JP2014240938A - 定着部材、定着装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる簡易な構成の定着部材、定着装置、および、画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナー像に熱と圧とを加えて記録媒体上に定着する定着部材２００であって、少なくとも、弾性層２０２と表面層２０３とを有し、表面層は破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の金属酸化物からなる球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱定着方式に用いる定着部材、その定着部材を備えた定着装置、および、その定着装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置として、感光体を帯電装置により一様に帯電させた後に、露光装置により露光して静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置によりトナー像化した後に記録媒体に転写し、そのトナー像を定着装置により記録媒体に定着する構成が知られている。定着装置としては、トナー像が転写された記録媒体を、定着ローラや定着ベルト等の定着部材と、加圧ローラ等の加圧部材との間を通過させながら熱と圧とを加えることで定着をおこなう熱定着方式が広く用いられている。

また、近年、マゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの４色のトナー像を重ね合せてフルカラー画像を形成するカラー画像形成装置が広く用いられている。カラー画像形成装置では、重ね合せた４色のカラートナーを、定着部材の表面で包み込むようにして溶融状態で均一に混合させることが必要になり、低融点化して溶融しやすくしたトナーが採用されている。

熱定着方式の定着装置においては、定着部材が記録媒体に融着したトナー像に直接接触する。このため、トナー像の一部が定着部材の表面に粘着して付着し、付着したトナーが定着部材の回転に伴い再び記録媒体上に転写されるいわゆる「オフセット現象」を発生しやすい。このような問題に対して、定着部材の表面を高離型性材料である、例えば、ポリテトラフロロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと記す）などのフッ素樹脂で形成することで、離型性（非粘着性）を向上させることが知られている。

一方、熱定着方式の定着装置において、トナー像を熱と圧力により定着させる際に、定着部材が、重ね合せトナーの段差や転写紙の紙繊維の凹凸に対する追従性が低く、高画質な画像が得られないという問題がある。このような問題に対しては、定着部材の表面を弾性体からなる弾性層とし追従性を良好にすることが知られている。しかしながら、表面を弾性層で構成したものは、上記表面をフッ素系樹脂で構成したものに比べて離型性が劣ると共に、耐摩耗性が著しく低下する。耐摩耗性が著しく低下すると、転写紙の摩擦や、転写紙を分離するための分離爪などにより定着部材の表面に傷が付いてしまい、定着工程で傷が転写されて異常画像を発生させるという問題が発生する。

特許文献１には、弾性層の耐摩耗性向上のために弾性体であるシリコーンゴム組成物に多量のシリカ微粉末やアルミナ微粉末を配合しつつ、ゴムの架橋密度を低くして微粉末の配合による高硬度化を抑制する技術が記載されている。

また、本出願人は、特許文献２にて、弾性層上に高離型性材料であるフッ素系樹脂からなる表面層を積層した構成で、弾性層と表面層との界面に高硬度の粒子層を設けた定着部材を提案している。

しかしながら、上記特許文献１に記載される弾性体の改質では、十分な耐摩耗性と、良好な追従性を得るための所望の弾性を維持することは難しかった。

一方、特許文献２では、弾性層とフッ素系樹脂からなる表面層との界面に設けた粒子層の粒子は、界面に対して垂直方向に可動であり、これにより表面層をトナーの段差や転写紙の凹凸に追従し易くできる。また、界面に対して平行方向で、表面にせん断応力のかかりうる状態（摩耗負荷）に対しては、粒子の硬度に起因する十分な強度とすべり性の発現により、表面耐久性を向上させることができる。これにより、単に弾性層上にフッ素系樹脂からなる表面層を積層した構成で生じる、表面層の材料硬度が高いため十分な追従性が得られず、追従性を良好にするために表面層の膜厚を薄くすると剥がれや摩耗により耐久性が得にくいという問題を解決している。

このように、特許文献２の定着部材では、トナーの段差や転写紙の凹凸に対する追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることができるが、より簡易な構成でこれらの特性を良好に得られる定着部材の開発が望まれている。

本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる簡易な構成の定着部材、定着装置、および、画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナー像に熱と圧とを加えて記録媒体上に定着する定着部材であって、弾性層と表面層とを有し、該表面層は、破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子を面方向に配列させた粒子層からなることを特徴とするものである。

本発明においては、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる簡易な構成の定着部材、定着装置、および、画像形成装置を提供できるという優れた効果がある。

本実施形態の定着部材の層構成を示す断面図であり、（ａ）が２層構成、（ｂ）は３層構成の形態を示す。 本実施形態の定着部材における追従性を説明するためのモデル図。 従来の定着部材における追従性を説明するためのモデル図。 表面層となる球状微粒子を塗布・固定化するための装置の模式図。 本実施形態にかかる画像形成装置の一例の内部構成を示す概略図。 定着装置の他の態様をしめす概略構成図。

以下、実施形態に基づき本発明の定着部材の説明をおこなう。
本発明の定着部材は、少なくとも、複数の層として弾性層と、表面層とを有し、表面層は破壊強度１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子を面方向に配列させた粒子層からなる。破壊強度１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子としては、金属酸化物の球状微粒子が好ましい。また、定着部材は、必要に応じてその他の層、例えば、基材層や、各層の間に設けられたプライマー層を有してもよい。以下、図面を参照して説明する。

図１は、定着部材の層構成をしめす断面図である。図１（ａ）の定着部材２００は、弾性層２０２上に、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる表面層２０３を形成した２層構成の形態である。図１（ｂ）は、基材層２０１、弾性層２０２、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる表面層２０３を順次形成した３層構成の形態である。以下、各層について説明する。

＜基材層＞
図１（ｂ）に示すように、弾性層２０２の下には基材層２０１を設けてもよい。基材層２０１としては、その形状、構造、厚み、材質、大きさ等としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
形状としては、特に制限はなく、目的に応じて選択することができ、例えば、平板状、ベルト状、円筒状、などが挙げられる。
構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、耐熱性を有するものが好ましく、例えば、樹脂、金属、などが挙げられる。樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、フッ素樹脂、などが挙げられる。また、樹脂に磁性導電性粒子を分散したものを用いることもできる。具体的には、ワニス状態の樹脂材料中に、ロールミル、サンドミル、遠心脱泡装置等の分散装置を用いて磁性導電性粒子を分散する。これを溶剤により適当な粘度に調整して、金型により所望の厚みに成形する。金属としては、例えば、ニッケル、鉄、クロム、又はこれらの合金であって、それ自体が発熱してもよい。

基材層２０１の厚みは、熱容量及び強度の点から、３０［μｍ］〜５００［μｍ］であることが好ましく、５０［μｍ］〜１５０［μｍ］がより好ましい。なお、金属材料の場合にはベルトの撓みを考慮して、１００［μｍ］以下の厚みであることが好ましい。
金属の場合には、各材料の添加量と加工条件とを調整することで所望のキューリー点を得ることができ、キューリー点が定着ベルトの定着温度近傍となる磁性導電性材料にて発熱層を形成することで、発熱層は電磁誘導によって過昇温されることなく加熱できる。
また、基材層を弾性体によっても形成することができる。弾性体としては、例えば、天然ゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロカーボンシロキサンゴム、液状フッ素エラストマーなどが挙げられるが、中でも、耐熱性の点から、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロカーボンシロキサンゴム、液状フッ素エラストマー、などが好ましい。

＜弾性層＞
弾性層２０２としては、耐熱性のある弾性体である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、耐熱性ゴムが好ましい。例えば、天然ゴム、ＳＢＲ、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム、液状フッ素エラストマーなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性の点からシロキサン結合を主鎖とする弾性ゴムが好ましく、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム、フルオロカーボンシロキサンゴム、液状フッ素エラストマーがより好ましく、耐熱性、離型剤濡れ性の点から、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴムが特に好ましい。

弾性層２０２の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばブレード塗装法、ロール塗装法、ダイ塗装法などが挙げられる。
弾性層２０２の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、５０［μｍ］〜５００［μｍ］が好ましい。弾性層２０２の厚みが５０［μｍ］未満であると、記録媒体としての転写紙の凹凸に追従できず良好な画像を得られないことがあり、５００［μｍ］を超えると、定着に必要な熱量を蓄積するための時間がかかるため利便性を著しく低下させることがある。

＜表面層＞
表面層２０３としては、破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子２０３’を面方向に配列させた構造の粒子層を用いる。また、破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子２０３’としては金属酸化物球状微粒子を用いることができる。金属酸化物球状微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、二酸化チタン、酸化マンガン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムが、硬度が高い点から好ましい。

表面層２０３を、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた構造とするには、球状微粒子２０３’は複数の粒子が寄り集まった形状でなく、１粒子毎に単分散されている必要がある。単分散されていない場合、表面層２０３を形成するときに高さ方向に球形微粒子２０３’が重なった形状が容易に形成されてしまい、球状微粒子２０３’を面方向に配列させることはできない。すなわち、表面層２０３においては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、球状微粒子２０３’は面方向に配列されており、球状微粒子２０３’が重なることなく１層構造をとることが好ましい。

球状微粒子２０３’の粒径は、体積平均粒径が０．1［μｍ］〜１０．０［μｍ］、さらに好ましくは１．０［μｍ］〜５．０［μｍ］であり、粒径分布がシャープであることが望ましい。粒径が０．１［μｍ］以下の場合、後述する、球状微粒子２０３'による離型性能の効果が充分に得られず、一方、１０．０［μｍ］以上では、表面粗さが大きくなり、定着画像の表面粗さが増加し光沢が失われる不具合が生じる。また、球状微粒子２０３の粒子間の隙間が大きくなるため、離型性が悪化するなどの不具合が生じる。

本実施形態の定着部材２００では、表面層２０３を球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層とすることで、表面に球状微粒子の外周面による微細凹凸構造が形成される。このような微細凹凸構造は撥水・撥油効果を発現し、この撥水・撥油効果により溶融トナーを離型しやすくすることが可能となる。本実施形態の定着部材２００は、従来のように、表面層としてフッ素系樹脂などの高離型性材料を用いなくとも、その表面形状で離型性を向上させている。すなわち、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる表面層２０３は離型層としての機能を有している。

さらに、表面層２０３は球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層のため、図２に示すように、球状微粒子２０３’が弾性層２０２に追従して個別に上下に動くことが可能である。このため定着部材２００の表面のトナー段差や記録媒体の凹凸に対する追従性が向上する。一方、図３に示す、従来の、弾性層２０２上にフッ素樹脂等の一様な被膜２０４からなる表面層を形成した構成では、被膜２０４は高硬度のため弾性層２０２に追従しきれず、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する十分な追従性が得られない。すなわち、表面層２０３を球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層とすることで、表面層が一様な被膜２０４の構成に比べて高い追従性が得られる。

表面層２０３を構成する球状微粒子２０３’としては、破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子２０３’を用いることで、上記良好な表面離型性及び追従性が得られる表面層２０３の耐キズ性、耐摩耗性を抑制して、耐久性を高めている。このような球状微粒子２０３’としては、上述の金属酸化物粒子が、硬度が高い用紙エッジに対する耐摩耗性を抑制できる点から好ましい。表面層２０３を構成する球状微粒子２０３’として低硬度の球状微粒子を用いると、粒子が壊れやすく、表面の微細凹凸構造を維持することができず、上記良好な表面離型性及び追従性が得られなくなる。

本実施形態における、球状微粒子２０３’の破壊強度の測定方法を説明する
球状微粒子２０３’の破壊強度の測定には微小圧縮試験機（島津 ＭＣＴ−Ｗ５００）を使用し、以下の条件を用いた。
上部加圧圧子：平面φ５００［μｍ］（ダイヤモンド製）
下部加圧板：ＳＫＳ平板
測定モード：圧縮試験
試験力：９．８［ｍＮ］
負荷速度：０．８９２［μＮ／ｓｅｃ］

破壊強度計算式
Ｃｔ＝ａ×Ｐ／（π×ｄ×ｄ）
Ｃｔ：強度［ＭＰａ］ ａ＝２．４８（ＪＩＳ Ｒ １６３９−５準拠）
Ｐ：試験力［Ｎ］
ｄ：粒子直径［ｍｍ］

表面層２０３の形成方法としては、以下の方法が挙げられる。
図４は、表面層を形成する球状微粒子を塗布・固定化するための装置の模式図である。この装置は、弾性層２０２を形成する樹脂層２０２’に球状微粒子２０３を塗布する粉体塗布装置３５と、塗布された球状微粒子２０３を樹脂層２０２’に押し当てる押し当て部材３３を設置する。例えば、表面に弾性層２０２を形成する樹脂層２０２’として熱硬化型の液状のエラストマー材料を塗布したローラ２０５を用いる。このローラ２０５を回転させながら、粉体塗布装置３５から球状微粒子２０３’を樹脂層２０２’の表面に均一にまぶし、表面にまぶされた球状微粒子２０３’を押し当て部材３３により一定圧力にて樹脂層２０２’に押し当てる。押し当て部材３３は、樹脂層２０２’へ球状微粒子２０３’を埋設させつつ、余剰な球状微粒子２０３’を取り除く。
ここで、表面層２０３を、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた構造とするには、球状微粒子２０３’は複数の粒子が寄り集まった形状でなく、１粒子毎に単分散されている必要がある。単分散されていない場合、表面層２０３を形成するときに高さ方向に球形微粒子２０３’が重なった形状が容易に形成されてしまい、球状微粒子２０３’を面方向に配列させることはできない。すなわち、表面層２０３においては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、球状微粒子２０３’は面方向に配列されており、球状微粒子２０３’が重なることなく１層構造をとることが好ましい。本実施形態では、単分散の球形微粒子２０３’を用いるために、このような押し当て部材３３でのならし工程のみの簡単な工程で、均一な単一粒子層を形成することが可能である。
均一な単一粒子層を形成後、ローラ２０５を回転させながら所定温度、所定時間で加熱することにより、樹脂層２０２’を硬化させ弾性層２０２および表面層２０３を形成する。

次に、上記定着部材を用いた定着装置、および、その定着装置を採用した画像形成装置について説明する。
まず、画像形成装置の基本的構成について説明する。画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。
図５は、本実施形態にかかる画像形成装置の一例の内部構成を示す概略図である。図５の画像形成装置は、静電潜像担持体としての感光体ドラム１０１を備えている。感光体ドラム１０１の周囲には、帯電器１０２、露光部１０３等からなる静電潜像形成手段、現像器１０４等の現像手段、転写ローラ１０６等の転写手段、クリーニングブレード１０８等のクリーニング手段が配置されている。また、転写手段により記録媒体上に転写されたトナー像を定着する定着装置１２０を有している。なお、図５は、本実施形態にかかる画像形成装置の一例であり、以下のように、画像形成装置は異なる態様の構成とすることができる。

＜静電潜像担持体＞
静電潜像担持体（以下、「電子写真感光体」、「感光体」、「像担持体」と称することがある）としては、その材質、形状、構造、大きさ、等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、その材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体、などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコン等が好ましい。図５では、静電潜像担持体として感光体ドラム１０１を図示している。

＜静電潜像形成手段＞
静電潜像形成手段は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器と、静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器とを少なくとも備える。

帯電は、例えば、帯電器を用いて静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。帯電器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、などが挙げられる。図５では、帯電器として帯電ローラ１０２と、帯電ローラ１０２に接続される電源１０５を図示している。

露光は、例えば、露光器を用いて静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。露光器としては、帯電器により帯電された静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、などの各種露光器が挙げられる。図５では、静電潜像担持体の表面側から像様に露光をおこなうレーザー光１０３を図示している。なお、静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。

＜現像手段＞
現像手段は、例えば、トナー乃至現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、トナー乃至現像剤を収容し、静電潜像にトナー乃至現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好適に挙げられる。

現像器は、乾式現像方式のものであってもよいし、湿式現像方式のものであってもよく、また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよい。例えば、トナー乃至現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、トナー乃至現像剤を担持して静電潜像担持体（感光体）との対向部まで搬送する現像ローラを備えたものが好適に挙げられる。現像器に収容させる現像剤は、トナーを含む現像剤であるが、現像剤としては一成分現像剤であってもよいし、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤であってもよい。

例えば、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる場合は、マグネットローラを内包する回転可能なスリーブからなる現像ローラが好適に挙げられる。現像器内では、トナーとキャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電する。帯電したトナーを含む現像剤は、回転する現像ローラの表面に、内包するマグネットローラの磁力により穂立ち状態で保持されて磁気ブラシが形成される。現像ローラは、静電潜像担持体（感光体）近傍に配置されているため、現像ローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体（感光体）の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体（感光体）の表面にトナーによる可視像が形成される。図５では、現像器を構成する現像ローラ１０４を図示している。

＜転写手段＞
転写手段としては、静電潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録媒体に転写することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができる。

転写手段は、静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。転写手段は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、などが挙げられる。図５は、単色画像を形成する画像形成装置を例示しており、静電潜像担持体としての感光体ドラム１０１上に形成された単色のトナー像を、直接、記録媒体としての転写紙１０７に転写する転写ローラ１０６を図示している。

また、マゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックの４色のトナー像を各色の静電潜像担持体上に形成し、４色のトナー像を重ね合せてフルカラー画像を形成する画像形成装置では、中間転写体を用いた転写手段が好ましい。具体的には、転写手段として、各静電潜像担持体上のトナー像を中間転写体上に転写して重ね合せたトナー像を形成する一次転写手段と、重ね合せトナー像を記録媒体上に転写する二次転写手段とを有する。中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。一次転写手段、二次転写手段等の転写手段としても、上記転写器が用いられる。

＜記録媒体＞
トナー像が転写される記録媒体としては、特に制限はなく、公知の記録媒体（記録紙）の中から適宜選択することができる。図５では、記録媒体として転写紙１０７を図示している。

＜定着手段＞
定着手段は、記録媒体に転写された可視像を定着装置を用いて定着させる手段であり、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。定着手段としては、本発明の定着部材を用い、更に必要に応じてその他の部材を有してなる定着装置が用いられる。定着部材としては、例えば定着ローラ、定着ベルト等の形態が挙げられる。

図５では、定着装置１２０として、芯金上に上述の定着部材を形成した定着ローラ１１０を用いている。定着ローラ１１０の芯金１１２の中空部には、回転中心線に沿ってハロゲンランプ等のヒータ１１３を配置し、その輻射熱によって定着ローラ１１０を内側から加熱するようになっている。定着装置１２０としては、定着ローラ１１０と平行に、これに圧接する加圧ローラ１１１を設けている。トナー像が転写された転写紙１０７を、定着ローラ１１０と加圧ローラ１１１と間を通過させる。これにより、トナー像を定着ローラ１１０の内側から発せられた熱により軟化させつつ、定着ローラ１１０と加圧ローラ１１１との間に挟むことによって加圧することにより、転写紙１０７上にトナー像を定着させる。

図６は、定着ベルトを用いた態様の定着装置１２０の概略構成図である。この定着装置１２０は、上述の定着部材からなる無端状の定着ベルト１１４を用いている。定着ベルト１１４は、支持ローラ１１５と加熱ローラ１１６とにより、表面移動可能に張架／支持されている。加熱ローラ１１６の内部には、ヒータ（不図示）を配置し、その輻射熱によって定着ベルト１１４を内側から加熱するようになっている。定着装置１２０としては、定着ベルト１１４と平行に、これに圧接する加圧ローラ１１１を設けている。トナー像が転写された転写紙１０７を、定着ベルト１１４と加圧ローラ１１１と間を通過させる。これにより、トナー像を定着ベルト１１４の熱により軟化させつつ、定着ベルト１１４と加圧ローラ１１１との間に挟むことによって加圧することにより、転写紙１０７上にトナー像を定着させる。

＜除電手段＞
除電手段としては、特に制限はなく、静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。なお、図５では、除電手段の図示を省略している。

＜クリーニング手段＞
クリーニング手段としては、特に制限はなく、静電潜像担持体上に残留するトナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができる。例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。図５では、クリーニング手段としてクリーニングブレード１０８を図示している。

＜リサイクル手段＞
リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。

＜制御手段＞
制御手段としては、各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。

次に、図５の画像形成装置を用いて、画像形成動作を説明する。この画像形成装置においては、回転する感光体ドラム１０１の感光層を、帯電ローラ１０２を用いて一様に帯電させた後、図示しないレーザー走査ユニットからのレーザー光１０３によって露光し、感光体ドラム１０１上の静電潜像を形成する。感光体ドラム１０１上の静電潜像は、現像手段の現像ローラ１０４から供給されたトナーにより現像され、トナー像となる。このトナー像を、転写ローラ１０６により転写紙１０７上に転写し、その記録紙１０７を定着装置１２０に通してトナー像を加熱、加圧して記録紙１０７に定着することで画像が形成される。この画像形成装置においては、定着装置１２０の定着ローラ１１０に上記定着部材を用いている。このため、定着装置１２０による定着工程では、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることができる。すなわち、高い信頼性及び耐久性をえることができ、長期にわたって高画質な画像を形成することができる。

次に、本実施形態の定着部材２００について、実施例を用いてさらに詳しく説明する。但、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
円筒状の長さ３２０［ｍｍ］、厚み５０［μｍ］の基材層（ポリイミド樹脂製）２０１上にシリコーン用プライマー（信越化学工業株式会社製プライマーＮｏ．４）層を下地としてスプレー塗布・乾燥した。その上に、フロロシリコーン（信越化学工業株式会社製、Ｘ３６−４２０Ｕ（ゴム硬度４０Ｈｓ（ショアＡ）（ビッカース硬度では、約２８０Ｈｖに相当）））をブレード塗装にて、弾性層２０２を形成する樹脂層２０２’を塗布した。

球状微粒子２０３’として、破壊強度３．５［ＧＰａ］、体積平均粒径４［μｍ］のアルミナ粒子（新日鉄住金マテリアルズ株式会社製）を用いた。この球状微粒子２０３’を、図４に示す粉体塗布装置３５および押し当て部材３３を用いて、弾性層２０２上に球状微粒子２０３’が面方向に１層配列した粒子層（図１参照）からなる表面層２０３を形成した。余剰分の球状微粒子２０３’を掻き取るための、押し当て部材３３（ポリウレタンゴムブレード）は押圧力１００［ｍＮ／ｃｍ］で押し当てた。その後、１５０℃で１０分間加熱して、樹脂層２０２’を硬化して弾性層２０２を形成すると共に、球状微粒子２０３’を弾性層２０２に固定化した。これにより、厚み２００［μｍ］の弾性層２０２上に、球状微粒子２０３’が面方向に１層配列した粒子層からなる表面層２０３を形成した。なお、表面層２０３の球状微粒子２０３’が単分散となり面方向に配列しているかは電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し確認した。このようにして、実施例１の定着部材を得た。

＜実施例２＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度１．０［ＧＰａ］、体積平均粒径１０［μｍ］のアルミナ粒子に代える他は同じとし、実施例２の定着部材を得た。

＜実施例３＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度４［ＧＰａ］、体積平均粒径０．０８［μｍ］のチタニア粒子に代える他は同じとし、実施例３の定着部材を得た。

＜実施例４＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度１．５［ＧＰａ］、体積平均粒径２８［μｍ］のジルコニア粒子（ニイミ産業株式会社製：ＮＺ３０）に代える他は同じとし、実施例４の定着部材を得た。

＜実施例５＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度１．２［ＧＰａ］、体積平均粒径１［μｍ］の酸化マグネシウム粒子（堺化学工業株式会社製）に代える他は同じとし、実施例５の定着部材を得た。

＜実施例６＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度１．０［ＧＰａ］、体積平均粒径０．０８［μｍ］の酸化マンガン粒子に代える他は同じとし、実施例６の定着部材を得た。

＜実施例７＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度６．０［ＧＰａ］、体積平均粒径２［μｍ］の窒化チタン粒子に代える他は同じとし、実施例７の定着部材を得た。

＜比較例１＞
円筒状の長さ３２０［ｍｍ］、厚み５０［μｍ］の基材層（ポリイミド樹脂製）２０１に、シリコーン（信越化学工業株式会社製：Ｘ３４−３８７）：（ゴム硬度４１Ｈｓ（ショアＡ））をブレード塗装にて２００［μｍ］塗装し、１５０℃３０分間で加熱後、２００℃４時間で二次加硫することにより弾性層２０２を形成した。これを、比較例１の定着部材として用いた。

＜比較例２＞
実施例１における粒子層の形成に代えて、次のような表面層の形成を行った。
プライマー（三井・デュポンフロロケミカル社製ＰＲ−９９０ＣＬ）を４［μｍ］厚でスプレーコートした後、１５０℃３０分乾燥した。その後、３７２℃，５［ｋｇｆ荷重］におけるＭＦＲ（測定規格ＪＩＳ Ｋ ７２１０）が２［ｇ／１０ｍｉｎ］で体積平均粒子径１０［μｍ］のＰＦＡ（三井・デュポンフロロケミカル社製ＰＦＡ−９５０ＨＰ Ｐｌｕｓ）と、３７２℃、５ｋｇｆ荷重におけるＭＦＲ（測定規格ＪＩＳ Ｋ ７２１０）が７［ｇ／１０ｍｉｎ］で体積平均粒子径が０．１［μｍ］のＰＦＡ（三井・デュポンフロロケミカル社製ＰＦＡ−９４５ＨＰ Ｐｌｕｓ）を１／１で混合した混合ディスパージョンを３０［μｍ］厚でスプレーコートした。その後、３４０℃で３０分間焼成（ＰＦＡ粒子を融かして）して表面層を形成したものを、比較例２の定着部材として用いた。

＜比較例３＞
実施例１における球状微粒子２０３’を、破壊強度０．５［ＭＰａ］、体積平均粒径４０［μｍ］のアゾ顔料粒子に代える他は同じとし、比較例３の定着部材を得た。

上述したように作製した実施例１〜７、比較例１〜３の定着部材２００を、(株)リコー製複写機：ＭＰＣ３０００の定着装置に装着し、ベタ画像１００，０００枚の通紙試験を行い、耐摩耗性評価、光沢度（凹凸追従性）評価を下記のように行った。また、同様に罫線状画像を出力し、オフセット性（離型性）評価を下記のように行った。
試験紙としては、Ｓａｂｌｅ−Ｘ８０を使用した。
なお、耐摩耗性評価、光沢度（凹凸追従性）評価、オフセット性（離型性）評価は、表１に示す基準で判定した。

−耐摩耗性評価−
紙端部摩擦摩耗部や分離爪接触による摩耗部を特定し、ブラックのベタ画像を出力した際の画像表面を目視によるランク付けにより評価し、合否判定を実施した。
−光沢度（凹凸追従性）評価−
光沢度計（商品名：ＰＧ−１、角度６０°、日本電色株式会社製）を用いて、表面を測定した。
−オフセット性（離型性）評価−
罫線画像を出力した際の画像表面を目視によるランク付けにより評価し、合否判定を実施した。

表２に、実施例１〜７、及び、比較例１〜３の評価判定結果を示す。

以上のように、実施例１〜７の表面層２０３が破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる定着部材では、耐摩耗性、追従性、および離型性に優れている。一方、比較例１〜３の定着部材では、耐摩耗性、追従性、および離型性の全てが優れるものはなかった。具体的には、比較例１の表面層を有しない定着部材においては、耐摩耗性、追従性、離型性が劣る。比較例２の表面層としてフッ素系樹脂を形成した構成では、離型性が得られるが、表層が硬いため、耐摩耗性と追従性が劣った。比較例３の表面層として、粒子破壊強度の小さいものは、耐摩耗性が得られず、粒子が壊れてしまい、経時において、離型性、追従性が低下した。

以上、説明したものは一例であり、本発明は、次の態様ごとに特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
トナー像に熱と圧とを加えて転写紙１０７などの記録媒体上に定着する定着部材であって、弾性層２０２と表面層２０３とを有し、表面層は破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子２０３’を面方向に配列させた粒子層からなる。

（態様Ａ）においては、定着部材２００の表面層２０３を、球状微粒子２０３’を面方向に配列させた構造の粒子層とすることで、表面に球形微粒子の外周面による微細凹凸構造を形成する。この球状微粒子の外周面による微細凹凸構造は、撥水・撥油効果を発現し、この撥水・撥油効果によりトナーを離型しやすくできる。すなわち、本発明の定着部材は、従来のように表面層としてフッ素系樹脂などの高離型性材料を用いなくとも、表面層を球状微粒子２０３’を面方向に配列させた構造の粒子層とすることで、その表面形状で離型性を向上させるものである。
また、表面層２０３の面方向に配列させた球状微粒子２０３’は弾性層２０２に追従して個別に上下に動くことが可能である。このため、定着部材の表面は、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する追従性が向上する。表面層２０３を構成する球状微粒子２０３’としては、破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上のものを用いることで、上記良好な表面離型性及び追従性が得られる表面層の耐摩耗性を抑制して、耐久性を高めている。このため、上述の実施例１〜７の実験に示すように、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる。
また、（態様Ａ）の定着部材は、特許文献２の弾性層上にフッ素系樹脂からなる表面層を積層した構成で、弾性層と表面層との界面に高硬度の粒子層を設けた定着部材と比較して、簡易な構成となる。よって、トナー段差や記録媒体の凹凸に対する高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる簡易な構成の定着部材を提供できる。

（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、球状微粒子が金属酸化物である。これによれば、破壊強度を１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子を容易に具現化できる。

（態様Ｃ）
（態様Ａ）または（態様Ｂ）において、球状微粒子２０３’の体積平均粒子径が０．１［μｍ］以上１０．０［μｍ］以下である。粒径が０．１［μｍ］以下の場合、球状微粒子２０３’による離型性能の効果が充分に得られず、一方、１０．０［μｍ］以上では、表面粗さが大きくなり、定着画像の表面粗さが増加し光沢が失われる不具合が生じる。また、球状微粒子２０３の粒子間の隙間が大きくなるため、離型性が悪化するなどの不具合が生じる。

（態様Ｄ）
（態様Ｂ）または（態様Ｃ）において、金属酸化物が二酸化チタン、酸化マンガン、酸化アルミニウム、または、酸化ジルコニウムのいずれかである。これによれば、上記実施例１〜７について説明したように、高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる定着部材を具現化できる。

（態様Ｅ）
（態様Ａ），（態様Ｂ），（態様Ｃ）または（態様Ｄ）の何れかにおいて、弾性層２０２がシリコーンゴムからなる。これによれば、上記実施例１〜７について説明したように、高い追従性、表面耐久性、表面離型性を良好に得ることのできる定着部材を具現化できる。

（態様Ｆ）
定着ローラ１１０または定着ベルト１１４などの定着部材と、定着部材を加熱するヒータ１１３または加熱ローラ１１５などの加熱手段と、定着部材に対向する加圧ローラ１１１などの加圧部材とを備え、トナー像を担持した転写紙１０７などの記録媒体を定着部材と加圧部材との間を通過させることでトナー像を該記録媒体に定着する定着装置において、定着部材として（態様Ａ）乃至（態様Ｅ）に記載の何れかの定着部材を用いる。これによれば、光沢性、オフセット性の優れた定着を長期にわたってすることができる。

（態様Ｇ）
感光体ドラム１０１などの静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像化する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、上記定着手段として（態様Ｆ）の定着装置を採用する。これによれば、長期にわたって、光沢性、オフセット性に優れた高品位な画像を得ることができる。

３３ 押し当て部材
３５ 粉体塗布装置
１０１ 感光体ドラム
１０６ 転写ローラ
１０７ 転写紙
１０９ 表面電位計
１１０ 定着ローラ
１１２ 芯金
１１３ ヒータ
１１４ 定着ベルト
１１５ 支持ローラ
１１６ 加熱ローラ
１１１ 加圧ローラ
１２０ 定着装置
２００ 定着部材
２０１ 基材層
２０２ 弾性層
２０２’ 樹脂層
２０３ 表面層（離型層）
２０３’ 球状微粒子
２０４ 被膜
２０５ ローラ

特開３２４３９９１号公報 特開２０１０−２８１９１６号公報

Claims (7)

1. トナー像に熱と圧とを加えて記録媒体上に定着する定着部材であって、弾性層と表面層とを有し、該表面層は破壊強度が１．０［ＧＰａ］以上の球状微粒子を面方向に配列させた粒子層からなることを特徴とする定着部材。
2. 請求項１の定着部材において、上記球状微粒子が金属酸化物であることを特徴とする定着部材。
3. 請求項１または２の定着部材において、上記球状微粒子の体積平均粒子径が０．１［μｍ］以上１０．０［μｍ］以下であることを特徴とする定着部材。
4. 請求項２または３の定着部材において、上記金属酸化物が二酸化チタン、酸化マンガン、酸化アルミニウム、または、酸化ジルコニウムのいずれかであることを特徴とする定着部材。
5. 請求項１、２、３または４の何れかの定着部材において、上記弾性層がシリコーンゴムからなることを特徴とする定着部材。
6. 定着部材と、該定着部材を加熱する加熱手段と、該定着部材に対向する加圧部材とを備え、トナー像を担持した記録媒体を該定着部材と該加圧部材との間を通過させることで該トナー像を該記録媒体に定着する定着装置において、
   上記定着部材として請求項１乃至請求項５に記載の何れかの定着部材を用いることを特徴とする定着装置。
7. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像化する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着手段とを備えた画像形成装置において、
   上記定着手段として請求項６の定着装置を採用したことを特徴とする画像形成装置。

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