電発熱部材として機能する請求項７〜１１のいずれかに記載の定着用ベルト。
【請求項１３】
該ベルトの外層部が耐熱性ゴム状弾性体ないし耐熱性樹脂で構成されている請求項1〜１２のいずれかに記載の定着用ベルト。
【請求項１４】
該ベルトの肉厚が５００μｍ以下である請求項１〜１３のいずれかに記載の定着用ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置において、転写紙などの転写材上に転写されたトナー画像を加熱により定着する定着部に用いられる定着用ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒状のポリイミドチューブの外周面に耐熱性合成樹脂層からなる接着層を介してソフトセグメントとハードセグメントからなる耐熱性エラストマー層を形成してなる定着用ベルトは知られている。（特許文献１参照）
ところが、上記の定着用ベルトでは、エラストマーが、運転時の加熱、特に高温・高圧下の加熱により径方向に伸びてしまうという問題がある。また、このベルトは、クッション性に乏しいことから定着性が悪いという問題がある。
そこで、上記問題を解決するものとして、ポリイミド樹脂により代表される熱硬化性樹脂層の外周面にシリコーンゴムの弾性体層、さらにその外周面に耐熱性離型層を形成してなる定着用ベルトが提案されている。（特許文献２参照）
上記の定着用ベルトでは、シリコーンゴムの弾性体層が含まれることによってクッション性が向上し、また、最内層をポリイミド樹脂とすることによって、定着用ベルトとの摩擦により発生する静電気が引き起こす画像の乱れの問題も解消される、と言われている。しかしながら、最内層に高価なポリイミド樹脂を使っている為、製品の高コスト、更には複雑な製造工程のため生産性が悪い、という点は解消されていない。また、シリコーンゴムは高温・高圧に至る前の加熱でも伸びてしまい、ベルトの径方向の伸びという問題点も未だ解消されてはいない。
しかも、上記問題の解決が迫られる中、昨今の電子写真複写機、ファクシミリ、あるいはプリンタ等の画像形成装置においては、ウォームアップ時間の短縮化（クイックスタート）によりヒーターの事前昇温工程を省いて低消費電力化を実現しながら、該ベルトの径方向の更なる向上という要求を満足した定着用ベルトが渇望されている。上述したウォームアップ時間の短縮化を図るために、該ベルトを温める方式として電磁誘導加熱方式（以下、ＩＨ方式という）があるが、コスト高で耐久性に未解決の問題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１６１４４８号公報
【０００４】
【特許文献２】
特開２００２−１６９３９４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の第１の課題は、内層で使用する樹脂に、高価で生産性の悪いポリイミド樹脂を使用した場合のベルト機能を保持しつつ、これに代わる安価で生産性の良い樹脂ないしゴム状弾性体を使用してコスト低減、生産性向上を実現し、加えて径方向の更なる強度向上をも実現した定着用ベルトを提供することにある。
更に、本発明の第２の課題は、上記コスト低減及び生産性向上の実現に加えて、ＩＨ方式に対応できる定着用ベルトを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、ベルト肉厚部内に、該ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層を配することに着目した結果、上記伸びの問題で内層部には、伸びの問題で採用できなかった安価な熱可塑性樹脂やゴムでもこれを導電性の形で採用できることを究明し、従来の問題を一挙に解消するに至った。
【０００７】
かくして、本発明の第一の課題は、ベルト肉厚部の少なくとも内層部が、加熱されたときに伸びるような導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体で構成され、そして該肉厚部内には、該ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層が配されてなる定着用ベルトにより達成される。
更に、本発明の第二の課題は、上記伸びを抑制する基材層を、ＩＨ方式における導電発熱部材として機能する金属線からなる基材層（以下金属基材層という）とすることにより達成される。ここに、“ＩＨ方式における導電発熱部材”とは、IH方式により、金属コイルに電流を流し、ここで発生する磁力線によってもう一方の金属に渦電流を発生させ、この流れる電流が金属の電気抵抗により熱に変換される際の、該“一方の金属”を指す。そして、本発明では、該“一方の金属”として利用する金属基材層の発熱により、該ベルトを温めることになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の定着用ベルトの一例を示す縦断面図で、（１）は加熱されたときに伸びるような導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体（以下、単に“導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体”という）で構成される導電性内層部、（２）はベルトの少なくとも径（円周）方向の伸びを抑制する基材層、そして、（３）は外層部である。
本発明の第一の特徴は、内層部（１）すなわちベルト内周面を導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体で構成しつつ、該導電性内層部（１）と外層部（３）との間に、定着用ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層（２）を配したことに在る。
更に、本発明の第二の特徴は、上記の金属基材層（２）を、ＩＨ方式で、金属コイルで発生した磁力線によって渦電流が生じる金属部、すなわち導電発熱部材として利用し、該金属の電気抵抗により発生する熱で該ベルトを温めるようにした態様を含むことに在る。
本発明では、上記の構成を採ることにより、
ａ．ベルトの内層部には、後述するようにゴム状弾性体が存在するので、該ベルトが懸架されるローラに対する改善されたグリップ性（スリップ防止能）を呈し、且つ
ｂ．肉厚方向では、クッション性が確保されるので、トナーを押し潰す懸念もなくなり、良好な定着性が得られ、しかも
ｃ．ローラの芯金との摩擦による静電気の発生が防止されるので、画像乱れの問題が解消され、
ｄ．ベルトの少なくとも径方向の伸びを抑制する基材層の介在により、導電性内層部の基質が加熱下、特に高温・高圧下において伸びるようなものであっても、実際にはその伸びが確実に抑制され、そして
ｅ．該基材層を金属で構成して導電発熱部材としての機能を付加するときは、格別の付帯部品を要することなく、容易にＩＨ方式に対応できる
定着用ベルトが実現されることになる。
本発明において、導電性内層部（１）を形成する導電性の耐熱性樹脂ないしゴム状弾性体としては、耐熱性フッ素樹脂、シリコーンゴムあるいはフッ素ゴム等が挙げられるが、コストの点からはシリコーンゴムが有利である。この導電性内層部（１）は、安価で熱可塑性の導電性樹脂、例えば導電性フッ素樹脂とシリコーンゴムとの複合層とするのが好ましい。ここで、複合層とは、熱可塑性の導電性フッ素樹脂層とシリコーンゴム層とを積層したものである。もちろん、この導電性内層部（１）は単独の素材で構成しても良いが、この場合は、カーボンフィラー等を添加したシリコーンゴムが好ましく採用される。具体的な素材としては、カーボンフィラー入りテトラフルオロエチレン樹脂（導電ＰＴＦＥ）、カーボンフィラー入りテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（導電ＰＦＡ）、カーボンフィラー入りテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロプレン共重合体（導電ＦＥＰ）等やカーボンフィラー入りシリコーンゴムが挙げられる。この導電性内層部（１）の導電性の目安としては、表面抵抗値にして、１０の３乗〜１０の９乗Ω／□の範囲にあればよい。そして、このような導電性内層部（１）の厚さは、グリップ性と強度の両面を考慮したとき、 １０μｍ〜３００μｍの範囲にあることが望ましい。一方、外層部（３）には、上記の耐熱性ゴム状弾性体の他にポリイミドのような耐熱性樹脂が配される。この場合、トナーとの離型性が優先するときはフッ素樹脂が、特に高耐熱性が要求されるときはポリイミド樹脂が、そして、コストが重視されるときはシリコーンゴムが、それぞれに好ましく用いられる。この外層部（３）の厚さは離型性と耐久性の両方を考慮したとき、１０μｍ〜３００μｍの範囲にあることが望ましい。ここで、フッ素樹脂の具体例としては、テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）樹脂、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）樹脂等が挙げられる。これらの中で、離型性や屈曲性の面からテトラフルオロエチレン／パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）樹脂が特に好ましい。さらに、ポリイミド樹脂としては、東レ株式会社製「トレニース＃３０００」（商品名）やＩＳ.Ｔ製「ＳＫＹＢＯＮＤ」（商標名）が、また、シリコーンゴムとしては、信越化学工業株式会社製「ＲＴＶ（Ｘ−２０１８）」や「ＲＴＶ（Ｘ３２−１０３２）」（いずれも商品名）が挙げられる。
本発明において、基材層（２）には、ガラス繊維に代表される無機系繊維、または金属線、例えばステンレス線が好ましく採用される。そして、基材層（２）の構造としては、横巻層ないし適宜縦添えを施した横巻層、さらには編組層等のシームレス状の集合体構造が挙げられる。構造自体は、図示した単層のみならず、互いに独立した複数層であってもよい。
ここで、金属線または無機系繊維による編組層や横巻き層が伸び防止に効果的な理由は以下のとおりである。第一の理由は、金属や無機系繊維は熱による膨張がフッ素樹脂及びシリコーンゴムに比べて極めて少ないこと、そして第２の理由は、金属や無機系繊維が機械的強度に優れていることである。これら特徴を持つ金属線または無機系繊維を、ベルトの内層部であるフッ素樹脂及びシリコーンゴムの上に編組、または横巻きすることにより、定着用ベルトが加熱された時に該樹脂及びゴムが伸びるのを防ぐことができる。
この場合、生産性・コストの点では横巻層、伸びの更なる抑制効果としては編組層の方が優れているので、ベルトの要求特性に応じて、これらの構造を適宜使い分ければよい。また、ガラス繊維としては、線径５μｍの単繊維を１００〜２００本束ねたもの、金属線としてはその線径が１０μｍ〜２００μｍのものが用いられる。ガラス繊維又は金属線からなる編組の厚みは１０μｍ〜３００μｍ程度であればよく、最終的な基材層（２）の厚みは１０μｍ〜５００μｍの範囲に調整されることが好ましい。また、上記の基材層（２）を金属線で構成するとき、ガラスクロスが併用されてもよい。このガラスクロスの併用により、径方向、長手方向の伸び抑制・及び強度を更に向上させるという利点が生じる。更に、基材層（２）自体は、耐熱性樹脂層ないしは記述の耐熱性ゴム状弾性体層中に埋設されていてもよく、これにより、伸び抑制効果は一段と強調される。このとき用いられる耐熱性樹脂としては、一般に耐熱性樹脂と称されているものであれば格段の制約はないが、その中でもポリイミド樹脂が好ましく用いられる。そして、この複合の埋設層は、例えば、上述の横巻層や編組層にポリイミドワニスを含浸ないしは液状の耐熱性ゴム状弾性体をコーティングすることにより形成される。
上記した種々の態様において、最も好ましい態様は、導電性内層部（１）を安価で熱可塑性の導電性フッ素樹脂と、シリコーンゴムとの複合層にすることである。前者はポリイミドに比べてコスト面と取扱性の面で遥かに有利である。ただ、フッ素樹脂は高温・高圧下で伸びてしまい、前述の径方向の伸びや長手方向の収縮の問題は避けられないが、この不利益を補うのが、基材層（２）の存在である。従って、このような態様にあって、高価なポリイミド樹脂（前提の特開２００２−１６９３９２号公報）を熱可塑性樹脂で代替しつつ、同水準のベルト機能を維持し得る点に特徴がある。
以上のような材料からなる定着用ベルト全体の肉厚は５００μｍ以下とするが、望ましくは５０μｍ〜３００μｍ、さらに望ましくは５０μｍ〜１５０μｍである。この厚さがあまり薄いとベルトの強度が弱くなり、反対に厚すぎるとベルトの熱伝導性が低下する。
次に、本発明の定着用ベルトの製造方法について、一例を挙げて説明する。
先ず、要求されるベルトの内径に合せた管状体（アルミ芯金にＰＦＡ樹脂をコーティングしたもの）に導電性液状シリコーンゴムをコーティングする。次に、コーティングしたシリコーンゴムを加流・固化させて導電性内層部（１）を形成する。他方、この導電性内層部（１）を複合層で構成するときは、先ず、導電性のフッ素樹脂層を、次いで液状シリコーンゴム層を形成すればよい。
次に、この導電性内層部（１）の外周且つ円周方向にガラス繊維を横巻方式で巻き付けて、基材層（２）を形成する。その後、液状シリコーンゴムをコーティングした後、加硫・固化してシリコーンゴム層が含浸・固化した基材層（２）、および該基材層（２）の該表面にシリコーンゴム単独からなる外層部（３）を形成する。最後に、この３層構造体を管状物から引き抜くことにより、本発明の定着用ベルトが得られる。そして、このベルトには、必用に応じて表面研磨等の仕上げ処理を施してもよい。
上記の態様において、導電性内層部（１）を比較的薄くしてもよいときは、該管状体の外周面との間に隙間が形成されるように、ガラス繊維または金属線を緩く巻きつけるか編組して基材層（２）を形成した状態で、液状シリコーンゴムを該基材層（２）の厚さより厚くコーティングしてもよい。このときは、該隙間を埋めたシリコーンゴムが内層部（1）を、そして、基材層（２）の外周面に上乗せされたシリコーンゴムが外層部（３）となる。
【０００９】
以下に、本発明の定着用ベルトの具体例を示す。
上述した製造方法において、まず、内層部（１）を厚さ１００μｍ、幅３５０ｍｍの熱可塑性導電ＰＦＡ樹脂層とシリコーンゴム層との複合層とし、その外周に線径が２０μｍの金属線（ＳＵＳ３０４ＷＰＢ）を単層に横巻きして、厚さが１１０μｍから１２０μｍの金属基材層（２）を形成した。さらに、該基材層（２）にシリコーンゴムを含浸させつつ、その外周に厚さが１００μｍのシリコーンゴムの外層部（３）を形成して、ベルト全体の肉厚が２１０μｍ、幅３５０μｍの円筒状の定着用ベルトを作成した。
このようにして作成した定着用ベルトの各層間の接着力を１８０°剥離試験により測定した所、いずれも６１３ｇｆ／ｃｍであり、十分な接着力が得られた。また、このベルトを実機（コピー機）に使用した所、ベルトの滑りも発生せず、シリコーンゴム層による十分な弾力性に因り画像の定着性も良好であることが確認された。また、ＩＨ方式に適用した結果、ベルト内の導電発熱部材として機能する金属基材層により該ベルトが電磁誘導加熱によって極めて短時間で温められ、これにより、事前にヒーターの昇温が不要となる為消費電力が低減されることも確認された。
【００１０】
【発明の効果】
本発明では、ベルト内層部に配した耐熱性ゴム状弾性体により、改善されたグリップ性とクッション性が確保される。更に、本発明では、該内層部の少なくとも一部は導電性樹脂ないしゴム状弾性体で構成されるので、静電気抑制能も確保しつつ、該導電性樹脂として熱可塑性樹脂を採用した際に懸念されるベルトの伸びの問題も非伸縮性のガラス繊維や金属線という安価な材料からなる基材層の導入により解消したので、高温・高圧下の使用時でさえ伸びが生じることもなく、併せて滑りも発生することなく定着性に優れた安価な定着用ベルトが提供される。しかも、上記の基材層が金属基材層のときは、ＩＨ方式によって磁場を作用させて発生する渦電流により発熱する導電発熱部材としても機能して、該金属基材層の電気抵抗により発生する熱で該ベルトを短時間で温めるので低消費電力のニーズにも対応し、多機能を呈するベルトにしては、その構造が簡単なため、製造時の作業性が格段に改善され、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の定着用ベルトの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１      定着用ベルトの導電性内層部
２      定着用ベルトの径方向の伸びを抑制する基材層
３      定着用ベルトの外層部
【図１】
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