JP2005055470A - 無端状定着ベルト及び定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性層を有する定着ベルトにおいて、高耐久化と高画質化を両立する定着ベルトを提供することを目的とする。
【解決手段】定着ベルトは、ベース層側に高耐熱・高硬度の弾性層、表層側に低耐熱・低硬度の弾性層とする複層耐熱弾性層を有することで、弾性層の熱的劣化及び機械的劣化を防止させる高耐久化と、画像の平滑均一性及びドット再現性を向上させる高画質化を両立する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式等の画像形成装置（複写機、ファクシミリ、プリンタ）において、記録材上に転写された未定着トナー像を加熱及び加圧し、トナー像を記録材に定着させる無端状定着ベルト、及び無端状定着ベルトを用いた定着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
定着装置は、一般的に、記録材に担持させた未定着画像を記録材に定着せしめる定着装置、未定着画像を記録材に仮に定着せしめる仮定着装置、及び定着画像を担持した記録材の表面性を改質する表面改質装置として実用に供されている。
【０００３】
便宜上、複写機・プリンタ等の画像形成装置に具備させる、トナー画像を記録材に加熱、加圧して定着させる定着装置を例にして説明する。
【０００４】
画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の適宜の画像形成プロセス手段部で、記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙・封筒等）に転写方式あるいは直接方式にて形成担持させた画像情報の未定着画像（未定着トナー画像）を、記録材に永久固着画像として加熱・加圧定着させる定着装置としては熱ローラ方式の定着装置が広く用いられている。
【０００５】
従来、一般的に用いられていた熱ローラ方式の定着装置は、加熱源としてのハロゲンヒータ等を内包した加熱体としての定着ローラと、これに圧接させた加圧体としての加圧ローラを基本構成とし、このローラ対を回転させて、ローラ対の圧接ニップ（以下、定着ニップ）部に未定着画像を担持した記録材を挿通し、定着ローラからの熱と定着ニップ部の加圧力によって、未定着画像を記録材に永久定着させるものである。
【０００６】
また、ウォームアップ時間を短縮できるようにしたベルト方式の定着装置が提案されている。
【０００７】
このベルト方式の定着装置は、例えば弾性ローラと、加熱源としてのハロゲンヒータ等を内包した加熱ローラに張架された無端状定着ベルトを配置し、この定着ベルトを介して弾性ローラと加圧ローラとを圧接させ、この定着ニップ部に未定着画像を担持した記録材を挿通し、定着ベルトからの熱と定着ニップ部の加圧力によって、未定着画像を記録材に永久定着させるものである。
【０００８】
この定着ベルト方式の定着装置は、薄層で低熱容量の定着ベルトを加熱ローラによって加熱するため、急速に定着ベルトを加熱することができるので、ウォームアップ時間を短縮でき、さらにウォームアップ時間が短縮できるために、定着装置を省エネルギー化できる利点を持つ。
【０００９】
熱ローラ方式の定着装置は、白黒画像形成装置はもちろん、フルカラー画像形成装置の定着装置にも用いられている。但し、フルカラー画像は、モノカラー画像に比べて記録材上のトナー層が厚く、トナーの付着量も多いことから、定着ニップ部の搬送方向長さ（定着ニップ幅）をできる限り広く確保し、定着工程時において、記録材上に形成された未定着トナー像を可能な限り低温で長時間加熱して、記録材上に定着することが望ましい。
【００１０】
また、記録材の光沢や記録材としてＯＨＰにおける透光色再現性を確保するため、フルカラー用定着装置は、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げるべく、定着ローラ及び加圧ローラ双方に高平滑ないし鏡面な耐熱弾性層を設けた熱ローラ方式の定着装置が主流となっている。これは、耐熱弾性層を設けない定着ローラは、定着ローラの剛性によって、記録材表面の凹凸やトナー層表面の凹凸に追従できないため、微小な定着ムラが発生し、トナー層表面を平滑化できずに部分的に凹部が発生する。この凹部で光が乱反射することで、記録材の光沢の低下や光沢ムラ、ＯＨＰの透光色再現性の低下が発生してしまうためである。
【００１１】
さらに、耐熱弾性層を設けない定着ローラは、定着ローラの剛性と加圧力によってトナーが押し潰され、記録材上において、未定着トナー画像に比べて、定着トナー画像の面積が広がるために、画像の解像度（ドット再現性）が低下するという問題があった。一方、耐熱弾性層を設ける定着ローラは、定着ローラの剛性が緩和され、トナーが押し潰されて、トナー画像が広がることによる解像度の低下を防止できる利点を持つ。
【００１２】
ところが、フルカラー用の熱ローラ方式の定着装置において、広い定着ニップ幅を確保するためには、定着ローラの大径化、定着ローラの耐熱弾性層の厚肉化、加圧力増大化等の手法があるが、定着ローラを大径化した場合には、定着装置ひいては画像形成装置全体の大型化を招く問題がある。一方、耐熱弾性層の厚みを厚くした場合には、ハロゲンヒータ等の加熱源から定着ローラ表層への熱伝導の低下による熱供給速度の低下によって、定着ローラ表面温度が低下して、未定着トナーが記録材上に固着できない定着不良が発生するため、プリント速度が低下して、高スループット（単位時間当たりのプリント枚数）追従性が低下する等の問題がある。さらに、加圧力を大きくした場合には、トナーを押し潰す作用が大きくなるので、解像度低下の増大等の問題がある。
【００１３】
フルカラー用定着装置において、定着装置の小型化を図り、かつ、高速化（高スループット化）、高画質化（高解像度化）を実現するには、定着ニップ幅を拡大しつつ熱の供給速度を低下させないで、適度な加圧力とすることが重要な課題であるが、熱ローラ方式におけるニップ幅の拡大手法としては、上述したローラの大径化及び耐熱弾性層の厚肉化、加圧力の増大化しかないことから、当該課題に応えるには限界があった。
【００１４】
そこで、上述したような熱ローラ方式による限界を打破すべく、例えば前述した定着ベルトを加圧ローラに圧接させて定着ニップ部を形成する定着ベルト方式の定着装置が特開平４−３２４４７６号公報等で提案されている。
【００１５】
定着ベルト方式の定着装置は、弾性ローラを低硬度化することで、熱ローラ方式に比べて、広い定着ニップ幅を容易に確保することができる。また、薄層で低熱容量の定着ベルトを加熱ローラによって加熱するため、急速に定着ベルトを加熱し、熱供給速度を低下させずに記録材を加熱することができるので、ウォームアップ時間を短縮でき、小型でかつ高速化が可能になるという利点がある。
【００１６】
【特許文献１】
特開平４−３２４４７６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
画像形成装置の定着装置に上述した定着ベルト方式を採用するにあたって、良好なフルカラー画像を得るためには、上述した熱ローラ方式の定着装置と同様に、定着ベルトに耐熱弾性層を設けることが必要となる。
【００１８】
しかしながら、定着ベルトの耐熱弾性層は、ベース層としてのＮｉやＳＵＳ等の金属や、ＰＩ（ポリイミド）等の耐熱性樹脂、そしてトップ層としてのフッ素系樹脂等の耐熱離型性樹脂と比較して、耐熱温度が低く、耐久によって耐熱弾性層の硬度が低下する等、劣化し易いという耐久性の問題があった。
【００１９】
定着ベルトの耐熱弾性層は、上述したように、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げ、トナーつぶれによる解像度低下を防止するため、低硬度が望ましい。しかし、耐熱弾性層を低硬度化すると、さらに耐熱性が低下するために、熱的劣化による硬度低下の劣化を引き起こし易くなる。
【００２０】
また、定着ベルトの耐熱弾性層の耐久による劣化は、定着ベルトが複数のローラや部材に張架され、曲率変化による繰り返し応力が発生することによる機械的劣化が熱的劣化を助長するために、定着ローラの耐熱弾性層の耐久による劣化に比べて、大きいことことが判明した。
【００２１】
そこで本発明は、上述した従来技術に伴う課題を解決するため、定着ベルト方式の定着装置において、記録材の光沢やＯＨＰにおける透光色再現性を確保し、トナーつぶれによる画像の解像度の低下を防止すると同時に、定着ベルトの耐熱弾性層の熱的劣化及び機械的劣化を防止して、定着ベルトの耐久性を確保し、高耐久（高寿命）かつ高画質の定着ベルト、及び高耐久かつ高画質の定着装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記の本発明に係る定着装置にて達成される。
【００２３】
金属又は耐熱性樹脂のベース層上に、耐熱弾性層を被覆した無端状定着ベルトにおいて、前記耐熱弾性層は、少なくとも２層の耐熱弾性層を有し、ベース層側の耐熱弾性層の耐熱温度が、表層側の耐熱弾性層の耐熱温度より高いことを特徴とする無端状定着ベルトである。
【００２４】
金属又は耐熱性樹脂のベース層上に、耐熱弾性層、及び耐熱離型性樹脂のトップ層を、この順に被覆した無端状定着ベルトにおいて、前記耐熱弾性層は、少なくとも２層の耐熱弾性層を有し、ベース層側の耐熱弾性層の耐熱温度が、トップ層側の耐熱弾性層の耐熱温度より高いことを特徴とする無端状定着ベルトである。
【００２５】
前記耐熱弾性層の硬度は、表層側の耐熱弾性層硬度が、ベース層側の耐熱弾性層硬度よりも低いことを特徴とする上記（１）記載の無端状定着ベルトである。
【００２６】
前記耐熱弾性層の硬度は、トップ層側の耐熱弾性層硬度が、ベース層側の耐熱弾性層硬度よりも低いことを特徴とする上記（２）記載の無端状定着ベルトである。
【００２７】
無端状定着ベルトが内側に配設した複数のローラ又は部材に所定の張力を持って張架され、加圧部材が前記複数のローラ又は部材の少なくとも１つに無端状定着ベルトを介して圧接されて、圧接ニップ部を形成し、前記圧接ニップ部に記録材を搬送して、記録材上の未定着画像を、記録材上に加熱、加圧して定着させる定着装置において、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の無端状定着ベルトを用いたことを特徴とする定着装置である。
【００２８】
無端状定着ベルトが内側に配設した複数のローラ又は部材に所定の張力を持って張架され、加圧部材が前記複数のローラ又は部材の少なくとも１つに無端状定着ベルトを介して圧接されて、圧接ニップ部を形成し、前記圧接ニップ部に記録材を搬送して、記録材上の未定着画像を、記録材上に加熱、加圧して定着させる定着装置において、無端状定着ベルト表層及び加圧部材表層に、フッ素系樹脂等の耐熱離型性樹脂のトップ層を設け、かつオイル含有トナーを用いることで、無端状定着ベルトまたは加圧部材にオイル塗布機構を使用しないオイルレス定着装置であることを特徴とする上記（２）または上記（４）記載の定着装置である。
【００２９】
前記圧接ニップ部を通過した記録材を無端状定着ベルト又は加圧部材から分離する分離部材を、無端状定着ベルト及び加圧部材に接触配置させないことを特徴とする上記（６）記載の定着装置である。
【００３０】
（作用）
請求項１または請求項２記載の発明によれば、ベース層側の耐熱弾性層が高耐熱性なので、定着ベルトの耐熱弾性層は、耐久による熱的劣化が小さい。これは、定着ベルトの耐熱弾性層において、定着ベルト内側の加熱ローラからの熱的作用が最も大きいのは、ベース層と耐熱弾性層との界面部であるため、この界面部に接するベース側の耐熱弾性層を高耐熱性とすることで、定着ベルトの耐熱弾性層の耐久による熱的劣化が小さくなるためである。
【００３１】
表層側またはトップ層側の耐熱弾性層は、ベース側の耐熱弾性層と比較して低耐熱性であるが、定着ベルト内側の加熱ローラからの熱的作用がベース層側の高耐熱性の耐熱弾性層によってブロックされて緩和されるために、耐久による熱的劣化が小さくなる。
【００３２】
従って、本発明によれば、定着ベルトの耐熱弾性層は、耐久による熱的劣化を防止できるので、高耐久の定着ベルトを提供することができる。
【００３３】
請求項３または請求項４記載の発明によれば、ベース層側の耐熱弾性層を高硬度・高耐熱性とし、表層またはトップ層側の耐熱弾性層を低硬度・低耐熱性とすることで、定着ベルトの耐久による熱的劣化及び機械的劣化が小さくなる。熱的劣化に対しては上記で述べた通りである。機械的劣化に対して下記に説明する。
【００３４】
定着ベルトが複数のローラや部材に張架され、曲率変化が発生することによる機械的作用は、表層またはトップ層側の耐熱弾性層で最も大きい。これは、定着ベルトが曲率変化する時の変位量すなわち応力は、定着ベルトの外側すなわち表層またはトップ層側で最も大きいためである。この曲率変化による機械的作用は、表層またはトップ層側の耐熱弾性層を低硬度化することで、この低硬度の弾性により応力集中を緩和して、低減化することができる。よって、低硬度の耐熱弾性層は、機械的劣化に強く、熱的劣化に弱いという相反関係にある。
【００３５】
従って、曲率変化による機械的作用は、熱的劣化を助長する傾向にあるため、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度かつ高耐熱性として、熱的劣化を防止すると共に、表層またはトップ層側の耐熱弾性層への熱的作用をブロックして緩和し、表層またはトップ層側の耐熱弾性層は、低硬度かつ低耐熱性として、曲率変化による機械的作用を緩和することで、高耐久定着ベルトを提供することができる。
【００３６】
また、特に耐熱弾性層上に、トップ層として耐熱離型性樹脂を被覆する構成の定着ベルトにおいては、トップ層側の耐熱弾性層が高硬度の場合には、トップ層は弾性が小さいために、耐熱弾性層とトップ層との界面で応力が強いため、定着ベルトの曲率が小さい部分でトップ層を伸ばして塑性変形させてしまい、曲率の大きい部分または直線部分では、トップ層にシワが発生してしまうという問題が発生した。トップ層側の耐熱弾性層が低硬度の場合には、耐熱弾性層とトップ層との界面で発生する応力を低硬度の耐熱弾性層が緩和するため、定着ベルトの曲率が小さい部分でもトップ層を塑性変形させることを防止し、トップ層にシワが発生することが無いという利点を持つ。
【００３７】
さらに、表層側またはトップ層側の耐熱弾性層を低硬度とすることで、トナー画像の平滑化作用が大きく、高光沢な画像及び透光色再現性に優れたＯＨＴ画像を得ることができ、また、トナーつぶれが小さいために、解像度の低下を防止することができるので、高品質画像を得ることができる。
【００３８】
従って、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度・高耐熱性とすることで、熱的劣化防止、熱的作用のブロック層として働き、表層またはトップ層側の耐熱弾性層は、低硬度・低耐熱性とすることで、機械的劣化防止、高画質化として働くように、定着ベルトの耐熱弾性層を複層化して、各耐熱弾性層に各機能を持たせるように、機能分離を行うことで、高耐久化と画像品質良化を両立できる定着ベルトを提供することができる。
【００３９】
請求項５記載の発明によれば、無端状定着ベルトが内側に配置した複数のローラ又は部材に所定の張力を持って張架される定着装置においては、定着ベルトの曲率が変化するために、定着ベルトの熱的劣化及び機械的劣化が大きくなるが、本発明の定着ベルトを採用することによって、機械的劣化及び熱的劣化を防止して、高耐久化と画像品質良化を両立できる定着装置を提供することができる。
【００４０】
請求項６記載の発明によれば、本発明の無端状定着ベルトを採用することによって、高耐久化と画像品質良化を両立できるオイルレス定着装置を提供することができる。
【００４１】
請求項７記載の発明によれば、本発明の無体状定着ベルトを採用し、さらに分離部材を、無端状定着ベルト又は加圧部材に非接触配置、あるいは分離部材を削除することによって、分離部材による無端状定着ベルト又は加圧部材の摺擦削れを防止できるので、さらに高耐久と画像品質良化を両立できるオイルレス定着装置を提供することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下の添付図面に基づき本発明における実施の形態に関して説明する。
【００４３】
（実施形態１）
図１〜図３、及び表１により本発明に係る実施形態１について説明する。
【００４４】
図２は、本実施形態に係る定着装置１０１の概略構成を示す模式的断面図である。
【００４５】
この定着装置１０１は、図２で示すように、定着ベルト１、弾性ローラ２、加熱ローラ３、加圧ローラ４とで主要部が構成されている。
【００４６】
定着ベルト１は、弾性ローラ２及び加熱ローラ３に張架され（所定の張力で架設され）、加圧ローラ４は定着ベルト１を介して弾性ローラ２に対向して設けられる。
【００４７】
定着ベルト１は、低熱容量化を図り、クイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は１５０μｍ以下、好ましくは３０〜８０μｍ程度の耐熱素材たるＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰ等のフッ素樹脂を主成分とする無端帯状体であるという単層構造、或いは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＳ又はＰＰＳ等の耐熱樹脂材や、Ｎｉ、ＳＵＳ、ジュラルミン等の金属材を主成分とするベース層としての無端帯状体の外周面に、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ又はＦＥＰ等のフッ素樹脂を主成分とする離型層を被覆するという複層構造等を使用できる。
【００４８】
また、フルカラー画像形成装置の定着装置において、定着ベルト１は、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げるべく、前記ベース層としての無端帯状体の外周面に、厚み０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度のシリコーンゴム、またはフッ素ゴム等の耐熱弾性層を被覆する複層構造等を使用できる。この場合には、定着ベルト１と記録材Ｐ上のトナーＴとの離型性を向上してオフセットを防止するために、定着ベルト１にオイルを塗布するオイル塗布装置１３が配置されるオイル塗布定着装置とする必要がある。
【００４９】
従来のフルカラー画像形成装置の定着装置の定着ベルト１は、図３で示すように、ベース層２０としてＳＵＳ材４０μｍ上に耐熱弾性層としてシリコーンゴム層２１を用いた単層の耐熱弾性層を用いていた。
【００５０】
本実施形態では、図１で示すように、ベース層２０としてのＳＵＳ材４０μｍ上に耐熱弾性層としてフッ素ゴム層２２とシリコーンゴム層２３を用いた複層の耐熱弾性層を配設した内径φ６０の定着ベルトを使用し、定着ベルト１に隣接してオイル塗布装置１３が配置してある。
【００５１】
ヒータ５を内包した加熱ローラ３は、立ち上がりを早くするために、小径かつ薄肉で熱伝導の良いアルミニウムや鉄等の金属材を主成分とする金属パイプで構成して低熱容量化してある。定着ベルト１は、ヒータ５により加熱ローラ３を介して加熱され、温度検知素子（サーミスタ）７で加熱ローラ３の温度を検知して、ヒータ５をＯＮ／ＯＦＦして、加熱ローラ３の温度を制御することによって、定着ベルト１の表面温度を所定の温度に維持する構成となっている。
【００５２】
本実施形態では、アルミニウムの厚み１ｍｍ、外径φ２４ｍｍの加熱ローラ３を使用し、ヒータ５としてハロゲンヒータを使用した。
【００５３】
加圧ローラ４は、芯金４ａにシリコーンゴム又はフッ素ゴム等の耐熱弾性層４ｂを設けた構成の場合には、定着ベルト１にオイル塗布が必要なオイル塗布定着装置となる。
【００５４】
本実施形態では、鉄の厚み１ｍｍの芯金４ａの外周に、厚み３ｍｍのシリコーンゴムの耐熱弾性層を被覆した外径φ４０ｍｍの加圧ローラ４を使用した。また、本実施形態では、定着ベルト１を所定の温度に早く立ち上げるために、加圧ローラ４にヒータ６としてハロゲンヒータを内包させ、温度検知素子（サーミスタ）８で加圧ローラ４の温度を検知して、ヒータ６をＯＮ／ＯＦＦして、加圧ローラ４の温度を制御する構成となっている。しかし、装置構成によっては、ヒータ６を削除し、加熱源をヒータ５のみとする構成でも良い。
【００５５】
弾性ローラ２は、芯金２ａ上に、シリコーンゴム、フッ素ゴム、または定着ベルト１の温度を早く立ち上げるために、断熱性を向上させたシリコーンスポンジ等の耐熱弾性層２ｂを被覆してある。
【００５６】
本実施形態では、鉄の外径φ１４ｍｍの芯金２ａの外周に、厚み８ｍｍのシリコーンスポンジ２ｂを被覆し、シリコーンスポンジの熱伝導率０．０８［Ｗ／（ｍ・℃）］とした、外径φ３０ｍｍの弾性ローラ２を使用した。
【００５７】
本実施形態において、加圧ローラ４は、両端部がベアリング等（不図示）を介して回転可能に定着装置に固定配置され、弾性ローラ２は、両端部がベアリング等（不図示）を介して回転可能で、かつ両端部が不図示のバネ等の加圧機構によって、定着ベルト１を介して加圧ローラ４に加圧されるように定着装置に配置される。互いに圧接された定着ベルト１と加圧ローラ４との間には、未定着のトナーＴ画像を担持した記録材Ｐが挿通され、トナーＴを加熱溶解するとともに加圧して、記録材Ｐ上にトナーＴ画像を定着する圧接ニップ（定着ニップ）Ｎが形成される。また、加熱ローラ３は、両端部がベアリング等（不図示）を介して回転可能で、かつ定着ベルト１に所定のテンションを付与するように加圧機構（不図示）によって加圧されている。
【００５８】
不図示の駆動源による回転駆動で定着ベルト１、弾性ローラ２、加熱ローラ３、加圧ローラ４が回転する。
【００５９】
本実施形態では、画像形成装置本体からの駆動源によって加圧ローラ４が矢印Ｘ方向に回転する。定着ベルト１は、この加圧ローラ４の回転により、加圧ローラ４と定着ベルト１との外周面との摩擦力で、定着ベルト１に矢印Ｙ方向に回転力が作用する。さらに定着ベルト１の内周面と、弾性ローラ２及び加熱ローラ３の外周面との摩擦力で、弾性ローラ２及び加熱ローラ３に回転力が作用する。従って、加圧ローラ４が駆動回転されることによって、定着ベルト１、弾性ローラ２及び加熱ローラ３が加圧ローラ４の周速度と略同じ周速度を持って従動回転する加圧ローラ駆動方式を採用している。定着ニップＮに記録材Ｐが挿通された場合には、加圧ローラ４と記録材Ｐと定着ベルト１との摩擦力で前記同様に従動回転がなされる。
【００６０】
ここで、弾性ローラ２と加圧ローラ４は、弾性ローラ２端部に配置したワンウェイギヤ（不図示）と、加圧ローラ４端部に配置したギヤ（不図示）によって連結され、加圧ローラ４と定着ベルト１、または記録材Ｐを介して加圧ローラ４と定着ベルト１において、スリップが発生した場合には、前記ワンウェイギヤ（不図示）によって弾性ローラ２が駆動回転され、加圧ローラ４と定着ベルト１は略同じ周速度を持って回転するようにスリップ対策がなされている。
【００６１】
加圧ローラ４の周面の前後には、トナーＴ画像を担持した記録材Ｐが搬送される搬送路を構成するガイド部材としての定着入り口ガイド９、定着排紙ガイド１０が配置されている。
【００６２】
定着ニップＮ下流側には、記録材Ｐ上のトナーＴと定着ベルト１または加圧ローラ４との分離不良が発生した場合に、記録材Ｐをメカ的に分離するように、分離部材として、定着ベルト１に所定の圧力で当接する上分離爪１１、または加圧ローラ４に所定の圧力で当接する下分離爪１２の少なくとも一方、あるいは両方の接触分離爪が配置されている。本実施形態においては、両方の接触分離爪が配置されている。
【００６３】
定着ベルト方式を採用する従来の定着装置においては、例えば図３で示すようなベース層２０としてのＳＵＳ材４０μｍ上に、耐熱弾性層として低耐熱性・低硬度のシリコーンゴム層２１を５００μｍ被覆した単層の耐熱弾性層を用いた定着ベルト１を採用していた。
【００６４】
この場合、定着ベルト１の耐熱弾性層としてのシリコーンゴム層２１は、耐久によって、加熱ローラ３による熱的劣化による硬度低下や、定着ベルト１が弾性ローラ２と加熱ローラ３の２軸によって支持・回転されることから、繰り返しの曲率変化による機械的劣化による強度低下から破断等が発生するという問題が発生した。
【００６５】
また、定着ベルトの耐熱弾性層の耐久劣化による硬度低下は、熱ローラ方式の定着装置における定着ローラの耐熱弾性層の耐久劣化による硬度低下に比べて大きいことから、定着ベルトが複数のローラや部材に張架され、曲率変化が発生することによる機械的劣化が熱的劣化を助長する傾向にあることが筆者らの検討により判明した。
【００６６】
ここで、定着ベルト１の耐熱弾性層をシリコーンゴムから高耐熱性・高硬度のフッ素ゴムに変更することで、熱的劣化を防止することができた。
【００６７】
しかしながら、フッ素ゴムはシリコーンゴムに比べて、低硬度化することが困難であるために、耐熱弾性層としてゴム硬度が高いことから、フッ素ゴムは、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げる効果や、トナーつぶれによる解像度低下を防止する効果がシリコーンゴムに比べて小さいことが筆者らの検討により判明した。
【００６８】
従って、定着ベルト１の耐熱弾性層としてフッ素ゴムを使用する場合、前記画像品質を良化させるためには、シリコーンゴムに比べて厚みを大きくする必要があり、ウォームアップ時間が延長し、かつ定着ベルト１表面温度が低下して、スループットを高くできないといった弊害が発生した。また、フッ素ゴムの厚みを大きくすると、画像品質は良化するが、シリコーンゴムと比べると、やはり画像品質は劣化してしまう。
【００６９】
そこで、本実施形態においては、図１で示すように、ベース層２０としてのＳＵＳ材４０μｍ上に、耐熱弾性層として高耐熱性・高硬度のフッ素ゴム層２２を２５０μｍ、低耐熱性・低硬度のシリコーンゴム層２１を２５０μｍ、総耐熱弾性層厚み５００μｍを、この順序で被覆した複層耐熱弾性層を配設した定着ベルト１を使用した。
【００７０】
この複層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１においては、ベース層側の耐熱弾性層がフッ素ゴムで高耐熱性なので、定着ベルトの耐熱弾性層は、耐久による熱的劣化が小さい。これは、定着ベルトの耐熱弾性層において、定着ベルト内側の加熱ローラからの熱的作用が最も大きいのは、ベース層と耐熱弾性層との界面部であるため、この界面部に接するベース側の耐熱弾性層を高耐熱性とすることで、定着ベルトの耐熱弾性層の耐久による熱的劣化が小さくなるためである。
【００７１】
表層側の耐熱弾性層であるシリコーンゴムは、低耐熱性であるが、定着ベルト内側の加熱ローラからの熱的作用がベース層側の高耐熱性の耐熱弾性層によってブロックされて緩和されるために、耐久による熱的劣化が小さくなる。
【００７２】
また、定着ベルトが複数のローラや部材に張架され、曲率変化が発生することによる機械的作用は、表層側の耐熱弾性層で最も大きい。これは、定着ベルトが曲率変化する時の変位量すなわち応力は、定着ベルトの外側すなわち表層側で最も大きいためである。この曲率変化による機械的作用は、表層側の耐熱弾性層を低硬度化することで、この低硬度の弾性により応力集中を緩和して、低減化することができる。よって、低硬度の耐熱弾性層は、機械的劣化に強く、熱的劣化に弱いという相反関係にある。
【００７３】
従って、曲率変化による機械的作用は、熱的劣化を助長する傾向にあるため、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度かつ高耐熱性として、熱的劣化を防止すると共に、表層側の耐熱弾性層への熱的作用をブロックして緩和し、表層側の耐熱弾性層は、低硬度かつ低耐熱性として、曲率変化による機械的作用を緩和することで、高耐久の定着ベルトを提供することができる。
【００７４】
さらに、表層側の耐熱弾性層を低硬度のシリコーンゴムとすることで、トナー画像の平滑化作用が大きく、高光沢な画像及び透光色再現性に優れたＯＨＴ画像を得ることができ、また、トナーつぶれが小さいために、解像度の低下を防止することができるので、高品質画像を得ることができる。
【００７５】
従って、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度・高耐熱性のフッ素ゴムとすることで、熱的劣化防止、熱的作用のブロック層として働き、表層側の耐熱弾性層は、低硬度・低耐熱性のシリコーンゴムとすることで、機械的劣化防止、高画質化として働くように、定着ベルトの耐熱弾性層を複層化して、各耐熱弾性層に各機能を持たせるように、機能分離を行うことで、高耐久化と画像品質良化を両立できる定着ベルトを提供することができる。
【００７６】
図１で示す本実施形態の複層耐熱弾性層総厚み５００μｍの定着ベルトは、トナーと接触する表層を低硬度のシリコーンゴムとすることで、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げる効果や、トナーつぶれによる解像度低下を防止する効果は、図３で示す従来の単層シリコーンゴム層厚み５００μｍの定着ベルトと同等レベルを維持することができた。
【００７７】
また、複層耐熱弾性層総厚みを５００μｍとして、図３で示す従来の単層シリコーンゴム層厚み５００μｍと同じ厚みとすることで、ウォームアップ時間は同等で、同等のスループットを維持することができた。
【００７８】
従って、上記構成の複層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１においては、熱的・機械的劣化を防止した高耐久性と、画像品質を満足し、かつウォームアップ時間・スループット性能を維持した定着ベルトを提供することができた。
【００７９】
実際に、最大通紙幅が２９７ｍｍ（Ａ３紙縦通紙）の定着装置１０１において、記録材の搬送スピードを１０４ｍｍ／ｓｅｃ、弾性ローラ２の加圧ローラ４への加圧力を総圧（両端の加圧力の合計）３００Ｎ（約３０Ｋｇｆ）、定着ニップ幅６ｍｍ、加熱ローラ５の定着ベルト１の張力を総圧（両端の加圧力の合計）５０Ｎ（約５Ｋｇｆ）とした構成において、
加熱ローラ３表面温度を、定着ニップＮにおいて記録材通過時２５０℃、記録材非通過時（スタンバイ時）２００℃とするようにサーミスタ７で温調し、加圧ローラ４表面温度を１００℃（常時）とするようにサーミスタ８で温調して、Ａ３紙を間欠通紙（５分間で２枚通紙）した時の定着ベルト硬度変化（Ａｓｋｅｒマイクロゴム硬度計測定）と、画像特性（光沢均一性、トナーつぶれ）を、表１に示す。
【００８０】
従来の単層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋表層：シリコーンゴム層５００μｍ）
本実施形態の複層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋フッ素ゴム層２５０μ＋表層：シリコーンゴム層２５０μｍ）
比較例の複層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋シリコーンゴム層２５０μｍ＋表層：フッ素ゴム層２５０μｍ）
比較例の単層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋表層：フッ素ゴム層５００μｍ）
＜硬度変化＞
ベース層としてＳＵＳ材４０μｍ品を用い、ＳＵＳ材に各耐熱弾性層を被覆して、耐熱弾性層上を、Ａｓｋｅｒマイクロゴム硬度計で測定した。耐熱弾性層のゴム材は、ＪＩＳ−Ａ硬度で、シリコーンゴムは１０度品、フッ素ゴムは３０度品を用いた。
【００８１】
表１で示すように、まず、▲１▼の従来の単層（シリコーンゴム）耐熱弾性層は、耐久が進むに従って硬度が１０度低下し、１０万枚でゴム層が破壊してしまった。これは、加熱ローラ３による熱的劣化によって、耐熱弾性層が硬度低下し、さらに機械的劣化によって熱的劣化が助長されて耐熱弾性層の破壊が発生している。
【００８２】
▲２▼の本実施形態の複層耐熱弾性層は、耐久初期において下層の高硬度フッ素ゴムの影響を若干受けて硬度が高くなっているが、２０万枚でも硬度低下が３度と少なく、定着ベルトの寿命としては、▲１▼の従来の単層耐熱弾性層に比べて、倍以上の耐久性が得られた。これは、耐熱性が高く熱的にほとんど劣化しない下層のフッ素ゴムが加熱ローラ５の熱のブロック層として働き、熱的作用を緩和することで、表層のシリコーンゴムの熱的劣化を防止し、さらに、表層の低硬度シリコーンゴムによって機械的劣化も低減されているためである。
【００８３】
▲３▼の比較例の複層耐熱弾性層は、上記▲２▼の本実施形態の複層耐熱弾性層において、弾性層の順序を逆にして、下層にシリコーンゴム、表層にフッ素ゴムを被覆したものである。▲３▼の構成での耐久による硬度低下は、▲１▼の構成と比較して硬度低下が５度と少ないが、これは表層のフッ素ゴムの硬度が高いために、下層のシリコーンゴムの硬度変化に対して測定値変化が少ないためである。従って、実際には、下層のシリコーンゴムは、▲１▼の従来例と同様に１０度程度の硬度低下が発生していると考えられる。よって、１０万枚では、熱的・機械的劣化によって、下層のシリコーンゴムが破壊して、表層のフッ素ゴムとの接着力が低下し、表層のフッ素ゴムが移動することで、表層のフッ素ゴムにシワが発生してしまった。
【００８４】
▲４▼の比較例の単層（フッ素ゴム）耐熱弾性層は、高硬度のフッ素ゴムのために硬度が最も高くなっている。▲４▼の構成での耐久による硬度低下は、高耐熱のため、ほとんど低下しない。ただし、２０万枚時には、曲率変化による繰り返し応力の機械的劣化によって、表面に微小な亀裂（クラック）が発生して、画像に微小な横筋が発生してしまった。
【００８５】
＜画像特性＞
耐久初期において、上記設定条件における定着トナー画像の表面平滑性の均一性（光沢均一性）と、文字や微小ドットのトナーつぶれ（ドット再現性）を評価した。
【００８６】
光沢均一性は、定着後の画像を目視で観察し、均一な画像を○、微小な光沢ムラが若干有るがほぼ均一な画像を△、微小な光沢ムラが多数発生しているものを×とした。
【００８７】
ドット再現性は、文字や微小ドットにおいて、記録材上の未定着トナー画像の拡大写真と、定着後のトナー画像の拡大写真を比較して、文字太さやドットの大きさに注目し、定着画像の文字太さやドットの大きさの未定着画像からの増加率が１０％未満を○、２０％未満を△、２０％以上を×として評価した。
【００８８】
光沢均一性及びドット再現性として、△レベル以上は実用上問題の無いレベルであり、×レベルは許容できない画像品質である。
【００８９】
表１で示すように、表層に低硬度のシリコーンゴムを採用している▲１▼の従来の単層（シリコーンゴム）耐熱弾性層と、▲２▼の表層に低硬度のシリコーンゴムを採用している本実施形態の複層耐熱弾性層は、光沢均一性及びドット再現性は非常に良好であり、両者とも同等レベルの○レベルであった。
【００９０】
一方、表層に高硬度のフッ素ゴムを採用している▲３▼の比較例の複層耐熱弾性層と、▲４▼の比較例の単層（フッ素ゴム）耐熱弾性層は、▲１▼や▲２▼に比較して硬度が高いため、光沢均一性及びドット再現性は△レベルであった。
【００９１】
従って、本実施形態である▲２▼の複層耐熱弾性層構成のように、樹脂や金属等のベース層上に、高耐熱性・高硬度の耐熱弾性層例えばフッ素ゴムを被覆し、その上に表層として低耐熱性・低硬度の耐熱弾性層例えばシリコーンゴムを被覆して、耐熱弾性層を複層化して耐久性と画像品質の機能を分離させる構成の定着ベルトを採用することによって、高耐久化と画像品質良化とを両立することができる定着ベルト、及び定着装置を提供することができた。そして、この定着装置を採用することによって、定着装置交換の頻度を減少させることができるので、画像形成装置のランニングコストをも減少させる低コスト画像形成装置を提供することができた。
【００９２】
定着ベルトのベース層として本実施形態においては、ＳＵＳ材４０μｍを用いた例で説明したが、ベース層は、金属に限定されるものでは無く、ＰＩ（ポリイミド）等の耐熱性樹脂を用いても、またベース層厚みも定着装置構成や画像形成装置構成に応じて任意に設定しても本発明の効果は同等である。
【００９３】
本実施形態では、フルカラー画像形成装置の定着装置に関して述べたが、これは画像特性に要求されるレベルが高いフルカラー画像形成装置に本発明を適用すると効果が大きいためであるが、モノカラー画像形成装置（例えば白黒画像形成装置）の定着装置に適用しても同等の効果を発揮することができる。
【００９４】
本実施形態では、定着ベルトの複層耐熱弾性層として、下層にフッ素ゴム、表層にシリコーンゴムの構成に関して述べたが、フッ素ゴムとシリコーンゴムの組み合わせに限定するものでは無く、下層に高耐熱性弾性層で表層に低耐熱弾性層の組み合わせ、または下層に高硬度耐熱弾性層で表層に低硬度耐熱弾性層の組み合わせを満たす任意の耐熱弾性層を用いても、高耐久または高画像品質を満足できる定着ベルトを提供することができる。従って、例えば、下層に高耐熱性で高硬度のシリコーンゴム、表層に低耐熱性で低硬度のシリコーンゴムとする組み合わせの複層耐熱弾性層の定着ベルト構成とすることでも、高耐久と高画質の両方を満足できる本発明の本実施形態と同様の効果を発揮できる定着ベルトを提供することができる。
【００９５】
（実施形態２）
図４〜図６、及び表２により本発明に係る実施形態２について説明する。
【００９６】
実施形態１は、オイル塗布装置１３を配設したオイル塗布定着装置に関して述べたが、本実施形態はオイル塗布装置１３を削除したオイルレス定着装置に関して述べる。
【００９７】
本実施形態は、定着ベルト１と加圧ローラ４の表層にフッ素樹脂等の耐熱離型性樹脂層を被覆し、オイル内包トナーを使用して、定着ベルト１及び加圧ローラ４と、トナーとの離型性を高めたオイルレス定着装置に本発明を適用したものである。
【００９８】
図５は、本実施形態に係る定着装置１０２の概略構成を示す模式的断面図である。図１と同部材は同符号で示している。図５においては、オイル塗布装置１３が削除され、オイル内包トナーを使用しているために、記録材Ｐ上のトナーＴと定着ベルト１または加圧ローラ４との離型性（分離性）が良好なため、記録材Ｐをメカ的に分離する上分離爪１１と下分離爪１２が削除している。
【００９９】
図５で示すように、分離爪を削除することによって、定着ベルト１または加圧ローラ４の分離爪による削れを無くすことができるので、定着ベルト１または加圧ローラ４の寿命を延ばすことができる。さらに、オイル塗布装置１３を削除することによって、定着ベルト１の熱を奪う部材が減るので、ウォーミングアップ時間を減少することができる等の利点を持つ。
【０１００】
定着ベルト方式のオイルレス定着装置を採用する従来の定着装置においては、図６で示すようなベース層２０として例えばＳＵＳ材４０μｍ上に、耐熱弾性層としてのシリコーンゴム層２１を５００μｍ被覆し、さらに表層に耐熱離型性樹脂層２３として例えばＰＦＡチューブ３０μｍを被覆した単層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１を採用していた。
【０１０１】
この場合、実施形態１と同様に定着ベルト１の耐熱弾性層としてのシリコーンゴム層２１は、耐久によって、加熱ローラ３による熱的劣化による硬度低下や、定着ベルト１が弾性ローラ２と加熱ローラ３の２軸によって支持・回転されることから、繰り返しの曲率変化による機械的劣化から熱的劣化を助長し、シリコーンゴム層２１が破壊され、表層のＰＦＡチューブにシワが発生するという問題が発生した。
【０１０２】
ここで、定着ベルト１の耐熱弾性層を、実施形態１と同様に、シリコーンゴムから高耐熱性・高強度のフッ素ゴムに変更することで、上記熱的劣化を防止することができた。
【０１０３】
しかしながら、実施形態１で説明したように、フッ素ゴムは、シリコーンゴムに比べてトナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げる効果や、トナーつぶれによる解像度低下を防止する効果がシリコーンゴムに比べて小さく、また、画像品質を良化させるためには、シリコーンゴムに比べて厚みを大きくする必要があり、ウォームアップ時間の延長、高スループットにできないといった弊害が発生した。また、フッ素ゴムの厚みを大きくすると、画像品質は良化するが、シリコーンゴムと比べると、やはり画像品質は劣化してしまう。
【０１０４】
そこで、本実施形態においては、図４で示すように、ベース層２０としてのＳＵＳ材４０μｍ上に耐熱弾性層としてフッ素ゴム層２２を２５０μｍ、シリコーンゴム層２１を２５０μｍを、この順序で被覆し、さらに表層に離型性耐熱樹脂層２３としてＰＦＡチューブ３０μｍを被覆した複層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１を使用した。
【０１０５】
この複層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１は、ベース層側の耐熱弾性層がフッ素ゴムで高耐熱性・高硬度であり、トップ層側の耐熱弾性層がシリコーンゴムで低耐熱性・低硬度なので、定着ベルトの耐熱弾性層は、耐久による熱的劣化及び機械的劣化が小さく、高耐久性で高画像品質の定着ベルトである。
【０１０６】
これは、実施形態１で説明したように、定着ベルト内側の加熱ローラからの熱的作用がベース層側の高耐熱性・高硬度の耐熱弾性層（フッ素ゴム層）によってブロックされて緩和されるために、トップ層側の低耐熱性・低硬度の耐熱弾性層（シリコーンゴム層）の耐久による熱的劣化が小さくなるためである。
【０１０７】
また、実施形態１で説明したように、トップ層側の低硬度の耐熱弾性層（シリコーンゴム層）が曲率変化による機械的作用を緩和することで、耐久による機械的劣化が小さいためである。
【０１０８】
さらに、特に本実施形態のように耐熱弾性層上に、トップ層として耐熱離型性樹脂を被覆する構成の定着ベルトにおいては、トップ層側の耐熱弾性層が高硬度の場合には、トップ層は弾性が小さいために、耐熱弾性層とトップ層との界面で応力が強いため、定着ベルトの曲率が小さい部分でトップ層を伸ばして塑性変形させてしまい、曲率の大きい部分または直線部分では、トップ層にシワが発生してしまうという問題が発生した。しかし、本実施形態のようにトップ層側の耐熱弾性層が低硬度の場合には、耐熱弾性層とトップ層との界面で発生する応力を低硬度の耐熱弾性層が緩和するため、定着ベルトの曲率が小さい部分でもトップ層を塑性変形させることを防止し、トップ層にシワが発生することが無いという利点を持つ。
【０１０９】
そして、表層側の耐熱弾性層を低硬度のシリコーンゴムとすることで、トナー画像の平滑化作用が大きく、高光沢な画像及び透光色再現性に優れたＯＨＴ画像を得ることができ、また、トナーつぶれが小さいために、解像度の低下を防止することができるので、高品質画像を得ることができる。
【０１１０】
従って、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度・高耐熱性のフッ素ゴムとすることで、熱的劣化防止、熱的作用のブロック層として働き、表層側の耐熱弾性層は、低硬度・低耐熱性のシリコーンゴムとすることで、機械的劣化防止、高画質化として働くように、定着ベルトの耐熱弾性層を複層化して、各耐熱弾性層に各機能を持たせるように、機能分離を行うことで、高耐久化と画像品質良化を両立できる定着ベルトを提供することができる。
【０１１１】
トップ層側の耐熱弾性層を低硬度のシリコーンゴムとすることで、トナー面を均一に溶融して平滑化し、高光沢に仕上げる効果や、トナーつぶれによる解像度低下を防止する効果は、図６で示す従来の単層シリコーンゴム層厚み５００μｍの定着ベルトと同等レベルを維持することができた。
【０１１２】
また、複層耐熱弾性層の総厚みを５００μｍとして、図６で示す従来の単層シリコーンゴム層厚み５００μｍと同じ厚みとすることで、ウォームアップ時間は同等で、同等のスループットを維持することができた。
【０１１３】
よって、上記構成の複層耐熱弾性層を用いた定着ベルト１においては、熱的・機械的劣化を防止した高耐久性と、画像品質を満足し、かつウォームアップ時間・スループット性能を維持した定着ベルト１を提供することができた。
【０１１４】
実際に、最大通紙幅が２９７ｍｍ（Ａ３紙縦通紙）の定着装置１０１において、記録材の搬送スピードを１０４ｍｍ／ｓｅｃ、弾性ローラ２の加圧ローラ４への加圧力を総圧（両端の加圧力の合計）３００Ｎ（約３０Ｋｇｆ）、定着ニップ幅６ｍｍ、加熱ローラ５の定着ベルト１の張力を総圧（両端の加圧力の合計）５０Ｎ（約５Ｋｇｆ）とした構成において、
加熱ローラ３表面温度を、定着ニップＮにおいて記録材通過時２６０℃、記録材非通過時（スタンバイ時）２００℃とするようにサーミスタ７で温調し、加圧ローラ４表面温度を１００℃（常時）とするようにサーミスタ８で温調して、Ａ３紙を間欠通紙（５分間で２枚通紙）した時の定着ベルト硬度変化（Ａｓｋｅｒマイクロゴム硬度計測定）と、画像特性（光沢均一性、トナーつぶれ）を、表２に示す。
【０１１５】
従来の単層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋シリコーンゴム層５００μｍ＋トップ層：ＰＦＡチューブ３０μｍ）
本実施形態の複層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋フッ素ゴム層２５０μ＋シリコーンゴム層２５０μｍ＋トップ層：ＰＦＡチューブ３０μｍ）
比較例の複層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋シリコーンゴム層２５０μｍ＋フッ素ゴム層２５０μｍ＋トップ層：ＰＦＡチューブ３０μｍ）
比較例の単層耐熱弾性層定着ベルト（ベース層：ＳＵＳ材４０μｍ＋フッ素ゴム層５００μｍ＋トップ層：ＰＦＡチューブ３０μｍ）
＜硬度変化＞
ベース層としてＳＵＳ材４０μｍ品を用い、ＳＵＳ材に各耐熱弾性層及びトップ層を被覆して、トップ層上を、Ａｓｋｅｒマイクロゴム硬度計で測定した。ゴム材は、ＪＩＳ−Ａ硬度で、シリコーンゴムは１０度品、フッ素ゴムは３０度品を用いた。
【０１１６】
表２で示すように、まず、▲５▼の従来の単層（シリコーンゴム）耐熱弾性層は、耐久が進むに従って硬度が４度低下し、１０万枚でトップ層のＰＦＡチューブにシワが発生してしまった。これは、加熱ローラ３による熱的劣化によって、耐熱弾性層が硬度低下し、さらに曲率変化による機械的劣化によって熱的劣化が助長され、耐熱弾性層が破壊し、トップ層のＰＦＡチューブにシワが発生している。
▲５▼の構成での耐久による硬度低下は、実施形態１の▲１▼の構成と比較して硬度低下が少ないが、これはトップ層のＰＦＡチューブの硬度が高いために、内部の耐熱弾性層であるシリコーンゴムの硬度変化に対して測定値変化が少ないためである。従って、実際には、内部のシリコーンゴムは実施形態１の▲１▼の構成と同様に１０度程度の硬度低下が発生していると考えられる。
【０１１７】
▲６▼の本実施形態の複層耐熱弾性層は、耐久初期において下層の高硬度フッ素ゴムの影響を若干受けて硬度が若干高くなっているが、２０万枚でも硬度低下が１度と少なく、定着ベルトの寿命としては、▲５▼の従来の単層耐熱弾性層に比べて、倍以上の耐久性が得られた。これは、耐熱性が高く熱的にほとんど劣化しない下層のフッ素ゴムによって加熱ローラ３の熱のブロック層として働き、熱的作用を緩和することで、上層のシリコーンゴムの熱的劣化を防止し、さらに上層の低硬度のシリコーンゴムによって機械的劣化も低減されている。▲６▼の構成での耐久による硬度低下は、実施形態１の▲２▼の構成と比較して硬度低下が少ないが、これはトップ層のＰＦＡチューブの硬度が高いために、内部の耐熱弾性層の硬度変化に対して測定値変化が少ないためである。従って、実際には、内部の耐熱弾性層は実施形態１の▲２▼の構成と同程度の３度程度の硬度低下が発生していると考える。
【０１１８】
▲７▼の比較例の複層耐熱弾性層は、上記▲６▼の本実施形態の複層耐熱弾性層において、弾性層の順序を逆にして、下層にシリコーンゴム、上層にフッ素ゴムを被覆したものである。▲７▼の構成での耐久による硬度低下は、▲５▼の構成と比較して硬度低下が３度と少ないが、これは上層のフッ素ゴム及び表層のＰＦＡチューブの硬度が高いために、下層のシリコーンゴムの硬度変化に対して測定値変化が少ないためである。従って、実際には、下層のシリコーンゴムは、▲５▼の従来例、即ち実施形態▲１▼の構成と同様に１０度程度の硬度低下が発生していると考えられる。よって、１０万枚では、熱的・機械的劣化によって、下層のシリコーンゴムが破壊して、上層のフッ素ゴムとの接着力が低下し、上層のフッ素ゴムが移動することで、トップ層のＰＦＡチューブにシワが発生してしまった。
【０１１９】
▲８▼の比較例の単層耐熱弾性層は、高硬度のフッ素ゴムのために硬度が最も高くなっている。▲８▼の構成での耐久による硬度低下は、高耐熱のため、ほとんど低下しない。ただし、１０万枚時には、曲率変化による繰り返し応力によって、トップ層のＰＦＡチューブを塑性変形させてしまい、定着ベルトの曲率の大きい箇所や直線箇所において、ＰＦＡチューブにシワが発生してしまった。
【０１２０】
＜画像特性＞
耐久初期において、上記設定条件における定着トナー画像の表面平滑性の均一性（光沢均一性）と、文字や微小ドットのトナーつぶれ（ドット再現性）を評価した。
【０１２１】
光沢均一性は、定着後の画像を目視で観察し、均一な画像を○、微小な光沢ムラが若干有るがほぼ均一な画像を△、微小な光沢ムラが多数発生しているものを×とした。
【０１２２】
ドット再現性は、文字や微小ドットにおいて、記録材上の未定着トナー画像の拡大写真と、定着後のトナー画像の拡大写真を比較して、文字太さやドットの大きさに注目し、定着画像の文字太さやドットの大きさの未定着画像からの増加率が１０％未満を○、２０％未満を△、２０％以上を×として評価した。
【０１２３】
光沢均一性及びドット再現性として、△レベル以上は実用上問題の無いレベルであり、×レベルは許容できない画像品質である。
【０１２４】
表２で示すように、トップ層にＰＦＡチューブを被覆し、低硬度のシリコーンゴムを採用している▲５▼の従来の単層（シリコーンゴム）耐熱弾性層と、▲６▼の上層に低硬度のシリコーンゴムを採用している本実施形態の複層耐熱弾性層は、光沢均一性及びドット再現性は良好であり、両者とも同等レベルの△レベルであった。実施形態１の表１の▲１▼または▲２▼と比較すると、表層に高硬度のＰＦＡチューブを被覆しているために、１ランクレベルが低下しているが実用上問題無いレベルである。
【０１２５】
一方、表層にＰＦＡチューブを被覆し、上層に高硬度のフッ素ゴムを採用している▲７▼の比較例の複層耐熱弾性層と▲８▼の比較例の単層（フッ素ゴム）耐熱弾性層は、▲５▼や▲６▼に比較して硬度が高いため、光沢均一性及びドット再現性は×レベルであった。これも実施形態１の表１の▲３▼や▲４▼と比較すると、表層に高硬度のＰＦＡチューブを被覆しているために、レベルが低下しており、画像品質として許容できないレベルであった。
【０１２６】
従って、本実施形態の複層耐熱弾性層構成▲６▼のように、樹脂や金属等のベース層上に、高耐熱性・高硬度の耐熱弾性層例えばフッ素ゴムを被覆し、その上に低耐熱性・低硬度の耐熱弾性層例えばシリコーンゴムを被覆し、さらにトップ層にＰＦＡチューブを被覆したオイルレス定着装置用の定着ベルトを採用することによって、高耐久化と画像品質良化とを両立することができる定着ベルト、及び定着装置を提供することができた。そして、この定着装置を採用することによって、定着装置交換の頻度を減少させることができるので、画像形成装置のランニングコストをも減少させる低コスト画像形成装置を提供することができた。
【０１２７】
本実施形態では、オイルレス定着装置に関して述べたが、トップ層に耐熱離型層を設けた分、定着ベルト表面温度を所定温度まで上昇させるためには、加熱ローラ温度をオイル塗布定着装置に比べて高温化する必要がある。従って、定着ベルトの耐熱弾性層の熱的劣化がより促進されるため、熱的劣化に対して、本発明の本実施形態を用いる効果が大きくなる。
【０１２８】
定着ベルトのベース層として本実施形態においては、ＳＵＳ材４０μｍを用いた例で説明したが、ベース層は、金属に限定されるものでは無く、ＰＩ（ポリイミド）等の耐熱性樹脂を用いても、またベース層厚みも定着装置構成や画像形成装置構成に応じて任意に設定しても本発明の効果は同等である。
【０１２９】
本実施形態では、フルカラー画像形成装置のオイルレス定着装置に関して述べたが、これは画像特性に要求されるレベルが高いフルカラー画像形成装置に本発明を適用すると効果が大きいためであるが、モノカラー画像形成装置（例えば白黒画像形成装置）の定着装置に適用しても同等の効果を発揮することができる。
【０１３０】
本実施形態では、定着ベルトの複層耐熱弾性層として、下層にフッ素ゴム、上層にシリコーンゴムの構成に関して述べたが、フッ素ゴムとシリコーンゴムの組み合わせに限定するものでは無く、下層に高耐熱弾性層と上層に低耐熱弾性層の組み合わせ、または下層に高耐熱・高硬度耐熱弾性層と上層に低耐熱・低硬度耐熱弾性層の組み合わせを満たす任意の耐熱弾性層用いても、高耐久または高画像品質を満足できる定着ベルトを提供することができる。
【０１３１】
従って、例えば、下層に高耐熱性で高硬度のシリコーンゴム、上層に低耐熱性で低硬度のシリコーンゴムとする組み合わせの複層耐熱弾性層の定着ベルト構成とすることでも、高耐久と高画質の両方を満足できる本発明の本実施形態と同様の効果を発揮できる定着ベルトを提供することができる。
【０１３２】
本実施形態では、オイルレス定着装置として、表層にＰＦＡチューブを被覆した定着ベルトに関して述べたが、表層の耐熱離型性樹脂層としては、ＦＥＰコート等、他の耐熱離型性樹脂としても効果は同等である。
【０１３３】
以上、本発明の実施形態に関して説明したが、
実施形態１または実施形態２における諸数値は、実施形態の説明を簡略化するための一例であって、前記諸数値は、装置の構成及び設定等に応じて定めることができる。
【０１３４】
本発明は、実施形態１または実施形態２で説明した定着装置に限定されるものではなく他の形態のベルト定着装置にも適用することができる。他の形態のベルト定着装置例に関して、下記３）〜６）に説明する。
【０１３５】
本発明の実施形態は、弾性ローラ２と加熱ローラ３の２軸に定着ベルトを張架する構成に関して述べたが、例えば図７に示すように、定着ベルト１を加圧ローラ４に巻きつけるように、補助ローラ３０を、弾性ローラ２の上流側に配置した３軸構成にも本発明を適用することによって、定着ベルトの高耐久性と画像品質良化を両立することができる。この３軸構成は、定着ニップＮ幅を増加して、記録材Ｐ及びトナーＴの加熱時間を増加することで、定着性を向上させる利点を持つ。図７は、定着ニップＮにおいて回転方向の圧力を均等にするために、弾性ローラ２と補助ローラ３０との間に、押圧部材３１を配置する構成としてある。また、補助ローラ３０は、弾性ローラ２の下流側に配置しても良い。
【０１３６】
本発明の実施形態において、加熱ローラを金属等の電磁誘導発熱性部材（例えばＮｉ）とし、前記加熱ローラ内部に、磁場発生手段としての励磁コイル、磁性コア等を配設して、渦電流を発生させることによるジュール熱によって、電磁誘導発熱性部材である加熱ローラを、電磁誘導発熱させる構成の電磁誘導加熱方式のベルト定着装置においても、本発明を適用することによって、定着ベルトの高耐久性と画像品質良化を両立できる。
【０１３７】
本発明の実施形態において、定着ベルトのベース層を金属等の電磁誘導発熱性部材（例えばＮｉ）とし、定着ベルトの加熱源として、定着ベルト内側又は外側に磁場発生手段としての励磁コイル、磁性コア等を配設して、渦電流を発生させることによるジュール熱によって、電磁誘発熱部材である定着ベルトのベース層を、直接、電磁誘導発熱させる構成の電磁誘導加熱方式のベルト定着装置においても、本発明を適用することによって、定着ベルトの高耐久性と画像品質良化を両立することができる。
【０１３８】
本発明の実施形態において、定着ベルトの加熱源は、定着ベルト内側にセラミックス等を主成分とする薄板状の基板の一面に商用電源からの電力供給により発熱する抵抗発熱体が設けられ、発熱体が定着ベルトを介して加圧ローラに圧接し、発熱体表面を定着ベルトが摺擦回転する構成の面状加熱方式のベルト定着装置においても、本発明を適用することによって、定着ベルトの高耐久性と画像品質良化を両立することができる。
【０１３９】
本発明は、加圧体がローラ体に限らず、加圧ベルト等の他の形態による加圧体の定着装置にも適用できる。さらに、この場合には、加圧ベルトに本発明を適用しても良い。
【０１４０】
以下に本発明の実施形態１に係る検討結果（表１）及び本発明の実施形態２に係る検討結果（表２）を示す。
【０１４１】
【表１】

【０１４２】
【表２】

【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ベース層側の耐熱弾性層は、高硬度・高耐熱性のフッ素ゴムとすることで、熱的劣化防止、熱的作用のブロック層として働き、表層側の耐熱弾性層は、低硬度・低耐熱性のシリコーンゴムとすることで、機械的劣化防止、高画質化として働くように、定着ベルトの耐熱弾性層を複層化して、各耐熱弾性層に各機能を持たせるように、機能分離を行うことで、高耐久化と画像品質良化とを両立することができる定着ベルト、及び定着装置を提供することができる。そして、この定着装置を採用することによって、定着装置交換の頻度を減少させることができるので、画像形成装置のランニングコストをも減少させる低コスト画像形成装置を提供することができる。
【０１４４】
特に、定着ベルトの曲率が変化しながら走行する構成においては、高耐久化の効果が大きくなる。
【０１４５】
さらに、オイルレス定着装置において、分離爪を定着ベルトから非接触配置構成とすることによって、より高耐久な定着ベルト及び定着装置を得ることができ、より低コスト画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る定着ベルト構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る従来例の定着ベルト構成を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る定着ベルト構成を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る従来例の定着ベルト構成を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る定着装置の概略構成を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１ 定着ベルト
２ 弾性ローラ
３ 加熱ローラ
４ 加圧ローラ
５ 加熱ローラ内包ヒータ
６ 加圧ローラ内包ヒータ
７、８ 温度検知体（温度センサ）
１１ 上接触分離爪
１２ 下接触分離爪
２０ 定着ベルトのベース層
２１ 耐熱弾性層（シリコーンゴム層）
２２ 耐熱弾性層（フッ素ゴム層）
２３ 耐熱離型性樹脂層（ＰＦＡチューブ）
３０ 定着補助ローラ
３１ 押圧部材
１０１ オイル塗布定着装置
１０２ オイルレス定着装置
Ｎ 圧接ニップ（定着ニップ）
Ｐ 記録材
Ｔ トナー

Claims (7)

1. 金属又は耐熱性樹脂のベース層上に、耐熱弾性層を被覆した無端状定着ベルトにおいて、
   前記耐熱弾性層は、少なくとも２層の耐熱弾性層を有し、ベース層側の耐熱弾性層の耐熱温度が、表層側の耐熱弾性層の耐熱温度より高いことを特徴とする無端状定着ベルト。
2. 金属又は耐熱性樹脂のベース層上に、耐熱弾性層、及び耐熱離型性樹脂のトップ層を、この順に被覆した無端状定着ベルトにおいて、
   前記耐熱弾性層は、少なくとも２層の耐熱弾性層を有し、ベース層側の耐熱弾性層の耐熱温度が、トップ層側の耐熱弾性層の耐熱温度より高いことを特徴とする無端状定着ベルト。
3. 前記耐熱弾性層の硬度は、表層側の耐熱弾性層硬度が、ベース層側の耐熱弾性層硬度よりも低いことを特徴とする請求項１記載の無端状定着ベルト。
4. 前記耐熱弾性層の硬度は、トップ層側の耐熱弾性層硬度が、ベース層側の耐熱弾性層硬度よりも低いことを特徴とする請求項２記載の無端状定着ベルト。
5. 無端状定着ベルトが内側に配置した複数のローラ又は部材に所定の張力を持って張架され、加圧部材が前記複数のローラ又は部材の少なくとも１つに無端状定着ベルトを介して圧接されて、圧接ニップ部を形成し、前記圧接ニップ部に記録材を搬送して、記録材上の未定着画像を、記録材上に加熱、加圧して定着させる定着装置において、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の無端状定着ベルトを用いたことを特徴とする定着装置。
6. 無端状定着ベルトが内側に配置した複数のローラ又は部材に所定の張力を持って張架され、加圧部材が前記複数のローラ又は部材の少なくとも１つに無端状定着ベルトを介して圧接されて、圧接ニップ部を形成し、前記圧接ニップ部に記録材を搬送して、記録材上の未定着画像を、記録材上に加熱、加圧して定着させる定着装置において、
   無端状定着ベルト表層と加圧部材表層に、フッ素系樹脂等の耐熱離型性樹脂のトップ層を設け、かつオイル含有トナーを用いることで、無端状定着ベルト及び加圧部材にオイル塗布機構を使用しないオイルレス定着装置であることを特徴とする請求項２または請求項４記載の定着装置。
7. 前記圧接ニップ部を通過した記録材を、無端状定着ベルト及び加圧部材から分離する分離部材を、無端状定着ベルト及び加圧部材に接触配置させないことを特徴とする請求項６記載の定着装置。

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