(57)【要約】【課題】安定した発熱特性を維持する電磁誘導加熱定着装置用の定着部材を提供する。【解決手段】イミド化率５０％〜９０％であるポリイミド樹脂を含む弾性率４．５ＧＰａ以上の基材６１ａと銅を含む金属層６１ｂとを有する定着ベルト６１であって、金属層６１ｂにおける銅の結晶の体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下であることにより、金属層６１ｂにおけるクラック等の発生が低減し、長期に亘る発熱特性を維持し、さらに、基材６１ａの断熱効果により金属層６１ｂで発生する熱の放熱量が低減し、ウォームアップタイムが短縮する。【選択図】図３
2009025565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性樹脂を含み、弾性率が４．５ＧＰａ以上である基材と、
銅を含み、前記基材上に形成する金属層と、を有し、
前記金属層における前記銅の結晶の体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする定着部材。
【請求項２】
前記基材の前記金属層を形成する面と反対側の面に凹凸パターンを有することを特徴とする請求項１に記載の定着部材。
【請求項３】
耐熱性樹脂を含む基材上に銅を含む金属層を形成し、
前記金属層を温度３００℃〜４５０℃で加熱処理する
ことを特徴とする定着部材の製造方法。
【請求項４】
前記基材の弾性率が４．５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法。
【請求項５】
前記耐熱性樹脂が、イミド化率５０％〜９０％であるポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法。
【請求項６】
前記金属層における前記銅の結晶の体積平均粒径が３μｍ〜２０μｍになるように当該金属層を加熱処理することを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法。
【請求項７】
前記金属層を有する面とは反対側の面に凹凸パターンを形成することを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法。
【請求項８】
弾性率が４．５ＧＰａ以上である耐熱性樹脂製の基材上に、体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下である銅の結晶を含む金属層を備える定着部材と、
前記定着部材の外周面を圧接する加圧部材と、
前記定着部材の前記金属層に渦電流を発生させ、当該定着部材を発熱させる電磁誘導加熱部材と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項９】
前記定着部材の内周面に凹凸パターンを有し、且つ、当該定着部材の当該内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤塗布部材をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の定着装置。
【請求項１０】
トナー像を形成するトナー像形成部と、
前記トナー像を記録材上に転写する転写部と、
前記記録材上に転写したトナー像を当該記録材上に定着する定着部と、を有し、
前記定着部は、
ポリイミド樹脂製の基材上に体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下の銅の結晶を含む金属層を有する定着部材と、
前記定着部材の外周面を圧接する加圧部材と、
前記定着部材を発熱させる電磁誘導加熱部材と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着部材、定着部材の製造方法、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置は、記録媒体上に形成したトナー像を記録媒体上に定着するための定着工程において、一般的に熱圧力定着法を採用している。なかでも、電磁誘導加熱方式により定着部材を加熱する方法が知られている。
このような電磁誘導加熱方式により加熱する定着部材として、特許文献１に、金属層及びポリイミド樹脂層を有する積層フィルムが記載されている。また、特許文献２に、ポリイミドの基層と銅を含む導電性層と中立軸位置調整層及びトナー離型層とを積層するベルトが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４１２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−０７０１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電磁誘導加熱方式を利用する定着装置（誘導加熱定着装置）では、金属発熱層を有する定着部材と、定着部材の内部または外部の近接位置に設置されて高周波電源と電気的に接続するコイル及び加圧部材を用いる。
このような定着部材の金属発熱層にクラック・亀裂等が生じると、金属発熱層の抵抗が増大したり、あるいは、金属発熱層が電気的に絶縁状態になるため、発熱特性が低下する。また、発生したクラックが溝状のディフェクトの場合は、局所的に膜厚が薄い部分の溝部が異常発熱を起こす。このような異常発熱により、定着ベルト表面の離型層が焼けたり、溶融を招き、定着部材としての耐久性を著しく低下させる原因となる。
【０００５】
本発明は、安定した発熱特性を維持する定着部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、耐熱性樹脂を含み、弾性率が４．５ＧＰａ以上である基材と、銅を含み、前記基材上に形成する金属層と、を有し、前記金属層における前記銅の結晶の体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする定着部材である。
請求項２記載の発明は、前記基材の前記金属層を形成する面と反対側の面に凹凸パターンを有することを特徴とする請求項１に記載の定着部材である。
請求項３記載の発明は、耐熱性樹脂を含む基材上に銅を含む金属層を形成し、前記金属層を温度３００℃〜４５０℃で加熱処理することを特徴とする定着部材の製造方法である。
請求項４記載の発明は、前記基材の弾性率が４．５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法である。
請求項５記載の発明は、前記耐熱性樹脂が、イミド化率５０％〜９０％であるポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法である。
請求項６記載の発明は、前記金属層における前記銅の結晶の体積平均粒径が３μｍ〜２０μｍになるように当該金属層を加熱処理することを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法である。
請求項７記載の発明は、前記金属層を有する面とは反対側の面に凹凸パターンを形成することを特徴とする請求項３記載の定着部材の製造方法である。
請求項８記載の発明は、弾性率が４．５ＧＰａ以上である耐熱性樹脂製の基材上に、体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下である銅の結晶を含む金属層を備える定着部材と、前記定着部材の外周面を圧接する加圧部材と、前記定着部材の前記金属層に渦電流を発生させ、当該定着部材を発熱させる電磁誘導加熱部材と、を有することを特徴とする定着装置である。
請求項９記載の発明は、前記定着部材の内周面に凹凸パターンを有し、且つ、当該定着部材の当該内周面に潤滑剤を供給する潤滑剤塗布部材をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の定着装置である。
請求項１０記載の発明は、トナー像を形成するトナー像形成部と、前記トナー像を記録材上に転写する転写部と、前記記録材上に転写したトナー像を当該記録材上に定着する定着部と、を有し、前記定着部は、ポリイミド樹脂製の基材上に体積平均粒径が３μｍ以上２０μｍ以下の銅の結晶を含む金属層を有する定着部材と、前記定着部材の外周面を圧接する加圧部材と、前記定着部材を発熱させる電磁誘導加熱部材と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、定着部材全体の耐屈曲性が保たれ、且つ、金属層におけるクラック等の発生が低減し、長期に亘る発熱特性を維持できる。また、基材の断熱効果により金属層で発生する熱の放熱量が低減し、ウォームアップタイムを短縮する。
請求項２に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着部材と押圧部材との摺動抵抗を抑制する。
請求項３に係る発明によれば、定着部材における金属層の銅の結晶粒径が大きくなる。
請求項４に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、例えば、定着部材である定着ベルトの耐屈曲性が向上する。
請求項５に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、加熱処理を行う際に基材の弾性率の低下が低減する。
請求項６に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着部材の耐久性が向上する。
請求項７に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着部材と摺動する押圧部材の寿命が向上する。
請求項８に係る発明によれば、誘導加熱方式の定着装置における定着部材の耐久性が向上する。
請求項９に係る発明によれば、長期に亘り発熱特性を維持する定着部材を備える定着装置により、安定した画像が得られる。
請求項１０に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、長期に亘り安定した画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態（実施の形態）について説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを現すものではない。
【０００９】
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。ここでは、一般にタンデム型と呼ぶ中間転写方式の画像形成装置を例に挙げ説明する。図１に示す画像形成装置は、トナー像形成部として、電子写真方式により各色成分のトナー像を形成する複数の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備える。次に、転写部として、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにより形成する各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に順次転写（一次転写）する一次転写部１０と、中間転写ベルト１５上に転写した重畳トナー画像を記録材（記録用紙）である用紙Ｐに一括転写（二次転写）する二次転写部２０を有する。さらに、定着部として、二次転写された画像を用紙Ｐ上に定着する定着装置６０を備える。また、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を有する。
【００１０】
図１に示すように、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２と、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３（図１中、露光ビームを符号Ｂｍで示す）と、各色成分トナーを収容し感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４と、を有する。また、感光体ドラム１１上に形成する各色成分トナー像を一次転写部１０にて中間転写ベルト１５に転写する一次転写ロール１６と、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７と、を有する。本実施の形態では、これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の順に略直線状に配置する。
【００１１】
中間転写ベルト１５は、各種ロールにより、図１に示す矢印Ｂ方向に所定の速度で循環駆動（回動）する。各種ロールとして、中間転写ベルト１５を回動する駆動ロール３１と、中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２と、中間転写ベルト１５に一定の張力を与え蛇行を防止するテンションロール３３と、二次転写部２０に設けるバックアップロール２５と、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けるクリーニングバックアップロール３４と、を有している。
【００１２】
一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟み感光体ドラム１１に対向する一次転写ロール１６を有する。一次転写ロール１６にトナーの帯電極性（マイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）を印加し、各感光体ドラム１１上のトナー像を中間転写ベルト１５に順次、静電吸引し、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像を形成する。
【００１３】
二次転写部２０は、中間転写ベルト１５のトナー像保持面側に配置する二次転写ロール２２と、バックアップロール２５と、を有する。バックアップロール２５を中間転写ベルト１５の裏面側に配置して二次転写ロール２２の対向電極とし、二次転写バイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール２６を接触配置する。
二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟みバックアップロール２５に圧接配置し、さらに二次転写ロール２２を接地してバックアップロール２５との間に二次転写バイアスを形成し、二次転写部２０に搬送される用紙Ｐ上にトナー像を二次転写する。
【００１４】
中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側に、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去する中間転写ベルトクリーナ３５を接離自在に設ける。また、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側に、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおける画像形成タイミングをとるための基準信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２を配設する。さらに、黒の画像形成ユニット１Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３を配設する。基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けた所定のマークを認識して基準信号を発生し、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは画像形成を開始する。
【００１５】
本実施の形態では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０と、用紙トレイ５０中の用紙Ｐを取り出して搬送するピックアップロール５１と、用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２と、用紙Ｐを二次転写部２０へと送る搬送シュート５３と、二次転写ロール２２により二次転写された用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５と、用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６と、を有する。
【００１６】
次に、画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。
図１に示すような画像形成装置では、画像読取装置（ＩＩＴ）（図示せず）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）（図示せず）等から出力される画像データに、画像処理装置（ＩＰＳ）（図示せず）により所定の画像処理を施した後、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋによって作像作業を実行する。ＩＰＳでは、入力された反射率データに、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消しや色編集、移動編集等の各種画像編集等の所定の画像処理を施す。画像処理を施した画像データを、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換し、レーザ露光器１３に出力する。
【００１７】
レーザ露光器１３は、入力される色材階調データに応じ、例えば、半導体レーザから出射された露光ビームＢｍを画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの各々の感光体ドラム１１に照射する。画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの各感光体ドラム１１の表面を帯電器１２によって帯電した後、レーザ露光器１３によって表面を走査露光し、静電潜像を形成する。形成した静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像する。
【００１８】
次に、感光体ドラム１１上に形成するトナー像を、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部１０において中間転写ベルト１５上に転写する。具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６により、中間転写ベルト１５の基材に対し、トナーの帯電極性（マイナス極性）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）を付加し、トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写を行う。
【００１９】
トナー像を中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写した後、中間転写ベルト１５が移動してトナー像を二次転写部２０に搬送する。用紙搬送系は、トナー像を二次転写部２０に搬送するタイミングに合わせてピックアップロール５１を回転し、用紙トレイ５０から所定サイズの用紙Ｐを供給する。ピックアップロール５１により供給した用紙Ｐは、搬送ロール５２により搬送され、搬送シュート５３を経て二次転写部２０に到達する。この二次転写部２０に到達する前に、用紙Ｐを一旦停止し、トナー像を保持した中間転写ベルト１５の移動タイミングに合わせてレジストロール（図示せず）を回転し、用紙Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせを行う。
【００２０】
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介し、二次転写ロール２２をバックアップロール２５に押圧する。このとき、用紙Ｐは、中間転写ベルト１５と二次転写ロール２２との間に挟み込まれる。その際に、給電ロール２６からトナーの帯電極性（マイナス極性）と同極性の電圧（二次転写バイアス）を印加し、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界を形成する。そして、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像を、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって二次転写部２０において押圧し、用紙Ｐ上に一括して静電転写する。
【００２１】
その後、トナー像を静電転写した用紙Ｐを、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離してそのまま搬送し、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設ける搬送ベルト５５へと搬送する。搬送ベルト５５は、用紙Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０は、用紙Ｐ上の未定着トナー像を熱および圧力で処理し用紙Ｐ上に定着する。定着画像を形成した用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けた排紙載置部（図示せず）に搬送する。
一方、用紙Ｐへの転写が終了した後、中間転写ベルト１５上に残った残留トナーを、中間転写ベルト１５の回動に伴ってクリーニング部まで搬送し、クリーニングバックアップロール３４および中間転写ベルトクリーナ３５によって中間転写ベルト１５上から除去する。
【００２２】
次に、本実施の形態における定着装置６０について説明する。
図２は、定着装置６０の構成を示す図である。図２に示すように、定着装置６０は、定着部材の一例としての定着ベルト６１、定着ベルト６１に交流磁界を発生させる電磁誘導加熱部材の一例としての磁場発生ユニット８５、定着ベルト６１に対向するように配置する加圧部材の一例としての加圧ロール６２、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧される圧力パッド６４を有する。
【００２３】
定着ベルト６１は、円筒形状を有し、例えば直径３０ｍｍ程度のエンドレスベルトである。定着ベルト６１の層構成は後述する。定着ベルト６１は、圧力パッド６４とベルトガイド部材６３、定着ベルト６１の両端部に配置するエッジガイド部材（図示せず）によって回動自在に支持される。そして、ニップ部Ｎにおいて加圧ロール６２に圧接され、加圧ロール６２に従動して回動する。
【００２４】
ベルトガイド部材６３は、定着ベルト６１の内部に配置するホルダ６５に取り付ける。また、定着ベルト６１の回動方向に向けた複数のリブ（図示せず）で形成し、定着ベルト６１内周面との接触面積を小さくする。ベルトガイド部材６３は、摩擦係数が低く、かつ熱伝導率が低いＰＦＡやＰＰＳ等の耐熱性樹脂で形成し、定着ベルト６１内周面との摺動抵抗を低減し、熱の発散を低くなるように構成する。
【００２５】
圧力パッド６４は、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧されてニップ部Ｎを形成する。圧力パッド６４は、バネや弾性体によって加圧ロール６２を、例えば３５ｋｇｆの荷重で押圧するようにホルダ６５により支持する。圧力パッド６４は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体からなり、加圧ロール６２側を平面状に形成し、ニップ部Ｎにおいて、略均一なニップ圧を形成する。本実施の形態では、圧力パッド６４として、ゴム硬度が２０°（ＪＩＳ−Ａ）のシリコーンゴムを用い、幅８．５ｍｍ、ゴム厚５ｍｍに設定する。定着ベルト６１は、圧力パッド６４の加圧ロール６２側の面から離れる際に急激な曲率の変化を生じるため、定着後の用紙Ｐは定着ベルト６１から剥離する。
【００２６】
ニップ部Ｎの下流側近傍に配設する剥離補助部材７０は、剥離バッフル７１を定着ベルト６１の回転方向と対向する方向（カウンタ方向）に向け、バッフルホルダ７２により保持する。また、圧力パッド６４と定着ベルト６１との間に低摩擦シート６８を配設し、定着ベルト６１内周面と圧力パッド６４との摺動抵抗を低減する。本実施の形態では、低摩擦シート６８は圧力パッド６４と別体に構成し、両端をホルダ６５に固定する。
ホルダ６５に、定着装置６０の長手方向に亘って潤滑剤塗布部材６７を配設する。潤滑剤塗布部材６７は、定着ベルト６１内周面に接触し、定着ベルト６１と低摩擦シート６８との摺動部に潤滑剤を供給する。尚、潤滑剤としては、例えば、シリコーンオイル、フッ素オイル等の液体状オイル；固形物質と液体とを混合させたグリース等、さらにこれらを組み合わせたものが挙げられる。
【００２７】
加圧ロール６２は、例えば、直径１６ｍｍの中実の鉄製コア（円柱状芯金）６２１と、コア６２１の外周面を被覆する、例えば厚さ１２ｍｍのシリコーンスポンジ等の耐熱性弾性体層６２２と、例えば、厚さ３０μｍのＰＦＡ等の耐熱性樹脂被覆または耐熱性ゴム被覆による離型層６２３とを有する。尚、加圧ロール６２の製造方法としては、例えば、ＰＦＡチューブの内周面に接着用プライマーを塗布したフッ素樹脂チューブと中実シャフトとを成形金型内にセットし、フッ素樹脂チューブと中実シャフトとの間に液状発泡シリコーンゴムを注入後、加熱処理（１５０℃×２ｈｒｓ）によりシリコーンゴムを加硫、発泡させて弾性層を形成する方法が挙げられる。
加圧ロール６２は、定着ベルト６１に対向するように配置し、矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓのプロセススピードで回転し、定着ベルト６１を従動させる。また、加圧ロール６２と圧力パッド６４とにより定着ベルト６１を挟持した状態で保持してニップ部Ｎを形成し、このニップ部Ｎに未定着トナー像を保持した用紙Ｐを通過させ、熱および圧力を加えて未定着トナー像を用紙Ｐに定着する。
【００２８】
電磁誘導加熱部材の一例である磁場発生ユニット８５は、断面が定着ベルト６１の形状に沿った形状を有し、定着ベルト６１の外周表面と０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の間隙で設置する。磁場発生ユニット８５は、磁界を発生させる励磁コイル８５１と、励磁コイル８５１を保持するコイル支持部材８５２と、励磁コイル８５１に電流を供給する励磁回路８５３とを有する。
【００２９】
励磁コイル８５１は、例えば、相互に絶縁された直径φ０．５ｍｍの銅線材を１６本〜２０本程度束ねたリッツ線を、長円形状や楕円形状、長方形状等の閉ループ状に巻いて形成したものを用いる。励磁コイル８５１に励磁回路８５３によって所定の周波数の交流電流を印加することにより、励磁コイル８５１の周囲に交流磁界Ｈが発生する。交流磁界Ｈが、後述する定着ベルト６１の金属層６１ｂ（図３参照）を横切る際に、電磁誘導作用によってその交流磁界Ｈの変化を妨げる磁界を発生するように渦電流Ｉが生じる。励磁コイル８５１に印加する交流電流の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚに設定する。渦電流Ｉが定着ベルト６１の金属層６１ｂを流れることによって、金属層６１ｂの抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ２Ｒ）によるジュール熱が発生し、定着ベルト６１を加熱する。
【００３０】
コイル支持部材８５２は、耐熱性を有する非磁性材料で構成する。このような非磁性材料としては、例えば、耐熱ガラス、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂、またはこれらにガラス繊維を混合した耐熱性樹脂が挙げられる。
【００３１】
次に、定着部材の一例としての定着ベルト６１について説明する。
図３は、定着ベルト６１を説明する概略断面図である。図３に示すように、定着ベルト６１は、耐熱性樹脂を含む基材６１ａと、基材６１ａの外周面上に積層する金属層６１ｂと、表面を形成する離型層６１ｅと、を有する。さらに、本実施の形態では、金属層６１ｂの外側に形成する保護層６１ｃと、保護層６１ｃと離型層６１ｅとの間に設ける弾性層６１ｄとを有する。
【００３２】
基材６１ａは、耐熱性樹脂フィルムから構成され、厚さ１０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは５０μｍ〜１００μｍの円筒形状を有する。耐熱性樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリサルフォン樹脂等が挙げられる。これらのなかでも、ポリイミド樹脂が好ましい。
【００３３】
ここで、ポリイミド樹脂としては、通常、ポリアミック酸を脱水閉環して得る。ポリアミック酸は、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物との反応物であるポリイミド前駆体である。
ポリアミック酸を得るために使用するジアミンとしては、例えば、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、３，３’−ジアミノジフェニルプロパン、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルエーテル等が挙げられる。テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸成分、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸成分等のビフェニルテトラカルボン酸の二無水物、ピロメリット酸の二無水物等が挙げられる。
【００３４】
また、ポリアミック酸又はポリイミドの溶液を調製するために使用する溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−メチルカプロラクタム等のアミド系溶媒；ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルフォスホルアミド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン、ピリジン、エチレングリコール等が挙げられる。
【００３５】
ポリアミック酸の脱水閉環（イミド化）は、通常、ポリアミック酸を加熱する方法により、または、ポリアミック酸の溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加し必要に応じて加熱する方法により行う。
ポリアミック酸を加熱する場合の加熱温度は、通常８０℃〜２５０℃とされ、好ましくは１００℃〜２２０℃である。
ポリアミック酸の溶液中に脱水剤および脱水閉環触媒を添加する場合は、脱水剤としては、例えば無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸などの酸無水物を用いる。脱水剤の使用量は、ポリアミック酸の繰り返し単位１モルに対して０．０１〜２０モルとするのが好ましい。脱水閉環触媒としては、例えばピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミンなどの３級アミンを用いる。脱水閉環触媒の使用量は、使用する脱水剤１モルに対して０．０１モル〜１０モルが好ましい。脱水閉環反応の反応温度は、通常０℃〜１８０℃、好ましくは１０℃〜１５０℃である。
【００３６】
本実施の形態において、基材６１ａを構成するポリイミド樹脂におけるポリイミドのイミド化率は、５０％〜９０％、好ましくは、５５％〜８５％である。ここで「イミド化率」とは、重合体における繰り返し単位の総数に対する、イミド環を形成する繰り返し単位の数の割合を％で表したものである。
基材６１ａを構成するポリイミド樹脂のイミド化率を上述した範囲（５０％〜９０％）とすることにより、後述するように、基材６１ａの弾性率が低下することなく、金属層６１ｂを高温、長時間で加熱処理することが可能となり、金属層６１ｂを構成する銅の結晶粒径を大きくできる。
【００３７】
ここで、基材６１ａは、例えば、定着ベルト６１の両端部がエッジガイド部材（図示せず）等に突き当たる場合でも、座屈等が生じない程度の剛性が必要とされる。本実施の形態では、基材６１ａの弾性率は、通常、４．５ＧＰａ以上、好ましくは、５ＧＰａ以上である。但し、基材６１ａの弾性率は、通常、１０ＧＰａ以下である。
【００３８】
次に、金属層６１ｂは、金属として銅を含み、励磁コイル８５１の磁界により発生する渦電流により発熱する層である。金属層６１ｂを構成する金属としては、銅以外としては、例えば、ニッケル、鉄、金、銀、アルミニウム、クロム、錫、亜鉛等の単一又は２種類以上の合金が挙げられる。これらの中でも、銅及び金、銀は固有抵抗が低いため好ましい。また、銅、金、銀の合金が好ましい。
本実施の形態では、金属層６１ｂにおける銅の含有量は、通常、８０％以上、好ましくは９０％以上である。
本実施の形態において、金属層６１ｂに含まれる銅の結晶の体積平均粒径は、通常、３μｍ〜２０μｍ、好ましくは、５μｍ〜１０μｍである。銅の結晶の体積平均粒径が過度に小さい場合は、定着ベルト６１の耐屈曲性が低下する傾向がある。
ここで、体積平均粒径は、例えば、走査イオン顕微鏡（セイコーインスツルメント株式会社製ＪＦＩＢ−２３００）を用いて測定する。
また、金属層６１ｂの厚さは、通常、３μｍ〜２０μｍ、好ましくは５μｍ〜１５μｍである。
【００３９】
保護層６１ｃは、金属層６１ｂに加わる機械的ストレスを緩和し、クラック等のディフェクトの発生を抑制するために、必要に応じて設ける。保護層６１ｃの内部応力の絶対値は、通常５ｋｇ／ｍｍ２以下である。保護層６１ｃの膜厚は、少なくとも１μｍ以上、好ましくは、２μｍ以上である。保護層６１ｃを構成する材料は、例えば、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、これらの金属を主成分とする合金が挙げられる。本実施の形態では、銅を含む金属層６１ｂに対し、保護層６１ｃはニッケル、ニッケルを主成分とする合金を含むことが好ましい。
【００４０】
弾性層６１ｄは、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の公知の耐熱性ゴムを用いて形成する。中でもシリコーンゴムは、表面張力が小さく、弾性に優れる点で好ましい。このようなシリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴムなどが挙げられ、具体的には、ポリジメチルシリコーンゴム（ＭＱ）、メチルビニルシリコーンゴム（ＶＭＱ）、メチルフェニルシリコーンゴム（ＰＭＱ）、フルオロシリコーンゴム（ＦＶＭＱ）などが挙げられる。弾性層６１ｄの厚さは、通常、５０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。弾性層６１ｄのゴム硬度は、通常、５〜７０、好ましくは１０〜３０である。
【００４１】
離型層６１ｅは、トナー像に対し適度な離型性を示す材料を用いて形成する。このような材料としては、例えば、フッ素ゴム、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。離型層６１ｅの厚さは、通常、１０μｍ〜１００μｍである。
【００４２】
（定着ベルト６１の製造方法）
定着ベルト６１は、通常、以下の操作により製造する。
本実施の形態では、ポリイミド樹脂を用いて基材６１ａを形成する場合は、例えば、直径３０ｍｍ程度の金属製パイプの表面に、ポリアミック酸または溶媒可溶性のポリイミドの溶液を塗布し、加熱乾燥し、弾性率が４．５ＧＰａ以上の無端状ベルトを形成する。このとき、ポリイミド樹脂におけるポリイミドのイミド化率は、５０％〜９０％に調整する。
塗布方法としては、キャスト法、スプレー法、ディッピング法等が挙げられる。加熱温度は、前述したように、ポリアミック酸の場合は、通常８０℃〜２５０℃、好ましくは１００℃〜２２０℃である。ポリイミドの溶液の場合は、通常０℃〜１８０℃、好ましくは１０℃〜１５０℃である。
【００４３】
次に、ポリイミド樹脂製の無端状ベルトの外周面に銅を含む金属層６１ｂを形成する。金属層６１ｂは、ポリイミド樹脂製の無端状ベルトの外周面にめっき処理を行うことにより形成することが好ましい。めっき処理を行う場合は、通常、無端状ベルトの外周面をアルカリエッチング処理後、無電解ニッケルめっき処理により、厚さ１μｍ程度のニッケルめっき膜を形成する。次に、このニッケルめっき膜を電極として、この上に電解銅めっき処理により銅めっき膜を形成する。
電解銅めっき処理を行う場合に使用する電解質溶液としては、例えば、（結晶硫酸銅及び硫酸）、（ホウフッ化銅及びホウフッ酸）、（シアン化銅及びシアン化ソーダ）、（ピロリン酸銅、ピロリン酸カリウム及びアンモニア水）等が挙げられる。
【００４４】
本実施の形態では、無端状ベルトの外周面に銅めっき膜を形成した後、無端状ベルトを３００℃〜４５０℃、好ましくは３５０℃〜４００℃の範囲で加熱処理する。加熱処理により、銅めっき膜中の銅結晶の体積平均粒径を、３μｍ〜２０μｍの範囲に調製し、金属層６１ｂを形成する。
【００４５】
続いて、金属層６１ｂ上に、液状シリコーンゴム等を塗布した後、例えば、１２０℃〜２００℃で加熱し、所定の厚さの弾性層６１ｄを接着固化する。次に、弾性層６１ｄ上に、例えばシランカップリング剤系のプライマーを塗布し、続いて、予め裏面に接着活性化処理を施したフッ素樹脂チューブを弾性層６１ｄの表面に被せ、１５０℃〜１８０℃で加熱接着処理して離型層６１ｅを形成する。接着活性化処理としては特に限定されず、例えば、酸処理、ブラスト処理、プラズマ処理等が挙げられる。
また、弾性層６１ｄ上に、例えば、フッ素樹脂ディスパージョンを塗布し、その後、所定の温度で加熱することにより離型層６１ｅを形成することもできる。
【００４６】
本実施の形態では、定着ベルト６１を構成する基材６１ａは、金属層６１ｂを設ける側と反対側の面である基材内周面６１１に凹凸パターンを有する。凹凸パターンの形状は特に限定されないが、例えば、溝状、穴状等が挙げられる。また、凹凸パターンの間隔は特に限定されないが、例えば、１０μｍ〜１ｍｍである。凹凸パターンの深さは特に限定されないが、例えば、０．５μｍ〜１０μｍである。
基材内周面６１１の凹凸パターンは、潤滑剤塗布部材６７（図２参照）から供給される潤滑剤を保持する。このため、定着ベルト６１と圧力パッド６４との摺動抵抗を効果的に抑制し、圧力パッド６４の寿命を延ばすことができる。
【００４７】
基材内周面６１１に凹凸パターンを形成する方法は特に限定されない。例えば、前述したように、ポリイミド樹脂を用いて基材６１ａを形成する場合、表面に所定の凹凸パターンを有する金属製パイプを使用し、これにポリアミック酸または溶媒可溶性のポリイミドの溶液を塗布し、加熱乾燥すると、基材内周面６１１に凹凸パターンを有する基材６１ａを得る。尚、金属製パイプの表面に凹凸パターンを形成する方法は、例えば、ブラスト法、切削法等、適宜選択できる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をより具体的に説明する。尚、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
（１）弾性率
ＪＩＳ  Ｋ７１１３に準拠し、定着ベルトの材料として使用するポリイミド樹脂の試験片について引張り試験を行い、弾性率を測定する（単位：ＧＰａ）。
（２）銅結晶の体積平均粒径
セイコーインスツルメント株式会社製ＦＩＢ−ＳＥＭ装置（ＪＦＩＢ−２３００）により断面を直接観察し、１０個の結晶について体積平均粒径を計測し、その平均値を銅結晶の体積平均粒径とする。
【００４９】
（３）評価方法
所定の電磁誘導加熱定着装置を使用し、富士ゼロックス株式会社製Ｊ紙を用いる通紙テストを行い、通紙前後における定着ベルトの電気特性である力率の変化を測定する。
【００５０】
（４）力率
力率とは、励磁コイルに高周波電流を流し、定着ベルトに設けた金属発熱層に渦電流が発生した結果、励磁コイルに流れる電流及び電圧の位相差θに基くｃｏｓθの値である。位相差θが０に近いほど力率は高くなり、より発熱しやすい状態である。
本実施例では、図２に示す定着装置６０において、磁場発生ユニット８５をインピーダンスメーター（横河電機株式会社製ＷＴ１６００ＦＣ）に変え、２０ＫＨｚの高周波電流を励磁コイルに流したときの電流及び電圧の位相差θを測定し、力率（ｃｏｓθ）を算出する。ここでは、通紙テスト前の力率を１．０としたときの通紙後の力率を相対評価する。
【００５１】
（実施例１）
−定着ベルトの作製−
耐熱性樹脂層としてポリイミド樹脂（商品名：Ｕワニス−Ｓ、宇部興産株式会社製）を用いる。ポリイミド樹脂を、直径３０ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）パイプの凹凸パタ−ンを有する表面に上に塗布し、イミド化率６５％になるよう加熱乾燥し、膜厚６０μｍ×外径３０ｍｍの無端状ベルトを作製する。
次に、この無端状ベルトの外周面にアルカリエッチング処理を行う。洗浄後、外周面に無電解ニッケルめっき処理を行い、厚さ１μｍのニッケルめっき膜を形成する。続いて、このニッケルめっき膜を電極として、この上に電解めっき処理により膜厚１０μｍの銅層を形成し、続いて、防錆処理を行い、その後、３８０℃の炉内に４時間放置し、加熱乾燥する。さらに、この銅層上にフッ素樹脂（ＰＦＡ）ディスパージョン塗料（商品名：ＥＮ−７１０ＣＬ、三井デュポンフロロケミカル株式会社製）を塗布し、その後、３８０℃の炉内に１時間放置してフッ素樹脂塗膜を焼成し、膜厚３０μｍのＰＦＡ層を形成し、定着ベルトを得る。このとき、得られる定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は５μｍであり、ポリイミド樹脂製の基材の弾性率は５．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５２】
（実施例２）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が７０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に８時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は２０μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は４．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５３】
（実施例３）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が７５％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に６時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は１０μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は４．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５４】
（実施例４）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が９０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に０．５時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は３μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は４．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５５】
（比較例１）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率９８％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を行わない以外は、実施例１と同様の操作を行なって定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は１．５μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は６．０ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が９８％の無端状ベルトを作成し、これ以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は５μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は３．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５７】
（比較例３）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が６０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に１０時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は２５μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は５．０ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５８】
（比較例４）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が８０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を行わない以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は２μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は３．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００５９】
（比較例５）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が９０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に１０時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は２５μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は３．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００６０】
（比較例６）
ポリイミド樹脂を用いてイミド化率が９０％の無端状ベルトを作成し、電解めっき処理による銅層を作成後に加熱乾燥を３８０℃の炉内に６時間放置とした以外は実施例１と同様の操作を行ない定着ベルトを作成する。このとき、定着ベルトの銅層における銅結晶の体積平均粒径は１０μｍであり、ポリイミド樹脂の基材の弾性率は３．５ＧＰａである。
このようにして得られる定着ベルトについて電磁誘導加熱定着装置を使用する通紙テストにおいて、通紙前後における定着ベルトの力率の変化を測定する。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2009025565.tif 000003
【００６２】
表１に示す結果から、ポリイミド樹脂を含む弾性率４．５ＧＰａ以上の基材上に、体積平均粒径３μｍ以上２０μｍ以下の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（実施例１〜実施例４）は、通紙テストにおいて力率の変化がわずかであり、耐屈曲性が向上することが分かる。
【００６３】
一方、ポリイミド樹脂を含む弾性率６ＧＰａ（＞４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径１．５μｍ（＜３μｍ）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例１）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
また、ポリイミド樹脂を含む弾性率３．５ＧＰａ（＜４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径５μｍ（３μｍ以上２０μｍ以下）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例２）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
また、ポリイミド樹脂を含む弾性率５．０ＧＰａ（＞４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径２５μｍ（＞２０μｍ）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例３）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
また、ポリイミド樹脂を含む弾性率３．５ＧＰａ（＜４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径２μｍ（＜３μｍ）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例４）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
また、ポリイミド樹脂を含む弾性率３．５ＧＰａ（＜４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径２５μｍ（＞２０μｍ）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例５）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
また、ポリイミド樹脂を含む弾性率３．５ＧＰａ（＜４．５ＧＰａ）の基材上に、体積平均粒径１０μｍ（３μｍ以上２０μｍ以下）の銅結晶を含む銅層を有する定着ベルト（比較例６）は、通紙テストにおいて力率が減少することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。
【図２】定着装置の構成を示す図である。
【図３】定着ベルトの構成を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ…画像形成ユニット、１１…感光体ドラム、１２…帯電器、１３…レーザ露光器、１４…現像器、１５…中間転写ベルト、１６…一次転写ロール、１７…ドラムクリーナ、２０…二次転写部、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ａ…基材層、６１ｂ…金属層、６１ｅ…離型層、６２…加圧ロール、６３…ベルトガイド部材、６４…圧力パッド、６５…ホルダ、６７…潤滑剤塗布部材、６８…低摩擦シート、７０…剥離補助部材、８５…磁場発生ユニット、８５１…励磁コイル、８５２…コイル支持部材
【図１】
2009025565.tif 000004
【図２】
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【図３】
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