(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル又はニッケル合金からなるシームレス電鋳ベルトからなる第１層と、この第１層より熱伝導性が大きな金属のメッキ層からなる第２層とを有する金属基体と、この金属基体の前記第２層側の上方に接着層を介して設けられたフッ素樹脂層とを具備し、前記金属基体の総厚に対する前記第２層の厚さの比を０．６６以上０．９５以下としたことを特徴とする定着用金属複層部材。
【請求項２】
請求項１に記載の定着用金属複層部材において、前記第２層が、銅又は銅合金のメッキ層からなり、前記第２層上に当該第２層より耐食性の高い金属からなる第３層をさらに設けたことを特徴とする定着用金属複層部材。
【請求項３】
請求項２に記載の定着用金属複層部材において、前記第３層は、ニッケル又はニッケル合金のメッキ層からなることを特徴とする定着用金属複層部材。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の定着用金属複層部材において、前記金属基体と前記フッ素樹脂層との間に弾性層を具備することを特徴とする定着用金属複層部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着ベルトや加圧ベルトに用いられる定着用金属複層部材に関し、特に複写機、ファクシミリ、レーザビームプリンター等の画像形成装置の定着部の定着ベルトや加圧ベルトに用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置においては、画像形成装置の小型化、省エネルギー化、印字・複写の高速化等の要求に応えるために、ゴムロールを用いた定着ロールの代わりに無端状の定着ベルト（エンドレスベルトまたはエンドレスフィルム）を使用した定着方式が採用されている。
【０００３】
このようなベルトを利用した定着装置においては、定着ベルトとして、耐熱性高分子材料であるポリイミド樹脂などで形成したものを用いると、熱伝導性が充分でないために定着速度を高めることが困難であるほか、起動時に定常温度となるのに時間がかかるという不都合がある。そこで、ニッケルなどの金属で形成し、熱伝導性や寸法精度において優れている定着ベルトが用いられ、例えば、離型層を設ける際の加熱処理に対する耐久性があり、ニッケル−炭素合金を電鋳することによって得られる基材が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、近年の画像の高精度化や印刷の高速化に伴い、幅の違う用紙を連続印刷する際などに、光沢ムラなどの画質不良が発生するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００４６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、ニッケル電鋳を用いた基材を用い、画質不良を防止する定着用金属複層部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、ニッケル又はニッケル合金からなるシームレス電鋳ベルトからなる第１層と、この第１層より熱伝導性が大きな金属のメッキ層からなる第２層とを有する金属基体と、この金属基体の前記第２層側の上方に接着層を介して設けられたフッ素樹脂層とを具備し、前記金属基体の総厚に対する前記第２層の厚さの比を０．６６以上０．９５以下としたことを特徴とする定着用金属複層部材にある。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の定着用金属複層部材において、前記第２層が、銅又は銅合金のメッキ層からなり、前記第２層上に当該第２層より耐食性の高い金属からなる第３層をさらに設けたことを特徴とする定着用金属複層部材にある。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の定着用金属複層部材において、前記第３層は、ニッケル又はニッケル合金のメッキ層からなることを特徴とする定着用金属複層部材にある。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか１つの態様に記載の定着用金属複層部材において、前記金属基体と前記フッ素樹脂層との間に弾性層を具備することを特徴とする定着用金属複層部材にある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の定着用金属複層部材は、高精度で高耐久性に製造できるニッケル又はニッケル合金からなるシームレス電鋳ベルトからなる第１層と、第１層より熱伝導率が高い金属のメッキ層からなる第２層とを具備するので、連続印刷した際に通紙領域と非通紙領域の温度差ΔＴが低くなるという効果を奏する。すなわち、連続通紙後に連続通紙した用紙より幅の広い用紙で印刷した場合でも、光沢ムラ等の画質不良が無い良好な画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る定着用金属複層部材の断面図及び拡大図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る定着用金属複層部材を用いた定着部の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る定着用金属複層部材を用いた定着部の他の例を示す図である。
【図４】試験例の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、光沢ムラなどの画質不良が、用紙幅が異なる用紙を連続印刷した場合、特に用紙幅の小さな用紙を連続して多数印刷した直後、用紙幅が大きな用紙に切り替えて印刷した際に生じることを見いだし、このような画質不良は通紙領域と非通紙領域との温度差ΔＴが原因で生じる可能性が高いという知見に基づいて完成されたものである。
【００１４】
また、通紙領域と非通紙領域との温度差ΔＴが２０℃以下に抑えられれば、光沢ムラなどの画像不良の発生がほとんど防止できることもわかった。
【００１５】
このような知見に基づき、所定の試験後の通紙領域と非通紙領域との温度差ΔＴが１５℃以下となる範囲を本発明の範囲とした。
【００１６】
本発明の定着用金属複層部材は、ニッケル又はニッケル合金からなるシームレス電鋳ベルトからなる無端ベルト状の第１層と、この第１層より熱伝導性が大きな金属のシームレス電鋳ベルトからなる第２層とを有する金属基体と、この金属基体の前記第２層側の上方に接着層を介して設けられたフッ素樹脂層とを具備するものである。
【００１７】
かかる本発明の定着用金属複層部材は、高精度で高耐久性に製造できるニッケル又はニッケル合金からなるシームレス電鋳ベルトからなる第１層と、第１層より熱伝導性が大きな金属のシームレス電鋳ベルトからなる第２層とを具備するので、高精度で高耐久性であるばかりか、熱伝導性が極めて良好なものとなる。すなわち、定着部材として用紙幅の異なる用紙を連続して印刷しても、第１層より熱伝導性が大きい第２層を具備し且つ所定の厚さとすることにより、熱伝導性が良好で所定厚以上の第２層があるので、用紙幅が狭い用紙を連続して印刷した際に、相対的に高温となった非通紙領域の熱が通紙領域に良好に伝達して温度差ΔＴが１５℃以下に押さえられると考えられ、その直後、連続して用紙幅が大きな用紙を印刷しても通紙領域と非通紙領域との温度差に基づく画質不良が低減されると推定される。
【００１８】
ここで、第１層は、ニッケル電鋳からなるものであり、ニッケル電鋳は、ニッケル単体からなるニッケル電鋳だけではなく、リン、鉄、コバルト、マンガンの１種または複数種の元素を含むニッケル合金電鋳を含むものである。
【００１９】
第２層の金属は、第１層を構成するニッケル又はニッケル合金より熱伝導性の大きな金属であるが、ニッケル又はニッケル合金の熱伝導率の２倍以上、好ましくは３倍以上の熱伝導率を有する金属である。ニッケルの熱伝導率が９０Ｗ／ｍＫ程度であるから、１８０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２７０Ｗ／ｍＫ以上の金属であり、具体的には、銅（３９８Ｗ／ｍＫ）、銀（４２０Ｗ／ｍＫ）、金（３２０Ｗ／ｍＫ）、アルミニウム（２３７Ｗ／ｍＫ）などを挙げることができるが、第２層の製造面及びコストを考えると銅又は銅合金のシームレス電鋳ベルトとするのが好ましい。
【００２０】
但し、銅又は銅合金の場合には、表面に酸化被膜が形成され易いので、銅又は銅合金のシームレス電鋳ベルトからなる第２層上に当該第２層より耐食性の高い金属からなる第３層をさらに設けるのが好ましい。
【００２１】
第３層は、耐食性を付与できる程度の厚さの薄膜でよいので、必ずしも電鋳で形成する必要はなく、めっきで形成してもよい。なお、第３層を構成する金属として、金、銀、クロム、ニッケル、ニッケル合金等が挙げられ、ニッケルやニッケル合金が特に好ましい。
【００２２】
本発明の定着用金属複層部材は、二層、三層又はそれ以上の多層構造の無端ベルト状の金属基体を具備するが、金属基体の総厚に対する第２層の厚さの比（以下、第２層膜厚比ともいう）が、０．６６以上０．９５以下である。
【００２３】
第２層の厚さの比が上述した範囲より小さいと、通紙領域と非通紙領域との通紙後の温度差ΔＴが１５℃より大きくなる。一方、上述した範囲より大きいと、耐久性、寸法精度や耐食性など全てに優れたものが設計できなくなり、第１層を省くと、耐久性、寸法精度等が低下する。
【００２４】
ここで、金属基体の総厚は、２０〜１００μｍ、好適には２５〜６０μｍの範囲にあるのが好ましい。これ以上薄いと、全体として強度が確保できず、また、これより厚いと、曲げ応力が大きくなり、耐久性が低下する傾向となる。
【００２５】
本発明の金属基体は、ニッケルシームレス電鋳ベルトを基体本体としているので、寸法精度が良好で、表面性が良好なものである。
【００２６】
そして、本発明の定着用金属複層部材は、金属基体の第２層側、すなわち、二層構造の場合には第２層上に、三層構造の場合には第３層上に、第一接着層を介して設けられた弾性層と、この弾性層上に第二接着層を介して設けられたフッ素樹脂層を具備するものである。
【００２７】
ここで、弾性層は、耐熱性に優れた材料からなるのが好ましく、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム等が挙げられ、特にシリコーンゴムが好ましい。弾性層の厚さは、例えば、２０〜１０００μｍであり、好ましくは５０〜５００μｍである。これは、トナー定着性を向上させ、画像の高画質化を図るためである。なお、仕様によっては弾性層はなくてもよい。
【００２８】
フッ素樹脂層は、具体的には、ＰＦＡチューブ、好適には熱収縮性のチューブが好ましい。また、接着層は、フッ素樹脂層を強固に接着するために、好適には、ＰＦＡ粒子を含有する接着剤の塗布層をＰＦＡを溶融させる温度で加熱処理することにより形成されたものである。
【００２９】
また、フッ素樹脂層は、内面を改質処理して接着性を向上させた熱収縮性のＰＦＡチューブとし、シリコーン系接着剤を塗布した後に、前述したＰＦＡチューブを被覆し、接着剤と密着させ、シリコーンゴム系接着剤の硬化温度に加熱して形成したものでもよい。
【００３０】
さらに、フッ素樹脂層は、例えば、ＰＦＡ粒子をスプレー又はディッピング等による塗布層としてもよく、具体的には、ＰＦＡ粒子を含有した接着剤層を塗布した後に、前述したフッ素樹脂層を塗布し、熱により、フッ素樹脂層と接着層とを溶融させることで形成したものでもよい。
【００３１】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。図１には、本発明の定着用金属複層部材の一例、すなわち、三層構造の金属基体を有する定着用金属複層部材の概略図を示す。
【００３２】
定着用金属複層部材１０は、ニッケルシームレス電鋳ベルトからなる無端ベルト状の第１層１１と、銅又は銅合金からなる第２層１２と、耐食性膜としての第３層１３とからなる金属基体を具備し、第３層１３上に、第一接着層１４を介して設けられた弾性層１５と、この弾性層１５上に第二接着層１６を介してフッ素樹脂層１７を設けたものである。
【００３３】
第１層１１は、ニッケル又はニッケル合金のシームレス電鋳ベルト（以下、ニッケルシームレス電鋳ベルトともいう）からなる無端ベルト状のものである。ニッケル合金としては、リン、鉄、コバルト、マンガンの１種または複数種の元素を含むニッケル合金を挙げることができる。ニッケルシームレス電鋳ベルトからなる第１層１１は、Ｎｉ−Ｐ合金電鋳であるのが好ましく、リンを０．０５質量％以上１質量％以下の含有率で含有するものであるのがさらに好ましい。なお、ニッケルシームレス電鋳ベルトからなる第１層１１中のリン含有率が０．０５質量％未満であると、第１層１１の耐熱疲労特性が十分に向上しなくなる虞があり、リンの含有率が１質量％を超えると、第１層１１の柔軟性が悪くなる虞がある。
【００３４】
ニッケルシームレス電鋳ベルトからなる第１層１１は、一般に、硫酸ニッケルや塩化ニッケルを主成分とするワット浴やスルファミン酸ニッケルを主成分とするスルファミン酸浴等のニッケル電鋳浴を用いて、電鋳法により形成することができる。電鋳法は、母型の表面に厚メッキを行い、これを母型から剥離して製品を得る方法である。
【００３５】
ニッケルシームレス電鋳ベルトからなる第１層１１を得るには、ステンレス、黄銅、アルミニウム等からなる円筒を母型とし、その表面にニッケル電鋳浴を用いてニッケルメッキ膜を形成することができる。母型がシリコーン樹脂や石膏などの不導体である場合には、黒鉛、銅粉、銀鏡、スパッタリングなどにより、導電性処理を行う。金属母型への電鋳では、ニッケルメッキ膜の剥離を容易にするために、母型の表面に酸化膜、化合物膜、黒鉛粉塗布膜などの剥離膜を形成するなどの剥離処理を行うことが好ましい。
【００３６】
ニッケル電鋳浴は、ニッケルイオン源、アノード溶解剤、ｐＨ緩衝剤、その他の添加剤を含む。ニッケルイオン源としては、スルファミン酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケルを例示することができる。アノード溶解剤としては、ワット浴の場合、塩化ニッケルがこの役割を果たしており、他のニッケル浴では、塩化アンモニウム、臭化ニッケルなどが用いられている。ニッケルメッキは、一般に、ｐＨ３．０〜６．２の範囲で行われるが、この間の望ましい範囲に調整するために、ホウ酸、ギ酸、酢酸ニッケルなどのｐＨ緩衝剤が用いられる。その他の添加剤としては、平滑化、ピット防止、結晶微細化、残留応力の低減などを目的として、例えば、光沢剤、ピット防止剤、内部応力減少剤などが用いられる。
【００３７】
ニッケル電鋳浴としては、スルファミン酸浴が好ましい。スルファミン酸浴の組成としては、スルファミン酸ニッケル四水塩３００〜６００ｇ／Ｌ、塩化ニッケル０〜３０ｇ／Ｌ、ホウ酸２０〜４０ｇ／Ｌ、適量の界面活性剤、適量の光沢剤などを含有するものを挙げることができる。ｐＨは２．５〜５．０、好ましくは３．５〜４．７である。浴温は２０〜６５℃、好ましくは４０〜６０℃である。なお、ニッケル合金電鋳からなる第１層１１を得る場合は、亜リン酸ナトリウムのような水溶性リン含有酸の塩、スルファミン酸第１鉄、スルファミン酸コバルト、スルファミン酸マンガン等のスルファミン酸金属塩、フッ化チタンカリウムなどを適宜添加したニッケル金属電鋳浴を用いればよい。
【００３８】
上記ニッケル電鋳浴、特にスルファミン酸ニッケル浴にリンを添加して上記条件で電鋳を行うことにより得られる、Ｎｉ−Ｐ合金電鋳からなる第１層１１は、耐熱疲労特性が改善される。
【００３９】
第２層１２は、ニッケルシームレス電鋳ベルトより熱伝導率の大きな金属からなり、第１層１１との接着性、シームレス電鋳ベルトの製造上の点から、銅又は銅合金からなるのが好ましい。
【００４０】
第２層１２は、電解メッキにより得るのが好ましい。例えば、第１層１１の表面にメッキ浴を用いてメッキ膜を形成し、第２層１２とすればよい。第２層１２をメッキにより得ることにより、第１層１１との密着性に優れたものとなる。例えば、第２層１２が銅からなる場合は、銅メッキ浴を用いて銅メッキ膜を形成する。銅メッキ浴としては、硫酸銅メッキ浴、ピロリン酸銅メッキ浴、シアン化銅メッキ浴、無電解銅メッキ浴等が挙げられ、硫酸銅メッキ浴を用いるのが好ましく、硫酸銅１５０〜２５０ｇ／Ｌ、硫酸３０〜１５０ｇ／Ｌ、塩酸０．１２５〜０．２５ｍｌ／Ｌ、適量の光沢剤を含有するものを挙げることができる。なお、第２層１２は、無電解メッキ法、物理蒸着法、化学蒸着法等により形成してもよい。
【００４１】
第２層１２が、銅又は銅合金のメッキ層の場合には、耐食性を付与するための第３層１３を設ける。第３層１３は、電解メッキにより形成するのが好ましい。例えば、第２層１２の表面にメッキ浴を用いてメッキ膜を形成し、第３層１３とすればよい。このとき、第２層１２の表面が空気にほとんど接触することのないように形成するのが好ましい。これにより、第２層１２の腐食をより効果的に防止することができる。第３層１３を電解メッキにより形成することにより、第２層１２との密着性に優れたものとなり、また、厚さ３μｍ以下の第３層１３を高精度で形成することができる。なお、第３層１３がニッケル又はニッケル合金からなる場合は、第１層１１と同様の方法により得ることができる。また、Ｎｉ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金等のニッケル合金からなる第３層１３は、第１層１１と同様の方法で電極等を適宜変更することにより得ることができる。なお、第３層１３は、無電解メッキ法、物理蒸着法、化学蒸着法等により形成してもよい。
【００４２】
第３層１３の厚さは、０．５μｍ〜２μｍ、好ましくは、１μｍ前後である。なお、厚さが０．５μｍ未満となると第２層１２の酸化防止の十分な効果が得られなくなる虞がある。
【００４３】
第一接着層１４は、シリコーン系接着剤を用いるのが好ましく、厚さは１〜１５μｍが好ましい。弾性層１５は、本実施形態では、シリコーンゴムからなる。
【００４４】
第二接着層１６は、ＰＦＡ粒子を含有する接着剤を用い、ＰＦＡを溶融して形成されたものである。第二接着層１６の厚さは、接着性を確保できる範囲でできるだけ薄い方が好ましく、例えば、１μm〜２０μｍ、好ましくは、１μm〜１０μｍである。
【００４５】
また、フッ素樹脂層１７は、高離型のＰＦＡからなるものが挙げられる。フッ素樹脂層１７の厚さは、例えば、１〜１５０μｍであり、好ましくは５〜３０μｍである。
【００４６】
このような定着用金属複層部材１０は、例えば、図２（ａ）に示すように使用される。定着用金属複層部材１０は、内部にヒータを内蔵する押圧部材２０を具備し、押圧部材２０で加圧ロール３０に押圧された状態で使用される。
【００４７】
図２（ｂ）は、押圧部材２１とは別にヒータ２２を内蔵するものである。また、励磁コイル（熱源）が定着用金属複層部材１０の内側又は外側に配置される電磁誘導発熱形式のベルトとしても使用できることはいうまでもない。
【００４８】
図３には、このような他の使用形態の例を示す。図３（ａ）は、押圧部材２０、２１ではなく、定着用金属複層部材１０の内側に、定着ロール２３を配置し、定着ロール２３で定着用金属複層部材１０を加圧ロール３０に押圧するものである。定着用金属複層部材１０を加熱する加熱手段は定着ロール２３に内蔵してもよいし、定着用金属複層部材１０の外側に配置してもよい。図３（ｂ）は、定着用金属複層部材１０の内側に加圧ロール３０と定着用金属複層部材１０を介して対向するインナーロール２４とヒータを内蔵する加熱ロール２５とを配置し、両者で定着用金属複層部材１０を回転駆動するものである。なお、この場合も、加熱ロール２５のヒータ２２を定着用金属複素部材１０の外側に配置してもよい。
【００４９】
このように、定着ベルトの使用態様は特に限定されるものではない。
【００５０】
また、本発明の定着用金属複層部材は、上述したような定着ベルトに好適に用いられるものであるが、転写直後に定着を行う転写・定着ベルト等にも用いることができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明を限定するものではない。
【００５２】
（サンプル１〜１５）
スルファミン酸ニッケルを５００ｇ／Ｌ、亜リン酸ナトリウムを１５０ｍｇ／Ｌ、硼酸を３０ｇ／Ｌ、一次光沢剤としてナフタレン−１，３，６−トリスルホン酸三ナトリウムを１．０ｇ／Ｌ、二次光沢剤として２−ブチン−１，４−ジオールを２０ｍｇ／Ｌ添加して、所望のスルファミン酸リン電鋳浴を調製した。
【００５３】
この電鋳浴を６０度、ｐＨを４．５として、外径３０ｍｍのステンレス鋼製の円筒状母型を陰極とし、デポラライズドニッケルを陽極として、１６Ａ／ｄｍ２の電流密度下で電鋳を行い、母型の外周面に電析体を下記表１の厚さに形成した。この電析体を有する母型から電析体を引き抜き、内径３０ｍｍ、下記表１の厚さのニッケルリン合金電鋳からなる第１層を得た。第１層は、リンの含有率が０．５質量％である。
【００５４】
この第１層上に、以下の電解浴からなる第２層を形成した。具体的には、まず、硫酸銅を１８０ｇ／Ｌ、硫酸を６０ｇ／Ｌ、チオ尿素を０．０４ｇ／Ｌ、糖蜜を０．８ｇ／Ｌ添加して、所望の硫酸銅電解浴を調整した。次に、この電解浴の浴温を４５℃とし、上記電析体を陰極、含リン銅を陽極として、５Ａ／ｄｍ２の電流密度下でめっきを行い、第１層上に下記表１の厚さの銅からなる第２層を形成した。
【００５５】
この第２層上に、上記と同様の方法によりニッケルリン合金からなる厚さ１μｍの第３層を形成し、これを電解浴から取り出し、電析体の両端部のバリを切り剥がして、三層構造の金属基体を得た。
【００５６】
この各金属基体にシリコーン系接着剤を塗布し、シリコーンゴムを１００μｍの厚さで形成した後、フッ素系接着剤を塗布し、ＰＦＡチューブを被覆し、３３０℃で加熱処理を行い、サンプル１〜１５とした。
【００５７】
（試験例１）通紙後の温度分布
上述したサンプル１〜１５の定着ベルトとし、一方、加圧ロールとして、φ２４の金属製芯金にシリコーンゴムを３ｍｍ、ＰＦＡチューブを３０μｍの厚さになるように成形したものを用い、図２（ｂ）の構成の定着部を用い、Ｂ４用紙を１００枚連続通紙を行った後の、定着ベルトの表面の用紙端部の内側１０ｍｍを通紙領域とし、用紙端部の外側１０ｍｍを非通紙領域として、温度差ΔＴを非接触型温度計にて測定した。結果を下記表１及び図４に示す。
【００５８】
【表１】
0005930175.tif 000002
【００５９】
（結果のまとめ）
総厚に対する第２層の厚さの比が０．６６以上（０．９５以下）のサンプルにおいて温度差ΔＴが１５℃以下となっていることがわかった。
【符号の説明】
【００６０】
１０  定着用金属複層部材
１１  第１層
１２  第２層
１３  第３層
１４  第一接着層
１５  弾性層
１６  第二接着層
１７  フッ素樹脂層
【図１】
0005930175.tif 000003
【図２】
0005930175.tif 000004
【図３】
0005930175.tif 000005
【図４】
0005930175.tif 000006