(57)【要約】【課題】耐折れ曲がり性に優れた定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の金属層を積層してなる積層体７１Ａを備え、可撓性を有する定着ベルト用基材７１であって、積層体７１Ａが、ニッケルにより構成されたニッケル層７１ｂと、ニッケル層７１ｂに積層された銅と錫の合金を含む銅層７１ｃと、ニッケル層７１ｂが積層された面と反対側の銅層７１ｃの面に積層された、ニッケルにより構成された保護層７１ｄと、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属層を積層してなる積層体を備え、可撓性を有する定着ベルト用基材であって、
前記積層体が、
ニッケルにより構成されたニッケル層と、
前記ニッケル層に積層された銅と錫の合金を含む銅層と、
前記ニッケル層が積層された面と反対側の前記銅層の面に積層された、ニッケルにより構成された保護層と、を含むことを特徴とする定着ベルト用基材。
【請求項２】
前記積層体の厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であり、かつ、前記銅層の厚さが前記ニッケル層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の定着ベルト用基材。
【請求項３】
前記銅層の引張弾性率が、４０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の定着ベルト用基材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の定着ベルト用基材を備える定着ベルトであって、
前記定着ベルト用基材が、前記保護層を外周、前記ニッケル層を内周とする無端状に形成されており、
前記定着ベルト用基材の外周面に形成された弾性層と、
前記弾性層の外周面に形成された離型層と、
前記定着ベルト用基材の内周面に形成された摺動層と、
を備えたことを特徴とする定着ベルト。
【請求項５】
請求項４に記載の定着ベルトを備えることを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項５に記載の定着装置を備え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、定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を採用する画像形成装置は、転写紙やＯＨＰ用シート等の記録媒体上の未定着トナー画像を加熱定着する定着装置を備えている。定着装置には、これまでベルトニップ方式が広く用いられてきた。
【０００３】
ベルトニップ方式の定着装置は、加圧ローラが、加熱機構部に循環移動可能に設けられた定着ベルトを付勢し、定着ベルトと加圧ローラが圧接することによりニップ部が形成されるものが知られている。このような定着装置は、加熱された定着ベルトに加圧ローラを圧接させてニップ部を形成し、ニップ部に通過させた記録媒体に未定着トナー画像を定着させるものである。
【０００４】
上記定着装置では、回転する加圧ローラに連れまわること、ニップ部の形成による繰り返し曲げひずみ、加熱源による直接の加熱等により、定着ベルトにかかる負荷が大きい。そのため、強度に優れたステンレス（ＳＵＳ）やニッケル、アルミニウム、銅等の金属材料が定着ベルト用基材の材料として用いられることが多い。特に、ニッケルは強度が高く耐久性にも優れ、無端状のベルトの製造が容易であるため、定着ベルト用基材に適している。また、ニッケルの上に熱伝導率の高い銅層を積層することにより、定着ベルト全体の熱伝導率を高める技術が知られている（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の定着ベルトは、銅層の強度がニッケル層に比して低いため、生産工程や出荷時におけるハンドリングの際や市場で使用される際等に、曲がりや変形を受けて回復不可能な凹み状の折れや潰れが生じる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、耐折れ曲がり性に優れた定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置及び画像形成装置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】
【０００７】
上述した課題を解決するために請求項１に係る発明の定着ベルト用基材は、複数の金属層を積層してなる積層体を備え、可撓性を有する定着ベルト用基材であって、前記積層体が、ニッケルにより構成されたニッケル層と、前記ニッケル層に積層された銅と錫の合金を含む銅層と、前記ニッケル層が積層された面と反対側の前記銅層の面に積層された、ニッケルにより構成された保護層と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の定着ベルト用基材によれば、銅層が銅と錫の合金を含んでいるため、銅層の強度を高めることができ、定着ベルト用基材として必要な熱伝導性を担保したまま、銅層の強度が低いことにより生じる凹み状の折れや潰れの発生を抑制することができる。また、ニッケルにより構成された保護層を銅層に積層することにより、銅層の酸化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す模式図である。
【図２】前記画像形成装置が備える定着装置の概略構成を示す図である。
【図３】前記定着装置が備える加圧ローラを示す断面図である。
【図４】前記定着装置が備える定着ベルトの一部を拡大して示す断面図である。
【図５】前記定着ベルトが備える定着ベルト用基材の製造に用いられる製造装置の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例に用いる定着ベルト用基材の各層の厚さを示す表（表１）である。
【図７】前記実施例及び比較例に用いる定着ベルト用基材の銅層における各成分の含有量を示す表（表２）である。
【図８】実施例に用いる定着ベルト用基材の銅層の作製に用いられる銅−錫電鋳液の組成を示す表（表３）である。
【図９】実施例及び比較例の定着ベルトの評価結果を示す表（表４）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態について図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ１を示す模式図である。まず、図１を用いてプリンタ１全体の構成及び動作について説明する。
【００１１】
プリンタ１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）を備えている。
【００１２】
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シートＳを搬送するための搬送ベルト２０が張架されている。ここで、シートＳとは、例えば転写紙や記録紙等の用紙（厚紙、はがき、封筒、普通紙、薄紙等を含む）、塗工紙（コート紙やアート紙等を含む）、ＯＨＰシートもしくはＯＨＰフィルム、トレーシングペーパ等を含み、画像転写可能な被画像形成媒体を意味する。
【００１３】
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、シートＳは搬送ベルト２０の表面に静電的に吸着される。
【００１４】
４組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫは、略同じ構造を有する。そのため、ここではシートＳの搬送方向Ｘ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については色識別のための符号Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫを除き同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００１５】
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の表面を所定の電位に帯電させる帯電装置２Ｙと、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、ドラム表面に静電潜像を形成する露光装置３Ｙと、ドラム表面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と、現像されたトナー像を搬送ベルト２０を介して搬送されるシートＳ上に転写する転写ローラ５Ｙと、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と、ドラム表面に残留した電荷を除去する適宜の除電ランプと、が、感光体ドラム１Ｙの回転方向に沿って順に配設されている。
【００１６】
搬送ベルト２０の図中右方には、シートＳ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。給紙機構３０から給紙されたシートＳは、搬送ベルト２０によって矢印Ｘ方向に搬送され、各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫによって順次、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０ＢＫの各色のトナー像がその表面に積層され、未定着のフルカラーのトナー像Ｔが形成される。
【００１７】
搬送ベルト２０の図中左側には、後述する本発明の一実施形態に係る定着装置４０が配設されている（図中、励磁コイル等は省略して記載してある。）。搬送ベルト２０によって搬送されたシートＳは、搬送ベルト２０から連続して定着装置４０を通って延びた搬送経路に搬送され、定着装置４０を通過する。
【００１８】
定着装置４０は、搬送されたシートＳ、すなわちその表面上にフルカラーのトナー像Ｔが転写された状態のシートＳを加熱および加圧する。そして、フルカラーのトナー像Ｔを溶融してシートＳに浸透させて定着させる。また、定着装置４０は搬送方向Ｘ下流側に排紙ローラを介して排出する。
【００１９】
次に、図２及び図３を用いて定着装置４０について説明する。図２は、定着装置４０全体の概略構成を示す図である。図３は、定着装置４０を構成する加圧ローラ４２を示す図断面である。
【００２０】
定着装置４０は、図２に示すように、加熱機構部４１と、加圧ローラ４２と、を備えている。定着装置４０は、加熱機構部４１の定着ベルト７と加圧ローラ４２との間に形成されるニップ部ＮでシートＳを挟みこみ、シートＳが通過する際に熱及び圧力を加え、トナー像ＴをシートＳに定着させるものである。
【００２１】
加熱機構部４１は、シートＳを加熱するものであり、搬送方向Ｘと直交する方向（図２の紙面に対して直交方向）に延びて配されている。加熱機構部４１は、補強部材４３と、ニップ形成部材４４と、熱源４５と、これらを内側に配して無端状に形成された定着ベルト７と、を備えている。定着ベルト７は、加圧ローラ４２の回転駆動に従動して、図２における矢印Ａ方向に循環移動可能に設けられている。また、定着ベルト７は、その幅方向が搬送方向Ｘと直交（図２の紙面に対して直交）するように配されている。この定着ベルト７については、後で詳細に説明する。
【００２２】
補強部材４３は、定着ベルト７と加圧ローラ４２との間にニップ部Ｎを形成するニップ形成部材４４を補強し支持するためのものであり、加圧ローラ４２の加圧力によるニップ形成部材４４の変形や変位を抑止している。また、補強部材４３は、定着ベルト７を循環移動可能に支持している。補強部材４３は、搬送経路と直交する方向に延びて設けられた略三角柱状の部材であり、一側面が搬送ベルト２０の面と平行に配され、当該側面からニップ形成部材４４の上面を覆うようにフランジが形成されている。定着ベルト７は、補強部材４３の形状によって略円筒型に整形されるとともに、その循環移動がガイドされる。補強部材４３はこのような機能を満たすためにステンレスや鉄等の機械強度の大きい金属材料で形成されることが望ましい。
【００２３】
ニップ形成部材４４は、定着ベルト７を介して加圧ローラ４２を加圧して、加圧ローラ４２と定着ベルト７との間にニップ部Ｎ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ている。剛体部は、加圧ローラ４２の加圧に耐えうるように、高剛性の金属、セラミック等で形成されることが望ましい。弾性部は、加圧ローラ４２側の面が加圧ローラ４２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Ｎの幅が確保されるようになっている。
【００２４】
熱源４５は、定着ベルト７を加熱するためのものである。熱源４５は、循環移動する定着ベルト７が、熱源４５の近傍を通過する際に定着ベルト７を加熱し、定着ベルト７全体を加熱する。
【００２５】
次に、図２及び図３を用いて加圧ローラ４２について説明する。加圧ローラ４２は、シートＳに圧力を加えるものであり、適宜なスプリング等の弾性体によって、ニップ形成部材４４側（図２において上側）に向け押圧されており、定着ベルト７を介してニップ形成部材４４を押圧してニップ部Ｎを形成する。加圧ローラ４２は、適宜な駆動モータによって回転駆動され、その回転方向は図２において矢印Ｂ方向で示されている。また、加圧ローラ４２は、その軸が定着ベルト７の幅方向（図２の紙面に対して直交する方向）と平行になるように配置されている。
【００２６】
加圧ローラ４２は、金属製の円筒部材からなる芯金４６上に、発泡弾性層４７、ソリッド弾性層４８、離型層４９の順にそれぞれ積層された構造を有している。なお、加圧ローラ４２の両端部である通紙領域外には定着ベルト７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適宜のグリップ層が設けられている。
【００２７】
発泡弾性層４７は、連続気泡を有する発泡弾性体からなる層であり、断熱性に優れている。このため、ニップ部Ｎを加熱する際に、定着ベルト７の熱を吸収しにくく、定着に必要な時間を短縮することができる。ソリッド弾性層４８は、発泡弾性層４７の上に形成されている。このソリッド弾性層４８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る。ソリッド弾性層の材質は耐熱性を考慮すると、シリコーンゴムが好ましい。
【００２８】
離型層４９としては、耐熱性とトナーの付着防止とを考慮し、例えばフッ素系樹脂等を用いることができる。このようなフッ素系樹脂としては、例えば、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）や四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等を挙げることができる。
【００２９】
次に、図４を用いて本実施形態に係る定着ベルト７について詳細に説明する。図４は、定着ベルト７の一部を拡大して示す断面である。図４に示すように、本実施形態に係る定着ベルト７は、無端状に形成された定着ベルト用基材７１と、定着ベルト用基材７１の外周面に形成された弾性層７２と、弾性層７２の外周面に形成された離型層７３と、定着ベルト用基材７１の内周面に形成された摺動層７４と、を備えて構成されている。
【００３０】
定着ベルト用基材７１は、複数の金属層を積層してなる積層体７１Ａを備え、可撓性を有して構成されている。なお、積層体７１Ａは、その厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。積層体７１Ａは、ニッケル層７１ｂと、ニッケル層７１ｂに積層された銅層７１ｃと、銅層７１ｃに積層された保護層７１ｄと、を備えて構成されている。ニッケル層７１ｂは、ニッケルにより構成されているが、例えば、りん、硫黄、炭素等の他の物質を含んでいてもよく、ニッケル合金であってもよい。ニッケル層７１ｂに含まれるニッケルの含有量としては、９９．０質量％以上９９．９質量％以下であることが好ましく、９９．２質量％以上９９．６質量％以下であることがより好ましい。また、ニッケル層７１ｂが、りんを含有する場合にはりんの含有量は０．４質量％以上０．７質量％以下であることが好ましく、硫黄を含有する場合には硫黄の含有量が０．００３質量％以上０．０２質量％以下であることが好ましく、炭素を含有する場合には炭素の含有量が０．０１２質量％以上０．０３質量％以下であることが好ましい。
【００３１】
ニッケル層７１ｂの厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。このような構成により、定着ベルト用基材７１に求められる強度を得ることができる。
【００３２】
銅層７１ｃは、銅と錫の合金を含んで形成されており、ニッケル層７１ｂに積層されている。また、銅層７１ｃは、ニッケル層７１ｂより厚く形成されており、その引張弾性率が４０ＧＰａ以上に構成されている。
【００３３】
銅層７１ｃの総質量に対する銅と錫の合金の質量の割合は、０．３質量％以上５．０質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上４．０質量％以下であることがより好ましい。このような構成により、銅層７１ｃの強度をより高めることができる。
【００３４】
銅層７１ｃは、例えば、硫酸、塩素等の他の物質を含んでいてもよい。銅層７１ｃに含まれる銅の含有量としては、９５質量％以上９９．７質量％以下であることが好ましく、
９６質量％以上９９．５質量％以下であることがより好ましい。また、銅層７１ｃが、硫黄を含有する場合には硫黄の含有量は０．００３質量％以上０．０１質量％以下であることが好ましく、塩素を含有する場合には塩素の含有量が０．００１質量％以上０．００２質量％以下であることが好ましい。
【００３５】
銅層７１ｃの厚さは、２０μｍ以上４５μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以上４０μｍ以下であることがより好ましい。このような構成により、定着ベルト用基材７１に求められる強度を確保しつつ、熱伝導性に優れた定着ベルト用基材７１とすることができる。
【００３６】
保護層７１ｄは、ニッケル層７１ｂが積層された面と反対側の銅層７１ｃの面に積層されている。保護層７１ｄは、ニッケル層７１ｂと同様の組成であり、保護層７１ｄの厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。このような構成により、銅層７１ｃの酸化を抑えて保護することができる。
【００３７】
弾性層７２は、定着ベルト用基材７１の外周面、つまり、積層体７１Ａの保護層７１ｄ上に積層されている。弾性層７２は、光沢ムラ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設けられている。このような目的を達成するため、弾性層７２は、ゴム等の弾性を有する材料で構成されていることが好ましく、定着温度における耐熱性の観点からシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム等から構成されることが好ましい。また、ゴム硬度は５°以上５０°以下（ＪＩＳ−Ａ）、厚さは５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下である。
【００３８】
離型層７３は、弾性層７２の外周面、つまり、弾性層７２の積層体７１Ａとは反対側の面に積層されている。離型層７３は、定着ベルト７の表面にトナーやその他の汚れの付着を防止し、定着ベルト７の機能を維持することを目的として設けられている。離型層７３の材料としては、例えば、フッ素系樹脂又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、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、及び、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。
【００３９】
また、離型性と柔軟性とを両立させるために、離型層７３の厚さは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００４０】
摺動層７４は、図２に示すように、ニップ形成部材４４に接する層であり、シートＳ及び加圧ローラ４２の動きに従動して定着ベルト７の回転を容易とする目的で設けられている。摺動層７４は、定着ベルト用基材７１の内周面に、例えば、摺動性が良好なポリイミド又はＰＦＡ等からなる層を、厚さが５μｍ以上３０μｍ以下となるように積層して形成する。摺動層７４の厚さが薄すぎると、磨耗により比較的短期に基材が露出し、耐久性が不足する場合があり、厚すぎるとトナー像Ｔ定着のための熱伝達性能が悪くなり定着不良となる場合がある。より好ましい厚さとしては１０μｍ以上２０μｍ以下である。
【００４１】
次に、定着ベルト用基材７１の製造方法及び定着ベルト７の製造方法の一例について説明する。図５は、定着ベルト用基材７１の製造に用いられる製造装置の一例を示す図である。図５に示される製造装置８０は、液槽８１と、電鋳槽８２と、を備えている。液槽８１内には、電鋳液８３が収容されている。
【００４２】
電鋳槽８２は、その底部に電鋳液噴出パイプ８４が連結され、液槽８１内の電鋳液８３が適宜な液送ポンプを介して、電鋳液噴出パイプ８４から電鋳槽８２内に供給されている。なお、電鋳槽８２にはオーバーフロー部８１ａが形成されている。電鋳液８３は、液槽８１、電鋳液噴出パイプ８４、電鋳槽８２、オーバーフロー部８１ａ、そして液槽８１の順に循環されている。
【００４３】
また、電鋳槽８２内には、２つのアノード電極８５が配置され、その中央には円筒状の電鋳母型８６（カソード電極兼用）が配置されている。電鋳母型８６の材質は通電可能な金属を用いることが出来るが、電鋳液８３に侵されることを考えるとステンレス製が望ましい。電鋳母型８６は、製造される定着ベルト用基材７１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、電鋳中は適宜の駆動機構により回転駆動される。
【００４４】
製造装置８０を用いた電鋳により銅層７１ｃを得るためには、電鋳液８３として銅−錫電鋳液を用いる。一方、ニッケル層７１ｂ及び保護層７１ｄを得るためには、電鋳液８３としてニッケル電鋳液を用いる。
【００４５】
銅−錫電鋳液としては、当該分野で一般的に用いられる各種電鋳液を用いることができるが、ピロリン酸銅（ＩＩ）、二リン酸錫（ＩＩ）及びピロリン酸カリウムからなる電鋳液を用いることが好ましい。
【００４６】
銅−錫電鋳液としては、銅−錫電鋳液中に含まれる錫と銅に対するピロリン酸の割合（以下Ｐ比と称する。）が８以上２０以下であることが好ましく、８以上１０以下であることがより好ましい。Ｐ比が８未満であると、銅や錫が不溶性錯塩を形成し正常なめっき（銅層７１ｃ）が得られ難くなる。またＰ比が２０を超えると、つまり、ピロリン酸カリウムの量が多いと、電流効率が低下し実用的ではない。なお、Ｐ比は以下の式で求められる。
【００４７】
Ｐ比＝［（ピロリン酸原子量／ピロリン酸カリウム原子量）×ピロリン酸カリウム濃度（ｇ／Ｌ）＋（ピロリン酸原子量／二リン酸錫（ＩＩ）原子量）×二リン酸錫（ＩＩ）濃度（ｇ／Ｌ）＋（ピロリン酸原子量／ピロリン酸銅（ＩＩ）原子量）×ピロリン酸銅（ＩＩ）濃度（ｇ／Ｌ）］／［（錫原子量／二リン酸錫（ＩＩ）原子量）×二リン酸錫（ＩＩ）濃度（ｇ／Ｌ）＋（銅原子量／ピロリン酸銅（ＩＩ）原子量）×ピロリン酸銅（ＩＩ）濃度（ｇ／Ｌ）］
【００４８】
銅−錫電鋳液として具体的には、ピロリン酸銅（ＩＩ）を、２０ｇ／Ｌ以上６０ｇ／Ｌ以下、好ましくは４５ｇ／Ｌ以上５５ｇ／Ｌ以下程度含有し、二リン酸錫（ＩＩ）を、１ｇ／Ｌ以上１０ｇ／Ｌ以下、好ましくは３ｇ／Ｌ以上６ｇ／Ｌ以下程度含有し、ピロリン酸カリウムを、０ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下、好ましくは２００ｇ／Ｌ以上３００ｇ／Ｌ以下程度含有したものが挙げられる。また、上記以外にさらにシュウ酸アンモニウムを、２０ｇ／Ｌ以上４０ｇ／Ｌ以下程度含有したものが挙げられる。
【００４９】
銅−錫電鋳液には、上記以外に、ポリリン酸、アンモニア水等のｐＨ調整剤、さらには、平滑化、結晶微細化を目的とした一次光沢剤として、３,３'-ジチオビス（1-プロパンスルホン酸）二ナトリウム、レベリング剤として、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、高温での引張弾性率改善及び再結晶抑制剤として、２-メルカプトベンズイミダゾール-５-スルホン酸ナトリウム塩及び塩酸等を添加することができる。また、銅−錫電鋳液のｐＨは、好ましくは８．０以上９．５以下である。
【００５０】
銅−錫合金電鋳を行う際の製造装置８０における電流値や電鋳時間等の製造条件は、電流密度により母型表面積毎に設定され、電流密度は、１Ａ/ｄｍ2以上６Ａ/ｄｍ2以下程度であることが好ましい。
【００５１】
ニッケル電鋳液としては、当該分野で一般的に用いられる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く、さらに、含リン成分、含塩素成分、含硫黄成分、及び、含炭素成分を含むことが好ましい。また、スルファミン酸ニッケル電鋳液には、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。スルファミン酸ニッケル電鋳液としては、例えば、スルファミン酸ニッケル四水塩を３００ｇ／Ｌ以上６００ｇ／Ｌ以下、塩化ニッケルを０ｇ／Ｌ以上３０ｇ／Ｌ以下、ホウ酸を２０ｇ／Ｌ以上４０ｇ／Ｌ以下、適量の一次光沢剤、二次光沢剤等を含有しているものが挙げられる。また、ニッケル電鋳液のｐＨは、好ましくは３．５以上４．５以下である。
【００５２】
ニッケル電鋳を行う際の電流値や電鋳時間等の製造装置８０における製造条件は、電流密度により母型表面積毎に設定される。電流密度は、１〜１４Ａ/ｄｍ2程度であることが好ましい。
【００５３】
次に、製造装置８０を用いた製造手順について説明する。電鋳母型８６の表面を洗浄した後、電鋳液８３としてのニッケル電鋳液で満たした図５の電鋳槽８２に電鋳母型８６を浸漬し、電鋳を開始する。電鋳により形成されるニッケル電鋳膜が、所望のニッケル層の厚さとなる時間が経過した後に、電鋳を終了し、電鋳母型８６を電鋳槽８２から引上げ、形成されたニッケル層７１ｂ表面を水洗する。
【００５４】
その後、ニッケル層７１ｂが形成された電鋳母型８６を、電鋳液８３としての銅−錫電鋳液で満たした図５の電鋳槽８２に浸漬し、電鋳を開始する。電鋳により形成される銅電鋳膜が、所望の銅層の厚さとなる時間が経過した後に、電鋳を終了し、電鋳母型８６を電鋳槽８２から引上げ、形成された銅層７１ｃ表面を水洗する。
【００５５】
その後、再度図５の電鋳槽にて、上記と同様にニッケル電鋳液を用いて電鋳母型８６に保護層７１ｄを形成する。得られた、ニッケル層７１ｂ、銅層７１ｃ及び保護層７１ｄから成る積層体７１Ａは、電鋳母型８６ごと電鋳槽８２から引き上げられ、水洗後、熱収縮を目的として、冷却水へ浸漬されて１０℃以下に冷却される。次に、電鋳母型８６と積層体７１Ａとの界面に高圧の水を噴射し、電鋳母型８６と積層体７１Ａとの間に空隙を形成する。空隙が形成された積層体７１Ａの端部を把持した状態で、電鋳母型８６を軸方向に相対的に移動させることで、積層体７１Ａは、電鋳母型８６から脱型される。このようにして得られた積層体７１Ａの両端を切り落とし、所定の長さとすることで、無端状の定着ベルト用基材７１が得られる。
【００５６】
上記のようにして得られた定着ベルト用基材７１を用いて、その内周面に摺動層７４、その外周面に、弾性層７２、離型層７３を公知の方法により形成し、定着ベルト７を得る。ここで、定着ベルト用基材７１に求められる性能としては、定着ベルト７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。
【００５７】
本実施形態に係る定着ベルト用基材７１によれば、積層体７１Ａの銅層７１ｃが銅と錫の合金を含んでいるため、銅層７１ｃの強度を高めることができる。従って、本実施形態に係る定着ベルト用基材７１は、定着ベルト用基材７１として必要な熱伝導性を担保したまま、銅層７１ｃの強度が低いことにより生じる凹み状の折れや潰れの発生を抑制し、耐折れ曲がり性に優れる。
【００５８】
また、本実施形態に係る定着ベルト用基材７１によれば、ニッケルにより構成された保護層７１ｄが銅層７１ｃに積層しているため、銅層７１ｃの酸化を抑制することができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る定着ベルト用基材７１によれば、積層体７１Ａの厚さを２０μｍ以上５０μｍ以下とすると、凹み状の折れや潰れの発生を抑制し、耐折れ曲がり性に優れた定着ベルト用基材とすることができる。積層体７１Ａの厚さが２０μｍ未満であると、強度がやや劣る可能性がある。一方、定着ベルト用基材７１の厚さが５０μｍを超えると、当該定着ベルト用基材７１を備えた定着装置及び画像形成装置におけるスタートアップ時間が上昇する。積層体７１Ａの厚さとしては、より好ましくは２５μｍ以上４５μｍ以下であり、さらに好ましくは３０μｍ以上４０μｍ以下である。このような構成により、強度及び熱伝導性に優れた定着ベルト用基材７１とすることができる。
【００６０】
また、本実施形態に係る定着ベルト用基材７１によれば、積層体７１Ａの銅層７１ｃが、ニッケル層７１ｂより厚く形成されているため、折れや潰れの発生を抑制しつつ、定着ベルト用基材７１としての熱伝導率を高める事が出来る。
【００６１】
また、本実施形態に係る定着ベルト用基材７１によれば、積層体７１Ａの銅層７１ｃは、その引張弾性率が４０ＧＰａ以上であるため、銅層７１ｃの強度不足により生じる折れや潰れの発生を抑制することができる。銅層７１ｃの引張弾性率が４０ＧＰａ未満であると、銅層７１ｃの強度がやや劣る可能性がある。
【００６２】
また、本実施形態に係る定着ベルト７は、定着ベルト用基材７１を備えているため、熱伝導性を担保したまま、凹み状の折れや潰れの発生を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態に係る定着装置４０及び当該定着装置４０を備えたプリンタ１は、対折れ曲がり性に優れ、高負荷の使用環境に耐える定着ベルト７を備えているため、印刷速度の高速化の要求に対応でき、長期間安定して画像を形成することができる。さらに、熱伝導率の高い定着ベルト７を備えているため、スタートアップ時間が短く、プリンタ１及び定着装置４０立ち上げ時の省エネ性にも優れる。
【００６４】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、当該実施形態に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の定着ベルト用基材、定着ベルト、定着装置及び画像形成装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【００６５】
例えば、上記実施形態においては、積層体７１Ａの厚さが２０μｍ以上５０μｍ以下であるとしたが、凹み状の折れや潰れの発生を抑制することができれば、これに限定されることはない。
【００６６】
また、上記実施形態においては、銅層７１ｃの引張弾性率が、４０ＧＰａ以上であるとしたが、凹み状の折れや潰れの発生を抑制することができれば、これに限定されることはない。
【００６７】
また、上記実施形態においては、積層体７１Ａが、ニッケル層７１ｂと、銅層７１ｃと、保護層７１ｄとからなり、定着ベルト用基材７１を形成する構成としたが、これに限定されることはなく、定着ベルト用基材７１は、他の層を備えていてもよい。例えば、ニッケル層７１ｂの銅層７１ｃとは反対側の面に他の層を積層してもよく、保護層７１ｄの銅層７１ｃとは反対側の面に他の層を積層してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、定着ベルト７が、無端状に形成された定着ベルト用基材７１と、定着ベルト用基材７１の外周面に形成された弾性層７２と、弾性層７２の外周面に形成された離型層７３と、定着ベルト用基材７１の内周面に形成された摺動層７４と、を備える構成としたが、これに限定されることはない。例えば、弾性層７２と離型層７３との間や、定着ベルト用基材７１との間に他の層を形成してもよい。また、必要に応じて、各層間にプライマー層を設けてもよい。
【実施例】
【００６９】
以下に、本発明の実施例を示す。なお、以下作製する実施例１〜６及び比較例１〜３の定着ベルトに用いる定着ベルト用基材のニッケル層、銅層及び保護層の厚さを図６の（表１）に示す。また、銅層における、銅層全体の質量に対する錫の含有量（質量％）、硫黄の含有量（質量％）及び塩素の含有量（質量％）を図７の（表２）に示す。なお、（表１）及び（表２）において、括弧内は単位を示している。
【００７０】
［実施例１に用いる定着ベルト用基材］
（１.ニッケル層の作製）
図５に示す製造装置において、胴部の直径が３０ｍｍ、長さが４６０ｍｍのステンレス製の電鋳母型を用い、ニッケル電鋳を行った。ニッケル電鋳液には、スルファミン酸ニッケル電鋳液を用いた。スルファミン酸ニッケル電鋳液の組成は、スルファミン酸ニッケル四水塩５２５ｇ／Ｌ、ホウ酸３３ｇ／Ｌであり、適量の一次光沢剤、二次光沢剤を含有している。電鋳時のニッケル電鋳液の温度は５５±３℃に調整し、電鋳母型を回転させながら、電流密度を４Ａ／ｄｍ2としてニッケル電鋳を行い、厚さが１μｍのニッケル層を形成した。その後、表面にニッケル層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７１】
（２.銅層の作製）
次いで、銅電鋳をおこなった。銅−錫電鋳液の組成は、図８の（表３）に示すとおりである。電鋳時の銅−錫電鋳液の温度は４５±３℃に調整し、母型を回転させながら、電流密度を１Ａ／ｄｍ2として電鋳を行い、厚さが２８μｍの銅層を形成した。表面に銅層が積層された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７２】
（３．保護層の作製）
次いで、上記（１.ニッケル層の作製）と同様の手法で最表面に厚さが１μｍのニッケル層を積層させて、電鋳母型からの脱型・洗浄後、全長が３６０ｍｍになるよう両端をカットすることで、ニッケル層、銅層、ニッケルにより構成された保護層の３層構造の積層体を備える実施例１に用いる定着ベルト用基材を得た。
【００７３】
［実施例２に用いる定着ベルト用基材］
実施例１の（２．銅層の作製）において、銅層の厚さが３８μｍになるようにしたこと以外は全て実施例１と同様の条件で実施例２に用いる定着ベルト用基材を作製した。
【００７４】
［実施例３〜５に用いる定着ベルト用基材］
（１.ニッケル層の作製）
図５に示す製造装置において、実施例１と同一の条件でニッケル電鋳を行い、厚さが１μｍのニッケル層を形成した。ニッケル電鋳液には、実施例１と同様のスルファミン酸ニッケル電鋳液を用いた。その後、表面にニッケル層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７５】
（２.銅層の作製）
次いで、銅電鋳をおこなった。銅−錫電鋳液の組成は、図８の（表３）に示すとおりである。電鋳時の銅−錫電鋳液の温度は４５±３℃に調整し、母型を回転させながら、電流密度を１Ａ／ｄｍ2として電鋳を行い、厚さが３８μｍの銅層を形成した。表面に銅層が積層された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７６】
（３.保護層の作製）
次いで、上記（１.ニッケル層の作製）と同様の手法で最表面に厚さが１μｍのニッケル層を積層させて、実施例１と同様に実施例３〜５に用いる定着ベルト用基材を得た。
【００７７】
［実施例６に用いる定着ベルト用基材］
（１.ニッケル層の作製）
図５に示す製造装置において、実施例１と同一の条件でニッケル電鋳を行い、厚さが１μｍのニッケル層を形成した。ニッケル電鋳液には、実施例１と同様のスルファミン酸ニッケル電鋳液を用いた。その後、表面にニッケル層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７８】
（２.銅層の作製）
次いで、銅電鋳をおこなった。銅−錫電鋳液の組成は、図８の（表３）に示すとおりである。実施例２〜５の（２．銅層の作製）において、電流密度を３Ａ／ｄｍ2になるようにしたこと以外は全て実施例２〜５と同様の条件で銅層を形成した。表面に銅層が積層された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００７９】
（３.保護層の作製）
次いで、上記（１.ニッケル層の作製）と同様の手法で最表面に厚さが１μｍのニッケル層を積層させて、実施例１と同様に実施例６に用いる定着ベルト用基材を得た。
【００８０】
（表２）に示すとおり、上記実施例１〜６に用いる定着ベルト用基材における銅層は、錫、硫黄及び塩素の含有量がそれぞれ異なっている。これは、（表３）に示すように銅−錫電鋳液の組成を変えることにより調整している。
【００８１】
［比較例１に用いる定着ベルト用基材］
（１.ニッケル層の作製）
図５に示す製造装置において、実施例１と同一の条件でニッケル電鋳を行い、厚さが２９μｍのニッケル層を形成した。ニッケル電鋳液には、実施例１と同様のスルファミン酸ニッケル電鋳液を用いた。その後、表面にニッケル層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００８２】
（２.銅層の作製）
次いで、銅電鋳をおこなった。銅電鋳液の組成は、硫酸銅（ＩＩ）五水和物８０ｇ／Ｌ、硫酸２００ｇ／Ｌである。電鋳時の銅電鋳液の温度は５５±３℃に調整し、母型を回転させながら、電流密度を４Ａ／ｄｍ2として電鋳を行い、厚さが１０μｍの銅層を形成した。表面に銅層が積層された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００８３】
（３.保護層の作製）
次いで、上記（１.ニッケル層の作製）と同様の手法で最表面に厚さが１μｍのニッケル層を積層させて、実施例１と同様に比較例１に用いる定着ベルト用基材を得た。
【００８４】
［比較例２に用いる定着ベルト用基材］
比較例１の（２．銅層の作製）において、銅層の厚さが２０μｍになるようにしたこと以外は全て比較例１と同様の条件で比較例２に用いる定着ベルト用基材を作製した。
【００８５】
［比較例３に用いる定着ベルト用基材］
（１.ニッケル層の作製）
図５に示す製造装置において、実施例１と同一の条件でニッケル電鋳を行い、厚さが１μｍのニッケル層を形成した。ニッケル電鋳液には、比較例１と同様のスルファミン酸ニッケル電鋳液を用いた。その後、表面にニッケル層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００８６】
（２．銅層の作製）
次いで、銅電鋳をおこなった。比較例１と同一の条件で銅電鋳を行い、厚さが１８μｍの銅層を形成した。銅電鋳液には、比較例１と同様の硫酸銅電鋳液を用いた。その後、表面に銅層が形成された電鋳母型を電鋳槽から引き上げ、水により洗浄した。
【００８７】
（３.保護層の作製）
次いで、上記（１.ニッケル層の作製）と同様の手法で最表面に厚さが１μｍのニッケル層を積層させて、比較例３に用いる定着ベルト用基材を得た。
【００８８】
［実施例及び比較例の作製］
上記作製した実施例及び比較例に用いる定着ベルト用基材を用いて、図４に示すように、その内周面に摺動層、外周面に弾性層、及び、離型層をこの順で形成した。具体的には、まず、熱源としてのハロゲンヒータからの輻射熱を吸収する為に、ＰＴＦＥに対しカーボンブラックを配合して分散させたものをスプレー塗工にて、定着ベルト用基材の内周面に形成することにより、黒色のＰＴＦＥ膜からなる厚さ１５μｍの摺動層を形成した。次に、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング社製）を、スプレー塗工にて定着ベルト用基材の外周面に形成することにより、厚さ１２０μｍの弾性層を形成した。次に、純粋で希釈したプライマー（東レ・ダウコーニング社製）を塗布し、さらに離型層として厚さ１０μｍのＰＦＡチューブ（クラボウ社製）を被覆し、２００℃で３０分乾燥させた。最後に、全長が３５０ｍｍになるよう両端をカットすることで、実施例１〜６及び比較例１〜３の定着ベルトを得た。
【００８９】
上記実施例１〜６及び比較例１〜３について、検査時等におけるハンドリングの際や、出荷前の梱包の際に生じる折れや潰れについて、それぞれ１０００本ずつ評価した。当該評価の後、折れや潰れが発生していなかった定着ベルトを用いて、スタートアップ時間及び折れや潰れの発生率を評価した。以下に、評価方法について説明する。
【００９０】
［折れや潰れの発生率評価］
定着ユニットに、上記評価後の実施例１〜６及び比較例１〜３を、リコー社製の複写機ＲＩＣＯＨ  ＭＰＣ４５０３の定着ユニットにセットし、１００００枚通紙させた。次に、各定着ベルトを定着ユニットから取り外し、折れや潰れの発生を目視により評価した。そして、１０μｍ〜２０μｍ程度の突起や、回復不可能な折れ跡や曲がり変形が確認された定着ベルトについては、折れや潰れが発生していると判断し、その発生率を算出した。結果を図９の（表４）に示す。
【００９１】
［スタートアップ時間評価］
上記、［折れや潰れの発生率評価］において、定着ユニットの電源投入時における実施例１〜６及び比較例１〜３の定着ベルトの温度が、印刷可能な温度までに要する時間を測定した。結果を図９の（表４）に示す。
【００９２】
また、実施例１〜６及び比較例１〜３に用いる定着ベルト用基材における銅層の引張弾性率を測定した。以下に、測定方法について説明する。
【００９３】
［引張弾性率測定］
実施例１〜６及び比較例１〜３の銅層の引張弾性率を測定した。測定は、厚さ１μｍのニッケル層を作製し、そこに厚さ３０μｍの銅層を積層させて、実施例１〜６及び比較例１〜３に用いられる定着ベルト用基材の銅層のサンプルを得た。各サンプルの作製は、上記実施例１〜６及び比較例１〜３に用いる定着ベルト用基材の作製方法と同様に行った。上記のようにして得られたサンプルを用いて、実施例１〜６及び比較例１〜３の銅層の引張弾性率を測定した。
【００９４】
引張弾性率の測定は、オートグラフＡＧＳ−５ＫＮＸ(島津製作所製)を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１の金属材料引張試験方法に準じて行った。引張方向はベルト周方向とし、２００℃において、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで試験を行った。引張弾性率の取得範囲は４５〜６０Ｎ負荷時とし、区間のデータ値を最小２乗法により平均化したものとする。結果を図９の（表４）に示す。
【００９５】
なお、（表４）において、括弧内は単位を示している。さらに、スタートアップ時間が６秒以下のものを合格、６秒を越えるものを不合格とし、また、折れや潰れの発生率が１％以下のものを合格、１％を越えるものを不合格とし、総合評価として、スタートアップ時間と折れや潰れの発生率の両方について合格したものに○印を、どちらか一方のみ合格のもの又はどちらも不合格のものに×印を（表４）に付した。
【００９６】
また、比較例３に関しては、定着ベルト用基材の積層体の厚さが２０μｍ以下である事から、試験開始から１００００枚通紙時点で、定着ユニットから異常音が発生した為、確認したところ、表層が割れた状態になっており、積層体の各層を剥離した結果、銅層のひび割れが確認された。よって、折れや潰れの発生率の評価を中断した。
【００９７】
（表４）に示すように、実施例１〜６に関しては、比較例１及び２より折れ発生率が低かった。また、実施例は、比較例と比してスタートアップ時間が短く、画像形成装置立ち上げ時の省エネ性にも優れていることがわかった。比較例１に関しては、銅層の引張弾性率が低く、折れ発生率が高かった。比較例２に関しては、折れ発生率と合わせて、総厚が５０μｍ以上になる事でスタートアップ時間が上昇した。
【符号の説明】
【００９８】
１            プリンタ（画像形成装置）
４０          定着装置
７            定着ベルト
７１          定着ベルト用基材
７１Ａ        積層体
７１ｂ        ニッケル層
７１ｃ        銅層
７１ｄ        保護層
７２          弾性層
７３          離型層
７４          摺動層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９９】
【特許文献１】特開２０１４−１９４５２２号公報
【図１】
2017015965.tif 000003
【図２】
2017015965.tif 000004
【図３】
2017015965.tif 000005
【図４】
2017015965.tif 000006
【図５】
2017015965.tif 000007
【図６】
2017015965.tif 000008
【図７】
2017015965.tif 000009
【図８】
2017015965.tif 000010
【図９】
2017015965.tif 000011