JP5470936B2 - 無端ベルト、定着装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、無端ベルト、定着装置及び画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置において、加熱方式の定着装置に対する高速化の要求に応えるため、強度面で優れた金属製ベルトを定着ベルトとして用いることが提案されている。
特許文献１には、用紙上に形成された未定着トナー像を、電鋳プロセスによる金属性で、発熱体に接する面の表面あらさが０．５μｍ未満であるシームレスベルトを介して加熱溶融し、用紙上にトナー像を定着させる装置が記載されている。
特許文献２には、このような金属製の定着ベルトとして、熱伝導率が優れ、かつ寸法精度が高い、マンガン０．０５〜０．６重量％を含むニッケル・マンガン合金からなるマイクロビッカース硬度が４５０〜６５０の無端状電鋳シートを基体として形成した定着ベルトが記載されている。

特開平７−１３４４８号公報 特開平９−３４２８６号公報

ところで、金属製ベルトは、例えば、ニッケル等の電鋳技術を利用できる金属の場合は電鋳法により成型され、ステンレス合金やニッケル合金等を用いる場合は、塑性加工法等により成型される。

本発明の目的は、金属製ベルトにおいて、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生が低減された無端ベルトを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、前記金属層の外側に積層された離型層と、を備え、前記金属層における前記銅層が発熱体として電磁誘導により加熱されることを特徴とする無端ベルトである。

請求項２に記載の発明は、クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、前記定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、前記加圧部材から遠い側において、前記定着ベルトの外側に設けられ、当該定着ベルトの前記金属層における前記銅層を発熱体として電磁誘導により当該定着ベルトを加熱する加熱部材と、を備えることを特徴とする定着装置である。
請求項３に記載の発明は、前記定着ベルトの受ける繰り返し歪み幅が、０．７％以上であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置である。

請求項４に記載の発明は、トナー像を形成する像形成部と、前記像形成部で形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、当該定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、当該加圧部材から遠い側において、当該定着ベルトの外側に設けられ、当該定着ベルトの当該金属層における当該銅層を発熱体として電磁誘導により当該定着ベルトを加熱する加熱部材とを有し、前記記録材に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、使用時の繰り返し変形による亀裂の発生が低減された無端ベルトが提供できる。
請求項２の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、長期に渡り故障の少ない定着装置が提供できる。
請求項３の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、定着後に記録用紙が定着ベルトから剥離しやすい定着装置を提供できる。
請求項４の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、長期に渡り故障の少ない画像形成装置が提供できる。

本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。 定着装置の構成を示す図である。 本実施の形態が適用される定着ベルトの構成の一例を示す断面図である。 本実施の形態が適用される定着ベルトの構成の一例をさらに詳細に示す断面図である。 加圧部の歪みについて説明するための、定着装置における定着ベルトと圧力パッドとの部分の拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを現すものではない。

（画像形成装置）
図１は、本実施の形態が適用される画像形成装置の概略構成図である。ここでは、一般にタンデム型と呼ぶ中間転写方式の画像形成装置を例に挙げて説明する。
図１に示す画像形成装置１００は、像形成部の一例として、電子写真方式により各色成分のトナー像を形成する複数の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備える。次に、画像形成装置１００は、転写部の一例として、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにより形成する各色成分トナー像を中間転写ベルト（像保持体）１５に順次転写（一次転写）する一次転写部１０と、中間転写ベルト１５上に転写した重畳トナー画像を記録用紙Ｐ（記録材）である用紙に一括転写（二次転写）する二次転写部２０とを備える。さらに、画像形成装置１００は、定着部の一例として、二次転写された画像を記録用紙Ｐ上に定着する定着装置６０を備える。また、画像形成装置１００は、各装置（各部）の動作を制御する制御部４０を備える。

図１に示すように、各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、矢印Ａ方向に回転する感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を帯電する帯電器１２と、感光体ドラム１１上に静電潜像を書込むレーザ露光器１３と、各色成分トナーを収容し感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像器１４とを有する。また、感光体ドラム１１上に形成する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ロール１６と、感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１７と、を有する。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。

中間転写ベルト１５は、各種ロールにより、図１に示す矢印Ｂ方向に循環駆動する。各種ロールとして、中間転写ベルト１５を駆動する駆動ロール３１と、中間転写ベルト１５を支持する支持ロール３２と、中間転写ベルト１５に一定の張力を与え蛇行を防止するテンションロール３３と、二次転写部２０に設けるバックアップロール２５と、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るクリーニングバックアップロール３４とを有している。

一次転写部１０は、中間転写ベルト１５を挟み感光体ドラム１１に対向する一次転写ロール１６を有する。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する二次転写ロール（転写部材）２２と、二次転写ロール２２の対向電極として中間転写ベルト１５の裏面側に配置されたバックアップロール２５と、バックアップロール２５に二次転写バイアスを印加する給電ロール２６とを有する。

二次転写部２０の下流側に、中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去する中間転写ベルトクリーナ３５を設ける。イエローの画像形成ユニット１Ｙの上流側に、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信号を発生する基準センサ（ホームポジションセンサ）４２を配設する。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を配設する。

記録用紙搬送系には、用紙収容部５０と、用紙収容部５０中の記録用紙Ｐを取り出して搬送するピックアップロール５１と、記録用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２と、記録用紙Ｐを二次転写部２０へと送る搬送シュート５３と、二次転写ロール２２により二次転写された記録用紙Ｐを定着装置６０へと搬送する搬送ベルト５５と、記録用紙Ｐを定着装置６０に導く定着入口ガイド５６とを有する。

画像形成装置の基本的な作像プロセスについて説明する。
図１に示すような画像形成装置１００では、画像読取装置（図示せず）等から出力される画像データに画像処理を施した後、画像データをＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色の色材階調データに変換し、レーザ露光器１３に出力する。レーザ露光器１３は、入力される色材階調データに応じ、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の矢印Ａ方向に回転する各感光体ドラム１１に照射する。各感光体ドラム１１の表面を帯電器１２によって帯電した後、レーザ露光器１３によって表面を走査露光し、静電潜像を形成する。形成した静電潜像は、各々の画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋによって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像として現像する。

つぎに、感光体ドラム１１上に形成するトナー像を、一次転写部１０において中間転写ベルト１５の表面に順次重ね合わせて一次転写を行う。中間転写ベルト１５は矢印Ｂ方向に移動してトナー像を二次転写部２０に搬送する。記録用紙搬送系は、トナー像を二次転写部２０に搬送するタイミングに合わせて、用紙収容部５０から記録用紙Ｐを供給する。
二次転写部２０では、中間転写ベルト１５上に保持された未定着トナー像を、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た記録用紙Ｐ上に静電転写する。その後、トナー像を静電転写した記録用紙Ｐを搬送ベルト５５により定着装置６０まで搬送し、定着装置６０は、記録用紙Ｐ上の未定着トナー像を熱及び圧力で処理し記録用紙Ｐ上に定着する。定着画像を形成した記録用紙Ｐは、画像形成装置の排出部に設けた排紙載置部に搬送する。

（定着装置６０）
次に、本実施の形態における定着装置６０について説明する。
図２は、定着装置６０の構成を示す図である。本実施の形態では、電磁誘導加熱方式を採用する定着装置６０を例に挙げて説明する。
図２に示すように、定着装置６０は、無端ベルトである定着ベルト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を介して加圧ロール６２から押圧される圧力パッド６４を有する。

無端ベルトである定着ベルト６１は、圧力パッド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Ｅ方向に回動する。
定着ベルト６１の詳細は後述する。

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に取り付ける。そして、ベルトガイド部材６３は、定着ベルト６１の回動方向に向けた複数のリブ（図示せず）で形成し、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する。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。

圧力パッド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。圧力パッド６４は、バネや弾性体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により支持する。圧力パッド６４は、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の弾性体からなる。圧力パッド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、圧力パッド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、定着後の記録用紙Ｐが定着ベルト６１から剥離しやすくしている。このため、定着ベルト６１は、加圧部Ｎにおいて、予め定められた歪み（加圧部の歪み）を繰り返し受けることになる。なお、加圧部の歪みについては、後述する。

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、バッフルホルダ７２により保持する。また、圧力パッド６４と定着ベルト６１との間に低摩擦シート６８を配設し、定着ベルト６１内周面と圧力パッド６４との摺動抵抗を低減する。本実施の形態では、低摩擦シート６８は圧力パッド６４と別体に構成し、両端をホルダ６５に固定する。
ホルダ６５に、定着装置６０の長手方向に亘って潤滑剤塗布部材６７を配設する。潤滑剤塗布部材６７は、定着ベルト６１内周面に接触し、定着ベルト６１と低摩擦シート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、例えば厚さ１２ｍｍのシリコーンスポンジ等のゴム層６２２と、例えば、厚さ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、接着用プライマー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）とを成形金型内にセットし、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し、矢印Ｄ方向に、例えば１４０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転し、定着ベルト６１を従動させる。また、加圧ロール６２と圧力パッド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用紙Ｐを通過させ、熱及び圧力を加えて未定着トナー像を記録用紙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０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の間隙で設置する。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の銅線材を１６本〜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、後述する定着ベルト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〜５０ｋＨｚに設定する。渦電流Ｉが定着ベルト６１の金属層を流れることによって、金属層の抵抗値Ｒに比例した電力Ｗ（Ｗ＝Ｉ^２Ｒ）によるジュール熱が発生し、定着ベルト６１を加熱する。

コイル支持部材８５２は、耐熱性を有する非磁性材料で構成する。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が挙げられる。

なお、本実施の形態では、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が従動回転し、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用紙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。記録用紙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用紙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用紙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。

（定着ベルト６１）
次に、本実施の形態が適用される定着ベルト６１について説明する。
図３は、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の構成の一例を示す断面図である。図３に示すように、定着ベルト６１は、内周側から順に、基材となる金属層６１ａ、弾性層６１ｂ、離型層６１ｃを設けた３層構成の長尺の円筒形状をなしている。すなわち、金属層６１ａの内周面が定着ベルト６１の内側表面６１ｉに、離型層６１ｃの外周面が定着ベルト６１の外側表面６１ｏになっている。
そして、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の金属層６１ａは、側面に継ぎ目がない。よって、定着ベルト６１は無端（シームレス）ベルトである。
しかし、金属層６１ａを基材とする金属製ベルトは、成型加工の際の残留歪が蓄積している。そして、金属製ベルトを定着ベルトとして使用する場合、定着の際に加えられる繰り返し変形によってさらに歪みが蓄積するため、疲労破壊による亀裂を生じ易い。

図４は、本実施の形態が適用される定着ベルト６１の構成の一例をさらに詳細に示す断面図である。
ここでは、金属層６１ａは３層の多層構造をなしている。すなわち、多層構造の金属層６１ａは、内周側から、ベース金属層６１１、発熱金属層６１２および中間金属層６１３から構成されている。そして、ベース金属層６１１および中間金属層６１３は、本実施の形態では、クロム（Ｃｒ）１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル（Ｎｉ）１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン（Ｍｎ）２重量％以上かつ４重量％以下を含むステンレス鋼層である。さらに、このステンレス鋼層は、銅（Ｃｕ）０．２重量％以下、モリブデン（Ｍｏ）０．１重量％以下、シリコン（Ｓｉ）１重量％以下、リン（Ｐ）０．１重量％以下、イオウ（Ｓ）０．０１重量％以下、炭素（Ｃ）０．１重量％以下、窒素（Ｎ）０．１重量％以下である。そして、残部が鉄（Ｆｅ）である。
そして、発熱金属層６１２は、例えば銅（Ｃｕ）層である。

発熱金属層６１２は、励磁コイル８５１が発生した磁界により渦電流が生じて発熱する。ベース金属層６１１および中間金属層６１３は、発熱金属層６１２を挟んで、発熱金属層６１２を保護するとともに、発熱金属層６１２と同様に、励磁コイル８５１が発生した磁界により渦電流が生じて発熱する。
金属層６１ａの厚さは、５μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。そして、例えば、ベース金属層６１１および中間金属層６１３がそれぞれ２０μｍであり、発熱金属層６１２が１０μｍであって、金属層６１ａとしての厚さが５０μｍである。

ここで、本実施の形態が適用される定着ベルト６１のステンレス鋼層の組成について説明する。
Ｃｒを１５重量％〜１８重量％添加する理由は、Ｆｅ中にＣｒを固溶させＦｅ−Ｃｒ合金とし、固溶強化の効果で繰り返しの曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上させるためである。なお、Ｃｒの添加量が１５重量％より少ないと固溶強化の効果が十分に得られず、１８重量％を超えると硬化し過ぎて硬く、脆くなり過ぎる。

また、Ｎｉを１１重量％〜１４重量％添加する理由は、Ｆｅ中にＮｉを固溶させＦｅ−Ｎｉ合金とし、固溶強化の効果で繰り返し曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上させるためである。しかし、Ｎｉの添加量が１１重量％より少ないと固溶強化の効果が十分に得られず、１４重量％を超えると硬化し過ぎて硬く脆くなり過ぎる。

そして、Ｍｎを２重量％〜４重量％添加する理由は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中にＭｎを固溶させＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｎ合金とすることで、塑性加工の際の硬化する度合いを和らげ、加工硬化による脆化を防ぎ、繰り返し曲げ変形による疲労破壊に対する強度を向上させるためである。しかし、Ｍｎの添加量が２重量％より少ないと、加工硬化による脆化を防ぐ効果が十分に得られず、Ｍｎの添加量が４重量％を超えると、加工により硬化し過ぎてかえって硬く、脆くなり過ぎる。

一方、Ｃｕを０．２重量％以下、Ｍｏを０．１重量％以下、Ｓｉを１重量％以下、Ｐを０．１重量％以下、Ｓを０．０１重量％以下とする理由は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中におけるＣｕ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓが存在すると、不純物として結晶粒界に析出して結晶粒界を硬く脆くさせるためである。

そして、ＣとＮとをそれぞれ０．１重量％以下とする理由は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金中にＣ、Ｎが存在すると、Ｃ、ＮがＦｅと反応して硬く脆い化合物であるセメンタイトを生成し、脆化するためである。

次に、弾性層６１ｂと離型層６１ｃとを説明する。
弾性層６１ｂは、弾性と耐熱性が得られる材料で構成されている。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の公知の耐熱性ゴムが用いうる。中でもシリコーンゴムは、表面張力が小さく、弾性に優れる点で好ましい。このようなシリコーンゴムとしては、例えば、ＲＴＶシリコーンゴム、ＨＴＶシリコーンゴムなどが挙げられ、具体的には、ＭＱ（ポリジメチルシリコーンゴム）、ＶＭＱ（メチルビニルシリコーンゴム）、ＰＭＱ（メチルフェニルシリコーンゴム）、ＦＶＭＱ（フルオロシリコーンゴム）などが挙げられる。

離型層６１ｃは、トナー像に対し適度な離型性を示す材料で構成されている。例えば、フッ素ゴム、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ、ＦＥＰ（四フッ化エチレン六フッ化プロピレン共重合体）等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

さて、定着ベルト６１の製造方法について説明する。
まず、ステンレス鋼板（例えば、厚み０．２ｍｍ）に、例えば、１，１００℃の水素（Ｈ_２）雰囲気下にて熱処理を施す。そして、２枚のステンレス鋼板および銅板（例えば、厚み０．１ｍｍ）のそれぞれの接着面を研磨して、表面に形成されている酸化被膜を除去する。その後、２枚のステンレス鋼板の間に銅板を挟み、冷間（再結晶化温度より低い温度）状態で圧延加工を行う。それにより、銅層が２層のステンレス鋼層に挟まれたクラッド鋼板（３層での厚みが、例えば、０．４ｍｍ）を得る。そして、このクラッド鋼板を、例えば水素雰囲気下で、例えば処理温度９００℃、処理時間６０分にて熱処理を施す。

次に、クラッド鋼板を深絞り法、へら絞り法、プレス法等により、筒状に成型する。その後、回転塑性加工（スピンドル加工）にて、開口部と底部とを有する筒状に成型する。そして、開口部と底部とを切断除去して、無端ベルト（シームレスベルト）を得る。
その後、金属層６１ａの外周面に、弾性層６１ｂをリング塗布法、浸漬塗布法、注入成型法等で形成する。さらに、弾性層６１ｂの外周面に、離型層６１ｃを静電粉体塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、遠心製膜法等で形成する。
以上により、定着ベルト６１が製造される。

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例および比較例では、図４に示した多層構造の金属層６１ａを用いた定着ベルト６１を使用した。
表１は、実施例１〜１０および比較例１〜７について、金属層６１ａのベース金属層６１１および中間金属層６１３に用いたステンレス鋼層の組成を示す表である。なお、実施例１〜１０および比較例１〜７において、ベース金属層６１１と中間金属層６１３とは、同じ組成のステンレス鋼層を用いた。
なお、定着ベルト６１に使用されるステンレス鋼は、製造時（溶解／鋳造時）に予め定められた組成に基づいて、各構成元素が計量されて、仕込まれている。しかし、表１に示す組成は、溶解／鋳造／圧延されたステンレス鋼材よりサンプリングし、元素定量分析（原子吸光または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Inductively Coupled Plasma）分析により求めたものである。

表１では、ステンレス鋼層の組成として、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）について、重量％で表している。なお、鉄（Ｆｅ）については、残量（Ｂａｌ．）として表している。
なお、表１は、評価条件（加圧部の歪み）および評価結果（結果）を合わせて示している。これらについては、後述する。

（定着ベルトの作製）
ここで、実施例１〜１０および比較例１〜７に用いた定着ベルト６１の作製方法を説明する。
始めに、金属層６１ａについて説明する。金属層６１ａの作製方法は、実施例１〜１０および比較例１〜７において同じである。
まず、実施例１〜１０および比較例１〜７において、表１に示す組成のステンレス鋼板（厚み０．２ｍｍ）に、１，１００℃の水素雰囲気下にて熱処理を施した。そして、２枚のステンレス鋼板および銅板（厚み０．１ｍｍ）のそれぞれの接着面を研磨して、表面に形成されている酸化被膜を除去した。その後、２枚のステンレス鋼板の間に銅板を挟み込み、冷間（再結晶化温度より低い温度）状態で圧延加工を行った。それにより、銅層が２層のステンレス鋼層に挟み込まれたクラッド鋼板（３層での厚み０．４ｍｍ）を得た。そして、このクラッド鋼板を水素雰囲気下で、処理温度９００℃、処理時間６０分の条件にて熱処理を施した。

次に、クラッド鋼板をプレス・深絞り加工にて深さ１０ｍｍ程度の円筒容器状に成型した。その後、回転塑性加工（スピンドル加工）にて、開口部と底部とを有する筒状に成型した。そして、開口部と底部とを切断除去して、内径３０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、肉厚５０μｍの無端ベルト（シームレスベルト）を得た。なお、無端ベルトは、ステンレス鋼層のベース金属層６１１の厚さが２０μｍ、Ｃｕの発熱金属層６１２の厚さが１０μｍ、ステンレス鋼層の中間金属層６１３の厚さが２０μｍである。
ステンレス鋼層であるベース金属層６１１および中間金属層６１３には、プレス・深絞り加工および回転塑性加工にて加えられた応力により、歪みが蓄積している。なお、蓄積した歪みの量は、無端ベルトとしての形状を同じとしているので、使用したステンレス鋼層の組成によって異なることになる。
一方、発熱金属層６１２に用いたＣｕは展性に富むため、歪みの蓄積は、ステンレス鋼層であるベース金属層６１１および中間金属層６１３に比べ少ない。

次に、弾性層６１ｂと離型層６１ｃとについて説明する。
無端ベルトの外側表面に、ＪＩＳ Ｋ６２５３で規定されるデュロメータ硬さがＡ３５となるように調整された液状シリコーンゴム（ＫＥ１９４０−３５、液状シリコーンゴムＡ３５品、信越化学工業株式会社製）を、膜厚が２００μｍとなるように塗布し、乾燥させて乾燥状態の液状シリコーンゴム層を得た。
上記の乾燥状態の液状シリコーンゴム層の表面に、ＰＦＡディスパージョン（５００ＣＬ、三井・デュポンフロロケミカル株式会社製）を、膜厚が３０μｍとなるように塗布し、３８０℃で焼成した。
これにより、シリコーンゴムからなる弾性層６１ｂとＰＦＡからなる離型層６１ｃとを形成した。
以上により、定着ベルト６１を得た。

（加圧ロール６２の作製）
内面に接着用プライマーを塗布した外径５０ｍｍ、長さ３４０ｍｍ、厚さ３０μｍのフッ素樹脂チューブ（表面層６２３となる）と金属製のコア６２１とを成形金型内にセットする。そして、フッ素樹脂チューブとコア６２１との間に液状発泡シリコーンゴム（ゴム層６２２となる）を注入する。その後、加熱処理（１５０℃、２時間）を行うことにより、シリコーンゴムを加硫、発泡させ、ゴム弾性を有した加圧ロール６２を作製する。ゴム層６２２の層厚は２ｍｍである。

（電磁誘導発熱空回転耐久評価）
作製した定着ベルト６１と加圧ロール６２とを、図２に示す定着装置６０を備えた画像形成装置１００（富士ゼロックス株式会社製、Ｄｏｃｕ Ｐｒｉｎｔ Ｃ６２０）に取りつけた。
この画像形成装置１００にて、実施例１〜１０および比較例１〜７のそれぞれの定着ベルト６１を、前述したように電磁誘導加熱により定着ベルト６１を加熱しながら、２００時間連続して空回転（連続２００時間空回転）させた。そして、定着ベルト６１の発熱持性（信頼性）および定着ベルト６１の金属層６１ａに発生する亀裂の有無について評価（電磁誘導発熱空回転耐久評価）した。なお、空回転とは、記録用紙Ｐへのトナーの定着を行うことなく、定着ベルト６１を加圧ロール６２に圧接させ、加圧ロール６２を回転させることをいう。

ここで、発熱特性（信頼性）とは、連続２００時間空回転の間、定着ベルト６１が設定された温度を維持するように発熱するか否かを示すものである。定着ベルト６１は、評価の開始時期（初期）において、１８０℃に設定されている。そして、定着ベルト６１は、この温度を維持するように運転されている。ところが、金属層６１ａのステンレス鋼層のベース金属層６１１または中間金属層６１３に亀裂が入ると、Ｃｕの発熱金属層６１２にも亀裂が入り、渦電流が流れにくくなる。このため、電磁誘導加熱の効率が悪くなり定着ベルト６１の温度が維持されなくなる。つまり、定着ベルト６１の温度が低下する。したがって、定着ベルト６１の温度を評価することで、定着ベルト６１の発熱状態、すなわち発熱特性（信頼性）が評価できる。
なお、定着ベルト６１の温度は、赤外線温度計により、モニタした。

一方、亀裂の発生は、音の発生や目視観察により判定した。多くの場合、亀裂が入るとき「パキ」という音がする。このようなとき、幅０．１ｍｍで長さ１０ｍｍ程度の亀裂が、金属層６１ａの外側表面に見られ、目視で亀裂の発生の有無が判定できる。なお、連続２００時間空回転において、上記の音の発生がない場合においても、２００時間経過後、金属層６１ａの外側表面を観察し、亀裂の有無を判定した。

次に、設定した評価条件（加圧部の歪み）について説明する。
図５は、加圧部の歪みについて説明するための、定着装置６０における定着ベルト６１と圧力パッド６４との部分の拡大図である。定着ベルト６１は矢印Ｅ方向に回転する。
圧力パッド６４は、低摩擦シート６８を介して定着ベルト６１に当接している。そして、圧力パッド６４は、領域Ｉでは、定着ベルト６１の外側表面６１ｏに対しては圧縮応力（内側表面６１ｉに対しては引っ張り応力）を発生するように、凹状に形成されている。そして、圧力パッド６４は、領域ＩＩでは、定着ベルト６１の外側表面６１ｏに対しては引っ張り応力（内側表面６１ｉに対しては圧縮応力）が発生するように凸状に形成されている。

前述したように、圧力パッド６４をこのような形状にすることで、定着ベルト６１が、圧力パッド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、定着後の記録用紙Ｐが定着ベルト６１から剥離しやすくしている。
ここで、加圧部Ｎにおいて、圧力パッド６４によって定着ベルト６１が繰り返し受ける歪みを加圧部の歪みと呼ぶ。

そして、実施例１〜１０および比較例１〜７では、圧力パッド６４によって定着ベルト６１に与えられる加圧部の歪みが０．７％以上になるように設定した。
具体的には、金属層６１ａの表面に歪みゲージ（例えば、共和電業株式会社製ＫＦＥＬ−２−１２０−Ｃ１Ｌ１Ｍ２Ｒ等）を貼り付け、圧力パッド６４との加圧部Ｎによって与えられる歪みを測定した。そして、定着ベルト６１の外側表面６１ｏが領域Ｉで受ける引っ張り応力による歪みと、領域ＩＩにおいて受ける圧縮応力による歪みとを足し合わせて、加圧部の歪みとした。例えば、引っ張り応力による歪みを＋、圧縮応力による歪みを−として、領域Ｉにおいて、圧縮応力による歪みが−０．３％、領域ＩＩにおいて、引っ張り応力による歪みが＋０．５％とすると、定着ベルト６１の受ける加圧部の歪み（繰り返し歪み幅）は０．８％となる。
なお、定着ベルト６１の外側表面６１ｏから見て加圧部の歪みを説明したが、定着ベルト６１の内側表面６１ｉから見てもよく、圧縮応力が引っ張り応力に、引っ張り応力が圧縮応力になる点が異なるが、加圧部の歪みとしては同じとなる。

そして、図５では、圧力パッド６４は、定着ベルト６１の外側表面６１ｏから見て、圧縮応力の領域Ｉと引っ張り応力の領域ＩＩとがともに発生する形状としたが、一方のみを発生する形状としてもよい。

ここでは、形状の異なる圧力パッド６４を複数用意し、加圧部の歪みが予め定められた値（ここでは、０．７％）に達しない場合には、圧力パッド６４を変更して、加圧部の歪みが予め定められた値（ここでは、０．７％）以上となる場合を実施例および比較例とした。
これは、加圧部の歪みが、圧力パッド６４の定着ベルト６１に当接する部分の形状（曲げ変形の大きさ）および金属層６１ａを構成するベース金属層６１１および中間金属層６１３のステンレス鋼層の材質により定まるためである。すなわち、実施例１〜１０および比較例１〜７のそれぞれの定着ベルト６１に対して、加圧部の歪みを予め定められた値（ここでは、０．７％）になるように、圧力パッド６４の形状を決めることは容易ではない。そこで、実施例１〜１０および比較例１〜７のそれぞれの定着ベルト６１に対して、圧力パッド６４を変更して、加圧部の歪みを測定し、加圧部の歪みが予め定められた値（ここでは、０．７％）以上となる圧力パッド６４を選んでいる。
表１の加圧部の歪み（％）の欄には、このようにして設定した加圧部の歪みを％で示している。

以上説明したように、定着ベルト６１は、回転する毎に繰り返し曲げ変形による歪みを受ける。これにより、定着ベルト６１、特に、金属層６１ａのステンレス鋼層に歪みが蓄積し、疲労破壊にいたる。よって、加圧部の歪みが大きいほど、金属層６１ａに大きな応力がかかることになる。

なお、前述したように、金属層６１ａを塑性加工により作製しているので、金属層６１ａ、特にベース金属層６１１および中間金属層６１３のステンレス鋼層に加工歪みが蓄積している。そのため、ベース金属層６１１および中間金属層６１３には、この加工歪みに加え、定着ベルト６１使用時の加圧部の歪みが加わることになる。
したがって、疲労破壊は、金属層６１ａ、特にベース金属層６１１および中間金属層６１３のステンレス鋼層の持つ特性と、金属層６１ａの作製時の加工歪みと、使用時に繰り返される曲げ変形（加圧部の歪み）とにより決まると考えられる。
表１の結果の欄に、実施例１〜１０および比較例１〜７について、電磁誘導発熱空回転耐久評価の結果を示す。

表１に示すように、実施例１〜１０の定着ベルト６１では、連続２００時間空回転において、初期の発熱特性（１８０℃）が維持された。そして、連続２００時間空回転後において、定着ベルト６１の金属層６１ａに亀裂は見いだされなかった。
一方、比較例１〜７の定着ベルト６１では、発熱特性（信頼性）の欄に示すように、空回転開始後２１時間から３８時間の間において、発熱不良の状態になった。そして、いずれの定着ベルト６１の金属層６１ａにも亀裂の発生が見いだされた。
比較例１〜７において、発熱不良が生じたのは、前述したように、銅層である発熱金属層６１２に亀裂が発生し、電磁誘導加熱の効率が低下したためである。

さて、実施例１〜１０の定着ベルト６１と比較例１〜７の定着ベルト６１との違いは、ベース金属層６１１および中間金属層６１３に用いたステンレス鋼層の組成が違うことにある。したがって、電磁誘導発熱空回転耐久評価による結果の差は、ベース金属層６１１および中間金属層６１３に用いたステンレス鋼層の組成の違いによると考えられる。

表２は、本実施の形態における定着ベルト６１の金属層６１ａに用いたステンレス鋼層のそれぞれの組成の範囲を％で示したものである。
主な組成は、Ｆｅを除くと、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎである。Ｆｅは残部を占めている。
実施例１〜１０の金属層６１ａに用いたステンレス鋼層の組成は、表２に示す組成の範囲に含まれている。
一方、比較例１〜７は、主な組成であるＣｒ、Ｎｉ、Ｍｎの少なくとも１つにおいて、表２に示す範囲を逸脱している。

比較例１〜７についての電磁誘導発熱空回転耐久評価の結果を説明する。
ＣｒとＮｉを含むクロム・ニッケル系ステンレス（鋼）は、常温でオーステナイト相を示すことから、オーステナイト系ステンレス（鋼）と呼ばれる。実施例１〜１０および比較例１〜７の定着ベルト６１に用いられたステンレス鋼層も、オーステナイト系ステンレスに含まれる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工だけで硬化（加工硬化）する。このため、オーステナイト系ステンレスは、絞り加工に向くといわれている。この反面、オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工において、歪み（残留歪み）が蓄積しやすい。このため、使用時に繰り返し変形による歪みが加わると、疲労破壊にいたりやすい。
つまり、オーステナイト系ステンレス鋼は、成型時に加工硬化が起こりやすいと、使用時の繰り返し変形により、短い時間で疲労破壊に至ると考えられる。一方、加工硬化が起こりにくいと、成型が難しくなるという傾向にある。よって、加工性がよく、疲労破壊しにくいステンレス鋼が求められることになる。

さて、比較例１〜７を見てみる。
まず、比較例１の金属層６１ａに使用されたステンレス鋼層（比較例１のステンレス鋼層、以下同様に記載する）は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｎについてすべての組成が表２に示した値を超えている。このため、比較例１のステンレス鋼層は、加工硬化により、硬く、脆くなり過ぎていたと考えられる。
比較例２のステンレス鋼層では、Ｃｒ、Ｎｉのそれぞれの組成は表２に示した値を超えている。一方、Ｍｎの組成が表２に示した値を下回っている。このため、比較例２のステンレス鋼層は、Ｍｎを添加しているにもかかわらず、加工硬化の度合いを和らげることができず、硬く、脆くなり過ぎていたと考えられる。
比較例３のステンレス鋼層では、Ｎｉの組成が表２に示した値を超えている。一方、Ｍｎの組成は０．１重量％以下と少ない。よって、比較例３のステンレス鋼層は、比較例２の場合の同様に、加工硬化により、硬く、脆くなり過ぎていると考えられる。

比較例４のステンレス鋼層では、Ｃｒの組成が表２に示した範囲を下回っている。Ｍｎの組成は、表２に示した範囲を上まわっている。Ｃｒの成分が少ないため、繰り返しの曲げ変形に対する疲労強度が低いことが考えられる。
比較例５のステンレス鋼層では、ＮｉおよびＭｎの組成が表２に示した範囲を下回っている。このため、繰り返しの曲げ変形に対する疲労強度が低いと考えられる。なお、比較例５のステンレス鋼層の組成は、ＳＵＳ３０４として知られているステンレス鋼に近い。したがって、本実施の形態においては、ＳＵＳ３０４は使用し得ない。
比較例６のステンレス鋼層では、Ｃｒ、Ｎｉのそれぞれの組成が表２に示した範囲を下回っている。このため、繰り返しの曲げ変形に対する疲労強度が低いと考えられる。
比較例７のステンレス鋼層では、比較例６より、さらにＣｒ、Ｎｉの組成が表２に示した範囲を下回っている。このため、繰り返しの曲げ変形に対する疲労強度が低いと考えられる。

以上、比較例１〜４は、加工硬化により、硬く、脆くなり過ぎているため、加圧部の歪みによる繰り返しの曲げ変形が加わって、空回転の開始から短い時間で、疲労破壊に至ったと思われる。一方、比較例５〜７は、繰り返しの曲げ変形に対する疲労強度が低いために、空回転の開始から短い時間で、疲労破壊に至ったと思われる。

以上説明したように、本実施の形態における定着ベルト６１では、連続２００時間空回転において、発熱不良や亀裂の発生を低減しうる。

なお、本実施の形態では、金属層６１ａとして、３層の多層構造の金属層６１ａを用いた。しかし、金属層６１ａとして、ステンレス鋼層からなる単層構造の金属層６１ａとしてもよい。

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ…画像形成ユニット、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、６０…定着装置、６１…定着ベルト、６１ａ…金属層、６１ｂ…弾性層、６１ｃ…離型層、６２…加圧ロール、６３…ベルトガイド部材、６４…圧力パッド、６５…ホルダ、６７…潤滑剤塗布部材、６８…低摩擦シート、７０…剥離補助部材、７１…剥離バッフル、８５…磁場発生ユニット、１００…画像形成装置、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

Claims (4)

1. クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、
   前記金属層の外側に積層された離型層と、
   を備え、
   前記金属層における前記銅層が発熱体として電磁誘導により加熱されることを特徴とする無端ベルト。
2. クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、
   前記定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、
   前記加圧部材から遠い側において、前記定着ベルトの外側に設けられ、当該定着ベルトの前記金属層における前記銅層を発熱体として電磁誘導により当該定着ベルトを加熱する加熱部材と、
   を備えることを特徴とする定着装置。
3. 前記定着ベルトの受ける繰り返し歪み幅が、０．７％以上であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. トナー像を形成する像形成部と、
   前記像形成部で形成されたトナー像を記録材に転写する転写部と、
   クロム１５重量％以上かつ１８重量％以下、ニッケル１１重量％以上かつ１４重量％以下、マンガン２重量％以上かつ４重量％以下を含む第１のステンレス鋼層と、当該第１のステンレス鋼層の外側に積層された銅層と、当該銅層の外側に積層された前記第１のステンレス鋼層と同一組成の第２のステンレス鋼層とを有し、当該銅層の厚さが当該第１のステンレス鋼層及び当該第２のステンレス鋼層のいずれよりも薄く、当該第１のステンレス鋼層、当該銅層及び当該第２のステンレス鋼層を加えた厚さが５μｍ以上かつ１００μｍ以下である円筒状の金属層と、当該金属層の外側に積層された離型層と、を備える定着ベルトと、当該定着ベルトの外側に圧接される加圧部材と、当該加圧部材から遠い側において、当該定着ベルトの外側に設けられ、当該定着ベルトの当該金属層における当該銅層を発熱体として電磁誘導により当該定着ベルトを加熱する加熱部材とを有し、前記記録材に転写されたトナー像を当該記録材に定着する定着部と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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