JP2004302390A - 定着ベルト - Google Patents
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Abstract
【課題】オンデマンドタイプの像加熱装置に用いられる定着ベルトに要求される端部強度の向上を図る。
【解決手段】少なくとも電鋳からなる金属層と離型層とを有する逆クラウン形状の定着ベルトであって、かつ、該金属層の中央部の肉厚が均一であり、肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させる。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも電鋳からなる金属層と離型層とを有する逆クラウン形状の定着ベルトであって、かつ、該金属層の中央部の肉厚が均一であり、肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に用いられる定着ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機やプリンタやファクシミリ等における像加熱装置では、均一なニップ幅で圧接したり、記録材を高精度に搬送する等の要求から、長手方向に沿ってクラウン形状（太鼓形状）や逆クラウン形状（鼓形状）となるように外形を変化させた非直円筒形状の定着ベルトが用いられている。
【０００３】
例えば、クラウン形状のベルトは加圧ローラとの圧接力が高く、ベルトが撓んで中央部のニップ幅が両端部と比べて減少することを防ぐために用いられることが多く、一方、逆クラウン形状のベルトは加圧ローラとの圧接力は小さいが、記録材のシワ防止対策として有効であり、更には記録材を搬送する際にもベルト端部のガイド効果で、部材間の僅かな傾斜や局部的な摩擦による蛇行を防ぎ、高度な搬送を可能とする。
【０００４】
一方、前記像加熱装置の加熱方式としては、低熱容量の金属ベルト或いは樹脂ベルト等をセラミックヒータにより加熱する方式が広く提案、実施されている。一般にこの加熱方式では加熱体となるセラミックヒータと、加圧部材となる加圧ローラとの間に、耐熱性の定着ベルトを挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部を持つ定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着ベルトと一緒に狭持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱を、定着ベルトを介して記録材に与え、この熱とニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に熱圧定着させる。
【０００５】
この定着方式では、定着ベルトとして低熱容量の部材を用いることでオンデマンドタイプの装置を構成することが出来る。すなわち、画像形成装置の画像形成実行時のみ、熱源となるセラミックヒータに通電して所定の定着温度に昇温させた状態にすれば良く、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点が挙げられる。図６に加熱定着方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図を示す。この加熱方式では一般に、加熱体としてのセラミックヒータ１２と加圧部材としての加圧ローラ３０との間に耐熱性ベルト（定着ベルト１０）を挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入してベルトと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータ１２の熱を、ベルト１０を介して記録材Ｐに与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像を記録材Ｐに熱圧定着させる。
ベルト１０を介して記録材Ｐに与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像ｔを記録材Ｐ面に熱圧定着させる。
【０００６】
このようなベルト加熱方式におけるベルトとしては耐熱樹脂等が用いられ、特に耐熱性、強度に優れたポリイミド樹脂が用いられている。しかしながら、さらに機械を高速化、高耐久化した場合、一般的にこれらの耐熱性樹脂フィルムでは強度が不十分である。このことから、強度に優れ、熱伝導率の高い金属、例えばＳＵＳ、ニッケル、銅、アルミニウム等を基層とするベルトを用いることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献１では金属ベルトを利用して、これを電磁誘導による渦電流で自己発熱させる誘導加熱方式も開示されている。すなわち、磁束によりベルト自身あるいはベルトに近接させた導電性部材に渦電流を発生させ、ジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案されている。この電磁誘導加熱方式は、発熱域をより被加熱体に近くすることができるため、消費エネルギーの効率アップが達成できる。
【０００８】
図７に一構成例を示す。磁性コア１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは高透磁率の部材であり、励磁コイル１８は励磁回路（不図示）から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。金属層１にこの交番磁束が作用することで渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２及び離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【０００９】
また、図８に図７の像加熱装置の磁場発生手段模型図を示す。図８の磁場発生手段は、磁性コア１７ａ、励磁回路２７に接続した給電部１８ａ及び１８ｂ並びに励磁コイル１８からなる。励磁コイル１８は励磁回路２７から給電部１８ａ及び１８ｂを通して供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００１０】
ベルト加熱方式の定着装置の定着ベルトの駆動方法としては、ベルト内面を案内するフィルムガイドと加圧ローラとで圧接されたフィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架された無端ベルト状のベルトの駆動によって加圧ローラを従動回転させる方法等がある。
【００１１】
一方、図１０に示すように、前記ベルト加熱方式の定着装置において金属製等のシームレスベルト部材を用いる場合には、回転駆動される前記シームレスベルト部材１０の定着ニップＮを形成する加圧ローラ３０及びセラミックヒータ１２の部品精度のバラツキや、セラミックヒータの長手方向の温度分布が生じることによって、前記シームレスベルト部材にスラスト方向への寄り移動力が生じる。これを規制するために前記シームレスベルト部材の端面を従来のフィルム加熱方式の定着装置のように固定型の端部規制用フランジ部材１５で受け止める構造が提案されているが、シームレスベルト部材は定着ニップ部での屈曲を繰り返しながら、かつ端面に密着した状態で「駆動／停止」を繰り返し行う断続回転駆動を行うことになり、シームレスベルト部材の端部とフランジ部材との摺擦により、シームレスベルト部材の端部は負荷を絶えず受け疲労し易くなり、折れ・シワ及び亀裂等が発生して長期間の耐熱耐久性を維持することが難しかった。
【００１２】
そのため例えば、特許文献２では、定着フィルムの形状及び物性等を規定した対策を取っている。
また、特許文献３では金属スリーブの両端部の保護する部材の構造について、特許文献４では金属スリーブの両端部の保護する部材の材料について開示されているが、例えば、主に電磁誘導加熱方式の定着装置では図１２に構成例を示すように、前記シームレスベルト部材の端部とフランジ部材との摺擦を避けるためにシームレスベルト部材に従動型の端部規制用フランジ部材、いわゆる連れ回りタイプが提案されている。これは、シームレスベルト部材と端部規制用フランジ部材との接触領域での摩擦力により従動する構造であるが、画像形成装置の高速印字化が進む中、まだ充分に対応出来ているとは言いがたい。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−１１４２７６号公報
【特許文献２】
特開平６−３１４０４３号公報
【特許文献３】
特開２００２−３２３８２１号公報
【特許文献４】
特開２００２−２４６１５１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、像加熱装置に用いられる定着ベルトに要求される端部強度の向上を図るために、逆クラウン形状を有する電鋳からなる基材を用いた定着ベルトを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下の本発明により達成される。
（１）少なくとも、電鋳からなる金属層と、該金属層上に設けられた離型層と、を有する定着ベルトであって、
これらの層が、該ベルトの長手方向に直行する方向における一方の端部から中央部を経て他方の端部まで連続層を形成し、
該金属層は、中央部の肉厚が均一であり、該肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させた逆クラウン形状を有することを特徴とする定着ベルト。
（２）前記金属層の中央部の肉厚が１０〜１００μｍであり、該金属層の中央部と両端部の肉厚差が２〜１００μｍであることを特徴とする上記（１）に記載の定着ベルト。
（３）前記金属層と離型層の間に少なくとも弾性層を有する上記（１）又は（２）に記載の定着ベルト。
（４）前記弾性層がシリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種を含む上記（３）に記載の定着ベルト。
【００１６】
ここで、「中央部」とは定着ベルトの長手方向の中心を中心とし、定着ベルトの長手方向長さの８０〜９０％を構成する部分を表す。また、「中央部が均一」とは、ハイデンハインの方法で評価し、（肉厚の最大値―肉厚の最小値）／（肉厚の平均値）が０．１以下の範囲にあることを表す。図１０は逆クラウン形状の金属層の概略図を表しており、５が中央部、６が端部を表している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の定着ベルトは、該金属層が逆クラウン形状を有し、かつ、該金属層の中央部の肉厚が均一であり、肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させたものである。
【００１８】
本発明の定着ベルトは金属層両端部の肉厚を厚くすることによって、従来の逆クラウン形状の定着ベルトよりも更に優れた端部強度を確保し、耐熱耐久性も満足することが出来る。また、中央部の摩耗を防ぎ、記録材の搬送時の紙シワの発生を防止することができる。また、金属層の中央部の肉厚が１０〜１００μｍであり、肉厚の最も薄い金属層の中央部と肉厚の最も厚い金属層の両端部の肉厚差が２〜１００μｍであることが好ましい。
【００１９】
（１）定着ベルト
次に本発明の定着ベルトについて説明する。図１は、本発明における定着ベルトの一部の層構成模型図の一例である。本発明の定着ベルト１０は、逆クラウン形状を有する電鋳からなる金属層１と、その外周面上に積層した弾性層２と、更にその外周面上に積層した離型層３と、金属層１の内周面に積層した摺動層４との複合構造を有する。定着ベルト１０において、摺動層４が内周面側（ベルトガイド面側）であり、離型層３が外周面側（加圧ローラ面側）である。金属層１と弾性層２との間、弾性層２と離型層３との間、或いは金属層１と摺動層４との間には、接着のためにプライマー層（不図示）を設けても良い。プライマー層はシリコーン系、エポキシ系、ポリアミドイミド系等の公知の物を使用すれば良く、その厚さは、通常、１〜１０μｍ程度が好ましい。
【００２０】
また、特に記録材上のトナーのり量が少なく、トナー層の凹凸が比較的小さいモノクロ画像の加熱定着用の場合は、金属層１上に弾性層２を形成せず、金属層１上に直接、離型層３を形成しても良く、図１の弾性層２を省略した構造とすることも出来る。
【００２１】
本発明の定着ベルト１０は、主にセラミックヒータを熱源としたベルト加熱方式に用いられるが、この定着ベルト１０を電磁誘導加熱方式に用いても良い。金属層１に交番磁束が作用することで金属層１に渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２及び離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材Ｐを加熱して、トナー画像の加熱定着がなされる。
【００２２】
ａ．金属層１
金属層１はステンレス鋼等の直円筒形状の母型を電鋳浴に浸漬させ、通常、母型を陰極部とし、一方に陽極部を設けて、母型の外周面上に電鋳プロセスにより薄膜状に成長させた金属からなる。前記金属層１の材質としては、ニッケル、またはニッケル−鉄、ニッケル−コバルト、ニッケル−マンガン、ニッケル−モリブデン、ニッケル−タングステン等のニッケル合金が好ましい。ここで直円筒形状とは、長手方向に垂直な横断面が全て同一円形である筒形状をいう。
【００２３】
金属層１は端部における割れ対策として、金属層の中央部の肉厚が均一であり、かつ最も薄く、金属層の肉厚が中央部から両端部に向けて連続的に増加した逆クラウン形状（鼓形状）の外形を有している。
このような肉厚分布を有する逆クラウン形状は電鋳条件である（１）陰極と陽極の電極間距離、或いは遮蔽板の開口幅の調整により金属層の膜厚分布を変化させることによって得ることができる。図２は、電極間距離を変化させた時の電鋳（金属層）の長手方向の肉厚分布を表している。また、図３は、遮蔽板の開口幅を変化させた時の電鋳（金属層）の長手方向の肉厚分布を表している。図２より電極間距離は、母型の両端部で肉厚分布が対称となり、成膜レートも速い１００ｍｍに設定し、更に電鋳（金属層）の長さ３８０ｍｍに対しては、図３より遮蔽板の開口幅は、母型の中央部において肉厚分布が均一となり、かつ平坦化する２９０ｍｍに設定することで、逆クラウン形状の金属層１を得ることができる。
【００２４】
また、遮蔽板に関しては所望の膜厚分布に応じて、例えば図４及び５の開口幅調整板５２のような形状のものを用いる事が出来る。図４及び５では電鋳母型５０を陰極、５３をアノードとして電鋳浴中に電気を流し、電鋳母型の外周上に金属層を形成する。この際、電鋳母型５０とアノード５３の間に遮蔽板５１を設ける事によって、逆クラウン形状の電鋳が得られるような肉厚分布を得ることができる。なお、遮蔽板５１の開口部の大きさは開口部調整板５２によって調節できるようになっている。
【００２５】
また、上記逆クラウン形状は、上記遮蔽板を使用せずに５０電鋳母型と５３アノードの電極間の配置によって得ることもできる。図１３に配置関係を示す。５０電鋳母型の幅Ａに対して、５３アノードの幅ＢはＡより短い５３ａから、Ａより長い５３ｃに代えるにつれ、端部の膜厚を厚くすることができ、（Ｂ−Ａ）／２を電極間距離に応じて適切に設定することにより、逆クラウン形状の金属層１を得ることができる。
【００２６】
前記金属層１において、肉厚の最も薄い中央部では肉厚が１０〜１００μｍであり、金属層の中央部と両端部との肉厚差が２〜１００μｍであることが好ましい。
金属層の中央部の肉厚が１０μｍ以上であると、定着ベルトとして充分な強度を確保でき、像加熱装置に用いられる定着ベルトとしての耐久性も十分となる。逆に中央部の肉厚が１００μｍ以下であると、容易に電鋳を行なうことができる上、ベルト脱型等にも支障が生じない。更に、金属層の中央部の肉厚は、５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２７】
更に、肉厚の最も薄い金属層の中央部の肉厚と、肉厚の最も厚い金属層の両端部の肉厚差が２μｍ以上であると、目的とする端部強度が充分に得られ、肉厚差が１００μｍ以下であると、加圧ローラとの圧接力の低下や空隙が発生せず、定着ベルトに撓みが生じないため、定着性を維持することができる。更に、金属層の中央部と両端部の肉厚差は、２〜５０μｍ以下であることがより好ましい。
また、金属層の両端部の肉厚は１２〜２００μｍであることが好ましく、１２〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００２８】
前記したが本発明の金属層１は、例えばステンレス鋼製等の直円筒形状の母型を陰極として、電鋳プロセスにより製造される。この場合の電鋳浴としては、スルファミン酸ニッケル浴、ワット浴、或いはニッケル合金浴等の公知の電鋳浴を用いることができ、ピット防止剤、光沢剤、ｐＨ調整剤等の添加剤を適宜加えても良い。例えば、以下に示すニッケル電鋳浴組成並びに電鋳条件が挙げられる。
【００２９】
［ニッケル電鋳浴組成］
（１）スルファミン酸ニッケル四水塩 ：３００〜４５０ｇ／ｌ
（２）塩化ニッケル ：０〜３０ｇ／ｌ
（３）ホウ酸 ：３０〜４５ｇ／ｌ
（４）ピット防止剤、光沢剤、ｐＨ調整剤 ：適量
（５）ニッケル電鋳浴温度 ：５０±１０℃
（６）陰極電流密度 ：１〜２０Ａ／ｄｍ２
ニッケル電鋳の機械的耐久性及び適度な圧縮応力を得るために電鋳浴に添加する光沢剤としては、サッカリン、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレントリスルホン酸ナトリウム等を含む応力減少剤）と、２−ブチン−１，４−ジオール（以下、ブチンジオール）、クマリン、ジエチルトリアミン等を含むレベリング剤（平滑剤）が挙げられる。
【００３０】
その中で本発明では、ニッケル電鋳浴にサッカリンを０．１ｇ／ｌ以下、ブチンジオールを１ｇ／ｌ以下、添加することが好ましい。より好ましくは、ニッケル電鋳浴にサッカリンを０．０５ｇ／ｌ以下、ブチンジオールを０．５ｇ／ｌ以下添加するのが良い。また、定着ベルトに要求される耐熱性の劣化や強度不足による耐久性低下が起こる恐れがあるため、光沢剤濃度はサッカリンを０．００５ｇ／ｌ以上、ブチンジオールを０．０５ｇ／ｌ以上にすることが好ましい。
【００３１】
金属層１の厚みは、次式で表される表皮深さよりも厚く、１μｍ以上にすることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましい。また、２００μｍ以下にすることが好ましく、１００μｍ以下にすることがより好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で
【００３２】
【数１】
と表される。これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深い所では電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆に言うと殆どのエネルギーはこの深さまでの間に吸収されている。金属層１があまりに薄いと、殆どの電磁エネルギーが金属層１中に吸収しきれなくなり、電磁誘導加熱の効率が悪くなってくることがある。また、金属層１があまりに厚いと、剛性が高くなり、屈曲性が悪くなって回転体として使用し難くなることがある。従って、セラミックヒータを熱源としたベルト加熱方式に用いる場合では、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、金属層の膜厚は上記範囲にあることが好ましい。
【００３３】
ｂ．弾性層２
弾性層２は設けても設けなくても良い。弾性層２を設ける事により、ニップ部において被加熱像を覆って熱の伝達を確実にするとともに、金属層１の復元力を補って回転及び屈曲による疲労を緩和することが出来る。また、弾性層２を付与することにより、定着ベルト離型層表面の未定着トナー像表面への密着性が増し、熱を効率よく伝達させることが可能になる。弾性層２を設けた定着ベルトは、特に、未定着トナーのり量が多いカラー画像の加熱定着に適している。
弾性層２の材質としては、特に限定されず、耐熱性が良く、熱伝導率の良い物を選べば良い。弾性層２としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも一種を含むことが好ましく、特にシリコーンゴムが好ましい。
【００３４】
弾性層２に使用される前記シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリトリフルオロプロピルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体等を例示することが出来る。
【００３５】
なお、必要に応じて、弾性層２には乾式シリカ、湿式シリカ等の補強性充填剤、炭酸カルシウム、石英粉、珪酸ジルコニウム、クレー（珪酸アルミニウム）、タルク（含水珪酸マグネシウム）、アルミナ（酸化アルミニウム）、ベンガラ（酸化鉄）等を含有させても良い。
【００３６】
弾性層２の厚みは、良好な定着画像品質が得られるので、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。また、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、記録材の凹凸或いはトナー層の凹凸面に沿って加熱面（離型層３）が変形できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分とで画像に光沢ムラが発生する。
【００３７】
つまり、伝熱量が多い部分は光沢度が高くなり、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。弾性層２があまりに薄いと、記録材或いはトナー層の凹凸形状に、加熱面が変形できず画像光沢ムラが発生してしまうことがある。また、弾性層２があまりに厚いと、弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなることがある。
【００３８】
弾性層２の硬度（ＪＩＳ Ｋ ６３０１）は、画像光沢ムラの発生が十分抑制され、良好な定着画像品質が得られるので、６０○以下が好ましく、４５○以下がより好ましい。
弾性層２の熱伝導率λは２．５×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上が好ましく、３．３×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上がより好ましい。また、８．４×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下が好ましく、６．３×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下がより好ましい。熱伝導率λがあまりに小さい場合には熱抵抗が大きくなり、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなることがある。熱伝導率λがあまりに大きい場合には、硬度が高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりすることがある。
【００３９】
この様な弾性層２は公知の方法、例えば、液状のシリコーンゴム等の材料をブレードコート法等の手段によって金属層１上にコートし加熱硬化する方法、液状のシリコーンゴムとの材料を成形型に注入し加硫硬化する方法、押出成形後に加硫硬化する方法、射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すれば良い。
【００４０】
ｃ．離型層３
本発明の定着ベルトは離型層を有することによって、記録材からの定着ベルトの良好な離型性を確保することができる。離型層３の材料としては特に限定されず、離型性、耐熱性の良い物を選べば良い。離型層３としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（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）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムが好ましく、特にＰＦＡが好ましい。なお、必要に応じて、離型層３にはカーボン、酸化すず等の導電剤等を離型層の１０質量％以下で含有させても良い。
【００４１】
離型層３の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。離型層３があまりに薄いと、塗膜の塗りムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足したりすることがある。また、離型層３があまりに厚いと、熱伝導が悪化することがあり、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなって弾性層２の効果を抑制してしまうことがある。
【００４２】
このような離型層３は公知の方法、例えば、フッ素樹脂系の場合、フッ素樹脂粉末を分散塗料化した物をコート、乾燥及び焼成により、或いは予めチューブ化した物を被覆及び接着する方法で形成すれば良く、ゴム系の場合、液状の材料を成形型に注入し加硫硬化する方法、押出成形後に加硫硬化する方法、射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すれば良い。
【００４３】
ｄ．摺動層４
摺動層４は本発明の必須成分ではないが、本発明の像加熱定着装置を作動させる際の駆動トルクの低減を図る上で設けることが好ましい。摺動層４を設けると、定着ベルトの熱容量を大きくしすぎることなく、金属層１に発生した熱が定着ベルトの内側に向かわないように断熱できるので、摺動層４が無い場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなり、消費電力も抑えることが出来る。また、立ち上がり時間の短縮を図ることが出来る。
【００４４】
摺動層４の材質としては、高耐熱性で強度が高く、耐摩耗性に優れ、表面が滑らかに出来る物を選べば良い。特にポリイミド樹脂等が好ましい。なお、必要に応じて摺動層４には摺動剤としてフッ素樹脂粉末、グラファイト、二硫化モリブデン等を含有させても良い。
摺動層４の厚さとしては５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。また、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。摺動層４があまりに薄いと耐久性が不足することがある。摺動層４があまりに厚いと定着ベルトの熱容量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなることがある。
この様な摺動層４は公知の方法、例えば、液状の材料をコート、乾燥及び硬化等の方法、或いは予めチューブ化した物を貼り付ける方法等で形成すれば良い。
【００４５】
【実施例】
［実験例１］
（実施例１）
金属層１として長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、中央部（長手方向中心を中心とする長さ２１０ｍｍの部分）肉厚５０μｍ、中央部から両端部に向けて肉厚が連続的に増加し、逆クラウン形状の最大肉厚差（両端部の肉厚−中心部の肉厚）２０μｍのニッケル電鋳無端ベルトを以降の手段で作製した。ニッケル電鋳ベルト基材の作製条件として、電鋳浴組成と電鋳条件を次に示す。
【００４６】
［電鋳浴組成］
（１）スルファミン酸ニッケル四水塩 ：４５０ｇ／ｌ
（２）塩化ニッケル ：１０ｇ／ｌ
（３）ホウ酸 ：４０ｇ／ｌ
（４）ピット防止剤（ピットレスＳ（商品名）、日本化学産業 社製） ：適量
（５）サッカリン ：０．０５〜０．００５ｇ／ｌ
（６）２−ブチン−１，４−ジオール ：０．５〜０．０５ｇ／ｌ
［電鋳条件］
（７）陰極電流密度 ：１０Ａ／ｄｍ２
（８）ｐＨ ：４．０±０．５
（９）電鋳浴温度 ：５０±１℃
（１０）母型の面粗さ（Ｒｚ） ：０．９５μｍ
（１１）電極間距離 ：１００ｍｍ
（１２）遮蔽板の設定 ：開口幅１７０ｍｍ、図４の形状を使用
前記ニッケル電鋳浴にステンレス鋼製の直円筒形状の母型を陰極として浸漬し、この母型上に内周側から外周側に向かって前記電鋳条件によりニッケル電鋳を成膜した。そして、このニッケル電鋳を母型から取り外し、金属層１とした。そして、弾性層２として３００μｍのシリコーンゴム層（ＧＥ東芝シリコーン社製）、更に離型層３として２０μｍのＰＦＡチューブ（グンゼ社製）を各々プライマー（東レダウコーニング社製）を介して金属層１外周面上に順次積層し、摺動層４として１５μｍのポリイミド樹脂層（Ｕ−ワニス−Ｓ（商品名）、宇部興産社製）を金属層１内周面に積層し、定着ベルト１０を作製した。
作製した前記金属層１に対して引き裂き強度試験を行った。また、作製した前記定着ベルト１０を図６の様な像加熱定着装置１００に装着し、空回転耐久テストを行った。
【００４７】
（１）引き裂き強度試験は、測定機としてテンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００（株式会社 オリエンテック社製）を用い、金属層１に幅５ｍｍ×長さ１０ｍｍの切りかき部を入れ、速度５ｍｍ／ｓｅｃで前記切りかき部を引き上げた際の最大荷重を金属層の中央部と端部における長手方向、回転方向について測定した。
（２）空回転耐久テストは、２２０℃に温度調節しながら所定の加圧力で加圧ローラを定着ベルトに押し付け、従動回転させた。加圧ローラは肉厚３ｍｍのシリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製）層に３０μｍのＰＦＡチューブ（グンゼ社製）を被覆した外径３０ｍｍのゴムローラを用いた。本実験例１では、加圧力は２００Ｎ、定着ニップは８ｍｍ×２３０ｍｍであり、定着ベルトの表面速度は１００ｍｍ／ｓｅｃとなる条件に定め、ベルトの亀裂及び破断が発生するまでの時間を耐久時間とした。
【００４８】
（実施例２）
実施例１で作製した定着ベルト１０を図７の様な電磁誘導加熱方式の像加熱定着装置１００’に装着し、実施例１と同様に空回転耐久テストを行った。
【００４９】
（比較例１）
金属層として長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、肉厚が５０μｍで均一の直円筒形状のニッケル電鋳無端ベルトを作製した。ニッケル電鋳ベルト基材の作製条件は、本比較例において遮蔽板の開口幅を２９０ｍｍとした以外は実施例１及び２に準ずる。
【００５０】
前記ニッケル電鋳浴にステンレス鋼製の直円筒形状の母型を陰極として浸漬し、前記電鋳条件によりニッケル電鋳を成膜した。そして、このニッケル電鋳を母型から取り外し、金属層とした。そして、弾性層として３００μｍのシリコーンゴム層、離型層として２０μｍのＰＦＡチューブを、各々プライマーを介して金属層外周面に積層し、摺動層として１５μｍのポリイミド樹脂層を金属層内周面に積層し、定着ベルトを作製した。
【００５１】
実施例１及び２と同様に、作製した前記金属層に対して引き裂き強度試験を行った。また、作製した前記定着ベルトについて、図６の様な像加熱定着装置１００に装着し、空回転耐久テストを行った。
【００５２】
実施例１、２及び比較例１で作製した定着ベルトの引き裂き強度試験結果を表１に、空回転耐久テストの結果を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
表１より実施例１で作製した逆クラウン形状の金属層１を有する定着ベルトでは、引き裂き強度が中央部よりも端部の方で著しく強くなり、一方、比較例１の定着ベルトでは中央部と端部で引き裂き強度が殆ど変わらず、実施例１の定着ベルトよりも端部での引き裂き強度が小さいことが判る。更に、この結果を受ける様に空回転耐久テストでは、実施例１の本発明の定着ベルトを用いた場合に、耐久時間が全て５００時間を超えた。また、実施例２においては全て６００時間を超え、更に良好であった。しかし、比較例１として用いた定着ベルトでは、４００時間未満でベルト端部から亀裂が生じた。
【００５５】
［実験例２］
実施例１及び２に用いた前記定着ベルト１０をキヤノン製フルカラーＬＢＰ ＬＡＳＥＲ ＳＨＯＴ「ＬＢＰ−２０４０」に搭載し、画出し耐久テストを行った。以下にテスト条件を示す。
・加圧力 ：２００Ｎ
・定着ニップ ：８ｍｍ×２３０ｍｍ
・定着温度 ：２００℃
・プロセススピード ：１００ｍｍ／ｓｅｃ
本実施例の定着ベルト１０を用いた場合において１０万枚の画出し耐久テストを行ったが、定着性に問題なく良好であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明により、逆クラウン形状を有する電鋳ベルト基材を用いることにより、断続的な加熱駆動時において充分な端部強度が確保できる。更にこれにより、耐熱耐久性も良好に満足することの出来る高品質な定着ベルトを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着ベルトの層構成の一例を示した概略図である。
【図２】電極間距離の変化に伴う電鋳ベルトの長手方向の肉厚分布の変化を示した図である。
【図３】遮蔽板の開口幅の変化に伴う電鋳ベルトの長手方向の肉厚分布の変化を示した図である。
【図４】本発明の遮蔽板の形状の一例を示した模式図である。
【図５】本発明の遮蔽板の形状の一例を示した模式図である。
【図６】加熱定着方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図である。
【図７】電磁誘導加熱方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図である。
【図８】図７像加熱装置の磁場発生手段模型図である。
【図９】定着装置の分解斜視図である。
【図１０】定着ベルトの端部規制部分の詳細図である。
【図１１】定着ベルトの端部割れの説明図である。
【図１２】定着ベルトと従動型の端部規制用フランジ部材の概略構成図である。
【図１３】逆クラウン形状を得る電鋳母型とアノードの配置説明図である。
【符号の説明】
１ 金属層
２ 弾性層
３ 離型層
４ 摺動層
５ 金属層の中央部
６ 金属層の端部
１０ 定着ベルト
１２ セラミックヒータ
１２ａ ヒータ基板
１２ｂ 発熱層
１２ｃ ガラスやフッ素樹脂等の保護層
１５、１５ａ フランジ部材
１６、１６’ ベルトガイド
１６ａ、１６ｂ、１６ｅ ベルトガイド部材
１６ｃ ベルトガイド
１７ 磁性コア
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 磁性コア
１８ 励磁コイル
１８ａ、１８ｂ 給電部
１９ 絶縁部材
２２ 加圧用剛性ステイ
２６ 温度検知素子（サーミスタ）
２７ 励磁回路
３０ 加圧部材（加圧ローラ）
３０ａ、３０ｂ シリコーンゴム等の弾性層
４０ 摺動板
５０ 電鋳母型
５１ 遮蔽板
５２ 開口部調整板
５３ アノード
Ｍ 駆動手段
Ｎ 定着ニップ部
ｔ トナー画像
Ｐ 記録材
１００、１００’ 像加熱定着装置
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置に用いられる定着ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複写機やプリンタやファクシミリ等における像加熱装置では、均一なニップ幅で圧接したり、記録材を高精度に搬送する等の要求から、長手方向に沿ってクラウン形状（太鼓形状）や逆クラウン形状（鼓形状）となるように外形を変化させた非直円筒形状の定着ベルトが用いられている。
【０００３】
例えば、クラウン形状のベルトは加圧ローラとの圧接力が高く、ベルトが撓んで中央部のニップ幅が両端部と比べて減少することを防ぐために用いられることが多く、一方、逆クラウン形状のベルトは加圧ローラとの圧接力は小さいが、記録材のシワ防止対策として有効であり、更には記録材を搬送する際にもベルト端部のガイド効果で、部材間の僅かな傾斜や局部的な摩擦による蛇行を防ぎ、高度な搬送を可能とする。
【０００４】
一方、前記像加熱装置の加熱方式としては、低熱容量の金属ベルト或いは樹脂ベルト等をセラミックヒータにより加熱する方式が広く提案、実施されている。一般にこの加熱方式では加熱体となるセラミックヒータと、加圧部材となる加圧ローラとの間に、耐熱性の定着ベルトを挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部を持つ定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入して定着ベルトと一緒に狭持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータの熱を、定着ベルトを介して記録材に与え、この熱とニップ部の加圧力で未定着トナー画像を記録材面に熱圧定着させる。
【０００５】
この定着方式では、定着ベルトとして低熱容量の部材を用いることでオンデマンドタイプの装置を構成することが出来る。すなわち、画像形成装置の画像形成実行時のみ、熱源となるセラミックヒータに通電して所定の定着温度に昇温させた状態にすれば良く、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点が挙げられる。図６に加熱定着方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図を示す。この加熱方式では一般に、加熱体としてのセラミックヒータ１２と加圧部材としての加圧ローラ３０との間に耐熱性ベルト（定着ベルト１０）を挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入してベルトと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータ１２の熱を、ベルト１０を介して記録材Ｐに与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像を記録材Ｐに熱圧定着させる。
ベルト１０を介して記録材Ｐに与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像ｔを記録材Ｐ面に熱圧定着させる。
【０００６】
このようなベルト加熱方式におけるベルトとしては耐熱樹脂等が用いられ、特に耐熱性、強度に優れたポリイミド樹脂が用いられている。しかしながら、さらに機械を高速化、高耐久化した場合、一般的にこれらの耐熱性樹脂フィルムでは強度が不十分である。このことから、強度に優れ、熱伝導率の高い金属、例えばＳＵＳ、ニッケル、銅、アルミニウム等を基層とするベルトを用いることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献１では金属ベルトを利用して、これを電磁誘導による渦電流で自己発熱させる誘導加熱方式も開示されている。すなわち、磁束によりベルト自身あるいはベルトに近接させた導電性部材に渦電流を発生させ、ジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案されている。この電磁誘導加熱方式は、発熱域をより被加熱体に近くすることができるため、消費エネルギーの効率アップが達成できる。
【０００８】
図７に一構成例を示す。磁性コア１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは高透磁率の部材であり、励磁コイル１８は励磁回路（不図示）から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。金属層１にこの交番磁束が作用することで渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２及び離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。
【０００９】
また、図８に図７の像加熱装置の磁場発生手段模型図を示す。図８の磁場発生手段は、磁性コア１７ａ、励磁回路２７に接続した給電部１８ａ及び１８ｂ並びに励磁コイル１８からなる。励磁コイル１８は励磁回路２７から給電部１８ａ及び１８ｂを通して供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。
【００１０】
ベルト加熱方式の定着装置の定着ベルトの駆動方法としては、ベルト内面を案内するフィルムガイドと加圧ローラとで圧接されたフィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架された無端ベルト状のベルトの駆動によって加圧ローラを従動回転させる方法等がある。
【００１１】
一方、図１０に示すように、前記ベルト加熱方式の定着装置において金属製等のシームレスベルト部材を用いる場合には、回転駆動される前記シームレスベルト部材１０の定着ニップＮを形成する加圧ローラ３０及びセラミックヒータ１２の部品精度のバラツキや、セラミックヒータの長手方向の温度分布が生じることによって、前記シームレスベルト部材にスラスト方向への寄り移動力が生じる。これを規制するために前記シームレスベルト部材の端面を従来のフィルム加熱方式の定着装置のように固定型の端部規制用フランジ部材１５で受け止める構造が提案されているが、シームレスベルト部材は定着ニップ部での屈曲を繰り返しながら、かつ端面に密着した状態で「駆動／停止」を繰り返し行う断続回転駆動を行うことになり、シームレスベルト部材の端部とフランジ部材との摺擦により、シームレスベルト部材の端部は負荷を絶えず受け疲労し易くなり、折れ・シワ及び亀裂等が発生して長期間の耐熱耐久性を維持することが難しかった。
【００１２】
そのため例えば、特許文献２では、定着フィルムの形状及び物性等を規定した対策を取っている。
また、特許文献３では金属スリーブの両端部の保護する部材の構造について、特許文献４では金属スリーブの両端部の保護する部材の材料について開示されているが、例えば、主に電磁誘導加熱方式の定着装置では図１２に構成例を示すように、前記シームレスベルト部材の端部とフランジ部材との摺擦を避けるためにシームレスベルト部材に従動型の端部規制用フランジ部材、いわゆる連れ回りタイプが提案されている。これは、シームレスベルト部材と端部規制用フランジ部材との接触領域での摩擦力により従動する構造であるが、画像形成装置の高速印字化が進む中、まだ充分に対応出来ているとは言いがたい。
【００１３】
【特許文献１】
特開平７−１１４２７６号公報
【特許文献２】
特開平６−３１４０４３号公報
【特許文献３】
特開２００２−３２３８２１号公報
【特許文献４】
特開２００２−２４６１５１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、像加熱装置に用いられる定着ベルトに要求される端部強度の向上を図るために、逆クラウン形状を有する電鋳からなる基材を用いた定着ベルトを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、以下の本発明により達成される。
（１）少なくとも、電鋳からなる金属層と、該金属層上に設けられた離型層と、を有する定着ベルトであって、
これらの層が、該ベルトの長手方向に直行する方向における一方の端部から中央部を経て他方の端部まで連続層を形成し、
該金属層は、中央部の肉厚が均一であり、該肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させた逆クラウン形状を有することを特徴とする定着ベルト。
（２）前記金属層の中央部の肉厚が１０〜１００μｍであり、該金属層の中央部と両端部の肉厚差が２〜１００μｍであることを特徴とする上記（１）に記載の定着ベルト。
（３）前記金属層と離型層の間に少なくとも弾性層を有する上記（１）又は（２）に記載の定着ベルト。
（４）前記弾性層がシリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種を含む上記（３）に記載の定着ベルト。
【００１６】
ここで、「中央部」とは定着ベルトの長手方向の中心を中心とし、定着ベルトの長手方向長さの８０〜９０％を構成する部分を表す。また、「中央部が均一」とは、ハイデンハインの方法で評価し、（肉厚の最大値―肉厚の最小値）／（肉厚の平均値）が０．１以下の範囲にあることを表す。図１０は逆クラウン形状の金属層の概略図を表しており、５が中央部、６が端部を表している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の定着ベルトは、該金属層が逆クラウン形状を有し、かつ、該金属層の中央部の肉厚が均一であり、肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させたものである。
【００１８】
本発明の定着ベルトは金属層両端部の肉厚を厚くすることによって、従来の逆クラウン形状の定着ベルトよりも更に優れた端部強度を確保し、耐熱耐久性も満足することが出来る。また、中央部の摩耗を防ぎ、記録材の搬送時の紙シワの発生を防止することができる。また、金属層の中央部の肉厚が１０〜１００μｍであり、肉厚の最も薄い金属層の中央部と肉厚の最も厚い金属層の両端部の肉厚差が２〜１００μｍであることが好ましい。
【００１９】
（１）定着ベルト
次に本発明の定着ベルトについて説明する。図１は、本発明における定着ベルトの一部の層構成模型図の一例である。本発明の定着ベルト１０は、逆クラウン形状を有する電鋳からなる金属層１と、その外周面上に積層した弾性層２と、更にその外周面上に積層した離型層３と、金属層１の内周面に積層した摺動層４との複合構造を有する。定着ベルト１０において、摺動層４が内周面側（ベルトガイド面側）であり、離型層３が外周面側（加圧ローラ面側）である。金属層１と弾性層２との間、弾性層２と離型層３との間、或いは金属層１と摺動層４との間には、接着のためにプライマー層（不図示）を設けても良い。プライマー層はシリコーン系、エポキシ系、ポリアミドイミド系等の公知の物を使用すれば良く、その厚さは、通常、１〜１０μｍ程度が好ましい。
【００２０】
また、特に記録材上のトナーのり量が少なく、トナー層の凹凸が比較的小さいモノクロ画像の加熱定着用の場合は、金属層１上に弾性層２を形成せず、金属層１上に直接、離型層３を形成しても良く、図１の弾性層２を省略した構造とすることも出来る。
【００２１】
本発明の定着ベルト１０は、主にセラミックヒータを熱源としたベルト加熱方式に用いられるが、この定着ベルト１０を電磁誘導加熱方式に用いても良い。金属層１に交番磁束が作用することで金属層１に渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２及び離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材Ｐを加熱して、トナー画像の加熱定着がなされる。
【００２２】
ａ．金属層１
金属層１はステンレス鋼等の直円筒形状の母型を電鋳浴に浸漬させ、通常、母型を陰極部とし、一方に陽極部を設けて、母型の外周面上に電鋳プロセスにより薄膜状に成長させた金属からなる。前記金属層１の材質としては、ニッケル、またはニッケル−鉄、ニッケル−コバルト、ニッケル−マンガン、ニッケル−モリブデン、ニッケル−タングステン等のニッケル合金が好ましい。ここで直円筒形状とは、長手方向に垂直な横断面が全て同一円形である筒形状をいう。
【００２３】
金属層１は端部における割れ対策として、金属層の中央部の肉厚が均一であり、かつ最も薄く、金属層の肉厚が中央部から両端部に向けて連続的に増加した逆クラウン形状（鼓形状）の外形を有している。
このような肉厚分布を有する逆クラウン形状は電鋳条件である（１）陰極と陽極の電極間距離、或いは遮蔽板の開口幅の調整により金属層の膜厚分布を変化させることによって得ることができる。図２は、電極間距離を変化させた時の電鋳（金属層）の長手方向の肉厚分布を表している。また、図３は、遮蔽板の開口幅を変化させた時の電鋳（金属層）の長手方向の肉厚分布を表している。図２より電極間距離は、母型の両端部で肉厚分布が対称となり、成膜レートも速い１００ｍｍに設定し、更に電鋳（金属層）の長さ３８０ｍｍに対しては、図３より遮蔽板の開口幅は、母型の中央部において肉厚分布が均一となり、かつ平坦化する２９０ｍｍに設定することで、逆クラウン形状の金属層１を得ることができる。
【００２４】
また、遮蔽板に関しては所望の膜厚分布に応じて、例えば図４及び５の開口幅調整板５２のような形状のものを用いる事が出来る。図４及び５では電鋳母型５０を陰極、５３をアノードとして電鋳浴中に電気を流し、電鋳母型の外周上に金属層を形成する。この際、電鋳母型５０とアノード５３の間に遮蔽板５１を設ける事によって、逆クラウン形状の電鋳が得られるような肉厚分布を得ることができる。なお、遮蔽板５１の開口部の大きさは開口部調整板５２によって調節できるようになっている。
【００２５】
また、上記逆クラウン形状は、上記遮蔽板を使用せずに５０電鋳母型と５３アノードの電極間の配置によって得ることもできる。図１３に配置関係を示す。５０電鋳母型の幅Ａに対して、５３アノードの幅ＢはＡより短い５３ａから、Ａより長い５３ｃに代えるにつれ、端部の膜厚を厚くすることができ、（Ｂ−Ａ）／２を電極間距離に応じて適切に設定することにより、逆クラウン形状の金属層１を得ることができる。
【００２６】
前記金属層１において、肉厚の最も薄い中央部では肉厚が１０〜１００μｍであり、金属層の中央部と両端部との肉厚差が２〜１００μｍであることが好ましい。
金属層の中央部の肉厚が１０μｍ以上であると、定着ベルトとして充分な強度を確保でき、像加熱装置に用いられる定着ベルトとしての耐久性も十分となる。逆に中央部の肉厚が１００μｍ以下であると、容易に電鋳を行なうことができる上、ベルト脱型等にも支障が生じない。更に、金属層の中央部の肉厚は、５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００２７】
更に、肉厚の最も薄い金属層の中央部の肉厚と、肉厚の最も厚い金属層の両端部の肉厚差が２μｍ以上であると、目的とする端部強度が充分に得られ、肉厚差が１００μｍ以下であると、加圧ローラとの圧接力の低下や空隙が発生せず、定着ベルトに撓みが生じないため、定着性を維持することができる。更に、金属層の中央部と両端部の肉厚差は、２〜５０μｍ以下であることがより好ましい。
また、金属層の両端部の肉厚は１２〜２００μｍであることが好ましく、１２〜１５０μｍであることがより好ましい。
【００２８】
前記したが本発明の金属層１は、例えばステンレス鋼製等の直円筒形状の母型を陰極として、電鋳プロセスにより製造される。この場合の電鋳浴としては、スルファミン酸ニッケル浴、ワット浴、或いはニッケル合金浴等の公知の電鋳浴を用いることができ、ピット防止剤、光沢剤、ｐＨ調整剤等の添加剤を適宜加えても良い。例えば、以下に示すニッケル電鋳浴組成並びに電鋳条件が挙げられる。
【００２９】
［ニッケル電鋳浴組成］
（１）スルファミン酸ニッケル四水塩 ：３００〜４５０ｇ／ｌ
（２）塩化ニッケル ：０〜３０ｇ／ｌ
（３）ホウ酸 ：３０〜４５ｇ／ｌ
（４）ピット防止剤、光沢剤、ｐＨ調整剤 ：適量
（５）ニッケル電鋳浴温度 ：５０±１０℃
（６）陰極電流密度 ：１〜２０Ａ／ｄｍ２
ニッケル電鋳の機械的耐久性及び適度な圧縮応力を得るために電鋳浴に添加する光沢剤としては、サッカリン、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレントリスルホン酸ナトリウム等を含む応力減少剤）と、２−ブチン−１，４−ジオール（以下、ブチンジオール）、クマリン、ジエチルトリアミン等を含むレベリング剤（平滑剤）が挙げられる。
【００３０】
その中で本発明では、ニッケル電鋳浴にサッカリンを０．１ｇ／ｌ以下、ブチンジオールを１ｇ／ｌ以下、添加することが好ましい。より好ましくは、ニッケル電鋳浴にサッカリンを０．０５ｇ／ｌ以下、ブチンジオールを０．５ｇ／ｌ以下添加するのが良い。また、定着ベルトに要求される耐熱性の劣化や強度不足による耐久性低下が起こる恐れがあるため、光沢剤濃度はサッカリンを０．００５ｇ／ｌ以上、ブチンジオールを０．０５ｇ／ｌ以上にすることが好ましい。
【００３１】
金属層１の厚みは、次式で表される表皮深さよりも厚く、１μｍ以上にすることが好ましく、２０μｍ以上であることがより好ましい。また、２００μｍ以下にすることが好ましく、１００μｍ以下にすることがより好ましく、５０μｍ以下であることが更に好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で
【００３２】
【数１】
【００３３】
ｂ．弾性層２
弾性層２は設けても設けなくても良い。弾性層２を設ける事により、ニップ部において被加熱像を覆って熱の伝達を確実にするとともに、金属層１の復元力を補って回転及び屈曲による疲労を緩和することが出来る。また、弾性層２を付与することにより、定着ベルト離型層表面の未定着トナー像表面への密着性が増し、熱を効率よく伝達させることが可能になる。弾性層２を設けた定着ベルトは、特に、未定着トナーのり量が多いカラー画像の加熱定着に適している。
弾性層２の材質としては、特に限定されず、耐熱性が良く、熱伝導率の良い物を選べば良い。弾性層２としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも一種を含むことが好ましく、特にシリコーンゴムが好ましい。
【００３４】
弾性層２に使用される前記シリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリトリフルオロプロピルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体等を例示することが出来る。
【００３５】
なお、必要に応じて、弾性層２には乾式シリカ、湿式シリカ等の補強性充填剤、炭酸カルシウム、石英粉、珪酸ジルコニウム、クレー（珪酸アルミニウム）、タルク（含水珪酸マグネシウム）、アルミナ（酸化アルミニウム）、ベンガラ（酸化鉄）等を含有させても良い。
【００３６】
弾性層２の厚みは、良好な定着画像品質が得られるので、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。また、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、記録材の凹凸或いはトナー層の凹凸面に沿って加熱面（離型層３）が変形できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分とで画像に光沢ムラが発生する。
【００３７】
つまり、伝熱量が多い部分は光沢度が高くなり、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。弾性層２があまりに薄いと、記録材或いはトナー層の凹凸形状に、加熱面が変形できず画像光沢ムラが発生してしまうことがある。また、弾性層２があまりに厚いと、弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなることがある。
【００３８】
弾性層２の硬度（ＪＩＳ Ｋ ６３０１）は、画像光沢ムラの発生が十分抑制され、良好な定着画像品質が得られるので、６０○以下が好ましく、４５○以下がより好ましい。
弾性層２の熱伝導率λは２．５×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上が好ましく、３．３×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上がより好ましい。また、８．４×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下が好ましく、６．３×１０−１［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下がより好ましい。熱伝導率λがあまりに小さい場合には熱抵抗が大きくなり、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなることがある。熱伝導率λがあまりに大きい場合には、硬度が高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりすることがある。
【００３９】
この様な弾性層２は公知の方法、例えば、液状のシリコーンゴム等の材料をブレードコート法等の手段によって金属層１上にコートし加熱硬化する方法、液状のシリコーンゴムとの材料を成形型に注入し加硫硬化する方法、押出成形後に加硫硬化する方法、射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すれば良い。
【００４０】
ｃ．離型層３
本発明の定着ベルトは離型層を有することによって、記録材からの定着ベルトの良好な離型性を確保することができる。離型層３の材料としては特に限定されず、離型性、耐熱性の良い物を選べば良い。離型層３としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（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）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムが好ましく、特にＰＦＡが好ましい。なお、必要に応じて、離型層３にはカーボン、酸化すず等の導電剤等を離型層の１０質量％以下で含有させても良い。
【００４１】
離型層３の厚さは１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。離型層３があまりに薄いと、塗膜の塗りムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足したりすることがある。また、離型層３があまりに厚いと、熱伝導が悪化することがあり、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなって弾性層２の効果を抑制してしまうことがある。
【００４２】
このような離型層３は公知の方法、例えば、フッ素樹脂系の場合、フッ素樹脂粉末を分散塗料化した物をコート、乾燥及び焼成により、或いは予めチューブ化した物を被覆及び接着する方法で形成すれば良く、ゴム系の場合、液状の材料を成形型に注入し加硫硬化する方法、押出成形後に加硫硬化する方法、射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すれば良い。
【００４３】
ｄ．摺動層４
摺動層４は本発明の必須成分ではないが、本発明の像加熱定着装置を作動させる際の駆動トルクの低減を図る上で設けることが好ましい。摺動層４を設けると、定着ベルトの熱容量を大きくしすぎることなく、金属層１に発生した熱が定着ベルトの内側に向かわないように断熱できるので、摺動層４が無い場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなり、消費電力も抑えることが出来る。また、立ち上がり時間の短縮を図ることが出来る。
【００４４】
摺動層４の材質としては、高耐熱性で強度が高く、耐摩耗性に優れ、表面が滑らかに出来る物を選べば良い。特にポリイミド樹脂等が好ましい。なお、必要に応じて摺動層４には摺動剤としてフッ素樹脂粉末、グラファイト、二硫化モリブデン等を含有させても良い。
摺動層４の厚さとしては５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。また、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。摺動層４があまりに薄いと耐久性が不足することがある。摺動層４があまりに厚いと定着ベルトの熱容量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなることがある。
この様な摺動層４は公知の方法、例えば、液状の材料をコート、乾燥及び硬化等の方法、或いは予めチューブ化した物を貼り付ける方法等で形成すれば良い。
【００４５】
【実施例】
［実験例１］
（実施例１）
金属層１として長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、中央部（長手方向中心を中心とする長さ２１０ｍｍの部分）肉厚５０μｍ、中央部から両端部に向けて肉厚が連続的に増加し、逆クラウン形状の最大肉厚差（両端部の肉厚−中心部の肉厚）２０μｍのニッケル電鋳無端ベルトを以降の手段で作製した。ニッケル電鋳ベルト基材の作製条件として、電鋳浴組成と電鋳条件を次に示す。
【００４６】
［電鋳浴組成］
（１）スルファミン酸ニッケル四水塩 ：４５０ｇ／ｌ
（２）塩化ニッケル ：１０ｇ／ｌ
（３）ホウ酸 ：４０ｇ／ｌ
（４）ピット防止剤（ピットレスＳ（商品名）、日本化学産業 社製） ：適量
（５）サッカリン ：０．０５〜０．００５ｇ／ｌ
（６）２−ブチン−１，４−ジオール ：０．５〜０．０５ｇ／ｌ
［電鋳条件］
（７）陰極電流密度 ：１０Ａ／ｄｍ２
（８）ｐＨ ：４．０±０．５
（９）電鋳浴温度 ：５０±１℃
（１０）母型の面粗さ（Ｒｚ） ：０．９５μｍ
（１１）電極間距離 ：１００ｍｍ
（１２）遮蔽板の設定 ：開口幅１７０ｍｍ、図４の形状を使用
前記ニッケル電鋳浴にステンレス鋼製の直円筒形状の母型を陰極として浸漬し、この母型上に内周側から外周側に向かって前記電鋳条件によりニッケル電鋳を成膜した。そして、このニッケル電鋳を母型から取り外し、金属層１とした。そして、弾性層２として３００μｍのシリコーンゴム層（ＧＥ東芝シリコーン社製）、更に離型層３として２０μｍのＰＦＡチューブ（グンゼ社製）を各々プライマー（東レダウコーニング社製）を介して金属層１外周面上に順次積層し、摺動層４として１５μｍのポリイミド樹脂層（Ｕ−ワニス−Ｓ（商品名）、宇部興産社製）を金属層１内周面に積層し、定着ベルト１０を作製した。
作製した前記金属層１に対して引き裂き強度試験を行った。また、作製した前記定着ベルト１０を図６の様な像加熱定着装置１００に装着し、空回転耐久テストを行った。
【００４７】
（１）引き裂き強度試験は、測定機としてテンシロン万能試験機ＲＴＭ−１００（株式会社 オリエンテック社製）を用い、金属層１に幅５ｍｍ×長さ１０ｍｍの切りかき部を入れ、速度５ｍｍ／ｓｅｃで前記切りかき部を引き上げた際の最大荷重を金属層の中央部と端部における長手方向、回転方向について測定した。
（２）空回転耐久テストは、２２０℃に温度調節しながら所定の加圧力で加圧ローラを定着ベルトに押し付け、従動回転させた。加圧ローラは肉厚３ｍｍのシリコーンゴム（ＧＥ東芝シリコーン社製）層に３０μｍのＰＦＡチューブ（グンゼ社製）を被覆した外径３０ｍｍのゴムローラを用いた。本実験例１では、加圧力は２００Ｎ、定着ニップは８ｍｍ×２３０ｍｍであり、定着ベルトの表面速度は１００ｍｍ／ｓｅｃとなる条件に定め、ベルトの亀裂及び破断が発生するまでの時間を耐久時間とした。
【００４８】
（実施例２）
実施例１で作製した定着ベルト１０を図７の様な電磁誘導加熱方式の像加熱定着装置１００’に装着し、実施例１と同様に空回転耐久テストを行った。
【００４９】
（比較例１）
金属層として長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、肉厚が５０μｍで均一の直円筒形状のニッケル電鋳無端ベルトを作製した。ニッケル電鋳ベルト基材の作製条件は、本比較例において遮蔽板の開口幅を２９０ｍｍとした以外は実施例１及び２に準ずる。
【００５０】
前記ニッケル電鋳浴にステンレス鋼製の直円筒形状の母型を陰極として浸漬し、前記電鋳条件によりニッケル電鋳を成膜した。そして、このニッケル電鋳を母型から取り外し、金属層とした。そして、弾性層として３００μｍのシリコーンゴム層、離型層として２０μｍのＰＦＡチューブを、各々プライマーを介して金属層外周面に積層し、摺動層として１５μｍのポリイミド樹脂層を金属層内周面に積層し、定着ベルトを作製した。
【００５１】
実施例１及び２と同様に、作製した前記金属層に対して引き裂き強度試験を行った。また、作製した前記定着ベルトについて、図６の様な像加熱定着装置１００に装着し、空回転耐久テストを行った。
【００５２】
実施例１、２及び比較例１で作製した定着ベルトの引き裂き強度試験結果を表１に、空回転耐久テストの結果を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【表２】
【００５５】
［実験例２］
実施例１及び２に用いた前記定着ベルト１０をキヤノン製フルカラーＬＢＰ ＬＡＳＥＲ ＳＨＯＴ「ＬＢＰ−２０４０」に搭載し、画出し耐久テストを行った。以下にテスト条件を示す。
・加圧力 ：２００Ｎ
・定着ニップ ：８ｍｍ×２３０ｍｍ
・定着温度 ：２００℃
・プロセススピード ：１００ｍｍ／ｓｅｃ
本実施例の定着ベルト１０を用いた場合において１０万枚の画出し耐久テストを行ったが、定着性に問題なく良好であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明により、逆クラウン形状を有する電鋳ベルト基材を用いることにより、断続的な加熱駆動時において充分な端部強度が確保できる。更にこれにより、耐熱耐久性も良好に満足することの出来る高品質な定着ベルトを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定着ベルトの層構成の一例を示した概略図である。
【図２】電極間距離の変化に伴う電鋳ベルトの長手方向の肉厚分布の変化を示した図である。
【図３】遮蔽板の開口幅の変化に伴う電鋳ベルトの長手方向の肉厚分布の変化を示した図である。
【図４】本発明の遮蔽板の形状の一例を示した模式図である。
【図５】本発明の遮蔽板の形状の一例を示した模式図である。
【図６】加熱定着方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図である。
【図７】電磁誘導加熱方式の像加熱装置の概略構成の一例を示した概略図である。
【図８】図７像加熱装置の磁場発生手段模型図である。
【図９】定着装置の分解斜視図である。
【図１０】定着ベルトの端部規制部分の詳細図である。
【図１１】定着ベルトの端部割れの説明図である。
【図１２】定着ベルトと従動型の端部規制用フランジ部材の概略構成図である。
【図１３】逆クラウン形状を得る電鋳母型とアノードの配置説明図である。
【符号の説明】
１ 金属層
２ 弾性層
３ 離型層
４ 摺動層
５ 金属層の中央部
６ 金属層の端部
１０ 定着ベルト
１２ セラミックヒータ
１２ａ ヒータ基板
１２ｂ 発熱層
１２ｃ ガラスやフッ素樹脂等の保護層
１５、１５ａ フランジ部材
１６、１６’ ベルトガイド
１６ａ、１６ｂ、１６ｅ ベルトガイド部材
１６ｃ ベルトガイド
１７ 磁性コア
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 磁性コア
１８ 励磁コイル
１８ａ、１８ｂ 給電部
１９ 絶縁部材
２２ 加圧用剛性ステイ
２６ 温度検知素子（サーミスタ）
２７ 励磁回路
３０ 加圧部材（加圧ローラ）
３０ａ、３０ｂ シリコーンゴム等の弾性層
４０ 摺動板
５０ 電鋳母型
５１ 遮蔽板
５２ 開口部調整板
５３ アノード
Ｍ 駆動手段
Ｎ 定着ニップ部
ｔ トナー画像
Ｐ 記録材
１００、１００’ 像加熱定着装置
Claims (4)
- 少なくとも、電鋳からなる金属層と、該金属層上に設けられた離型層と、を有する定着ベルトであって、
これらの層が、該ベルトの長手方向に直行する方向における一方の端部から中央部を経て他方の端部まで連続層を形成し、
該金属層は、中央部の肉厚が均一であり、該肉厚を中央部から両端部に向けて連続的に増加させた逆クラウン形状を有することを特徴とする定着ベルト。 - 前記金属層の中央部の肉厚が１０〜１００μｍであり、該金属層の中央部と両端部の肉厚差が２〜１００μｍである事を特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
- 前記金属層と離型層の間に少なくとも弾性層を有する請求項１又は２に記載の定着ベルト。
- 前記弾性層がシリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも１種を含む請求項３に記載の定着ベルト。
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