JP6128973B2 - 定着部材用の金属基材及びその製造方法、定着部材および定着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真画像形成装置の定着装置に用いられる定着部材の基材に用いる金属基材、特に定着部材の破壊、破損の防止に有効な定着部材用基材用の金属基材、これを用いた定着部材および定着装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置に具備される熱定着装置には、消費電力を抑える目的で、ベルト加熱方式が採用されている。図２は代表的なベルト加熱方式の概略構成を示す熱定着装置の断面図である。当該熱定着装置は、エンドレス形状の定着部材としての定着ベルト１１と、該定着部材に対向して配置してなる加圧部材としての加圧ローラ２０と、該定着ベルトの内周面に接触して配置されている加熱手段としてのセラミックヒータ１２とを有する。そして、定着ベルト１１と加圧ローラ２０とは定着ニップＮを形成しており、定着ニップＮ部に未定着トナー画像Ｔを形成坦持させた記録材３０を導入する。そして、トナーを熔融させて記録材３０にトナー画像を定着させる。

図３は定着ベルト１１の断面を説明する図である。定着ベルト１１は、セラミックヒータ１２側から、基材１０１、弾性層１０２、離型層などの表層１０３の順に大きく３層から構成されている。基材１０１には、熱伝導性が高い薄肉の金属製シームレスベルトが使用されている。

このようなベルト加熱方式において、良好な定着画像を得るには、十分な定着ニップ部Ｎを安定して形成する必要がある。その為、定着ベルト１１は長手方向、すなわち円筒状の定着ベルトの軸方向に渡り、セラミックヒータ１２と加圧ローラ２０間で略均一な加圧力が加えられた状態で、セラミックヒータ１２と摺動しながら使用される。

このように使用される定着ベルト１１においては、埃や砂塵等の微小な異物が本体内部に侵入し、定着ニップ部Ｎにおいてセラミックヒータ１２と基材１０１間に狭持され微小領域に圧力が加わり、キズ付きや穴あきが発生する場合が想定される。このようなキズ付きや穴あきが発生した場合には、繰り返しの使用において、それを起点として定着ベルト１１が破壊されることがある。

その為、特許文献１によれば、定着ベルトと接触するセラミックヒータ面において、定着ベルトの長手方向の端部より内側に段差を設け、埃や砂が内部へ侵入する事を防止することが提案されている。

特開２０１０−５４８２１号公報

ところで、今後、更なる消費電力抑制のために定着部材の薄肉化、特には、金属基材の薄肉化が求められている。定着ベルト用基材の金属基材を薄肉化した場合、具体的には、例えば、３０μｍ以下の厚みとした場合、特許文献１に係るセラミックヒータ面に設けた段差部において、定着部材の折れや凹みが発生することが予想される。

そのため、本発明者は、厚みを３０μｍ以下とした金属基材を用いた定着部材においては、埃や砂塵等の微小な異物が侵入した際に発生する微小領域の圧力に対する金属基材自体の耐キズ付き性や耐穴あき性をより一層高めることが必要であるとの認識を得た。

そこで、本発明は、表面に傷がつきにくく、また、微小領域に高い圧力が加わったときに貫通孔が生じにくい、すなわち、高い「突き刺し強度」を有する定着部材用の金属基材およびその製造方法の提供に向けたものである。

また、本発明は、耐久性に優れた定着部材を提供することに向けたものである。

更に、本発明は、長期に亘る、高品位な電子写真画像の形成に資する定着装置の提供に向けたものである。

本発明によれば、定着部材用の金属基材であって、
マルテンサイト相を含むオーステナイト系ステンレス鋼を含み、その厚み方向において、
マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる領域によって、マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼からなる領域が挟まれている定着部材用の金属基材が提供される。

また、本発明によれば、上記の金属基材を有する定着部材が提供される。
更に、本発明によれば、上記の定着部材と、該定着部材に対向して配置してなる加圧部材と、該定着部材の加熱手段とを備えている定着装置が提供される。

更にまた、本発明によれば、
マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層と、マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層とを有し、
該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層が、該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層によって挟まれている積層構造を有する、定着部材用の金属基材の製造方法であって、
ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼板が、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板によって挟まれている積層構造を有するオーステナイト系ステンレス積層鋼材を塑性加工することによって、該積層鋼材の有するオーステナイト系ステンレス鋼にマルテンサイト相を生じさせる工程を有する定着部材用の金属基材の製造方法が提供される。

本発明によれば、耐キズ付き性や耐穴あき性がより一層向上した定着部材用の金属基材を得ることができる。また、本発明によれば、より一層の耐久性を備えた定着部材を得ることができる。更に、本発明によれば、長期に亘る、高品位な電子写真画像の形成に資する定着装置を得ることができる。

（ａ）突き刺し強度測定方法を説明する図である。（ｂ）突き刺し強度測定中の突刺し部先端付近の部分拡大断面図である。 ベルト加熱方式の概略構成を表す熱定着装置の断面図である。 代表的な定着ベルトの部分断面図である。 （ａ）ステンレス鋼板からカップ形状部材を得る絞り加工の工程を説明する工程図である。（ｂ）カップ形状部材を熱処理する工程を説明する図である。（ｃ）カップ形状部材から金属製シームレスベルトを得る薄肉化工程を説明する工程図である。 （ａ）金属製シームレスベルトからリング状部材を切り出す位置を説明する図である。（ｂ）切り出したリング状部材から短冊状の試験片を製作する方法を説明する図である。 実施例で得られた金属製シームレスベルトの外周側表面から深さ方向の元素分布をグロー放電発光分光分析法により測定した結果を示す図である。

本発明者は、ニッケル含有量の異なるオーステナイト系ステンレス鋼の積層鋼板を塑性加工することにより形成した、厚み方向においてマルテンサイト変態率の異なる金属基材が表面硬度及び突き刺し抵抗を高いレベルで兼ね備えたものとなることを見出した。本発明は、かかる本発明者による新たな知見に基づいて完成されたものである。

以下、本発明の一態様であるエンドレスベルト形状の定着部材（以降、「定着ベルト」とも称することがある）用の金属基材とその製造方法、当該金属基材を用いた定着ベルトについて順に説明する。

＜金属基材およびその製造方法＞
本発明に係る、定着ベルト用の金属基材は、下記工程を含む方法によって製造されることができる。
（１）ステンレス鋼板から塑性加工であるところの絞り加工によってカップ形状部材を得る。絞り加工前のステンレス鋼板の厚みは１．０ｍｍ以下、特には、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。
（２）工程（１）で得たカップ形状部材を熱処理し、絞り加工で加えられた歪が除去されたカップ状部材を得る。
（３）工程（２）で得た歪を取り除いた状態のカップ形状部材を４０％以上の加工率で塑性加工して薄肉化し、薄肉化されたカップ状部材の底部を切断して、０．０５ｍｍ以下の厚みの金属製シームレスベルトを得る。

本発明にかかる金属基材の製造においては、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板と、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板との積層鋼板を原材料として用いる。

一般的に、オーステナイト系のステンレス鋼は、一般に以下のような組成を有する。

Ｃ：０．０１〜０．１５質量％；
Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％；
Ｍｎ：０．０１〜２．００質量％；
Ｎｉ：６．００〜１５．００質量％；
Ｃｒ：１５．００〜２０．００質量％；
残部：Ｆｅおよび不可避不純物。
上記不可避不純物としては、０．０４５質量％以下の割合で含まれることのあるＰ、及び０．０３０質量％以下の質量比で含まれることのあるＳ等が挙げられる。

そして、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板の具体例としては、例えば、ＳＵＳ３０４が挙げられる。

ここで、ＳＵＳ３０４は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ ４３０５（２０１０） に記載されているように、一般に以下のような組成を有する。
Ｃ：０．０１〜０．０８質量％；
Ｓｉ：０．０１〜１．００質量％；
Ｍｎ：０．０１〜２．００質量％；
Ｎｉ：８．００〜１０．５０質量％；
Ｃｒ：１８．００〜２０．００質量％。
残部：Ｆｅおよび不可避不純物。
また、上記不可避不純物としては、上記したように、０．０４５質量％以下の割合で含まれることのあるＰ、及び０．０３０質量％以下の質量比で含まれることのあるＳ等が挙げられる。

そして、ＳＵＳ３０４に代表される準安定オーステナイト系ステンレス鋼板は、成形性が良く比較的容易に塑性加工による薄肉化が行える。また、塑性加工後の加工硬化により定着部材用の金属基材としての耐久性に優れる。更に、熱定着装置内環境において、酸化し難く経時変化が少ないため、定着部材用の金属基材の材料として使用されている。ここで、準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、室温での塑性加工により加工誘起マルテンサイト変態が生じ、塑性加工前のオーステナイト組織が高硬度なマルテンサイト組織に変態することが知られている。

塑性加工に対してオーステナイトの安定性を示す指標として、材料の化学成分含有量から（式１）によって求められるＭｄ₃₀がある。Ｍｄ₃₀は単位として（℃）で表され、オーステナイト安定化指数として称され、その値がプラス側に大きな数値ほどオーステナイトの安定性が低く、塑性加工後のマルテンサイト変態量が多くなる。
Ｍｄ₃₀＝５５１−４６２（Ｃ＋Ｎ）−９．２Ｓｉ−８．１Ｍｎ−１３．７Ｃｒ−２９Ｎｉ−１８．５Ｍｏ−６８Ｎｂ・・・（式１）
なお、式１において用いられる材料の化学成分含有量としては、材料の元素分布をグロー放電発光分光分析法により測定した値を用いることができる。また、この測定には「ＧＤ-ＰＲＯＦＴＬＥＲ２」（株式会社堀場製作所社製）を用いることができる。

塑性加工されたステンレス鋼の硬度は、マルテンサイトの変態量に比例して高くなる。そのため、基材表面を構成する鋼材としてＭｄ₃₀が大きな鋼種を選定し、上記した工程（１）〜（３）に従って加工することで、表面硬度が高い定着部材用の金属基材を得ることができる。

一方、本発明者の検討の結果、突き刺し強度を向上させるためには、定着ベルト基材の微小領域に加わる圧力に対し、素材の引張強度と破断伸びを向上させることが必要であるとの認識を得た。しかしながら、塑性加工によって加工誘起マルテサイト変態が進んだステンレス鋼は、脆化して、引張強度は高いものの、破断伸びが低下し、突き刺し強度が低くなる場合があった。

図１を用いて、突き刺し強度に関する概念を具体的に説明する。図１（ａ）は、短冊状の金属製シームレスベルト１を、ウレタンゴムプレート３上に設置した状態を示す図である。短冊状の金属製シームレスベルト１の内面側が、突起物２側へ向くように設置している。図１（ｂ）は、金属製シームレスベルト１と、先端半径Ｒの突起物２の突き刺し部先端を拡大した部分断面図である。

図１（ｂ）に示すように、厚みｔの短冊状の金属製シームレスベルト１に対し、先端半径Ｒの突起物２を突き刺す場合において、短冊状の金属製シームレスベルト１と突起物２との接触部分であって、突起物２の先端部から最も離れた部位をＡ部とする。このＡ部における引張応力をσ_Aとし、Ａ部における突起物２に対する接線と金属製シームレスベルト１の軸線方向とのなす角度をθとすると、突き刺し荷重Ｐは以下のように説明することができる。

この図１（ｂ）に示すように、Ａ部における突起物２の円形状切断面の半径はＲ・ｓｉｎθであり、短冊状の金属製シームレスベルト１の厚みをｔとする。Ａ部における短冊状の金属製シームレスベルト１の破線部Ｚで示す断面積は、π・（Ｒ・ｓｉｎθ＋ｔ／ｓｉｎθ）²−π・（Ｒ・ｓｉｎθ）²＝２π・Ｒ・ｔ＋ｔ²／ｓｉｎ²θである。しかし、ｔ²／ｓｉｎ²θは２π・Ｒ・ｔに比べ微少であるため省略すると、Ａ部における金属製シームレスベルト１の断面積は２π・Ｒ・ｔと表すことができる。

また、図１（ｂ）に示すように、金属製シームレスベルトのＡ部に作用する引張応力をσ_Aとすると、図１（ｂ）の鉛直方向に作用する応力はσ_A・ｓｉｎθとなる。従って、突起物２により金属製シームレスベルト１に作用する荷重ＰはＰ＝２・π・Ｒ・ｔ・σ_A・ｓｉｎθと近似することができる。通常、突起物２の先端部と短冊状の金属製シームレスベルト１との接触面には摩擦があり、突起物２を深く押し当てると、接していても摩擦の影響が殆どないＡ部において、金属製シームレスベルト１の素材内部に大きな引張応力が作用し、素材が破断する。この破断時の応力をσとすると、この値が金属製シームレスベルトの素材の破断強度、つまりＡ部における引張応力σ_Aと等しくなる。

また、短冊状の金属製シームレスベルト１の破断に至るまでの破断伸びが大きいと、破断伸びが小さい場合に比べ、σ_Aが破断時の応力σに至るまで突起物２をさらに深く押し当てることができる。つまり、Ａ部における突起物２に対する接線と金属製シームレスベルト１の軸線方向とのなす角度θは破断伸びが大きくなるに従って大きくなる。

従って、荷重Ｐの近似式Ｐ＝２・π・Ｒ・ｔ・σ_A・ｓｉｎθより、Ｐの値を大きくして、突き刺し強度を向上させるには、引張強さσ_Aと角度θ、即ち破断伸びを大きくすればよいことになる。

ここで、荷重Ｐの近似式の右項の２・π・Ｒ・ｔは定数で、σ_A・ｓｉｎθは金属製シームレスベルトの材料固有の変数である。そのため変数σ_A・ｓｉｎθを突き刺し抵抗τとし単位を（Ｎ／ｍｍ²）とすると、荷重Ｐの近似式はＰ＝２・π・Ｒ・ｔ・τとなり、突き刺し抵抗τを大きくすることで、突き刺し強度を大きくできることがわかる。

準安定オーステナイト系ステンレス鋼は、クロムとニッケルの含有量が最も多い合金である。クロムはステンレス鋼の耐食性向上に必須の成分であり、ニッケルはオーステナイト相を安定化させる成分である。また、Ｍｄ₃₀の式からも分かるようにニッケルの含有量はマルテンサイト変態量に大きく影響する。

日本工業規格（ＪＩＳ） Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくオーステナイト系ステンレス鋼板において、特にニッケル含有量が８質量％未満の場合、オーステナイト系ステンレス鋼は、塑性加工による加工誘起マルテンサイト変態量が多くなる。その結果、このオーステナイト系ステンレス鋼板を用いて先に記載した工程（１）〜（３）によって塑性加工した場合、得られるステンレス鋼は、表面硬度は高いものの、破断伸びが低く、その結果として突き刺し抵抗が低いものとなる。

一方、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板を塑性加工して得られる金属基材は、オーステナイト相が比較的安定なため、破断伸びの低下は少なく、高い突き刺し抵抗が得られるが、硬度は低くなる。

そこで、本発明者は、定着部材用の金属基材の原材料として、加工誘起マルテンサイト変態量の異なる２種のステンレス鋼を積層してなる積層鋼板を用いることを検討した。具体的には、加工誘起マルテンサイト変態量が相対的に少ないステンレス鋼（ＳＵＳ３０４Ｌ）を、加工誘起マルテンサイト変態量が相対的に多いステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）で挟み込んだ３層構造の積層鋼板を用意した。この積層鋼板を用いて、前記工程（１）〜（３）によって塑性加工されてなる金属基材を作成した。その結果、表面硬度と、突き刺し抵抗とが高いレベルで両立されてなる金属基材を得ることができた。

かかる金属基材は、異物がヒータとの間に挟み込まれた場合においても、定着ベルト用基材にキズ付きや穴あきが生じにくく、破壊、破損の防止に有効な定着ベルトが提供される。

上記の金属基材が高い突き刺し抵抗を示すのは以下の理由によるものと推定される。すなわち、加工誘起マルテンサイト変態量の多い、高硬度の表面側領域によって荷重が分散される。加えて、金属基材の厚み方向中央に位置する、加工誘起マルテンサイト変態量が表面領域よりも小さいため高い靭性を示す中間領域が、図１（ｂ）に示すように変形することにより当該分散された荷重が吸収されるためと考えられる。

また、加工硬化度合の高い表面側領域から炭素原子（Ｃ）や窒素原子（Ｎ）などの侵入型の固溶元素が、内部の靭性の高い領域へ拡散していることが図６から推測される。

すなわち、上記侵入型の固溶元素の厚み方向における中心部分への拡散によって、表面領域における上記固溶元素の含有比率が減少していることが推測される。このことは、塑性加工による表面領域の脆化の抑制効果をもたらしているとも考えられる。本発明に係る金属基材が奏する上記の効果には、このような現象も寄与しているとも考えられる。

本発明にかかる定着ベルト用の金属基材の原材料としては塑性加工に適した物性を有し、かつ定着ベルト用の金属基材としての所定の物性が得られるオーステナイト系ステンレス鋼板が用いられる。

本発明においては、Ｎｉ含有量が８質量％以上のオーステナイトステンレス鋼板と、Ｎｉ含有量が８質量％未満のオーステナイトステンレス鋼板との積層したものに対して、前記工程（１）〜（３）に係る加工を行う。

オーステナイトステンレス鋼としては、先に記載したとおり日本工業規格（ＪＩＳ） Ｇ ４３０５（２０１０）にて規定されるオーステナイト系ステンレス鋼を利用することができる。具体的には、同規格において、オーステナイト系として規定されるＳＵＳ番号の鋼板から本発明の目的に応じて選択した鋼鈑を利用することができる。

Ｎｉの含有量が８質量％未満のオーステナイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０１を挙げることができる。また、Ｎｉの含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼としては、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に規定されるＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳＸＭ７等を挙げることができる。

上述のとおり、準安定なオーステナイト系ステンレス鋼では、塑性加工による加工誘起によるマルテンサイト変態が生じ、マルテンサイト相を含みオーステナイト系ステンレス鋼となる。オーステナイト系ステンレス鋼中のマルテンサイト相の含有率は、塑性加工率によって調整することができる。例えば、厚さに関する塑性加工率を少なくとも４０％、より好ましくは少なくとも７５％とすることによってマルテンサイト相を含むオーテスナイト系ステンレス鋼とすることができる。その際、上述したＮｉ含有率の異なるオーステナイト系ステンレス鋼の積層構造を用いることにより、厚み方向における内部が、表面領域と比較してマルテンサイト相の含有率が少なくなるように塑性加工することができる。

塑性加工の方法としては、特に限定されず、絞り加工の他に、例えば、圧延、引き抜き、プレス、しごき加工、スピニング加工などから適宜選択して利用することができる。

マルテンサイト相を形成するための塑性加工を行う前のステンレス鋼板の厚さは、塑性加工における厚さに関する加工率による硬度調整を好適に行う上で、１．０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍｍ以下とすることがより好ましい。また、同様の観点から、塑性加工を行う前のステンレス鋼板の厚さは、０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。

先に述べたように、Ｎｉ含有量の異なるオーステナイト系ステンレス鋼の積層体に対して前記工程（１）〜（３）に係る塑性加工を施すことにより、本発明に係る定着ベルト用の金属基材を得ることができる。そして、得られた金属基材は、異なるＮｉ含有量のオーステナイト鋼板の各鋼層の界面における良好な密着性を有すると共に、界面領域において組成変化を生じている。

本発明に係る金属基材の製造に用いる、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板と、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板との積層鋼材は、３層〜５層の積層構造とすることが好ましい。

なお、４層の積層構造として形成する場合、金属製シームレスベルトの内周面側が、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板となるように、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板と交互に積層することが好ましい。定着ベルトの、定着ベルト内部に配置したヒータ部材との接触面の耐傷性を向上させることができるためである。

また、５層の積層構造として形成する場合、厚み方向における表面側がニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板となるように、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板と交互に積層する。

なお、積層鋼材の有する積層構造における層の数は、３層または５層とすることが好ましい。積層鋼材に反りが生じにくいためである。

本発明に係る金属基材の塑性加工後の厚みとしては、特に限定されるものでないが、５０μｍ以下、特には、３０μｍ以下の薄肉の金属基材とした場合に特に本発明に係る効果を有効に享受し得る。なお、金属基材の厚みの下限値としては、特に限定されるものではないが、定着部材の金属基材として機能し得るだけの強度を維持するうえで、２０μｍ以上とすることが好ましい。

＜定着部材＞
上述した本発明にかかる金属基材を用いて、未定着トナー画像の熱定着に用いる定着部材を製造することができる。未定着トナー画像の加熱定着に用いる定着部材は、未定着トナー画像と接する面と加熱手段による加熱面に対して摺動する面とを有する。

定着部材の形態としては、これを装着する定着装置の構造に応じて種々の形態をとることがでる。定着装置内での設置位置のコンパクト化や定着処理の効率化などの理由から、エンドレスベルトの形態、すなわち、定着ベルトとして利用されることが多い。

定着部材としては、上述した本発明にかかる定着部材用の金属基材をそのまま用いることもできる。また、金属基材の少なくとも一方の表面側に、弾性層及び離型層のいずれか一方、または金属基材上に弾性層及び離型層を順次積層した構成とすることもできる。

弾性層は、均一な加圧を可能とするニップ部をより効果的に形成可能とするために設けることができ、シリコーンゴムなどの弾性を有する材料から構成することできる。具体的には、付加硬化型のシリコーンゴム組成物の硬化物を含む弾性層等が好適に用いられる。

また、離型層は、トナー画像面に対する離型性を確保してオフセットの発生を防止が必要な場合に設けることができる。具体的には、フッ素樹脂やフッ素ゴムを含む層が挙げられる。

そして、上記した本発明に係る定着部材は、図２に示した熱定着装置の定着部材として用いることができる。それによって、長期に亘る安定した電子写真画像の形成に資する熱定着装置を得ることができる。すなわち、本発明に係る定着装置は、定着部材と、該定着部材に対向して配置してなる加圧部材と、該定着部材の加熱手段とを備えており、該定着部材として、上記した本発明に係る定着部材を用いたものである。そして、加熱手段の例としてはヒータ、例えばセラミックヒータ等が挙げられる。

ここで、定着部材として、上記したように、金属基材上に弾性層及び離型層の少なくとも一方を積層してなるエンドレス形状の定着部材を用いる場合、ヒータは、例えば該定着部材の金属基材に直接または間接的に接するように配置することができる。この場合において、金属基材のヒータと対向する側の面には、ポリイミドなどを含む摺動層（不図示）を設けてもよい。

更に、上記の定着装置を具備してなる、本発明に係る画像形成装置は、長期に亘って安定して高品位な電子写真画像を形成することのできるものとなる。

〔実施例１〕
本実施例に係る金属基材の原材料としてのステンレス鋼板として、Ｎｉの含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼板の両面を、Ｎｉの含有量が８質量％未満のオーステナイト系ステンレス鋼板で挟み込んだ積層鋼板を用意した。

上記積層鋼板の製造方法について説明する。まず、厚み３．０ｍｍの、Ｎｉの含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼板の両面に、厚み１．５ｍｍのＮｉの含有量が８質量％未満のオーステナイト系ステンレス鋼板を積層した。次いで、熱間圧延により厚み０．６ｍｍの圧延クラッド材を製作した。得られた圧延クラッド材の酸化スケールを酸洗処理により除去し、歪み取りのための焼鈍しを行った。その後に、冷間圧延により０．２２ｍｍの厚みの圧延クラッド材を作製した。

上記圧延クラッド材を、金属基材製造用の素材であるオーステナイト系ステンレス積層鋼材として使用した。

ここで、Ｎｉの含有量が８質量％未満のオーステナイト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０１を用いた。また、Ｎｉの含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼は、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０４Ｌを用いた。なお、Ｎｉの含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼は、本鋼種に限定されず、先に挙げた日本工業規格（ＪＩＳ） Ｇ ４３０５（２０１０）に規定されるＮｉ含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼を用いることができる。表１は、本実施例で用いた２種類のオーステナイト系ステンレス鋼の化学成分の重量％を示した表である。

Bal（Balance）：表１中に記載された元素以外の鉄及び不可避不純物からなる残部を示す。

次に、以下の方法によって、上記圧延クラッド材を用いて、エンドレスベルト形状の金属基材を作製した。

図４は、本発明に係るエンドレスベルト形状の金属基材４０２の製造方法の説明図である。まず、０．２２ｍｍの厚みの圧延クラッド材から円板形状部材２０１を打ち抜いた。次に数回の絞り工程により、側壁の厚みが０．２０ｍｍのカップ形状部材３００を得た（図４（ａ）参照）。次に、図４（ｂ）に示すように、カップ形状部材３００を熱処理して、絞り加工で加えられた歪が除去されたカップ形状部材３０１を得た。本実施例では、１０５０℃の温度で一定時間保持した後に室温まで急冷した。歪を取り除いたカップ形状部材３０１において、表面側のＮｉ含有量が８質量％未満の領域の先に述べた（式１）より求めるＭｄ₃₀は１０６、間に挟まれたＮｉの含有量が８質量％以上の領域のＭｄ₃₀は−３３であった。

ここで、各領域のＭｄ₃₀の値が、後述する比較例に記載したＳＵＳ３０４ＬおよびＳＵＳ３０１のＭｄ₃₀の値と異なっている理由は以下のように考えられる。すなわち、上記した圧延クラッド材の形成過程において、ＳＵＳ３０４ＬとＳＵＳ３０１との間で、元素の相互拡散が生じ、界面部分においては、ＳＵＳ３０４Ｌの組成比、及びＳＵＳ３０１の組成比とは異なる組成比に変化しているためであると考えられる。

最後に、図４（ｃ）に示すように、前記工程で得たカップ形状部材301を数回のしごき加工により徐々に薄肉化し、総合しごき率が８５％の加工率で薄肉化したカップ形状部材４０１を得た。その後、底部を切断し０．０３ｍｍの厚みの金属製エンドレスベルト４０２を得た。

図６は、本実施例で得た金属製エンドレスベルト４０２の外周側表面から深さ方向の元素分布をグロー放電発光分光分析法により測定した結果である。測定装置は、「ＧＤ-ＰＲＯＦＴＬＥＲ２」（株式会社堀場製作所社製）を用いた。また、測定に際しては、測定面をエタノールで洗浄した。また、放電範囲は、直径4ｍｍとした。こうして得られた金属製シームレスベルト４０２は、その厚み方向において、Ｎｉ含有量８質量％未満である領域によって、Ｎｉ含有量８質量％以上の領域が挟まれていることがわかる。また、Ｎｉ含有量の分布から積層鋼板を製造する前の各鋼板厚みの比率のまま、薄肉化されていることがわかる。更に、各層の界面において測定した原子（Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｎ）について連続的な濃度変化を示している。

−評価方法−
（突き刺し強度測定）
図５は、上記で得られた金属製シームレスベルトの突き刺し強度測定の試験片を得る説明図である。上記製造工程から得た金属製シームレスベルト４０２を、図５（ａ）に示すように両端２０ｍｍの位置から４ｍｍ幅のリング状部材１０を切り出した。次に図５（ｂ）に示すようにリング状部材１０を切り開き、短冊状の金属製シームレスベルト１を試験片として得た。

図１は突き刺し強度測定方法を説明する図である。図１（ａ）に示すように、上記方法により得た短冊状の金属製シームレスベルト１を、金属製シームレスベルトの内周面側が突起物２の方向を向くようにウレタンゴムプレート３の上に設置し、突起物２により荷重Ｐを加え、穴が開くまでの最大荷重を測定した。突起物２の素材は超硬で、先端が半径Ｒ0.05ｍｍの球頭の突起物である。この突起物２の先端が短冊状の金属製シームレスベルト１に触れるまで徐々に接近させ、０．１Ｎの荷重が加わった時点から０．１ｍｍ／ｓｅｃの速度で、穴が開くまで押しあてた。上記測定を試験片１本に対し測定場所を変え略等間隔となるように５回行う。これを両端から切り出した試験片２本について行い、合計１０回の測定データの算出平均値を算出した。この値を、突き刺し抵抗τとする。ここで、ウレタンゴムプレートは、硬度がショアＡ７０、形状が５０（ｍｍ）の正方形で厚みが５（ｍｍ）のものを用いた。

（硬度測定）
次に、硬度測定方法について説明する。硬度測定は、ＪＩＳ Ｚ ２２４４（２００９）に基づくビッカース硬さ測定方法に従って行った。試験片は、突き刺し強度測定と同様に４ｍｍ幅の短冊状の試験片を切り出した。次に、金属製シームレスベルトの内周面側の表面を、３ミクロン相当のラッピングフィルムを用い、測定面の表面粗さが硬度測定に影響を与えない状態まで研磨し、その面の硬度を測定した。

測定器は、「ＨＭＶ-２TADW」（商品名、株式会社島津製作所社製）を用いた。測定荷重は９８０．７ｍＮで、測定荷重が負荷されてから１０ｓｅｃの間荷重を保持した。１本の試験片で測定場所を変え略等間隔となるように繰り返し５回の測定を行った。これを、両端から切り出した試験片２本について合計１０回の測定を行い、その測定データの平均値を算出し表面硬度とした。測定した圧痕深さは全て３μ以下であり、測定データに試験片の下地の影響は無かった。

（フェライト値測定）
次に、フェライト値測定方法について説明する。フェライト値とは、塑性加工によりオーステナイトからマルテンサイトに変態した変態量を簡易的に評価できる指標である。ただし、２ｍｍ以下の厚みではフェライト値は厚みに依存し小さくなる為、本測定でのフェライト値は本実施例および比較例の相対比較用のデータである。

測定器は「フィッシャースコープ ＭＭＳ」（株式会社フィッシャーインストルメンツ社製）を用いた。図４（ｃ）に示す金属製シームレスベルト４０２の外表面を軸方向に略等間隔で４分割、周方向に略等間隔で８分割した点の合計３２か所を測定し、その平均値を算出してフェライト値とした。

本実施例で得た金属製シームレスベルトは突き刺し抵抗が７１８Ｎ／ｍｍ²であった。表面硬度は５５３（Ｈｖ）であった。フェライト値は４．３（％）であった。

〔比較例１〕
本比較例では、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０４Ｌのステンレス鋼板（Ｎｉの含有量が８質量％以上）を用いた。該ステンレス鋼板は、冷間圧延により０．２２ｍｍの厚みに圧延した後、焼鈍処理を行った調質材を、本比較例１の定着ベルト向け金属製シームレスベルトの素材として使用した。該素材の先に述べた（式１）より求められるＭｄ₃₀は−１４であった。

該ステンレス鋼板を用いて、定着ベルト用の基材向け金属製シームレスベルトを得た。製造方法については、先に述べた実施例と同様のため説明を省略する。本比較例１で得た金属製シームレスベルトは、突き刺し抵抗が６５１Ｎ／ｍｍ²であった。表面硬度は４５４（Ｈｖ）であった。フェライト値は３．６（％）であった。

〔比較例２〕
本比較例では、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０４Ｌのステンレス鋼板（Ｎｉの含有量が８質量％以上）を用いた。該ステンレス鋼板は、冷間圧延により０．３０ｍｍの厚みに圧延した後、焼鈍処理を行った調質材を、本比較例２の定着ベルト向け金属製シームレスベルトの素材として使用した。該素材の先に述べた（式１）より求められるＭｄ₃₀は−２２であった。

前記ステンレス鋼板を用いて定着ベルト用の基材向け金属製シームレスベルトを得る製造方法について説明する。実施例と同様の方法で図４（ａ）に示すカップ形状部材３００を得た。カップ形状部材３００の側壁厚みは０．２７ｍｍとした。次に、図４（ｂ）に示すように、前記工程で得たカップ形状部材300を熱処理し、絞り加工で加えられた歪が除去されたカップ形状部材３０１を得る。本比較例では、９００℃の温度で一定時間保持した後に室温まで急令した。その後は、実施例と同様の方法で金属製シームレスベルト４０２を得た。

本比較例で得た金属製シームレスベルトは、突き刺し抵抗が６８０Ｎ／ｍｍ²であった。表面硬度は４２５（Ｈｖ）であった。フェライト値は１．２（％）であった。

〔比較例３〕
本比較例では、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０４のステンレス鋼板（Ｎｉの含有量が８質量％以上）を用いた。該ステンレス鋼板は、冷間圧延により０．２２ｍｍの厚みに圧延した後、焼鈍処理を行った調質材を、本比較例３の定着ベルト向け金属製シームレスベルトの素材として使用した。該素材の先に述べた（式１）より求められるＭｄ₃₀は１２であった。

該ステンレス鋼板を用いて、定着ベルト用の基材向け金属製シームレスベルトを得た。製造方法については、先に述べた実施例と同様のため説明を省略する。本比較例３で得た金属製シームレスベルトは、突き刺し抵抗が６８８Ｎ／ｍｍ²であった。表面硬度は４９６（Ｈｖ）であった。フェライト値は５．４（％）であった。

〔比較例４〕
本比較例では、ＪＩＳ Ｇ ４３０５（２０１０）に基づくＳＵＳ３０１のステンレス鋼板（Ｎｉの含有量が８質量％未満）を用いた。該ステンレス鋼板は、冷間圧延により０．３０ｍｍの厚みに圧延した後、焼鈍処理を行った調質材を、本比較例の定着ベルト向け金属製シームレスベルトの素材として使用した。該素材の先に述べた（式１）より求められるＭｄ₃₀は８７であった。

該ステンレス鋼板を用いて、定着ベルト用の基材向け金属製シームレスベルトを得る製造方法について説明する。実施例と同様の方法で図４（ａ）に示すカップ形状部材３００を得た。カップ形状部材３００の側壁厚みは０．２７ｍｍとした。

次に、図４（ｂ）に示すように、前記工程で得たカップ形状部材300を熱処理し、絞り加工で加えられた歪が除去されたカップ形状部材３０１を得る。本比較例では、９００℃の温度で一定時間保持した後に室温まで急冷した。本実施例で用いた素材は、絞り加工における残留応力が大きく、置き割れが発生したため、絞り加工直後に熱処理を行った。その後は、実施例と同様の方法で金属製シームレスベルト４０２を得た。本比較例４で得た金属製シームレスベルトは、突き刺し抵抗が５３４Ｎ／ｍｍ²であった。表面硬度は５５８（Ｈｖ）であった。フェライト値は１６．１（％）であった。

表２に、本実施例および比較例１〜４の加工条件および測定結果を示す。

表２における加工率とは、図４（ｃ）に示すカップ形状部材３０１の側壁厚みｔ₀と金属製シームレスベルト４０２の側壁厚みｔ₁から（式２）によって求められる百分率である。

加工率＝（ｔ₀−ｔ₁）/ｔ₀×１００（％）・・（式２）
表２における熱処理温度とは、図４（ｂ）に示すカップ形状部材３００の熱処理時の保持温度である。また、表３における厚みとは、図４（ｃ）に示す金属製シームレスベルト４０２の側壁厚みである。

表２に示すとおり、比較例１〜４は、フェライト値が高いほど表面硬度が高くなっているが、本実施例ではフェライト値は比較例３より小さいにもかかわらず、表面硬度は比較例４とほぼ同等の非常に高い値を示す。これは、表面側のＮｉ含有量が８質量％未満の領域ではマルテンサイト変態量が多く、Ｎｉ含有量が８質量％以上の領域ではマルテンサイト変態量が少ないため、フェライト値は低いが表面硬度が高い金属製シームレスベルトが得られたと推測する。また、比較例４では表面硬度は高いが、突き刺し抵抗が著しく低下している。これは、先にも述べたように、本定着ベルト基材の製造工程は加工度が高いため、金属製シームレスベルト全体が脆化し、そのため著しく破断伸びが低下し突き刺し抵抗が低下したと推測される。表２より明らかなように、本実施例で得た金属製シームレスベルトは、突き刺し抵抗が７００Ｎ／ｍｍ²以上で、かつ、表面硬度が550（Ｈｖ）以上と高く、突き刺し強度と表面硬度が高い定着ベルト基材の提供が可能となることがわかる。

以上の実施例から明らかなように、本発明にかかる金属基材は、定着部材用の金属基材の耐キズ付き性や耐穴あき性が向上したものとなる。特に、本発明の一態様によれば、上記の積層構造を採用することによって、突き刺し抵抗τが７００（Ｎ／ｍｍ²）以上、ビッカース硬さ試験における表面硬度が５５０（Ｈｖ）以上の、定着部材用に極めて適した金属基材を得ることができる。

１ 短冊状の金属製シームレスベルト
２ 突起物
３ ウレタンゴムプレート
１０ リング状部材
１１ 定着ベルト
１２ セラミックヒータ
２０ 加圧ローラ
３０ 記録材
１０１ 基材
１０２ 弾性層
１０３ 表層
２００ ステンレス鋼板
２０１ 円板形状部材
３００ カップ形状部材
３０１ 歪が除去されたカップ形状部材
４０１ 薄肉化したカップ状部材
４０２ 金属製シームレスベルト
Ｔ トナー
Ｎ 定着ニップ

Claims (14)

1. 定着部材用の金属基材であって、
   マルテンサイト相を含むオーステナイト系ステンレス鋼を含み、
   その厚み方向において、
   マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる領域によって、
   マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上のオーステナイト系ステンレス鋼からなる領域が挟まれている、
   ことを特徴とする定着部材用の金属基材。
2. 前記金属基材が、
   マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上である層と、マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満である層とを有し、
   該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上である層が、該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満である層によって挟まれている積層構造を有する、請求項１に記載の金属基材。
3. 前記積層構造が、
   前記マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上である層と、
   該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上である層を挟んでいる前記マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満である層との３層からなる請求項２に記載の金属基材。
4. 厚みが、３０μｍ以下である請求項１〜３の何れか一項に記載の金属基材。
5. 前記金属基材が、エンドレスベルト形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属基材。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属基材を有することを特徴とする定着部材。
7. 前記金属基材と、該金属基材上に弾性層および離型層がこの順に積層されている請求項６に記載の定着部材。
8. 前記弾性層がシリコーンゴムを含む請求項７に記載の定着部材。
9. 前記離型層が、フッ素樹脂を含む請求項７または８に記載の定着部材。
10. 請求項６〜９のいずれか一項に記載の定着部材と、該定着部材に対向して配置してなる加圧部材と、該定着部材の加熱手段とを備えていることを特徴とする定着装置。
11. 該加熱手段が該定着部材の金属基材に直接または間接的に接するように配置されている請求項１０に記載の定着装置。
12. マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層と、マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層とを有し、
    該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層が、該マルテンサイト相を含み、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼からなる層によって挟まれている積層構造を有する、定着部材用の金属基材の製造方法であって、
    ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼板が、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板によって挟まれている積層構造を有するオーステナイト系ステンレス積層鋼材を塑性加工することによって、該積層鋼材の有するオーステナイト系ステンレス鋼にマルテンサイト相を生じさせる工程を有することを特徴とする定着部材用の金属基材の製造方法。
13. 前記塑性加工における前記オーステナイト系ステンレス積層鋼材の厚さに関する加工率が、少なくとも４０％である請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記オーステナイト系ステンレス積層鋼材が、ニッケル含有量が８質量％以上であるオーステナイト系ステンレス鋼板が、ニッケル含有量が８質量％未満であるオーステナイト系ステンレス鋼板によって挟まれている積層構造を有する積層鋼板を圧延して得られる圧延クラッド材である請求項１２または１３に記載の製造方法。