JP2013068788A - 定着ベルト、定着ベルトの製造方法、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォームアップ時間が短く、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトを提供する。
【解決手段】少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層１０２、金属を主成分とする金属発熱層１０４、樹脂を含んで構成される保護層１０６の順に層が構成されており、金属発熱層１０４が厚さ方向に貫通した空隙部１０８を有し、基材層１０２を構成する樹脂および保護層１０６を構成する樹脂のうち少なくとも１つが空隙部１０８を充填している定着ベルトである。
【選択図】図２

Description

本発明は、定着ベルト、定着ベルトの製造方法、定着装置および画像形成装置に関する。

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では、用紙等の記録媒体上に形成された未定着トナー像を定着装置によって定着して画像形成を行っている。定着工程において、従来、圧力定着、オーブン定着、および、溶剤定着等の方式が知られているが、熱が有効に伝えられ、トナー像をより強固に定着させられ、かつ比較的安全である観点から、熱圧力定着法がもっとも一般的に用いられている。この熱圧力定着法は、未定着トナー像が保持された記録媒体を、加熱された定着ロールまたは定着ベルト等の定着部材により構成されたニップ内を通過させ、ニップ通過時に定着ロールまたは定着ベルト等によって加熱されて溶融状態となった未定着トナー像をニップ圧力により記録媒体に押圧することで、記録媒体にトナー像を定着させる方法である。

定着部材を加熱する方法として、近年、電磁誘導加熱方式が検討されている。この電磁誘導加熱方式を用いれば、加熱したい定着部材の表面が効果的、かつ、高熱効率で加熱されるため、定着可能となるまでの時間（以下、「ウォームアップ時間」と称する場合がある）が短縮される。

この電磁誘導加熱方式に適用される定着部材としては、例えば、エンジニアリングプラスチック等の耐熱性樹脂を含んで構成される基材上に、金属発熱層を設けた構成の無端状の定着ベルト等が挙げられる。この構成の定着ベルトは、耐熱性樹脂を含んで構成される基材により強度が確保されているため、金属発熱層は発熱性能が十分に確保されるのであれば、その膜厚を薄くすることができ、ウォームアップ時間の短縮が可能となる。また、基材が耐熱性樹脂を含んで構成されるため、定着ベルトの内面に設けられる押圧部材との摺動性も良好である。

無端状の定着ベルトが用いられる定着装置や画像形成装置では、その定着ベルトを大きな曲率で曲げ回すことによって、定着ベルトと定着ベルトに押圧される加圧部材との間に送り込まれた記録媒体が、自身の剛性によって定着ベルトから離れる方向に排出されるため、記録媒体が無端状ベルトから良好に剥離される。

このような無端状の定着ベルトの曲げ変形等に対する耐久性の改良が検討されている。

例えば、特許文献１には、定着ベルトの金属発熱層を、金属を含む繊維状部材で２次元の網目構造とし、特許文献２には、網目を立体的に形成したり、発泡金属構造とした３次元の網目状構造体とし、ベルトに良好な屈曲性を持たせ、耐久性を持たせることが提案されている。

特開２００５−１８９４０４号公報 特開２００６−０１０８８４号公報

本発明の目的は、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルト、その定着ベルトの製造方法、その定着ベルトを備える定着装置および画像形成装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層、金属を主成分とする金属発熱層、樹脂を含んで構成される保護層の順に層が構成されており、前記金属発熱層が厚さ方向に貫通した空隙部を有し、前記基材層を構成する樹脂および前記保護層を構成する樹脂のうち少なくとも１つが前記空隙部を充填している定着ベルトである。

請求項２に係る発明は、前記空隙部が、ベルトの周方向に周期的間隔でベルトの幅方向にわたって存在している、請求項１に記載の定着ベルトである。

請求項３に係る発明は、前記空隙部が、ベルト面に点在する、請求項１に記載の定着ベルトである。

請求項４に係る発明は、前記金属発熱層が、銀を含んで構成される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着ベルトである。

請求項５に係る発明は、前記基材層上に、前記金属発熱層を形成する金属発熱層形成工程と、前記保護層を形成する保護層形成工程と、前記基材層、前記金属発熱層、前記保護層を同時に焼成する焼成工程とを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルトの製造方法である。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルトを備える定着装置である。

請求項７に係る発明は、少なくとも、記録媒体に未定着トナー像を保持させるトナー像形成手段と、請求項６に記載の定着装置とを備える画像形成装置である。

請求項１に係る発明によると、本構成を有さない場合に比べて、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトが提供される。

請求項２に係る発明によると、前記空隙部がベルトの周方向に周期的間隔でベルトの幅方向にわたって存在していない場合に比べて、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトが提供される。

請求項３に係る発明によると、前記空隙部がベルト面に点在しない場合に比べて、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトが提供される。

請求項４に係る発明によると、前記金属発熱層が銀を含んで構成されない場合に比べて、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトが提供される。

請求項５に係る発明によると、本構成を有さない場合に比べて、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式に適用される定着ベルトの製造方法が提供される。

請求項６に係る発明によると、定着ベルトが本構成を有さない場合に比べて、定着ベルトが曲げ変形等に対して高い耐久性を有する、電磁誘導加熱方式の定着装置が提供される。

請求項７に係る発明によると、定着ベルトが本構成を有さない場合に比べて、定着ベルトが曲げ変形等に対して高い耐久性を有する画像形成装置が提供される。

本発明の実施形態に係る定着ベルトの一例を示す概略図である。 図１におけるＡ−Ａ’の断面の概念図である。 本発明の実施形態に係る定着ベルトの他の例を示す概略図である。 比較例１における金属発熱層の構造のイメージ図である。 本発明の実施形態に係る定着装置の構成の一例を示す側断面図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

＜定着ベルト＞
本発明の実施形態に係る定着ベルトは、少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層、金属を主成分とする金属発熱層、樹脂を含んで構成される保護層の順に層が構成されており、前記金属発熱層が厚さ方向に貫通した空隙部を有し、前記基材層を構成する樹脂および前記保護層を構成する樹脂のうち少なくとも１つが前記空隙部を充填しているものである。これにより、金属発熱層による発熱性能を確保した上で、曲げ変形等に対して良好な屈曲性を有し、金属発熱層の割れ等の発生の起点が少なくなる。よって、曲げ変形等に対して高い耐久性を有する。特に、短時間昇温や使用中の繰り返し曲げ変形に対して高い耐久性を有する。

図１は、本発明の実施形態に係る定着ベルトの一例を示す概略図である。また、図２に、図１におけるＡ−Ａ’の断面の概念図を示す。図２に示すように、定着ベルト６１は、少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層１０２、金属を主成分とする金属発熱層１０４、樹脂を含んで構成される保護層１０６の順に層が構成されている。なお、図１では、保護層１０６の記載を省略してある。図２に示すように、金属発熱層１０４は、厚さ方向に貫通した空隙部１０８を有し、基材層１０２を構成する樹脂および保護層１０６を構成する樹脂のうち少なくとも１つが空隙部１０８を充填している。また、空隙部１０８を介して保護層１０６と基材層１０２とが接着する構造となっている。図１の例では、金属発熱層１０４において、直線状の空隙部１０８が、定着ベルト６１の周方向に周期的ピッチでベルトの幅方向（図１の例ではベルト全幅）にわたって存在している。このようなキャタピラ状の金属発熱層の構成により、金属発熱層による発熱性能を確保した上で、曲げ変形等に対して良好な屈曲性を有し、金属発熱層の割れ等の発生の起点が少なくなる。

基材層１０２は、樹脂を含んで構成され、樹脂を主成分として構成されることが好ましい。主成分とは、質量比で５０％以上である。基材層１０２を構成する樹脂は、金属発熱層１０４の空隙部１０８を充填し、保護層１０６と接着する機能を有してもよい。樹脂としては、例えば、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等から選択される１つまたは複数の混合体等が挙げられ、耐熱性、機械特性等の観点からポリイミド樹脂が好ましい。

基材層１０２の厚みは、例えば、１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲である。基材層１０２の厚みが２００μｍを超えると、柔軟性が確保されなくなる場合や、熱容量が増加するためウォームアップ時間が長くなる場合がある。一方、基材層１０２の厚みが１０μｍ未満であると、剛性が弱く、皺が生じたり、両端に亀裂が生じてしまう場合がある。

金属発熱層１０４は、電磁誘導加熱定着装置において、コイルから発生する磁界により渦電流を発生させることで発熱する機能を有する層であり、電磁誘導作用を生じる金属を含んで構成される。電磁誘導作用を生じる金属としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、クロム、錫、亜鉛等の単一金属、もしくは２種類以上の元素からなる合金（スチール等）から選択される。薄膜への加工性、発熱性能等の点から、銀、銅が好ましく、耐酸化性等の点から銀がより好ましい。

金属発熱層１０４の厚みは、その材質によって適切な厚みは異なるが、例えば銀を金属発熱層に用いる場合には、３μｍ以上３０μｍの範囲の厚みとすればよい。金属発熱層１０４の厚みが３μｍ未満になると、金属発熱層の抵抗値が高くなることにより、十分な渦電流が発生し難くなり発熱が不足し、ウォームアップ時間が長くなるか、あるいは定着可能温度まで十分に加熱されない場合がある。また、金属発熱層１０４の厚みが３０μｍを超えると、十分な発熱は得られるものの、層自体の熱容量が大きくなってしまうことからウォームアップ時間が長くなってしまう場合がある。

空隙部１０８のベルトの周方向の間隔（ピッチ）は、例えば、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲が好ましく、０．５ｍｍ以上７ｍｍの範囲がより好ましい。空隙部１０８のベルトの周方向の間隔が７ｍｍを超えると、金属発熱層自身が繰り返し急激な曲げ変形を受け、クラックが発生する場合があり、０．１ｍｍ未満であると、金属発熱層の面積が小さくなり、発熱性能が低下する場合がある。空隙部１０８は、ベルトの周方向に周期的間隔で配置される。

空隙部１０８のベルトの周方向の間隔が、ニップ幅以下であることが好ましい。空隙部の間隔が、ニップ幅以下であることにより、曲げ変形等に対して追従性が良好となり、高い耐久性を示す。ここで、ニップ幅とは、荷重をかけられた状態で定着ベルト６１が加圧ロール等の加圧部材と接している部分の記録媒体の進行方向の幅のことをいう。

空隙部１０８の幅は、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が好ましく、５μｍ以上５００μｍの範囲がより好ましい。空隙部１０８の幅が５００μｍを超えると、非発熱部の連続面積が大きくなりトナー未定着が発生する場合があり、５μｍ未満であると、曲げ変形等に対する屈曲性が十分でない場合がある。

空隙部１０８の形状としては、特に制限はないが、例えば、直線状の他に、曲線状等である。

保護層１０６は、樹脂を含んで構成され、樹脂を主成分として構成されることが好ましい。保護層１０６を構成する樹脂は、金属発熱層１０４の空隙部１０８を充填し、基材層１０２と接着する機能を有してもよい。樹脂としては、例えば、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂等から選択される１つまたは複数の混合体等が挙げられ、耐熱性、機械特性等の観点からポリイミド樹脂が好ましい。接着性等の点から、基材層１０２と保護層１０６は、同じ成分の樹脂を主成分として構成されることが好ましい。

保護層１０６の厚みは、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下の範囲である。保護層１０６の厚みが５０μｍ以上であれば、ベルトに必要な剛性を確保することができる。また２００μｍ以下であればウォームアップ時間の短縮化が図られる。

定着ベルト６１は、保護層の外周面にさらに弾性層、離型層等を有してもよい。

弾性層の材質としては、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム等が挙げられる。弾性層の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲である。

離型層は、未定着トナー像を溶融状態として記録媒体に固着させる際に、溶融状態のトナーが定着部材に固着することを抑制するものである。離型層を構成する材料としては、トナー像に対して適度な離型性を有するものであればよく、特に制限はない。離型層は、フッ素系化合物を主成分として形成することが好ましい。フッ素系化合物としては、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）等のフッ素樹脂等が挙げられる。

離型層の厚みは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲である。離型層の厚みが１０μｍ以上であれば、記録媒体として用いる用紙の縁との繰り返し擦擦等により離型層が摩滅することが抑制されやすくなる。一方、離型層の厚みが１００μｍ以下であればベルトの表面の柔軟性が確保されやすくなる。その結果、トナーを押しつぶす力が抑制され、定着画像の粒状性が維持され、ウォームアップ時間の短縮化が図られる。

図３は、本発明の実施形態に係る定着ベルトの他の例を示す概略図である。なお、図３では、保護層１０６の記載を省略してある。金属発熱層１０４は、厚さ方向に貫通した空隙部１１０を有する。また、図示しないが、基材層１０２を構成する樹脂および保護層１０６を構成する樹脂のうち少なくとも１つが空隙部１１０を充填しており、空隙部１１０を介して保護層１０６と基材層１０２とが接着する構造となっている。図３の例では、金属発熱層１０４において、十字状の空隙部１１０が、ベルト面（図３の例ではベルト全面）に点在している。このような金属発熱層の構成により、金属発熱層による発熱性能を確保した上で、曲げ変形等に対して良好な屈曲性を有し、金属発熱層の割れ等の発生の起点が少なくなる。

空隙部１１０の周方向の間隔は、例えば、０．０５ｍｍ以上ニップ幅以下の範囲が好ましく、０．１ｍｍ以上ニップ幅の範囲がより好ましい。空隙部１１０の周方向の間隔がニップ幅を超えると、繰り返し使用中に発熱層に割れが発生する場合があり、０．０５ｍｍ未満であると、金属発熱層が十分な発熱性能を確保できない場合がある。空隙部１１０は、ベルトの周方向に周期的間隔で配置されてもよい。

空隙部１１０の軸方向の間隔は、例えば、０．０５ｍｍ以上が好ましい。空隙部１１０の軸方向の間隔が０．０５ｍｍ未満であると、金属発熱層が十分な発熱性能を確保できない場合がある。

空隙部１１０の形状としては、特に制限はないが、例えば、円形状の他に、十字状、楕円状、直線状、曲線状等である。

空隙部１１０の配置としては、特に制限はないが、例えば、軸方向に上記間隔で直線状に配置し、周方向に上記間隔で配置すればよい。

空隙部１１０のベルトの周方向の間隔が、ニップ幅以下であることが好ましい。空隙部の間隔が、ニップ幅以下であることにより、曲げ変形等に対して追従性が良好となり、高い耐久性を示す。

＜定着ベルトの製造方法＞
本発明の実施形態に係る定着ベルトの製造方法は、例えば、基材層１０２上に、金属発熱層１０４を形成する金属発熱層形成工程と、保護層１０６を形成する保護層形成工程とを含む。また、基材層１０２、金属発熱層１０４、保護層１０６を同時に焼成する焼成工程を含んでもよい。

金属発熱層形成工程において、基材層１０２上に金属発熱層１０４を形成する。金属発熱層１０４を形成する方法としては、例えば、銀化合物、樹脂、溶媒等を含む銀ペースト等の金属ペーストを基材層１０２の例えば半乾燥膜上に塗布し、金属ペーストを乾燥、加熱焼成すればよい。その他に、めっきによる成膜方法等が挙げられる。

金属発熱層形成工程には、金属発熱層に空隙部を形成する空隙部形成工程を含む。金属発熱層に空隙部を形成する方法としては、例えば、スクリーン印刷法、フォトリソグラフィ法、金属発熱層成形時の温度制御によって空隙を生成する方法等が挙げられる。これらの方法のうち、例えば、スクリーン印刷法によって、予め定めたパターン状に上記図１の構成の金属発熱層を形成すればよい。また、金属発熱層を加熱する方法によって空隙部を生じさせ、上記図３の構成の金属発熱層を形成してもよい。

保護層形成工程において、保護層１０６を形成する方法としては、例えば、ポリイミド前駆体溶液等の樹脂溶液を塗布、焼成する方法等が挙げられる。

焼成工程において、基材層１０２、金属発熱層１０４、保護層１０６を同時に焼成して、基材層、保護層のポリイミド前駆体を架橋させることにより、基材層１０２と保護層１０６との接着性が良好となり、また製造工程が簡略化される。

弾性層、離型層等は公知の方法によって形成すればよい。

＜定着装置＞
次に、本実施形態に係る定着装置の構成について説明する。本実施形態に係る定着装置は、上記定着ベルトを備えるものである。なお、本実施形態に係る定着装置として、電磁誘導加熱方式を用いれば、加熱したい定着部材の表面が効果的かつ高熱効率で加熱されるため、ウォームアップ時間が短縮される。

図５に示すように、本実施形態に係る定着装置６０は、回転可能な回転部材である加圧ロール６２と、回転部材である加圧ロール６２に接触して配置され、加圧ロール６２との間に形成される加圧部Ｎ（以下「ニップ部Ｎ」ともいう）に未定着トナー像を保持した記録媒体Ｐを狭持することで未定着トナー像を記録媒体Ｐに定着させる、回転可能な定着ベルト６１と、定着ベルト６１と押圧部材である押圧パッド６４との間に介在する摺動シート６８とを有する。定着ベルト６１は、上記のような、少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層、金属を主成分とする金属発熱層、樹脂を含んで構成される保護層の順に層が構成されており、金属発熱層が厚さ方向に貫通した空隙部を有し、保護層が空隙部を充填しているものである。なお、摺動シート６８については後述する。

定着装置６０は、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、回転部材である加圧ロール６２から押圧される押圧パッド６４を有する。

定着ベルト６１は、押圧パッド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）によって回転駆動自在に支持される。そして、加圧部（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に従動して矢印方向に回転駆動する。

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に取り付けられる。そして、ベルトガイド部材６３は、定着ベルト６１の回転駆動方向に向けた複数のリブ（図示せず）で形成され、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される。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。

押圧パッド６４は、定着ベルト６１を介して加圧ロール６２から押圧されて加圧部Ｎを形成する。押圧パッド６４は、バネ等の弾性体等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により支持される。押圧パッド６４は、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体から構成される。押圧パッド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、押圧パッド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、定着後の記録媒体Ｐが定着ベルト６１から剥離しやすくしている。

加圧部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）に向けられ、バッフルホルダ７２により保持される。また、押圧パッド６４と定着ベルト６１との間に摺動シート６８が配設され、定着ベルト６１の内周面と押圧パッド６４との摺動抵抗を低減する。本実施形態では、摺動シート６８は押圧パッド６４と別体に構成され、両端をホルダ６５に固定される。

ホルダ６５に、定着装置６０の長手方向にわたって潤滑剤塗布部材６７が配設される。潤滑剤塗布部材６７は、定着ベルト６１の内周面に接触し、定着ベルト６１と摺動シート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の中実の鉄製等のコア（円柱状芯金）６２１と、コア６２１の外周面を被覆する、例えば厚み１２ｍｍのシリコーンスポンジ等のゴム層６２２と、例えば、厚み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）とを成形金型内に装填し、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を形成する方法等が挙げられる。

加圧ロール６２は、定着ベルト６１に対向するように配置され、矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転され、定着ベルト６１を従動させる。また、加圧ロール６２と押圧パッド６４とにより定着ベルト６１を挟持した状態で保持して加圧部Ｎを形成し、この加圧部Ｎに未定着トナー像を保持した記録媒体Ｐを通過させ、熱および圧力を加えて未定着トナー像を記録媒体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の形状に沿った曲線形状を有し、定着ベルト６１の外周表面と例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の間隙で設置される。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程度の銅線材を１６本から２０本程度束ねたリッツ線を、長円形状や楕円形状、長方形状等の閉環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、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から５０ｋＨｚに設定すればよい。渦電流Ｉが定着ベルト６１の金属発熱層を流れることによって、金属発熱層の抵抗値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が加熱される。

コイル支持部材８５２は、例えば耐熱性を有する非磁性材料で構成される。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等が挙げられる。

なお、本実施形態では、定着ベルト６１を加熱する加熱部材の一例として磁場発生ユニット８５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が従動回転され、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中の金属発熱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との加圧部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媒体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。記録媒体Ｐが定着ベルト６１と加圧ロール６２との加圧部Ｎ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媒体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媒体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、加圧部Ｎ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。

＜画像形成装置＞
次に、本実施形態に係る定着装置を備えた画像形成装置の構成について説明する。本実施形態に係る画像形成装置は、少なくとも、記録媒体に未定着トナー像を保持させるトナー像形成手段と、上記定着装置とを備えるものである。

以下、図面を参照しつつ本実施形態に係る画像形成装置の構成を説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。

図６は、本実施形態に係る定着装置が適用される画像形成装置を示した概略構成図である。図６に示す画像形成装置３は、一般にタンデム型と呼ばれる中間転写方式の画像形成装置であって、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成されるトナー像形成手段の一例としての複数の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにて形成された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）させる一次転写部１０と、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を記録紙等の記録媒体Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０と、二次転写された画像を記録媒体Ｐ上に定着させる定着手段の一例としての定着装置６０とを備える。また、画像形成装置３は、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を備える。

本実施形態において、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する像保持体としての感光体ドラム１１の周囲に、これらの感光体ドラム１１を帯電する帯電手段としての帯電器１２、感光体ドラム１１上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段としてのレーザ露光器１３（図６において露光ビームを符号Ｂｍで示す）、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像手段としての現像器１４、感光体ドラム１１上に形成された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手段としての一次転写ロール１６、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するクリーニング手段としてのドラムクリーナ１７等の電子写真用デバイスが順次配設されている。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。

中間転写体である中間転写ベルト１５は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたフィルム状の無端ベルトで構成されている。そして、その体積抵抗率は例えば１０⁶Ωｃｍ以上１０¹⁴Ωｃｍ以下の範囲となるように形成されており、その厚みは例えば０．１ｍｍ程度に構成されている。中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図６に示すＢ方向に予め定めた速度で循環駆動（回転駆動）されている。この各種ロールとして、定速性に優れたモータ（図示せず）等により駆動されて中間転写ベルト１５を循環駆動させる駆動ロール３１、各感光体ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２、中間転写ベルト１５に対して予め定めた張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行等を防止する補正ロールとして機能するテンションロール３３、二次転写部２０に設けられるバックアップロール２５、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られるクリーニングバックアップロール３４等を有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に対向して配置される一次転写ロール１６で構成されている。一次転写ロール１６は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは鉄、ＳＵＳ等の金属等で構成された円柱状等の棒である。スポンジ層は、例えばカーボンブラック等の導電剤を配合したニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）とエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）とのブレンドゴム等で形成され、体積抵抗率が例えば１０^7.5Ωｃｍ以上１０^8.5Ωｃｍ以下のスポンジ状等の円筒状等のロールである。そして、一次転写ロール１６は、中間転写ベルト１５を挟んで感光体ドラム１１に圧接して配置され、さらに一次転写ロール１６にはトナーの帯電極性（マイナス極性とする。以下同様。）と逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されるようになっている。これにより、各々の感光体ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次、静電吸引され、中間転写ベルト１５上において重畳されたトナー像が形成されるようになっている。

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される二次転写ロール２２と、バックアップロール２５とによって構成される。バックアップロール２５は、表面が例えばカーボン等を分散したＥＰＤＭとＮＢＲのブレンドゴムのチューブ、内部は例えばＥＰＤＭゴムで構成されている。そして、その表面抵抗率が例えば１０⁷Ω／□以上１０¹⁰Ω／□以下の範囲となるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカーＣ：高分子計器社製、以下同様。）に設定される。このバックアップロール２５は、中間転写ベルト１５の裏面側に配置されて二次転写ロール２２の対向電極をなし、二次転写バイアスを印加する金属製等の給電ロール２６が接触して配置されている。

一方、二次転写ロール２２は、例えば、シャフトと、シャフトの周囲に固着された弾性層としてのスポンジ層とで構成されている。シャフトは例えば鉄、ＳＵＳ等の金属等で構成された円柱状等の棒である。スポンジ層は、例えばカーボンブラック等の導電剤を配合したＮＢＲとＳＢＲとＥＰＤＭとのブレンドゴム等で形成され、体積抵抗率が例えば１０^7.5Ωｃｍ以上１０^8.5Ωｃｍ以下のスポンジ状等の円筒状等のロールである。そして、二次転写ロール２２は、中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接して配置され、さらに二次転写ロール２２は接地されてバックアップロール２５との間に二次転写バイアスが形成され、二次転写部２０に搬送される記録媒体Ｐ上にトナー像を二次転写する。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉等を除去し、中間転写ベルト１５の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側には、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となる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が配設されている。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が配設されている。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５の裏側に設けられた予め定めたマーク等を認識して基準信号を発生しており、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が画像形成を開始するように構成されている。

さらに、本実施形態の画像形成装置３では、用紙搬送系として、例えば、記録媒体Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された記録媒体Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送するピックアップロール５１、ピックアップロール５１にて繰り出された記録媒体Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された記録媒体Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ロール２２によって二次転写された後に搬送される記録媒体Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５、記録媒体Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６等を備えている。

次に、本実施形態に係る画像形成装置の基本的な作像プロセスの一例について説明する。図６に示すような画像形成装置では、図示しない画像読取装置（ＩＩＴ）や図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等から出力される画像データは、図示しない画像処理装置（ＩＰＳ）にて所定の画像処理が施された後、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋによって作像作業が実行される。ＩＰＳでは、入力された反射率データに対して、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が施される。画像処理が施された画像データは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換され、レーザ露光器１３に出力される。

レーザ露光器１３では、入力された色材階調データに応じて、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では、帯電器１２によって表面が帯電された後、このレーザ露光器１３によって表面が走査露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにて、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色のトナー像として現像される。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが接触する一次転写部１０にて、中間転写ベルト１５上に転写される。より具体的には、一次転写部１０において、一次転写ロール１６にて中間転写ベルト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）が付加され、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が行われる。

トナー像が中間転写ベルト１５の表面に順次一次転写された後、中間転写ベルト１５は移動してトナー像が二次転写部２０に搬送される。トナー像が二次転写部２０に搬送されると、用紙搬送系では、トナー像が二次転写部２０に搬送されるタイミングに合わせてピックアップロール５１が回転し、用紙トレイ５０から予め定めたサイズの用紙である記録媒体Ｐが供給される。ピックアップロール５１により供給された記録媒体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、記録媒体Ｐは一旦停止され、トナー像が保持された中間転写ベルト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）が回転することで、記録媒体Ｐの位置とトナー像の位置との位置合わせがなされる。

二次転写部２０では、中間転写ベルト１５を介して、二次転写ロール２２がバックアップロール２５に押圧される。このとき、タイミングを合わせて搬送された記録媒体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）が印加されると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間に転写電界が形成される。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は、二次転写ロール２２とバックアップロール２５とによって押圧される二次転写部２０にて、記録媒体Ｐ上に一括して静電転写される。

その後、トナー像が静電転写された記録媒体Ｐは、二次転写ロール２２によって中間転写ベルト１５から剥離された状態でそのまま搬送され、二次転写ロール２２の用紙搬送方向下流側に設けられた搬送ベルト５５へと搬送される。搬送ベルト５５では、定着装置６０における最適な搬送速度に合わせて、記録媒体Ｐを定着装置６０まで搬送する。定着装置６０に搬送された記録媒体Ｐ上の未定着トナー像は、定着装置６０によって熱および圧力で定着処理を受けることで記録媒体Ｐ上に定着される。そして定着画像が形成された記録媒体Ｐは、画像形成装置の排出部に設けられた排紙載置部に搬送される。

一方、記録媒体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等は、中間転写ベルト１５の回転駆動に伴ってクリーニング部まで搬送され、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上から除去される。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
＜ベルトの作製方法＞
［電磁誘導加熱方式の定着ベルトの作製］
離型剤（信越化学製、ＫＳ７００）処理された円筒形の金型にポリイミド前駆体溶液（Ｕ−ワニスＳ：宇部興産株式会社製）をフローコート装置でΦ３０のアルミ金型上に塗布し、１２０℃で３０分乾燥させた後、そのポリイミド半乾燥膜上に導電性ペースト（ドータイト ＸＡ−９０５３：株式会社フジクラ製、銀ペースト（ペースト中、銀化合物９０質量％含有）の１０質量％希釈溶液をスクリーン印刷法でベルト軸方向に２５μｍ幅、１ｍｍピッチで塗布した。

その後、８０℃で４０分乾燥させた後、２００℃に設定された炉に入れ８０分、銀を焼成し、ポリイミド乾燥膜上に、ベルト周方向に１ｍｍの周期的間隔の導電性ペーストの焼成膜（厚み１５μｍ）を形成した２層無端ベルトを得た（図１参照）。さらに、その上層に前記のポリイミド前駆体溶液を塗布、３８０℃で基材層、金属発熱層、保護層を同時に焼成し、基材層、保護層のポリイミド前駆体を架橋させ、ポリイミド製の保護層（厚み６０μｍ）を形成した。

次に、３層ベルトの外周面に、フローコート装置を用いて、弾性層の下地処理プライマ（ＤＹ３９−０６７：東レダウコーニングシリコーン株式会社製）、液状シリコーンゴム（Ｘ３４−１０５３Ａ／Ｂ：信越化学工業株式会社製）を塗布し、１０℃３０分で乾燥させて、厚み２００μｍの弾性層を形成した。その後、当該弾性層の外周面に、離型層としてＰＦＡチューブ（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チューブ）３０μｍを、被覆機を用いてチュービング被覆を行い、２００℃の炉に入れて加硫焼成させて、離型層を形成した。以上の方法で定着ベルトを作製した。

（実施例２）
実施例１において、ポリイミド半乾燥膜の外周面全面に銀ペーストをフローコート法で塗布し、８０℃で４０分乾燥させた後、１０℃／ｍｉｎで２００℃まで昇温し、２００℃で８０分銀を焼成した以外は、実施例１と同様にして、空隙部がベルト全面に点在する導電層パターンを作製した（図３参照）。空隙部の周方向の間隔は０．２ｍｍ、軸方向の間隔は、０．２ｍｍであった。それ以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

（実施例３）
ベルト周方向に７ｍｍピッチの導電層パターンを作製した以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

（実施例４）
ベルト周方向に８ｍｍピッチの導電層パターンを作製した以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

（比較例１）
金属線を円筒状に編み上げる方法で、ＳＵＳ材で３次元の網目構造を有する金属発熱層を形成した。図４に、比較例１における金属発熱層の構造のイメージ図を示す。それ以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

（比較例２）
金属線を円筒状に編み上げる方法で、ＳＵＳ材で２次元の網目構造を有する金属発熱層を形成した。それ以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

（比較例３）
実施例１と同様にして離型剤処理された円筒形の金型にポリイミド前駆体溶液（Ｕ−ワニスＳ：宇部興産株式会社製）を、フローコート装置を用いて塗布し、１００℃で３０分間乾燥後、３８０℃の炉に入れて６０分間焼成させ、基材層６０μｍを形成した。次に、基材層の外周面に対して、下地金属層の下地処理として、ブラスト装置による粗面化処理を行った。具体的には、基材層のベルト軸方向中央部（通紙幅内）における表面粗さＲａが０．５μｍとなるように粗面化処理を行った。次に、基材層の外周面に、下地金属層として無電解ニッケル層を成膜した。具体的には、ベルト軸方向中央部における下地金属層の厚さが０．５μｍとなる条件で、下地金属層の成膜を行った。次に、下地金属層の外周面に、金属発熱層として電解銅めっき層１０μｍおよび金属保護層として電解ニッケルめっき層１０μｍを成膜した。具体的には、基材層の外周面に設けられた下地金属層を陰極とし、ベルト軸方向中央部の幅よりも外側の両端部に給電部を配置させ、電解メッキを行うことにより、金属発熱層および金属保護層の成膜を行った。それ以外は実施例１と同様にして、定着ベルトを作製した。

＜評価＞
（ベルトの耐久性）
得られたベルトを、富士ゼロックス製の画像形成装置Ｄｏｃｕ Ｃｅｎｔｒｅ ＩＶ Ｃ３３７０の定着ユニットに装備し、ベルトが所望の温度に昇温するまでの時間（ウォームアップ時間）と、ベルトにクラックが生じるまでの回転数（プリント枚数相当、以下ＰＶとする）を調査し、ベルトの昇温性能と耐久性を評価した。ニップ幅は７ｍｍとした。結果を表１に示す。耐久性評価については、ニップ出口の曲率半径をＲ＝５．５，Ｒ＝５としたときのそれぞれについて、１０００ｋＰＶ相当まで評価を実施し、クラックが発生しなかったものは、クラック発生無しとした。耐久性を以下の基準で評価した。
○：１０００ｋＰＶ以上
△：５００ｋＰＶ以上
×：５００ｋＰＶ未満

（ウォームアップ時間）
ウォームアップ時間（ＷＵＴ）は、１１００Ｗで加熱開始から定着部材表面が１６０℃になるまでの時間とした。
○：１０秒未満
△：１０秒以上２０秒未満
×：２０秒以上

このように、金属発熱層が厚さ方向に貫通した空隙部を有し、保護層が空隙部を充填している実施例の定着ベルトは、比較例の定着ベルトに比べて、ウォームアップ時間が短く、高い耐久性を有した。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ 画像形成ユニット、３ 画像形成装置、１０ 一次転写部、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、２２ 二次転写ロール、２５ バックアップロール、２６ 給電ロール、３１ 駆動ロール、３２ 支持ロール、３３ テンションロール、３４ クリーニングバックアップロール、３５ 中間転写ベルトクリーナ、４０ 制御部、４２ 基準センサ、４３ 画像濃度センサ、５０ 用紙トレイ、５１ ピックアップロール、５２ 搬送ロール、５３ 搬送シュート、５５ 搬送ベルト、５６ 定着入口ガイド、６０ 定着装置、６１ 定着ベルト、６２ 加圧ロール、６３ ベルトガイド部材、６４ 押圧パッド、６５ ホルダ、６７ 潤滑剤塗布部材、６８ 摺動シート、７０ 剥離補助部材、７１ 剥離バッフル、７２ バッフルホルダ、８５ 磁場発生ユニット、１０２ 基材層、１０４ 金属発熱層、１０６ 保護層、１０８，１１０ 空隙部、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、Ｂｍ 露光ビーム、Ｎ 加圧部（ニップ部）、Ｐ 記録媒体。

Claims (7)

1. 少なくとも３層以上を有し、内側から、樹脂を含んで構成される基材層、金属を主成分とする金属発熱層、樹脂を含んで構成される保護層の順に層が構成されており、前記金属発熱層が厚さ方向に貫通した空隙部を有し、前記基材層を構成する樹脂および前記保護層を構成する樹脂のうち少なくとも１つが前記空隙部を充填していることを特徴とする定着ベルト。
2. 前記空隙部が、ベルトの周方向に周期的間隔でベルトの幅方向にわたって存在していることを特徴とする、請求項１に記載の定着ベルト。
3. 前記空隙部が、ベルト面に点在することを特徴とする、請求項１に記載の定着ベルト。
4. 前記金属発熱層が、銀を含んで構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の定着ベルト。
5. 前記基材層上に、前記金属発熱層を形成する金属発熱層形成工程と、前記保護層を形成する保護層形成工程と、前記基材層、前記金属発熱層、前記保護層を同時に焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルトの製造方法。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の定着ベルトを備えることを特徴とする定着装置。
7. 少なくとも、記録媒体に未定着トナー像を保持させるトナー像形成手段と、請求項６に記載の定着装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。