JP2010197836A - 無端ベルト、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製ベルトにおいて、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生が低減された無端ベルトを提供する。
【解決手段】無端ベルトである定着ベルト６１は、内周側から順に、金属層６１ａ、弾性層６１ｂ、離型層６１ｃを設けた３層構成の長尺の円筒形状をなしている。金属層６１ａの内周面が定着ベルト６１の内側表面６１ｉに、離型層６１ｃの外周面が定着ベルト６１の外側表面６１ｏである。金属層６１ａは、側面に継ぎ目のない無端（シームレス）ベルトで、３層の多層構造をなしている。内側から、ステンレス鋼のベース金属層、銅の発熱金属層そしてステンレス鋼の中間金属層である。
【選択図】図４

Description

本発明は、無端ベルト、定着装置及び画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置において、加熱方式の定着装置に対する高速化の要求に応えるため、強度面で優れた金属製ベルトを定着ベルトとして用いることが提案されている。
特許文献１には、用紙上に形成された未定着トナー像を、電鋳プロセスによる金属性で、発熱体に接する面の表面あらさが０．５μｍ未満であるシームレスベルトを介して加熱溶融し、用紙上にトナー像を定着させる装置が記載されている。
特許文献２には、このような金属製の定着ベルトとして、熱伝導率が優れ、かつ寸法精度が高い、マンガン０．０５〜０．６重量％を含むニッケル・マンガン合金からなるマイクロビッカース硬度が４５０〜６５０の無端状電鋳シートを基体として形成した定着ベルトが記載されている。

特開平７−１３４４８号公報 特開平９−３４２８６号公報

ところで、金属製ベルトは、例えば、ニッケル等の電鋳技術を利用できる金属の場合は電鋳法により成型され、ステンレス合金やニッケル合金等を用いる場合は、塑性加工法等により成型される。

本発明の目的は、金属製ベルトにおいて、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生が低減された無端ベルトを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、前記金属層の外側に積層された離型層と、を備えることを特徴とする無端ベルトである。
請求項２に記載の発明は、前記金属層は、複数の前記ステンレス鋼層と前記ステンレス鋼層に挟まれた銅層とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の無端ベルトである。
請求項３に記載の発明は、前記金属層の前記ステンレス鋼層は、炭素含有量が０．１重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の無端ベルトである。
請求項４に記載の発明は、前記金属層の前記ステンレス鋼層は、加工硬化係数が０．４以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無端ベルトである。
請求項５に記載の発明は、前記金属層と前記離型層との間に弾性層をさらに有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無端ベルトである。

請求項６に記載の発明は、クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、前記定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを加熱する加熱部材と、を備えることを特徴とする定着装置である。
請求項７に記載の発明は、前記定着ベルトの受ける繰り返し歪み幅が、０．７％以上であることを特徴とする請求項６に記載の定着装置である。
請求項８に記載の発明は、前記加熱部材は、前記定着ベルトの前記金属層に渦電流を発生させ当該定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱部材であることを特徴とする請求項６または７に記載の定着装置である。

請求項９に記載の発明は、トナー像を形成する像形成部と、前記像形成部で形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、当該定着ベルトとの間に押圧部を形成し回転駆動される加圧部材と、当該定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを加熱する加熱部材とを有し、前記記録材に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生が低減できる。
請求項２の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、無端ベルトの加熱の効率が向上する。
請求項３の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生をより低減できる。
請求項４の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、使用時の繰り返し変形をより大きくできる。
請求項５の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、無端ベルトの弾性が向上する。
請求項６の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、安定した定着が行われる。
請求項７の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着後に記録用紙が定着ベルトから剥離しやすくする。
請求項８の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着ベルト自身の発熱により加熱定着が行える。
請求項９の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、安定した画像形成が行われる。

本実施の形態が適用される画像形成装置の一例の概略構成図である。 定着装置の構成の一例を示す図である。 圧力パッドが定着ベルトに与えるＮｉｐ歪みの一例を説明するための図である。 本実施の形態が適用される定着ベルトの構成の一例を示す断面図である。 本実施の形態が適用される定着ベルトの構成の一例をさらに詳細に示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、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。

（画像形成装置１００）
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置１００の一例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１００を例に挙げて説明する。
図１に示す画像形成装置１００は、像形成部の一例として、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、画像形成装置１００は、転写部の一例として、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（像保持体）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用紙Ｐ（記録材）である用紙に一括転写（二次転写）する二次転写部２０とを備える。さらに、画像形成装置１００は、定着部の一例として、二次転写された画像を記録用紙Ｐ上に定着する定着装置６０を備える。また、画像形成装置１００は、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を備える。

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。これらの画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、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されている。

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方向に循環駆動する。各種ロールとして、中間転写ベルト１５を駆動する駆動ロール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。

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。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（転写部材）２２と、二次転写ロール２２の対向電極として中間転写ベルト１５の裏面側に配置されたバックアップロール２５と、バックアップロール２５に二次転写バイアスを印加する給電ロール２６とを有する。

二次転写部２０の下流側に、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を設ける。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。また、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。

記録用紙搬送系には、用紙収容部５０と、用紙収容部５０中の記録用紙Ｐを取り出して搬送するピックアップロール５１と、記録用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２と、記録用紙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記録用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５と、記録用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６とを有する。

画像形成装置１００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１００では、画像読取装置（図示せず）等から出力される画像データに画像処理を施した後、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。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の矢印Ａ方向に回転する各感光体ドラム１１に照射する。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。

つぎに、感光体ドラム１１上に形成するトナー像を、一次転写部１０において中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写を行う。中間転写ベルト１５は矢印Ｂ方向に移動してトナー像を二次転写部２０に搬送する。記録用紙搬送系は、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、用紙収容部５０から記録用紙Ｐを供給する。
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像を、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た記録用紙Ｐ上に静電転写する。その後、トナー像を静電転写した記録用紙Ｐを搬送ベルト５５により定着装置６０まで搬送し、定着装置６０は、記録用紙Ｐ上の未定着トナー像を熱及び圧力で処理し記録用紙Ｐ上に定着する。定着画像を形成した記録用紙Ｐは、画像形成装置１００の排出部に設けた排紙載置部に搬送する。

（定着装置６０）
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の構成の一例を示す図である。本実施の形態では、電磁誘導加熱方式を採用する定着装置６０を例に挙げて説明する。
図２（ａ）に示すように、定着装置６０は、無端ベルトである定着ベルト６１、交流電流により生じる磁界によって定着ベルト６１を発熱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。

無端ベルトである定着ベルト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、押圧部であるニップ（Ｎｉｐ）部Ｎにおいて加圧ロール６２に圧接され、加圧ロール６２に従動して矢印Ｅ方向に回動する。
定着ベルト６１の詳細は後述する。

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。そして、ベルトガイド部材６３は、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。さらに、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（パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂で形成する。これにより、ベルトガイド部材６３と定着ベルト６１内周面との摺動抵抗を低減し、熱の発散を低くするように構成する。

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る。圧力パッド６４は、加圧ロール６２側に凹部と凸部が形成されている。これにより、定着ベルト６１が、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、定着後の記録用紙Ｐが定着ベルト６１から剥離しやすくしている。このため、定着ベルト６１は、ニップ部Ｎにおいて、予め定められた歪み（Ｎｉｐ歪み）を繰り返し受けることになる。

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が定着ベルト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。なお、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。

加圧ロール６２は、例えば、直径１６ｍｍの中実の鉄製のコア（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ゴム層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表面層６２３とを有する。なお、加圧ロール６２の製造方法としては、例えば、ＰＦＡチューブ（表面層６２３になる）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（コア６２１になる）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℃、２時間）によりシリコーンゴムを加硫、発泡させてゴム層６２２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／ｓｅｃ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記録用紙Ｐを通過させ、熱及び圧力を加えて未定着トナー像を記録用紙Ｐに定着する。

磁場発生ユニット８５は、断面が定着ベルト６１の形状に沿ったアール形状を有し、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。

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用いる。励磁コイル８５１に励磁回路８５３によって予め定められた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の金属層を流れることによって、金属層の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ^２Ｒ）によるジュール熱が発生し、定着ベルト６１を加熱する。

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。

なお、本実施の形態では、定着ベルト６１を加熱する加熱部材の一例として電磁誘導加熱部材を備える電磁誘導加熱方式の定着装置６０について説明したが、加熱部材としては、輻射ランプ発熱体、抵抗発熱体を採用することもできる。
輻射ランプ発熱体としては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。抵抗発熱体としては、例えば、鉄−クロム−アルミニウム系、ニッケル−クロム系、白金、モリブデン、タンタル、タングステン、炭化珪素、モリブデン−シリサイド、カーボン等が挙げられる。

定着装置６０では、加圧ロール６２の矢印Ｄ方向への回転に伴い、定着ベルト６１が従動回転し、励磁コイル８５１により発生した磁界に曝される。この際、定着ベルト６１中の金属層には渦電流が発生し、定着ベルト６１の外周面が定着可能な温度まで加熱される。このようにして加熱された定着ベルト６１は、加圧ロール６２との押圧部（ニップ部Ｎ）まで移動する。搬送手段により、未定着トナー像がその表面に設けられた記録用紙Ｐが定着入口ガイド５６を介して定着装置６０に搬入される。記録用紙Ｐが定着ベルト６１と加圧ロール６２との押圧部を通過した際に、未定着トナー像は定着ベルト６１により加熱され記録用紙Ｐの表面に定着される。その後、画像が表面に形成された記録用紙Ｐは、搬送手段により搬送され、定着装置６０から排出される。また、押圧部において定着処理を終え、外周面の表面温度が低下した定着ベルト６１は、励磁コイル８５１方向へと回転し、次の定着処理に備えて再度加熱される。

（Ｎｉｐ歪み）
本実施の形態における定着装置６０のＮｉｐ歪みについて説明する。
図３は、圧力パッド６４が定着ベルト６１に与えるＮｉｐ歪みの一例を説明するための図である。図３では、定着装置６０における定着ベルト６１、圧力パッド６４および低摩擦シート６８のみを示している。
圧力パッド６４は、領域Ｉで凹部を、領域ＩＩで凸部を形成している。このため、圧力パッド６４は、領域Ｉでは、定着ベルト６１の外側表面６１ｏに対して、圧縮応力（内側表面６１ｉに対して、引っ張り応力）が発生する。そして、領域ＩＩでは、定着ベルト６１の外側表面６１ｏに対して、引っ張り応力（内側表面６１ｉに対して、圧縮応力）が発生する。圧力パッド６４をこのような形状にすることで、定着ベルト６１が、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、定着後の記録用紙Ｐが定着ベルト６１から剥離しやすくしている。

そして、定着ベルト６１の外側表面６１ｏが領域Ｉで受ける引っ張り応力による歪みと、領域ＩＩにおいて受ける圧縮応力による歪みとを足し合わせて、Ｎｉｐ歪み（定着ベルト６１の受ける繰り返し歪み幅）とする。例えば、引っ張り応力による歪みを＋、圧縮応力による歪みを−として、領域Ｉにおいて、圧縮応力による歪みが−０．３％、領域ＩＩにおいて、引っ張り応力による歪みが＋０．５％であるとすると、Ｎｉｐ歪みは０．８％となる。
なお、定着ベルト６１の外側表面６１ｏから見てＮｉｐ歪みを説明したが、定着ベルト６１の内側表面６１ｉから見てもよい。圧縮応力が引っ張り応力に、引っ張り応力が圧縮応力になる点で異なるが、Ｎｉｐ歪みとしては同じとなる。
なお、図３では、圧力パッド６４は、定着ベルト６１の外側表面６１ｏから見て、圧縮応力の領域Ｉと引っ張り応力の領域ＩＩとをともに有するように凹部と凸部を形成したが、一方のみを発生する形状としてもよい。

（定着ベルト６１）
次に、本実施の形態が適用される定着ベルト６１について説明する。
図４は、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の構成の一例を示す断面図である。図４に示すように、定着ベルト６１は、内周側から順に、基材となる金属層６１ａ、弾性層６１ｂ、離型層６１ｃを設けた３層構成の長尺の円筒形状をなしている。すなわち、金属層６１ａの内周面が定着ベルト６１の内側表面６１ｉに、離型層６１ｃの外周面が定着ベルト６１の外側表面６１ｏになっている。
そして、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の金属層６１ａは、側面に継ぎ目のない無端（シームレス）ベルトである。そして、本実施の形態が適用される定着ベルト６１は金属製ベルトである。

図５は、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の構成の一例をさらに詳細に示す断面図である。
ここでは、金属層６１ａは３層の多層構造をなしている。すなわち、多層構造の金属層６１ａは、内周側から、ベース金属層６１１、発熱金属層６１２および中間金属層６１３から構成されている。そして、ベース金属層６１１および中間金属層６１３は、本実施の形態では、クロム（Ｃｒ）１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン（Ｍｎ）１重量％以上かつ３重量％以下、銅（Ｃｕ）２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層である。さらに、このステンレス鋼層は、モリブデン（Ｍｎ）０．２重量％以下、シリコン（Ｓｉ）０．５重量％以下、リン（Ｐ）０．５重量％以下、イオウ（Ｓ）０．０１重量％以下、炭素（Ｃ）０．１重量％以下、窒素（Ｎ）０．１重量％以下である。そして、残部が鉄（Ｆｅ）である。
表１に、本実施の形態における金属層６１ａに用いるステンレス鋼層の組成を示す。なお、Ｆｅについては、残部の意味でＢａｌ．と示す。
１重量％以上の組成は、Ｆｅを除くと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕである。そして、１重量％以下のＭｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、Ｎは不純物として含まれている。

発熱金属層６１２は、例えば銅（Ｃｕ）層である。
発熱金属層６１２は、励磁コイル８５１により発生した磁界により渦電流が発生し、発熱する。ベース金属層６１１および中間金属層６１３は、発熱金属層６１２を挟んで、発熱金属層６１２を保護するとともに、発熱金属層６１２と同様に、励磁コイル８５１により発生した磁界により渦電流が発生し、発熱する。
金属層６１ａの厚さは、５μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。そして、ベース金属層６１１の厚さは５μｍ〜４０μｍ、発熱金属層６１２の厚さは５μｍ〜２０μｍ、中間金属層６１３の厚さは５μｍ〜４０μｍが好ましい。

ここで、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の金属層６１ａにおけるステンレス鋼層の組成について説明する。
Ｃｒを１５重量％〜１９重量％添加した場合は、Ｆｅ中にＣｒを固溶させＦｅ−Ｃｒ合金とし、固溶強化の効果で繰り返しの曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上させる。なお、Ｃｒの添加量が過度に少ないと固溶強化の効果が十分に得られない傾向があり、過度に多いと成型時の加工により硬化（加工硬化）し過ぎて硬く、脆くなり過ぎる傾向がある。

また、Ｎｉを６重量％〜１０重量％添加した場合は、Ｆｅ中にＮｉを固溶させＦｅ−Ｎｉ合金とし、固溶強化の効果で繰り返し曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上させる。なお、Ｎｉの添加量が過度に少ないと固溶強化の効果が十分に得られない傾向があり、過度に多いと成型時の加工により硬化（加工硬化）し過ぎて硬く脆くなり過ぎる傾向がある。

そして、Ｍｎを１重量％〜３重量％添加した場合は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中にＭｎを固溶させＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ合金とすることで、塑性加工の際の硬化する度合いを和らげられ、加工硬化による脆化を防ぎ、繰り返し曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上する。なお、Ｍｎの添加量が過度に少ないと、成型時の加工硬化による脆化を防ぐ効果が十分に得られない傾向があり、Ｍｎの添加量が多すぎると、加工により硬化（加工硬化）し過ぎ、かえって硬く、脆くなり過ぎる傾向がある。

一方、Ｃｕを２重量％〜５重量％添加する場合には、冷間加工性が向上する。なお、Ｃｕの添加量が過度に少ないと、冷間加工性の向上が十分でなく、加工硬化しやすい。Ｃｕの添加量が過度に多いと、不純物として結晶粒界に析出して結晶粒界を硬く脆くさせる傾向がある。

そして、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中において、Ｍｏが０．２重量％、Ｓｉが０．５重量％、Ｐが０．５重量％、Ｓが０．０１重量％を超えて存在すると、不純物として結晶粒界に析出して結晶粒界を硬く脆くさせる傾向がある。
さらに、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中に、Ｃ、Ｎが存在すると、Ｃ、ＮがＦｅと反応して硬く脆い化合物であるセメンタイトを生成し、脆化する傾向にある。

表１に記載の組成のステンレス鋼層の加工硬化係数（ｎ値）は、０．４以下であった。なお、降伏点以上の塑性域における真歪みと真応力との間にｎ乗硬化式が成立すると仮定したときのベキ数ｎを加工硬化係数（ｎ値）という。
加工硬化係数が大きいほど、伸びが大きく、絞り加工しやすい。しかし、成型時の加工硬化により、残留歪みが多くなると、疲労破壊しやすくなる。

次に、弾性層６１ｂと離型層６１ｃとを説明する。
弾性層６１ｂは、弾性と耐熱性が得られる材料で構成されている。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が用いうる。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、ＭＱ（ポリジメチルシリコーンゴム）、ＶＭＱ（メチルビニルシリコーンゴム）、ＰＭＱ（メチルフェニルシリコーンゴム）、ＦＶＭＱ（フルオロシリコーンゴム）などが挙げられる。
弾性層６１ｂの厚さは、通常、５０μｍ〜４００μｍ、好ましくは１００μｍ〜３００μｍである。弾性層６１ｂのゴム硬度は、アスカーＣで規定して１０°〜５０°、好ましくは２０°〜４０°である。

離型層６１ｃは、トナー像に対し適度な離型性を示す材料で構成されている。例えば、フッ素ゴム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
離型層６１ｂの厚さは、通常、１０μｍ〜５０μｍ、好ましくは２０μｍ〜４０μｍである。

さて、定着ベルト６１の製造方法について説明する。
まず、ステンレス鋼板（例えば、厚み０．２ｍｍ）に、例えば、１，１００℃の窒素雰囲気下にて熱処理を施す。そして、２枚のステンレス鋼板および銅板（例えば、厚み０．１ｍｍ）のそれぞれの接着面を研磨して、表面に形成されている酸化被膜を除去する。その後、２枚のステンレス鋼板の間に銅板を挟み、冷間（再結晶化温度より低い温度）状態で圧延加工を行う。それにより、銅層が２層のステンレス鋼層に挟まれたクラッド鋼板（３層での厚みが、例えば、０．４ｍｍ）を得る。そして、このクラッド鋼板を、例えば窒素雰囲気下で、例えば処理温度９００℃、処理時間６０分にて熱処理を施す。

次に、クラッド鋼板を深絞り法、へら絞り法、プレス法等により、筒状に成型する。その後、回転塑性加工（スピンドル加工）にて、開口部と底部を有する筒状に成型する。そして、開口部と底部とを切断除去して、無端ベルト（シームレスベルト）を得る。
その後、金属層６１ａ上に、弾性層６１ｂをリング塗布法、浸漬塗布法、注入成型法等で形成する。さらに、弾性層６１ｃの上に、離型層６１ｃを静電粉体塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、遠心製膜法等で形成する。
以上により、定着ベルト６１が製造される。

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。なお、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．定着ベルト６１の作製）
実施例１〜１０および比較例１〜７の定着ベルト６１では、図４に示した多層構造の金属層６１ａを用いた。比較例８では、定着ベルト６１にニッケルを電鋳して形成した単層の金属層６１ａ（ニッケル電鋳ベルト）を使用した。
表２は、多層構造の金属層６１ａのベース金属層６１１および中間金属層６１３に用いたステンレス鋼層の組成を示す表である。なお、ベース金属層６１１と中間金属層６１３とは、同じ組成のステンレス鋼層を用いた。
定着ベルト６１に使用されるステンレス鋼は、製造時（溶解／鋳造時）に予め定められた組成に基づいて、各構成元素が計量されて、仕込まれている。しかし、表２に示す組成は、溶解／鋳造／圧延されたステンレス鋼材よりサンプリングし、元素定量分析（原子吸光または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）分析により求めた。

表２では、ステンレス鋼層の組成として、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）について、重量％で表している。そして、鉄（Ｆｅ）については、残量（Ｂａｌ．）として表している。
なお、比較例８については、ニッケル電鋳ベルトとのみ表している。比較例８のニッケル電鋳ベルトのニッケル（Ｎｉ）は純度９９．９９％である。

ここで、定着ベルト６１の作製方法を説明する。
始めに、実施例１〜１０および比較例１〜７の定着ベルト６１に用いた多層構造の金属層６１ａについて説明する。
まず、表２に示す組成のステンレス鋼板（厚み０．２ｍｍ）に、銅板を挟み込み、冷間状態で圧延加工を行い、銅層が２層のステンレス鋼層に挟み込まれたクラッド鋼板（３層での厚み０．４ｍｍ）を得た。

そして、クラッド鋼板をプレス・深絞り加工にて深さ１０ｍｍ程度の円筒容器状に成型した。その後、回転塑性加工（スピンドル加工）にて、開口部と底部を有する筒状に成型した。そして、開口部と底部とを切断除去して、内径３０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、肉厚５０μｍの無端ベルト（シームレスベルト）を得た。なお、無端ベルトは、ステンレス鋼層のベース金属層６１１の厚さが２０μｍ、Ｃｕの発熱金属層６１２の厚さが１０μｍ、ステンレス鋼層の中間金属層６１３の厚さが２０μｍである。

ステンレス鋼層であるベース金属層６１１および中間金属層６１３には、プレス・深絞り加工および回転塑性加工にて加えられた応力により、歪みが蓄積している。
なお、発熱金属層６１２に用いたＣｕは展性が高いため、歪みの蓄積は、ステンレス鋼層であるベース金属層６１１および中間金属層６１３に比べ少ない。

次に、比較例８の定着ベルト６１に用いたニッケル電鋳ベルトの金属層６１ａの作製方法を説明する。金属層６１ａの作成方法は、外径３０ｍｍの円筒形ステンレス金型を、硫酸ニッケルを主成分とする、ＰＨ３．０、浴温５０℃の電解めっき浴中に浸漬し、陰極電流密度７Ａ／ｄｍ^２にて、６０分間電析を行った。これにより、内径３０ｍｍ、膜厚５０μｍ、長さ３７０ｍｍの金属層６１ａを得た。

ここで、弾性層６１ｂおよび離型層６１ｃの作製方法について説明する。
金属層６１ａの外側の表面に、アスカーＣ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°品、信越化学工業株式会社製）を、膜厚が２００μｍとなるように塗布し、乾燥させて乾燥状態の液状シリコーンゴム層を得た。
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株式会社製）を、膜厚が３０μｍとなるように塗布し、３８０℃で焼成した。
これにより、シリコーンゴムからなる弾性層６１ｂとＰＦＡからなる離型層６１ｃとを作製した。
以上により、定着ベルト６１を得た。

（２．加圧ロール６２の作製）
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（表面層６２３となる）と金属製のコア６２１とを成形金型内にセットする。そして、フッ素樹脂チューブとコア６２１との間に液状発泡シリコーンゴム（ゴム層６２２となる）を注入する。その後、加熱処理（１５０℃、２時間）を行うことにより、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６２を作製する。ゴム層６２２の層厚は２ｍｍである。

（３．電磁誘導発熱空回転耐久評価）
作製した定着ベルト６１と加圧ロール６２とを、図２に示す定着装置６０を備えた画像形成装置１００（富士ゼロックス株式会社製、Ｄｏｃｕ Ｐｒｉｎｔ Ｃ６２０）に取りつけた。
この画像形成装置１００にて、定着ベルト６１を、前述したように電磁誘導加熱により定着ベルト６１を加熱しながら、２００時間連続して空回転（連続２００時間空回転）させた。そして、定着ベルト６１の発熱維持性（信頼性）および定着ベルト６１の金属層６１ａに発生する亀裂の有無について評価した。なお、空回転とは、記録用紙Ｐへのトナーの定着を行うことなく、定着ベルト６１を加圧ロール６２に圧接させ、加圧ロール６２を回転させることをいう。

（４．Ｎｉｐ歪み）
圧力パッド６４によって定着ベルト６１に与えられるＮｉｐ歪みが０．７％以上になるように設定した（表２参照）。
具体的には、金属層６１ａの表面に歪みゲージ（例えば、共和電業株式会社製ＫＦＥＬ−２−１２０−Ｃ１Ｌ１Ｍ２Ｒ等）を貼り付け、圧力パッド６４とのニップ部（Ｎ）によって与えられる歪みを測定した。
そして、Ｎｉｐ歪みが予め定められた値（ここでは、０．７％）に達しない場合には、圧力パッド６４を変更して、Ｎｉｐ歪みが予め定められた値（ここでは、０．７％）以上となる場合を実施例および比較例とした。
なお、定着ベルト６１は、回転する毎に繰り返し曲げ変形による歪み（Ｎｉｐ歪み）を受ける。よって、Ｎｉｐ歪みが大きいほど、定着ベルト６１、特に、金属層６１ａに歪みが蓄積し、疲労破壊にいたりやすい。
なお、０．７％以上のＮｉｐ歪みは、回転する毎に繰り返し与えられる歪みの量としては大きな値である。

（５．発熱特性）
定着ベルト６１は、電磁誘導発熱空回転耐久評価の開始時期（初期状態）において、１８０℃に設定されている。そして、定着ベルト６１は、この温度を維持するように運転されている。ところが、金属層６１ａのステンレス鋼層のベース金属層６１１または中間金属層６１３に亀裂が入ると、Ｃｕの発熱金属層６１２にも亀裂が入り、渦電流が流れにくくなる。このため、定着ベルト６１の温度が維持されなくなり、定着ベルト６１の温度が低下する（発熱不良）。したがって、定着ベルト６１の温度により、定着ベルト６１の発熱状態、すなわち発熱維持特性（信頼性）を評価した。
なお、定着ベルト６１の温度は、赤外線温度計により、モニタした。

（６．亀裂）
一方、亀裂の発生は、音の発生や目視観察により判定した。多くの場合、亀裂が入るとき音がする。音がしたときは、幅０．１ｍｍで長さ１０ｍｍ程度の亀裂が、金属層６１ａの外周表面６１ｏに見られる。そこで、目視により亀裂の発生の有無を判定した。なお、連続２００時間空回転において、音の発生がない場合においても、２００時間経過後、金属層６１ａの表面を観察し、亀裂の有無を判定した。

（実施例１〜１０、比較例１〜８）
作製した定着ベルト６１を用いて電磁誘導発熱空回転耐久評価を行った結果を表２に示す。

表２に示す結果から、表１に含まれる組成の範囲のステンレス鋼層を用いた定着ベルト６１（実施例１〜１０）は、連続２００時間空回転において、初期の発熱特性（１８０℃）が維持された。そして、連続２００時間空回転後において、定着ベルト６１の金属層６１ａに亀裂は見いだされなかった。
また、ＣｒとＭｎとを範囲の上限とした実施例９の定着ベルト６１では、Ｎｉｐ歪み１．２％においても、連続２００時間空回転において、発熱不良および亀裂を生じなかった。
一方、表１の組成の範囲から外れた組成のステンレス鋼層を用いた定着ベルト６１（比較例１〜７）は、連続２００時間空回転の開始から２０時間から４４時間の間において、発熱不良となり、金属層６１ａに亀裂の発生が見いだされた。

さらに、ニッケル電鋳ベルトを用いた定着ベルト６１（比較例８）では、連続２００時間空回転の開始からわずか６時間で発熱不良の状態になり、Ｎｉの金属層６１ａに亀裂の発生が見出された。これは、使用時に繰り返し加えられた曲げ変形（Ｎｉｐ歪み）が０．７％以上（実際には１．０％）と大きいため、短時間で疲労破壊に至ったと考えられる。すなわち、ニッケル電鋳ベルトは、使用時に繰り返し加えられる曲げ変形（Ｎｉｐ歪み）が大きい定着装置６０に使用しづらいと考えられる。

これに対し、金属層６１ａにステンレス鋼層を用いた定着ベルト６１（比較例１〜７）でも、連続２００時間空回転の開始から２０時間から４１時間の間において、発熱不良となり、亀裂の発生が見いだされた。

さて、発熱不良および亀裂の発生が生じない実施例１〜１０の定着ベルト６１と、発熱不良および亀裂の発生が生じた比較例１〜７の定着ベルト６１との違いは、金属層６１ａに用いたステンレス鋼層の組成の違いにある。

ＣｒとＮｉを含むオーステナイト系ステンレス鋼は、加工硬化係数が高く、冷間加工により硬化（加工硬化）しやすい。このため、オーステナイト系ステンレスは、絞り加工に向くといわれている。この反面、冷間加工において、歪み（残留歪み）が蓄積しやく、使用時に繰り返し変形による歪みが加わると、疲労破壊にいたりやすいと考えられる。
実施例１〜１０および比較例１〜７の定着ベルト６１の金属層６１ａに用いたステンレス鋼層も、オーステナイト系ステンレスに含まれる。

したがって、表１に示した範囲から外れた組成のステンレス鋼層（比較例１〜７）は、加工硬化により硬く、脆くなり過ぎるか、繰り返し曲げ変形に対する疲労強度が低いと考えられる。このため、短時間で疲労破壊に至ったと思われる。

以上説明したように、本実施の形態である、表１に示した範囲に含まれるステンレス鋼層を金属層６１ａに用いた定着ベルト６１は、発熱不良や亀裂の発生を低減しうる。

なお、本実施の形態では、金属層６１ａとして、３層の多層構造の金属層６１ａを用いた。しかし、金属層６１ａとして、ステンレス鋼層からなる単層構造や、ステンレス鋼層と銅層の２層構造としてもよい。

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…金属層、６１ｂ…弾性層、６１ｃ…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、７１…剥離バッフル、８５…磁場発生ユニット、１００…画像形成装置、６２１…コア、６２２…ゴム層、６２３…表面層、８５１…励磁コイル、８５２…コイル支持部材、８５３…励磁回路

Claims (9)

1. クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、
   前記金属層の外側に積層された離型層と、
   を備えることを特徴とする無端ベルト。
2. 前記金属層は、複数の前記ステンレス鋼層と前記ステンレス鋼層に挟まれた銅層とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の無端ベルト。
3. 前記金属層の前記ステンレス鋼層は、炭素含有量が０．１重量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の無端ベルト。
4. 前記金属層の前記ステンレス鋼層は、加工硬化係数が０．４以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の無端ベルト。
5. 前記金属層と前記離型層との間に弾性層をさらに有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の無端ベルト。
6. クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、
   前記定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを加熱する加熱部材と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
7. 前記定着ベルトの受ける繰り返し歪み幅が、０．７％以上であることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
8. 前記加熱部材は、前記定着ベルトの前記金属層に渦電流を発生させ当該定着ベルトを発熱させる電磁誘導加熱部材であることを特徴とする請求項６または７に記載の定着装置。
9. トナー像を形成する像形成部と、
   前記像形成部で形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
   クロム１５重量％以上かつ１９重量％以下、ニッケル６重量％以上かつ１０重量％以下、マンガン１重量％以上かつ３重量％以下、銅２重量％以上かつ５重量％以下を含むステンレス鋼層を少なくとも１層有する円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、当該定着ベルトとの間に押圧部を形成し回転駆動される加圧部材と、当該定着ベルトの内側に設けられ、当該定着ベルトを加熱する加熱部材とを有し、前記記録材に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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