JP4344189B2 - 定着ベルト - Google Patents

Description

本発明は、電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置に用いられる定着ベルトに関するものである。

画像形成装置において、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセス等の画像形成プロセス手段部で記録材（転写材シート・エレクトロファックスシート・静電記録紙・ＯＨＰシート・印刷用紙・フォーマット紙等）に転写方式或いは直接方式で形成担持させた目的の画像情報の未定着画像（トナー画像）を記録材面に永久固着画像として加熱定着させる定着装置としては、熱ローラ方式の装置が広く用いられていた。これはローラ内にハロゲンヒータ等の熱源を用いるものが一般的である。

一方、近年、加熱方式としては、セラミックヒータを熱源として小熱容量の樹脂ベルト或いは金属ベルトを加熱するものが広く提案、実施されている。すなわち、加熱方式では一般に、加熱体としてのセラミックヒータと加圧部材としての加圧ローラとの間に耐熱性ベルト（定着ベルト）を挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像を形成担持させた記録材を導入してベルトと一緒に挟持搬送させる事で、ニップ部においてセラミックヒータの熱を、ベルトを介して記録材に与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像を被記録材面に熱圧定着させる。

このベルト加熱方式の定着装置は、ベルトとして低熱容量の部材を用いてオンデマンドタイプの装置を構成することができる。すなわち、画像形成装置の画像形成実行時のみ熱源としてのセラミックヒータに通電して所定の定着温度に発熱させた状態にすればよく、画像形成装置の電源オンから画像形成実行可能状態までの待ち時間が短く（クイックスタート性）、スタンバイ時の消費電力も大幅に小さい（省電力）等の利点がある。図４にベルト加熱方式の像加熱定着装置の一構成例を示す。この加熱方式では一般に、加熱体としてのセラミックヒータ１２と加圧部材としての加圧ローラ３０との間に耐熱性ベルト（定着ベルト１０）を挟ませてニップ部を形成させ、前記ニップ部の定着ベルトと加圧ローラとの間に画像定着すべき未定着トナー画像ｔを形成担持させた記録材Ｐを導入してベルトと一緒に挟持搬送させることで、ニップ部においてセラミックヒータ１２の熱を、ベルト１０を介して記録材Ｐに与え、この熱とニップ部の加圧力とで未定着トナー画像を記録材Ｐに熱圧定着させる。

この様なベルト加熱方式に使用されるベルトとしては耐熱樹脂等が用いられ、特に耐熱性、強度に優れたポリイミド樹脂が用いられている。しかしながら、更に機械を高速化、高耐久化した場合、樹脂フィルムでは強度が不十分な場合があった。このことから、強度に優れた金属、例えばＳＵＳ、ニッケル、銅、アルミニウム等を基層とするベルトを用いることが提案されている。

ベルト加熱方式の定着装置における定着ベルトの駆動方法としては、ベルト内面を案内するフィルムガイドと加圧ローラとで圧接されたフィルムを加圧ローラの回転駆動によって従動回転させる方法（加圧ローラ駆動方式）や、逆に駆動ローラとテンションローラによって張架された無端ベルトの駆動によって加圧ローラを従動回転させる方法等がある。

金属ベルトを用いた定着ベルトとしては、特許文献２にはヒータ面接触部の表面粗さが０．５μｍ未満で、４０μｍ前後の厚みのニッケル製定着ベルトを用いたものが、特許文献３には外周面に離型性を有するコーティング層を有し、内周面には樹脂層を有する１０〜３５μｍ厚みのニッケル製定着ベルトが例示されている。

また、特許文献１では、金属ベルトを利用して、これを電磁誘導による渦電流で自己発熱させる誘導加熱方式も開示されている。すなわち、磁束によりベルト自身あるいはベルトに近接させた導電性部材に渦電流を発生させ、ジュール熱によって発熱させる加熱装置が提案されている。この電磁誘導加熱方式は、発熱域をより被加熱体に近くすることができるため、消費エネルギーの効率アップが達成できる。図３に示した構成の定着ベルトを用いた場合の構成例を示す。磁性コア１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは高透磁率の部材であり、励磁コイル１８は励磁回路（不図示）から供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。金属層１にこの交番磁束が作用することで渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２及び離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材Ｐを加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。

また、図６に図５の像加熱装置の磁場発生手段模型図を示す。図５の磁場発生手段は、磁性コア１７ａ、励磁回路２７に接続した給電部１８ａ及び１８ｂ並びに励磁コイル１８からなる。励磁コイル１８は励磁回路２７から給電部１８ａ及び１８ｂを通して供給される交番電流（高周波電流）によって交番磁束を発生する。

このように、電子写真用像・静電記録装置等に画像形成装置に用いられる定着ベルト部材には一般にシームレスのベルト基材が使用されており、ニッケル材からなるシームレスベルト基材は、一般にスルファミン酸ニッケルやワット浴等による電気鋳造法を用いて製造される。
この電気鋳造法では、所要形状の母型が使用され、その母型の外周上に電気鋳造成膜が行われた後、母型から引き抜かれてシームレスベルト基材が製造される。

また、２層以上積層した構造の金属ベルトの例としては、特許文献４に光沢剤を添加した浴から形成した内層に無光沢電着層を積層した例が示されている。しかしこれは、電鋳面にシボを形成するのと、内層の応力を圧縮応力にするのが目的である。また、特許文献５には、内側表層部がニッケルで外側表層部が鉄−ニッケル合金である例が示されている。しかし、この様に５５〜６５％と鉄を多量に含んだ合金では、膜自体の内部応力が大きく、応力減少剤無しでは膜にする事が難しい場合があった。また、応力減少剤を添加すると応力減少剤中のイオウ化合物の影響で高温時の耐久性に欠け、定着ベルトへの応用は困難である場合があった。また、この電鋳は線膨張率を調整して、母型からの離型としわの発生を抑える事を目的としている。
特開平７−１１４２７６号公報 特開平７−１３４４８号公報 特開平６−２２２６９５号公報 特開平５−１７８９２号公報 特開平６−７５４８９号公報

従来、一般的な電鋳ニッケルでは微小な結晶組織を得て材料の強度と靭性の向上を図るため、イオウが含まれる一次光沢剤を添加していた。この場合、結晶構造は（１１１）面優先成長である。この一次光沢剤の添加によって表面の光沢性・硬度等が確保され、装飾用あるいは摺動面に利用されてきた。しかし、このような一次光沢剤を電鋳時に多量に用いると、一次光沢剤の分解物であるイオウがめっき層に多量に取り込まれ、電鋳製品を高温、例えば２００℃以上に加熱すると、イオウがニッケル粒界へ析出し、ニッケル粒界では薄い脆性イオウ層が形成されてしまう恐れがある。このようなニッケル粒界が形成されると、定着ベルトのような高温状態で繰り返し応力がかかる条件下ではニッケル粒界が弱くなり、ニッケル粒界でクラックが発生し、定着ベルトが早期に破断してしまう場合があった。

そこで、電鋳の際に使用する一次光沢剤添加量を減らすと、このような問題が起こらず、定着ベルトに高温耐久性を付与することができる。この場合、電鋳ニッケルベルトの結晶構造は（２００）面優先成長であることが分って来ている。しかし、このベルトは膜中のイオウの含有量が低く、結晶粒径が比較的大きめで、硬度がビッカース硬度４００（荷重：１００ｇ）以下と低く、ベルト材料の電鋳ニッケル自体の強度が弱い場合があり、その取り扱いに注意が必要であった。また、強度が弱いことにより、特に両端部等に亀裂・破断等が発生して長期間の耐熱耐久性及び引張破壊強度を維持する事が難しい場合があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決する為になされたものであり、引張強度に優れる硬度の高いニッケル電鋳層と高温耐久性に優れるニッケル電鋳層を積層することにより、ニッケル材からなるシームレスべルトの機械的強度と高温耐久性の両立を図ることを課題とする。

本発明は、上記課題を達成するために、
（１）少なくとも離型層と、該離型層上に設けられた金属層と、を有する定着ベルトであって、
該金属層は、少なくとも３層のニッケル電鋳膜を積層して形成されてなり、互いに隣接するニッケル電鋳膜は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が異なっており、かつ、該３層のニッケル電鋳膜のうちの２層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が同じであることを特徴とする定着ベルト。
（２）前記金属層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が低いニッケル電鋳膜を、該ニッケル電鋳膜よりも結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が高い２層のニッケル電鋳膜で挟むように積層されている３層のニッケル電鋳膜からなる上記（１）に記載の定着ベルト。
（３）前記結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の低いニッケル電鋳膜の結晶配向比が５であり、前記結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の高いニッケル電鋳膜の結晶配向比が４０である上記（２）に記載の定着ベルト。

なお、本明細書記載のビッカース硬度とは全て荷重１００ｇでの測定値を表す。

本発明では、電鋳ベルト基材が少なくとも結晶構造の異なる２種類以上の層で積層されることにより、良好な耐久性、定着性を持つ高品質な定着ベルトを提供することができる。

本発明の定着ベルトは、少なくとも離型層とニッケル電鋳からなる金属層とを有し、金属層が結晶構造の異なる２種類以上の層で積層されている。そして、上記したような層構成とすることにより、高い機械的強度と高温耐久性を有する定着ベルトを得ることができる。「結晶構造が異なる層」とは対象となる層の結晶配向比I（２００）／I（１１１）が異なる値を示すことを表す。

本発明の定着ベルトの有する金属層は、結晶構造の異なる層の２以上を含む多層積層構造を有し、同じ結晶構造の層の２以上を含むものであってもよい。例えば、結晶構造の異なる２つの層（第１の層及び第２の層）を用いる場合には、この第１の層及び第２の層の少なくとも一方を２以上用い、かつ第１の層と第２の層が互いに隣接して積層されるようにして金属層を構成することができる。あるいは、結晶構造の異なる３つの層（第１の層〜第３の層）を用いる場合には、第１の層〜第３の層の少なくとも１層を２以上用い、異なる結晶構造の層が互いに隣接して積層されるようにして金属層を構成することができる。

更に、結晶構造の異なる２以上の層には、ビッカース硬度が異なる２以上の層が含まれていることが好ましく、ビッカース硬度が４００未満の層とビッカース硬度が４００以上の層との組合せを含んでいることがより好ましい。なお、ビッカース硬度が４００未満の層を複数用いる場合には、複数の層のビッカース硬度は同一あるいは同程度でもよく、また、ビッカース硬度が異なる層の２以上が含まれていてもよい。ビッカース硬度が４００以上の層を複数用いる場合も同様である。

ビッカース硬度が異なる層を積層することで、金属層の機械的強度及び高温耐久性の調和の取れた定着ベルトとすることができる。図５に定着装置の要部横断模型図を示す。ここで、ニッケル電鋳とは電鋳プロセスにより形成したニッケル又はその合金のことをいう。本発明の（２００）面優先成長とは母型表面に平行方向の（２００）面に優先的に結晶成長することである。結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）とは（２００）と（１１１）結晶面のＸ線回折強度比率Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）で定義される。なお、（２００）面のｄ値は１．７６１９Åであり（１１１）面のｄ値は２．０３４５Åである。

従来、一般的な電鋳ニッケルでは結晶構造は（１１１）面優先成長となっている。これによって表面の光沢性・硬度等が確保され、装飾用あるいは摺動面に利用されてきた。それに対し、最近の研究で高温耐久性のある電鋳ニッケルベルトは結晶構造（２００）面優先成長であることが分って来ている。

これは以下の原理による。一般的に小さい結晶組織を得るために通常、電鋳時に応力減少剤とするイオウが含まれる一次光沢剤を添加する。一次光沢剤を添加すると陰極表面（母型）に生成するイオウ・ニッケル化合物は微小粒子であるため、結晶粒径は約１／１００以下となり、電鋳製品に光沢性を付与することができると共に、材料の強度が向上し材料強度と靭性が両立できる。また、この場合、結晶構造は（１１１）面優先成長となる。しかしながら、このように一次光沢剤を用いると一次光沢剤の分解物であるイオウがめっき層に多量に取り込まれ、電鋳製品を高温、例えば２００℃以上に加熱すると、イオウがニッケル粒界へ析出し、ニッケル粒界では薄い脆性イオウ層が形成されてしまう可能性がある。定着ベルトのような高温状態で繰り返し応力がかかる条件下ではニッケル粒界が弱くなり、ニッケル粒界でクラックが発生し、定着ベルトが早期に破断してしまう場合があった。しかもこの場合、電鋳ニッケルの結晶構造は微結晶になりやすく、ベルトの柔軟性に関しても問題が生じる場合があった。

このため、本発明者が検討した結果、電鋳時の一次光沢剤添加量を減らすと、金属層は高温耐久性を示すと共に結晶構造は（２００）面優先成長となることが分かった。このように、（２００）面優先成長の電鋳ニッケルの高温耐久性が（１１１）面優先成長の電鋳ニッケルの高温耐久性よりも優れる理由は、（１１１）面優先成長の電鋳ニッケルでは、電解浴中の光沢剤に起因するイオウや有機物等が、ニッケルの結晶成長とともに共析しない。このため、定着ベルトとして高温で長時間使用した場合でも、ニッケル粒界のクラックが発生せず、高温耐久性が良好となる。

しかし、（２００）面優先成長の定着ベルトは、一次光沢剤量の添加量を少なくしているため、膜中のイオウの含有量が低く、結晶粒径が比較的大きくなる。このため、硬度がビッカース硬度４００（荷重：１００ｇ）以下と低く、ベルト材料の電鋳ニッケル自体の強度が弱い場合があり、その取り扱いに注意が必要であった。また、強度が弱いことにより、特に両端部等に亀裂・破断等が発生して長期間の耐熱耐久性を維持する事が難しい場合があった。

以下に、結晶が優先成長する面によって材料強度が異なる例を示す。電鋳液としてスルファミン酸ニッケル系を用い、一例を示すと、強度を表す指標として、引張破壊強度を示すが、（１１１）面優先成長の結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が１である電鋳ニッケルは、当方の実験では、その硬度はＨｖ５００（荷重：１００ｇ）以上で、引張破壊強度１５００ＭＰａ以上を示すのに対し、（２００）面優先成長の結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が４０である電鋳ニッケルは、せいぜい硬度はＨｖ３５０（荷重：１００ｇ）で、引張破壊強度１０５０ＭＰａ程度である。

さらに、当方の研究で引張強度と硬度の間には相関関係が見られ、単位は違うが、硬度のほぼ３倍の値の引張破壊強度を示すことがわかっている。つまり、ビッカース硬度Ｈｖ３５０（荷重：１００ｇ）のベルトは、上記のように、引張破壊強度１０５０ＭＰａ前後の値を示す。また、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）と硬度は図２の様に相反する関係にあり、従来のベルト作成方法では、引張破壊強度と高温耐久性両方を確保することは困難であった。ここで、ビッカース硬度はＪＩＳ Ｚ２２４４の方法によって試験サンプル（形状 平板、サイズ１０ｍｍ、膜厚３０〜５０μｍ）を調製して測定した。

本発明の様に引張強度に優れる硬度の高いニッケル電鋳層と高温耐久性に優れるニッケル電鋳層を積層することにより、充分な高温耐久性を有し、かつ引張破壊強度が強く取り扱い性に優れる、ニッケル電鋳ベルトを供給可能となる。

引張破壊強度は、ＪＩＳ（ＪＩＳ番号 Ｚ２２４１）の試験法にのっとりアレイ形状のサンプルをニッケル電鋳から切出し、引張試験機よりその強度を求めた。ビッカース硬度に関しては、ＡＫＡＳＨＩ製微小硬度計によりその硬度を求めた。

以下、本発明の詳細を説明する。

（１）定着ベルト１０
本発明の定着ベルトについて説明する。
図３は定着ベルト１０の層構成模型図の一例である。定着ベルト１０は、基層となるニッケル電鋳無端ベルトからなる金属層１と、その外面に積層した弾性層２と、さらにその外面に積層した離型層３と、金属層１の内面に積層した摺動層４との複合構造を有する。定着ベルト１０において、摺動層４が内面側（ベルトガイド面側）であり、離型層３が外面側（加圧ローラ面側）である。金属層１と弾性層２との間、弾性層２と離型層３との間、あるいは金属層１と摺動層４との間には、接着のためにプライマー層（不図示）を設けてもよい。プライマー層はシリコーン系、エポキシ系、ポリアミドイミド系等の公知のものを使用すればよく、その厚さは、通常、１〜１０μｍ程度である。また、金属層１に弾性層２を形成せず、金属層１に離型層３を直接形成しても良い。特に、記録材上のトナーのり量が少なくトナー層の凹凸が比較的小さいモノクロ画像の加熱定着用の場合は、このような弾性層を省略した形態のものとすることができる。

この定着ベルトを電磁誘導加熱方式に用いた場合、ニッケル電鋳無端ベルトからなる金属層１が電磁誘導発熱性を示す発熱層として機能する。後述するが、金属層１に交番磁束が作用することで金属層１に渦電流が発生し、金属層１が発熱する。その熱が弾性層２・離型層３を介して定着ベルト１０を加熱し、定着ニップ部Ｎに通紙される記録材を加熱してトナー画像の加熱定着がなされる。また、本発明の定着ベルト１０は、セラミックヒータを用いたベルト加熱方式に用いてもよい。

ａ．金属層１
金属層１はステンレス材等の円筒状金型を電鋳浴に浸漬させ、金型の表面或は裏面に電鋳プロセスにより成長させたニッケル又はニッケル合金からなる。ニッケル合金としては、ニッケル−鉄、ニッケル−コバルト、ニッケル−マンガン、ニッケル−モリブデンあるいはニッケル−タングステン等を用いることが好ましい。

本発明においては、金属層は結晶構造の異なる２以上の層を含む多層構造とし、例えばステンレス鋼製などの母型を陰極として、電鋳プロセスにより製造される。この場合の電解浴としては、例えばスルファミン酸系などの公知のニッケル電解浴を用いることができ、ｐＨ調整剤、ピット防止剤、光沢剤などの添加剤を適宜加えてもよい。例えば、スルファミン酸ニッケルが３００〜４５０ｇ／ｌ、塩化ニッケルが０〜３０ｇ／ｌおよびホウ酸が３０〜４５ｇ／ｌからなるニッケル電解液が挙げられる。そして、添加する光沢剤濃度、電解浴温度、陰極電流密度などを制御することによって、所望の特性を有したニッケルまたはニッケル合金からなるニッケル電鋳ベルトが得られる。電鋳プロセスに用いる電解浴によっても異なるが、通常、電解浴温度４５〜６０℃程度、陰極電流密度１〜２０Ａ／ｄｍ²程度で行なうことが好ましい。添加する光沢剤はサッカリン、ベンゼンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム等含む応力減少剤・一次光沢剤、２−ブチン−１，４−ジオール、クマリン、ジエチルトリアミン等含む二次光沢剤と呼ばれる添加剤等が加えられる。

次に積層の方法に関して述べる。層の積層に関して、液組成の異なる電鋳槽により順次電鋳して所望の厚さのベルトを得ることも可能である。しかしながら、その方法を用いると、電鋳槽の数が積層したい層の種類だけ必要となること、積層の作業が煩雑になること、積層した層の間に、界面が出来てしまい、その界面からの剥離の可能性があること等の不具合がある。

ここで、本発明の電鋳ニッケルは液温、攪拌方法およびその強度（流量）、電流密度、電流形状（直流・パルス状）などの作業パラメータにより結晶構造（結晶配向性）、硬度を制御する。

一般的に、電鋳ニッケルは、電解液中にサッカリン、ベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ナフタレンスルフォン酸ナトリウム等を含む１次光沢剤（応力減少剤）、２−ブチン−１，４−ジオール、クマリン、ホルマリン等を含む２次光沢剤を添加し、所望の電鋳ニッケルを得ることが出来る。１次、２次光沢剤は相乗効果があるので単独での効果は明確に出来ないが、膜中に含まれる含有量・含有割合により基本的な結晶構造が決定される。そして、前記の作業パラメータを組み合わせることで最終的な結晶構造（結晶配向性）・硬度を得ることが出来る。

例えば、電鋳浴の液温を高めると、電鋳浴の成分の移動度が増して，拡散層の厚さが減少する。従って多くの成分が陰極に達することが可能となる。電鋳浴の温度を５℃上昇させるだけで、電鋳ニッケル膜中に取り込まれる光沢剤の量が大幅に増加し、結晶構造は微細化し硬度が大きくなり、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は小さくなる。

同様に攪拌強度を強めることにより、拡散層の厚さが減少し、電鋳ニッケル膜中に取り込まれる光沢剤の量が増加し、液温を高めたのと同様の効果を得ることが出来る。

また、電流密度を調整することによっても制御可能である。単位時間内に析出する電鋳ニッケルの量は、陰極効率と電流密度に正比例する。一定の攪拌強度および温度において、陰極の電流密度を２倍にすればニッケル電鋳の膜厚は２倍になる。しかし、光沢剤の移動度は増加しないので単位厚さの膜中に取り込まれる光沢剤の量は減少する。それにより、結晶粒径は大きくなり、硬度は低下、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は大きくなる。

電流の波形を調整することによっても結晶構造（結晶配向性）、硬度の制御は可能である。特に、矩形状のパルスを添加した場合、通電のＯＮ・ＯＦＦの時間的長さおよびそのＯＮ／ＯＦＦの比率により結晶構造を制御可能である。例えば、電流のＯＦＦ時に陰極近傍の光沢剤成分が補給される為、電鋳ニッケル膜中に取り込まれる光沢剤の量が増加し、結晶構造は微細化し硬度が大きくなり、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は小さくなる。

例えば、スルファミン酸ニッケル液でサッカリン（１次光沢剤）と２−ブチン１，４−ジオール（２次光沢剤）を光沢剤として、噴流を掛けながら、作成した電鋳ニッケルの電流密度による硬度・結晶配向強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の変化の一例を図２に示す。電流密度を増加させることにより、結晶配向強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）は増加し、硬度は減少していることがわかる。

このことより、電鋳時の膜中の光沢剤含有割合により、結晶構造（結晶配向性）、硬度が決定されていることがわかる。

以上より、電鋳ニッケル析出中に液温、攪拌方法およびその強度（流量）、電流密度、電流の波形などの操作パラメータを制御することで、所望の結晶構造（結晶配向性）、硬度をもった電鋳ニッケルベルトを任意に作成することが可能となり、操作パラメータをニッケル析出中に変化させることで異なる積層構造を持った金属層を形成することができる。また、金属層を構成する各層の構成材料は、上記のように同じ物であっても良いし、異なるものであっても良い。

また、結晶配向性に関しては、理学電気（株）製Ｘ線回折装置（ＲＡＤ−３Ｒ型）
により、各配向面回折強度を測定し、それから配向強度比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）を求めた。

金属層１の厚みは、次の式（１）で表される表皮深さより厚く、１０μｍ以上にする事が好ましい。また、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、５０μｍ以下が更に好ましい。表皮深さσ［ｍ］は、励磁回路の周波数ｆ［Ｈｚ］と透磁率μと固有抵抗ρ［Ωｍ］で

と表される。これは電磁誘導で使われる電磁波の吸収の深さを示しており、これより深いところでは電磁波の強度は１／ｅ以下になっており、逆にいうとほとんどのエネルギーはこの深さまでで吸収されている。金属層１があまりに薄いと、ほとんどの電磁エネルギーが吸収しきれなくなってきて効率が悪くなってくることがある。また、金属層１があまりに厚いと、剛性が高くなり、また、屈曲性が悪くなって回転体として使用しにくくなることがある。また、セラミックヒータを使用するベルト加熱方式に金属層を有する定着ベルトを用いる場合、金属層の厚みを上記範囲内とすることによって、熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させることができる。

それぞれの積層される層の厚みは、特に限定されないが、金属層全体の厚みが５０μｍの場合、ビッカース硬度４００（荷重：１００ｇ）以上の層の合計が６．３μｍ以上３９μｍ以下であることが好ましく、１９．５μｍ以上３３μｍ以下であることがより好ましい。厚みがこれらの範囲内にあることによって、金属層全体が高耐熱性を有し、材料の強度も高く積層の効果が表れる。また、結晶構造の異なる二種類以上の層に、ビッカース硬度が２５０以上４００未満（荷重：１００ｇ）の層と、ビッカース硬度が４００以上６００以下（荷重：１００ｇ）の層との組み合わせが含まれており、さらにビッカース硬度（以下、「硬度」と記載する。）４００以上６００以下（荷重：１００ｇ）の層の膜厚（２層以上の場合は多層の合計膜厚）が、金属層全体膜厚の１／８以上３／４以下であるときに本発明の効果をより効果的に発揮し、好ましい。結晶構造の異なる層のうち一方の層のビッカース硬度は２５０以上４００未満であることがより好ましく、３００以上３８０以下であることが更に好ましい。また、他方の層のビッカース硬度は４００以上６００以下であることがより好ましく、４５０以上５５０以下であることが更に好ましい。硬度が異なるこれらの層を積層させることによって、より機械的強度及び高温耐久性の調和の取れた定着ベルトとすることができる。

また、ビッカース硬度が４００以上６００以下の層の合計膜厚は、金属層全体の膜厚の１／８以上、３／４以下であるのが好ましい。ビッカース硬度が２５０以上４００未満の層の合計膜厚は金属層全体の膜厚よりも、好ましくは１／４以上、７／８以下、より好ましくは３／８以上、５／８以下であるのが良い。金属層全体の膜厚に対して、厚みをこれらの範囲内にすることによって、機械的強度及び高温耐久性の調和の取れた定着ベルトとすることができる。厚みはベルトを軸方向に２分し、軸方向における膜厚をハイデンハイン測定器で１０ｍｍ間隔で測定する。

また、ベルト全体として式（１）より求められる表皮深さより厚くすることが好ましい。通常１００μｍ以下であり、特に好ましくは、上記の様に１０〜５０μｍ程度とすることにより、良好な結果を得る事が出来る。

結晶構造の異なる層の積層の数およびその順番は特に限定されない。図１（ａ）及び（ｂ）のように「硬度４００以上の層／硬度４００未満の層」を一組として、作業性や生産性の観点から、通常１〜２０組、好ましくは１〜１０組程度の範囲で形成することが望ましい。そして、「硬度４００以上の層／硬度４００未満の層／硬度４００以上の層」および「硬度４００未満の層／硬度４００以上の層／硬度４００未満の層」といった奇数層の構成で積層しても良い。さらに、「硬度４００以上の層（１）／硬度４００以上の層（２）／硬度４００未満の層」および「硬度４００未満の層（１）／硬度４００未満の層（２）／硬度４００以上の層」といった形態としても良い。

ｂ．弾性層２
弾性層２は設けても設けなくても良い。弾性層を設けることにより、ニップ部において被加熱像を覆って熱の伝達を確実にするとともに、金属層１の復元力を補って回転・屈曲による疲労を緩和することができる。また、弾性層を付与することにより、定着ベルト離型層表面と記録材上の未定着トナー像の凹凸との密着性を増し、効率よくトナー画像へ熱伝達を行なうことが可能になる。弾性層２を設けた定着ベルトは、特に、未定着トナーののり量が多いカラー画像の加熱定着に適している。

弾性層２の材質としては、特に限定されず、耐熱性がよく、熱伝導率がよいものを選べばよい。弾性層２としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム及びフルオロシリコーンゴムからなる群から選択された少なくとも一種を含むことが好ましく、シリコーンゴムがより好ましい。

弾性体層に使用されるシリコーンゴムとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサン、ポリメチルビニルシロキサン、ポリトリフルオロプロピルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリフェニルビニルシロキサン、これらポリシロキサンの共重合体等を例示することができる。

なお、必要に応じて、弾性体層には乾式シリカ、湿式シリカ等補強性充填材、炭酸カルシウム、石英紛、珪酸ジルコニウム、クレー（珪酸アルミニウム）、タルク（含水珪酸マグネシウム）、アルミナ（酸化アルミニウム）、ベンガラ（酸化鉄）等を弾性体層に含有させてもよい。

弾性層２の厚さは、良好な定着画像品質が得られるので、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。また、１０００μｍ以下が好ましく、５００μｍ以下がより好ましい。カラー画像を印刷する場合、特に写真画像等では記録材Ｐ上で大きな面積に渡ってベタ画像が形成される。この場合、定着ベルトの加熱面（離型層３）が、記録材の凹凸あるいはトナー層の凹凸の形状に変形できないと加熱ムラが発生し、伝熱量が多い部分と少ない部分とで画像に光沢ムラが発生する。つまり、伝熱量が多い部分は光沢度が高くなり、伝熱量が少ない部分では光沢度が低くなる。ここで、弾性層２があまりに薄いと、定着ベルトが記録材あるいはトナー層の凹凸形状に変形することができず、画像光沢ムラが発生してしまうことがある。また、弾性層２があまりに厚いと、弾性層の熱抵抗が大きくなりクイックスタートを実現するのが難しくなることがある。
弾性層２の硬度（ＪＩＳ Ｋ ６３０１（ＪＩＳ−Ａ））は、画像光沢ムラの発生が十分抑制され、良好な定着画像品質が得られるので、６０゜以下が好ましく、４５゜以下がより好ましい。

弾性層２の熱伝導率λは２．５×１０^-1［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上が好ましく、３．３×１０^-1［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上がより好ましい。また、８．４×１０^-1［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下が好ましく、６．３×１０^-1［Ｗ／ｍ・Ｋ］以下がより好ましい。熱伝導率λがあまりに小さい場合には熱抵抗が大きくなり、定着フィルムの表層（離型層３）における温度上昇が遅くなることがある。熱伝導率λがあまりに大きい場合には、硬度が高くなったり、圧縮永久歪みが悪化したりすることがある。

このような弾性体層は公知の方法、例えば、液状のシリコーンゴム等の材料をブレードコート法等の手段によって金属層上に均一な厚みでコート、加熱硬化する方法、液状のシリコーンゴム等の材料を成形型に注入し加硫硬化する方法；押出成形後に加硫硬化する方法；射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すればよい。

ｃ．離型層３
離型層３の材料としては特に限定されず、離型性、耐熱性のよいものを選べばよい。離型層３としては、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フルオロシリコーンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴムが好ましく、特にＰＦＡが好ましい。なお、必要に応じて離型層にはカーボン、酸化すず等を導電剤等を離型層の１０質量％以下で含有させてもよい。

離型層３の厚さは１μｍ以上が好ましい。また、１００μｍ以下が好ましい。離型層３があまりに薄いと、塗膜の塗りムラで離型性の悪い部分ができたり、耐久性が不足したりすることがある。また、離型層があまりに厚いと、熱伝導が悪化することがあり、特に樹脂系の離型層の場合は硬度が高くなって、良好な熱伝達性や回転・屈曲による疲労の緩和性などの弾性層２の効果を相殺してしまうことがある。

このような離型層は公知の方法、例えば、フッ素樹脂系の場合、フッ素樹脂粉末を分散塗料化したものをコート・乾燥・焼成により、あるいは予めチューブ化した物を被覆・接着する方法で形成すればよく、ゴム系の場合、液状の材料を成形型に注入し加硫硬化する方法；押出成形後に加硫硬化する方法；射出成形後に加硫硬化する方法等で形成すればよい。

また、予め内面プライマー処理されたチューブ、予め表面プライマー処理されたニッケル電鋳ベルトを円筒金型内に装着し、チューブとニッケル電鋳ベルト間隙間に液状シリコーンゴムを注入、加熱することでゴムの硬化及び接着を行う手法を用いれば、弾性層、離型層を同時に形成することも可能である。

ｄ．摺動層４
摺動層４は本発明の必須成分ではないが、本発明の像加熱定着装置を作動させる際の駆動トルクの低減、作動時の耐摩耗対策を図る上で設ける事が好ましい。摺動層４を設けると、定着ベルトの熱容量を大きくしすぎる事なく、金属層１に発生した熱が定着ベルトの内側に向かわないように断熱できるので、摺動層４が無い場合と比較して記録材Ｐ側への熱供給効率が良くなり、消費電力を抑えることもできる。また、立ち上がり時間の短縮を図ることも出来る。

その材質は、特に限定されず、高耐熱性で強度が高く、表面が滑らかに出来るものを選べばよい、摺動層４としては、ポリイミド樹脂等が好ましい。なお、必要に応じて、摺動層には摺動剤としてフッ素樹脂粉末、グラファイト、二硫化モリブデン等を摺動層に含有させても良い。

摺動層４の厚さとしては５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。また、１００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましい。摺動層４があまりに薄いと耐久性が不足する事がある。摺動層４があまりに厚いと定着ベルトの熱容量が大きくなり、立ち上がり時間が長くなる事がある。

この様な摺動層は、公知の方法、例えば、液状の材料をコート・乾燥・硬化等の方法、あるいは予めチューブ化したものを貼り付ける方法等で形成すればよい。

金属層１となる長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、厚み５０μｍのニッケル電鋳ベルト基材を下記のように作製した。ニッケル電鋳ベルト基材を作製するためにスルファミン酸ニッケル四水塩４５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｇ／ｌ、硼酸４０ｇ／ｌなる水溶液浴を作り、次に１ｇ／ｌとなるようピット防止剤を加えた後、第一光沢剤としてサッカリン（０．０４ｇ／ｌ）、第二光沢剤として２−ブチン−１，４−ジオール（０．４ｇ／ｌ）を適時の組み合わせで添加した浴を作製した。そして、ステンレス鋼製の母型を陰極として、浴温５０℃、初期電流密度１１Ａ／ｄｍ²で電鋳を開始し、目的の全体膜厚５０μｍに相当する電気量の１／３を流し終わったところで、連続的に速やかに電流密度を７Ａ／ｄｍ²まで変化させ、２／３の膜厚まで膜を析出させる。そしてその後、再び電流密度を１１Ａ／ｄｍ²まで上昇させて、残りの１／３の電鋳膜を析出させた。この電鋳ベルトを分析した結果、３層の積層・結晶構造変化が見られた。電流密度の値から図２により換算して、内面側から第１・３層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が４０前後、硬度約３５０（荷重：１００ｇ）、引張破壊強度１０５０ＭＰａの析出層が、第２層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が５前後、硬度約４５０（荷重：１００ｇ）、引張破壊強度１３５０ＭＰａの析出層が形成されていると考えられる。また、ベルト全体としての引張破断強度は、１１７０ＭＰａであった。そして、上記で得た電鋳ベルトに、弾性層２として３００μｍシリコーンゴム、離型層３として３０μｍＰＦＡチューブを各々プライマーを介して積層し、摺動層４のポリイミド樹脂層の厚みは１５μｍとなる各定着ベルトを作製した。

このようにして作製した定着ベルトについて、図５のような像加熱定着装置に装着し、空回転耐久テストを行った。空回転耐久テストは、２２０℃に温度調節しながら、所定の加圧力で加圧ローラを定着ベルトに押し付け、定着ベルトを加圧ローラに従動回転させた。加圧ローラは、心金の外周に肉厚３ｍｍシリコーン層に３０μｍのＰＦＡチューブを被覆した外径３０ｍｍのゴムローラを用いた。本実験例では、加圧力は２２０Ｎ（通常テストの１割増し）、定着ニップは８ｍｍ×２３０ｍｍであり、定着ベルトの表面速度は１００ｍｍ／ｓｅｃとなる条件に定めた。この結果、本発明の定着ベルトは、耐久５００時間後も変形もなく良好であり、端面の破壊・亀裂が見られなかった。また、上記定着装置をキヤノン製フルカラーＬＢＰ ＬＡＳＥＲ ＳＨＯＴ『ＬＢＰ−２０４０』に搭載し、画出して耐久テストを行った。１０万枚画出し耐久テストを行ったが定着性に問題はなく良好であった。

実施例１と電流密度を変化させる割合が異なる以外は、同様に金属層１となる長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、厚み５０μｍのニッケル電鋳ベルトを作製した。今回は全体膜厚の１／１０（つまり、５μｍ）を電流密度７Ａ／ｄｍ²で電鋳し、次に全体膜厚の１／１０（５μｍ）を電流密度１１Ａ／ｄｍ²で電鋳する。この操作を５回繰り返して、１０層のニッケル電鋳ベルトを作成した（図１（ｂ））。実施例１と同様に、電流密度７Ａ／ｄｍ²で積層した層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）５前後、硬度約４５０（荷重：１００ｇ）、引張破壊強度１３５０ＭＰａであった。電流密度１１Ａ／ｄｍ²で積層した層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）４０前後、硬度約３５０（荷重：１００ｇ）、引張破壊強度１０５０ＭＰａの析出層が得られた。また、ベルト全体の引張破断強度としては、１２２０ＭＰａであった。その後、弾性層２として３００μｍシリコーンゴム、離型層３として３０μｍＰＦＡチューブを、各々プライマーを介して積層し、図１（ｂ）のベルトを得た。実施例１と同様に耐久試験を行った。表１に結果を示す。

実施例１と同様に耐久５００時間後の変形も端面の破壊・亀裂もなく、良好なことがわかった。また、上記定着装置をキヤノン製フルカラーＬＢＰ ＬＡＳＥＲ ＳＨＯＴ『ＬＢＰ−２０４０』に搭載し、画出して耐久テストを行った。１０万枚画出し耐久テストを行ったが定着性に問題はなく良好であった。

［比較例１］
金属層１として長さ２５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、厚み５０μｍのニッケル電鋳ベルトを下記のように作製した。ニッケル電鋳ベルト基材を作製するためにスルファミン酸ニッケル四水塩４５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル１０ｇ／ｌ、硼酸４０ｇ／ｌなる水溶液浴を作り、次に１ｇ／ｌとなるようピット防止剤を加えた後、第一光沢剤としてサッカリン（０．０４ｇ／ｌ）、第二光沢剤として２−ブチン−１，４−ジオール（０．４ｇ／ｌ）を適時の組み合わせで添加した浴を作製した。そして、ステンレス鋼製の母型を陰極として、浴温５０℃、電流密度７Ａ／ｄｍ²で電鋳し、膜厚５０μｍの電鋳ベルト得た。このベルトを分析した結果、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）５、硬度４６０（荷重：１００ｇ）、引張破壊強度１３６０ＭＰａのベルトが得られた。その後、弾性層２として３００μｍシリコーンゴム、離型層３として３０μｍＰＦＡチューブを、各々プライマーを介して積層した。このベルトを実施例１と同様な条件で空回転耐久試験を行った。
その結果を表１に示す。

実施例１、２と比べ結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の小さい比較例の定着ベルトは、空回転耐久１５０時間において、ベルトに割れが見られた。

図１（ａ）は、本発明の電鋳ニッケル積層方法の一例である。図１（ｂ）は、電鋳ニッケル層の厚み方向の断面を表す図である。 本発明の電鋳ニッケルの電流密度による硬度・配向比の変化の例である。 本発明の定着ベルトの層構成摸型図の一例である。 像加熱装置の概略構成図の一例である。 像加熱装置の概略構成図の一例である 図６像加熱装置の磁場発生手段模型図である。

符号の説明

１ 金属層
２ 弾性層
３ 離型層
４ 摺動層
１０ 定着ベルト
１２ セラミックヒータ
１２ｂ 発熱層
１２ｃ ガラスやフッ素樹脂等の保護層
１６ａ，１６ｂ，１６ｅ ベルトガイド部材
１６ｃ ベルトガイド
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 磁性コア
１８ 励磁コイル
１８ａ，１８ｂ 給電部
１９ 絶縁部材
２２ 加圧用剛性ステイ
２６ 温度検知素子（サーミスタ）
２７ 励磁回路
３０ 加圧部材（加圧ローラ）
３０ａ，３０ｂ シリコーンゴム等の弾性層
４０ 摺動板
Ｍ 駆動手段
Ｎ 定着ニップ部
ｔ トナー画像
Ｐ 被記録材
１００ 像加熱定着装置

Claims (3)

1. 少なくとも離型層と、該離型層上に設けられた金属層と、を有する定着ベルトであって、
   該金属層は、少なくとも３層のニッケル電鋳膜を積層して形成されてなり、互いに隣接するニッケル電鋳膜は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が異なっており、かつ、該３層のニッケル電鋳膜のうちの２層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が同じであることを特徴とする定着ベルト。
2. 前記金属層は、結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が低いニッケル電鋳膜を、該ニッケル電鋳膜よりも結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）が高い２層のニッケル電鋳膜で挟むように積層されている３層のニッケル電鋳膜からなる請求項１に記載の定着ベルト。
3. 前記結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の低いニッケル電鋳膜の結晶配向比が５であり、前記結晶配向比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の高いニッケル電鋳膜の結晶配向比が４０である請求項２に記載の定着ベルト。

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