JPH10254263A

JPH10254263A - 定着用ベルト

Info

Publication number: JPH10254263A
Application number: JP7890997A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miyamoto; 昌宏宮本; Hideki Kashiwabara; 秀樹柏原; Shinji Inasawa; 信二稲澤; Toshihiko Takiguchi; 敏彦滝口
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】定着速度が速く、高速複写が可能で、かつ、
定着温度までの昇温速度が速く、待ち時間の少ない、省
電力型の定着用ベルトを提供すること。【解決手段】耐熱性プラスチック製チューブ状基体の
表面に、渦電流損失により発熱する電磁誘導発熱性金属
層が形成されていることを特徴とする定着用ベルト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
レーザービームプリンター、ファクシミリ等の画像形成
装置の定着部に用いる定着用ベルトに関し、さらに詳し
くは、誘導加熱方式によりトナー像を加熱して転写材上
に定着させる定着用ベルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真複写機、レーザービームプリン
ター、ファクシミリなどの画像形成装置において、印刷
・複写の最終段階では、転写紙などの転写材上に形成さ
れたトナー像を加熱溶融して、転写材上に定着させてい
る。例えば、電子写真複写機では、潜像担持体（例、
感光体ドラム）上に像露光を行って静電潜像を形成する
工程、静電潜像に現像剤（トナー）を付着させて可視
像（トナー像）とする工程、転写紙上にトナー像を転
写し、感光体ドラムから転写紙を分離する工程、及び
未定着のトナー像を加熱等の方法で転写紙上に定着させ
る工程を経て、複写が行われる。トナーとしては、一般
に、カーボンブラックなどの着色剤と結着樹脂とからな
る着色樹脂粒子が使用されている。

【０００３】定着方法としては、熱定着方式が一般的で
あり、従来より、図１に示すような熱ローラ定着法が汎
用されている。熱ローラ定着法では、内部にヒーター２
を配置し、外周を離型性の良いゴムまたは樹脂で被覆し
たヒートローラ（定着用ローラ）１とゴムローラ（加圧
用ローラ）５からなる一対のローラを圧接させ、そのロ
ーラ間にトナー像３が形成された転写紙４を通過させて
トナーを加熱溶融し、トナーを転写紙上に融着させてい
る。ヒートローラ１は、通常、トナーの結着樹脂の溶融
温度以上の温度に加熱しておく。熱ローラ定着法は、装
置の稼働中、ヒートローラ全体が所定の温度に保持され
ているため、高速化に適しているが、その反面、始動時
の待ち時間が長いという欠点を有している。すなわち、
装置の運転開始時に、ヒートローラを所定の温度にまで
昇温させるための加熱時間が必要であり、電源投入時か
ら運転可能となるまでの間に比較的長い待ち時間が発生
する。しかも、ヒートローラ全体を加熱しなければなら
ないため、消費電力も大きい。

【０００４】そこで、近年、図２に示すように、薄肉チ
ューブ状のエンドレスベルトを介して、ヒーターにより
転写紙上のトナーを加熱する定着方法が提案されてい
る。このエンドレスベルト定着法では、定着用ベルト６
とゴムローラ１０を圧接させ、この間にトナー像８が形
成された転写紙９を通過させ、その際、ヒーター７によ
りトナーを加熱して転写紙上に融着させている。この定
着法では、薄いフィルム状の定着用ベルトを介するだけ
で、ヒーターにより実質的に直接トナーを加熱すること
になるため、電源投入後、加熱部が短時間で所定の温度
に到達し、電源投入時の待ち時間がほぼゼロとなる。さ
らに、この定着法では、定着に必要な部分のみを加熱す
るため、消費電力も少ないという利点がある。

【０００５】しかし、エンドレスベルト定着法は、熱ロ
ーラ定着法と同様にヒーターによる加熱方式を採用して
いるため、依然として放熱量が大きく、十分な定着のた
めには、ヒーター温度を定着に必要な温度よりもかなり
高い温度に設定し、かつ、転写紙の通過速度（通紙速
度）をゆっくりさせて、定着時間を十分に与える必要が
あった。一方、近年、複写・印刷の高速化が要求される
に伴い、通紙速度を上げる必要があり、そのためには、
ヒーター温度を従来より大幅に上昇させる必要が生じて
いる。しかし、ヒーター温度を上昇させると、ヒーター
の熱容量を超えたり、ヒーターを固定する樹脂ステイの
耐熱温度を超えたりする問題が発生する。したがって、
エンドレスベルト定着法は、ヒーター加熱方式を採用す
る限り、通紙速度の高速化に限界があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、定着
速度が速く、高速複写が可能で、かつ、定着温度までの
昇温速度が速く、待ち時間の少ない、省電力型の定着用
ベルトを提供することにある。本発明者らは、前記従来
技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、ポリ
イミドチューブなどの耐熱性プラスチック製のチューブ
状基体の表面に、渦電流損失により発熱する電磁誘導発
熱性金属層を形成してなる定着用ベルトに想到した。こ
の定着用ベルトは、高周波コイルを用いた高周波誘導加
熱方式により、高周波磁束によって電磁誘導発熱性金属
層に渦電流を発生させて加熱することができる。すなわ
ち、電磁誘導発熱性金属層が発熱体となる。この定着用
ベルトを用いて誘導加熱（電磁加熱：ＩＨ）すると、ト
ナー像と接する定着面の温度を、基材の耐熱性プラスチ
ックの耐熱温度まで上昇させることができ、その結果、
通紙速度を上げて、複写の高速化を実現することができ
る。

【０００７】複写の高速化を実現するために、ヒーター
方式であると、ヒーター温度を定着温度よりかなり高い
温度まで昇温しなければならないのに対し、電磁誘導に
よる発熱方式を採用すると、発熱体（電磁誘導発熱性金
属層）が定着部に近接しているため、発熱体温度を定着
温度とほぼ同じにすることができる。加えて、電磁誘導
による発熱のため、昇温までの時間を従来より短縮する
ことができる。本発明は、これらの知見に基づいて完成
するに至ったものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かくして、本発明によれ
ば、耐熱性プラスチック製チューブ状基体の表面に、渦
電流損失により発熱する電磁誘導発熱性金属層が形成さ
れていることを特徴とする定着用ベルトが提供される。

【０００９】また、本発明によれば、以下のような好ま
しい態様が提供される。（１）電磁誘導発熱性金属層が、ニッケル、ニッケル合
金、鉄、鉄合金、コバルト、またはコバルト合金から形
成された単一層もしくは複数層である前記の定着用ベル
ト。（２）電磁誘導発熱性金属層の厚みが、渦電流の周波数
と電磁誘導発熱性金属材料とで定まる表皮効果の深さよ
りも大きい前記の定着用ベルト。（３）電磁誘導発熱性金属層の上に、フッ素樹脂もしく
はＲＴＶ型またはＬＴＶ型のシリコーンゴムからなる離
型層がさらに形成されている前記の定着用ベルト。（４）電磁誘導発熱性金属層の上に、耐熱性エラストマ
ー層がさらに形成されている前記の定着用ベルト。（５）電磁誘導発熱性金属層の上に、耐熱性エラストマ
ー層を介して、フッ素樹脂もしくはＲＴＶ型またはＬＴ
Ｖ型のシリコーンゴムからなる離型層がさらに形成され
ている前記の定着用ベルト。（６）前記定着用ベルトと、該定着用ベルトの内側に配
置された電磁誘導発熱用コイルとを備えた定着装置。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、定着用ベルトの基体
として、耐熱性プラスチック製のチューブ状基体を使用
する。耐熱性プラスチックとしては、融点または分解温
度が定着温度以上のものを使用することができるが、具
体例としては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエ
ーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリベンズイミダゾール等のいわ
ゆるスーパーエンジニアリングプラスチックを挙げるこ
とができる。

【００１１】チューブ状基体の厚みは、特に限定されな
いが、剛性及び弾力性を考慮して、通常１０〜１０００
μｍ、好ましくは２０〜５００μｍ、より好ましくは３
０〜１００μｍ程度とすることが望ましい。チューブ状
基体の外径は、定着装置の大きさによって適宜定めるこ
とができるが、通常１５〜１５０ｍｍ、好ましくは２０
〜１００ｍｍ程度である。チューブ状基体の長さは、転
写紙などの転写材の大きさに応じて適宜定めることがで
きる。

【００１２】本発明では、耐熱性プラスチック製チュー
ブ状基体の表面に、渦電流損失により発熱する電磁誘導
発熱性金属層を形成する。一般に、コイル中に金属など
の導電性被加熱物を入れ、コイルに交流を流すと、電磁
誘導作用によって被加熱物中に渦電流が流れるが、この
渦電流により発生するジュール熱によって、被加熱物を
直接加熱する方式を誘導加熱（ＩｎｄｕｃｔｉｏｎＨ
ｅａｔｉｎｇ；ＩＨ）という。高周波誘導加熱では、高
周波コイルを用い、高周波磁束によって被加熱物中に渦
電流を発生させて加熱する。本発明の定着用ベルトの近
傍（多くの場合は、内側）に、誘導発熱用コイルを配置
し、交流を流すか、あるいは直流電力の場合はインバー
ター回路中でスイッチのＯＮ／ＯＦを繰り返し、交流電
力に変換して、電流を断続的に流すと、磁力線の変化に
誘起されて、電磁誘導発熱性金属層に渦電流が発生す
る。電磁誘導発熱性金属は、抵抗値が大きいことから、
実際には、渦電流はスムーズに流れずに、コイルから与
えられた電気エネルギーの大半は熱に変換される。これ
を渦電流損失により発熱するという。電磁誘導発熱性金
属としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄合金、コ
バルト、コバルト合金などが好ましい。これらの中で
も、発熱性やコストの点で、ニッケル及びニッケル合金
が特に好ましい。

【００１３】耐熱性プラスチック製チューブ状基体の表
面に、電磁誘導発熱性金属層を形成する方法としては、
当該金属の薄層（金属箔や薄いシート状物）をチューブ
状基体に貼り合わせる方法もあるが、チューブ状基体の
表面に当該金属のメッキ層を形成する方法が、均一な厚
みの金属層を容易に形成することができるため、好まし
い。電磁誘導発熱性金属層は、耐熱性プラスチック製チ
ューブ状基体の内面または外面に設けることができる
が、当該金属層は発熱体となるため、定着面に近い外面
に配置することが好ましい。また、当該金属層は、チュ
ーブ状基体の全面に形成してもよいが、転写紙などの転
写材の大きさに適合する幅があれば、必ずしもチューブ
状基体の全面に形成されていなくてもよい。当該金属層
は、単層であってもよいが、２層以上の複層としてもよ
い。

【００１４】電磁誘導発熱性金属層の厚みの上限値は、
特に限定されないが、コストと熱伝導性の観点から、通
常１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下とする
ことが望ましい。電磁誘導発熱性金属層は、高周波の磁
束の変化により誘起されて、渦電流が流れることにより
発熱体となる。したがって、電磁誘導発熱性金属層の厚
みの下限値は、高周波電流により発生した交番磁界を効
果的に消費して発熱するため、渦電流の周波数と当該金
属層の材料とで定まる表皮効果の深さ、すなわち浸透深
さよりも厚くなるようにすることが好ましい。

【００１５】この浸透深さは、金属層の表面近傍の渦電
流が１／ｅになる厚さ、すなわち磁束密度が６３％程度
減衰するのに必要な厚さであり、電力に換算すると９０
％程度となる。つまり、金属層の厚さが浸透深さより薄
い場合は、印加された高周波により発生した磁束が殆ど
消費されず突き抜けてしまう。当該金属層の厚さは、最
低でも材質により規定される浸透深さとすることが好ま
しく、投入された磁束を１００％近く消費するには、そ
れよりも幾分厚いことがより好ましい。

【００１６】電磁誘導発熱性金属層の材質に関しては、
効率よく発熱するために、表皮抵抗自体を高抵抗化する
手段として、一つには、金属層を構成する材料をニッケ
ル、ニッケル−クロム合金などのニッケル合金、鉄、パ
ーマロイやステンレスなどの鉄合金等にすることが挙げ
られる。本発明では、発熱量と工業的な観点から、ニッ
ケル−鉄合金（鉄含量１０〜３０％）が特に好ましい。
例えば、鉄（２５％）・ニッケル（残部）合金の場合、
浸透深さは、４０μｍ程度である。また、工業的に最も
使用される誘導発熱用途の導電材料として、鉄クロム合
金（ＳＵＳ４３０相当）では、この浸透深さは４００μ
ｍ程度である。

【００１７】電気メッキや化学メッキの際、浴中に燐酸
化合物を添加することにより、燐共析メッキ、例えば、
Ｎｉ−Ｐ、Ｆｅ−Ｐメッキが得られる。カルボン酸系化
合物を添加することにより、炭素共析メッキ、例えば、
Ｎｉ−Ｃ、Ｆｅ−Ｃメッキが得られる。アミノボラン等
のホウ素化合物を添加することにより、ホウ素共析メッ
キ、例えば、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｂメッキが得られる。こ
れらは、金属材料の持つ本来の磁気特性や機械特性をほ
とんど維持したまま、表皮抵抗を増大させることが可能
であり、本発明の用途には非常に効果的である。

【００１８】導電性金属層の内側にさらに導電性金属層
がある場合は、内側の金属層は電磁遮蔽層として機能す
るため、厚ければ、発熱に寄与する外側の金属層に磁束
が至るまでに減衰する。このため内側の金属層は、薄い
方が好ましい。例えば、ニッケルの場合、１０μｍの厚
さで磁束密度が、表面近傍を１００％とすると８０％程
度まで減衰する。伸びが充分であり、透磁率の低い材料
で被覆すれば、この減衰率は低下すると考えられ、材料
の透磁率に応じた厚さ設計が必要である。そこで、本発
明のように、透磁率が低くかつ電気抵抗が非常に大きい
有機材料、すなわち耐熱性プラスチックをチューブ状基
体として使用することが好ましい。

【００１９】耐熱性プラスチック製チューブ状基体の表
面に、メッキ法により、電磁誘導発熱性金属層を形成す
る場合、（１）チューブ状基体の表面を化学エッチング
などにより表面処理した後、（２）燐共析メッキ、炭素
共析メッキ、ホウ素共析メッキなどにより薄い合金メッ
キ層を形成し、（３）さらにその上に、電気メッキまた
は化学メッキにより、所望の厚みの電磁誘導発熱性金属
層を形成することが好ましい。この方法によれば、表皮
抵抗を増大させ、かつ、チューブ状基体にメッキ層を強
固に付着させることができる。

【００２０】電磁誘導発熱性金属層の上に、トナーに対
する離型性を高めるために、フッ素樹脂もしくはＲＴＶ
型またはＬＴＶ型のシリコーンゴムからなる離型層を設
けることが好ましい。フッ素樹脂としては、四フッ化エ
チレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−パーフル
オロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化
エチレン−六フッ化プロピレン共重合体などが挙げられ
る。離型層の厚みは、通常、１０〜５０μｍ程度であ
る。図３には、耐熱性プラスチック製チューブ状基体１
１の表面に、電磁誘導発熱性金属層１２が形成され、さ
らにその上に、フッ素樹脂層が形成された積層構成の定
着用ベルトの断面図が示されている。

【００２１】電磁誘導発熱性金属層の上に、耐熱性エラ
ストマー層を形成することが好ましい。エラストマー層
があると、熱容量が大きくなる。熱容量の大きい方が、
定着用ベルトの昇温後の温度保持性が良いので、定着の
高速化に有利である。耐熱エラストマーとしては、耐熱
性に優れるフッ素ゴムまたはシリコーンゴムが好まし
い。耐熱エラストマー層の厚みは、通常１．０ｍｍ未満
で、好ましくは０．１〜０．９ｍｍ程度である。耐熱エ
ラストマー層の離型性が不足する場合には、前記と同様
の離型層をさらにその上に形成することが好ましい。誘
導発熱用コイルは、通常、定着用ベルトの内側に配置す
る。したがって、本発明によれば、前記定着用ベルト
と、該定着用ベルトの内側に配置された電磁誘導発熱用
コイルとを備えた定着装置が提供される。なお、配置の
必要があれば、誘導発熱用コイルを定着用ベルトの外側
に近接して配置してもよい。

【００２２】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明の
好ましい実施の形態について、より具体的に説明する。

【００２３】［実施例１］ポリイミドワニス（ＩＳＴ社
製ＰｙｒｅＭＬワニス）を用い、常法により、厚み５
０μｍ、外径２７．６ｍｍのポリイミドチューブを作成
した。次いで、このポリイミドチューブの外面に、以下
の工程で、電磁誘導発熱性金属層（電磁誘導層）を形成
した。（１）ポリイミドチューブを２０ｇ／リットルの水酸化
ナトリウム溶液に９０℃で５分間浸漬して化学エッチン
グを行った。（２）ポリイミドチューブを水洗後、大気中で１６０℃
の温度で乾燥した。（３）以下の方法により、無電解ニッケルメッキを行っ
た。酸性パラジウム水溶液中にポリイミドチューブを浸漬
し、触媒核であるパラジウムを吸着させた。次いで、無
電解ニッケルメッキ液中に浸漬し、ポリイミドチューブ
表面上に約１μｍ程度の厚みのニッケル−Ｐ（１０％）
合金メッキ層を形成した。（４）以下の方法により、電気ニッケルメッキを行っ
た。電気ニッケルメッキ浴としてワット浴ニッケル液を使用
した。ニッケル−Ｐ合金メッキ層を形成したポリイミド
チューブをワット浴ニッケル液に浸漬し、４５℃、陰極
電流密度２５Ａ／ｄｍ²にて、３０分間渦電解処理を行
った。これにより、２００μｍ程度の厚みのニッケル皮
膜が形成された。次に、ポリイミドチューブのニッケル
皮膜上に、ゴム用プライマー（東レダウコーニング社
製、ＤＹ３９０１２）を塗布し、乾燥した後、シリコー
ンゴム（信越シリコーン製、ＫＥ７０１６Ｕ）をプレス
成型して被覆した。被覆したゴム層を研削して、厚みを
０．８ｍｍに調整した後、その上に、フッ素樹脂塗料
（ダイキン製、品番ＥＫ−４３００）をスプレー塗装
し、次いで、乾燥、焼成して、厚み２０μｍのフッ素樹
脂皮膜を形成した。このようにして、ポリイミドチュー
ブ表面に、電磁誘導発熱性金属層（メッキ層）、耐熱性
エラストマー層、及びフッ素樹脂層が形成された定着用
ベルトを得た。

【００２４】［比較例１］実施例１のポリイミドチュー
ブ外面にメッキ層を形成しなかったこと以外は、実施例
１と同様に耐熱性エラストマー層、及びフッ素樹脂層が
形成された定着用ベルトを作成した。

【００２５】＜定着速度の評価＞キャノン社製ＬＢＰ
Ａ４０４Ｐの定着ユニットを取り出し、その定着用ベル
トを実施例１で得た定着用ベルトに代え、かつ、ヒータ
ーの代わりに、電磁誘導発熱用コイルを定着用ベルト内
に配置した。一方、キャノン社製複写機ＮＰ−４３３５
を使用し、適当な模様を複写して、未定着のトナー像が
形成されたＡ４用紙を取り出した。この未定着のトナー
像が形成された転写紙を多数枚準備した。電磁誘導発熱
用コイルに交流を流し、１００Ｗの電力で定着用ベルト
を昇温させて、表面温度が１７０℃になるように調整し
た。未定着のトナー像が形成された転写紙を定着ユニッ
トに１枚ずつ通して定着させた。このとき、定着用ベル
トの回転数を変化させて、１分間で最大何枚定着できる
かを評価した。比較のため、比較例１の定着用ベルトを
用いて定着速度の評価を行った。比較例１の定着用ベル
トでは、昇温は、装置付属のアルミナヒータを用いて、
１００Ｗの電力で表面温度が１７０℃になるよう調整し
て行った。定着性は、下記の定着評価方法に基づいて評
価した。その結果、表１に示すように比較例１の定着用
ベルトでは、１分間に８枚の複写枚数で明度低下が×の
レベルに低下したのに対し、実施例１の定着用ベルトで
は、１分間に１２枚の複写枚数でも○のレベルを維持し
ていた。

【００２６】＜定着性の評価方法＞定着性の評価は、図
４に示すように、転写紙１４の定着画像（トナー像）の
上にシルボン紙１５を置き、その上から、５ｃｍ角、２
００ｇのおもり１６を載せて５回こすった。こする前後
の定着画像の明度を色差計で測定し、明度の低下の度合
を算出して、以下の基準で評価した。 ◎：明度低下が２５％以内、 ○：明度低下が２５％超過、５０％以下、 ×：明度低下が５０％超過。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、定着速度が速く、高速
複写が可能で、かつ、定着温度までの昇温速度が速く、
待ち時間の少ない、省電力型の定着用ベルトが提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の熱ローラ定着法の説明図であ
る。

【図２】図２は、従来のエンドレスベルト定着法の説明
図である。

【図３】図３は、本発明の定着用ベルトの一例の積層構
造の説明図である。

【図４】図４は、定着性の評価方法の説明図である。

【符号の説明】１：ヒーロトーラ（定着用ローラ）２：ヒーター３：トナー４：転写紙５：加圧用ローラ６：定着用ベルト７：ヒーター８：トナー９：転写紙１０：加圧用ローラ１１：チューブ状基体１２：電磁誘導発熱性金属層１３：フッ素樹脂層１４：転写紙１５：シルボン紙１６：おもり

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者滝口敏彦大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐熱性プラスチック製チューブ状基体の
表面に、渦電流損失により発熱する電磁誘導発熱性金属
層が形成されていることを特徴とする定着用ベルト。