JP2017219662A - 定着部材、および加熱定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】定着部材の端部破損を防止すること。特に、基材端部の内面が削れることを発端として発生する端部破損を防止すること。【解決手段】少なくとも表層、基層、内面層からなるフィルム体と、フィルム体の内面と接してフィルム体の周回軌道を規制する規制部材と、加熱体と、加熱体を保持する加熱体保持部材と、フィルム体を介して加熱体と圧接してニップ部を形成する加圧ローラと、加圧ローラを回転させる駆動手段、とを有し、加圧ローラを回転させることによってフィルムを従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、内面層の規制部材と摺擦しない領域の周方向の十点平均表面粗さが２．５以上６．５μｍ未満、内面層の規制部材と摺擦する領域の周方向の十点平均表面粗さが０．１以上２．５μｍ未満であることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、複合機、複写機、プリンタ、ファックス等の記録材上に画像形成可能な電子写真方式の加熱定着装置、および画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置は、像担持体としての感光体ドラム上に形成された潜像を現像して可視画像化し、この可視画像（トナー像）を記録材に静電気力を用いて転写させ、次いで転写画像を熱により定着させることによって、前記記録材上に画像が記録形成されるようになっている。

これらの電子写真装置における定着装置においては、シート上にトナー画像を形成し、これを加熱、加圧して定着させることにより画像を形成している。このような定着装置として、熱伝達効率が高く、装置の立ち上がりが速く、加熱加圧時間を長くすることができる無端状のフィルムを定着部材に用いたフィルム式定着装置が提案されている（特許文献１〜３参照）。

近年、ランニングコストの低減や省エネルギーの観点から定着部材の長寿命化が求められている。定着部材の寿命低下の要因としては、回転による繰り返し曲げ応力の印加に伴う基材の破壊、張架ローラの無い自由回動のフィルムが端部の規制部材と強く接触することによって発生する基材端部の破壊、加熱冷却サイクルによる弾性層の劣化、および通過する記録媒体の端部に起因する表層の削れによる摩耗が挙げられる。この中でも特に、フィルムが端部の規制部材と強く接触することによって発生する基材端部の破壊は、定着部材の寿命低下に大きな影響を与える。

これらの対策として、特許文献４〜６に記載されるような技術を用い、基材端部の破壊を防止する提案がなされている。たとえば、特許文献４では、フランジにテーパー形状を設けてフランジ方向に寄らないようにする方法、特許文献５では、フランジがバイメタル状の構造になっていて、熱によって寄らないようにする方法、特許文献６では、フランジに自由回動するリングを敷設し、割れる方向の力が掛からないようにする方法等である。

特開昭６３−３１３１８２号公報 特開平２−１５７８７８号公報 特開２００４−３４１３４６号公報 特開２０１３−１６１０２９号公報 特開２００６−６５２５０号公報 特開２０１３−１８２１１０号公報

しかしながら、上記の発明には以下のような課題が挙げられる。例えば、特許文献４に記載される技術においては、加圧ローラの左右の圧力差や温度差等でアライメントが変化した場合、いつかは片側に寄ってしまう可能性がある。特許文献５に記載される技術においては、ある程度の押し付け力は緩和することができるが、押し付け力が所定以上になると基材の破壊が発生してしまう可能性がある。また、規制部材とフィルム基材端部の間での摩耗は止めることはできないため、端部削れが発生して破壊が発生する可能性がある。

特許文献６に記載される技術においては、固定されておらず自由回動するフランジを用いた定着装置であるが、この場合フィルム軌道の立ち上げ等の構造を作ることができず、基材に対しては効果があるが、画質や分離性等の弊害が発生する懸念がある。

また、本発明者が鋭意検討した結果、基材端部の割れが発生するまでには、
Ｓｔｅｐ１：フランジ部でフィルム内面が削れる、
Ｓｔｅｐ２：基材が削れる、
Ｓｔｅｐ３：基材が割れる、
という複数の段階を経ていることが確認された。従って、Ｓｔｅｐ１〜２のいずれかの段階で対応をすれば、Ｓｔｅｐ３の基材割れを防ぐことができることを確認した。

上記の課題を解決するために、本発明者らが検討を重ねた結果、定着フィルム内面層の規制部材と摺動する領域と規制部材と摺動しない領域の形状、材質をそれぞれ制御することでトルクアップやスティックスリップを抑止し、また、基材割れを防ぐことができることを見出し、本発明に至った。要約すれば、本発明は以下の特徴を有する定着装置となる。

（特徴１）
少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材４６と、前記フィルム体４１を介して前記加熱体４３と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラ４４を回転させる駆動手段、とを有し、加圧ローラ４４を回転させることによって前記フィルムを従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
前記内面層の前記規制部材と摺擦しない領域４１ｄの
周方向の十点平均表面粗さをＲｚ １が２．５以上６．５μｍ未満、
前記内面層の前記規制部材と摺擦する領域４１ｅの
周方向の十点平均表面粗さをＲｚ ２が０．１以上２．５μｍ未満、
であることを特徴とする定着装置。

（特徴２）
少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材４６と、前記フィルム体４１を介して前記加熱体４３と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラ４４を回転させる駆動手段を有し、加圧ローラ４４を回転させることによって前記フィルム体４１を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
前記規制部材と摺擦しない領域４１ｄは第一ポリイミド前駆体の硬化物を用い、前記フィルム体４１の前記規制部材４７と摺動する前記内面層４１ｅは前記第一ポリイミド前駆体の硬化物よりも損失弾性率が大きい第二ポリイミド前駆体の硬化物を用いることを特徴とする。

（特徴３）
所定の焼成温度でのイミド化率が前記第一ポリイミド前駆体の硬化物＞前記第二ポリイミド前駆体の硬化物であることを特徴とする特徴２に記載の定着装置。

（特徴４）
前記第一ポリイミド前駆体の硬化物は、前記第二ポリイミド前駆体の硬化物よりもガラス転移点が高いことを特徴とする特徴２、３に記載の定着装置。

（特徴５）
少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材と、フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラを回転させる駆動手段を有し、加圧ローラを回転させることによって前記フィルムを従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
前記フィルム体で前記規制部材４７と摺動しない部分にポリイミド層を、前記フィルム体で前記規制部材４７と摺動する部分にダイヤモンドライクカーボン層を、設けることを特徴とする定着装置。

本発明に係る定着装置によれば、規制部材と定着フィルム内面の接触による削れを低減することにより、簡便で、かつ効果的に基材割れを抑制することが可能となる。

第一の実施例における画像形成装置の模式図である。 第一の実施例における定着装置の模式図である。 第一の実施例における定着フィルムの模式図である。 定着フィルムの端部基材割れのメカニズムを示す模式図である。 第一の実施例における定着フィルム内面層の塗工時に用いた塗工装置の模式図である。 第一の実施例における定着フィルム内面層の粗し工程の模式図である。 第三の実施例における定着フィルムの内面からみた模式図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（実施例）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は本実施形態の画像形成装置の一例であるカラー電子写真プリンタの断面図であり、シートの搬送方向に沿った断面図である。本実施形態では、カラー電子写真プリンタを単に「プリンタ」という。

図１に示すプリンタは、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の各色の画像形成部１０を備えている。感光ドラム１１は、帯電器１２によってあらかじめ帯電される。その後、感光ドラム１１は、レーザスキャナ１３によって、潜像を形成されている。潜像は、現像器１４によってトナー像になる。感光ドラム１１のトナー像は、一次転写ブレード１７によって、像担持体である例えば中間転写フィルム３１に順次転写される。転写後、感光ドラム１１に残ったトナーは、クリーナ１５によって除去される。この結果、感光ドラム１１の表面は、清浄になり、次の画像形成に備える。

一方、シートＰは、給紙カセット２０、又はマルチ給紙トレイ２５から、１枚ずつ送り出されてレジストローラ対２３に送り込まれる。レジストローラ対２３は、シートＰを一旦受け止めて、シートが斜行している場合、真っ直ぐに直す。そして、レジストローラ対２３は、中間転写フィルム３１上のトナー像と同期を取って、シートを中間転写フィルム３１と二次転写ローラ３５との間に送り込む。中間転写フィルム上のカラーのトナー像は、転写体である例えば二次転写ローラ３５によってシートＰに転写される。その後、シートのトナー像は、シートが定着器４０によって、加熱加圧されることでシートに定着される。

次に、本実施例で用いた定着装置について説明する。

図２は定着装置４０の概略構成図で示されるようなフィルム加熱方式の加熱装置（テンションレスタイプ）を用いた。本実施例ではこのような加熱装置を用いたが、ローラ対方式ややフィルム方式の加熱装置でも実施可能である。

４３は加熱体としてのとしてのセラミックヒーター（以下、ヒーターと記す）である。このヒータ４３は図面に垂直方向を長手とする細長薄板状のセラミック基板と、この基板面に具備させた通電発熱抵抗体層を基本構成とするもので、発熱抵抗体層に対する通電により全体に急峻な立ち上がり特性で昇温する、低熱容量のヒータである。また、記録材の長手幅サイズに応じて、通電領域を切り替える構成となっている。

４１は熱を伝達する加熱部材としての円筒状（エンドレス）の耐熱性の定着フィルムであり、上記のヒータ４３を含む支持部材にルーズに外嵌させてある。本実施例における定着フィルム４１は図３に示すとおりであり、表層、弾性層、基層、内面層の４層複合構造を有した定着フィルムである。

なお、本実施例では弾性層有する定着フィルムに関する実施形態について説明するが、弾性層を有さない定着フィルムに関しても利用することは可能である。

離型層４１ａは厚さ１００μｍ以下、好ましくは２０〜７０μｍのフッ素樹脂材料を使用できる。たとえば、例えばフッ素樹脂層としては、例えばＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。本実施例では、厚さ３０μｍのＰＦＡチューブを用いた。

弾性層４１ｂは、熱容量を小さくしてクイックスタート製を向上させるために、厚さとしては１０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下のゴム材料を使用できる。例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。ゴム硬度１０度（ＪＩＳ−Ａ）、熱伝導率１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ３００μｍのシリコーンゴムを用いた。

基層４１ｃも弾性層と同様にクイックスタート性を向上させるために、厚さとして１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下２０μｍ以上の耐熱性材料を使用できる。例えば、ＳＵＳ、ニッケルなどの金属フィルムを使用できる。ポリイミド等の耐熱樹脂を使用することもできる。本実施例では、厚さが３０μｍ、直径が２５ｍｍ、長手長さが３３０ｍｍの円筒状ニッケル金属フィルムを用いた。

内面層４１ｄは、ヒータと接しているため耐熱性を持つ樹脂層を使用できる。例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ＰＥＥＫ、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン／六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）、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）などのエンジニアリングプラスティックなどが挙げられる。

本実施例では、ポリイミド樹脂を用いるが、ポリイミドは、芳香族テトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、芳香族ジアミンとの略等モルを有機極性溶媒中で反応させて得られるポリイミド前駆体溶液を、基層４１ｃの内周面に塗布、乾燥、加熱し、脱水閉環反応により形成される。

次に、上述のようなポリイミド樹脂についてより詳しく説明する。

第一ポリイミド前駆体及び第二ポリイミド前駆体は、それぞれ芳香族ポリイミド前駆体とすることが好ましい。このために、それぞれのポリイミド前駆体は、例えば、芳香族テトラカルボン酸と芳香族ジアミンとからなる。

芳香族テトラカルボン酸の代表例としては次のようなものが上げられる。ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４‘−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４‘−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７，−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、などが挙げられる。これら芳香族テトラカルボン酸は、単独あるいは２種以上組合せて用いることができる。

塗工方法はリングコート法等の方法が可能である。

図５はリングコート法の塗工装置の概略図である。

基盤２１上に支柱２０１、２０２が形成されている。塗工ヘッド２２は、支柱２０１上に塗工ヘッド２２が固定されており、塗工液供給装置が接続（不図示）されている。

支柱２０２には、円筒状基体２４を保持するワークハンド２５がワーク移動装置２６形成されている。支柱２０２上に設けられたモータによりワーク移動装置２６は、上下に移動することができ、ワーク移動装置の形成されたワークハンド２５もワーク移動装置２６の移動により上下に移動することができる。

塗工ヘッド２２の外周囲に円柱の軸と直行するスリット（不図示）が形成されており、該スリット部から均等に異方性フィラーを配合したポリイミド前駆体溶液２３が供給され、基層４１ｃを塗工ヘッド２２の外周に沿って移動させ、基層４１ｃの内面の塗工を行なう。この装置において、摺動層の厚みは塗布量によって決定し、クリアランス、ポリイミド前駆体溶液２３の供給速度、ワーク移動装置２６の移動速度を変更することで任意の塗布量を得ることができる。

塗工後は、内面塗工された基層４１ｃを、例えば６０℃の熱風循環炉に３０ｍｉｎ放置乾燥後、基層４１ｃの疲労強度を下げない温度範囲で熱風循環炉内に１０〜６０ｍｉｎ放置焼成することにより、脱水閉環反応によりポリイミド内面層４１ｄを形成することができる。上記の疲労強度を下げない温度範囲とは、基層４１ｃの材料に寄っても異なるが、例えばニッケルであれば２５０℃程度となるし、ＳＵＳであれば４００℃以上の温度で焼成してもよい。

基層４１ｃ自体にポリイミド樹脂を用いる場合に関しても、基本的には同様で、従来から知られた製造方法、すなわち、円筒状芯体の外面若しくは内面にポリイミド前駆体溶液を塗布し、ポリイミド前駆体溶液の塗布層を乾燥後、芯体表面に付着した状態で加熱硬化（イミド化）するか、あるいは管状物としての構造を保持し得る強度まで固化した時点で、芯体表面から塗布層を取り外し、次の工程で加熱硬化する方法で作製可能である。

４４は加圧部材としての耐熱性弾性加圧ローラであり、芯金と、シリコーンゴムやフッ素ゴム等の耐熱ゴム、あるいはシリコーンゴムの発泡体からなる弾性層からなり、芯金の両端部を回転自由に軸受け支持させて配設してある。この加圧ローラ４４の上側に上記の定着フィルム４１・ヒータ４３を、ヒータ４３側に対して加圧ローラ４４に並行に配置し、不図示の押付部材で押圧させることで、定着フィルム４１を介してヒータ４３の下面と加圧ローラ４４の上面にローラ弾性層の弾性に抗して圧接させて加熱部としての所定幅の定着ニップ部Ｔを形成させてある。

加圧ローラ４４は不図示の駆動手段により矢印の反時計方向に所定の回転周速度にて回転駆動される。この加圧ローラ４４の回転駆動による加圧ローラ４４と定着フィルム４１との、定着ニップ部Ｔにおける圧接摩擦力により円筒状の定着フィルム４１に回転力が作用して該定着フィルム４１がヒータ４３の下向き面に密着して摺動しながら矢印の時計方向に従動回転状態になる。支持部材は円筒状定着フィルム４１の回転ガイド部材でもある。

加圧ローラ４４が回転駆動され、それに伴って円筒状定着フィルム４１が従動回転状態になり、またヒータ４３に通電がなされて該ヒータが迅速に昇温して所定の温度に立ち上がり温調された状態において、定着ニップ部Ｔの定着フィルム４１と加圧ローラ４４との間に未定着トナー像Ｔを担持した記録材Ｐが導入され、定着ニップ部Ｎおいて記録材Ｐのトナー像担持側面が定着フィルム４１の外面に密着して定着フィルム４１と一緒に定着ニップ部Ｔを挟持搬送されていく。

この挟持搬送過程においてヒータ４３で加熱された定着フィルム４１の熱により記録材Ｐが加熱され、記録材Ｐ上の未定着トナー像Ｔが記録材Ｐ上に加熱・加圧されて溶融定着される。定着ニップ部Ｔを通過した記録材Ｐは定着フィルム４１の面から曲率分離して排出搬送されていく。

４５は接触式温度計（サーミスタ）であり、ヒータ４３によって加熱された定着フィルム４１の温度を計測し、その検出結果を不図示の温度制御手段に渡す構成となっている。４６はヒーターホルダであり、高温に発熱したヒータ４３を保持する部材である。

［定着フィルムの端部割れ発生のメカニズム］
次に、定着フィルムの端部割れ発生のメカニズムについて説明する。

図４は定着フィルム４１と、定着フィルムの軌道を規制するフィルム規制部材４７との関係を示した図である。

規制部材４７は、定着フィルム内部に凸形状となっており、その形状によってフィルムの軌道を規制している。画質や分離性向上の観点からフィルム軌道を立ち上げ曲率制御を実施する場合は、特に規制部材に局所的な圧がかかってしまうことがある。

本発明者が、基材端部の割れ発生について詳細に検討した結果を以下に示す。

（Ｓｔｅｐ１）
フィルム規制部材４７が定着フィルム４１の最内面の内面層４１ｅを削る。

（Ｓｔｅｐ２）
定着フィルム４１の最内面の内面層４１ｅが削れ切られると、次に基層４１ｃを削る。

（Ｓｔｅｐ３）
定着フィルム４１の基層４１ｃが削られて、ある厚み以下になると基材割れが発生する。

このように、定着フィルム端部が削れることを発端として、最終的な基材割れが発生していることが確認できた。

［実施例１］
本発明の第一の実施例について説明を行う。本実施例では、図３に示されるような定着フィルムを用いた。ここで、定着フィルム４１の内面層の形状について図７を用いて説明する。図７は、定着フィルム４１の内面から見た図である。

本実施例で用いた定着フィルムの内面層は、定着フィルムのスラスト方向中央部であり、フィルム規制部材と摺擦しない部分に対応する領域の内面層４１ｄの周方向の十点平均表面粗さＲｚ １が２．５以上６．５μｍ未満、定着フィルムのスラスト方向端部でありのフィルム規制部材と摺擦する部分に対応する領域の内面層４１ｅの周方向の十点平均表面粗さＲｚ ２が０．１以上２．５μｍ未満であることを特徴としている。ここでいうフィルム規制部材と摺擦する部分に対応する領域とは、フィルムの寄りを考慮されており、おおよそ規制部材幅±５ｍｍ程度の範囲である。

このような関係とすることで、ニップ部に相当するスラスト方向中央部では、セラミックヒータ４３などの摺擦部材との接触面積を減少させることができると共に、潤滑剤が凹凸の凹部に保持されるため、耐摩耗性を向上することができ、長期に渡ってトルクアップやスティックスリップを抑制できる。規制部材と摺動するスラスト方向端部では、局所的に圧力が高くなっている箇所も存在するため、表面は平滑であることが肝要である。表面に凹凸構造があると、微小な突起部などが起点となって、逆に削れが促進されてしまうため、基材割れに繋がる可能性がある。

本実施例では、上記したように内面層４１ｄはスティックスリップ抑制のために粗面化されており、内面層４１ｅは摩耗抑制のために粗面化されておらず平滑になっている定着フィルムを用いた。この時の表面粗さはＲｚ１が４．５μｍでＲｚ２が１．０μｍであった。

ここで、図６を用いて定着フィルム４１の内面に粗面化領域４１ｄを形成する手順の一例を説明する。

まず、定着フィルム４１の規制部材当接する箇所よりも長手中央側の位置の内面に、表面に研摩紙５０を張り付けた丸棒を当接させる。ここで、定着フィルム４１は上端が爪（不図示）によって固定されており、定着フィルム４１と研摩紙３０を張り付けた丸棒は、当接した状態のまま、相対的に回転および上下移動可能となっている。

本実施例においては、図６のように、定着フィルム４１に研摩紙５０を当接させた後、研磨紙５０を上下に往復させることで、長手方向に溝形状の粗面化領域４１ｄが形成される。その後、定着フィルム４１の位相を変え、同様の工程を行っていき、最終的に周方向全体の、粗面化領域が形成される。なお、定着フィルム４１と、研摩紙５０を張り付けた丸棒の当接圧、移動回数、研摩紙５０の番手、などによって表面粗さを制御することも可能である。次に、本実施例と従来例の比較実験を行った。

本実施例の比較例１としては、中央部および端部の内面全体に粗面化領域を形成し、Ｒｚが４．５μｍとなっている定着フィルムを、比較例２としては粗面化領域を形成せずポリイミド塗布後の平滑な状態のままにし、Ｒｚが１．０μｍとなっている定着フィルムを用いた。

次に、実験条件について説明する。

本実験では、図２に示される定着装置を用いた。また実験条件としては、加圧力を総圧で２５０Ｎ、加圧ローラの回転速度を２００ｍｍ／ｓとし、記録材と接触する領域の定着フィルム外周温度が１５０℃となるように制御した。記録材としてＣＳ−８１４（日本製紙（株）社製）を用いた。その際に、端部摩耗による基材割れまでの耐久枚数を耐久寿命とした。また、本実験中に加圧ローラの回転駆動トルクの計測、および端部摩耗以外の要因による基材破損（ねじれ等）も確認した。その結果をまとめると、以下の通りとなる。

比較例１では、３５万枚で基材割れが発生した。これは、ポリイミド層とフィルム規制部材とが摺動することによってポリイミド層が削れて基材が露出し、さらに基材が削られることにより発生したと考えられる。すなわち、図４のＳＴＥＰ１〜２を防ぐことができなかったため、基材割れが発生したといえる。

また、比較例２では、ＳＴＥＰ１、２の現象は軽微であったが、ニップ部においてスティックスリップ現象を起こし、２０万枚通紙したところで異音を発生させてしまった。

これに対し、本実施例では、６０万枚までフィルム規制部材と接する部分での基層の割れ発生が見られず、その時点においては異音の発生も観測されなかった。従って、本発明によって、規制部材と定着フィルム内面の接触による削れの低減と異音の低減を両立することが可能となった。

［実施例２］
次に、本発明の第二の実施例について説明を行う。

本実施例では、図３に示されるような定着フィルムを用いた。ここで、定着フィルム４１の内面層の形状について図７を用いて説明する。

図７は定着フィルム４１の内面から見た図である。

本実施例で用いた定着フィルムの内面層は、定着フィルムのスラスト方向中央部でありヒータと接している内面層４１ｄと、定着フィルムのスラスト方向端部でありフィルム規制部材と接している内面層４１ｅが、異なる物性を有するポリイミドで構成されている。本実施例では、内面層４１ｄとして第一ポリイミド前駆体を用い、内面層４１ｅとして第二ポリイミド前駆体を用いている。

［第一ポリイミド前駆体］
第一ポリイミド前駆体としては、低い焼成温度でもイミド化率が高くなる構造のポリイミドが適している。このようなポリイミド樹脂としては、芳香族ジアミンのベンゼン環の間にエーテル結合やカルボニル結合などをはさみ、流動性を持たせるとともにイミド基の濃度を下げることが有効である。本実施形態では、上述の芳香族テトラカルボン酸として３，３‘，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとして４，４‘−ジアミノジフェニルエーテルとからなるポリイミド前駆体溶液を第一ポリイミド前駆体として扱う。この構成からなるポリイミド前駆体は２５０℃で焼成した場合、イミド化率は９５〜１００％の値を示す。

［第二ポリイミド前駆体］
第二ポリイミド前駆体としては、低い焼成温度ではイミド化率が低いままでいることが要求される。このようなポリイミド樹脂としては、結晶性が高く、イミド基の濃度が高いものが適しているので、芳香族ジアミンのベンゼン環の間には脂肪族のＣ−Ｈ基などは出来るだけ少ない方がよい。

本実施形態では、上述の芳香族テトラカルボン酸として３，３‘，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとしてパラフェニレンジアミン又はベンジジンなどからなるポリイミド前駆体溶液を第二ポリイミド前駆体として扱う。これらの構成からなるポリイミド前駆体は２５０℃で焼成した場合、イミド化率は７０〜９３％の値を示す。これら芳香族ジアミンは、単独あるいは２種以上組合せて用いることができる。

ポリイミドのような粘弾性物質は、ガラス転移点を超える温度領域において貯蔵弾性率（Ｅ’）が減少し、損失弾性率（Ｅ”）が増加する。一般的にイミド化率が上昇するとガラス転移点（ｔｇ）が上昇することが知られている。例えば、Ｕ−ワニスＳ（宇部興産株式会社製）を前駆体として用いて、イミド化率を９５〜１００％の状態になるように作製したポリイミドのＴｇ１は３５９℃となっている。これに対して、イミド化率が７０〜９３％の状態になるように作製したポリイミドのＴｇ２は２１０℃となっている。

イミド化率が９５〜１００％の状態で作製したポリイミドのＴｇ１は画像形成装置稼働時の定着装置の定着フィルムの表面温度（所定温度）と比較すると高い数値である。このため、第一ポリイミドで内面層４１ｄを形成した場合には、定着装置の実使用条件下の温度では、内面層４１ｄはガラス転移点に達しない。従って、貯蔵弾性率が高い状態を保ち、剛直であるため、耐摩耗性に富むが、損失弾性率が低いので、スティックスリップのような自励振動を抑制する効果が小さくなってしまう。

一方、イミド化率が７０〜９３％の状態で作製したポリイミドのＴｇ２は、上述の所定温度と近郊する温度となるため、第二ポリイミドで内面層４１ｄを形成した場合には、実使用条件下で摺擦層はガラス転移点付近の温度領域となっている。従って、貯蔵弾性率が低い状態であるので、耐摩耗性には乏しいが、損失弾性率が高くなるため、スティックスリップを抑制する効果が大きくなる。したがって、内面層４１ｄとしては第二ポリイミド前駆体を用いることが望ましい。

逆に、フィルム規制部材４７に対向する位置では、摩耗からの割れを抑制するための耐摩耗性がより求められることから、内面層４１ｅとしては第一ポリイミド前駆体を用いることが望ましい。なお、上述のポリイミド樹脂層は、二硫化モリブデンなどの無機フィラーを含有してもよい。このように無機フィラーを含有させることで、表面が粗くなり、セラミックヒータ４３などの摺擦部材との接触面積を減少させることができると共に、無機フィラーが個体潤滑剤として作用する。この結果、耐摩耗性を向上させられ、また、スティックスリップをより抑制できる。

本実施例では、上記したように内面層４１ｄはスティックスリップ抑制のために第二ポリイミド前駆体を用い、内面層４１ｅは摩耗抑制のために第一ポリイミド前駆体を用いて、リングコート法を用いて基層４１ｃの内面にポリイミド樹脂層を形成した。

まず、ヒータと接している内面層４１ｄに対応する領域（本実施例では３１０ｍｍ幅）にリングコート法を用いて第二ポリイミド前駆体を塗布し、６０℃の熱風循環炉に３０ｍｉｎ放置乾燥する。さらに、規制部材４７に対応する領域（本実施例では両端部１０ｍｍ幅）にリングコート法を用いて第一ポリイミド前駆体を塗布し、６０℃の熱風循環炉に３０ｍｉｎ放置乾燥する。その後、ニッケル金属の疲労強度が低下しない温度である２５０℃で焼成することで、内面層４１ｄと４１ｅ両方の加熱硬化（イミド化）を促進する。

これ以外にも、第二ポリイミド前駆体を全域に塗工・乾燥した後に、端部領域にのみ第一ポリイミド前駆体を塗工・乾燥し、その後加熱硬化する手法も挙げられる。

次に、本実施例と従来例の比較実験を行った。本実施例の比較例１としては、中央部および端部の内面全体に第二ポリイミド前駆体を形成した定着フィルムを、比較例２としては中央部および端部の内面全体に第一ポリイミド前駆体を形成した定着フィルムを用いた。

次に、実験条件について説明する。

本実験では、図２に示される定着装置を用いた。また実験条件としては、加圧力を総圧で２５０Ｎ、加圧ローラの回転速度を２００ｍｍ／ｓとし、記録材と接触する領域の定着フィルム外周温度が１５０℃となるように制御した。記録材としてＣＳ−８１４（日本製紙（株）社製）を用いた。その際に、端部摩耗による基材割れまでの耐久枚数を耐久寿命とした。また、本実験中に加圧ローラの回転駆動トルクの計測、および端部摩耗以外の要因による基材破損（ねじれ等）も確認した。その結果をまとめると、以下の通りとなる。

比較例１では、３０万枚で基材割れが発生した。これは、ポリイミド層とフィルム規制部材とが摺動することによってポリイミド層が削れて基材が露出し、さらに基材が削られることにより発生したと考えられる。すなわち、図４のＳＴＥＰ１〜２を防ぐことができなかったため、基材割れが発生したといえる。また、比較例２では、ＳＴＥＰ１、２の現象は軽微であったが、ニップ部において第一ポリイミド前駆体からなる内面摺動層がヒータと摺動することで、スティックスリップ現象を起こし、３５万枚通紙したところで異音を発生させてしまった。

これに対し、本実施例では、６０万枚までフィルム規制部材と接する部分での基層の割れ発生が見られず、その時点においては異音の発生も観測されなかった。
従って、本発明によって、規制部材と定着フィルム内面の接触による削れの低減と異音の低減を両立することが可能となった。

［実施例３］
次に、本発明の第三の実施例について説明を行う。

本実施例では、図３に示されるような定着フィルムを用いた。ここで、定着フィルム４１の内面層の形状について図７を用いて説明する。

図７は定着フィルム４１の内面から見た図である。

本実施例で用いた定着フィルムの内面層は、定着フィルムのスラスト方向中央部でありヒータと接している内面層４１ｄと、定着フィルムのスラスト方向端部でありフィルム規制部材と接している内面層４１ｅが、異なる材料で構成されている。

具体的には、内面層４１ｄはポリイミド、内面層４１ｅはダイヤモンドライクカーボン（以下ＤＬＣと呼ぶ）から構成されている。ＤＬＣとしては、水素化アモルファスカーボン（a-CH）、テトラヘドラルアモルファス カーボン（ta-C）、ta-Cを様々な原子で修飾したＤＬＣ材料が用いられるが、本実施例では、耐摩耗性と摺動性に優れているta-Cを用いた。製膜法としては、黒鉛を原料としてアークイオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、物理蒸着法等が用いられるが、本実施例では、物理蒸着法を採用し、膜厚は４μｍとした。

次に、本実施例と従来例の比較実験を行った。本実施例で用いた定着フィルムの内面形成方法は、以下に示す通りである。まず、定着フィルムの端部をシールした状態で、定着フィルムのヒータと接触する中央部分の内面へポリイミドワニス（宇部興産製）を塗布し、２８０℃で焼成してポリイミド層を形成した。その後、端部のシール部分を外し、内面端部に物理蒸着法によってta-Cをコーティングした。また、本実施例の比較例１としては、中央部および端部の内面全体にポリイミド層を形成した定着フィルムを、比較例２としては中央部および端部の内面全体にta-Cコーティングを行った定着フィルムを用いた。

次に、実験条件について説明する。

本実験では、図２に示される定着装置を用いた。また実験条件としては、加圧力を総圧で２５０Ｎ、加圧ローラの回転速度を２００ｍｍ／ｓとし、記録材と接触する領域の定着フィルム外周温度が１５０℃となるように制御した。記録材としてＣＳ−８１４（日本製紙（株）社製）を用いた。その際に、端部摩耗による基材割れまでの耐久枚数を耐久寿命とした。また、本実験中に加圧ローラの回転駆動トルクの計測、および端部摩耗以外の要因による基材破損（ねじれ等）も確認した。その結果をまとめると、以下の通りとなる。

比較例１では、３０万枚で基材割れが発生した。これは、定着フィルム内面のポリイミド層とフィルム規制部材が摺動することによってポリイミドの摩耗粉が生成し、その摩耗粉によって基材が削られることにより発生したと考えられる。すなわち、図４のＳＴＥＰ１、２を防ぐことができなかったため、基材割れが発生したといえる。また、比較例２では、ＳＴＥＰ１、２の現象は発生していなかったが、３５万枚の時点で回転摺動トルクが上昇し、それにより基材がねじれて破損してしまった。この破損の要因としては、ta-Cコーティングがポリイミドと比較して潤滑剤の濡れ性が低いことが挙げられる。

これにより、フィルム内面全体がta-Cコーティングされているとヒータとフィルムの間へのグリスの搬送量が低下することで、摺動トルクが上昇してしまい、基材への負荷が大きくなることで破損が起きていることを示している。

これに対し、本実施例では、フィルム規制部材と接する部分でのポリイミド摩耗粉の発生もなく、また、ヒータと接触している部分での潤滑剤の濡れ性低下もなかった。これにより、長期に亘って基材破損が無く、回転摺動トルクに伴う破損も発生しないことが確認できた。従って、本発明によって、規制部材と定着フィルム内面の接触による削れを低減することにより、簡便で、かつ効果的に基材割れを抑制することが可能となった。

１０ 画像形成部、１１ 感光ドラム、１２ 帯電器、１３ レーザスキャナ、
１４ 現像器、１５ クリーナ、１７ 一次転写ブレード、２０ 給紙カセット、
２５ マルチ給紙トレイ、２３ レジストローラ対、３１ 中間転写フィルム、
３５ 二次転写ローラ、４０ 定着器、４１ 定着フィルム、４１ａ 表層、
４１ｂ 弾性層、４１ｃ 基層、４１ｄ 内面層（規制部材と摺動しない領域）、
４１ｅ 内面層（規制部材と摺動する領域）、４３ 加熱体、４４ 加圧ローラ、
４５ 接触式サーミスタ、４６ ヒーターホルダ、４７ フィルム規制部材

Claims (5)

1. 少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材４６と、前記フィルム体４１を介して前記加熱体４３と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラ４４を回転させる駆動手段、とを有し、加圧ローラ４４を回転させることによって前記フィルムを従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
   前記内面層の前記規制部材と摺擦しない領域４１ｄの
   周方向の十点平均表面粗さをＲｚ １が２．５以上６．５μｍ未満、
   前記内面層の前記規制部材と摺擦する領域４１ｅの
   周方向の十点平均表面粗さをＲｚ ２が０．１以上２．５μｍ未満、
   であることを特徴とする定着装置。
2. 少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材４６と、前記フィルム体４１を介して前記加熱体４３と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラ４４を回転させる駆動手段を有し、加圧ローラ４４を回転させることによって前記フィルム体４１を従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
   前記規制部材と摺擦しない領域４１ｄは第一ポリイミド前駆体の硬化物を用い、前記フィルム体４１の前記規制部材４７と摺動する前記内面層４１ｅは前記第一ポリイミド前駆体の硬化物よりも損失弾性率が大きい第二ポリイミド前駆体の硬化物を用いることを特徴とする定着装置。
3. 所定の焼成温度でのイミド化率が前記第一ポリイミド前駆体の硬化物＞前記第二ポリイミド前駆体の硬化物であることを特徴とする請求項２に記載の定着装置。
4. 前記第一ポリイミド前駆体の硬化物は、前記第二ポリイミド前駆体の硬化物よりもガラス転移点が高いことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の定着装置。
5. 少なくとも表層４１ａ、基層４１ｃ、内面層４１ｄ、４１ｅからなるフィルム体４１と、前記フィルム体の内面と接して前記フィルム体の周回軌道を規制する規制部材４７と、加熱体４３と、加熱体を保持する加熱体保持部材と、フィルムを介して前記加熱体と圧接してニップ部を形成する加圧ローラ４４と、加圧ローラを回転させる駆動手段を有し、加圧ローラを回転させることによって前記フィルムを従動回転させるとともに記録材をニップ部に挟持搬送し、記録材をニップ部で加熱加圧する加熱装置において、
   前記フィルム体で前記規制部材４７と摺動しない部分にポリイミド層を、前記フィルム体で前記規制部材４７と摺動する部分にダイヤモンドライクカーボン層を、設けることを特徴とする定着装置。