(57)【要約】      （修正有）【課題】定着装置の定着ベルトを構成したときに、省エネルギー、かつ、高印刷速度の要求に対応できる定着装置を実現でき、さらに、高負荷の使用環境に耐える定着ベルトを可能とする定着ベルト用基材を提供する。【解決手段】電鋳法により形成されてなる、ニッケルを主成分とする定着ベルト用基材７３において、りんの含有量が０．４質量％以上０．７質量％以下、硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下、かつ、炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下である定着ベルト用基材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電鋳法により形成されてなる、ニッケルを主成分とする定着ベルト用基材において、
りんの含有量が０．４質量％以上０．７質量％以下、硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下、かつ、炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下であることを特徴とする定着ベルト用基材。
【請求項２】
マイクロビッカース硬度が４６０以上５５０以下であることを特徴とする請求項１の定着ベルト用基材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の定着ベルト用基材を有することを特徴とする定着ベルト。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の定着ベルト用基材を有する定着ベルトを備えていることを特徴とする定着装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の定着ベルト用基材を有する定着ベルトを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどに用いられ、未定着トナー画像を定着させる定着装置において用いられる定着ベルト用基材、そのような基材を有する定着ベルト、定着装置、および、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用する画像形成装置では近年、スタートアップ時間の短縮および省エネルギー化などの要求により、定着装置の小型化、低熱容量化が進んでいる。さらに、印刷速度の高速化の要求もあるため、トナーに熱を搬送する定着ベルトは、低熱容量ヒータの熱を高効率で伝達するために小型でかつ高耐久を有することが求められている。
【０００３】
図１０に従来の定着装置の一例を示す。図１０に示される定着装置６０は、定着ベルト６１を定着ローラ６２と加熱ローラ６５とに縣架させ、定着ベルト６１を挟んで加圧ローラ６３を定着ローラ６２に付勢させる。そして、その定着ベルト６１と加圧ローラ６３との間に形成されるニップ部に転写媒体（転写紙）６４を通紙させて、転写媒体２４上に形成されたトナー像を定着させるようになっている。
【０００４】
定着ベルト６１を縣架するローラの一つである加熱ローラ６５の、中空部には、加熱ローラ６５の回転軸に沿ってハロゲンランプなどのヒータ６６が配置されている。そして、このヒータ６６から照射された輻射熱によって加熱された加熱ローラ６５を介して定着ベルト６１に熱が伝わるようになっている。
【０００５】
このような従来の定着装置６０の場合、ポリイミドなどの樹脂により形成された無端状のベルトが定着ベルト６１として用いられてきた。従来の定着装置６０では、熱源からトナー像を定着させるニップ部までの距離が長いために熱搬送の効率が低い。さらに、従来の定着装置６０は構成部品も多いために定着装置そのものの熱容量が大きく、トナー定着に十分な温度に達するまでの時間（スタートアップ時間）が長いなどの問題があった。
【０００６】
このため、近年に、定着ベルトが加圧ローラに連れして回転駆動される、図２に示すようなスタートアップ時間が短い定着装置（「クイックスタートアップ（ＱＳＵ）方式の定着装置」とも云われる）が提案されている。すなわち、定着ベルトを小径化し、定着ベルトの内部に熱源をレイアウトすることにより、熱効率及びスタートアップ時間の問題を改善するものである。
【０００７】
従来の図１０に示すタイプの定着装置で用いられる定着ベルト５は、ギアや懸架するローラによって駆動されていた。しかし、図２に示すタイプの定着装置で用いられる定着ベルト５は、定着ベルト５の外側面に接する加圧ローラ４の回転に連れ回ることによりヒータ３の熱をニップ部へ搬送する。このような構成の定着装置では、従来の図１０に示すタイプの定着装置よりも定着ベルト５にかかる負荷が大きく、ポリイミドなどの樹脂材料では強度が不十分である場合がある。このために図２に示すタイプの定着装置では、強度に優れたステンレス（ＳＵＳ）やニッケル、アルミニウム、銅などの金属材料が定着ベルト５基材の材料として用いられることが多い。
【０００８】
さらに最近では、先述の省エネルギー化やスタートアップ時間の短縮に加え、印刷速度そのものの向上の要求も高い。図２に示すタイプの定着装置を高速化させた際の課題として、定着ベルト５からの転写媒体の分離性能の向上が挙げられる。図２に示すタイプの定着装置で、小径の定着ベルト５を高速回転させると次のような問題が生じる場合がある。すなわち、熱により定着ベルト５表面に癒着した、転写媒体６上のトナーＴが定着ベルト５の表面から分離するだけの十分な時間が確保できず、転写媒体が定着ベルト５の表面に貼り付いてその回転に巻き込まれてしまうという問題である。この問題の対策として通紙出口近くの定着ベルト５の曲率半径を小さくして（符号７）、転写媒体の剛性により定着ベルト５からの分離性を高めるのが一般的であるが、このような小さな曲率半径により、定着ベルト５にかかる負荷はますます増大する。
【０００９】
ここで、ニッケル製の定着ベルト５基材はステンレス製のものよりも次の点で図２に示すタイプの定着装置の定着ベルト５基材としての利用に適しているとされている。すなわち、強度が高く耐久性も優れ、また、電鋳プロセスにより、無端状ベルトの製造が容易である点である。
【００１０】
このような電鋳ニッケル製の定着ベルト用基材に関し、ニッケルからなる基材中にりん、硫黄、及び、炭素を特定量ずつ含有させることにより耐熱性と脱型性とを改善する方法が提案されており（特許文献１）、また、結晶配向比を制御することによるニッケル電鋳基材の高耐久化が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
定着ベルトではトナーとの離型性を確保するためにその表面に、離型性に優れたフッ素系樹脂からなる離型層が設けられ、この離型層形成のために３００℃以上の加熱処理が必要であることが多い。そして、電鋳ニッケルから構成された定着ベルト用基材にこのような高温処理を行うと脆化して耐久性が低下するという問題が生じる場合がある。
【００１２】
このように、従来のニッケル電鋳により形成された定着ベルト用基材では、高温処理による脆化などが発生する場合があり、また、さらなる小径化かつ高速化の要求に対する信頼性の高い耐久性能実現が課題となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、定着装置の定着ベルトを構成したときに、省エネルギー、かつ、高印刷速度の要求に対応できる定着装置を実現でき、さらに、高負荷の使用環境に耐える定着ベルトを可能とする定着ベルト用基材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の定着ベルト用基材は、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、電鋳法により形成されてなる、ニッケルを主成分とする定着ベルト用基材において、りんの含有量が０．４質量％以上０．７質量％以下、硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下、かつ、炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下であることを特徴とする定着ベルト用基材である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の定着ベルト用基材によれば、ニッケルを主成分とし、りんの含有量が０．４質量％以上０．７質量％以下、硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下、かつ、炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下である。この構成により、これを基材とする定着ベルトを定着装置に用いた場合に、省エネルギー、かつ、高印刷速度の要求に対応できる定着装置を実現でき、さらに、高負荷の使用環境に耐える定着ベルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る定着ベルト用基材を有する定着ベルトの一例を示すモデル図である。
【図２】図２は、図１に示す定着ベルトを有する定着装置の一例を示すモデル図である。
【図３】図３は、図２に示す定着装置を有する画像形成装置の一例を示すモデル図である。
【図４】図４は、ニッケル電鋳膜において、硫黄の含有量を変化させたときの引裂き強度への影響を調べた結果を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例における基礎検討で得られた、りんを０．５質量％、及び、硫黄を０．０１５質量％、それぞれ含有させたニッケル電鋳膜の、炭素含有量を変化させてマイクロビッカース硬さを変化させたときの引張強度への影響を調べた結果を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の定着ベルト用基材の製造に用いる電鋳槽の一例のモデル断面である。
【図７】図７は、加圧ローラ４の構成を示すモデル断面図である。
【図８】図８は、実施例における基礎検討で行った、スリーブ状電鋳膜の内径（ベルト内径）、および、電鋳液の電鋳応力を測定し、それらと電鋳品のりん含有量との関係を調べた結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例における基礎検討で得られた、炭素含有量とマイクロビッカース硬度との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、従来タイプの定着装置の一例を示すモデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上記のように、図２に示した、定着ベルトが回転する加圧ローラに連れまわりするタイプの定着装置４０では、加圧ローラ４が定着ベルト５を付勢し、定着ベルト５が湾曲されることによりニップ部が形成されるので、幅広いニップ部が確保されている。ニップ部は定着ベルトの内部のステー２ｂ及び摺動パッド２ａと定着ベルト５に対面する加圧ローラ４で挟むことにより形成される。
【００１８】
このように、図２に示すタイプの定着装置４０で用いられる定着ベルト５は、回転する加圧ローラ４により図中矢印方向に連れまわることによりニップ変形を繰り返し受けるので、従来型の（図１０に示す）定着装置の定着ベルトに比べると、はるかに負荷が大きい。
【００１９】
定着速度を高めるためには、定着ベルト５の回転速度を上げる必要がある。このように回転速度を上げたときに問題になるのが転写媒体（転写紙）６の離型である。ニップ部を通過中に定着ベルト５に癒着したトナーＴが定着ベルト５から離型するために、図２において符号７を付した部分のように、定着ベルト５のニップ出口の曲率半径を小さくして、転写媒６体の剛性により離型を促す方法が提案されている。この方法では、離型のために曲率半径を小さくした符号７の部分で、定着ベルト５の曲げ負荷が最も大きくなる。
【００２０】
図２に示した定着装置４０では、定着ベルト５は、加熱源としてのハロゲンヒータ３からの光により直接加熱されるとともに、ハロゲンヒータ３からの光を定着ベルト５へ反射する反射部材である反射板８からの反射光により加熱される。すなわち、定着装置４０では、ハロゲンヒータ３からの直接光と反射板８による反射光とによって、定着ベルト５の、ニップ部に対して回転方向上流側の部分が直接、かつ、集中的に加熱される。
【００２１】
これに対して、従来型の（図１０に示す）定着装置では、加熱源であるヒータ６６の熱は、定着ベルト６１と広い面積で接触する加熱ローラ６５を介して、定着ベルト６１に伝わる。
【００２２】
このように、定着装置４０で用いられる定着ベルトは、加熱源からの熱を直接受ける構成となっているので、従来型の（図１０に示す）定着装置の定着ベルトと比べて高温となり、その結果、熱による脆化が生じやすい。
【００２３】
従来の定着装置で用いられてきたポリイミド製の定着ベルトでは、一体成形で形成されていた。一方、金属製の定着ベルト用基材を用いる定着ベルトでは、図１にモデル的に示すように、三層構造となっている。すなわち、ニップ幅を広くさせるための弾性層７２と、転写媒体上の溶融したトナーが癒着しにくくさせるための離型層７３とが、この順でベルト基材７１上に形成されているのが一般的である。この弾性層及び離型層の形成における熱処理が、ニッケルの脆化を引き起こす懸念がある。特に離型層としてフッ素系樹脂層の形成を行う場合には、３００℃で３０分以上の高温処理が必要である場合がある。
【００２４】
以上のように、図２に示すタイプの定着装置で用いられる定着ベルトには、ニップ部形成による繰り返し曲げひずみや加熱源による直接の加熱、高温焼成などの負荷に耐えると云う要求がある。そしてさらに、このような定着装置を高速化するためには、より一層、高耐久の定着ベルト用基材が必要になる。
【００２５】
ここで、りんを０．５質量％含有させたニッケル電鋳膜において、硫黄の含有量を変化させたときの引裂き強度への影響を調べた結果を図４に示す。このときの電鋳膜の厚さは３０μｍであり、離型層形成のための熱処理を想定した、３４０℃での１時間の熱処理を行なっている。
【００２６】
引裂強度は、ＪＩＳ  Ｋ７１２８−３の直角形引裂法に準拠し、電鋳膜をこの規格に記載の通り、直角形状に切り抜いて試料とし、その両端に引張り荷重を与え、試料が引き裂かれたときの最大荷重を引裂強度とする評価指標である。
【００２７】
図４より理解できるように、硫黄含有量が０．００３質量％〜０．０２質量％の範囲で、高温処理後の引裂強度が高く、さらにこの範囲では硫黄含有量の増加とともに高温処理後の引裂強度が向上する。
【００２８】
また、りんを０．５質量％、及び、硫黄を０．０１５質量％、それぞれ含有させたニッケル電鋳膜の、炭素含有量を変化させてマイクロビッカース硬さを変化させたときの引張強度への影響を調べた結果を図５に示す。
【００２９】
図５より理解できるようにマイクロビッカース硬度が４６０以上５５０以下の範囲で十分に高い引張強度が得られる。そして、この範囲では硬度上昇とともに引張強度が向上する。このように引張強度が高い素材を用いることで信頼性の高い定着ベルトを実現できる。
【００３０】
図２に示すタイプの定着装置で用いられる定着ベルト用基材に特に求められる性能は、高温処理後の引裂き強度（靱性）と引張強度（耐久性）との２つであると考えられた。本発明者等は、これらを上記のように、定着ベルト用基材のニッケルに含有される成分を変化させることにより、定着ベルトの耐久性と靱性が高い定着ベルトが得られることを見出し、本発明に至った。
【００３１】
すなわち、本発明の定着ベルト用基材は上述のように、電鋳法により形成されてなる、ニッケルを主成分とする定着ベルト用基材であって、次の特徴を有する。りんの含有量が０．４質量％以上０．７質量％以下、硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下、かつ、炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下である。
【００３２】
定着ベルト用基材にりんを含有させることにより定着ベルト用基材の強度が上がる。これはニッケルの金属結晶格子間にりん原子が固溶し歪んだ組織となるために生じると考えられる。
【００３３】
りんの含有量が少なすぎると、十分な強度上昇効果が得られない。また、りんの含有量が多すぎると、電鋳母型に析出する電鋳品の母型と接する面が小さくなり、結果として電鋳品が母型よりも小さくなるので、電鋳品から母型を締め付ける方向に応力がかかり、脱型が困難になる。より好ましいりんの含有量は０．５質量％以上０．７質量％以下である。
【００３４】
定着ベルト用基材中の硫黄は、ニッケルの結晶粒を微細化させる働きを有し、この働きにより定着ベルト用基材の強度が上がる。硫黄の含有量が少なすぎると十分な強度が得られず、また、多すぎるともろくなり、結果として耐久性も低下する傾向を示す。より好ましい硫黄の含有量は０．０１２質量％以上００１８質量％以下である。
【００３５】
また、定着ベルト用基材の炭素の含有は電鋳プロセスにおいてニッケルの析出面を平滑化させる作用があり、これにより電鋳ニッケルの表面の光沢性や硬さを得る。炭素含有量を調整することにより、例えば４６０〜５５０のマイクロビッカース硬さを得ることができる。
【００３６】
定着ベルト用基材のマイクロビッカース硬さは、材料強度と相関があり、硬さが大きい方が高い耐久性を得ることができる。しかし、マイクロビッカース硬さが大きすぎると脆性を示す傾向があり、結果として耐久性能に不利となる場合がある。
【００３７】
このような本発明に係る定着ベルト用基材は例えば次のようにして得ることができる。
【００３８】
図６に、本発明に係る定着ベルト用基材の一例の製造に用いる電鋳槽の一例のモデル断面を示す。図中符号５０は電鋳槽であり、液槽５１内には、りん成分が添加されたニッケル電鋳液５２が容れられている。
【００３９】
液槽５１内にはアノード電極５３（この例では２つ）が配置され、その中央には円筒状の電鋳母型５４（カソード電極兼用）が配置されている。電鋳母型５４は、電鋳される定着ベルト用基材の全体の厚さが均一となるようにその円筒の軸を中心にして回転可能となっていて、電鋳中は図示しない駆動機構により回転駆動される。
【００４０】
電鋳槽５０には、この例では底部にさらに電鋳液噴出パイプ５５が連結され、ニッケル電鋳液５２が電鋳液噴出パイプ５５から電鋳槽５０内に供給される。なお、液槽５１にはオーバーフロー部５１ａが形成されており、図示しない液送ポンプを介して電鋳液噴出パイプ５５に接続されており、ニッケル電鋳液５２は液槽５１、オーバーフロー部５１ａ、電鋳液噴出パイプ５５をこの順に繰り返して循環している。
【００４１】
このような電鋳槽５０を用いて、含りん成分、含硫黄成分、及び、含炭素成分を有するニッケル電鋳液により電鋳を行うことで本発明に係る定着ベルト用基材を得ることができる。
【００４２】
ニッケル電鋳液としては、当該分野で既知の各種電鋳液を用いることができるが、スルファミン酸ニッケル電鋳液を用いることが好ましい。
【００４３】
スルファミン酸ニッケル電鋳液としては、例えば次の成分を含有するものを挙げることができる。すなわち、スルファミン酸ニッケル四水塩３００ｇｇ／Ｌ（リットル）以上６００ｇ／Ｌ以下、塩化ニッケル０ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下、ホウ酸２０ｇ／Ｌ以上４０ｇ／Ｌ以下、適量の一次光沢剤、二次光沢剤等。また、電鋳浴のｐＨは、好ましくは３．５〜４．５である。
【００４４】
このようなスルファミン酸浴には、上記以外に、ホウ酸、ギ酸、酢酸ニッケル等のｐＨ緩衝剤、さらには、平滑化、ピット防止、結晶微細化、残留応力の低減等を目的として、光沢剤、ピット防止剤、内部応力減少剤等を添加することができる。
【００４５】
本発明において、定着ベルト基体本体に含まれるりんの供給源として、例えば次亜りん酸ナトリウムのような水溶性りん含有酸の塩を含りん成分としてニッケル電鋳液に添加する。このような水溶性りん含有酸の塩としては、次亜りん酸ナトリウム、リン酸塩、亜リン酸塩などが挙げられる。このうち、次亜りん酸ナトリウムであるとpH管理が容易でかつ電鋳溶液が安定となるので好ましい。その添加量は、あらかじめ検討して決定するが、次亜りん酸ナトリウムを用いる場合、これを例えば４０ｍｇ／Ｌ以上２００ｍｇ／Ｌ以下の濃度でスルファミン酸浴中に添加することができる。水溶性りん含有酸の塩の添加量が少なすぎると耐久の低下や電鋳中に形成したニッケル（Ｎｉ）膜が剥がれる場合があり、多すぎると膜の脆化や脱型が不可能となる場合がある。
【００４６】
また、ニッケル電鋳液に添加する含硫黄成分としては、パラトルエンスルホンアミド、ベンゼンスルホン酸、ナフタレン、サッカリンなどが挙げられる。このうち、パラトルエンスルホンアミドであると液中で分解せず管理が容易となるので好ましい。その添加量は、あらかじめ検討して決定するが、パラトルエンスルホンアミドを用いる場合、これを例えば３０ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌ以下の濃度でスルファミン酸浴中に添加することが好ましい。含硫黄成分の添加量が少なすぎると機械強度が低下する場合があり、多すぎると脆性を引き起こす場合がある。
【００４７】
ニッケル電鋳液に添加する含炭素成分としては、２−ブチン−１，４−ジオール、ホルムアルデヒド、アリスルホン酸などが挙げられる。このうち、２−ブチン−１，４−ジオールであると、不揮発性で管理理が容易となるので好ましい。その添加量は、あらかじめ検討して決定するが、２−ブチン−１，４−ジオールを用いる場合、これを例えば５０ｍｇ／Ｌ以上１００ｍｇ／Ｌ以下の濃度でスルファミン酸浴中に添加することが好ましい。含炭素成分の添加量が少なすぎるとニッケル（Ｎｉ）膜表面の光沢がなくなる場合があり、多すぎると脆化する場合がある。
【００４８】
定着ベルト用基材厚さは、定着ベルトを構成したときの要求される熱容量、強度の関係から２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。特に好ましい範囲は３０μｍ以上４０μｍ以下である。
【００４９】
電鋳により形成される電鋳品が、定着ベルト用基材として必要な厚さになったら、電鋳を終了し、得られた電析体を電鋳母型ごと取り出し、水洗後、両端の端部の不要部を除去する。次いで電析体を有する電鋳母型を水中に浸漬して電析体を母型から遊離させ、電鋳母型から引き抜いて、本発明に係る定着ベルト用基材を得る。
【００５０】
図１にモデル的に示すように、このようにして得た本発明に係る定着ベルト用基材７１を用いてその外側面に、弾性層７２、離型層７３等を公知の方法により形成し、本発明に係る定着ベルトとすることができる。
【００５１】
ここで、定着ベルト用基材に求められる性能としては、定着ベルトを構成したときの耐久性、柔軟性、及び、定着温度での使用に耐え得る耐熱性が挙げられ、弾性層、離型層等もこれら性能を満足するように形成する。
【００５２】
弾性層は、光沢むらのない均一な画像を得るために、ベルト表面に柔軟性を与える目的で形成され、ゴム硬度は５°以上５０°以下（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０μｍ以上５００μｍ以下であるが望ましい。また、弾性層は、定着温度における耐熱性からシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等をから構成されることが望ましい。
【００５３】
一方、離型層に使用される材料として、フッ素系樹脂、もしくは、これらの樹脂の混合物、耐熱性樹脂にこれらフッ素系樹脂を分散させたものが挙げられる。フッ素系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・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）、および、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが挙げられる。
【００５４】
弾性*1層を上記のような材質からなる離型層により被覆すると、シリコーンオイル等を使用しなくともトナー離型性、紙粉固着防止が可能になる（オイルレス化）。
【００５５】
しかし、上記のような離型性を有する樹脂は、ゴム材料のような弾性を一般に有しないので、弾性層上に離型層を厚く形成するとベルト表面の柔軟性を損ない、形成される画像に光沢むらが発生してしまう。
【００５６】
離型性と柔軟性とを両立させるとともに、さらに耐久性を考慮すると、離型層の膜厚として４μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましい範囲は５μｍ以上２０μｍ以下である。本例における離型層は７μｍ程度に設定されている。
【００５７】
また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けても良く、また、基材の内面に摺動時の耐久性を向上させる層、例えば、フッ素系樹脂のＰＦＡやＰＴＦＥからなる層を設けても良い。
【００５８】
次に、本発明に係る定着ベルト用基材を用いて作製された定着ベルトを有する定着装置の一例を、図２を用いて説明する。
【００５９】
この定着装置４０は、加圧ローラが駆動され、定着ベルトが従動するタイプの定着装置であり、ベルト部材として定着ベルト３、固定部材２ａ、加熱部材１、補強部材２ｂ、ヒータ５、加圧ローラ４から構成されている。
【００６０】
定着装置４０の通常時の動作は以下のようになっている。
【００６１】
定着装置４０本体の電源スイッチが投入されるとヒータ５に電力が供給される。同時に、加圧ローラ４が図示しない付勢機構により定着ベルト３側に付勢されて定着ベルト３との間にニップ部が形成され、図示しない駆動機構により回転駆動が開始される。
【００６２】
これら動作により、加圧ローラ４との摩擦力によって定着ベルト３も従動回転する。定着ベルト５は本発明に係る定着ベルト用基材の上に弾性層、離型層が順次積層されている。そして、その全体の厚さは本例では１ｍｍ以下となっている。また、その直径は一般には１５〜１２０ｍｍ程度となるように設定されており、この本実施の形態では３０ｍｍ程度に設定されている。
【００６３】
加熱部材１はヒータ５の輻射熱により加熱されて定着ベルト３を加熱する。すなわち、定着ベルト３は加熱パイプを介して間接的に加熱される。ここで、加熱部材１の材料としてはアルミニウム、鉄、ステンレスなどの熱伝導率の良い金属材料を用いることができ、この例ではステンレスから構成されている。また、ヒータ５としてハロゲンヒータやカーボンヒータを用いることができ、この例ではハロゲンヒータを用いている。
【００６４】
加熱部材１は、この例では、アルミニウムから形成され、肉厚が０．１ｍｍのパイプ状部材である。このように加熱部材１の肉厚を０．２ｍｍ以下に設定することで、高い加熱効率で定着ベルト３を加熱することが可能となる。
【００６５】
補強部材２ｂは、ニップ部を形成する固定部材２ａを補強し支持するためのものであり、加圧ローラ４の加圧力による固定部材２ａの変形や変位を抑止している。補強部材２ｂはこのような機能を満たすためにステンレスや鉄などの機械強度の大きい金属材料で形成することが望ましく、この例ではステンレスから構成されている。
【００６６】
固定部材２ａは、前述したとおり加圧ローラ４との圧接によって定着ベルト５との間にニップ部を形成するためのものであり、金属材料からなる剛体部、ゴム材料からなる弾性部、剛体部及び弾性部を覆う潤滑シート等で構成される。
【００６７】
剛体部はニップ部での加圧に耐えうるように、高剛性の金属、セラミックなどで形成されるが、この例ではステンレスにより構成されている。弾性部は加圧ローラ４側の面が加圧ローラ４の曲率にならうように凹状に形成されていて、高速化に対応できるように十分なニップ部幅が確保されるようになっている。
【００６８】
ニップ部で定着ベルトの外周面に当接する加圧回転体としての加圧ローラ４は、直径が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度である。図７にモデル的に断面を示ように、金属製の円筒部材からなる芯金４１上に、連続気泡を有する発泡弾性層４２、ソリッド弾性層４３、離型層４５の順にそれぞれ積層された構造を有している。このような加圧ローラ４は定着ベルト５を介して固定部材２ａを押圧して定着ニップ部を形成する。なお、ローラ（胴部の）両端部の通紙領域外には定着ベルトに接してこれを従動させるために、摩擦力確保を目的としたグリップ層が設けられている。
【００６９】
上記の、連続気泡を有する発泡弾性体からなる発泡弾性層４２は断熱性に優れているために、ニップ部を加熱する際に必要な時間を短縮する効果が大きい。このような連続気泡を有する発泡弾性体からなる発泡弾性層４２は発泡シリコーンゴム（シリコーンエラストマー）を使用し、例えばシリコーンコンパウンドに発泡剤、架橋剤、連通化剤を練り、発泡加硫させて得ることができる。そして、この例でもこのような方法によって形成されている。また、液状シリコーンゴムに水、吸水ポリマー、硬化触媒を添加攪拌し、金型内で硬化させて形成することができる。
【００７０】
上記のような発泡シリコーンゴムにおいて、発泡倍率が１．５以上３以下の範囲であれば、低熱容量と充分な強度とを確保できるので好ましい。本例での発泡倍率は２．０であった。
【００７１】
ここで、上記における後者の、水、アルコール類などの沸点が室温より高い液状化合物を配した発泡性シリコーン組成物を発泡されて得る、いわゆる水発泡シリコーンによって形成されていることが好ましい。このような水発泡シリコーンと呼ばれる技術は、例えば特開２００３−９６２２３号公報等で知られている。このような技術によれば、形成される気泡が微細となり、かつ、連続気泡となるので、加熱時の熱膨張によるローラ外径の増加や破泡による硬化低下を防止でき、耐久性が向上するので好ましく、本例もこのような水発泡シリコーン技術に依った。
【００７２】
上記連続気泡を有する発泡弾性層４２の上にソリッド弾性層４３を形成する。このソリッド弾性層４３の厚さを０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下にすることにより、芯金近傍の耐破泡性と高い接着強度とを得ることができ、本例では０．１ｍｍとした。ソリッド弾性層の材質は耐熱性を考慮し、シリコーンゴムとした。
【００７３】
離型層４４は、耐熱性とトナーの付着防止とを考慮し、フッ素系樹脂等を用いる。例えば、このようなフッ素系樹脂としてはＰＦＡやＰＴＦＥが一般的である。厚さは表面硬度が上がるのを抑えるために、０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。本例における離型層はＰＦＡから構成され、厚さは０．０３ｍｍである。
【００７４】
次に、上記のような定着装置４０を備えた画像形成装置（プリンタ）の一例について、その全体の構成・動作についてモデル図である図３を用いて説明する。
【００７５】
このプリンタは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を形成するために４組の画像形成部を有している。すなわち、これら色にそれぞれ対応した感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（像担持体）の表面上に形成するために電子写真方式の４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋ（像形成手段）である。これら画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの下方には、各画像形成部を通して転写媒体（転写紙）を搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋの感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、搬送ベルト２０にそれぞれ転接配置され、転写媒体は搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。
【００７６】
これら４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋは、略同じ構造を有する。よって、ここでは用紙の搬送方向最上流側に配設されたイエロー用の画像形成部１０Ｙについて代表して説明し、他の色用の画像形成部１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｂｋについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７７】
画像形成部１０Ｙは、その略中央位置に搬送ベルト２０に転接された感光体ドラム１Ｙを有する。感光体ドラム１Ｙの周囲には、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に次の装置が配設されている。感光体ドラム１Ｙの表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙ。帯電されたドラム表面を色分解された画像信号に基づいて露光し、ドラム表面上に静電潜像を形成する露光装置３Ｙ。ドラム表面上に形成された静電潜像にイエロートナーを供給して現像する現像装置４Ｙ。現像したトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送される用紙上に転写する転写ローラ５Ｙ（転写装置）。転写されずにドラム表面に残留した残留トナーを除去するクリーナ６Ｙ。そして図示しないドラム表面に残留した電荷を除去する除電ランプ。
【００７８】
搬送ベルト２０の図中右下方には、用紙を搬送ベルト２０上に給紙するための給紙機構３０が配設されている。搬送ベルト２０の図中左側には、後述する本発明の実施の形態に係る定着装置４０が配設されている。搬送ベルト２０によって搬送された転写媒体は、搬送ベルト２０から連続して上述の様な本発明に係る定着装置４０を通って延びた搬送路を搬送され、定着装置４０を通過する。
【００７９】
本発明に係る定着ベルト用基材を有する定着ベルトを有する定着装置４０は、搬送された転写媒体、すなわちその表面上に各色のトナー像が転写された状態の転写媒体を加熱および加圧する。そして、各色のトナー像を溶融して転写媒体にて定着させる。さらに転写媒体は、定着装置４０の搬送経路下流側に排紙ローラにより排紙される。
【００８０】
このような本発明に係る定着ベルト用基材を有する画像形成装置によれば、省エネルギー、かつ、高印刷速度の要求に対応でき、さらに、高負荷の使用環境に耐える定着ベルトを有するので長期間安定して画像を形成することができる。
【００８１】
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置、および、画像形成装置は上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００８２】
当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置、および、画像形成装置を適宜改変することができる。このような改変によってもなお本発明の定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置、および、画像形成装置の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。
【実施例】
【００８３】
次に本発明の実施例について説明する。
【００８４】
図６にモデル的に示した電鋳槽を用いて、胴部の太さ３０ｍｍ、長さが４６０ｍｍのステンレス製の電鋳母型を用い、ニッケル電鋳液として、スリーブ状電鋳膜を得た。このとき、含りん成分、含硫黄成分、及び、含炭素成分をそれぞれ添加量を変えて、りん、硫黄、及び、炭素の含有量の異なるスリーブ状電鋳膜を得た。このとき、含りん成分としては次亜リン酸ナトリウム、含硫黄成分としてはパラトルエンスルホンアミド、及び、含炭素成分としては１，４−ブチンジオールを、それぞれ用いた。
【００８５】
得られたこれら電鋳膜を用いて以下の基礎検討を行った。なお、各含有量は誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）により得た。
【００８６】
＜基礎検討＞＜＜りん含有量と脱型性との関係＞＞
上記で得られたスリーブ状電鋳膜の内径（ベルト内径）、および、電鋳液の電鋳応力を測定し、それらと電鋳品のりん含有量との関係を調べた。その結果を図８に示す。なお、内径はテーパゲージ、電鋳応力はストリップ電鋳応力試験を用いて測定した。
【００８７】
図８より、りん含有量が増加すると共に電鋳応力が減少し、それに伴いスリーブ状電鋳膜の内径が小さくなることが理解される。ここで、スリーブの内径が３０．０２５ｍｍ以下となるとＡ３版対応の定着ベルト用基材の脱型が困難になる。
【００８８】
＜＜硫黄含有量と靱性との関係＞＞
同様に硫黄含有量と引裂き強度との関係を図４に示す。サンプルは定着ベルトの離型層形成のための加熱処理工程を想定して３４０℃で１時間の熱処理を行った。
【００８９】
図４から、硫黄の含有量が０．０２質量％以上になると引裂き強度が急激に低下し、熱処理後の靱性が落ちることが理解される。
【００９０】
＜＜炭素含有量とマイクロビッカース硬度との関係＞＞
同様に炭素含有量とマイクロビッカース硬度との関係を図９に示す。図９により炭素含有量が増加するにつれてマイクロビッカース硬度が増加することが理解される。
【００９１】
＜＜硬さと引張強度の関係＞＞
上記の炭素含有量とマイクロビッカース硬度との関係を調べたサンプルの、マイクロビッカース硬さが異なるスリーブ片の引裂き強度を調べその結果を図５に示した。
【００９２】
硬さが増加するに伴い引張強度は増加するが、硬さが５５０を越えると、引張強度は急激に低下することが理解される。
【００９３】
特に、マイクロビッカース硬度が４６０以上５５０以下であると、引張強度が高いので、このような基材を用いると、定着ベルトの耐久性が向上し、信頼性の高い定着ベルトを供給できることが理解される。
【００９４】
＜画像形成装置での検討＞
上記同様にして、りん、硫黄、及び、炭素の含有量の異なる定着ベルト用基材（実施例１〜７、比較例１〜３の計１０種）を作製した。このうち、実施例１〜７、比較例３の計９つの定着ベルト用基材の外周に、図１にモデル的に示したように、それぞれ弾性層、及び、離型層をこの順で形成した。具体的には、定着ベルト用基材に、シリコーンゴムのダイコート塗装により弾性層を得たのち、オゾンによる表面活性および接着層の塗布をし、薄膜となるようＰＦＡ塗装を行った。最後にＰＦＡの熱処理として３４０℃で１時間の加熱処理を行い、それぞれ定着ベルトを得た。
【００９５】
これら定着ベルトをそれぞれ、図２にモデル的に示す定着装置に組み込み、図１にモデル的に示す画像形成装置で画像形成テストを行った。（なお、りんの含有量が多い比較例３に係る定着ベルト用基材は、内径が小さく、そのために脱型ができず定着ベルトを作成できなかったため、画像形成装置での実験を行わなかった）。
【００９６】
各定着ベルト用基材のニッケル中のりん、硫黄、及び、炭素の含有量と、それら定着ベルト用基材を用いたときの画像形成の結果（耐久枚数）を、表１に示す。
【００９７】
【表１】
2014232290.tif 000003
【００９８】
表１より、実施例に係る定着ベルト用基材（実施例１〜７）を用いた定着ベルトではＡ４紙４０万枚以上の画像を形成しても問題を生じず、優れた耐久性を示したのに対し、比較例に係る定着ベルト用基材（比較例１、２）を用いた定着ベルトでは８万〜２６万枚の画像形成で定着ベルトに破断が生じた。これらの結果より、本発明に係る定着ベルト用基材を用いて得られた定着ベルトの耐久性向上効果が確認された。
【００９９】
表１のように、マイクロビッカース硬度が４６０以上５５０以下であると、定着ベルト用基材の引張強度が高いので、定着ベルトの耐久性が向上し、信頼性の高い定着ベルトを供給することができる。
【符号の説明】
【０１００】
７１  本発明に係る定着ベルト用基材
７２  弾性層
７３  離型層
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０１】
【特許文献１】特許第４４１４８３９号公報
【特許文献２】特許第３４７２２８６号公報
【図１】
2014232290.tif 000004
【図２】
2014232290.tif 000005
【図３】
2014232290.tif 000006
【図４】
2014232290.tif 000007
【図５】
2014232290.tif 000008
【図６】
2014232290.tif 000009
【図７】
2014232290.tif 000010
【図８】
2014232290.tif 000011
【図９】
2014232290.tif 000012
【図１０】
2014232290.tif 000013