JP2005084077A - 熱伝導部材および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弾性層の弾性を損なわずに熱伝導率が高められた熱伝導部材、およびその熱伝導部材を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 感光ドラム１１上に形成された潜像を現像装置１５で各色トナーにより可視化して中間転写体１６にトナー像を転写し、そのトナー像を転写ローラ２２で記録媒体１００に転写して、加圧定着ローラ３１および電磁誘導発熱定着ベルト３２からなる定着装置３０で加熱および加圧することにより記録媒体１００上に定着する画像形成装置１において、電磁誘導発熱定着ベルト３２に、熱伝導フィラーが配合されるとともに弾性領域に空気が入り込んだ多孔性材料からなる弾性層と、その弾性層よりも下層に外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性層を有しその弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材、およびその熱伝導部材を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタあるいはファクシミリなどに用いられる画像形成装置には、用紙等の記録媒体上に転写された未定着のトナー像を加熱および加圧することによりそのトナー像を記録媒体に定着させる定着装置が備えられている。このような定着装置において、耐熱性樹脂からなる薄板もしくは芯材に弾性層を有するベルトが、トナー像を定着するベルトとして、あるいはトナー像を一旦担持する中間転写体として用いられることがある。

例えば、静電潜像が形成される感光体と、トナーを収容し感光体上に形成された静電潜像をトナーで現像して感光体上にトナー像を形成する現像器と、感光体からトナー像の転写を受ける中間転写体とを備え、その中間転写体上のトナー像を、電磁誘導加熱を含むプロセスにより、記録媒体上に転写するとともにその転写の際に記録媒体に定着することにより、記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述した中間転写体は、例えば、厚さが１０μｍ〜２００μｍの熱硬化性ポリイミド、芳香族ポリアミド（アラミド）、液晶ポリマー等の耐熱性樹脂層と、厚さが５μｍ〜２０μｍ程度の銅を積層し、さらにその上に少なくとも弾性層とふっ素系離型層を形成し、無端状ベルトとしたものが用いられる。このような中間転写体を製造するには、耐熱性樹脂層からなる無端状ベルト上に、無電解めっき、電解めっき法、蒸着法等により金属薄膜を形成し、プライマーを塗布後、シリコンゴムを塗布加硫後、ふっ素樹脂を塗布したりあるいはふっ素樹脂チューブを形成する等により製造する。
特開２００１−３４１１４４号公報

上述した特許公報１における、弾性層を有しその弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材としての中間転写体には、耐熱性樹脂上に、弾性層としてシリコンゴムが形成されている。ここで、シリコンゴムの熱伝導率は比較的低く、このため中間転写体の内部からシリコンゴムを介してその中間転写体上のトナー像を加熱するにあたり、そのシリコンゴムで内部からの熱伝達が妨げられる結果となり、従ってウォームアップタイム（定着温度に達するまでの待機時間）が長くなるという問題がある。この問題を解決するために、シリコンゴムに熱伝導フィラーを充填することが考えられる。しかし、シリコンゴムに熱伝導フィラーを充填すると、熱伝導率は高まるものの、シリコンゴムの弾性が損なわれたりもろくなったりするという問題が発生する。

本発明は、上記事情に鑑み、弾性層の弾性を損なわずに熱伝導率が高められた熱伝導部材、およびその熱伝導部材を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の熱伝導部材は、弾性層を有しその弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材において、
上記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする。

本発明の熱伝導部材は、弾性層が、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質からなるものであるため、この熱伝導部材の内部で発生した熱は、上記熱伝導物質を介して弾性層表面に迅速に伝達される。また、上記弾性層は、上記熱伝導物質中に軟質の弾性領域が散在するものであるため、弾性層の弾性が損なわれることが防止される。

ここで、上記弾性層は熱伝導フィラーが配合されるとともに、上記弾性領域に気体が入り込んだ多孔性材料からなるものであることが好ましい。

このようにすると、例えば発泡材料に熱伝導フィラーを配合するだけで済み、コストを低減することができる。

また、上記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有することも好ましい態様である。

このように金属層で誘導発熱すると、その熱を弾性層表面に効率良く伝達することができる。

さらに、上記弾性層よりも上層に、ふっ素系離型層を有することも好ましい。

弾性層よりも上層にふっ素系離型層を有すると、トナー像に対する離型性が高まるため、トナー像のオフセットを防止することができる。

また、上記金属層よりも上層かつ上記弾性層よりも下層に耐熱性樹脂層を有し、かつ上記弾性層よりも上層にふっ素系離型層を有することが好ましい。

このようにすると、金属層が耐熱性樹脂層で機械的な歪みから保護されるため、耐久性が高まるとともに、トナー像のオフセットを防止することができる。

さらに、上記弾性層が、１．２５Ｗ／ｍＫ以上５０．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有するものであってもよい。

本発明における弾性層は、上述したように、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低くかつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであるため、従来の熱伝導性シリコンゴムが有する０．２Ｗ／ｍＫ以上１．０５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を大幅に超えた１．２５Ｗ／ｍＫ以上５０．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有することができ、従って熱伝導率を飛躍的に向上させることができる。

また、上記金属層は、無電解めっき層の上に電解めっき層が形成されたものであることが好ましい。

このようにすると、熱伝導部材内部における誘導発熱を効率よく行なうことができる。

さらに、上記無電解めっき層は、無電解ニッケルめっき層あるいは無電解銅めっき層であり、上記電解めっき層は、厚さ５μｍ以上２０μｍ以下の電解銅めっき層であることが好ましい。

このようにすると、熱伝導部材内部における誘導発熱を一層効率よく行なうことができる。

また、上記耐熱樹脂層は、ポリアミド酸溶液を層状にして加熱することによってイミド化して形成されたポリイミドの層であることも好ましい。

上記耐熱樹脂層がポリイミド層であると、耐熱性、耐久性、コストの面からして有利である。

さらに、上記耐熱性樹脂層は、熱可塑性ポリイミドを塗布焼成して形成されたものであることも好ましい。

耐熱性樹脂層が、熱可塑性ポリイミドを塗布焼成して形成されたものであると、熱硬化過程に発生するガスによる、層形成に与える悪影響（接着阻害、発熱層の劣化促進）を小さく抑えることができる。

また、上記弾性層が、０．１ｇ／ｃｍ³以上１．０ｇ／ｃｍ³以下の見かけ密度を有するものであってもよい。さらに、上記弾性層が、５０μｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有するものであってもよい。

尚、見かけ密度とは、上記弾性層において軟質の弾性領域における空隙部分も上記弾性層の構成要素としたときの単位容積あたりの質量をいう。

また、上記目的を達成する本発明の画像形成装置のうちの第１の画像形成装置は、トナー像を形成しそのトナー像を記録媒体に転写してその記録媒体上に定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
トナー像が転写された記録媒体を挟んで加熱および加圧することによりそのトナー像を記録媒体上に定着する一対の部材を有する定着装置を備え、
上記一対の部材のうちの少なくとも一方の部材が、弾性層を有しその弾性層を通過させて上記トナー像に伝熱する回転体からなる熱伝導部材であって、
上記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする。

本発明の第１の画像形成装置は、定着装置を構成する一対の部材のうちの少なくとも一方の部材が有する弾性層が、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質であるため、上記一方の部材の内部で発生した熱は、上記熱伝導物質を介して弾性層表面に迅速に伝達される。従って、ウォームアップタイム（定着温度に達するまでの待機時間）の短縮化が図られる。また、上記弾性層は、上記熱伝導物質中に軟質の弾性領域が散在するものであるため、その弾性層の弾性が損なわれることが防止される。従って、定着装置を構成する一対の部材で形成される、未定着のトナー像を担持した記録媒体を通過させるためのニップ幅を確実に確保することができる。

ここで、上記熱伝導部材は、上記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有するものであって、
上記定着装置は、さらに、上記熱伝導部材に対向して配置された電磁誘導コイルを備えたものであることが好ましい。

このようにすると、電磁誘導コイルからの交番磁場により金属層に渦電流が生じてその金属層が誘電発熱するため、未定着のトナー像が効率よく加熱されて溶融し、従って記録媒体上に良好な画像を得ることができる。

さらに、上記目的を達成する本発明の画像形成装置のうちの第２の画像形成装置は、トナー像を形成しそのトナー像を最終的に記録媒体に転写してその記録媒体上に定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記トナー像の転写を受け転写されたトナー像を上記記録媒体に転写する中間転写体を備え、
その中間転写体は、弾性層を有しその弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材からなり、
上記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする。

本発明の第２の画像形成装置は、トナー像の転写を受け転写されたトナー像を記録媒体に転写する中間転写体を構成する熱伝導部材が有する弾性層が、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質であるため、上記熱伝導部材の内部で発生した熱は、上記熱伝導物質を介して弾性層表面に迅速に伝達される。従って、ウォームアップタイム（定着温度に達するまでの待機時間）の短縮化が図られる。また、上記弾性層は、上記熱伝導物質中に軟質の弾性領域が散在するものであるため、その弾性層の弾性が損なわれることが防止される。従って、中間転写体により定まる、未定着のトナー像を担持した記録媒体を通過させるためのニップ幅を確実に確保することができる。

ここで、上記中間転写体を構成する熱伝導部材は、上記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有するものであって、
この画像形成装置は、さらに、上記熱伝導部材に対向して配置された電磁誘導コイルを備えたものであることが好ましい。

このようにすると、電磁誘導コイルからの交番磁場により金属層に渦電流が生じてその金属層が誘電発熱するため、中間転写体に転写されたトナー像が効率よく加熱されて溶融し、記録媒体上に良好な画像を得ることができる。

本発明によれば、弾性層の弾性を損なわずに熱伝導率が高められた熱伝導部材、およびその熱伝導部材を備えた画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の画像形成装置の一実施形態の概略構成図である。

尚、本実施形態の画像形成装置には、本発明の熱伝導部材の一実施形態も備えられている。

図１に示す画像形成装置１は、トナー像を形成しそのトナー像を記録媒体に転写してその記録媒体上に定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する電子写真方式のフルカラーレーザープリンタである。

この画像記録装置１には、表面に静電電位の差による潜像が形成されて矢印Ａ方向に回転する感光ドラム１１が備えられている。この感光ドラム１１の周囲には、感光ドラム１１の表面をほぼ一様に帯電する帯電装置１２と、感光ドラム１１に各色信号に応じたレーザー光を照射して潜像を形成するレーザースキャナ１３およびミラー１４等を備えた露光部と、矢印Ｂ方向に回転してシアン，マゼンタ，イエロー，ブラックの４色のトナーをそれぞれ収容し感光ドラム１１上の潜像を各色トナーにより可視化する現像装置１５とが備えられている。さらに、この感光ドラム１１の周囲には、矢印Ｃ方向に回転して感光ドラム１１上に形成されたトナー像が静電転写される中間転写体１６と、転写後の感光ドラム１１の表面を清掃するクリーニング装置１７と、感光ドラム１１の表面を除電する露光ランプ１８とが備えられている。

また、画像記録装置１には、給紙ユニット１９と、その給紙ユニット１９内に収容される記録媒体（用紙）１００を１枚ずつ搬送する給紙ローラ２０およびレジストローラ２１と、中間転写体１６上に転写されたトナー像を記録用紙１００に転写するための転写ローラ２２と、中間転写体１６と転写ローラ２２との間に記録媒体１００を供給するための記録媒体ガイド２３とが備えられている。

さらに、画像記録装置１には、トナー像が転写された記録媒体１００を挟んで加熱および加圧することによりそのトナー像を記録媒体１００上に定着する定着装置３０が備えられている。この定着装置３０には、一対の部材である加圧定着ローラ３１および電磁誘導発熱定着ベルト３２（本発明にいう熱伝導部材の一例に相当）と、電磁誘導発熱定着ベルト３２を押圧するための押圧パッド３３と、電磁誘導発熱定着ベルト３２を誘導発熱させるための電磁誘導加熱装置３４とが備えられている。電磁誘導発熱定着ベルト３２および電磁誘導加熱装置３４の構成については後述する。

このように構成された画像形成装置１では、感光ドラム１１上に形成された各色のトナー像は、順次に中間転写体１６上に重ねて転写され、フルカラーのトナー像となる。このトナー像は、転写ローラ２２により記録媒体１００に転写される。転写されたトナー像を担持した記録媒体１００は、加圧定着ローラ３１と電磁誘導発熱定着ベルト３２との間に形成されたニップ部を通過する。ここで、電磁誘導発熱定着ベルト３２は電磁誘導加熱装置３４により誘導発熱されており、記録媒体１００に転写されたトナー像は電磁誘導加熱されて溶融し、加圧定着ローラ３１と電磁誘導発熱定着ベルト３２との間で圧着される。これにより、トナー像が記録媒体１００に転写されると同時に定着される。このようにして、記録媒体１００上に定着トナー像からなる画像が形成される。

図２は、図１に示す電磁誘導発熱定着ベルトの構造を示す図である。

図２に示す電磁誘導発熱定着ベルト３２は、弾性層を有しその弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材である。この電磁誘導発熱定着ベルト３２には、弾性層３２＿１と、その弾性層３２＿１よりも下層に形成されて外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する発熱層３２＿２（本発明にいう金属層の一例に相当）と、基体３２＿３とが備えられている。先ず、弾性層３２＿１について図３を参照して説明する。

図３は、図２に示す弾性層の内部構造を示す図である。

図３に示す弾性層３２＿１は、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質３２＿１１中に、相対的に熱伝導率が低くかつ相対的に軟質の弾性領域３２＿１２が散在したものである。このように、本実施形態の電磁誘導発熱定着ベルト３２は、弾性層３２＿１が、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質３２＿１１からなるものであるため、この電磁誘導発熱定着ベルト３２の内部で発生した熱は、熱伝導物質３２＿１１を介して弾性層３２＿１の表面に迅速に伝達される。従って、ウォームアップタイム（定着温度に達するまでの待機時間）の短縮化が図られる。また、弾性層３２＿１は、熱伝導物質３２＿１１中に軟質の弾性領域３２＿１２が散在するものであるため、弾性層３２＿１の弾性が損なわれることが防止される。従って、定着装置３０における、未定着のトナー像を担持した記録媒体１００を通過させるためのニップ幅を確実に確保することができる。

また、弾性層３２＿１は、熱伝導物質３２＿１１中に熱伝導フィラーが配合されるとともに、弾性領域３２＿１２に気体（空気）が入り込んだ多孔性材料からなるものである。従って、弾性層３２＿１の製造にあたり、発泡材料に熱伝導フィラーを配合するだけで済み、コストを低減することができる。

さらに、弾性層３２＿１は、１．２５Ｗ／ｍＫ以上５０．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有するものである。電子写真装置用の定着部材は、耐熱性を持っていることが必要であり、一般的には電子写真の定着温度は、１４０℃から２００℃の範囲で任意に設定されているため、シリコンゴムが最も多く使用されている。しかし、シリコンゴムは、一般的に熱伝導率が約０．２Ｗ／ｍＫ〜１．０５Ｗ／ｍＫの範囲であり、このようなシリコンゴムを電子写真装置の定着部材に使用した場合、熱伝導率は低く、従ってウォームアップ時間を長くしたり定着温度を高く設定する必要がある。本実施形態における弾性層３２＿１は、前述したように、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質３２＿１１中に、相対的に熱伝導率が低くかつ相対的に軟質の弾性領域３２＿１２が散在したものであるため、従来の熱伝導性シリコンゴムが有する０．２Ｗ／ｍＫ以上１．０５Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を大幅に超えた１．２５Ｗ／ｍＫ以上５０．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有することができ、従って熱伝導率を飛躍的に向上させることができる。例えば、熱伝導率が約０．４２Ｗ／ｍＫで硬度３０°（ＪＩＳ ｔｙｐｅＡ）のシリコンゴムに、熱伝導性フィラー５０Ｐ．Ｈ．Ｒ．（ゴム１００重量部に対してのフィラー量の割合をいう）を含有し、このシリコンゴムを発泡化することで、同一硬度でフィラーが多量に投入されて熱伝導率が３倍（１．２５Ｗ／ｍＫ）の弾性層３２＿１を得ることができる。ここで、熱伝導の効果を高めようとすると、フィラー量としては、３０Ｐ．Ｈ．Ｒ．以上が良く、好ましくは１００Ｐ．Ｈ．Ｒ．以上が良い。但し、２００Ｐ．Ｈ．Ｒ．以上のものは熱伝導の向上は著しくなるが、フィラーの種類によっては、ゴムとの相溶性が悪く、かえって強度の低下やもろくなる恐れがある。熱伝導性フィラーの例としては、アルミナ、石英、酸化マグネシウム、シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素、カーボンブラック、炭素繊維等がある。

また、弾性層３２＿１は、０．１ｇ／ｃｍ³以上１．０ｇ／ｃｍ³以下の見かけ密度を有する。ここで、見かけ密度とは、弾性層３２＿１において軟質の弾性領域３２＿１２における空隙部分も弾性層３２＿１の構成要素としたときの単位容積あたりの質量をいう。さらに、この弾性層３２＿１は、５０μｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有する。

図４は、図２に示す電磁誘導発熱定着ベルトとは異なる電磁誘導発熱定着ベルトの構造を示す図である。

尚、図２に示す電磁誘導発熱定着ベルト３２の構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付し重複説明は省く。

図４に示す電磁誘導発熱定着ベルト３２０は、弾性層３２＿１よりも上層に、ふっ素系離型層３２＿４を有する。弾性層３２＿１よりも上層にふっ素系離型層３２＿４を有すると、トナー像に対する離型性が高まるため、トナー像のオフセットを防止することができる。また、発熱層３２＿２よりも上層かつ弾性層３２＿１よりも下層に耐熱性樹脂層を有することも好ましい。このようにすると、誘導発熱する発熱層３２＿２が耐熱性樹脂層で機械的な歪みから保護されて耐久性が高まる。さらに、上記耐熱性樹脂層は、熱可塑性ポリイミドを塗布焼成して形成されたものであることも好ましい。耐熱性樹脂層が、熱可塑性ポリイミドを塗布焼成して形成されたものであると、熱硬化過程に発生するガスによる、層形成に与える悪影響（接着阻害、発熱層の劣化促進）を小さく抑えることができる。

図５は、図２に示す電磁誘導発熱定着ベルトを電磁誘導発熱させる電磁誘導加熱装置の原理を示す図である。

図５には、電磁誘導加熱装置３４および電磁誘導発熱定着ベルト３２双方の断面図が示されている。電磁誘導加熱装置３４には、励磁回路３４＿１と、コア３４＿２と、励磁コイル３４＿３とが備えられている。また、電磁誘導発熱定着ベルト３２には、前述したように、弾性層３２＿１と、金属層である発熱層３２＿２と、基材層３２＿３とが備えられている。電磁誘導加熱装置３４は、コア３４＿２に巻回された励磁コイル３４＿３に励磁回路３４＿１から信号を送ることにより、電磁誘導発熱定着ベルト３２を貫通する交番磁界Ｈを生成する。この交番磁界Ｈによって発熱層３２＿２に渦電流Ｂが生じる。この渦電流Ｂによって発熱層３２＿２が発熱し、その電磁誘導発熱定着ベルト３２の表面に担持されたトナー像（図示せず）が加熱されて溶融する。

本実施形態の耐熱性樹脂としては、一般的な耐熱性樹脂であるポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド等のなかでも、ポリイミドとして分類されるものを使用するのが望ましい。ポリイミド層を形成する方法として、ポリアミド酸溶液を、基体上で層状にし、加熱することによってイミド化してポリイミドのベルト状部材とする。基材の耐久性、コストを鑑みて、効果的な組み合わせであり、目的に応じて、熱伝導性フィラー、滑剤、可塑剤、導電性粒子、酸化防止剤その他の添加物を添加してもよい。特に、この耐熱性樹脂層に熱伝導フィラーを添加すると優れた効果が期待できる。

上記ポリイミドは、熱硬化性のものが望ましい。熱硬化性ポリイミドは、分子主鎖中にイミド基が有機基と直結し、これが繰り返し単位となって、高分子化しているものである。有機基は、脂肪族基、芳香族基を意味するが、芳香族基、例えば、フェニル基、ナフチル基、ジフェニル基（２つのフェニル基がメチレン基やカルボニル基を介して結合されたものを含む）であるものが、高い温度まで使用することができ機械的特性が良好なものとなる。

上記ポリアミド酸は、有機酸二無水物と有機ジアミンとの当量を、常温の有機極性溶媒中で縮重合反応させることによって生成することができる。

金属層である発熱層３２＿２上のポリイミドは、熱可塑性のものが望ましい。熱可塑性ポリイミドは、すでにイミド化しているため、加工時の焼成温度を低く抑えることができ、すでに形成した、発熱層３２＿２と耐熱性樹脂層、および発熱層３２＿２と耐熱樹脂層との層間接着力の劣化を小さく抑えることが可能となる。

また、発熱層３２＿２は、無電解めっき層の上に電解めっき層が形成されたものである。さらに、この無電解めっき層は、無電解ニッケルめっき層（あるいは無電解銅めっき層）であり、上記電解めっき層は、厚さ５μｍ以上２０μｍ以下の電解銅めっき層である。このため、電磁誘導発熱定着ベルト３２の内部における誘導発熱の効率が高められる。

さらに、上記耐熱樹脂層は、ポリアミド酸溶液を層状にして加熱することによってイミド化して形成されたポリイミド層である。このため、耐熱性、耐久性、コストの面で優れている。

図６は、電磁誘導発熱定着ベルトを構成する発熱層の製造工程を示す図である。

電磁誘導発熱定着ベルト３２を構成する発熱層３２＿２を製造するには、先ず工程（Ａ）において、金属基材３２＿２１を用意する。次に、工程（Ｂ）において、金属基材３２＿２１をパラジウム触媒等で下処理した後、無電解ニッケル液におよそ５分間浸漬して、厚さ０．５μｍの無電解ニッケルめっき層３２＿２２を得る。

さらに、工程（Ｃ）において、電解銅めっき液に浸漬して電流密度０．６×１０²Ａ／ｍ²でおよそ７５分間めっきを行なって、厚さ１５μｍの電解銅めっき層３２＿２３を得る。このようにして、発熱層３２＿２を製造する。

次に、基体，発熱層，耐熱樹脂層，弾性層，ふっ素系離型層を積層した無端状の定着ベルトである電磁誘導発熱ベルトの製造方法について説明する。

このベルトを製造するには、先ず、金属基材（型）上にポリイミド前駆体なる溶液を浸漬加工にて塗布し、乾燥後、１００℃にて半焼成し、その後、３８０℃で焼成する。次に、無電解ニッケルめっきを０．５μｍ付けた後、電解銅めっきを１０μｍ付ける。さらに、熱可塑性ポリイミドを塗布し乾燥して硬化させ、その後、シランカップリング剤系プライマーを塗布後、熱伝導フィラーを添加する。さらに、発泡シリコンゴムを塗布焼成することで発泡させる。その後、接着層塗布乾燥に加え、ふっ素樹脂ディスパージョンを塗布焼成し、もしくはふっ素樹脂チューブ形成し、無端状の定着ベルトを得る。

図７は、本発明の第２の画像形成装置の一実施形態の概略構成図である。

尚、前述した図１に示す画像形成装置１の構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付し、重複説明は省く。

図２に示す画像形成装置２には、トナー像の転写を受け転写されたトナー像を記録媒体１００に転写する中間転写ベルト３３０（本発明にいう中間転写体の一例に相当）が備えられている。また、張力付与部材３５、駆動ローラ３６、および加圧ローラ３７も備えられている。中間転写ベルト３３０は、張力付与部材３５と駆動ローラ３６とで張架されており、加圧ローラ３７は、駆動ローラ３６と対向して中間転写ベルト３３０を挟むようにして設けられている。また、中間転写ベルト３３０の移動方向における、駆動ローラ３６と加圧ローラ３７とが対向する位置の上流側に、中間転写ベルト３３０を誘導発熱させるための電磁誘導加熱装置３４が備えられている。

このように構成された画像形成装置２では、感光ドラム１１上に形成された各色のトナー像は、順次に中間転写ベルト３３０上に重ねて転写され、フルカラーのトナー像となる。さらに、電磁誘導加熱装置３４で電磁誘導加熱されて溶融し、転写ローラ３６と加圧ローラ３７との間で圧着される。これにより、記録媒体１００上にトナー像が転写されると同時に定着される。このようにして、記録媒体１００上に定着トナー像からなる画像が形成される。

図８は、図７に示す中間転写ベルトを電磁誘導発熱させる電磁誘導加熱装置の原理、およびその中間転写ベルトの構造を示す図である。

図８に示す中間転写ベルト３３０には、弾性層３３０＿１と、その弾性層３３０＿１よりも下層に形成されて外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する発熱層３３０＿２（本発明にいう金属層の他の一例に相当）と、基体３３０＿３とが備えられている。

弾性層３３０＿１は、前述した図３に示す弾性層３２＿１の構造と同様であり、相対的に熱伝導率が高くかつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低くかつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものである。このため、中間転写ベルト３３０の内部で発生した熱は、熱伝導物質を介して弾性層３３０＿１の表面に迅速に伝達される。従って、ウォームアップタイム（定着温度に達するまでの待機時間）の短縮化が図られる。また、弾性層３３０＿１は、熱伝導物質中に軟質の弾性領域が散在するものであるため、弾性層３３０＿１の弾性が損なわれることが防止される。従って、未定着のトナー像を担持した記録媒体１００を通過させるためのニップ幅を確実に確保することができる。

この図８に示す電磁誘導加熱装置３４からの交番磁界Ｈによって、上述した中間転写ベルト３３０を構成する発熱層３３０＿２に渦電流Ｂが生じ、この渦電流Ｂによって発熱層３３０＿２が発熱し、中間転写ベルト３３０の表面に担持されたトナー像が加熱されて溶融し、転写ローラ３６と加圧ローラ３７との間で圧着され、最終的に記録媒体１００上に定着トナー像からなる画像が形成される。

以上説明したように、本実施形態の画像形成装置１，２における電磁誘導発熱ベルト３２，中間転写ベルト３３０によれば、内部で発熱された熱をより早く伝えることが可能なため、ウォームアップタイムを短くすることが可能である。さらに、ウォームアップタイムが短いことで、電子写真方式における装置の待機電力の中で定着部品に係る電力を低減することが可能である。電子写真方式における装置の待機電力のほとんどは、定着部の予備過熱であるため、本実施形態により、待機電力を小さく抑えることが可能であり、省エネルギーの実現化が図られる。

次に、本発明の実施例について説明する。

ここでは、図１に示す電磁誘導発熱ベルト３２の製造例について説明する。

最初にポリイミド形成を行なった。ここでは、金属基材（型）をポリイミド前駆体（Ｕ−ワニスＳ：宇部興産株式会社製）なる溶液に浸漬し、速度４０ｍｍ／ｍｉｎにて引き上げて塗布し、１００℃にて半焼成した。その後、３８０℃で焼成してベルトを得た。

次に、金属接着前処理を行なった。ここでは、上記ベルトを＃１００の酸化アルミニウムでブラスト加工し、表面粗さＲｚをおよそ１５．０μｍにした。

さらに、無電解ニッケル処理を行なった。ここでは、上記ベルトをパラジウム触媒処理後、無電解ニッケルめっきを０．５μｍ付けた。

次に、電解銅めっき処理を行なった。ここでは、上記ベルトを電解銅めっき液に浸漬し、金属銅をおよそ１５μｍ付けた。

さらに、熱可塑性ポリイミド形成を行なった。ここでは、上記ベルト上に熱可塑性ポリイミドを浸漬し、速度４０ｍｍ／ｍｉｎで引き上げて塗布し、１００℃にて乾燥し、その後、２５０℃で焼成した。

次に、弾性層形成処理を行なった。ここでは、上記ベルトにシランカップリング剤系プライマー（ＤＹ３９−０６７：東レダウコーニングシリコーン株式会社製）処理後、導電性カーボンが１００部配合された発泡シリコンゴムを、押し出し加工にて形成および型中にて１７０℃で加熱成形を行なった。その後、２００℃で２時間２次加硫し、約２００μｍの発泡シリコンゴムの膜を得た。

さらに、ふっ素樹脂層形成処理を行なった。ここでは、上記ベルトに接着層としてプライマー（信越化学製）をブレードコーターにより塗布し、１５０℃で焼成後、さらに離型層として、ふっ素樹脂チューブを被せ、２００℃で４時間接着焼成し、無端状ベルト定着ベルトを得た。

次に、発熱性評価を行なった。図１に示す中間転写体１６から転写ローラ２２により未定着トナー像が転写された記録媒体１００を、電磁誘導加熱装置３４をもつ定着装置３０により加熱定着を行なうように、上記ベルトを装着し、誘導発熱評価を行なったところ、以下の表１に示すように、５０部（シリコンゴム１００ｇに対し熱伝導性フィラー５０ｇの割合）以上では、１７０℃の設定温度に到達するまで５秒未満であることが確認できた。

従って、従来のソリッド状のシリコンゴムでベルトを形成した場合、どんなに早くても１０秒程度の時間がかかっていたが、本実施例では半分以下の時間で済むようになった。

本発明の第１の画像形成装置の一実施形態の概略構成図である。 図１に示す電磁誘導発熱定着ベルトの構造を示す図である。 図２に示す弾性層の内部構造を示す図である。 図２に示す電磁誘導発熱定着ベルトとは異なる電磁誘導発熱定着ベルトの構造を示す図である。 図２に示す電磁誘導発熱定着ベルトを電磁誘導発熱させる電磁誘導加熱装置の原理を示す図である。 電磁誘導発熱定着ベルトを構成する発熱層の製造工程を示す図である。 本発明の第２の画像形成装置の一実施形態の概略構成図である。 図７に示す中間転写ベルトを電磁誘導発熱させる電磁誘導加熱装置の原理、およびその中間転写ベルトの構造を示す図である。

符号の説明

１，２ 画像形成装置
１１ 感光ドラム
１２ 帯電装置
１３ レーザースキャナ
１４ ミラー
１５ 現像装置
１６ 中間転写体
１７ クリーニング装置
１８ 露光ランプ
１９ 給紙ユニット
２０ 給紙ローラ
２１ レジストローラ
２２ 転写ローラ
２３ 記録媒体ガイド
３０ 定着装置
３１ 加圧定着ローラ
３２，３２０ 電磁誘導発熱定着ベルト
３２＿１，３３０＿１ 弾性層
３２＿２，３３０＿２ 発熱層
３２＿３，３３０＿３ 基体
３２＿４ ふっ素系離型層
３２＿１１ 熱伝導物質
３２＿１２ 弾性領域
３２＿２１ 金属基材
３２＿２２ 無電解ニッケルめっき層
３２＿２３ 電解銅めっき層
３３ 押圧パッド
３４ 電磁誘導加熱装置
３４＿１ 励磁回路
３４＿２ コア
３４＿３ 励磁コイル
３５ 張力付与部材
３６ 駆動ローラ
３７ 加圧ローラ３７
１００ 記録媒体
３３０ 中間転写ベルト

Claims (16)

1. 弾性層を有し該弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材において、
   前記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする熱伝導部材。
2. 前記弾性層は熱伝導フィラーが配合されるとともに、前記弾性領域に気体が入り込んだ多孔性材料からなるものであることを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
3. 前記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
4. 前記弾性層よりも上層に、ふっ素系離型層を有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
5. 前記金属層よりも上層かつ前記弾性層よりも下層に耐熱性樹脂層を有し、かつ前記弾性層よりも上層にふっ素系離型層を有することを特徴とする請求項３記載の熱伝導部材。
6. 前記弾性層が、１．２５Ｗ／ｍＫ以上５０．０Ｗ／ｍＫ以下の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
7. 前記金属層は、無電解めっき層の上に電解めっき層が形成されたものであることを特徴とする請求項３記載の熱伝導部材。
8. 前記無電解めっき層は、無電解ニッケルめっき層あるいは無電解銅めっき層であり、前記電解めっき層は、厚さ５μｍ以上２０μｍ以下の電解銅めっき層であることを特徴とする請求項７記載の熱伝導部材。
9. 前記耐熱樹脂層は、ポリアミド酸溶液を層状にして加熱することによってイミド化して形成されたポリイミドの層であることを特徴とする請求項５記載の熱伝導部材。
10. 前記耐熱性樹脂層は、熱可塑性ポリイミドを塗布焼成して形成されたものであることを特徴とする請求項５記載の熱伝導部材。
11. 前記弾性層が、０．１ｇ／ｃｍ³以上１．０ｇ／ｃｍ³以下の見かけ密度を有するものであることを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
12. 前記弾性層が、５０μｍ以上３ｍｍ以下の厚みを有するものであることを特徴とする請求項１記載の熱伝導部材。
13. トナー像を形成し該トナー像を記録媒体に転写して該記録媒体上に定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
    トナー像が転写された記録媒体を挟んで加熱および加圧することにより該トナー像を記録媒体上に定着する一対の部材を有する定着装置を備え、
    前記一対の部材のうちの少なくとも一方の部材が、弾性層を有し該弾性層を通過させて前記トナー像に伝熱する回転体からなる熱伝導部材であって、
    前記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする画像形成装置。
14. 前記熱伝導部材は、前記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有するものであって、
    前記定着装置は、さらに、前記熱伝導部材に対向して配置された電磁誘導コイルを備えたものであることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
15. トナー像を形成し該トナー像を最終的に記録媒体に転写して該記録媒体上に定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
    前記トナー像の転写を受け転写されたトナー像を前記記録媒体に転写する中間転写体を備え、
    該中間転写体は、弾性層を有し該弾性層を通過させて伝熱する回転体からなる熱伝導部材からなり、
    前記弾性層は、相対的に熱伝導率が高く、かつ相対的に硬質の熱伝導物質中に、相対的に熱伝導率が低く、かつ相対的に軟質の弾性領域が散在したものであることを特徴とする画像形成装置。
16. 前記中間転写体を構成する熱伝導部材は、前記弾性層よりも下層に、外部から付与された交番磁場により渦電流を生じて誘導発熱する金属層を有するものであって、
    この画像形成装置は、さらに、前記熱伝導部材に対向して配置された電磁誘導コイルを備えたものであることを特徴とする請求項１５記載の画像形成装置。

Images