JP5386909B2 - 定着ベルト、定着装置、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、定着ベルト、これを用いた定着装置、及びこの定着装置を用いた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ー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トナー像を記録媒体上に定着し、永久画像にするための工程を定着工程と呼んでいる。この定着工程では、従来より、圧力定着、オーブン定着、溶剤定着、熱圧力定着法等の方式が利用されているが、これらの方式の中でも熱を有効に伝えられ、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ため、熱圧力定着法がもっとも一般的である。

ところで、定着装置では、紙シワや紙詰まりを抑制する目的で、定着ロールをフレア形状（ロールの両端部から中央部に向かってその外径が連続的に小さくなって行く形状）に加工し、ロールの回転によって、ロールの軸方向の両端側に記録媒体を引っ張るように複写紙を搬送しながら定着するという方法が広く知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

また、近年はウォームアップ（定着装置において定着可能温度までの到達させること）の短縮や少熱容量化により、それらに対応した定着装置として、ベルト定着方式の開発が活発に行われ採用されている。このベルト定着方式に用いられる定着ベルト、特にカラー機には、ポリイミド樹脂等の管状耐熱性基材の外面にシリコーンゴムなどの弾性層を有し、その弾性層の外面にフッ素樹脂などの離型層が形成された３層構造の柔軟性と離型性を兼ね備えた定着ベルトを用いることが多く、さらに最近では、電磁誘導加熱方式による定着ベルトとして、発熱層となる金属層や保護層を有し、多層構造化かつ少熱容量化になっている。

これら定着ベルトは、製法及び構成上から、フレア形状化が極めて困難とされていたが、フレア形状が形成されている耐熱性基材（管状物）の外面に、弾性層前駆体を所定の速度で吐出しつつ、かつ耐熱性基材の速度を制御させながら移動させ、耐熱性基材層の外側表面に弾性層前駆体を所定の膜厚でフレア形状に成形する弾性層前駆体の吐出量と、耐熱性基材の移動速度のいずれか一つを制御しながら成形する定着ベルト製造法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特許公開平７−１２１０４５号公報 特開２００２−１４５６０号公報 特開２０００−９４４６１号公報 特開２００６−１９９０２６号公報

本発明の課題は、フレア形状のベルトに比べ、ベルトの搬送性及び耐久性の低下を抑制すると共に、記録媒体のしわ及び定着不良を抑制する定着ベルトを提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
基材層と、
前記基材層の外周面上に配設される金属発熱層と、
前記金属発熱層の外周面上に配設される金属保護層であって、ニッケル又はニッケル合金を含んで構成される金属保護層と、
前記金属保護層の外周面上に配設される弾性層と、
予め定められた間隔で前記金属保護層の外周面のベルト軸方向両端部に設けられると共に、ベルト軸方向両端部からベルト軸方向中央部側へベルト回転方向に向くようにベルト軸方向に対して傾斜して設けられる複数の段差部と、
を備えることを特徴とする定着ベルト。

請求項２に係る発明は、
前記段差部の高さが、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。

請求項３に係る発明は、
前記段差部とベルト回転方向とのなす角度が、鋭角で３０度以上７０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。

請求項４に係る発明は、
ベルト軸方向両端部の一方に設けられる前記段差部とベルト軸方向両端部の他方に設けられる前記段差部とが、対称形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。

請求項５に係る発明は、
前記弾性層の下層が前記基材層であり、前記段差部が前記基材層の外周面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。

請求項６に係る発明は、
前記基材層と前記弾性層との間に発熱層と前記発熱層の外周面側に配設される保護層とを有すると共に、前記段差部が当該保護層に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。

請求項７に係る発明は、
記録媒体上のトナー像を加熱するための加熱部材と、前記加熱部材を加圧して配設される加圧部材と、を少なくとも備え、
前記加熱部材が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着ベルトであることを特徴とする定着装置。

請求項８に係る発明は、
像保持体と、該像保持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた前記像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を少なくとも備え、
前記定着手段が、請求項７に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

請求項１に係る発明によれば、フレア形状のベルトに比べ、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。
請求項２に係る発明によれば、段差部の高さを考慮しない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制される。
請求項３に係る発明によれば、段差部とベルト回転方向とのなす角度を考慮しない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制されると共に、記録媒体の詰まりが抑制される。
請求項４に係る発明によれば、ベルト軸方向両端部に設けられる段差部が対称形状でない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制されると共に、記録媒体の搬送方向のずれが抑制される。
請求項５に係る発明によれば、発熱源を持たない定着ベルトであっても、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。
請求項６に係る発明によれば、発熱源を持つ定着ベルトであっても、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。
請求項７に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。
請求項８に係る発明によれば、本構成を有しない場合に比べて、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制された定着画像が得られる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る定着ベルトを示す概略斜視図である。図３は、第１実施形態に係る定着ベルトを示す側面図である。

第１実施形態に係る定着装置１００は、図１に示すように、定着ベルト１０の外周面に接触するように、加圧ロール（加圧部材）１１が設けられており、加圧ロール１１と定着ベルト１０との間の接触領域が形成される。この接触領域において、定着ベルト１０は、加圧ロール１１の周面に沿った形に湾曲している。
ここで、加圧ロール１１は、例えば、基体１１Ａ上に、シリコーンゴム等による弾性層１１Ｂが形成され、更にその上に、フッ素系化合物等による離型層１１Ｃが形成された構成を有する。

定着ベルト１０の内周面に接触し、加圧ロール１１に向けて定着ベルト１０の内周面を押圧する押圧部材１３が設けられている。押圧部材１３により、定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域にかかる圧力を、局所的に、高められる。押圧部材１３は、定着ベルト１０の内周面に接して押圧する、金属、耐熱樹脂、又は耐熱ゴム等によるパッド１３Ｂと、このパッド１３Ｂを支持する支持体１３Ａとから構成されている。

定着ベルト１０の外側であって、定着ベルト１０を中心として加圧ロール１１と対向する位置に、電磁誘導コイル（励磁コイル）１２ａを内蔵した電磁誘導装置（電磁誘導加熱手段）１２が設けられている。電磁誘導装置１２は、電磁誘導コイル１２ａに交流電流を印加することにより、発生する磁場を励磁回路で変化させ、定着ベルト１０の金属発熱層に渦電流を発生させるものである。この渦電流が金属発熱層の電気抵抗によって熱（ジュール熱）に変換され、その結果として、定着ベルト１０の表面が発熱することになる。
なお、定着ベルト１０の金属発熱層を発熱させるものであれば、電磁誘導装置１２の設置位置は特に限定されない。

次に、本実施形態に係る定着ベルト１０について詳細に説明する。
本実施形態に係る定着ベルト１０は、図２及び図３に示すように、例えば、基材層１０Ａの外周面上に、下地金属層１０Ｂ、電磁誘導作用により自己発熱する金属発熱層１０Ｃと、金属保護層１０Ｄと、弾性層１０Ｅと、離型層１０Ｆと、が順に形成された層構成を有する無端ベルトである。そして、金属保護層１０Ｄには、予め定められた間隔で金属保護層１０Ｄ（弾性層１０Ｅの直下下層）のベルト軸方向両端部に設けられると共に、ベルト軸方向両端部からベルト軸方向中央部側へベルト回転方向に向くようにベルト軸方向に対して傾斜して、複数の段差部１０Ｇが設けられている。

以下、本実施形態に係る定着ベルト１０を構成する各層についてより詳細に説明する。なお、各層の符号は、省略して説明する。

［基材層］
基材層は、隣接して設けられた金属発熱層が発熱した状態でも物性低下がなく、高強度を維持する層であることがよい。このため、基材層は、主として耐熱性樹脂から構成される（ここで、本明細書において、「主として」、「主成分」とは、質量比で５０％以上であることを意味し、以下も同義である）。また、基材層は、金属基材層（金属フィルム）を適用してよい。

耐熱性樹脂から主に構成される基材層の場合、定着ベルトの内周面と接触する押圧部材との摺動性を確保することでき、押圧部材の寿命を延長させることも可能である。更に、耐熱性樹脂には断熱効果があるため、金属発熱層で発生した熱を押圧部材へ逃がすことなく効率よく使うことも可能である。

基材層を構成しうる耐熱性樹脂としては、ポリイミド、芳香族ポリアミド、サーモトロピック液晶ポリマー等の液晶材料など、高耐熱・高強度樹脂等が挙げられるが、これら以外にも、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、ポリイミドアミド等が用いられる。これらの中でも、ポリイミドが望ましい。
また、耐熱性樹脂中に断熱効果のあるフィラーを加えたり、耐熱性樹脂を発泡させることにより、断熱効果を更に向上させてもよい。

基材層の厚さは、定着ベルトの長期に渡る繰り返しの周動搬送を実現する剛性と柔軟性とを両立させる観点から、１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲が望ましく、３０μｍ以上８０μｍ以下の範囲がより望ましい。
基材層の厚みが１０μｍ未満では剛性が弱く、皺が生じたり、両端に亀裂が生じてしまう場合がある。一方、基材層の厚みが１００μｍを超えると、柔軟性を確保できなくなる場合や、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。

［下地金属層］
下地金属層は、例えば、耐熱性樹脂で構成される基材層の外周面に金属発熱層を電解メッキ法により形成するために形成される層であり、必要に応じて設けられるものである。金属発熱層の形成加工方法としては、コスト等の観点から電解めっき法が望ましいとされていることから、基材層に耐熱性樹脂で構成される基材層を用いる場合は、直接電解めっきができない。このため、金属発熱層形成の為に、下地金属層が必要となる。この下地金属層を形成する方法としては、化学めっき法が望ましく、中でも一般的な化学ニッケルが望ましい。

下地金属層の厚みは、柔軟性を損なわない範囲であることが望ましく、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲が望ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲がより望ましい。

［金属発熱層］
金属発熱層は、磁界が印加された際にこの層内に発生する渦電流により発熱する機能を有する発熱層であり、電磁誘導作用を生ずる金属が用いられて構成される。
電磁誘導作用を生ずる金属としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、クロム、錫、亜鉛などの単一金属、若しくは２種類以上の合金のどちらでも選択可能である。この中でも、固有抵抗が低く、十分な発熱が得られる点から、銅、金、銀及びこれらの合金が望ましく、更に、コスト及び加工性から、特に、銅或いは銅を主成分とする合金が望ましい。

金属発熱層の厚さは、熱容量の点から薄いほうが望ましいが、厚さが１μｍ未満になると、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、又は、定着可能な温度まで加熱することができなくなる場合がある。また、金属発熱層の厚さが５０μｍを超えると、渦電流は発生するものの、抵抗値が低すぎるために発熱が不足し、ウォームアップ時間が長くなる場合がある。また、金属発熱層自体の熱容量が大きくなってしまうことからもウォームアップ時間が長くなってしまう場合がある。
従って、金属発熱層の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが望ましく、５μｍ以上２０μｍ以下の範囲であることがよりに望ましい。

また、金属発熱層の弾性率は、定着ベルトの長期に渡る繰り返しの周動搬送を可能とする剛性と柔軟性とを両立させる観点から、１０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上２５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下の範囲が望ましく、１５００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上１５０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以下の範囲がより望ましい。

［金属保護層］
金属保護層には、予め定められた間隔で金属保護層（弾性層よりも下層）のベルト軸方向両端部（ベルト幅方向両端部）の外周面に設けられると共に、ベルト軸方向両端部からベルト軸方向中央部側へベルト回転方向に向くようにベルト軸方向に対して傾斜して、複数の段差部が設けられている。言い換えれば、複数の段差部は、ベルト軸方向中央部側からベルト軸方向両端部へベルト回転方向とは逆方向に向くように、ベルト軸方向に傾斜して設けられている。

つまり、段差部は、金属保護層のベルト軸方向に対して傾斜すると共に、外側（ベルト軸方向両端部側）の一端が、内側（ベルト軸方向中央部側）の他端よりも、ベルト回転方向下流側に位置して設けられている。この如く形成される段差部は、予め定められた間隔で平行（厳密に平行である必要はない）に複数配設、即ち所謂スパイラル状に複数配設されている。

段差部は、金属保護層の凹状の溝（又は凸状の突出部）を予め定められた間隔で配設することで設けられる。また、段差部は、定着時（定着ベルトと加圧ロールとの接触領域）において、記録媒体の幅方向両端部（記録媒体におけるベルト軸方向の両端部）と接触する領域と重なる領域に設けられる。

段差部の高さ（図３中Ｈ：凹状の溝深さ又は凸状の突出部の高さ）は、５μｍ以上の範囲であることが望ましく、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲であることがより望ましい。この段差部の高さが上記範囲であると、当該高さを考慮しない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制される。一方、この段差部の高さが高すぎると、定着不良が生じることがある。

段差部は、ベルト回転方向（図２中矢印Ａ）とのなす角度（図２中θ：）が、鋭角で３０度以上７０度以下であること望ましく、４０度以上６０度以下の範囲であることがより望ましい。この角度が上記範囲であると、段差部とベルト回転方向とのなす角度を考慮しない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制されると共に、記録媒体の詰まりが抑制される。

段差部は、ベルト軸方向両端部の一方に設けられる段差部とベルト軸方向両端部の他方に設けられる段差部とが、対称形状となるように設けることがよい。これにより、ベルト軸方向両端部に設けられる段差部が対称形状でない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制されると共に、記録媒体の搬送方向のずれが抑制される。なお、対称形状とは、ベルト軸方向に対して直交方向でベルト軸方向中心を通る軸を対称軸としたときに、対称となる形状を意味する。

段差部を設ける間隔（凹部又は凸部を設ける間隔）は、１０μｍ以上３ｍｍ以下の範囲であることが望ましく、５０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲であることがより望ましい。この間隔が上記範囲であると、当該間隔を考慮しない場合に比べ、記録媒体のしわが抑制される。
段差部を設ける領域は、記録媒体の幅方向両端部がそれぞれ重なる領域であることがよく、ベルト軸方向端部から中央部へ２００ｍｍ以内の領域であることが好ましく、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲であることがより望ましい。

段差部が設けられる金属保護層は、例えば、銅、又はニッケルを含んで構成されることがよく、特に、繰り返しの変形によるクラック（割れ）の発生、及び繰り返し加熱での酸化劣化等の抑制の点から、耐酸化金属であるニッケル（又はニッケル合金）であることが望ましい。また、金属保護層の形成は、薄膜での加工性も考慮した場合、電解めっき法が望ましいことから、金属保護層は、強度が高く一般的な電解ニッケルめっきが望ましい。

金属保護層の厚さは、その材質により最適な厚さは異なるが、例えば、ニッケル（又はニッケル合金）を金属保護層に用いる場合には、その厚さが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲であることが望ましく、５μｍ以上１０μｍ以下の範囲であることがより望ましい。

［弾性層］
弾性層は、記録媒体上のトナー像の凹凸に追従して、定着ベルト表面がトナー像に密着する役割を担う層である。特に、カラー画像を形成する場合、弾性層により、記録媒体及びトナー像の加熱ムラ及び光沢ムラが抑制された画像が得られる。また、弾性層が加圧部材との接触領域内で変形し、低荷重でも接触幅が得られことから、プロセス速度（記録媒体の搬送速度）が速くなってもトナー像への熱の受け渡しができて定着が行われ、白黒画像を形成する場合でも、高速化が実現される。

弾性層とは、１００Ｐａの外力印加により変形させても、もとの形状に復元する材料から構成される層であることを意味する。

弾性層を構成する材料としては、公知の弾性材料が挙げられる。弾性材料としては、例えば、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性のゴムを用いることが望ましい。この耐熱性のゴムとしては、例えば、東レダウコーニングシリコーン社製の液状シリコーンゴムＳＥ６７４４や、ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ ｅｌａｓｔｍｅｒｓ社製のバイトンＢ−２０２等が挙げられる。

［離型層］
離型層は、記録媒体と接触する側の面（外周面）に、定着時に溶融状態のトナー像が固着するのを抑制する役割を担う層である。離型層は、必要に応じて設けられる。

離型層は、フッ素系化合物等の低表面エネルギー材料を主成分として含んで構成されることがよい。フッ素系化合物としては、例えば、フッ素ゴムや、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」という）、パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、「ＰＦＡ」という）、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体（以下、「ＦＥＰ」という）等のフッ素樹脂などが挙げられるが、特に限定されるものではない。

離型層の厚さは、１μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが望ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることがより望ましい。

ここで、各層の膜厚の測定は、以下のようにして行われる。即ち、基材層の膜厚は、渦電流式膜厚計（（株）フィッシャー・インストルメンツ製）により測定した。また、金属発熱層、及び金属保護層の膜厚は、蛍光Ｘ線膜厚計（（株）フィッシャー・インストルメンツ製）により測定した。

−定着ベルトの製造方法−
本発明の定着ベルトの製造方法としては、公知の方法が利用される。なお、下地金属層、金属発熱層及び金属保護層とは膜厚が薄く、これらの層単体での取り扱いが難しいため、基材層上に、メッキ法などにより、下地金属層、金属発熱層、及び金属保護層をこの順に形成することが望ましい。そして、金属保護層上に、弾性層や離型層を形成する。

ここで、金属保護層に上記段差部を設ける手法としては、例えば、以下の手法が挙げられる。無論、これに限られるものではない。
１）基材層、下地金属層、及び金属発熱層のいずれかを、切削又は研磨することで段差部（凹凸）を形成し、メッキ法により基材層上に、下地金属層、金属発熱層、及び金属保護層を順次形成することで、下層の段差部（凹凸）に沿った段差部（凹凸）を金属保護層に形成する手法
２）金属保護層を形成した後、当該層に直接、切削又は研磨することで、段差部（凹凸）を形成する手法

一方、金属保護層上に、弾性層と離型層を塗布法により形成する場合には、これらの層を塗布形成する前に、金属保護層表面や弾性層表面に必要に応じて適切なプライマー材料による前処理を行うことが望ましい。この前処理を行うことにより各層間の接着性がより向上される。

また、金属保護層上に、弾性層及び離型層を塗布法により積層形成する場合には、塗布形成された塗膜を加熱処理するプロセスを経て離型層や弾性層が形成される。この塗膜の加熱処理に際しては、不活性ガス（窒素ガス・アルゴンガス等）雰囲気下で行ってもよい。

以下、本実施形態に係る定着装置１００における電磁誘導作用による定着ベルトの金属発熱層の発熱原理を以下に説明する。
まず、不図示の励磁回路により電磁誘導コイル１２ａに交流電流が印加されると、電磁誘導コイル１２ａの周囲に磁束が生成消滅を繰り返す。この磁束が定着ベルト１０の金属発熱層を横切るとき、その磁束の変化を妨げる磁界を生じるように金属発熱層中に渦電流が発生する。この渦電流と金属発熱層の固有抵抗によってジュール熱が発生する。

金属発熱層中に発生した渦電流は、表皮効果のためにほとんど金属発熱層の電磁誘導装置１２側の面に集中して流れ、金属発熱層の表皮抵抗Ｒｓに比例した電力で発熱を生じる。
ここで、角周波数をω、透磁率をμ、固有抵抗をρとすると、表皮深さδは下式（１）で示される。
式（１） δ＝（２ρ／ωμ）^１／２

また、表皮抵抗Ｒｓは下式（２）で示される。
式（２） Ｒｓ＝ρ／δ＝（ωμρ／２）^１／２

更に、定着ベルト１０の金属発熱層１０Ｃに発生する電力Ｐは、定着ベルト１０中を流れる電流をＩｈ、面積をＳとすると、下記式（３）で表わされる。
式（３） Ｐ∝Ｒｓ∫｜Ｉｈ｜２ｄＳ

したがって、表皮抵抗Ｒｓを大きくするか、或いは電流Ｉｈを大きくすれば電力Ｐを増すことができ、発熱量を増すことが可能となる。ここで表皮深さδ（ｍ）は、励磁回路の周波数ｆ（Ｈｚ）と、比透磁率μｒと、固有抵抗ρ（Ω・ｍ）により下式（４）で表わされる。
式（４） δ＝５０３（ρ／（ｆμｒ））^１／２

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、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆に言うとほとんどのエネルギーはこの深さまで吸収されている。
ここで、定着ベルトの金属発熱層の厚みは、上記式で表わされる表皮深さより厚く（３μｍ以上１００μｍ以下）することが望ましい。金属発熱層の厚みが３μｍよりも小さいと、ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれないため効率が悪くなる場合があるためである。

次に、本実施形態に係る電磁誘導加熱方式の定着装置１００による定着について説明する。
まず、不図示の駆動装置により加圧ロール１１が矢印Ｃ方向に回転し、それにつれて定着ベルト１０も矢印Ｂ方向に従動回転する。ここで、トナー像１４が形成された記録媒体１５は、上記発熱機構により発熱した定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域を矢印Ａ方向に挟持搬送される。この際、定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域では、トナー像１４は溶融状態で記録媒体１５の表面に押圧され、記録媒体１５の表面に定着される。
ここで、定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域の出口では、定着ベルト１０が押圧部材１３による押圧から解放されて基材層側へ大きな曲率で曲げ回され、定着ベルト１０の形状が変化する。一方、記録媒体１５は、定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域に送り込まれた際、加圧ロール１１の周面に沿って進む。このため、記録媒体１５は、自身の剛性によって定着ベルト１０から剥離され、セルフストリッピング（ベルトに記録媒体１５が巻き付かないこと）が実現される。上記のように定着ベルト１０が大きく曲げ回されるときの曲率半径は、５ｍｍ程度である。

なお、ここでは、加圧ロール１１が駆動し、定着ベルト１０が従動する態様を示したが、定着ベルト１０を駆動して、加圧ロール１１を従動させる駆動方法を適用してもよい。その場合、定着ベルト１０を駆動させることにより、加圧ロールが非接触な状態でウォームアップが可能になり、熱容量の小さいベルトのみを加熱するためウォームアップタイムが短くなる。また、加圧ロール駆動の際に必要となる、加圧ロールの熱膨張による通紙速度の変化を相殺するためのフィードバック制御等が不要になるため、ベルト駆動の方が望ましい。

以上説明した本実施形態に係る定着装置１００では、これに用いる定着ベルト１０として、弾性層１０Ｅの下層（本実施形態では金属保護層１０Ｄ）に上記特定の段差部１０Ｇを設けた定着ベルトを採用する。この定着ベルト１０は、加圧ロール１１（加圧部材）との接触領域に、トナー像を保持した記録媒体１５が浸入すると、記録媒体１５の幅方向両端部は定着ベルト１０の段差部１０Ｇが設けられた領域の弾性層１０Ｅ（本実施形態では離型層１０Ｆ）と接触する。この段差部が設けられた領域の弾性層１０Ｅ（本実施形態では離型層１０Ｆ）では、加圧ロール１１（加圧部材）により圧力が加えられると、段差部１０Ｇとそれ以外の領域（凹部と凸部）で圧力の分布が生じる。これにより、当該段差部１０Ｇに沿った定着ベルト１０外方向（ベルト軸方向）に向かった力（図４矢印Ｂ）が、搬送方向（図４中矢印Ａ）とは別に当該記録媒体１５に掛かることになる（図４参照）。つまり、記録媒体は、その幅方向両端部が双方外側へ引っ張られつつ、定着がなされる。
また、段差部１０Ｇは、弾性層１０Ｅに直接設けず、その下層（本実施形態では金属保護層１０Ｄ）に設けられることから、弾性層１０Ｅに極端な凹凸が形成されないと共に、定着ベルト１０と加圧ロール１１との接触領域において生じる段差部１０Ｇも定着に影響がでない程度に抑えられる。
加えて、フレア形状のベルトの如く、ベルトの厚みを変化させる必要がない。

したがって、本実施形態では、発熱源を持つ定着ベルト１０であっても（電磁誘導加熱方式の定着ベルト）、フレア形状のベルトに比べ、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。図６は、第２実施形態に係る定着ベルトを示す概略斜視図である。図７は、第２実施形態に係る定着ベルトを示す側面図である。

第２実施形態に係る定着装置１０２は、図５に示すように、定着ベルト３０に接するように加圧ロール３１が配され、定着ベルト３０と加圧ロール３１とにより接触領域を形成している。加圧ロール３１は、例えば、基体３１Ａ上にシリコーンゴム等による弾性層３１Ｂを形成し、さらにその上層に離型層３１Ｃを形成したものである。

定着ベルト３０内側には、加圧ロール３１と対向する位置に、例えば鉄製の圧力ロール３３Ａと、逆Ｔ字型をした圧力印加部材３３Ｂと、潤滑剤を含浸させた金属パッド３３Ｃとからなる押圧部材３３が配されている。圧力印加部材３３Ｂは、圧力ロール３３Ａを介して定着ベルト３０を加圧ロール３１に押しつけ、上記接触領域に押圧力を加える。このとき圧力印加部材３３Ｂは、金属パッド３３Ｃが圧力ロール３３Ａの内面を滑りながら押圧力を印加している。なお、圧力ロール３３Ａの内面には潤滑性のある耐熱オイルがコーティングされていることが望ましい。
また、定着ベルト３０の内側には、定着ベルト３０の接触領域を加熱するためのヒータランプなどの加熱源３２が配されている。

本実施形態に係る定着装置１０２では、定着ベルト３０と加圧ロール３１（加圧部材）とにより形成される接触領域にトナー像を保持する記録媒体を通過させ、熱及び圧力によって定着を行なう。つまり、圧力ロール３３Ａの矢印Ｄ方向への回転に従動して定着ベルト３０は矢印Ｂ方向に回転し、それにつれて加圧ロール３１も矢印Ｃ方向に従動回転する。そして、トナー像３４が形成された記録媒体３５は矢印Ａ方向に、上記定着ベルト３０と加圧ロール３１との接触領域に挿通され、加熱溶融及び加圧されトナー像が定着される。

次に、本実施形態に係る定着ベルト３０について詳細に説明する。
本実施形態に係る定着ベルト３０は、図６及び図７に示すように、例えば、基材層３０Ａの外周面上に、弾性層３０Ｂと、離型層３０Ｃと、が順に形成された層構成を有する無端ベルトである。そして、基材層３０Ａには、予め定められた間隔で基材層３０Ａ（弾性層３０Ｂの直下下層）のベルト軸方向両端部に設けられると共に、ベルト軸方向両端部からベルト軸方向中央部側へベルト回転方向に向くようにベルト軸方向に対して傾斜して、複数の段差部３０Ｄが設けられている。

この基材層３０Ａに設けられる段差部３０Ｄは、例えば、次の手法により設けられる。
１）筒状金型の内面に段差部３０Ｄに相当する凹凸を設け、当該筒状金型の内面に基材層形成用樹脂を塗布して基材層３０Ａを形成して、当該基材層３０Ａに段差部３０Ｄを設ける手法。
２）基材層３０Ａを形成した後、切削又は研磨により段差部３０Ｄを形成する手法。

なお、これら以外、本実施形態に係る定着ベルト３０を構成する各層は、上記第１実施形態と同様なため説明を省略する。

以上説明した本実施形態に係る定着装置１０２では、これに用いる定着ベルト３０として、弾性層３０Ｂの下層（本実施形態では基材層３０Ａ）に上記特定の段差部３０Ｄを設けた定着ベルトを採用する。

このため、本実施形態では、上記第１実施形態と同様の理由から、発熱源を持ない定着ベルト３０（ハロゲンランプなどの加熱源を持つ加熱方式の定着ベルト）であっても、フレア形状のベルトに比べ、ベルトの搬送性及び耐久性の低下が抑制されると共に、記録媒体のしわ及び定着不良が抑制される。

〔第３実施形態〕
図８は、第３実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。なお、第３実施形態に係る画像形成装置は、上記第１又は第２実施形態に係る定着装置を備える画像形成装置である。

第３実施形態に係る画像形成装置２００は、例えば、感光体ドラム（像保持体）２０２、帯電装置（帯電手段）２０４、レーザースキャナ（潜像形成手段）２０６、ミラー２０８、現像装置（現像手段）２１０、中間転写体２１２、転写ロール（転写手段）２１４、クリーニング装置２１６、除電装置２１８、現像装置（現像手段）１００、給紙ユニット２２０、給紙ローラ２２２、レジストローラ２２４、及び、記録媒体ガイド２２６を備える。

具体的には、例えば、感光体ドラム２０２の周囲に沿って矢印方向に順に、感光体ドラム２０２に近接して設けられその表面を帯電させる帯電装置２０４（非接触型の帯電装置）と、感光体ドラム２０２の表面に形成された潜像にトナーを付与することによりトナー像を形成する回転式の現像装置２１０と、外周面が感光体ドラム２０２表面に接触し矢印Ｄ方向及び矢印Ｅ方向の両方に回転可能な中間転写体２１２と、中間転写体２１２表面にトナー像を転写した後の感光体ドラム２０２表面を清掃するクリーニング装置２１６と、感光体ドラム２０２表面を除電する除電装置２１８と、が設けられている。

なお、帯電装置２０４と現像装置２１０との間の感光体ドラム２０２表面には、感光体ドラム２０２表面に潜像を形成するために、各色の画像情報（信号）に応じたレーザー光が、ミラー２０８を介してレーザースキャナ２０６より照射される。

現像装置２１０は、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た各色の現像器（不図示）を備えており、現像装置２１０が矢印方向に回転することにより、感光体ドラム２０２の表面に形成された潜像に各色のトナーを付与し、トナー像を形成することが可能である。

中間転写体２１２の周囲には、感光体ドラム２０２の他に、転写ロール２１４が設けられている。中間転写体２１２の外周面と転写ロール２１４表面とは圧接し、該圧接部を記録媒体が矢印Ａ方向に挿通可能であり、前記圧接部を記録媒体が通過した際に、中間転写体２１２表面に保持されたトナー像が、記録媒体の表面に転写される。また、圧接部に対して、矢印Ａ方向と反対側には給紙装置が設けられ、矢印Ａ方向側には定着装置１００（１０２）が設けられている

給紙装置は、給紙ユニット２２０、給紙ローラ２２２、レジストローラ２２４、及び記録媒体ガイド２２６から構成される。中間転写体２１２と感光体ドラム２０２との圧接部への給紙は、給紙ユニット２２０に収納された記録媒体が、給紙ユニット２２０に内蔵された不図示の記録媒体押し上げ手段により給紙ローラ２２２に接触する位置まで押し上げられ、その記録媒体が給紙ローラ２２２に接触した時点で、給紙ローラ２２２及びレジストローラ２２４が回転することにより記録媒体ガイド２２６に沿って矢印Ａ方向に搬送されることにより行われる。

次に、画像形成装置２００における画像形成について説明する。
まず、感光体ドラム２０２表面に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム２０２と中間転写体２１２との間に印加されたバイアス電圧により、感光体ドラム２０２と中間転写体２１２との接触部において、各色のトナー像毎に画像情報と一致するように中間転写体２１２の外周面に重ねて転写される。このようにしてカラーのトナー像がその外周面に転写された中間転写体２１２は矢印Ｅ方向に回転し、前記トナー像は、転写ロール２１４と中間転写体２１２との圧接部において、前記給紙装置によって、圧接部に搬送されてきた記録媒体の表面に転写される。

記録媒体の表面に転写されたトナー像は、矢印Ａ方向に移動し、定着装置１００（１０２）により加熱定着され、記録媒体の表面に画像が形成される。

以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。

（比較例１）
−電磁誘導加熱方式の定着ベルトの作製−
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８０μｍを形成する。

次に、基材層の外周面に対して、発熱層の下地処理として粗面化処理を行ない、無電解ニッケル層を１μｍ成膜させて、下地金属層を形成する。

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１５μｍ、及び金属保護層として電解ニッケルめっき層１５μｍを成膜する。

次に、金属保護層の外周面に、フローコート装置を用いて、弾性層の下地処理プライマー（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、乾燥後、２００℃の炉に入れて加硫焼成させ、弾性層２５０μｍを形成する。

次に、弾性層の外周面に、離型層の下地処理プライマー（Ｎｏ．１０１Ａ／Ｂ：信越化学工業株式会社製）を塗布し、１００℃３０分で乾燥させる。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をチューブ被覆機を用いてチュービング被覆を行ない、２００℃の炉に入れて加硫焼成させて、離型層を形成した。

これにより、電磁誘導加熱方式の定着ベルトを完成させた。

（実施例１）
比較例１において、基材層のベルト軸方向両端部（端部から中央部へ１００ｍｍの領域）に、金属発熱層の下地処理としての粗面化処理において、事前にマスキングを施し、特定の形状で段差部（図２及び図３参照：高さＨ５、角度θ４５度、間隔１ｍｍ、対称形状）を形成した後、下地金属層、金属発熱層、金属保護層を順次形成した。結果、当該金属保護層のベルト軸方向両端部（端部から中央部へ１００ｍｍの領域）に、特定の形状で段差部（図２及び図３参照：高さＨ５μｍ、角度θ４５度、間隔１ｍｍ、対称形状）を形成した。これら以外は、比較例１と同様にして、定着ベルトを完成させた。

（実施例２）
比較例１において、金属保護層形成事にマスキングを施して電解めっき処理を施し、金属保護層のベルト軸方向両端部（端部から中央部へ５０ｍｍの領域）に、特定の形状で段差部（図２及び図３参照：高さＨ５μｍ、角度θ３０度、間隔０．５ｍｍ、対称形状）を形成した。これら以外は、比較例１と同様にして、定着ベルトを完成させた。

（実施例３）
マスキングを変更して、金属保護層に形成する段差部の角度θを７０度とした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（実施例４）
マスキングと粗面化処理時間を変更して、金属保護層に形成する段差部の高さＨを２μｍ、角度θを４５度にした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（実施例５）
マスキングを変更して、金属保護層に形成する段差部の角度θを８０度とした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（実施例６）
マスキングを変更して、金属保護層に形成する段差部の角度θを２５度とした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（実施例７）
マスキングと粗面化処理時間を変更して、金属保護層に形成する段差部の高さＨを３０μｍ、角度θを４５度にした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（実施例８）
マスキングと粗面化処理時間を変更して、金属保護層に形成する段差部の高さＨを１００μｍ、角度θを４５度にした以外は、実施例２と同様にして定着ベルトを完成させた。

（評価）
得られた定着ベルトを、電磁誘導加熱方式の定着装置（図１参照）に装着し、電磁誘導加熱した状態で、１０枚／分の速度で５万枚の通紙定着を行なった。そして、紙しわ及び紙詰まりの発生状態、並びに、定着状態（定着性）を調べた。結果を表１に示す。

上記結果から、弾性層の下層に特定の段差部を設けた本実施例では、比較例に比べ、紙しわ及び紙詰まりの発生状態、並びに、定着状態（定着性）が共に良好であることがわかる。また、本実施例のうち、段差部の高さＨ及び角度θを特定の範囲とすることで、紙しわ及び紙詰まりの発生状態が良好になることもわかる。

（実施例９）
−金属発熱層を持たない定着ベルトの作製−
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８０μｍを形成する。

次に、基材層のベルト軸方向両端部外周面（端部から中央部へ１５０ｍｍの領域）に、事前にマスキングを施して粗面化処理を行い、特定の形状で段差部（図６及び図７参照：高さＨ１０μｍ、角度θ４５度、間隔１ｍｍ、対称形状）を形成した。

次に、段差部が形成された基材層の外周面に、フローコート装置を用いて、弾性層の下地処理プライマー（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、乾燥後、２００℃の炉に入れて加硫焼成させ、弾性層２５０μｍを形成する。

次に、弾性層の外周面に、離型層の下地処理プライマー（Ｎｏ．１０１Ａ／Ｂ：信越化学工業株式会社製）を塗布し、１００℃３０分で乾燥させる。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をチューブ被覆機を用いてチュービング被覆を行ない、２００℃の炉に入れて加硫焼成させて、離型層を形成した。

これにより、定着ベルトを完成させた。

−評価−
得られた定着ベルトを、定着装置（図５参照）に装着し、加熱源（例えばハロゲンランプ）により加熱した状態で、１０枚／分の速度で５万枚の通紙定着を行なった。そして、紙しわ及び紙詰まりの発生状態、並びに、定着状態（定着性）を調べたところ、紙しわの発生や紙詰まりなどのトラブルも発生しなかった。また、定着不良が見られず良好な画像が得られた

第１実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。 第１実施形態に係る定着ベルトを示す概略斜視図である。 第１実施形態に係る定着ベルトを示す側面図である。 第１実施形態に係る定着ベルトの定着時の作用を説明するための模式図である。 第２実施形態に係る定着装置を示す概略構成図である。 第２実施形態に係る定着ベルトを示す概略斜視図である。 第２実施形態に係る定着ベルトを示す側面図である。 第３実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 定着ベルト
１０Ａ 基材層
１０Ｂ 下地金属層
１０Ｃ 金属発熱層
１０Ｄ 金属保護層
１０Ｅ 弾性層
１０Ｆ 離型層
１０Ｇ 段差部
１１ 加圧ロール
１１Ａ 基体
１１Ｂ 弾性層
１１Ｃ 離型層
１２ 電磁誘導装置
１２ａ 電磁誘導コイル
１３ 押圧部材
１３Ａ 支持体
１３Ｂ パッド
１４ トナー像
１５ 記録媒体
３０ 定着ベルト
３０Ａ 基材層
３０Ｂ 弾性層
３０Ｄ 段差部
３０Ｃ 離型層
３１ 加圧ロール
３１Ａ 基体
３１Ｂ 弾性層
３１Ｃ 離型層
３２ 加熱源
３３ 押圧部材
３３Ａ 圧力ロール
３３Ｂ 圧力印加部材
３３Ｃ 金属パッド
３４ トナー像
３５ 記録媒体
１００ 定着装置
１０２ 定着装置
２００ 画像形成装置
２０２ 感光体ドラム
２０４ 帯電装置
２０６ レーザースキャナ
２０８ ミラー
２１０ 現像装置
２１２ 中間転写体
２１４ 転写ロール
２１６ クリーニング装置
２１８ 除電装置
２２０ 給紙ユニット
２２２ 給紙ローラ
２２４ レジストローラ
２２６ 記録媒体ガイド

Claims (8)

1. 基材層と、
   前記基材層の外周面上に配設される金属発熱層と、
   前記金属発熱層の外周面上に配設される金属保護層であって、ニッケル又はニッケル合金を含んで構成される金属保護層と、
   前記金属保護層の外周面上に配設される弾性層と、
   予め定められた間隔で前記金属保護層の外周面のベルト軸方向両端部に設けられると共に、ベルト軸方向両端部からベルト軸方向中央部側へベルト回転方向に向くようにベルト軸方向に対して傾斜して設けられる複数の段差部と、
   を備えることを特徴とする定着ベルト。
2. 前記段差部の高さが、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
3. 前記段差部とベルト回転方向とのなす角度が、鋭角で３０度以上７０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
4. ベルト軸方向両端部の一方に設けられる前記段差部とベルト軸方向両端部の他方に設けられる前記段差部とが、対称形状であることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
5. 前記弾性層の下層が前記基材層であり、前記段差部が前記基材層の外周面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
6. 前記基材層と前記弾性層との間に発熱層と前記発熱層の外周面側に配設される保護層とを有すると共に、前記段差部が当該保護層に設けられることを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト。
7. 記録媒体上のトナー像を加熱するための加熱部材と、前記加熱部材を加圧して配設される加圧部材と、を少なくとも備え、
   前記加熱部材が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の定着ベルトであることを特徴とする定着装置。
8. 像保持体と、該像保持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電させた前記像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記トナー像を記録媒体に定着する定着手段と、を少なくとも備え、
   前記定着手段が、請求項７に記載の定着装置であることを特徴とする画像形成装置。

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