JP2013217994A - 像加熱装置、ベルト部材、及びベルト部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】定着装置のベルト部材の疲労耐久性を高めて、耐久寿命を十分に確保して、ベルト部材の交換寿命を長く設定できる像加熱装置を提供する。
【解決手段】記録材の画像面に当接して回転する定着ベルト１の基層１ａは、基材のニッケルの硬度を高めるためにリンを添加して、電気鋳造法により製造される。ニッケル電気鋳造の各層の成長過程で電解液中のリン濃度を変化させる。製造されたニッケルベルトの外側と内側の表面層における添加元素の含有率は、外側と内側の表面層の間の中間層に比較して低い。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気鋳造法によって製造されたベルト部材と加圧回転体との間に記録材の加熱ニップを形成する像加熱装置、詳しくはベルト部材の耐久性を高め得るベルト部材の製造方法に関する。

像担持体に形成したトナー像を直接又は中間転写体を介して記録材に転写し、トナー像を転写された記録材を定着装置で加熱加圧して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。像加熱装置は、このような定着装置の他に、半定着画像又は定着画像を再加熱して、画像の表面状態等を調整する記録材加熱装置を含む。

内側面を支持部材に支持されたベルト部材に加圧回転体を圧接して記録材の加熱ニップを形成するベルト加熱方式の定着装置が広く用いられている（特許文献１）。ベルト部材は、電気鋳造法によって製造することが好ましい（特許文献２）。加圧回転体は、弾性層を有する弾性体ローラの他に、支持ローラに張架された加圧ベルトを含む。

特許文献１には、誘導加熱によって磁性金属のニッケルを基材とするベルト部材が直接加熱される定着装置が示される。ここでは、加圧回転体は、弾性層を有する弾性体ローラであって、ベルト部材の内側面を支持する支持部材は、ニップ部の出口に隣接する位置で弾性体ローラの弾性層に向かって突き出した記録材分離部を有する。

特許文献２には、電気鋳造法によって製造されるニッケルを基材とするベルト部材が示される。電気鋳造法は、カーボン等の円柱型の表面に電解液中でメッキのように電気的に金属層を析出成長させた後に型抜きする金属フィルムの製造方法である。

ここでは、定着装置の運転に伴って曲げ変形と戻し変形を繰り返すベルト部材の疲労耐久性を高めるために、ベルト部材の外側面の硬度を内側面よりも低くしている。ニッケルイオンにリンイオンを添加した電解液を用いてベルト部材の内側面から外側面に向かって金属組織を成長させ、その過程で次第に電解液中のリンイオン濃度を高めている。

特許文献３には、電気鋳造法によって製造されるニッケル合金のベルト部材の強度及び耐久性を高めるための各種の添加元素が示される。

特開２００５−１２１８２５号公報 特開２０１０−５４６６６号公報 特開２００７−２８６６１６号公報

特許文献１に示されるように、記録材分離部を形成した支持部材と弾性体ローラとでベルト部材を挟み込んで記録材のニップ部が形成されている場合、ニップ部に沿って走行する過程でベルト部材が複雑に変形する。近年、厚紙への画像形成が求められているところ、厚紙の先端と後端では厚紙の段差によってベルト部材に大きな曲げ応力が発生している。近年、生産性の向上を目的として記録材の搬送速度が高められているところ、記録材の搬送速度が高いほど、記録材に重なってニップ部を通過するベルト部材の曲げ速度が大きくなるため、大きな折り曲げ応力が発生する。

このため、特許文献２に示されるように疲労耐久性を高めたベルト部材であっても、十分な耐久寿命を確保できず、ベルト部材の交換寿命が短くなる傾向がある。

本発明は、特許文献２に示されるベルト部材よりも疲労耐久性を高めて、耐久寿命を十分に確保して、ベルト部材の交換寿命を長く設定できる像加熱装置を提供することを目的としている。

本発明の像加熱装置は、基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転するベルト部材と、前記ベルト部材の内側に非回転に配置されて前記ベルト部材に摺擦する支持部材と、前記ベルト部材を介して前記支持部材に圧接して、前記ベルト部材との間に記録材のニップ部を形成する加圧回転体とを備えたものである。そして、前記ベルト部材の外側と内側の表面層における前記添加元素の含有率は、前記外側と内側の表面層の間の中間層に比較して低い。

本発明の像加熱装置では、ベルト部材の外側と内側の表面層については硬度や剛性よりも疲労耐久性を重視して添加元素の含有比率を下げている。

したがって、特許文献２に示されるベルト部材よりも疲労耐久性を高めて、耐久寿命を十分に確保して、ベルト部材の交換寿命を長く設定できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 定着装置の構成の説明図である。 定着装置のニップ部付近の拡大図である。 実施例１のニッケルベルトの構成の説明図である。 電気鋳造法の原理的な模式図である。 比較例１のニッケルベルトの構成の説明図である。 比較例２のニッケルベルトの構成の説明図である。 実施例２のニッケルベルトの構成の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、電気鋳造法によってベルト部材の外側面の表面層及び内側面の表面層の添加元素を少なく形成されている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、加圧回転体は、ローラ部材の他にベルト部材を含む。ベルト部材の加熱方法は、誘導加熱の他に抵抗加熱を含む。像加熱装置は、定着装置の他に画像加熱処理装置を含む。画像形成装置は、フルカラー／モノクロ、１ドラム型／タンデム型、記録材搬送方式／中間転写方式、像担持体の種類、帯電方式、露光方式、転写方式によらず実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置２０は、感光ドラム１０１に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像装置１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋを配列した１ドラム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成装置２０は、転写ローラ１０６及び中間転写ドラムクリーニング装置１０８を中間転写ドラム１０５から離間させた状態で、中間転写ドラム１０５上に各色のトナー像を重ねてフルカラートナー像を形成する。その後、転写ローラ１０６を中間転写ドラム１０５に当接させて二次転写部Ｔ２を形成し、二次転写部Ｔ２へ記録材を搬送してフルカラートナー像を記録材へ二次転写する。フルカラートナー像を転写した後の中間転写ドラム１０５の表面は、中間転写ドラムクリーニング装置１０８によって転写残トナーをクリーニングされる。

二次転写部Ｔ２を通過した記録材Ｐは、定着装置１００に導入され、その上に担持した未定着トナー像の定着処理（画像加熱処理）を受ける。そして、定着処理を受けた記録材Ｐは、機外に排出されて、一連の画像形成動作が終了する。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像は、現像装置１０４を切り替えて、感光ドラム１０１上に同様に形成される。ここでは、イエロートナー像の形成について説明して、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像に関する重複した説明を省略する。

感光ドラム１０１は、矢印の反時計方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動される。帯電装置１０２は、感光ドラム１０１の回転過程で、帯電ローラを用いて感光ドラム１０１の表面を一様な電位に帯電処理する。

露光装置１１０は、感光ドラム１０１の帯電処理面にレーザ光１０３を走査して、感光ドラム１０１の帯電処理面を入力された画像情報に基づき露光処理する。露光装置１１０は、不図示の画像読み取り装置等の画像信号発生装置からの画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調（オン／オフ）したレーザ光１０３を出力する。その結果、感光ドラム１０１には、画像情報に対応した静電像が形成される。ミラー１０９は、レーザ光１０３を感光ドラム１０１の露光位置に偏向させる。

イエロー現像器１０４Ｙは、イエロートナーを帯電させて感光ドラム１０１に供給して、感光ドラム１０１上の静電像をイエロートナーにて可視像化する。

中間転写ドラム１０５は、トナーの帯電極性と逆極性の直流電圧を印加されて、感光ドラム１０１と中間転写ドラム１０５との接触部である一次転写部Ｔ１において、感光ドラム１０１からイエロートナー像を一次転写される。感光ドラムクリーニング装置１０７は、感光ドラム１０１に残留する転写残トナーをクリーニングする。

このような帯電・露光・現像・一次転写・清掃のプロセスサイクルが、マゼンタトナー像（現像器１０４Ｍが作動）、シアントナー像（現像器１０４Ｃが作動）、ブラックトナー像（現像器１０４Ｋが作動）を形成すべく、同様に繰り返される。

中間転写ドラムクリーニング装置１０８は、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、中間転写ドラム１０５をクリーニングする時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となる。

転写ローラ１０６も、中間転写ドラム１０５に対し接離可能とされており、二次転写時に限り中間転写ドラム１０５に接触した状態となる。

＜定着装置＞
図２は定着装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置２０は、未定着トナー像を記録材に定着する定着方式として、安全性、定着性のよさなどから、未定着トナー像を加熱、溶融して記録材に定着させる熱定着方式を用いている。定着装置１００は、クイックスタートや省エネルギーの観点からベルト加熱方式を採用している。図２には、キヤノン株式会社製ＩＨ−ＯＤＦ（Ｏｎ−Ｄｅｍａｎｄ Ｆｕｓｅｒ）定着装置の概略構成が模式的に示される。

図２に示すように、ＩＨヒータ４は、定着ベルト１を電磁誘導加熱するための交流磁界を生成させる磁界生成部材である。内コア５は、磁束を誘導して磁路を形成する磁界誘導部材である。

定着装置１００は、電気鋳造処理を用いて形成されるニッケルベルトを基層とするベルト形状の定着ベルト１を使用している。定着ベルト１は、弾性層を備えた円筒状のエンドレスベルトであって、ＩＨヒータ４によって電磁誘導加熱されて発熱する。定着ベルト１は、電気鋳造法を用いて厚み５０μｍの円筒状に形成した電鋳ニッケルベルトの基層上に、厚み約４５０μｍのシリコンゴム層（弾性層）が形成されている。定着ベルト１の弾性層の上に、厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）が被覆されている。

定着ベルト１の内面には シリコーン系のオイルが塗布され、ベルトガイド２と定着ベルト１内面との摺動性を確保している。シリコーン系のオイルとしては、動粘度係数０．０１ｍ^２／ｓｅｃの信越シリコーン社製ＫＦ−９６を使用した。

加圧ローラ７は、定着ベルト１との間でニップ部１４を形成する。加圧ローラ７は、ステンレス製の芯金上に、厚み約３ｍｍのシリコンゴムの弾性層を形成し、弾性層の周面に厚み約４０μｍのＰＦＡ樹脂チューブを積層した多層構造を有する。加圧ローラ７の芯金の両端部は、定着装置１００の装置フレーム１３の不図示の奥側と手前側の側板間に回転可能に軸受保持されている。

加圧ローラ７は、矢印の方向に所定の周速度で回転駆動される。加圧ローラ７と圧接された関係にある定着ベルト１は、加圧ローラ７によって従動し、所定の速度で回転する。このとき、定着ベルト１の内面がベルトガイド２の下面に密着して摺動しながらベルトガイド２及び内コア５の外回りを矢印の方向に従動回転状態になる。

加圧ローラ７の上側に、定着ベルト１、ベルトガイド２、ＩＨヒータ４などを備えた定着ユニットが、加圧ローラ７に平行に設置されている。ベルトガイド２は、耐熱性の高い液晶ポリマー樹脂で形成されて耐熱性を有する。定着ベルト１は、ベルトガイド２に若干の自由度を持って外嵌されている。ステイ６は、内コア５とサーミスタ３とベルトガイド２を支持する。ステイ６の両端部は、不図示の加圧機構により、それぞれ１５６．８Ｎ（１６ｋｇｆ）、総圧３１３．６Ｎ（３２ｋｇｆ）の力で、加圧ローラ７に向かって付勢されている。その結果、ベルトガイド２の下面は、定着ベルト１を介して加圧ローラ７の弾性層に抗して、所定の押圧力をもって圧接して、定着に必要な所定幅のニップ部１４が形成される。

定着装置１００は、ニップ部１４の定着ベルト１と加圧ローラ７との間に未定着トナー画像ｔを転写された記録材Ｐを導入して、定着ベルト１と一緒に挟持搬送させる。定着装置１００は、ＩＨヒータ４により熱せられた定着ベルト１の熱を記録材Ｐに与えながら、ニップ部１４の加圧力で未定着トナー像を記録材面に定着させる。

定着装置１００は、スタンバイ中のＩＨヒータへの通電を必要としない。画像形成装置２０がプリント信号を受信してから、ＩＨヒータへの通電を行って、記録材が定着装置１００へ到達するまでに定着ベルト１を加熱可能な状態にする。このため、定着装置１００は、省エネルギーの観点からエネルギーを無駄にしない優れた像加熱装置となる。

サーミスタ３は、定着ベルト１の裏面に設置され、定着ベルト１の温度を検知する機能を担っている。サーミスタ３は、Ａ／Ｄコンバータ１０を介して制御回路部１１に接続されている。

制御回路部（ＣＰＵ）１１は、サーミスタ３で検知した定着ベルト１の温度を目標温度（設定温度）となるようにＩＨヒータ４への通電を制御する。制御回路部１１は、サーミスタ３からの出力を所定の周期でサンプリングして得られた温度情報を温度制御に反映させる。制御回路部１１は、サーミスタ３の出力をもとに、ＩＨヒータ４の温度制御内容を決定し、電力供給部であるＩＨヒータ駆動回路部１２によって、ＩＨヒータ４への通電を制御する。制御回路部１１は、サーミスタ３の検知温度と目標温度との差分（温度差）に比例した電力をＩＨヒータ４に印加する比例制御方式の制御を行う。このような方式に限らず、所謂ＰＩＤ制御方式等他の方式を採用可能である。

定着装置１００は、坪量が６４ｇ／ｍ^２の記録材を用いる場合、定着ベルト１の温度が１８０℃以上となると、所謂ホットオフセットが発生する場合がある。坪量が１０５ｇ／ｍ^２の記録材を用いる場合、定着ベルト１の温度が１６０℃以下となると、所謂コールドオフセットが発生する場合がある。制御回路部１１は、定着ベルト１の温度が上述した温度とならないように、ＩＨヒータ４への通電を制御して、定着ベルト１の温度を１７０℃に保つ。

＜定着ベルトの曲げ＞
図３は定着装置のニップ部付近の拡大図である。図２に示すように、定着ベルト１は、加圧ローラ７から２００〜５００Ｎの圧力を付与された状態で高速で回転してトナー像及び記録材を加熱する。定着ベルト１の基層のニッケルベルトは、膜厚が５０μｍ程度と薄く、しかも可撓性を有するため、取り扱い上での折れ曲がりや金属疲労の蓄積が原因となって交換寿命が短くなることがある。

図３に示すように、ベルトガイド２は、加圧ローラ７の弾性層に定着ベルト１を突き出すように湾曲させて、ニップ部の出口付近を、記録材Ｐが分離する形状に整形する役割を果たしている。上流アゴ２ａは、ベルトガイド２の下部の記録材Ｐ導入口側にあって、定着ベルト１を押し下げることにより画質を向上させる。下流アゴ２ｂは、ベルトガイド２の下部の記録材Ｐ排出口側にあって、定着ベルト１を押し下げることにより記録材Ｐを分離させる。

定着ベルト１は、上流アゴ２ａ及び下流アゴ２ｂの最下部を通過する際に、内側から外側に曲げられる（以下、順曲げと記す）。定着ベルト１は、上流アゴ２ａを通過後、ニップ部１４の中心付近までは外側から内側に曲げられる（以下、逆曲げと記す）。定着ベルト１は、ニップ部１４の中心付近を通過後、下流アゴ２ｂ付近までは逆曲げになる。定着ベルト１は、このように、順曲げ、逆曲げを連続で受けながらニップ部１４を通過する。

定着ベルト１は、加熱による熱変形に対する強度を増すために、ニッケルベルトにリンを配合して、マイクロビッカース硬度を上げて、引っ張り強度を上げて、耐久性を十分に高めてある。リンを配合することで、マイクロビッカース硬度が増し、外力による変形や熱収縮に対する強度が増す。

しかし、定着ベルト１の硬度が増すことにより、ＭＩＴ試験に代表される折り曲げによる繰り返し疲労強度は低下することがある。また、リンを配合した場合、リンの含有量が多くなると、電気鋳造法により形成されたニッケルベルトの表面にブツと呼ばれる欠陥ができ易くなる。リン濃度をベルト厚み方向で一定にした場合、表面のリン量が多くなってしまうため、表面にブツができ易くなる。ニッケルベルトの表面に欠陥が存在すると、曲げたときにひずみが欠陥部に集中して割れの起点となり易いため、疲労強度が低下する。

そこで、以下の実施例では、定着ベルト１は、裏面領域及び表面領域が厚み方向の中間領域に比べてリンを多く含み、裏面領域及び表面領域のマイクロビッカース硬度が中間層領域より高い。定着ベルト１は、リンの含有量を変えることで、ニッケルベルトの厚み方向に硬さが異なる層を設けている。中心の層ではリンの含有量を多くしてマイクロビッカース硬度を上げて耐久性を得る一方、裏面及び表面の層ではリンの含有量を少なくして、マイクロビッカース硬度は低めにして、ニッケルベルトを曲げたときの曲げによる応力を抑えている。また、表面の層は、リンの含有量が少ないため、表面欠陥の生成を抑制できる。これにより、ニッケルベルトの疲労強度を上げて、耐久性の高い定着装置１００を実現している。

＜実施例１＞
図４は実施例１のニッケルベルトの構成の説明図である。図５は電気鋳造法の原理的な模式図である。図４の厚み方向の模式図では各層の厚みを誇張して表現している。

図３に示すように、像加熱装置用のベルト部材の一例である定着ベルト１は、基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転する。基材の金属材料はニッケルであって、添加元素はリンである。支持部材の一例であるベルトガイド２は、定着ベルト１の内側に非回転に配置されて定着ベルト１に摺擦する。ベルトガイド２は、ニップ部の出口に隣接する位置で加圧ローラ７の弾性層に向かって突き出した記録材分離部を有する。加圧回転体の一例である加圧ローラ７は、定着ベルト１を介してベルトガイド２に圧接して、定着ベルト１との間に記録材のニップ部を形成する。加圧ローラ７は、弾性層を有する弾性体ローラである。

図４に示すように、定着ベルト１の外側と内側の表面層における添加元素の含有率は、外側と内側の表面層の間の中間層に比較して低い。表面の層の蛍光Ｘ線分析によるリンのピークは、中間の層の蛍光Ｘ線分析によるリンのピークよりも低い。そのため、定着ベルト１の外側と内側の表面層にて計測されたマイクロビッカース硬度は、外側と内側の表面層の間の中間層にて計測されたマイクロビッカース硬度に比較して低い。

実施例１では、ニッケル電気鋳造における析出層の成長過程で、電解液中のリン濃度を変化させることで、厚み方向の中心付近にリン量が多く、裏面と表面付近は中心付近よりリン量が少ないニッケルベルトを製造した。定着ベルト１の基層１ａは、多層構造を有するニッケルベルトである。基層１ａは、ベルト内側から基層第１層１ｂ、基層第２層１ｃ、基層第３層１ｄ、基層第４層１ｅ、基層第５層１ｆと、リン含有量を異ならせた５層で構成される。基層第１層１ｂの厚みは８μｍ、基層第２層１ｃの厚みは８μｍ、基層第３層１ｄの厚みは８μｍ、基層第４層１ｅの厚みは８μｍ、基層第５層１ｆの厚みは８μｍを目標として電解液中での印加電流と印加時間を設定した。

蛍光Ｘ線分析によって各層のリン含有量を求めた。基層第１層１ｂのリン含有量は０．０５重量％、基層第２層１ｃのリン含有量は０．４重量％、基層第３層１ｄのリン含有量は１．２重量％、基層第４層１ｅのリン含有量は０．４重量％、基層第５層１ｆのリン含有量は０．０５重量％である。

図５に示すように、第一工程では、リンイオンを添加したニッケルイオンの電解液を用いて円柱状の電極の表面に内側の表面層を電気鋳造法により成長させる。第二工程では、第一工程よりもリンイオンの濃度を高めたニッケルイオンの電解液を用いて内側の表面層の上に中間層を電気鋳造法により成長させる。第三工程では、第二工程よりもリンイオンの濃度を低くしたニッケルイオンの電解液を用いて中間層の上に外側の表面層を電気鋳造法により成長させる。

第一工程にて形成される内側の表面層及び第三工程にて形成される外側の表面層はリンの組成重量比を０．１％以下として厚みを５μｍ以上とし、第二工程にて形成される中間層のリン組成重量比の最大値が１％以上である。

実施例１では、ニッケル電気鋳造による各層の成長過程で電解液中のリン濃度を変化させることにより、各層のリン含有量を調整した。電解槽２０１に対するニッケル電解液２０５の補給量とリン含有ニッケル電解液２０６の補給量と、廃液タンク２０７への回収量を自動調整して、電解液２０８のリン含有量を調整した。このため、積層される各層の間では、リンの含有量は連続的に変化している。カーボンの円柱型２０２と外周電極２０９との間に電源２０３が電流を印加して円柱型２０２の表面にニッケル金属層を成長させている。

製造したニッケルベルトの基層１ａの表面を顕微鏡観察したところ、欠陥１ｇは、２０μｍ以下のものを２個見つけることができた。

その後、ニッケルベルトの基層１ａを２５０℃の炉で１時間焼成を行い、ニッケルベルトの裏面領域と表面領域のマイクロビッカース硬度を測定したところ、裏面領域も表面領域も約５１０°となった。この値は、後述する比較例２のリン濃度０．４２重量％の基層のマイクロビッカース硬度、約６６０°よりも低い値である。

ニッケルベルトの基層１ａを使用して定着ベルト１を製作し、定着ベルト１を定着装置１００に実装して６０万枚の通紙実験を行った。その結果、定着ベルト１に亀裂が発生することなく良好な定着性を満足することができた。

実施例１のニッケルベルトは、後述する比較例１及び比較例２とは異なり、図３に示すような順曲げ・逆曲げの繰り返しによる金属疲労の蓄積による疲労破壊を防ぐことができる。実施例１のニッケルベルトは、後述する比較例１及び比較例２に比較して、定着ベルト１に曲げが生じたとき、最もひずみが大きくなる裏面領域および表面領域の硬さが低いため、曲げによる応力が小さくなる。ここで、リン濃度が高い基層第３層１ｄの硬さは高くなっていると考えられるが、定着ベルト１に曲げが生じたときに、基層第３層１ｄは中心線付近にあたるため、ひずみが発生しにくいため、応力レベルは低いと考えられる。

よって、実施例１のニッケルベルトは、中間層の硬さが上がることによる疲労強度向上の恩恵のみを受けることができ、耐久性が高くなる。その他にも、後述する比較例２と比較して表面領域のリン濃度が少ないため、表面欠陥が少なく、曲げによる応力が集中することなく、屈曲を繰り返すことができるため、長期間良好な定着性を維持できたと考えられる。

実施例１では、ニッケル電気鋳造の成長過程で電解液のリン濃度を変化させ、厚み方向の中心付近にリン量が多く、裏面と表面付近は中心付近よりリン量を少なくする。ニッケルベルトの厚み方向の中心付近のリン含有量を多くし、硬さを上げて耐久性を得る。裏面と表面付近は中心付近よりリン量を少なくし、裏面と表面の硬さの上昇を抑え、ベルトを曲げたときの曲げによる応力を抑えている。定着ベルト１の基層１ａの厚み方向の中心付近でリン量を多くし、中心部の硬さを上げることにより耐久性が得られる。裏面と表面付近のリン量を少なくすることで、裏面と表面の硬さの上昇が抑えられ、ベルトを曲げたときの曲げによる応力を抑えることができる。また、表面付近のリン量が少ないため、表面欠陥の生成も抑制することができる。このことにより、高耐久の定着ベルトになる。

これに対して、後述する比較例２では、ニッケル電気鋳造の電解液にリンを含ませることで硬さが上がり耐久性を上げることができる。しかし、ベルトの硬さが上がると同時にベルト曲げたときの曲げによる応力も大きくなってしまい、金属疲労の蓄積により亀裂が発生し易くなる。

実施例１では、電磁誘導加熱方式の定着装置ＩＨ−ＯＤＦで耐久寿命を評価した。しかし、ＩＨヒータの代わりにセラミックヒータを使用する定着装置でも、図３に示すような順曲げ・逆曲げの繰り返しに晒される環境下で、同様に長期間良好な定着性が維持できる。

実施例１では、ニッケルベルトの最も内側の層とニッケルベルトの最も外側の層にリンを含有させた構成を説明した。しかし、ニッケルベルトの最も内側の層とニッケルベルトの最も外側の層との少なくとも一方は、リンを含有しない層構成とすることもできる。

実施例１では、添加元素をリンとしたが、添加元素は、ビスマス、ヒ素、ゲルマニウム等でも同様な効果が得られる。

＜比較例１＞
図６は比較例１のニッケルベルトの構成の説明図である。図６に示すように、比較例１のニッケルベルトの基層１ｈは、ベルト内側から基層第１層１ｉ、基層第２層１ｊ、基層第３層１ｋとリン濃度が違う３層で構成されている。基層第１層１ｉの厚みは１４μｍ、基層第２層１ｊの厚みは１３μｍ、基層第３層１ｋの厚みは１３μｍである。実施例１と同様に、ニッケル電気鋳造の成長過程で電解液中のリン濃度を変化させることにより、ニッケルベルトの各層のリン含有量を調整した。

蛍光Ｘ線分析によって各層のリン含有量を求めた。基層第１層１ｉのリン含有量は０．８重量％、基層第２層１ｊのリン含有量は０．４重量％、基層第３層１ｋのリン含有量は０．０５重量％である。また、製造した比較例１のニッケルベルトの基層１ｈの表面を顕微鏡観察したところ、ベルトの表面欠陥１ｌは、実施例１とほぼ同様になった。

ニッケルベルトの基層１ｈを２５０℃の炉で１時間焼成を行い、ニッケルベルトの裏面領域と表面領域のマイクロビッカース硬度を測定したところ、裏面領域は約７２０°、表面領域は約５１０°となった。

ニッケルベルトの基層１ｈを使用して定着ベルト１を製作し、定着ベルト１を定着装置１００に実装して、実施例１と同一条件にて通紙実験を行った。比較例１では、４０万枚通紙を行った際に、定着ベルト１に亀裂が入り、定着不良が発生した。定着ベルト１に曲げが生じたときに、裏面領域の硬さが高いため、曲げによる応力が高くなることにより、徐々に金属疲労の蓄積し、亀裂が発生したと考えられる。

＜比較例２＞
図７は比較例２のニッケルベルトの構成の説明図である。図７に示すように、比較例２のニッケルベルトの基層１ｍは、ニッケル電気鋳造の成長過程で電解液中のリン濃度を一定に維持したので、基層第１層１ｎのみで構成されている。基層第１層１ｎのリン含有量は０．４２重量％となるようにニッケル電気鋳造プロセスを制御した。

製造したニッケルベルトの基層１ｍの表面を顕微鏡観察したところ、表面欠陥１ｏは、８０μｍ以下のものを４個見つけることができた。実施例１と比較すると、比較例２の方が欠陥サイズが大きく、個数も多い結果となった。比較例２のニッケルベルトの基層１ｍを２５０℃の炉で１時間焼成を行い、ニッケルベルトの裏面領域と表面領域のマイクロビッカース硬度を測定したところ、裏面領域も表面領域も約６６０°となった。

比較例２でも実施例１と同様に、通紙実験を行ったところ、２５万枚通紙を行った際に、定着ベルト１に亀裂が入り、定着不良が発生した。亀裂部を電子顕微鏡で観察したところ、表面欠陥を起点に亀裂が成長した形跡が観察できた。このことから、定着ベルト１に曲げが生じたときに、表面欠陥部に曲げによる応力が集中し、亀裂が発生したと考えられる。

＜実施例２＞
図８は実施例２のニッケルベルトの構成の説明図である。図８はニッケルベルトの厚み方向の模式図であって、各層の厚みを誇張して表現している。

図８に示すように、実施例２では、ニッケルベルトの基層１ｐを、ニッケル電気鋳造する各層の成長過程で電解液中のリン濃度を変化させる。これにより、基層１ｐは、ベルト内側から基層第１層１ｑ、基層第２層１ｒ、基層第３層１ｓ、基層第４層１ｔ、とリン含有量が違う４層で構成される。実施例１との違いは、定着ベルト１に曲げが生じた際のシリコンゴム層（弾性層）とＰＦＡ樹脂チューブ（最表面層）の曲げ抵抗分を加味して、リン含有量の高い層を表面側にシフトさせたことである。それぞれの層のリン含有量は、基層第１層１ｑが０．０５重量％、基層第２層１ｒが０．３重量％、基層第３層１ｓが１．０重量％、基層第４層１ｔが０．４重量％である。

製造したニッケルベルトの基層１ｐの表面を顕微鏡観察したところ、表面欠陥（図４：１ｇ）は、３０μｍ以下のものを全周で３個見つけることができた。ニッケルベルトの基層１ａを２５０℃の炉で１時間焼成を行い、ベルトの裏面領域と表面領域のマイクロビッカース硬度を測定したところ、裏面領域は約５１０°、表面領域は約５６０°となった。

このように形成したニッケルベルトの基層１ｐを用いて定着ベルト１を製作し、実施例１と同一条件にて、６０万枚の通紙実験を行った。その結果、実施例１と同様に定着ベルト１に亀裂が発生することなく良好な定着性を満足することができた。

１ 定着ベルト、１ａ 定着ベルト基層、１ｂ 基層第１層
１ｃ 基層第２層、１ｄ 基層第３層、１ｅ 基層第４層
１ｆ 基層第５層、１ｇ 表面欠陥、２ ベルトガイド
２ａ 上流アゴ、２ｂ 下流アゴ、３ サーミスタ
４ ＩＨヒータ、５ 内コア、６ ステイ、７ 加圧ローラ
８ 入り口ガイド、９ 定着排紙ローラ、１０ Ａ／Ｄコンバータ
１１ 制御回路部、１２ ＩＨヒータ駆動回路部、１３ 装置フレーム
１４ 定着ニップ部、２０ 画像形成装置、１００ 定着装置
１０１ 感光ドラム、１０２ 帯電装置、１０４ 現像装置
１０５ 中間転写ドラム、１０６ 転写ローラ
１０７ 感光ドラムクリーニング装置、１０８ 中間転写ドラムクリーニング装置
１１０ 露光装置、ｔ 未定着トナー像、Ｐ 記録材、Ｔ１ 一次転写部
Ｔ２ 二次転写部

Claims (8)

1. 基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転するベルト部材と、
   前記ベルト部材の内側に非回転に配置されて前記ベルト部材に摺擦する支持部材と、
   前記ベルト部材を介して前記支持部材に圧接して、前記ベルト部材との間に記録材のニップ部を形成する加圧回転体と、を備えた像加熱装置であって、
   前記ベルト部材の外側と内側の表面層における前記添加元素の含有率は、前記外側と内側の表面層の間の中間層に比較して低いことを特徴とする像加熱装置。
2. 基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転するベルト部材と、
   前記ベルト部材の内側に非回転に配置されて前記ベルト部材に摺擦する支持部材と、
   前記ベルト部材を介して前記支持部材に圧接して、前記ベルト部材との間に記録材のニップ部を形成する加圧回転体と、を備えた像加熱装置であって、
   前記ベルト部材の外側と内側の表面層にて計測されたマイクロビッカース硬度は、前記外側と内側の表面層の間の中間層にて計測されたマイクロビッカース硬度に比較して低いことを特徴とする像加熱装置。
3. 前記基材の金属材料はニッケルであって、前記添加元素はリンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の像加熱装置。
4. 前記加圧回転体は、弾性層を有する弾性体ローラであって、
   前記支持部材は、前記ニップ部の出口に隣接する位置で前記弾性体ローラの弾性層に向かって突き出した記録材分離部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の像加熱装置。
5. 基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転する像加熱装置用のベルト部材であって、
   前記ベルト部材の外側と内側の表面層における前記添加元素の含有率は、前記外側と内側の表面層の間の中間層に比較して低いことを特徴とするベルト部材。
6. 基材の金属材料の硬度を高める添加元素を添加して電気鋳造法により製造され、記録材の画像面に当接して回転する像加熱装置用のベルト部材であって、
   前記ベルト部材の外側と内側の表面層にて計測されたマイクロビッカース硬度は、前記外側と内側の表面層の間の中間層にて計測されたマイクロビッカース硬度に比較して低いことを特徴とするベルト部材。
7. リンイオンを添加したニッケルイオンの電解液を用いて円柱状の電極の表面に内側の表面層を電気鋳造法により成長させる第一工程と、
   前記第一工程よりもリンイオンの濃度を高めたニッケルイオンの電解液を用いて前記内側の表面層の上に中間層を電気鋳造法により成長させる第二工程と、
   前記第二工程よりもリンイオンの濃度を低くしたニッケルイオンの電解液を用いて前記中間層の上に外側の表面層を電気鋳造法により成長させる第三工程と、を有することを特徴とするベルト部材の製造方法。
8. 前記第一工程にて形成される内側の表面層及び前記第三工程にて形成される外側の表面層はリンの組成重量比を０．１％以下として厚みを５μｍ以上とし、前記第二工程にて形成される中間層のリン組成重量比の最大値が１％以上であることを特徴とする請求項７記載のベルト部材の製造方法。

Images